用于多状态反射式调制器显示器的混合色彩合成的制作方法

专利名称：用于多状态反射式调制器显示器的混合色彩合成的制作方法
技术领域：
本发明的领域涉及微机电系统(MEMS)，且更特定来说，涉及包含MEMS的显示器。
背景技术：
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激活器和电子器件。可使用沉积、蚀刻和/或蚀刻掉衬底和/或所沉积的材料层的部分或添加层而形成电气和机电装置的其它微机械加工工艺来制造微机械元件。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涉的原理来选择性地吸收和/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包含一对导电板，其一者或两者可在整体或部分上为透明和/或反射的，且能够在施加适当电信号的情况下进行相对运动。在一特定实施例中，一个板可包含沉积于衬底上的静止层，且另一板可包含通过气隙而与所述静止层分离的金属膜。如本文中较详细地描述，一个板相对于另一板的位置可改变入射于所述干涉式调制器上的光的光学干涉。此些装置具有广泛的应用，且在此项技术中利用和/或修改这些类型的装置的特征以使得其特征可用以改进现有产品并制造尚未开发的新产品将是有益的。

发明内容
在某些实施例中，一种显示器装置包含多个光学调制器和位于所述多个光学调制器的反射侧上的多个滤光片元件。所述多个光学调制器包含第一组光学调制器和第二组光学调制器。所述多个光学调制器中的每一光学调制器经配置以在至少第一状态、第二状态和第三状态之间选择性地进行切换。每一状态具有不同光谱反射率。所述多个滤光片元件包含对应于第一组光学调制器的第一组滤光片元件和对应于第二组光学调制器的第二组滤光片元件。第一组滤光片元件具有与第二组滤光片元件不同的光谱透射率。在某些实施例中，一种显示器装置包含第一调制装置，其用于在至少第一色彩、第二色彩和第三色彩之间以光学方式调制光；第二调制装置，其用于在第一色彩、第二色彩和第三色彩之间以光学方式调制光；第一过滤装置，其用于对由第一调制装置调制的光进行过滤；以及第二过滤装置，其用于对由第二调制装置调制的光进行过滤。第一过滤装置具有与第二过滤装置不同的光谱透射率。在某些实施例中，一种产生图像的方法包含提供显示器装置，所述显示器装置包含多个光学调制器和位于所述多个光学调制器的反射侧上的滤光片。所述多个光学调制器包含第一组光学调制器和第二组光学调制器。所述多个光学调制器中的每一光学调制器经配置以在至少第一状态、第二状态和第三状态之间选择性地进行切换。每一状态具有不同光谱反射率。所述滤光片包含对应于第一组光学调制器的第一组滤光片元件和对应于第二组光学调制器的第二组滤光片元件。第一组滤光片元件具有与第二组滤光片元件不同的光谱透射率。所述方法进一步包含将光从光源引导到显示器装置上，且使所述多个光学调制器在所述状态之间选择性地进行切换。在某些实施例中，一种制造显示器装置的方法包含形成多个光学调制器和在所述多个光学调制器的反射侧上形成多个滤光片元件。所述多个光学调制器包含第一组光学调制器和第二组光学调制器。所述多个光学调制器中的每一光学调制器经配置以在至少第一状态、第二状态和第三状态之间选择性地进行切换。每一状态具有不同光谱反射率。所述多个滤光片元件包含对应于第一组光学调制器的第一组滤光片元件和对应于第二组光学调制器的第二组滤光片元件。第一组滤光片元件具有与第二组滤光片元件不同的光谱透射率。


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框图。图3为图I的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜面位置对所施加电压的图。图4为可用于驱动干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明。图5A说明在图2的3X3干涉式调制器显示器中的显示数据的一个示范性帧。图5B说明可用于写入图5A的巾贞的行和列信号的一个不范性时序图。图6A和图6B为说明包含多个干涉式调制器的视觉显示器装置的实施例的系统框图。图7A为图I的设备的横截面。图7B为干涉式调制器的替代实施例的横截面。图7C为干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。图7D为干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。
图7E为干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。图8A到图SC展示实例多状态干涉式调制器的示意性侧视横截面图。图9为包含多个干涉式调制器和多个滤光片元件的一个实例的显示器的一个实施例的分解透视图。图10说明多状态干涉式调制器的反射光谱的实例。图11为绘制实例滤光片元件的光谱透射率对波长的曲线图。图12A到图12D说明多个滤光片元件的其它实例。图13A到图13D为包含处于各种状态的多个干涉式调制器和多个滤光片元件的显示器的实施例的分解透视图。
图14A到图14D为包含处于各种状态的多个干涉式调制器和多个滤光片元件的显示器的另一实施例的分解透视图。图15A到图15G为处于各种状态的一对干涉式调制器和一对对应滤光片元件的实施例的分解透视图。图16A到图16F为处于各种状态的一对干涉式调制器和一对对应滤光片元件的另一实施例的分解透视图。图17为包含多个干涉式调制器和多个滤光片元件的投影显示器的示意图。
