专利名称：具有一预定光谱响应的反射装置，其制造方法及显示图像的方法
技术领域：
本发明的领域涉及微机电系统(MEMS)。更具体而言，本发明涉及光的调制，包括干涉式光调制。
背景技术：
MEMS包括微机械元件、激励器及电子元件。微机械元件可采用沉积、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机械加工工艺制成。
空间光调制器是MEMS系统的一个实例。用于成像应用的空间光调制器具有许多种不同的形式。透射式液晶装置(LCD)调制器通过控制晶体材料的扭转及/或配向以阻断或通过光来对光进行调制。反射式空间光调制器则利用不同的物理效应来控制反射至成像表面的光量。这种反射式调制器的实例包括反射式LCD及数字微镜装置(DMDTM)。
空间光调制器的另一实例是一通过干涉对光进行调制的干涉式调制器。干涉式调制器可包含一对导电板，其中之一或二者均可全部或部分地透明及/或为反射性，且在施加一个适当的电信号时能够相对运动。其中一个板可包含一沉积在一衬底上的静止层，另一个板可包含一通过一空气间隙与该静止层隔开的金属隔板。上述装置具有广泛的应用范围，且在此项技术中，利用及/或修改这些类型装置的特性、以使其性能可用于改善现有产品及制造目前尚未开发的新产品将颇为有益。iMoDTM是干涉式光调制器的一个实例。iMoD采用一具有至少一个可移动或可偏转的壁的空腔。当该壁(其通常至少部分地包含金属)朝向该空腔的正面移动时会发生干涉，这种干涉会影响在该正面处观看到的光的颜色。由于iMOD为直视式装置，因而所述正面通常是显现由观察者所看到的图像的表面。
发明内容
本发明的系统、方法及装置均具有多个方面，任一单个方面均不能单独决定其所期望特性。现在，对其更主要的特性进行简要论述，此并不限定本发明的范围。在查看这一论述，尤其是在阅读了标题为“具体实施方式
”的部分之后，人们即可理解本发明的特征如何提供优于其他显示装置的优点。
在一实施例中，提供一种显示装置，其包括至少一个经构造以反射光的干涉式光调制器，所述至少一个干涉式光调制器具有一在可见光谱中包含两个或两个以上反射比峰值的光谱响应；及一具有一包含至少一个发射峰值的发射光谱的光源，所述至少一个发射峰值至少部分地交叠所述两个或两个以上反射比峰值中的一个峰值。
在另一实施例中，提供一种显示装置，其包括用于调制光的构件，其中所述调制构件能够反射在可见光谱中具有复数个强度峰值的光；及用于使用在可见光谱中包含至少所述复数个强度峰值的光对所述调制构件进行选择性照明的构件。
在另一实施例中，提供一种制造一显示装置的方法，其包括提供复数个像素元件，每一像素元件包含至少一个具有一光谱响应的干涉式光调制器，所述光谱响应在可见光谱中包含两个或两个以上反射比峰值；及提供一光源，所述光源经构造以使用具有一个或多个基本上交叠所述两个或两个以上反射比峰值的光谱峰值的光对所述复数个像素元件进行选择性照明。
另一实施例包括一种显示一图像的方法。该方法包括使用来自一光源的光对至少一个干涉式光调制器进行照明、及自所述至少一个干涉式光调制器反射所述光。所述至少一个干涉式光调制器具有一在可见光谱中包含两个或两个以上反射比峰值的光谱响应。所述光源具有一包含至少一个发射峰值的发射光谱，所述至少一个发射峰值至少部分地交叠所述两个或两个以上反射比峰值之一。
在另一实施例中，一种显示装置包括复数个像素元件，每一像素元件包含一可在不同反射状态之间切换的干涉式光调制器；及一照明装置，其经构造以使用在不同时刻具有不同颜色的光对所述复数个像素元件进行选择性照明。
在另一实施例中，提供一种显示装置，其包括用于以干涉方式调制光的构件，其可在不同反射状态之间切换；及用于使用在不同时刻具有不同颜色的光对所述调制构件进行选择性照明的构件。
另一实施例包括一种制造一显示装置的方法。在该方法中，提供复数个像素元件。每一像素元件均包括一可在不同反射状态之间切换的干涉式光调制器。相对于所述复数个像素元件布置一照明装置，以使用在不同时刻具有不同颜色的光对所述复数个像素元件进行选择性照明。
另一实施例包括一种显示一图像的方法。在该方法中，使用在不同时刻具有不同颜色的光对复数个像素元件进行选择性照明。每一像素元件包括一可在不同反射状态之间切换的干涉式光调制器。自所述复数个像素元件的至少一部分反射所述光。
在另一实施例中，一种显示装置包括一照明装置、至少一个光调制装置及一控制系统。所述照明装置经构造以发出包含一发射光谱的光，所述发射光谱具有一随时间变化的光谱输出。所述至少一个光调制装置经构造以反射来自所述照明装置的光。所述至少一个光调制装置包含一由一对反射表面形成的光学空腔。所述控制系统经配置以改变所述照明装置的光谱输出。
图1为一等轴图，其显示一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分，其中一第一干涉式调制器的一可移动反射层处于一释放位置，且一第二干涉式调制器的一可移动反射层处于一受激励位置。
图2为一系统方框图，其显示一包含一3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例。
图3为图1所示干涉式调制器的一实例性实施例的可移动镜位置与所施加电压的关系图。
图4为一组可用于驱动干涉式调制器显示器的行和列电压的示意图。
图5A显示在图2所示的3×3干涉式调制器显示器中的一个实例性显示数据帧。
图5B显示可用于写入图5A所示帧的行信号及列信号的一个实例性时序图。
图6A为一图1所示装置的剖面图。
图6B为一干涉式调制器的一替代实施例的一剖面图。
图6C为一干涉式调制器的另一替代实施例的一剖面图。
图7A显示一由基本相同的调制器构成的干涉式调制器阵列。
图7B显示图7A所示的调制器阵列与一波导及多色光源相集成。
图8为一关于一实例性干涉式调制器的反射响应的反射率-波长关系的曲线图。
图9提供一方块图，其显示在一系统中进行的空间与时间的混合。
图10提供一流程图，其显示对一干涉式调制器阵列连同一多色光源的控制。
图11为一实例性干涉式光调制器。
图12A及12B为系统方块图，其显示一包含复数个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例。
