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    本發明揭示一種藉助跨一第一電極(702)及一可移動電極(714)施加的一電壓電致動之MEMS裝置。與該第一電極分離的閂電極(730a、730b)可將該裝置維持在一受致動狀態中。
    公开号:TW201302597A
    申请号:TW101136074
    申请日:2005-09-26
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Clarence Chui
    申请人:Qualcomm Mems Technologies Inc；
    IPC主号:G02B26-00
    专利说明:
    微機電裝置、微機電開關、包含微機電開關之顯示系統、及操作及製造微機電開關之方法
    本發明的技術領域涉及微機電系統(MEMS)。
    微機電系統(MEMS)包括微機械元件、致動器及電子元件。微機械元件可採用沉積、蝕刻及/或其他可蝕刻掉基板及/或所沉積材料層的若干部分或可添加若干層以形成電和機電裝置的微機械加工工藝製成。一種類型的MEMS裝置被稱為干涉式調變器。本文所用術語干涉式調變器或干涉式光調變器係指一種使用光學干涉原理來選擇性地吸收及/或反射光的裝置。在某些實施例中，一干涉式調變器可包含一對導電板，其中之一或二者均可全部或部分地透明及/或為反射性，且在施加適當的電信號時能夠相對運動。在一特定的實施例中，一個板可包含一沉積在一基板上的靜止層，另一個板可包含一與該靜止層隔開一氣隙的金屬薄膜。如本文所更詳細說明，其中一個板相對於另一個板的位置可改變入射於干涉式調變器上的光的光學干涉。上述裝置具有廣泛的應用範圍，且在此項技術中，利用及/或修改該些類型裝置的特性、以使其性能可用於改善現有產品及製造目前尚未開發的新產品將頗為有益。
    本發明之系統、方法及裝置均具有多個態樣，任一單個態樣均不能單獨決定其所期望之特性。現在，簡要說明較主要之特性，但此並不限定本發明之範圍。在考量此討論內容後，尤其係在閱讀標題為「實施方式」之部分後，人們即可理解本發明之特性如何提供優於其他顯示裝置之優點。
    於一實施例中，本發明包括一MEMS裝置，其包括一具有至少兩個由該基板支撐的支柱。該裝置還包括至少兩個由該基板支撐且定位在該等支柱之間的電隔離電極。該裝置進一步包括：一由該等支柱支撐在該基板上方的可移動電極；及至少兩個可根據該可移動電極之位置有選擇地連接的開關端子。
    於另一實施例中，本發明包括一種運作一MEMS開關之方法。該方法包括：藉由在一第一電極與第二電極兩端施加一第一電壓而將一可移動元件自一第一位置移至一第二位置來控制開關致動。該方法還包括藉由在該第一電極與一第三電極兩端施加一第二電壓來將該可移動元件維持在該第二位置內。
    於再一實施例中，一MEMS開關包括一可在第一與第二位置之間移動的第一電極及數個可根據該可移動電極之位置有選擇地連接的開關端子。該開關還包括：用於將該可移動電極自該第一位置移至該第二位置的構件、及用於將該可移動電極維持在該第二位置內的構件。用於維持的構件與用於移動的構件係分開控制。
    於尚一實施例中，本發明包括一種製造一MEMS開關之方法。該方法包括：在一基板上的一對支柱之間形成至少第一及第二電隔離電極、形成開關端子及在該等支柱上形成一可移動電極。
    於再一實施例中，一顯示系統包括一MEMS顯示元件陣列及一個或多個耦接至該陣列的MEMS開關。該等MEMS開關中至少之一包括：一基板、至少兩個由該基板支撐的支柱、及至少兩個由該基板支撐且定位在該等支柱之間的電隔離電極。一可移動電極由該等支柱支撐在該基板上面，且設置至少兩個可根據該可移動電極之位置有選擇地連接的開關端子。
    以下詳細說明係針對本發明之某些具體實施例。然而，本發明可藉由多種不同之方式實施。在本說明中，會參照附圖，在所有附圖中，使用相同之編號標識相同之部件。根據以下說明容易看出，該等實施例可在任一構造用於顯示影像-無論是動態影像(例如視頻)還是靜態影像(例如靜止影像)，無論是文字影像還是圖片影像-的裝置中實施。更特定而言，該等實施例可在例如(但不限於)以下等眾多種電子裝置中實施或與該些電子裝置相關聯：行動電話、無線裝置、個人資料助理(PDA)、手持式電腦或可攜式電腦、GPS接收器/導航器、照相機、MP3播放器、攝錄機、遊戲機、手錶、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電腦監視器、汽車顯示器(例如里程表顯示器等)、駕駛艙控制裝置及/或顯示器、攝錄機景物顯示器(例如車輛的後視攝錄機顯示器)、電子照片、電子告示牌或標牌、投影儀、建築結構、包裝及美學結構(例如一件珠寶上的影像顯示器)。與本文所述MESE裝置具有類似結構的MEMS裝置也可用於非顯示應用，例如用於電子切換裝置。
