ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данной заявкой заявлен приоритет, устанавливаемый по предварительной заявке на патент США №61/027770, озаглавленной "Измерение управляющих электрических параметров дисплея на основе МЭМС и устройство для электрического измерения таких параметров", поданной 11 февраля 2008 года, ссылка на которую означает ее включение в текст настоящего описания.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники
Изобретение относится к микроэлектромеханическим системам (МЭМС), в частности, к способам и устройствам для измерения электрических параметров устройств МЭМС.
Уровень техники
Микроэлектромеханические системы (МЭМС) содержат микромеханические элементы, исполнительные механизмы-микроактюаторы и электронные схемы. Микромеханические элементы могут быть получены с использованием осаждения, травления и/или других процессов с микрообработкой, посредством которых части подложек и/или слои осажденного материала удаляют травлением или добавляют слои для формирования электрических или электромеханических устройств. Один тип устройства МЭМС представлен интерферометрическим модулятором. В настоящем описании терминами «интерферометрический модулятор» или «интерферометрический светомодулятор» обозначено устройство, которое выборочно поглощает и/или отражает свет, используя принципы оптической интерференции. В некоторых вариантах реализации изобретения интерферометрический модулятор может содержать две проводящие пластины, по меньшей мере одна из которых может быть прозрачной и/или отражающей полностью или частично и может совершать относительное перемещение при подаче соответствующего электрического сигнала. В одном конкретном варианте реализации изобретения одна пластина может содержать зафиксированный слой, который осажден на подложку, а другая пластина может содержать металлическую мембрану, которая отделена от зафиксированного слоя воздушным зазором. Как более подробно описано далее, положение одной пластины относительно другой может влиять на оптическую интерференцию света, падающего на интерферометрический модулятор. Такие устройства имеют широкое применение, и использование и/или изменение характеристик устройств таких типов может быть полезным как в известных решениях, так и для усовершенствования существующих изделий и для создания новых изделий, еще не разработанных.
СУЩНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система, способ и устройства в соответствии с изобретением имеют ряд собственных аспектов, причем ни один из аспектов в отдельности не обеспечивает требуемого результата. Далее кратко рассмотрены наиболее характерные особенности настоящего изобретения без ограничения его объема. После этого рассмотрения и, в особенности, после прочтения раздела «Подробное описание предпочтительных вариантов реализации» станет понятно, как особенности настоящего изобретения обеспечивают преимущество перед другими дисплейными устройствами.
Один из аспектов представляет собой способ измерения порогового напряжения устройства МЭМС. Способ включает этапы, на которых к устройству прикладывают перепады напряжения и измеряют количество заряда, переданного на устройство при приложении по меньшей мере одного из указанных перепадов напряжения; на основании измеренного заряда определяют, изменяет ли каждый из указанных перепадов напряжения состояние устройства; и определяют пороговое напряжение по меньшей мере частично на основе перепада напряжения, вызывающего изменение состояния.
Еще один аспект представляет собой способ измерения допустимых пределов устройства МЭМС, согласно которому устанавливают элементы матрицы в первое положение; прикладывают к первой части матрицы напряжение удержания положительной полярности; прикладывают ко второй части матрицы напряжение удержания отрицательной полярности, причем во время приложения обоих напряжений на элементы матрицы подают тестовый импульс; прикладывают к первой части матрицы перепад напряжения отрицательной полярности для подачи на эту часть напряжения удержания отрицательной полярности; прикладывают ко второй части матрицы перепад напряжения положительной полярности для подачи напряжения удержания положительной полярности; измеряют разность между зарядом, наведенным положительным перепадом напряжения, и зарядом, наведенным отрицательным перепадом напряжения, для определения определения того, изменено ли состояние по меньшей мере одного элемента матрицы под действием тестового импульса; и на основании этого изменения определяют предел.
Еще один аспект изобретения относится к устройству МЭМС, выполненному с возможностью перехода в активированное положение при управлении активирующим напряжением; перехода в выключенное положение при управлении выключающим напряжением; и сохранения текущего положения при управлении напряжением удержания. Устройство содержит первые и вторые средства активации и выключения в зависимости от напряжения; средства подачи перепадов напряжения на первые и вторые средства активации и выключения; индикатор количества заряда, поданного на устройство, во время подачи по меньшей мере одного перепада напряжения; средства определения изменения положения устройства по меньшей мере одного перепада напряжения на основе измеренного количества заряда; и средства определения порогового напряжения по меньшей мере частично на основе перепада напряжения, вызывающего изменение положения.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу измерения порогового напряжения устройства на основе микроэлектромеханических систем перепады напряжения, используемые в нем, могут иметь начальное напряжение и конечное напряжение одинаковой полярности.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу пороговое напряжение активации может быть приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу перед приложением перепадов напряжений могут определять второе пороговое значение.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу пороговое напряжение выключения может быть приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу перед приложением перепадов напряжений могут определять второе пороговое значениею
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу могут определять пороговое напряжение выключения первого элемента на основании конкретного перепада напряжения, приложенного ко второму элементу.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу могут определять следующий прикладываемый перепад напряжения для измерения второго порогового значения, отличного от пороговых значений активации и выключения.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу пороговое напряжение выключения может быть приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу перед приложением перепадов напряжения могут определять второе пороговое значение.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу пороговое напряжение активации может быть приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
Еще один аспект изобретения состоит в том, что согласно способу перед приложением перепадов напряжения могут определять второе пороговое значение.
Еще один дополнительный аспект изобретения состоит в том, что согласно способу измеряют вторую разность между зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения отрицательной полярности; сравнивают первую и вторую разности; и определяют напряжение разбаланса, которое должно быть равно опорному напряжению, соответствующему минимуму первой и второй разностей.
Еще один дополнительный аспект изобретения состоит в том, что согласно способу после подачи первого и второго перепадов напряжения элементы матрицы повторно переводят в первое состояние; после повторного переведения элементов матрицы прикладывают к первой части матрицы третий перепад напряжения; после повторного переведения элементов матрицы прикладывают ко второй части матрицы четвертый перепад напряжения, полярность которого противоположна полярности третьего перепада напряжения; и измеряют разность между зарядом, наведенным третьим перепадом напряжения, и зарядом, наведенным четвертым перепадом напряжения.
Еще один дополнительный аспект изобретения состоит в том, что согласно способу измеряют вторую разность между зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения отрицательной полярности; сравнивают указанные первую и вторую разности; и определяют напряжение разбаланса, которое равно опорному напряжению, соответствующему минимуму первой и второй разностей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На Фиг.1 показано трехмерное изображение части интерферометрического модуляционного дисплея согласно одному из вариантов реализации, в котором подвижный отражающий слой первого интерферометрического модулятора находится в релаксационном положении, а подвижный отражающий слой второго интерферометрического модулятора находится в активированном положении.
На Фиг.2 представлена принципиальная схема одного из вариантов реализации электронного устройства, которое содержит интерферометрический модуляционный дисплей с размерами 3×3.
На фиг.3 показан график зависимости положения подвижного зеркала от поданного напряжения для примера реализации интерферометрического модулятора, изображенного на фиг.1.
На Фиг.4 приведены значения напряжения группы строк и столбцов, которые могут быть использованы для приведения в действие интерферометрического модуляционного дисплея.
Фиг.5А иллюстрирует пример кадра данных, отображаемых на интерферометрическом модуляционном дисплее с размерами 3×3, изображенном на фиг.2.
Фиг.5В иллюстрирует пример временной диаграммы сигналов строк и столбцов, которые могут быть использованы для записи кадра, показанного на фиг.5А.
На фиг 6А и 6В показаны принципиальные схемы варианта предлагаемого устройства визуального представления данных, содержащего несколько интерферометрических модуляторов.
На фиг.7А показано сечение устройства, проиллюстрированного на фиг.1.
На фиг.7В показано сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.
На фиг.7С показано сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.
На фиг.7D показано сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.
На фиг.7Е показано сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.
На Фиг.8A-8D представлены формы входных сигналов и суммарных реакций на сигналы, используемых для измерения пороговых величин.
На Фиг.9А и 9В представлены формы сигналов, используемых для измерения нескольких пороговых величин.
На Фиг.10А и 10В представлены формы сигналов, используемых для измерения пороговых значений по постоянному току.
На Фиг.11 представлена форма сигнала, используемого для измерения порогового значения активации по импульсу.
На Фиг.12 представлена форма сигнала, используемого для измерения порогового значения выключения по импульсу.
На Фиг.13 приведена схема цепи для измерения тока.
На Фиг.14 приведена принципиальная схема, используемая для интегрирования силы тока или заряда при измерении пороговых значений.
На Фиг.15 приведена принципиальная схема с двумя интеграторами для интегрирования силы тока или заряда при измерении пороговых значений.
На Фиг.16 приведена принципиальная схема для измерения пороговых значений, в которой использованы несколько устройств МЭМС,
На Фиг.17 показана ось напряжений с управляющими напряжениями, определенными на основании измеренных пороговых значений напряжения.
На Фиг.18 представлена принципиальная схема дисплея с тестовыми цепями.
На Фиг.19 представлена блок-схема, иллюстрирующая выполнение тестовых измерений.
На Фиг.20 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая способ возбуждения напряжений активации.
На Фиг.21 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая способ возбуждения выключающих напряжений.
На Фиг.22 представлена временная диаграмма, иллюстрирующая способ, который может быть использован для регулировки напряжения разбаланса.
На Фиг.23 и 24 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие вспомогательные методы измерения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приведенное ниже подробное описание относится к некоторым конкретным вариантам реализации изобретения. Однако имеется множество других способов реализации изобретения. В настоящем описании даются ссылки на чертежи, причем на всех чертежах одинаковые элементы имеют одинаковые обозначения. Варианты изобретения могут быть реализованы в любом устройстве, выполненном с возможностью вывода на дисплей изображения, движущегося (например, видео) или неподвижного (например, статического) и текстового или графического. В частности, предполагается, что варианты изобретения могут быть реализованы в различных электронных устройствах или объединены с различными электронными устройствами, такими, помимо прочего, как мобильные телефоны, беспроводные устройства, персональные электронные ассистенты (PDA), карманные или портативные компьютеры, GPS-приемники/навигаторы, камеры, МР3-плейеры, видеокамеры, игровые консоли, наручные часы, обычные часы, калькуляторы, телевизионные мониторы, плоские панельные дисплеи, компьютерные мониторы, дисплеи автомобильных приборов (например, дисплей счетчика пробега), приборы управления и/или дисплеи кабины самолета, дисплеи обзорных камер (например, дисплей камеры заднего обзора в транспортном средстве), электронные фотографии, электронные информационные щиты или вывески, прожекторы, архитектурные конструкции, упаковка, художественные конструкции (например, вывод на дисплей изображений на ювелирных изделиях). Устройства МЭМС со структурой, схожей с описанной здесь, также могут быть использованы без дисплея, например, в электронных переключающих устройствах.
В вариантах реализации изобретения предложены способы и устройства для измерения пороговых напряжений устройств МЭМС. Пороговые напряжения могут быть использованы для определения напряжений, обеспечивающих приведение в действие устройств в процессе эксплуатации. Хотя приблизительные пороговые напряжения известны из конструкционных параметров, измерение пороговых напряжений с большей точностью обеспечивает работу устройств в оптимальном режиме.
Один из вариантов реализации изобретения, относящийся к интерферометрическому модуляционному дисплею, содержащему интерферометрический дисплейный элемент МЭМС, изображен на фиг.1. В этих устройствах пикселы могут находиться в светлом или темном состоянии. В светлом («включенном», или «открытом») состоянии дисплейный элемент отражает пользователю значительную часть видимого падающего света. В темном («выключенном», или «закрытом») состоянии дисплейный элемент отражает пользователю незначительную часть видимого падающего света. В зависимости от варианта реализации изобретения, отражающие свойства «включенного» и «выключенного» состояний могут быть изменены на противоположные. Пикселы МЭМС могут быть выполнены с возможностью преимущественного отражения определенного цветового спектра, благодаря чему возможен вывод на дисплей выбранных цветов помимо черного и белого.
На фиг.1 представлено трехмерное изображение двух смежных пикселов в ряде пикселов дисплея, каждый из которых содержит интерферометрический модулятор МЭМС. В некоторых вариантах реализации изобретения интерферометрический модуляционный дисплей содержит матрицу из строк и столбцов указанных интерферометрических модуляторов. Каждый интерферометрический модулятор содержит два отражающих слоя, которые расположены на изменяемом и регулируемом расстоянии друг от друга, образуя полость оптического резонатора, выполненную с возможностью изменения по меньшей мере по одной координате. В одном из вариантов реализации изобретения один из отражающих слоев может быть перемещен в одно из двух положений. В первом положении, релаксационном, подвижный отражающий слой расположен на относительно большом расстоянии от зафиксированного частично отражающего слоя. Во втором положении, активированном, подвижный отражающий слой расположен ближе к частично отражающему слою, и является смежным с ним. В зависимости от положения подвижного отражающего слоя падающий свет может подвергаться конструктивной или деструктивной интерференции, в результате чего каждый пиксел может быть в полностью отражающем состоянии или не отражающем состоянии.
Изображенная на фиг.1 часть матрицы пикселов содержит два смежных интерферометрических модулятора 12а и 12b. Подвижный отражающий слой 14а левого интерферометрического модулятора 12а находится в релаксационном положении и расположен на заданном расстоянии от оптической стопы 16а, которая содержит частично отражающий слой. Подвижный отражающий слой 14b правого интерферометрического модулятора 12b показан в активированном положении, смежным с оптической стопой 16b.
Стопы 16а и 16b (именуемые собирательно оптической стопой 16) по существу содержат несколько сплавленных слоев, в число которых могут входить электродный слой (состоящий, например, из оксидов индия и олова), частично отражающий слой (состоящий, например, из хрома) и прозрачный диэлектрик. Частично отражающий слой может быть сформирован из одного или нескольких слоев материалов, а каждый из слоев может быть сформирован из одного материала или комбинации материалов.
В некоторых вариантах реализации изобретения на слоях оптической стопы 16 сформирован рельеф в виде параллельных полос с образованием строковых электродов дисплейного устройства, как описано ниже. Слои 14а, 14b могут быть сформированы в виде ряда параллельных полос по меньшей мере одного металлического слоя (перпендикулярного строковым электродам 16а и 16b), осажденного на верхнюю часть опор 18, между которыми осажден промежуточный временный материал. После удаления травлением временного материала подвижные отражающие слои 14а, 14b могут быть отделены заданным зазором 19 от оптических стоп 16а, 16b. Для получения отражающих слоев 14 может быть использован материал, обладающий высокими проводящими и отражающими свойствами, например, алюминий, а полученные полосы могут образовывать в дисплейном устройстве столбцовые электроды.
Когда электрическое напряжение не приложено, между слоем 14а и стопой 16а остается зазор 19, причем слой 14а находится в механически релаксационном состоянии, как показано на примере пиксела 12а (Фиг.1). Однако когда к выбранной строке и столбцу приложена разность потенциалов, конденсатор, образующийся в соответствующем пикселе на пересечении электродов строки и столбца, становится заряженным, и электростатические силы сближают эти электроды. Если напряжение достаточно высоко, то подвижный отражающий слой 14 деформируется и прижимается к стопе 16. Диэлектрический слой (не показан), находящийся внутри стопы 16, может предотвращать закорачивание и контролировать зазор между слоями 14 и 16, как показано на примере правого активированного пиксела 12b (фиг.1). Описанный характер действий одинаков при любой полярности приложенной разности потенциалов. Таким образом, активация строки/столбца, с помощью которой можно переводить пикселы в отражающее и неотражающее положение, во многом аналогична соответствующим процессам в жидкокристаллических и других дисплеях.
Фиг.2-5В иллюстрируют один из примеров осуществления процесса и построения системы использования матрицы интерферометрических модуляторов в дисплеях.
На фиг.2 представлена принципиальная схема одного из вариантов реализации электронного устройства, в котором могут быть реализованы некоторые аспекты изобретения. Предлагаемое электронное устройство содержит процессор 21, который может представлять собой одно- или многокристальный универсальный микропроцессор, такой как ARM, Pentium®, Pentium II®, Pentium III®, Pentium IV®, Pentium® Pro, 8051, MIPS®, Power PC®, ALPHA®, или любой микропроцессор специального назначения, например цифровой сигнальный процессор, микроконтроллер или программируемая матрица логических элементов. Как и в известных решениях, процессор 21 может быть выполнен с возможностью выполнения, по меньшей мере, одного программного модуля. Помимо выполнения операционной системы процессор может быть выполнен с возможностью выполнения, по меньшей мере, одного программного приложения, включая web-браузер, телефонное приложение, программу для работы с электронной почтой или любое другое программное приложение.
