激活mems显示元件的系统及方法

专利名称：激活mems显示元件的系统及方法
技术领域：
背景技术：
微机电系统(MEMS)包含微机械元件、激活器及电子元件。微机械元件可使用 沉积、蚀刻或其他可蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成 电和机电装置的微型机加工工艺而形成。 一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制 器。如本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指一种使用光学干扰原 理有选择地吸收及/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包括一对导电 薄板，其一个或两个均可以整体或部分地是透明及/或反射性的，且能够在应用适合的 电信号时相对移动。在特定实施例中， 一个薄板可包括沉积在衬底上的固定层，且另 一薄板可包括与所述固定层以空气间隙间隔开的金属膜。如本文中更详细描述， 一个 薄板相对于另一薄板的位置可改变所述干涉式调制器上入射光的光学干扰。这种装置 具有广泛的应用范围，且在所属技术领域中，利用及/或修改这些类型的装置的特性以 便使其特征可用于改进现有产品并形成尚未开发出来的新产品将是有益的。

发明内容
本发明的系统、方法及装置分别具有数个方面，其任一单个方面均不唯一地负责 其期望属性。下文将在不限定本发明范围的情况下简要论述其更显著特征。在考虑这 一论述且特别是在阅读名称为"某些实施例的详细说明"部分后，我们将理解本发明 的特征如何提供与其他显示装置相比的优势。
在一个实施例中，本发明提供一种方法，所述方法用以将图像数据写入包括呈现
两种不同状态的像素的显示阵列。所述方法包含将多个图像数据行连续写入显示阵列 的所选行，所述多个图像数据行对应于正被连续写入所述阵列的多个图像数据帧中所 述行的图像数据。在将所述多个图像数据行的第一部分的每一行写入所选行之前，将 大致所有像素置于第一状态。在将所述多个图像数据行的第二个不同部分的每一行写 入所选行之前，将大致所有像素置于第二状态。
在另一实施例中，显示设备包含显示阵列，其包括呈现两种不同状态的显示元 件；及驱动器电路，其经配置以将图像数据行写入所述显示阵列的至少一行。所述驱 动器电路进一步经配置以从在将一行图像数据写入所述行之前将要执行一组至少两个 预写入操作中进行选择。第一个预写入操作将所述行中的大致所有显示元件置于第一
状态。第二个预写入操作将大致所有显示元件置于第二状态。
在另一实施例中，显示设备包含用于显示像素阵列上的图像数据的装置，及用于 将图像数据行写入所述显示装置的至少一行的装置。所述设备进一步包含用于从在将 一行图像数据写入所述行之前将要执行的一组至少两个预写入操作中进行选择的装 置。第一预写入操作将所述行中的大致所有显示元件置于第一状态，且第二预写入操 作将大致所有显示元件置于第二状态。


图1是描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等轴视图，其中第一干 涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于 激活位置。
图2是图解说明包含3x3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统方 块图。
图3是图1所示干涉式调制器的一个实例性实施例的可移动镜面位置对所施加电 压的图式。
图4是一组可用于驱动干涉式调制器显示器的行和列电压的图解说明。
图5A及图5B图解说明可用于将显示数据帧写入图2所示3x3干涉式调制器显 示器的行和列信号的 一个实例性时序图。
图6A及6B是系统方块图，其图解说明包括多个千涉式调制器的视觉显示装置 的实施例。
图7A是图1所示装置的剖面图。
图7B是干涉式调制器的替代实施例的剖面图。
图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的剖面图。
图7D是干涉式调制器的再一替代实施例的剖面图。
图7E是干涉式调制器的又一替代实施例的剖面图。
图8是可用于本发明的一个实施例中的行和列信号的实例性时序图。
图9是根据本发明的一个实施例的显示系统的方块图。
图10是在将数据写入行之前激活或清除所述行的像素的双行选通的实例性时序图。
具体实施例方式
下述详细说明是针对本发明的某些具体实施例。然而，本发明可以多种不同方式 来实施。在本说明中，参照其中使用相同的编号指定相同部件的附图。根据以下说明 将显而易见，所述实施例可实施于任一经配置以显示图像(无论是动态图像(例如视 频)还是静态图像(例如静止图像)，且无论是文字图像还是图片图像)的装置中。更
