具有电荷注入控制的电压偏置的拉动模拟干涉调制器的制造方法

具有电荷注入控制的电压偏置的拉动模拟干涉调制器的制造方法
【专利摘要】本发明提供用于驱动三端子机电系统EMS装置的系统、方法和设备。本发明中描述的驱动系统和方法包含开关电容器电荷注入电路(1530)，其经配置以隔离单个EMS装置，并且将期望量的电荷转移到隔离的装置，使得所述装置能被激活以产生期望的光学效应、电效应或机械效应。所述电荷注入电路包含运算放大器(1315)，并且被连接，以便将所述EMS装置放置在所述运算放大器(1315)的反馈路径中。
【专利说明】具有电荷注入控制的电压偏置的拉动模拟干涉调制器

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于激活机电系统（EM巧的系统和方法。更具体来说，本发明涉及向 EMS装置提供电荷的系统和方法，EMS装置使用所述电荷将光学元件从一个位置移动到另 一位置。

【背景技术】
[0002] EMS包含具有电和机械元件、致动器、变换器、传感器、光学组件（举例来说，反射 镜）和电子器件的装置。EMS可W在多种尺度上制造，包含但不限于微型尺度和纳米尺度。 举例来说，微机电系统（MEM巧装置可包含具有从大约一微米到几百微米或者更大的范围 内的大小的结构。纳米机电系统（NEM巧装置可包含具有小于一微米的大小（包含，举例来 说，小于几百纳米的大小）的结构。可W使用沉积、蚀刻、光刻和/或其它微加工工艺来形 成机电元件，所述其它微加工工艺蚀刻掉衬底和/或沉积的材料层的一些部分，或者增加 层W形成电和机电装置。
[0003] 可W针对各种应用（举例来说，电开关、光调制等）来驱动或激活EMS装置的一或 多个组件，并且已经研发出驱动包含电压控制激活的EMS装置的系统和方法。因为某些EMS 中的可移动反射器的移动可能取决于静电吸引，所W精确地提供（或注入）期望的电荷可 W产生对EMS装置的更好的控制。
[0004] 一种类型的机电系统装置称为干涉调制器（IMOD)。如本文中所使用，术语IMOD或 干涉光调制器是指使用光学干涉原理选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施方案 中，IMOD可包含一对传导板，其中的一个或两个可W是透明的和/或反射的，完整的或部分 的，并且能够在施加了适当的电信号后即刻进行相对运动。在一实施方案中，一个板可包含 沉积在衬底上的固定层，并且另一板可包含通过气隙从固定层分开的反射薄膜。一个板相 对于另一板的位置可W改变入射在IMOD上的光的光学干涉。IMOD装置具有多种多样的应 用，并且预期用于改进现有产品和创造新产品，尤其是具有显示能力的产品。


【发明内容】

[0005] 本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有哪一个创新方面单 独地负责本文中掲示的期望属性。
[0006] 本掲示内容中所描述的主题的一个创新方面可W在一种设备中实施，所述设备包 含布置成多个行和列的H端子机电系统（EM巧装置的阵列。每一 EMS装置包含连接到第一 驱动线的第一固定电极层；连接到第二驱动线的可移动电极层，和连接到第H驱动线的第 二固定电极层。所述可移动电极层安置在所述第一固定电极层与所述第二固定电极层之 间。所述可移动电极层的一部分和所述第一固定电极层形成具有第一可变电容值的第一可 变电容器。所述可移动电极层的一部分和所述第二固定电极层形成具有第二可变电容值的 第二可变电容器。所述设备进一步包含偏置电压电路，所述偏置电压电路具有连接到所述 阵列的一列中的所述EMS装置中的每一个的第H驱动线的偏置电压线。所述偏置电压电路 经配置W在所述第二固定电极层与所述可移动电极层之间提供电位差。所述设备还包含电 荷注入电路，其经配置W电连接到所述阵列的所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述 第一驱动线和所述第二驱动线，使得在任何一个时间，所述电荷注入电路电连接到所述EMS 装置中的仅一个的所述第一和第二驱动线W向所述第一固定电极层提供期望的电荷。所述 电荷注入电路包含运算放大器，所述运算放大器具有反相输入线、非反相输入线和输出线。 所述运算放大器的反相输入线电连接到所述列中的EMS装置中的每一个的第二驱动线。所 述电荷注入电路包含多个行选择开关，其经控制W将所述运算放大器的所述输出线选择性 地电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第一驱动线，使得在任何一个时 间，所述运算放大器的所述输出线电连接到仅一个EMS装置的所述第一驱动线。所述电荷 注入电路进一步包含输入电容器电路，其经配置W电连接到所述运算放大器的所述反相线 或电连接到电压电路W将所述输入电容器电路充电到电荷A。。所述电荷注入电路经控制 W针对所述列中的所述显示元件中的每一个将所述列中的每一 EMS装置的所述第一驱动 线选择性地连接到所述运算放大器的所述输出线，同时来自所述输入电容器电路的电荷被 转移到电连接到所述电荷注入电路的所述EMS装置的所述第一驱动线。
[0007] 在各种实施方案中，上文描述的设备可W进一步包含禪合在运算放大器输出线与 运算放大器反相线之间的运算放大器接地开关。在各种实施方案中，每一 EMS装置的可移 动电极层可包含接近第一固定电极层的第一导体和接近第二固定电极层的第二导体。所述 第一导体可W连接到第二驱动线。在各种实施方案中，所述第一导体可W从所述第二导体 电绝缘。在此些实施方案中，所述第一导体和所述第一固定电极层可W形成第一可变电容 器，而所述第二导体和所述第二固定电极层可W形成第二可变电容器。在各种实施方案中， 所述设备可包含可移动电极复位开关，其经配置W将每一 EMS装置的可移动电极层的所述 第二导体连接到电接地。
[0008] 上文描述的设备的各种实施方案可包含具有存储电容值的存储电容器。存储电容 器可W电连接在EMS装置中的每一个的所述第一固定电极层与所述可移动电极层的所述 第一导体之间。在各种实施方案中，所述存储电容可W具有大于第一可变电容的最小值的 值。在各种实施方案中，所述存储电容可W具有大于第一可变电容值的最大变化的值。上文 描述的设备的各种实施方案可包含具有旁路电容值的旁路电容器。所述旁路电容器可W电 连接在所述运算放大器的反相线与所述偏置电压电路的偏置电压线之间。在各种实施方案 中，所述旁路电容值可W大于所述列中的所有机电系统装置的第二可变电容值的总和。在 各种实施方案中，所述旁路电容器可W通过充电开关连接到充电电压源。上文描述的设备 的各种实施方案可包含猜位二极管，所述猜位二极管可W电连接在运算放大器的反相线与 非反相线之间。电荷注入电路的各种实施方案可W经配置W在大约10微砂中转移大约10 皮库的电荷。在各种实施方案中，所述EMS装置中的每一个可W是显示像素或显示像素的 一部分。在各种实施方案中，EMS装置中的每一个可包含IM0D。
[0009] 本掲示内容中所描述的主题的另一创新方面可W在一种校准H端子EMS装置的 方法中实施。在各种实施方案中，所述EMS装置可包含上文描述的设备。所述方法包含：向 所述EMS装置提供第一量的已知电荷；响应于所述提供的第一量的已知电荷为跨越所述第 一固定电极和所述可移动电极形成的电压确定第一计算出的电压值；响应于所述提供的第 一量的已知电荷测量跨越所述第一固定电极和所述可移动电极的第一电压值；W及将所述 第一计算出的电压值与所述测量出的第一电压值比较W获得第一差值。所述校准方法进一 步包含：向所述EMS装置提供第二量的已知电荷；响应于所述提供的第二量的已知电荷为 跨越所述第一固定电极和所述可移动电极形成的电压确定第二计算出的电压值；响应于所 述提供的第二量的已知电荷测量跨越所述第一固定电极和所述可移动电极的第二电压值； W及将所述第二计算出的电压值与所述测量出的第二电压值比较W获得第二差值。所述方 法进一步包含：基于所述第一和第二差值确定所述可移动电极的刚度常数和所述可移动电 极的启动偏压中的至少一个的校准信息；W及将所述校准信息存储在所述设备的所述存储 器中。
