(57)【要約】  干渉変調器または同様のデバイスの特性を評価するためのさまざまな方法が、説明される。干渉変調器を横断する測定電圧は、干渉変調器の過渡電圧の特性を評価するために使用され得る。測定電流は、干渉変調器の動的応答の指標を提供するために、測定電流の積分によって分析され得る。周波数分析は、干渉変調器のヒステリシスウィンドウまたは干渉変調器の機械的性質の指標を提供するために使用され得る。静電容量は、信号相関を通じて判定され得ると共に、スペクトル拡散分析は、さまざまな干渉変調器パラメータの測定へのノイズまたは干渉の影響を最小限にするために使用され得る。
2011514262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
MEMSデバイスにおける過渡電圧を識別する方法において、
微小電気機械システム(MEMS)デバイスを備える回路を提供するステップであって、前記回路は、印加電圧に対して実質的に一定のインピーダンスを提供するように構成される、ステップと、
一定の電圧を前記回路に一定時間の間印加するステップと、
MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、
時間の関数としての前記電圧の前記測定に基づいて過渡電圧を識別するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記インピーダンスは、前記MEMSデバイスの状態に依存せずに実質的に一定のままである、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記回路はさらに、前記MEMSデバイスと直列に抵抗を備え、前記直列抵抗は、前記MEMSデバイスの抵抗よりも実質的に大きい、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記直列抵抗は、少なくとも1MΩである、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記過渡電圧は、一定時間の間実質的に一定の電圧を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記MEMSデバイスは、並列に配置された複数のMEMSデバイスを備える、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
MEMSデバイスの数は、前記MEMSデバイス間の寄生静電容量が、前記複数のMEMSデバイスの第1の状態から第2の状態への過渡期中に、前記MEMSデバイスを横断する前記電圧を実質的に一定のレベルに維持するのに十分である、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
MEMSデバイスの前記数は、100よりも大きい、請求項7に記載の方法。
【請求項９】
実質的に一定の電圧を一定時間の間印加するステップは、一定時間の間実質的に一定のままである周期的電圧を印加するステップを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記周期的電圧は、矩形波を含む、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記周期的電圧は、少なくとも3つの電圧レベルの間を交互に行き来する、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
前記周期的電圧は、前記MEMSデバイスの少なくとも所定のヒステリシスウィンドウに及ぶ、請求項9に記載の方法。
【請求項１３】
前記MEMSデバイスは、干渉変調器を備える、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
微小電気機械システム(MEMS)デバイスの配列における過渡電圧を識別する方法において、
一定時間の間実質的に一定のままである駆動電圧を並列に配置されたMEMSデバイスの配列に印加するステップであって、前記駆動電圧は、MEMSデバイスの前記配列と直列に抵抗を備える回路によって印加され、MEMSデバイスの前記配列と直列の前記抵抗は、MEMSデバイスの前記配列の抵抗よりも実質的に大きい、ステップと、
MEMSデバイスの前記配列を横断する合成電圧を時間の関数として測定するステップと、
前記合成電圧が、前記配列内の前記MEMSデバイスの第1の状態から第2の状態への過渡期中に、一定時間の間実質的に一定のままである過渡電圧を識別するステップとを含む方法。
【請求項１５】
印加される前記駆動電圧は、実質的に矩形波形を含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記回路の前記抵抗は、インピーダンスが実質的に一定のままである前記MEMS配列の前記抵抗に対して十分に大きい、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記配列内の前記MEMSデバイスは、干渉変調器を備える、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1の状態は、前記干渉変調器の緩和状態に対応し、前記第2の状態は、前記干渉変調器のつぶれた状態に対応する、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記第1の状態は、前記干渉変調器のつぶれた状態に対応し、前記第2の状態は、前記干渉変調器の緩和状態に対応する、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
微小電気機械システム(MEMS)デバイスにおける過渡電圧を判定する方法であって、
印加電圧に対して実質的に一定のインピーダンスを提供するように構成される回路を使用して、実質的に矩形波形を含む駆動電圧を前記MEMSデバイスに印加するステップと、
前記MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、
前記MEMSデバイスを横断する前記電圧が一定時間の間実質的に一定のままである少なくとも第1の過渡電圧を判定するステップとを含む方法。
【請求項２１】
前記MEMSデバイスを横断する前記電圧が一定時間の間実質的に一定のままである第2の過渡電圧を判定するステップを追加として含み、前記第2の過渡電圧は、前記第1の過渡電圧とは異なる、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
前記第1の過渡電圧は、前記MEMSデバイスの作動電圧を表し、前記第2の過渡電圧は、前記MEMSデバイスの解放電圧に対応する、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
微小電気機械システム(MEMS)デバイスを備える回路であって、前記回路は、印加電圧に対して実質的に一定のインピーダンスを提供するように構成される、回路と、
一定の電圧を前記MEMSデバイスに一定時間の間印加し、前記MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定し、時間の関数としての前記電圧の前記測定に基づいて過渡電圧を識別するように構成される回路構成とを備えるデバイス。
【請求項２４】
前記回路構成は、前記MEMSデバイスを横断する前記電圧が一定時間の間実質的に一定のままである電圧に対応する過渡電圧を識別するように構成される、請求項23に記載のMEMSデバイス。
【請求項２５】
MEMSデバイスは、干渉変調器を備える、請求項23に記載のMEMSデバイス。
【請求項２６】
前記過渡電圧は、前記干渉変調器の作動電圧を含む、請求項25に記載のMEMSデバイス。
【請求項２７】
前記過渡電圧は、前記干渉変調器の解放電圧を含む、請求項25に記載のMEMSデバイス。
【請求項２８】
印加電圧に対して一定のインピーダンスを維持するための手段と、
電圧を微小電気機械システム(MEMS)デバイスに印加するための手段であって、前記電圧は、一定時間の間実質的に一定のままである、手段と、
前記MEMSデバイスを横断する電圧を測定するための手段と、
前記測定電圧に基づいて前記MEMSデバイスの過渡電圧を識別するための手段とを備えるデバイス。
【請求項２９】
印加電圧に対して一定のインピーダンスを維持するための前記手段は、前記MEMSデバイスと直列に抵抗を備える回路を備え、前記MEMSデバイスと直列の前記抵抗は、MEMSデバイスの抵抗よりも実質的に大きい、請求項28に記載のデバイス。
【請求項３０】
前記過渡電圧を識別するための前記手段は、前記MEMSデバイスを横断する前記測定電圧が一定時間の間実質的に一定のままである電圧に対応する過渡電圧を識別するように構成される回路構成を備える、請求項28に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉変調器の測定及び特性評価のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、2008年2月11日に出願された米国仮出願第61/027,781号、2008年9月30日に出願された米国仮出願第61/101,632号、及び2008年9月30日に出願された米国出願第12/242,749号の優先権を主張するものであり、それらの開示が、ここにその全体が参照により組み込まれる。
【０００３】
微小電気機械システム(MEMS)は、微小な機械素子、アクチュエータ、及び電子装置を含む。微小機械素子は、蒸着、エッチング、及び/または、電気的デバイス及び電気機械的デバイスを形成するために、基板及び/または蒸着材料層の一部分をエッチングして取り去るか、あるいは層を追加する他のマイクロマシニングプロセスを使用して作成され得る。MEMSデバイスの一種は、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術語は、光学干渉の原理を使用して光を選択的に吸収するか、及び/または反射するデバイスのことである。ある実施形態では、干渉変調器は、その内の１つまたは両方が、全体または一部において、透過的及び/または反射的であり得ると共に、適切な電気信号の印加によって相対運動が可能である、一組の伝導プレート（conductive plate）を備え得る。特定の実施形態では、1つのプレートは、基板上に蒸着された固定層を備え得ると共に、もう一方のプレートは、固定層から空隙によって分離された金属膜を備え得る。本明細書でより詳細に述べられるように、1つのプレートのもう1つに対する位置は、干渉変調器へ入射する光の光学干渉を変えることができる。そのようなデバイスは、広範囲のアプリケーションを有し、それらの特徴が既存の製品を改善すると共に、まだ開発されていない新しい製品を作り出す際に活用できるように、これらの種類のデバイスの特性を利用するか、及び/または変更することは、当技術分野では有益なことであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮出願第61/027,781号
【特許文献２】米国仮出願第61/101,632号
【特許文献３】米国出願第12/242,749号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスにおける過渡電圧を識別する方法が提供され、その方法は、実質的に一定のソース電流をMEMSデバイスに印加するステップと、MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、測定電圧の変化率を判定するステップと、測定電圧の変化率における不連続を識別するステップとを含み、ここで不連続が生じる電圧は、MEMSデバイスの過渡電圧に対応する。
【０００６】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスにおける過渡電圧を識別する方法が提供され、その方法は、実質的に一定のソース電流をMEMSデバイスに印加するステップと、MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、測定電圧における過渡期間の始まりまたは終わりを識別するステップとを含み、ここで過渡期間が始まるかまたは終わる電圧は、MEMSデバイスの過渡電圧に対応する。
【０００７】
別の態様では、干渉変調器の過渡電圧を判定する方法が提供され、その干渉変調器は、可動電極と、固定電極と、光学スタックとを含み、その方法は、ソース電流を干渉変調器に印加するステップと、干渉変調器を横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、測定電圧の変化率における不連続を識別するステップとを含み、ここで不連続が生じる電圧は、干渉変調器の過渡電圧に対応する。
【０００８】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスと、ソース電流をMEMSデバイスに印加し、MEMSデバイスを横断する電圧を測定し、測定電圧の変化率における不連続を識別し、測定電圧における識別された不連続に基づいてMEMSデバイスの過渡電圧を判定するように構成される回路構成とを含むデバイスが提供される。
【０００９】
別の態様では、ソース電流を微小電気機械システム(MEMS)デバイスに印加するための手段と、MEMSデバイスを横断する電圧を測定するための手段と、測定電圧の変化率における識別された不連続に基づいてMEMSデバイスの過渡電圧を判定するための手段とを含むデバイスが提供される。
【００１０】
別の態様では、MEMSデバイスにおける過渡電圧を識別する方法が提供され、その方法は、微小電気機械システム(MEMS)デバイスを含む回路を提供するステップであって、その回路は印加電圧に対して実質的に一定のインピーダンスを提供するように構成される、ステップと、一定の電圧を回路に一定時間の間印加するステップと、MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、時間の関数としての電圧の測定に基づいて過渡電圧を識別するステップとを含む。
【００１１】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの配列における過渡電圧を識別する方法が提供され、その方法は、一定時間の間実質的に一定のままである駆動電圧を並列に配置されるMEMSデバイスの配列に印加するステップであって、ここで駆動電圧は、MEMSデバイスの配列と直列に抵抗を含む回路によって印加され、ここでMEMSデバイスの配列と直列の抵抗は、MEMSデバイスの配列の抵抗よりも実質的に大きい、ステップと、MEMSデバイスの配列を横断する合成電圧を時間の関数として測定するステップと、合成電圧が、配列内のMEMSデバイスの第1の状態から第2の状態への過渡期中に、一定時間の間実質的に一定である過渡電圧を識別するステップとを含む。
【００１２】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスにおける過渡電圧を判定する方法が提供され、その方法は、印加電圧に対して実質的に一定のインピーダンスを提供するように構成される回路を使用して、実質的に矩形波形を含む駆動電圧をMEMSデバイスに印加するステップと、MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定するステップと、MEMSデバイスを横断する電圧が一定時間の間実質的に一定のままである少なくとも第1の過渡電圧を判定するステップとを含む。