具体实施例方式
在本发明的各实施例中，使用一在不同时刻发出不同颜色光的照明装置对复数个干涉式调制器进行照明。该照明装置可按一重复出现的顺序来发出不同的颜色(例如红色、绿色及蓝色)。该照明装置可包括，例如，一红色发光二极管、一绿色发光二极管及一蓝色发光二极管。在此种情形中，可在一第一时间周期内使用红色光、在一第二时间周期内使用绿色光及在一第三周期内使用蓝色光对干涉式调制器进行照明。该色光自干涉式调制器反射至观看者。在某些较佳实施例中，这些时间周期的持续时间足够短，以使观看者的眼睛感觉到产生各颜色的融合或混合。干涉式光调制器的切换可快于时间周期。干涉式光调制装置可包含一在一种状态中反射白色光的白光干涉式光调制装置。该白光干涉式调制器也将反射来自照明装置的白色光。所述干涉式光调制装置也可具有一包含至少两个颜色峰值的反射率频谱。这两个颜色峰值可与由所述照明装置发出的颜色相交叠。
较佳地，各实例性实施例可包含复数个干涉式光调制器，其中每一光调制元件均包含一设计成提供基本相同的光学响应的光学空腔。在某些实施例中，例如，当其中一个干涉式光调制器上的光学空腔关闭时，光谱响应将为黑色。反之，当光学空腔打开时，光以一预定的光谱响应受到反射。该预定的光学响应可为宽带白色，以使入射于镜上的一宽的颜色范围以大致相等的强度受到反射。或者，类似于由所述照明装置所产生的颜色，该光学响应可包含复数个单独的颜色峰值，例如红色、蓝色及绿色峰值。
如上文所述，所述照明装置可包括一多色光源。可通过由多色光源发出并朝光调制器引导的光的光谱来控制由干涉式光调制器反射的颜色。可提供一控制系统来控制干涉式调制器以形成具有所需颜色的图像。在某些实施例中，所述控制系统也可控制光源的输出并由此控制对干涉式调制器的照明。在本文中，所述控制系统可称作控制处理器并可包含一个或多个电子装置或其他控制或计算装置。所述控制系统可包括例如一处理器及一阵列控制器。在某些实施例中，所述控制系统可包括一微处理器。
下文说明是针对本发明的某些具体实施例。不过，本发明可通过许多种不同的方式实施。在本说明中，会参照附图，在附图中，相同的部件自始至终使用相同的编号标识。根据以下说明容易看出，本发明可在任一构造用于显示图像-无论是动态图像(例如视频)还是静态图像(例如静止图像)，无论是文字图像还是图片图像-的装置中实施。更具体而言，本发明可在例如(但不限于)以下等众多种电子装置中实施或与这些电子装置相关联移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/导航器、照像机、MP3播放器、摄录机、游戏机、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、照像机景物显示器(例如车辆的后视照像机显示器)、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MEMS装置具有类似结构的MEMS装置也可用于非显示应用，例如用于电子切换装置。
图1中显示一个含有一干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于亮状态或暗状态。在亮开(on)或打开(open)状态下，显示元件将入射可见光的一大部分反射至用户。在处于暗(关(off)或关闭(closed))状态下时，显示元件几乎不向用户反射入射可见光。视不同的实施例而定，可颠倒“开”与“关”状态的光反射性质。MEMS像素可构造成主要在所选色彩下反射，以除黑色和白色之外还可实现彩色显示。
图1为一等轴图，其显示一视觉显示器的一系列像素中的两相邻像素，其中每一像素包含一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，一干涉式调制器显示器包含一由这些干涉式调制器构成的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，该对反射层定位成彼此相距一可变且可控的距离，以形成一至少具有一个可变尺寸的光学谐振空腔。在一实施例中，其中一个反射层可在两个位置之间移动。在本文中称为释放状态的第一位置上，该可移动层的位置距离一固定的局部反射层相对远。在第二位置上，该可移动层的位置更近地靠近该局部反射层。根据可移动反射层的位置而定，从这两个层反射的入射光会以相长或相消方式干涉，从而形成各像素的总体反射或非反射状态。
在图1中显示的像素阵列部分包括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，显示一可移动的高度反射层14a处于一释放位置，该释放位置距一固定的局部反射层16a一预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中，显示一可移动的高度反射层14b处于一受激励位置处，该受激励位置靠近固定的局部反射层16b。
固定层16a、16b导电、局部透明且局部为反射性，并可通过例如在一透明衬底20上沉积将一个或多个各自为铬及氧化铟锡的层而制成。所述各层被图案化成平行条带，且可形成一显示装置中的行电极，如将在下文中所进一步说明。可移动层14a、14b可形成为由沉积在支柱18顶部的一或多个沉积金属层(与行电极16a、16b正交)及一沉积在支柱18之间的中间牺牲材料构成的一系列平行条带。在牺牲材料被蚀刻掉以后，这些可变形的金属层与固定的金属层通过一规定的气隙19隔开。这些可变形层可使用一具有高度导电性及反射性的材料(例如铝)，且该些条带可形成一显示装置中的列电极。
在未施加电压时，空腔19保持位于层14a、16a之间，且可变形层处于如图1中像素12a所示的一机械弛豫状态。然而，在向一所选行和列施加电位差之后，在所述行和列电极相交处的对应像素处形成的电容器被充电，且静电力将这些电极拉向一起。如果电压足够高，则可移动层发生形变，并被压到固定层上(可在固定层上沉积一介电材料(在该图中未示出)，以防止短路，并控制分隔距离)，如图1中右侧的像素12b所示。无论所施加的电位差极性如何，该行为均相同。由此可见，可控制反射与非反射像素状态的行/列激励与传统的LCD及其他显示技术中所用的行/列激励在许多方面相似。