[0010] 本掲示内容中所描述的主题的另一创新方面可W在一种设备中实施，所述设备包 含布置成多个行和列的H端子EMS装置的阵列。每一 EMS装置包含；用于导电的第一固定 装置，其连接到第一驱动线；用于导电的可移动装置，其连接到第二驱动线；W及用于导电 的第二固定装置，其连接到第H驱动线。所述可移动传导装置可W安置在所述第一固定传 导装置与所述第二固定传导装置之间。所述可移动传导装置的一部分和所述第一固定传导 装置可W形成具有第一可变电容值的第一可变电容器，并且所述可移动传导装置的一部分 和所述第二固定传导装置形成具有第二可变电容值的第二可变电容器。所述设备进一步包 含偏置电压电路，所述偏置电压电路具有连接到所述阵列的一列中的所述EMS装置中的每 一个的第H驱动线的偏置电压线。所述偏置电压电路经配置W在所述第二固定传导装置与 所述可移动传导装置之间提供电位差。所述设备进一步包含用于注入电荷的装置，其经配 置W电连接到所述阵列的所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第一驱动线和所述 第二驱动线，使得在任何一个时间，所述电荷注入装置电连接到所述EMS装置中的仅一个 的所述第一和第二驱动线W向所述第一固定传导装置提供期望的电荷。所述电荷注入装置 包含运算放大器，所述运算放大器具有反相输入线、非反相输入线和输出线。所述运算放大 器的反相输入线电连接到所述列中的EMS装置中的每一个的第二驱动线。所述电荷注入装 置进一步包含多个用于将所述运算放大器的所述输出线选择性地电连接所述列中的所述 EMS装置中的每一个的所述第一驱动线使得在任何一个时间所述运算放大器的所述输出线 电连接到仅一个EMS装置的所述第一驱动线的装置。所述电荷注入装置进一步包含输入电 容器电路，其经配置W电连接到所述运算放大器的所述反相线或电连接到电压电路W将所 述输入电容器电路充电到电荷A。。所述电荷注入装置经控制W针对所述列中的所述显示 元件中的每一个将所述列中的每一 EMS装置的所述第一驱动线选择性地连接到所述运算 放大器的所述输出线，同时来自所述输入电容器电路的电荷被转移到电连接到所述电荷注 入装置的所述EMS装置的所述第一驱动线。
[0011] 在上文描述的设备的各种实施方案中，所述第一固定传导装置可包含第一固定电 极层。在上文描述的设备的各种实施方案中，所述第二固定传导装置可包含第二固定电极 层。在上文描述的设备的各种实施方案中，所述可移动传导装置可包含可移动电极层。在 上文描述的设备的各种实施方案中，所述电荷注入装置可包含电荷注入电路。在上文描述 的设备的各种实施方案中，所述选择性地电连接装置包含行选择开关。
[0012] 本掲示内容中所描述的主题的另一创新方面可W在一种制造EMS装置的方法中 实施，所述方法包含提供布置成多个行和列的H端子机电系统装置的阵列。每一 EMS装置 包含；连接到第一驱动线的第一固定电极层；连接到第二驱动线的可移动电极层；W及连 接到第H驱动线的第二固定电极层，所述可移动电极层安置在所述第一固定电极层与所述 第二固定电极层之间。所述可移动电极层的一部分和所述第一固定电极层形成具有第一可 变电容值的第一可变电容器，并且所述可移动电极层的一部分和所述第二固定电极层形成 具有第二可变电容值的第二可变电容器。所述方法进一步包含连接偏置电压电路，所述偏 置电压电路具有连接到所述阵列的一列中的所述EMS装置中的每一个的第H驱动线的偏 置电压线。所述偏置电压电路经配置W在所述第二固定电极层与所述可移动电极层之间提 供电位差。所述方法进一步包含：在任何一个时间将电荷注入电路选择性地禪合到所述阵 列的所述列中的所述EMS装置中的仅一个的所述第一驱动线和所述第二驱动线W向所述 第一固定电极层提供期望的电荷。所述电荷注入电路包含运算放大器，所述运算放大器具 有反相输入线、非反相输入线和输出线。所述运算放大器的反相输入线电连接到所述列中 的EMS装置中的每一个的第二驱动线。所述电荷注入电路包含多个行选择开关，其经控制 W将所述运算放大器的所述输出线选择性地电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一 个的所述第一驱动线，使得在任何一个时间，所述运算放大器的所述输出线电连接到仅一 个EMS装置的所述第一驱动线。所述电荷注入电路还包含输入电容器电路，其经配置W电 连接到所述运算放大器的所述反相线或电连接到电压电路W将所述输入电容器电路充电 到电荷Qi。。所述电荷注入电路经控制W针对所述列中的所述显示元件中的每一个将所述 列中的每一 EMS装置的所述第一驱动线选择性地连接到所述运算放大器的所述输出线，同 时来自所述输入电容器电路的电荷被转移到电连接到所述电荷注入电路的所述EMS装置 的所述第一驱动线。
[0013] 在各种实施方案中，EMS装置中的每一个包含IM0D。所述方法的各种实施方案可 包含：将具有存储电容值的存储电容器连接在所述EMS装置中的每一个的所述第一固定电 极层与所述可移动电极层的第一导体之间，所述第一导体接近所述第一固定电极层。所述 方法的各种实施方案进一步可包含将具有一旁路电容值的旁路电容器电包含连接在所述 运算放大器的所述反相线与所述偏置电压电路的所述偏置电压线之间。所述方法的各种实 施方案进一步可包含将猜位二极管连接在所述运算放大器的所述反相线与所述非反相线 之间。
[0014] 附图和下面的描述中阐述了本说明书中所描述的主题的一或多个实施方案的细 节。虽然本掲示内容中提供的实例主要是在基于EMS和MEMS的显示器的方面中描述的， 但是本文中提供的概念可W适用于其它类型的显示器，例如液晶显示器、有机发光二极管 ("OL邸"）显示器和场发射显示器。通过描述、图式和权利要求书，将明白其它特征、方面 和优点。请注意，下列各图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。

【专利附图】

【附图说明】
[0015] 图IA和IB展示了描绘处于两种不同状态的干涉调制器（IMOD)显示装置的像素 的等距视图的实例。
[0016] 图2展示图解说明用于光学MEMS显示装置的驱动电路阵列的示意性电路图的实 例。
[0017] 图3展示图解说明图2的驱动电路和相关联的显示元件的结构的一个实施方案的 示意性部分横截面的实例。
[0018] 图4展示具有IMOD阵列和带有嵌入电路的背板的光学MEMS显示装置的示意性分 解部分透视图的实例。
[0019] 图5展示具有两个固定层和可移动第H层的IMOD的实例的横截面。
[0020] 图6展示图解说明用于具有图5的结构的光学EMS显示装置的驱动电路阵列的示 意性电路图的实例。
[0021] 图7A-7C展示在图解说明材料堆叠的图5中描绘的IMOD的两个固定层和可移动 层的横截面。
[0022] 图8展示图5中图解说明的IMOD和电压源的示意性表示。
[002引图9展示模拟IMOD (AIMOD)的横截面的实例。
[0024] 图10展示AIMOD的横截面的另一实例。
[00巧]图IlA和IlB展示具有两个不同电压偏置的拉动几何形状W激活所述装置的H端 子EMS装置的实例。
[0026] 图12A-12C展示用于图IlA和IlB中图解说明的不同电压偏置拉动几何形状的响 应曲线。
[0027] 图13A展示可W将电荷注入到机电装置（举例来说，AIMOD或电容性装置）中的 开关电容器电荷注入电路的实例。
[002引图13B展示包含在图13A中图解说明的电荷注入电路中的运算放大器的作为时间 的函数的输入电荷A Q和输出电压Vtd的实例变化形式。
[0029] 图14A-14C展示开关电容器电荷注入电路的另一实例和电荷注入电路通过其中 将电荷注入到装置中的不同状态。
[0030] 图15A展示电荷注入电路所驱动的显示元件的实例示意图。
[0031] 图15B展示用于图15A中描绘的实施方案的时序图的实例。
[0032] 图16展示其中输入电容器包含一个包含多个电容器和一个分电容器的电容级的 电荷注入电路的实例。
[0033] 图17展示图15A中描绘的显示元件的实例布局。
[0034] 图18展示连接到电荷注入电路的实施方案的H端子EMS的实例。
[00巧]图19A-19F展示连接到电荷注入电路的实例的图18中描绘的多个H端子EMS的 示意性实例。
[0036] 图20A和20B展示图解说明包含多个IMOD的显示装置的系统框图的实例。
[0037] 各图中相似的参考标号和标示指示相似的元件。

【具体实施方式】
[0038] 下面的描述是针对用于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所 属领域的技术人员将容易认识到，本文中的教示可W用许多种不同方式来应用。所描述的 实施方案可W在任何可W经配置W显示图像（无论是运动的（例如视频）还是固定的（例 如静态图像），并且无论是文本的、图形的还是图片的）的装置、设备或系统中实施。更具 体来说，预期所描述的实施方案可W包含在多种电子装置中，或者与多种电子装置相关联， 所述电子装置例如但不限于是：移动电话、支持因特网的多媒体蜂窝电话、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、手持或便携 式计算机、上网本、笔记本、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、全球定 位系统师巧接收器/导航仪、相机、数字媒体播放器（例如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、汽车显示器（包含里程表和速度计显示器等）、座舱控件和/或显示 器、相机视图显示（例如，车辆中的后视相机的显示）、电子照片、电子广告牌或标识、投影 仪、建筑结构、微波、冰箱、立体声系统、卡带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、 收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣烘干一体机、停车仪、封装（例如在机电 系统（EM巧、微机电系统（MEM巧和非MEMS应用中）、美学结构（例如在一件珠宝或衣物上 的图像显示）和多种EMS装置。本文中的教示还可W用于非显示应用，例如但不限于电子 开关装置、射频滤波器、传感器、加速计、巧螺仪、运动感应装置、磁力计、用于消费型电子器 件的惯性组件、消费型电子器件产品的零件、变容二极管、液晶装置、电泳装置、驱动方案、 制造工艺和电子测试设备。因此，所述教示不意在限于仅在图中描绘的实施方案，而是具有 所属领域的技术人员将容易明白的广泛适用性。
