包含雙致動軸機(jī)電系統(tǒng)光調(diào)制器的顯示器設(shè)備的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請案
[0002] 本專利申請案主張于2012年12月28日提出申請的標(biāo)題為"包含雙致動軸機(jī) 電系統(tǒng)光調(diào)制器的顯示器設(shè)備OISPLAYAPPARATUSINCLUDINGDUALACTUATIONAXIS ELECTROMECHANICALSYSTEMSLIGHTMODULATORS) " 的第 61/746, 881 號美國臨時專利 申請案的優(yōu)先權(quán)，且主張于2013年3月14日提出申請的標(biāo)題為"包含雙致動軸機(jī)電 系統(tǒng)光調(diào)制器的顯示器設(shè)備OISPLAYAPPARATUSINCLUDINGDUALACTUATIONAXIS ELECTROMECHANICALSYSTEMSLIGHTMODULATORS)" 的第 13/829, 254 號美國實用申請案的 優(yōu)先權(quán)。以上所提及的申請案中的每一者皆受讓于本申請案的受讓人且借此以引用方式明 確地并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及顯示器的領(lǐng)域，且確切地說，涉及包含具有多個移動軸的多狀態(tài)光調(diào) 制器的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)顯示器。
【背景技術(shù)】
[0004] 某些基于機(jī)電系統(tǒng)（EMS)的光調(diào)制器可以二態(tài)方式有效地調(diào)制光（S卩，在亮狀態(tài) 與暗狀態(tài)之間進(jìn)行切換）。舉例來說，基于EMS的快門可迅速地在光透射狀態(tài)與光阻擋狀態(tài) 之間進(jìn)行切換。然而，存在可以可靠地達(dá)成全暗狀態(tài)與全亮狀態(tài)之間的離散部分透射狀態(tài) 的幾個基于EMS的光調(diào)制器。
[0005] 因此，并入有基于EMS的光調(diào)制器的顯示器往往通過將光調(diào)制器驅(qū)動到一系列子 幀中的亮狀態(tài)或暗狀態(tài)中而使用時分原理產(chǎn)生不同灰階值。即使將此些子幀加權(quán)，此些顯 示器可仍需要產(chǎn)生每圖像幀大數(shù)目個子幀以獲得所期望的灰度階粒度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有數(shù)項發(fā)明方面，所述方面中的任何一項方面 皆不單獨地負(fù)責(zé)本文中所揭示的期望屬性。
[0007] 本發(fā)明中所闡述的標(biāo)的物的一項發(fā)明方面可實施于一種設(shè)備中，所述設(shè)備包含襯 底、快門、第一致動器及第二致動器。所述快門鄰近于所述襯底定位且經(jīng)配置以選擇性地阻 礙穿過所述襯底的光學(xué)路徑。所述第一致動器機(jī)械耦合到所述快門的第一端且經(jīng)配置以用 于使所述快門在實質(zhì)上平行于由所述襯底界定的平面的平面中沿著第一軸沿第一方向移 動，借此將所述快門從第一狀態(tài)移動到第二狀態(tài)。所述第二致動器鄰近所述快門定位且經(jīng) 配置以使所述快門沿著第二軸沿第二方向移動。所述第二軸實質(zhì)上正交于所述第一軸且也 在實質(zhì)上平行于由所述襯底界定的所述平面的平面內(nèi)。使所述快門沿著所述第二軸移動將 所述快門移動到第三狀態(tài)中。在某些實施方案中，所述第二致動器包含與所述快門間隔開 且與所述快門機(jī)械分離的電極。
[0008] 在某些實施方案中，所述設(shè)備包含第三致動器。所述第三致動器可機(jī)械耦合到所 述快門且經(jīng)配置以使所述快門沿著所述第一軸沿與所述第一方向相反的第三方向移動，借 此將所述快門移動到所述第一狀態(tài)中。在某些其它實施方案中，所述設(shè)備包含彈簧，所述彈 簧機(jī)械耦合到所述快門以沿著所述第一軸沿與所述第一方向相反的第三方向?qū)⒒謴?fù)力施 加到所述快門以用于將所述快門往回移動到所述第一狀態(tài)中。
