门组合件302,例如图2A的快门组合件 200。每一像素还可包含光圈层322,其包含光圈324。
[0088] 将控制矩阵300制造为衬底304的上面形成有快门组合件302的表面上的散射或 薄膜沉积电路。控制矩阵300针对控制矩阵300中的每一行像素301，包含扫描线互连件 306,且针对控制矩阵300中的每一列像素301，包含数据互连件308。每一扫描线互连件 306将写入启用电压源307连接到对应行的像素301中的像素301。每一数据互连件308 将数据电压源309 ( "VJT'）电连接到对应列的像素中的像素301。在控制矩阵300中，Vd源309提供将用于致动快门组合件302的能量的大部分。因此，数据电压源，VjJg 309,也 充当致动电压源。
[0089] 参看图3A和3B，对于像素阵列320中的每一像素301或对于像素阵列320中的每 一快门组合件302,控制矩阵300包含晶体管310和电容器312。每一晶体管310的栅极电 连接到阵列320中像素301位于其中的行的扫描线互连件306。每一晶体管310的源极电 连接到其对应的数据互连件308。每一快门组合件302的致动器303包含两个电极。每一 晶体管310的漏极并联电连接到对应电容器312的一个电极，且并联电连接到对应致动器 303的电极中的一者。电容器312的另一电极以及快门组合件302中的致动器303的另一 电极连接到共用或接地电位。在替代实施方案中，可用半导体二极管和金属-绝缘体-金 属三明治型切换元件来代替晶体管310。
[0090] 在操作中，为了形成图像，控制矩阵300通过依次将Vji加到每一扫描线互连件 306，来依序写入启用阵列320中的每一行。对于经写入启用的行，将Vto施加到行中的像素 301的晶体管310的栅极允许电流流经数据互连件308,穿过晶体管310,以将电位施加到快 门组合件302的致动器303。当写入启用所述行时，将数据电压￥,选择性地施加到数据互 连件308。在提供模拟灰度的实施方案中，关于位于经写入启用的扫描线互连件306与数据 互连件308的交叉点处的像素301的所要亮度，改变施加到每一数据互连件308的数据电 压。在提供数字控制方案的实施方案中，将数据电压选择为相对较低量值的电压（即，接近 接地的电压），或满足或超过Vat (致动阈值电压）。响应于将VJi加到数据互连件308,对 应快门组合件中的致动器303致动，从而打开所述快门组合件302中的快门。施加到数据 互连件308的电压仍储存在像素301的电容器312中，甚至在控制矩阵300停止将VJi加 到行之后也是如此。因此，电压Vto不必等待且在行上保持长于足以供快门组合件302致动 的时间；在已从所述行移除写入启用电压之后，此致动可继续进行。电容器312还充当阵列 320内的存储器元件，存储用于图像帧的照明的致动指令。
[0091] 阵列320的像素301以及控制矩阵300形成于衬底304上。阵列320包含光圈层 322,其安置在衬底304上，光圈层322针对阵列320中的相应像素301包含一组光圈324。 光圈324与每一像素中的快门组合件302对准。在一些实施方案中，衬底304由透明材料 (例如玻璃或塑料）制成。在一些其它实施方案中，衬底304由不透明材料制成，但在其中 蚀刻孔以形成光圈324。
[0092] 快门组合件302连同致动器303 -起可制作为双稳态的。就是说，快门可存在于 至少两个平衡位置（例如打开或关闭）中，其中将快门保持在任一位置中需要很少的电力 或不需要电力。更明确地说，快门组合件302可为机械双稳态的。一旦将快门组合件302 的快门设定在合适位置中，就不需要电能或保持电压来维持所述位置。快门组合件302的 物理元件上的机械应力可将快门保持在合适位置。
[0093] 快门组合件302连同致动器303 -起也可被制作为电双稳态的。在电双稳态快门 组合件中，存在低于快门组合件的致动电压的电压范围，其如果施加到关闭的致动器（其 中快门打开或关闭），就使致动器保持关闭，且将快门保持在合适位置中，甚至在快门上施 加相对力时也是如此。所述相对力可由弹簧（例如图2A中所描绘的基于快门的光调制器 200中的弹簧207)施加，或所述相对力可由相对致动器（例如"打开"或"关闭"的致动器） 施加。
