专利名称：具有带有集成mems电开关的干涉式调制器阵列的显示装置、用于在此显示装置上显示图 ...的制作方法
技术领域：
本发明的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、致动器和电子器件。微机械元件可以通过使用沉积、蚀刻和或其它可蚀刻掉衬底和/或沉积材料层的部分或添加若干层以形成电装置和机电装置的显微机械加工方法来制造。一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制器。如本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指一种通过使用光学干涉的原理来选择性地吸收和/或反射光的装置。在某些实施例中，一种干涉式调制器可以包含一对导电板，其中的一个或两个可为整体或部分透明的和/或反射的，并且能在应用适当电信号之后相对运动。在一特定实施例中，一个板可以包含沉积于一个衬底上的稳定层并且另一个板可以包含一通过一气隙与所述稳定层分离的金属膜。如本文中更详细地描述，一个板关于另一板的位置可以改变如入射到干涉式调制器上的光的光学干涉。所述装置具有广泛范围的应用，且在所述技术中，利用和/或修改这些类型装置的特征使得其特征可在改进现有产品和制造尚未开发的新产品的过程中被开发为有益的。
发明内容
本发明的系统、方法和装置均具有若干方面，其中没有哪一个是单独对其所要特质负责。在不限制本发明的范围的情况下，现在将简要论述其更突出的特征。在考虑此论述内容之后，且尤其在阅读标题为“DetailedDescription of Certain Embodiments”的部分后，我们将理解此发明的特征如何提供优于其它显示装置的优点。
在一实施例中，本发明包括一具有MEMS显示器部分的显示装置，所述MEMS显示部分包含若干行和若干列MEMS显示元件，和形成为邻近所述显示部分的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件的复数个MEMS开关。在某些实施例中，复数个MEMS开关中的某些是折叠式空腔MEMS开关且包括终端、电极和响应可变形层和所述电极上的电压的可变形层。MEMS开关可以形成于玻璃衬底上，并且可以部分地形成行或列选择电路。在某些实施例中，所述装置还可以包括一与所述显示元件形成电通信的处理器，和一与所述处理器形成电通信的存储装置。这些实施例中的某些实施例还可以包括经配置以向所述显示元件发送至少一信号的第一控制器，和经配置以向所述第一控制器发送所述图像数据的至少一部分的第二控制器，或经配置以向所述处理器发送所述图像数据的图像源模块。所述图像源模块可以包含接收器、收发器和发送器中的至少一个。其还可以包含经配置以接收输入数据并向所述处理器传送所述输入数据的输入装置。
在另一个实施例中，包括一经配置以基于数据显示图像的显示装置，所述装置包含用于微机电地显示所述图像的至少一部分的构件，所述显示构件包含行和列；和用于将数据切换到显示构件的构件，所述切换构件包含邻近所述显示构件的一个或一个以上的额外行或列。所述装置显示构件可以包含一包含若干行和若干列的MEMS显示元件的MEMS显示部分。所述装置切换构件可以包含形成为邻近所述显示部分的一个或一个以上的额外行或列的MEMS开关元件的复数个MEMS开关。所述显示装置可以进一步包含用于选择行或列的构件，和用于将数据切换到选择的行和列的构件。所述显示装置可以包含一在选择所述行和列中使用的控制器。所述切换构件可以包含复数个形成为邻近所述显示部分的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件的复数个MEMS开关。
在一包含一包含若干列和若干行MEMS显示元件的MEMS显示部分和形成为邻近所述显示部分的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件的MEMS开关的显示装置上显示一图像的方法可以包括在若干行和若干列MEMS显示元件上提供用于显示的图像数据，在一行上用来自额外的一个或一个以上列的MEMS开关的开关来切换用于显示的图像数据，和在一个列上用来自额外的一个或一个以上行的MEMS开关的开关切换用于显示的图像数据。在某些显示方法中，切换图像数据可以包括在折叠式空腔内移动可变形层，所述层响应层和电极上的电压，其中第一和第二终端替代择性地连接。
制造MEMS显示装置的方法包括在衬底上形成若干行和若干列MEMS显示元件并且在所述相同或不同衬底上形成一个或一个以上行或列的MEMS开关，其中的至少一些耦接到显示器。形成所述显示元件和形成复数个MEMS开关的步骤可以包括执行至少某些共同处理步骤。MEMS显示元件和MEMS开关还可以形成于共同玻璃衬底上。
图1是描述一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分的等角视图，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于释放位置中并且第二干涉式调制器的可移动反射层处于致动位置中；图2是说明并入了一3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例的系统方框图；图3是图1的干涉式调制器的一示范性实施例的可移动镜面位置对比施加的电压的图；图4是可以用于驱动一干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明；图5A说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的示范性的显示数据帧；图5B说明可以用于写入图5A的帧的行和列信号的一示范性时序图；图6A是说明显示装置的实施例的系统方框图；图6B是说明显示装置的实施例的系统方框图；图7A是图1的装置的横截面图；