图2至图5B显示一个在一显示应用中使用一干涉式调制器阵列的实例性过程及系统。图2为一系统方框图，该图显示一可体现本发明各方面的电子装置的一个实施例。在该实例性实施例中，所述电子装置包括一处理器21，其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、Pentium、Pentium II、PentiumIII、Pentium IV、PentiumPro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA，或任何专用微处理器，例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。按照业内惯例，可将处理器21配置成执行一个或多个软件模块。除执行一个操作系统外，还可将该处理器配置成执行一个或多个软件应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一实施例中，处理器21还配置成与一阵列控制器22进行通信。在一实施例中，该阵列控制器22包括向一像素阵列30提供信号的一行驱动电路24及一列驱动电路26。图1中所示的阵列剖面图在图2中以线1-1示出。对于MEMS干涉式调制器，所述行/列激励协议可利用图3所示的这些装置的滞后性质。其可能需要例如一10伏的电位差来使一可移动层自释放状态变形至受激励状态。然而，当所述电压自该值降低时，在所述电压降低回至10伏以下时，所述可移动层将保持其状态。在图3的实例性实施例中，在电压降低至2伏以下之前，可移动层不会完全释放。因此，在图3所示的实例中，存在一大约为3-7伏的电压范围，在该电压范围内存在一施加电压窗口，在该窗口内所述装置稳定在释放或受激励状态。在本文中将其称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于一具有图3所示滞后特性的显示阵列而言，行/列激励协议可设计成在行选通期间，向所选通行中将被激励的像素施加一约10伏的电压差，并向将被释放的像素施加一接近0伏的电压差。在选通之后，向像素施加一约5伏的稳态电压差，以使其保持在行选通使其所处的任何状态。在被写入之后，在该实例中，每一像素均承受一处于3-7伏的“稳定窗口”内的电位差。该特性使图1所示的像素设计在相同的所施加电压条件下稳定在一既有的激励状态或释放状态。由于干涉式调制器的每一像素，无论处于激励状态还是释放状态，实质上均是一由所述固定反射层及移动反射层所构成的电容器，因此，该稳定状态可在一滞后窗口内的电压下得以保持而几乎不消耗功率。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受激励像素确定一组列电极而形成一显示帧。此后，将一行脉冲施加于第1行的电极，从而激励与所确定的列线对应的像素。此后，将所确定的一组列电极变成与第二行中所期望的一组受激励像素对应。此后，将一脉冲施加于第2行的电极，从而根据所确定的列电极来激励第2行中的相应像素。第1行的像素不受第2行的脉冲的影响，因而保持其在第1行的脉冲期间所设定到的状态。可按顺序性方式对全部系列的行重复上述步骤，以形成所述的帧。通常，通过以某一所期望帧数/秒的速度连续重复该过程来用新显示数据刷新及/或更新这些帧。还有很多种用于驱动像素阵列的行及列电极以形成显示帧的协议亦为人们所熟知，且可用于本发明。
图4、5A及图5B显示一种用于在图2所示的3×3阵列上形成一显示帧的可能的激励协议。图4显示一组可用于具有图3所示滞后曲线的像素的可能的行及列电压电平。在图4的实施例中，激励一像素包括将相应的列设定至-Vbias，并将相应的行设定至+ΔV，其可分别对应于-5伏及+5伏。释放像素则是通过将相应的列设定至+Vbias并将相应的行设定至相同的+ΔV、由此在所述像素两端形成一0伏的电位差来实现。在那些其中行电压保持0伏的行中，像素稳定于其最初所处的状态，而与该列处于+Vbias还是-Vbias无关。同样如在图4中所示，应了解，可使用极性与上述极性相反的电压，例如激励一像素可包括将相应的列设定至+Vbias、并将相应的行设定至-ΔV。在该实施例中，释放像素是通过将相应的列设定至-Vbas并将相应的行设定至相同的-ΔV、由此在所述像素两端形成一0伏的电位差来实现。
图5B为一显示一系列行及列信号的时序图，该些信号施加于图2所示的3×3阵列，其将形成图5A所示的显示布置，其中受激励像素为非反射性。在写入图5A所示的帧之前，像素可处于任何状态，在该实例中，所有的行均处于0伏，且所有的列均处于+5伏。在这些所施加电压下，所有的像素稳定于其现有的受激励状态或释放状态。
在图5A所示的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)受到激励。为实现这一效果，在第1行的“行时间”期间，将第1列及第2列设定为-5伏，将第3列设定为+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定窗口内。此后，通过一自0伏上升至5伏然后又下降回至0伏的脉冲来选通第1行。由此激励像素(1，1)和(1，2)并释放像素(1，3)。阵列中的其它像素均不受影响。为将第2行设定为所期望状态，将第2列设定为-5伏，将第1列及第3列设定为+5伏。此后，向第2行施加相同的选通脉冲将激励像素(2，2)并释放像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中的其它像素均不受影响。类似地，通过将第2列和第3列设定为-5伏、并将第1列设定为+5伏对第3行进行设定。第3行的选通脉冲将第3行像素设定为图5A所示的状态。在写入帧之后，行电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且此后显示器将稳定于图5A所示的布置。应了解，可对由数十或数百个行和列构成的阵列使用相同的程序。还应了解，用于实施行和列激励的电压的时序、顺序及电平可在以上所述的一般原理内变化很大，且上述实例仅为实例性，任何激励电压方法均可用于本发明。
