专利名称：用于选择性地启动装置阵列的电荷控制技术的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及例如干涉式调制器(MOD)等机电装置阵列的选择性控制。特定实施例类别涉及在从此类装置所建构的有源矩阵显示器中实现灰度。
背景技术：
常规上使用时间调制或空间半色调在从MEMS装置(例如，IM0D)所建构的有源矩阵显示器中实现灰度。通过时间调制，以不同速率接通和断开个别像素以实现所要像素强度。通过空间半色调，从独立控制的子像素阵列建构每一显示像素。通过接通或断开每一像素阵列中的子像素的不同比率实现所要像素强度。两种方法相对于不需要半色调或时间调制以实现灰度的其它类型的有源矩阵显示器(例如，液晶显示器或LCD)导致额外不合需要的电力耗散；时间调制由于所需连续切换开销(其随灰度分辨率的位的数目至少线性缩放)，且空间半色调由于与独立驱动每一子像素相关联的开销(其随子像素的数目大致线性缩放)。另外，对于任一技术，此电力耗散开销由于以下原因进一步加剧由显示内容数据的较高分辨率位平面中的损失垂直相关所产生的切换损耗。
发明内容
根据本发明，描述方法和设备，通过所述方法和设备，可并行驱动机电装置阵列，以使得仅激活所要数目个所述装置。根据一特定类别的实施例，提供一种显示器，其包括像素阵列。每一像素包括多个子像素元件。每一子像素元件为经配置以在两个状态之间切换的机电装置。每一机电装置在于所述两个状态之间切换时展现出滞后。驱动电路耦合到每一像素，且经配置以并行驱动所述像素中的所述子像素元件中的一者以上。控制电路经配置以选择性地启动与所述阵列中的所述像素中的选定像素相关联的所述驱动电路，且借此控制存储于每一选定像素中的电荷量，使得每一选定像素的所述子像素元件的对应于所述电荷量的子集激活，借此针对所述选定像素中的每一者产生对应像素强度。根据另一类别的实施例，提供一种机电系统，其包括机电装置的一个或一个以上阵列。每一机电装置经配置以在两个状态之间切换。每一机电装置在于所述两个状态之间切换时展现出滞后。驱动电路耦合到每一阵列，且经配置以并行驱动所述机电装置中的一者以上。控制电路经配置以启动所述驱动电路，且借此控制存储于每一阵列中的电荷量，使得所述机电装置的对应于所述电荷量的子集激活。通过参考说明书的其余部分和图式，可实现对本发明的本质和优点的进一步理解。
图I为描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等角视图，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于经松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于经激活位置。图2为说明并入有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框图。图3为针对例如图I的干涉式调制器的干涉式调制器的实施方案的可移动镜面位置对所施加电压的图。图4为可用以驱动干涉式调制器显示器的一组行电压和列电压的说明。图5A和5B说明可用以将显示数据的帧写入到图2的3X3干涉式调制器显示器的行信号和列信号的时序图的实例。图6A和6B为说明包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的实施例的系统方框图。图7A到7E为干涉式调制器的各种替代实施方案的横截面图。图8为根据本发明的特定实施例所实施的MEMS装置阵列的实例。图9A和9B展示用于与本发明的各种实施例一起使用的像素驱动电路的实例。图IOA到IOD说明根据本发明的特定实施例的使用电荷控制的MEMS装置的连续激活。图11为说明针对根据本发明的特定实施例所实施的像素的像素强度对电荷的图表。图12为根据本发明的特定实施例所实施的MEMS装置阵列的简化示意图。图13为根据本发明的另一特定实施例所实施的MEMS装置阵列的简化示意图。图14为根据本发明的又一特定实施例所实施的MEMS装置阵列的简化示意表示。
具体实施例方式现将详细参考本发明的特定实施例，其包括由用于执行本发明的发明者所预期的最佳模式。在附图中说明这些特定实施例的实例。尽管结合这些特定实施例描述本发明，但应理解，其无意将本发明限于所描述的实施例。相反，其意欲涵盖如可包括于如由所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围内的替代物、修改和等效物。在以下描述中，阐述特定细节，以便提供对本发明的透彻理解。可在无这些特定细节中的一些或全部的情况下实践本发明。另外，可能尚未详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使本发明模糊不清。根据本发明的各种实施例，提供技术和机制，通过所述技术和机制，可在并行驱动的机电装置的阵列中存储电荷，以使得仅激活所要数目个所述装置。这些机电装置包括(例如)微机电系统(MEMS)装置，以及所谓的纳米机电系统(NEMS)装置。下文参考干涉式调制器(IMOD)和基于此类装置的显示器的特定实例描述特定实施例。具体来说，描述用于在此类显示器中实现灰度的空间半色调技术，其减小或消除与常规空间半色调技术相关联的电力损失。然而，所属领域的技术人员应注意且将了解，本发明所实现的技术和机制更广泛地适用于从其它类型的机电装置所建构的显示器，所述机电装置例如为IMOD、镜面(如同DMD)、MEMS快门、比如麦克风的MEMS换能器、超声波换能器等。