[0039] EMS装置可包含布置成多个行和列的模拟干涉调制器（AIMOD)阵列。在一些实施 方案中，AIMOD可包含通过间隙分开的一对固定传导层和安置在所述对固定传导层之间的 反射薄膜。AIMOD可W被驱动到几种不同的状态，每一状态具有不同的光学属性。在每一状 态中，反射薄膜被激活到所述对固定传导层之间的期望位置。本文中的各种实施方案包含 用W驱动AIMOD W便将反射薄膜精确地并且确定地激活到期望的位置W产生对某个光波 长（或光颜色）的光谱的反射的系统和方法。
[0040] 本文中描述的AIMOD驱动系统的实施方案可包含电荷注入电路，所述电荷注入电 路经配置W隔离单个AIM0D，并且将期望量的电荷转移到隔离的AIM0D，W便将反射薄膜移 动到产生期望的光学效应的位置。所述电荷注入电路包含运算放大器、可切换地连接到运 算放大器或电压源的电容器和多个开关。电荷注入电路经配置W通过连接到电压源而将电 容器充电到期望的水平。随后，通过所述多个开关的动作，在任何一个时间，仅将一个AIMOD 放置在运算放大器的反馈路径中。接着，将来自电容器的期望的电荷转移到AIM0D，W将反 射薄膜激活到期望的位置。
[0041] 可W实施本发明中描述的主题的特定实施方案W实现下列潜在优点中的一或多 个。包含本文中描述的电荷注入电路的AIMOD驱动系统的实施方案准许转移期望量的电荷 W激活AIM0D，其具有胜过其它驱动系统（例如，举例来说，施加电压W激活AIMOD的驱动系 统）的几个优点。一个优点是当被电荷注入激活时，AIMOD的反射薄膜的移动的机电性质是 确定性的。换句话说，因为向每一 AIMOD提供了特定电荷（该在本文中称为"电荷注入"）， 所W可移动反射薄膜可W受到控制精确地并且准确地移动到多个期望的位置，W产生期望 的颜色。因此，可W精确地确定用于将反射薄膜移动到期望位置的电荷的数量。另外，由于 当被电荷注入所激活时，反射薄膜的位置没有不确定性，所W可W简化AIMOD装置布局，而 不需要图案化的电极或像素内感应节点缓冲器确定反射薄膜的位置。在使用AIMOD的显示 装置的实施方案中，将反射薄膜激活到期望位置的能力可W有益于增强显示装置的颜色分 辨率和/或对比度。驱动电路设计包含单个电荷注入电路，其用于阵列中的AIMOD的每一 列，并且将用于每一列的电荷注入电路可切换地连接到行中的AIMOD。因为该个设计允许对 一列中的多个AIMOD使用一个电荷注入电荷注入电路，所W驱动电路的设计和布局可W被 简化，并且驱动电路的占用面积可W减少。
[0042] 可W被应用所描述的实施方案的合适的EMS或MEMS装置的实例是反射显示装置。 反射显示装置可W并入有IMOD W使用光学干涉原理选择性地吸收和/或反射入射在反射 显示装置上的光。IMOD可包含吸收器、可相对于吸收器移动的反射器和在吸收器与反射 器之间定义的光学谐振腔。反射器可W被移动到两个或更多个不同位置，该样可W改变光 学谐振腔的大小，并且因而影响IMOD的反射率。IMOD的反射率光谱可W产生相当宽的光 谱带，所述光谱带可W跨可见波长位移W产生不同颜色。可W通过改变光学谐振腔的厚度 (也就是说，通过改变反射器的位置）来调整光谱带的位置。
[0043] 图IA和IB展示了描绘处于两种不同状态的IMOD显示装置的像素的等距视图的 实例。IMOD显示装置包含一或多个干涉MEMS显示元件。在该些装置中，MEMS显示元件的 像素可W处在明亮状态或黑暗状态。在明亮（"松弛"、"打开"或"开"）的状态中，显示元件 将一大部分入射可见光（举例来说）反射给用户。相反，在黑暗（"激活"、"关闭"或"关"） 的状态中，显示元件反射很少的入射可见光。在一些实施方案中，在开和关的状态下光的反 射属性可W反过来。MEMS像素可W经配置W主要在特定波长下反射，从而除了黑色和白色 之外还允许进行彩色显示。如图9和10中所描述，在一些实施方案中，IMOD显示元件可W 经配置W具有H种或更多种不同状态，每种状态使得IMOD显示元件反射具有不同波长光 谱的光。
[0044] IMOD显示装置可包含IMOD的行/列阵列。每一 IMOD可包含一对反射层，也就是 说，定位成彼此相隔可变并且可控的距离W形成气隙（也称为光学间隙或腔）的可移动反 射层（或光学元件）和固定部分反射层。可移动反射层可W在至少两个位置之间移动。在 第一位置（也就是说，松弛位置）中，可移动反射层可W位于离固定部分反射层相对大的一 段距离之外。在第二位置（也就是说，激活位置）中，可移动反射层可W位于更接近部分反 射层之处。取决于可移动反射层的位置，从两个层反射的入射光可W相干或者相消地干涉， 从而为每一像素产生整体反射或非反射状态。在一些实施方案中，IMOD可W在未被激活时 处于反射状态，反射可见光谱内的光，并且可W在被激活时处于黑暗状态，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，IMOD可W在未被激活时处于黑暗 状态，并且在被激活时处于反射状态。在一些实施方案中，引入所施加的电压可W驱动像素 W改变状态。在一些其它实施方案中，所施加的电荷可W驱动像素W改变状态。
[0045] 图IA和IB中的所描绘的像素描绘了 IMOD 12的两种不同状态。在图IA的IMOD 12中，图解说明可移动反射层14处于离光学堆叠16 -段预定距离的松弛位置，光学堆叠 16包含部分反射层。由于没有跨图IA中的IMOD 12施加电压，所W可移动反射层14保持 在松弛或未被激活的状态中。在图IB的IMOD 12中，图解说明可移动反射层14处在邻近 于光学堆叠16的激活位置。图IB中跨IMOD 12所施加的电压Vattuw。足W将可移动反射层 14激活到激活位置。
[004引在图IA和IB中，总体上用箭头图解说明像素12的反射属性，箭头指示入射在像 素12上的光13,和从左侧的像素12反射的光15。所属领域的技术人员将容易认识到，入 射在像素12上的大部分光13将朝向光学堆叠16透射穿过透明衬底20。入射在光学堆叠 16上的一部分光将透射穿过光学堆叠16的部分反射层，并且一部分将穿过透明衬底20被 反射回来。透射穿过光学堆叠16的光13的部分将在可移动反射层14处反射，向后朝向 (并且穿过）透明衬底20。从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反 射的光之间的干涉（相长的或相消的）将确定从像素12反射的光15的波长。
[0047] 光学堆叠16可包含单个层或几个层。所述层可包含电极层、部分反射且部分透射 层和透明电介质层中的一或多个。在一些实施方案中，光学堆叠16是导电的、部分透明并 且部分反射的，并且可W (举例来说）通过将上述层中的一或多个沉积到透明衬底20上而 制造。电极层可W从多种材料形成，例如各种金属，举例来说氧化钢锡（ITO)。部分反射层 可包含一层具有光吸收属性的材料，举例来说，铅Kr)和饥（V)。此些层可W具有小于IOnm 的厚度尺寸。部分反射层可W从多种部分反射的材料形成，例如各种金属（例如铅（化)）、 半导体和电介质。部分反射层可W由一或多层材料形成，所述层中的每一个可W由单个材 料或材料组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16可包含单个半透明厚度的金属或半导 体，其用作光学吸收体和导体两者，而（举例来说，光学堆叠16或IMOD的其它结构的）不 同的更加导电的层或部分可W用于在IMOD像素之间传送信号。光学堆叠16还可包含一或 多个覆盖着一或多个传导层或导电/光学吸收层的绝缘或电介质层。
[0048] 在一些实施方案中，下部电极16在每一像素处接地。在一些实施方案中，可W通 过将连续的光学堆叠16沉积到衬底上并且使整个薄片在沉积层周边处接地而实现该一 点。在一些实施方案中，可W对可移动反射层14使用非常传导的并且反射的材料（例如铅 (Al))。可移动反射层14可W形成为沉积在支柱18顶部上的金属层，W及沉积在支柱18之 间的介入牺牲材料。当牺牲材料被蚀刻掉时，可W在可移动反射层14与光学堆叠16之间形 成限定的间隙19或光学腔。在一些实施方案中，支柱18之间的间距可W是大概I-IOOOum, 而间隙19可W小于10, 000埃(A)D