具体来说，本发明涵盖本发明的实施例可在例如(但不限于)以下众多电子装置中 实施或与所述电子装置相关联移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式 计算机或可携式计算机、GPS接收机/导航器、照相机、MP3播放器、摄像放像机、游 戏控制台、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显 示器(例如里程表显示器等)、驾驶舱控制装置及,'或显示器、照相机景物显示器(例 如车辆的后视照相机显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包
装及美学结构(例如一件珠宝上的图像显示器)。与本文所述MESE装置具有类似结 构的MEMS装置也可用于非显示应用，例如用于电子交换装置。
如本文所述，驱动显示器以显示数据的有利方法可帮助改进显示器的使用寿命及 性能。在某些实施例中，在将数据写入显示器之前清除或激活其像素。
图1中图解说明一种包括干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。 在这些装置中，像素处于亮或暗状态。在亮("on (开)"或"叩en (打开)")状态下， 显示元件将入射可见光的大部分反射到用户。在处于暗("关(off)"或"closed (关 闭)")状态下，显示元件几乎不向用户反射入射可见光。依据实施例，可反转"开" 和"关"状态的光反射属性。MEMS像素可经配置以主要在所选色彩下发生反射，以 允许除黑色和白色之外还可以进行彩色显示。
图1是描绘视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等轴视图，其中每个像 素均包括一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，干涉式调制器显示器包括由这些 干涉式调制器构成的行/列阵列。每个干涉式调制器包含一对反射层，其定位成彼此相 距可变且可控的距离，以形成具有至少一个可变尺寸的光学谐振腔。在一个实施例中， 其中一个反射层可在两个位置之间移动。在本文中称为松弛位置的第一位置中，所述 可移动反射层定位于与固定的局部反射层相距相对大距离处。在本文中称为激活位置 的第二位置中，可移动反射层定位于与局部反射层更紧密邻近处。依据可移动反射层 的位置，从所述两个层反射的入射光会以相长或相消的方式干涉，从而产生各像素的 总体反射或非反射状态。
图1中描绘的像素阵列部分包含两个相邻的干涉式调制器12a和12b。在左侧的 干涉式调制器12a中，图解说明处于松弛位置处的可移动反射层14a，所述松弛位置 与包含局部反射层的光学堆栈16a相距一预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中， 图解说明处于与光学堆栈16b相邻的激活位置处的可移动反射层14b。
本文中所引用的光学堆栈16a及16b (统称为光学堆栈16)通常由数个熔接的层 构成，其可包含电极层(例如氧化铟锡(ITO))、局部反射层(例如铬)、及透明电介 质。光学堆栈16因此具有导电性、局部透明性及局部反射性，且可(例如)通过将上 述各层中的一个或多个层沉积到透明衬底20上来制造。在某些实施例中，所述层被图 案化为平行条带，且可形成如下文进一步描述的显示装置中的行电极。可移动反射层 14a、 14b可形成一系列由沉积于支柱18顶部上的一个或多个沉积金属层(与行电极 16a、 16b正交)及沉积于支柱18之间的中间牺牲材料所构成的平行条带。在牺牲材
料被蚀刻掉时，可移动反射层14a、 14b与光学堆栈16a、 16b相隔经界定的间隙19。 反射层14可使用具有高度导电性及反射性的材料(例如铝)，且这些条带可形成显示 装置中的列电极。
如图1中的像素12a所示，在不施加电压的情形下，腔19保持位于可移动反射 层14a与光学堆栈16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态。然而，在向 所选的行和列施加电位差之后，在对应像素处的行和列电极相交处形成的电容器变成 充电状态，且静电力将这些电极拉到一起。如果所述电压足够高，则可移动反射层14 会变形且被迫抵住光学堆栈16。如图1中右侧的像素12b所示，光学堆栈16中的介 电层(在这个图中未显示)可防止短路并控制层14与16之间的间隔距离。无论所施 加的电位差的极性如何，所述行为均相同。这样，可控制反射性对非反射性像素状态 的行/列激活在许多方面与传统的LCD及其他显示技术中所使用的行/列激活相似。
图2-5图解说明一种用于在显示应用中使用干涉式调制器阵列的实例性方法及系统。
