TWI534782B - 用於驅動一類比干涉調變器之系統、裝置及方法 - Google Patents

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TWI534782B
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Description

用於驅動一類比干涉調變器之系統、裝置及方法
本發明係關於用於類比干涉調變器及其他顯示系統之裝置及驅動方案。
機電系統(EMS)包括具有以下各者之裝置：電元件及機械元件、致動器、換能器、感測器、諸如鏡面及光學膜之光學組件，及電子設備。可以包括(但不限於)微尺度及奈米尺度之多種尺度來製造EMS裝置或元件。舉例而言，微機電系統(MEMS)裝置可包括具有範圍為約一微米至數百微米或更大之大小的結構。奈米機電系統(NEMS)裝置可包括具有小於一微米之大小(包括(例如)小於數百奈米之大小)的結構。可使用沈積、蝕刻、微影及/或蝕刻掉基板及/或所沈積材料層之部分或添加層以形成電及機電裝置的其他微機械加工製程來產生機電元件。
一種類型之EMS裝置被稱為干涉調變器(IMOD)。術語IMOD或干涉光調變器指代使用光干涉原理來選擇性地吸收及/或反射光的裝置。在一些實施中，IMOD顯示元件可包括一對導電板，該對導電板中之一者或兩者可完全地或部分地為透明的及/或反射的，且能夠在施加適當電信號之後即進行相對運動。舉例而言，一個板可包括安置於基板上方、安置於基板上或由基板支撐之靜止層，且另一板可包括 與靜止層分離達一氣隙之反射膜。一個板相對於另一板之位置可改變入射於IMOD顯示元件上之光的光學干涉。基於IMOD之顯示裝置具有廣泛範圍之應用，且預期在改良現有產品及產生新產品(尤其係具有顯示能力之彼等產品)中使用。
本發明之系統、方法及裝置各自具有若干發明態樣，該等發明態樣中無單一態樣單獨負責本文中所揭示之所要屬性。
本發明中所描述之標的之一個發明態樣可以一種將影像資料寫入至機電顯示元件以使該機電顯示元件置於已界定之顯示狀態的方法加以實施。該顯示元件可包括至少一個靜止電極及一可移動電極。該方法可包括：在重設週期期間將第一電壓施加至該至少一個靜止電極；在處於重設週期之後的充電週期期間將第二電壓施加至該至少一個靜止電極；在充電週期期間將第三電壓施加至可移動電極以使該可移動電極充有至少部分地由該第三電壓所界定之電荷Q；在處於充電週期之後的偏壓週期期間將不同於第二電壓之第四電壓施加至該至少一個靜止電極；及在偏壓週期期間使該可移動電極電隔離。在此等實施中之一些實施中，該機電顯示元件包括第一靜止電極及第二靜止電極，且可移動電極定位於該第一靜止電極與該第二靜止電極之間。在此等實施中，第一電壓、第二電壓及第四電壓可為在第一靜止電極及第二靜止電極上施加之第一差動電壓、第二差動電壓及第四差動電壓。
本發明中所描述之標的之另一發明態樣可以一種顯示設備加以實施。該顯示設備可包括機電顯示元件之陣列，每一機電顯示元件包括至少一個靜止電極及一可移動電極。驅動器電路可耦接至該陣列且經組態以進行以下操作：在重設週期期間將第一電壓施加至該至少一個靜止電極；在處於重設週期之後的充電週期期間將第二電壓施加至 該至少一個靜止電極；在充電週期期間將第三電壓施加至可移動電極以使該可移動電極充有至少部分地由該第三電壓所界定之電荷Q；在處於充電週期之後的偏壓週期期間將不同於第二電壓之第四電壓施加至該至少一個靜止電極；及在偏壓週期期間使可移動電極電隔離。在一些實施中，第一靜止電極及第二靜止電極係形成為連接至驅動器電路之導電材料之平行條帶。在一些實施中，可移動電極係在附接至基板之導電支撐臂上支撐於導電材料之該等平行條帶之間。在一些實施中，該等支撐臂可提供驅動電晶體與可移動電極之間的導電連接。
本發明中所描述之標的之另一發明態樣亦可以一種顯示設備加以實施。該顯示設備可包括機電顯示元件之陣列，每一機電顯示元件包括至少一個靜止電極及一可移動電極。該顯示設備亦可包括：用於至少將重設電壓施加至該至少一個靜止電極以用於重設陣列之顯示元件的構件；用於將充電電壓施加至該至少一個靜止電極及該可移動電極以用於對陣列之顯示元件之可移動電極充電的構件；及用於至少將不同於施加至該至少一個靜止電極之充電電壓的偏壓電壓施加至該至少一個靜止電極以用於將陣列之顯示元件設定至已界定之顯示狀態的構件。
本發明中所描述之標的之一或多個實施的細節闡述於隨附圖式及以下描述中。儘管本發明中所提供之實例係主要依據基於EMS及MEMS之顯示器來描述，但本文中所提供之概念可應用於其他類型之顯示器，諸如液晶顯示器、有機發光二極體(「OLED」)顯示器及場發射顯示器。其他特徵、態樣及優點將自描述、圖式及申請專利範圍變得顯而易見。應注意，以下諸圖之相對尺寸可能未按比例繪製。
12‧‧‧干涉調變器(IMOD)/像素
13‧‧‧箭頭/光
14‧‧‧可移動反射層
15‧‧‧光
16‧‧‧光學堆疊
18‧‧‧支柱
19‧‧‧間隙
20‧‧‧透明基板
21‧‧‧處理器
22‧‧‧陣列驅動器
27‧‧‧網路介面
28‧‧‧圖框緩衝器
29‧‧‧驅動器控制器
30‧‧‧顯示陣列
40‧‧‧顯示裝置
41‧‧‧外殼
43‧‧‧天線
45‧‧‧揚聲器
46‧‧‧麥克風
47‧‧‧收發器
48‧‧‧輸入裝置
50‧‧‧電源供應器
52‧‧‧調節硬體
200‧‧‧驅動電路/驅動電路陣列
210‧‧‧行驅動器
220‧‧‧列驅動器
802‧‧‧固定之第一層
804‧‧‧固定之第二層
806‧‧‧可移動之第三層
810‧‧‧絕緣支柱
812‧‧‧列驅動器電路
816‧‧‧行驅動器
820‧‧‧列驅動器電路/列驅動器/基板
824‧‧‧行驅動器
830‧‧‧黑色遮罩柵格/黑色遮罩
834‧‧‧檢視區域
838‧‧‧第一驅動電晶體
839‧‧‧第二驅動電晶體
840‧‧‧輸出通孔
844‧‧‧臂
846‧‧‧直線狀多晶矽條帶/多晶矽通道/多晶矽層
850‧‧‧閘極
850a‧‧‧閘極
850b‧‧‧閘極
852‧‧‧閘極
852a‧‧‧閘極
852b‧‧‧閘極
860‧‧‧通孔
862‧‧‧通孔
1120‧‧‧重設級週期
1130‧‧‧充電級時間週期
1140‧‧‧偏壓級時間週期
1220‧‧‧重設時間週期
1230‧‧‧時間週期
1240‧‧‧時間週期
d0‧‧‧標稱距離
D1‧‧‧資料線
D2‧‧‧資料線
D3‧‧‧資料線
D11‧‧‧顯示元件
D12‧‧‧顯示元件
D13‧‧‧顯示元件
D21‧‧‧顯示元件
D22‧‧‧顯示元件
D23‧‧‧顯示元件
D31‧‧‧顯示元件
D32‧‧‧顯示元件
D33‧‧‧顯示元件
R1‧‧‧重設線
S1‧‧‧掃描線
S2‧‧‧掃描線
S3‧‧‧掃描線
S11‧‧‧開關
S12‧‧‧開關
S13‧‧‧開關
S21‧‧‧開關
S22‧‧‧開關
S23‧‧‧開關
S31‧‧‧開關
S32‧‧‧開關
S33‧‧‧開關
SD1‧‧‧掃描線
SR1‧‧‧掃描重設線
圖1A及圖1B展示描繪在兩種不同狀態中之干涉調變器(IMOD)顯示裝置之像素的等角視圖的實例。
圖2展示說明用於光學MEMS顯示裝置之驅動電路陣列之示意性電路圖的實例。
圖3展示具有兩個固定層及一可移動第三層之類比干涉調變器之實施的橫截面。
圖4展示說明用於具有圖3之結構的顯示裝置之驅動電路陣列的示意性電路圖之實例。
圖5展示根據一個實施之干涉調變器陣列之兩個列的等角視圖。
圖6展示耦接至圖5之電極之驅動電路陣列。
圖7A展示顯示元件陣列之實例，其以平面圖說明干涉調變器、黑色遮罩、掃描線、資料線及輸出通孔之位置的佈局。
圖7B展示供用於顯示元件陣列中之干涉調變器及支柱的俯視圖及等角視圖。
圖8展示說明用於干涉調變器陣列之驅動電路之示意性電路圖的實例。
圖9A展示說明用於干涉調變器陣列之驅動電路之示意性電路圖的實例。
圖9B展示根據圖9A之實施之黑色遮罩列的橫截面。
