(57)【要約】  所望の数のデバイスだけが活性化されるように、並列に駆動される電気機械デバイス（例えば、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳ）のアレイに電荷が運ばれうる方法及び装置が説明される。特定の実施形態は、干渉モジュレータ（ＩＭＯＤｓ）を用いて実装された画像表示に関連している。特に、そのようなディスプレイにおいてグレースケールを達成するための空間ハーフトニング技術が説明されるが、これは従来の空間ハーフトニング技術に関連したパワーペナルティーという性質を有していない。
2013514550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素アレイであって、各々の画素は複数の副画素素子を備えており、各々の副画素素子は二つの状態の間で切り替わるように構成された電気機械デバイスを備えており、各々の電気機械デバイスは前記二つの状態の間の切り替えにおいてヒステリシスを示すところの画素アレイと、
各々の画素に結合され、及び並列にある画素内の副画素素子の一つ以上を駆動させるために構成された駆動回路と、
前記アレイにおける選択された前記画素に関して駆動回路を選択的に活性化し、及び、各々の選択された画素に対する副画素素子のサブセットが電荷の量に対応して活性化し、それによって各々の選択された画素の対応する画素明度をもたらすように、各々の選択された画素に保存される電荷の量を制御するように構成された制御回路と、
を備えているディスプレイ。
【請求項２】
各々の電気機械デバイスが干渉モジュレータ（ＩＭＯＤ）を備えている請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
各々の選択された画素における前記副画素素子が、製造公差によりもたらされるデバイス変化により決定された順序で活性化する請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
各々の選択された画素における副画素素子のサブセットは、事前に決定された順序で活性化するように構成されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項５】
各々の前記副画素素子の少なくとも一つの物理的パラメータは、事前に決定された順序で活性化することを引き起こすように構成されている請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記少なくとも一つの物理的パラメータは、デバイス面積またはデバイスのバネ定数の一つ以上を備えている請求項５に記載のディスプレイ。
【請求項７】
各々の前記画素における前記副画素素子は、少なくとも部分的に、事前に決定された順序を決定する複数の異なる参照電圧に接続されている請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項８】
前記制御回路及び前記駆動回路は、各々の選択された画素に印加される電圧を変化させることにより、各々の選択された画素に対する電荷の量を保存するように構成されている請求項１ないし７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項９】
前記制御回路及び前記駆動回路は、各々の選択された画素に印加されるパルスの幅を変化させることにより、各々の選択された画素に対する電荷の量を保存するように構成されている請求項１ないし７のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項１０】
電気機械デバイスの一つ以上のアレイであって、各々の電気機械デバイスは二つの状態の間で切り替わるように構成されており、各々の電気機械デバイスは前記二つの状態の間の切り替えにおいてヒステリシスを示すところのアレイと、
各々のアレイに結合され、及び並列にある電気機械デバイスの一つ以上を駆動するように構成された駆動回路と、
前記駆動回路を活性化するように、及び電気機械デバイスのサブセットが電荷の量に対応して活性化するように、各々のアレイにおいて保存された電荷の量を制御するように構成された制御回路と、
を備えている電気機械システム。
【請求項１１】
各々の電気機械デバイスは干渉モジュレータ（ＩＭＯＤ）を備えている請求項１０に記載の電気機械システム。
【請求項１２】
製造公差からもたらされるデバイス変化により決定された順序で前記電気機械デバイスが活性化する請求項１０または１１に記載の電気機械システム。
【請求項１３】
前記電気機械デバイスは、事前に決定された順序で活性化するように構成されている請求項１０ないし１２に記載の電気機械システム。
【請求項１４】
各々の電気機械デバイスの少なくとも一つの物理的パラメータが、事前に決定された順序で活性化することを引き起こすように構成されている請求項１３に記載の電気機械システム。
【請求項１５】
少なくとも一つの物理的パラメータは、デバイス面積またはデバイスのバネ定数の一つ以上を備えている請求項１４に記載の電気機械システム。
【請求項１６】
前記電気機械デバイスは、少なくとも部分的に、事前に決定された順序を決定する複数の異なる参照電圧に接続されている請求項１３に記載の電気機械システム。
【請求項１７】
前記制御回路及び前記駆動回路は、電気機械デバイスのアレイに印加される電圧を変化させることにより、電荷の量を保存するように構成されている請求項１０ないし１６のいずれか一項に記載の電気機械システム。
【請求項１８】
前記制御回路及び前記駆動回路は、電気機械デバイスのアレイに印加されるパルスの幅を変化させることにより、各々の選択された画素に対する電荷の量を保存するように構成されている請求項１０ないし１６のいずれか一項に記載の電気機械システム。
【請求項１９】
前記電気機械システムは、ディスプレイ、フィルタ、プロジェクタ、マイクロフォン、またはスピーカーよりなる群の一つを備えている請求項１０ないし１８に記載の電気機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００９年１２月１８日に出願された米国特許出願公開第１２／６４２，４３７号明細書「デバイスアレイを選択的に作動させるための電荷制御方法」の優先権を主張しており、その全体の開示は、全ての目的に対して参照によってここに組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
本願発明は、電気機械デバイス、例えば干渉モジュレータ（ＩＭＯＤｓ）のアレイの選択的な制御に一般的に関連している。特定の種類の実施形態は、そのようなデバイスから構成されたアクティブ・マトリクス・ディスプレイにおけるグレースケールを達成することに関連している。
【０００３】
グレースケールは、時間変調または空間ハーフトニングのどちらかを用いて、ＭＥＭＳデバイス（例えばＩＭＯＤｓ）から構成されたアクティブ・マトリクス・ディスプレイにおいて従来的に達成される。時間変調では、所望の画素明暗度を達成するために異なる割合で、個々の画素はスイッチがオン及びオフされる。空間ハーフトニングでは、各々の表示画素は、独立して制御される副画素のアレイから構成されている。所望の画素明暗度は、オンまたはオフとなる個々の画素内の副画素の異なる割合で達成される。二つのアプローチは、グレースケールを達成するためのハーフトニングまたは時間変調を必要としない他の種類のアクティブ・マトリクス・ディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイ：ＬＣＤ）に対して所望しないさらなる出力消費をもたらす。時間変調では、必要とされる連続的なスイッチングのオーバーヘッド（これはグレースケール解像度のビット数が少なくとも直線的に拡大する）のためであり、及び空間ハーフトニングでは、各々の副画素が独立して駆動することに関連したオーバーヘッド（これは副画素の数が略直線的に拡大する）のためである。加えて、どちらかの技術に対しても、この出力消費のオーバーヘッドは、表示内容のデータのより高い解像度のビットプレーンにおいて、損失した垂直相関によるスイッチング損失によって、さらに悪化される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願発明によると、所望の数のデバイスだけが活性化されるように、電気機械デバイスのアレイが並列に駆動されうる方法及び装置が説明される。実施形態の特定の種類によると、画素アレイを含むディスプレイが提供される。各々の画素は複数の副画素を含んでいる。各々の副画素素子は、二つの状態の間で切り替わるように構成された電気機械デバイスである。各々の電気機械デバイスは、二つの状態の間の切り替えにおいてヒステリシスを示す。駆動回路は、各々の画素に結合され、及び並列にある画素内の一つ以上の副画素を駆動するように構成されている。制御回路は、各々の選択された画素に対する副画素素子のサブセットが電荷の量に対応して活性化し、それにより各々の選択された画素に対する対応する画素明度をもたらすように、アレイ内の選択された画素に関連する駆動回路を選択的に活性化させ、及び各々の選択された画素内に保存される電荷の量を制御するように構成されている。
