Фотонные микроэлектромеханические системы и структуры

Фотонные микроэлектромеханические системы и структуры

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

Микроэлектромеханические системы включают в себя микромеханические элементы, приводы и электронику. Микромеханические элементы можно образовать, используя осаждение, травление и/или другие процессы микрообработки, при осуществлении которых стравливают участки подложек и/или осажденных слоев материалов или добавляют слои для формирования электрических и электромеханических устройств. Микроэлектромеханическое устройство одного вида называют интерферометрическим модулятором. Использованный в настоящей заявке термин интерферометрический модулятор или интерферометрический модулятор света относится к устройству, которое избирательно поглощает и/или отражает свет благодаря использованию принципов оптической интерференции. Согласно некоторым вариантам осуществления интерферометрический модулятор может содержать пару проводящих пластин, причем одна из них или обе они могут быть прозрачными и/или отражающими, целиком или частично, и имеющими возможность относительно перемещаться при приложении соответствующего электрического сигнала. Согласно конкретному варианту осуществления одна пластина может содержать неподвижный слой, осажденный на подложке, а другая пластина может содержать металлическую мембрану, отделенную от неподвижного слоя воздушным промежутком. Как описано в настоящей заявке более подробно, в зависимости от положения одной пластины относительно другой может изменяться оптическая интерференция света, падающего на интерферометрический модулятор. Такие устройства находят широкое применение, и в области техники, к которой относится изобретение, представляется выгодным использовать и/или изменить характеристики устройств этих видов так, чтобы их особенности могли бы быть использованы при улучшении существующих изделий и создании новых изделий, которые еще не разработаны.

Раскрытие изобретения

Согласно некоторым вариантам осуществления оптическое устройство содержит непрозрачную подложку. Оптическое устройство также содержит первый оптический слой, который является по меньшей мере частично пропускающим и по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Кроме того, оптическое устройство содержит второй оптический слой, который является по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Второй оптический слой отнесен от первого оптического слоя. По меньшей мере один из первого оптического слоя и второго оптического слоя является подвижным между первым положением с первым расстоянием между первым и вторым оптическими слоями и вторым положением со вторым расстоянием между первым и вторым оптическими слоями. Перемещение по меньшей мере одного из первого оптического слоя и второго оптического слоя между первым и вторыми положениями модулирует отражательную способность устройства.

Согласно некоторым вариантам осуществления оптическое устройство содержит первое средство для отражения света. Первое средство для отражения является по меньшей мере частично пропускающим и по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Оптическое устройство также содержит второе средство для отражения света. Второе средство для отражения является по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Второе средство для отражения отнесено от первого средства для отражения. По меньшей мере одно из первого средства для отражения и второго средства для отражения является подвижным между первым положением с первым расстоянием между первым средством для отражения и вторым средством для отражения и вторым положением со вторым расстоянием между первым средством для отражения и вторым средством для отражения. Перемещение по меньшей мере одного из первого средства для отражения и второго средства для отражения между первым и вторым положениями модулирует отражательную способность устройства. Кроме того, оптическое устройство содержит средство для поддержания по меньшей мере одного из первого и второго средств для отражения, при этом средство для поддержания является непрозрачным.

Некоторые варианты осуществления относятся к способу изготовления оптического устройства. Способ включает в себя создание непрозрачной подложки. Способ также включает в себя формирование одного или нескольких слоев на непрозрачной подложке. Один или несколько слоев включают в себя первый оптический слой, который является по меньшей мере частично пропускающим и по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Кроме того, один или несколько слоев включают в себя второй оптический слой, который является по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Второй оптический слой отнесен от первого оптического слоя. По меньшей мере один из первого оптического слоя и второго оптического слоя является подвижным между первым положением с первым расстоянием между первым и вторым оптическими слоями и вторым положением со вторым расстоянием между первым и вторым оптическим слоями. Перемещение по меньшей мере одного из первого оптического слоя и второго оптического слоя между первым и вторым положениями модулирует отражательную способность устройства.

