合式机械和电组件。
[0052] 显示设备100为直视显示器，因为其可不包含通常在投影应用中找到的成像光学 器件。在投影显示器中，将形成于显示设备的表面上的图像投影到屏幕上或墙壁上。显示 设备实质上小于所投影的图像。在直视显示器中，用于通过直接看显示设备来看到图像，所 述显示设备含有光调制器和任选地背光灯或前光灯，用于增强在显示器上看到的亮度和/ 或对比度。
[0053] 直视显示器可在透射或反射模式下操作。在透射显示器中，光调制器过滤或选择 性地阻挡源自位于显示器后面的灯的光。来自所述灯的光任选地注入光导或"背光灯"中， 使得可均匀地照明每一像素。透射直视显示器通常建造到透明或玻璃衬底上，以促进三明 治式组装布置，其中含有光调制器的一个衬底直接定位在背光灯之上。
[0054] 每一光调制器102可包含快门108和光圈109。为了照明图像104中的像素106， 将快门108定位成使得其允许光穿过光圈109朝向观看者。为了使像素106保持未点亮， 将快门108定位成使得其阻碍光穿过光圈109。光圈109由穿过每一光调制器102中的反 射或光吸收材料形成图案的开口。
[0055] 显示设备还包含控制矩阵，其连接到衬底且连接到光调制器，用于控制快门的运 动。所述控制矩阵包含一系列电互连件（例如互连件110、112和114)，包含每行像素的至少 一个写入启用互连件110 (也称为"扫描线互连件")、用于每列像素的一个数据互连件112， 以及将共用电压提供给所有像素或至少提供给来自显示设备100中的多个列和多个行的 像素的一个共用互连件114。响应于施加适当的电压（"写入启用电压，VWE"），用于给定行 像素的写入启用互连件110使所述行中的像素准备好接受新的快门运动指令。数据互连件 112以数据电压脉冲的形式传送新的运动指令。在一些实施方案中，施加到数据互连件112 的数据电压脉冲直接促成快门的静电运动。在一些其它实施方案中，数据电压脉冲控制开 关，例如晶体管或其它非线性电路元件，其控制单独致动电压（其量值通常高于数据电压） 向光调制器102的施加。这些致动电压的施加接着导致快门108的静电驱动的运动。
[0056] 图IB展示实例主机装置120( 即，手机、智能电话、PDA、MP3播放器、平板计算机、 电子读取器、上网本、笔记本型计算机等）的框图。主机装置120包含显示设备128、主机处 理器122、环境传感器124、用户输入模块126和电源。
[0057] 显示设备128包含多个扫描驱动器130(也称为"写入启用电压源"）、多个数据 驱动器132(也称为"数据电压源"）、控制器134、共用驱动器138、灯140到146、灯驱动器 148,以及显示元件阵列150,例如图IA中所示的光调制器102。扫描驱动器130将写入启 用电压施加扫扫描线互连件110。数据驱动器132将数据电压施加到数据互连件112。
[0058] 在显示设备的一些实施方案中，数据驱动器132经配置以将模拟数据电压提供到 显示元件阵列150,尤其是在将以模拟形式得出图像104的亮度等级的情况下。在模拟操 作中，将光调制器102设计成使得当通过数据互连件112施加某一范围的中间电压时，在快 门108中产生某一范围的中间打开状态，且因此在图像104中产生某一范围的中间照明状 态或亮度等级。在其它情况下，数据驱动器132经配置以仅将2、3或4个数字电压电平的 减小的集合施加到数据互连件112。这些电压电平被设计成以数字方式设定快门108中的 每一者的打开状态关闭状态或其它不连续状态。
[0059] 扫描驱动器130和数据驱动器132连接到数字控制器电路134(也称为"控制器 134")。控制器以大部分连续的方式将数据发送到数据驱动器132,所述数据以由行或由图 像帧分组的预定序列来组织。数据驱动器132可包含串联到并联数据转换器、电平移位，且 对于一些应用，包含数/模电压转换器。
[0060] 显示设备任选地包含一组共用驱动器138,也称为共用电压源。在一些实施方案 中，共用驱动器138例如通过将电压供应到一系列共同互连件114,来将DC共用电位提供给 显示器元件阵列150内的所有显示元件。在一些其它实施方案中，共用驱动器138 (遵循来 自控制器134的命令）将电压脉冲或信号发出到显示元件阵列150,例如能够驱动和/或起 始阵列150的多个行和列中的所有显示元件的同时致动的全局致动脉冲。
