平板视频显示器(flat-panel video)是很多消费品、工业及军 事产品和装置上非常普遍使用的部件。膝上型电脑、汽车仪表盘、 微波炉以及很多其他机器和装置上都装有平板视频显示器，以便通 过其进行操作。
有源矩阵液晶显示器占据高质量中分辨率平面显示器的市场主 流。但是这种显示器相对较昂贵，且相对于大量以电池供电的装置 所能提供的电量而言，其工作时耗电较大。
对于在从移动式GPS接收机到掌上电脑再到玩具等更多的产品 上设置视频显示器的需求，产生了对于价格便宜、能够提供高质量 图像并且耗电低的平板显示器的强大需求，其市场不断增长。
为适应这种需求，基于采用MEMS技术的硅加工新型平板显示器 已经开发出来。MEMS技术可在适当的硅及其他基材上形成只有几个 微米尺寸的超微结构，因而这项技术可用来在硅上制造具有“像素” 尺寸、可对光进行处理的元件。这种元件的阵列可用来形成价格不 贵、低能耗且能够显示高质量图像的平板显示器。
大多数采用硅处理技术制造的平板显示器一般都属于两种类型 之一。第一种类型的平板显示器具有像素，每个像素都包括一个在 硅质基材上形成的液晶胞。像素被如环境光或来自某一适当光源的 光照亮。每个像素中液晶对光的透射比决定了该像素的亮度。液晶 的透射比(transmittance)由像素中电极上的电压所控制。通过控制 显示器中每个像素电极上的电压，就可以在显示器上形成具有不同 亮度的像素图案，从而产生图像。通过上述类型的显示器生成的图 像一般有亮度低、对比度低的缺陷。
第二种类型的一种平板显示器在后文中被称为“微机械显示器 (micro-mechanical)”，其每个像素中都包含至少一个在一个硅质基 材上经微机械加工而成的可移动结构。通过控制像素所反射或衍射 的光线，该至少一个可移动结构在各像素中的位置决定该像素的亮 度。一般而言，通过在电极上施加适当电压，在像素中的电极与该 至少一个可移动元件间产生的静电力可控制该至少一个可移动元件 的位置。该电压通常相对较高，并且移动该至少一个可移动元件需 要消耗相对较多的能量。通常，在这种类型的显示器中，亮度和图 像的对比度取决于视角，视角为与显示平面正交线间的角度，视角 越大，亮度和对比度越低。某些此种类型的显示器还要求有内部光 源，该光源在工作时消耗相对大量的电量。
在D.M.B1oom等人的5,841,579号美国专利中说明了一种微机 械显示器(miro-mechanical display)，该显示器的像素中的至少一 个该可移动结构中包含大量平行挠性反射带，该部分专利内容以引 用方式包括在本文中。显示器像素中的挠性带一般与形成像素基材 的平面平行，像素位于基材平面上方较小距离处。上述反射带可以 由在像素中的电极上施加电压而产生的静电力控制而压向基材。
为在显示器上生成图像，使用某一适当光源的光照亮显示器中 的像素，使光线以与显示器平面间的一给定的角度入射在像素上。 当大量挠性带的间隔(alternate)挠性带被压下时，像素中的大量挠 性带就会形成衍射光栅，将部分入射光以一角度衍射，从而使像素 对显示器用户而言显得明亮。如果间隔挠性带没有被压下，则像素 中的大量挠性带以另一不同的角度反射入射光，从而使从像素中反 射出的光线不会到达用户的眼睛，从而使像素显得暗淡。由明亮和 暗淡像素组成的适当图案就在显示器上形成图像。本专利说明了使 用上述类型的像素制造显示彩色图像的显示器的方法。
在S.C.Arney等人的5,636,052号美国专利中说明了另外一种 类型的微机械显示器，该部分内容以引用方式包括在本文中。在这 种平板显示器中，像素中的至少一个可移动元件是一种薄膜。该薄 膜受挠性支撑，从而与基材平行，两者之间有一个小的空气间隙。 入射到像素上的光线被基材和薄膜反射，空气间隙的厚度决定从薄 膜反射的光线和从基材反射的光线是相长干涉还是相消干涉，从而 相应地使像素显得明亮还是暗淡。像素中的一个可寻址电极，其在 加电时将把薄膜吸向基材，因而能够控制空气间隙的厚度，从而控 制像素的明亮或暗淡。如果要移动薄膜，则必须在上述可寻址电极 上施加相对较高的数十伏的电压。
应注意，一般而言，采用MEMS技术制造的显示器的总尺寸非常 小，一般需使用辅助光学装置(如光学投影装置或光学放大装置) 来观看显示器。
以上在“相关专利申请”一节中所列的出版物说明了一种采用 MEMS技术制造的平板显示器，其中，通过施加电场，使一块平板从 可以看到该平板一侧的第一位置翻转到可看到该平板另一侧的第二 位置。本发明说明一种具有与上述出版物所述系统基本类似但具有 改进性能的系统。
发明概述
本发明的某些具体实施方式的一个方面是关于具有非常小的显 示元件的机电显示器(electromechanical displays)。