本发明所实现的技术和机制还适用于机电装置的相控阵列、基于阵列的麦克风等。从遭受使用时间调制或常规空间半色调以实现灰度的缺陷的机电装置所建构的任何类型的显示器可受益于本发明的实施例。仍更广泛地，本文中所描述的技术和机制适用于使用机电装置的阵列所建构的其它类型的系统和装置，且所述系统和装置受益于激活少于此类阵列中的所有装置的能力。此类系统和装置包括(例如)投影仪、光学滤光片、麦克风等。 根据与IMOD显示器相关的特定类别的实施例，以如下方式实现灰度至少部分地减轻与实现灰度的先前方法(例如，时间调制或常规空间半色调)相关联的电力耗散损失。根据这些实施例中的一些实施例，从多个子像素显示元件建构此显示器中的每一像素，其中每一者为MOD。并行驱动子像素的每一阵列中的IM0D，而非如同常规空间半色调技术而独立地驱动子像素的每一阵列中的MOD。经由驱动电路(其可包括一个或一个以上薄膜晶体管或TFT或其它电路)存储于子像素显示元件的阵列中的电荷量受到控制，使得仅所要数目个IMOD激活，借此实现所要像素强度(例如，灰度)。关于MEMS和IM0D，以及可根据本发明的实施例而实施的IMOD显示器的一些背景将为说明性的。MEMS包括微机械组件、激活器和电子装置。可使用沉积、蚀刻，和/或蚀刻掉衬底和/或所沉积材料层的多个部分或者添加层以形成电气装置和机电装置的其它微机械加工工艺来产生微机械元件。一种类型的MEMS装置称为干涉式调制器或頂0D。如本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器指代使用光学干涉原理来选择性地吸收和/或反射光的装置。干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可完全或部分透明和/或具反射性，且能够在施加适当的电信号后即刻进行相对运动。在一特定实施中，一板可包含沉积于衬底上的固定层，且另一板可包含通过气隙而与所述固定层分离的金属膜。如本文中更详细描述，一板相对于另一板的位置可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。此类装置具有广泛应用，且将在此项技术中有益于利用和/或修改这些类型的装置的特性，以使得其特征可用于改进现有产品和产生尚未开发出的新产品。如将论述，可在经配置以显示图像(无论是运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静态图像)，且无论是文本图像还是图形图像)的任何装置中实施本发明的实施例。更特定来说，预期本发明的实施例可实施于例如(但不限于)以下各者的多种电子装置中或与其相关联而实施移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、自动显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器和/或显示器、相机视图显示器(例如，车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标记、投影仪、建筑结构、封装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示)。然而，如上文所提及，预期在非显示应用(例如，电子切换装置、麦克风等)中包括MEMS装置(IM0D和其它类型的MEMS装置两者)的阵列的本发明的实施例。在图I中说明两个干涉式MEMS显示元件的实例。在此些装置中，像素处于明亮状态或黑暗状态。在明亮(“经松弛”或“打开”)状态下，每一显示元件将较大部分的入射可见光反射到用户。在黑暗(“经激活”或“关闭”)状态下，每一显示元件将极少入射可见光反射到用户。依据所述实施例，“接通”和“切断”状态的光反射特性可颠倒。MEMS像素还可经配置以主要反射选定色彩，从而允许除黑色和白色外的彩色显示器。图I为描绘可用以实施本发明的特定实施例的两个邻近MEMS干涉式调制器显示元件的等角视图。根据此些实施例而实施的干涉式调制器显示器包含此些干涉式调制器的行阵列/列阵列。如将论述，显示器中的每一像素包含子像素的阵列，其中每一者为干涉式调制器。每一干涉式调制器包括一对反射层，所述对反射层按彼此间可变且可控制的距离而定位以形成具有至少一个可变尺寸的谐振光学间隙。在所展示的显示元件中，可在两个位置之间移动反射层中的一者。在第一位置(本文中称为经松弛位置)中，可移动反射层定位于与固定的部分反射层相距相对大的距离处。在第二位置(本文中称为经激活位置)中，可移动反射层定位成更紧密邻近于所述部分反射层。从所述两个层反射的入射光取决于可移动反射层的位置而相长或相消地干涉，从而针对每一元件产生整体反射或非反射状态。图I中的子像素阵列的所描绘部分包括两个邻近的干涉式调制器12a和12b。在左侧干涉式调制器12a中，可移动反射层14a被说明为处于距光学堆叠16a预定距离处的经松弛位置中，光学堆叠16a包括部分反射层。在右侧干涉式调制器12b中，可移动反射层14b被说明为处于邻近于光学堆叠16b的经激活位置中。如本文中所参考，光学堆叠16a和16b (统称为光学堆叠16)通常包含若干融合层(fused layer),所述融合层可包括例如氧化铟锡(ITO)的电极层、例如铬的部分反射层和透明电介质。光学堆叠16因此为导电的、部分透明的且部分反射的，且可(例如)通过将上述层中的一者或一者以上沉积到透明衬底20上进行制造。部分反射层可由多种部分反射性材料形成，例如各种金属、半导体和电介质。