图2是图解说明可涵盖本发明各方面的电子装置的一个实施例的系统方块图。在 所述实例性实施例中，所述电子装置包含处理器21，所述处理器21可以是任何通用 单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、 Pentium 、 Pentium II 、 PentiumIII 、 Pentium IV 、 Pentium Pro、 8051、 MIPS 、 PowerPC , ALPHA 、或例如数字信号处理器、 微控制器或可编程门阵列等任何专用微处理器，。如所属技术领域中的常规，处理器 21可经配置以执行一个或多个软件模块。除执行操作系统外，所述处理器还可经配置 以执行一个或多个软件应用程序，其包含网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序 或任何其他软件应用程序。
在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中， 阵列驱动器22包含向面板或显示阵列(显示器)30提供信号的行驱动电路24及列驱 动电路26。图1所示阵列的剖面在图2中以线1-1显示。对于MEMS干涉式调制器， 所述行/列激活协议可利用图3所示的这些装置的滞后性质。例如，其可能需要10伏 的电位差来引起可移动层从松弛状态到激活状态的变形。然而，在所述电压从所述值 降低时，在所述电压降回到10伏以下时，所述可移动层将保持其状态。在图3所示的 实例性实施例中，可移动层在电压降低到2伏以下之前不会完全松弛。因此，在图3 所示实例中，存在大约3-7伏的电压范围，在所述电压范围内存在其中所述装置稳定 在松弛或激活状态的所施加电压窗口。在本文中将这种窗口称为"滞后窗口"或"稳 定性窗口"。对于具有图3所示滞后特性的显示阵列来说，行/列激活协议可经设计以 便在行选通期间，对经选通的行中将要激活的像素施加约10伏的电压差，并对将要松 弛的像素施加接近O伏的电压差。在选通之后，向像素施加约5伏的稳态电压差，以 使其保持在列选通使其所处的任何状态。在这一实例中，在被写入之后，每个像素均
承受处于3-7伏"稳定性窗口"内的电位差。这一特征使图1所示的像素设计在相同 的施加电压条件下稳定在预存的激活状态或松弛状态。由于干涉调制器的每个像素无
论是处于激活状态还是松弛状态，实质上均为由所述固定反射层及移动反射层所形成 的电容器，因此，可以所述滞后窗口内的电压保持这种稳定状态而几乎不消耗功率。 如果所施加的电位恒定，则基本上没有电流流入像素。
在典型应用中，可通过根据第一行中所期望的一组激活像素确定一组列电极来形 成显示帧。随后将行脉冲施加到行1电极，以激活对应于所确定列线的像素。随后， 改变所确定的一组列电极以使其与第二行中所期望的一组激活像素对应。此后，将脉
冲施加到行2电极，以根据所确定的列电极来激活第2行中的适合像素。行1像素不 受行2脉冲的影响，且保持其在行1脉冲期间被设定的状态。可以依序方式对整个系 列的行重复这一步骤，以产生所述帧。 一般来说，通过以某一所期望的每秒帧数连续 重复这一过程来使用新显示数据刷新及/或更新所述帧。还熟知且可结合本发明一起使 用各种用于驱动像素阵列的行和列电极以产生显示帧的协议。
图4及5显示一种用于在图2所示的3x3阵列上形成显示帧的可能的激活协议。 图4显示一组可用于使像素呈现图3所示滞后曲线的可能的列及行电压电平。在图4 的实施例中，激活像素包含将相应的列设定到-VbiM，并将适合的行设定到+AV，其可
分别对应于-5伏及+5伏。使像素松弛则是通过将适合的列设定到+Vbias并将适合的行
设定到相同的+AV以跨越所述像素产生0伏的电位差来实现。在那些行电压保持为0
伏的行中，无论列是处于+Vbias还是-Vbias，像素均稳定于其最初所处的任何状态。如
图4中还显示，应了解，可使用与上文所述电压具有相反极性的电压，例如，激活像
素可涉及将适合的列设定到+VbiM并将适合的行设定到-AV。在这一实施例中，释放像 素是通过将适合的列设定到-Vtos并将适合的行设定到相同的-AV以跨越像素形成O伏
电位差来实现。
图5B是显示一系列施加到图2所示3x3阵列的行和列信号的时序图，其将导致 图5A中所示的显示布置，其中所激活的像素是非反射性。在将图5A所示的帧写入之 前，像素可处于任一状态，且在这一实例中，所有行均处于0伏，而所有列均处于+5 伏。通过使用这些所施加的电压，所有像素均稳定于其现有的受激活状态或松弛状态。
