专利名称：用于多状态干涉式光调制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域涉及微机电系统(MEMS)。
背景技术：
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激励器和电子设备。微机械元件可采用沉积、蚀刻及/或其它可蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成电气和机电装置的微机械加工工艺制成。一种类型的MEMS装置称为干涉式调制器。干涉式调制器可包含一对导电板，其中之一或二者全部或部分为透明和/或具反射性，且当施加适当电信号时能够相对移动。其中一个板可包含沉积在衬底上的静止层，而另一个板可包含一与所述静止层隔开一气隙的金属膜。上述装置具有广泛的应用范围，且在所属技术领域中利用和/或修改这些类型的装置的特性、以使其特征可用于改善现有产品及制造目前尚未开发的新产品将颇为有益。
发明内容
本发明的系统、方法及装置各自具有多个方面，任一单个方面均不能单独决定其所期望的属性。现将对其较突出的特征作简要说明，此并不限定本发明的范围。在考虑这一论述后，尤其是在阅读了题为“具体实施方式
”的部分之后，即可理解本发明的特征如何提供优于其它显示装置的优点。
一实施例提供一种光调制器，其包含第一反射体、距所述第一反射体一段距离定位的第一电极、及在所述第一反射体与所述第一电极之间定位的第二反射体，所述第二反射体可在非驱动位置、第一驱动位置及第二驱动位置之间移动，其中所述第一驱动位置比所述非驱动位置更靠近所述第一反射体，且其中所述第二驱动位置比所述非驱动位置距离所述第一反射体更远。
另一实施例提供一种光调制装置，其包含用于反射光的第一构件；用于反射光的第二构件，所述第二反射构件经配置以定位在非驱动位置和所述非驱动位置的第一与第二侧中的任一位置；及定位构件，其用于将所述第二反射构件定位在所述非驱动位置、所述非驱动位置的第一侧上的第一位置和所述非驱动位置的第二侧上的第二位置中的一个位置。
又一实施例提供一种驱动MEMS装置的方法，所述MEMS装置包含第一电极、第二电极和一定位于所述第一电极与所述第二电极之间且经配置以在至少三个位置之间移动的可移动电极，所述方法包括在所述第一电极与所述可移动电极之间施加第一电压电位差以便朝向所述第一电极移动驱动所述可移动电极，其中在所述可移动电极与所述第一电极之间产生第一吸引力；并在所述第一电极与所述可移动电极之间施加第二电压电位差，且在所述第二电极与所述可移动电极之间施加第三电压电位差，以便离开所述第一电极并朝向所述第二电极驱动所述可移动电极，其中施加所述第二电压电位差在所述可移动电极与所述第一电极之间产生第二吸引力，且施加所述第三电压电位差在所述可移动电极与所述第二电极之间产生第三吸引力，且其中所述第三吸引力大于所述第二吸引力。
另一实施例提供一种制造一多状态光调制器的方法，所述方法包括形成一第一反射体，形成一距所述第一反射体一段距离定位的第一电极，且形成一在所述第一反射体与所述第一电极之间定位的第二反射体，所述第二反射体可在一非驱动位置、一第一驱动位置及一第二驱动位置之间移动，其中所述第一驱动位置比所述非驱动位置更靠近所述第一反射体，且其中所述第二驱动位置比所述非驱动位置距离所述第一反射体更远。
图1为一等角视图，其显示一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分，其中一第一干涉式调制器的一可移动反射层处于一释放位置，且一第二干涉式调制器的一可移动反射层处于一受激励位置。
图2为一系统方框图，其显示包含一3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例。
图3为图1所示干涉式调制器的一例示性实施例的可移动镜位置相对于施加电压的关系图。
图4为可用于驱动一干涉式调制器显示器的一组行和列电压的示意图。
图5A显示在图2所示的3×3干涉式调制器显示器中的一个例示性显示数据帧。
图5B显示可用于写入图5A所示帧的行信号和列信号的一个例示性时序图。
图6A为图1所示装置的横截面图。
图6B为一干涉式调制器的一替代实施例的横截面图。
图6C为一干涉式调制器的另一替代实施例的横截面图。
图7为说明所产生的光的光谱特性的一个例示性干涉式调制器的侧视横截面图。
图8为几个例示性干涉式调制器的镜的反射率相对于波长的关系的图解说明。
图9为一色度图，其显示一包括几组例示性红色、绿色和蓝色干涉式调制器的彩色显示器可产生的颜色。
图10为一例示性多状态干涉式调制器的侧视横截面图。
图11A-11C为另一例示性多状态干涉式调制器的侧视横截面图。
图12A和12B为系统方框图，其显示包含复数个干涉式调制器的可见显示装置的一实施例。
具体实施例方式
一干涉式调制器具有一可在三个位置之间移动的反射体。在所述调制器的非驱动状态，可移动镜处于一非驱动位置。在所述调制器的第一驱动状态，可移动镜朝向一固定镜偏移到比所述非驱动位置更靠近所述固定镜的第一驱动位置。在所述调制器的第二驱动状态，可移动镜离开所述固定镜偏移到比所述非驱动位置距离所述固定镜更远的第二驱动位置。在一实施例中，当所述可移动镜处于所述非驱动位置时，所述调制器为非反射，例如为黑色，当所述可移动镜处于所述第一驱动位置时，所述调制器反射白光，而当所述可移动镜处于所述第二驱动位置时，所述调制器反射选定颜色的光。因此，包括这些调制器的彩色显示器反射相对强烈的白光，同时具有较大色域。
以下详细说明涉及本发明的某些具体实施例。但是，本发明可通过许多不同的方式实施。在本说明中，将参照附图，在附图中，类似的部件自始至终使用类似的数字标识。根据以下说明容易看出，本发明可在任一经配置用于显示图像(无论是动态图像(例如视频)还是静态图像(例如静止图像)，也无论是文字图像还是图片图像)的装置中实施。更具体而言，设想本发明可在例如(但不限于)以下多种电子装置中实施或与这些电子装置相关联移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/导航器、照像机、MP3播放器、摄录机(camcorder)、游戏机、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器及/或显示器、摄像机视图显示器(例如，车辆的后视摄像机显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包装、及美学结构(例如，一件珠宝的图像显示器)。与本文所描述的这些装置的结构类似的MEMS装置也可用于非显示应用，例如电子切换装置。
