使用侧壁横梁制造技术的微机械柔性设计 |
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| 申请号 | CN201480052007.6 | 申请日 | 2014-09-05 | 公开(公告)号 | CN105579882A | 公开(公告)日 | 2016-05-11 |
| 申请人 | 皮克斯特隆尼斯有限公司; | 发明人 | T·杜恩; M·安德森; A·W·斯帕克斯; J·吴; 中川英树; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供利用显示器中的挠曲部的系统、方法和设备。在一些实施方案中， 机电系统 EMS装置可包含沿光 调制器 的运动轴具有低硬度且在其它方向上具有高硬度的挠曲部。所述挠曲部可包含机械地将MEMS结构耦接至锚的一或多个横梁。所述横梁可耦接至 铰链 部分，所述铰链部分经配置以通过所述MEMS结构和所述挠曲部抑制平面外运动。所述挠曲部还可使用加强部分抑制平面外运动。所述加强部分可机械地耦接至所述铰链部分或所述挠曲部的至少一个横梁。通过改变所述加强部分的横截面几何形状，所述加强部分的所述硬度可经控制以增大在平面外方向上移动所述挠曲部所需的 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种机电装置，其包括： |
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| 说明书全文 | 使用侧壁横梁制造技术的微机械柔性设计[0001] 相关申请案的交叉参考 [0002] 本专利申请案主张2014年8月5日申请的题为“MICROMECHANICAL FLEXURE DESIGN USING SIDEWALL BEAM FABRICATION TECHNOLOGY”的美国专利申请案第14/451,663号和2013年9月30日申请的题为“METHODS OF MICROMECHANICAL FLEXURE DESIGN USING SIDEWALL BEAM FABRICATION TECHNOLOGY”的美国临时专利申请案第61/884,687的优先权，所述两个申请案以引用的方式并入。 技术领域背景技术[0004] 机电系统(EMS)包含具有电及机械元件的装置、致动器、换能器、传感器、例如镜面及光学膜等光学组件及电子装置。EMS装置或元件可以多种尺度制造，包含但不限于微尺度及纳米尺度。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有范围从约一微米到数百微米或更大的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含大小小于一微米(包含(例如)小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及/或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电及机电装置的其它微机械加工工艺来形成机电元件。 [0005] 某些MEMS基于快门的光调制器显示器利用用于移动相对于像素中的光圈的基于快门的光调制器的机械微观结构(如挠曲部)。所述挠曲部用作弹簧以在特定运动平面中移动光调制器。光调制器经设计在平面内运动方向上为柔性的(具有低硬度)。然而，由于振动、平移、旋转、或扭转，平面外运动可导致MEMS微观结构发生故障。这种故障可导致微观结构断裂，且由于MEMS微观结构与相邻部件相撞引起静摩擦。 发明内容[0006] 本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。 [0007] 本发明中描述的标的物的一个创新方面可实施于一机电装置(包含微机电系统(MEMS)挠曲部)中。所述装置具有第一横梁和实质上平行于第一横梁定位的第二横梁，第一横梁和第二横梁在第一方向上延伸，以及位于第一横梁的第一末端且将第一横梁耦接至第二横梁的铰链，所述铰链具有在第二方向上延伸且横向于第一和第二横梁的第一铰链横梁，以及在第一位置上耦接至第一铰链横梁的加强部分，所述加强部分包含在实质上平行于第一平面的平面中延伸的二维表面。 [0008] 在一些实施方案中，加强部分的横截面可为可变的。在一些实施方案中，所述加强部分在z方向上凹进。在一些实施方案中，所述加强部分的块状物通过z方向变化。在一些实施方案中，所述第一位置可为可变的。在一些实施方案中，所述第一横梁可耦接至锚，且所述锚可附接至衬底。在一些实施方案中，所述第二横梁可耦接至光调制器。在一些实施方案中，所述铰链可包含耦接至加强部分的四段部分。在一些实施方案中，机电装置可包含将第二横梁耦接至第三横梁的第二铰链。 [0009] 本发明中描述的标的物的另一创新方面可实施于一机电装置(包含耦接至衬底的锚)中。所述装置包含在第一方向上延伸且耦接至锚的第一横梁、在第二方向上延伸在耦接至第一横梁的第二横梁以及在第一方向上延伸且在第二横梁与光调制器之间耦接的第三横梁，其中第一横梁、第二横梁和第三横梁中的至少一者耦接至加强部分。在一些实施方案中，加强部分的横截面可为可变的。在一些实施方案中，所述加强部分在z方向上凹进。在一些实施方案中，所述加强部分的块状物通过z方向变化。在一些实施方案中，加强部分可耦接至锚。在一些实施方案中，加强部分可耦接至光调制器。在一些实施方案中，光调制器可在第一方向上移动且实质上平行于所述衬底。 [0010] 本发明中描述的标的物的创新方面可实施于一机电装置中，所述机电装置包含耦接至衬底装置的锚装置、在第一方向上延伸且耦接至锚装置的第一横梁装置、在第二方向上延伸且耦接至第一横梁装置的第二横梁装置以及在第一方向上延伸且在第二横梁装置与光调制器装置之间耦接的第三横梁装置，其中第一横梁装置、第二横梁装置和第三横梁装置中的至少一者耦接至加强装置。在一些实施方案中，加强部分的横截面可为可变的。在一些实施方案中，所述加强装置可在z方向上凹进。在一些实施方案中，所述加强装置的块状物可通过z方向变化。 附图说明[0012] 图1A展示基于实例直观式微机电系统(MEMS)的显示设备的示意图。 [0013] 图1B展示实例主机装置的方块图。 [0014] 图2A和2B展示实例双致动器快门组合件的视图。 [0015] 图3展示基于快门的显示器挠曲部。 [0016] 图4展示具有包含加强部分的铰链的实例基于快门的显示器挠曲部的平面视图。 [0017] 图5展示包含铰链部分的横截面的实例基于快门的显示器挠曲部的说明性模型。 [0018] 图6展示实例MEMS显示设备的透视图。 [0019] 图7展示实例MEMS显示设备的另一透视图。 [0020] 图8和9展示具有复合横截面的实例横梁的说明性模型。 [0021] 图10A至10D展示可用于基于快门的显示器的挠曲部中的实例横截面的说明性模型。 [0022] 图11A和11B展示包含多个显示元件的实例显示装置的系统框图。 [0023] 各个图式中的相同元件符号及名称指示相同元件。 具体实施方式[0024] 以下描述涉及出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的一般技术人员将容易认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案可实施于能够显示图像(无论是运动(如视频)或固定(如静止图像)的，且无论是文字、图形或图像)的任何装置、设备或系统。除并入有来自一或多种显示技术的特征的显示器以外，本发明中所提供的概念和实例可适用于多种显示器，如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、场发射显示器及基于机电系统(EMS)及微机电(MEMS)的显示器。 [0025] 所描述的实施方案可包含于如(但不限于)以下各者的多种电子装置中或与所述电子装置相关联：移动电话、具备多媒体因特网功能的蜂窝电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、 装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持型或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能本、平板电脑、打印机、复印机、扫描器、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航器、摄像机、数字媒体播放器(如MP3播放器)、摄像机、游戏机、手表、可穿戴装置、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(如电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(如里程表及速度计显示器)、驾驶舱控制器及/或显示器、相机视图显示器(如车辆中的后视相机的显示器)、电子相片、电子广告牌或标识、投影仪、架构结构、微波炉、冰箱、立体声系统、匣式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、干燥器、洗衣机/干燥器、停车计时器、包装(如除非EMS应用外，包含微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用)、美学结构(如关于一件珠宝或服装的图像的显示)及多种EMS装置。 [0026] 本文中的教示还可用于非显示器应用中，例如(但不限于)电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动感测装置、磁力计、用于消费型电子装置的惯性组件、消费型电子产品的零件、变容器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺及电子测试装备。因此，所述教示并不希望限于仅图中所描绘的实施方案，而实情为具有广泛适用性，如所属领域的技术人员将容易显而易见的。 [0027] 在一些实施方案中，EMS装置可包含沿光调制器的运动轴具有低硬度且在其它方向上具有高硬度的挠曲部。所述挠曲部可抑制EMS装置内的MEMS结构的平面外运动，且因此抑制MEMS结构对于冲击和振动的灵敏度。另外，所述挠曲部可防止撞击及MEMS结构的后续失效。所述挠曲部可包含将MEMS结构(如光调制器)机械耦接至锚的一或多个横梁。可由铰链部分耦接所述横梁，所述铰链部分能够抑制MEMS结构和挠曲部的平面外运动。 [0028] 所述挠曲部还可使用加强部分抑制平面外运动。所述加强部分可机械地耦接至铰链部分或挠曲部的至少一个横梁。通过改变加强部分的横截面几何形状，加强部分的硬度可经控制随加强部分的几何形状而变化。因而，在平面外方向上移动挠曲部所需的力随加强部分的几何形状增加。此外，通过改变沿与MEMS结构的运动平面正交的加强部分的块状物，可在不需添加实质上额外块状物的情况下将强度和硬度添加至加强部分。 [0029] 可实施本发明中所描述的主题的特定实施方案以实现以下可能优点中的一或多者。本文中描述的装置、系统和方法可通过减少可使MEMS结构发生故障的振动、平移、旋转或扭转来减少MEMS结构的平面外运动。本文中描述的系统和方法允许设计基于快门的显示器制造工艺内的挠曲部以控制连接至MEMS结构的挠曲部的一部分的硬度以减少MEMS结构的平面外运动。相比典型的垂直侧壁横梁型面，本文中描述的挠曲部横梁具有提供惰性和扭转常数的大力矩的横截面，从而抑制平面外运动。此外，通过硬化锚附近的挠曲部，防止所述挠曲部由于压力而弯曲。通过减少或消除挠曲部中的弯曲，可更好控制沿致动器的长度的快门弹簧与驱动电极之间的间隙。 [0030] 图1A展示实例直观式基于MEMS的显示设备100的示意图。显示设备100包含配置成行与列的多个光调制器102a到102d(通常为光调制器102)。在显示设备100中，光调制器102a和102d处于打开状态，从而允许光通过。光调制器102b和102c处于闭合状态，从而阻挡光通过。如果由一或多个灯105照射，那么通过选择性设定光调制器102a到102d的状态，显示设备100可用以形成用于背光显示的图像104。在另一实施方案中，设备100可通过源自设备之前面的环境光的反射而形成图像。在另一实施方案中，设备100可通过反射来自放置在显示器前方的一或多个灯(即，通过使用前照灯)的光来形成图像。 [0031] 在一些实施方案中，各光调制器102对应于图像104中的像素106。在一些其它实施方案中，显示设备100可利用多个光调制器以在图像104中形成像素106。举例来说，显示设备100可包含三个色彩特定光调制器102。通过选择性地打开对应于特定像素106的色彩特定光调制器102的一或多者，显示设备100可在图像104中产生彩色像素106。在另一实例中，显示设备100包含按每像素106两个或两个以上的光调制器102以在图像104中提供亮度等级。关于图像，像素对应于通过图像的分辨率定义的最小图像元。关于显示设备100的结构组件，术语像素指用于调制形成图像的单一像素的光的组合式机械及电组件。 [0032] 显示设备100为直观式显示器，这是因为所述显示设备可不包含通常可见于投影应用中的成像光学装置。在投影显示器中，形成于显示设备的表面上的图像被投影到屏幕上或投影到墙壁上。显示设备实质上小于所投影的图像。在直观式显示器中，可藉由直接查看显示设备而看到图像，所述显示设备含有光调变器及视情况含有用于增强在显示器上所见的亮度及/或对比度的背光或正面光。 [0033] 直观式显示器可以透射或反射模式来操作。在透射式显示器中，光调制器过滤或选择性地阻挡源自定位在显示器后方的灯的光。来自灯的光任选地注入到光导或背光中，使得每一像素可受到均匀照射。透射直观式显示器常常构建在透明衬底上以促成其中含有光调制器的一个衬底直接放置在背光上方的夹层组合件布置。在一些实施方案中，透明衬底可为玻璃衬底(有时被称作玻璃板或面板)或塑料衬底。玻璃衬底可为或包含(例如)硼硅酸盐玻璃、酒杯玻璃、熔融矽石、碱石灰玻璃、石英、人造石英、派热克斯玻璃(Pyrex)或其它合适的玻璃材料。 [0034] 每一光调变器102可包含快门108和光圈109。为照明图像104中的像素106，快门108经定位使得其允许光通过光圈109。为保持像素106不被照亮，快门108经定位使得其阻碍光穿过光圈109而通过。光圈109由一通过每一光调变器102中的反射或光吸收材料图案化的开口定义。 [0035] 显示设备还包含耦接到衬底及光调制器以用于控制快门的移动的控制矩阵。控制矩阵包含一系列电互连件(例如，互连件110、112及114)，包含按每列像素至少一个写入启用互连件110(还称为扫描线互连件)、针对各列像素的一个数据互连件112及提供共同电压给所有像素或至少提供给来自显示设备100中的多列及多行的像素的一个共同互连件114。响应于施加适当电压(写入启用电压，VWE)，一行给定像素的写入启用互连件110准备所述行中的像素以接受新的快门移动指令。数据互连件112以数据电压脉冲的形式传送新的移动指令。在一些实施方案中，施加到数据互连件112的数据电压脉冲直接促进快门的静电移动。在一些其它实施方案中，数据电压脉冲控制如晶体管或其它非线性电路元件的开关，所述开关控制单独驱动电压至光调变器102的施加，单独驱动电压在量值上通常高于数据电压。这些驱动电压的施加导致快门108的静电驱动移动。 [0036] 控制矩阵还可包含(但不限于)电路，如与每一快门组合件相关联的晶体管及电容器。在一些实施方案中，每一晶体管的闸极可电性连接至扫描线互连件。在一些实施方案中，每一晶体管的源极可电性连接至对应数据互连件。在一些实施方案中，每一晶体管的汲极可并联电连接至对应电容器的电极及对应致动器的电极。在一些实施方案中，与每一快门组合件相关联的电容器和致动器的另一电极可连接至共同或接地电位。在一些其它实施方案中，晶体管可替换为半导体二极管或金属-绝缘体-金属切换元件。 [0037] 图1B展示实例主机装置120(即蜂窝电话、智能手机、PDA、MP3播放器、平板电脑、电子阅读器、上网本、笔记本计算机、手表、可穿戴式装置、膝上型计算机、电视，或其它电子装置)的方块图。主机装置120包含显示设备128(如图1A中所示的显示设备100)、主机处理器122、环境传感器124、用户输入模块126及电源。 [0038] 显示设备128包含多个扫描驱动器130(也被称作写入启用电压源)、多个数据驱动器132(也被称作数据电压源)、控制器134、共同驱动器138、灯140至146、灯驱动器148及显示元件150(如图1A中所展示的光调变器102)的阵列。扫描驱动器130将写入启用电压施加到扫描线互连件131。数据驱动器132将数据电压施加到数据互连件133。 [0039] 在显示设备的一些实施方案中，数据驱动器132能够将模拟数据电压提供至显示元件150的阵列，尤其在图像的亮度等级将以模拟方式导出的情况下。在模拟操作中，显示元件经设计，使得当通过数据互连件133施加一系列中间电压时，在所得图像中产生一系列中间照明状态或亮度等级。在一些其它实施方案中，数据驱动器132能够仅仅施加数字电压等级的减少的设定(如2、3或4)至数据互连件133。在实施方案中，其中显示元件为基于快门的光调变器(如图1A中所示的光调变器102)，这些电压等级经设计来以数字方式设定快门108中的每一打开状态、关闭状态或其它离散状态。在一些实施方案中，驱动器能够在模拟与数字模式之间转换。 [0040] 扫描驱动器130及数据驱动器132连接至数字控制器电路134(还被称作控制器134)。控制器134以主要串列方式将顺序组织的数据(在一些实施方案中，其可经预定、根据行和根据图像帧进行分组)发送到数据驱动器132。数据驱动器132可包含串列至并列数据转换器、等级偏移及(用于一些应用)数字至模拟电压转换器。 [0041] 显示设备任选地包含一组共同驱动器138，也被称作共同电压源。在一些实施方案中，共同驱动器138(例如)通过供应电压给一系列共同互连件139而提供DC共同电位给显示元件150的阵列内的全部显示元件。在一些其它实施方案中，共同驱动器138遵循来自控制器134的命令发出电压脉冲或信号(例如，能够驱动和/或起始阵列的多行及列中的全部显示元件的同时致动的全域致动脉冲)到显示元件150的阵列。 [0042] 通过控制器134使用于不同显示功能的每个驱动器(例如，扫描驱动器130、数据驱动器132及共同驱动器138)在时间上同步。来自控制器134的时序命令经由灯驱动器148、显示元件150的阵列内的特定行的写入启用及定序、来自数据驱动器132的电压输出及提供显示元件致动的电压输出而协调红色、绿色、蓝色及白色灯(分别为140、142、144及146)的照明。