TWI412783B - 電流模式顯示驅動電路實現特徵 - Google Patents

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Description

電流模式顯示驅動電路實現特徵
本發明係關於微機電系統(MEMS)。
微機電系統(MEMS)包括微機械元件、致動器及電子學。可使用將基板及/或沉積材料層之部分蝕刻除去或新增層的沉積、蝕刻或其他微切削程序建立微機械元件，以形成電氣及機電裝置。一種類型之MEMS裝置稱為干涉調變器。本文所使用之術語干涉調變器或干涉光調變器指示用光學干涉原理選擇性吸收及/或反射光之裝置。某些具體實施例中，干涉調變器可包含一對導電板，其中一或兩個之整體或部分可為透明性及/或反射性的，並能夠在施加適當電信號後執行相關動作。一特定具體實施例中，一薄板可包含沉積於一基板上之一固定層，而另一薄板可包含藉由空氣間隙與該固定層分離之金屬薄膜。如本文所詳述，一薄板相對於另一薄板之位置可改變入射至干涉調變器之光的光學干涉。此類裝置具有廣泛應用，本技術中有利的係採用及/或修改此等類型裝置之特徵，以便其特徵可用於改進現有產品並建立尚未被開發的新產品。
本發明之系統、方法及裝置各具有數個方面，任何一單一項不能單獨提供其所需屬性。在不限制本發明之範圍的前提下，將簡要說明其更顯著之特徵。考慮本說明後，特別係閱讀「實施方式」段落後，將會瞭解本發明之特徵如何提供超過其他顯示裝置之優點。
第一具體實施例包括用於調變光之裝置，其包括具有可定位於兩個或更多位置之可移動光學元件的至少一個光調變器，該調變器以干涉方式操作，以在該等兩個或更多位置之各位置中呈現不同預定光學回應；以及與該光調變器連接之控制電路，其係用於控制該干涉調變器，其中該控制電路向該光調變器提供實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件。
第二具體實施例包括採用驅動電路驅動具有一可移動光學元件之干涉調變器像素的方法，該方法包括向該干涉像素提供實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件。
第三具體實施例包括用於調變光之裝置，該裝置包括用於調變光之構件，其具有可定位於兩個或更多位置之可移動光學組件，該調變構件以干涉方式操作，以在該等兩個或更多位置之各位置中呈現不同預定光學回應；以及用於控制該操作構件(即干涉調變器)之構件，其中該控制構件向該操作構件提供實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件。
第四具體實施例包括製造一顯示器之方法，其包括形成包含可定位於兩個或更多位置之可移動光學元件的至少一個光調變器，該調變器以干涉方式操作，以在該等兩個或更多位置之各位置中呈現不同預定光學回應；以及連接控制電路至該光調變器，以便控制該干涉調變器，其中該控制電路向該光調變器提供實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件。
以下詳細說明係針對本發明之某些特定具體實施例。但可採用大量不同方式實施本發明。本說明中參考圖式，所有圖式中相似數字指定相似部件。從以下說明可清楚，可將具體實施例實施在任何被組態設定為顯示影像的裝置內，無論是運動(例如視訊)或固定(例如靜止影像)影像，以及文字或圖像影像。更特定言之，預計可將具體實施例實施在各種電子裝置內或與其相關聯，舉例而言但不限於：行動電話、無線裝置、個人資料助理(PDA)、手持式或可攜式電腦、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、攝錄影機、遊戲控制台、腕錶、時鐘、計算器、電視監視器、平面顯示器、電腦監視器、汽車顯示器(例如里程計顯示器等)、座艙控制及/或顯示器、攝影機視圖顯示器(例如車輛內的後視攝影機顯示器)、電子照片、電子廣告牌或標誌、投影機、建築結構、封裝及美學結構(例如一件珠寶上的影像的顯示)。結構與本文所說明者類似的MEMS裝置亦可用於非顯示器應用中，例如電子切換裝置。
干涉MEMS顯示像素包括可彼此靠近或分離以調變反射光的平行導電板。通常導電板之一為可移動反射層。向MEM像素施加一電壓，以將可移動反射層從釋放狀態變形至致動狀態，或從致動狀態變形至釋放狀態。若迅速改變施加於MEM像素之電壓，會產生較大電流。由於電極線之電阻，此電流之部分作為熱而被消耗。產生較大瞬時電流之驅動電路組態通常需要較大且較昂貴的電容器來提供所需電流，此可增加調變器裝置之總成本。若施加於MEM像素之電壓係在一時間週期中(例如斜坡式)予以增加而非進行瞬時施加，電壓會產生恆定或實質上恆定電流，以將MEM像素充電。此一組態可減小通過驅動電路之峰值電流，並減小將像素充電至期望釋放或致動狀態所需的總電力。一項具體實施例中，藉由在驅動電路內依順序將兩個或更多電容器連接至MEM像素，使得每一電容器之附加新增橫跨MEM像素之一較小增加電壓，而相應地對MEM像素產生增加電流，從而產生漸增電壓。在一時間週期內連接兩個或更多電容器可提供實質上恆定電流，以將MEM像素充電。