[0061] 用于不同显示功能的所有驱动器（例如扫描驱动器130、数据驱动器132和共用驱 动器138)由控制器134时间同步。来自控制器的时序命令经由灯驱动器148、显示元件阵 列150内的特定行的写入启用和排序、来自数据驱动器132的电压的输出，以及用于显示元 件致动的电压的输出，来协调红色、绿色和蓝色以及白色灯（分别为140、142、144和146) 的照明。在一些实施方案中，所述灯为发光二极管（LED)。
[0062] 控制器134确定排序或寻址方案，快门108中的每一者可借助于所述方案来复位 到对新图像104合适的照明等级。可以周期性间隔来设定新图像104。举例来说，对于视频 显示器，以范围从10赫兹（Hz)到300Hz的频率来刷新视频的彩色图像104或帧。在一些 实施方案中，使图像帧到阵列150的设定与灯140、142、144和146的照明同步，使得用一系 列交替色彩（例如红色、绿色和蓝色）来照明交替图像帧。用于每一相应色彩的图像帧称 为色彩子帧。在此方法（称为场序色彩方法）中，如果色彩子帧的频率交替超过20Hz，那 么人脑将交替的帧图像平均成具有较宽且连续范围的色彩的图像的感觉。在替代实施方案 中，可在显示设备100中使用具有主要色彩的四个或四个以上灯，使用不同于红色、绿色和 蓝色的原色。
[0063] 在一些实施方案中，在显示设备100被设计成用于快门108在打开状态与关闭状 态之间的数字切换的情况下，控制器134通过时分灰度方法来形成图像，如先前所述。在一 些其它实施方案中，显示设备100可通过每像素使用多个快门108来提供灰度。
[0064] 在一些实施方案中，通过个别行（也称为扫描线）的循序寻址，控制器134将用于 图像状态104的数据加载到显示元件阵列150。对于序列中的每一行或扫描线，扫描驱动 器130将写入启用电压施加到用于阵列150的所述行的写入启用互连件110,且随后数据驱 动器132为选定行中的每一列供应对应于所要快门状态的数据电压。此过程重复，直到已 为阵列150中的所有行加载了数据为止。在一些实施方案中，用于数据加载的选定行的序 列是线性的，在阵列150中从顶部到底部进行。在一些其它实施方案中，选定行的序列是伪 随机的，以便最小化视觉假影。并且，在一些其它实施方案中，排序是由块来组织，其中对于 一块，将用于图像状态104的某一小部分的数据加载到阵列150,例如通过仅依序寻址阵列 150的每第五行。
[0065] 在一些实施方案中，用于将图像数据加载到阵列150的过程在事件上与致动阵列 150中的显示元件的过程分开。在这些实施方案中，显示元件阵列150可包含用于阵列150 中的每一显示元件的数据存储器元件，且控制矩阵可包含全局致动互连件，用于运载来自 共同驱动器138的触发器信号，以根据存储器元件中存储的数据，起始快门108的同时致 动。
[0066] 在替代实施方案中，显示元件阵列150以及控制所述显示元件的控制矩阵可以不 同于矩形行和列的配置布置。举例来说，显示元件可布置成六角形阵列或曲线行和列。一 般来说，如本文所使用，术语扫描线将指代共享写入启用互连件的任何多个显示元件。
[0067] 主机处理器122通常控制主机的操作。举例来说，主机处理器122可为用于控制 便携式电子装置的通用或专用处理器。相对于包含在主机装置120内的显示设备128,主 机处理器122输出图像数据以及关于主机的额外数据。此信息可包含来自环境传感器的数 据，例如周围光或温度；关于主机的信息，包括例如主机的操作模式或主机的电源中剩余的 电量；关于图像数据的内容的信息；关于图像数据的类型的信息；和/或供显示设备用来选 择成像模式的指令。
[0068] 用户输入模块126直接或经由主机处理器122,将用户的个人偏好传达给控制器 134。在一些实施方案中，用户输入模块126由软件控制，在所述软件中，用户编程个人偏 好，例如"较深色彩"、"较好对比度"、"较低电力"、"增加的亮度"、"运动"、"实景"或"动画"。 在一些其它实施方案中，使用硬件，例如开关或刻度盘，将这些偏好输入到主机。向控制器 134的多个数据输入指导控制器将数据提供给各种驱动器130、132、138和148,其对应于最 佳成像特征。
