具有电力产生黑色掩模的装置及其制造方法

专利名称：具有电力产生黑色掩模的装置及其制造方法
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、激活器及电子元件。可使用沉积、蚀刻及/ 或其它蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加若干层以形成电气及机电装置的微 机械加工工艺来产生微机械元件。一种类型的MEMS装置称作干涉式调制器。如本文中所 使用，术语“干涉式调制器”或“干涉式光调制器”指代使用光学干涉的原理选择性地吸收及 /或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的 一者或两者可为完全或部分透明及/或反射的，且能够在施加适当电信号后即进行相对运 动。在特定实施例中，一个板可包含沉积于衬底上的静止层，且另一板可包含通过气隙与所 述静止层分离的金属膜。如本文中更详细地描述，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。所述装置具有广泛范围的应用，且在此项技术中利用 及/或修改这些类型的装置的特性以使得可采用其特征来改进现有产品及产生尚未开发 的新产品将是有益的。

发明内容
在一个实施例中，一种电子装置包含包括多个光学显示元件的显示区域及沉积于 所述显示区域的在所述光学显示元件之间的区域中的光伏黑色掩模，其中所述光伏黑色掩 模包含至少一个经配置以吸收光的层及至少一个经配置以产生电力的层。在另一实施例中，一种制造光伏黑色掩模的方法包含在衬底上方沉积抗反射层； 在所述抗反射层上方沉积第一电极；在所述第一电极层上方沉积半导体层；在所述半导体 层上方沉积第二电极；及对抗反射层、第一电极层、半导体层及第二电极层的一部分进行图 案化。在另一实施例中，一种电子装置包含包括多个光学显示元件的显示区域、用于吸 收光的装置及用于产生电力的装置，其中所述吸收装置及所述电力产生装置沉积于所述显 示区域的在所述光学显示元件之间的区域中。


图1为描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等距视图，其中第一干 涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置中且第二干涉式调制器的可移动反射层处于激 活位置中。图2为说明并入有3X3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统框 图。图3为图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动反射镜位置与施加电压 的图。
图4为可用来驱动干涉式调制器显示器的一组行及列电压的说明。图5A说明图2的3X3干涉式调制器显示器中的一个示范性显示数据帧。图5B说明可用来写入图5A的帧的行及列信号的一个示范性时序图。图6A及6B为说明包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的实施例的系统框图。图7A为图1的装置的横截面。图7B为干涉式调制器的替代性实施例的横截面。图7C为干涉式调制器的另一替代性实施例的横截面。图7D为干涉式调制器的又一替代性实施例的横截面。图7E为干涉式调制器的额外替代性实施例的横截面。图8A为说明含有多个光学显示元件中所包括的结构的非有源区域的干涉式调制 器阵列的一部分的俯视图。图8B为说明含有多个光学显示元件中所包括的结构的非有源区域的干涉式调制 器阵列的一部分的顶部正视图。图9展示穿过根据一个实施例的具有掩模或吸光区的MEMS装置的横截面。图10说明根据一实施例的电力产生黑色遮蔽。图11A-11G说明根据一实施例的电力产生黑色掩模的制造方法。图12A-12B说明根据另一实施例的电力产生黑色掩模。图13说明根据另一实施例的串联连接的电力产生黑色掩模。图14A为说明由电力产生黑色掩模的实施例反射及吸收的光量的曲线图。图14B为说明电力产生黑色的实施例的层的材料及厚度的表。
具体实施例方式以下详细描述是针对某些具体实施例。然而，可使用其它实施例，且一些元件可以 众多不同方式来体现。在此描述中，参看图式，其中始终以相同标号指定相同部分。如将从 以下描述显而易见，所述实施例可在经配置以显示无论运动(例如，视频)还是静止(例 如，静态图像)及无论文本还是图形的图像的任何装置中实施。更明确地说，预期所述实施 例可实施于例如(但不限于)以下各者等多种电子装置中或与其相关联移动电话、无线装 置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航仪、相机、MP3播放器、 可携式摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、 汽车显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器及/或显示器、相机视野显示器(例 如，交通工具中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标牌、投影仪、建筑结构、封 装及美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示)。