CN101978302A - 具有间隔层的机电装置 - Google Patents

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Abstract

一种干涉式调制装置具备定位于固定反射器与电极之间的间隔层。所述间隔层防止可移动式反射器与所述电极之间的短路且提供滤光空腔以改进色饱和度。

Description

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。
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。
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。
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
Figure BPA00001229219100041
、Pentium II
Figure BPA00001229219100042
、Pentium III
Figure BPA00001229219100043
、Pentium IV
Figure BPA00001229219100044
、Pentium
Figure BPA00001229219100045
Pro、8051、MIPS
Figure BPA00001229219100046
、Power PC、ALPHA
Figure BPA00001229219100048
)，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   波长(nm)
  紫色   380-420
  靛蓝   420-440
  蓝色   440-500
  青色   500-520
  绿色   520-565
  黄色   565-590
  橙色   590-625
  红色   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极接近于D65。此处，sRGB是由HPTM及MicrosoftTM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   白色   黑色   红色   绿色   蓝色
  色域   38.344
  对比率   18.359
  亮度(Y)   0.334   0.01819   0.06882   0.1083   0.02269
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。

Claims (38)

1.一种装置，其包含：
电极；
固定反射器；
可移动式反射器，其包含导电材料，其中干涉式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；以及
间隔层，其定位于所述固定反射器的与所述可移动式反射器相对的侧面上，其中所述间隔层包含滤光空腔，所述滤光空腔经配置以改进由所述干涉式空腔反射的光的色饱和度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隔层处于所述固定反射器与衬底之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隔层的厚度为至少160nm。
4.根据权利要求1所述的装置，其中当所述可移动式反射器处于所述第三位置处时所述装置反射红色光，且其中所述间隔层包含SiO2且所述间隔层的厚度为至少140nm。
5.根据权利要求1所述的装置，其中当所述可移动式反射器处于所述第三位置处时所述装置反射蓝色光，且其中所述间隔层包含SiO2且所述间隔层的厚度为至少210nm。
6.根据权利要求1所述的装置，其中当所述可移动式反射器处于所述第三位置处时所述装置反射绿色光，且其中所述间隔层包含SiO2且所述间隔层的厚度为至少190nm。
7.根据权利要求1所述的装置，其中当所述可移动式反射器处于所述第一位置处时所述装置反射白色光且当所述可移动式反射器处于所述第二位置处时所述装置不反射光。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述滤光空腔包含界定于所述固定反射器的与所述可移动式反射器相对的所述侧面上的另一干涉式空腔。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述另一干涉式空腔界定于所述固定反射器与衬底之间。
10.根据权利要求1所述的装置，其进一步包含：
显示器；
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
11.根据权利要求9所述的装置，其进一步包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱动器电路。
12.根据权利要求11所述的装置，其进一步包含经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路的控制器。
13.根据权利要求9所述的装置，其进一步包含经配置以将所述图像数据发送到所述处理器的图像源模块。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。
15.根据权利要求9所述的装置，其进一步包含经配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到所述处理器的输入装置。
16.一种装置，其包含：
电极；
固定反射器；
可移动式反射器，其包含导电材料，其中干涉式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；以及
间隔层，其定位于所述固定反射器的与所述可移动式反射器相对的侧面上，从所述装置的横截面视图说，所述间隔层具有大于或等于160nm的厚度，其中所述间隔层包含滤光空腔，所述滤光空腔经配置以改进由所述干涉式空腔反射的光的色饱和度。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述间隔层处于所述固定反射器与衬底之间。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述滤光空腔包含另一干涉式空腔，所述另一干涉式空腔界定于所述固定反射器的与所述可移动式反射器相对的所述侧面上。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述另一干涉式空腔界定于所述固定反射器与衬底之间。
20.一种装置，其包含：
电极；
用于反射光的第一装置，所述第一反射装置是固定的；
用于反射光的第二装置，所述第二反射装置是可移动的且包含导电材料，其中干涉式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；以及
用于分离所述第一反射装置的装置，其定位于所述第一反射装置的与所述第二反射装置相对的侧面上，其中所述用于分离所述第一反射装置的装置包含滤光空腔，所述滤光空腔经配置以改进由所述干涉式空腔反射的光的色饱和度。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述用于分离所述第一反射装置的装置处于所述第一反射装置与衬底之间。
22.根据权利要求19所述的装置，其中所述分离装置的厚度为至少160nm。
23.根据权利要求19所述的装置，其中当所述第二反射装置处于所述第三位置处时所述装置反射红色光，且其中所述分离装置包含SiO2且所述分离装置的厚度为至少140nm。
24.根据权利要求19所述的装置，其中当所述第二反射装置处于所述第三位置处时所述装置反射蓝色光，且其中所述分离装置包含SiO2且所述分离装置的厚度为至少210nm。
25.根据权利要求19所述的装置，其中当所述第二反射装置处于所述第三位置处时所述装置反射绿色光，且其中所述分离装置包含SiO2且所述分离装置的厚度为至少190nm。
26.根据权利要求19所述的装置，其中当所述第二反射装置处于所述第一位置处时所述装置反射白色光，且当所述第二反射装置处于所述第二位置处时所述装置不反射光。
27.根据权利要求19所述的装置，其中所述滤光空腔包含另一干涉式空腔，所述另一干涉式空腔界定于所述第一反射的与所述第二反射装置相对的所述侧面上。
28.根据权利要求27所述的装置，其中所述另一干涉式空腔界定于所述第一反射装置与衬底之间。
29.一种制造用于调制光的装置的方法，所述方法包含：
提供衬底；
形成电极；
形成间隔层；
形成固定反射器；以及
形成包含导电材料的可移动式反射器；
其中干涉式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；且
其中所述间隔层包含滤光空腔，所述滤光空腔经配置以改进由所述干涉式空腔反射的光的色饱和度。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述间隔层定位于所述固定反射器的与所述可移动式反射器相对的侧面上。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述间隔层处于所述固定反射器与所述衬底之间。
32.根据权利要求29所述的方法，其中所述间隔层的厚度为至少160nm。
33.根据权利要求29所述的方法，其中当所述可移动式反射器处于所述第三位置处时所述装置反射红色光，且其中所述间隔层包含SiO2且所述间隔层的厚度为至少140nm。
34.根据权利要求29所述的方法，其中当所述可移动式反射器处于所述第三位置处时所述装置反射蓝色光，且其中所述间隔层包含SiO2且所述间隔层的厚度为至少210nm。
35.根据权利要求29所述的方法，其中当所述可移动式反射器处于所述第三位置处时所述装置反射绿色光，且其中所述间隔层包含SiO2且所述间隔层的厚度为至少190nm。
36.根据权利要求29所述的方法，其中当所述可移动式反射器处于所述第一位置处时所述装置反射白色光且当所述可移动式反射器处于所述第二位置处时所述装置不反射光。
37.根据权利要求29所述的方法，其中所述滤光空腔包含另一干涉式空腔，所述另一干涉式空腔界定于所述固定反射器的与所述可移动式反射器相对的所述侧面上。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述另一干涉式空腔界定于所述固定反射器与所述衬底之间。
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