用于mems光調制器的不對稱行程的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及機電裝置的領域，且更確切地說，涉及用于顯示器的光調制主體。
【背景技術】
[0002]機電系統（EMS)包含具有電及機械元件、致動器、換能器、傳感器、光學組件（例如 鏡子及光學膜）及電子器件的裝置。可依各種尺度（其包含（但不限于）微尺度及納米尺 度）制造EMS裝置或元件。例如，微機電系統（MEMS)裝置可包含具有從約1微米到數百微 米或數百微米以上的范圍中的大小的結構。納機電系統（NEMS)裝置可包含具有小于1微 米的大小（包含（例如）小于數百納米的大小）的結構。可使用沉積、蝕刻、微影或其它微 機械加工過程（其蝕除襯底及/或沉積材料層的部分或添加層以形成電及機電裝置）來產 生機電元件。
[0003] 由機械光調制器建構的顯示器是基于液晶技術的顯示器的吸引人的替代選項。機 械光調制器快到足以顯示具有良好視角且具有廣泛范圍的色彩及灰階的視頻內容。機械光 調制器在投影顯示器應用上已經很成功。使用機械光調制器的顯示器尚未展現亮度、低功 率及高質量圖像特性的足夠吸引人的組合。
[0004]達成較高亮度及較大省電的方式為增加給定像素或像素陣列的孔徑比。但是，增 加孔徑比可增加機械光調制器跨較大孔徑的行程距離，借此增加機械光調制器從一位置移 動到另一位置所需的時間量。此可引起光調制器切換速度上的非所期望的減少且負面影響 顯示器的性能。仍需要高亮度、低功率機械致動的顯示器，所述顯示器具有可在高切換速度 及在低電壓下驅動且為改進的圖像質量做好準備的光調制器。
【發明內容】
[0005]本發明的系統、方法及裝置各具有若干創新方面，所述方面中單一者不能單獨負 責本文揭示的所期望屬性。
[0006]在一方面中，一種機電裝置包含：第一致動器；第二致動器；及主體，其耦合于所 述第一致動器與所述第二致動器之間，其中所述主體可在第一位置、第二位置及所述第一 位置與所述第二位置之間的中性位置之間移動。所述中性位置與所述第一位置之間的第一 距離大于所述中性位置與所述第二位置之間的第二距離。
[0007]在一些配置中，所述主體遠離所述第一致動器移動所述第一距離且朝著所述第一 致動器移動所述第二距離。所述裝置可包含孔徑及光源。在所述第一位置中，所述主體可 容許來自所述光源的光穿過所述孔徑，且在所述第二位置中，所述主體至少部分阻擋來自 所述光源的光穿過所述孔徑。
[0008]在一些配置中，當所述主體在所述中性位置中時，所述主體至少部分阻擋光穿過 所述孔徑。所述主體在從所述中性位置移動到所述第一位置時比在從所述中性位置移動到 所述第二位置時相對于所述孔徑行進更大距離。在一些配置中，用于將所述主體從所述第 二位置移動到所述第一位置的時間大于用于將所述主體從所述第一位置移動到所述第二 位置的時間。
[0009] 在某些實施方案中，所述第一致動器包含：第一柔性電極，其連接于所述主體與第 一組錨之間；及第一電極，其與所述第一柔性電極相對且連接到第一電極錨。致動器包含第 二致動器，所述第二致動器具有第二柔性電極，其連接于所述主體與第二組錨之間。第二電 極與所述第二柔性電極相對且連接到第二電極錨，使得所述第二柔性電極與所述第二電極 錨之間的距離大于所述第一柔性電極與所述第一電極錨之間的距離。
[0010] 在一些配置中，所述第二柔性電極的長度大于所述第一柔性電極的長度。所述主 體可包含快門。所述裝置可包含襯底，其中所述快門橫向于所述襯底移動。所述第一致動 器及所述第二致動器可包含靜電致動器。在一些實施方案中，所述裝置包含呈像素布置于 顯示器中的第一致動器、第二致動器及主體的陣列，所述主體耦合于所述相應第一致動器 與第二致動器之間。所述裝置還包含處理器，其經配置以與所述顯示器通信，其中所述處理 器經配置以處理圖像數據。所述裝置進一步包含存儲器裝置，其經配置以與所述處理器通 信。在某些實施方案中，所述顯示器的孔徑比大于具有等于所述第二距離的所述第一距離 的顯示器。所述裝置可包含控制矩陣，其經布置以將第一電壓施加到所述第一致動器且將 第二電壓施加到所述第二致動器，所述第一電壓不同于所述第二電壓。
