(57)【要約】  アナログ干渉変調器の作動を較正および制御するためのシステム、デバイス、および方法が、本明細書で説明される。アナログ干渉変調器の可動層の電極は、駆動電圧を受け取るための部分と、電気的に絶縁された部分とを含むことができる。電気的に絶縁された部分からの電荷を感知することができ、可動層の位置を決定するために、または駆動電圧にフィードバックを提供するために使用することができる。
2015501006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のディスプレイ要素であって、前記ディスプレイ要素の各々が、第1の部分と、第2の部分とを含む、少なくとも1つの電極を含み、前記第1の部分と前記第2の部分が、容量的に結合される、複数のディスプレイ要素と、
前記複数のディスプレイ要素の各々の前記電極の前記第1の部分に電圧を印加するように構成されたドライバと、
前記電極の前記第2の部分に結合された積分器と
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２】
前記積分器が、前記可動電極の前記第2の部分に結合された入力端子と、前記ディスプレイ要素のうちの1つの前記電極の前記第2の部分における電荷の変化を示す電圧を出力するように構成された出力端子とを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
各ディスプレイ要素が、可動電極を含み、前記可動電極が、前記第1の部分と、前記第2の部分とを含み、電荷の前記変化が、前記可動電極の位置の変化によって引き起こされる、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記ドライバが、スイッチを介して、前記第1の部分に結合される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
ディスプレイアレイをさらに含み、前記複数のディスプレイ要素が、前記ディスプレイアレイの列に沿って配列される、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
複数の積分器をさらに含み、前記積分器の各々が、前記アレイのそれぞれの列に結合される、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記複数のディスプレイ要素の各々が、干渉変調器を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記積分器が、演算増幅器と、積分コンデンサとを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記積分コンデンサの両端に結合されたリセットスイッチをさらに含む、請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
前記ディスプレイ要素の各々が、2つの固定電極と、可動電極とを含み、各ディスプレイ要素の前記可動電極が、前記第1の部分と、前記第2の部分とを含み、前記可動電極が、前記2つの固定電極の間で偏向するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信し、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デバイスとをさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
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ドライバ回路と、
前記画像データの少なくとも一部を前記ドライバ回路に送るように構成されたコントローラとをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
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ソースモジュールをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１４】
前記画像ソースモジュールが、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも1つを含む、請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
入力データを受信し、前記プロセッサに前記入力データを通信するように構成された入力デバイスをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１６】
前記積分器の前記出力に結合されたフィードバックモジュールをさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項１７】
ディスプレイ要素を駆動する方法であって、
第1の電圧を少なくとも1つの固定導電層に印加するステップと、
前記少なくとも1つの固定導電層に対して可動導電層を動かすために、第2の電圧を前記可動導電層に印加するステップと、
前記ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するステップと、
前記感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記可動導電層の位置変化を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記導電部が、前記可動導電層に機械的に結合される、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記ディスプレイ要素が、複数のディスプレイ要素のうちの1つであり、前記複数のディスプレイ要素が、アレイに配列される、請求項17に記載の方法。
【請求項２０】
前記電圧を印加するステップが、前記1つのディスプレイ要素を含む前記アレイの列において駆動電圧をアサートするステップと、前記1つのディスプレイ要素を含む前記アレイの行においてゲート電圧をアサートするステップとを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記第1の電圧が、固定される、請求項17に記載の方法。
【請求項２２】
前記第1の電圧を第1の固定導電層に印加するステップと、第3の電圧を第2の固定導電層に印加するステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項２３】
前記第3の電圧が、グランドである、請求項22に記載の方法。
【請求項２４】
前記可動導電層が、前記第1の固定導電層と前記第2の固定導電層との間に配置される、請求項22に記載の方法。
【請求項２５】
電荷の前記変化が、1つまたは複数のディスプレイ要素の動作を較正するために蓄積される、請求項17に記載の方法。
【請求項２６】
ディスプレイ要素を駆動する方法であって、
第1の電圧を少なくとも第1の導電層に印加するステップと、
ディスプレイ要素状態に変化を生じさせるために、第2の電圧を第2の導電層に印加するステップと、
前記ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するステップと、
ディスプレイ要素状態に別の変化を生じさせるために、前記感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記第2の電圧を調整するステップと
を含む方法。
【請求項２７】
前記ディスプレイ要素が、複数のディスプレイ要素のうちの1つであり、前記複数のディスプレイ要素が、アレイに配列される、請求項26に記載の方法。
【請求項２８】
前記電圧を印加するステップが、前記1つのディスプレイ要素を含む前記アレイの列において駆動電圧をアサートするステップと、前記1つのディスプレイ要素を含む前記アレイの行においてゲート電圧をアサートするステップとを含む、請求項27に記載の方法。
【請求項２９】
電荷の前記変化を感知するステップが、前記導電部からの、または前記導電部への電荷移動を積分するステップを含む、請求項26に記載の方法。
【請求項３０】
ディスプレイ要素状態の前記変化が、可動電極の位置の変化を含む、請求項26に記載の方法。
【請求項３１】
第1の電圧を少なくとも第1の導電層に印加するための手段と、
ディスプレイ要素状態に変化を生じさせるために、第2の電圧を第2の導電層に印加するための手段と、
前記ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するための手段と
を備えるディスプレイ装置。
【請求項３２】
第1の電圧を印加するための前記手段が、固定電圧源を備える、請求項31に記載のディスプレイ装置。
【請求項３３】
第2の電圧を印加するための前記手段が、可変電圧源を備える、請求項31に記載のディスプレイ装置。
【請求項３４】
第2の電圧を印加するための前記手段が、前記可変電圧源に結合されたデータラインを備える、請求項33に記載のディスプレイ装置。
【請求項３５】
電荷の変化を感知するための前記手段が、積分器を含む、請求項31に記載のディスプレイ装置。
【請求項３６】
前記感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記第2の電圧を調整するための手段をさらに含む、請求項31に記載のディスプレイ装置。
【請求項３７】
前記ディスプレイ要素が、可動導電部を備え、前記導電部が、可動導電層に機械的に結合される、請求項31に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アナログ干渉変調器のための、および２つの他の導体の間に配置された可動導体の位置を検出するための、駆動方式および較正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械システム(EMS)は、電気的および機械的要素と、アクチュエータと、トランスデューサと、センサーと、光学的構成要素(例えば、ミラー)と、電子回路とを有するデバイスを含む。電気機械システムは、限定はしないが、マイクロスケールおよびナノスケールを含む、様々なスケールで製造され得る。例えば、微小電気機械システム(MEMS:microelectromechanical system)デバイスは、約1ミクロンから数百ミクロン以上に及ぶサイズを有する構造を含むことができる。ナノ電気機械システム(NEMS:nanoelectromechanical system)デバイスは、例えば、数百ナノメートルよりも小さいサイズを含む、1ミクロンよりも小さいサイズを有する構造を含むことができる。電気および電気機械デバイスを形成するために、堆積、エッチング、リソグラフィを使用して、ならびに/あるいは、基板および/または堆積された材料層の部分をエッチング除去するかまたは層を追加する、他の微細加工プロセスを使用して、電気機械要素が作成され得る。
【０００３】
1つのタイプのEMSデバイスは干渉変調器(IMOD:interferometric modulator)と呼ばれる。本明細書で使用する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/または反射するデバイスを指す。いくつかの実施態様では、干渉変調器は伝導性プレートのペアを含み得、そのペアの一方または両方は、全体的にまたは部分的に、透明でおよび/または反射性であり、適切な電気信号の印加時の相対運動が可能であり得る。一実施態様では、一方のプレートは、基板上に堆積された固定層を含み得、他方のプレートは、エアギャップによって固定層から分離された反射膜を含み得る。別のプレートに対するあるプレートの位置は、干渉変調器に入射する光の光学干渉を変化させることがある。干渉変調器デバイスは、広範囲の適用例を有しており、特にディスプレイ能力がある製品の場合、既存の製品を改善し、新しい製品を作成する際に使用されることが予期される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のシステム、方法およびデバイスは、それぞれいくつかの態様を有し、それらのうちの単一の態様が、単独で、本明細書で開示するその望ましい属性を担当するとは限らない。
【０００５】
本開示で説明される本発明の革新的な一態様は、ディスプレイ装置において実施することができる。装置は、複数のディスプレイ要素を含み、ディスプレイ要素の各々は、第1の部分と、第2の部分とを含む、少なくとも1つの電極を含み、第1の部分と第2の部分は、容量的に結合される。ドライバが、複数のディスプレイ要素の各々の電極の第1の部分に電圧を印加するように構成される。積分器が、電極の第2の部分に結合される。
【０００６】
本開示で説明される本発明の別の革新的な態様は、ディスプレイ要素を駆動する方法において実施することができる。方法は、第1の電圧を少なくとも1つの固定導電層に印加するステップと、少なくとも1つの固定導電層に対して可動導電層を動かすために、第2の電圧を可動導電層に印加するステップと、ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するステップと、感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、可動導電層の位置変化を決定するステップとを含む。
【０００７】
