专利摘要:
本發明揭示一種顯示器,其包含光調變器之一陣列,各光調變器具有一第一致動器及一第二致動器。一控制矩陣包含具有一第一狀態反相器之一電路,該第一狀態反相器具有耦合至一第二狀態反相器之一輸入之一輸出。一資料儲存電容器耦合至該第一反相器之一輸入且經組態以儲存對應於該像素之一未來像素狀態之一資料電壓。一第一更新互連件耦合至該第一狀態反相器且經組態使得改變施加至該第一更新互連件之一電壓導致該第一致動器回應該所儲存之資料電壓。一第二更新互連件耦合至該第二狀態反相器且經組態使得改變施加至該第二更新互連件之一電壓導致該第二致動器回應該第一反相器之一電壓狀態。
公开号:TW201319617A
申请号:TW101134588
申请日:2012-09-20
公开日:2013-05-16
发明作者:Stephen English;Stephen R Lewis
申请人:Pixtronix Inc;
IPC主号:G09G3-00
专利说明:
用於控制顯示裝置之電路
本揭示內容係關於機電系統(EMS)之領域。特定言之,本揭示內容係關於用於控制顯示裝置之EMS光調變器之陣列以產生顯示影像之電路。
本專利申請案主張2011年9月20日申請的名為「Circuits for Controlling Display Apparatus」之美國臨時專利申請案第61/536,692號的優先權。先前申請案的揭示內容被視作本專利申請案的一部分且以引用的方式併入本專利申請案。
各種顯示裝置包含具有透射或反射光以形成影像之對應光調變器之顯示像素之陣列。光調變器包含用於在第一狀態與第二相反狀態之間驅動光調變器之致動器。在特定顯示裝置中,需增大光調變器之速度及可靠性。光調變器由被稱作控制矩陣之電路集合控制。
本揭示內容之系統、方法及器件各具有數個創新態樣,其等之單個不單獨負責本文所揭示之所要屬性。
本揭示內容所述之標的之一創新態樣可實施為一種顯示裝置,其包含顯示元件之陣列,各顯示元件具有經組態以驅動顯示元件進入第一狀態之第一致動器及經組態以驅動顯示元件進入第二狀態之第二致動器。顯示裝置亦包含控制矩陣,該控制矩陣針對各像素包含具有第一狀態反相器及第二狀態反相器之電路。第一狀態反相器具有耦合至第二狀態反相器之輸入之輸出。控制矩陣針對各像素亦包含耦合至第一反相器之輸入之資料儲存電容器。資料儲存電容器經組態以儲存對應於像素之未來像素狀態之資料電壓。針對各像素,控制矩陣亦包含耦合至第一狀態反相器之第一更新互連件。第一更新互連件經組態使得改變施加至第一更新互連件之電壓導致第一致動器回應儲存在資料儲存電容器上之資料電壓。針對各像素,控制矩陣亦包含耦合至第二狀態反相器之第二更新互連件。第二更新互連件經組態使得改變施加至第二更新互連件之電壓導致第二致動器回應第一反相器之電壓狀態。在一些實施方案中,控制矩陣使用具有銦鎵鋅氧化物(IGZO)層之電晶體。在一些實施方案中,顯示裝置經組態以在複數個顯示元件之定址及啟動過程中將致動電壓互連件大維持為約致動電壓。
在一些實施方案中,顯示裝置經組態以將施加至第一更新互連件之電壓降低至第一低電壓以導致第一反相器回應儲存在資料儲存電容器上之資料。在第一反相器回應儲存在資料儲存電容器上之資料後,顯示裝置經組態以降低施加至第二更新互連件之電壓以導致第二反相器回應第一反相器之電壓狀態。
在一些實施方案中,第一反相器包含耦合至第一更新互連件之第一放電電晶體且第二反相器包含耦合至第二更新互連件之第二放電電晶體。第一放電電晶體之輸出耦合至第二放電電晶體之輸入。在將施加至第一更新互連件之電壓降低至第一低電壓時,第一放電電晶體回應儲存在資料儲存電容器上之資料,導致第一反相器回應於儲存在資料儲存電容器上之資料呈現一狀態。在降低施加至第二更新互連件之電壓時,第二放電電晶體回應第一反相器之狀態使得第二反相器呈現與第一反相器之狀態相反之一狀態。在一些實施方案中,顯示裝置經組態以回應於第二反相器呈現與第一反相器之狀態相反之一狀態而啟動至少一光源。
在一些實施方案中,顯示裝置經組態以將施加至第一更新互連件之電壓升高至第一電壓狀態以導致第一反相器回應儲存在資料儲存電容器上之資料。在第一反相器回應儲存在資料儲存電容器上之資料後,顯示裝置經組態以升高施加至第二更新互連件之電壓而導致第二反相器回應第一反相器之電壓狀態。
在一些實施方案中,第一反相器包含耦合至第一更新互連件之第一放電電晶體且第二反相器包含耦合至第二更新互連件之第二放電電晶體。第一放電電晶體之輸出耦合至第二放電電晶體之輸入。在將施加至第一更新互連件之電壓升高至第一電壓狀態時,第一放電電晶體回應儲存在資料儲存電容器上之資料,其導致第一反相器回應於儲存在資料儲存電容器上之資料呈現一狀態。在升高施加至第二更新互連件之電壓時,第二放電電晶體回應第一反相器之狀態使得第二反相器呈現與第一反相器之狀態相反之一狀態。在一些實施方案中,顯示裝置經組態以回應於第二反相器呈現與第一反相器之狀態相反之一狀態而啟動至少一光源。
在一些實施方案中,電路對稱使得第一狀態反相器之輸入及第二狀態反相器之輸入經組態以接收互補資料輸入。在一些實施方案中,電路包含僅n型電晶體及僅p型電晶體之一者。
在一些實施方案中,電路進一步包含耦合至第一狀態反相器及第二狀態反相器之單個致動電壓互連件。在一些實施方案中,第一狀態反相器包含耦合至致動電壓互連件之第一放電電晶體且第二反相器包含耦合至致動電壓互連件之第二放電電晶體。在一些實施方案中,電路進一步包含耦合至第一狀態反相器及第二狀態反相器之預充電電壓互連件。在一些實施方案中,電路進一步包含耦合至第一狀態反相器及第二狀態反相器之預充電電壓互連件。
在一些實施方案中,顯示元件包含光調變器。在一些實施方案中,顯示元件包含機電系統(EMS)顯示元件。在一些實施方案中,顯示元件包含微機電系統(MEMS)顯示元件。
在一些實施方案中,顯示裝置包含併入顯示元件之陣列及控制器之模組、經組態以處理影像資料之處理器及經組態以與處理器通信之記憶體器件。
在一些實施方案中,控制器包含處理器及記憶體器件之至少一者。在一些實施方案中,裝置包含經組態以發送至少一信號至顯示模組之驅動電路且處理器進一步經組態以發送影像資料之至少一部分至驅動電路。
在一些實施方案中,裝置包含經組態以發送影像資料至處理器之影像源模組。在一些此等實施方案中,影像源模組包含接收器、收發器及傳輸器之至少一者。在一些實施方案中,裝置包含經組態以接收輸入資料且將輸入資料傳達至處理器之輸入器件。
本揭示內容所述之標的之一個創新態樣可實施為一種用於在顯示裝置上產生影像之方法。方法包含至包含第一狀態反相器及第二狀態反相器之電路,施加第一預充電電壓至對應於第一狀態反相器之第一致動節點及施加第二預充電電壓至對應於第二狀態反相器之第二致動節點。方法亦包含回應於對應於像素之未來像素狀態之資料電壓而更新施加至第一致動節點之第一預充電電壓。方法亦包含回應於更新施加至第一致動節點之第一預充電電壓而更新施加至第二致動節點之第二預充電電壓。此外,方法包含啟動光源以在顯示裝置上產生影像。
在一些實施方案中,更新施加至第一致動節點之第一預充電電壓包含將第一更新互連件帶至低電壓。在一些實施方案中,更新第二預充電電壓包含將第二更新互連件帶至低電壓。在一些實施方案中,回應於第一致動節點上之第一預充電電壓及第二致動節點上之第二預充電電壓而調整顯示裝置之顯示元件。
本說明書所述之標的之一或多個實施方案之細節說明於下列附圖及實施方式中。雖然本發明內容中所提供之實例主要針對基於機電系統(EMS)之顯示器而描述,但是本文提供之概念可應用於其他類型之顯示器,諸如液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、電泳顯示器及場發射顯示器,以及其他非顯示器EMS器件,諸如EMS麥克風、感測器及光學開關。可從實施方式、圖式及申請專利範圍中瞭解其他特徵、態樣及優點。注意,下列圖式之相對尺寸可能未按比例繪製。
在不同圖式中之相似編號及標號係指相似之元件。
本揭示內容係關於用於控制顯示裝置之顯示元件之陣列以在顯示器上產生影像之電路。在一些實施方案中,各顯示元件對應於一顯示像素。特定顯示裝置包含顯示元件,諸如光調變器,其包含用於驅動光調變器進入第一狀態,諸如開狀態(其中光調變器發射光)及第二狀態諸如關狀態(其中光調變器不輸出任何光)之一或多個致動器。用於驅動上述致動器之電路配置為控制矩陣。控制矩陣針對任何給定影像圖框將陣列之各像素定址為處於對應於對應光調變器之開狀態之開狀態或對應於對應光調變器之關狀態之關狀態。
在特定顯示裝置中,控制矩陣可包含併入金屬氧化物層之電晶體,諸如銦鎵鋅氧化物(InGaZnO),通常稱為IGZO。控制矩陣,諸如由IGZO製成之控制矩陣可使用單種類型之電晶體,舉例而言僅n-MOS電晶體構建。使用其他材料之其他控制矩陣可僅使用p-MOS電晶體構建。僅使用一種類型之電晶體構建之控制矩陣通常不如併入n-MOS及p-MOS電晶體兩者之電晶體可靠。為了改良僅包含一種類型之電晶體之此等控制矩陣之可靠性,一些控制矩陣可使用多個資料互連件或致動電壓互連件。此可導致大的額外功率消耗並減小可用於光通量之基板空間,降低顯示器亮度。
為了在減輕單個電晶體型控制矩陣之不可靠性的同時及在不損及額外功率消耗的情況下達成使用基於金屬氧化物之電晶體的好處,在一些實施方案中,控制矩陣可包含單個致動電壓互連件及兩個單獨的更新互連件。藉由使用兩個單獨的更新互連件(各更新互連件經組態以獨立控制電路之放電電晶體),控制矩陣可以可靠地控制像素之狀態,防止像素進入中間狀態。
本揭示內容所述之標的之特定實施方案可經實施以實現下列潛在優點之一者或多者。藉由使用兩個單獨的更新互連件(各更新互連件經組態以獨立控制控制矩陣之放電電晶體),控制矩陣可由基板製成,諸如IGZO,在所述基板上僅形成一種類型之電晶體。以此方式,控制矩陣能夠得益於在減輕此等控制矩陣之不可靠性的同時及在不損及額外功率消耗的情況下改良之基板性質。
圖1A展示基於MEMS之直視顯示裝置100之示意圖。顯示裝置100包含配置為列及行之複數個光調變器102a至102d(統稱「光調變器102」)。在顯示裝置100中,光調變器102a及102d處於打開狀態,允許光通過。光調變器102b及102c處於閉合狀態,阻礙光的通過。若背光顯示器被燈或諸燈105照亮,則可藉由選擇性地設定光調變器102a至102d之狀態而將顯示裝置100用於形成背光顯示器之影像104。在另一實施方案中,裝置100可藉由源自裝置之正面之環境光之反射而形成影像。在另一實施方案中,裝置100可藉由來自定位在顯示器正面之燈或(諸)燈之光反射,即藉由使用前光形成影像。
在一些實施方案中,各光調變器102對應於影像104中之一像素106。在一些其他實施方案中,顯示裝置100可使用複數個光調變器以在影像104中形成像素106。舉例而言,顯示裝置100可包括三色特定光調變器102。藉由選擇性地打開對應於特定像素106之色彩特定光調變器102之一者或多者,顯示裝置100可在影像104中產生彩色像素106。在另一實例中,顯示裝置100的每個像素106包含兩個或兩個以上光調變器102以提供影像104之照度位準。對於影像,「像素」對應於影像解析度所定義之最小圖像元素。對於顯示裝置100之結構組件,術語「像素」指的是用於調變形成影像之單個像素之光之組合機械及電組件。
顯示裝置100為直視顯示器,其中其可能不包含投影應用中通常所存在的成像光學件。在投影顯示器中,形成在顯示裝置之表面上之影像被投射至螢幕或墻上。顯示裝置實質上小於投射影像。在直視顯示器中,使用者藉由直接觀看顯示裝置而看到影像,該顯示裝置含有光調變器及視需要背光或前光以提高顯示器上所看到的亮度及/或對比度。