В одном из вариантов реализации изобретения процессор 21 также выполнен с возможностью взаимодействия с матричным формирователем 22. В другом варианте реализации изобретения формирователь 22 содержит схему 24 формирования строк и схему 26 формирования столбцов, при этом эти схемы подают сигналы на дисплейную матрицу или панель 30. На фиг.2 линиями 1-1 обозначена линия разреза матрицы, показанной на фиг.1. Как показано на Фиг.3, в протоколе активации строк и столбцов интерферометрических модуляторов МЭМС могут быть использованы гистерезисные свойства указанных устройств. В этом случае для деформации подвижного слоя и перевода его из релаксационного положения в активированное может потребоваться, например, разность потенциалов, равная 10 вольтам. Однако при падении напряжения ниже 10 В подвижный слой остается в активированном положении. В примере реализации изобретения, изображенном на фиг.3, подвижный слой не подвергается релаксации полностью до тех пор, пока напряжение не упадет ниже 2 вольт. Таким образом, в примере, изображенном на фиг.3, имеется область поданного напряжения, приблизительно от 3 до 7 В, при котором устройство стабильно как в релаксационном, так и активированном положении. В настоящем описании этот диапазон называется «гистерезисной областью», или «областью стабильности». Для дисплейной матрицы, имеющей гистерезисные характеристики, показанные на фиг.3, протокол активации строк и столбцов может быть разработан таким образом, что во время стробирования строки к тем ее пикселам, которые необходимо активировать, подают разность напряжений приблизительно 10 вольт, а к тем пикселам, которые необходимо подвергнуть релаксации, - разность напряжений, близкую к нулю. После стробирования к пикселам подают установившуюся разность напряжений приблизительно 5 вольт, так что они остаются в том состоянии, в которое их привел строковый строб. После осуществления записи к каждому пикселу подают разность потенциалов, которая находится в «области стабильности» (в данном примере 3-7 вольт). Это позволяет придать пикселам (фиг.1) конструкционную стабильность при условии подачи одного и того же напряжения в существующем перед этим активированном или релаксационном состоянии. Поскольку каждый пиксел интерферометрического модулятора, в активированном или релаксационном положении, по существу представляет собой конденсатор, образованный зафиксированным и подвижным отражающими слоями, указанное стабильное состояние может быть сохранено при напряжении, значение которого находится в гистерезисной области, практически без рассеивания мощности. Если поданный потенциал имеет постоянное значение, то в пикселе нет тока.
Обычно дисплейный кадр может быть создан путем «задания» группы столбцовых электродов в соответствии с требуемой группой активированных пикселов в первой строке. После этого к электроду строки 1 подают строковый импульс, который активирует пикселы, соответствующие линиям заданных столбцов. Затем заданную группу столбцовых электродов изменяют, так что они соответствуют требуемой группе активированных пикселов во второй строке. Далее к электроду строки 2 подают импульс, который активирует соответствующие пикселы в строке 2 в соответствии с заданными столбцовыми электродами. Пикселы строки 1 не испытывают влияния импульса строки 2 и остаются в том же состоянии, в которое они были переведены во время импульса строки 1. Для получения кадра описанные действия могут быть выполнены последовательно для всех рядов строк. Обновление и/или коррекцию кадров по существу выполняют новыми отображаемыми данными путем непрерывного повторения этого процесса с определенным количеством кадров в секунду. Кроме того, известно большое количество протоколов для управления строковыми и столбцовыми электродами пиксельных матриц с целью получения кадров изображения, которые могут быть использованы совместно с настоящим изобретением.
На фиг.4, 5А и 5В изображен возможный вариант протокола активации для создания дисплейного кадра в матрице 3×3, которая показана на фиг.2. На фиг.4 показаны возможные уровни столбцовых и строковых напряжений, которые могут быть использованы для пикселов, характеризующихся гистерезисными кривыми фиг.3. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.4, для активации пиксела к соответствующему столбцу подают напряжение -Vbias, а к соответствующей строке напряжение +ΔV, которые могут быть равны 5 вольт и +5 вольт, соответственно. Релаксация пиксела выполняется подачей к соответствующему столбцу напряжения +Vbias, а к соответствующей строке аналогичного напряжения +ΔV, благодаря чему на концах пиксела создается нулевая разность потенциалов. В тех строках, где сохраняют нулевое напряжение, пикселы находятся в стабильном состоянии независимо от того, в каком состоянии они находились изначально, и независимо от того, какое напряжение подано на столбец: +Vbias или -Vbias. Как показано на фиг.4, также могут быть использованы напряжения, полярность которых противоположна полярности напряжений, указанных выше, например, для активации пиксела к соответствующему столбцу может быть приложено напряжение +Vbias, а к соответствующей строке напряжение -ΔV. В настоящем варианте реализации изобретения релаксация пиксела выполняется подачей к соответствующему столбцу напряжения -Vbias, а к соответствующей строке аналогичного напряжения -ΔV, благодаря чему на концах пиксела создается нулевая разность потенциалов.
На фиг.5В изображена временная диаграмма, показывающая последовательность строковых и столбцовых сигналов, подаваемых на матрицу 3×3 (фиг.2) для получения дисплейной конфигурации, показанной на фиг.5А, в которой активированные пикселы являются неотражающими. Перед записью кадра, показанного на фиг.5А, пикселы могут находиться в любом состоянии, в данном примере напряжение на всех строках равно нулю, а напряжение на всех столбцах составляет +5 вольт. При таких напряжениях все пикселы стабильны как в активированных, так и релаксационных состояниях.
В кадре, показанном на фиг.5А, пикселы (1, 1), (1, 2), (2, 2) и (3, 3) активированы. Для этого в течение линейного времени передачи данных для строки 1 на столбцы 1 и 2 подают напряжение -5 вольт, а на столбец 3 - напряжение +5 вольт. При этом состояние пикселов не изменяется, т.к. напряжение на всех пикселах остается в области стабильности 3-7 В. Далее выполняют стробирование строки 1 с помощью импульса, который увеличивается от 0 до 5 вольт, а затем снова падает до нуля. Это приводит к активации пикселов (1, 1), (1, 2) и релаксации пиксела (1, 3). При этом другие пикселы в матрице не испытывают воздействия. Для приведения строки 2 в необходимое состояние на столбец 2 подают напряжение -5 вольт, а на столбцы 1 и 3 напряжение +5 вольт. Посредством аналогичного стробирования строки 2 активируют пиксел (2, 2) и приводят пикселы (2, 1) и (2, 3) в релаксационное состояние. Как и в прошлом случае, другие пикселы в матрице не испытывают воздействия. Строку 3 обрабатывают аналогичным образом путем подачи на столбцы 2 и 3 напряжения -5 В, а на столбец 1 напряжения +5 В. Посредством стробирования строки 3 ее пикселы оказываются в состоянии, показанном на фиг.5А. После записи кадра потенциалы строк равны нулю, а потенциалы столбцов могут иметь значения +5 или -5 вольт, при этом изображение на дисплее (фиг.5А) остается стабильным. Аналогичный порядок действий может быть использован для матриц, которые состоят из десятков или сотен строк и столбцов. Распределение временных интервалов, последовательность действий и уровни напряжений, которые используют для активации строк и столбцов, могут быть любыми в рамках общих принципов, описанных выше, а указанные случаи являются лишь примерами, и в описываемых способах и системах могут быть использованы любые способы активации напряжением.
На фиг.6А и 6В изображены принципиальные схемы варианта реализации дисплейного устройства 40. Устройство 40 может представлять собой, например, сотовый или мобильный телефон. Однако аналогичные компоненты устройства 40 или их незначительно измененные варианты могут служить примером при описании различных типов дисплейных устройств, таких как телевизионные приемники и портативные медиа-плейеры.
Устройство 40 содержит корпус 41, дисплей 30, антенну 43, динамик 45, устройство 48 ввода данных и микрофон 46. Корпус 41 по существу сформирован по любой из известных технологий, в том числе с помощью литья под давлением и вакуумного формования. Кроме того, корпус 41 может быть выполнен из любого материала, в том числе, помимо прочего, пластмассы, металла, стекла, резины и керамики или их сочетаний. В одном из вариантов корпус 41 содержит съемные части (не показаны), которые могут быть заменены другими съемными частями, имеющими другой цвет или содержащими другие логотипы, изображения или символы.
В рассматриваемом примере в качестве дисплея 30 устройства 40 может быть выбран любой из дисплеев, в том числе бистабильный дисплей, который описан в тексте настоящей заявки. В других вариантах реализации изобретения понятие дисплей 30 включает плоскопанельный дисплей, например, плазменный, электролюминесцентный, светодиодный, жидкокристаллический дисплей с матрицей пассивных скрученных нематических элементов или жидкокристаллический дисплей тонкопленочной технологии, которые были описаны выше, или неплоскопанельный дисплей, например, с электроннолучевой или иной трубкой, известный специалистам. Однако при описании настоящего варианта изобретения понятие дисплей 30 включает интерферометрический модуляционный дисплей.
На фиг.6В схематически изображены компоненты одного из вариантов реализации устройства 40, которое содержит корпус 41 и может содержать дополнительные компоненты, которые по меньшей мере частично заключены в корпус. Например, в одном из вариантов реализации изобретения устройство 40 содержит сетевой интерфейс 27, в состав которого входит антенна 43, соединенная с приемопередатчиком 47. Приемопередатчик 47 соединен с процессором 21, который в свою очередь соединен с модифицирующими аппаратными средствами 52. Средства 52 могут быть выполнены с возможностью модифицирования сигнала (например, его фильтрации). Средства 52 соединены с динамиком 45 и микрофоном 46. Процессор 21 также соединен с устройством 48 ввода и контроллером 29 формирователя. Контроллер 29 соединен с буфером 28 кадра и с формирователем 22 матрицы, который, в свою очередь, соединен с дисплейной матрицей 30. В соответствии с конструктивными особенностями дисплейного устройства 40, источник 50 питания обеспечивает необходимое питание всех его компонентов.
Сетевой интерфейс 27 содержит антенну 43 и приемопередатчик 47, благодаря которым устройство 40 может взаимодействовать, по меньшей мере, с одним устройством в сети. В одном из вариантов реализации изобретения интерфейс 27 может также иметь технические возможности для облегчения работы процессора 21. Антенна 43 представляет собой любую известную антенну для передачи и приема сигналов. В одном из вариантов реализации изобретения антенна передает и принимает радиосигналы в соответствии со стандартом IEEE 802.11, в том числе IEEE 802.11 (a), (b) или (g). Еще в одном варианте реализации изобретения антенна передает и принимает радиосигналы в соответствии со стандартом BLUETOOTH. Антенны сотовых телефонов выполнены с возможностью приема CDMA, GSM, AMPS или других известных сигналов, которые используют для передачи сообщений в беспроводных сотовых телефонных сетях. Приемопередатчик 47 выполняет предварительную обработку сигналов, получаемых от антенны 43, которые далее могут быть приняты процессором 21 для последующей обработки. Приемопередатчик 47 также выполняет обработку сигналов, получаемых от процессора 21, после чего они могут быть переданы от устройства 40 через антенну 43.
Еще в одном варианте реализации изобретения приемопередатчик 47 может быть заменен приемником. В другом варианте реализации изобретения интерфейс 27 может быть заменен видеоисточником, который может хранить или генерировать видеоданные, предназначенные для отправки процессору 21. В качестве видеоисточника может быть выбран, например, цифровой видеодиск (DVD) или накопитель на жестком диске, который содержит видеоданные, или программный модуль, который генерирует видеоданные.
Процессор 21 по существу управляет работой всего устройства 40. Процессор 21 принимает данные, такие как сжатые видеоданные от интерфейса 27 или видеоисточника и выполняет их обработку с получением из них исходных видеоданных или преобразованием их в формат, в котором их несложно обработать для получения исходных видеоданных. После этого процессор 21 отправляет обработанные данные на контроллер 29 или в буфер 28 для хранения. Исходные данные по существу содержат информацию, которая идентифицирует видеохарактеристики каждой области видеоизображения. К указанным характеристикам могут относиться, например, цветность, насыщенность и полутоновая шкала.
В одном из вариантов реализации изобретения процессор 21 содержит микроконтроллер, центральный процессор или логическое устройство для управления работой устройства 40. Средства 52 по существу содержат усилители и фильтры для передачи сигналов на динамик 45 и для приема сигналов от микрофона 46. Средства 52 могут быть выполнены в форме отдельных компонентов в устройстве 40 или могут быть встроены в процессор 21 или другие компоненты.
Контроллер 29 принимает исходные видеоданные, генерируемые процессором 21, непосредственно от него или из буфера 28 и соответствующим образом переформатирует исходные видеоданные для их высокоскоростной передачи на формирователь 22. В частности, контроллер 29 переформатирует исходные видеоданные в поток данных, формат которого подобен растровому, при этом скорость переформатирования пригодна для выполнения развертки на матрице 30. После этого контроллер 29 отправляет отформатированную информацию формирователю 22. Хотя контроллер 29 (например, контроллер жидкокристаллического дисплея) часто бывает связан с процессором 21 в виде отдельной интегральной схемы, такие контроллеры могут быть выполнены множеством способов. Они могут быть встроены в процессор 21 в форме аппаратных средств, программных средств или могут быть полностью интегрированы в аппаратные средства с формирователем 22.
Обычно формирователь 22 принимает отформатированную информацию от контроллера 29 и переформатирует видеоданные в параллельный ряд волновых сигналов, которые подаются много раз в секунду на сотни, а иногда и тысячи проводников, выходящих из матрицы х-y пикселов дисплея.
В одном из вариантов реализации изобретения контроллер 29, формирователь 22 и матрица 30 пригодны для любого типа дисплеев, описываемых в настоящей заявке. Например, в одном из вариантов реализации изобретения контроллер 29 представляет собой контроллер обычного дисплея или бистабильного дисплея (например, контроллер интерферометрического модулятора). Еще в одном варианте реализации изобретения формирователь 22 представляет собой обычный драйвер или драйвер бистабильного дисплея (например, интерферометрического модуляционного дисплея). В одном из вариантов реализации изобретения контроллер 29 объединен с формирователем 22. Такой вариант реализации изобретения является типовым для высокоинтегрированных систем, таких как сотовые телефоны, наручные часы и другие устройства с дисплеями небольших размеров. Еще в одном варианте реализации изобретения матрица 30 представляет собой матрицу обычного дисплея или матрицу бистабильного дисплея (например, дисплея, содержащего матрицу интерферометрических модуляторов).
Устройство 48 позволяет пользователю управлять работой устройства 40. В одном из вариантов реализации изобретения устройство 48 содержит клавиатуру, такую как клавиатура QWERTY или телефонную клавиатуру, кнопку, переключатель, сенсорный экран, мембрану, чувствительную к воздействию давления или тепла. В одном из вариантов реализации изобретения устройством ввода данных устройства 40 является микрофон 46. При использовании микрофона 46 для ввода данных пользователь с помощью голосовых команд может управлять работой устройства 40.
Источник 50 может содержать различные известные устройства хранения энергии. Например, в одном из вариантов реализации изобретения источник 50 представляет собой перезаряжаемую батарею, такую как никель-кадмиевая батарея или ионная литиевая батарея. Еще в одном варианте реализации изобретения источник 50 представляет собой возобновляемый источник энергии, конденсатор или солнечную батарею, в том числе пластмассовую солнечную батарею и светочувствительную краску. Еще в одном варианте реализации изобретения источник 50 выполнен с возможностью получения энергии из настенной розетки.
В некоторых вариантах реализации изобретения возможность изменять управляющую программу реализована, как указывалось выше, в контроллере формирователя, который может быть расположен в нескольких местах электронной дисплейной системы. В некоторых случаях возможность изменять управляющую программу реализована в формирователе 22. Описанная выше оптимизация может быть реализована при любом количестве аппаратных и/или программных компонентов и при различных конфигурациях.
Элементы конструкции интерферометрических модуляторов, которые работают в соответствии с принципами, описанными выше, могут быть различными. Например, на фиг.7А-7Е изображены пять различных вариантов реализации подвижного отражающего слоя 14 и поддерживающих его конструкций. На фиг.7А изображено сечение варианта реализации изобретения, показанного на фиг.1, в котором полоса металлического материала осаждена на проходящие перпендикулярно опоры 18. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7В, слой 14 закреплен на опорах лишь по краям и поддерживается с помощью соединительных элементов 32. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7С, слой 14 подвешен к деформируемому слою 34, который может содержать гибкий металл. Слой 34 по периметру соединен, прямо или не прямо, с подложкой 20. Указанные соединения в тексте настоящей заявки называются поддерживающими структурами. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7D, имеются поддерживающие структуры 18, которые содержат опорные вставки 42, на которых лежит слой 34. Слой 14 оказывается подвешенным над полостью, как на фиг.7А-7С, однако в этом случае поддерживающие опоры образованы не за счет заполнения слоем 34 отверстий между слоем 34 и стопой 16. В этом случае опоры сформированы из выравнивающего материала, который используют для получения вставок 42. Вариант реализации изобретения, изображенный на фиг.7Е, основан на варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7D, но он также может быть адаптирован для работы с любым из вариантов реализации изобретения, показанным на фиг.7А-7С, а также с другими, не показанными вариантами реализации изобретения. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7Е, использован дополнительный слой металла или другого проводящего материала для получения шинной структуры 44. Такая структура дает возможность выполнять сигнальную разводку на тыльной стороне интерферометрических модуляторов, при этом исключается необходимость использования нескольких электродов и, следовательно, их формирования на подложке 20.
