靜電動作的雙態快門器件陣列<del/>的製作方法

2023-06-08 14:02:01 2

專利名稱：:靜電動作的雙態快門器件陣列的製作方法本發明關係到一種在目視顯示、開關矩陣、存儲器以及類似設備中作為一個陣列使用的靜電控制的機電雙態器件。現有技術中有許多靜電顯示元件的例子。例如美國專利1，984，683及3，553，364中說明的一類器件，包括一種有與進入光線相平行的蓋片的光閥，每個蓋片能用靜電方法控制，無論對於傳輸型的顯示或對於反射型的顯示，都是使蓋片在光的途徑上改變一個斜角。在美國專利3，897，997中，透露過一種電極，它是用靜電方法包在另一個曲線形的固定電極上，以便影響固定電極的光反射特性。還有一種現有技術，例如載在1970年12月7日出版的電子學雜誌(Electronics)第78-83頁上和IBM技術透露公報(IBMTechicalDisclosureBulletin)Vol.13，№.3，1970年8月號上，這種技術採用一個電子槍，使選出的一部分可變形材料在靜電上充電，從而改變其光的傳輸特性或反射特性。從下面一些美國專利中，還可獲得用於顯示目的的靜電控制元件領域內的另一些說明4，336，536Kalt等人4，266，339Kalt4，234，245Toda等人4，229，075Ueda等人4，208，103Kalt等人4，160，583Ueda等人4，160，582Yasuo4，105，294Peck4，094，590Kalt4，065，677Micheron等人3，989，357Kalt3，897，997Kalt888，241Kuhlmann本發明是從Simpson的美國專利4，248，501及Simpson等人的美國專利4，235，522中所透露的材料出發，這兩件專利在這裡一併作為參考。在一些背景材料中，感興趣的還有W.R.Aiken"AnElectrostaticSign-TheDistecSystem"，SocietyforInformationDisplay，June1972，PP.108-9;J.L.Bruneeletal"OpticalDisplayDeviceUsingBistableElements"，AppliedPhysicsLetters，Vol.30，No.8，15April1977，PP.382-3;以及R.T.Gallagher"MicroshuttersFliptoFormCharac-tersinDot-MatrixDisplay"，Electronics14July1983，PP.81-2.這件應用在主題本質上，與我們的正在審理中的美國專利申請串號642，752、642，997及683，619有關。這三件申請的透露在這裡也一併作為參考。本發明提供一種用於顯示陣列、開關陣列、存儲器以及類似裝置的靜電控制的機電雙態器件。這件發明將從目視顯示的應用上來說明，其中陣列中的每一個元件都能單獨控制，於是能產生出各種目視顯示，包括黑白和多色的文字數字顯示和圖象顯示。本發明的一個顯示元件(象素)具有上下兩片平行相間的固定子，每片固定子上都有固定電極，以及一個介於其中的鉸鏈連接的活動蓋片或快門，這個蓋片或快門能被靜電控制在通常平行於固定子的第一位置上或通常垂直於固定子的第二位置上。在本發明推薦的實用新型中，固定子具有垂直於光途徑的平的表面，還帶有一個鉸鏈連接的蓋片或快門，後者可用靜電控制在垂直於或平行於光途徑的位置上。這種顯示元件可以控制光的傳輸，或者對光反射器件來說，能影響光的反射特性。它可以例如在鐘錶和計算器應用中作為字母-數字顯示器使用。它是兩種狀態或雙態的。