專利名稱：通過(guò)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)靜電力來(lái)保持空腔深度平行關(guān)系的反射式顯示器的制作方法
通過(guò)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)靜電力來(lái)保持空腔深度平行關(guān)系的反射式顯示器
背景技術(shù)：
用于便攜式電器的反光式顯示屏比發(fā)光式和透光式顯示屏有著明顯的優(yōu)勢(shì)。與發(fā)光式和透光式顯示器相比它們更輕便，尺寸更小，能效更高，對(duì)人的眼睛刺激性小，明亮的光線下效果更好。發(fā)光式和透光式顯示屏在明亮的環(huán)境下，如陽(yáng)光直射，往往顯得模糊。近年來(lái)，大量的研發(fā)投入到反射顯示技術(shù)的發(fā)展中。當(dāng)今在市場(chǎng)上最常見(jiàn)的技術(shù)圍繞著電泳效應(yīng)，其工作原理是帶電粒子會(huì)離開(kāi)與其電荷極性相同的表面，并被與其電荷極性相反的表面吸引。利用這種效應(yīng)的顯示器件就是熟知的電泳圖像顯示(EPIDs)。包括美國(guó)專利號(hào)4655897，4732830，4742345，4746917，4772820，5360689; 7259744在內(nèi)的多項(xiàng)專利描述并說(shuō)明了制作EPIDs的方法與技術(shù)，和 EPIDs的設(shè)備構(gòu)成。雖然EPIDs的低功耗是其明顯的優(yōu)勢(shì)，這些顯示器的響應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，速度極慢，使他們不適合用于視頻顯示。此外，制造彩色EPIDs的高成本是其廣泛使用的另一個(gè)重大障礙。其他應(yīng)用于電濕顯示器及膽留液晶顯示器的顯示技術(shù)，在美國(guó)專利號(hào)6911132(Pamula等)，和美國(guó)專利號(hào)5570216(Lu等)文獻(xiàn)中分別做了描述和說(shuō)明。電濕技術(shù)依靠調(diào)整電場(chǎng)修改厭水表面的潤(rùn)濕性。利用這種方法能有效地制成高亮度，高對(duì)比度的屏幕。并且其迅捷的電壓開(kāi)關(guān)速度在一定程度上克服了電泳技術(shù)反應(yīng)遲緩的問(wèn)題。雙穩(wěn)態(tài)膽留液晶顯示機(jī)制利用光的衍射效應(yīng)。然而，和電泳屏幕一樣，膽留液晶顯示屏也反應(yīng)太慢，不適合視頻顯示。用于反射式顯示的技術(shù)，采用光的干擾的效應(yīng)，可能要優(yōu)于以上提到的其他的技術(shù)，因?yàn)檫@類顯示器件相對(duì)簡(jiǎn)單。電泳圖像顯示，電濕技術(shù)，膽留液晶顯示，它們每個(gè)都依賴于具體的材料的獨(dú)特性質(zhì)，往往增加他們的生產(chǎn)成本，因?yàn)檫@些材料往往并不容易得到。此夕卜，這些器件的顯示屏需要空間上相間的子像素，這導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)全彩顯示方面會(huì)有更多的困難。相比之下，光學(xué)干涉顯示模塊只依靠材料的機(jī)械性能，因此是最有發(fā)展前途的顯示技術(shù)。美國(guó)專利號(hào)5835255 (Miles)及其隨后的一些專利披露陸如何利用調(diào)制單元陣列來(lái)控制處于可見(jiàn)光譜波段的光來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示面板。如圖Ia和Ib (在先發(fā)明)所示，每個(gè)調(diào)光器100包含兩個(gè)平行的反射鏡102和104，兩反射鏡被一空腔101和透明薄膜105分離。支架108支撐著鏡子102和104，使他們相互分開(kāi)，于是構(gòu)成了空腔101。每個(gè)鏡子上都有電極。鏡子102是兩鏡中朝向入射光的一個(gè)，它反射部分入射光，并透過(guò)其余的入射光。鏡子104則反射已通過(guò)鏡子102的光線。給兩個(gè)鏡子上的電極施加電壓后，鏡子104被吸引到102，空腔消失，于是調(diào)光器從處于自然的“開(kāi)”狀態(tài)(如圖Ia所示)切換到“關(guān)”狀態(tài)(如圖Ib所示)。切換到關(guān)閉狀態(tài)有效地去除空腔101，并使鏡104塌在絕緣的透明薄膜105上。絕緣的透明膜105，有效地防止兩個(gè)鏡子之間電流的流動(dòng)，并且決定在關(guān)閉狀態(tài)下兩個(gè)鏡子之間的間距。處于關(guān)閉狀態(tài)的調(diào)光單元100的光學(xué)特性取決于透明薄膜的厚度。通過(guò)改變處于開(kāi)狀態(tài)的調(diào)光單元的兩鏡面間距可以改變腔內(nèi)光束的相位，從而在光干涉加強(qiáng)和減弱之間連續(xù)變化。因此，控制調(diào)光器100從開(kāi)啟到關(guān)閉，就能夠使顯示像素從其顯示原色(具體顏色取決于鏡子102和104之間的間距)變?yōu)楹谏?。在一個(gè)實(shí)例中，使用這種技術(shù)的彩色顯示器至少需要三個(gè)子像素，每個(gè)子像素代表了彩色像素的三原色中一個(gè)。當(dāng)電壓從鏡子102和104上去除后，100調(diào)光器必須可靠地從開(kāi)啟切換到關(guān)閉。這個(gè)要求為調(diào)光單元的制造提出了挑戰(zhàn)，由于微結(jié)構(gòu)在接觸部位會(huì)表現(xiàn)出靜摩擦現(xiàn)象，這被稱為“粘連”。防粘連的凸起結(jié)構(gòu)通常用來(lái)提高這類微結(jié)構(gòu)接觸部位釋放的可靠性。一些以往使用系鏈結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通過(guò)使鏡104的扭轉(zhuǎn)來(lái)釋放拉伸或壓縮的局部張力，也有助于減少鏡子和黏附透明薄膜之間的粘連。