(57)【要約】  MEMS装置のディスプレイを駆動するためのシステムおよび方法が開示される。一実施形態では、ディスプレイ装置は、MEMSディスプレイ要素のアレイ、少なくとも1つの試験撓み要素、および試験撓み要素に接続された撓み感知回路を備え、撓み感知回路は、試験撓み要素を作動させることなしに試験撓み要素の撓みを監視し、かつこの撓みに基づいてMEMSディスプレイ要素のアレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されている。
2009541794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置であって、
MEMSディスプレイ要素のアレイと、
少なくとも1つの試験撓み要素と、
前記試験撓み要素に接続された撓み感知回路と、を備え、前記撓み感知回路が、前記試験撓み要素を作動させることなしに前記試験撓み要素の撓みを監視し、かつ前記撓みに基づいて、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されているディスプレイ装置。
【請求項２】
前記アレイおよび前記撓み感知回路に接続された駆動回路をさらに備え、前記駆動回路が、前記撓み感知回路から伝えられる信号に少なくとも部分的に基づいて、前記アレイを駆動するための信号を供給するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記撓み感知回路が、前記駆動回路中に位置付けされている、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
各MEMSディスプレイ要素が、干渉変調器を備え、前記干渉変調器が、電極層、撓み要素、および前記電極層と前記撓み要素によって画定されたギャップを備え、前記撓み要素が、前記撓み要素と前記電極層の間に加えられる電圧に応答して、前記ギャップの中で動く、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記試験撓み要素の撓みが、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記試験撓み要素の撓みを示す信号を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記試験撓み要素が、基板上に形成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記撓み感知回路が、前記試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスを監視することによって前記試験撓み要素の撓みを監視するように構成されている、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記撓み感知回路が、前記試験撓み要素と前記基板の間に実質的に一定の電圧を加えるように構成されている、請求項7に記載の装置。
【請求項１０】
前記撓み感知回路は、前記試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように、前記試験撓み要素と前記基板の間に加えられる前記電圧を第1の電圧に調整するように構成されている、請求項7に記載の装置。
【請求項１１】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記第1の電圧を有する、請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記試験撓み要素と前記基板の間に基準電圧が加えられ、かつ前記試験撓み要素が基準温度であるとき、前記試験撓み要素の撓みが前記基準値である、請求項10に記載の装置。
【請求項１３】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、それぞれ第1および第2の電気機械応答を有し、前記第1および第2の電気機械応答が予め決められた互いの関係を有する、請求項4に記載の装置。
【請求項１４】
前記第1および第2の電気機械応答が、各々、温度の関数である、請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じである、請求項4に記載の装置。
【請求項１６】
前記試験撓み要素の規模が、干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素の規模よりも実質的に大きい、請求項4に記載の装置。
【請求項１７】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じ材料から作られている、請求項4に記載の装置。
【請求項１８】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じプロセスで形成されている、請求項4に記載の装置。
【請求項１９】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同時に形成されている、請求項4に記載の装置。
【請求項２０】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイが、共通の基板上に形成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項２１】
前記撓み感知回路が、実質的に連続的に撓みを監視するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項２２】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信するように構成されたプロセッサであって、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリ素子と、をさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも1つの信号を前記ディスプレイに送るように構成された駆動装置回路をさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２４】
前記画像データの少なくとも部分を前記駆動装置回路に送るように構成されたコントローラをさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記画像データを前記プロセッサに送るように構成された画像源モジュールをさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２６】
前記画像源モジュールが、受信器、トランシーバ、および送信器のうちの少なくとも1つを備える、請求項25に記載の装置。
【請求項２７】
入力データを受け取り、前記入力データを前記プロセッサに伝えるように構成された入力装置をさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２８】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項２９】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項３０】
ディスプレイ装置であって、
MEMSディスプレイ要素のアレイと、
基板上に形成された試験撓み要素のアレイであって、各試験撓み要素が並列に接続されている試験撓み要素のアレイと、
試験撓み要素の前記アレイに接続された撓み感知回路と、を備え、前記撓み感知回路が、試験撓み要素の前記アレイのキャパシタンスを監視し、かつ前記キャパシタンスに基づいて、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されているディスプレイ装置。
【請求項３１】
各MEMSディスプレイ要素が、干渉変調器を備え、前記干渉変調器が、電極層、撓み要素、および前記電極層と前記撓み要素によって画定されたギャップを備え、前記撓み要素が、前記撓み要素と前記電極層の間に加えられる電圧に応答して、前記ギャップの中で動く、請求項30に記載の装置。
【請求項３２】
各試験撓み要素の撓みが、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項30に記載の装置。
【請求項３３】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記キャパシタンスを示す信号を有する、請求項30に記載の装置。
【請求項３４】
前記撓み感知回路が、各試験撓み要素と前記基板の間に共通の実質的に一定の電圧を加えるように構成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項３５】
前記撓み感知回路は、各試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように、各試験撓み要素と前記基板の間に加えられる前記共通の電圧を第1の電圧に調整するように構成されている、請求項34に記載の装置。
【請求項３６】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記第1の電圧を有する、請求項35に記載の装置。
【請求項３７】
前記試験撓み要素と前記基板の間に基準電圧が加えられ、かつ前記試験撓み要素が基準温度であるとき、各試験撓み要素の撓みが前記基準値である、請求項35に記載の装置。
【請求項３８】
各試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、それぞれ第1および第2の電気機械応答を有し、前記第1および第2の電気機械応答が予め決められた互いの関係を有する、請求項31に記載の装置。
【請求項３９】
前記第1および第2の電気機械応答が、各々、温度の関数である、請求項38に記載の装置。
【請求項４０】
各試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じである、請求項31に記載の装置。
【請求項４１】
各試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じ材料から作られている、請求項31に記載の装置。
【請求項４２】
試験撓み要素の前記アレイおよび干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じプロセスで形成されている、請求項31に記載の装置。
【請求項４３】
試験撓み要素の前記アレイおよび干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同時に形成されている、請求項31に記載の装置。
【請求項４４】
試験撓み要素の前記アレイおよび干渉変調器の前記アレイが、共通の基板上に形成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項４５】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイおよび前記撓み感知回路に接続された駆動回路をさらに備え、前記駆動回路が、前記撓み感知回路から伝えられる前記信号に基づいて、MEMSディスプレイ要素の前記アレイを駆動するための信号を供給するように構成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項４６】
前記撓み感知回路は、各試験撓み要素が作動されるのを妨げるように構成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項４７】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項30に記載の装置。
【請求項４８】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項30に記載の装置。
【請求項４９】
干渉変調器のアレイを駆動する方法であって、
1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に電圧を加えるステップであって、前記電圧は、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるように選ばれるステップと、
前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みを測定するステップと、
前記撓み測定に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給するステップと、を有する方法。
【請求項５０】
撓みを測定する前記ステップが、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスを測定することを有する、請求項49に記載の方法。
【請求項５１】
前記電圧が、実質的に一定である、請求項49に記載の方法。
【請求項５２】
前記撓みが、干渉変調器の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項49に記載の方法。
【請求項５３】
前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項52に記載の方法。
【請求項５４】
前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項52に記載の方法。
【請求項５５】
干渉変調器のアレイを駆動する方法であって、