具体实施例方式以下详细描述是针对本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以多种不同方式来实施。在此描述中，参考了多个图式，其中在所有图式中用相同数字来表示相同部分。如将从以下描述明白，所述实施例可实施于经配置以显示图像的任何装置中，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。更特定来说，预期所述实施例可实施于多种电子装置中或与其相关联，所述电子装置例如为(但不限于)移动电话、无线装置、个人数字助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄像机、游戏控制台、腕表、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、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、封装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像的显示器)。与本文中所描述的MEMS装置结构相似的MEMS装置还可用于非显示器应用中，例如电子开关装置。提供可通过采用混合空间-时间色彩合成使用两个光学调制器从三原色呈现彩色图像的设备。每一光学调制器可产生三个光谱反射率，且与用以产生一个或两个原色的滤光片元件配对。彩色像素可通过包含光学调制器和与光学调制器配对而产生一个原色的滤光片元件以及产生两个其它原色的滤光片元件而产生三原色。此方法将像素内的光学调制器(或“子像素”)的数目从三个减少到两个，其可在维持与常规RGB显示器相同数目的列驱动器的同时增加分辨率并减少固定图案噪声。或者，可在维持与常规RGB显示器相同的分辨率的同时减少列驱动器的数目。在一些实施例中，光学调制器和其对应滤光片元件的大小可经优化以虑及不同原色的亮度。在光学调制器包含干涉式调制器而非窄带发光体的实施例中，有利地消除了消隐场(blanking field)，其可增加带宽。包含此些调制器和滤光片的投影装置可有利地消除色轮(color wheel)，这是因为光学调制器可执行色彩分离。还提供使用此些设备来产生图像的方法。在图I中说明包含干涉式MEMS显示元件的一个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(“接通”或“打开”)状态下，显示元件将大部分入射可见光反射到用户。当在暗(“断开”或“关闭”)状态下时，显示元件将极少的入射可见光反射到用户。视实施例而定，“接通”和“断开”状态下的光反射特性可颠倒。MEMS像素可经配置以主要在选定的色彩处反射，从而除黑色和白色外还允许彩色显示。图I为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图，其中每一像素均包含一 MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包含这些干涉式调制器的行/列阵列。每一干涉式调制器包括以距彼此可变和可控的距离而定位、以形成具有至少一可变尺寸的谐振光学间隙的一对反射层。在一个实施例中，可在两个位置之间移动所述反射层中的一者。在第一位置(本文称为松弛位置)中，将可移动反射层定位在距固定的部分反射层相对较大距离处。在第二位置(本文称为激活位置)中，将可移动反射层定位为较紧密紧邻于部分反射层。视可移动反射层的位置而定，从所述两个层反射的入射光相长地或相消地干涉，从而针对每一像素产生总体反射或非反射状态。图I中的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。在左侧的干涉式调制器12a中，说明可移动反射层14a在距光学堆叠16a(其包括部分反射层)预定距离处的松弛位置中。在右侧的干涉式调制器12b中，说明可移动反射层14b在邻近于光学堆叠16b的激活位置中。如本文所参考，光学堆叠16a和16b (统称为光学堆叠16)通常包含若干个融合层，其可包括电极层(例如氧化铟锡(ITO))、部分反射层(例如铬)和透明电介质。因此，光学堆叠16是导电、部分透明且部分反射的，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上而制造。部分反射层可由部分反射的多种材料(例如各种金属、 半导体和电介质)形成。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的层被图案化为平行条带，且可如下文进一步描述而形成显示器装置中的行电极。可移动反射层14a、14b可形成为在柱18的顶部沉积的一个或多个所沉积金属层(垂直于16a、16b的行电极)和在柱18之间沉积的插入牺牲材料的一系列平行条带。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。例如铝等高度导电和反射材料可用于反射层14，且这些条带可形成显示器装置中的列电极。如由图I中的像素12a所说明，在未施加电压的情况下，间隙19保持于可移动反射层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。然而，当将电位差施加到选定的行和列时，在对应像素处的行电极和列电极的相交处形成的电容器变为充电，且静电力将所述电极拉在一起。如果电压足够高，则将使可移动反射层14变形，且迫使其抵靠光学堆叠16。如由图I中右侧的像素12b所说明，光学堆叠16内的介电层(未在此图中说明)可防止短路且控制在层14与层16之间的分离距离。不管所施加的电位差的极性如何，行为均相同。以此方式，可控制反射对非反射像素状态的行/列激活类似于常规LCD和其它显示器技术中所使用的许多方式。图2到图5B说明用于在显示应用中使用干涉式调制器阵列的一个示范性过程和系统。图2为说明可并入有本发明的若干方面的电子装置的一个实施例的系统框图。