具有集成式觸摸感測能力的照明裝置及其制造方法
【專利說明】具有集成式觸摸感測能力的照明裝置及其制造方法 W01] 本申請是申請日為2010年12月22日，申請?zhí)枮?201080059993.X"，而發(fā)明名稱 為"具有金屬化的光轉向特征的照明裝置"的申請的分案申請。
[0002]巧關申請案的香叉參考
[0003] 本發(fā)明主張2009年12月29日申請的題為"具有觸摸傳感器功能性的前方照明裝 置（FRONT比LUMINATI0NDEVICEmHTOUCHSENSORFUNCTI0NAUTY)，'的第 61/290, 868 號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權。先前申請案的掲示內(nèi)容被視為本發(fā)明的部分，且W引用 的方式并入本發(fā)明中。
技術領域
[0004] 本發(fā)明大體上設及用于有效地顯示圖像的機電系統(tǒng)和顯示裝置。更特定來說，一 些實施方案設及用于顯示裝置的照明裝置。一些實施方案設及觸摸屏傳感器裝置和電極。 在一些實施方案中，照明裝置和觸摸屏傳感器裝置集成到具有集成式觸摸傳感器能力的單 一照明裝置中。
【背景技術】 陽〇化]機電系統(tǒng)包括具有電元件和機械元件、激活器、換能器、傳感器、光學組件（例如， 鏡面）和電子設備的裝置。可W多種尺度來制造機電系統(tǒng)，所述多種尺度包括（但不限于） 微尺度和納米尺度。舉例來說，微機電系統(tǒng)（MEM巧裝置可包括如下結構：具有在從約一微 米到數(shù)百微米或數(shù)百微米W上的范圍內(nèi)的大小。納米機電系統(tǒng)（肥Μ巧裝置可包括如下結 構：具有小于一微米的大?。òǎɡ纾┬∮趲装偌{米的大?。??？墒褂贸练e、蝕刻、光 亥IJ，和/或蝕刻掉襯底和/或所沉積材料層的多個部分或添加層W形成電裝置和機電裝置 的其它微機械加工工藝來產(chǎn)生機電元件。
[0006] 一種類型的機電系統(tǒng)裝置稱為干設式調制器（IM0D)。如本文中所使用，術語"干 設式調制器"或"干設式光調制器"指代使用光學干設的原理選擇性地吸收和/或反射光的 裝置。在一些實施方案中，干設式調制器可包括一對導電板，所述對導電板中的一者或兩者 可整體或部分為透明的和/或反射的，且能夠在施加適當電信號后即刻進行相對運動。在 一實施方案中，一個板可包括沉積于襯底上的固定層，且另一板可包括通過氣隙與所述固 定層分離的金屬薄膜。一個板相對于另一板的位置可改變?nèi)肷溆诟稍O式調制器上的光的光 學干設。干設式調制器裝置具有廣泛范圍的應用，且被預期用于改進現(xiàn)存產(chǎn)品且創(chuàng)造新的 產(chǎn)品，尤其是具有顯示能力的產(chǎn)品。
[0007] 經(jīng)反射的環(huán)境光用W在一些顯示裝置（例如，使用由干設式調制器所形成的像素 的顯示裝置）中形成圖像。運些顯示器的所感知亮度視朝向觀看者所反射的光的量而定。 在低環(huán)境光條件下，來自人造光源的光用W照明反射像素，所述像素接著朝向觀看者反射 光W產(chǎn)生圖像。為了滿足市場需求和設計準則，不斷地開發(fā)新的照明裝置W滿足顯示裝置 (包括反射和透射性顯示器）的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和裝置各自具有若干創(chuàng)新方面，其中無單一者僅負責本文中 所掲示的合乎需要的屬性。
[0009] 本發(fā)明中所描述的標的物的一個創(chuàng)新方面可W-種具有集成式觸摸傳感器能力 的照明裝置來實施，所述照明裝置包括光導，所述光導具有形成于光轉向特征上的導體。所 述照明裝置還包括觸摸感測電極系統(tǒng)，所述觸摸感測電極系統(tǒng)能夠感測由導電主體（例 如，人的手指）的接近所誘發(fā)的所述導體的電容的改變。在某些實施方案中，所述光導安置 于反射顯示器上。在某些實施方案中，所述光導可包括形成于襯底上的光轉向層，其中所述 光轉向特征形成于所述光轉向層中。在某些實施方案中，所述觸摸感測電極系統(tǒng)可包括形 成于單一表面上的第一電極和第二電極。所述第一電極在一方向上延伸，且第二電極在另 一非平行方向上延伸，其中所述第一電極具有間隙，所述間隙的兩側經(jīng)形成W防止所述第 一電極與所述第二電極的交叉，且所述間隙使所述第一電極分成第一側和第二側。在某些 實施方案中，所述第一電極跨越所述間隙經(jīng)由導電橋和形成于所述間隙的兩側上的通孔而 電連接到所述第一電極的所述第二側。在某些實施方案中，所述導電橋形成于所述第一電 極和所述第二電極的所述表面下方的層級上。