它可被鎖定在任一狀態。本發明的顯示元件或象素都有幾個導電的電極區，為的是可對單個象素訪址和鎖定。把它們作為象素陣列使用時，有一個導電區被指定為X電極，另一導電區被指定為Y電極。一行中所有的X電極都接在一起，一列中所有的Y電極也都接在一起。要改變狀態時，可使該行和該列交界處的那個象素動作。還有一個電極區，稱之為保持電極區，用來在動作狀態下X和Y電極都斷電之後鎖定這動作過的象素。可以生產出一種有極大數量小象素或雙態元件的其中每個象素都能獨立訪址的陣列，生產中利用了許多已知的技術，例如有選擇的沉積技術、光蝕技術、用導電油墨直接印刷技術等等。在我們的正在審理中的美國專利申請串號642，997中透露過一種製造方法。附圖的簡單說明圖1是沿著圖2的線段I-I所取的仰視剖面圖，它表示了根據本發明的顯示元件的一部分陣列。圖2是根據圖1的顯示元件陣列的一部分平面圖。圖3是本發明顯示元件的另一種實用新型的透視圖。圖4是說明本發明另一種實用新型顯示元件的一部分陣列的透視圖。圖5是說明本發明另一種實用新型顯示元件的一部分陣列的平面圖。圖6是根據本發明另一種實用新型的一個顯示元件的仰視剖面圖。圖7是根據本發明又一種實用新型的一個顯示元件的仰視剖面圖。圖1和圖2畫出了一部分陣列，這是本發明的一個基本實現。一塊玻璃或塑料的第一絕緣底板10上，已經形成了若干條導電帶Y10、Y11、Y12等。在一塊第二絕緣底板12上，也形成若干條類似的導電帶X20、X21、X22等。這兩套導電帶彼此正交。兩底板之間有一層與底板平行的薄膜14。薄膜14含有許多利用狹槽16能使三條邊自由活動的蓋片或快門31-39。快門的第四條邊裝有扭力鉸鏈。蓋片或快門都布置在兩套導電帶的交叉處。在導電帶Y10和X21上跨接一電位源，這祗能在這兩條導電帶的交叉處附近，即快門32處，建立電場。由於陣列中任何其它的交叉處都沒有建立電場，所以除快門32外，其它快門都不受電場的作用。如果薄膜14以及快門32的介電常數比底板10及12之間空氣的介電常數大得多，則該電場將有一個力作用於快門32。因為快門用鉸鏈連接，所以它將順著電場方向運動。快門32將如圖1及圖2的樣子開啟。如果薄膜14是不透明的，又若底板10、12有一個或兩者，以及兩套X、Y導電帶中有一套或兩者，都是透明的，則快門32的開啟將允許光線通過，或者改變入射光線的反射，這就改變了由快門32所佔象素麵積的模樣。適當選擇X和Y導電帶，便可開啟某些特定的快門，於是創造出由象素形成的字母或其它圖形。圖3說明了一種實用新型的象素340，圖1及2中大的單個快門，現在代替成若干個窄的快門341-345，後者都鉸鏈在小的扭帶或腹板347上，這些腹板是在薄膜314中開槽後留出來安裝快門的。因為每個快門341-345比較窄，所以與圖1及2的實用新型相比，開啟快門所需的電場力就小多了。圖3中還畫有一部分X導電帶X320。這些快門可以從聚合薄膜上切出，聚合薄膜例如有市售稱為MYLAR的聚對酞酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)薄膜。PET薄膜的介電常數約為6至9，這與空氣的介電常數相差很大。反之，快門也可做成導電的或有導電鍍層的，例如可以是其上有蒸發鍍鋁的PET薄膜。無論是高介電常數的快門或是導電的快門，都將轉向到順著電場的方向。圖4是一部分象素陣列的透視圖，這是圖1及2陣列的一種變形，其中去掉了X導電帶，後者的功能由其上有快門的薄膜414上的導電錶面鍍層取而代之。薄膜414是在其上有蒸發沉積鋁層的PET膜。由於蝕刻了許多間隙452，這膜分成了許多剩下的平行鋁帶X21、X22等。