CN100501494C - 制作于经预先图案化的衬底上的mems装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种微机电系统装置，其制作于其中形成有凹槽的经预先图案化的衬底上。下部电极沉积于所述衬底上并与正交的上部电极相隔空腔。所述上部电极配置成可移动以调制反射光。半反射性层及透明材料形成于所述可移动的上部电极上面。

Description

制作于经预先图案化的衬底上的MEMS装置

技术领域

本发明的技术领域涉及微机电系统(MEMS)及对此种系统的封装。更具体而言，本发明的技术领域涉及干涉式调制器及在一预先图案化衬底上制作此种干涉式调制器的方法。

背景技术

微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激活器及电子元件。微机械元件可采用沉积、蚀刻或其他可蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的若干部分或可添加若干层以形成电和机电装置的微机械加工工艺制成。一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制器。如本文中所使用，术语“干涉式调制器”或“干涉式光调制器”是指一种利用光学干涉原理有选择地吸收及/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包含一对导电板，该对导电板中的一或二者可全部或部分地透明及/或为反射性，且在施加一个适当电信号时能够相对移动。在一特定的实施例中，一个板可包含一沉积在一衬底上的静止层，而另一个板可包含一通过一气隙或空腔与该静止层隔开的金属薄膜。如同本文中所更详细说明，一个板相对于另一个板的位置可改变该干涉式调制器上入射光的光学干涉。这些装置具有广泛的应用范围，且在所属领域中，利用及/或修改这些类型装置的特性、以使其性能可用于改善现有产品及制造目前尚未开发的新产品将颇为有益。

发明内容

本发明的系统、方法及装置均具有多个方面，任一单个方面均不能单独决定其所期望特性。现在，将简要说明其较主要的特性，但此并不限定本发明的范围。在考虑此讨论内容后，尤其是在阅读标题为“具体实施方式”的部分后，人们即可理解本发明的特性如何提供优于其他显示装置的优点。本文所述实施例提供一种封装结构及一种在环境条件下制造一封装结构的方法。

一实施例提供一种制作一微机电系统装置的方法。提供一具有多个沟槽的衬底。在所述衬底上沉积至少一个层，其中所述层在所述沟槽处不连续。在一形成于所述衬底上的第一电极与一第二电极之间形成一第一空腔，其中所述至少一个层包含所述第一电极。

根据另一实施例，提供一种显示装置，其包括：一其中具有多个凹槽的衬底，一形成于所述衬底的一顶面上的第一电极及一第二电极，一半反射性层；及一形成于铬层上的透明材料。所述第一电极与所述第二电极相互绝缘并通过一第一空腔隔开。所述半反射性层与所述第二电极通过一第二空腔隔开。

根据又一实施例，提供一种形成一微机电系统装置的方法。提供一具有一顶面的衬底，其中在所述顶面中形成多个凹槽。在所述衬底上面沉积至少一个层，其中所述至少一个层包含一第一导电材料且在所述凹槽处不连续，从而在所述顶面上形成所述层的各个行。沉积一第二导电材料，其中所述第二导电材料与所述顶面上的所述第一导电材料正交地定向。

根据另一实施例，提供一种显示装置。所述显示装置包括：一其中形成有多个凹槽的衬底，一形成于所述衬底一顶面上以用于反射光的第一反射构件及一用于反射光的第二反射构件，一与所述第二反射构件相隔一第二空腔的半反射性层，及一用于透射光的观看构件。所述第一反射构件与所述第二反射构件相互绝缘并相隔一第一空腔，且所述观看构件形成于所述半反射性层上面。

附图说明

根据下文说明及附图(未按比例绘制)将易知本发明的这些及其他方面，这些附图旨在例示而非限定本发明，附图中：

图1为一等轴图，其显示一干涉式调制器显示器的一实施例的一部分，其中一第一干涉式调制器的一可移动反射层处于一松弛位置，且一第二干涉式调制器的一可移动反射层处于一受激活位置。

图2为一系统方块图，其图解说明一包含一3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一实施例。

图3为图1所示干涉式调制器的一实例性实施例的可移动镜面位置与所施加电压的关系图。

图4为一组可用于驱动干涉式调制器显示器的行和列电压的示意图。

图5A图解说明图2所示3 x 3干涉式调制器显示器中的一个实例性显示数据帧。

图5B图解说明可用于写入图5A所示帧的行信号及列信号的一个实例性时序图。

图6A及6B为系统方块图，其图解说明一包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例。

图7A为一图1所示装置的剖面图。

图7B为一干涉式调制器的一替代实施例的剖面图。

图7C为一干涉式调制器的另一替代实施例的剖面图。

图7D为一干涉式调制器的再一替代实施例的剖面图。

图7E为一干涉式调制器的又一替代实施例的剖面图。

图8A-8C为根据一实施例，形成于一经预先图案化的衬底上的干涉式调制器的剖面图。

图8D为根据另一实施例，形成于一经预先图案化的衬底上的干涉式调制器的剖面图。

图8E为根据再一实施例，形成于一经预先图案化的衬底上的干涉式调制器的剖面图。

具体实施方式

下文详细说明涉及本发明的某些具体实施例。然而，本发明可通过多种不同方式实施。在本说明中，会参照附图，在所有附图中，使用相同的编号来标识相同的部件。根据以下说明容易看出，这些实施例可实施于任一经配置以显示图像(无论是动态图像(例如视频)还是静态图像(例如静止图像)，无论是文字图像还是图片图像)的装置中。更具体而言，本发明涵盖：本发明可在例如(但不限于)以下等众多电子装置中实施或与该些电子装置相关联：移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式计算机或便携式计算机、GPS接收器/导航器、照相机、MP3播放器、摄录机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如里程表显示器等)、驾驶舱控制装置及/或显示器、照相机景物显示器(例如车辆的后视照相机显示器)、电子照片、电子告示牌或标牌、投影仪、建筑结构、包装及美学结构(例如一件珠宝上的图像显示器)。与本文所述MESE装置具有类似结构的MEMS装置也可用于非显示应用，例如用于电子切换装置。