    在圖1中顯示一種包含一干涉式MEMS顯示元件之干涉式調變器顯示器實施例。在該些裝置中，像素處於亮或暗狀態。在亮(「接通(on)」或「打開(open)」)狀態下，顯示元件將入射可見光之一大部分反射至使用者。在處於暗(「關(off)」或「關閉(closed)」)狀態下時，顯示元件幾乎不向使用者反射入射可見光。視不同之實施例而定，可顛倒「on」及「off」狀態之光反射性質。MEMS像素可組態為主要在所選色彩下反射，以除黑色和白色之外還可實現彩色顯示。
    圖1為一等軸圖，其顯示一視覺顯示器之一系列像素中之兩個相鄰像素，其中每一像素包含一MEMS干涉式調變器。在某些實施例中，一干涉式調變器顯示器包含一由該些干涉式調變器構成之列/行陣列。每一干涉式調變器包括一對反射層，該對反射層定位成彼此相距一可變且可控之距離，以形成一至少具有一個可變尺寸之光學諧振腔。在一實施例中，其中一個反射層可在兩個位置之間移動。在本文中稱為鬆弛位置的第一位置上，該可移動層係定位在距一固定部分反射層相對遠的距離處。在本文中稱為受致動位置的第二位置中，該可移動反射層定位得更毗鄰於該部分反射層。根據可移動反射層之位置而定，自該兩個層反射之入射光會以相長或相消方式干涉，從而形成各像素之總體反射或非反射狀態。
    在圖1中顯示的像素陣列部分包括兩個相鄰的干涉式調變器12a和12b。在左側的干涉式調變器12a中，顯示一可移動反射層14a處於一鬆弛位置，該鬆弛位置距一光學堆疊16a(其包括一部分反射層)一預定距離。在右側的干涉式調變器12b中，顯示一可移動反射層14b處於一受致動位置，該受致動位置鄰近光學堆疊16b。
    本文中所參考之光學堆疊16a及16b(統稱為光學堆疊16)通常由數個熔結層(fused layer)組成，該等熔結層可包括：一電極層，例如氧化銦錫(ITO)；一部分反射層，例如鉻；及一透明介電質。因此，光學堆疊16具導電性、部分透明性及部分反射性，且(例如)可藉由在一透明基板20上沉積上述層中之一個或多個層來製成。該部分反射層可由一個或多個材料層構成，且該等層之每一個可由一單個材料或數種材料之一組合構成。
    於某些實施例中，該光學堆疊之該等層係圖案化成平行條帶，且可形成一顯示裝置中的列電極，如將在下文中所進一步說明。可移動層14a、14b可形成為由沉積在支柱18頂部的一或多個沉積金屬層(與列電極16a、16b正交)及一沉積在支柱18之間的中間犧牲材料構成的一系列平行條帶。在犧牲材料被蝕刻掉以後，可移動反射層14a、14b與光學堆疊16a、16b隔開一規定的間隙19。反射層14可使用一具有高度導電性及反射性的材料(例如鋁)，且該些條帶可形成一顯示裝置中的行電極。
    在未施加電壓時，腔19保持位於可移動反射層14a與光學堆疊16a之間，而可移動反射層14a則處於如圖1中像素12a所示的一機械鬆弛狀態。然而，在向一所選列和行施加電位差時，在對應像素處的列和行電極相交處形成的電容器變成充電狀態，且靜電力將該些電極拉向一起。若該電壓係足夠高，可移動反射層14變形且被迫依靠在光學堆疊16上。光學堆疊16內的一介電層(該圖式中未顯示)可防止短接且可控制層14與16之間的分離距離，如圖1中右側上的像素12b所示。無論所施加之電位差極性如何，該行為均相同。由此可見，可控制反射與非反射像素狀態的列/行致動與習用LCD及其他顯示技術中所用的列/行致動在許多方面相似。
    圖2至圖5圖解闡釋一個在一顯示應用中使用一干涉式調變器陣列的實例性過程及系統。
    圖2為一系統方框圖，該圖圖解闡釋一可體現本發明各方面的電子裝置的一個實施例。在該實例性實施例中，該電子裝置包括一處理器21-其可為任何通用單晶片或多晶片微處理器，例如ARM、Pentium®、Pentium II®、Pentium III®、Pentium IV®、Pentium® Pro、8051、MIPS®、Power PC®、ALPHA®，或任何專用微處理器，例如數位信號處理器、微控制器或可程式化閘陣列。按照業內慣例，可將處理器21組態成執行一個或多個軟體模組。除執行一個操作系統外，還可將該處理器組態成執行一個或多個軟體應用程式，包括網路瀏覽器、電話應用程式、電子郵件程式或任何其他軟體應用程式。