圖1內說明包含干涉MEMS顯示元件之一項干涉調變器顯示器具體實施例。此等裝置中，像素處於明亮或陰暗狀態。明亮(「開」或「開啟」)狀態中，顯示元件向使用者反射入射可見光之大部分。處於陰暗(「關」或「關閉」)狀態時，顯示元件向使用者反射極少入射可見光。根據該具體實施例，「開」及「關」狀態之光反射率特性可翻轉。可將MEMS像素組態設定為主要在選定顏色下反射，從而提供除黑色及白色外的彩色顯示。
圖1係描述一視覺顯示器之一系列像素中的二個相鄰像素之一等角座標圖，其中每一像素皆包含一MEMS干涉調變器。某些具體實施例中，干涉調變器包含此等干涉調變器之一列/行陣列。每一干涉調變器皆包括採用彼此之間的一可變且可控制距離而加以定位之一對反射層，以形成具有至少一可變尺寸之一共振光學腔。在一項具體實施例中，可在二個位置之間移動該等反射層之一。在本文稱為鬆弛位置之第一位置中，將可移動反射層定位成與一固定的部分反射層有一較大距離。在本文稱為致動位置之第二位置中，將可移動反射層定位成與部分反射層更接近地相鄰。從該等二層反射的入射光根據可移動反射層之位置產生建設性或破壞性的干擾，從而針對每一像素產生完全反射或非反射狀態。
圖1所描述的像素陣列之部分包括二個相鄰的干涉調變器12a與12b。在左側的干涉調變器12a中，可移動反射層14a係說明為處於與光學堆疊16a有一預定距離之一鬆弛位置，其包括一部分反射層。在右側的干涉調變器12b中，可移動反射層14b係說明為處於與光學堆疊16b相鄰之一致動位置。
本文所參考之光學堆疊16a及16b(統稱為光學堆疊16)通常包含數個熔層，該等層可包括：一電極層，例如氧化銦錫(ITO)；一部分反射層，例如鉻；及一透明介電質。因此，該光學堆疊16具有導電、部分透明且部分反射之特性，且可例如藉由將以上層中的一或多層沉積於透明基板20上而加以製造。一些具體實施例中，將該等層圖案化成平行帶，且其可形成以下所進一步說明之顯示裝置中的列電極。可將可移動反射層14a、14b形成為沉積於柱18之頂部上的一或多個沉積金屬層之一系列平行帶(垂直於列電極16a、16b)以及沉積於該等柱18之間的一插入犧牲材料。當蝕刻除去犧牲材料時，藉由一已定義間隙19將可移動反射層14a、14b與光學堆疊16a、16b分離。高度導電及反射材料(例如，鋁)可用於反射層14，以及此等帶可形成顯示裝置中的行電極。
在不施加電壓之情況下，腔19保留於可移動反射層14a與光學堆疊16a之間，而可移動反射層14a處於一機械鬆弛狀態，如圖1之像素12a所示。但是，在向一選定列及行施加一電位差時，對應像素處的列及行電極之交叉點處所形成之電容器變得帶電，且靜電力將電極牽引在一起。若電壓足夠高，則將可移動反射層14變形且推向光學堆疊16。光學堆疊16內之介電層(此圖式中未說明)可防止短路並控制層14與16間之分離距離，如圖1中右側上的像素12b所示。無論所施加的電位差之極性如何，該行為相同。依此方式，可控制反射對非反射像素狀態之列/行致動在許多方面與用於傳統LCD及其他顯示技術中之方法類似。
圖2至5B說明使用顯示器應用中之干涉調變器陣列的一項示範性程序及系統。
圖2為系統方塊圖，其說明可併入本發明之各方面的一電子裝置之一項具體實施例。在該示範性具體實施例中，該電子裝置包括一處理器21，其可為任何通用的單一或多晶片微處理器，例如：一ARM、Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium IV、PentiumPro、一8051、一MIPS、一Power PC、一ALPHA或任何專用微處理器，例如數位信號處理器、微控制器或可程式化閘極陣列。作為該技術中之傳統方法，可將處理器21組態設定為執行一或多個軟體模組。除執行操作系統外，可將處理器組態設定為執行一或多個軟體應用程式，包括網頁瀏覽器、電話應用程式、電子郵件程式或任何其他軟體應用程式。
在一項具體實施例中，將該處理器21組態亦設定為與陣列驅動器22通信。在一項具體實施例中，陣列驅動器22包括列驅動電路24與行驅動電路26，其向面板或顯示器陣列(顯示器)30提供信號。圖2中用直線1－1來顯示圖1所說明的陣列之斷面圖。對於MEMS干涉調變器，列/行致動協定可利用圖3所說明的此等裝置之一磁滯特性。例如，可需要10伏特的電位差以使得可移動層從鬆弛狀態變形為致動狀態。但是，當電壓自該值減小時，該可移動層在該電壓降回至低於10伏特時保持其狀態。在圖3之示範性具體實施例中，該可移動層在電壓降至低於2伏特之前不會完全鬆弛。因此，在圖3所說明的範例中有一約3至7 V之電壓範圍，其中存在所施加電壓之窗口，在該窗口內該裝置於鬆弛或致動狀態下皆較穩定。本文將此窗口稱為「磁滯窗口」或「穩定性窗口」。對於具有圖3所示磁滯特徵之顯示器陣列，可將列/行致動協定設計成在列選通期間，將已選通列中欲加以致動的像素曝露於約10伏特之電壓差，而將欲加以鬆弛之像素曝露於接近零伏特之電壓差。在該選通後，無論該列選通將其置於何狀態，該像素皆係曝露於約5伏特之穩態電壓差以便其保持該狀態。寫入後，此範例中每一像素皆經歷在3至7伏特的「穩定性窗口」內之一電位差。此特徵使得圖1所說明的像素設計在相同之所施加電壓條件下於致動或鬆弛先前存在狀態下皆較穩定。由於該干涉調變器之每一像素無論在致動亦或鬆弛狀態下本質上皆係由該等固定及移動反射層形成之一電容器，因此，在磁滯窗口內的電壓下可保持此穩定狀態而幾乎沒有功率消耗。若所施加的電位係固定的，則本質上無電流流動至該像素內。