图1中显示一包含一干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于亮状态或暗状态。在处于亮(“开(on)”或“打开(open)”)状态时，所述显示元件将入射可见光的大部分反射给使用者。在处于暗(“关(off)”或“关闭(closed)”)状态时，所述显示元件几乎不向使用者反射入射可见光。取决于实施例，可以颠倒“开”和“关”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在选定颜色下反射，以便除了黑色和白色之外还可实现彩色显示。
图1为一等角视图，其显示一可见显示器的一系列像素中的两个相邻像素，其中每个像素均包含一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，一干涉式调制器显示器包含一由这些干涉式调制器组成的行/列阵列。每一干涉式调制器均包括一对反射层，该对反射层定位成彼此相距一段可变且可控的距离，以形成一具有至少一可变尺寸的光学谐振腔。在一实施例中，其中一个反射层可在两个位置之间移动。在本文称作释放状态的第一位置中，可移动层的位置距离一固定的部分反射层相对较远。在第二位置中，可移动层的位置更近地靠近所述部分反射层。取决于可移动反射层的位置，从这两个层反射的入射光会以相长或相消方式干涉，从而形成各像素的总体反射或非反射状态。
图1中所描绘的像素阵列部分包括两个相邻的干涉式调制器12a和12b。在左侧的干涉式调制器12a中，显示一可移动的高度反射层14a处于一释放位置，该释放位置距一固定的部分反射层16a一预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中，显示可移动的高度反射层14b处于一受激励位置，该受激励位置靠近固定的部分反射层16b。
固定层16a、16b可导电、部分透明且具部分反射性，并可通过(例如)在一透明衬底20上沉积一或多个各自为铬及氧化铟锡的层而制成。所述各层图案化成平行条带，且可形成一显示装置中的行电极，下文中将对此进一步说明。可移动层14a、14b可形成为由沉积在支柱18顶部上的一或多个沉积金属层(与行电极16a、16b正交)及一沉积在支柱18之间的中间牺牲材料构成的一系列平行条带。在蚀刻掉牺牲材料以后，这些可变形的金属层与固定的金属层通过一规定的气隙19隔开。这些可变形层可使用一具有高度导电性及反射性的材料(例如铝)，且该些条带可形成一显示装置中的列电极。
在未施加电压时，腔体19保持位于层14a、16a之间，且可变形层处于如图1中像素12a所示的机械弛豫状态。然而，在向一选定行和列施加电位差时，在所述行和列电极相交处的对应像素处形成的电容器变成充电状态，且静电力将这些电极拉向一起。如果电压足够高，则可移动层发生形变，并被压到固定层上(可在固定层上沉积一介电材料(在该图中未示出)，以防止短路，并控制分隔距离)，如图1中右侧上的像素12b所示。无论所施加的电位差的极性如何，该行为均相同。以此方式，可控制反射相对非反射像素状态的行/列激励与传统的LCD及其他显示技术中所用的行/列激励在许多方面相似。
图2至图5B显示一个在显示器应用中使用一干涉式调制器阵列的例示性方法及系统。图2为一系统方块图，其显示一可包含本发明若干方面的电子装置的一个实施例。在该例示性实施例中，所述电子装置包括一处理器21，其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、Pentium、PentiumII、Pentium III、Pentium IV、PentiumPro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA，或任何专用微处理器，例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。按照所属技术领域内的惯例，可将处理器21配置成用于执行一个或多个软件模块。除执行一个操作系统外，还可将该处理器配置成用于执行一个或多个软件应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一实施例中，处理器21还配置成与一阵列控制器22进行通信。在一实施例中，阵列控制器22包括向像素阵列30提供信号的行驱动电路24和列驱动电路26。图1中所示阵列的横截面在图2中以线1-1示出。对于MEMS干涉式调制器，行/列激励协议可利用图3所示的这些装置的滞后性质。其可能需要(例如)10伏的电位差来使一可移动层从释放状态变形至受激励状态。然而，当电压从该值降低时，随着电压降回至低于10伏，所述可移动层维持其状态不变。在图3的例示性实施例中，所述可移动层直到所述电压降低到2伏以下才完全释放。因此，在图3所示的实例中，存在约3-7V的电压范围，在该电压范围内存在一施加电压窗口，在该窗口内所述装置在释放或受激励状态下保持稳定。本文将其称作“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列来说，行/列激励协议可设计成使得在行选通期间，使选通行中待激励的像素受到约10伏的电压差，并使待释放的像素受到接近0伏的电压差。在选通之后，使像素受到约5伏的稳态电压差，以使其保持在行选通使其所处的状态。在写入之后，在该实例中，每一像素均经历在3-7伏的“稳定窗口”内的电位差。该特性使图1所示的像素设计在相同的施加电压条件下稳定在一既有的受激励状态或释放状态。由于无论是处于受激励状态还是释放状态，干涉式调制器的每一像素基本上都是一由固定及移动反射层形成的电容器，所以该稳定状态可在滞后窗口内的电压下得以保持而几乎无功率消耗。如果所施加的电位固定，则基本上没有电流流入像素。
