涉测量调节 (Interferometric Modulation; IMOD) 是一种革命性技术，应用于高通 (Qualcomm) 的mirasol显示屏。mirasol 显示屏中的干涉测量调节技术以微机电系统 (micro-electro-mechanical systems ;MEMS) 为基础，可制作出反射直视的平面显示屏。显示屏在结构上使用干涉方式，因此能制造出高效能的反射显示屏，可在各种观看环境下提供绝佳的可视性。微机电系统装置的电机行为具有双稳态的特性，因而降低功率消耗。干涉测量调节像素的开关速度相当快，以微秒为单位，因此可制造出高视讯比的显示屏。mirasol显示屏以干涉测量调节技术制造，反射率超过60%、对比超过15：1，驱动电压则低到5伏特。而mirasol 显示屏的干涉测量调节组件虽然构造简单，却能取代液晶屏幕显示屏中的偏光板、液晶、彩色滤光片及主动矩阵，提供光调变、色彩选择及记忆等功能。

IMOD像素的结构与电机特性

《图一 干涉测量调节像素的基本结构 》

在图一中，显示干涉测量调节组件的基本结构，mirasol 显示屏的像素是由这些组件以不同数量所组成。这些组件使用标准的薄膜程序，在玻璃基板上进行组合，以产生光学共振的微机电系统凹穴，构成空气间隙，将多层光学薄膜与可动反射膜分隔开来。藉由半透反射膜（多层薄膜内）以及反射膜之间的光学间隙，让光学间隙中反射的光线，可以发生相长与抵消性干涉。产生相长干涉时的波长，可以设定干涉测量调节组件反射光线的颜色。改变凹穴空气间隙部份的高度，可以反射出不同颜色的光线。

在反射膜与薄膜堆之间导入电压，可以创造出静电场。如果静电场超过设定的临界值，就会造成反射膜的塌陷，如图一所示，这个状态称为塌陷状态，因为在可见光谱中呈现抵消干涉，所以组件会呈现黑色。将电压降低至附加的临界值，可以释放反射膜使其回到原本的位置，称为开放状态。干涉测量调节组件在此位置上为明亮状态，可以反射出特定色彩。而驱动与释放电压临界值之间的差异，产生称为迟滞效应的状况，可与非线性光电反应共同使用于矩阵寻址。

干涉测量调节组件中的记忆

干涉测量调节组件中的记忆，是由线性机械力与非线性静电力对抗所产生。两者间的差异产生干涉测量调节组件中的迟滞效应，导致双稳态的行为，可作为像素记忆。图二所显示的为理想中的基本干涉测量调节组件结构，其中包括固定电极（例如多层薄膜），而弹性反射膜则在其上方。弹性反射膜可视为简单的线性弹簧（弹性常数 k），表面区域 A 的镜面电极则悬挂在该弹簧上。如果未让系统产生电位差，镜面电极处于静止状态，与固定电极的距离为 d。

《图二 干涉测量调节像素作为镜面，悬吊于机械弹簧上 》

如果在固定与镜面电极之间，提供电位差 V1，即产生静电吸引力。如果弹簧的机械力等同于静电吸引力，系统就达到机械平衡状态；平衡状态是在镜面电极移位 x 后所发生，此时，镜面电极处于静止状态，与固定电极间的距离为 d-x。

机械力可定义为：

F弹簧=-kx (1.1)

静电力量可定义为：

F静电= (1.2)

机械平衡时净力必须为零。因此：

F= - kx=0

或

Kx= (1.3)

图三将两种力视为反射膜位置的函数，显示出反射膜位置与干涉测量调节组件中电压之间的关系。黑色虚线代表在不同电压情况下的线性机械力 F弹簧；弯曲的彩色线条则代表在不同电压水平情况下的非线性静电力 F静电。

《图三 相对的直线复位力与非线性吸引力造成迟滞效应 》

施加在系统上的电压由 V1 增加至 V4，反射膜位置移动的距离则由 d1 变成 d4，这个距离代表着两种对抗力量相等时的反射膜位置。如果电压超过 V4（图中标示为 D 点），静电力就会大于机械力，此为临界点，机械力超过临界点之后即无法抵消静电力，反射膜就会持续偏折，直到在标示为 d5 的距离与多层薄膜接触为止。如果进一步增加电压，反射膜与底部电极间的静电场会增强，但不会引致更多的偏折，或改变光学反应，因为反射膜已经与多层薄膜接触。

