低電壓mems快門組合件的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請案
[0002] 本專利申請案主張2013年1月30日申請的題為"低電壓MEMS快門組合件 (LOW-VOLTAGE MEMS SHUTTER ASSEMBLIES)"的第 13/754, 548 號美國實用申請案的優先權， 且所述申請案已轉讓給本受讓人且在此以引用的方式明確地并入本文中。
技術領域
[0003] 本發明涉及機電系統（EMS)。明確地說，本發明涉及提供用于EMS的薄保護涂層。
【背景技術】
[0004] 顯示裝置可包含機電系統（EMS)快門組合件陣列。每一快門組合件包含定位在光 圈之上的快門及用于使快門移動到光圈之上或鄰近于光圈的打開及閉合位置中的致動器。 致動器包含定位在附接到快門的負載梁附近的驅動梁。通過將電勢提供到驅動梁及負載梁 中的任一者或兩者，在驅動梁與負載梁之間產生靜電力。這些靜電力吸引負載梁朝向驅動 梁。負載梁朝向驅動梁的運動也使快門相對于光圈移動。
[0005] 用以致動致動器的電壓部分地為負載梁及驅動梁的厚度及剛度的函數。較厚的負 載梁及驅動梁通常需要比較薄的負載梁及驅動梁高的致動電壓。負載梁及驅動梁的厚度部 分地為沉積在所述梁之上的保護涂層的厚度的函數。在典型制造工藝期間，將形成前述快 門組合件的材料沉積在犧牲模具之上。一旦沉積并適當地圖案化快門組合件材料，便去除 模具。隨后，在快門組合件的所有曝露表面之上沉積保護涂層以保護快門組合件材料使其 免于與在快門組合件周圍引入的流體相互作用且有助于防止在致動器梁之間形成短路。然 而，通常為電介質的保護涂層添加了致動器的厚度。此添加的厚度又增加用以致動致動器 的電壓。
【發明內容】
[0006] 本發明的系統、方法及裝置各自具有若干創新方面，其中沒有單個方面單獨負責 本文所揭示的合乎需要的屬性。
[0007] 本發明中所描述的標的物的一個創新方面可在一種設備中實施，所述設備具有用 于控制顯示元件的懸置部分的位置的靜電致動組合件。所述靜電致動組合件包含：至少 兩個懸置對置梁，包含用于支撐所述懸置部分的負載梁及與所述負載梁對置的驅動梁，所 述兩個懸置梁中的每一者具有兩個主要表面；及保護涂層，其安置在所述至少兩個懸置對 置梁中的至少一者的僅一個主要表面之上，其中所述保護涂層經圖案化以形成多個凸起片 段。在一些實施方案中，所述保護涂層包含電絕緣體。在其它實施方案中，所述電絕緣體包 含介電材料。
[0008] 在一些實施方案中，所述至少兩個懸置對置梁中的一者經塑形為環，所述環具有 內部主要表面及外部主要表面，其中所述保護涂層安置在僅所述外部主要表面之上。在一 些實施方案中，所述保護涂層的厚度在約IOnm到約400nm的范圍內。
[0009] 在一些實施方案中，所述保護涂層安置在與所述至少兩個懸置對置梁中的另一者 的主要表面對置的所述外部主要表面的僅一部分之上。在一些其它實施方案中，所述保護 涂層安置在所述至少兩個懸置對置梁中的每一者的僅一個主要表面之上。在一些其它實 施方案中，所述保護涂層安置在所述至少兩個懸置對置梁中的僅一者的僅一個主要表面之 上。
[0010] 在一些實施方案中，安置在所述至少兩個懸置對置梁中的第一者上的至少一個凸 起片段定位成與所述至少兩個懸置對置梁中的第二者的位于兩個凸起片段之間的一部分 對置。所述部分的長度等于或大于所述至少一個凸起片段的長度。
[0011] 在一些實施方案中，所述設備還包含：顯示器，其具有前置光反射層、反射圓形偏 光層及吸收圓形偏光層；處理器，其經配置以與所述顯示器通信，所述處理器經配置以處理 圖像數據；及存儲器裝置，其經配置以與所述處理器通信。
[0012] 在一些實施方案中，所述顯示器進一步包含驅動電路，其經配置以將至少一個信 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 動電路。在一些實施方案中，所述顯示器進一步包含：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； 及輸入裝置，其經配置以接收輸入數據并將所述輸入數據傳達給所述處理器。
