專利名稱：用于多狀態(tài)干涉光調(diào)制的方法和設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明領(lǐng)域涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(MEMS)包括微機械元件、致動器和電子設備?？赏ㄟ^使用沉積、蝕刻和/或其他微機械加工處理來制造微機械元件，所述微機械加工處理可蝕刻掉襯底和/或沉積材料的一部分或添加若干層以形成電子和機電設備。一種類型的MEMS設備被稱為干涉調(diào)制器。如本文所使用，術(shù)語“干涉調(diào)制器”或“干涉光調(diào)制器”指的是通過使用光學干涉原理而選擇性吸收和/或反射光的設備。在某些實施例中，干涉調(diào)制器可包含一對導電板，其一或兩者可在整體或部分上為透明的或反射性的且能在施加恰當電信號時作相對運動。在一特定實施例中，一個板可包含一沉積于襯底上的靜止層，且另一個板可包含與所述靜止層由一氣隙隔開的金屬膜片。如本文更詳細地描述，一個板相對于另一者的位置可改變?nèi)肷溆诟缮嬲{(diào)制器上的光的光學干涉。這些設備具有廣泛的應用范圍，且在所述技術(shù)中利用和/或修改這些類型設備的特性將是有利的，以使得其特征可用于改良現(xiàn)存產(chǎn)品和創(chuàng)造尚未研制出來的新產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和設備每一者均具有若干方面，其中任何單獨一者均不能獨自對其所要屬性負責。在不限制本發(fā)明范疇的情況下，現(xiàn)將簡要討論其較顯著的特征。在考慮此討論之后，特別是在閱讀標題為“具體實施方式
”的部分之后，我們將了解本發(fā)明的特征是如何優(yōu)于其他顯示設備的。
一個實施例包括一光調(diào)制器，其包括一具有導電材料的可移動反射體。所述可移動反射體定位于第一電極與第二電極之間，且可在未驅(qū)動位置、第一驅(qū)動位置與第二驅(qū)動位置之間移動。第一驅(qū)動位置比未驅(qū)動位置離第一電極更近，且第二驅(qū)動位置比未驅(qū)動位置離第一電極更遠。所述光調(diào)制器還包括至少一個第三電極，其鄰近所述第一電極；和至少一個第四電極，其鄰近所述第二電極。
另一實施例包括一光調(diào)制器，其包括反射光的構(gòu)件，所述反射光的構(gòu)件定位于用于定位所述反射構(gòu)件的第一與第二構(gòu)件之間。所述反射構(gòu)件可在未驅(qū)動位置、第一驅(qū)動位置與第二驅(qū)動位置之間移動。所述第一驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一定位構(gòu)件更近，且所述第二驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一定位構(gòu)件更遠。光調(diào)制器還可包括用于將反射構(gòu)件定位于鄰近第一定位構(gòu)件處的第三構(gòu)件和用于將反射構(gòu)件定位于鄰近第二定位構(gòu)件處的第四構(gòu)件。
另一實施例包括一種驅(qū)動一MEMS設備的方法，所述MEMS設備包括第一、第二、第三和第四電極和一可移動電極，所述可移動電極定位于所述第一電極與所述第二電極之間且經(jīng)配置以移動至其之間的至少兩個位置。所述方法包括在第一電極與可移動電極之間施加第一電壓電勢差，以便將可移動電極驅(qū)動到大體上與介電層接觸的位置。形成一股將可移動電極引向所述介電層的力。所述方法還包括在第一電極與可移動電極之間施加第二電壓電勢差，且在第二電極與可移動電極之間施加第三電壓電勢差，以便克服將可移動電極引向介電層的力并將可移動電極驅(qū)動離開介電層。所述方法中還包括在第三電極與可移動電極之間施加第四電壓電勢差、和在第四電極與可移動電極之間施加第五電壓電勢差。將可移動電極引向介電層的力至少部分基于第四和第五電壓。
另一實施例包括一種制造多狀態(tài)光調(diào)制器的方法。所述方法包括形成第一和第二電極、形成包括導電材料的可移動反射體，其中所述可移動反射體定位于第一與第二電極之間，且可在未驅(qū)動位置、第一驅(qū)動位置與第二驅(qū)動位置之間移動。第一驅(qū)動位置比未驅(qū)動位置離第一電極更近，且第二驅(qū)動位置比未驅(qū)動位置離第一電極更遠。所述方法還包括在鄰近第一電極處形成至少一個第三電極和在鄰近第二電極處形成至少一個第四電極。
另一實施例包括一顯示裝置，其包括多個顯示元件，所述顯示元件中的每一者包括一包括導電材料的可移動反射體，其中所述可移動反射體定位于第一與第二電極之間且可在未驅(qū)動位置、第一驅(qū)動位置與第二驅(qū)動位置之間移動。第一驅(qū)動位置比未驅(qū)動位置離第一電極更近，且其中第二驅(qū)動位置比未驅(qū)動位置離第一電極更遠，至少一個第三電極鄰近第一電極，且至少一個第四電極鄰近第二電極。


圖1是描繪干涉調(diào)制器顯示器的一個實施例的一部分的等角視圖，其中第一干涉調(diào)制器的可移動反射層位于松弛位置，且第二干涉調(diào)制器的可移動反射層位于致動位置。
圖2是說明含有有一3×3干涉調(diào)制器顯示器的電子設備的一個實施例的系統(tǒng)方框圖。
圖3是用于圖1的干涉調(diào)制器的一個示范性實施例的可移動反射鏡位置對施加電壓的圖表。
圖4說明可用于驅(qū)動干涉調(diào)制器顯示器的一組行和列電壓。
圖5A和5B說明可用于將一幀顯示數(shù)據(jù)寫入圖2的3×3干涉調(diào)制器顯示器的行和列信號的示范性時序圖。
圖6A和6B是說明一包含多個干涉調(diào)制器的視覺顯示設備的一個實施例的系統(tǒng)方框圖。
圖7A是圖1的設備的截面圖。
圖7B是干涉調(diào)制器的一替代性實施例的截面圖。
圖7C是干涉調(diào)制器的另一替代性實施例的截面圖。
圖7D是干涉調(diào)制器的再一替代性實施例的截面圖。
圖7E是干涉調(diào)制器的一額外替代性實施例的截面圖。
圖8是一示范性干涉調(diào)制器的側(cè)截面圖，其說明所產(chǎn)生的光的頻譜特性。
圖9是若干示范性干涉調(diào)制器的反射鏡的反射率對波長的圖解說明。
圖10是說明可由彩色顯示器產(chǎn)生的顏色的色度圖，其包括紅、綠和藍色干涉調(diào)制器的示范性組。
圖11是一示范性多狀態(tài)干涉調(diào)制器的側(cè)截面圖。
圖12A到12C是另一示范性多狀態(tài)干涉調(diào)制器的側(cè)截面圖。
圖13A到13C是一具有閉鎖電極的示范性多狀態(tài)干涉調(diào)制器的側(cè)截面圖。
具體實施例方式
下文詳細描述針對本發(fā)明的特定具體實施例。然而，本發(fā)明可以許多不同方式來實施。在此描述中參照圖式，其中相似部件始終由相似數(shù)字來表示。從下文描述中容易了解，可在任何經(jīng)配置以顯示圖像(無論是運動的(例如視頻)還是靜止的(例如靜態(tài)圖像)，且無論是文字還是圖像)的設備中實施所述實施例。更具體地說，希望所述實施例可在各種電子設備中實施或與之相關(guān)聯(lián)，所述電子設備例如(但不限于)移動電話、無線設備、個人數(shù)據(jù)助理(PDA)、手持或便攜型計算機、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、可攜式攝像機、游戲機、手表、時鐘、計算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、計算機監(jiān)視器、汽車顯示器(例如里程表顯示器等)、駕駛艙控制器和/或顯示器、攝像機視圖的顯示器(例如車輛后視攝像機的顯示器)、電子相片、電子告示板或標志、投影儀、建筑結(jié)構(gòu)、包裝和美學結(jié)構(gòu)(例如一塊珠寶上的圖像顯示器)。具有與本文所述的結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)的MEMS設備還可以用于非顯示應用中，例如用于電子轉(zhuǎn)換設備。
