用于控制顯示裝置的電路的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2011年2月1日申請?zhí)枮榈?01180017151. 2號發(fā)明名稱為 "用于控制顯示裝置的電路"的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] -般而言，本發(fā)明涉及成像顯示器的領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及控制器電路以及 用于控制結(jié)合到成像顯示器中的光調(diào)制器的過程。
【背景技術(shù)】
[0003] 由機(jī)械光調(diào)制器構(gòu)建的顯示器是對基于液晶技術(shù)的顯示器有吸引力的替換。機(jī)械 光調(diào)制器通過好的視角以及寬泛范圍的色彩和灰度足夠快地顯示視頻內(nèi)容。機(jī)械光調(diào)制器 已成功地用于投影顯示應(yīng)用中。使用機(jī)械光調(diào)制器的直視顯示器尚未展現(xiàn)亮度和低功率的 足夠有吸引力的組合。在本領(lǐng)域中需要快速、明亮、低功率的機(jī)械致動直視顯示器。具體地， 為了有改進(jìn)的圖像質(zhì)量和降低的功耗，需要可高速且低壓地驅(qū)動的直視顯示器。
[0004] 與其中開關(guān)電路和光調(diào)制器可構(gòu)建在從硅基板切割的相對較小的管芯上的投影 顯示器相反，大多數(shù)直視顯示器需要在大得多的基板上制造光調(diào)制器。另外，在許多情況 下，特別是對于背光直視顯示器，控制電路和光調(diào)制器兩者都優(yōu)選在透明基板上形成。由 此，許多典型的半導(dǎo)體制造工藝不適用。通常需要開發(fā)新的開關(guān)電路和控制算法來解決構(gòu) 建在透明基板上的MEMS器件的材料、工藝技術(shù)、以及性能特性的基本差異。仍然需要結(jié)合 調(diào)制過程連同產(chǎn)生具有豐富級別的灰度和對比率的詳細(xì)圖像的開關(guān)電路的MEMS直視顯示 器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，操作顯示器的方法包括：在數(shù)據(jù)加載階段期間將圖像數(shù)據(jù) 加載到像素陣列中的多行像素中的像素；在更新階段期間致動至少兩行和至少兩列的像 素；以及在燈點亮階段期間點亮至少一盞燈以點亮所致動的像素從而在顯示器上形成圖 像，其中更新階段與加載和點亮階段中的至少一個在時間上部分重疊。
[0006] 在特定實施例中，對于至少一位的燈輸出，燈點亮階段與數(shù)據(jù)加載階段在時間上 完全重疊。在特定實施例中，更新階段包括傳送多個更新信號。在一方面，更新階段包括第 一和第二子階段。在一方面，多個更新信號中的第一更新信號還包括與第一和第二子階段 相對應(yīng)的第一和第二信號階段，并且數(shù)據(jù)加載階段與第一更新信號的第一信號階段在時間 上重疊。在一方面，第一信號階段對應(yīng)于重置階段。
[0007] 在一個實施例中，該方法包括具有與第一和第二子階段相對應(yīng)的第一和第二信號 階段的多個更新信號中的第二更新信號，其中燈點亮階段與第一更新信號的第二信號階段 和第二更新信號的第一信號階段兩者在時間上重疊。在一方面，第一信號階段對應(yīng)于更新 階段的電設(shè)置子階段，而第二信號階段對應(yīng)于更新階段的機(jī)械反應(yīng)子階段。在一方面，數(shù)據(jù) 加載階段與機(jī)械反應(yīng)子階段在時間上重疊。
[0008] 在一個實施例中，該方法還包括在遮光器變換階段期間移動遮光器，其中燈點亮 階段與遮光器變換階段在時間上部分重疊。在一方面，燈點亮階段在重置階段期間與遮光 器變換重疊。在一個實施例中，數(shù)據(jù)加載階段與更新階段的結(jié)尾和燈點亮階段的開頭在時 間上重疊。在一個實施例中，加載、更新、以及點亮階段中的每一個都彼此在時間上至少部 分地重疊。在一個實施例中，加載、更新、以及點亮階段中的至少一個在時間上與至少一個 其他階段部分重疊。在一方面，顯示器構(gòu)建在透明基板上。在一方面，顯示器包括MEMS光 調(diào)制器陣列。在一方面，顯示器包括基于遮光器的光調(diào)制器陣列。
【附圖說明】
[0009] 根據(jù)參考附圖的對本發(fā)明的以下詳細(xì)描述，將更容易地理解以上討論：
[0010] 圖IA是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的顯示裝置的等距視圖；
[0011] 圖IB是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖IA的顯示裝置的框圖；