在图5A的帧中，像素(1， 1)、 (1， 2)、 (2， 2)、 (3， 2)及(3， 3)被激活。 为实现这一效果，在行1的"线时间"期间，将列1和列2设定为-5伏，将列3设定 为+5伏。这不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定性窗口 内。随后，使用从0伏上升到5伏又回到0伏的脉冲来选通行1。这会激活像素(1， 1)和(1， 2)并使像素(1， 3)松弛。阵列中的其他像素均不受影响。为根据期望设 定行2，可将列2设定为-5伏，而将列l及列3设定为+5伏。此后，施加到行2的同 一选通脉冲将激活像素(2， 2)并使像素(2， 1)和(2， 3)松弛。同样，阵列中的 任何其他像素均不受影响。类似地，通过将列2和列3设定为-5伏，而将列l设定为 +5伏来设定行3。行3选通脉冲如图5A所示来设定行3像素。在将所述帧写入之后， 所述行电位为0，而所述列电位可保持在+5或-5伏，且随后所述显示将稳定在图5A 所示的布置内。应了解，同一过程还可用于由数十或数百个行和列构成的阵列。还应了解，用于执行行和列激活的电压的时序、顺序及电平在以上所述一般原理内可能变 化很大，且上述实例仅为实例性，而任何激活电压方法均可与本文所述系统及方法一 起使用。
图6A及6B是图解说明显示装置40的实施例的系统方块图。例如，显示装置40 可以是蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其稍作变化的形式还 可用于例示(例如)电视机及可携式媒体播放器等各种类型的显示装置。
显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器44、输入装置48、及麦 克风46。外壳41 一般由所属技术领域的技术人员所熟知的各种制造工艺中的任一种 形成，包含注入成型及真空成形。另外，外壳41可由多种材料中的任一种制成，其包 含但不限于塑料、金属、玻璃、橡胶、及陶瓷、或其组合。在一个实施例中，外壳41 包含可移动部分(未显示)，其可与其他具有不同颜色或含有不同标志、图片或符号的 可移动部分互换。
实例性显示装置40的显示器30可以是多种显示器中的任一种，包含如本文所述 的双稳显示器。在其他实施例中，如所属技术领域的技术人员所熟知，显示器30包含 平板显示器(例如，如上所述的等离子显示器、EL、 OLED、 STNLCD或TFTLCD)、 或非平板显示器(例如，CRT或其他显像管装置)。然而，出于描述本发明实施例的 目的，显示器30包含如本文所述的干涉式调制器显示器。
图6B中示意性地图解说明实例性显示装置40的一个实施例的组件。所示实例性 显示装置40包含外壳41，且可包含其他至少部分地封闭于其中的组件。例如，在一 个实施例中，实例性显示装置40包含网络接口 27,网络接口 27包含耦接到收发机47 的天线43。收发机47连接到处理器21，处理器21又连接到调节硬件52。调节硬件 52可经配置以对信号进行调节(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器 45及麦克风46。处理器21还连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器 29耦接到帧缓冲器28并耦接到阵列驱动器22,而阵列驱动器22又耦接到显示阵列 30。电源50根据特定实例性显示装置40的设计需要为所有组件提供电力。
网络接口 27包含天线43和收发机47，以使实例性显示装置40可通过网络与一 个或多个装置进行通信。在一个实施例中，网络接口27还可具有某些处理能力，以降 低对处理器21的要求。天线43是所述技术领域的技术人员所熟知的用于发射及接收 信号的任何天线。在一个实施例中，天线根据IEEE 802.11标准(包含IEEE 802.11 (a)、 (b)或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中，所述天线根据蓝牙 (BLUETOOTH)标准来发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情形中，所述天线被 设计成接收CDMA、 GSM、 AMPS或其他用于在无线小区电话网络中进行通信的熟知 信号。收发机47预处理从天线43接收的信号，以便其可由处理器21接收及进一步操 控。收发机47还处理从处理器21接收的信号，以便可经由天线43从实例性显示装置 40发射所述信号。
在替代实施例中，可使用接收机取代收发机47。于再一替代实施例中，网络接口
27可由可存储或产生将发送到处理器21的图像数据的图像源取代。例如，所述图像 源可以是数字视频盘(DVD)或含有图像数据的硬盘驱动器、或产生图像数据的软件 模块。
处理器21 —般控制实例性显示装置40的整体操作。处理器21从网络接口 27或 图像源接收例如压縮图像数据等数据，并将所述数据处理成原始图像数据或易于处理 成原始图像数据的格式。随后，处理器21将经处理的数据发送到驱动器控制器29或 发送到帧缓冲器28供存储。原始数据通常是指识别图像中每个位置处的图像特征的信 息。例如，这些图像特征可包含颜色、饱和度及灰度等级。