与本文所描述的那些MEMS装置结构类似 的MEMS装置还可用于非显示应用中，例如用于电子开关装置中。对在维持先前显示器的视觉质量的同时更具电力效益的移动装置显示器的需要 是由具有电力产生能力的光学掩模来促进的。出于这些及其它原因，需要降低装置所使用 的电力量或甚至产生足够电力以为额外组件充电，同时使显示器中的额外无源或非有源光 学内含物的量降到最低。在一个实施例中，多用途光学组件充当电力产生光学掩模(例如， “黑色掩模”)以吸收周围光或杂散光且通过增加对比率来改进显示装置的光学响应，且还 使用所述黑色掩模产生供所述装置用的电力。电力产生黑色掩模可在视觉显示器中使用且可产生电力以便降低装置的总体电力消耗。另外，电力产生黑色掩模可产生足够电力以为 装置的组件充电。在一些应用中，黑色掩模可反射预定波长的光以呈现出除黑色以外的色 彩。在一个实施例中，MEMS显示装置(例如，干涉式调制器阵列)包含动态光学组件(例 如，动态干涉式调制器)及与所述动态光学组件横向偏移的静态光学组件(例如，静态干涉 式调制器)。静态光学组件充当“黑色掩模”以吸收显示器的非有源区域中的周围光或杂 散光以改进动态光学组件的光学响应，且充当电力产生组件。举例来说，非有源区域可包括 MEMS显示装置的除对应于可移动反射层的区域以外的一个或一个以上区域。非有源区域还 可包括显示装置的未用于显示所述显示装置上所呈现的图像或数据的区域。尽管将使用包括干涉式调制器的MEMS装置来说明一个实施例，但应了解，本发明 的若干部分可应用于例如各种成像显示器及光电装置等其它光学装置，一般来说，所述装 置具有要求具吸光性的非有源区域但不包括干涉式调制器(例如，IXD、LED及等离子体显 示器)。如从以下描述将显而易见，本发明的若干部分可在经配置以显示无论运动(例如， 视频)还是静止(例如，静态图像)及无论文本还是图形的图像的任何装置中实施。更明确 地说，本发明可应用于多种电子装置，例如(但不限于)移动电话、无线装置、个人数据助理 (PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航仪、相机、MP3播放器、可携式摄像机、游戏 控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如， 里程表显示器等)、驾驶舱控制器及/或显示器、相机视野显示器(例如，交通工具中的后视 相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标牌、投影仪、建筑结构、封装及美学结构(例如， 一件珠宝上的图像显示)。与本文所描述的那些MEMS装置结构类似的MEMS装置还可用于 非显示应用中，例如用于电子开关装置中。另外，本发明不以任何方式限于在视觉显示装置 中使用。图1中说明包含干涉式MEMS显示元件的一个干涉式调制器显示器实施例。在这 些装置中，像素处于亮或暗状态。在亮(“接通”或“开启”)状态中，显示元件将大部分入 射可见光反射到用户。在处于暗(“断开”或“关闭”)状态中时，显示元件将极少入射可见 光反射到用户。依据实施例而定，可逆转“接通”与“断开”状态的光反射性质。MEMS像素 可经配置以主要反射选定色彩，从而允许除黑及白以外的色彩显示。图1为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等距视图，其中每一像 素包含MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包含这些干涉式调制器 的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，所述反射层以彼此相距可变及可控距 离定位以形成具有至少一个可变尺寸的共振光学间隙。在一个实施例中，所述反射层中的 一者可在两个位置之间移动。在本文中称为松弛位置的第一位置中，可移动反射层定位于 距固定的部分反射层的相对较大距离处。在本文中称为激活位置的第二位置中，可移动反 射层较紧密地邻近于部分反射层而定位。依据可移动反射层的位置而定，从两个层反射的 入射光相长或相消地干涉，从而产生每一像素的全反射或非反射状态。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12a及12b。在左侧 的干涉式调制器12a中，可移动反射层14a经说明为处于距包括部分反射层的光学堆叠16a 预定距离处的松弛位置中。在右侧的干涉式调制器12b中，可移动反射层14b经说明为处 于邻近于光学堆叠16b的激活位置中。如本文中参考的光学堆叠16a及16b (共同称为光学堆叠16)通常包含若干熔合层，所述熔合层可包括例如氧化铟锡(ITO)等电极层、例如铬等部分反射层及透明电介质。 光学堆叠16因此为导电的、部分透明的及部分反射的，且可(例如)通过将以上层中的一 者或一者以上沉积到透明衬底20上来制造。部分反射层可由部分反射的多种材料(例如， 各种金属、半导体及电介质)形成。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组合形成。在一些实施例中，光学堆叠16的层经图案化成平行条带，且可形成显示装置中的 行电极，如下文进一步描述。可移动反射层14a、14b可形成为沉积于柱18及在柱18之间 沉积的居间牺牲材料的顶部上的沉积金属层的一系列平行条带(与16a、16b的行电极正 交)。