用于順性機(jī)構(gòu)的制造結(jié)構(gòu)和方法
【專利摘要】本發(fā)明在不同的方面涉及用于MEMS致動的顯示器的系統(tǒng)和方法，這些顯示器能夠在高速和低電壓下進(jìn)行驅(qū)動用于改進(jìn)圖像質(zhì)量并且降低功耗。
【專利說明】用于順性機(jī)構(gòu)的制造結(jié)構(gòu)和方法
[0001] 本申請是于2009年10月27日提交的名稱為“用于順性機(jī)構(gòu)的制造結(jié)構(gòu)和方法”的發(fā)明專利申請200980142928.0的分案申請。
_2] 相關(guān)申請的引用
[0003]本申請要求于2008年10月27日提交的、名稱為“MEMS錨定件”的美國臨時專利申請序列號61/108，783的權(quán)益，該申請的全文通過引用結(jié)合在此。本申請還要求于2008年10月28日提交的、名稱為“用于順性機(jī)構(gòu)的制造結(jié)構(gòu)和方法”的美國臨時專利申請序列號61/109，045的權(quán)益，該申請的全文通過引用結(jié)合在此。
發(fā)明領(lǐng)域
[0004]總體而言，本發(fā)明涉及微型電子機(jī)械系統(tǒng)的領(lǐng)域；具體地講，本發(fā)明涉及用于機(jī)械式光調(diào)制器的致動結(jié)構(gòu)。
_5] 發(fā)明背景
[0006]由機(jī)械式光調(diào)制器構(gòu)建的顯示器對于基于液晶技術(shù)的顯示器是一個有吸引力的替代方案。機(jī)械式光調(diào)制器足夠快地顯示具有良好視角并且具有大的色彩范圍和灰度范圍的視頻內(nèi)容。機(jī)械式光調(diào)制器在投影顯示器的應(yīng)用中已經(jīng)是成功的，并且最近已被提出用于直視應(yīng)用。在本領(lǐng)域中對于快速、明亮、低功率的機(jī)械致動的顯示器存在一種需要。確切地說，對于可以高速和低電壓進(jìn)行驅(qū)動的機(jī)械式致動的顯示器以改進(jìn)圖像質(zhì)量并降低功耗存在一種需要。
[0007]發(fā)明概沭
[0008]因此，在一個方面，本發(fā)明涉及一種MEMS裝置，該裝置包括:一個第一窄梁，其中該第一窄梁完全地包圍了一個空間的邊界。在一些實(shí)施方案中，該第一窄梁形成了一個環(huán)。在一個方面，該MEMS裝置包括一個機(jī)械式光調(diào)制器,它通過該第一窄梁支撐在一個基片上方。在一個方面，該MEMS裝置包括一個機(jī)械式光調(diào)制器,其中該第一窄梁形成了一個致動器的一部分，該致動器用于移動該機(jī)械式光調(diào)制器從而對光進(jìn)行調(diào)制。在某些特定的實(shí)施方案中，該第一窄梁是多個順性梁。在一個方面，該MEMS裝置包括將該第一窄梁連接到該基片上的一個錨定件。在一些實(shí)施方案中，該MEMS裝置包括一個第二窄梁，其中該第一和第二窄梁包圍了對應(yīng)的、不相交的空間。在某些特定的實(shí)施方案中，該第二窄梁包圍了一個空間，該空間完全地被該第一窄梁所包圍。
[0009]在另一個方面，本發(fā)明涉及制造一種MEMS裝置的一種方法，該方法包括形成與一個基片相聯(lián)接的一個第一窄梁，這樣使得該第一窄梁完全地包圍了一個空間的邊界。在某些特定的實(shí)施方案中，形成該第一窄梁包括:將一種模具材料沉積到一個犧牲層上；在該模具材料中蝕刻出一個形狀以便形成一個模具，該模具具有至少一個側(cè)壁以及至少一個下水平表面；將材料沉積到所蝕刻的模具上這樣使得所沉積的材料附著在至少所蝕刻模具的這些側(cè)壁上以及該下水平表面上；將所沉積的材料的一部分蝕刻掉以便在從該下水平表面上去除所沉積材料的同時實(shí)質(zhì)上使沉積在這些側(cè)壁上的所有材料保持原樣；并且移除該模具這樣使得保留在這些側(cè)壁上的材料形成該第一窄梁。在一個方面，這些側(cè)壁包括形成在該模具中的一個臺面的多個壁，并且該第一窄梁包圍了該臺面。
[0010]在另一個方面，這些側(cè)壁包括形成在該模具中的一個凹陷的多個壁，并且該第一窄梁包圍了該凹陷。在一些實(shí)施方案中，該模具材料被沉積在一種犧牲材料層的頂上，并且該方法進(jìn)一步包括去除該犧牲材料以釋放該第一窄梁。
[0011]在一個方面，該模具進(jìn)一步包括一個上水平表面，沉積在該模具上的材料附著在該上水平表面上，并且該方法進(jìn)一步包括在將所沉積的材料蝕刻掉之前將一個掩模施加到該上水平表面上，這樣使得在蝕刻之后，沉積在該上水平表面上的材料的一部分保留在該上水平表面上以形成一個機(jī)械式光調(diào)制器。在一些實(shí)施方案中，在該模具中蝕刻出該形狀之前，在模具材料中蝕刻出多個錨定件孔，其中沉積到該模具上的材料填充這些錨定件孔以形成多個錨定件。在一個方面，這些錨定件、第一窄梁、以及該機(jī)械式光調(diào)制器的形成要求使用不多于三個光刻法掩模。在某些特定的實(shí)施方案中，該MEMS裝置包括一個機(jī)械式光調(diào)制器以及一個錨定件，并且該第一窄梁將該機(jī)械式光調(diào)制器支撐在一個基片上方并且通過該錨定件將機(jī)械式光調(diào)制器連接到該基片上，其中該方法包括使用不多于三個光刻法掩模。
[0012]附圖簡要說明
[0013]從通過參照以下附圖對本發(fā)明的以下詳細(xì)的說明中將更易于理解上述討論:
[0014]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的顯示裝置的等距視圖；
[0015]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案圖1A的顯示裝置的框圖；
[0016]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于結(jié)合在圖1A的基于MEMS的顯示器中的一種說明性的基于快門的光調(diào)制器的透視圖；
[0017]圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于結(jié)合在圖1A的基于MEMS的顯示器中的一種基于卷簾的光調(diào)制器的截面視圖；
[0018]圖2C是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于結(jié)合在圖1A的基于MEMS的顯示器的一個替代實(shí)施方案中的一個基于光閘門(light-tap-based)的光調(diào)制器的截面視圖；
[0019]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于控制結(jié)合在圖1A的基于MEMS的顯示器中的這些光調(diào)制器的一個控制矩陣的示意圖；
[0020]圖3B是被連接到根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的圖3A的控制矩陣上的一個基于快門的光調(diào)制器陣列的透視圖；
[0021]圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的一個雙致動快門組件對應(yīng)地在開放和關(guān)閉狀態(tài)中的平面圖；
[0022]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的顯示裝置的截面視圖；
[0023]圖6A至圖6E是類似于根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的圖2A所示的復(fù)合快門組件的多級構(gòu)造的截面視圖；
[0024]圖7A至圖7D是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的具有多個窄的側(cè)壁的梁的一個替代快門組件的多級構(gòu)造的等距視圖；
[0025]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的結(jié)合了一個環(huán)形的驅(qū)動梁的快門組件的平面圖；
[0026]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3-掩模的方法構(gòu)建的一個快I?組件的等距視圖；
[0027]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的2d犧牲材料的等距視圖，該犧牲材料在生成圖9的快門組件的制作方法中、在一個中間點(diǎn)被構(gòu)圖為一個模具；
[0028]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3-掩模的方法構(gòu)建的一個快門組件的等距視圖；
[0029]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的2d犧牲材料的等距視圖，該犧牲材料在生成圖11的快門組件的制作方法中、在一個中間點(diǎn)被構(gòu)形為模具；
[0030]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3-掩模的方法構(gòu)建的兩個相連接的快門組件的等距視圖；
[0031]圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3-掩模的方法構(gòu)建的快門組件的等距視圖；
[0032]圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3-掩模的方法構(gòu)建的快門組件的等距視圖；并且
[0033]圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3-掩模的方法構(gòu)建的快門組件的等距視圖。`
[0034]特定說明性實(shí)施方案的i兌明
[0035]為了提供對本發(fā)明的總體理解，現(xiàn)在將對某些說明性實(shí)施方案進(jìn)行說明，包括用于顯示圖像的裝置和方法。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會理解在此說明的系統(tǒng)和方法可以適當(dāng)?shù)貙χ纸鉀Q的應(yīng)用進(jìn)行適配和修改，并且在此說明的系統(tǒng)和方法可以用于其他適當(dāng)?shù)膽?yīng)用中，并且這類其他的補(bǔ)充和修改將不會偏離其范圍。
[0036]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的一種直接觀看式的基于MEMS的顯示裝置100的示意圖。顯示裝置100包括按多行和多列安排的多個光調(diào)制器102a — 102d(總體上稱為“光調(diào)制器102”)。在顯示裝置100中，光調(diào)制器102a和102d處于開放狀態(tài)，從而允許光通過。光調(diào)制器102b和102c處于關(guān)閉狀態(tài)，從而遮蔽了光的通路。通過選擇性地設(shè)定光調(diào)制器102a - 102d的狀態(tài)，如果通過一個燈或多個燈105來照明，那么顯示裝置100可以用來形成一個背光式顯示器的一個圖像104。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，裝置100可以通過調(diào)制源于該裝置前方的環(huán)境光的反射而形成一個圖像。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，裝置100可以通過反射定位在該顯示器前方的一個燈或多個燈的光(即通過使用一個前光源)形成一個圖像。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，裝置100可以通過既調(diào)制來自該調(diào)制陣列后方的一個光源的光透射又同時調(diào)制來自定位在該顯示器前方的一個光源(一個燈或多個燈)的光反射而形成一個圖像，這被稱為透反式工作。在該關(guān)閉或開放狀態(tài)之一中，光調(diào)制器102 (例如但不限于)通過阻斷、反射、吸收、過濾、偏光、衍射、或改變光的屬性或路徑的其他方式來干涉光路中的光。
[0037]在顯示裝置100中，每個光調(diào)制器102對應(yīng)于圖像104中的一個像素106。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，顯示裝置100可以使用多個光調(diào)制器以形成圖像104中的一個像素106。例如，顯示裝置100可以包括三種特定顏色的光調(diào)制器102。通過選擇性地開放對應(yīng)于一個具體像素106的特定顏色的光調(diào)制器102中的一個或多個，顯示裝置100可以在圖像104中產(chǎn)生一個色彩像素106。在另一個實(shí)例中，顯示裝置100包括對于每個像素106的兩個或更多個光調(diào)制器102以便提供圖像104中的灰度。相對于一個圖像而言，一個“像素”對應(yīng)于由該圖像的分辨率所限定的最小圖元素。相對于顯示裝置100的結(jié)構(gòu)部件而言，術(shù)語“像素”是指用于調(diào)制形成該圖像的一個單個像素的光的組合的機(jī)械和電氣部件。
[0038]顯示裝置100是一種直接觀看式顯示器，其中它不要求有成像光學(xué)部件。使用者通過直接看顯示裝置100而看到圖像。在多個替代實(shí)施方案中，顯示裝置100被結(jié)合在一種投影顯示器中。在這類實(shí)施方案中，顯示器通過將光投影到屏幕上或墻壁上而形成一個圖像。在投影應(yīng)用中，顯示裝置100實(shí)質(zhì)性地小于投影的圖像104。