在本发明的一个具体实施方式中，显示器包含众多像素，每个 像素都包含一块可机械翻转的平板，从而可以选择观看具有不同颜 色或色调的两个相对的表面。在本发明的一个具体实施方式中，该 平板绕一条圆形(但并不一定必须是圆形)轴的轴线旋转。在本发 明的一个具体实施方式中，该轴是一条水平轴。平板也可以从其基 本平行于显示器观察面(或与其成锐角)的一个位置翻转到另一个 其基本平行于观察面(或与其成锐角)的位置。在这两个位置可以 看到平板的两个相对面。本文中的“圆形”一词指基本呈圆形的柱 体或边缘，包括大体呈圆形，也包括大体成椭圆形及全部或部分六 边形、五边形、八边形，或者有更多边的形状，此外，其还包括轮 廓大体呈圆形的多层阶梯形状。
本发明的某些具体实施方式的一个方面是关于使一个物体绕一 条轴旋转的方法，该轴基本平行于该物体所固定于其上的基材的表 面。在本发明的一个具体实施方式中，该物体有一条轴，该轴绕一 条轴线旋转。该轴可以是圆轴，也可以是方轴。该轴线与基材表面 基本平行。视需要，该轴也可以沿至少一个基本与基材表面平行的 滚动表面滚动。在本发明的一个具体实施方式中，该物体、该轴及 该旋转表面都采用MEMS技术制造。
本发明的某些具体实施方式的一个方面涉及到使用MEMS技术 制造其轴与一基材表面平行的圆型物体，此类物体可以沿例如与表 面平行的方向滚动。在本发明的一个具体实施方式中，制造了一个 横截面基本成方形的柱体，有选择地去除该方形横截面的各角上的 材料，即可形成一条圆轴。在本发明的一个具体实施方式中，使用 了局部掩膜去除及蚀刻的连续步骤。视需要，该掩膜可以包含一层 由第一种材料形成的外层以及由第二种材料形成的内层，除了在各 角(以及在柱体面向基材的一侧)基材之外，该外层可以将该内层 覆盖。通过例如选择性蚀刻，内层靠近各角处被逐步去除。对柱体 材料进行蚀刻，以去除各角处以及内层之下较短距离的柱体材料。 重复一次或数次以选择性蚀刻去除部分内层掩膜的过程，直到形成 所需要的圆形成型柱体。一种可以形成的形状大体呈圆形，上面有 “刻痕”或梯层，表示该形成形状的工艺过程具有分层的特性。上 述第一种材料可以是多晶硅，作为替代方案，其也可以是一种金属 或塑料材料。
在本发明的一个具体实施方式中，该圆形柱体作为其所连接的 物体的旋转轴。视需要，也可以制成一块细长表面，使轴沿其表面 滚动。
本发明部分具体实施方式的一个方面是关于在一种微机械显示 器中使平板翻转的方法。在本发明的一个具体实施方式中，一块可 以有不同颜色或表面处理层的平板，被限制为只有两个可以看到其 不同表面的稳定位置。该平板上有一条轴，该平板围绕该轴旋转(尽 管也可能有侧向运动)。轴与平板边缘有一定的间隔，平板主体在轴 的另一侧上有一导电“尾部”。为使平板旋转，对在尾部下面的一个 电极施加电压以吸引该尾部，并且通过杠杆作用使平板绕轴旋转， 从而开始翻转动作。当平板到达垂直位置时(即，与其固定表面垂 直时)，电压被切断，平板继续以惯性旋转，最后完全翻转过来。
根据需要，也可以在表面上方、平板边缘外侧的稳定位置设置 悬浮电极。该悬浮电极具有下列一项或两项功能：(1)将平板从基材 上提起，以在翻转前消除静态阻力，及(2)阻止翻转动作。通过在悬 浮电极上施加电压，吸引平板并将其提起，同时阻止翻转电极翻转 平板而实现上述功能。悬浮电极减弱时，基材电极将使平板翻转。 此外，根据需要，还可以使位于其他稳定位置的悬浮电极带电(或始 终带电，以帮助翻转和/或使平板软着陆)。悬浮电极的一个可选功 能是将平板保持在稳定位置，使其不会自行翻转。
因此，根据本发明的具体实施方式，本发明所述的装置包括下 列各项：
一基材，具有一基材表面；
一最大尺寸小于1毫米的物体；
一条轴，其具有一条轴线，并与该物体主体连接；及
一轴支架，其固定到基材上，并有一支撑面的，其中：
该轴具有一经加工成形的圆形横截面；
该轴与该表面的一个垂面间成非零角；及
该物体能够绕该轴旋转。
在本发明的一个具体实施方式中，当物体旋转时，轴沿轴支撑 表面滚动。
在本发明的一个具体实施方式中，该装置包括至少一个承窝 (socket)，轴在该承窝内旋转。视需要，该承窝也可以覆盖轴支撑 表面，并且轴被保持在支撑表面、边缘限制体及顶部限制体之间。 视需要，侧面限制体之间的距离可以大于轴的直径，并且轴不受侧 支撑表面之的间承窝的限制。
在本发明的一个具体实施方式中，轴由两个轴向分离的部件组 成，物体固定在该两个部件之间的轴上。视需要，该物体也可以沿 与轴的轴线相垂直的方向向轴的两侧延伸。
视需要，物体的最大尺寸可以小于200微米。在某些具体实施 方式中，其尺寸小于90、50、20或10微米。
在本发明的一个具体实施方式中，轴的支撑表面一般与基材表 面平行。在本发明的一个具体实施方式中，轴的轴线基本与基材表 面平行。    