圖10A及圖10B為說明可用以將資料寫入至圖9A之實施中之顯示元件的資料線信號及掃描線信號以及頂部電極電壓及底部電極電壓的時序圖。
圖10C為說明可用以將資料寫入至圖6及圖8之實施中之顯示元件的資料線信號及掃描線信號以及頂部電極電壓及底部電極電壓的時序圖。
圖11A及圖11B為說明包括複數個IMOD顯示元件之顯示裝置的系統方塊圖。
各圖式中相同參考數字及標識指示相同元件。
以下描述係針對用於描述本發明之發明態樣之目的的某些實施。然而，一般熟習此項技術者將易於認識到，可以眾多不同方式來應用本文中之教示。所描述之實施可以可經組態以顯示影像(不管係運動的(諸如，視訊)抑或靜止的(諸如，靜態影像)，且不管係文字、圖形抑或圖片)之任何裝置、設備或系統加以實施。更特定言之，預期所描述之實施可包括於多種電子裝置中或與多種電子裝置相關聯，該等裝置諸如(但不限於)：行動電話、多媒體網際網路允用蜂巢式電話、行動電視接收器、無線裝置、智慧電話、藍芽®裝置、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持型或攜帶型電腦、迷你筆記型電腦、筆記型電腦、智慧筆記型電腦、平板電腦、印表機、影印機、掃描儀、傳真裝置、全球定位系統(GPS)接收器/導航儀、攝影機、數位媒體播放器(諸如，MP3播放器)、攝錄影機、遊戲控制台、腕錶、鐘錶、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(例如，電子閱讀器)、電腦監視器、汽車顯示器(包括里程錶及速度計顯示器等)、駕駛艙控制器及/或顯示器、攝影機視野顯示器(諸如，載具中之後視攝影機之顯示器)、電子照片、電子廣告牌或標牌、投影儀、建築結構、微波裝置、冰箱、立體聲系統、卡式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、攜帶型記憶體晶片、洗衣機、乾衣機、洗衣機/乾衣機、停車計時器、封裝(諸如，在包括微機電系統(MEMS)應用之機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(諸如，關於一件珠寶或衣服之影像之顯示)及多種EMS裝置。本文中之教示亦可用於非顯示應用中，諸如(但不限於)：電子開關裝置、射頻濾波器、感測器、加速度計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用於消費型電子裝置之慣性組件、消費型電子產品之零件、可變電抗器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、製造過程及電子測試 裝備。因此，該等教示並不意欲限於僅在諸圖中描繪之實施，而實情為，具有如一般熟習此項技術者將易於顯而易見之廣泛適用性。
除位於顯示陣列之每一像素處的顯示元件之外，主動式矩陣顯示設備亦可包括開關電路。在本文中所描述之實施中，開關設計及佈局可使用干涉調變器來實施顯示陣列之主動式矩陣系統。佈局可將電路緊密地置放於每一顯示元件處以減小對填充因數之影響。黑色遮罩可用以阻斷對每一顯示元件處之電路的視覺偵測。
可實施本發明中所描述之標的之特定實施以實現以下潛在優點中之一或多者。本文中所描述之實施提供用於使用至/自機電顯示元件之相對快速電荷轉移來對該等顯示元件進行準確之類比控制的驅動方案。藉由此電荷控制型驅動方案來達成比電壓控制型驅動方案更快速之影像圖框寫入係可能的，此係因為無需等待顯示元件之機械穩定化。該等實施可產生顯示元件對沈積電荷之幾乎線性回應，同時減小電極置放中之錯誤之共同來源(諸如，在電荷轉移期間顯示元件位置之不確定度)的影響。此錯誤減少可藉由將顯示元件重設至具有已知電容之已知狀態來實現。該等驅動方案實施亦允許使用少量驅動電晶體，其中在許多實施中每顯示元件僅一個或兩個驅動電晶體係足夠的。在一些實施中，將顯示元件重設至高電容位置藉由降低驅動電壓以用於轉移電荷而減小了功率消耗。此外，當固定電荷經捕集於顯示元件上時，靜摩擦控制可藉由在顯示元件之部分之間產生靜電推斥力來實施。
所描述之實施可適用之合適EMS或MEMS裝置或設備的實例係反射性顯示裝置。反射性顯示裝置可併有干涉調變器(IMOD)顯示元件，該等IMOD顯示元件可經實施以使用光干涉原理來選擇性地吸收及/或反射入射於其上之光。IMOD顯示元件可包括部分光學吸收體、可相對於吸收體移動之反射體及界定於該吸收體與該反射體之間的光 學諧振腔。在一些實施中，反射體可移動至兩個或兩個以上不同位置，此可改變光學諧振腔之大小且藉此影響IMOD之反射比。IMOD顯示元件之反射光譜可產生可移位跨越可見波長以產生不同色彩的相當寬廣之光譜帶。可藉由改變光學諧振腔之厚度來調整光譜帶之位置。改變光學諧振腔之一種方式係藉由改變反射體相對於吸收體之位置。
圖1A及圖1B展示描繪在兩種不同狀態中之干涉調變器(IMOD)顯示裝置之像素的等角視圖的實例。IMOD顯示裝置包括一或多個干涉MEMS顯示元件。在此等裝置中，MEMS顯示元件之像素可處於明亮狀態抑或暗狀態。在明亮(「鬆弛」、「開通」或「接通」)狀態下，顯示元件將大部分入射之可見光反射(例如)給使用者。相反地，在暗(「致動」、「閉合」或「關斷」)狀態下，顯示元件幾乎不反射入射之可見光。在一些實施中，可顛倒接通狀態與關斷狀態之光反射性質。MEMS像素可經組態以主要在特定波長下反射，從而允許除黑色及白色之外的彩色顯示。
IMOD顯示裝置可包括IMOD之列/行陣列。每一IMOD可包括定位成彼此相距可變且可控制距離以形成氣隙(亦稱作光學間隙或空腔)的一對反射層，亦即，可移動反射層及固定部分反射層。可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。在第一位置(亦即，鬆弛位置)中，可移動反射層可定位成與固定部分反射層相距相對較大之距離處。在第二位置(亦即，致動位置)中，可移動反射層可定位成較接近於部分反射層。取決於可移動反射層之位置，自兩個層反射之入射光可相長或相消地干涉，從而針對每一像素產生總體反射或非反射狀態。在一些實施中，IMOD可在未致動時處於反射狀態，從而反射可見光譜內之光，且可在致動時處於暗狀態，從而反射在可見範圍外之光(例如，紅外光)。然而，在一些其他實施中，IMOD可在未致動時處於暗狀 態，且在致動時處於反射狀態。在一些實施中，所施加之電壓的引入可驅動像素以改變狀態。在一些其他實施中，所施加之電荷可驅動像素以改變狀態。
圖1A及圖1B中之所描繪之像素描繪了IMOD 12之兩種不同狀態。在圖1A中之IMOD 12中，可移動反射層14經說明為處在與光學堆疊16相距預定(例如，經設計)距離的鬆弛位置中。由於在圖1A中未在IMOD 12上施加電壓，因此可移動反射層14保持處於鬆弛或未致動狀態。在圖1B中之IMOD 12中，說明可移動反射層14處於致動位置且鄰近於或幾乎鄰近於光學堆疊16。在圖1B中之IMOD 12上施加之電壓Vactuate足以將可移動反射層14致動至致動位置。
在圖1A及圖1B中，通常藉由指示入射於像素12上之光的箭頭13及自左邊之像素12反射之光15來說明像素12之反射性質。儘管未詳細說明，但一般熟習此項技術者將理解，入射於像素12上之光13中的大部分將朝向光學堆疊16透射穿過透明基板20。入射於光學堆疊16上之光的一部分將透射穿過光學堆疊16之部分反射層，且一部分將穿過透明基板20被反射回。光13之透射穿過光學堆疊16的該部分將在可移動反射層14處朝向(且穿過)透明基板20被反射回。在自光學堆疊16之部分反射層所反射之光與自可移動反射層14所反射之光之間的干涉(相長或相消)將判定自像素12所反射之光15的波長。