    在一實施例中，處理器21還經配置以與一陣列驅動器22進行通信。在一實施例中，陣列驅動器22包括向一面板或顯示陣列(顯示器)30提供信號的一列驅動器電路24及一行驅動器電路26。圖1中所示的陣列剖面圖在圖2中以線1-1示出。對於MEMS干涉式調變器，該列/行致動協定可利用圖3所示的該些裝置的滯後性質。其可能需要例如一10伏的電位差來使一可移動層自鬆弛狀態變形至受致動狀態。然而，當該電壓自該值降低時，在該電壓降低回到10伏以下時，該可移動層將保持其狀態。在圖3的實例性實施例中，在電壓降低至2伏以下之前，可移動層不會完全鬆弛。因此，在圖3所示的實例中，存在一大約為3-7伏的電壓範圍，在該電壓範圍內存在一施加電壓窗口，在該窗口內該裝置穩定在鬆弛或受致動狀態。在本文中將其稱為「滯後窗口」或「穩定窗口」。對於一具有圖3所示滯後特性的顯示陣列而言，列/行致動協定可設計成在列選通期間，向所選通列中將被致動的像素施加一約10伏的電壓差，並向將被鬆弛的像素施加一接近0伏的電壓差。在選通之後，向像素施加一約5伏之穩態電壓差，以使其保持在列選通使其所處之任何狀態。在此實例中，在被寫入之後，每一像素均承受一3-7伏「穩定窗口」內之電位差。該特性使圖1所示的像素設計在相同的所施加電壓條件下穩定在一既有的致動狀態或鬆弛狀態。由於干涉式調變器的每一像素，無論處於致動狀態還是鬆弛狀態，實質上均是一由固定反射層及移動反射層所構成的電容器，因此，該穩定狀態可在一滯後窗口內的電壓下得以保持而幾乎不消耗功率。若所施加之電位恒定，則基本上沒有電流流入像素。
    在典型應用中，可藉由根據第一列中所期望的一組受致動像素確定一組行電極而形成一顯示訊框。此後，將一列脈動施加於第1列的電極，從而致動對應於所確定行線的像素。此後，將所確定之一組行電極變成與第二列中所期望之一組受致動像素對應。此後，將一脈動施加於第2列電極，從而根據所確定的行電極來致動第2列中的相應像素。第1列的像素不受第2列的脈動的影響，並保持於其在第1列的脈動期間被設定的狀態。可按一依序方式對整個系列之列重複上述步驟，以形成該訊框。通常，通過以某一所需訊框數/秒的速度連續重複該過程來用新顯示資料刷新及/或更新該些訊框。還有很多種用於驅動像素陣列之列及行電極以形成顯示訊框之協定為人們所熟知，且可與本發明一起使用。
    圖4及圖5圖解闡釋一種用於在圖2所示的3x3陣列上形成一顯示訊框的可能之致動協定。圖4圖解闡釋一組可用於具有圖3所示滯後曲線的像素的可能的行及列電壓位凖。在圖4的實施例中，致動一像素包括將相應的行設定至-Vbias，並將相應的列設定至+△V-其可分別對應於-5伏及+5伏。鬆弛像素則是通過將相應的行設定至+Vbias並將相應的列設定至相同的+△V，由此在該像素兩端形成一0伏的電位差來實現。在那些其中列電壓保持0伏的列中，像素穩定於其最初所處的狀態，而與該行處於+Vbias還係-Vbias無關。亦如同圖4中所示，應瞭解，可使用極性與上述極性相反的電壓，例如致動一像素可包括將相應之行設定至+Vbias，並將相應之列設定至-△V。在該實施例中，釋放像素係通過將相應的行設定至-Vbias並將相應的列設定至相同的-△V，由此在該像素兩端形成一0伏的電位差來實現。
    圖5B為一顯示施加於圖2所示3x3陣列之一系列列及行信號之時序圖，其將形成圖5A中所示之顯示佈置，其中受致動像素為非反射性。在寫入圖5A中所示之訊框之前，像素可處於任何狀態，在該實例中，所有列均處於0伏，且所有行均處於+5伏。在該些所施加電壓下，所有的像素穩定於其現有的受致動狀態或鬆弛狀態。
    在圖5A之訊框中，像素(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)及(3,3)受到致動。為實現該一效果，在第1列的一「線時間」期間將第1行及第2行設定為-5伏，將第3行設定為+5伏。此不會改變任何像素之狀態，因為所有像素均保持處於3-7伏之穩定窗口內。此後，藉由一自0伏上升至5伏然後又下降回到0伏之脈動來選通第1列。由此致動像素(1,1)和(1,2)並使像素(1,3)鬆弛。陣列中之其他像素均不受影響。為將第2列設定為所期望之狀態，將第2行設定為-5伏，將第1行及第3行設定為+5伏。此後，向第2列施加相同的選通脈動將致動像素(2,2)並使像素(2,1)和(2,3)鬆弛。同樣，陣列中之其他像素均不受影響。類似地，通過將第2行和第3行設定為-5伏，並將第1行設定為+5伏對第3列進行設定。第3列的選通脈動將第3列像素設定為圖5A中所示的狀態。在寫入訊框之後，列電位為0，而行電位可保持在+5或-5伏，且此後顯示將穩定於圖5A所示之佈置。應瞭解，可對由數十或數百個列和行構成之陣列使用相同之程式。還應瞭解，用於實施列和行致動的電壓的時序、次序及位凖可在以上所概述的一般原理內變化很大，且上述實例僅為實例性，任何致動電壓方法均可與本文所述的系統及方法一起使用。
    圖6A及6B為圖解闡釋一顯示裝置40的一實施例的系統方塊圖。顯示裝置40例如可為蜂窩式電話或行動電話。然而，顯示裝置40的相同組件及其稍作變化的形式也可作為例如電視及可攜式媒體播放器等各種類型顯示裝置的例證。