快門432-436沿著這些帶切出，使陣列每個X列中所有的快門都通過鋁層有電的聯接。Y帶Y10、Y11等則和以前一樣，是在底板10上形成，和快門隔開一段距離，使快門便於擺動。圖4表明快門432開啟著，這是對包括快門432所屬行X21的導電帶和列Y10的導電帶施加電位的結果。在圖1至圖4的各種實用新型中，當快門被訪址時，它總是轉向到電場方向。快門的關閉則靠機械的恢復偏置力或鉸鏈或帶條的彈簧效應。這種機械偏置力是與電場的作用相反。開啟的快門假定有一個張開角，這個角度將由電場強度的作用力和機械恢復偏置力的合力所決定。圖5表明了一部分導電帶的圖形。這種圖形對於上述幾種實用新型中的X和Y導體都能適用。圖5表示出Y導體圖形。電極531、532、533等每一個都接至引線Y10，並且當引線Y10接至電位源時，每一電極都通電。同樣，電極534-536都接至Y11，電極537-539都接至Y12。電極531-539中每個電極都用V字形間隙和電極550分開，而每個電極550都接至引線HD，各個引線HD又都接在一起。電極550作為鎖定使用。當某一特定的象素由於對適當的X和Y引線通電而被訪址時，相應的快門就擺開。如果引線HD也通電，那麼被訪象素的電極550將使所選的快門保持開啟，因而此時允許X和Y引線斷電。這種鎖定能力可使許多象素順序地訪址，同時當各個象素被訪址以後，就鎖定在開啟狀態。由於能把各個字母或圖形創造出來並鎖住，所以一次顯示一個，可把許多字母或一行字母顯示出來，同時可以保留在那兒，直到斷開引線HD的電壓後才擦掉。圖6是一剖面簡圖，表示出快門632從薄膜614上切出的象素的保持或鎖定電極和X及Y電極。上底板610帶有X電極和兩個鎖定電極面積LD及LU。下底板612帶有Y電極和兩個鎖定電極面積LD及LU。對這象素訪址以前和以後，下面的鎖定電極都接至電壓源的一側〔任意設為(-)負極〕，上面的鎖定電極接至電壓源的另一側〔設為(+)正極〕。這時快門632仍在關閉狀態。把X電極接至正極，此時對快門有些影響但很小，直至Y電極接至負極，在此情況下，快門632才如圖所示突然開啟。去掉X和Y的驅動電壓，對快門無甚影響，因為有鎖定電極繼續接有電壓源，快門仍將留在開啟鎖定狀態。電極之間的間隙都是V字形的，如圖5中所示。這在開啟時，可保證快門的邊緣在離開前一電極區之前已經遇到了下一電極區的電場。圖7表明了一種實用新型，其中X、Y和向上鎖定(LU)電極都在上面的固定子710上。薄膜714，包括許多快門，有一層例如蒸發沉積鋁層的導電錶面。一個向下鎖定的電極LD可以在下面的固定子712上，也可以位在快門孔徑邊緣附近的薄膜714上。如果這陣列也能在相反方向訪址，即把開啟的快門有選擇地關閉，則向下鎖定電極是需要的。為了訪問所選的快門，陣列中所有的向下鎖定電極LD都應斷電，即接至快門的電位。陣列中所有的向上鎖定電極LU都通電。然後對某特定的X行和Y行通電，這將引起所選快門(圖7中的732)開啟，並且當它達到向上鎖定電極LU附近時，鎖定在開啟狀態，此時允許去掉X和Y的驅動電壓。對向下鎖定電極LD通電，可把原來關閉的快門或者在相反訪址中關閉的快門都鎖定在關閉狀態。在圖7所示的結構中，快門被鎖定電極通以正極電而鎖定在開啟或關閉狀態，這種結構是穩定的，外界的力，例如加速度、振動、衝擊、或靜電放電對它沒有多大影響。利用永久充電駐極體的鎖定電極在沒有功率時也可起些作用，靠此亦能保持陣列的狀態。在圖5至圖7中描述的電極圖形，也能在快門及其薄膜上形成。因此，這些電極可以在一個固定子或兩個固定子上，或者在一個固定子和所有的快門上，或者這三者都布置有電極。圖6和圖7所示的元件，除了保持區外，具有兩個獨立控制的固定電極區(X，Y)。