Некоторые варианты осуществления относятся к способу модуляции света. Способ включает в себя создание оптического устройства. Оптическое устройство содержит непрозрачную подложку. Оптическое устройство также содержит первый оптический слой, который является по меньшей мере частично пропускающим и по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Кроме того, оптическое устройство содержит второй оптический слой, который является по меньшей мере частично отражающим для падающего света. Второй оптический слой отнесен от первого оптического слоя. По меньшей мере один из первого оптического слоя и второго оптического слоя является подвижным между первым положением с первым расстоянием между первым и вторым оптическими слоями и вторым положением со вторым расстоянием между первым и вторым оптическими слоями. Способ также включает в себя перемещение по меньшей мере одного из первого оптического слоя и второго оптического слоя во время облучения устройства светом.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1А - схематическое сечение иллюстративной подложки дисплея, включающей в себя просветляющее покрытие и встроенное дополнительное освещение;

фиг.1В - схематический вид другой структуры для дополнительного освещения;

фиг.2 - схематическое изображение деталей иллюстративного процесса изготовления источника в виде дуговой лампы с помощью микрообработки;

фиг.3 - вид иллюстративной диаграммы возбуждения с центрированием относительно смещения для матриц интерферометрических модуляторов в дисплее;

фиг.4А - диаграмма, которой поясняется иллюстративная схема отображения цветов, основанная на концепции «основа плюс пигмент»;

фиг.4В - структурная схема иллюстративной системы, которая предназначена для реконфигурируемых пользователем изделий, имеющих центральной частью дисплей;

фиг.4С - схематический вид иллюстративного изделия общего применения, имеющего центральной частью дисплей;

фиг.5А - схематический вид геометрии иллюстративного интерферометрического модулятора, показанного в выключенном состоянии, в котором оптические свойства развязаны от электромеханических свойств;

фиг.5В - схематический вид интерферометрического модулятора из фиг.5А во включенном состоянии;

фиг.5С - график, иллюстрирующий характеристику конструкции интерферометрического модулятора из фиг.5А и 5В в состояниях черного и белого;

фиг.5D - график, иллюстрирующий характеристику конструкции интерферометрического модулятора из фиг.5А и 5А в нескольких цветовых состояниях;

фиг.6А - схематический вид другого иллюстративного интерферометрического модулятора со скрытой опорной структурой, в котором оптические свойства развязаны от электромеханических свойств, при этом интерферометрический модулятор показан в выключенном состоянии;

фиг.6В - схематический вид интерферометрического модулятора из фиг.6А во включенном состоянии;

фиг.7А - схематический вид конструкции иллюстративного интерферометрического модулятора в одном состоянии, в котором используются анизотропно напряженные мембраны;

фиг.7В - схематический вид интерферометрического модулятора из фиг.7А в другом состоянии;

фиг.8А - схематический вид иллюстративного интерферометрического модулятора, в котором используется поворотное включение;

фиг.8В - схематический вид иллюстративной последовательности технологических операций изготовления интерферометрического модулятора из фиг.8А;

фиг.9А - структурная схема иллюстративного микроэлектромеханического ключа;

фиг.9В - структурная схема иллюстративного возбудителя строки, основанного на микроэлектромеханических ключах;

фиг.9С - структурная схема иллюстративного возбудителя столбца, основанного на микроэлектромеханических ключах;

фиг.9D - структурная схема иллюстративного вентиля НЕ-И, основанного на микроэлектромеханических ключах;

фиг.9Е - структурная схема иллюстративной дисплейной системы, включающей в себя микроэлектромеханические элементы логики и возбудителя;

фигуры 10А-10Н - схематические виды, поясняющие структуру, изготовление и работу иллюстративного микроэлектромеханического ключа;

фигуры 10I и 10J - виды двух альтернативных конструкций иллюстративных ключей;

фиг.11А - схематический вид иллюстративной двумерной фотонной структуры на основе микрокольца;

фиг.11В - схематический вид иллюстративной периодической двумерной фотонной структуры;