    顯示裝置40包括一外殼41、一顯示器30、一天線43、一揚聲器45、一輸入裝置48及一麥克風46。外殼41通常由熟悉此項技術者所熟知的許多種製造工藝中的任何一種製成，包括注射成型及真空成形。另外，外殼41可由許多種材料中的任何一種製成，包括但不限於塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷、或其一組合。在一實施例中，外殼41包括可與其他具有不同色彩或包含不同標誌、圖片或符號之可移動部分互換之可移動部分(未示出)。
    實例性顯示裝置40的顯示器30可為眾多種顯示器中的任一種，包括本文所述的雙穩顯示器。在其他實施例中，如熟習此項技術者所習知，顯示器30包括一平板顯示器，例如如上所述之電漿顯示器、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD、或一非平板顯示器，例如CRT或其他顯像管裝置。然而，為闡釋本發明之目的，顯示器30包括一如上所述的干涉式調變器顯示器。
    圖6B示意性圖解闡釋實例性顯示裝置40的一實施例中的組件。所示實例性顯示裝置40包括一外殼41且可包括其他至少部分地封閉在外殼41內的組件。例如，在一實施例中，實例性顯示裝置40包括一網路介面27，該網路介面27包括一耦接至一收發器47的天線43。收發器47連接至處理器21，處理器21又連接至調節硬體52。調節硬體52可經組態以調節一信號(例如，濾波一信號)。調節硬體52連接至一揚聲器45及一麥克風46。處理器21還連接至一輸入裝置48及一驅動器控制器29。驅動器控制器29耦接至一訊框緩衝器28並耦接至陣列驅動器22，陣列驅動器22又耦接至一顯示陣列30。一電源50根據該特定實例性顯示裝置40的設計的要求向所有組件提供功率。
    網路介面27包括天線43及收發器47，以使實例性顯示裝置40可通過網路與一個或多個裝置進行通信。在一實施例中，網路介面27還可具有某些處理功能，以降低對處理器21的要求。天線43為熟悉此項技術者習知的任一種用於發射和接收信號的天線。在一實施例中，該天線根據IEEE 802.11標準(包括IEEE 802.11(a)，(b)，或(g))來發射及接收RF信號。在另一實施例中，該天線根據藍牙(BLUETOOTH)標準來發射及接收RF信號。倘若為蜂窩式電話，則該天線被設計成接收CDMA、GSM、AMPS或其它用於在無線行動電話網路中進行通信的習知信號。收發器47對自天線43接收的信號進行預處理，以使其可由處理器21接收及進一步處理。收發器47還處理自處理器21接收到的信號，以使其可通過天線43自實例性顯示裝置40發射。
    在一替代實施例中，收發器47可由一接收器替代。在另一替代實施例中，網路介面27可由一可儲存或產生擬發送至處理器21的影像資料的影像源替代。例如，該影像源可為數位視盤(DVD)或一含有影像資料的硬碟驅動器、或一產生影像資料的軟體模組。
    處理器21通常控制實例性顯示裝置40的總體運行。處理器21自網路介面27或一影像源接收資料(例如壓縮的影像資料)，並將該資料處理成原始影像資料或處理成一種易於處理成原始影像資料的格式。然後，處理器21將經處理之資料發送至驅動器控制器29或發送至訊框緩衝器28進行儲存。原始資料通常係指識別一影像內每一位置處影像特徵之資訊。例如，該些影像特徵可包括色彩、飽和度及灰度階。
    在一實施例中，處理器21包括一微控制器、CPU、或用於控制實例性顯示裝置40之運作的邏輯單元。調節硬體52通常包括用於向揚聲器45發送信號及用於自麥克風46接收信號的放大器及濾波器。調節硬體52可為實例性顯示裝置40內的分立組件，或者可併入處理器21或其他組件內。
    驅動器控制器29直接自處理器21或自訊框緩衝器28獲取由處理器21產生的原始影像資料，並適當地將原始影像資料重新格式化以便高速傳輸至陣列驅動器22。具體而言，驅動器控制器29將原始影像資料重新格式化成一具有光柵狀格式的資料流，以使其具有一適合於掃描顯示陣列30的時間次序。然後，驅動器控制器29將格式化後的資訊發送至陣列驅動器22。儘管一驅動器控制器29(例如一LCD控制器)通常作為一獨立的集成電路(IC)與系統處理器21相關聯，但該些控制器可按許多種方式進行構建。其可作為硬體嵌入於處理器21中、作為軟體嵌入於處理器21中、或與陣列驅動器22一起完全整合在硬體內。
    陣列驅動器22自驅動器控制器29接收格式化後的資訊並將視頻資料重新格式化成一組平行的波形，該組平行的波形每秒許多次地施加至來自顯示器的x-y像素陣列的數百條、有時數千條引線。
    在一實施例中，驅動器控制器29、陣列驅動器22、及顯示陣列30適用於本文所述的任一類型的顯示器。舉例而言，在一實施例中，驅動器控制器29是一習用顯示控制器或一雙穩顯示控制器(例如一干涉式調變器控制器)。在另一實施例中，陣列驅動器22為一習用驅動器或一雙穩顯示驅動器(例如一干涉式調變器顯示器)。在一實施例中，一驅動器控制器29與陣列驅動器22整合在一起。該種實施例在例如蜂窩式電話、手錶及其它小面積顯示器等高度整合的系統中很常見。在又一實施例中，顯示陣列30是一典型的顯示陣列或一雙穩顯示陣列(例如一包含一干涉式調變器陣列的顯示器)。