[0011] 在一些配置中，所述裝置包含驅動器電路，其經配置以將至少一信號發送到所述 顯示器；及控制器，其經配置以將所述圖像數據的至少一部分發送到所述驅動器電路。所述 裝置還包含圖像源模塊，其經配置以將所述圖像數據發送到所述處理器，其中所述圖像源 模塊包含接收器、收發器及發射器中的至少一者。所述裝置還可包含輸入裝置，其經配置以 接收輸入數據且將所述輸入數據傳達到所述處理器。
[0012] 在另一方面中，一種設備包含第一致動器裝置及第二致動器裝置，其用于移動耦 合于所述第一致動器裝置與所述第二致動器裝置之間的光調制裝置。所述光調制裝置可在 第一位置、第二位置及所述第一位置與所述第二位置之間的中性位置之間移動。在所述中 性位置與所述第一位置之間移動所述光調制裝置的第一距離大于在所述中性位置與所述 第二位置之間移動所述光調制裝置的第二距離。
[0013] 在一些配置中，所述光調制裝置遠離所述第一致動器裝置移動所述第一距離且朝 著所述第一致動器裝置移動所述第二距離。所述設備還可包含用于使光通過的孔徑裝置。 在所述第一位置中，所述光調制裝置容許光穿過所述孔徑裝置，且在所述第二位置中，所述 光調制裝置至少部分阻擋光穿過所述孔徑裝置。在所述中性位置中，所述光調制裝置至少 部分阻擋光穿過所述孔徑裝置。在一些實施方案中，用于將所述光調制裝置從所述第二位 置移動到所述第一位置的時間大于用于將所述光調制裝置從所述第一位置移動到所述第 二位置的時間。
[0014] 在一些配置中，所述第一致動器裝置包含：第一柔性電極裝置，其連接于所述光調 制裝置與第一組錨裝置之間；第一電極裝置，其與所述第一柔性電極裝置相對且連接到第 一電極錨裝置。所述第二致動器裝置包含：第二柔性電極裝置，其連接于所述光調制裝置與 第二組錨裝置之間；及第二電極裝置，其與所述第二柔性電極裝置相對且連接到第二電極 錨裝置。在某些實施方案中，所述第二柔性電極裝置與所述第二電極錨裝置之間的距離大 于所述第一柔性電極裝置與所述第一電極錨之間的距離。在一些配置中，所述第二柔性電 極裝置的長度大于所述第一柔性電極裝置的長度。所述設備可包含襯底裝置，其中所述光 調制裝置橫向于所述襯底裝置移動。
[0015] 在又一方面中，一種機電裝置包含：襯底，其具有孔徑；光源，其用于提供光；第一 致動器；第二致動器；及主體，其耦合于所述第一致動器與所述第二致動器之間。所述主體 可相對于所述孔徑在用于容許來自光源的光穿過所述孔徑的第一位置，用于至少部分阻擋 光穿過所述孔徑的第二位置及所述第一位置與所述第二位置之間的中性位置之間移動。所 述中性位置與所述第一位置之間的第一距離大于所述中性位置與所述第二位置之間的第 二距離。
[0016] 在以下附圖及描述中提出本發明中描述的標的物的一或多個實施方案的細節。雖 然本發明中提供的實例主要依據基于EMS及MEMS的顯示器進行描述，但是本文提供的概念 可適用于其它類型的顯示器，例如液晶顯示器（IXD)、有機發光二極管（"0LED"）顯示器及 場發射顯示器。其它特征、方面及優點將從描述、圖及權利要求書顯而易見。應注意，下圖 的相對尺寸可不按比例繪制。
【附圖說明】
[0017] 將參考下圖從以下詳細描述更易于理解前述討論
[0018] 圖1為實例顯不設備的等角視圖；
[0019] 圖2為圖1的顯示設備的框圖；
[0020] 圖3為適合于控制并入到圖1的顯示器中的光調制器的控制矩陣的示意圖；
[0021] 圖4A及4B分別為打開及關閉狀態中的雙致動快門組合件的平面圖；
[0022] 圖5為基于快門的顯示設備的截面圖；
[0023] 圖6A及6B為說明包含多個光調制器顯示元件的顯示裝置的系統框圖；
[0024] 圖7A為中性位置中的光調制組合件的一實例的平面圖；
[0025] 圖7B為第一位置中的光調制組合件的一實例的平面圖；
[0026] 圖7C為第二位置中的光調制組合件的一實例的平面圖；
[0027] 圖8為使用用于打開及關閉操作的不同驅動電壓控制光調制器的控制矩陣的一 部分的示意圖；及
[0028] 圖9為顯示裝置的一部分的一實例的平面圖。
【具體實施方式】
