JP2015519608A - ディスプレイドライバ出力を生じさせるためのチャージポンプ - Google Patents

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Abstract

本開示は、複数の電圧レベルを有する波形でディスプレイ配列を駆動するためのシステム、方法、および装置を提供し、この複数の電圧の第1のサブセットは、定義された量だけ複数の電圧の第2のサブセットと異なる。一態様では、ディスプレイドライバ回路は、前記複数の電圧の第1のサブセットを生成するように構成された電源と、複数の電圧の第1のサブセットを入力として、複数の電圧の第2のサブセットを出力として有するチャージポンプとを備える。このチャージポンプは、各出力電圧と対応するコンデンサとの間にスイッチを含まなくてもよい。

Description

本開示は、干渉変調器などの電気機械システムを駆動する方法およびシステムに関する。
電気機械システム(EMS)は、電気的要素および機械的要素、アクチュエータ、トランスデューサ、センサ、鏡および光学フィルムなどの光学部品、ならびに電子部品を有するデバイスを含む。EMSデバイスまたは要素は、マイクロスケールおよびナノスケールを含むがこれらに限定されない、様々なスケールで製造可能である。たとえば、マイクロ電気機械システム(MEMS)デバイスは、約1ミクロンから数百ミクロン以上の範囲にわたるサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム(NEMS)デバイスは、たとえば数百ナノメートルより小さいサイズを含む、1ミクロンより小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気機械的要素は、堆積、エッチング、リソグラフィ、ならびに/あるいは基板および/もしくは堆積材料層の一部をエッチング除去する、または層を追加して、電気デバイスおよび電気機械的デバイスを形成する他のマイクロマシニングプロセスを使用して、作製可能である。
EMSデバイスの1種は干渉変調器(IMOD)と呼ばれる。IMODまたは干渉光変調器という用語は、光学的干渉の原理を使用して光を選択的に吸収かつ/または反射するデバイスを指す。いくつかの実装形態では、IMODディスプレイ素子は、1対の導電性プレートを含むことができ、そのうちの一方または両方は、全体的または部分的に透明かつ/または反射性であってもよく、適切な電気信号の印加により相対運動が可能である。たとえば、一方のプレートは、基板上に堆積されたまたは基板によって支持された固定層を含むことができ、他方のプレートは、エアギャップによって固定層から分離された反射膜を含むことができる。一方のプレートのもう1つのプレートに対する位置は、IMODディスプレイ素子に入射する光の光学的干渉を変化させることができる。IMODベースのディスプレイデバイスは、広範囲の用途を有し、既存の製品の改良および新製品、特に表示機能を有する製品の開発での使用が予想されている。当技術分野において、既存の製品を改善したり、まだ開発されていない新しい製品を作り出したりする際にこれらのタイプのデバイスの特徴が活用できるように、これらのタイプのデバイスの特性を利用および/または修正することは有益であろう。
本開示のシステム、方法、およびデバイスはそれぞれ、いくつかの革新的な態様を有し、そのいずれも、本明細書で開示される望ましい属性に単独で寄与するものではない。
本開示で説明する主題の1つの革新的な態様は、複数の電圧を有する波形でディスプレイ配列を駆動するように構成されたディスプレイドライバ回路において実施可能である。この複数の電圧の第1のサブセットは、定義された量だけ複数の電圧の第2のサブセットと異なる。この実装形態では、ディスプレイドライバ回路は、複数の電圧の第1のサブセットを生成するように構成された電源回路構成要素と、複数の電圧の第1のサブセットを入力として、複数の電圧の第2のサブセットを出力として有し、複数の電圧の第2のサブセットの各々に対して別個のブーストコンデンサを含むチャージポンプとを含む。複数の電圧の第2のサブセットの各々は、その対応するブーストコンデンサに直接接続される。
いくつかの実装形態では、複数の電圧の第2のサブセットのうち少なくともいくつかは、少なくとも20Vの大きさを有する。複数の電圧の第2のサブセットのうち少なくともいくつかは、電圧をディスプレイ配列のコモンラインに印加するために別個の集積回路上で実施されるスイッチング回路に通すことが可能である。
本開示で説明する主題の別の革新的態様は、複数の電圧を有する波形でディスプレイ配列を駆動する方法であって、この複数の電圧の第1のサブセットは定義された量だけ複数の電圧の第2のサブセットと異なる、方法において実施可能である。この方法は、複数の電圧の第1のサブセットを生成すること、および第1の集積回路上で実施されるスイッチング回路とともにチャージポンプを使用して複数の電圧の第2のサブセットを生成することであって、このチャージポンプは、複数のブーストコンデンサを含み、複数の電圧の第1のサブセットを入力として、複数の電圧の第2のサブセットを出力として有する、生成することを含むことができる。この方法は、ブーストコンデンサの出力端子にかかる電圧を、第1の集積回路上のスイッチを通過することなく第2の集積回路上のスイッチング回路に直接通すことをさらに含むことができる。
本開示で説明する主題の別の革新的態様は、複数の電圧を有する波形でディスプレイ配列を駆動するように構成され、この複数の電圧の第1のサブセットは、定義された量だけ複数の電圧の第2のサブセットと異なる、ディスプレイドライバ回路において実施可能である。この実装形態では、ディスプレイドライバ回路は、複数の電圧の第1のサブセットを生成するための手段と、複数の電圧の第1のサブセットを入力として、複数の電圧の第2のサブセットを出力として有し、複数の電圧の第2のサブセットの各々に対して別個のブーストコンデンサを含むチャージポンプを使用して、複数の電圧の第2のサブセットを生成するための手段とを含む。この実装形態では、複数の電圧の第2のサブセットの各々は、その対応するブーストコンデンサに直接接続される。
本開示に記載されている主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明で説明する。本開示において提供されている例は主にEMSベースディスプレイおよびMEMSベースディスプレイに関して説明しているが、本明細書で提供される概念は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオード(「OLED」)ディスプレイ、および電界放出ディスプレイなどの他の種類のディスプレイに適用することができる。その他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。以下の図の相対的寸法が縮尺通りに描かれていない場合があることに留意されたい。
IMODディスプレイデバイスのディスプレイ素子の系列または配列内の2つの隣接する干渉変調器(IMOD)ディスプレイ素子を示す等角図である。 IMODディスプレイ素子の3つの素子×3つの素子配列を含むIMODベースディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図である。 IMODディスプレイ素子のための可動反射層位置対印加電圧を示すグラフである。 様々なコモン電圧およびセグメント電圧が印加されたときのIMODディスプレイ素子の様々な状態を示す表である。 画像を表示するIMODディスプレイ素子の3つの素子×3つの素子配列におけるディスプレイデータのフレームの図である。 図5Aに示されるディスプレイ素子にデータを書き込むために使用されうるコモン信号およびセグメント信号のためのタイミング図である。 複数のIMODディスプレイ素子を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図である。 複数のIMODディスプレイ素子を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図である。 IMODディスプレイ素子の様々な実装形態の断面図である。 IMODディスプレイ素子の様々な実装形態の断面図である。 IMODディスプレイ素子の様々な実装形態の断面図である。 IMODディスプレイ素子の様々な実装形態の断面図である。 IMODディスプレイ素子の様々な実装形態の断面図である。 カラー画素を示す干渉変調器の2×3配列の概略図である。 別の例示的な駆動方式を使用して図8の2×3ディスプレイにディスプレイデータのフレームを書き込むために使用されうるセグメント信号およびコモン信号の例示的なタイミング図である。 図9の駆動方式を使用するときの様々な電圧の生成およびディスプレイへの印加を示すシステムブロック図である。 図10の電源の一実装形態を示すシステムブロック図である。 図11のシステムで使用可能なオーバードライブ電圧を生成するためのチャージポンプの一実装形態の回路図である。 図12に示されるチャージポンプの実装形態によって生成されるオーバードライブ電圧信号のタイミング図である。 オーバードライブ電圧を生成するためのプロセスの一実装形態の流れ図である。 オーバードライブ電圧を生成するためのチャージポンプの第2の実装形態を示す図である。 オーバードライブ電圧を生成するためのチャージポンプの第3の実装形態を示す図である。 オーバードライブ電圧を生成するためのチャージポンプの第4の実装形態を示す図である。 オーバードライブ電圧を生成するためのチャージポンプの第5の実装形態を示す図である。
種々の図面における同じ参照符号および名称は、同じ要素を示す。
以下の説明は、本開示の革新的な態様を説明することを目的として、ある特定の実装形態を対象とする。しかしながら、本明細書における教示は多数の異なる方法で適用できることが、当業者には容易に理解されよう。説明する実装形態は、動いていようと(ビデオなど)静止していようと(静止画像など)、および文字であろうと図であろうと絵であろうと、画像を表示するように構成可能ないかなるデバイス、装置、またはシステムでも実施されうる。より具体的には、説明する実装形態は、携帯電話、マルチメディアインターネットに対応したセルラー電話、携帯型テレビ受像機、無線デバイス、スマートフォン、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、無線電子メール受信機、ハンドヘルドコンピュータまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノート型コンピュータ、スマートブック、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、全地球測位システム(GPS)受信機/ナビゲータ、カメラ、デジタルメディアプレーヤ(MP3プレーヤなど)、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算機、テレビモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子書籍端末(たとえば電子書籍リーダー)、コンピュータ用モニタ、自動車のディスプレイ(走行距離計ディスプレイおよび速度計ディスプレイなどを含む)、コックピット制御装置および/またはディスプレイ、カメラ視野のディスプレイ(乗り物の後方監視カメラのディスプレイなど)、電子写真、電子広告板または電光サイン、プロジェクタ、建築構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダまたはカセットプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機/乾燥機、パーキングメータ、包装(微小電気機械システム(MEMS)アプリケーションを含む電気機械システム(EMS)アプリケーションならびに非EMSアプリケーションにおいてなど)、芸術的構造(宝石または衣服への画像の表示など)、ならびに様々なEMSデバイスなどであるがこれらに限定されない様々な電子デバイスに含まれても、関連付けられもよいことが企図されている。本明細書における教示は、電子スイッチングデバイス、無線周波数フィルタ、センサ、加速度計、ジャイロスコープ、動き検知デバイス、磁力計、民生用
電子機器の慣性構成要素、民生用電子機器製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動スキーム、製造プロセス、および電子検査機器などであるがこれらに限定されない、ディスプレイ以外の用途でも使用されうる。したがって、当業者には容易に明らかであるように、本教示は、図のみに示されている実装形態に限定されるのではなく、代わりに広い適用可能性を有することを意図する。