[0013] 本發明中所描述的標的物的另一創新方面可在一種用于形成靜電致動器的方法 中實施，所述方法包含在襯底上形成模具。所述模具包含第一壁及與所述第一壁對置的第 二壁。所述方法進一步包含在所述第一壁及所述第二壁上沉積梁材料；圖案化所述梁材料 以形成第一順應性梁及與所述第一順應性梁對置的第二順應性梁；在所述第一順應性梁及 所述第二順應性梁之上沉積保護涂層以分別形成第一保護涂層及第二保護涂層；及在沉積 所述保護涂層之后，去除所述模具，以釋放用作所述靜電致動器的對置電極的所述第一順 應性梁及所述第二順應性梁。
[0014] 在一些實施方案中，所述方法進一步包含在去除所述模具之前圖案化所述第一保 護涂層及所述第二保護涂層中的一者的至少一部分。在這些實施方案中的一些實施方案 中，圖案化所述第一保護涂層及所述第二保護涂層中的一者的至少一部分包含保留經配置 成彼此對置的所述第一及所述第二順應性梁的表面上的所述第一及所述第二保護涂層的 部分。在這些實施方案中的一些其它實施方案中，圖案化所述第一保護涂層及所述第二保 護涂層中的一者的至少一部分包含去除所述第一保護涂層及所述第二保護涂層中的一者 的部分以形成多個凸起片段。
[0015] 在一些實施方案中，所述方法進一步包含在去除所述模具之前圖案化所述保護涂 層以去除所述第一保護涂層的部分以形成第一多個凸起片段及去除所述第二保護涂層的 部分以形成第二多個凸起片段。在這些實施方案中的一些實施方案中，所述第一多個凸起 片段中的至少一個凸起片段經配置以接觸所述第二順應性梁的一部分。
[0016] 在一些實施方案中，所述方法進一步包含圖案化所述第一及所述第二保護涂層中 的至少一者以將所述第一保護涂層的部分及所述第二保護涂層的部分從所述第一順應性 梁及所述第二順應性梁的非對置表面去除。在一些實施方案中，沉積所述保護涂層包含分 別形成在約IOnm到約400nm的范圍內的所述第一保護涂層及所述第二保護涂層的厚度。
[0017] 在附圖及下文描述中闡述本說明書中描述的標的物的一或多個實施方案的細節。 盡管此
【發明內容】
中所提供的實例主要依據基于MEMS的顯示器來描述，但本文中所提供的 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（OLED)顯示 器、電泳顯示器及場發射顯示器）以及其它非顯示器MEMS裝置（例如，MEMS麥克風、傳感 器及光學開關）。其它特征、方面及優點將從所述描述、圖式及權利要求書而變得顯而易見。 應注意，以下各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說明】
[0018] 圖IA展示直觀式基于MEMS的顯示設備的實例示意圖。
[0019] 圖IB展示主機裝置的實例框圖。
[0020] 圖2展示說明性的基于快門的光調制器的實例透視圖。
[0021] 圖3A展示控制矩陣的實例示意圖。
[0022] 圖3B展示連接到圖3A的控制矩陣的基于快門的光調制器的陣列的透視圖。
[0023] 圖4A及4B展示雙致動器快門組合件的實例視圖。
[0024] 圖5展示并有基于快門的光調制器的顯示設備的實例截面圖。
[0025] 圖6A到6E展示實例復合快門組合件的構造階段的截面圖。
[0026] 圖7A到7D展示具有窄側壁梁的實例快門組合件的構造階段的等距視圖。
[0027] 圖8A到8C展示另一實例快門組合件的構造階段的等距視圖及截面圖。
[0028] 圖9展示快門組合件的俯視圖。
[0029] 圖IOA到IOF展示致動組合件的各種實例的部分。
[0030] 圖11展示用于在快門組合件的一或多個部分之上提供保護涂層的工藝的實例流 程圖。
[0031] 圖12A到12D展示另一實例快門組合件的構造階段的截面圖。
[0032] 圖13A及13B展示說明包含一組顯示元件的顯示裝置的實例系統框圖。
[0033] 各個圖式中的相似參考數字及名稱指示相似元件。
【具體實施方式】