В вариантах реализации изобретения, таких как варианты реализации, изображенные на фиг.7, интерферометрические модуляторы функционируют как устройства прямого видения, в которых визуальные объекты видны с лицевой стороны подложки 20, стороны, противоположной той, на которой размещен сам модулятор. В этих вариантах реализации изобретения слой 14 оптически закрывает некоторые участки интерсрерометрического модулятора своей стороной, которая противоположна подложке 20, включая слой 34. Благодаря этому компоновка и функционирование закрытых областей не влияют отрицательно на качество изображения. Такое закрытие позволяет использовать шинную структуру 44 (фиг.7Е), обеспечивающую возможность разделения оптических и электромеханических характеристик модулятора, таких как адресное обращение и перемещения, им обусловленные. Такая разделенная архитектура позволяет осуществлять выбор конструкции и материалов, используемых для обеспечения необходимых электромеханических и оптических свойств модулятора, и осуществлять их функционирование независимо друг от друга. Кроме того, варианты реализации изобретения, изображенные на фиг.7С-7Е, имеют дополнительные преимущества, обусловленные тем, что оптические свойства слоя 14 не связаны с его механическими свойствами, причем механические функции выполняются слоем 34. Благодаря этому имеется возможность оптимизировать конструкцию и материалы слоя 14 в отношении оптических свойств и оптимизировать конструкцию и материалы слоя 34 в отношении требуемых механических свойств.
В приведенном ниже описании рассмотрены способы и устройства, используемые для измерения пороговых напряжений в различных элементах МЭМС, например переключателях МЭМС и других элементах, имеющих наклонные или деформированные зеркала. Хотя в рассмотренных конкретных примерах в качестве элементов использованы интерферометрические модуляторы, изложенные принципы могут быть также применены к другим элементам МЭМС.
После изготовления матрицы интерферометрических модуляторов проверяют работоспособность интерферометрических модуляторов. Как было рассмотрено выше со ссылкой на фиг.3, работа интерферометрических модуляторов основана на прикладываемой к ним разности потенциалов. Как показано на фиг.3, в зависимости от величины приложенной разности потенциалов интерферометрические модуляторы могут находиться в релаксационном (или выключенном) положении или активированном положении. Переход от одного положения к другому происходит согласно гистерезисной характеристике с областью стабильности (или удержания), в которой устройство сохраняет свое текущее положение при величине приложенной разности потенциалов в пределах области удержания. Таким образом, как видно из фиг.3, существует пять диапазонов разности входных напряжений. Каждый из этих пяти диапазонов имеет название, которое отражает его влияние на положение интерферометрического модулятора. К ним относятся (см. фиг.3 слева направо): 1) отрицательный рабочий диапазон («Активированный») 2) отрицательный диапазон удержания («Область стабильности»), 3) диапазон выключения («Релаксационный» 4) положительный диапазон удержания («Область стабильности») и 5) положительный рабочий диапазон («Активированный»). Приблизительные пороговые значения между этими диапазонами разности входных напряжений известны исходя из теоретических сведений и полученных ранее экспериментальных результатов, однако для более оптимального использования матрицы интерферометрического модулятора пороговые напряжения могут быть измерены более точно. Можно измерить пороговые значения каждого изготовленного устройства или группы устройств. Согласно одному из способов измерения пороговых напряжений на входы подают различные разности напряжений, а состояние интерферометрических модуляторов контролируют путем наблюдения за их оптическими характеристиками. Наблюдение может быть проведено человеком либо с помощью оптического измерительного устройства. Кроме того, положение интерферометрических модуляторов можно контролировать с помощью электронной системы измерения. В некоторых вариантах реализации изобретения кристалл драйвера дисплея может быть выполнен с возможностью измерения пороговых напряжений рассмотренными ниже способами.
Интерферометрические модуляторы, например любые из представленных на фиг.7А-7Е, имеют различные пороговые значения, представляющие интерес. К ним относятся положительные и отрицательные пороговые значения выключения по постоянному току, положительные и отрицательные пороговые значения активации по постоянному току, положительные и отрицательные пороговые значения выключения по импульсу, положительные и отрицательные пороговые значения активации по импульсу, положительные и отрицательные пороговые значения активации по перекрестным помехам, положительные и отрицательные пороговые значения выключения по перекрестным помехам.
Пороговое значение выключения по постоянному току представляет собой пороговое значение между диапазоном положительных или отрицательных разностей входных напряжений удержания и диапазоном разности выключающих входных напряжений и может быть определено путем определения, выключается ли активированный интерферометрический модулятор при подаче тестового напряжения между двумя его электродами. Положительное пороговое значения выключения по постоянному тока определяют с помощью интерферометрического модулятора, приведенного в активированное положение путем приложения между двумя его электродами разности входных активирующих напряжений положительной полярности. При этом разность входных напряжений уменьшается, и может быть определено состояние интерферометрического модулятора. Пороговое значение выключения по постоянному току положительной полярности представляет собой максимальную разность входных напряжений положительной полярности, приложенную к интерферометрическому модулятору и вызывающую его выключение. Пороговое значение выключения по постоянному току отрицательной полярности определяют с помощью интерферометрического модулятора, приведенного в активированное состояние путем приложения между двумя его электродами разности активирующих напряжений отрицательной полярности. При этом разность входных напряжений возрастает, и может быть определено состояние интерферометрического модулятора. Пороговое значение выключения по постоянному току отрицательной полярности представляет собой минимальную разность входных напряжений отрицательной полярности, приложенную к интерферометрическому модулятору и вызывающую его выключение.
Пороговое значение активации по постоянному току представляет собой пороговое значение между диапазоном разностей входных напряжений удержания положительной или отрицательной полярности и диапазоном разности входных активирующих напряжений положительной или отрицательной полярности соответственно. Пороговое значение активации по постоянному току определяют с помощью интерферометрического модулятора, приведенного в действие путем приложения разности входных напряжений, вызывающей его выключение. Активирующее напряжение по постоянному току положительной полярности измеряют путем увеличения разности входных напряжений между двумя электродами выключенного интерферометрического модулятора и определения, приводится ли этот модулятор в активированное состояние при этой разности напряжений. Положительное пороговое значение активации по постоянному току представляет собой минимальную разность входных напряжений положительной полярности, приложенную к двум электродам интерферометрического модулятора и приводящую его в активированное положение. Активирующее напряжение отрицательной полярности по постоянному току измеряют путем уменьшения разности входных напряжений между двумя электродами выключенного интерферометрического модулятора и определения его активации при этой разности напряжений. Отрицательное пороговое значение активации по постоянному току представляет собой максимальную разность входных напряжений отрицательной полярности, приложенную к интерферометрическому модулятору и приводящую интерферометрический модулятор в активированное состояние.
Рабочие пороговые значения элемента интерферометрического модулятора обычно отличны от пороговых значений по постоянному току. Например, если напряжение, достаточное для активации интерферометрического модулятора в случае в воздействия в течение некоторого минимального времени, приложено к интерферометрическому модулятору в течение времени, которое меньше минимального, то интерферометрический модулятор может быть не активирован. В этом случае рабочее пороговое значение активации больше порогового значения активации по постоянному току. В качестве другого примера, напряжения удержания, имеющие противоположные полярности, часто последовательно прикладывают к интерферометрическому модулятору для удержания его в текущем состоянии. Сигнал чередующейся полярности способствует предотвращению накапливания заряда, которое имеет место при приложении одного напряжения удержания. Если значения приложенных напряжений удержания слишком близки к пороговым значениям выключения по постоянному току, интерферометрический модулятор может перейти в выключенное состояние, даже если приложенные напряжения удержания находятся в диапазоне удержания. Это происходит в результате того, что при изменении полярности напряжения удержания на противоположную приложенное напряжение проходит через диапазон разности входных выключающих напряжений за очень короткое время. В этом случае рабочее пороговое значение выключающих напряжений больше порогового значения выключения по постоянному току.
Пороговое значение выключения по импульсу представляет собой пороговое значение между диапазоном положительных или отрицательных разностей входных напряжений удержания и диапазоном разности выключающих входных напряжений и может быть найдено путем определения выключенного состояния активированного интерферометрического модулятора при подаче тестового напряжения между двумя его электродами. Пороговое значение выключения по импульсу положительной полярности определяют в активированном положении интерферометрического модулятора. Разность напряжений положительной полярности в диапазоне между отрицательным напряжением удержания и разностью тестовых напряжений положительной полярности прикладывают к интерферометрическому модулятору. Пороговое значение выключения по импульсу положительной полярности представляет собой максимальную разность тестовых напряжений положительной полярности, приложенную к интерферометрическому модулятору и приводящую к его выключению. Пороговое значения выключения по импульсу отрицательной полярности определяют в активированном положении интерферометрического модулятора. Разность напряжений положительной полярности в диапазоне между положительным напряжением удержания и разностью тестовых напряжений отрицательной полярности прикладывают к интерферометрическому модулятору. Пороговое значение выключения по импульсу отрицательной полярности представляет собой минимальную разность тестовых напряжений отрицательной полярности, приложенную к интерферометрическому модулятору и вызывающую его выключение
Пороговое значение активации по импульсу представляет собой пороговое значение между диапазоном разностей входных напряжений удержания положительной или отрицательной полярности и диапазоном разностей входных активирующих напряжений положительной или отрицательной полярности соответственно. Пороговое значение активации по импульсу определяют путем приложения к выключенному интерферометрическому модулятору разности тестовых напряжений и определения его активации в результате приложения тестового напряжения. Положительное пороговое значение активации по импульсу может быть измерено путем приложения к интерферометрическому модулятору разности напряжения положительной полярности в диапазоне от напряжения удержания отрицательной полярности до разности тестовых напряжений положительной полярности. Положительное пороговое значение активации по импульсу представляет собой минимальную разность тестовых напряжений положительной полярности, приложенную к интерферометрическому модулятору и приводящую к его активации. Отрицательное пороговое значение активации по импульсу измеряют путем приложения к интерферометрическому модулятору разности напряжений отрицательной полярности в диапазоне от напряжения удержания положительной полярности до тестового напряжения отрицательной полярности. Отрицательное пороговое значение активации по импульсу представляет собой максимальное тестовое напряжение отрицательной полярности, приложенное к интерферометрическому модулятору и приводящее к его активации.
Пороговые значения по перекрестным помехам представляют собой пороговые значения напряжений между диапазонами разности входных напряжений удержания и диапазонами входных напряжений выключения и активации соответственно. Пороговые значения по перекрестным помехам отличны от соответствующих пороговых значений по постоянному току, поскольку при приложении управляющих сигналов к одному из интерферометрических модуляторов другой интерферометрический модулятор может изменить свое состояние. Если значение напряжения на первом интерферометрическом модуляторе близко к значению напряжения активации или выключения по постоянному току при приведении в действие другого интерферометрического модулятора, управляющий сигнал может поступать на сигнальные шины первого интерферометрического модулятора и вызвать нежелательное изменение его состояния ввиду ненулевых полных сопротивлений сигнальных шин матрицы интерферометрических модуляторов.
Пороговое значение выключения по перекрестным помехам представляет собой пороговое значение между диапазоном разностей входных напряжений удержания положительной или отрицательной полярности и диапазоном разностей входных напряжений выключения и определяется путем приложения разности тестовых напряжений к тестовому интерферометрическому модулятору и приложения управляющего напряжения к другому интерферометрическому модулятору с последующим определением выключенного положения тестового интерферометрического модулятора вследствие приложения управляющего напряжения. Пороговое значение выключения по перекрестным помехам положительной полярности может быть определено для тестового интерферометрического модулятора в активированном состоянии, к которому приложена разность тестовых напряжений положительной полярности. Пороговое значение выключения по перекрестным помехам положительной полярности представляет собой минимальную разность тестовых напряжений положительной полярности, приложенную к тестовому интерферометрическому модулятору и не приводящую к выключению интерферометрического модулятора во время приведения в действие другого интерферометрического модулятора с изменением его состояния. Пороговое значение выключения по перекрестным помехам отрицательной полярности может быть определено для тестового интерферометрического модулятора в активированном состоянии, к которому приложена разность тестовых напряжений отрицательной полярности. Пороговое значение выключения по перекрестным помехам отрицательной полярности представляет собой максимальную разность тестовых напряжений отрицательной полярности, приложенную к тестовому интерферометрическому модулятору и не приводящую к выключению интерферометрического модулятора во время приведения в действие другого интерферометрического модулятора с изменением его состояния.
Пороговое значение активации по перекрестным помехам представляет собой порог между диапазоном разностей входных напряжений удержания положительной или отрицательной полярности и диапазоном разности активирующих напряжений положительной или отрицательной полярности соответственно. Пороговое значение активации по перекрестным помехам определяют путем приложения к тестовому интерферометрическому модулятору разности тестовых напряжений во время приведения в действие другого интерферометрического модулятора с изменением его состояния и определения выключенного состояния тестового интерферометрического модулятора за счет управляющего напряжения. Пороговое значение по перекрестным помехам положительной полярности определяют для тестового интерферометрического модулятора в активированном состоянии, к которому приложена разность напряжений удержания положительной полярности. Пороговое значение отключения по перекрестным помехам положительной полярности представляет собой минимальную разность тестовых напряжений положительной полярности, приложенную к тестовому интерферометрическому модулятору и не приводящую к выключению интерферометрического модулятора во время приведения в действие другого интерферометрического модулятора с изменением его состояния. Пороговое значение отключения по перекрестным помехам отрицательной полярности может быть определено для тестового интерферометрического модулятора в активированном состоянии, к которому приложена разность напряжений удержания отрицательной полярности. Пороговое значение выключения по перекрестным помехам отрицательной полярности представляет собой максимальную разность тестовых напряжений отрицательной полярности, приложенную к тестовому интерферометрическому модулятору и не приводящую к выключению интерферометрического модулятора во время приведения в действие другого интерферометрического модулятора с изменением его состояния.
Как было отмечено выше, интерферометрический модулятор переходит в активированное состояние, если электростатическое притяжение между отражающим слоем и оптической стопой достаточно велико, для того чтобы преодолеть механические силы восстановления, работающие на удержание отражающего слоя в релаксационном состоянии. Поскольку отражающий слой, оптическая стопа и промежуток между ними образуют две проводящие пластины, отделенные диэлектриком, такая структура имеет емкость. Кроме того, поскольку емкость структуры изменяется в зависимости от расстояния между двумя пластинами, она изменяется в зависимости от состояния интерферометрического модулятора. Таким образом, состояние интерферометрического модулятора может быть определено по показателям емкости.
Показатели емкости могут быть получены, например, путем измерения силы тока или заряда, изменяющих напряжение, приложенное между отражающим слоем и оптической стопой. Относительно высокое значение силы тока или заряда указывает на относительно большую емкость. Аналогично, относительно низкое значение силы тока или заряда указывает на относительно малую емкость. Измерение силы тока или заряда может быть выполнено, например, с помощью аналогового или дискретного интегрирования сигнала, определяющего заряд или силу тока.
На фиг.8A-8D и 9А-9В представлены примеры форм входных управляющих электрических сигналов и измеренные ответные реакции, которые могут быть использованы для определения состояния устройства после подачи этих сигналов. Фиг.8A-8D и 9А-9В иллюстрируют, что различные пороговые величины устройства могут быть определены с помощью сигналов и измеренных ответных реакций. После рассмотрения фиг.8A-8D и 9А-9В, фиг.10а-12 могут быть использованы для демонстрации вариантов реализации изобретения, в которых подобные входные электрические сигналы используют для определения некоторых конкретных пороговых величин.
[0081] На Фиг.8А показан входной электрический сигнал 100, варьирующийся между диапазонами разности входных напряжений в некотором тестовоом варианте реализации изобретения. На Фиг.8В показана измеренная ответная реакция, которая может быть использована для определения, активирован ли интерферометрический модулятор или он находится в выключенном состоянии. В этом варианте реализации изобретения сигнал 100 подают на интерферометрический модулятор для определения порогового напряжения между двумя диапазонами разности входных напряжений - разностью напряжений удержания отрицательной полярности и разностью напряжений выключения отрицательной полярности - путем непрерывного измерения ответной реакции (фиг.8В). Как более подробно рассмотрено ниже, способ определения пороговой величины с использованием сигнала 100 включает приведение интерферометрического модулятора в активированное положение, приложение первой разности напряжений удержания и приложение разностей напряжений противоположных полярностей с убывающими абсолютными величинами. Состояние устройства определяют во время каждой последовательности приложенных разностей напряжений путем непрерывного измерения тока или заряда, используемого для подачи разности напряжений. При переходе интерферометрического модулятора в выключенное состояние, приложенная в данный момент разность напряжений может быть использована для определения порога между диапазоном разности напряжений удержания и диапазоном разности выключающих напряжений.