фиг.12 - схематический вид иллюстративной трехмерной фотонной структуры;

фиг.13А - схематический вид иллюстративного интерферометрического модулятора, включающего в себя микрокольцевую структуру, в выключенном состоянии;

фиг.13В - схематический вид интерферометрического модулятора из фиг.13А во включенном состоянии;

фиг.13С - схематический вид иллюстративного интерферометрического модулятора, включающего в себя периодическую двумерную фотонную структуру;

фиг.14А - схематический вид иллюстративного интерферометрического модулятора, который действует как оптический ключ;

фиг.14В - схематический вид иллюстративного варианта интерферометрического модулятора из фиг.14А, который действует как оптический аттенюатор;

фиг.15А - схематический вид иллюстративного интерферометрического модулятора, который функционирует как оптический ключ или оптическое развязывающее устройство;

фиг.15В - схематический вид совокупности интерферометрических модуляторов, действующих как оптический переключатель N×N;

фиг.16 - схематический вид, поясняющий иллюстративную последовательность технологических операций изготовления структуры перестраиваемого интерферометрического модулятора;

фиг.17А - схематический вид структуры иллюстративного перестраиваемого интерферометрического модулятора, встроенного в ключ, селектирующий по длинам волн;

фиг.17В - схематический вид ключа из фиг.17А, селектирующего по длинам волн, дополнительно включающего в себя полупроводниковые приборы;

фиг.17С - схематический вид элементов с соединенными столбиковыми выводами, объединенных с ключом, селектирующим по длинам волн;

фиг.18А - схематическое представление иллюстративного двухканального корректора/смесителя;

фиг.18В - схематический вид иллюстративной реализации корректора/смесителя из фиг.18А с использованием элементов, основанных на интерферометрических модуляторах;

фиг.19 - схематическая иллюстрация непрерывного процесса изготовления, основанного на использовании рулона;

фиг.20A-20F - схематические виды, иллюстрирующие деформации в мембранном слое интерферометрического модулятора, приводящие к изменениям цветов, отображаемых интерферометрическим модулятором;

фиг.20G - схематический вид иллюстративной системы, которая может быть использована для оценивания состояния остаточного напряжения в осажденной пленке;

фиг.21А-21Е - схематические виды неоднородной пленки; фиг.21А - схематический вид иллюстративной формы неоднородной пленки, которая имеет уникальные просветляющие свойства; фиг.21В и 21С - схематические виды иллюстративной пленки на ранних стадиях образования; фиг.21D и 21Е - схематические виды иллюстративной перфорированной неоднородной пленки;

фиг.22А - схематический вид примера интерферометрического модулятора инверсного типа, в конфигурации которого развязаны оптические и электромеханические свойства устройства;

фиг.22В - схематический вид другого иллюстративного интерферометрического модулятора инверсного типа, в котором подложка выполнена сильно отражающей; и

фиг.23А и 23В - структурные схемы системы, поясняющие иллюстративное дисплейное устройство, содержащее интерферометрические модуляторы.

Нижеследующее подробное описание относится к некоторым конкретным вариантам осуществления изобретения. Однако изобретение может быть осуществлено большим числом различных способов. В этом описании делаются ссылки на чертежи, на которых повсюду аналогичные детали обозначены одинаковыми позициями. Как будет понятно из последующего описания, варианты осуществления могут быть реализованы в любом устройстве, которое сконфигурировано для индикации изображения, будь-то движущегося (например, видеоизображения) или неподвижного (например, статического изображения), и независимо от того, текстовое оно или изобразительное. Точнее, предполагается, что варианты осуществления могут быть реализованы в ряде электронных устройств или связаны с рядом электронных устройств, таких как, но без ограничения ими, мобильные телефоны, беспроводные устройства, персональные электронные секретари, карманные или портативные компьютеры, приемники и навигационные устройства глобальной системы позиционирования, фотокамеры, устройства воспроизведения в формате MP3, видеокамеры, игровые консоли, наручные часы, часовые циферблаты, калькуляторы, телевизионные мониторы, дисплеи с плоским экраном, компьютерные мониторы, автомобильные дисплеи (например, дисплей одометра и т.д.), органы управления и/или дисплеи в кабине, дисплей видоискателя камеры (например, дисплей камеры заднего обзора в транспортном средстве), электронные фотографы, электронные рекламные щиты или знаки, проекторы, архитектурные конструкции, упаковки и эстетические структуры (например, дисплей изображений на части ювелирного изделия). Микроэлектромеханические устройства со структурой, подобной описанной в настоящей заявке, также могут быть использованы в прикладных технологиях без дисплеев, например, в электронных переключающих устройствах.