    輸入裝置48使使用者能夠控制實例性顯示裝置40的運作。在一實施例中，輸入裝置48包括一小鍵盤(例如一QWERTY鍵盤或一電話小鍵盤)、一按鈕、一開關、一觸敏屏幕、一壓敏或熱敏薄膜。在一實施例中，麥克風46是實例性顯示裝置40的輸入裝置。當使用麥克風46向該裝置輸入資料時，可由使用者提供語音命令來控制實例性顯示裝置40的運行。
    電源50可包括眾多種能量儲存裝置，此在此項技術中眾所周知。例如，在一實施例中，電源50係一可再充電式蓄電池，例如一鎳-鎘蓄電池或鋰離子蓄電池。在另一實施例中，電源50為一可再生能源、電容器或太陽能電池，包括一塑料太陽能電池及太陽能電池塗料。在另一實施例中，電源50構造成從牆上的插座接收電力。
    在某些實施方案中，控制可程式化性如上文所述存在於一驅動器控制器中，該驅動器控制器可位於電子顯示系統中的數個位置上。在某些情形中，控制可程式化性存在於陣列驅動器22中。熟悉此項技術者將認識到，可在任意數量的硬體及/或軟體組件中及在不同的構造中實施上述最佳化。
    按照上述原理運作之干涉式調變器之詳細結構可千變萬化。舉例而言，圖7A-7E圖解闡釋五個不同的可移動反射層14及其支撐結構之實施例。圖7A為圖1所示實施例的剖面圖，其中在正交延伸的支撐件18上沉積一金屬材料條帶14。在圖7B中，可移動反射層14僅在拐角處在繫鏈32上附接至支撐件。於圖7C中，可移動反射層14係懸掛在可包括一撓性金屬的可變形層34上。可變形層34直接或間接地連接至環繞可變形層34週邊之基板20上。本文中將該等連接稱作支柱。圖7D中所示實施例具有上面倚靠有可變形層34的支柱栓塞42。如圖7A-7C中所示，可移動反射層14保持懸掛在該腔上，但可變形層34不會藉由填充可變形層34與光學堆疊16之間的孔來形成支柱。相反，該等支柱係由一用來形成支柱栓塞42的平面化材料所構成。圖7E中所示實施例係基於圖7D中所示實施例，但亦可適合與圖7A-7C中所示任一實施例以及未顯示的額外實施例一起工作。於圖7E所示實施例中，使用一額外的金屬或其他導電材料層來形成一匯流排結構44。此允許沿該等干涉式調變器背面投送信號，從而消除了原本可能須於基板20上形成之電極數量。
    於諸如圖7中所示彼等實施例之實施例中，該等干涉式調變器擔當直視裝置，其中係自透明基板20之前側(亦即，自與上面佈置有調變器之側相反的側)觀看影像。於該些實施例中，反射層14在光學上遮蔽該反射層與基板20對置側上的干涉式調變器之某些部分，包括可變形層34及匯流排結構44。此允許組態及運作被遮蔽區域而不會負面影響影像品質。該可分離式調變器架構允許選擇用於調變器之機電態樣及光學態樣之結構設計及材料且允許該等結構設計及材料彼此獨立地發揮作用。此外，圖7C-7E中所示該等實施例具有因反射層14之光學性質與其機械性質(其由變形層34所實施)解耦合而產生的額外益處。此允許在光學特性方面最佳化用於反射層14之結構設計及材料，且在所期望機械性質方面最佳化用於變形層34之結構設計及材料。
    經某些修改後，可將一干涉式調變器之基礎結構用作一MEMS開關。由與干涉式調變器相同之基礎結構構建的MEMS開關使邏輯及開關功能與干涉式調變器陣列之整合變得容易。可整合其他類型之開關，例如，以一不同於製作干涉元件之方式製作的開關，或使用沉積於玻璃基板上的薄的矽膜製作的更習用之電子開關。然而，由於可使用多個在製作干涉式調變器中使用的相同製程步驟來實施基於干涉式調變器之MEMS開關之製作，故可將該些MEMS開關低成本地整合於該相同基板上作為一用於(例如)一顯示器之干涉式調變器陣列。
    舉例而言，於一實施例中，可使用相同製程來製作該等MEMS開關及干涉式調變器，但可在該製造製程期間對該等干涉式調變器及/或MEMS開關實施數個額外步驟。舉例而言，為該等MEMS開關添加端子的沉積及蝕刻步驟即非製作干涉式調變器所必需之步驟。於此一實施例中，可首先實施某些共同步驟，例如，用於形成電極等的步驟。然後，再形成MEMS開關端子。在該等步驟之後將繼續製作干涉式調變器及MEMS開關所必需的更多步驟，由此提供一經組合的干涉式調變器及MEMS開關陣列。於再一實施例中，將用於製造干涉式調變器之相同製程用於製造MEMS開關中。可首先在一基板上製作干涉式調變器，隨後再在該基板上製作MEMS開關。同樣，可首先在一基板上製作MEMS開關，隨後再在該基板上製作干涉式調變器。於任一情形中，由於MEMS開關包括許多與干涉式調變器相同之結構，故該製作製程無需明顯修改。
    於一實施例中，可使用該等MEMS開關之群組形成邏輯區塊，該等邏輯區塊可用於任何用途。可將該等包括MEMS開關的邏輯區塊佈置在一起以提供常見於外部附裝元件中的邏輯及電功能，由此節省元件成本。舉例而言，可將MEMS開關佈置供以各種方式使用，例如，用作低洩漏電晶體、移位暫存器或解多工器。在一干涉式調變器的情形中，上述MEMS開關可結合(例如)列驅動器或行驅動器一起使用。有利地，可在各種基板(例如，玻璃、玻璃晶圓、矽晶圓或塑膠基板)上製造上述MEMS開關。