如果将电压由 V5 降低，在降至 V3 之前，静电力仍大于机械力；到达 V3 之后，静电力与机械力会在反射位置 d5 会合，在图中以 G 点表示。如果继续将电压降到 V3 之下，机械力将大于静电力，反射膜将回复至反射位置 d3 的开放状态（图中的 C点）。在图三的小图中，反射膜位置绘为电压的函数，显示所产生的迟滞效应。黑色箭头以增加电压的函数表示反射膜位置，蓝色箭头则代表降低电压。反射膜由塌陷状态中释放，回复至开放状态，其电压低于移动像素至塌陷状态的驱动电压。

迟滞效用在干涉测量调节中产生双稳态行为，因此，mirasol 显示屏可在被动矩阵模式中寻址。

利用迟滞效应

《图四 干涉测量调节组件的迟滞光电反应，显示驱动系统所需的三种电压。》

在图四中 显示 mirasol 显示屏的光电行为。图中也包括操作装置所需的三种最小电压，分别是塌陷状态电压、保留电压，以及开放状态电压。如果持续在干涉测量调节组件提供保留电压，短暂的启动电压脉冲足以让反射膜迅速进入塌陷状态，并在回到保留电压后，继续维持在该位置。同样地，提供短暂的释放电压脉冲，也可以让反射膜迅速回到开放状态，并在回到保留电压后，继续维持在该位置。本文将稍后说明如何利用这种双稳态特性。相较之下，液晶显示屏必须持续更新，显示的影像才不会消失；然而，对于 mirasol 显示屏而言，除非画面数据改变，否则不需要更新。

干涉测量调节寻址

寻址是像素开启关闭的机制，寻址方式基本上有两种：直接寻址与多功寻址。使用直接寻址时，每个像素皆需要有专用的控制线／驱动器，这个方法用于某些分段显示屏上，例如手表或其他低像素密度显示屏使用的七段液晶显示屏。多任务寻址则可利用列地址与行地址，驱动较多排列像素，由于每个像素无需专用电路，因而大幅降低电路的复杂性。举例来说，在 10x10 矩阵的像素中，直接寻址需要 100 个驱动器，多任务寻址则只需要 20 个，每行或列各使用一个。

平面显示屏基本上包含像素数组，排列方式为矩形矩阵。像素位在行列电极的交会处，电极本身则排列在产生显示的两个基板上。一般来说，电极是以半透明的导电材料所制作。在被动矩阵的液晶显示屏中，上述的两个基板限制了液晶，因此于特定行列上的电极提供电压时，可以在液晶材料上的电极交会点产生电场。至于 mirasol 显示屏，如图 1 所示，列是排列于多层薄膜中的传导线，行则是由反射膜固定在一起所形成。如图五所示，在这两种情况中，像素皆可视为连接行列电极的小型电容器，行驱动器连接至反射导电膜，列驱动器则连接至排列的导电电极。

《图五 被动矩阵液晶显示屏／mirasol 显示屏图标 》

在液晶显示屏中，因为非线性光电反应曲线的关系，跨越被动像素的电场超过特定临界值时，会进行寻址，让液晶分子与电场平行。如果经由行列电极寻址，液晶分子在电场对齐时，像素会出现短暂的「开启」时间。如果移除电压，像素即类似放电的电容器，缓慢地「关闭」，让液晶分子回到原本的方位。因为反应时间只有数百微秒，因此应用电场电压的均方根（RMS）能展示液晶显示屏反应的特性，而不是跨越像素的瞬间电压。显示屏每次可以扫描一列的像素矩阵，开启并关闭适当的像素。只要扫描所有列的时间短于关闭时间，即可以显示画面。不过，由于液晶显示屏的均方根反应，即使画面数据并未变更，显示屏也要持续更新，画面质量才不会退化。