[0049] 在一些实施方案中，IMOD的每一像素无论是处在激活状态还是松弛状态，基本上 都是通过固定和移动反射层形成的电容器。当未施加电压时，如图IA中的像素12所图解说 明，可移动反射层14a保持在机械松弛状态，其中可移动反射层14与光学堆叠16之间存在 间隙19。然而，当向可移动反射层14和光学堆叠16中的至少一个施加了电位差（举例来 说，电压）时，在对应像素处形成的电容器被充电，并且静电力将电极拉到一起。如果所施 加的电压超过阔值，则可移动反射层14可能变形并且移动靠近或者离开光学堆叠16。光学 堆叠16内的电介质层（未图示）可W防止短路并且控制层14与16之间的分离距离，如通 过图IB中的激活像素12所图解说明。不管所施加的电位差的极性如何，所述行为是相同 的。虽然在一些例子中可W将阵列中的一系列像素称为"行"或"列"，但是所属领域的技术 人员将容易理解，将一个方向称为"行"和将另一方向称为"列"是任意的。再次重申，在一 些定向中，行可W被视为列，而列可W被视为行。此外，显示元件可W均匀地布置成正交的 行和列（"阵列")，或者布置成非直线配置，举例来说，相对于彼此具有某些位置偏移（"马 赛克"）。术语"阵列"和"马赛克"可W指代任一种配置。因此，虽然在任何例子中，将显示 器称为包含"阵列"或"马赛克"，但是所述元件本身并不需要彼此正交地布置，或者安置成 均匀分布，而可W包含具有不对称形状和不均匀分布的元件的布置。
[0050] 在一些实施方案中，IMOD系列或阵列中的光学堆叠16可W充当共用电极，其向显 示装置的IMOD的一侧提供共用电压。可移动反射层14可W形成为分开的板的阵列，其举例 来说布置成矩阵形式，如下文进一步描述的。可W给分开的板供应电压信号W便驱动IM0D。
[0051] 根据上文阐述的原理操作的IMOD的结构的细节可W广泛地变化。举例来说，每一 IMOD的可移动反射层14可W仅在拐角处（举例来说，在栓带上）附接到支撑件。如图3所 示，平坦的、相对刚性的反射层14可W从可变形层34息起，可变形层34可W由柔性金属形 成。该个结构允许用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料彼此独立地选择和 起作用。因此，用于反射层14的结构设计和材料可W在光学属性方面得到优化，并且用于 可变形层34的结构设计和材料可W在期望的机械属性方面得到优化。举例来说，反射层14 部分可W是铅，并且可变形层34部分可W是媒。可变形层34可W围绕可变形层34的周长 直接地或间接地连接到衬底20。该些连接可W形成支撑支柱18。
[0052] 在例如图IA和IB中展示的那些实施方案中，IMOD用作直视装置，其中从透明衬底 20的前侧（也就是说，与布置着调制器的那侧相反的侧）观看图像。在该些实施方案中，装 置的后部（也就是说，显示装置的在可移动反射层14后面的任何部分，包含举例来说图3 中图解说明的可变形层34)可W被配置并且被操作，而不会对显示装置的图像质量造成冲 击或负面影响，因为反射层14光学上遮蔽了装置的那些部分。举例来说，在一些实施方案 中，可移动反射层14后面可W包含总线结构（未图解说明），其提供了将调制器的光学属性 与调制器的机电属性（例如电压寻址和此寻址所产生的移动）分开的能力。
[0053] 图2展示了图解说明用于光学MEMS显示装置的驱动电路阵列200的示意性电路 图的实例。驱动电路阵列200可W用于实施主动矩阵寻址方案W便向显示阵列组合件的显 示元件提供图像数据。在主动矩阵寻址的至少一些实施方案中，行信号驱动每一像 素处的晶体管开关的栅极，并且IMOD连接到晶体管的源极，而其余的IMOD电极可W接地。 主动矩阵寻址可W具有更高许多的峽速率能力，因为像素可W通过晶体管连接到列线，从 而避免了被动矩阵实施方案中可能看到的串扰和大电容。
[0054] 驱动电路阵列200包含数据驱动器210、栅极驱动器220、第一到第m数据线 DLl-DLm,第一到第n栅极线化I-GLn,和开关或开关电路Sii-Sm。的阵列。数据线化I-DLm中 的每一个从数据驱动器210延伸，并且电连接到开关Sii-Sh、S2i-S2。.....的相应列。 栅极线化I-GLn中的每一个从栅极驱动器220延伸，并且电连接到相应行的开关Sii-Smi、 Si2-Sm2、...、Sh-Sm。。开关电禪合在数据线DLl-DLm中的一个与显示元件中 的相应一个之间，并且经由栅极线化I-GLn中的一个从栅极驱动器220接收开关控制信号。 开关Sii-Sm。图解说明为单个FET晶体管，但是可W采用多种形式，例如两个晶体管传输栅极 (用于两个方向上的电流流动）或者甚至是机械MEMS开关。
[00巧]数据驱动器210可W从显示器外部接收图像数据，并且可W经由数据线化I-DLm 在逐行基础上W电压信号的形式向开关Sii-Sm。提供图像数据。栅极驱动器220可W选择特 定行的显示元件Dii-Dmi、Di2-Dm2、. . .、〇1。-〇。。，方法是通过接通与选定行的显示元件Dii-Dmi、 〇12-〇1112、. . .、相关联的开关 Sii-Smi、Si2-Sm2、. . .、Sin-Smn。当选定"中的开关 Sii-Smi、 Si2-Sm2.....Sh-Sm。接通时，将来自数据驱动器210的图像数据传递到选定行的显示元件 Dll-Dmi、〇12_〇。2、. . .、Din_D皿。
[0056] 在操作期间，栅极驱动器220可W经由栅极线化I-GLn中的一个向选定行中的 开关Sii-Sm。的栅极提供电压信号，从而接通开关。在数据驱动器210向所有数据 线化I-DLm提供了图像数据之后，可W接通选定行的开关W向选定行的显示元件 Dll-Dmi、Di2-Dm2.....提供图像数据，从而显示图像的一部分。举例来说，可W将与所 述行中有待被激活的像素相关联的数据线化设置成（举例来说）10伏（可W是正的或者 负的），并且可W将与所述行中有待被释放的像素相关联的数据线化设置成（举例来说）O 伏。接着，断言用于给定行的栅极线GU从而接通所述行中的开关，并且将选定的数据线电 压施加到所述行的每一像素。该会将施加了 10伏的像素充电和激活，并且将施加了 O伏 的像素放电和释放。接着，可W断开开关Sii-S"。显示元件Dii-Dmi、Di2-Dm2、. . .、〇1。-〇"可 W保持图像数据，因为当开关断开时激活像素上的电荷将被保持，除了穿过绝缘体和断开 状态的开关有一些泄漏。总体上，该个泄漏非常低，足W在像素上保持图像数据，直到将另 一组数据写入到所述行为止。该些步骤可W针对每一连续的行重复，直到所述行已经被选 择并且已经向其提供了图像数据为止。在图2的实施方案中，下部电极16在每一像素处接 地。在一些实施方案中，可W通过将连续的光学堆叠16沉积到衬底上并且使整个薄片在沉 积层周边处接地而实现该一点。图3图解说明了图解说明图2的驱动电路和相关联的显示 元件的结构的一个实施方案的示意性部分横截面的实例。
[0057] 图3展示了图解说明图2的驱动电路和相关联的显示元件的结构的一个实施方案 的示意性部分横截面的实例。驱动电路阵列200的部分201包含第二列和第二行处的开关 S22 W及相关联的显示元件化2。在图解说明的实施方案中，开关S22包含晶体管80。驱动电 路阵列200中的其它开关可W具有与开关S22相同的配置。
[0058] 图3还包含显示阵列组合件110的一部分和背板120的一部分。显示阵列组合件 110的所述部分包含图2的显示元件〇22。显示元件〇22包含前部衬底20的一部分、形成在 前部衬底20上的光学堆叠16的一部分、形成在光学堆叠16上的支撑件18、由支撑件18支 撑的可移动电极14/34和将可移动电极14/34电连接到背板120的一或多个组件的互连件 126。
[0059] 背板120的所述部分包含图2的第二数据线DL2和开关S22,第二数据线DL2和开 关S,2嵌入在背板120中。背板120的所述部分还包含至少部分地嵌入在其中的第一互连件 128和第二互连件124。第二数据线DL2基本上水平地穿过背板120延伸。开关S22包含晶 体管80,其具有源极82、漏极84、在源极82与漏极84之间的沟道86和上覆在沟道86上的 栅极88。晶体管80可W是薄膜晶体管（TFT)或金属氧化物半导体场效晶体管（MOSFET)。 晶体管80的栅极可W由垂直于数据线DL2延伸穿过背板120的栅极线GL2形成。第一互 连件128将第二数据线化2电禪合到晶体管80的源极82。
[0060] 晶体管80穿过一或多个穿过背板120的通孔160禪合到显示元件〇22。通孔160 中填充着传导材料W提供显示阵列组合件110的组件（举例来说，显示元件〇22)与背板120 的组件之间的电连接。在图解说明的实施方案中，第二互连件124穿过通孔160形成，并且 将晶体管80的漏极84电禪合到显示阵列组合件110。背板120还可包含一或多个绝缘层 129,其使驱动电路阵列200的前述组件电绝缘。
[0061] 如图3所示，显示元件〇22可W是IM0D，其第一端子禪合到晶体管80,并且第二端 子禪合到由光学堆叠16的至少一部分形成的共用电极。图3的光学堆叠16被图解说明为 H个层，即上文描述的顶部电介质层、上文也描述的中间部分反射层（例如铅），和包含透 明导体（例如氧化钢锡（ITO))的下部层。共用电极由下部层形成，并且可W在显示器的周 边处禪合到接地。
[0062] 图4展示具有IMOD阵列和带有嵌入电路的背板的光学MEMS显示装置30的分解部 分透视图的实例。显示装置30包含显示阵列组合件110和背板120。在一些实施方案中， 显示阵列组合件110和背板120可W在附接在一起之前分别预形成。在一些其它实施方案 中，显示装置30可W用任何合适的方式制造，例如通过借助沉积在显示阵列组合件110上 形成背板120的组件。
[0063] 显示阵列组合件110可包含前部衬底20、光学堆叠16、支撑件18、可移动电极14 和互连件126。背板120包含至少部分地嵌入在其中的背板组件122 W及一或多个背板互 连件124。