图7B是干涉式调制器的替代实施例的横截面图；图7C是干涉式调制器的另一个替代实施例的横截面图；图8A和图8B展示MEMS开关的实施例；图9展示MEMS开关的实施例；图10A和图10B展示说明使用MEMS开关的干涉式调制器阵列的实施例的电路；图11A和图11B展示说明使用MEMS开关的干涉式调制器阵列的实施例的电路；图12是一使用一类型的MEMS开关的反相器、AND和OR逻辑功能的
具体实施例方式
下列详细描述是针对本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以以多种不同方式体现。在此描述中，参考图式，其中在全文中相同部件由相同数字表示。如从下列描述内容中显而易见，所述实施例可以在经配置以显示图像的任何装置中实施，不管其为运动的(例如，视频)或是静态的(例如，静止图像)，且不管其为文本的或是图示的。更具体地说，预期所述实施例可以在多种电子装置中实施或与多种电子装置相关联，所述电子装置诸如(但不限于)移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持或便携式计算机、GPS接收器/导航仪、摄像机、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、自动显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器和/或显示器、摄像机视图显示器(例如，车辆中后视摄像机显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包装和美学结构(例如，关于一件珠宝的图像显示器)。类似本文中所描述那些结构的结构的MEMS装置还可以用在非显示器应用中，诸如在电开关装置中。
图1中说明了包含干涉式MEMS显示元件的一干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素呈明亮或黑暗状态。在明亮(“开”或“打开”)状态中，显示元件向用户反射入射可见光的一大部分。当在黑暗(“闭”或“关闭”)状态中时，显示元件向用户反射很少入射可见光。根据实施例而定，“开”和“关”状态的光反射性质可以颠倒。MEMS像素可经配置以主要在所选颜色下反射，从而允许除黑色和白色以外的颜色显示。
图1是描述视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角视图，其中每一像素包含一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，干涉式调制器显示器包含这些干涉式调制器的行/列阵列。每一个干涉式调制器包括一对反射层，其彼此相距一可以变化且可以控制的距离而定位，以形成具有至少一可变尺寸的共振光学空腔。在一实施例中，反射层中的一个可以在两个位置之间移动。在第一位置(本文中称为松弛位置)中，可移动层与固定的部分反射层相距相对较大距离而定位。在第二位置中，可移动层更紧密邻近部分反射层而定位。根据可移动反射层的位置而定，从所述两层反射的入射光相长地或相消地干扰，从而为每一像素产生一完全反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描述的部分包括两个相邻干涉式调制器12a和12b。在左边的干涉式调制器12a中，可移动和高度反射层14a说明成在一松弛位置中，其与固定的部分反射层16a相距一预定距离。在右边的干涉式调制器12b中，可移动高度反射层14b说明成在一致动位置中，其邻近固定的部分反射层16b。
固定层16a、16b是导电的、部分透明且部分反射的，并且可以通过(例如)将一个或一个以上每一铬和氧化铟锡层沉积到透明衬底20上来加以制造。所述层被图案化成平行条，并且可以在如下文进一步描述的显示装置中形成行电极。可移动层14a、14b可以形成为沉积于支柱18的顶部上的沉积金属层(垂直于行电极16a、16b)和沉积于支柱18之间的介入牺牲材料的一系列平行条。当牺牲材料被蚀刻掉时，可变形金属层14a、14b通过界定间隙19与固定的金属层分离。诸如铝的高度导电和反射材料可以用于可变形层，并且这些条可以在显示装置中形成列电极。
由于不具有所施加的电压，空腔19保持于层14a、16a之间并，且可变形层处于如图1中的像素12a所说明的机械松弛状态中。然而，当将电位差施加到所选行和列时，在相应像素处的行和列电极的交接点处形成的电容器变得带电，且静电力将电极聚在一起。若电压足够高，可移动层变形并且挤压如图1中的右边像素12b所说明的固定层(此图中未说明的电介质材料可以沉积于固定层上以防止短路并控制分离距离)。不管所施加的电位差的极性如何，行为是相同的。以此方式，可以控制反射对非反射像素状态的行/列致动在许多方面与常规LCD和其它显示技术中所使用的致动相似。