直視顯示器可以透射或反射模式操作。在透射顯示器中,光調變器過濾並選擇性地阻擋源自定位在顯示器背後之燈或諸燈之光。來自燈之光視需要注入光導或「背光」使得各像素可被均勻照亮。透射直視顯示器通常構建至透明或玻璃基板上以促進夾層總成配置,其中含有光調變器之一個基板定位在背光的正上方。
各光調變器102可包含光閘108及光圈109。為了照亮影像104中之像素106,光閘108經定位使得其允許光朝向觀看者穿過光圈109。為了保持像素106不亮,光閘108經定位使得其阻擋光穿過光圈109。光圈109由穿透各光調變器102中之反射或光吸收材料圖案化之開口界定。
顯示裝置亦包含連接至基板及光調變器用於控制光閘之移動之控制矩陣。控制矩陣包含一系列電互連件(例如,互連件110、112及114),每列像素包含至少一寫入啟用互連件110(亦被稱作「掃描線互連件」),每行像素包含一個資料互連件112及提供共同電壓至所有像素或至少至來自顯示裝置100中之多行及多列的像素之一個共同互連件114。回應於適當電壓之施加(「寫入啟用電壓,VWE」),給定列之像素之寫入啟用互連件110準備好列中之像素以接受新的光閘移動指令。資料互連件112以資料電壓脈衝之形式傳達新的移動指令。在一些實施方案中,施加至資料互連件112之資料電壓脈衝直接促成光閘之靜電移動。在一些其他實施方案中,資料電壓脈衝控制開關,例如控制至光調變器102之單獨致動電壓之施加之電晶體或其他非線性電路元件,該等致動電壓之量值通常高於資料電壓。此等致動電壓之施加隨後導致光閘108之靜電驅動移動。
圖1B展示主機器件(即,蜂巢式電話、智慧型電話、PDA、MP3播放器、平板電腦、電子閱讀器等)之方塊圖120之實例。主機器件包含顯示裝置128、主機處理器122、環境感測器124、使用者輸入模組126及電源。
顯示裝置128包含複數個掃描驅動器130(亦被稱作「寫入啟用電壓源」)、複數個資料驅動器132(亦被稱作「資料電壓源」)、控制器134、共同驅動器138、燈140至146、燈驅動器148及光調變器150。掃描驅動器130施加寫入啟用電壓至掃描線互連件110。資料驅動器132施加資料電壓至資料互連件112。
在顯示裝置的一些實施方案中,資料驅動器132經組態以尤其在影像104之照度位準將以類比方式得到的情況下提供類比資料電壓至光調變器。在類比操作中,光調變器102經設計使得當透過資料互連件112施加一系列中間電壓時,產生光閘108中的一系列中間打開狀態及因此影像104中的一系列中間照明狀態或照度位準。在其他情況中,資料驅動器132經組態以僅施加較小組的2個、3個或4個數位電壓位準至資料互連件112。此等電壓位準設計為以數位方式對光閘108之各者設定打開狀態、閉合狀態或其他不連續狀態。
掃描驅動器130及資料驅動器132連接至數位控制器電路134(亦被稱作「控制器134」)。控制器以幾乎連續方式(組織為按列及按影像圖框分組的預定順序)發送資料至資料驅動器132。資料驅動器132可包含串聯至並聯資料轉換器、位準移位及對於一些應用之數位轉類比電壓轉換器。
顯示裝置視需要包含一組共同驅動器138,亦被稱作共同電壓源。在一些實施方案中,共同驅動器138舉例而言,藉由供應電壓至一系列共同互連件114而提供DC共同電位至光調變器陣列內的所有光調變器。在一些其他實施方案中,共同驅動器138服從來自控制器134的命令發出電壓脈衝或信號至光調變器之陣列,舉例而言能夠驅動及/或啟動陣列的多列及多行中的所有光調變器之同時致動之全域致動脈衝。
針對不同顯示功能的驅動器(例如,掃描驅動器130、資料驅動器132及共同驅動器138)之所有藉由控制器134而時間同步。來自控制器之時序命令經由燈驅動器148協調紅燈、綠燈及藍燈及白燈(分別為140、142、144及146)之照明、像素陣列內的特定列的寫入啟用及定序、來自資料驅動器132之電壓輸出及提供用於光調變器致動的電壓輸出。
控制器134決定定序或定址方案,藉由該定序或定址方案,光閘108之各者可重新設定為適於新影像104之照度位準。新影像104可按週期性間隔設定。舉例而言,對於視訊顯示器,視訊之彩色影像104或圖框按從10赫茲至300赫茲(Hz)之範圍內的頻率更新。在一些實施方案中,影像圖框至陣列之設定與燈140、142、144及146之照明同步使得交替的影像圖框用交替系列之色彩,諸如紅色、綠色及藍色照明。各各自色彩之影像圖框被稱作色彩子圖框。在被稱作場色序法之此方法中,若色彩子圖框按超過20 Hz的頻率交替,則人腦將交替的圖框影像均化為具有寬及連續範圍之色彩之影像之感知。在替代實施方案中,具有主色的四個或四個以上燈可用於顯示裝置100,使用除紅、綠及藍以外的主色。
在一些實施方案中,如上所述,在顯示裝置100設計用於在打開狀態與閉合狀態之間數位切換光閘108的情況下,控制器134藉由分時灰階法形成影像。在一些其他實施方案中,顯示裝置100可透過每像素使用多個光閘108而提供灰階。
在一些實施方案中,影像狀態104之資料由控制器134藉由個別列(亦被稱作掃描線)之循序定址而載入至調變器陣列。對於順序中的各列或掃描線,掃描驅動器130施加寫入啟用電壓至陣列之該列之寫入啟用互連件110及隨後資料驅動器132為所選擇之列中之各行供應對應於所要光閘狀態之資料電壓。此過程重複直至針對陣列中之所有列載入資料。在一些實施方案中,進行資料載入之所選擇列之順序係線性,在陣列中從頂部進行至底部。在一些其他實施方案中,所選擇列之順序偽隨機化以使可使假影最小化。且在一些其他實施方案中,定序按方塊組織,其中對於一方塊,僅特定部分之影像狀態104之資料被載入陣列,舉例而言,藉由僅按順序對陣列的每個第五列進行定址。
在一些實施方案中,將影像資料載入至陣列之過程在時間上與致動光閘108之過程分開。在此等實施方案中,調變器陣列可包含針對陣列中之各像素之資料記憶體元件且控制矩陣可包含用於攜載來自共同驅動器138之觸發信號以根據儲存在記憶體元件中之資料啟動光閘108之同時致動之全域致動互連件。
在替代實施方案中,像素陣列及控制像素之控制矩陣可配置為除矩形列及行以外之組態。舉例而言,像素可配置為六角形陣列或曲線列及行。通常,如本文中所使用,術語掃描線應指共用寫入啟用互連件的任意複數個像素。
主機處理器122通常控制主機之操作。舉例而言,主機處理器可為用於控制攜帶式電子器件之通用或專用處理器。關於包含在主機器件120內之顯示裝置128,主機處理器輸出影像資料以及有關主機之額外資料。此資訊可包含來自環境感測器之資料,諸如環境光或溫度;有關主機之資訊,包含舉例而言,主機之操作模式或主機電源中剩餘之電量;有關影像資料之內容之資訊;有關影像資料之類型之資訊;及/或針對顯示裝置用於選擇成像模式之指令。
使用者輸入模組126直接或經由主機處理器122將使用者之個人偏好傳達至控制器134。在一些實施方案中,使用者輸入模組由軟體控制,其中使用者程式化個人偏好,諸如「更深色彩」、「更佳對比度」、「更低功率」、「更高亮度」、「運動」、「現場活動」或「動畫」。在一些其他實施方案中,使用硬體諸如開關或撥號盤將此等偏好輸入至主機。至控制器134之複數個資料輸入指示控制器提供資料至對應於最佳成像特性之不同驅動器130、132、138及148。
亦可包含環境感測器模組124作為主機器件之部分。環境感測器模組接收有關周圍環境之資料,諸如溫度及/或環境照明情況。感測器模組124可經程式化以區分裝置在戶內或辦公室環境、白晝的戶外環境還是夜間的戶外環境下操作。感測器模組將此資訊傳達至显示控制器134使得控制器可回應於周圍環境使觀看條件最佳化。
圖2A展示闡釋性基於光閘之光調變器200之透視圖。基於光閘之光調變器適於併入於圖1A之基於MEMS之直視顯示裝置100中。光調變器200包含耦合至致動器204之光閘202。致動器204可由兩個單獨的柔性電極樑致動器205(「致動器205」)形成。光閘202在一側上耦合至致動器205。致動器205在實質平行於表面203之運動平面中之表面203上方橫向移動光閘202。光閘202之相對側耦合至彈簧207,該彈簧207提供與致動器204所施加之力相反之恢復力。
各致動器205包含將光閘202連接至負載錨固體208之柔性負載樑206。負載錨固體208連同柔性負載樑206充當機械支撐體,保持光閘202鄰近於表面203懸掛。表面包含允許光通過之一或多個光圈孔211。負載錨固體208將柔性負載樑206及光閘202實體連接至表面203並將負載樑206電連接至偏壓電壓,在一些情況中,電連接至接地。
若基板不透明,諸如矽,則光圈孔211藉由穿透基板204蝕刻孔陣列而形成在基板中。若基板204透明,諸如玻璃或塑膠,則光圈孔211形成在沈積在基板203上之一層光阻擋材料中。光圈孔211之形狀可為大致圓形、橢圓形、多邊形、螺旋形或不規則。
各致動器205亦包含定位為鄰近各負載樑206之柔性驅動樑216。驅動樑216之一端耦合至驅動樑216之間共用之驅動樑錨固體218。各驅動樑216之另一端自由移動。各驅動樑216彎曲使得其最靠近驅動樑216之自由端及負載樑206之錨固端附近之負載樑206。
在操作時,併入光調變器200之顯示裝置經由驅動樑錨固體218施加電位至驅動樑216。第二電位可施加至負載樑206。驅動樑216與負載樑206之間之所得電位差將驅動樑216之自由端朝向負載樑206之錨固端牽引,並且將負載樑206之光閘端朝向驅動樑216之錨固端牽引,由此朝向驅動錨固體218橫向驅動光閘202。柔性構件206充當彈簧使得當跨樑206及216電位之電壓移除時,負載樑206將光閘202推回其初始位置,釋放負載樑206中所儲存之應力。
光調變器(諸如光調變器200)併入用於在電壓移除後使光閘返回其靜置位置之被動恢復力,諸如彈簧。其他光閘總成可併入用於將光閘移動至打開或閉合狀態之兩組「打開」及「閉合」致動器且及單獨一組「打開」及「閉合」電極。
存在多種方法,光閘及光圈之陣列可藉由該多種方法經由控制矩陣控制以產生具有適當照度位準之影像,在許多情況中產生移動影像。在一些情況中,控制藉由在顯示器之周邊上連接至驅動電路之列及行互連件之被動矩陣陣列實現。在其他情況中,適於在陣列(所謂主動矩陣)之各像素內包含切換及/或資料儲存元件以改進顯示器之速度、照度位準及/或功率耗散效能。
在替代實施方案中,顯示裝置100包含除基於橫向光閘之光調變器之外之光調變器,諸如上述光閘總成200。舉例而言,圖2B展示基於捲攏致動光閘之光調變器220之截面圖。基於捲攏致動光閘之光調變器220適於併入於圖1A之基於MEMS之顯示裝置100之替代實施方案中。基於捲攏致動器之光調變器包含相對於固定電極設置且在施加電場時偏向以在特定方向上移動以用作光閘之可移動電極。在一些實施方案中,光調變器220包含設置在基板228與絕緣層224之間之平坦電極226及具有附接至絕緣層224之固定端230之可移動電極222。在無任何所施加之電壓的情況下,可移動電極222之可移動末端232朝向固定端230自由捲攏以產生捲攏狀態。電極222與226之間之電壓之施加導致可移動電極222展開並抵著絕緣層224平放,由此其充當阻擋光行進穿過基板228之光閘。可移動電極222在電壓移除後藉由彈性恢復力返回捲攏狀態。偏向捲攏狀態可藉由製作可移動電極222為包含各向異性應力狀態而達成。
圖2C展示闡釋性非基於光閘之MEMS光調變器250之截面圖。光分接調變器250適於併入於圖1A之基於MEMS之顯示裝置100之替代實施方案中。光分接器根據受抑全內反射(TIR)原理工作。即,光252被引入於光導254中,其中在無干涉的情況下,光252的絕大部分歸因於TIR而無法透過光導254之正面或背面脫離光導254。光分接器250包含具有足夠高的折射率之光分接元件256,使得回應於光分接元件256接觸光導254,照射在鄰近光分接元件256之光導254之表面上之光252透過光分接元件256朝向觀看者逸出光導254,藉此促進影像之形成。