在图1中图解说明一种包含一干涉式MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于亮或暗状态。在亮(“on(开)”或“Open(打开)”)状态下，显示元件将入射可见光的一大部分反射至用户。在处于暗(“off(关)”或“Closed(关闭)”)状态下时，显示元件几乎不向用户反射入射可见光。视不同的实施例而定，可颠倒“on(开)”及“off(关)”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在所选色彩下反射，以除黑色和白色之外还可实现彩色显示。

图1为一等轴图，其绘示一视觉显示器中一系列像素中的两个相邻像素，其中每一像素包含一MEMS干涉式调制器。在某些实施例中，一干涉式调制器显示器包含一由这些干涉式调制器构成的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层，该对反射层定位成彼此相距一可变且可控的距离，以形成一至少具有一个可变尺寸的光学谐振腔。在一实施例中，其中一个反射层可在两个位置之间移动。在本文中称为松弛位置的第一位置上，该可移动层定位于距一固定的局部反射层相对远的距离处。在本文中称作受激活位置的第二位置上，可移动反射层定位成更紧密地邻近局部反射层。根据可移动反射层的位置而定，从这两个层反射的入射光会以相长或相消方式干涉，从而形成各像素的总体反射或非反射状态。

在图1中所绘示的像素阵列部分包括两个相邻的干涉式调制器12a和12b。在左侧的干涉式调制器12a中，显示一可移动反射层14a处于一松弛位置，该松弛位置距一包含一局部反射层的光学堆叠16a一预定距离。在右侧的干涉式调制器12b中，显示一可移动反射层14b处于一靠近光学堆叠16b的受激活位置处。

本文中所提及的光学堆叠16a及16b(统称为光学堆叠16)通常由数个熔合的层构成，此可包括电极层(例如氧化铟锡(ITO))、局部反射层(例如铬)、及透明电介质。光学堆叠16因此为导电性、局部透明及局部反射性，并可例如通过将上述各层中的一个或多个层沉积至透明衬底20上来制成。在某些实施例中，所述层被图案化成平行条带，且可形成显示装置中的行电极，如将在下文中所进一步说明。可移动反射层14a、14b可形成为由沉积在支柱18顶部的一个或多个沉积金属层(与行电极16a、16b正交)及沉积在支柱18之间的中间牺牲材料构成的一系列平行条带。在牺牲材料被蚀刻掉后，可移动反射层14a、14b与光学堆叠16a、16b相隔一规定气隙19。反射层14可使用具有高度导电性及反射性的材料(例如铝)，且这些条带可形成显示装置中的列电极。

在不施加电压时，空腔19保持处于可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态，如图1中的像素12a所示。然而，在向一所选行和列施加电位差之后，在对应像素处的所述行和列电极相交处形成的电容器变成充电状态，且静电力将这些电极拉向一起。如果所述电压足够高，则可移动反射层14会变形并受迫压抵光学堆叠16。光学堆叠16内的介电层(在该图中未显示)可防止短路并控制层14与16之间的间隔距离，如图1中右边的像素12b所示。无论所施加的电位差极性如何，其行为均相同。由此可见，可控制反射与非反射像素状态的行/列激活与在传统的LCD及其他显示技术中所用的行/列激活在许多方面相似。

图2至图5B图解说明一个在显示应用中使用干涉调制器阵列的实例性过程及系统。

图2为一系统方块图，其图解说明一可体现本发明各方面的电子装置的一个实施例。在该实例性实施例中，该电子装置包括一处理器21，该处理器21可为任何通用单芯片或多芯片微处理器，例如ARM、

Pentium 

Pentium 

Pentium

 Pro、8051、

Power 

或任何专用微处理器，例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。按照业内惯例，可将处理器21配置成执行一个或多个软件模块。除执行一操作系统外，还可将该处理器配置成执行一个或多个软件应用程序，包括网页浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其他软件应用程序。