图2至图5B说明一个用于在显示应用中使用干涉式调制器的阵列的示范性方法和系统。
图2是说明可以并入本发明的各方面的电子装置的一实施例的系统方框图。在示范性实施例中，电子装置包括处理器21，其可以是任何通用单芯片或多芯片微处理器，诸如ARM、Pentium、Pentium II、Pentium III、Pentium IV、PentiumPro、8051、MIPS、Power PC、ALPHA，或任何特定用途微处理器，诸如数字信号处理器、微控制器或可程式化栅极阵列。如所属领域内的惯例，所述处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除了执行一操作系统之外，所述处理器可经配置以执行一个或一个以上的软件应用，包括网页浏览器、电话应用、电子邮件程序或任何其它软件应用。
在一实施例中，处理器21还经配置以与一阵列控制器22通信。在一实施例中，所述阵列控制器22包括向显示器阵列或面板30提供信号的一行驱动电路24和一列驱动电路26。图2中的线1-1展示了图1中说明的阵列的横截面。对于MEMS干涉式调制器来说，行/列致动协议可以利用图3中说明的这些装置的滞后性质。其可以需要(例如)10伏特的电位差以致使可移动层从松弛状态变形到致动状态。然而，当电压从所述值降低时，可移动层随着电压降落回到10伏特以下而保持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层不完全松弛直至电压降落到2伏特以下。因此，存在一电压范围在图3中说明的实例中为约3至7V，其中存在一所施加的电压的窗口，在所述窗口内，所述装置在松弛状态或致动状态中均稳定。此在本文中称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于具有图3的滞后特征的显示器阵列而言，可设计行/列致动协议使得在行选通期间，待致动的选通行中的像素曝露到约10伏特的电压差，且待松弛的像素曝露到接近0伏特的电压差。在选通之后，像素曝露到约为5伏特的稳态电压差，使得其保持于行选通使其所处的任何状态中。在被写入之后，在此实例中，每一像素均经历一3-7伏特的“稳定窗口”内的电位差。此特征使图1中说明的像素设计在相同的施加压力条件下稳定在致动状态或松弛先存状态中。由于无论是在致动状态还是松弛状态下，干涉式调制器的每一像素基本上都是一由固定和移动反射层形成的电容器，所以此稳定状态可在一滞后窗口内的电压下得以保持而几乎无功率耗散。如果施加的电位固定，那么基本上无电流流动到像素中。
在典型应用中，可以通过根据第一行中的所要组的致动像素确定列电极的组来产生显示帧。接着将行脉冲施加到行1电极，从而致动对应于所确定的列线的像素。接着将所确定的列电极的组改变成对应于第二行中的致动像素的所要组。接着将脉冲施加到行2电极，从而根据所确定的列电极致动行2中的适当像素。行1像素不受行2脉冲的影响，并且保持于其在行1脉冲期间所设定的状态中。可以顺序方式对整个系列的行重复此过程以产生所述帧。一般来说，所述帧可通过以某一所要帧数/秒连续重复此过程来用新的显示数据刷新和/或更新。用于驱动像素阵列的行和列电极以产生显示帧的很多种协议也是众所周知的并且其可以结合本发明而使用。
图4、图5A和图5B说明用于在图2的3×3阵列上产生显示帧的一个可能的致动协议。图4说明可以用于展现图3的滞后曲线的像素的一组可能的列和行电压电平。在图4实施例中，致动一个像素包含将适当列设定到-Vbias，并且将适当行设定到+ΔV，其分别对应于-5伏特和+5伏特。通过将适当列设定到+Vbias并且将适当行设定到相同+ΔV来完成对所述像素的松弛，从而在整个像素上产生0伏特电位差。在行电压保持在0伏特的那些行中，像素在其最初所处的任何状态中均为稳定的，而与所述列是处于+Vbias还是-Vbias无关。又如图4中所说明，将了解可使用与上文所描述的那些极性相反的极性的电压，例如，致动一个像素可以包含将适当列设定到+Vbias并且将适当行设定到-ΔV。在此实施例中，通过将适当列设定到-Vbias并且将适当行设定到相同-ΔV来完成对所述像素的松弛，从而在像素上产生0伏特电位差。
图5B是展示一系列施加到图2的3×3阵列的行和列信号的时序图，其将导致图5A中说明的显示排列，其中受致动的像素是非反射性的。在写入图5A中说明的帧之前，所述像素可以处于任何状态，并且在此实例中，所有行均处于0伏特，并且所有列均处于+5伏特。由于这些所施加的电压，所有像素在其现有致动或松弛状态中均为稳定的。
在图5A的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)被致动。为完成此，在行1的“行时间(line time)”期间，将列1和2设定到-5伏特，并且将行3设定到+5伏特。这不改变任何像素的状态，因为所有像素均保持在3-7伏特的稳定窗口中。接着通过一自0上升到5伏特然后又下降回到0伏特的脉冲来选通行1。此致动(1，1)和(1，2)像素并且松弛(1，3)像素。阵列中的其它像素均不受影响。为将行2设定到所要的，将列2设定到-5伏特，并且将列1和3设定到+5伏特。施加到行2的相同选通接着将致动像素(2，2)并且松弛像素(2，1)和(2，3)。同样，所述阵列中其它像素均不受影响。类似地，通过将列2和3设定到-5伏特并且将列1设定到+5伏特来设定行3。行3选通如图5A中所示设定行3像素。在写入帧后，行电位为0，并且列电位可以保持于+5或-5伏特，并且接着显示器在图5A的排列中为稳定。应了解，针对数十或数百的行和列的阵列可以采用相同程序。还应了解，用于执行行和列致动的电压的时序、顺序和电平可以在上文概述的一般原理内广泛变化，且上文实例仅为示范性的，并且任何致动电压方法可用于本文所描述的系统和方法。