在一个实施例中，处理器21包含微控制器、CPU、或控制实例性显示装置40的 操作的逻辑单元。调节硬件52 —般包含用于向扬声器45发射信号及从麦克风46接收 信号的放大器及滤波器。调节硬件52可以是实例性显示装置40内的离散组件，或者 可并入处理器21或其他组件内。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28获取由处理器21产生的原始 图像数据，并适当地将所述原始图像数据重新格式化以供高速传输到阵列驱动器22。 具体来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流， 以便其具有适合用于跨越显示阵列30进行扫描的时间次序。随后，驱动器控制器29 将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29 (例如，LCD控制器) 经常作为独立集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但这些控制器可以许多方式来 实施。可将其作为硬件嵌入到处理器21中、作为软件嵌入到处理器21中、或以硬件 形式与阵列驱动器22完全整合在一起。
通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息，并将所述视频数 据重新格式化为一组平行波形，所述平行波形组被每秒许多次地施加到来自显示器的
X-y像素矩阵的数百条且有时数千条引线。
在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22、及显示阵列30适用于本文 所述的任一类型的显示器。例如，在一个实施例中，驱动器控制器29是传统的显示控 制器或双稳态显示控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动 器22是传统驱动器或双稳态显示驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个实施 例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22整合在一起。这种实施例在例如蜂窝式电话、 手表及其它小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又一实施例中，显示阵列30 是典型的显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包含干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制实例性显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装 置48包含小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、触敏屏幕、压 敏或热敏膜。在一个实施例中，麦克风46是实例性显示装置40的输入装置。在使用 麦克风46向所述装置输入数据时，可由使用者提供话音命令来控制实例性显示装置 40的操作。
电源50可包含大量在所属技术领域中所熟知的能量存储装置。例如，在一个实
施例中，电源50是可再充电式电池，例如镍-镉电池或锂离子电池。在另一实施例中， 电源50是可再生能源、电容器或包含塑料太阳能电池及太阳能电池涂料的太阳能电
池。在另一实施例中，电源50经配置以从墙上插座接收电力。
在某些实施方案中，如上文所述，控制可编程性常驻于可能位于电子显示系统中
的数个位置内的驱动器控制器中。在某些情形中，控制可编程性常驻于阵列驱动器22 中。所属技术领域的技术人员将了解，可在任意数量的硬件及/或软件组件中及在不同 的配置中实施上述优化。
根据上述原理操作的干涉式调制器的结构细节可能千变万化。例如，图7A-7E图 解说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1所示实施例的 剖面图，其中将金属材料条带14沉积于正交延伸的支撑件18上。在图7B中，可移 动反射层14仅附接到在系链32上的拐角处的支撑件。在图7C中，可移动反射层14 悬挂在可变形层34上，可变形层34可包含弹性金属。可变形层34直接或间接地沿可 变形层34的周边连接到衬底20。这些连接在本文中称为支撑柱。图7D中所示的实施 例具有支撑柱栓塞42，其中可变形层34倚靠在支撑柱栓塞42上。如图7A-7C中所示， 可移动反射层14保持悬置于所述腔上方，但可变形层34并未通过填充可变形层34 与光学堆栈16之间的孔来形成支撑柱。相反，所述支撑柱是由用以形成支撑柱栓塞 42的平面化材料形成。图7E中图解说明的实施例是基于图7D中所示的实施例，但 还可经适配以与图7A-7C中所示的任一实施例以及其他未显示的实施例一起使用。在 图7E所示的实施例中，已使用额外的金属或其他导电材料层来形成总线结构44。这 允许沿干涉式调制器的背面投送信号，从而消除了原本需要在衬底20上形成的若干电 极。