電気機械的デバイスベースのディスプレイが大型化するにつれて、ディスプレイ全体のアドレス指定がより困難になり、所望のフレームレートを達成することがより困難になりうる。これらの問題は、電気機械的デバイスの所与の行に新しい行が書き込まれる前にその行が解放され、電圧のより小さい範囲を使用してデータ情報が伝達される低電圧駆動方式では、ライン時間の短縮を可能にすることによって対処される。しかしながら、そのような駆動方式は複数の異なる電圧を使用し、それによって、電源の設計が複雑になり、電源出力をディスプレイのアドレス指定に利用可能に保つために、より多くの電力が必要となる。本明細書では、必要とされるときに必要な出力のうちいくらかを他の出力から得る、より簡単および電力効率のより良い電源回路が開示されている。
説明する実装形態を適用可能な適切なEMSまたはMEMSデバイスもしくは装置の一例は、反射型ディスプレイデバイスである。反射型ディスプレイデバイスは、光学的干渉の原理を使用して干渉変調器(IMOD)ディスプレイ素子に入射する光を選択的に吸収かつ/または反射するように実装されうるIMODディスプレイ素子を組み込むことができる。IMODディスプレイ素子は、部分光吸収体と、この吸収体に対して可動な反射体と、吸収体と反射体の間に画定された光共振空洞とを含むことができる。いくつかの実装形態では、反射体は、2つ以上の異なる位置に移動でき、これによって光共振空洞の大きさを変更でき、それによりIMODの反射率に影響を及ぼす。IMODディスプレイ素子の反射スペクトルは、可視波長全体をシフトして様々な色を生成可能なかなり幅広いスペクトルバンドをもたらすことができる。スペクトルバンドの位置は、光共振空洞の厚さを変更することによって調節されうる。光共振空洞を変更する1つの方法は、吸収体に対する反射体の位置を変更することによる。
図1は、IMODディスプレイデバイスのディスプレイ素子の系列または配列内の2つの隣接する干渉変調器(IMOD)ディスプレイ素子を示す等角図である。IMODディスプレイデバイスは、1つまたは複数の、干渉MEMSディスプレイ素子などの干渉EMSディスプレイ素子を含む。これらのデバイスでは、干渉MEMSディスプレイ素子は、明状態または暗状態のどちらかで構成可能である。明(「弛緩(relaxed)」、「開」、または「オン」など)状態では、ディスプレイ素子は、入射可視光の大部分を反射する。逆に、暗(「作動」、「閉」、または「オフ」など)状態では、ディスプレイ素子は、入射可視光をほとんど反射しない。MEMSディスプレイ素子は、主に光の特定の波長で反射するように構成可能であり、黒色および白色に加えてカラー表示を可能にする。いくつかの実装形態では、複数のディスプレイ素子を使用することによって、原色の様々な強度および灰色の濃淡を達成することができる。
IMODディスプレイデバイスは、行および列の形で整列されうるIMODディスプレイ素子の配列を含むことができる。配列内の各ディスプレイ素子は、空気ギャップ(光学ギャップ、空洞、または光共振空洞とも呼ばれる)を形成するために互いから可変および制御可能な距離のところに配置された可動反射層(すなわち、機械層とも呼ばれる可動層)および固定部分反射層(すなわち固定層)などの反射層および半反射層からなる少なくとも1対を含むことができる。可動反射層は、少なくとも2つの位置の間で移動されうる。たとえば、第1の位置すなわち弛緩位置では、可動反射層は、固定部分反射層からのある距離に配置されうる。第2の位置すなわち作動位置では、可動反射層は、部分反射層により近く配置されうる。2つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置および入射光の波長に応じて強め合うように(constructively)および/または弱め合うように(destructively)干渉し、各ディスプレイ素子について全体反射状態または非反射状態を作り出すことができる。いくつかの実装形態では、ディスプレイ素子は、作動されていないとき反射状態にあり、可視スペクトル内で光を可視化することができ、かつ作動されているとき暗状態にあり、可視域内で光を吸収および/または干渉することができる。しかし、他のいくつかの実装形態では、IMODディスプレイ素子は、作動されていないときは暗状態になり、作動されているときは反射状態になることができる。いくつかの実装形態では、印加電圧の導入により、ディスプレイ素子を駆動して状態を変更させることができる。他のいくつかの実装形態では、電荷の印加により、ディスプレイ素子を駆動して状態を変更させることができる。
図1の配列の図示された部分は、IMODディスプレイ素子12の形態をとる2つの隣接する干渉MEMSディスプレイ素子を含む。(図示される)右側のディスプレイ素子12では、可動反射層14は、光学スタック16に近い、これに隣接する、またはこれに接する作動位置で示されている。右側のディスプレイ素子12に印加される電圧Vbiasは、可動反射層14を移動させ、作動位置に維持するのに十分である。(図示される)左側のディスプレイ素子12では、可動反射層14は、光学スタック16からある距離(設計パラメータに基づいてあらかじめ決定されてよい)にある弛緩位置で示されており、光学スタック16は部分反射層を含む。左側のディスプレイ素子12に印加される電圧V0は、右側のディスプレイ素子12の作動位置などの作動位置への可動反射層14の作動を引き起こすのに不十分である。
図1では、IMODディスプレイ素子12の反射特性は、IMODディスプレイ素子12に入射する光13を示す矢印および左側のディスプレイ素子12から反射する光15により概括的に示されている。ディスプレイ素子12に入射する光13のほとんどは透明基板20を通って光学スタック16の方へ透過することができる。光学スタック16に入射する光の一部分は、光学スタック16の部分反射層を透過することができ、一部分は反射して透明基板20を通る。光学スタック16を透過する光13の一部分は、可動反射層14から反射して、透明基板20の方へ進む(さらに、これを通る)ことができる。光学スタック16の部分反射層から反射した光と可動反射層14から反射した光の間の(強め合う(constructive)および/または弱め合う(destructive))干渉により、デバイスの観視(viewing)側すなわち基板側のディスプレイ素子12から反射する光15の波長の強度が部分的に決まる。いくつかの実装形態では、透明基板20は、ガラス基板(ガラス板またはガラスパネルと呼ばれることがある)とすることができる。ガラス基板は、たとえば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、石英、パイレックス(登録商標)、または他の適切なガラス材料であってもよいし、これらを含んでもよい。いくつかの実装形態では、ガラス基板は、0.3、0.5、または0.7ミリメートルの厚さを有することができるが、いくつかの実装形態では、ガラス基板は、これより厚くてもよい(数十ミリメートルなど)し、これより薄くてもよい(0.3ミリメートル未満など)。いくつかの実装形態では、ポリカーボネート基板、アクリル基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)基板、またはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)基板などの非ガラス基板が使用可能である。そのような実装形態では、非ガラス基板は、0.7ミリメートル未満の厚さを有する可能性があるが、基板は、設計上の考慮すべき事項に応じて、これより厚くてもよい。いくつかの実装形態では、金属箔またはステンレス鋼ベースの基板などの不透明基板が使用可能である。たとえば、固定反射層と部分的に透過性および部分的に反射性である可動層とを含む逆IMODベースのディスプレイは、基板の反対側から図1のディスプレイ素子12として見られるように構成され得、不透明基板によって支持されうる。
光学スタック16は、単一の層または複数の層を含むことができる。この層は、電極層、部分的反射性かつ部分的透過性の層、および透明誘電体層のうちの1つまたは複数を含むことができる。いくつかの実装形態では、光学スタック16は、導電性であると共に、部分的透過性かつ部分的反射性であり、たとえば上記の層のうちの1つまたは複数を透明基板20上に堆積させることによって製作されうる。電極層は、種々の金属たとえば酸化インジウムスズ(ITO)などの様々な材料から形成可能である。部分反射層は、種々の金属(たとえばクロムおよび/またはモリブデン)、半導体、および誘電体などの部分的に反射性である様々な材料から形成可能である。部分反射層は、材料の1つまたは複数の層から形成可能であり、層のそれぞれは、単一の材料または材料の組合せから形成可能である。いくつかの実装形態では、光学スタック16の特定の部分は、部分光吸収体と導電体の両方の役割を果たす半透明の単一厚の金属または半導体を含むことができるが、より導電性の高い異なる層または(たとえば、光学スタック16またはディスプレイ素子の他の構造の)部分がIMODディスプレイ素子間で信号をバスで送る(bus)役割を果たすことができる。光学スタック16は、1つまたは複数の導電層または導電/部分吸収層を覆う1つまたは複数の絶縁層または誘電体層を含むこともできる。
いくつかの実装形態では、光学スタック16の層のうちの少なくともいくつかは、平行ストリップにパターニング可能であり、以下でさらに説明するようにディスプレイデバイス内に行電極を形成することができる。当業者には理解されるように、「パターニングされる」という用語は、本明細書では、マスキングプロセスならびにエッチングプロセスを指すために使用される。いくつかの実装形態では、アルミニウム(Al)などの導電性および反射性の高い材料は、可動反射層14に使用されてもよく、これらのストリップは、ディスプレイデバイス内に列電極を形成することができる。可動反射層14は、図示の支柱18などの支持体およびそれら複数の支柱18の間に配置された介在犠牲材料に堆積された列を形成するために、堆積された1つの金属層または複数の層(光学スタック16の行電極と直交する)の一連の平行ストリップとして形成されうる。犠牲材料がエッチングされて除去されると、画定されたギャップ19すなわち光学空洞は、可動反射層14と光学スタック16の間に形成されうる。いくつかの実装形態では、支柱18間の間隔は約1〜1000umであってよく、ギャップ19は、約10,000オングストローム(Å)未満であってもよい。
いくつかの実装形態では、各IMODディスプレイ素子は、作動状態であろうと弛緩状態であろうと、固定反射層および動く反射層によって形成されるコンデンサであるとみなされうる。電圧が印加されないとき、図1の左側のディスプレイ素子12によって示されるように、可動反射層14は、機械的弛緩状態のままであり、可動反射層14と光学スタック16の間にはギャップ19がある。しかし、電位差すなわち電圧が、選択された行および列のうちの少なくとも1つに印加されるとき、対応するディスプレイ素子において行電極と列電極の交差点に形成されたコンデンサが帯電し、静電力が電極を引き合わせる。印加電圧がしきい値を超える場合、可動反射層14は、変形して光学スタック16の近くに移動するかまたは光学スタック16と逆の方向に移動することができる。図1の右側の作動ディスプレイ素子12によって示されるように、光学スタック16内の誘電体層(図示せず)は、短絡を防止し、層14と16の間の分離距離を制御することができる。この挙動は、印加される電位差の極性にかかわらず同じでありうる。アレイ内の一連のディスプレイ素子は、いくつかの例では「行」または「列」と呼ばれることがあるが、一方向を「行」と呼び、別の方向を「列」と呼ぶことは任意であることが、当業者には容易に理解されよう。言い換えると、いくつかの向きでは、行は列とみなされ、列は行とみなされうる。いくつかの実装形態では、行が「コモン」ラインと呼ばれることがあり、列が「セグメント」ラインと呼ばれることがあり、またはその逆もある。その上、ディスプレイ素子は、直交する行と列(「配列」)に均等に構成されても、またはたとえば互いに対してある特定の位置のオフセットを有する(「モザイク」)非線形構成に構成されてもよい。「配列」および「モザイク」という用語は、どちらも構成を指すことができる。したがって、ディスプレイは「配列」または「モザイク」を含むと言及されるが、素子自体は、どのような場合でも、互いに直交するように構成されたり均一な分布に配置されたりする必要はないが、非対称の形状および不均一に分布された素子を有する構成を含むことができる。
