帶有應力梁的機械式光調製器的製作方法

2023-10-04 15:00:59 1

專利名稱：帶有應力梁的機械式光調製器的製作方法
技術領域：
總體上，本發明涉及成像顯示器的領域，具體地說，本發明涉及光調製器的設計以 便著手解決在製造這些梁的過程中結合在光調製器中的梁上產生的應力。
背景技術：
由機械式光調製器建造的顯示器對於基於液晶技術的顯示器是一種有吸引力的 替代方案。機械式光調製器足夠快地顯示具有良好視角並且具有大的色彩範圍和灰度範圍 的視頻內容。機械式光調製器在投影顯示器的應用中已經是成功的，並且最近已被提出用 於直視應用。在本領域中存在著對於快速、明亮、低功率的機械致動的顯示器的需要。確切 地講，對於機械致動的顯示器存在一種需要，即這些機械致動的顯示器能以高速及低電壓 驅動，以便改進圖像質量並減少功率消耗。

發明內容
根據一個方面，本發明涉及一種空間光調製器，該空間光調製器包括一個基片以 及被連接到該基片上的一個調製組件。該調製組件包括一個調製元件以及一個順性梁。該 調製組件被構形為用來限制原本就會由這種順性梁內的固有應力引起的順性梁朝向一個 對置表面的彎曲。在一個實施方案中，彎曲的限制產生了一種想要達到的梁的休止位置。在 另一個實施方案中，該順性梁的形狀被確定為用於促進受該調製組件的構形所限制的該梁 的彎曲。在另一個實施方案中，該順性梁具有第一末端和第二末端並且該順性梁在一個第 一錨定件處被連接到該基片上。例如，在一個實施方案中，該順性梁在該第一末端處被連接 到該第一錨定件上。在另一個實例中，該順性梁的形狀被確定為從該第一末端處延伸離開 該第一錨定件並且朝向該第二末端向回朝向該第一錨定件彎曲。在另一個實例中，將該順 性梁連接到該第一末端與第二末端之間的第一錨定件上。在另一個實例中，該順性梁在一 個第二錨定件處被另外連接到該基片上。在另一個實施方案中，該順性梁具有第一末端和第二末端，該第一末端和第二末 端被連接到在在該基片上沉積的一個公共的錨定件上。該順性梁的形狀形成一個環框。例如，在一個實施方案中，該環框具有從該共同的錨定件延伸離開的一個第一環框部分以及 返回到該共同的錨定件的一個第二環框部分。該第一環框部分的長度可以是實質性地大於 該第二環框部分的長度。該第一環框部分和/或該第二環框部分可以包括一個輔助環框。在另一個實施方案中，該調製組件包括一個第二順性梁。該第一順性梁與該第二 順性梁均附接到該調製元件上。在另一個實施方案中，該調製組件包括不連接到順性梁上的一種靜態結構，在此 處該靜態結構限制了順性梁的彎曲。例如，在一個實施方案中，該靜態結構包括一個滑動表在另一個實施方案中，多個附接點在該順性梁上的多個位置處將該順性梁連接到 該基片上，這些位置被選擇用來促進受該調製組件的構形限制的該梁的彎曲。0}在另一個實施方案中，該順性梁包括彼此連接的第一梁材料和第二梁材料。該第 一梁材料具有一種第一應力狀態，並且該第二梁材料具有一種不同的第二應力狀態，由此 促進受該調製組件的構形限制的該梁的彎曲。根據另一個方面，本發明涉及一種製造空間光調製器的方法。該方法包括以下步 驟形成一個調製組件，該調製組件包括一個調製元件以及一個順性梁；並且釋放該調製 組件。該順性梁被形成在一個釋放前的位置中以便具有一種想要達到的固有應力狀態。作 為該順性梁中的所述應力狀態的結果，當釋放該順性梁時，該順性梁彎曲進入一個休止位 置中，該位置不同於該釋放前的位置。該休止位置是部分基於這個想要達到的固有的應力 狀態。在一個實施方案中，該固有應力狀態包括一個應力梯度。在另一個實施方案中，當釋 放時，該梁彎曲進入一個想要達到的休止位置。在另一個實施方案中，該順性梁包括第一面和第二面，它們各垂直於基片的一個 表面。這種想要達到的固有應力狀態包括對於該第一面而言局部性的多個應力分量，這些 應力分量實質性地不同於對於該第二面而言局部性的多個應力分量。例如，在一個實施方 案中，處於該第一面局部而言局部性的這些應力分量的強度大於對於該第二面而言局部性 的這些應力分量的強度。在另一個實例中，對於該第一面局部而言局部性的應力分量是拉 伸性的而對於該第二面而言局部性的應力分量是壓縮性的。在另一個實施方案中，這種想要達到的固有應力狀態被選擇為使該順性梁的一部 分在休止位置中與一個對置的表面分開不超過一個預定距離。當致動時，該順性梁被拉向 對置的表面。在另一個實施方案中，這種想要達到的固有應力狀態被選擇為使該順性梁的一部 分在所述休止位置中與一個對置的表面分開至少一個預定距離。當致動時，該順性梁被拉 向該對置的表面。在另一個實施方案中，這種想要達到的固有應力狀態被選擇為使該順性梁的一部 分在所述休止位置中與一個對置表面分開不超過一個預定距離。當致動時，該順性梁從該 對置的表面上被拉開。在另一個實施方案中，這種想要達到的固有應力狀態被選擇為使得處於所述休止 位置中的該順性梁的一部分與一個對置的表面分開至少一個預定距離。當致動時，該順性 梁從該對置的表面上被拉開。例如，在一個實施方案中，該梁在其休止位置中被彎曲。在另一個實施方案中，形成該調製組件的步驟包括通過將第一和第二梁材料彼此連接而形成該順性梁。該第一梁材料具有一種第一應力狀態。該第二梁材料具有一種不同 的第二應力狀態。在另一個實施方案中，形成該調製組件的步驟包括將該順性梁形成為在 釋放該調製組件之前具有一種第一環框形狀並且在該休止位置中具有一種不同的形狀。附圖簡要說明從通過參照以下附圖對本發明的以下詳細的說明中將更易於理解上述說明圖IA是根據本發明的一個說明性實施方案的顯示裝置的等距視圖；圖IB是根據本發明的一個說明性實施方案圖IA的顯示裝置的方框圖；圖2A是根據本發明的一個說明性實施方案適合於結合在圖IA所示的基於MEMS 的顯示器中的一種說明性的基於快門的光調製器的透視圖；圖2B是根據本發明的一個說明性實施方案適合於結合在圖IA所示的基於MEMS 的顯示器中的一種基於捲簾的光調製器的截面視圖；圖2C是根據本發明的一個說明性實施方案適合於結合在圖IA所示的基於MEMS 的顯示器中的一種基於光閘門(light-tap-based)的光調製器的截面視圖；圖3A是根據本發明的一個說明性實施方案適合於控制結合在圖IA所示的基於 MEMS的顯示器中的這些光調製器的一個控制矩陣的示意圖；圖3B是根據本發明的一個說明性實施方案被連接到圖3A的控制矩陣上的一個基 於快門的光調製器陣列的透視圖；圖4A和圖4B是根據本發明的一個說明性實施方案的一個二元致動快門組件對應 地在開放和關閉狀態中的平面圖。圖5是根據本發明的一個說明性實施方案的顯示裝置的截面視圖；圖6A至圖6E是根據本發明的一個說明性實施方案類似於圖2A所示的複合快門 組件的多級構造的截面視圖；圖7A至圖7D是根據本發明的一個說明性實施方案具有多個窄的側壁的梁的一種 替代快門組件的多級構造的等距視圖；圖8A至圖8C是根據本發明的一個說明性實施方案的三個不同快門組件的平面 圖，這些快門組件的特徵為多種應力狀態。圖9是根據本發明的一個說明性實施方案的一個快門組件的平面圖，該快門組件 具有一種被設計為對於這些梁的應力狀態的改變相對不敏感的形狀。圖IOA和圖IOB是根據本發明的一個說明性實施方案展示了在圖8B示出的這些 梁在從模具釋放之前和之後這些梁內的應力分布圖形。

圖11是根據本發明的一個說明性實施方案一種快門組件的平面圖，該快門組件 包括被設計用來限制這些梁彎曲的一個停止結構。圖12A和圖12B是一個快門組件的平面圖，包括應力誘發的變形，這種變形不要求 參照圖7A至圖7D所說明的側壁製造技術。這些圖示出了根據本發明的一個說明性實施方 案在這些梁從該模具中釋放之前和之後這些梁的形狀。圖13A是根據本發明的一個說明性實施方案類似於圖4所示的快門組件的一個快 門組件的部分平面圖，它示出了固有應力在這些驅動梁的形狀的作用。圖13B是根據本發明的一個說明性實施方案類似於圖4所示的快門組件的一個快 門組件的部分平面圖，它示出了固有應力在這些驅動梁的形狀的作用。
圖14是根據本發明的一個說明性實施方案一種快門組件的平面圖，該快門組件 包括在這些驅動梁上的二元錨定件。圖15是根據本發明的一個說明性實施方案一種快門組件的平面圖，該快門組件 包括形成為一個環框的驅動梁，該環框被附接到一個單錨定件上。圖16A和圖16B是根據本發明的一個說明性實施方案快門組件的平面圖，該快門 組件包括環框形的或部分環框形的驅動梁。圖17是根據本發明的一個說明性實施方案一個快門組件的平面圖，該快門組件 包括限制該驅動梁變形的一種停止結構。圖18A和圖18B是根據本發明的一個說明性實施方案一個快門組件的平面圖，該 快門組件包括限制該驅動梁變形的一種替代性停止結構。
具體實施例方式為了提供對本發明的總體理解，現在將某些說明性實施方案進行說明，包括用於 顯示圖像的裝置和方法。然而，所屬領域普通技術人員將會理解，在此說明的系統和方法可 以適當地對著手解決的應用進行適配和修改，並且在此說明的系統和方法可以用於其他適 當的應用中，並且這類其他的補充和修改不會偏離其範疇。圖IA是根據本發明的一個說明性實施方案的一種直接觀看式的基於MEMS的顯示 裝置100的示意圖。顯示裝置100包括按多行和多列安排的光調製器102a-102d(總體上 稱為「光調製器102」)。在顯示裝置100中，光調製器102a和102d處於開放狀態，從而允 許光通過。光調製器102b和102c處於關閉狀態，從而遮蔽了光的通路。通過選擇性地設 定光調製器102a-102d的狀態，如果通過一個燈或多個燈105來照明，顯示裝置100可以用 來形成用於背光式顯示器的一個圖像104。在另一種實現方式中，裝置100可以通過反射源 於該裝置前方的環境光而形成一個圖像。在另一個實現方式中，裝置100可以通過反射定 位在該顯示器前方的一個燈或多個燈的光(即通過使用一個前光源)形成一個圖像。在關 閉或開放狀態之一中，光調製器102(例如但不限於)通過阻斷、反射、吸收、過濾、偏光、衍 射、或改變光的屬性或路徑的其他方式幹涉光路中的光。在顯示裝置100中，每個光調製器102對應於圖像104中的一個像素106。在其他 實現方式中，顯示裝置100可以使用多個光調製器以形成圖像104中的一個像素106。例 如，顯示裝置100可以包括三種顏色特定的光調製器102。通過選擇性地開放對應於一個具 體像素106的顏色特定的光調製器102中的一個或多個，顯示裝置100可以在圖像104中 產生一個色彩像素106。在另一個實例中，顯示裝置100包括對於每個像素106的兩個或 更多個光調製器102以便提供圖像104中的灰度。相對於一個圖像而言，一個「像素」對應 於由該圖像的解析度所限定的最小圖片元素。相對於顯示裝置100的結構部件而言，術語 「像素」是指用於調製形成該圖像的一個單個像素的光的組合的機械和電氣部件。顯示裝置100是一種直接觀看式顯示器，其中它不要求成像光學部件。使用者通 過直接看顯示裝置100而看到圖像。在多個替代實施方案中，顯示裝置100被結合在一種投 影顯示器中。在這類實施方案中，顯示器通過將光投影到屏幕上或牆壁上而形成圖像。在 投影應用中，顯示裝置100實質性地小於投影圖像104。直接觀看式顯示器可以或按照透射模式或按反射模式來工作。在一個透射顯示器中，這些光調製器過濾或者選擇性地阻斷源於位於顯示器後面的一個燈或多個燈的光。來 自這些燈的光被任選地射入一個光引導件或「背光」中。透射性直接觀看式顯示器的實施 方案通常是建造在透明基片或玻璃基片上，以便於進行一種夾層組件安排，其中包含這些 光調製器的一個基片被直接置於該背光源上。在某些透射性顯示器的實施方案中，通過將 一種濾色器材料與各自的調製器102相關聯而產生一種顏色特定的光調製器。在其他透射 性顯示器的實施方案中，如以下所說明，色彩可以使用一種通過具有不同原色的燈的交替 照明的一種場色序法來產生。每個光調製器102包括一個快門108以及一個孔闌109。為了照明圖像104中的 一個像素106，將快門108定位為使之允許光朝向一名觀看者穿過孔闌109。為了保持一個 像素106不發光，將快門108定位為使之遮蔽光穿過孔闌109的通路。孔闌109是由通過 一種反射性或吸收光的材料構成圖案的一個開口限定的。該顯示裝置還包括一個控制矩陣，它被連接到該基片上以及被連接到用於控制這 些快門的運動的這些光調製器上。該控制矩陣包括一系列的電互連(例如，互連110、112、 以及114)，包括每行像素至少一個寫賦能互連110(也稱為「掃描線互連」)、用於每列像素 的一個數據互連112、以及一個公共互連114，該公共互連向所有像素或者至少向在顯示裝 置100中的多個行和多個列兩方面中的像素提供一個公共電壓。響應於施加的一個適當電 壓(「寫賦能電壓，Vwe」)，用於一個給定行的像素的寫賦能互連110使該行的像素做好準備 以接受新的快門運動指令。這些數據互連112以數據電壓脈衝的形式來傳送這些新的運動 指令。在一些實現方式中，施加到這些數據互連112上的數據電壓脈衝直接對快門的靜電 學運動起作用。在其他的實現方式中，這些數據電壓脈衝控制多個開關，例如，電晶體或者 控制對這些光調製器102施加分開的致動電壓的其他非線性電路元件，這些分開的致動電 壓典型地在幅值上高於這些數據電壓。於是施加這些致動電壓導致這些快門108的靜電驅 動運動。圖IB是顯示裝置100的一個框圖150。參見圖IA和圖1B，除了以上說明的顯示裝 置100的這些元件之外，如在框圖150中所描繪，顯示裝置100包括多個掃描驅動器152 (也 稱之為「寫賦能電壓源」)以及多個數據驅動器154(也稱之為「數據電壓源」)。這些掃描 驅動器152將寫賦能電壓施加到掃描線互連110上。這些數據驅動器154將數據電壓施加 到這些數據互連112上。在該顯示裝置的一些實施方案中，這些數據驅動器154被配置為 將模擬數據電壓提供給這些光調製器，尤其是在要把圖像104的灰度轉化為模擬形式的情 況中。在模擬工作中，這些光調製器102被設計為使得當經過這些數據互連11施加一個範 圍的中間電壓2時，在這些快門108中導致一個範圍的中間開放狀態並且因此導致圖像104 中的一個範圍的中間照明狀態或灰度。