[0094] 将光调制器阵列320描绘为每像素具有单个MEMS光调制器。其它实施方案是可 能的，其中在每一像素中提供多个MEMS光调制器，从而在每一像素中提供多于正好二进制 "开"或"关"光学状态的可能性。某些形式的经译码区域划分灰度是可能的，其中提供像素 中的多个MEMS光调制器，且其中与所述光调制器中的每一者相关联的光圈324具有不相等 的区域。
[0095] 在一些其它实施方案中，光调制器阵列320内的快门组合件302可代替基于滚筒 的光调制器220、光分接头250或基于电润湿的光调制阵列270,以及其它基于MEMS的光调 制器。
[0096] 图4A和4B展示实例双致动器快门组合件400的视图。如图4A中所描绘，双致动 器快门组合件400处于打开状态。图4B展示处于关闭状态的双致动器快门组合件400。与 快门组合件200形成对比，快门组合件400在快门406的任一侧上包含致动器402和404。 独立地控制每一致动器402和404。第一致动器，快门打开致动器402用于打开快门406。 第二致动器，快门关闭致动器404用于关闭快门406。致动器402和404两者为顺应梁电极 致动器。致动器402和404通过实质上在平行于快门悬挂于其上方的光圈层407的平面内 驱动快门406,来打开和关闭快门406。快门406通过附接到致动器402和404的锚408， 悬挂在光圈层407上方较短距离处。包括沿其移动轴附接到快门406的两端的支撑件减少 了快门406的平面外运动，且将运动实质上限制到平行于衬底的平面。与图3A的控制矩阵 300类似，适于与快门组合件400 -起使用的控制矩阵可针对相对的快门打开和快门关闭 致动器402和404中的每一者，包含一个晶体管和一个电容器。
[0097] 快门406包含光可通过的两个快门光圈412。光圈层407包含一组三个光圈409。 在图4A中，快门组合件400处于打开状态，且由此，快门打开致动器402已致动，快门关闭 致动器404处于其松弛位置，且快门光圈412的中心线与光圈层光圈409中的两者的中心 线重合。在图4B中，快门组合件400已移到关闭状态，且由此，快门打开致动器402处于其 松弛位置，快门关闭致动器404已致动，且快门406的遮光部分现在处于合适的位置中，以 阻挡光传输穿过光圈409 (描绘为虚线）。
[0098] 每一光圈在其周边周围具有至少一个边缘。举例来说，矩形光圈409具有四个边 缘。在其中圆形、椭圆形、卵形或其它弯曲光圈形成于光圈层407中的替代实施方案中，每 一光圈可仅具有单个边缘。在一些其它实施方案中，光圈无需在数学意义上分开或解体，而 是可连接。就是说，虽然光圈的若干部分或型界面可维持与每一快门的对应性，但这些截面 中的若干截面可连接，使得光圈的单个连续周长由多个快门共享。
[0099] 为了允许具有多种出口角度的光通过处于打开状态的光圈412和409,有利的是 为快门光圈412提供大于光圈层407中的光圈409的对应宽度或大小的宽度或大小。为了 在关闭状态下有效地阻止光逃出，优选的是，快门406的遮光部分与光圈409重叠。图4B 展示快门406中的遮光部分的边缘与形成于光圈层407中的光圈409的一个边缘之间的预 定义重叠416。
[0100] 将静电致动器402和404设计成使得其电压位移行为向快门组合件400提供双稳 态特性。对于快门打开和快门关闭致动器中的每一者，存在低于致动电压的电压范围，其如 果在所述致动器处于关闭状态（其中快门正打开或关闭）时施加，将使致动器保持关闭，且 使快门保持在合适位置中，甚至在将致动电压施加到相对致动器之后。抵抗此相对力而维 持快门的位置所需的最小电压称为维持电压V"。
[0101] 图5展示并入有基于快门的光调制器（快门组合件）502的实例显示设备500的 横截面图。每一快门组合件502并入有快门503和锚505。未展示顺应梁致动器，其在连接 于锚505与快门503之间时，有助于使快门503悬挂在表面上方较短距离处。快门组合件 502安置在透明衬底504上，此衬底由塑料或玻璃制成。安置在衬底504面向后的反射层， 反射膜506,界定位于快门组合件502的快门503的关闭位置下面的多个表面光圈508。反 射膜506将未通过表面光圈508的光向后朝显不设备500的后面反射。反射光圈层506可 为有细密纹理的金属膜，而不具有通过若干气相沉积技术（包括溅镀、蒸发、离子电镀、激 光消融或化学气相沉积（CVD))以薄膜形式形成的包含物。在一些其它实施方案中，面向后 的反射层506可由镜面形成，例如电媒体镜。电媒体镜可制造为在高折射率材料与低折射 率材料之间交替的电媒体薄膜堆叠。将快门503与反射膜506分开的垂直间隙在0. 5微米 到10微米的范围内，快门在所述垂直间隙内自由移动。所述垂直间隙的量值优选小于快门 503的边缘与处于关闭状态的光圈508的边缘之间的横向重叠，例如图4B中所描绘的重叠 416〇