在先前的技術(shù)中曾經(jīng)提出三平行板結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)多態(tài)的顏色調(diào)制 (披露在美國(guó)專利號(hào)7372613)。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，附加電極板加入調(diào)光單元結(jié)構(gòu)。因此，活動(dòng)板可以達(dá)到三穩(wěn)態(tài)，并可在三種狀態(tài)之間切換。需要考慮將鏡面從粘連力釋放所需的彈性力和驅(qū)動(dòng)電壓之間的平衡。一方面，彈性恢復(fù)力對(duì)降低粘連是有幫助的，但與此同時(shí)，驅(qū)動(dòng)可移動(dòng)的鏡子需要更大的靜電作用力(即更高的電壓)。適當(dāng)?shù)钠胶夂茈y找到，特別是對(duì)于不同顏色，恢復(fù)力和驅(qū)動(dòng)力的要求是不同的。無(wú)論有什么優(yōu)勢(shì)，上述所有技術(shù)都有一個(gè)共同的問(wèn)題-它們需要極其精確的結(jié)構(gòu)，而這又需要即復(fù)雜又昂貴的制作工藝?，F(xiàn)有的所有技術(shù)用空間調(diào)色來(lái)最大限度地提高顯示屏幕的分辨率和色度。不過(guò)空間調(diào)色需要每一個(gè)像素單元包括至少三個(gè)子像素調(diào)光單元，控制三個(gè)或更多子像素顏色的每個(gè)調(diào)光單元的必須采用獨(dú)特的步驟來(lái)加工制作。每個(gè)子像素的驅(qū)動(dòng)也必須通過(guò)行線和列線來(lái)實(shí)現(xiàn)。精度至關(guān)重要，因?yàn)樽酉袼睾苄?，外部的?dǎo)電連接結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。顯而易見(jiàn)，這樣的精度實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度大并且需要高昂的代價(jià)。美國(guó)專利號(hào)7006272公開(kāi)了一種方法，通過(guò)調(diào)制光束來(lái)實(shí)現(xiàn)變色像素，從而試圖避免上述問(wèn)題。這與美國(guó)專利號(hào)5835255公開(kāi)的顏色調(diào)制的原理是相似的，不過(guò)該方法使用三個(gè)平行板結(jié)構(gòu)(見(jiàn)前圖2A-2C)。底板202和中間板204都反射光線并形成一個(gè)空腔。不過(guò)中板204是可變形的，其垂直位置由施加電壓于板202或頂板206而控制。調(diào)整電壓就會(huì)按照所期望程度移動(dòng)中間板204，從而改變加強(qiáng)性干涉所產(chǎn)生的反射光的頻率。然而，這項(xiàng)專利并沒(méi)有披露在施加電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)如何實(shí)現(xiàn)中間板低曲率的具體方法。理論上講，中間板204如果厚度均勻，將在施加電壓時(shí)形成的雙曲表面，如圖2c所示，除非板變形到足以觸摸底板202 (鏡面104在接觸透明薄膜105時(shí)被展平，如圖Ib所示)。因此，一個(gè)特定的印有圖案的非均勻中間板結(jié)構(gòu)才能保持板的平坦。這種自由移動(dòng)板已經(jīng)被嘗試，但還沒(méi)有被證明是成功的。為確保中間板204能夠自由移動(dòng)，同時(shí)保持其平板形狀，以往技術(shù)中使用了四個(gè)拉索(或至少有三個(gè))，拉索被安置在可移動(dòng)中間板的各個(gè)角落，用來(lái)控制中間板的形變，并在施加電壓時(shí)能使移動(dòng)板(例如，見(jiàn)披露的美國(guó)專利號(hào)5999303)保持平整。另外懸臂梁結(jié)構(gòu)也被應(yīng)用在以往可調(diào)鏡面中(例如，參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)5312513的披露)。通過(guò)濺射，平板和拉索/懸臂梁結(jié)構(gòu)被沉積在犧牲層上，然后利用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)形成結(jié)構(gòu)圖案。犧牲層蝕刻掉之后留下由支撐點(diǎn)支持的懸空結(jié)構(gòu)。釋放之后拉索和懸臂梁通常會(huì)由于殘余應(yīng)力的存在而產(chǎn)生形變，從而導(dǎo)致拉索/懸臂梁被收縮或拉伸。此外，由于無(wú)法控制的制造偏差，拉索/懸臂梁未必能在每一個(gè)制作的器件中保持一致。這些變化可能會(huì)導(dǎo)致顏色實(shí)現(xiàn)不良或故障。一個(gè)顯示面板中的幾個(gè)錯(cuò)誤的像素就可能導(dǎo)致整個(gè)面板報(bào)廢-從而大大增加制造成本。傳統(tǒng)顯示產(chǎn)品用紅，綠，藍(lán)(RGB)原色來(lái)形成彩色像素。紅色，綠色和藍(lán)色不同成分的比例組合可產(chǎn)生全頻譜色彩。另一方面，打印機(jī)一般使用減法混色法來(lái)產(chǎn)生色彩。成分多少不等的青色，洋紅，黃色和黑色(CMYK)油墨一層層的涂在一張白紙。每一層減去一些否則將被白色背景層反射的光，這樣層的各種組合可以產(chǎn)生一個(gè)特定的顏色。通過(guò)使用不同比例的彩色油墨層，可以產(chǎn)生幾乎所有的色彩。因此，打印圖像時(shí)，通過(guò)濾掉一定比例的會(huì)從白色的背景上反射的不同波長(zhǎng)的光，從而得到需要顏色。通常各種發(fā)光式和投射式顯示器也使用RGB三原色來(lái)產(chǎn)生各種顏色。這似乎是最實(shí)際和經(jīng)濟(jì)的方法，因?yàn)閱螏挼墓饩€能夠更方便地通過(guò)發(fā)射光或彩色濾光片來(lái)獲得。此夕卜，在RGB顯示器中，黑色和白色可以實(shí)現(xiàn)的黑色背景上，無(wú)需添加額外的色彩空間(即第四種顏色)。