在蚀刻掉牺牲材料时，可移动反射层14a、14b通过经界定的间隙19与光学堆叠16a、 16b分隔。例如铝等高导电及反射材料可用于反射层14，且这些条带可形成显示装置中的 列电极。如图1中的像素12a所说明，在无施加电压的情况下，间隙19保留在可移动反射 层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态中。然而，在将电位 差施加到选定行及列时，在对应像素处在行与列电极的交点处形成的电容器变得带电，且 静电力将电极牵拉在一起。如果电压为足够高的，则可移动反射层14变形且被迫使抵靠光 学堆叠16。光学堆叠16内的电介质层(此图中未说明)可防止短路且控制层14与16之 间的分隔距离，如由图1中右侧的像素12b所说明。不管所施加电位差的极性如何，所述行 为均为相同的。以此方式，可控制反射与非反射像素状态的行/列激活在许多方面与常规 LCD及其它显示技术中使用的行/列激活类似。图2到图5B说明用于在显示应用中使用干涉式调制器阵列的一个示范性工艺及 系统。图2为说明可并入有本发明的若干方面的电子装置的一个实施例的系统框图。 在示范性实施例中，电子装置包括处理器21，其可为任何通用单或多芯片微处理器，例如 ARM、Pentium 、Pentium II 、Pentium III 、Pentium IV > Pentium Pro>8051> MIPS > Power PC 、ALPHA ；或任何专用微处理器，例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵 列。如在此项技术中为常规的，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执 行操作系统以外，处理器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。在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中， 阵列驱动器22包括向显示阵列或面板30提供信号的行驱动器电路24及列驱动器电路26。 图1中说明的阵列的横截面是通过图2中的线1-1来展示。对于MEMS干涉式调制器来说， 行/列激活协议可利用图3中说明的这些装置的滞后性质。可能需要(例如)10伏电位差 以致使可移动层从松弛状态变形到激活状态。然而，在电压从所述值减小时，可移动层随着 电压降低回到10伏以下而维持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层直到电压降低 到2伏以下时才完全松弛。因此，在图3中说明的实例中存在约3V到7V的施加电压窗，在 所述窗内，装置稳定于松弛或激活状态中。这在本文中称为“滞后窗”或“稳定窗”。对于具 有图3的滞后特性的显示阵列来说，可设计行/列激活协议以使得在行选通期间，经选通行 中待激活的像素暴露于约10伏的电压差，且待松弛的像素暴露于接近于零伏的电压差。在 选通之后，像素暴露于约5伏的稳态电压差，使得其保持于行选通使其处于的任何状态中。在被写入之后，每一像素经历此实例中为3到7伏的“稳定窗”内的电位差。此特征使得图 1中说明的像素设计在相同施加电压条件下稳定于激活或松弛的预先存在的状态中。由于 干涉式调制器的每一像素(无论处于激活还是松弛状态中)本质上为由固定及移动反射层 形成的电容器，所以此稳定状态可在几乎无功率耗散的情况下保持于滞后窗内的电压下。 如果施加电位固定，则本质上无电流流入到像素中。在典型应用中，可通过根据第一行中的所要激活像素集合来断言列电极集合而形 成显示帧。接着将行脉冲施加到第1行电极，从而激活对应于所断言列线的像素。接着将 所断言列电极集合改变为对应于第二行中的所要激活像素集合。接着将脉冲施加到第2行 电极，从而根据所断言列电极激活第2行中的适当像素。第1行像素不受第2行脉冲影响， 且保持在其在第1行脉冲期间所设定的状态中。这可以顺序型式针对整个系列的行来重复 以产生帧。一般来说，通过以每秒某所要数目的帧连续地重复此过程来以新显示数据刷新 及/或更新帧。用于驱动像素阵列的行及列电极以产生显示帧的广泛多种协议也为众所周 知的且可结合本发明使用。图4、图5A及图5B说明用于在图2的3X3阵列上形成显示帧的一种可能激活协 议。图4说明可用于展现图3的滞后曲线的像素的列及行电压电平的可能集合。在图4的 实施例中，激活像素涉及将适当列设定为-Vbias且将适当行设定为+ Δ V, -Vbias及+ Δ V可分 别对应于_5伏及+5伏。使像素松弛是通过将适当列设定为+Vbias且将适当行设定为相同 + AV从而跨越像素产生零伏电位差来实现。在行电压保持于零伏的那些行中，无论列处于 +Vbias还是-Vbias，像素均稳定于其最初所处的任何状态中。如图4中还说明，将了解，可使 用具有与上文所述的那些电压相反的极性的电压，例如，激活像素可涉及将适当列设定为 +Vbias且将适当行设定为-Δ V。在此实施例中，释放像素是通过将适当列设定为-Vbias且将 适当行设定为相同-Δ V从而跨越像素产生零伏电位差来实现。图5Β为展示施加到图2的3X3阵列的将产生图5Α中说明的显示布置的一系列 行及列信号的时序图，其中激活像素为非反射的。在写入图5Α中说明的帧之前，像素可处 于任何状态，且在此实例中，所有行处于0伏，且所有列处于+5伏。