[0102] 显示设备500包含任选的扩散器512和/或任选的亮度增强膜514,其将衬底504 与平面光导516分开。光导516包含透明，即玻璃或塑料材料。通过形成背光灯的一个或 一个以上光源518来照明光导516。光源518可为例如但不限于白炽灯、荧光灯、激光器或 发光二极管（LED)。反射镜519帮助将光从灯518向光导516引导。面向前的反射膜520 安置在背光灯516后面，其将光向快门组合件502反射。来自背光灯的未通过快门组合件 502中的一者的光线（例如光线521)将返回到背光灯，且再次从膜520反射。以此方式，在 第一遍次未能离开显示设备500以形成图像的光可循环利用，并使其可用于透射穿过快门 组合件502的阵列中的其它打开光圈。已展示此光循环利用，以增加显示器的照明效率。
[0103] 光导516包含一组几何光转向器或棱镜517,其将光从灯518再引导向光圈508， 且因此向显示器的前面。可将光转向器517模制到光导516的塑料主体中，所述塑料主体 具有横截面可替代地为三角形、梯形或弯曲的形状。棱镜517的密度通常随着距灯518的 距离而增加。
[0104] 在一些实施方案中，光圈层506可由光吸收材料制成，且在替代实施方案中，可用 光吸收或光反射材料来涂覆快门503的表面。在一些其它实施方案中，光圈层506可直接 沉积在光导516的表面上。在一些实施方案中，光圈层506无需安置在与快门503和锚505 相同的衬底上（例如在下文所描述的MEMS向下配置中）。
[0105] 在一些实施方案中，光源518可包含不同色彩的灯，例如红色、绿色和蓝色。可以 对于人脑来说足以将不同色彩的图像平均化为单一多色图像的速率，用不同色彩的灯循序 地照明图像，来形成彩色图像。使用快门组合件502的阵列来形成各种色彩特定图像。在 另一实施方案中，光源518包含具有三个以上不同色彩的灯。举例来说，光源518可具有红 色、绿色、蓝色和白色灯，或红色、绿色、蓝色和黄色灯。在一些其它实施方案中，光源518可 包含蓝绿色、紫红色、黄色和白色灯，红色、绿色、蓝色和白色灯。在一些其它实施方案中，额 外的灯可包含在光源518中。举例来说，如果使用五个色彩，那么光源518可包含红色、绿 色、蓝色、蓝绿色和黄色灯。在一些其它实施方案中，光源518可包含白色、橙色、蓝色、紫色 和绿色灯，或白色、蓝色、黄色、红色和蓝绿色灯。如果使用六个色彩，那么光源518可包含 红色、绿色、蓝色、蓝绿色、紫红色和黄色灯，或白色、蓝绿色、紫红色、黄色、橙色和绿色灯。
[0106] 盖板522形成显示设备500的前面。可用黑色矩阵524来覆盖盖板522的后侧， 以增加对比度。在替代实施方案中，盖板包含彩色滤光片，例如对应于快门组合件502中的 不同一者的不同红色、绿色和蓝色滤光片。盖板522被支撑为远离形成间隙526的快门组 合件502预定距离。通过机械支撑件或间隔物527,和/或通过将盖板522附接到衬底504 的粘性密封件528来维持间隙526。
[0107] 粘性密封件528密封住流体530。将流体530设计成具有优选低于约10厘泊的 粘性，且具有优选高于约2. 0的相对介电常数，以及高于约104V/cm的电媒体击穿强度。流 体530也可充当润滑剂。在一些实施方案中，流体530为具有较高表面润湿能力的疏水性 液体。在替代实施方案中，流体530具有大于或小于衬底504的折射率的折射率。