在所述示范性实施例中，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、Pemiuin"、Pentium Π'1、、Pentium III ^ Pentium IV\ PentiumR Pro>805UMIPS PowerPC' ALPHA )或任何特殊用途微处理器(例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列)。如在此项技术中常见的，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，处理器还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包括行驱动器电路24和列驱动器电路26，其将信号提供到显示阵列或面板30。在图I中所说明的阵列横截面在图2中由线1-1展示。对于MEMS干涉式调制器，行/列激活协议可利用在图3中说明的这些装置的滞后特性。可能需要(例如)10伏电位差以致使可移动层从松弛状态变形为激活状态。然而，当电压从所述值减小时，可移动层随着电压下降回到低于10伏而维持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层不完全松弛直到电压下降到低于2伏。因此存在施加电压窗口(在图3中所说明的实例中为约3到7V)，在所述施加电压窗口内，装置稳定于松弛或激活状态。本文将其称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。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，像素暴露于约5伏的稳定状态电压差，使得所述像素保持处于行选通将其置入的任何状态下。在此实例中，在被写入后，每一像素均经历在3伏到7伏的“稳定窗口”内的电位差。此特征使得在图I中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定于预先存在的激活或松弛状态中。因为干涉式调制器的每一像素(不管处于激活状态还是放松状态)大体上为由固定和移动反射层形成的电容器，所以可在滞后窗口内的电压下保持此稳定状态，而几乎无功率消耗。如果所施加电位是固定的，则大体上没有电流流入像素 中。在典型应用中，可通过根据第一行中的所要激活像素组来断言列电极组而产生显示帧。接着将行脉冲施加到行I电极，从而激活对应于所断言的列线的像素。接着将所断言的列电极组改变为对应于在第二行中的所要激活像素组。接着将脉冲施加到行2电极，从而根据所断言的列电极激活行2中的适当像素。行I像素不受行2脉冲影响，且保持于其在行I脉冲期间被设置的状态。可以循序方式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，而用新的显示数据刷新和/或更新帧。用于驱动像素阵列的行电极和列电极以产生显示帧的广泛多种方案也是众所周知的，且可结合本发明而使用。图4、图5A和图5B说明用于在图2的3X3阵列上产生显不巾贞的一种可能的激活协议。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和行电压电平的可能设置。在图4的实施例中，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)。松弛所述像素是通过以下方式而实现将适当列设置为+Vbias,且将适当行设置为相同的+ AV，从而在所述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，不管列处于+Vbias或-Vbias，像素均稳定于其最初所处的任何状态。还如图4中所说明，将了解，可使用与上述电压的极性相反的电压，例如，激活像素可涉及将适当列设置为+Vbias和将适当行设置为-Λ V。在此实施例中，释放像素是通过以下方式而实现将适当列设置为-Vbias且将适当行设置为相同-AV，从而在像素上产生零伏的电位差。图5Β为展示施加到图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5Α中所说明的显示布置，在所述布置中所激活像素为非反射的。在写入图5Α中所说明的帧之前，像素可处于任何状态中，且在所述实例中，所有行均处于O伏，且所有列均处于+5伏。在这些所施加的电压下，所有像素均稳定于其现有的激活或松弛状态中。在图5Α的帧中，像素(1，1)、(1,2), (2,2), (3,2)和(3，3)被激活。为完成此目的，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。因为所有像素均保持于3到7伏的稳定窗口中，所以此不会改变任何像素的状态。接着用从O伏升到5伏且降回到零的脉冲来选通行I。此将激活(1，1)和(1，2)像素而松弛(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的相同选通将激活像素(2，2)而松弛像素(2，I)和(2，3)。同样，阵列的其它像素不受影响。类似地通过将列2和3设置为-5伏且将列I设置为+5伏来设置行3。行3选通设置行3像素(如图5A中所示)。在写入帧后，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。应了解，相同程序可用于具有数十个或数百个行和列的阵列。还应了解，用于执行行和列激活的电压的时序、序列和电平可在上文所概括的一般原理内广泛改变，且以上实例仅为示范性的，且任何激活电压方法均可与本文所述的系统和方法一起使用。图6A和图6B为说明显示器装置40的实施例的系统框图。所述显示器装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示器装置40的相同元件或其微小改变还说明各种类型的显示器装置(例如电视机和便携式媒体播放器)。
