具有间隔层的机电装置 背景技术 机电系统 (MEMS) 包括机械元件、 激活器和电子元件。可使用沉积、 蚀刻和 / 或其 它蚀刻掉衬底和 / 或已沉积材料层的部分或者添加层以形成电装置和机电装置的加工工 艺来产生机械元件。一种类型的 MEMS 装置称为干涉式调制器。如本文所使用， 术语干涉式 调制器或干涉式光调制器指的是一种使用光学干涉原理选择性地吸收且 / 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， 其中之一或两者可能整体或部分透 明且 / 或具有反射性， 且能够在施加适当电信号时进行相对运动。在特定实施例中， 一个板 可包含沉积在衬底上的固定层， 且另一个板可包含通过气隙与固定层分离的金属薄膜。如 本文更详细描述， 一个板相对于另一个板的位置可改变入射在干涉式调制器上的光的光学 干涉。这些装置具有广范围的应用， 且在此项技术中， 利用且 / 或修改这些类型装置的特性 使得其特征可被发掘用于改进现有产品和创建尚未开发的新产品， 将是有益的。
发明内容 在某些实施例中， 一种装置包含电极、 固定反射器、 包含导电材料的可移动式反射 器， 其中干涉式调制空腔界定于所述可移动式反射器与所述固定反射器之间， 所述可移动 式反射器可在至少第一位置、 第二位置与第三位置之间移动。所述装置还包含定位于所述 固定反射器与所述电极之间的间隔层， 所述间隔层提供滤光空腔。
在某些实施例中， 一种装置包含电极、 固定反射器、 包含导电材料的可移动式反射 器， 其中干涉式调制空腔界定于所述可移动式反射器与所述固定反射器之间， 所述可移动 式反射器可在至少第一位置、 第二位置与第三位置之间移动。所述装置还包含定位于所述 固定反射器与所述电极之间的间隔层， 从装置的横截面视图来说， 所述间隔层具有大于或 等于 160nm 的厚度。
在某些实施例中， 所述装置包含电极、 用于反射光的第一固定装置、 用于反射光的 第二可移动式装置。所述第二反射装置包含导电材料， 其中干涉式调制空腔界定于所述第 一反射装置与所述第二反射装置之间。所述第二反射装置可在至少第一位置、 第二位置与 第三位置之间移动。所述装置还包含用于分离所述第一反射装置与所述电极的装置， 所述 分离装置提供滤光空腔。
在某些实施例中， 一种制造用于调制光的装置的方法包含形成电极、 形成间隔层、 形成固定反射器及形成包含导电材料的可移动式反射器。 干涉式调制空腔界定于所述可移 动式反射器与所述固定反射器之间。所述可移动式反射器可在至少第一位置、 第二位置与 第三位置之间移动。所述间隔层提供滤光空腔。
附图说明
图 1 是描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等角视图， 其中第一干 涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置， 且第二干涉式调制器的可移动反射层处于激活 位置。图 2 是说明并入有 3×3 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 3 是图 1 的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜位置对所施加电压的 图 4 是可用于驱动干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明。 图 5A 说明图 2 的 3×3 干涉式调制器显示器中的显示数据的一个示范性帧。 图 5B 说明可用于写入图 5A 的帧的行和列信号的一个示范性时序图。 图 6A 和图 6B 是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 7A 是图 1 的装置的横截面。 图 7B 是干涉式调制器的替代实施例的横截面。 图 7C 是干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。 图 7D 是干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。 图 7E 是干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。 图 8 是多态干涉式调制器的示意性侧视横截面视图。图。
图。
图。
图 9 是具有间隔层的多态干涉式调制器的示意性侧视横截面视图。
图 10 是包括具有不同间隔层的红色、 绿色及蓝色三态干涉式调制器的像素的示 意性横截面侧视图。
图 11 展示红色三态调制器的反射光谱的实例。
图 12 展示具有不同间隔层的红色、 绿色及蓝色三态调制器的组合模型化反射光 谱的实例。
图 13 展示图 12 中所感知的红色、 绿色及蓝色在 CTE 1976 图中的位置。
图 14 展示三位设计的显示器的组合反射光谱的实例。
图 15 展示图 14 中所感知的红色、 绿色及蓝色在 CTE 1976 图中的位置。 具体实施方式
以下详细描述针对本发明的某些特定实施例。然而， 本发明可以许多不同方式实 施。在本描述内容中参看了附图， 附图中所有相同部分用相同标号表示。如从以下描述中 将了解， 所述实施例可实施在经配置以显示不论运动 ( 例如， 视频 ) 还是固定 ( 例如， 静止 图像 ) 的且不论文字还是图画的图像的任何装置中。更明确地说， 预期所述实施例可实施 在多种电子装置中或与多种电子装置关联， 所述多种电子装置例如 ( 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 / 导航器、 相机、 MP3 播 放器、 摄像机、 游戏控制台、 手表、 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 )、 座舱控制器和 / 或显示器、 相机视图的显示器 ( 例如， 车辆中后视相机的显示器 )、 电子相片、 电子广告牌或指示牌、 投影仪、 建筑结构、 包装和美 学结构 ( 例如， 一件珠宝上的图像显示器 )。具有与本文中描述的装置类似的结构的 MEMS 装置也可用于例如电子切换装置的非显示器应用中。
