CN101946277B - 与显示驱动方案集成的显示元件感测、测量或表征的方法及设备以及使用所述方法及设备的系统及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明描述用于显示元件的电感测、测量及表征的方法及系统。一实施例包括将所述电感测、测量及表征与显示驱动方案集成。此实施例允许将对干涉式调制器MEMS装置的DC或操作滞后电压及/或响应时间的测量例如与显示驱动器IC及/或所述显示驱动方案完全集成。另一实施例允许在不导致人类用户可见的显示假影的情况下执行及使用这些测量。另一实施例允许重新使用若干现有电路组件及特征将测量电路与所述显示驱动器IC及/或所述显示驱动方案集成，因而允许测量方法的集成及其使用相对容易。

Description

与显示驱动方案集成的显示元件感测、测量或表征的方法及设备以及使用所述方法及设备的系统及应用
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2008年2月11日申请的题目为“与显示驱动方案集成的显示元件感测、测量或表征的方法及设备以及使用所述方法及设备的系统及应用(METHOD ANDAPPARATUS FOR SENSING，MEASUREMENT OR CHARACTERIZATION OF DISPLAYELEMENTS INTEGRATED WITH THE DISPLAY DRIVE SCHEME，AND SYSTEM ANDAPPLICATIONS USING THE SAME)”的第61/027727号美国临时申请案的优先权，所述申请案的揭示内容的全文特此以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及微机电系统。更明确地说，本发明涉及用于改进例如干涉式调制器等微机电系统的性能的方法及设备。
背景技术
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激活器及电子设备。可使用沉积、蚀刻及/或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加若干层以形成电气及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装置称作干涉式调制器。如本文中所使用，术语“干涉式调制器”或“干涉光调制器”指代使用光学干涉的原理选择性地吸收及/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，所述对导电板中的一者或两者可为完全或部分透明及/或反射的，且能够在施加适当电信号后即进行相对运动。在特定实施例中，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与所述静止层分离的金属膜。如本文中更详细地描述，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。所述装置具有广泛范围的应用，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得可采用其特征来改进现有产品及产生尚未开发的新产品将是有益的。
本文中所描述的系统、方法及装置各自具有若干方面，所述方面中的单独一者均不单独负责其理想属性。在不限制范围的情况下，现将简要地论述显著特征。在考虑此论述之后，且尤其是在阅读标题为“具体实施方式”的章节之后，我们将理解本文中所描述的特征如何提供优于其它显示装置的优点。
发明内容
一个方面为一种方法，其包括：在显示元件的第一电极与第二电极之间施加信号波形，其中信号将显示元件的状态从第一状态更改为第二状态且返回到第一状态，其中从第一状态到第二状态且返回到第一状态的转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的；测量显示元件的响应于所施加信号的电响应；及基于所测量的电响应而确定显示元件的至少一个操作特性。
另一方面为一种设备，其包括：驱动电路，其经配置以在显示元件的第一电极与第二电极之间施加信号，其中所述信号将显示元件的状态从第一状态更改为第二状态且返回到第一状态，其中从第一状态到第二状态且返回到第一状态的转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的；反馈电路，其经配置以测量显示元件的响应于所施加的电压波形的电响应；及处理器，其经配置以控制驱动电路，接收指示所测量的电响应的信息，且基于所测量的电响应而确定显示元件的至少一个操作特性。
另一方面为一种显示装置，其包括：用于在显示元件的第一电极与第二电极之间施加信号的装置，其中所述信号将显示元件的状态从第一状态更改为第二状态且返回到第一状态，其中从第一状态到第二状态且返回到第一状态的转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的；用于测量显示元件的响应于所施加的电压波形的电响应的装置；及用于接收指示所测量的电响应的信息及用于基于所测量的电响应而确定显示元件的至少一个操作特性的装置。
另一方面为一种显示装置，其包括：干涉式调制器阵列；驱动电路，其经配置以在干涉式调制器中的至少一者的第一电极与第二电极之间施加信号，其中所述信号将干涉式调制器的状态从第一状态更改为第二状态且返回到第一状态，其中从第一状态到第二状态且返回到第一状态的转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的；反馈电路，其经配置以测量干涉式调制器的响应于所施加的电压波形的电响应；处理器，其经配置以控制驱动电路，接收指示所测量的电响应的信息，且基于所测量的电响应而确定干涉式调制器的至少一个操作特性；及存储器装置，其经配置以与处理器通信。
附图说明
图1为描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等距视图，其中第一干涉式调制器的活动反射层处于松弛位置中且第二干涉式调制器的活动反射层处于激活位置中。
图2为说明并入有3×3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1的干涉式调制器的一个示范性实施例的活动反射镜位置与施加电压的图。
图4为可用来驱动干涉式调制器显示器的一组行及列电压的说明。
图5A说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的一个示范性显示数据帧。
图5B说明可用来写入图5A的帧的行及列信号的一个示范性时序图。
图6A及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框图。
图7A为图1的装置的横截面。
图7B为干涉式调制器的替代性实施例的横截面。
图7C为干涉式调制器的另一替代性实施例的横截面。
图7D为干涉式调制器的又一替代性实施例的横截面。
图7E为干涉式调制器的额外替代性实施例的横截面。
图8为说明经配置以驱动显示阵列及测量例如图2的干涉式调制器显示装置等选定显示元件的电响应的实例系统的框图。
图9为说明电路的另一实例的框图，所述电路可用以经由用以将刺激施加到例如在图2的干涉式调制器显示装置中的选定显示元件的同一电路来测量选定显示元件的电响应。
图10A为说明驱动例如如图1中所说明的干涉式调制器等显示元件的方法的实例的流程图，其中使用斜变的驱动电压。
图10B为说明校准用于驱动显示元件的驱动电压的方法的流程图，所述方法包括基于显示元件的所要操作特性而确定驱动电压。
图10C为说明校准用于驱动显示元件的驱动电压的另一方法的流程图，所述方法包括基于识别在驱动显示元件时的错误条件而调整驱动电压。
图11A为用于驱动显示元件的斜变电压波形的实例的说明。
图11B为可用于图10A及图10B中所说明的方法中的连接到显示元件的驱动电路的所感测电响应的说明。
图12说明例如可用于图10A及图10B中所说明的方法中的用于驱动显示元件的驱动电压波形及在连接到显示元件的驱动电路中所感测到的对应电响应的实例。
图13A说明例如可用于图10C中所说明的方法中的指示显示元件的正确激活的驱动电压波形及对应电响应的实例。
图13B说明例如可用于图10C中所说明的方法中的指示显示元件的错误激活的实例的驱动电压波形及对应电响应的实例。
图14为说明用于驱动显示元件且测量显示元件的电响应以确定驱动电压来实现所要操作特性的方法的流程图，其中所述驱动电压导致对于人类视觉来说大致上不可检测的显示状态转变。
图15说明可用于图15中所说明的方法中的驱动电压波形及对应所感测电响应的实例。
图16A为说明用于驱动显示阵列的隔离部分及用于感测隔离区域的电响应的电路的实例的框图。
图16B说明等效电路，所述电路说明正被感测的显示区域的电容与未被感测的其它显示区域的电容的电关系。
具体实施方式