[0010] 本發(fā)明中所描述的標的物的另一創(chuàng)新方面可W-種具有集成式觸摸傳感器能力 的照明裝置來實施，所述照明裝置包括：用于導引光的導引裝置，其具有形成于用于使光轉 向的轉向裝置上的用于傳導電的傳導裝置；W及感測裝置，其用于感測由導電主體的接近 所誘發(fā)的所述傳導裝置的電容的改變。在某些實施方案中，所述導引裝置包含光導，所述傳 導裝置包含導體，所述轉向裝置包含光轉向特征，或所述感測裝置包含觸摸感測電極系統(tǒng)。
[0011] 本發(fā)明中所描述的標的物的另一創(chuàng)新方面可W-種制造具有集成式觸摸感測能 力的照明裝置的方法來實施，所述方法包括：將導體安置于光導中的光轉向特征的表面上； W及使所述導體電連接到電極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)能夠感測由導電主體的接近所誘發(fā)的所 述導體的電容的改變。某些實施方案可包括將所述光轉向特征錐形蝕刻于所述光導上W形 成刻面，和將反射導體沉積于所述刻面上。某些實施方案可包括將折射率匹配的轉向層沉 積于襯底上和將所述光轉向特征錐形蝕刻于所述轉向層中。某些實施方案可包括：將所述 轉向層上的在一方向上延伸的第一電極和在另一非平行方向上延伸的第二電極圖案化；W 及將所述第一電極中的間隙圖案化，所述間隙的兩側經(jīng)形成W防止所述第一電極與所述第 二電極的交叉，其中所述間隙將所述第一電極分成第一側和第二側。在某些實施方案中，可 蝕刻所述光轉向特征W使其電連接到所述第一電極的所述第一側與所述第二側中的一者。 在某些實施方案中，可使導體形成于所述光轉向特征上，且可將導電橋沉積于所述轉向層 下方的層中，借此經(jīng)由形成于所述光轉向特征上的所述導體和所述導電橋而電橋接所述第 一電極的所述第一側與所述第二側。
[0012] 本發(fā)明中所描述的標的物的另一創(chuàng)新方面可W-種照明裝置來實施，所述照明裝 置包括光導，所述光導具有形成于光轉向刻面上的導體，其中形成于所述光轉向刻面上的 所述導體電連接到電子系統(tǒng)。在某些實施方案中，所述電子系統(tǒng)為觸摸傳感器系統(tǒng)。
[0013] 在附圖和W下描述中闡述本說明書中所描述的標的物的一個或一個W上實施方 案的細節(jié)。其它特征、方面和優(yōu)點將從描述、圖式和權利要求書變得顯而易見。注意，W下 各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說明】
[0014] 圖1展示描繪干設式調制器（IM0D)顯示裝置的一系列像素中的兩個鄰近像素的 等角視圖的實例。
[0015] 圖2展示說明并入有3X3干設式調制器顯示器的電子裝置的系統(tǒng)方框圖的實例。
[0016] 圖3A展示說明圖1的干設式調制器的可移動反射層位置對所施加電壓的圖的實 例。
[0017] 圖3B展示說明在施加各種共同電壓和片段電壓時干設式調制器的各種狀態(tài)的表 的實例。
[0018] 圖4A展示說明圖2的3X3干設式調制器顯示器中的顯示數(shù)據(jù)的帖的圖的實例。
[0019] 圖4B展示可用W寫入圖4A中所說明的顯示數(shù)據(jù)的帖的共同信號和片段信號的時 序圖的實例。
[0020] 圖5A展示圖1的干設式調制器顯示器的部分橫截面的實例。
[0021] 圖5B到祀展示干設式調制器的不同實施方案的橫截面的實例。
[0022] 圖6展示說明干設式調制器的制造工藝的流程圖的實例。
[0023] 圖7A到7E展示在制造干設式調制器的方法中的各個階段的橫截面示意說明的實 例。
[0024] 圖8A為說明顯示器由照明裝置照明的實例。
[00巧]圖8B為說明顯示器與照明裝置和觸摸傳感器的實例。