【０００５】
実施形態の別の種類によると、電気機械デバイスの一つ以上のアレイを含む電気機械システムが提供される。各々の電気機械デバイスは、二つの状態の間で切り替わるように構成されている。各々の電気機械デバイスは、二つの状態の間での切り替えにおいてヒステリシスを示す。駆動回路は、各々のアレイに結合され、及び並列に電気機械デバイスの一つ以上を駆動させるように構成されている。駆動回路を活性化するように、及び電気機械デバイスのサブセットが電荷の量に対応して活性化するように、各々のアレイ内に保存される電荷の量を制御するように構成されている。
【０００６】
本願発明の性質及び利点のさらなる理解は、発明の詳細な説明の残りの部分と図面を参照することにより実現されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の干渉モジュレータの可動反射層が緩和位置にあり、及び第２の干渉モジュレータの可動反射層が活性位置にある干渉モジュレータディスプレイの一つの実施形態の一部を図示した等角図である。
【図２】図２は、３×３の干渉モジュレータディスプレイを組み込んでいる電子デバイスの一つの実施形態を図示しているシステムブロック図である。
【図３】図３は、図１のような干渉モジュレータの実装に対して、可動ミラーの位置に対する印加する電圧のダイアグラムである。
【図４】図４は、干渉モジュレータディスプレイを駆動するために利用されうる一対の行及び列電圧の図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図２の３×３干渉モジュレータディスプレイにディスプレイデータのフレームを書込むために利用されうる行及び列信号のためのタイミング図の例を図示している。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図２の３×３干渉モジュレータディスプレイにディスプレイデータのフレームを書込むために利用されうる行及び列信号のためのタイミング図の例を図示している。
【図６Ａ】図６Ａは、複数の干渉モジュレータを備えている画像表示デバイスの実施形態を図示しているシステムブロック図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、複数の干渉モジュレータを備えている画像表示デバイスの実施形態を図示しているシステムブロック図である。
【図７Ａ】図７Ａは、干渉モジュレータの様々な実装の断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、干渉モジュレータの様々な実装の断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、干渉モジュレータの様々な実装の断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、干渉モジュレータの様々な実装の断面図である。
【図７Ｅ】図７Ｅは、干渉モジュレータの様々な実装の断面図である。
【図８】図８は、本発明の特定の実施形態により実装されたＭＥＭＳデバイスアレイの例である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の様々な実施形態での利用のための画素駆動回路の例を示している。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の様々な実施形態での利用のための画素駆動回路の例を示している。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の特定の実施形態による電荷制御を用いるＭＥＭＳデバイスの連続的な活性化を図示している。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の特定の実施形態による電荷制御を用いるＭＥＭＳデバイスの連続的な活性化を図示している。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、本発明の特定の実施形態による電荷制御を用いるＭＥＭＳデバイスの連続的な活性化を図示している。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、本発明の特定の実施形態による電荷制御を用いるＭＥＭＳデバイスの連続的な活性化を図示している。
【図１１】図１１は、本発明の特定の実施形態により実装された画素の電荷対明暗度を図示しているグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の特定の実施形態により実装されたＭＥＭＳデバイスアレイの単純化された概略図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の特定の実施形態により実装されたＭＥＭＳデバイスアレイの単純化された概略図である。
【図１４】図１４は、本発明のさらに別の特定の実施形態により実装されたＭＥＭＳデバイスアレイの単純化された概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本願発明を実行するために発明者によって検討された最良の形態を含む本願発明の特定の実施形態を詳しく参照する。これらの特定の実施形態の例は、添付の図面に図示されている。本願発明がこれらの特定の実施形態と共に説明されると同時に、説明された実施形態に発明を限定することを目的としていないことが理解される。それどころか、添付の特許請求の範囲により定義された発明の要旨及び範囲内で含まれうる代替物、修正物、及び等価物を含めることを目的としている。以下の説明において、具体的詳細は、本願発明の完全な理解を提供するために説明されている。本願発明は、これらの具体的詳細の一部または全てがなくても実施されうる。加えて、周知の特徴は発明を不必要に曖昧にすることを避けるために詳細に説明され得ない。
【０００９】
本願発明の様々な実施形態によると、デバイスの所望の数だけが作動されるように、並列に駆動される電気機械デバイスのアレイに電荷が保存されうるような技術及び機構が提供される。そのような電気機械デバイスは、例えば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、同様に、いわゆるナノ電気機械システム（ＮＥＭＳ）デバイスを含んでいる。特定の実施形態は、干渉モジュレータ（ＩＭＯＤｓ）及びそのようなデバイスに基づくディスプレイの特定の例を参照することで以下に説明される。特に、そのようなディスプレイにおいて、グレースケールを達成するための空間ハーフトニング技術が説明され、従来の空間ハーフトニング技術に関連した出力の不利益を減少または消去する。しかしながら、本願発明による可能な技術及び機構は、ＩＭＯＤｓ、（ＤＭＤのような）ミラー、ＭＥＭＳシャッター、マイクロフォンのようなＭＥＭＳトランスデューサー、超音波トランスデューサーなど、他の種類の電気機械デバイスから構成されるディスプレイにより広く適用できることに注目すべきであり、当業者によって予期されるだろう。本願発明により可能な技術及び機構は、同様に、電気機械デバイスの位相配列、アレイベースのマイクロフォンなどに適用できる。グレースケールを達成するための時間変調または従来の空間ハーフトニングの欠点に悩まされる電気機械デバイスから構成された如何なる種類のディスプレイは、本願発明の実施形態から利益を得る。またさらに広く見れば、ここで説明される方法及び装置は、電気機械デバイスのアレイを利用して構成された他の種類のシステム及びデバイスに適用でき、そのようなアレイにおける全てのデバイスより少なく活性化する能力から利益を得てもよい。そのようなシステム及びデバイスは、例えば、プロジェクタ、光学フィルタ、マイクロフォンなどを含む。
【００１０】