不過(guò)從用于顯示器產(chǎn)品的RGB轉(zhuǎn)化到用于打印機(jī)的CMYK，一般會(huì)降低色彩保真·度。美國(guó)專利號(hào)7586472 (Marcu等)講述了使用一種顏色的減色法的方案，可以解決光傳輸設(shè)備中的獲得全彩顯示的難題。在實(shí)踐中，因?yàn)轱@示面板需要達(dá)到一定的分辨率，像素的數(shù)量龐大，面板制造難度很大。任何存在故障的像素會(huì)危及整體面板的質(zhì)量，甚至有一些缺陷像素的面板是無(wú)法使用的。太多缺陷的面板導(dǎo)致低成品率，從而增加了制造成本。因此，在合理的成本條件下制作一致性的顯示面板仍然是件困難的事。因此，目前需要一種用反射光調(diào)光陣列構(gòu)成的顯示屏，它不僅容易實(shí)現(xiàn)，而且反應(yīng)速度快，耗能低，低成本，易于制作。最好是采用減色法CMYK調(diào)色的，不過(guò)RGB加色法被采用在其他各種類型的顯示器中。對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)加工精度的要求，應(yīng)轉(zhuǎn)移到顯示面板的外部驅(qū)動(dòng)電路，以提高產(chǎn)量和降低成本的過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)前面的討論，本樣板干涉調(diào)光器有一個(gè)可動(dòng)板，通過(guò)驅(qū)動(dòng)來(lái)確定空腔厚度?？蓜?dòng)板通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)彌補(bǔ)非平衡的條件，以避免活動(dòng)板繞至少兩個(gè)正交軸之一的方向上傾斜。干涉調(diào)光器還包括一個(gè)固定板，置于可動(dòng)板對(duì)面?？蓜?dòng)板和固定板之間的距離確定空腔的厚度，用來(lái)調(diào)制透射入腔體的光。多個(gè)電極對(duì)面至少裝有一個(gè)其他電極。一個(gè)或多個(gè)電極安置在可動(dòng)板上。導(dǎo)體結(jié)合在多個(gè)電極和至少一個(gè)其他電極上，并接在一個(gè)受控電壓源上，使預(yù)定的電壓可以施加到多個(gè)電極的每個(gè)電極上。對(duì)每個(gè)電極施加適當(dāng)?shù)碾妷?，在靜電吸引力的作用下移動(dòng)可動(dòng)板，以改變腔的深度，并且補(bǔ)償不平衡狀況，從而極大地消除可動(dòng)板在至少兩個(gè)正交軸之一的方向傾斜。在一些典型實(shí)施案例中，多電極包括三個(gè)并排的電極，并平行于固定板的平面，但電極與一個(gè)坐標(biāo)軸不對(duì)稱。三個(gè)電極通過(guò)靜電控制約空腔深度，并消除可動(dòng)板圍繞著兩個(gè)正交軸的傾斜。在一些更多的實(shí)施案例中，多電極結(jié)構(gòu)包含沿平行于固定板的第一軸安置的兩個(gè)并排電極。兩個(gè)附加電極亦安置在沿平行于固定板第二軸，第二軸通常與第一軸正交，實(shí)際是平行于一個(gè)正交軸。附加電極與多個(gè)電極和至少一個(gè)其他電極不在一個(gè)平面上，并通過(guò)導(dǎo)體施加合適的預(yù)定電壓給每個(gè)附加電極。這些附加電極以靜電控制可動(dòng)板使之不產(chǎn)生圍繞著兩個(gè)正交軸的傾斜。固定板包括一層部分反射層，它使照射在固定板上部分入射光通過(guò)并進(jìn)入空腔，同時(shí)反射剩余的入射光?？蓜?dòng)板也包括一層部分反射層，將傳輸?shù)娇涨恢械墓獾姆瓷浠厝??？涨坏纳疃葲Q定了通過(guò)空腔調(diào)制后經(jīng)由固定板部分反射層透射的光波段。光線經(jīng)過(guò)在空腔中的調(diào)制和透射，與從固定板部分反射層反射的光線發(fā)生干涉，從而產(chǎn)生期望顏色的反射光?？蓜?dòng)板上的反射層可以是導(dǎo)電材料，也可以是被涂上導(dǎo)電膜的非導(dǎo)電介質(zhì)。至少在某些實(shí)施案例里，在固定板和可動(dòng)板之間涂有電絕緣涂層，使可動(dòng)板與固定板電絕緣。這樣可動(dòng)板在不對(duì)多個(gè)電極施加電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)可以與固定板接觸。當(dāng)對(duì)多電極施加電壓驅(qū)動(dòng)活動(dòng)板，導(dǎo)致活動(dòng)板相對(duì)固定板移動(dòng)，至少有一個(gè)彈性懸臂梁來(lái)支撐可動(dòng)板使之懸空，從而確定可動(dòng)板和固定板之間的光學(xué)空腔。在一些實(shí)施案例里，至少一個(gè)彈簧懸臂梁由單彈簧懸臂梁構(gòu)成，它具有與可動(dòng)板的強(qiáng)度相匹配的彈性回復(fù)力，這樣在多個(gè)電極上的電壓去除之后單彈性懸臂梁就能夠有足夠的回復(fù)力將可動(dòng)板恢 復(fù)到原始位置，但又不至于大到在電極上施加電壓驅(qū)動(dòng)致使可動(dòng)板產(chǎn)生變形。在其他的實(shí)施案例里，至少一個(gè)彈性懸臂梁包括兩個(gè)沿可移動(dòng)板相對(duì)邊緣安置的彈性懸臂梁。還有其他的實(shí)施實(shí)例里，至少一個(gè)彈簧束包括一個(gè)彈簧懸臂梁沿可動(dòng)板的每一個(gè)邊緣固定。在一些實(shí)施案例里，底板與可移動(dòng)板的一個(gè)邊相鄰，可移動(dòng)板則位于固定板的對(duì)面。底板也是固定的，其中包括多個(gè)電極，或至少一個(gè)電極。這項(xiàng)技術(shù)的另一個(gè)方面是控制光干涉調(diào)光器的可動(dòng)板，以彌補(bǔ)不平衡造成的可動(dòng)板傾斜，使得可動(dòng)板與固定板大致保持平行。對(duì)于干涉調(diào)光器而言，可動(dòng)板和頂部的固定板之間的距離確定用于光調(diào)制的干涉空腔的深度。該方法的步驟與所有上述部件功能相一致。