用于电子装置的手势响应用户接口的制作方法

用于电子装置的手势响应用户接口的制作方法
【专利摘要】本发明提供用于提供用于电子装置的手势响应用户接口的系统、方法及设备，包含编码于计算机存储媒体上的计算机程序。在一个方面中，一种设备或电子装置具有给所述设备的用户提供输入/输出I/O接口的交互式显示器。所述设备包含处理器、发光源及至少两个光传感器。次级光学透镜将来自所述发光源的所发射光结构化成至少一个波瓣。每一光传感器将表示所接收光的特性的信号输出到所述处理器，其中所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生。所述处理器通过依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例并响应于所述用户手势而控制所述交互式显示器及/或所述设备来实现所述I/O接口。
【专利说明】用于电子装置的手势响应用户接口
[0001]相关申请案交叉参考
[0002]本申请案主张2011年11月30日申请且标题为“用于电子装置的手势响应用户接口(GESTURE-RESPONSIVE USER INTERFACE FOR AN ELECTRONIC DEVICE)”(代理人档案号QUALP082/103313)的第13/308，078号美国专利申请案的优先权，所述专利申请案出于所有目的特此以全文引用的方式并入本文中。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于手势辨识的技术，且更具体来说涉及一种提供响应于用户的手势而控制的用户输入/输出接口的交互式显示器。
【背景技术】
[0004]机电系统(EMS)包含具有电及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件(例如镜及光学膜层)及电子器件的装置。可以多种尺寸制造机电系统，包含但不限于微米尺寸及纳米尺寸。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有介于从约一微米到数百微米或更大的范围内的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(举例来说，包含小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及/或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电装置及机电装置的其它微机械加工工艺形成机电元件。
[0005]一种类型的机电系统装置称作干涉式调制器(IMOD)。如本文中所用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指使用光学干涉原理选择性地吸收及/或反射光的装置。在一些实施方案中，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为全部或部分透明的及/或反射的且能够在施加适当电信号时相对运动。在实施方案中，一个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与所述固定层分离的反射膜。一个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。干涉式调制器装置具有广泛的应用，且预期用于改进现有产品及形成新产品，尤其是具有显示能力的那些产品，例如个人计算机及个人电子装置(PED)。
[0006]越来越多地，电子装置(例如个人计算机及PED)实现通过除物理按钮、键盘以及点选装置之外的装置而提供的至少一些用户输入。举例来说，常见用户输入功能越来越依赖于触摸屏显示器。然而，触摸屏显示器的显示器质量可由于来自用户的触摸的污染而降级。此外，当用户与装置的交互限于小的二维空间(至少PED的触摸屏显示器通常为此情况)时，可需要极精确地定位用户的输入(触摸)以便实现所要结果。此导致减慢或以其它方式削弱用户与装置交互的能力。
[0007]因此，需要具有一种至少部分地响应于“手势”的用户接口，至少部分地响应于“手势”意指电子装置感测用户的手、手指或手持式物体的总运动且以确定性方式对所述总运动做出反应。可接近于但有利地不与电子装置直接物理接触地做出所述手势。已知的手势响应装置是笨重的、昂贵的且电力密集的，此使得其不适合于许多电子装置，特别是便携式电子装置。

【发明内容】

[0008]本发明的系统、方法及装置各自具有数个创新性方面，所述方面中的单个方面均不单独地决定本文中所揭示的所要属性。
[0009]本发明中所描述的标的物的一个创新性方面包含与交互式显示器协作以给设备的用户提供输入/输出(I/o)接口的设备或电子装置。所述电子装置可包含所述交互式显示器或者电或无线耦合到所述交互式显示器。所述设备包含处理器、发光源及至少两个光传感器。次级光学透镜将来自发光源的所发射光结构化成至少一个波瓣。每一光传感器经配置以将表示所接收光的特性的信号输出到处理器，其中所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生。所述处理器经配置以依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制所述交互式显示器及/或所述电子装置。
[0010]在一些实施方案中，所述物体可包含手、手指、手持式物体或受用户控制的其它物体中的至少一者。所述光传感器可接收由所述物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生的光。所述发光源可包含发光二极管。
[0011]所述所发射光可包含红外光。所述所发射光可具有在850纳米与950纳米之间的波长。
[0012]所述次级光学透镜可包含非发光再分布单元。所述非发光再分布单元可包含柱状透镜、微透镜阵列、量子点晶格及/或光束整形漫射器。
[0013]在一些实施方案中，表示所接收光的所述特性的所述信号具有大于30的信噪比。所述设备可为手持式装置。所述发光源可具有小于I的工作循环。所接收光的所述特性可为振幅。
[0014]所述处理器可通过分析所述光传感器的指示所述所接收光的经改变特性的所述输出来辨识所述用户手势的所述实例。所述光传感器的所述输出的分析可包含确定所述光传感器的相对相位延迟。
[0015]在一些实施方案中，所述设备可包含与所述交互式显示器通信且处理图像数据的处理器及与所述处理器通信的存储器装置。驱动器电路可将至少一个信号发送到所述显示器，且控制器可将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。图像源模块可将所述图像数据发送到所述处理器。所述图像源模块可包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。所述设备还可包含经配置以接收输入数据并将所述输入数据传递到所述处理器的输入装置。
[0016]在一些实施方案中，一种设备包含用以提供用于电子装置的输入/输出(I/O)接口的交互式显示器。所述设备包含处理器、至少两个发光源及至少两个光传感器。每一光每一发光源将所发射光结构化成至少一个波瓣。每一光传感器将表示所接收光的特性的信号输出到所述处理器，其中所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生。所述处理器经配置以依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制所述交互式显示器及/或所述电子装置。
[0017]在随附图式及以下描述中阐明本说明书中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。根据所述描述、图式及权利要求书将明了其它特征、方面及优点。注意，以下各图的相对尺寸可能并未按比例绘制。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图的实例。
[0019]图2展示图解说明并入有3X3干涉式调制器显示器的电子装置的系统框图的实例。
[0020]图3展示图解说明图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加电压的图的实例。
[0021]图4展示图解说明当施加各种共用电压及分段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。
[0022]图5A展示图解说明在图2的3X3干涉式调制器显示器中的显示数据帧的图的实例。
[0023]图5B展示可用于写入图5A中所图解说明的显示数据帧的共用信号及分段信号的时序图的实例。
[0024]图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例。
[0025]图6B到6E展示干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。
[0026]图7展示图解说明用于干涉式调制器的制造工艺的流程图的实例。
[0027]图8A到SE展示制作干涉式调制器的方法中的各种阶段的横截面示意性图解的实例。
