JP2006098391A - 干渉変調器におけるヒステリシスの電気−光学的測定 - Google Patents

干渉変調器におけるヒステリシスの電気−光学的測定 Download PDF

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Abstract

【課題】干渉変調器の正確で便利な方法を提供する。
【解決手段】ブロック１５０で時間−変化電圧波形を干渉変調器に適用し、ブロック１５２で干渉変調器からの光の反射率を検出し、ブロック１６０で電圧の関数として反射率を決定し、ブロック１６２でディスプレイとして使用するための十分な品質を確認する。干渉変調器が複数ある場合にはブロック１６４で繰り返しが必要か否かを判断しブロック１５２以下を繰り返すことにより複数の干渉変調器の品質を確認できる。
【選択図】 図９

Description

発明の分野はマイクロ電気機械システム(MEMS)に関連する。
マイクロ電気機械システム(MEMS)はマイクロ機械的要素、作動装置、およびエレクトロニクスを含んでいる。マイクロ機械的要素は堆積、エッチングおよび/または基板および/または堆積された材料層の部品を各々分離し、または電気的および電気機械装置を形成するために層を加える他のミクロ機械加工処理を使用して作られるかもしれない。MEMS装置の1つのタイプは干渉変調器と呼ばれる。干渉変調器は、１つまたは両方が全部または部分的に透明および/または反射的であるか、適切な電気信号の応用のもとで相対的な動きを可能にする一対の伝導板を含むかもしれない。1枚の板が基板に堆積された静止した層を含み、他方の板は空気ギャップによって静止層から分離された金属膜を含むかもしれない。そのような装置は広範囲の応用があり、これらのタイプの装置の特徴を利用および/または変更することが有益であるので、それらの特性は既存の製品を改良して、まだ開発されていない新しい製品を作る際に活用することができる。高い品質を確実にするために、そのようなMEMS装置の動作をテストする正確で便利な方法は製造プロセスで採用されるかもしれない。そのような方法の一層の開発が必要である。
発明のシステム、方法、および装置は各々いくつかの態様を有し、そのたった1つがその望ましい属性のために唯一応答可能であるということではない。この発明の範囲を制限することなく、今簡潔にそのより際立った特徴について議論するだろう。この議論を考慮した後、および特に“ある実施例の詳細な記述”と題するセクションを読んだ後に、この発明の特徴が他の表示装置にいかに利点を提供するかが分るであろう。
一実施例は干渉変調器に三角電圧波形を適用し、干渉変調器からの光の反射率を検出することを含む、複数の干渉変調器をテストする方法と含む。
他の実施例は複数の干渉変調器を駆動する電気的パラメタを決定する方法であって、干渉変調器に時間-変化電圧刺激を適用し、干渉変調器からの光の反射率を検出し、および前記時間-変化電圧刺激に応答して光の前記反射率から1つ以上の電気的パラメタを決定することを含み、電気的パラメタは干渉変調器の状態における変化を起こすのに十分な電気的パラメタを示す。
他の実施例は複数の干渉変調器構造をテストする方法であって、時間-変化電圧波形を干渉変調器に適用し、干渉変調器からの光の反射率を検出し、光の反射率を電圧の関数として決定し、および決定に基づいてディスプレイにおける使用のために十分な品質のときに複数の干渉変調器を識別することを含む。
他の実施例は複数の干渉変調器をテストするシステムであって、複数の干渉変調器に入射光を供給するように適合された照明源と、それらの状態を変化するように干渉変調器に十分な電圧を適用するように適合された電圧源と、および複数の干渉変調器から反射された光を検出するように適合された光学検出器とを含む。
他の実施例は複数の干渉変調器をテストする方法であって、時間-変化電圧波形を干渉変調器に適用し、干渉変調器からの光の反射率を検出し、1回以上前記適用と検出ステップを反復し、少なくとも検出された反射率の一部を平均し、および平均された反射率から1つ以上の電気的パラメタを決定することを含む。
他の実施例はディスプレイが各々異なる色に対応している複数のサブ画素タイプを含む、カラー干渉変調器ディスプレイをテストする方法であって、方法は１つのサブ画素タイプに時間-変化電圧波形を適用し、サブ画素タイプからの光の反射率を検出し、検出から1つ以上の電気的パラメタを決定し、および別のサブ画素タイプのために適用、検出、および決定ステップを反復することを含む。
他の実施例は複数の干渉変調器をテストするシステムであって、時間-変化電圧波形を干渉変調器に適用する手段と、干渉変調器からの光の反射率を検出する手段と、および前記検出された反射率に基づいて1つ以上のパラメタを決定する手段とを含む。
以下の詳細な記述が発明のある特定の実施例に向けられる。しかしながら、発明は多数の異なった方法で実施することができる。この記述では、同様な部品が同様な数字を指定されて、図面を通して参照される。以下により詳細に説明されるように、干渉変調器は干渉変調器がされることができる方法に影響するヒステリシス特性を示す。したがって、製造された干渉変調器がディスプレイにおける使用に適切であるかどうかに関する1つのテストは、所望のヒステリシス特性が観察されるかどうかを決定することである。その上、干渉変調器のヒステリシス特性の測定は干渉変調器を駆動するのに使用する適切な電気的パラメタを提供することができる。従って、以下で説明されているのは、時間-変化電圧刺激を変調器に適用して、変調器から反射率の応答を検出することによって干渉変調器のヒステリシス特性をテストする方法と装置である。
以下の記述から明らかであるように、実施例は動き(例えば、ビデオ)または静止(例えば、スチール像)であるか、および文字または絵であるかにかわらず、像を表示するように構成された任意の装置で提供される。特に、実施例は限定するわけではないが、移動電話、無線装置、個人的なデータアシスタント(PDA)、ハンド-ヘルドまたは携帯用コンピュータ、GPS受信機/ナビゲータ、カメラ、MP3プレーヤー、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、テレビモニター、フラットパネルディスプレイ、コンピュータモニター、自動ディスプレイ(例えば、オドメータディスプレイなど)、コックピットコントロールおよび/またはディスプレイ、カメラ視点のディスプレイ(例えば、車で後部視点カメラのディスプレイ)、電子写真、電子掲示板またはサイン、プロジェクター、建築構造物、パッケージ、および美的構造物(例えば、1片の宝石における像のディスプレイ)のようなさまざまな電子装置に実施され、または電子装置と関連していることが考えられる。また、ここに説明されたものと同様の構造のMEMS装置は、電子切換装置などの非表示応用に使用することができる。