在本发明的一个具体实施方式中，该物体是一个平面物体，其 平面与轴平行。视需要，该平面物体可以从可以看到该物体一侧的 第一位置旋转到能看到其另一侧的第二位置。
此外，还有一种包含本发明所述平面物体的微机械显示装置， 在本发明的一个具体实施方式中，该平面物体在轴线一侧延伸出一 定长度，而在另一侧延伸出较小长度。
在本发明的一个具体实施方式中，显示器包括一可带电区域， 该区域位于在至少部分上述较小长度下的基材上或基材中。视需要， 该平面物体可以在至少部分其长度段上可导电；视需要，该平面物 体可以在其至少部分较小长度段上可导电。
根据本发明的一个具体实施方式，还提供了一种微机械显示装 置，该装置包括：
一个基材；
基材上的众多像素，每个像素包括：
一个平面物体；以及
一条轴，该平面物体可绕该轴旋转。该平面物体能够从可看到 其一侧的第一位置旋转到能看到其另一侧的第二位置；
其中：
该平面物体延伸超出轴的一条轴线，其中向一侧延伸长度较长， 向另一侧延伸长度较短；
该平面物体在至少部分该较短长度段上可导电，其进一步包括：
在至少部分该较短长度段下的基材上或基材中有一块可加电的 表面区域。
视需要，像素中包括至少一个承窝，该承窝至少部分限制轴的 运动。
在本发明的一个具体实施方式中，像素包括一个电压源，该电 压源向上述可带电表面区域提供非零电压，以吸引该较短长度段， 从而使表面区域开始旋转。
在本发明的一个具体实施方式中，像素包括至少一个悬浮电极， 该电极设置在平面物体较长长度段外并且位于平面物体上方的一个 位置上，该悬浮电极可带电。    
在本发明的一个具体实施方式中，显示器包括一个控制器，该 控制器可控制对可带电表面区域以及悬浮电极进行选择性加电，从 而使平面元件从第一位置翻转到第二位置。
视需要，该平面物体靠近轴线处的至少部分较长长度段可以缺 失或不导电。
视需要，平面物体的第一个表面以第一种方法进行表面处理， 其第二个表面以另一种方法进行表面处理。当平面物体处于第一位 置或第二位置时，轴线上较远侧的一块可见区域以与平面物体可见 表面类似的方法进行表面处理。不同的表面处理可以有不同的颜色。
在本发明的一个具体实施方式中，物体由多晶硅构成，视需要， 也可至少部分用其他材料涂层。视需要，轴也可以由多晶硅构成。
作为替代方案或追加方案，物体可以是一种金属，视需要，也 可以至少部分用其他材料涂层。视需要，轴也可以是一种金属。
在本发明的一个具体实施方式中，基材为硅质基材；作为替代 方案，基材也可以是玻璃基材。在本发明的一个具体实施方式中， 基材是挠性的。
根据本发明的一个具体实施方式，还提供了形成圆形柱体元件 的方法，该方法包括：
(a)提供一种矩形柱体元件，该元件采用可通过第一种蚀刻剂进 行蚀刻的第一种材料；
(b)用第二种材料对该矩形柱体元件中至少部分表面进行涂层， 该第二种材料可以用第二种蚀刻剂进行蚀刻，同时耐第一种蚀刻剂；
(c)用第三种材料对第二种材料层再涂层，该第三种材料耐第一 和第二种蚀刻剂，并且在柱体元件的至少部分角处不连续。
(d)用第二种蚀刻剂对第二种材料的各角处进行蚀刻，以去除各 角附近的部分第二种材料层。
(e)用第一种蚀刻剂对第一种材料进行蚀刻，以去除各角处以及 部分剩余的第二种材料层下的第一种材料层。
视需要，上述方法也可以包括重复一次或多次上述步骤(d)和 (e)。
视需要，该方法也可以包括去除所有剩余的第一种和第二种材 料。
在本发明的一个具体实施方式中，第一种材料为多晶硅。视需 要，第二种材料可以是一种氧化物或玻璃层。视需要，第三种材料 可以是氮化硅。
作为替代方案，第一种材料是一种金属。
根据本发明的一个具体实施方式，还提供了翻转物体的方法， 该物体有一条轴，可以沿该轴从可看到其某一区域的第一位置旋转 到可看到其另外区域的第二位置。该物体径向延伸越过轴的轴线， 其中在一侧延伸长度较长，在另一侧延伸长度较短。上述方法包括 下列步骤：
限制平板翻转；
对至少部分上述较短长度段施加电场，施加方向为使平板从第 一位置旋转到第二位置。
在本发明的一个具体实施方式中，该方法包括去除翻转的限制， 从使物体从第一位置翻转到第二位置。
视需要，上述限制可以包括对一附加电极加电，所以，去除限 制就包括去除加电。
视需要，该物体可以在至少部分该较短长度上可导电。
在本发明的一个具体实施方式中，该物体是一个基本呈平面的 物体，其中一个平面在第一位置可见，另一平面在第二位置可见。 视需要，该物体也可以是基本呈矩形的物体。
在本发明的一个具体实施方式中，该上述附加电极所处的平面 不同于平面物体在第一或第二位置时的平面。视需要，该电极也可 以位于第一位置的平面之下。另外，该电极可以位于第一位置的平 面之上、平面物体位于第一位置时的侧面。
视需要，上述物体可以由多晶硅构成，作为替代方案，其也可 以由一种金属构成。