任何干涉調(diào)光器和上面討論的方法均可應(yīng)用于具備多個(gè)排成行和列的這種干涉調(diào)光器陣列的顯示面板。在顯示面板的每個(gè)干涉調(diào)光器上施加合適的電壓可以使其反射所需的顏色，并補(bǔ)償干涉調(diào)光器的可動(dòng)板相對(duì)固定板的任何傾斜。由于干涉調(diào)光器既可產(chǎn)生所需顏色的反射光，又能補(bǔ)償可動(dòng)板相對(duì)固定板的任何傾斜，所以這些干涉調(diào)光器具有相似電壓特性，因此可以把這些干涉調(diào)光器按照驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)分組，并把每組的電壓表征存儲(chǔ)在閃存中，用以驅(qū)動(dòng)顯示面板上的干涉調(diào)光器，從而產(chǎn)生靜止圖像或視頻圖像。本發(fā)明內(nèi)容部分提供了一些簡(jiǎn)化的概念，我們將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。然而，這個(gè)摘要并不要確定要求保護(hù)主題的關(guān)鍵或基本特征，也不打算幫助確定要求保護(hù)主題的范圍。


通過(guò)參考以下的詳細(xì)描述并結(jié)合附帶的圖例，一個(gè)或多個(gè)典型實(shí)施和修改的各個(gè)方面和其具備的優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易明白，其中圖IA和IB (先前發(fā)明)是兩個(gè)平行的反射鏡組成的調(diào)光單元的側(cè)視圖，其中包括一個(gè)可動(dòng)的底鏡和一個(gè)位于上部的固定的半反射鏡，圖IA顯示鏡子的“開(kāi)”狀態(tài)，而圖IB顯示鏡子的“關(guān)”狀態(tài)；
圖2A，2B，2C (先前發(fā)明)是三個(gè)平行板組成的調(diào)光單元的側(cè)視圖，包括上層的透明電極板和下層具有電極的反光板，在上層板(圖2B)或底層板上施加電壓可造成可動(dòng)中間板(圖2C)移動(dòng)(和可能的變形)；圖3不意法布里-拍羅干涉儀(Fabry-Perot Interferometer,簡(jiǎn)稱FPI)的兩個(gè)平行的鏡面，兩鏡面被一個(gè)透明空腔相隔，其中第一鏡面由非導(dǎo)電介質(zhì)堆棧而不是由薄的金屬涂層構(gòu)成，從而避免了反射光的相位反轉(zhuǎn)；圖4在270納米深度的空腔里，改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)，反射光和透射光所占的百分比； 圖5A是使用兩個(gè)彈性臂支撐一個(gè)可移動(dòng)反射鏡FPI實(shí)例的側(cè)面展開(kāi)示意圖，采用有源矩陣尋址，電壓施加在三個(gè)電極上，以彌補(bǔ)任何機(jī)械的不平衡，從而糾正可動(dòng)鏡面相對(duì)固定鏡面的傾斜；圖5B是使用兩個(gè)彈性臂支撐一個(gè)可移動(dòng)反射鏡FPI實(shí)例的側(cè)面展開(kāi)示意圖，采用有源矩陣尋址，電壓施加在四個(gè)電極上，以彌補(bǔ)任何機(jī)械的不平衡，從而糾正可動(dòng)反射鏡面相對(duì)固定鏡面的傾斜；圖6A所示FPI調(diào)光單元的實(shí)例采用無(wú)源矩陣尋址和一個(gè)由兩個(gè)彈性梁支撐的可動(dòng)鏡，施加于多個(gè)電極的電壓差以補(bǔ)償和糾正可動(dòng)鏡面相對(duì)固定鏡面的傾斜；圖6B所示FPI調(diào)光單元實(shí)例采用單支撐梁的可動(dòng)鏡，其中支撐梁和可動(dòng)鏡刻制在同一層上，電極上施加電壓的極性和大小修正可動(dòng)鏡任何傾斜，同時(shí)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)鏡以達(dá)到所需的腔深度；圖6C所示另一個(gè)FPI調(diào)光單元實(shí)例，采用單獨(dú)的支撐梁，但在此實(shí)施實(shí)例中，支撐梁提供彈性恢復(fù)力，其大小和可動(dòng)板剛性相匹配，因此施加電壓可移動(dòng)可動(dòng)板，并且不會(huì)使該板變形；圖6D所示另一個(gè)FPI調(diào)光單元實(shí)例，包括四個(gè)支撐梁將可動(dòng)板懸起，一對(duì)電極設(shè)置在底板上，另一對(duì)電極(與第一對(duì)電極正交)安置在可動(dòng)板上，通過(guò)這些電極可以驅(qū)動(dòng)可動(dòng)板，并使其保持不傾斜；圖7A和7B所示基于反光式FPI原理的調(diào)光單元實(shí)例，其中包括三個(gè)無(wú)隔離柱的平板，可動(dòng)板在不驅(qū)動(dòng)時(shí)直接相接觸地置于頂層板之下(圖7A)，當(dāng)調(diào)光單元被驅(qū)動(dòng)，可動(dòng)板被拉離頂層板，并在頂層板和可動(dòng)板之間形成空腔(圖7B)，施加到多個(gè)電極板不同電壓用以補(bǔ)償熱膨脹，殘余應(yīng)力，和其他制造缺陷的影響；圖8是一個(gè)說(shuō)明可動(dòng)板在實(shí)例圖6A-6D中的電壓-位移關(guān)系；圖9A-9D說(shuō)明了按照設(shè)計(jì)利用目前傳統(tǒng)的MEMS制作工藝制作FPI調(diào)光單元組成顯示面板的步驟，為了簡(jiǎn)便，在圖中只示意4個(gè)像素單位(即四套可動(dòng)/固定板，兩行和兩列電極)；圖10A-10F說(shuō)明了另一種制作FPI調(diào)光單元組成的顯示面板的步驟，同樣，圖中只畫出四個(gè)顯示像素單位以簡(jiǎn)化說(shuō)明；圖11A-11F說(shuō)明了制造單彈性懸臂梁調(diào)光單元的步驟，同樣，圖中只畫出四個(gè)顯示像素單位以簡(jiǎn)化說(shuō)明；圖12A-12G說(shuō)明了在透明材料上制造調(diào)光單元各個(gè)步驟，圖中只畫出四個(gè)顯示像素單位以簡(jiǎn)化說(shuō)明；