ＩＭＯＤディスプレイに関連する実施形態の特定の分類に従って、グレースケールを達成するための前述のアプローチ、例えば、時間変調または従来の空間ハーフトニングに関連する出力消費の不利益を少なくとも部分的に軽減させる方法でグレースケールが達成される。これらの実施形態のいくらかに従い、そのようなディスプレイ内の各々の画素は、複数の副画素ディスプレイ要素から構成されており、その各々はＩＭＯＤである。各々のアレイの副画素におけるＩＭＯＤｓは、従来の空間ハーフトニング法と同様に、独立的よりはむしろ並列に駆動される。（一つ以上のトランジスタまたはＴＦＴまたは他の回路を含みうる）駆動回路を経て、副画素ディスプレイ要素のアレイにおいて保存された電荷の量は、所望の数のＩＭＯＤｓだけが活性化するように制御され、所望の画素明暗度（例えばグレースケール）を達成する。
【００１１】
ＭＥＭＳ及びＩＭＯＤｓ、及び発明の実施形態に関連して実装されうるＩＭＯＤディスプレイのいくらかの背景は、説明に役立つだろう。ＭＥＭＳは微小機械要素、アクチュエータ、及び電子機器を含んでいる。微小機械要素は、堆積、エッチング、及び／または電気的及び電気機械的デバイスを形成するために基板の一部及び／または堆積した材料層をエッチングするか、または層を追加する他の微小機械工程、を利用して生成されうる。一つの種類のＭＥＭＳデバイスは、干渉モジュレータまたはＩＭＯＤと呼ばれている。ここで用いられるように、干渉モジュレータまたは干渉光モジュレータとの用語は、光学干渉の原理を利用して選択的に光を吸収及び／または反射するデバイスを参照している。干渉モジュレータは、一対の導電性プレートを備えていてもよく、その一つまたは両方は、全体または一部が透明及び／または反射であってもよく、及び適切な電気信号の印加により相対運動することができる。特定の実装において、一つのプレートは、基板上に堆積された固定層を備えており、他のプレートは、エアーギャップにより固定層から離れた金属膜を備えうる。ここでより詳細に説明されるように、一方のプレートに対する一つのプレートは、干渉モジュレータに入射する光の光学干渉を変えることができる。そのようなディスプレイは、広い範囲の応用を有しており、及びこれらの種類のデバイスの特徴を利用及び／または修正することは技術的に都合がよく、これらの特徴は、現存する製品の改善及びまだ開発されていない新たな製品の作製に有効に使われることができる。
【００１２】
検討されるように、本発明の実施形態は、動いているか（例えばビデオ）または静止しているか（例えば静止画）どちらか、及びテキストか絵画のどちらかのイメージを表示するために構成されている如何なるデバイスにおいて実装されうる。より詳しくは、本発明の実施形態は、制限されないが、携帯電話、ワイヤレスデバイス、携帯情報端末（ＰＤＡｓ）、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ＧＰＳ受信器／ナビゲータ、カメラ、ＭＰ３プレイヤー、カムコーダ、ゲームコンソール、腕時計、時計、計算機、テレビモニタ、平板ディスプレイ、コンピュータモニタ、自動ディスプレイ（例えば、オドメータディスプレイなど）、コックピット制御及び／またはディスプレイ、カメラの視野のディスプレイ（例えば、車内の後方カメラのディスプレイ）、電子写真、電子掲示板または電光サイン、プロジェクタ、建築物、パッケージング、及び美的構造物（例えば、宝石のイメージのディスプレイ）のような様々な電気デバイス内に、またはそれに関連して実装されうる。しかしながら、上で述べたように、本発明の実施形態は、例えば、電気スイッチングデバイスやマイクロフォンなどの非ディスプレイの応用におけるＭＥＭＳデバイス（ＩＭＯＤｓ及び他の種類のＭＥＭＳデバイス）のアレイを含むことが予期される。
【００１３】
二つの干渉ＭＥＭＳディスプレイ要素の例が図１に図示されている。そのようなデバイスにおいて、画素は、明状態か暗状態のどちらかである。明（「緩和」または「開」）状態において、各々のディスプレイ要素は、大部分の入射可視光を利用者に反射させる。暗（「活性」または「閉」）状態にあるとき、各々のディスプレイ要素は、入射可視光を殆ど利用者に反射させない。実施形態に依存して、「オン」及び「オフ」状態の光の反射特性は反転されうる。ＭＥＭＳ画素は同様に、選択された色で主に反射するように構成されることができ、黒白に加えてカラーディスプレイを可能にする。
【００１４】
図１は、本発明の特定の実施形態を実装するために利用されうる二つの隣接するＭＥＭＳ干渉モジュレータディスプレイ要素を描いた等角図である。そのような実施形態に関連して実装された干渉モジュレータディスプレイは、そのような干渉モジュレータの行／列アレイを備えている。検討されるように、ディスプレイにおける各々の画素は、副画素を備えており、その各々は、干渉モジュレータである。各々の干渉モジュレータは、少なくとも一つの可変寸法を有する共鳴光学ギャップを形成するために互いから可変で制御可能な距離で位置された一対の反射層を含んでいる。示されたディスプレイ要素において、一つの反射層は、二つの位置の間を移動しうる。緩和位置としてここで参照される第１の位置において、可動反射層は、固定された部分的に反射性の層から相対的に大きな距離で位置されている。活性位置としてここで参照される第２の位置において、可動反射層は、部分的に反射性の層により近接して位置されている。二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、建設的に、または破壊的に干渉し、各々の要素に対して全反射または非反射状態のどちらかを作り出す。
【００１５】
図１内の副画素アレイの描かれた部分は、二つの隣接する干渉モジュレータ１２ａ及び１２ｂを含む。左の干渉モジュレータ１２ａにおいて、可動反射層１４ａは、部分的に反射性の層を含む光学スタック１６ａから所定の距離にある緩和位置で示されている。右の干渉モジュレータ１２ｂにおいて、可動反射層は、光学スタック１６ｂに隣接した活性位置で図示されている。
【００１６】
光学スタック１６ａ及び１６ｂ（まとめて光学スタック１６と参照する）は、ここで参照するように、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような電極層、クロムのような部分反射層、及び透明誘電体を含むことのできる一般的にいくつかの結合された層を備えている。光学スタック１６は、このようにして、導電性であり、部分的に透明であり、及び部分的に反射性であり、例えば、透明基板２０上に上記層の一つ以上を堆積することにより製造されうる。部分反射層は、様々な金属、半導体、及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できる。部分反射層は、一つ以上の材料の層から形成され、及び層の各々は、単一材料または材料の組み合わせで形成されることができる。
【００１７】
いくつかの実施形態において、光学スタック１６の層は、平行なストリップにパターン化され、及びさらに以下で説明されるようにディスプレイデバイスにおいて行電極を形成しうる。可動反射層１４ａ、１４ｂは、ポスト１８の上部及び該ポストの間に堆積された介在犠牲材料上に堆積された列を形成するために、（行電極１６ａ、１６ｂに垂直な）堆積された金属層の一連の平行なストリップとして形成されうる。犠牲材料がエッチングされるとき、可動反射層１４ａ、１４ｂは、画定されたギャップ１９により光学スタック１６ａ、１６ｂから分離される。アルミニウムといったより高い導電性及び反射性の材料が反射層１４のために利用され、及びこれらのストリップは、ディスプレイデバイス内の列電極を形成しうる。図１はスケール化されていないことに注意すべきである。いくつかの実施形態において、ポスト１８の間の空間は、１０から１００μｍのオーダであってもよく、前記ギャップ１９は、１０００オングストローム未満のオーダであってもよい。
【００１８】
印加電圧がない場合、ギャップ１９は、可動反射層１４ａと光学スタック１６ａとの間に残っており、図１の副画素１２ａにより図示されたように、可動反射層１４ａは機械的に緩和状態にある。しかしながら、選択された行及び列に電位（例えば、電圧）差が印加されるとき、対応する副画素での行及び列電極の交差点で形成されたキャパシタは充電され、及び静電力は互いの電極を引っ張る。電圧が十分に高い場合、可動反射層１４は変形され、光学スタック１６に押し付けられる。光学スタック１６内部の誘電体層（この図では図示せず）は、図１の右の活性化された副画素１２ｂにより図示されたように、ショートを避け、層１４及び１６の間の分離距離を制御している。印加された電位差の極性に関わらず振る舞いは同じである。
【００１９】