[0039]直接觀看式顯示器可以或按照透射模式或按反射模式或同時地按兩者(定義為透反式)來工作。在一個透射式顯示器中，這些光調(diào)制器過濾或者選擇性地阻斷源于定位于該顯示器后面的一個燈或多個燈的光。來自這些燈的光被任選地射入一個光引導(dǎo)件或“背光”中。透射式直接觀看式顯示器的實(shí)施方案通常是構(gòu)建在透明基片或玻璃基片上的，以便于協(xié)助一種夾層組件安排，其中包含這些光調(diào)制器的一個基片被直接定位在該背光的上方。在某些透射式顯示器的實(shí)施方案中，通過將一種濾色器材料與各自的調(diào)制器102相關(guān)聯(lián)而產(chǎn)生一種特定顏色的光調(diào)制器。在其他透射式顯示器的實(shí)施方案中，如以下所說明的，色彩可以使用一種通過具有不同原色的燈的交替照明的場色序法來產(chǎn)生。
[0040]每個光調(diào)制器102包括一個快門108以及一個孔闌109。為了照明圖像104中的一個像素106,將快門108定位為使之允許光朝向一名觀看者穿過孔闌109。為了保持一個像素106不發(fā)光，將快門108定位為使之遮蔽光穿過孔闌109的通路?？钻@109是由通過一種反射性或吸收光的材料構(gòu)成圖案的一個開口限定的。
[0041]該顯示裝置還包括一個控制矩陣，該控制矩陣被連接到該基片上并且被連接到用于控制這些快門的運(yùn)動的這些光調(diào)制器上。該控制矩陣包括一系列的電互連(例如，互連110、112、以及114)，包括每行像素至少一個寫賦能互連110 (也稱為“掃描線互連”)、用于每列像素的一個數(shù)據(jù)互連112、以及一個公共互連114,該公共互連向所有像素或者至少向在顯示裝置100中的多個行和多個列兩方面中的像素提供一個公共電壓。響應(yīng)于施加的一個適當(dāng)電壓(“寫賦能電壓，vw/’)，用于一個給定行的像素的寫賦能互連110使該行的像素做好準(zhǔn)備以接受新的快門運(yùn)動指令。這些數(shù)據(jù)互連112以數(shù)據(jù)電壓脈沖的形式來傳送這些新的運(yùn)動指令。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，施加到這些數(shù)據(jù)互連112上的數(shù)據(jù)電壓脈沖直接對快門的靜電學(xué)運(yùn)動起作用。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，這些數(shù)據(jù)電壓脈沖控制多個開關(guān)，例如，晶體管或者控制對這些光調(diào)制器102施加分開的致動電壓的其他非線性電路元件，這些分開的致動電壓典型地在幅值上高于這些數(shù)據(jù)電壓。于是施加這些致動電壓導(dǎo)致這些快門108的靜電驅(qū)動運(yùn)動。
[0042]圖1B是顯示裝置100的一個框圖150。參見圖1A和圖1B，除了以上說明的顯示裝置100的這些元件之外，如在框圖150中所描繪的，顯示裝置100包括多個掃描驅(qū)動器152(也稱為“寫賦能電壓源”)以及多個數(shù)據(jù)驅(qū)動器154 (也稱為“數(shù)據(jù)電壓源”)。這些掃描驅(qū)動器152將寫賦能電壓施加到掃描線互連110上。這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154將數(shù)據(jù)電壓施加到這些數(shù)據(jù)互連112上。在該顯示裝置的一些實(shí)施方案中，這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154被配置為將模擬數(shù)據(jù)電壓提供給這些光調(diào)制器，尤其是在要把圖像104的灰度轉(zhuǎn)化為模擬形式的情況中。在模擬工作中，這些光調(diào)制器102被設(shè)計(jì)為使得當(dāng)經(jīng)過這些數(shù)據(jù)互連112施加一個范圍的中間電壓時，在這些快門108中導(dǎo)致一個范圍的中間開放狀態(tài)并且因此導(dǎo)致圖像104中的一個范圍的中間照明狀態(tài)或灰度。[0043]在其他情況中，這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154被配置為僅將一個減少的組的2、3、或4個數(shù)字電壓電平施加到該控制矩陣上。這些電壓電平被設(shè)計(jì)為以數(shù)字形式把每個快門108或設(shè)為開放狀態(tài)或設(shè)為關(guān)閉狀態(tài)。
[0044]這些掃描驅(qū)動器152以及這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154被連接到數(shù)字控制電路156 (還稱為“控制器156”)上?？刂破?56包括一個輸入處理模塊158,該輸入處理模塊將一個輸入的圖像信號157處理成一種數(shù)字圖像格式，該格式適合于顯示器100的空間尋址以及灰度能力。每個圖像的像素位置和灰度數(shù)據(jù)被存儲在一個幀緩沖區(qū)159中，這樣可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)送出到這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154上。主要以串聯(lián)方式、以按列以及按圖像幀分組的預(yù)定順序進(jìn)行組織而將數(shù)據(jù)傳送到這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154上。這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154可以包括多個串-并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電平轉(zhuǎn)換、并且對于某些應(yīng)用包括數(shù)模電壓轉(zhuǎn)換器。
[0045]顯示裝置100可任選地包括一組公用驅(qū)動器153，公用驅(qū)動器也稱為公用電壓源。在一些實(shí)施方案中，公用驅(qū)動器153 (例如)通過給一系列的公用互連114提供電壓來為光調(diào)制器103的陣列內(nèi)的所有光調(diào)制器提供一個DC公共電位。在其他實(shí)施方案中，這些公用驅(qū)動器153遵循來自控制器156的指命給該光調(diào)制器103的陣列發(fā)出電壓脈沖或信號，例如，能夠驅(qū)動和/或啟動陣列103的多個行和多個列中的所有或者一些光調(diào)制器同時致動的全局致動脈沖。
[0046]所有這些用于不同顯示功能的驅(qū)動器(例如，掃描驅(qū)動器152、數(shù)據(jù)驅(qū)動器154、以及公用驅(qū)動器153)通過控制器156中的定時控制模塊160進(jìn)行時間同步。來自模塊160的定時命令通過多個燈驅(qū)動器168、陣列像素103內(nèi)的特定行的寫賦能和排序、來自這些數(shù)據(jù)驅(qū)動器154的輸出電壓、以及提供光調(diào)制器致動的輸出電壓來協(xié)調(diào)紅燈、綠燈和藍(lán)燈以及白燈(對應(yīng)地為162、164、166、以及167)的照明。
[0047]控制器156確定排序或?qū)ぶ贩桨?，通過該方案陣列103中的每個快門108可以被重新設(shè)為適合新圖像104的照明水平。在美國專利申請?zhí)?1/326，696和11/643,042中可以找到適于尋址、圖像形成、以及灰度的技術(shù)細(xì)節(jié)，上述專利文件通過引用結(jié)合在此。新圖像104可按周期性時間間隔來設(shè)定。例如，對于視頻顯示器，視頻的色彩圖像104或幀按10到300赫茲范圍的頻率刷新。在一些實(shí)施方案中，為陣列103設(shè)置的圖像幀是與燈162、164、以及166的照明同步的，這樣交替的圖像幀用交替色彩系列(如，紅、綠、和藍(lán))照明。用于每個相應(yīng)顏色的這些圖像幀也稱為顏色子幀。在這個方法(被稱為場色序法)中，如果這些顏色子幀以超過20Hz的頻率進(jìn)行交替，人的大腦將這些交替的幀圖像平均成具有寬廣的并且連續(xù)范圍的彩色圖像的感覺。在一些替代實(shí)現(xiàn)方式中，具有原色的四個或更多個燈可以用在顯示裝置100中，該顯示裝置使用了不同于紅、綠、和藍(lán)的原色。
[0048]在顯示裝置100被設(shè)計(jì)為用于快門108在開放與關(guān)閉狀態(tài)之間的數(shù)字切換的一些實(shí)現(xiàn)方式中，控制器156確定了在圖像幀之間的尋址序列和/或時間間隔以產(chǎn)生具有適當(dāng)灰度的圖像104。通過控制一個快門108在一個具體的幀中處于開放的時間量值而產(chǎn)生變化的灰度級別的過程被稱為時分灰度。在時分灰度的一個實(shí)施方案中，控制器156根據(jù)像素的所希望的照明水平或灰度確定在每個幀內(nèi)快門108被允許保持在開放狀態(tài)的時間周期或者時間段。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，對于每個圖像幀，控制器156在陣列103的多個行和多個列中設(shè)置多個子幀圖像，并且該控制器改變每個子幀圖像被照明的持續(xù)時間，該持續(xù)時間與一個灰度值或在灰度的一個編碼字之內(nèi)所使用的有效值成比例。例如，可以與二進(jìn)制編碼序列1、2、4、8……成比例地改變用于一系列子幀圖像的照明時間。根據(jù)灰度級別的像素的二進(jìn)制編碼字之內(nèi)的一個對應(yīng)位置上的值，于是用于陣列103中的每個像素的這些快門108在一個子幀圖像內(nèi)或被設(shè)為開放狀態(tài)或被設(shè)為關(guān)閉狀態(tài)。還有可能具有多于兩個級別(例如4級)的狀態(tài)，因?yàn)樵撓袼匾苍S會涉及用于空間上變化的額外的灰度級別的部分開放和部分關(guān)閉狀態(tài)。
[0049]在其他實(shí)現(xiàn)方式中，該控制器與希望用于特定的子幀圖像的灰度值成比例地改變來自燈162、164、以及166的光的亮度。還有許多混合技術(shù)可以用于形成來自一個陣列的快門108的色彩和灰度。例如，以上說明的時分技術(shù)可以與每個像素的多個快門108的使用進(jìn)行組合，或者用于特定子幀圖像的灰度值可以通過子幀定時和燈的亮度的組合來建立?？梢栽谝陨弦玫拿绹鴮＠暾?1/643,042中找到這些以及其他實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。
[0050]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，用于一個圖像狀態(tài)104的數(shù)據(jù)被控制器156通過多個單獨(dú)行(也稱為掃描線)的順序?qū)ぶ范患虞d到調(diào)制器陣列103上。對于該序列中的每個行或每條掃描線，掃描驅(qū)動器152給用于陣列103的那個行的寫賦能互連110施加一個寫賦能電壓，并且隨后數(shù)據(jù)驅(qū)動器154將對應(yīng)于所希望的快門狀態(tài)的數(shù)據(jù)電壓提供給所選行中的每個列。重復(fù)這個過程直到數(shù)據(jù)已經(jīng)被加載到用于該陣列中的所有行為止。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，該序列的用于數(shù)據(jù)加載的多個選定的行是線性的，在該陣列中從頂部開始到底部。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，該序列的多個選定的行是偽隨機(jī)的以便使視覺偽差最小化。并且在其他實(shí)現(xiàn)方式中，這種排序按多個塊來組織，其中對于一個塊，圖像狀態(tài)104的僅一個特定片段的數(shù)據(jù)被加載到該陣列中，例如通過在順序中僅對該陣列的每個第5行進(jìn)行尋址。
[0051]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，將圖像數(shù)據(jù)加載到陣列103的過程在時間上是與致動這些快門108的過程分開的。在這些實(shí)現(xiàn)方式中，調(diào)制器陣列103可以包括用于陣列103中的每個像素的多個數(shù)據(jù)存儲元件并且該控制矩陣可以包括用于運(yùn)送來自公用驅(qū)動器153的多個觸發(fā)器信號的一個全局致 動互連，以便根據(jù)儲存在這些存儲元件中的數(shù)據(jù)來開始快門108的同時致動。不同的尋址順序(在美國專利申請11/643,042中說明了它們中的許多)可以通過定時控制模塊160來協(xié)調(diào)。
[0052]在一些替代實(shí)施方案中，該陣列的多個像素103以及控制這些像素的控制矩陣除了可以按矩形的行和列的構(gòu)形安排之外還可以按多種構(gòu)形來安排。例如該像素可以按六邊形的陣列或者按曲線的行和列來排列?？偠灾?，如在本文中所使用的，術(shù)語掃描線將表示共享一個寫賦能互連的任何多個像素。