按照上述原理运行的干涉式调制器的详细结构可千变万化。例如，图6A-6C显示移动镜结构的三种不同实施例。图6A为图1所示实施例的剖面图，其中在正交延伸的支撑件18上沉积一金属材料条带14。在图6B中，可移动的反射材料14仅在隅角处在系链32上附接至支撑件。在图6C中，可移动的反射材料14悬吊在一可变形层34上。由于反射材料14的结构设计及所用材料可在光学特性方面得到优化，且可变形层34的结构设计和所用材料可在所期望机械特性方面得到优化，因此该实施例具有若干优点。在许多公开文件中，包括(例如)第2004/0051929号美国公开申请案中，描述了各种不同类型干涉式装置的制造。可使用很多种人们所熟知的技术来制成上述结构，包括一系列材料沉积、图案化及蚀刻步骤。
如上文所述，在某些实施例中，可使用来自一在不同的时刻改变所提供照明的颜色的照明装置的光来对干涉式调制器进行照明。因此，可使用例如红色、绿色及蓝色等一系列颜色对干涉式调制器进行照明。干涉式调制器选择性地反射该光以形成一彩色图像。
如上文所述，干涉式调制器可设置成阵列形式并加以寻址，以提供所需的显示。通过寻址，可引导所需调制器来提供预定的光学响应。各元件可单独加以寻址，或者在较佳实施例中，可通过选通一组电极并在其他电极上提供数据加以寻址。(一种较佳的寻址方法可减少为驱动显示器所需的控制信号。在受让于本发明受让人且名称为“可见光谱调制器阵列(Visible Spectrum ModulatorArrays)”的第5,986,796号美国专利中对此进行了详细说明。)相应地，各实施例包括一种具有一干涉式调制器阵列的显示器，该干涉式调制器阵列在与一受到适当驱动的多色光源相组合时可用于产生彩色图像。这种显示器能够用作直视式彩色显示器或投影式彩色显示器。如上文所述，在某些实施例中，当干涉式调制器受到激励、光学谐振腔凹下时，会产生一黑色状态。而在释放位置上空腔打开时，干涉式调制器被设计成提供一预定的反射特性，该预定的反射特性可为宽带白色以使入射于镜上的一系列颜色以大致相等的强度受到反射、或者被调谐成其反射率光谱具有复数个反射比峰值，所述复数个反射比峰值交叠或对应于由多色光源发射的颜色。当将上述类型的调制器阵列与使用一组原色(例如红色、绿色及蓝色光)对阵列进行顺序性照明相结合时，可实现全色直视式及投影式显示器。利用例如LED等高速光源，可使色场时间远短于眼睛的反应时间，从而实现颜色融合。
通过构建一将使用均一的干涉式调制器阵列实现的全色显示器，可简化显示阵列的制作工艺，这是因为干涉式调制器具有单一的气隙高度及一致的机械层设计。此又会实现内在的电压匹配，从而使对施加于各电极上的电压的光学响应将基本相同。此外，每一种颜色的填充系数将基本相同，这是因为将对每一种颜色使用像素的全部面积且位深度与像素布局无关。在一实施例中，所制作的显示器通过适当的光源选择而提供一宽的色域，并在低环境光照度环境中在发射状模式中实现低的功耗。
一个实例性实施例提供三个集成部件(1)一干涉式调制器阵列，其设计成在反射时在可见光谱中具有三个或三个以上反射比峰值；(2)一能够发出一组原色的光源，例如一发光二极管或一组能够发出一组其发射光谱选择成与干涉式调制器阵列的反射比峰值相匹配的红色、绿色及蓝色光的二极管；及(3)一光导，其设计成使用来自多色光源的光对干涉式调制器阵列进行照明。干涉式调制器阵列由红色光、绿色光及蓝色光按顺序进行照明。一个或多个光导在阵列上对光进行引导。这些光导可具有例如皱褶等形貌(反射性或散射形貌等)，从而使光的一部分偏转并以法向入射对阵列进行照明。所述光得到调制且至少一部分穿过光导沿法向反射至观看者。
另一实施例还提供三个集成部件(1)一干涉式调制器阵列，其设计成以可见光谱中三个或三个以上反射比峰值进行反射；(2)一能够产生一宽带光谱的光源，该宽带光谱包括对应于干涉式调制器阵列反射比峰值的至少一部分发射光谱重叠；及(3)一光谱过滤器，其设计成使用来自所述宽带光源的光的一特定光谱对干涉式调制器阵列(或其某些部分)进行照明。该实施例还可提供一设计成使用穿过光谱过滤器的光对干涉式调制器阵列(或其某些部分)进行照明的光导。
图7A显示一实例性干涉式调制器阵列的一个实施例。具体而言，图7A显示两个相邻的干涉式调制器结构。关于此种干涉式调制器的其他详情已在上文中加以说明。对于图7A所示的干涉式调制器，在衬底202上沉积有一层薄的吸收层205。在该实例性实施例中，导电/吸收层205由铬及ITO制成，且衬底202可由玻璃制成。在导电/吸收层205上，沉积有一通常为氧化物的介电层204。支柱206设置用于将一机械/镜元件208悬挂于设计成提供一光学响应的介电层204上方一预定高度处。在第5,835,255号美国专利及前述第09/966,843号美国专利申请案中对在干涉式调制器结构的制作中所用的其他几何形状及材料进行了详细论述。如上文所述，也可具有其他变化形式。
在图7A中，两个独立的调制器具有可决定调制器的光学响应的光学空腔210a及210b。这些空腔可相互独立地受到激励或释放。在一实施例中，显示器的所有调制器均具有基本相同的光学响应。然而，其所显示的颜色将取决于照明光源的颜色，且其被设计成反射多种波长的光。所属技术领域的技术人员将了解，图中仅显示两个调制器是为了便于例示，一显示器将具有多得多的调制器。
在图7A所示的实例性实施例中，各干涉式调制器均使用相同的气隙距离(dair)。由于光学响应是随所反射光的波长的模式加以调谐，因而所述空腔可设计成反射多种波长。转至图8，空腔高度(dair)被选择成在释放状态下对至少三种被表示为反射率峰值的波长(λ1，λ2及λ3)具有高度的反射性。在一实施例中，这些峰值对应于由多色光源发出的蓝色光、绿色光及红色光的波长。所属技术领域的技术人员将了解，本文所揭示的教示内容也同等地适用于所存在的反射峰值多于或少于图中所示反射峰值的情形及其中调制器在整个可见光谱中提供一宽带响应反射峰值的情形。例如，在一实施例中，将空腔高度(dair)选择成在释放状态中对至少两种波长(例如蓝绿色及黄色)具有高度反射性。如果在不与由光源发射的光的其中一种颜色相对应的波长周围存在反射率峰值，则完全不使用这些峰值，且这些峰值将不会对运行产生明显影响。在另一实施例中，光调制器是一宽带白色光调制器，其在整个可见光谱中提供一可反射一宽的波长范围的宽带响应。由于光调制器将反射入射至其上面的光谱，因而光源及/或光谱过滤器将控制光调制器反射何种颜色。