显示器装置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。通常通过所属领域的技术人员众所周知的多种制造工艺(包括注射模制和真空成形)中的任一者而形成外壳41。此外,外壳41可由多种材料中的任一者制成,所述材料包括(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)，其可与其它具有不同色彩或含有不同标识、图片或符号的可移除部分互换。示范性显示器装置40的显示器30可为多种显示器中的任一者，所述显示器包括如本文所描述的双稳态显示器。在其它实施例中，显示器30包括所属领域的技术人员众所周知的平板显示器(例如上文描述的等离子体、EL、0LED、STN IXD或TFT IXD)或非平板显示器(例如CRT或其它显像管装置)。然而，出于描述本实施例的目的，显示器30包括如本文所描述的干涉式调制器显示器。在图6B中示意性地说明示范性显示器装置40的一个实施例的元件。所说明的示范性显示器装置40包括外壳41且可包括至少部分被封闭于其中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，示范性显示器装置40包括网络接口 27，网络接口 27包括天线43，所述天线43耦合到收发器47。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，对信号进行过滤)。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，所述阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。电源50将电力提供到如由特定示范性显示器装置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，使得示范性显示器装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口 27也可具有某些处理能力以减轻对处理器21的要求。天线43为所属领域的技术人员已知的用于发射和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(包括IEEE 802. 11(a), (b)或(g))来发射和接收RF信号。在另一实施例中，天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS或用于在无线手机网络中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，使得所述信号可由处理器21接收且进一步操纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得所述信号可经由天线43从示范性显示器装置40发射。在替代实施例中，收发器47可被接收器取代。在又一替代实施例中，网络接口 27可被图像源取代，所述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器装置40的整体操作。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)且将数据处理为原始图像数据，或处理为易于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。原始数据通常指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。 在一个实施例中，处理器21包括用以控制示范性显示器装置40的操作的微控制器、CPU或逻辑单元。调节硬件52通常包括用于将信号发射到扬声器45以及从麦克风46接收信号的放大器和滤光片。调节硬件52可为在示范性显示器装置40内的离散组件，或可并入处理器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得到由处理器21产生的原始图像数据，且将所述原始图像数据适当地重新格式化以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，使得原始图像数据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。所述控制器可作为硬件嵌入处理器21中、作为软件嵌入处理器21中或以硬件与阵列驱动器22完全整
八
口 ο通常，阵列驱动器22接收来自驱动器控制器29的经格式化的信息且将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述平行波形每秒多次地被施加到来自显示器的χ-y像素矩阵的数百条(且有时数千条)引线。在一实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示阵列30适合于本文所描述的多种类型显示器中的任一者。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22为常规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。所述实施例在例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器的高度整合系统中是常见的。在又一实施例中，显示阵列30为典型显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包括干涉式调制器的阵列的显示器)。输入装置48允许用户控制示范性显示器装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包括小键盘(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为用于不范性显不器装置40的输入装置。