在本发明的一个具体实施方式中，该物体的最大尺寸小于1毫 米。
附图简要说明    
以下参照所附图示对本发明的非限制性具体实施方式及示例进 行说明。对于在一个以上的图示中出现的相同或类似的结构、元件 或部件，一般都以相同或类似的参考号标明。图示中部件的尺寸和 特征主要是为说明方便和清晰之目的，并不是实际比例。所附图示 如下：
图1A是根据本发明的一个具体实施方式中显示器的一个像素 的示意图。
图1B是根据本发明的一个具体实施方式中显示器平板所围绕 旋转的轴的详图，以及该轴的承窝的断面图。
图1C是根据本发明的一个具体实施方式中轴及承窝的剖面图。
图1D是根据本发明的一个具体实施方式中基材电极和平板尾 部的简单剖面图。
图2A-图2D说明了根据本发明的一个具体实施方式的翻转的 方法。
图3A及图3B说明了向下和侧向翻转限制作用。
图4及图5是根据本发明的具体实施方式的两种可能的翻转电 压的定时图。
图6A及图6B说明了根据本发明的一个具体实施方式中像素形 成过程初始步骤的结果。
图7A-图7C说明了根据本发明的一个具体实施方式中第二层 多晶硅层的形成。
图8A-图8D说明了根据本发明的一个具体实施方式中一条圆 形轴的形成。
图9表示根据本发明的一个具体实施方式将轴处理成圆形后像 素的某些部分；以及
图10A及图10B说明了根据本发明的一个具体实施方式的像素 制造过程中的最后阶段。
具体实施方式的说明
像素构造的总体说明
图1A-图1C为根据本发明的一个具体实施方式的一个像素10 的示意图。这里所说明的结构仅是示例，图中所示的很多元件可以 有不同的结构，有些可以一起删除。
像素10的主要部件，包括一个翻转平板12、电极14及16、悬 浮电极18及20，以及一对承窝21。平板与最好是圆轴的轴26结合 在一起，该轴安装在承窝21中。承窝包括一个较低的可呈锲形的元 件30(该元件有时在文中称为“刀形件30”)，轴在其上边缘上滚动。 此外，承窝还包括一对侧向运动限制体22及一个顶部运动限制体 24。每个电极可视需要带有一个绝缘节(nub)28，该绝缘节使平板与 下部结构的接触区域最小，尤其与位于平板下方的电极间的接触区 域最小。
图1A为像素在某一位置时的等角图，图1B为去除顶部限制体 24后的承窝21，图1C是承窝21的另一剖面图，包括安装刀形件的 多晶硅(po1y)层0(34)及通路36和40，该通路实现各部件之间的 进行机械和电连接。
按照下文所说明的制造方法，整个结构基本上都由多晶硅构成， 多晶硅沉积为三层，分别为多晶硅层0、多晶硅层1及多晶硅层2， 形成于硅质基材8上。在其他具体实施方式中，该结构可以由金属 甚至塑料制成(经金属化或通过其他方法使其具有导电性)。为便于 观看，各层以相同形式的对角交叉影线表示，其中层0和层2为右 斜对角线，层1为左斜对角线。一般而言，所有多晶硅都加工为可 导电。在本发明的一个具体实施方式中，电极14和16(包括绝缘 节28)及30设置在多晶硅层0内，平板12(包括轴26)及侧向运 动限制体22设置在多晶硅层1内，悬浮电极18及20以及顶部限制 体24设置在多晶硅层2内。
电极16的上表面和平板12的可视表面以第一种材料涂层，使 其具有第一种颜色。第一和第二种颜色可以是，例如黑色或白色。 电极14的上表面和平板12的另一面以第二种材料涂层，使其具有 第二种颜色。这样，当平板处于所示位置时，平板及可以看见的电 极(16)具有相同的(第一种)颜色。当平板12翻转时，平板盖住 电极16，从而可以看见的电极(14)以及平板具有第二种颜色。
在具体实施方式中，平板为85×85微米，轴的直径为2微米。 本发明的范围内还包括替代设计，其中，平板为40×85微米(形成 85×85微米的正方形像素)或更大尺寸(仔细考虑过0.2×0.2毫 米，但1×1毫米是可能的)，10×10微米或更小尺寸同样也在本发 明的范围之内。对于较小的尺寸，轴的尺寸也相应减小。对于非常 大的平板，轴的尺寸可以增加。
平板的翻转
在本发明的一个具体实施方式中，电极14和16及刀形件30 被共同加电。轴26接触刀形件30的上缘，从而使平板12同时加电。 这样，电极14和16与平板12具有相同的电势。左侧悬浮电极(20) 和右侧悬浮电极(18)分别加电，支撑整个结构的基材8上的一个 电极53也是单独加电。为便于理解翻转过程，图1D显示了铰链间 像素结构的一个剖面图。在此剖面图中，只表示出电极53、电极14 和16以及平板12。如图所示，平板12有一个尾部13，该尾部延伸 到轴26之外(在图1D中以白色表示其位置)。在平板12上有一条 或多条长槽15，该长槽或多条长槽的位置相对该尾部13而言位于 轴的另一侧。尾部13和槽15的功能由下文进行说明。