干渉 MEMS表示要素を含む1つの干渉変調器ディスプレイの実施例が図1で示される。これらの装置において、画素は明るいか暗い状態のどちらかである。明るい(“オン”または“オープン”) 状態において、表示要素は入射可視光の大部分をユーザへ反射する。暗い(“オフ”または“クローズ”)状態のとき、表示要素は入射可視光をほとんどユーザへ反射しない。実施例によって、“オン” と“オフ”の状態の光反射率の特性は逆にされるかもしれない。MEMS画素は選択された色で支配的に反射するように構成されることができ、白黒に加えてカラー表示を許容する。
図1は可視表示の一連の画素の2つの隣接している画素を表現する等角図であり、各画素はMEMS干渉変調器を含んでいる。いくつかの実施例では、干渉変調器ディスプレイはこれらの干渉変調器の行/列アレイを含む。各干渉変調器は互いから可変で制御可能な距離に置かれる一対の反射層を含み、少なくとも1つの可変寸法で共鳴光学空洞を形成する。一実施例では、1つの反射層は2つの位置の間で動かされるかもしれない。ここに解放された状態と呼ばれる第1の位置において、可動層が固定された部分的反射層から比較的大きい距離に置かれる。第2の位置において、可動層は部分的反射層により密接に隣接して置かれる。2つの層から反射する入射光は可動反射層の位置によって建設的または破壊的に干渉し、各画素について全体で反射的または非反射的な状態のいずれかを作り出す。
図1の画素アレイの表現された部分は2つの隣接している干渉変調器12aと12bを含んでいる。左の干渉変調器12aにおいて、可動でかつ高反射層14aは固定された部分的反射層16aから予め定められた距離で解放された位置に示される。右の干渉変調器12bでは、可動の高反射層14bは固定された部分的反射層16bに隣接した作動位置で示される。
固定層16a、16bは電気的に伝導的で、部分的に透明かつ部分的に反射的であり、例えば、透明な基板20の上にそれぞれクロムとインジウム酸化スズの1つ以上の層を堆積することによって作られるかもしれない。層は平行なストリップ内にパターン化され、以下でさらに説明されるように表示装置の行の電極を形成するかもしれない。可動層14a、14bは、ポスト18の頂部に堆積され、かつポスト18の間に介在している堆積された犠牲材料の一連の平行なストリップの堆積された金属層または複数の金属層(行の電極16a、16bと直交した)として形成されるかもしれない。犠牲材料がエッチングされるとき、変形可能な金属層は定義された空気ギャップ19によって固定金属層から分離される。アルミニウムなどの高い伝導的かつ反射的な材料が変形可能な層のために使用されるかもしれず、これらのストリップは表示装置における列の電極を形成するかもしれない。
適用された電圧がないと、空洞19が層14a、16a間に残っており、変形可能な層は図1の画素12aによって示されるように機械的に緩和状態にある。しかしながら、電位差が選択された行および列に適用されるとき、画素に対応している行および列の電極の交差点に形成された静電容量は充電されるようになり、静電力が電極を互いに引く。電圧が十分高いならば、可動層は変形されて、図1の右の画素12bによって示されるように固定層に対して強制される(この図で示されない誘電材料が固定層の上に堆積され、短絡を防止しかつ分離距離を制御するかもしれない)。働きは適用された電位差の極性にかかわらず同じである。この方法において、反射的対非反射的な画素状態を制御することができる行/列作動は、様々な意味で従来のLCDと他の表示技術で使用されるそれに類似している。
図2乃至5Bは表示応用に干渉変調器のアレイを使用するプロセスとシステムの一例を示す。図2は表示応用の態様を組み込んだ電子装置の一実施例を示すシステムブロックダイアグラムである。例示的実施例では、電子装置はARM、Pentium（登録商標）、Pentium II（登録商標）、Pentium III（登録商標）、Pentium IV（登録商標）、Pentium Pro（登録商標）、8051、MIPS（登録商標）、Power PC（登録商標）、ALPHA（登録商標）のような任意の汎用の単一または多チップマイクロプロセッサ、またはディジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラまたはプログラマブルゲートアレイなどの任意の専用マイクロプロセッサであるかもしれないプロセッサ21を含んでいる。技術において通常であるように、プロセッサ21は1つ以上のソフトウェアモジュールを実行するように構成されるかもしれない。さらにオペレーティングシステムを実行するために、プロセッサはウェブブラウザ、電話応用、電子メールプログラム、または任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む1つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されるかもしれない。