一个实施例包含采用具有高对比率 (CR) 及大色域的三态干涉式调制装置的显示 器。在此三态干涉式调制装置中， 间隔层提供免受可移动式反射器与电极之间的短路的较好保护。 在一个实施例中， 间隔层界定第二干涉式调制空腔， 发现所述第二干涉式调制空腔 会在一光频率范围内提供饱和光。结果， 显示器的色域得以增强。
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的实施例。在 这些装置中， 像素处于明亮状态或黑暗状态。在明亮 (“接通” 或 “开启” ) 状态下， 显示元 件将入射可见光的大部分反射到用户。当在黑暗 (“断开” 或 “关闭” ) 状态下时， 显示元件 将极少的入射可见光反射到用户。依据实施例而定， 可颠倒 “接通” 和 “断开” 状态的光反 射性质。MEMS 像素可经配置以主要在所选颜色下反射， 从而除了黑色和白色以外还允许彩 色显示器。
图 1 是描述视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角视图， 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 的一行 / 列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层， 其定位成彼此相距可变且可控制的 距离以形成具有至少一个可变尺寸的谐振光学间隙。在一个实施例中， 可在两个位置之间 移动所述反射层之一。在第一位置 ( 本文中称为松弛位置 ) 中， 可移动反射层定位成距固 定部分反射层相对较大的距离。在第二位置 ( 本文中称为激活位置 ) 中， 可移动反射层定 位成更紧密邻近所述部分反射层。视可移动反射层的位置而定， 从所述两个层反射的入射 光相长地或相消地进行干涉， 从而为每一像素产生全反射状态或非反射状态。 图 1 中像素阵列的所描绘部分包括两个相邻干涉式调制器 12a 和 12b( 统称为干 涉式调制器 12)。 在左侧干涉式调制器 12a 中， 说明可移动反射层 14a 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。在右侧干涉式调制器 12b 中， 说明可移动反 射层 14b 处于邻近于光学堆叠 16b 的激活位置中。
如本文所引用的光学堆叠 16a 和 16b( 统称为光学堆叠 16) 通常包含若干熔合层 (fused layer)， 所述熔合层可包括例如氧化铟锡 (ITO) 的电极层、 例如铬的部分反射层和 透明电介质。因此， 光学堆叠 16 是导电的、 部分透明且部分反射的， 且可通过 ( 例如 ) 将上 述层的一者或一者以上沉积到透明衬底 20 上来制造。部分反射层可由为部分反射的多种 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， 且层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。
在一些实施例中， 光学堆叠 16 的层经图案化成为多个平行条带， 且如下文中进一 步描述， 可在显示装置中形成行电极。可移动反射层 14a、 14b 可形成为沉积金属层 ( 一层 或多层 ) 的一系列平行条带 ( 与行电极 16a、 16b 垂直 )， 所述金属层沉积在柱 18 和沉积于 柱 18 之间的介入牺牲材料的顶部上。当蚀刻去除牺牲材料时， 可移动反射层 14a、 14b 通过 所界定的间隙 19 而与光学堆叠 16a、 16b 分离。例如铝的高度导电且反射的材料可用于反 射层 14， 且这些条带可在显示装置中形成列电极。
在不施加电压的情况下， 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， 如图 1 中像素 12a 所说明。然而， 当将电位差施 加到选定的行和列时， 形成在相应像素处的行电极与列电极的交叉处的电容器变得带电， 且静电力将所述电极拉在一起。如果电压足够高， 那么可移动反射层 14 变形且被迫抵靠光 学堆叠 16。光学堆叠 16 内的电介质层 ( 在此图中未图示 ) 可防止短路并控制层 14 与 16 之间的分离距离， 如图 1 中右侧的像素 12b 所说明。不管所施加的电位差的极性如何， 表现 均相同。以此方式， 可控制反射像素状态对非反射像素状态的行 / 列激活在许多方面类似
于常规 LCD 和其它显示技术中所使用的行 / 列激活。
图 2 到图 5B 说明在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的一个示范性工艺和系 统。