在一些實施方案中,光分接元件256形成為可撓、透明材料之樑258之部分。電極260塗佈樑258之一側之部分。相對電極262設置在光導254上。藉由跨電極260及262施加電壓,可控制光分接元件256相對於光導254之位置以從光導254中選擇性地提取光252。
圖2D展示基於電濕潤之光調變陣列270之例示性截面圖。基於電濕潤之光調變陣列270適於併入於圖1A之基於MEMS之顯示裝置100之替代實施方案中。光調變陣列270包含形成在光腔274上之複數個基於電濕潤之光調變單元272a至272d(統稱「單元272」)。光調變陣列270亦包含對應於單元272之一組彩色濾光片276。
各單元272包含一層水(或其他透明導電或極性流體)278、一層吸光油280、透明電極282(舉例而言,由銦錫氧化物(ITO)製成)及定位在吸光油280層與透明電極282之間之絕緣層284。在本文所述之實施方案中,電極佔據單元272之背面之一部分。
單元272之背面之其餘部分由形成光腔274之正面之反射性光圈層286形成。反射性光圈層286由反射性材料形成,諸如反射性金屬或形成介電鏡面之薄膜堆疊。針對各單元272,光圈形成在反射性光圈層286中以允許光穿過。單元之電極282沈積在光圈中及在形成反射性光圈層286之材料上方,由另一介電層分開。
光腔274之其餘部分包含定位為鄰近反射性光圈層286之光導288及相對於反射性光圈層286之光導288之一側上之第二反射層290。一系列光轉向器291形成在光導之背面上,鄰近第二反射層。光轉向器291可為漫射或鏡面反射器。一或多個光源292,諸如LED將光294注入光導288。
在替代實施方案中,額外透明基板(未展示)定位在光導288與光調變陣列270之間。在此實施方案中,反射性光圈層286形成在額外透明基板上而非光導288之表面上。
在操作時,將電壓施加至單元(舉例而言,單元272b或272c)之電極282導致單元中之吸光油280聚集在單元272之一部分中。因此,吸光油280不再阻擋光穿過形成在反射性光圈層286中之光圈(見,舉例而言,單元272b及272c)。在光圈上逸出背光之光隨後能夠穿過單元及穿過彩色濾光片276組中之對應彩色濾光片(舉例而言,紅、綠或藍)逸出以在影像中形成彩色像素。當電極282接地時,吸光油280覆蓋反射性光圈層286中之孔隙,吸收試圖穿過孔隙的任何光294。
在將電壓施加至單元272時在其下方聚集油280的區域構成與形成影像相關之浪費空間。此區域非透射性,無論是否施加電壓。因此,在不包含反射性光圈層286之反射性部分的情況下,此區域吸收另外可用於促進影像之形成之光。但是,在包含反射性光圈層286的情況下,另外可能被吸收之此光被反射回光導290中用於未來穿過另一光圈逸出。基於電濕潤之光調變陣列270並非適於包含在本文所述之顯示裝置中之非基於光閘之MEMS調變器之唯一實例。在不脫離本揭示內容之範疇的情況下,其他形式之非基於光閘之MEMS調變器可同樣由本文所述之控制器功能之不同功能控制。
圖3A展示控制矩陣300之例示性示意圖。控制矩陣300適於控制併入圖1A之基於MEMS之顯示裝置100之光調變器。圖3B展示連接至圖3A之控制矩陣300之基於光閘之光調變器之陣列320之透視圖。控制矩陣300可將像素320之陣列(「陣列320」)定址。各像素301可包含彈性光閘總成302,諸如圖2A之光閘總成200,其由致動器303控制。各像素亦可包含光圈層322,該光圈層322包含孔隙324。
控制矩陣300製作為上方形成光閘總成302之基板304之表面上之漫射或薄膜沈積電路。控制矩陣300包含針對控制矩陣300中之各列像素301之掃描線互連件306及針對控制矩陣300中之各行像素301之資料互連件308。各掃描線互連件306將寫入啟用電壓源307電連接至像素301之對應列中之像素301。各資料互連件308將資料電壓源309(「Vd源」)電連接至像素之對應行中之像素301。在控制矩陣300中,Vd源309提供大多數用於致動光閘總成302之能量。因此,資料電壓源(Vd源309)亦充當致動電壓源。
參考圖3A及圖3B,對於像素320陣列中之各像素301或各光閘總成302,控制矩陣300包含電晶體310及電容器312。各電晶體310之閘極電連接至像素301所處之陣列320中之列之掃描線互連件306。各電晶體310之源極電連接至其對應資料互連件308。各光閘總成302之致動器303包含兩個電極。各電晶體310之汲極並聯地電連接至對應電容器312之一個電極及對應致動器303之電極之一者。光閘總成302中電容器312之另一電極及致動器303之另一電極連接至共同或接地電位。在替代實施方案中,電晶體310可用半導體二極體及或金屬-絕緣體-金屬夾層型切換元件替代。
在操作時,為了形成影像,控制矩陣300藉由輪流施加Vwe至各掃描線互連件306而依序將陣列320中之各列寫入啟用。對於寫入啟用的列,將Vwe施加至列中之像素301之電晶體310之閘極允許電流透過電晶體310流動穿過資料互連件308以施加電位至光閘總成302之致動器303。當列被寫入啟用時,資料電壓Vd被選擇性地施加至資料互連件308。在提供類比灰階之實施方案中,施加至各資料互連件308之資料電壓相對於位於寫入啟用之掃描線互連件306與資料互連件308之交叉處上之像素301之所要亮度而改變。在提供數位控制方案之實施方案中,選擇資料電壓為相對較低量值之電壓(即,接近接地之電壓)或滿足或超過Vat(致動臨限電壓)。回應於施加Vat至資料互連件308,對應光閘總成中之致動器303致動,打開該光閘總成302中之光閘。施加至資料互連件308之電壓即使在控制矩陣300暫停施加Vwe至列後仍儲存在像素301之電容器312中。因此,電壓Vwe無需等待並保持在一列上達長至足以使光閘總成302致動之時間;此致動可在寫入啟用電壓從列上移除後繼續。電容器312亦用作陣列320內之記憶體元件,儲存用於照亮影像圖框之致動指令。
像素301以及陣列320之控制矩陣300形成在基板304上。陣列包含設置在基板304上之光圈層322,該光圈層322包含針對陣列320中之各自像素301之一組孔隙324。孔隙324與各像素中之光閘總成302對準。在一些實施方案中,基板304由透明材料製成,諸如玻璃或塑膠。在一些其他實施方案中,基板304由不透明材料製成,但是其中蝕刻孔以形成光圈324。
光閘總成302連同致動器303可製成雙穩態。即,光閘可存在於至少兩個平衡位置上(例如,打開或閉合),需要一些電力或不需要電力將其等保持在任一位置。更特定言之,光閘總成302可為機械雙穩態。一旦光閘總成302之光閘設定在適當位置,則無需電能或保持電壓來維持該位置。光閘總成302之實體元件上之機械應力可將光閘固持在適當位置。
光閘總成302連同致動器303亦可製成電雙穩態。在電雙穩態光閘總成中,存在低於光閘總成的致動電壓的一系列電壓,其若施加至閉合的致動器(光閘打開或閉合),則即使在光閘上施加反向力,仍將致動器固持為閉合及將光閘固持在適當位置。反向力可藉由彈簧,諸如圖2A所述之基於光閘之光調變器200中之彈簧207施加或反向力可藉由相反致動器,諸如「打開」或「閉合」致動器施加。
光調變器陣列320描繪為每個像素具有單個MEMS光調變器。其他實施方案可行,其中在每個像素中提供多個MEMS光調變器,藉此每個像素中提供多於僅二元「開」或「關」光學狀態的可能性。特定形式之編碼分區灰階可行,其中提供像素中之多個MEMS光調變器且其中與光調變器之各者相關聯之孔隙324具有不等面積。
在一些其他實施方案中,基於滾輪之光調變器220、光分接器250或基於電濕潤之光調變陣列270以及其他基於MEMS之光調變器可替代光調變器陣列320內之光閘總成302。
圖4A及圖4B展示雙致動器光閘總成400之例示性視圖。如圖4A所示,雙致動器光閘總成處於打開狀態。圖4B展示處於閉合狀態之雙致動器光閘總成400。與光閘總成200相比,光閘總成400包含光閘406任一側上之致動器402及404。各致動器402及404獨立控制。第一致動器(光閘打開致動器402)用於打開光閘406。第二相反致動器(光閘閉合致動器404)用於閉合光閘406。致動器402及404兩者皆為柔性樑電極致動器。致動器402及404藉由實質上在平行於上方懸掛光閘之光圈層407之平面中驅動光閘406而打開及閉合光閘406。光閘406藉由附接至致動器402及404之錨固體408懸掛在光圈層407上方一短距離處。包含沿著其移動軸附接至光閘406之兩端之支撐體減小光閘406之平面外運動且將運動實質上限制於平行於基板之平面。如下文所述,多種不同控制矩陣可與光閘總成400一起使用。
光閘406包含光可穿透的兩個光閘光圈412。光圈層407包含一組三個光圈409。在圖4A中,光閘總成400處於打開狀態且如此一來,光閘打開致動器402已被啟動,光閘閉合致動器404處於其鬆弛位置且光閘光圈412之中線與兩個光圈層光圈409中之兩個光圈層光圈之中線重合。在圖4B中,光閘總成400已被移動至閉合狀態且如此一來,光閘打開致動器402處於其鬆弛位置,光閘閉合致動器404已被啟動且光閘406之光阻擋部分現處於適當位置以阻擋光透射穿過光圈409(如虛線所示)。
各光圈具有圍繞其周邊之至少一邊緣。舉例而言,矩形光圈409具有四個邊緣。在光圈層407中形成圓形、橢圓形、卵形或其他彎曲光圈之替代實施方案中,各光圈可僅具有單個邊緣。在一些其他實施方案中,光圈無需在數學意義上分開或分離,而是可以連接。即,雖然光圈之部分或成形區段可維持與各光閘一致,但是數個此等區段可連接使得光圈之單個連續周邊可由多個光閘共用。
為了允許具有多種出射角之光穿過處於打開狀態之光圈412及409,有利地提供大於光圈層407中的光圈409之對應寬度或大小之光閘光圈412之寬度或大小。為了在閉合狀態中有效阻擋光逸出,較佳光閘406之光阻擋部分與光圈409重疊。圖4B展示光閘406中之光阻擋部分之邊緣與形成在光圈層407中之光圈409之一個邊緣之間之預定義重疊416。
靜電致動器402及404經設計使得其等之電壓位移表現為光閘總成400提供雙穩態特性。對於光閘打開致動器及光閘閉合致動器之各者,存在一系列低於致動電壓之電壓,其若在該致動器處於閉合狀態(光閘打開或閉合)時施加,則即使在致動電壓施加至相反致動器之後,仍將使致動器固持為閉合及將光閘固持在適當位置。抵著此一反向力維持光閘之位置所需之最小電壓被稱作維持電壓Vm
在特定顯示裝置中,控制矩陣可由具有半導體層之基板製成,諸如非晶矽、低溫多晶矽或氧化物層,諸如銦鎵鋅氧化物(InGaZnO),一般稱為IGZO。使用具有IGZO層而非非晶矽層之基板之好處係增大IGZO之電子遷移率,其增大顯示器可定址之速度。此外,儘管IGZO具有比低溫多晶矽低的遷移率,但是具有IGZO層之基板可歸因於其較低生產成本及較高產率而優於低溫多晶矽。但是,目前難以使用IGZO製程製作p-MOS型電晶體。因此,使用IGZO製成之控制矩陣通常僅可用n-MOS電晶體構建。
但是,使用單個類型之電晶體舉例而言,僅n-MOS電晶體構建之控制矩陣通常不如所需的可靠。為了減輕此等控制矩陣之不可靠性,一些控制矩陣可使用多個資料或致動電壓互連件。此可導致大的額外功率消耗並減小可用於光通量之基板空間,降低顯示器亮度。
