CN100458497C - 用于感测干涉式调制器的激励电压及释放电压的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于感测一微机电装置的激励电压及/或释放电压的方法，其包括向所述装置施加一变化电压并感测其状态和不同电压电平。在一实施例中，所述装置是一包含一适用于一显示器的干涉式调制器阵列的系统的一部分。所述方法可用于补偿显示像素特性的与温度相关的变化。

Description

用于感测干涉式调制器的激励电压及释放电压的系统及方法

技术领域

本发明的技术领域涉及微机电系统(MEMS)。

背景技术

微机电系统(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、蚀刻及/或其他可蚀刻掉衬底及/或沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成电气和机电装置的微机械加工工艺制成。一种类型的MEMS装置称为干涉式调制器。干涉式调制器可包含一对导电板，其中之一或两块导电板均可部分透明且在施加一适当的电信号时能够相对运动。其中一块板可包含一沉积在一衬底上的固定层，而另一块板可包含一悬浮在该固定层上的金属膜片。此等装置具有广泛的应用范围，且在此项技术中，利用及/或修改这些类型的装置的特性以使其特征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。

发明内容

本发明的系统、方法及装置各自具有多个方面，任一单个方面均不能单独决定其所需属性。现在，在不限制本发明的范围下，将对其较重要的特征进行简要说明。在考察这一论述且尤其是在阅读了标题为“具体实施方式”的部分之后，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，本发明包括一种用于确定一微机电装置的激励电压和释放电压中的一种或两种电压的方法。所述方法包括：向至少一耦接至所述装置的电极施加至少两种不同的电位；及检测在所述至少两种不同电位下所述装置的至少一电响应。至少部分地根据所述响应，来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的状态。至少部分地根据所述状态确定，来确定激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

在另一实施例中，一种用于确定一微机电装置的激励电压和释放电压中的一种或两种电压的系统包括用于向至少一耦接至所述装置的电极施加至少两种不同电位的构件、及用于检测在所述至少两种不同电位下所述装置的至少一电响应的构件。另外提供用于至少部分地根据所述响应来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的状态的构件、及用于至少部分地根据所述确定来确定激励电压和释放电压中的一种或两种电压的构件。

在另一实施例中，一种用于确定一微机电装置的激励电压和释放电压中的一种或两种电压的系统包括一微机电装置和一驱动电路，所述驱动电路配置成用于向所述微机电装置施加电压。一连接至所述微机电装置的传感器配置成用于检测在所述至少两种不同电位下所述微机电装置的至少一电响应。所述传感器进一步配置成用于至少部分地根据所述响应来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的状态，并用于至少部分地根据所述确定来确定激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

在另一实施例中，一种用于制造一显示系统的方法包括形成一配置成向所述显示系统的用户呈现显示数据的微机电像素阵列。所述方法包括：形成至少一附加微机电元件；并将一传感器耦接至所述附加微机电元件，所述传感器配置成用于感测激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

在另一实施例中，一种显示系统包括：一配置成向所述显示系统的用户呈现显示数据的微机电像素阵列、至少一附加微机电元件、及一传感器。所述传感器配置成用于感测所述附加微机电像素的激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

在另一实施例中，一种显示系统包括用于向一显示系统的用户显示数据的构件、及至少一微机电元件。还提供用于检测所述附加微机电元件的激励电压和释放电压中的一种或两种电压的构件。

在另一实施例中，一种用于制造一用于确定一微机电装置的激励电压和释放电压中的一种或两种电压的系统的方法包括形成一微机电装置并耦接一驱动电路，所述驱动电路配置成用于向所述微机电装置施加电压。所述方法还包括将一传感器耦接至所述微机电装置，所述传感器配置成用于检测在所述至少两种不同电位下所述微机电装置的至少一电响应，并且进一步配置成用于至少部分地根据所述响应来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的状态。所述传感器还至少部分地根据所述确定来确定激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

附图说明

图1是描绘一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分的等角图，其中第一干涉式调制器的可移动镜处于反射性或“开(on)”位置，该位置距一固定镜一预定距离，且第二干涉式调制器的可移动镜处于非反射或“关(off)”位置。