图 2 是说明可并入有本发明各方面的电子装置的一个实施例的系统框图。在所述 示范性实施例中， 所述电子装置包括处理器 21， 其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器 ( 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 )。如此项技术中常规的做法， 处理器 21 可经配置以执行一个或一个以上软件 模块。 除了执行操作系统外， 所述处理器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， 所述阵列驱动器 22 包括将信号提供到显示阵列或面板 30 的行驱动器电路 24 和列驱动器 电路 26。在图 2 中以线 1-1 展示图 1 中说明的阵列的横截面。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 伏的 电位差来促使可移动层从松弛状态变形为激活状态。 然而， 当电压从所述值减小时， 可移动 层在电压降回 10 伏以下时维持其状态。在图 3 的示范性实施例中， 可移动层直到电压降到 2 伏以下时才完全松弛。因此， 在图 3 中所说明的实例中， 存在约 3 到 7V 的经施加电压窗 口， 在所述窗口内， 装置在松弛状态或激活状态中均是稳定的。此窗口在本文中称为 “滞后 窗口” 或 “稳定窗口” 。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 使得在行选通期间， 已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 露于接近零伏的电压差。在选通之后， 所述像素暴露于约 5 伏的稳态电压差使得其维持在 行选通使其所处的任何状态中。 在此实例中， 每一像素在被写入之后经历 3-7 伏的 “稳定窗 口” 内的电位差。此特征使图 1 中说明的像素设计在相同的施加电压条件下在激活或松弛 预存在状态下均是稳定的。因为干涉式调制器的每一像素 ( 不论处于激活还是松弛状态 ) 本质上是由固定反射层和移动反射层形成的电容器， 所以可在滞后窗口内的一电压下维持 此稳定状态而几乎无功率消耗。 本质上， 如果所施加的电压是固定的， 那么没有电流流入像 素中。
在典型应用中， 可通过根据第一行中所需组的激活像素断言所述组列电极来产生 显示帧。接着将行脉冲施加到行 1 电极， 从而激活对应于所断言的列线的像素。接着改变 所述组已断言列电极以对应于第二行中所需组的激活像素。接着将脉冲施加到行 2 电极， 从而根据已断言的列电极而激活行 2 中的适当像素。行 1 像素不受行 2 脉冲影响， 且维持 在其在行 1 脉冲期间被设定的状态中。可以连续方式对整个系列的行重复此过程以产生 帧。通常， 通过以每秒某一所需数目的帧的速度连续地重复此过程来用新的显示数据刷新 且 / 或更新所述帧。用于驱动像素阵列的行和列电极以产生显示帧的广泛种类的协议也是 众所周知的且可结合本发明使用。
图 4、 图 5A 和图 5B 说明用于在图 2 的 3×3 阵列上形成显示帧的一个可能的激活 协议。图 4 说明可用于使像素展示出图 3 的滞后曲线的一组可能的列和行电压电平。在 图 4 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 +ΔV， 其分别可对应 于 -5 伏和 +5 伏。松弛像素是通过将适当列设定为 +Vbias， 且将适当行设定为相同的 +ΔV，从而在像素上产生零伏电位差而实现的。在行电压维持在零伏的那些行中， 不管列处于 +Vbias 还是 -Vbias， 像素在任何其最初所处的状态中均是稳定的。同样如图 4 中所说明， 将了 解， 可使用具有与上述电压的极性相反的极性的电压， 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 -ΔV。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的 -ΔV， 从而在像素上产生零伏电位差而实现的。
图 5B 是展示施加到图 2 的 3×3 阵列的一系列行和列信号的时序图， 所述系列的 行和列信号将产生图 5A 中说明的显示布置， 其中被激活像素为非反射的。在对图 5A 中说 明的帧进行写入之前， 像素可处于任何状态， 且在本实例中所有行均处于 0 伏， 且所有列均 处于 +5 伏。在这些所施加的电压的情况下， 所有像素在其既有的激活或松弛状态中均是稳 定的。
在图 5A 的帧中， 像素 (1， 1)、 (1， 2)、 (2， 2)、 (3， 2) 和 (3， 3) 被激活。为了实现此 目的， 在行 1 的 “线时间 (line time)” 期间， 将列 1 和 2 设定为 -5 伏， 且将列 3 设定为 +5 伏。 因为所有像素均保留在 3-7 伏的稳定窗口中， 所以这并不改变任何像素的状态。 接着用 从 0 升到 5 伏且返回零的脉冲选通行 1。这激活了 (1， 1) 和 (1， 2) 像素且松弛了 (1， 3) 像 素。阵列中其它像素均不受影响。为了视需要设定行 2， 将列 2 设定为 -5 伏， 且将列 1 和 3 设定为 +5 伏。施加到行 2 的相同选通接着将激活像素 (2， 2) 且松弛像素 (2， 1) 和 (2， 3)。 同样， 阵列中其它像素均不受影响。通过将列 2 和 3 设定为 -5 伏且将列 1 设定为 +5 伏来 类似地设定行 3。行 3 选通设定行 3 像素， 如图 5A 中所示。在对帧进行写入之后， 行电位为 零， 且列电位可维持在 +5 或 -5 伏， 且接着显示器在图 5A 的布置中是稳定的。将了解， 可将 相同程序用于数十或数百个行和列的阵列。还将应了解， 用于执行行和列激活的电压的时 序、 序列和电平可在上文所概述的一般原理内广泛变化， 且上文的实例仅为示范性的， 且任 何激活电压方法均可与本文描述的系统和方法一起使用。