1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に可変電圧を加えるステップであって、前記可変電圧がDC成分を有するステップと、
前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように前記DC成分の電圧をある値に調整するステップであって、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるステップと、
前記値に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給するステップと、を有する方法。
【請求項５６】
前記撓みが、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスに少なくとも部分的に基づいて測定される、請求項55に記載の方法。
【請求項５７】
ディスプレイ装置であって、
画像データを表示するための手段と、
前記表示手段の動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するための手段と、
前記信号に基づいて前記表示手段を駆動するための手段と、を備えるディスプレイ装置。
【請求項５８】
前記表示手段が、干渉変調器のアレイを備える、請求項57に記載の装置。
【請求項５９】
前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項57に記載の装置。
【請求項６０】
前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項57に記載の装置。
【請求項６１】
信号を供給するための前記手段が、
基板上に形成された試験撓み要素のアレイであって、各試験撓み要素が並列に接続されている試験撓み要素のアレイと、
試験撓み要素の前記アレイに接続された撓み感知回路と、を備え、前記撓み感知回路が、試験撓み要素の前記アレイのキャパシタンスを監視し、かつ前記キャパシタンスに基づいて、干渉変調器の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されている、請求項58に記載の装置。
【請求項６２】
コンピュータ読取り可能媒体であって、
ある回路に、1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に電圧を加えさせるための手段であって、前記電圧が、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるように選ばれる手段と、
ある回路に、前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みを測定させるための手段と、
ある回路に、前記撓み測定に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給させるための手段と、を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６３】
ある回路に撓みを測定させるための手段が、ある回路に、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスを測定させるための手段を備える、請求項62に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６４】
前記電圧が、実質的に一定である、請求項62に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６５】
前記撓みが、干渉変調器の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項62に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６６】
前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項65に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６７】
前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項65に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６８】
コンピュータ読取り可能媒体であって、
ある回路に、1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に可変電圧を加えさせるための手段であって、前記可変電圧がDC成分を有する手段と、
前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように、ある回路に、前記DC成分の電圧をある値に調整させるための手段であって、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままである手段と、
ある回路に、前記値に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給させるための手段と、を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６９】
前記撓みが、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスに少なくとも部分的に基づいて測定される、請求項68に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術分野は、超小型電気機械システム(MEMS)に関する。
【背景技術】
【０００２】
超小型電気機械システム(MEMS)は、超小型の機械要素、アクチュエータ、およびエレクトロニクスを有する。超小型機械要素は、堆積、エッチング、ならびに/あるいは、基板および/もしくは堆積材料層の部分をエッチング除去し、または層を追加して電気および電気機械装置を形成する他の微小機械加工プロセスを使用して作られることがある。MEMS装置の1つの型は、干渉変調器と呼ばれる。本明細書で使用されるように、干渉変調器または干渉光変調器という用語は、光学干渉の原理を使用して光を選択的に吸収および/または反射する装置を意味する。ある実施形態では、干渉変調器は一対の伝導板を備えることがあり、これらの伝導板の一方または両方は、全体的または部分的に透明および/または反射性であり、かつ適切な電気信号の印加と同時に相対的に動くことができることがある。特定の実施形態では、一方の板は基板上に堆積された静止層を備えることがあり、他方の板は、エアギャップで静止層から隔てられた金属膜を備えることがある。本明細書でより詳細に説明されるように、他方の板に対する一方の板の位置は、干渉変調器に入射する光の光学干渉を変えることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような装置には広い応用範囲があり、既存の製品を改善する際に、また、これまで未だ開発されていない新しい製品を作り出す際に、これらの型の装置の特徴が活用されるようにその装置の特性を利用および/または修正することが、当技術において有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のシステム、方法および装置の各々は、いくつかの態様を有し、それらの態様が本発明の望ましい特質に対しての唯一の起因となるものではない。本発明の範囲を限定することなく、本発明のより卓越した特徴が、これから簡素に述べられる。この議論を熟考した後で、特に「ある実施形態の詳細な説明」という名称の項を読んだ後で、本発明の特徴が他のディスプレイ装置より優れた有利点をどのように実現するかが理解されるであろう。
【０００５】
一実施形態では、ディスプレイ装置は、MEMSディスプレイ要素のアレイと、少なくとも1つの試験撓み要素と、試験撓み要素に接続された撓み感知回路とを備え、撓み感知回路は、試験撓み要素を作動させることなしに試験撓み要素の撓みを監視し、かつ撓みに基づいてMEMSディスプレイ要素のアレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されている。
【０００６】
他の実施形態では、ディスプレイ装置は、MEMSディスプレイ要素のアレイと、基板上に形成された試験撓み要素のアレイであって各試験撓み要素が並列に接続されている試験撓み要素のアレイと、試験撓み要素のアレイに接続された撓み感知回路とを備え、撓み感知回路は、試験撓み要素のアレイのキャパシタンスを監視し、かつキャパシタンスに基づいてMEMSディスプレイ要素のアレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されている。
【０００７】
他の実施形態では、干渉変調器のアレイを駆動する方法は、1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に電圧を加えるステップであって、この電圧が、1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるように選ばれるステップと、1つまたは複数の試験撓み要素の撓みを測定するステップと、撓み測定に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給するステップとを有する。
【０００８】
他の実施形態では、干渉変調器のアレイを駆動する方法は、1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に可変電圧を加えるステップであって可変電圧がDC成分を有するステップと、1つまたは複数の試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるようにDC成分の電圧をある値に調整するステップであって、1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるステップと、この値に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給するステップとを有する。
【０００９】
他の実施形態では、ディスプレイ装置は、画像データを表示するための手段と、この表示手段の動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するための手段と、この信号に基づいて表示手段を駆動するための手段とを備える。
【００１０】
他の実施形態では、コンピュータ読取り可能媒体は、ある回路に1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に電圧を加えさせるための手段であって、この電圧が、1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるように選ばれる手段と、ある回路に1つまたは複数の試験撓み要素の撓みを測定させるための手段と、ある回路に撓み測定に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給させるための手段とを備える。
【００１１】
他の実施形態では、コンピュータ読取り可能媒体は、ある回路に1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に可変電圧を加えさせるための手段であって、この可変電圧がDC成分を有する手段と、ある回路に、1つまたは複数の試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるようにDC成分の電圧をある値に調整させるための手段であって、1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままである手段と、ある回路に、この値に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給させるための手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】干渉変調器ディスプレイの一実施形態の部分を示す等角図であり、第1の干渉変調器の可動反射層が弛緩位置にあり、また第2の干渉変調器の可動反射層が作動位置にある。
【図２】3×3干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の一実施形態を例示するシステムブロック図である。
【図３】図1の干渉変調器の1つの例示の実施形態について印加電圧に対する可動ミラーの位置を示す図である。
【図４】干渉変調器ディスプレイを駆動するために使用されることがある一組の行および列電圧を例示する図である。
【図５Ａ】図2の3×3干渉変調器ディスプレイにおける表示データの例示の1フレームを示す図である。
【図５Ｂ】図5Aのフレームを書き込むために使用されることがある行および列信号について1つの例示のタイミングを示す図である。
【図６Ａ】複数の干渉変調器を備える視覚ディスプレイ装置の実施形態を例示するシステムブロック図である。
【図６Ｂ】複数の干渉変調器を備える視覚ディスプレイ装置の実施形態を示すシステムブロック図である。
【図７Ａ】図1の装置の断面を示す図である。
【図７Ｂ】干渉変調器の代替実施形態の断面を示す図である。
【図７Ｃ】干渉変調器の他の代替実施形態の断面を示す図である。
【図７Ｄ】干渉変調器のさらに他の代替実施形態の断面を示す図である。