在例如图7所示的实施例中，干涉式调制器充当直视装置，其中从透明衬底20 的前侧(与上面布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施例中，反射层14 以光学方式屏蔽干涉式调制器的位于与衬底20相对的反射层侧上的某些部分，包含可 变形层34和总线结构44。这允许对所述屏蔽区域进行配置及操作，而不会消极影响 图像质量。这种可分离的调制器架构允许彼此独立地选择用于调制器的机电方面和光 学方面的结构设计及材料，且可使其能够彼此独立地发挥作用。此外，图7C-7E中所 示的实施例具有从由可变形层34实施的将反射层14的光学属性与其机械属性分开而 导出的额外益处。这允许使反射层14所使用的结构设计及材料在光学特性方面得到优 化，且可使可变形层34所使用的结构设计及材料在期望的机械特性方面得到优化。
上述装置的一个方面是电荷可在装置各层之间的电介质上积聚，尤其是在始终处 于同一方向的电场激活所述装置并使所述装置保持处于激活状态时。例如，如果在所 述装置受到量值大于外稳定阈值的电位激活时移动层始终处于相对于固定层较高的电 位，则在各层之间的电介质上积聚的缓慢增加的电荷可能开始使装置的滞后曲线移位。 这并非所期望，因为这使得显示器性能随时间变化，且对于以不同方式激活的不同像 素以不同方式随时间变化。如图5B所示实例可见，既定像素在激活期间会承受10 V
的电位差，在本实例中，行电极每次均处于比列电极高10 V的电位。因此在激活期间， 各薄板之间的电场始终指向一个方向从行电极指向列电极。
所述问题可通过如下方式来减轻在显示器写入过程的第一部分期间，使用具有 第一极性的电位差来激活MEMS显示元件，且在显示器写入过程的第二部分期间，使 用具有与所述第一极性相反的极性的电位差来激活MEMS显示元件。在图8中图解说 明这种基本原理。
在图8中，依序写入显示数据的两个帧一帧N和帧N+1。在这个图式中，所述列 的数据在行1线时间期间变得对行1有效(也就是依据行1中各像素的期望状态而是 +5或-5)，在行2线时间期间变得对行2有效，且在行3线时间期间变得对行3有效。 如图5B所示写入帧N，这在本文中将称为正极性，其中在MEMS装置激活期间，行 电极比列电极高10V。在本实例中，在激活期间，列电极可以是-5V，且行上的扫描 电压是+5V。这种帧在本文中称为"写入+"帧。
使用与帧N具有相反极性的电位写入帧N+1。对于帧N+1，扫描电压是-5V，且 列电压被设定为+5 V以进行激活，设定为-5V以进行释放。因此，在帧N+1中，列 电压比行电压高10V，这在本文中称为负极性。这种帧在本文中称为"写入-"帧。随 着连续地刷新及/或更新显示器，极性可在各帧之间交替，其中帧N+2以与帧N相同 的方式写入，帧N+3以与帧N+1相同的方式写入，且依此类推。通过这种方式，以 两种极性来激活像素。在遵循这一原理的实施例中，在所界定的时间处且针对所界定 的持续时间分别将具有相反极性的电位施加到既定MEMS元件，所述规定的持续时间 是依据向所述阵列的MEMS元件写入图像数据的速率，且在既定的显示器使用周期 内，为所述相反的电位差分别施加大致相等的时间量。这有助于减少随时间而积聚在 电介质上的电荷。
可对这一方案实施各种各样的修改。例如，帧N和帧N+1可包括不同的显示数 据。或者，其可以是以相反极性两次写入所述阵列的相同显示数据。使某些帧专用于
将所有或大致所有像素的状态设定为释放状态，及/或在写入期望的显示状态之前将所 有或大致所有像素的状态设定为激活状态也是有利的。可通过(例如)将所有列设定 为+5V (或-5V)且以-5V的扫描电压(或+5V扫描电压)同时扫描所有行而在单个 行线时间内执行将所有像素设定为共用状态。
在一个这种实施例中，以一种极性将期望的显示数据写入所述阵列，释放所有像 素，且以相反的极性第二次写入同一显示数据。这类似于图8中图解说明的方案，其 中帧N与帧N+1相同，且其中将阵列释放线时间插入各帧之间。在另一实施例中，在 新显示数据的每次显示更新之前释放行线时间。
在另一实施例中，行线时间用于激活阵列的所有像素，第二线时间用于释放阵列 的所有像素，且随后将显示数据(例如，帧N)写入显示器。在这一实施例中，帧N+1 之前可以有其极性与帧N之前的阵列激活线时间和阵列释放线时间相反的阵列激活线 时间和阵列释放线时间，且随后可写入帧N+1。在某些实施例中，在每个帧之前可以