在这些施加电压下，所 有像素稳定于其现有激活或松弛状态中。在图5Α帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3,3)被激活。为了实现此，在 用于第1行的“线时间”期间，将第1列及第2列设定为-5伏，且将第3列设定为+5伏。 这不改变任何像素的状态，因为所有像素保持在3到7伏稳定窗中。接着以从0伏开始达 到5伏且返回到零的脉冲来选通第1行。这激活了(1，1)及(1，2)像素且使(1，3)像素松 弛。阵列中的其它像素不受影响。为了按需要设定第2行，将第2列设定为-5伏，且将第 1列及第3列设定为+5伏。施加到第2行的相同选通将接着激活像素(2，2)且使像素(2， 1)及(2，3)松弛。再次，阵列的其它像素不受影响。第3行是通过将第2列及第3列设定 为_5伏且将第1列设定为+5伏来类似地设定。如图5Α中所示，第3行选通设定第3行像 素。在写入帧之后，行电位为零，且列电位可保持在+5或-5伏，且接着显示器稳定于图5Α 的布置中。将了解，相同程序可用于几十或几百个行及列的阵列。还将了解，用于执行行及 列激活的电压的时序、序列及电平可在以上概述的一般原理内广泛变化，且以上实例仅为 示范性的，且任何激活电压方法可与本文中描述的系统及方法一起使用。图6Α及图6Β为说明显示装置40的实施例的系统框图。显示装置40可为(例如)蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其轻微变化还说明例如电视及便 携式媒体播放器等各种类型的显示装置。显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风 46。外壳41大体上由所属领域的技术人员所众所周知的多种制造工艺中的任一者(包括 注射模制及真空成形)形成。另外，外壳41可由包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶 及陶瓷或其组合的多种材料中的任一者制成。在一个实施例中，外壳41包括可与具有不同 色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可移除部分互换的可移除部分(未图示)。示范性显示装置40的显示器30可为包括双稳态显示器(如本文中描述)的多种 显示器中的任一者。在其它实施例中，显示器30包括如上所述的平板显示器，例如等离子 体、EL、OLED, STN IXD或TFT IXD ；或所属领域的技术人员所众所周知的非平板显示器，例 如CRT或其它管装置。然而，出于描述本实施例的目的，显示器30包括如本文中描述的干 涉式调制器显示器。示范性显示装置40的一个实施例的组件示意性地说明于图6B中。所说明的示范 性显示装置40包括外壳41且可包括至少部分封闭于其中的额外组件。举例来说，在一个 实施例中，示范性显示装置40包括网络接口 27，其包括耦合到收发器47的天线43。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。调节硬件52可经配置以调节 信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还 连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28及阵列驱动 器22，所述阵列驱动器22又耦合到显示阵列30。如特定示范性显示装置40设计所需要， 电源50向所有组件提供电力。网络接口 27包括天线43及收发器47，使得示范性显示装置40可经由网络与一个 或一个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口 27还可具有减轻处理器21的需求的一 些处理能力。天线43为所属领域的技术人员已知的用于发射及接收信号的任何天线。在 一个实施例中，天线根据IEEE 802. 11标准(包括IEEE 802. 11(a), (b)或(g))发射及接 收RF信号。在另一实施例中，天线根据蓝牙标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情 况下，天线经设计以接收用来在无线蜂窝式电话网络内通信的CDMA、GSM、AMPS或其它已知 信号。收发器47预处理从天线43接收的信号，使得所述信号可由处理器21接收且进一步 操纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得所述信号可从示范性显示装置40经 由天线43发射。在替代性实施例中，收发器47可由接收器替换。在又一替代性实施例中，网络接 口 27可由图像源替换，所述图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来 说，图像源可为含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬盘驱动器或者产生图像数据的软 件模块。处理器21通常控制示范性显示装置40的总体操作。处理器21接收来自网络接 口 27或图像源的例如压缩图像数据等数据，且将数据处理成原始图像数据或处理成容易 处理成原始图像数据的格式。处理器21接着将经处理数据发送到驱动器控制器29或发送 到帧缓冲器28以用于存储。原始数据通常指代识别图像内的每一位置处的图像特性的信 息。