別の革新的な態様では、ディスプレイ要素を駆動する方法は、第1の電圧を少なくとも第1の導電層に印加するステップと、ディスプレイ要素状態に変化を生じさせるために、第2の電圧を第2の導電層に印加するステップと、ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するステップと、ディスプレイ要素状態に別の変化を生じさせるために、感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、第2の電圧を調整するステップとを含む。
【０００８】
別の革新的な態様では、ディスプレイ装置は、第1の電圧を少なくとも第1の導電層に印加するための手段と、ディスプレイ要素状態に変化を生じさせるために、第2の電圧を第2の導電層に印加するための手段と、ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するための手段とを含む。
【０００９】
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実施態様の詳細が、添付の図面および下記の説明において示されている。本開示で提供される例は、主として、電気機械システム(EMS)および微小電気機械システム(MEMS)ベースのディスプレイに関して説明されるが、本明細書で提供される概念は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオード(「OLED」)ディスプレイ、および電界放出ディスプレイなどの、他のタイプのディスプレイにも適用することができる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。添付の図の相対寸法は一定の縮尺で描かれていないことがあることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】2つの異なる状態における干渉変調器(IMOD)ディスプレイデバイスのピクセルを示す等角図の一例である。
【図１Ｂ】2つの異なる状態における干渉変調器(IMOD)ディスプレイデバイスのピクセルを示す等角図の一例である。
【図２】光MEMSディスプレイデバイスのための駆動回路アレイを示す概略回路図の一例である。
【図３】図2の駆動回路および関連するディスプレイ要素の構造の一実施態様を示す部分断面概略図の一例である。
【図４】干渉変調器アレイと、回路網が埋め込まれたバックプレートとを有する光MEMSディスプレイデバイスの部分分解斜視概略図の一例である。
【図５】2つの固定層、および可動の第3の層を有する干渉変調器の一実施態様の断面図である。
【図６】図5の構造を有する光EMSディスプレイデバイスのための駆動回路アレイを示す概略回路図の一例である。
【図７Ａ】材料のスタックを示す図5の干渉変調器の2つの固定層および可動層の断面図である。
【図７Ｂ】材料のスタックを示す図5の干渉変調器の2つの固定層および可動層の断面図である。
【図７Ｃ】材料のスタックを示す図5の干渉変調器の2つの固定層および可動層の断面図である。
【図８】図5に示す干渉変調器および電圧源の概略図である。
【図９Ａ】2つの電気的に絶縁された部分を有する電極の上面図を示す図である。
【図９Ｂ】2つの電気的に絶縁された部分を有する別の電極の上面図を示す図である。
【図１０】図5の干渉変調器において実施される図9Aおよび図9Bの電極の概略図である。
【図１１】2つの固定導電層の間に配置された可動導電層の位置を決定するためのプロセスのフロー図である。
【図１２】図9Aの電極にフィードバックを提供するように構成された電荷移動センサーを示す図である。
【図１３】各変調器の中間層を位置付けるための電荷感知およびフィードバックを含む、干渉変調器のアレイを示す図である。
【図１４】2つの固定導電層の間に配置された可動導電層を駆動するために使用される駆動電圧を調整するためのプロセスのフロー図である。
【図１５】図9Aの電極にフィードバックを提供するように構成された電荷移動センサーの別の実施態様を示す図である。
【図１６Ａ】複数の干渉変調器を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例である。
【図１６Ｂ】複数の干渉変調器を含むディスプレイデバイスを示すシステムブロック図の一例である。
【図１７】光学MEMSディスプレイを有する電子デバイスの概略分解斜視図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
様々な図面中の同様の参照番号および名称は同様の要素を示す。
【００１２】
下記の説明は、本開示の革新的な態様を説明することを目的とする、いくつかの実施態様に関する。しかし、本明細書の教示が多数の異なる方法で適用され得ることを当業者は容易に理解されよう。説明する実施態様は、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)、およびテキストであろうと、グラフィックであろうと、絵であろうと、画像を表示するように構成することができる任意のデバイスまたはシステムにおいて実施され得る。より具体的には、説明する実施態様は、限定はしないが、携帯電話、マルチメディアインターネット対応セルラー電話、モバイルテレビジョン受信機、ワイヤレスデバイス、スマートフォン、Bluetooth(登録商標)デバイス、携帯情報端末(PDA)、ワイヤレス電子メール受信機、ハンドヘルドまたはポータブルコンピュータ、ネットブック、ノートブック、スマートブック、タブレット、プリンタ、コピー機、スキャナ、ファクシミリデバイス、GPS受信機/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、クロック、計算器、テレビジョンモニタ、フラットパネルディスプレイ、電子リーディングデバイス(すなわち、電子リーダー)、コンピュータモニタ、自動車ディスプレイ(オドメータディスプレイおよびスピードメータディスプレイを含む)、コックピットコントロールおよび/またはディスプレイ、カメラビューディスプレイ(車両における後部ビューカメラのディスプレイなど)、電子写真、電子ビルボードまたは標示、プロジェクタ、アーキテクチャ構造物、電子レンジ、冷蔵庫、ステレオシステム、カセットレコーダーまたはプレーヤ、DVDプレーヤ、CDプレーヤ、VCR、ラジオ、ポータブルメモリチップ、洗濯機、乾燥機、洗濯機/乾燥機、パーキングメーター、パッケージング(電気機械システム(EMS)、微小電気機械システム(MEMS)および非MEMSアプリケーションなどの)、審美構造物(例えば、1つの宝飾品上の画像のディスプレイ)、ならびに様々なEMSデバイスなど、様々な電子デバイス中に含まれるかまたはそれらに関連付けられ得ると考えられる。また、本明細書の教示は、限定はしないが、電子スイッチングデバイス、無線周波フィルタ、センサー、加速度計、ジャイロスコープ、動き感知デバイス、磁力計、コンシューマーエレクトロニクスのための慣性構成要素、コンシューマーエレクトロニクス製品の部品、バラクタ、液晶デバイス、電気泳動デバイス、駆動方式、製造プロセスおよび電子テスト機器など、非ディスプレイ適用例において使用され得る。したがって、本教示は、単に図に示す実施態様に限定されるものではなく、代わりに、当業者に直ちに明らかになるであろう広い適用性を有する。
【００１３】
本明細書で説明されるいくつかの方法およびデバイスは、アナログ干渉変調器の実施態様に関する。アナログ干渉変調器は、異なる光学的特性を有する異なる位置の範囲にわたって駆動され得る、可動ミラー層を含むことができる。様々な光学的状態を達成するために、アナログ干渉変調器の可動ミラー層の位置を較正および制御するための、方法およびシステムが開示される。いくつかの実施態様では、可動層は、2つの隣接する電極を含む。電極の一方は、感知電極として使用され、感知電極における電荷の変化が、積分器に送られる。積分器の出力は、駆動電圧に応答して可動層の位置を制御するために、フィードバックループにおいて使用することができる。これらの実施態様では、フィードバックループは、感知電極からの感知された電荷移動に基づいて、可動層の位置を感知する。感知された位置に応答して、可動層を所望の位置に位置付けるために、可動層の駆動電極に印加される電圧が調整される。いくつかの実施態様は、より多数または少数の電極を含み、可動電極を含むことがあり、または含まないことがある。本明細書で説明される態様は、変化する表示状態とともに変化する容量態様を有する、任意のタイプのディスプレイ要素に適用可能とすることができる。
【００１４】
本開示で説明する主題の特定の実施態様は、下記の潜在的な利点のうちの1つまたは複数を実現するように実施され得る。本明細書で開示されるシステムおよび方法は、迅速で正確な変調器位置付けを可能にすることができ、アレイの変調器の物理的特性が製作公差に関連する性能差を含む場合であっても、ディスプレイデバイス内において変調器の高性能アレイを生み出す能力を高めることができる。
【００１５】
説明する実施態様が適用され得る好適なEMSまたはMEMSデバイスの一例は、反射型ディスプレイデバイスである。反射型ディスプレイデバイスは、光学干渉の原理を使用してそれに入射する光を選択的に吸収および/または反射するために干渉変調器(IMOD)を組み込むことができる。IMODは、吸収器、吸収器に対して可動である反射体、ならびに吸収器と反射体との間に画定された光共振キャビティを含むことができる。反射体は、2つ以上の異なる位置に移動され得、これは、光共振キャビティのサイズを変化させ、それにより干渉変調器の反射率に影響を及ぼすことがある。IMODの反射スペクトルは、かなり広いスペクトルバンドをもたらすことができ、そのスペクトルバンドは、異なる色を生成するために可視波長にわたってシフトされ得る。スペクトルバンドの位置は、光共振キャビティの厚さを変更することによって調節され得る。光共振キャビティを変化させる1つの方法は、反射器の位置を変化させることによる。
【００１６】
図1Aおよび図1Bは、2つの異なる状態における干渉変調器(IMOD)ディスプレイデバイスのピクセルを示す等角図の例を示す。IMODディスプレイデバイスは、1つまたは複数の干渉MEMSディスプレイ要素を含む。これらのデバイスでは、MEMSディスプレイ要素のピクセルが、明状態または暗状態のいずれかにあることがある。明(「緩和」、「開」または「オン」)状態では、ディスプレイ要素は、例えば、ユーザに、入射可視光の大部分を反射する。逆に、暗(「作動」、「閉」または「オフ」)状態では、ディスプレイ要素は入射可視光をほとんど反射しない。いくつかの実施態様では、オン状態の光反射特性とオフ状態の光反射特性は逆にされ得る。MEMSピクセルは、黒および白に加えて、主に、カラーディスプレイを可能にする特定の波長において、反射するように構成され得る。
【００１７】
IMODディスプレイデバイスは、IMODの行/列アレイを含むことができる。各IMODは、(光ギャップまたはキャビティとも呼ばれる)エアギャップを形成するように互いから可変で制御可能な距離をおいて配置された反射層のペア、すなわち、可動反射層と固定部分反射層とを含むことができる。可動反射層は、少なくとも2つの位置の間で移動され得る。第1の位置、すなわち、緩和位置では、可動反射層は、固定部分反射層から比較的大きい距離をおいて配置され得る。第2の位置、すなわち、作動位置では、可動反射層は、部分反射層により近接して配置され得る。それら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、強め合うようにまたは弱め合うように干渉し、各ピクセルについて全反射状態または無反射状態のいずれかを引き起こすことがある。いくつかの実施態様では、IMODは、作動していないときに反射状態にあり、可視スペクトル内の光を反射し得、また、作動しているときに暗状態にあり、可視範囲内の光を吸収し、および/または弱め合うように干渉し得る。いくつかの他の実施態様では、しかしながら、IMODは、作動していないときに暗状態にあり得、作動しているときに反射状態にあり得る。いくつかの実施態様では、印加電圧の導入が、状態を変更するようにピクセルを駆動し得る。いくつかの他の実施態様では、印加電荷が、状態を変更するようにピクセルを駆動し得る。
【００１８】
図1Aおよび図1B中の図示のピクセルは、IMOD12の2つの異なる状態を示す。図1AのIMOD12では、可動反射層14が、部分反射層を含む光学スタック16からの所定の距離における緩和位置に示されている。図1Aでは、IMOD12の両端間に電圧が印加されていないため、可動反射層14は、緩和状態または非作動状態のままである。図1BのIMOD12では、可動反射層14が、光学スタック16に隣接する作動位置に示されている。図1B中のIMOD12の両端間に印加された電圧Vactuateは、可動反射層14を作動位置に作動させるのに十分である。
【００１９】
図1では、ピクセル12の反射特性が、概して、ピクセル12に入射する光13と、左側のピクセル12から反射する光15とを示す矢印を用いて示されている。ピクセル12に入射する光13の大部分は透明基板20を透過され、光学スタック16に向かうことになることを、当業者なら容易に認識されよう。光学スタック16に入射する光の一部分は光学スタック16の部分反射層を透過されることになり、一部分は反射され、透明基板20を通って戻ることになる。光学スタック16を透過された光13の部分は、可動反射層14において反射され、透明基板20に向かって(およびそれを通って)戻ることになる。光学スタック16の部分反射層から反射された光と可動反射層14から反射された光との間の(強め合うまたは弱め合う)干渉が、ピクセル12から反射される光15の波長を決定することになる。