光學堆疊16可包括單一層或若干層。該(等)層可包括電極層、部分反射且部分透射層及透明介電層中之一或多者。在一些實施中，光學堆疊16係導電的、部分透明的且部分反射的，且可(例如)藉由將上述層中之一或多者沈積至透明基板20上而製造。電極層可由諸如各種金屬(例如，氧化銦錫(ITO))之多種材料形成。部分反射層可由諸如各種金屬(例如，鉻(Cr))、半導體及介電質之部分反射之多種材料形成。部分反射層可由一或多個材料層形成，且該等層中之每一者可由 單一材料或材料之組合形成。在一些實施中，光學堆疊16可包括充當光學吸收體與導體兩者的單一半透明厚度之金屬或半導體，而不同之更多導電層或部分(例如，光學堆疊16或IMOD之其他結構的導電層或部分)可用以在IMOD像素之間用匯流排傳送(bus)信號。光學堆疊16亦可包括覆蓋一或多個導電層或一導電/吸收層之一或多個絕緣或介電層。
在一些實施中，可將高度導電及反射之材料(諸如，鋁(Al))用於可移動反射層14。可移動反射層14可經形成為沈積於支柱18之頂部及介入犧牲材料上的一或多個金屬層，該介入犧牲材料沈積於支柱18之間。當犧牲材料被蝕刻掉時，已界定之間隙19或光學空腔可形成於可移動反射層14與光學堆疊16之間。在一些實施中，支柱18之間的間距可為大約1至1000um，而間隙19可為大約<10,000埃(Å)。
在一些實施中，IMOD之每一像素(不管在致動狀態抑或鬆弛狀態)本質上為由固定反射層及移動反射層形成之電容器。如由在圖1A中之像素12所說明，當未施加電壓時，可移動反射層14保持處於機械鬆弛狀態，其中間隙19存在於可移動反射層14與光學堆疊16之間。然而，當將電位差(例如，電壓)施加至可移動反射層14及光學堆疊16中之至少一者時，在對應像素處形成之電容器變得帶電，且靜電力將該等電極拉在一起。若所施加之電壓超過臨限值，則可移動反射層14可變形且移動至光學堆疊16附近或與光學堆疊16相抵。光學堆疊16內之介電層(未圖示)可防止短路且控制層14與層16之間的分離距離，如由圖1B中之致動像素12所說明。該行為係相同的而不管所施加之電位差的極性。儘管可在一些例子將陣列中之一系列像素稱作「列」或「行」，但一般熟習此項技術者將易於理解，將一個方向稱作「列」且將另一方向稱作「行」係任意的。重申，在一些定向上，可將列考慮為行，且將行考慮為列。此外，顯示元件可均勻地配置成正交之列及 行(「陣列」)，或以非線性組態配置，例如，具有相對於彼此之某些位置偏移(「馬賽克」)。術語「陣列」及「馬賽克」可指代任何組態。因此，儘管將顯示器稱為包括「陣列」或「馬賽克」，但元件自身不需要彼此正交地配置，或以均勻分佈而安置，而是在任何例子中可包括具有不對稱形狀及不均勻分佈之元件的配置。
在一些實施中(諸如，在一系列IMOD或一IMOD陣列中)，光學堆疊16可充當將共同電壓提供至IMOD 12之一側的共同電極。可移動反射層14可形成為配置成(例如)矩陣形式之單獨板之陣列。單獨板可供應有電壓信號以用於驅動IMOD 12。
在諸如圖1A及圖1B中所展示之彼等實施的實施中，IMOD充當直視裝置，其中自透明基板20之前側(亦即，與上面配置有調變器之側相對之側)來檢視影像。在此等實施中，可在不影響或負面地影響顯示裝置之影像品質的情況下組態及操作裝置之背面部分，此係因為反射層14光學地屏蔽裝置之彼等部分。
圖2展示說明用於光學MEMS顯示裝置之驅動電路200之示意性電路圖的實例。驅動電路陣列200可用於實施主動式矩陣定址方案，該方案用於將影像資料提供至顯示陣列總成之顯示元件D11至Dmn。
驅動電路200包括行驅動器210、列驅動器220、第一至第m資料線D1至Dm、第一至第n掃描線S1至Sn及開關或開關電路S11至Smn陣列。資料線D1至Dm中之每一者自行驅動器210延伸，且電連接至開關S11至S1n、S21至S2n、…、Sm1至Smn之各別行。掃描線S1至Sn中之每一者自列驅動器220延伸，且電連接至開關S11至Sm1、S12至Sm2、…、S1n至Smn之各別列。開關S11至Smn電耦接於資料線D1至Dm中之一者與顯示元件D11至Dmn中之各別者之間且經由掃描線S1至Sn中之一者自列驅動器220接收開關控制信號。
行驅動器210可自顯示器外部接收影像資料且可經由資料線D1至 Dm以電壓信號之形式逐列地將影像資料提供至開關S11至Smn。閘極驅動器220可藉由接通與顯示元件D11至Dm1、D12至Dm2、…、D1n至Dmn之特定列相關聯的開關S11至Sm1、S12至Sm2、…、S1n至Smn來選擇顯示元件D11至Dm1、D12至Dm2、…、D1n至Dmn之選定列。當接通選定列中之開關S11至Sm1、S12至Sm2、…、S1n至Smn時，來自行驅動器210之影像資料經傳遞至顯示元件D11至Dm1、D12至Dm2、…、D1n至Dmn之選定列。
在操作期間，列驅動器220可經由掃描線S1至Sn中之一者將電壓信號提供至選定列中之開關S11至Smn之閘極，藉此接通開關S11至Smn。在行驅動器210將影像資料提供至所有資料線D1至Dm之後，可接通選定列之開關S11至Smn以將影像資料提供至顯示元件D11至Dm1、D12至Dm2、…、D1n至Dmn之選定列，藉此顯示影像之一部分。舉例而言，可將與該列中待致動之顯示元件相關聯的資料線設定至(例如)±10伏特(可為正或負)，且可將與該列中待釋放之像素相關聯的資料線設定至(例如)0伏特。接著，確證該給定列之掃描線而將彼列中之開關接通，且將選定資料線電壓施加至彼列之每一顯示元件。此情形對已施加±10伏特之像素充電並致動該等像素，且使已施加0伏特之像素放電並釋放該等像素。接著，可斷開該等開關S11至Smn。顯示元件D11至Dm1、D12至Dm2、…、D1n至Dmn可保持影像資料，此係因為在斷開該等開關時，已致動像素上之電荷將保留，惟經由絕緣體及斷開狀態開關之一些洩露除外。通常，此洩露係足夠低以保持顯示元件上之影像資料直至將另一組資料寫入至該列為止。可對每一後續列重複此等步驟直至已選擇所有列且已將影像資料提供至該等列為止。在圖2之實施中，光學堆疊16在每一像素處接地，但可在光學堆疊16上利用其他電壓位準。在一些實施中，此可藉由將連續光學堆疊16沈積至基板上及在所沈積層之周邊處將整個薄片接地(或將整個薄片繫接至 某一其他電壓位準)來實現。
圖3展示干涉調變器之實施之橫截面，該干涉調變器具有兩個固定層及一可移動之第三層。具體言之，圖3展示類比干涉調變器之實施，該類比干涉調變器具有：固定之第一層802(或者稱作靜止電極、固定導電層或頂部電極)；固定之第二層804(或者稱作靜止電極、固定導電層或底部電極)；及定位於固定之第一層802與固定之第二層804之間的可移動之第三層806(或者稱作影像輸入電極、可移動導電層或可移動電極)。該等層802、804及806中之每一者可包括電極或其他導電材料。舉例而言，固定之第一層802可包括由金屬製成之板。可使用形成於或沈積於各別層上之加強層來加強該等層802、804及806中之每一者。在一個實施中，加強層包括介電質。加強層可用以使其所附接至之層保持為剛性及實質上平坦。可將干涉調變器之一些實施稱作三端干涉調變器。可藉由省略頂部電極或底部電極中之一者(例如，固定之第一層802或固定之第二層804)來實施本文中所描述之某些實施。
在圖3之實施中，三個層802、804及806藉由絕緣支柱810而電絕緣。可移動之第三層806自絕緣支柱810懸掛。可移動之第三層806經組態而變形，使得可移動之第三層806可在大體向上之方向上朝向固定之第一層802位移，或可在大體向下之方向上朝向固定之第二層804位移。在一些實施中，亦可將固定之第一層802稱作頂層或頂部電極。在一些實施中，亦可將固定之第二層804稱作底層或底部電極。干涉調變器800可由基板820支撐。