部分反射层可由一个或一个以上材料层形成，且所述层中的每一者均可由单一材料或材料的组合形成。在一些实施例中，光学堆叠16的各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可形成为所沉积的金属层的一系列平行条带(与行电极16a、16b正交)，以形成沉积于支柱18的顶部上的列和沉积于支柱18之间的介入牺牲材料。当蚀刻掉牺牲材料时，可移动反射层14a、14b通过所界定的间隙19而与光学堆叠16a、16b分离。高度导电且反射的材料(例如铝)可用于反射层14，且这些条带可在显示装置中形成列电极。注意，图I可能未按比例。在一些实施例中，柱18之间的间距可大约为10-100 μ m,而间隙19可大约〈1000埃。在未施加电压的情况下，间隙19保持在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态，如图I中的子像素12a所说明。然而，当将电位(例如，电压)差施加到选定的行和列时，在对应的子像素中，在行电极和列电极的交叉处 形成的电容器开始带电，且静电力一起拉动所述电极。如果电压足够高，则可移动反射层14变形且被迫抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的介电层(在此图中未说明)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离，如图I的右侧的经激活的子像素12b所说明。不管所施加的电位差的极性如何,此行为均相同。图2到5说明在显示应用中使用干涉式调制器的阵列的工艺和系统的实例。图2为说明可并入有干涉式调制器的电子装置的一个实施例的系统方框图。所述电子装置包括处理器21，其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如，ARM 、Pentium 、8051、MIPS取、Power PC R或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。如此项技术中常规的，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执行操作系统外，处理器可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，包括网络浏览器、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包括将信号提供到显示阵列或面板30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。图I中所说明的阵列的横截面在图2中由线1-1展示。注意，虽然为了清晰起见，图2说明干涉式调制器的3X3阵列，但显示阵列30可含有非常大的数目的干涉式调制器显示元件，且在行中的干涉式调制器的数目可不同于在列中的干涉式调制器的数目(例如，每行300个像素乘每列190个像素)。图3为针对例如图I中所展示的干涉式调制器的干涉式调制器的实施方案的可移动镜面位置对所施加电压的图。对于MEMS干涉式调制器，行/列激活协议可利用如图3中所说明的这些装置的滞后性质。干涉式调制器可能需要(例如)10伏电位差，以使可移动层从经松弛状态变形到经激活状态。然而，由于装置的滞后，当电压从所述值减小时，随着电压下降回10伏以下，所述可移动层维持其状态。在图3的实施方案中，可移动层不完全松弛直到电压下降到低于2伏。因此在图3中所说明的实例中，存在约3V到7V的电压范围，其中存在所施加电压窗，在所述窗内，所述装置稳定于松弛或激活状态。此窗在本文中被称为“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特征的显示阵列，行/列激活协议可经设计以使得在行选通期间，选通行中的待激活的像素暴露于约10伏的电压差，且待松弛的像素暴露于接近零伏的电压差。在选通后，所述像素暴露于约5伏的稳定状态或偏置电压差以使得所述像素保持在行选通将其置于的任何状态。在被写入后，在此实例中，每一像素均经历3到7伏的“稳定窗”内的电位差。此特征使像素在同一所施加的电压条件下稳定于激活或松弛预先存在的状态。因为每一干涉式调制器(不管处于激活状态还是松弛状态)基本上为由固定和移动反射层形成的电容器，所以可在几乎不具有功率耗散的情况下以滞后窗内的电压保持此稳定状态。如果所施加的电位是固定的，则基本上没有电流流动到干涉式调制器中。如下进一步描述，在典型应用中，可通过根据第一行中的所要的一组经激活像素而跨越一组列电极发送一组数据信号(每一者具有某一电压电平)来创建图像的帧。接着将行脉冲施加到第一行电极，从而激活对应于所述组数据信号的像素。接着改变所述组数据信号以对应于第二行中的所要的经激活像素集合。接着将脉冲施加到第二行电极，从而根据数据信号激活第二行中的适当像素。第一行像素不受第二行脉冲影响，且保持于其在第一行脉冲期间被设定于的状态中。可以依序方式针对整个系列的行重复此过程以产生帧。通常，通过以每秒某一所要数目的帧来不断重复此过程，而使用新的图像数据刷新和/或更新帧。可使用用于驱动像素阵行的行和列电极以产生图像帧的广泛多种协议。图4和5说明用于在图2的3X3阵列上产生显示帧的一个可能的激活协议。在所说明的实例中，将每一像素描述为如同其以单一干涉式调制器实施。