在其他情況中，這些數據驅動器154被配置為僅將一個減少的組的2、3、或4個數 字電壓電平施加到該控制矩陣上。這些電壓電平被設計為以數字形式把每個快門108或設 為開放狀態或設為關閉狀態。這些掃描驅動器152以及這些數據驅動器154被連接到數字控制電路156 (還稱 為「控制器156」)上。控制器156包括一個輸入處理模塊158，該輸入處理模塊將一個輸入 的圖像信號157處理成一種數字圖像格式，該格式適合於顯示器100的空間尋址以及灰度 能力。每個圖像的像素位置和灰度數據被存儲在一個幀緩衝區159中，這樣可以根據需要將數據送出到這些數據驅動器154上。主要以串聯方式、以按列以及按圖像幀分組的預定 順序進行組織而將數據傳送到這些數據驅動器154上。這些數據驅動器154可以包括多個 串_並行數據轉換器、電平轉換、並且對於某些應用包括數模電壓轉換器。顯示裝置100可任選地包括一組公用驅動器153，公用驅動器也稱為公用電壓源。 在一些實施方案中，公用驅動器153 (例如)通過給一系列的公用互連114提供電壓來為光 調製器103的陣列內的所有光調製器提供一個DC公共電位。在其他實施方案中，這些公用 驅動器153遵從來自控制器156的指命給該光調製器103的陣列發出電壓脈衝或信號，例 如，能夠驅動和/或啟動陣列103的多個行和多個列中的所有光調製器同時致動的全局致 動脈衝。所有這些用於不同顯示功能的驅動器(例如，掃描驅動器152、數據驅動器154、以 及公用驅動器153)通過控制器156中的定時控制模塊160進行時間同步。來自模塊160 的定時命令通過多個燈驅動器168、陣列像素103內的特定行的寫賦能和排序、來自這些數 據驅動器154的輸出電壓、以及提供光調製器致動的輸出電壓來協調紅燈、綠燈和藍燈以 及白燈(對應地為162、164、166、以及167)的照明。控制器156確定排序或尋址方案，通過該方案陣列103中的每個快門108可以被 重新設為適合新圖像104的照明水平。在美國專利申請號11/326，696和11/643,042中 可以找到適於尋址、圖像形成、以及灰度的技術細節，上述專利文件通過引用結合在此。新 圖像104可按周期性時間間隔來設定。例如，對於視頻顯示器，視頻的色彩圖像104或幀按 10到300赫茲範圍的頻率刷新。在一些實施方案中，為陣列103設置的圖像幀是與燈162、 164、以及166的照明同步的，這樣交替的圖像幀用交替色彩系列(如，紅、綠、和藍)照明。 用於每個相應顏色的這些圖像幀也稱為顏色子幀。在這個方法(被稱為場色序法)中，如 果這些顏色子幀以超過20Hz的頻率進行交替，人的大腦將這些交替的幀圖像平均成具有 寬廣的並且連續範圍的彩色圖像的感覺。在一些替代實現方式中，具有原色的四個或更多 個燈可以用在顯示裝置100中，該顯示裝置使用了不同於紅、綠、和藍的原色。在顯示裝置100被設計為用於快門108在開放與關閉狀態之間的數字切換的一些 實現方式中，控制器156確定了在圖像幀之間的尋址序列和/或時間間隔以產生具有適當 灰度的圖像104。通過控制一個快門108在一個具體的幀中處於開放的時間量值而產生變 化的灰度級別的過程被稱為時分灰度。在時分灰度的一個實施方案中，控制器156根據像 素的所希望的照明水平或灰度確定在每個幀內快門108被允許保持在開放狀態的時間周 期或者時間段。在其他實現方式中，對於每個圖像幀，控制器156在陣列103的多個行和多 個列中設置多個子幀圖像，並且該控制器改變每個子幀圖像被照明的持續時間，該持續時 間與一個灰度值或在灰度的一個編碼字之內所使用的有效值成比例。例如，用於一系列子
幀圖像的照明時間可以與二進位編碼序列1、2、4、8......成比例地改變。根據灰度級別的
像素的二進位編碼字之內的一個對應位置上的值，於是用於陣列103中的每個像素的這些 快門108在一個子幀圖像內或被設為開放狀態或被設為關閉狀態。在其他實現方式中，該控制器與希望用於特定的子幀圖像的灰度值成比例地改變 來自燈162、164、以及166的光的亮度。還有許多混合技術可以用於形成來自一個陣列的快 門108的色彩和灰度。例如，以上說明的時分技術可以與每個像素的多個快門108的使用進 行組合，或者用於特定子幀圖像的灰度值可以通過子幀定時和燈的亮度的組合來建立。這些以及其他實施方案的細節可以在以上引用的美國專利申請11/643，042中查閱。在一些實現方式中，用於一個圖像狀態104的數據被控制器156通過多個單獨行 (也稱為掃描線)的順序尋址而被加載到調製器陣列103上。對於該序列中的每個行或每 條掃描線，掃描驅動器152給用於陣列103的那個行的寫賦能互連110施加一個寫賦能電 壓，並且隨後數據驅動器154將對應於所希望的快門狀態的數據電壓提供給所選行中的每 個列。重複這個過程直到數據已經被加載到用於該陣列中的所有行為止。在一些實現方式 中，該序列的用於數據加載的多個選定的行是線性的，在該陣列中從頂部開始到底部。在其 他實現方式中，該序列的多個選定的行是偽隨機的以便使視覺偽差最小化。並且在其他實 現方式中，該排序按多個塊來組織，其中對於一個塊，圖像狀態104的僅一個特定片段的數 據被加載到該陣列中，例如通過在順序中僅對該陣列的每個第5行進行尋址。在一些實現方式中，將圖像數據加載到陣列103的過程在時間上是與致動這些快 門108的過程分開的。在這些實現方式中，調製器陣列103可以包括用於陣列103中的每個 像素的多個數據存儲元件並且該控制矩陣可以包括用於運送來自公用驅動器153的多個 觸發器信號的一個全局致動互連，以便根據儲存在這些存儲元件中的數據來起始快門108 的同時致動。不同的尋址順序(在美國專利申請11/643，042中說明了它們中的許多)可 以通過定時控制模塊160來協調。在一些替代實施方案中，該陣列的多個像素103以及控制這些像素的控制矩陣除 了可以按矩形的行和列的構形安排之外還可以按多種構形來安排。例如，這些像素能以六 邊形陣列或曲線的行和列來安排。總而言之，如在本文中所使用，術語掃描線將表示共享一 個寫賦能互連的任何多個像素。顯示器100包括多個功能塊，這些功能塊包括定時控制模塊160、幀緩衝器159、多 個掃描驅動器152、多個數據驅動器154、以及多個驅動器153和168。每個塊可以被理解為 代表一個便於識別的硬體電路和/或一個可執行代碼的模塊。在一些實現方式中，這些功 能塊被提供為通過電路板和/或纜線而連接在一起的不同的晶片或電路。可替代地，可以 將很多的這種電路與像素陣列103—起製造在同一個玻璃的或塑料基片上。在其他實現方 式中，可以把來自框圖150的多個電路、驅動器、處理器、和/或控制功能一起集成在一個單 個的矽晶片內，然後將該矽晶片直接結合到支持像素陣列103的透明基片上。控制器156包括一個編程連接180，通過該編程連接可以根據具體應用的需要而 改變在控制器156內實施的尋址、色彩、和/或灰度的算法。在一些實施方案中，編程連接 180輸送來自環境傳感器(如環境光或溫度傳感器)的信息，這樣控制器156可以與環境情 況相對應地調整成像模式或背光源的功率。控制器156還包括一個電源輸入182，該電源輸 入為多個燈以及光調製器的致動提供所需的電力。必要時，這些驅動器152、153、154、和/ 或168可以包括多個DC-DC轉換器或與這些轉換器相關聯，以便在182處將一個輸入電壓 轉換成足以用於快門108的致動或這些燈(如燈162、164、166、以及167)的照明的不同電 壓。MEMS光調製器圖2A是根據本發明的一個說明性實施方案適合於結合在圖IA的基於MEMS的顯 示裝置100中的一個說明性的基於快門的光調製器200的透視圖。基於快門的光調製器 200 (也稱為快門組件200)包括一個快門202，該快門被連接到一個致動器204上。致動器204是由兩個分離的順性電極梁致動器205 ( 「致動器205」)形成的，如2005年10月14日 提交的美國專利申請號11/251，035中所說明。快門202在一側連接到致動器205上。致 動器205使快門202在一個運動平面中的一個表面203上橫向移動，該運動平面基本上平 行於表面203。快門202的對側連接到一個彈簧207上，該彈簧提供了與由致動器204施加 的那些力相反的一個恢復力。每個致動器205包括一個順性的負載梁206，該負載梁將快門202連接到一個負 載錨定件208上。這些負載錨定件208與這些順性的負載梁206 —起用作機械支架，將快 門202保持為懸掛在表面203附近。這些負載錨定件208將這些順性的負載梁206和快門 202實體地連接到表面203上並且將這些負載梁206電氣連接到一個偏置電壓上，在某些情 況下是接地。每個致動器205還包括鄰近每個負載梁206定位的一個順性驅動梁216。這些驅 動梁216在一端連接到在這些驅動梁216之間共享的一個驅動梁錨定件218上。每個驅動 梁216的另一端自由移動。每個驅動梁216被彎曲為使它在驅動梁216的自由端以及在負 載梁206的支撐端附近最接近於負載梁206。表面203包括用於允許光通過的一個或多個孔闌211。如果快門組件200是形成在 一個不透明的基片(例如由矽製成)上，則表面203是該基片的表面，並且這些孔闌211是 通過蝕刻穿過該基片的一組孔來形成的。如果快門組件200是形成在一個透明的基片(例 如由玻璃或塑料製成)上，則表面203是沉積在該基片上的光阻斷層的一個表面，並且這些 孔闌是通過將表面203蝕刻成一組孔211來形成的。這些孔闌211可以總體上是圓形、橢 圓形、多邊形、蛇形、或不規則的形狀。在工作中，一種結合了光調製器200的顯示裝置通過驅動梁錨定件218將一個電 勢施加到這些驅動梁216上。可以將另一個電勢施加到這些負載梁206上。在這些驅動梁 216與負載梁206之間所造成的電位差把這些驅動梁216的自由端拉向這些負載梁206的 錨定端，並且將這些負載梁206的快門末端拉向這些驅動梁216的錨定端，由此將快門202 橫向地朝向驅動錨定件218驅動。這些順性梁206起到彈簧的作用，這樣當梁206和216 兩端的電壓被移除時，這些負載梁206把快門202推回其初始位置中，從而釋放存儲在這些 負載梁206中的應力。快門組件200 (也稱為彈性快門組件)結合一種個被動的恢復力(如彈簧)，用於 在電壓已被移除後將快門返回到其休止或松馳位置。多個彈性恢復機構和不同的靜電學連 接件可以被設計到靜態學致動器之中或者與靜態學致動器相結合，在快門組件200中展示 的這些順性梁僅是一個實例。在美國專利申請11/251，035和11/326，696中說明了其他實 例，通過引用將其結合在此。例如，可以提供一個高度非線性的電壓移位響應，這有利於在 工作的「開」與「關」狀態之間的一個突然躍遷，並且在許多情況下這為快門組件提供了一 種雙穩態的或滯後性工作特性。其他靜電致動器可以被設計成具有更多增量的電壓移位響 應並且具有相當大的減少的滯後現象，如可以被優選用於模擬灰度運行。靜態學快門組件內的致動器205被稱為是在閉合或致動的位置與一個松馳的位 置之間工作。然而，設計者也可以選擇把孔闌211安置為每當致動器205處於其松馳位置 時，快門組件200或處於「開放」狀態(即透光)、或處於「關閉」狀態(即阻斷光)，為了說 明的目的，以下假設在此說明的彈性快門組件被設計為在其松馳狀態下是開放的。
在許多情況下，優選的是提供「開放」和「閉合」致動器的一種二元設置作為快門 組件的一部分，這樣這些控制電子件能夠靜電地驅動這些快門進入開放和關閉狀態的每一 種之中。在多個替代的實施方案中，顯示裝置100包括的光調製器不同於橫向的基於快門 的光調製器，如以上說明的快門組件200。例如，圖2B是根據本發明的一個說明性實施方 案適合於結合在基於圖IA的MEMS顯示裝置100的替代實施方案中的一種捲動致動器的基 於快門的光調製器220的截面視圖。如在題為「Electric Display Device」的美國專利 5，233，459中以及在題為「Spatial Light Modulator」的美國專利5，784，189中進一步所 說明的那樣，一個基於捲動致動器的光調製器包括一個可移動的電極，該電極被安排為與 一個固定的電極對置並且被偏置為在一個優選的方向上移動，以便在施加一個電場時產生 一個快門，這兩個專利文件的全文通過引用結合在此。在一個實施方案中，光調製器220包 括置於一個基片228與一個絕緣層224之間的一個平面電極226，以及一個可移動的電極 222，該可移動的電極具有被附接到絕緣層224上的一個固定端230。在沒有施加任何電壓 時，可移動的電極222的一個可移動端232自由地朝向固定端230捲動以產生一種捲起狀 態。在電極222與226之間應用電壓時使得可移動的電極222不發生捲動並且平坦地躺靠 在絕緣層224上，由此它充當一個快門，該快門阻斷光行進穿過基片228。在電壓被移除後， 可移動的電極222通過一個彈性恢復力返回到該捲起的狀態。朝向一種捲起的狀態的偏置 可以通過製造可移動的電極222而包括一種各向異性的應力狀態來實現。圖2C是並非基於快門的MEMS光調製器250的一個說明性的截面視圖。根據本 發明的一個說明性實施方案，光閘門調製器250是適合結合在圖IA的基於MEMS顯示裝置 100 的一個替代實施方案。如在題為「Micromechanical Optical Switch and Flat Panel Display"的美國專利號5，771，321中所進一步所說明的，光閘門根據一種受抑全內反射的 原理來工作，這兩個專利文件全文通過引用結合在此。即，光252被引入一個光引導件254 中，其中，無幹涉時，光252由於全內反射而使其大部分不能通過其前表面或後表面而逸出 光引導件254。光閘門250包括一個閘門元件256，該閘門元件具有一個足夠高的折射率， 該折射率響應於與光引導件254相接觸的閘門元件256，碰撞在鄰近閘門元件256的光引導 件254的表面上的光252通過閘門元件256朝向觀察者選出光引導件254，由此對形成一個 圖像起作用。