图2是显示一包含3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例的系统方框图。

图3A是图1所示的干涉式调制器的一实例性实施例的可移动镜位置相对施加电压的关系图。

图3B是可用于驱动一干涉式调制器显示器的行和列电压集合的示意图。

图4A显示图2所示的3×3干涉式调制器显示器中的显示数据的一实例性帧。

图4B显示可用于写入图4A所示的帧的行和列信号的一实例性时序图。

图5A是图1所示的装置的剖面图。

图5B是一干涉式调制器的一替代实施例的剖面图。

图5C是一干涉式调制器的一替代实施例的剖面图。

图6是一状态感测电路的一实施例的示意/方框图。

图7是说明一干涉式调制器的电压相对于对电压脉冲的时间响应的曲线图。

图8是一状态感测电路的另一实施例的示意/方框图。

图9是说明一干涉式调制器的电流相对于对电压脉冲的时间响应的曲线图。

图10是一状态感测方法的流程图。

图11是显示用于设定及测试一行干涉式调制器的行和列电压的时序图。

图12是一用于嵌入阵列中的调制器的状态感测设备的方框图。

图13是一状态感测方法的另一实施例的流程图。

图14是一包含测试像素的显示器的方框图。

图15是施加至一像素的电压相对于时间的曲线图，其可用于确定一干涉式调制器的激励电压和释放电压。

图16是可与图15所示的电压相对于时间的电压施加一起用于确定激励电压和释放电压的电路的示意图。

图17是说明图16所示的电路的定时的图。

图18是施加至一像素的电压相对于时间的另一实施例及电流相对于时间响应的曲线图，其可用于确定一干涉式调制器的激励电压和释放电压。

图19是可与图18所示的电压相对于时间的电压施加一起用于确定激励电压和释放电压的电路的示意图。

图20是可用于确定一干涉式调制器的激励电压和释放电压的电路的另一实施例的示意图。

图21A和图21B是显示一包括复数个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例的系统方框图。

具体实施方式

以下详细说明涉及本发明的某些具体实施例。不过，本发明还可通过许多种不同的方式来实施，其由权利要求书所界定和覆盖。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数字标识。

本发明的各实施例可在任一配置成用于显示图像(无论是动态图像(例如视频)还是静态图像(例如静止图像)，也无论是文字图像还是图片图像)的装置中实施。更具体而言，设想本发明可在例如(但不限于)以下的众多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)、手持式或便携式计算机、电子书籍、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、摄像机视图显示器(例如，车辆的后视摄像机显示器)、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，一件珠宝的图像显示器)。

与本文所述的MESE装置具有类似结构的MEMS装置也可用于非显示应用，例如用于电子切换装置。

在图1中显示了一包含一干涉式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)”)状态时，所述显示元件几乎不向用户反射入射可见光。视实施例而定，可颠倒“开”及“关”状态的光反射性质。MEMS像素可配置成主要在选定色彩下反射，以除了黑色和白色之外还可实现彩色显示。

图1是一描绘一视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角图，其中每一像素均包含一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。每一干涉式调制器均包括一对反射层，该对反射层定位成彼此相距一可变且可控的距离，以便形成一具有至少一个可变尺寸的光学谐振腔。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较远。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中描绘的像素阵列部分包括两个相邻的干涉式调制器12a和12b。在左侧上的干涉式调制器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。在右侧上的干涉式调制器12b中，显示可移动的高度反射层14b处于一受激励位置，该受激励位置靠近固定的局部反射层16b。

固定层16a、16b可导电、局部透明且具局部反射性，并可通过(例如)在一透明衬底20上沉积一或多个各自为铬及氧化铟锡的层而制成。所述各层图案化成平行条带，且可形成一显示装置中的行电极，下文中将对此进一步说明。可移动层14a、14b可形成为由沉积在支柱18顶部上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。在蚀刻掉牺牲材料以后，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所示的机械弛豫状态。然而，在向一选定行和列施加电位差时，在所述行和列电极相交处的对应像素处形成的电容器变成充电状态，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中右侧上的像素12b所示。无论所施加的电位差的极性如何，该行为均相同。这样，可控制反射相对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4B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方法及系统。图2是一显示一可体现本发明各方面的电子装置的一个实施例的系统方框图。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

、PentiumII

、Pentium III

、Pentium IV

、Pentium

Pro、8051、MIPS

、Power PC

、ALPHA

，或任何其他合适的处理器。此外，处理器21可包括任何专用微处理器，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配置成用于执行一或多个软件模块。除了执行一个操作系统(未图示)外，还可将该处理器配置成用于执行一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他软件应用程序。应了解，本文所述的所有功能性均可整体或部分地构建在硬件、软件或其组合中。