[0028]图9A到9D展示经配置以给用户提供手势响应输入/输出(I/O)接口的电子装置的实施方案的实例。
[0029]图1OA及IOB图解说明手势响应用户接口的操作实例。
[0030]图1lA到IlC图解说明手势响应用户接口的进一步操作实例。
[0031]图12展示图解说明用于确定物体的二维位置的方法的流程图的实例。
[0032]图13A及13B展示图解说明包含多个干涉式调制器的显示装置的系统框图的实例。
[0033]在各个图式中，相似的参考编号及标示指示相似的元件。
【具体实施方式】
[0034]以下描述出于描述本发明的创新性方面的目的而针对于某些实施方案。然而，所属领域的技术人员将容易认识到，可以多种不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可在可经配置以显示图像(无论是处于运动(例如，视频)还是静止的(例如，静止图像)，且无论是文本、图形的还是图片的)的任一装置或系统中实施。更特定来说，本发明预期:所描述的实施方案可包含于以下多种电子装置中或可与所述电子装置相关联:例如(但不限于)，移动电话、具有多媒体因特网能力的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、Bluclomh?装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫瞄仪、传真装置、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(即，电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(包含里程表及速度表显示器等等)、驾驶舱控制件及/或显示器、相机视图显示器(例如，车辆的后视相机的显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电设备、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、停车计时器、封装(例如，在机电系统(EMS)、微机电系统(MEMS)及非MEMS应用中)、美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示器)及多种EMS装置。本文中的教示还可用于非显示应用中，例如(但不限于):电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、消费型电子器件的惯性组件、消费型电子产品的部件、变容二极管、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺及电子测试设备。因此，所述教示并不意欲限制于仅描绘于各图中的实施方案，而是具有所属领域的技术人员将容易明了的宽广适用性。
[0035]下文中描述用于在交互式显示器上提供用于电子装置的手势响应用户输入/输出(I/o)接口的新技术。如本文中所使用，“手势”广泛地指代用户的手、手指或手持式物体或受用户控制的其它物体的总运动。可接近于但未必与电子装置直接物理接触地做出所述运动。在一些实施方案中，电子装置感测用户的手势且以确定性方式对所述手势做出反应。所述功能性由紧凑的低功率低成本解决方案提供，其可包含具有次级光学透镜的发光源，所述次级光学透镜将所发射光结构化成两个或两个以上经整形投影(本文中称为“波瓣”)。光传感器输出表示所接收光的特性的信号，其中所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生。处理器可经配置以依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制所述交互式显示器及/或所述电子装置。
[0036]可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案以实现以下潜在优点中的一或多者。在一些实施方案中，使得用户能够以“无触摸”方式与电子装置交互，借此减轻常规触摸屏装置的屏幕污染问题。在一些实施方案中，可避免对ITO层的使用，使得电子装置的成本随之减少。在一些实施方案中，使用有吸引力地为紧凑、低成本及低功率的布置来提供用于电子装置的手势响应接口。
[0037]虽然本文中的大量描述与干涉式调制器显示器有关，但许多此类实施方案可有利地用于其它类型的反射式显示器(包含但不限于电泳式墨水显示器及基于电润湿技术的显示器)中。此外，尽管本文中所描述的干涉式调制器显示器通常包含红色、蓝色及绿色像素，但本文中所描述的许多实施方案可用于具有其它色彩的像素(例如，具有紫色、黄橙色及黄绿色像素)的反射式显示器中。此外，本文中所描述的许多实施方案可用于具有较多色彩的像素(例如，具有对应于4种、5种或5种以上色彩的像素)的反射式显示器中。一些此类实施方案可包含对应于红色、蓝色、绿色及黄色的像素。替代实施方案可包含对应于红色、蓝色、绿色、黄色及青色的像素。
[0038]所描述的实施方案可适用于的适合装置的实例为反射式基于EMS或MEMS的显示装置。反射式显示装置可并入有用以使用光学干涉原理选择性地吸收及/或反射入射于其上的光的干涉式调制器(MOD)。IMOD可包含吸收器、可相对于所述吸收器移动的反射器及界定于所述吸收器与所述反射器之间的光学共振腔。所述反射器可移动到两个或两个以上不同位置，此可改变光学共振腔的大小且借此影响所述干涉式调制器的反射比。MOD的反射光谱可形成可跨越可见波长移位以产生不同色彩的相当宽的光谱带。可通过改变光学共振腔的厚度来调整光谱带的位置。改变光学共振腔的一种方式是通过改变反射器的位置。
[0039]图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图的实例。所述IMOD显示装置包含一或多个干涉式MEMS显示元件。在这些装置中，MEMS显示元件的像素可处于亮或暗状态。在亮(“松弛”、“打开”或“接通”)状态中，所述显示元件将入射可见光的一大部分反射到(例如)用户。相反地，在暗(“激活”、“关闭”或“关断”)状态中，所述显示元件反射甚少的入射可见光。在一些实施方案中，可反转接通与关断状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在特定波长下反射，从而允许除黑色及白色以外还进行彩色显示。
[0040]IMOD显示装置可包含行/列MOD阵列。每一 MOD可包含一对反射层，即，可移动反射层及固定部分反射层，所述对反射层以彼此相距可变且可控的距离进行定位以形成气隙(还称作光学间隙或腔)。所述可移动反射层可在至少两个位置之间移动。在第一位置(即，松弛位置)中，可移动反射层可定位于距固定部分反射层相对大的距离处。在第二位置(即，激活位置)中，可移动反射层可更靠近于部分反射层而定位。取决于可移动反射层的位置，从两个层反射的入射光可以相长或相消方式干涉，从而产生每一像素的总体反射或非反射状态。在一些实施方案中，MOD可在未经激活时处于反射状态，从而反射在可见光谱内的光，且可在未经激活时处于暗状态，从而吸收及/或以相消方式干涉在可见范围内的光。然而，在一些其它实施方案中，MOD可在未经激活时处于暗状态且在经激活时处于反射状态。在一些实施方案中，引入所施加电压可驱动像素改变状态。在一些其它实施方案中，所施加电荷可驱动像素改变状态。
[0041]图1中所描绘的像素阵列部分包含两个邻近的干涉式调制器12。在左侧(如所图解说明)的IM0D12中，将可移动反射层14图解说明为处于距包含部分反射层的光学堆叠16预定距离处的松弛位置。跨越左侧IM0D12施加的电压Vtl不足以致使可移动反射层14激活。在右侧的IM0D12中，将可移动反射层14图解说明为处于接近或邻近光学堆叠16的激活位置。跨越右侧M0D12施加的电压Vbias足以使可移动反射层14维持处于激活位置。
[0042]在图1中，借助指示入射于像素12上的光的箭头13及从左侧的像素12反射的光15大体图解说明像素12的反射性质。虽然未详细地图解说明，但所属领域的技术人员将理解，入射于像素12上的光13的大部分将穿过透明衬底20朝向光学堆叠16透射。入射于光学堆叠16上的光的一部分将透射穿过光学堆叠16的部分反射层，且一部分将往回反射穿过透明衬底20。光13的透射穿过光学堆叠16的部分将在可移动反射层14处往回朝向(且穿过)透明衬底20反射。从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉(相长性或相消性)将确定从像素12反射的光15的波长。
[0043]光学堆叠16可包含单个层或数个层。所述层可包含电极层、部分反射且部分透射层及透明电介质层中的一或多者。在一些实施方案中，光学堆叠16为导电、部分透明且部分反射的，且可(举例来说)通过将以上层中的一或多者沉积到透明衬底20上来制作。所述电极层可由多种材料形成，例如各种金属，举例来说，氧化铟锡(ITO)。所述部分反射层可由多种部分反射的材料形成，例如各种金属，例如铬(Cr)、半导体及电介质。所述部分反射层可由一或多个材料层形成，且所述层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16可包含单个半透明厚度的金属或半导体，其充当光学吸收器及电导体两者，同时(例如光学堆叠16或IMOD的其它结构的)不同的更多导电层或部分可用于在IMOD像素之间运送信号。光学堆叠16还可包含覆盖一或多个导电层或导电/光学吸收层的一或多个绝缘层或电介质层。
