包含双致动轴机电系统光调制器的显示器设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案
[0002] 本专利申请案主张于2012年12月28日提出申请的标题为"包含双致动轴机 电系统光调制器的显示器设备OISPLAYAPPARATUSINCLUDINGDUALACTUATIONAXIS ELECTROMECHANICALSYSTEMSLIGHTMODULATORS) " 的第 61/746, 881 号美国临时专利 申请案的优先权，且主张于2013年3月14日提出申请的标题为"包含双致动轴机电 系统光调制器的显示器设备OISPLAYAPPARATUSINCLUDINGDUALACTUATIONAXIS ELECTROMECHANICALSYSTEMSLIGHTMODULATORS)" 的第 13/829, 254 号美国实用申请案的 优先权。以上所提及的申请案中的每一者皆受让于本申请案的受让人且借此以引用方式明 确地并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及显示器的领域，且确切地说，涉及包含具有多个移动轴的多状态光调 制器的微机电系统（MEMS)显示器。
【背景技术】
[0004] 某些基于机电系统（EMS)的光调制器可以二态方式有效地调制光（S卩，在亮状态 与暗状态之间进行切换）。举例来说，基于EMS的快门可迅速地在光透射状态与光阻挡状态 之间进行切换。然而，存在可以可靠地达成全暗状态与全亮状态之间的离散部分透射状态 的几个基于EMS的光调制器。
[0005] 因此，并入有基于EMS的光调制器的显示器往往通过将光调制器驱动到一系列子 帧中的亮状态或暗状态中而使用时分原理产生不同灰阶值。即使将此些子帧加权，此些显 示器可仍需要产生每图像帧大数目个子帧以获得所期望的灰度阶粒度。
【发明内容】
[0006] 本发明的系统、方法及装置各自具有数项发明方面，所述方面中的任何一项方面 皆不单独地负责本文中所揭示的期望属性。
[0007] 本发明中所阐述的标的物的一项发明方面可实施于一种设备中，所述设备包含衬 底、快门、第一致动器及第二致动器。所述快门邻近于所述衬底定位且经配置以选择性地阻 碍穿过所述衬底的光学路径。所述第一致动器机械耦合到所述快门的第一端且经配置以用 于使所述快门在实质上平行于由所述衬底界定的平面的平面中沿着第一轴沿第一方向移 动，借此将所述快门从第一状态移动到第二状态。所述第二致动器邻近所述快门定位且经 配置以使所述快门沿着第二轴沿第二方向移动。所述第二轴实质上正交于所述第一轴且也 在实质上平行于由所述衬底界定的所述平面的平面内。使所述快门沿着所述第二轴移动将 所述快门移动到第三状态中。在某些实施方案中，所述第二致动器包含与所述快门间隔开 且与所述快门机械分离的电极。
[0008] 在某些实施方案中，所述设备包含第三致动器。所述第三致动器可机械耦合到所 述快门且经配置以使所述快门沿着所述第一轴沿与所述第一方向相反的第三方向移动，借 此将所述快门移动到所述第一状态中。在某些其它实施方案中，所述设备包含弹簧，所述弹 簧机械耦合到所述快门以沿着所述第一轴沿与所述第一方向相反的第三方向将恢复力施 加到所述快门以用于将所述快门往回移动到所述第一状态中。
[0009] 在某些其它实施方案中，所述第三致动器可包含在所述快门的与所述第二致动器 相对的一侧上与所述快门间隔开且与所述快门机械分离的致动器，用于将所述快门移动到 第四状态中。在某些实施方案中，与所述第二致动器的所述快门间隔开的所述电极与所述 快门间隔开达第一距离，且所述第三致动器的与所述快门间隔开的电极与所述快门间隔开 达第二距离。
[0010] 在某些实施方案中，所述第一状态为光透射状态，所述第二状态为其中所述快门 阻碍穿过所述衬底的所述光学路径的光阻挡状态，且所述第三状态包括其中所述快门仅部 分地阻碍所述光学路径的部分光透射状态。在某些实施方案中，在所述部分光透射状态中， 所述快门阻挡所述光学路径中的光的约25%、约33%或约50%中的一者。
[0011] 在某些实施方案中，所述第一致动器由包含可扩展部分的柔性横梁耦合到所述快 门。在某些其它实施方案中，所述快门包含垂直于所述衬底的所述平面的至少一个表面。在 某些此类实施方案中，所述快门的垂直于所述衬底的所述平面的所述表面可形成所述快门 的周界的一侧，且所述快门充当所述第二致动器的电极。