当麦克风46用于将数据输入到装置中时，可由用户提供语音指令，以控制示范性显示器装置40的操作。电源50可包括在此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一个实施例中，电源50可为例如镍镉电池组或锂离子电池组等可再充电电池组。在另一实施例中，电源50为可再生能源、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)。在另一实施例中，电源50经配置以从壁式插座接收电力。在一些实施例中，如上文所述,控制可编程能力(control programmability)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位置中。在一些实施例中，控制可编程能力驻留于阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将认识到，可在任何数目的硬件和/或软件组件中和在各种配置中实施上述优化。根据上文陈述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来说，图7A到图7E说明可移动反射层14和其支撑结构的五个不同实施例。图7A为图I的实施例的横截面，其中金属材料14的条带沉积在垂直延伸支撑物18上。在图7B中，可移动反射层14仅在拐角处(在系链32上)附接到支撑物。在图7C中，可移动反射层14从可变形层34悬挂，所述可变形层34可包含柔性金属。可变形层34在所述可变形层34的周边周围直接或间接地连接到衬底20。本文将这些连接称为支撑柱。在图7D中所说明的实施例具有支撑柱插塞42，可变形层34搁置于所述支撑柱插塞42上。如图7A到图7C中，可移动反射层14保持悬挂于间隙上方，但可变形层34未通过填充在可变形层34与光学堆叠16之间的孔来形成支撑柱。而是，支撑柱是由用于形成支撑柱插塞42的平坦化材料形成。图7E中所说明的实施例是基于图7D中所示的实施例,但还可适于与图7A到图7C中所说明的实施例中的任一实施例和未图示的额外实施例一起运作。在图7E中所示的实施例中，金属或其它导电材料的额外层用于形成总线结构44。此允许信号沿干涉式调制器的背面路由，从而消除原本可能必须在衬底20上形成的许多电极。在例如图7中所示的实施例的实施例中，干涉式调制器用作直接观看装置，其中从透明衬底20的前侧(所述侧与布置有调制器的侧相对)观看图像。在这些实施例中，反射层14光学屏蔽干涉式调制器在反射层的与衬底20相对的侧上的部分(包括可变形层34)。此允许配置和操作屏蔽区域，而不会不良地影响图像质量。所述屏蔽允许图7E中的总线结构44提供使调制器的光学特性与调制器的机电特性分离的能力，例如寻址与由所述寻址引起的运动。此可分离的调制器架构允许用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料彼此独立地被选择和运作。此外，在图7C到图7E中展示的实施例具有从由可变形层34进行的反射层14的光学特性与其机械特性的去耦得到的额外益处。此允许用于反射层14的结构设计和材料相对于光学特性得以优化，且用于可变形层34的结构设计和材料相对于所要机械特性得以优化。不管彩色显示器为自发光类型或非自发光类型，所有彩色显示器的共同问题为从有限组的原色合成全色图像。色彩合成的若干方法传统上用于电子显示器。这些方法中的最成功方法符合加色混合的原理，且包括光学叠加、空间色彩合成和时间色彩合成。三原色图像的直接光学叠加为投影显示器系统中的有效且常用的方法，但不容易顺从于大多数直接观看彩色显示技术。空间色彩合成到目前为止已是最成功的色彩合成方法，且仍然为在例如阴极射线管(CRT)和液晶显示器(LCD)等装置中的现代彩色显示技术的基础。空间色彩合成以紧密的接近度混合三个或三个以上原色(通常为红色(R)、绿色(G)和蓝色(B))的子像素以产生全光谱。然而，空间色彩合成具有降低图像质量和显示效率的两个显著限制。
首先，牺牲了潜在显示分辨率，因为使用色彩合成的可用空间区域减少显示器的空间成像潜力。空间色彩合成需要较高的子像素密度，因为原色元素必须涵盖于人类视觉系统(HVS)的空间整合区内。如果元素(例如，子像素)过大，则完整色彩合成将失效，且色彩边缘在图像中将为明显的。因而，使用色彩合成的可用空间区域减少显示器的空间成像潜力。一般来说，使用RGB空间镶嵌来合成全色域导致牺牲显示器约2/3的分辨率潜力来进行色彩合成。分配给蓝色子像素的显示区域尤其是浪费的，因为蓝色子像素很少有助于亮度，且仅由HVS在极低空间分辨率下处理短波长。其 次，尤其是归因于蓝色子像元，原色子像素的镶嵌产生固定图案噪声。在一些镶嵌中高度固定图案噪声的主要来源为低亮度蓝色子像素(或在常用条带镶嵌的情况下为蓝色条带)，其通常仅占所显示白场亮度的约8%，且因此在相对明亮的环境中看起来为暗区域。如果绿色、红色和蓝色子像素区域在可见光谱中具有相同辐射率，则绿色区域在三个区域中将看起来最明亮，因为HVS发光效率函数在光谱的绿色区域中达到峰值。类似地，归因于HVS发光效率，红色区域将看起来较不明亮，且蓝色区域将展现亮度的更进一步的减少。如果从R、G和B的加权值计算亮度，则G的加权系数将较大(例如，在约O. 55与O. 8之间)，R的加权系数将介于中间(例如，在约O. 15与O. 35之间)，且B的加权系数将较小(例如，在约O. 05与O. 15之间)。时间色彩(或“帧顺序”或“场顺序”)合成避免空间色彩合成所固有的空间分辨率的损失，且不产生固定图案噪声。与空间色彩合成不同的是，时间色彩合成不依赖于在空间上分离的原色子像素的整合。而是，使原色像素在时间上循序地成像于同一视网膜位置处且在时间上经整合以合成全色光谱(假定不具有由于眼睛和/或头移动而引起的位置移动)。