下文詳細描述針對本發(fā)明的特定具體實施例。然而，本發(fā)明可以許多不同方式來實施。在此描述中，參照圖式，其中相似部件始終由相似數(shù)字來表示。從下文描述中將容易了解，可在任何經(jīng)配置以顯示圖像(無論是運動的(例如視頻)還是靜止的(例如靜態(tài)圖像)，且無論是文字還是圖像)的設備中實施本發(fā)明。更具體地說，希望本發(fā)明可在各種電子設備中實施或與之相關(guān)聯(lián)，所述電子設備例如(但不限于)移動電話、無線設備、個人數(shù)據(jù)助理(PDA)、手持或攜帶型計算機、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、可攜式攝像機、游戲機、手表、時鐘、計算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、計算機監(jiān)視器、汽車顯示器(例如里程表顯示器等)、駕駛艙控制器和/或顯示器、攝像機視圖的顯示器(例如車輛后視攝像機的顯示器)、電子相片、電子告示板或標志、投影儀、建筑結(jié)構(gòu)、包裝和美學結(jié)構(gòu)(例如一塊珠寶上的圖像顯示器)。具有與本文所述的結(jié)構(gòu)相似結(jié)構(gòu)的MEMS設備還可用于非顯示應用中，例如用于電子轉(zhuǎn)換設備。
圖1說明一包含干涉MEMS顯示元件的干涉調(diào)制器顯示器實施例。在這些設備中，像素呈明亮或昏暗狀態(tài)。在明亮(“打開”)狀態(tài)中，顯示元件將大部分入射可見光反射到使用者。在昏暗(“關(guān)閉”)狀態(tài)時，顯示元件將少量可見光反射到使用者。依據(jù)所述實施例，可顛倒“打開”或“關(guān)閉”狀態(tài)的光反射性質(zhì)。MEMS像素可經(jīng)配置以主要反射選定顏色，從而允許除黑與白色之外的彩色顯示器。
圖1是描繪視覺顯示器的一連串像素中的兩個相鄰像素的等角視圖，其中每一像素包含一MEMS干涉調(diào)制器。在某些實施例中，干涉調(diào)制器顯示器包含這些干涉調(diào)制器的行/列陣列。每一干涉調(diào)制器包括一對反射層，其經(jīng)定位而彼此成可變且可控制的距離，從而形成具有至少一個可變大小的共振光腔。在一個實施例中，所述反射層中的一者可在兩個位置之間移動。在第一位置(本文稱為松弛位置)中，可移動反射層定位成與一固定部分反射層成相對較大的距離。在第二位置(本文稱為致動位置)中，可移動反射層定位于更鄰近所述部分反射層之處。從兩個層反射的入射光依據(jù)可移動反射層的位置而相長或相消地干涉，從而為每一像素產(chǎn)生全反射或非反射狀態(tài)。
圖1中的像素陣列的描繪部分包括兩個鄰近干涉調(diào)制器12a和12b。在左邊的干涉調(diào)制器12a中，可移動反射層14a圖示為位于與一光學堆疊16a相距一預定距離處的松弛位置中，所述光學堆疊包括一個部分反射層。在右邊的干涉調(diào)制器12b中，可移動反射層14b圖示為位于鄰近光學堆疊16b的致動位置中。
如本文參考，光學堆疊16a和16b(總稱為光學堆疊16)通常包含若干熔融層，所述熔融層可包括電極層(例如氧化錫銦(ITO))、部分反射層(例如鉻)和透明電介質(zhì)。光學堆疊16因此為導電的、部分透明的且部分反射的，且可(例如)通過將上述層中的一或多者沉積于一透明襯底20上來制造。在某些實施例中，所述層可圖案化成平行條帶，且可形成顯示設備中的行電極，如下文進一步描述?？梢苿臃瓷鋵?4a、14b可形成為沉積于柱18頂部上的沉積金屬層的一連串平行條帶(與16a、16b的行電極正交)和沉積于柱18之間的中間犧牲材料。當犧牲材料被蝕刻掉時，可移動反射層14a、14b與光堆疊16a、16b由一限定間隙19隔開。高導電性且反射性材料(例如鋁)可用于反射層14，且這些條帶可形成顯示設備中的列電極。
當沒有施加電壓時，腔19保持在可移動反射層14a與光學堆疊16a之間，其中可移動反射層14a處于機械松弛狀態(tài)，如圖1中由像素12a說明。然而，當一電勢差施加到選定行和列時，在相應像素處在行電極與列電極的交叉點處形成的電容器成為帶電荷的，且靜電力將電極牽拉在一起。如果電壓足夠高，那么可移動反射層14變形且被壓到光學堆疊16上。光學堆疊16內(nèi)的介電層(此圖中未說明)可防止短路且控制層14與16之間的分離距離，如圖1右側(cè)處的像素12b說明。不管施加電勢差的極性如何，所述行為是相同的。以此方式，可控制反射對非反射像素狀態(tài)的行/列致動在許多方面中與在常規(guī)LCD和其他顯示技術(shù)中所使用的是類似的。
圖2到5說明在一顯示應用中使用一陣列干涉調(diào)制器的示范性處理及系統(tǒng)。
圖2是說明可含有本發(fā)明各方面的電子設備的一個實施例的系統(tǒng)方框圖。在示范性實施例中，電子設備包括一處理器21，其可以是任何通用單芯片或多芯片微處理器(例如ARM、Pentium、Pentium IT、Pentium III、Pentium IV、Pentium Pro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA)或任何專用微處理器(例如數(shù)字信號處理器、微控制器或可編程門陣列)。所述技術(shù)中的常規(guī)作法是，處理器21可經(jīng)配置以執(zhí)行一個或一個以上軟件模塊。除了執(zhí)行操作系統(tǒng)之外，處理器可經(jīng)配置以執(zhí)行一個或一個以上軟件應用，包括網(wǎng)頁瀏覽器、電話應用、電子郵件程序或任何其他軟件應用。在一個實施例中，處理器21還經(jīng)配置以與一陣列驅(qū)動器22通信。在一個實施例中，所述陣列驅(qū)動器22包括一行驅(qū)動電路24和一列驅(qū)動電路26，其將信號提供到一面板或顯示陣列(顯示器)30。圖1所說明的陣列的截面由圖2中的線1-1展示。對于MEMS干涉調(diào)制器來說，行/列致動協(xié)議可利用圖3中所說明的這些裝置的滯后性質(zhì)?？赡苄枰?例如)10伏電勢差來使得可移動層從松弛狀態(tài)變形到致動狀態(tài)。然而，當電壓從前述值降低時，可移動層在電壓降同到10伏以下時維持其狀態(tài)。在圖3的示范性實施例中，直到電壓降落到2伏以下時可移動層才完全松弛。因此在圖3所說明的實例中存在約3到7V的電壓范圍，其中存在其中設備穩(wěn)定位于松弛或致動狀態(tài)中的施加電壓窗口。此在本文中被稱為“滯后窗口”或“穩(wěn)定窗口”。對于具有圖3的滯后特性的顯示陣列來說，可設計行/列致動協(xié)議，以使得在行選通期間，選通行中待致動的像素被暴露到約為10伏的電壓差，且待松弛的像素被暴露到接近零伏的電壓差。在選通之后，像素被暴露到約為5伏的穩(wěn)定狀態(tài)電壓差，以使得其保持在行選通將其置于的任何狀態(tài)中。在被書寫之后，在此實例中每一像素遇到3到7伏的“穩(wěn)定窗口”內(nèi)的電勢差。這一特征使得圖1所說明的像素設計在致動或松弛的先存在狀態(tài)下在相同施加電壓條件下為穩(wěn)定的。由于無論在致動或松弛狀態(tài)下干涉調(diào)制器的每一像素實質(zhì)上是一由固定反射層和移動反射層形成的電容器，因而可在滯后窗口內(nèi)的一電壓處保持此穩(wěn)定狀態(tài)而幾乎沒有功率消耗。如果所施加的電勢為固定的，那么基本上沒有電流流入像素。
在典型應用中，顯示幀可通過根據(jù)第一行中所要致動像素組來確定列電極組來建立。接著，一行脈沖被施加到行1電極，從而致動對應于所確定的列行的像素。接著改變所確定的列電極組以對應第二行中的所要致動像素組。接著將一脈沖施加到行2電極，從而根據(jù)所確定的列電極來致動行2中的恰當像素。行1像素不受行2脈沖的影響，且保持其在行1脈沖期間被設定的狀態(tài)?？蓪τ谡麄€一連串行以連續(xù)方式來重復此行為，以便產(chǎn)生幀。一般而言，通過以每秒某所要數(shù)目的幀的速率來連續(xù)重復此處理，幀由新的顯示數(shù)據(jù)刷新和/或更新。還熟知用于驅(qū)動像素陣列的行和列電極以產(chǎn)生顯示幀的很多種協(xié)議，且所述協(xié)議可與本發(fā)明一起使用。