【００１３】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスを含む回路であって、ここで回路は印加電圧に対して実質的に一定のインピーダンスを提供するように構成される、回路と、一定の電圧をMEMSデバイスに一定時間の間印加し、MEMSデバイスを横断する電圧を時間の関数として測定し、時間の関数としての電圧の測定に基づいて過渡電圧を識別するように構成される回路構成とを含むデバイスが提供される。
【００１４】
別の態様では、印加電圧に対して一定のインピーダンスを維持するための手段と、電圧を微小電気機械システム(MEMS)デバイスに印加するための手段であって、ここで電圧は、一定時間の間実質的に一定のままである、手段と、MEMSデバイスを横断する電圧を測定するための手段と、測定電圧に基づいてMEMSデバイスの過渡電圧を識別するための手段とを含むデバイスが提供される。
【００１５】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの挙動の特性を評価する方法が提供され、その方法は、駆動電圧信号をMEMSデバイスに印加するステップであって、ここでMEMSデバイスは可動層を含む、ステップと、MEMSデバイスを通る電流を時間の関数として測定するステップと、電流を一定時間にわたって積分するステップと、積分電流に基づいてMEMSデバイスの動作特性を判定するステップとを含む。
【００１６】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの動的挙動の特性を評価する方法が提供され、その方法は、駆動電圧をMEMSデバイスに第1の時間の間印加するステップであって、MEMSデバイスは可動電極及び固定電極を含む、ステップと、MEMSデバイスを通る電流を時間の関数として第2の時間にわたって測定するステップであって、第2の時間は、第1の時間の少なくとも一部分を含む、ステップと、電流の積分に基づいてMEMSデバイスの動的挙動を判定するステップとを含む。
【００１７】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの可動層に及ぼされる減衰力を判定する方法が提供され、その方法は、駆動電圧信号をMEMSデバイスに印加するステップであって、ここでMEMSデバイスは可動層を含み、ここで駆動電圧は可動層が動くようにする、ステップと、MEMSデバイスを通る電流を時間の関数として測定するステップと、電流を一定時間にわたって積分するステップと、積分電流に基づいて可動層に及ぼされる減衰力を判定するステップとを含む。
【００１８】
別の態様では、可動層を含む微小電気機械システム(MEMS)デバイスと、駆動電圧信号をMEMSデバイスに印加して可動層の運動を誘起し、MEMSデバイスを通る電流を時間の関数として測定し、電流を一定時間にわたって積分し、積分電流に基づいてMEMSデバイスの挙動特性を判定するように構成される回路構成とを含むデバイスが提供される。
【００１９】
別の態様では、MEMSデバイスの可動層の運動を誘起するための手段と、MEMSデバイスを通る電流を測定するための手段と、電流を一定時間にわたって積分するための手段と、積分電流に基づいてMEMSデバイスの挙動の特性を評価するための手段とを含むデバイスが提供される。
【００２０】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの挙動の特性を評価する方法が提供され、その方法は、正弦波電圧信号をMEMSデバイスに印加するステップであって、ここでMEMSデバイスは、もう1つの電極から間隔をあけられた可動電極を含む、ステップと、出力信号を測定するステップと、出力信号の周波数成分を識別するステップと、出力信号の周波数成分がMEMSデバイスの非線形挙動を示すかどうかを判定するステップとを含む。
【００２１】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの過渡電圧を識別する方法が提供され、その方法は、複数の正弦波電圧信号をMEMSデバイスに連続して印加するステップであって、ここで複数の正弦波電圧信号の各々が及ぶ電圧範囲は、互いに異なる、ステップと、複数の正弦波電圧信号の各々に応答してMEMSデバイスを通る電流を測定するステップと、測定電流の周波数成分を識別するステップと、複数の電圧信号の1つの印加に応答する測定電流の周波数成分に基づいて、複数の電圧信号の1つの範囲が過渡電圧を含むかどうかを判定するステップとを含む。
【００２２】
別の態様では、可動層を含む微小電気機械システム(MEMS)デバイスと、正弦波電圧信号をMEMSデバイスに印加し、MEMSデバイスを通る電流を測定し、測定電流の周波数成分を識別し、測定電流の周波数成分がMEMSデバイスの非線形挙動を示すかどうかを判定するように構成される回路構成とを含むデバイスが提供される。
【００２３】
別の態様では、正弦波電圧を微小電気機械システム(MEMS)デバイスに印加するための手段と、MEMSデバイスを通る電流を測定するための手段と、測定電流の周波数成分を識別するための手段と、測定電流の周波数成分がMEMSデバイスの非線形挙動を示すかどうかを判定するための手段とを含むデバイスが提供される。
【００２４】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの可動層の復元力を判定する方法が提供され、その方法は、駆動信号をMEMSデバイスに印加するステップであって、MEMSデバイスは、可動電極及び固定電極を含み、ここで駆動信号は、可動電極の固定電極に対する運動を誘起する、ステップと、可動電極の運動中にMEMSデバイスを通る電流を測定するステップと、測定電流の周波数成分を識別するステップと、測定電流の周波数成分を利用して可動電極に作用する復元力を判定するステップとを含む。
【００２５】
別の態様では、可動層を含む微小電気機械システム(MEMS)デバイスの機械的特徴の特性を評価する方法が提供され、その方法は、MEMSデバイスを低圧環境内に置くステップと、駆動信号をMEMSデバイスに印加して可動層の運動を誘起するステップと、可動層の運動中にMEMSデバイスを通る電流を測定するステップと、可動層が振動する周波数を判定するステップとを含む。
【００２６】
別の態様では、可動層を含む微小電気機械システム(MEMS)デバイスと、駆動信号をMEMSデバイスに印加して可動層の運動を誘起し、MEMSデバイスを通る電流を測定し、可動層が振動する周波数を判定し、可動層に作用する復元力を判定するように構成される回路構成とを含むデバイスが提供される。
【００２７】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの可動層の運動を誘起するための手段と、MEMSデバイスを通る電流を測定するための手段と、可動層が振動する周波数を判定するための手段と、可動層に作用する復元力を判定するための手段とを含むデバイスが提供される。
【００２８】
別の態様では、複数の微小電気機械システム(MEMS)デバイスを含む表示装置であって、ここでMEMSデバイスはそれぞれ、可動電極及び固定電極を含む、表示装置と、MEMSベースの表示装置を駆動するように構成されるドライバ回路構成と、駆動信号を複数のMEMSデバイスの少なくとも1つに印加し、ここで駆動信号は可動電極の固定電極に対する運動を誘起し、複数のMEMSデバイスの少なくとも1つを通る電流を測定し、可動層が振動する周波数を判定し、可動層に作用する復元力を判定するように構成される監視回路構成とを含む表示モジュールが提供される。
【００２９】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの1つまたは複数の電気的特性を測定する方法が提供され、その方法は、第1の信号をMEMSデバイスに印加するステップであって、ここで第1の信号は、周期的電気刺激を含む、ステップと、MEMSデバイスの出力信号を測定するステップと、第2の信号を出力信号と組み合わせてMEMSデバイスの1つまたは複数の電気的特性を示す合成信号を得るステップであって、ここで第2の信号は、第1の信号と直交する、ステップとを含む。
【００３０】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスと、周期的電気刺激をMEMSデバイスに印加し、MEMSデバイスの出力信号を測定し、出力信号を第1の信号と直交する第2の信号と組み合わせて合成信号を得るように構成される回路構成であって、合成信号は、MEMSデバイスの1つまたは複数の電気的特性を示す、回路構成とを含むデバイスが提供される。
【００３１】
別の態様では、周期的電気刺激を微小電気機械システム(MEMS)デバイスに印加するための手段と、MEMSデバイスの出力信号を測定するための手段と、出力信号を出力信号と直交する第2の信号と相関させて合成信号を得るための手段であって、合成信号は、MEMSデバイスの1つまたは複数の電気的特性を示す、手段とを含むデバイスが提供される。
【００３２】
別の態様では、複数の微小電気機械システム(MEMS)デバイスを含む表示装置であって、ここでMEMSデバイスは、可動電極及び固定電極を含む、表示装置と、MEMSベースの表示装置を駆動するように構成されるドライバ回路構成と、駆動信号をMEMSデバイスの少なくとも1つに印加し、ここで駆動信号は周期的電気信号を含み、MEMSデバイスの少なくとも1つを通る電流を測定し、測定電流を第2の信号と相関させて合成信号を得るように構成される監視回路構成であって、合成信号は、MEMSデバイスの少なくとも1つの1つまたは複数の電気的特性を示す、監視回路構成とを含む表示モジュールが提供される。
【００３３】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの電気的特性を測定する方法が提供され、その方法は、初期信号を付加信号で変調して入力信号を生成するステップであって、ここで付加信号は、ランダムまたは疑似ランダム信号を含む、ステップと、入力信号をMEMSデバイスに印加するステップと、MEMSデバイスの出力信号を測定するステップと、出力信号を復調して合成信号を得るステップであって、ここで合成信号は、初期信号に対するMEMSデバイスの応答を示す、ステップと、少なくとも部分的に合成信号に基づいてMEMSデバイスの電気的特性を判定するステップとを含む。
【００３４】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスの測定信号特性への干渉の影響を低減する方法が提供され、その方法は、入力信号を変調信号で変調して変調された入力信号を生成するステップであって、ここで変調信号は、かなりのランダム性を含む、ステップと、変調された入力信号をMEMSデバイスに印加するステップと、MEMSデバイスの出力信号を測定するステップと、出力信号を復調して合成信号を得るステップであって、ここで合成信号は、入力信号に対するMEMSデバイスの応答を示す、ステップとを含む。
【００３５】
別の態様では、干渉変調器の静電容量を判定する方法が提供され、その方法は、入力電圧信号を変調信号で変調して変調された入力信号を得るステップであって、ここで変調信号は、ランダムまたは疑似ランダム信号を含む、ステップと、変調された入力信号を干渉変調器に印加するステップと、干渉変調器を通る電流を測定するステップと、修正信号を使用して測定電流を復調して合成信号を得るステップであって、ここで修正信号は、変調信号の時間ベースの積分を含む、ステップと、少なくとも部分的に合成信号に基づいて干渉変調器の静電容量を判定するステップとを含む。
【００３６】
別の態様では、微小電気機械システム(MEMS)デバイスと、変調された駆動信号をMEMSデバイスに印加し、ここで変調された駆動信号は、初期駆動信号を高いランダム性を有する変調信号で変調することによって生成され、MEMSデバイスの出力信号を測定し、出力信号を復調して初期駆動信号に対するMEMSデバイスの応答を示す合成信号を得るように構成される回路構成とを含むデバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第1の干渉変調器の可動反射層が緩和位置（relaxed position）にあり、第2の干渉変調器の可動反射層が作動位置（actuated position）にある、干渉変調器表示装置の一実施形態の一部分を描写する等角図である。
【図２】3×3干渉変調器表示装置を組み込む電子デバイス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の干渉変調器の一例となる実施形態に対する可動ミラー位置対印加電圧の図である。
【図４】干渉変調器表示装置を駆動するために使用され得る一組の行及び列の電圧の説明図である。
【図５Ａ】図2の3×3干渉変調器表示装置における表示データの一例となるフレームを例示する図である。
【図５Ｂ】図5Aのフレームを書き込むために使用され得る行及び列の信号のための一例となるタイミング図を例示する図である。
【図６Ａ】複数の干渉変調器を備える視覚表示デバイス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表示デバイスの実施形態を例示するシステムブロック図である。
【図７Ａ】図1のデバイスの横断面図である。
【図７Ｂ】干渉変調器の代替実施形態の横断面図である。
【図７Ｃ】干渉変調器の別の代替実施形態の横断面図である。
【図７Ｄ】干渉変調器のさらに別の代替実施形態の横断面図である。
【図７Ｅ】干渉変調器の付加的な代替実施形態の横断面図である。
【図８Ａ】干渉変調器が作動される過渡期を含む、一定の電流が干渉変調器に印加されるときの時間の関数としての干渉変調器を横断する電圧のプロットである。
【図８Ｂ】応答の相違をソース電流の関数として例示する、一連のソース電流に対する図8Aの過渡期間中の電圧対時間のプロットである。
【図８Ｃ】特定のソース電流に対する図8Aの過渡期間中の電圧対時間のプロットである。
【図９】図8Aの電圧の変化率対電圧のプロットである。
【図１０】抵抗器及び干渉変調器と直列に電圧源を備える電気回路の概略図である。
【図１１Ａ】干渉変調器配列の作動及び緩和中の電圧対電荷のプロットである。
【図１１Ｂ】少数の干渉変調器の作動中の電圧対時間のプロットである。
【図１２Ａ】駆動波形が干渉変調器の正のヒステリシスウィンドウに及ぶ場合の、矩形駆動電圧及び干渉変調器を横断する測定電圧のプロットである。
【図１２Ｂ】駆動波形が干渉変調器の正及び負の両方のヒステリシスウィンドウに及ぶ場合の、矩形駆動電圧及び干渉変調器を横断する測定電圧のプロットである。
【図１２Ｃ】電圧が、3つの別個の電圧において、一定時間の間実質的に一定のままである代替駆動電圧のプロットである。
【図１３Ａ】干渉変調器の特性を評価するために使用され得る電気回路の概略図である。
【図１３Ｂ】干渉変調器の特性を評価するために使用され得る電気回路の概略図である。
【図１３Ｃ】干渉変調器の特性を評価するために使用され得る電気回路の概略図である。
【図１４】干渉変調器に印加される駆動ステップ信号及びそれに応じた測定電流を例示するプロットである。
