专利名称：微型机电器件的选择性更新的制作方法
技术领域：
本发明涉及静电控制的微型机电系统(MEMS)器件，更具体地说，涉及选择性地更新控制数据的方案，MEMS器件的可变工作特性基于所述控制数据。
背景技术：
电荷和/或电压控制的微型机电系统(MEMS)器件常配置成用来完成具体任务的阵列。利用MEMS阵列的器件实例包括用于显示图像的光调制器阵列、微音器、扬声器、光扫描器以及加速度计。一般来说，所述阵列的每个MEMS器件在阵列的每个更新周期中都配备有更新的控制数据。例如，在投影装置中光调制器阵列的数据更新方案通常都涉及关于每一帧被显示图像的、阵列中每个MEMS器件的更新的帧数据。
当MEMS阵列是由单个MEMS器件的行和列形成时通常采用的一种控制数据更新方案涉及将控制数据写到阵列的每一列(或行)，然后对所选行(或列)的所有MEMS器件进行更新。此过程对每一行依次进行，以便在给定的更新周期更新阵列的每个MEMS器件。
但是，阵列中给定MEMS器件的控制数据从一个更新周期到下一个更新周期常常并不改变。对于采用电荷控制的MEMS器件阵列，例如采用利用可变电容器调制光的基于衍射的数字光器件(DLD)的光调制器阵列，每个更新周期都要求根据前一个更新周期的控制数据从MEMS器件中排空电荷，以便将MEMS器件置于已知的电荷状态，然后再根据当前更新周期的控制数据加上适当的电荷。当采用这种更新方案时，即使控制数据以及电荷电平，从一个更新周期到下一个更新周期并无改变，但MEMS器件也先要放电，然后再充电。同理，当控制数据从一个更新周期到下一个更新周期并无改变时，电压控制的MEMS器件也要用同样的电压电平“再写入”。
从一个更新周期到下一更新周期用完全同样的数据来更新MEMS器件会使MEMS器件过分耗损，导致器件早期失效，例如在光调制器阵列中反射光的色彩/强度的改变等。而且，当MEMS阵列是用于显示图像的光调制器阵列时，这种更新对于观众会产生不需要的可见的人为痕迹。
发明内容
本发明的一个方面是提供一种数据控制器，用于控制具有基于控制数据的可变工作特性的静电控制的微型机电系统(MEMS)器件。所述数据控制器包括数据比较器和更新电路。数据比较器配置成接收当前更新周期的控制数据，将当前更新周期的控制数据与MEMS器件的可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据加以比较，并在当前更新周期的控制数据基本上等于前一更新周期的控制数据时提供具有第一状态的更新信号。更新电路配置成接收当前更新周期的控制数据，接收更新信号，并将当前更新周期的控制数据提供给MEMS器件，其中，当更新信号处于第一状态时，更新电路不向MEMS器件提供当前更新周期的控制数据。
图1是说明根据本发明的微型机电系统的示范实施例的示意图。
图2是说明电荷控制电路的示范实施例的示意图。
图3是说明根据本发明的光调制阵列的示范实施例的示意图。
具体实施例方式
在以下对优选实施例的详细说明中，要参阅构成本发明一部分的附图，附图中用图示的方法示出了可以实施本发明的具体实施例。应理解可以采用其它实施例，并可进行结构和逻辑的改变而不背离本发明的范围。所以，以下的详细说明不应理解为限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。
图1是说明根据本发明的微型机电系统30的示范实施例的方框图。微型机电系统30包括数据控制器32和静电控制的微型机电系统(MEMS)器件34，其可变工作特性必要时可根据控制数据而改变以完成所需的任务。数据控制器32还包括数据比较器36和更新电路38。在一个实施例中，MEMS器件34和更新电路38组合在一起，形成微型机电单元40。
数据比较器36配置成经由路径42接收当前更新周期的控制数据。数据比较器36将当前更新周期的控制数据与MEMS器件的可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据加以比较，并在当前更新周期的控制数据基本上等于前一更新周期的控制数据时提供具有第一状态的更新信号，在当前更新周期的控制数据显著地不等于前一更新周期的控制数据时提供具有第二状态的更新信号。