图2A-图2D说明了翻转平板的一种方法。作为第一步(图2A)， 对两个悬浮电极都加电。由于悬浮电极位于多晶硅层2，平板12位 于多晶硅层1，电极(以及绝缘节)位于多晶硅层0，因此对悬浮电 极加电将把平板提起离开绝缘节(减小阻力)。平板和电极位于同一 电势(此例中为接地)，因此，在平板与电极间没有电引力。另一方 面，对电极53也加电，因此尾部13就被吸向基材。由于平板上有 切槽15，因此在轴26右侧的部分就基本上不会被向基材吸引。平 板12被吸向电极18的另外一个作用就是将轴26定位于由刀形件 30和限制元件22及24所形成的槽口内的右侧，如图3A所示。刀 形件30非常薄，以减少阻止运动和旋转、或至少阻止开始运动和滚 动的阻力。
在图2B中，电极18上的电压被断开，尾部13和电极53间的 吸引作用是将尾部13向下拉，从而产生杠杆作用，以提起平板12 的其他部分，如图所示。这一提起动作过程中的动量以及将平板吸 向电极20(该电极保持加电)的吸引力，使平板越过垂直面(图2C)， 转向悬浮电极20和电极16。在这一时刻(平板越过垂直面)，视需 要，也可以去除基材电极上的电压，使平板继续转向电极16。另外， 除其它的因素之外，保持基材电极上的电压，也可能是降低的电压， 以保证轴26与刀形件30接触。但是，这种接触对翻转操作并不必 需。在图2D中，平板的下降被其与悬浮电极20间的吸引力所捕获。 此时，可以断开悬浮电极18上的电压，或保持电压以使平板12不 会离开其新位置。另外，也可以允许平板落下与绝缘节28接触。现 已发现，在实际应用中，平板12与绝缘节28间的静态阻力经常足 够使平板保持在其位置上。平板与悬浮电极20间的吸引力的另外一 个作用是，将平板置于准备下次翻转的位置(图3B)。
需要说明的是，虽然所示电压为正电压，但无论电压为正或为 负，翻转操作都以完全相同的方式进行。
图4和图5是用于翻转平板的定时图。应注意的是，图4所示 的电压方案将把平板从左侧翻转到右侧。还要注意的是，两个定时 图中平板、右侧电极和左侧电极都接地。
在图4中的t0处，系统处于停止状态，两个悬浮电极都加电， 基材断电。在t1处，基材加电(图2A)，然后，在t2处，左侧悬浮 电极接地，从而开始翻转(图2B)。在t3处，左悬浮电极断电，基 材最好断电(例如，接地)(图2C)。如果基材断电，将会避免翻转 延迟。另外，在下一翻转动作即将开始之前，基材也可以始终保持 带电。在t4处，平板到达其翻转后的位置，被右侧悬浮电极保持在 该位置上(图2D)。此时，左悬浮电极以及基材电极也可以视需要 接电，因为只要右悬浮电极接电，就不会导致平板翻转。
图5为另外一种方法的定时图，该方法不管平板的起始位置在 哪一侧，都将会把其翻转到另一侧。该定时图与图4中的定时图非 常相似，只是其中两个悬浮电极都同时接电或断电。这样，不管是 原先阻滞平板的电极是哪一个，都会释放平板，使其开始向另一侧 翻转。然后基材断电，翻转通过惯性完成。在平板翻过垂直位置之 后一段时间，两个悬浮电极同时接电，从而以向“新”一侧悬浮电 极的吸引力完成翻转。在“旧”一侧的悬浮电极距离较远，不会延 迟平板的翻转。
应当注意，如果有基材电极53(见以下替代方案)，电极14和 16可以省略，基材保持接地。配备绝缘节仍然较佳。
作为一种替代或追加方案，可以只使平板尾部部分和其对面的 边缘部分导电(用一条导线将它们连接到轴上)，这样就不再需要切 槽15。
在实际应用中，像素是按行和列排列的，基材电极设置在例如 基材表面的高度导电涂层内，沿各像素中央线(strip)分布(基材电 极)，从而形成一个列电极。右悬浮电极的一行连接到第一条行寻址 线，左悬浮电极连接到第二条行寻址线。如果使用如图5所示的寻 址方案，则只使用一条行寻址线。
为对任一个像素寻址，包含该像素的列的基材电极如图4和图 5所示加电，该行的相应(或两个)悬浮电极根据定时图加电(或 接地)。由于两个悬浮电极都接电，因此，一加电列中的其他像素不 受影响，从而延迟翻转。悬浮电极电压下降的行中的其他像素也不 受影响，因为基材电极的电压并没有升高到产生翻转的程度。只有 其基材脉冲控制为“开”，同时其相近的悬浮电极电压脉冲控制为 “关”的像素才会翻转。
本发明的其他具体实施方式中的结构有所不同，翻转及/或寻址 方法也相应改变。例如，在另外一个具体实施方式中，电极53省略， 整个基材在每一周期内都处于加电状态。除了包含要翻转的像素的 列之外，所有列的电极14和16也都加电。电极14和16的加电会 吸引接地的平板，并且即使当基材加电且悬浮电极断电时也将阻止 翻转。
此外，即使对于此具体实施方式，也只有部分平板需要导电， 因为其只需要将其部分区域吸引向电极，以克服基材电压在小得多 的尾部上的影响。