[0064] 显示阵列组合件110的光学堆叠16可W是基本上连续的层，其覆盖着前部衬底 20的至少阵列区域。光学堆叠16可包含基本上透明的传导层，所述传导层电连接到接地。 可移动电极14/34可W是分开的板，其具有（举例来说）正方形或矩形形状。可移动电极 14/34可W布置成矩阵形式，使得可移动电极14/34中的每一个可W形成显示元件的一部 分。在图4的实施方案中，可移动电极14/34由支撑件18在四个角处支撑。
[0065] 显示阵列组合件110的互连件126中的每一个用于将可移动电极14/34中的相应 一个电禪合到一或多个背板组件122。在图解说明的实施方案中，显示阵列组合件110的互 连件126从可移动电极14/34延伸，并且定位成接触背板互连件124。在另一实施方案中， 显示阵列组合件110的互连件126可W至少部分地嵌入在支撑件18中，同时透过支撑件18 的顶表面暴露。在此实施方案中，背板互连件124可W定位成接触显示阵列组合件110的 互连件126的暴露部分。在又一实施方案中，背板互连件124可W延伸并且电连接到可移 动电极14,而并不实际上附接到可移动电极14,例如图4的互连件126。
[0066] 除了上文描述的具有松弛状态和激活状态的双稳态IMOD之外，IMOD还可W设计 成具有多种状态。举例来说，模拟干涉调制器（AIMOD)可W具有一系列的颜色状态。在一 个AIMOD实施方案中，可W将单个IMOD激活成（举例来说）至少红色状态、绿色状态、蓝色 状态、黑色状态和白色状态。因此，单个IMOD可W经配置W具有在多种多样的光学光谱上 有不同光反射率属性的各种状态。AIMOD的光学堆叠可W不同于上文描述的双稳态显示元 件。该些差异可W产生不同的光学结果。举例来说，在上文描述的双稳态元件中，关闭状态 给双稳态元件赋予黑色反射状态。然而，当电极处在类似于双稳态元件的关闭状态的位置 中时，AIMOD可W具有白色反射状态。
[0067] 图5展示了具有两个固定层和可移动第H层的IMOD的实例的横截面。具体来说， 图5展示了 AIMOD 800的一实施方案，其具有固定的第一层802、固定的第二层804和位于 固定的第一层802与固定的第二层804之间的可移动第H层806。层802、804和806中的每 一个可包含电极或其它传导材料。举例来说，第一层802可包含由金属制成的板。层802、 804和806中的每一个可W使用形成或沉积在相应层上的加强层来加强。在一些实施方案 中，加强层包含电介质。可W使用加强层使其附接到的层保持刚性并且基本上平坦。IMOD 800的一些实施方案可W称为H端子IMOD。
[0068] 所述H个层802、804和806通过绝缘支柱810电绝缘。可移动第H层806从绝缘 支柱810上息浮。可移动第H层806经配置W变形，使得可移动第H层806可W在总体上向 上的方向上朝向第一层802位移，或者可W在总体上向下的方向上朝向第二层804 (统称为 外部层802和804)位移。在一些实施方案中，第一层802还可W称为顶部层或顶部电极。 在一些实施方案中，第二层804还可W称为底部层或底部电极。IM0D800可W通过衬底820 支撑。
[006引在图5中，用实线指示可移动第立层806的均衡位置。如图5中图解说明，可W在 第一层802与第二层804之间施加固定电压差。在该个实施方案中，向第一层802施加电 压V。，同时第二层804接地。如果向可移动第H层806施加了可变电压Vm,那么随着电压Vm 接近V。，可移动第H层806将被静电地拉向接地的第二层804。随着电压Vm接近接地，可移 动第H层806将被静电地拉向第一层802。如果向可移动第H层806施加该两个电压的中 点处的电压（在该个实施方案中是Vc/2)，那么将使可移动第H层806维持在图5中用实线 指示的其均衡位置。通过向可移动第H层806施加在外部层802和804上的电压之间的可 变电压，可W使可移动第H层806定位在外部层802与804之间的期望位置，从而产生期望 的光学响应。外部层802和804之间的电压差V。可W依据装置的材料和构造而广泛地变 化，并且在许多实施方案中可W在大约5-20伏的范围内。还可W注意，随着可移动第H层 806移动离开该个均衡位置，可移动第H层806将变形或弯曲。在此变形或弯曲配置中，弹 性弹黃力将可移动第H层806朝均衡位置机械地偏置。当在此处施加电压Vm时，该个机械 力还促成可移动第H层806的最终位置。
[0070] 可移动第H层806可包含用于反射穿过衬底820进入IMOD 800的光的镜。所述 镜可包含金属材料。第二层804可包含部分吸引材料，使得第二层804用作吸收层。当从 衬底820侧观看从镜反射的光时，观看者可W察觉到反射的光是某种颜色。通过调整可移 动第H层806的位置，可W选择性地反射某些波长的光。
[0071] 图6展示图解说明用于具有图5的结构的光学EMS显示装置的驱动电路阵列的示 意性电路图的实例。整个设备共享与图2的使用双稳态IMOD的结构的许多类似性。然而， 如图6中展示的，为每一显示元件提供额外的第一层802。该个第一层802可W沉积在图3 和4中展示的背板120的下侧，并且可W具有向其施加的电压V。。该些实施方案是用类似 于上文参照图2描述的方式驱动的，区别在于在数据线化I-DLn上提供的电压可W置于V。 与接地之间的电压范围处，而不是在仅两个不同电压中的一个处。W此方式，当通过为一行 断言栅极线而写入所述行时，沿着所述特定行的显示元件的可移动第H层806各自可W独 立地放置在第一层802与第二层804之间的任何特定期望位置。
[0072] 图7A-7C展示在图解说明材料堆叠的图5中描绘的IMOD的两个固定层和可移动 层的横截面。
[0073] 在图7A和7B中图解说明的实施方案中，可移动第H层806和第二层804各自包含 材料堆叠。举例来说，可移动第H层806包含一个包含氮氧化娃（SiON)、铅铜合金（Al化） 和二氧化铁（Ti〇2)的堆叠。第二层804 (举例来说）包含一个包含氮氧化娃（SiON)、氧化 铅（Al2〇3)、钢铅合金（MoCr)和二氧化娃（Si〇2)的堆叠。
[0074] 在图7B中图解说明的实施方案中，可移动第H层806包含具有沉积在其上的Al化 层1004a的SiON衬底1002。在该个实施方案中，Al化层1004a是传导性的，并且可W用作 电极。在一些实施方案中，Al化层1004a为入射在其上的光提供反射率。在一些实施方案 中，SiON衬底1002的厚度在大概IOOnm到大概SOOOnm之间，并且Al化层1004a的厚度在 大概10皿到大概100皿之间。Ti化层1006a沉积在Al化层1004a上，并且在一些实施方 案中，Ti化层1006a的厚度在大概10皿到大概50皿之间。SiON层1008a沉积在Ti化层 1006a上，并且在一些实施方案中，SiON层1008a的厚度在大概20皿到大概200皿之间。 Ti〇2层1006a的折射系数大于SiON层1008a的折射系数。用该种方式形成具有交替的高 折射系数和低折射系数的材料堆叠可W使得入射在堆叠上的光被反射，从而基本上作为镜 起作用。
[00巧]如图7B中可W看到的，在一些实施方案中，可移动第H层806可包含额外Al化 层1004b、额外Ti〇2层100化和额外SiON层1008b，其形成在SiON衬底1002的与AlCu层 1004a、Ti〇2层1006a和SiON层100&1相反的侧面上。形成层1004b、100化和1008b可W在 SiON衬底1002的每一侧上大概同等地平衡可移动第H层806,该样可W在平移可移动第H 层806时增加可移动第H层806的位置准确度和稳定性。在此些实施方案中，可W在Al化 层1004a与1004b之间形成通孔1009或其它电连接，使得两个Al化层1004a和1004b的 电压将保持基本上相等。W此方式，当向该两个层中的一个施加电压时，该两个层中的另一 个将接收到相同电压。可W在Al化层1004a与1004b之间形成额外通孔（未图示）。
[007引在图7A中图解说明的实施方案中，第二层804包含SisN4衬底1010, SisN4衬底 1010上形成有Mo化层1012。在该个实施方案中，Mo化层1012可W作为放电层起作用W 对累积的电荷进行放电，并且可W禪合到晶体管W选择性地实现放电。Mo化层1012还可W 用作光学吸收器。SisN4衬底1010的厚度可W在大概IOnm到大概IOOnm之间。在一些实施 方案中，Mo化层1012的厚度在大概2nm到大概50nm之间。在各种实施方案中，层1012可 包含饥（V)而不是Mo化。Al203层1014形成在Mo化层1012上，并且可W提供入射在其上 的光的某种反射，并且在一些实施方案中还可W用作总线连接层。在一些实施方案中，Al203 层1014的厚度在大概5皿到大概50皿之间。一或多个SiON挡块1016a和101化可W形 成在Als化层1014的表面上。可W实施该些挡块1016 W在可移动第H层806完全朝第二 层804偏转时，机械地防止可移动第H层806接触第二层804的Al203层1014。该样可W 减少装置的粘滞和咬合。进而，如图7中所示，可W在Si02衬底1010上形成电极层1018。 电极层1018可包含任何数目的基本上透明的导电材料，氧化钢锡就是一种合适的材料。