在典型應用中，可根據第一列中之期望致動像素組來判定該組行電極，藉此產生一顯示器訊框。接著向該列1電極應用一列脈衝，從而致動對應於已判定行線之像素。然後將已判定的該組行電極改變為對應於該第二列中的期望致動像素組。然後向該列2電極應用一脈衝，根據已判定之行電極來致動列2中的適當像素。列1像素不受列2脈衝之影響，且保持在列1脈衝期間被設定之狀態。針對整個列系列而依順序重複此操作，以產生訊框。一般地，藉由按每秒某期望數目之訊框連續重複此程序，用新顯示資料刷新及/或更新訊框。用於驅動像素陣列的列及行電極以產生顯示訊框之廣泛協定亦係眾所周知的，且可結合本發明來使用。
圖4、5A及5B說明用於在圖2之3x3陣列上產生顯示訊框之一種可能的致動協定。圖4說明可用於呈現圖3之磁滯曲線的像素之一組可能的行及列電壓位準。圖4之具體實施例中，致動像素包含將適當行設定為－Vb i a s ，以及將適當列設定為＋△V，其可分別對應於－5伏特及＋5伏特。藉由將適當行設定為＋Vb i a s 以及將適當列設定為相同之＋△V完成鬆弛像素，從而產生橫跨像素之零伏特電位差。在將列電壓保持於零伏特之列中，無論該等像素最初處於何狀態，其皆較穩定，而與該行處於＋Vb i a s 還是－Vb i a s 無關。同樣如圖4所說明，應明白，可使用與上述電壓極性相反之電壓，例如，致動一像素可包含將適當行設定為＋Vb i a s 並將適當列設定為－△V。此具體實施例中，藉由將適當行設定為－Vb i a s 以及將適當的列設定為相同的－△V完成釋放像素，從而產生橫跨像素之零伏特電位差。
圖5B係顯示應用於圖2之3x3陣列的一系列列及行信號之時序圖，該應用會產生圖5A所說明的顯示器配置，其中致動像素係非反射性的。在寫入圖5A所說明的訊框之前，該等像素可處於任何狀態，且此範例中，所有該等列皆處於0伏特，而所有該等行皆處於＋5伏特。藉由此等已施加的電壓，所有像素在其現有致動或鬆弛狀態下皆較穩定。
在圖5A之訊框中，致動像素(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)及(3,3)。為實現此目的，在用於列1之「線時間」期間，將行1及2設定為－5伏特，並將行3設定為＋5伏特。此方法不會改變任何像素之狀態，因為所有該等像素皆保持於3至7伏特之穩定性窗口內。然後，採用從0到達最高5伏特並返回零之脈衝來選通列1。此方法致動(1,1)及(1,2)像素並鬆弛(1,3)像素。該陣列中的其他像素皆不受影響。為按需要設定列2，將行2設定為－5伏特，並將行1及3設定為＋5伏特。然後，應用於列2之相同選通將致動像素(2,2)並鬆弛像素(2,1)及(2,3)。同樣，該陣列中的其他像素不受影響。以相似方式藉由將列2及3設定為－5伏特而將行1設定為＋5伏特來設定列3。列3選通設定列3像素，如圖5A所示。寫入該訊框後，該列電位係零，而該等行電位可保持於＋5或－5伏特，且顯示器在圖5A之配置下較穩定。應明白，對於數十或數百列及行之陣列可採用相同的程序。另外應明白，用於執行列及行致動的時序、順序及電壓位準可在如上概述的一般原理範圍內廣泛地變化，而且上述範例僅為示範性，任何致動電壓方法皆可與本文說明的系統及方法一起加以使用。
圖6A及6B係說明顯示裝置40之一具體實施例的系統方塊圖。例如，顯示裝置40可為一蜂巢式或行動電話。然而，顯示裝置40之相同組件或其細微變更亦可說明各種類型的顯示裝置，例如電視及可攜式媒體播放器。
顯示裝置40包括一外殼41、一顯示器30、一天線43、一揚聲器45、一輸入裝置48及一麥克風46。外殼41一般係由熟習技術人士所熟知的各種製程中的任一製程而形成，包括射出成型及真空成形。此外，外殼41可由各種材料中的任一材料製成，包括但不限於塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其組合。一項具體實施例中，外殼41包括可移除之部分(未顯示)，其可與不同色彩或包含不同標記、圖像或符號的其他可移除之部分互換。
示範性顯示裝置40之顯示器30可為各種顯示器中的任一顯示器，包括本文所說明之雙穩態顯示器。其他具體實施例中，顯示器30包括一平面顯示器，例如上述電漿、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD，或一非平面顯示器，例如熟習技術人士所熟知的CRT或其他管裝置。但是，基於說明本具體實施例之目的，顯示器30包括如本文所說明之一干涉調變器顯示器。
