CN102203658B - 用于顺性机构的制造结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明在不同的方面涉及用于MEMS致动的显示器的系统和方法，这些显示器能够在高速和低电压下进行驱动用于改进图像质量并且降低功耗。

Description

用于顺性机构的制造结构和方法

相关申请的引用

本申请要求于2008年10月27日提交的、名称为“MEMS锚定件”的美国临时专利申请序列号61/108,783的权益，该申请的全文通过引用结合在此。本申请还要求于2008年10月28日提交的、名称为“用于顺性机构的制造结构和方法”的美国临时专利申请序列号61/109,045的权益，该申请的全文通过引用结合在此。

发明领域

总体而言，本发明涉及微型电子机械系统的领域；具体地讲，本发明涉及用于机械式光调制器的致动结构。

发明背景

由机械式光调制器构建的显示器对于基于液晶技术的显示器是一个有吸引力的替代方案。机械式光调制器足够快地显示具有良好视角并且具有大的色彩范围和灰度范围的视频内容。机械式光调制器在投影显示器的应用中已经是成功的，并且最近已被提出用于直视应用。在本领域中对于快速、明亮、低功率的机械致动的显示器存在一种需要。确切地说，对于可以高速和低电压进行驱动的机械式致动的显示器以改进图像质量并降低功耗存在一种需要。

发明概述

因此，在一个方面，本发明涉及一种MEMS装置，该装置包括：一个第一窄梁，其中该第一窄梁完全地包围了一个空间的边界。在一些实施方案中，该第一窄梁形成了一个环。在一个方面，该MEMS装置包括一个机械式光调制器，它通过该第一窄梁支撑在一个基片上方。在一个方面，该MEMS装置包括一个机械式光调制器，其中该第一窄梁形成了一个致动器的一部分，该致动器用于移动该机械式光调制器从而对光进行调制。在某些特定的实施方案中，该第一窄梁是多个顺性梁。在一个方面，该MEMS装置包括将该第一窄梁连接到该基片上的一个锚定件。在一些实施方案中，该MEMS装置包括一个第二窄梁，其中该第一和第二窄梁包围了对应的、不相交的空间。在某些特定的实施方案中，该第二窄梁包围了一个空间，该空间完全地被该第一窄梁所包围。

在另一个方面，本发明涉及制造一种MEMS装置的一种方法，该方法包括形成与一个基片相联接的一个第一窄梁，这样使得该第一窄梁完全地包围了一个空间的边界。在某些特定的实施方案中，形成该第一窄梁包括：将一种模具材料沉积到一个牺牲层上；在该模具材料中蚀刻出一个形状以便形成一个模具，该模具具有至少一个侧壁以及至少一个下水平表面；将材料沉积到所蚀刻的模具上这样使得所沉积的材料附着在至少所蚀刻模具的这些侧壁上以及该下水平表面上；将所沉积的材料的一部分蚀刻掉以便在从该下水平表面上去除所沉积材料的同时实质上使沉积在这些侧壁上的所有材料保持原样；并且移除该模具这样使得保留在这些侧壁上的材料形成该第一窄梁。在一个方面，这些侧壁包括形成在该模具中的一个台面的多个壁，并且该第一窄梁包围了该台面。

在另一个方面，这些侧壁包括形成在该模具中的一个凹陷的多个壁，并且该第一窄梁包围了该凹陷。在一些实施方案中，该模具材料被沉积在一种牺牲材料层的顶上，并且该方法进一步包括去除该牺牲材料以释放该第一窄梁。

在一个方面，该模具进一步包括一个上水平表面，沉积在该模具上的材料附着在该上水平表面上，并且该方法进一步包括在将所沉积的材料蚀刻掉之前将一个掩模施加到该上水平表面上，这样使得在蚀刻之后，沉积在该上水平表面上的材料的一部分保留在该上水平表面上以形成一个机械式光调制器。在一些实施方案中，在该模具中蚀刻出该形状之前，在模具材料中蚀刻出多个锚定件孔，其中沉积到该模具上的材料填充这些锚定件孔以形成多个锚定件。在一个方面，这些锚定件、第一窄梁、以及该机械式光调制器的形成要求使用不多于三个光刻法掩模。在某些特定的实施方案中，该MEMS装置包括一个机械式光调制器以及一个锚定件，并且该第一窄梁将该机械式光调制器支撑在一个基片上方并且通过该锚定件将机械式光调制器连接到该基片上，其中该方法包括使用不多于三个光刻法掩模。

附图简要说明

从通过参照以下附图对本发明的以下详细的说明中将更易于理解上述讨论：

图1A是根据本发明的一个说明性实施方案的显示装置的等距视图；

图1B是根据本发明的一个说明性实施方案图1A的显示装置的框图；

图2A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A的基于MEMS的显示器中的一种说明性的基于快门的光调制器的透视图；

图2B是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A的基于MEMS的显示器中的一种基于卷帘的光调制器的截面视图；

图2C是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A的基于MEMS的显示器的一个替代实施方案中的一个基于光闸门(light-tap-based)的光调制器的截面视图；

图3A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于控制结合在图1A的基于MEMS的显示器中的这些光调制器的一个控制矩阵的示意图；

图3B是被连接到根据本发明的一个说明性实施方案的图3A的控制矩阵上的一个基于快门的光调制器阵列的透视图；

图4A和图4B是根据本发明的一个说明性实施方案的一个双致动快门组件对应地在开放和关闭状态中的平面图；

图5是根据本发明的一个说明性实施方案的显示装置的截面视图；

图6A至图6E是类似于根据本发明的一个说明性实施方案的图2A所示的复合快门组件的多级构造的截面视图；

图7A至图7D是根据本发明的一个说明性实施方案的具有多个窄的侧壁的梁的一个替代快门组件的多级构造的等距视图；

图8是根据本发明的一个说明性实施方案的结合了一个环形的驱动梁的快门组件的平面图；

图9是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3-掩模的方法构建的一个快门组件的等距视图；

图10是根据本发明的一个说明性实施方案的2d牺牲材料的等距视图，该牺牲材料在生成图9的快门组件的制作方法中、在一个中间点被构图为一个模具；

图11是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3-掩模的方法构建的一个快门组件的等距视图；

图12是根据本发明的一个说明性实施方案的2d牺牲材料的等距视图，该牺牲材料在生成图11的快门组件的制作方法中、在一个中间点被构形为模具；

图13是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3-掩模的方法构建的两个相连接的快门组件的等距视图；

图14是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3-掩模的方法构建的快门组件的等距视图；

图15是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3-掩模的方法构建的快门组件的等距视图；并且

图16是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3-掩模的方法构建的快门组件的等距视图。

特定说明性实施方案的说明

为了提供对本发明的总体理解，现在将对某些说明性实施方案进行说明，包括用于显示图像的装置和方法。然而，本领域普通技术人员将会理解在此说明的系统和方法可以适当地对着手解决的应用进行适配和修改，并且在此说明的系统和方法可以用于其他适当的应用中，并且这类其他的补充和修改将不会偏离其范围。

图1A是根据本发明的一个说明性实施方案的一种直接观看式的基于MEMS的显示装置100的示意图。显示装置100包括按多行和多列安排的多个光调制器102a-102d(总体上称为“光调制器102”)。在显示装置100中，光调制器102a和102d处于开放状态，从而允许光通过。光调制器102b和102c处于关闭状态，从而遮蔽了光的通路。通过选择性地设定光调制器102a-102d的状态，如果通过一个灯或多个灯105来照明，那么显示装置100可以用来形成一个背光式显示器的一个图像104。在另一个实现方式中，装置100可以通过调制源于该装置前方的环境光的反射而形成一个图像。在另一个实现方式中，装置100可以通过反射定位在该显示器前方的一个灯或多个灯的光(即通过使用一个前光源)形成一个图像。在另一个实现方式中，装置100可以通过既调制来自该调制阵列后方的一个光源的光透射又同时调制来自定位在该显示器前方的一个光源(一个灯或多个灯)的光反射而形成一个图像，这被称为透反式工作。在该关闭或开放状态之一中，光调制器102(例如但不限于)通过阻断、反射、吸收、过滤、偏光、衍射、或改变光的属性或路径的其他方式来干涉光路中的光。

在显示装置100中，每个光调制器102对应于图像104中的一个像素106。在其他实现方式中，显示装置100可以使用多个光调制器以形成图像104中的一个像素106。例如，显示装置100可以包括三种特定颜色的光调制器102。通过选择性地开放对应于一个具体像素106的特定颜色的光调制器102中的一个或多个，显示装置100可以在图像104中产生一个色彩像素106。在另一个实例中，显示装置100包括对于每个像素106的两个或更多个光调制器102以便提供图像104中的灰度。相对于一个图像而言，一个“像素”对应于由该图像的分辨率所限定的最小图元素。相对于显示装置100的结构部件而言，术语“像素”是指用于调制形成该图像的一个单个像素的光的组合的机械和电气部件。

显示装置100是一种直接观看式显示器，其中它不要求有成像光学部件。使用者通过直接看显示装置100而看到图像。在多个替代实施方案中，显示装置100被结合在一种投影显示器中。在这类实施方案中，显示器通过将光投影到屏幕上或墙壁上而形成一个图像。在投影应用中，显示装置100实质性地小于投影的图像104。

直接观看式显示器可以或按照透射模式或按反射模式或同时地按两者(定义为透反式)来工作。在一个透射式显示器中，这些光调制器过滤或者选择性地阻断源于定位于该显示器后面的一个灯或多个灯的光。来自这些灯的光被任选地射入一个光引导件或“背光”中。透射式直接观看式显示器的实施方案通常是构建在透明基片或玻璃基片上的，以便于协助一种夹层组件安排，其中包含这些光调制器的一个基片被直接定位在该背光的上方。在某些透射式显示器的实施方案中，通过将一种滤色器材料与各自的调制器102相关联而产生一种特定颜色的光调制器。在其他透射式显示器的实施方案中，如以下所说明的，色彩可以使用一种通过具有不同原色的灯的交替照明的场色序法来产生。

每个光调制器102包括一个快门108以及一个孔阑109。为了照明图像104中的一个像素106，将快门108定位为使之允许光朝向一名观看者穿过孔阑109。为了保持一个像素106不发光，将快门108定位为使之遮蔽光穿过孔阑109的通路。孔阑109是由通过一种反射性或吸收光的材料构成图案的一个开口限定的。

该显示装置还包括一个控制矩阵，该控制矩阵被连接到该基片上并且被连接到用于控制这些快门的运动的这些光调制器上。该控制矩阵包括一系列的电互连(例如，互连110、112、以及114)，包括每行像素至少一个写赋能互连110(也称为“扫描线互连”)、用于每列像素的一个数据互连112、以及一个公共互连114，该公共互连向所有像素或者至少向在显示装置100中的多个行和多个列两方面中的像素提供一个公共电压。响应于施加的一个适当电压(“写赋能电压，V_we”)，用于一个给定行的像素的写赋能互连110使该行的像素做好准备以接受新的快门运动指令。这些数据互连112以数据电压脉冲的形式来传送这些新的运动指令。在一些实现方式中，施加到这些数据互连112上的数据电压脉冲直接对快门的静电学运动起作用。在其他实现方式中，这些数据电压脉冲控制多个开关，例如，晶体管或者控制对这些光调制器102施加分开的致动电压的其他非线性电路元件，这些分开的致动电压典型地在幅值上高于这些数据电压。于是施加这些致动电压导致这些快门108的静电驱动运动。