在一些實施方案中,使用具有IGZO層之基板且包含單個致動電壓互連件及兩個單獨更新互連件之控制矩陣可幫助在減輕此等控制矩陣之不可靠性的同時及在無需損及額外功率消耗之情況下達成使用IGZO之好處。IGZO層之使用將控制矩陣限制為僅使用n-MOS電晶體。如下文進一步所述,藉由使用兩個單獨的更新互連件,各更新互連件經組態以獨立控制電路之放電電晶體,控制矩陣可以可靠地控制像素之狀態,防止像素進入不確定狀態。
圖5展示例示性控制矩陣500之一部分。控制矩陣500可實施用於圖1所示之顯示裝置100中。下文立即描述控制矩陣500之結構。下文將參考圖6描述其操作。
控制矩陣500控制包含基於MEMS之光調變器之像素502之陣列。在一些實施方案中,基於MEMS之光調變器可為包含至少一光閘總成,諸如圖2A所示之光閘總成200之基於光閘之光調變器。
控制矩陣500包含針對顯示裝置100中各列像素502之掃描線互連件506及針對各行像素502之資料互連件508。掃描線互連件506經組態以允許資料載入像素502上。資料互連件508經組態以提供對應於待載入像素502上之資料之資料電壓。此外,控制矩陣500包含預充電互連件510、致動電壓互連件520、第一更新互連件532、第二更新互連件534及資料儲存互連件536(統稱「共同互連件」)。此等共同互連件510、520、532、534及536在陣列中的多列及多行中的像素502之間共用。在一些實施方案中,共同互連件510、520、532、534及536在顯示裝置100中之所有像素502之間共用。
控制矩陣500中之各像素502亦包含寫入啟用電晶體552及資料儲存電容器554。寫入啟用電晶體552之閘極耦合至掃描線互連件506使得掃描線互連件506控制寫入啟用電晶體552。寫入啟用電晶體552之源極耦合至資料互連件508且寫入啟用電晶體552之汲極耦合至資料儲存電容器554之第一端子及下述第一狀態反相器511。資料儲存電容器554之第二端子耦合至資料儲存互連件536。以此方式,當寫入啟用電晶體552經由由掃描線互連件506提供的寫入啟用電壓開啟時,由資料互連件508提供之資料電壓穿過寫入啟用電晶體552並儲存在資料儲存電容器554上。所儲存之資料電壓隨後用於將像素502驅動至第一像素狀態或第二像素狀態之一者。
控制矩陣500亦包含可在第一像素狀態與第二像素狀態之間驅動之雙致動光調變器504。光調變器504由耦合至第一致動節點515之第一致動器驅動至第一像素狀態,而光調變器504可由耦合至第二致動節點525之第二致動器驅動至第二像素狀態。控制矩陣500進一步包含一電路,該電路包含第一狀態反相器511及第二狀態反相器521。第一狀態反相器511管控第一致動節點515上之電壓且包含在第一致動節點515上耦合至第一放電電晶體514之第一充電電晶體512。第二狀態反相器521管控第二致動節點525上之電壓且包含在第二致動節點525上耦合至第二放電電晶體524之第二充電電晶體522。
第一充電電晶體512之閘極連接至預充電互連件510,而第一充電電晶體512之汲極連接至致動電壓互連件520。第一充電電晶體512之源極在第一致動節點515上耦合至第一放電電晶體514之汲極。第一放電電晶體514之閘極連接至寫入啟用電晶體552之汲極及資料儲存電容器554之一端。第一放電電晶體之源極耦合至第一更新互連件532。
第二充電電晶體522之閘極亦連接至預充電互連件510。第二充電電晶體522之汲極連接至致動電壓互連件520。第二充電電晶體522之源極在第二致動節點525上耦合至第二放電電晶體524之汲極。第二放電電晶體524之閘極耦合至第一致動節點515。第二放電電晶體524之源極耦合至第二更新互連件534。
第一更新互連件532連同儲存在資料儲存電容器554上之電壓經由第一放電電晶體514控制第一致動節點515上之電壓。第二更新互連件534經由第二放電電晶體524控制第二致動節點525上之電壓。電晶體512、514、522、524及552之各者為n-MOS電晶體。如上所述,僅由一種類型之電晶體形成之電路在最新的銦鎵鋅氧化物(IGZO)製程中特別有用,尤其在p型電晶體難以構建的情況下。或者,控制矩陣可用全部p型電晶體設計。將在下文詳細描述之圖8描繪僅包含p-MOS電晶體之控制矩陣800之一個實施方案。
圖6展示例示性圖框定址及像素致動方法600之流程圖。方法600可用於例如操作圖5之控制矩陣500。圖框定址及像素致動方法600繼續四個大致步驟。首先,在資料載入階段中針對各像素每次一列載入顯示器中像素之資料電壓(方塊652)。接下來,在預充電階段中,給耦合至光調變器之致動節點充電(方塊654)。接下來,在更新階段中,預載在第一更新互連件及第二更新互連件上之電壓被修改,導致光調變器呈現經更新之狀態(方塊656)。在光調變器呈現經更新之狀態時,光源在光啟動階段中啟動(方塊658)。
圖框定址及像素致動方法600之不同階段之細節將參考圖7所示之時序圖描述。圖7展示施加至控制矩陣之不同互連件之例示性電壓之時序圖700。時序圖700可用於例如根據圖6所示之圖框定址及像素致動方法600操作圖5之控制矩陣500。
特定言之,時序圖700包含指示在控制矩陣500所採用之圖框定址及像素致動方法600之不同階段期間在不同互連件上之電壓之單獨時序曲線。時序圖包含指示施加在資料互連件508上之電壓之時序曲線702、指示掃描線互連件506上之電壓之時序曲線704、指示第二全域更新互連件534上之電壓之時序曲線706、指示施加至預充電互連件510之電壓之時序曲線708、指示施加至致動電壓之電壓之時序曲線710及指示施加至第一全域更新互連件532之電壓之時序曲線712。
此外,時序圖700分為對應於第一像素狀態之第一區域740a及對應於第二像素狀態之第二區域740b。第一區域740a及第二區域740b兩者包含對應於圖6所示之圖框定址及像素致動方法600之不同階段之部分。第一區域740a及第二區域740b之各者包含對應於資料載入階段652之對應資料載入部分742a及742b、對應於預充電階段654之預充電部分744a及744b、對應於更新階段656之更新部分746a及746b及對應於光啟動階段658之啟動部分748a及748b。應瞭解時序圖未按比例繪製且時序曲線之各者之相對長度及寬度不旨在指示特定電壓或持續時間。此外,圖7所示之電壓位準僅為闡釋之目的。熟習此項技術者應瞭解可在不同實施方案中使用其他電壓位準。
現參考圖6所示之圖框定址及像素致動方法600,其參考圖5所示之控制矩陣500及圖7所示之時序圖700,資料載入階段(方塊652)對應於時序圖700之資料載入部分742a及742b。圖框定址及像素致動方法600開始於用於對陣列之特定列之像素之各者定址之資料載入階段(方塊652)。資料載入階段(方塊652)繼續施加對應於像素之下一像素狀態之資料電壓(方塊660)。下一像素狀態可為對應於光透射狀態之第一像素狀態及對應於光阻擋狀態之第二像素狀態。在一些實施方案中,高資料電壓對應於第一像素狀態。此描繪在時序曲線702之部分742a中。在一些實施方案中,低資料電壓對應於第二像素狀態。此描繪在時序曲線702之部分742b中。
資料載入階段(方塊652)隨後繼續施加寫入啟用電壓Vwe至對應於列之掃描線互連件506(方塊662)使得掃描線互連件506寫入啟用。施加寫入啟用電壓Vwe至寫入啟用列之掃描線互連件506打開列中之所有像素之寫入啟用電晶體,諸如寫入啟用電晶體552。
在施加寫入啟用電壓至掃描線互連件506(方塊662)時,使施加至資料互連件508之資料電壓Vd儲存為所選擇之像素502之資料儲存電容器554上之電荷。即,由於當資料電壓Vd施加至資料互連件508時,寫入啟用電晶體552被開啟,故資料電壓Vd穿過寫入啟用電晶體552至資料儲存電容器554,在該資料儲存電容器554上該資料電壓載入或儲存為電荷。
載入資料之過程可在寫入啟用之列中之像素之各者中同時執行。以此方式,在列已被寫入啟用的同時,控制矩陣500選擇性地施加資料電壓至控制矩陣500中之給定列之行。在一些實施方案中,控制矩陣500僅施加資料電壓至待朝向第一像素狀態及第二像素狀態之一者致動之該等行。一旦列中之所有像素被定址,施加至掃描線互連件506之寫入啟用電壓即可移除(方塊664)。在一些實施方案中,掃描線互連件506接地。此描繪在時序曲線704之部分742a中。施加至資料互連件508之資料電壓隨後亦從資料電壓互連件508上移除(方塊666)。若施加至資料互連件508之資料電壓高,則此描繪在時序曲線702之部分742a中且相反地,若施加至資料互連件508之資料電壓低,則此描繪在時序曲線702之部分742b中。資料載入階段(方塊652)隨後針對控制矩陣500中之陣列之後續列重複。在資料載入階段(方塊652)結束時,所選擇之像素群組中之資料儲存電容器之各者含有適於下一影像狀態之設定之資料電壓。
控制矩陣500隨後繼續預充電階段(方塊654),其中第二更新互連件534被帶至高預充電電壓(方塊670)。此描繪在時序曲線706之部分744a及744b中。在一些實施方案中,預充電電壓之範圍從大約12 V至40 V。在一些實施方案中,高預充電電壓可對應於施加至致動電壓互連件520之致動電壓。在一些實施方案中,第二更新互連件534被帶至高預充電電壓使得第二放電電晶體524保持關閉。在一些實施方案中,第二更新互連件534可被帶至足以在第一致動節點515及第二致動節點525預充電的同時保持第二放電電晶體524關閉之任意電壓。
在將第二更新互連件534帶至高預充電電壓時,預充電互連件510被帶至高預充電電壓(方塊672)。在一些實施方案中,預充電電壓之範圍從大約12 V至40 V。在一些實施方案中,預充電互連件510被帶至對應於施加至第二更新互連件534之高致動電壓之預充電電壓。通常,能夠開啟第一充電電晶體512及第二充電電晶體522之預充電電壓係足夠。此描繪在時序曲線708之部分744a及744b中。
在將預充電互連件510帶至高預充電電壓時,施加至致動電壓互連件520之致動電壓導致第一致動節點515及第二致動節點525被帶至致動電壓。以此方式,第一致動節點515及第二致動節點525被稱為「預充電」。在一些實施方案中,致動電壓互連件520維持為對應於施加至預充電互連件510之高預充電電壓之電壓。在一些實施方案中,最大致動電壓可能小於最大預充電電壓以解決充電電晶體512及522之二極體壓降。在一些實施方案中,致動電壓互連件520維持為大約25 V至40 V。
在對第一致動節點515及第二致動節點525預充電時,預充電互連件510亦被帶至低電壓(方塊674)。在一些實施方案中,預充電互連件510電壓被帶至接地。在一些實施方案中,預充電互連件510保持高電壓達大約10 μs至30 μs。在一些實施方案中,預充電互連件510保持高電壓達長於30 μs之週期。此描繪在時序曲線708之部分744a及744b中。
在對第一致動節點515及第二致動節點525預充電時,控制矩陣500繼續更新階段(方塊656)。在此階段,第一更新互連件532被帶至低電壓(方塊680)。在一些實施方案中,第一更新互連件532接地。施加至第一更新互連件532之電壓之改變描繪在時序曲線712之部分746a及746b中。若儲存在資料儲存電容器554上之資料電壓高(對應於第一像素狀態),則在將第一更新互連件532帶至低電壓狀態時,第一放電電晶體514開啟。因此,第一致動節點515上之電壓被帶至低電壓。相反地,若儲存在資料儲存電容器554上之資料電壓低(對應於第二像素狀態),則在將第一更新互連件532帶至低電壓時,第一放電電晶體514保持關閉。因此,第一致動節點515上之電壓保持高電壓狀態。