圖6B示意性說明示範性顯示裝置40之一項具體實施例的組件。所說明的示範性顯示裝置40包括一外殼41且可包括至少部分封閉於該外殼內之額外組件。例如，在一項具體實施例中，該示範性顯示裝置40包括一網路介面27，該網路介面27包括耦合至收發器47之天線43。該收發器47與處理器21連接，處理器21連接至調節硬體52。可以將該調節硬體52組態設定為調節一信號(例如過濾一信號)。該調節硬體52與一揚聲器45及一麥克風46連接。該處理器21還與一輸入裝置48及一驅動器控制器29連接。將驅動器控制器29耦合至訊框緩衝器28以及陣列驅動器22，該陣列驅動器22依次耦合至一顯示器陣列30。電源供應50向特定示範性顯示裝置40設計所需要的所有組件提供電力。
網路介面27包括該天線43及收發器47，以便該示範性顯示裝置40可在一網路上與一或多個裝置進行通信。一項具體實施例中，網路介面27亦可具有某些處理能力，以減輕處理器21之要求。天線43係熟習技術人士已知的用於發射及接收信號之任何天線。一項具體實施例中，該天線依據包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g)之IEEE 802.11標準來發射及接收射頻信號。另一項具體實施例中，該天線依據藍芽標準發射並接收射頻信號。在蜂巢式電話之情形中，該天線係設計成接收用於在無線行動電話網路中進行通信的CDMA、GSM、AMPS或其他已知信號。收發器47對從天線43接收之信號進行預處理，以便該處理器21可接收並進一步操控該些信號。收發器47還處理從處理器21接收之信號，以便可經由天線43從該範例性顯示裝置40發射該等信號。
一替代性具體實施例中，接收器可取代收發器47。另一替代性具體實施例中，可儲存或產生欲傳送至處理器21之影像資料的影像來源可取代網路介面27。例如，該影像來源可為一數位視訊光碟(DVD)或包含影像資料之硬碟機，或者產生影像資料之軟體模組。
處理器21一般控制範例性顯示裝置40之總操作。該處理器21接收資料，例如來自網路介面27或影像來源之已壓縮影像資料，並將該資料處理成原始影像資料或處理成容易處理成原始影像資料之格式。該處理器21接著將已處理之資料傳送至驅動器控制器29或訊框緩衝器28，以便加以儲存。原始資料通常指識別一影像內每一位置處的影像特徵之資訊。例如，此類影像特徵可包括色彩、飽和度及灰階位準。
一項具體實施例中，處理器21包括一微控制器、CPU或邏輯單元，以控制示範性顯示裝置40之操作。調節硬體52一般包括用於向該揚聲器45發射信號並用於從麥克風46接收信號的放大器與濾波器。調節硬體52可為範例性顯示裝置40內之離散組件，或可被併入處理器21或其他組件。
驅動器控制器29直接從處理器21或從訊框緩衝器28獲取該處理器21所產生之原始影像資料，並適當地將該等原始影像資料重新格式化，以便向陣列驅動器22高速傳輸。明確而言，該驅動器控制器29將原始影像資料重新格式化為具有光柵狀格式之資料流，以便其具有適合於橫跨顯示器陣列30而進行掃描的一時間順序。接著該驅動器控制器29將已格式化之資訊傳送至陣列驅動器22。儘管驅動器控制器29(例如LCD控制器)經常與作為獨立積體電路(IC)之系統處理器21相關聯，可用許多方式實施此類控制器。可將其作為硬體嵌入處理器21，作為軟體嵌入該處理器21，或與陣列驅動器22一起完全整合於硬體內。
一般地，陣列驅動器22從驅動器控制器29接收已格式化之資訊並將該等視訊資料重新格式化為一組平行波形，該組波形每秒可多次被應用於來自該顯示器之x－y像素矩陣的數百以及有時數千之引線。
一項具體實施例中，驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示器陣列30適用於本文所說明的任何類型之顯示器。例如，在一項具體實施例中，驅動器控制器29係一傳統的顯示器控制器或一雙穩態顯示器控制器(例如，一干涉調變器控制器)。另一具體實施例中，陣列驅動器22係傳統驅動器或雙穩態顯示器驅動器(例如，一干涉調變器顯示器)。一項具體實施例中，將驅動器控制器29與陣列驅動器22整合。此一具體實施例常用於高度整合之系統，例如蜂巢式電話、手錶及其他小面積顯示器。另一具體實施例中，顯示器陣列30係典型顯示器陣列或雙穩態顯示器陣列(例如，包括干涉調變器陣列之顯示器)。
輸入裝置48使使用者可控制該範例性顯示裝置40之操作。一項具體實施例中，輸入裝置48包括小型鍵盤，例如QWERTY鍵盤或電話小型鍵盤、按鈕、開關、觸控感應式螢幕、壓敏或熱敏薄膜。一項具體實施例中，麥克風46係用於該範例性顯示裝置40之輸入裝置。當使用該麥克風46向該裝置輸入資料時，可由使用者提供語音指令以便控制該範例性顯示裝置40之操作。
電源供應50可包括此項技術中熟知的各種能量儲存裝置。例如，一項具體實施例中，電源供應50係可再充電電池，例如鎳鎘電池或鋰離子電池。另一項具體實施例中，電源供應50係可更新能源、電容器或太陽能電池(包括塑膠太陽能電池與太陽能電池塗料)。另一項具體實施例中，將電源供應50組態設定為從壁裝電源插座接收電力。
在某些實施方案中，上述控制可程式性存在於可位於電子顯示器系統中的數個部位之驅動器控制器中。某些情形中，控制可程式性存在於陣列驅動器22內。熟習技術人士將認識到可將上述最佳化實施於任何數目之硬體及/或軟體組件中，且可採用各種組態。