図2は、IMODディスプレイ素子の3つの素子×3つの素子配列を含むIMODベースディスプレイを組み込んだ電子デバイスを示すシステムブロック図である。電子デバイスは、1つまたは複数のソフトウェアモジュールを実行するように構成されうるプロセッサ21を含む。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサ21は、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、電子メールプログラム、または他の任意のソフトウェアアプリケーションを含む1つまたは複数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うる。
プロセッサ21は、配列ドライバ22と通信するように構成されうる。配列ドライバ22は、たとえばディスプレイ配列またはパネル30に信号を提供する行ドライバ回路24および列ドライバ回路26を含むことができる。図1に示されるIMODディスプレイデバイスの断面は、図2では線1-1によって示される。図2は、分かりやすくするためにIMODディスプレイ素子の3×3配列を示しているが、ディスプレイ配列30は、非常に多数のIMODディスプレイ素子を含むことができ、列と異なる数のIMODディスプレイ素子を行に有してもよいし、行と異なる数のIMODディスプレイ素子を列に有してもよい。
図3は、IMODディスプレイ素子のための可動反射層位置対印加電圧を示すグラフである。IMODの場合、行/列(すなわち、コモン/セグメント)書き込み手順は、図3に示されるディスプレイ素子のヒステリシス特性を利用することができる。IMODディスプレイ素子は、例示的な一実装形態では、可動反射層すなわち鏡を弛緩状態から作動状態に変化させるために、たとえば約10ボルトの電位差を使用してもよい。電圧がその値から減少するとき、この例では、電圧が10ボルト未満に降下すると、可動反射層はその状態を維持するが、可動反射層は、電圧が2ボルト未満に降下するまで完全には弛緩しない。したがって、図3の例では、約3〜7ボルトの電圧の範囲が存在し、その範囲には、素子が弛緩状態または作動状態のどちらかで安定している印加電圧のウィンドウがある。これは、本明細書において「ヒステリシスウィンドウ」または「安定性ウィンドウ」と呼ばれる。図3のヒステリシス特性を有するディスプレイ配列30では、行/列書き込み手順は、一度に1つまたは複数の行にアドレス指定するように設計可能である。したがって、この例では、所与の行のアドレス指定中に、作動されるべきアドレス指定された行内のディスプレイ素子は約10ボルトの電圧差にさらされることが可能であり、弛緩されるべきディスプレイ素子はゼロボルトに近い電圧差にさらされることが可能である。アドレス指定の後、ディスプレイ素子は定常状態またはこの例では約5ボルトのバイアス電圧差にさらされる可能性があり、したがって、画素は前のストローブ状態または書き込み状態のままである。この例では、アドレス指定された後、各ディスプレイ素子には、約3〜7ボルトの「安定性ウィンドウ」の範囲内の電位差が生じる。このヒステリシス特性特徴により、IMODディスプレイ素子設計は、同じ印加電圧条件下で、作動状態または弛緩状態のどちらかの先在する状態で安定を保つことができる。各IMODディスプレイ素子は、作動状態であろうと弛緩状態であろうと、固定反射層および動く反射層によって形成されたコンデンサの役割を果たすことができるので、この安定状態は、電力を大幅に消費したり損失したりすることなく、ヒステリシスウィンドウの範囲内の定常電圧で保持されうる。さらに、印加電位が実質的に固定されたままである場合、ディスプレイ素子に流れる電流は本質的にほとんどまたは全くない。
いくつかの実装形態では、画像のフレームは、所与の行内のディスプレイ素子の状態の所望の変化(もしあれば)に従って、「セグメント」電圧の形をしたデータ信号を列電極の組に沿って印加することによって生成されうる。次に、配列の各行がアドレス指定可能であり、したがって、そのフレームは一度に1行書き込まれる。所望のデータを第1の行内のディスプレイ素子に書き込むため、第1の行内のディスプレイ素子の所望の状態に対応するセグメント電圧が列電極に印加可能であり、特定の「コモン」電圧または信号の形をした第1の行パルスが第1の行電極に印加可能である。次に、セグメント電圧の組は、第2の行内のディスプレイ素子の状態の所望の変化(もしあれば)に対応するように変更可能であり、第2のコモン電圧が第2の行電極に印加可能である。いくつかの実装形態では、第1の行内のディスプレイ素子は、列電極に沿って印加されたセグメント電圧の変化による影響を受けず、第1のコモン電圧行パルス中に設定された状態のままである。このプロセスは、画像フレームを生成するために一連の行あるいは列の全体について連続的に繰り返し可能である。フレームは、このプロセスを毎秒ある所望数のフレームで連続的に繰り返すことによって、新しい画像データでリフレッシュおよび/または更新されうる。
各ディスプレイ素子にわたって印加されるセグメント信号およびコモン信号の組合せ(すなわち各ディスプレイ素子または画素にわたる電位差)によって、各ディスプレイ素子の得られる状態が決まる。図4は、種々の一般的な電圧およびセグメント電圧が印加されたときのIMODディスプレイ素子の種々の状態を示す表である。当業者には容易に理解されるように、「セグメント」電圧は、列電極または行電極のどちらかに印加可能であり、「コモン」電圧は、列電極または行電極の他方に印加可能である。
図4に示されるように、解放(release)電圧VCRELがコモンラインに沿って印加されるとき、コモンラインに沿ったすべてのIMODディスプレイ素子は、セグメントラインに沿って印加される電圧すなわち高いセグメント電圧VSHおよび低いセグメント電圧VSLに関係なく、弛緩状態に置かれ、弛緩状態は、あるいは解放状態または非作動状態と呼ばれる。具体的には、解放電圧VCRELがコモンラインに沿って印加されるとき、変調器ディスプレイ素子または画素にわたる電位(あるいはディスプレイ素子または画素電圧と呼ばれる)は、そのディスプレイ素子に関して対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧VSHが印加されるときと低いセグメント電圧VSLが印加されるときの両方で、弛緩ウィンドウ(図3を参照、解放ウィンドウとも呼ばれる)の範囲内にあってもよい。
高い保持電圧VCHOLD_Hまたは低い保持電圧VCHOLD_Lなどの保持電圧がコモンラインに印加されるとき、そのコモンラインに沿ったIMODディスプレイ素子の状態は一定のままである。たとえば、弛緩されたIMODディスプレイ素子は弛緩位置のままであり、作動IMODディスプレイ素子は作動位置のままである。保持電圧は、対応するセグメントラインに沿って高いセグメント電圧VSHが印加されるときと低いセグメント電圧VSLが印加されるときの両方でディスプレイ素子電圧が安定性ウィンドウの範囲内にあるままであるように選択されうる。したがって、この例でのセグメント電圧の振幅は高いセグメント電圧VSHと低いセグメント電圧VSLの差であり、正の安定性ウィンドウまたは負の安定性ウィンドウのどちらかの幅より小さい。
高いアドレッシング電圧VCADD_Hまたは低いアドレッシング電圧VCADD_Lなどのアドレッシング電圧すなわち作動電圧がコモンラインに印加されるとき、データは、それぞれのセグメントラインに沿ってセグメント電圧を印加することにより、そのコモンラインに沿って変調器に選択的に書き込まれうる。セグメント電圧は、印加されるセグメント電圧に作動が依存するように選択されうる。アドレッシング電圧がコモンラインに沿って印加されるとき、一方のセグメント電圧を印加すると、ディスプレイ素子電圧は安定性ウィンドウの範囲内にあり、ディスプレイ素子は非作動のままである。対照的に、他方のセグメント電圧を印加すると、ディスプレイ素子電圧は安定性ウィンドウを超え、ディスプレイ素子が作動する。作動を引き起こす特定のセグメント電圧は、どのアドレッシング電圧が使用されるかに応じて変化することができる。いくつかの実装形態では、高いアドレッシング電圧VCADD_Hがコモンラインに沿って印加されるとき、高いセグメント電圧VSHの印加により、変調器をその現在の位置のままにさせることができ、低いセグメント電圧VSLの印加により、変調器の作動を引き起こすことができる。当然の結果として、低いアドレッシング電圧VCADD_Lが印加されるとき、セグメント電圧の影響は反対とすることが可能であり、高いセグメント電圧VSHは変調器の作動を引き起こし、低いセグメント電圧VSLは、実質的に変調器の状態への影響をもたらさない(すなわち、安定を保つ)。
いくつかの実装形態では、変調器にわたって同じ極性電位差を生成する保持電圧、アドレス電圧、およびセグメント電圧が使用可能である。いくつかの他の実装形態では、時々変調器の電位差の極性を交番する信号が使用されうる。変調器にわたる極性の交番(すなわち書き込み手順の極性の交番)は、単一極性の書き込み動作を繰り返した後に発生する可能性のある電荷蓄積を減少または阻止することができる。
図5Aは、画像を表示するIMODディスプレイ素子の3つの素子×3つの素子配列におけるディスプレイデータのフレームの図である。図5Bは、図5Aに示されるディスプレイ素子にデータを書き込むために使用されうるコモン信号およびセグメント信号のためのタイミング図である。図5Aの暗い格子縞模様パターンで示されている作動されたIMODディスプレイ素子は暗状態にあり、すなわち、反射された光のかなりの部分は、たとえばビューアに暗色の外観を与えるように可視スペクトルの範囲外にある。作動されていないIMODディスプレイ素子の各々は、干渉空洞ギャップ高さに対応する色を反射する。図5Aに示されているフレームを書き込む前、ディスプレイ素子はどのような状態であってもよいが、図5Bのタイミング図に示される書き込み手順は、各変調器が解放されており、第1のライン時間60aの前に非作動状態にあることを仮定している。
第1のライン時間60a中:解放電圧70がコモンライン1に印加され、コモンライン2に印加される電圧は、高い保持電圧72で始まり、解放電圧70に移行し、低い保持電圧76がコモンライン3に沿って印加される。したがって、コモンライン1に沿った変調器(コモン1,セグメント1)、(1,2)、および(1,3)は、第1のライン時間60aの持続時間の間は弛緩状態すなわち非作動状態のままであり、コモンライン2に沿った変調器(2,1)、(2,2)、および(2,3)は弛緩状態に移行し、コモンライン3に沿った変調器(3,1)、(3,2)、および(3,3)は前の状態のままである。いくつかの実装形態では、セグメントライン1、2、および3に沿って印加されるセグメント電圧はIMODディスプレイ素子の状態に影響を及ぼさない。というのは、コモンライン1、2、または3のいずれも、ライン時間60a中に作動を引き起こす電圧レベルにさらされないからである(すなわち、VCREL弛緩およびVCHOLD_L安定)。
第2のライン時間60b中、コモンライン1にかかる電圧は高い保持電圧72に移行し、コモンライン1に沿ったすべての変調器は、印加されるセグメント電圧に関係なく弛緩状態のままである。その理由は、アドレッシング電圧すなわち作動電圧がコモンライン1に印加されたからである。コモンライン2に沿った変調器は、解放電圧70の印加により弛緩状態のままであり、コモンライン3に沿った変調器(3,1)、(3,2)、および(3,3)は、コモンライン3に沿った電圧が解放電圧70に移行すると弛緩する。
第3のライン時間60c中、コモンライン1は、コモンライン1に高いアドレス電圧74を印加することによってアドレス指定される。このアドレス電圧の印加中に低いセグメント電圧64がセグメントライン1および2に沿って印加されるので、変調器(1,1)および(1,2)にわたるディスプレイ素子電圧は、変調器の正の安定性ウィンドウの最高値より高く(すなわち、電圧差は、特徴しきい値を超える)、変調器(1,1)および(1,2)が作動される。逆に、高いセグメント電圧62がセグメントライン3に沿って印加されるので、変調器(1,3)にわたるディスプレイ素子電圧は変調器(1,1)および(1,2)の画素電圧より低く、変調器の正の安定性ウィンドウの範囲内にあるままであり、したがって、変調器(1,3)は、弛緩のままである。また、ライン時間60c中に、コモンライン2に沿った電圧は低い保持電圧76に低下し、コモンライン3に沿った電圧は解放電圧70に留まり、コモンライン2および3に沿った変調器を弛緩位置のままにしておく。
第4のライン時間60d中に、コモンライン1にかかる電圧は高い保持電圧72に復帰し、コモンライン1に沿った変調器を、それぞれのアドレス指定された状態のままにしておく。コモンライン2にかかる電圧は、低いアドレス電圧78に低下する。高いセグメント電圧62がセグメントライン2に沿って印加されるので、変調器(2,2)にわたるディスプレイ素子電圧は変調器の負の安定性ウィンドウの下端より低く、変調器(2,2)を作動させる。逆に、低いセグメント電圧64がセグメントライン1および3に沿って印加されるので、変調器(2,1)および(2,3)は弛緩位置のままである。コモンライン3にかかる電圧は高い保持電圧72に上昇し、コモンライン3に沿った変調器を弛緩状態のままにしておく。次いで、コモンライン2にかかる電圧が、低い保持電圧76に遷移する。