在第一更新互連件532被帶至低電壓(方塊680)後,第二更新互連件534被帶至低電壓(方塊682)。施加至第二更新互連件534之電壓之改變描繪在時序曲線706之部分746a及746b中。在一些實施方案中,第二更新互連件534連接至接地。在一些實施方案中,第二更新互連件534保持高電壓長至足以使第一致動節點515回應於降低第一更新互連件532而安定。在一些實施方案中,低電壓狀態可對應於足以將第二放電電晶體524從關狀態切換至開狀態之電壓,前提是第一致動節點515處於高電壓狀態。若第一致動節點515被帶至對應於第一像素狀態之低電壓,則第二放電電晶體524在將第二更新互連件534帶至低電壓時保持關閉。因此,第二致動節點525上之電壓保持高電壓。相反地,若第一致動節點515保持對應於第二像素狀態之高電壓狀態,則第二放電電晶體524在將第二更新互連件534帶至低電壓狀態時打開。因此,第二致動節點525上之電壓被帶至低電壓狀態。以此方式,第一致動節點515上之電壓及第二致動節點525上之電壓互補。此係因為控制矩陣500對稱。即,第一狀態反相器之輸入及第二狀態反相器之輸入經組態以接收互補資料輸入。
基於第一致動節點515及第二致動節點525上之相對電壓狀態,光調變器504呈現第一像素狀態或第二像素狀態。在一些實施方案中,光調變器504可在第一致動節點515處於低電壓狀態而第二致動節點525處於高電壓狀態時呈現第一像素狀態。相反地,光調變器504可在第一致動節點515處於高電壓狀態而第二致動節點525處於低電壓狀態時呈現第二像素狀態。在一些實施方案中,光調變器504可包含光閘。在此等實施方案中,在更新階段656期間,光閘可保持前一像素狀態或致動以呈現新像素狀態。
一旦光調變器504之致動器穩定為其所要狀態,控制矩陣500即可繼續光啟動階段658。光啟動階段繼續將第一更新互連件532及第二更新互連件534帶至保持電壓(方塊684)。保持電壓通常等於施加至第一放電電晶體514及第二放電電晶體524之閘極端子之電壓。以此方式,當控制矩陣500準備對應於下一像素狀態之資料載入階段時,第一放電電晶體514及第二放電電晶體524可關閉。在一些實施方案中,第二更新互連件534在光調變器504安定為對應於資料電壓之像素狀態後被帶至保持電壓狀態。
在將第一更新互連件532及第二更新互連件534帶至保持電壓狀態時,控制矩陣500繼續啟動一或多個光源(方塊686)。時序圖700之光啟動部分748a及748b對應於光啟動階段(方塊658)。在光啟動階段期間,如時序圖700之部分748a及748b所示,施加至不同互連件之所有電壓可以保持。在啟動光源(方塊686)時,圖框定址及像素致動方法600可藉由返回資料載入階段(方塊652)而重複。
在一些實施方案中,控制矩陣500可實現為CMOS電路。在一些此等實施方案中,第一充電電晶體512及第二充電電晶體522可為PMOS電晶體。在此等實施方案中,預充電互連件可維持為高致動電壓,使PMOS電晶體保持關閉。施加至預充電互連件之預充電電壓隨後可降至低於致動電壓,舉例而言,比致動電壓低5 V以開啟PMOS電晶體。以此方式,第一致動節點515及第二致動節點525可預充電。藉由使用PMOS充電電晶體,可達成省電。此係因為施加至預充電互連件510用於開啟PMOS充電電晶體之電壓可小於開啟對應NMOS充電電晶體(諸如第一充電電晶體512及第二充電電晶體522)所需之電壓。
圖8展示另一例示性控制矩陣800之一部分。控制矩陣800可實施用於圖1所示之顯示裝置100中。控制矩陣800之結構大致類似於圖5所示之控制矩陣500之結構。控制矩陣800與所使用類型之電晶體中之控制矩陣500不同。特定言之,控制矩陣800使用p-MOS電晶體,而控制矩陣500使用n-MOS電晶體。控制矩陣800之操作將參考圖9描述。
控制矩陣800控制包含基於MEMS之光調變器之像素802之陣列。在一些實施方案中,基於MEMS之光調變器可為包含至少一光閘總成,諸如圖2A所示之光閘總成200之基於光閘之光調變器。
控制矩陣800包含針對顯示裝置100中各列像素802之掃描線互連件806及針對各行像素802之資料互連件808。掃描線互連件806經組態以允許資料載入像素802上。資料互連件808經組態以提供對應於待載入像素802上之資料之資料電壓。此外,控制矩陣800包含預充電互連件810、致動電壓互連件820、第一更新互連件832、第二更新互連件834及資料儲存互連件836(統稱「共同互連件」)。此等共同互連件810、820、832、834及836在陣列中的多列及多行中的像素802之間共用。在一些實施方案中,共同互連件810、820、832、834及836在顯示裝置100中之所有像素802之間共用。
在一些實施方案中,控制矩陣800中之各像素802亦包含寫入啟用電晶體852及資料儲存電容器854。寫入啟用電晶體852之閘極耦合至掃描線互連件806使得掃描線互連件806控制寫入啟用電晶體852。寫入啟用電晶體852之源極耦合至資料互連件808且寫入啟用電晶體852之汲極耦合至資料儲存電容器854之第一端子及下述第一狀態反相器811。資料儲存電容器854之第二端子耦合至資料儲存互連件836。以此方式,當寫入啟用電晶體852經由由掃描線互連件806提供的寫入啟用電壓開啟時,由資料互連件808提供之資料電壓穿過寫入啟用電晶體852並儲存在資料儲存電容器854上。所儲存之資料電壓隨後用於將像素802驅動至第一像素狀態或第二像素狀態之一者。
控制矩陣800亦包含可在第一像素狀態與第二像素狀態之間驅動之雙致動光調變器804。光調變器804由耦合至第一致動節點815之第一致動器驅動至第一像素狀態,而光調變器804可由耦合至第二致動節點825之第二致動器驅動至第二像素狀態。控制矩陣800進一步包含一電路,該電路包含第一狀態反相器811及第二狀態反相器821。第一狀態反相器811管控第一致動節點815上之電壓且包含在第一致動節點815上耦合至第一放電電晶體814之第一充電電晶體812。第二狀態反相器821管控第二致動節點825上之電壓且包含在第二致動節點825上耦合至第二放電電晶體824之第二充電電晶體822。
第一充電電晶體812之閘極連接至預充電互連件810,而第一充電電晶體812之汲極連接至致動電壓互連件820。第一充電電晶體812之源極在第一致動節點815上耦合至第一放電電晶體814之汲極。第一放電電晶體814之閘極連接至寫入啟用電晶體852之汲極及資料儲存電容器854之一端。第一放電電晶體814之源極耦合至第一更新互連件832。
第二充電電晶體822之閘極連接至預充電互連件810,而第二充電電晶體822之汲極連接至致動電壓互連件820。第二充電電晶體822之源極在第二致動節點825上耦合至第二放電電晶體824之汲極。第二放電電晶體824之閘極耦合至第一致動節點811。第二放電電晶體812之源極耦合至第二更新互連件834。
第一更新互連件832連同儲存在資料儲存電容器854上之電壓經由第一放電電晶體814控制第一致動節點815上之電壓。第二更新互連件834經由第二放電電晶體824控制第二致動節點825上之電壓。電晶體812、814、822、824及852之各者為p-MOS電晶體。
圖9展示例示性圖框定址及像素致動方法900之流程圖。方法900可用於例如操作圖8之控制矩陣800。圖框定址及像素致動方法900實質上類似於圖6所示之圖框定址及像素致動方法600。圖框定址及像素致動方法900進行四個大致步驟。首先,控制矩陣之不同互連件預載電壓(方塊952)。接下來,在資料載入階段中針對各像素每次一列載入顯示器中之像素之資料電壓(方塊954)。接下來,在更新階段中,預載在第一更新互連件及第二更新互連件上之電壓被修改導致光調變器呈現經更新之狀態(方塊956)。在光調變器呈現經更新之狀態時,光源在光啟動階段中啟動(方塊958)。
圖框定址及像素致動方法900之不同階段之細節將參考圖10所示之時序圖描述。圖10展示施加至控制矩陣之不同互連件之例示性電壓之時序圖1000。時序圖1000可用於例如根據圖9所示之圖框定址及像素致動方法900操作圖8之控制矩陣800。
特定言之,如圖9所示,時序圖1000包含指示在控制矩陣800所採用之圖框定址及像素致動方法900之不同階段期間在不同節點及互連件上之電壓之單獨時序曲線。時序圖1000包含指示施加在致動電壓互連件820上之電壓之時序曲線1002、指示施加至掃描線互連件806上之電壓之時序曲線1004、指示施加至資料互連件808之電壓之時序曲線1006、指示施加至預充電互連件810之電壓之時序曲線1008、指示第一致動節點815上之電壓之時序曲線1010及指示第二致動節點825上之電壓之時序曲線1012、指示施加至第一全域更新互連件832之電壓之時序曲線1014及指示施加至第二全域更新互連件834之電壓之時序曲線1016。
此外,時序圖1000分為對應於第一像素狀態之第一區域1040a及對應於第二像素狀態之第二區域1040b。第一區域1040a及第二區域1040b兩者包含對應於圖框定址及像素致動方法900之不同階段之部分。第一區域1040a及1040b之各者包含對應於預載階段952之對應預載部分1042a及1042b,對應於資料載入階段954之資料載入部分1044a及1044b、對應於更新階段956之更新部分1046a及1046b及對應於光啟動階段958之啟動部分1048a及1048b。應瞭解時序圖1000未按比例繪製且時序曲線之各者之相對長度及寬度不旨在指示特定電壓或持續時間。此外,圖10所示之電壓僅為闡釋之目的且不旨在限制本揭示內容之範疇。此外,為方便起見,各時序曲線對應於上限及下限所定義之電壓範圍。通常,如本文所使用之術語「高電壓狀態」對應於與電壓範圍之下限相比更接近電壓範圍之上限之電壓,而術語「低電壓狀態」對應於與電壓範圍之上限相比更接近電壓範圍之下限之電壓。
圖9展示例示性圖框定址及像素致動方法900之流程圖。方法900可用於例如操作圖8之控制矩陣800。圖框定址及像素致動方法900進行四個大致步驟。首先,在資料載入階段(方塊952)中針對各像素每次一列載入顯示器中之像素之資料電壓。接下來,在預充電階段中,給耦合至光調變器之致動節點充電(方塊954)。接下來,在更新階段中,預載在第一更新互連件及第二更新互連件上之電壓被修改,導致光調變器呈現經更新之狀態(方塊956)。在光調變器呈現經更新之狀態時,光源在光啟動階段(方塊958)中啟動。
圖框定址及像素致動方法900之不同階段之細節將參考圖10所示之時序圖描述。圖10展示施加至控制矩陣之不同互連件之例示性電壓之時序圖1000。時序圖1000可用於例如根據圖9所示之圖框定址及像素致動方法900操作圖8之控制矩陣800。
特定言之,時序圖1000包含指示在控制矩陣800所採用之圖框定址及像素致動方法900之不同階段期間在不同互連件上之電壓之單獨時序曲線。時序圖包含指示施加在資料互連件808上之電壓之時序曲線1002、指示掃描線互連件806上之電壓之時序曲線1004、指示第二全域更新互連件834上之電壓之時序曲線1006、指示施加至預充電互連件810之電壓之時序曲線1008、指示施加至致動電壓之電壓之時序曲線1010及指示施加至第一全域更新互連件832之電壓之時序曲線1012。
此外,時序圖1000分為對應於第一像素狀態之第一區域1040a及對應於第二像素狀態之第二區域1040b。第一區域1040a及第二區域1040b兩者包含對應於圖9所示之圖框定址及像素致動方法900之不同階段之部分。第一區域1040a及1040b之各者包含對應於資料載入階段952之資料載入部分1042a及1042b,對應於預充電階段954之預充電部分1044a及1044b、對應於更新階段956之更新部分1046a及1046b及對應於光啟動階段958之啟動部分1048a及1048b。應瞭解時序圖未按比例繪製且時序曲線之各者之相對長度及寬度不旨在指示特定電壓或持續時間。此外,圖10所示之電壓位準僅為闡釋之目的。熟習此項技術者應瞭解可在不同實施方案中使用其他電壓位準。