[0012] 圖IC是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的使用場序色彩技術(shù)在顯示器上顯示圖像的 方法的時序圖；
[0013] 圖ID是示出根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的使用編碼時分灰度技術(shù)的各種圖像形 成事件的時序的時序圖；
[0014] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于結(jié)合到圖IA的基于MEMS的顯示器中 的說明性基于遮光器的光調(diào)制器的立體圖；
[0015] 圖2B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于結(jié)合到圖IA的基于MEMS的顯示器中 的基于卷簾（rollershade)的光調(diào)制器的截面圖；
[0016] 圖2C是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于結(jié)合到圖IA的基于MEMS的顯示器的 替換實施例中的基于光分接器（light-tap)的光調(diào)制器的截面圖；
[0017] 圖2D是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于結(jié)合到圖IA的基于MEMS的顯示器的 替換實施例中的基于電潤濕（electrowetting)的光調(diào)制器的截面圖；
[0018] 圖3A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于控制結(jié)合到圖IA的基于MEMS的顯示 器中的光調(diào)制器的控制矩陣的示意圖；
[0019] 圖3B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的連接到圖3A的控制矩陣的基于遮光器的光 調(diào)制器陣列的立體圖；
[0020] 圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的分別處于打開和關(guān)閉狀態(tài)的雙致動遮 光器組件的平面圖；
[0021] 圖4C是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于結(jié)合到基于MEMS的顯示器中的基于雙 致動器光分接器的光調(diào)制器的截面圖；
[0022] 圖5A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于控制圖IA的顯示裝置的遮光器組件的 控制矩陣的示圖；
[0023] 圖5B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的對圖5A的控制矩陣的像素尋址的方法的流 程圖；
[0024] 圖6是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的適于控制圖IA的顯示裝置的遮光器組件的 控制矩陣的示圖；
[0025] 圖7是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的對圖6的控制矩陣的像素尋址的方法的流程 圖；
[0026] 圖8A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖像生成的階段圖；
[0027] 圖8B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與圖8A的階段圖相對應(yīng)的圖像生成的時序 圖；
[0028] 圖9A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖像生成的另一階段圖；
[0029] 圖9B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與圖9A的階段圖相對應(yīng)的圖像生成的時序 圖；
[0030] 圖IOA是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖像生成的另一階段圖；
[0031] 圖IOB是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與圖IOA的階段圖相對應(yīng)的圖像生成的時 序圖；
[0032] 圖IlA是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖像生成的另一階段圖；
