使用側(cè)壁橫梁制造技術(shù)的微機(jī)械柔性設(shè)計(jì)的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002] 本專利申請(qǐng)案主張2014年8月5日申請(qǐng)的題為"MICROMECHANICAL FLEXURE DESIGN USING SIDEWALL BEAM FABRICATION TECHNOLOGY" 的美國(guó)專利申請(qǐng)案第 14/451,663號(hào)和 2013年9月30 日申請(qǐng)的題為 "METHODS OF MICROMECHANICAL FLEXURE DESIGN USING SIDEWALL BEAM FABRICATION TECHNOLOGY" 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案第61/884,687的優(yōu)先 權(quán)，所述兩個(gè)申請(qǐng)案以引用的方式并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及顯示器領(lǐng)域中的機(jī)電系統(tǒng)和裝置，且確切地說涉及具有MEMS柔性橫梁 結(jié)構(gòu)的顯示器以及用于設(shè)計(jì)和制造所述顯示器的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 機(jī)電系統(tǒng)(EMS)包含具有電及機(jī)械元件的裝置、致動(dòng)器、換能器、傳感器、例如鏡面 及光學(xué)膜等光學(xué)組件及電子裝置。EMS裝置或元件可以多種尺度制造，包含但不限于微尺度 及納米尺度。舉例來說，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置可包含具有范圍從約一微米到數(shù)百微米或 更大的大小的結(jié)構(gòu)。納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)裝置可包含大小小于一微米(包含(例如)小于數(shù) 百納米的大?。┑慕Y(jié)構(gòu)?？墒褂贸练e、蝕刻、光刻及/或蝕刻掉襯底及/或所沉積材料層的部 分或添加層以形成電及機(jī)電裝置的其它微機(jī)械加工工藝來形成機(jī)電元件。
[0005] 某些MEMS基于快門的光調(diào)制器顯示器利用用于移動(dòng)相對(duì)于像素中的光圈的基于 快門的光調(diào)制器的機(jī)械微觀結(jié)構(gòu)(如撓曲部）。所述撓曲部用作彈簧以在特定運(yùn)動(dòng)平面中移 動(dòng)光調(diào)制器。光調(diào)制器經(jīng)設(shè)計(jì)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)方向上為柔性的（具有低硬度）。然而，由于振 動(dòng)、平移、旋轉(zhuǎn)、或扭轉(zhuǎn)，平面外運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致MEMS微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生故障。這種故障可導(dǎo)致微觀結(jié) 構(gòu)斷裂，且由于MEMS微觀結(jié)構(gòu)與相鄰部件相撞引起靜摩擦。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和裝置各自具有若干創(chuàng)新方面，其中沒有單個(gè)方面單獨(dú)負(fù)責(zé) 本文所揭示的合乎需要的屬性。
[0007] 本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的一個(gè)創(chuàng)新方面可實(shí)施于一機(jī)電裝置(包含微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)撓曲部）中。所述裝置具有第一橫梁和實(shí)質(zhì)上平行于第一橫梁定位的第二橫梁，第一 橫梁和第二橫梁在第一方向上延伸，以及位于第一橫梁的第一末端且將第一橫梁耦接至第 二橫梁的鉸鏈，所述鉸鏈具有在第二方向上延伸且橫向于第一和第二橫梁的第一鉸鏈橫 梁，以及在第一位置上耦接至第一鉸鏈橫梁的加強(qiáng)部分，所述加強(qiáng)部分包含在實(shí)質(zhì)上平行 于第一平面的平面中延伸的二維表面。
[0008] 在一些實(shí)施方案中，加強(qiáng)部分的橫截面可為可變的。在一些實(shí)施方案中，所述加強(qiáng) 部分在z方向上凹進(jìn)。在一些實(shí)施方案中，所述加強(qiáng)部分的塊狀物通過z方向變化。在一些實(shí) 施方案中，所述第一位置可為可變的。在一些實(shí)施方案中，所述第一橫梁可耦接至錨，且所 述錨可附接至襯底。在一些實(shí)施方案中，所述第二橫梁可耦接至光調(diào)制器。在一些實(shí)施方案 中，所述鉸鏈可包含耦接至加強(qiáng)部分的四段部分。在一些實(shí)施方案中，機(jī)電裝置可包含將第 二橫梁耦接至第三橫梁的第二鉸鏈。
