带有应力梁的机械式光调制器.pdf

本发明涉及一种带有应力梁的机械式光调制器，该光调制器包括具有一个表面的一个基片以及被连接到该基片上的一个调制组件，该调制组件包括一个调制元件和一个顺性梁。该调制组件被构形为用来限制不然就会由该顺性梁内的固有应力引发的该顺性梁朝向一个对置表面的弯曲。本发明还涉及一种制造空间光调制器的方法，该方法包括以下步骤：形成并释放一个调制组件，该调制组件具有一个调制元件以及一个顺性梁，该顺性梁在一个释放前的位置中形成以便具有一种想要达到的固有应力状态。作为该顺性梁中这种应力状态的一个结果，当释放该顺性梁时，该顺性梁弯曲进入一个休止位置，该休止位置不同于该释放前的位置，其中该休止位置是部分基于该想要达到的固有应力状态。

权利要求书
1.  一种光调制器，包括：
基片，所述基片具有表面；以及
连接到所述基片的调制组件，所述调制组件包括调制元件以及第一顺性梁，所述第一顺性梁包括远离第一锚定件延伸的第一段和朝向所述第一锚定件向回延伸的第二段；
其中所述第一段的长度不同于所述第二段的长度。

2.  如权利要求1所述的光调制器，其中所述第一段和所述第二段的一者包括至少一个狭长部分，所述狭长部分增加所述第一段和所述第二段的所述一者的长度。

3.  如权利要求2所述的光调制器，其中所述至少一个狭长部分具有环形、S曲线、之字形以及曲折形状中至少一种形式的形状。

4.  如权利要求2所述的光调制器，其中所述至少一个狭长部分包括一个或多个拐角。

5.  如权利要求2所述的光调制器，其中所述至少一个狭长部分包括一个或多个弯曲。

6.  如权利要求1所述的光调制器，其中所述第一段和所述第二段之间的长度差经配置以使所述顺性梁沿希望的方向弯曲。

7.  如权利要求6所述的光调制器，其进一步包括与所述第一顺性梁间隔开的第二顺性梁，其中所述第一顺性梁与所述第二顺性梁之间的距离至少部分地由所述第一段和所述第二段之间的长度差来确定。

8.  如权利要求7所述的光调制器，其中所述第一顺性梁与所述第二顺性梁之间的所述距离通过沿所述第一段和所述第二段的一者包含至少一个狭长部分来确定。

9.  如权利要求8所述的光调制器，其中所述第一顺性梁与所述第二顺性梁之间的所述距离在从模具中释放之后确定。

10.  如权利要求1所述的光调制器，其中所述第一段和所述第二段的至少一者至少部分地被弯曲以促进沿希望的方向弯曲。

11.  如权利要求10所述的光调制器，其中顺性梁在模具中经预配置以使其从模具中释放时所述第一段和所述第二段的至少一者至少部分地被弯曲。

12.  如权利要求1所述的光调制器，其中所述第一段和所述第二段沿相对于彼此基本平行的方向延伸。

13.  如权利要求7所述的光调制器，其中所述第一顺性梁包括致动所述调制元件运动的电极。

14.  如权利要求13所述的光调制器，其中所述第二顺性梁包括电极，所述第二顺性梁为所述调制元件提供支撑且与所述第一顺性梁合作地相互作用以致动所述调制元件运动。

15.  一种机电装置，包括：
基片，所述基片具有表面；以及
连接到所述基片的机电组件，所述机电组件包括活动元件以及第一顺性梁，所述第一顺性梁包括远离第一锚定件延伸的第一段和朝向所述第一锚定件向回延伸的第二段；
其中所述第一段的长度不同于所述第二段的长度。

16.  如权利要求15所述的机电装置，其中所述第一段和所述第二段的一者包括至少一个狭长部分，所述狭长部分增加所述第一段和所述第二段的所述一者的长度。

17.  如权利要求16所述的机电装置，其中所述至少一个狭长部分具有环形、S曲线、之字形以及曲折形状中至少一种形式的形状。

18.  如权利要求16所述的机电装置，其中所述至少一个狭长部分包括一个或多个拐角。

19.  如权利要求16所述的机电装置，其中所述至少一个狭长部分包括一个或多个弯曲。

20.  如权利要求15所述的机电装置，其中所述第一段和所述第二段之间的长度差经配置以使所述顺性梁沿希望的方向弯曲。

21.  一种机电装置，包括：
基片，所述基片具有表面；以及
连接到所述基片的机电组件，所述机电组件包括活动元件以及第一顺性梁，所述第一顺性梁包括远离第一锚定件延伸的第一段和朝向所述第一锚定件向回延伸的第二段；
用于配置所述第一顺性梁的装置，以使所述第一段的长度不同于所述第二段的长度。

22.  如权利要求21所述的机电装置，其中所述第一段和所述第二段之间的长度差经配置以使所述顺性梁沿希望的方向弯曲。

23.  如权利要求21所述的光调制器，其中所述第一段和所述第二段之间的长度差经配置以使所述顺性梁沿希望的方向弯曲。

24.  如权利要求23所述的光调制器，其进一步包括与所述第一顺性梁间隔开的第二顺性梁，其中所述第一顺性梁与所述第二顺性梁之间的距离至少部分地由所述第一段和所述第二段之间的长度差来确定。

