包括包含快门的微机电光调制器的显示设备的制作方法

包括包含快门的微机电光调制器的显示设备的制作方法
【专利摘要】一种显示设备包含背光灯和孔隙层，所述孔隙层定位于所述背光灯的前方且界定多个孔隙。所述显示设备还包含微机电系统MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光灯发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像。所述MEMS光调制器包含快门(1202)，所述快门具有：光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面；以及形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷(1207)。所述至少一个凹陷的宽度占使所述快门的两个边缘分离的距离的至少50％但小于100％。在其它实施例中，快门周边表面是成角度的。光泄漏得以减轻。
【专利说明】包括包含快门的微机电光调制器的显示设备
[0001]相关申请案
[0002]本专利申请案主张2012年6月I日申请的标题为“微机电装置和制造方法(Microelectromechanical Device And Method Of Manufacturing) ” 的第 13/486，722 号美国非临时申请案的优先权。先前申请案的揭示内容视为本专利申请案的部分且以引用方式并入本专利申请案。

【技术领域】
[0003]本发明涉及微机电(MEMS)系统的领域。

【背景技术】
[0004]MEMS已并入到其中可利用微米大小的结构的机械运动来实现有用功能的多种应用中。关注的实例是从机械光调制器建立的显示器，其为有吸引力的对液晶显示器的替代。机械光调制器足够快以用良好的观看角度和广范围的颜色和灰度级显示视频内容。


【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，其中并无单个一者唯一地负责本文揭示的所要属性。
[0006]本发明中描述的标的物的一个创新方面可在一种显示设备中实施，所述显示设备具有背光和孔隙层，所述孔隙层定位于所述背光的前方且界定多个孔隙。所述显示设备还包含至少一个MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像。所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有:光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面；以及形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷。所述至少一个凹陷的宽度占使所述快门的两个边缘分离的距离的至少50%但小于100%。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷朝向孔隙层开放。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷具有长度、宽度和深度，使得所述宽度大于所述深度。
[0007]在一些实施方案中，所述快门进一步包含用于在打开位置中时允许光通过所述快门的快门孔隙，且所述快门的所述两个边缘包含所述快门的外部周边边缘和所述快门孔隙的边缘。在一些实施方案中，所述快门在所述快门的所述外部周边边缘与所述快门孔隙的所述边缘之间包含至少两个凹陷。在一些实施方案中，所述快门包含用于在打开位置中时允许光通过所述快门的快门孔隙，且侧凹陷定位于所述快门孔隙与所述快门的一侧之间以使得所述凹陷的所述长度垂直于所述快门孔隙的长度。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷包含至少一个纵向凹陷部分和至少一个横向凹陷部分。在一些实施方案中，所述快门包含相对于显示器法线具有至少大约20度的角度的周边表面。在一些实施方案中，所述快门周边表面朝向孔隙层成角度。在一些实施方案中，所述快门周边表面远离孔隙层成角度。在一些实施方案中，所述周边表面相对于所述显示器法线的所述角度小于大约70度。在一些实施方案中，形成于所述光阻挡部分中的所述至少一个凹陷比所述孔隙层中的对应孔隙宽。
[0008]本发明中描述的标的物的另一创新方面可在一种显示设备中实施，所述显示设备具有:背光；孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及至少一个MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像。所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有:光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面；快门孔隙，其用于在打开位置中允许光通过所述快门；以及形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷。所述至少一个凹陷定位于所述孔隙与所述快门的第一侧之间以使得所述凹陷的所述长度垂直于所述快门孔隙的长度。在一些实施方案中，所述显示设备包含定位于所述孔隙与所述快门的第二侧之间的至少第二凹陷，所述第二侧连接到所述第一侧，使得所述第二凹陷的长度平行于所述孔隙的所述长度。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷的宽度占据所述快门的所述光阻挡部分的面积的至少50%。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷具有长度、宽度和深度，使得所述宽度大于所述深度。
[0009]在一些实施方案中，所述快门的光阻挡部分中的凹陷朝向孔隙层开放。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷包含至少一个纵向凹陷部分和至少一个横向凹陷部分。在一些实施方案中，形成于所述光阻挡部分中的所述至少一个凹陷比所述孔隙层中的对应孔隙宽。在一些实施方案中，所述快门包含相对于显示器法线具有至少大约20度的角度的周边表面。在一些实施方案中，所述快门周边表面朝向孔隙层成角度。在一些实施方案中，所述快门周边表面远离孔隙层成角度。在一些实施方案中，所述周边表面相对于所述显示器法线的所述角度小于大约70度。
[0010]本发明中描述的标的物的另一创新方面可在一种显示设备中实施，所述显示设备包含:背光；孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及至少一个MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像。所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有:光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面；以及形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷。所述至少一个凹陷比所述孔隙层中的对应孔隙宽。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷具有长度、宽度和深度，使得所述宽度至少大于所述深度。
[0011]在一些实施方案中，所述至少一个凹陷占据所述快门的所述光阻挡部分的面积的至少50%。在一些实施方案中，所述至少一个凹陷包含至少一个纵向凹陷部分和至少一个横向凹陷部分。在一些实施方案中，所述快门包含相对于显示器法线具有至少大约20度的角度的周边表面。在一些实施方案中，所述周边表面相对于所述显示器法线的所述角度小于大约70度。
[0012]本发明中描述的标的物的另一创新方面可在一种显示设备中实施，所述显示设备包含:背光；孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像。所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有光阻挡部分，所述光阻挡部分主要垂直于显示器法线，且具有相对于显示器法线在20度与70度之间成角度的至少一个周边表面。
[0013]在一些实施方案中，所述快门包含具有快门孔隙周边的快门孔隙，且所述至少一个周边表面包含紧邻于所述快门孔隙周边的表面。在一些实施方案中，所述至少一个周边表面包含紧邻于所述快门的外部周边的表面。在一些实施方案中，所述至少一个周边表面朝向孔隙层成角度。在一些实施方案中，所述至少一个周边表面远离孔隙层成角度。
[0014]在附图和以下描述中陈述本说明书中描述的标的物的一或多个实施方案的细节。虽然此概述中提供的实例主要在基于MEMS的显示器方面描述，但此处提供的概念可应用于其它类型的显示器，例如LCD、0LED、电泳和场发射显示器，以及其它非显示器MEMS装置，例如MEMS麦克风、传感器和光学开关。从描述、附图和权利要求书将明了其它特征、方面和优点。应注意，附图的相对尺寸可能未按比例绘制。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1A展示直视的基于微机电系统(MEMS)的显示设备的实例性示意图。
[0016]图1B展示主机装置的实例性框图。
[0017]图2展示说明性基于快门的光调制器的实例性透视图。
[0018]图3A展示控制矩阵的实例性示意图。
[0019]图3B展示连接到图3A的控制矩阵的基于快门的光调制器的阵列的透视图。
[0020]图4A和4B展示双致动器快门组合件的实例性视图。
[0021]图5展示并入有基于快门的光调制器的显示设备的实例性横截面图。
[0022]图6A到6E展示实例性复合快门组合件的构造阶段的横截面图。
[0023]图7A到7D展示具有窄侧壁梁的实例性快门组合件的构造阶段的等距视图。
[0024]图8展示并入有环状驱动梁的快门组合件的平面图。
[0025]图9展示根据3掩模过程建置的快门组合件的等距视图。
[0026]图10展示适合于图9的快门组合件的制造的实例性模具。
[0027]图11展示另一实例性快门组合件的俯视图。
[0028]图12展示另一实例性快门组合件的等距视图。
[0029]图13展示实例性显示设备的一部分的横截面图。
[0030]图14展示另一实例性显示设备的一部分的横截面。
[0031]图15A到151展示适合于快门凹陷的实例性替代横截面形状。
[0032]图16A展示具有成角度周边表面的实例性快门的俯视图。
[0033]图16B展示图16A的快门的横截面图。
[0034]图17展示用于形成具有成角度周边表面的快门的实例性模具的横截面。
[0035]图18展示包含具有成角度周边表面的快门的实例性显示设备的横截面。
[0036]图19展示包含具有成角度周边表面的快门的另一实例性显示设备的横截面。
[0037]图20展示包含具有成角度周边表面的快门2002的另一实例性显示设备2000的一部分的横截面。

【具体实施方式】
[0038]某些显示设备经设计以通过使用机械快门调制光来产生图像。这些快门由快门组合件支撑且致动，所述快门组合件除了快门之外还包含用于致动快门的致动器以及用于在衬底上支撑快门的锚固件。然而，此些快门具有变形脱离其所要配置的趋势。此趋势可通过在快门中并入三维特征来克服。此三维特征的一个实例是肋部或凹陷，其从快门的平面延伸出且朝向光发射孔隙打开。