图 6A 和图 6B 是说明显示装置 40 的实施例的系统框图。显示装置 40 可为 ( 例 如 ) 蜂窝式电话或移动电话。然而， 显示装置 40 的相同组件或其稍微变化形式也说明例如 电视和便携式媒体播放器的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 和麦克风 46。外壳 41 通常由所属领域的技术人员众所周知的多种制造工艺的任一者形成， 所述工艺 包括注射模制和真空成形。另外， 外壳 41 可由多种材料的任一者制成， 所述材料包括 ( 但 不限于 ) 塑料、 金属、 玻璃、 橡胶和陶瓷， 或其组合。在一个实施例中， 外壳 41 包括可去除部 分 ( 未图示 )， 所述可去除部分可与其它具有不同颜色或含有不同标记、 图画或符号的可去 除部分互换。
如 本 文 中 所 描 述， 示 范 性 显 示 装 置 40 的 显 示 器 30 可 为 包 括 双 稳 态 显 示 器 (bi-stable display) 在内的多种显示器的任一者。 在其它实施例中， 如所属领域的技术人 员众所周知， 显示器 30 包括例如如上所述的等离子、 EL、 OLED、 STN LCD 或 TFT LCD 的平板 显示器， 或例如 CRT 或其它电子管装置的非平板显示器。然而， 出于描述本实施例的目的， 如本文中所描述， 显示器 30 包括干涉式调制器显示器。
图 6B 中示意说明示范性显示装置 40 的一个实施例的组件。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围在所述外壳 41 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， 所述网络接口 27 包括耦合到收发器 47的天线 43。收发器 47 连接到处理器 21， 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 和麦克风 46。处 理器 21 也连接到输入装置 48 和驱动器控制器 29。驱动器控制器 29 耦合到帧缓冲器 28 且 耦合到阵列驱动器 22， 所述阵列驱动器 22 进而耦合到显示阵列 30。根据特定示范性显示 装置 40 设计的要求， 电源 50 将功率提供到所有组件。
网络接口 27 包括天线 43 和收发器 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 也可具有某些处理能力以减轻对处理 器 21 的要求。天线 43 是所属领域的技术人员已知的用于发射和接收信号的任何天线。在 一个实施例中， 所述天线根据 IEEE 802.11 标准 ( 包括 IEEE 802.11(a)、 (b) 或 (g)) 来发 射和接收 RF 信号。 在另一实施例中， 所述天线根据蓝牙 (BLUETOOTH) 标准来发射和接收 RF 信号。在蜂窝式电话的情况下， 所述天线经设计以接收 CDMA、 GSM、 AMPS 或其它用于在无线 手机网络内通信的已知信号。收发器 47 预处理从天线 43 接收到的信号， 使得处理器 21 可 接收所述信号并进一步对所述信号进行处理。收发器 47 还处理从处理器 21 接收到的信号 使得可经由天线 43 从示范性显示装置 40 发射所述信号。
在一替代实施例中， 收发器 47 可由接收器代替。在又一替代实施例中， 网络接口 27 可由可存储或产生待发送到处理器 21 的图像数据的图像源代替。 举例来说， 所述图像源 可为数字视频光盘 (DVD) 或含有图像数据的硬盘驱动器， 或产生图像数据的软件模块。 处理器 21 大致上控制示范性显示装置 40 的全部操作。处理器 21 接收例如来自 网络接口 27 或图像源的压缩图像数据的数据， 并将所述数据处理成原始图像数据或处理 成易被处理成原始图像数据的格式。处理器 21 接着将已处理的数据发送到驱动器控制器 29 或发送到帧缓冲器 28 以供存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处的图像特性 的信息。举例来说， 这些图像特性可包括颜色、 饱和度和灰度级。
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 通常包括放大器和滤波器， 以用于将信号发射到扬声器 45， 且用 于从麦克风 46 接收信号。调节硬件 52 可为示范性显示装置 40 内的离散组件， 或可并入在 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， 并适当地重新格式化所述原始图像数据以供高速发射到阵列驱动器 22。具体来 说， 驱动器控制器 29 将原始图像数据重新格式化为具有类似光栅的格式的数据流， 使得其 具有适于在显示阵列 30 上进行扫描的时间次序。接着， 驱动器控制器 29 将已格式化的信 息发送到阵列驱动器 22。尽管驱动器控制器 29( 例如 LCD 控制器 ) 通常与系统处理器 21 关联而作为独立的集成电路 (IC)， 但可以许多方式实施这些控制器。其可作为硬件嵌入处 理器 21 中， 作为软件嵌入处理器 21 中， 或与阵列驱动器 22 完全集成在硬件中。
通常， 阵列驱动器 22 从驱动器控制器 29 接收已格式化的信息且将视频数据重新 格式化为一组平行波形， 所述波形以每秒多次的速度被施加到来自显示器的 x-y 像素矩阵 的数百且有时数千个引线。
在一个实施例中， 驱动器控制器 29、 阵列驱动器 22 和显示阵列 30 适用于本文描 述的任意类型的显示器。举例来说， 在一个实施例中， 驱动器控制器 29 是常规显示器控制 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