在一实施例中，处理器21还配置成用于与一阵列控制器22进行通信。在一实施例中，该阵列控制器22包括向阵列30提供信号的行驱动电路24及列驱动电路26。图1中所示的阵列的横截面在图2中以线1-1表示。阵列控制器22还可包括一升压电路32，该升压电路32用于将控制信号转换成一或多个足以驱动阵列30的电压。在一实施例中，显示控制器22还包括一帧缓冲器34。该帧缓冲器通常包括为刷新目的而存储当前显示的帧的足够内存。

在阵列30的每一列和每一行上有利地配备有复数个三态缓冲器36。这些三态缓冲器36连接至保持模式信号，当确定阵列中的相应行或列时，这些保持模式信号使所述连接对所述相应行或列断开。当确定保持模式选择线时，自驱动器至阵列的线路断开，从而基本上消除存储在各像素电容上的电荷的泄漏路径。因此，像素保持在之前的充电或放电状态而无任何驱动器输入，直至电荷通过像素上的泄漏或非无穷的三态开路电阻而缓慢耗散。将了解，任何可控串联开关(例如，串联FET)均可用于实施这种显示器/驱动器去耦。

对于MEMS干涉式调制器，行/列激励协议可利用图3A所示的这些装置的滞后性质。其可能需要(例如)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，当所述电压自该值下降时，随着所述电压降回至10伏以下，所述可移动层维持其状态。在图3A的实例性实施例中，所述可移动层直到电压降低至2伏以下时才会完全释放。因此，在图3A所示的实例中，存在约为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在释放或受激励状态下保持稳定。在本文中将其称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于一具有图3A所示的滞后特性的显示阵列而言，行/列激励协议可设计成使得在行选通期间，使选通行中将要激励的像素遭受约10伏的电压差，并使将要释放的像素遭受接近0伏的电压差。在选通之后，使各像素遭受约5伏的稳态电压差，以使其保持在行选通使其所处的状态。在写入之后，在该实例中，每一像素均承受一处于3-7伏“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施加电压条件下于一既有的受激励状态或释放状态下保持稳定。由于干涉调制器的每一像素(无论处于受激励状态还是释放状态)实质上都是一由固定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。如果所施加的电位固定，则基本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行中的适当像素。第1行的像素不受第2行的脉冲的影响，且保持其在第1行的脉冲期间所设定的状态。可按顺序性方式对全部系列的行重复此过程，以形成所述帧。通常，通过以某一所需帧数/秒的速度连续地重复该过程来用新的显示数据刷新及/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为人们所熟知，且可与本发明一起使用。

图3B、图4A及图4B显示一种用于在图2所示的3x3阵列上形成一显示帧的可能的激励协议。图3B显示一组可用于那些展现出图3A所示滞后曲线的像素的可能的列及行电压电平。在图3B的实施例中，激励一像素包括将适当的列设定至-V_bias，并将适当的行设定至+ΔV，其可分别对应于-5伏及+5伏。释放像素则是通过将适当的列设定至+V_bias并将适当的行设定至相同的+ΔV以便在所述像素两端形成0伏的电位差来实现。在那些行电压保持为0伏的行中，像素在其原先所处的状态下保持稳定，而与该列是处于+V_bias还是-V_bias无关。

图4B是一显示一系列施加至图2所示的3×3阵列的行及列信号的时序图，其将形成图4A所示的显示布置，其中受激励像素为非反射性。在写入图4A所示的帧之前，像素可处于任何状态，在该实例中，所有行均处于0伏，且所有列均处于+5伏。在这些施加电压下，所有像素都在其现有的受激励状态或释放状态下保持稳定。

在图4A所示的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)受到激励。为了实现这一效果，在第1行的“行时间”期间，将列1及列2设定为-5伏，并将列3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。然后，通过一自0伏上升至5伏然后又降回至0伏的脉冲来选通行1。由此激励像素(1，1)和(1，2)并释放像素(1，3)。阵列中的其他像素不受影响。为将行2设定为所期望的状态，将列2设定为-5伏，且将列1及列3设定为+5伏。然后，向行2施加相同的选通脉冲来激励像素(2，2)并释放像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中的其他像素不受影响。类似地，通过将列2和列3设定为-5伏并将列1设定为+5伏来对行3进行设定。行3的选通脉冲将行3的像素设定为图4A所示的状态。在写入所述帧之后，行电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且此后显示器在图4A所示的布置下保持稳定。将了解，可对由数打或数百个行和列构成的阵列采用相同的程序。还将了解，用于实施行和列激励的电压的定时、顺序及电平可在以上所述的一般原理内很大地变化，且上述实例仅为实例性，任何激励电压方法均可与本发明一起使用。