举例来说，此类图像特性可包括色彩、饱和度及灰度级。在一个实施例中，处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件52大体上包括用于将信号发射到扬声器45及用于从麦克风46接 收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为示范性显示装置40内的离散组件，或可并入 于处理器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取得由处理器21产生的原 始图像数据，且适当地将原始图像数据重新格式化以供高速发射到阵列驱动器22。具体地 说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化成具有光栅状格式的数据流，使得其具有 适合于跨越显示阵列30扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息发送 到阵列驱动器22。尽管例如LCD控制器等驱动器控制器29常常作为独立的集成电路(IC) 与系统处理器21相关联，但是此类控制器可以许多方式实施。其可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 —起完全集成于硬件中。通常，阵列驱动器22接收来自驱动器控制器29的经格式化的信息且将视频数据 重新格式化成每秒多次施加到来自显示器的χ-y像素矩阵的数百及有时数千个引线的平 行波形集合。在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适于本文中描述 的所述类型的显示器中的任一者。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29为常规显 示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列 驱动器22为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个实 施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例在例如蜂窝式电话、手表及其它 小面积显示器等高度集成系统中为常见的。在又一实施例中，显示阵列30为典型显示阵列 或双稳态显示阵列(例如，包括干涉式调制器阵列的显示器)。输入装置48允许用户控制示范性显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装 置48包括例如QWERTY键盘或电话小键盘等小键盘、按钮、开关、触敏屏幕或者压敏或热敏 膜。在一个实施例中，麦克风46为示范性显示装置40的输入装置。在使用麦克风46将数 据输入到装置时，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可包括如在此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一个 实施例中，电源50为可再充电电池，例如镍镉电池或锂离子电池。在另一实施例中，电源50 为可再生能源、电容器或包括塑料太阳能电池及太阳能电池涂料的太阳能电池。在另一实 施例中，电源50经配置以从壁式插座接收电力。在一些实施例中，如上所述，控制可编程性驻留于可位于电子显示系统的若干位 置中的驱动器控制器中。在一些实施例中，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。所属领 域的技术人员将认识到，以上描述的优化可在任何数目的硬件及/或软件组件中且以各种 配置来实施。根据以上阐述的原理操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛地变化。举例来 说，图7A到图7E说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A为图1的 实施例的横截面，其中金属材料条带14沉积于正交延伸的支撑物18上。在图7B中，可移 动反射层14仅在隅角处在栓绳32上附接到支撑物。在图7C中，可移动反射层14从可包 含柔性金属的可变形层34悬置。可变形层34围绕可变形层34的周边直接或间接地连接 到衬底20。这些连接在本文中称为支柱。图7D中说明的实施例具有可变形层34搁置于上 面的支柱塞42。如在图7A到图7C中，可移动反射层14保持悬置于间隙上方，但是可变形层34并未通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支柱。而是，支柱由用来形 成支柱塞42的平面化材料形成。图7E中说明的实施例是基于图7D中展示的实施例，但是 还可适于与图7A到图7C中说明的实施例中的任一者以及未展示的额外实施例一起工作。 在图7E中展示的实施例中，额外金属或其它导电材料层已用来形成总线结构44。这允许沿 干涉式调制器的背部路由信号，从而消除可能原本必须在衬底20上形成的多个电极。在例如图7中展示的那些实施例等实施例中，干涉式调制器充当直观式装置，其 中从透明衬底20的前侧(与上面布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施例 中，反射层14在光学上屏蔽反射层的与衬底20相对的侧上的干涉式调制器的部分，包括可 变形层34。