【図１５Ａ】干渉変調器の応答が高度に線形である場合の、干渉変調器に印加される正弦波駆動信号、それに応じた測定電流、及び測定電流のフーリエ変換を例示するプロットである。
【図１５Ｂ】干渉変調器の応答が高度に非線形である場合の、干渉変調器に印加される正弦波駆動信号、それに応じた測定電流、及び測定電流のフーリエ変換を例示するプロットである。
【図１６】干渉変調器が平行プレートコンデンサ及びバネとしてモデル化される場合の、抵抗器及び干渉変調器と直列に電圧源を備える回路の概略図である。
【図１７Ａ】時間の関数としての駆動電圧信号のプロットである。
【図１７Ｂ】図17Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器の位置のプロットである。
【図１７Ｃ】図17Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器の電荷のプロットである。
【図１７Ｄ】図17Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器を通る電流のプロットである。
【図１７Ｅ】図17Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器を横断する電圧のプロットである。
【図１８Ａ】駆動電圧信号が図17Aの駆動信号よりも速く最大値まで増加する場合の、時間の関数としての駆動電圧信号のプロットである。
【図１８Ｂ】図18Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器を横断する電圧のプロットである。
【図１８Ｃ】図18Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器の位置のプロットである。
【図１８Ｄ】図18Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器の電荷のプロットである。
【図１８Ｅ】図18Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器を通る電流のプロットである。
【図１８Ｆ】図18Eの電流信号のフーリエ変換のプロットである。
【図１９Ａ】大きな抵抗器が干渉変調器と直列である場合の、駆動信号が印加されるときの駆動電圧信号及び干渉変調器を横断する電圧のプロットである。
【図１９Ｂ】図19Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器の位置のプロットである。
【図１９Ｃ】図19Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器の電荷のプロットである。
【図１９Ｄ】図19Aの駆動信号が印加されるときの時間の関数としての干渉変調器を通る電流のプロットである。
【図１９Ｅ】図19Dの電流信号のフーリエ変換のプロットである。
【図２０Ａ】異なる大気圧を有する2つの環境で作動されるときの時間の関数としての干渉変調器を通る測定電流のプロットである。
【図２０Ｂ】異なる大気圧を有する2つの環境で解放されるときの時間の関数としての干渉変調器を通る測定電流のプロットである。
【図２１】干渉変調器を駆動するのみならず、特性を評価するために使用され得る電気回路の概略図である。
【図２２Ａ】駆動電圧が周知のランダムまたは疑似ランダム変調信号で変調される場合の、時間の関数としての駆動電圧のプロットである。
【図２２Ｂ】図22Aの駆動信号が印加されるときの干渉変調器を通る測定電流のプロットである。
【図２２Ｃ】図22Aの駆動信号が印加され、付加ノイズが導入されるときの干渉変調器を通る測定電流のプロットである。
【図２２Ｄ】変調信号に関連する信号を使用する復調後の図22Bの電流のプロットである。
【図２２Ｅ】変調信号に関連する信号を使用する復調後の図22Cの電流のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
次の詳細な説明は、ある特定の実施形態を対象とする。しかしながら、本明細書における教示は、多数の異なる方法で応用できる。この説明では、類似の部分が全体にわたって類似の参照符号で指定される図面が参照される。実施形態は、動いていようと(例えば、ビデオ)静止していようと(例えば静止画像)、及び文字であろうと絵であろうと、画像を表示するように構成された任意のデバイスで実施され得る。より詳細には、実施形態は、携帯電話、無線デバイス、携帯情報端末(PDA)、手持ち式または携帯用コンピュータ、GPSレシーバ/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、計算機、テレビ用モニタ、フラットパネル表示装置、コンピュータ用モニタ、自動車用表示装置(例えば、走行距離表示装置、その他)、操縦室制御機器及び/または表示装置、カメラ視野の表示装置(例えば、自動車における後部視野カメラの表示装置)、電子写真、電子広告板または看板、投影機、建築構造物、包装、及び美的構造物(例えば、一片の宝石上への画像の表示)などだが、限定はされない、さまざまな電子デバイスで実施され得るか、または関連付けられ得ると考えられる。本明細書で述べられる構造に似た構造のMEMSデバイスはまた、電子スイッチングデバイスなどの表示装置なしのアプリケーションでも使用され得る。
【００３９】
干渉変調器及び同様のMEMSデバイスの性質の正確な特性評価は、そのようなデバイスの品質管理及び適切な動作、及び将来のデバイスの設計を容易にする。特に、デバイスの電気的な特性評価は、光学測定装置の必要性なしにそのようなデバイスの測定を可能にでき、試験装置の複雑さを低減する。ある実施形態では、そのようなデバイスの特性評価は、特定の試験回路構成を使用して実行され得ると共に、その上他の実施形態では、特性評価を行うために使用される回路構成は、デバイスの駆動回路構成内に統合され得る。そのため、特性評価は、所定の駆動スキームをオンザフライで変更するかまたは調整するために、駆動回路構成によって使用され得る。
【００４０】
ある実施形態では、干渉変調器を横断する電圧測定は、過渡電圧を識別することによって干渉変調器の特性を評価するために、干渉変調器が駆動される間に測定され得る。他の実施形態では、干渉変調器を通る電流は、干渉変調器の動的挙動の指標を提供するために動作中に測定され得る。特定の実施形態では、これは、測定電流を積分することによって、または測定電流について周波数分析を行うことによって、実行され得る。そのような周波数分析は、干渉変調器の静的もしくは動的な機械的性質の特性を評価するために、または干渉変調器のヒステリシス挙動に関する情報を提供するために使用され得る。他の実施形態では、干渉変調器の静電容量が、駆動信号を関連信号と相関させることによって分析され得る。他の実施形態では、スペクトル拡散分析が、特性評価プロセスへのノイズまたは干渉の影響を最小限にするために使用され得る。
【００４１】
干渉計型MEMS表示素子を備える干渉変調器表示装置の一実施形態が、図1で例示される。これらのデバイスでは、画素は、明るいかまたは暗い状態にある。明るい(「緩和」または「開」)状態では、表示素子は、入射可視光の大部分を使用者へ反射する。暗い(「作動」または「閉」)状態にあるとき、表示素子は、少しの入射可視光しか使用者へ反射しない。実施形態に応じて、「オン」及び「オフ」状態の光反射特性は、逆にされ得る。MEMS画素は、主に選択されたカラーで反射するように構成でき、黒及び白に加えてカラー表示を可能にする。
【００４２】
図1は、視覚表示装置の一連の画素における2つの隣接画素を描写する等角図であり、ここで各画素は、MEMS干渉変調器を備える。ある実施形態では、干渉変調器表示装置は、これらの干渉変調器の行/列配列を備える。各干渉変調器は、少なくとも1つの可変寸法を持つ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に配置される一対の反射層を含む。一実施形態では、反射層の1つは、2つの位置の間で動かされ得る。本明細書では緩和位置と呼ばれる第1の位置では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きな距離に配置される。本明細書では作動位置と呼ばれる第2の位置では、可動反射層は、部分反射層のより近くに隣接して配置される。2つの層から反射する入射光は、可動反射層の位置に応じて建設的にまたは破壊的に干渉し、各画素に対して全体的に反射または非反射の状態を作成する。
【００４３】
図1における画素配列の描写部分は、2つの隣接干渉変調器12a及び12bを含む。左側の干渉変調器12aでは、可動反射層14aは、部分反射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例示される。右側の干渉変調器12bでは、可動反射層14bは、光学スタック16bに隣接する作動位置で例示される。
【００４４】
光学スタック16a及び16b(まとめて光学スタック16と呼ばれる)は、本明細書で参照されるように、典型的にはいくつかの融合層を備え、それは、インジウムスズ酸化物(ITO)などの電極層、クロムなどの部分反射層、及び透明誘電体を含むことができる。光学スタック16は、従って、導電性があると共に、部分的に透過的及び部分的に反射的であり、例えば上の層の1つまたは複数を透明基板20上に蒸着させることによって製作され得る。部分反射層は、さまざまな金属、半導体、及び誘電体などの部分的に反射的であるいろいろな材料から形成できる。部分反射層は、材料の1つまたは複数の層で形成でき、層の各々は、単一材料または材料の組合せで形成できる。
【００４５】
ある実施形態では、光学スタック16の層は、平行細片にパターニングされ、以下でさらに述べられるような表示デバイスで行電極を形成し得る。可動反射層14a、14bは、支柱18の上部に蒸着される列及び支柱18間に蒸着される介在犠牲材料を形成するために、蒸着金属層または複数層の一連の平行細片(16a、16bの行電極と直交する)として形成され得る。犠牲材料がエッチングされて取り除かれるとき、可動反射層14a、14bは、規定ギャップ19だけ光学スタック16a、16bから分離される。アルミニウムなどの高導電性及び反射性材料が、反射層14に使用され得ると共に、これらの細片は、表示デバイスで列電極を形成し得る。図1は、一定の縮尺ではない可能性があることに留意されたい。ある実施形態では、支柱18間の間隔は、10〜100μm程度であり得ると共に、一方ギャップ19は、1000オングストローム程度未満であり得る。
【００４６】
印加電圧がない場合、図1で画素12aによって例示されるように、ギャップ19は、可動反射層14aと光学スタック16aとの間にとどまり、可動反射層14aは、機械的緩和状態にある。しかしながら、電位(電圧)差が、選択された行及び列に印加されるとき、対応する画素において行電極及び列電極の交点に形成されるコンデンサが、帯電し、静電気力が、電極を引き合わせる。もし電圧が十分に高いならば、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内の誘電体層(この図では例示されず)は、短絡を防止し、図1で右側の作動画素12bによって例示されるように、層14と16との間の分離距離を制御できる。挙動は、印加電位差の極性にかかわらず同じである。
【００４７】
図2から図5は、表示装置のアプリケーションにおいて干渉変調器の配列を使用するための一例となるプロセス及びシステムを例示する。
【００４８】
図2は、干渉変調器を組み込み得る電子デバイスの一実施形態を例示するシステムブロック図である。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)、もしくはALPHA(登録商標)などの任意の汎用シングルもしく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、もしくはプログラマブルゲートアレイなどの任意の専用マイクロプロセッサであり得るプロセッサ21を含む。当技術分野では慣例的であるように、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得る。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、電子メールプログラム、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1つまたは複数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得る。
【００４９】
一実施形態では、プロセッサ21はまた、配列ドライバ22と通信するように構成される。一実施形態では、配列ドライバ22は、信号を表示配列またはパネル30に提供する行ドライバ回路24及び列ドライバ回路26を含む。図1で例示される配列の横断面図は、図2における線1-1によって示される。図2は、明確さのために干渉変調器の3×3配列を例示するけれども、表示配列30は、非常に多数の干渉変調器を含み得ると共に、列内とは異なる数の干渉変調器を行内に備え得る(例えば、行当たり300画素×列当たり190画素)ことに留意されたい。
【００５０】
図3は、図1の干渉変調器の一例となる実施形態に対する可動ミラー位置対印加電圧の図である。MEMS干渉変調器については、行/列作動プロトコルは、図3で例示されるようなこれらのデバイスのヒステリシス特性を利用し得る。干渉変調器は、可動層が緩和状態から作動状態に変形するようにするために、例えば10ボルトの電位差を必要とし得る。しかしながら、電圧がその値から低減されるとき、電圧が10ボルトより下へ低下して戻る間、可動層は、その状態を維持する。図3の例となる実施形態では、電圧が2ボルトより下へ低下するまで、可動層は、完全には緩和しない。それ故に、デバイスが緩和かまたは作動の状態で安定である印加電圧のウィンドウが存在する、図3で例示される例では約3から7Vの電圧範囲がある。これは本明細書では、「ヒステリシスウィンドウ」または「スタビリティウィンドウ」と呼ばれる。図3のヒステリシス特性を有する表示配列については、行/列作動プロトコルは、行ストローブ中に、作動されるべきストローブされた行内の画素が、約10ボルトの電圧差にさらされ、緩和されるべき画素が、ゼロボルトに近い電圧差にさらされるように設計できる。ストローブの後、画素は、それらが、行ストローブがそれらを位置させるどんな状態にもとどまるように、定常状態または約5ボルトのバイアス電圧差にさらされる。書き込みの後、各画素は、この例では3〜7ボルトの「スタビリティウィンドウ」内の電位差を見る。この特徴は、図1で例示される画素設計を同じ印加電圧条件のもとで作動かまたは緩和の事前状態で安定にする。干渉変調器の各画素は、作動状態であろうと緩和状態であろうと、本質的に固定及び移動反射層によって形成されるコンデンサであるので、この安定状態は、ほとんど電力消失なしにヒステリシスウィンドウ内の電圧で保持できる。もし印加電位が固定されるならば、電流は本質的に、画素内へ流れない。
【００５１】