[0044]在一些实施方案中，可将光学堆叠16的层图案化成若干平行条带，且其可在显示装置中形成行电极，如下文进一步描述。如所属领域的技术人员将理解，术语“图案化”在本文中用于指掩蔽以及蚀刻工艺。在一些实施方案中，可将高度导电且反射的材料(例如铝(Al))用于可移动反射层14，且这些条带可在显示装置中形成列电极。可移动反射层14可形成为用以形成沉积于柱18及在柱18之间沉积的介入牺牲材料的顶部上的列的一个或若干所沉积金属层的一系列平行条带(正交于光学堆叠16的行电极)。当蚀刻掉所述牺牲材料时，可在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成经界定间隙19或光学腔。在一些实施方案中，柱18之间的间隔可为大约Ium到lOOOum，而间隙19可小于(〈)10, 000埃(A)。
[0045]在一些实施方案中，所述MOD的每一像素(无论是处于激活状态还是松弛状态)基本上均为由固定反射层及移动反射层形成的电容器。当不施加电压时，可移动反射层14保持处于机械松弛状态，如图1中左侧的像素12所图解说明，其中可移动反射层14与光学堆叠16之间具有间隙19。然而，当向选定行及列中的至少一者施加电位差(电压)时，在对应像素处的行电极与列电极的相交点处形成的电容器变得被充电，且静电力将所述电极拉在一起。如果所施加的电压超过阈值，那么可移动反射层14可变形且在光学堆叠16的附近或与所述光学堆叠相抵地移动。光学堆叠16内的电介质层(未展示)可防止短路且控制层14与16之间的分离距离，如图1中右侧的经激活像素12所图解说明。不管所施加电位差的极性如何，行为均相同。虽然在一些实例中可将阵列中的一系列像素称作“行”或“列”，但所属领域的技术人员将容易理解，将一个方向称作“行”且将另一方向称作“列”是任意的。重申，在一些定向中，可将行视为列，且将列视为行。此外，显示元件可均匀地布置成正交的行与列(“阵列”)，或布置成非线性配置，举例来说，相对于彼此具有某些位置偏移(“镶嵌块”)。术语“阵列”及“镶嵌块”可指代任一配置。因此，虽然将显示器称作包含“阵列”或“镶嵌块”，但在任一实例中，元件本身不需要彼此正交地布置或安置成均匀分布，而是可包含具有不对称形状及不均匀分布元件的布置。
[0046]图2展示图解说明并入有3X3干涉式调制器显示器的电子装置的系统框图的实例。所述电子装置包含可经配置以执行一或多个软件模块的处理器21。除执行操作系统以夕卜，处理器21还可经配置以执行一或多个软件应用程序，包含web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。
[0047]处理器21可经配置以与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包含将信号提供到(举例来说)显示阵列或面板30的行驱动器电路24及列驱动器电路26。图2中的线1-1展示图1中所图解说明的MOD显示装置的横截面。虽然为清晰起见，图2图解说明3X3IM0D阵列，但显示阵列30可含有极大数目个MOD且可在列中具有与在行中不同数目的M0D，且反之亦然。
[0048]图3展示图解说明图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加电压的图的实例。对于MEMS干涉式调制器，行/列(即，共用/分段)写入程序可利用图3中所图解说明的这些装置的滞后性质。举例来说，干涉式调制器可需要约10伏电位差来致使可移动反射层或镜从松弛状态改变为激活状态。当电压从所述值减小时，随着电压回降到低于(在此实例中)10伏，所述可移动反射层维持其状态，然而，所述可移动反射层直到电压下降到低于2伏才会完全松弛。因此，如图3中所展示，存在(在此实例中)大约3伏到7伏的电压范围，在所述电压范围内存在所施加电压窗，在所述窗内，装置稳定在松弛状态或激活状态中。在本文中将此窗称作“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列30，行/列写入程序可经设计以一次寻址一或多个行，使得在对给定行的寻址期间使经寻址行中待激活的像素暴露于约(在此实例中)10伏的电压差，并使待松弛的像素暴露于接近零伏的电压差。在寻址之后，可使像素暴露于稳定状态或(在此实例中)大约5伏的偏置电压差，使得其保持在先前选通状态中。在此实例中，在被寻址之后，每一像素经历在约3伏到7伏的“稳定窗”内的电位差。此滞后性质特征使得例如图1中所图解说明的像素设计的像素设计能够在相同所施加电压条件下保持稳定在激活状态或松弛预存状态中。由于每一 MOD像素(无论是处于激活状态还是松弛状态)基本上均为由固定反射层及移动反射层形成的电容器，因此此稳定状态可保持在滞后窗内的稳定电压下而实质上不消耗或损失电力。此外，如果所施加的电压电位保持实质上固定，那么基本上有甚少或无电流流动到IMOD像素中。
[0049]在一些实施方案中，可通过根据给定行中的像素的状态的所要改变(如果有的话)沿着所述组列电极以“分段”电压的形式施加数据信号来形成图像的帧。可依次寻址所述阵列的每一行，使得一次一行地写入所述帧。为了将所要数据写入到第一行中的像素，可将对应于所述第一行中的像素的所要状态的分段电压施加于列电极上，且可将呈特定“共用”电压或信号形式的第一行脉冲施加到第一行电极。接着，可使所述组分段电压改变为对应于第二行中的像素的状态的所要改变(如果有的话)，且可将第二共用电压施加到第二行电极。在一些实施方案中，第一行中的像素不受沿着列电极施加的分段电压的改变影响，且保持于在第一共用电压行脉冲期间其被设定到的状态。可以循序方式针对整个系列的行或替代地针对整个系列的列重复此过程，以产生图像帧。可通过以每秒某一所要数目的帧不断地重复此过程来刷新所述帧及/或用新的图像数据更新所述帧。
[0050]跨越每一像素所施加的分段与共用信号的组合(即，跨越每一像素的电位差)确定了每一像素的所得状态。图4展示图解说明当施加各种共用电压及分段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。如所属领域的技术人员将理解，可将“分段”电压施加到列电极或行电极，且可将“共用”电压施加到列电极或行电极中的另一者。
[0051]如在图4中(以及在图5B中所展示的时序图中)所图解说明，当沿着共用线施加释放电压VC.时，沿着共用线的所有干涉式调制器元件将被置于松弛状态(或者称作释放或未激活状态)中，而不管沿着分段线所施加的电压如何(即，高分段电压VSh及低分段电压VSJ。特定来说，当沿着共用线施加释放电压VC.时，在沿着所述像素的对应分段线施加高分段电压VSh及施加低分段电压V&两种情况下，跨越调制器像素的电位电压(或者称作像素电压)都在松弛窗(参见图3，也称作释放窗)内。
[0052]当将保持电压(例如高保持电压VCmd H或低保持电压VCmD J施加于共用线上时，干涉式调制器的状态将保持恒定。举例来说，松弛IMOD将保持处于松弛位置，且激活IMOD将保持处于激活位置。所述保持电压可经选择使得在沿着对应分段线施加高分段电压VSh及施加低分段电压V&两种情况下，像素电压都将保持在稳定窗内。因此，分段电压摆幅(即，高VSh与低分段电压VSlj之间的差)小于正稳定窗或负稳定窗的宽度。
[0053]当将寻址或激活电压(例如高寻址电压VCadd H或低寻址电压VCadd J施加于共用线上时，可通过沿着相应分段线施加分段电压而选择性地将数据写入到沿着所述线的调制器。所述分段电压可经选择使得激活取决于所施加的分段电压。当沿着共用线施加寻址电压时，施加一个分段电压将导致在稳定窗内的像素电压，从而致使所述像素保持不被激活。相比之下，施加另一分段电压将导致超出所述稳定窗的像素电压，从而导致所述像素的激活。造成激活的特定分段电压可取决于使用了哪一寻址电压而变化。在一些实施方案中，当沿着共用线施加高寻址电压VCadd h时，施加高分段电压VSh可致使调制器保持处于其当前位置，而施加低分段电压V&可致使所述调制器激活。作为推论，当施加低寻址电压VCadd^时，分段电压的影响可为相反的，其中高分段电压VSh致使所述调制器激活，且低分段电压对所述调制器的状态无影响(即，保持稳定)。 [0054]在一些实施方案中，可使用跨越调制器产生相同极性电位差的保持电压、寻址电压及分段电压。在一些其它实施方案中，可使用不时地使调制器的电位差的极性交替的信号。跨越调制器的极性的交替(即，写入程序的极性的交替)可减少或抑制在单个极性的重复写入操作之后可能发生的电荷积累。
[0055]图5A展示图解说明图2的3X3干涉式调制器显示器中的显示数据帧的图的实例。图5B展示可用于写入图5A中所图解说明的显示数据帧的共用信号及分段信号的时序图的实例。可将所述信号施加到类似于图2的阵列的3X3阵列，此将最终产生图5A中所图解说明的线时间60e的显示布置。图5A中的经激活调制器处于暗状态，即，其中反射光的实质部分在可见光谱之外，以便给(举例来说)观看者产生暗外观。在写入图5A中所图解说明的帧之前，所述像素可处于任一状态，但图5B的时序图中所图解说明的写入程序假定在第一线时间60a之前每一调制器已被释放且驻存于未激活状态中。