Для перевода интерферометрического модулятора в активированное состояние подача перепада 102 напряжения изменяет разность входных напряжений до уровня 103. Значение уровня 103 может быть определено исходя из теоретического расчета интерферометрического модулятора и предшествующих экспериментальных работ и должно быть достаточным для активирования интерферометрического модулятора. Длительность сохранения уровня 103 должна быть выбрана из условия достаточности времени для перехода интерферометрического модулятора в активированное состояние.
Подача перепада 104 напряжения изменяет разность входных напряжений до уровня 105. Значение уровня 105 может быть определено исходя из теоретического расчета интерферометрического модулятора и предшествующих экспериментальных работ и должно быть достаточным для удержания интерферометрического модулятора в его текущем состоянии.
С этого момента к интерферометрическому модулятору прикладывают перепады напряжения положительной и отрицательной полярности, абсолютная величина которых постепенно уменьшается. Как только интерферометрический модулятор переходит в выключенное состояние, пороговое значение по меньшей мере частично может быть определено на основе разности напряжений, приложенной к интерферометрическому модулятору.
Подача перепада 106 напряжения изменяет входной потенциал до уровня 107 напряжения. Значение уровня 107 (Фиг.8А) составляет меньше все еще неизвестного порога выключения/удержания отрицательной полярности. Соответственно, интерферометрический модулятор не выключается. Далее измеряют ток или заряд, необходимые для управления перепадом 106, который показан графически на Фиг.8В в виде суммарного заряда 112. Как видно из Фиг.8В, значение заряда 112 выше порога активации/релаксации заряда, что указывает на тот факт, что емкость интерферометрического модулятора велика, и, следовательно, интерферометрический модулятор все еще находится в активированном состоянии. Подача перепада 108 изменяет разность входных напряжений до уровня 109 напряжений. Аналогично, поскольку уровень 109 выше все еще неизвестного порога выключения/удержания положительной полярности, то ток или заряд, необходимые для управления перепадом 108, те суммарный заряд 114, также больше порога активации/релаксации заряда, что указывает на тот то, что интерферометрический модулятор все еще находится в активированном состоянии. Подача перепада 110 изменяет разность входных напряжений до уровня 111 напряжений, ток или заряд, необходимые для управления перепадом 110, измерены и отображены графически в виде суммарного заряда 116. Как видно из Фиг.8В, заряд 116 меньше порога активации/релаксации заряда, что указывает на переход интерферометрического модулятора в выключенное состояние.
Согласно этому варианту реализации изобретения, перепад 106 между уровнями 105, 107 не приводит к выключению интерферометрического модулятора, а перепад 110 между уровнями 109, 111 действительно приводит к выключению интерферометрического модулятора. Следовательно, значение порогового напряжения отрицательной полярности для отключения устройства находится между уровнем 107 и уровнем 111. Если интерферометрический модулятор не был выключен при уровне 111, то он может быть выключен после приложения перепада 118 к уровню 119. В этом случае значение порогового напряжения положительной полярности для выключения интерферометрического модулятора находится между уровнями 109, 119.
Дискретность этого и других измерений пороговых напряжений может быть произвольно определена на основе, например, разности между абсолютными величинами в последовательности поданных перепадов напряжений. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть применен метод бинарного поиска или любой другой метод поиска. В некоторых вариантах реализации изобретения пороговое напряжение по существу равно разности входных напряжений, вызывающей изменение состояния интерферометрического модулятора.
На Фиг.8С показан входной электрический сигнал 120, варьирующийся между диапазонами разности входных напряжений в одном из вариантов реализации изобретения. На Фиг.8D показана измеренная ответная реакция, которая может быть использована для определения, активирован ли интерферометрический модулятор или находится в выключенном состоянии. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения сигнал 120 подают на интерферометрический модулятор для определения порогового напряжения между двумя диапазонами разности входных напряжений - разностью напряжений удержания отрицательной полярности и разностью активирующих напряжений отрицательной полярности - путем непрерывного измеренения ответной реакции (Фиг.8D). Как более подробно рассмотрено ниже, способ определения пороговой величины с использованием сигнала 120 включает перевод интерферометрического модулятора в выключенное состояние, приложение первого напряжения удержания, а затем приложение последовательности разностей напряжений противоположных полярностей с последовательно возрастающей абсолютной величиной. Состояние устройства может быть определено во время каждой последовательности приложенных разностей напряжений путем непрерывного измерения силы тока или заряда, обеспечивающих подачу напряжения. При переходе интерферометрического модулятора в активированное состояние приложенное в данный момент напряжение может быть использовано для определения порога между напряжением удержания и активирующим напряжением.
Для перевода интерферометрического модулятора в выключенное состояние может быть использован начальный уровень 121 напряжений. Значение уровня 121 может быть определено исходя из теоретического расчета интерферометрического модулятора и предшествующих экспериментальных работ и должно быть достаточным для перевода интерферометрического модулятора в выключенное состояние. Подача перепада 122 напряжения изменяет разность входных напряжений до уровня 123 напряжений. Значение уровня 123 определяют на основе теоретического анализа интерферометрического модулятора и имеющихся экспериментальных данных, так что это значение имеет такую величину, при которой интерферометрический модулятор должен оставаться в выключенном состоянии.
С этого момента на интерферометрический модулятор подают последовательность перепадов напряжений положительной и отрицательной полярности, абсолютная величина которых возрастает. Порог может быть определен, как только интерферометрический модулятор переходит в активированное состояние.
Подача перепада 124 напряжения изменяет входной потенциал до уровня 125 напряжений. Значение уровня 125 (Фиг.8С) выше все еще неизвестного порога активации/релаксации отрицательной полярности. Соответственно, интерферометрический модулятор не активирован. Далее измеряют ток или заряд, необходимый для управления перепадом 124, который показан графически в виде суммарного заряда 132. Как видно из Фиг.8D, значение заряда 132 ниже порога инициирования/релаксации заряда, что указывает на тот факт, что емкость интерферометрического модулятора мала, и, следовательно, интерферометрический модулятор все еще находится в выключенном состоянии. Подача перепада 126 напряжения изменяет входной потенциал до уровня 127 напряжений. Аналогично, поскольку уровень 127 ниже все еще неизвестного порога активации/релаксации положительной полярности, то ток или заряд, необходимый для управления перепадом 108, т.е. суммарный заряд 134, также ниже порога инициирования/релаксации заряда, что указывает на то, что интерферометрический модулятор все еще находится в выключенном состоянии. Подача перепада 128 напряжения изменяет входной потенциал до уровня 111 напряжений; ток или заряд, необходимый для управления перепадом 110, измерены и отображены графически в виде суммарного заряда 134 (Фиг.8D). Значение суммарного заряда 134 выше порога инициирования/релаксации заряда, что указывает на переход интерферометрического модулятора в активированное состояние
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения перепад 124 между уровнями 123, 125 не приводит к активации интерферометрического модулятора, а перепад 128 между уровнями 127, 129 действительно вызывает активацию интерферометрического модулятора. Следовательно, значение порогового напряжения отрицательной полярности для активации устройства находится между уровнем 125 и уровнем 129. Если интерферометрический модулятор не был активирован на уровне напряжений 129, то он может быть активирован после подачи перепада 138 на уровень 139. В этом случае значение порогового напряжения положительной полярности для активирования интерферометрического модулятора находится между уровнем напряжений 127 и уровнем напряжений 139.
В некоторых вариантах реализации изобретения может быть определено несколько пороговых величин. На Фиг.9А показан входной электрический сигнал 200, варьирующийся между диапазонами разности входных напряжений в одном из вариантов реализации изобретения. На Фиг.9В показана измеренная ответная реакция, которая может быть использована для определения, активирован ли интерферометрический модулятор или находится в выключенном состоянии. Сигнал 200 и измеренная ответная реакция, представленная на Фиг.9В, могут быть использованы для определения трех порогов - порога выключения по импульсу отрицательной полярности, положительного порога активации по импульсу и порога выключения по импульсу положительной полярности. Как будет более подробно рассмотрено ниже, способ определения пороговой величины с использованием сигнала 200 включает перевод интерферометрического модулятора в активированное состояние, приложение первого напряжения удержания, а затем приложение последовательности напряжений противоположных полярностей, величина которых уменьшается. Состояние устройства может быть определено во время каждой последовательности приложенных напряжений путем непрерывного измерения тока или заряда, обеспечивающих подачу напряжения. При переходе интерферометрического модулятора в выключенное состояние, приложенное в данный момент напряжение может быть использовано для определения порога между напряжением удержания и выключающим напряжением. Затем, поскольку устройство находится в выключенном состоянии, может быть измерено активирующее напряжение. Прикладывают последовательность напряжений противоположных полярностей, абсолютная величина которых постепенно возрастает. Состояние устройства может быть определено во время каждой последовательности приложенных напряжений путем непрерывного измерения тока или заряда, обеспечивающих подачу напряжения. При переходе интерферометрического модулятора в активированное состояние, приложенное в данный момент напряжение может быть использовано для определения порога между напряжением удержания и активирующим напряжением. Наконец, поскольку устройство находится в активированном состоянии, далее может быть определено другое активирующее напряжение. Прикладывают последовательность напряжений противоположных полярностей, абсолютная величина которых постепенно возрастает. Состояние устройства может быть определено во время каждой последовательности приложенных напряжений путем непрерывного измерения тока или заряда, обеспечивающих подачу напряжения. При переходе интерферометрического модулятора в выключенное состояние, приложенное в данный момент напряжение может быть использовано для определения порога между напряжением удержания и выключающим напряжением.
Для перевода интерферометрического модулятора в активированное состояние перепад 202 напряжений изменяет разность входных напряжений до уровня 203 напряжений. Значение уровня 203 может быть определено исходя из теоретического расчета интерферометрического модулятора и предшествующих экспериментальных работ и должно быть достаточным для активирования интерферометрического модулятора. Длительность поддержания уровня 203 должна быть выбрана из условия достаточности времени для перехода интерферометрического модулятора в активированное состояние.
Перепад 204 изменяет входной потенциал до уровня 205. Значение уровня 205 может быть определено исходя из теоретического расчета интерферометрического модулятора и предшествующих экспериментальных работ и должно быть достаточным для удержания интерферометрического модулятора в его текущем состоянии.
С этого момента на интерферометрический модулятор подают последовательность положительных и отрицательных импульсов, абсолютная величина которых постепенно уменьшается. Порог выключения может быть определен, как только интерферометрический модулятор переходит в выключенное состояние.
Перепад 206 напряжений изменяет входной потенциал до уровня 207 напряжений. Значение уровня 207 (Фиг.9А) выше все еще неизвестного порога выключения/удержания. Соответственно, интерферометрический модулятор не выключен. Далее измеряют ток или заряд, необходимые для управления импульсом 206, который показан графически в виде суммарного заряда 222. Как видно из Фиг.9В, значение заряда 222 выше порога активации/релаксации заряда, что указывает на тот факт, что емкость интерферометрического модулятора большая, и, следовательно, интерферометрический модулятор все еще находится в активированном состоянии. Перепад 208 напряжений изменяет входной потенциал до уровня 209; ток или заряд, необходимый для управления переходом 208, измеряют и отображают графически в виде суммарного заряда 224. Как видно из Фиг.9В, суммарный заряд меньше порога активации/релаксации заряда, что указывает на переход интерферометрического модулятора в выключенное состояние.
Согласно этому варианту реализации изобретения, уровень 205 не приводит к выключению интерферометрического модулятора, а уровень 209 действительно приводит к его выключению. Соответственно, значение порогового напряжения отключения импульса отрицательной полярности находится между уровнем 205 и уровнем 209.
Затем, поскольку устройство находится в выключенном состоянии, может быть измерено активирующее напряжение. Импульс 210 определяют из условия доведения входного напряжения до уровня напряжений 211. Уровень напряжений 211 имеет значение, которое, как полагают, обеспечивает поддержание устройства в том же самом выключенном состоянии. С этого момента на интерферометрический модулятор подают последовательность положительных и отрицательных импульсов, величина которых постепенно возрастает. Порог активации может быть определен, как только интерферометрический модулятор переходит в активированное состояние.
Перепад 212 доводит входной потенциал до уровня напряжений 213; а ток или заряд, необходимый для управления импульсом 212, измеряют и отображают графически в виде суммарного заряда 226. Как видно из Фиг.9В, суммарный заряд 226 меньше порога инициирования/релаксации заряда, что указывает на все еще выключенном состояние интерферометрического модулятора. Импульс 214 доводит входной потенциал до уровня напряжений 215; а ток или заряд, необходимый для управления переходом 214, измеряют и отображают графически в виде заряда 228. Как видно из Фиг.9В, суммарный заряд больше порога инициирования/прекращения заряда, что указывает на переход интерферометрического модулятора в активированное состояние.
Согласно этому варианту реализации изобретения, уровень напряжений 211 не приводит к активированию интерферометрического модулятора, а уровень напряжений 215 действительно приводит к его активированию. Соответственно, значение положительного порогового активирующего напряжения находится между уровнем 211 и уровнем 215.
Затем, поскольку устройство находится в активированном состоянии, может быть измерено другое пороговое напряжение выключения. Перепад 216 напряжений может быть определен из условия доведения входного напряжения до уровня 217 напряжений, при котором уровень 211 имеет значение, которое должно обеспечивать удержание устройства в том же самом (активированном) состоянии. С этого момента на интерферометрический модулятор подают последовательность положительных и отрицательных перепадов напряжений, абсолютная величина которых постепенно уменьшается. Порог отключения импульса положительной полярности может быть определен, как только интерферометрический модулятор переходит в выключенное состояние.
Перепад 218 доводит входной потенциал до уровня 219 напряжений; а ток или заряд, необходимый для управления перепадом 218, измеряют и отображают графически в виде суммарного заряда 230. Как видно из Фиг.9В, заряд 230 меньше порога инициирования/релаксации заряда, что указывает на переход интерферометрического модулятора в выключенное состояние.
Согласно этому варианту реализации изобретения уровень 207 не приводит к выключению интерферометрического модулятора, а уровень 219 действительно приводит к его выключению. Соответственно, значение порогового напряжения выключения по импульсу положительной полярности находится между уровнем 207 и уровнем 219.
Этот вариант реализации настоящего изобретения позволяет рассчитать напряжение разбаланса. В идеальном случае положительные и отрицательные значения каждого из пороговых напряжений должны иметь одну и ту же величину. Однако возможны отклонения, вызванные различными факторами. В этом варианте реализации настоящего изобретения могут быть измерены как отрицательные, так и положительные пороговые напряжения выключения по импульсу. Если известны и положительные и отрицательные значения порогового напряжения, то напряжение разбаланса может быть рассчитано как среднее значение положительных и отрицательных пороговых значений. В некоторых других вариантах реализации изобретения для расчета напряжений разбаланса могут быть использованы другие пороговые значения.
На Фиг.10А в качестве еще одного примера представлен сигнал 250. Сигнал 250 и суммарный заряд, приведенные на Фиг.10В, использованы для измерения порога выключения по постоянному току положительной полярности и отрицательного порога активации по постоянному току.
Уровень 252 напряжений положительной полярности может быть использован для активирования интерферометрического модулятора. После этого для определения уровня напряжения положительной полярности, необходимого для выключения устройства, к нему прикладывают последовательность уровней тестовых напряжений положительной полярности. После приложения каждого уровня тестового напряжения к интерферометрическому модулятору может быть повторно приложен уровень активирующих напряжений положительной полярности. Для определения состояния интерферометрического модулятора после приложения тестовых напряжений при каждом перепаде напряжения может быть измерен суммарный заряд, изображенный на Фиг.10В. Как показано, уровни 254 и 256 недостаточны для перевода интерферометрического модулятора в выключенное состояние. Однако уровень 258 способен перевести интерферометрический модулятор в выключенное состояние, на что указывает суммарный заряд 260. Таким образом, напряжение выключения по постоянному току положительной полярности находится между уровнем 258 и уровнем 256. Кроме того, перевод интерферометрического модулятора в выключенное состояние обеспечивает удобство измерения порога активирующего напряжения. Для перевода устройства в выключенное состояние может быть приложен уровень 262. После этого к интерферометрическому модулятору прикладывают уровни напряжений отрицательной полярности, абсолютная величина которых постепенно возрастает. Как показано на фиг.10А и 10В, уровни 264 и 266 недостаточны для перевода интерферометрического модулятора в активированное состояние, а уровень 268 достаточен. Соответственно, отрицательный порог активации по постоянному току лежит между уровнями напряжений 266 и 268.
В некоторых вариантах реализации изобретения входной сигнал, подобный входному сигналу 120 (Фиг.8С), может быть использован для измерения порога выключения по постоянному току положительной полярности или отрицательного порога активации по постоянному току. Если напряжения удержания входного сигнала постоянны в течение отрезка времени, значительно превышающего отрезок времени при нормальной эксплуатации, то для определения порогов по постоянному току используют способ, описание которого приведено со ссылкой на Фиг.8С.
На Фиг.11 в качестве еще одного примера представлен сигнал 300. Для измерения отрицательного порога активации импульса могут быть использованы сигнал 300 и суммарный заряд, измеренный во время подачи импульсов.