在圖3中，可移動之第三層806經說明為位於用實線指示之平衡位置中。該平衡位置係當可移動層上無電荷且無電壓施加至頂部電極及底部電極時可移動層停置的位置。在圖3中所說明之特定實施中，中間層之平衡位置本質上係定中心於頂部電極與底部電極之間，但並 無必要為此狀況。接著如圖3中所說明，d0對應於在平衡狀態下每一固定層802、804與可移動之第三層806之間的標稱距離。可移動之第三層806距位於固定之第一層802與固定之第二層804之間的平衡位置的位置可由值x指示，其中x之正值對應於較接近於固定之第一層802的位置且x之負值對應於較遠離固定之第一層802的距離。當定位於固定之第一層802與固定之第二層804之間的實質中點時，可移動之第三層806的位置可對應於標稱位置x0。在一些實施中，裝置可經組態使得靜電力將拉動電極806遠離平衡位置，且機械恢復力將拉動電極806朝向平衡位置。中心層806之位置x將藉由在任何給定時間此等力之平衡來判定。
如圖3中所說明，可將電壓差施加於固定之第一層802與固定之第二層804之間。在圖3之實施中，在該等固定層上施加電壓差V0，在一個特定實例中，該電壓差V0可作為施加至固定之第一層802的電壓-V0/2及施加至固定之第二層804的電壓+V0/2來施加。若在可移動之第三層806上存在固定電荷Q，則若彼電荷Q為負，則可移動之第三層806將朝向固定之第二層804靜電拉動。若彼電荷Q為正，則可移動之第三層806將朝向固定之第一層802靜電拉動。若電荷Q為零，則可移動層806將移至平衡位置而不管V0之量值。若電荷Q大於「臨界電荷」Qcr，則可移動層806將變得不穩定，且將移動至+d0或-d0而不管V0之量值(甚至零伏特)。臨界電荷Qcr取決於裝置之建構參數，且對於可移動層而言，與每一固定層等距之平衡位置等於2C0(d0)2k之平方根，其中C0為當可移動層位於平衡位置中時藉由可移動層806及固定層802、804中之一者所界定的電容器之電容，且k為機械恢復力之彈簧常數。藉由將在固定之第一層802及固定之第二層804上之電壓之間的可變電荷施加至可移動之第三層806，可將該可移動之第三層806定位於在固定之第一層802與固定之第二層804之間的所要位置處，從而 產生所要光學回應。對於小於Qcr之電荷而言，可移動層806之位置x將為：x=QV0C0d0[Qcr 2-Q2]-1 方程式1
若裝置係藉由比Qcr小得多的電荷Q驅動，則可移動層806之偏轉x對於固定電壓V0而言本質上與電荷Q成線性。若V0之量值係足夠大，則可在顯著小於Qcr之電荷位準±Q的情況下獲得自0至±d0之完全偏轉。此情形產生在可移動層806之整個運動範圍中的經良好控制之偏轉。如亦可自方程式1所見，若Q小於Qcr，則可移動層在V0取零時將移動至平衡位置(即使在可移動層上存在電荷Q的情況下)。
固定之第一層802與固定之第二層804之間的電壓差V0可取決於裝置之材料及建構而廣泛變化，且在許多實施中可在約5伏特至20伏特之範圍中。如同上文參看圖1A及圖1B所描述之雙層裝置，可移動之第三層806可包括鏡面以反射穿過基板820而進入干涉調變器的光。該鏡面可包括金屬材料。固定之第二層804可包括部分吸收材料使得固定之第二層804充當吸收層。當自基板820側檢視自可移動之第三層806反射之光時，檢視者可將反射之光感知為某種色彩。藉由調整可移動之第三層806之位置，可選擇性地反射某些波長之光。
圖4展示說明用於具有圖3之結構的顯示裝置之驅動電路陣列的示意性電路圖之實例。整個設備共用與圖2之結構的許多相似性。然而，如圖4中所展示，針對每一顯示元件提供對應於固定之第一層802之額外上層。固定之第一層802可沈積於背板之底面上，且可具有施加至其之電壓+V0/2，如參看圖3所描述。固定之第二層804可具有施加至其之電壓-V0/2，如參看圖3所描述。可以與上文參看圖2所描述之方式類似之方式來驅動此等實施，惟以下情況除外：資料線D1至Dm上所提供之電壓可置於用以產生可變電荷Q之電壓範圍而非僅兩個不同電壓中之一者。以此方式，沿一列之顯示元件的可移動之第三層 806各自可在該列藉由確證用於彼特定列之掃描線而寫入時獨立地置放於在上層與下層(例如，固定之第一層802及固定之第二層804)之間的任何特定所要位置中。下文參看圖10A至圖10C來進一步描述用於將所要電荷Q可靠地置放至陣列之每一可移動層上的各種驅動方案。
圖5展示根據一個實施之干涉調變器陣列之兩個列的等角視圖。在根據圖5之實施中，頂部電極802及底部電極804可形成為沿每一列之導電條帶，該等導電條帶各自耦接至驅動器電路之輸出。在此等實施中，可藉由驅動器連同施加至可移動電極806之電壓來控制施加至沿一列之頂部電極802及底部電極804的電壓。
圖6說明耦接至圖5之電極之驅動電路陣列。圖6為具有單一驅動電晶體之實施。圖6展示顯示陣列中之四個顯示元件。每一顯示元件包括：兩個靜止電極，例如，頂部電極802及底部電極804(出於說明之清晰性將該等電極切掉)；及一可移動電極806。頂部電極可與驅動器電路通信，其中該通信由電路中至TE1或至TE2之電連接來表示。底部電極可與驅動器電路通信。底部電極可與驅動器電路通信，其中該通信由電路中至BE1或至BE2之電連接來表示。對於具有N個列之陣列而言，將存在TE1至TEN及BE1至BEN。此等驅動線可用以針對每一列來獨立地控制施加至頂部電極802及底部電極804之電壓。
每一顯示元件進一步包括一相關聯之驅動電晶體。該驅動電晶體之源電極可連接至資料線，例如，D1或D2。該驅動電晶體之閘電極可連接至掃描線(或者稱作閘極線)，例如，S1或S2。汲電極可連接至可移動電極806。
可以多種方式來建構圖6之顯示陣列。在一個實施中，資料線、掃描線及驅動電晶體沈積於位於材料堆疊之不同層上的透明基板(例如，在圖1中指定為20)上。在一些實施中，(諸如)在利用圖9A之電路時，可類似地沈積額外線(諸如，重設線)及一個以上電晶體。底部電 極804可沈積於此等各者之頂部上。可移動層806及頂部電極802可沈積於其他層中，其中在該等電極中間具有犧牲材料，該犧牲材料接著被蝕刻掉以在可移動電極806與頂部電極802及底部電極804之間形成氣隙。在一些實施中，將頂部電極以與基板上之顯示元件列對準且維持其間之間隙的方式沈積於背板上，該背板置放於所製造之具有可移動電極806之基板上方。當產生顯示陣列時，需要將基板之大部分表面面積用於顯示元件之光學部分。在主動式矩陣顯示器中，驅動線及驅動電晶體可消耗顯著量之空間，且經由基板而為使用者可見。如圖7A中所說明，黑色遮罩圖案亦可沈積於基板上以遮掩與顯示元件整合之驅動電路而不被使用者看見。需要此黑色遮罩圖案具有儘可能少的面積，且因此下文呈現驅動電路之佈局以最小化驅動電路之佔據面積以便將大量基板表面用於顯示元件之光學部分。
圖7A展示顯示元件陣列之實例，其以平面圖說明干涉調變器、黑色遮罩、掃描線、資料線及輸出通孔之位置的佈局。如圖7A中所說明，黑色遮罩柵格830可沈積於基板820上。此柵格界定檢視區域834。黑色遮罩可以具有列線及正交之行線的柵格來沈積。在其他實施中，列線及行線可實質上正交或可不正交，例如，行線可與列線成角度(例如，與垂直成30度)。黑色遮罩可由薄的部分反射金屬層及較厚的完全反射層形成，該兩個層藉由薄介電質而分離。根據上文參看圖1B所描述之相同原理，此情形可產生反射光之相消干涉，從而在檢視基板時產生沈積有黑色遮罩之暗視覺區域。此黑色遮罩830可覆蓋有沈積於黑色遮罩830之頂部上的絕緣體以及資料線及掃描線。驅動電晶體(下文進一步說明)亦位於黑色遮罩830之頂部，該等驅動電晶體可具有連接至每一顯示元件之中心層806的輸出通孔840。底部電極804可沿檢視檢視區域834之列而以條帶之形式沈積於黑色遮罩830、資料線、掃描線及薄膜電晶體上方。
圖7B展示供用於顯示元件陣列中之干涉調變器及支柱之俯視圖及等角視圖。可移動電極806可在臂844上機械地懸掛於靜止電極及基板820上方。可移動電極806可耦接至一個以上臂(例如，如圖7B中所展示之四個臂)。使用四個臂844或臂844之對稱佈局的機械懸掛可增加可移動電極806之穩定性。在圖7B之實施中，該等臂在黑色遮罩830之列線與行線之間的相交處或附近連接至位於黑色遮罩830上方之輸出通孔840。臂844可沿z軸而在並非位於輸出通孔840正上方之位置處連接至可移動電極806。臂844可因此在基板820之平面與z軸之間成角度。