然而，所属领域的技术人员将理解对本发明的实施例的此描述的概括，在所述实施例中，每一像素包含子像素 元件的阵列。图4说明可用于展现图3的滞后曲线的像素的列电压电平与行电压电平的可能集合。在图4中，激活像素涉及将适当列设置为-Vbias且将适当行设置为+ Λ V，其可分别对应于-5伏和+5伏。松弛像素可通过以下方式实现将适当列设置为+Vbias且将适当行设置为相同+ Λ V，进而在像素上产生零伏的电位差。在行电压保持于零伏的那些行中，所述像素稳定于其初始所处的任何状态，而不管列处于+Vbias还是_Vbias。还如图4中所说明，可使用与上文所述的极性相反的极性的电压，例如，激活像素可涉及将适当列设置为+Vbias且将适当行设置为- AV。在此实施例中，释放像素是通过以下操作实现将适当列设置为-Vbias且将适当行设置为相同-Λ V，进而在像素上产生零伏的电位差。图5B是展示施加到图2的3x3阵列的一系列行信号和列信号的时序图，其将产生图5A中所说明的显示布置(其中所激活的像素为非反射的)。在写入图5A中所说明的帧之前，所述像素可处于任何状态，且在此实例中，所有行最初均处于O伏且所有列均处于+5伏。在这些所施加的电压的情况下，所有像素均稳定于其现有的经激活或经松弛状态中。在图5A帧中，像素(I, I)、(I, 2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)被激活。为实现此，在行I的“线时间”期间，将列I和2设置为-5伏，且将列3设置为+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持在3到7伏的稳定窗中。接着通过从O伏升到5伏且回落到零的脉冲而选通行I。此将激活(1，I)和(1，2)像素并松弛(1，3)像素。阵列中的其它像素不受影响。为了在需要时设置行2，将列2设置为-5伏，且将列I和3设置为+5伏。施 加到行2的相同选通接着将激活像素(2，2)和松弛像素(2，I)和(2，3)。同样，阵列的其它像素不受影响。以类似方式通过将列2和3设置为-5伏且将列I设置为+5伏而设置行3。行3选通设置行3像素，如图5A中所示。在写入所述帧之后，行电位为零，且列电位可保持于+5或-5伏，且显示器稳定于图5A的布置中。相同程序可用于数十或数百行和列的阵列。如将论述，根据本发明的各种显示相关实施例，用以执行行激活和列激活的电压的时序、序列和电平可在上文所概述的一般原理内广泛变化，以实现每一像素内的子像素的选择性激活。图6A和6B为说明其中可实施本发明的显示相关实施例的显示装置40的实例的系统方框图。显示装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其微小变化还说明各种类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器。显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48和麦克风46。通常由多种制造工艺(包括注射模制和真空成形)中的任一者形成外壳41。此外，夕卜壳41可由多种材料中的任一者制成，包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷，或其组合。在一个实施例中，外壳41包括可移除部分(未图示)，其可与不同色彩、或含有不同标识、图片或符号的其它可移除部分互换。显示装置40的显示器30可为包括如本文中所描述的双稳态显示器的多种显示器中的任一者。在其它实施例中，显示器30包括平板显示器(例如，如上文所描述的等离子体、EL、OLED, STN IXD或TFT IXD);或非平板显示器(例如，CRT或其它显像管装置)。根据特定类别的实施例，显示器30包括干涉式调制器显示器。在图6B中示意性地说明显示装置40的组件。所说明的显示装置40包括外壳41，且可包括至少部分地封闭于其中的额外组件。举例来说，显示装置40可包括网络接口 27，网络接口 27包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21还连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。电源50将电力提供到如由特定显示装置40设计所需的所有组件。网络接口 27包括天线43和收发器47，使得显示装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。网络接口 27还可具有一些处理能力以减轻处理器21的要求。天线43可为用于发射和接收信号的广泛多种天线中的任一者。天线可(例如)根据IEEE 802. 11标准(包括IEEE 802. 11(a), (b)或(g))来发射和接收RF信号。或者，天线可根据蓝牙标准发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线可经设计以接收CDMA、GSM、AMPS、W-CDMA或用以在无线手机网络中进行通信的其它已知信号。收发器47预处理从天线43接收的信号，使得其可由处理器21接收并进一步操纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得其可经由天线43从显示装置40发射。在一替代实施方案中，收发器47可由接收器替换。