[0009] 在某些其它實施方案中，所述第三致動器可包含在所述快門的與所述第二致動器 相對的一側(cè)上與所述快門間隔開且與所述快門機(jī)械分離的致動器，用于將所述快門移動到 第四狀態(tài)中。在某些實施方案中，與所述第二致動器的所述快門間隔開的所述電極與所述 快門間隔開達(dá)第一距離，且所述第三致動器的與所述快門間隔開的電極與所述快門間隔開 達(dá)第二距離。
[0010] 在某些實施方案中，所述第一狀態(tài)為光透射狀態(tài)，所述第二狀態(tài)為其中所述快門 阻礙穿過所述襯底的所述光學(xué)路徑的光阻擋狀態(tài)，且所述第三狀態(tài)包括其中所述快門僅部 分地阻礙所述光學(xué)路徑的部分光透射狀態(tài)。在某些實施方案中，在所述部分光透射狀態(tài)中， 所述快門阻擋所述光學(xué)路徑中的光的約25%、約33%或約50%中的一者。
[0011] 在某些實施方案中，所述第一致動器由包含可擴(kuò)展部分的柔性橫梁耦合到所述快 門。在某些其它實施方案中，所述快門包含垂直于所述襯底的所述平面的至少一個表面。在 某些此類實施方案中，所述快門的垂直于所述襯底的所述平面的所述表面可形成所述快門 的周界的一側(cè)，且所述快門充當(dāng)所述第二致動器的電極。
[0012] 在某些實施方案中，所述快門、所述第一致動器及所述第二致動器形成顯示元件 的一部分，且所述設(shè)備包含顯示器，所述顯示器包含顯示元件陣列。所述設(shè)備還可包含：處 理器，其經(jīng)配置以與所述顯示器通信且處理圖像數(shù)據(jù)；及存儲器裝置，其經(jīng)配置以與所述處 理器通信。在某些實施方案中，所述設(shè)備包含經(jīng)配置以將至少一個信號發(fā)送到所述顯示器 的驅(qū)動器電路，且控制器進(jìn)一步經(jīng)配置以將所述圖像數(shù)據(jù)的至少一部分發(fā)送到所述驅(qū)動器 電路。在某些實施方案中，所述設(shè)備還包含經(jīng)配置以將所述圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到所述處理器的 圖像源模塊。所述圖像源模塊可包含接收器、收發(fā)器及發(fā)射器中的至少一者。在又某些其 它實施方案中，所述設(shè)備包含經(jīng)配置以接收輸入數(shù)據(jù)且將所述輸入數(shù)據(jù)傳遞到所述處理器 的輸入裝置。
[0013] 本發(fā)明中所闡述的標(biāo)的物的另一發(fā)明方面可實施于一種設(shè)備中，所述設(shè)備包含： 襯底；用于選擇性地阻礙穿過所述襯底的光學(xué)路徑的裝置；用于使所述光阻礙裝置在實質(zhì) 上平行于由所述襯底界定的平面的平面中沿著第一軸沿第一方向移動借此將所述光阻礙 裝置從第一狀態(tài)移動到第二狀態(tài)的裝置；及用于使所述光阻礙裝置沿著第二軸沿第二方向 移動借此將所述光阻礙裝置移動到第三狀態(tài)中的裝置。所述第二軸實質(zhì)上正交于由所述襯 底界定的所述平面中的所述第一軸。
[0014] 在某些實施方案中，所述設(shè)備包含用于使所述快門沿著所述第一軸沿與所述第一 方向相反的第三方向移動以用于將所述光阻礙裝置往回移動到所述第一狀態(tài)中的裝置。在 某些其它實施方案中，所述設(shè)備包含用于沿著所述第一軸沿與所述第一方向相反的第三方 向?qū)⒒謴?fù)力施加到所述光阻礙裝置借此將所述光阻礙裝置移動到所述第一狀態(tài)中的恢復(fù) 裝置。在某些其它實施方案中，所述設(shè)備可包含用于將所述光阻礙裝置移動到第四狀態(tài)中 的裝置。所述第三及第四狀態(tài)可為相異的部分光阻礙狀態(tài)。
[0015] 以下附圖及說明中陳述本說明書中所闡述的標(biāo)的物的一或多項實施方案的細(xì)節(jié)。 盡管主要就基于MEMS的顯示器闡述本
【發(fā)明內(nèi)容】