一実施例では、プロセッサ21はまた、アレイコントローラ22と通信するように構成される。一実施例では、アレイコントローラ22は画素アレイ30に信号を供給する行駆動回路24および列駆動回路26を含む。図1で示されるアレイの断面図は図2の線1-1によって示される。MEMS 干渉変調器に関して、行/列作動プロトコルは図3で示されるこれらの装置のヒステリシス特性を利用するかもしれない。可動層を解放状態から作動状態まで変形させるのに、例えば10ボルトの電位差を必要とするかもしれない。干渉変調器の作動を引き起こすのに必要である電位差は“作動電位”と呼ばれるかもしれない。電圧がその値から低下するとき、電圧が10ボルト未満に落ちても可動層はその状態を維持する。図3の例示的実施例では、電圧が2ボルト未満に落ちるまで可動層は完全に解放しない。作動された干渉変調器解放のその電位差は“解放電位”として知られるかもしれない。したがって、図3に示された例においておよそ3〜7Vの電圧の範囲があり、そこでは装置が解放または作動状態のどちらかで安定している適用された電圧の窓が存在する。これはここに“ヒステリシス窓”または“安定窓”と呼ばれる。図3のヒステリシス特性を持っている表示アレイについて、行/列作動プロトコルは、行のストローブの間に、作動されるべきであるストローブされた行の画素が略10ボルトの電圧差にさらされ、解放されるべきである画素が略ゼロボルトの電圧差にさらされるように設計されることができる。ストローブの後に、画素がおよそ5ボルトの安定状態の電圧差にさらされるので、画素は行のストローブがそれらを置いたいかなる状態でも残っている。書き込まれた後に、各画素はこの例で3-7ボルトの“安定窓”の中の電位差を経験する。この特徴は、図1で示された画素設計を同じ適用電圧条件のもとで、予め存在している作動または解放状態のどちらかに安定させる。作動または解放状態であるか否かに関係なく、干渉変調器の各画素が固定および可動反射層により形成された本質的に静電容量であるので、この安定状態はほとんど電力消散なくヒステリシス窓内の電圧で保持されることができる。適用された電位が固定されているならば、本質的にはどんな電流も画素に流れない。
典型的な応用では、表示フレームは、第1の行における所望の組の作動画素に従って列の電極の組を断定することによって作成されるかもしれない。そのとき行のパルスは行の1電極に適用され、断定された列の線に対応する画素を作動させる。次に、断定された組の列の電極は、第2の行における所望の組の作動画素に対応して変化される。そしてパルスが行の2電極に適用され、断定された列の電極に従って列2の適切な画素を作動させる。行の1画素は行の2パルスにより影響を受けることなく、行の1パルス中にそれらが設定された状態のまま残っている。これはフレームを生成するように、連続した方式で行の全体のシリーズについて繰り返されるかもしれない。一般に、1秒あたりのフレームのある所望数でこの処理を絶えず繰り返すことにより、フレームは新しい表示データで再生および/または更新される。表示フレームを生成するように画素アレイの行および列の電極を駆動するプロトコルの広い多様性は周知であり、干渉変調器ディスプレイと関連して使用されるかもしれない。
図4、5A、および5Bは表示フレームを図2の3x3アレイに作成するために1つの可能な作動プロトコルを示す。図4は図3のヒステリシス曲線を示す画素のために使用されるかもしれない列および行の電圧レベルの可能な組を示す。図4の実施例において、画素を作動させるのは、適切な列を-Vbiasに、かつ適切な行を+ΔVに設定することを含み、それはそれぞれ-5ボルトと+5ボルトに対応するかもしれない。画素を解放することは、適切な列を+Vbiasに、適切な行を+ΔVに設定し、画素を横切るゼロボルトの電位差を作り出すことにより達成される。行の電圧がゼロボルトで保持されるそれらの行では、画素は列が+Vbias、または-Vbiasにあることにかかわらず、それらが元々あったいかなる状態でも安定している。
図5Bは、作動画素が非反射的である図5Aで示される表示配列をもたらす図2の3x3アレイに適用された一連の行および列信号を示すタイムチャートである。図5Aで示されるフレームを書き込む前に、画素は任意の状態にあることができ、この例において、すべての行が0ボルト、かつすべての列が+5ボルトである。これらの適用された電圧で、すべての画素がそれらの既存の作動または解放状態で安定している。
図5Aのフレームにおいて、画素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)および(3，3)は作動している。これを達成するために、行１の“ライン時間”中、列1および2は-5ボルトに設定され、列3は+5ボルトに設定される。すべての画素が3-7ボルトの安定窓に残っているので、これはどんな画素の状態も変えない。次に行1が0から5ボルトまで行き、ゼロに戻るパルスでストローブされる。これは画素(1，1)、(1，2)を作動し、画素(1，3)を解放する。アレイの他のどんな画素も影響を受けない。望まれるように行2を設定するために、列2が-5ボルトに設定され、かつ列1および3が+5ボルトに設定される。そして行2に適用された同じストローブは画素(2，2)を作動させ、画素(2，1)および(2，3)を解放するであろう。再び、アレイの他のどんな画素も影響を受けない。列2および3を-5ボルトに、かつ列1を+5ボルトに設定することにより、行3が同様に設定される。行3は図5Aに示されるように行3の画素の組をストローブする。フレームを書き込んだ後に、行の電位はゼロであり、列の電位は+5または-5ボルトのどちらかに残ることができ、したがって表示は図5Aの配列で安定している。同じ手順が行および列の何十または何百ものアレイに採用されることができることが認識されるであろう。また、行および列の作動を行うために使用される電圧のタイミング、シーケンス、およびレベルが上で概説された一般的原理の中で広く変えることができ、上の例が例示的のみであり、任意の作動電圧方法が干渉変調器ディスプレイで使用することができることが理解されるであろう。
上で示された原則に従って作動する干渉変調器の構造の細部は広く異なるかもしれない。例えば、図6A−6Cは可動ミラー構造の3つの異なった実施例を示す。図6Aは図1の実施例の断面図であり、そこでは金属材料14のストリップがサポート18に直角に延在して堆積される。図6Bでは、可動反射材料14はテザー(tether)32に角だけでサポートに取付けられている。図6 Cでは、可動反射材料14は変形可能層34から懸垂される。反射材料14に使用される構造的な設計および材料が光学特性に関して最適化することができて、変形可能層34に使用される構造的な設計および材料が所望の機械的な性質に関して最適化することができるので、この実施例は利点がある。様々なタイプの干渉装置の製造は、例えば米国公開出願2004/0051929を含んでいるさまざまな発行された文書で説明される。周知の技術の広い多様性は一連の材料堆積、パターンニング、およびエッチングステップを含む上述の構造を生成するために使用されるかもしれない。