【図７Ｅ】干渉変調器の追加の代替実施形態の断面を示す図である。
【図８】開放(すなわち弛緩)状態にある干渉変調器60の一実施形態を示す透視図である。
【図９】一実施形態に従った干渉変調器の温度(x軸)とバイアス電圧(y軸)の間の関係を例示するグラフである。
【図１０】3×3干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の一実施形態を模式的に例示するシステムブロック図であり、駆動回路は、現在の温度に基づいてアレイ30を駆動するように作動信号を供給するように構成されている。
【図１１】図10の試験撓み構造62の一実施形態を例示する図である。
【図１２Ａ】図10のセンサ66の一実施形態を例示する機能ブロック図である。
【図１２Ｂ】図12Aの電圧源70によって加えられることがある電圧信号の例を例示する図である。
【図１３】3×3干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の他の実施形態を模式的に例示するシステムブロック図であり、図10に示されるものに似ているが、試験撓み構造62ではなく試験撓み構造のアレイ(すなわち、試験アレイ)72を有する。
【図１４】図10に例示されるようなディスプレイ中の干渉変調器のアレイを駆動する方法の一実施形態を例示する流れ図である。
【図１５】図10に例示されるようなディスプレイ中の干渉変調器のアレイを駆動する方法の他の実施形態を例示する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の詳細な説明は、本発明のある特定の実施形態に向けられている。しかし、本発明は、多くの異なる方法で具体化可能である。この説明では、図面が参照され、図面では、全体を通して同様な部分は同様な数字で示されている。以下の説明から明らかになるように、実施形態は、動いていようが(例えば、ビデオ)静止していようが(例えば、静止画像)、またテクスチャであろうがピクチャであろうが、画像を表示するように構成されたどんな装置においても実現される可能性がある。特に、移動電話、無線装置、個人向け携帯情報端末(PDA)、手持ち式または携帯型コンピュータ、GPS受信器/ナビゲータ、カメラ、MP3プレーヤ、カムコーダ、ゲーム機、腕時計、時計、計算器、テレビジョン用モニタ、フラットパネルディスプレイ、コンピュータ用モニタ、自動車用ディスプレイ(例えば、距離計ディスプレイ、その他)、操縦室制御装置および/またはディスプレイ、カメラ画像のディスプレイ(例えば、乗り物のリアビューカメラのディスプレイ)、電子写真、電子掲示板または看板、プロジェクタ、建築構造物、包装、および美的構造物(例えば、1個の宝飾品への画像のディスプレイ)のような、しかしこれらに限定されない様々な電子装置において、実施形態は、実現されることがあり、またはこれらの電子装置に関連していることがあるということが考えられる。
【００１４】
干渉MEMSディスプレイ要素を備える干渉変調器ディスプレイの1つの実施形態が、図1に例示されている。この装置では、ピクセルは、明状態か暗状態かのどちらかである。明(「オン」または「開」)状態では、ディスプレイ要素は、入射可視光の大部分を使用者の方に反射する。暗(「オフ」または「閉」)状態であるとき、ディスプレイ要素は、入射可視光を使用者の方にほとんど反射しない。実施形態に依存して、「オン」状態および「オフ」状態の光反射特性が逆にされることがある。MEMSピクセルは、選ばれた色で主に反射するように構成可能であり、黒および白に加えてカラーディスプレイを可能にする。
【００１５】
図1は、視覚ディスプレイの一連のピクセルの中の2つの隣接したピクセルを示す等角図であり、各ピクセルはMEMS干渉変調器を備える。いくつかの実施形態では、干渉変調器ディスプレイは、これらの干渉変調器の行/列アレイを備える。各干渉変調器は、少なくとも1つの可変寸法の共振光学ギャップを形成するように、互いに可変かつ制御可能な距離を隔てて位置付けされた一対の反射層を有する。一実施形態では、反射層の一方は、2つの位置の間を動かされることがある。本明細書で弛緩位置と呼ばれる第1の位置では、可動反射層は、固定された部分反射層から比較的大きな距離のところに位置付けされている。本明細書で作動位置と呼ばれる第2の位置では、可動反射層は、部分反射層にいっそう近く隣接して位置付けされている。2つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に依存して強め合うように、または弱め合うように干渉して、ピクセルごとに全体的な反射状態か非反射状態かのどちらかを生じる。
【００１６】
図1のピクセルアレイの図示された部分は、2つの隣接した干渉変調器12aおよび12bを有する。左の干渉変調器12aでは、可動反射層14aは、部分反射層を有する光学スタック16aから所定の距離の弛緩位置で示されている。右の干渉変調器12bでは、可動反射層14bは、光学スタック16bに隣接した作動位置で示されている。
【００１７】
本明細書で参照されるように、光学スタック16aおよび16b(一括して光学スタック16と呼ばれる)は、一般に、いくつかの溶融層を備え、これらの溶融層は、インジウム錫酸化物(ITO)などの電極層、クロムなどの部分反射層、および透明誘電体を有することがある。したがって、光学スタック16は、導電性で、部分的に透明で、かつ部分的に反射性であり、例えば、透明基板20の上に上述の層の1つまたは複数を堆積させることによって製作されることがある。部分反射層は、様々な金属、半導体および誘電体のような部分的に反射性である様々な材料から形成されることがある。部分反射層は、1つまたは複数の材料層から形成されることがあり、さらに、それらの層の各々が、単一材料または材料の組合せから形成されることがある。
【００１８】
いくつかの実施形態では、光学スタック16の層は、並列ストリップにパターン形成され、以下でさらに説明されるようにディスプレイ装置の行電極を形成することがある。可動反射層14a、14bは、柱18および柱18間に堆積された介在犠牲材料の上部に堆積された1つまたは複数の堆積金属層の一連の並列ストリップ(16a、16bの行電極に直交する)として形成されることがある。犠牲材料がエッチング除去されたとき、可動反射層14a、14bは、光学スタック16a、16bから定められたギャップ19だけ隔てられている。アルミニウムのような高伝導高反射材料が反射層14に使用されることがあり、これらのストリップはディスプレイ装置の列電極を形成することがある。
【００１９】
電圧が印加されていない状態では、図1にピクセル12aで示されるように、ギャップ19が可動反射層14aと光学スタック16aの間にあり、可動反射層14aは機械的弛緩状態である。しかし、選ばれた行と列に電位差が加えられたとき、対応するピクセルで行電極と列電極の交点に形成されるコンデンサが充電されるようになり、静電力が電極を互いに引っ張る。電圧が十分に高い場合には、可動反射層14が撓まされ、強制的に光学スタック16に押し付けられる。光学スタック16内の誘電体層(この図に示されていない)は、短絡を防ぎ、かつ、図1の右のピクセル12bで示されているように、層14と16の間の隔離距離を制御することができる。動作は、印加電位差の極性にかかわらず同じである。このように、反射ピクセル状態対非反射ピクセル状態を制御することができる行/列作動は、従来のLCDおよび他のディスプレイ技術で使用されるものに多くの点で似ている。
【００２０】
図2から5Bは、ディスプレイ応用で干渉変調器のアレイを使用する1つの例示のプロセスおよびシステムを示す。
【００２１】
図2は、本発明の態様を組み込むことができる電子装置の一実施形態を例示するシステムブロック図である。例示の実施形態では、電子装置はプロセッサ21を含み、このプロセッサは、ARM、Pentium(登録商標)、Pentium(登録商標)II、Pentium(登録商標)III、Pentium(登録商標)IV、Pentium(登録商標)Pro、8051、MIPS(登録商標)、Power(登録商標) PC、ALPHA(登録商標)、またはディジタル信号処理装置、マイクロコントローラ、またはプログラム可能ゲートアレイのような任意の特殊用途マイクロプロセッサなどの任意の汎用単一チップまたは多チップマイクロプロセッサであることがある。当技術において慣例であるように、プロセッサ21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ることがある。オペレーティングシステムを実行するほかに、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話用途、電子メールプログラム、または任意の他のソフトウェア応用を含んで1つまたは複数のソフトウェア応用を実行するように構成されることがある。
【００２２】
一実施形態では、プロセッサ21は、また、アレイ駆動装置22と通信するように構成されている。一実施形態では、アレイ駆動装置22は、表示アレイまたはパネル30に信号を供給する行駆動装置回路24および列駆動装置回路26を有する。図1に例示されたアレイの断面は、図2の線1-1に基づいて示されている。MEMS干渉変調器では、行/列作動プロトコルは、図3に例示されたこれらの装置のヒシテリシス特性を利用することができる。可動層が弛緩状態から作動状態に撓むようにするには、例えば、10ボルトの電位差が必要であることがある。しかし、電圧がこの値から減少されるとき、電圧が10ボルトより下に逆に下がるときに可動層はその状態を維持する。図3の例示の実施形態では、可動層は、電圧が2ボルトより下に下がるまで完全には弛緩しない。したがって、図3に例示された例では約3から7Vまでの印加電圧の窓が存在し、この窓の中では、装置は弛緩状態か作動状態かのどちらかで安定である。これは、本明細書で「ヒシテリシス窓」または「安定窓」と呼ばれる。図3のヒシテリシス特性を持つ表示アレイでは、行ストローブ中に、作動されるべきストローブ行のピクセルが約10ボルトの電圧差にさらされ、かつ弛緩されるべきピクセルがゼロボルトに近い電圧差にさらされるように、行/列作動プロトコルは設計されることがある。ストローブ後に、ピクセルは、行ストローブによって入れられたどんな状態にも留まるように約5ボルトの定常状態電圧差にさらされる。書き込まれた後で、各ピクセルは、この例では3〜7ボルトの「安定窓」内の電位差を見る。この特徴によって、図1に例示されたピクセル設計は、作動か弛緩かのどちらの既存状態でも同じ印加電圧条件の下で安定なものになる。干渉変調器の各ピクセルは、作動状態であろうと弛緩状態であろうと、基本的に、固定反射層と可動反射層によって形成されたコンデンサであるので、この安定状態は、電力損失のほとんどない状態でヒシテリシス窓内の電圧に保たれる。基本的に、印加電圧が固定されている場合には、電流はピクセルへ流れ込まない。
【００２３】
一般的な応用では、表示フレームは、第1の行の望ましい作動ピクセルの組に従って列電極の組をアサートにすることによって作られることがある。次に、行パルスが行1の電極に加えられ、アサートされた列ラインに対応するピクセルを作動させる。次に、アサートされた列電極の組は、第2の行の望ましい作動ピクセルの組に対応するように変えられる。次に、行2の電極にパルスが加えられ、アサートされた列電極に従って行2の適切なピクセルを作動させる。行1のピクセルは、行2のパルスの影響を受けず、行1のパルス中、設定された状態に留まっている。順次的なやり方で一連の行全体についてこれが繰り返されて、フレームが生成されることがある。一般に、毎秒ある望ましい数のフレームでこのプロセスを連続的に繰り返すことによって、フレームは、新しい表示データでリフレッシュおよび/または更新される。また、ピクセルアレイの行および列電極を駆動して表示フレームを生成する多種多様なプロトコルがよく知られており、本発明に関連して使用されることがある。
【００２４】
図4、5A、および5Bは、図2の3×3アレイに表示フレームを作るための1つの可能な作動プロトコルを例示する。図4は、図3のヒシテリシス曲線を示すピクセルに対して使用されることがある行および列電圧レベルの可能な組を例示する。図4の実施形態では、ピクセルを作動させることは、適切な列を-Vバイアスに、適切な行を+ΔVに設定することを必要とし、これらは、-5ボルトおよび+5ボルトにそれぞれ対応することがある。ピクセルを弛緩させることは、適切な列を+Vバイアスに、適切な行を同じ+ΔVに設定して、ピクセルの両端間にゼロボルトの電位差を生じさせることによって達成される。行電圧がゼロボルトに保たれる行では、ピクセルは、列が+Vバイアスであるか-Vバイアスであるかにかかわらず、そのピクセルが最初にどんな状態にあっても安定である。また図4に例示されるように、理解されることであろうが、上述のものと反対極性の電圧が使用されることがあり、例えば、ピクセルを作動させることは、適切な列を+Vバイアスに、適切な行を-ΔVに設定することを必要とすることがある。この実施形態では、ピクセルを開放することは、適切な列を-Vバイアスに、適切な行を同じ-ΔVに設定してピクセルの両端間にゼロボルトの電位差を生じさせることによって達成される。
【００２５】
図5Bは、図5Aに例示されるディスプレイ配列になる図2の3×3アレイに加えられる一連の行信号および列信号を示すタイミング図であり、作動ピクセルは非反射性である。図5Aに例示されたフレームを書き込む前に、ピクセルはどんな状態であってもよく、この例では、全ての行が0ボルトであり、全ての列が+5ボルトである。これらの印加電圧で、全てのピクセルは、それらの現在の作動または弛緩状態において安定である。