图6A和6B为说明显示装置40的实施例的系统方框图。所述显示装置40可以为(例如)蜂窝或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其细微变化还说明了诸如电视和便携式媒体播放器的多种类型的显示装置。
显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器44、输入装置48和扩音器46。外壳41一般由所属领域的技术人员所熟知的多种制造方法中的任何一种方法形成，所述方法包括注入成型和真空形成方法。另外，所述外壳41可以由多种材料中的任何一种材料制成，所述材料包括(但不限于)塑料、金属、橡胶和陶瓷或其组合。在一实施例中，外壳41包括可移除部分(未图示)，其可以与不同色彩或包含不同标识、图片或符号的其它可移除部分进行互换。
示范性显示装置40的显示器30可以为多种显示器中的任何一种，其包括如本文所描述的双稳态显示器。在其它实施例中，如所属领域的技术人员众所周知，显示器30包括例如如上文所描述的等离子、EL、OLED、SIN LCD或TFT LCD的一平板显示器，或例如CRT或其它管装置的一非平板显示器。然而，为描述本实施例的目的，显示器30包括如本文所描述的干涉式调制器显示器。
图6B中示意地说明了示范性显示装置40的一实施例的组件。所说明的示范性显示装置40包括一外壳41并且可以包括至少部分地封闭于其中的额外组件。举例来说，在一实施例中，示范性显示装置40包括一个网络接口27，其包括一个耦接到收发器47的天线43。所述收发器47连接到处理器21，所述处理器21连接到调节硬件52。所述调节硬件52可经配置以调节一信号(例如，过滤一信号)。调节硬件52连接到扬声器44和扩音器46。处理器21也连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦接到帧缓冲器28，并且耦接到阵列驱动器22，所述阵列驱动器22又耦接到显示器阵列30。电源50向特定示范性显示装置40设计所要求的所有组件提供电力。
网络接口27包括天线43和收发器47，使得示范性显示装置40可以与一个或一个以上装置经由网络进行通信。在一实施例中，网络接口27还可以具有某些处理能力以减轻处理器21的要求。天线43是用于传送并接收信号的所属领域的技术人员已知的任何天线。在一实施例中，所述天线根据包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g)的IEEE 802.11标准传送并接收RF信号。在另一个实施例中，天线根据BLUETOOTH标准来传送并接收RF信号。在蜂窝电话的情形中，天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS或在无线蜂窝电话网络内进行通信的其它已知的信号。所述收发器47预处理从天线43接收的信号，使得其可由处理器21接收并且由处理器21进一步操控。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得其可以从示范性显示装置40经由天线43传送。
在替代实施例中，收发器47可以由接收器代替。在另一替代实施例中，网络接口27可以由图像源代替，所述图像源可以存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来说，图像源可以是含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器或是产生图像数据的软件模块。
处理器21一般控制示范性显示装置40的整体操作。处理器21接收例如来自网络接口27或图像源的压缩图像数据的数据，并且将数据处理成原始图像数据或成一容易地被处理成原始图像数据的格式。处理器21接着发送经过处理的数据到驱动器控制器29或到帧缓冲器28以用于存储。原始数据通常是指在一个图像内在每一位置处识别图像特征的信息。举例来说，这些图像特征可以包括色彩、饱和度和灰度级。
在一实施例中，处理器21包括一微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件55一般包括放大器和过滤器，以用于向扬声器44传送信号，并且用于从扩音器46接收信号。调节硬件55可以为示范性显示装置40内的离散组件，或者可以并入处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28获得由处理器21产生的原始图像数据，并且适当重新格式化所述原始图像数据，以高速度传送到阵列驱动器22。明确地说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化成具有类似光栅的格式的数据流，使得其具有适于在显示器阵列30上进行扫描的时间次序。接着驱动器控制器29向阵列驱动器22发送格式化的信息。尽管例如LCD控制器的驱动器控制器29通常与作为独立集成电路(IC)的系统处理器21相关联，这些控制器可以以许多方式实施。其可以作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中，或与阵列驱动器22完全集成到硬件中。