[0077] 图7C中图解说明第一层802。与第二层804或可移动第H层806的结构相比，第 一层802的结构可能更简单，因为第一层802要满足的光学和机械要求较少。该个层可包 含Si02或SiON衬底1028、AlCu传导层1030和任选的绝缘AI2O3层1032。衬底1028的厚 度可W在大概500nm到大概SOOOnm之间。在各种实施方案中，衬底1028可W向第一层802 提供机械刚性或稳定性。至于层804,可W在Als化层1032的表面上形成一或多个SiON挡 块 1036a 和 1036b。
[0078] 图8展示了图5中图解说明的IMOD 800和电压源的示意性表示。在该个示意图 中，IMOD禪合到电压源V。和Vm。所属领域的技术人员将容易明白，第一层802与可移动第 H层806之间的间隙形成具有可变电容的电容器Cl,而可移动第H层806与第二层804之 间的间隙形成也具有可变电容的电容器C2。因此，在图8中图解说明的示意性表示中，跨越 串联禪合的可变电容器Cl和Cs连接电压源V。，而在两个可变电容器Cl与Cs之间连接电压 源Vm。
[0079] 然而，使用IMOD 800的许多配置如上所述使用电压源V。和Vm将可移动第H层806 准确地驱动到不同位置可能较为困难，因为施加于IMOD 800的电压与可移动第H层806的 位置之间的关系可能具有高度的非线性。进而，向不同IMOD的可移动层施加相同电压Vm可 能不会使得相应可移动层移动到相对于每一调制器的顶部层和底部层的相同位置，原因在 于制造上的差别，举例来说，整个显示表面上的中间层806的厚度或弹性的变化。因为可移 动层的位置将确定从IMOD反射什么颜色，如上所述，所W能够检测可移动层的位置并且将 可移动层准确地驱动到期望的位置是有利的。
[0080] 图9展示AIMOD的横截面的一实例。AIMOD 900包含衬底912和安置在衬底912 上的光学堆叠904。所述AIMOD包含第一电极910和第二电极902 (如图解说明的，第一电 极910是下部电极，并且第二电极902是上部电极）。AIMOD 900还包含可移动反射层906， 安置在第一电极910与第二电极902之间。在一些实施方案中，光学堆叠904包含一吸收 层和/或多个其它层。在一些实施方案中，并且在图9中图解说明的实例中，光学堆叠904 包含第一电极910,其配置为吸收层。在此配置中，吸收层（第一电极910)可W是包含Mo化 的大概6nm的材料层。在一些实施方案中，所述吸收层（也就是说，第一电极910)可W是 包含Mo化的厚度为大概2皿到50皿的材料层。
[0081] 仍然参看图9,可W向反射层906提供电荷。所述反射层经配置W-旦被充电，当 在第一电极910与第二电极902之间施加电压时，就朝第一电极910或第二电极902移动。 W此方式，反射层906可W被驱动穿过两个电极902与910之间的一系列位置，包含松弛 (未被激活的）状态的上方和下方。举例来说，图9图解说明反射层906可W移动到第一电 极910与第二电极902之间的各种位置930、932、934和936。
[0082] AIMOD 900可W经配置W选择性地反射某些波长的光，该取决于AIMOD的配置。第 一电极910(其在该个实施方案中用作吸收层）与反射层906之间的距离会改变AIMOD 900 的反射属性。当反射层906与吸收层（第一电极910)之间的距离使得吸收层（第一电极 910)位于因入射光与从反射层906反射的光之间的干涉所引起的驻波的最小光强度下时， 从AIMOD 900最大程度上反射任何特定波长。举例来说，如图解说明的，AIMOD 900设计成 从AIMOD的衬底912侧（穿过衬底912)观看，也就是说，光穿过衬底912进入AIMOD 900。 取决于反射层906的位置，穿过衬底912将不同波长的光反射回来，该样得出不同颜色的外 观。该些不同颜色也称为原生颜色。
[0083] 显示元件（举例来说，AIM0D)的可移动层处在使得其反射某个波长或某些波长的 位置处的一个位置可W称为显示状态。举例来说，当反射层906处在位置930时，红色波长 的光的反射比例大于其它波长，并且其它波长的光的吸收比例大于红色。因此，AIMOD 900 看起来是红色的，并且被称为是处在红色显示状态，或者简称为红色状态。类似地，当反射 层906移动到位置932时，AIMOD 900处在绿色显示状态（或绿色状态），在位置932中，绿 色波长的光的反射比例大于其它波长，并且其它波长的光的吸收比例大于绿色。当反射层 906移动到位置934时，AIMOD 900处在蓝色显示状态（或蓝色状态），并且蓝色波长的光 的反射比例大于其它波长，并且其它波长的光的吸收比例大于蓝色。当反射层906移动到 位置936时，AIMOD 900处在白色显示状态（或白色状态），并且可见光谱中的宽范围的波 长的光基本上被反射，使得AIM孤900看起来是"灰色"并且在一些情况下是"银色"，并且 当使用裸露金属反射器时，具有低的总反射（或亮度）。在一些情况下，可W通过添加安置 在金属反射器上的电介质层而实现增加的总反射（或亮度），但是取决于936的确切位置， 反射的颜色可能带有蓝色、绿色或黄色色调。在一些实施方案中，在经配置W产生白色状态 的位置936中，反射层906与第一电极910之间的距离在大约0到20nm。应注意，所属领域 的技术人员将容易认识到，基于反射层906的位置并且还基于AIMOD 900的构造中使用的 材料（尤其是光学堆叠904中的各种层），AIMOD 900可W采用不同状态，并且选择性地反 射其它波长的光。
[0084] 图9的AIMOD 900具有两个结构腔，反射层906与光学堆叠904之间的第一腔914 和反射层906与第二电极902之间的第二腔916。然而，因为反射层906是反射性的并且 不是透射性的，所W光不会穿过反射层906传播到第二腔916中。此外，AIMOD 900反射的 光的颜色和/或强度取决于反射层906与吸收层（第一电极910)之间的距离。因此，图9 中图解说明的AIMOD 900具有一个干涉（吸收）腔914。相比之下，第二腔916不是干涉性 的。
[0085] 图10展示AIMOD的横截面的另一实例。AIMOD 950包含位于第一电极954上方的 反射层952,第一电极954也是光学堆叠956中的吸收层，光学堆叠956可包含位于第一电 极954上方和下方的电介质层958和960。电介质层958可包含一个W上层；同样，电介质 层960也可包含一个W上层。在一些实施方案中，并且在图10中图解说明的实例中，反射 层952可W用作第二电极。在一些其它实施方案中，可W在反射层952下方或上方形成分 开的电极结构。在一些实施方案中，反射层952可包含铅（A1)。在一些其它实施方案中，可 W使用不同反射材料。
[0086] 光学堆叠956还可包含并非电极的吸收层，和/或多个其它层。在一些实施方案 中，并且在图10中图解说明的实例中，将第一电极954配置为吸收层。吸收层可W是（举 例来说）包含Moh的大概6nm的材料层。反射层952可W被位于反射层952与光学堆叠 956之间的一或多个电介质层962覆盖。电介质层962的功能是在离电介质层962的表面 大约0-20nm处在所述腔中建立驻波的第一空值。电介质层962还设计成减小不同波长的 第一空值的分隔W便改进白色状态的亮度。反射层952可W安装到机械层964上，机械层 964又附接到较链968。较链968又连接到机械层964任一侧上的支柱966。较链968为 机械层964、反射层952和电介质层962提供支撑，同时仍然准许该些层响应于在第一电极 954与反射层952之间施加的电压而移动，反射层952可W用作第二电极。
[0087] 继续参看图10,可W向反射层952提供电荷。反射层经配置W-旦被充电，就朝连 接到接地的第一电极954移动。W此方式，反射层952可W被驱动穿过相对于第一电极954 的一系列位置。举例来说，图10图解说明反射层952可W被移动到相对于第一电极954的 各种位置 970、972、974、976 和 978。
[008引如相对于图9所论述，AIMOD 950可W经配置W依据AIMOD的配置而选择性地反 射某些波长的光。第一电极954(其在该个实施方案中用作吸收层）与反射层952之间的 距离会改变AIMOD 950的反射属性。通过控制反射层952与吸收层第一电极954之间的距 离，可W最大程度上反射任何特定波长。当所述距离使得被反射离开反射层952的顶表面 的光在反射层952与吸收层之间的间隙内相长干涉时，可W发生高百分比的反射或最大反 射。在该个距离处，吸收层（第一电极954)位于干涉驻波的最小光强度下。