这允许在不负面影响图像质量的情况下配置及操作屏蔽区域。此屏蔽允许图 7E中的总线结构44，其提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如，寻址及由所 述寻址引起的移动)分离的能力。此可分离的调制器架构允许用于调制器的机电方面及光 学方面的结构设计及材料彼此独立地选择及起作用。此外，图7C到图7E中展示的实施例 具有从反射层14的光学性质与其由可变形层34实行的机械性质的分离得到的额外益处。 这允许用于反射层14的结构设计及材料相对于光学性质来优化，且用于可变形层34的结 构设计及材料相对于所要机械性质来优化。图8A及图8B说明具有可并入有黑色掩模的显示元件的显示器的一部分的实例。 图8A及图8B说明包括干涉式调制器阵列的显示器的示范性部分。黑色掩模可在图8A及 图8B中所示的阵列中及在其中黑色掩模可用于为显示器的某些区域遮蔽掉周围光的任何 类型的显示器中使用。图8A展示阵列的多个像素12。图8B从与显示器的观察“正”侧相 对的衬底“背”侧展示位于干涉式调制器阵列的多个像素上的支撑物18的实例，所述支撑 物18可经遮蔽以改进显示器的光学响应。为了改进显示器的光学响应(例如，对比度)，可 需要使从阵列的某些区域反射的光减到最少。可使用黑色掩模将增加处于暗状态的显示器 的反射率的干涉式调制器的任何区域遮蔽(例如，通过将掩模安置于结构与进入干涉式调 制器的光之间)以便增加对比率。可经遮蔽以有利地影响显示器的一些区域包括(但不限 于)干涉式调制器之间的行切口 72 (图8A)、支撑物18、从显示器的观察侧可见的连接到支 撑物18及/或在支撑物18周围的可移动反射镜层的弯曲区域及相邻干涉式调制器的可移 动反射镜层之间的区域76 (图8A)。掩模可安置于所述区域中，使得所述掩模与干涉式调制 器的可移动反射镜间隔开(例如，使得周围光可传播到可移动反射镜及从可移动反射镜反 射)，而除可移动反射镜以外的区域被遮蔽，因而抑制周围光从经遮蔽区域中的任何其它结 构反射。这些经遮蔽的区域可称为“非有源区域”，因为其为静态的或不希望提供光调制，例 如，所述区域不包括可移动反射镜。在一些实施例中，掩模可经安置以使得进入干涉式调制 器的光落在经遮蔽区域或可移动反射镜上。在其它实施例中，非有源区域的至少一部分被 遮蔽。图9展示根据一个实施例的多元件显示器100的两个元件的简化表示的横截面视 图。所述显示器包含两个光学组件(其它光学组件出于清楚起见而未展示)，所述光学组件 在此实施例中为干涉式调制器104。如上所述，干涉式调制器装置104包含反射膜及/或 透射膜的布置，当在箭头106所指示的方向上驱动可移动有源区域朝向衬底202时，所述反 射膜及/或透射膜产生所要光学响应。在图9中，参考标号108指示干涉式调制器104的 非有源区域。通常，需要非有源区域108具吸光性或充当黑色掩模，使得当观察者从观察箭头110所指示的方向观看显示器100时，由干涉式调制器装置104产生的光学响应并未因 周围光从非有源区域108反射而降级。在其它实施例中，可需要用除黑色以外的有色掩模 (例如，绿色、红色、蓝色、黄色等)遮蔽非有源区域108。用于非有源区域108的掩模可由经选择以具有吸收光或使光衰减的光学响应的 材料制造。用于制造掩模的材料可为导电的。根据本文中的实施例，用于每一非有源区域 108的掩模可制造成薄膜堆叠。举例来说，在一个实施例中，薄膜堆叠可包含定位于吸收体 层上方的反射体层，所述吸收体层定位于非吸光性电介质层上方。在其它实施例中，非有源 区域108可包含使光衰减或吸收光的有机材料或无机材料的单个层及例如铬或铝等导电 材料的层。图10说明根据一实施例的电力产生黑色掩模1024。所述电力产生黑色掩模1024 包含衬底1004、定位于所述衬底1004上方的抗反射层1008、定位于所述抗反射层1008上 方的第一电极层1012、定位于所述第一电极层1012上方的半导体层1016及定位于所述半 导体层1016上方的第二电极层1020。黑色掩模改进显示装置的视觉质量。此改进由黑色 掩模的多种特征提供。举例来说，黑色掩模使显示器中的额外无源或非有源光学内含物的 量降到最低。另外，黑色掩模吸收周围光或杂散光且通过增加对比率来改进显示装置的光 学响应。根据一实施例的电力产生黑色掩模提供上文所列的所有益处且提供额外益处。黑 色掩模的电力产生组件可允许装置使用较少电力。另外，黑色掩模的电力产生组件可用于 产生电力以为装置中的至少一个组件充电。举例来说，电力产生黑色掩模可产生足够电力 以为装置所使用的电池充电。或者，电力产生黑色掩模可向装置中的其它组件提供电力。图11A-11G说明根据一实施例的制造电力产生黑色掩模1128的方法。在此实施例 中，电力产生黑色掩模1128经制造以供在显示装置中使用。在图IlA中，所述方法始于衬 底1104。所述衬底1104可包含玻璃或适于用作衬底的任何其它材料。在图IlB中，抗反射 层1108定位于衬底1104上方。所述抗反射层1108通过在光学上匹配衬底1104及后续层 1112而减少从装置中反射回的入射光的量。抗反射层1108可包含多个具有交替的高折射 率及低折射率的层。另外，抗反射层可包含Si02、SiNX、MgF2、IT0、A1203、Yi203、Zn0或适于 用作抗反射层的任何其它材料。