在一個實施方案中，閘門元件256被形成為撓性透明材料的梁258的一部分。多 個電極260覆蓋了梁258 —側上的多個部分。在光引導件254上安排了多個對置的電極 260。通過在這些電極260兩端施加一個電壓，可以控制間門元件256相對於光引導件254 的位置以選擇性地從光引導件254中提取光252。基於捲簾的光調製器220和光閘門250並非僅有的適合於包括在本發明的不同實 施方案的MEMS光調製器中的實例。應該理解，可以存在其他MEMS光調製器並且可以將它 們有效地結合在本發明中。美國專利申請號11/251，035和11/326,696已經說明了多種方法，通過這些方法 使一個陣列的快門可以通過一個控制矩陣來控制以產生具有適當的灰度的圖像，該圖像在 許多情況下是移動的圖像。在一些情況下，控制通過被連接到顯示器周邊上的多個驅動電 路上的一個無源矩陣的陣列的行和列的互連來實現的。在其他情況下，適當的是在該陣列(所謂的有源矩陣)的每個像素內包括切換和/或數據存儲元件，以改進速度、灰度和/或 顯示器的功率耗散性能。圖3A是根據本發明的一個說明性實施方案適合於對結合在圖IA的基於MEMS的 顯示裝置100的這些光調製器進行控制的一個控制矩陣300的示意圖。圖3B是根據本發 明的一個說明性實施方案被連接到圖3A的控制矩陣300上的一個陣列320的基於快門的 光調製器的透視圖。控制矩陣300可以對一個陣列的像素320( 「陣列320」)進行尋址。 每個像素301包括一個彈性快門組件302，如圖2A中由一個致動器303控制的快門組件 200。每個像素還包括一個孔闌層322，該孔闌層包括多個孔闌324。可以在美國專利申請 號11/251，035和11/326，696中找到快門組件(如快門組件302)的另外的電氣和機械說 明以及其上的變體。還可以在美國專利申請號11/607，715中查到替代的控制矩陣的說明。將控制矩陣300製造成一個基片304表面上的一個擴散的或薄膜沉積的電路，在 該基片上形成這些快門組件302。控制矩陣300包括一個用於控制矩陣300中的每行的像 素301的掃描線互連306以及一個用於控制矩陣300中的每列像素301的數據互連308。每 個掃描線互連306將一個寫賦能電壓源307電連接到對應排的像素301中的這些像素301 上。每個數據互連308將一個數據電壓源(「Vd源」)309電連接到一個對應列的像素301 中的這些像素301上。在控制矩陣300中，數據電壓Vd提供了用於致動這些快門組件302 所需的主要電能。因此，數據電壓源309還用作致動電壓源。參見圖3A和圖3B，對於每個像素301或對於該陣列的像素320中的每個快門組件 302，控制矩陣300包括一個電晶體310和一個電容器312。每個電晶體310的柵極被電連 接到陣列320中該行的掃描線互連306上，像素301位於該陣列中。每個電晶體310的源 極被電連接到其對應的數據互連308上。每個快門組件302的致動器303包括兩個電極。 每個電晶體310的漏極被並聯地電連接到對應的電容器312的一個電極上並且被電連接到 對應致動器303的這些電極之一上。在快門組件302中電容器312的其他電極以及致動器 303的其他電極被連接到一個公共電位或地電位上。在多個替代實現方式中，這些電晶體 310可以用半導體二極體和/或金屬-絕緣層-金屬夾層型的開關器件代替。 在工作中，為了形成圖像，控制矩陣300通過將Vwe依次施加到每個掃描線互連306 上使陣列320中的每行按順序寫賦能。對於一個寫賦能的行，將Vwe施加到該行中的這些像 素301的電晶體310的柵極上從而允許電流經過這些電晶體310而流過這些數據互連308， 以將一個電位施加到快門組件302的致動器303上。當該行被寫賦能時，數據電壓Vd被選 擇性地施加到這些數據互連308上。在提供模擬灰度的實現方式中，相對位於寫賦能掃描 線互連306與數據互連308的交匯處的像素301的所希望的亮度改變施加到每個數據互連 308上的數據電壓。在提供數字控制方案的實現方式中，數據電壓被選擇為或是一個相對低 幅值的電壓(即，一個接近地的電壓)或是滿足或超過Vat (致動閾值電壓)。響應於施加 到一個數據互連308上的Vat，對應的快門組件302中的致動器303致動，從而打開了快門 組件302中的快門。即使在控制矩陣300停止對一個行施加Vwe之後，施加到數據互連308 上的電壓仍保持存儲在像素301的電容器312中。因此，不必要為了使快門組件302致動 而在一行上對電壓Vwe等待和保持足夠長的時間；這種致動在寫賦能電壓已經從該行上移 除之後仍可以進行。這些電容器312還起陣列320內的存儲元件的作用，從而把致動指令 存儲到長達照明一個圖像幀所需要的時間。
這些像素301連同陣列320的控制矩陣300被形成在一個基片304上。該陣列包 括被放置在基片304上的一個孔闌層322，該孔闌層包括用於陣列320中的對應像素301的 一組孔闌324。這些孔闌324與每個像素中的快門組件302對齊。在一個實現方式中，基片 304是由一種透明材料製成，如玻璃或塑料。在另一個實現方式中，基片304是由不透明的 材料製成，但在其中蝕刻多個孔以形成這些孔闌324。快門組件302的多個部件或者與控制矩陣300同時處理或者在同一個基片上在 隨後的處理步驟中進行處理。控制矩陣300中的這些電氣部件是使用與製造液晶顯示 器的薄膜電晶體陣列一樣的薄膜技術製造的。可供使用的技術說明在Den Boer, Active Matrix Liquid Crystal Displays (Elsevier, Amsterdam, 2005)中，該文獻通過引用結合 在此。這些快門組件是使用類似於微型加工技術或者與微型機械(即，MEMS)裝置的製造 相類似的技術來製造的。在 Rai-Choudhury 等人的 Microlithography，Micromachining & Microfabrication(SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash. 1997)手冊 中說明了許多可供使用的薄膜MEMS技術，該手冊通過引用結合在此。在美國專利申請號 11/361，785和11/731，628中可以找到在玻璃基片上形成MEMS光調製器的專門製造技術， 該專利文件通過引用結合在此。例如，如在那些申請中所說明的，快門組件302可以通過一 種化學氣相沉積過程沉積的非晶態矽薄膜形成。快門組件302與致動器303 —起可以製成雙穩態的。即，這些快門可以存在於至 少兩個平衡的位置(例如，開放或關閉)中，其中將它們保持在兩個位置的任何一個需要很 小的電力或者不需要電力。更具體地講，快門組件302可以是機械雙穩態的。一旦設置了 快門組件302的快門位置，就不再需要任何電能或保持電壓來維持那個位置。在快門組件 302的這些實體元件上的機械應力可以將快門保持在適當的位置。快門組件302與致動器303 —起還可以製成電氣雙穩態的。在一個電氣雙穩態的 快門組件中，存在著低於快門組件的致動電壓的電壓範圍，如果該電壓被施加到一個關閉 的致動器上(其中該快門或者開放或者關閉)，則保持該致動器關閉並且保持快門的位置， 即使在該快門上施加一個反向的力。該反向的力可以通過彈簧(如基於快門的光調製器 200中的彈簧207)施加，或者該反向的力可以通過一個相反的致動器(如「開放的」或「關 閉的」致動器)來施加。光調製器陣列320被描繪為每個像素具有一個單個的MEMS光調製器。其他實施 方案是可能的，其中在每個像素中提供多個MEMS光調製器，由此在每個像素中提供了不僅 只是二元的「開」或「關」的光學狀態的可能性。某種形式的編碼區域劃分的灰度是可能的， 在此在所述像素設有多個MEMS光調製器，並且其中與每個光調製器相關聯的多個孔闌324 具有不相等的區域。在其他實施方案中，基於捲簾的光調製器220和光閘門250、連同其他基於MEMS的 光調製器可以代替光調製器陣列320內的快門組件302。圖4A和圖4B示出適合於包含在本發明的不同實施方案中的一種替代的基於快門 的光調製器(快門組件)400。光調製器400是一種二元致動器快門組件的一個實例，並且 在圖4A中示出於開放狀態。圖4B是處於關閉狀態的二元致動器快門組件400的視圖。快 門組件400在前文參照的美國專利申請11/251,035中有進一步詳細的說明。與快門組件 200相對比，快門組件400在快門406的兩側的任一側上包括致動器402和404。每個致動器402和404獨立地受控制。一個第一致動器(快門開放致動器402)用來打開快門406。 一個第二對置的致動器(快門關閉致動器404)用來關閉快門406。致動器402和404兩者 均是順性梁的電極致動器。這些致動器402和404通過驅動實質性地在平行於一個孔闌層 407的平面中的快門406來打開和關閉快門406，該快門被懸掛在該孔闌上方。快門406通 過被附接到這些致動器402和404上的多個錨定件408而被懸掛在孔闌層407之上的一個 短距離處。將沿其運動軸線附著在快門406的兩端上的多個支架包括在內減少了快門406 的平面外運動並且限定了基本上平行於該基片的平面的運動。通過模擬圖3A的控制矩陣 300，適合與快門組件400 —起使用的一個控制矩陣可以包括用於每個對置的快門開放和 快門關閉的致動器402和404的一個電晶體和一個電容器。快門406包括兩個快門孔闌412，光可以經這些孔闌通過。孔闌層407包括一組三 個孔闌409。在圖4A中，快門組件400處於開放狀態，這樣，快門開放的致動器402已經被 致動，快門關閉的致動器404處於其松馳位置中，並且孔闌412與409的中線重合。在圖4B 中，快門組件400已經被移動到關閉狀態，這樣，快門開放的致動器402處於其松馳位置，快 門關閉的致動器404已經被致動，並且快門406的這些阻斷光的部分現在能夠阻斷光經過 這些孔闌409的傳送(如虛線所示)。每個孔闌圍繞其周邊具有至少一個邊緣。例如，這些矩形孔闌409具有四個邊緣。 在多個替代實現方式中，其中圓形、橢圓形、卵形、或其他彎曲的孔闌形成在孔闌層407中， 每個孔闌可以僅具有一個單個的邊。在其他實現方式中，這些孔闌不需要分開或在數學意 義上分離，取相反可以是連接的。這就是說，當該孔闌的多個部分或多個成形的區段可以與 每個快門保持一致時，可以連接這些區段中的幾個，這樣使該孔闌的一個單個的連續的周 邊由多個快門分享。為了允許光以不同的輸出角在開放狀態中通過孔闌412和409，有利的是為快門 孔闌412提供比孔闌層407中的孔闌409的對應的寬度或尺寸更大的寬度或尺寸。為了在 關閉狀態有效地阻斷光選出，優選的是快門406的這些阻斷光的部分與這些孔闌409相重 疊。圖4B示出了在快門406中的光的阻斷部分的邊緣與在孔闌層407中形成的孔闌409 的一個邊緣之間的一個預定重疊416。這些靜電致動器402和404被設計為使它們的移位電壓為快門組件400提供了一 種雙穩態特性。對於快門開放和快門關閉致動器中的每一個，存在著低於該致動電壓的一 個電壓範圍，如果施加這樣的電壓，則處於關閉狀態(其中該快門或者處於開放或者關閉) 的致動器將使該致動器保持關閉並且使該快門保持在位，即使是在將一個致動電壓施加到 對置的致動器上之後。用來維持對抗這樣一個反向力的快門位置所需要的最低電壓被稱為 維持電壓Vm。在以上提及的美國專利申請號11/607,715中說明了利用雙穩態工作特性的 多個控制矩陣。圖5是根據本發明的一個說明性實施方案結合基於快門的光調製器(快門組 件)502的一種顯示裝置500的截面圖。每個快門組件結合了一個快門503以及一個錨定 件505。未示出這些順性梁的致動器，當這些致動器被連接在這些錨定件505與這些快門 503之間時，它們有助於將這些快門懸掛在該表面之上的短距離上。這些快門組件502被布 置在一個透明的基片504上，該基片優選地由塑料或玻璃製成。被放置在基片504上的一 個面向後部的反射層(反射膜506)限定了多個表面孔闌508，這些表面孔闌位於這些快門組件502的這些快門503的關閉位置之下。反射膜506將未穿過這些表面孔闌508的光向 回朝顯示裝置500的後部反射。反射性孔闌層506可以是沒有夾雜物的與該細晶粒的金屬 膜，它是以薄膜形式通過多種氣相沉積技術形成的，這些沉積技術包括濺射、蒸發、離子電 鍍、雷射燒蝕、或化學氣相沉積。在另一種實現方式中，面向後部的反射層506可以由反射 鏡形成，如電介質鏡。電介質鏡被製造成一疊高反射率材料與低反射率材料之間交替的介 電體薄膜。使這些快門503與反射膜506分離的垂直間隙是在0. 5至10微米的範圍之內， 所述快門在該垂直間隙內自由移動。垂直間隙的幅值優選地小於快門503的邊緣與關閉狀 態中的孔闌508的邊緣之間的側向重疊，如圖4B所示的重疊416。顯示裝置500包括一個可任選的漫射器512和/或一個可任選的亮度增強膜514， 該亮度增強膜使基片504與一個平面的光引導件516相分離。該光引導件包括一個透明材 料，即玻璃或塑料材料。光引導件516由形成背光的一個或多個光源518照明。這些光源 518可以是(例如但不限於)白熾燈、螢光燈、雷射、或發光二極體(LED)。一個反射器519 幫助從燈518向光引導件516引導光。一個面向前部的反射膜520被放置在背光516之 後，向這些快門組件502反射光。光線(如來自背光未穿過這些快門組件502之一的光線 521)將被返回到背光上並且被再次從膜520上反射。通過這種形式，未能離開顯示器而形 成圖像的光可以被回收並且可供用於經陣列的快門組件502中的其他開放的孔闌透射。已 經證明這種光的回收可以提高顯示器的照明效率。光引導件516包括一組幾何學光轉向器或稜鏡517，這些光轉向器或稜鏡把來自 這些燈518的光再次引導朝向這些孔闌508並且因此朝向所述顯示器的前部。這些光的轉 向器可以被模製在光引導件516的塑料體中，其形狀可以替代的是三角形、梯形、或者在截 面上是彎曲的。這些稜鏡517的密度總體上隨著與燈518的距離而增加。