上述されたように、干渉変調器のヒステリシス特性は、干渉変調器が駆動されることができる方法に影響を与え、干渉変調器が少ない電力消費でそれらの状態を維持することができる安定性、即ち“メモリ”電圧窓を提供する。したがって、製造された干渉変調器が表示で使用するために適切であるかどうかに関する1つのテストは、所望のヒステリシス特性が観察されるかどうかを決定することである。その上、干渉変調器のヒステリシス特性の測定は、干渉変調器を駆動するのに使用する適切な電気的パラメタを提供することができる。例えば、上述されたように、干渉変調器を駆動するのに使用する適切なバイアス電位Vbias(また、ここに“Vb”と呼ばれる)は、ヒステリシス特性を測定することによって決定することができる。さらに、干渉変調器アレイのヒステリシス特性がいったん知られると、上で説明されたことよりも別の適当な駆動方式を定式化することができる。従って、以下で説明されるのは、干渉変調器のヒステリシス特性をテストするための方法と装置である。
一実施例では、ヒステリシス特性は、干渉変調器に適用された時間-変化電圧刺激に対応して1つ以上の干渉変調器から反射率を測定することによって決定されるかもしれない。電圧刺激は干渉変調器が作動および非作動状態間で変えられるようなものであるかもしれない。干渉変調器からの反射率が作動および非作動状態間で異なっているので、その結果、干渉変調器からの反射率の検出は干渉変調器がどんな状態にあるかの指示を提供するだろう。一実施例において、作動状態では反射率は低くなり、非作動状態では反射率は高くなるであろう。
一実施例では、時間-変化電圧刺激は三角電圧波形である。三角電圧波形の振幅は、それが干渉変調器の作動を引き起こすのに必要な電圧を超えるように有利に選ばれるかもしれない。一実施例において、波形の振幅は干渉変調器の作動を引き起こすのに必要な電圧の略1.0乃至略2.0倍の間である。一実施例では、波形の振幅は干渉変調器の作動を引き起こすのに必要な電圧の略1.25倍である。一実施例では、電圧波形の周波数は干渉変調器の応答がDC電圧応答に近似するように十分低い。一実施例では、周波数は略20Hz未満である。一実施例では周波数は略1Hzと略15Hzの間である。一実施例では、周波数は略2.5Hzである。当業者は三角形よりも別の時間-変化電圧波形が干渉変調器のヒステリシス特性を測定するために適用されるかもしれないことを認識するであろう。
適用された三角電圧波形と反射率応答の一例が図7で表現される。図7は干渉変調器に適用された三角電圧波形のプロット100と、時間の関数として干渉変調器から結果として起こる反射率のプロット102を示す。三角電圧波形の適用の前に(例えば、図7の0〜150ms)、電圧はおよそ0であり、干渉変調器からの反射率は高い。高い反射率は干渉変調器が非作動状態にあるためである。三角電圧波形を適用することを開始すると、電圧は正の方向(例えば、図7では150msで開始する)にランプされる。初めに、電圧がランプされるとき、反射率は高くて比較的一定なままで残っている。十分高い電圧(例えば、図7のおよそ7.3V)に達すると、干渉変調器を作動状態に切り換えることにより反射率レベルは突然低下する。この変遷が起こる電圧は正の作動電位(Vpa)104と呼ばれるかもしれない。電圧がさらに増加するとき、反射率におけるどんな変化も観測されない。
次に、電圧は負の方向(例えば、図7において350msで始まる)にランプされる。電圧が十分低くなり、干渉変調器が非作動状態に切り換って、反射率が突然高いレベルまでジャンプするとき(例えば、図7においておよそ4.3V)まで、反射率は低くて比較的一定なまま残っている。この変遷が起こる電圧は正の解放電位(Vpr)106と呼ばれるかもしれない。反射率における小さい変化とともに電圧はさらに負の値に減少されるかもしれない。電圧が十分な負の値に達するとき、干渉変調器の再作動のため反射率における別の急減が観察される(例えば、図7においておよそ-7.8Vで)。この変遷が起こる電圧は負の作動電位(Vna)108と呼ばれるかもしれない。電圧がさらに減少するとき、反射率におけるどんな変化も観測されない。
最終的に、電圧は再び正の方向(例えば、図7において750msで始まる)にランプされる。干渉変調器の非作動状態への変遷により、反射率が突然増加するポイントに電圧が十分なレベルに増加する (例えば、図7においておよそ-5V) まで、反射率におけるどんな重要な変化も観測されない。この変遷が起こる電圧は負の解放電位(Vnr)110と呼ばれるかもしれない。図7は2つのメモリ窓112と114が存在することを示す。窓112と114内に適用された電圧は干渉変調器の状態における変化を引き起こさないだろう。
干渉変調器のヒステリシス特性を特徴付ける4つのパラメタVpa、Vpr、Vna、およびVnrが、干渉変調器を駆動するのに必要な電気的パラメタを決定するのに使用されるかもしれない。例えば、干渉変調器を作動させるパルスは、電圧がVpaを超えるかまたはVna以下で適用されるようなものであることが望ましい。同様に、干渉変調器を解放するために、VprとVnrの間の電圧を有するパルスが適用されることが望ましい。他のすべての時間において、適用される駆動電圧は、干渉変調器が状態を変えないように2つのメモリ窓内にあることが望ましい。
上で議論した4つのパラメタに代わる手段として、干渉変調器のヒステリシス特性はバイアス電位(Vb)、オフセット電位(Voff)、および単一のメモリ窓(ΔVmem) によって定義されるかもしれない。干渉変調器のヒステリシス特性は正および負の電位の間で実質的に対称であるが、対称は通常完全ではない。例えば図7において、Vpaはおよそ7.3Vであるが Vnaはおよそ-7.8Vである。この食い違いはオフセット電位(Voff) によって特徴付けられるかもしれない。どんな特定の理論によっても縛られないが、オフセット電位は干渉変調器製造中にフィルム堆積ステップのいくつかの間に作られた、埋め込まれた電荷のためであるかもしれない。オフセット電位は単にVpaとVnaの平均として定義されるかもしれない(例えば、図7においておよそ-0.25V):
Voff= (Vpa + Vna)/2
代わりに、オフセット電位はメモリ窓のセンターの平均として定義されるかもしれない:
Voff= [（(Vpa + Vpr)/2）+（(Vna+ Vnr)/2）]/2
当業者はオフセット電位の概念を表現する他の方法を認識するだろう。ヒステリシス特性における2つのメモリ窓があるが、干渉変調器を駆動する目的のために、ただ一つのパラメタ(ΔVmem)が定義されるかもしれない。ΔVmem内に入る電圧が2つのメモリ窓のどちらかの中にあるようにΔVmemが有利に定義されるかもしれない。このようにして、例えば、2つのメモリ窓で最小のものがΔVmemに使用されるかもしれない:
