经配置以用于模拟控制的数字光调制器的制造方法_4

文档序号:9621045阅读:来源:国知局
电压。如上文所提及,在某些实施方案中,最低 数据电压可表示最高像素强度值,而最高数据电压可表示待加载到与像素电路500相关联 的像素中的最低像素强度值。在某些其它实施方案中,可实施相反情况,其中最低电压可表 示最低像素强度值,而最高数据电压可表示最高像素强度值。
[0108] 图5展示可经实施用于控制光调制器502的第二实例像素电路700。特定来说,像 素电路700可用于控制双致动器光调制器,例如图2A和2B中所示的光调制器400。像素电 路700可为控制并入有类似于光调制器502的光调制器的像素阵列的控制矩阵的部分。在 许多方面中,图5中所示的像素电路700类似于图3中所示的像素电路500。然而,像素电 路700包含用于阈值电压补偿的额外电路。
[0109] 返回参考图3的像素电路500,流动穿过作为电压控制的电流源的实例的第一放 电晶体管532的电流1&可表达为:Ids=k(Vgs-Vth)2,其中"k"为增益,"Vgs"为横跨栅极端 子和源极端子(连接到共同互连件509)的电压,且"Vth"为第一放电晶体管532的阈值电 压。因此,电流Ids的量值部分地随第一放电晶体管532的阈值电压Vth而变。在某些实施 方案中,阈值电压Vth可部分地随以下各项中的一或多者而变:温度、制作工艺(包含退火艺 和沉积艺)和用于制作晶体管的材料,以及可存在的晶体管上的任何DC偏压等,所述项中 的每一者可不可预测地变化。因此,阈值电压Vth的不可预测变化可致使电流I&的量值的 不可预测变化。如上文所提及,快门523保持处于打开状态的持续时间t。?部分地基于流 动穿过第一放电晶体管532的电流Ids的量值。因此,电流Ids的量值的不可预测变化可不 合期望地致使像素的持续时间t。?和输出光强度的不可预测变化。图5中所示的像素电路 700包含提供阈值电压补偿的电路,此导致电流1&实质上独立于第一放电晶体管532的阈 值电压Vth。
[0110] 参考图5的像素电路700,像素电路700包含用于提供阈值电压补偿的补偿晶体管 542。补偿晶体管542的栅极端子耦合到预充电互连件534,而其它两个端子中的每一者分 别耦合到第一放电晶体管532的栅极端子和漏极端子。此外,与包含p型负载保护晶体管 530的图3中所示的像素电路500相比,图5中所示的像素电路700替代地包含η型负载保 护晶体管544。此外,η型负载保护晶体管544的栅极端子耦合到设定互连件546。此外, 与其中数据存储电容器510耦合于写入启用晶体管508与共同互连件509之间的图3中所 示的像素电路500相比,像素电路700中的数据加载电路504b的数据存储电容器510替代 地耦合于写入启用晶体管508与第一放电晶体管532的栅极端子之间。
[0111] 在操作期间,预充电互连件534上的预充电电压升高。另外,设定互连件546上的 设定电压升高,且写入启用互连件507与数据互连件505两者维持处于低电压。因此,预充 电晶体管528、负载保护晶体管544和补偿晶体管542接通。此允许电流从致动电压互连件 536流动到电荷致动电压电容器526和节点A。节点A处的电压VJ#通常上升超过第一放 电晶体管532的阈值电压。随着预充电晶体管528和负载保护晶体管544两者接通,第一 放电晶体管532的接通(由于节点A处的电压上升超过第一放电晶体管532的阈值电压) 可在致动电压互连件536与共同互连件509之间造成不合期望的电流路径。为避免此状况, 共同端子509处的电压可上升为高以防止第一放电晶体管532接通。在第一输出节点520 处的电压为高时,第二致动子电路514将第二输出节点524处的电压拉动为低。因此,快门 523移动到打开状态。