[0039]另外，一些快门组合件展现出即使在关闭位置中也允许光无意中从孔隙逸出的倾向。此光泄漏可归因于三个因素。第一，由快门的光阻挡部分阻挡的光可反射离开快门，随后离开从背光发射光的下伏孔隙层，且最终离开显示器。第二，光能够在位于快门孔隙内的某些垂直加劲壁终止于相邻光阻挡表面处的位置处泄漏通过快门。第三，以高角度通过孔隙层中的孔隙的光可照射到快门的边缘，且因此垂直地朝向显示器折射回且离开显示器。
[0040]这些光泄漏来源中的每一者可部分地通过对相同三维特征的修改来解决，所述修改为快门提供额外刚性且克服快门变形的趋势。从上述反射现象导致的光泄漏可通过包含肋部或凹陷的快门来减轻，所述肋部或凹陷相对于快门的光阻挡部分的大小和/或孔隙的大小来说相对较大。通过使用沿着快门的长度延伸的肋部或凹陷，可减轻光泄漏且可增加快门刚性。由于折射所致的光泄漏可通过使快门的各种周边表面成角度以使得其既不平行于也不垂直于显示器法线来减轻。
[0041 ] 本发明中描述的标的物的特定实施方案可经实施以实现以下潜在优点中的一或多者。在快门的光阻挡部分中包含相对宽的横向凹陷提供了较硬的快门，其较可能保持其所要形状。此些凹陷还帮助防止光从既定关闭的像素泄漏出显示器，进而改善显示器的对比率。沿着快门的侧的凹陷类似地帮助防止光泄漏且提供增加的硬度。使快门的周边表面成角度可减轻且在一些情况下消除另一光泄漏源，即快门边缘的折射，从而进一步改善对比率。
[0042]图1A展示直视的基于微机电系统(MEMS)的显示设备100的示意图。显示设备100包含布置成行和列的多个光调制器102a到102d( —般称为“光调制器102”)。在显示设备100中，光调制器102a和102d处于打开状态，从而允许光通过。光调制器102b和102c处于关闭状态，从而阻碍光的通过。通过选择性设定光调制器102a到102d的状态，显示设备100可用以在由一或多个灯105照明的情况下形成用于背光显示的图像104。在另一实施方案中，设备100可通过源自设备前方的环境光的反射来形成图像。在另一实施方案中，设备100可通过从定位于显示器前方的一或多个灯的光反射(即，通过使用前光)来形成图像。
[0043]在一些实施方案中，每一光调制器102对应于图像104中的像素106。在一些其它实施方案中，显示设备100可利用多个光调制器来形成图像104中的像素106。举例来说，显示设备100可包含三个颜色特定的光调制器102。通过选择性打开所述颜色特定光调制器102中对应于特定像素106的一或多者，显示设备100可产生图像104中的彩色像素106。在另一实例中，显示设备100每像素106包含两个或两个以上光调制器102以提供图像104中的亮度级。相对于图像，“像素”对应于由图像的分辨率界定的最小图片元素。相对于显示设备100的结构组件，术语“像素”指代用以对形成图像的单个像素的光进行调制的组合的机械和电组件。
[0044]显示设备100是直视显示器，因为其不会包含通常在投影应用中发现的成像光学元件。在投影显示器中，形成于显示设备的表面上的图像投影到屏幕上或墙壁上。显示设备大体上小于投影图像。在直视显示器中，用户通过直接看着显示设备而看见图像，所述显示设备含有光调制器且任选地含有背光或前灯以用于增强显示器上所见的亮度和/或对t 匕 。
[0045]直视显示器可在透射或反射模式中操作。在透射显示器中，光调制器过滤或选择性阻挡源自定位于显示器后方的一或多个灯的光。来自所述灯的光任选地注射到光导或“背光”中以使得每一像素可被均匀地照明。透射直视显示器经常建立到透明或玻璃衬底上以促进夹层组装布置，其中含有光调制器的一个衬底直接定位于背光的顶部上。
[0046]每一光调制器102可包含快门108和孔隙109。为了照明图像104中的像素106，快门108经定位以使得其允许光朝向观看者通过孔隙109。为了保持像素106不被点亮，快门108经定位以使得其阻碍光经由孔隙109的通过。孔隙109由穿过每一光调制器102中的反射或光吸收材料而图案化的开口界定。
[0047]显示设备还包含控制矩阵，其连接到衬底且连接到光调制器以用于控制快门的移动。控制矩阵包含一系列电互连件(例如,互连件110、112和114),包含每行像素至少一个写入启用互连件110 (也称为“扫描线互连件”)、用于每一列像素的一个数据互连件112，以及将共同电压提供到所有像素或至少提供到来自显示设备100中的多列和多行的像素的一个共同互连件114。响应于适当电压(“写入启用电压VWE”)的施加，用于给定行像素的写入启用互连件110准备所述行中的像素以接受新的快门移动指令。数据互连件112以数据电压脉冲的形式传送新的移动指令。在一些实施方案中，施加到数据互连件112的数据电压脉冲直接贡献于快门的静电移动。在一些其它实施方案中，数据电压脉冲控制着开关，例如晶体管或其它非线性电路元件，其控制通常量值高于所述数据电压的单独致动电压向光调制器102的施加。这些致动电压的施加随后导致快门108的静电驱动的移动。
[0048]图1B展示主机装置(即，手机、智能电话、PDA、MP3播放器、平板计算机、电子阅读器等等)的框图120的实例。主机装置包含显示设备128、主机处理器122、环境传感器124、用户输入模块126以及电源。
[0049]显示设备128包含多个扫描驱动器130(也称为“写入启用电压源”)、多个数据驱动器132 (也称为“据电压源”)、控制器134、共同驱动器138、灯140到146，以及灯驱动器148。扫描驱动器130将写入启用电压施加到扫描线互连件110。数据驱动器132将数据电压施加到数据互连件112。
[0050]在显示设备的一些实施方案中，数据驱动器132经配置以将模拟数据电压提供到光调制器，尤其在将以模拟方式导出图像104的亮度级的情况下。在模拟操作中，光调制器102经设计以使得当通过数据互连件112施加某一范围的中间电压时，导致快门108中的某一范围的中间打开状态，且因此导致图像104中的某一范围的中间照明状态或亮度级。在其它情况下，数据驱动器132经配置以仅将减少的一组2、3或4个数字电压电平施加到数据互连件112。这些电压电平经设计以用数字方式对快门108中的每一者设定打开状态、关闭状态或其它离散状态。
[0051]扫描驱动器130和数据驱动器132连接到数字控制器电路134 (也称为“控制器134”)。控制器以大部分串行方式将数据发送到组织成通过行和图像帧分组的预定序列的数据驱动器132。数据驱动器132可包含串行/并行数据转换器、电平移位且对于一些应用包含数/模电压转换器。
[0052]显示设备任选地包含一组共同驱动器138，也称为共同电压源。在一些实施方案中，共同驱动器138例如通过将电压供应到一系列共同互连件114来将DC共同电位提供到光调制器阵列内的所有光调制器。在一些其它实施方案中，共同驱动器138遵循来自控制器134的命令将电压脉冲或信号发出到光调制器阵列，例如能够驱动和/或起始阵列的多个行和列中的所有光调制器的同时致动的全局致动脉冲。
[0053]用于不同显示器功能的所有驱动器(例如，扫描驱动器130、数据驱动器132和共同驱动器138)由控制器134进行时间同步。来自控制器的时序命令经由灯驱动器148、像素阵列内的特定行的写入启用和定序、来自数据驱动器132的电压的输出以及提供光调制器致动的电压的输出，来协调红、绿和蓝以及白灯(分别为140、142、144和146)的照明。
[0054]控制器134确定可借以将快门108中的每一者复位到对新图像104适当的照明级的定序或寻址方案。可以周期性间隔设定新图像104。举例来说，对于视频显示，以从10到300赫兹(Hz)范围的频率刷新视频的彩色图像104或帧。在一些实施方案中，到阵列的图像帧的设定与灯140、142、144和146的照明同步，使得以例如红、绿和蓝等交替的一系列颜色来照明交替的图像帧。用于每一相应颜色的图像帧称为颜色子帧。在称为场序颜色方法的此方法中，如果颜色子帧以超过20Hz的频率交替，那么人脑会将交替的帧图像平均化为具有宽广且连续范围颜色的图像的感知。在替代实施方案中，在显示设备100中可采用四个或四个以上具有原色的灯，其采用除了红、绿和蓝之外的原色。
[0055]在其中显示设备100经设计以用于快门108在打开与关闭状态之间的数字切换的一些实施方案中，控制器134通过如先前描述的时分灰度级的方法来形成图像。在一些其它实施方案中，显示设备100可通过每像素使用多个快门108来提供灰度级。
[0056]在一些实施方案中，通过个别行的顺序寻址(也称为扫描线)，用于图像状态104的数据由控制器134加载到调制器阵列。对于序列中的每一行或扫描线，扫描驱动器130将写入启用电压施加到用于阵列的所述行的写入启用互连件110，且随后数据驱动器132为选定行中的每一列供应对应于所要快门状态的数据电压。此过程重复直到已为阵列中的所有行加载数据为止。在一些实施方案中，用于数据加载的选定行的序列是线性的，从阵列中的顶部到底部。在一些其它实施方案中，选定行的序列是伪随机的，以便最小化视觉假象。且在一些其它实施方案中，定序是通过块来组织的，其中对于块，例如通过按顺序寻址阵列的仅每第5行来将用于图像状态104的仅某一分数的数据加载到阵列。
[0057]在一些实施方案中，用于将图像数据加载到阵列的过程在时间上与致动快门108的过程分离。在这些实施方案中，调制器阵列可包含用于阵列中的每一像素的数据存储器元件，且控制矩阵可包含全局致动互连件，用于携载来自共同驱动器138的触发信号以根据存储在存储器元件中的数据起始快门108的同时致动。
[0058]在替代实施方案中，像素阵列和控制像素的控制矩阵可以除了矩形行和列之外的配置来布置。举例来说，像素可布置成六边形阵列或曲线行和列。大体上如本文使用，术语扫描线应当指代共享写入启用互连件的任意多个像素。
[0059]主机处理器122通常控制主机的操作。举例来说，主机处理器可为用于控制便携式电子装置的通用或专用处理器。相对于主机装置120内包含的显示设备128，主机处理器输出图像数据以及关于主机的额外数据。此信息可包含:来自环境传感器的数据，例如环境光或温度；关于主机的信息，包含例如主机的操作模式或主机的电源中剩余的电力量；关于图像数据的内容的信息；关于图像数据的类型的信息；和/或用于显示设备的用于选择成像模式的指令。
[0060]用户输入模块126直接地或经由主机处理器122将用户的个人偏好传达到控制器134。在一些实施方案中，用户输入模块由软件控制，其中用户对个人偏好进行编程，例如“较深的颜色”、“较好的对比度”、“较低的电力”、“增加的亮度”、“体育”、“现场活动”或“动画”。在一些其它实施方案中，使用例如开关或拨盘等硬件将这些偏好输入到主机。输入到控制器134的所述多个数据输入引导控制器将数据提供到对应于最佳成像特性的各个驱动器 130、132、138 和 148。
[0061]还可包含环境传感器模块124作为主机装置的部分。环境传感器模块接收关于周围环境的数据，例如温度和或周围光照条件。传感器模块124可经编程以区分装置是否正在室内或办公室环境对明亮白天中的室外环境对夜间的室外环境中操作。传感器模块将此信息传送到显示器控制器134，使得控制器可响应于周围环境而优化观看条件。
[0062]图2展示说明性基于快门的光调制器200的透视图。基于快门的光调制器适合于并入到图1A的直视基于MEMS的显示设备100中。光调制器200包含耦合到致动器204的快门202。致动器204可由两个单独的顺应性电极梁致动器205 (“致动器205”)形成。快门202在一侧上耦合到致动器205。致动器205在大体上平行于表面203的运动平面中在表面203上方横向移动快门202。快门202的相对侧耦合到弹簧207，所述弹簧提供与由致动器204施加的力相反的恢复力。