是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、 手表和其它小面积显 示器的高度集成系统中是普遍的。在又一实施例中， 显示阵列 30 是典型的显示阵列或双稳 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 键盘或电话键区的键区、 按钮、 开关、 触敏屏幕或压敏或热敏薄膜。 在 一个实施例中， 麦克风 46 是用于示范性显示装置 40 的输入装置。当使用麦克风 46 将数据 输入到所述装置时， 用户可提供声音命令以便控制示范性显示装置 40 的操作。
电源 50 可包括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 是例如镍镉电池或锂离子电池的可再充电电池。在另一实施例中， 电源 50 是 可再生能源、 电容器或太阳能电池， 包括塑料太阳能电池和太阳能电池涂料。 在另一实施例 中， 电源 50 经配置以从壁式插座接收功率。
在某些实施例中， 如上文中所描述， 控制可编程性驻存在驱动器控制器中， 所述驱 动器控制器可位于电子显示系统中的若干位置中。在某些实施例中， 控制可编程性驻存在 阵列驱动器 22 中。所属领域的技术人员将了解， 上述优化可实施在任何数目的硬件和 / 或 软件组件中且可以各种配置实施。 根据上文陈述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来 说， 图 7A-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 是图 1 的实施 例的横截面， 其中金属材料条带 14 沉积在垂直延伸的支撑件 18 上。在图 7B 中， 可移动反 射层 14 在系链 (tether)32 上仅在隅角处附接到支撑件。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 悬置下来。所述可变形层 34 直接或间接地连接到围绕可变 形层 34 的周边的衬底 20。这些连接在本文中称为支柱。图 7D 中说明的实施例具有支柱插 塞 42， 可变形层 34 搁置在所述支柱插塞 42 上。如图 7A-7C 所示， 可移动反射层 14 保持悬 置在间隙上方， 但可变形层 34 并不通过填充可变形层 34 与光学堆叠 16 之间的孔而形成所 述支柱。而是， 支柱由平坦化材料形成， 其用于形成支柱插塞 42。图 7E 中说明的实施例是 基于图 7D 中展示的实施例， 但也可适于与图 7A-7C 中说明的实施例以及未图示的额外实施 例的任一者一起发挥作用。在图 7E 中所示的实施例中， 已使用金属或其它导电材料的额外 层来形成总线结构 44。这允许信号沿着干涉式调制器的背面进行路由， 从而消除许多原本 可能必须形成在衬底 20 上的电极。
在例如图 7 中所示的那些实施例的实施例中， 干涉式调制器充当直接观看装置， 其中从透明衬底 20 的前侧观看图像， 所述侧与上面布置有调制器的一侧相对。在这些实施 例中， 反射层 14 以光学方式遮蔽在反射层的与衬底 20 相对侧的干涉式调制器的部分， 其包 括可变形层 34。 这允许对遮蔽区域进行配置和操作而不会消极地影响图像质量。 此遮蔽允 许图 7E 中的总线结构 44， 其提供使调制器的光学性质与调制器的机电性质分离的能力， 例 如， 寻址或由所述寻址引起的移动。这种可分离的调制器结构允许选择用于调制器的机电 方面和光学方面的结构设计和材料且使其彼此独立而发挥作用。此外， 图 7C-7E 中所示的 实施例具有源自反射层 14 的光学性质与其机械性质脱离的额外益处， 所述益处由可变形 层 34 执行。这允许用于反射层 14 的结构设计和材料在光学性质方面得以优化， 且用于可 变形层 34 的结构设计和材料在所需的机械性质方面得以优化。
不管是自发光类型还是非自发光类型， 所有彩色显示器的常见问题是从原色的有 限集合的全色图像的合成。颜色合成的若干方法已传统地用于电子显示器。这些方法中最 成功者符合加色混合的原理且包括光学重叠、 空间颜色合成及时间颜色合成。
三个原色图像的直接光学重叠是投影显示系统中的有效且常用的方法， 但不容易 适合于多数直视彩色显示器技术。迄今为止， 在如阴极射线管 (CRT) 及液晶显示器 (LCD) 等装置中， 空间颜色合成一直为最成功的颜色合成方法且保持为现代彩色显示器技术的基 础。 空间颜色合成混合紧密接近的三个或三个以上原色 ( 通常为红色 (R)、 绿色 (G) 及蓝色 (B)) 的子像素以产生全光谱。
示范性彩色显示器包括红色、 绿色及蓝色显示元件。在此显示器中通过改变由红 色、 绿色及蓝色元件产生的光的相对强度而产生其它颜色。 例如红色、 绿色及蓝色等原色的 此混合由人眼感知为其它颜色。可将此颜色系统中的红色、 绿色及蓝色的相对值称为关于 人眼的红色、 绿色及蓝色感光部分的刺激的三色激励值。可将可由特定显示器产生的颜色 的范围称为显示器的色域。 一般来说， 增加原色的饱和度会增大色域， 或可由显示器产生的 颜色的范围。 虽然在本文中揭示基于红色、 绿色及蓝色的示范性颜色系统， 但在其它实施例 中， 显示器可包括具有根据除了红色、 绿色及蓝色之外的原色集合界定其它颜色系统的颜 色集合的调制器 12( 参见图 8)。 在显示器的一个实施例中， 每一像素包括一个或一个以上彩色调制器 12( 例如， 经配置以反射红色、 绿色及蓝色光的调制器 ) 及经配置以反射白色光的一个或一个以上 “白色” 调制器 12。在此实施例中， 来自处于其反射状态中的红色、 绿色及 / 或蓝色调制器 12 的光组合以输出彩色光。来自白色调制器 12 的光可用以输出白色光。结合彩色而使用 白色可增加像素的亮度或强度。