在多個替代實施方案中，孔闌層506可以由吸光的材料製造，並且在多個替代實 施方案中，快門503的表面可以或覆蓋吸光的材料或覆蓋反射光的材料。在多個替代實施 方案中，孔闌層506可以被直接沉積在光引導件516的表面上。在多個替代實施方案中，不 必將孔闌層506沉積在這些快門503和錨定件505的同一基片上(見以下說明的MEMS下 構形)。在美國專利申請號11/218，690和11/528，191中詳細說明了用於顯示器照明系統 的這些和其他實施方案，這兩個專利文件通過引用結合在此。在一個實現方式中，這些光源518可以包括不同顏色的燈，例如紅色、綠色、以及 藍色。一個彩色圖像可以由不同顏色的燈來形成，這是以對於人的大腦來說足夠將不同顏 色的多個圖像平均成一個單個的多顏色圖像的速率來順序地照明圖像。這些不同的顏色特 定的圖像是通過使用該陣列的快門組件502形成的。在另一個實現方式中，光源518包括 具有多於三種不同顏色的燈。例如，光源518可以具有紅燈、綠燈、藍燈和白燈或者紅燈、綠 燈、藍燈、和黃燈。一個蓋板522形成了顯示裝置500的前部。蓋板522的後側可以覆蓋有一個黑色 的矩陣524以增加對比度。在多個替代實現方式中，蓋板包括多個濾色鏡，例如對應於這些 快門組件502的不同快門的不同的紅、綠、和藍濾色鏡。蓋板522被支撐離開這些快門組件 502的一個預定距離從而形成一個間隙526。間隙526是通過多個機械支架或間隔件527 和/或通過將蓋板522附接到基片504上的一個粘合密封件528來維持的。粘合密封件528密封在一種工作流體530中。工作流體530被設計成具有優選地約在10%以下的粘性並且具有優選地約在2. 0以上的相對介電常數、以及約在104V/cm以 上的介電擊穿強度。工作流體530還可以用作一種潤滑劑。在一種實現方式中，工作流體 530是一種具有高表面溼潤性的疏水液體。在替代實現方式中，工作流體530具有一個折射 率，該折射率或者大於或者小於基片504的折射率。注意，這是圖5的短版本。它不包括細節，如密封材料的命名種類、命名種類流體、 以及疏水流體。對於這些附加內容見日期為07年10月12日的文件「Package II Alignment RB edit」。一種金屬板或模製的塑料組件託架532支持著蓋板522、基片504、背光516以及 一起圍繞這些邊緣的其他部件部分。組件託架532通過螺釘或刻痕片來緊固，以增加組合 的顯示裝置500的剛性。在一些實現方式中，光源518通過一種環氧灌注化合物而被模製 在適當的位置。反射器536幫助從光引導件516的邊緣中選出的光返回到光引導件中。在 圖5中未示出給這些快門組件502以及這些燈518提供控制信號以及電力的多個電互連。在美國專利申請號11/361，785和11/731，628中可以查閱顯示裝置500的進一步 的細節和替代構形(因此也包括其製造方法)，這兩個專利申請文件通過引用結合在此。顯示裝置500稱為MEMS在上的構形，其中這些基於MEMS的光調製器形成在基片 504的一個前表面上，即面向觀察者的表面上。這些快門組件502被直接構建在反射性孔 闌層506的上面。在本發明的一個替代實施方案中，稱之為MEMS在下的構形，這些快門組 件被放置在與該基片分離的一個基片上，在該基片上形成所述反射孔闌層。在其上形成限 定多個孔闌的反射性孔闌層的基片在此被稱為孔闌板。在MEMS在下的構形中，承載基於 MEMS的光調製器的基片在顯示裝置500中取代了蓋板522的位置並且被定向為使這些基 於MEMS的光調製器被定位在該頂部基片的後表面上，即該表面背離觀察者並且朝向背光 516。由此，基於MEMS的光調製器直接與反射性孔闌層相對置並且與之跨過一個間隙。該間 隙可以通過一系列的連接孔闌板與基片的間隔柱來維持並且在基片上形成了這些MEMS調 制器。在一些實現方式中，這些間隔件被放置在陣列的每個像素之內或者在它們之間。使這 些MEMS光調製器與它們的對應的孔闌分離的間隙或距離優選地小於10微米、或者是一個 小於快門與孔闌之間的重疊(如重疊416)的距離。在以上提及美國專利申請11/361，785、 11/528，191、和11/731，628中可以查閱MEMS下顯示器構形的進一步的細節和替代實施方 案。在其他實施方案中，基於捲簾的光調製器220或光閘門250連同其他基於MEMS的 光調製器可以替代顯示器組件500之內的這些快門組件502。快門的製造圖6A示出根據基於MEMS的快門顯示器的一種實現方式的複合快門組件600的截 面細節，該複合快門組件包括建造在基片603和孔闌層606上的快門601、一個順性梁602、 以及一個錨定件結構604。該複合快門組件的這些元件包括一個第一機械層605、一個導體 層607、一個第二機械層609、以及一種封裝介電體611。機械層605或609中的至少一個 將被沉積到超過0. 15微米的厚度，因為這些機械層中的一個或二者都將包括用於該快門 組件的原理支承負載和機械致動構件。機械層605和609的待選材料包括但是不限於金 屬，如 Al、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd、或其合金；介電材料如 A1203、SiO2, Ta2O5、或 Si3N4 ； 或者半導體材料，如鑽石樣碳、Si、Ge、GaAs, CdTe或者其合金。這些層的至少一個，如導體層607，應該是導電的，從而能夠將電荷攜帶到這些致動元件上以及從其上帶走。待選材料包括但不限於A1、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd、或其合金，或者半導體材料，如鑽石樣碳、 Si、Ge、GaAs、CdTe或其合金，特別是當這些半導體被摻雜有雜質，如磷、砷、硼、或鋁時。圖 6A示出了用於該複合材料的一種夾層構形，其中具有類似厚度和機械性能的機械層605和 609被沉積在導體層607的兩側的任一側上。在一些實施方案中，該夾層結構幫助確保在沉 積之後剩餘的應力和/或由溫度改變而施加的應力將不會起作用而引起快門組件600彎曲 或扭曲。在一些實現方式中，複合快門組件600中的這些層的次序是可以反轉的，從而夾 層的外側包括一個導體層而夾層的內側包括一個機械層。在快門601中使用的材料的進一步的說明(包括被選擇用於結合了吸收或反射 入射光的的材料的說明)可以在2006年2月23日提交的題為「Display Apparatus and Methods For Manufacture Thereof 」美國專利申請11/361，785中查到，該文件通過引用結 合在此。快門組件600包括一個封裝介電層611。介電塗層能夠以共形的方式施加，這樣快 門和梁的所有底部、頂部和側表面都被均勻地塗覆。這類薄膜可以通過一種絕緣體如A1203、 Cr2O3、TiO2、HfO2、V205、Nb205、Ta2O5、SiO2、或Si3N4的熱氧化和/或通過附形的化學氣相沉積， 或者通過原子層沉積來沉積類似的材料而生成。該介電塗層可以施加到IOnm到1微米範 圍內的厚度。在一些情況下可以使用濺射和蒸發蔣介電塗層沉積在側壁上。圖6B至圖6E示出了建造快門組件600的過程，該快門組件包括在一個基片603和 孔闌層606頂部上的快門601、一個順性梁602、以及錨定件結構604。在許多實現方式中， 快門組件被構建在一個預先存在的控制矩陣上，例如一個薄膜電晶體的有源矩陣陣列。用 於在一個孔闌層606上或者與該孔闌層相結合構造該控制矩陣的過程在以上提到並結合 的美國專利申請號11/361，785中說明。圖6B是根據本發明的一個說明性實施方案在形成快門組件600的過程中的一個 第一步驟的截面圖。如在圖6B中所示，沉積一個犧牲層613並構成圖案。聚醯亞胺是一種 優選的犧牲材料。其他待選的犧牲材料包括聚合物材料，如聚醯亞胺、氟聚合物、苯並環丁 烯、聚亞苯基奎諾希爾、聚對亞苯基二甲基、或聚降冰片烯。選擇這些材料是因為其使粗糙 表面平整化、在超過250°C的處理溫度下保持機械完整性、以及其在去除過程中易於蝕刻和 /或熱分解的能力。可以在光致抗蝕劑之中找到替代的犧牲層聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基乙 烯、以及酚醛樹脂或線性酚醛樹脂，儘管它們的使用將典型地被限制為低於350°C的溫度。 一個替代的犧牲層是SiO2,只要其他電子電路或結構層耐受其去除用的氫氟酸溶劑(Si3N4 是耐受的)就可以優先地去除它。另一個替代犧牲層是矽，只要其他的電子電路或者結構 層耐受其去除用的氟等離子或者XeF2 (多數金屬和/或Si3N4是耐受的)就可以優先地去除 它。另一個替代犧牲層是鋁，只要其他電子電路或者結構層耐受強鹼(濃NaOH)溶液(Cr、 Ni、Mo、Ta、和Si是耐受的)就可以優先地去除它。然而，另一個替代犧牲層是銅，只要其他 的電子電路或者結構層耐受硝酸或硫酸溶液(Cr、Ni和Si4是耐受的)就可以優先地去除 它。接著，使犧牲層613構成圖案以暴露這些錨定件區域604處的多個孔或穿通孔。 優選的聚醯亞胺材料和其他聚合物樹脂可以配製成包括多種感光劑，這些感光劑能夠使通過一個UV光掩膜暴光的多個區域在顯影液中被優先去除。通過在用一個附加的光致抗蝕 劑層塗覆該犧牲層、使該光致抗蝕劑用光構成圖案、並且最後用光致抗蝕劑作蝕刻掩模可 以構成其他犧牲層613的圖案。可以通過用一種硬掩模塗覆該犧牲層構成其他犧牲層的圖 案，該硬掩模可以是一薄層SiO2或者金屬，如鈷。然後通過光致抗蝕劑和溼化學蝕刻把一 個光圖案轉變成硬掩模。在硬掩模中顯影的圖案可以非常耐受幹化學蝕刻、各向異性蝕刻、 或等離子蝕刻，這些是可以用於在犧牲層中產生非常深和窄的錨定件孔的技術。在犧牲層中已經開出錨定件604或者穿通孔的區域以後，可以化學地或通過等離 子體的濺射作用蝕刻曝露的和下襯的導電錶面614，以去除任何表面氧化層。這樣一種接觸 蝕刻步驟可以改進下襯的導體與快門材料之間的歐姆連接。在構成該犧牲層圖案以後，可以通過使用溶劑清潔或使用酸蝕刻來去除任何光致 抗蝕劑層或者硬掩模。接著，如在圖6C中所示，在構成快門組件600的過程中沉積快門材料。快門組件 600由多個薄膜605、607、以及609組成。在一個優選的實施方案中，第一機械層605是一 個被首先沉積的非晶態矽層，接著是一個包括鋁的導體層607、接著是一個非晶態矽的第二 層609。用於快門材料605、607、和609的沉積溫度低於犧牲材料發生物理退化的溫度。例 如，已知聚亞醯胺在高於400°C的溫度下分解。快門材料605、607和609可以在低於400°C 的溫度下沉積，因此允許把聚亞醯胺用作一種犧牲材料。氫化的非晶態矽對於層605和609 是一種有用的機械材料，因為它在一個相對地無應力的狀態中，通過在250至350°C的範圍 內的溫度下由矽烷氣的等離子體輔助化學氣相沉積(PECVD)可以生成在0. 15至3微米範 圍內的厚度。將磷化氫氣體(PH3)用作摻雜劑，從而非晶態矽可以生成具有低於lohm-cm的 電阻率。在替代實施方案中，一種類似的PECVD技術可以用於沉積作為機械層605的Si3N4、 silicon-rich Si3N4、或SiO2材料、或者用於沉積鑽石樣碳、Ge、SiGe、CdTe、或其他用於機械 層605的半導體材料。PECVD沉積技術的一個優點是該沉積可以是相當共形的，即它可以塗 覆多種傾斜的表面或窄的穿通孔的內側表面。即使切入該犧牲材料的錨定件或者穿通孔帶 來幾乎豎直的側壁，PECVD技術也可以在該錨定件的底部與頂部水平表面之間提供一種連 續的塗覆。除了 PECVD技術之外，可供用於生成快門層605或609的替代技術包括RF或DC 濺射、金屬有機化學氣相沉積、蒸發、電鍍或無電鍍。對於導體層607，優選一種金屬薄膜(如Al)，儘管也可以選擇替代物，如Cu、Ni、 Mo、或Ta。將這樣一種導電材料包括在內達到了兩個目的。它降低了快門材料的總的薄層 電阻並且它幫助阻斷穿過快門材料的可見光的通路。(如果生成不到2微米的厚度，非晶態 矽可以在一定程度透射可見光。)通過濺射，或者以一種比較共形的方式通過化學氣相沉積 技術、電鍍、或者無電鍍可以沉積該導電材料。在圖6D中繼續構成快門組件600的過程。當犧牲層613仍在該晶片上時，對快門 層605、607、和609進行光掩模和蝕刻。首先施加一種光致抗蝕劑材料，然後通過一個光掩 模暴光，並且然後顯影以形成一種蝕刻掩模。然後可以在氟基等離子化學製劑中蝕刻非晶 態矽、氮化矽、和氧化矽。可以用HF溼化學製劑蝕刻Si02機械層；並且既可以用溼化學制 劑或者也可以用氯基等離子化學製劑來蝕刻導體層中的任何金屬。在圖6D中通過光掩膜施加的這些構成圖案形狀影響著一些機械特性，如快門組件600的這些致動器和快門中的剛度、柔順性、以及電壓響應。快門組件600包括一個順性 梁602，用截面圖示出。把順性梁602的形狀確定為使寬度小於該快門材料的總的高度或厚 度。優選的是保持一種至少1.4 1的梁尺寸比，使梁602高於或厚於其寬度。如圖6E中所示繼續構成快門組件600的過程。去除犧牲層613，這從基片603遊 離出除錨定件處以外的所有運動部分。優選用一種氧等離子體去除聚醯亞胺犧牲材料。還 可以用一種氧等離子體，或者在一些情況下通過熱解去除用於犧牲層613的其他聚合體材 料。一些犧牲材料層613 (如SiO2)可以通過溼化學蝕刻或者通過氣相蝕刻去除。在圖6E中未示出但在圖6A中示出的一個最終過程中，在該快門的所有暴露的表 面上沉積一種介電塗層611。可以通過共形的方式施加介電塗層611，從而使用化學氣相沉 積均勻地塗覆這些快門601和梁602的所有的底部、頂部、和側部的表面。Al2O3是層611的 一種優選介電塗層，該介電塗層通過原子層沉積而被沉積到10至30納米範圍的厚度。最後，可以把抗靜摩擦塗層施加到所有快門601和梁602的表面上。這些塗層防 止致動器的兩個獨立的梁之間的不希望的粘性或粘附。可施加的塗層包括碳膜(石墨的和 鑽石樣均可)以及氟聚合物、和/或低蒸氣壓力潤滑劑。