TWI406230B - 用於寫入資料至微機電系統顯示元件之方法及系統 - Google Patents

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Description

用於寫入資料至微機電系統顯示元件之方法及系統
本發明係關於一種用於寫入資料至微機電系統顯示元件之方法及系統。
微機電系統(MEMS)包括微機械元件、致動器及電子元件。微機械元件可使用沈積、蝕刻及其他微加工製程產生，該等製程蝕刻部分基板及/或沉積材料層或增加複數層以形成電性及機電裝置。微機電系統裝置之一類型係稱為干涉調變器。如本文中使用，該名詞干涉調變器或干涉光調變器指一種使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射光之裝置。在一些具體實施例中，干涉調變器可包含一對導電板，其一或二者可為整體或部分透明及/或反射，且在施加適當電氣信號時能相對運動。在一特定具體實施例中，一板可包含一在一基板上沉積之靜止層，且其他板可包含藉由一空氣間隙與該靜止層分離的金屬膜。如在此所詳細描述，一板相對於另一板之位置可改變光入射在該干涉調變器上之光學干涉。此等裝置有各式各樣的應用，且其在此項技術中之優點係利用及/或修改此等類型裝置之特徵，使得其特徵可用來改進現存產品且產生尚未開發之新產品。
一具體實施例具有一種將顯示資料之圖框寫入一微機電系統(MEMS)顯示元件的陣列之方法。該方法包括將顯示資料寫至微機電系統顯示元件以顯示一影像，施加交替極性之一第一序列的偏壓至微機電系統顯示元件之陣列的一第一組行或列，及施加交替極性之一第二序列的偏壓至微機電系統顯示元件之陣列的一第二組之行或列，其中該第一組行或列係與該第二組之行或列交錯，使得相鄰行或列在該第一序列之施加及該第二序列的施加期間接收相反極性之偏壓。
另一具體實施例具有一種在一雙穩態顯示中之顯示保持模式期間減少閃爍的方法。該方法包括施加相反極性的偏壓電位至顯示器之相鄰列及/或相鄰行。
另一具體實施例具有一種驅動複數個雙穩態微機電系統(MEMS)顯示裝置的方法。該方法包括將影像資料寫至該等裝置以顯示一影像，施加保持信號至該等顯示裝置，其中該等保持信號被施加至成組之顯示裝置，以空間地顫化光輸出中之差，以致減少施加期間在顯示器內之可見閃爍，其中光輸出中的差係藉由該等保持信號的施加而產生。
另一具體實施例具有一顯示裝置，其包括一微機電系統(MEMS)顯示元件之陣列；及一顯示驅動器，其係配置以供應信號至陣列之列及行來顯示一影像，施加交替極性之一第一序列的偏壓至該陣列的一第一組之行或列，及施加交替極性之一第二序列的偏壓至一第二組之行或列，其中該第一組之行或列係與該第二組之行或列交錯，使得相鄰之行或列在該第一序列的施加及該第二序列之施加期間接收相反極性之偏壓。
另一具體實施例具有一種顯示裝置，其包括用於顯示一影像之構件；用於供應信號至該顯示構件之列及行的構件，以顯示一影像；用於施加交替極性之一第一序列的偏壓至該顯示構件之一第一組的部分之構件；及用於施加交替極性之一第二序列的偏壓至該顯示構件之一第二組的部分之構件，其中該第一組部分與該第二組部分交錯，使得該顯示構件之相鄰部分在該第一序列的施加及該第二序列的施加期間接收相反極性之偏壓。
本發明之系統、方法及裝置各具有若干方面，其中沒有任何單一者係唯一地負責其需求屬性。在不限制本發明之範疇下，現將簡要討論其更顯著特徵。在考慮此討論後，且特別在閱讀此段落後，應理解本發明之特徵如何提供超越其他顯示裝置的優點。
以下詳細描述係關於本發明之某些特定具體實施例。然而，可用大量不同方法具體化本發明。在此說明書中，所參考之圖式中以相同數字指遍及圖式中之相同部分。如從以下描述將瞭解，該等具體實施例可在配置以顯示影像之任何裝置中實施，不管是否在運動中(如視訊)或靜止中(如靜止影像)，且是否為文字或圖片。更特定言之，其涵蓋可在各種電子裝置中或與其關聯地執行之具體實施例，諸如但不限於行動電話、無線裝置、個人資料助理(PDA)、手持或可攜式電腦、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、攝錄相機、遊戲機、手錶、時鐘、計算機、電視監視器，平面面板顯示器、電腦監視器、汽車顯示器(如里程表顯示器等等)、座艙控制及/或顯示器、相機檢視之顯示器(如車輛中之後方檢視相機的顯示器)、電子照片、電子佈告欄或符號、投影器、架構化結構、包裝及藝術化結構(如在一件珠寶上之影像顯示)。亦可將在此描述之類似結構的微機電系統裝置用於非顯示應用中，例如電子切換裝置中。
一包含一干涉微機電系統顯示元件之干涉調變器顯示器具體實施例係顯示於圖1中。在此等裝置中，該等像素係在亮或暗狀態中。在亮("開"或"開啟")狀態中，顯示元件將一入射可見光之大部份反射至使用者。當在暗("關"或"關閉")狀態時，顯示元件將少數入射可見光反射至使用者。取決於具體實施例，可反轉"開"及"關"狀態之光反射特性。微機電系統像素可配置成用以主要依已選定之色彩反射，此允許除了黑及白以外之彩色顯示器。
圖1係描述一視覺顯示之一序列像素中之二相鄰像素的等角視圖，其中各像素包含一微機電系統干涉調變器。在一些具體實施例中，一干涉調變器顯示器包含此等干涉調變器之一列/行陣列。各干涉調變器包括一對反射層，其係定位在彼此相隔離一可變及可控制距離處，以形成一具有至少一可變尺寸之共振光學空腔。在一具體實施例中，該等反射層中之一可在二位置間移動。在第一位置(在此指鬆弛位置)中，該可移動反射層係定位在離一固定部分反射層之一相對較大距離處。在第二位置(在此指致動位置)中，該可移動反射層係定位在更緊鄰該部分反射層。自二層反射的入射光取決於可移動反射層之位置而建設性或破壞性干涉，其針對各像素產生一全反射或非反射狀態。