有具有一种极性的激活线时间、具有相同极性的释放线时间、具有相反极性的激活线 时间和具有相反极性的释放线时间。这些实施例确保针对显示数据的每个帧至少激活 一次所有或大致所有像素，从而减少微分老化影响以及减少电荷积聚。
尽管人们已发现这些极性反转会改进长期显示性能，但还发现以相对不可预测的 方式执行这些反转而不是(例如)在每个帧之后进行替代将更有益。以随机、伪随机 或任何相对复杂的模式(确定性或非确定性)反转写入极性会帮助避免图像数据中的 非随机模式变得与极性反转模式"同步"。这种同步可导致其中比一种极性更频繁地使 用相反极性的电压激活某些像素的长期偏移。
在某些实施例中，如图9中图解说明，使用伪噪音产生器48每个显示帧一个位 地产生一系列输出位。输出位值可用于确定是否以正极性(写入+或w+帧)或负极性 (写入-或w-帧)写入所述数据。例如，输出1可表示以正极性写入下一帧，且输出O 可指示以负极性写入下一帧。另一选择为，输出位可确定是以与前一帧相同还是相反 的极性写入下一帧。因此，即使伪噪音产生器可经设计以在既定时间量程内精确地输 出相同数量的0和1，从而产生直流平衡的写入过程，但0和1在所述时间上的分布 可本质上缺乏可以不期望的方式与图像数据中的非随机模式交互作用的非随机模式。
应了解， 一般来说，可针对写入的每n行产生一输出位，其中n可以是l以上的 任何一个整数。如果n=l，则极性的电位"翻转"可出现在写入每一行时。如果n是 显示器的行数，则极性翻转可出现于每个新帧处。因此，伪噪音产生器可经配置以根 据期望针对每n行输出一位。
在某些实施例中，在帧写入过程期间帧的每一行可被写入多于一次。例如，在写 入帧N的行1时，可完全释放行l的像素，且随后可以正极性写入行l的显示数据。 可第二次释放行l的像素，且以负极性再次写入行l显示数据。还可以针对整个阵列 执行如上文所述激活行1的所有像素。这个特征可通过在每个线时间内执行两个选通 来实施。图IO中图解说明这种特征的一个实施例。在第一选通52期间，以相同电位 保持所有列，以便第一选通激活所述行中的所有像素(在本文中称为"1清除"操作)， 或第一选通释放所述行中的所有像素(在本文中称为"0清除"操作)。在图10中图 解说明的实施例中，帧N是写入+帧，且在第一选通52期间在行1线时间的第一部分 期间将所有列保持在+5 V。这会释放行1的所有像素。在第二选通54期间在行1线时 间的第二部分期间，在各列上呈现行l数据，因此如上文详细描述将行1数据写入行 1。针对显示器的所有行重复这一过程以写入帧N。
下一帧—帧N+l一是写入帧。在第一选通52期间在每一行的线时间的第一部分 期间将所有列再次达到+5V。由于这是写入-帧，这将激活每一行的所有像素。在每一 行的第二选通54期间，根据需要针对写入-帧呈现所述数据。如上文提及，帧N和帧 N+l的数据可以是相同数据或不同数据。
在这些实施例中，第一选通是用于激活所述行的所有像素还是释放所述行的所有 像素可针对图像数据的不同帧来改变。在一个实施例中，用于将数据写入所述行的第 二选通的极性由写入的帧是W+帧还是W-帧(其可能逐帧交替)来确定，第一选通的 极性与第二选通的极性相同，且在第一选通期间所述列上呈现的数据是基于第一选通 的极性及所述帧是否期望在使用第二选通写入所述数据之前预激活所述行的所有像素 或预释放所述行的所有像素。释放或激活的选择可(例如)逐行或逐帧交替。
出于上文所述的相同原因，选择是执行1清除还是0清除及确定所述帧是写入+ 帧还是写入-帧也可以随机或伪随机方式有利地执行。因此，确定所述帧是写入+还是
写入-帧可基于第一伪噪音产生器48的第一输出而做出，且确定在写入数据之前是执 行1清除还是0清除可由伪噪音产生器48的第二输出确定。 一般来说， 一个线时间中 的两个选通最好具有相同的电压值。在这一实例中，可能针对线时间的两个部分使用 单个长选通(例如，没有图10中图解说明的间隙56)，且仅调制列电压以执行l清除 或0清除，随后将数据写入所述行。然而，所述两个选通可能处于不同电压，例如线 时间的第一部分处于+5 V且第二部分处于-5 V。
上述实施例集中于以两种不同极性产生相同数量的写入的系统。然而，从精确相 等数量的变化可能是最适合的，因为在某些情形中，电解质充电率并不与极性完全对 称。在这些情形中，朝向一个极性的长期偏移可能能够最好地将在装置中积聚的电荷 最小化。为适应这一情形，伪噪音产生器可经设计以输出l或0的已界定超出量，以 便以一个极性而非另一极性产生已界定超出量的写入操作。
应了解，本文所述1清除和0清除操作可在显示器更新/刷新过程期间以比每行写 入一次或每帧写入一次更低或更高的频率来执行。因此，本文所述双行选通无需应用 于每行写入操作，以有效降低MEMS显示器存在的性能及可靠性问题。