依據上述原理而操作的干涉調變器之結構細節可廣泛地變化。例如，圖7A至7E說明該可移動反射層14及其支撐結構之五個不同具體實施例。圖7A係圖1之具體實施例的斷面圖，其中將金屬材料14帶沉積於垂直延伸的支柱18上。在圖7B中，僅將可移動反射層14附著於繫鏈32上的角落處之支柱。圖7C中，該可移動反射層14從可變形層34(其可包含可撓性金屬)懸掛。可變形層34與圍繞該可變形層34周邊之基板20直接或間接連接。本文將此等連接稱為支柱。圖7D所說明之具體實施例具有支柱插塞42，該可變形層34位於該支柱插塞42上。可移動反射層14保持懸掛於該腔上，如圖7A至7C所示，但可變形層34並不藉由填充該可變形層34與光學堆疊16之間的孔來形成該等支柱。相反，該等支柱係由用於形成支柱插塞42之拋光材料形成。圖7E所說明之具體實施例係基於圖7D所示之具體實施例，但亦可被調適成與圖7A至7C所說明的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所示之具體實施例中，已使用額外金屬層或其他導電材料層來形成一匯流排結構44。此方法使信號可沿干涉調變器之背面進行選路，從而消除在其他方式中可能必須形成於該基板20上之若干電極。
在諸如圖7A至7E所示者的具體實施例中，干涉調變器用作直視裝置，其中從透明基板20的前側(即與配置調變器之側面相反的一側)檢視影像。此等具體實施例中，反射層14光學遮蔽與基板20相反的反射層側面上之干涉調變器的某些部分，其中包括可變形層34及匯流排結構44。此允許對所遮蔽的區域進行組態設定及操作，而不會對影像品質產生不利影響。此可分離調變器架構使用於調變器的機電方面及光學方面之結構設計及材料可得以選擇並且彼此獨立地執行功能。此外，圖7C至7E所示之具體實施例具有因該反射層14之光學特性從其機械特性解耦而獲得的額外優點，此解耦係由可變形層34來執行。此方法使用於該反射層14之結構設計及材料在該等光學特性方面可得以最佳化，並且使用於該可變形層34之結構設計及材料在期望機械特性方面可得以最佳化。
圖8為示意圖，其說明圖2內所示之3x3像素陣列30之一具體實施例的細節。在圖8所說明之具體實施例中，列1電極包括與干涉調變器像素44a至44c連接之電阻器54a，該等像素分別與行1至3之電極連接。列2及3之組態設定方式相似。為致動或釋放干涉像素44a至44c，在行電極組上判定適當電壓(例如+△V或-△V)，接著採用△V脈衝選通列1。如以上關於圖5A所述，當像素44a至44c上之電壓差超過穩定性窗口時(圖5A)，列電極上之脈衝致動或釋放像素44a至44c。
圖9A及9B為曲線圖，其說明當改變施加於一像素或一列像素之電壓時，隨時間t發生於驅動電路之一項具體實施例中的電流之範例，例如可處於用於MEM像素12a(圖1)的陣列驅動器22內之驅動電路。施加於MEM像素之電壓變化改變列電容上之電荷。若施加於像素列之電極的電壓在時間t1 迅速改變，如圖9B所說明，則流過一較大瞬時電流，如圖9A所說明。由於電極線之電阻，此電流之部分作 為熱而被消耗。產生較大瞬時電流之驅動電路組態通常需要較大且較昂貴的電容器來提供所需電流，此可增加光調變裝置之總成本。
作為產生較大電流之替代方案，可使用恆定電流或至少實質上恆定之電流，以提供電流來對MEM像素充電及/或放電。為產生恆定電流，施加於MEM像素之電壓在一時間週期上遞增而改變，以便將電壓恆定地斜波充電至期望電壓位準。圖10A為曲線圖，其說明時間t1 至時間t2 之週期中，MEM像素之驅動電路內的恆定電流，其可用於將MEM像素電容充電。圖10B說明產生圖10A內所示之恆定電流的對應電壓。使用恆定電流對MEM像素電容充電可減小穿過驅動電路之峰值電流，並減小將像素充電至期望釋放或致動狀態所需的總電力。儘管產生恆定電流可較佳，組態設定為產生實質上恆定電流的驅動電路亦減小驅動電路之功率消耗。與最終期望電壓之單步驟應用的衰減電流尖波特徵相比，本文所使用之「實質上恆定電流」意味著最大振幅較低，且在較長時間週期上擴展的電流。
圖11為使用恆定電流對MEM像素電容充電之干涉調變器像素驅動電路40一部分的一項具體實施例之示意圖。驅動電路包括與電容干涉調變器像素(Cp )44電連接之恆定電流源49。圖11內顯示一電阻器54，以例示列電極之電阻。儘管圖11說明用於MEM干涉調變器之驅動電路40，亦可使用具有恆定電流源之相似MEM驅動電路來控制其他MEM裝置，例如MEM馬達、開關、可變電容器、感測器及/或流 體閥。
圖12及13說明驅動電路50之具體實施例，其在一系列離散步驟中提供斜波電壓，並產生實質上恆定電流以將電容干涉調變器像素(Cp )44充電至期望位準。可將驅動電路50組態設定為實現兩種不同組態或狀態，此處圖12內顯示驅動電路50的狀態1之範例，而圖13內顯示驅動電路50的狀態2之範例。一項具體實施例中，驅動電路50之組態在一系列步驟內的狀態1與狀態2間變化，如下所述。
再次參考圖12及13，藉由在較短時間週期(例如毫妙或更小)上改變複數個帶電裝置之連接，以提供橫跨像素44之斜波(例如遞增或遞減)電位差，將驅動電路50之組態從狀態1改變至狀態2，或從狀態2至狀態1。可在一系列兩個或更多步驟中完成對複數個電荷裝置之連接的改變。連接額外電荷裝置提供橫跨像素44之電位差中的遞增式增加，當在較短時間週期上串聯連接多個電荷裝置時，電荷裝置提供一斜波電壓，其在驅動電路50內產生實質上恆定電流，並藉由避免電流尖波節省電力。若用於圖3至5之驅動方案內，根據用於像素之資料狀態，示範性電壓為V1 =±5，V2 =O且V3 =1至5伏特。