圖1中之像素陣列的所示部分包括二相鄰干涉調變器12a及12b。在左邊之干涉調變器12a中，一可移動反射層14a係顯示在離一光學堆疊16a一預定距離處之鬆弛位置中，其包括一部分反射層。在右邊之干涉調變器12b中，該可移動反射層14b係顯示在與光學堆疊16b相鄰之致動位置。
如在此參考之光學堆疊16a及16b(統稱為光學堆疊16)通常包含若干熔合層，其可包括一諸如氧化錫銦(ITO)之電極層；一部分反射層，例如鉻；及一透明介電質。光學堆疊16因此係導電、部分透明及部分反射，且可例如藉由在一透明基板20上沉積一或多個上述層而製造。部分反射層可自係部分反射之各種材料形成，如各種金屬、半導體及介電質。該部分反射層可由材料之一或多層形成，且該等層之每一層可由一單一材料或材料之組合形成。
在一些具體實施例中，光學堆疊之該等層係圖案化成為平行條，且可形成如以下進一步描述之顯示裝置中的列電極。可移動反射層14a、14b可形成為一沉積在柱18頂部上之金屬層或複數層(正交於16a、16b之列電極)的一序列平行條；及一沉積在柱18間之插入犧牲材料。當蝕刻犧牲材料時，可移動反射層14a、14b可藉由一界定的間隙19與光學堆疊16a、16b分離。一諸如鋁之高度導電及反射材料可用作反射層14，且此等條可在顯示裝置中形成行電極。
未具有施加電壓時，空腔19維持在可移動反射層14a及光學堆疊16a間，其中可移動反射層14a在一機械鬆弛狀態中，如圖1中之像素12a所示。然而，當一電位差施加於已選定之列及行時，形成在對應像素之列及行電極的相交處的電容器被充電，且靜電力將該等電極拉在一起。若電壓係足夠高，可移動反射層14會變形且被迫壓向光學堆疊16。光學堆疊16內的介電層(未顯示於圖中)可防止短路且控制層14及16間之分離距離，如圖1右邊之像素12b所示。不管所施加電位差之極性如何該行為皆相同。依此方法，可控制反射相對於非反射像素狀態之列/行致動，其類似用於習知LCD及其他顯示技術中之許多方式。
圖2至5顯示將干涉調變器之陣列用於顯示應用的範例性過程及系統。
圖2係一顯示可併入本發明之方面的電子裝置之具體實施例的系統方塊圖。在範例性具體實施例中，該電子裝置包括一處理器21，其可為任何一般目的之單一或多晶片微處理器，諸如一ARM、Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium IV、PentiumPro、一8051、一MIPS、一Power PC、一ALPHA，或任何特定目的之微處理器，例如數位信號處理器、微控制器、或一可程式閘陣列。如習知技術，處理器21可配置成用以執行一或多個軟體模組。除了執行作業系統外，處理器可配置成用以執行一或多個軟體應用，包括一網路瀏覽器、一電話應用、一電子郵件程式、或任何其他軟體應用。
在一具體實施例中，處理器21亦配置成用以與一陣列驅動器22通信。在一具體實施例中，陣列驅動器22包括提供信號至一顯示陣列或面板30之一列驅動器電路24及一行驅動器電路26。處理器或陣列驅動器中之一或二者可在內部或外部中儲存電腦可讀記憶體軟體模組或韌體模組，其控制提供至顯示陣列或面板30之信號的整體或部分，以執行在此描述之功能。
圖1中所示之陣列的斷面係藉由圖2中之線1－1顯示。對於微機電系統干涉調變器，該列/行致動協定可利用圖3中所示之此等裝置的遲滯特性。其可能需求例如10伏特電位差以造成一可移動層從鬆弛狀態變形成致動狀態。然而，當電壓從該值減少時，該可移動層於電壓降回至10伏特以下時保持其狀態。在圖3之範例具體實施例中，該可移動層不完全鬆弛直至電壓下降至2伏特以下。因此係有一電壓範圍(在圖3顯示之範例中約3至7伏特)，其中係存在一施加電壓的窗，在其內該裝置在鬆弛或致動狀態中穩定。此在本文中係稱為"遲滯窗"或"穩定性窗"。對於一具有圖3之遲滯特徵的顯示陣列，可設計該列/行致動協定，使得在列選通期間，在欲致動之已選通列中的像素係曝露至約10伏特之電壓差，且使欲鬆弛之像素曝露至一接近零伏特之電壓差中。選通後，像素係曝露至約5伏特之穩定狀態電壓差中，因此其保持在列選通使其存在之任何狀態中。在寫入後，各像素在此範例中見到於3至7伏特之"穩定性窗"內的電位差。此特徵使圖1所示之像素設計在已致動或鬆弛預存在狀態中於相同施加電壓條件下穩定。由於干涉調變器之每一像素(不論在致動或鬆弛狀態中)基本上係藉由固定及移動反射層形成的電容器，故此穩定狀態可保持在一具有幾乎無功率耗散之遲滯窗內的電壓處。若施加電位係固定，則基本上沒有電流會流入該像素中。
在典型應用中，可藉由依據第一列中需求組之致動像素判定該組行電極來產生一顯示圖框。一列脈衝係接著施加至列1電極，致動對應於已判定行線之像素。行電極之已判定組係接著改變成對應新第二列中之該需求組的已致動像素。一列脈衝接著施加於列2電極，依據已判定行電極致動列2中之適當像素。列1像素不受列2脈衝影響，且保持其在列1脈衝期間被設定之狀態。此可以依序方式中針對整體序列的列重複以產生圖框。一般而言，該等圖框係藉由以每秒一些需求數目之圖框持續重複此過程，來以新顯示資料再新及/或更新。用於驅動像素陣列之列及行電極以產生顯示圖框的各式協定，亦為人熟知且可與本發明一起使用。
圖4及5顯示一用於產生在圖2之3x3陣列上的顯示圖框的可能致動協定。圖4顯示可用於顯現圖3之遲滯曲線的像素之行及列電壓位準的一可能組。圖4之具體實施例中，致動一像素涉及將適當行設定成－Vbias ，且適當列至＋V，其可以分別對應於－5伏特及＋5伏特。鬆弛該像素係藉由將適當行設定成＋Vbias ，且適當列至相同＋V來完成，以產生橫跨該像素之零伏特電位差。在其中列電壓係保持在零伏特之該等列中，像素係穩定在其原始所在之狀態中，不論該行係在＋Vbias 或－Vbias 。亦如圖4中所示，應瞭解可使用除了上述該等之相反極性的電壓，例如，致動一像素可涉及將適當行設定成＋Vbias ，且適當列至－V。在此具體實施例中，鬆弛該像素係藉由將適當行設定成－Vbias ，且適當列至相同－V完成，以產生橫跨該像素之零伏特電位差。