【００２６】
図5Aのフレームにおいて、ピクセル(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)、および(3,3)は作動されている。これを達成するために、行1の「ライン時間」中に、列1および2は-5ボルトに設定され、列3は+5ボルトに設定される。このことは、どのピクセルの状態も変えない。というのは、全てのピクセルが3〜7ボルトの安定窓の中にあるからである。次に、行1は、ゼロから最高で5ボルトになりゼロに戻るパルスでストローブされる。このことは、(1,1)および(1,2)ピクセルを作動させ、さらに(1,3)ピクセルを弛緩させる。アレイ中の他のピクセルは影響を受けない。望み通りに行2を設定するために、列2は-5ボルトに設定され、列1および3は+5ボルトに設定される。次に、行2に加えられた同じストローブが、ピクセル(2,2)を作動させ、ピクセル(2,1)および(2,3)を弛緩させる。再び、アレイの他のピクセルは影響を受けない。行3は、同様に、列2および3を-5ボルトに、列1を+5ボルトに設定することによって設定される。行3のストローブは、行3のピクセルを図5Aに示されるように設定する。フレームを書き込んだ後で、行の電位はゼロであり、列の電位は+5か-5ボルトかのどちらかであってもよく、そのときディスプレイは図5Aの配列で安定である。理解されることであろうが、同じ手順が数ダースまたは数百の行と列のアレイに利用されてもよい。また理解されることであろうが、行および列の作動を行うために使用される電圧のタイミング、順序、およびレベルは、上で概説された一般的な原理の範囲内で広く変えられてもよく、上述の例はただ例示に過ぎず、本明細書で説明されるシステムおよび方法に関してどんな作動電圧方法でも使用可能である。
【００２７】
図6Aおよび6Bは、ディスプレイ装置40の実施形態を例示するシステムブロック図である。ディスプレイ装置40は、例えば、セルラー式または移動電話であることがある。しかし、ディスプレイ装置40の同じ部品または僅かな変形は、テレビジョンおよび携帯型媒体プレーヤのような様々な型のディスプレイ装置の説明に役立つ。
【００２８】
ディスプレイ装置40は、ケース41、ディスプレイ30、アンテナ43、スピーカ45、入力装置48、およびマイクロフォン46を有する。ケース41は、一般に、射出成形および真空成形を含んだ当業者によく知られているような様々な製造プロセスのどれかで形成される。さらに、ケース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それらの組合せを有するがこれらに限定されない様々な材料のどれかで作られることがある。一実施形態では、ケース41は、異なる色の他の取外し可能な部分と交換可能な取外し可能部分、または異なるロゴ、ピクチャまたは記号を含んだ取外し可能部分を有する。
【００２９】
例示のディスプレイ装置40のディスプレイ30は、本明細書で説明されるように、双安定ディスプレイを含んだ様々なディスプレイのどれかであってもよい。他の実施形態では、ディスプレイ30は、当業者によく知られているように、上で説明されたようなプラズマ、EL、OLED、STNLCD、またはTFTLCDなどのフラットパネルディスプレイ、またはCRTまたは他のチューブ装置などの非フラットパネルディスプレイを有する。しかし、本実施形態を説明する目的のために、ディスプレイ30は、本明細書で説明されるような干渉変調器ディスプレイを有する。
【００３０】
例示のディスプレイ装置40の一実施形態の部品は、図6Bに模式的に例示されている。示された例示のディスプレイ装置40は、ケース41を含み、そのケース内に少なくとも部分的に閉じ込められた追加の部品を有することがある。例えば、一実施形態では、例示のディスプレイ装置40は、アンテナ43を有するネットワークインタフェース27を含み、このアンテナ43はトランシーバ47に結合されている。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は調整ハードウェア52に接続されている。調整ハードウェア52は、信号を調整する(例えば、信号をフィルタ処理する)ように構成されることがある。調整ハードウェア52は、スピーカ45およびマイクロフォン46に接続されている。プロセッサ21は、また、入力装置48および駆動装置コントローラ29に接続されている。駆動装置コントローラ29は、フレームバッファ28およびアレイ駆動装置22に結合され、そして次にアレイ駆動装置22は表示アレイ30に結合されている。電源50は、特定の例示のディスプレイ装置40の設計で必要とされるような全ての部品に電力を供給する。
【００３１】
ネットワークインタフェース27は、例示のディスプレイ装置40がネットワーク上で1つまたは複数の装置と通信することができるようにアンテナ43およびトランシーバ47を有する。一実施形態では、ネットワークインタフェース27は、また、プロセッサ21への要求を軽減するためにいくつかの処理能力を備えることがある。アンテナ43は、信号を送受信するための、当業者に知られた任意のアンテナである。一実施形態では、アンテナは、IEEE802.11(a)、(b)、または(g)を含んだIEEE802.11標準に従ってRF信号を送受信する。他の実施形態では、アンテナは、BLUETOOTH標準に従ってRF信号を送受信する。セルラー式電話の場合には、アンテナは、CDMA、GSM、AMPS、または無線セル電話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た信号を受信するように設計されている。トランシーバ47は、アンテナ43から受信された信号がプロセッサ21で受信されさらに操作されるように、アンテナ43から受信された信号を前処理する。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がアンテナ43を介して例示のディスプレイ装置40から送信されるように、プロセッサ21から受信された信号も処理する。
【００３２】
代替実施形態では、トランシーバ47は受信器と取り替えられることがある。さらに他の代替実施形態では、ネットワークインタフェース27は画像源と取り替えられることがあり、その画像源は、プロセッサ21に送られるべき画像データを格納するか生成することができる。例えば、画像源は、画像データを有するディジタルビデオディスク(DVD)またはハードディスクドライブ、または画像データを生成するソフトウェアモジュールであってもよい。
【００３３】
プロセッサ21は、一般に、例示のディスプレイ装置40の全体的な動作を制御する。プロセッサ21は、ネットワークインタフェース27または画像源からの圧縮画像データなどのデータを受け取り、このデータを生画像データに、または生画像データに容易に処理されるフォーマットに処理する。次に、プロセッサ21は、処理されたデータを駆動装置コントローラ29または記憶用のフレームバッファ28に送る。生データは、一般に、画像内の各位置で画像特性を識別する情報を意味する。例えば、そのような画像特性は、色、彩度、および濃淡階調レベルを有することがある。
【００３４】
一実施形態では、プロセッサ21は、例示のディスプレイ装置40の動作を制御するためのマイクロコントローラ、CPU、または論理ユニットを有する。調整ハードウェア52は、一般に、信号をスピーカ45に送るために、またマイクロフォン46から信号を受け取るために増幅器およびフィルタを有する。調整ハードウェア52は、例示のディスプレイ装置40内の個別部品であってもよく、またはプロセッサ21または他の部品の中に組み込まれてもよい。
【００３５】
駆動装置コントローラ29は、プロセッサ21で生成された生画像データをプロセッサ21から直接かフレームバッファ28からかのどちらかで受け取り、その生画像データをアレイ駆動装置22への高速送信に適切なように再フォーマットする。具体的には、駆動装置コントローラ29は、データフローが表示アレイ30で走査するのに適した時間順序を持つような具合に、生画像データをラスタに適したフォーマットを持つデータフローに再フォーマットする。次に、駆動装置コントローラ29は、フォーマットされた情報をアレイ駆動装置22に送る。LCDコントローラなどの駆動装置コントローラ29は、しばしば、独立型集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21と関連付けられるが、そのようなコントローラは多くの方法で実現されることがある。そのようなコントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ21の中に組み込まれることがあり、ソフトウェアとしてプロセッサ21の中に組み込まれることがあり、またはハードウェアでアレイ駆動装置22と完全に一体化されることがある。
【００３６】
一般に、アレイ駆動装置22は、駆動装置コントローラ29からフォーマットされた情報を受け取り、さらに、ビデオデータを、ディスプレイのx-yマトリックスのピクセルから来る数百、時には数千のリード線に1秒に何度も供給される一組の並列波形に再フォーマットする。
【００３７】
一実施形態では、駆動装置コントローラ29、アレイ駆動装置22、および表示アレイ30は、本明細書で説明されるどの型のディスプレイにも適合する。例えば、一実施形態では、駆動装置コントローラ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(例えば、干渉変調器コントローラ)である。他の実施形態では、アレイ駆動装置22は、従来の駆動装置または双安定ディスプレイ駆動装置(例えば、干渉変調器ディスプレイ)である。一実施形態では、駆動装置コントローラ29は、アレイ駆動装置22と一体化される。そのような実施形態は、セルラー式電話、時計、および他の小面積ディスプレイのような高集積システムでは一般的である。さらに他の実施形態では、表示アレイ30は、一般的な表示アレイまたは双安定表示アレイ(例えば、干渉変調器のアレイを有するディスプレイ)である。
【００３８】
入力装置48は、使用者が例示のディスプレイ装置40の動作を制御することができるようにする。一実施形態では、入力装置48は、QWERTYキーボードまたは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、タッチスクリーン、または圧力または熱敏感膜を有する。一実施形態では、マイクロフォン46は、例示のディスプレイ装置40の入力装置である。データを装置に入力のためにマイクロフォン46が使用されるとき、例示のディスプレイ装置40の動作を制御するために音声コマンドが使用者によって与えられることがある。
【００３９】
電源50は、当技術分野でよく知られているような様々なエネルギー蓄積装置を有することができる。例えば、一実施形態では、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可能電池である。他の実施形態では、電源50は、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および太陽電池塗料を含んだ太陽電池である。他の実施形態では、電源50は、壁のコンセントから電力を受け取るように構成される。
【００４０】
いくつかの実施形態では、制御プログラマビリティは、上で説明されたように、電子表示システム中のいくつかの場所に置かれることがある駆動装置コントローラの中に備わっている。いくつかの実施形態では、制御プログラマビリティはアレイ駆動装置22の中に備わっている。当業者は認めることであろうが、上述の最適化は任意の数のハードウェアおよび/またはソフトウェア部品で、また様々な構成で実現されることがある。
【００４１】
上で明らかにされた原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は、大きく異なることがある。例えば、図7A〜7Eは、可動反射層14およびそれの支持構造の5つの異なる実施形態を例示する。図7Aは、図1の実施形態の断面であり、直交して延びる支持物18の上に金属材料のストリップ14が堆積されている。図7Bでは、可動反射層14は、隅だけで、つなぎ綱32にくっ付いて支持物に取り付けられている。図7Cでは、可動反射層14は、撓み可能層34から吊るされており、撓み可能層34は可撓性金属を備えることがある。撓み可能層34は、撓み可能層34の周囲で基板20に直接的または間接的に接続している。この接続は、本明細書で支持柱と呼ばれる。図7Dに例示された実施形態は支持柱プラグ42を備え、このプラグの上に撓み可能層34が載っている。可動反射層14は、図7A〜7Cのようにギャップの上に吊るされているが、撓み可能層34は、撓み可能層34と光学スタック16の間の穴を埋めて支持柱を形成していない。どちらかと言えば、支持柱は、支持柱プラグ42を形成するために使用される平坦化材料で形成されている。図7Eに例示された実施形態は、図7Dに示された実施形態に基づいているが、図示されない追加の実施形態だけでなく図7A〜7Cに例示された実施形態のどれとでも一緒になって機能するように構成されることもある。図7Eに示された実施形態では、金属または他の伝導材料の追加の層がバス構造44を形成するために使用されている。これによって、干渉変調器の裏面に沿った信号引き回しが可能になり、基板20上に形成されなければならない可能性があるいくつかの電極を無くすることができる。
【００４２】
