具有分段电极的机电系统的制作方法
【技术领域】
[000。 本发明设及具有分段电极的机电系统（EM巧装置W及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 机电系统（EM巧包含具有电子元件和机械元件的装置、致动器、转换器、传感器、 诸如反射镜和光学膜的光学组件、W及电子电路。EMS装置或元件可WW各种尺度（包括但 不限于微米尺度和纳米尺度）来制造。例如，微机电系统（MEM巧装置可W包含具有从大约 一微米至数百微米或更大尺寸范围的结构。纳机电系统（NEM巧装置可W包含具有小于一 微米的尺寸（包括诸如比数百纳米更小的尺寸）的结构。机电元件可W通过使用沉积、蚀 亥IJ、光刻和/或其他微加工过程来创建，其中所述过程蚀刻掉衬底和/或所沉积的材料层的 一部分，或增加层W形成电子和机电装置。
[000引一种类型的EMS装置被称为干设式调制器（IMOD)。术语IMOD或干设式光调制器 指的是使用光学干设原理选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施例中，IMOD显示 元件可W包含一对导电板，所述一对导电板中的一个或者二者可W是整体或部分透明的和 /或反射性的，并且能够在施加适当的电信号时相对运动。例如，一个板可W包含沉积在衬 底上方、位于衬底上或由衬底支撑的静止层，并且另一个板可W包含被气隙从静止层隔开 的反射膜。一个板相对于另一个板的位置可W改变在IM孤显示元件上的入射光的光学干 设。基于IMOD的显示装置具有广泛的应用范围，并且用于改进现有产品并创造新产品，特 别是具有显示性能的新产品。
[0004] 当EMS装置包含可移动层时，可移动层通过其可W被静电移动的稳定行进位置范 围可至少部分地被可移动层倾斜的倾向限制。此倾斜可W至少部分地由于EMS装置制造中 的变化或缺陷。可移动层的转动稳定性可W影响EMS的稳定运行范围，且转动不稳定性可 W限制EMS装置的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的系统、方法和装置每个都具有若干创新方面，其中没有单个方面仅对在 本文中所掲示的属性负责。
[0006] 本发明中所述主题的一个创新方面可W在机电系统（EM巧装置中实现，包含由衬 底支撑的第一电极、由间隙与第一电极分离的可移动层、由可移动层所支撑的第二电极，其 中第一电极或第二电极中的一个是分段电极，其包含位于第一驱动电极和第二驱动电极之 间的多个隔离电极段，其中多个隔离电极段中的每一个从第一驱动电极和第二驱动电极W 及从另外的隔离电极段两者电隔离，并且其中第一电极或第二电极中的另一个用作第一驱 动电极和第二驱动电极，其中第一驱动电极和第二驱动电极之间的电压施加W静电方式使 可移动层位移。
[0007] 在一些实施方案中，第一驱动电极和分段电极可W形成第一电容器，并且第二驱 动电极和分段电极可W形成与第一电容器串联的第二电容器。在一些实施方案中，每个单 独的隔离电极段可W在所有侧面上由电介质材料包围。在另外的实施方案中，多个隔离电 极段可W包含由电介质材料的两个基本上垂直的区段所分离的四个隔离电性段。
[0008] 在一些实施方案中，所述装置可W包含干设式调制器。在另外的实施方案中，可移 动层在稳定位置范围内是可移动的，在所述稳定位置范围中在第一驱动电极和第二驱动电 极之间的电压施加保持可移动层位于稳定位置范围内的位置处，当可移动层紧靠第一电极 压缩时，干设式调制器可W能够基本上反射白光，并且当可移动层被保持在稳定位置范围 内的至少一个位置中时，干设式调制器能够显示黑色。
[0009] 在一些实施方案中，所述装置可另外包含驱动电路，所述驱动电路能够在第一驱 动电极与第二驱动电极之间施加一系列的电压，W使可移动层穿过在其中不在第一驱动电 极与第二驱动电极之间施加电压的松弛位置与距第一电极的最小稳定距离之间的稳定位 置范围中。在另外的实施方案中，所述最小稳定距离可小于松弛位置与第一电极之间的距 离的40%。
[0010] 在一些实施方案中，第二电极可W是分段电极。在另外的实施方案中，可移动层 可包含第二驱动电极，其中驱动电极与第一电极之间的电压施加W静电方式使可移动层位 移，且其中多个隔离电极段位于第二驱动电极与固定电极之间；W及电介质层，其位于第二 驱动电极与第一电极之间，其中多个隔离电极段的每一个与第二驱动电极和其他隔离电极 段电隔离。在另外的实施方案中，第一电极可包含光学吸收体，并且隔离电极段可包含反射 材料。
[0011] 在一些实施方案中，第一电极可W是包含多个隔离电极段的分段光学吸收体。在 另外的实施方案中，第二驱动电极可与分段光学吸收体电隔离，且其中分段光学吸收体布 置于固定电极与第二电极之间。在另外的实施方案中，对于可见光波长，第二驱动电极可比 分段光学吸收体更具有透射性。在另外的实施方案中，分段光学吸收体可包含在分段光学 吸收体区段之间的至少一个间隙，并且所述装置可另外包含与分段光学吸收体结构电隔离 的第二光学吸收体结构，与分段光学吸收体区段之间的至少一个间隙对准。在另外的实施 方案中，第二光学吸收体结构的至少一部分可W是与分段光学吸收体区段之间的至少一个 间隙基本上相同的尺寸和形状。