[0053]顯示器100包括多個功能塊，這些功能塊包括定時控制模塊160、幀緩沖器159、多個掃描驅(qū)動器152、多個數(shù)據(jù)驅(qū)動器154、以及多個驅(qū)動器153和168。每個塊可以被理解為代表一個便于識別的硬件電路和/或一個可執(zhí)行代碼的模塊。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，這些功能塊被提供為通過電路板和/或纜線而連接在一起的不同的芯片或電路。可替代地，這些電路中的許多個可以與像素陣列103—起制造在同一個玻璃的或塑料基片上。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，可以把來自框圖150的多個電路、驅(qū)動器、處理器、和/或控制功能一起集成在一個單個的硅芯片內(nèi)，然后將該硅芯片直接結(jié)合到支持像素陣列103的透明基片上。
[0054]控制器156包括一個編程連接180，通過該編程連接可以根據(jù)具體應(yīng)用的需要而改變在控制器156內(nèi)實(shí)施的尋址、色彩、和/或灰度的算法。在一些實(shí)施方案中，編程連接180輸送來自環(huán)境傳感器(如環(huán)境光或溫度傳感器)的信息，這樣控制器156可以與環(huán)境情況相對應(yīng)地調(diào)整成像模式或背光的功率?？刂破?56還包括一個電源輸入182,該電源輸入為多個燈以及光調(diào)制器的致動提供所需的電力。必要時，這些驅(qū)動器152、153、154、和/或168可以包括多個DC-DC轉(zhuǎn)換器或與這些轉(zhuǎn)換器相關(guān)聯(lián)，以便在182處將一個輸入電壓轉(zhuǎn)換成足以用于快門108的致動或這些燈(如燈162、164、166、以及167)的照明的不同電壓。
[0055]MEMS光調(diào)制器
[0056]圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于結(jié)合在圖1A的基于MEMS的顯示裝置100中的一個說明性的基于快門的光調(diào)制器200的透視圖?；诳扉T的光調(diào)制器200 (也稱為快門組件200)包括一個快門202，該快門被連接到一個致動器204上。致動器204是由兩個分離的順性電極梁致動器205 (“致動器205”)形成的，如在2005年10月14日提交的美國專利申請?zhí)?1/251,035中所說明的?？扉T202在一側(cè)連接到致動器205上。致動器205使快門202在一個運(yùn)動平面中的一個表面203上橫向移動，該運(yùn)動平面基本上平行于表面203?？扉T202的對側(cè)連接到一個彈簧207上，該彈簧提供了與由致動器204施加的那些力相反的一個恢復(fù)力。有可能由另一個致動器來替代彈簧207，這樣使得可以使用一種致動力而不是一種彈性的彈簧力來使快門202在與致動器204相反的方向上橫向地在一個表面203上移動。
[0057]每個致動器205包括一個順性的負(fù)載梁206，該負(fù)載梁將快門202連接到一個負(fù)載錨定件208上。這些負(fù)載錨定件208與這些順性的負(fù)載梁206 —起用作機(jī)械支架，將快門202保持為懸掛在表面203附近。這些負(fù)載錨定件208將這些順性的負(fù)載梁206和快門202實(shí)體地連接到表面203上并且將這些負(fù)載梁206電氣地連接到一個偏置電壓上，在某些情況下是接地的。
[0058]每個致動器205還包括鄰近每個負(fù)載梁206定位的一個順性驅(qū)動梁216。這些驅(qū)動梁216在一端連接到在這些驅(qū)動梁216之間共享的一個驅(qū)動梁錨定件218上。每個驅(qū)動梁216的另一端是自由移動的。然而，在多個實(shí)現(xiàn)方式中，驅(qū)動梁216的另一端不是完全自由地而是部分受限地移動的。每個驅(qū)動梁216可以被彎曲為使它在驅(qū)動梁216的自由端以及在負(fù)載梁206的錨定端附近最接近于負(fù)載梁206。
[0059]在透射式或透反式的實(shí)施方案中，表面203包括用于允許光通過的一個或多個孔闌211。如果快門組件200是形成在一個不透明的基片(例如由硅制成)上，則表面203是該基片的表面，并且這些孔闌211是通過蝕刻穿過該基片的一組孔來形成的。如果快門組件200是形成在一個透明的基片(例如由玻璃或塑料制成)上，則表面203是沉積在該基片上的光阻斷層的一個表面，并且這些孔闌是通過將表面203蝕刻成一組孔211來形成的。這些孔闌211可以總體上是圓形、橢圓形、多邊形、蛇形、或不規(guī)則的形狀。在反射式或某些透反式的實(shí)施方案中，這些區(qū)域211可以代表具有比周圍基片更高的反射或更低的反射的區(qū)域，這樣快門組件200的移動就調(diào)制了來自基于快門的光調(diào)制器200的總的反射光。
[0060]在工作中，一種結(jié)合了光調(diào)制器200的顯示裝置通過驅(qū)動梁錨定件218將一個電勢施加到這些驅(qū)動梁216上?？梢詫⒘硪粋€電勢施加到這些負(fù)載梁206上。在這些驅(qū)動梁216與負(fù)載梁206之間所造成的電位差將這些驅(qū)動梁216的自由端拉向這些負(fù)載梁206的錨定端，并且將這些負(fù)載梁206的快門末端拉向這些驅(qū)動梁216的錨定端，由此將快門202橫向地朝向驅(qū)動錨定件218驅(qū)動。這些順性梁206起到彈簧的作用，這樣當(dāng)梁206和216兩端的電壓被移除時，這些負(fù)載梁206把快門202推回其初始位置中，從而釋放存儲在這些負(fù)載梁206中的應(yīng)力。
[0061]快門組件200 (也稱為彈性快門組件)結(jié)合一個被動的恢復(fù)力(如彈簧)，用于在電壓已被移除后將快門返回到其休止或松馳位置。多個彈性恢復(fù)機(jī)構(gòu)和不同的靜電學(xué)連接件可以被設(shè)計(jì)到靜態(tài)學(xué)致動器之中或者與靜態(tài)學(xué)致動器相結(jié)合，在快門組件200中展示的這些順性梁僅是一個實(shí)例。在美國專利申請11/251，035和11/326，696中說明了其他實(shí)例，通過引用將其結(jié)合在此。例如，可以提供一個高度非線性的電壓移位響應(yīng)，這有利于在工作的“開”與“關(guān)”狀態(tài)之間的一個突然躍遷，并且在許多情況下這為快門組件提供了一種雙穩(wěn)態(tài)的或滯后性工作特性。其他靜電致動器可以被設(shè)計(jì)成具有更多增量的電壓移位響應(yīng)并且具有相當(dāng)大的減少的滯后現(xiàn)象，如可以被優(yōu)選用于模擬灰度運(yùn)行。
[0062]靜態(tài)學(xué)快門組件內(nèi)的致動器205被稱為是在閉合或致動的位置與一個松馳的位置之間工作。然而，設(shè)計(jì)者也可以選擇把孔闌211安置為每當(dāng)致動器205處于其松馳位置時，快門組件200或處于“開放”狀態(tài)(即透光)、或處于“關(guān)閉”狀態(tài)(即阻斷光)，為了說明的目的，以下假設(shè)在此說明的彈性快門組件被設(shè)計(jì)為在其松馳狀態(tài)下是開放的。
[0063]在許多情況下，優(yōu)選的是提供“開放”和“閉合”致動器的一種二元設(shè)置作為快門組件的一部分，這樣這些控制電子件能夠靜電地驅(qū)動這些快門進(jìn)入開放和關(guān)閉狀態(tài)的每一種之中。
[0064]在多個替代的實(shí)施方案中，顯示裝置100包括的光調(diào)制器不同于橫向的基于快門的光調(diào)制器，如以上說明的快門組件200。例如，圖2B是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于結(jié)合在基于圖1A的MEMS顯示裝置100的替代實(shí)施方案中的一種卷動致動器的基于快門的光調(diào)制器220的截面視圖。如在名稱為“Electric Display Device”的美國專利5，233，459中以及在名稱為“Spatial Light Modulator”的美國專利5，784，189中進(jìn)一步所說明的那樣，一個基于卷動致動器的光調(diào)制器包括一個可移動的電極，該電極被安置為與一個固定的電極對置并且被偏置為在一個優(yōu)選的方向上移動，以便在施加一個電場時產(chǎn)生一個快門，這兩個專利文件的全文通過引用結(jié)合在此。在一個實(shí)施方案中，光調(diào)制器220包括置于一個基片228與一個絕緣層224之間的一個平面電極226，以及一個可移動的電極222，該可移動的電極具有被附接到絕緣層224上的一個固定端230。在沒有施加任何電壓時，可移動的電極222的一個可移動端232自由地朝向固定端230卷動以產(chǎn)生一種卷起狀態(tài)。在電極222與226之間應(yīng)用電壓時使得可移動的電極222不發(fā)生卷動并且平坦地躺靠在絕緣層224上，由此它充當(dāng)一個快門，該快門阻斷光行進(jìn)穿過基片228。在電壓被移除后，可移動的電極222通過一個彈性恢復(fù)力返回到該卷起的狀態(tài)。朝向一種卷起的狀態(tài)的偏置可以通過制造可移動的電極222而包括一種非均勻的起始應(yīng)力或拉緊狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。
[0065]圖2C是并非基于快門的MEMS光調(diào)制器250的一個說明性的截面視圖。根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案，光閘門調(diào)制器250是適合結(jié)合在圖1A的基于MEMS顯示裝置100的一個替代實(shí)施方案。如在名稱為 “Micromechanical Optical Switch and Flat PanelDisplay”的美國專利號5，771，321中所進(jìn)一步所說明的，光閘門根據(jù)一種受抑全內(nèi)反射的原理來工作，其全文通過引用結(jié)合在此。即，光252被引入一個光引導(dǎo)件254中，其中，無干涉時，光252由于全內(nèi)反射而使其大部分不能通過其前表面或后表面而逸出光引導(dǎo)件254。光閘門250包括一個閘門元件256，該閘門元件具有一個足夠高的折射率，該折射率響應(yīng)于與光引導(dǎo)件254相接觸的閘門兀件256,碰撞在鄰近閘門兀件256的光引導(dǎo)件254的表面上的光252通過閘門元件256朝向觀察者逸出光引導(dǎo)件254，由此對形成一個圖像起作用。
[0066]在一個實(shí)施方案中，閘門元件256被形成為撓性透明材料的梁258的一部分。多個電極260覆蓋了梁258 —側(cè)上的多個部分。在光引導(dǎo)件254上安排了多個對置的電極260。通過在這些電極260兩端施加一個電壓，可以控制閘門兀件256相對于光引導(dǎo)件254的位置以選擇性地從光引導(dǎo)件254中提取光252。
[0067]基于卷簾的光調(diào)制器220和光閘門250并非僅有的適合于包括在本發(fā)明的不同實(shí)施方案的MEMS光調(diào)制器中的實(shí)例。應(yīng)該理解，可以存在其他MEMS光調(diào)制器并且可以將它們有效地結(jié)合在本發(fā)明中。
[0068]美國專利申請?zhí)?1/251，035和11/326,696已經(jīng)說明了多種方法，通過這些方法使一個陣列的快門可以通過一個控制矩陣來控制以產(chǎn)生具有適當(dāng)?shù)幕叶鹊膱D像，該圖像在許多情況下是移動的圖像。在一些情況下，控制是通過被連接到顯示器周邊上的多個驅(qū)動電路上的一個無源矩陣的陣列的行和列的互連來實(shí)現(xiàn)的。在其他情況下，適當(dāng)?shù)氖窃谠撽嚵?所謂的有源矩陣)的每個像素內(nèi)包括切換和/或數(shù)據(jù)存儲元件，以改進(jìn)速度、灰度和/或顯示器的功率耗散性能。
[0069]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案適合于對結(jié)合在圖1A的基于MEMS的顯示裝置100的這些光調(diào)制器進(jìn)行控制的一個控制矩陣300的示意圖。圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案被連接到圖3A的控制矩陣300上的一個陣列320的基于快門的光調(diào)制器的透視圖?？刂凭仃?00可以對一個陣列的像素320 (“陣列320”)進(jìn)行尋址。每個像素301包括一個彈性快門組件302，如圖2A中由一個致動器303控制的快門組件200。每個像素還包括一個孔闌層322，該孔闌層包括多個孔闌324?？梢栽诿绹鴮＠暾?zhí)?1/251，035和11/326，696中找到快門組件(如快門組件302)的另外的電氣和機(jī)械說明以及其上的變體。還可以在美國專利申請?zhí)?1/607，715中找到替代的控制矩陣的說明。
[0070]將控制矩陣300制造成一個基片304表面上的一個擴(kuò)散的或薄膜沉積的電路，在該基片上形成這些快門組件302?？刂凭仃?00包括一個用于控制矩陣300中的每行的像素301的掃描線互連306以及一個用于控制矩陣300中的每列像素301的數(shù)據(jù)互連308。每個掃描線互連306將一個寫賦能電壓源307電連接到對應(yīng)排的像素301中的這些像素301上。每個數(shù)據(jù)互連308將一個數(shù)據(jù)電壓源(“Vd源”)309電連接到一個對應(yīng)列的像素301中的這些像素301上。在控制矩陣300中，數(shù)據(jù)電壓Vd提供了用于致動這些快門組件302所需的主要能量。因此，數(shù)據(jù)電壓源309還用作致動電壓源。