[0034] 以下描述涉及出于描述本發明的創新方面的目的的某些實施方案。然而，所屬領 域的技術人員將容易認識到，可以許多不同方式應用本文中的教示。所描述實施方案可在 能夠經配置以顯示圖像的任何裝置、設備或系統中實施，而不論圖像是在運動中（例如，視 頻）還是靜止的（例如，靜態圖像），且不論圖像為文字的、圖形的還是圖片的。更明確地 說，預期所描述實施方案可包含在例如（但不限于）以下各者等多種電子裝置中或與所述 多種電子裝置相關聯：移動電話、具多媒體因特網功能的蜂窩式電話、移動電視接收器、無 線裝置、智能電話、BIiicnootMC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、智能筆記本計算機、平板計算機、打印機、復印機、掃 描儀、傳真裝置、全球定位系統（GPS)接收器/導航儀、攝像機、數字媒體播放器（例如，MP3 播放器）、攝錄影機、游戲控制臺、腕表、時鐘、計算器、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、自動顯示器（包含里程表及速度計顯示器等）、駕 駛艙控制件及/或顯示器、攝像機視圖顯示器（例如，車輛中的后視攝像機的顯示器）、電 子照片、電子廣告牌或標志、投影儀、建筑結構、微波、冰箱、立體聲系統、卡匣記錄器或播放 器、DVD播放器、⑶播放器、VCR、收音機、便攜式存儲器芯片、洗滌器、乾燥器、洗滌器/乾燥 器、停車計時器、包裝（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，關于一件珠寶或服裝的圖像的顯示）及多種EMS裝置。本文 中的教示還可用于非顯示器應用中，例如（但不限于）電子切換裝置、射頻濾波器、傳感器、 加速度計、陀螺儀、運動感測裝置、磁力計、用于消費型電子裝置的慣性組件、消費型電子產 品的零件、變容器、液晶裝置、電泳裝置、驅動方案、制造工藝及電子測試裝備。因此，所述教 示并不希望限于僅圖中所描繪的實施方案，而實際上具有廣泛適用性，如所屬領域的技術 人員將容易顯而易見的。
[0035] 顯示設備可包含響應于圖像數據以用于顯現圖像的多個機電系統（EMS)裝置。 EMS裝置可包含納米機電系統（NEMS)、微機電系統（MEMS)或更大尺度的機電系統裝置。顯 示設備可使用包含具有順應性驅動梁及順應性負載梁的至少一個致動器的快門組合件。
[0036] 用以致動致動器的電壓（"致動電壓"）部分地取決于涂覆到快門組合件的保護涂 層的特性。通過限制負載梁及驅動梁的表面上的保護涂層的厚度及/或存在來減小此保護 涂層的沉積對致動電壓的影響。舉例來說，可在將快門組合件從形成有快門組合件的犧牲 模具釋放之前涂覆保護涂層。因為負載梁及驅動梁的一些主要表面在涂覆保護涂層時仍與 犧牲模具接觸，所以這些主要表面并未被涂布保護涂層。在釋放之后，所得負載梁及驅動梁 相對較薄，這是因為所述梁中的每一者僅涂布在一個主要表面上。因此，可使用較低致動電 壓來致動致動器。
[0037] 在一些實施方案中，圖案化保護涂層以使得將去除保護涂層的部分從而進一步減 小負載梁及驅動梁的剛度。舉例來說，將保護涂層圖案化為凸起片段（所述片段之間具有 間隙），其可被稱作隆脊。由于此類圖案化產生的負載梁及驅動梁的剛度的減小允許減小靜 電力，且因此減小用以致動致動器的致動電壓。圖案化還可通過減小致動器梁與快門組合 件所浸沒的流體之間的擠壓膜阻尼效應來減少致動器的致動時間。
[0038] 可實施本發明中所描述的標的物的特定實施方案以實現以下可能優點中的一或 多者。在將快門組合件從形成有快門的犧牲模具釋放之前在快門組合件之上進行的保護涂 層的沉積及圖案化導致相對較薄且不太硬的致動器梁。較薄且不太硬的致動器梁使用較低 致動電壓來進行致動器的操作。
[0039] 在一些實施方案中，保護涂層安置在致動器梁的主要表面的僅一部分之上以進一 步減小致動器梁的厚度及剛度。此情形導致致動電壓的進一步減小。
[0040] 在一些實施方案中，將保護涂層圖案化為不連續的以進一步減小致動器梁的剛 度。不連續保護涂層還減小致動器梁與快門組合件所浸沒的流體之間的擠壓膜阻尼效應， 從而減少致動快門所花費的時間。