在又一替代实施方案中，网络接口 27可被图像源取代，图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来说，图像源可为含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器，或产生图像数据的软件模 块。处理器21通常控制示范性显示装置40的总体操作。处理器21接收数据(例如来自网络接口 27或图像源的经压缩图像数据)并将数据处理为原始图像数据或处理为容易处理为原始图像数据的格式。处理器21接着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以供存储。原始数据通常涉及识别图像内每一位置处的图像特征的信息。举例来说，此些图像特征可包括色彩、饱和度和灰度水平。处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置40的操作。调节硬件52通常包括放大器和滤波器以用于将信号发射到扬声器45以及用于从麦克风46接收信号。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件或可并入在处理器21或其它组件中。驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据且适当地重新格式化原始图像数据以供高速发射到阵列驱动器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，使得其具有适于在显示阵列30上进行扫描的时间次序。接着，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)通常作为独立集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但可以许多方式实施此些控制器。举例来说，其可作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中，或以硬件与阵列驱动器22完全集成。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，并将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述波形每秒多次地被施加到来自显示器的x-y像素阵列的数百且有时数千个引线。驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示阵列30适用于本文中所描述的显示器的类型中的任一者。根据显示相关类别的实施例，驱动器控制器29和阵列驱动器22经配置以根据本发明的这些实施例驱动显示阵列，包括如下文所描述者。根据一些实施例，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成在一起。此些实施例(例如)在例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器的高度集成系统中是合适的。在又其它实施例中，显示阵列30为典型显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包括干涉式调制器阵列的显示器)。输入装置48允许用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包括(例如)小键盘(例如，QWERTY键盘或电话小键盘)、一个或一个以上按钮、一个或一个以上开关开关、触敏屏幕、压敏或热敏膜等。麦克风46为显示装置40的输入装置。当使用麦克风46将数据输入到装置时，可由用户提供语音命令以用于控制显示装置40的操作。电源50可包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，电源50可为可再充电电池(例如，镍镉电池或锂离子电池)、可再生能源、电容器，或太阳能电池(包括塑料太阳能电池和太阳能电池涂料)。电源50还可经配置以从壁式插座接收电力。在一些实施方案中，控制可编程性驻留于驱动器控制器中，所述驱动器控制器可位于电子显示系统中的若干地方。在一些情况下，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。如将了解，可以任何数目个硬件和/或软件组件且以各种配置实施本文中所描述的各种功能性和/或优化。根据上文所阐述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可根据本发明的各 种实施例而广泛变化。举例来说，图7A到7E说明可移动反射层14和其支撑结构的五个不同实施方案。图7A为图I的MEMS装置的横截面，其中金属材料条带14沉积于正交延伸的支撑件18上。在图7B中，每一干涉式调制器的可移动反射层14在形状上为正方形或矩形且仅在系链32上在转角处附接到支撑件。在图7C中，可移动反射层14在形状上为正方形或矩形且从可变形层34悬垂，可变形层34可包含可挠性金属。可变形层34在可变形层34的周边周围直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中被称为支撑柱。图7D中所说明的实施方案具有支撑柱插塞42，可变形层34即搁置于支撑柱插塞42上。可移动反射层14保持悬垂在间隙上(如在图7A到7C中)，但可变形层34不通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支撑柱。