在一实施例中，处理器21还被配置成与一阵列驱动器22进行通信。在一实施例中，阵列驱动器22包括向一显示阵列或面板30提供信号的一行驱动电路24及一列驱动电路26。图1中所示的阵列剖面图在图2中以线1-1示出。对于MEMS干涉式调制器，所述行/列激活协议可利用图3所示的这些装置的滞后性质。其可能需要例如一10伏的电位差来使一可移动层自松弛状态变形至受激活状态。然而，当该电压自该值降低时，在该电压降低回至10伏以下时，该可移动层将保持其状态。在图3所示的实例性实施例中，在电压降低至2伏以下之前，可移动层不完全松弛。因此，在图3所示实例中，存在一大约为3至7伏的电压范围，在该电压范围内存在一所施加电压窗口，在该窗口内，该装置稳定在松弛或受激活状态。在本文中将其称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。对于一具有图3所示滞后特性的显示阵列而言，行/列激活协定可设计成在行选通期间向所选通行中要被激活的像素施加一约10伏的电压差，并向要松弛的像素施加一接近0伏的电压差。在选通之后，向像素施加一约5伏的稳态电压差，以使其保持在行选通使其所处的任何状态。在此实例中，在被写入之后，每一像素均承受一处于3-7伏“稳定窗口”内的电位差。该特性使图1所示的像素设计在相同的所施加电压条件下稳定在一先前存在的受激活状态或松弛状态。由于干涉调制器的每一像素无论是处于受激活状态还是松弛状态，实质上均是一由该固定反射层及移动反射层所构成的电容器，因此，该稳定状态可被保持在该滞后窗口内的一电压下而几乎不消耗功率。如果所施加的电位固定，则实质上没有电流流入像素。

在典型应用中，可通过根据第一行中所期望的一组受激活像素确定一组列电极而形成一显示帧。此后，将一行脉冲施加至第1行的电极，从而激活与所确定的列线对应的像素。此后，将所确定的一组列电极变成与第二行中所期望的一组受激活像素对应。此后，将一脉冲施加至第2行的电极，从而根据所确定的列电极来激活第2行中的相应像素。第1行的像素不受第2行的脉冲的影响，因而保持其在第1行的脉冲期间所设定到的状态。可按一循序方式对整个系列的行重复上述步骤，以形成该帧。通常，通过以某一所期望帧数/秒的速度连续重复该过程来用新显示数据刷新及/或更新这些帧。还有很多种用于驱动像素阵列的行及列电极以形成显示帧的协定为人们所熟知，且可与本发明一起使用。

图4、5A及5B图解说明一种用于在图2所示的3x3阵列上形成一显示帧的可能的激活协议。图4显示一组可用于具有图3所示滞后曲线的像素的可能的行及列电压电平。在图4的实施例中，激活一像素包括将相应的列设定至-V_偏压，并将相应的行设定至+ΔV，其可分别对应于-5伏及+5伏。使像素松弛则是通过将相应的列设定至+V_{偏 压}并将相应的行设定至相同的+ΔV以在该像素两端形成一0伏的电位差来实现。在那些行电压保持为0伏的行中，无论列是处于+V_偏压还是-V_偏压，像素均稳定于其最初所处的任何状态。如也在图4中所显示，应了解，也可使用与上面所述电压具有相反极性的电压，例如，激活一像素可涉及到将相应的列设定至+V_偏压并将相应的行设定至-ΔV。在该实施例中，释放像素是通过将相应的列设定至-V_偏压并将相应的行设定至相同的-ΔV、从而在像素两端形成一0伏的电位差来实现。如也在图4中所显示，应了解，也可使用与上面所述电压具有相反极性的电压，例如，激活一像素可涉及到将相应的列设定至+V_偏压并将相应的行设定至-ΔV。在该实施例中，释放像素是通过将相应的列设定至-V_偏压并将相应的行设定至相同的-ΔV、从而在像素两端形成一0伏的电位差来实现。

图5B为一显示一系列行及列信号的时序图，这些信号施加至图2所示的3x3阵列，其将形成图5A所示的显示布置，其中受激活像素为非反射性的。在写入图5A所示的帧之前，像素可处于任何状态，且在该实例中，所有行均处于0伏，且所有列均处于+5伏。在这些所施加的电压下，所有像素均稳定于其现有的受激活状态或松弛状态。

在图5A所示的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)及(3，3)受到激活。为实现这一效果，在第1行的一“线时间”期间，将第1列及第2列设定为-5伏，并将第3列设定为+5伏。此不会改变任何像素的状态，因为所有像素均保持处于3-7伏的稳定窗口内。此后，通过一自0伏上升至5伏然后又下降回到0伏的脉冲来选通第1行。由此激活像素(1，1)和(1，2)并使像素(1，3)松弛。阵列中的其他像素均不受影响。为将第2行设定为所期望状态，将第2列设定为-5伏，并将第1列及第3列设定为+5伏。此后，施加至第2行的相同的选通脉冲将激活像素(2，2)并使像素(2，1)和(2，3)松弛。同样，阵列中的其他像素均不受影响。类似地，通过将第2列和第3列设定为-5伏、并将第1列设定为+5伏来设定第3行。第3行选通脉冲将第3行像素设定为图5A所示的状态。在写入帧之后，行电位为0，而列电位可保持在+5或-5伏，且此后显示将稳定于图5A所示的布置。应了解，可对由数十或数百个行和列构成的阵列使用相同的程序。还应了解，用于执行行及列激活的电压的定时、顺序、及电平可在上面所概述的大体原理内变化很大，且上述实例只是实例性的，并可将任一种激活电压方法与本文所述的系统及方法一起使用。

图6A及6B为图解说明一显示装置40的一实施例的系统方块图。显示装置40例如可为蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件及其稍作变化的形式也可作为例如电视及便携式媒体播放器等各种类型显示装置的例证。