通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收格式化的信息并且将视频数据重新格式化成一平行组的波形，其被每秒多次地应用到来自显示器的像素的x-y矩阵的数百个引线和(有时)数千个引线。
在一实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示器阵列30适于本文所描述的显示器类型中的任何一种。举例来说，在一实施例中，驱动器控制器29是一常规显示控制器或一双稳态显示控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22是一常规驱动器或双稳态显示驱动器(例如，一干涉式调制器显示器)。在一实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22形成一整体。所述实施例在例如蜂窝电话、手表和其它小区域显示器的高度集成的系统中常见。在另一实施例中，显示器阵列30是一典型显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包括一阵列干涉式调制器的显示器)。
输入装置48允许用户控制示范性显示装置40的操作。在一实施例中，输入装置48包括例如QWERTY键盘或电话键区的键区、按钮、开关、触敏式屏幕、压敏或热敏薄膜。在一实施例中，扩音器46是一用于示范性显示装置40的输入装置。当扩音器46用于将数据输入到所述装置时，可由用户提供语音命令以用于控制示范性显示装置40的操作。
电源50可以包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一实施例中，电源50是一可再充电的电池，例如镍镉电池或锂离子电池。在另一实施例中，电源50是一可更新的能源、电容器或包括塑料太阳能电池和太阳能电池涂料的太阳能电池。在另一实施例中，电源50经配置以从壁装电源插座接收电力。
在某些实施例中，控制可编程序性存在于(如上文所描述)驱动器控制器中，所述驱动器控制器可以位于电子显示系统中的若干位置中。在某些情形中，控制可编程序性存在于阵列驱动器22中，所属领域的技术人员将认识到上述最佳化可以在许多硬件和/或软件组件中且以各种配置实施。
根据上文所述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可以广泛改变。举例来说，图7A-7C说明移动镜面结构的三个不同实施例。图7A是图1的实施例的横截面图，其中一条金属材料14沉积于正交延伸的支撑件18上。在图7B中，可移动反射材料14仅附着到系栓(tether)32上的角落处的支撑件。在图7C中，可移动反射材料14从可变形层34悬浮。因为用于反射材料14的结构设计和材料可以相对于光学性质而最优化，并且用于可变形层34的结构设计和材料可以相对于所要机械性质而最优化，所以此实施例具有益处。包括(例如)美国公开申请案2004/0051929的多种公开文献中描述了各种类型干涉式装置的生产。多种已知技术可以用于产生涉及一系列材料沉积、图案化和蚀刻步骤的上述结构。
经过某些修改，一干涉式调制器的基本结构可以用作MEMS开关。图8A是MEMS开关700的横截面侧视图。图8A的MEMS开关700具有与图7A的干涉式调制器相似的折叠式空腔特征。MEMS开关700额外包括两个终端706、一绝缘层710和一导电带708。MEMS开关700是一在两个终端706之间提供选择性电接触的结构。更具体地说，当终端706电接触时，MEMS开关700被认为是闭合的，并且当终端706未电接触时，MEMS开关被认为是断开的。在机械松弛状态中，终端706未电接触，并且因此MEMS开关700断开。如图8A中所示，MEMS开关700包含可移动材料714、导电带708和可移动材料714与导电带708之间的绝缘层710。衬底720支撑电极702和所述电极702上的绝缘层704。分离一距离的两个终端706沉积于绝缘层704上和/或穿过绝缘层704。终端706可以通过使用穿过绝缘层704和/或电极702的通孔连接到其它电路。绝缘层704和可移动材料714由支撑件718机械地分离以界定空腔707。如上文关于干涉式调制器所描述，可移动材料714是可变形的，使得当在可移动材料714和电极702两端上施加一电压差时，可移动材料714可以朝向衬底720变形。此与图7A的反射材料14、衬底20和电极16类似，并且与图1的反射层14a和14b、透明衬底20和反射层16a和16b类似。可移动材料714其上可以具有一绝缘体710，绝缘体其上具有导电带708。所述导电带708是对准的，使得当可移动材料714通过如上文所描述的一施加电位朝向衬底720偏离时，导电带708接触两个终端706，从而致使终端706电接触且MEMS开关700闭合。在此实施例中，导电带708通过绝缘体710与可移动材料714电隔离，使得终端706与可移动材料714之间的接触不扰乱在施加可移动材料714和电极702两端上的电压差。在其中不需要此隔离的某些实施例中，将不需要导电带708和绝缘体710，并且可移动材料714自身可以充当桥接两个终端706的导体。当施加在可移动材料714和电极702两端上的电压降低至低于某一电平时(也如上文所描述)，可移动材料714回复到其机械松弛状态并且MEMS开关700断开。