圖5B係一顯示信號施加至圖2之3x3陣列的一序列之列及行信號的時序圖，其將導致圖5A中所示之顯示配置，其中該等致動像素係非反射性。在寫入圖5A中所示之圖框前，像素可在任何狀態中，且在此範例中，所有該等列係在0伏特，且所有該等行在＋5伏特處。使用此等施加電壓，所有像素係穩定在其現存致動或鬆弛狀態中。
在圖5A之圖框中，像素(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)及(3,3)被致動。為達到此，在用於列1之"線時間"期間，行1及2係設定成－5伏特，且行3設定成＋5伏特。此不改變任何像素之狀態，因為所有像素保持在3至7伏特穩定性窗中。列1係接著用一從0上至5伏特且回至零之脈衝選通。此致動(1,1)及(1,2)像素且鬆弛(1,3)像素。陣列中其他像素不受影響。為了如所需設定列2，行2係設定成－5伏特，且行1及3係設定成＋5伏特。應用至列2之相同選通將接著致動像素(2,2)且鬆弛像素(2,1)及(2,3)。再次，該陣列之其他像素不受影響。列3係藉由設定行2及3至－5伏特，且行1至＋5伏特而類似地設定。列3選通設定列3像素，如圖5A所示。在寫入圖框後，列電位係零，且行電位可保持在＋5或－5伏特，且顯示器係接著穩定在圖5A之配置中。應瞭解可將相同程序使用於成打或成百之列及行的陣列。亦應理解用以執行列及行致動之時序、順序及電壓位準可在上述一般原則內大幅變化，且上述範例僅係範例性，且可將任何致動電壓方法用於在此所述之系統及方法。
圖6A及6B係顯示一顯示裝置40之具體實施例的系統方塊圖。顯示裝置40可例如為一蜂巢式或行動電話。然而，顯示裝置40之相同組件或其稍微的變化亦係各種類型顯示裝置之示範，例如電視及可攜式媒體播放器。
顯示裝置40包括一外罩41、一顯示器30、一天線43、一揚聲器44、一輸入裝置48，及一麥克風46。外罩41一般而言係自如此項技術人士熟知之任何各種製程形成，該技術包括注入成型及真空形成。此外，外罩41可由任何各種材料製成，包括但不限於塑膠、金屬、玻璃、橡膠、及陶器或其組合。在一具體實施例中，外罩41包括可移動部分(未顯示)，其係可與其他不同色彩、或含有不同標誌、圖片或符號之可移動部分互換。
範例性顯示裝置40之顯示器30可為任何之各種顯示器，包括如在此所述之雙穩態顯示器。在其他具體實施例中，顯示器30包括一平面面板顯示器，例如如上述之電漿、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD；或非平面面板顯示器，諸如CRT或其他管裝置，如熟習此項技術人士所熟知。然而，為了描述本具體實施例，顯示器30包括干涉調變器顯示器，如在此所述。
範例性顯示裝置40之一具體實施例的組件係概要地顯示於圖6B中。所示之範例性顯示裝置40包括一外罩41且可包括至少部分被包圍於其內之額外組件。例如，在一具體實施例中，範例性顯示裝置40包括一網路介面27，其包括一耦合至收發器47之天線43。收發器47係連接至處理器21，其係連接至調節硬體52。調節硬體52可配置成用以調節信號(如過濾信號)。調節硬體52係連接至一揚聲器45及一麥克風46。處理器21係亦連接至一輸入裝置48及一驅動器控制器29。驅動器控制器29係耦合至一圖框緩衝器28，及至一陣列驅動器22，其係依次耦合至一顯示陣列30。一電源供應50提供電力至所有組件，如由特定範例性顯示裝置40設計所需。
網路介面27包括天線43及收發器47，使得範例性顯示裝置40可透過網路與一或多個裝置通信。在一具體實施例中，網路介面27亦可具有一些處理能力，以減輕處理器21的需求。天線43係熟習用於傳輸及接收信號之技術人士已知的任何天線。在一具體實施例中，天線根據IEEE 802.11標準(包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g))發射及接收射頻信號。在另一具體實施例中，天線根據藍芽發射傳輸及接收射頻信號。在蜂巢式電話之情況下，天線係設計以接收CDMA、GSM、AMPS或其他用以在無線行動電話網路內通信之已知信號。收發器47預處理從天線43接收之信號，使得其可藉由處理器21接收及進一步操控。收發器47亦處理從處理器21接收的信號，使得其可經由天線43從範例性顯示裝置40發射。
在一替代具體實施例中，收發器47可用一接收器替換。在又另一替代具體實施例中，網路介面27可用影像來源替換，其可儲存或產生欲發送至處理器21之影像資料。例如，該影像來源可為一含有影像資料之數位視訊光碟(DVD)或一硬碟機，或一產生影像資料之軟體模組。
處理器21通常控制範例性顯示裝置40的整體操作。處理器21接收資料，例如來自網路介面27或影像來源之壓縮影像資料，且將該資料處理成原始影像材料或一易於處理成為原始影像資料之格式。處理器21接著將已處理資料發送至驅動器控制器29或至用於儲存之圖框緩衝器28。原始資料通常指識別在一影像內之各位置處的影像特徵之資訊。例如，此等影像特徵可包括色彩、飽和及灰階位準。
在一具體實施例中，處理器21包括一微控制單元、中央處理單元或邏輯單元，以控制範例性顯示裝置40的操作。調節硬體52一般包括用於發射信號至揚聲器45及用於從麥克風46接收信號之放大器及濾波器。調節硬體52可為在範例性顯示裝置40內之離散組件，或可併入處理器21或其他組件內。