以下详细描述是针对某些具体实施例。然而，可使用其它实施例，且一些元件可以众多不同方式来体现。在此描述中，参看图式，其中始终以相同标号指定相同部分。如将从以下描述显而易见，所述实施例可实施于经配置以显示图像的任何装置中，无论所述图像为运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静态图像)且无论其为文本图像还是图片图像。更明确地说，预期所述实施例可实施于例如(但不限于)以下各者等多种电子装置中或与其相关联：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、GPS接收器/导航仪、相机、MP3播放器、可携式摄像机、游戏控制台、腕表、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)、驾驶舱控制器及/或显示器、相机视图显示器(例如，交通工具中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标牌、投影仪、建筑结构、封装及美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示)。与本文中所描述的那些MEMS装置的结构类似的MEMS装置还可用于非显示应用中，例如用于电子开关装置中。
本发明描述用于显示元件的电感测、测量及表征的方法及系统。一实施例包括将电感测、测量及表征与显示驱动方案集成。此实施例允许对干涉式调制器MEMS装置的DC或操作滞后电压及/或响应时间的测量例如与显示驱动器IC及/或显示驱动方案完全集成。另一实施例允许在不导致对于人类用户可见的显示假影的情况下执行及使用这些测量。另一实施例重新使用若干现有电路组件及特征而允许测量电路与显示驱动器IC及/或显示驱动方案集成，因而允许测量方法的集成及其相对容易的使用。
图1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“开启”)状态中，显示元件将大部分入射可见光反射到用户。在处于暗(“断开”或“关闭”)状态中时，显示元件将极少入射可见光反射到用户。依据实施例而定，可逆转“接通”与“断开”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要反射选定色彩，从而除黑及白以外还允许色彩显示。
图1为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等距视图，其中每一像素包含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一对反射层，所述反射层以彼此相距可变及可控距离定位以形成具有至少一个可变尺寸的共振光学间隙。在一个实施例中，所述反射层中的一者可在两个位置之间移动。在本文中称为松弛位置的第一位置中，活动反射层定位于距固定部分反射层的相对较大距离处。在本文中称为激活位置的第二位置中，活动反射层较紧密地邻近于部分反射层而定位。依据活动反射层的位置而定，从两个层反射的入射光相长或相消地干涉，从而产生每一像素的全反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近干涉式调制器12a及12b。在左侧的干涉式调制器12a中，活动反射层14a经说明为处于距包括部分反射层的光学堆叠16a预定距离处的松弛位置中。在右侧的干涉式调制器12b中，活动反射层14b经说明为处于邻近于光学堆叠16b的激活位置中。
如本文中参考的光学堆叠16a及16b(共同称为光学堆叠16)通常包含若干熔合层，所述熔合层可包括例如氧化铟锡(ITO)等电极层、例如铬等部分反射层及透明电介质。光学堆叠16因此为导电的、部分透明的及部分反射的，且可(例如)通过将以上层中的一者或一者以上沉积到透明衬底20上来制造。部分反射层可由部分反射的多种材料(例如，各种金属、半导体及电介质)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组合形成。
在一些实施例中，光学堆叠16的层经图案化成平行条带，且可形成显示装置中的行电极，如下文进一步描述。活动反射层14a、14b可形成为沉积于柱18及在柱18之间沉积的居间牺牲材料的顶部上的沉积金属层的一系列平行条带(与16a、16b的行电极正交)。在蚀刻掉牺牲材料时，活动反射层14a、14b通过经界定的间隙19与光学堆叠16a、16b分隔。例如铝等高导电及反射材料可用于反射层14，且这些条带可形成显示装置中的列电极。
如图1中的像素12a所说明，在无施加电压的情况下，间隙19保留在活动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中活动反射层14a处于机械松弛状态中。然而，在将电位差施加到选定行及列时，在对应像素处在行与列电极的交点处形成的电容器变得带电，且静电力将电极牵拉在一起。如果电压为足够高的，则活动反射层14变形且被迫使抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的电介质层(此图中未说明)可防止短路且控制层14与16之间的分隔距离，如由图1中右侧的像素12b所说明。不管施加电位差的极性如何，所述行为均为相同的。以此方式，可控制反射与非反射像素状态的行/列激活在许多方面与常规LCD及其它显示技术中使用的行/列激活类似。
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工艺及系统。
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。在示范性实施例中，电子装置包括处理器21，其可为：任何通用单或多芯片微处理器，例如ARM、 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。如在此项技术中为常规的，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执行操作系统以外，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包括向显示阵列或面板30提供信号的行驱动器电路24及列驱动器电路26。图1中说明的阵列的横截面是通过图2中的线1-1来展示。对于MEMS干涉式调制器来说，行/列激活协议可利用图3中说明的这些装置的滞后性质。可能需要(例如)10伏电位差以致使活动层从松弛状态变形到激活状态。然而，在电压从所述值减小时，活动层随着电压降低回到10伏以下而维持其状态。在图3的示范性实施例中，活动层直到电压降低到2伏以下时才完全松弛。因此，在图3中说明的实例中存在约3V到7V的施加电压窗，在所述窗内，装置稳定于松弛或激活状态中。这在本文中称为“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列来说，可设计行/列激活协议以使得在行选通期间，经选通行中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于零伏的电压差。在选通之后，像素暴露于约5伏的稳态电压差，使得其保持于行选通使其处于的任何状态中。在被写入之后，每一像素经历此实例中为3到7伏的“稳定窗”内的电位差。此特征使得图1中说明的像素设计在相同施加电压条件下稳定于激活或松弛的预先存在的状态中。由于干涉式调制器的每一像素(无论处于激活还是松弛状态中)本质上为由固定及移动反射层形成的电容器，所以此稳定状态可在几乎无功率耗散的情况下保持于滞后窗内的电压下。如果施加电位固定，则本质上无电流流入到像素中。
在典型应用中，可通过根据第一行中的所要激活像素集合来断言列电极集合而形成显示帧。接着将行脉冲施加到第1行电极，从而激活对应于所断言列线的像素。接着将所断言列电极集合改变为对应于第二行中的所要激活像素集合。接着将脉冲施加到第2行电极，从而根据所断言列电极激活第2行中的适当像素。第1行像素不受第2行脉冲影响，且保持在其在第1行脉冲期间所设定的状态中。这可以顺序型式针对整个系列的行来重复以产生帧。一般来说，通过以每秒某所要数目的帧连续地重复此过程来以新显示数据刷新及/或更新帧。用于驱动像素阵列的行及列电极以产生显示帧的广泛多种协议也为众所周知的且可结合本发明使用。
图4、图5A及图5B说明用于在图2的3×3阵列上形成显示帧的一种可能激活协议。图4说明可用于展现图3的滞后曲线的像素的列及行电压电平的可能集合。在图4实施例中，激活像素涉及将适当列设定为-Vbias且将适当行设定为+AV，-Vbias及+AV可分别对应于-5伏及+5伏。使像素松弛是通过将适当列设定为+Vbias且将适当行设定为相同+AV从而跨越像素产生零伏电位差来实现。在行电压保持于零伏的那些行中，无论列处于+Vbias还是-Vbias，像素均稳定于其最初所处的任何状态中。如图4中还说明，将了解，可使用具有与上文所述的那些电压相反的极性的电压，例如，激活像素可涉及将适当列设定为+Vbias且将适当行设定为-AV。在此实施例中，释放像素是通过将适当列设定为-Vbias且将适当行设定为相同-AV从而跨越像素产生零伏电位差来实现。
图5B为展示施加到图2的3×3阵列的将产生图5A中说明的显示布置的一系列行及列信号的时序图，其中激活像素为非反射的。在写入图5A中说明的帧之前，像素可处于任何状态，且在此实例中，所有行处于0伏，且所有列处于+5伏。在这些施加电压下，所有像素稳定于其现有激活或松弛状态中。