说明书带有应力梁的机械式光调制器
分案申请的相关信息
本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2009年2月12日、申请号为200980112764.7、发明名称为“带有应力梁的机械式光调制器”的发明专利申请案。
相关申请的交叉引用
本申请是于2008年3月10提交的美国专利申请号12/045,518、名称为“Display Apparatus and Methods For Manufacture Thereof”的继续申请部分，该申请是美国专利申请号11/361,785、名称为“Display Apparatus and Methods For Manufacture Thereof”、于2008年7月29日授权的现在的美国专利号7,405,852的一个继续申请，并且本申请要求2008年2月12申请的美国临时申请号61/028,137、2008年10月27日申请的美国临时申请号61/108,783、以及2008年10月28日申请的美国临时申请号61/109,045的优先权。这些申请各自全文通过引用结合在此。
技术领域
总体上，本发明涉及成像显示器的领域，具体地说，本发明涉及光调制器的设计以便着手解决在制造这些梁的过程中结合在光调制器中的梁上产生的应力。
背景技术
由机械式光调制器建造的显示器对于基于液晶技术的显示器是一种有吸引力的替代方案。机械式光调制器足够快地显示具有良好视角并且具有大的色彩范围和灰度范围的视频内容。机械式光调制器在投影显示器的应用中已经是成功的，并且最近已被提出用于直视应用。在本领域中存在着对于快速、明亮、低功率的机械致动的显示器的需要。确切地讲，对于机械致动的显示器存在一种需要，即这些机械致动的显示器能以高速及低电压驱动，以便改进图像质量并减少功率消耗。
发明内容
根据一个方面，本发明涉及一种空间光调制器，该空间光调制器包括一个基片以及被连接到该基片上的一个调制组件。该调制组件包括一个调制元件以及一个顺性梁。该调制组件被构形为用来限制原本就会由这种顺性梁内的固有应力引起的顺性梁朝向一个对置表面的弯曲。在一个实施方案中，弯曲的限制产生了一种想要达到的梁的休止位置。在另一个实施方案中，该顺性梁的形状被确定为用于促进受该调制组件的构形所限制的该梁的弯曲。
在另一个实施方案中，该顺性梁具有第一末端和第二末端并且该顺性梁在一个第一锚定件处被连接到该基片上。例如，在一个实施方案中，该顺性梁在该第一末端处被连接到该第一锚定件上。在另一个实例中，该顺性梁的形状被确定为从该第一末端处延伸离开该第一锚定件并且朝向该第二末端向回朝向该第一锚定件弯曲。在另一个实例中，将该顺性梁连接到该第一末端与第二末端之间的第一锚定件上。在另一个实例中，该顺性梁在一个第二锚定件处被另外连接到该基片上。
在另一个实施方案中，该顺性梁具有第一末端和第二末端，该第一末端和第二末端被连接到在在该基片上沉积的一个公共的锚定件上。该顺性梁的形状形成一个环框。例如，在一个实施方案中，该环框具有从该共同的锚定件延伸离开的一个第一环框部分以及返回到该共同的锚定件的一个第二环框部分。该第一环框部分的长度可以是实质性地大于该第二环框部分的长度。该第一环框部分和/或该第二环框部分可以包括一个辅助环框。
在另一个实施方案中，该调制组件包括一个第二顺性梁。该第一顺性梁与该第二顺性梁均附接到该调制元件上。
在另一个实施方案中，该调制组件包括不连接到顺性梁上的一种静态结构，在此处该静态结构限制了顺性梁的弯曲。例如，在一个实施方案中，该静态结构包括一个滑动表面。
在另一个实施方案中，多个附接点在该顺性梁上的多个位置处将该顺性梁连接到该基片上，这些位置被选择用来促进受该调制组件的构形限制的该梁的弯曲。
在另一个实施方案中，该顺性梁包括彼此连接的第一梁材料和第二梁材料。该第一梁材料具有一种第一应力状态，并且该第二梁材料具有一种不同的第二应力状态，由此促进受该调制组件的构形限制的该梁的弯曲。
根据另一个方面，本发明涉及一种制造空间光调制器的方法。该方法包括以下步骤：形成一个调制组件，该调制组件包括一个调制元件以及一个顺性梁；并且释放该调制组件。该顺性梁被形成在一个释放前的位置中以便具有一种想要达到的固有应力状态。作为该顺性梁中的所述应力状态的结果，当释放该顺性梁时，该顺性梁弯曲进入一个休止位置中，该位置不同于该释放前的位置。该休止位置是部分基于这个想要达到的固有的应力状态。在一个实施方案中，该固有应力状态包括一个应力梯度。在另一个实施方案中，当释放时，该梁弯曲进入一个想要达到的休止位置。
在另一个实施方案中，该顺性梁包括第一面和第二面，它们各垂直于基片的一个表面。这种想要达到的固有应力状态包括对于该第一面而言局部性的多个应力分量，这些应力分量实质性地不同于对于该第二面而言局部性的多个应力分量。例如，在一个实施方案中，处于该第一面局部而言局部性的这些应力分量的强度大于对于该第二面而言局部性的这些应力分量的强度。在另一个实例中，对于该第一面局部而言局部性的应力分量是拉伸性的而对于该第二面而言局部性的应力分量是压缩性的。
在另一个实施方案中，这种想要达到的固有应力状态被选择为使该顺性梁的一部分在休止位置中与一个对置的表面分开不超过一个预定距离。当致动时，该顺性梁被拉向对置的表面。
在另一个实施方案中，这种想要达到的固有应力状态被选择为使该顺性梁的一部分在所述休止位置中与一个对置的表面分开至少一个预定距离。当致动时，该顺性梁被拉向该对置的表面。
在另一个实施方案中，这种想要达到的固有应力状态被选择为使该顺性梁的一部分在所述休止位置中与一个对置表面分开不超过一个预定距离。当致动时，该顺性梁从该对置的表面上被拉开。
在另一个实施方案中，这种想要达到的固有应力状态被选择为使得处于所述休止位置中的该顺性梁的一部分与一个对置的表面分开至少一个预定距离。当致动时，该顺性梁从该对置的表面上被拉开。例如，在一个实施方案中，该梁在其休止位置中被弯曲。
在另一个实施方案中，形成该调制组件的步骤包括通过将第一和第二梁材料彼此连接而形成该顺性梁。该第一梁材料具有一种第一应力状态。该第二梁材料具有一种不同的第二应力状态。在另一个实施方案中，形成该调制组件的步骤包括将该顺性梁形成为在释放该调制组件之前具有一种第一环框形状并且在该休止位置中具有一种不同的形状。
附图简要说明
从通过参照以下附图对本发明的以下详细的说明中将更易于理解上述说明：
图1A是根据本发明的一个说明性实施方案的显示装置的等距视图；
图1B是根据本发明的一个说明性实施方案图1A的显示装置的方框图；
图2A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A所示的基于MEMS的显示器中的一种说明性的基于快门的光调制器的透视图；
图2B是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A所示的基于MEMS的显示器中的一种基于卷帘的光调制器的截面视图；
图2C是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A所示的基于MEMS的显示器中的一种基于光闸门(light-tap-based)的光调制器的截面视图；
图3A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于控制结合在图1A所示的基于MEMS的显示器中的这些光调制器的一个控制矩阵的示意图；
图3B是根据本发明的一个说明性实施方案被连接到图3A的控制矩阵上的一个基于快门的光调制器阵列的透视图；
图4A和图4B是根据本发明的一个说明性实施方案的一个二元致动快门组件对应地在开放和关闭状态中的平面图。
图5是根据本发明的一个说明性实施方案的显示装置的截面视图；
图6A至图6E是根据本发明的一个说明性实施方案类似于图2A所示的复合快门组件的多级构造的截面视图；
图7A至图7D是根据本发明的一个说明性实施方案具有多个窄的侧壁的梁的一种替代快门组件的多级构造的等距视图；
图8A至图8C是根据本发明的一个说明性实施方案的三个不同快门组件的平面图，这些快门组件的特征为多种应力状态。
图9是根据本发明的一个说明性实施方案的一个快门组件的平面图，该快门组件具有一种被设计为对于这些梁的应力状态的改变相对不敏感的形状。
图10A和图10B是根据本发明的一个说明性实施方案展示了在图8B示出的这些梁在从模具释放之前和之后这些梁内的应力分布图形。
图11是根据本发明的一个说明性实施方案一种快门组件的平面图，该快门组件包括被设计用来限制这些梁弯曲的一个停止结构。
图12A和图12B是一个快门组件的平面图，包括应力诱发的变形，这种变形不要求参照图7A至图7D所说明的侧壁制造技术。这些图示出了根据本发明的一个说明性实施方案在这些梁从该模具中释放之前和之后这些梁的形状。
图13A是根据本发明的一个说明性实施方案类似于图4所示的快门组件的一个快门组件的部分平面图，它示出了固有应力在这些驱动梁的形状的作用。
图13B是根据本发明的一个说明性实施方案类似于图4所示的快门组件的一个快门组件的部分平面图，它示出了固有应力在这些驱动梁的形状的作用。
图14是根据本发明的一个说明性实施方案一种快门组件的平面图，该快门组件包括在这些驱动梁上的二元锚定件。
图15是根据本发明的一个说明性实施方案一种快门组件的平面图，该快门组件包括形成为一个环框的驱动梁，该环框被附接到一个单锚定件上。
图16A和图16B是根据本发明的一个说明性实施方案快门组件的平面图，该快门组件包括环框形的或部分环框形的驱动梁。
图17是根据本发明的一个说明性实施方案一个快门组件的平面图，该快门组件包括限制该驱动梁变形的一种停止结构。
图18A和图18B是根据本发明的一个说明性实施方案一个快门组件的平面图，该快门组件包括限制该驱动梁变形的一种替代性停止结构。
具体实施方式
为了提供对本发明的总体理解，现在将某些说明性实施方案进行说明，包括用于显示图像的装置和方法。然而，所属领域普通技术人员将会理解，在此说明的系统和方法可以适当地对着手解决的应用进行适配和修改，并且在此说明的系统和方法可以用于其他适当的应用中，并且这类其他的补充和修改不会偏离其范畴。
图1A是根据本发明的一个说明性实施方案的一种直接观看式的基于MEMS的显示装置100的示意图。显示装置100包括按多行和多列安排的光调制器102a-102d(总体上称为“光调制器102”)。在显示装置100中，光调制器102a和102d处于开放状态，从而允许光通过。光调制器102b和102c处于关闭状态，从而遮蔽了光的通路。通过选择性地设定光调制器102a-102d的状态，如果通过一个灯或多个灯105来照明，显示装置100可以用来形成用于背光式显示器的一个图像104。在另一种实现方式中，装置100可以通过反射源于该装置前方的环境光而形成一个图像。在另一个实现方式中，装置100可以通过反射定位在该显示器前方的一个灯或多个灯的光(即通过使用一个前光源)形成一个图像。在关闭或开放状态之一中，光调制器102(例如但不限于)通过阻断、反射、吸收、过滤、偏光、衍射、或改变光的属性或路径的其他方式干涉光路中的光。
在显示装置100中，每个光调制器102对应于图像104中的一个像素106。在其他实现方式中，显示装置100可以使用多个光调制器以形成图像104中的一个像素106。例如，显示装置100可以包括三种颜色特定的光调制器102。通过选择性地开放对应于一个具体像素106的颜色特定的光调制器102中的一个或多个，显示装置100可以在图像104中产生一个色彩像素106。在另一个实例中，显示装置100包括对于每个像素106的两个或更多个光调制器102以便提供图像104中的灰度。相对于一个图像而言，一个“像素”对应于由该图像的分辨率所限定的 最小图片元素。相对于显示装置100的结构部件而言，术语“像素”是指用于调制形成该图像的一个单个像素的光的组合的机械和电气部件。
显示装置100是一种直接观看式显示器，其中它不要求成像光学部件。使用者通过直接看显示装置100而看到图像。在多个替代实施方案中，显示装置100被结合在一种投影显示器中。在这类实施方案中，显示器通过将光投影到屏幕上或墙壁上而形成图像。在投影应用中，显示装置100实质性地小于投影图像104。
直接观看式显示器可以或按照透射模式或按反射模式来工作。在一个透射显示器中，这些光调制器过滤或者选择性地阻断源于位于显示器后面的一个灯或多个灯的光。来自这些灯的光被任选地射入一个光引导件或“背光”中。透射性直接观看式显示器的实施方案通常是建造在透明基片或玻璃基片上，以便于进行一种夹层组件安排，其中包含这些光调制器的一个基片被直接置于该背光源上。在某些透射性显示器的实施方案中，通过将一种滤色器材料与各自的调制器102相关联而产生一种颜色特定的光调制器。在其他透射性显示器的实施方案中，如以下所说明，色彩可以使用一种通过具有不同原色的灯的交替照明的一种场色序法来产生。
每个光调制器102包括一个快门108以及一个孔阑109。为了照明图像104中的一个像素106，将快门108定位为使之允许光朝向一名观看者穿过孔阑109。为了保持一个像素106不发光，将快门108定位为使之遮蔽光穿过孔阑109的通路。孔阑109是由通过一种反射性或吸收光的材料构成图案的一个开口限定的。
该显示装置还包括一个控制矩阵，它被连接到该基片上以及被连接到用于控制这些快门的运动的这些光调制器上。该控制矩阵包括一系列的电互连(例如，互连110、112、以及114)，包括每行像素至少一个写赋能互连110(也称为“扫描线互连”)、用于每列像素的一个数据互连112、以及一个公共互连114，该公共互连向所有像素或者至少向在显示装置100中的多个行和多个列两方面中的像素提供一个公共电压。响应于施加的一个适当电压(“写赋能电压，Vwe”)，用于一个给定行的像素的写赋能互连110使该行的像素做好准备以接受新的快门运动指令。这些数据互连112以数据电压脉冲的形式来传送这些新的运动指令。在一些实现方式中，施加到这些数据互连112上的数据电压脉冲直接对快门的静电 学运动起作用。在其他的实现方式中，这些数据电压脉冲控制多个开关，例如，晶体管或者控制对这些光调制器102施加分开的致动电压的其他非线性电路元件，这些分开的致动电压典型地在幅值上高于这些数据电压。于是施加这些致动电压导致这些快门108的静电驱动运动。
图1B是显示装置100的一个框图150。参见图1A和图1B，除了以上说明的显示装置100的这些元件之外，如在框图150中所描绘，显示装置100包括多个扫描驱动器152(也称之为“写赋能电压源”)以及多个数据驱动器154(也称之为“数据电压源”)。这些扫描驱动器152将写赋能电压施加到扫描线互连110上。这些数据驱动器154将数据电压施加到这些数据互连112上。在该显示装置的一些实施方案中，这些数据驱动器154被配置为将模拟数据电压提供给这些光调制器，尤其是在要把图像104的灰度转化为模拟形式的情况中。在模拟工作中，这些光调制器102被设计为使得当经过这些数据互连11施加一个范围的中间电压2时，在这些快门108中导致一个范围的中间开放状态并且因此导致图像104中的一个范围的中间照明状态或灰度。