在一些实施方案中，灯为发光二极管(LED)。 [0043] 控制器134确定可供将显示元件中的每一者重设到适于新图像104的照射等级的定序或寻址方案。可以周期性间隔来设置新图像104。举例来说，对于视频显示器，以从10到300赫兹(Hz)的频率范围来刷新视频的彩色图像或帧。在一些实施方案中，至显示元件150的阵列的图像帧的设定与灯140、142、144及146的照射同步，使得替代图像框通过交替的一系列颜色(如红色、绿色、蓝色及白色)照射。用于每一对应颜色的图像帧被称作彩色子帧。 在被称作场序彩色方法的此方法中，如果彩色子帧以超过20Hz的频率交替，那么人类视觉系统(HVS)将所述交替的帧图像平均成对具有广泛且连续色彩范围的图像的感知。在一些其它实施中，灯可采用除红色、绿色、蓝色及白色以外的原色。在一些实施方案中，小于四个或大于四个具有原色的灯可用于显示设备128中。 [0044] 在一些实施方案中，在显示设备128经设计用于在打开状态与闭合状态之间进行快门(如图1A中所展示的快门108)的数字切换的情况下，控制器134通过时分灰度的方法形成图像。在一些其它实施方案中，显示设备128可通过每像素使用多个显示元件来提供灰度。 [0045] 在一些实施方案中，图像状态的数据由控制器134通过连续寻址个别行(也被称作扫描线)而加载至显示元件150的阵列。对于序列中的每一行或扫描线，扫描驱动器130将写入启用电压施加至用于显示元件150的阵列的所述行的写入启用互连件131，且随后数据驱动器132为阵列的选定行中的每一列供应对应于所需快门状态的数据电压。此寻址程序可重复直至显示元件150的阵列中的所有行的数据都已加载为止。在一些实施方案中，用于数据加载的选定行的序列为线性的，在显示元件150的阵列中自顶部进行至底部。在一些其它实施方案中，选定行的序列为伪随机的，以便减轻可能的视觉假影。且在一些其它实施方案中，按块组织定序，其中对于一块，仅用于图像的某一部分的数据被加载至显示元件150的阵列。举例来说，序列可经实施以按顺序仅寻址显示元件150的阵列的每第五行。 [0046] 在一些实施方案中，用于将图像数据加载至显示元件150的阵列的寻址程序与致动显示元件的程序在时间上分开。在这些实施方案中，显示元件150的阵列可包含用于每一显示元件的数据存储器元件，且控制矩阵可包含用于携载来自共同驱动器138的触发信号以根据存储在存储器元件中的数据起始显示元件的同时致动的全局致动互连件。 [0047] 在一些实施方案中，显示元件150的阵列及控制显示元件的控制矩阵可按除矩形行及列以外的配置来布置。举例来说，可按六边形阵列或曲线行及列来布置显示元件。 [0048] 主机处理器122大体上控制主机装置120的操作。举例来说，主机处理器122可为用于便携式电子装置的通用或专用处理器。关于包含于主机装置120内的显示设备128，主机处理器122输出图像数据以及关于主机装置120的额外数据。此信息可包含来自环境传感器124的数据(如环境光或温度)；关于主机装置120的信息(包含(例如)主机的操作模式或主机装置的电源中剩余的电力量)；关于图像数据的内容的信息；关于图像数据的类型的信息；及/或用于显示设备128以用于选择成像模式的指令。 [0049] 在一些实施方案中，用户输入模块126允许实现直接或通过主机处理器122传送用户个人偏好至控制器134。在一些实施方案中，用户输入模块126由软件控制，在所述软件中用户输入个人偏好(例如，色彩、对比度、功率、亮度、内容及其它显示设定及参数偏好)。在一些其它实施方案中，用户输入模块126由用户输入个人偏好的硬件来控制。在一些实施方案中，用户可通过语音命令、一或多个按钮、开关或拨号盘或利用触控能力输入这些偏好。到控制器134的多个数据输入引导控制器将数据提供到对应于最优成像特性的各种驱动器 130、132、138和148。 [0050] 环境传感器模块124还可作为主机装置120的部分来包含。环境传感器模块124可能能够接收关于周围环境的数据(如温度及或环境照明条件)。可对传感器模块124进行编程(例如)以区分装置是在室内或办公室环境中还是在明亮白天中的室外环境中还是在夜间室外环境中操作。传感器模块124将此信息传送到显示控制器134，使得控制器134可响应于周围环境而优化观看条件。 [0051] 图2A和2B展示实例双致动器快门组合件200的视图。如图2A中所描绘，双致动器快门组合件200处于打开状态。图2B展示处于闭合状态下的双致动器快门组合件200。快门组合件200包含在快门206的任一侧上的致动器202及204。每一致动器202及204经独立地控制。第一致动器(快门打开致动器202)用以打开快门206。第二对置致动器(快门闭合致动器204)用以闭合快门206。致动器202及204中的每一者可实施为柔性梁电极致动器。致动器 202及204通过实质上在平行于快门悬挂于其上的光圈层207的平面中驱动快门206来打开及闭合快门206。通过附接于致动器202及204的锚208将快门206悬挂于光圈层207上方的一短距离。使致动器202及204沿快门的移动轴线附接于快门206的相对末端减少了快门206的平面外运动，且将运动实质上限制至平行于衬底(未描述)的平面。 [0052] 在所描绘的实施方案中，快门206包含光可穿过的两个快门光圈212。光圈层207包含一组三个光圈209。在图2A中，快门组合件200处于打开状态，因而，快门打开致动器202已致动，快门闭合致动器204在其松弛位置中，且快门光圈212的中心线与光圈层光圈209中的两个的中心线一致。在图2B中，快门组合件200已移动至闭合状态，且因而快门打开致动器202在其松弛位置中，快门闭合致动器204已致动，且快门206的光阻挡部分现在在位置中以阻挡贯穿光圈209(描绘为点线)的光的透射。 [0053] 每一光圈具有围绕其外围的至少一个边缘。举例来说，矩形光圈209具有四个边缘。在圆形、椭圆形、卵形或其它曲线形光圈形成于光圈层207中的一些实施方案中，每一光圈可具有仅单个边缘。在一些其它实施方案中，光圈不需要分开或在数学意义上不相交，而实际上可经连接。也就是说，虽然光圈的数个部分或经塑形区段可维持与每一快门的对应性，但可连接这些区段中的若干者以使得光圈的单个连续周长由多个快门共享。 [0054] 为了使得具有多种出口角的光穿过处于打开状态的孔隙212及209，快门光圈212的宽度或大小可经设计大于光圈层207中的光圈209的对应宽度或大小。为了有效阻挡处于闭合状态中的光逸出，快门206的光阻挡部分可经设计以重叠光圈209的边缘。图2B展示重叠216，在一些实施方案中可经预定义，在快门206中的光阻挡部分的边缘与形成于光圈层207中的光圈209的一个边缘之间。 [0055] 静电致动器202及204经设计使得其电压位移行为对快门组合件200提供双稳态特性。对于快门打开及快门闭合致动器中的每一者，存在低于致动电压的一系列电压，其若在所述致动器处于闭合状态(其中快门打开或闭合)时施加，则将保持致动器关闭及快门在适当位置，甚至在将驱动电压施加至对置致动器后。与此反作用力相抵维持快门的位置所需的最小电压被称作维持电压Vm。 [0056] 基于快门的显示器挠曲部制造工艺采用侧壁沉积来形成构成挠曲部的一或多个横梁。图3展示基于快门的显示器挠曲部300。挠曲部300包含具有长度314和宽度310的横梁302。挠曲部300还包含耦接至横梁302且具有长度316和宽度312的横梁304。横梁302连接至连接点308处的块状物(例如至MEMS结构)，且整个挠曲部耦接至锚306。挠曲部300设计成沿y方向为柔性的，因而在y方向上产生平面内运动320。由于基于快门的显示器侧壁横梁制造工艺不允许控制横梁宽度，因而每一横梁的宽度310和312相同且由制造工艺固定。因此，在挠曲部300中，挠曲部300的设计厚度312受制造工艺约束且不能更厚以增加硬度减少平面外运动(例如，在x方向和z方向上)。 [0057] 图4展示具有两个铰链部分的实例基于快门的显示器挠曲部400的平面视图。由于展示基于快门的显示器挠曲部400具有两个铰链部分，在一些实施方案中，基于快门的显示器挠曲部可具有多于或少于两个铰链部分。铰链部分402包含加强部分404。如关于图2A和2B中描绘的光调制器200所述，基于快门的显示器挠曲部400为可用作挠曲部202或电极挠曲部204的挠曲部。基于快门的显示器挠曲部400经展示具有五个连接的横梁412、414、418、 420和422，但可使用更多或更少横梁来形成挠曲部。基于快门的显示器挠曲部400包含在第一方向(如x方向)上延伸的第一横梁412和实质上平行于第一横梁412且在第一方向上延伸的第二横梁418。还展示基于快门的显示器挠曲部400具有两个铰链部分402和424，但可使用更多或更少铰链部分来形成挠曲部。铰链部分402包含在第二方向(如y方向)上延伸、横向于横梁412和418且耦接横梁412和418的铰链横梁414。横梁412可耦接至连接点408处的块状物(如MEMS结构)。整个挠曲部400可耦接至锚406且因此锚定于衬底。 [0058] 在基于快门的显示器挠曲部400中，挠曲部300的横梁304(如图3所描绘)替换为具有替代几何横截面的铰链段402。替代的几何横截面可包含以多个次序的更复杂的多段横截面。举例来说，图4说明具有铰链402的挠曲部400，其具有包含加强部分404和耦接至加强部分404的四段部分416的五个段。在一些实施方案中，铰链部分402可具有多于或少于五个段。由五段铰链部分402产生的更高扭转常数可导致z方向上运动的更强烈抑制，同时仍允许y方向上MEMS结构的平面内运动410。铰链部分402的五段还可防止平面外运动中挠曲部的扭转和平移。通过使用额外片段替换如图3中描绘的挠曲部300的横梁304，可增加关于y轴的惰性力矩。由多段铰链部分402产生的关于y轴的增加的惰性力矩可抑制可能导致平面外MEMS结构移动的转动。 [0059] 挠曲部400的五段铰链部分402包含耦接至铰链横梁414的加强部分404。如图4所示，加强部分404耦接至大约在铰链横梁414的中心的铰链横梁414，然而在一些实施方案中，耦接至铰链横梁414的加强部分404的位置为可变的。加强部分404可包含在实质上平行于xy平面的平面上延伸且机械地将第一铰链横梁414耦接至挠曲部中的至少一个其它横梁(如横梁416)的二维表面。加强部分404的横截面的几何形状为可变的。举例来说，加强部分404可在z方向上凹进(例如，进入内存页)，或替代地可为在z方向上凸起(例如，离开内存页)的凸起部分，或可为两者的组合。此外，加强部分404的块状物可在z方向上变化。通过改变加强部分404的几何形状和块状物，可增强挠曲部400的平面外硬度。图5展示包含挠曲部 500的加强部分的横截面550和555的实例基于快门的显示器挠曲部500的说明性模型。基于快门的显示器挠曲部500为可用作图4的挠曲部400的挠曲部的实例。挠曲部500包含铰链部分502和510。当展示两个铰链部分时，基于快门的显示器挠曲部500可包含更多或更少铰链部分。铰链部分502包含加强部分504。铰链部分510包含加强部分512。当每一铰链部分502和510包含一个加强部分时，铰链部分502和510可包含一个以上加强部分，或在一些实施方案中不包含加强部分。在一些实施方案中，加强部分的形状可不同于加强部分504和512。举例来说，图10展示加强部分的不同形状的各种实例。 [0060] 加强部分504和512中的块状物通过z方向变化且可在不显著将块状物增加至挠曲部的情况下产生高硬度以减少平面外运动(如在z方向上)。加强部分504的几何形状可在z方向上变化。如横截面550和555中展示，包含加强部分506和508的基于快门的显示器挠曲部500在衬底514上方悬置。在一些实施方案中，加强部分504在z方向上凹进(即，进入内存页)。沿线506观测加强部分504的横截面555展示加强部分504朝向衬底514凹进。加强部分512还可在z方向上凸起(即，离开内存页)。沿线508观测横截面550展示加强部分512远离衬底514凸起。铰链部分502和510还可提供平面外方向上的更多硬度，同时仍使用基于快门的显示器制造工艺来制造。 [0061] 图6展示实例MEMS显示设备600的透视图。显示设备600包含图2B中描绘的类型的MEMS快门614。图6的显示设备600可用作图1A中描绘的光调制器组合件102A至102D。MEMS快门614耦接至挠曲部602和604。