驅動器控制器29採用由處理器21產生之原始影像資料，其係直接來自處理器21或來自圖框緩衝器28，且適當地重格式化該原始影像資料，用於高速傳輸至陣列驅動器22。明確言之，驅動器控制器29將原始影像資料重格式化成為具有光柵狀格式的資料流，使得其具有一適用於掃描橫跨顯示陣列30之時間次序。然後，驅動器控制器29將已格式化資訊發送至陣列驅動器22。雖然一如LCD控制器之驅動器控制器29係經常聯結系統處理器21成為一獨立積體電路(IC)，但此等控制器可依許多方法執行。其可嵌入處理器21中成為硬體，嵌入處理器21中成為軟體，或與陣列驅動器22完全整合於硬體中。
通常陣列驅動器22從驅動器控制器29接收已格式化資訊，且重格式化該視訊資料成為一平行組之波形，其係每秒施加許多次至來自顯示器之像素的x－y矩陣的成百且有時成千之引線。
在一具體實施例中，驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30係適用於在此所述的任何類型之顯示器。例如，在一具體實施例中，驅動器控制器29係習知顯示控制器或雙穩態顯示控制器(如一干涉調變器控制器)。在另一具體實施例中，陣列驅動器22係習知驅動器或雙穩態顯示驅動器(如一干涉調變器顯示)。在一具體實施例中，一驅動器控制器29係與陣列驅動器22整合。此一具體實施例下在例如蜂巢式電話、手錶之及其他小型面積顯示器之高度整合系統中係普遍。在又另一具體實施例中，顯示陣列30係一典型顯示陣列或一雙穩態顯示陣列(如包括干涉調變器之陣列的顯示器)。
輸入裝置48允許使用者控制範例性顯示裝置40之操作。在一具體實施例中，輸入裝置48包括一鍵盤，例如一QWERTY鍵盤或電話鍵盤、一按鈕、一開關、一觸敏式螢幕、一壓力或熱敏膜。在一具體實施例中，麥克風46係一用於範例性顯示裝置40之輸入裝置。當麥克風46係用以輸入資料至該裝置時，可由使用者提供用於控制範例性顯示裝置40之操作的聲音命令。
電源供應50可包括各種能量儲存裝置，如此項技術中為人熟知者。例如，在一具體實施例中，電源供應50係一可充電電池，諸如鎳鎘電池或鋰離子電池。在另一具體實施例中，電源供應50係一再生能源、一電容器或一太陽能電池，其包括一塑膠太陽能電池，及太陽光電池漆。在另一具體實施例中，電源供應50係可配置成用以從一壁出口接收電力。
在一些實施方案中，控制可程式化(如上述)駐留在一可位於電子顯示系統中之若干處的驅動器控制器中。在某些情況下，控制可程式化駐留在陣列驅動器22中。熟習此項技術人士將會認知上述最佳化可在任何數目之硬體及/或軟體組件且依各種組態執行。
依據前述原理操作之干涉調變器結構的細節可大幅地變化。例如，圖7A至7E顯示可移動反射層14及其支撐結構之五種不同具體實施例。圖7A係圖1之具體實施例的斷面圖，其中一金屬材料條14係沉積在垂直延伸之支撐件18上。在圖7B中，可移動反射層14係僅附接至在角落處之支撐件(在繫繩32上)。在圖7C中，可移動反射層14係從可變形層34懸掛，其可包含一撓性金屬。可變形層34直接或間接連接至圍繞可變形層34周邊之基板20。此等連接在此係稱為支撐柱。在圖7D中所示之具體實施例具有支撐柱插塞42，可變形層34係位於其上。可移動反射層14保持懸掛在空腔上，如圖7A至7C所示，但可變形層34不藉由填充介於可變形層34及光學堆疊16間之孔而形成支撐柱。而是該等支撐柱係由平坦化材料形成，此係用來形成支撐柱插塞42。圖7E所示之具體實施例係基於圖7D所示的具體實施例，但亦可經調適以與圖7A至7C中所示之任何具體實施例以及未顯示的額外具體實施例一起運作。在圖7E所示的具體實施例中，一金屬或其他導電材料之額外層已用來形成一匯流排結構44。此允許信號沿干涉調變器背後之選路，免除一些否則必須在基板20上形成的電極。
在例如圖7中所示之具體實施例中，干涉調變器功能為直視裝置，其中影像係自透明基板20之前側檢視，其與配置該調變器於其上之該側相反。在此等具體實施例中，反射層14附加地屏蔽干涉調變器在與基板20相對之反射層側上的部分，其包括可變形層34。此允許配置及操作該等屏蔽區域且不致負面地影響影像品質。此屏蔽允許在圖7E中之匯流排結構44，其提供將調變器之光學特性與調變器的機電特性分離的能力，諸如定址及起因於該定址之移動。此可分離調變器架構允許選擇用於調變器之機電方面及光學方面，且彼此獨立地功能的結構化設計及材料。此外，圖7C至7E中所示之具體實施例具有將反射層14之光學特性與其機械特性解耦合所推衍出的額外優點，其係藉由可變形層34實現。此允許用於反射層14之結構化設計及材料可相對於光學特性最佳化，且用於可變形層34之結構化設計及材料相對於需求之機械特性最佳化。
上述裝置之一方面係電荷可建立在裝置的複數層間之介電質上，尤其當該等裝置係藉由一恆在相同方向中之電場來致動及保持在該致動狀態中。例如，若當裝置係藉由具有大小比穩定性之外限定值大之電位致動，而該移動層恆在一相對於固定層之更高電位時，一在此等層間之介電質上的緩慢增加電荷建立可開始偏移該裝置之遲滯曲線。因為其造成顯示效能隨時間改變，且在不同方法中對於隨時間以不同方法致動之不同像素，此係不符合需求。如圖5B之範例中可見，一給定像素在致動期間遇到10伏特之差，且每次在此範例中，列電極係設定在比在行電極高10 V電位處。在致動期間，該等板間之電場因此恆指向一方向，即從列電極朝向行電極。
此問題之減少可藉由在顯示器寫入過程之一第一部分期間以一第一極性的一電位差致動微機電系統顯示元件，及在顯示器寫入過程之一第二部分期間以一具有與該第一極性相反之極性的一電位差，來致動微機電系統顯示元件。此基本原理係顯示圖8、9及10中。