在其他情况中，这些数据驱动器154被配置为仅将一个减少的组的2、3、或4个数字电压电平施加到该控制矩阵上。这些电压电平被设计为以数字形式把每个快门108或设为开放状态或设为关闭状态。
这些扫描驱动器152以及这些数据驱动器154被连接到数字控制电路156(还称为“控制器156”)上。控制器156包括一个输入处理模块158，该输入处理模块将一个输入的图像信号157处理成一种数字图像格式，该格式适合于显示器100的空间寻址以及灰度能力。每个图像的像素位置和灰度数据被存储在一个帧缓冲区159中，这样可以根据需要将数据送出到这些数据驱动器154上。主要以串联方式、以按列以及按图像帧分组的预定顺序进行组织而将数据传送到这些数据驱动器154上。这些数据驱动器154可以包括多个串-并行数据转换器、电平转换、并且对于某些应用包括数模电压转换器。
显示装置100可任选地包括一组公用驱动器153，公用驱动器也称为公用电压源。在一些实施方案中，公用驱动器153(例如)通过给一系列的公用互连114提供电压来为光调制器103的阵列内的所有光调制器提供一个DC公共电位。在其他 实施方案中，这些公用驱动器153遵从来自控制器156的指命给该光调制器103的阵列发出电压脉冲或信号，例如，能够驱动和/或启动阵列103的多个行和多个列中的所有光调制器同时致动的全局致动脉冲。
所有这些用于不同显示功能的驱动器(例如，扫描驱动器152、数据驱动器154、以及公用驱动器153)通过控制器156中的定时控制模块160进行时间同步。来自模块160的定时命令通过多个灯驱动器168、阵列像素103内的特定行的写赋能和排序、来自这些数据驱动器154的输出电压、以及提供光调制器致动的输出电压来协调红灯、绿灯和蓝灯以及白灯(对应地为162、164、166、以及167)的照明。
控制器156确定排序或寻址方案，通过该方案阵列103中的每个快门108可以被重新设为适合新图像104的照明水平。在美国专利申请号11/326,696和11/643,042中可以找到适于寻址、图像形成、以及灰度的技术细节，上述专利文件通过引用结合在此。新图像104可按周期性时间间隔来设定。例如，对于视频显示器，视频的色彩图像104或帧按10到300赫兹范围的频率刷新。在一些实施方案中，为阵列103设置的图像帧是与灯162、164、以及166的照明同步的，这样交替的图像帧用交替色彩系列(如，红、绿、和蓝)照明。用于每个相应颜色的这些图像帧也称为颜色子帧。在这个方法(被称为场色序法)中，如果这些颜色子帧以超过20Hz的频率进行交替，人的大脑将这些交替的帧图像平均成具有宽广的并且连续范围的彩色图像的感觉。在一些替代实现方式中，具有原色的四个或更多个灯可以用在显示装置100中，该显示装置使用了不同于红、绿、和蓝的原色。
在显示装置100被设计为用于快门108在开放与关闭状态之间的数字切换的一些实现方式中，控制器156确定了在图像帧之间的寻址序列和/或时间间隔以产生具有适当灰度的图像104。通过控制一个快门108在一个具体的帧中处于开放的时间量值而产生变化的灰度级别的过程被称为时分灰度。在时分灰度的一个实施方案中，控制器156根据像素的所希望的照明水平或灰度确定在每个帧内快门108被允许保持在开放状态的时间周期或者时间段。在其他实现方式中，对于每个图像帧，控制器156在阵列103的多个行和多个列中设置多个子帧图像，并且该控 制器改变每个子帧图像被照明的持续时间，该持续时间与一个灰度值或在灰度的一个编码字之内所使用的有效值成比例。例如，用于一系列子帧图像的照明时间可以与二进制编码序列1、2、4、8......成比例地改变。根据灰度级别的像素的二进制编码字之内的一个对应位置上的值，于是用于阵列103中的每个像素的这些快门108在一个子帧图像内或被设为开放状态或被设为关闭状态。
在其他实现方式中，该控制器与希望用于特定的子帧图像的灰度值成比例地改变来自灯162、164、以及166的光的亮度。还有许多混合技术可以用于形成来自一个阵列的快门108的色彩和灰度。例如，以上说明的时分技术可以与每个像素的多个快门108的使用进行组合，或者用于特定子帧图像的灰度值可以通过子帧定时和灯的亮度的组合来建立。这些以及其他实施方案的细节可以在以上引用的美国专利申请11/643,042中查阅。
在一些实现方式中，用于一个图像状态104的数据被控制器156通过多个单独行(也称为扫描线)的顺序寻址而被加载到调制器阵列103上。对于该序列中的每个行或每条扫描线，扫描驱动器152给用于阵列103的那个行的写赋能互连110施加一个写赋能电压，并且随后数据驱动器154将对应于所希望的快门状态的数据电压提供给所选行中的每个列。重复这个过程直到数据已经被加载到用于该阵列中的所有行为止。在一些实现方式中，该序列的用于数据加载的多个选定的行是线性的，在该阵列中从顶部开始到底部。在其他实现方式中，该序列的多个选定的行是伪随机的以便使视觉伪差最小化。并且在其他实现方式中，该排序按多个块来组织，其中对于一个块，图像状态104的仅一个特定片段的数据被加载到该阵列中，例如通过在顺序中仅对该阵列的每个第5行进行寻址。
在一些实现方式中，将图像数据加载到阵列103的过程在时间上是与致动这些快门108的过程分开的。在这些实现方式中，调制器阵列103可以包括用于阵列103中的每个像素的多个数据存储元件并且该控制矩阵可以包括用于运送来自公用驱动器153的多个触发器信号的一个全局致动互连，以便根据储存在这些存储元件中的数据来起始快门108的同时致动。不同的寻址顺序(在美国专利申请11/643,042中说明了它们中的许多)可以通过定时控制模块160来协调。
在一些替代实施方案中，该阵列的多个像素103以及控制这些像素的控制矩阵除了可以按矩形的行和列的构形安排之外还可以按多种构形来安排。例如，这些像素能以六边形阵列或曲线的行和列来安排。总而言之，如在本文中所使用，术语扫描线将表示共享一个写赋能互连的任何多个像素。
显示器100包括多个功能块，这些功能块包括定时控制模块160、帧缓冲器159、多个扫描驱动器152、多个数据驱动器154、以及多个驱动器153和168。每个块可以被理解为代表一个便于识别的硬件电路和/或一个可执行代码的模块。在一些实现方式中，这些功能块被提供为通过电路板和/或缆线而连接在一起的不同的芯片或电路。可替代地，可以将很多的这种电路与像素阵列103一起制造在同一个玻璃的或塑料基片上。在其他实现方式中，可以把来自框图150的多个电路、驱动器、处理器、和/或控制功能一起集成在一个单个的硅芯片内，然后将该硅芯片直接结合到支持像素阵列103的透明基片上。
控制器156包括一个编程连接180，通过该编程连接可以根据具体应用的需要而改变在控制器156内实施的寻址、色彩、和/或灰度的算法。在一些实施方案中，编程连接180输送来自环境传感器(如环境光或温度传感器)的信息，这样控制器156可以与环境情况相对应地调整成像模式或背光源的功率。控制器156还包括一个电源输入182，该电源输入为多个灯以及光调制器的致动提供所需的电力。必要时，这些驱动器152、153、154、和/或168可以包括多个DC-DC转换器或与这些转换器相关联，以便在182处将一个输入电压转换成足以用于快门108的致动或这些灯(如灯162、164、166、以及167)的照明的不同电压。
MEMS光调制器
图2A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A的基于MEMS的显示装置100中的一个说明性的基于快门的光调制器200的透视图。基于快门的光调制器200(也称为快门组件200)包括一个快门202，该快门被连接到一个致动器204上。致动器204是由两个分离的顺性电极梁致动器205(“致动器205”)形成的，如2005年10月14日提交的美国专利申请号11/251,035中所说明。快门202在一侧连接到致动器205上。致动器205使快门202在一个运动平面中的一个 表面203上横向移动，该运动平面基本上平行于表面203。快门202的对侧连接到一个弹簧207上，该弹簧提供了与由致动器204施加的那些力相反的一个恢复力。
每个致动器205包括一个顺性的负载梁206，该负载梁将快门202连接到一个负载锚定件208上。这些负载锚定件208与这些顺性的负载梁206一起用作机械支架，将快门202保持为悬挂在表面203附近。这些负载锚定件208将这些顺性的负载梁206和快门202实体地连接到表面203上并且将这些负载梁206电气连接到一个偏置电压上，在某些情况下是接地。
每个致动器205还包括邻近每个负载梁206定位的一个顺性驱动梁216。这些驱动梁216在一端连接到在这些驱动梁216之间共享的一个驱动梁锚定件218上。每个驱动梁216的另一端自由移动。每个驱动梁216被弯曲为使它在驱动梁216的自由端以及在负载梁206的支撑端附近最接近于负载梁206。
表面203包括用于允许光通过的一个或多个孔阑211。如果快门组件200是形成在一个不透明的基片(例如由硅制成)上，则表面203是该基片的表面，并且这些孔阑211是通过蚀刻穿过该基片的一组孔来形成的。如果快门组件200是形成在一个透明的基片(例如由玻璃或塑料制成)上，则表面203是沉积在该基片上的光阻断层的一个表面，并且这些孔阑是通过将表面203蚀刻成一组孔211来形成的。这些孔阑211可以总体上是圆形、椭圆形、多边形、蛇形、或不规则的形状。
在工作中，一种结合了光调制器200的显示装置通过驱动梁锚定件218将一个电势施加到这些驱动梁216上。可以将另一个电势施加到这些负载梁206上。在这些驱动梁216与负载梁206之间所造成的电位差把这些驱动梁216的自由端拉向这些负载梁206的锚定端，并且将这些负载梁206的快门末端拉向这些驱动梁216的锚定端，由此将快门202横向地朝向驱动锚定件218驱动。这些顺性梁206起到弹簧的作用，这样当梁206和216两端的电压被移除时，这些负载梁206把快门202推回其初始位置中，从而释放存储在这些负载梁206中的应力。
快门组件200(也称为弹性快门组件)结合一种个被动的恢复力(如弹簧)，用于在电压已被移除后将快门返回到其休止或松驰位置。多个弹性恢复机构和不同的静电学连接件可以被设计到静态学致动器之中或者与静态学致动器相结合， 在快门组件200中展示的这些顺性梁仅是一个实例。在美国专利申请11/251,035和11/326,696中说明了其他实例，通过引用将其结合在此。例如，可以提供一个高度非线性的电压移位响应，这有利于在工作的“开”与“关”状态之间的一个突然跃迁，并且在许多情况下这为快门组件提供了一种双稳态的或滞后性工作特性。其他静电致动器可以被设计成具有更多增量的电压移位响应并且具有相当大的减少的滞后现象，如可以被优选用于模拟灰度运行。
静态学快门组件内的致动器205被称为是在闭合或致动的位置与一个松驰的位置之间工作。然而，设计者也可以选择把孔阑211安置为每当致动器205处于其松驰位置时，快门组件200或处于“开放”状态(即透光)、或处于“关闭”状态(即阻断光)，为了说明的目的，以下假设在此说明的弹性快门组件被设计为在其松驰状态下是开放的。
在许多情况下，优选的是提供“开放”和“闭合”致动器的一种二元设置作为快门组件的一部分，这样这些控制电子件能够静电地驱动这些快门进入开放和关闭状态的每一种之中。
在多个替代的实施方案中，显示装置100包括的光调制器不同于横向的基于快门的光调制器，如以上说明的快门组件200。例如，图2B是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在基于图1A的MEMS显示装置100的替代实施方案中的一种卷动致动器的基于快门的光调制器220的截面视图。如在题为“Electric Display Device”的美国专利5,233,459中以及在题为“Spatial Light Modulator”的美国专利5,784,189中进一步所说明的那样，一个基于卷动致动器的光调制器包括一个可移动的电极，该电极被安排为与一个固定的电极对置并且被偏置为在一个优选的方向上移动，以便在施加一个电场时产生一个快门，这两个专利文件的全文通过引用结合在此。在一个实施方案中，光调制器220包括置于一个基片228与一个绝缘层224之间的一个平面电极226，以及一个可移动的电极222，该可移动的电极具有被附接到绝缘层224上的一个固定端230。在没有施加任何电压时，可移动的电极222的一个可移动端232自由地朝向固定端230卷动以产生一种卷起状态。在电极222与226之间应用电压时使得可移动的电极222不发生卷动并且平坦地躺靠在绝缘层224上，由此它充当一个快门，该快门阻断光行进穿过基 片228。在电压被移除后，可移动的电极222通过一个弹性恢复力返回到该卷起的状态。朝向一种卷起的状态的偏置可以通过制造可移动的电极222而包括一种各向异性的应力状态来实现。
图2C是并非基于快门的MEMS光调制器250的一个说明性的截面视图。根据本发明的一个说明性实施方案，光闸门调制器250是适合结合在图1A的基于MEMS显示装置100的一个替代实施方案。如在题为“Micromechanical Optical Switch and Flat Panel Display”的美国专利号5,771,321中所进一步所说明的，光闸门根据一种受抑全内反射的原理来工作，这两个专利文件全文通过引用结合在此。即，光252被引入一个光引导件254中，其中，无干涉时，光252由于全内反射而使其大部分不能通过其前表面或后表面而逸出光引导件254。光闸门250包括一个闸门元件256，该闸门元件具有一个足够高的折射率，该折射率响应于与光引导件254相接触的闸门元件256，碰撞在邻近闸门元件256的光引导件254的表面上的光252通过闸门元件256朝向观察者逸出光引导件254，由此对形成一个图像起作用。
在一个实施方案中，闸门元件256被形成为挠性透明材料的梁258的一部分。多个电极260覆盖了梁258一侧上的多个部分。在光引导件254上安排了多个对置的电极260。通过在这些电极260两端施加一个电压，可以控制闸门元件256相对于光引导件254的位置以选择性地从光引导件254中提取光252。
基于卷帘的光调制器220和光闸门250并非仅有的适合于包括在本发明的不同实施方案的MEMS光调制器中的实例。应该理解，可以存在其他MEMS光调制器并且可以将它们有效地结合在本发明中。
美国专利申请号11/251,035和11/326,696已经说明了多种方法，通过这些方法使一个阵列的快门可以通过一个控制矩阵来控制以产生具有适当的灰度的图像，该图像在许多情况下是移动的图像。在一些情况下，控制通过被连接到显示器周边上的多个驱动电路上的一个无源矩阵的阵列的行和列的互连来实现的。在其他情况下，适当的是在该阵列(所谓的有源矩阵)的每个像素内包括切换和/或数据存储元件，以改进速度、灰度和/或显示器的功率耗散性能。