[0056]在第一线时间60a期间:将释放电压70施加于共用线I上；施加于共用线2上的电压以高保持电压72开始且移动到释放电压70 ;且沿着共用线3施加低保持电压76。因此，沿着共用线I的调制器(共用1，分段I)、(1,2)及(1，3)在第一线时间60a的持续时间内保持处于松弛或未激活状态，沿着共用线2的调制器(2，I)、(2,2)及(2，3)将移动到松弛状态，且沿着共用线3的调制器(3，I)、(3,2)及(3，3)将保持处于其先前状态。参考图4，沿着分段线1、2及3施加的分段电压将对干涉式调制器的状态无影响，因为在线时间60a期间，共用线1、2或3中的任一者均未暴露于造成激活的电压电平(即，VC.-松弛及VChold l-稳定)。
[0057]在第二线时间60b期间，共用线I上的电压移动到高保持电压72，且由于未将寻址或激活电压施加于共用线I上，因此不管所施加的分段电压如何，沿着共用线I的所有调制器均保持处于松弛状态。沿着共用线2的调制器因释放电压70的施加而保持处于松弛状态，且当沿着共用线3的电压移动到释放电压70时，沿着共用线3的调制器(3，I)、(3,2)? (3,3)将松弛。
[0058]在第三线时间60c期间，通过将高寻址电压74施加于共用线I上来寻址共用线
I。由于在施加此寻址电压期间沿着分段线I及2施加低分段电压64，因此跨越调制器(1，
I)及(1，2)的像素电压大于调制器的正稳定窗的高端(即，电压差超过预定义阈值)，且激活调制器(1，1)及(1，2)。相反地，由于沿着分段线3施加高分段电压62，因此跨越调制器(1,3)的像素电压小于调制器(1，1)及(1，2)的像素电压，且保持在所述调制器的正稳定窗内；调制器(1，3)因此保持松弛。此外，在线时间60c期间，沿着共用线2的电压减小到低保持电压76，且沿着共用线3的电压保持处于释放电压70，从而使沿着共用线2及3的调制器处于松弛位置。
[0059]在第四线时间60d期间，共用线I上的电压返回到高保持电压72，从而使沿着共用线I上的调制器处于其相应经寻址状态。将共用线2上的电压减小到低寻址电压78。由于沿着分段线2施加高分段电压62，因此跨越调制器(2，2)的像素电压低于所述调制器的负稳定窗的较低端，从而致使调制器(2，2)激活。相反地，由于沿着分段线I及3施加低分段电压64，因此调制器(2，I)及(2，3)保持处于松弛位置。共用线3上的电压增加到高保持电压72，从而使沿着共用线3的调制器处于松弛状态中。
[0060]最后，在第五线时间60e期间，共用线I上的电压保持处于高保持电压72，且共用线2上的电压保持处于低保持电压76，从而使沿着共用线I及2的调制器处于其相应经寻址状态。共用线3上的电压增加到高寻址电压74以寻址沿着共用线3的调制器。在将低分段电压64施加于分段线2及3上时，调制器(3，2)及(3，3)激活，而沿着分段线I所施加的高分段电压62致使调制器(3，I)保持处于松弛位置。因此，在第五线时间60e结束时，3X3像素阵列处于图5A中所展示的状态，且只要沿着共用线施加保持电压就将保持处于所述状态，而不管可能在正寻址沿着其它共用线(未展示)的调制器时发生的分段电压的变化如何。
[0061]在图5B的时序图中，给定写入程序(B卩，线时间60a到60e)可包含高保持及寻址电压或低保持及寻址电压的使用。一旦已针对给定共用线完成写入程序(且将共用电压设定为具有与激活电压相同的极性的保持电压)，所述像素电压便保持在给定稳定窗内，且不通过松弛窗，直到将释放电压施加于所述共用线上为止。此外，由于每一调制器是在寻址所述调制器之前作为写入程序的一部分而释放，因此调制器的激活时间而非释放时间可确定线时间。具体来说，在其中调制器的释放时间大于激活时间的实施方案中，可将释放电压施加达长于单个线时间，如在图5B中所描绘。在一些其它实施方案中，沿着共用线或分段线所施加的电压可变化以考虑到不同调制器(例如不同色彩的调制器)的激活及释放电压的变化。
[0062]根据上文所阐明的原理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6A到6E展示包含可移动反射层14及其支撑结构的干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例，其中金属材料条带(即，可移动反射层14)沉积于从衬底20正交延伸的支撑件18上。在图6B中，每一IMOD的可移动反射层14的形状为大体正方形或矩形且在拐角处或接近拐角处经由系链32附接到支撑件。在图6C中，可移动反射层14的形状为大体正方形或矩形且悬挂于可变形层34上，可变形层34可包含柔性金属。可变形层34可围绕可移动反射层14的周界直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中称作支撑柱。图6C中所展示的实施方案具有源于可移动反射层14的光学功能与其机械功能(其由可变形层34来实施)解耦合的额外益处。此解耦合允许用于反射层14的结构设计及材料与用于可变形层34的结构设计及材料彼此独立地进行优化。
[0063]图6D展不IMOD的另一实例,其中可移动反射层14包含反射子层14a。可移动反射层14靠在支撑结构(例如，支撑柱18)上。支撑柱18提供可移动反射层14与下部固定电极(即，所图解说明的IMOD中的光学堆叠16的一部分)的分离，使得(举例来说)当可移动反射层14处于松弛位置时，在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成间隙19。可移动反射层14还可包含可经配置以充当电极的导电层14c及支撑层14b。在此实例中，导电层14c安置于支撑层14b的远离衬底20的一侧上，且反射子层14a安置于支撑层14b的接近于衬底20的另一侧上。在一些实施方案中，反射子层14a可为导电的且可安置于支撑层14b与光学堆叠16之间。支撑层14b可包含电介质材料(举例来说，氧氮化硅(SiON)或二氧化硅(SiO2))的一或多个层。在一些实施方案中，支撑层14b可为若干层的堆叠，例如，Si02/Si0N/Si02三层堆叠。反射子层14a及导电层14c中的任一者或两者可包含(举例来说)具有约0.5%铜(Cu)的铝(Al)合金或另一反射金属材料。在电介质支撑层14b上方及下方采用导体层14a、14c可平衡应力且提供增强的传导性。在一些实施方案中，可出于多种设计目的(例如实现可移动反射层14内的特定应力分布曲线)而由不同材料形成反射子层14a及导电层14c。
[0064]如在图6D中所图解说明，一些实施方案还可包含黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可形成于光学非作用区(例如在像素之间或在柱18下方)中以吸收环境光或杂散光。黑色掩模结构23还可通过抑制光从显示装置的非作用部分反射或透射穿过所述部分借此增加对比度来改进所述显示器的光学性质。另外，黑色掩模结构23可为导电的且经配置以充当电运送层。在一些实施方案中，可将行电极连接到黑色掩模结构23以减小所连接行电极的电阻。可使用包含沉积及图案化技术的多种方法来形成黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可包含一或多个层。举例来说，在一些实施方案中，黑色掩模结构23包含充当光学吸收器的钥-铬(MoCr)层、一层及充当反射器及运送层的铝合金，其分别具有在约30 A到80 A >500人到1000 A及500 A到6000人的范围中的厚度。可使用多种技术来图案化所述一或多个层，包含光刻及干蚀刻，举例来说，所述干蚀刻包含用于MoCr及SiO2层的四氟化碳(CF4)及/或氧气(O2)以及用于铝合金层的氯气(Cl2)及/或三氯化硼(BCl3)。在一些实施方案中，黑色掩模23可为标准具或干涉式堆叠结构。在此类干涉式堆叠黑色掩模结构23中，导电吸收器可用于在每一行或列的光学堆叠16中的下部固定电极之间传输或运送信号。在一些实施方案中，间隔件层35可用于将吸收器层16a与黑色掩模23中的导电层大体电隔离。
[0065]图6E展示MOD的另一实例，其中可移动反射层14为自支撑的。与图6D相比，图6E的实施方案不包含支撑柱18。而是，可移动反射层14在多个位置处接触下伏光学堆叠16，且可移动反射层14的曲率提供足够的支撑使得可移动反射层14在跨越干涉式调制器的电压不足以造成激活时返回到图6E的未激活位置。为清晰所见，此处将可含有多个数种不同层的光学堆叠16展示为包含光学吸收器16a及电介质16b。在一些实施方案中，光学吸收器16a可充当固定电极及部分反射层两者。在一些实施方案中，光学吸收器16a比可移动反射层14a薄一数量级(十倍或十倍以上)。在一些实施方案中，光学吸收器16a比反射子层14a薄。