在圖8中，顯示資料之二圖框係依順序寫入(圖框N及圖框N＋1)。在此圖式中，在列1線時間期間，行之資料對於列1有效(即，根據列1中像素之需求狀態而為＋5或－5)，在列2線時間期間對於列2有效，及在列3線時間期間對於列3有效。圖框N係如圖5B般寫入，在此其將稱為正極性，其中在微機電系統裝置致動期間列電極比行電極高10 V。在致動期間，行電極可在－5 V處，且在此範例中該列上之掃描電壓係＋5 V。圖框N之顯示元件的致動及釋放因此係根據上圖4之中心列執行。
圖框N＋1係依據圖4之最低列寫入。對於圖框N＋1，掃描電壓係－5 V，且將行電壓設定成＋5 V以致動，且－5 V以釋放。因此，在圖框N＋1中，行電壓係超過列電壓10 V，在此稱為為負極性。隨著顯示器持續再新及/或更新，極性可在圖框間交替，其中圖框N＋2係以與圖框N相同的方式寫入，圖框N＋3以與圖框N＋1相同的方式寫入，且依此類推。依此方法，像素之致動係在二極性中發生。在依循此原理之具體實施例中，相反極性之電位係在已界定時間處分別施加至一給定微機電系統元件，且達到取決於影像資料寫至陣列之微機電系統元件的速率所界定之持續時間，且相反電位差在經過顯示用途之一給定週期係各施加一近似相等量的時間。此有助於減少隨著時間建立於介電質上的電荷。
可執行此方案之各式各樣的修正。例如，圖框N及圖框N＋1可包含不同顯示資料。或者是，其可為以相反極性寫至該陣列二次的相同顯示資料。其中相同資料係用相反極性信號寫二次之一特定具體實施例係在圖9中額外詳細說明。
此圖中係顯示圖框N及N＋1更新週期。此等更新週期通常係一已選定圖框更新率之反轉，該更新率係藉依顯示資料的新圖框由該顯示系統接收之該率來界定。此率可例如係15 Hz、30 Hz或根據正顯示之影像資料本質的另一頻率。
在此描述之顯示元件的一特徵係，一資料之圖框通常可在一比由該圖框更新率所界定之更新週期更短的時間週期中寫至顯示元件之陣列。在圖9之具體實施例中，圖框更新週期係分成四部分或間隔，如圖9中之40、42、44及46所指。圖9顯示用於一3列顯示之時序圖，如圖5A中所示。
在一圖框更新週期的第一部分40期間，該圖框係用橫越第一極性之調變器元件的電位差寫入。例如，施加至該等列及行之電壓可跟著由圖4及圖5B之中心列所示之極性。如圖8，在圖9中未個別顯示行電壓，而係指為一多導體匯流排，其中行電壓在週期50期間係針對列1資料有效，在週期52期間係針對列2資料有效，及在週期54期間針對列3資料有效，其中"有效"係一根據欲寫入之行中的一顯示元件之需求狀態改變之選定電壓。在圖5B之範例中，各行可根據需求顯示元件狀態假設一＋5或－5的電位。如以上所解釋，列脈衝51視需要設定列1顯示元件的狀態，列脈衝53視需要設定列2顯示元件的狀態，且列脈衝55視需要設定列3顯示元件的狀態。
在圖框更新週期的第二部分42期間，相同資料係以與施加至顯示元件之相反極性寫至該陣列。在此週期期間，出現在行上之電壓係其在第一部分40期間之電壓的相反。若於時間週期50期間在一行上之電壓係例如＋5伏特，則其在時間週期60期間將會是－5伏特，且反之亦然。此就順序施加成組之顯示資料至該等行亦真實，如電位在週期62期間係與52相反，且電位在週期64期間與時間週期54期間施加的相反。對於圖框更新週期之第一部分40期間提供的相反極性之列選通61、63、65，將於第二部分42期間再寫入與部分40期間寫入之相同資料至該陣列，但橫跨該等顯示元件施加之電壓的極性係反轉。
在圖9所示之具體實施例中，第一週期40及第二週期42二者係在圖框N更新週期結束前完成。在此具體實施例中，一對交替的保持週期44及46填充第二週期42後及圖框N更新週期結束前的時間。使用圖3至5之陣列作為範例，在第一保持週期44期間，該等列係全部保持在0伏特，且該等行全部被導至＋5 V。在第二保持週期46期間，該等列係全部保持在0伏特，且該等行全部導至－5 V。因此，在圖框N之陣列寫入後的週期期間，但在圖框N＋1之陣列寫入前，相反極性之偏壓電位係各施加至該陣列的元件。在此等週期期間，該等陣列元件的狀態不改變，但施加相反極性之電位以使顯示元件中建立的電荷減至最少。
在圖框N＋1之次一圖框更新週期期間，可重複該過程，如圖9中所示。應瞭解，此總體方法之各種修改可利用為有利之影響。例如，可提供多於二種保持週期。圖10顯示一其中在相反極性中的寫入係以逐列為主而非以逐圖框為主來進行之具體實施例。在此具體實施例中，圖9之時間週期40及42係交錯。此外，該調變器可能在一極性中比另一者更易於充電，且因此雖然基本上確切相等之正及負寫入及保持時間通常係最有利，但在一些情況下稍微偏斜正及負極性致動及保持之相關時間週期可較有利。因此，在一具體實施例中，可調整寫入循環及保持循環的時間以允許電荷被平衡。在一範例性具體實施例中，使用純粹選定用於示範且易於計算之值，可使一電極材料在正極性中之充電率比在負極性中的充電率快二倍。若正寫入(write＋)循環係10毫秒，則負寫入(write－)循環可為20毫秒來補償。因此write＋循環將使用總寫入循環的三分之一，而write－循環將使用總寫入時間的三分之二。同樣地，保持循環可具有一類似時間比。在其他具體實施例中，電場中之變化可能非線性，使得充電或放電率可能隨時間變化。在此情況下，可依據非線性充電及放電率調整循環時間。
在一些具體實施例中，若干時序變量係可獨立地程式化以確保DC電中性及一致的遲滯窗。此等時序設定包括但不限於write＋及write－循環時間、正保持及負保持循環時間、及列選通時間。