[0112] 随后,设定互连件546上的设定电压降低。因此,负载保护晶体管544关断。然而, 预充电互连件534仍维持处于高电压。因此,预充电晶体管528和补偿晶体管542保持接 通。此外,共同互连件509处的电压降低以便允许第一放电晶体管接通。在节点A处的电 SVA大于第一放电晶体管532的阈值电压时,第一放电晶体管532将接通。因此,电流路径 经由补偿晶体管542和第一放电晶体管532从节点A形成到共同互连件509。因此,节点A 处的电压VA将开始下降。然而,在第一放电晶体管532由于补偿晶体管542的接通状态而 经有效二极管连接时,第一放电晶体管532将关断,只要节点A处的电压VA下降到第一放 电晶体管532的阈值电压Vth。
[0113] 操作然后继续进行以将数据电压加载于数据存储电容器510上。然而,在加载数 据电压之前,预充电互连件534和设定互连件546降低。数据电压Vdata施加到数据互连件 505且写入启用互连件507升高。因此,写入启用晶体管508接通,从而将节点B充电到数 据电压Vdata。在数据存储电容器510为浮动电容器时,节点A处的电压VA?将增加Vdata。 因此,节点A处的电压VA可由以下表达式表示:VA=Vth+Vdata。
[0114] 在数据电压VdaJm载于数据存储电容器510上之后,数据互连件505和写入启用 互连件507降低。另外,设定互连件546升高,而预充电互连件534维持处于低电压。在设 定互连件546为高时,负载保护晶体管544接通。此外,在第一放电晶体管532的栅极端子 处的电压处于大于其阈值电压的电压VJt,第一放电晶体管532也接通。在负载保护晶体 管544和第一充电晶体管532两者接通时,致动电压电容器526将开始放电。
[0115] 致动电压电容器526的放电速率取决于流动穿过第一放电晶体管532的量值。如 上文所提及,流动穿过经配置为电压控制的电流切换器的第一放电晶体管532的电流可表 达为Ids=k(Vgs-Vth)2,其中Vgs是栅极端子到源极端子电压,且Vth是第一放电晶体管532 的阈值电压。在节点A耦合到第一放电晶体管532的栅极端子时,Vgs=VA。此外,如上文 所提及,VA=Vth+Vdata,因此,流动穿过第一放电晶体管532的电流Ids的表达可由下式给出: Ids=k(Vdata+Vth-Vth)2=k(Vdata)2。电流Ids因此独立于第一放电晶体管532的阈值电压Vth。 因此,阈值电压Vth的不可预测变化不影响流动穿过第一放电晶体管532的电流。此改进控 制电流1&的精确度,所述精确度又改进显示器借以可控制快门的打开和关闭状态的持续 时间以及图像帧的每一像素的光输出的精确度。
[0116] 图6展示可经实施用于控制光调制器502的第三实例性像素电路800。特定来说, 像素电路800可用于控制双致动器光调制器,例如图2A和2B中所示的光调制器400。像 素电路800可为控制并入有光调制器(例如光调制器502)的像素阵列的控制矩阵的部分。 图6中所示的像素电路800分别与图3和5中所示的像素电路500和700类似之处在于, 像素电路800还使用模拟数据电压来控制光调制器502的状态的持续时间。然而,与控制 致动电压电容器的放电速率的像素电路500和700不同,像素电路800替代地控制为致动 电压电容器充电的速率。
[0117] 分别类似于图3和5中所示的像素电路500和700的像素电路800包含用于将数 据电压加载于数据存储电容器510上的数据加载电路504c。然而,在像素电路800中,数据 存储电容器510的一个端子親合到致动电压互连件536,而非親合到共同互连件509。
[0118] 数据加载电流504c耦合到控制光调制器502的致动电路802。具体来说,致动 电路802包含耦合到光调制器502的第一致动器516和第二致动器522的第一输出节点 (OutJ520和第二输出节点(0ut2) 524。致动电路802包含第一致动子电路804和第二致动 子电路806。第一致动子电路804耦合到数据加载电路504c、第一致动电压互连件(AQ) 805 和预充电互连件534。第二致动子电路806耦合到第一致动子电路804、第二致动电压(AC2) 互连件808和预充电互连件534。第一致动子电路804和第二致动子电路806两者还耦合 到共同互连件509。