[0012] 在某些实施方案中，所述快门、所述第一致动器及所述第二致动器形成显示元件 的一部分，且所述设备包含显示器，所述显示器包含显示元件阵列。所述设备还可包含：处 理器，其经配置以与所述显示器通信且处理图像数据；及存储器装置，其经配置以与所述处 理器通信。在某些实施方案中，所述设备包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器 的驱动器电路，且控制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。在某些实施方案中，所述设备还包含经配置以将所述图像数据发送到所述处理器的 图像源模块。所述图像源模块可包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。在又某些其 它实施方案中，所述设备包含经配置以接收输入数据且将所述输入数据传递到所述处理器 的输入装置。
[0013] 本发明中所阐述的标的物的另一发明方面可实施于一种设备中，所述设备包含： 衬底；用于选择性地阻碍穿过所述衬底的光学路径的装置；用于使所述光阻碍装置在实质 上平行于由所述衬底界定的平面的平面中沿着第一轴沿第一方向移动借此将所述光阻碍 装置从第一状态移动到第二状态的装置；及用于使所述光阻碍装置沿着第二轴沿第二方向 移动借此将所述光阻碍装置移动到第三状态中的装置。所述第二轴实质上正交于由所述衬 底界定的所述平面中的所述第一轴。
[0014] 在某些实施方案中，所述设备包含用于使所述快门沿着所述第一轴沿与所述第一 方向相反的第三方向移动以用于将所述光阻碍装置往回移动到所述第一状态中的装置。在 某些其它实施方案中，所述设备包含用于沿着所述第一轴沿与所述第一方向相反的第三方 向将恢复力施加到所述光阻碍装置借此将所述光阻碍装置移动到所述第一状态中的恢复 装置。在某些其它实施方案中，所述设备可包含用于将所述光阻碍装置移动到第四状态中 的装置。所述第三及第四状态可为相异的部分光阻碍状态。
[0015] 以下附图及说明中陈述本说明书中所阐述的标的物的一或多项实施方案的细节。 尽管主要就基于MEMS的显示器阐述本
【发明内容】
中所提供的实例，但本文中所提供的概念 可适用于其它类型的显示器（例如液晶显示器（IXD)、有机发光二极管（OLED)显示器、电泳 显示器及场发射显示器）以及其它非显示器的MEMS装置（例如MEMS麦克风、传感器及光 学切换器）。依据说明、图式及权利要求书将明了其它特征、方面及优点。注意，以下各图的 相对尺寸可不按比例绘制。
【附图说明】
[0016] 图1A展示实例直观式基于微机电系统（MEMS)的显示器设备的示意图。
[0017] 图1B展示实例主机装置的框图。
[0018] 图2展示实例基于快门的光调制器的透视图。
[0019] 图3A展示实例控制矩阵的示意图。
[0020] 图3B展示连接到图3A的控制矩阵的实例基于快门的光调制器阵列的透视图。
[0021] 图4A及4B展示实例双致动器快门组合件的视图。
[0022] 图5展示并入有基于快门的光调制器的实例显示器设备的截面图。
[0023] 图6展示供在显示器的MEMS下配置中使用的实例光调制器衬底及实例光圈板的 截面图。
[0024] 图7A到7C展示实例多状态快门组合件的平面图。
[0025] 图7D展示图7A到7C中所展示的多状态快门组合件的截面图。
[0026] 图8A到8C展示另一实例多状态快门组合件的平面图。
[0027] 图9展示实例控制矩阵的示意图。
[0028] 图10A到10C展示另一实例多状态快门组合件的平面图。
[0029] 图11A到11D展示另一实例多状态快门组合件的平面图。
[0030] 图12A到12D展示另一实例多状态快门组合件的平面图。
[0031] 图13及14展示包含多个显示元件的实例显示装置的系统框图。
[0032] 在各个图式中，相似元件符号及名称指示相似元件。
【具体实施方式】