在图5A帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)被激活。为了实现此，在用于第1行的“线时间”期间，将第1列及第2列设定为-5伏，且将第3列设定为+5伏。这不改变任何像素的状态，因为所有像素保持在3到7伏稳定窗中。接着以从0伏开始达到5伏且返回到零的脉冲来选通第1行。这激活了(1，1)及(1，2)像素且使(1，3)像素松弛。阵列中的其它像素不受影响。为了按需要设定第2行，将第2列设定为-5伏，且将第1列及第3列设定为+5伏。施加到第2行的相同选通将接着激活像素(2，2)且使像素(2，1)及(2，3)松弛。再次，阵列的其它像素不受影响。第3行是通过将第2列及第3列设定为-5伏且将第1列设定为+5伏来类似地设定。如图5A中所示，第3行选通设定第3行像素。在写入帧之后，行电位为零，且列电位可保持在+5或-5伏，且接着显示器稳定于图5A的布置中。将了解，相同程序可用于几十或几百个行及列的阵列。还将了解，用于执行行及列激活的电压的时序、序列及电平可在以上概述的一般原理内广泛变化，且以上实例仅为示范性的，且任何激活电压方法可与本文中描述的系统及方法一起使用。
图6A及图6B为说明显示装置40的实施例的系统框图。显示装置40可为(例如)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还说明例如电视及便携式媒体播放器等各种类型的显示装置。
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及麦克风46。外壳41大体上由所属领域的技术人员所众所周知的多种制造工艺中的任一者(包括注射模制及真空成形)形成。另外，外壳41可由包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合的多种材料中的任一者制成。在一个实施例中，外壳41包括可与具有不同色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可移除部分互换的可移除部分(未图示)。
示范性显示装置40的显示器30可为包括双稳态显示器(如本文中描述)的多种显示器中的任一者。在其它实施例中，显示器30包括：如上所述的平板显示器，例如等离子体、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD；或所属领域的技术人员所众所周知的非平板显示器，例如CRT或其它管装置。然而，出于描述本实施例的目的，显示器30包括如本文中描述的干涉式调制器显示器。
示范性显示装置40的一个实施例的组件示意性地说明于图6B中。所说明的示范性显示装置40包括外壳41且可包括至少部分封闭于其中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，示范性显示装置40包括网络接口27，其包括耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，所述处理器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及阵列驱动器22，所述阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。如特定示范性显示装置40设计所需要，电源50向所有组件提供电力。
网络接口27包括天线43及收发器47，使得示范性显示装置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还可具有减轻处理器21的需求的一些处理能力。天线43为所属领域的技术人员已知的用于发射及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))发射及接收RF信号。在另一实施例中，天线根据蓝牙标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线经设计以接收用来在无线蜂窝式电话网络内通信的CDMA、GSM、AMPS或其它已知信号。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，使得所述信号可从示范性显示装置40经由天线43发射。
在替代性实施例中，收发器47可由接收器替换。在又一替代性实施例中，网络接口27可由图像源替换，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)或硬盘驱动器或者产生图像数据的软件模块。
处理器21大体上控制示范性显示装置40的总操作。处理器21接收来自网络接口27或图像源的例如压缩图像数据等数据，且将数据处理成原始图像数据或处理成容易处理成原始图像数据的格式。处理器21接着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以用于存储。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，此类图像特性可包括色彩、饱和度及灰度级。
在一个实施例中，处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件52大体上包括用于将信号发射到扬声器45及用于从麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为示范性显示装置40内的离散组件，或可并入于处理器21或其它组件内。
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，且适当地将原始图像数据重新格式化以用于高速发射到阵列驱动器22。具体地说，驱动器控制器29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。尽管例如LCD控制器等驱动器控制器29常常作为独立集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但是此类控制器可以许多方式实施。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，或与阵列驱动器22一起完全集成于硬件中。
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成每秒多次施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百及有时数千个引线的平行波形集合。
在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适于本文中描述的所述类型的显示器中的任一者。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29为常规显示控制器或双稳态显示控制器(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集成。此实施例在例如蜂窝式电话、手表及其它小面积显示器等高度集成系统中为常见的。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，包括干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制示范性显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包括例如QWERTY键盘或电话小键盘等小键盘、按钮、开关、触敏屏幕或者压敏或热敏膜。在一个实施例中，麦克风46为示范性显示装置40的输入装置。在使用麦克风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示范性显示装置40的操作。
电源50可包括如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为可再充电电池，例如镍镉电池或锂离子电池。在另一实施例中，电源50为可再生能源、电容器或包括塑料太阳能电池及太阳能电池涂料的太阳能电池。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，如上所述，控制可编程性驻留于可位于电子显示系统的若干位置中的驱动器控制器中。在一些实施例中，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将认识到，以上描述的优化可在任何数目的硬件及/或软件组件中且以各种配置来实施。