在图IlC中，第一电极层1112定位于抗反射层1108上方。 所述第一电极层1112可包含ITO或适于用作电极的其它大体上透明材料。在图IlD中，半 导体层堆叠1116定位于第一电极层1112上方。所述半导体层堆叠1116可包含对应于典 型Si、CdTe或适用于光伏电池的任何其它半导体材料集合的p-n或p-i_n结集合的层。在 图IlE中，第二电极层1120定位于半导体层1116上方。所述第二电极层1120可包含ΙΤ0、 Al或适于用作电极的任何其它材料。第二电极层1120可为透明或反射的。电力产生黑色 掩模1128包含抗反射层1108、第一电极层1112、半导体层1116及第二电极层1120。在图 IlF中，电力产生黑色掩模1128经图案化。在此实施例中，电力产生黑色掩模1128经图案 化以允许视觉显示器的像素元件定位于电力产生黑色掩模1128中的间隙上方。如图IlG 中所示，平面化层1124可沉积于经图案化的电力产生黑色掩模1128上方。平面化层1124 允许将经图案化的电力产生黑色掩模1128在其它制造工艺中用作经设计的衬底1132。制 造工艺可在经设计的衬底1132之上建造结构，如同所述结构直接建造到平面衬底(例如， 玻璃、塑料等)上一般。举例来说，包含IMOD的视觉显示器可建造于经设计的衬底1132的 表面之上。
图12A展示根据另一实施例的电力产生黑色掩模。在此实施例中，制造方法类似 于图11A-11E。绝缘体层1224沉积于电力产生黑色掩模1228上方。绝缘体1224接着经图 案化以使得形成到达第二电极层1220的开口。这暴露第二电极层1220且允许其它结构连 接到所述第二电极层1220。图12B展示根据又一实施例的电力产生黑色掩模。在此实施例中，制造方法类似 于图11A-11E。电力产生黑色掩模1228经图案化以使得形成到达第一电极层1212的开口。 绝缘体层1224沉积于到第一电极层形成的所述开口上方。绝缘体层1224接着经图案化以 使得形成到达第一电极层1212的开口。这暴露第一电极层1212且允许其它结构连接到所 述第一电极层1212。图13说明根据另一实施例的电力产生黑色掩模。此实施例使用图12A-12B中所 描述的实施例。从俯视图展示电力产生黑色掩模1300。电力产生黑色掩模1300经图案化 以对应于位于开口 1320周围的像素元件且经划分成离散区段1304、1308、1312及1316。区 段1304、1308、1312及1316可如图12B中所说明经配置以暴露第一电极层1212或可如图 12A中所说明经配置以暴露第二电极层1220。或者，区段1304、1308、1312及1316可经配 置以使得区段的一部分暴露第一电极层且区段1312的一部分暴露第二电极层。这允许所 述区段串联或并联连接。在图13中，区段1312由若干列对串联连接。区段1316串联连接 到区段1312，且区段1308与区段1304串联连接。本说明书决不限制经暴露电极层的连接 配置或配置。电力产生黑色掩模的区段1304、1308、1312及1316可串联、并联或以两者的 组合连接。电力产生黑色掩模的区段可暴露第一电极层1212、第二电极层1330或两者的组 合。区段及电极层的配置对于使用电力产生黑色掩模1300的装置来说可为特定的。举例 来说，需要较高电压的装置可串联连接区段1304、1308、1312及1316且如图13中所示连接 电极层。以下为根据一实施例的电力产生黑色掩模所产生的电力量的保守估计。电力产生 黑色掩模占1. 8英寸对角线IMOD显示器的显示区域的约10%。显示器的宽度为0. 035米 且显示器的高度为0. 040米，使得显示区域为0. 0014平方米。黑色掩模覆盖显示区域的约 10%，其为0. 00014平方米。电力产生黑色掩模的电效率为10%。入射太阳光的量为1000W/ m2，且出于保守估计，假定仅50%的入射太阳光到达电力产生黑色掩模。1000W/m2为在最佳 条件下所接收的太阳光的量。最佳条件可包括在午时期间、在较接近赤道的区域中且在无 云或雾的区域中接收太阳光。在以下实例中所给出的条件下，1.8英寸对角线显示器所产生 的据估计电力量为7毫瓦或0. 007瓦。这经计算为500W/m2乘以黑色掩模面积0. 00014m2、 接着乘以电力产生黑色掩模的电效率10%。黑色掩模可覆盖显示区域的约10%-30%。电 力产生黑色掩模可具有在5% -20%范围内的电效率。到达电力产生黑色掩模的入射光的 量可取决于一天中的时间、天气(即，云或雾)、地理位置及可影响可到达装置的太阳光的 量的多种其它条件。以下实例仅说明电力产生黑色掩模所产生的电力量的保守估计且决不 限制可由电力产生黑色掩模产生的电力量。所产生的电力量对于不同实施例来说可为不同 的。图14A为说明由电力产生黑色掩模反射及吸收的光量的曲线图。所述曲线图的χ 轴代表入射光的不同波长。y轴代表百分比。y轴以1为标度，这意味着在0.10处百分比 为10%。如曲线图中所示，电力产生黑色掩模一般反射少量入射光且吸收大部分入射光。举例来说，在550nm波长的光下，反射约0. 5%的入射光且吸收99. 5%的入射光。图14B为说明根据一实施例的电力产生黑色掩模的电极层及半导体层的厚度及 所用材料的表。第一电极层为透明的并包含ITO且为约72nm厚。半导体层包含a_Si且为 约15nm厚。第二电极层为反射性的并包含Cr且为约IOOnm厚。此实施例中所说明的电力 产生黑色掩模反射约0. 5%的入射光。