在一个实施例中，如果当前工作周期的控制数据在前一更新周期的控制数据的预定范围之内，则当前更新周期的控制数据就基本上等于前一更新周期的控制数据。在一个实施例中，数据比较器还包括存储器44，它存储MEMS器件的可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据。在一个实施例中，在当前更新周期的控制数据显著地不等于可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据时，可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据被当前更新周期的控制数据取代。
更新电路38经由路径46接收当前更新周期的控制数据，经由路径48接收更新信号，并配置成经由路径50向MEMS器件34提供当前更新周期的控制数据，使MEMS34更新，以使可变工作特性基于当前更新周期的控制数据。当更新信号具有第一状态时，更新电路38不向MEMS器件34提供当前更新周期的控制数据，这样，MEMS器件34的可变工作特性继续基于前一更新周期的控制数据。
在一个实施例中，更新电路38还经由路径52接收启动信号，所述启动信号表示什么时候要用当前更新周期的控制数据更新MEMS器件。根据所述实施例，在更新信号具有第一状态或启动信号表示MEMS器件不用更新时，更新电路38不向MEMS器件34提供当前更新周期的控制数据。
采用数据控制器32选择性地用控制数据更新MEMS器件34，在当前更新周期的控制数据基本上等于可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据时，就不用当前更新周期的控制数据更新MEMS器件34，这样微型机电系统30就减少了MEMS器件被更新的类型数量。结果，MEMS器件34的工作磨耗就比较少，于是提高了MEMS器件34的预期工作寿命，且改善了MEMS器件34的性能相对于时间的稳定性。
在一个实施例中，微型机电系统30是用于对光进行调制的显示器系统。在所述实施例中，MEMS器件34是电荷控制的MEMS器件，它配置成对光进行调制以便根据存储的电荷至少部分地显示可显示图像的像素，其中，所存储的电荷基于经由路径42所接收的可显示图像的帧数据。在一个实施例中，光调制器件34是基于衍射的数字光器件(DLD)，如与本申请同时提交的、题目为“光学干涉显示器件(Optical Interference Display Device)”系列号“未指定”(AttorneyDocket No.10016895-1)的上述美国专利申请所公开的。在一个实施例中，光调制器件34和更新电路38一起形成光调制单元40。
数据比较器36配置成经由路径34接收可显示图像当前帧的帧数据，而MEMMS器件34目前所存储的电荷是基于可显示图像前一帧的帧数据。数据比较器36将当前帧的帧数据与目前所存储的电荷所基于的前一帧的帧数据加以比较，并在当前帧的帧数据基本上等于前一帧的帧数据时提供具有第一状态的更新信号，而在当前帧的帧数据显著地不等于前一帧的帧数据时提供具有第二状态的更新信号。在一个实施例中，帧数据是电压信号，所述电压电平加到MEMS器件上以改变存储的电荷。
在一个实施例中，当前帧的帧数据在前一帧的帧数据预定范围内时，当前帧的帧数据基本上等于前一帧的帧数据。在一个实施例中，数据比较器36还包括存储器44，存储器44存储MEMS器件的存储电荷目前所基于的前一帧的帧数据。在一个实施例中，在当前帧的帧数据显著地不等于存储电荷目前所基于的前一帧的帧数据时，存储电荷目前所基于的前一帧的帧数据被当前帧的帧数据取代。
更新电路38经由路径46接收当前帧的帧数据，经由路径48接收更新信号，并配置成经由路径50向MEMS器件34提供当前帧的帧数据，从而更新MEMS34，使得存储电荷基于当前帧的帧数据。当更新信号具有第一状态时，更新电路38不向MEMS器件34提供当前帧的帧数据，这样MEMS器件34的存储电荷继续基于前一帧的帧数据。
在一个实施例中，更新电路38还经由路径52接收启动信号，所述启动信号表示什么时候用当前帧的帧数据更新MEMS器件。根据所述实施例，在更新信号具有第一状态或启动信号表示MEMS器件不用更新时，更新电路38不向MEMS器件34提供当前帧的帧数据。