[0119] 第一致动子电路804包含用于控制存储于致动电压电容器526上的电荷的电压控 制的充电路径和放电路径。电压控制的充电路径包含第一充电晶体管810,所述第一充电晶 体管810以基于存储于数据存储电容器510中的数据电压的量值的速率为致动电压电容器 526充电。在例如图6中所示的某些实施方案中第一充电晶体管810可为p型M0SFET。第 一充电晶体管810的源极端子耦合到第一致动电压互连件805和数据存储电容器510的一 端。第一充电晶体管810的栅极端子耦合到数据存储电容器510的另一端,而漏极端子耦 合到致动电压电容器526和第一输出节点520。放电路径包含第一放电晶体管812,第一放 电晶体管812用于使致动电压电容器526放电。放电晶体管由预充电互连件534上的预充 电电压控制。第一放电晶体管812的漏极端子和源极端子耦合到致动电压电容器526和共 同互连件509。
[0120] 第二致动子电路806还包含用于为第二输出节点524充电且使其放电的充电路径 和放电路径。第二输出节点524耦合到第二致动器522,且第二输出节点524的充电和放电 可用于控制提供到第二致动器522的电压。充电路径包含第二充电晶体管814,所述第二充 电晶体管814的一个端子耦合到第二致动电压互连件808且其另一端子耦合到第二输出节 点524。第二充电晶体管814的栅极端子耦合到预充电互连件534。放电路径包含耦合于 第二输出节点524与共同互连件509之间的第二放电晶体管816。第二放电晶体管816的 栅极端子耦合到第一致动子电路804的第一输出节点520。因此,当第一输出节点520处的 电压超过第二放电晶体管816的阈值电压时,第二放电晶体管816接通,从而允许第二输出 节点524放电。
[0121] 图7展示图6中所示的像素电路800的实例性时序图900。特定来说,时序图900 展示在两个图像帧F1和F2上的像素电路800的各个节点处的电压电平。VA" 902表示第 一致动电压互连件805上的电压,VrcH904表示预充电互连件534上的电压,906表示第 一输出节点520处的电压,VQUT2 908表示第二输出节点524处的电压,VDATA910表示数据互 连件505上的数据电压,且调制器状态612表示光调制器502的快门523的状态。第二致 动电压互连件808上的电压(未展示)通常维持为高。图7中所示的每一电压通常在高值 与低值之间摆动。但任何一个电压的高值和低值可或可不等于另一电压的高值和低值。时 序图900中的各个电压的上升和下降时间仅为说明,且可不表示这些电压的实际上升和下 降时间。
[0122] 参考图6和7两者,第一帧F1在预充电互连件534上的电压VrcH904升高且第一 致动电压互连件805上的第一致动电压VA" 902降低的时间t。处开始。第二致动电压互连 件808贯穿像素电路800的操作中维持为高。在预充电互连件534为高时,第一放电晶体 管812和第二充电晶体管814接通。因此,第一输出节点520上的电压VQUT1 906降低,且第 二输出节点524上的电压V。^升高。在第二致动器522上的电压为高时,快门523移动到 关闭状态。数据电压VDATA1 910施加到数据互连件505且写入启用互连件507升高。因此, 数据电压VDATA1经加载到数据加载电容器510上。在将数据电压VDATA1加载到数据加载电容 器510上时,写入启用互连件507和数据互连件505降低。
[0123] 在时间^处,第一致动电压互连件805上的第一致动电压Vm升高,且预充电互 连件534上的电压预充电电压VPeH904降低。因此,第一放电晶体管812和第二充电晶体管 814关断。数据电压VDATA1横跨充当电压控制的电流源的第一充电晶体管810的栅极端子和 漏极端子施加。即,流动穿过第一充电晶体管810的电流的量值随数据电压VDATA1而变。此 外,横跨致动电压电容器526的电压的增加的速率部分地取决于流动穿过第一充电晶 体管810的电流的量值。