根据以上阐述的原理操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛地变化。举例来说，图7A到图7E说明活动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A为图1的实施例的横截面，其中金属材料条带14沉积于正交延伸的支撑物18上。在图7B中，活动反射层14仅在隅角处在栓绳32上附接到支撑物。在图7C中，活动反射层14从可包含柔性金属的可变形层34悬置。可变形层34围绕可变形层34的周边直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中称为支撑柱。图7D中说明的实施例具有可变形层34搁置于上面的支撑柱塞42。如在图7A到图7C中，活动反射层14保持悬置于间隙上方，但是可变形层34并未通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支撑柱。而是，支撑柱由用来形成支撑柱塞42的平面化材料形成。图7E中说明的实施例是基于图7D中展示的实施例，但是还可适于与图7A到图7C中说明的实施例中的任一者以及未展示的额外实施例一起工作。在图7E中展示的实施例中，额外金属或其它导电材料层已用来形成总线结构44。这允许沿干涉式调制器的背部路由信号，从而消除可能原本必须在衬底20上形成的多个电极。
在例如图7中展示的那些实施例等实施例中，干涉式调制器充当直观式装置，其中从透明衬底20的前侧(与上面布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施例中，反射层14在光学上屏蔽反射层的与衬底20相对的侧上的干涉式调制器的部分，包括可变形层34。这允许在不负面影响图像质量的情况下配置及操作屏蔽区域。此屏蔽允许图7E中的总线结构44，其提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如，寻址及由所述寻址引起的移动)分离的能力。此可分离的调制器架构允许用于调制器的机电方面及光学方面的结构设计及材料彼此独立地选择及起作用。此外，图7C到图7E中展示的实施例具有从反射层14的光学性质与其由可变形层34实行的机械性质的去耦得到的额外益处。这允许用于反射层14的结构设计及材料相对于光学性质来优化，且用于可变形层34的结构设计及材料相对于所要机械性质来优化。
以下描述是针对用以提供、监视及调适广泛多种MEMS元件(例如，MEMS开关)及具有偏转或变形电极及/或反射镜的其它元件的驱动电压的方法及装置。尽管所论述的具体实例使用干涉式调制器作为元件，但所论述的原理还可应用于其它MEMS元件。
可以电子方式及/或机械方式测量及表征如同基于干涉式调制器技术的显示装置的显示装置。取决于显示技术，这些测量可形成显示模块(本文中所提到的显示“模块”包括显示面板、显示驱动器及例如电缆线等相关联组件等)的校准的一部分，且测量参数可存储到显示模块中的非易失性存储器(例如，NVRAM)中以供将来使用。如上文参看图3所论述，干涉式调制器基于施加到其的电位差而操作。图3展示干涉式调制器依据其电极之间所施加的电位差的量值而处于松弛(或释放)状态或处于激活状态。如所展示，一个状态到另一状态的改变根据具有稳定(或保持)窗的滞后特性而发生，其中装置在施加电位差处于保持窗内时保持其当前状态。如本文中所使用，“偏置电压”指代处于保持窗内的电位差。因此，如图3中所展示，在一些实施例中存在五个输入电压差范围。所述五个电压差范围中的每一者具有反映其对干涉式调制器的状态的效应的标题。从图3的左侧开始，所述五个电压差范围为：1)负激活(“激活”)；2)负保持(“稳定窗”)；3)释放(“松弛”)；4)正保持(“稳定窗”)；及5)正激活(“激活”)。
基于对装置及过去实验结果的理论理解，可得知这些输入电压差范围之间的阈值的近似值，但为了较佳地操作干涉式调制器阵列，可较精确地测量阈值电压。举例来说，如本文中进一步描述，阈值可随着温度及/或随着装置老化而逐装置、逐批次地变化。因此，可针对每一所制造的装置或装置群组测量阈值。一种测量阈值电压的方法为在通过观测干涉式调制器的光学特性来监视干涉式调制器的状态的同时施加各种电压差的输入。这可(例如)通过人类观测或通过使用光学测量装置来实现。另外或替代地，可通过电子响应测量来监视干涉式调制器的状态。在一些实施例中，上文所论述的显示阵列30的阵列驱动器22可经配置以测量显示元件的电响应，以便根据下文所论述的方法来确定显示元件的状态及/或操作特性。
时常，显示装置的行为随着显示装置的使用年限、随着显示器的温度的变化、随着正被显示的图像的内容等而改变。显示装置可具有相对于光学响应或光学状态而改变的一个或一个以上电参数。如上文所论述，当反射层与光学堆叠之间的静电引力足够大以克服起作用以将反射层保持在松弛状态中的机械恢复力时，干涉式调制器被设定到激活状态。因为反射层、光学堆叠及它们两者之间的间隙形成由电介质分离的两个导电板，所以所述结构具有电容。而且，因为结构的电容根据两个板之间的距离而变化，所以结构的电容根据干涉式调制器的状态而变化。因此，电容的指示可用以确定干涉式调制器的状态。
在一个方面中，可(例如)通过感测用以改变反射层与光学堆叠之间所施加的电压的电流或电荷来获得电容的指示。相对较高的电流或电荷量指示电容相对较大。类似地，相对较低的电流或电荷量指示电容相对较小。可(例如)通过表示电荷或电流的信号的模拟或数字积分来实现对电流或电荷的感测。
类似特性可应用于LCD显示技术，其中装置的电容与单元在特定温度下的所得光学亮度相关。除显示元件的操作特性有可能随着使用年限而改变之外，操作特性还可受显示元件的温度影响。显示元件的温度可取决于所显示的过去光学响应状态，且因此，操作特性可对于显示装置的显示阵列中的每一显示元件而独立地变化。
在一个实施例中，在工厂制造之后在校准程序期间测量显示装置的相关特性，如干涉式调制器MEMS装置的滞后电压及响应时间以及LCD装置的亮度-电压关系。此信息可接着存储于显示模块的存储器中以用于驱动显示装置。举例来说，由于显示装置的特性还可随着温度及老化而改变，所以可研究、测量温度及老化对这些特性的效应(例如，温度系数)并且还将其硬连线或存储于显示模块的存储器中。然而，不管此制造后表征，建构到显示装置中的校准容限可能不允许显示装置的特性的不可预期改变。在一些情况下，可通过在特定使用周期(例如，一年)之后、在随机长度周期性基础上、基于温度的改变等对装置执行重新校准来改进显示装置的寿命及质量。在其它情况下，驱动方案可为足够稳固的以在无所述重新校准的情况下补偿显示装置的特性的改变。下文论述所述重新校准及稳固驱动方案的实例。
图8为说明经配置以驱动显示阵列102及测量选定显示元件(例如，图1的干涉式调制器12a及12b)的电响应的实例系统100的框图。显示阵列102包含m列乘n行的N组件像素(例如，N可为包括红色、绿色及蓝色的3个显示元件)。系统100进一步包括列驱动器，其包含用于供应两个或两个以上驱动电压电平的2个或2个以上数/模转换器(DAC)104以及用于选择向其供应数据信号的列的列开关子系统106。系统100进一步包括行驱动器电路，其包含用于供应两个或两个以上驱动电压电平的两个或两个以上DAC 108以及用于选择选通哪个行的行开关电路110。注意，在此示意图中直接连接到显示阵列的行及列驱动器展示为由开关构成，但下文所论述的若干方法适用于包括完全模拟显示驱动器的替代驱动器设计。注意，尽管本文中论述驱动电压，但可使用例如驱动电流或驱动电荷等其它驱动信号。
由阵列驱动器112的数字逻辑控制包括DAC 104及108与开关106及110的行及列驱动器电路。如上文参看图2及图3所论述，阵列驱动器112的数字逻辑中所含有的行/列激活协议可利用干涉式调制器MEMS装置的滞后性质。举例来说，在包含具有图3的滞后特性的干涉式调制器12的显示阵列中，可设计行/列激活协议以使得在行选通期间，所选通行中的待激活的显示元件被暴露到激活电压差(例如，约10伏)，且待松弛的显示元件被暴露到接近零伏的电压差，如图4到图5中所展示。在选通之后，显示元件被暴露到称作偏置电压的稳态电压差(例如，约5伏)，使得其保持在行选通最后将其置于的任何状态中。在此实例中，在经写入之后，每一显示元件经历3伏到7伏的“稳定窗”内的电位差。然而，如上文所论述，显示元件的特性可随着时间及/或温度而改变，或可对不同驱动电压电平较快或较慢地做出响应。因而，取决于实施例，阵列驱动器112及DAC 104及108可经配置以供应可变电压电平。
除上文所论述的驱动电路(包括DAC 104及108与开关106及110，以及阵列驱动器112)之外，系统100的剩余块能够将进一步电刺激施加到选定显示元件，以及能够测量显示阵列102中的选定显示元件的电响应。在此实例中，数/模转换器(DAC)114及116分别经由列开关106及行开关110而将额外电压供应到显示阵列102。一般来说，这些额外电压可表示到行及列驱动电路的内部或外部电压供应输入。
在此实例中，直接数字合成(DDS1)块118用以产生电压刺激，所述电压刺激被添加于由连接到列开关106的DAC 114所产生的电压电平之上。可由例如所属领域的技术人员所熟悉的电振荡器、锯齿波形产生器等若干替代装置产生由DDS1块118所产生的刺激信号。在各种实施例中，刺激可为电流或电荷，或甚至受控输出阻抗。
在图8中所展示的实例中，以流过显示阵列102的电流的形式来测量显示阵列102的电响应，所述电流是由分别经由行开关110及/或列开关106将电压刺激施加到行电极及/或列电极而引起的。其它形式的所测量电响应可包括电压变化等。跨阻抗放大器120(在图8中展示为后面跟随有放大器120B的电阻器120A)可用以测量电响应。所测量的电响应所对应的显示元件取决于列开关106及行开关110的状态。在替代性实施例中，模拟、数字或混合信号处理可用于测量显示阵列102的电响应的目的。