显示装置40包括一外壳41、一显示器30、一天线43、一扬声器44、一输入装置48、及一麦克风46。外壳41通常由所属领域的技术人员所熟知的许多种制造工艺中的任何一种制成，包括注射成型及真空成形。另外，外壳41可由许多种材料中的任何一种制成，包括但不限于塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷，或其一组合。在一实施例中，外壳41包括可拆卸部分(未示出)，其可与其他具有不同颜色或包含不同标志、图片或符号的可拆卸部分互换。

实例性显示装置40的显示器30可为众多种显示器中的任一种，包括本文所述的双稳显示器。在其他实施例中，如所属领域的技术人员众所周知，显示器30包括一平板显示器，例如上文所述的等离子体显示器、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD，或一非平板显示器，例如CRT或其他显像管装置。然而，为便于说明本实施例，如本文中所述，显示器30包括一干涉式调制器显示器。

在图6B中示意性地图解说明实例性显示装置40的一实施例的组件。所示实例性显示装置40包括一外壳41，并可包括其他至少部分地封闭于其中的组件。例如，在一实施例中，实例性显示装置40包括一网络接口27，网络接口27包括一耦接至一收发器47的天线43。收发器47连接至处理器21，处理器21又连接至调节硬件52。调节硬件52可经配置以对一信号进行调节(例如对一信号进行滤波)。调节软件52连接至一扬声器45及一麦克风46。处理器21还连接至一输入装置48及一驱动控制器29。驱动控制器29耦接至一帧缓冲器28并耦接至阵列驱动器22，阵列驱动器22又耦接至一显示阵列30。一电源50根据具体实例性显示装置40的设计所要求为所有组件供电。

网络接口27包括天线43及收发器47，以使实例性显示装置40可通过网络与一个或多个装置进行通信。在一实施例中，网络接口27还可具有某些处理功能，以降低对处理器21的要求。天线43是为所属领域的技术人员所知的任一种用于发射和接收信号的天线。在一实施例中，该天线根据IEEE 802.11标准(包括IEEE 802.11(a)，(b)，或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中，该天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射及接收RF信号。倘若为蜂窝式电话，则该天线被设计成接收CDMA、GSM、AMPS或其他用于在无线移动电话网络中进行通信的习知信号。收发器47对自天线43接收的信号进行预处理，以使其可由处理器21接收及进一步处理。收发器47还处理自处理器21接收到的信号，以使其可通过天线43自实例性显示装置40发射。

在一替代实施例中，可使用一接收器取代收发器47。在再一替代实施例中，网络接口27可由一可存储或产生要发送至处理器21的图像数据的图像源替代。例如，该图像源可为数字视盘(DVD)或一含有图像数据的硬盘驱动器、或一产生图像数据的软件模块。

处理器21通常控制实例性显示装置40的整体运行。处理器21自网络接口27或一图像源接收数据，例如经压缩的图像数据，并将该数据处理成原始图像数据或一种易于处理成原始图像数据的格式。然后，处理器21将处理后的数据发送至驱动控制器29或发送至帧缓冲器28进行存储。原始数据通常是指标识一图像内每一位置处的图像特征的信息。例如，这些图像特征可包括颜色、饱和度及灰度级。

在一实施例中，处理器21包括一微控制器、CPU、或用于控制实例性显示装置40的运行的逻辑单元。调节硬件52通常包括用于向扬声器45发射信号及从麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为实例性显示装置40内的离散组件，或者可并入处理器21或其他组件内。

驱动控制器29直接自处理器21或自帧缓冲器28获取由处理器21产生的原始图像数据，并适当地将原始图像数据重新格式化以便高速传输至阵列驱动器22。具体而言，驱动控制器29将原始图像数据重新格式化成一具有光栅状格式的数据流，以使其具有一适合于扫描显示阵列30的时间次序。然后，驱动控制器29将格式化后的信息发送至阵列驱动器22。尽管一驱动控制器29(例如一LCD控制器)常常作为一独立的集成电路(IC)与系统处理器21相关联，但这些控制器可按许多种方式进行构建。其可作为硬件嵌入于处理器21中、作为软件嵌入于处理器21中、或以硬件形式与阵列驱动器22完全集成。

通常，阵列驱动器22自驱动控制器29接收格式化后的信息并将视频数据重新格式化成一组平行的波形，该组平行的波形每秒许多次地施加至来自显示器的x-y像素矩阵的数百条且有时数千条引线。

在一实施例中，驱动控制器29、阵列驱动器22、及显示阵列30适用于本文所述任一类型的显示器。例如，在一实施例中，驱动控制器29是一传统的显示控制器或一双稳显示控制器(例如一干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22为一传统驱动器或一双稳显示驱动器(例如一干涉式调制器显示器)。在一实施例中，一驱动控制器29与阵列驱动器22集成在一起。这种实施例在例如蜂窝式电话、手表及其它小面积显示器等高度集成的系统中很常见。在又一实施例中，显示阵列30是一典型的显示阵列或一双稳显示阵列(例如一包含一干涉式调制器阵列的显示器)。

输入装置48使用户能够控制实例性显示装置40的运行。在一实施例中，输入装置48包括一小键盘(例如一QWERTY键盘或一电话小键盘)、一按钮、一开关、一触敏屏幕、一压敏或热敏薄膜。在一实施例中，麦克风46是实例性显示装置40的输入装置。当使用麦克风46向该装置输入数据时，可由用户提供语音命令来控制实例性显示装置40的运行。