圖4和圖5說明一種用于在圖2的3×3陣列上建立顯示幀的可能致動協(xié)議。圖4說明一可能的列和行電壓電平組，其可用于展現(xiàn)圖3的滯后曲線的像素。在圖4實施例中，致動一像素包含將適當列設定為-Vbias且將適當行設定為+ΔV，其可分別對應于-5伏和+5伏。通過將適當列設定為+Vbias且將適當行設定為相同+ΔV從而在整個像素上產(chǎn)生零伏電勢差來松弛像素。在行電壓保持于零伏的那些行中，像素穩(wěn)定地位于其原先所在的任何狀態(tài)中，而不管列為+Vbias或-Vbias。還如圖4所說明，將了解到可使用與上述那些電壓具有相反極性的電壓，例如致動像素可包含將恰當列設定為+Vbias且將恰當行設定為-ΔV。在此實施例中，通過將恰當列設定為-Vbias且將恰當行設定為-ΔV從而在整個像素上產(chǎn)生零伏電勢差來釋放像素。
圖5B是展示施加于圖2的3×3陣列的一連串行和列信號的時序圖，所述信號將導致圖5A所說明的顯示排列，其中致動像素為非反射性的。在書寫圖5A所說明的幀之前，像素可處于任何狀態(tài)，且在此實例中，所有行為0伏，且所有列為+5伏。由于這些施加電壓，所有像素穩(wěn)定位于其現(xiàn)存致動或松弛狀態(tài)中。
在圖5A幀中，致動像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)。為了完成此，在行1的“行時間”期間，列1和2被設定為-5伏，且列3被設定為+5伏。此不改變?nèi)魏蜗袼氐臓顟B(tài)，因為所有像素均保持在3到7伏穩(wěn)定窗口中。行1接著由一從0開始、上升至5伏且回到零的脈沖選通。此致動(1，1)和(1，2)像素且松弛(1，3)像素。所述陣列中的其他像素不受影響。為了根據(jù)需要設定行2，列2被設定為-5伏，且列1和3被設定為+5伏。施加到行2的相同選通接著將致動像素(2，2)且松弛像素(2，1)和(2，3)。同樣，所述陣列的其他像素不受影響。類似地通過將列2和3設定為-5伏且將列1設定為+5伏來設定行3。行3選通將行3像素設定為如圖5A所示。在書寫幀之后，行電勢為零，且列電勢可保持在+5或-5伏，且顯示接著穩(wěn)定地位于圖5A的排列中。將了解到，對于具有幾十或幾百個行和列的陣列可采用相同程序。還將了解到，用于執(zhí)行行和列致動的電壓的時序、順序和電平可在以上概述的一般原理內(nèi)廣泛變化，且以上實例僅為示范性的，且任何致動電壓方法均可與本文描述的系統(tǒng)和方法一起使用。
圖6A和6B是說明顯示設備40的一個實施例的系統(tǒng)方框圖。顯示設備40可(例如)為蜂窩或移動電話。然而，顯示設備40的相同組件或其微小變化還可以說明各種類型的顯示設備，例如電視機和便攜型媒體播放器。
顯示設備40包括外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入設備48和傳聲器46。所述外殼41通常由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的多種制造方法中的任何一種來形成，包括噴射鑄造法和真空成形。另外，外殼41可由多種材料中的任何一者制成，其中包括(但不限于)塑料、金屬、玻璃、橡膠和陶瓷、或其組合。在一個實施例中，外殼41包括可移動部分(未圖示)，其可與具有不同顏色、或含有不同標志、圖案或符號的其他可移動部分互換。
示范性顯示設備40的顯示器30可以是多種顯示器中的任何一者，其中包括雙穩(wěn)態(tài)顯示器，如本文所述。在其他實施例中，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，顯示器30包括如上所述的平板顯示器(例如等離子、EL、OLED、STN LCD、或TET LCD)或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的非平板顯示器(例如CRT或其他管設備)。然而，出于描述本實施例的目的，顯示器30包括干涉調(diào)制器顯示器，如本文所述。
在圖6B中示意性說明示范性顯示設備40的一個實施例的組件。所說明的示范性顯示設備40包括外殼41，且可包括至少部分被包圍在內(nèi)的額外組件。例如，在一個實施例中，示范性顯示設備40包括網(wǎng)絡接口27，其包括一耦接到收發(fā)器47的天線43。所述收發(fā)器47連接到處理器21，所述處理器21連接到調(diào)節(jié)硬件52。所述調(diào)節(jié)硬件52可經(jīng)配置以調(diào)節(jié)信號(例如，過濾信號)。調(diào)節(jié)硬件52連接到揚聲器45和傳聲器46。處理器21還連接到輸入設備48和驅(qū)動器控制器29。所述驅(qū)動器控制器29耦接到幀緩沖器28和陣列驅(qū)動器22，所述陣列驅(qū)動器22反過來耦接到顯示陣列30。如特定示范性顯示設備40設計所需，電源50向所有組件提供電力。
網(wǎng)絡接口27包括天線43和收發(fā)器47，以使得示范性顯示設備40可通過網(wǎng)絡與一個或一個以上設備通信。在一個實施例中，網(wǎng)絡接口27還可具有某些減輕處理器21的要求的處理能力。天線43是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何用于發(fā)送和接收信號的天線。在一個實施例中，天線根據(jù)IEEE 802.11標準(包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g))發(fā)送和接收RF信號。在另一實施例中，天線根據(jù)BLUETOOTH標準來發(fā)送和接收RF信號。就蜂窩電話來說，天線經(jīng)設計以接收CDMA、GSM、AMPS或用于在無線手機網(wǎng)絡內(nèi)通信的其他已知信號。收發(fā)器47預先處理從天線43接收的信號，以使得其可由處理器21接收并進一步操作。收發(fā)器47還處理從處理器21接收的信號，以使得其可經(jīng)由天線43從示范性顯示設備40發(fā)送。
在替代性實施例中，收發(fā)器47可由一接收器替代。在又一替代性實施例中，網(wǎng)絡接口27可由一圖像源替代，該圖像源可存儲或產(chǎn)生擬發(fā)送到處理器21的圖像數(shù)據(jù)。例如，圖像源可以是含有圖像數(shù)據(jù)的數(shù)字視頻盤(DVD)或硬盤驅(qū)動器、或產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)的軟件模塊。
處理器21通?？刂剖痉缎燥@示設備40的整體操作。處理器21接收數(shù)據(jù)(例如來自網(wǎng)絡接口27或圖像源的壓縮圖像數(shù)據(jù))，并將數(shù)據(jù)處理為原始圖像數(shù)據(jù)或易于處理為原始圖像數(shù)據(jù)的格式。處理器21接著將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)傳送到驅(qū)動器控制器29或傳送到幀緩沖器28以供存儲。原始數(shù)據(jù)通常是指識別一圖像內(nèi)每一位置處的圖像特性的信息。例如，所述圖像特性可包括顏色、飽和度和灰階水平。
在一個實施例中，處理器21包括微控制器、CPU或邏輯單元，以便控制示范性顯示設備40的操作。調(diào)節(jié)硬件52通常包括放大器和過濾器以用于將信號發(fā)送到揚聲器45，且用于從傳聲器46接送信號。調(diào)節(jié)硬件52可以是示范性顯示設備40內(nèi)的離散組件，或可并入處理器21或其他組件內(nèi)。
驅(qū)動器控制器29直接從處理器21或從幀緩沖器28中獲得由處理器21產(chǎn)生的原始圖像數(shù)據(jù)，且對所述原始圖像數(shù)據(jù)進行適當?shù)闹匦赂袷交员氵m于高速發(fā)送到陣列驅(qū)動器22。具體地說，驅(qū)動器控制器29將原始圖像數(shù)據(jù)重新格式化為具有光柵狀格式的數(shù)據(jù)流，以使得其具有適于掃描整個顯示陣列30的時間順序。接著，驅(qū)動器控制器29將經(jīng)過格式化的信息傳送到陣列驅(qū)動器22。雖然驅(qū)動器控制器29(例如LCD控制器)通常與系統(tǒng)處理器21相關(guān)聯(lián)而作為一獨立集成電路(IC)，但可以多種方式來實施這些控制器。其可嵌入處理器21中作為硬件、嵌入處理器21中作為軟件、或完全與陣列驅(qū)動器22在硬件上成為一體。