這些塗層既可以通過暴露給一種 分子蒸氣或者也可以通過化學氣相沉積通過分解一種前體混合物來施加。抗靜摩擦塗層還 可以通過化學改變快門表面來產生，如在氟化、矽烷化、矽氧化、或者氫化絕緣表面中。側壁梁過程美國專利申請號11/251，035說明了用於快門組件和致動器的多種有用的設計。 一類用在基於MEMS的快門顯示器的適合的致動器包括控制橫向於顯示基片或者在顯示基 片平面內的快門運動的順性致動器梁。隨著致動器梁變得越順性，用於致動這類快門組件 所需要的電壓就越低。如果把該梁的形狀確定為使得相對於平面外的運動而優選或促進平 面內的運動，則致動運動的控制也會得到改進。在一個優選的設計中，順性致動器梁具有矩 形截面，如圖6A的梁602，這樣使得這些梁高於或者厚於它們的寬度。關於在一個具體的平面內的彎曲而言，一個長的矩形梁的剛度與該平面中梁中的 最薄的尺寸之比達到三次方。因此所關注的是儘可能地減少該順性梁的寬度以降低平面內 運動的致動電壓。然而，當使用常規的光刻設備來限定和製造快門和致動器結構時，梁的最 小寬度通常被限制為光學器件的解析度。儘管已經開發了在光致抗蝕劑中限定窄到15納 米的零件的圖形的光刻設備，但這樣的設備是昂貴的並且單次暴光可完成的構成圖案的面 積是有限的。對於在大的玻璃板上的經濟光刻，該構圖解析度或者最小零件尺寸典型地被 限定為1微米或2微米或更大。美國專利申請11/361，785說明了在圖7A至圖7D中說明的一種技術，由此具有順 性致動器梁716的一個快門組件700能以遠低於大的玻璃板上的常規光刻極限的尺寸來制 造。該過程被稱為側壁梁過程。如圖7A所示，形成一種帶有側壁梁的快門組件700的過程開始於一個第一犧牲材 料701的沉積和構成圖案。在第一犧牲材料中限定的構圖產生了多個開口或多個穿通孔 702，最終在其中形成用於快門的多個錨定件。第一犧牲材料701的沉積和構圖與參照圖6A 至圖6E說明的沉積和構圖所說明的那些在概念上是相類似的，並且使用類似的材料。形成側壁梁的過程繼續一個第二犧牲材料705的沉積和構圖。圖7B示出了一種 模具703的形狀，該模具是在第二犧牲材料705構圖之後產生的。模具703還包括具有其在前限定的穿通孔702的第一犧牲材料701。圖7B中的模具703包括兩個不同的水平級 別模具703的底部水平層面708由第一犧牲層701的頂部表面建立並且可以達到在已經 蝕刻掉第二犧牲層705的那些區域內。模具703的頂部水平層面710由第二犧牲層705的 頂部表面建立。在圖7B中展示的模具703還實質上包括多個豎直的側壁709。以上關於犧牲材料613說明了用作犧牲材料701和705的材料。形成側壁梁的過程以在犧牲模具703的所有暴露表面上沉積和構成快門材料的 圖案繼續進行，如在圖7C中所示。以上關於快門材料605、607、和609說明了在快門712中 使用的優選材料。在美國專利申請11/361，785中說明了替代快門材料和/或快門塗層。這 種快門材料被沉積為約小於2微米的厚度。在一些實現方式中，該快門材料被沉積為具有 小於約1. 5微米的厚度。在其他實現方式中，該快門材料被沉積為具有約小於1. 0微米的 厚度，以及薄至約為0.10微米。在沉積之後，構成該快門材料的圖案(它可以是一種如以 上說明的複合快門)，如在圖7C中所示。在光致抗蝕劑中顯影的圖案被設計為使該快門材 料保留在快門712的區域中以及在這些錨定件714處。具體設備和化學製劑還被選擇用於在圖7C中所示的步驟中使用的蝕刻過程，該 過程在本領域中公知是一種各向異性的蝕刻。該快門材料的各向異性蝕刻是在一種等離子 體大氣壓中進行的，其中對該基片或者該基片近端的一個電極施加一個電壓偏置。被偏置 的基片(具有垂直於該基片的表面的電場)導致離子以接近垂直於該基片的角度向該基片 加速。與蝕刻化學製劑連接的這類加速的離子導致了在正交於該基片的平面的方向比平行 於該基片的方向快得多的蝕刻速度。因此，實質上消除了在受該光致抗蝕劑保護的區域中 快門材料的凹切蝕刻(undercut-etching)。沿著實質上平行於該加速的離子的軌跡的模具 703的側壁表面709，還實質上保護了快門材料免於這種各向異性蝕刻。這種被保護的側壁 快門材料將隨後形成用於支撐快門712的順性梁716。沿該模具的其他(非光致抗蝕劑保 護的)水平表面，如頂部水平表面710或底部水平表面708，該快門材料已經通過蝕刻完全 被去除。只要提供了該基片的或者該基片的緊鄰端中的一個電偏置供電，用於形成側壁梁 716的各向異性蝕刻在一個RF的等離子裝置或在一個DC的等離子蝕刻裝置中均可實現。 對於RF等離子體蝕刻的情況，通過從激勵電路的接地板上斷開基片保持件的連接從而允 許該基片電位浮動於該等離子中就可以得到一種等效自偏置。在一種實現方式中有可能提 供一種蝕刻氣體，如CHF3、C4F8、或CHCl3,其中碳與氫和/或碳與氟都是該蝕刻氣體中的組 分。當與一種同樣通過電壓偏置該基片實現的定向等離子體相結合時，釋放的C、H、和/或 F原子可以遷移到這些側壁709上，在這些側壁處它們構成鈍態的或者說保護性的準聚合 物塗層。這種準聚合物塗層進一步避免側壁梁716的蝕刻或化學侵蝕。形成側壁梁的過程是通過去除第二犧牲層705和第一犧牲層701的剩餘部分來完 成的，其結果示於圖7D中。去除犧牲材料的過程類似於參照圖6E所說明的過程。沉積在 模具703的側壁709上的材料保留為順性梁716。順性梁716把這些錨定件714機械地連 接到快門712上。這些錨定件連接到一個孔闌層725上。順性梁716是高而窄的。當由模 具703的表面形成時，側壁梁716的寬度類似於沉積時快門材料的厚度。在一些情況下，716 處的梁的寬度將與712處的水平快門材料的厚度相同，在其他情況下梁的寬度將僅約為快 門材料厚度的1/2。側壁梁716的高度由第二犧牲材料705的厚度所確定，或者換言之，由在參照圖7B說明的構成圖案步驟的過程中所建立的模具703的深度所確定。只要沉積的 快門材料的厚度被選擇為小於2微米(對於許多應用來說，0. 1至2. 0微米的厚度範圍是 適當的)，圖7A至圖7D中所示的方法非常適於生產非常窄的梁。常規的光刻法把在圖7A、 圖7B、以及圖7C中所示的構圖特徵限制為大得多的尺寸，例如允許最小分辨的零件不小於 2微米或5微米。圖7D描繪了一個在上述過程中在釋放步驟之後形成的一個快門組件700的等距 視圖，生產的順性梁具有高的寬高比的截面。例如，只要該第二犧牲層的厚度大於該快門材 料的厚度的4倍，所得到的梁高與梁寬之比將會產生為一個類似的比例，即大於4。以上未展示但包括作為引起圖7C的過程的一部分的一個任選步驟包括各向同性 地蝕刻側壁梁716以便分離沿模具703的側壁形成的梁或者使其斷開。例如，通過使用各 向同性蝕刻已經從側壁上把點724處的快門材料去除。各向同性蝕刻是一種在所有方向上 蝕刻速度都相同的蝕刻，從而不再保護如點724的區域中的側壁材料。只要在基片上不施 加一個偏置電壓就可以在典型的等離子蝕刻設備中完成該各向同性蝕刻。還可以使用溼化 學蝕刻技術或者氣相蝕刻技術來實現各向同性蝕刻。在點724處的梁的分離通過一個不同 序列的光致抗蝕劑分布、構成圖案、以及蝕刻實現。在此情況下，光致抗蝕劑圖形被設計成 用於使側壁梁716避免各向同性蝕刻化學製劑但在點724處暴露這些側壁梁。作為側壁過程中的一個最後步驟，圍繞側壁梁的外表面沉積一種封裝介電體(如 介電體611)。為了保護沉積在模具703的側壁709上的快門材料並且為了產生實質上均勻的截 面的側壁梁716，可以遵循一些特定的工藝指導原則。例如，在圖7B中，可以把側壁709做 得儘可能的豎直。在側壁709處斜坡和/或暴露的表面變得易於感受各向異性蝕刻。79如 果同樣以各向異性的方式進行圖7B處的構成圖案步驟，即第二犧牲材料705的構圖，就可 以產生豎直的側壁709。結合第二犧牲層705的構圖，使用附加的光致抗蝕劑塗層或一種硬 掩模(見參照圖12A進行的討論)使之有可能在各向異性蝕刻第二犧牲材料705中採用侵 蝕性的等離子和/或高的基片偏置而無需擔心過度損耗光致抗蝕劑。只要在UV暴光過程 中小心地控制焦點深度並且在最終硬化阻蝕劑的過程中避免過度的收縮還可以用可照像 成圖的犧牲材料產生豎直的側壁709。在側壁梁處理過程中有用的另一種工藝規範與快門材料沉積的共形性 (conformality)有關。模具703的表面優選地覆蓋有類似厚度的快門材料，與這些表面的 方向無關，不論是豎直的還是水平的。當通過一種化學氣相沉積技術(CVD)進行沉積時可 以實現這種共形性。具體地可以採用以下共形技術等離子增強的化學氣相沉積(PECVD)、 低壓化學氣相沉積(LPECVD)、以及原子層或自限制層沉積(ALD)。在以上CVD技術中，可 以通過在與把一個表面暴露給一個定向的原子源的能量的表面相對的一個表面上的反應 速度來限制該薄膜的生成速度。在這類共形沉積技術中，生成在豎直表面上的材料的厚度 優選地至少是生成在水平表面上的材料厚度的50%。可替代地，只要在鍍層前提供了均勻 塗覆所有表面的一個金屬晶種層，就可以通過無電鍍或電鍍從溶液中共形地沉積該快門材 料。結合受應力的順性梁的設計圖7A至圖7D展示的側壁梁過程能夠生產非常窄的且順性的致動器或者支撐梁。在大多數情況下，梁的寬度將與沉積時的快門材料的厚度是可比較的並且將顯著少於1微 米。然而，因為它們的窄的且順性的特性，在梁從該模具中釋放之後梁的形狀可以非常依賴 於沉積時的梁材料的應力狀態。圖8A至圖8C展示了在梁的休止或放鬆形狀和位置上的不 同應力狀態的結果。在沒有任何外部施加的力(例如，在致動過程中產生的靜電學力)的 情況下，例如由其材料組合物、或製造過程產生的梁內的這些應力在本文中統稱為梁的「固 有應力狀態」。圖8A提供了橫向快門組件800的一個實例，該橫向快門組件包括一個快門802、以 及一個順性支撐梁804、一個錨定件809、以及一個致動器電極806。快門組件800還包括一 個孔闌808，該孔闌由一個基片本體形成的、或者由一個沉積在該基片上的一個反射的或者 吸收光的薄膜內構圖的開口限定。順性支撐梁804與電極806 —起包括一個靜電致動器。 當電壓被跨接在電觸點810上時，順性支撐梁804被迫彎曲並且向電極806移動，並且引起 快門移動並且遮蔽了光通過孔闌的通路。該開放位置(還被稱為快門802和順性梁804的 休止或松馳位置)在圖8A中用實線表示。被致動的或關閉的位置用虛線表示。由快門802 在開放位置與關閉位置之間橫過的最小距離由標記Dl表示。對於快門組件800，順性支撐梁804和電極806是通過一種側壁梁過程形成的。這 些梁804和806各自被懸掛在該基片表面上，並且對應地在錨定件809和812處被附接到 該基片上。在截面中，每個梁具有大於一的寬高比，其中這些豎直面(即垂直於該基片表面 的那些面)具有的尺寸實質性地大於或高於該基片平面中的窄的尺寸。圖8B展示了一個橫向快門組件820，該橫向快門組件包括一個快門822、以及一個 順性支撐梁824、一個錨定件829、以及一個致動器電極826和一個孔闌828。類似於快門組 件800，支撐梁824和電極826可以通過側壁梁過程形成。類似於快門組件800，快門組件 820可以由觸點830兩端的電壓致動，引起快門822移動並且遮蔽孔闌828。然而，對於快 門組件820，順性梁824包括兩種不同的材料，這些材料特徵為不同的應力狀態，並且其中 這些應力狀態部分確定了梁的休止或松馳位置。在快門組件820的休止位置中，左側上的 第一材料836平均起來是處於拉伸應力狀態而右側上的第二材料838平均起來是處於壓縮 應力狀態。由材料836和838施加的不同應力狀態在梁824上產生相等的彎曲力矩，使得梁 824在從犧牲模具釋放之後朝向孔闌828彎曲。在圖8A至圖8C中未示出這種犧牲模具，但 是在這三個實例中，可以假定該模具在材料和功能上類似於模具703。與快門組件800、820 和824結合使用的每個模具的設計或形狀都是類似的；並且梁804的形狀代表了在每種情 況下使用的犧牲模具的形狀。快門組件800是在圖8A至圖8C中所展示的三個快門組件中 的唯一的其形狀在從模具中釋放之後實質上不發生變化的一個快門組件。支撐梁824彎曲進入一個休止或松馳位置，如在圖8B中所展示。所述休止位置是 使梁的應變能量或勢能最小化無需應用任何致動電壓的位置。在開放(或休息)位置與關 閉(或致動)位置之間由快門822橫過的最小距離由標誌D2表示。快門組件820中的距 離D2大於快門組件800中的距離Dl。圖8C示出一個橫向快門組件840，它包括一個快門842、以及一個順性支撐梁844、 一個錨定件849、以及一個致動器電極846以及一個孔闌848。類似於快門組件800，支撐梁 844和電極846也可以通過側壁梁過程形成。類似於快門組件800，快門組件840可以通過觸點850兩端的電壓致動，引起快門842移動和遮蔽孔闌848。然而，對於快門組件840，順 性梁844包括兩種不同材料，這兩種材料特徵為不同的應力狀態，並且其中這些應力狀態 部分地確定了梁的休止或松馳位置。在快門組件840的休止位置中，左側上的第一材料856 平均起來是處於壓縮應力狀態而右側上的第二材料858平均起來是處於拉伸應力狀態。由材料856和858施加的不同應力狀態在梁844上產生等效彎曲扭矩，引起該梁 沿靠近以及甚至重疊孔闌848的方向朝向松馳的位置彎曲。在開放(或休息)位置與關閉 (或致動)位置之間由快門842橫過的最小距離由標誌D3指示。快門組件840中的距離 D3小於快門組件800中的距離Dl。對快門組件820和840中的梁處於休止的彎曲位置進行比較，優選快門820。這是 因為，由於在梁844內承載的彎曲應力，快門842不能在其休止狀態中完全避開孔闌孔848。 與快門組件820中的情形相比較，快門組件840在其開放位置中於照明強度上受到一些損失。致動這些快門組件800、820、以及840所要求的電壓與致動所要求的距離直接相 關。用於快門組件840的致動電壓將是很小的，因為如以上指出的D3< Dl <D2。