図7に示されるもののような実施形態では、干渉変調器は直視型装置として機能し、直視型装置では、画像が透明基板20の前側、すなわち変調器が配置されている側と反対の側から見られる。この実施形態では、反射層14は、基板20と反対の反射層の側の、撓み可能層34を含んだ干渉変調器の部分を光学的に遮蔽する。これによって、画像品質にマイナスの影響を及ぼすことなしに、遮蔽部分を形作り、かつ動作させることができるようになる。そのような遮蔽は、図7Eのバス構造44を可能にし、これによって、アドレス指定およびそのアドレス指定に起因する動きなどの変調器の電気機械特性から変調器の光学特性を分離する能力が与えられる。この分離可能変調器アーキテクチャによって、変調器の電気機械態様および光学的態様のために使用される構造設計および材料が互いに無関係に選ばれ、また機能するようになる。さらに、図7C〜7Eに示された実施形態は、撓み層34によって実現される反射層14の機械的特性から反射層14の光学特性を切り離すことから派生する追加の利点を有する。これによって、反射層14に使用される構造設計および材料が光学特性に関して最適化されるようになり、また撓み層34に使用される構造設計および材料が望ましい機械特性に関して最適化されるようになる。
【００４３】
干渉変調器の可動ミラーを作動状態に入れるために必要な、制御システムによって加えられる電圧量は、作動電圧と呼ばれる。例えば、図3に例示されるように、作動電圧は約9〜10ボルトであるので、約-10ボルトまたは約+10ボルトの印加で、干渉変調器の可動反射層14bが作動し(図1に例示されるように)、また約0ボルトの印加で、干渉変調器の可動反射層14aが弛緩する(図1に例示されるように)。例えば温度、干渉計の電気機械特性の変化、および機械ミラーの物理的磨耗を含んだいくつかの要因のために、作動電圧は、時間が経つにつれて変化することがあり得る(「経年変化」とも呼ばれる)。変調器の動作を改善するために、この作動電圧変化を補償する方法を有することが望ましい。
【００４４】
以下で説明されるある実施形態は、干渉要素の物理的変化を監視し、監視された変化を使用して作動電圧を調整する。この物理的変化は、MEMSディスプレイ要素の表示アレイの動作に影響を及ぼす可能性がある1つまたは複数のパラメータを示すことがある。そのパラメータは、例えば、温度、干渉計の電気機械特性の変化、および機械ミラーの物理的磨耗を有することがある。監視された変化を使用して作動電圧を調整することによって、これらの実施形態は、これらのパラメータの変化を補償する方法を提供する。以下の議論において、これらの実施形態を例示するために温度が例として選ばれる。しかし、留意されるべきことであるが、これらの実施形態は、干渉変調器の経年変化のような他の要因を補償するために同等に使用されることがあり、温度補償に限定される意図でない。
【００４５】
これらの要因のいくつかは(例えば、干渉変調器の電気機械特性の変化、および機械ミラーの物理的磨耗)、一般に、かなりの程度の使用の後またはある量の時間の経過の後でないとバイアス電圧に影響を及ぼさない。しかし、温度は、短い期間の後に可動反射層14の特性に影響を及ぼし、干渉変調器を動作させるために必要な電圧のかなりの変化を引き起こすことがある。例えば、夏の間にアリゾナで自動車のダッシュボードに置かれた装置のディスプレイの中またはゼロ以下の冬の温度にさらされる装置の中に組み込まれたときのように、干渉変調器が使用される環境条件に依存して、かなりの温度変化が数時間内にまたは数分内でも起こり得る。そのような装置中のある位置の現在温度を感知し、その感知温度をその温度で干渉変調器を動作させるために要求される必要電圧に関係付ける予め決められた情報を使用することによって、バイアスおよび/または駆動電圧を温度の関数として調整して広い温度範囲にわたって動作するようにディスプレイを十分に駆動することができる。
【００４６】
図8は、開放(すなわち弛緩)状態の干渉変調器60の一実施形態の透視図である。干渉変調器60は、一般に電極層、吸収層、および誘電体層(別々に示されていない)を有する光学スタック16を透明基板20上に有する。基板20の相対的な厚さは、光学スタック16の厚さよりも遥かに大きい。例えば、いくつかの実施形態では、基板20は厚さ約700μmであり、光学スタック16は厚さ約1μm以下である。いくつかの実施形態では、基板20はガラスである。支持物18は、光学スタック16から空洞19で隔てられた可動反射層14の支持を行う。
【００４７】
可動反射層14は、第1の材料11の比較的薄い層および第2の材料13の比較的厚い層を有することがある。図8の実施形態では、第1の材料11は、厚さ約300オングストロームの層で配置されたアルミニウムであり、第2の材料13は、厚さ約1000オングストロームの層で配置されたニッケルである。他の実施形態では、第1の材料11および第2の材料13は、他の材料、例えば1つまたは複数のアルミニウム合金を有することがある。第1の材料11および第2の材料13の厚さは、また、他の実施形態で異なることがある。いくつかの実施形態では、可動反射層14は、一体構造であることがあり、例えば、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金から成る一様な単一層だけを有する。他の実施形態では、可動反射層14は、材料の2層より多い層を有することがある。いくつかの実施形態では、第1の材料11の層は第2の材料13の層よりも厚いことがあり、このことは、応力および歪みに関する主要材料の関係を変えることがある。
【００４８】
干渉変調器の温度の変化によって干渉変調器に持ち込まれた応力、および結果として生じた歪みは、可動反射層14の動きに大きな影響を及ぼすことがある。応力は、本体によって隣接部分に加えられる単位面積当たりの力であり、歪みは、応力によって引き起こされた変形または寸法の変化である。応力に対する耐性と弾性限界の両方が固体の組成に依存している。本体が引っ張る力を受けるとき、引っ張りまたは引っ張り応力を受けると言われ、また押されているとき、圧縮または圧縮応力を受けている。引っ張り応力は、一般に、正であると考えられ、一方で、圧縮応力は負であると考えられる。材料の温度が変化するときに、本体は、それが作られた材料の熱膨張係数(CTE)に従って膨張するか、または収縮する。干渉変調器の通常の動作温度は、例えば、約-40℃から+70℃であることがある。温度が変化するときに、基板20、可動反射層14の第1の材料11および第2の材料13は、それぞれのCTEに従って異なるように膨張し、また収縮する。2つの異なる材料のこの膨張および収縮が、可動反射層14に歪みを持ち込み、この歪みが、可動反射層14中の対応する応力の変化を引き起こす。
【００４９】
第1の材料11の層と第2の材料13の層の両方は、それぞれのCTEによって表されるような温度の関数として膨張し、また収縮するが、より厚い層(例えば、第2の材料13)のCTEが膨張または収縮の量を支配する。基板20および光学スタック16の膨張および収縮の量は、基板20の遥かに大きな厚さのために基板20の膨張および収縮によって支配される。一般に、基板20のCTEは、第2の材料13の層のCTEよりも小さいので、第2の材料13の層は、基準温度が変化するときに基板20よりも大きく膨張し、また収縮する。しかし、支持物18は、基板20に対する可動反射層14の膨張および収縮を制限する。したがって、温度が変化するときに、可動反射層14は、可動反射層14の平面xおよびy方向に歪みの変化を経験し、それで対応する応力(σ)の変化がまた可動反射層14のxおよびy方向で起こる。可動反射層14の応力は、作動位置と非作動位置の間を動く可動反射層の能力に影響を及ぼし、したがって、バイアス電圧に影響を及ぼす。一実施形態では、基板20は、ディスプレイ向け等級のCorning1737、すなわち3.76×10-6/℃のCTEを有するアルミノ珪酸塩ガラスを備える。アルミノ珪酸塩ガラスの一般的な組成は、SiO255%、B2O37.0%、Al2O310.4%、CaO21.0%、およびNa2O1.0%である。
【００５０】
図9は、一実施形態に従った干渉変調器の温度(x軸)とバイアス電圧(y軸)の間の関係を例示するグラフである。図9に示されるように、干渉変調器のバイアス電圧は、ある温度範囲にわたって干渉変調器の温度にほぼ逆比例で関係づけられ、例えば、干渉変調器の温度が上昇するにつれて、バイアス電圧が減少する。バイアス電圧の小さな変化(例えば、いくつかの実施形態では、約0.25ボルト以下)でも、干渉変調器のヒシテリシス特性に依存する干渉変調器の動作に影響を及ぼすほど重要であることがある。図9のグラフでは、約25℃の温度変化の間にバイアス電圧が約0.25ボルトだけ変化する。
【００５１】
図9が例示するように、温度の変化は、可動反射層14の平面xおよびy方向に応力の増加または減少を引き起こし、これがバイアス電圧に影響を及ぼす。干渉変調器60を制御するために加えられる電圧の温度ベースの補償は、干渉変調器60を一貫して動作状態に保つために有利に使用されることがある。一般に、干渉変調器の温度が上昇するとき、より低い作動電圧が供給され、また、温度が下がるとき、より大きな作動電圧が供給される。
【００５２】
上で説明されたように、干渉変調器に加えられる作動電圧は、干渉変調器に加えられる2つの電圧の差であり、この二つの電圧は、列電圧(例えば、Vバイアス)と行電圧であることがある。本明細書で説明される実施形態では、印加行電圧は+ΔVか-ΔVかのどちらかの値から変わらない(例えば、図4を参照されたい)。しかし、列に加えられる電圧は、例えば温度の関数としてアレイ駆動装置22によって調整されて、温度の補償された作動電圧を供給し、またバイアス電圧をヒシテリシス窓の中心近くに維持することがある。
【００５３】
本明細書で動作電圧(VOpp)とも呼ばれるバイアス電圧、応力(σ)および温度(T)の間の関係は、以下の式で例示される。
【００５４】
【数１】
2009541794.tif 000003
【００５５】
σ=σ0+kΔT                  式2
ここで、σ0は、例えば基準温度での残留応力であり、kは定数である。一般的な基準温度は、約摂氏25度の室温である。一実施形態におけるこれらのパラメータ間の関係の例として、温度が摂氏1度上昇するごとに、可動反射層中の応力が2MPa変化し、動作電圧が〜11mVシフトすることになる。一般的な実施形態では、干渉変調器60の層14内の応力(σ)は、引っ張り応力であり、このことは、σがゼロ以上であることを意味する。
【００５６】
層14中の残留応力σ0は、弛緩(非作動)状態にあるときの基準温度での応力を意味し、この応力は、干渉変調器60を製造するために使用されるプロセスの結果である。干渉変調器60は様々な処理温度にさらされ、さらに層14は、最初、最終的には除去される犠牲層上に形成されるので、製造プロセスは、残留応力σ0に影響を及ぼす。
【００５７】
図8において、層14の中のそれぞれxおよびy軸に沿った応力σxおよびσyが、単位面積17に関して示されている。干渉変調器の温度の変化に起因する作動電圧の変化は、次の式で示されることがある。
【００５８】
【数２】
2009541794.tif 000004
【００５９】
ここで、Lは干渉変調器の支持物間の距離であり、hは反射層14が動くエアギャップの厚さであり、σ(T)は基準温度Tの関数である可動反射層14中の応力であり、tは可動反射層14の厚さである。エアギャップ、可動反射層の厚さ、および支持物間の距離は、干渉変調器の設計中に選ばれるので、いったん変調器が製作されると変化を受けない。
【００６０】
応力σの温度依存性は、σ=σ0-σ(T)と表されることがある。ここで、σ0は、製作後における可動反射層14中の基準温度での残留応力であり、この残留応力は、上で説明されたように、第2の材料13のCTEによって支配される。
【００６１】
可動反射層14と基板20の間の熱膨張不整合が、熱歪みと、熱膨張不整合の関数である結果として生じる熱応力とを引き起こす。例えば、可動反射層14がニッケルであり、基板20がCorning Glass No.1737である場合、熱不整合(ΔCTE)は、次式で表されることがある。
ΔCTE=α1-α2            式4
ここで、α1=13.0×10-6/℃(ニッケルのCTE)、α2=3.76×10-6/℃(Corning Glass No.1737のCTE)である。次に、熱歪みεTは、次式で表されることがある。
εT=(ΔCTE)(ΔT)          式5
ここで、ΔTは、基準温度に対する温度変化である。次に、結果として生じる熱応力は、次式で表されることがある。
σT(T)=ElεT=El(ΔCTE)(ΔT)        式6
ここでElはニッケルの弾性率であり、ΔTは基準温度に対する温度変化である。次に、作動電圧は、以下の式のどれかで示されるように温度の関数として表されることがある。
【００６２】
【数３】
2009541794.tif 000005
【００６３】
または
【００６４】
【数４】
2009541794.tif 000006
【００６５】
ここで、ΔTは基準温度に対する温度変化である。式8は、式7の直線近似としての作動電圧を示す。k1およびk2は、作動電圧式の表現を簡略化する定数であることに留意されたい。
【００６６】
可動反射層14と基板20の間のCTEの不整合を最小にする変量、使用される各材料(例えば、第1の材料11および第2の材料13)の層の厚さ、および変調器製造技術を選ぶことによって、可動反射層14の残留応力は、製造中にある程度制御することができる。
【００６７】
式8に示されるように、作動電圧は、k1およびk2のようなある定数に依存する。しかし、これらの定数は、経年変化などの非直線性効果を受けるので、長期的には変化する可能性がある。したがって、これらの効果を考慮に入れた温度補償装置が好ましい。