以下でさらに述べられるように、典型的なアプリケーションでは、画像のフレームは、第1の行内の作動画素の所望の組に従って列電極の組を横断するデータ信号の組(各々はある電圧レベルを有する)を送ることによって生成され得る。行パルスが次いで、第1の行電極に印加され、データ信号の組に対応する画素を作動させる。データ信号の組が次いで、第2の行内の作動画素の所望の組に対応するように変えられる。パルスが次いで、第2の行電極に印加され、データ信号に従って第2の行内の適切な画素を作動させる。画素の第1の行は、第2の行パルスによって影響を受けず、それらが第1の行パルス中に設定された状態にとどまる。これは、フレームを作成するために一連の行全体について連続したやり方で繰り返され得る。一般に、フレームは、秒当たりある所望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新しい画像データでリフレッシュされ及び/または更新される。画像フレームを作成するために画素配列の行及び列電極を駆動するための多種多様なプロトコルが、使用され得る。
【００５２】
図4及び5は、図2の3×3配列上に表示フレームを生成するための1つの可能な作動プロトコルを例示する。図4は、図3のヒステリシス曲線を示す画素に使用され得る列及び行の電圧レベルの可能な組を例示する。図4の実施形態では、画素を作動させることは、適切な列を-Vbiasに、及び適切な行を+ΔVに設定することを含み、それは、-5ボルト及び+5ボルトにそれぞれ対応し得る。画素を緩和することは、適切な列を+Vbiasに、及び適切な行を同じ+ΔVに設定することによって達成され、画素を横断するゼロボルト電位差を作成する。行電圧がゼロボルトに保持されるそれらの行では、列が+Vbiasにあるかまたは-Vbiasにあるかにかかわらず、画素は、それらが最初はどんな状態であっても安定である。図4でまた例示されるように、上で述べられたそれらとは反対の極性の電圧が使用されることができ、例えば、画素を作動させることは、適切な列を+Vbiasに、及び適切な行を-ΔVに設定することを含むことができる。この実施形態では、画素を解放することは、適切な列を-Vbiasに、及び適切な行を同じ-ΔVに設定することによって達成され、画素を横断するゼロボルト電位差を作成する。
【００５３】
図5Bは、図5Aで例示される表示配置をもたらすことになる図2の3×3配列に印加される一連の行及び列信号を示すタイミング図であり、ここで作動画素は、非反射的である。図5Aで例示されるフレームを書き込むより前に、画素は、あらゆる状態にあり得ると共に、この例では、すべての行は、最初に0ボルトであり、すべての列は、+5ボルトである。これらの印加電圧では、すべての画素は、それらの既存の作動または緩和状態で安定である。
【００５４】
図5Aのフレームでは、画素(1、1)、(1、2)、(2、2)、(3、2)、及び(3、3)が、作動される。これを達成するために、行1に対する「線時間」中は、列1及び2は、-5ボルトに設定され、列3は、+5ボルトに設定される。すべての画素は、3〜7ボルトのスタビリティウィンドウ内にとどまるので、これは、どんな画素の状態も変えない。行1は次いで、0から5ボルトまで上昇し、ゼロに戻るパルスでストローブされる。これは、(1、1)及び(1、2)画素を作動させ、(1、3)画素を緩和させる。配列内の他の画素は、影響を受けない。行2を所望通りに設定するために、列2は、-5ボルトに設定され、列1及び3は、+5ボルトに設定される。行2に印加される同じストローブは次いで、画素(2、2)を作動させ、画素(2、1)及び(2、3)を緩和させることになる。この場合もまた、配列の他の画素は、影響を受けない。行3は、列2及び3を-5ボルトに、及び列1を+5ボルトに設定することによって同様に設定される。行3のストローブは、行3の画素を図5Aで示されるように設定する。フレームを書き込んだ後、行電位は、ゼロであり、列電位は、+5ボルトかまたは-5ボルトにとどまることができ、表示はそのとき、図5Aの配置で安定である。同じ手順は、数十または数百の行及び列の配列に用いることができる。行及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、及びレベルは、上で概説された一般的な原理内で大きく変更でき、上の例は、ただ例となるだけであり、任意の作動電圧方法が、本明細書で述べられるシステム及び方法とともに使用できる。
【００５５】
図6A及び6Bは、表示デバイス40の実施形態を例示するシステムブロック図である。表示デバイス40は、例えば、セル方式電話機または携帯電話機とすることができる。しかしながら、表示デバイス40の同じ構成要素またはそれのわずかな変形もまた、テレビ及び携帯型メディアプレーヤなどのさまざまな種類の表示デバイスの実例となる。
【００５６】
表示デバイス40は、筐体41、表示装置30、アンテナ43、スピーカ45、入力デバイス48、及びマイクロフォン46を含む。筐体41は一般に、射出成型及び真空成形を含むいろいろな製造プロセスのいずれかから形成される。加えて、筐体41は、プラスチック、金属、ガラス、ゴム、及びセラミック、またはそれらの組合せを含むが、限定はされない、いろいろな材料の内のどれからでも製造され得る。一実施形態では、筐体41は、異なるカラーの、または異なるロゴ、絵、もしくは記号を含む他の取り外し可能な部分で置き換えられ得る取り外し可能な部分(図示されず)を含む。
【００５７】
例となる表示デバイス40の表示装置30は、本明細書で述べられるように、双安定表示装置を含むいろいろな表示装置のいずれであってもよい。他の実施形態では、表示装置30は、上で述べられたようなプラズマ、EL、OLED、STN LCD、もしくはTFT LCDなどのフラットパネル表示装置、またはCRTもしくは他の管デバイスなどの非フラットパネル表示装置を含む。しかしながら、本実施形態を説明する目的のために、表示装置30は、本明細書で述べられるように、干渉変調器表示装置を含む。
【００５８】
例となる表示デバイス40の一実施形態の構成要素は、図6Bで概略的に例示される。例示される例となる表示デバイス40は、筐体41を含み、その中に少なくとも部分的に包み込まれた付加的な構成要素を含むことができる。例えば、一実施形態では、例となる表示デバイス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ース27を含む。トランシーバ47は、プロセッサ21に接続され、それは、調整用ハードウェア52に接続される。調整用ハードウェア52は、信号を調整する(例えば、信号をフィルタにかける)ように構成され得る。調整用ハードウェア52は、スピーカ45及びマイクロフォン46に接続される。プロセッサ21はまた、入力デバイス48及びドライバコントローラ29にも接続される。ドライバコントローラ29は、フレームバッファ28に、及び配列ドライバ22に結合され、それは次に表示配列30に結合される。電源50は、特定の例となる表示デバイス40設計によって必要とされるようなすべての構成要素に電力を提供する。
【００５９】
ネットワークインターフェース27は、例となる表示デバイス40が、ネットワークを通じて1つまたは複数のデバイスと通信できるように、アンテナ43及びトランシーバ47を含む。一実施形態では、ネットワークインターフェース27はまた、プロセッサ21の要件を軽減するためにいくらかの処理能力を有し得る。アンテナ43は、信号を送信し、受信するための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)を含むIEEE802.11標準に従ってRF信号を送信し、受信する。別の実施形態では、アンテナは、BLUETOOTH標準に従ってRF信号を送信し、受信する。セル方式電話の場合には、アンテナは、CDMA、GSM、AMPS、W-CDMA、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周知の信号を受信するように設計される。トランシーバ47は、アンテナ43から受信される信号を、それらがプロセッサ21によって受信され、さらに操作され得るように前処理をする。トランシーバ47はまた、プロセッサ21から受信される信号を、それらがアンテナ43によって例となる表示デバイス40から送信され得るように処理もする。
【００６０】
代替実施形態では、トランシーバ47は、レシーバと交換され得る。さらに別の代替実施形態では、ネットワークインターフェース27は、プロセッサ21に送られるべき画像データを保存し、または生成することができる画像信号源（image source）と交換され得る。例えば、画像信号源は、画像データを含むデジタルビデオディスク(DVD)もしくはハードディスク、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。
【００６１】
プロセッサ21は一般に、例となる表示デバイス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ーフェース27または画像信号源から圧縮画像データなどのデータを受信し、そのデータを未加工の画像データにまたは未加工の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。プロセッサ21は次いで、処理データをドライバコントローラ29にまたは保存のためにフレームバッファ28に送る。未加工のデータは典型的には、画像内の各場所における画像特性を識別する情報のことである。例えば、そのような画像特性は、カラー、飽和、及びグレースケールレベルを含むことができる。
【００６２】
一実施形態では、プロセッサ21は、例となる表示デバイス40の動作を制御するためにマイクロコントローラ、CPU、または論理ユニットを含む。調整用ハードウェア52は一般に、信号をスピーカ45に送信するための、及び信号をマイクロフォン46から受信するための増幅器及びフィルタを含む。調整用ハードウェア52は、例となる表示デバイス40内の個別の構成要素であり得るか、またはプロセッサ21もしくは他の構成要素内に組み込まれ得る。
【００６３】
ドライバコントローラ29は、プロセッサ21によって生成される未加工の画像データをプロセッサ21から直接またはフレームバッファ28から取得し、配列ドライバ22への高速送信のために未加工の画像データを適切に再フォーマットする。特に、ドライバコントローラ29は、未加工の画像データをラスターのようなフォーマットを有するデータの流れに再フォーマットして、それが、表示配列30を横断して走査するのに適している時間順序を有するようにする。次いでドライバコントローラ29は、フォーマット済み情報を配列ドライバ22へ送る。LCDコントローラなどのドライバコントローラ29はしばしば、独立した集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21と関連付けられるけれども、そのようなコントローラは、多くの方法で実施され得る。それらは、ハードウェアとしてプロセッサ21内に埋め込まれる、ソフトウェアとしてプロセッサ21内に埋め込まれるか、または配列ドライバ22と完全にハードウェアで統合され得る。
【００６４】
典型的には、配列ドライバ22は、フォーマット済み情報をドライバコントローラ29から受信し、表示装置の画素のx-yマトリックスから来る数百及びときには数千のリード線に秒当たり何度も印加される波形の並列の組にビデオデータを再フォーマットする。
【００６５】
一実施形態では、ドライバコントローラ29、配列ドライバ22、及び表示配列30は、本明細書で述べられる種類の表示装置のいずれかに適している。例えば、一実施形態では、ドライバコントローラ29は、従来の表示コントローラまたは双安定表示コントローラ(例えば、干渉変調器コントローラ)である。別の実施形態では、配列ドライバ22は、従来のドライバまたは双安定表示ドライバ(例えば、干渉変調器ドライバ)である。一実施形態では、ドライバコントローラ29は、配列ドライバ22と統合される。そのような実施形態は、セル方式電話機、腕時計、及び他の小面積表示装置などの高度に統合されたシステムでは普通である。さらに別の実施形態では、表示配列30は、典型的な表示配列または双安定表示配列(例えば、干渉変調器の配列を含む表示装置)である。
【００６６】
入力デバイス48は、使用者が例となる表示デバイス40の動作を制御することを可能にする。一実施形態では、入力デバイス48は、QWERTY配列の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、タッチセンサー式画面、感圧または感熱膜を含む。一実施形態では、マイクロフォン46は、例となる表示デバイス40のための入力デバイスである。マイクロフォン46が、データをデバイスに入力するために使用されるとき、音声命令が、例となる表示デバイス40の動作を制御するために使用者によって提供され得る。
【００６７】
電源50は、当技術分野で周知であるような、いろいろなエネルギー保存デバイスを含むことができる。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再充電可能な電池である。別の実施形態では、電源50は、再生可能エネルギー源、コンデンサ、またはプラスチック太陽電池、及び太陽電池塗料を含む太陽電池である。別の実施形態では、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る。
【００６８】
ある実装形態では、制御プログラム可能であることは、上で述べられたように、電子表示システム内のいくつかの場所に配置され得るドライバコントローラ内に備わっている。ある場合には、制御プログラム可能であることは、配列ドライバ22内に備わっている。上で述べられた最適化は、任意の数のハードウェア及び/またはソフトウェア構成要素で、及びさまざまな構成で実施され得る。
【００６９】
上で説明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、大きく変化し得る。例えば、図7A〜7Eは、可動反射層14及びその支持構造の5つの異なる実施形態を例示する。図7Aは、図1の実施形態の横断面図であり、ここで金属材料の細片14は、直交して延びる支持部18上に蒸着される。図7Bでは、各干渉変調器の可動反射層14は、正方形または長方形の形状であり、テザー32上で、隅部においてのみ支持部に取り付けられる。図7Cでは、可動反射層14は、正方形または長方形の形状であり、変形可能な層34からつり下げられ、それは、柔軟な金属から構成され得る。変形可能な層34は、変形可能な層34の周囲を囲む基板20に直接にまたは間接に接続する。これらの接続部は、本明細書では支持支柱と呼ばれる。図7Dで例示される実施形態は、変形可能な層34がその上に乗る支持支柱プラグ42を有する。可動反射層14は、図7A〜7Cにおけるように、ギャップの上につり下げられたままであるが、しかし変形可能な層34は、変形可能な層34と光学スタック16との間の穴を充填することによって支持支柱を形成しない。それどころか、支持支柱は、支持支柱プラグ42を形成するために使用される平坦化材料で形成される。図7Eで例示される実施形態は、図7Dで示される実施形態に基づいているが、しかしまた図7A〜7Cで例示される実施形態のいずれか及び図示されない追加の実施形態と連携するように構成され得る。図7Eで示される実施形態では、金属または他の導電性材料の余分な層が、バス構造44を形成するために使用されている。これは、干渉変調器の背面に沿った信号ルーティングを可能とし、さもなければ基板20上に形成されるべきであった電極の数を削減する。
【００７０】