图8B是MEMS开关700的顶视图。图中将支撑件718、导电带708和终端706展示为穿过可移动材料714观察所看见的情形。导电带708可以显著小于可移动材料714。因为一旦所述带接触所述电极，所述带上的电位可不同于可移动材料上的电位，所以此旨在确保可移动材料714与电极702之间的电动势大于导电带708与电极702之间的电动势。
图9是另一实施例的MEMS开关800的横截面侧视图。MEMS开关800具有与图7C的干涉式调制器相似的构造特征。其还具有与图8A中MEMS开关700的那些开关功能性和特征相似的MEMS开关功能性和特征。
从与干涉式调制器相同的基本结构构造的MEMS开关便利逻辑和切换功能与干涉式调剂器阵列的结合。可能可以集成其它类型的开关，例如以一与干涉式元件的制造不相似的方式制造的开关，和通过使用沉积于玻璃衬底上的硅薄膜制造的更常规的电子开关。然而，因为基于干涉式调制器的MEMS开关的制造可以通过使用在制造干涉式调制器中使用的许多相同处理步骤来执行，所以这些MEMS开关可以以不昂贵的方式集成到与用于(例如)显示器的干涉式调制器的阵列相同的衬底上。
举例来说，在一实施例中，MEMS开关和干涉式调制器可以使用相同方法来制造，尽管在制造过程中可以在干涉式调制器和/或MEMS开关上执行额外步骤。举例来说，对制造干涉式调制器来说不需要将终端添加到MEMS开关的沉积和蚀刻步骤。在所述实施例中，将执行某些常见步骤，例如用于形成电极的那些步骤等等。接着将形成MEMS开关终端。在这些步骤之后，将接着执行用于干涉式调制器和MEMS开关的必要的更多步骤，因此提供一组合的干涉式调制器和MEMS开关阵列。在另一实施例中，使用用于制造干涉式调制器的相同方法来制造MEMS开关。可以首先在衬底上制造所述干涉式调制器，接着在衬底上制造MEMS开关。相似地，可以首先在衬底上制造MEMS开关，接着在衬底上制造干涉式调制器。因为MEMS开关包含与干涉式调制器相同的许多结构，所以在任一情形中，制造方法不需要重大修改。
图10A是说明具有执行行选择功能的集成MEMS开关的干涉式调制器阵列的实施例的示意性电路图。当需要通过具有较少行输出线的显示驱动器来驱动具有高行数的显示器时，此行选择功能在某些显示器实施例中有用。举例来说，具有彩色像素的显示器的列可以为具有相同数目像素的黑白显示器的列的3倍，并且其行是后者的4倍。在这些彩色实施例中，每一像素可以包含四种红色、四种蓝色和四种绿色调制器。所述组12“子像素”的反射状态整体判定像素的感知颜色。对于此实施例来说，通常需要四倍的行驱动器输出。然而，由于图10A(说明一个所述组的12子像素)中说明的开关配置，对于每一组12子像素来说仅需要一行驱动器输出。此实施例可以使用如图8A、图8B和图9中展示的相同实施例的MEMS开关，然而其它MEMS开关实施例是可能的。行选择功能用于将数据写入到干涉式调制器阵列。在一实施例中，将对应于干涉式调制器阵列中的特定子行所需要的状态的数据驱动到多个行和子行所共享的列线上。随后，将数据所针对的特定子行驱活，因此致使在所述子行中的干涉式调制器呈现所要状态。本文所论述的原理可以容易地适于执行用于此实施例或另一实施例的列选择功能。
调制器阵列的一部分在图10A中展示为显示区域45。术语显示区域被引入本文中以指定整体显示的某些区域。显示区域是显示元件的集合，所述显示元件通常分解为表示一相干组的图像信息的显示的一部分。一典型显示区域将对应于所得图像中的单一像素。图10A中的所述显示区域45包含三个列62、64和66，在其中显示区域45表示一像素的情形中，通常一列用于例如红、绿和蓝的每一颜色；和包含4个子行52a-d的一个行。每一子行52a-d包含一来自三个列中的每一列的干涉式调制器，和一对MEMS开关。驱动装置51的每一调制器阵列行具有一输出针脚，并且在每一驱动装置51输出针脚与调制器阵列中的对应行之间提供一个行连接。行5在图10A和图9B中加以说明。
在以行1开始的顺序图案中，驱动装置51的行选择输出变得活动的，接着前进到行2等等，因此一次性选择一个活动行。定时电路53将定时线顺序驱动持续驱动装置50将行驱活的时间的一部分，因此一次选择一活动子行。当定时信号是活动的时，连接到所述定时信号并且又连接到偏压线B1的MEMS开关将断开，且连接到所述定时信号并且又连接到行连接的MEMS开关将闭合。行连接上的信号将传递到子行52a-d的干涉式调制器。当1)驱动装置51将与子行52a-d相关联的行驱活时，和2)当定时电路53将与所述特定子行52a-d相关联的定时信号t1-t4驱活时，个别子行52a-d的干涉式调制器将为活动的。
举例来说，在图10A中，当驱动装置50将输出行5驱活时，定时电路53将定时信号t1-t4中的每一个信号顺序驱活，每一个信号持续行5信号活动时间的1/4。当定时电路53将定时信号t1驱活时，MEMS开关s1将断开且MEMS开关s2将闭合。子行52a的干涉式调制器将连接到由驱动装置50输出行5所驱动的行连接。因为输出行5是活动的，所以子行52a的干涉式调制器将被驱活。剩余子行将保持连接到偏压线B1。定时电路53将接着将定时信号t2驱活，子行52b的干涉式调制器将连接到由输出行5驱动的行连接并且将被驱活。此顺序持续直到子行52a-d每一个均被驱活。接着针对行6、7等重复此顺序。