电源50可包括众多种能量存储装置，此在所属领域中众所周知。例如，在一实施例中，电源50为一可再充电式电池，例如一镍-镉电池或锂离子电池。在另一实施例中，电源50为一可再生能源、电容器或太阳能电池，包括一塑料太阳能电池及太阳能电池涂料。在另一实施例中，电源50经配置以从墙上的插座接收电力。

在某些实施方案中，如上所述，控制可编程性驻存于一可位于电子显示系统中数个位置内的驱动控制器中。在某些情形中，控制可编程性驻存于阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将知，可在任意数量的硬件及/或软件组件中及在不同的配置中实施上述优化。

按照上述原理运行的干涉式调制器的详细结构可千变万化。例如，图7A-7E图解说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同的实施例。图7A为图1所示实施例的剖面图，其中在正交延伸的支撑件18上沉积一金属材料条带14。在图7B中，可移动反射层14仅在隅角处在系链32上附接至支撑件。在图7C中，可移动反射层14悬挂于一可变形层34上，可变形层34可包含一种柔性金属。可变形层34直接或间接地在可变形层34的周边周围连接至衬底20上。这些连接在本文中称作支撑柱。图7D中所示的实施例具有支撑柱栓塞42，可变形层34即位于支撑柱栓塞42上。如在图7A-7C中所示，可移动反射层14保持悬置于空腔上面，但可变形层34并未通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔来形成支撑柱。而是，由用于形成支撑柱栓塞42的平坦化材料形成所述支撑柱。图7E中所示的实施例是基于图7D中所示的实施例，但也可经修改以与图7A-7C中所示的任一实施例以及未显示的其他实施例一起使用。在图7E中所示的实施例中，已使用额外的一层金属或其他导电材料来形成一总线结构44。此使信号能够沿干涉式调制器的背面路由，从而消除了原本可能须形成于衬底20上的若干电极。

在例如在图7所示的那些实施例中，干涉式调制器用作直视式装置，其中自透明衬底20的前侧(与上面布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施例中，反射层14在光学上屏蔽干涉式调制器的位于与衬底20相对的反射层侧上的部分，包括可变形层34。这使得能够配置及操作被屏蔽区域，而不会不利地影响图像品质。此种屏蔽允许存在图7E中的总线结构44，此会提供使调制器的光学特性与调制器的机电特性分离的能力，例如寻址及因寻址而引起的移动。此种可分离的调制器架构使对调制器的机电方面所用的与对调制器的光学方面所用的结构设计及材料能够相互独立地加以选择及发挥作用。而且，图7C-7E中所示的实施例具有因将反射层14的光学特性自其机械特性解耦合(此由可变形层34来实施)而得到的额外优点。此使反射层14的结构设计及所用材料可在光学特性方面得到优化，且可变形层34的结构设计和所用材料可在所期望机械特性方面得到优化。

如上文所讨论，干涉式调制器经配置以反射穿过透明衬底的光，并包含移动部件，例如可移动镜面14a、14b。因此，为使这些移动部件能够移动，较佳形成一气隙或空腔，以使干涉式调制器的机械部件(例如可移动镜面14a，14b)能够移动。

图8A-8C是根据一实施例形成于一经预先图案化的衬底上的干涉式调制器的剖面图。已发现，当使用一经预先图案化的衬底时，在制造具有上文所述功能的干涉式调制器中所涉及的步骤可适应于非常成本有效的制造技术。图8A-8C图解说明此种方法的一实施例，其会形成一种从与上文参照图1-7E所述干涉式调制器相对的侧上观看的干涉式调制器。视所述装置的最终应用而定，有时制成一透过衬底观看的显示器将较佳，且有时制成一透过干涉式调制器的沉积层观看的显示器将较佳。因此，对于此种设计而言，不需要使用一要在上面形成所述干涉式调制器的透明衬底(例如在图7A-7E中所示的透明衬底20)。所述经预先图案化的衬底因此既可不透明也可透明。在图8A-8C中所示的所例示实施例中，经预先图案化的衬底较佳不透明，此使得能够选择有助于压花的材料。

根据在图8A-8C中所示的实施例，将一干涉式调制器形成于一经预先图案化的衬底505上。较佳将一其中形成有沟槽507的衬底505覆盖以一镜层，以形成一下部电极(一半反射性或反射性构件)502，其将用作上文所述的固定层。

衬底505可自一较佳不透明的聚合物材料形成，该较佳不透明的聚合物材料具有一系列沿衬底表面在一个方向上伸展的压印、且适当相间的凹槽或沟槽507。这些凹槽507可采用各种各样的传统材料、使用已知技术压印成较佳具有一带锥形侧面的凹角轮廓，如在图8A-8C中所示。在一较佳实施例中，一由复合材料形成的衬底505压印、冲压、烧蚀、模制、或以机械方式印有沟槽或凹槽，并随后经过烘焙而获得所述凹角轮廓。所属领域的技术人员将了解，此种复合材料较佳由位于不同层中的不同材料形成且在冲压或压印所述衬底之后，烘焙会在这些不同的层中造成不同的热膨胀。在所示实施例中，顶层具有一较高的热膨胀系数，从而导致膨胀至凹槽507内。尽管较佳为凹角轮廓，然而所属领域的技术人员将了解，凹槽507也可具有其他形状(例如垂直的壁)，只要如在下文中所更详细说明这些凹槽在沉积于衬底505顶面上的材料中形成一断点即可。应了解，也可通过不同于压印的技术(例如，举例而言，蚀刻)来形成于衬底505中。然而，较佳使用压印或冲压，因为其为一种廉价的工艺。