图 8 是示范性多态干涉式调制器 12 的侧视横截面视图。多态干涉式调制器 12 通 过将可移动式反射层 ( 或反射器 )14 定位到多个选定的位置 81-85 中的一者而反射具有特 定光谱特性的光。如上文所论述， 行电极与列电极之间的电位差致使可移动式反射层 14 偏 斜。示范性调制器包括充当列电极的氧化铟硅 (ITO) 的导电层 102。在示范性调制器中， 反 射层 14 包含形成行导体的导电材料。
在一个实施例中， 例如二氧化硅 (SiO2) 的材料的电介质层 104 定位于形成光学堆 叠 ( 或固定反射器 )16 的反射表面的钼铬 (MoCr) 层上方。如上文关于图 1 所论述， 电介质 层 104 防止短路且在可移动式反射器 14 偏斜时控制可移动式反射器 14 与固定反射器 16 之间的分离距离。在可移动式反射器 14 与固定反射器 16 之间形成的光学空腔因此包括电 介质层 104。已出于便于说明调制器 12 的目的而选择图 8 中的物品的相对大小。因此， 所 述距离并非按比例绘制且无意代表调制器 12 的任何特定实施例。
如上文所论述， 调制器 12 包括形成于可移动式反射器 14 与固定反射器 16 之间的 干涉式调制空腔。 光学空腔的特性距离或有效光学路径长度 L 确定光学空腔的谐振波长 λ 且因此确定干涉式调制器 12 的谐振波长 λ。干涉式调制器 12 的谐振波长 λ 通常对应于 由调制器 12 反射的光的所感知颜色。数学上， 距离 L ＝ 1/2Nλ， 其中 N 为整数。给定谐振 波长 λ 因此由具有 1/2λ(N ＝ 1)、 λ(N ＝ 2)、 3/2λ(N ＝ 3) 等的距离 L 的干涉式调制器 12 反射。整数 N 可被称为经反射的光的干涉阶数。如本文中所使用， 调制器 12 的阶数还指 在可移动式反射器 14 在至少一个位置中时由调制器 12 反射的光的阶数 N。 举例来说， 第一
阶红色干涉式调制器 12 可具有对应于约 650nm 的波长 λ 的约 325nm 的距离 L。因此， 第二 阶红色干涉式调制器 12 可具有约 650nm 的距离 L。
在下表中展示用于干涉式调制器显示器中的一些常见颜色的波长范围的实例的 列表。
颜色 紫色 靛蓝 蓝色 青色 绿色 黄色 橙色 红色
波长 (nm) 380-420 420-440 440-500 500-520 520-565 565-590 590-625 625-740当空腔 19 包含具有约 1 的折射率的流体 ( 例如， 空气 ) 时， 有效光学路径长度 L 大 体上等于可移动式反射器 14 与固定反射器 16 之间的距离。当空腔 19 包含具有大于 1 的 折射率的流体时， 有效光学路径长度 L 可能不同于可移动式反射器 14 与固定反射器 16 之 间的距离。
在包括具有大于 1 的折射率的电介质层 104 的实施例中， 通过选择可移动式反射 器 14 与固定反射器 16 之间的距离且通过选择电介质层 104 的厚度及折射率或可移动式反 射器 14 与固定反射器 16 之间的任何其它层的厚度及折射率而形成具有所要光学路径长度 的干涉式调制空腔。
在一个实施例中， 可移动式反射器 14 可偏斜到位置范围内的一个或一个以上位 置以输出对应颜色范围的光。举例来说， 行电极与列电极之间的电压电位差可经调整以将 可移动式反射器 14 偏斜到相对于固定反射器 16 的多个选定的位置中的一者。
在图 8 中由从固定反射器 16 延伸到指示位置 81-85 的箭点的线表示可移动式反 射器 14 的一群组的特定位置 81-85 中的每一者。因此， 在考虑电介质层 104 的厚度及折射 率的情况下选择距离 81-85。当可移动式反射器 14 偏斜到位置 81-85( 各自对应于与固定 反射器 16 相距的不同距离 L) 中的每一者时， 调制器以对应于正由调制器 12 反射的入射光 的不同颜色的不同光谱响应将光反射到衬底 20 侧处的观看位置。
此外， 在位置 81 处， 可移动式反射器 14 足够接近于固定反射器 16， 因此干涉的效 应是可忽略的且调制器 12 充当大体上相等地反射入射可见光的大体上所有颜色 ( 例如， 作 为白色光 ) 的镜面。因为小距离 L 对于可见光频带中的光学谐振来说过小， 所以导致宽带镜面效应。反射层 14 因此仅充当相对于可见光的反射表面。
在位置 82 处， 距离 L 使得空腔干涉式地操作但大体上不反射可见波长的光， 此情 形是因为谐振波长在可见光范围之外。
随着距离 L 进一步增大， 调制器 12 的峰值光谱响应进入可见光波长中。因此， 当 可移动式反射器 14 在位置 83 处时， 调制器 12 反射蓝色光。当可移动式反射器 14 在位置 84 处时， 调制器 12 反射绿色光。当可移动式反射器 14 在非偏斜位置 85 处时， 调制器 12 反 射红色光。
如上文所述， 具有用于在调制器 140 中输出白色光的单独状态将控制色饱和度的 调制器的性质的选择与影响白色输出的亮度的性质解耦。调制器 12 的距离及其它特性可 因此经选择以提供高度饱和的颜色而不影响在第一状态中产生的白色光。举例来说， 在示 范性彩色显示器中， 可通过对应于较高干涉阶数的光学路径长度 L 而形成红色、 绿色及蓝 色调制器 12 中的一者或一者以上。
如上文所论述， 电介质层 104 防止短路且在可移动式反射器 14 偏斜时控制可移动 式反射器 14 与固定反射器 16 之间的分离距离， 但电介质层 104 的厚度应足够小以使得在 调制器 12 反射白色光时， 可移动式反射器 14( 例如 ) 在位置 81 处足够接近于固定反射器 16。然而， 单独使用薄电介质层 104 不提供免受可移动式反射器 14 与导电层 102 之间的短 路的充分保护。