最後に、第5のライン時間60e中に、コモンライン1にかかる電圧は高い保持電圧72に留まり、コモンライン2にかかる電圧は低い保持電圧76に留まり、コモンライン1および2に沿った変調器をそれぞれのアドレス指定された状態のままにしておく。コモンライン3にかかる電圧は、高いアドレス電圧74に上昇し、コモンライン3に沿った変調器をアドレス指定する。低いセグメント電圧64がセグメントライン2および3に印加されるとき、変調器(3,2)および(3,3)は作動するが、高いセグメント電圧62がセグメントライン1に沿って印加されることによって、変調器(3,1)を弛緩位置のままにさせる。したがって、第5のライン時間60eの終了時に、3×3ディスプレイ素子アレイは、図5Aに示される状態にあり、他のコモンラインに沿った変調器(図示せず)がアドレス指定されているときに発生しうるセグメント電圧の変動に関係なく、保持電圧がコモンラインに沿って印加される限り、その状態のままである。
図5Bのタイミング図では、所与の書き込み手順(すなわち、ライン時間60a〜60e)は、高い保持電圧およびアドレス電圧または低い保持電圧およびアドレス電圧の使用を含むことができる。所与のコモンラインに対して書き込み手順が完了する(そして、コモン電圧が、作動電圧と同じ極性を有する保持電圧に設定される)と、ディスプレイ素子電圧は、所与の安定性ウィンドウの範囲内のままであり、そのコモンラインに解放電圧が印加されるまで弛緩ウィンドウを通過しない。その上、変調器をアドレス指定する前に書き込み手順の一部として各変調器が解放されるので、解放時間ではなく変調器の作動時間によって、ライン時間が決定されうる。具体的には、変調器の解放時間が作動時間より長い実装形態では、解放電圧は、図5Aに示されるように、単一のライン時間より長い間印加されうる。いくつかの他の実装形態では、コモンラインまたはセグメントラインに沿って印加される電圧は、異なる色の変調器などの異なる変調器の作動電圧および解放電圧の変動を考慮するように変化することができる。
図6Aおよび図6Bは、複数のIMODディスプレイ素子を含むディスプレイデバイス40を示すシステムブロック図である。ディスプレイデバイス40は、たとえば、スマートフォン、セルラー式電話機または携帯電話機とすることができる。しかし、ディスプレイデバイス40の同じ構成要素またはそのわずかな変形形態も、テレビ、コンピュータ、タブレット、電子書籍リーダー、ハンドヘルドデバイスおよび携帯型メディアデバイスなどの種々のタイプのディスプレイデバイスを例示するものである。
ディスプレイデバイス40は、筐体41と、ディスプレイ30と、アンテナ43と、スピーカ45と、入力デバイス48と、マイクロホン46とを含む。筐体41は、射出成形および真空成形を含む様々な製造プロセスのいずれかから形成されうる。さらに、筐体41は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、およびセラミック、またはこれらの組合せを含むがこれらに限定されない様々な材料のいずれかから作製されうる。筐体41は、異なる色をしたまたは異なるロゴ、画像、もしくは記号を含む他の着脱可能な一部分と交換されうる着脱可能な部分(図示せず)を含むことができる。
ディスプレイ30は、本明細書において説明する、双安定ディスプレイまたはアナログディスプレイを含む、様々なディスプレイのいずれかであってよい。ディスプレイ30はまた、プラズマ、EL、OLED、STN LCD、もしくはTFT LCDなどのフラットパネルディスプレイ、またはCRTもしくは他の管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含むように構成されうる。さらに、ディスプレイ30は、本明細書において説明するように、IMODベースのディスプレイを含むことができる。
ディスプレイデバイス40の構成要素は、図6Aに概略的に示されている。ディスプレイデバイス40は、筐体41を含み、その中に少なくとも部分的に納められた追加の構成要素を含むことができる。たとえば、ディスプレイデバイス40は、トランシーバ47に結合されうるアンテナ43を含むネットワークインタフェース27を含む。ネットワークインタフェース27は、ディスプレイデバイス40上で表示可能な画像データの供給源であってよい。したがって、ネットワークインタフェース27は画像ソースモジュールの一例であるが、プロセッサ21および入力デバイス48も画像ソースモジュールとして機能することができる。トランシーバ47はプロセッサ21に接続され、プロセッサ21は調整用ハードウェア52に接続される。調整用ハードウェア52は、信号を調整する(フィルタまたは他の方法で信号を操作するなど)ように構成されうる。調整用ハードウェア52は、スピーカ45およびマイクロホン46に接続可能である。プロセッサ21は、入力デバイス48およびドライバコントローラ29にも接続可能である。ドライバコントローラ29は、フレームバッファ28および配列ドライバ22に結合可能であり、配列ドライバ22はディスプレイ配列30に結合可能である。図6Aに具体的に示されていない要素を含む、ディスプレイデバイス40内の1つまたは複数の要素は、メモリデバイスとして機能するように構成され、また、プロセッサ21と通信するように構成されることが可能である。いくつかの実装形態では、電源50は、特定のディスプレイデバイス40の設計において必要とされる実質的にすべての構成要素に電力を供給することができる。
ネットワークインタフェース27は、アンテナ43とトランシーバ47とを含み、その結果、ディスプレイデバイス40は、ネットワークを介して1つまたは複数のデバイスと通信することができる。ネットワークインタフェース27は、たとえばプロセッサ21のデータ処理要件を軽減するためにいくつかの処理能力も有することができる。アンテナ43は、信号を送信および受信することができる。いくつかの実装形態では、アンテナ43は、IEEE 16.11(a)、(b)、もしくは(g)を含むIEEE 16.11規格またはIEEE 802.11a、b、g、nおよびそのさらなる実装形態を含むIEEE 802.11規格に従ってRF信号を送信および受信する。いくつかの他の実装形態では、アンテナ43は、Bluetooth(登録商標)規格に従ってRF信号を送信および受信する。セルラー式電話の場合、アンテナ43は、符号分割多元接続(CDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、時分割多元接続(TDMA)、Global System for Mobile communications(GSM(登録商標))、GSM(登録商標)/General Packet Radio Service(GPRS)、Enhanced Data GSM(登録商標) Environment(EDGE)、Terrestrial Trunked Radio(TETRA)、広帯域CDMA(W-CDMA)、Evolution Data Optimized(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、High Speed Packet Access(HSPA)、High Speed Downlink Packet Access(HSDPA)、High Speed Uplink Packet Access(HSUPA)、Evolved High Speed Packet Access(HSPA+)、Long Term Evolution(LTE)、AMPS、または3G技術、4G技術、もしくは5G技術を利用するシステムなどのワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される他の知られている信号を受信するように設計されうる。トランシーバ47は、アンテナ43から受信された信号を、これらがプロセッサ21によって受信され、さらに操作可能であるように前処理することができる。トランシーバ47はまた、プロセッサ21から受信された信号を、これらがアンテナ43を介してディスプレイデバイス40から送信可能であるように処理することができる。
いくつかの実装形態では、トランシーバ47は、受信機と交換されうる。さらに、いくつかの実装形態では、ネットワークインタフェース27は、プロセッサ21に送られるべき画像データを保存または生成できる画像ソースと交換されうる。プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の全体的な動作を制御することができる。プロセッサ21は、ネットワークインタフェース27または画像ソースから圧縮画像データなどのデータを受信し、そのデータを処理して未加工の画像データを、または未加工の画像データに容易に処理されうるフォーマットを生成する。プロセッサ21は、この処理されたデータをドライバコントローラ29に、または保存するためにフレームバッファ28に送ることができる。未加工のデータとは、典型的には、画像内の各場所における画像特性を識別する情報を指す。たとえば、このような画像特性は、色、彩度、およびグレースケールレベルを含むことができる。
プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の動作を制御するためにマイクロコントローラ、CPU、または論理演算装置を含むことができる。調整用ハードウェア52は、信号をスピーカ45に送信するための、および信号をマイクロホン46から受信するための、増幅器とフィルタとを含んでもよい。調整用ハードウェア52は、ディスプレイデバイス40内の個別構成要素品であっても、あるいはプロセッサ21または他の構成要素内に組み込まれてもよい。
ドライバコントローラ29は、プロセッサ21によって生成された未加工の画像データを、プロセッサ21から直接またはフレームバッファ28から取得でき、配列ドライバ22への高速送信のために未加工の画像データを適切に再フォーマットすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ29は、ディスプレイ配列30全体にわたって走査に適した時間順序を有するように、未加工の画像データをラスターのようなフォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができる。次に、ドライバコントローラ29は、フォーマットした情報を配列ドライバ22に送る。LCDコントローラなどのドライバコントローラ29は、独立した集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21を関連付けられることが多いが、このようなコントローラは多数の方法で実施されうる。たとえば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ21に埋め込まれても、ソフトウェアとしてプロセッサ21に埋め込まれても、またはハードウェア内で配列ドライバ22と完全に一体化されてもよい。
配列ドライバ22は、フォーマットされた情報をドライバコントローラ29から受信でき、ディスプレイのディスプレイ素子のxy行列から来る、数百、場合によっては数千(またはそれ以上)のリード線に毎秒多数回印加される並列な1組の波形にビデオデータを再フォーマットすることができる。
いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ29、配列ドライバ22、およびディスプレイ配列30は、本明細書において説明するディスプレイのタイプのいずれかに適している。たとえば、ドライバコントローラ29は、従来のディスプレイコントローラまたは双安定ディスプレイコントローラ(IMODディスプレイ素子コントローラなど)とすることができる。さらに、配列ドライバ22は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ(IMODディスプレイ素子ドライバなど)とすることができる。さらに、ディスプレイ配列30は、従来のディスプレイ配列または双安定ディスプレイ配列(IMODディスプレイ素子の配列を含むディスプレイなど)とすることができる。いくつかの実装形態では、ドライバコントローラ29は、配列ドライバ22と一体化されうる。このような実装形態は、高集積システム、たとえば、携帯電話、携帯型電子デバイス、腕時計、または小面積ディスプレイで有用でありうる。