图1B是显示装置100的一个框图150。参见图1A和图1B，除了以上说明的显示装置100的这些元件之外，如在框图150中所描绘的，显示装置100包括多个扫描驱动器152(也称为“写赋能电压源”)以及多个数据驱动器154(也称为“数据电压源”)。这些扫描驱动器152将写赋能电压施加到扫描线互连110上。这些数据驱动器154将数据电压施加到这些数据互连112上。在该显示装置的一些实施方案中，这些数据驱动器154被配置为将模拟数据电压提供给这些光调制器，尤其是在要把图像104的灰度转化为模拟形式的情况中。在模拟工作中，这些光调制器102被设计为使得当经过这些数据互连112施加一个范围的中间电压时，在这些快门108中导致一个范围的中间开放状态并且因此导致图像104中的一个范围的中间照明状态或灰度。

在其他情况中，这些数据驱动器154被配置为仅将一个减少的组的2、3、或4个数字电压电平施加到该控制矩阵上。这些电压电平被设计为以数字形式把每个快门108或设为开放状态或设为关闭状态。

这些扫描驱动器152以及这些数据驱动器154被连接到数字控制电路156(还称为“控制器156”)上。控制器156包括一个输入处理模块158，该输入处理模块将一个输入的图像信号157处理成一种数字图像格式，该格式适合于显示器100的空间寻址以及灰度能力。每个图像的像素位置和灰度数据被存储在一个帧缓冲区159中，这样可以根据需要将数据送出到这些数据驱动器154上。主要以串联方式、以按列以及按图像帧分组的预定顺序进行组织而将数据传送到这些数据驱动器154上。这些数据驱动器154可以包括多个串-并行数据转换器、电平转换、并且对于某些应用包括数模电压转换器。

显示装置100可任选地包括一组公用驱动器153，公用驱动器也称为公用电压源。在一些实施方案中，公用驱动器153(例如)通过给一系列的公用互连114提供电压来为光调制器103的阵列内的所有光调制器提供一个DC公共电位。在其他实施方案中，这些公用驱动器153遵循来自控制器156的指命给该光调制器103的阵列发出电压脉冲或信号，例如，能够驱动和/或启动阵列103的多个行和多个列中的所有或者一些光调制器同时致动的全局致动脉冲。

所有这些用于不同显示功能的驱动器(例如，扫描驱动器152、数据驱动器154、以及公用驱动器153)通过控制器156中的定时控制模块160进行时间同步。来自模块160的定时命令通过多个灯驱动器168、阵列像素103内的特定行的写赋能和排序、来自这些数据驱动器154的输出电压、以及提供光调制器致动的输出电压来协调红灯、绿灯和蓝灯以及白灯(对应地为162、164、166、以及167)的照明。

控制器156确定排序或寻址方案，通过该方案阵列103中的每个快门108可以被重新设为适合新图像104的照明水平。在美国专利申请号11/326,696和11/643,042中可以找到适于寻址、图像形成、以及灰度的技术细节，上述专利文件通过引用结合在此。新图像104可按周期性时间间隔来设定。例如，对于视频显示器，视频的色彩图像104或帧按10到300赫兹范围的频率刷新。在一些实施方案中，为阵列103设置的图像帧是与灯162、164、以及166的照明同步的，这样交替的图像帧用交替色彩系列(如，红、绿、和蓝)照明。用于每个相应颜色的这些图像帧也称为颜色子帧。在这个方法(被称为场色序法)中，如果这些颜色子帧以超过20Hz的频率进行交替，人的大脑将这些交替的帧图像平均成具有宽广的并且连续范围的彩色图像的感觉。在一些替代实现方式中，具有原色的四个或更多个灯可以用在显示装置100中，该显示装置使用了不同于红、绿、和蓝的原色。

在显示装置100被设计为用于快门108在开放与关闭状态之间的数字切换的一些实现方式中，控制器156确定了在图像帧之间的寻址序列和/或时间间隔以产生具有适当灰度的图像104。通过控制一个快门108在一个具体的帧中处于开放的时间量值而产生变化的灰度级别的过程被称为时分灰度。在时分灰度的一个实施方案中，控制器156根据像素的所希望的照明水平或灰度确定在每个帧内快门108被允许保持在开放状态的时间周期或者时间段。在其他实现方式中，对于每个图像帧，控制器156在阵列103的多个行和多个列中设置多个子帧图像，并且该控制器改变每个子帧图像被照明的持续时间，该持续时间与一个灰度值或在灰度的一个编码字之内所使用的有效值成比例。例如，可以与二进制编码序列1、2、4、8……成比例地改变用于一系列子帧图像的照明时间。根据灰度级别的像素的二进制编码字之内的一个对应位置上的值，于是用于阵列103中的每个像素的这些快门108在一个子帧图像内或被设为开放状态或被设为关闭状态。还有可能具有多于两个级别(例如4级)的状态，因为该像素也许会涉及用于空间上变化的额外的灰度级别的部分开放和部分关闭状态。

在其他实现方式中，该控制器与希望用于特定的子帧图像的灰度值成比例地改变来自灯162、164、以及166的光的亮度。还有许多混合技术可以用于形成来自一个阵列的快门108的色彩和灰度。例如，以上说明的时分技术可以与每个像素的多个快门108的使用进行组合，或者用于特定子帧图像的灰度值可以通过子帧定时和灯的亮度的组合来建立。可以在以上引用的美国专利申请11/643,042中找到这些以及其他实施方案的细节。

在一些实现方式中，用于一个图像状态104的数据被控制器156通过多个单独行(也称为扫描线)的顺序寻址而被加载到调制器阵列103上。对于该序列中的每个行或每条扫描线，扫描驱动器152给用于阵列103的那个行的写赋能互连110施加一个写赋能电压，并且随后数据驱动器154将对应于所希望的快门状态的数据电压提供给所选行中的每个列。重复这个过程直到数据已经被加载到用于该阵列中的所有行为止。在一些实现方式中，该序列的用于数据加载的多个选定的行是线性的，在该阵列中从顶部开始到底部。在其他实现方式中，该序列的多个选定的行是伪随机的以便使视觉伪差最小化。并且在其他实现方式中，这种排序按多个块来组织，其中对于一个块，图像状态104的仅一个特定片段的数据被加载到该阵列中，例如通过在顺序中仅对该阵列的每个第5行进行寻址。

在一些实现方式中，将图像数据加载到阵列103的过程在时间上是与致动这些快门108的过程分开的。在这些实现方式中，调制器阵列103可以包括用于阵列103中的每个像素的多个数据存储元件并且该控制矩阵可以包括用于运送来自公用驱动器153的多个触发器信号的一个全局致动互连，以便根据储存在这些存储元件中的数据来开始快门108的同时致动。不同的寻址顺序(在美国专利申请11/643,042中说明了它们中的许多)可以通过定时控制模块160来协调。

在一些替代实施方案中，该阵列的多个像素103以及控制这些像素的控制矩阵除了可以按矩形的行和列的构形安排之外还可以按多种构形来安排。例如该像素可以按六边形的阵列或者按曲线的行和列来排列。总而言之，如在本文中所使用的，术语扫描线将表示共享一个写赋能互连的任何多个像素。

显示器100包括多个功能块，这些功能块包括定时控制模块160、帧缓冲器159、多个扫描驱动器152、多个数据驱动器154、以及多个驱动器153和168。每个块可以被理解为代表一个便于识别的硬件电路和/或一个可执行代码的模块。在一些实现方式中，这些功能块被提供为通过电路板和/或缆线而连接在一起的不同的芯片或电路。可替代地，这些电路中的许多个可以与像素阵列103一起制造在同一个玻璃的或塑料基片上。在其他实现方式中，可以把来自框图150的多个电路、驱动器、处理器、和/或控制功能一起集成在一个单个的硅芯片内，然后将该硅芯片直接结合到支持像素阵列103的透明基片上。

控制器156包括一个编程连接180，通过该编程连接可以根据具体应用的需要而改变在控制器156内实施的寻址、色彩、和/或灰度的算法。在一些实施方案中，编程连接180输送来自环境传感器(如环境光或温度传感器)的信息，这样控制器156可以与环境情况相对应地调整成像模式或背光的功率。控制器156还包括一个电源输入182，该电源输入为多个灯以及光调制器的致动提供所需的电力。必要时，这些驱动器152、153、154、和/或168可以包括多个DC-DC转换器或与这些转换器相关联，以便在182处将一个输入电压转换成足以用于快门108的致动或这些灯(如灯162、164、166、以及167)的照明的不同电压。

MEMS光调制器

图2A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在图1A的基于MEMS的显示装置100中的一个说明性的基于快门的光调制器200的透视图。基于快门的光调制器200(也称为快门组件200)包括一个快门202，该快门被连接到一个致动器204上。致动器204是由两个分离的顺性电极梁致动器205(“致动器205”)形成的，如在2005年10月14日提交的美国专利申请号11/251,035中所说明的。快门202在一侧连接到致动器205上。致动器205使快门202在一个运动平面中的一个表面203上横向移动，该运动平面基本上平行于表面203。快门202的对侧连接到一个弹簧207上，该弹簧提供了与由致动器204施加的那些力相反的一个恢复力。有可能由另一个致动器来替代弹簧207，这样使得可以使用一种致动力而不是一种弹性的弹簧力来使快门202在与致动器204相反的方向上横向地在一个表面203上移动。

每个致动器205包括一个顺性的负载梁206，该负载梁将快门202连接到一个负载锚定件208上。这些负载锚定件208与这些顺性的负载梁206一起用作机械支架，将快门202保持为悬挂在表面203附近。这些负载锚定件208将这些顺性的负载梁206和快门202实体地连接到表面203上并且将这些负载梁206电气地连接到一个偏置电压上，在某些情况下是接地的。

每个致动器205还包括邻近每个负载梁206定位的一个顺性驱动梁216。这些驱动梁216在一端连接到在这些驱动梁216之间共享的一个驱动梁锚定件218上。每个驱动梁216的另一端是自由移动的。然而，在多个实现方式中，驱动梁216的另一端不是完全自由地而是部分受限地移动的。每个驱动梁216可以被弯曲为使它在驱动梁216的自由端以及在负载梁206的锚定端附近最接近于负载梁206。