按照上述原理操作的干涉式调制器的详细结构可千变万化。例如，图5A-5C显示移动镜结构的三种不同实施例。图5A是图1所示的实施例的剖面图，其中金属材料条带14沉积在正交延伸的支撑件18上。在图5B中，可移动反射材料14仅在拐角处在系链38上连接至支撑件。在图5C中，可移动反射材料14悬吊在可变形层40的下面。由于反射材料14的结构设计及所用材料可在光学性质方面得到优化，且可变形层40的结构设计和所用材料可在所需机械性质方面得到优化，因此该实施例具有多种益处。在许多公开文献中，包括(例如)第2004/0051929号美国公开申请案中，描述了各种类型的干涉式装置的制造。可使用各种熟知技术来制造上述结构，此包括一系列的材料沉积、图案化及蚀刻步骤。

在写入像素后，可有利地感测其状态。对于图1所示的双稳显示器，像素的状态可通过利用这样一个事实来确定，即像素处于受激励状态时的像素镜上的电容比像素处于释放状态时的像素镜上的电容大得多，通常为约10倍大。此像素电容值可通过感测像素的与电容相关的电学性质而以各种方式来感测，其中一些方式将在下文中更详细地描述。

首先如图6-10所示，将关于单个隔离像素来描述像素状态感测的原理。现参照图6，在写入像素后，无论整个帧已完成还是在此时间之前，除了一个含有将要测试的像素的列外，其余所有的列三态缓冲器都可处于断开(去耦)配置。然后，行驱动器将一低振幅脉冲施加至含有将要测试的像素的行电极，所述像素响应增大的电压而进行充电。如图7所示，所述像素两端的电压将根据电路的RC时间常数(τ)响应此施加电压而增大。对于单个隔离像素，其电容就是像素54的电容，且电路的电阻可包括行驱动器输出阻抗及/或任何可能与所述行电极串联的滤波电阻器56。像素54处于低电容状态(例如，释放状态)时测试点58上的电压增大(如曲线60所示)将比像素54处于高电容状态(例如，受激励状态)时(如曲线62所示)快。如果在此充电时间内的某一时间(例如，在τ/3)确定了像素上的电压，则可确定所述像素的状态。此电压可通过电压感测电路64来检测和测量。如果向像素施加具有τ/3持续时间的脉冲，则像素上的电压将如迹线66所示那样增大和下降(也如图7所示)。如果将此信号施加至比较器68的输入端同时将V_thresh施加至负输入端，则只有当像素上的电压在脉冲的某一时刻超过V_thresh时才会自比较器输出脉冲，其中V_thresh的定义如图7所示。可锁存比较器68的输出以便产生指示所述像素是处于受激励状态(锁存低)还是释放状态(锁存高)的指示。

图8和图9说明一种检测像素状态的替代方法。在图8中，使用电流感测电路70而不是电压感测电路。如上所述施加电压脉冲，从而随着像素电容充电而产生电流脉冲。如图9所示，此电流脉冲在像素54的较大电容下的衰减(曲线75)比在较小电容下的衰减(曲线77)缓慢。电流脉冲可通过测量所述列线中的串联电阻72两端的电压而转换成电压脉冲(也可使用配置成电流-电压转换器的放大器)。电阻器两端的电压可通过配置成如图8所示的积分器74的放大器来感测。积分器的输出可传送至类似图6的比较器76及锁存器。比较器76只有在通过电路的电流脉冲足以(给定电阻器72的值和积分器74的时间常数/放大率)在比较器输入端产生大于图8所示的阈电压V_thresh2时才会产生输出脉冲。图8展示一用于将电阻72切换至列线中的开关78，但将了解，如果已经存在(例如)合适的滤波电阻器，则此并不必需。