可以各种方式实现此时间色彩方法，包括循序地启动R、G和B发射源或使宽带光穿过可选择性地启动的三原色滤光片(例如，R、G和B或黄色(Y)、青色(C)和红紫色(M))。因为原色分量全部成像到同一空间位置且不存在空间镶嵌，所以时间色彩合成有利地避免空间分辨率的损失。另外，由于不存在镶嵌，所以时间色彩合成有利地不产生固定图案噪声。然而，时间色彩合成的两个重要限制约束采用时间色彩合成的显示器的功效。首先，尽管时间色彩合成产生有效加色混合，但随时间变化的分量之间的亮度差可产生可观看的亮度闪烁。因为个别原色场仅存在总显示观看周期的三分之一，所以时间色彩合成显示器需要较高的系统带宽以在足够高以使可观看闪烁最小化的刷新速率下产生全色图像。甚至在较高的系统带宽和与单色或空间色彩合成显示器等效的全色帧刷新速率(即，三倍于空间色彩合成显示器的刷新速率的色场速率)的情况下，时间色彩合成显示器仍归因于在连续的彩色像场之间所存在的残余亮度调制而容易发生图像闪烁。其次，由所显示的图像与观看者的视网膜之间的相对运动产生更加复杂的限制，不管所述运动是源自图像还是源自观看者的头和/或眼睛运动。在任一情况下，随时间变化的色彩分量不再成像于同一视网膜区域上，且观看者体验到被称作“色彩分裂”或“虹彩效应”的事物。在存在较大的、高速急动的眼睛运动的情况下，避免RGB时间色彩合成显示器的色彩分裂通常需要远超过避免闪烁所需的刷新频率的刷新频率，此通常需要在每秒360到480个场的范围中的色场速率，且在显示器亮度和对比度较高时，可容易超过每秒1，000个场。这些较高的场速率对时间色彩合成显示器以及其驱动电子装置强加严格的带宽限制，且使原色图像场的时间隔离变得非常困难。图像质量已成为显示技术演变背后的驱动力。在所有主要市场环节中，朝着较高显示器分辨率和增强型色彩质量的势头是不可避免的。而此已暴露出空间色彩合成与时间色彩合成的局限，且提出关于合成色彩的任一方法是否可单独地完全满足对显示图像质量日益增加的需求的问题。色彩合成的新方法可支撑显示技术的演变。在认识到在电子显示器中合成色彩的传统方法的局限后，已在最近提议新的混合空间-时间方法，其在空间场与时间场上分布色彩合成功能。此方法的一个实施例已被提议用于透射性LCD。混合空间-时间色彩合成在空间场与时间场两者上分布色彩合成功能。普通方法将原色子像素的数目从三个减少到二个，且通过时间合成而产生三原色。通常使用在时间上交替的具有不同光谱功率分布的两个发光体，且经由两个子像素来发光，每一子像素具有不同的对应色彩选择滤光片。举例来说，黄色和蓝色发光体可与具有红紫色和青色滤光片的镶嵌的LCD面板组合。当黄色发光体在一个时间场期间接通时，以所启动的青色子像素的显示器输出将为绿色的，因为青色滤光片透射黄色光谱光分布的绿色区段，且以所启动的红紫色子像素的显示器输出将为红色的，因为红紫色滤光片透射黄色光谱光分布的红色区段。当蓝色发光体在邻近的时间场期间接通时，以所启动的青色和红紫色子像素的显示器输出将为蓝色的，因为青色与红紫色滤光片均透射蓝色发光体的同一短波长光谱区域。 在使用相同数目的水平子像素且将列驱动器用作利用RGB垂直条带像素镶嵌和空间色彩合成的全色显示器时，混合空间-时间色彩合成可沿水平和垂直维度提供高达三倍的有效空间分辨率增加，连同消失的低程度的固定图案噪声。或者，可使用具有减少的像素密度和列驱动器的混合空间-时间色彩合成以提供相当程度的有效分辨率。此方法可保持减少程度的固定图案噪声，且可提供改进的显示效率(经由增加的像素孔径比)，同时潜在地降低成本。然而，对于LCD使用混合空间-时间色彩合成的主要缺点为在每一场中每一发光体对所有子像素的同时照明。为了在IXD中产生一些色彩，必须在一个时间场与第二邻近时间场之间写入消隐场。举例来说，通常通过组合绿色与蓝色来实现从红色、绿色和蓝色产生青色。为了在以上实例LCD中产生绿色和蓝色，将接通黄色发光体，借此在所启动的青色子像素中产生绿色，接着将写入消隐场以确保无残余绿色保留于子像素中。接着将接通蓝色发光体，借此在所启动的青色子像素中产生蓝色。绿色与蓝色在同一像素内的时间组合在观看者的眼中产生青色。在产生下一色彩之前将写入第二消隐场以确保无残余蓝色保留于子像素中。这些消隐场消耗时间，且因此减少LCD的通过量。具有消隐场的LCD需要增加的频率以在同一周期中产生连续色彩，从而再次强加严格的带宽要求和/或闪烁。此外，通常增加在非消隐场期间提供到LCD光源的功率以补偿在消隐场期间所发射的光的缺乏，从而不利地增加LCD的功率消耗。干涉式调制器技术造成产生全色显示器(即，三个或三个以上原色呈现彩色图像的显示器)的独特挑战。这些挑战源自以下操作特性装置是对每一子像元处的反射光谱具有约束的反射性空间光调制器；空间结构和子像素阵列的密度受限于设计规则和基于时序的寻址限制；像素操作的双稳态和二元性质通常经由空间和/或时间色彩合成来利用灰度级的合成；以及归因于基本操作约束和对灰阶与色彩两者的高度合成的需要，高像素密度干涉式调制器装置将很可能限于相对低的时间帧速率。伴随着用于全色显示器的干涉式调制器技术造成的独特挑战的是由装置的独特操作模式提供的大好机会。具体来说，在子像素级在两个或两个以上光谱反射率函数之间切换的能力在用于全色干涉式调制器显示器的色彩合成的方法中提供显著的灵活性。本文中所述的干涉式调制器的实施例在一个或一个以上反射状态和非反射(例如，黑色)状态中操作。在某些实施例中，当调制器12处于反射状态时，每一反射状态产生由反射层14与光学堆叠16之间的距离确定的白光或彩色光。在其它实施例中，例如，在第5，986, 796号美国专利中所揭不的实施例中，反射层14可定位在相对于光学堆叠16的一位置范围处以改变腔19的大小，且因此改变反射光的色彩。干涉式调制器12包括形成于反射层14与光学堆叠16之间的光学腔19。