現參考圖9所示之圖框定址及像素致動方法900,其參考圖8所示之控制矩陣800及圖10所示之時序圖1000,資料載入階段(方塊952)對應於時序圖1000之資料載入部分1042a及1042b。圖框定址及像素致動方法900開始於用於對陣列之特定列之像素之各者定址之資料載入階段(方塊952)。資料載入階段(方塊952)繼續施加對應於像素之下一像素狀態之資料電壓(方塊960)。下一像素狀態可為對應於光透射狀態之第一像素狀態及對應於光阻擋狀態之第二像素狀態。在一些實施方案中,高資料電壓對應於第一像素狀態。此描述在時序曲線1002之部分1042a中。在一些實施方案中,低資料電壓對應於第二像素狀態。此描述在時序曲線1002之部分1042b中。
資料載入階段(方塊952)隨後繼續施加寫入啟用電壓Vwe至對應於所述列之掃描線互連件806(方塊962)使得掃描線互連件806寫入啟用。施加寫入啟用電壓Vwe至寫入啟用列之掃描線互連件806打開列中之所有像素之寫入啟用電晶體,諸如寫入啟用電晶體852。
在施加寫入啟用電壓至掃描線互連件806(方塊962)時,使施加至資料互連件808之資料電壓Vd儲存為所選擇之像素802之資料儲存電容器854上之電荷。即,由於當資料電壓Vd施加至資料互連件808時,寫入啟用電晶體852開啟,故資料電壓Vd穿過寫入啟用電晶體852至資料儲存電容器854,在該資料儲存電容器854上該資料電壓載入或儲存為電荷。
載入資料之過程可在寫入啟用之列中之像素之各者中同時執行。以此方式,大约在列已被寫入啟用的同時,控制矩陣800選擇性地施加資料電壓至控制矩陣800中之給定列之行。在一些實施方案中,控制矩陣800僅施加資料電壓至待朝向第一像素狀態及第二像素狀態之一者致動之該等行。一旦列中之所有像素被定址,施加至掃描線互連件806之寫入啟用電壓即可移除(方塊964)。在一些實施方案中,掃描線互連件806接地。此描述在時序曲線1004之部分1042a中。施加至資料互連件808之資料電壓隨後亦從資料電壓互連件808上移除(方塊966)。若施加至資料互連件808之資料電壓「高」,則此描繪在時序曲線1002之部分1042a中且相反地,若施加至資料互連件808之資料電壓「低」,則此描繪在時序曲線1002之部分1042b中。在一些實施方案中,「高」電壓可對應於施加低於保持電壓,例如0 V之電壓。相反地,「低」電壓可對應於施加等於或大於舉例而言,0 V之電壓。如箭頭968所示,資料載入階段(方塊952)隨後針對控制矩陣800中之陣列之後續列重複。在資料載入階段(方塊952)結束時,所選擇之像素群組中之資料儲存電容器之各者含有適於下一影像狀態之設定之資料電壓。
控制矩陣800隨後繼續預充電階段(方塊954),其中第二更新互連件834被帶至低預充電電壓(方塊970)。此描述在時序曲線1006之部分1044a及1044b中。在一些實施方案中,低預充電電壓可對應於在給光調變器804之致動節點預充電時施加至致動電壓互連件820之致動電壓。在一些實施方案中,低預充電電壓之範圍從大約-12 V至-40 V。在一些實施方案中,第二更新互連件834可被帶至足以在第一致動節點815及第二致動節點825預充電的同時保持第二放電電晶體824關閉之任意電壓。
在將第二更新互連件834帶至低預充電電壓時,預充電互連件810被帶至低預充電電壓(方塊972)。在一些實施方案中,低預充電電壓之範圍從大約-12 V至-40 V。在一些實施方案中,預充電互連件810被帶至對應於施加至第二更新互連件834之低預充電電壓之低預充電電壓。此描述在時序曲線1008之部分1044a及1044b中。通常,能夠開啟第一充電電晶體812及第二充電電晶體822之預充電電壓係足夠。
在將預充電互連件810帶至低預充電電壓時,施加至致動電壓互連件820之致動電壓導致第一致動節點815及第二致動節點825被帶至施加至致動電壓互連件820之致動電壓。以此方式,第一致動節點815及第二致動節點825被稱為「預充電」。在一些實施方案中,致動電壓互連件820維持為對應於預充電互連件810之低預充電電壓之致動電壓。在一些實施方案中,致動電壓互連件820維持為大約-25 V至-40 V。
在給第一致動節點815及第二致動節點825預充電時,預充電互連件810亦被帶回至高預充電電壓(方塊974)。此描述在時序曲線1008之部分1044a及1044b中。在一些實施方案中,預充電互連件810電壓被帶至接地。在一些實施方案中,預充電互連件810保持低預充電電壓達大約10 μs至30 μs。在一些實施方案中,預充電互連件保持低預充電電壓達長於30 μs之週期。
在給第一致動節點815及第二致動節點825預充電時,控制矩陣800繼續更新階段(方塊956)。在此階段中,第一更新互連件832被帶至高電壓(方塊980)。在一些實施方案中,第一更新互連件832連接至接地。施加至第一更新互連件832之電壓之改變描繪在時序曲線1012之部分1046a及1046b中。若儲存在資料儲存電容器854上之資料電壓「高」(對應於第一像素狀態),則第一放電電晶體814在將第一更新互連件832帶至高電壓時開啟。因此,第一致動節點815上之電壓被帶至高電壓。相反地,若儲存在資料儲存電容器854上之資料電壓854「低」(對應於第二像素狀態),則第一放電電晶體814在將第一更新互連件832帶至高電壓時保持關閉。因此,第一致動節點815上之電壓保持對應於在預充電階段期間施加在致動電壓互連件520上之低致動電壓之低電壓狀態。
在第一更新互連件832被帶至高電壓(方塊980)後,第二更新互連件834被帶至高電壓(方塊982)。施加至第二更新互連件834之電壓之改變描繪在時序曲線1006之部分1046a及1046b中。在一些實施方案中,第二更新互連件834連接至接地。在一些實施方案中,第二更新互連件834保持低電壓長至足以使第一致動節點815回應於升高第一更新互連件832而安定。在一些實施方案中,高電壓狀態可對應於足以將第二放電電晶體824從關狀態切換至開狀態之電壓,前提是第一致動節點815處於低電壓狀態。若第一致動節點815被帶至對應於第一像素狀態之高電壓,則第二放電電晶體824在將第二更新互連件834帶至高電壓時保持關閉。因此,第二致動節點825上之電壓保持低電壓。相反地,若第一致動節點815保持在對應於第二像素狀態之低電壓狀態,則第二放電電晶體824在將第二更新互連件834帶至高電壓狀態時開啟。因此,第二致動節點825上之電壓被帶至高電壓狀態。
基於第一致動節點815及第二致動節點825上之相對電壓狀態,光調變器804呈現第一像素狀態或第二像素狀態。在一些實施方案中,光調變器804可在第一致動節點815處於低電壓狀態而第二致動節點825處於高電壓狀態時呈現第一像素狀態。相反地,光調變器804可在第一致動節點815處於高電壓狀態而第二致動節點825處於低電壓狀態時呈現第二像素狀態。在一些實施方案中,光調變器804可包含光閘。在此等實施方案中,在更新階段956期間,光閘可保持前一像素狀態或致動以呈現新像素狀態。
一旦光調變器804之致動器穩定為其所要狀態,控制矩陣800即可繼續光啟動階段958。光啟動階段繼續將第一更新互連件832及第二更新互連件834帶至保持電壓(方塊984)。保持電壓通常大約等於施加至第一放電電晶體814及第二放電電晶體824之閘極端子之電壓。以此方式,當控制矩陣800準備對應於下一像素狀態之資料載入階段時,第一放電電晶體814及第二放電電晶體824可關閉。在一些實施方案中,第二更新互連件834在光調變器804已安定為對應於資料電壓之像素狀態後被帶至保持電壓狀態。
在將第一更新互連件832及第二更新互連件834帶至保持電压時,控制矩陣800繼續啟動一或多個光源(方塊986)。時序圖1000之光啟動部分1048a及1048b對應於光啟動階段(方塊958)。在光啟動階段期間,如時序圖1000之部分1048a及1048b所示,施加至不同互連件之所有電壓可以保持。在啟動電源(方塊986)時,圖框定址及像素致動方法900可藉由返回資料載入階段(方塊952)而重複。
圖11展示另一例示性控制矩陣之一部分。控制矩陣1100類似於圖5所示之控制矩陣500,但與控制矩陣500不同之處在於控制矩陣1100包含單個啟動互連件1120且無預充電互連件。此藉由使用二極體連接之電晶體而可行。如圖11所示,控制矩陣包含作為二極體連接之電晶體之第一充電電晶體1112及第二充電電晶體1122。此等電晶體經組態使得汲極及閘極端子連接在一節點上使得汲極端子及閘極端子兩者接收相同電壓。
控制矩陣1100可適用於其中使用當閘極至源極電壓(VGS)為0 V時可靠地處於關狀態之電晶體之實施方案。操作為空乏模式器件之電晶體可實施為包含單獨預充電互連件及致動電壓互連件之控制矩陣組態,諸如圖5所示之控制矩陣500。此等電晶體,諸如使用IGZO製程製作之電晶體易於在控制高於0 V之臨限時具有困難。因此,控制矩陣諸如控制矩陣500可結合使用IGZO製程製作之顯示器或其他類似顯示器使用。
圖12A及圖12B係圖解說明包含複數個顯示元件之顯示器件40之系統方塊圖。顯示器件40可為舉例而言,智慧型電話、蜂巢式電話或行動電話。但是,顯示器件40之相同組件或其微小變動亦闡釋不同類型之顯示裝置諸如電視、電腦、平板電腦、電子閱讀器、手持器件及攜帶式媒體器件。
顯示器件40包含外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入器件48及麥克風46。外殼41可由多種製程之任意者形成,包含射出成形及真空成形。此外,外殼41可由多種材料之任意者製成,包含但不限於:塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其等之組合。外殼41可包含可與不同色彩或含有不同標誌、圖像或符號之其他可移除部分互換之可移除部分(未展示)。
如本文所述,顯示器30可為多種顯示器之任意者,包含雙穩態或類比顯示器。顯示器30亦可經組態以包含平板顯示器,諸如電漿、電致發光(EL)、有機發光二極體(OLED)、超扭轉向列液晶顯示器(STN LCD)或薄膜電晶體(TFT)LCD或非平板顯示器,諸如陰極射線管(CRT)或其他管器件。
顯示器件40之組件示意圖解說明在圖12A中。顯示器件40包含外殼41且可包含至少部分圍封於其中之額外組件。舉例而言,顯示器件40包含網路介面27,該網路介面27包含可耦合至收發器47之天線43。網路介面27可為可顯示在顯示器件40上之影像資料之源。因此,網路介面27係影像源模組之一實例,但處理器21及輸入器件48亦可充當影像源模組。收發器47連接至處理器21,該處理器21連接至調節硬體52。調節硬體52可經組態以調節信號(諸如過濾或另外操縱信號)。調節硬體52可連接至揚聲器45及麥克風46。處理器21亦可連接至輸入器件48及驅動控制器29。驅動控制器29可耦合至圖框緩衝器28及陣列驅動器22,該圖框緩衝器28及該陣列驅動器22接著可耦合至顯示陣列30。顯示器件40中之一或多個元件(包含圖12A中未具體描繪之元件),可經組態以用作記憶體器件並經組態以與處理器21通信。在一些實施方案中,電源供應器50可提供電力至特定顯示器件40設計中之實質上所有組件。