尽管上述详细说明已显示、描述及指出本发明中适用于各种实施例的新颖特征， 然而应了解，所属技术领域的技术人员可在不背离本发明精神的情况下在形式及细节 上对所示装置或方法做出各种省略、替代及改变。作为一个实例，应了解，检验电压 驱动器电路可与用于形成显示器的阵列驱动器电路分离。与电流传感器一起，单独的 电压传感器可专用于分离行电极。本发明的范围由随附权利要求书而非由上文说明来 指示。所有仍归属于权利要求书的等价物的意义及范围内的修改均将涵盖在权利要求 书的范围内。
权利要求
1、一种将多个图像数据行写入至显示阵列的方法，所述显示阵列包括呈现第一状态及第二状态两种不同状态的像素，所述方法包括针对所述多个行的第一部分，在写入图像数据之前将大致所有所述像素置于所述第一状态；针对所述多个行的第二不同部分，在写入图像数据之前将大致所有所述像素置于所述第二状态。
2、 如权利要求1所述的方法，其中在将每一图像数据行写入至所述阵列之前， 将大致所有所述像素置于所述第一状态或将大致所有所述像素置于第二状态。
3、 如权利要求1所述的方法，其中所述第一与第二部分一起包含所述阵列的所 有行。
4、 如权利要求1所述的方法，其中所述第一部分包括所述阵列的所述行的大约 一半，且所述第二部分包括所述阵列的所述行的大约另一半。
5、 如权利要求4所述的方法，其包括在将大致所有所述像素置于所述第一状态 与将大致所有所述像素置于所述第二状态之间进行交替。
6、 如权利要求1所述的方法，其包括以随机或伪随机方式在将大致所有所述像 素置于所述第一状态与将大致所有所述像素置于所述第二状态之间进行选择。
7、 如权利要求1所述的方法，其中所述第一状态包括释放状态，且其中所述第 二状态包括激活状态。
8、 如权利要求1所述的方法，其中所述阵列的每个像素均经受具有第一极性或 第二极性的一系列电压。
9、 如权利要求8所述的方法，其中所述阵列的每个像素均在既定时间帧内经受 所述第一极性和第二极性的每一者的大致相等数目的电压。
10、 如权利要求8所述的方法，其中所述阵列的每个像素均在既定时间帧内经受 所述第一极性和第二极性的每一者的预定不相等数目的电压。
11、 一种显示设备，其包括-显示阵列，其包括呈现两种不同状态的显示元件；驱动器电路，其经配置以将图像数据行写入至所述显示阵列的至少一行；其中所 述驱动器电路进一步经配置以从在将一行图像数据写入所述行之前将要执行的一组至 少两个预写入操作中进行选择，其中所述预写入操作的第一者将所述行中大致所有所 述显示元件置于第一状态中，且其中所述预写入操作的第二者将大致所有所述显示元 件置于第二状态中。
12、 如权利要求11所述的显示设备，其中所述驱动器电路经配置以按随机或伪 随机方式从所述预写入操作中进行选择。
13、 如权利要求ll所述的显示设备，其进一步包括处理器，其与所述显示器电连通，所述处理器经配置以处理图像数据； 存储器装置，其与所述处理器电连通。
14、 如权利要求13所述的设备，其进一步包括控制器，其经配置以向所述驱动器电路发送所述图像数据的至少一部分。
15、 如权利要求13所述的设备，其进一步包括 图像源模块，其经配置以向所述处理器发送所述图像数据。
16、 如权利要求15所述的设备，其中所述图像源模块包括接收机、收发机和发 射机中的至少一者。
17、 如权利要求13所述的设备，其进一步包括-输入装置，其经配置以接收输入数据并向所述处理器传送所述输入数据。
18、 一种显示设备，其包括显示装置，其用于在像素阵列上显示图像数据；写入装置，其用于将图像数据行写入到所述显示装置的至少一行；及 选择装置，其用于从在将一行图像数据写入所述行之前将要执行的一组至少两个 预写入操作中进行选择，其中所述预写入操作的第一者将所述行中的大致所有所述显 示元件置于第一状态中，且其中所述预写入操作的第二者将大致所有所述显示元件置 于第二状态中。
19、 如权利要求18所述的显示设备，其中所述显示装置包括干涉式调制器阵列。
20、 如权利要求18所述的显示设备，其中所述写入装置及所述选择装置包括驱 动器电路。
全文摘要
将显示数据写入至MEMS显示元件(12a、12b)的方法经配置以使电荷积聚及微分老化最小化。在写入图像数据行(54)之前，执行预写入操作(52)。预写入操作在写入所述图像数据之前将激活或释放一行中的大致所有像素。在某些实施例中，以随机或伪随机方式执行激活或释放之间的选择。
文档编号G09G3/34GK101208736SQ200680023322
公开日2008年6月25日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年5月5日
发明者威廉·J·卡明斯, 马尼什·科塔里 申请人:高通股份有限公司