在一个实施例中，通过测量经过跨阻抗放大器120的输入端子的电流来直接测量显示元件的电响应。在此实施例中，轮廓及/或峰值或熟练的技术人员已知的其它特性可用以识别显示元件的特定操作特性。
在另一实施例中，可由来自跨阻抗放大器120的电响应输出的额外后处理表征正被测量的显示元件的操作特性。现论述使用后处理技术来表征使用图8的电路的干涉式调制器的阻抗的电容及电阻分量的实例。
由于可将干涉式调制器视作电容器，所以周期性刺激(例如，可使用DDS1 118施加的刺激)将产生具有90°相位滞后的周期性输出电响应。举例来说，DDS1 118可将正弦电压波形sin(wt)施加到显示元件的列电极。对于理想电容器，显示元件的电响应将为所施加刺激的时间导数或cos(wt)。因此，跨阻抗放大器120的输出也将为余弦函数。第二DDS(DDS2)122施加与跨阻抗放大器120的输出在乘法器124处相乘的余弦电压波形。所得结果是具有恒定分量及周期性分量的波形。乘法器124的输出的恒定分量与显示元件的电容成比例。滤波器126用以滤出周期性分量，且产生用以表征显示元件的电容及因此激活或未激活状态的电信号。
对于是理想电容器的显示元件，对于所施加刺激为正弦函数的实例，跨阻抗放大器120的输出为纯余弦函数。然而，如果显示元件(例如)归因于泄漏而展现任何非电容性阻抗，则跨阻抗放大器120的输出还将含有正弦分量。此正弦分量不影响电容的测量，因为其将由滤波器126滤出。正弦分量可被检测到且用以表征显示元件的阻抗的电阻性部分。
类似于由DDS1所施加的刺激的周期性电压波形(例如，sin(wt))在乘法器128处与跨阻抗放大器120的输出相乘。所得结果是包括恒定分量及周期性分量的电响应。恒定分量与正被测量的显示元件的阻抗的电阻性部分成比例。滤波器130用以移除周期性分量，从而产生可用以表征显示元件的阻抗的电阻性部分的信号。
通过使用双模/数转换器(ADC)132而将滤波器的输出转换成数字域。由阵列驱动器112接收双ADC 132的输出以用于执行下文所论述的方法。
在图8中所展示的实例电路中，将表征刺激施加到列电极，且经由行电极测量电响应。在其它实施例中，可从(例如)刺激所施加到的同一电极、行或列来测量电响应。图9为说明电路150的实例的框图，电路150可用以经由用以将刺激施加到选定显示元件(例如，在图2的干涉式调制器显示装置中)的同一电路来测量选定显示元件的电响应。电路150包含镜射来自电流源晶体管N2及P2的电流的晶体管N1及P1，电流源晶体管N2及P2用以驱动施加到显示元件的Vout信号。因此，电流Iout大致上等于用于驱动Vout信号的电流。因此，测量Iout信号的电响应可用以确定干涉式调制器的操作特性，例如干涉式调制器是处于高电容状态中还是低电容状态中。还可使用其它电路。图9中所展示的电路150适用于替代驱动器IC设计或驱动方案以用于供应电压波形Vout。图9的示意图中所描绘的电路150可用于电流输送器电路中及电流反馈放大器中，且可为了电感测的目的而将电压刺激施加到显示阵列区域且同时将电流(响应)复制到不同引脚(Iout)。
存在所测量的电响应(例如，由图8及图9中所展示的系统所感测的电响应)可用作反馈信号以影响显示驱动器电路的操作的若干方式。举例来说，所测量的信息可(例如)使用阵列驱动器112的数字逻辑及/或经配置以控制阵列驱动器112的处理器(例如，图2中所展示的处理器21及阵列驱动器22)而在数字域中经分析且接着用以自适应性地驱动显示阵列102。所测量的电响应还可用以在模拟域中完成反馈回路(例如，使用DAC 104、114、108及/或116的输出，或使用图8中所展示的DDS1 118的输出)。在图10A到图10C中说明将所测量的电响应用作反馈来驱动干涉式调制器显示元件的方法的实例。
图10A为说明驱动显示元件(例如，如图1中所说明的干涉式调制器)的方法200A的实例的流程图，其中使用斜变驱动电压。在一个实施例中，可由阵列驱动器112执行方法200A以用于控制图8中所展示的驱动电路(例如，DAC 104、108及114、开关106及110以及DDS1 118)在显示阵列102上显示图像。在其它实施例中，例如图2中的处理器21等处理器可执行方法200A。方法200A提供一种通过将逐渐增大或减小的电压波形施加到显示元件且在感测到显示元件的状态改变时中断电压波形的施加来调适驱动电压电平的方法。以此方式，包括用以激活或释放显示元件的驱动电压的施加电压可仅改变如所需要的那么多，进而节省功率。
方法200A在框202处开始，其中阵列驱动器112在显示元件的第一电极与第二电极之间施加驱动电压。第一电极可为图1中所说明的干涉式调制器12的活动反射层(列电极)14中的一者，且第二电极可为图1中所说明的干涉式调制器12的行电极16中的一者。在框202处所施加的驱动电压可为滞后窗(例如，如上文所论述的3伏到7伏)内的处于偏置电压的电压，或，替代地可为滞后窗外部的静态电压电平。如本文中所使用，静态电压是随着时间(例如，随着激活周期)不变化的电压。在框202处施加到所述两个电极的静态驱动电压差可由DAC 104或108(图8)中的一者或一者以上分别供应到列及/或行电极。
在框202处施加初始驱动电压之后，方法200A在框204处继续，其中阵列驱动器112使驱动电压的电平从第一电平(例如，在框202处所施加的静态电压电平)斜变到第二电平。图11A为可用于方法200A中的用于驱动显示元件的斜变电压波形的实例的说明。在图11A中，在框202处所施加的初始驱动电压为5伏偏置电压302(在框202中所施加的静态电压)。在约2ms处，在方法200A中在框204处施加斜变电压波形304。斜变电压波形304继续增大，直到在框206处如由例如图8中的跨阻抗放大器120等电感测反馈电路感测到的所测量电响应监视到显示元件的电响应为止。举例来说，跨阻抗放大器120可感测到去往或来自显示元件的电流的改变，从而指示显示元件的状态的改变。
在此实例中，所监视到的电响应指示图1的干涉式调制器12的状态的改变。图11B为所感测的电响应的说明，可使用图10A中所说明的方法200A通过连接到显示元件的驱动电路的电感测反馈电路来感测所述所感测的电响应。在约4ms处，所感测的电流展示到约+5毫安的电平的急剧上升306。放大器对所感测电流的敏感性可取决于正用于感测的电路的电阻。举例来说，在例如图8中所展示的实施例等实施例中，取决于反馈电路，可选择电阻器120A的电阻以产生可易于测量的输出振幅。在框206中检测到所感测电流的上升306后，方法200A即继续到框208，其中斜变电压波形如在图11A中的308处所展示而中断，且降低到在310处的5伏的静态(偏置)电压电平以允许干涉式调制器保持在激活状态中。在图11A中所展示的实例中，斜变电压导致显示元件在约6伏处激活。此仅为实例激活电平，且其它电平的电压可依据显示元件的设计而导致激活。
尽管上文相对于激活信号来描述，但还可由阵列驱动器112在方法200A的框202处施加释放信号。举例来说，如图11A中在约6ms处所展示，起始释放程序，且施加斜变电压波形312。在方法200A的框204处所施加的斜变电压312将驱动电压从初始5伏(在框202处施加)减小到约4伏。当斜变电压波形达到约4伏时，干涉式调制器12释放，且电感测电路测量到所感测电流(在框206处感测)的到约-3毫安的电平的急剧下降314，从而指示显示元件已被释放。在归因于IMOD状态的改变而在314处感测到电流的下降后，方法200A即继续到框208，其中斜变驱动电压波形中断，且驱动电压在318处降低(参见316)到5伏偏置电压电平，使得显示元件保持在释放状态中。再一次，图11中所展示的电压及电流电平仅为示范性的，且其它电平可指示显示元件的激活及或释放。可使用图8中所说明的DDS1 118来施加在框204处所施加的斜变电压波形。
在一些实施例中，斜变电压波形的增大或减小的速率处于预定速率，所述预定速率在激活及/或释放事件发生时相对于显示元件的响应时间来说较慢。以此方式，可最小化电压电平从偏置电平到激活及/或释放电压电平的改变。在另一实施例中，校准并选择斜变电压波形的增大及/或减小的速率，以便实现显示元件的所要操作特性，例如响应时间。
图10B为说明校准用于驱动显示元件的驱动电压的方法200B的流程图。在一个实施例中，方法200B可用以基于显示元件的所要操作特性(例如，响应时间)而确定操作阈值驱动电压。方法200B包括校准部分(框220到234)，在一个实施例中可在显示元件制造时执行所述校准部分以进行初始校准。在此实施例中，可由连接到显示阵列的外部处理器(例如，测试台)来执行过程200B。
在另一实施例中，校准框220到234还可包括于耦合到显示阵列的逻辑中，使得可在其它时间处执行校准以便重新校准显示元件。举例来说，可在周期性基础上、基于显示元件的使用年限、在伪随机基础上、基于温度等而进行重新校准。在此实施例中，可使用阵列驱动器112执行方法200B以用于控制图8中所展示的驱动电路(例如，DAC104、108及114、开关106及110以及DDS1 118)在显示阵列102上显示图像。在其它实施例中，例如图2中的处理器21等处理器可执行方法200A。在校准之后，阵列驱动器112可确定驱动电压(例如，初始驱动电压电平及/或斜变电压速率)以便实现所要操作特性。