通常，陣列驅(qū)動器22從驅(qū)動器控制器29接收格式化信息，且將視頻數(shù)據(jù)重新格式化為一平行組波形，其以每秒多次的速率施加到來自顯示器的x-y像素矩陣的幾百個且有時幾千個導線。
在一個實施例中，驅(qū)動器控制器29、陣列驅(qū)動器22和顯示陣列30適用于本文所述的各類型顯示器中的任一者。例如，在一個實施例中，驅(qū)動器控制器29是常規(guī)顯示控制器或雙穩(wěn)態(tài)顯示控制器(例如干涉調(diào)制器控制器)。在另一實施例中，陣列驅(qū)動器22是常規(guī)驅(qū)動器或雙穩(wěn)態(tài)顯示驅(qū)動器(例如干涉調(diào)制器顯示器)。在一個實施例中，驅(qū)動器控制器29與陣列驅(qū)動器22形成一體。此實施例在高集成系統(tǒng)(例如蜂窩電話、手表和其他小面積顯示器)中為常見的。在又一實施例中，顯示陣列30是典型顯示陣列或雙穩(wěn)態(tài)顯示陣列(例如包括一陣列干涉調(diào)制器的顯示器)。
輸入設備48允許使用者控制示范性顯示設備40的操作。在一個實施例中，輸入設備48包括鍵臺(例如QWERTY鍵盤或電話鍵臺)、按鈕、開關(guān)、觸敏屏幕、壓敏或熱敏膜片。在一個實施例中，傳聲器46是一用于示范性顯示設備40的輸入設備。當傳聲器46用于將數(shù)據(jù)輸入設備時，使用者可提供語音命令來控制示范性顯示設備40的操作。
如所述技術(shù)中眾所周知，電源50可包括多種能量存儲設備。例如，在一個實施例中，電源50是可充電電池，例如鎳鎘電池或鋰離子電池。在另一實施例中，電源50是可再生能源、電容器或太陽能電池，包括塑料太陽能電池和太陽能電池涂料。在另一實施例中，電源50經(jīng)配置以從墻上插座接收電力。
在某些實施方案中，控制可編程性駐留于一驅(qū)動器控制器中(如上文所述)，所述驅(qū)動器控制器可位于電子顯示系統(tǒng)中的若干位置中。在某些情況下，控制可編程性駐留于陣列驅(qū)動器22中。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到上述最佳化可在任何數(shù)目的硬件和/或軟件組件和各種配置中實施。
根據(jù)上文闡述的原理操作的干涉調(diào)制器的結(jié)構(gòu)的細節(jié)可顯著不同。例如，圖7A到7E說明可移動反射層14和其支持結(jié)構(gòu)的五個不同實施例。圖7A是圖1的實施例的截面，其中一金屬材料條帶14沉積于正交延伸的支持體18上。在圖7B中，可移動反射層14僅在隅角上(在系繩32上)附著到支持體。在圖7C中，可移動反射層14從一可變形層34懸掛下來，所述可變形層可包含一撓性金屬?？勺冃螌?4直接或間接連接到圍繞可變形層34周邊的襯底20上。這些連接件在文中稱為支柱。圖7D所說明的實施例具有支柱插塞42，可變形層34倚靠在所述支柱插塞42上?？梢苿臃瓷鋵?4保持懸掛在腔上方，如在圖7A到7C中，但可移動層34不通過填充可變形層34與光學堆疊16之間的孔來形成支柱。而是，支柱由用于形成支柱插塞42的平面化材料形成。圖7E所說明的實施例基于圖7D中所展示的實施例，但還可適于與圖7A到7C所說明的任何實施例以及未圖示的額外實施例協(xié)作。在圖7E展示的實施例中，一額外金屬層或其他導電材料層用于形成總線結(jié)構(gòu)44。這允許信號沿干涉調(diào)制器的背部傳遞，從而除去否則可能必須形成于襯底20上的許多電極。
在例如圖7所述的那些實施例中，干涉調(diào)制器充當直視設備，其中從透明襯底20的前側(cè)(即與設置有調(diào)制器的側(cè)相對的一側(cè))觀察圖像。在這些實施例中，反射層14光學遮蔽與襯底20相對的反射層側(cè)上的干涉調(diào)制器的某些部分，包括可變形層34和總線結(jié)構(gòu)44。此允許在不對圖像質(zhì)量形成負面影響的情況下配置并操作遮蔽區(qū)域。此可分離調(diào)制器結(jié)構(gòu)允許彼此獨立地選擇用于調(diào)制器的機電方面和光學方面的結(jié)構(gòu)設計和材料并使其彼此獨立地作用。此外，圖7C到7E所示的實施例具有從將反射層14的光學性質(zhì)與其機械性質(zhì)分離而得到的額外利益，其中所述機械性質(zhì)由可變形層34進行。此允許相對于光學性質(zhì)來將用于反射層14的結(jié)構(gòu)設計和材料最佳化，且相對于所要機械性質(zhì)將用于可變形層34的結(jié)構(gòu)設計和材料最佳化。
上述干涉調(diào)制器的實施例在產(chǎn)生白光或具有由反射鏡14與16之間的距離確定的顏色的光的反射狀態(tài)中的一者或非反射(例如黑色)狀態(tài)中操作。在其他實施例中，例如第5,986,796號美國專利所揭示的實施例中，可移動反射鏡14可定位于相對于固定反射鏡16的一系列位置處，以便變化共振間隙19的大小，且因此變化反射光的顏色。
圖8是示范性干涉調(diào)制器12的側(cè)截面圖，其說明將通過將可移動反射鏡14定位于一系列位置111到115處來產(chǎn)生的光的頻譜特性。如上所述，行電極與列電極之間的電勢差使得可移動反射鏡14彎曲彎曲。示范性調(diào)制器包括氧化錫銦(ITO)導電層102，其充當一列電極。在示范性調(diào)制器中，反射鏡14包括行導體。
在一個實施例中，具有例如氧化鋁(Al2O3)的材料的介電層104定位于形成反射鏡16的反射表面的鉻層上方。如上文參照圖1所述，當反射鏡14彎曲彎曲時，介電層104防止短路且控制反射鏡14與16之間的分離距離。形成于反射鏡14與16之間的光腔因此包括介電層104。出于方便說明調(diào)制器12的目的來選擇圖8中各項目的相對大小。因此，這些距離未按比例繪制且不希望代表調(diào)制器12的任何特定實施例。
圖9是若干示范性光學堆疊的反射鏡16的反射率對波長的圖解說明。橫軸表示入射于光學堆疊上的可見光的一系列波長?？v軸將光學堆疊的反射率表示為特定波長處的入射光的百分數(shù)。在光學堆疊不包括介電層104的一個實施例中，由鉻層形成的反射鏡16的反射率約為75％。包括一包含100氧化鋁層的介電層104的光學堆疊導致65％的反射率，而包括一包含200氧化鋁層的介電層104的光學堆疊導致55％的反射率。如圖所示，在這些特定實施例中反射率不根據(jù)波長變化。因此，通過調(diào)整Al2O3層的厚度，可在整個可見頻譜上連貫地控制反射鏡16的反射率以允許選擇干涉調(diào)制器12的特定性質(zhì)。在特定實施例中，介電層104是Al2O3層，其厚度在50到250范圍內(nèi)。在其他實施例中，介電層104包含Al2O3薄層，其厚度在50到100范圍內(nèi)，目包含一散粒SiO2層，其厚度在400到2000范圍內(nèi)。
如上所述，調(diào)制器12包括一形成于反射鏡14與16之間的光腔。光腔的特性距離或有效光學路徑長度L確定光腔的共振波長λ，且因此確定干涉調(diào)制器12的共振波長λ。干涉調(diào)制器12的共振波長λ一般對應于由調(diào)制器12反射的光的所見顏色。算術(shù)上，距離L＝Nλ，其中N是一個整數(shù)。因此由具有為λ(N＝1)、λ(N＝2)、3/2λ(N＝3)等的距離L的干涉調(diào)制器12反射一給定共振波長X。所述整數(shù)N可被稱為反射光的干涉級。如本文所使用，調(diào)制器12的級還表示當反射鏡14位于至少一個位置中時由調(diào)制器12反射的光的級N。例如，對應于約為650nm的波長λ，第一級紅色干擾調(diào)制器12可具有約為325nm的距離L。因此，第二級紅色干擾調(diào)制器12可具有約為650nm的距離L。一般來說，較高級調(diào)制器12反射較窄范圍的波長上的光，且因此產(chǎn)生較飽和的彩色光。