在透射式或透反式的实施方案中，表面203包括用于允许光通过的一个或多个孔阑211。如果快门组件200是形成在一个不透明的基片(例如由硅制成)上，则表面203是该基片的表面，并且这些孔阑211是通过蚀刻穿过该基片的一组孔来形成的。如果快门组件200是形成在一个透明的基片(例如由玻璃或塑料制成)上，则表面203是沉积在该基片上的光阻断层的一个表面，并且这些孔阑是通过将表面203蚀刻成一组孔211来形成的。这些孔阑211可以总体上是圆形、椭圆形、多边形、蛇形、或不规则的形状。在反射式或某些透反式的实施方案中，这些区域211可以代表具有比周围基片更高的反射或更低的反射的区域，这样快门组件200的移动就调制了来自基于快门的光调制器200的总的反射光。

在工作中，一种结合了光调制器200的显示装置通过驱动梁锚定件218将一个电势施加到这些驱动梁216上。可以将另一个电势施加到这些负载梁206上。在这些驱动梁216与负载梁206之间所造成的电位差将这些驱动梁216的自由端拉向这些负载梁206的锚定端，并且将这些负载梁206的快门末端拉向这些驱动梁216的锚定端，由此将快门202横向地朝向驱动锚定件218驱动。这些顺性梁206起到弹簧的作用，这样当梁206和216两端的电压被移除时，这些负载梁206把快门202推回其初始位置中，从而释放存储在这些负载梁206中的应力。

快门组件200(也称为弹性快门组件)结合一个被动的恢复力(如弹簧)，用于在电压已被移除后将快门返回到其休止或松驰位置。多个弹性恢复机构和不同的静电学连接件可以被设计到静态学致动器之中或者与静态学致动器相结合，在快门组件200中展示的这些顺性梁仅是一个实例。在美国专利申请11/251,035和11/326,696中说明了其他实例，通过引用将其结合在此。例如，可以提供一个高度非线性的电压移位响应，这有利于在工作的“开”与“关”状态之间的一个突然跃迁，并且在许多情况下这为快门组件提供了一种双稳态的或滞后性工作特性。其他静电致动器可以被设计成具有更多增量的电压移位响应并且具有相当大的减少的滞后现象，如可以被优选用于模拟灰度运行。

静态学快门组件内的致动器205被称为是在闭合或致动的位置与一个松驰的位置之间工作。然而，设计者也可以选择把孔阑211安置为每当致动器205处于其松驰位置时，快门组件200或处于“开放”状态(即透光)、或处于“关闭”状态(即阻断光)，为了说明的目的，以下假设在此说明的弹性快门组件被设计为在其松驰状态下是开放的。

在许多情况下，优选的是提供“开放”和“闭合”致动器的一种二元设置作为快门组件的一部分，这样这些控制电子件能够静电地驱动这些快门进入开放和关闭状态的每一种之中。

在多个替代的实施方案中，显示装置100包括的光调制器不同于横向的基于快门的光调制器，如以上说明的快门组件200。例如，图2B是根据本发明的一个说明性实施方案适合于结合在基于图1A的MEMS显示装置100的替代实施方案中的一种卷动致动器的基于快门的光调制器220的截面视图。如在名称为“ElectricDisplay Device”的美国专利5,233,459中以及在名称为“Spatial Light Modulator”的美国专利5,784,189中进一步所说明的那样，一个基于卷动致动器的光调制器包括一个可移动的电极，该电极被安置为与一个固定的电极对置并且被偏置为在一个优选的方向上移动，以便在施加一个电场时产生一个快门，这两个专利文件的全文通过引用结合在此。在一个实施方案中，光调制器220包括置于一个基片228与一个绝缘层224之间的一个平面电极226，以及一个可移动的电极222，该可移动的电极具有被附接到绝缘层224上的一个固定端230。在没有施加任何电压时，可移动的电极222的一个可移动端232自由地朝向固定端230卷动以产生一种卷起状态。在电极222与226之间应用电压时使得可移动的电极222不发生卷动并且平坦地躺靠在绝缘层224上，由此它充当一个快门，该快门阻断光行进穿过基片228。在电压被移除后，可移动的电极222通过一个弹性恢复力返回到该卷起的状态。朝向一种卷起的状态的偏置可以通过制造可移动的电极222而包括一种非均匀的起始应力或拉紧状态来实现。

图2C是并非基于快门的MEMS光调制器250的一个说明性的截面视图。根据本发明的一个说明性实施方案，光闸门调制器250是适合结合在图1A的基于MEMS显示装置100的一个替代实施方案。如在名称为“Micromechanical OpticalSwitch and Flat Panel Display”的美国专利号5,771,321中所进一步所说明的，光闸门根据一种受抑全内反射的原理来工作，其全文通过引用结合在此。即，光252被引入一个光引导件254中，其中，无干涉时，光252由于全内反射而使其大部分不能通过其前表面或后表面而逸出光引导件254。光闸门250包括一个闸门元件256，该闸门元件具有一个足够高的折射率，该折射率响应于与光引导件254相接触的闸门元件256，碰撞在邻近闸门元件256的光引导件254的表面上的光252通过闸门元件256朝向观察者逸出光引导件254，由此对形成一个图像起作用。

在一个实施方案中，闸门元件256被形成为挠性透明材料的梁258的一部分。多个电极260覆盖了梁258一侧上的多个部分。在光引导件254上安排了多个对置的电极260。通过在这些电极260两端施加一个电压，可以控制闸门元件256相对于光引导件254的位置以选择性地从光引导件254中提取光252。

基于卷帘的光调制器220和光闸门250并非仅有的适合于包括在本发明的不同实施方案的MEMS光调制器中的实例。应该理解，可以存在其他MEMS光调制器并且可以将它们有效地结合在本发明中。

美国专利申请号11/251,035和11/326,696已经说明了多种方法，通过这些方法使一个阵列的快门可以通过一个控制矩阵来控制以产生具有适当的灰度的图像，该图像在许多情况下是移动的图像。在一些情况下，控制是通过被连接到显示器周边上的多个驱动电路上的一个无源矩阵的阵列的行和列的互连来实现的。在其他情况下，适当的是在该阵列(所谓的有源矩阵)的每个像素内包括切换和/或数据存储元件，以改进速度、灰度和/或显示器的功率耗散性能。

图3A是根据本发明的一个说明性实施方案适合于对结合在图1A的基于MEMS的显示装置100的这些光调制器进行控制的一个控制矩阵300的示意图。图3B是根据本发明的一个说明性实施方案被连接到图3A的控制矩阵300上的一个阵列320的基于快门的光调制器的透视图。控制矩阵300可以对一个阵列的像素320(“阵列320”)进行寻址。每个像素301包括一个弹性快门组件302，如图2A中由一个致动器303控制的快门组件200。每个像素还包括一个孔阑层322，该孔阑层包括多个孔阑324。可以在美国专利申请号11/251,035和11/326,696中找到快门组件(如快门组件302)的另外的电气和机械说明以及其上的变体。还可以在美国专利申请号11/607,715中找到替代的控制矩阵的说明。

将控制矩阵300制造成一个基片304表面上的一个扩散的或薄膜沉积的电路，在该基片上形成这些快门组件302。控制矩阵300包括一个用于控制矩阵300中的每行的像素301的扫描线互连306以及一个用于控制矩阵300中的每列像素301的数据互连308。每个扫描线互连306将一个写赋能电压源307电连接到对应排的像素301中的这些像素301上。每个数据互连308将一个数据电压源(“Vd源”)309电连接到一个对应列的像素301中的这些像素301上。在控制矩阵300中，数据电压V_d提供了用于致动这些快门组件302所需的主要能量。因此，数据电压源309还用作致动电压源。

参见图3A和图3B，对于每个像素301或对于该阵列的像素320中的每个快门组件302，控制矩阵300包括一个晶体管310和一个电容器312。每个晶体管310的栅极被电连接到阵列320中该行的扫描线互连306上，像素301位于该阵列中。每个晶体管310的源极被电连接到其对应的数据互连308上。每个快门组件302的致动器303包括两个电极。每个晶体管310的漏极被并联地电连接到对应的电容器312的一个电极上并且被电连接到对应致动器303的这些电极之一上。在快门组件302中电容器312的其他电极以及致动器303的其他电极被连接到一个公共电位或地电位上。在多个替代实现方式中，这些晶体管310可以用半导体二极管和/或金属-绝缘层-金属夹层型的开关元件代替。

在工作中，为了形成图像，控制矩阵300通过将V_we依次施加到每个扫描线互连306上使阵列320中的每行按顺序写赋能。对于一个写赋能的行，将V_we施加到该行中的这些像素301的晶体管310的栅极上从而允许电流经过这些晶体管310而流过这些数据互连308，以将一个电位施加到快门组件302的致动器303上。当该行被写赋能时，数据电压V_d被选择性地施加到这些数据互连308上。在提供模拟灰度的实现方式中，相对位于写赋能扫描线互连306与数据互连308的交汇处的像素301的所希望的亮度改变施加到每个数据互连308上的数据电压。在提供数字控制方案的实现方式中，数据电压被选择为或是一个相对低幅值的电压(即，一个接近地的电压)或是满足或超过V_at(致动阈值电压)。响应于施加到一个数据互连308上的V_at，对应的快门组件302中的致动器303致动，从而打开了快门组件302中的快门。即使在控制矩阵300停止对一个行施加V_we之后，施加到数据互连308上的电压仍保持存储在像素301的电容器312中。因此，不必要为了使快门组件302致动而在一行上对电压V_we等待和保持足够长的时间；这种致动在写赋能电压已经从该行上移除之后仍可以进行。这些电容器312还起阵列320内的存储元件的作用，从而把致动指令存储到长达照明一个图像帧所需要的时间。

这些像素301连同阵列320的控制矩阵300被形成在一个基片304上。该阵列包括被放置在基片304上的一个孔阑层322，该孔阑层包括用于阵列320中的对应像素301的一组孔阑324。这些孔阑324与每个像素中的快门组件302对齐。在一个实现方式中，基片304是由一种透明材料制成，如玻璃或塑料。在另一个实现方式中，基片304是由不透明的材料制成，但在其中蚀刻多个孔以形成这些孔阑324。在又另一个用于反射式或透反式工作的实现方式中，区域324可以代表具有比周围基片更高的反射率或更低的反射率的区域，这样快门组件的运动就起到调制来自该调制平面前方的一个光源的光中的反射部分的作用。

快门组件302的多个部件或者与控制矩阵300同时处理或者在同一个基片上在随后的处理步骤中进行处理。控制矩阵300中的这些电气部件是使用与制造液晶显示器的薄膜晶体管阵列一样的薄膜技术制造的。可供使用的技术说明在DenBoer，Active Matrix Liquid Crystal Displays(Elsevier，Amsterdam，2005)中，该文献通过引用结合在此。这些快门组件是使用类似于微型加工技术或者与微型机械(即，MEMS)装置的制造相类似的技术来制造的。在Rai-Choudhury等人的Microlithography，Micromachining&Microfabrication(SPIE Optical EngineeringPress，Bellingham，Wash.1997)手册中说明了许多可供使用的薄膜MEMS技术，该手册通过引用结合在此。在美国专利申请号11/361,785和11/731,628中可以找到在玻璃基片上形成MEMS光调制器的专门制造技术，它们的全文通过引用结合在此。例如，如在那些申请中所说明的，快门组件302可以通过一种化学气相沉积过程沉积的非晶态硅薄膜形成。