在每個顯示元件中增加獨立可控導電區的數目，可使陣列中元件的數目大量增加而所需開關器件的數目並不隨之而大增。明確地說，為了在元件數目為N的陣列中訪問某特定元件的地址，而每個元件的獨立可控導電區的數目若為d，則所需開關元件的數目S是S=dNd]]>例如，對於一個有N＝390，625單獨控制象素的陣列，每個元件若只有一個導電區，則需390，625個開關，或每個元件需要一個開關。如果每個元件有兩個導電區，為了單獨控制和訪問每一元件，則需1250個開關。但若這些元件有4個區，僅需100個開關。在這件說明書中，這些開關器件和所有其它的開關器件可以是機械開關，也可以是例如半導體元件做成的電子開關。它們的功能是把電位施加在被控元件的公共電極和控制電極之間。本發明已經用目視顯示來說明，然而這種陣列基本上是一大片眾多的雙態閘門元件，它們或開或關、或者反射或者不反射光線、或者是一小孔或者不是。因此，這種陣列也可以作為一個存儲器用於計算機中。一旦用程序使所選的象素開或關之後，這種狀態將保持不變，直到需要改變的時候。在這種形式下，它是一個能編輯或擦去的讀-寫存儲器。為簡單計，本發明已經用平面的固定子來說明。當然也可採用曲線形或園柱形的表面來布置快門邊緣附近的電極區以使快門開或關。同樣，本發明已經用有機械偏置力或彈簧效應的快門來說明快門的關閉，但對於快門的關閉，若用相反訪址的辦法，則偏置是不需要的。權利要求1.一種靜電動作的雙態元件，它包括一對平行的固定子部件，每個固定子部件有若干個電極區，以及一個可被靜電吸動的用鉸鏈連接的快門部件，快門部件具有傾向於關閉位置的永久機械偏置力，通常關閉位置與固定子平行，當有電位施加在所說快門附近的固定子電極區之間時，這個偏置力抵不住作用在快門上的靜電力，從而使快門吸向開啟位置，通常開啟位置與固定子垂直。2.權項1的雙態元件，其中快門部件是由高介電常數的材料做成。3.權項1的雙態元件，其中的快門部件至少有一導電的表面。4.權項2或權項3的雙態元件，其中這個快門部件又包括若干個平行的快門部件。5.一種靜電動作的雙態元件，它包括一個具有一個電極區的固定子部件，以及一個可被靜電吸動的有鉸鏈連接的並有關閉和開啟位置的快門部件，快門部件至少有一個導電錶面，並且具有傾向於關閉位置的永久機械偏置力，通常關閉位置與固定子平行，當有電位施加於固定子電極區和快門的導電面之間時，偏置力抵不住作用在快門上的靜電力，從而使快門吸向開啟位置，通常開啟位置垂直於固定子。6.權項5的雙態元件，其中的固定子部件至少有兩個電極區，其中一個電極區當快門開啟後位在快門邊緣附近。7.權項1或6的雙態元件，其中的固定子電極區都被V字形間隙分開。8.權項6的雙態元件，其中快門的導電錶面被V字形間隙至少分為兩個電極區。9.權項1的雙態元件，其中的兩個固定子部件中每一固定子部件至少有兩個電極區，每個固定子的一個電極區在快門開啟後位在快門的附近。10.一種靜電動作雙態元件排成行和列的陣列，每個元件包括一對平行的固定子部件，每個固定子部件有若干個電極區，以及一個可被靜電吸動的有鉸鏈連接的快門部件，快門部件具有傾向於關閉位置的永久機械偏置力，通常關閉位置與固定子平行，當有電位施加在所說快門附近的固定子電極區之間時，這個偏置力抵不住作用在快門上的靜電力，從而使快門吸向開啟位置，通常開啟位置與固定子垂直。11.一種靜電動作雙態元件排成行和列的陣列，每個元件包括一個具有一個電極區的固定子部件，以及一個可被靜電吸動的有鉸鏈連接的並有關閉和開啟位置的快門部件，快門部件至少有一個導電錶面，並且具有傾向於關閉位置的永久機械偏置力，通常關閉位置與固定子平行，當有電位施加於固定子電極區和快門的導電面之間時，偏置力抵不住作用在快門上的靜電力，從而使快門吸向開啟位置，通常開啟位置垂直於固定子。