采用数据控制器32选择性地据更新光调制MEMS器件34，在当前帧的帧数据基本上等于存储电荷所基于的前一帧的帧数据时，MEMS器件34就不用当前帧的帧数据更新，这样，光调制系统30减少了可见的人为痕迹的潜在可能性。此外，光调制MEMS器件34还将较少更新。这样，光调制系统30减少了光调制MEMS器件34的工作磨耗，于是提高了光调制MEMS器件34的预期工作寿命，且改善了性能相对于时间的稳定性。
图2是说明根据本发明的更新电路38的一个实施例的方框图60。更新电路38包括第一开关62和第二开关64。在一个实施例中，第一开关62是P-沟道金属氧化物半导体(PMOS)器件，具有栅极66，漏极68和源极70。在一个实施例中，第二开关64是PMOS器件，具有栅极72，漏极74和源极76。
第一开关62经由路径46在漏极68接收当前更新周期的控制数据，经由路径52在栅极66接收启动信号。源极70经由路径78连接到开关64的漏极74。第二开关64配置成在漏极74经由路径78接收来自第一开关62的控制数据，经由路径48在栅极72接收更新信号，并配置成经由路径50在源极76向MEMS器件34提供控制数据。
更新电路38配置成向MEMS器件34提供当前更新周期的控制数据，如下所述。当启动信号处于“低”电平，表示MEMS器件34需用当前更新周期的控制数据更新时，PMOS器件62导通，将控制数据经由路径78提供给PMOS器件64。当启动信号处于“高”电平时，PMOS器件“断开”，当前更新周期的控制数据就不能传送到PMOS器件64，也就不能传送到MEMS器件34。
在当前更新周期的控制数据显著地不等于MEMS器件34的可变工作特性目前所基于的控制数据时，更新信号处于“低”电平，使PMOS64导通并将当前更新周期的控制数据提供PMOS器件64，此时PMOS器件62也是导通的。在当前更新周期的控制数据基本上等于MEMS器件34的可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据时，更新信号处于“高”电平，使PMOS器件64断开，这样，不论PMOS器件62是导通或断开，当前更新周期的控制数据都不能经由路径50传送到MEMS器件34。
这样，仅当启动信号表示MEMS器件34需用当前更新周期的控制数据更新，且当前更新周期的控制数据显著地不等于MEMS器件34的可变工作特性目前所基于的控制数据时，更新电路38才将当前更新周期的控制数据提供给MEMS器件34。
图3是说明根据本发明的光调制阵列90的示范实施例的方框图。光调制阵列90包括光调制单元40的M行和N列的阵列以及数据比较器92。阵列中每个光调制单元40包括电荷控制的光调制MEMS器件34和更新电路38。每个光调制单元40配置成根据存储的电荷至少部分地显示可显示图像的像素，其中，存储的电荷基于可显示图像的帧数据。
阵列中M行中每一行接收单独的启动信号94，共计M个启动信号，而给定行的所有更新电路38接收同一启动信号。阵列中N列中每一列接收包含可显示图像的当前帧的帧数据的单独帧数据信号96，共计N个帧数据信号。在一个实施例中，帧数据信号是电压信号，所述信号的电压电平加在MEMS器件34上以改变存储的电荷，从而改变MEMS器件34的光学特性。数据比较器92接收可显示图像的当前帧的帧数据信号并提供N个光学信号，即，向阵列中的每一列提供一个更新信号。
从可显示图像的一个帧另一个帧地更新光调制阵列90，以反映可显示图像的变化。在一个实施例中，光调制阵列90以逐行的方式被更新。按照此方案，借助以96表示的帧数据信号“0”到“n-1”把可显示图像的当前帧的帧数据提供给阵列中N列的每一列。然后具有第一状态的启动信号被提供给阵列中的给定行，即，M行中待更新的第一行，其中第一状态表示给定行中每一个MEMS器件34都要用与当前帧关联的帧数据来更新。换句话说，启动信号使给定行能被更新。在一个实施例中，光调制阵列90以顺序方式被更新，从“0”行开始，以“(m-1)”行结束，其中首先提供第一状态的启动信号“0”。
数据比较器92把当前帧的N个帧数据信号中每个信号的帧数据与被启动行中相应MEMS器件34的存储电荷目前所基于的前一帧数据信号的帧数据加以比较。然后数据比较器92提供N个更新信号，即向N列中的每一列提供一个更新信号。如果给定列的当前帧的帧数据基本上等于相应的MEMS器件34的存储电荷目前所基于的前一帧的帧数据，则数据比较器提供具有第一状态的更新信号。如果给定列的当前帧的帧数据显著地不等于相应的MEMS器件34的存储电荷目前所基于的前一帧的帧数据，则数据比较器提供具有第二状态的更新信号。