図２から５は、ディスプレイ応用における干渉モジュレータのアレイを採用する工程及びシステムの例を図示している。図２は、干渉モジュレータを組み込みうる電子デバイスを図示しているシステムブロック図である。前記電子デバイスは、ＡＲＭ（登録商標）、Ｐｅｎｔｉｕｍ（登録商標）、８０５１、ＭＩＰＳ（登録商標）、Ｐｏｗｅｒ  ＰＣ（登録商標）、またはＡＬＰＨＡ（登録商標）といった汎用シングルまたはマルチチップマイクロプロセッサ、またはデジタル・シグナル・プロセッサ、マイクロコントローラ、またはプログラマブル・ゲート・アレイといった特定用途向けマイクロプロセッサでありうるプロセッサ２１を含んでいる。当技術分野で慣行のように、プロセッサ２１は、一つ以上のソフトウェアモジュールを実行するように構成されうる。オペレーティングシステムを実行することに加えて、プロセッサは、ウェブブラウザ、電話アプリケーション、メールプログラム、または任意の他のソフトウェアアプリケーションを含む一つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行するように構成されうる。
【００２０】
一つの実施形態において、プロセッサ２１は同様に、アレイドライバ２２と連絡するように構成されている。一つの実施形態において、アレイドライバ２２は、ディスプレイアレイまたはパネル３０に信号を提供する行駆動回路２４及び列駆動回路２６を含んでいる。図１に図示されたアレイの断面が、図２の線１−１によって示されている。図２は、明確性のために、３×３の干渉モジュレータを図示しているけれども、前記ディスプレイアレイ３０は非常に多くの数の干渉モジュレータディスプレイ要素を含んでいてもよく、及び、列と行で異なる数の干渉モジュレータを有していてもよい（例えば、行３００画素対列１９０画素）。
【００２１】
図３は、図１で示されたような干渉モジュレータの実装のための、可動ミラーの位置対印加電圧の図表である。ＭＥＭＳ干渉モジュレータに対して、行／列の作動プロトコルは、図３で図示されたようなこれらのデバイスのヒステリシス特性の利点を取りうる。干渉モジュレータは、例えば、可動層を緩和位置から活性位置に変形させるために１０ボルトの電位差を必要としうる。しかしながら、デバイスのヒステリシスのため、電圧がその値から減少するとき、電圧が１０ボルト以下で後退しながら可動層はその状態を維持している。図３の実施において、可動層は、電圧が２ボルト以下に落ちるまで完全に緩和しない。このようにして、デバイスが緩和状態か活性状態のどちらかに安定しているところでの印加電圧のウインドウが存在し、図３で図示された例においては、３から７ボルトの電圧の範囲である。これは、「ヒステリシスウインドウ」または「安定ウインドウ」としてここで参照される。図３のヒステリシス特性を有するディスプレイアレイに対して、行／列の作動プロトコルは、行検出の間に、活性化される検出された行における画素は、約１０ボルトの電位差に曝され、及び緩和される画素は、ゼロボルトに近い電位差に曝される。検出の後で、行検出が画素に置いたいかなる状態を維持するように、画素は約５ボルトの安定状態またはバイアス電位差に曝される。書込みされた後で、各々の画素は、この例において、３から７ボルトの「安定ウインドウ」の範囲にある電位差に会う。この特徴は、活性または緩和の事前状態のどちらかと同一の印加電圧状態の下で画素を安定にさせる。各々の干渉モジュレータは、活性状態であろうと緩和状態であろうと、固定層及び移動反射層によって本質的に形成されたキャパシタであるので、この安定状態は、殆ど出力消費がなく、ヒステリシスウインドウ内部の電圧で保たれることができる。印加電圧が固定されている場合、電流は本質的に干渉モジュレータへ流れない。
【００２２】
さらに以下で説明されるように、一般的な応用において、第１の行内の所望の一連の活性化画素に関連して、一連の列電極にわたって（それぞれが所定の電圧レベルを有している）一連のデータ信号を送信することにより、画像のフレームが作り出される。行パルスが第１の行電極に印加され、前記一連のデータ信号に対応する画素を活性させる。一連のデータ信号はそれから、第２の行における所望の一連の活性画素に対応するように変更される。パルスが第２の行電極に印加され、データ信号に関連して第２の行における適切な画素を活性化する。第１の行の画素は、第２の行パルスにより影響を受けず、第１の行パルスの間にそれらが設定された状態を維持している。これは、フレームを作るための連続的な方法で全体の一連の行に対して繰り返される。一般的に、フレームは、単位秒あたりいくつかの所望の数のフレームでこの処理を連続的に繰り返すことにより、新しい画像データで再読み込みされ、及び／または更新される。画素アレイの行及び列電極を駆動させるための幅広い種類のプロトコルが利用されうる。
【００２３】
図４及び５は、図２の３×３アレイ上のディスプレイフレームを作り出すために、一つの可能な作動プロトコルを図示している。図示された例において、各々の画素は、単一の干渉モジュレータで実装されるように説明されている。しかしながら、この説明を、各々の画素が副画素要素のアレイを備えている本発明の実施形態に一般化することは、当業者によって理解されるだろう。図４は、図３のヒステリシス曲線を示す画素に対して利用されうる列及び行の電圧レベルの可能なセットを図示している。図４において、画素を活性する段階は、適切な列に−Ｖｂｉａｓを、及び適切な行に＋ΔＶを設定する段階を含んでおり、それらはそれぞれ−５ボルトと＋５ボルトに対応しうる。画素を緩和する段階は、適切な列に＋Ｖｂｉａｓを、及び適切な行に＋ΔＶを設定することにより達成され、これは画素に渡ってゼロボルトの電位差を作っている。行電圧がゼロボルトで保持されているところの行において、画素は、列が＋Ｖｂｉａｓまたは−Ｖｂｉａｓのどちらにあるかに関わらず、それらが元々あったどちらかの状態で安定している。図４において図示されるように、上で説明されたものとは反対の極性の電圧も利用されることができ、例えば、画素の活性化は、適切な列に＋Ｖｂｉａｓを、及び適切な行に−ΔＶを設定することを含むことができる。この実施形態において、画素の解放は、適切な列に−Ｖｂｉａｓを、及び適切な行に同じ−ΔＶを設定することにより達成され、画素にわたってゼロボルトの電位差を作っている。
【００２４】
図５Ｂは、図５Ａで図示されたディスプレイ配置をもたらし、活性化された画素は非反射性である図２の３×３アレイに印加された一連の行及び列信号を示しているタイミング図である。図５Ａで図示されたフレームの書込みに先立って、画素は、如何なる状態にあることができ、及びこの例において、全ての行は最初に０ボルトであり、及び全ての列は、＋５ボルトである。これらの印加電圧と共に、全ての画素は、現在の活性または緩和状態で安定している。
【００２５】
図５Ａのフレームにおいて、画素（１，１）、（１，２）、（２，２）、（３，２）、及び（３，３）が活性化されている。これを達成するために、行１に対する「ラインタイム」の間、列１及び２は−５ボルトに設定され、及び列３は、＋５ボルトに設定される。これは、全ての画素が３から７ボルトの安定ウインドウに残っているため、如何なる画素の状態を変えない。行１はそれから、０から、最大で５ボルトまで行き、及びゼロに戻るパルスで検出される。これは、（１，１）及び（１，２）の画素を活性化し、（１，３）の画素を緩和する。アレイ中の他の画素は影響を受けない。所望のように行２を設定するために、列２は、−５ボルトに設定され、及び列１及び３は、＋５ボルトに設定される。行２に適用された同一の検出は、画素（２，２）を活性化し、及び画素（２，１）及び（２，３）を緩和する。再び、アレイ中の他の画素は影響を受けない。行３は、列２及び３を−５ボルトに、並びに列１を＋５ボルトに設定することにより設定される。行３検出は、図５Ａで示されたような行３の画素を設定する。フレームの書込みの後で、行の電位はゼロであり、及び列の電位は、＋５または−５ボルトのどちらかに残ることができ、及びそれからディスプレイは図５Ａの配列で安定している。同一の手順が、数ダースまたは数百の行及び列のアレイに対して採用されることができる。検討されるように、行及び列の活性を実施するために使用されるタイミング、順序、及び電圧のレベルは、本発明の様々なディスプレイに関する実施形態によって各々の画素内部の副画素の選択的な活性を達成するために上で概説された一般的な原理の範囲で幅広く変化しうる。
【００２６】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明のディスプレイに関連する実施形態が実装されうるディスプレイデバイス４０の例を図示しているシステムブロック図である。ディスプレイデバイス４０は、例えば、携帯電話であることができる。しかしながら、ディスプレイデバイス４０の同一の構成要素、または僅かな変形は、テレビ及び携帯メディアプレイヤーといった様々な種類のディスプレイデバイスの説明となる。
【００２７】
ディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１、ディスプレイ３０、アンテナ４３、スピーカー４５、入力デバイス４８、及びマイクロフォン４６を含んでいる。ハウジング４１は、一般的に、射出成形、及び真空形成を含む様々な製造工程から形成される。加えて、ハウジング４１は、限定はされないが、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、及びセラミック、またはそれらの組み合わせを含む様々な材料のいずれかから形成されうる。一つの実施形態において、ハウジング４１は、取り外し可能な部分（図示せず）を含んでおり、これは異なる色、または異なるロゴ、写真、またはシンボルを含む他の取り外し可能な部分で置き換えうる。
【００２８】
ディスプレイデバイス４０のディスプレイ３０は、ここで説明されるような、双安定ディスプレイを含む様々なディスプレイのいずれかでありうる。他の実施形態において、ディスプレイ３０は、上で説明されたような、プラズマ、ＥＬ、ＯＬＥＤ、ＳＴＮ  ＬＣＤ、またはＴＦＴ  ＬＣＤといったフラットパネルディスプレイ、または、ＣＲＴまたは他の管デバイスといった非フラットパネルディスプレイを含んでいる。実施形態の特定の種類に従い、ディスプレイ３０は、干渉モジュレータディスプレイを含んでいる。
【００２９】
ディスプレイデバイス４０の構成要素は、図６Ｂ内に概略的に図示されている。図示されたディスプレイデバイス４０は、ハウジング４１を含んでおり、及び少なくとも部分的にその中に含まれた追加の構成要素を含むことができる。例えば、前記ディスプレイデバイス４０は、トランシーバ４７に結合されるアンテナ４３を含むネットワークインターフェイス２７を含みうる。トランシーバ４７は、コンディショニングハードウェア５２に接続されるプロセッサ２１に接続される。コンディショニングハードウェア５２は、信号を調整する（例えば、信号をフィルタにかける）ように構成されうる。コンディショニングハードウェア５２は、スピーカー４５及びマイクロフォン４６に接続される。プロセッサ２１は同様に、入力デバイス４８及びドライバコントローラ２９に接続される。ドライバコントローラ２９は、フレームバッファ２８、及びディスプレイアレイ３０に順に接続されるアレイドライバ２２に結合される。電源５０は、特定のディスプレイデバイス４０の設計により、要求に応じて電力を全ての構成要素に提供する。
【００３０】
ディスプレイデバイス４０は、ネットワークを通して一つ以上のデバイスと連絡することができるように、ネットワークインターフェイス２７はアンテナ４３及びトランシーバ４７を含んでいる。ネットワークインターフェイス２７は同様に、プロセッサ２１の要求を軽減することのできるいくらかの処理能力を有している。アンテナ４３は、信号を伝送及び受信するための幅広い種類のアンテナのいずれかでありうる。アンテナは、例えばＩＥＥＥ８０２．１１（ａ），（ｂ），または（ｇ）を含むＩＥＥＥ８０２．１１標準に従うＲＦ信号を伝送及び受信しうる。あるいは、アンテナは、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ標準に従うＲＦ信号を伝送及び受信しうる。携帯電話の場合、アンテナは、ワイヤレス携帯電話のネットワーク内で連絡するために利用されるＣＤＭＡ、ＧＳＭ（登録商標）、ＡＭＰＳ、Ｗ−ＣＤＭＡ、または他の周知の信号を受信するために設計されうる。トランシーバ４７は、アンテナ４３から受信された信号を事前処理し、これはプロセッサ２１により受信され及びさらには操作されうる。トランシーバ４７は同様に、プロセッサ２１から受信された信号を処理し、これはアンテナ４３を経てディスプレイデバイス４０から伝送されうる。
【００３１】
代わりの実施において、トランシーバ４７は、レシーバに置き換えられることができる。さらに別の実施において、ネットワークインターフェイス２７は、プロセッサ２１に送られる画像データを保存または生成することのできる画像ソースに置き換えられることができる。例えば、画像ソースは、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）または画像データを含む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とすることができる。
【００３２】
プロセッサ２１は一般的に、ディスプレイデバイス４０の全体の操作を制御している。プロセッサ２１は、ネットワークインターフェイス２７からの圧縮された画像データ、または画像ソースといったデータを受け取り、及び原画像データ、または原画像データに容易に処理されるフォーマットへ処理する。プロセッサ２１はそれから、処理されたデータを、保存のためにドライバコントローラ２９またはフレームバッファ２８へ送る。原データは一般的に、画像内部の各々の位置で画像特性を特定する情報を参照している。例えば、そのような画像特性は、色、飽和度、及びグレースケールレベルを含むことができる。
【００３３】
プロセッサ２１は、ディスプレイデバイス４０の操作を制御するためのマイクロコントローラ、ＣＰＵ，またはロジックユニットを含んでいる。コンディショニングハードウェア５２は一般的に、信号をスピーカー４５へ伝送、及びマイクロフォン４６から信号を受け取るために、増幅器及びフィルタを含んでいる。コンディショニングハードウェア５２は、ディスプレイデバイス４０内部で個々の構成要素であってもよく、またはプロセッサ２１または他の構成要素内部に組み込まれてもよい。
【００３４】
ドライバコントローラ２９は、プロセッサ２１から直接、またはフレームバッファ２８からのどちらかから、プロセッサ２１により生成された原画像データを取り、及びアレイドライバ２２への高速伝送のために適切に原画像データを再フォーマットする。具体的に、ドライバコントローラ２９は、ディスプレイアレイ３０にわたってスキャニングするのに適した時間オーダを有するように、原画像データをラスター様形式を有するデータフローに再フォーマットする。それから、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２へフォーマットされた情報を送る。ＬＣＤコントローラのようなドライバコントローラ２９は、スタンドアローン集積回路として、しばしばシステムプロセッサ２１に関連されるにも関わらず、そのようなコントローラは、多くの方法で実施されうる。例えば、それらは、ハードウェアとしてプロセッサ２１内に組み込まれてもよく、ソフトウェアとしてプロセッサ２１内に組み込まれてもよく、またはアレイドライバ２２と共にハードウェア内に完全に集積されてもよい。
【００３５】
一般的に、アレイドライバ２２は、ドライバコントローラ２９からフォーマットされた情報を受け取り、及びビデオデータを、ディスプレイの画素のｘ−ｙアレイに基づく数百及びある時は数千のリードへ単位秒あたり多数印加される平行な一連の波形に再フォーマットする。
【００３６】
ドライバコントローラ２９、アレイドライバ２２、及びディスプレイアレイ３０は、ここで説明される任意の種類のディスプレイに適している。実施形態のディスプレイに関連した種類によると、ドライバコントローラ２９及びアレイドライバ２２は、以下で説明されるように、本発明のこれらの実施形態に関連してディスプレイアレイを駆動するように構成されている。いくつかの実施形態によると、ドライバコントローラ２９は、アレイドライバ２２に集積される。そのような実施形態は、例えば、携帯電話、時計、及び他の小面積ディスプレイといった高集積システムに適している。さらに他の実施形態において、ディスプレイ３０は、一般的なディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイである（例えば、干渉モジュレータのアレイを含むディスプレイ）。
【００３７】
入力デバイス４８は、利用者にディスプレイデバイス４０の操作を制御することを可能にする。入力デバイス４８は、例えば、キーパッド（例えば、ＱＷＥＲＴＹキーボードまたは電話キーパッド）、一つ以上のボタン、一つ以上のスイッチ、タッチスクリーン、感圧または感熱膜などを含みうる。マイクロフォン４６は、ディスプレイデバイス４０のための入力デバイスである。マイクロフォン４６がデバイスにデータを入力するために利用されるとき、ディスプレイデバイス４０の操作を制御するためにボイスコマンドが利用者に提供されうる。
【００３８】
電源５０は、当業者に周知である様々なエネルギー保存デバイスを含むことができる。例えば、電源５０は、（ニッケル−カドミウム電池またはリチウムイオン電池といった）再充電可能な電池、再生可能エネルギー源、または（プラスチック太陽電池及び太陽電池ペイントを含む）太陽電池であってもよい。電源５０は、壁コンセントから電力を受け取るように構成されてもよい。
【００３９】