图3A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于对结合在图1A的基于MEMS的显示装置100的这些光调制器进行控制的一个控制矩阵300的示意图。图3B是根据本发明的一个说明性实施方案被连接到图3A的控制矩阵300上的一个阵列320的基于快门的光调制器的透视图。控制矩阵300可以对一个阵列的像素320(“阵列320”)进行寻址。每个像素301包括一个弹性快门组件302，如图2A中由一个致动器303控制的快门组件200。每个像素还包括一个孔阑层322，该孔阑层包括多个孔阑324。可以在美国专利申请号11/251,035和11/326,696中找到快门组件(如快门组件302)的另外的电气和机械说明以及其上的变体。还可以在美国专利申请号11/607,715中查到替代的控制矩阵的说明。
将控制矩阵300制造成一个基片304表面上的一个扩散的或薄膜沉积的电路，在该基片上形成这些快门组件302。控制矩阵300包括一个用于控制矩阵300中的每行的像素301的扫描线互连306以及一个用于控制矩阵300中的每列像素301的数据互连308。每个扫描线互连306将一个写赋能电压源307电连接到对应排的像素301中的这些像素301上。每个数据互连308将一个数据电压源(“Vd源”)309电连接到一个对应列的像素301中的这些像素301上。在控制矩阵300中，数据电压Vd提供了用于致动这些快门组件302所需的主要电能。因此，数据电压源309还用作致动电压源。
参见图3A和图3B，对于每个像素301或对于该阵列的像素320中的每个快门组件302，控制矩阵300包括一个晶体管310和一个电容器312。每个晶体管310的栅极被电连接到阵列320中该行的扫描线互连306上，像素301位于该阵列中。每个晶体管310的源极被电连接到其对应的数据互连308上。每个快门组件302的致动器303包括两个电极。每个晶体管310的漏极被并联地电连接到对应的电容器312的一个电极上并且被电连接到对应致动器303的这些电极之一上。在快门组件302中电容器312的其他电极以及致动器303的其他电极被连接到一个公共电位或地电位上。在多个替代实现方式中，这些晶体管310可以用半导体二极管和/或金属-绝缘层-金属夹层型的开关器件代替。
在工作中，为了形成图像，控制矩阵300通过将Vwe依次施加到每个扫描线互连306上使阵列320中的每行按顺序写赋能。对于一个写赋能的行，将Vwe施加到 该行中的这些像素301的晶体管310的栅极上从而允许电流经过这些晶体管310而流过这些数据互连308，以将一个电位施加到快门组件302的致动器303上。当该行被写赋能时，数据电压Vd被选择性地施加到这些数据互连308上。在提供模拟灰度的实现方式中，相对位于写赋能扫描线互连306与数据互连308的交汇处的像素301的所希望的亮度改变施加到每个数据互连308上的数据电压。在提供数字控制方案的实现方式中，数据电压被选择为或是一个相对低幅值的电压(即，一个接近地的电压)或是满足或超过Vat(致动阈值电压)。响应于施加到一个数据互连308上的Vat，对应的快门组件302中的致动器303致动，从而打开了快门组件302中的快门。即使在控制矩阵300停止对一个行施加Vwe之后，施加到数据互连308上的电压仍保持存储在像素301的电容器312中。因此，不必要为了使快门组件302致动而在一行上对电压Vwe等待和保持足够长的时间；这种致动在写赋能电压已经从该行上移除之后仍可以进行。这些电容器312还起阵列320内的存储元件的作用，从而把致动指令存储到长达照明一个图像帧所需要的时间。
这些像素301连同阵列320的控制矩阵300被形成在一个基片304上。该阵列包括被放置在基片304上的一个孔阑层322，该孔阑层包括用于阵列320中的对应像素301的一组孔阑324。这些孔阑324与每个像素中的快门组件302对齐。在一个实现方式中，基片304是由一种透明材料制成，如玻璃或塑料。在另一个实现方式中，基片304是由不透明的材料制成，但在其中蚀刻多个孔以形成这些孔阑324。
快门组件302的多个部件或者与控制矩阵300同时处理或者在同一个基片上在随后的处理步骤中进行处理。控制矩阵300中的这些电气部件是使用与制造液晶显示器的薄膜晶体管阵列一样的薄膜技术制造的。可供使用的技术说明在Den Boer，Active Matrix Liquid Crystal Displays(Elsevier，Amsterdam，2005)中，该文献通过引用结合在此。这些快门组件是使用类似于微型加工技术或者与微型机械(即，MEMS)装置的制造相类似的技术来制造的。在Rai-Choudhury等人的Microlithography，Micromachining&Microfabrication(SPIE Optical Engineering Press，Bellingham，Wash.1997)手册中说明了许多可供使用的薄膜MEMS技术，该手册通过引用结合在此。在美国专利申请号11/361,785和11/731,628中可以找到 在玻璃基片上形成MEMS光调制器的专门制造技术，该专利文件通过引用结合在此。例如，如在那些申请中所说明的，快门组件302可以通过一种化学气相沉积过程沉积的非晶态硅薄膜形成。
快门组件302与致动器303一起可以制成双稳态的。即，这些快门可以存在于至少两个平衡的位置(例如，开放或关闭)中，其中将它们保持在两个位置的任何一个需要很小的电力或者不需要电力。更具体地讲，快门组件302可以是机械双稳态的。一旦设置了快门组件302的快门位置，就不再需要任何电能或保持电压来维持那个位置。在快门组件302的这些实体元件上的机械应力可以将快门保持在适当的位置。
快门组件302与致动器303一起还可以制成电气双稳态的。在一个电气双稳态的快门组件中，存在着低于快门组件的致动电压的电压范围，如果该电压被施加到一个关闭的致动器上(其中该快门或者开放或者关闭)，则保持该致动器关闭并且保持快门的位置，即使在该快门上施加一个反向的力。该反向的力可以通过弹簧(如基于快门的光调制器200中的弹簧207)施加，或者该反向的力可以通过一个相反的致动器(如“开放的”或“关闭的”致动器)来施加。
光调制器阵列320被描绘为每个像素具有一个单个的MEMS光调制器。其他实施方案是可能的，其中在每个像素中提供多个MEMS光调制器，由此在每个像素中提供了不仅只是二元的“开”或“关”的光学状态的可能性。某种形式的编码区域划分的灰度是可能的，在此在所述像素设有多个MEMS光调制器，并且其中与每个光调制器相关联的多个孔阑324具有不相等的区域。
在其他实施方案中，基于卷帘的光调制器220和光闸门250、连同其他基于MEMS的光调制器可以代替光调制器阵列320内的快门组件302。
图4A和图4B示出适合于包含在本发明的不同实施方案中的一种替代的基于快门的光调制器(快门组件)400。光调制器400是一种二元致动器快门组件的一个实例，并且在图4A中示出于开放状态。图4B是处于关闭状态的二元致动器快门组件400的视图。快门组件400在前文参照的美国专利申请11/251,035中有进一步详细的说明。与快门组件200相对比，快门组件400在快门406的两侧的任一侧上包括致动器402和404。每个致动器402和404独立地受控制。一个第一致 动器(快门开放致动器402)用来打开快门406。一个第二对置的致动器(快门关闭致动器404)用来关闭快门406。致动器402和404两者均是顺性梁的电极致动器。这些致动器402和404通过驱动实质性地在平行于一个孔阑层407的平面中的快门406来打开和关闭快门406，该快门被悬挂在该孔阑上方。快门406通过被附接到这些致动器402和404上的多个锚定件408而被悬挂在孔阑层407之上的一个短距离处。将沿其运动轴线附着在快门406的两端上的多个支架包括在内减少了快门406的平面外运动并且限定了基本上平行于该基片的平面的运动。通过模拟图3A的控制矩阵300，适合与快门组件400一起使用的一个控制矩阵可以包括用于每个对置的快门开放和快门关闭的致动器402和404的一个晶体管和一个电容器。
快门406包括两个快门孔阑412，光可以经这些孔阑通过。孔阑层407包括一组三个孔阑409。在图4A中，快门组件400处于开放状态，这样，快门开放的致动器402已经被致动，快门关闭的致动器404处于其松驰位置中，并且孔阑412与409的中线重合。在图4B中，快门组件400已经被移动到关闭状态，这样，快门开放的致动器402处于其松驰位置，快门关闭的致动器404已经被致动，并且快门406的这些阻断光的部分现在能够阻断光经过这些孔阑409的传送(如虚线所示)。
每个孔阑围绕其周边具有至少一个边缘。例如，这些矩形孔阑409具有四个边缘。在多个替代实现方式中，其中圆形、椭圆形、卵形、或其他弯曲的孔阑形成在孔阑层407中，每个孔阑可以仅具有一个单个的边。在其他实现方式中，这些孔阑不需要分开或在数学意义上分离，取相反可以是连接的。这就是说，当该孔阑的多个部分或多个成形的区段可以与每个快门保持一致时，可以连接这些区段中的几个，这样使该孔阑的一个单个的连续的周边由多个快门分享。
为了允许光以不同的输出角在开放状态中通过孔阑412和409，有利的是为快门孔阑412提供比孔阑层407中的孔阑409的对应的宽度或尺寸更大的宽度或尺寸。为了在关闭状态有效地阻断光逸出，优选的是快门406的这些阻断光的部分与这些孔阑409相重叠。图4B示出了在快门406中的光的阻断部分的边缘与在孔阑层407中形成的孔阑409的一个边缘之间的一个预定重叠416。
这些静电致动器402和404被设计为使它们的移位电压为快门组件400提供了一种双稳态特性。对于快门开放和快门关闭致动器中的每一个，存在着低于该致动电压的一个电压范围，如果施加这样的电压，则处于关闭状态(其中该快门或者处于开放或者关闭)的致动器将使该致动器保持关闭并且使该快门保持在位，即使是在将一个致动电压施加到对置的致动器上之后。用来维持对抗这样一个反向力的快门位置所需要的最低电压被称为维持电压Vm。在以上提及的美国专利申请号11/607,715中说明了利用双稳态工作特性的多个控制矩阵。
图5是根据本发明的一个说明性实施方案结合基于快门的光调制器(快门组件)502的一种显示装置500的截面图。每个快门组件结合了一个快门503以及一个锚定件505。未示出这些顺性梁的致动器，当这些致动器被连接在这些锚定件505与这些快门503之间时，它们有助于将这些快门悬挂在该表面之上的短距离上。这些快门组件502被布置在一个透明的基片504上，该基片优选地由塑料或玻璃制成。被放置在基片504上的一个面向后部的反射层(反射膜506)限定了多个表面孔阑508，这些表面孔阑位于这些快门组件502的这些快门503的关闭位置之下。反射膜506将未穿过这些表面孔阑508的光向回朝显示装置500的后部反射。反射性孔阑层506可以是没有夹杂物的与该细晶粒的金属膜，它是以薄膜形式通过多种气相沉积技术形成的，这些沉积技术包括溅射、蒸发、离子电镀、激光烧蚀、或化学气相沉积。在另一种实现方式中，面向后部的反射层506可以由反射镜形成，如电介质镜。电介质镜被制造成一叠高反射率材料与低反射率材料之间交替的介电体薄膜。使这些快门503与反射膜506分离的垂直间隙是在0.5至10微米的范围之内，所述快门在该垂直间隙内自由移动。垂直间隙的幅值优选地小于快门503的边缘与关闭状态中的孔阑508的边缘之间的侧向重叠，如图4B所示的重叠416。
显示装置500包括一个可任选的漫射器512和/或一个可任选的亮度增强膜514，该亮度增强膜使基片504与一个平面的光引导件516相分离。该光引导件包括一个透明材料，即玻璃或塑料材料。光引导件516由形成背光的一个或多个光源518照明。这些光源518可以是(例如但不限于)白炽灯、荧光灯、激光、或发光二极管(LED)。一个反射器519帮助从灯518向光引导件516引导光。一 个面向前部的反射膜520被放置在背光516之后，向这些快门组件502反射光。光线(如来自背光未穿过这些快门组件502之一的光线521)将被返回到背光上并且被再次从膜520上反射。通过这种形式，未能离开显示器而形成图像的光可以被回收并且可供用于经阵列的快门组件502中的其他开放的孔阑透射。已经证明这种光的回收可以提高显示器的照明效率。
光引导件516包括一组几何学光转向器或棱镜517，这些光转向器或棱镜把来自这些灯518的光再次引导朝向这些孔阑508并且因此朝向所述显示器的前部。这些光的转向器可以被模制在光引导件516的塑料体中，其形状可以替代的是三角形、梯形、或者在截面上是弯曲的。这些棱镜517的密度总体上随着与灯518的距离而增加。
在多个替代实施方案中，孔阑层506可以由吸光的材料制造，并且在多个替代实施方案中，快门503的表面可以或覆盖吸光的材料或覆盖反射光的材料。在多个替代实施方案中，孔阑层506可以被直接沉积在光引导件516的表面上。在多个替代实施方案中，不必将孔阑层506沉积在这些快门503和锚定件505的同一基片上(见以下说明的MEMS下构形)。在美国专利申请号11/218,690和11/528,191中详细说明了用于显示器照明系统的这些和其他实施方案，这两个专利文件通过引用结合在此。
在一个实现方式中，这些光源518可以包括不同颜色的灯，例如红色、绿色、以及蓝色。一个彩色图像可以由不同颜色的灯来形成，这是以对于人的大脑来说足够将不同颜色的多个图像平均成一个单个的多颜色图像的速率来顺序地照明图像。这些不同的颜色特定的图像是通过使用该阵列的快门组件502形成的。在另一个实现方式中，光源518包括具有多于三种不同颜色的灯。例如，光源518可以具有红灯、绿灯、蓝灯和白灯或者红灯、绿灯、蓝灯、和黄灯。
一个盖板522形成了显示装置500的前部。盖板522的后侧可以覆盖有一个黑色的矩阵524以增加对比度。在多个替代实现方式中，盖板包括多个滤色镜，例如对应于这些快门组件502的不同快门的不同的红、绿、和蓝滤色镜。盖板522被支撑离开这些快门组件502的一个预定距离从而形成一个间隙526。间隙526是 通过多个机械支架或间隔件527和/或通过将盖板522附接到基片504上的一个粘合密封件528来维持的。
粘合密封件528密封在一种工作流体530中。工作流体530被设计成具有优选地约在10％以下的粘性并且具有优选地约在2.0以上的相对介电常数、以及约在104V/cm以上的介电击穿强度。工作流体530还可以用作一种润滑剂。在一种实现方式中，工作流体530是一种具有高表面湿润性的疏水液体。在替代实现方式中，工作流体530具有一个折射率，该折射率或者大于或者小于基片504的折射率。
注意，这是图5的短版本。它不包括细节，如密封材料的命名种类、命名种类流体、以及疏水流体。对于这些附加内容见日期为07年10月12日的文件“Package II Alignment RB edit”。
一种金属板或模制的塑料组件托架532支持着盖板522、基片504、背光516以及一起围绕这些边缘的其他部件部分。组件托架532通过螺钉或刻痕片来紧固，以增加组合的显示装置500的刚性。在一些实现方式中，光源518通过一种环氧灌注化合物而被模制在适当的位置。反射器536帮助从光引导件516的边缘中逸出的光返回到光引导件中。在图5中未示出给这些快门组件502以及这些灯518提供控制信号以及电力的多个电互连。