圖13A-13B說(shuō)明FPI調(diào)光單元如何為產(chǎn)生所期望的可見(jiàn)光而工作，兩圖分別表示了調(diào)光單元處在不被驅(qū)動(dòng)(圖13A)狀態(tài)和被驅(qū)動(dòng)(圖13B)狀態(tài)；圖14是一個(gè)如何校準(zhǔn)顯示屏的示意圖，用來(lái)確定電壓和施加于各個(gè)像素從而修正不同的反射顏色。顯示面板需要用全光譜的白光照射來(lái)校準(zhǔn)；和圖15是一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)框圖,用來(lái)修正本例各個(gè)組里的顏色偏差和可動(dòng)板的傾斜，并控制FPI調(diào)光單元上行和列的電極，使得面板上各個(gè)像素都能顯示期望的顏色，并補(bǔ)償可動(dòng)板由于制作材料和制作加工的差異而產(chǎn)生的任何傾斜。
具體實(shí)施例方式圖例和披露的實(shí)施案例是非限制性的實(shí)施例用圖例來(lái)說(shuō)明。實(shí)施圖例的披露目的在于闡述說(shuō)明而不是限制性的。對(duì)技術(shù)和權(quán)利保護(hù)方面的限制不作用于本文討論和圖例中出現(xiàn)的例子。此外，除非另有注明，任·何實(shí)例中披露的特性都能夠和其他例子的任何一個(gè)或多個(gè)特點(diǎn)相結(jié)合。顏色的實(shí)現(xiàn)本顯示器所用的光干涉調(diào)光器本質(zhì)上是個(gè)微型法布里-珀羅(Fabry-Perot)光諧振器。圖3為典型的微法布里-珀羅干涉器(FPI)300示意圖，其中包括上302下304兩個(gè)鏡面，這對(duì)互相平行的鏡面被中間夾著的空腔301 (或透明的介質(zhì))隔開(kāi)。入射光線305從上面進(jìn)入FPI，穿過(guò)頂部的鏡面302，然后在兩鏡面之間經(jīng)過(guò)多次反射，最終光線306，308分別從上302和下304兩鏡面射出。根據(jù)空腔或介質(zhì)厚度的不同，從FPI出射的光線將產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉或相消干涉。通過(guò)控制空腔的厚度(比如上302和下304兩鏡面的距離)來(lái)改變調(diào)光器的狀態(tài)。每一個(gè)狀態(tài)都對(duì)應(yīng)著某個(gè)特定的反射光顏色。只要以足夠快的頻率作瞬間改變，就可以顯示出多重狀態(tài)的各種顏色，由于人眼來(lái)不及感知到每次產(chǎn)生的特定顏色，從而顯示復(fù)合顏色。把每個(gè)顏色得出射光的持續(xù)時(shí)間控制在比較少的時(shí)間段內(nèi)，那么像素就可以作出調(diào)整并產(chǎn)生大范圍的顏色空間。對(duì)于像圖3所示的由兩個(gè)被空腔隔開(kāi)的鏡面組成的FPI調(diào)光器300，鏡面之間空間301的折射率總是低于鏡面涂層介質(zhì)303。因?yàn)榻饘偻繉臃瓷湎辔唤桥c電介質(zhì)的反射相位角呈現(xiàn)出很大的不同，故如果鏡面是非導(dǎo)電介質(zhì)而非金屬薄膜或涂層的話，上302鏡面的初始反射線307就不會(huì)經(jīng)歷相位反轉(zhuǎn)。一束光從上302鏡面射入后，穿過(guò)空腔301，在傳播時(shí)保持相位不變，當(dāng)入射到下304鏡面時(shí)就會(huì)分解成透射光306和反射光。這部分反射光線一旦從下鏡面304反射就會(huì)經(jīng)歷相位反轉(zhuǎn)并重新穿過(guò)空腔301，與初始反射光線307疊力口。當(dāng)光波波長(zhǎng)等于空腔厚度的2倍時(shí)，初始反射線307和二次反射線308的相位角正好相反。另外，所有連續(xù)反射線308的相位角都是和初始反射線的相位角307不同。因此，對(duì)于特定波長(zhǎng)的光波，如果在反射面來(lái)回往復(fù)傳播的光程為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，其將會(huì)產(chǎn)生完整的相消干涉。然而對(duì)于透射306的那部分來(lái)說(shuō)，則會(huì)產(chǎn)生完整的相長(zhǎng)干涉。這樣以來(lái)，上302下304平行的兩鏡面再配合其中的空腔301，就組成一個(gè)光過(guò)濾器，使某種特定波長(zhǎng)的光波透射而使另外某種特定波長(zhǎng)光波反射。這個(gè)理論已經(jīng)用艾里(Airy)函數(shù)在數(shù)學(xué)上得以論證。對(duì)于垂直于FPI入射的光線，其透射率T和反射率R可以用以下(I)和(2)兩個(gè)公式計(jì)算
權(quán)利要求
1.所有權(quán)被申明的發(fā)明定義如下一種帶有可動(dòng)平板的光干涉調(diào)光器，它通過(guò)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)平板而改變一個(gè)空腔的深度并且對(duì)非平衡條件進(jìn)行補(bǔ)償，這種不平衡可以導(dǎo)致可動(dòng)平板沿兩個(gè)正交軸中的至少一個(gè)傾斜，其中包括 (a)一個(gè)固定平板位于可動(dòng)平板的對(duì)面，并與可動(dòng)平板之間構(gòu)成一個(gè)空腔深度，空腔用于調(diào)制入射到空腔內(nèi)的可見(jiàn)光； (b)多電極與至少一個(gè)單電極處于相對(duì)的位置，其中多電極或單電極可位于可動(dòng)平板上； (C)連接多電極和至少一個(gè)單電極的導(dǎo)線，這些導(dǎo)線和一個(gè)控制電壓源連接，可以將預(yù)先定義的電壓組施加于多電極中的每個(gè)電極上，從而產(chǎn)生靜電引力來(lái)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)平板以改變空腔深度，并且可以補(bǔ)償不平衡條件，充分地消除可動(dòng)平板在關(guān)于其所在平面內(nèi)至少一個(gè)正交坐標(biāo)軸上的傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，其中多電極包含三個(gè)沿兩個(gè)正交坐標(biāo)軸中至少一個(gè)不對(duì)稱分布的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，其中多電極包含兩個(gè)沿與固定平板平行的軸并排 