在典型应用中，可通过根据第一行中所期望的一组受激励像素确定一组列电极而形成一显示帧。此后，将行脉冲施加于行1的电极，从而激励与所确定的列线对应的像素。此后，将所确定的一组列电极变成与第二行中所期望的一组受激励像素对应。此后，将脉冲施加于行2的电极，从而根据所确定的列电极来激励行2中的适当像素。行1的像素不受行2的脉冲的影响，且保持在其在行1的脉冲期间所设定的状态。可按顺序性方式对整个系列的行重复此过程，以形成帧。通常，通过以某一所需帧数/秒的速度连续重复此过程来用新的显示数据刷新和/或更新这些帧。还有很多种用于驱动像素阵列的行及列电极以形成显示帧的协议为人们所熟知，且可用于本发明。
图4、图5A和图5B显示用于在图2所示的3×3阵列上形成一显示帧的一个可能的激励协议。图4显示可用于那些展现出图3的滞后曲线的像素的一组可能的列及行电压电平。在图4所示的实施例中，激励一像素包括将适当的列设定至-Vbias，并将适当的行设定至+ΔV，其可分别对应用于-5伏和+5伏。释放像素则是通过将适当的列设定至+Vbias并将适当的行设定至相同的+ΔV以便在像素两端形成零伏的电位差来实现。在那些行电压保持在0伏的行中，像素稳定在其原先所处的状态，而与该列是处于+Vbias还是-Vbias无关。图4中还说明，应了解可使用与上述电压相反极性的电压，例如激励像素可包括将适当列设定至+Vbias，并将适当的行设定至-ΔV。在此实施例中，释放像素是通过将适当列设定至-Vbias并将适当行设定至相同的-ΔV以便在像素两端形成零伏的电位差来实现。
图5B为一显示一系列施加至图2所示的3×3阵列的行和列信号的时序图，其将形成图5A所示的显示布置，其中受激励像素为非反射性。在写入图5A所示的帧之前，像素可处于任何状态，且在该实例中，所有的行均处于0伏，且所有的列均处于+5伏。通过这些所施加的电压，所有的像素均稳定于其现有的受激励状态或释放状态。
在图5A所示的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)受到激励。为实现此，在行1的“行时间”期间，将列1及列2设定为-5伏，且将列3设定为+5伏。这不会改变任何像素的状态，因为所有的像素均保持处于3-7伏的稳定窗口内。此后，通过一自0伏上升至5伏然后又下降回至0伏的脉冲来选通行1。由此激励像素(1，1)和(1，2)并释放像素(1，3)。阵列中的其它像素均不受影响。为将行2设定为所期望的状态，将列2设定为-5伏，且将列1及列3设定为+5伏。此后，向行2施加相同的选通脉冲将激励像素(2，2)并释放像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中的其它像素均不受影响。类似地，通过将列2和列3设定为-5伏并将列1设定为+5伏而对行3进行设定。行3的选通脉冲将行3的像素设定为如图5A所示的状态。在写入帧之后，行电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且此后显示器将稳定于图5A所示的布置。应了解，可对由数打或数百个行和列构成的阵列使用相同的程序。还应了解，用于执行行激励和列激励的电压的定时、顺序及电平可在上述的一般原理内变化很大，且上述实例仅为例示性，且任何激励电压方法均可用于本发明。
按照上述原理运行的干涉式调制器的详细结构可有很大不同。例如，图6A-6C显示移动镜结构的三个不同实施例。图6A为图1所示实施例的横截面图，其中一金属材料条带14沉积于正交延伸的支撑件18上。在图6B中，可移动反射材料14仅在拐角处在系链32上附接至支撑件。在图6C中，可移动反射材料14悬吊在可变形层34的下方。因为可相对于光学特性最优化反射材料14的结构设计和所用材料，且可相对于所期望的机械特性最优化可变形层34的结构设计和所用材料，所以这个实施例具有多个优点。在许多公开文件中，包括(例如)第2004/0051929号美国公开申请案中，描述了各种不同类型的干涉式装置的制造。多种熟知技术可用于制造上述结构，此包括一系列材料沉积、图案化和蚀刻步骤。
上述干涉式调制器的实施例以反射状态(其产生白光、或由镜14与16之间的距离决定的彩色光)或非反射(例如，黑色)状态中的一种状态运行。在其它实施例中，例如在美国专利第5,986,796号中所揭示的实施例中，可移动镜14可相对于固定镜16定位于一位置范围内，以改变谐振间隙19的尺寸，并因此改变反射光的颜色。
图7为一例示性干涉式调制器12的侧视横截面图，其显示通过将可移动镜14定位在位置范围111-115上所产生的光的光谱特性。如上所述，行与列电极之间的电位差会使可移动镜14发生偏移。所述例示性调制器包括一充当一列电极的氧化铟锡(ITO)导电层102。在所述例示性调制器中，镜14包括行导体。
在一实施例中，例如氧化铝(Al2O3)等材料的介电层104定位在形成镜16的反射表面的铬层上。如以上参考图1所述，当镜14偏移时，所述介电层104防止短路并控制镜14与16之间的间距。因此，在镜14与16之间形成的光学腔体包括所述介电层104。之所以选取图7中的各项相对尺寸是为了方便显示调制器12的目的。因此，这些距离不成比例，且并非意欲表示调制器12的任何特定实施例。
图8为几个例示性光学堆(optical stack)的镜16的反射率相对于波长的关系的图解说明。水平轴表示入射于所述光学堆上的可见光的波长范围。垂直轴表示作为特定波长下的入射光的百分比的光学堆的反射率。在一其中光学堆不包括介电层104的实施例中，由一铬层形成的镜16的反射率为约75％。包括一包含100氧化铝层的介电层104的光学堆产生65％的反射率，且包含200氧化铝层的介电层104产生55％的反射率。如图所示，在这些特定实施例中，反射率不会随波长而变化。因此，通过调整Al2O3层的厚度，可以在可见光谱上一致地控制镜16的反射率，以便选择干涉式调制器12的特定特性。在某些实施例中，所述介电层104为一厚度在50-250范围内的Al2O3层。在其它实施例中，介电层104包含一厚度在50-100范围内的Al2O3薄层和一厚度在400-2000范围内的体SiO2层。