图7B显示一实例性显示器构造。光源256在不同的时刻提供不同的颜色。在该实例性实施例中，光源为一能够依序发出原色光的发光二极管。在该实例性实施例中，光源256将在一第一时间间隔期间发出红色光、在一第二时间间隔期间发出绿色光并在一第三时间间隔期间发出蓝色光。所属技术领域的技术人员将了解，可使用任何能够依序发出各种颜色的光源，例如灯&色轮、旋转灯&滤光器总成、及灯/滤光器/旋转棱镜组合，而无需仅限于最常用的原色组红色、绿色及蓝色。
光通过一个或多个光导250传播。光通过光导250被导向至干涉式调制器阵列252上。干涉式调制器阵列252设置于衬底254上。实例性光导可在光导上具有例如皱褶等形貌(反射性形貌、散射形貌等)，这些形貌使某些光偏转并以法向入射对阵列进行照明。尽管光朝阵列252的法向偏转是理想情况，然而法向反射角可能并非主导性的反射角，如图7B所示。而某些光受到调制并被干涉式调制器阵列252沿法向穿过光导发射至观看者。同样，某些受到阵列252反射的光可能并非为法向角度。
图9提供一实例性显示器的方块图。控制处理器408向显示器400提供信号。显示器400包含大量像素元件。为便于例示说明，提供像素元件402a-402i。像素元件402a-402i可分别进行寻址。通常，像素元件402a-402i将包含特定颜色的子像素，这些特定颜色的子像素将负责显示红色、蓝色或绿色。然而在一实施例中，像素元件402a-402i能够显示所有三种颜色且所显示的颜色取决于由光源410所发出的光的颜色。在该具体实施例中，像素元件402a-402i是使用干涉式调制器构建而成。
人眼与人脑相结合会使变化速度快到无法分别观看的各个图像连成一体。正是这种合成使一系列快速闪烁的图像能够被观看者看作连续的活动图像。如本文所述，以一种不同的方式利用人的视力的这种合成方面。如果在观看者处使红色及蓝色以足够快的速率交替闪烁，则观看者将看到紫红色，因为大脑将实质上对快速变化的图像进行合成或低通过滤。
因此，控制处理器408接收关于将由每一像素元件402a-402i显示的所需颜色的指示。然后，控制处理器408确定为产生该颜色所需的红色、绿色及蓝色的比率。根据该比率，将在光源410正发出红色光的同时选择一第一数量个干涉式调制器402a-402i处于释放位置(空腔将打开)，在光源410正发出绿色光的同时选择一第二数量个干涉式调制器402a-402i处于释放位置(空腔将打开)，且在光源410正发出蓝色光的同时选择一第三数量个干涉式调制器402a-402i处于释放位置(空腔将打开)。通过足够快地依序选通红色、绿色及蓝色，可实现一任意大的色域。
为调节所显示的颜色的强度，控制处理器408使用瞬时抖动，由此在一所需数量个像素元件402a-402i的调制器受到激励时以预定间隔在所选像素元件402a-402i处闪烁所显示的颜色。当一像素元件402a-402i的调制器受到激励时，像素元件显示黑色。通过将该黑色状态结合入闪烁序列内，可减小如上文所述所形成的颜色的强度。在较佳实施例中，可将上述两种方法相互结合使用来提供既可显示正确强度又可显示正确颜色的最佳像素图案。换句话说，可将有效地显示颜色的帧与显示黑色的帧相组合来调制强度。
此外，各实施例通过允许控制处理器408控制光源410的颜色顺序、占空比及/或强度来实现显示的灵活性。光源的输出可视图像内容或其他条件而改变。例如，在需要的颜色变少(小色域)的条件下，可禁用一个或多个光源。此具有降低显示器的功率消耗的优点。
图10显示控制处理器408的运行。在块500处，控制处理器408接收关于像素元件402a-402i的颜色及强度信息。在块502处，控制处理器408确定被设定成在其红色循环、其蓝色循环及其绿色循环期间反射来自光源410的光的像素的数量及位置。在块504中，控制处理器408确定阴影帧的占空比。阴影帧为黑色帧，其中所有或一部分像素元件402a-402i受到激励，以便通过将一预定量的黑色阴影合成入所显示颜色中来减小所显示颜色的强度。在块506中，控制处理器408确定由光源410发射的光的颜色占空比、颜色变化速率及强度。在块508中，控制处理器408根据上面所确定的参数来强度显示器400。
图11提供干涉式调制器的一替代结构。调制器600包括一通常由ITO制成的下部电极622。在电极622的顶部沉积有一第一介电质620，例如SiO2。在介电质620上沉积有一薄层吸收材料/导体材料618，例如铬，且在该吸收层上为一由例如Al2O3等材料制成的电绝缘层616。设置有一第一组支柱612来支撑镜610以形成第一光学空腔614。镜610通常由铝制成且也可用作一电极。在镜610上为一第二组支柱606，其设置用于支撑介电层604，在该实例性实施例中，介电层604由SiO2构成。由此会形成第二空腔608。在介电层604上为一高电极602。在自下方观看时，该调制器将在未受激励状态中显示黑色。当在镜610与电极602之间施加一电场从而使空腔608凹下时，调制器将具有一光谱响应，该光谱响应部分地由光学空腔的竖向尺寸界定。当在镜610与电极622之间施加一电场从而使空腔614凹下时，调制器变为一能够高度反射所有频率的入射光的宽带镜。在某些实施例中，层616非常薄，从而使在空腔614凹下时镜610与一构造于电极622下面的衬底(未显示)之间的间隔距离最小化。在一实施例中，层616为100埃厚。
该调制器的工作方式如参照上述其他实例性实施例所述，但以一其中未受激励时的颜色为黑色(即低反射率)的模式工作。此可具有减小为写入一图像-例如一其相当一部分为黑色的图像-而需要激励的像素数量的优点。
图12A及12B为显示一显示装置2040的一实施例的系统方块图。显示装置2040例如可为蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置2040的相同组件及其稍作变化的形式也可作为例如电视及便携式媒体播放器等各种类型显示装置的例证。