[0009] 本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的另一創(chuàng)新方面可實(shí)施于一機(jī)電裝置(包含耦接至襯底的 錨）中。所述裝置包含在第一方向上延伸且耦接至錨的第一橫梁、在第二方向上延伸在耦接 至第一橫梁的第二橫梁以及在第一方向上延伸且在第二橫梁與光調(diào)制器之間耦接的第三 橫梁，其中第一橫梁、第二橫梁和第三橫梁中的至少一者耦接至加強(qiáng)部分。在一些實(shí)施方案 中，加強(qiáng)部分的橫截面可為可變的。在一些實(shí)施方案中，所述加強(qiáng)部分在z方向上凹進(jìn)。在一 些實(shí)施方案中，所述加強(qiáng)部分的塊狀物通過z方向變化。在一些實(shí)施方案中，加強(qiáng)部分可耦 接至錨。在一些實(shí)施方案中，加強(qiáng)部分可耦接至光調(diào)制器。在一些實(shí)施方案中，光調(diào)制器可 在第一方向上移動(dòng)且實(shí)質(zhì)上平行于所述襯底。
[0010] 本發(fā)明中描述的標(biāo)的物的創(chuàng)新方面可實(shí)施于一機(jī)電裝置中，所述機(jī)電裝置包含耦 接至襯底裝置的錨裝置、在第一方向上延伸且耦接至錨裝置的第一橫梁裝置、在第二方向 上延伸且耦接至第一橫梁裝置的第二橫梁裝置以及在第一方向上延伸且在第二橫梁裝置 與光調(diào)制器裝置之間耦接的第三橫梁裝置，其中第一橫梁裝置、第二橫梁裝置和第三橫梁 裝置中的至少一者耦接至加強(qiáng)裝置。在一些實(shí)施方案中，加強(qiáng)部分的橫截面可為可變的。在 一些實(shí)施方案中，所述加強(qiáng)裝置可在z方向上凹進(jìn)。在一些實(shí)施方案中，所述加強(qiáng)裝置的塊 狀物可通過z方向變化。
[0011]在附圖及下文描述中闡述本發(fā)明中所描述的標(biāo)的物的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。 其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、圖式及權(quán)利要求書而變得顯而易見。應(yīng)注意，以下各 圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說明】
[0012] 圖1A展示基于實(shí)例直觀式微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的顯示設(shè)備的示意圖。
[0013] 圖1B展示實(shí)例主機(jī)裝置的方塊圖。
[0014]圖2A和2B展示實(shí)例雙致動(dòng)器快門組合件的視圖。
[0015] 圖3展示基于快門的顯示器撓曲部。
[0016] 圖4展示具有包含加強(qiáng)部分的鉸鏈的實(shí)例基于快門的顯示器撓曲部的平面視圖。
[0017] 圖5展示包含鉸鏈部分的橫截面的實(shí)例基于快門的顯示器撓曲部的說明性模型。
[0018] 圖6展示實(shí)例MEMS顯示設(shè)備的透視圖。
[0019] 圖7展示實(shí)例MEMS顯示設(shè)備的另一透視圖。
[0020] 圖8和9展示具有復(fù)合橫截面的實(shí)例橫梁的說明性模型。
[0021] 圖10A至10D展示可用于基于快門的顯示器的撓曲部中的實(shí)例橫截面的說明性模 型。
[0022]圖11A和11B展示包含多個(gè)顯示元件的實(shí)例顯示裝置的系統(tǒng)框圖。
[0023]各個(gè)圖式中的相同元件符號(hào)及名稱指示相同元件。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下描述涉及出于描述本發(fā)明的創(chuàng)新方面的目的的某些實(shí)施方案。然而，所屬領(lǐng) 域的一般技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，可以許多不同方式應(yīng)用本文中的教示。所描述的實(shí)施方 案可實(shí)施于能夠顯示圖像(無論是運(yùn)動(dòng)(如視頻)或固定(如靜止圖像)的，且無論是文字、圖 形或圖像）的任何裝置、設(shè)備或系統(tǒng)。除并入有來自一或多種顯示技術(shù)的特征的顯示器以 外，本發(fā)明中所提供的概念和實(shí)例可適用于多種顯示器，如液晶顯示器(LCD)、有機(jī)發(fā)光二 極管(OLED)顯示器、場(chǎng)發(fā)射顯示器及基于機(jī)電系統(tǒng)(EMS)及微機(jī)電(MEMS)的顯示器。
[0025] 所描述的實(shí)施方案可包含于如(但不限于）以下各者的多種電子裝置中或與所述 電子裝置相關(guān)聯(lián):移動(dòng)電話、具備多媒體因特網(wǎng)功能的蜂窩電話、移動(dòng)電視接收器、無線裝 置、智能電話、Bluetooth?