当给定列的更新信号具有第一状态时，被启动行的光调制单元40的更新电路不向相应的MEMS器件34提供当前帧的帧数据，使得MEMS器件34的存储电荷继续基于前一帧的帧数据。当给定列的更新信号具有第二状态时，被启动行的光调制单元40的更新电路向相应的MEMS器件34提供当前帧的帧数据，使得MEMS器件34的存储电荷更新为基于当前帧的帧数据。这样，对于被启动的给定行，只有当前帧的帧数据显著地不等于MEMS器件34的存储电荷目前所基于的帧数据的那些光调制单元40的MEMS器件34，才用可显示图像当前帧的帧数据将其更新。此过程反复进行，直到可显示图像当前帧的帧数据已被加到光调制阵列90的N行中的每一行。
由于选择性地仅更新当前帧的帧数据显著地不等于MEMS器件34的存储电荷目前所基于的前一帧的帧数据的那些光调制单元40的MEMS器件34，所以光调制阵列90减少了可见的人为痕迹的可能性。相应地，光调制MEMS器件34亦会较少被更新。这样，光调制阵列90减少了光调制MEMS器件34的工作磨耗，于是提高了光调制MEMS器件34的预期工作寿命，且改善了性能相对于时间的稳定性。
虽然为了说明优选实施例，在本文中说明并图示了一些具体实施例，但本专业的技术人员应理解，有各种各样的替代的和/或等效的实施方案可以用来代替所示和说明的具体实施例而不会背离本发明的范围。具有化学、机械、机电、电气和电脑等技术的人很易理解本发明可以用许多不同的实施例来实现。本申请应理解为覆盖对上述优选实施例的任何修改和变动。所以，应明确说明本发明仅由所附权利要求书及其等效物所限制。
权利要求
1.一种微型机电系统(30)，它包括静电控制的微型机电系统器件(34)，所述微型机电系统器件具有基于控制数据的可变工作特性；以及数据控制器(32)，所述数据控制器包括数据比较器(36)，它配置成接收当前更新周期的控制数据，将所述当前更新周期的控制数据与所述微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据加以比较，并且当所述当前更新周期的控制数据基本上等于所述前一更新周期的控制数据时提供具有第一状态的更新信号；以及更新电路(38)，它配置成接收所述当前更新周期的控制数据，接收所述更新信号，并将所述当前更新周期的控制数据提供给所述微型机电系统器件，其中，当所述更新信号处于所述第一状态时，所述更新电路不向所述微型机电系统器件提供所述当前更新周期的控制数据。
2.如权利要求1所述的微型机电系统，其特点在于所述数据比较器配置成当所述当前更新周期的控制数据处于所述前一更新周期的控制数据范围之内时，所述数据比较电路提供具有所述第一状态的更新信号。
3.如权利要求1所述的微型机电系统，其特点在于所述数据比较器还包括存储器(44)，用于存储所述微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的所述前一更新周期的控制数据，其中，当所述当前更新周期的控制数据显著地不等于所述前一更新周期的控制数据时，存储在所述存储器中的所述前一更新周期的控制数据被所述当前更新周期的控制数据取代。
4.如权利要求1所述的微型机电系统，其特点在于所述更新电路还配置成接收启动信号，所述启动信号的第一状态表示什么时候将所述当前更新周期的控制数据提供给所述微型机电系统器件，所述启动信号的第二状态表示什么时候不将所述当前更新周期的控制数据提供给所述微型机电系统器件，其中，当所述启动信号具有第二状态时，所述更新电路不向所述微型机电系统器件提供所述当前更新周期的控制数据。
5.如权利要求4所述的微型机电系统，其特点在于所述更新电路包括第一开关(62)，它配置成接收所述控制数据和所述启动信号，并提供所述控制数据，其中，当所述启动信号具有所述第二状态时所述第一开关不提供所述控制数据；以及第二开关(64)，它配置成接收来自所述第一开关的所述控制数据和所述更新信号，并向所述微型机电系统器件提供所述控制数据，其中，当所述启动信号具有所述第一状态时所述第二开关不向微型机电系统器件提供所述控制数据。
6.如权利要求1所述的微型机电系统，其特点在于所述微型机电系统器件包括电荷控制的微型机电系统器件，它配置成对光进行调制以便至少部分地显示可显示图像的像素，其中，所述可变工作特性包括在可变电容器上的存储电荷，并且所述控制数据包括代表所述可显示图像的帧数据。