在美国专利申请号11/361,785和11/731,628中可以查阅显示装置500的进一步的细节和替代构形(因此也包括其制造方法)，这两个专利申请文件通过引用结合在此。
显示装置500称为MEMS在上的构形，其中这些基于MEMS的光调制器形成在基片504的一个前表面上，即面向观察者的表面上。这些快门组件502被直接构建在反射性孔阑层506的上面。在本发明的一个替代实施方案中，称之为MEMS在下的构形，这些快门组件被放置在与该基片分离的一个基片上，在该基片上形成所述反射孔阑层。在其上形成限定多个孔阑的反射性孔阑层的基片在此被称为孔阑板。在MEMS在下的构形中，承载基于MEMS的光调制器的基片在显示装置500中取代了盖板522的位置并且被定向为使这些基于MEMS的光调制器被定位在该顶部基片的后表面上，即该表面背离观察者并且朝向背光516。由此，基于 MEMS的光调制器直接与反射性孔阑层相对置并且与之跨过一个间隙。该间隙可以通过一系列的连接孔阑板与基片的间隔柱来维持并且在基片上形成了这些MEMS调制器。在一些实现方式中，这些间隔件被放置在阵列的每个像素之内或者在它们之间。使这些MEMS光调制器与它们的对应的孔阑分离的间隙或距离优选地小于10微米、或者是一个小于快门与孔阑之间的重叠(如重叠416)的距离。在以上提及美国专利申请11/361,785、11/528,191、和11/731,628中可以查阅MEMS下显示器构形的进一步的细节和替代实施方案。
在其他实施方案中，基于卷帘的光调制器220或光闸门250连同其他基于MEMS的光调制器可以替代显示器组件500之内的这些快门组件502。
快门的制造
图6A示出根据基于MEMS的快门显示器的一种实现方式的复合快门组件600的截面细节，该复合快门组件包括建造在基片603和孔阑层606上的快门601、一个顺性梁602、以及一个锚定件结构604。该复合快门组件的这些元件包括一个第一机械层605、一个导体层607、一个第二机械层609、以及一种封装介电体611。机械层605或609中的至少一个将被沉积到超过0.15微米的厚度，因为这些机械层中的一个或二者都将包括用于该快门组件的原理支承负载和机械致动构件。机械层605和609的待选材料包括但是不限于：金属，如Al、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd、或其合金；介电材料如Al2O3、SiO2、Ta2O5、或Si3N4；或者半导体材料，如钻石样碳、Si、Ge、GaAs、CdTe或者其合金。这些层的至少一个，如导体层607，应该是导电的，从而能够将电荷携带到这些致动元件上以及从其上带走。待选材料包括但不限于：Al、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd、或其合金，或者半导体材料，如钻石样碳、Si、Ge、GaAs、CdTe或其合金，特别是当这些半导体被掺杂有杂质，如磷、砷、硼、或铝时。图6A示出了用于该复合材料的一种夹层构形，其中具有类似厚度和机械性能的机械层605和609被沉积在导体层607的两侧的任一侧上。在一些实施方案中，该夹层结构帮助确保在沉积之后剩余的应力和/或由温度改变而施加的应力将不会起作用而引起快门组件600弯曲或扭曲。
在一些实现方式中，复合快门组件600中的这些层的次序是可以反转的，从而夹层的外侧包括一个导体层而夹层的内侧包括一个机械层。
在快门601中使用的材料的进一步的说明(包括被选择用于结合了吸收或反射入射光的的材料的说明)可以在2006年2月23日提交的题为“Display Apparatus and Methods For Manufacture Thereof”美国专利申请11/361,785中查到，该文件通过引用结合在此。
快门组件600包括一个封装介电层611。介电涂层能够以共形的方式施加，这样快门和梁的所有底部、顶部和侧表面都被均匀地涂覆。这类薄膜可以通过一种绝缘体如Al2O3、Cr2O3、TiO2、HfO2、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、SiO2、或Si3N4的热氧化和/或通过附形的化学气相沉积，或者通过原子层沉积来沉积类似的材料而生成。该介电涂层可以施加到10nm到1微米范围内的厚度。在一些情况下可以使用溅射和蒸发蒋介电涂层沉积在侧壁上。
图6B至图6E示出了建造快门组件600的过程，该快门组件包括在一个基片603和孔阑层606顶部上的快门601、一个顺性梁602、以及锚定件结构604。在许多实现方式中，快门组件被构建在一个预先存在的控制矩阵上，例如一个薄膜晶体管的有源矩阵阵列。用于在一个孔阑层606上或者与该孔阑层相结合构造该控制矩阵的过程在以上提到并结合的美国专利申请号11/361,785中说明。
图6B是根据本发明的一个说明性实施方案在形成快门组件600的过程中的一个第一步骤的截面图。如在图6B中所示，沉积一个牺牲层613并构成图案。聚酰亚胺是一种优选的牺牲材料。其他待选的牺牲材料包括聚合物材料，如聚酰亚胺、氟聚合物、苯并环丁烯、聚亚苯基奎诺希尔、聚对亚苯基二甲基、或聚降冰片烯。选择这些材料是因为其使粗糙表面平整化、在超过250℃的处理温度下保持机械完整性、以及其在去除过程中易于蚀刻和/或热分解的能力。可以在光致抗蚀剂之中找到替代的牺牲层：聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基乙烯、以及酚醛树脂或线性酚醛树脂，尽管它们的使用将典型地被限制为低于350℃的温度。一个替代的牺牲层是SiO2，只要其他电子电路或结构层耐受其去除用的氢氟酸溶剂(Si3N4是耐受的)就可以优先地去除它。另一个替代牺牲层是硅，只要其他的电子电路或者结构层耐受其去除用的氟等离子或者XeF2(多数金属和/或Si3N4是耐受的)就可以优先 地去除它。另一个替代牺牲层是铝，只要其他电子电路或者结构层耐受强碱(浓NaOH)溶液(Cr、Ni、Mo、Ta、和Si是耐受的)就可以优先地去除它。然而，另一个替代牺牲层是铜，只要其他的电子电路或者结构层耐受硝酸或硫酸溶液(Cr、Ni和Si4是耐受的)就可以优先地去除它。
接着，使牺牲层613构成图案以暴露这些锚定件区域604处的多个孔或穿通孔。优选的聚酰亚胺材料和其他聚合物树脂可以配制成包括多种感光剂，这些感光剂能够使通过一个UV光掩膜暴光的多个区域在显影液中被优先去除。通过在用一个附加的光致抗蚀剂层涂覆该牺牲层、使该光致抗蚀剂用光构成图案、并且最后用光致抗蚀剂作蚀刻掩模可以构成其他牺牲层613的图案。可以通过用一种硬掩模涂覆该牺牲层构成其他牺牲层的图案，该硬掩模可以是一薄层SiO2或者金属，如钴。然后通过光致抗蚀剂和湿化学蚀刻把一个光图案转变成硬掩模。在硬掩模中显影的图案可以非常耐受干化学蚀刻、各向异性蚀刻、或等离子蚀刻，这些是可以用于在牺牲层中产生非常深和窄的锚定件孔的技术。
在牺牲层中已经开出锚定件604或者穿通孔的区域以后，可以化学地或通过等离子体的溅射作用蚀刻曝露的和下衬的导电表面614，以去除任何表面氧化层。这样一种接触蚀刻步骤可以改进下衬的导体与快门材料之间的欧姆连接。
在构成该牺牲层图案以后，可以通过使用溶剂清洁或使用酸蚀刻来去除任何光致抗蚀剂层或者硬掩模。
接着，如在图6C中所示，在构成快门组件600的过程中沉积快门材料。快门组件600由多个薄膜605、607、以及609组成。在一个优选的实施方案中，第一机械层605是一个被首先沉积的非晶态硅层，接着是一个包括铝的导体层607、接着是一个非晶态硅的第二层609。用于快门材料605、607、和609的沉积温度低于牺牲材料发生物理退化的温度。例如，已知聚亚酰胺在高于400℃的温度下分解。快门材料605、607和609可以在低于400℃的温度下沉积，因此允许把聚亚酰胺用作一种牺牲材料。氢化的非晶态硅对于层605和609是一种有用的机械材料，因为它在一个相对地无应力的状态中，通过在250至350℃的范围内的温度下由硅烷气的等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)可以生成在0.15至3微米范围内的厚度。将磷化氢气体(PH3)用作掺杂剂，从而非晶态硅可以生成具有低于 1ohm-cm的电阻率。在替代实施方案中，一种类似的PECVD技术可以用于沉积作为机械层605的Si3N4、silicon-rich Si3N4、或SiO2材料、或者用于沉积钻石样碳、Ge、SiGe、CdTe、或其他用于机械层605的半导体材料。PECVD沉积技术的一个优点是该沉积可以是相当共形的，即它可以涂覆多种倾斜的表面或窄的穿通孔的内侧表面。即使切入该牺牲材料的锚定件或者穿通孔带来几乎竖直的侧壁，PECVD技术也可以在该锚定件的底部与顶部水平表面之间提供一种连续的涂覆。
除了PECVD技术之外，可供用于生成快门层605或609的替代技术包括RF或DC溅射、金属有机化学气相沉积、蒸发、电镀或无电镀。
对于导体层607，优选一种金属薄膜(如Al)，尽管也可以选择替代物，如Cu、Ni、Mo、或Ta。将这样一种导电材料包括在内达到了两个目的。它降低了快门材料的总的薄层电阻并且它帮助阻断穿过快门材料的可见光的通路。(如果生成不到2微米的厚度，非晶态硅可以在一定程度透射可见光。)通过溅射，或者以一种比较共形的方式通过化学气相沉积技术、电镀、或者无电镀可以沉积该导电材料。
在图6D中继续构成快门组件600的过程。当牺牲层613仍在该晶片上时，对快门层605、607、和609进行光掩模和蚀刻。首先施加一种光致抗蚀剂材料，然后通过一个光掩模暴光，并且然后显影以形成一种蚀刻掩模。然后可以在氟基等离子化学制剂中蚀刻非晶态硅、氮化硅、和氧化硅。可以用HF湿化学制剂蚀刻SiO2机械层；并且既可以用湿化学制剂或者也可以用氯基等离子化学制剂来蚀刻导体层中的任何金属。
在图6D中通过光掩膜施加的这些构成图案形状影响着一些机械特性，如快门组件600的这些致动器和快门中的刚度、柔顺性、以及电压响应。快门组件600包括一个顺性梁602，用截面图示出。把顺性梁602的形状确定为使宽度小于该快门材料的总的高度或厚度。优选的是保持一种至少1.4∶1的梁尺寸比，使梁602高于或厚于其宽度。
如图6E中所示继续构成快门组件600的过程。去除牺牲层613，这从基片603游离出除锚定件处以外的所有运动部分。优选用一种氧等离子体去除聚酰亚胺牺牲材料。还可以用一种氧等离子体，或者在一些情况下通过热解去除用于牺牲层 613的其他聚合体材料。一些牺牲材料层613(如SiO2)可以通过湿化学蚀刻或者通过气相蚀刻去除。
在图6E中未示出但在图6A中示出的一个最终过程中，在该快门的所有暴露的表面上沉积一种介电涂层611。可以通过共形的方式施加介电涂层611，从而使用化学气相沉积均匀地涂覆这些快门601和梁602的所有的底部、顶部、和侧部的表面。Al2O3是层611的一种优选介电涂层，该介电涂层通过原子层沉积而被沉积到10至30纳米范围的厚度。
最后，可以把抗静摩擦涂层施加到所有快门601和梁602的表面上。这些涂层防止致动器的两个独立的梁之间的不希望的粘性或粘附。可施加的涂层包括碳膜(石墨的和钻石样均可)以及氟聚合物、和/或低蒸气压力润滑剂。这些涂层既可以通过暴露给一种分子蒸气或者也可以通过化学气相沉积通过分解一种前体混合物来施加。抗静摩擦涂层还可以通过化学改变快门表面来产生，如在氟化、硅烷化、硅氧化、或者氢化绝缘表面中。
侧壁梁过程
美国专利申请号11/251,035说明了用于快门组件和致动器的多种有用的设计。一类用在基于MEMS的快门显示器的适合的致动器包括控制横向于显示基片或者在显示基片平面内的快门运动的顺性致动器梁。随着致动器梁变得越顺性，用于致动这类快门组件所需要的电压就越低。如果把该梁的形状确定为使得相对于平面外的运动而优选或促进平面内的运动，则致动运动的控制也会得到改进。在一个优选的设计中，顺性致动器梁具有矩形截面，如图6A的梁602，这样使得这些梁高于或者厚于它们的宽度。
关于在一个具体的平面内的弯曲而言，一个长的矩形梁的刚度与该平面中梁中的最薄的尺寸之比达到三次方。因此所关注的是尽可能地减少该顺性梁的宽度以降低平面内运动的致动电压。然而，当使用常规的光刻设备来限定和制造快门和致动器结构时，梁的最小宽度通常被限制为光学器件的分辨率。尽管已经开发了在光致抗蚀剂中限定窄到15纳米的零件的图形的光刻设备，但这样的设备是昂 贵的并且单次暴光可完成的构成图案的面积是有限的。对于在大的玻璃板上的经济光刻，该构图分辨率或者最小零件尺寸典型地被限定为1微米或2微米或更大。
美国专利申请11/361,785说明了在图7A至图7D中说明的一种技术，由此具有顺性致动器梁716的一个快门组件700能以远低于大的玻璃板上的常规光刻极限的尺寸来制造。该过程被称为侧壁梁过程。
如图7A所示，形成一种带有侧壁梁的快门组件700的过程开始于一个第一牺牲材料701的沉积和构成图案。在第一牺牲材料中限定的构图产生了多个开口或多个穿通孔702，最终在其中形成用于快门的多个锚定件。第一牺牲材料701的沉积和构图与参照图6A至图6E说明的沉积和构图所说明的那些在概念上是相类似的，并且使用类似的材料。
形成侧壁梁的过程继续一个第二牺牲材料705的沉积和构图。图7B示出了一种模具703的形状，该模具是在第二牺牲材料705构图之后产生的。模具703还包括具有其在前限定的穿通孔702的第一牺牲材料701。图7B中的模具703包括两个不同的水平级别：模具703的底部水平层面708由第一牺牲层701的顶部表面建立并且可以达到在已经蚀刻掉第二牺牲层705的那些区域内。模具703的顶部水平层面710由第二牺牲层705的顶部表面建立。在图7B中展示的模具703还实质上包括多个竖直的侧壁709。
以上关于牺牲材料613说明了用作牺牲材料701和705的材料。
形成侧壁梁的过程以在牺牲模具703的所有暴露表面上沉积和构成快门材料的图案继续进行，如在图7C中所示。以上关于快门材料605、607、和609说明了在快门712中使用的优选材料。在美国专利申请11/361,785中说明了替代快门材料和/或快门涂层。这种快门材料被沉积为约小于2微米的厚度。在一些实现方式中，该快门材料被沉积为具有小于约1.5微米的厚度。在其他实现方式中，该快门材料被沉积为具有约小于1.0微米的厚度，以及薄至约为0.10微米。在沉积之后，构成该快门材料的图案(它可以是一种如以上说明的复合快门)，如在图7C中所示。在光致抗蚀剂中显影的图案被设计为使该快门材料保留在快门712的区域中以及在这些锚定件714处。