在框220处，阵列驱动器112在显示元件的第一电极与第二电极之间施加驱动电压。第一电极可为图1中所说明的干涉式调制器的活动反射层(列电极)14中的一者，且第二电极可为图1中所说明的干涉式调制器的行电极16中的一者。在框220处所施加的驱动电压可为滞后窗(例如，如上文所论述的3伏到7伏)内的处于偏置电压电平的静态电压，或，替代地可为滞后窗外部的静态电压。通过选择滞后窗外部的不同静态电压电平，可确定显示元件的响应于静态(即，非斜变)驱动电压的操作特性。可能受在框220处所施加的各种静态驱动电压电平影响的操作特性包括响应时间、最大感测电流电平、静态阻力的量、释放电压电平、激活电压电平等。在框220处施加到所述两个电极的静态驱动电压差可分别由DAC 104或108中的一者或一者以上供应到列及/或行电极。
在框222处，阵列驱动器112使驱动电压的电平从第一电平(例如，在框202处所施加的静态电压电平)斜变到第二电平。增大或减小斜变电压电平的速率(斜坡的斜率)可对于多个校准测试而变化。以此方式，可针对各种斜变电压速率而确定显示元件的操作特性。可能受在框222处所施加的各种斜变电压速率影响的操作特性包括响应时间、最大电流电平、静态阻力的量、释放电压电平、激活电压电平等。可使用图8中所说明的DDS1 118来施加在框222处所施加的斜变电压波形。
在DDS1 118比DAC 114快的一些实施例中，DDS1 118用以供应信号的可变部分，且DAC 114用以供应信号的静态部分。另外，在一些实施例中，DDS1 118可经配置以自主地产生波形。在一些实施例中，DDS经配置以产生静态电压，且一个或一个以上DAC可用以产生信号的可变部分。在一些实施例中，一个或一个以上DAC或DDS可用以产生信号的可变部分及静态部分中的任一者或两者。
方法200B在框224处继续，其中阵列驱动器112监视电感测反馈电路(例如，跨阻抗放大器120)以查看显示元件的电响应。在步骤224处所执行的监视功能类似于上文参看方法200A的框206所论述的功能。举例来说，跨阻抗放大器120可感测到去往或来自显示元件的电流的改变，从而指示显示元件的状态的改变。在框226处，正在接收所监视到的电响应的阵列驱动器112检测显示元件的状态的改变。状态的改变可为显示元件的激活或释放。在框226处检测到显示元件的状态的改变后，阵列驱动器112即在框228处中断驱动电压的斜变(如果在框222处施加斜变电压)，且方法200B继续到框230，其中存储指示驱动电压的信息，例如，在框220处所施加的静态电压电平及/或在框222处所施加的斜变电压速率。另外，在框230处，阵列驱动器112存储指示显示元件的状态的改变及(任选地)显示元件的操作特性的信息。
参看图12来论述图10B的剩余框。在一个实施例中，监视显示元件的响应时间。图12说明例如可用于图10A及图10B中所说明的方法中的用于驱动显示元件的驱动电压波形及在连接到显示元件的驱动电路(例如，行开关110或列开关106中的行电极及/或列电极)中所感测到的对应电响应的实例。图12的实例展示驱动电压从偏置电压电平转变，在所述偏置电压电平处显示元件为稳定的(例如，在释放状态中)。在时间320处，施加产生显示元件的激活的静态驱动电压(例如，在方法200A中的框220处)。所感测的电响应(在此实例中为电流)展现指示跨越电极的电压已突然改变的第一电流尖峰322，随后是指示激活事件的电流“凸起”324。电流尖峰322与电流凸起324之间的时间指示显示元件的响应于所施加的驱动电压的响应时间(操作特性)。在由电感测电路感测到电流凸起324之后，驱动电压在框228处(图10B)中断且在326处返回到偏置电压电平。当驱动电压在326处降低到偏置电压电平时，所感测的电响应展现另一尖峰328，所述尖峰328指示显示元件的电极之间的电压差已突然减小。
对显示元件的响应时间的确定为一种类型的操作特性的实例，所述操作特性可在框226处(图10B)确定且在框230处参考所施加的电压电平(静态电压电平及/或斜变电压速率)而存储。在显示阵列202的一些实施例中，响应时间在较高或较快斜变的电压电平处(例如，在强静电引力致使活动元件快速切换状态的情况下，在较高温度下减小恢复机械元件的弹簧常数的情况下，等等)得以减少。可经确定且参考所施加的电压波形而存储的其它操作特性包括最大感测电流电平、静态阻力的量、释放电压电平、激活电压电平等。在决策框234处，控制校准方法200B的阵列驱动器112确定是否更多校准情况留待测试。如果更多测试剩余，则针对多个驱动周期而重复框220到234，直到测试不再剩余为止，且方法200B前进到框236。
在框236处，阵列驱动器112基于在框230处所存储的信息而确定驱动电压(在框220处所施加的静态电压电平及/或在框222处所施加的斜变电压速率)以实现所要操作特性。举例来说，可能需要实现低于特定时间阈值的响应时间以便在包含已针对其校准了驱动电压及特性的显示元件的显示阵列上较快地显示图像。在另一实例中，可能需要保持峰值电流电平低于特定值以便保持温度低于特定水平。
在一些实施例中，可一致地执行方法200A及200B。举例来说，在框236处所执行的功能可结合方法200A来执行以执行显示元件的激活及释放功能，直到在稍后时间执行另一校准过程(例如，在框220到234处的功能)为止。应注意，可对方法200A及200B的特定框进行省略、组合、重新布置或其组合。
图10A及图10B中所说明的方法为通过(例如)在反馈检测到显示元件已响应于给定驱动电压而正确地激活或松弛的情况下感测驱动电路的电响应而提供反馈的方法的实例。另一实施例提供可用以感测何时显示元件尚未正确地激活或释放的反馈。所述反馈可用以调整驱动电压以校正错误的激活及/或释放状态。
图10C为说明校准用于驱动显示元件的驱动电压的另一方法200C的流程图，所述方法200C包括基于识别在驱动显示元件时的错误条件而调整驱动电压。在一个实施例中，方法200C可用于在显示阵列的制造期间或之后校准特定显示元件的驱动电压以进行初始测试。此方法可与上文所论述的方法200B并行进行。在此实施例中，可由连接到显示阵列的外部处理器(例如，测试台)来执行过程200C。在另一实施例中，方法200C可用于在阵列驱动器112正在驱动显示阵列102显示图像的同时在操作期间在检测到激活显示元件的失败后即调整显示元件的驱动电压。将在图10C中所展示的实例中论述此后一个实施例。
方法200C在框250处开始，其中阵列驱动器112在显示元件的第一电极与第二电极之间施加驱动电压，其中驱动电压处于经预定以造成显示元件处于多个显示状态中的第一显示状态中的电平处。第一电极可为图1中所说明的干涉式调制器12的活动反射层(列电极)14中的一者，且第二电极可为图1中所说明的干涉式调制器12的行电极16中的一者，或反之亦然。在框250处所施加的驱动电压可处于已经预定以产生经释放显示元件的激活的电平(例如，高于偏置电压范围的电压量值)、已经预定以产生经激活显示元件的释放的电平(例如，量值低于偏置电压范围的电压电平)或已经预定以将显示元件保持在当前显示状态中的电压电平(例如，如上文所论述的偏置电压滞后窗内的电压量值)。
如上文参看图12所论述，可通过观测可由反馈电路测量的特定电响应特性来识别显示元件的释放及/或激活。在框252处，使用反馈电路来测量显示元件的响应于在框250处由驱动电路所施加的驱动电压的电响应。反馈电路可包含例如图8中的跨阻抗放大器120等元件。在框254处，处理器接收指示在框252处所测量的电响应的信息。阵列驱动器112分析所测量的电响应的特性，以便识别显示元件的操作错误。
现将论述显示元件的正确激活的实例及错误激活的实例。图13A说明例如可用于图10C中所说明的方法200C中的驱动电压波形及指示干涉式调制器的正确激活的对应电响应的实例。在此实例中，驱动经释放的干涉式调制器12从释放状态移动到激活状态。两个电极之间的初始电压差处于电平331，所述电平331低于图13A中的激活电压阈值电平(例如，在偏置电压电平内)Vact。在时间点330处，驱动电压增大到高于Vact的电平333。在时间点330处开始，反馈电路测量(在此实例中为电流)展示初始尖峰332，随后是第二凸起334。第二凸起指示干涉式调制器12已正确地激活。在第二时间点336处，驱动电压降低到低于Vact(在偏置电压区内)的电平331。在时间点336处，反馈电流展现单一尖峰338。不存在类似于在反馈电流中的凸起334的第二凸起。第二凸起的此缺少指示显示元件在时间点336之后正确地保持在激活状态中。
图13B说明例如可用于图10C中所说明的方法中的驱动电压波形及指示干涉式调制器12的错误激活的实例的对应电响应的实例。此实例为在处于偏置电压窗外部的电平处不正确地校准偏置电压电平的情况。干涉式调制器12可能归因于显示元件的特性的改变(例如，归因于显示元件的使用年限及/或温度)而不正确地校准。
在此实例中，电极之间的初始电压处于低于“偏置电压电平”的电平340(即，将干涉式调制器12维持在当前状态中的电平)。在时间点342处，电极之间的电压增大到高于激活电压电平Vact的电平344，以便激活干涉式调制器12。反馈电流展现第一尖峰346，随后是第二凸起348，第二凸起348指示干涉式调制器12的正确激活。