ΔVmem=Min[(Vpa-Vpr)，-(Vna-Vnr)]
バイアス電位(Vb)はメモリ窓のセンター電圧の振幅として定義されるかもしれない。その結果、Vbは0Vからメモリ窓の変位を定義する。2つのメモリ窓があるので、ただ一つのパラメタVbは2つのメモリ窓のセンターの振幅の平均として定義されるかもしれない:
Vb=[((Vpa+Vpr)/2)-((Vna+Vnr)/2)]/2
図8は図7で説明されたヒステリシス曲線の別の視点を表現する。図8では、反射率(正規化された光学的応答)は駆動電圧の関数としてプロットされる。上で説明されたパラメタのすべてが図8で表現される。例えば、Vpa 104、Vpr 106、Vna 108、およびVnr 110は電圧軸上に示される。ΔVmemは正のメモリ窓112と負のメモリ窓114に示される。オフセット電位Voffはヒステリシス曲線における非対称による0Vからの小さい負のオフセット128として示される。最後に電位Vbは0Vからメモリ窓のオフセット130として示される。一実施例において、作動された干渉変調器から固定された正の値(例えば、図8において0.25)へ観測された平均反射率、および駆動されない干渉変調器から固定された負の値(例えば、図8において-0.75)へ観測された平均反射率を正規化することにより、反射率は正規化されるかもしれない。作動電位Vpa 104、Vpr 106、Vna 108、およびVnr 110はその時、正規化された反射率がゼロである電位として決定されるかもしれない。
上で説明されたパラメタは、干渉変調器の適切な電圧駆動特性を決定するのに使用されるかもしれない。例えば、オフセット電位Voffは、すべての駆動電圧に適用されるべきDCオフセット電位を定義するのに使用されるかもしれない。バイアス電位Vbは、干渉変調器に状態を変えさせることなく、干渉変調器に適用することができる電圧波形(例えば、メモリ波形)の振幅を定義するのに使用されているかもしれない。駆動干渉変調器におけるバイアス電位の１つの使用が図4に関して上述される。当業者はここに説明される測定方法によって決定されるパラメタの使用を成している他の駆動方式を認識するだろう。この目的のためのテストが、干渉変調器ディスプレイのリリースのすぐ後に行われるか、または駆動特性を調整するためにディスプレイの運転中に定期的に行われるかもしれない。例えば、光学検出器はディスプレイの少なくともいくつかの干渉変調器から反射する光を検出するように干渉変調器ディスプレイの中に組み込まれるかもしれない。
また、上で説明されたパラメタは品質管理目的のために干渉変調器をテストする際に使用されるかもしれない。例えば、上のパラメタのいくつかまたはすべてについて、テストされた干渉変調器がディスプレイに使用されるかどうか決定する閾値と許容差が定義されるかもしれない。ディスプレイにおける使用のための干渉変調器の有利な特性は、オフセット電位が低く、メモリ窓が偶然の作動または解放を防ぐために十分に大きく、かつバイアス電位が2つのメモリ窓間の分離を提供するように十分に高いことである。必要である正確な値と許容差は干渉変調器の特定の応用に依存するだろう。一実施例では、メモリ関数が以下の通り定義されるかもしれない:
ΔVmem/(Vpa-Voff)
いくつかのディスプレイ応用で、メモリ関数がおよそ0.2の値を有することが望ましい。メモリ関数が所望の値からかなり偏移する場合、テストされた干渉変調器はディスプレイに使用するために不十分であり、その結果テストに失敗したと考えられるであろう。1つの有利な実施例では、干渉変調器のアレイは駆動エレクトロニクスに組み込む前にテストされるので、アレイがテストに失敗して捨てられるなら、コストが減少するということである。
また、上で説明されたパラメタは、干渉変調器の物理的な特性を決定するのに使用されるかもしれない。例えば、作動電圧は可動ミラーの張力とばね定数に関連するかもしれない。したがって、ヒステリシス特性が適切でないならば、テストで得られるパラメタは失敗のどんなタイプが起こったかに関する指示を提供するかもしれない。
いくつかの実施例では、複数の干渉変調器をテストするための方法が提供される。図9は可能な方法ステップのフローチャートを表す。特定の実施例によって、ステップが図9で表現されるそれらに加えられるか、またはあるステップが取り除かれるかもしれない。さらに、ステップの順序は応用によって再配列されるかもしれない。ブロック150では、時間-変化電圧波形が干渉変調器に適用される。上述したように、一実施例では、時間-変化電圧波形は三角波形である。電圧波形は同時に複数の干渉変調器に適用されるかもしれない。一実施例では、複数の干渉変調器はディスプレイにおける干渉変調器のすべてよりも少ない。一実施例では、干渉変調器の部分集合だけがテストされるときでさえ電圧波形はディスプレイのすべての干渉変調器に適用される。
ブロック152に続けて、複数の干渉変調器からの光の反射率が検出される。反射率はディスプレイにおけるすべての干渉変調器から、またはディスプレイにおける干渉変調器の部分集合だけから検出されるかもしれない。いくつかの実施例では、ディスプレイの一部のみからの反射率を検出する目的で、ディスプレイの一部が顕微鏡のレンズを使用して拡大される。反射率は、干渉変調器を光源に露出して、反射した光の強度を測定することによって有利に測定される。いくつかの実施例では、反射した光の強度は光検出器を使用して測定される。いくつかの実施例において、フィルタが光検出器の正面に挿入され、作動および非作動状態間で観測される反射率の差を増加させる。