快门组件302与致动器303一起可以制成双稳态的。即，这些快门可以存在于至少两个平衡的位置(例如，开放或关闭)中，其中将它们保持在两个位置的任何一个需要很小的电力或者不需要电力。更具体地讲，快门组件302可以是机械双稳态的。一旦设置了快门组件302的快门位置，就不再需要任何电能或保持电压来维持那个位置。在快门组件302的这些实体元件上的机械应力可以将快门保持在适当的位置。

快门组件302与致动器303一起还可以制成电气双稳态的。在一个电气双稳态的快门组件中，存在着低于快门组件的致动电压的电压范围，如果该电压被施加到一个关闭的致动器上(其中该快门或者开放或者关闭)，则保持该致动器关闭并且保持快门的位置，即使在该快门上施加一个反向的力。该反向的力可以通过弹簧(如基于快门的光调制器200中的弹簧207)施加，或者该反向的力可以通过一个相反的致动器(如“开放的”或“关闭的”致动器)来施加。

光调制器阵列320被描绘为每个像素具有一个单个的MEMS光调制器。其他实施方案是可能的，其中在每个像素中提供多个MEMS光调制器，由此在每个像素中提供了不仅只是二元的“开”或“关”的光学状态的可能性。某种形式的编码区域划分的灰度是可能的，在此在所述像素设有多个MEMS光调制器，并且其中与每个光调制器相关联的多个孔阑324具有不相等的区域。

在其他实施方案中，基于卷帘的光调制器220和光闸门250、连同其他基于MEMS的光调制器可以代替光调制器阵列320内的快门组件302。

图4A和图4B示出适合于包含在本发明的不同实施方案中的一种替代的基于快门的光调制器(快门组件)400。光调制器400是一种二元致动器快门组件的一个实例，并且在图4A中示出于开放状态。图4B是处于关闭状态的二元致动器快门组件400的视图。快门组件400在前文参照的美国专利申请11/251,035中有进一步详细的说明。与快门组件200相对比，快门组件400在快门406的两侧的任一侧上包括致动器402和404。每个致动器402和404独立地受控制。一个第一致动器(快门开放致动器402)用来打开快门406。一个第二对置的致动器(快门关闭致动器404)用来关闭快门406。致动器402和404两者均是顺性梁的电极致动器。这些致动器402和404通过驱动实质性地在平行于一个孔阑层407的平面中的快门406来打开和关闭快门406，该快门被悬挂在该孔阑上方。快门406通过被附接到这些致动器402和404上的多个锚定件408而被悬挂在孔阑层407之上的一个短距离处。将沿其运动轴线附着在快门406的两端上的多个支架包括在内减少了快门406的平面外运动并且限定了基本上平行于该基片的平面的运动。通过模拟图3A的控制矩阵300，适合与快门组件400一起使用的一个控制矩阵可以包括用于每个对置的快门开放和快门关闭的致动器402和404的一个晶体管和一个电容器。

快门406包括两个快门孔阑412，光可以经这些孔阑通过。孔阑层407包括一组三个孔阑409。在图4A中，快门组件400处于开放状态，并且这样，快门开放的致动器402已经被致动，快门关闭的致动器404处于其松驰位置中，并且孔阑412与409的中线重合。在图4B中，快门组件400已经被移动到关闭状态，并且这样，快门开放的致动器402处于其松驰位置，快门关闭的致动器404已经被致动，并且快门406的这些阻断光的部分现在能够阻断光经过这些孔阑409的传送(如虚线所示)。

每个孔阑围绕其周边具有至少一个边缘。例如，这些矩形孔阑409具有四个边缘。在多个替代实现方式中，其中圆形、椭圆形、卵形、或其他弯曲的孔阑形成在孔阑层407中，每个孔阑可以仅具有一个单个的边。在其他实现方式中，这些孔阑不需要是分离的或者在数学意义上是脱离连接的，但反之可以是相连接的。这就是说，当该孔阑的多个部分或多个成形的区段可以与每个快门保持一致时，可以连接这些区段中的几个，这样使该孔阑的一个单个的连续的周边由多个快门分享。

为了允许光以不同的输出角在开放状态中通过孔阑412和409，有利的是为快门孔阑412提供比孔阑层407中的孔阑409的对应的宽度或尺寸更大的宽度或尺寸。为了在关闭状态有效地阻断光逸出，优选的是快门406的这些阻断光的部分与这些孔阑409相重叠。图4B示出了在快门406中的光的阻断部分的边缘与在孔阑层407中形成的孔阑409的一个边缘之间的一个预定重叠416。

这些静电致动器402和404被设计为使它们的移位电压行为对快门组件400提供了一种双稳态特性。对于快门开放和快门关闭致动器中的每一个，存在着低于该致动电压的一个电压范围，如果施加这样的电压，则处于关闭状态(其中该快门或者处于开放或者关闭)的致动器将使该致动器保持关闭并且使该快门保持在位，即使是在将一个致动电压施加到对置的致动器上之后。用来维持对抗这样一个反向力的快门位置所需要的最低电压被称为维持电压V_m。在以上引用的美国专利申请号11/607,715中说明了借助于双稳态工作特性的多个控制矩阵。

图5是根据本发明的一个说明性实施方案结合基于快门的光调制器(快门组件)502的一种显示装置500的截面图。每个快门组件结合了一个快门503以及一个锚定件505。未示出这些顺性梁的致动器，当这些致动器被连接在这些锚定件505与这些快门503之间时，它们有助于将这些快门悬挂在该表面之上的短距离上。这些快门组件502被布置在一个透明的基片504上，该基片优选地由塑料、石英、或玻璃制成。被放置在基片504上的一个面向后部的反射层(反射膜506)限定了多个表面孔阑508，这些表面孔阑位于这些快门组件502的这些快门503的关闭位置之下。反射膜506将未穿过这些表面孔阑508的光向回朝显示装置500的后部反射。反射性孔阑层506可以是一种没有夹杂物的有细晶粒的金属膜，它是以薄膜形式通过多种气相沉积技术形成的，这些沉积技术包括溅射、蒸发、离子电镀、激光烧蚀、或化学气相沉积。在另一种实现方式中，面向后部的反射层506可以由反射镜形成，如电介质镜。电介质镜被制造成一叠高反射率材料与低反射率材料之间交替的介电体薄膜。使这些快门503与反射膜506分离的垂直间隙是在0.5至10微米的范围之内，所述快门在该垂直间隙内自由移动。垂直间隙的幅值优选地小于快门503的边缘与关闭状态中的孔阑508的边缘之间的侧向重叠，如图4B所示的重叠416。

显示装置500包括一个可任选的漫射器512和/或一个可任选的、具有多种不同电位取向(在此只示出了一个)的亮度增强膜514，该亮度增强膜使基片504与一个平面的光引导件516相分离。该光引导件包括一种透明材料，即玻璃或塑料材料。光引导件516是由形成背光的一个或多个光源518照明的。这些光源518可以是(例如但不限于)白炽灯、荧光灯、激光、或发光二极管(LED)。一个反射器519帮助从灯518向光引导件516引导光。一个面向前部的反射膜520被放置在背光516之后，向这些快门组件502反射光。光线(如来自背光未穿过这些快门组件502之一的光线521)将被返回到背光上并且被再次从膜520上反射。通过这种形式，未能离开显示器而形成图像的光可以被回收并且可供用于经阵列的快门组件502中的其他开放的孔阑透射。已经示出这种光的回收可以提高显示器的照明效率。

光引导件516包括一组几何学光转向器或棱镜517，这些光转向器或棱镜把来自这些灯518的光再次引导朝向这些孔阑508并且因此朝向所述显示器的前部。这些光的转向器可以被模制在光引导件516的塑料体中，其形状可以替代的是三角形、梯形、或者在截面上是弯曲的。这些棱镜517的密度总体上随着与灯518的距离而增加。

在多个替代实施方案中，孔阑层506可以由吸光的材料制造，并且在多个替代实施方案中，快门503的表面可以或覆盖吸光的材料或覆盖反射光的材料。在多个替代实施方案中，孔阑层506可以被直接沉积在光引导件516的表面上。在多个替代实施方案中，不必将孔阑层506沉积在这些快门503和锚定件505的同一基片上(见以下说明的MEMS下构形)。在美国专利申请号11/218,690和11/528,191中详细说明了用于显示器照明系统的这些和其他实施方案，其全文通过引用结合在此。

在一个实现方式中，这些光源518可以包括不同颜色的灯，例如红色、绿色、以及蓝色。一个彩色图像可以由不同颜色的灯来形成，这是以对于人的大脑来说足够将不同颜色的多个图像平均成一个单个的多颜色图像的速率来顺序地照明图像。这些不同的颜色特定的图像是通过使用该阵列的快门组件502形成的。在另一个实现方式中，光源518包括具有多于三种不同颜色的灯。例如，光源518可以具有红灯、绿灯、蓝灯和白灯或者红灯、绿灯、蓝灯、和黄灯。

一个盖板522形成了显示装置500的前部。该盖板522的后侧可由一个黑矩阵524覆盖以提高对比度。在多个替代实现方式中，盖板包括多个滤色镜，例如对应于这些快门组件502的不同快门的不同的红、绿、和蓝滤色镜。盖板522被支撑离开这些快门组件502的一个预定距离从而形成一个间隙526。间隙526是通过多个机械支架或间隔件527和/或通过将盖板522附接到基片504上的一个粘合密封件528来维持的。

粘合密封件528密封在一种工作流体530中。工作流体530被设计成具有优选地约在10％以下的粘性并且具有优选地约在2.0以上的相对介电常数、以及约在10⁴V/cm以上的介电击穿强度。工作流体530还可以用作一种润滑剂。在一种实现方式中，工作流体530是一种具有高表面湿润性的疏水液体。在替代实现方式中，工作流体530具有一个折射率，该折射率或者大于或者小于基片504的折射率。

密封材料528可以由高分子黏合剂(如环氧树脂、丙烯酸酯、或者一种硅氧树脂材料)形成。粘合密封件528应具有优选低于约200℃的固化温度，它应具有优选低于约50ppm/℃的热膨胀系数，并且应耐潮湿。示例性的密封剂528是由Epoxy Technology公司出售的EPO-TEK B9021-1。在一个替代实施方案中，该粘合剂是由一种可热回流材料(如一种焊料金属或一种玻璃料化合物)形成的。