[0071]參見圖3A和圖3B，對于每個像素301或?qū)τ谠撽嚵械南袼?20中的每個快門組件302，控制矩陣300包括一個晶體管310和一個電容器312。每個晶體管310的柵極被電連接到陣列320中該行的掃描線互連306上，像素301位于該陣列中。每個晶體管310的源極被電連接到其對應(yīng)的數(shù)據(jù)互連308上。每個快門組件302的致動器303包括兩個電極。每個晶體管310的漏極被并聯(lián)地電連接到對應(yīng)的電容器312的一個電極上并且被電連接到對應(yīng)致動器303的這些電極之一上。在快門組件302中電容器312的其他電極以及致動器303的其他電極被連接到一個公共電位或地電位上。在多個替代實(shí)現(xiàn)方式中，這些晶體管310可以用半導(dǎo)體二極管和/或金屬一絕緣層一金屬夾層型的開關(guān)元件代替。
[0072]在工作中，為了形成圖像，控制矩陣300通過將Vwe依次施加到每個掃描線互連306上使陣列320中的每行按順序?qū)戀x能。對于一個寫賦能的行，將Vwe施加到該行中的這些像素301的晶體管310的柵極上從而允許電流經(jīng)過這些晶體管310而流過這些數(shù)據(jù)互連308,以將一個電位施加到快門組件302的致動器303上。當(dāng)該行被寫賦能時，數(shù)據(jù)電壓Vd被選擇性地施加到這些數(shù)據(jù)互連308上。在提供模擬灰度的實(shí)現(xiàn)方式中，相對位于寫賦能掃描線互連306與數(shù)據(jù)互連308的交匯處的像素301的所希望的亮度改變施加到每個數(shù)據(jù)互連308上的數(shù)據(jù)電壓。在提供數(shù)字控制方案的實(shí)現(xiàn)方式中，數(shù)據(jù)電壓被選擇為或是一個相對低幅值的電壓(即，一個接近地的電壓)或是滿足或超過Vat (致動閾值電壓)。響應(yīng)于施加到一個數(shù)據(jù)互連308上的Vat，對應(yīng)的快門組件302中的致動器303致動，從而打開了快門組件302中的快門。即使在控制矩陣300停止對一個行施加Vwe之后，施加到數(shù)據(jù)互連308上的電壓仍保持存儲在像素301的電容器312中。因此，不必要為了使快門組件302致動而在一行上對電壓\e等待和保持足夠長的時間；這種致動在寫賦能電壓已經(jīng)從該行上移除之后仍可以進(jìn)行。這些電容器312還起陣列320內(nèi)的存儲元件的作用，從而把致動指令存儲到長達(dá)照明一個圖像幀所需要的時間。
[0073]這些像素301連同陣列320的控制矩陣300被形成在一個基片304上。該陣列包括被放置在基片304上的一個孔闌層322，該孔闌層包括用于陣列320中的對應(yīng)像素301的一組孔闌324。這些孔闌324與每個像素中的快門組件302對齊。在一個實(shí)現(xiàn)方式中，基片304是由一種透明材料制成，如玻璃或塑料。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，基片304是由不透明的材料制成，但在其中蝕刻多個孔以形成這些孔闌324。在又另一個用于反射式或透反式工作的實(shí)現(xiàn)方式中，區(qū)域324可以代表具有比周圍基片更高的反射率或更低的反射率的區(qū)域，這樣快門組件的運(yùn)動就起到調(diào)制來自該調(diào)制平面前方的一個光源的光中的反射部分的作用。
[0074]快門組件302的多個部件或者與控制矩陣300同時處理或者在同一個基片上在隨后的處理步驟中進(jìn)行處理?？刂凭仃?00中的這些電氣部件是使用與制造液晶顯示器的薄膜晶體管陣列一樣的薄膜技術(shù)制造的?？晒┦褂玫募夹g(shù)說明在Den Boer, Active MatrixLiquid Crystal Displays (Elsevier, Amsterdam, 2005)中，該文獻(xiàn)通過引用結(jié)合在此。這些快門組件是使用類似于微型加工技術(shù)或者與微型機(jī)械(即，MEMS)裝置的制造相類似的技術(shù)來制造的。在 Ra1-Choudhury 等人的 Microlithography, Micromachining&Microfabrication (SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash.1997)手冊中說明 了許多可供使用的薄膜MEMS技術(shù)，該手冊通過引用結(jié)合在此。在美國專利申請?zhí)?1/361，785和11/731,628中可以找到在玻璃基片上形成MEMS光調(diào)制器的專門制造技術(shù)，它們的全文通過引用結(jié)合在此。例如，如在那些申請中所說明的，快門組件302可以通過一種化學(xué)氣相沉積過程沉積的非晶態(tài)硅薄膜形成。
[0075]快門組件302與致動器303 —起可以制成雙穩(wěn)態(tài)的。即，這些快門可以存在于至少兩個平衡的位置(例如，開放或關(guān)閉)中，其中將它們保持在兩個位置的任何一個需要很小的電力或者不需要電力。更具體地講，快門組件302可以是機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)的。一旦設(shè)置了快門組件302的快門位置，就不再需要任何電能或保持電壓來維持那個位置。在快門組件302的這些實(shí)體元件上的機(jī)械應(yīng)力可以將快門保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> [0076]快門組件302與致動器303 —起還可以制成電氣雙穩(wěn)態(tài)的。在一個電氣雙穩(wěn)態(tài)的快門組件中，存在著低于快門組件的致動電壓的電壓范圍，如果該電壓被施加到一個關(guān)閉的致動器上(其中該快門或者開放或者關(guān)閉)，則保持該致動器關(guān)閉并且保持快門的位置，即使在該快門上施加一個反向的力。該反向的力可以通過彈簧(如基于快門的光調(diào)制器200中的彈簧207)施加，或者該反向的力可以通過一個相反的致動器(如“開放的”或“關(guān)閉的”致動器)來施加。
[0077]光調(diào)制器陣列320被描繪為每個像素具有一個單個的MEMS光調(diào)制器。其他實(shí)施方案是可能的，其中在每個像素中提供多個MEMS光調(diào)制器，由此在每個像素中提供了不僅只是二元的“開”或“關(guān)”的光學(xué)狀態(tài)的可能性。某種形式的編碼區(qū)域劃分的灰度是可能的，在此在所述像素設(shè)有多個MEMS光調(diào)制器，并且其中與每個光調(diào)制器相關(guān)聯(lián)的多個孔闌324具有不相等的區(qū)域。
[0078]在其他實(shí)施方案中，基于卷簾的光調(diào)制器220和光閘門250、連同其他基于MEMS的光調(diào)制器可以代替光調(diào)制器陣列320內(nèi)的快門組件302。
[0079]圖4A和圖4B示出適合于包含在本發(fā)明的不同實(shí)施方案中的一種替代的基于快門的光調(diào)制器(快門組件)400。光調(diào)制器400是一種二元致動器快門組件的一個實(shí)例，并且在圖4A中示出于開放狀態(tài)。圖4B是處于關(guān)閉狀態(tài)的二元致動器快門組件400的視圖。快門組件400在前文參照的美國專利申請11/251，035中有進(jìn)一步詳細(xì)的說明。與快門組件200相對比，快門組件400在快門406的兩側(cè)的任一側(cè)上包括致動器402和404。每個致動器402和404獨(dú)立地受控制。一個第一致動器(快門開放致動器402)用來打開快門406。一個第二對置的致動器(快門關(guān)閉致動器404)用來關(guān)閉快門406。致動器402和404兩者均是順性梁的電極致動器。這些致動器402和404通過驅(qū)動實(shí)質(zhì)性地在平行于一個孔闌層407的平面中的快門406來打開和關(guān)閉快門406，該快門被懸掛在該孔闌上方?？扉T406通過被附接到這些致動器402和404上的多個錨定件408而被懸掛在孔闌層407之上的一個短距離處。將沿其運(yùn)動軸線附著在快門406的兩端上的多個支架包括在內(nèi)減少了快門406的平面外運(yùn)動并且限定了基本上平行于該基片的平面的運(yùn)動。通過模擬圖3A的控制矩陣300，適合與快門組件400 —起使用的一個控制矩陣可以包括用于每個對置的快門開放和快門關(guān)閉的致動器402和404的一個晶體管和一個電容器。
[0080]快門406包括兩個快門孔闌412,光可以經(jīng)這些孔闌通過?？钻@層407包括一組三個孔闌409。在圖4A中，快門組件400處于開放狀態(tài)，并且這樣，快門開放的致動器402已經(jīng)被致動，快門關(guān)閉的致動器404處于其松馳位置中，并且孔闌412與409的中線重合。在圖4B中，快門組件400已經(jīng)被移動到關(guān)閉狀態(tài)，并且這樣，快門開放的致動器402處于其松馳位置，快門關(guān)閉的致動器404已經(jīng)被致動，并且快門406的這些阻斷光的部分現(xiàn)在能夠阻斷光經(jīng)過這些孔闌409的傳送(如虛線所示)。
[0081]每個孔闌圍繞其周邊具有至少一個邊緣。例如，這些矩形孔闌409具有四個邊緣。在多個替代實(shí)現(xiàn)方式中，其中圓形、橢圓形、卵形、或其他彎曲的孔闌形成在孔闌層407中，每個孔闌可以僅具有一個單個的邊。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，這些孔闌不需要是分離的或者在數(shù)學(xué)意義上是脫離連接的，但反之可以是相連接的。這就是說，當(dāng)該孔闌的多個部分或多個成形的區(qū)段可以與每個快門保持一致時，可以連接這些區(qū)段中的幾個，這樣使該孔闌的一個單個的連續(xù)的周邊由多個快門分享。
[0082]為了允許光以不同的輸出角在開放狀態(tài)中通過孔闌412和409，有利的是為快門孔闌412提供比孔闌層407中的孔闌409的對應(yīng)的寬度或尺寸更大的寬度或尺寸。為了在關(guān)閉狀態(tài)有效地阻斷光逸出，優(yōu)選的是快門406的這些阻斷光的部分與這些孔闌409相重疊。圖4B示出了在快門406中的光的阻斷部分的邊緣與在孔闌層407中形成的孔闌409的一個邊緣之間的一個預(yù)定重疊416。
[0083]這些靜電致動器402和404被設(shè)計(jì)為使它們的移位電壓行為對快門組件400提供了一種雙穩(wěn)態(tài)特性。對于快門開放和快門關(guān)閉致動器中的每一個，存在著低于該致動電壓的一個電壓范圍，如果施加這樣的電壓，則處于關(guān)閉狀態(tài)(其中該快門或者處于開放或者關(guān)閉)的致動器將使該致動器保持關(guān)閉并且使該快門保持在位，即使是在將一個致動電壓施加到對置的致動器上之后。用來維持對抗這樣一個反向力的快門位置所需要的最低電壓被稱為維持電壓Vm。在以上引用的美國專利申請?zhí)?1/607,715中說明了借助于雙穩(wěn)態(tài)工作特性的多個控制矩陣。
[0084]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案結(jié)合基于快門的光調(diào)制器(快門組件)502的一種顯示裝置500的截面圖。每個快門組件結(jié)合了一個快門503以及一個錨定件505。未示出這些順性梁的致動器，當(dāng)這些致動器被連接在這些錨定件505與這些快門503之間時，它們有助于將這些快門懸掛在該表面之上的短距離上。這些快門組件502被布置在一個透明的基片504上，該基片優(yōu)選地由塑料、石英、或玻璃制成。被放置在基片504上的一個面向后部的反射層(反射膜506)限定了多個表面孔闌508，這些表面孔闌位于這些快門組件502的這些快門503的關(guān)閉位置之下。反射膜506將未穿過這些表面孔闌508的光向回朝顯示裝置500的后部反射。反射性孔闌層506可以是一種沒有夾雜物的有細(xì)晶粒的金屬膜，它是以薄膜形式通過多種氣相沉積技術(shù)形成的，這些沉積技術(shù)包括濺射、蒸發(fā)、離子電鍍、激光燒蝕、或化學(xué)氣相沉積。在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，面向后部的反射層506可以由反射鏡形成，如電介質(zhì)鏡。電介質(zhì)鏡被制造成一疊高反射率材料與低反射率材料之間交替的介電體薄膜。使這些快門503與反射膜506分離的垂直間隙是在0.5至10微米的范圍之內(nèi)，所述快門在該垂直間隙內(nèi)自由移動。垂直間隙的幅值優(yōu)選地小于快門503的邊緣與關(guān)閉狀態(tài)中的孔闌508的邊緣之間的側(cè)向重疊，如圖4B所示的重疊416。
[0085]顯示裝置500包括一個可任選的漫射器512和/或一個可任選的、具有多種不同電位取向(在此只示出了一個)的亮度增強(qiáng)膜514，該亮度增強(qiáng)膜使基片504與一個平面的光引導(dǎo)件516相分離。該光引導(dǎo)件包括一種透明材料，即玻璃或塑料材料。光引導(dǎo)件516是由形成背光的一個或多個光源518照明的。這些光源518可以是(例如但不限于)白熾燈、突光燈、激光、或發(fā)光二極管(LED)。一個反射器519幫助從燈518向光引導(dǎo)件516引導(dǎo)光。一個面向前部的反射膜520被放置在背光516之后，向這些快門組件502反射光。光線(如來自背光未穿過這些快門組件502之一的光線521)將被返回到背光上并且被再次從膜520上反射。通過這種形式，未能離開顯示器而形成圖像的光可以被回收并且可供用于經(jīng)陣列的快門組件502中的其他開放的孔闌透射。已經(jīng)示出這種光的回收可以提高顯示器的照明效率。