Просветляющие покрытия

Характерной чертой одной ранее описанной конструкции интерферометрического модулятора является его эффективность в темном состоянии, в котором он поглощает вплоть до 99,7% света, который падает на него. Эта высокая эффективность в темном состоянии является полезной в отражательных дисплеях. В описанной конструкции интерферометрический модулятор отражает свет определенного цвета в выключенном состоянии и поглощает свет во включенном состоянии.

Поскольку матрица интерферометрических модуляторов располагается на подложке, возможность поглощения уменьшается благодаря собственному отражению подложки. В случае стеклянной подложки степень отражения обычно составляет около 4% в пределах видимого спектра. Поэтому, несмотря на поглотительную способность структуры интерферометрического модулятора, темное состояние может быть только темным, поскольку существует отражение от передней поверхности подложки.

Один способ улучшения общей рабочей характеристики дисплея на основе интерферометрических модуляторов заключается в нанесении просветляющих покрытий (AR-покрытий). Эти покрытия могут содержать один или несколько слоев диэлектрических пленок, осажденных на поверхность подложки, и предназначены для снижения отражения от этой поверхности. Существуют многочисленные различные, возможные конфигурации таких пленок, и их структура и формирование хорошо известны. Одна простая структура пленки представляет собой однократное покрытие из фторида магния толщиной, составляющей приблизительно одну четверть длины волны света, представляющего интерес. В другом примере используется четвертьволновая пленка фторида свинца, осажденного на стекло, за которой следует четвертьволновая пленка фторида магния, а в еще одном третьем примере пленка сульфида цинка расположена между двумя ними.

На фиг.1А показан иллюстративный способ, которым просветляющее покрытие может быть введено в дисплей с интерферометрическими модуляторами для улучшения характеристики дисплейной системы. На фиг.1А просветляющее покрытие 100, которое, как установлено, может содержать одну или несколько тонких пленок, осаждено на поверхность стеклянного слоя 102, соединенного со стеклянной подложкой 106, на противоположной стороне которой изготовлена матрица 108 интерферометрических модуляторов. В некоторых вариантах осуществления вследствие наличия просветляющего покрытия 100 уменьшается количество падающего света 109, отраженного от поверхности, благодаря вводу большей части его в стеклянный слой 102. Результат заключается в том, что больше падающего света 109 воспринимается матрицей 108 интерферометрических модуляторов, и при работе интерферометрического модулятора в режиме поглощения может быть получено более темное состояние дисплея. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления просветляющее покрытие 100 может быть осаждено непосредственно на поверхность стеклянной подложки 106, на сторону, противоположную стороне матрицы 108 интерферометрических модуляторов.

Встроенное освещение

На фиг.1А также показано, каким образом согласно некоторым вариантам осуществления такой дисплей может быть снабжен источниками дополнительного освещения. В примере осуществления из фиг.1А матрица микроскопических дуговых ламп 104 образована в стеклянном слое 102. Дуговые лампы представляют собой эффективные источники света. С давних времен дуговые лампы изготавливают, используя способы, аналогичные способам изготовления обычных ламп накаливания. Типичный вариант такой лампы описан в патенте США №4987496. Изготавливают стеклянную колбу, а электроды, изготовленные отдельно, вводят в колбу. После заполнения соответствующим газом колбу герметизируют. Хотя такие лампы могут быть сделаны достаточно маленькими, способ изготовления их непригоден для производства крупных монолитных матриц таких ламп.