如上所述，调制器12包括一在镜14与16之间形成的光学腔体。所述光学腔体的特征距离或有效光程长度L决定所述光学腔体的谐振波长λ并因此决定干涉式调制器12的谐振波长λ。所述干涉式调制器12的谐振波长λ一般对应于由所述调制器12反射的光的所感知到的颜色。在数学上，距离L＝Nλ，其中N为整数。因此，一给定的谐振波长λ由距离L为λ(N＝1)、λ(N＝2)、3/2λ(N＝3)等的干涉式调制器12来反射。整数N可称作反射光的干涉级数。如本文中所使用，当镜14处于至少一位置时，调制器12的级数也指由所述调制器12所反射的光的级数N。例如，第一级红色干涉式调制器12的距离L可为约325nm，其对应于约650nm的波长λ。相应地，第二级红色干涉式调制器12的距离L可为约650nm。一般来说，调制器12的级数越高，其反射越窄波长范围内的光，并因此产生更饱和的彩色光。
注意，在某些实施例中，距离L大体上等于镜14与16之间的距离。当镜14与16之间的空间仅包含具有约等于1的折射率的气体(例如，空气)时，有效光程长度大体上等于镜14与16之间的距离。在包括具有大于1的折射率的介电层104的实施例中，通过选择镜14与16之间的距离并选择在所述镜14与16之间的介电层104或任何其它层的厚度和折射率来形成具有所需光程长度的光学腔体。在一实施例中，镜14可偏移至在一定位置范围内的一或多个位置以输出相应范围的颜色。例如，可以调整行与列电极之间的电压电位差来使镜14相对于镜16偏移至一定位置范围的一个位置。通常，通过调整电压控制镜位置的最大程度接近镜14的路径的非偏移位置(例如，对于较小的偏移来说，如在距镜14的非偏移位置的最大偏移的约1/3内的偏移)。
在图7中用一条从固定镜16延伸至指示位置111-115的箭头尖端的线来表示可移动镜14的一组特定位置111-115中的各个位置。因此，选择距离111-115以便计算介电层104的厚度和折射率。当可移动镜14偏移至位置111-115中的各个位置(每个位置对应于不同距离L)时，调制器将光输出至观察位置101，其不同的光谱响应对应于由所述调制器12所发射的入射光的不同颜色。此外，在位置111，可移动镜14足够靠近固定镜16，以使干涉效果可以忽略不计，且调制器12充当反射大体上所有颜色的入射可见光(例如，白光)的镜。因为对于可见频带内的光学谐振来说所述小距离L太小，所以导致宽带镜效应。因此，镜14仅充当相对于可见光的反射表面。
当间隙增大至位置112时，因为在镜14与16之间的增大的间隙距离降低了镜14的反射率，所以调制器12展现出灰色调。在位置113，因为谐振波长在可见范围之外，所以距离L使得所述腔体以干涉方式操作但基本上不反射可见波长的光。
随着距离L进一步增大，调制器12的峰值光谱响应移动至可见波长内。因此，当可移动镜14处于位置114时，调制器12反射蓝光。当可移动镜14处于位置115时，调制器12反射绿光。当可移动镜14处于非偏移位置116时，调制器12反射红光。
在设计使用干涉式调制器12的显示器时，可形成调制器12以便增加反射光的颜色饱和度。饱和度是指彩色光的色相强度。高饱和色相具有鲜明且强烈的颜色，而低饱和色相显得较柔和且灰暗。例如，产生极窄范围波长的激光产生高饱和光。相比之下，一般的白炽灯泡产生可具有饱和度减小的红色或蓝色的白光。在一实施例中，使得所形成的调制器12的距离L对应于更高干涉级(例如，2级或3级)，以增加反射彩色光的饱和度。
一例示性彩色显示器包括红色、绿色和蓝色显示元件。通过改变由所述红色、绿色和蓝色元件所产生的光的相对强度来在此显示器中产生其它颜色。诸如红色、绿色和蓝色等原色混合可由人眼感知为其它颜色。在此颜色系统中的红色、绿色和蓝色的相对值可称作有关激励人眼的红、绿和蓝光敏感部分的三色激励值。一般来说，原色越饱和，显示器可产生的颜色的范围越大。在其它实施例中，显示器可包括具有根据不同于红色、绿色和蓝色的几组原色界定其它颜色系统的几组颜色的调制器12。
图9为显示可由包括两组例示性的红色、绿色和蓝色干涉式调制器的彩色显示器来产生的颜色的色度图。水平轴和垂直轴界定一色度坐标系统，可在所述系统上描绘光谱三色激励值。具体而言，点120显示由例示性红色、绿色和蓝色干涉式调制器反射的光的颜色。点122表示白光。各点120到白光的点122的距离(例如，在白光的点122与绿光的点120之间的距离124)表示由相应调制器12产生的光的饱和度。由三角形迹线126包围的区域对应于可通过混合在点120处所产生的光来产生的颜色范围。这个颜色范围可以称作显示器的色域。
点128表示另一组例示性调制器12的光谱响应。点128与白点122之间的距离小于点120与点122之间的距离表明，对应于点128的调制器12所产生的光的饱和度小于对应于点120的调制器12所产生的光的饱和度。迹线130显示可通过混合点128的光产生的颜色的范围。如图9所示，迹线126所包围的面积大于迹线130所包围的面积，从而以图解方式显示在显示元件的饱和度与显示器的色域大小之间的关系。
在反射式显示器中，使用这些饱和干涉式调制器所产生的白光对于观察者而言往往具有相对较低的强度，因为仅反射小范围的入射波长来形成白光。相比之下，反射宽带白光(例如，大体上所有的入射波长)的镜具有更大的强度，因为其反射更大范围的入射波长。因此，使用原色组合来产生白光以设计反射式显示器通常导致显示器所输出的白光的颜色饱和度和色域与亮度之间的折衷。
图10为一例示性多状态干涉式调制器140的侧视横截面图，所述干涉式调制器140可在一种状态下产生高饱和的彩色光并在另一种状态下产生相对较强的白光。因此，所述例示性调制器140将输出白光的颜色饱和度与亮度去耦。所述调制器140包括一定位在两个电极102与142之间的可移动镜14。所述调制器140还包括第二组支柱18a，所述支柱18a在镜14的与支柱18相对的一侧上形成。
在某些实施例中，每一个镜14和16可为界定反射体或反射部件的用于执行不同于反射光的功能的叠层的一部分。例如，在图10的例示性调制器中，镜14由一或多个导电反射材料(例如铝)层形成。因此，镜14也可充当导体。同样，镜16可由一或多个反射材料层和一或多个导电材料层形成以便执行电极102的功能。此外，每一个镜14和16也可包括一或多个具有其它功能的层，以便(例如)控制影响镜14偏移的机械特性。在一实施例中，可移动镜14悬吊在一额外可变形层的下方，如结合图6C所述。
在一包括反射红光、绿光和蓝光的调制器的实施例中，反射不同颜色的调制器使用不同的反射材料，以便改善这些调制器12的光谱响应。例如，在经配置以反射红光的调制器12中，可移动镜14可包括金。