於是， 理論上，快門組件800將提供具有相對低的致動電壓(與快門組件840相比較)的設計的 最佳組合，其中孔闌808在休止狀態中將不被遮蔽。不幸的是，因為作為梁的沉積過程的一 個結果，在製造過程中對側壁梁可能並且經常確實造成多種應力或應力的不平衡，快門組 件800的理論情形是難於實現的。然而，在快門組件820中，給梁824提供了一對材料，它 們是布置在梁的對置面上並且在它們的應力狀態中具有預定關係的材料836和838。快門 組件820是一種改進的設計，因為在釋放梁824之後，可以根據在這兩個面處的應力狀態之 間的預定關係來預計梁的移動或彎曲方向。儘管在製造過程過程中可能對梁的應力產生其 他外部變化，但梁824的休止位置因此在很大程度上是可控的。應該指出，電極梁826和846還具有用於它們對應的支撐梁的相同的一對材料，因 為該相同的一對材料在側壁沉積過程過程中被同時沉積。然而，這些電極梁在每個末端處 對應地連接到錨定件832和852上。通過用兩個錨定件832各在每個末端處釘牢梁826，可 以減少或消除電極826的彎曲程度或形狀改變程度。圖9展示了另一種橫向快門組件900，它包括一個快門902、兩個順性支撐梁904 和905、一個錨定件909、一個致動器電極906以及一個孔闌908。類似於快門組件800，可 以用側壁梁過程形成支撐梁904、905和電極906。類似於快門組件800，快門組件900可以 通過觸點910兩端的電壓來致動，引起快門902移動和遮蔽孔闌908。對於快門組件900，兩個支撐梁904和905被設計為冗餘的並且實質性地平行的支 撐梁。梁904和905的對稱設計幫助確保在側壁製造過程中誘發的應力不引起彎曲力矩，所 述彎曲力矩將改變或移位快門902所設計的休止位置。在側壁梁過程的一個實例中，犧牲 模具材料(如模具703)可以被定位在梁904與905之間的空隙間隔907中。在附加到該 模具的一個側壁上的梁904的沉積過程中，如果產生了一個不平衡的應力分布，則在梁905 上會產生一個類似的和鏡像的應力分布，如它形成在同一個模具的對置側壁上。如果這些 梁904和905留有鏡像的應力分布，那麼在梁連接到快門902上的點處所受到的等效彎曲 力矩將被減少或者被去除並且在該犧牲模具被移除之後該快門將不實質性地移動。其結果是，使用具有鏡像應力狀態的實質性地平行的支撐梁為控制快門組件900的休止位置提供了另一種方法。使用平行的支撐梁存在一些電壓損失，因為用來移動或致 動具有平行的支撐梁的懸吊的快門所需要的彎曲力高於連接到一個單個的支撐梁上的快 門所需要的彎曲力，但至少在快門組件900中，儘管有在製造過程過程中產生的應力仍然 可以控制該快門的休止位置。在釋放之前和釋放之後的應力分布的實例眾多技術可供用於控制在梁中的彎曲的程度和方向，其中在側壁生產過程過程中 由於控制梁中的應力分布該彎曲沿著一個平行於基片(即橫向一條光軸)的方向。對於以 上說明的具體情況，用於梁804、824、以及844的犧牲模具各自在該光掩膜中被畫成相似的 形狀；例如畫成如所示的梁804的相同的直線式梁的形狀。但是通過使用複合梁材料產生 的這些應力(如在梁824和844中使用的材料產生的應力)在該犧牲模具被移除之後引起 梁移動和彎曲。通過有利地控制梁內的應力分布，梁的休止或松馳形狀(未施加電壓)可 以與在光掩膜中畫出的形狀或者在沉積在該模具上之後初始產生的形狀不同。在圖IOA和圖IOB中給出了在複合梁性梁824從該模具中釋放之前和之後應力如 何通過該複合順性梁被分布的圖示。圖IOA示出了在沉積之後但在該梁從該模具中釋放之 前在複合梁824上產生的應力分布1001。圖IOA和圖IOB兩圖均是應力標量值(標在垂 直軸線上)與梁厚度位置(標在水平軸線上)對比圖。該梁具有兩個垂直於該基片平面的 面。右面1004在沉積之後被直接連接到模具的側壁上，而左面1006被安置為與該模具對 置。對於這個實例，右面1004還被設計為最接近於電極826和孔闌828的面。材料838是 有待沉積到該模具上的第一材料。它生長或沉積在位置1004與1008之間。材料836是有 待沉積的第二材料。它存在於位置1008與1006之間。對於不同的實現方式，材料836和 838的厚度可以在0. 01與5微米之間任意改變。材料838在接近零的應力狀態下沉積，而 材料836是在具有接近水平1010的一個預定應力值的張力狀態下沉積。在沉積之後，梁 824具有一個淨平均拉伸應力(圖10A)，一種部分地由模具面1004處的牽引力支撐的應力 狀態。梁(在它仍剛性地連接到該模具上時)在該點的形狀是直的，類似於圖8A的梁804 的形狀。只要梁仍保持剛性連接到模具上，梁就不移動。圖IOB示出了在犧牲模具以及模 具施加在梁824上的力被去除之後得出的的應力分布。在從模具中釋放之後，梁824變形 進入一個松馳位置從而採取其固有的應力狀態。經過分析可以預測該休止位置，因為在該 位置中固有應力狀態具有最小的應變能量。圖8B中的梁的松馳形狀已經從釋放前的形狀 上(它類似於圖8A)發生了改變，並且它已經發展出一種使快門822移動離開孔闌828的 受控彎曲。在彎曲或休息狀態中，在用線性彈性材料形成的梁的情況下，梁824內的材料產 生一種應變的線性變化，其中在左面上出現壓縮應變而在右面上產生拉伸應變。應變的線 性變化通常伴隨有應力的線性變化，如在圖IOB中所示。點1006處的應力仍然是拉伸的， 但現在它的值為1020，該值小於值1010。在點1008處存在著一個應力中斷。材料838上 的應力從點1008處的壓縮值1022變化到點1004處的一個拉伸值1024。材料838上的淨 應力(應力在位置上的積分)現在是壓縮性的，該淨應力平衡材料836中的拉伸應力。拉 伸應力值1020小於值1024。梁824的彎曲由在沉積之後在梁的兩個面上產生的應力差引發的。在圖IOA中， 應力差用代表材料836中的拉伸應力的應力1010與代表材料838接近初始應力狀態的零 之間的差值表示。在松馳之後，如圖IOB所展示的，這兩個面上的應力差由應力值1020與應力值1024之間的差值來表達。在圖IOB中的這兩個面1004與1006中的每一個上的應 力值還實質性地不同於在這兩個面之間觀察到的平均應力狀態。圖IOA和圖IOB中展示的應力值被表達為標量值，好像在梁中隨位置變化的唯一 重要的應力是單軸應力。這個標量近似值通常有效地適用於長並且薄的順性梁。對於更加 複雜的形狀和/或對於具有額外的邊界約束的形狀(如中間的或分布的錨固)或者由外力 限制的形狀，可能需要應力和應變對位置關係的更加完全的張量特性參數，以定量地解釋 所造成的形狀上的彎曲或松馳。儘管如此，當觀察到梁從模具中釋放後形狀彎曲或改變時， 該彎曲可以仍歸因於一種固有應力狀態，該固有應力狀態包括沿現彎曲的邊緣相切的方向 上作用在梁上的不平衡的單軸應力分力。圖IOB展示了一種固有應力狀態，該固有應力狀態包括在材料838內在應力值 1022至1024之間的應力的線性變化。這種應力對位置關係的線性變化是一種簡單化的近 似值。對於更複雜的梁的形狀，或者在一個梁內隨為材料沉積而變或作為梁彎曲的結果而 出現塑性形變的情況下，一個梁內應力隨位置的變化不太可能是線性的。對於應力梯度是 非線性的情況，固有應力的不平衡本性仍可以導致梁朝向其休止位置彎曲。固有應力狀態 還導致位於這些面附近的應力值與位於該梁的中央或內部的應力值之間的差異。在圖IOA和圖IOB中的應力分布僅表示應力分布的說明性實例，這些應力分布引 起或提供了在從模具中釋放之後發生形狀改變的證據。本領域的普通技術人員將認識到在 釋放之前和之後的許多替代的以及可適用的應力分布。總體上說，任何不平衡的、不對稱 的、各向異性的、或者非線性的單軸的應力分布都會引起該梁形狀改變或為其提供證據。梁824的彎曲是由沉積之後在梁的兩個面上產生的應力差引起的。在釋放之後 引起的明顯彎曲的應力差值(如應力值1010，)的一個有效值可以是超過30Mpa(百萬帕 斯卡)的任何應力差值。在某些實現方式中，為此目的在一個梁的兩個面之間產生超過約 4002Mpa的應力差值。這種梁彎曲的一個結果是這些面上的應力值將變化、但仍保留在那 裡，如應力值1020和1024的差值中明顯的看倒。在值1020與1024之間的應力差值(它 表明一個梁因為初始的各向異性的應力狀態已被彎曲)可以是超過30Mpa的任何值。存在用於測量梁的兩個面之間的應力差的多種解析技術，但這些技術在任何情況 下都會難以應用。在許多情況中，更易於建立的是在兩個表面之間存在應變值的相對差異， 因為應變是晶體晶格的相對膨脹或收縮的一種直接了當的測量並且藉助於材料的彈性模 量與應力相關聯。然而，可以使用一種簡單的測試來確定一個梁是否在各向異性應力或應 力梯度的影響下已被彎曲。一種溼化學蝕刻、一種噴射等離子體、或者一種離子梁可以用來 選擇性地把材料從窄的順性梁的兩個表面之一上去除。如果原始的梁的形狀原來不是通過 存在的各向異性應力或應力梯度來建立的，那麼在從這些面之一將任何另外的材料移除之 後梁的形狀將不改變。然而，對於應力梁的情況，如圖IOB所展示的，在將材料從一個表面 上移除之後，該梁之內的應力平衡條件將不再滿足並且該梁將彎曲到代表一種新的平衡的 新形狀。梁在蝕刻過程之後的再成形是在梁中存在各向異性應力或應力梯度的證明。在本領域中已知用於產生具有預定應力狀態的薄膜材料的多種技術。總體上講， 與具有較低熔點的材料相比，折射性材料(熔化溫度超過1200°C )是以更顯著的拉伸應力 狀態沉積的。這些金屬W、Ta、Nb、Mo、Ti、V、Cr、以及Si是可供用於沉積成一種拉伸應力 狀態的金屬的實例，通常具有超過IOOMpa的應力。介電體Si02、A1203、以及Ta205是沉積成拉伸應力狀態的介電體材料的實例，特別是通過濺射沉積法來沉積時。如果採取多個減 少材料的密度或增加材料的多孔性的措施，即使較低的熔點材料，如Al、Cu、Ni、Ga、Ge、Ag、 以及Au，也可以被沉積成有明顯的拉伸應力狀態，使用快的沉積速率可以引起多孔性超過 10%以及拉伸狀態大於30Mpa。作為替代方案，如果所述材料在過量氧、氫、或氬氣的環境中 形成，結果是具有超過30Mpa的應力的一種薄膜。在用於快門組件820的一個替代製造過程中，右手側材料838可以最初以壓縮的 應力狀態沉積而左手側材料836能夠以接近零的應力狀態沉積。淨結果將是類似於圖IOB 所示的一種松馳的應力分布。足以用於使梁彎曲的目的的一個壓縮應力可以是小於_30Mpa 的任何應力。壓縮應力通常用負值標示。)在本領域中已知用於在壓縮應力狀態下沉積薄膜的多種技術。等離子體氣體環境 可以用於沉積，或者可以使用使離子朝向基片加速的基片偏置、或離子發射源，其結果是在 30Mpa以下的壓縮應力的薄膜。還可以把較低的沉積速率(特別是與化學氣相沉積過程相 結合)用於產生原子密集的薄膜，所述薄膜也表現低於30Mpa的壓縮應力。介電體材料，如 Si02、A1203、和Ta205，在藉助於化學氣相沉積法沉積時，經常沉積成壓縮應力狀態。在一 些實現方式中，可以使用一種熱退火過程將具有初始拉伸應力狀態的薄膜轉變成具有明顯 壓縮應力狀態的薄膜。在其他實現方式中，一種摻雜或合金材料(優選具有較大原子半徑 的金屬)可以在沉積之後被添加到薄膜中，以產生低於30Mpa的壓縮應力狀態。在快門組件820的一種替代製造過程中，左手和右手側的材料836和838兩者都 可以被或沉積成拉伸應力狀態或沉積成壓縮應力狀態。為了在釋放後造成沿所希望方向的 彎曲，即一種使快門822離開孔闌828的彎曲，只需要面1004處的應力比面1006處的應力 至少小30Mpa，即面1004應該比面1006相對地更有壓縮性。許多沉積過程在高溫時發生。作為結果，當生長不同材料的兩個或更多個層時，在 該基片被冷卻到室溫以後，該疊材料層受到一個熱應力。總體上，具有更大的熱膨脹係數 (CTE)的疊層中的材料在冷卻時會受到一個拉伸應力。具有相對低的CTE的材料將處於壓 縮之下。在用於快門組件820的一個替代製造過程中，可以使用不同材料的多個層(即大 於2)構成所述順性梁。可以使用不同材料的三個或更多個薄膜層，包括前文參照圖6A說 明的夾層結構。在一些情況下，使用的薄膜可以薄到100埃。可以僅通過調整這些層的相 對厚度為一個多層的順性梁設計一個預定的應力差值。例如，夾層結構的這些外層可以包 括類似的材料然而具有不同的厚度。在一個替代製造過程中，在順性梁的兩個面之間的應力差不必跨一個界面間斷地 上升，如在梁824中材料836與838之間的點1008的界面。取而代之的是，可以隨著薄膜厚 度產生薄膜應力特性中的一個較平緩的變化。例如，可以沉積由單一的或可變的化學組合 物製成的薄膜，其應力從接近模具表面的一個相對壓縮狀態改變到對置表面處的一個相對 拉伸狀態。例如，在一個實施方案中，沉積速率可以在薄膜的生長過程中逐漸增加。(相反， 可以通過放慢沉積速率來實現從相對拉伸應力到相對壓縮應力的梯度。)在多個替代實施 方案中，通過薄膜組合物或摻雜特性的逐漸改變、或者通過改變一個關聯的離子梁的通量、 或者通過作為生長時間的涵數改變等離子體能量密度、或者通過在沉積過程中改變基片的 溫度，可以在一個單個的薄膜上施加一個應力梯度或應力變數。