而是，支撑柱由用以形成支撑柱插塞42的平坦化金属形成。图7E中所说明的实施方案是基于图7D中所示的实施例，但还可经调适以与图7A到7C中所说明的实施方案以及未图示的额外实施例中的任一者一起运作。在图7E中所展示的实施方案中，已使用额外的金属或其它导电材料层形成总线结构44。此允许信号沿干涉式调制器的背面路由，进而消除了可能原本必须在衬底20上形成的许多电极。在例如图7中所展示的实施方案的实施方案中，干涉式调制器充当直视型装置，其中从透明衬底20的前侧看到图像，所述侧与上面布置有调制器的侧相反。在这些实施方案中，反射层14光学屏蔽干涉式调制器在与衬底20相反的反射层(包括可变形层34)的侧上的部分。此允许屏蔽区域可在不负面影响图像质量的情况下经配置和操作。举例来说，此屏蔽允许图7E中的总线结构44，其提供使调制器的光学特性与调制器的机电特性(例如寻址或由此寻址引起的移动)分离的能力。此可分离的调制器架构允许选择用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料并彼此独立地作用。此外，图7C到7E中所展示的实施方案具有由反射层14的光学特性与其机械特性去耦而得到的额外益处，其是由可变形层34实行。此允许用于反射层14的结构设计和材料在光学特性方面经优化，且用于可变形层34的结构设计和材料在所要机械特性方面经优化。根据本发明的各种实施例，可以仅所要数目个装置激活的方式并行驱动MEMS装置的阵列。根据特定类别的实施例，可在包含此类装置的阵列的视觉显示器的情形下实施此功能性，以实现各种水平的灰度或像素强度。此类别的实施例的一个子集包括从IMOD所建构的显示器，其以如上文参看图I到7E所描述的许多方面进行操作。下文参看剩余图描述可建构此些实施例的方式的各种实例。然而，应再次注意，为本发明的基础的基本原理并不限于上文所描述的特定类型的显示元件，或甚至显示应用。
根据本发明的特定实施例，IMOD装置的阵列并联连接且由同一电路驱动。如将论述，此电路可包含单一控制开关，但还可用更复杂的电路实施。根据使用单一控制开关的特定实施例，将所述开关接通一段时间周期，所述时间周期小于IMOD元件的响应时间，但大于与每一者相关联的充电和放电时间(例如，RC时间常数)。一旦断开所述开关，结果是与每一 IMOD元件相关联的电容存储相同电荷量。通过控制由所述开关传递的电荷量(例如，通过使所施加电压或所述开关的接通时间变化)，可控制激活(即，从经松弛状态转变)的子像素IMOD元件的数目以实现不同像素强度。图8说明包含九个子像素元件804的像素802的实例，可根据本发明的特定实施例驱动所述子像素元件804以实现所要灰度。在此实例中，每一子像素元件804为例如MOD的MEMS装置。与常规空间半色调技术对比，所描绘像素的子像素元件并联连接且由同一像素驱动电路806并行驱动。通过电极，激活电压施加到像素的经电连接的子像素元件中的每一者，使得所述子像素元件可由单一信号共同驱动。应注意，对于彩色显示，并行驱动的子像素元件的阵列将对应于像素颜色中的一 者(例如，红、绿或蓝)。即，预期其中驱动子像素元件的阵列以实现所要颜色强度的本发明的实施例。根据一些实施例，像素驱动电路806可用单一开关(例如，薄膜晶体管(TFT))来实施，如图9A中所示。然而，此方法是基于开关显著快于个别MEMS装置(例如，IM0D)的机械响应时间的假设。如果情况并非如此，则可能需要其它电路。举例来说，每一像素可由对MEMS装置的对响应时间不敏感的压控电流源驱动，如图9B中所示。更一般来说，可使用各种配置中的多个开关、较高电平逻辑，或任何其它合适电路来并行驱动子像素。举例来说，常规上用以驱动单一 MEMS装置的开关或逻辑的任何配置可适于控制根据本发明的实施例并联连接的多个MEMS装置中的电荷的存储。广泛的合适变化在所属领域的技术人员的能力内。不管像素驱动电路806的特定本质，可使用传递到像素驱动电路的单一写入操作经由单一数据线808在所描绘的实施例中实现所要像素强度(例如，灰度)。在单一写入操作期间传递到子像素的阵列的电荷量经控制以使得子像素元件的仅子集激活。再次参看图8，每一子像素元件804具有相关联的电容(Celarent)。随着电荷被传递到子像素阵列，对这些电容充电直到子像素元件中的一者切换为止。此时，经切换的子像素元件的电容相对于其它未切换的元件显著增加(例如，在一些实施例中增加了约10倍)。举例来说，参考图I的MOD 12a和12b，可理解子像素元件的激活和电容的对应改变。MOD 12a经展示处于层14a与对应光学堆叠16a间隔开的“经松弛”位置中。相比而言，邻近的MOD 12b经展示处于层14a “被拉入”接近于光学堆叠16b的“经激活”位置中。如所众所周知的，电容与相对的平行导电平面之间的分隔距离成反比，即，平面越接近，电容越大。因此，经激活的子像素元件具有大于经松弛状态中的所述元件的电容。由于经激活的子像素元件的电容增加，经激活的元件吸收积聚于其它子像素元件上的电荷，使得其各自从激活所需的电位退回，且达到操作稳定窗(例如，参看图3和11)。接着，随着将其它电荷传递到子像素阵列，重复所述过程直到已激活所要数目个子像素元件为止。参看图IOA到IOD和11理解此进程。图IOA展示处于经松弛或反射状态中的九个MOD的阵列。当所述装置中的一者上的所积聚的电荷超过所述装置的切换阈值时(参看图11)，所述装置激活且转到其非反射状态(图10B)。其它电荷的添加致使第二 MOD激活(图10C)，以此类推，直到已激活所要数目个頂OD (B卩，变得非反射)为止，且表示所要灰度或像素强度(图10D)。