    圖8A係一MEMS開關700之剖面側視圖。圖8A所示MEMS開關700具有與圖7A所示干涉式調變器類似的可伸縮腔特徵。MEMS開關700額外包括兩個端子706、一絕緣層710及一導電條帶708。MEMS開關700係一在兩個端子706之間提供選擇性電接觸的結構。更特定而言，當該等端子706處於電接觸狀態時，即認為MEMS開關700處於閉合狀態，而當該等端子706不處於電接觸狀態時，即認為該MEMS開關處於斷開狀態。於一機械鬆弛狀態中，端子706不處於電接觸狀態且，因此MEMS開關700處於斷開狀態。如圖8A中所示，MEMS開關700包括一可移動材料714、一導電條帶708及一位於可移動材料714與導電條帶708之間的絕緣層710。基板720支撐一電極702及一位於該電極702上的絕緣層704。間隔開一距離的兩個端子706設置在絕緣層704上及/或穿過絕緣層704。端子706可使用穿過絕緣層704的通孔及/或電極702連接至其他電路。藉由支撐件718以機械方式分離絕緣層704與可移動材料714以界定一腔707。如上文關於干涉式調變器所述，可移動材料714可變形，以致當跨可移動材料714與電極702施加一電壓差時，可移動材料可朝向基板720變形。此類似於圖7A之反射材料14、基板20及電極16，且類似於圖1之反射層14a與14b、透明基板20及反射層16a與16b。可移動材料714上可具有一絕緣體710，絕緣體710上可具有導電條帶708。導電條帶708經對凖以便當可移動材料714因一上述所施加之電壓而朝向基板720彎曲時，導電條帶708接觸兩個端子706，從而致使端子706處於電接觸狀態而MEMS開關被閉合。於此實施例中，絕緣體710將導電條帶708與可移動材料714電隔離以使端子706與可移動材料714之間的接觸不會干擾跨可移動材料714與電極702施加之電壓差。於其中無需此隔離的某些實施例中，將不需要導電條帶708絕緣體710，且可移動材料714自身可擔當橋接兩個端子706的導體。當跨可移動材料714與電極702施加的電壓減小至低於某一位凖(亦如上所述)時，可移動材料714返回至其機械鬆弛狀態而MEMS開關700斷開。
    圖8B係MEMS開關700之一俯視圖。圖中顯示透過可移動材料714看到的支撐件718、導電條帶708及端子706。導電條帶708可明顯小於可移動材料714。此係確保可移動材料714與電極702之間的電動勢大於導電條帶708與電極702之間的電動勢，此乃因一旦該條帶接觸該等電極，該條帶上之電位不同於該可移動材料上之電位。
    圖9係另一實施例的一MEMS開關800之一剖面側視圖。MEMS開關800具有與圖7C所示干涉式調變器類似的結構特性。其亦具有與圖8A中MEMS開關700之彼等MEMS開關功能性及特性相類似的MEMS功能性及特性。
    圖10係另一MEMS電開關之一剖面側視圖，除在該基板上附加「閂」電極730a、730b(如以下將進一步詳細闡述)之外，該另一MEMS電開關類似於圖8所示開關。於圖10中，圖中顯示該開關處於其中可移動材料714向下變形至端子706上的受致動位置。
    於運作中，向電極730a、730b初始施加一相對低的電壓，以在電極730a、730b與可移動材料714之間產生一電壓差。於此設計之有利實施例中，此電壓差之數量級不足以使可移動材料714自鬆弛狀態變形成受致動狀態，但該電壓差足以在該可移動材料被置於受致動狀態後使其維持在該狀態。接下來，將一電壓施加至電極702，該電壓在可移動材料714與電極702之間產生一數量級足以使該可移動材料朝向電極702塌陷之電壓差。在該裝置被此所施加之電壓致動後，即可移除電極702上的電壓。由於可移動材料714與電極730a、730b極接近，故電極730a、730b與可移動材料714之間的電壓差可將可移動材料714維持在該塌陷位置中，既使施加至該等閂電極730a、730b的電壓並未高到足以自完全鬆弛的初始狀態致動該裝置。於一實施例中，施加至閂電極730a、730b的電壓介於1-10伏之範圍內，而施加至電極702的電壓介於5-15伏之範圍內。將瞭解，可在設定電壓之後施加該閂電壓。亦將瞭解，圖10中所示各種組件之位置可變化很大。舉例而言，開關端子706可被置放在該等支柱與該等閂電極之間。該等閂電極可進一步朝向該等支柱延伸及/或在該等支柱下方延伸。另外，可僅設置一個閂電極、或亦可設置兩個以上閂電極。重要特性係將該(等)閂電極置放於一提供該閂功能的位置中。於圖10之實施例中，有利之情形係，使該等閂電極之至少一部分置放在其中可移動材料形成一拐角且首次接觸該基板的點的下面。