上述实施例提供黑色掩模的功能性，同时提供额外益处。根据一实施例的电力产 生黑色掩模允许使用黑色掩模的装置更具电力效益，同时反射少于的入射光。电力产 生黑色掩模可用于减少使用所述电力产生黑色掩模的装置所使用的电力量。另外，电力产 生黑色掩模可用于产生电力以运行使用所述电力产生黑色掩模的装置的至少一个组件或 为所述至少一个组件充电。在另一实施例中，电力产生黑色掩模可经图案化以提供到第一 电极层或第二电极层或两者的开口。在另一实施例中，电力产生黑色掩模可划分成离散区 段且所述区段可串联或并联或以所述两种方式连接。尽管本文所描述的各个实施例是关于 MEMS或视觉显示器，但将了解，本发明并不限于在所述装置中使用。使用黑色掩模的任何装 置均可使用本发明的实施例。将了解，可从那些先前所描述的实施例做出大量及各种修改，且本文所描述的本 发明的形式仅为说明性的且不希望限制本发明的范围。某些实施例的详细描述呈现对本发 明的特定实施例的各种描述。然而，本发明可以如权利要求书所界定及涵盖的众多不同方 式来体现。本文所呈现的描述中所使用的术语不希望以任何受限或约束性方式来解释，仅仅 是因为其正与本发明的某些特定实施例的详细描述结合使用。此外，本发明的实施例可包 括若干新颖特征，没有单一新颖特征单独对其合乎需要的属性负责或为实践本文所描述的 发明所必需的。
权利要求
一种电子装置，其包含显示区域，其包含多个光学显示元件，及光伏黑色掩模，其沉积于所述显示区域的所述光学显示元件之间的区域中且定位于衬底与所述光学显示元件之间，其中所述光伏黑色掩模包含至少一个经配置以吸收光的层，及至少一个经配置以产生电力的层。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述光伏黑色掩模占所述显示区域的至少 10%。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述光伏黑色掩模包含 沉积于衬底上方的抗反射层，沉积于所述抗反射层上方的第一电极层， 沉积于所述第一电极层上方的半导体层，及 沉积于所述半导体层上方的第二电极层。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述抗反射层包含至少一个材料层。
5.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述光伏黑色掩模经图案化以使得穿过所述第二电极层及所述半导体层形成到达所 述第一电极层的开口，绝缘体定位于所述第二电极层及半导体层上方，且所述绝缘体经图案化以使得穿过所述绝缘体形成到达所述第二第一电极层的开口。
6.根据权利要求3所述的电子装置，其中 绝缘体定位于所述第二电极层上方，且所述光伏黑色掩模经图案化以使得穿过所述绝缘体形成到达所述第二电极层的开口。
7.根据权利要求3所述的电子装置，其中所述光伏黑色掩模被图案化成离散区段。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述区段中的所述电极被串联或并联连接。
9.一种制造光伏黑色掩模的方法，所述方法包含 在衬底上方沉积抗反射层；在所述抗反射层上方沉积第一电极； 在所述第一电极层上方沉积半导体层； 在所述半导体层上方沉积第二电极；及对所述抗反射层、所述第一电极层、所述半导体层及所述第二电极层的一部分进行图案化。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述抗反射层包含至少一个材料层。
11.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包含在所述第一电极层、所述半导体 层及所述第二电极层的一部分上方沉积平面化层。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一电极为透明的。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述平面化层被配置为电绝缘的。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述平面化层被配置为透明的。
15.根据权利要求9所述的方法，所述方法进一步包含对所述第二电极层及所述半导体层进行图案化以使得形成到达所述第一电极层的开在所述第一电极层、所述第二电极层及所述半导体层上方沉积电绝缘平面化层，及 对所述平面化层进行图案化以使得穿过所述平面化层形成到达所述第一电极层的开
16.根据权利要求11所述的方法，所述方法进一步包含对所述平面化层进行图案化以使得形成到达所述第二电极层的开口。
17.一种电子装置，其包含显示区域，其包含多个光学显示元件； 用于吸收光的装置；及 用于产生电力的装置；其中所述吸收装置及所述电力产生装置沉积于所述显示区域的所述光学显示元件之 间的区域中。
全文摘要
本发明提供一种电力产生黑色掩模，其包含沉积于衬底上方的抗反射层、沉积于所述抗反射层上方的第一电极层、沉积于所述第一电极层上方的半导体层及沉积于所述半导体层上方的第二电极层。
文档编号G02F1/1335GK101952763SQ200980105129
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月14日
发明者徐刚, 王春明, 约恩·比塔 申请人:高通Mems科技公司