いくつかの実装形態では、入力デバイス48は、たとえばユーザがディスプレイデバイス40の動作を制御できるように構成されうる。入力デバイス48は、QWERTYキーボードまたは電話機のキーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカー(rocker)、タッチセンシティブスクリーン、ディスプレイ配列30と一体化されたタッチセンシティブスクリーン、または感圧膜もしくは感熱膜を含むことができる。マイクロホン46は、ディスプレイデバイス40のための入力デバイスとして構成されうる。いくつかの実装形態では、マイクロホン46を介した音声コマンドは、ディスプレイデバイス40の動作を制御するために使用されうる。
電源50は、様々なエネルギー貯蔵デバイスを含むことができる。たとえば、電源50は、ニッケルカドミウム電池またはリチウムイオン電池などの充電式電池とすることができる。充電式電池を使用する実装形態では、充電式電池は、たとえばコンセントまたは光電式デバイスもしくは配列によってもたらされる電力を使用して充電可能であってよい。あるいは、充電式電池は、ワイヤレス充電可能である。電源50はまた、再生可能なエネルギー源、コンデンサ、またはプラスチック太陽電池もしくは太陽電池塗料を含む太陽電池を含むことができる。電源50はまた、壁コンセント電力を受信するように構成されうる。
いくつかの実装形態では、制御プログラマビリティ(control programmability)は、電子ディスプレイシステム内のいくつかの場所に設置可能なドライバコントローラ29内に備わっている。いくつかの他の実装形態では、制御プログラマビリティは配列ドライバ22内に備わっている。上述した最適化は、任意の数のハードウェア構成要素および/またはソフトウェア構成要素において、ならびに種々の構成で実施されうる。
IMODディスプレイおよびディスプレイ素子の構造の詳細は大きく変化しうる。図7Aから図7Eは、IMODディスプレイ素子の様々な実装形態の断面図である。図7Aは、可動反射層14を形成する基板20と略直行して延びる支持体18に金属材料のストリップが堆積されるIMODディスプレイ素子の断面図である。図7Bでは、各IMODディスプレイ素子の可動反射層14は、略正方形または略長方形の形状をしており、連結部(tether)32において、隅部またはその近くで支持体に取り付けられる。図7Cでは、可動反射層14は、略正方形または略長方形の形状をしており、変形可能層34から吊設され、変形可能層34は、可撓性金属を含むことができる。変形可能層34は、可動反射層14の周辺を囲んで基板20に直接的または間接的に接続することができる。これらの接続は、本明細書では、「一体型」支持体すなわち支持支柱18の実装形態と呼ばれる。図7Cに示される実装形態は、可動反射層14の光学的機能の、その機械的機能からの分離に由来する追加の利点を有し、機械的機能は変形可能層34によって実行される。この分離により、可動反射層14に使用される構造設計および材料ならびに変形可能層34に使用される構造設計および材料は、互いに独立して最適化可能である。
図7Dは、可動反射層14が反射副層14aを含むIMODディスプレイ素子の別の断面図である。可動反射層14は、支持支柱18などの支持構造に載っている。支持支柱18は、下方の静止電極からの可動反射層14の分離をもたらし、下方の静止電極は、図示のIMODディスプレイ素子内の光学スタック16の一部とすることができる。たとえば、可動反射層14が弛緩位置にあるとき、ギャップ19が可動反射層14と光学スタック16との間に形成される。可動反射層14は、電極として作用するように構成されうる導電層14cと、支持層14bとを含むこともできる。この例では、導電層14cは、基板20から遠位にある支持層14bの片側に配置され、反射副層14aは、基板20の近位にある支持層14bの他方の側に配置される。いくつかの実装形態では、反射副層14aは、導電性とすることができ、支持層14bと光学スタック16の間に配置可能である。支持層14bは、誘電材料たとえば酸窒化シリコン(SiON)または二酸化ケイ素(SiO2)の1つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実装形態では、支持層14bは、たとえばSiO2/SiON/SiO2の3層スタックなどの層のスタックとすることができる。反射副層14aおよび導電層14cのどちらかまたは両方は、たとえば、約0.5%銅(Cu)を有するアルミニウム(Al)合金または別の反射性金属材料を含むことができる。誘電体支持層14bの上下に導電層14aおよび14cを用いることにより、応力のバランスをとり、導電性の向上をもたらすことができる。いくつかの実装形態では、反射副層14aおよび導電層14cは、特定の応力プロファイルを可動反射層14内で達成するなどの様々な設計目的のために、異なる材料から形成されてよい。
図7Dに示されるように、いくつかの実装形態は、黒色マスク構造23または暗膜層も含むことができる。この黒色マスク構造23は、周辺光または迷光を吸収するために、光学的に不活性な領域(たとえば、ディスプレイ素子の間または支持支柱18の下)に形成されうる。黒色マスク構造23はまた、光がディスプレイの不活性な部分から反射されるかまたはディスプレイの不活性な部分を透過するのを阻止することによってディスプレイデバイスの光学的特性を向上させ、それによりコントラスト比を増加させることができる。さらに、黒色マスク構造23の少なくともいくつかの部分は、導電性とすることができ、電気ブッシング層(electrical bussing layer)として機能するように構成可能である。いくつかの実装形態では、行電極は、接続された行電極の抵抗を減少させるために黒色マスク構造23に接続されうる。黒色マスク構造23は、堆積技法およびパターニング技法を含む様々な方法を使用して形成されうる。黒色マスク構造23は、1つまたは複数の層を含むことができる。いくつかの実装形態では、黒色マスク構造23は、エタロン構造であっても、または干渉スタック構造であってもよい。たとえば、いくつかの実装形態では、干渉スタックの黒色マスク構造23は、光吸収体の役割を果たすモリブデンクロム(MoCr)層と、SiO2層と、反射体およびブッシング層の役割を果たすアルミニウム合金とを含み、それぞれ約30〜80Å、500〜1000Å、および500〜6000Åの範囲の厚さを有する。1つまたは複数の層は、たとえばMoCr層およびSiO2層の場合はテトラフルオロメタン(すなわち四フッ化炭素、CF4)および/または酸素(02)ならびにアルミニウム合金層の場合は塩素(Cl2)および/または三塩化ホウ素(BCl3)を含む、フォトリソグラフィおよびドライエッチングを含む様々な技法を使用してパターニングされうる。このような干渉スタックの黒色マスク構造23では、導電性吸収体は、各行または各列の光学スタック16内の下方の静止電極の間で信号を伝送するかまたはバスで送るために使用されうる。いくつかの実装形態では、スペーサ層35は、概して光学スタック16内の電極(すなわち導体)(吸収体層16aなど)を黒色マスク構造23内の導電層から電気的に分離する役割を果たすことができる。
図7Eは、可動反射層14が自己支持性であるIMODディスプレイ素子の別の断面図である。図7Dでは、可動反射層14と構造的および/または物質的に異なる支持支柱18が示されているが、図7Eの実装形態は、可動反射層14と一体化された支持支柱を含む。そのような一実装形態では、可動反射層14は、下にある光学スタック16と複数の場所で接触し、可動反射層14の湾曲は、IMODディスプレイ素子にかかる電圧が作動を引き起こすのに不十分なときに可動反射層14が図6Eの非作動位置に戻るのに十分な支持を提供する。このようにして、可動反射層14の、基板または光学スタック16と接触するように下方に湾曲または屈曲する部分は、「一体型」支持支柱とみなされうる。光学スタック16の一実装形態は、複数の異なる層を含むことができ、本明細書では明確にするために、光吸収体16aと誘電体16bとを含むように示されている。いくつかの実装形態では、光吸収体16aは、静止電極と部分反射層の両方の役割を果たすことができる。いくつかの実装形態では、光吸収体16aは、可動反射層14よりも薄い厚さとすることができる。いくつかの実装形態では、光吸収体16aは、反射副層14aよりも薄い厚さとすることができる。
図7Aから図7Eに示される実装形態などの実装形態では、IMODディスプレイ素子は、透明基板20の前側、この例ではMODディスプレイ素子が形成される側とは反対の側から画像が見られる直視型デバイスの一部を形成する。これらの実装形態では、反射層14がデバイスの背面部分(すなわち、たとえば図7Cに示される変形可能層34を含む、可動反射層14の後ろにあるディスプレイデバイスの任意の部分)を光学的に遮蔽するので、デバイスのそれらの部分は、ディスプレイデバイスの画像品質に影響を及ぼすことなく、または悪影響を及ぼすことなく構成および動作されうる。たとえば、いくつかの実装形態では、バス構造(図示されていない)は、電圧アドレス指定およびこのようなアドレス指定から生じる動きなどの変調器の電気機械的特性から変調器の光学的特性を分離する機能を提供する可動反射層14の後ろに含まれうる。
他の実装形態では、ディスプレイを駆動するのに必要とされる電力を最小にするために、ならびに、より短時間で電気機械的デバイスのコモンラインに書き込むことを可能にするために、代替駆動方式が利用されうる。いくつかの実装形態では、電気機械的デバイスは、可動層の機械的復元力によって、作動されていない状態または解放された状態のみにされうるので、干渉変調器などの電気機械的デバイスの解放時間または弛緩時間は電気機械的デバイスの作動時間よりも長くてよい。対照的に、電気機械的デバイスを作動させる静電力は、より迅速に電気機械的デバイスに作用して、電気機械的デバイスの作動を引き起こすことができる。上記で説明した高電圧駆動方式では、所与のラインに対する書き込み時間は、以前に作動されていない電気機械的デバイスの作動を可能にするだけでなく、以前に作動された電気機械的デバイスの作動停止(unactuation)を可能にするのに十分でなければならない。したがって、電気機械的デバイスの解放速度は、いくつかの実装形態では制限要因として作用し、より大きなディスプレイ配列に対するより高いリフレッシュレートの使用を阻害することがある。
本明細書では低電圧駆動方式と呼ばれる代替駆動方式は、上記で説明した駆動方式よりも改善された性能を提供することができ、バイアス電圧がセグメント電極ではなくコモン電極によって供給される。これは、図8および図9を参照して示されている。図8は、干渉変調器の例示的な2×3配列セグメント800を示し、この配列は、3つのコモンライン810a、810b、および810cと、2つのセグメントライン820a、820bとを含む。独立してアドレス指定可能な画素830、831、832、833、834、および835は、コモンラインとセグメントラインの各交差点にある。したがって、画素830にかかる電圧は、コモンライン810aに印加される電圧とセグメントライン820aに印加される電圧との間の差である。画素にわたるこの電圧差は、あるいは、本明細書では画素電圧と呼ばれることがある。同様に、画素831はコモンライン810bとセグメントライン820aの交差点であり、画素832は列ライン810cとセグメントライン820aの交差点である。画素833、834、および835はそれぞれ、セグメントライン820bとコモンライン810a、810b、および810cとの交差点である。図示の実装形態では、コモンラインは可動電極を含み、セグメントライン内の電極は光学スタックの固定部分であるが、他の実装形態では、セグメントラインは可動電極を含んでよく、コモンラインは固定電極を含んでよいことが理解されよう。コモン電圧はコモンドライバ回路構成要素802によってコモンライン810a、810b、および810cに印加されてよく、セグメント電圧はセグメントドライバ回路構成要素804を介してセグメントライン820aおよび820bに印加されてよい。
以下でさらに説明されるように、各列ラインに沿った画素は、異なる色を反射するように形成されうる。カラーディスプレイを作製するために、たとえば、ディスプレイは、赤色画素、緑色画素、および青色画素の行(または列)を含むことができる。したがって、ドライバ802のCom1出力は赤色画素のラインを駆動することができ、ドライバ802のCom2出力は緑色画素のラインを駆動することができ、ドライバ802のCom3出力は青色画素のラインを駆動することができる。実際のディスプレイには、下方に延びる画素ラインの数百の赤色、緑色、青色のセットがあり、図8は第1のセットのみを示していることが理解されるであろう。