【００６８】
図10は、3×3干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の一実施形態を模式的に例示するシステムブロック図であり、ここで、駆動回路は、温度に基づいてアレイ30を駆動する作動信号を供給するように構成されている。図10のブロック図は、アレイ駆動装置回路に結合された温度感知回路66を例示する。センサ66は、温度依存パラメータを感知し、この温度に基づいた信号をアレイ駆動装置22に供給する。センサ66は、センサ回路の様々な実施形態、例えば、温度を感知し対応する信号を生成する回路、またはセンサからの信号が温度に対応するように温度の影響を受ける回路を有することができる。例えば、センサ66は、抵抗が温度で変化するサーミスタ(図示されない)を有することがある。抵抗の温度依存性が知られているために、抵抗器が温度センサとして使用されることがある。いくつかの実施形態では、センサ66は熱電対を備える。しかし、この装置には欠点がある。というのは、この装置は、上の直線関係に基づいてアレイ駆動装置出力を調整するように使用されてもよい温度依存出力を生成することができるが、この装置は、経年変化または環境応力に対してディスプレイ要素が反応するのと同じようには反応しないからである。したがって、ディスプレイ要素の温度依存性は時間が経つにつれて変化することがあり、このことが、熱電対またはサーミスタをベースにしたシステムでは全く考慮されない。
【００６９】
本発明の一実施形態では、センサ66は、表示アレイ30のディスプレイ要素と同じような構造物を有する試験撓み構造62を備える。アレイ駆動装置22がMEMSディスプレイ要素の物理的変化についての知識を使用して、温度変化を補償するための駆動信号を調整することができるように、センサ66は、MEMSディスプレイ要素の物理的変化、例えば撓みを直接監視するように構成されている。この型の温度依存装置は、経年変化および他の応力に対してディスプレイ要素自体と同様に反応すると期待することができる。したがって、この型の温度依存装置は、熱電対またはサーミスタよりも正確な駆動装置補償を可能にすると期待することができる。
【００７０】
例示の実施形態では、試験撓み構造62は、温度依存キャパシタンスを有する可変コンデンサを形成する。試験回路64は、試験撓み構造62のキャパシタンスを監視することによって撓みを監視し、温度に依存した信号を生成する。いくつかの実施形態では、撓みは、光学的なメカニズムのような他の方法によっても監視されることがある。試験回路64は、ACキャパシタンスブリッジまたは振動型積算電位計などの様々な技術を使用してキャパシタンスを監視することができる。ACキャパシタンスブリッジを組み込む一実施形態が、図12Aおよび12Bに関して後で詳細に説明される。
【００７１】
試験撓み構造62は、望ましい特定の実施形態に依存して様々な場所に位置付けされることがある。好ましくは、試験撓み構造62が動作する温度が、アレイ30の干渉変調器が動作する温度に対して予め決められた関係を持つように、試験撓み構造62の位置は決定される。一実施形態では、試験撓み構造62は、表示アレイ30の周囲に位置付けされる。
【００７２】
例示の実施形態では、表示アレイ30は干渉変調器を備えるが、表示アレイ30は、代わりに他の形のMEMSディスプレイ要素を備えることがある。その場合には、試験撓み構造62は、ディスプレイに利用されることになるどんなMEMSディスプレイ要素構造とも同じような構造物を持つ。
【００７３】
図11は、図10の試験撓み構造62の一実施形態を例示する。例示の実施形態では、試験撓み構造62は、表示アレイ30の干渉変調器と同じような構造物を持つ。試験撓み構造62は、試験撓み要素14を備え、この試験撓み要素は、図8の可動反射層14と似ている。試験撓み構造62は、さらに、支持物18および基板20を備えることがある。いくつかの実施形態では、基板20は、さらに、基板20の上面に光学スタック16を備えるが、この構造の光学特性が利用されない場合にはこのスタックの光学的に活性な部分(例えば、上述のクロム)は必要でない。
【００７４】
一実施形態では、試験撓み要素14は、アレイ30の干渉変調器の可動反射層14を作るために使用される同じ材料を備える。一実施形態では、試験撓み要素14は、アレイ30の干渉変調器の可動反射層を製作するために使用される同じプロセスによって製作される。試験撓み要素および干渉変調器の可動反射層は、同時か順次かのどちらかで製造されることがある。試験撓み要素は、干渉変調器と同じ基板上に製作されてもされなくてもよい。
【００７５】
ある実施形態では、実質的に一定のDC成分を有する電圧が試験撓み構造62に加えられる。実質的に一定のDC成分は、試験撓み構造62が非作動状態のままであるように選ばれる。いくつかの実施形態では、DC成分は、公称基準温度(例えば、通常の室温)で加えられるバイアス電圧である。いくつかの実施形態では、実質的に一定の電圧は、DCバイアスされた方形波のようなDCバイアスされたAC信号である。AC成分の振幅は、DC成分の振幅に比べて比較的小さいことがある。例えば、AC成分の振幅は、DC成分の5%以下であることがある。AC成分の周期は、構造62の機械的応答時間よりも遥かに大きいことがあり、この場合には、その振幅は必ずしも小さい必要はない。一般に、印加電圧のDC成分は、温度に依存した量だけ膜を変形させ、AC成分は、キャパシタンスを決定するために使用されることがある装置を流れるAC電流を生成する。
【００７６】
ディスプレイ要素と同じような試験撓み構造を使用することには、いくつかの利点がある。第1に、撓みは、連続的またはほぼ連続的に監視可能であるので、温度の連続的またはほぼ連続的な測定が可能になる。第2に、試験撓み構造とディスプレイ要素は同じような構造を持つので、試験撓み構造の撓みは、ディスプレイ要素の撓みと同じような経年変化などの非直線性効果を受ける。したがって、試験撓み構造の使用は、温度のほかに、さらに、ディスプレイ要素に対するこれらの非直線性効果の影響の補償をもたらすことがある。他方で、異なる構造を有するセンサ(サーミスタのような)は、ディスプレイ要素と異なる非直線性効果を受ける。この非直線性効果は、温度補償の精度に影響を及ぼすことがある。
【００７７】
ある実施形態では、経年変化がディスプレイ要素に起こるのと同じように試験撓み構造に起こるような具合に、試験撓み構造は、ディスプレイ要素が駆動信号によって駆動されるのと実質的に同じ時間に同じように駆動される。撓み測定が行われるとき、試験撓み構造は、ディスプレイ要素を駆動するために使用されるこの駆動信号によって駆動されない。
【００７８】
図10に例示される実施形態では、アレイ駆動装置22は、センサ66から受け取る信号を使用して、アレイ30を駆動するための、その温度に対応する信号を供給するように構成されている。一実施形態では、アレイ駆動装置22は、メモリに格納された予め決められたルックアップ表を使用して、受け取られた温度ベースの信号に基づいてアレイに供給する適切な電圧を決定する。他の実施形態では、アレイ駆動装置22(または、プロセッサ21)中の回路は、図9に例示される曲線を近似し(例えば、温度と動作電圧の関係を直線であると近似し)、それから、温度と動作電圧の定められた関係を使用して、受け取られた温度ベースの信号に比例する信号をアレイ30に供給することができる。
【００７９】
例示の実施形態では、試験撓み構造62は、アレイ30中に存在する干渉変調器と同じような構造的構成を有する。通常、そのような試験撓み構造は、ディスプレイ目的の光を出力するために使用されない。試験撓み構造の全体的な寸法規模は、アレイ30の中の干渉変調器のそれと同様か、または異なることがある。試験撓み構造の全体的な寸法または特定の寸法は、意図された試験測定目的に依存してアレイ30の干渉変調器に対して変えられることがある。いくつかの実施形態では、試験撓み構造62は、温度シフトに対するキャパシタンス変化の感度を高めるために、アレイ30の干渉変調器よりも大きな規模で作られる。代替実施形態では、試験撓み構造62は、アレイ30のそれと異なる構造的構成を有する。いくつかの実施形態では、試験撓み構造62およびアレイ30の干渉変調器は、それぞれ第1および第2の撓みの温度関数を有し、第1および第2の関数は予め決められた互いの関係を有している。
【００８０】
一定電圧Vrが試験撓み要素14と光学スタック16(または、基板20)の間に加えられたとき、試験撓み要素14と光学スタック16の間に形成されるコンデンサは充電されるようになる。静電力によって、試験撓み要素14が光学スタック16の方へ動くようになる。試験撓み要素14と光学スタック16の間の距離dlは、電圧が一定のとき、試験撓み要素14の可撓性に依存する。いくつかの実施形態では、一定電圧Vrは、動作中に試験撓み要素14が下方に変形されるが作動されないように選ばれる。いくつかの実施形態では、一定電圧Vrは、変調器を駆動させるために使用される固定基準電圧の1つであるように選ばれる。
【００８１】
上で述べられたように、温度が変化するときに、試験撓み要素14中の応力は変化する。温度が上昇するとき、試験撓み要素14はいっそう可撓性になるので、距離d1は電圧Vrのために減少する。そのとき、要素のキャパシタンスは大きくなる。温度が下がるとき、コンデンサのキャパシタンスは減少する。したがって、試験撓み構造62は、温度依存キャパシタンスを持つ可変コンデンサを形成する。キャパシタンス変化を監視することによって、試験回路64(図10を参照されたし)は温度を示す信号を生成する。
【００８２】
図12Aは、図10のセンサ66の一実施形態を例示する機能ブロック図である。電圧源70が、予め決められたAC電圧信号をキャパシタンスブリッジに加える。キャパシタンスブリッジは、2つの可変抵抗器R1およびR2、固定コンデンサCs、および試験撓み構造62によって形成される可変コンデンサCxを備える。いくつかの実施形態では、キャパシタンスブリッジは、さらに、2つの固定抵抗器RsおよびRxを備えることがある。試験撓み構造62のキャパシタンスを測定するために、可変抵抗器R1およびR2の抵抗は、ブリッジを釣り合わせてVab=0にするように調整される。ブリッジが釣り合ったとき、試験撓み構造62のキャパシタンスは、次のように計算可能である。
Cx=Cs*R1/R2          式9
試験撓み構造62のキャパシタンスは、温度を示す信号としてアレイ駆動装置22に送られる。
【００８３】
ブリッジが釣り合っているかどうかを決定するために、点aと点bの間の電位差Vabが監視される。Vabが、実質的に0に近い予め決められた閾値より下であるとき、ブリッジは釣り合っている。いくつかの実施形態では、電流センサが点aとbの間に接続される。電流が予め決められた閾値より下であるとき、ブリッジは釣り合っている。
【００８４】
いくつかの実施形態では、センサ66は、センサの動作を制御するように構成されたコントローラを備える。例えば、コントローラは、Vabを測定してブリッジが釣り合っているのかどうかを決定し、ブリッジを釣り合わせるように可変抵抗器R1およびR2の抵抗を調整し、ブリッジが釣り合ったとき可変抵抗器R1およびR2の抵抗を決定し、可変コンデンサ62のキャパシタンスを計算し、さらに感知されたキャパシタンスに基づいて信号をアレイ駆動装置22に送るように構成されることがある。コントローラは、回路動作を制御するのに適したどんな電子装置であってもよい。他の実施形態では、試験回路64は、コントローラを備えない。その場合には、アレイ駆動装置22またはプロセッサ21(図10を参照されたい)が、試験回路64の動作を制御するように構成されてもよい。
【００８５】
試験回路64は、望ましい特定の実施形態に依存して様々な場所に位置付けされることがある。試験回路64は、試験撓み要素62の近くであってもなくてもよい。一実施形態では、試験回路64は、アレイ駆動装置22またはプロセッサ21の中に位置付けされる(図10を参照されたい)。
【００８６】
図12Bは、図12Aの電圧源70によって加えられることがある電圧信号の例を例示する。垂直軸は信号の電圧を表し、一方で、水平軸は時間を表す。電圧信号は、DCバイアスされた方形波であり、方形波の最大値がVdc+Vaであり最小値がVdc-Vaである。DCバイアス電圧Vdcは、可変コンデンサ62が基準電圧Vrに近い電圧を受けるように選ばれた一定電圧値である。図11に関して述べられたように、Vrは、試験撓み構造62を変形させるが作動させない予め決められた基準電圧である。AC成分の振幅は、DC成分に比べて比較的小さいことがある。いくつかの実施形態では、VdcおよびVaは、それぞれ10ボルトおよび0.1ボルトである。
【００８７】
他の実施形態では、センサ66は、温度が変化したとき可変コンデンサ62のキャパシタンスを一定に保つために帰還ループ(図示されない)を備える。可変オフセット値Vオフセットが図12Bの電圧信号に加えられ、結果として得られた電圧信号が可変コンデンサ62に加えられる。基準温度T0で、Vオフセットは0に設定される。ブリッジが釣り合う(すなわち、Vab=0)ように、抵抗器R1およびR2の抵抗が調整される。温度が変化するとき、帰還ループは、ブリッジが釣り合うまでVabの測定値に基づいてVオフセットを調整する。それから、センサ66は、温度を示す信号としてオフセット電圧の値Vオフセットまたは全電圧Vdc+Vオフセットをアレイ駆動装置22に送る。その場合、アレイ駆動装置22は、温度を計算する必要なしにオフセット電圧に基づいて直接駆動電圧を調整することができる。試験撓み構造62がアレイ30の干渉変調器と同じ構造を持つ場合には、アレイ駆動装置22は、基準温度で機能するように構成された駆動電圧に測定オフセット電圧を加えて任意の温度の駆動電圧を生成するだけであることがある。上で述べられたように、センサ66の動作は、センサ内部のコントローラによって、プロセッサ21によって、またはアレイ駆動装置22によって制御されることがある。