当在此种表面结构上沉积材料时，某些材料将沉积并沉淀至凹槽507内，而某些材料将沉积并沉淀至衬底505顶面上、各凹槽507之间。所述材料较佳通过传统沉积技术来沉积，例如通过某种形式的溅镀、物理气体沉积及化学气体沉积(CVD)。如在图8A-8C中所示，凹槽507的存在会在衬底505顶面上的沉积层中形成断点或间断点。通过此种方式，在不使用传统光刻法及蚀刻步骤的情况下沉积干涉式调制器的下部层502、508、510。在该实施例中，实际上，将形成图7A-7E所示结构的第一组掩模并入衬底505自身中，且事实上可由用于初始电极图案的经济的压印工艺来取代传统的遮掩。据该实施例，干涉式调制器结构制作的前几个步骤因此为沉积下部电极501、一介电材料508、及一层牺牲材料510。所沉积下部电极502、介电材料508及牺牲材料510的层因此以成行或条带的形式形成于衬底505的顶面上。所述条带结构是因所压印凹槽507的存在而自然地制成。

下部电极502较佳由铝形成。在其他实施例中，下部电极502可包含其他高度反射性金属，例如(举例而言)银(Ag)或金(Au)。或者，下部电极502可为一经配置以配置提供恰当光学性质及机械性质的金属堆叠。

较佳在下部电极502上沉积一介电层508。在一较佳实施例中，所述介电材料为二氧化硅(SiO₂)。较佳在所述结构上面沉积(并在此后移除)一牺牲层510，以在下部电极502与一上部电极或反射构件506之间形成一光学谐振腔，所述上部电极或反射构件506将沉积于牺牲层510上面以形成可移动层，如在图8B中所示。在所示实施例中，牺牲层510包含硅(Si)。在其他实施例中，该牺牲层510可由钼(Mo)、钨(W)或钛(Ti)形成。可相对于外露的介电材料及电极材料来选择性地蚀刻所有这些牺牲材料，但所属领域的技术人员将易知，也可将其他牺牲材料(例如光阻剂)与其他选择性蚀刻化学品一起使用。

如在图8B中所示，在该实施例中，通过填充沟槽507及先前所沉积结构之间的区域来继续进行干涉式调制器结构的制造。此种填充可通过许多传统的沉积/图案化/蚀刻步骤或通过一回蚀工艺来实施，例如(举例而言)，通过化学机械抛光(CMP)平坦化步骤来实施。

较佳在牺牲层510上面沉积正交的上部电极条带506，随后沉积通过支柱522隔开的由一第二或上部牺牲材料520形成的条带。该上部电极506沉积成与下部电极502正交的成行的条带，以形成上文所述的行/列阵列。上部电极506及牺牲材料520可较佳使用一种荫罩沉积技术以其所需图案形式沉积成条带。支柱522由绝缘材料(较佳为聚合物或介电材料)形成。

然后，较佳在上部牺牲层520上面沉积薄(较佳为50-100埃)的半反射性层530。在较佳实施例中，半反射性层530为铬。如在图8B中所示，在半反射性层530上沉积透明材料或观看构件535，以为半反射性层530提供额外的机械及结构整体性—在移除牺牲层510、520之后，半反射性层530通常太薄而无法支撑其自身。所属领域的技术人员将了解，透明衬底535承担机械功能且充当通过其进行显示及通过其透射光的构件。透明衬底535可由例如氧化物等固体无机材料形成。在另一实施例中，透明衬底535可由透明聚合物形成。半反射性层530及透明衬底较佳通过例如溅镀、PVD及CVD等传统沉积技术沉积而成。

透明材料535及半反射性层530较佳蚀刻有开孔或孔(未显示)，以使用于移除牺牲层的蚀刻气体可到达层510及520的牺牲材料。另一选择为，透明材料535可预先图案化有预先蚀刻或压印的开孔或孔。应了解，作为总体封装工艺的一部分，对干涉式调制器加以密封并保护其免受容纳干涉式调制器的封装周围环境的影响。较佳地，这些孔或开孔具有小至光刻系统将允许的直径，且更佳约为2.4微米。所属领域的技术人员将了解，开孔的大小、间距及数量将影响牺牲层510、520的移除速率。

较佳使用选择性气体蚀刻工艺来移除牺牲层510、520，以围绕可移动电极506形成光学空腔。可使用标准蚀刻技术来移除牺牲层510、520。具体的气体蚀刻工艺将取决于所要移除的材料。例如，可使用二氟化氙(XeF₂)作为释脱气体来移除硅牺牲层。应了解，所述蚀刻工艺是一种选择性蚀刻工艺，其不会蚀刻任何介电材料、半反射性材料、或电极材料。

干涉式调制器的最终结构显示于图8C中，其中存在环绕移动电极506的光学空腔。由于半反射性层530位于顶部，因而沿箭头540的方向自各沉积层侧上透过透明衬底535观看干涉式调制器，如在图8C中所示。