在第二时间点350处，电极之间的电压返回到初始电压电平340。反馈电流展现第一尖峰352，随后是第二凸起354。这指示干涉式调制器12已归因于电压被降低到在偏置电压窗(在电压电平Vrel与Vact之间)外部的电平340而错误地释放。通过检测到电流凸起，阵列驱动器112可在方法200C的框254处识别到已发生错误。在识别到干涉式调制器12的操作错误已发生之后，阵列驱动器112可在框256处将驱动电压调整成处于大于Vrel且小于Vact的电平，进而产生保持激活的经正确调谐的干涉式调制器12。阵列驱动器112可使用例如上文参看图10B所论述的方法来确定经调整的驱动电压电平。
熟练的技术人员将易于能够使用类似方法来识别干涉式调制器12的正确激活电压阈值。举例来说，如果干涉式调制器12处于激活状态中，且在电极之间所施加的驱动电压应该造成释放干涉式调制器12，但干涉式调制器12未释放，则阵列驱动器112可在框256处将电压调整到较低电平，直到干涉式调制器12正确地释放为止。在另一实例中，如果干涉式调制器12处于释放状态中，且在框250处所施加的电压应该激活干涉式调制器12，但干涉式调制器12未激活，则阵列驱动器112可在框256处将驱动电压调整到较高值，直到干涉式调制器12正确地激活为止。
在一个实施例中，方法200C包括任选框258，其中阵列驱动器112存储指示经调整驱动电压的信息以供稍后使用。经调整电压可与使其与具体干涉式调制器12交叉参考的信息一起存储。阵列驱动器112可接着在正再次激活及/或释放具体干涉式调制器12时的稍后时间处使用所述经调整值。取决于实施例，在任选框258处所存储的电压电平可包括偏置电压电平、释放电压电平及/或激活电压电平。
图14为说明方法500的实例的流程图，所述方法500用于驱动干涉式调制器12且测量干涉式调制器12的电响应以确定驱动电压来实现所要操作特性，其中所述驱动电压产生对于人类视觉来说大致上不可检测的显示状态转变。在一个实施例中，方法500使得能够在显示阵列102的操作期间表征驱动电压电平及/或斜变驱动电压速率(如上文参看图10A的方法200A及图10B的方法200B所论述)，以便快速地适应于驱动电压的改变。驱动电压电平可归因于变化的条件(例如，干涉式调制器12的使用年限及/或温度)而改变。可由阵列驱动器112执行方法500以控制图8中所展示的驱动电路(例如，DAC 104、108及114、开关106及110以及DDS1118)在显示阵列102上显示图像。在其它实施例中，例如图2中的处理器21等处理器可执行方法500。
在框502处，阵列驱动器112(图8)在干涉式调制器12的第一电极与第二电极之间施加电压波形，其中所述电压波形将干涉式调制器12的状态从第一状态更改为第二状态且返回到第一状态。在框502处所施加的电压波形导致干涉式调制器12从释放状态更改为激活状态且返回到释放状态，或反之亦然。换句话说，选定干涉式调制器12(或多个干涉式调制器12)的光学特性由于对干涉式调制器12的电响应的测量而被瞬间干扰，但干涉式调制器12快速返回以显示原始光学响应，使得人类观测者意识不到状态的改变。如上文所提，在一些实施例中，干涉式调制器12可以～10kHz来切换状态，此比人类视觉所能检测快得多。注意，当新图像在显示阵列上“剥离(ripped)”(例如，经由一次一线的驱动方案)时，通常需要人类用户应不能够感知到用一个图像来盖写另一图像的过程。为此目的，选择适当较快的扫描速率或剥离速率。当图像内容无论如何正改变时，可容易地让用户察觉不到出于测量目的对内容的轻微瞬间干扰。
图15说明可用于图15中所说明的方法500中的框502处的驱动电压波形及对应的所感测电响应的实例。在此实例中，在显示元件的电极之间施加锯齿电压波形520。在一个实施例中，在框502处所施加的电压波形具有从开始到结束历时小于约400微秒的持续时间。然而，一些实施例可使用具有从约400微秒到约4000微秒或更大的端到端持续时间的电压波形。波形520以显示元件归因于电压电平处于低于显示元件的释放电压(Vrel)的电平522而处于释放状态中开始。波形520接着斜变上升到高于激活电压电平(Vact)的电平524，且接着斜变下降到低于Vrel电平的电平526。因此，显示元件从释放状态转变到激活状态且返回到释放状态，所述转变比可由用户检测到的快。
举例来说，可在方法500中的框502处施加例如方形波及正弦波等其它波形形状。所选择的具体波形可取决于具体技术及算法选择。用以施加波形的机制可类似于上文参看图8所描述的机制。
在框502处正施加电压波形的同时，在框504处监视反馈电路(例如，跨阻抗放大器120)以测量显示元件的响应于所施加波形的电响应。如上文参看图10A、图10B及图10C中所说明的方法所论述，可监视显示元件的电流以确定是否及何时元件响应于给定电压电平及/或电压斜变速率而释放及/或激活。在图15中，所感测的电流通常展现在电压电平超过Vact时的峰值528及在电压下降到低于Vrel时的另一峰值530。电流峰值528指示显示元件已从释放状态转变到激活状态。电流峰值530指示显示元件已转变回到释放状态。所感测的电流峰值的时序响应于所施加的电压波形依据显示元件的激活及/或释放的时序而展现不同特性。
上文参看图8所论述的反馈电路可用以在框204处测量电响应。阵列驱动器112接收指示在框504处所测量的电响应的信息，且在框506处基于所测量的电响应而确定显示元件的至少一个操作特性。可在框506处确定显示元件的响应时间。响应时间可基于所施加的峰值电压电平及/或电压斜变速率而变化。另外，操作特性可包括释放电压电平、激活电压电平及偏置电压电平中的一者或一者以上。这些电压电平还可随显示元件的温度、显示元件的使用年限等而变化。
在任选框508处，阵列驱动器112可存储指示在框506处所确定的操作特性的信息，且存储指示操作特性所对应的在框502处所施加的电压电平的信息。在框508处所存储的电压电平信息可包括峰值电压电平、电压斜变速率、电压波形形状、电压波形持续时间及其它。在框508处所存储的操作特性信息可包括激活或释放显示元件的响应时间、激活电压电平、释放电压电平、偏置电压电平等。释放及激活电压电平还可为波形的斜变电压速率的函数，且此信息也可在框508处存储。
在框508处已存储信息之后，方法500任选地继续到框510，其中阵列驱动器112可基于在框508处所存储的信息及所要操作特性而确定待施加到显示元件的驱动电压电平及/或斜变速率。在一个实施例中，操作特性可仅为显示元件的激活或释放，以便使这些电压电平适应于干涉式调制器12的变化的环境条件或使用年限。在此实施例中，处理器或阵列驱动器可确定用以激活显示元件的最小电压振幅。在另一实施例中，操作特性可为所要响应时间。在此实施例中，在任选框510处确定最佳提供所要响应时间的电压电平及/或电压斜变速率。
可在周期性基础上、在伪随机基础上、基于显示元件或显示装置的温度水平或温度改变、基于显示元件的使用年限或在其它基础上执行在框502、504、506及(任选地)508处所执行的功能。
可恰好在阵列驱动器112发信号通知显示元件在正常图像写入阶段期间显示图像数据之前执行在任选框510处的驱动电压电平的确定。还可在周期性基础上、在伪随机基础上、基于显示元件或显示装置的温度水平或温度改变或基于显示元件的使用年限而执行在任选框510处的驱动电压电平的确定。
上文参看图10A、图10B、图10C及图14所论述的方法中的每一者涉及测量显示元件的电响应。存在感测显示元件的显示阵列的不同部分的各种方法。举例来说，可选择在一个测试中感测整个显示阵列。换句话说，来自所有行电极(或列电极)的反馈信号可始终电连接到图8中所展示的跨阻抗放大器120。在此情况下，发信号通知所述列电极及发信号通知所述行的时序可通过阵列驱动器进行同步，使得可在特定时间处监视个别显示元件、像素或子像素(例如，红色、绿色及蓝色子像素)。还可选择在一个时间处监视或测量一个或一个以上具体行或列电极，且任选地在其它时间处切换以监视其它行及列电极，并对于不同行及/或列而重复，直到整个阵列被监视为止。最终，还可选择测量个别显示元件及任选地切换以监视或测量其它显示元件，直到整个阵列被测量为止。
在一个实施例中，一个或一个以上选定行或列电极可永久连接到刺激及/或感测电路，而剩余行或列电极未连接到刺激及/或感测电路。在一些实施例中，出于施加刺激或感测的目的而将额外电极(行或列)添加到显示区域。这些额外电极对于显示区域的观看者可能可见或可能不可见。最终，另一选项为将刺激/驱动及/或感测电路与一个或一个以上行或列电极的不同集合经由开关或替代电组件而连接或断开。
上文所论述的系统及方法的实施例可应用于单色、双色或多色显示器。在一些实施例中，通过行及列电极的合适选择来测量不同色彩的像素的群组。举例来说，如果显示器使用RGB布局，其中红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)子像素定位于不同列线上，则可经由将刺激仅施加到‘红色’列且在行上感测来测量个别色彩的区域。或者，可将刺激施加到所述行，但仅在‘红色’列上感测刺激。