    圖11圖解闡釋該開關實施例之一示意性/方塊圖。將一SET信號施加至電極702而將一LATCH信號施加至電極730A及730b。該LATCH信號可係一較該SET信號低之電壓。一旦確定了LATCH，即可確定SET信號以閉合該開關。除非亦移除該LATCH信號，否則不確定該SET信號不會鬆弛該裝置且斷開該開關。使用此設計，可視需要藉由確定一共用LATCH信號並使用投送至個別中心電極的一規定的SET信號群組來組態一開關群組，此後該等SET信號可採用任一值而不會改變該等開關狀態。可藉由不確定所有SET及LATCH信號來同時清除整個群組。
    儘管上文之詳細說明已顯示、說明及指出了適用於不同實施例之新穎特徵，然而應瞭解，熟悉此項技術者可在形式及細節上對所例示之裝置或過程作出各種刪略、替代及改動，此並不背離本發明之精神。應知道，由於某些特徵可與其它特徵彼此獨立地使用或付諸實施，因而可在一並不提供本文所述的所有特徵及優點的形式內實施本發明。
    12a‧‧‧干涉式調變器(像素)
    12b‧‧‧干涉式調變器(像素)
    14‧‧‧反射層(可移動反射層)
    14a‧‧‧可移動反射層
    14b‧‧‧可移動反射層
    16‧‧‧光學堆疊(電極)
    16a‧‧‧光學堆疊(反射層)
    16b‧‧‧光學堆疊(反射層)
    18‧‧‧支柱(支撐件)
    19‧‧‧間隙(腔)
    20‧‧‧透明基板
    21‧‧‧處理器
    22‧‧‧陣列驅動器
    24‧‧‧列驅動器電路
    26‧‧‧行驅動器電路
    27‧‧‧網路介面
    28‧‧‧訊框緩衝器
    29‧‧‧驅動器控制器
    30‧‧‧面板或顯示陣列(顯示器)
    32‧‧‧繫鏈
    34‧‧‧可變形層
    40‧‧‧顯示裝置
    41‧‧‧外殼
    42‧‧‧支柱栓塞
    43‧‧‧天線
    44‧‧‧匯流排結構
    45‧‧‧揚聲器
    46‧‧‧麥克風
    47‧‧‧收發器
    48‧‧‧輸入裝置
    50‧‧‧電源
    52‧‧‧調節硬體
    700‧‧‧MEMS開關
    702‧‧‧電極
    704‧‧‧絕緣層
    706‧‧‧端子(開關端子)
    707‧‧‧腔
    708‧‧‧導電條帶
    710‧‧‧絕緣層(絕緣體)
    714‧‧‧可移動材料
    718‧‧‧支撐件
    720‧‧‧基板
    730a‧‧‧電極(閂電極)
    730b‧‧‧電極(閂電極)
    800‧‧‧MEMS開關
    圖1為一等軸圖，其描繪一干涉式調變器顯示器的一實施例的一部分，其中一第一干涉式調變器的一可移動反射層處於一鬆弛位置，且一第二干涉式調變器的一可移動反射層處於一受致動位置。
    圖2為一系統方框圖，其圖解闡釋一納含一3x3干涉式調變器顯示器的電子裝置之一實施例。
    圖3為圖1之干涉式調變器之一實例性實施例之可移動鏡面位置與所施加電壓之關係圖。
    圖4為一組可用於驅動干涉式調變器顯示器的列及行電壓之示意圖。
    圖5A及圖5B圖解闡釋可用於向圖2之3x3干涉式調變器顯示器寫入一顯示資料訊框的列及行信號之一實例性時序圖。
    圖6A及6B為系統方塊圖，其圖解闡釋一包含複數個干涉式調變器的視覺顯示裝置之一實施例。
    圖7A為一圖1之裝置之剖面圖。
    圖7B為一干涉式調變器之一替代實施例之剖面圖。
    圖7C為一干涉式調變器的另一替代實施例之剖面圖。
    圖7D為一干涉式調變器的另一替代實施例之剖面圖。
    圖7E為一干涉式調變器的一額外替代實施例之剖面圖。
    圖8A為一MEMS開關實施例之剖面圖。
    圖8B為一圖8A之開關實施例之俯視圖。
    圖9為另一MEMS開關實施例之一剖面圖。
    圖10為再一MEMS開關實施例之一剖面圖。
    圖11為圖10之開關實施例之一示意圖/方塊圖。
    702‧‧‧電極
    706‧‧‧端子
    714‧‧‧可移動材料
    718‧‧‧支撐件
    720‧‧‧基板
    730a‧‧‧電極
    730b‧‧‧電極
    权利要求:
    Claims (27)
    [1] 一種MEMS開關裝置，其包括：一固定電極；一靜電可移動電極，其經組態以基於該可移動電極與該固定電極之間的靜電引力而致動至一受致動位置；至少兩個開關端子，其選擇性地至少部分基於該可移動電極之位置而彼此電連接或彼此斷開；及一閂電極，其中該可移動電極經組態以基於該可移動電極與該閂電極之間之靜電引力而實質上被維持於該受致動位置中。
    [2] 如請求項1之MEMS開關裝置，其進一步包括一基板，其中該基板及該可移動電極形成一可伸縮腔，該腔可基於該可移動電極之位置而萎縮。