虽然电流感测所需的电路比电压感测所需的电路略微复杂，但会有这样一个优点，即一行中的所有像素可通过单个脉冲来探测，这是因为沿一行的每个像素的充电电流可以同时用单独的电流传感器来单独地测量。在这些实施例中，每一列可以有一个专用传感器，或者一组电流传感器可顺序地在不同组的列之间切换以便同时感测一部分(但非所有)列电流。最后这个实施例会比每一行具有一个传感器的实施例慢，但比时间感测下的实施例快。

根据以上原理，图10是说明用于确定干涉式调制器的断开或闭合状态的实例性方法的流程图。在步骤80，向像素施加测试脉冲。在步骤82，测量对所述脉冲的与电容相关的响应。在步骤84，将所述响应与一阈值进行比较以便确定所述像素的状态。

像素状态感测之所以有利可以有多种原因。例如，在下一帧更新或刷新时，只需更新那些不同于下一所需帧的像素。对于静态显示器，可以监测像素状态以便检测哪些像素由于电荷泄漏而自受激励状态弛豫到释放状态。选择性更新可以采用多种方式进行。例如，一旦一或多个像素自所需状态改变，驱动电路便可重新接通，三态缓冲器可闭合，且行选通可仅限于那些包括处于非所需状态的像素的行。可跳过其他行。由此降低更新显示所需的总能量。在帧写入过程中，像素状态感测也可有利，这是因为当写入多行像素时，可对其进行检查以便确定其写入是否正确。若不正确，可再次写入所述行直到正确为止。像素状态感测还可有利地使帧缓冲器的峰值内存要求最小化。

图11说明最后这个过程的实施。在行1的行时间90期间写入行1后，进入行1的测试时间92。在此时间周期的第一部分中，仅将行1和列1连接至驱动电路，并向行1施加约为1伏或更小的测试脉冲94。如上所述，监测像素(1，1)的与电容相关的响应，以便确保其处于如图4A所示的受激励状态。在行1的测试时间的后续部分期间，对像素(1，2)和(1，3)重复此过程。然后，系统进入行2的行时间，或者如果确定尚未正确写入行1中的一或多个像素，则重复行1的行时间。为了说明的目的，图中所示的测试电压振幅大于通常所需的电压振幅，且图中所示的测试时间周期比正常所需的时间周期长得多，这是因为与用于在写入过程中激励像素的脉冲周期相比，测试用的脉冲时间周期可以非常短。当测试像素54是一个紧密组装的大像素阵列的一部分时，所述测试过程可能会略微地更复杂。这是因为要将测试脉冲施加至一整行像素。因此，充电过程的时间常数取决于整个行电极与回行列电极之间的电容，且此可受到所述行中所有像素的相对状态的影响，而不仅仅受到测试像素54的状态的影响，又如图12所示。电容的主要因素将是测试像素的状态，但由于行中可有数百个像素，所以剩余像素的组合效应会很显著。在共用同一列电极的不同行中的像素之间还会有电容耦合。其实际效应是可有利于在测试一给定行中的像素时改变脉冲时间周期τ/3、或V_thresh值、或同时改变这两者，此视所述行中的其他像素的状态而定。

这个确定过程可以采用多种方式进行。图12显示了一个实施例，其可在每一行中在显示器的观看区域之外的行端包括一测试像素98。这个像素可在各状态之间切换，且对于激励状态和释放状态而言，测试脉冲的上升时间均可确定。以此方式，可根据测试像素响应来确定在各状态之间具有最大电压差的时间周期、及电压值，V_thresh应位于这些电压值之间。然后，可使用这些值来测试行中的其他像素的状态。

或者，可在行端设置一个滤波电阻器来代替测试像素。然后，可进行对整个行电极的集体电容测量。驱动控制电路可利用此信息来计算或查找τ/3、或V_thresh、或这两者的适当值，以便测试所述行中的像素。

图13说明将这些原理用于嵌入由列和行组成的阵列中的像素的一般的状态感测方法。在步骤102，将行测量信号施加至含有将要感测的像素的行。这些信号可包括如上所述的测试一测试像素或总的行电容测量。在步骤104，确定适当的测试参数，例如周期τ/3及/或V_thresh，以便用于行中的下一像素测试。然后在步骤106，如同图10，将测试脉冲施加至所述行。在步骤108，测量对所述脉冲的与电容相关的响应。在步骤110，将所述响应与一阈值进行比较，以便所述行中一选定像素的状态。