另外，对于正在寻址的一行中的像素，电极14和16与悬浮电 极一起加电，或取代该悬浮电极。这样，电极14和16就可执行对 悬浮电极的控制(或阻止)功能。但是，使用悬浮电极，至少在开 始翻转时使用悬浮电极是较佳的，因为这样会提供更大的力，以克 服平板与绝缘节间的静摩擦力。
对于熟悉本项技术的人来说，(本发明的)结构和翻转方法的改 变是很明显的。有些翻转方法利用了上述原理(通过将尾部吸引向 基材，利用悬浮电极控制翻转)。但是，也可以使用其他方法进行翻 转，如在相关专利申请一节的出版物中说明的方法。
同样应当说明的是，虽然使用圆形轴较佳，但是，利用上述方 法同样可以翻转方形轴，尽管需要施加更高的电压，一般翻转速度 较低并且可靠性可能降低。
如果高电压的保持时间过长，则可能在多晶硅层与氮化硅层之 间以及氮化硅层与空气之间的界面附近产生电荷积聚，这种电荷积 聚可能会干扰翻转信号。通过使用尽可能低的电压，在翻转周期内 变换电压的极性，使用电压接通次数为最小的定时周期(例如在翻 转周期间关闭所有电压，而依靠静态阻力使平板保持在其位置)，以 及避免将上述界面置于强电场中等等，可以避免上述电荷积聚。
在本发明的一个具体实施方式中，一显示器在一基材上制造， 如在一玻璃基材上制造，该基材沉积有薄膜晶体管(TFT)的驱动系 统。这样，将形成一有源矩阵显示器，并且使寻址电压更低，串扰 更少；也可以使用挠性基材。如果使用非硅质基材，则可以制造更 大的显示器，包括15英寸或更大的显示器。使用硅质基材的显示器， 如适用于电话的2×3.5厘米显示器、适用于掌上电脑的6×6厘米 显示器、以及更大的显示器等则易于制造。对于一块根据下述方法 制造的、但没有基材电极的85×85微米的平板(并且如上文所述， 通过给电极14和16加电以阻止翻转)，16伏的低电压仍可实现可 靠翻转。使用更小的像素或进一步降低静态阻力，便可以将工作电 压降低至10伏甚至5伏。翻转时间小于0.2毫秒，使翻转频率至少 达到5000次翻转/秒或200次翻转/帧，25Hz。通过改变平板处于黑 暗或明亮侧的时间的百分比，可以在显示器上实现非常大的灰阶范 围。
像素的制造
图6-图10说明了依据本发明的具体实施方式制造如图1所示 的像素的方法示例，当然，该方法也可以用于在一个单一基材上制 造该像素的整个阵列。
下文给出了工艺过程，该工艺过程在下表中列出并给出编号， 并在图6-图10中进行说明。一般来说，每沉积一层氧化物或玻璃 层，都要随后进行一次退火。需要说明的是，该方法是以某一特定 工厂采用的处理技术为基础，即使对于同一工艺方法，其细节也可 能有所变化。同样需要说明的是，对于某些氧化物蚀刻，通过覆盖 一层氮化物层作为掩膜；至少对于部分多晶硅蚀刻，则使用氮化物 层和/或氧化物层作为掩膜。
A-准备晶片；
B-形成基材电极；
C-沉积氮化硅；
D-沉积多晶硅层0；
E-掺杂POCl3；
F-绝缘节及刀形件蚀刻(等离子蚀刻)；
G-多晶硅蚀刻，以形成电极边缘和悬浮电极寻址线；
H-氮化硅沉积(0.04微米)；
I-氮化物蚀刻；
J-氮化硅沉积(0.18微米)；
K-氮化物蚀刻，以暴露出刀形件；
L-牺牲氧化物沉积0；并进行化学机械磨光；
M-磷化硅玻璃沉积；
N-氮化硅沉积(0.22微米)；
O-氮化物蚀刻；
P-承窝和悬浮电极的固定体(anchor)1蚀刻(氧化物蚀刻)；
Q-多晶硅层1(多晶硅)沉积；
R-磷化硅玻璃沉积并退火；
S-缓冲氧化物蚀刻；
T-氮化硅沉积(0.18微米)；
U-氮化物蚀刻；
V-低温氧化物沉积；    
X-氮化硅沉积；
Y-多晶硅层1蚀刻，以形成平板和侧向运动限制体；
Z-缓冲氧化物蚀刻500；
AA-低温氧化物沉积；
CC-氮化硅沉积；
DD-水平氮化物的反应离子蚀刻；
EE-缓冲氧化物蚀刻3200；
FF-湿多晶硅蚀刻(wet poly etch)800；
GG-缓冲氧化物蚀刻500；
HH-湿多晶硅蚀刻800；
II-缓冲氧化物蚀刻1000；
JJ-多晶硅氧化(poly oxidation)；
KK-缓冲氧化物蚀刻10秒钟；
LL-湿氮化物蚀刻600+50-100％过蚀刻
MM-牺牲氧化物1沉积；NN-退火(x2)；以及OO-化学机械磨光；
pp-氮化硅沉积600；
QQ-承窝和悬浮电极的固定体2蚀刻(氧化物蚀刻)；
RR-多晶硅层2(多晶硅)沉积；
SS-磷化硅玻璃沉积；
UU-多晶硅层2蚀刻，以形成上部轴限制体和悬浮电极；
VV-水平氮化物的反应离子蚀刻；
WW-湿氮化物蚀刻50分钟；
XX-水平氮化物的反应离子蚀刻(除去硬掩膜)；
YY-除去牺牲氧化物。
现结合图6-图10对这些工艺过程进行说明。