儘管在此討論之圖框更新循環具有write＋、write－、hold＋及hold－之設定次序，但此次序可加以改變。在其他具體實施例中，循環之次序可能係該等循環的任何其他置換。在又其他具體實施例中，不同循環及循環之不同置換可用於不同顯示更新週期。例如，圖框N可僅包括一write＋循環、hold＋循環及一hold－循環，而後續圖框N＋1可僅包括write－、hold＋及hold－循環。另一具體實施例能將write＋、hold＋、write－、hold－用於一或一序列之圖框，且接著將write－、hold－、write＋、hold＋用於後續次一或一序列之圖框。亦應理解可針對各行獨立地選擇正及負極性保持循環之次序。在此具體實施例中，一些行循環首先通過hold＋而後hold－，而其他行首先進行至hold－，而後為hold＋。在一範例中，取決於行驅動器電路之組態，更有利的係對於第一保持循環44設定該等行之一半在－5 V及一半在＋5 V，而後對於第二保持循環46切換所有行極性以設定該第一半至＋5 V且該第二半至－5 V。
此一具體實施例之有利方面係，若行之第一及第二半係適當地配置，則保持循環電位之極性係橫跨該陣列空間地交替。保持循環極性之此空間交替有助於免除或減少顯示影像的干擾，例如可感知之閃爍，其可在保持循環期間發生。閃爍現象發生係因為有時遲滯曲線中心未確實在零伏特四周，因此一顯示元件之機械回應(且因此光學回應)係與極性相依，即使當所施加電壓具有相同絕對值時。因此，在保持循環期間，當顯示器中之所有像素在正極性及負極性間同時切換時，可導致顯示器中之可見閃爍。移除閃爍之一可能方法係將極性交替的頻率增加至高於人類所感知。雖然有效，但此解決辦法需求明顯電力消耗以驅動更高之頻率保持循環信號。
為了克服此可感知之干擾而無更高電力消耗之代價，可使用一空間顫化技術。在保持週期期間改變保持電位極性之同時，一些具體實施例驅動一特定配置中之陣列行以水平地顫化該閃爍。在一簡單具體實施例中，當偶數行係在正保持狀態時，奇數行係在負保持狀態中，且反之亦然。
圖11A及11B係顯示干涉調變器之一陣列及在一保持週期期間在列及行上之驅動電位的示範及時序圖。圖11A顯示列保持電位(Vrowcom)係在列中共用。Vrowcom在一些可用具體實施例中係零或接近零，例如在圖5B之驅動方案中，但並不總是如此。圖11A亦顯示行電位並非全部相同。儘管其他配置係可能，但在圖11A所示的具體實施例中，行電位水平地交替。即，偶數行具有第一電位Vb且奇數行具有第二電位Va。因此，橫跨任何個別干涉調變器之有效電位係| Va－Vbias |(Va－Vbias之絕對值)，或| Vb－Vbias |。如圖11B中所示，Va及Vb在Vpos及Vneg間交替且被驅動，使得當Va係Vpos時，Vb係Vneg；且當Va係Vneg時，Vb係Vpos。因為依ABAB模式關於行來交替電位Va及Vb，干涉調變器的水平相鄰行將在相反極性保持狀態。結果係儘管達到改變驅動極性之需求影響，但不符合需求之閃爍係水平顫化，使得其感知係減少或實質上消除。閃爍減少亦可以較粗的交錯獲得，諸如依一AABBAA模式施加Va至一行對，Vb至相鄰行對等等。
一些具體實施例使用水平及垂直顫化二者，以在保持週期期間減少可感知之閃爍，同時改變保持電位極性。圖12A及12B係顯示干涉調變器之一陣列及在一保持週期期間在列及行上的保持電位之示範及時序圖。圖12A顯示行電位並非全部相同。圖12A亦顯示列電位係並非全部相同。儘管其他配置係可能，但在圖12A所示之具體實施例中，列電位垂直地交替而行電位水平地交替。即，奇數列具有第一電位Vrc且偶數列具有第二電位Vrd，而奇數行具有一第三電位Va且偶數行具有一第四電位Vb。Vrc及Vrd被驅動以在Vrpos和Vrneg間切換，使得當Vrc係Vrpos時，Vrd係Vrneg；且當Vrc係Vrneg時，Vrd係Vrpos，如圖12B中所示。同樣地，Va及Vb被驅動以在Vcpos及Vcneg間切換，使得當Va係Vcpos時，Vb係Vcneg；且當Va係Vcneg時，Vb係Vcpos，亦如圖12B中所示。此外，列電位之變遷可有利地與行電位的變遷異相。因此，各個別干涉調變器在四個不同位置間之切換，各位置對應於行及列電壓的四種組合(Vcpos－Vrpos、Vcpos－Vrneg、Vcneg－Vrpos及Vcneg－Vrneg)中之一，且各位置根據施加電位之幅度導致不同光調變特徵。圖12C顯示在如圖12B中所示之對應行及列電壓時間週期期間，圖12A中標示A、B、C及D之干涉調變器的各者的不同反射比，其中反射比1對應於Vcneg－Vrneg，反射比2對應於Vcneg－Vrpos，反射比3對應於Vcpos－Vrneg，且反射比4對應於Vcpos－Vrpos。圖12C之表顯示在各時間週期中，四種狀態之各者中有一干涉調變器。結果，從該組四個裝置反射之全體光不會隨著時間週期而改變。圖12C亦顯示在列電壓變遷處，干涉調變器在相同行交換狀態，且在行變遷處干涉調變器於相同列交換狀態。類似關於圖11A及11B所述之水平顫化，二維顫化進一步減少閃爍的感知，其係藉由確保即使來自各干涉調變器之光隨著改變保持電位而改變，因為相鄰干涉調變器被驅動至不同狀態，來自一群四個干涉調變器的全體光實質上保持不變。結果係，儘管達到改變保持極性之需求影響，不符合需求之閃爍係二維地顫化，使得其感知係減少或實質上消除。
已同時發現較佳的係週期性包括一用於微機電系統顯示元件之釋放循環。有利的係在一些圖框更新循環期間執行用於一或多個列之此釋放循環。此釋放循環通常將相對較不頻繁地提供，諸如每100,000或1,000,000圖框更新，或每一小時或數小時之顯示操作。此週期性釋放所有或實質上所有影像之目的係減少一持續致動達長週期之微機電系統顯示元件，由於正顯示影像之本質會在一致動狀態中停止的機會。在圖9之具體實施例中，例如，週期50可能係每100,000圖框更新將列1的所有顯示元件寫成為一釋放狀態之write＋循環。可用週期52、54及/或60、62、64針對顯示器之所有列同樣進行。由於其較少發生且用於短週期，此等釋放循環可依時間中廣泛地展開(如，每100,000或更多圖框更新，或每小時或更多之顯示操作)，且在橫跨顯示器之不同列的不同時間處展開，以消除在顯示器對於普通觀察者之視覺外觀方面的任何可感知影響。