[001引在本发明中所述主题的另一创新性方面可W在一种用于制作机电系统（EM巧装 置的方法中实施，所述方法包含：在衬底上方形成第一电介质层，在第一电介质层上方形成 第一电极层，在第一电极层中形成多个隔离电极段，在多个隔离电极段上方形成第二电介 质层，W及在第二电介质层上方形成第二电极层。
[0013] 在一些实施方案中，形成多个隔离电极段可包含对第一电极层进行图案化，W形 成借由延伸穿过第一电极层的两个基本上垂直的切口来分离的一组四个隔离电性段。在一 些实施方案中，形成第一电介质层可包含形成电介质层堆叠，所述电介质层堆叠包含第一 电介质子层，所述第一电介质子层包含具有第一折射率的第一材料；W及第二电介质子层， 所述第二电介质子层包含具有第二折射率的第二材料，其中第一折射率大于第二折射率。
[0014] 在本发明中所述主题的另一创新性方面可W在一种机电系统（EM巧装置中实施， 所述EMS装置包含：第一电极，其由衬底支撑；可移动层，其通过间隙与第一电极分离；第二 电极，其由可移动层支撑，其中第一电极或第二电极中的一个为浮动电极，其包含用于抑制 在可移动层内电荷的不平衡积聚W增加可移动层的稳定位置范围的装置，且其中第一电极 或第二电极中的另一个充当第一驱动电极；W及第二驱动电极，其中第一驱动电极与第二 驱动电极之间的电压施加W静电方式使可移动层位移。
[0015] 在一些实施方案中，浮动电极可W是分段电极，其中抑制装置包含位于第一驱动 电极与第二驱动电极之间的多个隔离电极段，且其中多个隔离电极段的每一个与第一及第 二驱动电极W及其他隔离电极段电隔离。在另外的实施方案中，第一驱动电极和分段电极 可形成第一电容器，而第二驱动电极和分段电极可形成与第一电容器串联的第二电容器。
[0016] 在一些实施方案中，第二电极可W是分段电极，并且可移动电极可包含第二驱动 电极，其中在驱动电极与第一电极之间的电压施加W静电方式使可移动层静电位移，且其 中多个隔离电极段位于第二驱动电极与固定电极之间；W及电介质层，其位于第二驱动电 极与第一电极之间，其中多个隔离电极段中的每一个与第二驱动电极和其他隔离电极段电 隔离。在一些实施方案中，第一电极可W是分段光学吸收体，其包含多个隔离电极段，其中 第二驱动电极与分段光学吸收体电隔离，且其中分段光学吸收体布置于固定电极与第二电 极之间。
[0017] 在附图和W下说明中阐明了本发明中所述主题的一或多个实施方案的细节。尽管 在本发明中提供的示例主要就基于EMS及MEMS的显示器来进行说明，但是本文中提供的概 念可适用于其他类型的显示器，诸如液晶显示器、有机发光二极管（OLED)显示器W及场发 射显示器。通过说明书、附图和权利要求书，其他功能、方面及优点将变得显而易见。需要 注意的是，W下附图的相对尺寸可W并不按比例进行绘制。
【附图说明】
[001引图1是示出干设式调制器（IMOD)显示装置的一系列或阵列显示元件中的两个相 邻IMOD显示元件的等距视图。
[0019] 图2是示出电子装置的系统框图，所述电子装置并入包含IMOD显示元件的3元 件X3元件阵列的基于IMOD的显示器。
[0020] 图3是示出IMOD显示器或显示元件的制造过程的流程图。
[0021] 图4A至4E是对在制造IMOD显示器或显示元件的过程中的各种阶段的横截面视 图。
[002引 图5A和5B是包含机电系统（EM巧元件阵列和背板的EMS封装的一部分的示意性 部分分解透视图。
[0023] 图6是示出W模拟方式驱动的IMOD的示例的示意性横截面视图。
[0024] 图7是示出包含隔离电极的模拟IMOD的另一示例的示例的示意性横截面视图。 [002引图8A是示出模拟IMOD的另一示例的示例的示意性横截面视图，其中隔离电极分 离成多个隔离电极段。
[0026] 图8B是沿着图8A的线8B- 8B截取的图8A的模拟IM孤的可移动层的横截面视 图。
[0027] 图9A至9D是制造具有隔离电极段的模拟IMOD的过程的各个阶段的横截面视图。
[0028] 图10是示出具有隔离电极段的模拟IMOD的制造过程的流程图，所述制造过程可 包含图9A至9D中示出的阶段。
[0029] 图11是经过图案化W包含支撑臂的可移动层的示例的横截面视图。
[0030] 图12A是示出其中光学吸收体分离成多个隔离电极段的模拟IMOD的另一示例的 示例的示意性横截面视图。
[0031] 图12B是图12A的模拟IMOD的示例光学吸收体的横截面视图。
[0032] 图13A至13C是制造具有包含隔离电极段的光学吸收体的模拟IMOD的示例过程 中的各个阶段的横截面视图。
[0033] 图14A和14B是制造增加包含隔离电极段的光学吸收体的填充因子的模拟IMOD 的示例过程中的其他阶段的横截面视图。