光の反射率がステップ152で測定された後に、テストの目的が駆動パラメタを決定することであるか、または品質管理目的のためにディスプレイをテストすることであるかによって、処理は異なる方向に進むかもしれない。テストが駆動パラメタを決定することであるならば、処理はブランチ154に沿って進むかもしれない。テストが品質管理のためのものであるならば、処理はブランチ156に沿って進むかもしれない。ブランチ154において、１つ以上の電気的パラメタがブロック158で決定される。これらのパラメタは上で議論したいずれかのパラメタであるか、干渉変調器のために適切な駆動特性を決定することにおいて使用に適した任意の他のパラメタであるかもしれない。これらのパラメタは、干渉変調器からの反射率における突然の変化が起こるところで電圧を検出することによって決定されるかもしれない。これらの電圧は直接使用されるかもしれないか、または他のパラメタが上述されたようにこれらの電圧を使用して計算されるかもしれない。代わりに、ヒステリシスまたは同様の反射率-電圧曲線が適切なアルゴリズムによって測定されかつ分析されるかもしれない。例えば、ヒステリシスモデルに適合されるかもしれない曲線は、曲線の反射率が決定されるかもしれないある事前に定義された閾値に達する電圧である。
再びブランチ156を参照して、電圧の関数として反射率がブロック160で決定される。いくつかの実施例では、ステップ160は、ブロック158を参照して上述されたような1つ以上の電気的パラメタを決定することを含むかもしれない。ブロック160でなされる決定は、ブロック162でディスプレイに使用するために干渉変調器を容認または拒絶するように使用されるかもしれない。上述されたような、または図8で表現されたヒステリシス特性を観察するなどによる反射率-電圧曲線の一般的な形に基づいて、容認か拒絶の評価基準が特定のパラメタのための値と許容差に基づかされるかもしれない。
ブランチ154とブランチ156の両方が次に任意に決定ブロック164に進み、追加の干渉変調器がテストされるべきであるか否かが決定される。追加の干渉変調器は同じアレイ上の変調器であるかもしれない。例えば、ディスプレイの干渉変調器の異なった部分集合がテストされるかもしれない。追加の干渉変調器がテストされるべきであるならば、処理は追加の干渉変調器からの光の反射率を検出するためにブロック152に戻る。追加の変調器がテストされる必要はないならば、処理はブロック166で終わる。
一実施例では、ステップ150-152-158またはステップ150-152-160の図9で表現される系列は図10で表現されるフローチャートに従って進むかもしれない。図10のブロック150では、時間-変化電圧が図9で説明されたように適用されている。ブロック170では、干渉変調器からの光の反射率が決定され、同時に、変調器に適用された電圧が測定される。決定ブロック172では、時間-変化電圧の適用中の任意の時間に反射率における突然の変化が観測されたならば、それが決定される。反射率における突然の変化の不在は、適用された電圧が干渉変調器の作動を引き起こすために十分高いレベルに達しなかったことを示すかもしれない。したがって、反射率における突然の変化が観測されないならば、処理はブロック174に進み、そこで時間-変化電圧の最大の電圧が増加されて、処理はブロック150でやり直される。反射率における突然の変化が決定ブロック172で観測されるならば、処理はブロック176に進み、そこで作動状態における干渉変調器からの平均測定反射率が予め決定された正の固定値に正規化される。次に、非駆動(例えば、0V) 状態における干渉変調器からの測定反射率がブロック178で予め決定された負の固定値に正規化される。最終的に、ブロック180で、作動と解放電位は、正規化された反射率がゼロ値に交差するところで電位を決定することによって決定される。テストの処理は次に図9のブロック164またはブロック162のように進むかもしれない。
一実施例では、時間-変化電圧刺激は周期的な様式で適用される。このようにして、例えば一連の多重三角波形が干渉変調器に適用されるかもしれない。一連の波形は一連のヒステリシス曲線を検出するのに使用されるかもしれない。これらのヒステリシス曲線は、統計が駆動するパラメタを決定するため、または品質管理決定をするために適用されるかもしれない複数のパラメタを計算するのに使用されるかもしれない。代わりに、多重ヒステリシス曲線は、パラメタ決定の前に信号対雑音比を増加させるように平均される。
いくつかの実施例では、テストの処理は自動化されるかもしれない。このようにして、例えば、適用された電圧刺激の関数としての反射率の検出は、干渉変調器アレイの予め定められた領域で自動的に実行されるかもしれない。パラメタの計算および品質管理決定は、計算装置で実行される適当なアルゴリズムを使用して自動的に実行されるかもしれない。その上、テスト装置内の干渉変調器アレイの位置決めは、大量製産される干渉変調器ディスプレイの高いスループットを達成することができるように自動化されるかもしれない。いくつかの実施例において、大量製産されるディスプレイの選択された割合のサンプルが品質管理目的のためにテストされる。
上述されたテストを実行するのに適した装置の一実施例が図11で表現される。干渉変調器アレイ200は電圧駆動源202に電気的に接続される。電圧駆動源202は三角電圧波形などの時間-変化電圧刺激をアレイに適用する。電圧信号はアレイのすべての干渉変調器に同時に適用されるかもしれない。代わりに、電圧信号は反射率が測定されているそれらの干渉変調器だけに適用されるかもしれない。光源204は干渉変調器の照明を提供する。一実施例では、標準のD65光源が光源204に使用される。光源204は干渉変調器アレイ200に光206を供給し、それは上向きに反射される。光検出器208は干渉変調器アレイ200から反射される光206の強度を検出するのに使用されるかもしれない。拡散器フィルム210が干渉変調器アレイ200の上に任意に置かれるかもしれない。拡散器フィルム210は干渉変調器アレイ200に伝達されかつそこから反射された光206を拡散する。そのような拡散は光源204と検出器208がアレイ200に関して角度212と214に置かれることを許容する。角度212と214が補足的であるならば、アレイ200からの反射率が最大である間、拡散器フィルム210の使用は鏡面反射角度から外れた検出を可能にする。拡散器フィルム210が使用されないならば、その時、光206はアレイ200に垂直に近い角度でアレイ200に入りかつアレイから反射して戻ることが有利である。干渉変調器が通常狭い視野角を有して反射光の強度をより広い角度で急速に低下させるので、そのような構成は望ましい。適切なソフトウェアを実行するコンピュータ216は反射率対電圧の特性(例えば、ヒステリシス曲線)を記録し、電気的パラメタを計算するように使用されるかもしれない。また、コンピュータ216は干渉変調器の自動化されたテストを制御するのに使用されるかもしれない。