显示装置2040包括一外壳2041、一显示器2030、一天线2043、一扬声器2045、一输入装置2048及一麦克风2046。外壳2041通常由所属技术领域的技术人员所熟知的众多种制造工艺中的任一种工艺制成，包括注射成型及真空成形。此外，外壳2041可由众多种材料中的任一种材料制成，包括但不限于塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷、或其一组合。在一实施例中，外壳2041包括可拆式部分(未图示)，这些可拆式部分可与其他具有不同颜色的、或包含不同标识、图片或符号的可拆式部分换用。
实例性显示装置2040的显示器2030可为众多种显示器中的任一种，包括本文所述的双稳显示器。在其他实施例中，显示器2030包括例如上文所述的等离子体显示器、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD等平板显示器、或例如CRT或其他管式装置等非平板显示器，这些显示器为所属技术领域的技术人员所熟知。然而，为便于说明本实施例，显示器2030包括一如本文所述的干涉式调制器显示器。
在图12B中示意性地显示实例性显示装置2040的一实施例的组件。所示实例性显示装置2040包括一外壳2041，并可包括其他至少部分地封闭于其中的组件。例如，在一实施例中，实例性显示装置2040包括一网络接口2027，该网络接口2027包括一耦接至一收发器2047的天线2043。收发器2047连接至处理器2021，处理器2021又连接至调节硬件2052。调节硬件2052可配置成对一信号进行调节(例如对一信号进行滤波)。调节硬件2052连接至一扬声器2045及一麦克风2046。处理器2021还连接至一输入装置2048及一驱动控制器2029。驱动控制器2029耦接至一帧缓冲器2028并耦接至阵列驱动器2022，阵列驱动器2022又耦接至一显示阵列2030。一电源2050根据具体实例性显示装置2040的设计的要求为所有组件供电。
网络接口2027包括天线2043及收发器2047，以使实例性显示装置2040可通过网络与一个或多个装置进行通信。在一实施例中，网络接口2027还可具有某些处理功能，以降低对处理器2021的要求。天线2043是所属技术领域的技术人员所知的用于发射及接收信号的任一种天线。在一实施例中，天线根据IEEE802.11标准(包括IEEE 802.11(a)，(b)，或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中，天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射及接收RF信号。倘若为蜂窝式电话，则天线被设计成接收CDMA、GSM、AMPS或其他用于在无线移动电话网络中进行通信的已知信号。收发器2047对自天线2043接收的信号进行预处理，以使其可由处理器2021接收及进一步处理。收发器2047还处理自处理器2021接收到的信号，以使其可通过天线2043自实例性显示装置2040发射。
在一替代实施例中，可由一接收器取代收发器2047。在又一替代实施例中，可由一图像源取代网络接口2027，该图像源可存储或产生拟发送至处理器2021的图像数据。例如，该图像源可为一含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器、或一产生图像数据的软件模块。
处理器2021通常控制实例性显示装置2040的总体运行。处理器2021自网络接口2027或一图像源接收数据(例如压缩的图像数据)，并将该数据处理成原始图像数据或处理成一种易于处理成原始图像数据的格式。然后，处理器2021将处理后的数据发送至驱动控制器2029或发送至帧缓冲器2028进行存储。原始数据通常是指可识别一图像内每一位置处的图像特性的信息。例如，所述图像特性可包括颜色、饱和度及灰度级。
在一实施例中，处理器2021包括一微控制器、CPU、或用于控制实例性显示装置2040的运行的逻辑单元。调节硬件2052通常包括用于向扬声器2045发送信号及用于自麦克风2046接收信号的放大器及滤波器。调节硬件2052可为实例性显示装置2040内的离散组件，或者可并入处理器2021或其他组件内。
驱动控制器2029直接自处理器2021或自帧缓冲器2028接收由处理器2021产生的原始图像数据，并适当地将原始图像数据重新格式化以便高速传输至阵列驱动器2022。具体而言，驱动控制器2029将原始图像数据重新格式化成一具有光栅类格式的数据流，以使其具有一适合于扫描显示阵列2030的时间次序。然后，驱动控制器2029将格式化后的信息发送至阵列驱动器2022。尽管驱动控制器2029(例如LCD控制器)通常是作为一独立的集成电路(IC)与系统处理器2021相关联，然而这些控制器也可按许多种方式进行构建。其可作为硬件嵌入于处理器2021中、作为软件嵌入于处理器2021中、或以硬件形式与阵列驱动器2022完全集成在一起。
通常，阵列驱动器2022自驱动控制器2029接收格式化后的信息并将视频数据重新格式化成一组平行的波形，该组平行的波形每秒许多次地施加至来自显示器的x-y像素矩阵的数百条、有时数千条引线。
在一实施例中，驱动控制器2029、阵列驱动器2022、及显示阵列2030适用于本文所述的任一类型的显示器。举例而言，在一实施例中，驱动控制器2029是一传统的显示控制器或一双稳显示控制器(例如一干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器2022是一传统驱动器或一双稳显示驱动器(例如一干涉式调制器显示器)。在一实施例中，一驱动控制器2029与阵列驱动器2022集成在一起。这种实施例在例如蜂窝式电话、手表及其他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2030是一典型的显示阵列或一双稳显示阵列(例如一包含一干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置2048使用户能够控制实例性显示装置2040的运行。在一实施例中，输入装置2048包括一小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、一按钮、一开关、一触敏屏幕、一压敏或热敏薄膜。在一实施例中，麦克风2046是实例性显示装置2040的输入装置。当使用麦克风2046向该装置输入数据时，可由用户提供语音命令来控制实例性显示装置2040的运行。