[0066]在例如图6A到6E中所展示的实施方案的实施方案中，MOD充当直视装置，其中从透明衬底20的前侧(即，与其上布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施方案中，可对所述装置的背面部分(即，所述显示装置的在可移动反射层14后面的任一部分，举例来说，包含图6C中所图解说明的可变形层34)进行配置及操作而不影响或负面地影响显示装置的图像质量，因为反射层14光学屏蔽所述装置的所述部分。举例来说，在一些实施方案中，可在可移动反射层14后面包含总线结构(未图解说明)，其提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如电压寻址及由此寻址产生的移动)分离的能力。另外，图6A到6E的实施方案可简化处理(例如，图案化)。
[0067]图7展示图解说明用于干涉式调制器的制造工艺80的流程图的实例，且图8A到8E展示此制造工艺80的对应阶段的横截面示意性图解的实例。在一些实施方案中，制造工艺80可经实施以制造例如图1及6中所图解说明的一股类型的干涉式调制器的机电系统装置。机电系统装置的制造也可包含在图7中未展示的其它框。参考图1、6及7，工艺80在框82处开始，其中在衬底20上方形成光学堆叠16。图8A图解说明在衬底20上方形成的此光学堆叠16。衬底20可为透明衬底(例如玻璃或塑料)，其可为柔性的或相对刚性且不易弯曲的，且可能已经受先前准备工艺，例如，用以促进有效地形成光学堆叠16的清洁。如上文所论述，光学堆叠16可为导电、部分透明且部分反射的且可(举例来说)通过将具有所要性质的一或多个层沉积到透明衬底20上来制作。在图8A中，光学堆叠16包含具有子层16a及16b的多层结构，但在一些其它实施方案中可包含更多或更少的子层。在一些实施方案中，子层16a及16b中的一者可经配置而具有光学吸收及导电性质两者，例如组合式导体/吸收器子层16a。另外，可将子层16a、16b中的一或多者图案化成若干平行条带，且其可在显示装置中形成行电极。可通过掩蔽及蚀刻工艺或此项技术中已知的另一适合工艺来执行此图案化。在一些实施方案中，子层16a、16b中的一者可为绝缘或电介质层，例如沉积于一或多个金属层(例如，一或多个反射及/或导电层)上方的子层16b。另外，可将光学堆叠16图案化成形成显示器的行的个别且平行条带。注意，图8A到SE可不按比例绘制。举例来说，在一些实施方案中，虽然在图8A到SE中将子层16a、16b展示为稍微厚，但光学堆叠的子层中的一者(光学吸收层)可为极薄的。
[0068]工艺80在框84处继续在光学堆叠16上方形成牺牲层25。稍后移除牺牲层25 (参见框90)以形成腔19且因此在图1中所图解说明的所得干涉式调制器12中未展示牺牲层25。图SB图解说明包含形成于光学堆叠16上方的牺牲层25的经部分制作的装置。在光学堆叠16上方形成牺牲层25可包含以经选择以在随后移除之后提供具有所要设计大小的间隙或腔19 (还参见图1及SE)的厚度沉积二氟化氙(XeF2)可蚀刻材料，例如钥(Mo)或非晶硅(a-Si)。可使用例如物理气相沉积(PVD，其包含许多不同技术，例如溅镀)、等离子增强化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)或旋涂等沉积技术来实施牺牲材料的沉积。
[0069]工艺80在框86处继续形成支撑结构，例如图1、6及8C中所图解说明的柱18。形成柱18可包含以下步骤:图案化牺牲层25以形成支撑结构孔口，接着使用例如PVD、PECVD,热CVD或旋涂等沉积方法将材料(例如，聚合物或无机材料，例如二氧化硅)沉积到所述孔口中以形成柱18。在一些实施方案中，形成于牺牲层中的支撑结构孔口可延伸穿过牺牲层25及光学堆叠16两者而到达下伏衬底20，使得柱18的下部端接触衬底20，如在图6A中所图解说明。或者，如在图8C中所描绘，形成于牺牲层25中的孔口可延伸穿过牺牲层25，但不穿过光学堆叠16。举例来说，图SE图解说明支撑柱18的下部端与光学堆叠16的上部表面接触。可通过将支撑结构材料层沉积于牺牲层25上方并图案化支撑结构材料的位于远离牺牲层25中的孔口处的部分来形成柱18或其它支撑结构。所述支撑结构可位于所述孔口内，如在图8C中所图解说明，但还可至少部分地延伸到牺牲层25的一部分上方。如上文所提及，牺牲层25及/或支撑柱18的图案化可通过图案化及蚀刻工艺来执行，但也可通过替代蚀刻方法来执行。
[0070]工艺80在框88处继续形成可移动反射层或膜，例如图1、6及8D中所图解说明的可移动反射层14。可通过采用包含(举例来说)反射层(例如铝、铝合金或其它反射层)沉积的一或多个沉积步骤连同一或多个图案化、掩蔽及/或蚀刻步骤形成可移动反射层14。可移动反射层14可为导电的且称作导电层。在一些实施方案中，可移动反射层14可包含如图8D中所展示的多个子层14a、14b、14c。在一些实施方案中，所述子层中的一或多者(例如子层14a、14c)可包含针对其光学性质选择的高度反射子层，且另一子层14b可包含针对其机械性质选择的机械子层。由于牺牲层25仍存在于在框88处形成的经部分制作的干涉式调制器中，因此可移动反射层14在此阶段处通常不可移动。在本文中还可将含有牺牲层25的经部分制作的MOD称作“未释放” MOD。如上文结合图1所描述，可将可移动反射层14图案化成形成显示器的列的个别且平行条带。
[0071]工艺80在框90处继续形成腔，例如，图1、6及8E中所图解说明的腔19。可通过将牺牲材料25 (在框84处沉积)暴露于蚀刻剂来形成腔19。举例来说，可通过干化学蚀亥IJ，通过将牺牲层25暴露于气态或气相蚀刻剂(例如衍生自固体XeF2的蒸气)达有效移除所要材料量的时间周期来移除例如Mo或非晶Si的可蚀刻牺牲材料。通常相对于环绕腔19的结构选择性地移除牺牲材料。也可使用例如湿蚀刻及/或等离子蚀刻的其它蚀刻方法。由于在框90期间移除了牺牲层25，因此可移动反射层14在此阶段之后通常可移动。在移除牺牲层25之后，在本文中可将所得的经完全或部分制作的MOD称作“经释放” MOD。
[0072]根据本发明中所描述的标的物的一个创新性方面，可与上文中所描述的MOD显示器装置相关联的交互式显示器给用户提供输入/输出(I/o)接口，借助所述接口(i)可辨识用户手势的实例，及(ii)可响应于用户手势而控制所述交互式显示器。有利地，使得电子装置(例如，手持式个人电子装置(PED))能够感测用户的手、手指或手持式物体的总运动且以确定性方式对所述总运动做出反应。可接近于但有利地不与电子装置直接物理接触地做出所述手势。
[0073]图9A及9B展示经配置以给用户提供手势响应输入/输出(I/O)接口的电子装置的实施方案的实例。首先参考图9A，电子装置901可包含交互式显示器902及处理器904。交互式显示器902可为触摸屏显示器，但未必如此。处理器904可经配置以至少部分地响应于用户输入而控制交互式显示器902。可借助于手势而做出用户输入中的至少一些输入，所述手势包含使用用户的附肢(例如手或手指)或者手持式物体等做出总运动。可接近于但有利地不与电子装置901直接物理接触地做出所述手势。布置903 (下文中描述及图解说明其实例)可响应于所述手势而输出一或多个信号。可通过处理器904来分析由布置903输出的信号以辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制交互式显示器902。
[0074]在图9B中所图解说明的实例性实施方案中，布置903可包含发光源911、光传感器912a及912b以及次级光学透镜913。次级光学透镜913可经配置以将从发光源911发射的光结构化成离散波瓣920a及920b。在所图解说明的实施方案中，提供两个光传感器912a及912b ;然而，在其它实施方案中，可提供三个或三个以上光传感器。所述光传感器可包含光电二极管、光电晶体管或可操作以输出表示所接收可见红外(IR)及/或紫外(UV)光的特性(例如，振幅或强度)的信号的其它适合装置。发光源911可包含(如所图解说明)发光二极管(LED)，然而，可使用任何类型的光源。次级光学透镜913可包含(如所图解说明)柱状透镜阵列或可操作以将所发射光结构化成至少两个离散波瓣的其它装置。举例来说，适合的装置可包含微透镜阵列、量子点晶格、光束整形漫射器或任何其它类型的非发光再分布单元。在一些实施方案中，发光源911可经配置以发射红外光。举例来说，所发射光的波长可在约850纳米到950纳米的范围内。在一些实施方案中，发光源911可具有小于I的工作循环。
[0075]通过参考图1OA及IOB可较好地了解用于电子装置901的手势响应用户接口的一些实施方案的操作。图1OA图解说明可称作布置903的平面图的内容。布置903可输出主要离散地分布为波瓣920a及波瓣920b的经结构化的所发射光。在物体围绕布置903横移时，光传感器912a及912b可接收由所述物体对经结构化的所发射光的散射而产生的光。举例来说，所述物体可为用户的附肢，例如手或手指，或者其可为手持式的或以其它方式受用户控制的任何物理物体，但为简单起见在本文中将其称作“物体”。光传感器912a及912b可将表示所接收光的特性(例如，振幅或强度)的信号输出到处理器904。
[0076]现参考图10B，图解说明随物体的角位置而变的来自光传感器912a及光传感器912b中的每一者的输出信号的模拟。可观察到，所述信号与经结构化的所发射光的相应波瓣的角位置高度相关。也就是说，光传感器912a展现与波瓣920a的角位置相关的在约130度处的明显信号峰值。类似地，光传感器912b展现与波瓣920b的角位置相关的在约50度处的明显信号峰值。模拟的结果指示使用当前所揭示技术可实现最高达40:1的信噪比。