中所提供的實例，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(jī)發(fā)光二極管（OLED)顯示器、電泳 顯示器及場發(fā)射顯示器）以及其它非顯示器的MEMS裝置（例如MEMS麥克風(fēng)、傳感器及光 學(xué)切換器）。依據(jù)說明、圖式及權(quán)利要求書將明了其它特征、方面及優(yōu)點。注意，以下各圖的 相對尺寸可不按比例繪制。
【附圖說明】
[0016] 圖1A展示實例直觀式基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)的顯示器設(shè)備的示意圖。
[0017] 圖1B展示實例主機(jī)裝置的框圖。
[0018] 圖2展示實例基于快門的光調(diào)制器的透視圖。
[0019] 圖3A展示實例控制矩陣的示意圖。
[0020] 圖3B展示連接到圖3A的控制矩陣的實例基于快門的光調(diào)制器陣列的透視圖。
[0021] 圖4A及4B展示實例雙致動器快門組合件的視圖。
[0022] 圖5展示并入有基于快門的光調(diào)制器的實例顯示器設(shè)備的截面圖。
[0023] 圖6展示供在顯示器的MEMS下配置中使用的實例光調(diào)制器襯底及實例光圈板的 截面圖。
[0024] 圖7A到7C展示實例多狀態(tài)快門組合件的平面圖。
[0025] 圖7D展示圖7A到7C中所展示的多狀態(tài)快門組合件的截面圖。
[0026] 圖8A到8C展示另一實例多狀態(tài)快門組合件的平面圖。
[0027] 圖9展示實例控制矩陣的示意圖。
[0028] 圖10A到10C展示另一實例多狀態(tài)快門組合件的平面圖。
[0029] 圖11A到11D展示另一實例多狀態(tài)快門組合件的平面圖。
[0030] 圖12A到12D展示另一實例多狀態(tài)快門組合件的平面圖。
[0031] 圖13及14展示包含多個顯示元件的實例顯示裝置的系統(tǒng)框圖。
[0032] 在各個圖式中，相似元件符號及名稱指示相似元件。
【具體實施方式】
[0033] 以下說明涉及用于闡述本發(fā)明的發(fā)明方面的目的的某些實施方案。然而，所屬領(lǐng) 域的技術(shù)人員將易于認(rèn)識到，可以眾多不同方式來應(yīng)用本文中的教示。所闡述實施方案 可實施于經(jīng)配置以顯示圖像（無論是運動圖像（例如視頻）還是固定圖像（例如靜態(tài)圖 像），且無論是文本圖像、圖形圖像還是圖片圖像）的任何裝置、設(shè)備或系統(tǒng)中。更特定來 說，預(yù)期所述所闡述實施方案可包含于以下多種電子裝置中或與其相關(guān)聯(lián)，例如但不限于： 移動電話、具有多媒體因特網(wǎng)功能的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置、智能電話、 BluetoothSD裝置、個人數(shù)據(jù)助理（PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機(jī)、上網(wǎng) 本、筆記本計算機(jī)、智能本、平板計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真裝置、全球定位系統(tǒng) (GPS)接收器/導(dǎo)航儀、相機(jī)、數(shù)字媒體播放器（例如MP3播放器）、攝像機(jī)、游戲主控臺、手 表、時鐘、計算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置（舉例來說，電子閱讀器）、計算 機(jī)監(jiān)視器、汽車顯示器（包含里程表及速度計顯示器等）、駕駛艙控制件及/或顯示器、相 機(jī)視圖顯示器（例如車輛中的后視相機(jī)的顯示器）、電子相片、電子告示牌或標(biāo)牌、投影儀、 建筑結(jié)構(gòu)、微波爐、冰箱、立體聲系統(tǒng)、卡式記錄器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、無 線電設(shè)備、便攜式存儲器芯片、洗衣機(jī)、干衣機(jī)、洗衣機(jī)/干衣機(jī)、停車計時器、封裝（例如在 包含微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)應(yīng)用的機(jī)電系統(tǒng)（EMS)應(yīng)用以及非EMS應(yīng)用中）、美學(xué)結(jié)構(gòu)（例如 一件珠寶或衣服上的圖像顯示器）及多種EMS裝置。