【００８８】
図13は、3×3干渉変調器ディスプレイを組み込む電子装置の他の実施形態を模式的に例示するシステムブロック図であり、図10に示されるものと同じようであるが、単一の試験撓み構造62ではなく試験撓み構造のアレイ72(すなわち、試験アレイ)を有する。試験アレイ72は、図11に示されるものと同じような2つ以上の試験撓み構造62を備え、各々の試験撓み構造62が並列に接続されている。したがって、試験アレイ72は、それぞれ1つの試験撓み構造62で形成されるコンデンサのキャパシタンスの合計であるキャパシタンスを持つ可変コンデンサを形成する。試験撓み構造62で形成される可変コンデンサが、ここでは、試験アレイ72で形成された可変コンデンサに取り替えられていることを除いて、ここで試験回路64は、図12Aおよび12Bに示されるのと同じように動作する。いくつかの実施形態では、試験アレイ72は、アレイ30に比べて比較的小さい。試験アレイは、例えば、行が互いに短絡され列が互いに短絡されている試験撓み構造62の10×10アレイを備えることがある。
【００８９】
1つの試験撓み構造62を備えるセンサ66では、可変コンデンサ62のキャパシタンスが、測定中に雑音で圧倒され、ことによると浮遊キャパシタンスで隠されるほどに小さいことがあり得る。試験撓み構造62をアレイ30の干渉変調器よりも大規模にすることは、温度シフトの感度の増加の制限をもたらすだろう。また、1つの試験撓み構造62が故障すると、センサ66は全体的に機能を停止する。図13に例示されるような例示の実施形態は、例えば、試験撓み構造62で形成された100個の可変コンデンサを並列に接続することによって、これら2つの問題に対処する。感度は、例えば約100倍に高められる。たとえ試験アレイのどれか1つまたは複数の試験撓み構造が故障しても、センサ66は依然として十分に機能する。
【００９０】
図14は、図10に例示されるようなディスプレイ中の干渉変調器のアレイを駆動する方法の一実施形態を例示する流れ図である。実施形態に依存して、本方法のあるステップは、取り除かれることがあり、一緒に併合されることがあり、また順序が再配列されることがある。以下のステップは、センサ66か、アレイ駆動装置22か、またはプロセッサ21か(図10を参照されたし)によって行われることがある。例えば、アレイ駆動装置22は、アレイ駆動装置22に本方法を実施させる手段を備える、コンピュータ読取り可能メモリに格納されたファームウェアまたはソフトウェアを有することがある。
【００９１】
本方法1400は、ブロック1410から始まり、ブロック1410で、1つまたは複数の試験撓み要素14の両端間に電圧が加えられる。電圧は、その1つまたは複数の試験撓み要素14が非作動状態のままであるように選ばれる。いくつかの実施形態では、電圧は、アレイ30を駆動するために加えられる固定基準電圧のような一定電圧である。いくつかの実施形態では、電圧は実質的に一定である。一実施形態では、電圧は、DCバイアスされた方形波のようなDCバイアスされたAC信号である。AC成分の振幅は、DC成分の振幅に比べて比較的小さいことがある。例えば、AC成分の振幅は、DC成分の1つの5%以下であることがある。
【００９２】
次に、ブロック1420で、1つまたは複数の試験撓み要素14の温度依存撓みが測定される。いくつかの実施形態では、この撓みは、1つまたは複数の試験撓み要素14と基板20の間のキャパシタンスを測定することによって測定される。ブロック1430に移ると、撓み測定に少なくとも部分的に基づいて、駆動信号が干渉変調器30のアレイに供給される。
【００９３】
図15は、図10に例示されるようなディスプレイ中の干渉変調器のアレイを駆動する方法の他の実施形態を例示する流れ図である。本実施形態に依存して、本方法のあるステップは、取り除かれることがあり、一緒に併合されることがあり、また順序が再配列されることがある。以下のステップは、センサ66か、アレイ駆動装置22か、またはプロセッサ21か(図10を参照されたし)によって行われることがある。例えば、アレイ駆動装置22は、アレイ駆動装置22に本方法を実施させる手段を備える、コンピュータ読取り可能メモリに格納されたファームウェアまたはソフトウェアを有することがある。
【００９４】
本方法1500は、ブロック1510から始まり、ブロック1510で、1つまたは複数の試験撓み要素14の両端間に、DC成分を有する可変電圧が加えられる。可変電圧は、その1つまたは複数の試験撓み要素14が非作動状態のままであるように選ばれる。いくつかの実施形態では、可変電圧は、アレイ30を駆動するために加えられる固定基準電圧のような可変振幅のDC信号であることがある。いくつかの実施形態では、可変電圧は、DCバイアスされた方形波のようなDCバイアスされたAC信号である。AC成分の振幅は、DC成分の振幅に比べて比較的小さい。例えば、AC成分の振幅は、DC成分の1つの5%以下であることがある。
【００９５】
次に、ブロック1520で、DC成分の電圧は、1つまたは複数の試験撓み要素14の撓みに基づいて、感知された撓みが基準値と実質的に同じであるようにある値に調整される。この基準値は、1つまたは複数の試験撓み要素が基準温度であるとき測定された撓みである。いくつかの実施形態では、DC成分の電圧は、1つまたは複数の試験撓み要素14の撓みを示す信号から帰還ループによって調整される。1つまたは複数の撓み要素は、動作中、非作動状態のままである。いくつかの実施形態では、この撓みは、1つまたは複数の試験撓み要素14と基板20の電極の間のキャパシタンスを測定することによって測定される。ブロック1530に移ると、DC成分の電圧の値に少なくとも部分的に基づいて、駆動信号が干渉変調器30のアレイに供給される。いくつかの実施形態では、駆動信号は、温度の計算を必要としないで上記の値に基づいて供給される。
【００９６】
上述の説明は、本発明のある実施形態を詳しく述べている。しかし、理解されることであろうが、上述のものが本文中でたとえどんなに詳細であっても、本発明は多くの方法で実施され得る。留意されるべきことであるが、本発明のある特徴または態様を説明するときの特定の用語の使用は、その用語が、その用語が関連する本発明の特徴または態様のどんな特定の特性も有することに限定されるように本明細書で再定義されることを意味するように解釈されるべきでない。
【符号の説明】
【００９７】
12  干渉変調器
14  可動反射層、試験撓み要素
16  光学スタック
18  柱、支持物
19  ギャップ
20  基板
21  プロセッサ
22  アレイ駆動装置
24  行駆動装置回路
26  列駆動装置回路
28  フレームバッファ
29  駆動装置コントローラ
30  表示アレイ、ディスプレイ
34  撓み可能層
40  ディスプレイ装置
47  トランシーバ
48  入力装置
60  干渉変調器
62  試験撓み構造、可変コンデンサ
64  試験回路
66  温度感知回路、センサ
70  電圧源
72  試験撓み構造のアレイ(試験アレイ)
【図１】
2009541794.tif 000007
【図２】
2009541794.tif 000008
【図３】
2009541794.tif 000009
【図４】
2009541794.tif 000010
【図５Ａ】
2009541794.tif 000011
【図５Ｂ】
2009541794.tif 000012
【図６Ａ】
2009541794.tif 000013
【図６Ｂ】
2009541794.tif 000014
【図７Ａ】
2009541794.tif 000015
【図７Ｂ】
2009541794.tif 000016
【図７Ｃ】
2009541794.tif 000017
【図７Ｄ】
2009541794.tif 000018
【図７Ｅ】
2009541794.tif 000019
【図８】
2009541794.tif 000020
【図９】
2009541794.tif 000021
【図１０】
2009541794.tif 000022
【図１１】
2009541794.tif 000023
【図１２Ａ】
2009541794.tif 000024
【図１２Ｂ】
2009541794.tif 000025
【図１３】
2009541794.tif 000026
【図１４】
2009541794.tif 000027
【図１５】
2009541794.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月7日(2008.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置であって、
MEMSディスプレイ要素のアレイと、
少なくとも1つの試験撓み要素と、
前記試験撓み要素に接続された撓み感知回路と、を備え、前記撓み感知回路が、前記試験撓み要素を作動させることなしに前記試験撓み要素の撓みを監視し、かつ前記撓みに基づいて、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されているディスプレイ装置。
【請求項２】
前記アレイおよび前記撓み感知回路に接続された駆動回路をさらに備え、前記駆動回路が、前記撓み感知回路から伝えられる信号に少なくとも部分的に基づいて、前記アレイを駆動するための信号を供給するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記撓み感知回路が、前記駆動回路中に位置付けされている、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
各MEMSディスプレイ要素が、干渉変調器を備え、前記干渉変調器が、電極層、撓み要素、および前記電極層と前記撓み要素によって画定されたギャップを備え、前記撓み要素が、前記撓み要素と前記電極層の間に加えられる電圧に応答して、前記ギャップの中で動く、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記試験撓み要素の撓みが、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記試験撓み要素の撓みを示す信号を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記試験撓み要素が、基板上に形成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記撓み感知回路が、前記試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスを監視することによって前記試験撓み要素の撓みを監視するように構成されている、請求項7に記載の装置。
【請求項９】
前記撓み感知回路が、前記試験撓み要素と前記基板の間に実質的に一定の電圧を加えるように構成されている、請求項7に記載の装置。
【請求項１０】
前記撓み感知回路は、前記試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように、前記試験撓み要素と前記基板の間に加えられる前記電圧を第1の電圧に調整するように構成されている、請求項7に記載の装置。
【請求項１１】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記第1の電圧を有する、請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記試験撓み要素と前記基板の間に基準電圧が加えられ、かつ前記試験撓み要素が基準温度であるとき、前記試験撓み要素の撓みが前記基準値である、請求項10に記載の装置。
【請求項１３】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、それぞれ第1および第2の電気機械応答を有し、前記第1および第2の電気機械応答が予め決められた互いの関係を有する、請求項4に記載の装置。
【請求項１４】
前記第1および第2の電気機械応答が、各々、温度の関数である、請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じである、請求項4に記載の装置。
【請求項１６】
前記試験撓み要素の規模が、干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素の規模よりも実質的に大きい、請求項4に記載の装置。
【請求項１７】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じ材料から作られている、請求項4に記載の装置。
【請求項１８】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じプロセスで形成されている、請求項4に記載の装置。
【請求項１９】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同時に形成されている、請求項4に記載の装置。
【請求項２０】
前記試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイが、共通の基板上に形成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項２１】