[0077]处理器904可经配置以响应于光传感器的指示所接收光的经改变特性的输出的分析通过辨识用户手势的实例来实现I/O接口。举例来说，仍参考图1OA及10B，可预期相对于布置913从右向左移动的物体致使光传感器912a及912b将具有类似于图1OB中所图解说明的模式的模式的信号输出到处理器904。处理器904可经配置以将此模式辨识为用户手势的实例。响应于所辨识用户手势，处理器904可经配置以响应于所述用户手势而控制交互式显示器902。举例来说，可致使在交互式显示器902上显示的图像向上或向下滚动、旋转、放大或以其它方式修改。另外，处理器904可经配置以响应于用户手势而控制电子装置901的其它方面，例如，改变音量设定、关断电源、拨出或终止呼叫、启动或终止软件应用程序等。
[0078]图1lA中图解说明布置903的替代实施方案。如所图解说明的实施方案中所展示，布置903的次级光学透镜可包含经配置以将从发光源911发射的光结构化的微透镜(例如，LED透镜)的阵列1113。在一些实施方案中，阵列1113经配置为实质上圆形形状。其它实施方案可使用呈不同形状(例如，椭圆形、正方形等)的微透镜的阵列。在所图解说明的实施方案中，提供四个光传感器912a、912b、912c及912d，但可预期较大或较小数目个光传感器。所述光传感器可(如所图解说明)接近于微透镜的圆周布置且(举例来说)以大约相等的角距离间隔开。现在参考图11B，图解说明布置903可输出主要离散地分布为波瓣920a、波瓣920b、波瓣920c及波瓣920d的经结构化的所发射光。
[0079]现在参考图11C，在所揭示技术的一些实施方案中，由光传感器912a到912d输出的信号可展现可由处理器904分析的相对相位延迟，以便在(举例来说)物体(例如用户的手)的顺时针与逆时针旋转之间进行区分。更具体来说，例如，由物体(图解说明为手1150)的逆时针旋转产生的信号可导致首先由光传感器912a输出峰值信号，后续接着在可测量时间间隔之后，由光传感器912b输出峰值信号。类似地,光传感器912c可相对于光传感器912b延迟可测量时间间隔而输出峰值信号，且光传感器912d可相对于光传感器912c延迟可测量时间间隔而输出峰值信号。将理解，处理器904可经配置以辨识信号延迟的上文所描述模式并区分所述模式与将由手1150的逆时针运动或者(举例来说)手1150的往返运动产生的模式。
[0080]图12展示图解说明用于经由电子装置的交互式显示器给用户提供输入/输出(I/
O)接口的方法1200的流程图的实例。在框1210处，可将来自发光源的光结构化成两个或两个以上波瓣。举例来说，所述发光源可为发射处于可见、IR或UV波长的光的LED。
[0081]在框1220处，可接收或检测由物体对经结构化的所发射光的散射而产生的所散射光。举例来说，可通过光传感器(例如光电二极管或光电晶体管)接收或检测所散射光。
[0082]在框1230处，可将表示所接收光的特性的至少一个信号输出到处理器。举例来说，光传感器可将表示所接收光的振幅或强度的信号输出到处理器。
[0083]在框1240处，所述处理器可依据所述信号辨识用户手势的实例。举例来说，在物体为用户的手的情况下，用户的手的运动可致使由光传感器接收的光产生信号模式。所述处理器可经配置以分析所述信号模式并确定所述信号模式何时指示特定用户手势的特性。
[0084]在框1250处，可响应于用户手势而由处理器控制交互式显示器及/或电子装置。举例来说，所述处理器可经配置以致使在交互式显示器上显示的图像向上或向下滚动、旋转、放大或以其它方式修改。替代地或另外，所述处理器可经配置以响应于用户手势而控制电子装置的其它方面。举例来说，所述处理器可经配置以响应于用户手势而改变音量设定、将电子装置关断电源、拨出或终止呼叫、启动或终止软件应用程序等。
[0085]可借助具有单个发光源及用以将来自所述发光源的所发射光结构化成两个或两个以上波瓣的次级光学透镜的实施方案来执行上文所描述方法，如上文结合(举例来说)图9B及IlA所描述。然而，其它实施方案也在本发明人的预期内。举例来说，可在不依靠次级光学透镜的情况下获得经结构化的所发射光的多个波瓣。在图9C中所图解说明的实施方案中，举例来说，可由相应的第一 LED930a及第二 LED930b发射经结构化光的两个波瓣920a及920b。光传感器912a及912b可经配置以接收由物体对经结构化的所发射光的散射而产生的光，并将表示所接收光的特性(例如，振幅或强度)的信号输出到处理器(未展示)O
[0086]在一些实施方案中，无论是否存在单个发光源及次级光学透镜或者两个或两个以上发光源(具有或不具有次级光学透镜)，均可使用各种技术来增强光学传感器的信噪比。举例来说，参考图9D，布置903可包含不透明屏幕(或“遮光板”)940，其经如此定位以减少:
(i)从波瓣920a散射的光到达光传感器912b ;及(ii)从波瓣920b散射的光到达光传感器912a。在一些实施方案中，代替遮光板940或除遮光板940之外，与不同波瓣相关联的经结构化光可具有不同色彩，且每一波瓣可具有经配置为对对应波瓣的色彩较敏感的对应传感器。举例来说，波瓣920a可从由红色LED (未展示)发射的光而产生，而波瓣920b可从由绿色LED (未展示)发射的光而产生。替代地，可在单个LED上方配置光栅以将由所述LED发射的第一波长范围的光结构化成波瓣920a及将由所述LED发射的第二波长范围的光结构化成波瓣920b。在任一实施方案中，举例来说，光传感器912a可经配置为对与波瓣920a相关联的色彩的光相对较敏感且对与波瓣920b相关联的色彩的光相对较不敏感。类似地，传感器912b可经配置为对与波瓣920b相关联的色彩的光相对较敏感，且对与波瓣920a相关联的色彩的光相对较不敏感。
[0087]图13A及13B展示图解说明包含多个干涉式调制器的显示装置40的系统框图的实例。举例来说，显示装置40可为智能电话、蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其轻微变化形式也为对各种类型的显示装置的说明，例如，电视、平板计算机、电子阅读器、手持式装置及便携式媒体播放器。
[0088]显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风46。外壳41可由多种制造工艺中的任一者形成,包含注射模制及真空形成。另外,夕卜壳41可由多种材料中的任一者制成，包含(但不限于):塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合。外壳41可包含可装卸部分(未展示)，其可与其它不同色彩或含有不同标识、图片或符号的可装卸部分互换。
[0089]显示器30可为多种显示器中的任一者，包含本文中所描述的双稳态或模拟显示器。显示器30还可经配置以包含平板显示器(例如等离子显示器、EL、OLED, STN IXD或TFT LCD)或非平板显示器(例如CRT或其它管式装置)。另外，显示器30可包含干涉式调制器显示器，如本文中所描述。
[0090]在图12B中示意性地图解说明显示装置40的组件。显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分地包封于其中的额外组件。举例来说，显示装置40包含网络接口 27，网络接口 27包含耦合到收发器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。在一些实施方案中，电力供应器50可向特定显示装置40设计中的实质上所有组件提供电力。
[0091]网络接口 27包含天线43及收发器47，使得显示装置40可经由网络与一或多个装置通信。网络接口 27还可具有一些处理能力以减轻(举例来说)处理器21的数据处理要求。天线43可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据包含IEEE16.ll(a)、(b)或(g)的IEEE16.11标准或包含IEEE802.lla、b、g、n的IEEE802.11标准及其进一步实施方案发射及接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线43根据蓝牙标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况中，天线43经设计以接收码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM/通用包无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、地面中继无线电(TETRA)、宽带CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-D0)、I XEV-D0、EV-DO修订版A、EV-D0修订版B、高速包接入(HSPA)、高速下行链路包接入(HSDPA)、高速上行链路包接入(HSUPA)、演进高速包接入(HSPA+)、长期演进(LTE)、AMPS或用于在无线网络内(例如利用3G或4G技术的系统)通信的其它已知信号。收发器47可预处理从天线43接收的信号使得其可由处理器21接收及进一步操纵。收发器47还可处理从处理器21接收的信号使得其可经由天线43从显示装置40发射。