網路介面27包含天線43及收發器47使得顯示器件40可經由網路與一或多個器件通信。網路介面27亦可具有一些處理能力以消除舉例而言,處理器21之資料處理要求。天線43可傳輸及接收信號。在一些實施方案中,天線43根據IEEE 16.11標準(包含IEEE16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11標準(包含IEEE 802.11a、b、g、n)及其等之進一步實施方案傳輸及接收RF信號。在一些其他實施方案中,天線43根據Bluetooth®標準傳輸及接收RF信號。在蜂巢式電話之情況中,天線43可經設計以接收用於在無線網路(諸如使用3G、4G或5G技術之系統)內通信之分碼多址(CDMA)、分頻多址(FDMA)、分時多址(TDMA)、全球行動通信系統(GSM)、GSM/通用封包無線電服務(GPRS)、增強型資料GSM環境(EDGE)、陸地中繼無線電(TETRA)、寬頻CDMA(W-CDMA)、演進資料最佳化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速封包存取(HSPA)、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、高速上行鏈路封包存取(HSUPA)、演進高速封包存取(HSPA+)、長期演進(LTE)、AMPS或其他已知信號。收發器47可預處理接收自天線43之信號使得該等信號可由處理器21接收及進一步操縱。收發器47亦可處理接收自處理器21之信號使得該等信號可經由天線43而從顯示器件40傳輸。
在一些實施方案中,收發器47可由接收器替代。此外,在一些實施方案中,網路介面27可由影像源替代,該影像源可儲存或產生待發送至處理器21之影像資料。處理器21可控制顯示器件40之總體操作。處理器21接收資料(諸如來自網路介面27或影像源之壓縮影像資料)並將資料處理為原始影像資料或可易於處理為原始影像資料之格式。處理器21可發送經處理之資料至驅動控制器29或圖框緩衝器28進行儲存。原始資料通常指的是在影像內之各位置上識別影像特性之資訊。舉例而言,此等影像特性可包含色彩、飽和及灰階度。
處理器21可包含微控制器、CPU或邏輯單元以控制顯示器件40之操作。調節硬體52可包括用於傳輸信號至揚聲器45及用於從麥克風46接收信號之放大器及濾波器。調節硬體52可為顯示器件40內之離散組件或可併入處理器21或其他組件內。
驅動控制器29可從處理器21或從圖框緩衝器28直接取得由處理器21產生之原始影像資料並可適當地將原始影像資料重新格式化以高速傳輸至陣列驅動器22。在一些實施方案中,驅動控制器29可將原始影像資料重新格式化為具有類光柵格式之資料流使得其具有適於跨顯示陣列30掃描之時間順序。隨後驅動控制器29發送經格式化之資訊至陣列驅動器22。雖然驅動控制器29(諸如LCD控制器)通常與系統處理器21相關聯作為獨立積體電路(IC),但是此等控制器可以許多方式實施。舉例而言,控制器可內嵌在處理器21中作為硬體、內嵌在處理器21中作為軟體或完全以硬體與陣列驅動器22一體化。
陣列驅動器22可從驅動控制器29接收經格式化之資訊並將視訊資料重新格式化為平行波形組,該平行波形組每秒許多次地施加至來自顯示器之x-y矩陣顯示元件之數百及有時數千(或更多)引線。在一些實施方案中,陣列驅動器22及顯示陣列30為顯示模組之一部分。在一些實施方案中,驅動控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30為顯示模組之一部分。
在一些實施方案中,驅動控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30適於本文所述之類型之顯示器之任意者。舉例而言,驅動控制器29可為習知顯示控制器或雙穩態顯示控制器(諸如上文參考圖1所述之控制器134)。此外,陣列驅動器22可為習知驅動器或雙穩態顯示驅動器。此外,顯示陣列30可為習知顯示陣列或雙穩態顯示陣列(諸如包含顯示元件之陣列諸如圖3所示之光調變器陣列320之顯示器)。在一些實施方案中,驅動控制器29可與陣列驅動器22整合。此一實施方案可用於高度整合系統,舉例而言,行動電話、攜帶式電子器件、手錶或小面積顯示器。
在一些實施方案中,輸入器件48可經組態以允許舉例而言,使用者控制顯示器件40之操作。輸入器件48可包含小鍵盤(諸如QWERTY鍵盤或電話小鍵盤)、按鈕、開關、搖桿、觸敏螢幕,與顯示陣列30整合之觸敏螢幕或壓敏或熱敏薄膜。麥克風46可組態為顯示器件40之輸入器件。在一些實施方案中,穿過麥克風46之聲音命令可用於控制顯示器件40之操作。
電源供應器50可包含多種能量儲存裝置。舉例而言,電源供應器50可為可再充電電池,諸如鎳鎘電池或鋰離子電池。在使用可再充電電池之實施方案中,可再充電電池可使用來自舉例而言,壁式插座或光伏打器件或陣列之電力充電。或者,可再充電電池可無線充電。電源供應器50亦可為可再生能量源、電容器或太陽能電池,包含塑膠太陽能電池或太陽能電池漆。電源供應器50亦可經組態以從壁式插座接收電力。
在一些實施方案中,控制可程式化性駐留在驅動控制器29中,該驅動控制器29可位於電子顯示系統中之數個位置。在一些其他實施方案中,控制可程式化性駐留在陣列驅動器22中。上述最佳化可實施為任意數量之硬體及/或軟體組件及不同組態。
結合本文所揭示之實施方案描述之各種闡釋性邏輯、邏輯塊、模組、電路及演算法程序可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體及軟體之可互換性已針對功能性大致描述並圖解說明在上述不同闡釋性組件、塊、模組、電路及程序中。此功能性實施為硬體或軟體取決於特定應用及強加在整個系統上之設計限制。
用於實施結合本文所揭示之態樣描述之各種闡釋性邏輯、邏輯塊、模組及電路之硬體及資料處理裝置可用經設計以執行本文所述之功能之通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(DSP)、特定應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘極或電晶體邏輯、離散硬體組件或其等之任意組合實施或執行。通用處理器可為微處理器,或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算裝置之組合,例如DSP與微處理器之組合、複數個微處理器、與DSP核心結合之一或多個微處理器或任何其他此組態。在一些實施方案中,可藉由專用於給定功能之電路執行特定程序及方法。
在一或多個態樣中,所述功能可實施為硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體(包含本說明書中所揭示之結構及其等之結構等效物)或其等之任意組合。本說明書中所述之標的之實施方案亦可實施為一或多個電腦程式,即,編碼在電腦儲存媒體上用於供資料處理裝置執行或控制資料處理裝置之操作之一或多個模組之電腦程式指令。
若實施為軟體,函式可儲存在電腦可讀媒體上或在電腦可讀媒體上作為一或多個指令或程式碼傳輸。本文所揭示之方法或演算法之程序可實施為可駐留在電腦可讀媒體上之處理器可執行之軟體模組。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及通信媒體兩者,包含可啟用以將電腦程式從一個位置轉移到另一位置之任何媒體。儲存媒體可為可由電腦存取之任意可用媒體。舉例而言,且非限制,此等電腦可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存、磁碟儲存或其他磁儲存器件或可用於以指令或資料結構形式儲存所要程式碼且可由電腦存取之任何其他媒體。此外,任意連接可適當稱作電腦可讀媒體。如本文中所使用,光碟及磁碟包含光碟(compact disc)(CD)、雷射碟、光碟(optical disc)、數位多功能光碟(DVD)、軟磁碟及藍光碟,其中磁碟通常磁性複製資料,而光碟用雷射光學複製資料。上述之組合亦應包含在電腦可讀媒體之範疇內。此外,方法或演算法之操作可作為程式碼及指令之一個或任意組合或集合駐留在機器可讀媒體及電腦可讀媒體上,其等可併入電腦程式產品中。
熟習此項技術者易於瞭解本揭示內容中所述之實施方案之各種修改且本文所定義之一般性原理可應用於其他實施方案而不脫離本揭示內容之精神或範疇。因此,申請專利範圍不旨在受限於本文所示之實施方案,而是符合與本文所揭示之本揭示內容、原理及新穎特徵一致之最寬範疇。
此外,一般技術者易於理解,術語「上」及「下」有時係為方便描述圖式而使用且指示對應於適當定向頁上之圖式之定向之相對位置且可能未反映如所實施之任意器件之適當定向。
本說明書在單獨實施方案之上下文中所述之特定特徵亦可在單個實施方案中組合實施。相反地,在單個實施方案之上下文中所述之不同特徵亦可單獨或以任意適當子組合實施為多個實施方案。此外,雖然特徵可如上所述為以特定組合運行及甚至最初如此主張,但是來自所主張之組合之一或多個特徵在一些情況下可從組合中刪除且所主張之組合可關於子組合或子組合之變動。
類似地,雖然操作在圖式中以特定順序描繪,但是此不得理解為要求此等操作以所示特定順序或循序順序執行或要求執行所有所圖解說明之操作以達成所需結果。此外,圖式可以流程圖形式示意描繪再一個例示性程序。但是,未描繪之其他操作可併入示意圖解說明之例示性程序中。舉例而言,一或多個額外操作可在所圖解說明之操作之任意者之前、之後、同時或之間執行。在特定情況中,多任務及平行處理可能有利。此外,不同系統組件分為上述實施方案不得理解為在所有實施方案中要求此劃分且應瞭解所述之程式組件及系統通常在單個軟體產品中可整合在一起或封裝為多個軟體產品。此外,其他實施方案屬於下列申請專利範圍之範疇。在一些情況中,申請專利範圍所述之動作可以不同順序執行且仍達成所要結果。
在不同圖式中相同參考數字和符號表示相同元件。
21‧‧‧處理器
22‧‧‧陣列驅動器
27‧‧‧網路介面
28‧‧‧圖框緩衝器
29‧‧‧驅動控制器
30‧‧‧顯示器
40‧‧‧顯示器件
41‧‧‧外殼
43‧‧‧天線
45‧‧‧揚聲器
46‧‧‧麥克風
47‧‧‧收發器
48‧‧‧輸入器件
50‧‧‧電源供應器
52‧‧‧調節硬體
100‧‧‧顯示裝置
102a‧‧‧光調變器
102b‧‧‧光調變器
102c‧‧‧光調變器
102d‧‧‧光調變器
104‧‧‧影像
105‧‧‧燈
106‧‧‧像素
108‧‧‧光閘
109‧‧‧光圈
110‧‧‧寫入啟用互連件
112‧‧‧資料互連件
114‧‧‧共同互連件
120‧‧‧方塊圖
122‧‧‧主機處理器
124‧‧‧環境感測器
126‧‧‧使用者輸入模組
128‧‧‧顯示裝置
130‧‧‧掃描驅動器
132‧‧‧資料驅動器
134‧‧‧控制器
138‧‧‧共同驅動器
140‧‧‧燈
142‧‧‧燈
144‧‧‧燈
146‧‧‧燈
148‧‧‧燈驅動器
150‧‧‧光調變器
200‧‧‧光調變器
202‧‧‧光閘
203‧‧‧表面
204‧‧‧致動器
205‧‧‧致動器
206‧‧‧柔性負載樑
207‧‧‧彈簧
208‧‧‧負載錨固體
211‧‧‧光圈孔
216‧‧‧驅動樑
218‧‧‧驅動樑錨固體
220‧‧‧光調變器
222‧‧‧可移動電極
224‧‧‧絕緣層
226‧‧‧平坦電極
228‧‧‧基板
230‧‧‧固定端
232‧‧‧可移動末端
250‧‧‧光調變器/光分接調變器/光分接器
252‧‧‧光
254‧‧‧光導
256‧‧‧光分接元件
258‧‧‧樑
260‧‧‧電極
262‧‧‧電極
270‧‧‧光調變陣列
272‧‧‧單元
272a‧‧‧光調變單元
272b‧‧‧光調變單元
272c‧‧‧光調變單元
272d‧‧‧光調變單元
274‧‧‧光腔