[0124] 在电压V_ 906增加时,其在时间t2处上升超过第二放电晶体管816的阈值电压 916。因此,第二放电晶体管816将第二输出节点524接通并使其放电且使电压V_ 908到 低电平。电压在时间13处继续上升且达到足以致动第一致动器516的致动电压914。 因此,快门523移动到打开状态912。
[0125] 在时间t4处帧F1结束时,像素电路800处于类似于其在时间t。处的状态的状态。 具体来说,预充电互连件534上的电压VrcH904升高且第一致动电压互连件805上的第一致 动电压VAC1 902降低。因此,快门523返回到关闭状态912。在快门523保持处于打开状态 中的帧F1期间的持续时间由持续时间t。?i指示。
[0126] 在帧F2期间,大于在第一帧F1期间加载的数据电压VDATA1的数据电压VDATA2由数 据加载电路504c加载。在时间丨5处,像素电路800处于类似于其在上文所论述时间t 的状态的状态。即,第一致动电压互连件805上的第一致动电压VAa升高,且预充电互连件 534上的电压预充电电压VrcH904降低。由于在帧F2期间加载的数据电压VDATA2大于在帧F1 期间加载的数据电压VDATA1,所以在帧F2期间以相对较快速速率为致动电压电容器526充 电。因此,从电压Vmn开始上升的时间15到快门523移动到打开状态中的时间16的持续时 间t_ 2相对大于在帧F1期间的持续时间t_i。最终,在时间〖7处,帧F2的持续时间结 束且像素电路800处于其中可加载随后帧的数据电压的状态。因此,如图7中所示,光调制 器维持处于特定状态的持续时间可通过控制数据电压的量值来控制。
[0127] 图8展示实例性控制矩阵1000的示意图。控制矩阵1000适于控制并入到图1A 的基于MEMS的显示设备100中的光调制器。控制矩阵1000可寻址像素阵列1002。每一 像素1002可包含光调制器1004,例如图2A和2B的双致动器快门组合件400或图3中所 示的光调制器502。每一像素1002还可包含像素电路1006,例如图3的像素电路500。此 外,控制矩阵1000还可适于分别利用图5和6中所示的像素电路700或像素电路800。举 例来说,控制矩阵1000可包含类似于像素电路700的设定互连件546的额外设定互连件; 或包含类似于像素电路800的第二致动电压互连件808的第二致动电压互连件。虽然图8 展示仅具有两行和两列像素1002的控制矩阵1000,但应理解,控制矩阵1000可包含额外行 和列的像素1002。
[0128] 控制矩阵1000包含用于控制矩阵1000中的每一像素1002行的写入启用互连件 (WEI) 1008和用于控制矩阵1000中的每一像素1002列的数据互连件(DI) 1010。图3中所 示的写入启用互连件507和数据互连件505是此些互连件的实例。每一写入启用互连件 1008将写入启用电压源电连接到对应像素1002行中的像素1002。每一数据互连件1010 将数据电压源电连接到对应像素1002列中的像素1002。
[0129] 控制矩阵1000还包含为控制矩阵1000的多个行和多个列中的像素1002所共有 的互连件。在某些实施方案中,互连件是控制矩阵1000的全部行和列中的像素1002所共 有。控制矩阵1000包含致动互连件(AC) 1012、预充电互连件(PCH) 1014、共同或接地互连 件(COM) 1016和快门互连件(SH) 1018。在某些实施方案中,图3中所示的致动电压互连件 536、预充电互连件534、共同互连件509和快门互连件525分别是致动互连件1012、预充电 互连件1014、共同或接地互连件1016和快门互连件10
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