排列的電極，還包括另外兩個(gè)沿著平行于固定平板并和第一軸垂直的另一軸并排的補(bǔ)充電極，但位于和多電極和至少一個(gè)電極不同的平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，每個(gè)固定板和可移動(dòng)板均包括一層部分反射層，透射部分入射光并且反射其余的入射光，從而發(fā)生光干涉并產(chǎn)生期望顏色的可見(jiàn)光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的干涉調(diào)光器，其中部分反射層包含導(dǎo)電材料或者涂有有導(dǎo)電薄膜的絕緣材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，至少在可動(dòng)平板或固定平板上包含一層絕緣層使兩板絕緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的干涉調(diào)光器，在多個(gè)電極沒(méi)有被施加電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)平板和固定平板完全接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，還包含具有至少一個(gè)能支撐可動(dòng)鏡面懸空并為可動(dòng)平板提供恢復(fù)力的彈性梁，此恢復(fù)力應(yīng)與可動(dòng)平板的剛度匹配，這樣當(dāng)電壓從這些電極上去掉后，此彈性梁能夠提供足夠的彈性恢復(fù)力將可動(dòng)平板恢復(fù)到未驅(qū)動(dòng)位置，但此恢復(fù)力不能過(guò)大以至于在給多電極施加電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)平板時(shí)造成可動(dòng)板變形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的干涉調(diào)光器，其中至少一個(gè)彈性梁結(jié)構(gòu)是一個(gè)在可動(dòng)平板邊緣按一定間距連接的彈性梁構(gòu)成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的干涉調(diào)光器，其中至少一個(gè)彈性梁結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)連接在可動(dòng)板相對(duì)邊緣上的彈性梁。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的干涉調(diào)光器，其中至少一個(gè)彈性梁結(jié)構(gòu)包含一個(gè)連接于可動(dòng)平板不同邊緣處的彈性梁。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，還包括一個(gè)底板，使得可動(dòng)板位于固定板和底板之間，底板也是固定的且包括以下兩者之一 (a)多個(gè)電極；或 (b)至少一個(gè)電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的干涉調(diào)光器，其中大量的干涉調(diào)光器是以行列陣列形式安排在顯示器中，還包括連接并傳輸驅(qū)動(dòng)電極電壓的導(dǎo)線，顯示器中每個(gè)干涉調(diào)光器通過(guò)這些電壓驅(qū)動(dòng)電極在每個(gè)顯示像素上產(chǎn)生期望的反射顏色，并且補(bǔ)償可動(dòng)平板相對(duì)于固定平板的傾斜。
14.一種控制干涉調(diào)光器可動(dòng)鏡面的方法，以補(bǔ)償導(dǎo)致可動(dòng)鏡面傾斜而與頂部固定平板不平行的非平衡條件，而可動(dòng)平板和固定平板之間的距離確定光學(xué)腔的深度，其中包括以下步驟 (a)提供多個(gè)分布于干涉調(diào)光器表面的第一組電極； (b)提供至少另一組的電極，其位置在第一組電極的對(duì)面；和 (C)給第一組和第二組電極施加電壓，給多個(gè)電極施加的電壓用于提供恰當(dāng)?shù)撵o電引力以補(bǔ)償非平衡條件，并且使可動(dòng)平板相對(duì)于固定平板運(yùn)動(dòng)，從而改變干涉調(diào)光器的深度和被其反射出的顏色，同時(shí)防止可動(dòng)平板傾斜而破壞和頂部固定平板的平行關(guān)系。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中提供第一組電極的步驟包含劃分可動(dòng)平板的區(qū)域以定義第一組電極中每個(gè)電極的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中提供第一組電極的步驟包含劃分頂部固定平板區(qū)域以確定第一組電極中每個(gè)電極。