[0034] 图15是图14B的模拟IM孤的示例光学吸收体的横截面视图。
[0035] 图16是示出具有包含隔离电极段的光学吸收体的模拟IMOD的示例制造过程的流 程图，所述制造过程可包含图13A至13C中示出的阶段。
[0036] 图17A和17B是示出包含多个IMOD显示元件的显示装置的系统框图。
[0037] 在各附图中，相同的参考标号和标记表示相同的元件。
【具体实施方式】
[0038] W下描述设及用于描述本发明的创新方面的目的某些实施方案。然而，本领域普 通技术人员将认识到本文中的教导可WW多种不同的方式来应用。所描述的实施方案可在 任何可配置为显示图像（无论图像是运动的（诸如视频）或是静止的（诸如静止图像），并 且无论是文本、图形或者图片）的装置、设备或系统中实施。更具体地，可W设想所述的实 施方案可包含在或与各种电子装置有关，例如，但不限于：移动电话、具有多媒体互联网功 能的蜂窝式电话、移动电视接收机、无线装置、智能手机、蓝牙?装置、个人数据助理（PDA)、 无线电子邮件接收机、手持或便携式计算机、上网本、笔记本电脑、智能本、平板电脑、打印 机、复印机、扫描仪、传真设备、全球定位系统（GP巧接收机/导航仪、照相机、数字媒体播放 器（诸如MP3播放器）、便携式摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板 显示器、电子阅读装置（例如，电子阅读器）、计算机监视器、自动显示器（包含里程表和速 度计的显示器等）、驾驶舱控制器和/或显示器、照相机视图显示器（诸如车辆中后视照相 机的显示器）、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、微波、冰箱、立体声系统、盒 式磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储忍片、洗衣机、烘 干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、封装（诸如在机电系统（EM巧应用（包含微机电系统 (MEM巧应用W及非EMS应用）中）、美学结构（诸如在珠宝或衣服上的图像显示）和各种 EMS装置。本文中的教导也可用于非显示器应用（诸如，但不限于，电子开关装置、射频滤 波器、传感器、加速度计、巧螺仪、运动感测装置、磁强计、用于消费类电子产品的惯性组件、 部分消费类电子产品、变容二极管、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造过程和电子测试设 备）中。因而，教导并非仅限于附图中描述的实施方案，而是具有广泛适用性，运对于本领 域普通技术人员来说是显而易见的。
[0039] 通过在稳定位置范围内驱动EMS装置的可移动层，可W提供所述EMS装置的额外 精度和功能。例如，具有可移动反射层的IMOD可WW多状态（且当多个状态的数量足够大 时，类似物或近类似物）方式被驱动，W在位置范围上移动可移动反射层W使IMOD反射可 能的颜色范围。稳定位置的范围可取决于例如EMS装置的结构和组件，但是也可受EMS装置 制造中的缺陷或变化的影响。在一些EMS装置中，当可移动层在位置稳定范围边缘附近时， 由于导致可移动层的倾斜和随后的巧塌的可移动层上的不平衡的电荷积聚，轻微的转动不 稳定性可导致静电移动的可移动层的意外巧塌。运种EMS装置的稳定位置的实际范围可明 显小于具有相同设计的EMS装置的稳定位置的理论范围。通过将可移动层中的电极分离至 电隔离电极段，产生于转动不稳定性的一些电荷积聚可被约束到它在EMS装置的可移动层 上施加更少转矩的位置，从而增加EMS装置的稳定位置的范围。
[0040] 在本发明中描述的主题的特定实施方案可被实施W实现一或多个如下潜在优点。 在一些实施方案中，沿两个垂直轴分离可移动电极提供了EMS装置稳定范围的显著增加， 而总电极面积没有显著减少。在EMS装置是配置为W多状态方式被驱动的IMOD的实施方 案中，延伸多状态IMOD的稳定行进范围可延伸可通过多状态IMOD反射的颜色范围。
[0041] 所述实施方案可W应用于的合适的EMS或MEMS装置或设备的示例是反射型显示 装置。反射型显示装置可W合并干设式调制器（IMOD)显示元件，其可W被实现W使用光学 干设原理选择性地吸收和/或反射入射到其上的光。IMOD显示元件可W包含局部光学吸收 体、相对于吸收体可移动的反射物W及在吸收体和反射物之间限定的光学谐振腔。在一些 实施方案中，反射物可W被移向两个或多个不同位置，其可W改变光学谐振腔的尺寸并且 从而影响IMOD的反射率。IMOD显示元件的反射谱可W产生相当宽的光谱带，所述光谱带可 W横跨可见光波长移动W生成不同的颜色。光谱带的位置可W通过改变光学谐振腔的厚度 来调整。改变光学谐振腔的一种方式是通过改变反射物相对于吸收体的位置。