注意到在特定實施例中，距離L大體上等于反射鏡14與16之間的距離。當反射鏡14與16之間的空間僅包含折射率約為1的氣體(例如，空氣)時，有效光徑長度大體上等于反射鏡14與16之間的距離。在包括折射率大于一的介電層104的實施例中，通過選擇反射鏡14與16之間的距離且通過選擇介電層104(或反射鏡14與16之間的任何其他層)的厚度和折射率來形成具有所要光徑長度的光腔。在一個實施例中，反射鏡14可彎曲到在一系列位置內(nèi)的一個或一個以上位置以輸出相應范圍的顏色。例如，可調(diào)整行電極與列電極之間的電壓電勢差以使反射鏡14彎曲到相對于反射鏡16的一系列位置中的一者。一般而言，通過調(diào)整電壓進行的反射鏡位置最大級控制在反射鏡14的路徑的非彎曲位置附近(例如，對于較小彎曲而言，例如從反射鏡14的非彎曲位置的最大彎曲的約1/3內(nèi)的彎曲)。
在圖8中由從固定反射鏡16延伸到指示位置111到115的箭頭點的線來標注可移動反射鏡14的一特定組位置111到115中的每一者。因此，選擇距離111到115，以便說明介電層104的厚度和折射率。當可移動反射鏡14彎曲到位置111到115中的每一者處(其中每一位置對應于一不同距離L)時，調(diào)制器將光輸出到一具有不同頻譜響應的觀察位置101，所述頻譜響應對應于由調(diào)制器12反射的入射光的不同顏色。此外，在位置111處，可移動反射鏡14十分靠近固定反射鏡16，使得可忽略干涉作用，且調(diào)制器12充當一反射大體上等于(例如)白光的入射可見光的大體上所有顏色。因為較小距離L對于可見頻帶中的光學共振來說太小，所以引起寬頻帶反射鏡作用。反射鏡14因此僅充當相對于可見光的反射表面。
當空隙增加到位置112時，調(diào)制器12展現(xiàn)一灰影，因為反射鏡14與16之間的增加空隙降低了反射鏡14的反射率。在位置113處，距離L使得腔干涉地操作但大體上不反射可見波長的光，因為共振波長在可見范圍之外。
當距離L進一步增加時，調(diào)制器12的峰值頻譜響應移動到可見波長中。因此，當可移動反射鏡14在位置114處時，調(diào)制器12反射藍光。當可移動反射鏡14在位置115處時，調(diào)制器12反射綠光。當可移動反射鏡14在非彎曲位置116處時，調(diào)制器12反射紅光。
在設計一使用干涉調(diào)制器12的顯示器時，可形成調(diào)制器12以增加反射光的顏色飽和度。飽和度指的是彩色光的色彩的強度。高飽和度色彩具有清晰強烈的顏色，而低飽和度色彩呈現(xiàn)為更柔和灰暗。例如，一產(chǎn)生非常狹窄范圍的波長的激光產(chǎn)生高飽和度光。相反，一典型白熾燈泡產(chǎn)生可具有不飽和紅或藍色的白光。在一個實施例中，調(diào)制器12形成具有對應于較高干擾級(例如第二或第三級)的距離L，以增加反射彩色光的飽和度。
一示范性彩色顯示器包括紅、綠和藍顯示元件。通過改變由所述紅、綠和藍元件產(chǎn)生的光的相對強度可在此顯示器中產(chǎn)生其他顏色。例如紅、綠和藍的原色的這類混合物被人眼看見為其他顏色。在此顏色系統(tǒng)中的紅、綠和藍的相對值可參考人眼的紅、綠和藍光敏感部分的刺激而被稱為三色刺激值。一般來說，原色越飽和，可由顯示器產(chǎn)生的顏色范圍越大。在其他實施例中，顯示器可包括調(diào)制器12，其具有依據(jù)除紅、綠和藍之外的原色組來限定其他顏色系統(tǒng)的顏色組。
圖10是說明可由彩色顯示器產(chǎn)生的顏色的色度圖，所述彩色顯示器包括兩組示范性紅、綠和藍干涉調(diào)制器。橫軸和縱軸定義一色度坐標系，其上描繪頻譜三色刺激值。具體地說，點120說明由示范性紅、綠和藍干涉調(diào)制器反射的光的顏色。白光由點122表示。從每一點120到白光的點122的距離(例如白光的點122與綠光的點120之間的距離124)表示由對應調(diào)制器12產(chǎn)生的光的飽和度。由三角形跡線126包圍的區(qū)域?qū)诳赏ㄟ^混合在點120點處產(chǎn)生的光來產(chǎn)生的顏色范圍。此顏色范圍可被稱為顯示器的色域。
點128指示另一組示范性調(diào)制器12的頻譜響應。如由點128與白色點122之間的距離小于點120與點122之間的距離指示，對應于點128的調(diào)制器12產(chǎn)生的光的飽和度低于對應于點120的調(diào)制器12產(chǎn)生的光的飽和度。跡線130指示可通過混合點128的光而產(chǎn)生的顏色范圍。如圖10所示，跡線126封閉的區(qū)域大于跡線130封閉的區(qū)域，從而圖解說明顯示元件的飽和度與顯示器的色域大小之間的關(guān)系。
在反射顯示器中，使用此飽和干涉調(diào)制器產(chǎn)生的白光對于觀察者來說趨向于具有相對較低強度，因為僅反射一小范圍的入射波長來形成白光。相反，反射寬頻帶白光(例如大體上所有入射波長)的反射鏡具有較高強度，因為反射較大范圍的入射波長。因此，設計使用原色組合以產(chǎn)生白光的反射顯示器一般導致色飽和度和色域與由顯示器輸出的白光的亮度之間的折衷。
圖11是示范性多狀態(tài)干涉調(diào)制器140的側(cè)截面圖，上述調(diào)制器140可在一種狀態(tài)下產(chǎn)生高飽和度彩色光且在另一狀態(tài)下產(chǎn)生相對強烈的白光。示范性調(diào)制器140因此將色飽和度從輸出白光的亮度分離。調(diào)制器140包括一可移動反射鏡14，其定位于兩個電極102與142之間。調(diào)制器140還包括一第二組柱18a，其形成于與柱18相對的反射鏡14的另一側(cè)上。
在特定實施例中，反射鏡14和16中的每一者可以是限定執(zhí)行除反射光之外的功能的反射體或反射構(gòu)件的一堆疊層的一部分。例如，在圖11的示范性調(diào)制器中，反射鏡14由一個或一個以上具有導電反射材料(例如鋁)的層形成。因此，反射鏡14還可充當導體。類似地，反射鏡16可由一個或一個以上具有反射材料的層和一個或一個以上具有導電材料的層形成，以便執(zhí)行電極102的功能。另外，反射鏡14和16中的每一者還可包括一個或一個以上具有其他功能的層，以便控制影響反射鏡14的彎曲的機械性質(zhì)。在一個實施例中，可移動反射鏡14從一額外可變形層上懸掛下來，如結(jié)合圖7C描述。
在包括反射紅、綠和藍光的調(diào)制器的一個實施例中，將不同反射材料用于反射不同顏色的調(diào)制器，以便改良這類調(diào)制器12的頻譜響應。例如，可移動反射鏡14可在經(jīng)配置以反射紅光的調(diào)制器12中包括金。
在一個實施例中，介電層144可定位于導體142的任一側(cè)上。介電層144a和104有利地防止反射鏡14的導電部分與調(diào)制器140的其他部分之間的電短路。在一個實施例中，反射鏡16與電極102一起形成一反射部件。
在示范性實施例中，固定反射鏡16與在其未驅(qū)動位置中的可移動反射鏡14之間的距離對應于其中調(diào)制器140為非反射性或“黑色”的光徑長度L。在示范性實施例中，在固定反射鏡16與向固定反射鏡16驅(qū)動的可移動反射鏡14之間的光徑對應于其中調(diào)制器140反射白光的光徑長度L。在示范性實施例中，固定反射鏡16與向?qū)w142驅(qū)動的可移動反射鏡14之間的距離對應于其中調(diào)制器140反射具有例如紅、藍或綠的顏色的光的光徑長度L。在特定實施例中，未驅(qū)動可移動反射鏡14與固定反射鏡16之間的距離大體上等于未驅(qū)動可移動反射鏡14與電極142之間的距離。這些實施例可被視為定位于單一可移動反射鏡14周圍的兩個調(diào)制器。
當?shù)谝浑妷弘妱莶钍┘佑诜瓷溏R14與電極102之間時，反射鏡14向反射鏡16彎曲，以限定一對應于第一驅(qū)動狀態(tài)的第一光徑長度L。在此第一驅(qū)動狀態(tài)中，可移動反射鏡14比在非驅(qū)動狀態(tài)中更接近反射鏡16。當?shù)诙妷弘妱莶钍┘佑诜瓷溏R14與電極142之間時，反射鏡14彎曲離開反射鏡16，以限定一對應于第二驅(qū)動狀態(tài)的第二光徑長度L。在此第二驅(qū)動狀態(tài)中，可移動反射鏡14比在非驅(qū)動狀態(tài)中更遠離反射鏡16。在特定實施例中，第一驅(qū)動狀態(tài)和第二驅(qū)動狀態(tài)中的至少一者通過在反射鏡14與電極102之間和反射鏡14與電極142之間施加電壓電勢差來獲得。在特定實施例中，選擇第二電壓差以提供反射鏡14的所要彎曲。