粘合密封件528密封在一种工作流体530中。工作流体530被设计成具有优选地约在10％以下的粘性并且具有优选地约在2.0以上的相对介电常数、以及约在10⁴V/cm以上的介电击穿强度。工作流体530还可以用作一种润滑剂。在替代实现方式中，工作流体530具有一个折射率，该折射率或者大于或者小于基片504的折射率。在一个实现方式中，工作流体具有大于2.0的折射率。适当的工作流体530包括但并不限于去离子水、甲醇、乙醇、硅油、庚烷、辛烷、氟化硅油、二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、六甲基氧二硅烷、和二乙基苯。

在另一种实现方式中，工作流体530是一种具有高表面湿润性的疏水液体。优选地，它的粘湿能力足以润湿快门组件502的前表面以及后表面。疏水性的流体能够从快门组件502的这些表面上置换出水。在另一个实现方式中，工作流体530包含一种直径在0.2到20微米范围内的颗粒的悬浊液。这种颗粒对光进行散射以增加一台显示器的视角。在另一个实现方式中，工作流体530包含处于溶液中的染料分子，用于吸收可见光的某些或全部频率以增加该显示器的对比度。在另一个实现方式中，该流体包含多种添加剂，如乙醇、离子流体、BHT或其他添加剂以便略微地导电，或者以其他方式防止在这些组件的表面上积累静电荷。

一种金属板或模制的塑料组件托架532支持着盖板522、基片504、背光516以及一起围绕这些边缘的其他部件部分。组件托架532通过螺钉或刻痕片来紧固，以增加组合的显示装置500的刚性。在一些实现方式中，光源518通过一种环氧灌注化合物而模制在适当的位置。反射器536帮助从光引导件516的边缘中逸出的光返回到光引导件中。在图5中未示出给这些快门组件502以及这些灯518提供控制信号以及电力的多个电互连。

在美国专利申请号11/361,785和11/731,628中可以找到显示装置500的进一步的细节和替代构形(因此也包括其制造方法)，其全文通过引用结合在此。

显示装置500称为MEMS在上的构形，其中这些基于MEMS的光调制器形成在基片504的一个前表面上，即面向观察者的表面上。这些快门组件502被直接构建在反射性孔阑层506的上面。在本发明的一个替代实施方案中，称之为MEMS在下的构形，这些快门组件被放置在与该基片分离的一个基片上，在该基片上形成所述反射孔阑层。在其上形成限定多个孔阑的反射性孔阑层的基片在此被称为孔阑板。在MEMS在下的构形中，承载基于MEMS的光调制器的基片在显示装置500中取代了盖板522的位置并且被定向为使这些基于MEMS的光调制器被定位在该顶部基片的后表面上，即该表面背离观察者并且朝向背光516。由此，基于MEMS的光调制器直接与反射性孔阑层相对置并且与之跨过一个间隙。该间隙可以通过一系列的连接孔阑板与基片的间隔柱来维持并且在基片上形成了这些MEMS调制器。在一些实现方式中，这些间隔件被放置在阵列的每个像素之内或者在它们之间。使这些MEMS光调制器与它们的对应的孔阑分离的间隙或距离优选地小于10微米、或者是一个小于快门与孔阑之间的重叠(如重叠416)的距离。在以上引用的美国专利申请11/361,785、11/528,191、和11/731,628中可以找到MEMS在下的显示器构形的进一步的细节和多种替代实施方案。

在其他实施方案中，基于卷帘的光调制器220或光闸门250连同其他基于MEMS的光调制器可以替代显示器组件500之内的这些快门组件502。

快门的制造

一个快门必须满足机械的、光学的以及电学的特性。在机械上，在工作中这种快门薄膜支撑着装置的负载和应力。在电学上，该材料必须是至少最低限度地导电的以允许静电致动。在光学上，快门薄膜必须是足够不透明的以便阻断光。具有一种满足所有这些机械的、电学的和光学的要求的单一薄膜是有可能的。然而，在一种复合式堆叠中使用多个薄膜提供了设计上和方法上的更大宽广度。

图6A至图6E是根据本发明的一个说明性实施方案类似于图2A所示的一个示例性复合快门组件600的多级构造的截面视图。图6A示出了根据本发明的说明性实施方案的一个复合式快门组件600的截面详细视图。快门组件600包括快门601、一个顺性梁602、以及建立在基片603和孔阑层606上的锚结构604。该复合快门组件的这些元件包括一个第一机械层605、一个导体层607、一个第二机械层609、以及一种封装介电体611。机械层605或609中的至少一个将被沉积到超过0.05微米的厚度，因为这些机械层中的一个或二者都将包括用于该快门组件的原理支承负载和机械致动构件。机械层605和609的待选材料包括但是不限于：金属，如Al、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd、或其合金；介电材料，如Al₂O₃、SiO₂、Ta₂O₅、或Si_xN_y；或者半导体材料，如钻石样碳、Si、Ge、GaAs、CdTe或者其合金。这些层的至少之一，如导体层607，应该是导电的，从而能够将电荷携带到这些致动元件上以及从其上带走。待选材料包括但不限于：Al、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd、或其合金，或者半导体材料，如钻石样碳、Si、Ge、GaAs、CdTe或其合金，特别是当这些半导体被掺杂有杂质，如磷、砷、硼、或铝时。图6A示出了用于该复合材料的一种3层夹层构形，其中具有类似厚度和机械性能的机械层605和609被沉积在导体层607的两侧的任一侧上。在一些实施方案中，该夹层结构帮助确保在沉积之后剩余的应力和/或由温度改变而施加的应力将不会起作用而引起快门组件600弯曲或扭曲。对于某些应用，一种2层夹层或者1层的快门组件可以是足以满足所要求的性能规格的。

在一些实现方式中，可以将复合快门组件600中的这些层的次序反转，从而夹层的外侧包括一个导体层而夹层的内侧包括一个机械层。

在快门601中使用的材料的进一步的说明(包括被选择用于结合了吸收或反射入射光的的材料的说明)可以在2006年2月23日提交的名称为“DisplayApparatus and Methods For Manufacture Thereof”美国专利申请11/361,785中找到，其全部通过引用结合在此。

快门组件600包括一个可以封装或部分覆盖快门组件的介电层611。介电涂层可以按共形的方式进行施加，这样使得这些快门和梁的所有底表面、顶表面、以及侧表面都被均匀地涂覆或施加，这样仅涂覆了有待产生接触的表面。这类薄膜可以通过一种绝缘体如Al₂O₃、Cr₂O₃、TiO₂、HfO₂、V₂O₅、Nb₂O₅、Ta₂O₅、SiO₂、或Si₃N₄的热氧化和/或通过附形的化学气相沉积，或者通过原子层沉积来沉积类似的材料而生成。该介电涂层可以施加到10nm到1微米范围内的厚度。并不总是需要完全共形的介电涂层。在一些情况下可以使用溅射和蒸发将介电涂层沉积在侧壁上，而不覆盖这些装置的底面。

图6B至图6E示出了根据本发明的一个说明性实施方案的、用于构建快门组件600的一种示例性方法。在许多实现方式中，快门组件被构建在一个预先存在的控制矩阵上，例如一个薄膜晶体管的有源矩阵阵列。在以上提到并结合的美国专利申请号11/361,785中说明了用于在一个孔阑层606上或者与该孔阑层相结合构造该控制矩阵的过程。

图6B是根据本发明的一个说明性实施方案在形成快门组件600的过程中的一个第一步骤的截面图。如在图6B中所示，沉积一个牺牲层613并构成图案。线性酚醛树脂、或者任何以在反应中苯酚过量的方式生产的热塑料性的酚醛树脂都是优选的牺牲材料。其他待选的牺牲材料包括聚合物材料，如聚酰亚胺、聚酰胺、含氟聚合物、苯并环丁烯、聚苯基喹氧烯(polyphenylquinoxylene)、聚对二甲苯、或聚降冰片烯。选择这些材料是因为其使粗糙表面平整化、在超过250℃的处理温度下保持机械完整性、以及其在去除过程中易于蚀刻和/或热分解的能力。可以在光致抗蚀剂中间找到可供选择的替代牺牲层：聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基乙烯、聚酰亚胺以及酚树脂或线性酚醛树脂，尽管它们的使用典型地限于350℃以下。一个替代的牺牲层是SiO₂，只要其他电子电路或结构层耐受用于将其去除的氢氟酸溶剂(Si₃N₄是耐受的)就可以优选将其去除。另一个替代牺牲层是硅，只要其他的电子电路或者结构层耐受用于将其去除的氟等离子或者XeF₂(多数金属和/或Si₃N₄是耐受的)就可以优选将其去除。另一个替代牺牲层是铝，只要其他电子电路或者结构层耐受强碱(如浓NaOH)溶液(例如Cr、Ni、Mo、Ta、和Si是耐受的)就可以优选将其去除。然而，另一个替代牺牲层是铜，只要其他的电子电路或者结构层耐受硝酸或硫酸溶液(例如Cr、Ni和Si是耐受的)就可以优选将其去除。

接着，使牺牲层613构成图案以暴露出这些锚定件区域604处的多个孔或穿通孔。优选的线性酚醛树脂材料和其他聚合物树脂可以配制成包括多种感光剂，这些感光剂能够使通过一个UV光掩模暴光的多个区域在显影液中被优选被去除。通过在用一个附加的光致抗蚀剂层涂覆该牺牲层、使该光致抗蚀剂用光构成图案、并且最后用光致抗蚀剂作蚀刻掩模可以构成其他牺牲层613的图案。可以通过用一种硬掩模涂覆该牺牲层构成其他牺牲层的图案，该硬掩模可以是一薄层SiO₂或者金属，如钴。然后通过光致抗蚀剂和湿化学蚀刻把一个光图案转变成这种硬掩模。在硬掩模中显影的图案可以非常耐受干化学蚀刻、各向异性蚀刻、或等离子蚀刻，这些是可以用于在牺牲层中产生非常深和窄的锚定件孔的技术。

在牺牲层中已经开出锚定件604或者穿通孔的区域以后，可以化学地或通过等离子体的溅射作用蚀刻曝露的和下衬的导电表面614，以去除任何表面氧化层。这样一种接触蚀刻步骤可以改进下衬的导体与快门材料之间的欧姆连接。

在构成该牺牲层图案以后，可以通过使用溶剂清洁或使用酸蚀刻来去除任何光致抗蚀剂层或者硬掩模。

接着，如在图6C中所示，在构成快门组件600的过程中沉积快门材料。快门组件600由多个薄膜605、607、以及609组成。在一个优选的实施方案中，第一机械层605是一个首先由PECVD或其他低温方法沉积的非晶态硅层，接着是一个包括铝的导体层607、接下来是一个非晶态硅的第二层609。用于快门材料605、607、和609的沉积温度低于牺牲材料发生物理退化的温度。例如，已知线性酚醛树脂在高于300℃的温度下分解。快门材料605、607和609可以在低于300℃的温度下沉积，因此允许把线性酚醛树脂用作一种牺牲材料。氢化的非晶态硅对于层605和609是一种有用的机械材料，因为它在一个相对地无应力的状态中，通过在150℃至350℃的范围内的温度下由硅烷气的等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)可以生成在0.05至3微米范围内的厚度。将磷化氢气体(PH3)用作掺杂剂，从而非晶态硅可以生成具有低于10Megaohm-cm的电阻率。在替代实施方案中，一种类似的PECVD技术可以用于沉积作为机械层605的Si₃N₄、silicon-rich Si₃N₄、或SiO₂材料、或者用于沉积钻石样碳、Ge、SiGe、CdTe、或其他用于机械层605的半导体材料。PECVD沉积技术的一个优点是该沉积可以是相当共形的，即它可以涂覆多种倾斜的表面或窄的穿通孔的内侧表面。即使切入该牺牲材料的锚定件或者穿通孔带来几乎竖直的侧壁，PECVD技术也可以在该锚定件的底部与顶部水平表面之间提供一种连续的涂覆。