図12は干渉変調器の反射率測定のため拡散器フィルムの使用なしでインライン照明と検出を許容する装置を表現する。図12の構成では、図11で識別した角度212と214が有効にゼロまで減少される。図12では、光源204はビーム分離器220に光206を供給する。光206の一部はビーム分離器220から干渉変調器アレイ200に向けて反射され、アレイは電圧源202によって駆動されている。アレイ200から反射された光206の部分はビーム分離器220を通過して光検出器208に入る。検出器は上で説明されたコンピュータ216に接続されるかもしれない。任意に、顕微鏡のレンズ222はアレイ200の干渉変調器の一部に入射光と検出領域の焦点を合わせるのに使用されるかもしれない。当業者はインライン照明と検出を達成するための他の方法を認識するだろう。例えば、一部が入射光を供給し、他が反射光を検出する光ファイバーの束がアレイ200の必要な領域の上に並べられるかもしれない。
図13は複数の干渉変調器素子250を含む干渉変調器アレイ200を表現する。上で議論したように、顕微鏡のレンズは干渉変調器アレイ200の一部における反射率の検出の焦点を合わせるのに使用されるかもしれない。したがって、例えば、領域252はテストの間検出される領域であるかもしれない。テストされる領域252は適当なサイズのものであるかもしれない。一実施例では、ほんのいくつかの干渉変調器素子250が含まれる。一実施例では、およそ1mmの直径のスポットが測定される。いくつかの実施例では、領域252、254、256、258、および260などの多領域が同じアレイ200上で連続して測定される。領域の数と領域の位置は必要なテスト規格に基づいて選択されるかもしれない。例えば、ディスプレイテストのためにANSIかVESAによって提案されたスポット測定の数と推薦されたそれらの位置が使用されるかもしれない。一実施例では、アレイ200のセンターの近くのただ一つの領域252が測定される。
一実施例では、カラー干渉変調器がテストされる。この実施例では、各色から反射率を別々にテストするのが有利である。したがって、サブ画素の各組は別々に駆動され、反射率は別々に測定されるかもしれない。例えば、緑および青サブ画素が作動(例えば、暗い)状態に駆動されている間、ディスプレイの赤サブ画素すべてが時間-変化電圧刺激で駆動されるかもしれない。したがって、赤サブ画素だけからの反射率が測定される。青および緑サブ画素の別々のヒステリシス特性が同様に測定されるかもしれない。
以上の例はある実施例に関して説明されたが、当業者には他の実施例が明らかになるだろう。さらに、他の組み合わせ、省略、代替および変更はここに開示の観点で当業者に明らかであろう。発明の範囲は請求項のみで制限される。
第1の干渉変調器の可動反射層が解放位置にあり、第2の干渉変調器の可動反射層が作動位置にある干渉変調器ディスプレイの一実施例の部分を表現する等角図である。 3x3 干渉変調器ディスプレイを組み込んだ電子装置の一実施例を示すシステムブロックダイアグラムである。 図1の干渉変調器の一例示的実施例について可動ミラー位置対適用電圧のダイヤグラムである。 干渉変調器ディスプレイを駆動するのに使用されるかもしれない一組の行および列電圧の図である。 図2の3x3 干渉変調器ディスプレイにおける表示データの一例示的フレームを示す。 図5Aのフレームを書き込むのに使用されるかもしれない行および列信号の一例示的タイムチャートを示す。 図1の装置の断面図である。 干渉変調器の代替実施例の断面図である。 干渉変調器の別の代替実施例の断面図である。 三角電圧波形が干渉変調器に適用されるとき時間の関数としての適用電圧と反射率応答のプロットである。 適用電圧の関数としての干渉変調器からの反射率のプロットである。 時間-変化電圧刺激を適用して、反射率応答を測定することによって、干渉変調器をテストする方法を表現するフローチャートである。 反射率を正規化することにより干渉変調器の作動および解放電圧を決定する方法を表現するフローチャートである。 電圧刺激を適用して、反射率応答を測定することによって干渉変調器をテストするための装置の図である。 電圧刺激を適用して、インライン照明と検出を使用して反射率応答を測定することによって干渉変調器をテストするための装置の図である。 識別されたテスト領域を有する干渉変調器アレイの図である。
符号の説明
12a、12b・・・干渉変調器 20・・・透明な基板 14a、14b・・・可動の高反射層 16a、16b・・・固定された部分的反射層 30・・・画素アレイ 202・・・電圧駆動源 204・・・光源 208・・・光検出器

Claims (47)

  1. 干渉変調器に三角電圧波形を適用し、
    干渉変調器からの光の反射率を検出することを含む、複数の干渉変調器をテストする方法。
  2. 三角波形を適用するステップが干渉変調器を作動および非作動状態間で異ならせる請求項1の方法。
  3. 三角波形がおよそ20Hz未満の周波数を持っている請求項1の方法。
  4. 三角波形がおよそ1Hzからおよそ15Hzまでの周波数を持っている請求項3の方法。
  5. 三角波形の振幅が干渉変調器の正または負へ行く作動を起こすのに必要な電圧よりも大きい請求項1の方法。
  6. 三角波形の振幅が干渉変調器の正または負へ行く作動を起こすのに必要な電圧のおよそ1.5倍未満である請求項5の方法。
  7. 三角電圧波形が反射ディスプレイのすべての干渉変調器に同時に適用される請求項1の方法。
  8. 検出するステップが反射ディスプレイのすべての干渉変調器より少ない干渉変調器から反射率を検出することを含む請求項1の方法。
  9. 検出するステップが光学検出器で反射率を測定することを含む請求項1の方法。
  10. 検出するステップが干渉変調器の正面に置かれた拡散器を通して反射率を測定することを含む請求項1の方法。
  11. 検出するステップが干渉変調器に実質的に垂直な角度で反射率を測定することを含む請求項1の方法。
  12. 複数の干渉変調器を駆動する電気的パラメタを決定する方法であって、
    干渉変調器に時間-変化電圧刺激を適用し、
    干渉変調器からの光の反射率を検出し、および
    前記時間-変化電圧刺激に応答して光の前記反射率から1つ以上の電気的パラメタを決定することを含み、電気的パラメタは干渉変調器の状態における変化を起こすのに十分な電気的パラメタを示す方法。