本文中的教示還可用于非顯示器應(yīng)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、消費型電子器件的慣性組件、消費型電子器件產(chǎn)品的零件、變?nèi)萜?、液晶裝置、電泳 裝置、驅(qū)動方案、制造過程及電子測試裝備。因此，所述教示并不意欲限于僅繪示于所述圖 中的實施方案，而是具有所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于了解的寬廣適用性。
[0034] 可靠多狀態(tài)光調(diào)制器可由可沿著兩個軸致動的快門形成。在某些實施方案中，第 一致動器可通過使快門在光透射穿過的光圈上方移動而沿著第一軸沿第一方向?qū)⒖扉T從 光透射狀態(tài)驅(qū)動到光阻礙狀態(tài)。然后，第二致動器可在沿著正交軸的方向上驅(qū)動快門以部 分地不阻擋光圈，從而允許光的某一部分通過，而阻擋其余光。相對第三致動器或彈簧可用 于將快門返回到光透射位置。此些配置提供三種可以可靠地獲得的快門狀態(tài)。
[0035] 在某些實施方案中，第一致動器機(jī)械耦合到快門。第二致動器可包含與所述快門 物理分離的電極。
[0036] 在某些實施方案中，第四致動器可定位于快門的與第二致動器相對的側(cè)上。在某 些實施方案中，第四致動器可經(jīng)定位距快門達(dá)與第二致動器不同的距離。因此，當(dāng)快門處于 阻擋光圈的光阻擋狀態(tài)中時，第二致動器及第四致動器可拉動快門達(dá)不同距離，從而不同 程度地露出光圈。此些實施方案提供四種可以可靠地獲得的快門狀態(tài)。
[0037] 本發(fā)明中所闡述的標(biāo)的物的特定實施方案可經(jīng)實施以實現(xiàn)以下潛在優(yōu)點中的一 或多者。通過并入有經(jīng)配置以使快門沿著第二運動軸移動的額外側(cè)致動器，快門組合件可 經(jīng)配置以進(jìn)入到至少三種狀態(tài)中，即敞開光透射狀態(tài)、關(guān)閉光阻礙狀態(tài)及部分敞開部分透 射狀態(tài)。通過包含可達(dá)成額外狀態(tài)的快門組合件，顯示器設(shè)備可使用幾個子幀形成圖像。通 過添加經(jīng)配置以將快門移動達(dá)與第一側(cè)致動器不同的到所述側(cè)的距離的第二側(cè)致動器，快 門組合件可進(jìn)入到其它額外狀態(tài)中。此額外狀態(tài)可進(jìn)一步減小顯示器需要產(chǎn)生的子幀的數(shù) 目以顯示圖像。
[0038] 在某些實施方案中，側(cè)致動器可為包含作為一個電極的快門的靜電致動器及與所 述快門物理分離的一個側(cè)電極。此側(cè)電極可為具有垂直于其上形成快門組合件的襯底的主 要表面的相對簡單平面橫梁。因此，側(cè)電極可占據(jù)超出在供能量給側(cè)電極時用于位移快門 的空間的襯底上的相對小額外空間。在某些實施方案中，快門可包含接近且平行于側(cè)電極 的周界側(cè)壁以促進(jìn)快門與側(cè)電極之間的靜電相互作用。
[0039] 在某些其它實施方案中，側(cè)致動器可類似于使快門沿著其主要運動軸移動的致動 器。此些致動器可占據(jù)額外空間，但往往需要較低電壓來操作。
[0040] 在某些實施方案中，使快門沿著其主要運動軸移動的致動器包含具有折疊或彎曲 部分的柔性橫梁。此部分可伸展，從而允許快門在供能量給側(cè)致動器時沿著第二軸朝向所 述側(cè)致動器移動，而在未供能量給側(cè)電極時同時提供恢復(fù)力以輔助快門往回移動到其初始 位置。
[0041] 圖1A展示實例直觀式基于MEMS的顯示器設(shè)備100的示意圖。顯示器設(shè)備100包 含布置成行及列的多個光調(diào)制器l〇2a到102d(統(tǒng)稱"光調(diào)制器102"）。在顯示器設(shè)備100 中，光調(diào)制器102a及102