除了PECVD技术之外，可供用于生成快门层605或609的替代技术包括RF或DC溅射、金属有机化学气相沉积、蒸发、电镀或无电镀。

对于导体层607，优选一种金属薄膜(如Al)，尽管也可以选择替代物，如Cu、Ni、Mo、Ta、Ti、W、Cr或以上的合金。将这样一种导电材料包括在内达到了两个目的。它降低了快门材料的总的薄层电阻并且它帮助阻断穿过快门材料的可见光的通路。(如果生成不到2微米的厚度，非晶态硅可以在一定程度透射可见光。)通过溅射，或者以一种比较共形的方式通过化学气相沉积技术、电镀、或者无电镀可以沉积该导电材料。

在图6D中继续构造快门组件600的过程。当牺牲层613仍在该晶片上时，对快门层605、607、和609进行光掩模和蚀刻。首先施加一种光致抗蚀剂材料，然后通过一个光掩模暴光，并且然后显影以形成一种蚀刻掩模。然后可以在氟基等离子化学制剂中蚀刻非晶态硅、氮化硅、和氧化硅。可以用HF湿化学制剂蚀刻SiO2机械层；并且既可以用湿化学制剂或者也可以用氯基等离子化学制剂来蚀刻导体层中的任何金属。

在图6D中通过光掩模施加的这些构成图案形状影响着一些机械特性，如快门组件600的这些致动器和快门中的刚度、柔顺性、以及电压响应。快门组件600包括一个顺性梁602，用截面图示出。把顺性梁602的形状确定为使宽度小于该快门材料的总的高度或厚度。在此优选的是维持至少＞1∶1的梁长宽比，其中这些梁602在向平面外的方向上的高度或厚度大于它们的宽度，使得所希望的移动方向比不希望的方向更加灵活。

如图6E中所示继续构成快门组件600的过程。去除牺牲层613，这从基片603游离出除锚定件处以外的所有运动部分。优选用一种氧等离子体去除线性酚醛树脂牺牲材料。还可以用一种氧等离子体，或者在一些情况下通过热解去除用于牺牲层613的其他聚合体材料。一些牺牲材料层613(如SiO₂)可以通过湿化学蚀刻或者通过气相蚀刻去除。

在图6E中未示出但在图6A中示出的一个最终过程中，在该快门的某些暴露的表面上沉积一种介电涂层611。可以通过共形的方式施加介电涂层611，从而使用化学气相沉积均匀地涂覆这些快门601和梁602的所有的底部、顶部、和侧部的表面、或者非均匀地涂覆。所要求的共形性和薄膜厚度是由应用来决定的，驱动梁上的介电薄膜只需要厚到在工作中致动表面相接触时足以承受致动电压。Al₂O₃和SiN_x是层611的一种优选介电涂层，该介电涂层对应地通过原子层沉积或者PECVD而被沉积到10至100纳米范围的厚度。

最后，可以把抗静摩擦涂层施加到快门601和梁602的某些表面上。例如，这些涂层防止致动器的两个独立的梁之间的不希望的粘性或粘附。可施加的涂层包括碳膜(石墨的和钻石样均可)以及氟聚合物、和/或低蒸气压力润滑剂。这些涂层既可以通过暴露给一种分子蒸气或者也可以通过化学气相沉积通过分解一种前体化合物来施加。抗静摩擦涂层还可以通过化学改变快门表面来产生，如在氟化、硅烷化、硅氧化、或者氢化绝缘表面中。

侧壁梁过程

美国专利申请号11/251,035说明了用于快门组件和致动器的多种有用的设计。一类用在基于MEMS的快门显示器的适合的致动器包括控制横向于显示基片或者在显示基片平面内的快门运动的顺性致动器梁。随着致动器梁变得越顺性，用于致动这类快门组件所需要的电压就越低。如果把该梁的形状确定为使得相对于平面外的运动而优选或促进平面内的运动，则致动运动的控制也会得到改进。在一个优选的设计中，顺性致动器梁具有矩形截面，如图6A的梁602，这样使得这些梁高于或者厚于它们的宽度。

关于在一个具体的平面内的弯曲而言，一个长的矩形梁的刚度与该平面中梁中的最薄的尺寸之比达到三次方。因此所关注的是尽可能地减少该顺性梁的宽度以降低平面内运动的致动电压。然而，当使用常规的光刻设备来限定和制造快门和致动器结构时，梁的最小宽度通常被限制为光学器件的分辨率。尽管已经开发了在光致抗蚀剂中限定窄到15纳米的特征的图形的光刻设备，但这样的设备是昂贵的并且单次暴光可完成的构成图案的面积是有限的。对于在大的玻璃板上的经济光刻，该构图分辨率或者最小特征尺寸典型地被限定为1微米或2微米或更大。

图7A至图7D是根据本发明的一个说明性实施方案具有多个窄的侧壁的梁的一种示例性的快门组件700的多级构造的等距视图。具体地讲，图7A至图7D描绘了一种技术，在此可以在比常规蚀刻技术对大基片嵌板的限制低得多的尺度上制造一个具有顺性致动器梁718和720的快门组件700。在美国专利申请号11/361,785中进一步说明了上面引用的图7A至图7B的技术。在图7A至图7D的过程中，快门组件700的顺性梁形成为由牺牲材料制成的一个模具上的侧壁特征。这个过程被称为侧壁梁过程。

如图7A所示，形成一种带有侧壁梁的快门组件700的过程开始于在一个孔阑层725和基片726顶上沉积一个第一牺牲材料701并构成图案。在第一牺牲材料中限定的构图产生了多个开口或多个穿通孔702，最终在其中形成用于快门的多个锚定件。第一牺牲材料701的沉积和构图与参照图6A至图6E说明的沉积和构图所说明的那些在概念上是相类似的，并且使用类似的材料。还有可能将该快门组件形成在控制电路和金属互连的顶上。在这类实施方案中，穿通孔702可以是通到基片表面或者通到一个电路的一个元件，以便对快门组件700的、穿过该穿通孔702而与该电路处于电接触的那一部分的电位进行控制。

形成侧壁梁的过程继续一个第二牺牲材料705的沉积和构图。图7B示出了一种模具703的形状，该模具是在第二牺牲材料705构图之后产生的。模具703还包括具有其在前限定的穿通孔702的第一牺牲材料701。图7B中的模具703包括两个不同的水平级别：模具703的底部水平层面708由第一牺牲层701的顶部表面建立并且可以达到在已经蚀刻掉第二牺牲层705的那些区域内。模具703的顶部水平层面710由第二牺牲层705的顶部表面建立。在图7B中展示的模具703还实质上包括多个竖直的侧壁709。

以上关于牺牲材料613说明了用作牺牲材料701和705的材料。

形成侧壁梁的过程以在牺牲模具703的所有暴露表面上沉积和构成快门材料的图案继续进行，如在图7C中所描绘的。以上关于快门材料605、607、和609说明了在快门712中使用的优选材料。在美国专利申请11/361,785中说明了上面所引用的替代快门材料和/或快门涂层。这些快门材料被沉积为约小于2微米的厚度。在一些实现方式中，这些快门材料被沉积为具有小于约1.5微米的厚度。在其他实现方式中，这些快门材料被沉积为具有约小于1.0微米的厚度，以及薄至约为0.10微米。在沉积之后，构成该快门材料的图案(它可以是一种如以上说明的复合快门)，如在图7C中所示。在光致抗蚀剂中显影的图案被设计为使该快门材料保留在快门712的区域中以及在这些锚定件714和715处。

具体设备和化学品还被选择用于在图7C中所示的步骤中使用的蚀刻过程，该过程在本领域中公知是一种各向异性的蚀刻。这种快门材料的各向异性蚀刻是在一种等离子体大气压中进行的，其中对该基片726或者该基片726近端的一个电极施加一个电压偏置。被偏置的基片726(具有垂直于该基片726的表面的电场)导致离子以接近垂直于该基片726的角度向该基片726加速。与蚀刻化学品连接的这类加速的离子导致了在正交于该基片726的平面的方向比平行于该基片726的方向快得多的蚀刻速度。因此，实质上消除了在受该光致抗蚀剂保护的区域中快门材料的凹切蚀刻(undercut-etching)。沿着实质上平行于该加速的离子的轨迹的模具703的侧壁表面709，还实质上保护了快门材料免于这种各向异性蚀刻。这种被保护的侧壁快门材料将随后形成用于支撑快门712的顺性梁716、718和720。用于形成侧壁梁716、718、以及720的各向异性蚀刻可以是在通常用于IC或LCD生产中的RF或者DC等离子蚀刻设备中完成的。沿该模具的其他(非光致抗蚀剂保护的)水平表面，如顶部水平表面710或底部水平表面708，该快门材料已经通过蚀刻完全被去除。

形成侧壁梁的过程是通过去除第二牺牲层705和第一牺牲层701的剩余部分来完成的，其结果示于图7D中。去除牺牲材料的过程类似于参照图6E所说明的过程。沉积在模具703的侧壁709上的材料保留为顺性梁716、718、以及720。顺性负载梁716把这些锚定件714机械地连接到快门712上。这些锚定件714连接到一个孔阑层725上。顺性梁716、718、以及720是高而窄的。当由模具703的表面形成时，侧壁梁716、718、以及720的宽度类似于沉积时快门材料的厚度。在一些情况下，716处的梁的宽度将与712处的水平快门材料的厚度相同；在其他情况下，梁的宽度将仅约为快门材料厚度的1/2。侧壁梁716、718、以及720的高度是由第二牺牲材料705的厚度所确定，或者换言之，由在参照图7B说明的构成图案步骤的过程中所建立的模具703的深度所确定。只要沉积的快门材料的厚度被选择为小于2微米(对于许多应用来说，0.1至2.0微米的厚度范围是适当的)，图7A至图7D中所示的过程非常适于生产非常窄的梁。常规的光刻法把在图7A、图7B、以及图7C中所示的构图特征限制为大得多的尺寸，例如允许最小分辨的特征不小于2微米或5微米。

图7D描绘了一个在上述过程中在释放步骤之后形成的一个快门组件700的等距视图，生产的顺性梁具有高的宽高比的截面。例如，只要该第二牺牲层的厚度大于该快门材料的厚度的4倍，得到的梁高与梁宽之比将会产生一个相似的比例，即大于4的一个比例。

