对干涉式显示装置中的电荷中性电极的激活和校准的制作方法

专利名称：对干涉式显示装置中的电荷中性电极的激活和校准的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电系统中的电极的激活。
背景技术：
机电系统(EMS)包括具有电元件和机械元件、激活器、换能器、传感器、光学组件(例如，镜面)和电子设备的装置。可以多种尺度来制造机电系统，所述多种尺度包括(但不限于)微尺度和纳米尺度。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包括如下结构:具有在从约一微米到数百微米或数百微米以上的范围内的大小。纳米机电系统(NEMS)装置可包括如下结构:具有小于一微米的大小(包括(例如)小于几百纳米的大小)。可使用沉积、蚀刻、光刻，和/或蚀刻掉衬底和/或所沉积材料层的多个部分或添加层以形成电装置和机电装置的其它微机械加工工艺来产生机电兀件。一种类型的机电系统装置称为干涉式调制器(IMOD)。如本文中所使用，术语“干涉式调制器”或“干涉式光调制器”指代使用光学干涉的原理选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施方案中，干涉式调制器可包括一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可整体或部分为透明的和/或反射的，且能够在施加适当电信号后即刻进行相对运动。在一实施方案中，一个板可包括沉积于衬底上的固定层，且另一板可包括通过气隙与所述固定层分离的反射薄膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。干涉式调制器装置具有广泛范围的应用，且被预期用于改进现存产品且创造新的产品，尤其是具有显示能力的产品。一些干涉式调制器包括具有两个状态:松弛状态和激活状态的双稳态显示元件。与之相比，模拟干涉式调制器可反射一范围的色彩。举例来说，在模拟干涉式调制器的一个实施方案中，单一干涉式调制器可反射红色、绿色、蓝色、黑色和白色。在一些实施方案中，模拟调制器可反射在给定波长范围内的任何色彩。

发明内容
本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中无单一者仅负责本文中所揭示的合意的属性。本发明中所描述的标的物的一个创新方面可在包括显示元件的用于调制光的装置中实施。所述显示元件包括第一电极和与所述第一电极间隔开一间隙的第二电极。所述显示元件还包括安置于所述第一电极与所述第二电极之间的可移动第三电极和至少一个电触点。所述第一电极和所述第二电极经配置以在跨越所述第一电极和所述第二电极施加一电压时在所述两个电极之间产生电场，所述电场能够在所述可移动第三电极被电隔离且是电荷中性时使所述可移动第三电极移动。所述第三电极经配置以在所述间隙内在被电隔离的第一位置、被电连接的第二位置和被电隔离的第三位置之间移动。所述第三电极在所述被电连接的第二位置处与所述至少一个电触点电连通。所述电触点经配置以在所述第三电极处于所述被电连接的第二位置中时改变所述第三电极上的电荷。所述第三电极还经配置以在所述第三电极上的所述电荷已改变之后移动到所述第三位置。另一实施方案为包括显示元件的用于调制光的装置。所述装置包括用于产生非均匀电场的装置。所述装置还包括安置于第一电极与第二电极之间、在所述两个电极之间形成一间隙的可移动电极，所述可移动电极经配置以在所述间隙内在被电隔离的第一位置、第二位置和被电隔离的第三位置之间移动。所述装置还包括用于在所述可移动电极处于所述第二位置中时改变所述可移动电极上的电荷的装置。又一实施方案包括激活用于调制光的装置的方法。所述方法包括跨越第一电极和第二电极施加充电激活电压以在所述第一电极与所述第二电极之间的间隙中产生电场以便使定位于所述间隙中的被电隔离的电荷中性第三电极朝向所述第一电极从第一位置移动到第二位置。所述方法还包括当所述第三电极处于所述第二位置中时电连接所述第三电极与电触点。所述方法进一步包括当所述第三电极处于所述第二位置中时改变所述第三电极上的电荷，直到所述第三电极上的机械恢复力超过所述第三电极上的所述电场的电力。另一实施方案为校准显示器中的模拟干涉式调制器的方法。所述方法包括跨越第一电极和第二电极施加校准电压以在所述第一电极与所述第二电极之间的间隙中产生电场，以使定位于所述间隙中的第三电极朝向所述第一电极从被电隔离的第一位置移动到被电连接的第二位置，所述第三电极经受机械恢复力。所述方法进一步包括将所述第三电极电连接到电连接到所述第一电极的一个或一个以上导电柱，以在所述第三电极处于所述第二位置中时改变所述第三电极上的电荷，直到所述第三电极上的机械恢复力超过所述第三电极上的电场力，使得所述第三电极移动到被电隔离的第三位置，所述第三位置离所述第一电极比离所述第二位置更远。在一些实施方案中，所述第一电极包括上部电极和相对于所述上部电极横向地对准的互补电极，且所述方法还包括将所述互补电极电连接到所述上部电极以形成复合电极。接着可跨越所述复合电极和所述第二电极施加所述校准电压。又一实施方案为包括显示元件的用于调制光的装置。所述显示元件包括第一电极和与所述第一电极间隔开一间隙的第二电极，所述第一电极和所述第二电极经配置以在激活程序期间在跨越所述第一电极和所述第二电极施加激活电压时在所述两个电极之间产生非均匀电场。所述显示元件进一步包括相对于所述第一电极横向地对准的互补电极，所述互补电极经配置以在所述激活程序期间与所述第一电极电隔离且在一校准程序期间电连接到所述第一电极以形成复合电极，所述复合电极和所述第二电极经配置以在所述校准程序期间在跨越所述复合电极和所述第二电极施加校准电压时在所述两个电极之间产生均匀电场。所述显示元件还包括安置于所述互补电极上的至少一个电触点和安置于所述第一电极与所述第二电极之间的可移动第三电极，所述第三电极经配置以在所述间隙内在被电隔离的第一位置、与所述至少一个电触点电连通的第二位置和被电隔离的第三位置之间移动。所述电触点经配置以在所述第三电极处于所述第二位置中时改变所述第三电极上的电荷，且所述第三电极经配置以在所述第三电极上的所述电荷已改变之后移动到所述第三位置。再一实施方案包括包括显示元件的用于调制光的装置。所述显示元件包括用于产生非均匀电场的装置和用于产生均匀电场的装置。所述显示元件进一步包括安置于第一电极与第二电极之间、在所述两个电极之间形成一间隙的可移动电极，所述可移动电极经配置以在所述间隙内在被电隔离的第一位置、第二位置和被电隔离的第三位置之间移动。所述显示元件还包括用于在所述可移动电极处于所述第二位置中时改变所述可移动电极上的电荷的装置。在一些实施方案中，所述用于产生非均匀电场的装置包括所述第一电极和所述第二电极。所述第一电极和所述第二电极具有不同表面积。在一些实施方案中，所述用于产生均匀电场的装置包括所述第一电极和所述第二电极，其中所述第一电极包括电连接到互补电极的上部电极，所述互补电极相对于所述上部电极横向地对准。在附图和以下描述中阐述本说明书中所描述的标的物的一个或一个以上实施方案的细节。其它特征、方面和优点将从描述、图式和权利要求书变得显而易见。注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。


图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图的实例。图2展示说明并入有3 X 3干涉式调制器显示器的电子装置的系统方框图的实例。图3展示说明图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加电压的图的实例。图4展示说明在施加各种共同电压和片段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。图5A展示说明图2的3X3干涉式调制器显示器中的显示数据的帧的图的实例。图5B展示可用以写入图4a中所说明的显示数据的帧的共同信号和片段信号的时序图的实例。图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例。图6B到6E展示干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。图7展示说明干涉式调制器的制造工艺的流程图的实例。图8A到SE展示在制造干涉式调制器的方法中的各个阶段的横截面示意说明的实例。图9展示说明用于激活和校准模拟干涉式调制器的电荷中性电极的一种方法的流程图的实例。图10展示具有三层或电极设计的干涉式调制器的横截面的实例。图1lA展示具有控制电路的另一模拟干涉式调制器的横截面的实例。图1lB展示用以将电荷置于干涉式调制器的电极上的电荷泵电路的示意图的实例。图12展示包括可在两个带电电极之间移动的中间电极的模拟干涉式调制器的透视图的实例。