在图8A-8C所示实施例中，应了解，干涉式调制器的可移动层506邻近透明衬底535且固定层502形成于可移动层506下面，以使可移动层506可在所述结构的光学空腔内移动，如在图8C中所示。

所属领域的技术人员将了解，在图8D所示实施例中，半反射性层530较佳为铬并可使用一透明电极(较佳为一ITO层并用作一电极)加以补充。如在图8D中所示，ITO层532介于透明衬底535与铬层530之间。该ITO-铬双层结构消除了使用图8A-8C所示实施例中的下部电极502与电介质508这一需要。在该实施例中，一介电层508介于铬530与上部空腔之间。所属领域的技术人员将了解，将一第一牺牲层(未显示)沉积于经预先图案化的透明衬底505上并随后加以移除而形成一下部空腔560，并将一第二牺牲层(未显示)沉积于电极506上面而形成上部空腔565。如在图8D中所示，电极506沉积于经预先图案化的衬底505上，从而在衬底505顶面上形成电极条带，其中通过沉积于沟槽507上方而形成电极506中的间断点。

如上面所述，自例如聚合物等透明材料制成的透明的经预先图案化的衬底可用于形成类似于图7A-7E所示的干涉式调制器。在此种干涉式调制器中，如在图8E中所示，不同于在图8A-8C中所示的实施例，透明的经预先图案化的衬底580透射光，并透过透明的经预先图案化的衬底580进行观看。所属领域的技术人员将了解，用于制作此种干涉式调制器的工艺类似于上文参照图8A-8C所述的方法，但电极结构将倒转。所述结构将类似于图7A-7E所示，但通过在沟槽507上面沉积成行的前几个层而消除了用于形成所述行的前几个图案化及蚀刻步骤。

如在图8E中所示，在衬底580上面沉积半反射性-ITO双层530、532，以形成电极条带。在半反射性-ITO双层530、532上面沉积一介电层508。然后，沉积一第一牺牲层(未显示)并随后将其移除，以形成一下部空腔560。在第一牺牲层上面以正交条带形式沉积可移动电极506。在可移动电极506上面沉积一第二牺牲层(未显示)并随后将其移除，以形成上部空腔565。如在图8E中所示，可移动电极506处于塌缩状态。为制作完成该结构，在上部空腔565上面形成一可变形层570。

尽管上文详细说明已显示、说明及指出本发明的适用于各种实施例的新颖特征，然而应了解，所属领域的技术人员可在形式及细节上对所示装置或工艺作出各种省略、替代及改变，此并不背离本发明的精神。应知道，由于可独立于其他特征来使用或实践某些特征，因而可按一种并不提供所有本文所述特征及优点的形式实施本发明。

Claims (48)