一个任选步骤(以上未展示但作为引起图7C的过程的一部分被包括在内)包括各向同性地蚀刻侧壁梁材料以使顺性负载梁720与顺性驱动梁718分离或者断开。例如，通过使用各向同性蚀刻已经从侧壁上把点724处的快门材料去除。各向同性蚀刻是一种在所有方向上蚀刻速度都相同的蚀刻，从而不再保护如点724的区域中的侧壁材料。只要在基片上不施加一个偏置电压就可以在典型的等离子蚀刻设备中完成该各向同性蚀刻。还可以使用湿化学蚀刻技术或者气相蚀刻技术来实现各向同性蚀刻。在这个任选的第4模掩蔽和蚀刻步骤之前，侧壁梁材料本质上连续地存在于模具703中凹陷特征的周边周围。这个第4模掩蔽和蚀刻步骤用来分离并且分开形成截然不同的梁718和720的侧壁材料。在点724处的梁的分离是通过一种具有光致抗蚀剂分布、以及通过一个掩模暴露的第4过程来实现的。在这种情况下，光致抗蚀剂的图案被设计成在除了分离点724之外的所有点处保护侧壁梁材料免受各向同性的蚀刻。

作为侧壁过程的最后一个步骤，一种封装电介质(如图6A的电介质611)被沉积在这些侧壁梁的外部表面周围，或者至少沉积在工作过程中有可能接触的这些梁的表面上。

为了保护沉积在模具703的侧壁709上的快门材料并且为了产生实质上均匀的截面的侧壁梁716，可以遵循一些特定的工艺指导原则。例如，在图7B中，可以把侧壁709做得尽可能的竖直。在侧壁709处斜坡和/或暴露的表面变得易于感受各向异性蚀刻。如果同样以各向异性的方式进行图7B处的构成图案步骤，即第二牺牲材料705的构图，就可以产生竖直的侧壁709。结合第二牺牲层705的构图，使用附加的光致抗蚀剂涂层或一种硬掩模(见参照图12进行的讨论)使之有可能在各向异性蚀刻第二牺牲材料705中采用侵蚀性的等离子和/或高的基片偏置而无需担心过度损耗光致抗蚀剂。只要在UV暴光过程中小心地控制焦点深度并且在最终硬化阻蚀剂的过程中避免过度的收缩，还可以用可照像成图的牺牲材料来产生竖直的侧壁709。

在侧壁梁处理过程中有用的另一种工艺规范与快门材料沉积的共形性有关。模具703的表面优选地覆盖有类似厚度的快门材料，与这些表面的方向无关，不论是竖直的还是水平的。当通过一种化学气相沉积技术(CVD)进行沉积时可以实现这种共形性。具体地可以采用以下正形技术：等离子增强的化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、以及原子层或自限制层沉积(ALD)。在以上CVD技术中，可以通过在与把一个表面暴露给一个定向的原子源的能量的表面相对的一个表面上的反应速度来限制该薄膜的生成速度。在这类正形沉积技术中，生成在竖直表面上的材料的厚度优选地至少是生成在水平表面上的材料厚度的50％。可替代地，只要在镀层前提供了涂覆所有表面的一个金属晶种层，就可以通过无电镀或电镀从溶液中正形地沉积该快门材料。

一种3-掩模过程

生成图7D中的快门组件700的过程是一种4掩模过程：这意味着该过程结合了4个截然不同的光刻步骤，其中通过穿过一个光掩模照亮一个所希望的图案而暴露出一种光敏性高分子。这些光刻步骤(也被称为模掩蔽步骤)在制造MEMS装置中属于最昂贵的，并且于是令人希望的是创造一种具有减少模掩蔽步骤数目的制造过程。

为了使得一种3掩模快门组件过程成为可能，考虑快门组件结构的改变是有帮助的。在图9、图11、图14和图15中对应地通过4个替代的快门组件900、1100、1400、以及1500说明了有用的结构改变。

在图7中，快门组件700的负载梁720在一端附连到快门712上，并且在另一端附连到负载梁锚定件714上。驱动梁718在一端附连到驱动梁锚定件715上，同时另一端保留为未进行附连或者是可自由移动的。在此可以说，在导致图7C中的快门组件700的过程中的第4掩模的目的是终止或者创造用于驱动梁718的该自由移动端。创造用于驱动梁718的这个自由移动端是有用的，因为这个梁的顺性形状帮助减小了快门致动所需的电压。

然而，在本发明的不同实施方案中，顺性驱动梁不必具有一个以光刻终止的自由移动端。例如，在图8说明的快门组件852中，驱动梁856和857被构图为多个环形的形状。

图8是根据本发明的一个说明性实施方案示例性的快门组件852的平面图，该快门组件结合了一个环形的驱动梁。快门组件852包括双顺性致动器组件854，该组件与以上相对于图4A和图4B所说明的、被设计用于快门组件400的致动器404在功能上相似。致动器组件854包括顺性驱动梁856和857连同顺性负载梁858和859。这些负载梁858和859在一端支撑着快门860，并且在另一端被对应地附接到负载梁锚定件862和863上。这些驱动梁856和857各自形成一个环，其中该驱动梁的每端被附接到一个共同的锚定件864上。对于每个环都有一段外出梁，该外出梁区段基本上平行于同一个梁的一个返回区段。这两个环区段的长度是基本相等的。当在侧壁梁过程中形成时，趋于使环形驱动梁856或857的外出区段变形的应力将与沿着梁的返回区段的应力成镜像或相反。

只用上文相对于快门组件700说明的前3-掩模步骤就可以完全限定组成环856和857的这些顺性梁。制造环形梁856和857并不要求将驱动梁从负载梁中分离的第4光刻步骤。这些环完全包围了或者形成了围绕一个空间的边界的外围。如对围绕一个被包围的空间的边界所预期的，由于在这些环中没有终止，所以不要求第4光刻步骤。

为了完全去除第4掩模，找到了一种方法，由此使得在该结构中的其他顺性梁也都结合了类似于环形的形状。具体地说，只要梁形成了一种完全包围一个空间的边界，那么侧壁梁的终止就不是必需的。例如，快门组件852中的负载梁858在负载梁锚定件862处终止。于是，在这个实施方案中，就将要求一个第4模掩蔽步骤以便在锚定件862处将梁858终止。因此找到了多种设计，其中负载梁858成为围绕一个被包围的空间的一个连续的边界的一部分。

图9是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3掩模过程构建的示例性的快门组件900的等距视图。快门组件900可以只用3个光刻步骤制造。这3个模掩蔽步骤被称为一个锚定件限定步骤、一个模具限定步骤、以及一个快门限定步骤，这些步骤对应地用于向第一牺牲层、第二牺牲层、以及快门材料中形成图案。如相对于快门组件700所说明的，这些顺性梁是形成在模具的侧壁处，也被称为第二牺牲层。可以在一种3掩模过程中制造快门组件900，因为这些梁被设计为包围了模具中的特征外围的关闭的边界。

快门组件900包括一个快门902、多个加固肋材903、多个负载梁904、多个负载梁锚定件906、多个驱动梁908、以及多个驱动梁锚定件910。该快门组件额外地包括多个外围梁912连同多个外围锚定件914。负载梁904和驱动梁908一起形成了一组顺性致动梁。当在这两个梁904与908之间施加了一个电压时，这致使快门902向一个开放或关闭的位置移动。

这些驱动梁908分别形成了一个在锚定件910处被附连到基片上的环。驱动梁908包围了环之内的空间。

负载梁904从快门902延伸到负载梁锚定件906。外围梁912从负载梁锚定件906延伸到外围锚定件914。这些外围梁还将外围锚定件914连接到一起。在快门组件900之内，外围梁912既不起到有源的机械功能也不起到光学功能。外围梁912起到延伸负载梁904的几何形状的作用，从而使得这些顺性梁904和912可以进行连接。负载梁904和外围梁912一起形成了完全包围一个空间的一个边界。

图10是根据本发明的一个说明性实施方案的一个示例性模具1000的等距视图，该模具被设计用来使得能够制造图9的快门组件900。模具1000是由第二牺牲材料形成，并且作为第二光刻步骤的一部分而在快门组件900的制造中进行构图。图10示出了在快门材料被沉积之前该牺牲模具的轮廓。因此，图10中不呈现快门902的轮廓。然而，模具1000包括多个肋材刻纹1003，这些刻纹将被用来使快门组件900的这些加固肋材903成形。

该模具形状总体上包括三种表面。该模具包括多个侧壁，顺性梁将形成在这些侧壁上，该模具还包括多个上表面和下表面。模具的下表面是由第一与第二牺牲材料之间的界面形成的水平表面。模具的上表面是在离基片最远的一个平面中的水平表面。

一个模具总体上限定了两种形状，这两种形状都被其上可以形成顺性梁的侧壁所包围或约束。如在此使用的，一种“台面”是被模具侧壁所包围的存在的模具材料所限定的一个空间。如在此使用的，一种“凹陷”是由模具侧壁所包围的模具材料缺失的空间所限定的。

模具1000包括多个台面形状1008。包围这些台面1008的侧壁将用来形成驱动梁908。由此驱动梁908将具有无终止的环形形状。

模具1000还包括一个凹陷形状1004。包围这个凹陷1004的这些侧壁用来形成负载梁904。

模具1000还包括多个负载梁锚定件孔1006。这些锚定件孔1006是在一个先前的步骤中作为第一牺牲层的一部分而形成的。该模具还包括多个驱动梁锚定件孔1010。

因此，快门组件900中的负载梁904以及驱动梁908均被形成为完全包围一个空间的边界。这些空间由模具1000中的一个台面形状或者一个凹陷形状之一形成。具体地说，负载梁904和驱动梁908对应地形成为包围了空间1004和1008的边界。形成了负载梁904和驱动梁908的这些形状的边界不相交。用于驱动梁908的环是完全地封闭在形成负载梁904的环(它是梁904和912的一个组合)之内的。

图11是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3掩模过程构建的示例性的快门组件1100的等距视图。类似于相对于图7和图9的快门组件700和900对应说明的那些步骤，可以只用3个光刻步骤来制造快门组件1100。如上文相对于快门组件700所说明的，这些顺性梁是形成在模具的侧壁处，也被称为第二牺牲层。可以在一种3-掩模过程中制造快门组件1100，因为这些梁被设计为包围了模具中的特征外围的闭合边界。

快门组件1100包括一个快门1102、多个负载梁1104、多个负载梁锚定件1106、多个驱动梁1108、以及多个驱动梁锚定件1110。负载梁1104和驱动梁1108一起形成了一组顺性致动梁。该快门组件额外地包括一组外围梁1112。