[00%] 圖8C為說明顯示器與集成式照明裝置與觸摸傳感器的實施方案的實例。
[0027] 圖9A為說明光導的實施方案的實例。
[0028] 圖9B為說明具有金屬化的光轉向特征的光導的實施方案的實例。
[0029] 圖9C為具有金屬化的光轉向特征的光導與集成式觸摸傳感器的實施方案的橫截 面圖的實例。
[0030] 圖9D為說明具有金屬化的光轉向特征和觸摸感測電極的實施方案的橫截面圖的 實例。
[0031] 圖10A為說明觸摸傳感器的實施方案的實例。
[0032] 圖10B到10C為說明照明裝置與集成式觸摸傳感器的實施方案的實例。
[0033] 圖11A為說明具有金屬化的光轉向特征的光導與觸摸傳感器集成的實施方案的 實例。
[0034] 圖11B為說明具有沉積于光轉向特征的表面上的材料層和由形成于光轉向特征 外部的那些層構成的結構的光導的實施方案的實例。
[0035] 圖12A到12B為說明具有金屬化的光轉向特征的光導與集成式觸摸傳感器的實施 方案的實例。
[0036] 圖13A和13B展示說明包括多個干設式調制器的顯示裝置的系統(tǒng)方框圖的實例。
[0037] 各種圖式中的相同參考數(shù)字和名稱指示相同元件。
【具體實施方式】
[0038] 出于描述創(chuàng)新方面的目的，W下詳細描述是針對某些實施方案。然而，可W眾多不 同方式應用本文中的教示?？稍诮?jīng)配置w顯示圖像（不管處于運動中（例如，視頻）還是 固定的（例如，靜態(tài)圖像），且不管是文字、圖形還是圖像）的任何裝置中實施所描述的實施 方案。更特定來說，預期所述實施方案可在多種電子裝置和多種機電系統(tǒng)裝置中實施或與 多種電子裝置和多種機電系統(tǒng)裝置相關聯(lián)，所述電子裝置例如為（但不限于）移動電話、具 備多媒體因特網(wǎng)功能的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置、智能電話、藍牙裝置、個人 數(shù)據(jù)助理（PDA)、無線電子郵件接收器、手持型或便攜式計算機、上網(wǎng)本、筆記本計算機、智 能本（smartbook)、打印機、復印機、掃描儀、傳真裝置、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放 器、攝像機、游戲控制臺、腕表、時鐘、計算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子讀取裝置（例 如，電子讀取器）、計算機監(jiān)視器、汽車顯示器（例如，里程表顯示器等）、駕駛艙控制和/或 顯示器、相機取景顯示器（例如，車輛中的后視相機的顯示器）、電子照片、電子廣告牌或標 志、投影儀、建筑結構、微波、冰箱、立體聲系統(tǒng)、磁帶錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放 器、VCR、無線電、便攜式存儲器忍片、洗衣機、烘干機、洗衣機/烘干機、封裝（例如，MEMS和 非MEMS)、美學結構（例如，一件珠寶上的圖像的顯示）。本文中的教示還可用于非顯示器 應用中，例如（但不限于）電子切換裝置、射頻濾波器、傳感器、加速計、巧螺儀、運動感測裝 置、磁力計、消費型電子設備的慣性組件、消費型電子產(chǎn)品的部分、可變電抗器、液晶裝置、 電泳裝置、驅動方案、制造工藝、電子測試設備。因此，所述教示無意限于僅在各圖中所描繪 的實施方案，而是具有廣泛適用性，所屬領域的技術人員將容易明白。
[0039] 本文中所掲示的各種實施方案設及一種具有光導的照明裝置，其具有所述光導的 光轉向特征中的集成式導電特征。所述導電特征電連接到電子系統(tǒng)。在一些實施方案中， 電子系統(tǒng)為允許照明裝置提供觸摸傳感器能力的觸摸感測系統(tǒng)的部分。與觸摸傳感器能力 集成的照明裝置包括具有一個或一個W上金屬化的光轉向特征的光導。所述裝置還包括電 極系統(tǒng)，所述電極系統(tǒng)用于感測由導電主體（例如，人的手指）的接近所誘發(fā)的所述電極系 統(tǒng)中的電極之間的電容的改變。在一些實施方案中，形成金屬化的光轉向特征的導體與觸 摸感測電極系統(tǒng)電連通。