至于 mirasol 显示屏，每列都必须由电力驱动，直到干涉测量调节组件有反应（以微秒计算），才移动至下一列。只要像素经由短暂脉冲寻址，以切换至塌陷或开放状态，只要像素电压在脉冲后回到保留电压，即可以持续显示影像，无需更新。

在液晶显示屏中，行列电压在所有列寻址之后必须反转，以避免像素出现直流电场；直流电场会造成液晶材料的离子迁移。

mirasol 显示屏驱动方式使用迟滞效应曲线的两种极性，维持多层薄膜的电中性，如下图所示。

《图六 干涉测量调节迟滞效应曲线，以及切换像素「开」与「关」所需的相关行列波形。》

图六以旋转90° 的方式显示图4 的光电曲线。将此曲线与列(VR) 及行(VC) 波型置于时间轴上，显示出如何切换像素电压（VP=VC-VR）的方式，以提供塌陷或开放状态，例如「黑暗像素」与「明亮像素」。表1 则定义了所有像素电压与有关联的干涉测量调节像素状态。请注意，选择适当的列电压与行电压，可使用光电曲线的两种极性。

如图六所示，波型开始时的列电压VR 为0V (VR中等)，行电压VC 为VC高时，会导致像素电压在正极性中设定为保留电压。在列脉冲开始时，列电压会转变为VR低，导致像素电压出现高脉冲（塌陷状态电压），像素即变为黑暗状态。在脉冲结束时，列电压回到VR中等，像素电压回到保留电压水准，而像素保持在黑暗状态。

如果要回到明亮状态，必需使用释放脉冲。为了释放脉冲，列电压再次转变为VR低，不过这次行电压会转变为VC低，造成像素上的电压为0V，因此像素释放为明亮状态。列电压回到VR中等，而行电压回到VC高之后，像素就会维持在开放状态。

《图七 对 15 个干涉测量调节像素数组进行寻址的行列波形范例 》

在图七中显示15 个像素显示幕的寻址方式，以及设定像素至其表现状态的行列驱动波形。在时间T1 上，列1 经出现高脉冲，转变为VR高。列1 出现脉冲时，会占有行1 (VC低)、行2 (VC高)、以及行3 (VC高) 的行资料。在像素上所造成的电位差，会将列1 的反射膜在第一个像素置于黑暗状态，后两个像素则为明亮状态。在时间T2，列1 会停留在VR中等，由于VC高- VR中等= 保留电压，因此像素目前处于保留状态，维持原来状态。与此同时，列2 出现高脉冲并占有行1 至3 的行资料。因为自时间T1 起，行1 至3 的行波形并未改变(VC低) 只有行2 的状态由VC高转变为VC低。

在时间T3，列2 停留在VR中等，像素目前处于保留状态。列3 至5 的剩余数值则依上述方式，以每次一列的方式进行定义。藉由选择适当的VR高或VR低，在负或正极性中皆可写入或保留显示的资料。所有列都寻址完毕之后，维持行资料并将所有列保持在VR中等，即可让显示幕处于保留状态。在此状态下，资料会维持在显示幕上，在新画面资料写入至显示幕前，不需要进行其他动作。

行电压到达最终状态所需的寻址时间，必须小于像素反应时间，而像素反应时间必须小于或等于扫描线时间。因此：像素电压设定时间＜像素反应时间≦扫描线时间。因为像素反应时间是以微秒为单位，在mirasol 显示幕中完整的资料列，大约可以用相同时间写入。

图8 显示的范例为「开口与保留」驱动方式，利用mirasol 显示幕的双稳态性质。在「开口」期间（小于画面时间），mirasol 显示幕的每一列都会更新，之后显示幕则进入「保留」状态。画面资料改变之后，会启动另一个显示幕更新阶段，所有列都会进行寻址，并进入保留状态。请注意，如图8 中所示，开口与画面时间彼此没有关联，开口比率是依系统需求而定，画面时间是由驱动显示幕的应用程式决定。应用程式可以选择在开口期间结束后，立刻更新显示幕，或是在有需要时进行更新，以达到最佳的节能效果。

《图八 mirasol 显示屏中开口与保留驱动机制的功能 》

结论

mirasol 显示幕中开口与保留驱动机制的功能