[0033] 圖IlB是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與圖IlA的階段圖相對應(yīng)的圖像生成的時 序圖；
[0034] 圖12A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖像生成的另一階段圖；
[0035] 圖12B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與圖12A的階段圖相對應(yīng)的圖像生成的時 序圖；
[0036] 圖13A是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的圖像生成的又一階段圖；以及
[0037] 圖13B是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的與圖13A的階段圖相對應(yīng)的圖像生成的時 序圖。
【具體實施方式】
[0038] 為了提供對本發(fā)明的全面理解，現(xiàn)在將描述包括用于顯示圖像的裝置和方法的特 定說明性實施例。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本文中所描述的系統(tǒng)和方法可根 據(jù)所闡述的應(yīng)用適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改，且本文中所描述的系統(tǒng)和方法可用于其他合適的應(yīng)用 中，并且這些其他添加和修改將不背離其范圍。
[0039] 圖IA是根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例的基于MEMS的直視顯示裝置100的示意圖。 顯示裝置100包括排列成多行和多列的多個光調(diào)制器l〇2a-102d (統(tǒng)稱為"光調(diào)制器102")。 在顯示裝置100中，光調(diào)制器l〇2a和102d處于打開狀態(tài)，從而允許光穿過。光調(diào)制器102b 和102c處于關(guān)閉狀態(tài)，從而阻止光通過。如果通過一盞或多盞燈105點亮，則通過選擇性 地設(shè)置光調(diào)制器l〇2a-102d的狀態(tài)，可利用顯示裝置100來形成用于背光顯示的圖像104。 在另一實現(xiàn)中，裝置100可通過反射源自該裝置前面的環(huán)境光來形成圖像。在另一實現(xiàn)中， 裝置100可通過反射來自置于顯示器前面的一盞或多盞燈的光（即，通過使用正面光）來 形成圖像。在關(guān)閉和打開狀態(tài)之一中，光調(diào)制器102通過例如但不限于遮擋、反射、吸收、過 濾、偏振、衍射、或者以其他方式更改光的特性或光路來干擾光學(xué)路徑中的光。
[0040] 在顯示裝置100中，每一光調(diào)制器102對應(yīng)于圖像104中的像素106。在其他實現(xiàn) 中，顯示裝置100可利用多個光調(diào)制器來形成圖像104中的像素106。例如，顯示裝置100 可包括三種色彩專用的光調(diào)制器102。通過選擇性地打開與特定像素106相對應(yīng)的一個或 多個色彩專用的光調(diào)制器102,顯示裝置100可生成圖像104中的彩色像素106。在另一示 例中，顯示裝置100包括每一像素106兩個或更多個光調(diào)制器102以提供圖像104中的灰 度。對于圖像，"像素"對應(yīng)于圖像分辨率所定義的最小象素 （picture element)。對于顯 示裝置100的結(jié)構(gòu)部件，術(shù)語"像素"是指用于調(diào)制形成圖像的單個像素的光的組合的機(jī)械 和電氣部件。
[0041] 由于顯示裝置100不需要成像光學(xué)器件，因此它是直視顯示器。用戶通過直接看 顯示裝置100來查看圖像。在替換實施例中，顯示裝置100被結(jié)合到投影顯示器中。在這種 實施例中，顯示器通過將光投影到屏幕或墻壁上來形成圖像。在投影應(yīng)用中，顯示裝置100 實質(zhì)上小于所投影的圖像104。
[0042] 直視顯示器可在透射或反射模式中操作。在透射顯示器中，光調(diào)制器過濾或選擇 性地遮擋源自置于該顯示器后面的一盞或多盞燈的光。將燈光任選地射入光導(dǎo)或"背光"。 通常將透射直視顯示器實施例構(gòu)建到透明或玻璃基板上以便于其中包含光調(diào)制器的一個 基板直接置于背光頂部的夾層（sandwich)組件排列。在一些透射顯示器實施例中，色彩專 用的光調(diào)制器通過將一濾色片材料與每一調(diào)制器102相關(guān)聯(lián)來創(chuàng)建。在其他透射顯示器實 施例中，如下所述，色彩可使用通過交替點亮有不同原色的燈的場序色彩法來生成?？稍?這些顯示器中采用多種不同類型的燈，包括但不限于白熾燈、熒光燈、激光器、發(fā)光二極管 (LED)、或者本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他合適的光源。此外，燈可組合到包含多盞燈的 單個組件中。舉例而言，紅色、綠色和藍(lán)色LED的組合可在小的半導(dǎo)體芯片中與白色LED組 合、或者替代白色LED，或者組裝到小的多燈封裝中。類似地，每一盞燈可表示四種色彩的 LED的組件，舉例而言，紅色、黃色、藍(lán)色和藍(lán)色LED的組合。