在根據圖7A及圖7B之實施中，臂844及通孔840可在檢視區域834之隅角處連接。儘管連接至不同顯示元件之中心層806的多個臂844可全部機械耦接於給定輸出通孔840處，但該等臂中僅一者將電連接至每一輸出通孔840。頂部電極材料802(未圖示)之條帶可懸掛於位於中心電極層806上方之支柱(亦未圖示)上，該中心電極層806沿類似於沈積於基板上之底部電極804且與該底部電極804對準之列而延伸，但將瞭解，頂部電極無需如底部電極802般為部分反射的且實情為可藉由鋁或其他金屬之較厚金屬層製成。
在圖7A之陣列中，首先將黑色遮罩沈積於基板上，其後接著沈積驅動線及電晶體，其後接著沈積MEMS顯示元件層。黑色遮罩830可為黑色或不透明塗層且可藉由沈積、蝕刻、微影及/或其他微機械加工製程來塗覆。黑色遮罩830層可經形成或圖案化以阻斷所有光或阻斷在某些方向上之某些波長的光。用於形成黑色遮罩及電路層之其他實施係可能的。舉例而言，可將薄膜電晶體及驅動線最後沈積於MEMS顯示元件層之頂部上。在另一實施中，可將薄膜電晶體沈積於定位於MEMS顯示元件層上方之背板的底面上。在又一替代性實施中，可首先將薄膜電晶體及驅動線形成於基板上，從而位於黑色遮罩 及MEMS顯示元件下方，且可經由提供於所沈積之MEMS顯示元件層上方的透明背板來檢視裝置。
圖8展示說明用於干涉調變器陣列之驅動電路之示意性電路圖的實例，該驅動電路係與圖4及圖6中亦說明之電路相同的電路。顯示元件包括兩個靜止電極(例如，頂部電極802及底部電極804)及一可移動電極806。頂部電極可與列驅動器電路812通信，其中該通信由電路中至TE之電連接來表示。底部電極可與列驅動器電路812通信，其中該通信由電路中至BE之電連接來表示。驅動電晶體之源電極可連接至藉由行驅動器816驅動之資料線D1。驅動電晶體之閘電極可連接至藉由列驅動器812驅動之掃描線S1。汲電極可連接至可移動電極806。當掃描線S1在寫入級期間經確證時，驅動電晶體838可用以將施加至資料線D1之資料寫入電壓連接至中心電極806。該寫入資料電壓可將可變電荷Q施加至此電極806。圖8展示顯示陣列中之一個顯示元件，但將瞭解，資料線D1連接至與一行顯示元件中之每一顯示元件相關聯的電晶體之每一源電極，且掃描線S1連接至與一列顯示元件中之每一顯示元件相關聯的每一電晶體之閘極。此情形對在下文描述之其他圖中所說明之陣列之個別顯示元件的示意性電路類似地成立。
圖9A展示說明用於干涉調變器陣列之驅動電路之示意性電路圖的實例。圖9A之電路包括每顯示元件兩個電晶體。圖9A展示顯示陣列中之一個顯示元件。該顯示元件包括兩個靜止電極(例如，頂部電極802及底部電極804)及一影像輸入電極(例如，可移動電極806)。頂部電極802可與列驅動器電路820通信，其中該通信由電路中至TE1之電連接來表示。底部電極804可與列驅動器電路820通信，其中該通信由電路中至BE1之電連接來表示。此實施中之顯示元件進一步包括兩個相關聯之驅動電晶體。第一驅動電晶體838或寫入驅動電晶體之源電極可連接至藉由行驅動器824驅動之資料線D1。第一驅動電晶體 838之閘電極可連接至藉由列驅動器820驅動之掃描線SD1。第一驅動電晶體838之汲電極可連接至可移動電極806。第二驅動電晶體839或重設驅動電晶體之源電極可連接至藉由行驅動器824驅動之重設線R1。第二驅動電晶體839之閘電極可連接至藉由列驅動器820驅動之掃描重設線SR1。第二驅動電晶體839之汲電極可連接至可移動電極806。
當掃描線SD1在寫入級期間經確證時，驅動電晶體838可用以將施加至資料線D1之資料寫入電壓連接至可移動電極806。該寫入資料電壓可將可變電荷Q施加至可移動電極806。當掃描線SR1在重設級期間經確證時，驅動電晶體839可用以將施加至重設線R1之重設電壓連接至中心電極806。在一些實施中，用於陣列之所有行的重設線可結合在一起且繫接至接地或另一合適之電壓位準。可在偏壓級期間將電壓V0施加於頂部電極802與底部電極804之間。
圖9B展示圖9A之顯示陣列之一部分的橫截面，其說明電晶體838及839之組件。此顯示陣列為經實施具有頂部閘極多晶矽薄膜電晶體之顯示陣列的一個實例。在圖9B之實施中，兩條資料線D1及R1在一個方向上延伸(延伸至圖9B之頁面中)，且兩條掃描線SD1及SR1正交於此等資料線而延伸。線性多晶矽條帶846平行於該等掃描線而在該等掃描線中間延伸。此條帶846形成用於驅動電晶體838與839兩者之通道。資料線D1連接至通孔860，該通孔860在多晶矽通道846之一端附近(例如，寫入驅動電晶體838之源電極)將D1耦接至多晶矽通道846。資料線R1連接至通孔862，該通孔862在多晶矽通道846之另一端附近(例如，重設驅動電晶體839之源電極)將R1耦接至多晶矽通道846。輸出通孔840係在多晶矽條帶846之中心附近定位於顯示元件之側處。掃描線SD1藉由掃描線SD1之短正交延伸部而連接至閘極850a及850b，該等短正交延伸部850a及850b自SD1中伸出以覆疊輸出通孔 840與通孔860之間的多晶矽層846。掃描線SR1藉由掃描線SR1之短正交延伸部而連接至閘極852a及852b，該等短正交延伸部852a及852b自SR1中伸出以覆疊通孔840與通孔862之間的多晶矽層846。輸出通孔840可連接至影像輸入電極之輸入(例如，可移動電極806之臂844)。此雙閘極結構(其中兩個閘極連接至共同輸入信號)為在一些狀況下具有洩漏電流減小益處之薄膜電晶體組態的一個實例。
圖10A及圖10B為說明可用以將資料寫入至圖9A之雙電晶體實施中之顯示元件的資料線信號及掃描線信號以及頂部電極電壓及底部電極電壓的時序圖。
現轉向圖10A，在此等實施中，將影像資料寫入至一列顯示元件的程序可包括三個基本階段。在「重設級」期間，可將接地電壓(或其他合適之電壓位準)施加至重設線R1(線R1可在所有級中接地)，且可在時間週期1120中將一電壓施加至掃描線SR以接通重設驅動電晶體839。可將接地電壓施加至可移動電極806。在此重設階段開始時，亦可使頂部電極802及底部電極804上之電壓接地。此操作移除來自沿該列之顯示元件之所有電極的所有電荷，且沿該列之可移動電極806可接著重設至定中心於頂部電極802與底部電極804之間的平衡狀態。接著，可使掃描線SR上之電壓回復至閘極斷開電壓(其可為接地電壓)，從而切斷重設驅動電晶體839。
在充電級時間週期1130期間，可將影像資料電壓施加至資料線D1且可將一電壓施加至掃描線S1以接通寫入驅動電晶體838。可將影像資料電壓施加至可移動電極806，從而導致電荷Q積聚於可移動電極806上。基於在寫入程序完成之後可移動電極806之所要最終狀態來選擇用於沿該列之每一顯示元件之電荷Q。根據公式VD1=Q/2C0來選擇施加至資料線D1之電壓以將此電荷置放於可移動電極上，此係因為當施加VD1時存在連接於可移動電極806與接地電極TE/BE之間的具 有已知電容C0之兩個電容器。與可移動層806之機械回應時間相比，此充電級可為相對快速的，使得若此充電時間受到限制，則在施加此電荷時可移動電極806之任何位置改變亦可受限制。此外，如上文所提到，只要所施加之電荷Q小於Qcr，機械恢復力便將使可移動電極維持於中心位置中，同時在頂部電極802及底部電極804上存在零伏特。此係當頂部電極及底部電極保持處於零伏特時執行充電級而非在此等電極處於其偏壓電壓的情況下執行充電的一個優點。在施加電荷Q之後，可使掃描線S1上之電壓回復至閘極斷開電壓，從而切斷驅動電晶體838。