挠曲部602和604分别包含铰链部分610和612。挠曲部602和604可为与关于图4和5描述的相同类型的挠曲部。 [0062] 类似于图2A和2B的光调制器组合件200，挠曲部602和604分别与电极606和616相对。挠曲部602和604为柔性的且当MEMS快门614在其运动平面608中移动时移动。电极606和616固定在一个末端处，其相对端自由朝向挠曲部602和604移动。因而，电极606和616自由朝向快门移动且当应用电位差时闭合间隙。这种情况可增加致动力且允许MEMS快门614的更低电压操作。为了移动MEMS快门614，电位差应用于电极606和616中的至少一个与对应挠曲部602和604之间以在所希望的方向上移动快门。举例来说，如果在电极606与挠曲部602之间应用电位差，以使得挠曲部602附着到电极606，那么挠曲部602将“弯曲”至电极606中且向上“快速移动”，由此在y方向上平移MEMS快门614。由于挠曲部602向上移动至电极606，挠曲部604远离电极616弯曲。由于挠曲部602和604为导电的，在挠曲部602和604与电极606和616之间产生电容。电容可保持电荷以产生静电力且将快门614固定在位。在所述实施方案中，控制器(如图1B中描绘的控制器156)可控制每个电极挠曲部组合的操作以沿运动平面608移动快门614且阻挡光或允许光通过光圈，如关于图1A、2A和2B所描述。 [0063] 由于铰链部分610和612的硬度，可减少快门614的平面外运动，同时对运动平面608中的快门614的移动具有最少影响。铰链部分610和612可包含加强部分，如关于图4和5所描述。挠曲部602和604可由任何合适材料制得，如挠曲部602和604可由金属(如Al、Ti、Cr、Mo、Ni)或半导体(如Si、Ge GaAs)或多种材料的堆叠制得。在一些实施方案中，一或多个电介质(如Al2O3、SiO2 Si3N4)可涂覆挠曲部材料。电极606和616可由任何合适材料制得，且(例如)可由半导体材料(如非晶硅(a-Si)或外延硅)制得。电极606和616还可由金属(如Al、Ti、Cr、Mo、Ni)或半导体(如Si、Ge GaAs)或多种材料的堆叠制得。在一些实施方案中，一或多个电介质(如Al2O3、SiO2 Si3N4)可涂覆电极材料。 [0064] 图7展示实例MEMS显示设备700的另一透视图。显示设备700包含图2B中描绘的类型的MEMS快门716。显示设备700可用作图1A中描绘的光调制器组合件102A至102D。MEMS快门716包含光圈718且耦接至挠曲部710和712。挠曲部710在连接横梁706与横梁726之间耦接，且挠曲部712耦接至连接横梁708。连接横梁706耦接至可连接至衬底的锚702。连接横梁708耦接至可耦接至衬底的锚704。显示设备700中的每一挠曲部包含铰链部分。在一些实施方案中，一或多个挠曲部可包含一个以上铰链部分或不包含铰链部分。挠曲部710包含铰链部分714。铰链部分714包含耦接至MEMS快门716的加强部分724。横截面750展示沿横截面线 720的加强部分724的复合横截面。横截面750展示加强部分的几何形状在z方向上变化。除了改变挠曲部的铰链部分的几何形状，还可改变连杆706和708的横截面。举例来说，横截面 755展示沿横截面线722的连杆708的横截面。如横截面755中所示，还在z方向上改变连杆 708的几何形状。虽然在横截面750和755中展示特定几何横截面，但所属领域的技术人员将容易理解任何合适的几何横截面形状可用作挠曲部及MEMS显示设备700的连杆。连接横梁 706和708的可变几何横截面以及挠曲部710和712的可变几何横截面可增加挠曲部的硬度，且连杆可减少MEMS快门716的平面外运动。 [0065] 图8和9展示具有复合横截面的实例横梁的说明性模型。图8和9说明可用于增加挠曲部的硬度的许多类型复合横截面中的一个的实例。图8说明包含加强部分826的挠曲部横梁824。横截面830展示沿横截面线828的加强部分826的横截面。加强部分826为包含在z方向上凸起的几何形状的五段部分。如图8所示，加强部分826将第一横梁846机械地耦接至挠曲部824中的第二横梁848。并且，加强部分826在结构上独立于锚或MEMS快门。在一些实施方案中，加强部分可包含多于或少于五个片段。举例来说，图9说明耦接至挠曲部横梁932且具有三个片段938、940和942的加强部分934。图8和9的加强部分826和934分别可用作铰链部分或挠曲部的一部分或用作连杆的一部分，如关于图7所描述。 [0066] 图10A至10D展示可用于基于快门的显示器的挠曲部中的实例横截面的说明性模型。图10A至10D中说明的横截面可用于图6和7的光调制器组合件600和700中。图10A展示包含加强部分1062的具有六个片段1002至1012的挠曲部。图10B展示包含加强部分1063的具有七个片段1014至1026的挠曲部。图10C展示包含加强部分1064的具有八个片段1028至1042的挠曲部。图10D展示包含加强部分1068的具有九个片段1044至1060的挠曲部。在一些实施方案中，挠曲部可包含多于九个片段或少于六个片段。可通过不同方向上所需的硬底来指定横截面的特定实施的选择。图11A和11B展示包含多个显示元件的实例显示装置1140的系统框图。显示装置1140可为(例如)智能手机、蜂窝式或移动电话。然而，显示装置1140的相同组件或其略微变化还说明不同类型的显示装置(如电视、计算机、平板电脑、电子阅读器、手持式装置和便携式媒体装置)。 [0067] 显示装置1140包含外壳1141、显示器1130、天线1143、扬声器1145、输入装置48及麦克风1146。外壳1141可由多种制造方法中的任一者形成，包含注射模制及真空成形。另外，外壳1141可由多种材料中的任一者制成，所述材料包含但不限于：塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷，或其组合。外壳1141可包含可移除部分(未展示)，所述可移除部分可与不同色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可移除部分互换。 [0068] 如本文中所描述，显示器1130可为包含双稳态或模拟显示器的多种显示器中的任一者。显示器1130还可能够包含平板显示器，例如等离子体、电致发光(EL)显示器、OLED、超扭曲向列(STN)显示器、LCD或薄膜晶体管(TFT)LCD，或非平板显示器，例如阴极射线管(CRT)或其它管装置。另外，如本文所描述，显示器1130可包含基于机械光调制器的显示器。 [0069] 图11B中示意性地图示出显示装置1140的组件。显示装置1140包含外壳1141，且可包含至少部分地封闭在其中的额外组件。例如，显示装置1140包含网络接口1127，其包含可以耦合到收发器1147的天线1143。网络接口1127可为用于可在显示装置1140上显示的图像数据的源。因此，网络接口1127为图像源模块的一个实例，但处理器1121及输入装置1148也可充当图像源模块。收发器1147连接至处理器1121，其连接至调节硬件1152。调节硬件1152可经配置以调节信号(例如过滤或以其它方式操控信号)。调节硬件1152可连接至扬声器1145及麦克风1146。处理器1121还可连接至输入装置1148及驱动器控制器1129。驱动器控制器1129可耦合至帧缓冲器1128及至阵列驱动器1122，所述阵列驱动器又可耦合至显示器阵列1130。显示装置1140中的一或多个元件(包含图11A中未具体描绘的元件)可能够充当存储器装置且能够与处理器1121通信。在一些实施方案中，电力供应器1150可提供电力至特定显示装置1140设计中的基本上所有组件。 [0070] 网络接口1127包含天线1143及收发器1147，使得显示装置1140可经由网络与一或多个装置通信。网络接口1127还可具有一些处理能力以减轻(例如)处理器1121的数据处理要求。天线1143可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线1143根据IEEE 16.11标准中的任一者或IEEE 802.11标准中的任一者发射及接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线1143根据 标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线1143可经设计以接收码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM/通用包无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、陆地集群无线电(TETRA)、宽带-CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO修订A、EV-DO修订B、高速包接入(HSPA)、高速下行链路包接入(HSDPA)、高速上行链路包接入(HSUPA)、演进型高速包接入(HSPA+)、长期演进(LTE)、AMPS或用以在无线网络(例如，利用3G、4G或5G技术的系统)内通信的其它已知信号。收发器1147可预处理从天线1143接收的信号，使得接收的信号可被处理器1121接收及进一步操控。收发器1147还可处理从处理器1121接收的信号，使得可经由天线1143从显示装置1140发射接收的信号。 [0071] 在一些实施方案中，可用接收器替换收发器1147。此外，在一些实施方案中，网络接口1127可由可存储或产生将发送至处理器1121的图像数据的图像源替换。处理器1121可控制显示装置1140的总体操作。处理器1121接收数据(例如来自网络接口1127或图像源的经压缩图像数据)且将数据处理为原始图像数据或可易于被处理为原始图像数据的格式。处理器1121可将经处理数据发送至驱动器控制器1129或帧缓冲器1128进行存储。原始数据通常指识别图像内的每一位置处的图像特性的信息。举例来说，此类图像特性可包含色彩、饱和度及灰度级。 [0072] 处理器1121可包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置1140的操作。调节硬件1152可包含放大器及滤波器，其用于发射信号至扬声器1145及用于接收来自麦克风1146的信号。调节硬件1152可为显示装置1140内的离散组件或可并入处理器1121或其它组件内。 [0073] 驱动器控制器1129可或直接从处理器1121或从帧缓冲器1128取得由处理器1121产生的原始图像数据，且可适当地将原始图像数据重定格式以高速发射至阵列驱动器1122。在一些实施方案中，驱动器控制器1129可将原始图像数据重定格式为具有类光栅格式的数据流，使得其具有适于跨显示器阵列1130扫描的时序。随后，驱动器控制器1129将经格式化信息发送至阵列驱动器1122。虽然驱动器控制器1129(例如LCD控制器)通常作为独立集成电路(IC)与系统处理器1121相关联，但是此类控制器可以许多方式实施。举例来说，控制器可作为硬件嵌入处理器1121中，作为软件嵌入处理器1121中或完全与阵列驱动器 1122硬件整合。 [0074] 阵列驱动器1122可接收来自驱动器控制器1129的经格式化信息且可将视频数据重定格式为平行的波形组，其每秒许多次地施加至来自显示器的x-y矩阵的显示器元件的数百或有时数千(或更多)引线。在一些实施方案中，阵列驱动器1122及显示器阵列1130为显示模块的一部分。在一些实施方案中，驱动器控制器1129、阵列驱动器1122和显示器阵列1130为显示模块的一部分。 [0075] 在一些实施方案中，驱动器控制器1129、阵列驱动器1122及显示器阵列1130适于本文所描述的显示器的类型中的任一者。举例来说，驱动器控制器1129可为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如光机械调制器显示器元件控制器)。此外，阵列驱动器1122可为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，机械光调制器显示器元件控制器)。此外，显示器阵列1130可为常规显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包含机械光调制器显示器元件阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器1129可与阵列驱动器1122整合。