图13展示图12中所示的模拟干涉式调制器的等效电路的实例。图14展示说明作用于图12的模拟干涉式调制器的中间电极的净向上电力如何随上部电极与中间电极之间的距离变化的图表的实例。图15A展示包括可在两个带电电极之间移动的中间电极的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图15B展示复合电极已形成之后的图15A的模拟干涉式调制器的实例。图16展示将图15A中所示的模拟干涉式调制器配置表征为等效电路的示意图的实例。图17展示说明作用于图12和15A的模拟干涉式调制器中的中间电极的净向上力的量值的图表的实例。图18展示图15A中所示的互补电极和上部电极的平面图的实例。图19展示另一电极配置的平面图的实例。图20展示又一电极配置的平面图的实例。图21展示包括可在两个带电电极之间移动的中间电极的又一模拟干涉式调制器的横截面的实例。图22展示说明用于将电荷提供到21的模拟干涉式调制器的中间电极上的一种方法的流程图的实例。图23展示图21的模拟干涉式调制器的横截面的实例，其说明处于第二位置中的中间电极。图24展示包括可在两个带电电极之间移动的中间电极的再一模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图25展示说明处于第二位置中的中间电极的图24的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图26展示包括可校准的中间电极的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图27展示说明处于第一位置中的中间电极的图26的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图28展示中间电极朝向第二位置激活之后的图26的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图29展示说明处于第二位置中的中间电极的图26的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图30展示说明处于第三位置中的中间电极的图26的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图31展示说明用于校准图26的模拟干涉式调制器的中间电极上的电荷的一种方法的流程图的实例。图32展示说明在校准程序期间处于第二位置中的中间电极的图26的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图33展示说明在校准程序之后处于第三位置中的中间电极的图26的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图33A展示具有具经校准电荷的中间电极的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例，所述经校准电荷与支撑中间电极的弹簧的刚度有关。图34展示包括可校准的中间电极的又一模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图35展示说明处于第一位置中的中间电极的图34的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图36展示朝向第二位置激活中间电极之后的图34的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图37展示说明处于第二位置中的中间电极的图34的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图38展示说明处于第三位置中的中间电极的图34的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图39展示说明校准图34的模拟干涉式调制器的中间电极上的电荷的方法的流程图的实例。图40展示说明在校准程序期间处于第二位置中的中间电极的图34的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图41展示说明在校准程序之后处于第三位置中的中间电极的图34的模拟干涉式调制器的横截面示意图的实例。图42A和42B展示说明包括多个干涉式调制器的显示装置的系统方框图的实例。各个图式中的相同参考数字和标号指示相同元件。
具体实施例方式出于描述创新方面的目的，以下详细描述是针对某些实施方案。然而，可以众多不同方式应用本文中的教示。可在经配置以显示图像(不管处于运动中(例如，视频)还是固定的(例如，静态图像)，且不管是文字、图形还是图像)的任何装置中实施所描述的实施方案。更特定来说，预期所述实施方案可在多种电子装置和多种机电系统装置中实施或与多种电子装置和多种机电系统装置相关联，所述电子装置例如为(但不限于)移动电话、具备多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、蓝牙装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持型或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能本(smartbook)、平板电脑、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、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、电子读取装置(电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制和/或显示器、相机取景显示器(例如，车辆中的后视相机的显示器)、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、磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车定时器、封装(例如，机电系统(EMS) ,MEMS和非MEMS应用)、美学结构(例如，一件珠宝上的图像的显示)。本文中的教示还可用于非显示器应用中，例如(但不限于)电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、消费型电子设备的惯性组件、消费型电子产品的部分、可变电抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺、以及电子测试设备。因此，所述教示无意限于仅在各图中所描绘的实施方案，而是具有广泛适用性，所属领域的技术人员将容易明白。本文中描述用以激活模拟干涉式调制器中的可移动电极、对所述可移动电极充电以及校准所述可移动电极的方法和装置。举例来说，提供各种方法和装置以激活安置于两个带电电极之间的间隙中的电荷中性的被电隔离电极(“中间电极”)，使得电荷中性电极经激活且朝向所述带电电极中的一者移动。在一个实施方案中，至少两个带电电极经配置以在所述至少两个带电电极之间产生电场，所述电场能够在跨越所述带电电极施加电压V时使被电隔离的电荷中性中间电极移动。在这些实施方案中，可存在具有不同尺寸和/或表面积的至少两个带电电极。中间电极可安置于此些电极之间。在另一实施方案中，通过在具有不同表面积的带电电极之间施加电场来激活电荷中性的被电隔离中间电极，其中互补电极相对于所述带电电极中的一者横向地对准。本文中还描述用以将电荷提供到模拟干涉式调制器中的可移动电极上的方法和装置。举例来说，各种方法和装置可在电荷中性的被电隔离中间电极已被激活或朝向带电电极移动之后将电荷提供到所述电荷中性的被电隔离中间电极。在一个实施方案中，当所述中间电极朝向带电电极移动且与所述带电电极上的导电柱直接接触时，将电荷置于所述中间电极上。所述中间电极显现出净电荷，直到作用于所述中间电极的电力被作用于所述中间电极的相反机械弹簧力克服为止。所述中间电极接着移动远离所述带电电极，从而打破电接触且电隔离已置于所述中间电极上的电荷。在另一实施方案中，当所述中间电极朝向带电电极移动且电接触相对于所述带电电极横向地对准的互补电极上的导电柱时，以感应方式对所述中间电极进行充电，其中所述互补电极与所述带电电极电隔离且连接到电接地。本文中还描述用以校准提供到模拟干涉式调制器中的可移动电极的电荷的方法和装置。在一个使用“开关”配置的实施方案中，闭合一个或一个以上开关以电连接互补电极和带电电极以形成复合电极。在所述复合电极与所述相对带电电极之间施加校准电压，从而使带电中间电极朝向所述复合电极移动且通过(例如)电接触所述复合电极上的至少一个导电结构(例如，导电柱)来改变所述带电电极的电荷。在一个实施方案中，电接触使中间电极上的电荷改变，直到作用于所述中间电极的电力被作用于所述中间电极的相反机械弹簧力克服为止。