具体设备和化学制剂还被选择用于在图7C中所示的步骤中使用的蚀刻过程，该过程在本领域中公知是一种各向异性的蚀刻。该快门材料的各向异性蚀刻是在一种等离子体大气压中进行的，其中对该基片或者该基片近端的一个电极施加一个电压偏置。被偏置的基片(具有垂直于该基片的表面的电场)导致离子以接近垂直于该基片的角度向该基片加速。与蚀刻化学制剂连接的这类加速的离子导致了在正交于该基片的平面的方向比平行于该基片的方向快得多的蚀刻速度。因此，实质上消除了在受该光致抗蚀剂保护的区域中快门材料的凹切蚀刻(undercut-etching)。沿着实质上平行于该加速的离子的轨迹的模具703的侧壁表面709，还实质上保护了快门材料免于这种各向异性蚀刻。这种被保护的侧壁快门材料将随后形成用于支撑快门712的顺性梁716。沿该模具的其他(非光致抗蚀剂保护的)水平表面，如顶部水平表面710或底部水平表面708，该快门材料已经通过蚀刻完全被去除。
只要提供了该基片的或者该基片的紧邻端中的一个电偏置供电，用于形成侧壁梁716的各向异性蚀刻在一个RF的等离子装置或在一个DC的等离子蚀刻装置中均可实现。对于RF等离子体蚀刻的情况，通过从激励电路的接地板上断开基片保持件的连接从而允许该基片电位浮动于该等离子中就可以得到一种等效自偏置。在一种实现方式中有可能提供一种蚀刻气体，如CHF3、C4F8、或CHCl3，其中碳与氢和/或碳与氟都是该蚀刻气体中的组分。当与一种同样通过电压偏置该基片实现的定向等离子体相结合时，释放的C、H、和/或F原子可以迁移到这些侧壁709上，在这些侧壁处它们构成钝态的或者说保护性的准聚合物涂层。这种准聚合物涂层进一步避免侧壁梁716的蚀刻或化学侵蚀。
形成侧壁梁的过程是通过去除第二牺牲层705和第一牺牲层701的剩余部分来完成的，其结果示于图7D中。去除牺牲材料的过程类似于参照图6E所说明的过程。沉积在模具703的侧壁709上的材料保留为顺性梁716。顺性梁716把这些锚定件714机械地连接到快门712上。这些锚定件连接到一个孔阑层725上。顺性梁716是高而窄的。当由模具703的表面形成时，侧壁梁716的宽度类似于沉积时快门材料的厚度。在一些情况下，716处的梁的宽度将与712处的水平快门材料的厚度相同，在其他情况下梁的宽度将仅约为快门材料厚度的1/2。侧壁梁716 的高度由第二牺牲材料705的厚度所确定，或者换言之，由在参照图7B说明的构成图案步骤的过程中所建立的模具703的深度所确定。只要沉积的快门材料的厚度被选择为小于2微米(对于许多应用来说，0.1至2.0微米的厚度范围是适当的)，图7A至图7D中所示的方法非常适于生产非常窄的梁。常规的光刻法把在图7A、图7B、以及图7C中所示的构图特征限制为大得多的尺寸，例如允许最小分辨的零件不小于2微米或5微米。
图7D描绘了一个在上述过程中在释放步骤之后形成的一个快门组件700的等距视图，生产的顺性梁具有高的宽高比的截面。例如，只要该第二牺牲层的厚度大于该快门材料的厚度的4倍，所得到的梁高与梁宽之比将会产生为一个类似的比例，即大于4。
以上未展示但包括作为引起图7C的过程的一部分的一个任选步骤包括各向同性地蚀刻侧壁梁716以便分离沿模具703的侧壁形成的梁或者使其断开。例如，通过使用各向同性蚀刻已经从侧壁上把点724处的快门材料去除。各向同性蚀刻是一种在所有方向上蚀刻速度都相同的蚀刻，从而不再保护如点724的区域中的侧壁材料。只要在基片上不施加一个偏置电压就可以在典型的等离子蚀刻设备中完成该各向同性蚀刻。还可以使用湿化学蚀刻技术或者气相蚀刻技术来实现各向同性蚀刻。在点724处的梁的分离通过一个不同序列的光致抗蚀剂分布、构成图案、以及蚀刻实现。在此情况下，光致抗蚀剂图形被设计成用于使侧壁梁716避免各向同性蚀刻化学制剂但在点724处暴露这些侧壁梁。
作为侧壁过程中的一个最后步骤，围绕侧壁梁的外表面沉积一种封装介电体(如介电体611)。
为了保护沉积在模具703的侧壁709上的快门材料并且为了产生实质上均匀的截面的侧壁梁716，可以遵循一些特定的工艺指导原则。例如，在图7B中，可以把侧壁709做得尽可能的竖直。在侧壁709处斜坡和/或暴露的表面变得易于感受各向异性蚀刻。79如果同样以各向异性的方式进行图7B处的构成图案步骤，即第二牺牲材料705的构图，就可以产生竖直的侧壁709。结合第二牺牲层705的构图，使用附加的光致抗蚀剂涂层或一种硬掩模(见参照图12A进行的讨论)使之有可能在各向异性蚀刻第二牺牲材料705中采用侵蚀性的等离子和/或高的基片偏 置而无需担心过度损耗光致抗蚀剂。只要在UV暴光过程中小心地控制焦点深度并且在最终硬化阻蚀剂的过程中避免过度的收缩还可以用可照像成图的牺牲材料产生竖直的侧壁709。
在侧壁梁处理过程中有用的另一种工艺规范与快门材料沉积的共形性(conformality)有关。模具703的表面优选地覆盖有类似厚度的快门材料，与这些表面的方向无关，不论是竖直的还是水平的。当通过一种化学气相沉积技术(CVD)进行沉积时可以实现这种共形性。具体地可以采用以下共形技术：等离子增强的化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPECVD)、以及原子层或自限制层沉积(ALD)。在以上CVD技术中，可以通过在与把一个表面暴露给一个定向的原子源的能量的表面相对的一个表面上的反应速度来限制该薄膜的生成速度。在这类共形沉积技术中，生成在竖直表面上的材料的厚度优选地至少是生成在水平表面上的材料厚度的50％。可替代地，只要在镀层前提供了均匀涂覆所有表面的一个金属晶种层，就可以通过无电镀或电镀从溶液中共形地沉积该快门材料。
结合受应力的顺性梁的设计
图7A至图7D展示的侧壁梁过程能够生产非常窄的且顺性的致动器或者支撑梁。在大多数情况下，梁的宽度将与沉积时的快门材料的厚度是可比较的并且将显著少于1微米。然而，因为它们的窄的且顺性的特性，在梁从该模具中释放之后梁的形状可以非常依赖于沉积时的梁材料的应力状态。图8A至图8C展示了在梁的休止或放松形状和位置上的不同应力状态的结果。在没有任何外部施加的力(例如，在致动过程中产生的静电学力)的情况下，例如由其材料组合物、或制造过程产生的梁内的这些应力在本文中统称为梁的“固有应力状态”。
图8A提供了横向快门组件800的一个实例，该横向快门组件包括一个快门802、以及一个顺性支撑梁804、一个锚定件809、以及一个致动器电极806。快门组件800还包括一个孔阑808，该孔阑由一个基片本体形成的、或者由一个沉积在该基片上的一个反射的或者吸收光的薄膜内构图的开口限定。顺性支撑梁804与电极806一起包括一个静电致动器。当电压被跨接在电触点810上时，顺性支撑 梁804被迫弯曲并且向电极806移动，并且引起快门移动并且遮蔽了光通过孔阑的通路。该开放位置(还被称为快门802和顺性梁804的休止或松驰位置)在图8A中用实线表示。被致动的或关闭的位置用虚线表示。由快门802在开放位置与关闭位置之间横过的最小距离由标记D1表示。
对于快门组件800，顺性支撑梁804和电极806是通过一种侧壁梁过程形成的。这些梁804和806各自被悬挂在该基片表面上，并且对应地在锚定件809和812处被附接到该基片上。在截面中，每个梁具有大于一的宽高比，其中这些竖直面(即垂直于该基片表面的那些面)具有的尺寸实质性地大于或高于该基片平面中的窄的尺寸。
图8B展示了一个横向快门组件820，该横向快门组件包括一个快门822、以及一个顺性支撑梁824、一个锚定件829、以及一个致动器电极826和一个孔阑828。类似于快门组件800，支撑梁824和电极826可以通过侧壁梁过程形成。类似于快门组件800，快门组件820可以由触点830两端的电压致动，引起快门822移动并且遮蔽孔阑828。然而，对于快门组件820，顺性梁824包括两种不同的材料，这些材料特征为不同的应力状态，并且其中这些应力状态部分确定了梁的休止或松驰位置。在快门组件820的休止位置中，左侧上的第一材料836平均起来是处于拉伸应力状态而右侧上的第二材料838平均起来是处于压缩应力状态。
由材料836和838施加的不同应力状态在梁824上产生相等的弯曲力矩，使得梁824在从牺牲模具释放之后朝向孔阑828弯曲。在图8A至图8C中未示出这种牺牲模具，但是在这三个实例中，可以假定该模具在材料和功能上类似于模具703。与快门组件800、820和824结合使用的每个模具的设计或形状都是类似的；并且梁804的形状代表了在每种情况下使用的牺牲模具的形状。快门组件800是在图8A至图8C中所展示的三个快门组件中的唯一的其形状在从模具中释放之后实质上不发生变化的一个快门组件。
支撑梁824弯曲进入一个休止或松驰位置，如在图8B中所展示。所述休止位置是使梁的应变能量或势能最小化无需应用任何致动电压的位置。在开放(或休息)位置与关闭(或致动)位置之间由快门822横过的最小距离由标志D2表示。快门组件820中的距离D2大于快门组件800中的距离D1。
图8C示出一个横向快门组件840，它包括一个快门842、以及一个顺性支撑梁844、一个锚定件849、以及一个致动器电极846以及一个孔阑848。类似于快门组件800，支撑梁844和电极846也可以通过侧壁梁过程形成。类似于快门组件800，快门组件840可以通过触点850两端的电压致动，引起快门842移动和遮蔽孔阑848。然而，对于快门组件840，顺性梁844包括两种不同材料，这两种材料特征为不同的应力状态，并且其中这些应力状态部分地确定了梁的休止或松驰位置。在快门组件840的休止位置中，左侧上的第一材料856平均起来是处于压缩应力状态而右侧上的第二材料858平均起来是处于拉伸应力状态。
由材料856和858施加的不同应力状态在梁844上产生等效弯曲扭矩，引起该梁沿靠近以及甚至重叠孔阑848的方向朝向松驰的位置弯曲。在开放(或休息)位置与关闭(或致动)位置之间由快门842横过的最小距离由标志D3指示。快门组件840中的距离D3小于快门组件800中的距离D1。
对快门组件820和840中的梁处于休止的弯曲位置进行比较，优选快门820。这是因为，由于在梁844内承载的弯曲应力，快门842不能在其休止状态中完全避开孔阑孔848。与快门组件820中的情形相比较，快门组件840在其开放位置中于照明强度上受到一些损失。
致动这些快门组件800、820、以及840所要求的电压与致动所要求的距离直接相关。用于快门组件840的致动电压将是很小的，因为如以上指出的D3＜D1＜D2。于是，理论上，快门组件800将提供具有相对低的致动电压(与快门组件840相比较)的设计的最佳组合，其中孔阑808在休止状态中将不被遮蔽。不幸的是，因为作为梁的沉积过程的一个结果，在制造过程中对侧壁梁可能并且经常确实造成多种应力或应力的不平衡，快门组件800的理论情形是难于实现的。然而，在快门组件820中，给梁824提供了一对材料，它们是布置在梁的对置面上并且在它们的应力状态中具有预定关系的材料836和838。快门组件820是一种改进的设计，因为在释放梁824之后，可以根据在这两个面处的应力状态之间的预定关系来预计梁的移动或弯曲方向。尽管在制造过程过程中可能对梁的应力产生其他外部变化，但梁824的休止位置因此在很大程度上是可控的。
应该指出，电极梁826和846还具有用于它们对应的支撑梁的相同的一对材料，因为该相同的一对材料在侧壁沉积过程过程中被同时沉积。然而，这些电极梁在每个末端处对应地连接到锚定件832和852上。通过用两个锚定件832各在每个末端处钉牢梁826，可以减少或消除电极826的弯曲程度或形状改变程度。
图9展示了另一种横向快门组件900，它包括一个快门902、两个顺性支撑梁904和905、一个锚定件909、一个致动器电极906以及一个孔阑908。类似于快门组件800，可以用侧壁梁过程形成支撑梁904、905和电极906。类似于快门组件800，快门组件900可以通过触点910两端的电压来致动，引起快门902移动和遮蔽孔阑908。
对于快门组件900，两个支撑梁904和905被设计为冗余的并且实质性地平行的支撑梁。梁904和905的对称设计帮助确保在侧壁制造过程中诱发的应力不引起弯曲力矩，所述弯曲力矩将改变或移位快门902所设计的休止位置。在侧壁梁过程的一个实例中，牺牲模具材料(如模具703)可以被定位在梁904与905之间的空隙间隔907中。在附加到该模具的一个侧壁上的梁904的沉积过程中，如果产生了一个不平衡的应力分布，则在梁905上会产生一个类似的和镜像的应力分布，如它形成在同一个模具的对置侧壁上。如果这些梁904和905留有镜像的应力分布，那么在梁连接到快门902上的点处所受到的等效弯曲力矩将被减少或者被去除并且在该牺牲模具被移除之后该快门将不实质性地移动。
其结果是，使用具有镜像应力状态的实质性地平行的支撑梁为控制快门组件900的休止位置提供了另一种方法。使用平行的支撑梁存在一些电压损失，因为用来移动或致动具有平行的支撑梁的悬吊的快门所需要的弯曲力高于连接到一个单个的支撑梁上的快门所需要的弯曲力，但至少在快门组件900中，尽管有在制造过程过程中产生的应力仍然可以控制该快门的休止位置。
在释放之前和释放之后的应力分布的实例
众多技术可供用于控制在梁中的弯曲的程度和方向，其中在侧壁生产过程过程中由于控制梁中的应力分布该弯曲沿着一个平行于基片(即横向一条光轴)的方向。对于以上说明的具体情况，用于梁804、824、以及844的牺牲模具各自在 该光掩膜中被画成相似的形状；例如画成如所示的梁804的相同的直线式梁的形状。但是通过使用复合梁材料产生的这些应力(如在梁824和844中使用的材料产生的应力)在该牺牲模具被移除之后引起梁移动和弯曲。通过有利地控制梁内的应力分布，梁的休止或松驰形状(未施加电压)可以与在光掩膜中画出的形状或者在沉积在该模具上之后初始产生的形状不同。
在图10A和图10B中给出了在复合梁性梁824从该模具中释放之前和之后应力如何通过该复合顺性梁被分布的图示。图10A示出了在沉积之后但在该梁从该模具中释放之前在复合梁824上产生的应力分布1001。图10A和图10B两图均是应力标量值(标在垂直轴线上)与梁厚度位置(标在水平轴线上)对比图。该梁具有两个垂直于该基片平面的面。右面1004在沉积之后被直接连接到模具的侧壁上，而左面1006被安置为与该模具对置。对于这个实例，右面1004还被设计为最接近于电极826和孔阑828的面。材料838是有待沉积到该模具上的第一材料。它生长或沉积在位置1004与1008之间。材料836是有待沉积的第二材料。它存在于位置1008与1006之间。对于不同的实现方式，材料836和838的厚度可以在0.01与5微米之间任意改变。材料838在接近零的应力状态下沉积，而材料836是在具有接近水平1010的一个预定应力值的张力状态下沉积。在沉积之后，梁824具有一个净平均拉伸应力(图10A)，一种部分地由模具面1004处的牵引力支撑的应力状态。梁(在它仍刚性地连接到该模具上时)在该点的形状是直的，类似于图8A的梁804的形状。只要梁仍保持刚性连接到模具上，梁就不移动。图10B示出了在牺牲模具以及模具施加在梁824上的力被去除之后得出的的应力分布。在从模具中释放之后，梁824变形进入一个松驰位置从而采取其固有的应力状态。经过分析可以预测该休止位置，因为在该位置中固有应力状态具有最小的应变能量。图8B中的梁的松驰形状已经从释放前的形状上(它类似于图8A)发生了改变，并且它已经发展出一种使快门822移动离开孔阑828的受控弯曲。在弯曲或休息状态中，在用线性弹性材料形成的梁的情况下，梁824内的材料产生一种应变的线性变化，其中在左面上出现压缩应变而在右面上产生拉伸应变。应变的线性变化通常伴随有应力的线性变化，如在图10B中所示。点1006处的应力仍然是拉伸的，但现在它的值为1020，该值小于值1010。在点1008处存在着一个应力 中断。材料838上的应力从点1008处的压缩值1022变化到点1004处的一个拉伸值1024。材料838上的净应力(应力在位置上的积分)现在是压缩性的，该净应力平衡材料836中的拉伸应力。拉伸应力值1020小于值1024。