在偏壓級時間週期1140期間，可在頂部電極線TE及底部電極線BE上施加電壓V0。在圖10A之波形中，此電壓施加係藉由將-V0/2施加至頂部電極802且將+V0/2施加至底部電極804來完成。如上文所提到，在充電級完成之後施加此電壓以最小化在充電級期間可移動電極806之任何過早運動係有利的。在充電級期間使頂部電極及底部電極維持處於零伏特而非使其維持處於偏壓電壓的另一優點為：當使哪一靜止電極處於較高之相對電壓的情況交替時(例如，哪一者處於-V0/2且哪一者處於+V0/2)，其提供越過零之逐步轉變。如圖10A中所說明之在寫入循環之間的此極性切換對於減少裝置上之電荷累積係有利的。取決於在充電級週期1130期間置放於可移動電極上之電荷Q，顯示元件將接著移動至最終位置x(根據方程式1之公式)，且根據影像資訊而產生光學回應。
可注意到，在當前實例中，重設級週期1120長於寫入週期1130。儘管顯示元件之電回應係快速的，但重設級之較長時間週期允許顯示元件自其先前位置(根據來自先前圖框之影像資料而設定於彼處)機械地移動至重設平衡位置，此舉花費比由至該等電極之所施加電壓引起的實際電荷轉移長的時間。在此實施中，可使任何給定列之重設階段 與其他列之充電級及偏壓級成管線操作，使得當重設一個列時，可對其他列充電及加偏壓。
圖10B為說明可移動電極806經重設至不同於中心平衡狀態之狀態的替代性實施之時序圖。在此實施中，在重設級期間，可將接地電壓施加至資料線R1且可將一電壓施加至掃描線SR以接通重設驅動電晶體839。可因此將R1上之接地電壓施加至可移動電極806。如上文所提到，施加至資料線D1之電壓可在重設級期間改變至非零電壓(例如，用於對顯示陣列之其他列充電)而不導致電荷傳遞至影像輸入電極(若未將足以接通寫入驅動電晶體838之電壓施加至掃描線S1)。另外，可將接地電壓施加至底部電極且可將非零電壓施加至頂部電極，此情形導致將可移動電極806拉向頂部電極802(絕緣層提供於其間以防止任何短路)且與其相抵。
在充電級期間，頂部電極802上之電壓回復至零，可將如上文所描述之影像資料電壓施加至資料線D1且可將一電壓施加至掃描線SD1以接通寫入驅動電晶體838。可將影像電壓施加至可移動電極806，從而導致電荷Q積聚於影像輸入電極上。在施加電荷Q之後，可使掃描線SD1上之電壓回復至接地電壓，從而切斷驅動電晶體。在此狀況下，根據VD1=Q/(C1+C2)來計算所施加之電壓VD1，其中C1為由可移動電極806及頂部電極802所形成之電容器之電容，且C2為由可移動電極806及底部電極804所形成之電容器之電容，以上兩個電容C1及C2自顯示元件之已知結構及尺寸係已知的。當將可移動電極806推至頂部電極802或底部電極804時，C1+C2之值將通常比2C0大得多，從而允許相對於中心平衡位置中之重設狀態而將較低資料電壓VD1用於施加相同電荷Q。
在偏壓級期間，可在頂部電極線TE及底部電極線BE上施加電壓V0。在圖10B之波形中，此電壓施加係藉由將電壓-V0/2施加至頂部 電極及將電壓+V0/2施加至底部電極來完成。如上所述，取決於在時間1130期間之充電級期間置放於可移動電極上之電荷Q，顯示元件將接著移動至最終位置x(根據方程式1之公式)，且根據影像資訊而產生光學回應。
圖10C為說明可用以將資料寫入至圖6及圖8之單驅動電晶體實施中之顯示元件的資料線信號及掃描線信號以及頂部電極電壓及底部電極電壓的時序圖。在圖10C之實施中，在不將重設電壓施加至可移動電極806的情況下，將一列之顯示元件重設至平衡狀態。在此實施中，在重設級期間，可在重設時間週期1220期間將接地電壓施加至頂部電極802及底部電極804。如上文所提到，若使用小於Qcr之電荷Q來定位顯示元件，則由於先前圖框之資料而留在顯示元件上之任何電荷Q可保留在彼處，且移除頂部電極與底部電極之間的任何差動電壓仍將導致可移動電極806在機械恢復力之影響下移動至中心平衡位置。在此重設週期1220期間，可將接地電壓施加至掃描線SD1以維持驅動電晶體838之切斷狀態。如同上文之實施，可使此列之此釋放級與其他列之寫入級成管線操作，此係因為此列之電晶體838係斷開的。在時間週期1230時的充電級期間，且在頂部電極802及底部電極804仍保持處於零伏特的情況下，可將影像資料電壓施加至資料線D1且可將一電壓施加至掃描線SD1以接通驅動電晶體838。接著將影像資料電壓施加至可移動電極806，從而導致電荷Q積聚於彼處。在施加電荷Q之後，可使掃描線S1上之電壓回復至接地電壓，從而切斷驅動電晶體838。
在時間週期1240時的偏壓級與上文所描述之偏壓級相同，其中可在頂部電極線TE及底部電極線BE上施加電壓V0，且沿該列之顯示元件移動至所要位置。
在需要時，有可能藉由如圖6及圖8中之一個電晶體838來實施本 質上與圖10A及圖10B中所展示之重設級相同的重設級。在一個此實施中，對於每一列而言，資料線D1可在初始重設階段期間轉至重設電壓(例如，接地)，緊接該初始重設階段之後為充電階段，在該充電階段中，一旦顯示元件已重設至所要位置(例如，在如圖10A中之中心平衡位置中或在圖10B之位移位置中)，D1上之電壓便轉變至安置所要電荷Q所需之電壓。然而，此情形具有缺陷，此係因為所寫入之每一列招致用於機械移動至重設位置之長等待時間。可以多種方式減小此處罰。舉例而言，D1電壓輸出可在短持續時間之重設電壓與寫入電壓之間交替，其中每一者之持續時間係基於顯示元件之電回應時間而非機械回應時間。在此實施中，在將重設電壓施加至D1時之一或多個時間期間，一列(其先於正寫入之當前線若干列)可使其電晶體接通且使其頂部電極及底部電極取零伏特。此情形將移除來自沿此列之可移動電極806的電荷，且可將此列之電晶體快速地斷開。資料線D1上之電壓可接著用以對當前列充電。至圖框寫入程序到達先前未經充電之列時，該列將已移至所要重設狀態，且可將充電循環應用於彼列。重設循環因此先於充電循環沿著陣列下移。在另一實施中，D1可週期性地(諸如，在每5或10個充電循環之後)轉至重設電壓，而非使D1在重設電壓與充電電壓之間交替。在此等重設循環中之每一者期間，先於當前正寫入之列若干列的一群列之可移動電極806可未藉由重設電壓同時充電，且在圖框寫入程序到達彼等列時準備順序地充電。
圖11A及圖11B為說明包括複數個IMOD顯示元件之顯示裝置40的系統方塊圖。顯示裝置40可為(例如)智慧型電話、蜂巢式或行動電話。然而，顯示裝置40之相同組件或其輕微變化亦說明各種類型之顯示裝置，諸如電視、電腦、平板電腦、電子閱讀器、手持型裝置及攜帶型媒體裝置。
顯示裝置40包括外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入裝置48及麥克風46。可由多種製造程序(包括射出模製及真空成形)中之任一者形成外殼41。另外，外殼41可由多種材料中之任一者製成，該等材料包括(但不限於)塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷，或其組合。外殼41可包括可與具有不同色彩或含有不同標誌、圖片或符號之其他可移除部分互換的可移除部分(未圖示)。
顯示器30可為如本文中所描述之多種顯示器(包括雙穩態或類比顯示器)中之任一者。顯示器30亦可經組態以包括：平板顯示器，諸如電漿、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD；或非平板顯示器，諸如CRT或其他管式裝置。另外，顯示器30可包括如本文中所描述之基於IMOD之顯示器。