Способы, используемые при изготовлении микромеханических структур, могут быть применены для изготовления микроскопических газоразрядных или дуговых ламп. Вследствие микроскопических размеров этих «микроламп» напряжения и токи, необходимые для возбуждения их, в некоторых вариантах осуществления значительно ниже, чем требуемые для питания дуговых ламп обычных размеров, изготовленных путем использования известных способов. В примере из фиг.1А матрица изготовлена так, что свет 113, излучаемый лампами 104, направляется к матрице 108 интерферометрических модуляторов благодаря внутреннему рефлекторному слою 111, который описан ниже.

На фиг.2 представлены детальные чертежи, поясняющие, каким образом может быть изготовлена такая иллюстративная лампа, оптимизированная для плоского панельного дисплея. Последовательность этапов описывается следующим образом. Как видно на этапе 1, используя жидкостное или сухое химическое травление, осуществляют травление стеклянного слоя 200, чтобы образовать чашку 201 рефлектора. Глубина и форма чашки для каждой лампы определяются требуемой площадью освещения. При мелкой чашке будет создаваться большое рассеяние отраженного пучка, тогда как параболическое зеркало будет способствовать сведению отраженного света в параллельный пучок. Диаметр чашки можно изменять от 10 до нескольких сотен микрометров. В некоторых вариантах осуществления этот размер определяется величиной площади изображения, которая может быть в приемлемой степени скрыта от восприятия наблюдателя. Он также является функцией плотности матрицы микроламп. На этапе 2 рефлекторный/галогенидный слой 204 и временный слой 202 осаждают и структурируют, используя общепринятые технологии осаждения, например распыление, и общепринятые технологии фотолитографии. Рефлекторный/галогенидный слой может быть стопкой пленок, содержащей алюминий (рефлектор) и галогениды, такие как иодид таллия, иодид натрия и иодид индия. Галогенид может улучшать, хотя и необязательно, характеристики света, который генерируется. Временный слой может быть, например, таким слоем, как кремний.

Далее на этапе 3 электродный слой 206 осаждают и структурируют, чтобы образовать два отдельных электрода. Этот материал может быть огнеупорным материалом, аналогичным вольфраму, и должен иметь толщину, которая является достаточной для обеспечения механической опоры, порядка нескольких тысяч ангстрем. Затем, используя способ сухого отделения, удаляют временный слой 202. Согласно некоторым вариантам осуществления узел (в виде матрицы таких ламп) герметизируют путем присоединения к стеклянной пластинчатой подложке 106 (показанной на фиг.1А) так, чтобы рефлектор был обращен к пластине. Газ, например ксенон, используют для заполнения полостей, образованных лампами во время процесса герметизации, при давлении около одной атмосферы. Это можно осуществить при выполнении процесса герметизации в воздухонепроницаемой камере, которую предварительно заполняют ксеноном.

На этапе 4 вследствие приложения достаточного напряжения к электродам каждой лампы будут возникать электрический разряд в газе между концами электродов и излучение света 205 в направлении от рефлектора 204. Это напряжение может быть всего лишь несколько десятков вольт при воздушном промежутке порядка нескольких сотен микрометров или меньше. Если материал электродов осаждался при минимальном механическом напряжении, временный слой 202 будет определять местоположение электродов внутри чашки. В этом случае в некоторых вариантах осуществления толщину выбирают так, чтобы разряд находился в фокальной точке чашки. При наличии остаточного механического напряжения, которое вызывает перемещение электродов после снятия напряжения, в некоторых вариантах осуществления толщину выбирают так, чтобы компенсировать это перемещение. В общем случае толщина должна составлять несколько частей глубины чашки, от нескольких до десятков микрометров.

Снова обратимся к фиг.1А, на которой свет показан распространяющимся по траектории 113. Следовательно, свет излучается к матрице интерферометрических модуляторов, где он воздействует на матрицу, а затем отражается матрицей по траекториям 110 к границе 107 раздела и к наблюдателю 115.