像素状态感测过程的脉冲振幅和持续时间可根据多种所需因素进行选择。脉冲的形状可设计成用于控制注入所述行中的总电荷。对于隔离像素，脉冲电流和时间的曲线可界定成使得将预选电荷注入所述像素中，而不管其电容值。在这种情况下，像素两端的所得电压将与像素电容成反比。可能也可以将这种方法用于阵列中的像素，但其有用性可能有限，这是因为注入行中的电荷会以一种复杂并且难以预测的方式遍及地分布在数百个行像素中。脉冲持续时间可以根据电路τ值来进行选择，较佳为较短脉冲以便节省时间。当然，需要使在此过程中施加至所述像素的电位始终保持在滞后窗口内，以使得状态感测过程本身不会改变所感测的像素的状态。因此，当没有施加充电脉冲时且当没有通过三态放大器去耦时，驱动器将有利地供应适当的偏置电压，且将产生偏离此偏置电压的脉冲，这些脉冲足够小(例如，通常不大于1或2伏)以使得所施加的像素电压决不会在滞后窗口之外。

像素状态感测的另一有利应用是用于确定像素的激励电压和释放电压。此之所以有用是因为这些电压与温度相关，并且还可随时间偏移。对于玻璃衬底上的金属镜而言，温度越高，往往会使图3A中的稳定窗口越接近零偏移。由材料层的热膨胀的相对系数而定，会发生沿任一方向的偏移，这些偏移是温度的函数。如果可用电学方式确定像素的激励电压和释放电压，则用于将图像数据写入像素阵列中的驱动电压可修改成与当前像素行为匹配。图14显示了一具有此特性的显示器。在此实施例中，在显示器的实际观看区域114周围设置有额外的测试像素112。这些测试像素可在制造显示器的同一过程中制成，以使其物理特性如果不与所观看的显示区域114中的像素的物理特性基本相同则类似。将一或多个用于施加可变偏置电压和测试电压的感测电路118耦接至测试像素。将了解，多个测试像素可共用一些或所有感测电路。

在多个单独测试像素的情况下，可实施多种感测协议以便确定一电容性MEMS像素的激励电压及/或释放电压。例如，这个确定过程可通过在一像素上施加一系列电压并在每一施加电压下感测其状态来进行。此如图15所示。电压可从0逐步增大到高于所有情况下的期望激励电压的电压。在每一电压电平下，可执行如上所述的像素状态测试以便确定像素状态。在某一电压电平下，将激励所述像素，且此将在测试过程中检测到。然后，逐步降低像素电压，并在降回至0的每一电平下进行测试。在某一电压电平下，将释放所述像素，且此同样将由测试结果检测到。

在图15中，每一阶的电压阶跃是1伏，但将了解，可使用任何阶跃大小。在每一阶跃期间，在像素自之前的电压跃迁改变后，如上所述施加测试脉冲120。根据需要监测适当的电压或电流，并在每一电压电平下确定像素状态。激励电压和释放电压的范围可通过确定是哪一阶使状态改变来确定。有利地，测试脉冲的振幅和持续时间小于阶跃的大小和持续时间。

图16和图17显示可实施图15的方法的电路及其操作。在此实施例中，将一测试脉冲加到一系列逐步增大和逐步下降的电压中，并将信号总和施加到像素的一侧上。另一侧接地，同时将一相反电流施加至电压转换器124。开关126将电压转换器的电流的输出端连接至比较器128的输入端。如图17所示，依附至测试脉冲产生器的CLK1信号产生测试脉冲持续时间。如图9所示且如上所述，测试脉冲产生通过测试像素的电流脉冲，受激励像素的电流脉冲的衰减要比释放像素的电流脉冲的衰减慢得多。CLK2信号控制电压转换器124的电流的输出端与比较器128的输入端之间的连接。当开关126断开时，电阻器130将比较器的输入端拉低。定时CLK2信号以使其具有自CLK1的上升边缘衰减的上升边缘并且具有较短的持续时间以在充电过程中的一选定时间点对从电压转换器124的电流所输出的电压取样。受激励像素的此电压将高于释放像素的此电压。如果在CLK2取样期间的电压比-V_thresh3更小(之所以为负是因为反相放大器124)，则此指示为受激励像素，并且在取样期间，比较器128的输出将较高。顺序地对每一测试像素重复此过程，并且此系列的比较器输出在由CLK2的确定时间内的信号CLK3所确定的时间移入移位寄存器136中。然后，移位寄存器136的输出以上下来回的方式形成所述像素在每一电平下的受激励状态相对释放状态的记录。