図7で示されるそれらなどの実施形態では、干渉変調器は、直視型デバイスとして機能し、それでは画像は、透明基板20の前側、変調器が配置されるそれとは反対の側から見られる。これらの実施形態では、反射層14は、変形可能な層34を含む、基板20とは反対の反射層の側で干渉変調器の一部分を光学的に遮蔽する。これは、画像品質に悪影響を及ぼすことなく遮蔽領域が構成され、動作されることを可能にする。例えば、そのような遮蔽は、図7Eにおけるバス構造44を可能にし、それは、変調器の光学的性質をアドレス指定及びそのアドレス指定に起因する運動などの変調器の電気機械的性質から分離する能力を提供する。この分離可能な変調器アーキテクチャは、変調器の電気機械的態様及び光学的態様に使用される構造設計及び材料が互いに独立に選択され、機能することを可能にする。さらに、図7C〜7Eで示される実施形態は、反射層14の光学的性質の、変形可能な層34によって行われるその機械的性質からの分離に由来する付加的な利益を有する。これは、反射層14に使用される構造設計及び材料が光学的性質に関して最適化されることを可能にし、変形可能な層34に使用される構造設計及び材料が所望の機械的性質に関して最適化されることを可能にする。
【００７１】
干渉変調器技術に基づくそれらのような表示デバイスは、1つまたは複数の光学的、電子的及び/または機械的技術によって測定されると共に、特性を評価され得る。表示技術に応じて、これらの測定は、表示モジュール(本明細書で参照される表示「モジュール」は、表示パネル、表示ドライバ、及び例えば配線などの関連構成要素を含む)の較正の一部を形成することができ、測定パラメータは、将来の使用のために表示モジュール内の不揮発性メモリ(例えば、NVRAM)内に保存され得る。
【００７２】
図3を参照して上で論じられたように、干渉変調器は、それらに印加される電位差に基づいて動作する。図3は、干渉変調器が、それらの電極間に印加される電位差の大きさに応じて、緩和(もしくは解放)状態かまたは作動状態にあることを示す。図示されるように、1つの状態のもう1つへの変化は、スタビリティ(または保持)ウィンドウを持つヒステリシス特性に従って起こり、ここでデバイスは、印加電位差が保持ウィンドウ内に入るときその現在の状態を保持する。本明細書で使用されるように、「バイアス電圧」は、保持ウィンドウ内に入る電位差のことである。従って、図3で示されるように、ある実施形態では、5つの入力電圧差範囲がある。
【００７３】
5つの電圧差範囲の各々は、干渉変調器の状態へのその影響を反映する表題を有する。図3の左側から始まって、5つの電圧差範囲は、1)負作動(「作動」)、2)負保持(「スタビリティウィンドウ」)、3)解放(「緩和」)、4)正保持(「スタビリティウィンドウ」)、及び5)正作動(「作動」)である。デバイスの理論的理解及び過去の実験結果に基づいて、これらの入力電圧差範囲間のしきいの近似値は、周知であり得るが、しかし干渉変調器配列をより最適に動作させるために、しきい電圧は、より正確に測定されることができる。
【００７４】
例えば、本明細書でさらに述べられるように、しきいは、デバイスごとに、ロットごとに、温度によって、及び/またはデバイスが古くなるにつれて変化する可能性がある。従って、しきい値は、各製造デバイスまたはデバイスの群について測定され得るが、しかし全体の動作包絡線（operational envelope）にわたってそうすることは、困難なまたは非現実的なこともあり、干渉変調器の動作性能のリアルタイム指標を提供しない可能性がある。しきい電圧を測定する1つの方法は、干渉変調器の光学的特徴の観測を通じて干渉変調器の状態を監視しながら、さまざまな電圧差の入力を印加することである。これは、例えば人間による観測を通じてまたは光学測定デバイスの使用によって達成され得る。加えてまたは別法として、干渉変調器の状態は、電子応答測定を通じて監視され得る。ある実施形態では、上で論じられた表示配列30の配列ドライバ22は、以下で論じられる方法に従って表示素子の状態及び/または動作特性を判定するために、表示素子の電気的応答を測定するように構成され得る。
【００７５】
しばしば、表示デバイスの挙動は、表示デバイスの年齢、表示装置の温度変化、表示される画像の内容などと共に変化する。表示デバイスは、光学的応答または光学的状態に関連して変化する1つまたは複数の電気的パラメータを有し得る。上で論じられたように、干渉変調器は、反射層と光学スタックとの間の静電引力が、反射層を緩和状態に保持するように働く機械的復元力に打ち勝つのに十分に大きいとき、作動状態に設定される。反射層、光学スタック、及びそれらの間のギャップは、ある実施形態では誘電体によって分離される2つの導電性プレートを形成するので、その構造は、静電容量を有する。また、その構造の静電容量は、2つのプレート間の距離によって変化するので、その構造の静電容量は、干渉変調器の状態によっても変化する。従って、静電容量の指標は、干渉変調器の状態を判定するために使用できる。
【００７６】
以下でさらに詳細に論じられるように、さまざまな方法が、干渉変調器のさまざまな性質を判定することによって干渉変調器または同様のMEMSデバイスの特性を評価するために使用され得る。ある実施形態では、さまざまな入力に対する干渉変調器の応答は、例えば上で論じられた種類のしきい電圧、または干渉変調器の静電容量を判定するために使用され得る。他の実施形態では、干渉変調器の動的応答は、可動電極に作用する機械的復元力などの干渉変調器の機械的特徴を判定することによって、特性を評価され得る。
【００７７】
ある実施形態では、そのような特性評価は、品質管理の手段としてまたは製造プロセスの改良の一部として、干渉変調器の製作後に実行され得る。他の実施形態では、特性評価は、ある特性が時間とともにまたは動作条件の変化に応答して変化したかどうかを判定するために、干渉変調器の通常動作中に実行され得る。
【００７８】
電圧測定
ある実施形態では、MEMSデバイスを横断する電圧が、デバイスが駆動される間に測定され得ると共に、ある他のパラメータの関数として記録された電圧のデータが、過渡電圧に対応する電圧値を判定するために分析され得る。これは、作動が生じたときを判定するために光学測定装置を使用することなく、干渉変調器または他のMEMSデバイスの性質の迅速で正確な特性評価を容易にすることができる。ある実施形態では、電流またはインピーダンスの1つが、データの分析及び過渡電圧の判定を容易にするために、試験手順中に実質的に一定に保持され得る。
【００７９】
一実施形態では、実質的に一定の電流が、干渉変調器に印加され得ると共に、干渉変調器を横断する電圧が、過渡電圧に対応する不連続を識別するために分析され得る。特定の実施形態では、干渉変調器は、例えば図1における変調器12aの状態で示されるように、上方、緩和、または非作動の状態から始まる。一定の電流が、干渉変調器を横断して印加され、静電電荷が電極上に蓄積するにつれて干渉変調器を横断する電圧を次第に増加させる。いったん干渉変調器を横断する電圧を過渡電圧まで増加させるのに十分な電荷が、電極上に蓄積すると、干渉変調器は、例えば図1における変調器12bの状態で示されるように、下方、または作動の状態につぶれる。ある実施形態では、より大きな電流変化が、容認されることもあり、より小さな電流変化が、プロセスのそのような試験中に行われる測定または計算の精度を高めることもあるけれども、ある実施形態では、この実質的に一定の電流は、±20%未満の変化を含み得る。
【００８０】
図8Aは、時間tの関数としてこのプロセス中の電圧Vを例示する。この電圧測定は、例えば時間の関数として電圧値を記録することができるデジタルオシロスコープなどのオシロスコープによって行われ得る。Vのプロット100は、3つの別個の領域、具体的にはVが作動電圧Vaよりも小さい過渡前領域102、Δtの持続時間を有する過渡領域104、及び電圧Vが作動電圧Vaよりも大きい過渡後領域106を含むことがわかる。干渉変調器の作動より前には、電極上の電荷の蓄積は、可動電極がもう一方の電極の方へ動く原因となる。干渉変調器は、プレート間に誘電体層を持つ平行プレートコンデンサとして働くので、過渡後領域106内では、干渉変調器は、実質的に固定プレートコンデンサとして振る舞う。
【００８１】
それ故に、干渉変調器の静電容量は、電圧に応じて過渡前領域102内で可変であり、この領域における電圧対時間のプロットのわずかな曲線の主な原因となる。特に、過渡前領域(V<Va)における変調器の静電容量Cは、次の式によって与えられ、ここでC0は、プレート間に空隙及び誘電体層がある非変位(緩和)状態における平行プレートコンデンサのゼロ電圧静電容量に対応する。
C = C0 + C1V + C2V2 + C3V3...,        (1)
【００８２】
もし過渡前領域102における静電容量が、Vとともにゆっくりと変化すると仮定するならば、静電容量の変化を
ΔC = C0 + C1ΔV      (2)
として近似することができる。
【００８３】
そのような構造では、C1は、印加電圧が過渡電圧からは程遠い(例えば、作動電圧をはるかに下回るか、または解放電圧をはるかに上回る)領域における静電容量変化の偏差定数に対応する。C1は、典型的には非常に小さい。C1/C0<<1であり、ソース電流がI0によって与えられるとき、より完全な導出は、
ΔV 〜 (I0/C0)t - (C1/C0)(I0/C0)2t2      (3)
を与える。
【００８４】
過渡領域104内における挙動は、変調器の特性及びソース電流I0の値に応じて変化することになる。図8Bは、1μAと0.1mAとの間に及ぶ複数の異なるソース電流I0に対して複数の模擬電圧測定を時間の関数として描写する。図8Cは、1μAと0.1mAとの間の特定のソース電流108bに対する模擬電圧を描写する。
【００８５】
図8Cに関しては、電圧は最初、領域107で増加するので、それの勾配は、干渉変調器の解放状態静電容量を示すことがわかる。過渡領域104bは次いで、干渉変調器が作動し始めるとき、初期ピークから始まる。干渉変調器が作動するにつれて、過渡領域104b内の測定電圧は、減少する。干渉変調器の作動後に、干渉変調器は次いで、下方状態における線形コンデンサとして再び機能し、電圧は、下方状態における干渉変調器の静電容量を示す勾配を有する領域109で増加する。
【００８６】
図8Bに関しては、電荷は、干渉変調器の作動と比較して急速に干渉変調器上に蓄積するので、過渡期間の始まりに対応する初期ピークの高さは、電流が増加するにつれて増加することがわかる。描写される最高ソース電流では、模擬電圧測定108aのピーク電圧は、干渉変調器の作動電圧Vaよりも約3ボルト高く、変調器は、測定電圧が干渉変調器の作動電圧より低い電圧に戻ることができる前に作動する。印加電流が減少するにつれて、作動の速度に対する電荷蓄積の速度は、模擬電圧測定108cの初期ピークが作動電圧Vaに近づく点まで減少する。
【００８７】
ソース電流I0は、干渉変調器の特性、及び試験目的のための所望の応答に基づいて選択できる。例えば、1pFの負荷静電容量を有する理想的な干渉変調器については、誘導性または抵抗性効果を無視すると、1μAの一定のソース電流は、デバイスを10msで10V範囲まで充電し、10μAは、デバイスを1msで10V範囲まで充電することになる。それ故に、過渡電圧が識別されると期待される期待電圧範囲及び所望の期間について、適切なソース電流値が、選択され得る。図8Bに関して述べられたように、ソース電流はまた、過渡電圧の始まりにおける第1のピークが、干渉変調器の作動電圧に対応することになるように、選択され得る。
【００８８】
加えて、過渡期間中の測定電圧は、静電容量の変化値の指標を提供するために使用できる。ソース電流、過渡時間、及び過渡電圧の各々は、周知であるかまたは測定電圧から判定できるので、過渡領域における電圧プロットの形状は、作動中の静電容量変化の量の指標を提供することができ、静電容量変化に対する予測値と比較できる。
【００８９】
特性評価方法のそのような実施形態は、干渉変調器の状態を判定するために光学測定装置を必要とすることなく(しかし準備してもよい)、過渡電圧の識別を可能にし、比較的簡単な試験装置を使用して実行することができる。試験プロセスは、干渉変調器の作動時間に対して実質的に長い期間にわたって実行することができ、電流などの測定パラメータにおける短期の不連続の識別を必要としない(しかし考慮に入れてもよい)。
【００９０】
同様の実施形態では、この特性評価方法は、並列に接続された干渉変調器の配列の作動電圧を試験するために使用できる。干渉変調器の配列を通る一定の電流を印加することによって、いったん干渉変調器の作動が始まると、電荷が作動変調器へ引き付けられるように、1つの干渉変調器の作動は他のものを同時作動から離れるように駆動することになるので、電荷がどこを流れるかを制御する必要はない。これは、非作動変調器上の電荷を低減することになり、非作動変調器の可動層が固定電極から少し離れて動く原因となり得る。しかしながら、全体としては、干渉変調器の配列を横断する電圧は、すべての変調器が作動するまでは、配列内の変調器が連続して作動するので、実質的に一定のままであることになる。干渉変調器の配列の作動電圧は、このようにして、上で述べられたそれと似た方式で、時間の関数として配列を横断する電圧の分析から判定されることができる。
【００９１】
記録データの付加的な分析が、同様に行われ得る。例えば、電圧値を時間の関数として記録した後、電圧の関数としてdV/dtの分析が、Vaについての値を識別するために生成され、利用され得る。図9でわかるように、プロット110は、過渡前領域112、過渡領域114、及び過渡後領域116を含む。過渡領域114内における不連続は、作動電圧Vaを識別するために使用され得る。
【００９２】
別の実施形態では、制御されたインピーダンスが、変調器を横断する電圧が測定される間干渉変調器を駆動するために使用され得る。図10は、電圧源132、抵抗器134、及び可変コンデンサとして機能する干渉変調器136を含む回路130を概略的に描写する。特定の実施形態では、回路130内における十分に大きい抵抗器134の使用は、干渉変調器の状態にかかわらず、電圧駆動及び干渉変調器の経路内でインピーダンスを実質的に一定に保つことになる。
【００９３】
一実施形態では、図10で示される干渉変調器136は、並列に配置された干渉変調器の配列であり得る。図11Aは、干渉変調器のそのような配列を横断する電圧の電荷の関数としてのプロット140である。干渉変調器をつぶれた状態に駆動するのに十分な電圧が、電圧源132によって提供されるとき、干渉変調器を横断する電圧は、プロットの区分142でわかるように、電荷が蓄積するにつれて増加する。いったん作動電圧が達せられると、配列内の干渉変調器の1つまたは複数が、作動し始めることになる。上で論じられたように、干渉変調器上の全体の電荷は、増加しており、作動干渉変調器は、他の非作動干渉変調器から電荷を引き付けるので、干渉変調器の大きな配列(例えば、100より多い干渉変調器素子)を横断する電圧は、この作動期間144中は実質的に一定のままであることになる。いったん変調器の配列がすべて作動すると、電圧は、プロットの区分146でわかるように、増加し続ける。
【００９４】
電圧が除去され、干渉変調器上の電荷が減少するとき、干渉変調器を横断する電圧は、領域148でわかるように、解放電圧が達せられるまで減少する。変調器は連続的に解放するので、領域150でわかるように、電荷は減少するけれども、電圧は、実質的に一定のままである。いったん変調器の配列がすべて解放すると、電荷は、消失し続ける。