如图10A中所示，定时信号在一列中与所有其它行所共享，使得当任何行的第一子行为活动时，用于每一行的第一子行的开关触发，且接着第二、第三和第四子行的开关触发。然而，仅用于活动行的驱动器输出管脚被驱活。所有非活动行被保持在偏压电压，而活动行被驱活。以此方式，除了活动子行之外，整个阵列的所有子行中的元件均独立于定时信号的状态并因此独立于所述子行内的开关位置经历相同的偏压电压。应观察到，在其中需要进一步降低低功率消耗的情形中，可以通过掩蔽电路(masking circuit)避免非活动行选择开关的切换。
图10B以物理布局图展示具有显示区域45的干涉测量调节器和MEMS开关的图10A的电路。图中指示了列62、64、66和子行52a-d。图中将MEMS开关中的每一个的导电带1008和终端1006展示为穿过可移动材料1014观察可看见的情形。图中还展示了根据图10A中所示的示意图连接MEMS开关的互连迹线47。可以在固定电极下执行互连布线的部分。用于定时线49的迹线可以在那些或甚至在衬底底部上布线。可以用垂直通孔进行连接。
集成的便利性在图10B中尤其明显。因为其具有相似的物理特征，所以MEMS开关可以制造成与干涉式调制器相同的大小。同样，MEMS开关的间距与干涉式调制器的间距相匹配。此间距匹配性特别适用于此实施例和向每一行或每一列提供信号的其它实施例。必需的布线也便利地与干涉式调制器集成在一起，因为其可以通过使用标准金属化互连制造技术来加以制造。
图11A是说明具有集成MEMS开关的干涉式调制器阵列的另一实施例的示意性电路图。在此实施例中，MEMS开关执行三态功能。此实施例展示如图8A和图8B中所示的相同实施例的MEMS开关，然而其它MEMS开关实施例也是可能的。三态功能适用于干涉式调制器阵列系统，以用于节省电力。虽然行和列线是三态的，但用于驱动那些线的电路可以被断电。在行和列线是三态的情况下，所述阵列中的干涉式调制器将保持写入到其内部的数值直到电荷跨过干涉式调制器或者穿过有限三态开路电阻缓慢耗散。因为可以在电荷耗散所花费时间的一小部分内对干涉式调制器进行充电，所以在整个显示器操作时间的大部分时间内，驱动电路可以断电。
调制器阵列的一部分在图11A中展示为显示区域40，其包含三个列42、44和46，在其中显示区域40表示一像素的情形中，通常一列用于例如红、绿和蓝的每一颜色；和一个包含4个子行52a-d的行。每一列包含一列三态MEMS开关和一来自每一子行的干涉式调制器。每一子行52a-d包含一来自三列中的每一列的干涉式调制器和一子行三态MEMS开关。
列和子行三态MEMS开关中的每一个均连接到信号保持。保持信号的状态将判定所述列和子行线是否是三态的或所述列和子行是否被驱动。
图11B以物理布局图展示了具有显示区域40的干涉式调制器和MEMS开关的图11A的电路。图11B与图9B类似，并且关于图9B论述的显著特征在图10B中也很明显。如图9B的情形，还可以由图10B看见集成的便利性。
在另一实施例中，MEMS开关可以用于利用开关的任何应用中，不管所述应用是否也使用干涉式调制器。因此，例如玻璃的整个衬底可以制造成具有用于各种应用中的MEMS开关。如下文所进一步描述，可以以一类似于晶体管的方式来使用这些MEMS开关。因此，MEMS开关可以代替(例如)任何应用中的晶体管、逻辑电路或控制器和驱动装置。
图12展示使用MEMS开关的逻辑功能的实施例。因为MEMS开关是一个不具有固有极性的4终端装置，所以这些逻辑功能可以仅仅通过两个开关来实施。图12的反相器、AND和OR门中的每一个均使用两个MEMS开关，其可移动层连接到另一MEMS开关的可移动层，从而形成一第一输入，且一终端连接到另一MEMS开关的一终端，从而形成一输出。在反相器的情形中，第一开关的电极和另一终端均连接到电源，并且第二开关的电极和另一终端连接到地面。在AND门的情形中，第一开关的电极连接到地面且另一终端连接到第二输入，并且第二开关的电极连接到电源且其另一终端连接到地面。在OR门的情形中，第一开关的电极连接到地面且另一终端连接到电源，并且第二开关的电极连接到电源且其另一终端连接到第二输入。在其它实施例中，单一类型的MEMS开关可以用于产生数字逻辑功能，例如AND、NAND、NOR、OR、XOR、XNOR和AOI。其它数字逻辑功能和组合也是可能的。
包含MEMS开关的逻辑块可被排列在一起以提供通常在外部组件中发现的逻辑功能，因此节省系统成本。举例来说，MEMS开关可经排列以用于低泄漏晶体管、移位寄存器或解码器的能力中。在干涉式调制器显示器的情形中，MEMS开关可以与(例如)行驱动器或列驱动器结合使用。有利地，MEMS开关可以在例如玻璃衬底或塑料衬底的各种衬底上制造。将开关置于大面积玻璃衬底上的能力通常比硅衬底更不敏感，从而提供优于许多形式的基于逻辑的常规晶体管的优势。
虽然上文详细描述已经展示、描述并且指出了如应用到各种实施例的新颖特征，但应理解所属领域的技术人员可在不偏离本发明的精神的情况下对所说明的装置或方法的形式和细节作出各种省略、代替和改变。如将认识到的，由于某些特征可以独立于其它特征而使用或实践，本发明可以在不提供本文所陈述的所有特征和益处的形式内体现。