所述中间电极接着移动远离所述复合电极，从而打破电接触且电隔离保留于所述中间电极上的电荷。在释放后，所述中间电极上的电荷的量与作用于所述中间电极的机械弹簧力有关。固持所述中间电极且提供机械弹簧力的结构可为(例如)各种配置的弹簧或对抗电极的变形的中间电极本身的结构。为揭示清楚起见，提供中间电极上的机械弹簧力的结构在本文中被称为“弹簧”，无论此力是由电极材料本身还是连接到中间电极的结构提供。另一实施方案使用“无开关”配置来校准已置于可移动电极上的电荷。在具有不同表面积的两个带电电极之间施加校准电压。带电中间电极朝向具有较小表面积的带电电极移动且电接触电连接到带电电极的导电柱。电接触使中间电极上的电荷改变，直到作用于所述中间电极的电力被作用于所述中间电极的相反机械弹簧力克服为止。所述中间电极接着移动远离所述带电电极，从而打破电接触且电隔离保留于所述中间电极上的电荷。在释放后，所述中间电极上的电荷的量与固持所述中间电极的弹簧的刚度有关。可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案以实现以下可能优点中的一者或一者以上。三端子的机电装置(例如，干涉式调制器)可包括安置于两个电极(例如，上部电极和下部电极)之间的间隙中的可移动中间电极。本文中所描述的装置和方法的实施可使具有零净电荷的被电隔离中间电极移动，使得所述中间电极接触所述上部(或下部)电极。所述中间电荷可经由此接触变得带电，从而解决与典型三端子装置相关联的缺点。揭示用以在所述中间电极一旦接触所述上部(或下部)电极便对所述中间电极进行充电的装置和方法。一旦将电荷提供到所述中间电极，所述中间电极可接着从隔离所述电极上的电荷的接触电极释放。可接着校准所述中间电极上的电荷以考虑到作用于所述中间电极的特定机械弹簧力。将(例如)参看图31到33以及39到41描述用于校准置于中间电极上的电荷的方法和系统。校准三端子装置的阵列上的具有所要量的电荷的中间电极中的每一者可允许所有所述中间电极在跨越所有所述装置施加相同电压之后即刻向相同位置移动。在校准之后，阵列中的多个经校准的调制器可处于准备操作的状态。另外，本文中所描述的激活程序、带电程序和校准程序可在有用时重复且可调整以考虑到装置的使用寿命中的电荷从中间电极泄漏的速率的变化。所描述的实施方案可应用到的合适的EMS或MEMS装置的一个实例为反射显示装置。反射显示装置可并入有干涉式调制器(IMOD)，以使用光学干涉的原理选择性地吸收和/或反射入射于其上的光。MOD可包括吸收体、可相对于所述吸收体移动的反射体，和界定于所述吸收体与所述反射体之间的光学谐振腔。所述反射体可移动到两个或两个以上不同位置，此可改变光学谐振腔的大小，且借此影响干涉式调制器的反射率。IMOD的反射光谱可产生相当广泛的光谱带，所述光谱带可跨越可见波长而移位以产生不同色彩。可通过改变光学谐振腔的厚度(即，通过改变反射体的位置)而调整光谱带的位置。图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图的实例。所述IMOD显示装置包括一个或一个以上干涉式MEMS显示元件。在这些装置中，MEMS显示元件的像素可处于明亮或黑暗状态。在明亮(“经松弛”、“打开”或“接通”)状态中，显示元件将大部分入射可见光反射(例如)到用户。相反地，在黑暗(“经激活”、“闭合”或“断开”)状态中，显示元件几乎不反射入射可见光。在一些实施方案中，接通状态和断开状态的光反射质可颠倒。MEMS像素可经配置以主要在特定波长下反射，从而允许除了黑色与白色之外的彩色显示。IMOD显示装置可包括IMOD的行/列阵列。每一:[MOD可包括一对反射层，即，可移动反射层和固定的部分反射层，其定位于彼此相距可变且可控制的距离处以形成气隙(还被称作光学间隙或腔)。可移动反射层可在至少两个位置之间移动。在第一位置(即，经松弛位置)中，可移动反射层可定位于距固定的部分反射层相对大的距离处。在第二位置(即，经激活位置)中，可移动反射层可定位成更接近于部分反射层。从所述两个层反射的入射光可视可移动反射层的位置而相长或相消地干涉，从而产生每一像素的整体反射或非反射状态。在一些实施方案中，頂OD在未经激活时可处于反射状态，从而反射可见光谱内的光，且在未经激活时可处于黑暗状态，从而吸收和/或相消地干涉可见范围内的光。然而，在一些其它实施方案中，頂OD在未经激活时可处于黑暗状态，且在经激活时可处于反射状态。在一些实施方案中，引入所施加电压可驱使像素改变状态。在一些其它实施方案中，所施加电荷可驱使像素改变状态。图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近干涉式调制器12。在左侧的IM0D12 (如所说明)中，将可移动反射层14说明为处于在与光学堆叠16相距预定距离处的经松弛位置中，光学堆叠16包括部分反射层。跨越左侧的M0D12所施加的电压Vtl不足以致使激活可移动反射层14。在右侧的IM0D12中，将可移动反射层14说明为处于接近或邻近于光学堆叠16的经激活位置中。跨越右侧的IM0D12所施加的电压Vbias足以将可移动反射层14维持在经激活位置中。在图1中，一般用指示入射于像素12上的光的箭头13和从左侧的像素12反射的光15来说明像素12的反射性质。尽管未详细说明，但所属领域的技术人员应理解，入射于像素12上的大多数光13将通过透明衬底20朝向光学堆叠16透射。入射于光学堆叠16上的光的一部分将透射通过所述光学堆叠16的部分反射层，且一部分将通过透明衬底20反射回。光13的透射通过光学堆叠16的部分将在可移动反射层14处朝向(且通过)透明衬底20反射回。从光学堆叠16的部分反射层所反射的光与从可移动反射层14所反射的光之间的干涉(相长或相消)将确定从像素12所反射的光15的波长。光学堆叠16可包括单一层或若干层。所述层可包括电极层、部分反射和部分透射层和透明电介质层中的一者或一者以上。在一些实施方案中，光学堆叠16为导电的，部分透明且部分反射的，且可(例如)通过将以上各层中的一者或一者以上沉积到透明衬底20上来制造。电极层可由例如各种金属(例如，氧化铟锡(ITO))的多种材料形成。部分反射层可由具部分反射性的多种材料形成，例如各种金属(例如，铬(Cr))、半导体和电介质。部分反射层可由一个或一个以上材料层形成，且所述层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16可包括充当光学吸收体与电导体两者的单一半透明厚度的金属或半导体，而不同的(例如，IMOD的光学堆叠16的或其它结构的)更多导电层或部分可用以将信号在IMOD像素之间以总线传输。光学堆叠16还可包括覆盖一个或一个以上导电层或导电/光学吸收层的一个或一个以上绝缘或电介质层。在一些实施方案中，光学堆叠16的所述层可被图案化成平行条带，且可形成显示装置中的行电极，如下文进一步描述。如所属领域的技术人员应理解，术语“图案化”在本文中用以指代掩盖以及蚀刻工艺。在一些实施方案中，例如铝(Al)的高导电和反射材料可用于可移动反射层14，且这些条带可形成显示装置中的列电极。可移动反射层14可形成为经沉积的金属层的一系列平行条带(正交于光学堆叠16的行电极)，以形成沉积于柱18和沉积于柱18之间的介入牺牲材料的顶部上的若干列。当牺牲材料被蚀刻掉时，所界定间隙19或光学腔可在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成。在一些实施方案中，柱18之间的间距可为约Iym到1000 iim，而间隙19可为小于10, 000 (A)在一些实施方案中，每一 MOD像素(不管是处于经激活状态还是经松弛状态)基本上为由固定和移动反射层形成的电容器。当不施加电压时，可移动反射层14a保持于机械上松弛的状态(如由图1中左侧的像素12所说明)，其中间隙19处于可移动反射层14与光学堆叠16之间。然而，当将电位差(电压)施加到所选择的行和列中的至少一者时，在对应像素处于行电极与列电极的交叉点处所形成的电容器变得带电，且静电力将所述电极拉于一起。如果所施加电压超过阈值，则可移动反射层14可变形，且移动接近或抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的电介质层(未图示)可防止短接，且控制层14与层16之间的分离距离，如由图1中右侧的经激活像素12所说明。不管所施加的电位差的极性如何，表现皆为相同的。尽管在一些情况下，阵列中的一系列像素可被称作“行”或“列”，但所属领域的技术人员应容易理解，将一个方向称作“行”且另一方向称作“列”是任意的。重申，在一些定向中，行可被视为列，且列可被视为行。此外，显示元件可以正交的行与列(“阵列”)均匀地布置，或以非线性配置布置(例如，具有相对于彼此的某些位置偏移(“马赛克(mosaic)”))。术语“阵列”和“马赛克”可指代任一配置。因此，尽管显示器被称作包括“阵列”或“马赛克”，但在任何情况下，元件自身无需布置成正交于彼此，或以均匀分布来安置，但可包括具有不对称形状且不均匀分布的元件的布置。