[0040] 可實施本發(fā)明中所描述的標的物的特定實施方案，W實現(xiàn)W下潛在優(yōu)點中的一者 或一者W上。舉例來說，本文中所描述的照明裝置的一些實施方案包括金屬化的光轉向特 征，與在不具有金屬化的情況下可出現(xiàn)的情況相比，其可通過反射從較廣范圍的角度撞擊 于光轉向特征上的光而改進光轉向特征的功能性。同時，照明裝置還可具有與使用電極、導 電跡線或其它電結構W檢測導電主體的接近的觸摸感測電極或電子系統(tǒng)一起集成的電極 或導體。在一些實施方案中，用W幫助檢測導電主體的電結構可包括金屬化的光轉向特征。 在其它實施方案中，金屬化的光轉向特征可不電連接到任何電路。在任一狀況下，可使用相 同的沉積和光刻工藝來制造電結構和金屬化的光轉向特征。W此方式，與將單獨制造電結 構和金屬化的光轉向特征所采用的步驟相比，可W較少步驟制造具有觸摸感測能力的集成 式照明裝置。另外，與在將不同材料層用于光轉向特征和電結構時可得到的情況相比，將電 結構與光轉向特征一起集成允許形成較薄裝置。
[0041] 所描述的實施方案可應用到的合適的MEMS裝置的一個實例為反射顯示裝置。反 射顯示裝置可并入有干設式調制器（IM0D)，W使用光學干設的原理選擇性地吸收和/或反 射入射于其上的光。IM0D可包括吸收體、可相對于所述吸收體移動的反射體，和界定于所述 吸收體與所述反射體之間的光學諧振腔。所述反射體可移動到兩個或兩個W上不同位置， 此可改變光學諧振腔的大小，且借此影響干設式調制器的反射率。IMOD的反射光譜可產(chǎn)生 相當廣泛的光譜帶，所述光譜帶可跨越可見波長而移位W產(chǎn)生不同色彩?？赏ㄟ^改變光學 諧振腔的厚度（即，通過改變反射體的位置）而調整光譜帶的位置。
[0042] 圖1展示描繪干設式調制器（IM0D)顯示裝置的一系列像素中的兩個鄰近像素的 等角視圖的實例。所述IM0D顯示裝置包括一個或一個W上干設式MEMS顯示元件。在運些 裝置中，MEMS顯示元件的像素可處于明亮或黑暗狀態(tài)。在明亮（"經(jīng)松弛"、"打開"或"接 通"）狀態(tài)中，顯示元件將大部分入射可見光反射（例如）到用戶。相反地，在黑暗經(jīng)激 活"、"閉合"或"斷開"）狀態(tài)中，顯示元件幾乎不反射入射可見光。在一些實施方案中，接 通狀態(tài)和斷開狀態(tài)的光反射質可顛倒。MEMS像素可經(jīng)配置W主要在特定波長下反射，從而 允許除了黑色與白色之外的彩色顯示。
[0043] IM0D顯示裝置可包括IM0D的行/列陣列。每一IM0D可包括一對反射層，即，可移 動反射層和固定的部分反射層，其定位于彼此相距可變且可控制的距離處W形成氣隙（還 被稱作光學間隙或腔）。可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。在第一位置（即，經(jīng) 松弛位置）中，可移動反射層可定位于距固定的部分反射層相對大的距離處。在第二位置 (即，經(jīng)激活位置）中，可移動反射層可定位成更接近于部分反射層。從所述兩個層反射的 入射光可視可移動反射層的位置而相長或相消地干設，從而產(chǎn)生每一像素的整體反射或非 反射狀態(tài)。在一些實施方案中，IM0D在未經(jīng)激活時可處于反射狀態(tài)，從而反射可見光譜內(nèi) 的光，且在未經(jīng)激活時可處于黑暗狀態(tài)，從而反射可見范圍外部的光（例如，紅外光）。然 而，在一些其它實施方案中，IM0D在未經(jīng)激活時可處于黑暗狀態(tài)，且在經(jīng)激活時可處于反射 狀態(tài)。在一些實施方案中，引入所施加電壓可驅使像素改變狀態(tài)。在一些其它實施方案中， 所施加電荷可驅使像素改變狀態(tài)。 W44]圖1中的像素陣列的所描繪部分包括兩個鄰近干設式調制器12。在左側的IM0D12 (如所說明）中，將可移動反射層14說明為處于在與光學堆疊16相距預定距離處的經(jīng)松 弛位置中，光學堆疊16包括部分反射層?？缭阶髠鹊腎M0D12所施加的電壓V。不足W致 使激活可移動反射層14。在右側的IM0D12中，將可移動反射層14說明為處于接近或鄰近 于光學堆疊16的經(jīng)激活位置中?？缭接覀鹊腎M0D12所施加的電壓Vbus足W將可移動反 射