    [3] 一種顯示系統，其包括：一MEMS顯示元件陣列；一個或多個耦接至該陣列之MEMS開關，其中該等MEMS開關中至少之一包括：一固定電極；一靜電可移動電極，其經組態以基於該可移動電極與該固定電極之間的靜電引力而致動至一受致動位置；至少兩個開關端子，其選擇性地至少部分基於該可移動電極之位置而彼此電連接或彼此斷開；及一閂電極，其中該可移動電極經組態以基於該可移動電極與該閂電極之間之靜電引力而實質上被維持於該受致動位置中。
    [4] 如請求項3之顯示系統，其進一步包括一基板，其中該基板及該可移動電極形成一可伸縮腔，該腔可基於該可移動電極之位置而萎縮。
    [5] 如請求項4之顯示系統，其中該等顯示元件之至少一者包括另一可移動電極，其中該基板及該另一可移動電極形成另一可伸縮腔，該另一腔可基於該另一可移動電極之位置而萎縮。
    [6] 如請求項3之顯示系統，其中該固定電極係在兩個支柱之間的一中心區域中。
    [7] 如請求項6之顯示系統，其中該閂電極係位於該中心區域及該等支柱之一者之間。
    [8] 如請求項6之顯示系統，其中該閂電極係位於該等開關端子及該等支柱之一者之間。
    [9] 如請求項3之顯示系統，其中該固定電極係在該裝置之一中心區域中，且該閂電極與該固定電極電隔離。
    [10] 如請求項4之顯示系統，其中該等開關端子係由該基板所支撐。
    [11] 如請求項4之顯示系統，其中當該可移動電極位於接近該基板處，該等開關端子被連接。
    [12] 如請求項3之顯示系統，其進一步包括：一處理器，其與該顯示器電連通，該處理器經組態以處理影像資料；及一記憶體裝置，其與該處理器電連通。
    [13] 如請求項12之顯示系統，其額外包括耦接至該陣列之一驅動器電路。
    [14] 如請求項13之顯示系統，其中該驅動器電路經組態以發送至少一信號至該顯示器。
    [15] 如請求項14之顯示系統，其進一步包括：一控制器，其經組態以發送該影像資料之至少一部份至該驅動器電路。
    [16] 如請求項12之顯示系統，其進一步包括：一影像源模組，其經組態發送該影像資料至該處理器。
    [17] 如請求項16之顯示系統，其中該影像源模組包含一接收器、收發器及發送器中至少之一。
    [18] 如請求項12之顯示系統，其進一步包括：一輸入裝置，其經組態以接收輸入資料並將該輸入資料傳送至該處理器。
    [19] 一種操作一MEMS開關之方法，其包括：藉由跨一第固定電極與一靜電可移動元件施加一第一電壓，使得該可移動元件自一第一位置移至一第二位置，而將第一及第二電組件彼此電連接或彼此斷開，該第一電壓建立該固定電極與該可移動元件之一中心部分之間的一靜電引力；及藉由跨該可移動元件與一閂電極施加一第二電壓，將該可移動元件維持在該第二位置內。
    [20] 如請求項19之方法，其中該第二電壓小於該第一電壓。
    [21] 一種製造一MEMS開關之方法，其包括：在一基板上的一對支柱之間形成至少多個開關端子；在該等支柱上形成一靜電可移動電極；鄰近該可移動電極在該等支柱之間形成一閂電極；及鄰近該可移動電極在該等支柱之間形成一固定電極，其中該可移動電極經組態以基於該可移動電極與該固定電極之間的靜電引力而致動至一受致動位置，且該可移動電極經組態以基於該可移動電極與該閂電極之間之靜電引力而實質上被維持於該受致動位置中，且其中該可移動電極經組態以當在該受致動位置中時使該等開關端子彼此電連接且當不在該受致動位置中時使該等開關端子彼此斷開。
    [22] 如請求項21之方法，其包括在該MEMS開關之一中心區域中形成該固定電極。
    [23] 如請求項21之方法，其包括在該中心區域及該等支柱之一者之間形成該閂電極，該閂電極與該固定電極電隔離。
    [24] 一種以請求項21之方法製作之MEMS開關。
    [25] 一種MEMS開關，其包括：電連接或斷開構件，其用於將第一及第二電組件彼此電連接或彼此斷開，其中用於電連接或斷開之該構件經組態以由一第一位置移動至一第二位置；移動構件，其用於將該電連接或斷開構件由該第一位置移動至該第二位置，該移動構件經組態以跨一固定電極及該電連接或斷開構件施加一第一電壓，該第一電壓建立該固定電極與該電連接或斷開構件之一中心部分之間的一靜電引力；及維持構件，其用於將該電連接或斷開構件維持在該第二位置中，該維持構件經組態以跨該電連接或斷開構件與一閂電極施加一第二電壓，該第二電壓分別建立該閂電極與該電連接或斷開構件之間的一靜電引力。
    [26] 如請求項25之MEMS開關，其中該移動構件包括一第一電極。
    [27] 如請求項25之MEMS開關，其中該維持構件包括一第二電極。
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