[0063]每一致动器205包含顺应性负载梁206，其将快门202连接到负载锚固件208。负载锚固件208连同顺应性负载梁206 —起用作机械支撑件，保持快门202接近于表面203悬置。所述表面包含一或多个孔隙孔211，用于接纳光的通过。负载锚固件208将顺应性负载梁206和快门202物理地连接到表面203，且将负载梁206电连接到偏置电压(在一些实例中，接地)。
[0064]如果衬底是不透明的，例如硅，那么通过蚀刻穿过衬底204的孔阵列来在衬底中形成孔隙孔211。如果衬底204为透明的，例如玻璃或塑料，那么在沉积于衬底203上的光阻挡材料层中形成孔隙孔211。孔隙孔211的形状可为大体上圆形、椭圆形、多边形、蜿蜒的或不规则的。
[0065]每一致动器205还包含邻近于每一负载梁206定位的顺应性驱动梁216。驱动梁216在一端耦合到在驱动梁216之间共享的驱动梁锚固件218。每一驱动梁216的另一端自由移动。每一驱动梁216经弯曲以使得其在驱动梁216的自由端和负载梁206的锚固端附近最靠近负载梁206。
[0066]在操作中，并入有光调制器200的显示设备经由驱动梁锚固件218将电位施加到驱动梁216。可将第二电位施加到负载梁206。驱动梁216与负载梁206之间的所得电位差将驱动梁216的自由端朝向负载梁206的锚固端拉动，且将负载梁206的快门端朝向驱动梁216的锚固端拉动，进而朝向驱动锚固件218横向驱动快门202。顺应性部件206充当弹簧，使得当移除梁206和216电位上的电压时，负载梁206将快门202推回到其初始位置，从而释放储存在负载梁206中的应力。
[0067]例如光调制器200等光调制器并入有被动恢复力，例如弹簧，用于在已移除电压之后使快门返回到其停置位置。其它快门组合件可并入两组“打开”和“关闭”致动器以及单独组的“打开”和“关闭”电极以用于将快门移动到打开或关闭状态中。
[0068]存在可经由控制矩阵控制快门和孔隙的阵列以产生具有适当亮度级的图像(在许多情况下为运动图像)的多种方法。在一些情况下，借助于在显示器的外围上连接到驱动器电路的行和列互连件的无源矩阵阵列来实现控制。在其它情况下，适当的是在阵列(所谓的有源阵列)的每一像素内包含切换和/或数据存储元件以改善显示器的速度、亮度级和/或功率耗散性能。
[0069]图3A展示控制矩阵300的实例示意图。控制矩阵300适合于控制并入到图1A的基于MEMS的显示设备100中的光调制器。图3B展示连接到图3A的控制矩阵300的基于快门的光调制器的阵列320的透视图。控制矩阵300可对像素阵列320( “阵列320”)进行寻址。每一像素301可包含由致动器303控制的弹性快门组合件302，例如图2的快门组合件200。每一像素还可包含包含孔隙324的孔隙层322。
[0070]控制矩阵300经制造为衬底304的表面上的扩散式或薄膜沉积的电路，快门组合件302形成于所述衬底上。控制矩阵300包含用于控制矩阵300中的每一行像素301的扫描线互连件306和用于控制矩阵300中的每一列像素301的数据互连件308。每一扫描线互连件306将写入启用电压源307电连接到对应行像素301中的像素301。每一数据互连件308将数据电压源309 ( “Vd源”)电连接到对应列像素中的像素301。在控制矩阵300中，Vd源309提供将用于快门组合件302的致动的能量的大部分。因此，数据电压源％源309也用作致动电压源。
[0071]参见图3A和3B，对于每一像素301或对于像素阵列320中的每一快门组合件302，控制矩阵300包含晶体管310和电容器312。每一晶体管310的栅极电连接到阵列320中像素301位于其中的行的扫描线互连件306。每一晶体管310的源极电连接到其对应数据互连件308。每一快门组合件302的致动器303包含两个电极。每一晶体管310的漏极并联电连接到对应电容器312的一个电极和对应致动器303的电极中的一者。电容器312的另一电极和快门组合件302中的致动器303的另一电极连接到共同或接地电位。在替代实施方案中，晶体管310可用半导体二极管和或金属-绝缘体-金属夹层型切换元件来代替。
[0072]在操作中，为了形成图像，控制矩阵300通过依次将\e施加到每一扫描线互连件306来按顺序对阵列320中的每一行进行写入启用。对于经写入启用的行，Vwe到所述行中的像素301的晶体管310的栅极的施加允许电流通过晶体管310流过数据互连件308以将电位施加到快门组合件302的致动器303。在行经写入启用时，将数据电压Vd选择性施加到数据互连件308。在提供模拟灰度级的实施方案中，施加到每一数据互连件308的数据电压与位于经写入启用扫描线互连件306与数据互连件308的交叉点处的像素301的所要亮度相关地变化。在提供数字控制方案的实施方案中，将数据电压选择为相对低量值电压(即，接近接地的电压)或者满足或超过Vat (致动阈值电压)。响应于Vat施加到数据互连件308，对应快门组合件中的致动器303致动，从而打开所述快门组合件302中的快门。即使在控制矩阵300停止将Vwe施加到行之后，施加到数据互连件308的电压也保持存储在像素301的电容器312中。因此，电压Vwe不必等待且保持在一行上达长到足以使快门组合件302致动的时间；此致动可在写入启用电压已从所述行移除之后继续。电容器312也充当阵列320内的存储器元件，其存储用于图像帧的照明的致动指令。
[0073]阵列320的像素301以及控制矩阵300形成于衬底304上。阵列包含安置于衬底304上的孔隙层322，其包含用于阵列320中的相应像素301的一组孔隙324。孔隙324与每一像素中的快门组合件302对准。在一些实施方案中，衬底304由透明材料制成，例如玻璃或塑料。在一些其它实施方案中，衬底304由不透明材料制成，但其中蚀刻孔以形成孔隙324。
[0074]可使快门组合件302连同致动器303 —起为双稳态的。也就是说，快门可存在于至少两个平衡位置(例如，打开或关闭)，其中需要极少或不需要电力来将其保持在任一位置。更特定来说，快门组合件302可为机械双稳态的。一旦快门组合件302的快门设定于适当位置，便不需要电能或保持电压来维持所述位置。快门组合件302的物理元件上的机械应力可将快门保持在适当位置。
[0075]也可使快门组合件302连同致动器303 —起为电双稳态的。在电双稳态快门组合件中，存在快门组合件的致动电压以下的电压范围，其在施加到关闭的致动器(快门打开或关闭)的情况下保持致动器关闭且快门处于适当位置，即使相反力施加于快门上也是如此。所述相反力可由例如图2中描绘的基于快门的光调制器200的弹簧207等弹簧施加，或所述相反力可由例如“打开”或“关闭”致动器等相反致动器施加。
[0076]将光调制器阵列320描绘为每像素具有单个MEMS光调制器。在每一像素中提供多个MEMS光调制器的其它实施方案是可能的，进而提供在每一像素中不止仅二元“开”或“关”光学状态的可能性。在提供像素中的多个MEMS光调制器的情况下以及在与光调制器中的每一者相关联的孔隙324具有不相等面积的情况下，某些形式的经译码区域划分灰度级是可能的。
[0077]图4A和4B展示双致动器快门组合件400的实例视图。如图4A中描绘的双致动器快门组合件处于打开状态。图4B展示处于关闭状态的双致动器快门组合件400。与快门组合件200相比，快门组合件400包含位于快门406的任一侧上的致动器402和404。每一致动器402和404是独立控制的。第一致动器，快门打开致动器402用以打开快门406。第二相对致动器，快门关闭致动器404用以关闭快门406。致动器402和404两者是顺应性梁电极致动器。致动器402和404通过大体上在与快门悬置于其上的孔隙层407平行的平面中驱动快门406来打开和关闭快门406。快门406通过附接到致动器402和404的锚固件408悬置于孔隙层407上方的短距离。包含沿着快门的移动轴附接到快门406的两端的支撑件减少了快门406的平面外运动，且将运动大体上限定于平行于衬底的平面。通过类似于图3A的控制矩阵300，适合于与快门组合件400 —起使用的控制矩阵可能包含用于相对的快门打开和快门关闭致动器402和404中的每一者的一个晶体管和一个电容器。
[0078]快门406包含光可通过的两个快门孔隙412。孔隙层407包含一组三个孔隙409。在图4A中，快门组合件400处于打开状态，且因此，快门打开致动器402已经致动，快门关闭致动器404处于其松弛位置，且快门孔隙412的中心线与孔隙层孔隙409中的两者的中心线重合。在图4B中，快门组合件400已移动到关闭状态，且因此，快门打开致动器402处于其松弛位置，快门关闭致动器404已经致动，且快门406的光阻挡部分现在处于适当位置以阻挡光透射通过孔隙409 (描绘为虚线)。
[0079]每一孔隙具有围绕其外围的至少一个边缘。举例来说，矩形孔隙409具有四个边缘。在孔隙层407中形成圆形、椭圆形、卵形或其它弯曲孔隙的替代实施方案中，每一孔隙可具有仅单个边缘。在一些其它实施方案中，孔隙不需要在数学意义上分离或不相连，而是可以连接。也就是说，虽然孔隙的部分或成形区段可维持与每一快门的对应关系，但这些区段中的若干者可经连接以使得孔隙的单个连续周边由多个快门共享。
[0080]为了允许具有多种出射角的光通过处于打开状态的孔隙412和409，有利的是为快门孔隙412提供比孔隙层407中的孔隙409的对应宽度或大小大的宽度或大小。为了在关闭状态中选择性阻挡光逸出，优选的是快门406的光阻挡部分与孔隙409重叠。图4B展示快门406中的光阻挡部分的边缘与形成于孔隙层407中的孔隙409的一个边缘之间的预界定重叠416。
[0081]静电致动器402和404经设计以使得其电压位移行为对快门组合件400提供双稳态特性。对于快门打开和快门关闭致动器中的每一者，存在低于致动电压的电压范围，其在所述致动器处于关闭状态(快门为打开或关闭)时施加的情况下将保持致动器关闭且快门处于适当位置，即使在将致动电压施加到相对致动器之后也是如此。抵抗此相反力维持快门位置所需的最小电压称为维持电压Vm。
[0082]图5展示并入有基于快门的光调制器(快门组合件)502的显示设备500的实例性横截面图。每一快门组合件并入有快门503和锚固件505。未展示顺应性梁致动器，其在连接于锚固件505与快门503之间时帮助使快门悬置于表面上方的短距离。快门组合件502安置于优选由塑料或玻璃制成的透明衬底504上。安置于衬底504上的面向后的反射孔隙层506界定多个表面孔隙508，其位于快门组合件502的快门503的关闭位置下方。反射孔隙层506朝向显不设备500的后方反射回未通过表面孔隙508的光。反射孔隙层506可为通过若干气相沉积技术以薄膜方式形成的无包含物的细粒金属膜，所述技术包含溅镀、蒸发、离子镀敷、激光烧蚀或化学气相沉积。在一些实施方案中，反射孔隙层506可由镜形成，例如电介质镜。电介质镜可制造为在高和低折射率的材料之间交替的电介质薄膜的堆叠。使快门503与反射孔隙层506分离的垂直间隙(快门在其内自由移动)在0.5到10微米的范围内。垂直间隙的量值优选小于在关闭状态下快门503的边缘与孔隙508的边缘之间的横向重叠，例如图4B中描绘的重叠416。
[0083]显示设备500包含任选的漫射器512和/或任选的亮度增强膜514，其使衬底504与平面光导516分离。光导包含透明材料,即玻璃或塑料材料。光导516由形成背光515的一或多个光源518照明。光源518可为例如(且不限于)白炽灯、荧光灯、激光或发光二极管(LED)(—般称为“灯”)。反射器519帮助朝向光导516引导来自光源518的光。面向前的反射膜520安置于背光515后方,从而朝向快门组合件502反射光。例如未通过快门组合件502中的一者的来自背光515的光线521的光线将返回到背光515且再次从膜520反射。以此方式，在第一遍次中未能离开显示器以形成图像的光可经循环且可用于透射通过快门组合件502的阵列中的其它打开的孔隙。已展示此光循环增加了显示器的照明效率。