圖12內顯示之驅動電路50包括電壓源V3 52及橫跨電壓源V2 及V3 52而電連接的複數個電荷裝置，例如電容器C1 至CN 。電壓源V3 52提供電位差，以便對複數個電容器充電。驅動電路50還說明可分離地予以組態設定，或組態設定於一列像素內的干涉像素44，以及一電阻器54。組態設定為狀態1(例如圖12)之驅動電路50說明橫跨電壓源V3 52及V2 53而電連接的複數個電容器之組態。狀態1(圖12)中，未連接複數個電容器，以提供橫跨干涉像素44之電位差。將驅動電路50之組態從狀態1(圖12)改變至狀態2(圖13)包含將複數個電容器C1 至CN 之連接組態設定為連接該複數個電容器之兩個或更多電容器，以對該列之像素充電或放電。參考圖15至18進一步說明此方案。
若在電壓源V1 判定電壓－△V，可藉由在驅動電路50之列電極上選通＋△V脈衝(其可藉由將驅動電路50組態設定為狀態2(圖13)來完成)而致動干涉像素44。或者，若在電壓源V1 判定電壓＋△V，可藉由在驅動電路50之列電極上選通＋△V脈衝(其可藉由將驅動電路50組態設定為狀態2來完成)而釋放(例如鬆弛)干涉像素44。藉由反轉一或多個電容器C1 至CN 之組態，以便其不提供橫跨干涉像素44之電位差，可減小提供至列電極上的干涉像素44之電壓。為減小電壓，可按反向順序從最初佈置移除複數個電容器C1 至CN (其係連接以改變處於狀態2的橫跨干涉像素44之電位差)之一或多個電容器，以便其不再提供橫跨干涉像素44之電位差，而採用圖12所說明之組態加以連接。若改變一或多個電容器C1 至CN 之組態，使得驅動電路50處於狀態1與狀態2間的中間狀態或處於狀態2，或者當驅動電路50處於狀態1時，干涉像素44因磁滯而保持其當前狀態，如上所述及圖3所說明。
圖14A係曲線圖，其說明當連接一系列數個電容器以將驅動電路之組態從狀態1(如上參考圖12所述)改變至狀態2之組態(如上參考圖13所述)時，干涉調變器像素之驅動電路內的電流之範例。圖14B為曲線圖，其說明當與產生圖14A所示之對應電流的電容器連接時發生的電壓變化。如圖14B所示，連接每一電容器增加了電壓，其導致電流的對應增加。當在較短時間週期上依順序連接電容器時，電流變得實質上恆定，並且可減低電路之功率要求。將驅動電路之組態從狀態2改變回狀態1減小了返回V2 52之該列上的電壓。
圖15為恆定電流驅動電路60的示意圖，其包括組態與圖12內所示之驅動電路50類似的相似電氣元件。將圖15內之電容器組態設定為其處於橫跨電壓源V2 52及電壓源V3 53之電性並聯組態，且不會提供橫跨干涉像素44之電位差。
圖16為圖13內所示之驅動電路60的示意圖，其說明狀態1與狀態2間的中間組態。圖15中，現在電容器C3 與列電極連接，以便C3 提供橫跨像素44之電位差。電容器C1 及C2 之組態保持相同。改變C3 之組態的效果為在橫跨像素44而應用較小電壓遞增式增加，從而使較小電流可對像素44充電或放電。
圖17為圖15內所示之恆定電流驅動電路60的示意圖，其說明狀態1與狀態2間的另一中間組態。圖17中，電容器C2 與C3 串聯連接，以便C3 及C2 提供橫跨像素44之電位差。連接C2 提供橫跨像素44而得以應用的第二電壓遞增式增加。當依順序連接C3 及C2 ，以在較短時間週期中提供橫跨像素44之電壓時，電壓連續增加可在包含像素44之電路內產生實質上恆定電流。
圖18為組態設定為狀態2的圖15內所示之恆定電流驅動電路60的示意圖。圖18中，電容器C1 與C3 及C2 串聯連接，以便C3 、C2 及C1 提供橫跨像素44之電位差。連接C1 提供橫跨像素44而得以應用的第三電壓遞增式增加，並導致電流增加對像素44充電。當依順序連接C3 、C2 及C1 ，以在較短時間週期中提供橫跨像素44之電壓時，電壓連續增加可在包含像素44之電路內產生實質上恆定電流。
圖15至18說明驅動電路之具體實施例，其使用三個電容器(電荷裝置)來提供採用一系列較小電流脈衝形式的恆定電流或實質上恆定電流，以致動或釋放像素44。提供恆定電流之驅動電路的其他具體實施例可包括處於「電容器階梯」內的兩個電容器，或兩個以上的電容器。例如，某些具體實施例中，驅動電路可包括五個電容器，而其他具體實施例中，驅動電路可包括處於電容器階梯內的十個或更多電容器。
在具有單一像素之具體實施例中，或在將單一可定址像素配置於兩個或更多像素之陣列內的具體實施例中，藉由透過新增或移除電荷裝置而調整像素上電荷，可將可移動反射層14(圖1)從電極層16定位於中間位置處的腔19內，如參考圖12及13所述。典型干涉調變器，例如圖1內所說明之干涉調變器，具有兩種狀態，即致動狀態及鬆弛或釋放狀態。此處所述之具有兩種以上狀態的干涉調變器在本文中稱為「類比」調變器。為單獨定址像素，以按類比模式進行操作，該像素可具有一開關，例如MEMS開關或電晶體開關，以便可單獨致動該像素。可移動反射層14之偏轉改變了腔19之尺寸，使腔內的光可藉由干涉而加以調變，此處每個位置產生不同之干涉效應。此類具體實施例中，依順序新增一或多個電荷裝置可將已定義電荷提供給像素，以便將像素之可移動反射層精確移動至期望中間位置，以產生期望干涉效應。