代替駆動方式の一実装形態では、セグメントライン820aおよび820bに印加される電圧は、正のセグメント電圧VSPと負のセグメント電圧VSNとの間で切り換えられる。コモンライン810a、810b、および810cに印加される電圧は5つの異なる電圧の間で切り換えられ、そのうちの1つは、いくつかの実装形態では接地状態である。4つの非接地電圧は、正の保持電圧VCP、正のオーバードライブ電圧VOVP、負の保持電圧VCN、および負のオーバードライブ電圧VOVNである。保持電圧は、適切なセグメント電圧が使用されるとき、画素電圧が常に画素のヒステリシスウィンドウ内にあり(正の保持電圧の場合は正のヒステリシス値、負の保持電圧の場合は負のヒステリシス値)、したがって、可能なセグメント電圧の絶対値は、そのコモンラインに保持電圧が印加される画素が、そのセグメントラインに現在印加されている特定のセグメント電圧に関係なく現在の状態のままであるのに十分なほど低いように選択される。
特定の実装形態では、正のセグメント電圧VSPは、1V〜2V程度の比較的低い電圧であってよく、負のセグメント電圧VSNは接地であってもよいし、1V〜2Vの負の電圧であってもよい。正のセグメント電圧と負のセグメント電圧は接地に関して対称でなくてもよいので、正の保持電圧およびオーバードライブ電圧の絶対値は、負の保持電圧およびオーバードライブ電圧の絶対値よりも小さくてもよい。作動を制御するのは、特定のライン電圧ではなく画素電圧であるので、このオフセットは、画素の動作に有害な形で影響を与えず、適切な保持電圧およびオーバードライブ電圧を決定する際に説明される必要があるにすぎない。
図9は、図8のセグメントラインおよびコモンラインに印加されうる例示的な電圧波形を示す。波形Seg1は、セグメント電圧を図8のセグメントライン820aに沿って印加される時間の関数として表し、波形Seg2はセグメントライン820bに沿って印加されるセグメント電圧を表す。波形Com1は図8の列ライン810aに沿って印加されるコモン電圧を表し、波形Com2は列ライン810bに沿って印加されるコモン電圧を表し、波形Com3は列ライン810cに沿って印加されるコモン電圧を表す。
図9では、コモンライン電圧の各々が正の保持値(それぞれVCPR、VCPG、およびVCPB)で開始されることがわかる。これらの保持値は、画素の赤色(R)ライン、画素の緑色(G)ライン、または画素の青色(B)ラインが駆動されているかどうかに応じて一般に異なる電圧レベルであるので、異なるように指定される。前述のように、すべてのコモンラインに沿った画素の状態は、セグメント電圧の状態に関係なく、コモンラインに沿って正の保持電圧の印加中は一定のままである。
コモンライン810aにかかるコモンライン電圧(Com1)は、次いで状態VRELに移行し、接地であってよく、コモンライン810aに沿った画素830および833の解放を引き起こす。この特定の実装形態では、セグメント電圧は両方とも、この時点では、接地であってよい負のセグメント電圧VSNである(波形Seg1およびSeg2に示されるように)が、電圧値の適切な選択を想定すると、セグメント電圧のいずれかが正のセグメント電圧VSPであっても、画素は解放されよう。
ライン810aにかかるコモンライン電圧(Com1)は、次いで負の保持値VCNRに移行する。電圧が負の保持値であるとき、セグメントライン820aに対するセグメントライン電圧(波形Seg1)は正のセグメント電圧VSPであり、セグメントライン820b(波形Seg2)に対するセグメントライン電圧が負のセグメント電圧VSNである。画素830および833の各々にかかる電圧は、正の作動電圧を超えて移行することなく、解放電圧VRELを超えて、正のヒステリシスウィンドウ内へと移行する。したがって、画素830および833は、以前に解放された状態のままである。
ライン810aにかかるコモンライン電圧(Com1)は、次いで負のオーバードライブ電圧VOVNRまで減少する。画素830および833の挙動は、この時点で、それぞれのセグメントラインに沿って現在印加されているセグメント電圧に依存する。画素830では、セグメントライン820aに対するセグメントライン電圧は正のセグメント電圧VSPであり、画素830の画素電圧は増加して正の作動電圧を超える。したがって、画素830は、この時点で作動される。画素833では、セグメントライン820bに対するセグメントライン電圧は負のセグメント電圧VSNであり、画素電圧は増加して正の作動電圧を超えず、そのため画素833は作動されないままである。
次に、ライン810aに沿ったコモンライン電圧(波形Com1)は、増加されて負の保持電圧VCNRに戻る。前に説明したように、負の保持電圧が印加されるとき、セグメント電圧に関係なく、画素にわたる電圧差はヒステリシスウィンドウ内にあるままである。したがって、画素830にかかる電圧は正の作動電圧を下回るが、正の解放電圧を上回り、したがって作動されたままである。画素833にかかる電圧は低下して正の解放電圧を下回ることはなく、作動されないままである。
図9に示されるように、コモンライン810bおよび810cにかかるコモンライン電圧は同様の様式で移行し、コモンラインの各々の間では、ディスプレイデータのフレームを配列に書き込むために1ライン時間サイクルの遅延がある。保持期間の後、このプロセスは異極性のコモン電圧およびセグメント電圧を用いて繰り返される。
上述のように、カラーディスプレイでは、図8に示される例示的な配列セグメント800は3色の画素を含むことができ、画素830〜835の各々は特定の色の画素を有する。色のついた画素は、各コモンライン810a、810b、810cが類似の色の画素のコモンラインを定義するように配置されうる。たとえば、RGBディスプレイでは、コモンライン810aに沿った画素830および833は赤色画素を含むことができ、コモンライン810bに沿った画素831および834は緑色画素を含むことができ、コモンライン810cに沿った画素832および835は青色画素を含むことができる。したがって、2×3配列は、RGBディスプレイにおいて2つの複合マルチカラー画素838aおよび838bを形成することができ、マルチカラー画素838aは赤色サブピクセル830と、緑色サブピクセル831と、青色サブピクセル832とを含み、マルチカラー画素838bは赤色サブピクセル833と、緑色サブピクセル834と、青色サブピクセル835とを含む。
異なるカラー画素を持つそのような配列では、カラー画素の構造は色によって異なる。これらの構造差によってヒステリシス特性の差が発生し、さらに、これによって、異なる適切な保持電圧および作動電圧が発生する。解放電圧VRELがゼロ(接地)であると想定すると、図9の波形を持つ3つの異なるカラー画素の配列を駆動するために、電源は、コモンラインおよびセグメントラインを駆動するために合計14の異なる電圧(VOVPR、VCPR、VCNR、VOVNR、VOVPG、VCPG、VCNG、VOVNG、VOVPB、VCPB、VCNB、VOVNB、VSP、およびVSN)を生成する必要がある。
図10は、そのような電源840を使用するドライバ回路構成要素の一実装形態を示す。生成される様々な電圧は、適切に組み合わされて、たとえばマルチプレクサ850と図8の駆動回路802、804の一部であるタイミング/コントローラ論理860とを使用して図示の波形を生じさせる。特にオーバードライブ電圧は短期間のみ必要とされるので、これらの14の電圧レベルを連続的に生成することによって、著しい量の電力が消費される。追加の電圧VADDを正の保持電圧VCPに追加し、VADDを負の保持電圧VCNから減算することによって、各異なる色に対する正のオーバードライブ電圧VOVPおよび負のオーバードライブ電圧VOVNを得ることができるので、この電力消費量は減少可能であり、ここで、VADDはすべての色に対して同じであり、それ自体がVSPとVSNの差に等しい。これを利用するために、電源840は、チャージポンプを使用して、必要とされるときにオーバードライブ電圧を保持電圧から導出する。
図11は、本明細書で説明した電源を含むチャージポンプの一実装形態により低電圧駆動方式で使用される様々な電圧の生成を示すシステムブロック図である。図11でわかるように、チャージポンプ回路870の一実装形態(その一実装形態について、以下に図12で説明する)を使用することによって、持続的電源880は、コモンラインおよびセグメントラインに対して合計8つの異なる電圧(VCPR、VCNR、VCPG、VCNG、VCPB、VCNB、VSP、およびVSN)のみを生成する必要がある。本明細書では、「持続的」電源は100%の時間にわたって作動する必要はないことに留意されたい。「持続的」という用語は、ディスプレイ素子を駆動および保持するために必要なときに、この電源がこれらの電圧を出力することを意図するにすぎない。代表的な実装形態では、保持電圧は、大部分の時間、ディスプレイが作動していることを必要とされ、したがって、画像を出力するためにディスプレイが使用されているこれらの期間中、少なくとも保持電圧が出力される。いくつかの実装形態では、しかしながら、これらの出力なしで、何らかの期間にわたってディスプレイ上に画像を保持することが可能である。次いで、以下でさらに詳しく説明するように、チャージポンプ870は、VSPとVSNとの間の差を各保持電圧に追加する(または、減算する)ことによって、配列を駆動するために必要される残りの6つの電圧(VOVPR、VOVNR、VOVPG、VOVNG、VOVPB、VOVNB)を生成する。さらに、タイミングおよび論理コントローラを使用することによって、図8の配列を駆動するためにタイミング回路によって生じさせられるコモンライン波形とチャージポンプ回路の出力を同期させることが可能である。
図12は、オーバードライブ電圧VOVを生成するためのチャージポンプ回路構成要素の一実装形態の回路図を示す。図示の回路構成要素は、端子VSP901およびVSN902(ここで、前述のように、いくつかの実装形態では、VSNは接地であってよい)にかかる供給電圧VSPと、スイッチの対903、904、905、および906と、複数のスイッチ910、911と、交流コンデンサ908および909と、赤色画素、緑色画素、および青色画素に対する負の保持電圧および正の保持電圧VCの入力としてのライン914a〜914cおよび915a〜915cとを含む。
さらに図12を参照すると、スイッチ903aは、供給電圧の正の端子VSP901を第1の交流コンデンサの正の端子908aに結合する。同様に、スイッチ903bは、供給電圧の負の端子VSN902を第1の交流コンデンサの負の端子908bに結合する。スイッチ904aは、供給電圧の正の端子VSP901を第2の交流コンデンサの正の端子909aに結合する。同様に、スイッチ904bは、供給電圧の負の端子VSN902を第2の交流コンデンサの負の端子909bに結合する。スイッチ905aは、第1の交流コンデンサの正の端子908aを正のオーバードライブ電圧ラインVOVP912に結合する。同様に、スイッチ905bは、第1の交流コンデンサの負の端子908bを負のオーバードライブ電圧ラインVOVN913に結合する。スイッチ906aは、第2の交流コンデンサの正の端子909aを正のオーバードライブ電圧ラインVOVP912に結合する。同様に、スイッチ906bは、第2の交流コンデンサの負の端子909bを負のオーバードライブ電圧ラインVOVN913に結合する。スイッチ910aは、正のオーバードライブ電圧ラインVOVP912を、赤色画素を駆動するための負の保持電圧VCNR914aに結合する。同様に、スイッチ910bは、正のオーバードライブ電圧ラインVOVP912を、緑色画素を駆動するための負の保持電圧VCNG914bに結合する。その上、スイッチ910cは、正のオーバードライブ電圧ラインVOVP912を、青色画素を駆動するための負の保持電圧VCNB914cに結合する。同様に、スイッチ911aは、負のオーバードライブ電圧ラインVOVN913を、赤色画素を駆動するための正の保持電圧VCPR915aに結合する。同様に、スイッチ911bは、負のオーバードライブ電圧ラインVOVN913を、緑色画素を駆動するための正の保持電圧VCPG915bに結合する。その上、スイッチ911cは、負のオーバードライブ電圧ラインVOVN913を、青色画素を駆動するための正の保持電圧VCPB915cに結合する。
図10および図11に示されるタイミング/制御論理回路構成要素は、チャージポンプが、任意の時点で、交流コンデンサのうち1つが供給電圧VSPにより充電されており、一方で他の交流コンデンサはオーバードライブ電圧VOVを生み出すために使用されているような方法で動作することを保証する。1つのサイクルでは、コンデンサ908が供給電圧VSPにより充電されており、一方でコンデンサ909にかかる電圧がオーバードライブ電圧VOVを生み出すようにコンデンサ909が出力に結合されるように、タイミング/制御論理回路構成要素が、スイッチ903および906を閉じるまたは作動させ、一方でスイッチ904および905を開くまたは作動停止する。別のサイクルでは、コンデンサ909が供給電圧VSPにより充電されており、一方でコンデンサ908にかかる電圧がオーバードライブ電圧VOVを生み出すようにコンデンサ908が出力に結合されるように、タイミング/制御論理回路構成要素が、スイッチ904および905を閉じるまたは作動させ、スイッチ903および906を開くまたは作動停止する。したがって、充電されたコンデンサにかかる電圧は、保持電圧に選択的に追加されたりまたはこれから減算されたりして、対応するオーバードライブ電圧を生じさせる。