[0043] 每一光調(diào)制器102包括遮光器108和孔隙109。為了點亮圖像104中的像素106， 遮光器108被放置成允許光朝向觀察者穿過孔隙109。為了使像素106保持未點亮，遮光器 108被放置成阻止光通過孔隙109?？紫?09由通過反射或吸光材料圖案化的開口限定。
[0044] 顯示裝置還包括連接到基板和光調(diào)制器的用于控制遮光器的移動的控制矩陣。該 控制矩陣包括一系列電互連（例如，互連11〇、112和114)，這些電互連包括每行像素至少 一個寫使能互連110 (也稱為"掃描線互連")、每列像素一個數(shù)據(jù)互連112、以及向顯示裝置 100中的所有像素、或者至少向來自顯示裝置100中的多列多行的像素提供公共電壓的一 個公共互連114。響應(yīng)于適當(dāng)電壓（"寫使能電壓V w/)的施加，給定行像素的寫使能互連 110使該行像素準(zhǔn)備接受新的遮光器移動指令。數(shù)據(jù)互連112傳遞數(shù)據(jù)電壓脈沖形式的新 移動指令。在一些實現(xiàn)中，施加到數(shù)據(jù)互連112的數(shù)據(jù)電壓脈沖直接對遮光器的靜電移動 作出貢獻(xiàn)。在其他實現(xiàn)中，數(shù)據(jù)電壓脈沖控制開關(guān)（例如，晶體管、或者其他非線性電路元 件），這些開關(guān)控制幅值通常高于數(shù)據(jù)電壓的單獨致動電壓向光調(diào)制器102的施加。然后， 這些致動電壓的施加導(dǎo)致遮光器108的靜電驅(qū)動的移動。
[0045] 圖IB是顯示裝置100的框圖150。參考圖IA和1B，如框圖150所示，除了以上所 述的顯示裝置100的元件以外，顯示裝置100包括多個掃描驅(qū)動器152 (也稱為"寫使能電 壓源"）和多個數(shù)據(jù)驅(qū)動器154(也稱為"數(shù)據(jù)電壓源")。掃描驅(qū)動器152向掃描線互連110 施加寫使能電壓。數(shù)據(jù)驅(qū)動器154向數(shù)據(jù)互連112施加數(shù)據(jù)電壓。在顯示裝置的一些實施 例中，數(shù)據(jù)驅(qū)動器154被配置成向光調(diào)制器提供模擬數(shù)據(jù)電壓，特別是在圖像104的灰度以 模擬方式推導(dǎo)的情況下。在模擬操作中，光調(diào)制器102被設(shè)計成在通過數(shù)據(jù)互連112施加 一范圍的中間電壓時，導(dǎo)致遮光器108中的一范圍的中間打開狀態(tài)、以及因此圖像104中的 一范圍的中間點亮狀態(tài)或灰度。
[0046] 在其他情況下，數(shù)據(jù)驅(qū)動器154被配置成只向該控制矩陣施加一組減小的2、3或 4位電壓電平。這些電壓電平被設(shè)計成以數(shù)字方式對每一遮光器108設(shè)置打開狀態(tài)或關(guān)閉 狀態(tài)。
[0047] 掃描驅(qū)動器152和數(shù)據(jù)驅(qū)動器154連接到數(shù)字控制器電路156(也稱為"控制器 156")?？刂破?56包括輸入處理模塊158,該輸入處理模塊158將傳入圖像信號157處理 成適于顯示器100的空間尋址和灰度能力的數(shù)字圖像格式。每一圖像的像素位置和灰度數(shù) 據(jù)被存儲在幀緩沖器159中，從而數(shù)據(jù)可按需饋送到數(shù)據(jù)驅(qū)動器154。以按照行和圖像幀分 組的預(yù)定序列組織的數(shù)據(jù)以大致串行的方式發(fā)送到數(shù)據(jù)驅(qū)動器154。數(shù)據(jù)驅(qū)動器154可包 括串行到并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電平轉(zhuǎn)移、以及對于一些應(yīng)用的數(shù)字到模擬電壓轉(zhuǎn)換器。