[0086]光引導(dǎo)件516包括一組幾何學(xué)光轉(zhuǎn)向器或棱鏡517，這些光轉(zhuǎn)向器或棱鏡把來自這些燈518的光再次引導(dǎo)朝向這些孔闌508并且因此朝向所述顯示器的前部。這些光的轉(zhuǎn)向器可以被模制在光引導(dǎo)件516的塑料體中，其形狀可以替代的是三角形、梯形、或者在截面上是彎曲的。這些棱鏡517的密度總體上隨著與燈518的距離而增加。
[0087]在多個替代實(shí)施方案中，孔闌層506可以由吸光的材料制造，并且在多個替代實(shí)施方案中，快門503的表面可以或覆蓋吸光的材料或覆蓋反射光的材料。在多個替代實(shí)施方案中，孔闌層506可以被直接沉積在光引導(dǎo)件516的表面上。在多個替代實(shí)施方案中，不必將孔闌層506沉積在這些快門503和錨定件505的同一基片上(見以下說明的MEMS下構(gòu)形)。在美國專利申請?zhí)?1/218，690和11/528，191中詳細(xì)說明了用于顯示器照明系統(tǒng)的這些和其他實(shí)施方案，其全文通過引用結(jié)合在此。
[0088]在一個實(shí)現(xiàn)方式中，這些光源518可以包括不同顏色的燈，例如紅色、綠色、以及藍(lán)色。一個彩色圖像可以由不同顏色的燈來形成，這是以對于人的大腦來說足夠?qū)⒉煌伾亩鄠€圖像平均成一個單個的多顏色圖像的速率來順序地照明圖像。這些不同的顏色特定的圖像是通過使用該陣列的快門組件502形成的。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，光源518包括具有多于三種不同顏色的燈。例如，光源518可以具有紅燈、綠燈、藍(lán)燈和白燈或者紅燈、綠燈、藍(lán)燈、和黃燈。
[0089]一個蓋板522形成了顯示裝置500的前部。該蓋板522的后側(cè)可由一個黑矩陣524覆蓋以提高對比度。在多個替代實(shí)現(xiàn)方式中，蓋板包括多個濾色鏡，例如對應(yīng)于這些快門組件502的不同快門的不同的紅、綠、和藍(lán)濾色鏡。蓋板522被支撐離開這些快門組件502的一個預(yù)定距離從而形成一個間隙526。間隙526是通過多個機(jī)械支架或間隔件527和/或通過將蓋板522附接到基片504上的一個粘合密封件528來維持的。
[0090]粘合密封件528密封在一種工作流體530中。工作流體530被設(shè)計(jì)成具有優(yōu)選地約在10%以下的粘性并且具有優(yōu)選地約在2.0以上的相對介電常數(shù)、以及約在104V/cm以上的介電擊穿強(qiáng)度。工作流體530還可以用作一種潤滑劑。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體530是一種具有高表面濕潤性的疏水液體。在替代實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體530具有一個折射率，該折射率或者大于或者小于基片504的折射率。
[0091]密封材料528可以由高分子黏合劑(如環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、或者一種硅氧樹脂材料)形成。粘合密封件528應(yīng)具有優(yōu)選低于約200°C的固化溫度，它應(yīng)具有優(yōu)選低于約50ppm/°C的熱膨脹系數(shù),并且應(yīng)耐潮濕。示例性的密封劑528是由Epoxy Technology公司出售的EPO-TEK B9021-1。在一個替代實(shí)施方案中，該粘合劑是由一種可熱回流材料(如一種焊料金屬或一種玻璃料化合物)形成的。
[0092]粘合密封件528密封在一種工作流體530中。工作流體530被設(shè)計(jì)成具有優(yōu)選地約在10%以下的粘性并且具有優(yōu)選地約在2.0以上的相對介電常數(shù)、以及約在104V/cm以上的介電擊穿強(qiáng)度。工作流體530還可以用作一種潤滑劑。在替代實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體530具有一個折射率，該折射率或者大于或者小于基片504的折射率。在一個實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體具有大于2.0的折射率。適當(dāng)?shù)墓ぷ髁黧w530包括但并不限于去離子水、甲醇、乙醇、硅油、庚烷、辛烷、氟化硅油、二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、六甲基氧二硅烷、和二乙基苯。
[0093]在另一種實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體530是一種具有高表面濕潤性的疏水液體。優(yōu)選地，它的粘濕能力足以潤濕快門組件502的前表面以及后表面。疏水性的流體能夠從快門組件502的這些表面上置換出水。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體530包含一種直徑在0.2到20微米范圍內(nèi)的顆粒的懸濁液。這種顆粒對光進(jìn)行散射以增加一臺顯示器的視角。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，工作流體530包含處于溶液中的染料分子，用于吸收可見光的某些或全部頻率以增加該顯示器的對比度。在另一個實(shí)現(xiàn)方式中，該流體包含多種添加劑,如乙醇、離子流體、BHT或其他添加劑以便略微地導(dǎo)電，或者以其他方式防止在這些組件的表面上積累靜電荷。[0094]一種金屬板或模制的塑料組件托架532支持著蓋板522、基片504、背光516以及一起圍繞這些邊緣的其他部件部分。組件托架532通過螺釘或刻痕片來緊固，以增加組合的顯示裝置500的剛性。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，光源518通過一種環(huán)氧灌注化合物而模制在適當(dāng)?shù)奈恢谩７瓷淦?36幫助從光引導(dǎo)件516的邊緣中逸出的光返回到光引導(dǎo)件中。在圖5中未示出給這些快門組件502以及這些燈518提供控制信號以及電力的多個電互連。
[0095]在美國專利申請?zhí)?1/361，785和11/731，628中可以找到顯示裝置500的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和替代構(gòu)形(因此也包括其制造方法)，其全文通過引用結(jié)合在此。
[0096]顯示裝置500稱為MEMS在上的構(gòu)形，其中這些基于MEMS的光調(diào)制器形成在基片504的一個前表面上，即面向觀察者的表面上。這些快門組件502被直接構(gòu)建在反射性孔闌層506的上面。在本發(fā)明的一個替代實(shí)施方案中，稱之為MEMS在下的構(gòu)形，這些快門組件被放置在與該基片分離的一個基片上，在該基片上形成所述反射孔闌層。在其上形成限定多個孔闌的反射性孔闌層的基片在此被稱為孔闌板。在MEMS在下的構(gòu)形中，承載基于MEMS的光調(diào)制器的基片在顯示裝置500中取代了蓋板522的位置并且被定向?yàn)槭惯@些基于MEMS的光調(diào)制器被定位在該頂部基片的后表面上，即該表面背離觀察者并且朝向背光516。由此，基于MEMS的光調(diào)制器直接與反射性孔闌層相對置并且與之跨過一個間隙。該間隙可以通過一系列的連接孔闌板與基片的間隔柱來維持并且在基片上形成了這些MEMS調(diào)制器。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，這些間隔件被放置在陣列的每個像素之內(nèi)或者在它們之間。使這些MEMS光調(diào)制器與它們的對應(yīng)的孔闌分離的間隙或距離優(yōu)選地小于10微米、或者是一個小于快門與孔闌之間的重疊(如重疊416)的距離。在以上引用的美國專利申請11/361,785、11/528，191、和11/731,628中可以找到MEMS在下的顯示器構(gòu)形的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和多種替代實(shí)施方案。
[0097]在其他實(shí)施方案中，基于卷簾的光調(diào)制器220或光閘門250連同其他基于MEMS的光調(diào)制器可以替代顯示器組件500之內(nèi)的這些快門組件502。
[0098]快門的制造
[0099]一個快門必須滿足機(jī)械的、光學(xué)的以及電學(xué)的特性。在機(jī)械上，在工作中這種快門薄膜支撐著裝置的負(fù)載和應(yīng)力。在電學(xué)上，該材料必須是至少最低限度地導(dǎo)電的以允許靜電致動。在光學(xué)上，快門薄膜必須是足夠不透明的以便阻斷光。具有一種滿足所有這些機(jī)械的、電學(xué)的和光學(xué)的要求的單一薄膜是有可能的。然而，在一種復(fù)合式堆疊中使用多個薄膜提供了設(shè)計(jì)上和方法上的更大寬廣度。
[0100]圖6Α至圖6Ε是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案類似于圖2Α所示的一個示例性復(fù)合快門組件600的多級構(gòu)造的截面視圖。圖6Α示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實(shí)施方案的一個復(fù)合式快門組件600的截面詳細(xì)視圖。快門組件600包括快門601、一個順性梁602、以及建立在基片603和孔闌層606上的錨結(jié)構(gòu)604。該復(fù)合快門組件的這些元件包括一個第一機(jī)械層605、一個導(dǎo)體層607、一個第二機(jī)械層609、以及一種封裝介電體611。機(jī)械層605或609中的至少一個將被沉積到超過0.05微米的厚度，因?yàn)檫@些機(jī)械層中的一個或二者都將包括用于該快門組件的原理支承負(fù)載和機(jī)械致動構(gòu)件。機(jī)械層605和609的待選材料包括但是不限于:金屬，如Al、Cu、N1、Cr、Mo、T1、Ta、Nb、Nd、或其合金；介電材料，如A1203、SiO2, Ta2O5、或SixNy ;或者半導(dǎo)體材料，如鉆石樣碳、S1、Ge、GaAs, CdTe或者其合金。這些層的至少之一，如導(dǎo)體層607，應(yīng)該是導(dǎo)電的，從而能夠?qū)㈦姾蓴y帶到這些致動元件上以及從其上帶走。待選材料包括但不限于:A1、Cu、N1、Cr、Mo、T1、Ta、Nb、Nd、或其合金，或者半導(dǎo)體材料，如鉆石樣碳、S1、Ge、GaAs, CdTe或其合金，特別是當(dāng)這些半導(dǎo)體被摻雜有雜質(zhì)，如磷、砷、硼、或鋁時。圖6A示出了用于該復(fù)合材料的一種3層夾層構(gòu)形，其中具有類似厚度和機(jī)械性能的機(jī)械層605和609被沉積在導(dǎo)體層607的兩側(cè)的任一側(cè)上。在一些實(shí)施方案中，該夾層結(jié)構(gòu)幫助確保在沉積之后剩余的應(yīng)力和/或由溫度改變而施加的應(yīng)力將不會起作用而引起快門組件600彎曲或扭曲。對于某些應(yīng)用，一種2層夾層或者I層的快門組件可以是足以滿足所要求的性能規(guī)格的。
[0101]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，可以將復(fù)合快門組件600中的這些層的次序反轉(zhuǎn)，從而夾層的外側(cè)包括一個導(dǎo)體層而夾層的內(nèi)側(cè)包括一個機(jī)械層。
[0102]在快門601中使用的材料的進(jìn)一步的說明(包括被選擇用于結(jié)合了吸收或反射入射光的的材料的說明)可以在2006年2月23日提交的名稱為“Display Apparatus andMethods For Manufacture Thereof ”美國專利申請11/361，785中找到,其全部通過引用結(jié)合在此。
[0103]快門組件600包括一個可以封裝或部分覆蓋快門組件的介電層611。介電涂層可以按共形的方式進(jìn)行施加，這樣使得這些快門和梁的所有底表面、頂表面、以及側(cè)表面都被均勻地涂覆或施加，這樣僅涂覆了有待產(chǎn)生接觸的表面。這類薄膜可以通過一種絕緣體如A1203、Cr2O3> TiO2, HfO2, V2O5, Nb2O5, Ta2O5, SiO2、或 Si3N4 的熱氧化和 / 或通過附形的化學(xué)氣相沉積，或者通過原子層沉積來沉積類似的材料而生成。該介電涂層可以施加到IOnm到I微米范圍內(nèi)的厚度。并不總是需要完全共形的介電涂層。在一些情況下可以使用濺射和蒸發(fā)將介電涂層沉積在側(cè)壁上，而不覆蓋這些裝置的底面。
[0104]圖6B至圖6E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的、用于構(gòu)建快門組件600的一種示例性方法。在許多實(shí)現(xiàn)方式中，快門組件被構(gòu)建在一個預(yù)先存在的控制矩陣上，例如一個薄膜晶體管的有源矩陣陣列。在以上提到并結(jié)合的美國專利申請?zhí)?1/361,785中說明了用于在一個孔闌層606上或者與該孔闌層相結(jié)合構(gòu)造該控制矩陣的過程。