圖11A中示意性地說明顯示裝置40之組件。顯示裝置40包括外殼41，且可包括至少部分地封圍於其中之額外組件。舉例而言，顯示裝置40包括網路介面27，該網路介面27包括可耦接至收發器47之天線43。網路介面27可為可顯示於顯示裝置40上之影像資料的源。因此，網路介面27為影像源模組之一個實例，但處理器21及輸入裝置48亦可充當影像源模組。收發器47連接至處理器21，該處理器21連接至調節硬體52。該調節硬體52可經組態以調節信號(諸如，對信號進行濾波或以其他方式操縱信號)。調節硬體52可連接至揚聲器45及麥克風46。處理器21亦可連接至輸入裝置48及驅動器控制器29。該驅動器控制器29可耦接至圖框緩衝器28及陣列驅動器22，該陣列驅動器22又可耦接至顯示陣列30。顯示裝置40中之一或多個元件(包括圖11A中未特定描繪之元件)可經組態以充當記憶體裝置且可經組態以與處理器21通信。在一些實施中，電源供應器50可將電力提供至特定顯示裝置40設計中之實質上所有組件。
網路介面27包括天線43及收發器47使得顯示裝置40可經由網路 與一或多個裝置通信。網路介面27亦可具有用以減輕(例如)處理器21之資料處理要求的一些處理能力。天線43可傳輸及接收信號。在一些實施中，天線43根據IEEE 16.11標準(包括IEEE 16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11標準(包括IEEE 802.11a、b、g、n)及其另外實施來傳輸及接收RF信號。在一些其他實施中，天線43根據藍芽®標準來傳輸及接收RF信號。在蜂巢式電話之狀況下，天線43可經設計以接收分碼多重存取(CDMA)、分頻多重存取(FDMA)、分時多重存取(TDMA)、全球行動通信系統(GSM)、GSM/通用封包無線電服務(GPRS)、增強型資料GSM環境(EDGE)、陸地集群無線電(TETRA)、寬頻CDMA(W-CDMA)、演進資料最佳化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速封包存取(HSPA)、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、高速上行鏈路封包存取(HSUPA)、演進型高速封包存取(HSPA+)、長期演進(LTE)、AMPS或用以在無線網路(諸如，利用3G、4G或5G技術之系統)內通信之其他已知信號。收發器47可預先處理自天線43接收之信號，使得該等信號可由處理器21接收及進一步操縱。收發器47亦可處理自處理器21接收之信號，使得該等信號可經由天線43自顯示裝置40傳輸。
在一些實施中，可用接收器來代替收發器47。另外，在一些實施中，可用影像源來代替網路介面27，該影像源可儲存或產生待發送至處理器21之影像資料。處理器21可控制顯示裝置40之整體操作。處理器21接收資料(諸如，來自網路介面27或影像源之經壓縮之影像資料)，且將資料處理為原始影像資料或可容易處理為原始影像資料之格式。處理器21可將經處理之資料發送至驅動器控制器29或發送至圖框緩衝器28以供儲存。原始資料通常指代識別影像內之每一位置處之影像特性的資訊。舉例而言，此等影像特性可包括色彩、飽和度及灰度階。
處理器21可包括微控制器、CPU或邏輯單元以控制顯示裝置40之操作。調節硬體52可包括用於將信號傳輸至揚聲器45且用於接收來自麥克風46之信號的放大器及濾波器。調節硬體52可為顯示裝置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可直接自處理器21抑或自圖框緩衝器28獲取由處理器21所產生之原始影像資料，且可適當地重新格式化該原始影像資料以用於高速傳輸至陣列驅動器22。在一些實施中，驅動器控制器29可將原始影像資料重新格式化為具有光柵狀格式之資料流，使得其具有適合於跨越顯示陣列30掃描之時間次序。接著驅動器控制器29將經格式化之資訊發送至陣列驅動器22。儘管諸如LCD控制器之驅動器控制器29常常作為獨立積體電路(IC)而與系統處理器21相關聯，但可以許多方式來實施此等控制器。舉例而言，控制器可作為硬體嵌入於處理器21中、作為軟體嵌入於處理器21中，或以硬體而與陣列驅動器22完全整合。
陣列驅動器22可自驅動器控制器29接收經格式化之資訊，且可將視訊資料重新格式化為一組平行之波形，該組波形被每秒許多次地施加至來自顯示器之x-y顯示元件矩陣之數百且有時數千條(或更多)引線。
在一些實施中，驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30適用於本文中所描述之任何類型的顯示器。舉例而言，驅動器控制器29可為習知之顯示器控制器或雙穩態顯示器控制器(諸如，IMOD顯示元件控制器)。另外，陣列驅動器22可為習知之驅動器或雙穩態顯示器驅動器(諸如，IMOD顯示元件驅動器)。此外，顯示陣列30可為習知之顯示陣列或雙穩態顯示陣列(諸如，包括IMOD顯示元件之陣列之顯示器)。在一些實施中，驅動器控制器29可與陣列驅動器22整合。此實施在高度整合之系統(例如，行動電話、攜帶型電子裝置、腕錶 或小面積顯示器)中可為有用的。
在一些實施中，輸入裝置48可經組態以允許(例如)使用者控制顯示裝置40之操作。輸入裝置48可包括小鍵盤(諸如，QWERTY鍵盤或電話小鍵盤)、按鈕、開關、搖臂、觸敏螢幕、與顯示陣列30整合之觸敏螢幕，或壓敏或熱敏膜。麥克風46可經組態為用於顯示裝置40之輸入裝置。在一些實施中，經由麥克風46之語音命令可用於控制顯示裝置40之操作。
電源供應器50可包括多種能量儲存裝置。舉例而言，電源供應器50可為可再充電電池，諸如鎳鎘電池或鋰離子電池。在使用可再充電電池之實施中，可再充電電池可使用來自(例如)壁式插座或光伏打裝置或陣列之電力來充電。或者，可再充電電池可為可無線充電的。 電源供應器50亦可為再生能源、電容器或太陽能電池(包括塑膠太陽能電池或太陽能電池漆)。電源供應器50亦可經組態以自壁式插座接收電力。
在一些實施中，控制可程式化性駐留於可位於電子顯示系統中之若干處的驅動器控制器29中。在一些其他實施中，控制可程式化性駐留於陣列驅動器22中。以上所描述之最佳化可實施於任何數目個硬體及/或軟體組件中且以各種組態來實施。
如本文中所使用，指代項目清單「中之至少一者」的片語指代彼等項目之任何組合，包括單一成員。作為一實例，「a、b或c中之至少一者」意欲涵蓋a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
可將結合本文中所揭示之實施而描述之各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體與軟體之互換性已通常按功能性進行了描述，且說明於上文所描述之各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟中。以硬體抑或軟體實施此功能性取決於特定應用及強加於整個系統之設計約束。
用以實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理設備可藉由通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器，或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算裝置之組合，諸如DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心之一或多個微處理器，或任何其他此類組態。在一些實施中，特定步驟及方法可由特定用於給定功能之電路執行。
在一或多個態樣中，所描述之功能可實施於硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體(包括此說明書中所揭示之結構及其結構等效物)或其任何組合中。本說明書中所描述之標的之實施亦可實施為編碼於電腦儲存媒體上的一或多個電腦程式(亦即，電腦程式指令之一或多個模組)以供資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作。