梁824的弯曲由在沉积之后在梁的两个面上产生的应力差引发的。在图10A中，应力差用代表材料836中的拉伸应力的应力1010与代表材料838接近初始应力状态的零之间的差值表示。在松驰之后，如图10B所展示的，这两个面上的应力差由应力值1020与应力值1024之间的差值来表达。在图10B中的这两个面1004与1006中的每一个上的应力值还实质性地不同于在这两个面之间观察到的平均应力状态。
图10A和图10B中展示的应力值被表达为标量值，好像在梁中随位置变化的唯一重要的应力是单轴应力。这个标量近似值通常有效地适用于长并且薄的顺性梁。对于更加复杂的形状和/或对于具有额外的边界约束的形状(如中间的或分布的锚固)或者由外力限制的形状，可能需要应力和应变对位置关系的更加完全的张量特性参数，以定量地解释所造成的形状上的弯曲或松驰。尽管如此，当观察到梁从模具中释放后形状弯曲或改变时，该弯曲可以仍归因于一种固有应力状态，该固有应力状态包括沿现弯曲的边缘相切的方向上作用在梁上的不平衡的单轴应力分力。
图10B展示了一种固有应力状态，该固有应力状态包括在材料838内在应力值1022至1024之间的应力的线性变化。这种应力对位置关系的线性变化是一种简单化的近似值。对于更复杂的梁的形状，或者在一个梁内随为材料沉积而变或作为梁弯曲的结果而出现塑性形变的情况下，一个梁内应力随位置的变化不太可能是线性的。对于应力梯度是非线性的情况，固有应力的不平衡本性仍可以导致梁朝向其休止位置弯曲。固有应力状态还导致位于这些面附近的应力值与位于该梁的中央或内部的应力值之间的差异。
在图10A和图10B中的应力分布仅表示应力分布的说明性实例，这些应力分布引起或提供了在从模具中释放之后发生形状改变的证据。本领域的普通技术人员将认识到在释放之前和之后的许多替代的以及可适用的应力分布。总体上说， 任何不平衡的、不对称的、各向异性的、或者非线性的单轴的应力分布都会引起该梁形状改变或为其提供证据。
梁824的弯曲是由沉积之后在梁的两个面上产生的应力差引起的。在释放之后引起的明显弯曲的应力差值(如应力值1010，)的一个有效值可以是超过30Mpa(百万帕斯卡)的任何应力差值。在某些实现方式中，为此目的在一个梁的两个面之间产生超过约4002Mpa的应力差值。这种梁弯曲的一个结果是这些面上的应力值将变化、但仍保留在那里，如应力值1020和1024的差值中明显的看倒。在值1020与1024之间的应力差值(它表明一个梁因为初始的各向异性的应力状态已被弯曲)可以是超过30Mpa的任何值。
存在用于测量梁的两个面之间的应力差的多种解析技术，但这些技术在任何情况下都会难以应用。在许多情况中，更易于建立的是在两个表面之间存在应变值的相对差异，因为应变是晶体晶格的相对膨胀或收缩的一种直接了当的测量并且借助于材料的弹性模量与应力相关联。然而，可以使用一种简单的测试来确定一个梁是否在各向异性应力或应力梯度的影响下已被弯曲。一种湿化学蚀刻、一种喷射等离子体、或者一种离子束可以用来选择性地把材料从窄的顺性梁的两个表面之一上去除。如果原始的梁的形状原来不是通过存在的各向异性应力或应力梯度来建立的，那么在从这些面之一将任何另外的材料移除之后梁的形状将不改变。然而，对于应力梁的情况，如图10B所展示的，在将材料从一个表面上移除之后，该梁之内的应力平衡条件将不再满足并且该梁将弯曲到代表一种新的平衡的新形状。梁在蚀刻过程之后的再成形是在梁中存在各向异性应力或应力梯度的证明。
在本领域中已知用于产生具有预定应力状态的薄膜材料的多种技术。总体上讲，与具有较低熔点的材料相比，折射性材料(熔化温度超过1200℃)是以更显著的拉伸应力状态沉积的。这些金属W、Ta、Nb、Mo、Ti、V、Cr、以及Si是可供用于沉积成一种拉伸应力状态的金属的实例，通常具有超过100Mpa的应力。介电体SiO2、Al2O3、以及Ta2O5是沉积成拉伸应力状态的介电体材料的实例，特别是通过溅射沉积法来沉积时。如果采取多个减少材料的密度或增加材料的多孔性的措施，即使较低的熔点材料，如Al、Cu、Ni、Ga、Ge、Ag、以及Au，也 可以被沉积成有明显的拉伸应力状态，使用快的沉积速率可以引起多孔性超过10％以及拉伸状态大于30Mpa。作为替代方案，如果所述材料在过量氧、氢、或氩气的环境中形成，结果是具有超过30Mpa的应力的一种薄膜。
在用于快门组件820的一个替代制造过程中，右手侧材料838可以最初以压缩的应力状态沉积而左手侧材料836能够以接近零的应力状态沉积。净结果将是类似于图10B所示的一种松驰的应力分布。足以用于使梁弯曲的目的的一个压缩应力可以是小于-30Mpa的任何应力。(压缩应力通常用负值标示。)
在本领域中已知用于在压缩应力状态下沉积薄膜的多种技术。等离子体气体环境可以用于沉积，或者可以使用使离子朝向基片加速的基片偏置、或离子发射源，其结果是在30Mpa以下的压缩应力的薄膜。还可以把较低的沉积速率(特别是与化学气相沉积过程相结合)用于产生原子密集的薄膜，所述薄膜也表现低于30Mpa的压缩应力。介电体材料，如SiO2、Al2O3、和Ta2O5，在借助于化学气相沉积法沉积时，经常沉积成压缩应力状态。在一些实现方式中，可以使用一种热退火过程将具有初始拉伸应力状态的薄膜转变成具有明显压缩应力状态的薄膜。在其他实现方式中，一种掺杂或合金材料(优选具有较大原子半径的金属)可以在沉积之后被添加到薄膜中，以产生低于30Mpa的压缩应力状态。
在快门组件820的一种替代制造过程中，左手和右手侧的材料836和838两者都可以被或沉积成拉伸应力状态或沉积成压缩应力状态。为了在释放后造成沿所希望方向的弯曲，即一种使快门822离开孔阑828的弯曲，只需要面1004处的应力比面1006处的应力至少小30Mpa，即面1004应该比面1006相对地更有压缩性。
许多沉积过程在高温时发生。作为结果，当生长不同材料的两个或更多个层时，在该基片被冷却到室温以后，该叠材料层受到一个热应力。总体上，具有更大的热膨胀系数(CTE)的叠层中的材料在冷却时会受到一个拉伸应力。具有相对低的CTE的材料将处于压缩之下。
在用于快门组件820的一个替代制造过程中，可以使用不同材料的多个层(即大于2)构成所述顺性梁。可以使用不同材料的三个或更多个薄膜层，包括前文参照图6A说明的夹层结构。在一些情况下，使用的薄膜可以薄到100埃。可以仅通 过调整这些层的相对厚度为一个多层的顺性梁设计一个预定的应力差值。例如，夹层结构的这些外层可以包括类似的材料然而具有不同的厚度。
在一个替代制造过程中，在顺性梁的两个面之间的应力差不必跨一个界面间断地上升，如在梁824中材料836与838之间的点1008的界面。取而代之的是，可以随着薄膜厚度产生薄膜应力特性中的一个较平缓的变化。例如，可以沉积由单一的或可变的化学组合物制成的薄膜，其应力从接近模具表面的一个相对压缩状态改变到对置表面处的一个相对拉伸状态。例如，在一个实施方案中，沉积速率可以在薄膜的生长过程中逐渐增加。(相反，可以通过放慢沉积速率来实现从相对拉伸应力到相对压缩应力的梯度。)在多个替代实施方案中，通过薄膜组合物或掺杂特性的逐渐改变、或者通过改变一个入射的离子束的通量、或者通过作为生长时间的涵数改变等离子体能量密度、或者通过在沉积过程中改变基片的温度，可以在一个单个的薄膜上施加一个应力梯度或应力变数。
应力补偿技术或者设计用于应力补偿的模具形状
在以上说明的制造过程的一些实现方式中，由于使用的材料、设备、或过程，制造出的顺性梁的两个面之间的应力值差是不可避免的。例如，当在模具界面附近生长的薄膜的原子密度不同于在沉积的稍后阶段过程中形成的密度时，可以出现这种应力差。应力差也可以因为沉积过程中沉积基片上的表面温度改变而发生。在一些情况下，外部设计的考虑因素决定了该薄膜的结构以及优势应力特性。例如，设计者可能优选低熔点或反作用的金属作为在侧壁过程中有待为这些梁沉积的第一材料。
甚至在一个顺性梁的两个面之间的应力差的符号或幅度是一种次要因素而不是一种从开始就要进行的设计考虑的情形下，设计者仍然可选择以对其有利的方式来利用应力。例如，设计者可以通过适当地选择模具位置和形状控制顺性梁在两个方向中的任何一个上的运动。
对模具位置的一种有益选择可以参照图8B和图10A以及图10B说明。对于快门组件820，在沉积之后模具(未示出)被刚性地连接到梁824的右面1004上。 在沉积后右面具有一种预定为与左面1006相比压缩高出至少30Mpa。因此，在释放之后，梁824沿一个有利的方向弯曲离开孔阑828。
然而，让我们为了说明的目的来假设，在一个特定的侧壁制造工作中，要沉积的第一材料总体上比要沉积的最后的材料更有拉伸性。于是，对于同一个模具的位置或形状，会预期到梁朝向该孔阑、朝向不利的位置弯曲。在这种情形下，假定制造时的应力和符号是可再现的，如果反转模具的构造或形状，设计者仍可以为梁实现有利的位置。在一个替代实施方案中，该模具可以被构图为使在其发生第一生长的侧壁位于位置1006处，从而梁材料现在是从左向右生长而不是从右向左生长。用这样一种对模具构形的反转，以相对的拉伸的状态来生长的第一材料于是沿边缘1006产生(梁824的左侧)并且在释放之后，梁824将沿有利的方向弯曲，即在释放后弯曲离开孔阑828。
如在以上实施方案中所说明的通过反转该模具形状(反转模具，OK)，设计者可以补偿应力差不论要生长的第一材料是处于相对拉伸的应力状态还是处于相对压缩的应力状态。这项技术在由制造过程给定的应力差的符号可复制的而幅值不可复制的情况下是有用的。
施加在这两个表面上的应力的幅值也是可复制且可控制时，可以有一种更加精密的或者说定量的应力补偿的的方法。如果剩余应力的幅值可以被预测为在+/-100Mpa的准确度内、或者优选地在+/-30Mpa的准确度内，则有可能以一定的精度来预测和控制在梁释放之后该梁的最终休止位置。在本发明的一个替代实施方案中，设计者包括预先补偿模具的曲率。(预先弯曲)
例如，如果可以得到统计数据表明梁824将趋向于向左移动并且离开孔阑828例如12+/-3微米，那么可以用一种补偿曲率在模具上设计这个梁。例如，在这个替代实施方案中，模具可以被设计为使该梁在释放之前具有看起来类似于梁844的休止形状的形状，即在其初始位置(在释放前)，快门822实际上封闭孔阑828达9微米。于是，在释放之后，所有这些梁(或者也许＞它们的99.99％)将松驰并且向左移动完全地露出该孔阑。这种最后的休止位置可能看起来近似是直的，即类似于梁804的形状。通过把关于释放之后梁的运动的统计数据与补偿曲率一 起使用，可以使距离D2保持最小，可以在一个封闭孔阑828只是一个小概率现象的条件下把距离D2保持为一个最小值。由此可以减少平均致动电压。
在一个相反的实例中，如果已知梁804在释放后将趋于向右移动例如12+/-3微米，则有可能在具有弯曲的形状的模具上设计梁，该弯曲的形状看起来更类似于弯曲的梁824的休止位置，即具有一个初始位置，在此快门804实际上被弯曲为与孔阑828相距一个15微米的安全边际。于是，在梁804释放之后，所有这些梁(或也许＞它们的99.99％)将松驰并且向右移动。梁804在其最后的休止位置将看起来近似是直的，如在图8A中所示。仅有这些梁的可接受地小的百分比(也许＜它们的.01％)会向右移动到其封闭孔阑808。梁804的直的形状将倾向于一个较低的致动电压，如图8B中所展示的梁824的致动电压。
停止结构
适当选择模具的形状有利于确定释放后梁弯曲的方向。对支撑梁的形状变化的程度的进一步控制是借助停止结构来实现的。图11中示出了一个实例，它描绘了根据本发明的一个说明性实施方案的一个快门组件1100。快门组件1100包括一个快门1102、一个支撑梁1104、一个致动器电极1106、一个孔阑1108、以及一个锚定件1109。快门组件1100还包括一个停止件1114。尽管支撑梁1104的模具为支撑梁1104设计以直线形状，但施加的应力在梁的制造过程中趋于引起向左弯曲并离开孔阑1108。然而，有利的是防止在梁1104内的不必要的或过度弯曲并且由此减少致动所需的电压。在移开牺牲模具之后，停止结构1114限制了支撑梁1104在其松驰状态下的位置或变形。
有益的弯曲、无侧壁的结构
使用图7A至图7D的侧壁技术形成一个顺性梁以受益于顺性梁中的应力控制技术不是必需的。美国专利申请11/361,785说明了几种用于生产薄且顺性的梁而无需侧壁沉积的替代方法。在这些替代方法中的许多方法中，没有在梁的两个面之间引入或预先确定应力差的直接方法，并且因此没有提出许多以上说明的梁的 成形技术。然而，提供了用于应力控制的其他手段，并且在图12A和图12B中予以展示。
图12A展示了在从模具中释放之前一个横向快门组件1220并且图12B展示了在从该模具中释放之后同一个快门组件。快门组件1220包括一个快门1222、以及一个顺性的支撑梁1224、一个锚定件1229、以及一个致动电极1226和一个孔阑1228。梁1224被连接到一个第二锚定件1240上，该第二锚定件被连接在沿所述梁在锚定件1229与快门1222之间的一个点上。除了在两个锚定件1229和1240的位置处之外，梁1224的底部表面未被连接到该基片上并且在从模具中释放之后可自由移动。用于梁1224的这些材料和沉积技术已被选择或预先确定为使该梁在从模具中释放之前处于压缩应力的一种均匀的状态中。压缩应力的均匀状态可以被定义为横贯梁的厚度的平均或净应力是负值的一种状态，并且任选地，在梁的位于垂直于基片表面的两个面之间的应力状态中没有明显的差异。
图12B示出从模具中释放之后梁1224和快门1222的松驰形状或休止位置。梁1224已经倾斜离开孔阑1228。这种运动响应于释放之前存储在梁中的压缩应力的松驰而发生。在释放之后，梁通过产生一个正的应变而松驰，即该梁变得更长以致这种应力状态被部分松驰。然而，梁的加长受到锚定件1240的限制。其结果是，梁产生了一个围绕锚定件1240的轴线的弯曲力矩，并且快门1222已经移动离开孔阑1228。在锚定件1240内产生了一个扭转应力。
二元顺性致动器中的应力控制
图13A展示了快门组件1302的一部分，该部分包括二元顺性致动器1304，该顺性致动器在功能上类似于在快门组件400内设计的致动器404。使用参照图7A至图7D说明的侧壁梁过程制造了致动器1304内的窄梁。从该模具中释放之后，在侧壁梁的过程中产生的应力引起窄梁形状改变，如由驱动梁1305、1306、以及1307的替代形状的对比所显示。致动器1304包括与一个顺性负载梁1308一起标称的或者说按设计的的驱动梁1306。负载梁1308在一端上支撑快门1310并且在另一端被各自被附接到一个负载梁锚定件1312上。两个按设计的驱动梁1306都在一端被附接到驱动梁锚定件1314上而另一端自由移动。