可使用此项技术中已知的光刻技术及例如上文关于调制器 12 而描述的技术来形 成调制器 12。 举例来说， 可通过将例如 ITO 的一个或一个以上透明导体层沉积到衬底 20 上 而形成导电层 102。衬底 20 可包含例如玻璃或塑料等任何透明材料。衬底 20 可能已经受 先前的预备步骤 ( 例如， 清洁 ) 以促进随后形成的层的有效形成。导电层 102 被图案化为 平行条带且可形成若干列的电极。可通过将一个或一个以上 MoCr 层沉积到大体上透明的 衬底 20 及 / 或衬底 20 上而形成固定反射器 16。可移动式反射器 14 可作为经沉积金属层 的一系列平行条带 ( 与列电极 102 正交 ) 而形成， 所述经沉积金属层沉积于柱 18 及介入牺 牲材料 ( 沉积于柱 18 之间 ) 的顶部上。可提供穿过上文描述的层中的一者或一者以上的 通孔以使得例如二氟化氙等蚀刻剂气体可到达牺牲层。当蚀刻掉牺牲材料时， 可变形金属 层通过气隙而与固定层分离。例如铝等高度导电及反射性材料可用于可变形层， 且这些条 带可形成显示装置中的行电极。
图 9 是具有间隔层 103 的示范性多态干涉式调制器 12 的侧视横截面视图。在多 态干涉式调制器 12 中， 例如二氧化硅 (SiO2) 等材料的间隔层 103 定位于固定反射器 16 与 导电层 102 之间。 间隔层 103 增大可移动式反射器 14 与导电层 102 之间的距离且因此减小 可移动式反射器 14 与导电层 102 之间的电容且提供防止可移动式反射器 14 与导电层 102 之间的短路的充分保护。
与此同时， 间隔层 103 在固定反射器 16 与导电层 102 之间界定第二干涉式调制空 腔。间隔层 103 的厚度及组成 ( 折射率 ) 可经调整以改变第二干涉式调制空腔的有效光学 路径长度从而产生所要颜色的滤光器。举例来说， 间隔层 103 可经调整以使得第二干涉式 调制空腔按需要充当红色、 绿色或蓝色带通滤光器， 且因此多态干涉式调制器 12 反射饱和 红色、 绿色或蓝色光。
导电层 102 及固定反射器 16 的反射率是低的， 但由第一干涉式调制空腔及第二干涉式调制空腔显现的耦合空腔效应足以增大所反射的光的色饱和度。
饱和度指光输出的波长的范围的狭窄度。 高度饱和的色调具有鲜明、 强烈的颜色， 而较不饱和的色调显得较柔和且灰暗。举例来说， 产生极窄范围的波长的激光产生高度饱 和的光。相反， 典型白炽灯泡产生可具有不饱和红色或蓝色的白色光。
在显示器的一个实施例中， 每一像素包括具有如图 9 中所展示的结构或类似结构 的一个或一个以上三态调制器 12。这些三态调制器包括至少蓝色调制器、 绿色调制器及红 色调制器。图 10 是包括具有相应间隔层的三个三态干涉式调制器的像素的示意性横截面 侧视图。在图 10 中， 相同部分相对于先前各图而类似地加以编号。
蓝色调制器具有三种状态。在第一状态中， 可移动式反射器 14 处于第一位置 ( 例 如， 位置 81) 处， 且蓝色调制器大体上反射白色光。在第二状态中， 可移动式反射器 14 处于 第二位置 ( 例如， 位置 82) 处， 且蓝色调制器大体上不反射光。在第三状态中， 可移动式反 射器 14 处于第三位置 ( 例如， 位置 83) 处， 且蓝色调制器大体上反射蓝色光。
绿色调制器具有三种状态。在第一状态中， 可移动式反射器 14 处于第一位置 ( 例 如， 位置 81) 处， 且绿色调制器大体上反射白色光。在第二状态中， 可移动式反射器 14 处于 第二位置 ( 例如， 位置 82) 处， 且绿色调制器大体上不反射光。在第三状态中， 可移动式反 射器 14 处于第三位置 ( 例如， 位置 84) 处， 且绿色调制器大体上反射绿色光。 红色调制器具有三种状态。在第一状态中， 可移动式反射器 14 处于第一位置 ( 例 如， 位置 81) 处， 且红色调制器大体上反射白色光。在第二状态中， 可移动式反射器 14 处于 第二位置 ( 例如， 位置 82) 处， 且红色调制器大体上不反射光。在第三状态中， 可移动式反 射器 14 处于第三位置 ( 例如， 位置 85) 处， 且红色调制器大体上反射红色光。
在此实施例中， 来自处于第三状态中的红色、 绿色及 / 或蓝色调制器 12 的光组合 以输出彩色光。来自处于第一及第二状态中的红色、 绿色及 / 或蓝色调制器 12 的光可用以 输出白色或黑色光。结合彩色使用白色可提高像素的亮度或强度。
为增大来自红色、 绿色及蓝色调制器的光的饱和度， 针对红色、 绿色及蓝色调制器 分别选择间隔层 103 的厚度及折射率以使得红色、 绿色及蓝色调制器中的第二干涉式调制 空腔具有对应的所要光学路径长度。
如上文所描述， 间隔层 103 可为任何材料及任何厚度。举例来说， 如果间隔层 103 的材料为 SiO2， 则红色调制器的间隔层 103 的厚度为至少 140nm。在一个实施例中， 当红色 调制器的间隔层 103 的厚度为 170nm 时， 来自红色调制器的红色光是高度饱和的。
在一个实施例中， 如果间隔层 103 的材料为 SiO2， 则蓝色调制器的间隔层 103 的厚 度为至少 210nm。 当蓝色调制器的间隔层 103 的厚度为 230nm 时， 来自蓝色调制器的蓝色光 是高度饱和的。
在一个实施例中， 如果间隔层 103 的材料为 SiO2， 则绿色调制器的间隔层 103 的厚 度为至少 190nm。 当绿色调制器的间隔层 103 的厚度为 220nm 时， 来自绿色调制器的绿色光 是高度饱和的。
与制造无间隔层 103 的干涉式调制器装置相比， 制造在导电层 102 与固定反射器 16 之间并入有间隔层 103 的干涉式调制器装置仅要求少数额外处理步骤。 在图 9 中所说明 的实例中， 间隔层 103 的并入仅要求沉积间隔层 103 的额外步骤。如果间隔层 103 包含与 电介质层 104 相同的材料及 / 或如果导电层 102 由与固定反射器 16 相同的材料制成， 则可