[0069] 也可包含环境传感器模块124,作为主机装置120的一部分。环境传感器模块124 接收关于周围环境的数据，例如温度和/或周围照明条件。可编程传感器模块124来区分 所述装置是在室内或办公室环境还是户外环境中操作，在明亮的日光下还是在夜间户外环 境下操作。传感器模块124将此信息传送到显示器控制器134,使得控制器134可响应于周 围环境而优化观看条件。
[0070] 图2A展示实例基于快门的光调制器200的透视图。基于快门的光调制器200适 合并入到图IA的直视基于MEMS的显示设备100中。光调制器200包含耦合到致动器204 的快门202。致动器204可由两个单独的顺应电极梁致动器205 ("致动器205"）形成。快 门202在一侧上耦合到致动器205。致动器205在实质上平行于表面203的运动平面内，移 动快门202横向越过表面203。快门202的相对侧耦合到弹簧207,其提供与致动器204所 施加的力相反的回复力。
[0071] 每一致动器205包含顺应负载梁206,其将快门202连接到负载锚208。负载锚 208连同顺应负载梁206 -起用作机械支撑件，使快门202保持悬挂接近于表面203。表面 203包含一个或一个以上光圈孔211，用于准许光通过。负载锚208将顺应负载梁206和快 门202物理连接到表面203,且将负载梁206电连接到偏压，在一些例子中，连接到接地。
[0072] 如果衬底是不透明的，例如硅，那么通过将孔阵列蚀刻穿过衬底204来在衬底中 形成光圈孔211。如果衬底204是透明的，例如玻璃或塑料，那么在沉积于衬底203上的遮 光材料层中形成光圈孔211。光圈孔211可为实质上圆形、椭圆型、多边形、蛇形，或形状不 规则。
[0073] 每一致动器205还包含顺应驱动梁216,其邻近每一负载梁206定位。驱动梁216 在一端耦合到驱动梁216之间共享的驱动梁锚218。每一驱动梁216的另一端自由移动。 每一驱动梁216是弯曲的，使得其在驱动梁216的自由端以及负载梁206的锚定端附近，最 接近负载梁206。
[0074] 在操作中，并入有光调制器200的显示设备经由驱动梁锚218将电位施加到驱动 梁216。可将第二电位施加到负载梁206。驱动梁216与负载梁206之间的所得电位差将 驱动梁216的自由端朝负载梁206的锚定端拉动，且将负载梁206的快门端朝驱动梁216 的锚定端拉动，从而朝驱动锚218横向驱动快门202。顺应部件206充当弹簧，使得当移除 梁206和216的电位上的电压时，负载梁206将快门202推回到其最初位置中，从而释放储 存在负载梁206中的应力。
[0075] 光调制器，例如光调制器200并入有被动回复力，例如弹簧，用于在电压已被移除 之后，使快门返回到其静止位置。其它快门组合件可并入有"打开"和"关闭"致动器的双 重集合，以及"打开"和"关闭"电极的单独集合，用于将快门移入打开或关闭状态中。
[0076] 存在多种方法，藉此可经由控制矩阵来控制快门和光圈阵列产生具有适当亮度等 级的图像，在许多情况下是移动图像。在一些情况下，借助于连接到显示器周边的驱动器电 路的行和列互连件的无源矩阵阵列来实现控制。在其它情况下，将切换和/或数据存储元 件包含在阵列（所谓的有源矩阵）的每一像素内以改进显示器的速度、亮度等级和/或电 力耗散性能是适当的
[0077] 在替代实施方案中，显示设备100包含不同于横向基于快门的光调制器（例如上 文所述的快门组合件200)的显示元件。举例来说，图2B展示实例基于滚动致动器快门的 光调制器220的横截面图。基于滚动致动器快门的光调制器220适合并入到图IA的基于 MEMS的显示设备100的替代实施方案中。滚动的基于致动器的光调制器包含可移动电极， 其安置成与固定电极相对，且偏置以在特定方向上移动，以在施加电场后充当快门。在一些 实施方案中，光调制器220包含安置在衬底228与绝缘层224之间的平面电极226,以及具 有附接到绝缘层224的固定端230的可移动电极222。在缺乏任何所施加电压的情况下， 可移动电极222的可移动端232朝固定端230自由滚动，以产生滚动转态。在电极222与 226之间施加电压致使可移动电极222展开，并平躺抵靠绝缘层224,藉此其充当阻挡光行 进穿过衬底228的快门。在移除电压之后，借助于弹性回复力，可移动电极222返回到滚动 状态。可通过将可移动电极222制造成包含各向异性应力状态，来实现朝滚动状态的偏置。