2008年10月27日申请的美国临时申请号61/108,783说明了示例性锚定件1312和1314，这两个专利文件全文通过引用结合在此。
由于产生在顺性梁上的应力，驱动梁的松驰形状可能不同于所设计的形状，如不同于加工过程中提供在模具上的形状1306。在一些例子中，应力驱动梁将弯曲离开负载梁1308，如由梁1305所示的那样，并且在其他情况下，应力驱动梁可以弯曲朝向负载梁1308，如由梁1307所示的那样。在许多过程中，包括参照图7A至图7D说明的侧壁过程，一个封装的介电体被沉积在梁1306或1308的表面上，虽然经常是在移除所述牺牲模具之后才添加这种介电体。然而，在作为释放步骤的一部分驱动梁1307弯曲朝向该负载梁并且触及该负载梁的情况下，该过程中封装介电体添加得过迟晚，因为梁中的剩余应力将已经使得这两个梁接触。优选的是避免这种情形，因为在未涂层的致动器梁之间的接触可以引起短路以及不工作的快门组件。
对于由应力驱动梁1305所示的梁1305被弯曲离开负载梁1308的情况，将不利地增加发起致动所要求的电压。
在制造过程的能力范围内设计者追求驱动梁1306在其松驰状态尽可能接近负载梁1308，同时避免驱动梁1306实际上触及负载梁1308的情形。对于在释放后不存在剩余应力并且梁不改变形状(参照如设计的梁1306的形状)的理想情况，在这些梁之间最紧接近的间隙或距离将由在制造过程中使用的光刻设备的分辨能力确定。对于应力引起梁的变形的情况，可以使用多种管理梁间的间隙或间隔的方法，如在以下实例中所说明。
图13B展现了快门组件1352的一部分，它示出两个二元顺性致动器1354之1374之间的差异，这些顺性致动器在功能上类似于致动器404。致动器1354和1374内的窄梁是使用以上说明的侧壁梁过程制造的。在侧壁梁过程中产生的应力引起了窄梁形状的改变。形状的变化可以通过比较虚线左边的致动器1354和虚线右边的致动器1374中的梁的形状而注意到。负载梁1378的形状代表示一种标称的或者说按设计的负载梁，该负载梁把快门1360连接到锚定件1380上。梁1358的形状代表示在致动器1354内的负载梁所希望的休止形状。梁1358的休息形状由从 该模具中释放之后该梁内的应力形成。两个按设计的驱动梁1356和1376都在一端被附接到驱动梁锚定件1364上而另一端自由移动。
梁1378的标称形状(这是其仍被附接到该模具上时赋与梁的形状)包括3个彼此旋转约90度的标称直区段。然而，在释放和松驰之后，如由梁1358所示，所述标称直区段被弯曲并且这三个区段的方向实质性地彼此大于或小于90度。由参照图10说明的任何应力分布可以产生由比较梁1358和1378示出的这种形状变化。
与该对梁1378和1376相比较，被松驰和弯曲的负载梁1358相对地更平行于驱动梁1356。在梁1356与1358之间最接近的距离同样比如所设计的梁1378与1376所示的距离更近，并且比通过光刻设计的分辨能力所允许的距离更近。梁1356和1358在它们休止位置的设计使之有可能在这些梁之间设计一个间隔，该间隔不超过一个预定距离。作为一种结果，致动器1354内的致动电压小于用于致动器1374的致动电压。
应力在梁1358中引起所述梁附接到模具上时不曾存在的弯曲。类似的有益的形状变化可以发生在被悬吊在两个刚性结构之间(如在锚定件1362与快门1360之间)时自由移动或弯曲的任何应力梁中、或者发生在悬吊于两个锚定点之间的梁。如果在制造中在梁上产生的应力是可预测的和可再现的，则可以将一种补偿形状或曲率设计在模具中，这样在释放之后梁1358将弯成或曲折成所希望的形状。
通过设计模具中的特定形状，设计者可以补偿顺性梁中固有的应力，如以上在标题为“应力补偿技术”的那段中所说明。例如，通过该牺牲模具的形状的变化可以把梁1358与1356之间的间隔优化到大的程度。还有可能在释放之后通过选择牺牲模具的一种替代的或反转的形状来改变弯曲的方向。例如，在一个第一模具形状中可以在其上将形成梁1356和1358的侧壁之间的空间中形成一个间隙、沟、或开放的空间。对于这种第一或标称模具形状，可以预期梁1356和1358在从该模具中释放之后会朝向彼此而弯曲。可以有一种供选择替代设计，使用一个第二模具形状，其中该模具在这些侧壁之间的空间中是连续的或实心的，这将用于形成梁1356和1358。(用于这个第二模具的沟或开放的空间将被置于梁1356 和1358的外部空间中。)对于这个第二或反转的模具形状，可预期梁1356和1358在从该模具中释放之后朝向彼此弯曲。
二元锚定件
图14展示了一个快门组件1402的一部分，该快门组件包括二元顺性致动器1404，该二元顺性致动器在功能上类似于被设计用于根据本发明的一个说明性实施方案的快门组件400的致动器404。致动器1404包括与顺性负载梁1408一起的多个驱动梁1406。多个负载梁1408在一端上支撑快门1410并且在另一端被各自附接到一个负载梁锚定件1412上。两个驱动梁1406都在一端被附接到一个中央驱动梁锚定件1414上而在另一端被附接到补充的驱动梁锚定件1416上。
补充的驱动梁锚定件1416起到限制否则会发生在驱动梁1406内的变形或形状改变的作用。一个被固定、支撑、或锚定在沿其长度的两个点处的机械梁(如梁1406)将更容易保持其形状，即使在剩余应力或外部负载的影响下。注意，驱动梁1406在锚定件1414与1416之间的点处仍可自由移动或变形并且因此是部分顺性的，从而致动器1404的致动电压仍将小于有完全刚性的驱动梁的情况中的致动电压。
环框梁
图15展示了一个快门组件1502的一部分，该快门组件包括多个二元顺性致动器1504，这些顺性致动器在功能上类似于为根据本发明的一个说明性实施方案的快门组件400设计的致动器404。致动器1504包括与顺性负载梁1508一起的顺性驱动梁1506。负载梁1508在一端上支撑快门1510并且在另一端被各自附接到一个负载梁锚定件1512上。驱动梁1506形成一个环框，其中该驱动梁的每端被附接到一个共同的锚定件1514上。沿着该环框存在着一段外出梁，它基本上平行于同一个梁的返回区段。这两个环框区段的长度是相等的。当在侧壁梁过程中形成时，趋于使环形驱动梁1506的外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。因此实质上取消了原本会引起驱动梁弯曲或从其设计的位置移动的力，并且在从该模具中移除时环框驱动梁1506的远端位置不发生移动。
部分或者不对称的环框梁
图16A展示了一个快门组件1602的一部分，该快门组件包括二元顺性致动器1604，该顺性致动器在功能上类似于为根据本发明的一个说明性实施方案的快门组件400设计的致动器404。致动器1604包括与顺性负载梁1608一起的顺性驱动梁1606。这些负载梁1608把快门1610支撑在一端上而这些负载梁在另一端被附接到负载梁锚定件1612上。两个驱动梁1606都在一端被附接到中央驱动梁锚定件1614上而在另一端被附接到互补的驱动梁锚定件1616上。
互补的驱动梁锚定件1616被定位为、并且驱动梁1606的形状被确定为以此而形成多个部分环框。沿着每个环框都有一段从中央锚定件1614伸出的梁，该段梁在它被附接到互补锚定件1616之前基本上平行于同一个梁的返回区段。在所述环框中这两个直线区段的长度是不相等的。这种不对称的形状提供了在从该模具中释放之后产生或允许出现该环框有利的形状改变的机会。或者因为剩余应力、或者由于沿驱动梁1606的长度变化(压缩或膨胀)，在该环的远端处受到的这些力可以使它沿平行于基片的方向移动，在基片上形成了快门组件1602。然而，因为二元锚定1614和1616所产生的刚性，远端的运动将几乎不是如图13A所展示的悬臂驱动梁1305或1307所经历的运动那样剧烈。在驱动梁1606从模具中释放之后，可以由此有利于驱动梁的远端在朝向负载梁1608的方向中的小的或受控的运动。通过给顺性梁1606提供这种不对称的形状，可以在它们的休止位置中在梁1608与1606之间设计一个间隔，该间隔不超过或不小于一个预定距离。可以在降低施加一个封装的介电体之前驱动梁1606和负载梁1608将接触的风险的情况下完成向休止位置的弯曲。
根据本发明的一个说明性实施方案，图16B提供了梁的另一个实例，该梁被设计具有不对称的形状，从而该梁将沿一个所期望的方向变形。图16B展示了快门组件1652的一部分，该快门组件包括二元顺性致动器1654，该致动器在功能上类似于被设计用于根据本发明的一个说明性实施方案的快门组件400的致动器404。致动器1654包括与顺性负载梁1658一起的顺性驱动梁1656。负载梁1658在一端上支撑快门1660而在另一端上各自被附接到一个负载梁锚定件1662上。 两个驱动梁1656均被附接到一个中央驱动梁锚定件1664上。驱动梁1656被各自形成为一个环框，其中该环框的每端都被附接到一个公共的锚定件1664上。沿着该环框有一段外出梁，该输外出梁段基本上平行于同一个梁的返回段。
与环框1506的形状相比，驱动梁环框1656的侧面的长度是不相等的。环框1656的一侧事实上在区域1679(该“狭长部分”)处配备有一组额外的拐角或弯曲，从而环框1656的两侧实质性地具有不同的长度。顺性梁1656的狭长部分1670可以附加地采取一个简单的辅助环的形式，如图16B所示，被设计具有不同的曲折形状，如S曲线或之字形。
顺性梁1656的狭长部分1670给顺性梁1656的形状提供了一种不对称性，从而当从该模具中释放时，梁1656将沿一个希望的方向弯曲或变形。该运动将受梁中的剩余应力的驱动。所希望的方向的运动可以在从该模具中释放之后使得梁1656与1658之间的间距从光刻设备的分辨能力所允许的情况起被减少。在它们的休止位置中在梁1658与1656之间的间距由此可以被提供为不超过或不小于一个预定距离。
致动器的梁的停止件
图17展示了一个快门组件1702的一部分，该快门组件包括一个二元顺性致动器1704，该顺性致动器在功能上类似于为根据本发明的一个说明性实施方案的快门组件400设计的致动器404。致动器1704包括与顺性负载梁1708一起的顺性驱动梁1706。负载梁1708在一端上支撑快门1710而在另一端各自被附接到一个负载梁锚定件1712上。驱动梁1706被提供为一个悬臂梁，这意味着驱动梁1706在一端被附接到一个驱动梁锚定件1714上而另一端自由移动。此外，每个致动器1704都包括一个驱动梁停止件1718。
驱动梁停止件1718被布置和被构形为用来限制和控制驱动梁1706的运动或变形。驱动梁1706的按设计的形状(它可以不同于从该模具中释放之后的松驰形状)包括在驱动梁1706与停止件1718之间的一个间隙或距离H1，该间隙或距离小于在驱动梁1706与负载梁1708之间的间隙或距离H2。因此，即使驱动梁1706可以在释放后变形并且朝向负载梁1708弯曲，其运动将受到存在的停止件1718 的限制，这样在非致动和松驰状态下，驱动梁1706和负载梁1708不能接触。在此方式中重要的是，在其的松驰状态下在驱动梁1706与负载梁1708之间可以产生一个间隙或间距，该间隙或间距大于零但实质性地小于在制造中使用的光刻设备所允许的分辨率极限。还要注意，在致动器1704中负载锚定件1712被定位成为、并且负载梁1708被设计成为用来提供一个部分环框的形状。这个部分环框给负载梁1708提供了比在负载梁1508或1608中出现的更大的顺性。通过这个额外的顺性，它更易于在致动过程中使负载梁1708接近驱动梁1706，甚至当驱动梁1706的运动受到存在停止件1718限制时。
图18A和图18B展示了一个快门组件1802的一部分，该快门组件包括二元顺性致动器1804，该致动器在功能上类似于针对根据本发明的一个说明性实施方案的快门组件400设计的致动器404。这些致动器1804包括与顺性负载梁1808一起的顺性驱动梁1806。这些负载梁1808在一端上支撑快门1810并且在另一端被各自附接到一个负载梁锚定件1812上。这些驱动梁1806被提供为悬臂梁，这意味着这些驱动梁1806在一端被附接到一个驱动梁锚定件1814上而另一端自由移动。此外，这些致动器1804各自包括一个驱动梁停止件1818。
驱动梁1806和驱动梁停止件1818被设计为用于从该模具中释放之后更精确地控制驱动梁1806的休止位置。图18A示出了致动器1804处于它们按设计的形状，即该图示出从该模具中释放之前这些梁的形状。图18B示出了在释放之后、或者说处在它们的所希望的休止位置的来自同一个快门组件1802的这些致动器1804。因为残余应力，驱动梁1806在从该模具中释放之后弯曲或变形。类似于对驱动梁1706所预望的运动，驱动梁1806朝向负载梁1808移动，从而使梁1806与1808之间的间隔距离最小化。驱动梁停止件1818防止驱动梁1806接触到负载梁1808。
致动器1804的这种先进的设计允许更精确地确定这些梁的休止位置，这样在休止时，梁1806与1808之间的最终间距可以保持不大于或不小于一个预定距离。尽管由于制造变数驱动梁1806中的剩余应力中的变化，仍实现了这个精度。该精度部分地是通过给处于按设计形状的驱动梁提供一个补偿形状而实现的，如图18A 所示。并且该精度部分地通过在驱动梁1806的末端与驱动梁停止件1818之间提供的一种滑动接触而实现的。
在梁1806与停止件1818之间的滑动接触帮助维持了梁1806与1808之间的一个特定的间隔距离，尽管有剩余应力的变化。图18B展示了两个接触位置1820和1822。在梁1806保持较小量的剩余应力的情况下，该梁可以在接触位置1820处接触该停止件。在梁1806保持较大量的剩余应力的情况下，该梁可以在释放之后与梁停止件1818产生接触和/或沿该梁的停止件滑动，直到停靠在在该梁上进一步向外的一个点上，例如在接触点1822附近。梁1806和停止件1818的形状被确定为使得在较大的应力引起较大量的弯曲的情况下，进一步的弯曲将集中在梁1806的末端附近，接近其与停止件1818的接触。以此方式，在梁1806最接近负载梁1808的其形状和位置大体上保持实质性地与所希望的或预定的位置没有变化，即使在这些梁具有不同的本征应力水平的情况下。部分地通过把停止件1818处的接触表面设计为一个滑动表面使所述控制能够实现，该滑动表面允许用于多个接触位置。
虽然图6至图18中的突出显示的概念是联系基于快门的光调制器设计来进行说明的，但其他类型的机械致动的光调制器也将得益于顺性梁中的应力以及与应力相关的变形的管理。类似的应力管理技术可以应用到基于卷帘的光调制器220上、应用到光闸门250上、以及应用到其他基于MEMS的光调制器上，如干涉调制器或微镜装置(micro-mirror device)。任何具有一个被设计为用于倾斜、平移、或旋转的可移动的元件的光调制器都将会受益于本发明的原理。
本发明可以通过其他具体形式实施而不脱离其精神或实质特征。因此上述实施方案在所有方面都应当考虑为是在说明本发明，而不是在限制本发明。