いくつかの実施において、制御プログラム可能性は、電子ディスプレイシステム内の数箇所に位置されることのできるドライバコントローラ内に存在している。いくつかの場合において、制御プログラム可能性はアレイドライバ２２内に存在する。予期されるように、ここで説明された様々な機能性及び／または最適化が、多数のハードウェア及び／またはソフトウェア構成要素において、及び様々な形態において実装されうる。
【００４０】
上で説明した原理に従って作動する干渉モジュレータの構造の詳細は、本発明の様々な実施形態に従って広く変化しうる。例えば、図７Ａから７Ｅは、可動反射層１４の５つの異なる実施形態及びその支持構造を図示している。図７Ａは、金属材料１４のストリップが、直角に延在する支持体１８上に堆積されているところの図１のＭＥＭＳデバイスの断面図である。図７Ｂにおいて、各々の干渉モジュレータの可動反射層１４は、正方形または長方形の形状で、及び角のみで支持体上に、テザー３２上に取り付けられている。図７Ｃにおいて、可動反射層１４は、正方形または長方形の形状で、及び柔軟な金属を備えうる変形可能な層３４から懸架されている。変形可能な層３４は、直接的に、または間接的に、変形可能な層３４の周囲で基板２０に接続している。これらの接続は、ここでは支持ポストとして参照されている。図７Ｄにおいて図示された実施形態は、変形可能な層３４が上に置かれている支持ポストプラグ４２を有している。可動反射層１４は、図７Ａから７Ｃにおけるように、ギャップにわたって懸架されたままであるが、変形可能な層３４は、変形可能な層３４と光学スタック１６との間のホールを満たすことで支持ポストを形成していない。むしろ、支持ポストは、支持ポストプラグ４２を形成するために利用されている平坦化材料で形成されている。図７Ｅで図示された実装は、図７Ｄで示された実施に基づいているが、図７Ａから７Ｃで図示された如何なる実装及び図示していない追加の実装と共に作用するように構成されてもよい。図７Ｅで示された実装において、金属または他の導電性材料の追加の層がバス構造４４を形成するために利用されている。これは、信号が干渉モジュレータの背面に沿ってルーティングすることを可能にし、さもなければ基板２０上に形成される必要のある多数の電極を取り除く。
【００４１】
図７で示されたもののような実装において、干渉モジュレータは、画像が透明基板２０の前面から見られ、その反対側にモジュレータが配置される直視型デバイスとして機能する。これらの実装において、反射層１４は、変形可能な層３４を含む、基板２０と反対の反射層の側にある干渉モジュレータの一部を光学的に保護する。これは、保護される領域が構成され、及び画像の質に否定的に影響を与えることなく操作されることを可能にしている。例えば、そのような保護は、図７Ｅにおけるバス構造４４を可能にし、これは、モジュレータの光学特性を、アドレッシング及びアドレッシングからもたらされる移動といったモジュレータの電気機械特性から分離する能力を提供している。この分離可能なモジュレータアーキテクチャは、モジュレータの電気機械的な態様及び光学的な態様に対して利用される構造的な設計及び材料が、互いに独立して選択され、及び機能することを可能にしている。さらに、図７Ｃから７Ｅで示されるデバイスは、反射層１４の光学特性を、変形可能な層３４により実行されるその機械特性から分離することによりもたらされる更なる利点を有している。これは、光学特性に関して最適化される反射層に対して利用される構造設計及び材料を可能にし、及び所望の機械特性に関して最適化される変形可能な層３４に対して利用される構造設計及び材料を可能にしている。
【００４２】
本発明の様々な実施形態について、所望の数のデバイスだけが作動するような方法において、ＭＥＭＳデバイスのアレイは並列に駆動されうる。実施形態の特定の種類について、この機能性は、様々なレベルのグレースケールまたは画素明度を達成するためのそのようなデバイスのアレイを備えている画像表示との関連で実装されうる。実施形態のこの種類の一つのサブセットは、図１から７Ｅを参照して上で説明されたような多くの点において作動するＩＭＯＤｓから構成されるディスプレイを含んでいる。そのような実施形態がいかに構成されうるかの様々な例が、残りの図面を参照して以下に説明される。しかしながら、本願発明に内在する基本的な原理は、上で説明された特定の種類のディスプレイ要素、またはディスプレイの応用でさえ限定されないことに再び注目すべきである。
【００４３】
本発明の特定の実施形態によると、ＩＭＯＤデバイスのアレイは、並列に接続され、及び同一の回路により駆動される。説明されるように、そのような回路は、単一の制御スイッチだけを備えていてもよいが、より複雑な回路に実装されてもよい。単一の制御スイッチを採用している特定の実施形態によると、前記スイッチは、ＩＭＯＤ素子の応答時間より短いが、各々に関連する充電及び放電時間（例えば、ＲＣ時間定数）より大きい期間で開始される。いったんスイッチが切られると、結果は、各々のＩＭＯＤ素子に関連する容量がいくらかの電荷を保存する。スイッチにより与えられる電荷の量を制御することにより（例えば、印加電圧またはスイッチのオンタイムを変更することにより）、作動する（すなわち、緩和状態から移動する）副画素のＩＭＯＤ素子の数は、異なる画素明度を達成するために制御されうる。
【００４４】
図８は、本発明の特定の実施形態に関連した、所望のグレースケールを達成するために駆動されうる９個の副画素素子８０４を備えている画素８０２の例を図示している。この例において、各々の副画素８０４は、例えばＩＭＯＤといったＭＥＭＳデバイスである。従来の空間ハーフトニング技術に対比して、描かれた画素の副画素素子は、同一の駆動回路８０６により並列に接続され、駆動される。すなわち、活性化電圧が画素の各々の副画素に印加される電極は、単一の信号により共同で駆動されうるように電気的に接続されている。
【００４５】
カラーディスプレイについて、並列に駆動される副画素素子のアレイは、画素の色の一つ、例えば、赤、緑、または青に対応していることに注目すべきである。すなわち、本発明の実施形態は、副画素素子のアレイが所望の色強度を達成するために駆動されることが予期されている。
【００４６】
いくつかの実施形態によると、画素駆動回路８０６は、単一のスイッチ、例えば図９Ａで示されるような薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で実装されうる。しかしながら、そのようなアプローチは、スイッチが個々のＭＥＭＳデバイス、例えばＩＭＯＤの機械的応答時間より非常に早いという前提に基いている。これがその場合でないならば、他の回路が必要とされうる。例えば、各々の画素が、図９Ｂで示されるようなＭＥＭＳデバイスの応答時間に敏感でない電圧制御された電源により駆動されることができる。より一般的に、様々な構成における複数のスイッチ、より高いレベルのロジック、または任意の他の適切な電気回路は、副画素を並列に駆動するために採用されうる。例えば、単一のＭＥＭＳデバイスを駆動するために従来的に利用されたスイッチまたはロジックの任意の構成は、本発明の実施形態に関連して並列に接続された複数のＭＥＭＳデバイスにおける電荷の保存を制御するのに適合されうる。幅広い適切な変更は、当業者の能力の範囲である。画素駆動回路８０６の特定の性質にも関わらず、所望の画素明度、例えばグレースケールは、単一のデータライン８０８を経て画素駆動回路に届けられる単一の書込み操作を有する描写された実施形態において達成されうる。
【００４７】
単一の書込みの間の副画素のアレイに届けられた電荷の量は、副画素素子のサブセットだけが活性化するように制御される。再び図８を参照して、各々の副画素素子８０４は、関連する容量（Ｃｅｌｅｍｅｎｔ）を有している。電荷が副画素アレイに運ばれたとき、これらの容量は、副画素素子の一つが切り替わるまで充電する。この位置で、切り替わった副画素素子の容量は、他の切り替わっていない素子に比べて非常に増加している（例えば、いくらかの実施形態においては１０の倍数）。副画素素子の活性化及び容量の対応する変化は、例えば図１のＩＭＯＤｓ１２ａ及び１２ｂを参照することで理解されうる。ＩＭＯＤ１２ａは、対応する光学スタック１６ａから離れた層１４ａの「緩和」位置で示されている。一方、隣接するＩＭＯＤ１２ｂは、光学スタック１６ｂに近づいて引っ張られた層１４ｂの「活性」位置で示されている。周知のように、容量は対向する平行な導電面の分離に反比例する。すなわち、より近い面は、より大きな容量を有する。このように、活性化された副画素素子は、緩和状態における素子より大きな容量を有している。
【００４８】