[0089] 举例来说，图10的AIMOD 950设计成在AIMOD的衬底980侧上观看。光穿过衬底 980进入AIMOD 950。取决于反射层952的位置，穿过衬底980将不同波长的光反射回来， 该样得出不同颜色的外观。该些不同颜色也称为原生颜色。显示元件（举例来说，AIM0D) 的可移动层处在使得其反射某个波长或某些波长的位置处的一个位置可W称为显示状态。 举例来说，当反射层952处在位置970时，红色波长的光基本上被反射，并且其它波长的光 基本上被第一电极954(吸收层）吸收。因此，AIMOD 950看起来是红色的并且被称为是处 在红色状态，或者是红色显示状态。类似地，当反射层952移动到位置972时，AIMOD 950处 在绿色显示状态（或绿色状态），在位置972中，绿色波长的光基本上被反射，并且其它波长 的光基本上被吸收。当反射层952移动到位置974时，AIMOD 950处在蓝色显示状态（或 蓝色状态），并且蓝色波长的光基本上被反射，并且其它波长的光基本上被吸收。当反射层 952移动到位置976时，AIM0D950处在黑色显示状态（或黑色状态），并且可见光谱中的宽 范围的波长的光基本上被吸收，并且可见反射从而被最小化，使得AIMOD 950看起来是"黑 色"。当反射层952移动到位置978时，AIMOD 950处在白色显示状态（或白色状态），并且 可见光谱中的宽范围的波长的光基本上被反射，使得AIMOD 950看起来是"白色"。在一些 实施方案中，例如在经配置W产生白色状态的位置978中，反射层952与第一电极954之间 的距离可W在大约0到20nm之间。
[0090] 在IMOD显示元件中，显示元件的反射颜色取决于薄吸收金属层与镜表面之间的 间隙间距。为了产生具有高亮度的白色外观，期望可见光谱中的所有波长的反射。为了实 现高亮度，可W使用光学反射器，其包含金属层（举例来说，图10中的952)和安置在金属 层上的一或多个电介质层（举例来说，图10中的962)。在该个方案中，在反射器表面附近 的腔中发现干涉驻波的第一空值。在白色状态中，反射器可W移动到非常接近吸收器的位 置（举例来说，在0-20皿的范围中），使得吸收器位于驻波的空值处。
[0091] 为了使得本描述清楚起见，参看图9,然而，所属领域的技术人员将了解，下面的描 述是应用于机电装置的许多实施方案。无论是处在激活状态还是处在未激活状态，第一电 极910的一部分和可移动反射层906的一部分都能形成具有第一可变电容值的第一可变电 容器。第一可变电容器的值可W取决于可移动反射层906的位置，并且在一些实例中，电容 可W在大概20巧到大概20pF之间变化。第二电极902的一部分和可移动反射层906的一 部分可W形成具有第二可变电容值的第二可变电容器。第二可变电容器的值可W取决于可 移动反射层906的位置，并且可W在大概20巧到大概20pF之间变化。
[0092] 仍然参看图9,可W使用电子驱动电路来激活可移动反射层906,电子驱动电路在 第一电极910与可移动反射层906之间或者在第二电极902与可移动反射层906之间产生 电位差。在各种实施方案中，可W通过将某个量的电荷放置在可移动反射层906上和/或 第一和第二电极910和902上而产生电位差。通过改变电位差的量值，可W激活可移动反 射层906使其移动到第一导电层910与第二导电层902之间的许多位置（举例来说，位置 930、932、934和936)，每一位置使得装置改变其光学响应。
[0093] 由于AIMOD 900所展现的光学性质基于可移动反射层906的位置而变，所W可移 动反射层906的精确定位是符合期望的。可移动反射层906的精确定位对于在包含多个 AIMOD的显示装置中提供所显示的颜色的一致性可能是有利的。可移动反射层906的精确 定位还可能有利于减小装置复杂性。举例来说，为了解决可移动反射层906的位置的不确 定性，可W向装置提供被图案化或缓冲的至少一个感应节点。如果电子驱动电路可W精确 地定位可移动反射层906,则可W不包含感应节点，因此减小装置布局的复杂性。
[0094] 已经研发出各种驱动组件和方案来激活可移动反射层906。举例来说，在一些实施 方案中，可W使用上文参照图2和3论述的驱动组件和方案来激活AIMOD 900的可移动反 射层906。经配置W激活本文中描述的AIMOD(举例来说，AIMOD 900)的电子驱动电路的实 施方案包含电荷注入电路，其经配置W隔离单个AIMOD(举例来说，AIMOD 900)，并且将期 望量的电荷转移到隔离的AIMOD，使得反射薄膜被移动到产生期望的光学效应的位置。
[0095] 通过向可移动反射层906、第一电极910或第二电极902提供（或注入）某个量的 电荷来驱动AIMOD 900是符合期望的，因为如果知道或者控制了可移动反射层906的操作 条件，则可W预测可移动反射层906的移动的机电性质。因此，通过注入确定量的电荷，可 W将可移动反射层906精确地激活到期望位置，使得AIMOD 900可W产生期望的光学效应。
[0096] 图IlA和IlB展示具有两个不同电压偏置的拉动几何形状W激活所述装置的H端 子EMS装置的实例。H端子机电装置1100包含第一端子1105、第二端子1115和第H可移 动端子1110,其连接到具有刚度K的两个弹黃1120。弹黃1120可W代表可移动端子1110 的刚度。为了建模和描述可移动反射层906的移动的机电性质，可W将AIMOD 900表示为 H端子EMS装置1100。举例来说，第一电极910可W由第一端子1105表示，第二电极902 可W由第二端子1115表示，并且可移动反射层906可W由可移动第H端子1110表示。为 了给AIMOD 900建模，可W将可移动第H端子1110视为不具有刚度，并且弹黃1120的刚度 K可W与可移动反射层906的刚度成比例。
[0097] 图IlA和IlB图解说明了激活可移动第H端子1110(或可移动反射层906)的两 种可能的电压偏置的拉动几何形状。图IlA中图解说明的第一可能的电压偏置拉动几何形 状包含跨可移动第H端子1110和第一端子1105施加来自电压源1125的恒定偏置电压V。， 并且在第二端子1115上注入电荷QdD在图IlA中图解说明的第一可能的电压偏置拉动几 何形状中，当通过注入电荷A而激活时，可移动层1110的位置（X)可W取决于力平衡等式 (1):
[0098]

【权利要求】
1. 一种设备，其包括： 布置成多个行和列的三端子机电系统EMS装置的阵列，每一 EMS装置包含： 连接到第一驱动线的第一固定电极层； 连接到第二驱动线的可移动电极层；以及 连接到第三驱动线的第二固定电极层，所述可移动电极层安置在所述第一固定电极层 与所述第二固定电极层之间， 其中所述可移动电极层的一部分和所述第一固定电极层形成具有第一可变电容值的 第一可变电容器，并且 其中所述可移动电极层的一部分和所述第二固定电极层形成具有第二可变电容值的 第二可变电容器； 偏置电压电路，其具有连接到所述阵列的一列中的所述EMS装置中的每一个的所述第 三驱动线的偏置电压线，所述偏置电压电路经配置以在所述第二固定电极层与所述可移动 电极层之间提供电位差；以及 电荷注入电路，其经配置以电连接到所述阵列的所述列中的所述EMS装置中的每一个 的所述第一驱动线和所述第二驱动线，使得在任何一个时间，所述电荷注入电路电连接到 所述EMS装置中的仅一个的所述第一和第二驱动线以向所述第一固定电极层提供期望的 电荷， 其中所述电荷注入电路包含： 运算放大器，其具有反相输入线、非反相输入线和输出线，所述运算放大器的所述反相 输入线电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第二驱动线； 多个行选择开关，其经控制以将所述运算放大器的所述输出线选择性地电连接到所述 列中的所述EMS装置中的每一个的所述第一驱动线，使得在任何一个时间，所述运算放大 器的所述输出线电连接到仅一个EMS装置的所述第一驱动线；以及 输入电容器电路，其经配置以电连接到所述运算放大器的所述反相线或电连接到电压 电路以将所述输入电容器电路充电到电荷Qin， 其中所述电荷注入电路经控制以针对所述列中的所述显示元件中的每一个将所述列 中的每一 EMS装置的所述第一驱动线选择性地连接到所述运算放大器的所述输出线，同时 来自所述输入电容器电路的电荷被转移到电连接到所述电荷注入电路的所述EMS装置的 所述第一驱动线。
2. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包括运算放大器接地开关，所述运算放大器 接地开关耦合在所述运算放大器输出线与所述运算放大器反相线之间。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中每一 EMS装置的所述可移动电极层包含接近所述 第一固定电极层的第一导体和接近所述第二固定电极层的第二导体，所述第一导体连接到 所述第二驱动线并且从所述第二导体电绝缘，所述第一导体和所述第一固定电极层形成所 述第一可变电容器，所述第二导体和所述第二固定电极层形成所述第二可变电容器。
4. 根据权利要求3所述的设备，其进一步包括可移动电极复位开关，所述可移动电极 复位开关经配置以将每一 EMS装置的所述可移动电极层的所述第二导体连接到电接地。
5. 根据权利要求3所述的设备，其进一步包括具有一存储电容值的存储电容器，所述 存储电容器电连接在所述EMS装置中的每一个的所述第一固定电极层与所述可移动电极 层的所述第一导体之间。
6. 根据权利要求5所述的设备，其中所述存储电容具有大于所述第一可变电容的最小 值的值。
7. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包括具有一旁路电容值的旁路电容器，所述 旁路电容器电连接在所述运算放大器的所述反相线与所述偏置电压电路的所述偏置电压 线之间。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述旁路电容值大于所述列中的所有所述机电系 统装置的所述第二可变电容值的总和。
9. 根据权利要求7所述的设备，其中所述旁路电容器通过充电开关连接到充电电压 源。
10. 根据权利要求1所述的设备，其进一步包括电连接在所述运算放大器的所述反相 线与所述非反相线之间的箝位二极管。
11. 根据权利要求1所述的设备，其中所述电荷注入电路经配置以在大约10微秒中转 移大约10皮库的电荷。
12. 根据权利要求1所述的设备，其中所述EMS装置中的每一个是显示像素或显示像素 的一部分。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中所述EMS装置中的每一个包含IMOD。
14. 根据权利要求12所述的设备，其进一步包括： 显示器； 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。
15. 根据权利要求14所述的设备，其进一步包括： 驱动器电路，其经配置以向所述显示器发送至少一个信号； 控制器，经配置以向所述驱动器电路发送所述图像数据的至少一部分；以及 图像源模块，其经配置以向所述处理器发送所述图像数据，其中所述图像源模块包含 接收器、收发器和发射器中的至少一个。
16. 根据权利要求14所述的设备，其进一步包括： 输入装置，其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。
17. -种校准根据权利要求14所述的设备中的三端子机电系统EMS装置的方法，所述 方法包括： 向所述EMS装置提供第一量的已知电荷； 响应于所述提供的第一量的已知电荷为跨越所述第一固定电极和所述可移动电极形 成的电压确定第一计算出的电压值； 响应于所述提供的第一量的已知电荷测量跨越所述第一固定电极和所述可移动电极 的第一电压值； 将所述第一计算出的电压值与所述测量出的第一电压值比较以获得第一差值； 向所述EMS装置提供第二量的已知电荷； 响应于所述提供的第二量的已知电荷为跨越所述第一固定电极和所述可移动电极形 成的电压确定第二计算出的电压值； 响应于所述提供的第二量的已知电荷测量跨越所述第一固定电极和所述可移动电极 的第二电压值； 将所述第二计算出的电压值与所述测量出的第二电压值比较以获得第二差值； 基于所述第一和第二差值确定所述可移动电极的刚度常数和所述可移动电极的启动 偏压中的至少一个的校准信息；以及 将所述校准信息存储在所述设备的所述存储器中。
18. -种设备，其包括： 布置成多个行和列的三端子机电系统EMS装置的阵列，每一 EMS装置包含： 用于导电的第一固定装置，其连接到第一驱动线； 用于导电的可移动装置，其连接到第二驱动线；以及 用于导电的第二固定装置，其连接到第三驱动线，所述可移动传导装置安置在所述第 一固定传导装置与所述第二固定传导装置之间， 其中所述可移动传导装置的一部分和所述第一固定传导装置形成具有第一可变电容 值的第一可变电容器，并且 其中所述可移动传导装置的一部分和所述第二固定传导装置形成具有第二可变电容 值的第二可变电容器； 偏置电压电路，其具有连接到所述阵列的一列中的所述EMS装置中的每一个的所述第 三驱动线的偏置电压线，所述偏置电压电路经配置以在所述第二固定传导装置与所述可移 动传导装置之间提供电位差；以及 用于注入电荷的装置，其经配置以电连接到所述阵列的所述列中的所述EMS装置中的 每一个的所述第一驱动线和所述第二驱动线，使得在任何一个时间，所述电荷注入装置电 连接到所述EMS装置中的仅一个的所述第一和第二驱动线以向所述第一固定传导装置提 供期望的电荷，其中所述电荷注入装置包含 用于放大的装置，其具有用于使输入反相的装置、用于使输入非反相的装置和用于提 供输出的装置，所述输入反相装置电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第 二驱动线； 多个用于将所述输出提供装置选择性地电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一 个的所述第一驱动线使得在任何一个时间所述输出提供装置电连接到仅一个EMS装置的 所述第一驱动线的装置；以及 用于存储电容的装置，其经配置以电连接到所述输入反相装置或电连接到用于将所述 电容存储装置充电到电荷Qin的装置， 其中所述电荷注入装置经控制以针对所述列中的所述显示元件中的每一个将所述列 中的每一 EMS装置的所述第一驱动线选择性地连接到所述输出提供装置，同时来自所述电 容存储装置的电荷被转移到电连接到所述电荷注入装置的所述EMS装置的所述第一驱动 线。
19. 根据权利要求18所述的设备，其中所述第一固定传导装置包含第一固定电极层， 所述第二固定传导装置包含第二固定电极层，所述可移动传导装置包含可移动电极层，所 述电荷注入装置包含电荷注入电路，并且所述选择性地电连接的装置包含行选择开关。
20. 根据权利要求18所述的设备，其进一步包括耦合在所述输出提供装置与所述输入 反相装置之间的运算放大器接地开关。
21. 根据权利要求18所述的设备，其中每一 EMS装置的所述可移动传导装置包含接近 所述第一固定传导装置的第一导体和接近所述第二固定传导装置的第二导体，所述第一导 体连接到所述第二驱动线并且从所述第二导体电绝缘，所述第一导体和所述第一固定传导 装置形成所述第一可变电容器，所述第二导体和所述第二固定传导装置形成所述第二可变 电容器。
22. 根据权利要求21所述的设备，其进一步包括具有一存储电容值的存储电容器，所 述存储电容器电连接在所述EMS装置中的每一个的所述第一固定传导装置与所述可移动 传导装置的所述第一导体之间。
23. 根据权利要求18所述的设备，其进一步包括具有一旁路电容值的旁路电容器，所 述旁路电容器电连接在所述输入反相装置与所述偏置电压电路的所述偏置电压线之间。
24. 根据权利要求18所述的设备，其进一步包括电连接在所述输入反相装置与所述非 输入反相装置之间的箝位二极管。
25. -种制造方法，其包括： 提供布置成多个行和列的三端子机电系统装置的阵列，每一机电系统EMS装置包含： 连接到第一驱动线的第一固定电极层； 连接到第二驱动线的可移动电极层；以及 连接到第三驱动线的第二固定电极层，所述可移动电极层安置在所述第一固定电极层 与所述第二固定电极层之间， 其中所述可移动电极层的一部分和所述第一固定电极层形成具有第一可变电容值的 第一可变电容器，并且 其中所述可移动电极层的一部分和所述第二固定电极层形成具有第二可变电容值的 第二可变电容器； 连接偏置电压电路，其具有连接到所述阵列的一列中的所述EMS装置中的每一个的所 述第三驱动线的偏置电压线，所述偏置电压电路经配置以在所述第二固定电极层与所述可 移动电极层之间提供电位差；以及 在任何一个时间将电荷注入电路选择性地耦合到所述阵列的所述列中的所述EMS装 置中的仅一个的所述第一驱动线和所述第二驱动线以向所述第一固定电极层提供期望的 电荷，其中所述电荷注入电路包含： 运算放大器，其具有反相输入线、非反相输入线和输出线，所述运算放大器的所述反相 输入线电连接到所述列中的所述EMS装置中的每一个的所述第二驱动线； 多个行选择开关，其经控制以将所述运算放大器的所述输出线选择性地电连接到所述 列中的所述EMS装置中的每一个的所述第一驱动线，使得在任何一个时间，所述运算放大 器的所述输出线电连接到仅一个EMS装置的所述第一驱动线；以及 输入电容器电路，其经配置以电连接到所述运算放大器的所述反相线或电连接到电压 电路以将所述输入电容器电路充电到电荷Qin， 其中所述电荷注入电路经控制以针对所述列中的所述显示元件中的每一个将所述列 中的每一 EMS装置的所述第一驱动线选择性地连接到所述运算放大器的所述输出线，同时 来自所述输入电容器电路的电荷被转移到电连接到所述电荷注入电路的所述EMS装置的 所述第一驱动线。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中所述EMS装置中的每一个包含MOD。
27. 根据权利要求25所述的方法，其进一步包括将具有一存储电容值的存储电容器连 接在所述EMS装置中的每一个的所述第一固定电极层与所述可移动电极层的第一导体之 间，所述第一导体接近所述第一固定电极层。
28. 根据权利要求25所述的方法，其进一步包括将具有一旁路电容值的旁路电容器电 连接在所述运算放大器的所述反相线与所述偏置电压电路的所述偏置电压线之间。
29. 根据权利要求25所述的方法，其进一步包括将箝位二极管连接在所述运算放大器 的所述反相线与所述非反相线之间。
30. -种通过根据权利要求25所述的方法制造的显示装置。
【文档编号】G09G3/00GK104350534SQ201380030258
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2012年5月2日
【发明者】爱德华·K·陈, 约翰·H·洪, 金天弘, 重·U·李, 文兵 申请人:高通Mems科技公司