サイクルの各々の間、タイミング/制御論理回路構成要素は、6つのスイッチ910a〜910cおよび911a〜911cのうち1つのみが常に閉じられたり作動されたりすることも保証する。したがって、オーバードライブ電圧ラインVOVは、一度にコモンラインのうち1つのみに結合される。たとえば、タイミング/制御論理回路構成要素がスイッチ910aを閉じるとき、オーバードライブ電圧VOVは、赤色画素にかかる負の保持電圧VCNR914aを生み出すためのコモン電圧ラインに結合される。残りのスイッチ910b〜910cおよび911a〜911cは、同様の様式で動作する。
いくつかの実装形態では、異なるスイッチの数および異なるスイッチと使用されるコンデンサとの間の接続は異なってよく、したがって、タイミング/制御論理回路構成要素によるスイッチの作動および作動停止は、コンデンサを充電し、オーバードライブ電圧を生成するために、上記で説明した回路よりも多いまたは少ないサイクルを経験してよい。
図13は、図12に示されるチャージポンプの一実装形態におけるスイッチならびにチャージポンプのこの実装形態によって生成されるオーバードライブ電圧信号のタイミング図を示す。波形1001は、スイッチ903および906に対するスイッチ作動および作動停止のタイミングを表す。波形1002は、スイッチ904および905に対するスイッチ作動および作動停止のタイミングを表す。波形1011は、スイッチ910aに対するスイッチ作動のタイミングを表す。波形1012は、スイッチ910bに対するスイッチ作動のタイミングを表す。波形1013は、スイッチ910cに対するスイッチ作動のタイミングを表す。波形1014は、スイッチ911aに対するスイッチ作動のタイミングを表す。波形1015は、スイッチ911bに対するスイッチ作動のタイミングを表す。波形1016は、スイッチ911cに対するスイッチ作動のタイミングを表す。
波形1020および1030はそれぞれ、波形1001〜1002および1011〜1016において示されるスイッチを作動および作動停止するときに図12の回路の実装形態によって生成されるラインVOVNおよびVOVP上での出力電圧を示す。
図13の左側に示されているように、第1の図示されたサイクル中、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が作動されているとき、かつ波形1011に示されるようにスイッチ910aが作動されているとき、1021に示されるような、赤色画素のために作り出される負のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ903および906が作動され、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が作動停止される。波形1012に示されるようにスイッチ910bが作動されるとき、1022に示されるような、緑色画素のために作り出される負のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ904および905が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ903および906が作動停止される。波形1013に示されるようにスイッチ910cが作動されるとき、1023に示されるような、青色画素のために作り出される負のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が再び作動されているとき、かつ波形1014に示されるようにスイッチ911aが作動されているとき、1031に示されるような、赤色画素のために作り出される正のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ903および906が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が作動停止される。波形1012に示されるようにスイッチ911bが作動されるとき、1032に示されるような、緑色画素のために作り出される正のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ904および905が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ903および906が作動停止される。波形1013に示されるようにスイッチ911cが作動されるとき、1033に示されるような、青色画素のために作り出される正のオーバードライブ電圧が存在する。同じ極性のスイッチに続く異なる極性のスイッチのこの逐次的なサイクルは繰り返されてよい。
あるいは、図13の右側に示されているように、他の順序でオーバードライブ電圧を生成することも可能である。波形1002に示されるようにスイッチ904および905が作動されているとき、かつ波形1011に示されるようにスイッチ910aが作動されているとき、1041に示されるような、赤色画素のために作り出される負のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ903および906が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が作動停止される。波形1012に示されるようにスイッチ911bが作動されるとき、1042に示されるような、緑色画素のために作り出される正のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ904および905が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ903および906が作動停止される。波形1013に示されるようにスイッチ910cが作動されるとき、1043に示されるような、青色画素のために作り出される負のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が再び作動されているとき、かつ波形1014に示されるようにスイッチ911aが作動されているとき、1051に示されるような、赤色画素のために作り出される正のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ903および906が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ904および905が作動停止される。波形1012に示されるようにスイッチ910bが作動されるとき、1052に示されるような、緑色画素のために作り出される負のオーバードライブ電圧が存在する。次のサイクル中、波形1001に示されるようにスイッチ904および905が再び作動され、波形1002に示されるようにスイッチ903および906が作動停止される。波形1013に示されるようにスイッチ911cが作動されるとき、1053に示されるような、青色画素のために作り出される正のオーバードライブ電圧が存在する。
タイミング/論理コントローラはスイッチ910a〜cおよび911a〜911cを互いとは無関係に制御するので、所望の色および極性のためのオーバードライブ電圧を任意の順序で生成し、上記で説明した例に限定されないことが可能である。その上、タイミング/論理コントローラは、マルチプレクサによるコモンラインへの電圧の印加も制御するので、タイミング/論理コントローラは、必要とされるオーバードライブ電圧がディスプレイ配列の異なるコモンラインに印加されるとき、図9の波形を生成するのに必要なタイミングでこれらのオーバードライブ電圧を生成するように構成可能である。
図14は、オーバードライブ電圧を生成するためのプロセスの一実装形態の流れ図である。ステップ1410では、コンデンサが電圧源に結合される。一実装形態では、この結合は、スイッチを作動させることによって行われる。結合の結果として、コンデンサが、供給ラインからの電圧により充電される。ステップ1420では、コンデンサが電圧源から切断される。一実装形態では、この切断は、スイッチを作動停止させることによって行われる。ステップ1430では、駆動ラインが、コンデンサの第1の側に入力として接続される。一実装形態では、この駆動ラインは、ディスプレイ配列のコモンライン保持電圧であってよい。ステップ1440では、オーバードライブラインが、コンデンサの第2の側に出力として接続される。一実装形態では、このオーバードライブラインは、ディスプレイ配列のコモンラインオーバードライブ電圧であってよい。図14に示されるように、ステップ1410〜1440が繰り返される。
有利なことに、本方法は、切り換えが少なく電圧範囲がより小さいことにより低電力消費量を持つディスプレイのコモンラインを駆動するために使用されるオーバードライブ電圧を生成する。この方法はまた、ディスプレイドライバによって用いられる任意の駆動方式との組合せを可能にするより大きな柔軟性を提供する。
図15は、図11に示されるチャージポンプの別の実装形態を示す。図12に示される実装形態と同様に、図15に示されるチャージポンプは、VSPとVSNとの間の差の供給電圧と、スイッチのいくつかの対と、2つの交流コンデンサも含む。回路は、1つのサイクル中に、交流コンデンサのうち1つが供給電圧により充電されており、一方でオーバードライブ電圧が他のコンデンサにより生じさせられるような方法で動作する。別のサイクル中、他の交流コンデンサは供給電圧により充電されており、一方で異極性のオーバードライブ電圧が第1のコンデンサにより生じさせられる。たとえば、スイッチ5がコンデンサCP2を充電するように閉じられるとき、スイッチ1は、VCPRおよびコンデンサCP1からVOVPRを生じさせるように閉じられてよい。
図16は、図11に示されるチャージポンプの別の実装形態を示す。図16の実装形態では、1つのコンデンサのみを使用する。この回路は、1つのサイクル中に、コンデンサが図11に示される持続的電源からの追加電圧VCHARGEにより充電されているような方法で動作する。この充電サイクル中、スイッチChargeおよびスイッチ1が閉じられている。この実装形態では、VCHARGEは持続的電源によって生じさせられ、VOVPRに等しい。次のサイクル中、スイッチ1〜6のうち任意の1つを閉じることによって、所望のオーバードライブ電圧がコンデンサにより生じさせられる。
図17は、図11に示されるチャージポンプの別の実装形態を示す。この実装形態では、持続的電源の2つの追加出力VCHARGEPおよびVCHARGENが、各極性に対して1つ生成および使用される。この回路は図16の実装形態と同じ方法で動作するが、正のセクションおよび負のセクションは個別に制御可能である。この実装形態では、VCHARGEPおよびVCHARGENはそれぞれVOVPRおよびVOVNRに等しい。
図18は、図11に示されるチャージポンプの別の実装形態を示す。この実装形態では、図示の回路構成要素は、画素の赤色(R)ライン、画素の緑色(G)ライン、および画素の青色(B)ラインの各々に対する別個の正の入力電圧VSPを含む。たとえば、端子VSPRおよびVSNにかかる供給電圧は、画素のRラインに対するオーバードライブブーストを生じさせるために提供され、端子VSPGおよびVSNにかかる供給電圧は、画素のGラインに対するオーバードライブブーストを生じさせるために提供され、端子VSPBおよびVSNにかかる供給電圧は、画素のBラインに対するオーバードライブブーストを生じさせるために提供される。負のセグメント電圧端子VSNは、画素の色のついたラインの各々に共通であり、配列を駆動するときにセグメントに提供される同じVSNであってよい。配列を駆動するときにセグメントに提供されるVSPは、VSPR、VSPB、またはVSPGのうち1つであってもよいし、これらの入力電圧と別個に生成され、これらの入力電圧と異なってもよい。さらに、図示の回路構成要素は、画素の異なる色ラインの各々に対する、および正の極性および負の極性に対する、スイッチおよびコンデンサの別個のグループを含む。スイッチ1および2、スイッチの対3および4、ならびに交流コンデンサCP1およびCP2は、画素のRラインに対応する。スイッチ5および6、スイッチの対7および8、ならびに交流コンデンサCP3およびCP4は、画素のGラインに対応する。スイッチ9および10、スイッチの対11および12、ならびに交流コンデンサCP5およびCP6は、画素のBラインに対応する。