[0092]在一些实施方案中，可由接收器来替换收发器47。另外，在一些实施方案中，可由图像源来替换网络接口 27，所述图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。处理器21可控制显示装置40的总体操作。处理器21从网络接口 27或图像源接收数据(例如经压缩图像数据)，且将所述数据处理成原始图像数据或处理成容易被处理成原始图像数据的格式。处理器21可将经处理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。原始数据通常指代识别图像内的每一位置处的图像特性的信息。举例来说，此类图像特性可包含色彩、饱和度及灰度级。
[0093]处理器21可包含用以控制显示装置40的操作的微控制器、CPU或逻辑单元。调节硬件52可包含用于向扬声器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可为显示装置40内的离散组件，或可并入于处理器21或其它组件内。
[0094]驱动器控制器29可直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据，且可适当地将原始图像数据重新格式化以供高速发射到阵列驱动器22。在一些实施方案中，驱动器控制器29可将原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式的数据流，使得其具有适合于跨越显示阵列30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。虽然驱动器控制器29 (例如LCD控制器)通常作为独立的集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但可以许多方式实施此类控制器。举例来说，可将控制器作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中或与阵列驱动器22完全集成在硬件中。
[0095]阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化的信息且可将视频数据重新格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒许多次地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(或更多)引线。
[0096]在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适于本文中所描述的显示器类型中的任一者。举例来说，驱动器控制器29可为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，IMOD控制器)。另外，阵列驱动器22可为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，IMOD显示器驱动器)。此外，显示阵列30可为常规显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包含IMOD阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22集成在一起。此实施方案在高度集成系统(举例来说，移动电话、便携式电子装置、手表或小面积显示器)中可为有用的。
[0097]在一些实施方案中，输入装置48可经配置以允许(举例来说)用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包含小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、摇杆、触敏屏或者压敏或热敏膜。麦克风46可配置为显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，可使用通过麦克风46所做的话音命令来控制显示装置40的操作。
[0098]电力供应器50可包含多种能量存储装置。举例来说，电力供应器50可为可再充电电池，例如镍-镉电池或锂离子电池。在使用可再充电电池的实施方案中，可再充电电池可使用来自(举例来说)壁式插座或光伏装置或阵列的电力充电。或者，可再充电电池可以无线方式充电。电力供应器50还可为可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池或太阳能电池涂料。电力供应器50还可经配置以从壁式插口接收电力。
[0099]在一些实施方案中，控制可编程性驻存于驱动器控制器29中，驱动器控制器29可位于电子显示系统中的数个位置中。在一些其它实施方案中，控制可编程性驻存于阵列驱动器22中。上文所描述的优化可以任何数目个硬件及/或软件组件且以各种配置实施。
[0100]可将结合本文中所揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。已就功能性大体描述且在上文所描述的各种说明性组件、框、模块、电路及步骤中图解说明了硬件与软件的可互换性。此功能性是以硬件还是软件实施取决于特定应用及对总体系统强加的设计约束。
[0101]可借助通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或经设计以执行本文中所描述的功能的其任一组合来实施或执行用于实施结合本文中所揭示的方面所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。还可将处理器实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一或多个微处理器与DSP核心的联合或任何其它此种配置。在一些实施方案中，可通过给定功能特有的电路来执行特定步骤及方法。
[0102]在一或多个方面中，可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含本说明书中所揭示的结构及其结构等效物)或以其任一组合来实施所描述的功能。本说明书中所描述的标的物的实施方案还可实施为编码于计算机存储媒体上以用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一或多个计算机程序，即，一或多个计算机程序指令模块。
[0103]如果以软件实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体进行发射。可以可驻存于计算机可读媒体上的处理器可执行软件模块来实施本文中所揭示的方法或算法的步骤。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及包含可经启用以将计算机程序从一个地方传送到另一个地方的任何媒体的通信媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。以实例而非限制的方式，此类计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM, CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或可用于以指令或数据结构的形式存储所要的程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。此外，任何连接均可适当地称作计算机可读媒体。如本文中所使用，磁盘及光盘包含:压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘借助激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包含于计算机可读媒体的范围内。另外，方法或算法的操作可作为一个或任何代码及指令组合或集合驻存于可并入到计算机程序产品中的机器可读媒体及计算机可读媒体上。
[0104]所属领域的技术人员可容易明了对本发明中所描述的实施方案的各种修改，且本文中所定义的类属原理可应用于其它实施方案，此并不背离本发明的精神或范围。因此，权利要求书并非意欲限制于本文中所展示的实施方案，而是被赋予与本发明、本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最宽广范围。词语“示范性”在本文中专用于意指“用作实例、例子或图解说明”。在本文中描述为“示范性”的任何实施方案未必解释为比其它可能性或实施方案优选或有利。另外，所属领域的技术人员将容易了解，术语“上部”及“下部”有时为了便于描述各图而使用，且指示对应于图在经恰当定向的页面上的定向的相对位置，且可能不反映如所实施的IMOD的恰当定向。