[0084]光导516包含一组几何光重定向器或棱镜517，其朝向孔隙508且因此朝向显示器的前方重定向来自光源518的光。光重定向器可模制到在横截面上可交替地为三角形、梯形或弯曲的形状的光导516的塑料主体中。棱镜517的密度一般随着距光源518的距离增加而增加。
[0085]在一些实施方案中，孔隙层506可由光吸收材料制成，且在替代实施方案中，快门503的表面可涂覆有光吸收或光反射材料。在一些其它实施方案中，孔隙层506可直接沉积在光导516的表面上。在一些实施方案中，孔隙层506无需与快门503和锚固件505安置于同一衬底上(例如下文描述的MEMS向下配置中)。
[0086]在一些实施方案中，光源518可包含不同颜色的灯，例如红色、绿色和蓝色。可通过以人脑足以将不同颜色的图像平均化为单个多色图像的速率用不同颜色的灯循序地照明图像来形成彩色图像。使用快门组合件502的阵列形成各种颜色特定的图像。在另一实施方案中，光源518包含具有三种以上不同颜色的灯。举例来说，光源518可具有红、绿、蓝和白灯，或红、绿、蓝和黄灯。在一些其它实施方案中，光源518可包含青、洋红、黄和白灯，红、绿、蓝和白灯。在一些其它实施方案中，在光源中可包含额外的灯。举例来说，如果使用五种颜色，那么光源可包含红、绿、蓝、青和黄灯。在一些其它实施方案中，光源518可包含白、橙、蓝、紫和绿灯，或白、蓝、黄、红和青灯。如果使用六种颜色，那么光源可包含红、绿、蓝、青、洋红和黄灯，或白、青、洋红、黄、橙和绿灯。
[0087]盖板522形成显示设备500的前部。盖板522的后侧可覆盖有黑色基质524以增加对比度。在替代实施方案中，盖板包含滤色器，例如对应于快门组合件502中的不同者的相异的红、绿和蓝滤色器。盖板522离开快门组合件502预定距离而支撑，从而形成间隙526。间隙526由机械支撑件或间隔件527和/或由将盖板522附接到衬底504的粘合密封件528维持。
[0088]粘合密封件528在流体530中密封。流体530经工程设计为具有优选低于大约10厘泊的粘度且优选高于大约2.0的相对介电常数，以及高于大约104V/cm的电介质击穿强度。流体530也可用作润滑剂。在一些实施方案中，流体530是具有高表面润湿能力的疏水性液体。在替代实施方案中，流体530具有大于或小于衬底504的折射率的折射率。
[0089]并入有机械光调制器的显示器可包含数百、数千或在一些情况下数百万的移动元件。在一些装置中，元件的每次移动提供静摩擦使元件中的一或多者停用的机会。通过将所有部分浸没在流体(也称为流体530)中且在MEMS显示单元中的流体空间或间隙内密封流体(例如，用粘合剂)来促进此移动。流体530通常是具有低摩擦系数、低粘度和在长时间中的最小降级效果的流体。当基于MEMS的显示组合件包含用于流体530的液体时，所述液体至少部分地围绕基于MEMS的光调制器的移动零件中的一些。在一些实施方案中，为了降低致动电压，所述液体具有低于70厘泊的粘度。在一些其它实施方案中，所述液体具有低于10厘泊的粘度。具有低于70厘泊的粘度的液体可包含具有低分子量的材料:低于4000克/摩尔，或在一些情况下低于400克/摩尔。也可适合于此类实施方案的流体530包含(不限于)去离子水、甲醇、乙醇和其它醇类、链烷烃、链烯烃、醚、硅酮油、氟化硅酮油或者其它天然或合成溶剂或润滑剂。有用的流体可为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，例如六甲基_■娃氧烧和八甲基二娃氧烧，或烧基甲基娃氧烧，例如己基五甲基_■娃氧烧。有用的流体可为烷烃，例如辛烷或癸烷。有用的流体可为硝基烷烃，例如硝基甲烷。有用的流体可为芳族化合物，例如甲苯或二乙基苯。有用的流体可为酮，例如丁酮或甲基异丁基酮。有用的流体可为氯碳化物，例如氯苯。有用的流体可为氯氟碳化物，例如二氯氟乙烷或三氟氯乙烯。为这些显示器组合件考虑的其它流体包含醋酸丁酯、二甲基甲酰胺。用于这些显示器的再其它有用流体包含氢氟醚、全氟聚醚、氢氟聚醚、戊醇和丁醇。实例性合适的氢氟醚包含乙基九氟丁基醚和2-三氟甲基-3-乙氧基十二烷氟己烷。
[0090]片金属或模制塑料组装托架532固持盖板522、衬底504、背光515以及边缘周围共同的其它组件零件。组装托架532以螺钉或缩进突片扣紧以对组合的显示设备500增加刚性。在一些实施方案中，光源518通过环氧树脂灌注化合物模制于适当位置。反射器536帮助使从光导516的边缘逸出的光返回到光导中。图5中未描绘将控制信号以及电力提供到快门组合件502和光源518的电互连件。
[0091]显示设备500称为MEMS向上配置，其中基于MEMS的光调制器形成于衬底504的前表面上，即面朝观看者的表面。快门组合件502直接建立于反射孔隙层506的顶部上。在称为MEMS向下配置的替代实施方案中，快门组合件安置于与其上形成反射孔隙层的衬底分离的衬底上。其上形成反射孔隙层从而界定多个孔隙的衬底在本文称为孔隙板。在MEMS向下配置中，携载基于MEMS的光调制器的衬底取代了显示设备500中的盖板522，且经定向以使得基于MEMS的光调制器定位于顶部衬底的后表面上，即背对观看者且面朝背光516的表面。基于MEMS的光调制器进而与反射孔隙层506直接相对且从其跨越间隙而定位。所述间隙可由一系列间隔柱维持，所述间隔柱连接孔隙板和其上形成MEMS调制器的衬底。在一些实施方案中，间隔件安置于阵列中的每一像素内或之间。使MEMS光调制器与其对应孔隙分离的间隙或距离优选小于10微米，或小于快门与孔隙之间的重叠(例如重叠416)的距离。
[0092]图6A到6E展示实例性复合快门组合件的构造阶段的横截面图。图6A展示完成的复合快门组合件600的实例性横截面图。快门组合件600包含快门601、两个顺应性梁602，以及建置于衬底603和孔隙层606上的锚固件结构604。复合快门组合件600的元件包含第一机械层605、导体层607、第二机械层609以及囊封电介质611。机械层605或609中的至少一者可沉积到超过0.15微米的厚度，因为所述机械层中的一者或两者用作用于快门组合件的主要负载支承和机械致动部件，但在一些实施方案中，机械层605和609可较薄。用于机械层605和609的候选材料包含(不限于):金属，例如铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、钥(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、银(Nb)、钕(Nd)或其合金；电介质材料，例如氧化铝(Al2O3)、氧化硅(S12)、五氧化二钽(Ta2O5)或氮化硅(Si3N4);或半导电材料，例如类金刚石碳、硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)或其合金。所述层中的至少一者，例如导体层607，应当为导电的，以便将电荷携载到致动元件和从致动元件携载离开电荷。候选材料包含(不限于)Al、Cu、N1、Cr、Mo、T1、Ta、Nb、Nd或其合金或例如类金刚石碳、S1、Ge、GaAs、CdTe或其合金等半导电材料。在采用半导体层的一些实施方案中，半导体掺杂有例如磷(P)、砷(As)、硼(B)或铝(Al)等杂质。图6A描绘用于所述复合物的夹层配置，其中具有类似厚度和机械性质的机械层605和609沉积于导体层607的任一侧上。在一些实施方案中，所述夹层结构帮助确保在沉积之后剩余的应力和/或由温度变化强加的应力将不会作用造成快门组合件600的弯曲、翘曲或其它变形。
[0093]在一些实施方案中，复合快门组合件600中的层的次序可反转，使得快门的外侧由导电层形成，而快门的内侧由机械层形成。
[0094]快门组合件600可包含囊封电介质611。在一些实施方案中，电介质涂层可以共形方式施加，使得快门和梁的所有底部、顶部和侧表面被均匀涂覆。此些薄膜可通过热氧化和/或通过绝缘体的共形化学气相沉积来生长，所述绝缘体例如为氧化铝(Al2O3)、氧化铬(III) (Cr2O3)、氧化钛(T12)、氧化铪(HfO2)、氧化fL (V2O5)、氧化银(Nb2O5)、五氧化二钽(Ta2O5)、氧化硅(S12)或氮化硅(Si3N4),或通过经由原子层沉积来沉积类似材料而生长。电介质涂层可以1nm到I微米范围内的厚度施加。在一些实施方案中，可使用溅镀和蒸发来在侧壁上沉积电介质涂层。
[0095]图6B到6E展示用以形成图6中描绘的快门组合件600的实例性过程的某些中间制造步骤的结果的实例性横截面图。在一些实施方案中，快门组合件600建置于预先存在的控制矩阵的顶部上，例如薄膜晶体管的有源矩阵阵列，例如图3A和3B中描绘的控制矩阵。
[0096]图6B展示形成快门组合件600的实例性过程中的第一阶段的结果的横截面图。如图6B中所示，沉积且图案化牺牲层613。在一些实施方案中，聚酰亚胺用作牺牲材料。其它候选牺牲材料包含聚合物材料，例如聚酰胺、含氟聚合物、苯并环丁烯、聚苯基喹氧烯、聚对二甲苯基或聚降冰片烯。这些材料由于其使粗糙表面平面化、在超过250摄氏度的处理温度下维持机械完整性的能力以及其容易蚀刻和/或在移除期间的热分解而被选择。在其它实施方案中，牺牲层613由光致抗蚀剂形成，例如聚乙酸乙烯酯、聚乙烯和酚醛树脂或酚醛清漆树脂。在一些实施方案中使用的替代牺牲层材料是S12，只要其它电子或结构层对用于S12移除的氢氟酸溶液是抵抗性的即可优选地移除Si02。一种此类合适抵抗性材料是Si3N4。另一替代牺牲层材料为Si，只要其它电子和结构层对用于Si移除的氟等离子或二氟化氙(XeF2)是抵抗性的便可优选地移除Si，例如大多数金属和Si3N4。又另一替代牺牲层材料为Al，只要其它电子或结构层对例如浓缩氢氧化钠(NaOH)溶液等强碱溶液为抵抗性的便可优选地移除Al。合适的材料包含例如Cr、N1、Mo、Ta和Si。再另一替代牺牲层材料为Cu，只要其它电子或结构层对硝酸或硫酸溶液为抵抗性的便可优选地移除Cu。此些材料包含例如Cr、Ni和Si。
[0097]接着图案化牺牲层613以暴露锚固件区604处的孔或通孔。在采用聚酰亚胺或其它非光活性材料作为牺牲层材料的实施方案中，牺牲层材料可经配方为包含光活性剂，从而使得能够在显影剂溶液中优选地移除通过UV光掩模暴露的区。可通过在额外光致抗蚀剂层中涂覆牺牲层613、光图案化光致抗蚀剂且最终使用光致抗蚀剂作为蚀刻掩模来图案化由其它材料形成的牺牲层。替代地可通过以可为S12或例如Cr等金属的薄层的硬掩模涂覆牺牲层来图案化牺牲层613。随后借助于光致抗蚀剂和湿式化学蚀刻将光图案转印到硬掩模。在硬掩模中形成的图案可对干式化学、各向异性或等离子蚀刻技术极具抵抗性，所述技术可用以将很深且窄的锚固孔赋予牺牲层613中。
[0098]在已在牺牲层613中打开锚固件区604之后，可化学地或经由等离子的溅镀效果蚀刻暴露的下伏导电表面614以移除任何表面氧化物层。此接触蚀刻阶段可改善下伏导体与快门材料之间的欧姆接触。在牺牲层的图案化之后，可通过使用溶剂清洁或酸蚀刻来移除任何光致抗蚀剂层或硬掩模。