图2展示说明并入有3X3干涉式调制器显示器的电子装置的系统方框图的实例。所述电子装置包括可经配置以执行一个或一个以上软件模块的处理器21。除了执行操作系统之外，处理器21还可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，包括网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。处理器21可经配置以与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包括将信号提供到(例如)显示阵列或面板30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。图1中所说明的IMOD显示装置的横截面是通过图2中的线1-1来展示。尽管为清晰起见，图2说明MOD的3X3阵列，但显示阵列30可含有极大数目个M0D，且可在行中具有与列中不同的MOD的数目，且反之亦然。图3展示说明图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加电压的图的实例。针对MEMS干涉式调制器，行/列(即，共同/片段)写入程序可利用这些装置的滞后性质，如图3中所说明。在一个实施方案中，干涉式调制器可能使用约10伏电位差，以致使可移动反射层或镜面从经松弛状态改变到经激活状态。当电压从那个值减小时，随着电压下降回低于10伏(在此实例中)，可移动反射层维持其状态，然而，可移动反射层直到电压下降到低于2伏才完全松弛。因此，存在一电压范围(在此实例中，大约3伏到7伏)，如图3中所示，其中存在所施加电压的窗，在所述窗内，装置稳定于经松弛状态或经激活状态。此窗在本文中被称作“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列30而言，行/列写入程序可经设计成一次寻址一个或一个以上行，以使得在给定行的寻址期间，经寻址行中的待激活的像素暴露到约10伏(在此实例中)的电压差，且待松弛的像素暴露到接近零伏的电压差。在寻址之后，像素可暴露到稳定状态或大约5伏(在此实例中)的偏置电压差，以使得其保持于先前选通状态。在此实例中，在寻址之后，每一像素经历约3伏到7伏的“稳定窗”内的电位差。此滞后性质特征使得(例如)图1中所说明的像素设计图1能够在相同的所施加电压条件下保持稳定于经激活或经松弛的预先存在状态。由于每一 MOD像素(不管是处于经激活状态还是经松弛状态)基本上为由固定和移动反射层形成的电容器，所以此稳定状态可在滞后窗内的稳定电压下得以保持，而不会实质上消耗或损失电力。此外，如果所施加电压电位保持实质上固定，则基本上几乎无或无电流流入MOD像素中。在一些实施方案中，通过根据给定行中的像素的状态的所要改变(如果存在)沿着列电极集合施加呈“片段”电压的形式的数据信号，可产生图像的帧。可依次寻址阵列的每一行，以使得一次写入一行帧。为了将所要数据写入到第一行中的像素，可将对应于所述第一行中的像素的所要状态的片段电压施加于列电极上，且可将呈特定“共同”电压或信号的形式的第一行脉冲施加到第一行电极。可接着将片段电压的集合改变成对应于第二行中的像素的状态的所要改变(如果存在)，且可将第二共同电压施加到第二行电极。在一些实施方案中，第一行中的像素不受沿着列电极所施加的片段电压的改变影响，且保持于其在第一共同电压行脉冲期间被设定到的状态。可以循序的方式对整个系列的行或者列重复此过程，以产生图像帧。可通过以每秒某所要数目个帧连续地重复此过程而用新的图像数据刷新和/或更新所述帧。跨越每一像素所施加的片段和共同信号的组合(即，跨越每一像素的电位差)确定每一像素的所得状态。图4展示说明在施加各种共同电压和片段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。如所属领域的技术人员应理解，可将“片段”电压施加到列电极或行电极，且可将“共同”电压施加到列电极或行电极中的另一者。如图4中(以及图5B中所展示的时序图中)所说明，当沿着共同线施加释放电压VCeel时，沿着所述共同线的所有干涉式调制器元件将置于经松弛状态(或者被称作释放或未激活状态)，而不管沿着片段线所施加的电压(即，高片段电压VSh和低片段电压VSJ如何。具体来说，当沿着共同线施加释放电压VC-时，在沿着像素的对应片段线施加高片段电压VSh和低片段电压V&两者时，跨越调制器像素的电位电压(或者被称作像素电压)处于松弛窗(参看图3，还被称作释放窗)内。当将保持电压施加于共同线上(例如，高保持电压VCmD—H或低保持电压VC_—D时，干涉式调制器的状态将保持恒定。举例来说，经松弛MOD将保持于经松弛位置，且经激活IMOD将保持于经激活位置。可选择保持电压，以使得在沿着对应片段线施加高片段电压VSh和低片段电压V&两者时，像素电压将保持在稳定窗内。因此，片段电压摆动(即，高VSh与低片段电压VSlj之间的差)小于正稳定窗或负稳定窗的宽度。当将寻址或激活电压施加于共同线上(例如，高寻址电压VCadd H或低寻址电压VCadd l)时，可通过沿着相应片段线施加片段电压而沿着所述共同线将数据选择性地写入到调制器。可选择片段电压，以使得激活取决于所施加的片段电压。当沿着共同线施加寻址电压时，施加片段电压将产生处于稳定窗内的像素电压，从而致使所述像素保持未激活。相比而言，施加另一片段电压将产生在稳定窗外的像素电压，从而导致所述像素的激活。引起激活的特定片段电压可视使用哪一寻址电压而变化。在一些实施方案中，当沿着共同线施加高寻址电压VCadd H时，施加高片段电压VSh可致使调制器保持于其当前位置，而施加低片段电压￥&可引起调制器的 激活。作为推论，当施加低寻址电压VCai^时，片段电压的效应可为相反的，其中高片段电压VSh引起调制器的激活，且低片段电压V&对调制器的状态无影响(即，保持稳定)。在一些实施方案中，可使用产生跨越调制器的相同极性电位差的保持电压、地址电压和片段电压。在一些其它实施方案中，可使用不时地使调制器的电位差的极性交替的信号。跨越调制器的极性的交替(即，写入程序的极性的交替)可减小或抑制可在单一极性的重复的写入操作之后发生的电荷累积。图5A展示说明图2的3X3干涉式调制器显示器中的显示数据的帧的图的实例。图5B展示可用以写入图5A中所说明的显示数据的帧的共同信号和片段信号的时序图的实例。可将信号施加到类似于图2的阵列的3X3阵列，此将最终产生图5A中所说明的线时间60e显示布置。图5A中的经激活调制器处于黑暗状态，即，其中大部分的反射光在可见光谱外以对(例如)观看者产生黑暗外观。在写入图5A中所说明的帧之前，像素可处于任何状态，但图5B的时序图中所说明的写入程序假定:在第一线时间60a之前，每一调制器已被释放且驻留于未激活状态中。
在第一线时间60a期间:将释放电压70施加于共同线I上；施加于共同线2上的电压在高保持电压72处开始且移动到释放电压70 ;且沿着共同线3施加低保持电压76。因此，沿着共同线I的调制器(共同1，片段I) (1,2)和(1，3)保持于经松弛或未激活状态并持续第一线时间60a的持续时间，沿着共同线2的调制器(2，I)、(2,2)和(2，3)将移动到经松弛状态，且沿着共同线3的调制器(3，I)、(3,2)和(3，3)将保持于其先前状态。参看图4，沿着片段线1、2和3所施加的片段电压将对干涉式调制器的状态无影响，因为共同线1、2或3均未正暴露到在线时间60a期间引起激活的电压电平(即，VCKa-松弛和VCrailL-稳定)。在第二线时间60b期间，共同线I上的电压移动到高保持电压72，且沿着共同线I的所有调制器保持于经松弛状态，而不管所施加的片段电压如何，因为无寻址或激活电压施加于共同线I上。沿着共同线2的调制器归因于施加释放电压70而保持于经松弛状态，且当沿着共同线3的电压移动到释放电压70时，沿着共同线3的调制器(3，1)、(3,2)和(3,3)将松弛。在第三线时间60c期间，通过将高地址电压74施加于共同线I上来寻址共同线I。因为在施加此地址电压期间沿着片段线I和2施加低片段电压64，所以跨越调制器(1，1)和(1，2)的像素电压大于所述调制器的正稳定窗的高端(即，电压微分超过预定义阈值)，且激活调制器(1，1)和(1，2)。相反地，因为沿着片段线3施加高片段电压62，所以跨越调制器(1，3)的像素电压小于调制器(1，1)和(1，2)的像素电压，且保持在所述调制器的正稳定窗内；调制器(1，3)因此保持松弛。而且，在线时间60c期间，沿着共同线2的电压减小到低保持电压76，且沿着共同线3的电压保持于释放电压70，从而使得沿着共同线2和3的调制器保持处于经松弛位置。在第四线时间60d期间，共同线I上的电压返回到高保持电压72，从而使得沿着共同线I的调制器保持处于其相应经寻址状态。共同线2上的电压减小到低地址电压78。因为沿着片段线2施加高片段电压62，所以跨越调制器(2，2)的像素电压低于所述调制器的负稳定窗的低端，从而引起所述调制器(2，2)激活。