[0105]圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案在形成快門組件600的過程中的一個第一步驟的截面圖。如在圖6B中所示，沉積一個犧牲層613并構(gòu)成圖案。線性酚醛樹脂、或者任何以在反應(yīng)中苯酚過量的方式生產(chǎn)的熱塑料性的酚醛樹脂都是優(yōu)選的犧牲材料。其他待選的犧牲材料包括聚合物材料，如聚酰亞胺、聚酰胺、含氟聚合物、苯并環(huán)丁烯、聚苯基喹氧烯(polyphenylquinoxylene)、聚對二甲苯、或聚降冰片烯。選擇這些材料是因?yàn)槠涫勾植诒砻嫫秸⒃诔^250°C的處理溫度下保持機(jī)械完整性、以及其在去除過程中易于蝕刻和/或熱分解的能力?？梢栽诠庵驴刮g劑中間找到可供選擇的替代犧牲層:聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基乙烯、聚酰亞胺以及酚樹脂或線性酚醛樹脂，盡管它們的使用典型地限于350°C以下。一個替代的犧牲層是SiO2，只要其他電子電路或結(jié)構(gòu)層耐受用于將其去除的氫氟酸溶齊IKSi3N4是耐受的)就可以優(yōu)選將其去除。另一個替代犧牲層是硅，只要其他的電子電路或者結(jié)構(gòu)層耐受用于將其去除的氟等離子或者XeF2 (多數(shù)金屬和/或Si3N4是耐受的)就可以優(yōu)選將其去除。另一個替代犧牲層是鋁，只要其他電子電路或者結(jié)構(gòu)層耐受強(qiáng)堿(如濃NaOH)溶液(例如Cr、N1、Mo、Ta、和Si是耐受的)就可以優(yōu)選將其去除。然而，另一個替代犧牲層是銅，只要其他的電子電路或者結(jié)構(gòu)層耐受硝酸或硫酸溶液(例如Cr、Ni和Si是耐受的)就可以優(yōu)選將其去除。[0106]接著，使?fàn)奚鼘?13構(gòu)成圖案以暴露出這些錨定件區(qū)域604處的多個孔或穿通孔。優(yōu)選的線性酚醛樹脂材料和其他聚合物樹脂可以配制成包括多種感光劑，這些感光劑能夠使通過一個UV光掩模暴光的多個區(qū)域在顯影液中被優(yōu)選被去除。通過在用一個附加的光致抗蝕劑層涂覆該犧牲層、使該光致抗蝕劑用光構(gòu)成圖案、并且最后用光致抗蝕劑作蝕刻掩?？梢詷?gòu)成其他犧牲層613的圖案?？梢酝ㄟ^用一種硬掩模涂覆該犧牲層構(gòu)成其他犧牲層的圖案，該硬掩模可以是一薄層SiO2或者金屬，如鈷。然后通過光致抗蝕劑和濕化學(xué)蝕刻把一個光圖案轉(zhuǎn)變成這種硬掩模。在硬掩模中顯影的圖案可以非常耐受干化學(xué)蝕刻、各向異性蝕刻、或等離子蝕刻，這些是可以用于在犧牲層中產(chǎn)生非常深和窄的錨定件孔的技術(shù)。
[0107]在犧牲層中已經(jīng)開出錨定件604或者穿通孔的區(qū)域以后，可以化學(xué)地或通過等離子體的濺射作用蝕刻曝露的和下襯的導(dǎo)電表面614，以去除任何表面氧化層。這樣一種接觸蝕刻步驟可以改進(jìn)下襯的導(dǎo)體與快門材料之間的歐姆連接。
[0108]在構(gòu)成該犧牲層圖案以后，可以通過使用溶劑清潔或使用酸蝕刻來去除任何光致抗蝕劑層或者硬掩模。
[0109]接著，如在圖6C中所示，在構(gòu)成快門組件600的過程中沉積快門材料。快門組件600由多個薄膜605、607、以及609組成。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一機(jī)械層605是一個首先由PECVD或其他低溫方法沉積的非晶態(tài)硅層，接著是一個包括鋁的導(dǎo)體層607、接下來是一個非晶態(tài)娃的第二層609。用于快門材料605、607、和609的沉積溫度低于犧牲材料發(fā)生物理退化的溫度。例如，已知線性酚醛樹脂在高于300°C的溫度下分解。快門材料605,607和609可以在低于300°C的溫度下沉積，因此允許把線性酚醛樹脂用作一種犧牲材料。氫化的非晶態(tài)娃對于層605和609是一種有用的機(jī)械材料,因?yàn)樗谝粋€相對地?zé)o應(yīng)力的狀態(tài)中，通過在150°C至350°C的范圍內(nèi)的溫度下由硅烷氣的等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)可以生成在0.05至3微米范圍內(nèi)的厚度。將磷化氫氣體(PH3)用作摻雜劑，從而非晶態(tài)娃可以生成具有低于10 Megaohm-Cm的電阻率。在替代實(shí)施方案中，一種類似的PECVD技術(shù)可以用于沉積作為機(jī)械層605的Si3N4、si I icon-rich Si3N4、或SiO2材料、或者用于沉積鉆石樣碳、Ge、SiGe、CdTe、或其他用于機(jī)械層605的半導(dǎo)體材料。PECVD沉積技術(shù)的一個優(yōu)點(diǎn)是該沉積可以是相當(dāng)共形的，即它可以涂覆多種傾斜的表面或窄的穿通孔的內(nèi)側(cè)表面。即使切入該犧牲材料的錨定件或者穿通孔帶來幾乎豎直的側(cè)壁，PECVD技術(shù)也可以在該錨定件的底部與頂部水平表面之間提供一種連續(xù)的涂覆。
[0110]除了 PECVD技術(shù)之外，可供用于生成快門層605或609的替代技術(shù)包括RF或DC濺射、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)、電鍍或無電鍍。
[0111]對于導(dǎo)體層607，優(yōu)選一種金屬薄膜(如Al)，盡管也可以選擇替代物，如Cu、N1、Mo、Ta、T1、W、Cr或以上的合金。將這樣一種導(dǎo)電材料包括在內(nèi)達(dá)到了兩個目的。它降低了快門材料的總的薄層電阻并且它幫助阻斷穿過快門材料的可見光的通路。(如果生成不到2微米的厚度，非晶態(tài)硅可以在一定程度透射可見光。)通過濺射，或者以一種比較共形的方式通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)、電鍍、或者無電鍍可以沉積該導(dǎo)電材料。
[0112]在圖6D中繼續(xù)構(gòu)造快門組件600的過程。當(dāng)犧牲層613仍在該晶片上時，對快門層605、607、和609進(jìn)行光掩模和蝕刻。首先施加一種光致抗蝕劑材料，然后通過一個光掩模暴光，并且然后顯影以形成一種蝕刻掩模。然后可以在氟基等離子化學(xué)制劑中蝕刻非晶態(tài)硅、氮化硅、和氧化硅。可以用HF濕化學(xué)制劑蝕刻Si02機(jī)械層；并且既可以用濕化學(xué)制劑或者也可以用氯基等離子化學(xué)制劑來蝕刻導(dǎo)體層中的任何金屬。
[0113]在圖6D中通過光掩模施加的這些構(gòu)成圖案形狀影響著一些機(jī)械特性，如快門組件600的這些致動器和快門中的剛度、柔順性、以及電壓響應(yīng)?？扉T組件600包括一個順性梁602，用截面圖示出。把順性梁602的形狀確定為使寬度小于該快門材料的總的高度或厚度。在此優(yōu)選的是維持至少>1:1的梁長寬比，其中這些梁602在向平面外的方向上的高度或厚度大于它們的寬度，使得所希望的移動方向比不希望的方向更加靈活。
[0114]如圖6E中所示繼續(xù)構(gòu)成快門組件600的過程。去除犧牲層613，這從基片603游離出除錨定件處以外的所有運(yùn)動部分。優(yōu)選用一種氧等離子體去除線性酚醛樹脂犧牲材料。還可以用一種氧等離子體，或者在一些情況下通過熱解去除用于犧牲層613的其他聚合體材料。一些犧牲材料層613 (如SiO2)可以通過濕化學(xué)蝕刻或者通過氣相蝕刻去除。
[0115]在圖6E中未示出但在圖6A中示出的一個最終過程中，在該快門的某些暴露的表面上沉積一種介電涂層611?？梢酝ㄟ^共形的方式施加介電涂層611，從而使用化學(xué)氣相沉積均勻地涂覆這些快門601和梁602的所有的底部、頂部、和側(cè)部的表面、或者非均勻地涂覆。所要求的共形性和薄膜厚度是由應(yīng)用來決定的，驅(qū)動梁上的介電薄膜只需要厚到在工作中致動表面相接觸時足以承受致動電壓。Al2O3和SiNx是層611的一種優(yōu)選介電涂層，該介電涂層對應(yīng)地通過原子層沉積或者PECVD而被沉積到10至100納米范圍的厚度。
[0116]最后，可以把抗靜摩擦涂層施加到快門601和梁602的某些表面上。例如，這些涂層防止致動器的兩個獨(dú)立的梁之間的不希望的粘性或粘附。可施加的涂層包括碳膜(石墨的和鉆石樣均可)以及氟聚合物、和/或低蒸氣壓力潤滑劑。這些涂層既可以通過暴露給一種分子蒸氣或者也可以通過化學(xué)氣相沉積通過分解一種前體化合物來施加?？轨o摩擦涂層還可以通過化學(xué)改變快門表面來產(chǎn)生，如在氟化、硅烷化、硅氧化、或者氫化絕緣表面中。
[0117]側(cè)壁梁過程
[0118]美國專利申請?zhí)?1/251，035說明了用于快門組件和致動器的多種有用的設(shè)計(jì)。一類用在基于MEMS的快門顯示器的適合的致動器包括控制橫向于顯示基片或者在顯示基片平面內(nèi)的快門運(yùn)動的順性致動器梁。隨著致動器梁變得越順性，用于致動這類快門組件所需要的電壓就越低。如果把該梁的形狀確定為使得相對于平面外的運(yùn)動而優(yōu)選或促進(jìn)平面內(nèi)的運(yùn)動，則致動運(yùn)動的控制也會得到改進(jìn)。在一個優(yōu)選的設(shè)計(jì)中，順性致動器梁具有矩形截面，如圖6A的梁602，這樣使得這些梁高于或者厚于它們的寬度。
[0119]關(guān)于在一個具體的平面內(nèi)的彎曲而言，一個長的矩形梁的剛度與該平面中梁中的最薄的尺寸之比達(dá)到三次方。因此所關(guān)注的是盡可能地減少該順性梁的寬度以降低平面內(nèi)運(yùn)動的致動電壓。然而，當(dāng)使用常規(guī)的光刻設(shè)備來限定和制造快門和致動器結(jié)構(gòu)時，梁的最小寬度通常被限制為光學(xué)器件的分辨率。盡管已經(jīng)開發(fā)了在光致抗蝕劑中限定窄到15納米的特征的圖形的光刻設(shè)備，但這樣的設(shè)備是昂貴的并且單次暴光可完成的構(gòu)成圖案的面積是有限的。對于在大的玻璃板上的經(jīng)濟(jì)光刻，該構(gòu)圖分辨率或者最小特征尺寸典型地被限定為I微米或2微米或更大。
[0120]圖7A至圖7D是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案具有多個窄的側(cè)壁的梁的一種示例性的快門組件700的多級構(gòu)造的等距視圖。具體地講，圖7A至圖7D描繪了一種技術(shù)，在此可以在比常規(guī)蝕刻技術(shù)對大基片嵌板的限制低得多的尺度上制造一個具有順性致動器梁718和720的快門組件700。在美國專利申請?zhí)?1/361，785中進(jìn)一步說明了上面引用的圖7A至圖7B的技術(shù)。在圖7A至圖7D的過程中，快門組件700的順性梁形成為由犧牲材料制成的一個模具上的側(cè)壁特征。這個過程被稱為側(cè)壁梁過程。
[0121]如圖7A所示，形成一種帶有側(cè)壁梁的快門組件700的過程開始于在一個孔闌層725和基片726頂上沉積一個第一犧牲材料701并構(gòu)成圖案。在第一犧牲材料中限定的構(gòu)圖產(chǎn)生了多個開口或多個穿通孔702，最終在其中形成用于快門的多個錨定件。第一犧牲材料701的沉積和構(gòu)圖與參照圖6A至圖6E說明的沉積和構(gòu)圖所說明的那些在概念上是相類似的，并且使用類似的材料。還有可能將該快門組件形成在控制電路和金屬互連的頂上。在這類實(shí)施方案中，穿通孔702可以是通到基片表面或者通到一個電路的一個元件，以便對快門組件700的、穿過該穿通孔702而與該電路處于電接觸的那一部分的電位進(jìn)行控制。
[0122]形成側(cè)壁梁的過程繼續(xù)一個第二犧牲材料705的沉積和構(gòu)圖。圖7B示出了一種模具703的形狀，該模具是在第二犧牲材料705構(gòu)圖之后產(chǎn)生的。模具703還包括具有其在前限定的穿通孔702的第一犧牲材料701。圖7B中的模具703包括兩個不同的水平級別:模具703的底部水平層面708由第一犧牲層701的頂部表面建立并且可以達(dá)到在已經(jīng)蝕刻掉第二犧牲層705的那些區(qū)域內(nèi)。模具703的頂部水平層面710由第二犧牲層705的頂部表面建立。在圖7B中展示的模具703還實(shí)質(zhì)上包括多個豎直的側(cè)壁709。
[0123]以上關(guān)于犧牲材料613說明了用作犧牲材料701和705的材料。
[0124]形成側(cè)壁梁的過程以在犧牲模具703的所有暴露表面上沉積和構(gòu)成快門材料的圖案繼續(xù)進(jìn)行，如在圖7C中所描繪的。以上關(guān)于快門材料605、607、和609說明了在快門712中使用的優(yōu)選材料。在美國專利申請11/361，785中說明了上面所引用的替代快門材料和/或快門涂層。這些快門材料被沉積為約小于2微米的厚度。在一些實(shí)現(xiàn)方式中，這些快門材料被沉積為具有小于約1.5微米的厚度。在其他實(shí)現(xiàn)方式中，這些快門材料被沉積為具有約小于1.0微米的厚度，以及薄至約為0.10微米。在沉積之后，構(gòu)成該快門材料的圖案(它可以是一種如以上說明的復(fù)合快門)，如在圖7C中所示。在光致抗蝕劑中顯影的圖案被設(shè)計(jì)為使該快門材料保留在快門712的區(qū)域中以及在這些錨定件714和715處。