276‧‧‧彩色濾光片
278‧‧‧水
280‧‧‧吸光油
282‧‧‧透明電極
284‧‧‧絕緣層
286‧‧‧反射性光圈層
288‧‧‧光導
290‧‧‧第二反射層
291‧‧‧光轉向器
292‧‧‧光源
294‧‧‧光
300‧‧‧控制矩陣
301‧‧‧像素
302‧‧‧光閘總成
303‧‧‧致動器
304‧‧‧基板
306‧‧‧掃描線互連件
307‧‧‧寫入啟用電壓源/Vwe
308‧‧‧資料互連件
309‧‧‧資料電壓源/Vd
310‧‧‧電晶體
312‧‧‧電容器
320‧‧‧光調變器陣列
322‧‧‧光圈層
324‧‧‧孔隙
400‧‧‧雙重致動光閘總成
402‧‧‧致動器
404‧‧‧致動器
406‧‧‧光閘
407‧‧‧光圈層
408‧‧‧錨固體
409‧‧‧光圈
412‧‧‧光閘光圈
416‧‧‧重疊
500‧‧‧控制矩陣
502‧‧‧像素
504‧‧‧光調變器
506‧‧‧掃描線互連件
508‧‧‧資料互連件
510‧‧‧預充電互連件
511‧‧‧第一狀態反相器
512‧‧‧第一充電電晶體
514‧‧‧第一放電電晶體
515‧‧‧第一致動節點
520‧‧‧致動電壓互連件
521‧‧‧第二狀態反相器
522‧‧‧第二充電電晶體
524‧‧‧第二放電電晶體
525‧‧‧第二致動節點
532‧‧‧第一更新互連件
534‧‧‧第二更新互連件
536‧‧‧資料儲存互連件
552‧‧‧寫入啟用電晶體
554‧‧‧資料儲存電容器
700‧‧‧時序圖
702‧‧‧時序曲線
704‧‧‧時序曲線
706‧‧‧時序曲線
708‧‧‧時序曲線
710‧‧‧時序曲線
712‧‧‧時序曲線
740a‧‧‧第一區域
740b‧‧‧第二區域
742a‧‧‧資料載入部分
742b‧‧‧資料載入部分
744a‧‧‧預充電部分
744b‧‧‧預充電部分
746a‧‧‧更新部分
746b‧‧‧更新部分
748a‧‧‧啟動部分
748b‧‧‧啟動部分
800‧‧‧控制矩陣
802‧‧‧像素
804‧‧‧光調變器
806‧‧‧掃描線互連件
808‧‧‧資料互連件
810‧‧‧預充電互連件
811‧‧‧第一狀態反相器
812‧‧‧第一充電電晶體
814‧‧‧第一放電電晶體
815‧‧‧第一致動節點
820‧‧‧致動電壓互連件
821‧‧‧第二狀態反相器
822‧‧‧第二充電電晶體
824‧‧‧第二放電電晶體
825‧‧‧第二致動節點
832‧‧‧第一更新互連件
834‧‧‧第二更新互連件
836‧‧‧資料儲存互連件
852‧‧‧寫入啟用電晶體
854‧‧‧資料儲存電容器
1000‧‧‧時序圖
1002‧‧‧時序曲線
1004‧‧‧時序曲線
1006‧‧‧時序曲線
1008‧‧‧時序曲線
1010‧‧‧時序曲線
1012‧‧‧時序曲線
1040a‧‧‧第一區域
1040b‧‧‧第二區域
1042a‧‧‧資料載入部分
1042b‧‧‧資料載入部分
1044a‧‧‧預充電部分
1044b‧‧‧預充電部分
1046a‧‧‧更新部分
1046b‧‧‧更新部分
1048a‧‧‧啟動部分
1048b‧‧‧啟動部分
1100‧‧‧控制矩陣
1102‧‧‧像素
1104‧‧‧光調變器
1106‧‧‧掃描線互連件
1108‧‧‧資料互連件
1110‧‧‧預充電互連件
1111‧‧‧第一狀態反相器
1112‧‧‧第一充電電晶體
1114‧‧‧第一放電電晶體
1115‧‧‧第一致動節點
1121‧‧‧第二狀態反相器
1122‧‧‧第二充電電晶體
1124‧‧‧第二放電電晶體
1125‧‧‧第二致動節點
1132‧‧‧第一更新互連件
1134‧‧‧第二更新互連件
1136‧‧‧資料儲存互連件
1152‧‧‧寫入啟用電晶體
1154‧‧‧資料儲存電容器
圖1A展示基於MEMS之直視顯示裝置之例示性示意圖。
圖1B展示主機器件之例示性方塊圖。
圖2A展示闡釋性基於光閘之光調變器之例示性透視圖。
圖2B展示基於捲攏致動關閘之光調變器之截面圖。
圖2C展示闡釋性非基於光閘之微機電系統(MEMS)光調變器之截面圖。
圖2D展示基於電濕潤之光調變陣列之截面圖。
圖3A展示控制矩陣之例示性示意圖。
圖3B展示連接至圖3A之控制矩陣之基於光閘之光調變器之陣列之透視圖。
圖4A及圖4B展示雙致動器光閘總成之例示性視圖。
圖5展示例示性控制矩陣之一部分。
圖6展示例示性圖框定址及像素致動方法之流程圖。
圖7展示施加至控制矩陣之不同互連件之例示性電壓之時序圖。
圖8展示另一例示性控制矩陣之一部分。
圖9展示例示性圖框定址及像素致動方法之流程圖。
圖10展示施加至控制矩陣之不同互連件之例示性電壓之時序圖。
圖11展示另一例示性控制矩陣之一部分。
圖12A及圖12B係圖解說明包含複數個顯示元件之顯示器件之系統方塊圖。
500‧‧‧控制矩陣
502‧‧‧像素
504‧‧‧光調變器
506‧‧‧掃描線互連件
508‧‧‧資料互連件
510‧‧‧預充電互連件
511‧‧‧第一狀態反相器
512‧‧‧第一充電電晶體
514‧‧‧第一放電電晶體
515‧‧‧第一致動節點
520‧‧‧致動電壓互連件
521‧‧‧第二狀態反相器
522‧‧‧第二充電電晶體
524‧‧‧第二放電電晶體
525‧‧‧第二致動節點
532‧‧‧第一更新互連件
534‧‧‧第二更新互連件
536‧‧‧資料儲存互連件
552‧‧‧寫入啟用電晶體
554‧‧‧資料儲存電容器
权利要求:
Claims (27)
[1] 一種顯示裝置,其包括:顯示元件之一陣列,各顯示元件具有經組態以驅動該顯示元件進入一第一狀態之一第一致動器及經組態以驅動該顯示元件進入一第二狀態之一第二致動器;及一控制陣列,其針對各像素包含:一電路,其包含一第一狀態反相器及一第二狀態反相器,該第一狀態反相器具有耦合至該第二狀態反相器之一輸入之一輸出;一第一更新互連件,其耦合至該第一狀態反相器,該第一更新互連件經組態使得改變施加至該第一更新互連件之一電壓導致該第一致動器回應對應於該像素之一未來像素狀態之一資料電壓;及一第二更新互連件,其耦合至該第二狀態反相器,該第二更新互連件經組態使得改變施加至該第二更新互連件之一電壓導致該第二致動器回應該第一反相器之一電壓狀態。
[2] 如請求項1之顯示裝置,其中該控制矩陣使用具有銦鎵鋅氧化物(IGZO)層之電晶體。
[3] 如請求項1之顯示裝置,其中一資料儲存電容器耦合至該第一反相器之一輸入且經組態以儲存該資料電壓。
[4] 如請求項1之顯示裝置,其中該顯示裝置經組態以在該複數個顯示元件之定址及啟動過程中將該致動電壓互連件維持為大約一致動電壓。
[5] 如請求項1之顯示裝置,其中該顯示裝置經組態以:將施加至該第一更新互連件之一電壓降低至一第一低電壓以導致該第一反相器回應該資料電壓,及在該第一反相器回應該資料電壓後,降低施加至該第二更新互連件之一電壓以導致該第二反相器回應該第一反相器之該電壓狀態。
[6] 如請求項5之顯示裝置,其中該第一反相器包含耦合至該第一更新互連件之一第一放電電晶體且該第二反相器包含耦合至該第二更新互連件之一第二放電電晶體,該第一放電電晶體之一輸出耦合至該第二放電電晶體之該輸入,且其中在將施加至該第一更新互連件之該電壓降低至該第一低電壓時,該第一放電電晶體回應該資料電壓,導致該第一反相器回應於該資料電壓而呈現一狀態;及在降低施加至該第二更新互連件之該電壓時,該第二放電電晶體回應該第一反相器之該狀態使得該第二反相器呈現與該第一反相器之該狀態相反之一狀態。
[7] 如請求項6之顯示裝置,其進一步包括回應於該第二反相器呈現與該第一反相器之該狀態相反之一狀態而啟動至少一光源。
[8] 如請求項1之顯示裝置,其中該顯示裝置經組態以:將施加至該第一更新互連件之一電壓升高至一第一電壓狀態以導致該第一反相器回應該資料電壓,及在該第一反相器回應該資料電壓後,升高施加至該第二更新互連件之一電壓以導致該第二反相器回應該第一反相器之該電壓狀態。
[9] 如請求項8之顯示裝置,其中該第一反相器包含耦合至該第一更新互連件之一第一放電電晶體且該第二反相器包含耦合至該第二更新互連件之一第二放電電晶體,該第一放電電晶體之一輸出耦合至該第二放電電晶體之該輸入,且其中在將施加至該第一更新互連件之該電壓升高至該第一電壓狀態時,該第一放電電晶體回應該資料電壓,導致該第一反相器回應於儲存在該資料電壓上之該資料而呈現一狀態;及在升高施加至該第二更新互連件之該電壓時,該第二放電電晶體回應該第一反相器之該狀態使得該第二反相器呈現與該第一反相器之該狀態相反之一狀態。
[10] 如請求項9之顯示裝置,其進一步包括回應於該第二反相器呈現與該第一反相器之該狀態相反之一狀態而啟動至少一光源。
[11] 如請求項1之顯示裝置,其中該電路對稱使得該第一狀態反相器之該輸入及該第二狀態反相器之該輸入經組態以接收互補資料輸入。
[12] 如請求項1之顯示裝置,其中該電路包含僅n型電晶體及僅p型電晶體之一者。
[13] 如請求項1之顯示裝置,其中該電路進一步包含耦合至該第一狀態反相器及該第二狀態反相器之一單個致動電壓互連件。
[14] 如請求項13之顯示裝置,其中該第一狀態反相器包含耦合至該致動電壓互連件之一第一充電電晶體且該第二反相器包含耦合至該致動電壓互連件之一第二充電電晶體。
[15] 如請求項13之顯示裝置,其中該第一狀態反相器包含一第一二極體連接的電晶體且該第二狀態反相器包含一第二二極體連接的電晶體,且其中該第一二極體連接的電晶體及該第二二極體連接的電晶體連接至一單個致動電壓互連件。
[16] 如請求項1之顯示裝置,其中該電路進一步包含耦合至該第一狀態反相器及該第二狀態反相器之一預充電電壓互連件。
[17] 如請求項1之顯示裝置,其中該等顯示元件包含光調變器。
[18] 如請求項1之顯示裝置,其中該等顯示元件包含機電系統(EMS)顯示元件。
[19] 如請求項1之顯示裝置,其中該等顯示元件包含微機電系統(MEMS)顯示元件。
[20] 如請求項1之顯示裝置,其進一步包括:一處理器,其經組態以與該顯示器通信,該處理器經組態以處理影像資料;及一記憶體器件,其經組態以與該處理器通信。
[21] 如請求項18之顯示裝置,其進一步包括:一驅動電路,其經組態以發送至少一信號至該顯示器;且其中該控制器進一步經組態以發送該影像資料之至少一部分至該驅動電路。
[22] 如請求項20之顯示裝置,其進一步包括:一影像源模組,其經組態以發送該影像資料至該處理器,其中該影像源模組包括一接收器、收發器及傳輸器之至少一者。
[23] 如請求項21之顯示裝置,其進一步包括:一輸入器件,其經組態以接收輸入資料並將該輸入資料傳達至該處理器。
[24] 一種用於在一顯示裝置上產生影像之方法,其包括:至包含一第一狀態反相器及一第二狀態反相器之一電路,施加一第一預充電電壓至對應於該第一狀態反相器之一第一致動節點及施加一第二預充電電壓至對應於該第二狀態反相器之一第二致動節點;回應於對應於該像素之一未來像素狀態之一資料電壓而更新施加至該第一致動節點之該第一預充電電壓;回應於更新施加至該第一致動節點之該第一預充電電壓而更新施加至該第二致動節點之該第二預充電電壓;及啟動一光源以在該顯示裝置上產生一影像。
[25] 如請求項24之方法,其中回應於對應於該像素之該未來像素狀態之該資料電壓而更新施加至該第一致動節點之該第一預充電電壓包含:降低該第一更新互連件上之一電壓。
[26] 如請求項24之方法,其中更新施加至該第二致動節點之該第二預充電電壓包含:降低該第二更新互連件上之一電壓。
[27] 如請求項24之方法,其中回應於該第一致動節點上之該第一預充電電壓及該第二致動節點上之該第二預充電電壓而調整該顯示裝置之一顯示元件。
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