1、一种制作微机电系统装置的方法，其包括：

提供衬底，其在所述衬底的顶面中具有多个沟槽；

在所述衬底的所述顶面上沉积第一电极层进入至所述沟槽中，其中所述所沉积的第一电极层在所述沟槽与所述顶面之间不连续；

在所述第一电极层上形成第二电极；及

在所述形成于所述衬底上的第一电极层与所述第二电极之间形成第一空腔。

2、如权利要求1所述的方法，其进一步包括使所述第一电极层与所述第二电极绝缘。

3、如权利要求2所述的方法，其中绝缘步骤包括在所述第一电极层上沉积介电材料。

4、如权利要求3所述的方法，其中通过在形成所述第二电极之前在所述介电材料上沉积牺牲材料并在形成所述第二电极之后移除所述牺牲材料来形成所述第一空腔。

5、如权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述第二电极与半反射性层之间形成第二空腔。

6、如权利要求5所述的方法，其中形成所述第二空腔包括：在形成所述半反射性层之前在所述第二电极上沉积牺牲材料并在形成所述半反射性层之后移除所述牺牲材料。

7、如权利要求5所述的方法，其中所述半反射性层包含铬。

8、如权利要求5所述的方法，其进一步包括在所述半反射性层上沉积透明材料。

9、如权利要求8所述的方法，其中形成所述第一空腔包括：在形成所述第二电极之前在所述介电材料上沉积牺牲材料并在形成所述第二电极之后移除所述牺牲材料。

10、如权利要求9所述的方法，其中在移除所述第一牺牲层之前，所述透明材料及半反射性层蚀刻有开孔。

11、如权利要求1所述的方法，其中提供步骤包括在所述衬底中压印所述沟槽。

12、如权利要求1所述的方法，其中提供步骤包括在所述衬底中烧蚀所述沟槽。

13、如权利要求1所述的方法，其中提供步骤包括通过模制工艺在所述衬底中形成所述沟槽。

14、如权利要求1所述的方法，其中所述第一电极层在所述沟槽处的不连续性使所述第一电极层图案化。

15、如权利要求1所述的方法，其中所述微机电系统装置为干涉式调制器。

16、一种通过如权利要求1所述的方法形成的微机电系统装置。

17、一种显示装置，其包括：

经压印的衬底，其具有形成于所述衬底的顶面中的多个凹槽；

第一电极层，其形成于所述衬底的所述顶面上且进入至所述多个凹槽中，所述第一电极层在所述多个凹槽与所述顶面之间不连续；及

第二电极，其中所述第二电极形成于所述第一电极层上，并且其中所述第一电极层与所述第二电极通过第一空腔隔开。

18、如权利要求17所述的显示装置，其中所述第一电极层与所述第二电极通过沉积于所述第一电极层上的介电材料而相互绝缘。

19、如权利要求17所述的显示装置，其中所述多个凹槽中的每一者均具有凹角轮廓。

20、如权利要求17所述的显示装置，其中所述衬底是不透明的。

21、如权利要求17所述的显示装置，其中所述第一电极层形成与所述第二电极正交的第一电极。

22、如权利要求17所述的显示装置，其中所述第二电极被配置成是可移动的。

23、如权利要求17所述的显示装置，其进一步包括：半反射性层，其通过第二空腔与所述第二电极隔开；及形成于所述半反射性层上的透明材料。

24、如权利要求23所述的显示装置，其中所述透明材料中形成有多个孔。

25、如权利要求17所述的显示装置，其进一步包括：

处理器，其与所述第一电极层及所述第二电极中的至少一者电连通，所述处理器经配置以处理图像数据；及

存储装置，其与所述处理器电连通。

26、如权利要求25所述的显示装置，其进一步包括驱动电路，所述驱动电路经配置以向所述第一电极层及所述第二电极中的至少一者发送至少一个信号。

27、如权利要求26所述的显示装置，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以将所述图像数据的至少一部分发送至所述驱动电路。

28、如权利要求25所述的显示装置，其进一步包括图像源模块，所述图像源模块经配置以将所述图像数据发送至所述处理器。

29、如权利要求28所述的显示装置，其中所述图像源模块包括接收器、收发器、及发射器中的至少一者。

30、如权利要求25所述的显示装置，其进一步包括输入装置，所述输入装置经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送至所述处理器。

31、一种形成微机电系统装置的方法，其包括：

提供具有顶面的衬底，其中在所述顶面中形成多个凹槽；

在所述衬底上沉积至少一个层，其中所述至少一个层包含第一导电材料且在所述凹槽和所述顶面处不连续，从而在所述顶面上的所述凹槽之间形成所述层的各个行；及

沉积第二导电材料，其中所述第二导电材料与所述顶面上的所述第一导电材料正交地定向。

32、如权利要求31所述的方法，其中所述至少一个层进一步包含介电层及牺牲材料。

33、如权利要求31所述的方法，其进一步包括在所述第一导电材料与所述第二导电材料之间形成第一空腔。

34、如权利要求32所述的方法，其进一步包括在所述第二导电材料上沉积半反射性层，其中所述半反射性层与所述第二导电材料通过空腔隔开。

35、如权利要求34所述的方法，其中通过移除所述半反射性层与所述第二导电材料之间的牺牲材料来形成所述铬层与所述第二导电材料之间的所述空腔。

36、如权利要求31所述的方法，其中在所述顶面中提供所述多个凹槽包括进行压印。

37、如权利要求36所述的方法，其进一步包括在压印之后烘焙所述衬底，以给所述凹槽中的每一者提供凹角轮廓，其中所述衬底由复合材料形成。

38、如权利要求37所述的方法，其中所述复合材料的顶层具有比所述复合材料的下部层高的热膨胀系数。

39、一种显示装置，其包括：

衬底，其在所述衬底的顶面中具有多个沟槽；

用于反射光的第一反射构件，所述第一反射构件形成于所述衬底的所述顶面上且进入至所述沟槽中，所述第一反射构件在所述沟槽与所述顶面处之间不连续；及

用于反射光的第二反射构件，其中所述第二反射构件形成于所述第一反射构件上，并且其中所述第一反射构件与所述第二反射构件通过第一分隔构件隔开。

40、如权利要求39所述的显示装置，其进一步包括：

半反射性构件，其通过第二分隔构件与所述第二反射构件隔开；及

用于透射光的观看构件，所述观看构件形成于所述半反射性构件上。

41、如权利要求39所述的显示装置，其中所述沟槽的形状使得所述第一反射构件在所述沟槽的侧壁上不连续。

42、如权利要求39所述的显示装置，其中所述衬底构件的所述顶面上的所述第一反射构件在所述顶面上形成所述第一反射构件的各行。

43、如权利要求39所述的显示装置，其中所述第二反射构件是第二反射层，其悬挂于附连至机械层的连接器上。

44、如权利要求39所述的显示装置，其进一步包括位于所述第一反射构件与所述第二反射构件之间的绝缘构件，其中所述绝缘构件是位于所述第一反射构件上的介电层。

46、一种操作显示装置的方法，其包括：

提供在其顶面中具有多个沟槽的衬底，其中至少一个第一电极层形成于所述衬底的所述顶面上且进入至所述沟槽中，且其中所述第一电极层在所述沟槽与所述顶面之间不连续，且其中所述第一电极层通过空腔与第二电极隔开，所述第二电极形成于所述空腔上；及

在所述空腔内移动所述第二电极。

47、如权利要求46所述的方法，其中移动所述第二电极包括在松弛位置与受激活位置之间移动所述第二电极。

48、如权利要求46所述的方法，其中移动所述第二电极会改变所述第一电极层与所述第二电极之间的距离。

49、如权利要求46所述的方法，其中移动所述第二电极包括在所述第一电极层与所述第二电极之间施加静电引力。

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