图18和图19说明另一个可用于确定双稳像素的激励电压和释放电压的电路实施例。如果像素上的电压的增加速率比像素的RC充电时间常数和像素在各状态之间切换所花的时间慢，则电流将很低，同时电压会向上倾斜。此将一直延续直到像素变为受激励状态，且电容快速增加。此将使得在跃迁至高电容状态过程中有电流脉冲流过。在重新向下倾斜时，将出现沿相反方向的第二电流脉冲(快速降低像素电容上的电荷)。

这些电流脉冲可通过图19所示的电路来检测。在此实施例中，电压转换器124的电流的输出端耦接至一对比较器140和142。当充电电流较小时，两个比较器的输出都将较低。在第一电流脉冲期间，比较器140的输出将变高。在第二电流脉冲期间，比较器142的输出将变高。出现这些脉冲的时间可通过使来自各比较器的各输出脉冲停止在开始倾斜的相同时刻开始的相应计数器144、146来确定。计数器的值可与激励电压和释放电压相关联，因为作为所施加电压斜线的时间函数的电压已知。

图20显示另一可能的测试电路。在此实施例中，将AC信号设在DC偏置电压之上，并将其施加至节点150处的像素。像素受激励时流过像素的AC电流将比像素释放时流过像素的AC电流大。此AC电流可通过在所述像素的另一板上包含接地的DC耦合路径和接地的AC耦合路径来检测。电容器154上的DC电压将随着通过像素和通过电容器156的AC电流的增大而增大。将此电压传送至比较器158，如果此值高于V_thresh6，则其变高，此是根据分量值来确定的。在此实施例中，DC偏置电压可以任一方式改变，且当像素受激励时，比较器158的输出160将较高，而当像素释放时则较低。

图21A和图21B是说明一显示装置2040的一实施例的系统方框图。显示装置2040可为(例如)蜂窝式或移动电话。然而，显示装置2040的相同组件或其略微的变化也可说明各种类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器等。

显示装置2040包括外壳2041、显示器2030、天线2043、扬声器2045、输入装置2048、和麦克风2046。外壳2041通常是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、或其组合。在一实施例中，外壳2041包括可拆卸部分(未图示)，这些可拆卸部分可与其他具有不同颜色、或包含不同标识、图片或符号的可拆卸部分换用。

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。所属技术领域的技术人员熟知，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。然而，为便于说明本实施例，显示器2030包括如本文所述的干涉式调制器显示器。

图21B示意性地显示实例性显示装置2040的一实施例中的各组件。所示实例性显示装置2040包括外壳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包括网络接口2027，该网络接口2027包括一耦接至收发器2047的天线2043。收发器2047连接至处理器2021，而处理器2021又连接至调节硬件2052。调节硬件2052可配置成用于调节信号(例如，过滤信号)。调节硬件2052连接至扬声器2045及麦克风2046。处理器2021还连接至输入装置2048及驱动控制器2029。驱动控制器2029耦接至帧缓冲器2028并耦接至阵列驱动器2022，而阵列驱动器2022又耦接至显示阵列2030。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还可具有某些处理能力，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IEEE 802.11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，则将天线设计成用于接收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接收及进一步操纵。收发器2047还处理自处理器2021接收的信号，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，可用一接收器来取代收发器2047。在又一替代实施例中，可用一图像源来取代网络接口2027，该图像源可存储或产生将要发送至处理器2021的图像数据。例如，该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(例如经压缩的图像数据)，并将所述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传输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，并适当地将所述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。其可作为硬件嵌入处理器2021中、作为软件嵌入处理器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。例如，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，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，干涉式调制器显示器)。在一实施例中，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，包含一干涉式调制器阵列的显示器)。

输入装置2048使得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向所述装置输入数据时，用户可提供语音命令来控制实例性显示装置2040的运行。

电源2050可包括所属技术领域中众所周知的各种能量存储装置。例如，在一实施例中，电源2050是一可再充电的蓄电池，例如镍-镉蓄电池或锂离子蓄电池。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涂料。在另一实施例中，电源2050配置成用于自墙上插座接收电力。

在某些实施方案中，控制可编程性如上文所述驻存于一驱动控制器中，该驱动控制器可位于电子显示系统中的数个位置中。在某些情形中，控制可编程性驻存于阵列驱动器2022中。所属技术领域的技术人员将了解，可以任意数量的硬件及/或软件组件及不同的配置来实施上述优化。