Лампы могут быть изготовлены без включения рефлекторного слоя с тем, чтобы они могли излучать свет во всех направлениях.

Лампы, изготовленные с рефлектором или без него, могут быть использованы в ряде прикладных областей, в которых необходимы микроскопические источники света или матрицы источников света. Эти прикладные области могут охватывать проекционные дисплеи, источники задней подсветки для излучающих плоских дисплеев или обычные источники света для внутреннего (жилые дома, здания) или наружного (автомобили, импульсные лампы) применения.

Обратимся к фиг.1В, на которой показана концепция альтернативного иллюстративного источника дополнительного освещения. Световод 118 представляет собой стеклянный или пластиковый слой, который присоединен к подложке 112. Источники 116 света, которые могут содержать любое число излучающих источников, таких как люминесцентные лампы, светодиодные матрицы или указанные выше матрицы микроламп, расположены на противоположных сторонах световода. Свет 122 вводят в световод, используя коллиматор 120, так что большая часть света канализируется внутри световода вследствие полного внутреннего отражения. Площадка 124 рассеяния представляет собой участок световода, которому придают шероховатость, используя жидкостные или сухие способы химической обработки. Площадку рассеяния покрывают материалом или стопкой 126 тонких пленок, которая содержит отражающую поверхность, обращенную к подложке 112, и поглощающую поверхность, обращенную к наблюдателю 128.

Когда свет, канализированный внутри световода, попадает на площадку рассеяния, условия для полного внутреннего отражения нарушаются, и некоторая часть 129 света рассеивается по всем направлениям. Рассеянный свет, который обычно выходит в окружающую среду к наблюдателю 128, отражается в подложку 112 из-за наличия отражающей стороны покрытия 126. Аналогично упомянутым выше микролампам площадки рассеяния согласно некоторым вариантам осуществления изготавливают в виде матрицы, при этом каждой площадке придают такие размеры, что участок дисплея, который она загораживает от прямого наблюдения, малозаметен. Хотя их размеры небольшие, порядка десятков микрометров, они могут создавать достаточное дополнительное освещение вследствие собственной оптической эффективности нижележащей матрицы 114 интерферометрических модуляторов. Форма площадки рассеяния может быть круговой, прямоугольной или произвольных конфигураций, при которых может минимизироваться восприятие их наблюдателем.

Адресация элементов в матрице

Чтобы включить матрицы интерферометрических модуляторов согласованным образом с целью индикации, в некоторых вариантах осуществления к строкам и столбцам матрицы прикладывают последовательность напряжений, что обычно известно как «построчный» режим. Основная идея заключается в подаче достаточного напряжения на конкретную строку, чтобы напряжения, подаваемые на выбранные столбцы, вызывали включение или выключение соответствующих элементов в выбранной строке в зависимости от напряжения на столбце. Согласно некоторым вариантам осуществления пороговые значения и прикладываемые напряжения должны быть такими, чтобы только элементы в выбранной строке подвергались воздействию при подаче напряжений столбцов. Вся матрица может быть адресована на протяжении периода времени путем последовательного выбора набора строк, содержащих изображение.

Один простой иллюстративный способ осуществления этого показан на фиг.3. Петля 300 гистерезиса является идеализированным представлением электрооптической характеристики отражающего интерферометрического модулятора. По оси x показано приложенное напряжение, а по оси y показана амплитуда отраженного света. Интерферометрический модулятор согласно некоторым вариантам осуществления имеет гистерезис, поскольку когда напряжение повышается выше порога притягивания, структура интерферометрического модулятора включается и становится сильно поглощающей. Когда приложенное напряжение снижается, то приложенное напряжение должно быть доведено до уровня ниже порога отпускания, чтобы структура переместилась обратно в выключенное состояние. Разница между пороговыми значениями притягивания и отпускания создает окно гистерезиса. Эффект гистерезиса, а также альтернативные схемы адресации рассмотрены в патенте США № 5986796. В некоторых вариантах осуществления окно гистерезиса может быть использовано путем поддержания напряжения смещения, V_{смещения}, чтобы в любой момент времени удерживать интерферометрический модулятор в любом состоянии, в возбужденном или выключенном. Напряжения V_{включения} и V_{выключения} соответствуют напряжениям, необходимым для включения или выключения структуры интерферометрического модулятора. Согласно некоторым вариантам осуществления матрицу возбуждают путем приложения напряжений к столбцам и строкам, используя электронику, известную как возбудители столбцов и строк. Интерферометрические модуляторы изготавливают с пороговым значением притягивания 6 В и пороговым значением отпускания 3 В. Для такого устройства типичными значениями V_{смещения}, V_{выключения} и V_{включения} являются соответственно 4,5 В, 0 В и 9 В.