Для перевода интерферометрического модулятора в выключенном состояние может быть использован уровень 302 напряжений. Начиная с уровня 304, к интерферометрическому модулятору прикладывают последовательность тестовых напряжений абсолютная величина которых постепенно возрастает. Поскольку величина уровней 304, 306 и 308 недостаточна, интерферометрический модулятор не активирован. Поскольку величина уровня приложенных напряжений 310 достаточна, интерферометрический модулятор переходит в активированное состояние Поскольку уровень 310 представляет собой конечное значение отрицательного перепада напряжения от положительного напряжения удержания, то измеренный порог есть активирующее напряжение по импульсу отрицательной полярности.
На Фиг.12 в качестве еще одного примера представлен сигнал 320. Для измерения отрицательного порога выключения по импульсу могут быть использованы сигнал 320 и суммарный заряд, измеренный во время подачи импульсов.
Для перевода интерферометрического модулятора в активированное состояние может быть использован уровень 322 напряжений. Начиная с уровня 304, к интерферометрическому модулятору прикладывают последовательность тестовых напряжений, абсолютная величина которых постепенно уменьшается. Поскольку величина уровней напряжений 324, 326 и 328 чрезмерна, интерферометрический модулятор не может быть выключен. Поскольку величина уровня 330 приложенных напряжений достаточно мала, интерферометрический модулятор переходит в выключенное состояние. Поскольку уровень 330 представляет собой конечное значение отрицательного перепада напряжения от положительного напряжения удержания, то измеренный порог есть напряжение выключения по импульсу отрицательной полярности.
В некоторых вариантах реализации изобретения может быть использована тестовая последовательность, обеспечивающая измерение нескольких пороговых напряжений. В таких вариантах реализации изобретения решение, какое из пороговых напряжений должно быть измерено следующим, может быть динамическим. Например, измерение может быть начато с активации тестового устройства и измерения напряжения выключения по постоянному току положительной полярности вышеописанным способом. После выключении устройства в ходе измерения может быть определено активирующее напряжение. В некоторых вариантах реализации изобретения пороги активирующих/выключающих напряжений по постоянному току положительной и отрицательной полярности могут быть определены прежде, чем будут определены пороги по импульсу.
На Фиг.13 показан пример выходного каскада, который может быть использован при измерении тока, используемого для приведения интерферометрического модулятора в действие. Транзисторы N1 и Р1 «отражают» ток, задаваемый транзисторами N2 и Р2 источника тока, применяемыми для подачи сигнала Vout. Соответственно, ток lout, по существу равен току, применяемому для управления сигналом Vout. Поэтому в рассмотренных выше тестовых вариантах реализации изобретения сигнал lout может быть использован для определения большой или малой величины емкости интерферометрических модуляторов Также могут быть использованы и другие схемы.
На Фиг.14 представлена другая применимая схема. Ф и 
При обратном расположении выключатель
В некоторых других вариантах реализации изобретения необходимо измерять ток или заряд при положительных перепадах напряжения, используя цепи, отличные от цепей, применяемых для измерения тока и заряда при отрицательных импульсах. Например, может быть полезно проанализировать результат приложения одного перепада напряжения во время приложения следующего перепада напряжения к интерферометрическому модулятору. Пример такого устройства приведен на Фиг.15. Выключатель Ф0 замкнут для перевода интерферометрического модулятора в исходное состояние, выключатель Ф1 замкнут при положительных импульсах, а выключатель Ф2 замкнут при отрицательных импульсах. При такой схеме, следующий импульс может быть подан на интерферометрический модулятор без ожидания результатов проверки суммарного заряда предыдущего импульса для выявления изменения состояния интерферометрического модулятора. В некоторых вариантах реализации изобретения каждый из интеграторов снабжен цепью повторного включения, выполненной с возможностью сброса выходных напряжений Vout в случае необходимости.
На Фиг.16 приведена цепь 500 измерения тока или заряда. Цепь 500 может быть использована для измерения пороговых значений по перекрестным помехам способами, аналогичными вышерассмотренным способам измерения других пороговых напряжений. Как было отмечено выше, пороговое значение перекрестных помех может быть измерено путем выявления нежелательного изменения состояния тестового интерферометрического модулятора в результате приложения управляющего напряжения к другому интерферометрическому модулятору. В некоторых вариантах реализации изобретения интегратор снабжен цепью повторного включения, выполненной с возможностью сброса выходного напряжения интегратора Vout, в случае необходимости.
Для возврата тестового интерферометрического модулятора 501 и другого интерферометрического модулятора 502 в исходное состояние, выключатель Ф2 должен быть замкнут, а выключатель Ф1 разомкнут. Далее для возврата модуляторов 501 и 502 в исходное состояние используют Vin1 и Vin2. Интерферометрические модуляторы 501 и 502 могут находиться в активированном либо выключенном состоянии и могут быть установлены в то же самое либо различные состояния. Если определяемый порог по перекрестным помехам представляет собой порог выключения по перекрестным помехам, модулятор 501 установлен в активированное положение. Аналогично, если определяемый порог по перекрестным помехам представляет собой порог активации по перекрестным помехам, модулятор 501 установлен в выключенное положение.
После приведения в действие положение модулятора 501 может быть удержано тестовым напряжением на Vin1. Если определяемый порог по перекрестным помехам представляет собой порог по перекрестным помехам положительной полярности, то положение модулятора 501 может быть удержано тестовым напряжением положительной полярности. Аналогично, если определяемый порог по перекрестным помехам представляет собой порог по перекрестным помехам отрицательной полярности, то положение модулятора 501 может быть удержано тестовым напряжением отрицательной полярности.
После приложения тестового напряжения к модулятору 501 выключатель Ф2 разомкнут, а выключатель Ф1 замкнут, что обеспечивает модуляторами 501 и 502. Vin2 изменяется таким образом, чтобы изменять состояние модулятора 502. Например, если модулятор 502 приведен в выключенном состояние, значение Vin2 может быть изменено от значения входного напряжения выключения до значения активирующего напряжения положительной полярности. Изменение Vin2 может вызывать изменение состояния модулятора 501. Это будет иметь место при соответствующем выборе общих импедансов и при приложении к модулятору 501 тестового напряжения, величина которого недостаточна для удержания модулятора 501 в его исходном состоянии.
Выходной сигнал Vout интегратора указывает на изменение состояния модулятора 501. Изменение значения напряжения Vin2 приводит к переходу части заряда на общий узел N1. Количество перемещенного заряда известно из теории и проведенных исследований. Если состояние модулятора 501 не изменено, выходной сигнал будет изменен известным способом с возможностью приема перемещенного заряда. Например, при изменении Vin2 от значения напряжения удержания отрицательной полярности до активирующего напряжения положительной полярности, заряд, перемещенный в узел N1, вызовет снижение выходного значения Vout на известную величину с удалением заряда из узла N1. Однако если состояние модулятора 501 изменено, он может принимать часть перемещенного заряда либо генерировать дополнительный заряд. Таким образом, при изменении состояния модулятора 501 значение Vout будет отлично от ожидаемого значения заряда, перемещнного исключительно из модулятора 502. При изменении состояния модулятора 501 заряд может быть сгенерирован либо принят модулятором 501 из общего узла N1, в зависимости от того активирован или выключен модулятор 501, а также в зависимости от полярности тестового напряжения Vin1. Например, если модулятор 501 удержан в активированном состоянии с помощью тестового напряжения положительной полярности, а изменение Vin2 вызывает изменение его состояния на выключенное, то дополнительный заряд будет перемещен в узел N1. Интегратор интегрирует дополнительный заряд вместе с зарядом, перемещенным от другого модулятора 502, в результате чего выходное значение Vout интегратора будет ниже, чем при интегрировании заряда исключительно от модулятора 502. Известно, что тестового напряжения положительной полярности недостаточно для удержания модулятора 501 в активированном состоянии при приведении в действие другого модулятора 502.
Таким образом, для измерения положительного порога активации по перекрестным помехам к модулятору 501 прикладывают последовательность тестовых напряжений положительной полярности, а после каждого тестового напряжения последовательности к другому модулятору 502 прикладывают управляющее напряжение. Выходной сигнал Vout интегратора 505 измеряют для определения, не изменилось ли состояние модулятора 501 после приложения каждого управляющего напряжения. Положительный порог активации по переходным помехам представляет собой минимальное тестовое напряжение, приложенное к модулятору 501 и не приводящее к его выключению при изменении состояния другого интерферометрического модулятора на активированное, либо выключенное.
Другие пороги по перекрестным помехам могут быть измерены аналогичными способами. Например, порог отключения по перекрестным помехам положительной полярности представляет собой максимальное тестовое напряжение, приложенное к модулятору 501, которое не вызывает перевода модулятора в активированное состояние при изменении состояния другого интерферометрического модулятора на активированное, либо выключенное.
Способы, рассмотренные со ссылкой на Фиг.16, могут быть применены к отдельным интерферометрическим модуляторам матрицы. Например, модулятор 501 может быть расположен в первом столбце матрицы, а модулятор 502 - во втором столбце матрицы. В некоторых вариантах реализации изобретения, модулятор 501 и модулятор 502 расположены в соседних столбцах одной строки матрицы.
В некоторых вариантах реализации изобретения до измерения порога по перекрестным помехам могут быть измерены другие пороговые напряжения. Например, по меньшей мере один порог по постоянному току может быть измерен до измерения порога по импульсу, а порог по перекрестным помехам - после измерения порога по импульсу. В некоторых вариантах реализации изобретения порог по постоянному току может быть использован для определения начального или конечного напряжения перепада напряжения, используемого для измерения порога по импульсу. В некоторых вариантах реализации изобретения порог по постоянному току может быть использован для определения начального или конечного напряжения перепада напряжения, используемого для измерения порога по перекрестным помехам.
В некоторых вариантах реализации изобретения эти способы применены к интерферометрическим модуляторам, которые отделены от матрицы. В дополнение к матрице, по меньшей мере два дополнительных интерферометрических модулятора могут быть изготовлены вместе с цепью интегратора. В таких вариантах реализации изобретения за счет дополнительных интерферометрических модуляторов и цепи интегратора может быть по меньшей мере частично сформирована цепь определения параметров, которая может быть использована для определения пороговых значений матрицы.
В некоторых вариантах реализации изобретения, измеренные пороговые значения могут быть применены универсально ко всем элементам дисплейной матрицы, а измерения могут быть выполнены на большой группе элементов. Например, сегмент матрицы, такой как строка или столбец, или группа строк или столбцов, может быть проверен в одно и то же время, а порог может быть определен на основе совокупных ответных реакций группы. Критерии пороговых значений могут быть заданы произвольно. Например, порог выключения может быть задан из условия, что он представляет собой напряжение, при котором могут быть выключены все элементы группы. Также, порог выключения может быть задан из условия выключения по меньшей мере некоторого минимального количества элементов группы.
Кроме того, на одном и том же интерферометрическом модуляторе или на одной и той же группе интерферометрических модуляторов может быть проведено несколько тестов. Данные, собранные в ходе тестов, могут быть использованы для определения пороговых значений на основе алгоритма. Например, порог может быть определен как значение, достаточное для вызова заданного режима по меньшей мере в течение 90% времени.
В некоторых вариантах реализации изобретения, по меньшей мере один интегратор не возвращен в исходное состояние после каждого измерения. В таких вариантах пороговое напряжение может быть измерено путем интегрирования тока или заряда при выполнении следующих операций 1) устанавливают тестовый интерферометрический модулятор в заданное исходное состояние путем подачи перепада напряжения, начиная с напряжения удержания, 2) прикладывают тестовое напряжение к интерферометрическому модулятору, и 3) повторно прикладывают напряжение удержания. Если интерферометрический модулятор не меняет своего состояния при приложении тестового напряжения, то суммарный ток или заряд будет приближаться к нулю. Однако, при изменении состояния интерферометрического модулятора, суммарный заряд не будет равен нулю.
Цепь, изображенная на Фиг.16, может быть использована для измерения ответной реакции группы интерферометрических модуляторов. В некоторых вариантах реализации изобретения половина испытываемых интерферометрических модуляторов может быть приведена в действие с помощью положительного импульса, а другая половина - с помощью отрицательного импульса. Если все интерферометрические модуляторы активированы и остаются в одном и том же состоянии, то значения суммарного тока или заряда должны быть близки к нулю.
На Фиг.18 представлена принципиальная схема дисплея 600 с тестовыми схемами. Дисплей включает матрицу 610 пикселов, причем каждый пиксел представлен конденсатором. Дисплей также содержит тестовую строку 620, формирователи строк 630, формирователи 640 столбцов и интегратор 650.
В этом варианте реализации настоящего изобретения тестовая строка 620 сформирована из пикселов на активном конце столбцов. В некоторых вариантах реализации изобретения тестовая строка 620 расположена в других местах, например, в центральном сегменте матрицы, либо на концах столбцов, противоположных формирователям 640 Некоторые варианты реализации изобретения содержат несколько тестовых строк.
В некоторых вариантах реализации тестовая строка 620 не является частью матрицы 610, которая выводит изображение на экран пользователя. Однако, в других вариантах реализации с соответствующей синхронизацией тестовых сигналов тестовая строка 620 является частью области изображения с небольшими или невидимыми артефактами, возникающими в результате калибровки.
Формирователи 630 и 640 сформированы с возможностью управления строками и столбцами для вывода на дисплей изображений при нормальной работе и управления строками и столбцами спараметрами калибровки при ее выполнении. Один из концов тестовой строки 620 может быть активирован (приведен в действие) стандартным формирователем строк тем же способом, что и строки области изображения. Сигнал заданной строки может быть подан в межкалибровочный период для того, чтобы в динамике по времени, тестовые пикселы распознали последовательность управляющих напряжений подобно пикселам в области изображения. Например, сигнал тестовой строки может просто соответствовать строке в середине дисплея. При калибровке тестовая строка может быть активирована тестовым сигналом или подключена к опорному напряжению (например, на землю).
Как только тестовая строка готова к градуировочному измерению ее изолируют от формирователя. Этого достигают с помощью выключателя 632 формирователя 631 тестовой строки 620. В некоторых вариантах реализации изобретения сами формирователи строк выполнены с возможностью отключения от строки, которую они активируют. Например, каждый формирователь строк может включать три проходных транзистора, через которые строка подключена на одно из трех управляющих напряжений. Изолированное состояние может быть получено простым отключением всех трех проходных транзисторов, при этом дополнительный выключатель не требуется.
При отключении от формирователя строк тестовая строка оказывается подключена ко входу интегратора 650, который выполняет функцию виртуальной "земли". В представленном варианте реализации изобретения интегратор 650 подключен к концу тестовой строки 620, который противоположен формирователю 631. В других вариантах реализации изобретения интегратор 650 может быть подключен к другим местам тестовой строки 620 (например, к тому же концу, что и формирователь 631).
В некоторых вариантах реализации изобретения, способы определения пороговых напряжений включают измерение дифференциальной емкости с целью определения состояния пикселов во всей тестовой строке. В ходе измерения (Фиг.19) интегратор 650 поддерживает значение напряжения на тестовой строке 620 на уровне опорного напряжения. При напряжении тестовой строки, равном опорному напряжению удержания, значение напряжения на других столбцах должно быть удержано на уровне напряжений смещения положительной и отрицательной полярности, соответственно. Для определения состояния пикселов, полярность всех столбцов должна быть переключена. Если С pix_ - емкость i-го пиксела в тестовой строке, то полный заряд, инжектированный в тестовую строку, при отключенных сегментах имеет вид:
Если все пикселы находятся в одинаковом состоянии и имеют одинаковую емкость (Cpix_=Cpix), то полный заряд, инжектированный в тестовую строку и измеренный интегратором, равен нулю.
Если в ходе измерений по меньшей мере один пиксел находится в другом состоянии, то два члена в уравнении (1) не сокращаются, а результирующий заряд измеряют интегратором 650. Например, все пикселы тестовой строки, кроме одного, могут находиться в выключенном состоянии и имеют емкость С pix_rel, а один активированный пиксел имеет емкость С pix_act и подключен к сегменту положительной полярности. В этом случае, полный заряд, накопленный в интеграторе, имеет вид:
Если активированный пиксел подключен к сегменту отрицательной полярности, то измеренный заряд отрицателен. В бихромном дисплее с квадратной матрицей, в которой размеры пиксела составляют 222 микрона, С pix_act ≈ 12 пФ и С pix_rel ≈ 3 пФ, суммарный заряд, возникающий при одном активированном пикселе, составляет ~100 пКл (при VBIAS~5.5 V), что может быть определено. Если активировано большее количество пикселов, то измеренный заряд возрастает по линейному закону.
Интегратор 650 измеряет разность между полной емкостью пиксела, подключенного к сегментам положительной полярности, и полной емкостью пиксела, подключенного к сегментам отрицательной полярности. Таким образом, выходной сигнал интегратора 650 пропорционален разности числа активированных пикселов, подключенных к сегменту положительной полярности, и числа активированных пикселов, подключенных к сегменту отрицательной полярности. Эта пропорциональность может быть использована в методах калибрования.