光学腔19的有效光径长度L确定光学腔19的谐振波长λ，且因此确定干涉式调制器12的谐振波长。在某些实施例中，有效光径长度L大体上等于反射层14与光学堆叠16之间的距离。在某些实施例中，可通过具有小于纟j 100 \ (IOnm)的有效光径长度L而产生白光。干涉式调制器12的谐振波长λ通常对应于由干涉式调制器12反射的光的所感知色彩，其在某些实施例中由等式I描述，其中N为整数。/- = 士. Λ,'./ (等式 I)因此，选定谐振波长λ由具有O. 5 λ (N = I)、λ (N = 2)、I. 5 λ (N = 3)等的有效光径长度L的干涉式调制器12反射。整数N可称作反射光的干扰的“阶数”。如本文中所使用，干涉式调制器的阶数也指在反射层14位于至少一个位置处时由干涉式调制器反射的光的阶数N。举例来说，一阶(N= I)红色干涉式调制器可具有对应于约650nm的波长λ的约325nm的有效光径长度L。因此，二阶(N = 2)红色干涉式调制器可具有约650nm的有效光径长度L。在表I中展示用于干涉式调制器显示器中的一些共同色彩的波长范围的实例的列表。表I
权利要求
1.一种产生图像的方法，所述方法包含 在第一时间场中产生像素的第一子像素中的第一色彩；以及 在第二时间场中产生不同于所述第一色彩的第二色彩，而不需要所述第一时间场和所述第二时间场之间的写入消隐场。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一时间场具有比所述第二时间场更长的期间。
3.根据权利要求I所述的方法，其中产生所述第一色彩包括从宽带光源反射光，以及产生所述第二色彩包括从宽带光源反射光。
4.根据权利要求I所述的方法，其中产生所述第一色彩包括从窄带光源反射光，以及产生所述第二色彩包括从窄带光源反射光。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述窄带光源包括LED投影照明器。
6.根据权利要求I所述的方法，进一步包括产生与所述第一时间场中的所述像素的第二子像素中的第一色彩不同的第三色彩。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所述第二时间场中产生所述第二子像素中的所述第三色彩。
8.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在所述第二时间场中产生所述第二子像素中的所述第二色彩。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中产生所述第一子像素中的第一色彩包括将第一光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之一，每个状态具有不同的光谱反射率，其中产生所述第二子像素中的第三色彩包括将第二光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之一。
10.根据权利要求9所述的方法，其中产生所述第一子像素中的第一色彩包括将第一光调制器切换为第一状态以及通过具有第一光谱透射率的第一过滤元件过滤由所述第一光调制器调制的光，其中产生所述第二子像素中的第三色彩包括将第二光调制器切换为第一状态以及通过具有第二光谱透射率的不同于第一过滤元件的第二过滤元件过滤由所述第二光调制器调制的光。
11.根据权利要求9所述的方法，其中产生所述第一子像素中的第二色彩包括将第一光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之另一状态。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一光调制器具有比所述第二光调制器更小的面积。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一光调制器的所述面积比所述第二光调制器的所述面积小50%到75%之间。
14.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中产生所述第一子像素中的第一色彩包括将第一光调制器切换为具有第一光谱反射率的第一状态，其中产生所述第一子像素中的第二色彩包括将第二光调制器切换为具有与第一状态不同的光谱反射率的第二状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一光调制器可切换为具有不同于所述第一和第二光谱反射率的第三光谱反射率的第三状态，其中第三状态大体上为黑色。
16.—种产生图像的方法，所述方法包含 在第一时间场期间产生像素的第一子像素中的第一色彩；以及在紧随所述第一时间场之后的第二时间场期间产生不同于所述第一子像素中的所述第一色彩的第二色彩。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括 在所述第一时间场期间的所述像素的第二子像素中产生与第一色彩不同的第三色彩；以及 在所述第二时间场期间产生所述第二子像素中的所述第三色彩。
18.根据权利要求16所述的方法，进一步包括 在所述第一时间场期间的所述像素的第二子像素中产生与第一色彩不同的第三色彩；以及 在所述第二时间场期间产生所述第二子像素中的所述第二色彩。
19.根据权利要求16-18中的任一项所述的方法，其中产生所述第一子像素中的第一色彩包括将第一光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之一，每个状态具有不同的光谱反射率，其中产生所述第一子像素中的第二色彩包括将第二光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之另一状态。