[0099]接着，在用于建置快门组合件600的过程中，如图6C中描绘，沉积快门材料。快门组合件600由多个薄膜组成:第一机械层605、导体层607和第二机械层609。在一些实施方案中，第一机械层605为非晶娃(a-Si)层，导体层607为Al,且第二机械层609为a_Si。第一机械层605、导体层607和第二机械层609是在一温度下沉积,在所述温度以下对于牺牲层613发生物理降级。举例来说，聚酰亚胺在高于400摄氏度的温度下分解。因此，在一些实施方案中，第一机械层605、导体层607和第二机械层609是在低于400摄氏度的温度下沉积，从而允许使用聚酰亚胺作为牺牲材料。在一些实施方案中，氢化非晶硅(a-S1:H)是用于第一机械层605和第二机械层609的有用的机械材料，因为其可借助于在大约250至IJ 350摄氏度的范围内的温度下来自硅烷气体的等离子辅助化学气相沉积(PECVD)以相对无应力状态生长到大约0.15到3微米的范围内的厚度。在此些实施方案中的一些中，磷杂环戊二烯气体(PH3)用作掺杂剂，使得a-Si可以低于大约I欧姆-厘米的电阻率生长。在替代实施方案中，类似的PECVD技术可用于沉积Si3N4、富硅Si3N4或S12材料作为第一机械层605,或用于沉积类金刚石碳、Ge、SiGe、CdTe或其它半导电材料用于第一机械层605。PECVD沉积技术的优点在于沉积可为相当共形的，也就是说，其可涂覆多种倾斜表面或窄通孔的内表面。即使切割到牺牲材料中的锚固件或通孔呈现近似垂直的侧壁，PECVD技术也可提供锚固件的底部与顶部水平表面之间的连续涂覆。
[0100]除了 PECVD技术之外，可用于第一机械层605和第二机械层609的生长的替代合适技术包含RF或DC溅镀、金属有机化学气相沉积、蒸发、电镀敷或无电镀敷。
[0101]对于导电层607,在一些实施方案中，利用金属薄膜,例如Al。在一些其它实施方案中，可选择替代金属，例如Cu、N1、Mo或Ta。包含此导电材料用于两个目的。其减少了快门601的总体片电阻，且其帮助阻挡可见光通过快门601，因为在快门的一些实施方案中可使用的a-Si在小于2微米厚的情况下可在某种程度上透射可见光。可通过溅镀或以较共形方式通过化学气相沉积技术、电镀敷或无电镀敷来沉积导电材料。
[0102]图6D展示在快门组合件600的形成中使用的下一组处理阶段的结果。在牺牲层613仍在衬底603上的同时光遮蔽且蚀刻第一机械层605、导电层607和第二机械层609。首先，施加光致抗蚀剂材料，随后通过光掩模暴露，且随后显影以形成蚀刻掩模。随后可在基于氟的等离子化学品中蚀刻非晶硅、Si3N4和S1。可使用HF湿式化学品蚀刻S12机械层；且可用湿式化学品或基于氯的等离子化学品蚀刻导电层607中的任何金属。
[0103]通过光掩模施加的图案形状影响快门组合件600的致动器和快门601中的机械性质、例如硬度、顺应性和电压响应。快门组合件600包含以横截面展示的顺应性梁602。顺应性梁602经成形以使得宽度小于快门材料的总高度或厚度。在一些实施方案中，梁尺寸比维持在1.4:1或更大，其中顺应性梁602比其宽度更高或更厚。
[0104]图6E中描绘用于建置快门组合件600的实例性制造过程的后续阶段的结果。移除牺牲层613，其从衬底603释放所有移动部分，除了锚固点处的部分。在一些实施方案中，在氧等离子中移除聚酰亚胺牺牲材料。用于牺牲层613的其它聚合物材料也可在氧等离子中移除，或在一些情况下通过热解移除。一些牺牲层材料(例如S12)可通过湿式化学蚀刻或通过气相蚀刻来移除。
[0105]在图6A中描绘其结果的最终过程中，在快门601的所有暴露表面上沉积囊封电介质611。在一些实施方案中，囊封电介质611可以共形方式施加，使得快门601和梁602的所有底部、顶部和侧表面被使用化学气相沉积均匀涂覆。在一些其它实施方案中，仅涂覆快门的顶部和侧表面。在一些实施方案中，Al2O3用于囊封电介质611且通过原子层沉积沉积到10到100纳米范围内的厚度。
[0106]最终，可将抗静摩擦涂层施加到快门601和梁602的表面。这些涂层防止致动器的两个独立梁之间的不希望的粘附或粘合。合适的涂层包含碳膜(石墨和类金刚石)以及含氟聚合物，和/或低蒸汽压力润滑剂，以及氯硅烷、烃氯硅烷、氟氯硅烷，例如甲氧基封端硅烷、全氟、氨基硅烷、硅氧烷以及基于羧酸的单体和物质。这些涂层可通过暴露于分子蒸汽或通过借助于化学气相沉积对前体化合物的分解来施加。抗静摩擦涂层也可通过快门表面的化学更改而产生，例如通过绝缘表面的氟化、硅烷化、硅氧化或氢化。
[0107]用于基于MEMS的快门显示器的一类合适致动器包含顺应性致动器梁，用于控制横向于显示器衬底或在显示器衬底的平面内的快门运动。为此类快门组合件的致动采用的电压随着致动器梁变得更顺应而减小。如果梁经成形以使得相对于平面外运动优选或促进平面内运动，那么对经致动运动的控制也改善。因此，在一些实施方案中，顺应性致动器梁具有矩形横截面，使得梁比其宽度更高或更厚。
[0108]长矩形梁相对于在特定平面内弯曲的硬度以所述梁在所述平面中的最薄尺寸的三次幂按比例缩放。因此有利的是减小顺应性梁的宽度以减小用于平面内运动的致动电压。然而当使用常规光刻设备来界定和制造快门和致动器结构时，梁的最小宽度可限于光学元件的分辨率。并且虽然已为了关于窄至15纳米的特征在光致抗蚀剂中界定图案而开发光刻设备，但此设备是昂贵的且其上在单次暴露中可实现图案化的区域受限。对于大玻璃面板上的经济光刻，图案化分辨率或最小特征大小通常限于I微米或2微米或更大。
[0109]图7A到7D展示具有窄侧壁梁的实例性快门组合件700的构造阶段的等距视图。此替代过程产生顺应性致动器梁718和720以及顺应性弹簧梁716 (统称为“侧壁梁716、718和720”)，其具有远低于大玻璃面板上的常规光刻限制的宽度。在图7A到7D中描绘的过程中，快门组合件700的顺应性梁形成为由牺牲材料制成的模具上的侧壁特征。所述过程称为侧壁梁过程。
[0110]如图7A中所示，形成具有侧壁梁716、718和720的快门组合件700的过程以第一牺牲材料701的沉积和图案化开始。第一牺牲材料中界定的图案产生开口或通孔702，其内将最终形成用于快门的锚固件。第一牺牲材料701的沉积和图案化在概念上类似于关于图6A到6E描述的沉积和图案化且使用与其类似的材料。
[0111]形成侧壁梁716、718和720的过程以第二牺牲材料705的沉积和图案化继续。图7B展示在第二牺牲材料705的图案化之后产生的模具703的形状。模具703也包含具有其先前界定的通孔702的第一牺牲材料701。图7B中的模具703包含两个相异的水平层级:模具703的底部水平层级708是由第一牺牲层701的顶部表面建立，且在第二牺牲层705已蚀刻掉的那些区域中是可接达的。模具703的顶部水平层级710由第二牺牲层705的顶部表面建立。图7B中描绘的模具703还包含大体上垂直的侧壁709。
[0112]上文相对于图6A到6E的牺牲层613描述了用作第一牺牲层701和第二牺牲层705的材料。
[0113]形成侧壁梁716、718和720的过程以快门材料到模具703的所有暴露表面上的沉积和图案化继续，如图7C中描绘。上文相对于图6A到6E的第一机械层605、导电层607和第二机械层609描述了用于形成快门712的合适材料。将快门材料沉积到小于大约2微米的厚度。在一些实施方案中，将快门材料沉积为具有小于大约1.5微米的厚度。在一些其它实施方案中，将快门材料沉积为具有小于大约1.0微米的厚度，且薄至大约0.10微米在沉积之后，图案化快门材料(可为如上所述的若干材料的复合物)，如图7C中描绘。首先，在快门材料上沉积光致抗蚀剂掩模。随后图案化光致抗蚀剂。形成到光致抗蚀剂中的图案经设计以使得快门材料在后续蚀刻阶段之后保留在快门712的区中以及锚固件714处。
[0114]制造过程以施加各向异性蚀刻继续，从而得到图7C中描绘的结构。快门材料的各向异性蚀刻是在等离子气氛中实行，其中电压偏置施加于衬底或接近衬底的电极。经偏置衬底(具有垂直于衬底的表面的电场)导致离子以近似垂直于衬底的角度朝向衬底加速。此经加速离子结合蚀刻化学品导致与平行于衬底的方向相比在垂直于衬底的平面的方向上快得多的蚀刻速率。进而大体上消除在由光致抗蚀剂保护的区中快门材料的底切蚀刻。沿着大体上平行于经加速离子的轨道的模具703的侧壁表面709，还大体上保护快门材料以免各向异性蚀刻。此些受保护侧壁快门材料形成用于支撑快门712的侧壁梁716、718和720。沿着模具的其它(非光致抗蚀剂保护)水平表面，例如顶部水平表面710或底部水平表面708，快门材料已通过蚀刻完全移除。
[0115]用以形成侧壁梁716、718和720的各向异性蚀刻可在RF或DC等离子蚀刻装置中实现，只要供应衬底或紧密接近衬底的电极的电偏置即可。对于RF等离子蚀刻的情况，通过使衬底固持器从激发电路的接地板断开，进而允许衬底电位在等离子中浮动，来获得等效自偏置。在一些实施方案中，可提供蚀刻气体，例如三氟甲烷(CHF3)、全氟丁烯(C4F8)、或氯仿(CHCl3),其中碳和氢两者和/或碳和氟两者为蚀刻气体中的组成物。当结合方向等离子时，再次通过衬底的电压偏置实现，被解放的碳(C)、氢⑶和/或氟(F)原子可迁移到侧壁709，在此处所述原子累积无源或保护性准聚合物涂层。此准聚合物涂层进一步保护侧壁梁716、718和720以免蚀刻或化学侵蚀。
[0116]形成侧壁梁的过程以第二牺牲层705和第一牺牲层701的剩余部分的移除完成。图7D中展示结果。移除牺牲材料的过程类似于相对于图6E描述的过程。沉积在模具703的侧壁709上的材料保留作为侧壁梁716、718和720。侧壁梁716用作弹簧，其将锚固件714机械地连接到快门712，且提供被动恢复力以抵抗由顺应性梁718和720形成的致动器施加的力。锚固件连接到孔隙层725。侧壁梁716、718和720较高且较窄。从模具703的表面形成的侧壁梁716、718和720的宽度类似于所沉积的快门材料的厚度。在一些实施方案中，侧壁梁716的宽度将与快门712的厚度相同。在一些其它实施方案中，梁宽度将仅为快门712的厚度的大约1/2。侧壁梁716、718和720的高度由在关于图7B描述的图案化步骤期间产生的第二牺牲材料705的厚度确定，或换句话说，由模具703的深度确定。只要所沉积快门材料的厚度经选择为小于2微米，图7A到7D中说明的方法便良好地适合于制造极窄的梁。事实上，对于许多应用，0.1到2.0微米的厚度范围是相当合适的。常规光刻将图7A、7B和7C中所示的经图案化特征限于大得多的尺寸，例如允许不小于2微米或5微米的最小解析特征。
[0117]图7D描绘在上述过程中的释放步骤之后形成从而产生具有高纵横比的横截面的顺应性梁的快门组合件700的等距视图。只要第二牺牲层的厚度例如大于快门材料的厚度的4倍，梁高度与梁宽度的所得比率便将产生为类似比率，即，大于4:1。
[0118]上文未说明但被包含作为得到图7C的过程的部分的任选阶段涉及侧壁梁材料的各向同性蚀刻，以使顺应性负载梁720与顺应性驱动梁718分离或解耦。举例来说，点724处的快门材料已通过使用各向同性蚀刻从侧壁移除。各向同性蚀刻是蚀刻速率在所有方向上相同使得例如点724等区中的侧壁材料不再受保护的蚀刻。各向同性蚀刻可在典型的等离子蚀刻设备中实现，只要不将偏置电压施加到衬底即可。各向同性蚀刻也可使用湿式化学或气相蚀刻技术来实现。在此任选的第四掩蔽和蚀刻阶段之前，侧壁梁材料围绕模具703中的凹入特征的周边基本上连续地存在。第四掩蔽和蚀刻阶段用以分离和划分侧壁材料，从而形成相异的梁718和720。通过光致抗蚀剂施配和经由掩模的暴露的第四过程实现点724处的梁的分离。在此情况下的光致抗蚀剂图案经设计以保护侧壁梁材料以防在除了分离点724之外的所有点处的各向同性蚀刻。
[0119]作为侧壁过程中的最终阶段，在侧壁梁的外侧表面周围沉积囊封电介质。
[0120]为了保护在模具703的侧壁709上沉积的快门材料且产生具有大体上均匀横截面的侧壁梁716、718和720，可遵循一些特定的过程方针。举例来说，在图7B中，可使侧壁709尽可能垂直。侧壁709和/或暴露表面处的斜坡变得容易经受各向异性蚀刻。在一些实施方案中，可以各向异性方式，通过图7B的图案化步骤，即第二牺牲材料705的图案化，来产生垂直侧壁709。结合第二牺牲层705的图案化使用额外光致抗蚀剂涂层或硬掩模使得可在第二牺牲材料705的各向异性蚀刻中采用激进的等离子和/或高衬底偏置，而无需担心光致抗蚀剂的过量磨损。垂直侧壁709也可在可光成像牺牲材料中产生，只要在UV暴露期间谨慎控制焦点深度且在抗蚀剂的最终固化期间避免过量收缩即可。