[0029] 為描述本發明的創新方面，以下描述是針對某些實施方案。但是，所屬領域的一般 技術人員將容易認識到可以諸多不同方式應用本文的教示。所描述的實施方案可實施于可 經配置以顯示圖像（運動（例如視頻）或靜止（例如靜態圖像）及文字、圖形或圖像）的任 何裝置、設備或系統中。更特定來說，預期所描述的實施方案可包含于例如（但不限于）以 下各種電子裝置中或與所述電子裝置相關聯：移動電話、多媒體因特網啟用蜂窩式電話、移 動電視接收器、無線裝置、智能電話、Bl UetcxuhR裝置、個人數據助理（PDA)、無線電子郵件 接收器、手持式或便攜式計算機、上網本、筆記本計算機、智能筆記型計算機、平板計算機、 打印機、影印機、掃描器、傳真裝置、全球定位系統（GPS)接收器/導航器、相機、數字媒體播 放器（例如MP3播放器）、攝錄影機、游戲機、腕表、時鐘、計算機、電視監視器、平板顯示器、 電子閱讀裝置（例如電子閱讀器）、計算機監視器、汽車顯示器（其包含里程計顯示器及速 度計顯示器等等）、駕駛艙控制或顯示器、相機畫面顯示器（例如車輛中的后視相機的顯示 器）、電子照片、電子廣告牌或標示、投影機、建筑結構、微波爐、電冰箱、立體聲系統、卡式錄 音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、便攜式存儲器芯片、洗衣機、干衣機、洗 衣/干衣機、停車計時器、封裝（例如在包含微機電系統（MEMS)應用的機電系統（EMS)應 用以及非EMS應用中）、美學結構（例如在一件珠寶或衣服上顯示圖像）及各種EMS裝置。 本文的教示還可用于例如（但不限于）以下非顯示器應用中：電子切換裝置、射頻濾波器、 傳感器、加速計、陀螺儀、運動傳感裝置、磁力計、消費型電子器件的慣性組件、消費型電子 器件產品的部件、變容二極管、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、制程及電子測試設備。因此， 教示并非意欲受限于僅圖中所描繪的實施方案，而是代以具有所屬領域的一般技術人員將 易于了解的廣泛適用性。
[0030] 為了改進顯示裝置的成像特性（例如，對比率、圖像清晰度及色純度），光調制器 轉變時間（例如，將光調制器從打開位置移動到關閉位置）可縮短。例如，從打開位置到關 閉位置的縮短的光調制器轉變時間減少光在對應光調制器到達完全關閉狀態之前從像素 泄漏出的風險。本文提供用于通過增加顯示器中的相應光調制主體的總行程距離，同時防 止快門轉變時間增加到成像質量以別的方式減少的點來增加顯示器的孔徑比的系統、設備 及方法。增加總行程距離容許顯示器中的較大孔徑比，此提供較大省電及增加的顯示亮度。 光調制主體的總行程距離包含主體從打開位置行進到關閉位置及從關閉位置行進到打開 位置的距離。在一實例中，光調制主體的行程距離為不對稱：從中性位置，主體在第一方向 上比在第二方向上行進更大距離。不對稱行程容許裝置至少在一方向上設計有較長行程距 離而不影響或增加轉變時間。在一實施方案中，不對稱快門行程配置的使用可在使用較低 電壓驅動光調制器時容許省電而不影響或增加一方向上的轉變時間。
[0031] 為了提供申請案的整體理解，現在將描述某些說明性實施方案，所述實施方案包 含用于顯示圖像的設備及方法。但是，所屬領域的一般技術人員將理解，本文描述的系統及 方法可經調適及修改而適于正討論的申請案且可在其它適當應用中采用本文描述的系統、 設備及方法且此些其它添加及修改將不脫離于其范圍。
[0032] 圖1為顯示器的一實例的示意圖，所述顯示器可包含在第一方向上行進時相對于 中性位置移動不同于在第二方向上相對于孔徑行進時的距離的主體。更特定來說，圖1描 繪直視式基于MEMS的顯示設備100。顯示設備100包含布置成行及列的多個光調制器102a 到 102d(概括為"光調制器102")。在顯示設備100中，光調制器102a及120d是在打開狀 態中而容許光通過。光調制器102b及102c是在關閉狀態中而阻礙光的通過。如果由一或 多個燈105或另一光源照亮，通過選擇性設定光調制器102a到102d的狀態，可利用顯示設 備100形成背光顯示器的圖像104。在另一實施方案中，設備100可通過