图6A表示经过A-E步骤处理后的基材。图中52表示该基材， 54表示绝缘氮化硅沉积层(C))，该层一般厚0.6微米。56表示多 晶硅沉积层0(D)，一般厚2微米。53表示基材电极(B)(行)线。 该电极自身的确切形状没有显示，但该电极形成于两个承窝之间(图 1)，并且其宽度一般大于两侧限制体间的距离或者大于尾部宽度加 上轴的直径，条件是平板翻转时尾部必须碰不到基材。多晶硅层0 沉积后通过步骤E使其具有导电性。
图6B表示经过步骤F处理后的基材。步骤F包括在绝缘节和刀 形件上形成一层掩膜，然后对氧化物进行等离子蚀刻，深度1.5微 米。等离子蚀刻刻进掩膜，使绝缘节顶部区域较低，使刀形件边缘 30较薄而长。注意，有部分多晶硅层0存在于整个表面上，并且高 于刀形件和绝缘节的平面。一般而言，如果氧化物蚀刻1.5微米， 对于一层2微米厚的掩膜，刀形件和绝缘节的蚀刻将刻进掩膜下， 使其表面留下约1微米的宽度，该宽度的减小将减少静态阻力以及 阻止平板与绝缘节分离和阻止轴开始转动的阻力。
图7A-图7C为三个经过处理步骤Z后的基材的剖面图。图7A 为刀形件30中央的一个剖面图(与图6B相同)。图7B为比图1C 所示平板上更远距离处切过部件22和24的一个剖面图。图7C是两 个承窝中间处的半剖面图，以表示平板尾部的形成以及基材电极的 长度，该基材电极在图中表示为元件60。图7A-图7C所示的结果 通过多晶硅蚀刻(G)达到，以形成悬浮电极寻址线以及电极14及 16的边缘(G)。此外，此步骤还形成了承窝的基座。在刀形件支架 和电极间形成一不导电空间62，一层0.04微米厚的氮化硅沉积层 被沉积(H)，继而在除电极14顶部和刀形件30的右端外的其他地 方，全部氮化硅沉积层被去除(I)(电极16上的氮化硅沉积层也被 去除)。然后，再沉积一层0.18微米厚的氮化硅沉积层(J)，这样， 在电极14(64)上就形成了一层0.22微米厚的氮化硅沉积层，在 电极16(66)上形成一层0.18微米厚的氮化硅沉积层。这两种不 同厚度的氮化硅层看上去分别具有暗淡和明亮的色调。上述这些厚 度根据处理工序的不同而改变。通过使硅表面着色等已知技术，还 可以获得其他颜色。此类有色表面可以用来提供RGB显示。通过在 氮化物材料上加入例如磷，并以如紫外线等侧光激活磷，就可以产 生颜色。
此时，除去氮化物，暴露刀形件边缘处多晶硅层0的平面(K)。 通过一种低温氧化物(LTO)工艺沉积一层牺牲氧化物层0(编号68) (一般2微米厚)，然后再对其进行化学机械磨光，即可使刀形件 30上该层的厚度达到0.5微米(L)。然后，在磨光的氧化物上沉积 磷化硅玻璃(一般1500厚)(编号69)，磷化硅玻璃和LTO氧化物 都以类似的蚀刻剂进行蚀刻。但是，磷化硅玻璃蚀刻得更快。使用 两种不同的材料可以对加工过程进行更多控制。
此时，再沉积一层0.22微米厚的氮化硅(N)，以便为下一层的 底部提供颜色。除形成平板所需的位置之外，该氮化硅层要全部去 除(O)。这一层形成了当平板处于电极16上方时的颜色，其厚度与 电极14上的厚度相同。
进行一次固定体(氧化物)蚀刻(P)，以便在多晶硅层0和多 晶硅层1之间形成所需的导电通路，用于将元件22连接到多晶硅层 0。图7B表示上述多晶硅层和元件通过该通路连接的一个剖面图。 形成此类通路的另一位置是在要形成悬浮电极的区域之下，这样， 就可以通过该通路与多晶硅层上的引线相连。
此时，沉积多晶硅层1(73)(Q)。多晶硅层1一般为2微米厚。 然后，在该层上沉积一层一般为2000厚的磷化硅玻璃，然后进行 退火，以使多晶硅层1具有导电性(R)。然后，进行缓冲氧化物蚀 刻(S)，以去除剩余的玻璃层。此后，沉积一层0.18微米厚的氮化 物层，该层提供了平板12的上表面颜色(T)。此时，对该氮化物进 行蚀刻(U)，以便去除平板的上述表面区域之外的全部区域氮化物。 然后，沉积一层一般厚度为600的低温氧化物层72(V)并进行退 火，继而在该氧化物层72上沉积一层一般厚600的氮化硅层74 (X)。然后对多晶硅层1进行蚀刻(Y)，以便在该多晶硅层1的平 面上形成各元件的轮廓。总之，用氮化物和氧化物层作为蚀刻下层 多晶硅的掩膜。然后，可视需要进行缓冲氧化物的蚀刻(Z)，形成 如图7A-图7C所示的结构。
图8A-图8D说明了形成圆形水平表面的过程。在此例中，利 用该工艺过程，同样可以将大体呈方形截面的柱体元件76加工成具 有圆形截面的柱体。作为一项副产品，元件24的末端也被加工成圆 形。为简明起见，图中只显示了对元件76的处理过程。另外，尽管 该工艺过程可以将多晶硅层1中的所有边缘都加工成圆形，但为简 化说明起见，大多数图中并没有将大多数边缘显示为圆形。
首先，在结构上沉积一层一般厚1000的低温氧化物层80(AA) 并进行退火(BB)，然后，沉积一层一般厚600的氮化硅层82(CC)。 该氮化硅层的水平部分通过反应离子蚀刻去除(DD)，这样就形成如 图8A所示的结构。