圖13顯示其中圖框寫入可採一可變數量之圖框更新週期的另一具體實施例，且在長度中調整保持循環週期，以填充介於一圖框之顯示寫入過程完成，及後續圖框之顯示寫入過程的開始間之時間。在此具體實施例中，寫入資料之一圖框的時間(例如週期40及42)，可取決於資料之一圖框與先前圖框如何不同來變化。在圖13中，圖框N需要一完全圖框寫入操作，其中該陣列之所有列皆被選通。為了在二極性中進行，需要如圖9及10中所示之週期40及42。對於圖框N＋1，僅該等列中之一些列需要更新，因為在此範例中，對於陣列中之一些列而言，影像資料係相同。未改變之列(如圖13之列1及列N)係未被選通。將新資料寫入該陣列因此需要更短的週期70及72，因為僅一些列需要被選通。對於圖框N＋1，保持循環44、46被延伸以填充在寫入圖框N＋2欲開始前之剩餘時間。
在此範例中，圖框N＋2未從圖框N＋1改變。則無需寫入循環，且圖框N＋2之更新週期係用保持循環44及46完全填滿。如上述，可使用多於二保持循環，例如四循環、八循環等等。
儘管以上揭示之具體實施例已直接指向列及行驅動電壓的特定配置。應理解其他配置亦將有顫化該閃爍之有利結果。例如，可配置成組之相鄰元件，使得在一組內之所有元件接收一相同驅動電壓，且因此實質上相同移動，且使得各組接收一與一相鄰組不同之驅動電壓，且因此與相鄰組不同地移動。在此一方案中之行及列電壓將配置成用以使得該組元件係具有此一尺寸及形狀，以致閃爍係藉由其空間配置有效地顫化。
應理解在上述討論中，名詞極性係關於在一值與一參考間之差的符號，其中該參考可為零亦可不必為零。即，相反極性之信號係具有此等值，即其一者係大於該參考且一者係少於該參考，其中該參考可為零亦可不為零。
應理解在上述討論中，名詞列及行係隨意選定，以各表示一陣列中之一分離尺寸。列及行無意於相對於任何固定參考。因此，列及行可互換。
熟習此項技術人士應理解可在不脫離本發明之精神下進行許多及各種修改。所以，應清楚瞭解的係本發明之形式僅用於解釋，且並不意於限制本發明的範疇。
12a．．．干涉調變器
12b．．．干涉調變器
14．．．反射層
14a．．．可移動反射層
14b．．．可移動反射層
16a．．．光學堆疊
16b．．．光學堆疊
18．．．柱
19．．．間隙/空腔
20．．．透明基板
21．．．處理器
22．．．陣列驅動器/陣列控制器
24．．．列驅動器電路
26．．．行驅動器電路
27．．．網路介面
28．．．圖框緩衝器
29．．．驅動器控制器
30．．．顯示陣列/面板
32．．．繫繩
34．．．可變形層
40．．．顯示裝置
41．．．外罩
42．．．支撐柱插塞
43．．．天線
44．．．揚聲器
45．．．揚聲器
46．．．麥克風
47．．．收發器
48．．．輸入裝置
50．．．電源供應
51．．．列脈衝
52．．．調節硬體
53．．．列脈衝
55．．．列脈衝
圖1係描述一干涉調變器顯示器之一具體實施例的部分之等角視圖，其中一第一干涉調變器之可移動反射層係在一鬆弛位置中，且一第二干涉調變器之可移動反射層係在一致動位置中。
圖2係顯示一併入3x3干涉調變器顯示器之一電子裝置的具體實施例之系統方塊圖。
圖3係用於圖1之干涉調變器的一範例性具體實施例之可移動鏡位置相對於所施加電壓的圖式。
圖4係可用來驅動干涉調變器顯示器之一組列及行電壓的圖示。
圖5A及5B顯示一用於可用來將一顯示資料之圖框寫至圖2的3x3干涉調變器顯示器之列及行信號的範例性時序圖。
圖6A及6B係顯示包含複數個干涉調變器之視覺顯示裝置的一具體實施例之系統方塊圖。
圖7A係圖1之裝置的斷面。
圖7B係一干涉調變器之替代具體實施例的斷面。
圖7C係一干涉調變器之另一替代具體實施例的斷面。
圖7D係一干涉調變器的又另一替代具體實施例的斷面。
圖7E係一干涉調變器之一額外替代具體實施例的斷面。
圖8係顯示施加相反寫入極性至顯示資料的不同圖框之時序圖。
圖9係顯示在本發明之第一具體實施例中之一圖框更新週期期間的寫入及保持循環之時序圖。
圖10係顯示在本發明之第一具體實施例中之一圖框更新週期期間的寫入及保持循環之時序圖。
圖11A及11B顯示在一陣列之行上施加交錯保持電位。
圖12A、12B及12C顯示在一陣列之行及列二者上施加交錯保持電位。
圖13係顯示在圖框更新週期期間之可變長度寫入及保持循環的時序圖。

Claims (38)

  1. 一種寫入顯示資料之圖框至一微機電系統(MEMS)顯示元件的一陣列之方法，該方法包含：寫入顯示資料至該微機電系統顯示元件以顯示一影像；施加交替極性之一第一序列的偏壓至微機電系統顯示元件之該陣列的一第一組之行或列；及施加交替極性之一第二序列的偏壓至微機電系統顯示元件之該陣列的一第二組之行或列；其中該第一組之行或列係與該第二組之行或列交錯，使得相鄰行或列在該第一序列之該施加及該第二序列的該施加期間接收相反極性之偏壓。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一及第二序列係分別依一ABAB或一ABBA模式施加至該第一及第二組之行或列，其中A表示該第一組之一行或列，而B表示該第二組之一行或列。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含：施加交替極性之一第三序列的偏壓至微機電系統顯示元件之該陣列的一第三組之行或列；及施加交替極性之一第四序列的偏壓至微機電系統顯示元件之該陣列的一第四組之行或列。
  4. 如請求項3之方法，其中該第一及第二序列係施加至第一及第二組之行，且該第三及第四序列係施加至第三及第四組的列。