Фиг.20 иллюстрирует способ калибровки, который может быть использован для определения активирующих напряжений. Способ может быть использован, например, при приведении в действие и/или периодически во время работы. В этом варианте реализации изобретения определены активирующие напряжения положительной и отрицательной полярности.
Фиг.20 иллюстрирует тестовые сигналы калибровки, поданные на тестовые строки 620 и столбцы дисплея. В ходе теста на строку 620 поступает тестовое опорное напряжение. В этом варианте реализации настоящего изобретения опорное напряжение обозначено Ov. На четные и нечетные столбцы поступают тестовые сигналы противоположных полярностей. В некоторых других вариантах реализации изобретения столбцы могут быть поделены на отдельные группы другими способами. Например, столбцы левой стороны дисплея могут принимать тестовые сигналы противоположной полярности от столбцов правой стороны дисплея. В некоторых вариантах реализации изобретения, число пикселов в одной группе отлично от числа пикселов во второй группе. В некоторых вариантах реализации изобретения, ни одна из групп не содержит пикселов.
В этом варианте реализации на четные и нечетные пикселы подают тестовые сигналы, абсолютная величина которых возрастает, а в промежутках между тестовыми сигналами подают выключающие сигналы. Как было рассмотрено выше, при величине разности между напряжением строки и напряжением столбца меньше порога выключения пикселов пикселы находятся в выключенном состоянии. Как только величина тестовых сигналов превышает порог активации, пикселы будут переведены в активированное состояние. Поскольку выключающие сигналы подают между каждым тестовым сигналом, то пикселы оказываются выключены после каждого тестового сигнала.
На Фиг.20 также показан выходной сигнал интегратора 650, который путем интегрирования заряда, перемещенного в тестовую строку во время каждого из тестовых сигналов, определяет, действительно ли пикселы находятся в разных состояниях.
В промежуток Т1 времени тестовые сигналы столбцов меньше порога активации пикселов. Следовательно, в промежуток Т1 пикселы остаются в выключенном состоянии. В результате суммарный заряд в интеграторе 650 по существу равен нулю, а выходной сигнал интегратора 650 остается равным Ov.
В промежуток времени Т2 пикселы четных и нечетных столбцов могут быть переведены в активированное состояние тестовыми импульсами 711 и 721, а интегратор 650 интегрирует заряд, перемещенный в тестовую строку с их помощью. Поскольку уровень 710 тестового сигнала четного столбца превышает положительный порог Vact+, пикселы четных столбцов активированы. Однако уровень 720 нечетных столбцов превышает отрицательный порог активации Vact-, и пикселы нечетных столбцов остаются выключенными. Поскольку четные столбцы активированы, а нечетные столбцы выключены, заряд, перемещенный меньшей емкостью выключенных пикселов нечетных столбцов, недостаточен для компенсации заряда, перемещенного активированными пикселами большей емкости четных столбцов. В результате форма выходного сигнала интегратора 650 имеет дисбаланс. Полярность дисбаланса указывает, что четные столбцы активированы во время подачи испытательного импульса 711 положительной полярности. Следовательно, положительный порог Vact+ активации может быть определен на основании уровня 720 тестового сигнала положительной полярности.
Аналогично, в промежуток Т2 времени пикселы четных и нечетных столбцов могут быть переведены в активированное состояние тестовыми импульсами 731 и 741, а интегратор 650 интегрирует с их помощью заряд, перемещенный в тестовую строку. Поскольку уровень 730 тестового сигнала нечетного столбца превышает положительный порог Vact+, пикселы нечетных столбцов приведены в активированное состояние. Однако уровень 740 четных столбцов превышает отрицательный порог Vact- активации, и пикселы четных столбцов остаются выключенными. Поскольку четные столбцы выключены, а нечетные столбцы активированы, заряд, перемещенный от вылюченных пикселов четных столбцов с меньшей емкостью недостаточен для компенсации заряда, перемещенного активированными пикселами нечетных столбцов с большей емкостью. В результате выходной сигнал интегратора 650 имееет дисбаланс. Полярность дисбаланса указывает, что нечетные столбцы активированы во время подачи испытательного импульса положительной полярности 731. Следовательно, положительный порог активации Vact+ может быть определен на основании уровня 740 тестового сигнала положительной полярности.
В промежуток Т4 уровень положительных тестовых сигналов четных и нечетных столбцов превышает положительный порог Vact+. Кроме того, уровень отрицательных тестовых сигналов четных и нечетных столбцов меньше отрицательного порога активации Vact-. Следовательно, пикселы четных и нечетных столбцов могут быть приведены в активированное состояние в ответ на каждый тестовый сигнал.
Как было сказано выше, интегратор 650 интегрирует заряд, перемещенный тестовыми сигналами в тестовую строку. Поскольку четные и нечетные столбцы активированы тестовыми сигналами, то заряд, перемещенный большей емкостью четных столбцов, практически компенсирует заряд, перемещенный в результате релаксации большей емкости активированных нечетных столбцов. В результате выходной сигнал интегратора 650 не имеет дисбаланса. Первый случай отсутствия дисбаланса служит признаком максимального активирующего напряжения Vact- отрицательной полярности. Следовательно, отрицательный порог Vact- может быть определен на основании уровня отрицательного тестового сигнала при первом случае отсутствия дисбаланса.
В некоторых вариантах реализации изобретения вышеупомянутая последовательность выполнена повторно при обратных полярностях. Это может быть использовано для установления различий в четных и нечетных пикселах.
С помощью описанной выше последовательности может быть выявлен первый пиксел, активированный на положительно заряженной стороне (при отрицательном смещении), либо на отрицательно заряженной стороне (при положительном смещении). Если не все пикселы на положительно заряженной стороне активированы, то выявление первого пиксела, активированного в другой полярности, может быть более сложным. Перемещение заряда будет полностью сбалансированным при активировании всех пикселов обеих полярностей. Эта проблема может быть преодолена при условии, что интегратор имеет динамический диапазон, достаточный для того, чтобы охватить минимальную (один пиксел) и максимальную (М/2 пикселов) разность между этими двумя группами. Далее начало перевода в активированное состояние на отрицательно заряженной стороне (при условии отрицательного смещения) будет выявлено как первое уменьшение выходного сигнала интегратора.
Этот способ может не работать при наличии у пикселов нулевого смещения. Активированные состояния на положительно и отрицательно заряженных сторонах будут компенсированы. Для преодоления этого в некоторых вариантах реализации изобретения в случае если активирующие напряжения не выявлены, тестовую последовательность повторяют при начальном смещении, отличном от Ov. В некоторых других вариантах реализации изобретения положительные и отрицательные уровни управляющего напряжения увеличивают независимо друг от друга. Это приводит к появлению асимметрии перемещенного заряда, даже в случае равенства всех емкостных сопротивлений пикселов (перепады напряжений нечетных и четных сегментов не будут равными при неравенстве напряжений положительной и отрицательной полярностей), но это смещение может быть учтено при анализе измерений.
Фиг.20 иллюстрирует тестовую последовательность с линейно изменяющимся тестовым напряжением. Могут быть использованы и другие измерительные алгоритмы. Например, поскольку пикселы между каждыми измерениями выключены, может быть использован метод бинарного поиска.
При двух тестовых импульсах на каждую амплитуду, перепаде напряжения 50 мВ, полном тестовом интервале в диапазоне 7.5 В - 1.75 В = 5.75 В, времени тестирования одним импульсом 1 мсек и восьмишаговом бинарном поиске (5.75/0.05~27) время тестирования данной последовательности может быть рассчитано как приблизительно равное 2*8*1 мс = 16 мс.
Фиг.21 иллюстрирует способ калибровки, который может быть использован для определения выключающих напряжений. Способ может быть использован, например, при запуске и/или периодически в течение работы. В этом варианте реализации определены выключающие напряжения положительной и отрицательной полярности.
На Фиг.21 показаны тестовые сигналы калибровки, поданные на тестовые строки 620 и столбцы дисплея. В ходе теста на строку 620 поступает тестовое опорное напряжение. В данном варианте реализации изобретения, опорное напряжение равно Ov. На четные и нечетные столбцы поступают тестовые сигналы противоположных полярностей, которые меняются от активирующего напряжения до потенциально выключающего напряжения. В некоторых других вариантах реализации изобретения, столбцы могут быть поделены на отдельные группы другими способами. Например, столбцы левой стороны дисплея могут принимать тестовые сигналы противоположной полярности от таких же столбцов правой стороны дисплея. В некоторых вариантах реализации изобретения, число пикселов в одной группе отлично от числа пикселов во второй группе. В некоторых вариантах реализации изобретения ни одна из групп не содержит пикселов.
В этом варианте реализации четные и нечетные пикселы получают тестовые сигналы, которые меняются от активирующих напряжений до потенциально выключающих напряжений, абсолютная величина которых постепенно снижается. Как было рассмотрено выше, если величина разности напряжения строки и напряжения столбца превышает порог активации пикселов, то пикселы будут в активированном состоянии. Как только величина тестовых сигналов станет меньше порога выключения, пикселы будут выключены. Поскольку активирующие сигналы подают между подачей каждого потенциально выключающего сигнала, то пикселы активированы после каждого потенциально выключающего сигнала. Кроме того, поскольку сигналы четных и нечетных столбцов имеют противоположную полярность, то при подаче потенциально выключающего сигнала на любой из четных и нечетных столбцов, на другие четные и нечетные столбцы поступает активирующий сигнал.
На Фиг.21 также показан выходной сигнал интегратора 650, который путем интегрирования заряда, перемещенного в тестовую строку во время действия каждого из потенциально выключающих сигналов позволяет определить, действительно ли пикселы находятся в разных состояниях.
В промежуток Т1 времени потенциально выключающие сигналы меньше отрицательного порога Vrel- выключения пикселов. Следовательно, в промежуток Т1 пикселы остаются в активированном состоянии. В результате суммарный заряд в интеграторе 650 по существу равен нулю, а выходной сигнал интегратора 650 остается равным Ov.
В промежуток Т2 времени уровень 810 тестового сигнала четного столбца превышает отрицательный порог Vrel-. Следовательно, пикселы четных столбцов будут выключены. Однако нечетные столбцы также остаются в активированном состоянии, т.к. к ним приложено активирующее напряжение. Т.к. четные столбцы выключены, а нечетные столбцы активированы, то заряд, перемещенный от выключенных пикселов четных столбцов с меньшим емкостным сопротивлением, недостаточен для компенсации заряда, перемещенного активированными пикселами нечетных столбцов с большим емкостным сопротивлением. В результате выходной сигнал интегратора 650 имеет дисбаланс. Следовательно, отрицательный порог Vrel- может быть определен исходя из уровня 810 тестового сигнала.
В промежуток времени Т3, потенциально выключающие сигналы меньше отрицательного порога Vrel-. Следовательно, в промежуток времени Т3 пикселы остаются в активированном состоянии. В результате суммарный заряд в интеграторе 650 по существу равен нулю, а выходной сигнал интегратора 650 остается равным Ov.
В промежуток Т4 уровень потенциально выключающих напряжений четных и нечетных столбцов превышает отрицательный порог Vrel-. Следовательно, пикселы четных и нечетных столбцов будут выключены В то время как четные либо нечетные столбцы будут выключены под действием приложенного к ним потенциально выключающего тестового напряжения, на другие четные и нечетные столбцы будет поступать активирующее напряжение. Следовательно, поскольку четные либо нечетные столбцы выключены, а другие нечетные и четные столбцы активированы, заряд, перемещенный от выключенных пикселов с меньшим емкостным сопротивлением, недостаточен для компенсации заряда, перемещенного активированными пикселами с большим емкостным сопротивлением. В результате выходной сигнал интегратора 650 имеет дисбаланс.
В промежутки Т5-Т8 времени четные и нечетные пикселы получают тестовые сигналы, значение которых изменяется от активирующих напряжений до потенциально выключающих напряжений, полярность которых положительна, а абсолютная величина постепенно снижается.
В промежуток Т5 времени потенциально выключающие сигналы превышают положительный порог Vrel+ выключения пикселов. Следовательно, в промежуток Т5 пикселы остаются в активированном состоянии. В результате суммарный заряд в интеграторе 650 по существу равен нулю, а выходной сигнал интегратора 650 остается равным Ov.
В промежуток Т6 времени уровень 820 тестового сигнала нечетного столбца будет меньше положительного порога Vrel+. Следовательно, пикселы нечетных столбцов будут выключены. Однако четные столбцы остаются в активированном состоянии, т.к. к ним приложено активирующее напряжение. Поскольку нечетные столбцы выключены, а четные столбцы активированы, то заряд, перемещенный от выключенных пикселов нечетных столбцов с малым емкостным сопротивлением, недостаточен для компенсации заряда, перемещенного активированными пикселами четных столбцов с большим емкостным сопротивлением В результате выходной сигнал интегратора 650 имеет дисбаланс. Следовательно, положительный порог Vrel+ может быть определен исходя из уровня 820 тестового сигнала.
В промежуток Т7 времени потенциально выключающие сигналы нечетных и четных столбцов превышают положительный порог Vrel+. Следовательно, в промежуток Т7 пикселы остаются в активированном состоянии. В результате суммарный заряд в интеграторе 650 по существу равен нулю, а выходной сигнал интегратора 650 остается равным Ov.
В промежуток Т8 времени уровень потенциально выключающих напряжений четных и нечетных столбцов меньше положительного порога Vrel+. Следовательно, пикселы четных и нечетных столбцов выключены. В то время как четные либо нечетные столбцы будут выключены под действием приложенного к ним потенциально выключающего тестового напряжения, на другие четные и нечетные столбцы будет поступать активирующее напряжение. Следовательно, поскольку четные либо нечетные столбцы выключены, а другие нечетные и четные столбцы активированы, то заряд, перемещенный от выключенных пикселов с низким емкостным сопротивлением, недостаточен для компенсации заряда, перемещенного активированными пикселами с большим емкостным сопротивлением. В результате, выходной сигнал интегратора 650 имеет дисбаланс.
В варианте реализации изобретения, представленном на Фиг.21, применен обычный линейный поиск, однако могут быть использованы и другие алгоритмы поиска. Например, может быть применен бинарный поиск. В некоторых вариантах реализации измерения на положительно и отрицательно заряженных сторонах могут чередоваться во времени для сохранения общего баланса формирователя с целью уменьшения заряда пикселов в ходе измерений.
С помощью приближений, подобных рассмотренным выше со ссылкой на Фиг.20, определено, что тестовое время для варианта реализации изобретения, представленного на Фиг.21, составляет приблизительно 16 мс для каждой полярности, или 32 мс полное время.
Фиг.22 иллюстрирует способ калибровки, который может быть использован для регулировки напряжения разбаланса. Характеристики активации и раскрепления пикселов не обязательно симметричны относительно Ov. Использование такого напряжения (напряжения разбаланса), относительно которого характеристика пикселов симметрична, позволяет улучшить работу устройства. Способ может быть использован, например, при запуске и/или периодически в течение работы. Этот вариант реализации включает способ определения напряжения разбаланса, которое уравновешивает емкости пикселов в положительном и отрицательном выключенных состояниях.
На фиг.22 показаны тестовые сигналы, поданные на тестовые строки 620 и столбцы дисплея. К тестовой строке 620 прикладывают возможные напряжения разбаланса, каждое из которых тестируют для определения равенства емкостей пикселов в положительном и отрицательном выключенных состояниях. На четные и нечетные столбцы подают тестовые сигналы противоположных полярностей. В некоторых других вариантах реализации столбцы могут быть поделены на отдельные группы другими способами. Например, столбцы левой стороны дисплея могут принимать тестовые сигналы противоположной полярности от таких же столбцов правой стороны дисплея. В некоторых вариантах реализации изобретения число пикселов в одной группе отлично от числа пикселов во второй группе. В некоторых вариантах реализации изобретения каждая группа содержит по меньшей мере один пиксел.
После перевода в выключенное состояние при каждом возможном напряжении разбаланса, приложенном к тестовой строке 620, на четные и нечетные столбцы подают равные импульсы противоположной полярности, которые смещены равными напряжениями смещения противоположной полярности. В этом варианте реализации четные столбцы находятся в положительном выключенном состоянии, а нечетные столбцы - в отрицательном выключенном состоянии. Как показано, полярность импульсов в этом варианте реализации увеличивает разность напряжений между столбцовыми и строковыми электродами. Могут быть использованы и другие конфигурации положительных и отрицательных выключающих состояний и полярности импульса.
В то время как тестовая строка 620 находится под напряжением возможного разбаланса, к четным и нечетным столбцам подают тестовые импульсы, а интегратор 650 интегрирует заряд, перемещенный четными и нечетными столбцами в тестовую строку 620. Если возможное напряжение разбаланса не равно неизвестному напряжению разбаланса, которое должно быть определено, то пикселы в положительном выключенном состоянии (четные столбцы) и пикселы в отрицательном выключенном состоянии (нечетные столбцы) будут иметь различные емкости. Как было отмечено выше, вследствие разных емкостей, заряд, перемещенный каждым из четных и нечетных столбцов под действием равных импульсов противоположного знака, будет иметь различные абсолютные величины. Следовательно, заряд, перемещенный из четных столбцов, не компенсирует заряд, перемещенный из нечетных столбцов, а на выходе интегратора 650 возникает сигнал, обусловленный указанной разностью.