[0033] 以下说明涉及用于阐述本发明的发明方面的目的的某些实施方案。然而，所属领 域的技术人员将易于认识到，可以众多不同方式来应用本文中的教示。所阐述实施方案 可实施于经配置以显示图像（无论是运动图像（例如视频）还是固定图像（例如静态图 像），且无论是文本图像、图形图像还是图片图像）的任何装置、设备或系统中。更特定来 说，预期所述所阐述实施方案可包含于以下多种电子装置中或与其相关联，例如但不限于： 移动电话、具有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、 BluetoothSD装置、个人数据助理（PDA)、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网 本、笔记本计算机、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 (GPS)接收器/导航仪、相机、数字媒体播放器（例如MP3播放器）、摄像机、游戏主控台、手 表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置（举例来说，电子阅读器）、计算 机监视器、汽车显示器（包含里程表及速度计显示器等）、驾驶舱控制件及/或显示器、相 机视图显示器（例如车辆中的后视相机的显示器）、电子相片、电子告示牌或标牌、投影仪、 建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、卡式记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无 线电设备、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、停车计时器、封装（例如在 包含微机电系统（MEMS)应用的机电系统（EMS)应用以及非EMS应用中）、美学结构（例如 一件珠宝或衣服上的图像显示器）及多种EMS装置。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、加速度计、陀螺仪、运动感测装置、 磁力计、消费型电子器件的惯性组件、消费型电子器件产品的零件、变容器、液晶装置、电泳 装置、驱动方案、制造过程及电子测试装备。因此，所述教示并不意欲限于仅绘示于所述图 中的实施方案，而是具有所属领域的技术人员将易于了解的宽广适用性。
[0034] 可靠多状态光调制器可由可沿着两个轴致动的快门形成。在某些实施方案中，第 一致动器可通过使快门在光透射穿过的光圈上方移动而沿着第一轴沿第一方向将快门从 光透射状态驱动到光阻碍状态。然后，第二致动器可在沿着正交轴的方向上驱动快门以部 分地不阻挡光圈，从而允许光的某一部分通过，而阻挡其余光。相对第三致动器或弹簧可用 于将快门返回到光透射位置。此些配置提供三种可以可靠地获得的快门状态。
[0035] 在某些实施方案中，第一致动器机械耦合到快门。第二致动器可包含与所述快门 物理分离的电极。
[0036] 在某些实施方案中，第四致动器可定位于快门的与第二致动器相对的侧上。在某 些实施方案中，第四致动器可经定位距快门达与第二致动器不同的距离。因此，当快门处于 阻挡光圈的光阻挡状态中时，第二致动器及第四致动器可拉动快门达不同距离，从而不同 程度地露出光圈。此些实施方案提供四种可以可靠地获得的快门状态。
[0037] 本发明中所阐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。通过并入有经配置以使快门沿着第二运动轴移动的额外侧致动器，快门组合件可 经配置以进入到至少三种状态中，即敞开光透射状态、关闭光阻碍状态及部分敞开部分透 射状态。通过包含可达成额外状态的快门组合件，显示器设备可使用几个子帧形成图像。通 过添加经配置以将快门移动达与第一侧致动器不同的到所述侧的距离的第二侧致动器，快 门组合件可进入到其它额外状态中。此额外状态可进一步减小显示器需要产生的子帧的数 目以显示图像。
[0038] 在某些实施方案中，侧致动器可为包含作为一个电极的快门的静电致动器及与所 述快门物理分离的一个侧电极。此侧电极可为具有垂直于其上形成快门组合件的衬底的主 要表面的相对简单平面横梁。因此，侧电极可占据超出在供能量给侧电极时用于位移快门 的空间的衬底上的相对小额外空间。在某些实施方案中，快门可包含接近且平行于侧电极 的周界侧壁以促进快门与侧电极之间的静电相互作用。
[0039] 在某些其它实施方案中，侧致动器可类似于使快门沿着其主要运动轴移动的致动 器。此些致动器可占据额外空间，但往往需要较低电压来操作。
[0040] 在某些实施方案中，使快门沿着其主要运动轴移动的致动器包含具有折叠或弯曲 部分的柔性横梁。此部分可伸展，从而允许快门在供能量给侧致动器时沿着第二轴朝向所 述侧致动器移动，而在未供能量给侧电极时同时提供恢复力以辅助快门往回移动到其初始 位置。
[0041] 图1A展示实例直观式基于MEMS的显示器设备100的示意图。显示器设备100包 含布置成行及列的多个光调制器l〇2a到102d(统称"光调制器102"）。在显示器设备100 中，光调制器102a及102