12.權項10的陣列，其中在每個雙態元件的所在處，每一對固定子部件都有用V字形間隙分開的第一、第二及第三電極區，每個固定子部件所有的第一及第三電極區在電氣上接在一起，且接至每個固定子的輸入引線，一列中所有元件的一個固定子的第二電極區都接在一起，且接至該列的一個輸入引線。13.一種靜電動作雙態元件組成行和列的陣列，這個陣列包括一對平行的第一和第二固定子部件，每個固定子部件都有若干個平行的導電帶，第一固定子部件的導電帶與第二固定子部件的導電帶成正交，並且相互隔開一個距離，可被靜電吸動的有鉸鏈連接的快門部件，位在這兩固定子部件之間的第一和第二固定子部件導電帶的交叉處，每個快門部件有一趨向於固定子部件平行位置的永久機械偏置力，當有電位建立在一對正交的相互隔開的導電帶之間時，這個偏置力抵不住作用在這一對導電帶交叉處快門部件上的靜電力。14.一種靜電動作的雙態元件，它包括一個具有若干個分離電極區的固定子部件，以及一個可被靜電吸動的有鉸鏈連接的快門部件，這個快門部件可在關閉位置和開啟位置之間活動，電極區被布置得能把快門部件逐步吸向開啟位置。15.權項14的雙態元件，其中的快門部件至少有一個導電錶面，並且其中的固定子部件電極區包括一個第一可訪址的電極區、一個第二可訪址的電極區，以及一個鎖定電極區，在快門部件導電錶面和固定子電極區之間建立電位，可把快門逐步吸向開啟位置。16.權項15的雙態元件，它還有另外的鎖定電極能把快門鎖定在關閉位置上。17.一種靜電動作的雙態元件，它包括一對通常平行的固定子部件，每個固定子部件至少有兩個鎖定電極區和一個可訪址的電極區，以及一個可被靜電吸動的有鉸鏈連接的快門部件，這個快門部件處在這兩固定子部件之間並且能在關閉和開啟位置之間活動。18.按照權項15或權項17的雙態元件排成行和列的陣列，其中一行元件所有的第一可訪址電極區在電氣上都接在一起，並且接至該行的一個輸入引線，一列元件所有的第二可訪址電極在電氣上都接在一起，並且接至該列的一個輸引線，以及所有的鎖定電極都接在一起，且接至一個輸入引線。19.一種靜電動作雙態元件的行和列的陣列，這個陣列包括一個具有若干個平行導電帶的固定子部件，以及一個具有至少一個導電面的平面部件，這個導電面被分成若干個平行的導電帶，平面部件的導電帶和固定子導電帶相互隔開一個距離，並且成正交以形成交叉，在交叉處布置一些可被靜電吸動的有鉸鏈連接的快門，後者可以活動在通常平行於這固定子的一個位置與通常垂直於這固定子部件的一個位置之間。20.權項15的雙態元件，其中的鎖定電極利用永久充電的駐極體材料至少部分地充有電荷。21.權項17的雙態元件，其中有一個或多個鎖定電極區利用永久充電的駐極體材料至少部分地充有電荷。22.權項13的雙態元件，其中的快門部件是一種有高介電常數的材料。23.權項13的雙態元件，其中的快門部件至少有一導電錶面。24.權項22或權項23的雙態元件，其中的快門部件又包括若干個平行的快門部件。專利摘要靜電動作的雙態器件陣列具有可被靜電吸動的蓋片或快門以便改變狀態。每個器件可以採用多個平行的快門。每個器件有多個電極區，可以對這器件進行X、Y的地址訪問，還有一些電極用來在動作狀態下去鎖定這個器件。文檔編號G02F1/00GK85106884SQ85106884公開日1987年3月11日申請日期1985年9月12日發明者喬治·R·辛普森,赫伯特·W·沙利文申請人:喬治·R·辛普森,赫伯特·W·沙利文導出引文BiBTeX,EndNote,RefMan