如圖11所說明，在第一驅(qū)動狀態(tài)中，反射鏡14彎曲到由虛線152指示的位置。在示范性調(diào)制器140中，在此第一驅(qū)動狀態(tài)中反射鏡14與16之間的距離對應于介電層104的厚度。在示范性調(diào)制器140中，在此位置中反射鏡14充當一寬頻帶反射鏡，大體上反射光的所有可見波長。如此，當由寬頻帶白光照射時，調(diào)制器140產(chǎn)生一寬頻帶白光。
在第二驅(qū)動狀態(tài)中，反射鏡14彎曲到由虛線154指示的位置。在示范性調(diào)制器140中，此距離對應于一種顏色的光，例如藍光。在未驅(qū)動狀態(tài)中，如圖11所示定位反射鏡14。在非彎曲位置中，反射鏡14與反射鏡16間隔一段距離，以使得大體上不反射可見光，例如“關(guān)閉”或非反射狀態(tài)。因此，調(diào)制器140限定一具有至少三個離散狀態(tài)的干涉調(diào)制器。在其他實施例中，根據(jù)需要，可選擇可移動反射鏡14在三個狀態(tài)中的位置，以便產(chǎn)生不同組顏色，包括黑和白。
在一個實施例中，光通過襯底20進入調(diào)制器12，且輸出到觀察位置141。在另一實施例中，顛倒圖11所說明的層堆疊，其中層144離襯底20最近，而并非層102。在特定此類實施例中，可從襯底20通過堆疊的相反側(cè)而并非通過襯底20來觀測調(diào)制器12。在一個此實施例中，在ITO層102上形成二氧化硅層以便將ITO層102電絕緣。
如上所述，在調(diào)制器140中具有用于輸出白光的獨立狀態(tài)可將調(diào)制器控制色飽和度的性質(zhì)的選擇與影響白光輸出的亮度的性質(zhì)分離?？梢虼诉x擇調(diào)制器140的距離和其他性質(zhì)以提供一高飽和度顏色而不影響在第一狀態(tài)中產(chǎn)生的白光。例如，在一示范性彩色顯示器中，紅、綠和藍色調(diào)制器12中的一或多者可形成具有對應于一較高干涉級的光徑長度L。
可使用所屬領(lǐng)域中已知的平板印刷技術(shù)來形成調(diào)制器140，例如上文參考調(diào)制器12描述。例如，可通過將一個或一個以上鉻層沉積到大體上透明的襯底20上來形成固定反射鏡16?？赏ㄟ^將透明導體(例如ITO)的一個或一個以上層沉積到襯底20上來形成電極102。將導體層圖案化為平行條帶，且可形成若干列的電極?？梢苿臃瓷溏R14可形成為沉積在柱18頂部的沉積金屬層的一連串平行條帶(與列電極102正交)和沉積于柱18之間的中間犧牲材料。可提供通過上述層中的一或多者的通孔，以使得蝕刻氣體(例如二氟化氙)可到達犧牲層。當蝕刻掉犧牲材料時，可變形金屬層與固定層由一氣隙分離。高導電反射材料(例如鋁)可用于可變形層，且這些條帶可形成顯示設備中的行電極?？赏ㄟ^在可移動反射鏡14上方沉積柱18a，在柱18a之間沉積中間犧牲材料，在柱18a頂部沉積導體(例如鋁)的一個或一個以上層，且在犧牲材料上方沉積一導電層來形成導體142。當犧牲材料被蝕刻掉時，導電層可充當電極142，其與反射鏡14由第二氣隙分離。氣隙中的每一者提供一個腔，反射鏡14可在所述腔中移動以獲得上述狀態(tài)中的每一者。
如圖11進一步說明，在示范性調(diào)制器140中，導電反射鏡14連接到陣列控制器22的行驅(qū)動器24。在示范性調(diào)制器140中，導體102和142連接到列驅(qū)動器26中的各別列。在一個實施例中，通過根據(jù)參考圖3和圖4描述的方法在反射鏡14與行導體102和142之間施加恰當電壓電勢差來選擇調(diào)制器140的狀態(tài)。
圖12A到12C說明提供兩個以上狀態(tài)的另一示范性干涉調(diào)制器150。在示范性調(diào)制器150中，反射鏡16包括一反射層和一導電層，以便執(zhí)行圖11的電極102的功能。導電層142還可由一第二介電層144a保護且由一支持表面148支持，支持表面148通過第二組支持物18a維持在可移動反射鏡14上方的某距離處。
圖12A說明調(diào)制器150的非驅(qū)動狀態(tài)。與圖11的調(diào)制器140相同，圖12A到12C的示范性調(diào)制器150的反射鏡14可向介電層104(例如向下)彎曲，如在圖12B說明的驅(qū)動狀態(tài)中一樣，且可在相反或相對方向中(例如向上)彎曲，如在圖12C中說明的一樣。此“向上”彎曲狀態(tài)可被稱為“相反”驅(qū)動或致動狀態(tài)，且“向下”彎曲狀態(tài)可稱為“向前”驅(qū)動或致動狀態(tài)。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，可以若干方式來獲得此相反驅(qū)動狀態(tài)。在一個實施例中，通過使用一額外充電板或?qū)щ妼?42來獲得相反驅(qū)動狀態(tài)，所述額外充電板或?qū)щ妼?42可在向上方向上靜電牽拉反射鏡14，如圖12C中所描繪的一樣。示范性調(diào)制器150基本上包括圍繞單一可移動反射鏡14對稱定位的兩個干涉調(diào)制器。此配置允許反射鏡16的導電層和導電層142中的每一者在相對方向上吸引反射鏡14。
在特定實施例中，額外導電層142可使用作為一電極以克服可在反射鏡14靠近或接觸介電層104時產(chǎn)生的靜摩擦力。這些力可包括范德瓦爾斯或靜電力以及所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員了解的其他可能力。在一個實施例中，施加到反射鏡16的導電層的電壓脈沖可將可移動反射鏡14送入圖12B的向前驅(qū)動狀態(tài)中。類似地，下一電壓脈沖可施加到導電層142以將可移動反射鏡14吸引離開反射鏡16。在特定實施例中，施加到導電層142的此電壓脈沖可用于通過將可移動反射鏡14朝相反驅(qū)動狀態(tài)驅(qū)動而將可移動反射鏡14從圖12B說明的向前驅(qū)動狀態(tài)加速恢復到圖12A說明的未驅(qū)動狀態(tài)。因此，在特定實施例中，調(diào)制器150可僅在兩個狀態(tài)中操作，即圖12A的未驅(qū)動狀態(tài)和圖12B的向前驅(qū)動狀態(tài)，且可采用導電層142作為電極以幫助克服靜摩擦力。在一個實施例中，每次可如上所述來驅(qū)動導電層142，使得調(diào)制器150從圖12C的相反驅(qū)動位置變化到圖12A的未驅(qū)動位置。
如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解到，并非在每一實施例中均需要所有這些元件。例如，如果向上彎曲的精確相對量(例如，如圖12C所示)在這類實施例的操作中為不相關(guān)的，那么導電層142可定位于離開可移動反射鏡14的各種距離處。因此，可能不需要支持元件18a、介電層144a或獨立支持表面148。在這些實施例中，可移動反射鏡14向上彎曲多遠未必是重要的，重要的是將導電層142定位成在恰當時間處吸引反射鏡14，(例如)以便分開調(diào)制器12。在其他實施例中，如圖12C所示的可移動反射鏡14的位置可導致干涉調(diào)制器的改變了的且是所要的光學特性。在這些實施例中，可移動反射鏡14在向上方向上的精確彎曲距離可與改良設備的圖像質(zhì)量相關(guān)。
如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，用于產(chǎn)生層142、144a和支持表面148的材料不需要與用于產(chǎn)生對應層16、104和20的材料相似。例如，光不需要穿過層148。另外，如果導電層142定位于可移動反射鏡14在其向上變形位置中不能到達之處，那么調(diào)制器150可不包括介電層144a。另外，施加于導電層142和可移動反射鏡14的電壓可基于以上差別而因此不同。
如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解到，施加以將可移動反射鏡14從圖12B的向前驅(qū)動狀態(tài)驅(qū)動回到圖12A的未驅(qū)動狀態(tài)的電壓可與將可移動反射鏡14從圖12A的未驅(qū)動狀態(tài)驅(qū)動到圖12C的向上或相反驅(qū)動狀態(tài)所需的電壓不同，因為導電層142與可移動反射鏡14之間的距離在兩個狀態(tài)中可以是不同的。此需求可依據(jù)彎曲的所要應用和數(shù)量，且可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本揭示案來確定。