図18に示されるような別個の入力VSPR、VSPG、およびVSPBならびに別個のコンデンサを提供する利点は、異なるオーバードライブブースト電圧が画素の異なる色ラインに対する保持電圧に追加可能なことである。図18の回路の別の利点は、たとえば、図12のVOVNとVCPBとの間にあるスイッチ911cと同様に、負の電圧および正の電圧にわたって直接接続されるスイッチがないことである。これによって、より低電圧のスイッチの使用が可能になり、回路サイズの小型化をもたらす。別の利点は、双方向スイッチの代わりに一方向スイッチが回路で使用されてよいことであり、このこともやはり、回路サイズの小型化をもたらす。たとえば、スイッチ1は、正のオーバードライブ電圧VOVPRを生じさせるために、一方向において電流を供給するだけでよい。さらに、スイッチの対3は、コンデンサCP1を充電するために、一方向において電流を供給するように動作するだけでよい。スイッチのいずれも、ある時には1つの方向において、他の時には他の方向において、伝導するために必要とされない。
別の大きな利点は、オーバードライブブースト電圧出力ごとに別個のコンデンサが存在するので、出力オーバードライブ電圧の各々がVOVPRとCP1との間などで、その対応するブーストコンデンサに直接接続されることである。この構成によって、オーバードライブ電圧を切り換えるトランジスタがなくなる。したがって、たとえば図15で必要されるような高電圧での十分なバイアス法は必要とされない。これは、オーバードライブ電圧が少なくとも正および負の20Vの大きさを有し、チャージポンプに対するスイッチング回路構成要素(図11では870で指定される)は、マルチプレクサスイッチング回路(図10では850で指定される)と異なる集積回路上で実施される、図10および図11のディスプレイ配列の実装形態において有用でありうる。オーバードライブ電圧が20V以上の大きさを有する場合、同じ大きさまたはこれよりも大きい電源レールは、大きい大きさのオーバードライブ電圧に接続された供給源端子により任意のトランジスタスイッチを駆動するために必要とされる。図18のチャージポンプ設計により、20V以上のオーバードライブ出力の大きさが、より低い保持電圧レベルVCPおよびVCNにより駆動されるトランジスタにより生成可能であり、保持電圧レベルVCPおよびVCNは、正または負の約16Vまたはこれよりも小さな大きさであってよい。これによって、より低電圧の動作に適した集積回路プロセス技術を、チャージポンプスイッチング回路が実施される集積回路(たとえば、図10の回路840)に使用することが可能になる。適切なときにオーバードライブ電圧をコモンラインに結合するマルチプレクサ(MUX)スイッチング回路では、20V以上の電源レールおよびこれらの電圧をサポートするプロセス技術を利用するが、チャージポンプスイッチの集積回路に対するこの要件をなくすことによって、生産コストを減少させることができる。
上記の実装形態および上記で説明した方法の様々な組合せが企図される。特に、上記の実装形態は、特定の素子の干渉変調器がコモンラインに沿って配置される実装形態を主に対象とするが、代わりに、他の実装形態では、特定の色の干渉変調器がセグメントラインに沿って配置されてもよい。特定の実装形態では、正のセグメント電圧および負のセグメント電圧の異なる値が特定の色に使用されてよく、同一の保持電圧、解放電圧、およびオーバードライブ電圧がコモンラインに沿って印加されてよい。さらなる実装形態では、上記で説明した4色ディスプレイなど、サブピクセルの複数の色がコモンラインおよびセグメントラインに沿ってあるとき、正のセグメント電圧および負のセグメント電圧の異なる値が、4つの色の各々に適切な画素電圧を提供するように、コモンラインに沿った保持電圧およびオーバードライブ電圧の異なる値に関連して使用されてよい。
実装形態に応じて、本明細書で説明する任意の方法の行為またはイベントは、文章が具体的に、明瞭にそうでないと述べない限り、他の順序で実行可能であるとともに、追加され、合併され、または完全に省略されてもよい(たとえば、すべての行為またはイベントが、方法の実施のために必要とは限らない)こともまた、認識されるべきである。
上記の詳細な説明は、様々な実装形態に適用されるような新規の特徴を示し、説明し、指摘してきたが、例示されるプロセスのデバイスの形および詳細における様々な省略、置換、および変更が行われてもよい。本明細書で説明される特徴および利益のすべてを提供しないある形態がなされてもよく、ある特徴が他から切り離して使用または実施されてもよい。
1 スイッチ
2 スイッチ
3 スイッチの対
4 スイッチの対
5 スイッチ
6 スイッチ
7 スイッチの対
8 スイッチの対
9 スイッチ
10 スイッチ
11 スイッチの対
12 スイッチの対
14 可動反射層
14a 反射副層、導電層
14b 誘電体支持層
14c 導電層
16 光学スタック
16a 吸収体層、吸収体
16b 誘電体
18 支持体、支持支柱
19 ギャップ
20 透明基板
23 黒色マスク構造
34 変形可能層
35 スペーサ層
800 配列セグメント
802 コモンドライバ回路構成要素、ドライバ、駆動回路
804 セグメントドライバ回路構成要素、駆動回路
810a コモンライン、列ライン
810b コモンライン、列ライン
810c コモンライン、列ライン
820a セグメントライン
820b セグメントライン
830 画素、赤色サブピクセル
831 画素、緑色サブピクセル
832 画素、青色サブピクセル
833 画素、赤色サブピクセル
834 画素、緑色サブピクセル
835 画素、青色サブピクセル
838a 複合マルチカラー画素
838b 複合マルチカラー画素
840 電源、回路
850 マルチプレクサ
860 タイミング/コントローラ論理
870 チャージポンプ回路
880 持続的電源
901 端子
902 端子
903 スイッチの対
903a スイッチ
903b スイッチ
904 スイッチの対
904a スイッチ
904b スイッチ
905 スイッチの対
905a スイッチ
905b スイッチ
906 スイッチの対
906a スイッチ
906b スイッチ
908 交流コンデンサ
908a 端子
908b 端子
909 交流コンデンサ
909a 端子
909b 端子
910 スイッチ
910a スイッチ
910b スイッチ
910c スイッチ
911 スイッチ
911a スイッチ
911b スイッチ
911c スイッチ
912 オーバードライブ電圧ライン
913 オーバードライブ電圧ライン
914a ライン、保持電圧
914b ライン、保持電圧
914c ライン、保持電圧
915a ライン、保持電圧
915b ライン、保持電圧
915c ライン、保持電圧
1001 波形
1002 波形
1011 波形
1012 波形
1013 波形
1014 波形
1015 波形
1016 波形
1020 波形
1030 波形

Claims (20)

  1. 複数の電圧を有する波形でディスプレイ配列を駆動するように構成され、前記複数の電圧の第1のサブセットが、定義された量だけ前記複数の電圧の第2のサブセットと異なる、ディスプレイドライバ回路であって、
    前記複数の電圧の前記第1のサブセットを生成するように構成された電源回路構成要素と、
    前記複数の電圧の前記第1のサブセットを入力として、前記複数の電圧の前記第2のサブセットを出力として有し、前記複数の電圧の前記第2のサブセットの各々に対して別個のブーストコンデンサを含むチャージポンプと
    を備え、
    前記複数の電圧の前記第2のサブセットの各々が、その対応するブーストコンデンサに直接接続される、ディスプレイドライバ回路。
  2. 前記複数の電圧の前記第2のサブセットの各々が、少なくとも20ボルトの正または負の大きさを有する、請求項1に記載のディスプレイドライバ回路。
  3. 前記ディスプレイ配列が、複数のコモンラインと、複数のセグメントラインとを備える、請求項1に記載のディスプレイドライバ回路。
  4. 前記複数のコモンラインの各々が単一色のみのディスプレイ素子を含み、前記複数の出力電圧が、異なるカラーディスプレイ素子に対して、および異なる極性に対して、異なる出力電圧を含み、前記チャージポンプが各色および各極性に対して別個のブーストコンデンサを含む、請求項3に記載のディスプレイドライバ回路。
  5. 前記複数の電圧の前記第2のサブセットと前記複数のコモンラインとの間に接続された1つまたは複数のスイッチング回路をさらに含む、請求項3に記載のディスプレイドライバ回路。
  6. 前記1つまたは複数のスイッチング回路が、前記チャージポンプと異なる集積回路上で実施される、請求項5に記載のディスプレイドライバ回路。
  7. 前記複数の電圧の前記第1のサブセットのうち少なくともいくつかを生成するように構成された前記電源回路構成要素の少なくとも一部分が、前記1つまたは複数のスイッチング回路および前記チャージポンプと異なる集積回路上で実施される、請求項6に記載のディスプレイドライバ回路。
  8. 前記複数の電圧の前記第1のサブセットが前記コモンラインへの印加のための保持電圧を含み、前記複数の電圧の前記第2のサブセットが前記コモンラインへの印加のためのオーバードライブ電圧を含む、請求項3に記載のディスプレイドライバ回路。
  9. 前記複数の電圧の前記第1のサブセットが、前記セグメントラインへの印加のためのセグメント電圧を含む、請求項8に記載のディスプレイドライバ回路。
  10. 前記異なるカラーディスプレイ素子が赤色と、緑色と、青色とを含む、請求項4に記載のディスプレイドライバ回路。
  11. 複数の電圧レベルを有する波形でディスプレイ配列を駆動し、前記複数の電圧の第1のサブセットが、定義された量だけ前記複数の電圧の第2のサブセットと異なる、方法であって、
    前記複数の電圧の前記第1のサブセットを生成するステップと、
    第1の集積回路上で実施されるスイッチング回路とともにチャージポンプを使用して前記複数の電圧の前記第2のサブセットを生成するステップであって、前記チャージポンプが、複数のブーストコンデンサを含み、複数の電圧の前記第1のサブセットを入力として、前記複数の電圧の前記第2のサブセットを出力として有する、生成するステップと、
    前記ブーストコンデンサの出力端子にかかる電圧を、前記第1の集積回路上のスイッチを通過することなく第2の集積回路上のスイッチング回路に直接通すステップと
    を含む方法。
  12. 前記ディスプレイ配列が、複数のコモンラインと、複数のセグメントラインとを備える、請求項11に記載の方法。
  13. 前記複数のコモンラインの各々をコモン電圧により駆動するステップと、前記複数のセグメントラインの各々をセグメント電圧により駆動するステップとをさらに含む、請求項12に記載の方法。
  14. 前記コモン電圧が、保持電圧と、オーバードライブ電圧とを含む、請求項13に記載の方法。
  15. 複数の電圧を有する波形でディスプレイ配列を駆動するように構成され、前記複数の電圧の第1のサブセットが、定義された量だけ前記複数の電圧の第2のサブセットと異なる、ディスプレイドライバ回路であって、
    前記複数の電圧の前記第1のサブセットを生成するための手段と、
    前記複数の電圧の前記第1のサブセットを入力として、前記複数の電圧の前記第2のサブセットを出力として有し、前記複数の電圧の前記第2のサブセットの各々に対して別個のブーストコンデンサを含むチャージポンプを使用して、前記複数の電圧の前記第2のサブセットを生成するための手段であって、前記複数の電圧の前記第2のサブセットの各々がその対応するブーストコンデンサに直接接続される、生成するための手段と
    を備えるディスプレイドライバ回路。
  16. 前記ディスプレイ配列が、複数のコモンラインと、複数のセグメントラインとを備える、請求項15に記載のディスプレイドライバ回路。
  17. 前記複数の電圧の前記第2のサブセットを前記複数のコモンラインのうち選択されたコモンラインに切り換えるための手段をさらに含む、請求項16に記載のディスプレイドライバ回路。
  18. 前記チャージポンプのスイッチング回路構成要素が、前記複数の電圧の前記第2のサブセットを前記複数のコモンラインのうち選択されたコモンラインに切り換えるための前記手段と異なる集積回路上で実施される、請求項17に記載のディスプレイドライバ回路。
  19. 前記複数の電圧の前記第2のサブセットの各々が少なくとも20ボルトの正または負の大きさを有する、請求項18に記載のディスプレイドライバ回路。
  20. 前記複数のコモンラインの各々が単一色のみのディスプレイ素子を含み、前記複数の出力電圧の前記第2のサブセットが、異なるカラーディスプレイ素子に対して、および異なる極性に対して、異なる出力電圧を含み、前記チャージポンプが各色および各極性に対して別個のブーストコンデンサを含む、請求項16に記載のディスプレイドライバ回路。
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