活性化された副画素素子の容量の増加のために、活性化された素子は、活性化のために要求される電位から後退し、及び操作の安定ウインドウが達成されるように、電荷を減らして他の副画素素子に堆積させる（例えば、図３及び１１を参照）。それから、さらなる電荷が副画素アレイに与えられるとき、所望の数の副画素素子が活性化されるまでプロセスが繰り返される。この進行は、図１０Ａから１０Ｄ及び１１を参照することで理解されうる。
【００４９】
図１０Ａは、緩和または反射状態にある９個のＩＭＯＤアレイを示している。前記デバイスの一つに堆積された電荷が、デバイスの切り替え閾値を越えるとき（図１１を参照）、活性化し、非反射状態に移行する（図１０Ｂ）。さらなる電荷の追加は、第２のＩＭＯＤが活性化することを引き起こし（図１０Ｃ）、及び所望の数のＩＭＯＤｓが活性化する（すなわち、非反射になる）まで、及び所望のグレースケールまたは画素明度が示されるまで起こる。この連続のデバイス活性は、図１１において段階状曲線で示され、これは、各々の下向きのステップが別のデバイスの活性化を示し、及びグレースケールまたは画素明度の安定レベルをもたらす。このように、複数のＭＥＭＳデバイスを有しているにもかかわらず、所望のグレースケールまたは画素明度は単一の書込み操作で達成されうる。
【００５０】
一種の実施形態のサブセットによると、その特定の一つが図１２の簡易化された図により図示されており、画素１２０２の副画素素子１２０４はスイッチ１２０６、例えばＴＦＴと共に駆動され、そのソースは単一のデータライン１２０８に接続されており、そのゲートは単一のゲート線１２１０に接続されており、及びそのドレインは、示されたように並列に配列された副画素の各々の電極に接続されている。理解されるように、副画素アレイにおけるＭＥＭＳデバイスがＩＭＯＤｓである実施形態に対して、ＴＦＴのドレインへの接続は、各々の副画素アレイに及ぶディスプレイのカラム導体を経てなされる。並列接続の特定の性質は、同業者によって容易に理解されるような内在するＭＥＭＳデバイスに依存している。
【００５１】
本発明の様々な実施形態によると、電荷の副画素アレイへの引渡しの制御は、様々な方法で達成されうる。例えば、図１２の回路図を参照すると、ＴＦＴに対するゲート駆動のパルス幅は、所望のレベルの電荷を達成するように操作されることができる。そのようなパルス幅の制御は、例えば、図２のアレイドライバ２２及び行駆動回路２４により提供される。あるいは、ゲートのパルス幅は、一定のままとすることができ、及びデータライン上の電圧は、所望のレベルの電荷を達成するために操作されることができる。そのような電圧制御は、例えば、図２のアレイドライバ２２及び列駆動回路２６により提供される。
【００５２】
後者のアプローチは、ゲート制御として情報が同一の次元で書かれるディスプレイに好まれてもよい。すなわち、例えば、内容がディスプレイの行ごとに書かれ、及び画素が同軸、すなわち行ごとに沿って選択される場合、行における各々の画素は、同一のパルス幅にあう。
【００５３】
より一般的に、各々の画素で駆動回路へ信号を提供する制御回路は、本発明を逸脱することなく、幅広い様々な方法で実装されうる。例えば、そのような制御回路は、一体的な、または分散的な方法で実装されることができる。ディスプレイ応用について、制御回路（例えば、図２のアレイドライバ２２）は一般的に、例えば特定の駆動電圧を選択する複数の入力ビットを受けうるアレイの周辺にある、各々の列に対する列駆動回路（例えば図２の回路２６）を含んでいる。例えば、９から１５の副画素での発明の実施形態について、十分なグレースケール制御は、そのような回路の３から４ビット制御を利用して達成されうる。当業者によって理解されるように、別の数のビットが特定の応用に適合するために利用されうる。列駆動回路を経て運ばれた書込み内容に対して、制御回路は、各々の行を選択するようにアレイの周辺にある行駆動回路（例えば図２の回路）を一般的に含む。
【００５４】
いくつかの実施形態によると、電荷が運ばれたときに、所望の画素における副画素が活性化する順番は、製作公差などからもたらされるデバイスの変化に依存して、ランダムに画素から画素へ起こる。理解されるように、そのような変化は、例えば製造の間の工程変化及び公差による非常に小さなものでありうる。例えば、ＩＭＯＤｓアレイ内部で異なる「引き付け」電圧（すなわち、可動層が光学スタックへ引き付けられる電圧）をもたらす任意のデバイス変化は、活性化の順序を決定することができる。例えば、様々なＭＥＭＳデバイスのバネ定数は異なっていてもよい。これは一般的に、ＭＥＭＳデバイスの機械的な層における応力の変化により引き起される。別の例において、様々なＭＥＭＳデバイスのオフセット電圧は異なっていてもよい。これは一般的に、デバイス内部の電荷捕獲により引き起こされ、各々のデバイスが駆動された過去の電荷レベルにさらに依存している。他の変化の幅広い多様性は、本発明の範囲内で予期される。
【００５５】
別の実施形態によると、所望の画素における副画素素子が活性化する順番は、様々なメカニズムを用いて制御されうる。これらの実施形態によると、構造的なメカニズムまたは特徴は、活性化の順番を決定する変化の種類の予測可能な分布を提供するために、画素内部に導入され、及び／または操作される。例えば、これらの実施形態のいくらかによると、いくつかの機械的、または物理的非対称がＭＥＭＳデバイスの副画素アレイ内に導入され、及び予測可能な活性化シーケンスを達成するために制御される（例えば、ＩＭＯＤｓの相対的な大きさまたは面積、それぞれに関連するバネ定数など）。
【００５６】
図１３に図示された別の例によると、アレイ内部の異なる副画素素子は、異なる参照電圧に接続される。図に示されるように、（一つ以上でありうる）第１の副画素素子はアースに、（一つ以上でありうる）第２の副画素は参照電圧Ｖ１に、（一つ以上でありうる）第３の副画素はＶ２に、そして第４も同じように、接続される。このように、例えば全てのデバイスが１０．０ボルトの活性化バイアス電圧を有しており、及びＶ１＝０．１ボルト、Ｖ２＝０．２ボルトなど、である場合、アレイに印加されるバイアス電圧が１０．０のとき、また１０．１のとき、さらに１０．２などのとき、いくらかが活性化する。
【００５７】
図１３に示された例と類似の、すなわち画素内の副画素と同じ数の参照電圧がある実施形態が実装されうる。あるいは、いくらかの副画素素子を一緒にグループ化することにより、実施形態はより少ない参照電圧を使用してもよい。図１４は、そのような実施形態における副画素素子が、様々なレベルのグレースケールを達成するためにサブセット内にグループ化される方法の例を示している。描かれた実施形態において、２個、２個、及び１個の素子の追加のサブセットと共に、４個の隣接する副画素素子が、一つのサブセットにグループ化される。異なるサブセットを異なる参照電圧に接続することにより、異なるサブセットは、グレースケールまたは画素明度の所望のレベルを達成するために制御された方法で活性化されうる。
【００５８】
そのような参照電圧は、様々なメカニズムを利用して導入されうる。例えば、各々の参照電圧は、それ自身の導体平面を経て導入される。あるいは、全ての参照電圧は同一の平面、例えば接地平面に対して得られ、デバイス電極と前記平面との間には追加の回路素子（例えば、分圧器、電圧調整器など）が置かれている。異なる参照電圧を達成するための幅広いメカニズムが、発明の範囲から逸脱することなく採用されうる。
【００５９】
以下の説明を参照して分かるように、ディスプレイ応用は、所望のグレースケールまたは画素明度が単一のステップ、例えば書込み操作で達成されうる本発明の実施形態からの利益を享受する。これは、独立して副画素を駆動し、このようにして、同一の結果を達成するために多数のステップを必要としている技術に対して、顕著な出力の節約を示している。加えて、コンテンツ・データにおける失われた垂直相関に関連したパワーペナルティーは、従来の空間ハーフトニング技術のように独立して副画素を駆動する必要性によって悪化されることはない。すなわち、より少ない書込みのステップは、コンテンツ・データにおける失われた垂直相関にからもたらされる出力損失が、グレートーンを達成するために時間変調または空間ハーフトニングを要さないディスプレイに相当することを意味している。
【００６０】
本発明がそれに関する特定の実施形態を参照して示され及び説明されたが、開示された実施形態の形態及び詳細の変更は、発明の要旨または範囲から逸脱することなくなされうることは当業者に理解されるだろう。例えば、上で説明したように、特定の実施形態がＩＭＯＤｓに基づく画像ディスプレイの中身においてここで説明された。しかしながら、発明の範囲は制限されていない。むしろ、もっと幅広い範囲のＭＥＭＳ及びＮＥＭＳデバイス、例えば、ディスプレイが基本である如何なるＭＥＭＳまたはＮＥＭＳデバイスに基づく画像ディスプレイを含んでおり、及びこれはヒステリシスを特徴とする方法で二つの安定状態の間を切り替わる。さらに一般的に、本願発明の実施形態は、ＭＥＭＳまたはＮＥＭＳデバイスのアレイに関連しているが、画像表示には関連していない応用において実装されうることが予期されている。そのような応用は、限定するものではないが、フィルタ、センサー、ＭＥＭＳ音響スピーカー素子のアレイ（アナログ・スピーカー・コーンの移動をまねる）、マイクロフォンアレイなどを含む。