【００２０】
光学スタック16は、単一の層またはいくつかの層を含むことができる。その層は、電極層と、部分反射および部分透過層と、透明な誘電体層とのうちの1つまたは複数を含むことができる。いくつかの実施態様では、光学スタック16は、電気伝導性であり、部分的に透明で、部分的に反射性であり、例えば、透明基板20上に上記の層のうちの1つまたは複数を堆積させることによって、作製され得る。電極層は、様々な金属、例えば酸化インジウムスズ(ITO)など、様々な材料から形成され得る。部分反射層は、クロム(Cr)、半導体、および誘電体などの様々な金属など、部分的に反射性である様々な材料から形成され得る。部分反射層は、材料の1つまたは複数の層から形成され得、それらの層の各々は、単一の材料または材料の組合せから形成され得る。いくつかの実施態様では、光学スタック16は、光吸収体と導体の両方として働く、金属または半導体の単一の半透明の膜(thickness)を含むことができるが、(例えば、光学スタック16の、またはIMODの他の構造の)異なる、電気的により伝導性の高い層または部分が、IMODピクセル間で信号をバスで運ぶ(bus)ように働くことができる。光学スタック16は、1つまたは複数の伝導性層または電気伝導性/光吸収層をカバーする、1つまたは複数の絶縁層または誘電体層をも含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施態様では、下側電極16は、各画素で接地される。いくつかの実施態様では、これは、基板上に連続的な光学スタック16を堆積させ、堆積された層の外周でシート全体を接地することによって達成され得る。いくつかの実施態様では、アルミニウム(Al)などの高伝導性および反射性材料が可動反射層14のために使用され得る。可動反射層14は、ポスト18の上面、およびポスト18間に堆積された介在する犠牲材料の上面に堆積された1つまたは複数の金属層として形成され得る。犠牲材料がエッチング除去されると、画定されたギャップ19または光キャビティが可動反射層14と光学スタック16との間に形成され得る。いくつかの実施態様では、ポスト18間の間隔は約1〜1000μmであり得、ギャップ19は約10,000オングストローム(Å)未満であり得る。
【００２２】
いくつかの実施態様では、IMODの各ピクセルは、作動状態にあろうと緩和状態にあろうと、本質的に、固定反射層および可動反射層によって形成されるキャパシタである。電圧が印加されないとき、可動反射層14aは、図1A中のピクセル12によって示されるように、機械的に緩和した状態にとどまり、可動反射層14と光学スタック16との間にはギャップ19が存在する。しかしながら、電位差、例えば電圧が、可動反射層14および光学スタック16のうちの少なくとも1つに印加されたとき、対応するピクセルに形成されたキャパシタは帯電し、静電力がそれらの電極を引き合わせる。印加された電圧がしきい値を超える場合、可動反射層14は、変形し、光学スタック16の近くにまたはそれに対して移動することができる。光学スタック16内の誘電体層(図示せず)が、図1B中の作動ピクセル12によって示されるように、短絡を防ぎ、層14と層16との間の分離距離を制御し得る。その挙動は、印加電位差の極性にかかわらず同じである。いくつかの事例ではアレイ中の一連のピクセルが「行」または「列」と呼ばれることがあるが、ある方向を「行」と呼び、別の方向を「列」と呼ぶことは恣意的であることを、当業者は容易に理解されよう。言い換えれば、いくつかの配向では、行は列と見なされ得、列は行であると見なされ得る。さらに、ディスプレイ要素は、直交する行および列に一様に配置されるか(「アレイ」)、または、例えば、互いに対して一定の位置オフセットを有する、非線形構成で配置され得る(「モザイク」)。「アレイ」および「モザイク」という用語は、いずれかの構成を指し得る。したがって、ディスプレイは、「アレイ」または「モザイク」を含むものとして言及されるが、その要素自体は、いかなる事例においても、互いに直交して配置される必要がなく、または一様な分布で配設される必要がなく、非対称形状および不均等に分布された要素を有する配置を含み得る。
【００２３】
いくつかの実施態様では、一連のIMOD内またはIMODのアレイ内の光学スタック16は、ディスプレイデバイスのIMODの一方の側に共通電圧を与える共通電極として機能し得る。可動反射層14は、以下でさらに説明するように、例えば、行列状に配置された別個のプレートのアレイとして形成され得る。別個のプレートは、IMODを駆動するための電圧信号が供給され得る。
【００２４】
上記に記載した原理に従って動作する干渉変調器の構造の詳細は、大きく異なり得る。例えば、各IMODの可動反射層14は、コーナーのみにおいて、例えば、テザーに対して支持するように取り付けられ得る。図3に示すように、平坦で、比較的強固な反射層14が、フレキシブルな金属から形成され得る変形可能層34から吊るされ得る。このアーキテクチャは、変調器の電気機械的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、互いとは無関係に選択され、機能することを可能にする。したがって、反射層14のために使用される構造設計および材料は、光学的特性に関して最適化され得、変形可能層34のために使用される構造設計および材料は、所望の機械的特性に関して最適化され得る。例えば、反射層14の部分は、アルミニウムであり得、変形可能層34の部分は、ニッケルであり得る。変形可能層34は、変形可能層34の外周の周りで基板20に直接または間接的に接続し得る。これらの接続は、支持ポスト18を形成し得る。
【００２５】
図1Aから図1Bに示す実施態様などの実施態様では、IMODは直視型デバイスとして機能し、直視型デバイスでは、画像が、透明基板20の正面、すなわち、変調器が配置された面の反対の面から、閲覧される。これらの実施態様では、デバイスの背面部分(すなわち、例えば、図3に示す変形可能層34を含む、可動反射層14の背後のディスプレイデバイスの任意の部分)は、反射層14がデバイスのそれらの部分を光学的に遮蔽するので、ディスプレイデバイスの画質に影響を及ぼすことまたは悪影響を及ぼすことなしに、構成され、作用され得る。例えば、いくつかの実施態様では、バス構造(図示せず)が可動反射層14の背後に含まれ得、これは、電圧アドレス指定およびそのようなアドレス指定に起因する移動など、変調器の電気機械的特性から変調器の光学的特性を分離する能力を与える。
【００２６】
図2は、光MEMSディスプレイデバイスのための駆動回路アレイ200を示す概略回路図の一例を示す。駆動回路アレイ200は、ディスプレイアレイアセンブリ(assembly：組立品)のディスプレイ要素D11〜Dmnに画像データを与えるためのアクティブマトリクスアドレッシング方式を実施するために使用され得る。
【００２７】
駆動回路アレイ200は、データドライバ210、ゲートドライバ220、第1〜第mのデータラインDL1〜DLm、第1〜第nのゲートラインGL1〜GLn、およびスイッチまたはスイッチング回路S11〜Smnを含む。データラインDL1〜DLmの各々は、データドライバ210から延在し、スイッチS11〜S1n、S21〜S2n、...、Sm1〜Smnのそれぞれの列に電気的に接続される。ゲートラインGL1〜GLnの各々は、ゲートドライバ220から延在し、スイッチS11〜Sm1、S12〜Sm2、...、S1n〜Smnのそれぞれの行に電気的に接続される。スイッチS11〜Smnは、データラインDL1〜DLmのうちの1つと、ディスプレイ要素D11〜Dmnのそれぞれの1つとの間に電気的に結合され、ゲートドライバ220からゲートラインGL1〜GLnのうちの1つを介してスイッチング制御信号を受信する。スイッチS11〜Smnは、単一のFETトランジスタとして示されているが、(両方向の電流フローのための)2つのトランジスタトランスミッションゲート、または機械的MEMSスイッチなどの様々な形態をとることができる。
【００２８】
データドライバ210は、ディスプレイの外部から画像データを受信することができ、画像データを、行ごとの基準で、電圧信号の形態で、データラインDL1〜DLmを介してスイッチS11〜Smnに与えることができる。ゲートドライバ220は、ディスプレイ要素D11〜Dm1、D12〜Dm2、...、D1n〜Dmnの選択された行に関連付けられたスイッチS11〜Sm1、S12〜Sm2、...、S1n〜Smnをオンにすることによって、ディスプレイ要素D11〜Dm1、D12〜Dm2、...、D1n〜Dmnの特定の行を選択することができる。選択された行のスイッチS11〜Sm1、S12〜Sm2、...、S1n〜Smnが、オンにされているとき、データドライバ210からの画像データは、ディスプレイ要素D11〜Dm1、D12〜Dm2、...、D1n〜Dmnの選択された行に渡される。
【００２９】
動作中に、ゲートドライバ220は、ゲートラインGL1〜GLnのうちの1つを介して、選択された行のスイッチS11〜Smnのゲートに電圧信号を与えることができ、それによりスイッチS11〜Smnをオンにする。データドライバ210が、デーラインDL1〜DLmのすべてに画像データを与えた後、選択された行のS11〜Smnは、ディスプレイ要素D11〜Dm1、D12〜Dm2、...、D1n〜Dmnの選択された行に画像データを与えるために、オンにされ得、それにより画像の一部を表示する。例えば、行内の作動されるべきピクセルに関連付けられたデータラインDLは、例えば、10ボルト(正または負であり得る)に設定され得、行内の開放されるべきピクセルに関連付けられたデータラインDLは、例えば、0ボルトに設定され得る。次いで、所与の行のためのゲートラインGLが、その行内のスイッチをオンにし、選択されたデータライン電圧をその行の各ピクセルに印加して、アサートされる。これは、印加された10ボルトを有するピクセルを充電および作動させ、印加された0ボルトを有するピクセルを放電および開放する。次いで、スイッチS11〜Smnは、オフにされ得る。スイッチがオフにされたとき、作動されたピクセル上の電荷は、絶縁体およびオフ状態のスイッチを介するいくらかの漏れを除いて、保持されることになるので、ディスプレイ要素D11〜Dm1、D12〜Dm2、...、D1n〜Dmnは、画像データを保持することができる。一般に、この漏れは、データの別のセットが行に書き込まれるまで、ピクセル上の画像データを保持するのに十分なほど少ない。これらのステップは、行のすべてが選択され、画像データがそこに与えられるまで、各後続の行に繰り返され得る。図2の実施態様では、下側電極16は、各ピクセルで接地される。いくつかの実施態様では、これは、基板上に連続的な光学スタック16を堆積させ、堆積された層の外周でシート全体を接地することによって達成され得る。図3は、図2の駆動回路および関連するディスプレイ要素の構造の一実施態様を示す部分断面概略図の一例である。
【００３０】
図3は、図2の駆動回路および関連するディスプレイ要素の構造の一実施態様を示す部分断面概略図の一例を示す。駆動回路アレイ200の部分201は、第2の列および第2の行のスイッチS22と、関連するディスプレイ要素D22とを含む。図示の実施態様では、スイッチS22は、トランジスタ80を含む。駆動回路アレイ200内の他のスイッチは、スイッチS22と同様の構成を有し得る。
【００３１】
図3は、ディスプレイアレイアセンブリ110の一部、およびバックプレート120の一部も含む。ディスプレイアレイアセンブリ110の一部は、図2のディスプレイ要素D22を含む。ディスプレイ要素D22は、前面基板20の一部、前面基板20上に形成された光学スタック16の一部、光学スタック16上に形成された支持体18、支持体18によって支持された可動電極14/34、および、可動電極14/34をバックプレート120の1つまたは複数の構成要素に接続する相互接続部126を含む。
【００３２】
バックプレート120の一部は、バックプレート120に埋め込まれた図2の第2のデータラインDL2およびスイッチS22を含む。バックプレート120の一部は、少なくとも部分的にその中に埋め込まれた第1の相互接続部128および第2の相互接続部124も含む。第2のデータラインDL2は、バックプレート120を通って実質的に水平に延在する。スイッチS22は、トランジスタ80を含み、トランジスタ80は、ソース82、ドレイン84、ソース82とドレイン84との間のチャネル86、および、チャネル86の上にあるゲート88を有する。トランジスタ80は、薄膜トランジスタ(TFT)または金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)であり得る。トランジスタ80のゲートは、バックプレート120を通ってデータラインDL2に垂直に延在するゲートラインGL2によって形成され得る。第1の相互接続部128は、第2のデータラインDL2をトランジスタ80のソース82に電気的に結合する。
【００３３】