本發明中所描述之實施之各種修改對於熟習此項技術者而言可為易於顯而易見的，且可在不偏離本發明之精神或範疇的情況下將本文中所界定之一般原理應用於其他實施。因此，申請專利範圍不意欲限於本文中所展示之實施，而應符合與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵一致的最廣範疇。另外，一般熟習此項技術者將容易瞭解，有時為容易描述諸圖來使用術語「上部」及「下部」，且該等術語指示對應於圖在恰當定向之頁面上之定向的相對位置，且可能不反映(例如)如所實施之IMOD顯示元件的恰當定向。
在單獨實施之情況下描述於本說明書中之某些特徵亦可在單一實施中以組合形式實施。相反，在單一實施之情況下所描述之各種特徵亦可單獨地在多個實施中或以任何合適子組合而實施。此外，儘管 上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初按此來主張，但來自所主張之組合的一或多個特徵在一些狀況下可自該組合刪去，且所主張之組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地，儘管在圖式中以特定次序來描繪操作，但一般熟習此項技術者將易於認識到，此等操作無需以所展示之特定次序或以順序次序執行，或所有所說明操作經執行以達成所要結果。另外，圖式可以流程圖之形式示意性地描繪一或多個實例程序。然而，未描繪之其他操作可併入於經示意性地說明之實例程序中。舉例而言，可在所說明操作中之任一者之前、在所說明操作中之任一者之後、與所說明操作中之任一者同時地或在所說明操作中之任一者之間執行一或多個額外操作。在某些情況下，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將上文所描述之實施中之各種系統組件的分離理解為在所有實施中需要此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可通常在單一軟體產品中整合在一起或經封裝至多個軟體產品中。另外，其他實施係在以下申請專利範圍之範疇內。在一些狀況下，申請專利範圍中所敍述之動作可以不同次序執行且仍達成所要結果。
1120‧‧‧重設級週期
1130‧‧‧充電級時間週期
1140‧‧‧偏壓級時間週期
D1‧‧‧資料線
R1‧‧‧重設線
SD1‧‧‧掃描線
SR1‧‧‧掃描重設線

Claims (27)

  1. 一種將影像資料寫入至一機電顯示元件以將該機電顯示元件置於一已界定之顯示狀態的方法，該顯示元件包括至少一個靜止電極及一可移動電極，該方法包含：在一重設週期期間將一第一電壓施加至該至少一個靜止電極；在處於該重設週期之後的一充電週期期間將一第二電壓施加至該至少一個靜止電極；在該充電週期期間將一第三電壓施加至該可移動電極以使該可移動電極充有至少部分地由該第三電壓所界定之一電荷Q；在處於該充電週期之後的一偏壓週期期間將不同於該第二電壓之一第四電壓施加至該至少一個靜止電極；及在該偏壓週期期間使該可移動電極電隔離。
  2. 如請求項1之方法，其中該第二電壓實質上為零，且其中該第四電壓為非零。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含在該重設週期之至少一部分期間將一第五電壓施加至該可移動電極。
  4. 如請求項3之方法，其中該第一電壓實質上為零。
  5. 如請求項4之方法，其中該第五電壓實質上為零。
  6. 如請求項3之方法，其中該第一電壓、該第二電壓及該第五電壓實質上為零，且其中該第三電壓及該第四電壓為非零。
  7. 如請求項1之方法，其中該機電顯示元件包括第一靜止電極及第二靜止電極，其中該可移動電極係定位於該第一靜止電極與該第二靜止電極之間，且其中該第一電壓、該第二電壓及該第四電壓為在該第一靜止電極及該第二靜止電極上施加之一第一差 動電壓、一第二差動電壓及一第四差動電壓。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一差動電壓實質上為零。
  9. 如請求項7之方法，其進一步包含在該重設週期之至少一部分期間將一第五電壓施加至該可移動電極。
  10. 如請求項9之方法，其中該第五電壓實質上為零。
  11. 如請求項8之方法，其中該可移動電極在該重設週期期間經電隔離。
  12. 如請求項10之方法，其中在該重設週期期間，該機電顯示元件係置於近似中心地位於該第一靜止電極與該第二靜止電極之間的一重設狀態。
  13. 如請求項11之方法，其中在該重設週期期間，該機電顯示元件係置於近似中心地位於該第一靜止電極與該第二靜止電極之間的一重設狀態。
  14. 如請求項10之方法，其中該第一差動電壓為非零。
  15. 如請求項14之方法，其中在該重設週期期間，該機電顯示元件係置於距該第一靜止電極比距該第二靜止電極更近之一重設位置中。
  16. 如請求項7之方法，其進一步包含在處於該充電週期之後且處於該偏壓週期之前的一保持週期期間使該可移動電極電隔離，在該偏壓週期期間，將該第二差動電壓施加至該第一靜止電極及該第二靜止電極。
  17. 一種顯示設備，其包含：機電顯示元件之一陣列，每一機電顯示元件包括至少一個靜止電極及一可移動電極；一驅動器電路，其耦接至該陣列且經組態以進行以下操作：在一重設週期期間將一第一電壓施加至該至少一個靜止電 極；在處於該重設週期之後的一充電週期期間將一第二電壓施加至該至少一個靜止電極；在該充電週期期間將一第三電壓施加至該可移動電極以使該可移動電極充有至少部分地由該第三電壓所界定之一電荷Q；在處於該充電週期之後的一偏壓週期期間將不同於該第二電壓之一第四電壓施加至該至少一個靜止電極；及在該偏壓週期期間使該可移動電極電隔離。
  18. 如請求項17之顯示設備，其中該機電顯示元件包括第一靜止電極及第二靜止電極，其中該可移動電極係定位於該第一靜止電極與該第二靜止電極之間，且其中該第一電壓、該第二電壓及該第四電壓為在該第一靜止電極及該第二靜止電極上施加之一第一差動電壓、一第二差動電壓及一第四差動電壓。
  19. 如請求項18之顯示設備，其中該第一靜止電極及該第二靜止電極係形成為連接至該驅動器電路之導電材料之平行條帶。
  20. 如請求項19之顯示設備，其中該可移動電極係在附接至一基板之導電支撐臂上支撐於導電材料之該等平行條帶之間。
  21. 如請求項20之顯示設備，其中該等支撐臂提供一或多個驅動電晶體與該可移動電極之間的一導電連接。
  22. 如請求項17之顯示設備，其進一步包含：一處理器，其經組態以與該驅動器電路通信，該處理器經組態以處理影像資料；及一記憶體裝置，其經組態以與該處理器通信。
  23. 如請求項22之顯示設備，其進一步包含：一控制器，其經組態以將該影像資料之至少一部分發送至該 驅動器電路。
  24. 如請求項22之顯示設備，其進一步包含經組態以將該影像資料發送至該處理器之一影像源模組，其中該影像源模組包含一接收器、收發器及傳輸器中之至少一者。
  25. 如請求項22之顯示設備，其進一步包含經組態以接收輸入資料及將該輸入資料傳達至該處理器之一輸入裝置。
  26. 一種顯示設備，其包含：機電顯示元件之一陣列，每一機電顯示元件包括至少一個靜止電極及一可移動電極；用於至少將重設電壓施加至該至少一個靜止電極，以用於重設該陣列之顯示元件的構件；用於將充電電壓施加至該至少一個靜止電極及該可移動電極，以用於充電該陣列之該等顯示元件之該等可移動電極的構件；用於至少將不同於施加至該至少一個靜止電極之該等充電電壓的偏壓電壓施加至該至少一個靜止電極，以用於將該陣列之顯示元件設定至一已界定之顯示狀態的構件。
  27. 如請求項26之顯示設備，其中用於施加重設電壓、充電電壓及偏壓電壓之該構件包括一驅動器電路。
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