尽管以上详细说明显示、描述且指出了适用于各实施例的本发明的新颖特征，但将了解，在不背离本发明的精神的前提下，所属技术领域的技术人员可对上述装置或方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。作为一实例，将了解，测试电压驱动电路可与用于制作显示器的阵列驱动电路分开。如同电流传感器的情形，单独的电压传感器可专用于单独的行电极。本发明的范畴由随附权利要求书而不是由前述说明指示。本发明的范畴将包含在权利要求书的均等意义和范围内的所有改变。

Claims (26)

1.一种用于确定一微机电装置的一激励电压和一释放电压中的一种或两种电压的方法，所述方法包括：

将至少两种不同电位施加至至少一耦接至所述装置的电极；

检测在所述至少两种不同电位下所述装置的至少一与电容相关的电响应；

至少部分地根据所述响应确定在所述至少两种不同电位下所述装置的一状态；及

至少部分地根据所述确定一状态来确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定一状态的步骤包括确定所述响应是否大于一阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测包括感测一在所述电极上产生的电压。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述微机电装置包含在一包括一干涉式显示像素阵列的显示器中或与所述显示器相邻。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测包括感测一通过所述微机电装置所产生的电流。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述响应与电容相关。

7.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：

响应所述确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压来修改所述显示器的驱动电压电平。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压包括确定一测试微机电装置的激励状态及/或释放状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述测试微机电装置与所述像素阵列相邻。

10.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括：

至少部分地根据所述确定所述微机电装置的一激励电压和一释放电压中的一种或两种电压来修改所述干涉式显示像素阵列的操作参数。

11.一种用于确定一微机电装置的一激励电压和一释放电压中的一种或两种电压的系统，其包括：

用于将至少两种不同的电位施加至至少一耦接至所述装置的电极的构件；用于检测在所述至少两种不同电位下所述装置的至少一与电容相关的电响应的构件；

用于至少部分地根据所述响应来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的一状态的构件；及

用于至少部分地根据所述确定来确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压的构件。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述施加构件包含一驱动电路。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述检测构件包含一电压感测电路。

14.根据权利要求11所述的系统，其中所述状态确定构件包含一运算放大器。

15.根据权利要求11所述的系统，其中所述电压确定构件包含一移位寄存器。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述电压确定构件包含一计数器。

17.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括：

用于响应所述确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压来修改所述显示器的驱动电压电平的构件。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述用于确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压的构件包含一微机电装置。

19.一种用于确定一微机电装置的一激励电压和一释放电压中的一种或两种电压的系统，其包括：

一微机电装置；

一驱动电路，其配置成用于向所述微机电装置施加一电压；及

一传感器，其连接至所述微机电装置，并且配置成用于检测在所述至少两种不同电位下所述微机电装置的至少一与电容相关的电响应，且进

一步配置成用于至少部分地根据所述响应来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的一状态并用于至少部分地根据所述确定来确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

20.根据权利要求19所述的系统，其进一步包括：

一与所述微机电装置电相通的处理器，所述处理器配置成用于处理图像数据；及

一与所述处理器电相通的存储装置。

21.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括一配置成用于将所述图像数据的至少一部分发送至所述驱动电路的控制器。

22.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括一配置成用于将所述图像数据发送至所述处理器的图像源模块。

23.根据权利要求22所述的系统，其中所述图像源模块包含一接收器、收发器和发射器中的至少一种。

24.根据权利要求20所述的系统，其进一步包括一配置成用于接收输入数据并将所述输入数据传送至所述处理器的输入装置。

25.一种用于制造一用于确定一微机电装置的一激励电压和一释放电压中的一种或两种电压的系统的方法，所述方法包括：

形成一微机电装置；

耦接一驱动电路，所述驱动电路配置成用于向所述微机电装置施加一电压；及

将一传感器耦接至所述微机电装置，所述传感器配置成用于检测在所述至少两种不同电位下所述微机电装置的至少一与电容相关的电响应，且进一步配置成用于至少部分地根据所述响应来确定在所述至少两种不同电位下所述装置的一状态并用于至少部分地根据所述确定来确定所述激励电压和释放电压中的一种或两种电压。

26.一种用于确定一微机电装置的一激励电压和一释放电压中的一种或两种电压的系统，其是根据权利要求25所述的方法制成。

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