电源2050可包含所属技术领域内众所周知的许多种能量存储装置。例如，在一实施例中，电源2050为一可再充电的蓄电池，例如一镍-镉蓄电池或一锂离子蓄电池。在另一实施例中，电源2050是一可再生能源、电容器或太阳能电池，包括塑料太阳能电池及太阳能电池漆。在另一实施例中，电源2050构造成自墙上的插座接收电力。
在某些实施方案中，控制可编程性如上文所述存在于一驱动控制器中，该驱动控制器可位于电子显示系统中的数个位置上。在某些情形中，控制可编程性存在于阵列驱动器2022中。所属技术领域的技术人员将知，可在任意数量的硬件及/或软件组件中及在不同的构造中实施上述优化。
尽管上文详细说明是显示、说明及指出本发明的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形式及细节上对所示装置或工艺的作出各种省略、替代及改变，此并不背离本发明的精神。应知道，由于某些特征可与其他特征相独立地使用或付诸实践，因而可在一并不提供本文所述的所有特征及优点的形式内实施本发明。
权利要求
1.一种显示装置，其包括至少一个经构造以反射光的干涉式光调制器，所述至少一个干涉式光调制器具有一在可见光谱中包含两个或两个以上反射比峰值的光谱响应；及一具有一包含至少一个发射峰值的发射光谱的光源，所述至少一个发射峰值至少部分地交叠所述两个或两个以上反射比峰值中的一个峰值。
2.如权利要求1所述的显示装置，其进一步包括一经构造以将光传播至所述至少一个干涉式光调制器的光导。
3.如权利要求2所述的显示装置，其中所述光源包含复数个发射峰值，所述复数个发射峰值至少部分地交叠所述两个或两个以上反射比峰值中的复数个峰值。
4.如权利要求3所述的显示装置，其中所述光导经构造以选择所述发射峰值中的至少一个峰值。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中所述至少一个干涉式光调制器包括一由一对其间具有一间隙的反射表面形成的光学空腔。
6.如权利要求5所述的显示装置，其中所述间隙界定一会在所述光谱响应中产生所述两个或两个以上反射比峰值的空腔高度。
7.如权利要求1所述的显示装置，其进一步包括复数个干涉式光调制器，其中所述复数个干涉式光调制器中的每一个干涉式光调制器均具有一包含一打开状态及一关闭状态的光学空腔，其中所述复数个干涉式光调制器构造成在一打开状态中具有基本相同的光谱响应且在一关闭状态中具有基本相同的光谱响应。
8.如权利要求1所述的显示装置，其中所述至少一个干涉式光调制器的所述光谱响应在可见光谱中包含三个或三个以上反射比峰值，所述三个或三个以上反射比峰值包含红色、绿色及蓝色峰值。
9.如权利要求1所述的显示装置，其进一步包括一像素元件阵列，每一像素元件均包含至少一个干涉式光调制器。
10.如权利要求9所述的显示装置，其进一步包括一控制系统，所述控制系统经配置以控制所述像素元件中所述至少一个干涉式调制器的反射比，以使所述像素元件显示一图像。
11.如权利要求9所述的显示装置，其进一步包括一控制系统，所述控制系统经配置以接收一图像的一显示信号，并经配置以控制对所述像素元件的照明以使所述像素元件显示所述图像。
12.如权利要求11所述的显示装置，其中所述控制系统经配置以控制对所述像素元件进行照明的光的颜色顺序、占空比、或强度。
13.如权利要求1所述的显示装置，其中所述光源包括一发光二极管。
14.如权利要求1所述的显示装置，其进一步包括一与所述干涉式调制器电连通的处理器，所述处理器经配置以处理图像数据；及一与所述处理器电连通的存储装置。
15.如权利要求14所述的显示装置，其进一步包括一驱动电路，其经配置以向所述干涉式调制器发送至少一个信号。
16.如权利要求15所述的显示装置，其进一步包括一控制器，其经配置以向所述驱动电路发送所述图像数据的至少一部分。
17.如权利要求14所述的显示装置，其进一步包括一图像源模块，其经配置以向所述处理器发送所述图像数据。
18.如权利要求17所述的显示装置，其中所述图像源模块包括一接收器、收发器、及发射器中的至少一个。
19.如权利要求14所述的显示装置，其进一步包括一输入装置，其经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送至所述处理器。
20.一种显示装置，其包括用于以干涉方式调制光的构件，其中所述调制构件能够反射在可见光谱中具有复数个强度峰值的光；及用于使用在可见光谱中包含至少所述复数个强度峰值的光对所述调制构件进行选择性照明的构件。
21.如权利要求20所述的显示装置，其中所述调制构件包括至少一个干涉式调制器。
22.如权利要求20所述的显示装置，其中所述照明构件包括至少一个光源。
23.如权利要求20所述的显示装置，其进一步包括用于控制所述对所述调制构件的选择性照明的构件。
24.如权利要求20所述的显示装置，其中所述控制构件经配置以控制对所述调制构件进行照明的光的颜色顺序、占空比、或强度。
25.如权利要求20所述的显示装置，其进一步包括用于将光自所述照明构件引导至所述调制构件的构件。
26.如权利要求20所述的显示装置，其中可见光谱中的所述复数个强度峰值包括红色、绿色、及蓝色峰值或者蓝绿色及黄色峰值。
27.一种制造一显示装置的方法，其包括提供复数个像素元件，每一像素元件均包含至少一个具有一光谱响应的干涉式光调制器，所述光谱响应在可见光谱中包含两个或两个以上反射比峰值；及提供一光源，所述光源经构造以使用具有一个或多个基本上交叠所述两个或两个以上反射比峰值的光谱峰值的光对所述复数个像素元件进行选择性照明。