[0125]具體設(shè)備和化學(xué)品還被選擇用于在圖7C中所示的步驟中使用的蝕刻過程，該過程在本領(lǐng)域中公知是一種各向異性的蝕刻。這種快門材料的各向異性蝕刻是在一種等離子體大氣壓中進(jìn)行的，其中對該基片726或者該基片726近端的一個電極施加一個電壓偏置。被偏置的基片726 (具有垂直于該基片726的表面的電場)導(dǎo)致離子以接近垂直于該基片726的角度向該基片726加速。與蝕刻化學(xué)品連接的這類加速的離子導(dǎo)致了在正交于該基片726的平面的方向比平行于該基片726的方向快得多的蝕刻速度。因此，實(shí)質(zhì)上消除了在受該光致抗蝕劑保護(hù)的區(qū)域中快門材料的凹切蝕刻(undercut-etching)。沿著實(shí)質(zhì)上平行于該加速的離子的軌跡的模具703的側(cè)壁表面709，還實(shí)質(zhì)上保護(hù)了快門材料免于這種各向異性蝕刻。這種被保護(hù)的側(cè)壁快門材料將隨后形成用于支撐快門712的順性梁716、718和720。用于形成側(cè)壁梁716、718、以及720的各向異性蝕刻可以是在通常用于IC或IXD生產(chǎn)中的RF或者DC等離子蝕刻設(shè)備中完成的。沿該模具的其他(非光致抗蝕劑保護(hù)的)水平表面，如頂部水平表面710或底部水平表面708，該快門材料已經(jīng)通過蝕刻完全被去除。
[0126]形成側(cè)壁梁的過程是通過去除第二犧牲層705和第一犧牲層701的剩余部分來完成的，其結(jié)果示于圖7D中。去除犧牲材料的過程類似于參照圖6E所說明的過程。沉積在模具703的側(cè)壁709上的材料保留為順性梁716、718、以及720。順性負(fù)載梁716把這些錨定件714機(jī)械地連接到快門712上。這些錨定件714連接到一個孔闌層725上。順性梁716、718、以及720是高而窄的。當(dāng)由模具703的表面形成時，側(cè)壁梁716、718、以及720的寬度類似于沉積時快門材料的厚度。在一些情況下，716處的梁的寬度將與712處的水平快門材料的厚度相同；在其他情況下，梁的寬度將僅約為快門材料厚度的1/2。側(cè)壁梁716、718、以及720的高度是由第二犧牲材料705的厚度所確定，或者換言之，由在參照圖7B說明的構(gòu)成圖案步驟的過程中所建立的模具703的深度所確定。只要沉積的快門材料的厚度被選擇為小于2微米(對于許多應(yīng)用來說，0.1至2.0微米的厚度范圍是適當(dāng)?shù)?，圖7A至圖7D中所示的過程非常適于生產(chǎn)非常窄的梁。常規(guī)的光刻法把在圖7A、圖7B、以及圖7C中所示的構(gòu)圖特征限制為大得多的尺寸，例如允許最小分辨的特征不小于2微米或5微米。
[0127]圖7D描繪了一個在上述過程中在釋放步驟之后形成的一個快門組件700的等距視圖，生產(chǎn)的順性梁具有高的寬高比的截面。例如，只要該第二犧牲層的厚度大于該快門材料的厚度的4倍，得到的梁高與梁寬之比將會產(chǎn)生一個相似的比例，即大于4的一個比例。
[0128]一個任選步驟(以上未展示但作為引起圖7C的過程的一部分被包括在內(nèi))包括各向同性地蝕刻側(cè)壁梁材料以使順性負(fù)載梁720與順性驅(qū)動梁718分離或者斷開。例如，通過使用各向同性蝕刻已經(jīng)從側(cè)壁上把點(diǎn)724處的快門材料去除。各向同性蝕刻是一種在所有方向上蝕刻速度都相同的蝕刻，從而不再保護(hù)如點(diǎn)724的區(qū)域中的側(cè)壁材料。只要在基片上不施加一個偏置電壓就可以在典型的等離子蝕刻設(shè)備中完成該各向同性蝕刻。還可以使用濕化學(xué)蝕刻技術(shù)或者氣相蝕刻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各向同性蝕刻。在這個任選的第4模掩蔽和蝕刻步驟之前，側(cè)壁梁材料本質(zhì)上連續(xù)地存在于模具703中凹陷特征的周邊周圍。這個第4模掩蔽和蝕刻步驟用來分離并且分開形成截然不同的梁718和720的側(cè)壁材料。在點(diǎn)724處的梁的分離是通過一種具有光致抗蝕劑分布、以及通過一個掩模暴露的第4過程來實(shí)現(xiàn)的。在這種情況下，光致抗蝕劑的圖案被設(shè)計(jì)成在除了分離點(diǎn)724之外的所有點(diǎn)處保護(hù)側(cè)壁梁材料免受各向同性的蝕刻。
[0129]作為側(cè)壁過程的最后一個步驟，一種封裝電介質(zhì)(如圖6A的電介質(zhì)611)被沉積在這些側(cè)壁梁的外部表面周圍，或者至少沉積在工作過程中有可能接觸的這些梁的表面上。
[0130]為了保護(hù)沉積在模具703的側(cè)壁709上的快門材料并且為了產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上均勻的截面的側(cè)壁梁716，可以遵循一些特定的工藝指導(dǎo)原則。例如，在圖7B中，可以把側(cè)壁709做得盡可能的豎直。在側(cè)壁709處斜坡和/或暴露的表面變得易于感受各向異性蝕刻。如果同樣以各向異性的方式進(jìn)行圖7B處的構(gòu)成圖案步驟，即第二犧牲材料705的構(gòu)圖，就可以產(chǎn)生豎直的側(cè)壁709。結(jié)合第二犧牲層705的構(gòu)圖，使用附加的光致抗蝕劑涂層或一種硬掩模(見參照圖12進(jìn)行的討論)使之有可能在各向異性蝕刻第二犧牲材料705中采用侵蝕性的等離子和/或高的基片偏置而無需擔(dān)心過度損耗光致抗蝕劑。只要在UV暴光過程中小心地控制焦點(diǎn)深度并且在最終硬化阻蝕劑的過程中避免過度的收縮，還可以用可照像成圖的犧牲材料來產(chǎn)生豎直的側(cè)壁709。
[0131]在側(cè)壁梁處理過程中有用的另一種工藝規(guī)范與快門材料沉積的共形性有關(guān)。模具703的表面優(yōu)選地覆蓋有類似厚度的快門材料，與這些表面的方向無關(guān)，不論是豎直的還是水平的。當(dāng)通過一種化學(xué)氣相沉積技術(shù)(CVD)進(jìn)行沉積時可以實(shí)現(xiàn)這種共形性。具體地可以采用以下正形技術(shù):等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、以及原子層或自限制層沉積(ALD)。在以上CVD技術(shù)中，可以通過在與把一個表面暴露給一個定向的原子源的能量的表面相對的一個表面上的反應(yīng)速度來限制該薄膜的生成速度。在這類正形沉積技術(shù)中，生成在豎直表面上的材料的厚度優(yōu)選地至少是生成在水平表面上的材料厚度的50%?？商娲?，只要在鍍層前提供了涂覆所有表面的一個金屬晶種層，就可以通過無電鍍或電鍍從溶液中正形地沉積該快門材料。
[0132]一種3_掩模過程
[0133]生成圖7D中的快門組件700的過程是一種4掩模過程:這意味著該過程結(jié)合了 4個截然不同的光刻步驟，其中通過穿過一個光掩模照亮一個所希望的圖案而暴露出一種光敏性高分子。這些光刻步驟(也被稱為模掩蔽步驟)在制造MEMS裝置中屬于最昂貴的，并且于是令人希望的是創(chuàng)造一種具有減少模掩蔽步驟數(shù)目的制造過程。
[0134]為了使得一種3掩?？扉T組件過程成為可能，考慮快門組件結(jié)構(gòu)的改變是有幫助的。在圖9、圖11、圖14和圖15中對應(yīng)地通過4個替代的快門組件900、1100、1400、以及1500說明了有用的結(jié)構(gòu)改變。
[0135]在圖7中，快門組件700的負(fù)載梁720在一端附連到快門712上，并且在另一端附連到負(fù)載梁錨定件714上。驅(qū)動梁718在一端附連到驅(qū)動梁錨定件715上，同時另一端保留為未進(jìn)行附連或者是可自由移動的。在此可以說，在導(dǎo)致圖7C中的快門組件700的過程中的第4掩模的目的是終止或者創(chuàng)造用于驅(qū)動梁718的該自由移動端。創(chuàng)造用于驅(qū)動梁718的這個自由移動端是有用的，因?yàn)檫@個梁的順性形狀幫助減小了快門致動所需的電壓。
[0136]然而，在本發(fā)明的不同實(shí)施方案中，順性驅(qū)動梁不必具有一個以光刻終止的自由移動端。例如，在圖8說明的快門組件852中，驅(qū)動梁856和857被構(gòu)圖為多個環(huán)形的形狀。
[0137]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案示例性的快門組件852的平面圖，該快門組件結(jié)合了一個環(huán)形的驅(qū)動梁?？扉T組件852包括雙順性致動器組件854，該組件與以上相對于圖4A和圖4B所說明的、被設(shè)計(jì)用于快門組件400的致動器404在功能上相似。致動器組件854包括順性驅(qū)動梁856和857連同順性負(fù)載梁858和859。這些負(fù)載梁858和859在一端支撐著快門860，并且在另一端被對應(yīng)地附接到負(fù)載梁錨定件862和863上。這些驅(qū)動梁856和857各自形成一個環(huán)，其中該驅(qū)動梁的每端被附接到一個共同的錨定件864上。對于每個環(huán)都有一段外出梁，該外出梁區(qū)段基本上平行于同一個梁的一個返回區(qū)段。這兩個環(huán)區(qū)段的長度是基本相等的。當(dāng)在側(cè)壁梁過程中形成時，趨于使環(huán)形驅(qū)動梁856或857的外出區(qū)段變形的應(yīng)力將與沿著梁的返回區(qū)段的應(yīng)力成鏡像或相反。
[0138]只用上文相對于快門組件700說明的前3-掩模步驟就可以完全限定組成環(huán)856和857的這些順性梁。制造環(huán)形梁856和857并不要求將驅(qū)動梁從負(fù)載梁中分離的第4光刻步驟。這些環(huán)完全包圍了或者形成了圍繞一個空間的邊界的外圍。如對圍繞一個被包圍的空間的邊界所預(yù)期的，由于在這些環(huán)中沒有終止，所以不要求第4光刻步驟。
[0139]為了完全去除第4掩模，找到了一種方法，由此使得在該結(jié)構(gòu)中的其他順性梁也都結(jié)合了類似于環(huán)形的形狀。具體地說，只要梁形成了一種完全包圍一個空間的邊界，那么側(cè)壁梁的終止就不是必需的。例如，快門組件852中的負(fù)載梁858在負(fù)載梁錨定件862處終止。于是，在這個實(shí)施方案中，就將要求一個第4模掩蔽步驟以便在錨定件862處將梁858終止。因此找到了多種設(shè)計(jì)，其中負(fù)載梁858成為圍繞一個被包圍的空間的一個連續(xù)的邊界的一部分。
[0140]圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3掩模過程構(gòu)建的示例性的快門組件900的等距視圖?？扉T組件900可以只用3個光刻步驟制造。這3個模掩蔽步驟被稱為一個錨定件限定步驟、一個模具限定步驟、以及一個快門限定步驟，這些步驟對應(yīng)地用于向第一犧牲層、第二犧牲層、以及快門材料中形成圖案。如相對于快門組件700所說明的，這些順性梁是形成在模具的側(cè)壁處，也被稱為第二犧牲層?？梢栽谝环N3掩模過程中制造快門組件900，因?yàn)檫@些梁被設(shè)計(jì)為包圍了模具中的特征外圍的關(guān)閉的邊界。
[0141]快門組件900包括一個快門902、多個加固肋材903、多個負(fù)載梁904、多個負(fù)載梁錨定件906、多個驅(qū)動梁908、以及多個驅(qū)動梁錨定件910。該快門組件額外地包括多個外圍梁912連同多個外圍錨定件914。負(fù)載梁904和驅(qū)動梁908 —起形成了一組順性致動梁。當(dāng)在這兩個梁904與908之間施加了一個電壓時，這致使快門902向一個開放或關(guān)閉的位置移動。
[0142]這些驅(qū)動梁908分別形成了一個在錨定件910處被附連到基片上的環(huán)。驅(qū)動梁908包圍了環(huán)之內(nèi)的空間。
[0143]負(fù)載梁904從快門902延伸到負(fù)載梁錨定件906。外圍梁912從負(fù)載梁錨定件906延伸到外圍錨定件914。這些外圍梁還將外圍錨定件914連接到一起。在快門組件900之內(nèi)，外圍梁912既不起到有源的機(jī)械功能也不起到光學(xué)功能。外圍梁912起到延伸負(fù)載梁904的幾何形狀的作用，從而使得這些順性梁904和912可以進(jìn)行連接。負(fù)載梁904和外圍梁912 —起形成了完全包圍一個空間的一個邊界。
[0144]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的一個示例性模具1000的等距視圖，該模具被設(shè)計(jì)用來使得能夠制造圖9的快門組件900。模具1000是由第二犧牲材料形成，并且作為第二光刻步驟的一部分而在快門組件900的制造中進(jìn)行構(gòu)圖。圖10示出了在快門材料被沉積之前該犧牲模具的輪廓。因此，圖10中不呈現(xiàn)快門902的輪廓。然而，模具1000包括多個肋材刻紋1003，這些刻紋將被用來使快門組件900的這些加固肋材903成形。
[0145]該模具形狀總體上包括三種表面。該模具包括多個側(cè)壁，順性梁將形成在這些側(cè)壁上，該模具還包括多個上表面和下表面。模具的下表面是由第一與第二犧牲材料之間的界面形成的水平表面。模具的上表面是在離基片最遠(yuǎn)的一個平面中的水平表面。
[0146]一個模具總體上限定了兩種形狀，這兩種形狀都被其上可以形成順性梁的側(cè)壁所包圍或約束。如在此使用的，一種“臺面”是被模具側(cè)壁所包圍的存在的模具材料所限定的一個空間。如在此使用的，一種“凹陷”是由模具側(cè)壁所包圍的模具材料缺失的空間所限定的。
[0147]模具1000包括多個臺面形狀1008。包圍這些臺面1008的側(cè)壁將用來形成驅(qū)動梁908。由此驅(qū)動梁908將具有無終止的環(huán)形形狀。
[0148]模具1000還包括一個凹陷形狀1004。包圍這個凹陷1004的這些側(cè)壁用來形成負(fù)載梁904。
[0149]模具1000還包括多個負(fù)載梁錨定件孔1006。這些錨定件孔1006是在一個先前的步驟中作為第一犧牲層的一部分而形成的。該模具還包括多個驅(qū)動梁錨定件孔1010。