裝置、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持型或便攜 式計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本計(jì)算機(jī)、智能本、平板電腦、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描器、傳真裝置、全 球定位系統(tǒng)(GPS)接收器/導(dǎo)航器、攝像機(jī)、數(shù)字媒體播放器(如MP3播放器）、攝像機(jī)、游戲 機(jī)、手表、可穿戴裝置、時(shí)鐘、計(jì)算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置(如電子閱讀 器）、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、汽車顯示器（如里程表及速度計(jì)顯示器）、駕駛艙控制器及/或顯示器、 相機(jī)視圖顯示器(如車輛中的后視相機(jī)的顯示器）、電子相片、電子廣告牌或標(biāo)識(shí)、投影儀、 架構(gòu)結(jié)構(gòu)、微波爐、冰箱、立體聲系統(tǒng)、匣式錄音機(jī)或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收 音機(jī)、便攜式存儲(chǔ)器芯片、洗衣機(jī)、干燥器、洗衣機(jī)/干燥器、停車計(jì)時(shí)器、包裝(如除非EMS應(yīng) 用外，包含微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)應(yīng)用的機(jī)電系統(tǒng)(EMS)應(yīng)用）、美學(xué)結(jié)構(gòu)(如關(guān)于一件珠寶或服 裝的圖像的顯示)及多種EMS裝置。
[0026] 本文中的教示還可用于非顯示器應(yīng)用中，例如（但不限于）電子開關(guān)裝置、射頻濾 波器、傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀、運(yùn)動(dòng)感測(cè)裝置、磁力計(jì)、用于消費(fèi)型電子裝置的慣性組件、 消費(fèi)型電子產(chǎn)品的零件、變?nèi)萜?、液晶裝置、電泳裝置、驅(qū)動(dòng)方案、制造工藝及電子測(cè)試裝 備。因此，所述教示并不希望限于僅圖中所描繪的實(shí)施方案，而實(shí)情為具有廣泛適用性，如 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易顯而易見的。
[0027] 在一些實(shí)施方案中，EMS裝置可包含沿光調(diào)制器的運(yùn)動(dòng)軸具有低硬度且在其它方 向上具有高硬度的撓曲部。所述撓曲部可抑制EMS裝置內(nèi)的MEMS結(jié)構(gòu)的平面外運(yùn)動(dòng)，且因此 抑制MEMS結(jié)構(gòu)對(duì)于沖擊和振動(dòng)的靈敏度。另外，所述撓曲部可防止撞擊及MEMS結(jié)構(gòu)的后續(xù) 失效。所述撓曲部可包含將MEMS結(jié)構(gòu)（如光調(diào)制器)機(jī)械耦接至錨的一或多個(gè)橫梁?？捎摄q 鏈部分耦接所述橫梁，所述鉸鏈部分能夠抑制MEMS結(jié)構(gòu)和撓曲部的平面外運(yùn)動(dòng)。
[0028] 所述撓曲部還可使用加強(qiáng)部分抑制平面外運(yùn)動(dòng)。所述加強(qiáng)部分可機(jī)械地耦接至鉸 鏈部分或撓曲部的至少一個(gè)橫梁。通過改變加強(qiáng)部分的橫截面幾何形狀，加強(qiáng)部分的硬度 可經(jīng)控制隨加強(qiáng)部分的幾何形狀而變化。因而，在平面外方向上移動(dòng)撓曲部所需的力隨加 強(qiáng)部分的幾何形狀增加。此外，通過改變沿與MEMS結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平面正交的加強(qiáng)部分的塊狀 物，可在不需添加實(shí)質(zhì)上額外塊狀物的情況下將強(qiáng)度和硬度添加至加強(qiáng)部分。
[0029] 可實(shí)施本發(fā)明中所描述的主題的特定實(shí)施方案以實(shí)現(xiàn)以下可能優(yōu)點(diǎn)中的一或多 者。本文中描述的裝置、系統(tǒng)和方法可通過減少可使MEMS結(jié)構(gòu)發(fā)生故障的振動(dòng)、平移、旋轉(zhuǎn) 或扭轉(zhuǎn)來減少M(fèi)EMS結(jié)構(gòu)的平面外運(yùn)動(dòng)。本文中描述的系統(tǒng)和方法允許設(shè)計(jì)基于快門的顯示 器制造工藝內(nèi)的撓曲部以控制連接至ME M S結(jié)構(gòu)的撓曲部的一部分的硬度以減少M(fèi)E M S結(jié)構(gòu) 的平面外運(yùn)動(dòng)。相比典型的垂直側(cè)壁橫梁型面，本文中描述的撓曲部橫梁具有提供惰性和 扭轉(zhuǎn)常數(shù)的大力矩的橫截面，從而抑制平面外運(yùn)動(dòng)。此外，通過硬化錨附近的撓曲部，防止 所述撓曲部由于壓力而彎曲。通過減少或消除撓曲部中的彎曲，可更好控制沿致動(dòng)器的長(zhǎng) 度的快門彈簧與驅(qū)動(dòng)電極之間的間隙。
[0030] 圖1A展示實(shí)例直觀式基于MEMS的顯示設(shè)備100的示意圖。顯示設(shè)備100包含配置成 行與列的多個(gè)光調(diào)制器l〇2a到102d(通常為光調(diào)制器102)。在顯示設(shè)備100中，光調(diào)制器 102a和102d處于打開狀態(tài)，從而允許光通過。光調(diào)制器102b和102c處于閉合狀態(tài)