トランジスタ80は、バックプレート120を通る1つまたは複数のビア160を介してディスプレイ要素D22に結合される。ビア160は、ディスプレイアレイアセンブリ110の構成要素(例えば、ディスプレイ要素D22)と、バックプレート120の構成要素との間の電気的接続を提供するために、導電性材料で充填される。図示の実施態様では、第2の相互接続部124は、ビア160を介して形成され、トランジスタ80のドレイン84をディスプレイアレイアセンブリ110に電気的に結合する。バックプレート120は、また、駆動回路アレイ200の前述の構成要素を電気的に絶縁する1つまたは複数の絶縁層129を含み得る。
【００３４】
図3に示すように、ディスプレイ要素D22は、トランジスタ80に結合された第1の端子と、光学スタック16の少なくとも一部によって形成され得る共通電極に結合された第2の端子とを有する干渉変調器であり得る。図3の光学スタック16は、上記で説明した上部誘電体層、同様に上記で説明した(クロムなどの)中間部分反射層、および(インジウムスズ酸化物(ITO)などの)透明導体を含む下側層の3つの層として示されている。共通電極は、ITO層によって形成され、ディスプレイの外周でグランドに結合され得る。
【００３５】
図4は、干渉変調器アレイと、回路網が埋め込まれたバックプレートとを有する光MEMSディスプレイデバイス30の部分分解斜視概略図の一例を示す。ディスプレイデバイス30は、ディスプレイアレイアセンブリ110およびバックプレート120を含む。いくつかの実施態様では、ディスプレイアレイアセンブリ110およびバックプレート120は、互いに取り付けられる前に、別々に予め形成され得る。いくつかの他の実施態様では、ディスプレイデバイス30は、堆積によってディスプレイアレイアセンブリ110の上にバックプレート120の構成要素を形成することなどによって、任意の適切な方法で作製され得る。
【００３６】
ディスプレイアレイアセンブリ110は、前面基板20、光学スタック16、支持体18、可動電極14、および相互接続部126を含み得る。バックプレート120は、その中に少なくとも部分的に埋め込まれたバックプレート構成要素122、および、1つまたは複数のバックプレート相互接続部124を含む。
【００３７】
ディスプレイアレイアセンブリ110の光学スタック16は、前面基板20の少なくともアレイ領域を覆う実質的に連続的な層であり得る。光学スタック16は、グランドに電気的に接続された実質的に透明な導電層を含み得る。可動電極14/34は、例えば、正方形または矩形形状を有する別個のプレートであり得る。可動電極14/34は、可動電極14/34の各々がディスプレイ要素の一部を形成し得るように、マトリクス状に配置され得る。図4の実施態様では、可動電極14/34は、4つのコーナーにおいて支持体18によって支持される。
【００３８】
ディスプレイアレイアセンブリ110の相互接続部126の各々は、可動電極14/34のそれぞれ1つを、1つまたは複数のバックプレート構成要素122に電気的に結合するように機能する。図示の実施態様では、ディスプレイアレイアセンブリ110の相互接続部126は、可動電極14/34から延在し、バックプレート相互接続部124に接触するように配置される。別の実施態様では、ディスプレイアレイアセンブリ110の相互接続部126は、支持体18の上面を介して露出されながら、支持体18内に少なくとも部分的に埋め込まれ得る。そのような実施態様では、バックプレート相互接続部124は、ディスプレイアレイアセンブリ110の相互接続部126の露出部分と接触するように配置され得る。さらに別の実施態様では、バックプレート相互接続部124は、図4の相互接続部126などの、可動電極14に対する実際のアタッチメントなしで、可動電極14まで延在し得、可動電極14に電気的に接続し得る。
【００３９】
緩和状態および作動状態を有する上記で説明した双安定干渉変調器に加えて、干渉変調器は、複数の状態を有するように設計され得る。例えば、アナログ干渉変調器(AIMOD)は、ある範囲の色状態を有し得る。1つのAIMOD実施態様では、単一の干渉変調器は、例えば、赤状態、緑色状態、青色状態、黒色状態、または白色状態に作動され得る。したがって、単一の干渉変調器は、光学スペクトルの広い範囲にわたって異なる光反射特性を有する様々な状態を有するように構成され得る。AIMODの光学スタックは、上記で説明した双安定ディスプレイ要素と異なり得る。これらの違いは、異なる光学的結果をもたらし得る。例えば、上記で説明した双安定要素では、閉状態は、双安定要素に黒色反射状態を与える。アナログ干渉変調器は、しかしながら、電極が双安定要素の閉状態と同様の位置にあるとき、白色反射状態を有し得る。
【００４０】
図5は、2つの固定層、および可動の第3の層を有する干渉変調器の断面図を示す。具体的に、図5は、固定された第1の層802、固定された第2の層804、および、固定された第1の層802と固定された第2の層804との間に位置する可動の第3の層806を有するアナログ干渉変調器の実施態様を示す。層802、804、および806の各々は、電極または他の導電性材料を含み得る。例えば、第1の層802は、金属製のプレートを含み得る。層802、804、および806の各々は、それぞれの層上に形成された、または堆積された硬化層を使用して硬化され得る。一実施態様では、硬化層は、誘電体を含む。硬化層は、それが取り付けられる層を強固にかつ実質的に平坦に保持するために使用され得る。変調器800のいくつかの実施態様は、三端子干渉変調器と呼ばれることもある。
【００４１】
3つの層802、804、および806は、絶縁ポスト810によって電気的に絶縁される。可動の第3の層806は、絶縁ポスト810から吊るされる。可動の第3の層806は、可動の第3の層806が第1の層802に向かって概して上向き方向に変位され得るように、または、第2の層804に向かって概して下向き方向に変位され得るように、変形するように構成される。いくつかの実施態様では、第1の層802は、上部層または上部電極と呼ばれることもある。いくつかの実施態様では、第2の層804は、下部層または下部電極と呼ばれることもある。干渉変調器800は、基板802によって支持され得る。
【００４２】
図5では、可動の第3の層806は、実線で平衡位置にあるものとして示されている。図5に示すように、固定された電圧差が、第1の層802と第2の層804との間に印加され得る。この実施態様では、電圧V0が、層802に印加され、層804は、接地される。可変電圧Vmが可変の第3の層806に印加される場合、電圧VmがV0に近づくにつれて、可動の第3の層806は、接地層804に向かって静電気的に引っ張られることになる。その電圧Vmがグランドに近づくにつれて、可動の第3の層806は、層802に向かって静電気的に引っ張られることになる。これらの2つの電圧の中間点における電圧(この実施態様では、V0/2)が可動の第3の層806に印加される場合、可動の第3の層806は、図5に実線で示す平衡位置に維持されることになる。外側の層802及び804における電圧の間である可変電圧を可動の第3の層806に印加することによって、可動の第3の層806は、外側の層802と804との間の所望の位置に配置され得、所望の光学的応答を生じる。外側の層の間の電圧差V0は、デバイスの材料および構成に応じて大きく変動することができ、多くの実施態様では、約5〜20ボルトの範囲であり得る。また、可動の第3の層806がこの平衡位置から離れて移動するにつれて、可動の第3の層806は、変形するか、または曲がることになることに留意されたい。そのような変形するか、または曲がった構成では、弾性ばね力が、可動の第3の層806を平衡位置に向けて機械的に偏らせる。この機械的な力は、また、電圧Vがそこに印加されたときの可動の第3の層806の最終位置に寄与する。
【００４３】
可動の第3の層806は、基板820を介して干渉変調器800に入る光を反射するために、ミラーを含み得る。ミラーは、金属材料を含み得る。第2の層804は、第2の層804が吸収層として機能するように、部分的に吸収性の材料を含み得る。ミラーから反射された光が基板820の側から閲覧されるとき、閲覧者は、反射された光を特定の色として知覚し得る。可動の第3の層806の位置を調整することによって、特定の波長の光が選択的に反射され得る。
【００４４】
図6は、図5の構造を有する光EMSディスプレイデバイスのための駆動回路アレイを示す概略回路図の一例を示す。装置全体は、双安定干渉変調器を使用する図2の構造と多くの類似点を共有する。図6に示すように、しかしながら、追加の上側層802が、各ディスプレイ要素のために設けられている。この上側層802は、図3および図4に示すバックプレート120の下面上に配置され得、それに印加される電圧V0を有し得る。これらの実施態様は、データラインDL1〜DLnに与えられる電圧が、2つの異なる電圧のうちの一方ではなく、V0とグランドとの間の電圧の範囲に配置され得ることを除いて、図2を参照して上記で説明したものと同様の方法で駆動される。このようにして、ある行に沿ったディスプレイ要素の可動の第3の層806は、各々、その行がその特定の行のゲートラインをアサートすることによって書き込まれるとき、上側層と下側層との間の任意の特定の所望の位置に独立して配置され得る。
【００４５】
図7A〜図7Cは、材料のスタックを示す図5の干渉変調器の2つの固定層および可動層の断面図を示す。
【００４６】
図7Aおよび図7Bに示す実施態様では、可動の第3の層806、および第2の層804は、各々、材料のスタックを含む。例えば、可動の第3の層806は、酸窒化ケイ素(SiON)、アルミニウム-銅(AlCu)、および二酸化チタン(TiO2)を含むスタックを含む。第2の層804は、例えば、酸窒化ケイ素(SiON)、酸化アルミニウム(Al2O3)、モリブデン-クロム(MoCr)、および二酸化ケイ素(SiO2)を含むスタックを含む。
【００４７】
図示の実施態様では、可動の第3の層806は、上に堆積されたAlCu層1004aを有するSiON基板1002を含む。この実施態様では、AlCu層1004aは、導電性であり、電極として使用され得る。いくつかの実施態様では、AlCu層1004aは、それへの入射光に対する反射性を提供する。いくつかの実施態様では、SiON基板1002は、約500nmの厚さであり、AlCu層1004aは、約50nmの厚さである。TiO2層1006aが、AlCu層1004aの上に堆積され、いくつかの実施態様では、TiO2層1006aは、約26nmの厚さである。SiON層1008aが、TiO2層1006aの上に堆積され、いくつかの実施態様では、SiON層1008aは、約52nmの厚さである。TiO2層1006aの屈折率は、SiON層1008aの屈折率よりも大きい。このようにして高い屈折率および低い屈折率を交互に有する材料のスタックを形成することは、スタックに入射した光を反射させることを可能にし、それによって実質的にミラーとして作用する。
【００４８】
図7Bに見られるように、可動の第3の層806は、いくつかの実施態様では、AlCu層1004a、TiO2層1006a、およびSiON層1008aと反対側のSiON基板1002の側に形成された追加のAlCu層1004b、追加のTiO2層1006b、および追加のSiON層1008bを含む。層1004b、1006b、および1008bを形成することは、可動の第3の層806を、SiON基板1002の各側において実質的に等しく重み付けることができ、これは、可動の第3の層806を移動させたときの可動の第3の層806の位置精度および安定性を向上させ得る。そのような実施態様では、2つのAlCu層1004aおよび1004bの電圧が実質的に等しいままであるように、ビア1009または他の電気的接続部が、AlCu層1004aとAlCu層1004bとの間に形成され得る。このようにして、電圧がこれらの2つの層のうちの一方に印加されたとき、これらの2つの層のうちの他方は、同じ電圧を受けることになる。追加のビア(図示せず)が、AlCu層1004aと1004bとの間に形成され得る。
【００４９】
図7Aに示す実施態様では、第2の層804は、SiON基板1010を含み、SiON基板1010は、その上に形成されたMoCr層1012を有する。この実施態様では、MoCr層1012は、蓄積された電荷を放電する放電層として作用し得、放電を選択的に行うために、トランジスタに結合され得る。MoCr層1012は、また、光吸収体として働き得る。いくつかの実施態様では、MoCr層1012は、約5nmの厚さである。いくつかの実施態様では、Al2O3層1014が、MoCr層1012上に形成され、その上に入射する光のいくらかの反射率を提供し得、また、バス接続層として働き得る。いくつかの実施態様では、Al2O3層1014は、約9nmの厚さである。1つまたは複数のSiON停止部(stop)1016aおよび1016bが、Al2O3層1014の表面上に形成され得る。これらの停止部1016は、可動の第3の層806が第2の層804に向かって全体に偏向させられた(deflected)ときに、可動の第3の層806が第2の層804のAl2O3層1014と接触するのを機械的に防ぐ。これは、デバイスのスティクション(stiction：静止摩擦力)およびスナップイン(snap-in)を低減させ得る。さらに、図7に示すように、電極層1018が、SiON基板1010上に形成され得る。電極層1018は、任意の数の実質的に透明な導電性材料を含み得、インジウムスズ酸化物が1つの適切な材料である。
【００５０】
図7Cに示す層802は、それが満たさなければならないいくつかの光学的および機械的要件を有するので、簡単な構造で作られ得る。この層は、AlCuの導電層1030、および絶縁性Al2O3層1032を含み得る。層804と同様に、1つまたは複数のSiON停止部1036aおよび1036bが、Al2O3層1032の表面上に形成され得る。