然后，用一层一般厚度为3200的缓冲氧化物蚀刻(EE)去除 结构76顶部氮化物层之上的氧化物层。该蚀刻层同时也蚀刻牺牲氧 化物层68和氧化物层69，如图8B所示。一层一般厚800的湿多 晶硅蚀刻层(FF)使元件76的各角变圆，如图8C所示。图8D为再 进行一500厚的湿氧化物蚀刻层(GG)，然后进行800厚的湿多晶 硅蚀刻层(HH)以及1000厚的缓冲氧化物蚀刻层，从而去除氮化 物层表面上的所有氧化物之后的结果。上述步骤将使元件76成圆 形，使其在理想条件下变为一条圆轴26(图8D)，尽管实际上会产 生如上所述的某些偏差。本发明人发现，采取两步如上所述的柱体 加工程序，可以在轴即使不是很圆的情况下仍能够达到良好的翻转 性能，通过增加氧化物蚀刻/多蚀刻的次数以及调整蚀刻深度，还可 以产生更圆的轴或其他形状。进一步讲，对于本发明的某些具体实 施方式来说，并没有对轴进行成圆加工，或者只进行一个步骤的成 圆加工。
图9中所示的结构，为在经过图8A-图8D的加工程序后，与 图7A具有相同剖面的剖面图。进行多晶硅氧化(JJ)，然后进行10 秒钟的缓冲氧化物蚀刻(KK)和湿氮化物蚀刻(LL)，就形成如图9 所示的结构。
图10A和10B表示执行了制造像素程序的后续连续步骤之后， 尤其是进行了多晶硅层2的沉积和蚀刻之后的结果。图10A的视角 与图7A的视角相同；图10B的视角与图7B的视角相同。
经过氮化物蚀刻后，沉积一层一般厚4微米的牺牲氧化物层1 (90)。在本发明的一个具体实施方式中，该氧化物分成两个步骤， 各以2微米厚度沉积(MM)，在两个步骤之间以及第二次沉积之后， 各进行一次退火(NN)。然后进行化学机械磨光(00)，一般在多晶 硅层1的平面上留下0.85微米厚的磨光层。然后，在该磨光氧化物 层上形成一层600厚的氮化硅沉积层(PP)，并形成固定孔94(QQ)， 用于将元件24(多晶硅层2上)固定到元件22上(多晶硅层1上)， 以及用于将悬浮电极与其引入的引线相连接。然后，沉积一层一般 厚1.5微米的多晶硅层2(92)(RR)，以覆盖氮化硅层91。该沉积 层也填充了固定孔94和悬浮电极在氧化物中相应的孔。此后，在多 晶硅层2上形成一层磷化硅玻璃层(一般厚2000)(SS)并进行退 火(TT)。然后对多晶硅层2进行蚀刻(UU)，以形成元件24和悬浮 电极。继而，通过反应离子蚀刻和湿氮化物蚀刻(VV，WW和XX)除 去上层中剩余的所有氮化物，通过长时间氧化物蚀刻(YY)除去牺 牲氧化物层，从而只留下处理完毕的像素。
应当清楚，像素可以由除多晶硅之外的其他材料制成。尤其是 可以沉积金属层而不是多晶硅层，并使用相应的蚀刻剂。另外，在 形成像素过程中，也可以使用除氧化物和氮化硅之外的其他材料。 最后，在此程序中还可以使用适当的塑料材料，该材料可以视需要 与金属及/或多晶硅材料一起使用。
应当清楚，本专利申请说明了很多不同的元件，尤其是包括一 条加工成圆形(或圆形)的水平轴(或其他元件)、一条可以滚动的 轴、一个包含可迅速改变位置及/或使用低电压的平板的像素、一种 翻转平板的方法以及一种制造方法。不言而喻，尽管对上述元件进 行说明是基于显示器应用场合，以便以发明者所知的最佳方式实施 本发明，但是，可以相信，上述各个元件也可以在其他装置中有更 为广泛的用途。进一步讲，虽然说明中各元件在一个装置中共同工 作，但是应当清楚，在本发明的某些具体实施方式中，很多上述新 元件都可以无任一其他元件(包括无所有其他元件)的情况下使用。 例如，所示的翻转方法可以用于其中轴没有经过成圆加工或只经过 部分成圆加工的像素。该圆形轴可以使用先前技术以及相关专利申 请一节所列的参考材料中说明的翻转方法。
此外还应清楚，通过对其具体实施方式进行详细非限制性说明 的方式对本发明进行了说明，这些具体实施方式以示例的形式提出， 其用意并不是限制本发明的范围。本技术领域的人员将会遇到本发 明具体实施方式的变化情况，包括合并不同具体实施方式特征的情 况。因此，本发明的范围只受权利要求范围的限制。此外，为避免 任何有关权利要求范围的问题的出现，对于在权利要求中使用的“包 括”、“包含”等词，这些词都指“包括但不限于”。
相关专利申请
本专利申请主张2000年11月22日提出的美国临时专利申请 60/252,699号专利的权利。本申请总体上与下列PCT申请相关：1999 年9月8日提出的PCT申请，序列号为PCT/IL99/00488、公告号为 WO 00/52674；1999年3月4日提出的PCT/IL99/00130、公告号为 WO 00/45423；以及2000年8月6日提出的PCT/IL00/00475申请， 所有上述申请均以引用方式并入本文。
上述专利申请的主体事项中有些与本发明的最佳实施方法有 关，对此不应理解为本发明仅限于那些使用上述全部或部分主题内 容的具体实施方式。