进一步减少或最小化额外处理要求。
图 11 展示两个红色三态调制器的模型化反射光谱的实例。 线 111 描绘具有 100nm 厚 SiO2 间隔层 103 的红色三态调制器 12 的模型化光谱反射率。与线 111 相比， 线 112 描 绘具有 170nm 厚 SiO2 间隔层 103 的另一红色三态调制器 12 的模型化光谱反射率。如图 11 中所说明， 在红色频率 ( 即， 在 625nm 到 740nm 之间 ) 上， 具有 170nm 厚 SiO2 间隔层 103 的红 色三态调制器 12 比具有 100nm 厚 SiO2 间隔层 103 的红色三态调制器 12 提供更高的饱和度。
图 12 展示具有不同间隔层的红色、 绿色及蓝色三态调制器的组合模型化反射光 谱的实例。线 121 描绘具有 230nm 厚 SiO2 间隔层 103 的蓝色三态调制器 12 的模型化光谱 反射率。线 122 描绘具有 220nm 厚 SiO2 间隔层 103 的绿色三态调制器 12 的模型化光谱反 射率。线 123 描绘具有 170nm 厚 SiO2 间隔层 103 的红色三态调制器 12 的模型化光谱反射 率。 线 124 描绘在红色、 绿色及蓝色三态调制器 12 处于白色状态中时的模型化光谱反射率。 线 125 描绘红色、 绿色及蓝色三态调制器 12 处于黑色状态中时的模型化光谱反射率。
图 13 展示图 12 中所感知的红色、 绿色、 蓝色及白色在 CIE 1976 图中的位置。蓝 色 ( 其为图 12 中的线 121 的所感知颜色 ) 被描绘为图 13 中的点 131。绿色 ( 其为图 12 中 的线 122 的所感知颜色 ) 被描绘为图 13 中的点 132。红色 ( 其为图 12 中的线 123 的所感 知颜色 ) 被描绘为图 13 中的点 133。白色 ( 其为图 12 中的线 124 的所感知颜色 ) 被描绘 为图 13 中的点 134。如图 13 中所展示， 点 131、 132 及 133 极接近于 sRGB 原坐标， 且点 134 TM TM 极接近于 D65。此处， sRGB 是由 HP 及 Microsoft 共同创建以用于在监视器、 打印机及因 特网上使用的标准 RGB 颜色空间。D65 是由国际照明委员会 (CIE) 公布的在 6,500° K 的温 度下的日光的标准白色点。D65 大致对应于西欧 / 北欧的正午的太阳。
图 14 展示三位设计的显示器的组合反射光谱的实例。在此实施例中， 显示器具有 多个红色、 绿色及蓝色三态调制器。 每一像素包含红色子像素、 绿色子像素及蓝色子像素。 由 三个位代表红色、 绿色及蓝色子像素中的每一者。 对于每一子像素来说， 一个三态干涉式调制 器与第一位相关联。 两个三态干涉式调制器与第二位相关联。 四个三态干涉式调制器与第三 位相关联。 因此， 七个三态干涉式调制器与每一子像素相关联， 且二十一个三态干涉式调制器 与每一像素相关联。此实施例仅为实例。所属领域的技术人员可了解许多变化是可能的。
线 141 描绘用于蓝色子像素的蓝色三态调制器的光谱反射率。线 142 描绘用于绿 色子像素的绿色三态调制器的光谱反射率。线 143 描绘用于红色子像素的红色三态调制器 的光谱反射率。线 144 描绘当红色、 绿色及蓝色三态调制器处于白色状态中时的光谱反射 率。线 145 描绘当红色、 绿色及蓝色三态调制器处于黑色状态中时的光谱反射率。
三位设计显示器的实验展示如下表中所展示的效应。
颜色 色域 对比率 亮度 (Y)白色 38.344 18.359 0.334黑色红色绿色蓝色0.018190.068820.10830.02269如上文所展示， 三位设计显示器演示 38％ EBU( 欧洲广播联盟 ) 的模型化色域。 对 比率 (CR) 被模型化为 18 ∶ 1。亮度 (Y) 被模型化为 33％。
图 15 展示图 14 中所感知的红色、 绿色及蓝色在 CIE 1976 图中的位置。蓝色 ( 其 为图 14 中的线 141 的所感知颜色 ) 被描绘为图 15 中的点 151。绿色 ( 其为图 14 中的线 142 的所感知颜色 ) 被描绘为图 15 中的点 152。红色 ( 其为图 14 中的线 143 的所感知颜 色 ) 被描绘为图 15 中的点 153。白色 ( 其为图 14 中的线 144 的所感知颜色 ) 被描绘为图 15 中的点 154。如图 15 中所展示， 点 151、 152 及 153 极接近于 sRGB 原坐标， 且点 154 极接 近于 D65。
如上文所描述， 在三态干涉式调制器中， 间隔层可提供于固定反射器与电极之间。 间隔层可提供免受可移动式装置与电极之间的短路的充分保护。 间隔层还可界定第二干涉 式调制空腔以便在一光频率范围内提供饱和光。因此， 采用所述三态干涉式调制器的显示 器可能具有更长的使用寿命、 更高的对比率及更大的色域。
虽然已在某些实施例及实例的上下文中揭示本发明， 但所属领域的技术人员将理 解， 本发明延伸超出特定揭示的实施例直到本发明的其它替代实施例及 / 或用途及其明显 修改及等效物。 另外， 虽然已详细展示且描述本发明的若干变化， 但对于所属领域的技术人 员来说， 在本发明的范围内的其它修改将基于本发明而显而易见。 还预期， 可进行实施例的 特定特征及方面的各种组合或子组合且其仍落入本发明的范围内。应理解， 所揭示实施例 的各种特征及方面可相互组合或替换以便形成所揭示的本发明的变化模式。因此， 希望本 文中所揭示的本发明的范围不应受上文描述的特定揭示的实施例限制， 而应仅由所附的权 利要求书确定。