[0121]在侧壁梁处理期间有帮助的另一过程规范涉及快门材料沉积的共形性。模具703的表面优选覆盖有类似厚度的快门材料，无论那些表面的定向如何(垂直或水平)。此共形性可在以化学气相沉积技术(CVD)进行沉积时实现。特定来说，可采用以下共形技术:等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、低压力化学气相沉积(LPCVD)和原子或自限制层沉积(ALD)。在以上CVD技术中，与使表面暴露于源原子的定向通量相比，薄膜的生长速率可受到表面上的反应速率限制。在一些实施方案中，在垂直表面上生长的材料的厚度为在水平表面上生长的材料的厚度的至少50%。替代地，在提供在镀敷之前涂覆表面的金属晶种层之后，可通过无电镀敷或电镀敷从溶液共形地沉积快门材料。
[0122]得到图7D中的快门组合件700的过程为4掩模过程，意味着所述过程并入有4个相异的光刻阶段，其中通过经由光掩模照射所要图案来暴露光敏聚合物。也称为掩蔽步骤的光刻阶段属于MEMS装置的制造中最昂贵的阶段，且因此希望产生具有减少数目的掩蔽步骤的制造过程。
[0123]图8展示并入有环状驱动梁的快门组合件852的平面图。环状驱动梁形成双顺应性致动器组合件854的部分。双顺应性致动器组合件854类似于为图4A和4B的快门组合件400设计的致动器404起作用。致动器组合件854包含顺应性驱动梁856和857以及顺应性负载梁858和859。负载梁858和859在一端上支撑快门860，且在另一端分别附接到负载梁锚固件862和863。驱动梁856和857经成形为环。驱动梁856和857的每一端附接到共同锚固件864。沿着环，存在引出梁的区段，其大体上平行于同一梁的返回区段。这两个环区段的长度相等。当在侧壁梁过程中形成时，将趋于使驱动梁856和857的引出区段变形的应力将与沿着梁的返回区段的应力成镜像或相反。
[0124]构成驱动梁856和857的顺应性梁可使用相对于图7A到7D中描绘的快门组合件700描述的仅前三个掩蔽阶段来完全界定。其中使驱动梁与负载梁分离的第四光刻阶段不用以制造梁856和857。所述环完全封闭或形成空间的边界周围的外围。由于环中没有终止(如针对封闭空间周围的边界所预期)，因此不需要第四光刻阶段。
[0125]为了完全消除第四掩模，寻求一种方法，借助所述方法，将结构中的其它顺应性梁也制作为并入类似于环的形状。侧壁梁的终止不是必要的，只要所述梁形成完全封闭空间的边界即可。快门组合件852中的负载梁858终止于负载梁锚固件862处，且因此在此实施方案中，第四掩蔽阶段用以使梁858终止于锚固件862处。
[0126]图9展示根据3掩模过程建置的快门组合件900的等距视图。也就是说，快门组合件900可使用仅三个掩蔽步骤来制造。这3个掩蔽步骤称为锚固件界定步骤、模具界定步骤以及快门界定步骤，用以分别将图案形成到第一牺牲层、第二牺牲层和快门材料中。如相对于快门组合件700描述，顺应性梁形成于模具的侧壁(也称为第二牺牲层)处。快门组合件900可使用3掩模过程来制造，因为梁经设计为封闭模具中的特征的外围的闭合边界。
[0127]快门组合件900包含快门902、加劲肋部903、负载梁904、负载梁锚固件906、驱动梁908以及驱动梁锚固件910。驱动梁908形成为环，其在锚固件910处附接到衬底。驱动梁908封闭环内的空间。快门组合件另外包含外围梁912以及外围锚固件914。负载梁904和驱动梁908 —起形成一组顺应性致动器梁。当在这两个梁之间强加电压时，致使快门在打开与关闭位置之间移动。
[0128]负载梁904从快门延伸到负载梁锚固件906。外围梁从负载梁锚固件906延伸到外围锚固件914。外围梁还将外围锚固件914连接在一起。在一些实施方案中，外围梁912在快门组合件900内不起到主动机械功能或光学功能。外围梁912用以延伸负载梁904的几何形状以使得这些顺应性梁可变为连接的。负载梁904和外围梁912 —起形成完全封闭空间的边界。
[0129]图10展示适合于图9的快门组合件900的制造的实例性模具1000。模具1000由第二牺牲材料形成，且作为快门组合件900的制造中的2D光刻步骤的部分而图案化。图10展示在快门材料已沉积之前的模具1000。快门902的轮廓因此在图10中未呈现。然而模具1000包含肋部凹痕1003，其将用以对快门组合件900中所示的加劲肋部进行成形。
[0130]模具1000 —般包含3种表面。模具1000包含其上将形成顺应性梁的侧壁，以及上部和下部表面。模具的下部表面是由形成模具1000的第一和第二牺牲材料之间的界面形成的水平表面。模具的上部表面是在距下伏衬底最远的平面中的水平表面。
[0131]模具1000 —般界定两种形状，其两者由其上可形成顺应性梁的侧壁封闭或限定。如本文使用的台面(mesa)是由模具侧壁封闭的模具材料的存在所界定的空间。如本文使用的凹口(recess)是由模具侧壁封闭的模具材料不存在的空间界定。
[0132]模具1000包含台面形状1008。封闭台面1008的侧壁用以形成驱动梁908。驱动梁将进而具有无终止的环的形状。
[0133]模具1000还包含凹口 1004。封闭此凹口 1004的侧壁用以形成负载梁904。
[0134]模具1000还包含负载梁锚固件孔1006。负载梁锚固件孔1006在先前阶段中作为第一牺牲层的部分形成。模具1000还包含驱动梁锚固件孔1010。
[0135]快门组合件900中的负载梁904和驱动梁908两者因此形成为完全封闭空间的边界。所述空间由模具1000中的台面形状或凹口形状中的一者形成。形成负载梁904和驱动梁908的形状的边界不相交。用于驱动梁908的环完全封闭于形成负载梁904的环内。
[0136]如上文陈述，例如快门组合件900等一些快门组合件展现出即使在关闭位置中也允许光无意中从孔隙逸出的倾向。上文识别的光泄漏源可部分地通过对快门设计的修改来解决。如关于图11到14将描述，由光从关闭快门的下侧的反射所致的光泄漏可通过将肋部或凹陷引入到快门中来减轻，所述肋部或凹陷相对于快门的光阻挡部分的大小和/或对应孔隙层孔隙的大小来说相对大。这些肋部还有利地增加快门的硬度且防止弯曲。通过用沿着快门的长度延伸的肋部代替快门孔隙内的垂直壁，也在图11到14中描述，可减轻光泄漏而不会牺牲快门刚性。如关于图16A到19将描述，由于折射所致的光泄漏可通过使快门的各种周边表面成角度以使得其既不平行于也不垂直于显示器法线来减轻。
[0137]图11展示另一实例性快门组合件1100的俯视图。快门组合件1100包含快门1102、两个静电致动器1104，以及在衬底1108上支撑快门1102和致动器1104的锚固件1106。类似于快门903，快门1102包含一组肋部凹痕，也称为凹陷。更特定来说，快门1102包含四个横向凹陷1110和两个纵向凹陷1112。
[0138]横向凹陷1110延伸经过快门1102，其具有垂直于快门1102的运动方向的长度。其长度平行于一组快门孔隙1114而延伸，所述快门孔隙形成到快门1102中以在快门1102处于打开位置时允许光通过。快门孔隙1114形成于快门的大体上平面表面1115中。大体上平面表面1115对应于快门的形成于对应模具的最外表面上的部分。
[0139]与图9的快门902的肋部凹痕903相比，快门1102的横向凹陷1110延伸达快门的相邻边缘之间的距离的实质部分。在一些实施方案中，横向凹陷1110占快门边缘之间的距离的至少大约50%，所述距离例如为快门1102的外部周边边缘与最靠近的快门孔隙1114的边缘之间的距离Cl1，或相邻快门孔隙的边缘之间的距离d2。在一些其它实施方案中，横向凹陷1108的宽度占快门边缘之间的距离的至少大约50 %、至少大约60 %、至少大约70 %或至少大约80%。横向凹陷1110和1112可进一步特征在于其深度与宽度纵横比。在一些实施方案中，横向凹陷1110和1112的深度与宽度比为至少大约1: 1、小于大约2:3，或小于大约1:2。如下文进一步描述，相对宽的凹陷用以防止在处于关闭位置时从快门的下侧反射离开的光朝向并入有快门1102的显示器的前方反射回且潜在地反射出所述显示器。
[0140]纵向凹陷1112具有平行于快门1102的运动方向的长度。其位于快门1102的侧边缘与快门孔隙1112的侧边缘之间，且因此可称为“侧肋部”或“侧凹陷”。类似于横向凹陷1110，纵向凹陷1110的宽度占快门的边缘与快门孔隙1114的边缘之间的距离的实质部分。在一些实施方案中，纵向凹陷1112延伸快门1102的大体上整个长度。在一些其它实施方案中，纵向凹陷1112较短。在一些其它实施方案中，快门可沿着快门1102的长度在给定侧上一个接一个地包含多个纵向凹陷1112。
[0141]大体上，纵向凹陷1112对快门1102提供额外硬度，从而帮助防止快门1112的变形。在快门组合件900的快门902中通过穿过快门孔隙905的垂直壁909来提供类似硬度。然而，在这些垂直壁909的基底处存在开口，从而提供较高角度光即使在关闭位置中也会泄漏通过快门902的机会。通过以纵向凹陷1112的形式将垂直壁移动到孔隙的外部，快门1102能够获得类似程度的硬度，同时避免潜在的光泄漏。
[0142]如上文提到，每一凹陷个别地占快门边缘之间的距离的实质部分。在一些实施方案中，所述凹陷还共同地占快门的光阻挡部分的总面积(即，快门1102的排除快门孔隙1112的面积)的实质部分。在一些实施方案中，凹陷占快门1102的光阻挡部分的面积的至少50%。在一些其它实施方案中，凹陷1110和1112占快门1102的光阻挡部分的面积的至少60%、至少70%、至少80%或更多。
[0143]图12展示另一实例性快门组合件1200的等距视图。快门组合件1200包含快门1202、两个静电致动器1204，以及在衬底1208上支撑快门1202和致动器1204的锚固件1206。在图12中，不同于图11中描绘的快门1102，快门1202包含围绕三个快门孔隙1212的一个连续凹陷1207。虽然不具有相异的横向和纵向凹陷，但连续的凹陷1207可视为具有横向和纵向凹陷部分。类似于图11中描绘的快门1102的相异的横向凹陷1110和纵向凹陷1112，连续凹陷1207的横向和纵向部分中的每一者占快门的相邻边缘之间的距离的实质部分。在各种实施方案中，凹陷部分可占相邻快门边缘之间的距离的至少50%、至少60%、至少70%、至少80%或更多。另外，在一些实施方案中，连续凹陷1207的横向部分的纵横比小于大约1: 1、小于大约2:3，或小于大约1:2。
[0144]图13展示包含图12的快门组合件1200的实例性显示设备1300的一部分的横截面。显示设备1300是根据MEMS向下配置来建置，且快门组合件1200处于关闭位置。在图12的线A-A’处取得横截面。
[0145]参见图12和13，显示设备1300包含孔隙板1350、背光1352，以及用于将光引入到背光1352中的光源1354。另外，在衬底1210上沉积黑色基质(图12中未图示)以改善对比度。孔隙板1350包含孔隙层1356，其界定孔隙1358，光可通过所述孔隙朝向显示器的前方退出背光1352以由快门组合件1200调制。在一些实施方案中，孔隙层1356包含面向后的反射层和面向前的光吸收层。
[0146]在显示设备1300中，快门组合件1200的连续凹陷1207朝向其建置于其上的衬底1210突出，使得连续凹陷1207朝向孔隙层1356开放。在此配置中，当快门1202处于关闭位置时，在大多数角度下通过孔隙层1356退出的光在连续凹陷1207的内表面上照射到快门1202。因此，在此光可朝向显示设备1300的前方反射回之前，其可能反射离开凹陷1207的至少一个(如果不是两个)额外内表面。由于快门1202不是从高度反射性材料制造，因此每次反射均吸收剩余光能的实质部分，进而显著减少可能潜在地泄漏出显示设备1300的光量。