На фиг.3 показана временная диаграмма 302, иллюстрирующая форму напряжений, которые могут быть приложены для включения матрицы интерферометрических модуляторов, которые имеют петлю гистерезиса, похожую на петлю 300. В некоторых вариантах осуществления используются всего пять напряжений, два напряжения столбцов и три напряжения строк. В некоторых вариантах осуществления напряжения выбирают так, что Vcol1 точно равно удвоенному значению V_{смещения}, а Vcol0 равно 0 В. В некоторых вариантах осуществления напряжения строк выбирают так, чтобы разность между Vsel F0 и Vcol0 была равна V_{включения}, а разность между Vsel F0 и Vcol1 была равна V_{выключения}. В противоположность этому в некоторых вариантах осуществления разность между Vsel F1 и Vcol1 равна V_{включения}, разность между Vsel F1 и Vcol0 равна V_{выключения}.

Адресация происходит на чередующихся кадрах 0 и 1. В иллюстративной адресной последовательности данные для строки 0 загружаются в возбудители столбцов в течение кадра 0, в результате чего в зависимости от того, являются ли данные двоичной единицей или нулем, прикладываются уровни Vcol1 или Vcol0 напряжений, соответственно. Когда данные приведены в порядок, с возбудителя строки 0 подается выбранный импульс со значением Vsel F0. Это приводит к тому, что становятся включенными все интерферометрические модуляторы на столбцах с Vcol0, а интерферометрические модуляторы на столбцах с Vcol1 выключаются. Данные для следующей строки загружаются в столбцы, и выбранные импульсы прикладываются к этой строке и так далее до тех пор, пока не будет достигнут конец изображения. Затем адресация начинается снова со строки 0; однако в это время адресация происходит в пределах кадра 1.

Различие между кадрами заключается в том, что соответствие между данными и напряжениями столбцов изменяется, теперь двоичный нуль представлен Vcol0, а импульс выбора строки теперь находится на уровне Vsel F1. В некоторых вариантах осуществления путем использования такого способа полярность напряжений, подаваемых на дисплейную матрицу, полностью изменяется с каждым кадром. Это является полезным, особенно для дисплеев на основе микроэлектромеханических элементов, поскольку позволяет компенсировать накопление заряда постоянного тока любого уровня, которое может происходить, когда прикладываются напряжения только одной полярности. Накопление заряда внутри структуры может приводить к значительному смещению электрооптической характеристики интерферометрического модулятора или другого микроэлектромеханического устройства.

Схемы отображения цветов

Поскольку интерферометрический модулятор представляет собой универсальное устройство с рядом потенциальных оптических характеристик, то возможно некоторое количество различных схем отображения цветов, имеющих различные характерные признаки. В одной возможной схеме используется то, что имеются конструкции бинарных интерферометрических модуляторов, которые позволяют получать цветовые состояния, темные или состояния черного и состояния белого в одном и том же интерферометрическом модуляторе. Эта возможность может быть использована для получения схемы цветов, которую можно описать как «основа плюс пигмент». Такая терминология использована потому, что способ аналогичен способу, которым получают цвета краски путем добавления пигментов к бесцветной основе до получения желаемого цвета. Используя этот способ, можно получить любой цвет в спектре конкретной краски и любую степень насыщения путем регулирования состава и количества пигментов, которые добавляются к основе. То же самое можно утверждать в отношении дисплея, который включает в себя цветные и черные, и белые пикселы.