在一实施例中，介电层144可位于导体142的任一侧上。介电层144a和104有利地防止在镜14的导电部分与调制器140的其它部分之间的电短路。在一实施例中，镜16和电极102共同形成一反射部件。
在所述例示性实施例中，在可移动镜14处于非驱动位置时，固定镜16与可移动镜14之间的距离对应于调制器140为非反射或“黑色”时的光程长度L。在所述例示性实施例中，在朝向固定镜16驱动可移动镜14时，固定镜16与可移动镜14之间的距离对应于调制器140反射白光时的光程长度L。在所述例示性实施例中，在朝向导体142驱动可移动镜14时，固定镜16与可移动镜14之间的距离对应于调制器140反射如红色、蓝色或绿色等一彩色光时的光程长度L。在某些实施例中，非驱动可移动镜14与固定镜16之间的距离大体上等于非驱动可移动镜14与电极142之间的距离。这些实施例可视为是围绕单个可移动镜14定位的两个调制器。
当在镜14与电极102之间施加第一电压电位差时，镜14朝向镜16偏移以界定对应于第一驱动状态的第一光程长度L。在这个第一驱动状态下，可移动镜14比在非驱动状态下更靠近镜16。当在镜14与电极142之间施加第二电压电位差时，镜14离开镜16偏移以界定对应于第二驱动状态的第二光程长度L。在这个第二驱动状态下，可移动镜14比在非驱动状态下距离镜16更远。在某些实施例中，通过在镜14与电极102之间和在镜14与电极142之间施加电压电位差来达到第一驱动状态和第二驱动状态中的至少一种状态。在某些实施例中，选择第二电压差以提供镜14的所需偏移。
如图10所示，在第一驱动状态下，镜14偏移至由虚线152所指示的位置。在所述例示性调制器140中，在第一驱动状态下，镜14与16之间的距离对应于介电层104的厚度。在所述例示性调制器140中，镜14在这个位置充当宽带镜，从而大体上反射所有可见波长的光。因而，当通过宽带白光照射时，调制器140产生宽带白光。
在第二驱动状态下，镜14偏移至由虚线154所指示的位置。在所述例示性调制器140中，此距离对应于彩色光，例如蓝光。在非驱动状态下，镜14如图10所示定位。在非偏移位置，镜14与镜16间隔一定距离以使得大体上不反射可见光，例如为“关”或非反射状态。因此，调制器140界定一具有至少三种离散状态的干涉式调制器。在其它实施例中，若需要，可以选择在这三种状态下的可移动镜14的位置以便产生不同组的颜色，包括黑色和白色。
在一实施例中，光通过衬底20进入调制器12并输出至观察位置141。在另一实施例中，颠倒图10所示的叠层，其中层144而不是层102最靠近衬底20。在某些此类实施例中，可通过与衬底20相对的叠层一侧而不是通过衬底20观察调制器12。在一此类实施例中，在ITO层102上形成一层二氧化硅以使ITO层102电绝缘。
如上文所提到的，具有一用于在一调制器140中输出白光的独立状态会使所述调制器控制颜色饱和度的特性选择与影响白色输出的亮度的特性去耦。因此，可以选择调制器140的距离和其它特性以提供高饱和颜色而不影响在第一状态下所产生的白光。例如，在一例示性彩色显示器中，可使所形成的红色、绿色和蓝色调制器12的一或多个调制器12具有对应于较高干涉级的光程长度L。
调制器140可使用所属技术领域中已知的光刻技术、且如以上参照调制器12所述来形成。例如，可通过在大体上透明的衬底20上沉积一或多个铬层来形成固定镜16。可通过在衬底20上沉积一或多层透明导体(例如ITO)来形成电极102。将所述导体层图案化成平行条带，且可形成多列电极。可移动镜14可形成为由沉积在支柱18顶部上的一或多个沉积金属层(与所述列电极102正交)和沉积在支柱18之间的中间牺牲材料构成的一系列平行条带。可以提供穿过上述一或多层的通路以使得蚀刻气体(如二氟化氙)可到达所述牺牲层。在蚀刻掉牺牲材料后，通过一空气隙将所述可变形金属层与固定层隔离开。可变形层可采用具有高导电性和反射性的材料，例如铝，且这些条带可在一显示装置中形成行电极。导体142可通过以下方法形成在可移动镜14上沉积支柱18a，在支柱18a之间沉积中间牺牲材料，在支柱18a的顶部上沉积一或多层导体(例如铝)，并在所述牺牲材料上沉积一导电层。在蚀刻掉所述牺牲材料后，所述导电层可充当电极142，所述电极142通过第二空气隙与镜14隔离开。各个空气隙提供一腔体，镜14可在所述腔体中移动以达到上述状态的每个状态。
如图10进一步所示，在例示性调制器140中，导电镜14连接至阵列控制器22的行驱动器24。在例示性调制器140中，导体102和142连接至列驱动器26中的单独列。在一实施例中，通过根据参照图3和4所描述的方法在镜14与列导体102和142之间施加适当的电压电位差来选择调制器140的状态。
图11A-11C显示提供多于两种状态的另一例示性干涉式调制器150。在例示性调制器150中，镜16包括一反射层和一导电层以便执行图10中的电极102的功能。导电层142也可受第二介电层144a的保护，并由通过第二组支撑件18a在可移动镜14上方保持某一距离的支撑表面148来支撑。
图11A显示调制器150的非驱动状态。如同图10的调制器140，图11A-11C的例示性调制器150的镜14可朝向介电层104偏移(例如，向下)，如处于图11B所示的驱动状态，并可沿相反或相对方向(例如，向上)偏移，如图11C所示。此“向上”偏移状态可以称为“相反驱动状态”。
所属技术领域的技术人员将了解，此相反驱动状态可用多种方法来实现。在一实施例中，相反驱动状态是通过使用可用静电方式沿向上的方向拉镜16的额外充电板或导电层142来实现，如图11C中所示。所述例示性调制器150基本上包括两个围绕单个可移动镜14对称定位的干涉式调制器。此配置允许镜16的导电层和导电层142的每一层沿相对方向吸引镜14。