【００９５】
10またはより少ない干渉変調器または単一の干渉変調器だけを持つ配列などの、配列内に比較的少しの干渉変調器しかない実施形態では、作動中の干渉変調器を横断する電圧は、実質的に一定のままではなく、その代わりに作動後に増加し続ける前に作動中にわずかに減少し得る。干渉変調器を横断する電圧の時間の関数としてのプロット160は、図11Bで示される。未作動干渉変調器の静電容量は、作動干渉変調器の静電容量よりも低いので、電圧の増加は、最初は急勾配であることが、図からわかる。電圧がいくらか減少する作動期間後、電圧は、増加し続ける。作動後、静電容量は、非作動状態でよりも作動状態でより高いので、その増加は、干渉変調器が未作動であったときよりも勾配が緩やかである。
【００９６】
図12A及び12Bは、並列に駆動される干渉変調器の大きな配列にわたる電圧の時間の関数としてのプロットであり、ここで大きな抵抗器は、配列と直列に置かれる。より高いまたはより低い抵抗を有する抵抗器が使用され得ると共に、複数抵抗器が、所望のレベルの抵抗を提供するために使用され得るが、ある実施形態では、そのような抵抗器は、1MΩの抵抗を有し得る。図12Aでは、矩形駆動波形172aは、干渉変調器の正及び負の両方のヒステリシスウィンドウに及び（span：広がる、かかる）、測定電圧応答は、信号174aとして示される。図12Bでは、駆動波形172bは、干渉変調器の正のヒステリシスウィンドウだけに及び、測定電圧応答は、信号174bとして示される。どちらの場合も、図の区分176などの時間とともに実質的に一定の電圧の期間は、上で論じられたように、過渡電圧を示す。
【００９７】
図12Cは、そのような実施形態で使用され得る代替駆動信号178を例示する。信号178は、干渉変調器の正作動電圧より高くてもよい上側電圧179a、干渉変調器の正解放電圧と干渉変調器の負解放電圧との間であってもよいバイアス電圧179b、及び干渉変調器の負作動電圧より低くてもよい下側電圧179cの間を交互に行き来する。そのような実施形態では、駆動電圧は、干渉変調器の正のヒステリシスウィンドウと負のヒステリシスウィンドウの両方に及ぶことになり、図12Aの駆動信号172aとは対照的に、電圧は延長時間の間バイアス電圧にとどまるので、解放電圧の識別を容易にすることができる。ある実施形態では、バイアス電圧は、実質的にゼロであり得るが、しかし任意の適切なバイアス電圧が、使用され得る。
【００９８】
電流測定
別の実施形態では、干渉変調器を通る電流は、干渉変調器の動的挙動の特性を評価するために、測定され、分析され得る。干渉変調器の可動膜または層は、適切な刺激の印加により動くので、干渉変調器の静電容量は、固定導電性膜であり得る他の導電性膜に対する可動膜の位置によって変化する。静電容量の変化は、非ゼロ電圧が干渉変調器を横断して印加されるとき、適切に選択される回路を通る電流の生成をもたらすことになる。時間の関数としての電流は、監視され、時間の関数としての可動膜の位置などの情報を判定するために使用され得る。
【００９９】
ある実施形態では、トランスインピーダンス増幅器が、入力電流を入力電流に比例する電圧出力に変換することによって電流を測定するために使用され得る。信号電圧は次いで、記録でき、入力電流と電圧出力との間の関係は、トランスインピーダンス増幅器の設計に基づいて周知であるので、時間の関数としての電流が、容易に判定できる。図13A、13B、及び13Cは、そのような特性評価プロセスで利用され得るさまざまな回路設計を例示する。
【０１００】
図13Aは、干渉変調器182、抵抗器184a、184b、184c、及び増幅器186を備える回路180を概略的に例示する。他の適切な値または構成要素がまた、利用され、干渉変調器182の期待特性に依存し得るが、特定の実施形態では、抵抗器184a及び184bは、1Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器184cは、260Ω抵抗器から構成されることができると共に、増幅器186は、Analog Devices AD8041増幅器から構成されることができる。
【０１０１】
回路180は、利得を持つ非反転演算増幅器として機能する。干渉変調器182からの出力は、演算増幅器186の非反転入力に印加される。この回路の利得は、電圧分割器帰還ネットワークによって定式化され、Vout=Vin(184B+184C)/184Bによって与えられ、ここで184B及び184Cは、それぞれ抵抗器184b及び184cの抵抗である。
【０１０２】
図13Bは、干渉変調器192、抵抗器194a、194b、194c、194d、194e、194f、増幅器196a及び196b、そしてコンデンサ198a及び198bを備える代替回路190を概略的に例示する。他の適切な値または構成要素がまた、利用され得るが、特定の実施形態では、抵抗器194a及び194bは、27kΩ抵抗器から構成されることができ、抵抗器194cは、260kΩ抵抗器から構成されることができ、抵抗器194dは、200kΩ抵抗器から構成されることができ、抵抗器194eは、1kΩ抵抗器から構成されることができ、抵抗器194fは、15kΩ抵抗器から構成されることができ、増幅器196a及び196bは、Analog Devices AD8041増幅器から構成されることができ、コンデンサ198aは、8.2pFコンデンサから構成されることができると共に、コンデンサ198bは、100pFコンデンサから構成されることができる。
【０１０３】
回路190は、2段増幅器回路であり、ここで干渉変調器は、増幅器196aに接続され、それは、積分器回路の第1の段（ステージ）を形成する。Voutとして図示される段2の出力は、電圧が干渉変調器192を横断して印加されないときでさえ非ゼロとなるので、増幅器196bを含む増幅器回路の第2の段は、正確なゼロ電圧点を設定するために電圧オフセット調節を可能にする。
【０１０４】
図13Cは、干渉変調器202、抵抗器204a〜204l、増幅器206、コンデンサ208、信号発生器210、及び信号分析モジュール212(例えば、オシロスコープまたは他の信号分析回路構成及び/またはロジック)を備える別の代替回路200を概略的に例示する。特定の実施形態では、抵抗器204a及び204fは、51Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204b及び204cは、680Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204d及び204lは、8.2Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204eは、1Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204fは、51Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204g及び204iは、510Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204hは、62Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204jは、68Ω抵抗器から構成されることができ、抵抗器204kは、620Ω抵抗器から構成されることができる。この実施形態では、コンデンサ208は、1μFコンデンサから構成されることができ、増幅器206は、Analog Devices AD811増幅器から構成されることができ。他の適切な値及び構成要素がまた、利用され得る。
【０１０５】
回路200は、2段回路として機能する。第1の段214は、信号を干渉変調器202に印加し、それは、信号発生器210から印加される信号または図13Cで示されるVdcに比例する信号を含み得る。第2の段216は、干渉変調器202を通る電流を測定するために使用される、利得を持つ非反転演算増幅器を備える。
【０１０６】
V(t)によって時間の関数として定義される周知の電圧パルスを印加することによって、干渉変調器202を通る時間の関数としての電流I(t)は、図13A〜13Cに関して述べられた回路の1つを利用し得る任意の適切な測定装置を利用して、測定され得る。干渉変調器上の時間の関数としての電荷Q(t)は、電流を時間の関数として積分することによって判定され得ると共に、次の関係
Q(t) = ∫I(t)dt      (4)
をもたらす。
【０１０７】
多くの実施形態では、干渉変調器は、減衰状態のもとで動かされ、ここで2つの層間に位置する空気は、干渉変調器の運動に減衰効果を有することになる。しかしながら、他の実施形態では、干渉変調器は、減衰効果が無視できるように、実質的に真空中で動かされ得る。干渉変調器を横断する電圧が増加されるとき、初期電流は、干渉変調器の初期状態に依存する。その後、干渉変調器の状態の変化中に、電流は、干渉変調器デバイスの状態の変化に応答して変化する。
【０１０８】
図14は、オシロスコープ上で測定されるような、干渉変調器に対する駆動電圧信号222及び測定電流応答224を例示するプロット220である。信号の形状をよりよく例示するために、駆動信号222に対する各垂直増分が、区分当たり2Vを表し、一方電流応答224に対する各垂直増分が、区分当たり0.5Vを表すように、測定電流応答224の縦軸の目盛りは、駆動信号222に対して垂直方向に延ばされている。各水平増分は、両方の信号に対して0.1msを表す。駆動電圧信号222は、階段関数電圧変化を含む。駆動電圧信号222の初期印加は、測定電流応答224内に急速で強いスパイクを引き起こす。干渉変調器の作動は、測定電流応答224内の第1のディップ226で起こる。
【０１０９】
以下でさらに述べられるように、干渉変調器が動き始める前の時間の間電流を積分することはそれ故に、干渉変調器の初期状態の基準を与える。さらに、干渉変調器が動いている時間中電流を積分することは、干渉変調器の動的機械的応答の基準を与える。その上、全時間の間電流を積分することは、干渉変調器の最終状態の基準を与える。
【０１１０】
より一般的には、Q(t)とI(t)との間の上の関係が与えられると、時間の関数としての干渉変調器の静電容量は、下記によって与えられる。
【０１１１】
【数１】
2011514262.tif 000003
【０１１２】
それ故に、時間の関数としての電圧による除算によって、時間の関数としての静電容量が判定できる。これは、次の関係を使用して、時間の関数として膜の位置x(t)を計算するために使用でき、ここでε0は、自由空間の誘電率であり、Aは、干渉変調器の面積であり、deは、d/kとして定義され、ここでdは、誘電体層の高さであり、kは、誘電体層の誘電定数である。
【０１１３】
【数２】
2011514262.tif 000004
【０１１４】
最終的に、印加信号に対する干渉変調器の動的応答に関する上の情報は、減衰力を判定するために利用でき、それは、以下で式(7)によって与えられ、ここで誘電体層または光学スタックの上側表面に対する可動層の位置は、g(t)によって与えられ、ここでg(t)は、x(t)=g(t)+dであるように、固定電極を覆う誘電体層の厚さdを考慮することによって固定電極に対する位置x(t)に関連する。加えて、Voffsetは、もしあれば、オフセット電圧であり、Kは、可動膜のバネ定数であり、goffは、オフセット電圧が印加されるときの誘電体層と可動層との間の距離であり、mは、可動膜の質量である。
【０１１５】
【数３】
2011514262.tif 000005
【０１１６】
それ故に、測定電流I(t)及び周知の駆動信号V(t)、及び干渉変調器のある他の周知のまたは容易に判定できる物理的パラメータだけを利用して、干渉変調器の動的特性が、正確に判定され得る。例えば、時間の関数としての位置は、例えば干渉変調器の作動時間を判定するために利用できる。多種多様な他のパラメータは、このようにして判定され得る。
【０１１７】
周波数分析
他の実施形態では、周波数分析が、干渉変調器が入力電圧によって駆動されるときに生じる測定電流について行われ得る。多種多様な適切な回路が、利用され得るが、ある実施形態では、図13B及び13Cのそれらに似た実験的回路配置が、干渉変調器を駆動し、合成電流を測定するために利用され得る。測定電流の分析は、ある実施形態ではMEMSデバイスに対する過渡電圧の判定を可能にし得ると共に、他の実施形態ではMEMSデバイス内の可動層に作用する復元力の判定を可能にし得る。
【０１１８】
理想的な固定コンデンサは、正弦波入力に対して線形応答を生成することになる。例えば正弦波電圧が、実際の固定コンデンサを横断して印加されるとき、電荷の移動によって生成される合成電流は、実質的に正弦波信号となる。これは、例えば電流信号を周波数領域に移すために高速フーリエ変換(FFT)を行うことによって検証できる。もし応答内にかなりの高調波歪みがあるならば、そのとき固定コンデンサは、いくらか非線形な様式で振る舞う。もし応答が大部分は駆動周波数にあり、他の周波数ではエネルギーが少ししかないならば、そのとき固定コンデンサは、主に線形な様式で動作する。
【０１１９】
ヒステリシスウィンドウ内またはその近くの範囲を有する正弦波電圧によって駆動される干渉変調器については、駆動電圧は、電圧が変化するときの可動膜の運動に起因して、非線形応答を作成する可能性がある。印加電圧範囲が、干渉変調器のヒステリシスウィンドウより著しく上にまたは下にあるとき、干渉変調器の応答は、実質的に線形である可能性がある。
【０１２０】
図15Aは、適切な試験回路に接続されるオシロスコープの出力を例示するプロット230であり、駆動正弦波電圧232及び測定電流応答234を示す。グラフの上に例示されるのは、オシロスコープによって行われた、測定電流応答のFFT236である。FFT236は、駆動周波数に大きなピーク238a、及び駆動周波数の第3の高調波に比較的小さなピーク238bを含むことがわかる。駆動周波数の高調波における周波数応答は、大きなピーク238aに比べて比較的小さいか、または実質的に存在しないので、干渉変調器の応答は、歪みが少ししかない実質的に線形であり、駆動信号の電圧範囲は、干渉変調器のヒステリシス範囲の外側であると判定できる。
【０１２１】
図15Bは、別の駆動正弦波電圧242が、図15Aに関して使用されるのと同じ試験回路を駆動するために使用されるときの、オシロスコープの出力のプロット240であり、測定電流応答244を例示する。滑らかな正弦波形状を有する図15Aの電流応答234とは対照的に、図15Bの電流応答244は、かなりの歪みを示すことがわかる。この歪みは、測定電流応答244の計算FFT246で明らかであり、それは、駆動周波数における期待ピーク248aだけでなく、駆動周波数の高調波の各々におけるいくつかの実質的に大きなピーク248b、248c、248d、248e、248f、248g、248hもまた含む。この非線形応答は、駆動電圧の範囲の少なくとも一部分が、干渉変調器のヒステリシスウィンドウ内であることを示す。
【０１２２】
第2及びそれより高い高調波のピークの高さは、干渉変調器の電流応答の非線形性の定量化できる測定を提供する。ある実施形態では、干渉変調器のヒステリシスウィンドウが、一連の正弦波駆動電圧を異なる電圧レベルで印加し、測定電流のFFTを行うことによって概算され得る。ある実施形態では、駆動電圧のある高調波における高調波歪みが判定され、しきいレベルと比較され得る。高調波歪みをしきいレベルと比較することは、駆動電流の電圧範囲が干渉変調器のヒステリシスウィンドウ内であるかどうかを判定するために使用できる。