Как показано на фиг.4А, типовой пиксел 400 содержит пять подпикселных элементов 402, 404, 406 и 408, при этом каждый подпиксел способен отражать красный, зеленый, голубой и белый, соответственно. Все подпикселы способны быть в темном состоянии. Управление яркостью каждого подпиксела можно осуществлять, используя способы, относящиеся к широтно-импульсной модуляции, рассмотренные в патенте США №5835255. В сочетании с соответствующим образом выбранными относительными размерами подпикселов это приводит в результате к пикселу, с помощью которого можно осуществлять в очень больших пределах регулировку яркости и насыщения. Например, путем минимизации общей яркости белых подпикселов можно получать сильно насыщенные цвета. В противоположность этому путем минимизации яркости цветовых подпикселов или путем максимизации их в сочетании с белыми подпикселами можно получать яркое черно-белое изображение. Очевидно, что также достижимы все промежуточные варианты.

Управление цветовой схемой пользователем

Схемы цветов согласно некоторым вариантам осуществления, описанным ранее, а также собственные характеристики дисплея на основе интерферометрических модуляторов, выраженные в разрешении, глубине шкалы уровней серого и частоты регенерации, обеспечивают гибкость характеристик дисплея. С учетом этого ряда полезно предоставить пользователю изделие, включающее в себя такое управление дисплеем в пределах его общих характеристик. В качестве альтернативы может быть предпочтительно, чтобы дисплей автоматически приспосабливался к различным потребностям наблюдателя.

Например, пользователь может захотеть использовать изделие в черно-белом режиме, если в некоторой ситуации представляется только текст. Однако в другой ситуации пользователь может захотеть наблюдать высококачественные цветные статические изображения или в еще одном режиме может захотеть наблюдать живое видео. Хотя потенциально каждый из этих режимов находится в рамках данной конфигурации дисплея с интерферометрическими модуляторами, но необходим компромисс между отдельными характеристиками. Компромисс включает в себя необходимость в низких скоростях регенерации, если требуется получение изображений с высоким разрешением, или возможность получения значительной глубины шкалы оттенков серого, если необходимо только черно-белое изображение.

Чтобы обеспечить пользователю гибкость в удовлетворении требований такого вида, в некоторых вариантах осуществления технические средства контроллера могут быть в определенной степени переконфигурированы. Компромисс является следствием того, что любой дисплей имеет только определенную величину ширины полосы пропускания, которая принципиально ограничена временем отклика пикселных элементов, и поэтому определяет количество информации, которое может быть отображено в течение заданного времени.

Одна иллюстративная архитектура дисплея, которая может обеспечить такую гибкость, показана на фиг.4В. На этой структурной схеме логический узел 412 контроллера реализован путем использования одной из множества интегральных схем, включающей в себя программируемые логические приборы и вентильные матрицы, программируемые пользователем, в которых обеспечивается возможность изменения функциональных возможностей или осуществления реконфигурации элемента после выхода из производства. Такие приборы, которые традиционно используются для специализированных областей применения, таких как цифровая обработка сигналов или сжатие изображений, могут обеспечить высокие характеристики, необходимые для такой обработки, наряду с тем, что обеспечивается гибкость во время этапа проектирования изделий, включающих в себя такие приборы.

Контроллер 412 согласно некоторым вариантам осуществления формирует сигналы и данные для электроники 414 и 416 возбудителей, предназначенной для адресации дисплея 418. Обычные контроллеры основаны на интегральных схемах, то есть на специализированных интегральных схемах, которые эффективно «программируются» благодаря заложенному в них конструктивному решению в процессе изготовления. Контроллер 412 согласно некоторым вариантам осуществления имеет внутреннюю топологию кристалла, включающую в себя многочисленные логические элементы основного и более высокого уро