在一些實施例中，力的數(shù)量或在導電層142與可移動反射鏡14之間施力的持續(xù)時間使得僅增加干涉調(diào)制器在向前驅(qū)動狀態(tài)與未驅(qū)動狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的速率。由于可移動反射鏡14可吸引于定位在可移動反射鏡14的相對側(cè)上的導電層142或?qū)щ姺瓷溏R16，因而可提供非常簡短的驅(qū)動力以削弱可移動反射鏡14與相對層之間的互相作用。例如，當驅(qū)動可移動反射鏡14以與固定導電反射鏡16互相作用時，可使用對相對導電層142的能量脈沖來削弱可移動反射鏡14與固定反射鏡16之間的互相作用，從而使得可移動反射鏡14更易于移動到未驅(qū)動狀態(tài)。
圖13A到13C是類似于圖12A到12C的干涉調(diào)制器的干涉調(diào)制器的截面?zhèn)纫晥D，不同之處在于添加了由電介質(zhì)153電絕緣的“閉鎖電極”17和143，下文進一步詳細描述所述閉鎖電極17和143。在圖13A中，干涉調(diào)制器展示為處于未驅(qū)動位置，且可移動反射鏡14處于機械松弛狀態(tài)。圖13B展示處于向前致動狀態(tài)的干涉調(diào)制器，且圖13C展示處于相反致動狀態(tài)的干涉調(diào)制器。
在一個實施例中，最初可將一相對較低的電壓施加到電極17和/或143，從而在電極17和/或143與可移動反射鏡14之間建立電壓差。在此設計的有利實施例中，此電壓差的大小不足以使得可移動反射鏡14從未驅(qū)動狀態(tài)變形成向前致動狀態(tài)或相反致動狀態(tài)，但足以在可移動反射鏡14放置在向前致動狀態(tài)或相反致動狀態(tài)中時將其保持在前述狀態(tài)中。在將相對較低電壓施加到電極17和/或143之后，可將一致動電壓施加到電極16或電極142，其在可移動反射鏡14與電極16或電極142之間建立一電壓差，所述電壓差的大小足以使得可移動反射鏡14向電極16或電極142移動。在所施加的電壓將設備致動或相反致動之后，可移除電極16或電極142上的電壓。因為可移動反射鏡14非常靠近電極17或143，所以接著可由閉鎖電極17或閉鎖電極143與可移動反射鏡14之間的電壓差將可移動反射鏡14維持在致動或相反致動位置中，即使施加到閉鎖電極17或閉鎖電極143的電壓并未高到足以從未驅(qū)動起始狀態(tài)致動或相反致動設備。在一個實施例中，施加到閉鎖電極17和/或143的電壓在1到10伏的范圍內(nèi)，而施加到電極16或電極142的電壓在5到15伏的范圍內(nèi)。將了解到，施加到閉鎖電極17和/或143的電壓可在施加到電極16或電極142的電壓之后施加。
一旦反射鏡14由閉鎖電極17或143閉鎖，可分別降低或不驅(qū)動對應電極16或142。此(例如)在其中可使用單一干涉調(diào)制器驅(qū)動器來驅(qū)動多個干涉調(diào)制器元件的驅(qū)動方案中是有利的。在一些實施例中，一旦將一元件驅(qū)動到所要狀態(tài)，閉鎖電極17或143可將干涉調(diào)制器保持在所述狀態(tài)中，同時驅(qū)動器從電極16和/或142斷開以驅(qū)動另一干涉調(diào)制器元件，從而使得電極16和/或142未被驅(qū)動。
圖13A到13C所示的可移動反射鏡14的移動可由作用于其上的靜電力管控。閉鎖電極17和143是作用于可移動反射鏡14上的力的額外貢獻者。反射鏡14的位置因此是反射鏡14與電極16、142、17和143中每一者之間的電壓差的函數(shù)。因此，電極17和143允許對可移動反射鏡14的移動進行額外控制。
例如，如果于電極17上施加一電壓(相對于可移動反射鏡14)，那么在可移動反射鏡14與電極17之間將存在一相應引力。此力本身可能不足以致動反射鏡14，但將降低致動反射鏡14所需的反射鏡14與電極16之間的電壓。因此，在電極17上施加一電壓會降低致動閾值。類似地，反射鏡14與電極17之間的力將降低反射鏡返回到未驅(qū)動狀態(tài)的電極16上的電壓(釋放閾值)。確實，當用作閉鎖時，電極16上的電壓使得即使將反射鏡14與電極16之間的電壓差降低到零也不足以使得反射鏡14返回到未驅(qū)動狀態(tài)。類似地，在電極143上施加一電壓會在反射鏡14與電極143之間引起一靜電力。此力與反射鏡向下致動相反作用，因此增加致動閾值并降低釋放閾值。
閉鎖電極17和143上的電壓對電極16的致動和釋放閾值的作用類似于閉鎖電極17和143上的電壓對電極142的相反致動和釋放閾值的作用。然而，電壓作用的極性是相反的。當17上的電壓降低電極16的致動閾值且增加釋放閾值時，其增加了電極142的相反致動閾值且增加了釋放閾值。類似地，當143上的電壓增加電極16的致動閾值且增加釋放閾值時，其降低了電極142的相反致動閾值且降低了電極142的釋放閾值。
因為閉鎖電極17和143的電壓可及時且獨立地變化，所以可單獨地操控致動和釋放閾值中的每一者。例如，當反射鏡14處于未驅(qū)動狀態(tài)時，閉鎖電極17和143上的電壓將影響致動和相反致動閾值。一旦反射鏡14處于向前致動或相反致動狀態(tài)，可改變電極17和/或143上的電壓以將釋放閾值變化成所要水平。
對致動和釋放閾值的此控制和因此干涉調(diào)制器的滯后曲線允許校準閾值。例如，由于處理變化，因而個別干涉調(diào)制器的閾值的匹配程度可能并未達到需要。閉鎖電極的恰當使用可校正所述失配。另外，在個別干涉調(diào)制器的致動/釋放行為與相反致動/釋放行為之間可能存在一所要關(guān)系。例如，可能需要致動閾值大體上等于相反致動閾值。當單獨操控這些行為時，可獲得所要關(guān)系。
在某些實施例中，可控制電極17和143上的電壓以調(diào)整反射鏡14在其未驅(qū)動狀態(tài)中的位置。由于處理中的不確定性，可能不能充分控制未驅(qū)動反射鏡14的位置的精確性。在反射鏡14與電極17和143之間產(chǎn)生的力可用于校正位置。
將了解到，可廣泛變化圖13A到13C中所示的各種組件的位置。例如，閉鎖電極可進一步朝向和/或在支柱下方延伸。另外，閉鎖電極可與電極16位于不同平面中，例如在上或在下。另外，可提供僅一個或兩個以上閉鎖電極。一個重要特征在于閉鎖電極位于提供閉鎖功能的位置中。在圖13A到13C的實施例中，將閉鎖電極的至少一部分放置在可移動材料接觸電介質(zhì)的點下方是有利的。
雖然以上詳細描述已展示、描述并指出應用于各實施例的本發(fā)明的新穎特征，但將了解到在不偏離本發(fā)明精神的情況下可由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在所說明的設備或處理的形式和細節(jié)上做各種省略、替代和變化。將認識到，本發(fā)明可以不提供本文所闡述的所有特征和益處的形式實施，因為可互相獨立地使用或?qū)嵺`某些特征。本發(fā)明的范疇由附加的權(quán)力要求書指示，而并非由先前描述指示。