[0147]如图13中描绘，连续凹陷1207的宽度(Wd)相对于孔隙的宽度(Wa)来说相对较大。如所描绘，Wd大于Wa。在一些其它实施方案中，WdS Wa的大小的至少50%。在一些其它实施方案中，WdS Wa的至少60%、至少70%或至少80%。Wd相对于Wa的相对大的大小有助于促进通过孔隙的光接触凹陷1307的内表面。
[0148]图14展不另一实例性显不设备1400的一部分的横截面。显不设备1400大体上类似于图1400的显示设备1400，但显示设备1400是以MEMS向上配置来建置。也就是说，显示设备1400中包含的快门组合件(快门组合件1402)直接形成于孔隙板1404上，而不是相对的衬底上，如图14中描绘。类似于快门组合件1300，快门组合件1402包含具有连续凹陷的快门1406，所述连续凹陷具有围绕若干快门孔隙1408的横向凹陷部分和纵向凹陷部分。仅横向凹陷部分1410在图14中的横截面中可见。
[0149]在图11到14中，快门组合件中的每一者中包含的凹陷包含大体上垂直侧壁，所述侧壁具有与其建置于其上的衬底的表面平行或垂直的表面。在一些其它实施方案中可采用其它凹陷形状。另外，所描绘的快门组合件中的每一者仅在任一对相邻快门边缘之间包含单个凹陷(或凹陷部分)。在一些其它实施方案中，快门可在相邻快门边缘之间包含多个凹陷。在一些其它实施方案中，凹陷占少于上文表明的快门边缘之间的距离。
[0150]图15A到151展示适合于快门凹陷的实例性替代横截面形状。图15A到151中描绘的横截面形状中的每一者对应于图11中描绘的横截面B-B’的形状。
[0151]图15A展示具有倾斜壁的快门凹陷1500的横截面。图15B展示具有凹角倾斜壁的快门凹陷1510的横截面。图15C包含大体上圆形凹陷1520。
[0152]图15D和15E展示V形凹陷1530。虽然图15C中描绘的V形凹陷1530不占据快门边缘之间的距离的实质部分，但在一些其它实施方案中，V形凹陷可形成为具有浅得多的角度。此些浅V形凹陷可占此距离的实质部分。替代地，如图15E中描绘，快门可在两个相邻快门边缘之间包含多个V形凹陷1530。在图15E中，三个V形凹陷1530 —起占快门边缘之间的距离的实质部分。
[0153]图15F到151描绘在保持大体上水平和大体上垂直表面从而产生矩形凹陷1540时的替代快门横截面形状。图15F描绘包含多个相对低纵横比矩形凹陷1540的快门的一部分。图15G描绘具有从快门部分的中心偏移的矩形凹陷1540的快门的一部分。也就是说，矩形凹陷1540对快门边缘中的一者比另一者更靠近。图15H描绘具有中心矩形凹陷1540的快门部分，其在快门部分的任一边缘处具有垂直侧壁。图151展示在快门部分的任一端处具有两个矩形凹陷1540的快门部分。大体上平面表面使矩形凹陷1540分离。
[0154]图15A到151中描绘的替代快门横截面形状中的每一者可使用类似于上文关于图7A到7D描述的制造过程的制造过程来实现。具体来说，在一些实施方案中，包含所描绘快门部分的快门是通过对沉积到两层模具上的结构材料进行图案化和蚀刻来形成。当放置于MEMS向下定向中(S卩，图15A到151中描绘的定向中)时，沉积在模具的最上部表面上的材料用作快门部分的下表面。相应凹陷的底部由沉积于两个模具层之间的界面处的材料形成。模具中形成的形状可使用标准光图案化和蚀刻工艺来形成。举例来说，可通过使用半色调或高能量光束敏感玻璃掩模来改变暴露光进入模具材料的穿透来图案化上部模具层，而实现倾斜壁凹陷1500或V形凹陷1530的有角度表面。例如凹角壁快门凹陷1510等其它形状可通过使用剥离工艺中常用的凹角模具材料来实现。
[0155]15H中描绘的快门部分提供额外优点，在于快门部分的边缘在退出背光的光的直接路径之外。如上文指示，在一些实施方案中，本文揭示的快门由若干材料层形成，包含内部金属层。如果此些快门的边缘大体上平行于上部或下部模具层，那么在制造快门时使用的各向异性蚀刻过程和/或释放过程可移除在那些边缘处的外部快门层的部分，从而暴露下伏内部金属层。
[0156]暴露的快门边缘可朝向显示设备的前方折射高角度入射光。图14中描绘此折射现象。在图14中，光1450朝向显示设备1400的前方折射离开快门1402的最右边部分的边缘。为了防止此光退出显示器，进而减少显示器的对比率，施加显示设备1400的黑色基质1460以大体上以重叠O来重叠快门1402的边缘。虽然此重叠防止由折射现象所致的光泄漏，但其减少了孔径比和可从显示器发射的角度范围。如图15H中描绘，将快门边缘定位于高角度光的路径之外可减少且在一些情况下消除从快门边缘折射离开的光泄漏的可能，进而消除黑色基质重叠的理由。因此，包含此些快门的显示器可扩展黑色基质中的开口，从而提供增加的视角和较亮的显示器。
[0157]图16A展示具有成角度周边表面的实例性快门1600的俯视图。图16B展示图16A的快门1600的横截面。在图16A的线C-C’处取得横截面。参见图16A和16B，快门1600包含围绕两个快门孔隙1604的连续凹陷1602。快门1600包含两种类型的成角度周边表面，成角度外部周边表面1606和两个成角度快门孔隙周边表面1608(围绕每一快门孔隙1604 一个)(统称为“成角度周边表面1606和1608”)。成角度周边表面1606和1608在与连续凹陷1602相同的方向上远离快门的最上部表面1610向下成角度。在图16A和16B两者中，快门1600是从快门将如何在模具中形成的视角来描绘。因此，在一些实施方案中，当引入到显示设备中时，快门1600将被翻转以使得连续凹陷1602将朝向显示设备的后方打开，且成角度周边表面1606和1608将朝向显不设备的前方延伸。
[0158]在一些实施方案中，成角度周边表面1606和1608在快门1600的平面的大约20度与大约70度之间成角度。在一些实施方案中，成角度周边表面1606和1608在快门的平面的大约40度与大约50度之间成角度。在一些其它实施方案中，成角度周边表面1606和1608在快门的平面的45度处成角度。大体上，所选择的角度随着以下各项中的一或多者而变:连续凹陷1602的宽度，在快门1600处于关闭位置时成角度周边表面1606和1608与孔隙层的对应部分重叠的程度，以及伴随的黑色基质的尺寸。在一些实施方案中，外部周边表面1606在与快门孔隙周边表面1608相同的角度处成角度。在一些其它实施方案中，外部周边表面1606在与快门孔隙周边表面1608不同的角度处成角度。在快门1600的再一些其它实施方案中，仅外部周边表面1606或仅快门孔隙周边表面1608成角度。
[0159]在此实施方案中，连续凹陷1602的壁是大体上垂直或正交于快门1600的平面。在一些实施方案中，连续凹陷1602的壁也成角度。
[0160]图17展示用于形成具有成角度周边表面的实例性快门的模具1700的实例性横截面。举例来说，模具1700可用以形成图16A和16B的快门1600。参见图16A、16B和17，不同于上文例如关于图7A到7C或图10描述的包含处于两个层级的水平表面的模具，模具1700包含处于三个层级的水平表面。但模具1700仍由仅两个模具材料层制成，且因此可仍使用仅两个图案化步骤来完全图案化。下部层级水平表面1702对应于下部模具材料1704与上部模具材料1706之间的界面1703。在这些下部层级水平表面1702上形成快门1600的连续凹陷1602的底层。中间层级水平表面1708对应于将经蚀刻以形成快门孔隙1604和快门之间的空间的区域。最上部水平表面1710对应于其上形成快门1600的最上部表面1610的区域。
[0161]图18展示包含具有成角度周边表面的快门1802的实例性显示设备1800的一部分的横截面。显示设备1800是根据MEMS向上配置来建置，其中快门1802处于关闭位置。
[0162]快门1802是形成于孔隙板1850上的快门组合件1803的部分。显示设备1800还包含背光1852,以及用于将光引入到背光1852中的光源1854。另外,在盖板1810上沉积黑色基质1855以改善对比度。孔隙板1850包含孔隙层1856，其界定孔隙1858，光可通过所述孔隙朝向显示设备1800的前方退出背光1852以由快门组合件1803调制。在一些实施方案中，孔隙层1856包含面向后的反射层和面向前的光吸收层。
[0163]在显示设备1800中，快门1802包含连续凹陷1807，其朝向盖板1810突出以使得凹陷1807朝向孔隙层1856开放。在此配置中，当快门1806关闭时，在大多数角度下通过孔隙层1856退出的光在连续凹陷1807的内表面上照射到快门1802。因此，在此光可朝向显示设备1800的前方反射回之前，其可能反射离开连续凹陷1807的至少一个(如果不是两个)额外内表面。
[0164]如图18中描绘，连续凹陷的宽度(Wd)相对于孔隙的宽度(Wa)来说相对较大。虽然在所描绘实施方案中Wd小于Wa，但Wd仍为Wa的大小的至少80%。在一些其它实施方案中，Wd为Wa的大小的至少50%。在一些其它实施方案中，Wd为Wa的至少60%或至少70%。在再其它实施方案中，Wd大于Wa。Wd相对于Wa的相对大的大小有助于促进通过孔隙的光接触凹陷1807的内表面。
[0165]与图14的显示设备1400相比，显示设备1800的快门组合件1803包含具有成角度周边表面1812的快门1802。因此，快门1802的边缘在从图14的显示设备中的快门1307的边缘折射离开的高角度光的路径之外。因此，显示设备1800放弃黑色基质1855与快门1802的边缘之间的重叠。而是，在一些实施方案中，黑色基质1855的边缘与快门1802的边缘大体上对准。
[0166]图19展示包含具有成角度周边表面的快门1902的另一实例性显示设备1900的一部分的横截面。显示设备1900是根据MEMS向上配置来建置，其中快门1902处于关闭位置。与图18的显示设备1800的快门1802相比，快门1902包含两个连续凹陷1904。另外，每一凹陷1904的一个壁用作成角度周边表面，因为凹陷延伸直到快门1902的边缘。而且，快门1902的成角度表面朝向显示设备1900的后方而不是朝向前方延伸。直到快门的边缘定位的凹陷尤其有效地截留光。而且，通过使快门1902的边缘成角度以形成成角度周边表面，光较不可能朝向显示设备1900的前方折射。
[0167]图20展示包含具有成角度周边表面的快门2002的另一实例性显示设备2000的一部分的横截面。显示设备2000是根据MEMS向上配置来建置，其中快门2002处于关闭位置。与图19的显示设备1900的快门1902相比，快门2002包含由成角度周边表面2006界定的仅单个较大连续凹陷2004，所述成角度周边表面形成快门的外壁且围绕快门孔隙。类似于图19的快门1902，快门2002的成角度表面2006朝向显示设备2000的后方而不是朝向前方延伸。延伸直到快门的边缘的凹陷2004尤其有效地截留光。而且，通过使快门2002的边缘成角度以形成成角度周边表面2006，光较不可能朝向显示设备2000的前方折射。
[0168]结合本文揭示的实施方案描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的可互换性已大体上在功能性方面描述且在上述各种说明性组件、块、模块、电路和过程中说明。此功能性以硬件还是软件实施取决于特定应用和强加于总体系统的设计约束。
[0169]结合本文揭示的方面描述的用以实施各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理设备可以通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文描述的功能的任一组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器，或可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器，或任何其它此类配置。在一些实施方案中，特定过程和方法可由特定于给定功能的电路执行。