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應力補償技術或者設計用於應力補償的模具形狀在以上說明的製造過程的一些實現方式中，由於使用的材料、設備、或過程，製造 出的順性梁的兩個面之間的應力值差是不可避免的。例如，當在模具界面附近生長的薄膜 的原子密度不同於在沉積的稍後階段過程中形成的密度時，可以出現這種應力差。應力差 也可以因為沉積過程中沉積基片上的表面溫度改變而發生。在一些情況下，外部設計的考 慮因素決定了該薄膜的結構以及優勢應力特性。例如，設計者可能優選低熔點或反作用的 金屬作為在側壁過程中有待為這些梁沉積的第一材料。甚至在一個順性梁的兩個面之間的應力差的符號或幅度是一種次要因素而不是 一種從開始就要進行的設計考慮的情形下，設計者仍然可選擇以對其有利的方式來利用應 力。例如，設計者可以通過適當地選擇模具位置和形狀控制順性梁在兩個方向中的任何一 個上的運動。對模具位置的一種有益選擇可以參照圖8B和圖IOA以及圖IOB說明。對於快門 組件820，在沉積之後模具(未示出)被剛性地連接到梁824的右面1004上。在沉積後右 面具有一種預定為與左面1006相比壓縮高出至少30Mpa。因此，在釋放之後，梁824沿一個 有利的方向彎曲離開孔闌828。然而，讓我們為了說明的目的來假設，在一個特定的側壁製造工作中，要沉積的第 一材料總體上比要沉積的最後的材料更有拉伸性。於是，對於同一個模具的位置或形狀，會 預期到梁朝向該孔闌、朝向不利的位置彎曲。在這種情形下，假定製造時的應力和符號是可 再現的，如果反轉模具的構造或形狀，設計者仍可以為梁實現有利的位置。在一個替代實施 方案中，該模具可以被構圖為使在其發生第一生長的側壁位於位置1006處，從而梁材料現 在是從左向右生長而不是從右向左生長。用這樣一種對模具構形的反轉，以相對的拉伸的 狀態來生長的第一材料於是沿邊緣1006產生(梁824的左側)並且在釋放之後，梁824將 沿有利的方向彎曲，即在釋放後彎曲離開孔闌828。如在以上實施方案中所說明的通過反轉該模具形狀(反轉模具，0K)，設計者可以 補償應力差不論要生長的第一材料是處於相對拉伸的應力狀態還是處於相對壓縮的應力 狀態。這項技術在由製造過程給定的應力差的符號可複製的而幅值不可複製的情況下是有 用的。施加在這兩個表面上的應力的幅值也是可複製且可控制時，可以有一種更加精密 的或者說定量的應力補償的的方法。如果剩餘應力的幅值可以被預測為在+/-IOOMpa的準 確度內、或者優選地在+/_30Mpa的準確度內，則有可能以一定的精度來預測和控制在梁釋 放之後該梁的最終休止位置。在本發明的一個替代實施方案中，設計者包括預先補償模具 的曲率。(預先彎曲)例如，如果可以得到統計數據表明梁824將趨向於向左移動並且離開孔闌828例 如12+/-3微米，那麼可以用一種補償曲率在模具上設計這個梁。例如，在這個替代實施方 案中，模具可以被設計為使該梁在釋放之前具有看起來類似於梁844的休止形狀的形狀， 即在其初始位置(在釋放前)，快門822實際上封閉孔闌828達9微米。於是，在釋放之後， 所有這些梁(或者也許>它們的99. 99%)將松馳並且向左移動完全地露出該孔闌。這種最 後的休止位置可能看起來近似是直的，即類似於梁804的形狀。通過把關於釋放之後梁的 運動的統計數據與補償曲率一起使用，可以使距離D2保持最小，可以在一個封閉孔闌828隻是一個小概率現象的條件下把距離D2保持為一個最小值。由此可以減少平均致動電壓。在一個相反的實例中，如果已知梁804在釋放後將趨於向右移動例如12+/-3微 米，則有可能在具有彎曲的形狀的模具上設計梁，該彎曲的形狀看起來更類似於彎曲的梁 824的休止位置，即具有一個初始位置，在此快門804實際上被彎曲為與孔闌828相距一個 15微米的安全邊際。於是，在梁804釋放之後，所有這些梁(或也許>它們的99. 99%)將 松馳並且向右移動。梁804在其最後的休止位置將看起來近似是直的，如在圖8A中所示。 僅有這些梁的可接受地小的百分比(也許<它們的.01%)會向右移動到其封閉孔闌808。 梁804的直的形狀將傾向於一個較低的致動電壓，如圖8B中所展示的梁824的致動電壓。停止結構適當選擇模具的形狀有利於確定釋放後梁彎曲的方向。對支撐梁的形狀變化的程 度的進一步控制是藉助停止結構來實現的。圖11中示出了一個實例，它描繪了根據本發明 的一個說明性實施方案的一個快門組件1100。快門組件1100包括一個快門1102、一個支 撐梁1104、一個致動器電極1106、一個孔闌1108、以及一個錨定件1109。快門組件1100還 包括一個停止件1114。儘管支撐梁1104的模具為支撐梁1104設計以直線形狀，但施加的 應力在梁的製造過程中趨於引起向左彎曲並離開孔闌1108。然而，有利的是防止在梁1104 內的不必要的或過度彎曲並且由此減少致動所需的電壓。在移開犧牲模具之後，停止結構 1114限制了支撐梁1104在其松馳狀態下的位置或變形。有益的彎曲、無側壁的結構使用圖7A至圖7D的側壁技術形成一個順性梁以受益於順性梁中的應力控制技術 不是必需的。美國專利申請11/361，785說明了幾種用於生產薄且順性的梁而無需側壁沉 積的替代方法。在這些替代方法中的許多方法中，沒有在梁的兩個面之間引入或預先確定 應力差的直接方法，並且因此沒有提出許多以上說明的梁的成形技術。然而，提供了用於應 力控制的其他手段，並且在圖12A和圖12B中予以展示。圖12A展示了在從模具中釋放之前一個橫向快門組件1220並且圖12B展示了在 從該模具中釋放之後同一個快門組件。快門組件1220包括一個快門1222、以及一個順性的 支撐梁1224、一個錨定件1229、以及一個致動電極1226和一個孔闌1228。梁1224被連接 到一個第二錨定件1240上，該第二錨定件被連接在沿所述梁在錨定件1229與快門1222之 間的一個點上。除了在兩個錨定件1229和1240的位置處之外，梁1224的底部表面未被連 接到該基片上並且在從模具中釋放之後可自由移動。用於梁1224的這些材料和沉積技術 已被選擇或預先確定為使該梁在從模具中釋放之前處於壓縮應力的一種均勻的狀態中。壓 縮應力的均勻狀態可以被定義為橫貫梁的厚度的平均或淨應力是負值的一種狀態，並且任 選地，在梁的位於垂直於基片表面的兩個面之間的應力狀態中沒有明顯的差異。圖12B示出從模具中釋放之後梁1224和快門1222的松馳形狀或休止位置。梁 1224已經傾斜離開孔闌1228。這種運動響應於釋放之前存儲在梁中的壓縮應力的松馳而 發生。在釋放之後，梁通過產生一個正的應變而松馳，即該梁變得更長以致這種應力狀態被 部分松馳。然而，梁的加長受到錨定件1240的限制。其結果是，梁產生了一個圍繞錨定件 1240的軸線的彎曲力矩，並且快門1222已經移動離開孔闌1228。在錨定件1240內產生了 一個扭轉應力。二元順性致動器中的應力控制
圖13A展示了快門組件1302的一部分，該部分包括二元順性致動器1304，該順性 致動器在功能上類似於在快門組件400內設計的致動器404。使用參照圖7A至圖7D說明 的側壁梁過程製造了致動器1304內的窄梁。從該模具中釋放之後，在側壁梁的過程中產生 的應力引起窄梁形狀改變，如由驅動梁1305、1306、以及1307的替代形狀的對比所顯示。致 動器1304包括與一個順性負載梁1308 —起標稱的或者說按設計的的驅動梁1306。負載 梁1308在一端上支撐快門1310並且在另一端被各自被附接到一個負載梁錨定件1312上。 兩個按設計的驅動梁1306都在一端被附接到驅動梁錨定件1314上而另一端自由移動。2008年10月27日申請的美國臨時申請號61/108，783說明了示例性錨定件1312 和1314，這兩個專利文件全文通過引用結合在此。由於產生在順性梁上的應力，驅動梁的松馳形狀可能不同於所設計的形狀，如不 同於加工過程中提供在模具上的形狀1306。在一些例子中，應力驅動梁將彎曲離開負載梁 1308，如由梁1305所示的那樣，並且在其他情況下，應力驅動梁可以彎曲朝向負載梁1308， 如由梁1307所示的那樣。在許多過程中，包括參照圖7A至圖7D說明的側壁過程，一個封 裝的介電體被沉積在梁1306或1308的表面上，雖然經常是在移除所述犧牲模具之後才添 加這種介電體。然而，在作為釋放步驟的一部分驅動梁1307彎曲朝向該負載梁並且觸及該 負載梁的情況下，該過程中封裝介電體添加得過遲晚，因為梁中的剩餘應力將已經使得這 兩個梁接觸。優選的是避免這種情形，因為在未塗層的致動器梁之間的接觸可以引起短路 以及不工作的快門組件。對於由應力驅動梁1305所示的梁1305被彎曲離開負載梁1308的情況，將不利地 增加發起致動所要求的電壓。在製造過程的能力範圍內設計者追求驅動梁1306在其松馳狀態儘可能接近負載 梁1308，同時避免驅動梁1306實際上觸及負載梁1308的情形。對於在釋放後不存在剩餘 應力並且梁不改變形狀(參照如設計的梁1306的形狀)的理想情況，在這些梁之間最緊接 近的間隙或距離將由在製造過程中使用的光刻設備的分辨能力確定。對於應力引起梁的變 形的情況，可以使用多種管理梁間的間隙或間隔的方法，如在以下實例中所說明。圖13B展現了快門組件1352的一部分，它示出兩個二元順性致動器1354之1374 之間的差異，這些順性致動器在功能上類似於致動器404。致動器1354和1374內的窄梁是 使用以上說明的側壁梁過程製造的。在側壁梁過程中產生的應力引起了窄梁形狀的改變。 形狀的變化可以通過比較虛線左邊的致動器1354和虛線右邊的致動器1374中的梁的形狀 而注意到。負載梁1378的形狀代表示一種標稱的或者說按設計的負載梁，該負載梁把快門 1360連接到錨定件1380上。梁1358的形狀代表示在致動器1354內的負載梁所希望的休 止形狀。梁1358的休息形狀由從該模具中釋放之後該梁內的應力形成。兩個按設計的驅 動梁1356和1376都在一端被附接到驅動梁錨定件1364上而另一端自由移動。梁1378的標稱形狀(這是其仍被附接到該模具上時賦與梁的形狀)包括3個彼 此旋轉約90度的標稱直區段。然而，在釋放和松馳之後，如由梁1358所示，所述標稱直區 段被彎曲並且這三個區段的方向實質性地彼此大於或小於90度。由參照圖10說明的任何 應力分布可以產生由比較梁1358和1378示出的這種形狀變化。與該對梁1378和1376相比較，被松馳和彎曲的負載梁1358相對地更平行於驅動 梁1356。在梁1356與1358之間最接近的距離同樣比如所設計的梁1378與1376所示的距離更近，並且比通過光刻設計的分辨能力所允許的距離更近。梁1356和1358在它們休止 位置的設計使之有可能在這些梁之間設計一個間隔，該間隔不超過一個預定距離。作為一 種結果，致動器1354內的致動電壓小於用於致動器1374的致動電壓。應力在梁1358中引起所述梁附接到模具上時不曾存在的彎曲。類似的有益的形 狀變化可以發生在被懸吊在兩個剛性結構之間(如在錨定件1362與快門1360之間)時自 由移動或彎曲的任何應力梁中、或者發生在懸吊於兩個錨定點之間的梁。如果在製造中在 梁上產生的應力是可預測的和可再現的，則可以將一種補償形狀或曲率設計在模具中，這 樣在釋放之後梁1358將彎成或曲折成所希望的形狀。通過設計模具中的特定形狀，設計者可以補償順性梁中固有的應力，如以上在標 題為「應力補償技術」的那段中所說明。例如，通過該犧牲模具的形狀的變化可以把梁1358 與1356之間的間隔優化到大的程度。還有可能在釋放之後通過選擇犧牲模具的一種替代 的或反轉的形狀來改變彎曲的方向。例如，在一個第一模具形狀中可以在其上將形成梁 1356和1358的側壁之間的空間中形成一個間隙、溝、或開放的空間。對於這種第一或標稱 模具形狀，可以預期梁1356和1358在從該模具中釋放之後會朝向彼此而彎曲。可以有一種 供選擇替代設計，使用一個第二模具形狀，其中該模具在這些側壁之間的空間中是連續的 或實心的，這將用於形成梁1356和1358。(用於這個第二模具的溝或開放的空間將被置於 梁1356和1358的外部空間中。)對於這個第二或反轉的模具形狀，可預期梁1356和1358 在從該模具中釋放之後朝向彼此彎曲。二元錨定件圖14展示了一個快門組件1402的一部分，該快門組件包括二元順性致動器1404， 該二元順性致動器在功能上類似於被設計用於根據本發明的一個說明性實施方案的快門 組件400的致動器404。致動器1404包括與順性負載梁1408 —起的多個驅動梁1406。多 個負載梁1408在一端上支撐快門1410並且在另一端被各自附接到一個負載梁錨定件1412 上。兩個驅動梁1406都在一端被附接到一個中央驅動梁錨定件1414上而在另一端被附接 到補充的驅動梁錨定件1416上。補充的驅動梁錨定件1416起到限制否則會發生在驅動梁1406內的變形或形狀改 變的作用。一個被固定、支撐、或錨定在沿其長度的兩個點處的機械梁(如梁1406)將更容 易保持其形狀，即使在剩餘應力或外部負載的影響下。注意，驅動梁1406在錨定件1414與 1416之間的點處仍可自由移動或變形並且因此是部分順性的，從而致動器1404的致動電 壓仍將小於有完全剛性的驅動梁的情況中的致動電壓。環框梁圖15展示了 一個快門組件1502的一部分，該快門組件包括多個二元順性致動 器1504，這些順性致動器在功能上類似於為根據本發明的一個說明性實施方案的快門組件 400設計的致動器404。致動器1504包括與順性負載梁1508 —起的順性驅動梁1506。負 載梁1508在一端上支撐快門1510並且在另一端被各自附接到一個負載梁錨定件1512上。 驅動梁1506形成一個環框，其中該驅動梁的每端被附接到一個共同的錨定件1514上。沿著 該環框存在著一段外出梁，它基本上平行於同一個梁的返回區段。這兩個環框區段的長度 是相等的。當在側壁梁過程中形成時，趨於使環形驅動梁1506的外出區段變形的應力將與 沿著梁的返回區段的應力成鏡像或相反。因此實質上取消了原本會引起驅動梁彎曲或從其設計的位置移動的力，並且在從該模具中移除時環框驅動梁1506的遠端位置不發生移動。部分或者不對稱的環框梁圖16A展示了 一個快門組件1602的一部分，該快門組件包括二元順性致動器 1604，該順性致動器在功能上類似於為根據本發明的一個說明性實施方案的快門組件400 設計的致動器404。致動器1604包括與順性負載梁1608 —起的順性驅動梁1606。這些負 載梁1608把快門1610支撐在一端上而這些負載梁在另一端被附接到負載梁錨定件1612 上。兩個驅動梁1606都在一端被附接到中央驅動梁錨定件1614上而在另一端被附接到互 補的驅動梁錨定件1616上。互補的驅動梁錨定件1616被定位為、並且驅動梁1606的形狀被確定為以此而形 成多個部分環框。沿著每個環框都有一段從中央錨定件1614伸出的梁，該段梁在它被附接 到互補錨定件1616之前基本上平行於同一個梁的返回區段。