通过阶梯状曲线在图11中表示装置激活的此连续性，其中每一向下台阶表示另一装置的激活和灰度或像素强度的所得稳定水平。因此，尽管具有多个MEMS装置，但可仅用单一写入操作实现所要灰度或像素强度 。根据一个类别的实施例的子集(由图12的简化图所说明的特定实施例)，用单一开关1206(例如，TFT，其源极连接到单一数据线1208，其栅极连接到单一栅极线1210，且其漏极连接到并联排列的子像素元件的电极中的每一者，如图所示)驱动像素1202的子像素元件1204。如将理解，对于其中子像素阵列中的MEMS装置为MOD的实施例，可经由横跨每一子像素阵列的显示器列导体进行到TFT的漏极的连接。如所属领域的技术人员将易于理解，并联连接的特定本质将取决于基础MEMS装置类型。根据本发明的各种实施例，可以多种方式实现对将电荷传递到子像素的阵列的控制。举例来说，且参看图12的电路图，可操纵用于TFT的栅极驱动的脉冲宽度，以实现任何所要的电荷电平。举例来说，此脉冲宽度控制可由图2的阵列驱动器22和行驱动器电路24提供。或者，栅极脉冲宽度可保持恒定，且可操纵数据线上的电压以实现所要电荷电平。举例来说，可通过图2的阵列驱动器22和列驱动器电路26提供此电压控制。对于其中以与栅极控制相同的尺寸写入信息的显示器，后一方法可为优选的。即，例如，如果以行X行将内容写入到显示器，且沿着同一轴线(即，行X行)选择像素，则行中的每一像素将经历相同脉冲宽度。更一般来说，在不脱离本发明的情况下，可以广泛多种方式实施将信号提供到每一像素处的驱动电路的控制电路。举例来说，此控制电路可以单片或分布的方式来实施。对于显示应用，控制电路(例如，图2的阵列驱动器22)将通常包括在阵列的周边处的针对每一列的列驱动器电路(例如，图2的电路26)，所述列驱动器电路可(例如)接收选择特定驱动电压的多个输入位。举例来说，对于具有9到15个子像素元件的本发明的实施例，可使用此电路的3到4位的控制实现充分的灰度控制。如所属领域的技术人员将理解，其它数目个位可用以适合特定应用。控制电路还将通常包括在阵列的周边处的行驱动器电路(例如，图2的电路24)，以选择用于写入经由列驱动器电路所传递的内容的每一行。根据一些实施例，取决于由制造公差等所产生的装置变化，在给定像素中的子像素元件随着电荷被传递而激活的次序可从像素到像素随机发生。如将理解，(例如)由在制造期间的工艺变化和公差所产生的此类变化可能相当小。举例来说，产生在MOD阵列内的不同“拉入”电压(即，可移动层拉入到光学堆叠的电压)的任何装置变化可确定激活的次序。举例来说，各种MEMS装置的弹簧常数可不同。这一般由MEMS装置的机械层中的应力的变化引起。在另一实例中，各种MEMS装置的偏移电压可不同。这一般由装置内的电荷捕集引起，所述电荷捕集进一步取决于驱动每一装置所用的过去电荷电平。广泛多种其它变化预期在本发明的范围内。根据其它实施例，可使用多种机制控制在给定像素中的子像素元件激活的次序。根据这些实施例，在像素内引入和/或操纵结构性机制或特征，以提供确定激活次序的变化的类型的可预测分布。举例来说，根据这些实施例中的一些实施例，在子像素阵列中的MEMS装置中引入某一机械或物理不对称性，且控制所述不对称性以影响可预测激活顺序(例如，IMOD的相对大小或面积、与每一 IMOD相关联的弹簧常数等)。根据图13中所说明的另一实例，阵列内的不同子像素元件连接到不同参考电压。如图中所示，第一子像素元件(其可为一者或一者以上)连接到接地，第二元件(其可为一者或一者以上)连接到参考电压VI，第三元件(其可为一者或一者以上)连接到V2，以此类推。因此，举例来说，如果所有装置具有激活偏置电压10. O伏且Vl=O. I伏、V2=0. 2伏等，则当施加到阵列的偏置电压为10. O、更多为10. I、甚至更多为10. 2等时，一些装置将激活。可实施类似于图13中所示的实例的实施例，其中存在与像素中的子像素元件一样多的参考电压。或者，实施例可通过将一些子像素元件分组在一起而使用较少参考电压。图14展示可将此实施例中的子像素元件分组成若干子集以实现各种水平的灰度的方式的实例。在所描绘的实施方案中，将4个邻近子像素元件一起分组在一个子集中，其中有2个、
2个和I个元件的额外子集。通过将不同子集连接到不同参考电压，可以受控方式激活不同子集，以实现所要水平的灰度或像素强度。可使用多种机制弓I入此些参考电压。举例来说，可经由每一参考电压自身的导电平面引入每一参考电压。或者，可相对于同一平面(例如，接地平面)导出所有参考电压，其中额外电路元件(例如，分压器、电压调节器等)介于装置电极与所述平面之间。在不脱离本发明的范围的情况下，可使用用于实现不同参考电压的广泛多种机制。如参考前文描述将了解，显示应用可受益于本发明的实施例，因为可以单一步骤(例如，写入操作)实现所要水平的灰度或像素强度。此表示相对于独立地驱动子像素从而需要多个步骤来实现相同结果的技术的显著电力节省。另外，不会由于以下原因而加剧与内容数据中的损失垂直相关性相关联的电力损失需要与常规空间半色调技术一样独立地驱动子像素。即，较少写入步骤还意味着由内容数据中的损失垂直相关性所产生的电力耗散与不需要时间调制或空间半色调以实现灰度的显示器相当。尽管已参考本发明的特定实施例特定地展示且描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对所揭示的实施例的形式和细节进行改变。举例来说，如上文所论述，在本文中在基于IMOD的视觉显示器的情形下描述特定实施例。