[0150]因此，快門組件900中的負(fù)載梁904以及驅(qū)動梁908均被形成為完全包圍一個空間的邊界。這些空間由模具1000中的一個臺面形狀或者一個凹陷形狀之一形成。具體地說，負(fù)載梁904和驅(qū)動梁908對應(yīng)地形成為包圍了空間1004和1008的邊界。形成了負(fù)載梁904和驅(qū)動梁908的這些形狀的邊界不相交。用于驅(qū)動梁908的環(huán)是完全地封閉在形成負(fù)載梁904的環(huán)(它是梁904和912的一個組合)之內(nèi)的。
[0151]圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3掩模過程構(gòu)建的示例性的快門組件1100的等距視圖。類似于相對于圖7和圖9的快門組件700和900對應(yīng)說明的那些步驟，可以只用3個光刻步驟來制造快門組件1100。如上文相對于快門組件700所說明的，這些順性梁是形成在模具的側(cè)壁處，也被稱為第二犧牲層?？梢栽谝环N3-掩模過程中制造快門組件1100，因?yàn)檫@些梁被設(shè)計(jì)為包圍了模具中的特征外圍的閉合邊界。
[0152]快門組件1100包括一個快門1102、多個負(fù)載梁1104、多個負(fù)載梁錨定件1106、多個驅(qū)動梁1108、以及多個驅(qū)動梁錨定件1110。負(fù)載梁1104和驅(qū)動梁1108 —起形成了一組順性致動梁。該快門組件額外地包括一組外圍梁1112。
[0153]這些驅(qū)動梁1108形成了一個在錨定件1110處附連到基片上的環(huán)。驅(qū)動梁1108包圍了環(huán)內(nèi)的空間。
[0154]這些負(fù)載梁1104從快門延伸到這些負(fù)載梁錨定件1106上。這些外圍梁1112在這些負(fù)載梁錨定件1106之間延伸。在快門組件1100之內(nèi)，這些外圍梁1112既不起到有源的機(jī)械功能也不起到光學(xué)功能。外圍梁1112所起的作用是延伸負(fù)載梁1104的幾何形狀，從而使得這些順性梁1104和1112可以進(jìn)行連接。負(fù)載梁1104和外圍梁1112—起形成了完全包圍一個空間的一個邊界。
[0155]圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案的示例性模具1200的等距視圖，該模具被設(shè)計(jì)用來使得能夠制造圖11的快門組件1100。模具1200由第二犧牲材料形成，并且作為第二光刻步驟的一部分而在快門組件1100的制造中被構(gòu)圖。圖12示出了在快門材料被沉積之前犧牲模具的輪廓。因此快門1102的輪廓不存在于圖10中。然而，模具1200包括多個肋材刻紋1203，這些刻紋將用來使在快門組件1100中示出的加固肋材1103成形。
[0156]模具1200包括多個凹陷1208。凹陷形狀1208是用于模具1000中的驅(qū)動梁的臺面形狀1008的逆形狀。包圍這些凹陷1208的側(cè)壁將被用來形成驅(qū)動梁1108。由此驅(qū)動梁1108將具有無終止的環(huán)形形狀。
[0157]模具1200還包括一個凹陷形狀1204。這個凹陷的側(cè)壁用來形成負(fù)載梁1104。
[0158]模具1200還包括多個負(fù)載梁錨定件孔1206。這些錨定件孔是在一個先前的步驟中作為第一犧牲層的一部分而形成的。模具1200還包括多個驅(qū)動梁錨定件孔1210。
[0159]在這個具體的實(shí)施方案中，用來形成負(fù)載梁1104的負(fù)載梁凹陷1204是與用來形成肋材1103的這些凹陷1203相連接或者合并的。
[0160]形成了負(fù)載梁1104和驅(qū)動梁1108的這些形狀的邊界不相交。用于驅(qū)動梁1108的環(huán)包圍了一個形狀，該形狀位于形成負(fù)載梁1104的形狀(它是梁1104和1112的一個組合)的外部。
[0161]對于一種3掩模過程，需要定義兩種不同類型的包圍區(qū)域:負(fù)載梁904和驅(qū)動梁908。這些被包圍的邊界可以或者限定了模具高分子的一個孤立區(qū)域(一個臺面)、或者它們可以限定一個抗蝕劑被去除的區(qū)域(一個凹陷)。取決于這種選擇，驅(qū)動梁和負(fù)載梁將或者被制造在一個凹陷的側(cè)面上或者被制造在一個臺面的側(cè)面上。圖14示出了一個實(shí)施方案1400，其中負(fù)載梁1404和驅(qū)動梁1408是形成在一個孔的側(cè)面上。圖15示出了一個實(shí)施方案1500，其中負(fù)載梁1504和驅(qū)動梁1508是形成在一個臺面的側(cè)面上。雖然這兩個實(shí)施方案中的任何一個都是有效的，但高分子以及制造設(shè)備的選擇可能使得在凹陷上比在臺面上構(gòu)圖容易、或者在臺面上比在凹陷上構(gòu)圖容易。類似地，顯示器有源區(qū)域之外的區(qū)域可以或者是有抗蝕性存在的或者是無抗蝕性的。通常，在場區(qū)域與顯示器的有源區(qū)域是共平面的基片上進(jìn)行第三模掩蔽步驟是更容易的，在這種情況下在快門組件的周長周圍可能需要一個第三閉合邊界。具有這種第三閉合邊界的兩個可能的實(shí)施方案對應(yīng)地在圖14和圖15中被展示為元件1412和1512。特定的聚合物在處理時可能具有高應(yīng)力、或者高收縮或膨脹，并且如果在顯示器的周長區(qū)域中殘留大的連續(xù)片材時，就會導(dǎo)致問題。在這種情況下，模具掩模可以用來在周長區(qū)域中構(gòu)成偽特征(dummy feature)圖案，以便打破抗蝕劑的連續(xù)區(qū)域并且降低薄膜應(yīng)力。圖16展示了應(yīng)力解除特征1616的一種可能的實(shí)施方案1600。
[0162]在限定被包圍的模具邊界時額外要考慮到的是，該快門是否應(yīng)該制造在模具高分子的頂上(在一個臺面上)或是在一個模具抗蝕劑被清除掉的區(qū)域中(在一個凹陷的底面中)。圖14和圖15示出了制造在一個凹陷底面上的快門1402和1502 ;與之相比圖9和圖11中快門902和1102被制造在一個臺面的頂上。兩種選擇再次都是可接受的，但是最終的裝置規(guī)范可能使得一個實(shí)施方案比另一個更優(yōu)選。
[0163]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實(shí)施方案、根據(jù)一種3掩模方法構(gòu)建的兩個相連接的示例性的快門組件1300的等距視圖。類似于相對于圖7和圖9的快門組件700和900對應(yīng)地說明的那些步驟，可以只用3個光刻步驟來制造快門組件1300。如上文相對于快門組件700所說明的，這些順性梁是形成在模具的側(cè)壁處，也被稱為第二犧牲層。可以在一種3掩模方法中制造快門組件1300，因?yàn)檫@些梁被設(shè)計(jì)為包圍了模具中的特征外圍的閉合邊界。
[0164]快門組件1300包括一個快門1302、多個負(fù)載梁1304、多個負(fù)載梁錨定件1306、多個驅(qū)動梁1308、以及多個驅(qū)動梁錨定件1310。負(fù)載梁1304和驅(qū)動梁1308 —起形成了一組順性致動梁。該快門組件額外地包括一組外圍梁1312。
[0165]這些驅(qū)動梁1308分別形成了一個在錨定件1310處附連到基片上的環(huán)。這些驅(qū)動梁1308包圍了該環(huán)之內(nèi)的空間。
[0166]這些負(fù)載梁1304從快門1302延伸到這些負(fù)載梁錨定件1306上。這些外圍梁在這些負(fù)載梁錨定件1306之間延伸。在快門組件1300之內(nèi)，外圍梁1312既不起到有源的機(jī)械功能也不起到光學(xué)功能。外圍梁1312起到延伸負(fù)載梁1304的幾何形狀的作用，從而使得這些順性梁可以進(jìn)行連接。負(fù)載梁1304和外圍梁1312—起形成了完全包圍一個空間的一個邊界。
[0167]在快門組件1300中，這些外圍梁1312在許多情況下用來連接在多個負(fù)載梁錨定件1306之間，這些負(fù)載梁錨定件對應(yīng)于兩種不同的或相鄰的快門組件。這些負(fù)載梁1304連同外圍梁1312 —起形成了包圍一個空間的一個連續(xù)邊界。由這些梁1304和1312包圍的空間包括兩個快門組件。在多個替代實(shí)施方案中，可以由一個單個的連續(xù)順性梁包圍大量(>100)的快門組件。順性梁將在多個點(diǎn)處被附連到基片上，優(yōu)選的是對應(yīng)該組中的每個快門組件具有至少一個附連點(diǎn)或錨定件。可以由包圍了多個快門組件的同一個環(huán)形成每個對應(yīng)的快門組件的多個負(fù)載梁1304。
[0168]本發(fā)明可以通過其他具體形式實(shí)施而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。因此上述實(shí)施方案在所有方面都應(yīng)當(dāng)考慮為是在說明本發(fā)明，而不是在限制本發(fā)明。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS裝置，包括: 一個第一窄梁，其中該第一窄梁完全地包圍了一個空間的邊界。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，其中該第一窄梁形成了一個環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，該裝置包括由該第一窄梁支撐在一個基片上方的一個機(jī)械式光調(diào)制器。
4.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，該裝置包括一個機(jī)械式光調(diào)制器，其中該第一窄梁形成了一個致動器的一部分，該致動器用于移動該機(jī)械式光調(diào)制器從而對光進(jìn)行調(diào)制。
5.如權(quán)利要求4所述的MEMS裝置，其中該第一窄梁是多個順性梁。
6.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，該裝置包括將該第一窄梁連接到該基片上的一個錨定件。
7.如權(quán)利要求1所述的MEMS裝置，該裝置包括一個第二窄梁，其中該第一窄梁和第二窄梁包圍了對應(yīng)的、不相交的空間。
8.如權(quán)利要求7所述的MEMS裝置，其中該第二窄梁包圍了一個空間，該空間完全被該第一窄梁所包圍。
9.一種制造MEMS裝置的方法，該方法包括: 形成聯(lián)接到一個基片上的一個第一窄梁，這樣使得該第一窄梁完全地包圍了一個空間的邊界。`
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成該第一窄梁包括: 在一個犧牲層上沉積一種模具材料； 在該模具材料中蝕刻出一個形狀，以便形成一個模具，該模具具有至少一個側(cè)壁以及至少一個下水平表面； 在所蝕刻的模具上沉積材料，這樣使得所沉積的材料附著在所蝕刻的模具的至少這些側(cè)壁以及該下水平表面上； 將所沉積材料的一部分蝕刻掉，以便從該下水平表面上去除所沉積材料同時基本上使沉積在這些側(cè)壁上的所有材料保持原樣；并且 將該模具移除，這樣使得保留在這些側(cè)壁上的材料形成該第一窄梁。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中這些側(cè)壁包括形成在該模具中的一個臺面的多個壁，并且該第一窄梁包圍了該臺面。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中這些側(cè)壁包括形成在該模具中的一個凹陷的多個壁，并且該第一窄梁包圍了該凹陷。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該模具材料被沉積在一個犧牲材料層的頂上，并且該方法進(jìn)一步包括去除該犧牲材料以便釋放該第一窄梁。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該模具進(jìn)一步包括一個上水平表面，并且沉積在該模具上的材料附著在該上水平表面上，該方法進(jìn)一步包括: 在將所沉積的材料蝕刻掉之前在該上水平表面上施加一個掩模，這樣使得沉積在該上水平表面上的材料的一部分在蝕刻之后保留在該上水平表面上以便形成一個機(jī)械式光調(diào)制器。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括，在該模具中蝕刻出該形狀之前，在該模具材料中蝕刻出多個錨定件孔，并且其中沉積到該模具上的材料填充了這些錨定件孔以便形成多個錨定件。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中這些錨定件、該第一窄梁、以及該機(jī)械式光調(diào)制器的形成要求使用不多于三個光刻掩模。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該MEMS裝置包括一個機(jī)械式光調(diào)制器以及一個錨定件，并且該第一窄梁將該機(jī)械式光調(diào)制器支撐在一個基片上方、并且通過該錨定件將該機(jī)械式光調(diào)制器連接到該基片上`，該方法包括使用不多于三個光刻掩模。
【文檔編號】G02B26/08GK103777344SQ201310589595
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2008年10月27日
【發(fā)明者】T·J·布羅斯尼漢, M·B·安迪生 申請人:皮克斯特隆尼斯有限公司