在權(quán)利要求書的等價含意和范圍內(nèi)的所有變化將包含在其范疇內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)制器，其包含一可移動反射體，其包含一導電材料，所述可移動反射體定位于第一與第二電極之間，所述可移動反射體可在一未驅(qū)動位置、一第一驅(qū)動位置與一第二驅(qū)動位置之間移動，其中所述第一驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一電極更近，且其中所述第二驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一電極更遠；至少一個第三電極，其鄰近所述第一電極；和至少一個第四電極，其鄰近所述第二電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中當所述可移動反射體位于所述未驅(qū)動位置中時，所述調(diào)制器大體上吸收入射可見光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中當所述可移動反射體位于所述第一驅(qū)動位置中時，所述調(diào)制器反射白光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中當所述可移動反射體位于所述第二驅(qū)動位置中時，所述調(diào)制器選擇性反射與一顏色相關(guān)聯(lián)的一可見波長范圍內(nèi)的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其中所述可移動反射體包含一第五電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)制器，其中作為對施加于所述第一電極與所述第五電極之間的一電壓電勢的一響應，所述可移動反射體移動到所述第一驅(qū)動位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)制器，其中當移除所述電壓電勢時，所述可移動反射體保持在所述第一驅(qū)動位置中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的調(diào)制器，其中所述響應至少部分基于一施加于所述第三電極與所述第五電極之間的電壓電勢。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的調(diào)制器，其中作為對施加于所述第二電極與所述第五電極之間的一電壓電勢的一響應，所述可移動反射體移動到所述第二驅(qū)動位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的調(diào)制器，其中當移除所述電壓電勢時，所述可移動反射體保持在所述第二驅(qū)動位置中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的調(diào)制器，其中所述響應至少部分基于一施加于所述第四電極與所述第五電極之間的電壓電勢。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)制器，其進一步包含一處理器，其與所述第一和第二電極中的至少一者進行電通信，所述處理器經(jīng)配置以處理圖像數(shù)據(jù)；和一存儲器設備，其與所述處理器進行電通信。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其進一步包含一驅(qū)動電路，所述驅(qū)動電路經(jīng)配置以將至少一個信號發(fā)送到所述第一和第二電極中的至少一者。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的調(diào)制器，其進一步包含一控制器，所述控制器經(jīng)配置以將所述圖像數(shù)據(jù)的至少一部分發(fā)送到所述驅(qū)動電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其進一步包含一圖像源模塊，所述圖像源模塊經(jīng)配置以將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到所述處理器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的調(diào)制器，其中所述圖像源模塊包含一接收器、收發(fā)器和發(fā)送器中的至少一者。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的調(diào)制器，其進一步包含一輸入設備，所述輸入設備經(jīng)配置以接收輸入數(shù)據(jù)且將所述輸入數(shù)據(jù)傳送到所述處理器。
18.一種光調(diào)制器，其包含用于反射光的構(gòu)件，其定位于用于定位所述反射構(gòu)件的第一與第二構(gòu)件之間，所述反射構(gòu)件可在一未驅(qū)動位置、一第一驅(qū)動位置與一第二驅(qū)動位置之間移動，其中所述第一驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一定位構(gòu)件更近，且其中所述第二驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一定位構(gòu)件更遠；用于定位所述反射構(gòu)件的第三構(gòu)件，其鄰近所述第一定位構(gòu)件；和用于定位所述反射構(gòu)件的第四構(gòu)件，其鄰近所述第二定位構(gòu)件。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的調(diào)制器，其中所述反射構(gòu)件包含一可移動反射體，所述反射體包含一導電材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的調(diào)制器，其中所述第一、第二、第三和第四定位構(gòu)件各自包含一電極。
21.一種驅(qū)動一MEMS設備的方法，所述MEMS設備包含第一、第二、第三和第四電極和一可移動電極，所述可移動電極定位于所述第一電極與所述第二電極之間且經(jīng)配置以移動到其之間的至少兩個位置，所述方法包含在所述第一電極與所述可移動電極之間施加一第一電壓電勢差，以便將所述可移動電極驅(qū)動到一大體上接觸一介電層的位置，其中形成一將所述可移動電極引向所述介電層的力；在所述第一電極與所述可移動電極之間施加一第二電壓電勢差，且在所述第二電極與所述可移動電極之間施加一第三電壓電勢差，以便克服所述將所述可移動電極引向所述介電層的力，且將所述可移動電極驅(qū)動離開所述介電層；在所述第三電極與所述可移動電極之間施加一第四電壓電勢差；和在所述第四電極與所述可移動電極之間施加一第五電壓電勢差，其中所述將所述可移動電極引向所述介電層的力至少部分基于所述第四和第五電壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述力包含一靜摩擦力。
23.一種制造一多狀態(tài)光調(diào)制器的方法，所述方法包含形成第一和第二電極；形成一包含一導電材料的可移動反射體，所述可移動反射體定位于所述第一與第二電極之間，所述可移動反射體可在一未驅(qū)動位置、一第一驅(qū)動位置與一第二驅(qū)動位置之間移動，其中所述第一驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一電極更近，且其中所述第二驅(qū)動位置比所述未驅(qū)動位置離所述第一電極更遠；形成至少一個第三電極，其鄰近于所述第一電極；和形成至少一個第四電極，其鄰近于所述第二電極。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中形成所述可移動反射體包含形成一第五電極。
25.一種由根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法制造的光調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多狀態(tài)光調(diào)制器，其包含一第一反射體104。一第一電極142定位在離開所述第一反射體104一距離處。一第二反射體14定位于所述第一反射體104與所述第一電極142之間。所述第二反射體14可在一未驅(qū)動位置、一第一驅(qū)動位置與一第二驅(qū)動位置之間移動，其中每一位置與所述第一反射體104具有一相應距離。在一個實施例中，所述光調(diào)制器具有閉鎖電極17和143，其將所述光調(diào)制器保持在一驅(qū)動狀態(tài)中。在另一實施例中，閉鎖電極17和143用于改變所述光調(diào)制器的致動和釋放閾值。
文檔編號G01J3/26GK1938629SQ200580010486
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者克拉倫斯·徐 申請人:Idc公司