【００５１】
図8は、図5に示す干渉変調器および電圧源の概略図を示す。この概略図では、変調器は、電圧源V0およびVmに結合される。第1の層802と可動の第3の層806との間のギャップが、可変キャパシタンスを有するキャパシタC1を形成し、可動の第3の層806と第2の層804との間のギャップが、同様に可変キャパシタンスを有するキャパシタC2を形成することを、当業者は、理解するであろう。したがって、図8に示す概略図では、電圧源V0は、直列結合された可変キャパシタC1およびC2の両端間に接続され、電圧源Vmは、2つの可変キャパシタC1とC2との間に接続される。
【００５２】
干渉変調器800に印加される電圧と、可動の第3の層806の位置との間の関係は、非常に非線形であり得るので、上記で説明したように、電圧源V0およびVmを使用して可動の第3の層806を異なる位置に正確に駆動することは、しかしながら、干渉変調器800の多くの構成では困難であり得る。さらに、同じ電圧Vmを異なる干渉変調器の可動層に印加することは、製造差、例えば、ディスプレイ表面全体にわたる可動の第3の層806の厚さまたは弾性の変動により、それぞれの可動層を、各変調器の上部層および下部層に対して同じ位置に移動させない可能性がある。上記で説明したように、どの色が干渉変調器から反射されるかを、可動層の位置が決定することになるため、可動層の位置を検出することができ、可動層を所望の位置に正確に駆動することができることが有利である。
【００５３】
アナログ干渉変調器の可動層をより正確に駆動するために、固定層または可動層の少なくとも一方の電極部は、2つの電気的に絶縁された部分に分割することができる。図9Aは、2つの電気的に絶縁された部分を有する電極の上面図を示す図を示している。この実施態様では、電極は、第1の部分1302と、第1の部分1302から電気的に絶縁された第2の部分1304とに分割される。示された実施態様では、第1の部分1302と第2の部分1304は、共通平面内の層として形成され、形状は実質的に正方形、またはさもなければ長方形である。他の実施態様では、部分1302と部分1304は、ほぼ円形もしくは楕円形とすることができ、または部分1302および部分1304の一方または両方は、異なる形状として構成することができる。例えば、第1の部分1302は、八角形に構成することができ、一方、第2の部分1304は、八角形の第1の部分1302を受け入れるように、切欠きのある正方形として構成される。図9Aに示されるように、第2の部分1304は、第1の部分1302の外周を取り囲んで形成することができる。第1の部分1302と第2の部分1304が同心状に配置される場合は、第1の部分1302を第2の部分1304の内側に配置する必要はないことを当業者は理解されよう。代わりに、第2の部分1304は、部分的に、実質的に、または完全に、第1の部分1302の内側に存在することができる。
【００５４】
いくつかの実施態様では、部分1302と部分1304は、横並び構成でなど、互いに隣接して配置される。図9Bは、2つの電気的に絶縁された部分を有する別の電極の上面図を示す図を示している。図9Bは、電極が、第1の部分1302と、第1の部分1302に隣接する第2の部分1304とに分割される実施態様の上面図を示している。第1の部分1302および第2の部分1304の各々は、図9Bに示されるのとは異なるサイズまたは形状として選択することができ、第1の部分1302のサイズおよび形状は、第2の部分1304のサイズおよび形状と一致する必要はない。例えば、第1の部分1302は、実質的に長方形とすることができ、一方、第2の部分1304は、実質的に楕円形とすることができる。第2の部分1304に対する第1の部分1302の位置は、任意の数の方法で構成することができること、および第1の部分1302および第2の部分1304は、図9Aおよび図9Bに示される構成とは異なる構成を取るように、回転または移動させることができることを、当業者は理解されよう。
【００５５】
いくつかの実施態様では、可動の第3の層806が、図9Aおよび図9Bに関して説明された電極構成を含むことができる。例えば、図7BのAlCu層1004aおよび1004bは、電極の第1の部分1302および第2の部分1304にパターン化することができる。一実施態様では、第1の部分1302の一部は、第2の部分1304の少なくともいくつかの部分と共通平面内にある層として形成される。しかし、第1の部分1302は、第2の部分1304から電気的に絶縁される。第1の部分1302と第2の部分1304の両方には、図7Bに示されるような、金属層を接続するための内部ビアを設けることができる。
【００５６】
図9Aおよび図9Bを再び参照すると、例えば、図7に関して上記で説明されたように、電極が可動の第3の層806内に実装される場合、電極の第1の部分1302は、電圧源Vmに結合することができる。先に説明したように、電極が、第1の層802と第2の層804との間に配置され、電圧が、電圧源V0およびVmによって印加される場合、静電気力に応答して、第1の部分1302が動くばかりでなく、第1の部分1302と第2の部分1304の両方は、同じ柔軟な膜の部分であるので、第1の部分1302の動きは、第2の部分1304の動きも引き起こす。
【００５７】
第2の部分1304が、図9Aおよび図9Bに示されるようなグランドなど、一定の電圧に保たれる場合、第2の部分1304の電荷は、第2の部分1304が電極802および804に対して動くのにつれて、変化することができる。第2の部分1304の動きによって生じるこの電荷の変化は、以下でさらに説明されるように、電荷変化ΔQsとして感知または検出することができる。第1の部分1302と第2の部分1304との間の容量結合が小さいので、第2の部分1304の電荷は、電圧源Vmによって第1の部分1302に供給される電圧とは実質的に無関係である。電荷の変化ΔQsは、電圧源V0によって供給される電圧、および電圧Vmの印加によって生じる上側層804および下側層802に対する第2の部分1304の位置の変化に依存する。電荷の変化ΔQsを測定することによって、第2の部分1304の位置の変化、ひいては、可動の第3の層806の位置の変化を決定することができる。いくつかの実施態様では、2つの絶縁された部分の相対的なサイズおよび形状に応じて、電圧源Vmは、第1の部分1302の代わりに、第2の部分1304に結合され、電荷の変化ΔQsは、第1の部分1302から感知される。
【００５８】
図10は、図5の干渉変調器において実施される図9Aまたは図9Bの電極の概略図を示している。この概略図では、可動の第3の層806は、分割電極1302、1304を用いて実施され、変調器は、電圧源V0およびVmに結合される。第1の層802と電極の第1の部分1302との間のギャップは、可変コンデンサC1を形成する。同様に、第1の部分1302と第2の層804との間のギャップは、可変コンデンサC2を形成する。第1の層802と電極の第2の部分1304との間のギャップは、可変キャパシタンスを有するコンデンサC3を形成し、一方、第2の部分1304と第2の層804との間のギャップは、可変キャパシタンスを有するコンデンサC4を形成する。C3およびC4のキャパシタンスは、それぞれ、係数をγとして、C1およびC2に比例し、ここで、γは、第2の部分1304の面積を第1の部分1302の面積で除算したものに等しい。2つの電気的に絶縁された部分1302および1304は、第5のコンデンサCcを形成する。Ccのキャパシタンスは、2つの電気的に絶縁された部分1302と1304との間の結合キャパシタンスと呼ばれることがある。
【００５９】
上記で説明したように、可動の第3の層806の位置の変化は、第2の部分1304における電荷の変化ΔQsを測定することによって決定することができる。Ccのキャパシタンスはゼロである(または少なくとも回路内の他のキャパシタンスよりもはるかに小さい)と仮定し、第2の部分1304の電位が、電極804の電位とともにグランドに保たれる場合、第2の部分1304における電荷の変化は、可動の第3の層806の動きによって生じるキャパシタンスC3の変化のV0倍になる。dを可動の第3の層806と層802との間の距離として、キャパシタンスC3はεA/dであるので、電荷変化は、
ΔQs=V0εA(1/d2-1/d1)  (1)
であり、ここで、式(1)のV0は、電圧源V0によって供給される電圧を表すために使用され、d1は、可動の第3の層806と層802との間の初期距離であり、d2は、可動の第3の層806と層802との間の最終距離である。したがって、初期距離d1が知られている場合、終了距離d2は、ΔQsの測定から決定することができる。
【００６０】
上述の実施態様は、3層アナログ干渉変調器に関して説明されたが、本明細書の教示がそのような実施態様に限定されないことを当業者は理解されよう。例えば、上記で説明されたような電荷の変化の感知は、いずれか1つまたは複数の他の電極または導体に対して位置付けられた任意の可動導体または電極の位置を決定するために使用することができる。初期位置d1の値は、様々な方法で決定することができる。それは、可動層の知られた以前の位置付けから知ることができる。別の代替として、可動層806を所望の位置に設定する前に、層804に対して完全に作動されるように、知られた位置にデバイスを配置することができる。
【００６１】
図11は、2つの固定導電層の間に配置された可動導電層の位置を決定するためのプロセスのフロー図を示している。
【００６２】
ブロック1702において、2つの固定導電層間に第1の電圧が印加される。例えば、干渉変調器800の第1の層802および第2の層804の電極間に電圧を印加するために、電圧源V0を使用することができる。ブロック1704において、第2の電圧が、可動導電層に印加される。例えば、可動の第3の層806の電極に、または電極の第1の部分1302などの電極の一部に、電圧を印加するために、電圧源Vmを使用することができる。ブロック1706において、可動導電層に機械的に結合された、電気的に絶縁された導電部における電荷の変化が感知される。例えば、電荷の変化ΔQsは、第2の部分1304から感知することができる。ブロック1708において、可動導電層の位置が、感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて決定される。
【００６３】
図12は、図9Aの電極にフィードバックを提供するように構成された電荷移動センサーの図を示している。図12は、電極1302に印加される電圧Vmにフィードバックを提供するように結合された積分器として構成された電荷センサーの一実施態様を示している。この実施態様では、感知された電荷の変化ΔQsは、電極1304の位置を補正するために、したがって、電極1304を使用して実施される場合は、可動の第3の層806の位置を補正するために、フィードバック回路において使用される。
【００６４】
図12に見られるように、電極1304は、積分コンデンサ1216を有する積分器として構成される、演算増幅器(「オペアンプ」)1212の負の入力に結合される。オペアンプ1212の正の入力は、グランドに結合され、それは、負の入力を仮想グランド電位に保持する。可動の第3の層806が動くときに電極1304に流れる、または電極1304から流れる電荷は、積分されて、電荷の変化ΔQsに比例する、オペアンプ1212の出力における電圧出力を生じさせる。この出力は、フィードバックループ1206への入力として提供される。フィードバックループ1206では、測定されたオペアンプ1212の出力は、可動の第3の層806の所望の最終位置に基づいた所望の出力と比較される。測定されたオペアンプ出力と所望の出力との間の誤差は、可動の第3の層806が所望の位置になるまで、フィードバックループ1206のVm出力を補正するために使用される。
【００６５】
上記で説明されたような、フィードバックを用いる干渉変調器の駆動は、干渉変調器のスナップイン(snap-in)特性の影響を低減することができる。「スナップイン」という用語は、中間電極が、電極1302に印加される電圧の影響下にある固定電極802または804の一方に向かって移動するときに、あるポイントに達すると、印加電圧の小さい変化が、中間電極806を突然上方または下方に移動させ切って、固定電極の一方に接触させる、これらのデバイスの特性のことを指す。この現象は、多くのそのようなデバイスにおいて、中間層の制御された動きの有用な範囲を減少させる。図12に示されるようなフィードバックループは、位置のよりきめ細かい制御を可能にし、これらのデバイスの有用な制御された範囲を増大させる。さらに、例えば、製造差が原因の、個々の変調器における変動から生じる複雑さを低下させることができる。したがって、干渉変調器のアレイにおいて異なる可動層を駆動するのに必要とされる電圧は、それらの変調器の製造における変動および公差のために、わずかに異なることがあるが、一貫した駆動電圧Vmを使用して、すべての可動層806を正確に位置付けるために、図12のフィードバックを使用することができる。さらに、フィードバックによって、可動層806の振動または不安定性をリアルタイムに補正することができる。
【００６６】