20.一种产生图像的方法，所述方法包含 在第一时间场和第二时间场组成的期间产生像素的第一子像素中的第一色彩； 在所述第一时间场中的所述第二子像素中产生不同于所述第一色彩的第二色彩；以及 在所述第二时间场中的所述第二子像素中产生不同于所述第一和第二色彩的第三色彩。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一时间场具有比所述第二时间场更长的期间。
22.根据权利要求20所述的方法，其中产生所述第二颜色在产生所述第三颜色之前发生。
23.根据权利要求20-22中任一项所述的方法，其中产生所述第一子像素中的第一色彩包括将第一光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之一，每个状态具有不同的光谱反射率，其中产生所述第二子像素中的第二色彩包括将第二光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之一，其中产生所述第二子像素中的第三色彩包括将第二光调制器切换为第一状态、第二状态和第三状态中之另一状态。
24.—种装置，包含 驱动器控制器，构成为连接到包括至少一个像素的显示器装置，所述一个像素具有多个子像素，每个子像素通过产生颜色响应于信号，所述驱动器控制器构成为产生 第一信号和第二信号，其中所述至少一个像素的第一子像素通过在第一时间场期间产生第一色彩响应于所述第一信号，并通过在不同于第一时间场的第二时间场期间产生不同于第一色彩的第二色彩响应于所述第二信号，而不需要所述第一时间场和所述第二时间场之间的写入消隐场。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述驱动器控制器包括集成电路。
26.根据权利要求24所述的装置，其中所述驱动器控制器包括干涉光调制器。
27.根据权利要求24所述的装置，其中所述第一时间场具有比所述第二时间场更长的期间。
28.根据权利要求24所述的装置，其中所述驱动器控制器与作为硬件或软件的处理器集成。
29.根据权利要求24所述的装置，其中所述驱动器控制器与作为硬件的阵列驱动器集成。
30.根据权利要求24所述的装置，进一步包括所述显示器装置，其中所述第一子像素包括干涉调制器，所述干涉调制器具有第一状态、第二状态和第三状态，其中所述第一和第二信号被构成为在所述第一状态、第二状态和第三状态之间切换所述干涉调制器。
31.根据权利要求24-30中的任一项所述的装置，其中所述驱动器控制器被构成为产生第三信号，所述至少一个像素的第二子像素通过在所述第一时间场和所述第二时间场期间产生第三色彩响应所述第三信号，所述第三色彩不同于所述第一和第二色彩。
32.根据权利要求31所述的装置，进一步包括所述显示器装置，其中所述第一子像素包括第一干涉调制器，所述第一干涉调制器包括第一状态、第二状态和第三状态，每个状态具有不同的光谱反射率，其中所述第二子像素包括第二干涉调制器，所述第二干涉调制器包括第一状态、第二状态和第三状态。
33.根据权利要求32所述的装置，其中所述第一和第二信号被构成为在第一状态、第二状态和第三状态之间切换所述第一干涉调制器，其中所述第三信号被构成为在第一状态、第二状态和第三状态之间切换所述第二干涉调制器。
34.根据权利要求32所述的装置，进一步包括 对应于所述第一光调制器的第一过滤元件；以及 对应于所述第二光调制器的第二过滤元件，所述第一过滤元件具有不同于所述第二过滤元件的光谱透射率。
35.一种装置，包含 驱动器控制器，构成为连接到包括至少一个像素的显示器装置，所述像素具有至少第一和第二子像素，每个子像素通过产生颜色响应于信号，所述驱动器控制器构成为产生多个信号，其中所述第一子像素通过在第一时间场和第二时间场组成的期间产生第一色彩响应于所述多个信号，第二子像素通过在第一时间场期间产生不同于第一色彩的第二色彩以及通过在第二时间场期间产生不同于第一和第二色彩的第三色彩响应于所述多个信号。
36.根据权利要求35所述的装置，进一步包括所述显示器装置，其中所述第一子像素包括第一干涉调制器，所述第一干涉调制器具有第一状态、第二状态和第三状态， 每个状态具有不同的光谱反射率，其中所述第二子像素包括第二干涉调制器，所述第二干涉调制器包括第一状态、第二状态和第三状态。
37.根据权利要求36所述的装置，其中所述多个信号被构成为在第一状态、第二状态和第三状态之间切换所述第一干涉调制器，并且在第一状态、第二状态和第三状态之间切换所述第二干涉调制器。
38.根据权利要求36或37所述的装置，其进一步包含 对应于所述第一光调制器的第一过滤元件；以及 对应于所述第二光调制器的第二过滤元件，所述第一过滤元件具有不同于所述第二过滤元件的光谱透射率。
39.根据权利要求35-37中任一项所述的装置，其中所述第一子像素具有比所述第二子像素更小的面积。
40.根据权利要求35-37中任一项所述的装置，其中所述第一时间场具有比所述第二时间场更长的期间。
全文摘要
本发明提供一种显示器装置(90)，其包括多个光学调制器(91)和位于所述多个光学调制器的反射侧上的多个滤光片元件(95)。所述多个光学调制器(91)包括第一组光学调制器(92)和第二组光学调制器(94)。所述多个光学调制器(91)中的每一光学调制器经配置以在至少第一状态、第二状态和第三状态之间选择性地进行切换。每一状态具有不同的光谱反射率。所述多个滤光片元件(95)包括对应于所述第一组光学调制器(92)的第一组滤光片元件(96)和对应于所述第二组光学调制器(94)的第二组滤光片元件(98)。所述第一组滤光片元件(96)具有与所述第二组滤光片元件(98)不同的光谱透射率。
文档编号G02B5/20GK102662233SQ20121015098
公开日2012年9月12日 申请日期2008年1月14日 优先权日2007年1月29日
发明者徐刚, 珍妮弗·李·吉勒, 艾伦·G·刘易斯, 路易斯·D·西尔弗斯坦 申请人:高通Mems科技公司