[0041] 圖IA展示直觀式基于MEMS的顯示設備100的示意圖。顯示設備100包含按行及 列布置的多個光調制器l〇2a到102d( -般稱為"光調制器102"）。在顯示設備100中，光 調制器102a及102d處于打開狀態，從而允許光通過。光調制器102b及102c處于閉合狀 態，從而阻礙光通過。通過選擇性地設置光調制器102a到102d的狀態，顯示設備100可用 以在由一或多個燈105照射的情況下形成用于背光顯示器的圖像104。在另一實施方案中， 設備100可通過反射源自設備的前方的環境光來形成圖像。在另一實施方案中，設備100 可通過反射來自定位于顯示器前方的一或多個燈（即，通過使用前照燈）的光而形成圖像。
[0042] 在一些實施方案中，每一光調制器102對應于圖像104中的像素106。在一些其它 實施方案中，顯示設備100能夠利用多個光調制器來形成圖像104中的像素106。舉例來 說，顯示設備100可包含三個顏色特定光調制器102。通過選擇性地使對應于特定像素106 的顏色特定光調制器102中的一或多者打開，顯示設備100能夠產生圖像104中的彩色像 素106。在另一實例中，顯示設備100包含每像素106兩個或兩個以上光調制器102以在圖 像104中提供明度級別。關于圖像，"像素"對應于通過圖像的分辨率界定的最小像元。關 于顯示設備100的結構組件，術語"像素"指用以調制形成圖像的單個像素的光的組合式機 械與電組件。
[0043] 顯示設備100為直觀式顯示器，這是因為所述顯示設備可能不包含通常可見于投 影應用中的成像光學裝置。在投影顯示器中，形成于顯示設備的表面上的圖像被投影到屏 幕上或投影到墻壁上。顯示設備實質上小于所投影圖像。在直觀式顯示器中，用戶通過直 接查看顯示設備而看到圖像，所述顯示設備含有光調制器及任選地用于增強在顯示器上見 到的亮度及/或對比度的背光或前照燈。
[0044] 直觀式顯示器能夠以透射或反射模式來操作。在透射式顯示器中，光調制器過濾 或選擇性地阻擋源自定位于顯示器后方的一或多個燈的光。來自燈的光任選地注入到光導 或"背光"中，使得每一像素能夠受到均勻照射。透射式直觀式顯示器常常建構到透明或玻 璃襯底上以促成其中含有光調制器的一個襯底直接定位在背光的頂部上的夾層組合件布 置。
[0045] 每一光調制器102可包含快門108及光圈109。為了照射圖像104中的像素106， 快門108經定位以使得快門允許光通過光圈109而朝向觀看者。為了保持像素106未被照 亮，快門108經定位以使得其阻礙光通過光圈109。光圈109由貫穿每一光調制器102中的 反射性或光吸收材料而圖案化的開口界定。
[0046] 顯示設備還包含連接到襯底及光調制器以用于控制快門的移動的控制矩陣。控制 矩陣包含一系列電互連件（例如，互連件110、112及114)，所述互連件包含每像素行至少 一個寫入啟用互連件11〇(還被稱作"掃描線互連件"）、用于每一像素列的一個數據互連件 112及將共同電壓提供到所有像素或至少提供到來自顯示設備100中的多個列及多個行兩 者的像素的一個共同互連件114。響應于適當電壓（"寫入啟用電壓，V we"）的施加，用于給 定像素行的寫入啟用互連件110使所述行中的像素準備好接受新的快門移動指令。數據互 連件112以數據電壓脈沖的形式傳達新的移動指令。在一些實施方案中，施加到數據互連 件112的數據電壓脈沖直接促成快門的靜電移動。在一些其它實施方案中，數據電壓脈沖 控制開關，例如，控制單獨致動電壓（其量值通常高于數據電壓）向光調制器102的施加的 晶體管或其它非線性電路元件。這些致動電壓的施加接著導致快門108的靜電驅動移動。
[0047] 圖IB展示主機裝置120 ( 即，蜂窩電話、智能電話、PDA、MP3播放器、平板計算機、 電子閱讀器、上網本、筆記型計算機等）的框圖的實例。主機裝置120包含顯示設備128、主 機處理器122、環境傳感器124、用戶輸入模塊126及電源。
[0048] 顯示設備128包含多個掃描驅動器130 (還被稱作"寫入啟用電壓源"）、多個數據 驅動器132 (還被稱作"數據電壓源"）、控制器134、共同驅動器138、燈140到146、燈驅動 器148及顯示元件（例如，圖IA中所展示的光調制器102)的陣列150。掃描驅動器130 將寫入啟用電壓施加到掃描線互連件110。數據驅動器132將