図13は、各変調器の中間層を位置付けるための電荷感知およびフィードバックを含む、干渉変調器のアレイ1200を示す図を示している。図13に示される態様では、干渉変調器の各々は、図9Aに示される電極1300と同様に構成された電極を含む可動部を有する、ディスプレイ要素D11〜Dmnとして示されている。図2および図6に関して上記で説明したように、データドライバ回路は、1行分のデータ電圧Vm1〜Vmnを供給する。ゲートドライバ回路は、ディスプレイ要素の選択された行の各干渉変調器における電極1300の第1の部分1302に1組のデータ電圧を印加するために、スイッチS11〜Smnのゲートに結合される行選択電圧GL1〜GLnを提供する。
【００６７】
図13に示された態様では、列内の各干渉変調器の第2の部分1304は、バス1202に接続される。バス1202は、第2の部分1304における電荷変化を積分器1204に伝えるように構成される。積分器1204は、第2の部分1304における電荷変化を積分するように構成される。いくつかの態様では、積分器1204の出力は、受け取った電荷に比例し、上記で説明されたように、フィードバックループにおいて使用することができる。例えば、積分器1204の出力は、フィードバックモジュール1206に入力することができる。いくつかの態様では、フィードバックモジュール1206は、各積分器1204の出力に基づいてVm1〜Vmn出力の1つまたは複数を調整することによって、Vm1〜Vmn出力の1つまたは複数に誤差をフィードバックして、電極1300の位置を調整する。フィードバックモジュール1206は、ソフトウェア、ハードウェア、または両方で実施することができる。フィードバックモジュール1206は、ドライバ210(図2)と一体化することができ、またはドライバ210(図2)とは別に実施することができる。
【００６８】
示された態様では、積分器1204は、演算増幅器(「オペアンプ」)1212と、コンデンサ1216と、リセットスイッチ1214、1218とを含む。オペアンプ1212の負の入力は、バス1202に結合される。コンデンサ1216は、オペアンプ1212の負の入力と出力との間に接続される。スイッチ1214は、オペアンプ1212の負の入力と出力との間のコンデンサ1216と並列に接続され、スイッチ1218は、オペアンプ1212の負の入力をグランドに接続する。オペアンプ1212の正の入力は、接地される。
【００６９】
動作において、スイッチ1214、1218は、書き込み動作と書き込み動作の間に、バス1202をグランドになるように設定し、コンデンサ1216を放電するために、リセットスイッチとして使用することができる。例えば、スイッチ1214、1218は、アレイ1200の行が駆動されているとき以外は、閉じた位置を維持し、それによって、バス1202を接地することができる。行のディスプレイ要素を設定する直前に、スイッチ1214、1218は開かれる。したがって、積分器1204によって感知されるいかなる電荷変化も、行内のディスプレイ要素が駆動されたことが原因である。電極1300が正しく位置付けられた後、スイッチ1214、1218は、再び閉じられる。
【００７０】
いくつかの態様では、駆動される行以外の行内の干渉変調器から漏れる電流は、低いか、または基本的にゼロであり、それによって、積分器1204による正確な電荷感知が保証されると仮定することができる。いくつかの態様では、(図13には示されていない)スイッチを、ディスプレイ要素D11〜Dmnの各々の電極1304とバス1202との間に配置して、ディスプレイ要素D11〜Dmnの各々からバス1202に電流が流れる場合に制限する(regulate)ことができる。そのような実施態様では、ディスプレイ要素とバス1202との間のスイッチは、ディスプレイ要素の行が駆動されているとき以外は、開いた位置に維持される。図13に関して上記で説明された電荷感知は、駆動されていない場合はバス1202がグランドに維持されるので、第2の部分1304における寄生キャパシタンスに対して敏感ではない。
【００７１】
例えば、電極が図9Aに関して示され、説明されたように構成されたときに、結合キャパシタンスが実質的に一定であるなど、第1の部分1302と第2の部分1304との間の結合キャパシタンスが実質的に一定である場合、フィードバックモジュール1206は、結合キャパシタンスの既知の値に基づいて、結合キャパシタンスを補償することができる。いくつかの態様では、積分器1204において受け取られた電荷は、結合キャパシタンスに依存し、印加される駆動電圧に線形に依存する。駆動電圧および結合キャパシタンスは知られているので、フィードバックモジュール1206が、結合キャパシタンスの任意の影響を低減または除去することが可能である。
【００７２】
上記で説明されたような、列内のディスプレイ要素の電荷の感知は、積分器1204およびフィードバックモジュール1206を、バックプレート120および基板20もしくは820から離して配置すること、またはアレイ1200のディスプレイエリアの外側、バックプレート120もしくは基板20、820の外縁部に移動させることを可能にする。このようにして、ディスプレイ要素D11〜Dmnの1つまたは複数は、フィルファクタ(fill factor)を低下させずに、書き込み動作中に個別に較正または調整することができる。さらに、フィードバックループを閉じるのに加えて、後のデータ書き込み動作のためのディスプレイデバイスの較正を可能にするために、感知された電圧は、測定データとして収集することができる。例えば、所望の位置、印加電圧、および到達位置についてのデータを収集することができる。より多くのデータが集められるにつれて、デバイスの実際の位置対電圧についての情報が利用可能になり、後に、その情報を使用して、ディスプレイデバイスの後の動作のために、補正された電圧を印加することができる。いくつかの実施態様では、1つのディスプレイ要素について集められたデータは、印加電圧対位置データが集められたディスプレイ要素の周囲または近辺の1組のディスプレイ要素など、他のディスプレイ要素に印加される電圧を調整するために、較正データとして使用することができる。
【００７３】
図14は、2つの固定導電層の間に配置された可動導電層を駆動するために使用される駆動電圧を調整するためのプロセス1100のフローチャートを示している。上記で説明したように、スイッチ1214、1218は、最初は閉じた位置に維持することができ、それによって、バス1202を接地する。ブロック1102において、リセットスイッチが開かれる。ブロック1104において、アレイ1200の列に、セグメント駆動電圧が印加され、選択された行において、ゲート電圧がアサートされる。例えば、行1におけるディスプレイ要素の位置を設定するために、その行沿いの各可動層806の所望の位置に従って、Vm1〜Vmn出力が設定される。行のための各Vmが適切に設定されたとき、ゲートラインGL1がアサートされ、それによって、可動層806が設定される。層806が設定された位置に移動するにつれて、ディスプレイ要素の各々の第2の部分1304における電荷が変化する。この電荷変化は、積分器1204によって感知することができる。
【００７４】
ブロック1106において、可動層806が正しいまたは所望の位置に達したかどうかが、積分器1204の出力に基づいて決定される。決定は、例えば、フィードバックモジュール1206によって実行することができる。可動層806の1つが正しい位置にいない場合、ブロック1108において、その可動層806を含む列のための駆動電圧を調整することができる。駆動電圧が調整された後、プロセス1100は、選択された行内のディスプレイ要素を設定するために、ブロック1104に戻る。いくつかの態様では、継続的に駆動電圧を補正するために、フィードバックループが、Vm1〜Vmn出力の1つまたは複数に接続される。そのような態様では、ブロック1106において、肯定的決定が行われないことがあるが、代わりに、可動層806が正しい位置に達するまで、フィードバックが維持される。いくつかの態様では、駆動電圧が調整される間、ゲート電圧が行において維持される。他の態様では、駆動電圧が調整される間、ゲート電圧の印加が停止する。新しい駆動電圧が印加された後、再び、ゲート電圧を印加することができる。
【００７５】
ブロック1106において、較正または監視されるディスプレイ要素の可動層806が正しい位置にあると決定された場合、ブロック1112において、リセットスイッチ1214、1218が閉じられる。これが、再び、各バス1202をグランドになるように設定する。
【００７６】
ブロック1112においてリセットスイッチを閉じた後、行のすべてが書き込まれた場合、プロセス1100が終了する。しかし、1つまたは複数の行がまだ更新されていない場合、プロセス1100は、ブロック1116において次の行に進み、その後、ブロック1102において、行駆動プロセスを再び開始する。このようにして、アレイ1200の全体が更新されるまで、アレイ1200の各行に書き込むことができる。
【００７７】
図15は、図9Aの電極にフィードバックを提供するように構成された電荷移動センサーの別の実施態様の図を示している。この実施態様では、入力電圧が、コンデンサ1516の一方の側に提供され、それが、コンデンサ1516の他方の側に接続された電極1304に電荷の変化ΔQsをもたらす。コンデンサ1516の他方の側は、演算増幅器1512の負の入力にも接続される。演算増幅器1512の正の入力は、グランドに接続される。この電荷の変化は、コンデンサ1516のキャパシタンスの入力電圧VIN倍に等しい。演算増幅器の出力は、ディスプレイ要素自体がこの積分回路のための積分キャパシタンスを形成するように、電極1302に接続される。電極1304は、演算増幅器1512の仮想的に接地された入力に接続されるので、演算増幅器1512の出力は、電極1304における電圧をグランドにするのに必要な出力電圧に変化することになる。この電圧が電極1302に印加されると、これが、電極1304における電圧をグランドにする位置に、ディスプレイ要素の中間層を移動させる。電極1304における電荷の変化は、上記の式1によって、中間層の位置の変化に関連するので、中間層の位置は、この回路によって決定し、制御することができる。
【００７８】
いくつかの実施態様では、この定められた動きを実行するために電極1302に印加される電圧は、任意選択の感知回路/フィードバックループ1506によって感知することができる。感知回路/フィードバックループ1506は、上記で説明されたように、較正目的でデータを収集するために使用することができる。
【００７９】
図16Aおよび図16Bは、複数の干渉変調器を含むディスプレイデバイス40を示すシステムブロック図の例を示す。ディスプレイデバイス40は、例えば、スマートフォン、セルラー電話または携帯電話であり得る。ただし、ディスプレイデバイス40の同じ構成要素またはディスプレイデバイス40の軽微な変形はまた、テレビジョン、タブレット、電子リーダー、ハンドヘルドデバイスおよびポータブルメディアプレーヤなど、様々なタイプのディスプレイデバイスを示す。
【００８０】
ディスプレイデバイス40は、ハウジング41と、ディスプレイ30と、アンテナ43と、スピーカー45と、入力デバイス48と、マイクロフォン46とを含む。ハウジング41は、射出成形および真空成形を含む様々な製造プロセスのうちのいずれかから形成され得る。さらに、ハウジング41は、限定はしないが、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含む、様々な材料のうちのいずれかから製作され得る。ハウジング41は、異なる色の、または異なるロゴ、ピクチャ、もしくはシンボルを含んでいる、他の取外し可能な部分と交換され得る、取外し可能な部分(図示せず)を含むことができる。
【００８１】
ディスプレイ30は、本明細書で説明する、双安定またはアナログディスプレイを含む様々なディスプレイのうちのいずれかであり得る。ディスプレイ30はまた、プラズマ、EL、OLED、STN LCD、またはTFT LCDなどのフラットパネルディスプレイ、あるいはCRTまたは他の管デバイスなどの非フラットパネルディスプレイを含むように構成され得る。さらに、ディスプレイ30は、本明細書で説明する干渉変調器ディスプレイを含むことができる。
【００８２】
ディスプレイデバイス40の構成要素は図16Bに概略的に示されている。ディスプレイデバイス40は、ハウジング41を含み、それの中に少なくとも部分的に密閉された追加の構成要素を含むことができる。例えば、ディスプレイデバイス40は、トランシーバ47に結合されたアンテナ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、プロセッサ21は調整ハードウェア52に接続される。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)ように構成され得る。調整ハードウェア52は、スピーカー45およびマイクロフォン46に接続される。プロセッサ21は、入力デバイス48およ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、およびアレイドライバ22に結合され、アレイドライバ22は次にディスプレイアレイ30に結合される。いくつかの実施態様では、電源50は、特定のディスプレイデバイス40の設計図の実質的に全部の構成要素に電力を与えることができる。
【００８３】