在所述環框中這兩個直線區 段的長度是不相等的。這種不對稱的形狀提供了在從該模具中釋放之後產生或允許出現該 環框有利的形狀改變的機會。或者因為剩餘應力、或者由於沿驅動梁1606的長度變化(壓 縮或膨脹)，在該環的遠端處受到的這些力可以使它沿平行於基片的方向移動，在基片上形 成了快門組件1602。然而，因為二元錨定1614和1616所產生的剛性，遠端的運動將幾乎不 是如圖13A所展示的懸臂驅動梁1305或1307所經歷的運動那樣劇烈。在驅動梁1606從模 具中釋放之後，可以由此有利於驅動梁的遠端在朝向負載梁1608的方向中的小的或受控 的運動。通過給順性梁1606提供這種不對稱的形狀，可以在它們的休止位置中在梁1608與 1606之間設計一個間隔，該間隔不超過或不小於一個預定距離。可以在降低施加一個封裝 的介電體之前驅動梁1606和負載梁1608將接觸的風險的情況下完成向休止位置的彎曲。根據本發明的一個說明性實施方案，圖16B提供了梁的另一個實例，該梁被設計 具有不對稱的形狀，從而該梁將沿一個所期望的方向變形。圖16B展示了快門組件1652的 一部分，該快門組件包括二元順性致動器1654，該致動器在功能上類似於被設計用於根據 本發明的一個說明性實施方案的快門組件400的致動器404。致動器1654包括與順性負載 梁1658 —起的順性驅動梁1656。負載梁1658在一端上支撐快門1660而在另一端上各自 被附接到一個負載梁錨定件1662上。兩個驅動梁1656均被附接到一個中央驅動梁錨定件 1664上。驅動梁1656被各自形成為一個環框，其中該環框的每端都被附接到一個公共的錨 定件1664上。沿著該環框有一段外出梁，該輸外出梁段基本上平行於同一個梁的返回段。與環框1506的形狀相比，驅動梁環框1656的側面的長度是不相等的。環框1656 的一側事實上在區域1679 (該「狹長部分」)處配備有一組額外的拐角或彎曲，從而環框 1656的兩側實質性地具有不同的長度。順性梁1656的狹長部分1670可以附加地採取一個 簡單的輔助環的形式，如圖16B所示，被設計具有不同的曲折形狀，如S曲線或之字形。順性梁1656的狹長部分1670給順性梁1656的形狀提供了一種不對稱性，從而當 從該模具中釋放時，梁1656將沿一個希望的方向彎曲或變形。該運動將受梁中的剩餘應力 的驅動。所希望的方向的運動可以在從該模具中釋放之後使得梁1656與1658之間的間距 從光刻設備的分辨能力所允許的情況起被減少。在它們的休止位置中在梁1658與1656之 間的間距由此可以被提供為不超過或不小於一個預定距離。致動器的梁的停止件圖17展示了一個快門組件1702的一部分，該快門組件包括一個二元順性致動器1704，該順性致動器在功能上類似於為根據本發明的一個說明性實施方案的快門組件400 設計的致動器404。致動器1704包括與順性負載梁1708 —起的順性驅動梁1706。負載梁 1708在一端上支撐快門1710而在另一端各自被附接到一個負載梁錨定件1712上。驅動梁 1706被提供為一個懸臂梁，這意味著驅動梁1706在一端被附接到一個驅動梁錨定件1714 上而另一端自由移動。此外，每個致動器1704都包括一個驅動梁停止件1718。驅動梁停止件1718被布置和被構形為用來限制和控制驅動梁1706的運動或變 形。驅動梁1706的按設計的形狀(它可以不同於從該模具中釋放之後的松馳形狀)包括 在驅動梁1706與停止件1718之間的一個間隙或距離H1，該間隙或距離小於在驅動梁1706 與負載梁1708之間的間隙或距離H2。因此，即使驅動梁1706可以在釋放後變形並且朝向 負載梁1708彎曲，其運動將受到存在的停止件1718的限制，這樣在非致動和松馳狀態下， 驅動梁1706和負載梁1708不能接觸。在此方式中重要的是，在其的松馳狀態下在驅動梁 1706與負載梁1708之間可以產生一個間隙或間距，該間隙或間距大於零但實質性地小於 在製造中使用的光刻設備所允許的解析度極限。還要注意，在致動器1704中負載錨定件 1712被定位成為、並且負載梁1708被設計成為用來提供一個部分環框的形狀。這個部分環 框給負載梁1708提供了比在負載梁1508或1608中出現的更大的順性。通過這個額外的 順性，它更易於在致動過程中使負載梁1708接近驅動梁1706，甚至當驅動梁1706的運動受 到存在停止件1718限制時。圖18A和圖18B展示了一個快門組件1802的一部分，該快門組件包括二元順性 致動器1804，該致動器在功能上類似於針對根據本發明的一個說明性實施方案的快門組件 400設計的致動器404。這些致動器1804包括與順性負載梁1808 —起的順性驅動梁1806。 這些負載梁1808在一端上支撐快門1810並且在另一端被各自附接到一個負載梁錨定件 1812上。這些驅動梁1806被提供為懸臂梁，這意味著這些驅動梁1806在一端被附接到一 個驅動梁錨定件1814上而另一端自由移動。此外，這些致動器1804各自包括一個驅動梁 停止件1818。驅動梁1806和驅動梁停止件1818被設計為用於從該模具中釋放之後更精確地控 制驅動梁1806的休止位置。圖18A示出了致動器1804處於它們按設計的形狀，即該圖示出 從該模具中釋放之前這些梁的形狀。圖18B示出了在釋放之後、或者說處在它們的所希望 的休止位置的來自同一個快門組件1802的這些致動器1804。因為殘餘應力，驅動梁1806 在從該模具中釋放之後彎曲或變形。類似於對驅動梁1706所預望的運動，驅動梁1806朝 向負載梁1808移動，從而使梁1806與1808之間的間隔距離最小化。驅動梁停止件1818 防止驅動梁1806接觸到負載梁1808。致動器1804的這種先進的設計允許更精確地確定這些梁的休止位置，這樣在休 止時，梁1806與1808之間的最終間距可以保持不大於或不小於一個預定距離。儘管由於 製造變數驅動梁1806中的剩餘應力中的變化，仍實現了這個精度。該精度部分地是通過給 處於按設計形狀的驅動梁提供一個補償形狀而實現的，如圖18A所示。並且該精度部分地 通過在驅動梁1806的末端與驅動梁停止件1818之間提供的一種滑動接觸而實現的。在梁1806與停止件1818之間的滑動接觸幫助維持了梁1806與1808之間的一個 特定的間隔距離，儘管有剩餘應力的變化。圖18B展示了兩個接觸位置1820和1822。在梁 1806保持較小量的剩餘應力的情況下，該梁可以在接觸位置1820處接觸該停止件。在梁1806保持較大量的剩餘應力的情況下，該梁可以在釋放之後與梁停止件1818產生接觸和/ 或沿該梁的停止件滑動，直到停靠在在該梁上進一步向外的一個點上，例如在接觸點1822 附近。梁1806和停止件1818的形狀被確定為使得在較大的應力引起較大量的彎曲的情況 下，進一步的彎曲將集中在梁1806的末端附近，接近其與停止件1818的接觸。以此方式， 在梁1806最接近負載梁1808的其形狀和位置大體上保持實質性地與所希望的或預定的位 置沒有變化，即使在這些梁具有不同的本徵應力水平的情況下。部分地通過把停止件1818 處的接觸表面設計為一個滑動表面使所述控制能夠實現，該滑動表面允許用於多個接觸位 置。雖然圖6至圖18中的突出顯示的概念是聯繫基於快門的光調製器設計來進行說 明的，但其他類型的機械致動的光調製器也將得益於順性梁中的應力以及與應力相關的變 形的管理。類似的應力管理技術可以應用到基於捲簾的光調製器220上、應用到光閘門 250上、以及應用到其他基於MEMS的光調製器上，如幹涉調製器或微鏡裝置(micro-mirror device)。任何具有一個被設計為用於傾斜、平移、或旋轉的可移動的元件的光調製器都將 會受益於本發明的原理。本發明可以通過其他具體形式實施而不脫離其精神或實質特徵。因此上述實施方 案在所有方面都應當考慮為是在說明本發明，而不是在限制本發明。
權利要求
1.一種空間光調製器，包括一個基片，該基片具有一個表面；以及一個連接到該基片上的調製組件，該調製組件包括一個調製元件以及一個順性梁，其 中該調製組件被構形為限制否則會由該順性梁內的固有應力引起的該順性梁朝向一個對 置表面的彎曲。
2.如權利要求1所述的空間光調製器，其中，該調製組件被構形為使得該順性梁具有 第一末端和第二末端並且該順性梁在一個第一錨定件處被連接到該基片上。
3.如權利要求2所述的空間光調製器，其中，該調製組件被構形為使該順性梁在該第 一末端處被連接到該第一錨定件上。
4.如權利要求2所述的空間光調製器，其中，該調製組件被構形為使得該順性梁的形 狀被確定為從該第一末端延伸離開該第一錨定件並且向該第二末端向回彎曲朝向該第一 錨定件。
5.如權利要求2所述的空間光調製器，其中，該調製組件被構形為使得該順性梁被連 接到該第一末端與該第二末端之間的該第一錨定件上。
6.如權利要求2所述的空間光調製器，包括一個第二錨定件，並且其中，該調製組件被 構形為使得該順性梁在該第二錨定件處被進一步連接到該基片上。
7.如權利要1所述的空間光調製器，其中，該調製組件被構形為使得該順性梁具有第 一末端和第二末端，該第一末端和第二末端連接到在該基片上沉積的一個公共的錨定件 上，並且該順性梁的形狀形成了一個環框。
8.如權利要求7所述的空間光調製器，其中，該環框包含從該共同的錨定件延伸離開 的一個第一環框部分以及返回到該公共的錨定件的一個第二環框部分，其中，該第一環框 部分的長度實質性地大於該第二環框部分的長度。
9.如權利要求7所述的空間光調製器，其中所述環框包括從該公共的錨定件延伸離開 的一個第一環框部分以及返回到該共同的錨定件的一個第二環框部分，其中該第一環框部 分以及該第二環框部分中的至少一個包括一個輔助環框。
10.如權利要求1所述的空間光調製器，其中，該調製組件包含一個第二順性梁，並且 其中，該調製組件被構形為使得該第一順性梁以及該第二順性梁兩者都連接到該調製元件 上。
11.如權利要求1所述的空間光調製器，其中，該調製組件包括不連接到該順性梁上的 一種靜態結構，並且其中該調製組件被構形為使得該靜態結構限制該順性梁的彎曲。
12.如權利要求11所述的空間光調製器，其中，該靜態結構包含一個滑動表面。
13.如權利要求1所述的空間光調製器，其中，該彎曲的限度產生一個想要達到的梁的 休止位置。
14.如權利要求1所述的空間光調製器，包括多個附接點，這些附接點在該順性梁上的 多個位置處將該順性梁連接到該基片上，這些位置被選擇用來促進受該調製組件構形所限 制的該梁的彎曲。
15.如權利要求1所述的空間光調製器，其中，該順性梁包括彼此連接的第一梁和第二 梁材料，並且其中，該第一梁材料具有一種第一應力狀態，並且該第二梁材料具有一種不同 的第二應力狀態，由此促進受該調製組件的構形所限制的該梁的彎曲。
16.如權利要求1所述的空間光調製器，其中該順性梁的形狀被確定為促進受該調製 組件的構形所限制的該梁的彎曲。
17.—種製造空間光調製器的方法，包括形成一個調製組件，該調製組件包括一個調製元件以及一個順性梁，其中該順性梁被 形成在一個釋放前的位置中以具有一種想要達到的固有應力狀態，並且釋放該調製組件；由此，作為該順性梁中的應力狀態的結果，當釋放該順性梁時，該順性梁彎曲離開一個 相對表面而進入一個休止位置，該休止位置不同於該釋放前的位置，其中該休止位置部分 地基於該想要達到的固有應力狀態。
18.如權利要求17所述的方法，其中該順性梁包含各自垂直於一個基片的一個表面 的第一面和第二面，並且其中該想要達到的固有應力狀態包含位於該第一面的一些應力分 量，這些應力分量實質性地不同於位於該第二面的一些應力分量。
19.如權利要求18所述的方法，其中，位於該第一面的這些應力分力的強度大於位於 該第二面的這些應力分量的強度。
20.如權利要求18所述的方法，其中位於該第一面的一些應力分量是拉伸性的而位於 該第二面的一些應力分量是壓縮性的。
21.如權利要求17所述的方法，其中，該想要達到的固有應力狀態被選擇為使得處於 該休止位置中的該順性梁的一部分與一個對置表面分開至少一個預定距離，並且其中，在 致動時該順性梁被拉向該對置表面。
22.如權利要求17所述的方法，其中該想要達到的固有應力狀態被選擇為使得在該休 止位置中的該順性梁的一部分與一個對置表面分開至少一個預定距離，並且其中，當致動 時，把該順性梁從該對置表面上拉開。
23.如權利要求17所述的方法，其中該梁在其休止位置中被彎曲。
24.如權利要求17所述的方法，其中，形成該調製組件包含通過將第一和第二梁材料 彼此連接而形成該順性梁，並且其中，該第一梁材料具有一種第一應力狀態，並且該第二梁 材料具有一種不同的第二應力狀態。
25.如權利要求17所述的方法，其中該固有的應力狀態包括一個應力梯度。
26.如權利要求17所述的方法，其中當釋放該梁時，該梁彎曲進入一個想要達到的休 止位置。
27.如權利要求17所述的方法，其中，形成該調製組件包含在釋放該調製組件之前將 該順性梁形成為具有一種第一形狀並且在該休止位置中具有一種不同的形狀。
全文摘要
本發明涉及一種空間光調製器，該空間光調製器包括具有一個表面的一個基片以及被連接到該基片上的一個調製組件，該調製組件包括一個調製元件和一個順性梁。該調製組件被構形為用來限制不然就會由該順性梁內的固有應力引發的該順性梁朝向一個對置表面的彎曲。本發明還涉及一種製造空間光調製器的方法，該方法包括以下步驟形成並釋放一個調製組件，該調製組件具有一個調製元件以及一個順性梁，該順性梁在一個釋放前的位置中形成以便具有一種想要達到的固有應力狀態。作為該順性梁中這種應力狀態的一個結果，當釋放該順性梁時，該順性梁彎曲進入一個休止位置，該休止位置不同於該釋放前的位置，其中該休止位置是部分基於該想要達到的固有應力狀態。
文檔編號G02B26/08GK101999091SQ200980112764
公開日2011年3月30日 申請日期2009年2月12日 優先權日2008年2月12日
發明者J·H·吳, J·J·菲喬, J·L·斯泰恩, M·B·安迪生, N·W·哈古德四世, R·S·佩恩, T·J·布羅斯尼漢 申請人:皮克斯特羅尼克斯公司