【０１２３】
他の実施形態では、測定電流の周波数分析が、干渉変調器の自然共鳴周波数を判定するために利用され得る。これは次に、干渉変調器の可動層の復元力を判定するために利用され得る。
【０１２４】
その動的挙動を理解することへの一次近似として、干渉変調器は、コンデンサの上部プレートに取り付けられたバネとしてモデル化できる。図16は、そのようなモデル250を概略的に例示し、ここで電圧源252は、抵抗254及び干渉変調器256を横断して印加され、干渉変調器256の可動膜は、バネ定数Ksを有するバネ258によって支持される。コンデンサの下部プレートから上部プレートまでの距離は、xとして定義され、上部プレートと下部プレートとの間に最小ギャップを設定する誘電体層(図示されず)の厚さは、dとして定義され、上部プレートから下部プレートまでの最大距離は、Dとして定義される。電圧Vが印加されるときの上部プレートの位置の関数としての力、F(x)は、次の式によって与えられる。
【０１２５】
【数４】
2011514262.tif 000006
【０１２６】
もし上の式のテイラー級数が、エネルギー平衡の最小値、xminの周りで計算され、次数(D-x)までの項だけを保つならば、F(x)に対する次の近似が、得られる。
【０１２７】
【数５】
2011514262.tif 000007
【０１２８】
所与のVに対して、xminは、次の式から得ることができる。
【０１２９】
【数６】
2011514262.tif 000008
【０１３０】
F(x)の上の近似を利用すると、上部プレートのxmin周りにおける小振幅自然周波数振動fは、次の通りに定義でき、ここでmは、上部プレートの質量を表す。
【０１３１】
【数７】
2011514262.tif 000009
【０１３２】
上部プレートと下部プレートとの間の空洞内に空気(または他の流体)減衰がない場合、上部プレートの運動方程式及び干渉変調器上の電荷Q(t)は、次の2つの結合微分方程式によって関係づけられ得る。
【０１３３】
【数８】
2011514262.tif 000010
【０１３４】
電圧がt=0には印加されない状態の未作動干渉変調器については、次の初期条件、Q(0)=0、x(0)=D、及びx'(0)=0が、適用され得る。次の図に関して見られるように、電圧が印加される速度は、干渉変調器の応答に影響を及ぼすことができる。
【０１３５】
図17Aは、駆動電圧を時間の関数として描写する。電圧は、約5μsで0から5ボルトまで増加することがわかる。一実施形態では、干渉変調器システムは、次の近似的パラメータ、D=2,800Å、k=4.75、A=1200μm2、d=500Å、m=1.4×10-12kg、及びR=10,000Ωを有する。図17Aの駆動電圧が、そのような干渉変調器に印加されるとき、時間の関数としての位置は、図17Bで示されるそれであると計算され、時間の関数としての変調器上の電荷は、図17Cで示されるそれであると計算され、時間の関数としての電流は、図17Dで示されるそれであると計算され、干渉変調器を横断する電圧は、図17Eで示されるそれであると計算される。干渉変調器を横断する電圧は、実質的に印加電圧と似ており、干渉変調器は、減衰がない場合でさえ、式(10)によって計算できるような安定位置xminへ動くことがわかる。干渉変調器によって移動される距離は、距離Dのほんの一部だけであり、従って干渉変調器が完全には作動されないことがわかる。
【０１３６】
図18Aは、代替駆動電圧を時間の関数として描写する。図からわかるように、電圧は、図17Aの駆動電圧と同じレベルまで増加するけれども、図18Aの電圧は、より短い時間の約0.5μsで0から5ボルトまで増加する。図18Bは、干渉変調器を横断する計算された電圧を例示し、それは、以前のように駆動電圧とほぼ同じである。図18Cは、計算された位置を時間の関数として例示し、図18Dは、計算された電荷を時間の関数として例示し、図18Eは、計算された電流を時間の関数として例示する。たとえ電圧が一定のままであっても、干渉変調器は、xminのどちらかの側で2つの位置間で振動しており、減衰の欠如に起因してそうし続けることがわかる。図18Fは、電流のフーリエ変換を例示し、それからこの振動の周波数が、容易に判定でき、それは、式(11)によって予測されるそれに近似的に等しい。
【０１３７】
別の実施形態では、抵抗は、10,000Ωから10MΩまで増加され得る。図19Aでは、駆動電圧260、及び干渉変調器を横断する測定電圧262が示される。駆動電圧は、図18Aの駆動電圧と似ているけれども、図19Aにおける測定電圧は、抵抗の増加及び結果として生じる回路のRC時定数の増加に起因して、今度は駆動電圧より遅れることがわかる。図19Bは、計算された位置を時間の関数として例示し、図19Cは、電荷を時間の関数として例示し、図19Dは、電流を時間の関数として例示する。平衡状態xminの周りの振動に加えて、干渉変調器は、最初は平衡状態の方へ動いているにもかかわらず振動することがわかる。図19Eで示される、電流のフーリエ変換はこの場合もまた、周波数fの判定を可能にする。
【０１３８】
図20Aは、2つの別個の圧力における作動のプロセス中に干渉変調器を通る電流を時間の関数として描写する。3×10-5Torrの圧力の排気チャンバー内にある干渉変調器による電流応答は、線266aによって示され、760Torrの圧力のチャンバー内にある干渉変調器に関する電流応答は、線268aによって示される。線266aの顕著な振動は、干渉変調器の可動機械素子へのチャンバー内の大気圧空気の減衰効果に起因して、線268aでは目立つほどではない。どちらかの測定電流のフーリエ変換を行うことによって、干渉変調器の共鳴周波数に関する情報が、取得され得ると共に、干渉変調器の可動機械素子の復元力を判定するために利用され得る。
【０１３９】
図20Bは、2つの別個の圧力における作動位置からの緩和のプロセス中に干渉変調器を通る電流を時間の関数として描写する。3×10-5Torrの圧力に対する電流応答は、線266bによって示され、1気圧の圧力に対する電流応答は、線268bによって示される。図20Aに関して示されるのと似たやり方で、線266bの顕著な振動は、干渉変調器の可動機械素子へのチャンバー内の大気圧空気の減衰効果に起因して、線268bでは目立つほどではない。どちらかの測定電流のフーリエ変換を行うことによって、干渉変調器の共鳴周波数に関する情報が、取得され得ると共に、干渉変調器の可動機械素子の復元力を判定するために利用され得る。
【０１４０】
ある実施形態では、上の分析を行うように構成される回路構成は、干渉変調器表示装置または他のMEMSベースの表示モジュールなどの干渉変調器デバイスのドライバ回路構成と統合され得る。そのような表示モジュールは、干渉変調器などのMEMSベースの表示装置の他に、ドライバ回路構成、そして、上で述べられたものなどの試験及び/または性能特性評価方法を行うように構成される試験または監視回路構成を備え得る。復元力及び共鳴周波数は、動作条件の変化に起因して、時間とともに変化する可能性があること、配列内の干渉変調器間で、もしくは異なる干渉変調器配列にわたって、異なる可能性があること、などの理由から、干渉変調器の共鳴周波数の分析は、初期品質管理測定として実行され得るか、及び/または干渉変調器の動的特性の継続する監視のために使用され得る。分析は、テストバーストによって実行され得るか、または表示デバイスの通常作動中に実行され得る。ある実施形態では、配列内の1つまたは少数の干渉変調器が、このようにして分析され得る。上の方法に対する他の変更が、同様に行われ得る。
【０１４１】
静電容量測定
別の実施形態では、干渉変調器または干渉変調器配列の静電容量が測定され得る。この測定は、任意の他の適切な回路構成によって実行され得ると共に、ドライバ回路構成内に統合される必要はないけれども、ある実施形態では、そのような測定を行うために利用される回路構成は、干渉変調器ベースの表示装置などの干渉変調器デバイスのドライバ回路構成内に統合され得る。
【０１４２】
特定の一実施形態では、正弦波電圧波形などの周期的電気刺激が、干渉変調器を横断して印加される。この信号は、それだけで印加され得るか、またはその代わりに、ある実施形態ではDC電圧であり得る普通の駆動波形に、もしくは任意の他の適切な干渉変調器駆動スキームに、加えられ得る。この周期的正弦波電圧VIMODは、次の通りに表され得る。
VIMOD = V0sin(2πft)      (14)
【０１４３】
干渉変調器は、可変コンデンサとして働くので、時間の関数として干渉変調器を通る電流I(t)は、次の通りに定義され得ると共に、ここでCIMODは、干渉変調器の静電容量であり、VIMODは、干渉変調器を横断する電圧である。
【０１４４】
【数９】
2011514262.tif 000011
【０１４５】
従って、干渉変調器を横断する上の周期的入力電圧の印加に起因する出力電流は、
IIMOD = 2πfCIMODV0cos(2πft)      (16)
となる。
【０１４６】
結果として生じる電流は、周期的であり、入力電圧と同じ周波数を有するが、入力信号とは90°ずれた位相を有する。
【０１４７】
入力電圧と形状が似ている第2の信号が、更に使用される。特定の実施形態では、第2の信号はまた、更に周期的入力電圧と直交するように、出力電流信号におけるのと同じ、余弦項も含む。ある実施形態では、所望の性質を有する適切な信号が、明確に生成され得る。他の実施形態では、そのような信号は、周知の値を有する参照コンデンサを横断して周期的入力電圧を印加し、参照コンデンサを横断する合成出力を測定するなどによって、入力信号それ自体を使用して生成され得る。そのような実施形態では、電圧相関信号VCORRは、
VCORR = V1cos(2πft)      (17)
によって与えられ得る。
【０１４８】
第2の信号は次いで、干渉変調器の静電容量を示す信号を生成するために、干渉変調器を通る測定出力電流と相関させることができる。他の実施形態は、必要に応じて異なる演算を利用してもよいけれども、ある実施形態では、相関は、混合器回路または乗算器の使用を通じて実行され得ると共に、特定の実施形態では、2つの信号は、混合器を使用して乗算される。この実施形態では、混合器は、周知の利得kを有し、混合器からの電圧出力はそれ故に、
VMIXER = kIIMODVCORR      (18)
によって与えられる。
【０１４９】
入力電圧及び相関電圧信号が上の式によって与えられる場合、理想的な場合の混合器からの電圧出力は、次式によって与えられる。
【０１５０】
【数１０】
2011514262.tif 000012
【０１５１】
上の式では、混合器からの電圧出力は、定数項及び時間変化項の両方を含むことがわかる。混合器からの電圧出力は、時間変化項を低減するか、または排除するために、フィルタ処理され得ると共に、下記を生じさせる。
VFILTER = πfCIMODkV0V1      (20)
【０１５２】
フィルタからの合成電圧出力はそれ故に、干渉変調器の静電容量に比例する。上式内の残りの項は、周知であるので、干渉変調器の静電容量は、フィルタからの電圧出力に基づいて判定できる。
【０１５３】
上のように、相関波形が、入力電圧信号と直交するとき、出力は、測定された干渉変調器が「漏れやすく（leaky）」、それ故にそのインピーダンス内に抵抗成分を有するときでさえ、静電容量に比例する。相関信号が入力波形と同じ形状を有する実施形態では、出力は、干渉変調器のインピーダンスの抵抗成分に比例する。さまざまな相間信号を利用することによって、干渉変調器インピーダンスの抵抗及びリアクタンス測定値の両方が測定され得る。ある実施形態では、多重相関回路の使用を通じて、干渉変調器インピーダンスの抵抗及びリアクタンス成分が同時に測定され得る。
【０１５４】
上で述べられたように、周期的入力電圧は、任意の駆動信号と併せて印加され得ると共に、測定は、さまざまな電圧レベルにおける静電容量またはインピーダンスを判定するために、例えばDC電圧掃引と連動するなど、複数のDC電圧値で行うことができる。静電容量などの干渉変調器の性質は、干渉変調器の状態に応じて変化することもあるので、いろいろなDC電圧レベルにわたる静電容量測定が実行され得ると共に、次いで干渉変調器の作動または緩和に起因する静電容量の変化に注目することによって過渡電圧を識別するために使用され得る。
【０１５５】
他の実施形態では、入力及び相関電圧は、正弦波信号でなくてもよく、矩形波または三角波を含むが限定はされない、任意の他の種類の信号であり得る。特に、矩形波が利用されるときは、スイッチだけを利用する適切な混合器が提供され得ると共に、回路設計を簡略化する。
【０１５６】
図21は、相関回路構成をドライバ回路構成と統合する例となる回路270を概略的に描写する。この回路は、例えばMEMSベースの表示モジュールの一部を形成し得る。干渉変調器配列に関してここで論じられるけれども、他のMEMSデバイス及び/またはデバイスの配列が、同様に利用され得る。回路270は、干渉変調器配列272を駆動するように構成されるドライバ回路構成とともに干渉変調器配列272を備える。デジタル論理274は、静的(または準静的)駆動電圧を干渉変調器配列に提供するように構成されるデジタル/アナログ変換器276a及び276bを制御する。干渉変調器配列の個別の行及び列は、ある実施形態ではスイッチ278a及び278bによってアドレス指定され得る。
【０１５７】
ドライバ回路構成に加えて、回路270は、付加的な回路構成を備え、それは、例えば上で論じられた方法を行うために使用され得る。上で論じられた入力信号などの付加的な信号は、付加的なデジタル/アナログ変換器276cと併せて使用され得る直接デジタル合成ブロック280aによって生成され得る。干渉変調器を通る電流は、デジタル/アナログ変換器276dと併せて使用され得るトランスインピーダンス増幅器282によって測定され得る。トランスインピーダンス増幅器からの出力は、直接デジタル合成ブロック280bによってまたはデジタル/アナログ変換器によって生成される相関信号と、混合器284aによって混合され得る。上で論じられたように、フィルタ286aは、合成信号の周期的部分をフィルタにかけるために使用され得ると共に、アナログ/デジタル変換器288は、フィルタにかけられた合成信号、またはフィルタにかけられない合成信号をデジタル化するために使用され得る。他の実施形態では、混合器284bは、測定電流を例えば入力信号と混合するために使用され得ると共に、フィルタ286bは、信号をフィルタにかけるために使用され得る。
【０１５８】
他の測定はまた、混合器284bからの出力を使用して実行され得る。例えば、電流を乗算された混合器からの出力は、干渉変調器によって使用されている全電力を示す値をもたらすことになる。もしフィルタ286bからの出力が、電流を乗算されるならば、その結果は、干渉変調器配列272の1つまたは複数のデバイスによって利用される平均電力を示す値になるであろう。実際の電力使用か、または平均の電力使用を判定するように構成される測定回路構成は、電力使用に関するそのような情報の判定を提供するために、デバイス、特に携帯デバイスまたは電力消費が重要である他のデバイス内に統合され得る。
【０１５９】
ノイズ低減