[0170]在一或多个方面中，所描述功能可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含本说明书中揭示的结构及其结构等效物)或其任一组合来实施。本说明书中描述的标的物的实施方案也可实施为编码于计算机存储媒体上的一或多个计算机程序，即计算机程序指令的一或多个模块，以用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。
[0171]所属领域的技术人员可容易明了对本发明中描述的实施方案的各种修改，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下可将本文界定的一般原理应用于其它实施方案。因此，权利要求书既定不限于本文展示的实施方案，而是应被赋予与本发明、本文揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
[0172]另外，所属领域的技术人员将容易了解，术语“上部”和“下部”是为便于描述图式而有时使用，且指示对应于图式在适当定向页上的定向的相对位置，且可能不反映所实施的任一装置的适当定向。
[0173]在本说明书中在分开的实施方案的上下文中描述的某些特征也可在单个实施方案中组合地实施。相反，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征也可分开地在多个实施方案中或以任一合适的子组合来实施。而且，虽然上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至初始如此主张，但来自所主张组合的一或多个特征在一些情况下可从所述组合排除，且所主张组合可针对子组合或子组合的变型。
[0174]类似地，虽然在图中以特定次序描绘操作，但这不应理解为要求以所展示的特定次序或以循序次序执行此些操作或要求执行所有所说明操作来实现合意的结果。此外，图式可以流程图的形式示意性描绘一或多个实例性过程。然而，在示意性说明的实例性过程中可并入未描绘的其它操作。举例来说，可在所说明操作中的任一者之前、之后、同时或之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务和并行处理可为有利的。而且，在上述实施方案中各种系统组件的分离不应理解为在所有实施方案中都要求此种分离，且应了解，所描述的程序组件和系统一般可共同集成于单个软件产品中或封装到多个软件产品中。另夕卜，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中陈述的动作可以不同次序执行且仍实现合意的结果。
【权利要求】
1.一种显示设备，其包括: 背光; 孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及 微机电系统MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像，所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有: 光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面；以及形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷，其中所述至少一个凹陷的宽度占使所述快门的两个边缘分离的距离的至少50%但小于100%。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷朝向所述孔隙层开放。
3.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷具有长度、宽度和深度，使得所述宽度大于所述深度。
4.根据权利要求1所述的显示设备，其中: 所述快门进一步包含用于在打开位置中允许光通过所述快门的快门孔隙；且 所述快门的所述两个边缘包含所述快门的外部周边边缘和所述快门孔隙的边缘。
5.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述快门在所述快门的边缘的所述外部周边与所述快门孔隙的所述边缘之间包含至少两个凹陷。
6.根据权利要求1所述的显示设备，其中: 所述快门进一步包括用于在打开位置中允许光通过所述快门的快门孔隙；且侧凹陷定位于所述快门孔隙与所述快门的一侧之间以使得所述凹陷的所述长度垂直于所述快门孔隙的长度。
7.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷包含至少一个纵向凹陷部分和至少一个横向凹陷部分。
8.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述快门包含相对于所述显示器的法线具有至少大约20度的角度的周边表面。
9.根据权利要求8所述的显示设备，其中所述周边表面相对于所述显示器法线的所述角度小于大约70度。
10.根据权利要求1所述的显示设备，其中形成于所述光阻挡部分中的所述至少一个凹陷比所述孔隙层中的对应孔隙宽。
11.一种显示设备，其包括: 背光; 孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及 微机电系统MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像，所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有: 光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面； 快门孔隙，其用于在打开位置中允许光通过所述快门；以及 形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷，其中所述至少一个凹陷定位于所述孔隙与所述快门的第一侧之间以使得所述凹陷的长度垂直于所述快门孔隙的长度。
12.根据权利要求11所述的显示设备，其包含定位于所述孔隙与所述快门的第二侧之间的至少第二凹陷，所述第二侧连接到所述第一侧，使得所述第二凹陷的长度平行于所述孔隙的所述长度。
13.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷的宽度占据所述快门的所述光阻挡部分的面积的至少50%。
14.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷具有长度、宽度和深度，使得所述宽度大于所述深度。
15.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述光阻挡部分中的所述至少一个凹陷朝向所述孔隙层开放。
16.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷包含至少一个纵向凹陷部分和至少一个横向凹陷部分。
17.根据权利要求11所述的显示设备，其中形成于所述光阻挡部分中的所述至少一个凹陷比所述孔隙层中的对应孔隙宽。
18.根据权利要求11所述的显示设备，其中所述快门包含相对于所述显示器的法线具有至少大约20度的角度的周边表面。
19.根据权利要求18所述的显示设备，其中所述周边表面相对于所述显示器法线的所述角度小于大约70度。
20.—种显示设备，其包括: 背光; 孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及 微机电系统MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像，所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有: 光阻挡部分，其具有面对孔隙层的表面和面对前方的表面；以及 形成于所述光阻挡部分中的至少一个凹陷，其中所述至少一个凹陷比所述孔隙层中的对应孔隙宽。
21.根据权利要求20所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷具有长度、宽度和深度，使得所述宽度为所述深度的至少1.5倍。
22.根据权利要求20所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷的宽度占据所述快门的所述光阻挡部分的面积的至少50%。
23.根据权利要求20所述的显示设备，其中所述至少一个凹陷包含至少一个纵向凹陷部分和至少一个横向凹陷部分。
24.根据权利要求20所述的显示设备，其中所述快门包括相对于所述显示器的法线具有至少大约20度的角度的周边表面。
25.根据权利要求24所述的显示设备，其中所述周边表面相对于所述显示器法线的所述角度小于大约70度。
26.—种显不设备,其包括: 背光; 孔隙层，其定位于所述背光的前方且界定多个孔隙；以及 微机电系统MEMS光调制器，其经配置以调制由所述背光发射的通过所述孔隙的光以在所述显示设备上形成图像，所述MEMS光调制器包含快门，所述快门具有光阻挡部分，所述光阻挡部分主要垂直于显示器法线，且具有相对于显示器法线在20度与70度之间成角度的至少一个周边表面。
27.根据权利要求26所述的显示设备，其中所述至少一个周边表面包含紧邻于所述快门的外部周边的表面。
28.根据权利要求27所述的显示设备，其中所述快门包括具有快门孔隙周边的快门孔隙，且所述至少一个周边表面包含紧邻于所述快门孔隙周边的表面。
29.根据权利要求26所述的显示设备，其中所述至少一个周边表面朝向所述孔隙层成角度。
30.根据权利要求26所述的显示设备，其中所述至少一个周边表面远离所述孔隙层成角度。
31.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述凹陷从所述快门的所述两个边缘之间的中心位置偏移，使得所述凹陷到所述两个边缘中的一者比到所述两个边缘中的另一者更A+-.、r—罪近。
32.根据权利要求1所述的显示设备，其进一步包括 处理器，其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。
33.根据权利要求32所述的显示设备，其进一步包括: 驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述MEMS光调制器和所述背光中的一者；且其中 所述处理器进一步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。
34.根据权利要求32所述的显示设备，其进一步包括: 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。
35.根据权利要求20所述的显示设备，其中所述凹陷从快门孔隙边缘与所述快门的周边边缘之间的中心位置偏移。
【文档编号】G02B26/02GK104350410SQ201380029042
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2012年6月1日
【发明者】乔伊·H·吴, 石健如, 马克·B·安德森, 贾斯珀·洛德维克·斯泰恩, 蒂莫西·J·布罗斯尼汉 申请人:皮克斯特隆尼斯有限公司