【００６１】
別の例として、及び電気機械デバイスアレイへの電荷の配送に関するここでの説明にもかかわらず、並列に駆動されるデバイスアレイにおけるデバイスのサブセットの選択的な活性化が、事前に保存した電荷を少なくともいくつかのデバイスから代わりに除去することにより達成される本発明の実施形態が予期されている。単一の書込み操作が、並列のデバイスの間に分布した電荷の所望の量をもたらす限り、そのような実施形態は発明の範囲内である。
【００６２】
さらに、本願発明の様々な利点、態様、及び目的が様々な実施形態を参照することでここで議論されたけれども、本発明の範囲は、そのような利点、態様、及び目的を参照することにより限定されるべきではないことが理解される。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することで決定されるべきである。
【符号の説明】
【００６３】
１２ａ、１２ｂ  干渉モジュレータ
１４、１４ａ、１４ｂ  可動反射層
１６、１６ａ、１６ｂ  光学スタック
１８  支持体
１９  ギャップ
２０  基板
２１  システムプロセッサ
２１  プロセッサ
２２  アレイドライバ
２４  行駆動回路
２６  列駆動回路
２７  ネットワークインターフェイス
２８  フレームバッファ
２９  ドライバコントローラ
３０  ディスプレイアレイ
３２  テザー
３４  変形可能な層
４０  ディスプレイデバイス
４１  ハウジング
４２  支持ポストプラグ
４３  アンテナ
４４  バス構造
４５  スピーカー
４６  マイクロフォン
４７  トランシーバ
４８  入力デバイス
５０  電源
５２  コンディショニングハードウェア
８０２  画素
８０４  副画素素子
８０６  画素駆動回路
８０８  データライン
１２０２  画素
１２０４  副画素素子
１２０６  スイッチ
１２０８  データライン
１２１０  ゲート線
【図１】
2013514550.tif 000003
【図２】
2013514550.tif 000004
【図３】
2013514550.tif 000005
【図４】
2013514550.tif 000006
【図５Ａ】
2013514550.tif 000007
【図５Ｂ】
2013514550.tif 000008
【図６Ａ】
2013514550.tif 000009
【図６Ｂ】
2013514550.tif 000010
【図７Ａ】
2013514550.tif 000011
【図７Ｂ】
2013514550.tif 000012
【図７Ｃ】
2013514550.tif 000013
【図７Ｄ】
2013514550.tif 000014
【図７Ｅ】
2013514550.tif 000015
【図１０Ａ】
2013514550.tif 000016
【図１０Ｂ】
2013514550.tif 000017
【図１０Ｃ】
2013514550.tif 000018
【図１０Ｄ】
2013514550.tif 000019
【図１２】
2013514550.tif 000020
【図１３】
2013514550.tif 000021
【図１４】
2013514550.tif 000022
【図８】
2013514550.tif 000023
【図９Ａ】
2013514550.tif 000024
【図９Ｂ】
2013514550.tif 000025
【図１１】
2013514550.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成23年10月10日(2011.10.10)
【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】
画素アレイであって、各々の画素は複数の副画素素子を備えており、各々の画素の前記副画素素子は製造交差からもたらされるデバイス変化を除けば実質的に同一であり、各々の副画素素子は二つの状態の間で切り替わるように構成された電気機械デバイスを備えており、各々の電気機械デバイスは前記二つの状態の間の切り替えにおいてヒステリシスを示すところの画素アレイと、
各々の画素に結合され、及び並列にある画素内の副画素素子の一つ以上を駆動させるために構成された駆動回路と、
前記アレイにおける選択された前記画素に関して駆動回路を選択的に活性化し、及び、各々の選択された画素に対する副画素素子のサブセットが電荷の量に対応して活性化し、それによって各々の選択された画素の対応する画素明度をもたらすように、各々の選択された画素に保存される電荷の量を制御するように構成された制御回路と、
を備えているディスプレイ。
【請求項２】
各々の電気機械デバイスが干渉モジュレータ（ＩＭＯＤ）を備えている請求項１に記載のディスプレイ。
【請求項３】
各々の選択された画素における前記副画素素子が、前記デバイス変化により決定された順序で活性化する請求項１または２に記載のディスプレイ。
【請求項４】
各々の選択された画素における副画素素子のサブセットは、事前に決定された順序で活性化するように構成されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項５】
各々の前記画素における前記副画素素子は、少なくとも部分的に、事前に決定された順序を決定する複数の異なる参照電圧に接続されている請求項４に記載のディスプレイ。
【請求項６】
前記制御回路及び前記駆動回路は、各々の選択された画素に印加される電圧を変化させることにより、各々の選択された画素に対する電荷の量を保存するように構成されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項７】
前記制御回路及び前記駆動回路は、各々の選択された画素に印加されるパルスの幅を変化させることにより、各々の選択された画素に対する電荷の量を保存するように構成されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載のディスプレイ。
【請求項８】
電気機械デバイスの一つ以上のアレイであって、前記電気機械デバイスは製造交差からもたらされるデバイス変化を除けば実質的に同一であり、各々の電気機械デバイスは二つの状態の間で切り替わるように構成されており、各々の電気機械デバイスは前記二つの状態の間の切り替えにおいてヒステリシスを示すところのアレイと、
各々のアレイに結合され、及び並列にある電気機械デバイスの一つ以上を駆動するように構成された駆動回路と、
前記駆動回路を活性化するように、及び電気機械デバイスのサブセットが電荷の量に対応して活性化するように、各々のアレイにおいて保存された電荷の量を制御するように構成された制御回路と、
を備えている電気機械システム。
【請求項９】
各々の電気機械デバイスは干渉モジュレータ（ＩＭＯＤ）を備えている請求項８に記載の電気機械システム。
【請求項１０】
前記デバイス変化により決定された順序で前記電気機械デバイスが活性化する請求項８または９に記載の電気機械システム。
【請求項１１】
前記電気機械デバイスは、事前に決定された順序で活性化するように構成されている請求項８ないし１０に記載の電気機械システム。
【請求項１２】
前記電気機械デバイスは、少なくとも部分的に、事前に決定された順序を決定する複数の異なる参照電圧に接続されている請求項１１に記載の電気機械システム。
【請求項１３】
前記制御回路及び前記駆動回路は、電気機械デバイスのアレイに印加される電圧を変化させることにより、電荷の量を保存するように構成されている請求項８ないし１２のいずれか一項に記載の電気機械システム。
【請求項１４】
前記制御回路及び前記駆動回路は、電気機械デバイスのアレイに印加されるパルスの幅を変化させることにより、各々の選択された画素に対する電荷の量を保存するように構成されている請求項８ないし１２のいずれか一項に記載の電気機械システム。
【請求項１５】
前記電気機械システムは、ディスプレイ、フィルタ、プロジェクタ、マイクロフォン、またはスピーカーよりなる群の一つを備えている請求項８ないし１４に記載の電気機械システム。
【国際調査報告】
2013514550.tif 000027
2013514550.tif 000028