在某些实施例中，额外导电层142可用作电极，以便克服在镜14紧密接近或接触介电层104时可能形成的静态摩擦力(静摩擦)。这些力可包括范德华力或静电力以及所属技术领域的技术人员所了解的其它可能的力。在一实施例中，施加至镜16的导电层的电压脉冲可使可移动镜14进入图11B的“正常”驱动状态。类似地，可将下一电压脉冲施加至导电层142以吸引可移动镜14使其离开镜16。在某些实施例中，施加至导电层142的此类电压脉冲可用于通过朝向相反驱动状态驱动可移动镜14来加速可移动镜14从图11B所示的驱动状态恢复回至图11A所示的非驱动状态。因此，在某些实施例中，调制器150仅可在两个状态中运行，即图11A的非驱动状态和图11B的驱动状态，并可使用导电层142作为电极以帮助克服静态摩擦力。在一实施例中，每当调制器150从图11C的驱动位置改变到图11A的非驱动位置时，即可如上所述驱动导电层142。
所属技术领域的技术人员将了解，在每个实施例中并非需要所有这些元件。例如，如果在这些实施例的操作中，向上偏移(例如，如图11C所示)的精确相对量不相关，那么导电层142可定位在距可移动镜14的不同距离处。因此，可能不需要支撑元件18a、介电层144a或独立的支撑表面148。在这些实施例中，重要的不一定是可移动镜14向上偏移多远，而是导电层142经定位以在适当时间吸引镜14，以便(例如)扯开调制器12。在其它实施例中，如图11C所示的可移动镜14的位置可导致干涉式调制器产生改变的所需特性。在这些实施例中，可移动镜14沿向上方向偏移的精确距离可与改良装置的图像质量相关。
所属技术领域的技术人员应了解，用于产生所述层142、144a和支撑表面148的材料不需要与用于产生相应层16、105和20的材料类似。例如，光不需要穿过层148。另外，如果将导电层142定位在可移动镜14处于向上变形位置时到达不了的位置处，那么调制器150可不包括介电层144a。另外，施加至导电层142和可移动镜14的电压可基于以上不同而相应不同。
所属技术领域的技术人员应了解，所施加的用于将可移动镜14从图11B的驱动状态驱动回至图11A的非驱动状态的电压可以不同于将可移动镜14从图11A的非驱动状态驱动至图11C的向上或相反驱动状态所需的电压，因为在这两个状态下，导电层142与可移动镜14之间的距离可以不同。这些要求可取决于所需应用和偏移量，并可由所属技术领域的技术人员在考虑本揭示后来确定。
在某些实施例中，在导电层142与可移动镜14之间所施加的力的量或持续时间使得其仅增加干涉式调制器在驱动状态与非驱动状态之间转变的速率。由于可将可移动镜14吸引至位于可移动镜14的相对侧上的导电层142或导电镜16，因此可提供一极其短暂的驱动力来削弱可移动镜14与相对层的相互作用。例如，当驱动可移动镜14以使其与固定导电镜16相互作用时，相对导电层142的能量脉冲可用于削弱可移动镜14与固定镜16的相互作用，从而使可移动镜14更易于移动至非驱动状态。
图12A及图12B为显示一显示装置2040的一实施例的系统方框图。显示装置2040可为(例如)一蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置2040的相同组件或其轻微变型也可说明不同类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器。
显示装置2040包括一外壳2041、一显示器2030、一天线2043、一扬声器2045、一输入装置2048及一麦克风2046。外壳2041通常由所属技术领域的技术人员所熟知的多种制造工艺中的任一工艺制成，包括注射成型及真空成形。另外，外壳2041可由许多种材料中的任何一种材料制成，包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合。在一实施例中，外壳2041包括可与其它具有不同颜色或包含不同标志、图片或符号的可拆卸部分互换的可拆卸部分(未示出)。
例示性显示装置2040的显示器2030可为许多种显示器中的任一种显示器，包括如本文所述的双稳态显示器。在其它实施例中，如所属技术领域的技术人员所熟知，显示器2030包括平板显示器，例如上述等离子体、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD；或非平板显示器，例如CRT或其它管式装置。不过，出于说明本实施例的目的，显示器2030包含如本文所述的干涉式调制器显示器。
在图12B中示意性地显示例示性显示装置2040的一个实施例的各组件。所示例示性显示装置2040包括一外壳2041，且可包括其它至少部分地封闭在外壳2041内的组件。例如，在一实施例中，例示性显示装置2040包括一网络接口2027，网络接口2027包括一耦接至收发器2047的天线2043。收发器2047连接至处理器2021，而处理器2021连接至调节硬件2052。调节硬件2052可配置成调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件2052连接至扬声器2045及麦克风2046。处理器2021还连接至输入装置2048及驱动控制器2029。驱动控制器2029耦接至帧缓冲器2028及阵列驱动器2022，而阵列驱动器2022又耦接至显示阵列2030。电源2050根据特定例示性显示装置2040的设计的要求向所有组件供电。
网络接口2027包括天线2043及收发器2047，以使例示性显示装置2040可通过网络与一个或多个装置通信。在一实施例中，网络接口2027还可具有某些处理功能，以降低对处理器2021的要求。天线2043为所属技术领域的技术人员已知的任一种用于发射和接收信号的天线。在一实施例中，天线根据IEEE 802.11标准(包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g))发射和接收RF信号。在另一实施例中，天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准发射和接收RF信号。倘若为蜂窝式电话，则将天线设计成接收CDMA、GSM、AMPS或其它用于在无线蜂窝电话网络内进行通信的已知信号。收发器2047预处理自天线2043接收的信号，以使这些信号可由处理器2021接收及进一步处理。收发器2047还处理自处理器2021接收到的信号，以便可通过天线2043自例示性显示装置2040发射这些信号。
在一替代实施例中，收发器2047可由一接收器替代。在另一替代实施例中，网络接口2027可由一可存储或产生待发送至处理器2021的图像数据的图像源替代。例如，该图像源可为包含图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器或为产生图像数据的软件模块。
