[发明专利]具有电荷注入控制的电压偏置的拉动模拟干涉调制器

说明书

技术领域

本发明涉及用于激活机电系统(EMS)的系统和方法。更具体来说，本发明涉及向EMS装置提供电荷的系统和方法，EMS装置使用所述电荷将光学元件从一个位置移动到另一位置。

背景技术

EMS包含具有电和机械元件、致动器、变换器、传感器、光学组件(举例来说，反射镜)和电子器件的装置。EMS可以在多种尺度上制造，包含但不限于微型尺度和纳米尺度。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有从大约一微米到几百微米或者更大的范围内的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(包含，举例来说，小于几百纳米的大小)的结构。可以使用沉积、蚀刻、光刻和/或其它微加工工艺来形成机电元件，所述其它微加工工艺蚀刻掉衬底和/或沉积的材料层的一些部分，或者增加层以形成电和机电装置。

可以针对各种应用(举例来说，电开关、光调制等)来驱动或激活EMS装置的一或多个组件，并且已经研发出驱动包含电压控制激活的EMS装置的系统和方法。因为某些EMS中的可移动反射器的移动可能取决于静电吸引，所以精确地提供(或注入)期望的电荷可以产生对EMS装置的更好的控制。

一种类型的机电系统装置称为干涉调制器(IMOD)。如本文中所使用，术语IMOD或干涉光调制器是指使用光学干涉原理选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施方案中，IMOD可包含一对传导板，其中的一个或两个可以是透明的和/或反射的，完整的或部分的，并且能够在施加了适当的电信号后即刻进行相对运动。在一实施方案中，一个板可包含沉积在衬底上的固定层，并且另一板可包含通过气隙从固定层分开的反射薄膜。一个板相对于另一板的位置可以改变入射在IMOD上的光的光学干涉。IMOD装置具有多种多样的应用，并且预期用于改进现有产品和创造新产品，尤其是具有显示能力的产品。

发明内容

本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有哪一个创新方面单独地负责本文中揭示的期望属性。

本揭示内容中所描述的主题的一个创新方面可以在一种设备中实施，所述设备包含布置成多个行和列的三端子机电系统(EMS)装置的阵列。每一EMS装置包含连接到第一驱动线的第一固定电极层；连接到第二驱动线的可移动电极层，和连接到第三驱动线的第二固定电极层。所述可移动电极层安置在所述第一固定电极层与所述第二固定电极层之间。所述可移动电极层的一部分和所述第一固定电极层形成具有第一可变电容值的第一可变电容器。所述可移动电极层的一部分和所述第二固定电极层形成具有第二可变电容值的第二可变电容器。所述设备进一步包含偏置电压电路，所述偏置电压电路具有连接到所述阵列的一列中的所述EMS装置中的每一个的第三驱动线的偏置电压线。所述偏置电压电路经配置以在所述第二固定电极层与所述可移动电极层之间提供电位差。所述设备还包含电荷注入电路，其经配置以电连接到所述阵列的所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第一驱动线和所述第二驱动线，使得在任何一个时间，所述电荷注入电路电连接到所述EMS装置中的仅一个的所述第一和第二驱动线以向所述第一固定电极层提供期望的电荷。所述电荷注入电路包含运算放大器，所述运算放大器具有反相输入线、非反相输入线和输出线。所述运算放大器的反相输入线电连接到所述列中的EMS装置中的每一个的第二驱动线。所述电荷注入电路包含多个行选择开关，其经控制以将所述运算放大器的所述输出线选择性地电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第一驱动线，使得在任何一个时间，所述运算放大器的所述输出线电连接到仅一个EMS装置的所述第一驱动线。所述电荷注入电路进一步包含输入电容器电路，其经配置以电连接到所述运算放大器的所述反相线或电连接到电压电路以将所述输入电容器电路充电到电荷Q_in。所述电荷注入电路经控制以针对所述列中的所述显示元件中的每一个将所述列中的每一EMS装置的所述第一驱动线选择性地连接到所述运算放大器的所述输出线，同时来自所述输入电容器电路的电荷被转移到电连接到所述电荷注入电路的所述EMS装置的所述第一驱动线。