在许多显示技术中，对给定行或列施加驱动脉冲可导致对相邻行或列产生不理想效应。此不理想效应通常称作串扰。串扰影响包括IMOD、LCD及OLED在内的许多显示技术。在一个实施例中，提供感测或反馈电路来感测这些不理想效应的存在且进行补偿。可经由各种方法使来自所关注的区域的信号与来自显示器的其它区的信号或干涉隔离。
图16A为说明用于驱动显示阵列的隔离部分及用于感测隔离区域的电响应的电路的实例的框图。将电压刺激Vin施加到列电极540的选定集合，且经由具有低输入阻抗(Z)的跨阻抗放大器542从行电极544的选定集合感测电流信号。因此，显示区域550被感测。显示区域555及560分别为列电极540及行电极544的未经感测的部分。
图16B说明电路580，电路580说明经感测的显示区域550的电容与未经感测的显示区域555及560的电容的电关系。电容器C2表示显示区域555的电容，C3表示显示区域560的电容，且C1表示经隔离及感测的显示区域550的电容。由C2消耗的电流由Vin供应，且直接接地。经过C1的电流(其是待感测的所要电流)也由Vin供应，但在其到达跨阻抗放大器542之前可能受电容C3影响。然而，可经由选择跨阻抗放大器542的如与电容C3的阻抗相比适当较低的输入阻抗而迫使经过C1的电流几乎完全流向跨阻抗放大器542。在此情况下，大致上不存在经由C3的信号电流。因此，根据实例电路580，放大器仅感测经过C1(区域555)的电流。可经由行及列电极的对应选择来选择显示器的任何区域。注意，在图16B的实例电路中，未包括于隔离区域550中的剩余电极经描绘为连接到接地，然而，所述剩余电极可连接到任何电压电平。
尽管以上详细描述已展示、描述及指出了适用于各种实施例的新颖特征，但将理解，可在不脱离已揭示的内容的情况下进行所说明的装置或过程的形式及细节上的各种省略、取代及改变。如将认识到，由于一些特征可与其它特征分开使用或实践，所以本发明可在不提供本文中所阐述的所有特征及益处的形式内体现。

Claims (26)

1.一种显示元件测量方法，其包含：
在显示元件的第一电极与第二电极之间施加信号波形，其中所述信号将所述显示元件的状态从第一状态更改为第二状态且返回到所述第一状态，其中所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变具有使得所述转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的持续时间；
测量所述显示元件的响应于所述所施加信号的电响应；及
基于所测量的电响应而确定所述显示元件的至少一个操作特性，其中所述显示元件是干涉式调制器显示元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在少于400微秒内完成所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在多于400微秒且少于4000微秒内完成所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在周期性时间基础上重复所述施加、测量及确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在伪随机时间基础上重复所述施加、测量及确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在基于温度改变的时间处重复所述施加、测量及确定。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含基于所述显示元件的使用年限而执行所述施加、测量及确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在不同电压处多次执行施加电压波形，且确定所述不同电压中的每一者的操作特性，所述方法进一步包含：
存储指示所述多个不同电压中的每一者的所述操作特性及电压电平的信息，及基于所述所存储的信息及预定操作特性而确定驱动电压电平。
9.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述至少一个操作特性包含确定激活电压、释放电压及响应时间中的一者或一者以上。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号波形包含正弦、锯齿及矩形脉冲中的一者或一者以上。
11.一种测量设备，其包含：
驱动电路，其经配置以在显示元件的第一电极与第二电极之间施加信号，其中所述信号将所述显示元件的状态从第一状态更改为第二状态且返回到所述第一状态，其中所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变具有使得所述转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的持续时间；
反馈电路，其经配置以测量所述显示元件的响应于所施加的电压波形的电响应；及
处理器，其经配置以控制所述驱动电路，接收指示所述所测量的电响应的信息，且基于所述所测量的电响应而确定所述显示元件的至少一个操作特性，其中所述显示元件是干涉式调制器显示元件。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变是在少于400微秒内完成的。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变是在多于400微秒且少于4000微秒内完成的。
14.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器经配置以控制所述驱动电路在周期性时间基础上施加所述信号。
15.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器经配置以控制所述驱动电路在伪随机时间基础上施加所述信号。
16.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器经配置以控制所述驱动电路在基于温度改变的时间处施加所述信号。
17.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器经配置以控制所述驱动电路基于所述显示元件的使用年限来施加所述信号。
18.根据权利要求11所述的设备，其中所述处理器经配置以控制所述驱动电路在不同电平处多次施加所述信号，确定与所述不同电平中的每一者相关联的操作特性，存储指示所述操作特性及所述电平的信息，且基于所述所存储的信息及预定操作特性而确定驱动电平。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述至少一个操作特性包含激活电压、释放电压及响应时间中的一者或一者以上。
20.根据权利要求11所述的设备，其中所述信号包含正弦、锯齿及矩形脉冲中的一者或一者以上。
21.一种测量装置，其包含：
用于在显示元件的第一电极与第二电极之间施加信号的装置，其中所述信号将所述显示元件的状态从第一状态更改为第二状态且返回到所述第一状态，其中所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变具有使得所述转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的持续时间；
用于测量所述显示元件的响应于所施加的电压波形的电响应的装置；及
用于接收指示所述所测量的电响应的信息且用于基于所述所测量的电响应而确定所述显示元件的至少一个操作特性的装置，其中所述显示元件是干涉式调制器显示元件。
22.一种测量装置，其包含：
干涉式调制器阵列；
驱动电路，其经配置以在所述干涉式调制器中的至少一者的第一电极与第二电极之间施加信号，其中所述信号将所述干涉式调制器的状态从第一状态更改为第二状态且返回到所述第一状态，其中所述从所述第一状态到所述第二状态且返回到所述第一状态的转变具有使得所述转变对于人类视觉来说大致上为不可检测的持续时间；
反馈电路，其经配置以测量所述干涉式调制器的响应于所施加的电压波形的电响应：
处理器，其经配置以控制所述驱动电路，接收指示所述所测量的电响应的信息，且基于所述所测量的电响应而确定所述干涉式调制器的至少一个操作特性；及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
23.根据权利要求22所述的装置，其进一步包含控制器，所述控制器经配置以将图像数据的至少一部分发送到所述驱动电路。
24.根据权利要求22所述的装置，其进一步包含图像源模块，所述图像源模块经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
25.根据权利要求24所述的装置，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。
26.根据权利要求22所述的装置，其进一步包含输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据及将所述输入数据传送到所述处理器。
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