[0078] 图2C展示实例非基于快门的MEMS光调制器250的横截面图。光分接调制器250 适合并入到图IA的基于MEMS的显示设备100的替代实施方案中。光分接头根据受抑全内 反射（TIR)的原理来工作。就是说，将光252引入到光导254中，其中在无干扰的情况下， 归因于TIR，光252的大部分不能够通过其前表面或后表面从光导254逃出。光分接头250 包含分接元件256,其具有足够高的折射率，其响应于分接元件256接触光导254,撞击在光 导254的邻近分接元件256的表面上的光252通过分接元件256从光导254向观看者逃出， 从而促成图像的形成。
[0079] 在一些实施方案中，分接元件256形成为柔性透明材料的梁258的部分。电极260 涂覆梁258的一侧的若干部分。相对的电极262安置在光导254上。通过将电压施加在电 极260和262上，可控制分接元件256相对于光导254的位置，以选择性地从光导254提取 光 252。
[0080] 图2D展示实例基于电润湿的光调制阵列270的横截面图。基于电润湿的光调制 阵列270适合并入到图IA的基于MEMS的显示设备100的替代实施方案中。光调制阵列 270包含形成于光学腔274上的多个基于电润湿的光调制单元272a到272d( -般称为"单 元272"）。光调制阵列270还包含对应于单元272的一组彩色滤光片276。
[0081] 每一单元272包含水（或其它透明导电或极性流体）层278、吸光油层280、透明 电极282 (例如，由氧化铟锡（ITO)制成），以及位于吸光油层280和透明电极282之间的绝 缘层284。在本文所描述的实施方案中，电极占去单元272的后表面的一部分。
[0082] 单元272的后表面的剩余部分由形成光学腔274的前表面的反射光圈层286形 成。反射光圈层286由反射材料形成，例如反射金属或形成电媒体镜的薄膜堆叠。对于每 一单元272,在反射光圈层286中形成光圈，以允许光通过。用于所述单元的电极282沉积 在光圈中，以及形成反射光圈层286的材料上，通过另一电媒体层分离。
[0083] 光学腔274的剩余部分包含定位成接近反射光圈层286的光导288,以及在光导 288的与反射光圈层286相对的一侧上的第二反射层290。一系列光转向器291形成于光 导的后表面上，接近第二反射层。光转向器291可为漫射或镜面反射器。一个或一个以上 光源292,例如LED，将光294注入光导288中。
[0084] 在替代实施方案中，额外的透明衬底（未图示）位于光导288与光调制阵列270之 间。在此实施方案中，反射光圈层286形成于额外透明衬底上，而不是光导288的表面上。
[0085] 在操作中，将电压施加到单元（例如，单元272b或272c)的电极282致使单元中 的吸光油280聚集在单元272的一部分中。因此，吸光油280不再阻碍光穿过反射光圈层 286中所形成的光圈（例如，见单元272b和272c)。在光圈处从背光灯逃出的光接着能够穿 过所述单元且穿过所述组彩色滤光片276中的对应彩色滤光片（例如，红色、绿色或蓝色） 逃出，以形成图像中的彩色图像。当电极282接地时，吸光油280覆盖反射光圈层286中的 光圈，从而吸收任何试图穿过其中的光294。
[0086] 当将电压施加到单元272时，油280在其下面收集的区域构成与形成图像有关的 浪费空间。此区域是非透射的，不管是否施加电压。因此，在不包含反射光圈层286的反射 部分的情况下，此区域吸收原本可用来促成图像的形成的光。然而，在包含反射光圈层286 的情况下，原本将已被吸收的此光反射回到光导290中，以供未来穿过不同光圈逃出。基于 电润湿的光调制阵列270不是适合包含在本文所述的显示设备中的非基于快门的MEMS调 制器的唯一实例。在不脱离本发明的范围的情况下，可同样地通过本文所描述的控制器功 能中的各个功能来控制其它形式的非基于快门的MEMS调制器。
[0087] 图3A展示实例控制矩阵300的示意图。控制矩阵300适合控制并入到图IA的基 于MEMS的显示设备100中的光调制器。图3B展示连接到图3A的控制矩阵300的基于快门 的光调制器的实例阵列320的透视图。控制矩阵300可寻址像素阵列320 ( "阵列320"）。 每一像素301可包含受致动器303控制的弹性快