权利要求
1.一种显示装置，其包含一MEMS显示部分，其包含若干行和若干列的MEMS显示元件；和复数个MEMS开关，其形成为邻近所述显示部分的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述复数个MEMS开关中的至少一个是折叠式空腔MEMS开关，每一折叠式空腔MEMS开关包含第一和第二终端；一第一电极；和一可变形层，其响应所述层和所述第一电极两端的一电压，其中所述第一和第二终端可选择性地连接。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述MEMS显示器和MEMS开关在一玻璃衬底上制造。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述复数个MEMS开关部分地形成行或列选择电路。
5.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含一与所述显示元件电通信的处理器，所述处理器经配置以处理图像数据；和一与所述处理器电通信的存储装置。
6.根据权利要求5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向所述显示构件发送至少一信号。
7.根据权利要求8所述的装置，其进一步包含一控制器，所述控制器经配置以向所述驱动电路发送所述图像数据的至少一部分。
8.根据权利要求5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向所述处理器发送所述图像数据。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述图像源模块包含一接收器、收发器和发送器中的至少一个。
10.根据权利要求5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且向所述处理器传送所述输入数据。
11.一种经配置以基于数据显示一图像的显示装置，所述装置包含用于以微机电方式显示所述图像的至少一部分的构件，所述显示构件包含行和列；和用于将所述数据切换到所述显示构件的构件，所述切换构件包含邻近所述显示构件的一个或一个以上额外的行或列。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述显示构件包含一包含若干行和若干列的MEMS显示元件的MEMS显示部分。
13.根据权利要求11或12所述的装置，其中所述切换构件包含形成为邻近所述显示构件的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件的复数个MEMS开关。
14.根据权利要求11所述的装置，其进一步包含用于选择行或列的构件；和用于将数据切换到所述选择的行和列的构件。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述选择构件包含一控制器。
16.根据权利要求14所述的装置，其中用于将所述数据切换到所述选择的行和列的构件包含形成为邻近所述显示构件的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件的复数个MEMS开关。
17.一种在一显示装置上显示一图像的方法，所述显示装置包含一MEMS显示部分和复数个MEMS开关，所述MEMS显示部分包含若干行和若干列的MEMS显示元件而所述复数个MEMS开关为邻近所述显示部分形成的一个或一个以上额外行或列的MEMS开关元件，所述方法包含提供用于显示在所述若干行和若干列所述MEMS显示元件上的图像数据；通过一来自额外行的MEMS开关的一开关来切换用于显示在一列MEMS显示元件上的图像数据；和通过一来自一额外列的MEMS开关的开关来将一驱动电路连接到一行MEMS显示元件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中切换图像数据包含在一折叠式空腔内移动一可变形层，所述层响应所述层和一电极两端的一电压，其中第一和第二终端可选择性地连接。
19.一种制造一MEMS显示装置的方法，所述方法包含在一衬底上形成若干行和若干列的MEMS显示元件；和在所述相同或一不同衬底上形成一个或一个以上行或列的MEMS开关，其中所述MEMS开关的至少一些开关耦接到所述显示器。
20.根据权利要求19所述的方法，其中形成所述显示元件和形成所述复数个MEMS开关的所述步骤包含执行至少一些共同处理步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述MEMS显示元件和所述MEMS开关形成于一共同玻璃衬底上。
22.一种使用权利要求21的所述方法制造的MEMS显示装置。
全文摘要
本发明提供一种与折叠式空腔MEMS电开关集成为一体的干涉式调制器阵列。所述电开关可以具有与显示元件相似的物理几何图形。所述开关可以形成用于显示器的行或列选择功能。
文档编号G09G3/34GK1755477SQ2005101034
公开日2006年4月5日 申请日期2005年9月15日 优先权日2004年9月27日
发明者克拉伦斯·徐 申请人:Idc公司