相反地，因为沿着片段线I和3施加低片段电压64，所以调制器(2，I)和(2，3)保持于经松弛位置。共同线3上的电压增大到高保持电压72，从而使得沿着共同线3的调制器保持处于经松弛状态。最后，在第五线时间60e期间，共同线I上的电压保持于高保持电压72，且共同线2上的电压保持于低保持电压76，从而使得沿着共同线I和2的调制器处于其相应经寻址状态。共同线3上的电压增大到高地址电压74，以沿着共同线3寻址调制器。随着将低片段电压64施加于片段线2和3上，调制器(3，2)和(3，3)激活，而沿着片段线I所施加的高片段电压62使得调制器(3，1)保持于经松弛位置。因此，在第五线时间60e的末尾，3X3像素阵列处于图5A中所展示的状态，且只要沿着共同线施加保持电压，则所述3 X 3像素阵列将保持于那个状态，而不管在沿着其它共同线(未图示)的调制器正被寻址时可能发生的片段电压的变化如何。在图5B的时序图中，给定的写入程序(S卩，线时间60a到60e)可包括高保持电压和地址电压或低保持电压和地址电压的使用。一旦已针对给定的共同线完成写入程序(且将共同电压设定到具有与激活电压相同的极性的保持电压)，则像素电压保持在给定的稳定窗内，且直到释放电压被施加于那个共同线上才通过松弛窗。此外，由于在寻址每一调制器之前释放所述调制器作为写入程序的部分，所以调制器的激活时间(而非释放时间)可确定线时间。特定来说，在调制器的释放时间大于激活时间的实施方案中，与单一线时间相t匕，可更长久地施加释放电压，如图5B中所描绘。在一些其它实施方案中，沿着共同线或片段线所施加的电压可变化，以考虑不同调制器(例如，具有不同色彩的调制器)的激活电压和释放电压的变化。根据上文所阐述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来说，图6A到6E展示干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例，所述干涉式调制器包括可移动反射层14和其支撑结构。图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例，其中金属材料条带(即，可移动反射层14)沉积于从衬底20正交地延伸的支撑件18上。在图6B中，每一 MOD的可移动反射层14的形状一般为正方形或矩形，且在系链32上在隅角处或附近附接到支撑件。在图5C中，可移动反射层14的形状一般为正方形或矩形，且从可包括柔性金属的可变形层34悬置。可变形层34可在可移动反射层14的周边周围直接或间接地连接到衬底20。这些连接件在本文中被称作支撑柱。图6C中所展示的实施方案具有得自将可移动反射层14的光学功能与其机械功能去耦的额外益处，所述去耦由可变形层34执行。此去耦允许用于反射层14的结构设计和材料和用于可变形层34的结构设计和材料独立于彼此而优化。图6D展示MOD的另一实例,其中可移动反射层14包括反射子层14a。可移动反射层14搁置于例如支撑柱18等支撑结构上。支撑柱18提供可移动反射层14与下部固定电极(即，所说明的IMOD中的光学堆叠16的部分)的分离，使得(例如)在可移动反射层14处于经松弛位置时，间隙19形成于可移动反射层14与光学堆叠16之间。可移动反射层14还可包括可经配置以充当电极的导电层14c和支撑层14b。在此实例中，导电层14c安置于支撑层14b的远离衬底20的一侧上，且反射子层14a安置于支撑层14b的接近衬底20的另一侧上。在一些实施方案中，反射子层14a可为导电的，且可安置于支撑层14b与光学堆叠16之间。支撑层14b可包括一个或一个以上电介质材料(例如，氮氧化硅(SiON)或二氧化硅(SiO2))层。在一些实施方案中，支撑层14b可为若干层的堆叠，例如Si02/Si0N/Si02三层堆叠。反射子层14a和导电层14c中的任一者或两者可包括(例如)具有约0.5%的铜(Cu)的铝(Al)合金，或另一反射金属材料。使用电介质支撑层14b上方的导电层14c和电介质支撑层14b下方的导电层14a可平衡应力且提供增强的导电。在一些实施方案中，反射子层14a和导电层14c可由不同材料形成，以实现多种设计目的，例如实现可移动反射层14内的特定应力轮廓。如图6D中所说明，一些实施方案还可包括黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可形成在光学上非作用区中(例如，像素之间或柱18下方)，以吸收环境光或杂散光。黑色掩模结构23还可通过抑制光从显示器的非作用部分反射或透射通过显示器的非作用部分而改进显示装置的光学性质，借此增大对比率。另外，黑色掩模结构23可为导电的，且经配置以充当电总线传输(bussing)层。在一些实施方案中，行电极可连接到黑色掩模结构23，以减小所连接的行电极的电阻。可使用包括沉积技术和图案化技术的多种方法来形成黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可包括一个或一个以上层。举例来说，在一些实施方案中，黑色掩模结构23包括充当光学吸收体的钥铬(MoCr)层、5102层，和充当反射体和总线传输层的铝合金，其厚度分别在约30 A到80 A、500 A到1000 A和500A到6000 A的范围中。可使用多种技术来将所述一个或一个以上层图案化，所述技术包括光刻和干式蚀刻(其包括(例如)针对MoCr层和SiO2层的四氟化碳(CF4)和/或氧气(O2)，和针对铝合金层的氯气(Cl2)和/或三氯化硼(BCl3)。在一些实施方案中，黑色掩模23可为标准具(etalon)或干涉式堆叠结构。在此干涉式堆叠黑色掩模结构23中，导电吸收体可用以在每一行或列的光学堆叠16中的下部固定电极之间传输或以总线传输信号。在一些实施方案中，分隔物层35可用以一般使吸收体层16a与黑色掩模23中的导电层电隔离。图6E展示MOD的另一实例，其中可移动反射层14为自支撑的。与图6D对比，图6E的实施方案不包括支撑柱18。而是，可移动反射层14在多个位置处接触下伏光学堆叠16，且可移动反射层14的曲率提供足够支撑，使得在跨越干涉式调制器的电压不足以引起激活时，可移动反射层14返回到图6E的未激活位置。为清晰起见，此处将可含有多个若干不同层的光学堆叠16展不为包括光学吸收体16a和电介质16b。在一些实施方案中，光学吸收体16a可充当固定电极和部分反射层两者。在例如图6A到6E中所展示的那些实施方案的实施方案中，頂OD充当直观式装置，其中从透明衬底20的前侧(即，与其上形成有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施方案中，装置的背面部分(即，显示装置的在可移动反射层14后方的任何部分，其包括(例如)图6C中所说明的可变形层34)可经配置，且可对其进行操作，而不会冲击或不利地影响显示装置的图像质量，因为反射层14以光学方式遮蔽装置的那些部分。举例来说，在一些实施方案中，可在可移动反射层14后方包括总线结构(未说明)，其提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质分离的能力(例如，电压寻址和由此寻址引起的移动)。另外，图6A到6E的实施方案可简化例如图案化等处理。图7展示说明干涉式调制器的制造工艺80的流程图的实例，且图8A到SE展示此制造工艺80的对应阶段的横截面示意说明的实例。在一些实施方案中，可实施制造工艺80以制造机电系统装置，例如图1和6中所说明的一般类型的干涉式调制器。机电系统装置的制造还可包括图7中未展示的其它方框。参看图1、6和7，工艺80从在衬底20上形成光学堆叠16的方框82开始。图8A说明形成于衬底20上的此光学堆叠16。衬底20可为例如玻璃或塑料等透明衬底，其可为柔性的或相对硬且不弯曲的，且可能已经受之前的制备工艺(例如，清洁)以促进有效地形成光学堆叠16。如上文所论述，光学堆叠16可为导电的，部分透明且部分反射的，且可(例如)通过将具有所要性质的一个或一个以上层沉积到透明衬底20上而制造。在图8A中，光学堆叠16包括具有子层16a和16b的多层结构，但更多或更少的子层可包括于一些其它实施方案中。在一些实施方案中，子层16a和16b中的一者可配置有光学吸收性质和导电性质两者，例如组合式导体/吸收体子层16a。另外，子层16a和16b中的一者或一者以上可被图案化成平行条带，且可形成显示装置中的行电极。可通过掩盖和蚀刻工艺或此项技术中已知的另一合适工艺来执行此图案化。在一些实施方案中，子层16a和16b中的一者可为绝缘层或电介质层，例如沉积于一个或一个以上金属层(例如，一个或一个以上反射层和/或导电层)上的子层16b。另外，光学堆叠16可被图案化成形成显示器的行的个别且平行的条带。请注意，图8A到SE可不按比例绘制。举例来说，在一些实施方案中，光学堆叠的子层中的一者、光学吸收层可非常薄，但子层16a和16b在图8A到8E中展示为有点厚。