Как показано на фиг 22, в промежуток Т1 возможное напряжение разбаланса, приложенное к тестовой строке 620, меньше определяемого неизвестного напряжения разбаланса. В результате разность действующих напряжений между тестовой строкой и четными столбцами превышает разность действующих напряжений между тестовой строкой и нечетными столбцами. Вследствие этого емкость четных столбцов больше емкости нечетных столбцов. Это вызвано тем, что расстояние (а, следовательно, и емкость) между гибкими мембранами и оптическими стопами пикселов зависит от разности действующих напряжений тестовых строк и столбцов.
Как было отмечено выше, за счет большей емкости четных столбцов в тестовую строку 620 перемещен больший заряд, чем от нечетных столбцов с меньшей емкостью. Как показано, в промежуток Т1 выходной сигнал интегратора указывает на дисбаланс перемещенного заряда. Полярность выходного сигнала интегратора указывает на то, что заряд от столбцов, на которые был подан положительный тестовый импульс (четных столбцов), превышает заряд от столбцов, на которые был подан отрицательный тестовый импульс (нечетных столбцов). Это свидетельствует о том, что возможная величина напряжения разбаланса, приложенного к тестовой строке 620, меньше величины определяемого неизвестного напряжения разбаланса.
Аналогично, в промежуток Т3 напряжение потенциального разбаланса, приложенное к тестовой строке 620 превышает определяемое неизвестное напряжение разбаланса. В результате разность действующих напряжений тестовой строки и четных столбцов меньше разности действующих напряжений тестовой строки и нечетных столбцов Вследствие этого емкость четных столбцов меньше емкости нечетных столбцов. Это вызвано тем, что расстояние (а, следовательно, и емкость) между гибкими мембранами и оптическими стопами пикселов зависит от разности действующих напряжений тестовых строк и столбцов.
Следовательно, за счет большей емкости нечетных столбцов в тестовую строку 620 перемещен больший заряд, чем от четных столбцов с меньшей емкостью. Как показано, в промежуток Т3 выходной сигнал интегратора указывает на дисбаланс перемещенного заряда. Полярность выходного сигнала интегратора указывает на тот факт, что заряд от столбцов, на которые был подан положительный тестовый импульс (четных столбцов), меньше заряда от столбцов, на которые был подан отрицательный тестовый импульс (нечетных столбцов). Это свидетельствует о том, что величина напряжения потенциального разбаланса, приложенного к тестовой строке 620, превышает величину определяемого неизвестного напряжения разбаланса.
Наоборот, в промежуток Т2 возможное напряжение разбаланса, приложенное к тестовой строке 620, равно определяемому неизвестному напряжению разбаланса. В результате разность действующих напряжений тестовой строки и четных столбцов равна разности действующих напряжений тестовой строки и нечетных столбцов. Вследствие этого емкость четных столбцов равна емкости нечетных столбцов. Это вызвано тем, что расстояние (а, следовательно, и емкость) между гибкими мембранами и оптическими стопами пикселов зависит от разности действующих напряжений тестовых строк и столбцов.
Следовательно, из нечетных столбцов в тестовую строку 620 перемещен заряд, равный заряду из четных столбцов. Как показано, в промежуток Т2 выходной сигнал интегратора остается практически неизменным, что указывает на сбалансированность перемещенного заряда. Неизменность выходного сигнала интегратора указывает на тот факт, что заряд от столбцов, на которые был подан положительный тестовый импульс (четных столбцов), равен заряду от столбцов, на которые был подан отрицательный тестовый импульс (нечетных столбцов). Это свидетельствует о том, что возможная величина напряжения разбаланса, приложенного к тестовой строке 620, равна величине определяемого неизвестного напряжения разбаланса. Следовательно, если выходной сигнал интегратора остается неизменным под действием равных тестовых импульсов противоположного знака, приложенных к четным и нечетным столбцам, напряжение разбаланса будет равно возможному напряжению разбаланса, приложенному к тестовой строке 620.
В некоторых вариантах реализации изобретения вышеупомянутую последовательность повторяют при обратных полярностях импульсов, поданных к четным и нечетным столбцам.
В варианте реализации изобретения, представленном на Фиг.22, применен обычный линейный поиск, однако могут быть использованы и другие алгоритмы поиска. Например, может быть применен бинарный поиск.
С помощью приближений, подобных рассмотренным выше со ссылкой на Фиг.20, рассчитано, что для варианта реализации изобретения, представленного на Фиг.22, тестовое время составляет 16 медля каждой полярности, а полное время составляет 32 мс.
На Фиг.23 и 24 показаны напряжения тестовой строки 620, четных столбцов, нечетных столбцов, напряжение на выходе интегратора, а также разности напряжений между пикселами четных и нечетных столбцов. Варианты реализации изобретения, представленные на Фиг.23 и 24, использованы для определения пределов активации и выключения соответственно. В каждом из этих вариантов реализации пикселы тестовой строки 620 изначально переведены в активированное или выключенное состояние. Затем на тестовую строку 620 подают тестовый импульс при напряжении удержания на столбцах, величина которого должна быть в середине гистерезисной области. Четные столбцы имеют положительное напряжение удержания, а нечетные столбцы имеют отрицательное напряжение удержания. Тестовый импульс, приложенный к тестовой строке 620, вызывает увеличение разности напряжений между строковыми и столбцовыми электродами каждого из пикселов (которое может привести к активации выключенных пикселов) либо ее уменьшение (которое может привести к выключению активированных пикселов). После подачи тестового импульса полярность напряжений удержания полностью изменена таким образом, что четные столбцы имеют отрицательное напряжение удержания, а нечетные столбцы имеют положительное напряжение удержания. При изменении полярностей напряжения удержания, выходной сигнал интегратора указывает на любой разбаланс заряда, перемещенного в тестовую строку. Разбаланс, превышающий пороговое значение, указывает, что тестовый импульс, приложенный к тестовой строке 620, вызывает изменение состояния некоторых пикселов. Таким образом, определены пределы активации и выключения.
Как видно из фиг.23, в промежуток Т1 времени все пикселы выключены. В варианте реализации настоящего изобретения пикселы выключены за счет приложения к тестовой строке 620 напряжения Vbias смещения отрицательной полярности и приложения к четным и нечетным столбцам напряжения Vbias смещения отрицательной полярности и напряжения Vos разбаланса. Как показано, напряжение на пикселах четных и нечетных столбцов равно напряжению Vos. В результате этого пикселы выключены. Также могут быть использованы и другие способы выключения пикселов.
В промежуток Т2 времени четные столбцы приведены в действие с помощью напряжения удержания положительной полярности, равного сумме напряжений +Vbias и Vos, нечетные столбцы - с помощью напряжения удержания отрицательной полярности, равного сумме напряжений -Vbias и Vos, а тестовая строка 620 приведена в действие положительным тестовым импульсом ТР1. Если тестовый импульс ТР1 выше допустимого предела активации, то пикселы нечетных столбцов будут активированы, т.к. напряжение на пикселах нечетных столбцов увеличено на тестовый импульс ТР1.
После подачи импульса TPI в промежуток Т3 времени полярность напряжения удержания четных и нечетных столбцов будет изменена. Положительное напряжение удержания четных столбцов будет изменено на отрицательное напряжение удержания, а отрицательное напряжение удержания нечетных столбцов будет изменено на положительное напряжение удержания. Как показано, во время этих изменений интегратор 650 измеряет вызванный ими разбаланс в заряде, перемещенном в тестовую строку 620. Как было рассмотрено выше, дисбаланс указывает на тот факт, что четные и нечетные пикселы имеют разную емкость и, следовательно, находятся в различных состояниях - в активированном состоянии и состоянии удержания. Таким образом, выявлено, что импульс ТР1 переводит в активированное состояние по меньшей мере некоторые из пикселов нечетных столбцов.
Для определения предела активации пикселов четного столбца, имеющего напряжение удержания положительной полярности, способ может быть повторен при отрицательном тестовом импульсе.
[0190] Активированные состояния, вызванные тестовыми импульсами, позволяют регулировать смещение и разбаланс панели. Например, если активированные состояния вызваны как положительными, так и отрицательными тестовыми импульсами, значение напряжения смещения слишком приближено к активирующим напряжениям как положительной, так и отрицательной полярности. Если активированное состояние вызвано только одним тестовым импульсом, то возможно необходимо отрегулировать смещение.
Амплитуда тестового импульса может быть выбрана из условия ее соответствия пределу минимально необходимого напряжения в диапазоне от напряжения удержания до активирующего напряжения, чтобы компенсировать любые влияния перекрестных помех либо возможную неоднородность оставшейся части панели. Длительность тестового импульса выбрана такой, что пикселы успевают срабатывать. Так как приложенное напряжение намного меньше номинального напряжения перевода пиксела в активированное состояние, то тестовый импульс может быть значительно длиннее обычной длительности строки панели.
Как видно из фиг.24, в промежуток Т1 все пикселы переведены в активированное состояние. В этом варианте реализации пикселы активированы за счет приложения к тестовой строке 620 напряжения +Vbias смещения положительной полярности и приложения к четным и нечетным столбцам суммы напряжения Vbias смещения отрицательной полярности и напряжения Vos разбаланса. В результате напряжение на пикселах четных и нечетных столбцов равно удвоенному напряжению смещения Vbias плюс напряжение разбаланса Vos. Следовательно, пикселы активированы. Также могут быть использованы и другие способы перевода пикселов в активированное состояние.
В промежуток Т2 четные столбцы могут быть приведены в действие с помощью напряжения удержания положительной полярности, равного сумме напряжений +Vbias и Vos, нечетные столбцы - с помощью напряжения удержания отрицательной полярности, равного сумме напряжений -Vbias и Vos, а тестовая строка 620 может быть приведена в действие положительным тестовым импульсом ТР1. Если импульс ТР1 выше предела выключения, то пикселы четных столбцов будут раскреплены, т.к. напряжение на пикселах нечетных столбцов уменьшено на тестовый импульс TPI.
После подачи импульса ТР1 в промежуток времени Т3 полярность напряжения удержания четных и нечетных столбцов будет изменена. Положительное напряжение удержания четных столбцов будет изменено на отрицательное напряжение удержания, а отрицательное напряжение удержания нечетных столбцов будет изменено на положительное напряжение удержания. Как показано, во время этих изменений интегратор 650 измеряет вызванный ими дисбаланс в заряде, перемещенном в тестовую строку 620. Как было рассмотрено выше, разбаланс указывает на тот факт, что четные и нечетные пикселы имеют разную емкость и, следовательно, находятся в различных состояниях, в активированном состоянии и состоянии удержания. Таким образом, выявлено, что тестовый импульс ТР1 переводит в выключенном состояние по меньшей мере некоторые из пикселов четных столбцов.
Для определения предела выключения пикселов четного столбца, имеющего напряжение удержания положительной полярности, способ может быть повторен при отрицательном тестовом импульсе.
Разбаланс и смещение панели могут быть отрегулированы с помощью раскрепленных состояний, вызванных тестовыми импульсами. Например, если выключенные состояния вызваны как положительными, так и отрицательными тестовыми импульсами, то значение напряжения смещения слишком приближено к выключающим напряжениям как положительной, так и отрицательной полярности. Если выключенном состояние вызвано только одним тестовым импульсом, то возможно необходимо отрегулировать разбаланс.
Амплитуда тестового импульса может быть выбрана из условия ее соответствия пределу минимально необходимого напряжения в диапазоне от напряжения удержания до выключающего напряжения, для того чтобы компенсировать любые влияния перекрестных помех либо возможную неоднородность остальной части панели. Длительность тестового импульса выбрана так, что пикселы успевают срабатывать. Так как приложенное напряжение намного меньше номинального напряжения перевода пиксела в активированное состояние, тестовый импульс может быть значительно длиннее обычной длительности строки панели.
В некоторых вариантах реализации измерения могут быть проведены (Фиг.23 и 24) при нескольких амплитудах тестового импульса, могут быть определены действующие переключающие напряжения, а также заданы оптимальные значения напряжений разбаланса и смещения.
При использовании тестовой строки для вывода изображения на дисплей в процессе нормальной эксплуатации содержимое изображения может быть утеряно в ходе измерения. В некоторых вариантах реализации измерение может быть проведено между кадрами изображения. Например, тестовая строка может быть использована для калибровки непосредственно перед поступлением на нее данных для их воспроизведения на дисплее. Следовательно, искажение видеоданных строки может иметь такую короткую длительность, что смотрящий его даже не заметит. Например, измерение может быть выполнено приблизительно менее чем за 100 мс, 50 мс, 20 мс, 10 мс, 5 мс или 1 мс до записи тестовой строки с видеоданными. В некоторых вариантах реализации при поочередных измерениях на активацию и выключение возникает такая достаточно высокая частота, что вызванное при измерении мерцание незаметно.
При проведении полного измерения с использованием последовательностей, показанных на Фиг.23 и 24, может быть использовано восемь тестовых импульсов (активация и выключение, положительная и отрицательная полярности, четные и нечетные сегменты). Если длительность каждого теста составляет 1 мс (включая ширину тестового импульса, время установления сигнала интегратора и служебные сигналы), то полный цикл будет закончен за 8 мс.
Рассмотренные выше способы основаны на минимальном соответствии тестовых пикселов и пикселов дисплея. В некоторых вариантах реализации тестовые пикселы и пикселы дисплея могут частично совпадать. Неполнота соответствия может вызвать разбаланс выходного сигнала интегратора, который может быть компенсирован различными способами, включая цифровую пост-обработку и двойную коррелированную выборку.
В качестве примера, если каждый из четных и нечетных столбцов тестовой строки содержит 64 пиксела, а изменение емкости одного пиксела составляет - ΔС (измеренное от среднего числа всех пикселов в тестовой строке), то при условии, что изменение в пикселах нормальное и некоррелированное, изменение емкости полной группы составит приблизительно √64×ΔС=8×ΔС. Таким образом, если ΔС составляет 5% емкости пиксела, то изменение для группы приблизительно равно 40% емкости одного пиксела. В худшем случае, несоответствие между двумя группами гораздо меньше емкости одного пиксела.
Приведенные выше описания и упрощенные временные диаграммы указывают на то, что заряд, перемещенный от четных и нечетных пикселов сегмента, всегда компенсирован во время интегрирования, т.е. компенсирующие заряды перемещены в одно и то же время и с одной и той же скоростью. На практике это не имеет места. Время приложения разностей напряжений к четным и нечетным сегментам будет изменяться в прямой зависимости от изображения на дисплее, что влечет за собой разные скорости перемещения зарядов. В некоторых вариантах реализации выходной сигнал интегратора может быть замерен только после интегрирования всего перемещенного заряда. В некоторых других вариантах реализации изобретения интегратор имеет достаточный диапазон, допускающий экстремальные значения разбаланса. Например, интегратор может иметь запас по емкости, достаточный для накапливания всего однополярного заряда до интегрирования заряда другой полярности. Перепад сигнала на выходе интегратора может составлять ±1 В и аккомодировать изображение размером 128 столбцов, в случае если сигнал от одного пиксела составляет приблизительно 10 мВ (при соотношении между емкостью активированного и выключенного пикселов, равном 3:1).
В некоторых вариантах реализации переключение столбцов выполнено в шахматном порядке. Переключение групп четных и нечетных столбцов может быть выполнено одновременно, и если разделение по времени между сегментами достаточно большое, то любая разность между временем нарастания и временем спада должна быть компенсирована только для отдельной группы.
В некоторых вариантах реализации описанные выше способы применены к полноформатной панели, в которой все строки связаны со входом интегратора. В некоторых вариантах реализации может быть определено изменение состояния одного пиксела во всей матрице. Однако величина запаса, необходимого для решения проблем, возникающих в случае наиболее неблагоприятной разности времен нарастания и спада строк сегмента, теперь намного больше; и при том же самом (очень пессимистичном) допущении, что весь заряд от одного перехода должен быть интегрирован до интегрирования другого, сигнал одного пиксела составляет только 30 мВ. Тем не менее, если измерение проводится по всей панели, то содержимое изображения может быть полностью управляемым для ограничения разности между положительными и отрицательными сегментными перепадами напряжения. Также может быть использовано переключение столбцов в шахматном порядке.
Описанные выше способы рассмотрены по отношению к бихромному дисплею. Однако они также могут быть применены и к цветным дисплеям. Тестовая строка может содержать пикселы всех трех цветов. Переключающие напряжения для каждого из них могут быть измерены независимо. В некоторых вариантах реализации изобретения могут быть переключены только сегменты, соответствующие тестируемому цвету. Пикселы других цветов остаются выключенными, а соответствующие перемещенные заряды могут быть компенсированы. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один тестовый импульс подан к пикселам всех трех цветов одновременно, а переключение четных и нечетных столбцов выполнено в шахматном порядке по цвету таким образом, что состояние может быть определено по каждому цвету отдельно.