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中提供第一組電極的步驟包含劃分位于底部與可動(dòng)平板相對(duì)的固定平板區(qū)域以定義第一組電極中的每個(gè)電極的步驟，可動(dòng)平板又與頂部固定平板相對(duì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中提供分布于干涉調(diào)光器表面的第二組電極的步驟，此表面與第一組電極所在表面不同，第一組電極定義一行電極和一列電極，而第二組電極定義不同的行電極和列電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中提供第二組電極的步驟包含在頂部固定平板上劃分區(qū)域以定義第二組電極中每個(gè)電極的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中提供第二組電極的步驟包含劃分可動(dòng)平板的區(qū)域以定義第二組電極中每個(gè)電極的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中提供第二組電極的步驟包含劃分底部固定平板的區(qū)域以定義第二組電極中的每個(gè)電極的步驟，其中底部平板和頂部固定平板分別位于可動(dòng)平板上下兩側(cè)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中還包含使可動(dòng)平板和固定平板相互絕緣的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中還包含確定施加在第一組電極的每個(gè)電極上的電壓值的步驟，這些電壓可以使干涉調(diào)光器產(chǎn)生期望的反射顏色并且補(bǔ)償任何可動(dòng)平板相對(duì)于頂部固定平板的傾斜。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中還包含存儲(chǔ)檢索電壓的步驟，電壓標(biāo)示值存貯在閃存器中，當(dāng)顯示器面板正常工作，這個(gè)存儲(chǔ)器提供適合的電壓于自動(dòng)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)平板，從而實(shí)現(xiàn)期望的顏色，并且補(bǔ)償可動(dòng)平板任何相對(duì)于頂部固定平板的傾斜。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包含以下幾個(gè)步驟 (a)對(duì)于包含眾多干涉調(diào)光器的顯示器中的每個(gè)干涉調(diào)光器，確定施加給第一組電極中的每個(gè)電極的電壓值，用以獲得期望的顏色，并且補(bǔ)償動(dòng)任何移動(dòng)平板相對(duì)于頂部固定平板的傾斜； (b)在閃存存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)顯示器干涉調(diào)光器中每個(gè)電極上所需要施加的電壓；和 (c)當(dāng)使用顯示器時(shí)，讀出閃存中存儲(chǔ)的確定的電壓值，并將該電壓施加于干涉調(diào)光器中每個(gè)電極，這樣顯示器中處在一個(gè)像素上的可動(dòng)鏡面的干涉調(diào)光器被驅(qū)動(dòng)，就能獲得在此像素位置的期望顏色。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，還包含將顯示器中的干涉調(diào)光器分組的步驟，每組中的干涉調(diào)光器享有通用的電壓，用來(lái)獲得期望的反射顏色并且補(bǔ)償此組中的每個(gè)干涉調(diào)光器的可動(dòng)平板相對(duì)頂部固定平板的任何傾斜。
27.一種反射期望波段的反射光干涉調(diào)光器，其中包含 (a)一個(gè)部分反射，接收外部入射光的頂層平板，入射在半反射頂層平板上的一部分光線透射，而剩余的部分則被部分反射頂層反射； (b)至少被一個(gè)彈性梁支撐而處于懸空狀態(tài)的部分反射可動(dòng)平板，此平板可以相對(duì)于部分反射頂層平板運(yùn)動(dòng)； (C)在干涉調(diào)光器里的一個(gè)表面上沉積第一組電極； (d)至少一個(gè)其它電極生成在與第一組電極相對(duì)應(yīng)的位置；和 (e)與第一組電極和至少一個(gè)其它電極相耦合的控制電壓源，給第一組電極的每個(gè)電極施加電壓，選擇施加的電壓高低以使得 (i)靜電驅(qū)動(dòng)部分反射可動(dòng)平板相對(duì)于部分反射頂層平板運(yùn)動(dòng)，從而在兩者之間形成空腔，而空腔深度用于調(diào)節(jié)從部分反射頂層平板進(jìn)入空腔的透射光線，這樣空腔中調(diào)制的光和部分反射頂層平板的反射光相干涉，從而獲得期望反射光的波長(zhǎng)范圍；和 ( )補(bǔ)償部分反射可動(dòng)平板相對(duì)于頂部平板的任何傾斜，保持部分反射可動(dòng)平板和部分反射頂層平板的基本平行。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，還包含位于部分反射可動(dòng)平板下面的底部平板，其中第一組電極生成在如下表面之一 (a)部分反射頂部平板； (b)部分反射可動(dòng)平板；和 (C)底部平板。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，還包含位于部分反射可動(dòng)平板上的下面的底部平板，其中至少一個(gè)其他電極在以下之一上 (a)部分反射頂部平板； (b)部分反射可動(dòng)平板；和 (c)底部平板。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，還包含位于與第一組電極不同表面的第二組電極，其中第一組電極包含一組行電極和一組列電極，第二組電極包含其他組的行電極和其他組的列電極。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的干涉調(diào)光器，還包含位于部分反射可動(dòng)平板下面的底部平板，第二組電極沉積在以下之一上 (a)部分反射頂部平板；(b)部分反射可動(dòng)平板；和 (c)底部平板。
32.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，其中部分反射可動(dòng)平板靠一個(gè)單獨(dú)的彈性梁支撐，當(dāng)電壓沒(méi)有施加在第一組電極上時(shí)，此彈性梁提供一個(gè)足夠的恢復(fù)力以使部分反射可動(dòng)平板恢復(fù)到其平衡位置，但恢復(fù)力不能過(guò)大而使得施加電壓驅(qū)動(dòng)部分反射可動(dòng)平板時(shí)導(dǎo)致部分反射可動(dòng)平板產(chǎn)生變形。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，其中部分反射可動(dòng)平板受多彈性梁支撐，每個(gè)彈性梁都生成在部分反射可動(dòng)平板的相鄰的但不同的邊緣上。