然而，并未如此限制本发明的范围。而是，其包括基于范围广泛得多的MEMS和NEMS装置(例如，任何类型的MEMS或NEMS装置，显示器可基于所述MEMS或NEMS装置，且以特征为滞后的方式在两个稳定状态之间切换所述MEMS或NEMS装置)的视觉显示器。仍更一般来说，预期可在与MEMS或NEMS装置的阵列相关但并不与视觉显示器相关的应用中实施的本发明的实施例。此些应用包括(但不限于)滤波器、传感器、MEMS音频扬声器元件(例如，其用以模仿模拟扬声器纸盆(speaker cone)的移动)的阵列、麦克风阵列等。在另一实例中，且尽管本文中的描述关于将电荷传递到机电装置的阵列，但预期其中通过替代地从所述装置中的至少一些移除先前存储的电荷而实现对并行驱动的装置阵列中的装置子集的选择性激活的本发明的实施例。只要单一写入操作产生分布于并联装置当中的所要电荷量，此些实施例便在本发明的范围内。另外，尽管本文中已参考各种实施例论述本发明的各种优点、方面和目标，但应理解，本发明的范围不受对这些优点、方面和目标的参考的限制。而是，应参考所附权利要求书确定本发明的范围。
权利要求
1.一种显不器，其包含 像素阵列，每一像素包含多个子像素元件，每一子像素元件包含经配置以在两个状态之间切换的机电装置，每一机电装置在于所述两个状态之间切换中展现出滞后； 驱动电路，其耦合到每一像素且经配置以并行驱动所述像素中的所述子像素元件中的一者以上；以及 控制电路，其经配置以选择性地启动与所述阵列中的所述像素中的选定像素相关联的所述驱动电路，且借此控制存储于每一选定像素中的电荷量，使得每一选定像素的对应于所述电荷量的所述子像素元件的子集激活，借此针对所述选定像素中的每一者产生对应的 像素强度。
2.根据权利要求I所述的显示器，其中每一机电装置包含一干涉式调制器IMOD。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的显示器，其中所述选定像素中的每一者中的所述子像素元件以通过由制造公差产生的装置变化确定的次序激活。
4.根据权利要求I到3中任一权利要求所述的显示器，其中所述选定像素中的每一者中的子像素元件的所述子集经配置而以预定次序激活。
5.根据权利要求4所述的显示器，其中所述子像素元件中的每一者的至少一个物理参数经配置而以所述预定次序弓I起激活。
6.根据权利要求5所述的显示器，其中所述至少一个物理参数包含装置面积或装置弹簧常数中的一者或一者以上。
7.根据权利要求4所述的显示器，其中所述像素中的每一者中的所述子像素元件连接到多个不同参考电压，所述多个不同参考电压至少部分地确定所述预定次序。
8.根据权利要求I到7中任一权利要求所述的显示器，其中所述控制电路和所述驱动电路经配置以通过使施加到所述选定像素中的每一者的电压变化而存储用于每一选定像素的所述电荷量。
9.根据权利要求I到7中任一权利要求所述的显示器，其中所述控制电路和所述驱动电路经配置以通过使施加到所述选定像素中的每一者的脉冲的宽度变化而存储用于每一选定像素的所述电荷量。
10.一种机电系统，其包含 一个或一个以上机电装置阵列，每一机电装置经配置以在两个状态之间切换，每一机电装置在于所述两个状态之间切换中展现出滞后； 驱动电路，其耦合到每一阵列且经配置以并行驱动所述机电装置中的一者以上； 以及 控制电路，其经配置以启动所述驱动电路且借此控制存储于每一阵列中的电荷量，使得对应于所述电荷量的所述机电装置的子集激活。
11.根据权利要求10所述的机电系统，其中每一机电装置包含干涉式调制器IMOD。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的机电系统，其中所述机电装置以通过由制造公差产生的装置变化确定的次序激活。
13.根据权利要求10到12中任一权利要求所述的机电系统，其中所述机电装置经配置而以预定次序激活。
14.根据权利要求13所述的机电系统，其中所述机电装置中的每一者的至少一个物理参数经配置而以所述预定次序弓I起激活。
15.根据权利要求14所述的机电系统，其中所述至少一个物理参数包含装置面积或装置弹簧常数中的一者或一者以上。
16.根据权利要求13所述的机电系统，其中所述机电装置连接到多个不同参考电压，所述多个不同参考电压至少部分地确定所述预定次序。
17.根据权利要求10到16中任一权利要求所述的机电系统，其中所述控制电路和所述驱动电路经配置以通过使施加到机电装置的所述阵列的电压变化而存储所述电荷量。
18.根据权利要求10到16中任一权利要求所述的机电系统，其中所述控制电路和所述驱动电路经配置以通过使施加到机电装置的所述阵列的脉冲的宽度变化而存储用于每一选定像素的所述电荷量。
19.根据权利要求10到18中任一权利要求所述的机电系统，其中所述机电系统包含由以下各者组成的群组中的一者显示器、滤波器、投影仪、麦克风或扬声器。
全文摘要
本发明描述方法和设备，通过所述方法和设备，可将电荷传递到并行驱动的机电装置(例如，MEMS或NEMS)的阵列，以使得仅激活所要数目个所述装置。特定实施例涉及使用干涉式调制器IMOD所实施的视觉显示器。具体来说，描述用于在此类显示器中实现灰度的空间半色调技术，其特征不是与常规空间半色调技术相关联的电力损失。
文档编号G02B26/00GK102667573SQ201080057442
公开日2012年9月12日 申请日期2010年12月7日 优先权日2009年12月18日
发明者阿洛克·戈维尔 申请人:高通Mems科技公司