7.如权利要求1所述的微型机电系统，其特点在于所述微型机电系统器件和所述更新电路一起形成光调制单元。
8.如权利要求1所述的微型机电系统，其特点在于所述更新电路和和所述微型机电系统器件一起形成微型机电单元(40)。
9.如权利要求8所述的微型机电系统，其特点在于所述微型机电系统包括配置成完成一定任务的微型机电单元(40)的M行乘N列的阵列(90)，其中，所述数据比较器(92)配置成把所述阵列的每个单元的所述当前更新周期的控制数据与所述单元的所述可变工作特性目前所基于的前一更新周期的帧数据进行比较，并且当所述当前更新周期的控制数据基本上等于所述可变工作特性目前所基于的所述前一更新周期的控制数据时向所述阵列的每个单元提供所述具有第一状态的更新信号。
10.如权利要求9所述的微型机电系统，其特点在于所述数据比较器还包括存储器(100)，用于为所述阵列的每个微型机电单元存储微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的所述前一更新周期的所述控制数据，其中，对于每个光调制单元，当所述当前更新周期的控制数据显著地不等于所述前一更新周期的控制数据时，存储在所述存储器中的所述前一更新周期的控制数据被所述当前更新周期的控制数据取代。
11.如权利要求9所述的微型机电系统，其特点在于所述阵列的每个微型机电单元包括光调制单元，其中，所述可变工作特性包括存储的电荷，并配置成根据所述存储的电荷至少部分地显示图像的像素，其中，所述控制数据包括代表所述图像的帧数据(96)，并且所述存储的电荷基于所述帧数据。
12.一种更新用于静电控制的微型机电系统器件(34)的控制数据的方法，所述微型机电系统器件具有基于所述控制数据的可变工作特性，所述方法包括接收当前更新周期的控制数据；将所述当前更新周期的控制数据与所述微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据进行比较；仅当所述当前更新周期的控制数据显著地不等于所述微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据时才用所述当前更新周期的控制数据更新所述微型机电系统器件，以便把所述微型机电系统器件的所述可变工作特性改变为反映所述当前更新周期的所述控制数据。
13.如权利要求12所述的方法，其特点在于还包括将所述微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据存储在存储器中；以及当所述当前更新周期的控制数据显著地不等于存储在存储器中的前一更新周期的控制数据时，用所述当前更新周期的控制数据取代存储在存储器中的所述前一更新周期的控制数据。
14.如权利要求13所述的方法，其特点在于还包括接收表示何时应将所述当前更新周期的所述控制数据提供给所述微型机电系统器件的启动信号；以及仅当所述启动信号表示要用所述当前更新周期的控制数据来更新所述微型机电系统器件并且所述当前更新周期的控制数据显著地不等于所述微型机电系统器件的所述可变工作特性目前所基于的所述前一更新周期的控制数据时，才用所述当前更新周期的控制数据更新所述微型机电系统器件。
全文摘要
本发明提供一种微型机电系统(30)，它包括具有基于控制数据的可变工作特性的静电控制的微型机电系统(MEMS)器件(34)和数据控制器(32)。数据控制器还包括数据比较器(36)和更新电路(38)。数据比较器配置成接收当前更新周期的控制数据，将当前更新周期的控制数据与MEMS器件的可变工作特性目前所基于的前一更新周期的控制数据加以比较，并在当前更新周期的控制数据基本上等于前一更新周期的控制数据时提供具有第一状态的更新信号。更新电路配置成接收当前更新周期的控制数据，接收更新信号，并将当前更新周期的控制数据提供给MEMS器件，其中，当更新信号处于第一状态时，更新电路不向MEMS器件提供当前更新周期的控制数据。
文档编号G02B26/08GK1542885SQ20041000358
公开日2004年11月3日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年4月30日
发明者E·T·马丁, A·L·范布罗克林, A·L·戈泽尔, E T 马丁, 戈泽尔, 范布罗克林 申请人:惠普开发有限公司