前記撓み感知回路が、実質的に連続的に撓みを監視するように構成されている、請求項1に記載の装置。
【請求項２２】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信するように構成されたプロセッサであって、画像データを処理するように構成されたプロセッサと、
前記プロセッサと通信するように構成されたメモリ素子と、をさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも1つの信号を前記ディスプレイに送るように構成された駆動装置回路をさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２４】
前記画像データの少なくとも部分を前記駆動装置回路に送るように構成されたコントローラをさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記画像データを前記プロセッサに送るように構成された画像源モジュールをさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２６】
前記画像源モジュールが、受信器、トランシーバ、および送信器のうちの少なくとも1つを備える、請求項25に記載の装置。
【請求項２７】
入力データを受け取り、前記入力データを前記プロセッサに伝えるように構成された入力装置をさらに備える、請求項22に記載の装置。
【請求項２８】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項２９】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項1に記載の装置。
【請求項３０】
ディスプレイ装置であって、
MEMSディスプレイ要素のアレイと、
基板上に形成された試験撓み要素のアレイであって、各試験撓み要素が並列に接続されている試験撓み要素のアレイと、
試験撓み要素の前記アレイに接続された撓み感知回路と、を備え、前記撓み感知回路が、試験撓み要素の前記アレイのキャパシタンスを監視し、かつ前記キャパシタンスに基づいて、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されているディスプレイ装置。
【請求項３１】
各MEMSディスプレイ要素が、干渉変調器を備え、前記干渉変調器が、電極層、撓み要素、および前記電極層と前記撓み要素によって画定されたギャップを備え、前記撓み要素が、前記撓み要素と前記電極層の間に加えられる電圧に応答して、前記ギャップの中で動く、請求項30に記載の装置。
【請求項３２】
各試験撓み要素の撓みが、MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項30に記載の装置。
【請求項３３】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記キャパシタンスを示す信号を有する、請求項30に記載の装置。
【請求項３４】
前記撓み感知回路が、各試験撓み要素と前記基板の間に共通の実質的に一定の電圧を加えるように構成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項３５】
前記撓み感知回路は、各試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように、各試験撓み要素と前記基板の間に加えられる前記共通の電圧を第1の電圧に調整するように構成されている、請求項34に記載の装置。
【請求項３６】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す前記信号が、前記第1の電圧を有する、請求項35に記載の装置。
【請求項３７】
前記試験撓み要素と前記基板の間に基準電圧が加えられ、かつ前記試験撓み要素が基準温度であるとき、各試験撓み要素の撓みが前記基準値である、請求項35に記載の装置。
【請求項３８】
各試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、それぞれ第1および第2の電気機械応答を有し、前記第1および第2の電気機械応答が予め決められた互いの関係を有する、請求項31に記載の装置。
【請求項３９】
前記第1および第2の電気機械応答が、各々、温度の関数である、請求項38に記載の装置。
【請求項４０】
各試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じである、請求項31に記載の装置。
【請求項４１】
各試験撓み要素および干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じ材料から作られている、請求項31に記載の装置。
【請求項４２】
試験撓み要素の前記アレイおよび干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同じプロセスで形成されている、請求項31に記載の装置。
【請求項４３】
試験撓み要素の前記アレイおよび干渉変調器の前記アレイの前記撓み要素が、実質的に同時に形成されている、請求項31に記載の装置。
【請求項４４】
試験撓み要素の前記アレイおよび干渉変調器の前記アレイが、共通の基板上に形成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項４５】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイおよび前記撓み感知回路に接続された駆動回路をさらに備え、前記駆動回路が、前記撓み感知回路から伝えられる前記信号に基づいて、MEMSディスプレイ要素の前記アレイを駆動するための信号を供給するように構成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項４６】
前記撓み感知回路は、各試験撓み要素が作動されるのを妨げるように構成されている、請求項30に記載の装置。
【請求項４７】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項30に記載の装置。
【請求項４８】
MEMSディスプレイ要素の前記アレイの動作に影響を及ぼす前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項30に記載の装置。
【請求項４９】
干渉変調器のアレイを駆動する方法であって、
1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に電圧を加えるステップであって、前記電圧は、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるように選ばれるステップと、
前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みを測定するステップと、
前記撓み測定に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給するステップと、を有する方法。
【請求項５０】
撓みを測定する前記ステップが、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスを測定することを有する、請求項49に記載の方法。
【請求項５１】
前記電圧が、実質的に一定である、請求項49に記載の方法。
【請求項５２】
前記撓みが、干渉変調器の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項49に記載の方法。
【請求項５３】
前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項52に記載の方法。
【請求項５４】
前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項52に記載の方法。
【請求項５５】
干渉変調器のアレイを駆動する方法であって、
1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に可変電圧を加えるステップであって、前記可変電圧がDC成分を有するステップと、
前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように前記DC成分の電圧をある値に調整するステップであって、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるステップと、
前記値に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給するステップと、を有する方法。
【請求項５６】
前記撓みが、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスに少なくとも部分的に基づいて測定される、請求項55に記載の方法。
【請求項５７】
ディスプレイ装置であって、
画像データを表示するための手段と、
少なくとも1つの試験撓み要素と、
前記試験撓み要素の撓みを監視するための手段と、を備え、前記撓み監視手段は、前記試験撓み要素を作動させることなしに前記試験撓み要素の撓みを監視し、かつ前記撓みに基づいて、前記表示手段の動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されている、ディスプレイ装置。
【請求項５８】
前記表示手段が、干渉変調器のアレイを備える、請求項57に記載の装置。
【請求項５９】
前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項57に記載の装置。
【請求項６０】
前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項57に記載の装置。
【請求項６１】
前記撓み監視手段が、
基板上に形成された試験撓み要素のアレイであって、各試験撓み要素が並列に接続されている試験撓み要素のアレイと、
試験撓み要素の前記アレイに接続された撓み感知回路と、を備え、前記撓み感知回路が、試験撓み要素の前記アレイのキャパシタンスを監視し、かつ前記キャパシタンスに基づいて、干渉変調器の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータを示す信号を供給するように構成されている、請求項58に記載の装置。
【請求項６２】
コンピュータ読取り可能媒体であって、
ある回路に、1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に電圧を加えさせるための手段であって、前記電圧が、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままであるように選ばれる手段と、
ある回路に、前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みを測定させるための手段と、
ある回路に、前記撓み測定に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給させるための手段と、を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６３】
ある回路に撓みを測定させるための手段が、ある回路に、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスを測定させるための手段を備える、請求項62に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６４】
前記電圧が、実質的に一定である、請求項62に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６５】
前記撓みが、干渉変調器の前記アレイの動作に影響を及ぼす1つまたは複数のパラメータの関数である、請求項62に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６６】
前記1つまたは複数のパラメータが、温度を有する、請求項65に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６７】
前記1つまたは複数のパラメータが、経年変化を有する、請求項65に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６８】
コンピュータ読取り可能媒体であって、
ある回路に、1つまたは複数の試験撓み要素の両端間に可変電圧を加えさせるための手段であって、前記可変電圧がDC成分を有する手段と、
前記1つまたは複数の試験撓み要素の撓みが基準値と実質的に同じであるように、ある回路に、前記DC成分の電圧をある値に調整させるための手段であって、前記1つまたは複数の試験撓み要素が非作動状態のままである手段と、
ある回路に、前記値に少なくとも部分的に基づいて干渉変調器のアレイに駆動信号を供給させるための手段と、を備えるコンピュータ読取り可能媒体。
【請求項６９】
前記撓みが、前記1つまたは複数の試験撓み要素と前記基板の間のキャパシタンスに少なくとも部分的に基づいて測定される、請求項68に記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【国際調査報告】
2009541794.tif 000029
2009541794.tif 000030
2009541794.tif 000031