28.如权利要求27所述的方法，其进一步包括将一光谱过滤器定位于所述光源与所述像素元件之间的一光学路径中，所述光谱过滤器经构造以产生所述一个或多个光谱峰值。
29.如权利要求27所述的方法，其进一步包括相对于所述光源及所述像素元件定位一光导，以将光自所述光源传递至所述像素元件。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述光导经构造以产生所述一个或多个光谱峰值。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述干涉式光调制器各自包含一由一对相隔一距离的反射表面形成的光学空腔。
32.如权利要求27所述的方法，其中所述复数个像素元件的所述至少一个干涉式光调制器包含一具有一打开状态与一关闭状态的光学空腔，其中所述复数个像素元件的所述至少一个干涉式光调制器经构造以在一打开状态中具有基本相同的光谱响应且在一关闭状态中具有基本相同的光谱响应。
33.如权利要求27所述的方法，其中所述至少一个干涉式光调制器经构造以反射在可见光谱中包含三个或三个以上强度峰值的光，所述三个或三个以上强度峰值包含红色、绿色及蓝色峰值。
34.如权利要求27所述的方法，其进一步包括提供一控制系统，所述控制系统经配置以控制使用所述一个或多个光谱峰值对所述像素元件进行的选择性照明。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述控制系统经配置以控制对所述像素元件进行照明的光的颜色顺序、占空比、或强度。
36.如权利要求34所述的方法，其中所述控制系统经配置以使所述像素元件中的所述干涉式调制器在不同输出状态之间切换。
37.如权利要求27所述的方法，其中所述光源包括一发光二极管。
38.一种通过如权利要求27所述的方法制成的显示装置。
39.一种显示一图像的方法，其包括使用来自一光源的光对至少一个干涉式光调制器进行照明；及自所述至少一个干涉式光调制器反射所述光；其中(i)所述至少一个干涉式光调制器具有一在可见光谱中包含两个或两个以上反射比峰值的光谱响应，及(ii)所述光源具有一包含至少一个发射峰值的发射光谱，所述至少一个发射峰值至少部分地交叠所述两个或两个以上反射比峰值中的一峰值。
40.一种显示装置，其包括复数个像素元件，每一像素元件均包含一可在不同反射状态之间切换的干涉式光调制器；及一照明装置，其经构造以使用在不同时刻具有不同颜色的光对所述复数个像素元件进行选择性照明。
41.如权利要求40所述的显示装置，其进一步包括一控制系统，所述控制系统经配置以控制使用所述彩色光对所述像素元件进行的顺序性照明，以产生一所需的逐一颜色融合。
42.如权利要求40所述的显示装置，其进一步包括一控制系统，所述控制系统经配置以控制所述像素元件的所述反射状态。
43.如权利要求40所述的显示装置，其进一步包括一与所述复数个像素元件电连通的处理器，所述处理器经配置以处理图像数据；及一与所述处理器电连通的存储装置。
44.如权利要求43所述的显示装置，其进一步包括一驱动电路，其经配置以向所述复数个像素元件发送至少一个信号。
45.如权利要求44所述的显示装置，其进一步包括一控制器，其经配置以向所述驱动电路发送所述图像数据的至少一部分。
46.如权利要求43所述的显示装置，其进一步包括一图像源模块，其经配置以向所述处理器发送所述图像数据。
47.如权利要求46所述的显示装置，其中所述图像源模块包括一接收器、收发器、及发射器中的至少一个。
48.如权利要求43所述的显示装置，其进一步包括一输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送至所述处理器。
49.一种显示装置，其包括用于以干涉方式调制光的构件，其可在不同反射状态之间切换；及用于使用在不同时刻具有不同颜色的光对所述调制构件进行选择性照明的构件。
50.如权利要求49所述的显示装置，其中所述调制构件包括复数个像素元件，每一像素元件均包括一干涉式光调制器。
51.如权利要求50所述的显示装置，其中所述照明构件包括一照明装置。
52.如权利要求51所述的显示装置，其中所述照明装置包括一光源。
53.一种制造一显示装置的方法，其包括提供复数个像素元件，每一像素元件均包括一可在不同反射状态之间切换的干涉式光调制器；及相对于所述复数个像素元件布置一照明装置，以使用在不同时刻具有不同颜色的光对所述复数个像素元件进行选择性照明。
54.一种通过如权利要求53所述的方法制成的显示装置。
55.一种显示一图像的方法，其包括使用在不同时刻具有不同颜色的光对复数个像素元件进行选择性照明，每一像素元件均包括一可在不同反射状态之间切换的干涉式光调制器；及自所述复数个像素元件的至少一部分反射所述光。
56.一种显示装置，其包括一经构造以发出包含一发射光谱的光的照明装置，所述发射光谱具有一随时间变化的光谱输出；至少一个经构造以反射来自所述照明装置的光的光调制装置，所述至少一个光调制装置包含一由一对反射表面形成的光学空腔；及一控制系统，其经配置以改变所述照明装置的光谱输出。
57.如权利要求56所述的显示装置，其中所述至少一个光调制装置为一宽带光调制装置。
58.如权利要求56所述的显示装置，其中所述控制系统经配置以选择所述至少一个光调制装置的不同反射状态。
全文摘要
在本发明的各实施例中，一显示装置包括一经构造以在不同时刻发出不同颜色的光的照明装置及至少一个由所述照明装置进行照明的干涉式光调制装置。在某些较佳实施例中，使用不同颜色的光以短的持续时间对干涉式光调制装置进行照明，所述持续时间足够短以使人眼感觉到颜色融合或颜色的混合。所述干涉式光调制装置可包括一在一种状态中反射白色光的白色干涉式光调制装置。所述干涉式光调制装置也可具有一包含至少两个颜色峰值的反射率光谱。
文档编号G02B26/00GK1755482SQ20051010503
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月26日 优先权日2004年9月27日
发明者菲利普·D·弗洛伊德 申请人:Idc公司