儘管上述實施方式已顯示、說明及指出應用於各種較佳具體實施例之新穎特徵，但應明白，熟習技術人士可對所說明之裝置或程序之形式及細節進行各種省略、替代及改變，而不背離本發明之精神。將會明白，具體化本發明之形式可以不提供本文所提出的全部特徵及優點，因為某些特徵可與其他特徵分離地加以使用或實施。
12a．．．干涉調變器/像素
12b．．．干涉調變器/像素
14．．．可移動反射層/金屬材料
14a．．．可移動反射層
14b．．．可移動反射層
16．．．光學堆疊/電極層
16a．．．光學堆疊
16b．．．光學堆疊
18．．．柱/支柱
19．．．間隙/腔
20．．．透明基板
21．．．處理器
22．．．陣列驅動器
24．．．列驅動電路
26．．．行驅動電路
27．．．網路介面
28．．．訊框緩衝器
29．．．驅動器控制器
30．．．顯示器(陣列)
32．．．繫鏈
34．．．可變形層
40．．．顯示裝置/干涉調變器像素驅動電路
41．．．外殼
42．．．支柱插塞
43．．．天線
44．．．匯流排結構
44a．．．干涉調變器像素
44b．．．干涉調變器像素
44c．．．干涉調變器像素
45．．．揚聲器
46．．．麥克風
46a．．．電阻器
47．．．收發器
48．．．輸入裝置
49．．．電流源
50．．．電源供應/驅動電路
52．．．調節硬體/電壓源
53．．．電壓源
60．．．驅動電路
圖1為等角座標圖，其描述一項干涉調變器顯示器之一具體實施例之一部分，其中第一干涉調變器之可移動反射層處於鬆弛位置，而第二干涉調變器之可移動反射層處於致動位置。
圖2為系統方塊圖，其說明併入一3x3干涉調變器顯示器之電子裝置的一項具體實施例。
圖3為關於圖1之干涉調變器的一項示範性具體實施例之可移動鏡面位置對施加電壓的圖表。
圖4為用於驅動干涉調變器顯示器之一組列及行電壓的說明。
圖5A說明圖2之3x3干涉調變器顯示器內顯示資料的一示範性訊框。
圖5B說明可用於寫入圖5A之訊框的列及行信號之一示範性時序圖。
圖6A及6B為系統方塊圖，其說明包含複數個干涉調變器之視覺顯示裝置的一具體實施例。
圖7A為圖1之裝置的斷面圖。
圖7B為干涉調變器之一替代具體實施例的斷面圖。
圖7C為干涉調變器之另一替代具體實施例的斷面圖。
圖7D為干涉調變器之另一替代具體實施例的斷面圖。
圖7E為干涉調變器之另一替代具體實施例的斷面圖。
圖8為說明圖1內所示像素陣列之一具體實施例的示意圖。
圖9A為曲線圖，其說明由於快速改變干涉調變器像素之電極上之電壓而產生的電流之一範例。
圖9B為曲線圖，其說明產生圖9A所說明之電流的驅動電路內之電壓變化。
圖10A為曲線圖，其說明干涉調變器像素之驅動電路內的恆定電流。
圖10B為曲線圖，其說明產生圖10A所說明之恆定電流的驅動電路內之電壓變化。
圖11為說明具有恆定電流源之干涉調變器像素驅動電路的示意圖。
圖12為用於具有被組態設定為第一狀態之複數個電容裝置的干涉調變器像素之驅動電路的一具體實施例之示意圖。
圖13為用於具有被組態設定為第二狀態之複數個電容裝置的干涉調變器像素之驅動電路的一具體實施例之示意圖。
圖14A為曲線圖，其說明干涉調變器像素之驅動電路內的電流。
圖14B為曲線圖，其說明產生圖14A所示之電流的驅動電路內之電壓變化。
圖15為包括被組態設定為第一狀態之三個電容器的恆定電流驅動電路之一項具體實施例的示意圖。
圖16為圖15內所示之恆定電流驅動電路的示意圖，其說明第一狀態與第二狀態間的中間組態。
圖17為圖15內所示之恆定電流驅動電路的示意圖，其說明第一狀態與第二狀態間的中間組態。
圖18為被組態設定為第二狀態的圖15內所示之恆定電流驅動電路的示意圖。
40．．．顯示裝置/干涉調變器像素驅動電路
44．．．匯流排結構
46．．．麥克風
49．．．電流源

Claims (25)

  1. 一種用於調變光之裝置，其包含：至少一個干涉調變器，其包含可定位於兩個或更多位置之一可移動光學元件，該至少一個干涉調變器操作以在該等兩個或更多位置之各位置中呈現一不同預定光學回應；以及控制電路，其與該至少一個干涉調變器連接以用於控制該干涉調變器，其中該控制電路向該至少一個干涉調變器提供一實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件，其中該控制電路可在一第一組態與一第二組態之間以可控制方式切換，該第一組態不提供電流至該至少一個干涉調變器且該第二組態提供電流至該至少一個干涉調變器，及其中該控制電路係經組態以從該第一組態切換至該第二組態時提供一電流至該可移動光學元件；及其中該第一組態包含以一並聯組態彼此電連接之複數個電性裝置，該等電性裝置之每一者能夠儲存一電荷；以及該第二組態包含該複數個電性裝置，其係經組態以一串聯組態彼此電連接，且該串聯組態連接至該至少一個干涉調變器。
  2. 如請求項1之裝置，其中該複數個電性裝置包含電容器。
  3. 如請求項1之裝置，其中該複數個電性裝置包含三個或更多電容器。