ネットワークインターフェース27は、ディスプレイデバイス40がネットワークを介して1つまたは複数のデバイスと通信することができるように、アンテナ43とトランシーバ47とを含む。ネットワークインターフェース27はまた、例えば、プロセッサ21のデータ処理要件を軽減するための、何らかの処理能力を有し得る。アンテナ43は信号を送信および受信することができる。いくつかの実施態様では、アンテナ43は、IEEE16.11(a)、(b)、または(g)を含むIEEE16.11規格、あるいはIEEE802.11a、b、gまたはnを含むIEEE802.11規格、さらにはそれらの実施態様に従って、RF信号を送信および受信する。いくつかの他の実施態様では、アンテナ43は、BLUETOOTH(登録商標)規格に従ってRF信号を送信および受信する。セルラー電話の場合、アンテナ43は、3Gまたは4G技術を利用するシステムなどのワイヤレスネットワーク内で通信するために使用される、符号分割多元接続(CDMA)、周波数分割多元接続(FDMA)、時分割多元接続(TDMA)、Global System for Mobile communications(GSM(登録商標))、GSM(登録商標)/General Packet Radio Service(GPRS)、Enhanced Data GSM(登録商標) Environment(EDGE)、Terrestrial Trunked Radio(TETRA)、広帯域CDMA(W-CDMA)、Evolution Data Optimized(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速パケットアクセス(HSPA)、高速ダウンリンクパケットアクセス(HSDPA)、高速アップリンクパケットアクセス(HSUPA)、発展型高速パケットアクセス(HSPA+)、Long Term Evolution(LTE)、AMPS、または他の知られている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から受信された信号がプロセッサ21によって受信され、プロセッサ21によってさらに操作され得るように、その信号を前処理することができる。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を介してディスプレイデバイス40から送信され得るように、その信号を処理することができる。
【００８４】
いくつかの実施態様では、トランシーバ47は受信機によって置き換えられ得る。さらに、いくつかの実施態様では、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記憶または生成することができる画像ソースによって置き換えられ得る。プロセッサ21は、ディスプレイデバイス40の全体的な動作を制御することができる。プロセッサ21は、ネットワークインターフェース27または画像ソースから圧縮された画像データなどのデータを受信し、そ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。プロセッサ21は、処理されたデータをドライバコントローラ29に、または記憶のためにフレームバッファ28に送ることができる。生データは、一般に、画像内の各ロケーションにおける画像特性を識別する情報を指す。例えば、そのような画像特性は、色、飽和、およびグレースケールレベルを含むことができる。
【００８５】
プロセッサ21は、ディスプレイデバイス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含むことができる。調整ハードウェア52は、スピーカー45に信号を送信するための、およびマイクロフォン46から信号を受信するための、増幅器およびフィルタを含み得る。調整ハードウェア52は、ディスプレイデバイス40内の個別構成要素であり得、あるいはプロセッサ21または他の構成要素内に組み込まれ得る。
【００８６】
ドライバコントローラ29は、プロセッサ21によって生成された生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から取ることができ、アレイドライバ22への高速送信のために適宜に生画像データを再フォーマットすることができる。いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ29は、生画像データを、ラスタ様フォーマットを有するデータフローに再フォーマットすることができ、その結果、そのデータフローは、ディスプレイアレイ30にわたって走査するのに好適な時間順序を有する。次いで、ドライバコントローラ29は、フォーマットされた情報をアレイドライバ22に送る。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、スタンドアロン集積回路(IC)としてシステムプロセッサ21に関連付けられるが、そのようなコントローラは多くの方法で実施され得る。例えば、コントローラは、ハードウェアとしてプロセッサ21中に埋め込まれるか、ソフトウェアとしてプロセッサ21中に埋め込まれるか、またはハードウェアにおいてアレイドライバ22と完全に一体化され得る。
【００８７】
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信することができ、ビデオデータを波形の並列セットに再フォーマットすることができ、波形の並列セットは、ディスプレイのピクセルのx-y行列から来る、数百の、および時には数千の(またはより多くの)リード線に毎秒何回も適用される。
【００８８】
いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ29、アレイドライバ22、およびディスプレイアレイ30は、本明細書で説明するディスプレイのタイプのうちのいずれにも適している。例えば、ドライバコントローラ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(IMODコントローラなど)であり得る。さらに、アレイドライバ22は、従来のドライバまたは双安定ディスプレイドライバ(IMODディスプレイドライバなど)であり得る。その上、ディスプレイアレイ30は、従来のディスプレイアレイまたは双安定ディスプレイアレイ(IMODのアレイを含むディスプレイなど)であり得る。いくつかの実施態様では、ドライバコントローラ29はアレイドライバ22と一体化され得る。そのような実施態様は、高集積システム、例えば、携帯電話、ポータブル電子デバイス、ウォッチまたは小面積ディスプレイにおいて有用であり得る。
【００８９】
いくつかの実施態様では、入力デバイス48は、例えば、ユーザがディスプレイデバイス40の動作を制御することを可能にするように、構成され得る。入力デバイス48は、QWERTYキーボードもしくは電話キーパッドなどのキーパッド、ボタン、スイッチ、ロッカ(rocker)、接触感知スクリーン、ディスプレイアレイ30と統合された接触感知スクリーン、または圧力もしくは熱感知膜を含むことができる。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として構成され得る。いくつかの実施態様では、ディスプレイデバイス40の動作を制御するために、マイクロフォン46を介したボイスコマンドが使用され得る。
【００９０】
電源50は、様々なエネルギー蓄積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バッテリーまたはリチウムイオンバッテリーなどの充電式バッテリーであり得る。再充電可能なバッテリーを使用する実施態様では、再充電可能なバッテリーは、例えば、壁面ソケットまたは光起電デバイスもしくはアレイから来る電力を使用して、充電可能とすることができる。代替として、再充電可能なバッテリーは、ワイヤレスで充電可能とすることができる。電源50はまた、再生可能エネルギー源、キャパシタ、あるいはプラスチック太陽電池または太陽電池塗料を含む太陽電池であり得る。電源50はまた、壁コンセントから電力を受け取るように構成され得る。
【００９１】
いくつかの実施態様では、制御プログラマビリティがドライバコントローラ29中に存在し、これは電子ディスプレイシステム中のいくつかの場所に配置され得る。いくつかの他の実施態様では、制御プログラマビリティがアレイドライバ22中に存在する。上記で説明した最適化は、任意の数のハードウェアおよび/またはソフトウェア構成要素において、ならびに様々な構成において実施され得る。
【００９２】
図17は、光学MEMSディスプレイを有する電子デバイスの概略分解斜視図の一例を示している。示される電子デバイス40は、ディスプレイ30のための凹部41aを有する筐体41を含む。電子デバイス40は、筐体41の凹部41aの下部にプロセッサ21も含む。プロセッサ21は、ディスプレイ30とのデータ通信のためのコネクタ21aも含むことができる。電子デバイス40は、他の構成要素も含むことができ、少なくともその一部は、筐体41の内部に存在する。他の構成要素は、限定することなく、図16Bに関連して先に説明されたような、ネットワークインターフェース、ドライバコントローラ、入力デバイス、電源、調整ハードウェア、フレームバッファ、スピーカー、およびマイクロフォンを含むことができる。
【００９３】
ディスプレイ30は、ディスプレイアレイアセンブリ110と、バックプレート120と、柔軟な電気ケーブル130とを含むことができる。ディスプレイアレイアセンブリ110とバックプレート120は、例えば、封止剤を使用して、互いに貼り付けることができる。
【００９４】
ディスプレイアレイアセンブリ110は、ディスプレイ領域101と、周辺領域102とを含むことができる。周辺領域102は、ディスプレイアレイアセンブリ110を上方から見た場合、ディスプレイ領域101を取り囲んでいる。ディスプレイアレイアセンブリ110は、ディスプレイ領域101を介して画像を表示するように位置付けられ、方向付けられた、ディスプレイ要素のアレイも含む。ディスプレイ要素は、行列形式で配列することができる。一実施態様では、ディスプレイ要素の各々は、干渉変調器とすることができる。いくつかの実施態様では、「ディスプレイ要素」という用語は、「ピクセル」とも呼ばれることがある。
【００９５】
バックプレート120は、ディスプレイアレイアセンブリ110の背面全体を実質的に覆うことができる。バックプレート120は、例えば、ガラス、ポリマ材料、金属材料、セラミック材料、半導体材料、または他の類似の材料に加えて、上記の材料の2つ以上の組合せから形成することができる。バックプレート120は、同じまたは異なる材料の1つまたは複数の層を含むことができる。バックプレート120は、少なくとも部分的にその中に組み込まれる、またはその上に取り付けられる、様々な構成要素も含むことができる。そのような構成要素の例は、限定することなく、ドライバコントローラ、アレイドライバ(例えば、データドライバおよび走査ドライバ)、経路ライン(例えば、データラインおよびゲートライン)、スイッチング回路、プロセッサ(例えば、画像データ処理プロセッサ)、および相互接続を含む。
【００９６】
柔軟な電気ケーブル130は、ディスプレイ30と電子デバイス40の他の構成要素(例えば、プロセッサ21)との間のデータ通信チャネルを提供するのに役立つ。柔軟な電気ケーブル130は、ディスプレイアレイアセンブリ110の1つまたは複数の構成要素から、またはバックプレート120から延びることができる。柔軟な電気ケーブル130は、互いに平行に延びる複数の導電ワイヤと、プロセッサ21のコネクタ21aまたは電子デバイス40の他の任意の構成要素に接続できるコネクタ130aとを含む。
【００９７】
本明細書で開示する実施態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実施され得る。ハードウェアとソフトウェアの互換性が、概して機能に関して説明され、上記で説明した様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路およびステップにおいて示された。そのような機能がハードウェアで実施されるか、ソフトウェアで実施されるかは、特定の適用例および全体的なシステムに課された設計制約に依存する。
【００９８】
本明細書で開示する態様に関して説明した様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実施するために使用される、ハードウェアおよびデータ処理装置は、汎用シングルチップまたはマルチチッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートまたはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、あるいは本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せを用いて実施または実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサ、あるいは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械であり得る。プロセッサは、コンピューティングデバイスの組合せ、例えば、DSPとマイクロプロセッサとの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと連携する1つまたは複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実施することもできる。いくつかの実施態様では、特定のステップおよび方法が、所与の機能に固有である回路によって実行され得る。