[0105]还可将在本说明书中在单独实施方案的背景中描述的某些特征以组合形式实施于单个实施方案中。相反地，还可将在单个实施方案的背景中描述的各种特征单独地或以任一适合子组合的形式实施于多个实施方案中。此外，虽然上文可将特征描述为以某些组合的形式起作用且甚至最初如此主张，但在一些情况中，可从所主张的组合去除来自所述组合的一或多个特征，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化形式。[0106]类似地，尽管在图式中以特定次序描绘操作，但所属领域的技术人员将容易认识至IJ，为实现所要结果，无需以所展示的特定次序或以循序次序执行此类操作或无需执行所有所图解说明的操作。此外，所述图式可以流程图的形式示意性地描绘一或多个实例性工艺。然而，可将其它并未描绘的操作并入于示意性地图解说明的实例性工艺中。举例来说，可在所图解说明的操作中的任一者之前、之后、同时或之间执行一或多个额外操作。在某些情况中，多任务化及并行处理可为有利的。此外，不应将上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分离理解为在所有实施方案中均需要此分离，且应理解，一股来说，可将所描述的程序组件及系统一起集成于单个软件产品中或封装成多个软件产品。另外，其它实施方案在以上权利要求书的范围内。在一些情况中，可以不同次序执行权利要求书中所叙述的动作且其仍实现所要的结果。
【权利要求】
1.一种设备，其包括: 交互式显示器，其提供用于电子装置的输入/输出I/O接口 ； 处理器； 发光源； 次级光学透镜，其将来自所述发光源的所发射光结构化成至少一个波瓣；及多个光传感器，其中， 每一光传感器经配置以将表示所接收光的特性的信号输出到所述处理器，所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生；且 所述处理器经配置以依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制所述交互式显示器及所述电子装置中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述物体包含手、手指、手持式物体及受所述用户控制的其它物体中的至少一者。
3.根 据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述光传感器经配置以接收由所述物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生的光。
4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的设备，其中所述发光源包含发光二极管。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的设备，其中所述所发射光包含红外光。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的设备，其中所述所发射光具有在850纳米与950纳米之间的波长。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的设备，其中所述次级光学透镜包含非发光再分布单元。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述非发光再分布单元包含以下各项中的至少一者:柱状透镜、微透镜阵列、量子点晶格及光束整形漫射器。
9.根据权利要求1到8中任一权利要求所述的设备，其中表示所接收光的所述特性的所述信号具有大于30的信噪比。
10.根据权利要求1到9中任一权利要求所述的设备，其中所述设备为手持式装置。
11.根据权利要求1到10中任一权利要求所述的设备，其中所述发光源具有小于I的工作循环。
12.根据权利要求1到11中任一权利要求所述的设备，其中所接收光的所述特性为振幅。
13.根据权利要求1到12中任一权利要求所述的设备，其中所述处理器经配置以通过分析所述光传感器的指示所述所接收光的经改变特性的所述输出而辨识所述用户手势的所述实例。
14.根据权利要求1到13中任一权利要求所述的设备，其中所述光传感器的所述输出的分析包含确定所述光传感器的相对相位延迟。
15.根据权利要求1到14中任一权利要求所述的设备，其进一步包括: 处理器，其经配置以与所述交互式显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；及 存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
16.根据权利要求15所述的设备，其进一步包括: 驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器；及控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
17.根据权利要求15所述的设备，其进一步包括: 图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。
19.根据权利要求15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将所述输入数据传递到所述处理器。
20.—种设备,其包括 用于将来自发光源的光结构化成至少一个波瓣的装置； 用于接收所散射光并输出表示所述所接收的所散射光的特性的信号的装置，所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生；及， 用于依据所述信号辨识用户手势的实例并响应于所述用户手势而控制所述设备的装置。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述物体包含手、手指、手持式物体及受所述用户控制的其它物体中的至少一者。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的设备，其中表示所接收光的所述特性的所述信号具有大于30的信噪比。
23.根据权利要求20到22中任一权利要求所述的设备，其中所述设备为手持式装置。
24.根据权利要求20到23中任一权利要求所述的设备，其中所述发光源具有小于I的工作循环。
25.一种用于经由交互式显示器提供用于电子装置的输入/输出I/O接口的方法，所述方法包括: 借助次级光学透镜将来自发光源的光结构化成至少一个波瓣； 由多个光传感器中的每一者将表示所接收光的特性的信号输出到处理器，所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生；及，借助所述处理器: 依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制所述交互式显示器及所述电子装置中的至少一者。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述次级光学透镜包含非发光再分布单元。
27.根据权利要求25到26中任一权利要求所述的方法，其中所述非发光再分布单元包含以下各项中的至少一者:柱状透镜、微透镜阵列、量子点晶格及光束整形漫射器。
28.根据权利要求25到27中任一权利要求所述的方法，其中表示所接收光的所述特性的所述信号具有大于30的信噪比。
29.根据权利要求25到28中任一权利要求所述的方法，其中设备为手持式装置。
30.一种存储可由计算机执行以执行一过程的指令的非暂时有形计算机可读存储媒体，所述过程包括: 借助次级光学透镜将来自发光源的光结构化成至少一个波瓣； 由多个光传感器中的每一者将表示所接收光的特性的信号输出到处理器，所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生；及，借助所述处理器: 依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制交互式显示器及电子装置中的至少一者。
31.根据权利要求30所述的非暂时有形计算机可读存储媒体，其中表示所接收光的所述特性的所述信号具有大于30的信噪比。
32.根据权利要求30或权利要求31所述的非暂时有形计算机可读存储媒体，其中设备为手持式装置。
33.一种设备,其包括: 交互式显示器，其提供用于电子装置的输入/输出I/O接口 ； 处理器； 至少两个发光源； 多个光传感器，其中， 每一发光源经配置以将所发射光结构化成至少一个波瓣； 每一光传感器经配置以将表示所接收光的特性的信号输出到所述处理器，所述所接收光由物体对所述经结构化的所发射光的散射而产生；且 所述处理器经配置以依据所述光传感器的所述输出辨识用户手势的实例，并响应于所述用户手势而控制所述 交互式显示器及所述电子装置中的至少一者，其中所述至少两个发光源包括第一发光二极管LED,所述第一 LED相对于第二 LED以一角位移安置,使得每一LED发射经结构化光的实质上单独波瓣。
【文档编号】G06F3/01GK103946771SQ201280057982
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月30日
【发明者】殷页, 罗素·韦恩·格鲁尔克 申请人:高通Mems科技公司