工艺80在方框84处以在光学堆叠16上形成牺牲层25而继续。稍后移除牺牲层25 (例如，在方框90处)以形成腔19，且因此，未在图1中所说明的所得干涉式调制器12中展示牺牲层25。图SB说明包括形成于光学堆叠16上的牺牲层25的经部分制造的装置。在光学堆叠16上形成牺牲层25可包括:以在后续移除之后提供具有所要大小的间隙或腔19 (还参看图1和8E)而选择的厚度来沉积例如钥(Mo)或非晶硅(a-Si)等二氟化氙(XeF2)可蚀刻材料。可使用例如物理气相沉积(PVD，例如，溅镀)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)或旋涂等沉积技术来执行牺牲材料的沉积。工艺80在方框86处以形成支撑结构(例如，图1、6和8C中所说明的柱18)而继续。形成柱18可包括将牺牲层25图案化以形成支撑结构孔隙，接着使用例如PVD、PECVD、热CVD或旋涂等沉积方法将材料(例如，聚合物或无机材料(例如，氧化硅))沉积到所述孔隙中以形成柱18。在一些实施方案中，形成于牺牲层中的支撑结构孔隙可通过牺牲层25与光学堆叠16两者而延伸到下伏衬底20，使得柱18的下端接触衬底20，如图6A中所说明。或者，如图SC中所描绘，形成于牺牲层25中的孔隙可延伸通过牺牲层25，但不通过光学堆叠16。举例来说，图SE说明支撑柱18的下端与光学堆叠16的上表面接触。通过将支撑结构材料层沉积于牺牲层25上且将远离牺牲层25中的孔隙而定位的支撑结构材料的多个部分图案化，可形成柱18或其它支撑结构。支撑结构可位于孔隙内(如图8C中所说明)，但还可至少部分地在牺牲层25的一部分上延伸。如上文所述，牺牲层25和/或支撑柱18的图案化可通过图案化和蚀刻工艺来执行，但还可通过替代性蚀刻方法来执行。工艺80在方框88处以形成可移动反射层或薄膜(例如，图1、6和8D中所说明的可移动反射层14)而继续。可通过使用一个或一个以上沉积步骤(包含(例如)反射层(例如，铝、铝合金或其它反射层)沉积)连同一个或一个以上图案化、掩盖和/或蚀刻步骤来形成可移动反射层14。可移动反射层14可为导电的,且被称作导电层。在一些实施方案中，可移动反射层14可包括多个子层14a、14b和14c,如图8D中所展不。在一些实施方案中，所述子层中的一者或一者以上(例如，子层14a和14c)可包括针对其光学性质所选择的高反射子层，且另一子层14b可包括针对其机械性质所选择的机械子层。由于牺牲层25仍存在于在方框88处所形成的经部分制造的干涉式调制器中，所以可移动反射层14通常在此阶段不可移动。含有牺牲层25的经部分制造的MOD还可在本文中被称作“未释放的” IM0D。如上文结合图1所描述，可将可移动反射层14图案化成形成显示器的列的个别且平行的条带。工艺80在方框90处以形成腔(例如，如图1、6和8E中所说明的腔19)而继续。可通过将牺牲材料25 (在方框84处所沉积)暴露到蚀刻剂而形成腔19。举例来说，可(例如)通过将牺牲层25暴露到气体或蒸气蚀刻剂(例如，从固态XeF2得到的蒸气)并持续对移除所要量的材料(通常相对于围绕腔19的结构而选择性地移除)为有效的时间周期，通过干式化学蚀刻来移除例如Mo或非晶Si等可蚀刻牺牲材料。还可使用例如湿式蚀刻和/或等离子体蚀刻等其它蚀刻方法。由于在方框90期间移除牺牲层25，所以可移动反射层14通常可在此阶段之后移动。在移除牺牲材料25之后，所得的经完全或部分制造的MOD可在本文中被称作“经释放的” MOD。上文所描述的干涉式调制器为具有两个状态:松弛状态和激活状态的双稳态显示元件。以下描述涉及模拟干涉式调制器。举例来说，在模拟干涉式调制器的一个实施方案中，单一干涉式调制器可反射红色、绿色、蓝色、黑色和白色。在一些实施方案中，模拟干涉式调制器可取决于所施加电压而反射光的波长范围内的任何色彩。此外，模拟干涉式调制器的光学堆叠可不同于上文所描述的双稳态显示元件。这些差异可产生不同光学结果。举例来说，在上述的双稳态组件的一些实施方案中，闭合(激活)状态给予双稳态元件黑暗(例如，黑色)反射状态。在一些实施方案中，模拟干涉式调制器在电极处于类似于双稳态元件的闭合状态的位置中时反射白光。三端子机电装置(例如，干涉式调制器)可包括安置于上部电极和下部电极之间的间隙中的可移动中间电极。在一种方法中，三端子装置可使用开关或串联电容器将电荷提供到所述中间电极上。接着，可跨越所述上部电极和所述下部电极施加电压，且所述带电中间电极可与产生于所述上部电极与所述下部电极之间的所得电场相互作用。结果，所述带电中间电极可基于由所施加电压产生的电场移动或移位。然而，以此方式使用开关和电容器将电荷提供到所述中间电极可导致所述中间电极的寄生负载。虽然所述方式可用以将电荷提供到未电连接到任何外部电路且因此被电隔离的电荷中性中间电极上，但电荷中性中间电极一般可不响应所述上部电极与所述下部电极之间的所施加电场。因此，以下装置和方法可为有用的:使具有零净电荷的被电隔离中间电极移动，使得所述中间电极接触电触点(或电极)，借此将电荷赋予所述中间电极。用以在中间电极接收电荷之后释放所述中间电极的装置和方法也可为有用的。图9展示说明用于激活和校准模拟干涉式调制器的电荷中性电极的一种方法的流程图的实例。方法900从方框951开始，在所述方框中，提供被电隔离的电荷中性中间电极。举例来说，在带电和/或校准之前、当装置第一次通电时或在电荷已由于泄漏或有目的的电荷耗散程序耗尽之后，所述被电隔离中间电极可为电荷中性的。所述方法在方框952处继续，在所述方框中，激活所述中间电极，从而使用电力使所述中间电极朝向另一电极移动。以下(例如)参看图12到20描述用以在所述中间电极为电荷中性时激活所述中间电极的装置和方法。方法900在方框953处继续，在所述方框中，将电荷提供到所述中间电极。图21到25描述用于将电荷置于此中间电极上的系统和方法的一些一般实施方案。具体来说，参看图21到23描述用于通过与上部电极接触而对中间电极进行充电的装置和方法，且参看图22以及图24到25描述用于通过与被隔离的接地互补电极接触而对中间电极进行充电的装置和方法。在一些实施方案中，如参看图26到30所描述，可使用开关配置对电荷中性中间电极进行充电，而在其它实施方案中，如参看图34到38所描述，可使用无开关配置对所述中间电极进行充电。方法900包括方框954，在所述方框中，校准置于中间电极上的电荷以考虑到作用于中间电极的特定机械弹簧力。参看图31到33描述用于使用开关配置校准电荷的特定装置和方法。另外，参看图39到41描述用于使用无开关配置校准电荷的装置和方法的一些实施方案。校准三端子装置的阵列上的具有所要量的电荷的中间电极中的每一者可允许所有所述中间电极在跨越所有所述装置施加选定电压之后即刻可靠地向相同位置移动。此可帮助改进显示于模拟干涉式调制器显示器中的色彩的准确度。方法900在方框955处继续，在所述方框中，操作包括具有经校准中间电极的模拟干涉式调制器的阵列的显示器。在一些方面中，操作显示器包括激活中间电极或使所述中间电极移动到由上部电极1002和下部电极1010(参见图10)形成的间隙中的各个位置以显示图像。中间电极的位置帮助确定模拟干涉式调制器像素的反射显示色彩。方法900任选地在方框956处继续,在所述方框中，重复方框952到955。在一些实施方案中,在返回方框952之前，使中间电极为电荷中性的。在一些实施方案中，中间电极在其于方框952处激活时保持一些电荷。图10展示具有三层或电极设计的模拟干涉式调制器1000的横截面的实例。调制器1000包括上部或第一电极1002。在一个实施方案中，电极1002为由金属制成的板。上部电极1002可使用加强层1003加强。在一个实施方案中，加强层1003为电介质。加强层1003可用以使上部电极1002保持刚性且实质上平坦。调制器900还包括下部或第二电极1010，和也可包括金属的中间或第三电极1006。所述三个电极通过绝缘柱1004电绝缘。绝缘柱1004还用来在不存在电力时将中间电极1006在平衡位置中固持在电极1002与1010之间。中间电极1006具有安置于其上的加强层1008。在一个实施方案中，加强层1008包括氮氧化硅。中间电极1006经配置以在上部电极1002与下部电极1010之间的区域或间隙中移动。加强层1008帮助当中间电极1006在电极1002与1010之间移动时使中间电极1006的一部分保持相对刚性且平坦。在一个实施方案中，加强层1008安置于中间电极1006的中心部分上。在此实施方案中，中间电极1006的侧部能够在中间电极1006移动时弯曲。在图10中，展示处于平衡位置中的中间电极1006，所述电极在所述平衡位置中实质上平坦。当中间电极1006移动远离此平衡位置时，中间电极1006的侧部将变形或弯曲。中间电极1006的侧部实施弹性弹簧力，所述弹性弹簧力施加力以使中间电极1006移动回到所述平衡位置(参见(例如)图26到33中的弹簧2634和图34到41中的弹簧3434)。中间电极1006还充当用以反射穿过衬底1012进入结构的光的镜。