  13. 決定ステップが干渉変調器を非作動から作動状態に変化させるのに必要な電圧を決定することを含む請求項12の方法。
  14. 決定ステップが干渉変調器を作動状態から非作動に変化させるのに必要な電圧を決定することを含む請求項12の方法。
  15. 決定ステップが干渉変調器におけるバイアス電圧の振幅を決定することを含む請求項12の方法。
  16. 決定ステップが干渉変調器におけるオフセット電圧の振幅を決定することを含む請求項12の方法。
  17. 決定ステップが干渉変調器におけるメモリ窓の振幅を決定することを含む請求項12の方法。
  18. 決定ステップが、
    反射率を1つ以上の予め決定された値に正規化し、および
    正規化された反射率がゼロに交差する電位を決定することを含む請求項12の方法。
  19. 複数の干渉変調器構造をテストする方法であって、
    時間-変化電圧波形を干渉変調器に適用し、
    干渉変調器からの光の反射率を検出し、
    光の反射率を電圧の関数として決定し、および
    前記決定に基づいてディスプレイにおける使用のために十分な品質のときに複数の干渉変調器を識別することを含む方法。
  20. 電圧の関数としての前記光の反射率が、事前に定義されたヒステリシス特性を表示するなら、ディスプレイに使用するために十分な品質があるとして干渉変調器を識別することを付加的に含む請求項19の方法。
  21. 電圧の関数として前記光の反射率が、事前に定義された閾値窓内にある干渉変調器のメモリ窓の振幅を示すならば、ディスプレイに使用するために十分な品質があるとして干渉変調器を識別する請求項19の方法。
  22. 電圧の関数としての前記光の反射率が、事前に定義された閾値窓内にある干渉変調器のバイアス電圧の振幅を示すならば、ディスプレイに使用するために十分な品質があるとして干渉変調器を識別する請求項19の方法。
  23. 複数の干渉変調器をテストするシステムであって、
    複数の干渉変調器に入射光を供給するように適合された照明源と、
    それらの状態を変化するように干渉変調器に十分な電圧を適用するように適合された電圧源と、および
    複数の干渉変調器から反射された光を検出するように適合された光学検出器とを含むシステム。
  24. 照明源が干渉変調器に実質的に垂直な角度で入射光を供給する請求項23のシステム。
  25. 電圧源が反射ディスプレイのすべての干渉変調器に同時に電気的に接続される請求項23のシステム。
  26. 電圧源が時間-変化電圧波形を適用するように適合された請求項23のシステム。
  27. 電圧源が三角電圧波形を適用するように適合された請求項26のシステム。
  28. 光学検出器が光検出器である請求項23のシステム。
  29. 光学検出器が反射ディスプレイのすべての干渉変調器より少ない干渉変調器からの光を検出するように適合された請求項23のシステム。
  30. 光学検出器が干渉変調器に実質的に垂直な角度で光を検出するように適合された請求項23のシステム。
  31. 光学検出器が拡散器を通して光を検出するように適合された請求項23のシステム。
  32. 光学検出器の正面に配置されたフィルタをさらに含んでいる請求項23のシステム。
  33. 複数の干渉変調器をテストする方法であって、
    時間-変化電圧波形を干渉変調器に適用し、
    干渉変調器からの光の反射率を検出し、
    1回以上前記適用と検出ステップを反復し、
    少なくとも検出された反射率の一部を平均し、および
    前記平均された反射率から1つ以上の電気的パラメタを決定することを含む方法。
  34. ディスプレイが各々異なる色に対応している複数のサブ画素タイプを含む、カラー干渉変調器ディスプレイをテストする方法であって、
    １つのサブ画素タイプに時間-変化電圧波形を適用し、
    前記サブ画素タイプからの光の反射率を検出し、
    前記検出から1つ以上の電気的パラメタを決定し、および
    別のサブ画素タイプのために前記適用、検出、および決定ステップを反復することを含む方法。
  35. 複数の干渉変調器をテストするシステムであって、
    時間-変化電圧波形を干渉変調器に適用する手段と、
    干渉変調器からの光の反射率を検出する手段と、および
    前記検出された反射率に基づいて1つ以上のパラメタを決定する手段とを含むシステム。
  36. 時間-変化電圧波形を適用する手段が電圧源である請求項35のシステム。
  37. 反射率を検出する手段が光検出器である請求項35のシステム。
  38. 1つ以上のパラメタを決定する手段がコンピュータである請求項35のシステム。
  39. 複数の干渉変調器をテストするシステムを製造する方法であって、
    テストされるべき複数の干渉変調器に入射光を供給するように構成された照明源を適合し、
    それらの状態を変化するようにテストされるべき干渉変調器へ十分な電圧を適用するように構成された電圧源を適合し、および
    複数の干渉変調器から反射された光を検出するように構成された光学検出器を適合することを含む方法。
  40. テストされるべき干渉変調器に実質的に垂直な角度の入射光を供給するように構成された照明源を適合することをさらに含む請求項39の方法。
  41. 反射ディスプレイにおいてテストされるべきすべての干渉変調器に同時に電気的に接続されるように構成された電圧源を適合することをさらに含む請求項39の方法。
  42. 電圧源を適合することが時間-変化電圧波形を適用するように構成されたことであることをさらに含む請求項39の方法。
  43. 干渉変調器に三角電圧波形を適用し、および
    干渉変調器からの光の反射率を検出することを含むテスト方法でテストされた干渉変調器。
  44. 干渉変調器を作動および非作動状態間で変化させる三角波形を適用する請求項43の干渉変調器。
  45. 三角電圧波形が反射ディスプレイにおけるすべての干渉変調器に同時に適用される請求項43の干渉変調器。
  46. 反射率を検出することが光学検出器で測定することを含む請求項43の干渉変調器。
  47. 検出するステップが干渉変調器に実質的に垂直な角度で反射率を測定することを含む請求項43の干渉変調器。
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