处理器2021通常控制例示性显示装置2040的整体运行。处理器2021自网络接口2027或图像源接收数据，例如经压缩的图像数据，并将所述数据处理成原始图像数据或一种易于处理成原始图像数据的格式。此后，处理器2021将处理后的数据发送至驱动控制器2029或帧缓冲器2028进行存储。原始数据通常是指标识一图像内每一位置处的图像特性的信息。例如，这些图像特性可包括颜色、饱和度及灰度级。
在一实施例中，处理器2021包括微处理器、CPU或用于控制例示性显示装置2040的运行的逻辑单元。调节硬件2052通常包括用于向扬声器2045传输信号及从麦克风2046接收信号的放大器及滤波器。调节硬件2052可为例示性显示装置2040内的离散组件，或者可并入处理器2021或其它组件内。
驱动器控制器2029直接从处理器2021或从帧缓冲器2028接收由处理器2021产生的原始图像数据，并将所述原始图像数据适当地重新格式化，以高速传输至阵列驱动器2022。具体而言，驱动控制器2029将原始图像数据重新格式化为一具有一光栅类格式的数据流，以使其具有一适用于扫描整个显示阵列2030的时间次序。此后，驱动控制器2029将格式化后的信息发送至阵列驱动器2022。尽管驱动控制器2029(例如LCD控制器)通常作为一独立的集成电路(IC)与系统处理器2021相关联，但这些控制器也可按多种方式实施。其可作为硬件嵌入处理器2021中、作为软件嵌入处理器2021中、或以硬件形式与阵列驱动器2022完全集成在一起。
通常，阵列驱动器2022自驱动控制器2029接收格式化后的信息并将视频数据重新格式化为一组平行的波形，该组平行的波形每秒多次施加至来自显示器的x-y像素矩阵的数百条且有时为数千条引线。
在一实施例中，驱动控制器2029、阵列驱动器2022及显示阵列2030适用于本文所述的任何类型的显示器。例如，在一实施例中，驱动控制器2029为一传统的显示控制器或一双稳态显示控制器(例如一干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器2022为一传统驱动器或一双稳态显示驱动器(例如一干涉式调制器显示器)。在一实施例中，驱动控制器2029与阵列驱动器2022集成在一起。此一实施例在例如蜂窝式电话、手表及其它小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又一实施例中，显示阵列2030为一典型的显示阵列或一双稳态显示阵列(例如一包含一干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置2048使得使用者能够控制例示性显示装置2040的运行。在一实施例中，输入装置2048包括小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、触敏屏幕、压敏或热敏膜。在一实施例中，麦克风2046为例示性显示装置2040的输入装置。当使用麦克风2046向该装置输入数据时，可由使用者提供语音命令来控制例示性显示装置2040的运行。
电源2050可包括所属技术领域中众所周知的各种能量存储装置。例如，在一实施例中，电源2050为可再充电的蓄电池，例如镍-镉蓄电池或锂离子蓄电池。在另一实施例中，电源2050为可再生能源、电容器或太阳能电池，包括塑料太阳能电池及太阳能电池涂料。在另一实施例中，电源2050经配置以从墙上插座接收电力。
在某些实施方案中，控制可编程性如上文所述驻存于一驱动控制器中，该驱动控制器可位于电子显示系统中的数个位置上。在某些情形中，控制可编程性驻存于阵列驱动器2022中。所属技术领域的技术人员将了解，可以任意数量的硬件及/或软件组件及不同的配置来实施上述优化。
尽管以上详细描述显示、描述和指出了适用于各实施例的本发明的新颖特征，但应理解，所属技术领域的技术人员可在不脱离本发明的精神的情形下对所示装置或方法的形式和细节做出各种省略、替代或改变。将了解，本发明可以并未提供本文所述的所有特征和益处的形式来体现，这是因为某些特征可以独立于其它特征来使用或实施。本发明的范围应由随附权利要求书而非以上描述来界定。所有落入权利要求书的对等物的意义和范围内的改变都将包括在权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种装置，其包含一第一反射体；一距所述第一反射体一段距离定位的第一电极；和一定位于所述第一反射体与所述第一电极之间的第二反射体，所述第二反射体可在一非驱动位置、一第一驱动位置及一第二驱动位置之间移动，其中所述第一驱动位置比所述非驱动位置更靠近所述第一反射体，且其中所述第二驱动位置比所述非驱动位置距离所述第一反射体更远。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反射体至少部分透明。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反射体包含至少一反射材料层。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一反射体包含一第二电极，且其中所述第二反射体包含一第三电极。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第二电极和所述第三电极中的每一电极均包含一导电材料层。
6.根据权利要求4所述的装置，其中所述第二反射体响应在所述第二电极与所述第三电极之间施加的一电压电位而移动至所述第一驱动位置。
7.根据权利要求6所述的装置，其中当所述第二反射体处于所述第一驱动位置时，所述调制器反射白光。
8.根据权利要求4所述的装置，其中所述第二反射体响应在所述第一电极与所述第三电极之间施加的一电压电位而移动至所述第二驱动位置。
9.根据权利要求8所述的装置，其中当所述第二反射体处于所述第二驱动位置时，所述调制器选择性地反射与一颜色相关联的一可见波长范围内的光。
10.根据权利要求1所述的装置，其中当所述第二反射体处于所述非驱动位置时，所述调制器大体上吸收入射可见光。