[0108] 并入有机械光调制器的显示器可包含数百、数千，或在一些情况下，数百万个移动 元件。在一些装置中，元件的每次移动为静摩擦停用所述元件中的一者或一者以上提供机 会。通过将所有零件浸没在流体（也称为流体530)中，并将流体（例如用粘合剂）密封在 MEMS显示单元中的流体空间或间隙内，来促进此移动。流体530通常为具有低摩擦系数、 低粘度以及长期内具有最小降级效应的流体。当基于MEMS的显示器组合件包含用于流体 530的液体时，所述液体至少部分地环绕基于MEMS的光调制器的移动零件中的一些。在一 些实施方案中，为了降低致动电压，所述液体具有低于70厘泊的粘度。在一些其它实施方 案中，所述液体具有低于10厘泊的粘度。具有低于70厘泊的粘度的液体可包含具有低分子 量的材料：低于4000克/摩尔，或在一些情况下，低于400克/摩尔。也可适合此类实施方 案的流体530包含但不限于：去离子化的水、甲醇、乙醇和其它酒精、链烷烃、烯烃、乙醚、硅 油、氟硅油，或其它天然或合成溶剂或润滑剂。有用的流体可为聚二甲基硅氧烷（PDMS)，例 如六甲基二硅醚和八甲基三硅氧烷，或烷基甲基硅氧烷，例如己基五甲基二硅氧烷。有用流 体可为链烷，例如辛烷或癸烷。有用流体可为硝基烷，例如硝基甲烷。有用流体可为芳香族 化合物，例如甲苯或二乙苯。有用流体可为酮，例如丁酮或甲基异丁基酮。有用流体可为氯 烃，例如氯苯。有用流体可为氯氟烃，例如二氯一氟乙烷或三氟氯乙烯。为这些显示器组合 件考虑的其它流体包含乙酸丁酯和二甲基甲酰胺。用于这些显示器的其它有用流体包含氢 氟醚、全氟聚醚、水电氟聚醚、戊醇和丁醇。实例合适的氢氟醚包含乙基九氟丁基醚和2-三 氟甲基-3-乙氧基十二氟己烷。
[0109] 片金属或模制塑料组合件支架532将盖板522、衬底504、背光灯和其它组件部分 一起固持在边缘周围。用螺丝或凹入耳片来固持组合件支架532,以增加组合显示设备500 的硬度。在一些实施方案中，通过光源518环氧树脂灌封化合物，将光源518模制在合适的 位置。反射镜536帮助使从光导516的边缘逃出的光返回到光导516中。图5中未描绘将 控制信号以及电力提供给快门组合件502和灯518的电互连件。
[0110] 在一些其它实施方案中，可用显示设备500内的快门组合件502来代替基于滚筒 的光调制器220、光分接头250或基于电润湿的光调制阵列270 (如图2A到2D中所描绘）， 以及其它基于MEMS的光调制器。
[0111] 显示设备500称为MEMS向上配置，其中基于MEMS的光调制器形成于衬底504的 前表面上，即面向观看者的表面上。快门组合件502直接建造在反射光圈层506之上。在 称为MEMS向下配置的替代实施方案中，快门组合件安置在与上面形成反射光圈层的衬底 分开的衬底上。上面形成有界定多个光圈的反射光圈层的衬底在本文称为光圈板。在MEMS 向下配置中，允在基于MEMS的光调制器的衬底取代显示设备500中的盖板522,且定向成 使得基于MEMS的光调制器位于顶部衬底的后表面上，即背向观看者且朝向光导516的表面 上。基于MEMS的光调制器藉此直接定位成与反射光圈层506相对，且与反射光圈层506相 隔一间隙。所述间隙可由连接光圈板与上面形成有MEMS调制器的衬底的一系列间隔件维 持。在一些实施方案中，间隔物安置在阵列中的每一像素内或之间。将MEMS光调制器与其 对应的光圈分离的间隙或距离优选小于10微米，或小于快门与光圈之间的重叠（例如重叠 416)的距离。
[0112] 图6展示用于显示器的MEMS向下配置中的实例光调制器衬底和实例光圈板的横 截面图。显示器组合件600包含调制器衬底602和光圈板604。显示器组合件600还包含 一组快门组合件606和反射光圈层608。反射光圈层608包含光圈610。调制器衬底602与 光圈板604之间的预定间隙或间距由相对的一组间隔物612和614维持。间隔物612形成 于调制器衬底602上或作为其一部分。间隔物614形成于光圈板604上或作为其一部分。 在组装期间，两个衬底602和604对准，使得调制器衬底602上的间隔物612与其相应的间 隔物614接触。
[0113] 此说明性实例的间距或距离为8微米。为了建立此间距，间隔物612高2微米，且 间隔物614高6微米。或者，间隔物612和614两者的高可为4微米，或间隔物612的高可 为6微米，而间隔物614高2微米。事实上，只要其总高度建立所要的间距H12,就可使用间 隔物高度的任何组合。
[0114] 在衬底602和604两者上提供间隔物相对于材料和处理成本具有优势，衬底602 和604接着在组装期间对准或配合。提供非常高，例如大于8微米的间隔物可能是昂贵的， 因为其可能需要相对较长的时间来固化、曝光和形成光可成像聚合物。如在显示器组合件 600中，配合间隔物的使用允许在衬底的每一者上使用较薄的聚合物涂层。
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