在一些实施方案中，衬底1012由玻璃制成。在一个实施方案中，下部电极1010为吸收铬或含铬的层。为了保持至少部分透明，可使所述吸收层相对薄，如上所述。下部电极1010具有安置于其上的钝化层1014(现具体展示为单独层)。在一个实施方案中，钝化层1014为薄电介质层。在另一实施方案中，上部电极1002具有安置于其上的钝化层。在一些实施方案中，所述钝化层为薄电介质层。图1lA展示具有控制电路1120的模拟干涉式调制器1100的横截面的实例。模拟干涉式调制器1100可为调制器1000或其它类似设计的模拟干涉式调制器。调制器1100包括上部电极1102、中间电极1106和下部电极1110。调制器1100进一步包括使电极1102、1106和1110与其它结构绝缘的绝缘柱1104。调制器1100进一步包括安置于上部电极1102上的电阻性元件1116。上部电极1102具有安置于其上的加强层1103。在一个实施方案中，上部电极1102为金属，且加强层1103为电介质。调制器1100还包括安置于下部电极1110上的薄的电介质钝化层1114，以使得电介质钝化层1114安置于下部电极1110与中间电极1106之间。下部电极1110安置于衬底1112上。电阻性元件1116提供上部电极1102与中间电极1106之间的隔离物。当中间电极1106朝向上部电极1102移动时，电阻性元件1116防止中间电极1106与上部电极1102接触。在一个实施方案中，中间电极1106包括安置于中间电极1106的底部部分上的绝缘层(未图示)。模拟干涉式调制器1100还包括控制电路1120。控制电路1120经配置以跨越上部电极1102和下部电极1110施加电压。电荷泵电路1118经配置以将电荷选择性地施加到中间电极1106。通过使用控制电压1120和电荷泵电路1118，实现中间电极1106的激活。电荷泵电路1118用以为中间电极1106提供电荷。带电中间电极1106接着与由控制电路1120在上部电极1102与下部电极1110之间产生的电场相互作用。带电中间电极1106与所述电场的相互作用使中间电极1106在电极1102与1110之间移动。在图1lB的示意图中说明可实施为用以将准确量的电荷置于頂OD上的电荷泵电路1118的电荷注入电路的一个实例。在这些示意图中，将IMOD描绘为可变电容器。复位MOD(左边)示意图说明用于复位MOD的实例电路配置。在此配置中，开关S3闭合，从而使MOD短路以耗散MOD上的电荷。开关SI和S2 “断开”，从而使电压源Vin和电容器Cin相互隔离且与MOD隔离。预充电Cin(在中央)示意图说明开关SI闭合从而将电压源Vin连接到电容器Cin、使电容器Cin带电的实例电路配置。开关S2断开，从而隔离电容器Cin与M0D，且开关S3断开，使得MOD不再短路。在对电荷进行取样且将电荷转移到MOD (右边)示意图中，开关SI断开，从而隔离电压源Vin与所述电路的其余部分，且开关S2闭合，从而将电容器Cin连接到运算放大器的虚拟接地输入，所述虚拟接地输入保持连接到IMOD端子I (左端子)。运算放大器输出以反馈方式连接到MOD的端子2。此为众所周知的切换电容器电路，其准确地将电荷从输入电容器Cin转移到反馈路径中的电容器(在此情况下为IM0D)。可使用无运算放大器的开关实施导致不完全电荷转移的其它方法。通过改变由控制电路1120施加的电压可使中间电极1106移动到电极1102与1110之间的各种位置。举例来说，由控制电路1120施加的正电压V。使下部电极1110相对于上部电极1102被驱动到正电位，如果中间电极1106带正电，则下部电极1110排斥所述中间电极1106。因此，正电压V。使中间电极1106朝向上部电极1102移动。由控制电路1120施加负电压V。致使下部电极1110相对于上部电极1102被驱动到负电位，当中间电极1106带正电时，下部电极1110吸引中间电极1106。因此，负电压V。致使中间电极1106朝向下部电极1110移动。开关1122可用以选择性地连接或断开中间电极1106与电荷泵电路1118。可使用此项技术中已知的除开关之外的其它方法来选择性地连接或断开中间电极1106与电荷泵电路1118，例如薄膜半导体、熔丝、反熔丝等。可配置模拟干涉式调制器1100，以使得中间电极1106以与跨越上部电极1102和下部电极1110驱动的电压成线性比例的方式响应。因此，用以控制中间电极1106的移动的电压与中间电极1106在电极1102与1110之间的位置之间存在线性关系。使用开关1122将电荷提供到中间电极1106可导致中间电极1106的寄生负载。举例来说，如果中间电极1106未完全被电隔离，则中间电极1106上的存储电荷Q可随中间电极在电极1102与1110之间的位置而变化。Q的此变化可影响中间电极1106对电荷的响应。当中间电极1106未完全被电隔离时，存在从中间电极附接到上部电极1102和下部电极1110中的每一者的寄生电容。另外，存储电荷Q的一部分可随时间而经由开关1122从中间电极1106泄漏。可使用各种系统和方法来考虑寄生电容，例如2011年8月2日颁布的题为“模拟干涉式调制器(Analog Interferometric Modulator) ”的第7，990，604号美国专利中所描述的系统和方法。举例来说，调制器1100可经配置以通过包括与中间电极1106串联连接且与寄生电容1140和1142并联连接的电容器来考虑寄生电容。因此在无中间电极1106到开关或串联电容器的电连接的情况下将电荷提供于中间电极1106上、接着隔离所述电荷可为有利的。此被电隔离的电极可减小寄生负载或电荷泄漏问题。激活中性的被电隔离电极图12展示模拟干涉式调制器1200的透视图的实例，模拟干涉式调制器1200包括中间电极，所述中间电极可在不使用电连接到所述中间电极的开关或串联电容器的情况下在两个带电电极之间移动或激活。如下文参看图21到23更详细地描述，可使中间电极朝向任一带电电极移动以在不使用电连接到中间电极的开关或串联电容器的情况下将电荷提供到中间电极上。 调制器1200包括与上部电极1202间隔开恒定间隙g的上部电极1202和下部电极1210。可移动中间电极或板1206安置于间隙g中，且可与上部电极1202分开距离d2且与下部电极1210分开距离屯。中间电极1206可为金属反射器或镜。当中间电极1206安置于间隙g中时，中间电极1206可被电隔离，即所述中间电极未电连接到外部组件(例如，开关)。中间电极1206还为电荷中性的,从而具有与负电荷相同总数的正电荷。在一些实施方案中，电极1202、1206和1210为薄膜电极。在一些方面中，例如，薄膜上部电极1202的横向尺寸为D，且薄膜上部电极1202的厚度为横向尺寸的十分之一或更小(D/10或更小)。在一些实施方案中，三个电极中的每一者具有比分离距离Cl1和d2薄的厚度。举例来说，三个电极中的每一者的厚度可比分离距离Cl1和d2薄一个或一个以上量级。中间电极1206可以机械方式连接到结构或组件(图12中未展示)和/或由结构或组件支撑。然而，可配置此结构(或组件)，以使得中间电极1206保持被电隔离(例如，所述结构可由有助于电隔离中间电极1206的材料形成)。如下文参看图21、26和34更详细地论述,此些结构可包括将对中间电极1206施加恢复机械力以使中间电极1206恢复到间隙g中的特定位置的弹簧。在于上部电极1 202与下部电极1210之间施加电场时，不带电的被电隔离中间电极1206可经激活或朝向上部电极1202或下部电极1210移动。在一个实施方案中，通过将上部电极1202和下部电极1210中的一者配置为不同于另一者的大小来实现此激活或移动。举例来说，在图12中所说明的实施方案中，上部电极1202具有表面积A2，而下部电极1210具有大于A2的表面积Ap在其它方面中，下部电极1210可具有小于上部电极1202的表面积A2的表面积4。中间电极1206可具有小于或约等于下部电极1210的表面积的表面积。跨越上部电极1202和下部电极1210施加电压V在所述两个电极之间产生非均匀电场。调制器1200的实施方案可包括控制电路，所述控制电路经配置以跨越上部电极1202和下部电极1210施加电压V以产生非均匀电场。图13展示图12中所示的模拟干涉式调制器配置的等效电路的实例。C1表示下部电极1210与中间电极1206之间的电容，而C2表示上部电极1202与中间电极1206之间的电容。AV1表示下部电极1210与中间电极1206之间的电位差，且由以下等式给出:
C7AF1 =——V (I)
C1 +C2A V2表示上部电极1202与中间电极1206之间的电位差，且由以下等式给出:M = 1 V (2)
十 1^2