此实施方案可用于高度整合的系统，例如，移动电话、便携式电子装置、手表或小面积显示器。 [0076] 在一些实施方案中，输入装置1148可经配置以允许(例如)用户控制显示装置40的操作。输入装置1148可包含小键盘(例如QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、游戏杆、触敏屏幕、与显示器阵列1130整合的触敏屏幕、或压敏或热敏薄膜。麦克风1146可经组态作为用于显示装置1140的输入装置。在一些实施方案中，经由麦克风1146的话音命令可用于控制显示装置1140的操作。此外，在一些实施方案中，话音命令可用于控制显示器参数及设置。 [0077] 电力供应器1150可包含多种储能装置。举例来说，电力供应器1150可为可再充电电池，例如，镍镉电池或锂离子电池。在使用可再充电电池的实施方案中，可再充电电池可使用来自(例如)壁式插座或光伏装置或阵列的电力来充电。替代地，可再充电电池可无线地来充电。电力供应器1150还可为可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池或太阳能电池漆。电力供应器50还可经配置以从壁式插座接收电力。 [0078] 在一些实施方案中，控制可程序化能力驻留在驱动器控制器1129中，其可定位在电子显示器系统中的若干位置上。在一些其它实施方案中，控制可程序化能力驻留在阵列驱动器1122中。上述优化可实施为任何数目的硬件及/或软件组件及不同配置。 [0079] 如本文所使用，指一列项目“中的至少一者”的短语是指那些项目的任何组合，包含单一成员。作为实例，“a、b或c中的至少一者”意在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。 [0080] 结合本文中揭示的实施方案所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法过程可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的互换性已大体在功能性方面加以描述，且在上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路及过程中加以说明。此类功能性是以硬件来实施还是以软件来实施取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。 [0081] 结合本文中所揭示的方面描述的用以实施各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备可通过以下各者来实施或执行：通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器，或任何其它此类配置。在一些实施方案中，特定过程及方法可由特定针对给定功能的电路系统执行。 [0082] 在一或多个方面中，可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含本说明书中所揭示的结构及其结构等效物)或以其任何组合来实施所描述功能。本说明书中所描述的标的物的实施方案还可实施为在计算机存储媒体上编码用于由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一或多个计算机程序，即，计算机程序指令的一或多个模块。 [0083] 对于所属领域的技术人员而言本发明中所描述的实施方案的各种修改可以是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文中所定义的一般原理可适用于其它实施方案。因此，权力要求书并不希望限于本文中所展示的实施方案，而应符合与本发明、本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最广泛范围。 [0084] 另外，所属领域的技术人员将易于了解，有时为了易于描述各图而使用术语“上部”及“下部”，且所述术语指示对应于在经适当定向的页面上的图的定向的相对位置，且可能并不反映如所实施的任何装置的适当定向。 [0085] 在本说明书中在单独实施方案的上下文中描述的某些特征还可在单个实施方案中组合地实施。相反地，在单个实施方案的上下文中描述的各种特征还可分别在多个实施方案中实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管上文可能将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此主张，但在一些情况下，可将来自所主张的组合的一或多个特征从组合中删除，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。 [0086] 类似地，虽然在图式中按特定次序描绘操作，但此情形不应被理解为要求按所示的特定次序或按顺序次序执行此类操作，或执行所有所说明的操作，以实现所要结果。另外，图式可能以流程图形式示意性地描绘一个以上实例工艺。然而，可将未描绘的其它操作并入于示意性说明的实例过程中。举例来说，可在所说明的操作之前、之后、同时地或之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多重任务处理及并行处理可为有利的。此外，上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分离不应被理解为在所有实施方案中要求此类分离，且应理解，所描述的程序组件及系统一般可一起集成在单个软件产品中或封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案是在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序来执行且仍实现所要结果。 |
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