【００９９】
1つまたは複数の態様では、説明した機能は、本明細書で開示する構造を含むハードウェア、デジタル電子回路、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、およびそれらの上記構造の構造的等価物において、またはそれらの任意の組合せにおいて実施され得る。また、本明細書で説明した主題の実施態様は、1つまたは複数のコンピュータプログラムとして、すなわち、データ処理装置が実行するためにコンピュータ記憶媒体上に符号化された、またはデータ処理装置の動作を制御するための、コンピュータプログラム命令の1つまたは複数のモジュールとして、実施され得る。
【０１００】
本開示で説明した実施態様への様々な修正は当業者には容易に明らかであり得、本明細書で定義した一般原理は、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく他の実施態様に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書で示した実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲と、本明細書で開示する原理および新規の特徴とに一致する、最も広い範囲を与えられるべきである。さらに、「上側」および「下側」という用語は、図の説明を簡単にするために時々使用され、適切に配向されたページ上の図の配向に対応する相対位置を示すが、実施されたIMODの適切な配向を反映しないことがあることを、当業者は容易に諒解されよう。
【０１０１】
また、別個の実施態様に関して本明細書で説明されたいくつかの特徴は、単一の実施態様において組合せで実施され得る。また、逆に、単一の実施態様に関して説明した様々な特徴は、複数の実施態様において別個に、あるいは任意の好適な部分組合せで実施され得る。その上、特徴は、いくつかの組合せで働くものとして上記で説明され、初めにそのように請求されることさえあるが、請求される組合せからの1つまたは複数の特徴は、場合によってはその組合せから削除され得、請求される組合せは、部分組合せ、または部分組合せの変形形態を対象とし得る。
【０１０２】
同様に、図面では動作が特定の順序で示されているが、そのような動作は、示された特定の順序もしくは順次的な順序で実行する必要がないことを、またはすべての示された動作は、所望の結果を達成するために実行されることを当業者は容易に理解されよう。いくつかの状況では、マルチタスキングおよび並列処理が有利であり得る。その上、上記で説明した実施態様における様々なシステム構成要素の分離は、すべての実施態様においてそのような分離を必要とするものとして理解されるべきでなく、説明するプログラム構成要素およびシステムは、概して、単一のソフトウェア製品において互いに一体化されるか、または複数のソフトウェア製品にパッケージングされ得ることを理解されたい。さらに、他の実施態様が添付の特許請求の範囲内に入る。場合によっては、特許請求の範囲に記載の行為は、異なる順序で実行され、依然として望ましい結果を達成することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
20  基板
21  プロセッサ
21a  コネクタ
30  ディスプレイ
40  電子デバイス
41  筐体
41a  凹部
48  入力デバイス
101  ディスプレイ領域
102  周辺領域
110  ディスプレイアレイアセンブリ
120  バックプレート
130  柔軟な電気ケーブル
130a  コネクタ
800  干渉変調器
802  第1の層
804  第2の層
806  可動の第3の層
820  基板
1202  バス
1204  積分器
1206  フィードバックモジュール
1212  演算増幅器
1214  リセットスイッチ
1216  コンデンサ
1218  リセットスイッチ
1300  電極
1302  第1の部分
1304  第2の部分
1506  感知回路/フィードバックループ
1512  演算増幅器
1516  コンデンサ
【図１Ａ】
2015501006.tif 000003
【図１Ｂ】
2015501006.tif 000004
【図２】
2015501006.tif 000005
【図３】
2015501006.tif 000006
【図４】
2015501006.tif 000007
【図５】
2015501006.tif 000008
【図６】
2015501006.tif 000009
【図７Ａ】
2015501006.tif 000010
【図７Ｂ】
2015501006.tif 000011
【図７Ｃ】
2015501006.tif 000012
【図８】
2015501006.tif 000013
【図９Ａ】
2015501006.tif 000014
【図９Ｂ】
2015501006.tif 000015
【図１０】
2015501006.tif 000016
【図１１】
2015501006.tif 000017
【図１２】
2015501006.tif 000018
【図１３】
2015501006.tif 000019
【図１４】
2015501006.tif 000020
【図１５】
2015501006.tif 000021
【図１６Ａ】
2015501006.tif 000022
【図１６Ｂ】
2015501006.tif 000023
【図１７】
2015501006.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月25日(2013.9.25)
【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】
複数のディスプレイ要素であって、前記ディスプレイ要素の各々が、可動部を含み、前記可動部が、第1の電極と、第2の別個の電極とを含み、前記第1の電極と前記第2の電極が、容量的に結合される、複数のディスプレイ要素と、
前記複数のディスプレイ要素の各々の前記可動部における前記第1の電極に電圧を印加するように構成されたドライバと、
前記可動部における前記第2の電極に結合された積分器と
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２】
前記積分器が、前記第2の電極に結合された入力端子と、前記ディスプレイ要素のうちの1つの前記第2の電極における電荷の変化を示す電圧を出力するように構成された出力端子とを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
電荷の前記変化が、前記可動部の位置の変化によって引き起こされる、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記ドライバが、スイッチを介して、前記第1の電極に結合される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
ディスプレイアレイをさらに含み、前記複数のディスプレイ要素が、前記ディスプレイアレイの列に沿って配列される、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
複数の積分器をさらに含み、前記積分器の各々が、前記アレイのそれぞれの列に結合される、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記複数のディスプレイ要素の各々が、干渉変調器を含む、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
前記積分器が、演算増幅器と、積分コンデンサとを含む、請求項1に記載の装置。
【請求項９】
前記積分コンデンサの両端に結合されたリセットスイッチをさらに含む、請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
前記ディスプレイ要素の各々が、2つの固定電極と、可動電極とを含み、各ディスプレイ要素の前記可動電極が、前記第1の部分と、前記第2の部分とを含み、前記可動電極が、前記2つの固定電極の間で偏向するように構成される、請求項1に記載の装置。
【請求項１１】
ディスプレイと、
前記ディスプレイと通信し、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デバイスとをさらに備える、請求項1に記載の装置。
【請求項１２】
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ドライバ回路と、
前記画像データの少なくとも一部を前記ドライバ回路に送るように構成されたコントローラとをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１３】
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ソースモジュールをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１４】
前記画像ソースモジュールが、受信機、トランシーバ、および送信機のうちの少なくとも1つを含む、請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
入力データを受信し、前記プロセッサに前記入力データを通信するように構成された入力デバイスをさらに備える、請求項11に記載の装置。
【請求項１６】
前記積分器の前記出力に結合されたフィードバックモジュールをさらに含む、請求項1に記載の装置。
【請求項１７】
少なくとも1つの固定導電層と、少なくとも1つの可動導電層とを含む、ディスプレイ要素を駆動する方法であって、
第1の電圧を前記少なくとも1つの固定導電層に印加するステップと、
前記少なくとも1つの固定導電層に対して前記可動導電層を動かすために、第2の電圧を前記可動導電層に印加するステップと、
前記ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するステップであって、前記導電部が、前記可動導電層に容量的に結合され、また前記可動導電層に機械的に結合されて、前記可動導電層とともに動く、ステップと、
前記感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記可動導電層の位置変化を決定するステップと
を含む方法。
【請求項１８】
前記ディスプレイ要素が、複数のディスプレイ要素のうちの1つであり、前記複数のディスプレイ要素が、アレイに配列される、請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
前記電圧を印加するステップが、前記1つのディスプレイ要素を含む前記アレイの列において駆動電圧をアサートするステップと、前記1つのディスプレイ要素を含む前記アレイの行においてゲート電圧をアサートするステップとを含む、請求項18に記載の方法。
【請求項２０】
前記第1の電圧が、固定される、請求項17に記載の方法。
【請求項２１】
前記第1の電圧を第1の固定導電層に印加するステップと、第3の電圧を第2の固定導電層に印加するステップとをさらに含む、請求項17に記載の方法。
【請求項２２】
前記第3の電圧が、グランドである、請求項21に記載の方法。
【請求項２３】
前記可動導電層が、前記第1の固定導電層と前記第2の固定導電層との間に配置される、請求項21に記載の方法。
【請求項２４】
電荷の前記変化が、1つまたは複数のディスプレイ要素の動作を較正するために蓄積される、請求項17に記載の方法。
【請求項２５】
複数のディスプレイ要素を含むディスプレイ装置であって、前記ディスプレイ要素の各々が、第1の導電層と、第2の可動導電層とを含み、前記ディスプレイ装置が、
第1の電圧を少なくとも前記第1の導電層に印加するための手段と、
ディスプレイ要素状態に変化を生じさせるために、第2の電圧を前記第2の可動導電層に印加するための手段と、
前記可動導電層に容量的に結合され、また前記可動導電層に機械的に結合されて、前記可動導電層とともに動く、前記ディスプレイ要素の導電部における電荷の変化を感知するための手段と
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２６】
第1の電圧を印加するための前記手段が、固定電圧源を備える、請求項25に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
第2の電圧を印加するための前記手段が、可変電圧源を備える、請求項25に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
第2の電圧を印加するための前記手段が、前記可変電圧源に結合されたデータラインを備える、請求項27に記載のディスプレイ装置。
【請求項２９】
電荷の変化を感知するための前記手段が、積分器を含む、請求項25に記載のディスプレイ装置。
【請求項３０】
前記感知された電荷の変化に少なくとも部分的に基づいて、前記第2の電圧を調整するための手段をさらに含む、請求項25に記載のディスプレイ装置。
【国際調査報告】
2015501006.tif 000025
2015501006.tif 000026
2015501006.tif 000027
2015501006.tif 000028