  5. 如請求項1之方法，其中在該第一及第二序列係施加之同時維持該已顯示影像。
  6. 如請求項1之方法，其中該等元件之每一元件從具有一第一光調變特徵改變成具有一第二光調變特徵，以回應該第一及第二序列的該施加。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一及第二光調變特徵係稍微不同。
  8. 如請求項1之方法，其中在該第一及第二序列兩者皆施加時，已致動元件保持致動且未致動元件保持未致動。
  9. 如請求項1之方法，其中該偏壓使該等元件之充電減至最少。
  10. 如請求項1之方法，其中該第一及第二序列之電壓係實質上同時地施加。
  11. 一種在一雙穩態顯示器中之一顯示保持模式期間減少閃爍的方法，該雙穩態顯示器包含複數個列電極、複數個行電極，及複數個微機電系統顯示元件，每一顯示元件包含該複數個列電極之一者之至少一部分以及該複數個行電極之一者之至少一部分，該方法包含施加相反極性的偏壓電位至該顯示器之相鄰列及/或相鄰行，使得保持模式閃爍在二維中被空間顫化。
  12. 如請求項11之方法，其中該閃爍在該行與該列方向二者中空間顫化。
  13. 如請求項11之方法，其中相反極性之一第一序列的偏壓電位至係施加至該顯示器之列，及一第二序列的偏壓電 位至係施加至該顯示器之行。
  14. 如請求項11之方法，其中該等偏壓電位使該等元件之充電減至最少。
  15. 如請求項11之方法，其中該等相反極性之偏壓電位係實質上同時地施加。
  16. 一種驅動複數個雙穩態微機電系統(MEMS)顯示裝置之方法，該方法包含：寫入影像資料至該等顯示裝置以顯示一影像；施加保持信號至該等顯示裝置，其中該等保持信號被施加至成組之顯示裝置，以於二維中空間地顫化來自該等組中之該等顯示裝置之光輸出中之差，以致減少該施加期間在該等組中之該等顯示器內之可見閃爍。
  17. 如請求項16之方法，其中該等保持信號包含相反極性及不同幅度中至少之一的信號。
  18. 如請求項17之方法，其中相鄰組接收藉由極性及幅度中至少一者區分之保持信號。
  19. 如請求項16之方法，其中該等組包含列、行、列之部分、行之部分、多列之部分及多行之部分中至少一者。
  20. 如請求項16之方法，其中該等組係相連。
  21. 如請求項16之方法，其中該等組係不相連。
  22. 如請求項17之方法，其中該等光輸出中之差係由該等保持信號之施加所造成。
  23. 一種顯示裝置，其包含：一微機電系統(MEMS)顯示元件之陣列；及 一顯示驅動器，其係配置成用以供應信號至該陣列之列及行以顯示一影像，施加交替極性之一第一序列的偏壓至該陣列的一第一組之行或列，及施加交替極性之一第二序列的偏壓至一第二組之行或列，其中該第一組之行或列係與該第二組的行或列交錯，使得相鄰行或列在該第一序列的該施加及該第二序列之該施加期間接收相反極性之偏壓。
  24. 如請求項23之裝置，其中該驅動器係進一步配置成用以施加交替極性之一第三序列的偏壓至微機電系統顯示元件之該陣列的一第三組之行或列，且施加交替極性之一第四序列的偏壓至微機電系統顯示元件之該陣列的一第四組之行或列。
  25. 如請求項23之裝置，其中該第一及第二序列係施加至第一及第二組之行，且該第三及第四序列係施加於第三及第四組的列。
  26. 如請求項23之裝置，其中該等元件之每一元件係配置成從具有一第一光調變特徵改變成具有一第二光調變特徵，以回應該第一及第二序列的該施加。
  27. 如請求項23之裝置，其中該陣列係配置成用以使得在該第一及第二序列被施加時，已致動元件保持致動且未致動元件保持未致動。
  28. 如請求項23之裝置，其中該第一及第二序列之電壓係實質上同時地施加。
  29. 一種顯示裝置，其包含： 顯示構件，其用顯示一影像；供應構件，其用於供應信號至該顯示構件之列及行以顯示一影像；施加構件，其用於施加交替極性之一第一序列的偏壓至該顯示構件之一第一組的部分；及施加構件，其用於施加交替極性之一第二序列的偏壓至該顯示構件之一第二組的部分，其中該第一組的部分係與該第二組的部分係交錯，使得該顯示構件之相鄰部分在該第一序列的該施加及該第二序列的該施加期間接收相反極性之偏壓。
  30. 如請求項29之裝置，其中該供應構件係進一步配置成用以施加交替極性之一第三序列的偏壓至該顯示構件之一第三組的部分，且施加交替極性之一第四序列的偏壓至該顯示元件之一第四組的部分。
  31. 如請求項29之裝置，其中該顯示元件之該等部分的每一部分係配置成用以從具有一第一光調變特徵改變成具有一第二光調變特徵，以回應該第一及第二序列的該施加。
  32. 如請求項29之裝置，其中該顯示構件係配置成用以使得在該第一及第二序列兩者皆施加時，該顯示構件之已致動部分保持致動且該顯示構件之未致動部分保持未致動。
  33. 一種儲存模組之電腦可讀記憶體，其造成一顯示驅動器電路施加信號至一顯示陣列中之顯示裝置，以寫入影像 資料至該等顯示裝置來顯示一影像，且施加保持信號至該等顯示裝置，其中該等保持信號被施加至成組之顯示裝置，以在二維中空間地顫化光輸出中之差，以致減少該施加期間在該等顯示裝置內之可見閃爍。
  34. 如請求項33之電腦可讀記憶體，其中該等保持信號包含相反極性及不同幅度中至少一者的信號。
  35. 如請求項34之電腦可讀記憶體，其中相鄰組接收藉由極性及幅度中至少一者區分之保持信號。
  36. 如請求項33之電腦可讀記憶體，其中該等組包含多列之部分及多行之部分。
  37. 如請求項33之電腦可讀記憶體，其中該等組係相連。
  38. 如請求項33之電腦可讀記憶體，其中該等組係不相連。
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