[0048] 顯示裝置100任選地包括一組公共驅(qū)動器153,也稱為公共電壓源。在一些實施例 中，公共驅(qū)動器153向光調(diào)制器陣列103中的所有光調(diào)制器提供DC公共電位，舉例而言，向 一系列公共互連114供應(yīng)電壓。在其他實施例中，公共驅(qū)動器153跟隨來自控制器156的 命令向光調(diào)制器陣列103發(fā)出電壓脈沖或信號，舉例而言，能夠驅(qū)動和/或發(fā)起陣列103的 多行多列中的所有光調(diào)制器的同時致動的全局致動脈沖。
[0049] 用于不同顯示功能的所有驅(qū)動器（例如，掃描驅(qū)動器152、數(shù)據(jù)驅(qū)動器154、以及公 共驅(qū)動器153)通過控制器156中的時序控制模塊160來進(jìn)行時間同步。來自模塊160的時 序命令經(jīng)由燈驅(qū)動器168、像素陣列103內(nèi)的特定行的寫使能和排序、來自數(shù)據(jù)驅(qū)動器154 的電壓輸出、以及提供光調(diào)制器致動的電壓輸出來協(xié)調(diào)紅色、綠色和藍(lán)色、以及白色燈（分 別為162、164、166和167)的點亮。
[0050] 控制器156確定陣列103中的每一遮光器108可被重置為適于新圖像104的照度 級所依據(jù)的排序或?qū)ぶ贩桨?。合適的尋址、圖像形成、以及灰度技術(shù)的細(xì)節(jié)可在美國專利申 請No. 11/326, 696和11/643,042中找到，這些專利申請通過引用整體結(jié)合于此。新圖像 104可以周期性的間隔設(shè)置。舉例而言，對于視頻顯示器，彩色圖像104或各幀視頻以范圍 為從10到300赫茲的頻率刷新。在一些實施例中，將圖像幀設(shè)置至陣列103與點亮燈162、 164和166同步，從而交替的圖像幀用諸如紅色、綠色和藍(lán)色之類的一系列交替的色彩來點 亮。每一種對應(yīng)的色彩的圖像幀被稱為色彩子幀。在稱為場序色彩法的該方法中，如果色 彩子幀以超過20Hz的頻率交替，則人腦將對交替的幀圖像求平均以感知具有一寬泛和連 續(xù)范圍的色彩的圖像。在替換實現(xiàn)中，可在顯示裝置100中采用具有原色的四盞或更多盞 燈，這些燈采用除紅色、綠色和藍(lán)色以外的原色。
[0051] 在一些實現(xiàn)中，在顯示裝置100被設(shè)計成遮光器108在打開和關(guān)閉狀態(tài)之間數(shù)字 切換的情況下，控制器156確定尋址序列和/或圖像幀之間的時間間隔以產(chǎn)生具有適當(dāng)灰 度的圖像104。通過在特定幀中控制遮光器108打開的時間量來生成變化的灰度級的過程 被稱為時分灰度。在時分灰度的一個實施例中，控制器156根據(jù)該像素所期望的照度級或 灰度來確定在每一幀內(nèi)允許遮光器108保持打開狀態(tài)的時間段或一小部分時間。在其他實 現(xiàn)中，對于每一圖像幀，控制器156將多個子幀圖像設(shè)置在陣列103的多行多列中，并且該 控制器與灰度值或者在灰度的編碼字內(nèi)所采用的重要值成比例地更改點亮每一子幀圖像 的持續(xù)時間。舉例而言，一系列子幀圖像的點亮?xí)r間可與二元編碼級數(shù)1，2, 4, 8...成比例 地變化。然后，根據(jù)在像素的灰度二元編碼字內(nèi)的相應(yīng)位置處的值，在子幀圖像內(nèi)將陣列 103中的每一像素的遮光器108設(shè)置成打開或關(guān)閉狀態(tài)。
[0052] 在其他實現(xiàn)中，該控制器與特定子幀圖像所期望的灰度值成比例地更改來自燈 162、164和166的光的強(qiáng)度。多種混合技術(shù)也可用于從遮光器陣列108形成色彩和灰度。 舉例而言，以上所述的時分技術(shù)可與每一像素使用多個遮光器108相組合，或者特定子幀 圖像的灰度值可通過子幀時序和燈強(qiáng)度的組合來建立。這些以及其他實施例的細(xì)節(jié)可在以 上引用的美國專利申請11/643, 042中找到。
[0053] 在一些實現(xiàn)中，通過各行的順序?qū)ぶ罚ㄟ@也稱為掃描線），圖像狀態(tài)104的數(shù)據(jù)被 控制器156加載到調(diào)制器陣列103。對于序列中的每一行或掃描線，掃描驅(qū)動器152向陣列 103的該行的寫使能互連110施加寫使能電壓，并且數(shù)據(jù)驅(qū)動器154順序地向所選行中的每 一列供應(yīng)與期望遮光器狀態(tài)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)電壓。該過程重復(fù)，直至針對該陣列中的所有行 都加載了數(shù)據(jù)。在一些實現(xiàn)中，用于數(shù)據(jù)加載的所選行的序列是線性的，從而從該陣列的頂 部行進(jìn)到底部。在其他實現(xiàn)中，為了使視覺偽影最小化，所選行的序列是偽隨機(jī)的。同樣， 在其他實現(xiàn)中，排序按照塊來組織，其中對于一個塊，僅