После измерения пороговых напряжений могут быть рассчитаны управляющие напряжения, обеспечивающие оптимальное управление интерферометрическими модуляторами. Как было рассмотрено ранее, существует пять диапазонов разности входных напряжений. Каждый из этих диапазонов может быть определен на основе измеренных пороговых значений. Например, активирующее напряжение положительной полярности может быть определено как наибольшее значение положительных порогов активации по постоянному току, импульсу или перекрестным помехам. Напряжение удержания положительной полярности может быть определено как среднее значение наименьшего положительного порога активации и наибольшего выключающего напряжения положительной полярности. Активирующее напряжение отрицательной полярности может быть определено как наименьшее значение отрицательных порогов активации. Напряжение удержания отрицательной полярности может быть определено как среднее значение набольшего отрицательного порога активации и наименьшего выключающего напряжения положительной полярности. Выключающее напряжение может быть определено как среднее значение активирующих напряжений положительной и отрицательной полярностей. В некоторых вариантах реализации управляющее напряжение может быть измерено как сумма порогового значения и предельного значения. Эти измеренные пороговые значения и установленные управляющие напряжения графически представлены на фиг.17. Вертикальная ось показывает напряжение, значения напряжения слева от оси - измеренные пороговые напряжения, а значения напряжения справа от оси - управляющие напряжения, рассчитанные на основании измеренных пороговых напряжений.
Хотя в приведенном выше подробном описании охарактеризованы признаки новизны изобретения применительно к различным вариантам реализации, специалистам ясно, что возможны различные модификации вышеописанных устройства и способа в пределах сущности изобретения. Следует отметить, что некоторые возможные реализации настоящего изобретения не содержат всех признаков и не обеспечивают всех преимуществ, изложенных выше, поскольку некоторые признаки могут быть использованы или реализованы отдельно от остальных.
Заявленная группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к способу и устройству для измерения пороговых напряжений в устройствах МЭМС. Способ измерения порогового напряжения устройства на основе микроэлектромеханических систем, согласно которому к устройству прикладывают перепады напряжения и измеряют количество заряда, переданного на устройство при приложении по меньшей мере одного из указанных перепадов напряжения, на основании измеренного заряда определяют, изменяет ли каждый из указанных перепадов напряжения состояние устройства и определяют пороговое напряжение на основе перепада напряжения, вызывающего изменение состояния. Устройство на основе микроэлектромеханических систем, выполненное с возможностью перехода в активированное состояние под действием активирующего напряжения, возможностью перехода в выключенное состояние под действием выключающего напряжения и возможностью сохранения текущего состояния под действием напряжением удержания содержит первые и вторые средства активации и выключения в соответствии с напряжением, средства приложения перепадов напряжения на первые и вторые средства активации и выключения, средства индикации количества заряда, поданного на устройство при приложении по меньшей мере одного перепада напряжения, средства определения на основании измеренного заряда, изменено ли под действием меньшей мере одного перепада напряжения состояние устройства и средства определения порогового напряжения на основании перепада напряжения, вызывающего изменение состояния. Технический результат изобретения - повышение точности измерений порогового напряжения. 2 н. и 39 з.п. ф-лы, 35 ил.
1. Способ измерения порогового напряжения устройства на основе микроэлектромеханических систем, согласно которому:
к устройству прикладывают перепады напряжения и измеряют количество заряда, переданного на устройство при приложении по меньшей мере одного из указанных перепадов напряжения;
на основании измеренного заряда определяют, изменяет ли каждый из указанных перепадов напряжения состояние устройства; и
определяют пороговое напряжение по меньшей мере частично на основе перепада напряжения, вызывающего изменение состояния.
2. Способ по п.1, согласно которому измерение заряда включает цифровое интегрирование сигнала и/или аналоговое интегрирование сигнала.
3. Способ по п.1, согласно которому в качестве порогового напряжения определяют пороговое значение активации или пороговое значение выключения и согласно которому дополнительно
определяют изменение состояния;
определяют следующий прикладываемый перепад напряжения для измерения второго порогового значения, отличного от пороговых значений активации и выключения; и
прикладывают к устройству указанный следующий перепад напряжения.
4. Способ по п.1, в котором в качестве порогового напряжения определяют положительное пороговое значение или отрицательное пороговое значение и согласно которому дополнительно определяют второе пороговое значение, отличное от положительного и отрицательного пороговых значений; и
определяют напряжение разбаланса, которое, по существу, является средним значением положительного и отрицательного порогов.
5. Способ по п.1, согласно которому определение порогового напряжения включает определение напряжения, достаточного для приведения в движение подвижного элемента устройства, причем согласно способу дополнительно определяют пороговое напряжение выключения по меньшей мере частично на основании перепада напряжения, приводящего к изменению состояния устройства из активированного в выключенное.
6. Способ по п.5, согласно которому в качестве порогового напряжения выключения определяют пороговое напряжение по постоянному току.
7. Способ по п.5 или 6, согласно которому перепады напряжения имеют начальное напряжение и конечное напряжение одинаковой полярности.
8. Способ по п.1, согласно которому определение порогового напряжения включает определение напряжения, достаточного для приведения в движение подвижного элемента устройства, причем согласно способу дополнительно определяют пороговое напряжение активации по меньшей мере частично на основании перепада напряжения, приводящего к изменению состояния устройства из выключенного в активированное.
9. Способ по п.8, согласно которому в качестве порогового напряжения активации определяют пороговое напряжение по постоянному току.
10. Способ по п.1, согласно которому определение порогового напряжения включает определение напряжения, достаточного для приведения в движение подвижного элемента устройства, причем согласно способу дополнительно определяют пороговое напряжение активации по меньшей мере частично на основании конкретного перепада напряжения, приводящего к изменению состояния устройства из выключенного в активированное и имеющего начальное и конечное напряжения противоположной полярности.
11. Способ по п.10, согласно которому пороговое напряжение активации приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
12. Способ по п.10 или 11, согласно которому начальное и конечное напряжения, по существу, равны по абсолютной величине относительно напряжения разбаланса.
13. Способ по п.10 или 11, согласно которому в качестве порогового напряжения активации определяют пороговое напряжение по импульсу.
14. Способ по п.10 или 11, согласно которому дополнительно перед приложением перепадов напряжений определяют второе пороговое значение и
определяют по меньшей мере одно из напряжений, начальное или конечное, по меньшей мере одного перепада напряжений на основании второго порогового значения.
15. Способ по п.1, согласно которому определение порогового напряжения включает определение напряжения, достаточного для приведения в движение подвижного элемента устройства, причем согласно способу дополнительно определяют пороговое напряжение выключения по меньшей мере частично на основании конкретного перепада напряжения, приводящего к изменению состояния устройства из активированного в выключенное и имеющего начальное и конечное напряжения противоположной полярности.
16. Способ по п.15, согласно которому пороговое напряжение выключения приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
17. Способ по п.15 или 16, согласно которому начальное и конечное напряжения, по существу, равны по абсолютной величине относительно напряжения разбаланса.
18. Способ по п.15 или 16, согласно которому в качестве порогового напряжения выключения используют пороговое напряжение по импульсу.
19. Способ по п.15 или 16, согласно которому дополнительно перед приложением перепадов напряжений определяют второе пороговое значение и
определяют по меньшей мере одно из напряжений, начальное или конечное, по меньшей мере одного перепада напряжений на основании второго порогового значения.
20. Способ по п.1, согласно которому определение порогового напряжения включает определение напряжения, достаточного для приведения в движение подвижного элемента устройства, причем указанное устройство содержит несколько элементов, и согласно способу дополнительно определяют пороговое напряжение выключения первого элемента по меньшей мере частично на основании конкретного перепада напряжения, приложенного ко второму элементу и вызывающего переход первого элемента из выключенного состояния в активированное.
21. Способ по п.20, согласно которому пороговое напряжение выключения приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
22. Способ по п.20 или 21, согласно которому устройство содержит матрицу элементов, в которой первый элемент расположен в первом столбце, а второй элемент расположен во втором столбце.
23. Способ по п.20 или 21, согласно которому устройство содержит матрицу элементов, а первые и вторые элементы отделены от нее.
24. Способ по п.20 или 21, согласно которому в качестве порогового напряжения выключения используют пороговое напряжение по перекрестным помехам.
25. Способ по п.20 или 21, согласно которому дополнительно перед приложением перепадов напряжения определяют второе пороговое значение и
определяют по меньшей мере одно напряжение, начальное или конечное, по меньшей мере одного перепада напряжения на основании второго порогового значения.
26. Способ по п.1, согласно которому определение порогового напряжения включает определение напряжения, достаточного для приведения в движение подвижного элемента устройства, причем указанное устройство содержит несколько элементов, и согласно способу дополнительно определяют пороговое напряжение активации первого элемента по меньшей мере частично на основании конкретного перепада напряжения, приложенного ко второму элементу и вызывающего переход первого элемента из активированного состояния в выключенное.
27. Способ по п.26, согласно которому пороговое напряжение активации приблизительно равно конечному напряжению указанного конкретного перепада напряжения.
28. Способ по п.26 или 27, согласно которому в качестве порогового напряжения активации используют пороговое напряжение по перекрестным помехам.
29. Способ по п.26 или 27, согласно которому дополнительно перед приложением перепадов напряжения определяют второе пороговое значение и
определяют по меньшей мере одно напряжение, начальное или конечное, по меньшей мере одного перепада напряжения на основании второго порогового значения.
30. Способ по п.1, согласно которому устройство содержит матрицу элементов, на которую подают перепады напряжения положительной и отрицательной полярности, и согласно которому дополнительно прикладывают перепад напряжения положительной полярности к первой части матрицы,
прикладывают перепад напряжения отрицательной полярности ко второй части матрицы
и при этом измеряют заряд, переданный на устройство, путем измерения разности между зарядом, наведенным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным перепадом напряжения отрицательной полярности.
31. Способ по п.30, согласно которому дополнительно:
во время подачи перепадов напряжения положительной и отрицательной полярностей прикладывают ко всей матрице первое опорное напряжение;
измеряют первую разность между зарядом, наведенным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным перепадом напряжения отрицательной полярности;
во время подачи дополнительных перепадов напряжения положительной и отрицательной полярностей прикладывают ко всей матрице второе опорное напряжение;
измеряют вторую разность между зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения отрицательной полярности;
сравнивают первую и вторую разности и
определяют напряжение разбаланса, которое должно быть равно опорному напряжению, соответствующему минимуму первой и второй разностей.
32. Способ по п.30, согласно которому дополнительно:
переводят элементы матрицы в первое состояние;
прикладывают первый перепад напряжения к первой части матрицы;
прикладывают второй перепад напряжения ко второй части матрицы, полярность которой противоположна полярности первого перепада напряжения;
измеряют разность между зарядом, наведенным первым перепадом напряжения, и зарядом, наведенным вторым перепадом напряжения;
после подачи первого и второго перепадов напряжения элементы матрицы повторно переводят в первое состояние;
после повторного переведения элементов матрицы прикладывают к первой части матрицы третий перепад напряжения;
после повторного переведения элементов матрицы прикладывают ко второй части матрицы четвертый перепад напряжения, полярность которого противоположна полярности третьего перепада напряжения; и
измеряют разность между зарядом, наведенным третьим перепадом напряжения, и зарядом, наведенным четвертым перепадом напряжения.
33. Способ по п.30, согласно которому дополнительно:
переводят элементы матрицы в выключенное состояние;
прикладывают к первому сегменту матрицы последовательность перепадов напряжения положительной полярности с различными абсолютными величинами;
прикладывают ко второму сегменту матрицы последовательность перепадов напряжения отрицательной полярности с различными абсолютными величинами;
при этом определяют пороговое значение путем определения порога активации на основании величин импульсов напряжения положительной и отрицательной полярностей, а также определения изменения состояния устройства на активированное импульсами напряжения этой величины.
34. Способ по п.30, согласно которому дополнительно:
переводят элементы матрицы в первое состояние;
прикладывают к первому сегменту матрицы первый перепад напряжения, который способствует удержанию элементов первого сегмента в первом состоянии;
прикладывают ко второму сегменту матрицы второй перепад напряжения, полярность которого противоположна полярности первого перепада напряжения; и
определяют, изменено ли состояние элементов второго сегмента матрицы под действием второго перепада напряжения путем измерения разности между зарядом, наведенным первым перепадом напряжения, и зарядом, наведенным вторым перепадом напряжения.
35. Способ по п.30, согласно которому дополнительно:
переводят элементы матрицы в активированное состояние;
прикладывают к первой части матрицы последовательность перепадов напряжения положительной полярности с различными абсолютными величинами;
прикладывают ко второй части матрицы последовательность перепадов напряжения отрицательной полярности с различными абсолютными величинами;
при этом определяют пороговое значение путем определения порогового значения активации на основании абсолютных значений перепадов напряжения положительной и отрицательной полярностей, а также на основании того, изменено ли состояние устройства на выключенное под действием перепадов напряжения с этими абсолютными величинами.
36. Способ по п.30, согласно которому дополнительно:
во время подачи перепадов напряжения положительной и отрицательной полярностей прикладывают ко всей матрице первое опорное напряжение;
измеряют первую разность между зарядом, наведенным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным перепадом напряжения отрицательной полярности;
во время подачи дополнительных перепадов напряжения положительной и отрицательной полярностей прикладывают ко всей матрице второе опорное напряжение;
измеряют вторую разность между зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения положительной полярности, и зарядом, наведенным дополнительным перепадом напряжения отрицательной полярности;
сравнивают указанные первую и вторую разности и
определяют напряжение разбаланса, которое равно опорному напряжению, соответствующему минимуму первой и второй разностей.
37. Устройство на основе микроэлектромеханических систем, выполненное с возможностью перехода в активированное состояние под действием активирующего напряжения, возможностью перехода в выключенное состояние под действием выключающего напряжения и возможностью сохранения текущего состояния под действием напряжением удержания, содержащее
первые и вторые средства активации и выключения в соответствии с напряжением;
средства приложения перепадов напряжения на первые и вторые средства активации и выключения;
средства индикации количества заряда, поданного на устройство при приложении по меньшей мере одного перепада напряжения;
средства определения на основании измеренного заряда, изменено ли под действием меньшей мере одного перепада напряжения состояние устройства; и
средства определения порогового напряжения по меньшей мере частично на основании перепада напряжения, вызывающего изменение состояния.
38. Устройство по п.37, в котором первые и вторые средства активации и выключения содержат электроды, средства приложения перепадов напряжения содержат формирователь, средства индикации содержат датчик, средства определения изменения состояния содержат цепь сравнения и средства определения порогового напряжения содержат процессор.
39. Устройство по п.37 или 38, которое дополнительно содержит элементы и в котором
средства приложения перепадов напряжения выполнены с возможностью приложения к каждому элементу перепадов напряжения;
средства индикации выполнены с возможностью измерения заряда, поданного на указанные средства активации или выключения во время приложения по меньшей мере одного перепада напряжения;
средства определения порогового напряжения выполнены с возможностью определения на основании измеренного заряда, изменено ли состояние заданного числа элементов за счет по меньшей мере одного перепада напряжения, а также с возможностью определения второго порогового значения на основании заряда, измеренного во время приложения перепада напряжения, вызвавшего изменение состояния указанного заданного числа элементов.
40. Устройство по п.37 или 38, в котором:
средства приложения перепадов напряжения выполнены с возможностью подачи на указанные средства активации или выключения по меньшей мере одного перепада напряжения положительной полярности, тестового напряжения и по меньшей мере одного перепада напряжения отрицательной полярности;
средства индикации выполнены с возможностью измерения заряда, поданного на указанные средства активации или выключения во время приложения по меньшей мере одного перепада напряжения положительной полярности и по меньшей мере одного перепада напряжения отрицательной полярности; а
средства определения порогового напряжения выполнены с возможностью определения того, изменено ли состояние устройства за счет тестового напряжения, на основе разности между зарядом, измеренным при перепадах напряжения положительной полярности, и зарядом, измеренным при перепадах напряжения отрицательной полярности.
41. Устройство по п.37 или 38, которое содержит матрицу элементов, на которые могут быть поданы перепады напряжения положительной и отрицательной полярности, причем средства приложения перепадов напряжения выполнены с возможностью подачи по меньшей мере одного перепада напряжения положительной полярности на первую часть матрицы и подачи по меньшей мере одного перепада напряжения отрицательной полярности на вторую часть матрицы, а указанные средства определения изменения состояния выполнены с возможностью определения, изменено ли состояние элементов на основе разности между зарядом, измеренным при подаче перепадов напряжения положительной полярности, и зарядом, измеренным при подаче перепадов напряжения отрицательной полярности.
| Пломбировальные щипцы | 1923 |
|
SU2006A1 |
| US 20020093446 A1, 18.07.2002 | |||
| US 20040021622 A1, 05.02.2004 | |||
| RU 2005129952 A1, 26.09.2005 | |||
| JP 2003195201 A, 09.07.2003. | |||