  4. 如請求項1之裝置，其中該複數個電性裝置包含十個或更多電容器。
  5. 如請求項1之裝置，其中該控制電路係經組態以藉由在一預定時間週期上將該複數個電性裝置之各電性裝置與該至少一個干涉調變器以一串聯組態電連接，以在該第一組態與該第二組態間切換。
  6. 如請求項5之裝置，其中該複數個電性裝置包含電容器。
  7. 如請求項1之裝置，其中該控制電路係進一步經組態以藉由在一預定時間週期上將該複數個電性裝置之各電性裝置以一電性並聯組態彼此電連接，以在該第二組態與該第一組態間切換。
  8. 如請求項7之裝置，其中該複數個電性裝置包含電容器。
  9. 如請求項1之裝置，其進一步包含：一處理器，其係與該至少一個干涉調變器電通信，該處理器係經組態以處理影像資料；以及一記憶體裝置，其係與該處理器電通信。
  10. 如請求項9之裝置，其係進一步包含：一第一控制器，其係經組態以向該至少一個干涉調變器傳送至少一個信號；以及一第二控制器，其係經組態以向該第一控制器傳送該影像資料之至少一部分。
  11. 如請求項10之裝置，其進一步包含經組態以向該處理器 傳送該等影像資料之一影像來源模組。
  12. 如請求項11之裝置，其中該影像來源模組包含一接收器、收發器及發射器之至少一個。
  13. 如請求項9之裝置，其進一步包含經組態以接收輸入資料並將該等輸入資料傳達給該處理器的一輸入裝置。
  14. 一種採用一控制電路驅動具有一可移動光學元件之一干涉像素之方法，該方法包含向該干涉像素提供實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件，其中提供實質上恆定電流包含以可控制方式在一第一組態與一第二組態之間切換該控制電路，該第一組態不提供電流至該干涉調變器且該第二組態提供電流至該干涉調變器，並且其中該控制電路係經組態以從該第一組態切換至該第二組態時提供一電流至該可移動光學元件，及其中該第一組態包含以一並聯組態彼此電連接之複數個電性裝置，該等電性裝置之每一者能夠儲存一電荷；以及該第二組態包含該複數個電性裝置，其係經組態以一串聯組態彼此電連接，且該串聯組態連接至該干涉調變器。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包含：向該干涉像素提供一電荷，其中該經提供電荷隨一時間週期而增加；以及根據該經提供電荷改變該干涉像素之一可移動反射層的位置。
  16. 如請求項15之方法，其中向該干涉像素提供電荷包含以兩個或更多增量遞增式增加該干涉像素上之該電荷。
  17. 如請求項15之方法，其中向該干涉像素提供電荷包含以五個或更多增量增加該干涉像素上之電荷。
  18. 如請求項14之方法，其中該複數個電性裝置包含一或多個電容器。
  19. 如請求項14之方法，其中該複數個電性裝置包含三或多個電容器。
  20. 如請求項14之方法，其中該複數個電性裝置包含十或多個電容器。
  21. 一種用於調變光之裝置，其包含：用於調變光之調變構件，其具有兩個或更多位置內之一可移動光學組件，該調變構件以干涉方式操作以在兩個或更多位置之每一者中呈現一不同預定光學回應；以及用於藉由提供實質上恆定電流以驅動該調變構件以控制該調變構件之控制構件，該提供實質上恆定電流包含以可控制方式在一第一組態與一第二組態之間切換該控制電路，該第一組態不提供電流至該調變構件且該第二組態提供電流至該調變構件，並且其中該控制電路係經組態以從該第一組態切換至該第二組態時提供一電流至該可移動光學元件；其中該第一組態包含以一並聯組態彼此電連接之複數個電性裝置，該等電性裝置之每一者能夠儲存一電荷；以及該第二組態包含該複數個電性裝置，其係經組態以 一串聯組態彼此電連接，且該串聯組態連接至該調變構件。
  22. 如請求項21之裝置，其中該調變構件包含一干涉調變器。
  23. 如請求項21之裝置，其中該控制構件包含與該調變構件連接之控制電路，其中該控制電路向該調變構件提供一實質上恆定電流，以控制該可移動光學元件。
  24. 一種製造一顯示器之方法，其包含：形成至少一個干涉調變器，其包含可定位於兩個或更多位置之一可移動光學元件，該至少一個干涉調變器操作以在該等兩個或更多位置之每一者中呈現一不同預定光學回應；以及將控制電路連接至該至少一個干涉調變器，以控制該至少一個干涉調變器，其中該控制電路向該干涉調變器提供一實質上恆定電流以控制該可移動光學元件，及其中該控制電路可在一第一組態與一第二組態之間以可控制方式切換，該第一組態不提供電流至該至少一個干涉調變器且該第二組態提供電流至該至少一個干涉調變器，並且其中該控制電路係經組態以從該第一組態切換至該第二組態時提供一電流至該可移動光學元件；及其中該第一組態包含以一並聯組態彼此電連接之複數個電性裝置，該等電性裝置之每一者能夠儲存一電荷；以及該第二組態包含該複數個電性裝置，其係經組態以一串聯組態彼此電連接，且該串聯組態連接至該至少一 個干涉調變器。
  25. 一種藉由如請求項24的方法所製造之顯示器。
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