34.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，其中部分反射頂部平板和部分反射可動(dòng)平板均涂覆有從以下組分中選擇的成分 (a)一層絕緣層；和 (b)—層金屬導(dǎo)電層。
35.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，還包含沉積于部分反射頂部平板和部分反射可動(dòng)平板之間的絕緣層。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的干涉調(diào)光器，還包含存儲(chǔ)于閃存器中的索引，包含施加于第一組電極上驅(qū)動(dòng)可動(dòng)反射平板運(yùn)動(dòng)的電壓，用以獲得對(duì)應(yīng)于各種顏色的空腔深度，并補(bǔ)償部分反射可動(dòng)平板相對(duì)于部分反射頂部平板的任何傾斜。
37.一種補(bǔ)償調(diào)光器中部分反射可動(dòng)平面傾斜力的方法，可使得部分反射可動(dòng)平板平行于相鄰的部分反射固定平板，從而形成光學(xué)空腔，這樣期望的顏色就從干涉調(diào)光器反射出來(lái)，具體包含如下步驟 (a)在干涉調(diào)光器內(nèi)部表面制成第一組電極； (b)在第一組電極所在表面相對(duì)應(yīng)的其他表面沉積至少一個(gè)電極； (C)給第一組電極施加電壓，通過(guò)下述方法控制施加于第一組電極中每個(gè)電極上的電壓 (i)驅(qū)動(dòng)部分反射可動(dòng)平板使其相對(duì)于部分反射固定平板運(yùn)動(dòng)，控制部分反射固定平板和部分反射可動(dòng)平板之間的空腔，此空腔深度通過(guò)調(diào)制通過(guò)部分反射固定平板透射到空腔的光線和部分反射固定平板反射的光線產(chǎn)生光干涉，從干涉調(diào)光器上反射出期望的光波段，和 ( )補(bǔ)償部分反射可動(dòng)平板相對(duì)于部分反射固定平板的任何傾斜從而保證部分反射可動(dòng)平板和部分反射固定平板的平行。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中提供第一組電極的步驟包含提供在部分反射可動(dòng)平板或部分反射固定平板上生成第一組電極的步驟。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中還包含提供一個(gè)在部分反射可動(dòng)平板之下置放底部平板的步驟，其中提供第一組電極的步驟包含在部分反射可動(dòng)平板，部分反射固定平板，或底部平板三者之一上提供第一組電極的步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，還包含提供位于部分反射可動(dòng)平板，部分反射固定平板，或者底部平板三者之一的第二組電極的步驟，第一組電極包含一組行電極和一組列電極，而第二組電極包括其它一組行電極和其它一組列電極。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包含以下步驟(a)確定應(yīng)用于第一組電極上的電壓大小以從干涉調(diào)光器獲得期望的反射顏色并且補(bǔ)償部分反射可動(dòng)平板的任何傾斜； (b)在閃存存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)電壓的標(biāo)示；并且 (C)訪問(wèn)在閃存存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的電壓值索引并且利用相應(yīng)的電壓來(lái)產(chǎn)生期望的反射顏色并補(bǔ)償部分反射可動(dòng)平板的任何傾斜。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，還包含下列步驟 (a)制作一個(gè)包含成行成列排列的多個(gè)干涉調(diào)光器的顯示器屏；和 (b)給每個(gè)干涉調(diào)光器的電極施加合適的電壓，以在顯示器中的一行一列的位置上產(chǎn)生各種期望的顏色，并且補(bǔ)償在每個(gè)調(diào)光器中部分反射的可動(dòng)平板相對(duì)于部分反射的固定平板的任何傾斜。
全文摘要
干涉調(diào)光器包含一個(gè)可動(dòng)鏡面，通過(guò)給與其相對(duì)的多個(gè)電極施加電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)可動(dòng)鏡面從而和在頂部平板的部分反射鏡形成光學(xué)空腔。空腔深度決定了在空腔內(nèi)由于內(nèi)部反射而受調(diào)制的光波波段，此反射光線與從頂部平板的部分反射鏡面反射的光線發(fā)生光學(xué)干涉，從而產(chǎn)生一個(gè)期望的反射光顏色。制造上的變化和材料的特性都會(huì)導(dǎo)致可動(dòng)鏡面相對(duì)于部分反射鏡面傾斜，從而也降低了調(diào)光器的精確度。這種偏差可以通過(guò)給多個(gè)電極施加不同的電壓來(lái)加以補(bǔ)償。電壓可以在決制造之后確定，并且存儲(chǔ)在閃存存儲(chǔ)器中，當(dāng)調(diào)光器在被驅(qū)動(dòng)時(shí)得以應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02F1/21GK102893212SQ201180012583
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者季中 申請(qǐng)人:元博科技有限公司