11.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含一处理器，其与所述第一电极、所述第一反射体和所述第二反射体中的至少一者电连通，所述处理器经配置以处理图像数据；和一与所述处理器电连通的存储装置。
12.根据权利要求11所述的装置，其进一步包含一驱动电路，所述驱动电路经配置以将至少一信号发送至所述第一电极、所述第一反射体和所述第二反射体中的至少一者。
13.根据权利要求12所述的装置，其进一步包含一控制器，所述控制器经配置以将所述图像数据的至少一部分发送至所述驱动电路。
14.根据权利要求11所述的装置，其进一步包含一图像源模块，所述图像源模块经配置以将所述图像数据发送至所述处理器。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述图像源模块包含一接收器、收发器和发射器中的至少一者。
16.根据权利要求11所述的装置，其进一步包含一输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送到所述处理器。
17.一种光调制装置，其包含用于反射光的第一构件；用于反射光的第二构件，所述第二反射构件经配置以定位在一非驱动位置、所述非驱动位置的一第一侧和所述非驱动位置的一第二侧中的一位置上；和定位构件，其用于将所述第二反射构件定位在所述非驱动位置、所述非驱动位置的一第一侧上的一第一位置和所述非驱动位置的一第二侧上的一第二位置中的一位置上。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一和第二反射构件各自包含一反射层。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述定位构件包含一电极。
20.根据权利要求17所述的装置，其中所述定位构件包含两个电极。
21.根据权利要求17所述的装置，其中所述定位构件包含三个或三个以上电极。
22.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一和第二反射构件各自包含定位构件。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述定位构件包含一电极。
24.根据权利要求17所述的装置，其进一步包含用于激活所述定位构件的构件。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述激活构件包含一驱动电路。
26.根据权利要求17所述的装置，其中所述第二反射构件经配置以在定位于所述非驱动位置的所述第一侧上时反射白光或具有一颜色的可见波长范围的光。
27.根据权利要求17所述的装置，其中所述第二反射构件经配置以在定位于所述非驱动位置时大体上吸收光。
28.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一反射构件配置成部分透明。
29.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一反射构件包含至少一反射材料层。
30.一种显示器，其包含根据权利要求17所述的调制器。
31.一种驱动一MEMS装置的方法，所述MEMS装置包含一第一电极、一第二电极和一定位于所述第一电极与所述第二电极之间并经配置以在至少三个位置之间移动的可移动电极，所述方法包含在所述第一电极与所述可移动电极之间施加一第一电压电位差，以便朝向所述第一电极驱动所述可移动电极，其中在所述可移动电极与所述第一电极之间产生一第一吸引力；和在所述第一电极与所述可移动电极之间施加一第二电压电位差，并在所述第二电极与所述可移动电极之间施加一第三电压电位差，以便离开所述第一电极并朝向所述第二电极驱动所述可移动电极，其中施加所述第二电压电位差导致在所述可移动电极与所述第一电极之间产生一第二吸引力，且施加所述第三电压电位差导致在所述可移动电极与所述第二电极之间产生一第三吸引力，且其中所述第三吸引力大于所述第二吸引力。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述吸引力包含一静态摩擦力。
33.根据权利要求31所述的方法，其中施加所述第一电位差进一步包含反射白光。
34.根据权利要求31所述的方法，其中施加所述第二和第三电位差进一步包含反射彩色光。
35.根据权利要求31所述的方法，其中在所述第一电极与所述可移动电极之间施加一低于一第一阈值的第一电位差并在所述第二电极与所述可移动电极之间施加一低于一第二阀值的第二电位差包含大体上吸收入射光。
36.一种制造一多状态光调制器的方法，所述方法包含形成一第一反射体；形成一距所述第一反射体一段距离定位的第一电极；和形成一定位在所述第一反射体与所述第一电极之间的第二反射体，所述第二反射体可在一非驱动位置、一第一驱动位置及一第二驱动位置之间移动，其中所述第一驱动位置比所述非驱动位置更靠近所述第一反射体，且其中所述第二驱动位置比所述非驱动位置距离所述第一反射体更远。
37.根据权利要求36所述的方法，其中形成所述第一反射体包含形成一第二电极，且其中形成所述第二反射体包含形成一第三电极。
38.根据权利要求37所述的方法，其中形成所述第二电极和所述第三电极的每个电极包含形成一导电材料层。
39.一种光调制器，其通过根据权利要求36所述的方法制造。
全文摘要
本发明涉及一种包含一第一反射体的多状态光调制器。距所述第一反射体一段距离定位一第一电极。一第二反射体定位于所述第一反射体与所述第一电极之间。所述第二反射体可在各自距所述第一反射体具有一对应距离的一非驱动位置、一第一驱动位置及一第二驱动位置之间移动。在一实施例中，所述三个位置对应于反射白光、非反射及反射一选定颜色的光。另一实施例为一种制造所述光调制器的方法。又一实施例为一种包括所述光调制器的显示器。
文档编号G02B26/00GK1755490SQ200510105050
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月26日 优先权日2004年9月27日
发明者克拉伦斯·徐, 威廉·J·卡明斯, 布莱恩·J·加利 申请人:Idc公司