这些驱动梁1108形成了一个在锚定件1110处附连到基片上的环。驱动梁1108包围了环内的空间。

这些负载梁1104从快门延伸到这些负载梁锚定件1106上。这些外围梁1112在这些负载梁锚定件1106之间延伸。在快门组件1100之内，这些外围梁1112既不起到有源的机械功能也不起到光学功能。外围梁1112所起的作用是延伸负载梁1104的几何形状，从而使得这些顺性梁1104和1112可以进行连接。负载梁1104和外围梁1112一起形成了完全包围一个空间的一个边界。

图12是根据本发明的一个说明性实施方案的示例性模具1200的等距视图，该模具被设计用来使得能够制造图11的快门组件1100。模具1200由第二牺牲材料形成，并且作为第二光刻步骤的一部分而在快门组件1100的制造中被构图。图12示出了在快门材料被沉积之前牺牲模具的轮廓。因此快门1102的轮廓不存在于图10中。然而，模具1200包括多个肋材刻纹1203，这些刻纹将用来使在快门组件1100中示出的加固肋材1103成形。

模具1200包括多个凹陷1208。凹陷形状1208是用于模具1000中的驱动梁的台面形状1008的逆形状。包围这些凹陷1208的侧壁将被用来形成驱动梁1108。由此驱动梁1108将具有无终止的环形形状。

模具1200还包括一个凹陷形状1204。这个凹陷的侧壁用来形成负载梁1104。

模具1200还包括多个负载梁锚定件孔1206。这些锚定件孔是在一个先前的步骤中作为第一牺牲层的一部分而形成的。模具1200还包括多个驱动梁锚定件孔1210。

在这个具体的实施方案中，用来形成负载梁1104的负载梁凹陷1204是与用来形成肋材1103的这些凹陷1203相连接或者合并的。

形成了负载梁1104和驱动梁1108的这些形状的边界不相交。用于驱动梁1108的环包围了一个形状，该形状位于形成负载梁1104的形状(它是梁1104和1112的一个组合)的外部。

对于一种3掩模过程，需要定义两种不同类型的包围区域：负载梁904和驱动梁908。这些被包围的边界可以或者限定了模具高分子的一个孤立区域(一个台面)、或者它们可以限定一个抗蚀剂被去除的区域(一个凹陷)。取决于这种选择，驱动梁和负载梁将或者被制造在一个凹陷的侧面上或者被制造在一个台面的侧面上。图14示出了一个实施方案1400，其中负载梁1404和驱动梁1408是形成在一个孔的侧面上。图15示出了一个实施方案1500，其中负载梁1504和驱动梁1508是形成在一个台面的侧面上。虽然这两个实施方案中的任何一个都是有效的，但高分子以及制造设备的选择可能使得在凹陷上比在台面上构图容易、或者在台面上比在凹陷上构图容易。类似地，显示器有源区域之外的区域可以或者是有抗蚀性存在的或者是无抗蚀性的。通常，在场区域与显示器的有源区域是共平面的基片上进行第三模掩蔽步骤是更容易的，在这种情况下在快门组件的周长周围可能需要一个第三闭合边界。具有这种第三闭合边界的两个可能的实施方案对应地在图14和图15中被展示为元件1412和1512。特定的聚合物在处理时可能具有高应力、或者高收缩或膨胀，并且如果在显示器的周长区域中残留大的连续片材时，就会导致问题。在这种情况下，模具掩模可以用来在周长区域中构成伪特征(dummy feature)图案，以便打破抗蚀剂的连续区域并且降低薄膜应力。图16展示了应力解除特征1616的一种可能的实施方案1600。

在限定被包围的模具边界时额外要考虑到的是，该快门是否应该制造在模具高分子的顶上(在一个台面上)或是在一个模具抗蚀剂被清除掉的区域中(在一个凹陷的底面中)。图14和图15示出了制造在一个凹陷底面上的快门1402和1502；与之相比图9和图11中快门902和1102被制造在一个台面的顶上。两种选择再次都是可接受的，但是最终的装置规范可能使得一个实施方案比另一个更优选。

图13是根据本发明的一个说明性实施方案、根据一种3掩模方法构建的两个相连接的示例性的快门组件1300的等距视图。类似于相对于图7和图9的快门组件700和900对应地说明的那些步骤，可以只用3个光刻步骤来制造快门组件1300。如上文相对于快门组件700所说明的，这些顺性梁是形成在模具的侧壁处，也被称为第二牺牲层。可以在一种3掩模方法中制造快门组件1300，因为这些梁被设计为包围了模具中的特征外围的闭合边界。

快门组件1300包括一个快门1302、多个负载梁1304、多个负载梁锚定件1306、多个驱动梁1308、以及多个驱动梁锚定件1310。负载梁1304和驱动梁1308一起形成了一组顺性致动梁。该快门组件额外地包括一组外围梁1312。

这些驱动梁1308分别形成了一个在锚定件1310处附连到基片上的环。这些驱动梁1308包围了该环之内的空间。

这些负载梁1304从快门1302延伸到这些负载梁锚定件1306上。这些外围梁在这些负载梁锚定件1306之间延伸。在快门组件1300之内，外围梁1312既不起到有源的机械功能也不起到光学功能。外围梁1312起到延伸负载梁1304的几何形状的作用，从而使得这些顺性梁可以进行连接。负载梁1304和外围梁1312一起形成了完全包围一个空间的一个边界。

在快门组件1300中，这些外围梁1312在许多情况下用来连接在多个负载梁锚定件1306之间，这些负载梁锚定件对应于两种不同的或相邻的快门组件。这些负载梁1304连同外围梁1312一起形成了包围一个空间的一个连续边界。由这些梁1304和1312包围的空间包括两个快门组件。在多个替代实施方案中，可以由一个单个的连续顺性梁包围大量(＞100)的快门组件。顺性梁将在多个点处被附连到基片上，优选的是对应该组中的每个快门组件具有至少一个附连点或锚定件。可以由包围了多个快门组件的同一个环形成每个对应的快门组件的多个负载梁1304。

本发明可以通过其他具体形式实施而不脱离其精神或实质特征。因此上述实施方案在所有方面都应当考虑为是在说明本发明，而不是在限制本发明。

Claims (19)

1.一种MEMS装置，包括：

一个高度与宽度比大于4：1的第一梁，其中该第一梁完全地包围了一个空间的边界；

一个机械式光调制器，其中该第一梁形成了一个致动器的至少一部分，所述致动器用于沿运动平面移动所述机械式光调制器从而对光进行调制；以及

一个第二梁，被布置为使得该第一梁和该第二梁包围了对应的、不相交的空间；

其中所述宽度对应于梁沿所述光调制器的运动平面延伸的尺寸，所述高度对应于梁在平面外的方向上延伸的尺寸。

2.如权利要求1所述的MEMS装置，其中该第一梁形成了一个环。

3.如权利要求1所述的MEMS装置，该装置包括由该第一梁支撑在一个基片上方的一个机械式光调制器。

4.如权利要求1所述的MEMS装置，其中该第一梁是多个顺性梁。

5.如权利要求3所述的MEMS装置，该装置包括将该第一梁连接到该基片上的一个锚定件。

6.如权利要求1所述的MEMS装置，其中该第一梁被支撑在一个基片上方的孔阑层上，以及其中该第一梁的高度是该第一梁与该基片的平面相垂直方向上的尺寸。

7.如权利要求6所述的MEMS装置，其中该第一梁的宽度不大于2微米。

8.如权利要求1所述的MEMS装置，该装置还包括多个高度与宽度比大于4：1的梁，其中所述梁每个都完全地包围了一个空间的边界。

9.一种MEMS装置，包括：

一个高度与宽度比大于4：1的第一梁，其中该第一梁完全地包围了一个空间的边界；

一个机械式光调制器，其中该第一梁形成了一个致动器的至少一部分，所述致动器用于沿运动平面移动所述机械式光调制器从而对光进行调制；以及

一个第二梁，被布置为使得该第二梁包围了一个空间，该空间完全被该第一梁所包围；

其中所述宽度对应于梁沿所述光调制器的运动平面延伸的尺寸，所述高度对应于梁在平面外的方向上延伸的尺寸。

10.一种制造MEMS装置的方法，该方法包括：

形成联接到一个基片上的一个高度与宽度比大于4：1的第一梁，这样使得该第一梁完全地包围了一个空间的边界；

形成一个机械式光调制器，其中该第一梁形成了一个致动器的一部分，所述致动器用于沿运动平面移动所述机械式光调制器从而对光进行调制；以及

形成一个第二梁，该第二梁被布置为使得该第一梁和该第二梁包围了对应的、不相交的空间；

其中所述宽度对应于梁沿所述光调制器的运动平面延伸的尺寸，所述高度对应于梁在平面外的方向上延伸的尺寸。

11.如权利要求10所述的方法，其中形成该第一梁包括：

在一个牺牲层上沉积一种模具材料；

在该模具材料中蚀刻出一个形状，以便形成一个模具，该模具具有至少一个侧壁以及至少一个下水平表面；

在所蚀刻的模具上沉积材料，这样使得所沉积的材料附着在所蚀刻的模具的至少这些侧壁以及该下水平表面上；

将所沉积材料的一部分蚀刻掉，以便从该下水平表面上去除所沉积材料同时基本上使沉积在这些侧壁上的所有材料保持原样；并且

将该模具移除，这样使得保留在这些侧壁上的材料形成该第一梁。

12.如权利要求11所述的方法，其中这些侧壁包括形成在该模具中的一个台面的多个壁，并且该第一梁包围了该台面。

13.如权利要求11所述的方法，其中这些侧壁包括形成在该模具中的一个凹陷的多个壁，并且该第一梁包围了该凹陷。

14.如权利要求11所述的方法，其中该模具材料被沉积在一个牺牲材料层的顶上，并且该方法进一步包括去除该牺牲材料以便释放该第一梁。

15.如权利要求11所述的方法，其中该模具进一步包括一个上水平表面，并且沉积在该模具上的材料附着在该上水平表面上，该方法进一步包括：

在将所沉积的材料蚀刻掉之前在该上水平表面上施加一个掩模，这样使得沉积在该上水平表面上的材料的一部分在蚀刻之后保留在该上水平表面上以便形成一个机械式光调制器。

16.如权利要求15所述的方法，进一步包括，在该模具中蚀刻出该形状之前，在该模具材料中蚀刻出多个锚定件孔，并且其中沉积到该模具上的材料填充了这些锚定件孔以便形成多个锚定件。

17.如权利要求16所述的方法，其中这些锚定件、该第一梁、以及该机械式光调制器的形成要求使用不多于三个光刻掩模。

18.如权利要求11所述的方法，其中该MEMS装置包括一个机械式光调制器以及一个锚定件，并且该第一梁将该机械式光调制器支撑在一个基片上方、并且通过该锚定件将该机械式光调制器连接到该基片上，该方法包括使用不多于三个光刻掩模。

19.如权利要求10所述的方法，还包括形成支撑在一个基片上方的孔阑层上的多个高度与宽度比大于4：1的梁，这样使得每个梁都完全地包围了一个空间的边界。

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