将电压V施加到上部电极1202和下部电极1210会在上部电极1202和下部电极1210上提供具有相同量值的电荷。由这些带电电极中的任一者对中间电极1206施加的电力与带电电极的表面积成反比。然而，在此实例中，因为上部电极1202的表面积小于下部电极1210的表面积，所以在此实例中，上部电极1202对中间电极1206施加比对下部电极1210施加的电力大的电力。在下部电极1210的表面积小于上部电极1202的表面积的实施方案中，下部电极1210将对中间电极1206施加比对上部电极1202施加的电力大的电力。可使用电容CdP C2的平行板近似法确定作用于中间电极1206的净力。因为上部电极1202和下部电极1210为静止的，所以可将中间电极1206上的净电力近似为:
权利要求
1.一种用于调制光的装置，其包含: 显示元件，其包括 第一电极； 第二电极，其与所述第一电极间隔开一间隙； 可移动第三电极，其安置于所述第一电极与所述第二电极之间；以及 至少一个电触点，其中 所述第一电极和所述第二电极经配置以在跨越所述第一电极和所述第二电极施加电压时在所述第一电极与所述第二电极之间产生电场，所述电场能够在所述可移动第三电极被电隔离且是电荷中性时使所述可移动第三电极移动， 所述第三电极经配置以在所述间隙内在被电隔离的第一位置、被电连接的第二位置和被电隔离的第三位置之间移动，且 所述第三电极在所述被电连接的第二位置处与所述至少一个电触点电连通，且所述电触点经配置以在所述第三电极处于所述被电连接的第二位置中时改变所述第三电极上的电荷，且其中所述第三电极经配置以在所述第三电极上的所述电荷已改变之后移动到所述第三位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含经配置以跨越所述第一电极和所述第二电极施加电压以用于产生所述电场的控制电路。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述电场是非均匀的。
4.根据权利要求3所述的装`置，其中所述第二电极具有比所述第一电极大的表面积。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述第三电极具有小于或约等于所述第二电极的所述表面积的表面积。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个电触点包括安置于所述第一电极上的一个或一个以上导电柱。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述一个或一个以上导电柱与所述第一电极电隔离。
8.根据权利要求7所述的装置，其中电阻性组件连接所述一个或一个以上导电柱，所述电阻性组件经配置以减小穿过所述一个或一个以上导电柱的电流。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示元件经配置以在所述第三电极与所述至少一个电触点接触时耗散所述第三电极上的负电荷。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第三电极连接到一个或一个以上弹簧，所述一个或一个以上弹簧在所述第三电极处于所述第二位置中时将机械恢复力施加到所述第三电极，作用于所述第三电极的所述恢复力使所述第三电极移动远离所述至少一个电触点，且其中所述第三电极经配置以保持与所述至少一个电触点接触，直到所述机械恢复力大于由所述电场施加到中间电极的电力为止。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述显示元件进一步包含相对于所述第一电极横向地对准的互补电极，且所述至少一个电触点包括安置于所述互补电极上且电连接到所述互补电极的一个或一个以上导电柱。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述互补电极连接到一个或一个以上开关，从而允许所述互补电极与所述第一电极电隔离或电连接到所述第一电极。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述互补电极经配置以使得当连接到电接地时，所述互补电极经由经配置以减小穿过所述一个或一个以上导电柱的电流的电阻性组件而连接到电接地。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述第三电极包括金属反射器。
15.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含: 显示器，其包括多个所述显示元件； 处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及 存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
16.根据权利要求15所述的装置，其进一步包含: 驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。
17.根据权利要求1 6所述的装置，其进一步包含: 控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
18.根据权利要求15所述的装置，其进一步包含: 图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述图像源模块包括接收器、收发器和发射器中的至少一者。
20.根据权利要求15所述的装置，其进一步包含: 输入装置，其经配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到所述处理器。
21.一种用于调制光的装置，其包含: 显示元件，其包含 用于产生非均匀电场的装置； 可移动电极，其安置于第一电极与第二电极之间，从而在所述第一电极与所述第二电极之间形成一间隙，所述可移动电极经配置以在所述间隙内在被电隔离的第一位置、第二位置和被电隔离的第三位置之间移动；以及 用于在所述可移动电极处于所述第二位置中时改变所述可移动电极上的电荷的装置。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述用于产生非均匀电场的装置包括所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和所述第二电极具有不同的表面积。
23.根据权利要求21所述的装置，其中所述用于产生非均匀电场的装置包括所述第一电极和所述第二电极，所述第一电极和所述第二电极具有不同的形状。
24.根据权利要求21所述的装置，其中所述用于改变电荷的装置包括至少一个电触点。
25.一种激活用于调制光的装置的方法，其包含: 跨越第一电极和第二电极施加充电激活电压以在所述第一电极与第二电极之间的间隙中产生电场，以便使定位于所述间隙中的被电隔离的电荷中性第三电极朝向所述第一电极从第一位置移动到第二位置； 在所述第三电极处于所述第二位置中时电连接所述第三电极与电触点；以及在所述第三电极处于所述第二位置中时改变所述第三电极上的电荷，直到所述第三电极上的机械恢复力超过所述第三电极上的所述电场的电力为止。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述电场是非均匀的。
27.根据权利要求25所述的方法，其进一步包含随后在所述第三电极与所述电触点电连接之后的时间施加校准电压。
28.根据权利要求25所述的方法，其中所述电触点包括安置于所述第一电极上的一个或一个以上导电柱，且其中改变所述第三电极上的所述电荷包括在所述第三电极处于所述第二位置中时经由所述一个或一个以上导电柱耗散所述第三电极上的电荷。
29.根据权利要求28所述的方法，其进一步包含使用将所述一个或一个以上导电柱连接到接地的电阻器减慢耗散所述第三电极上的电荷的速率。
30.根据权利要求25所述的方法，其进一步包含跨越所述第一电极和所述第二电极施加电压以使所述第三电极移动到所 述间隙中的一位置，所述位置对应于所述光调制装置的反射色彩。
全文摘要
本发明提供用于激活干涉式装置中的可移动电极、对所述可移动电极进行充电以及校准所述可移动电极上的电荷的系统、方法和装置。所述干涉式装置(1000)可包括第一电极(1002)、与所述第一电极间隔开一间隙的第二电极(1010)、至少一个电触点(2132)，和安置于所述第一电极与所述第二电极之间的电中性可移动第三电极(1006)。可通过跨越所述第一电极和所述第二电极施加充电激活电压以在所述间隙中产生电场来对所述第三电极进行充电。在所述电场下，所述电中性第三电极(1006)可朝向所述第一电极从第一位置移动到第二位置，所述第三电极在所述第二位置处与所述电触点(2132)连接。一旦与所述电触点接触，在所述第三电极处于所述第二位置中时便可改变所述第三电极上的电荷。当所述第三电极上的机械恢复力超过所述第三电极上的所述电场的力时，所述第三电极移动到第三位置。
文档编号G09G3/34GK103119639SQ201180044783
公开日2013年5月22日 申请日期2011年8月15日 优先权日2010年8月17日
发明者约翰·H·洪, 重·U·李 申请人:高通Mems科技公司