スペクトル拡散技術は、他の干渉変調器特性の測定で同様に使用されてもよいけれども、別の実施形態では、スペクトル拡散技術が、干渉変調器の静電容量の測定で利用され得る。周知の入力パラメータが、システムに適用され得ると共に、合成出力信号が、出力パラメータを判定するために使用され得る。出力信号は、周知の入力パラメータだけでなく、このシステム内のどんな望ましくないノイズまたは干渉にもまた依存し、出力パラメータの測定を複雑にする。
【０１６０】
上で述べられたように、干渉変調器の静電容量の測定は、電流の測定を通じて実行され得ると共に、静電容量は、合成電流から計算され得る。合成静電容量は、例えば干渉変調器のヒステリシス曲線を判定するために使用され得る。測定電流は、ノイズまたは干渉によって影響を受ける可能性があるので、スペクトル拡散技術が、測定電流へのこのノイズまたは干渉の影響を最小限にするために利用され得る。測定電流を使用して判定される出力パラメータは、このノイズまたは干渉によって望ましくない影響を受けることになり、判定された出力パラメータの精度を低くする。
【０１６１】
一実施形態では、高いランダム性を有する周知の信号が、干渉変調器に印加される駆動電圧で変調される。ある実施形態では、周知の信号は、周知の疑似ランダム信号であり得る。他の実施形態では、周知の信号は、周知の信号を得るために測定される純粋にランダムな信号であり得る。図22Aは、干渉変調器を横断して印加されるべき変調された駆動電圧290を例示し、ここで駆動電圧は、周知のランダムまたは疑似ランダム信号で変調された。
【０１６２】
ノイズまたは干渉が実質的に少ししか存在しないか、または存在しない理想的な場合には、変調された駆動電圧290が干渉変調器を横断して印加されるとき、干渉変調器を通る合成電流は、図22Bの理想的な合成電流292によって与えられ得る。しかしながら、ノイズまたは干渉が信号への影響を有する実施形態では、合成電流は、図22Cの合成電流294によって与えられ得る。描写される実施形態では、DC電圧及び正弦波電圧の形における人工ノイズが、付加ノイズとして使用された。合成電流294は、ノイズまたは干渉に起因して、理想的電流292に対して正弦波形状及びDCオフセットを有することがわかる。所与の実施形態における特定の歪みは、ノイズまたは干渉の原因に応じて、合成電流の形状をいろいろな方法で変化させ得ると共に、形状及び影響において、よりランダムであり得る。
【０１６３】
合成電流は次いで、周知のランダムまたは疑似ランダム信号の影響を除去し、駆動電圧が周知のランダムまたは疑似ランダム信号で変調されなかった場合の出力を示す復調された信号を得るように復調され得る。駆動電圧を変調するために使用されるランダムまたは疑似ランダム信号は、設計によるかまたは測定によるかにかかわらず、周知であるので、復調信号は、変調信号に基づいて判定され得ると共に、それは、変調信号の影響を除去するために使用できる。この場合、静電容量は、電圧及び電流の時間積分に関連するので、変調信号の時間積分が判定されると共に、復調信号として使用され得る。
【０１６４】
図22Dは、変調信号の時間積分を復調信号として使用した理想的な合成電流292の復調から生じる理想的な復調された電流296を示す。図22Eは、合成電流294の復調から生じるノイズの多い復調された電流298、及びノイズの多い復調された電流298の時間平均299を示す。時間平均299は、付加ノイズの導入にもかかわらず、理想的な復調された電流296に非常に近いことがわかる。復調された電流298の時間平均299は、干渉変調器の静電容量を判定するために使用できる測定を提供する。
【０１６５】
変調信号に直接関係する復調された信号の使用と相まって、周知の変調信号の使用は、ランダムノイズに対してかなり影響を受けにくい合成測定を提供する。この合成電流は、上で論じられたそれらと似たやり方で干渉変調器の静電容量を判定するために、及び干渉変調器の他の特性を判定するために、駆動電圧と併せて使用できる。
【０１６６】
上で論じられたように、この方法は、干渉変調器表示デバイスなどの干渉変調器配列のドライバ回路構成と統合される構成要素によって実行され得る。加えて、変調及び復調のための関係のない疑似ランダム関数の適用は、出力への変化をもたらさない。それ故に、もし複数のそのような測定が、異なる直交疑似ランダム関数を使用して同じシステム内で同時に行われるならば、それらは、互いに干渉せず、複数の同時測定が同じシステム上で行われることを可能にする。例えば、配列内の複数干渉変調器画素の静電容量が、同時に測定され得る。
【０１６７】
上の実施形態及び上で論じられた方法のさまざまな組合せが、考えられる。例えば、スペクトル拡散技術は、ノイズまたは干渉の影響を最小限にするために多種多様な他の測定と併せて使用され得る。加えて、本明細書で述べられる試験の方法は、MEMSデバイスを試験する他の方法と組み合わせて使用され得る。
【０１６８】
実施形態に応じて、本明細書で述べられる任意の方法の行為または事象は、文章が具体的に、明瞭にそうでないと述べない限り、他の順序で行うことができると共に、追加され、合併され、または完全に省略されてもよい(例えば、すべての行為または事象が、方法の実施のために必要とは限らない)こともまた、認識されるべきである。
【０１６９】
上の詳細な説明は、さまざまな実施形態に応用されるような新規の特徴を示し、説明し、指摘したが、例示されるプロセスのデバイスの形及び詳細におけるさまざまな省略、置換、及び変更が、行われてもよい。本明細書で説明される特徴及び利益のすべてを提供しないある形が、作られてもよく、ある特徴が、他から離れて使用されまたは実施されてもよい。
【符号の説明】
【０１７０】
12a    緩和状態の干渉変調器
12b    作動状態の干渉変調器
14    可動反射層
14a    可動反射層
14b    可動反射層
16    光学スタック
16a    光学スタック
16b    光学スタック
18    支柱
19    既定ギャップ
20    透明基板
21    プロセッサ
22    配列ドライバ
24    行ドライバ回路
26    列ドライバ回路
27    ネットワークインターフェース
28    フレームバッファ
29    ドライバコントローラ
30    表示アレイまたはパネル
32    テザー
34    変形可能な層
40    表示デバイス
41    筐体
42    支持支柱プラグ
43    アンテナ
44    バス構造
45    スピーカ
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    調整用ハードウェア
100    3つの別個の領域を含むVのプロット
102    過渡前領域
104    過渡領域
104b    過渡領域
106    過渡後領域
107    勾配が干渉変調器の解放状態静電容量を示す領域
108a    最高ソース電流における模擬電圧
108b    特定のソース電流に対する模擬電圧
108c    初期ピークが作動電圧Vaに近づく模擬電圧
109    下方状態の干渉変調器の静電容量を示す勾配を有する領域
110    過渡前領域、過渡領域、過渡後領域を含むプロット
112    過渡前領域
114    過渡領域
116    過渡後領域
130    回路
132    電圧源
134    抵抗器
136    干渉変調器
140    電荷の関数としての干渉変調器の配列を横断する電圧のプロット
142    電荷が蓄積するにつれて干渉変調器を横断する電圧が増加する区分
144    作動期間
146    変調器の配列がすべて作動した後に電圧が増加し続ける区分
148    解放電圧が達せられるまで干渉変調器を横断する電圧が減少する区分
160    時間の関数としての干渉変調器を横断する電圧のプロット
172a    矩形駆動波形
172b    駆動波形
174b    測定電圧応答
176    時間について実質的に一定の電圧の期間
178    代替駆動信号
179a    上側電圧
179b    バイアス電圧
179c    下側電圧
180    回路
182    干渉変調器
184a    抵抗器
184b    抵抗器
184c    抵抗器
186    増幅器
190    代替回路
192    干渉変調器
194a    抵抗器
194b    抵抗器
194c    抵抗器
194d    抵抗器
194e    抵抗器
194f    抵抗器
196a    増幅器
196b    増幅器
198a    コンデンサ
198b    コンデンサ
200    別の代替回路
202    干渉変調器
204a    抵抗器
204b    抵抗器
204c    抵抗器
204d    抵抗器
204e    抵抗器
204f    抵抗器
204g    抵抗器
204h    抵抗器
204i    抵抗器
204j    抵抗器
204k    抵抗器
204l    抵抗器
206    増幅器
208    コンデンサ
210    信号発生器
212    信号分析モジュール
214    回路200の第1の段
216    回路200の第2の段
220    駆動電圧信号及び測定電流応答のプロット
222    駆動電圧信号
224    測定電流応答
226    測定電流応答内の第1のディップ
230    オシロスコープの出力のプロット
232    駆動正弦波電圧
234    測定電流応答
236    測定電流応答のFFT
238a    駆動周波数におけるピーク
238b    駆動周波数の第3の高調波におけるピーク
240    オシロスコープの出力のプロット
242    別の駆動正弦波電圧
244    測定電流応答
246    測定電流応答のFFT
248a    駆動周波数におけるピーク
248b    駆動周波数の高調波におけるピーク
248c    駆動周波数の高調波におけるピーク
248d    駆動周波数の高調波におけるピーク
248e    駆動周波数の高調波におけるピーク
248f    駆動周波数の高調波におけるピーク
248g    駆動周波数の高調波におけるピーク
248h    駆動周波数の高調波におけるピーク
250    干渉変調器のモデル
252    電圧源
254    抵抗器
256    干渉変調器
258    バネ
260    駆動電圧
262    測定電圧
266a    3×10-5Torrの圧力に対する電流応答を示す線
266b    3×10-5Torrの圧力に対する電流応答を示す線
268a    760Torrの圧力に対する電流応答を示す線
268b    1気圧の圧力に対する電流応答を示す線
270    回路
272    干渉変調器配列
274    デジタル論理
276a    デジタル/アナログ変換器
276b    デジタル/アナログ変換器
276c    デジタル/アナログ変換器
276d    デジタル/アナログ変換器
278a    スイッチ
278b    スイッチ
280a    直接デジタル合成ブロック
280b    直接デジタル合成ブロック
282    トランスインピーダンス増幅器
284a    混合器
284b    混合器
286a    フィルタ
286b    フィルタ
290    変調された駆動電圧
292    理想的な合成電流
294    合成電流
296    理想的な復調された電流
298    ノイズのある復調された電流
299    ノイズのある復調された電流の時間平均
【図１】
2011514262.tif 000013
【図２】
2011514262.tif 000014
【図３】
2011514262.tif 000015
【図４】
2011514262.tif 000016
【図５Ａ】
2011514262.tif 000017
【図５Ｂ】
2011514262.tif 000018
【図６Ａ】
2011514262.tif 000019
【図６Ｂ】
2011514262.tif 000020
【図７Ａ】
2011514262.tif 000021
【図７Ｂ】
2011514262.tif 000022
【図７Ｃ】
2011514262.tif 000023
【図７Ｄ】
2011514262.tif 000024
【図７Ｅ】
2011514262.tif 000025
【図８Ａ】
2011514262.tif 000026
【図８Ｂ】
2011514262.tif 000027
【図８Ｃ】
2011514262.tif 000028
【図９】
2011514262.tif 000029
【図１０】
2011514262.tif 000030
【図１１Ａ】
2011514262.tif 000031
【図１１Ｂ】
2011514262.tif 000032
【図１２Ａ】
2011514262.tif 000033
【図１２Ｂ】
2011514262.tif 000034
【図１２Ｃ】
2011514262.tif 000035
【図１３Ａ】
2011514262.tif 000036
【図１３Ｂ】
2011514262.tif 000037
【図１３Ｃ】
2011514262.tif 000038
【図１４】
2011514262.tif 000039
【図１５Ａ】
2011514262.tif 000040
【図１５Ｂ】
2011514262.tif 000041
【図１６】
2011514262.tif 000042
【図１７Ａ】
2011514262.tif 000043
【図１７Ｂ】
2011514262.tif 000044
【図１７Ｃ】
2011514262.tif 000045
【図１７Ｄ】
2011514262.tif 000046
【図１７Ｅ】
2011514262.tif 000047
【図１８Ａ】
2011514262.tif 000048
【図１８Ｂ】
2011514262.tif 000049
【図１８Ｃ】
2011514262.tif 000050
【図１８Ｄ】
2011514262.tif 000051
【図１８Ｅ】
2011514262.tif 000052
【図１８Ｆ】
2011514262.tif 000053
【図１９Ａ】
2011514262.tif 000054
【図１９Ｂ】
2011514262.tif 000055
【図１９Ｃ】
2011514262.tif 000056
【図１９Ｄ】
2011514262.tif 000057
【図１９Ｅ】
2011514262.tif 000058
【図２０Ａ】
2011514262.tif 000059
【図２０Ｂ】
2011514262.tif 000060
【図２１】
2011514262.tif 000061
【図２２Ａ】
2011514262.tif 000062
【図２２Ｂ】
2011514262.tif 000063
【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２２Ｅ】
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【国際調査報告】
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2011514262.tif 000068
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