дисплеи на основе микроэлектромеханических систем и способы их изготовления

Формула изобретения

1. Оптическое электромеханическое устройство, содержащее проводящий оптический поглотитель, который сформирован над

подложкой, на котором сформирован рельеф для формирования полосовых электродов и который выполняет функцию главного проводника в этих полосовых электродах в оптически активных областях электромеханического устройства,

по меньшей мере одну поддерживающую структуру, которая сформирована над указанной подложкой,

проводящий деформируемый слой, сформированный поверх указанной по меньшей мере одной поддерживающей структуры, расположенный на расстоянии от проводящего оптического поглотителя и выполненный с возможностью электростатического отклонения в направлении оптического поглотителя, и

проводящую шинную структуру, расположенную в оптически неактивной области электромеханического устройства и электрически связанную с указанным оптическим поглощающим слоем.

2. Электромеханическое устройство по п.1, в котором оптический поглотитель содержит молибден-хромовый сплав.

3. Электромеханическое устройство по п.2, в котором толщина оптического поглотителя составляет примерно 70-75 Å.

4. Электромеханическое устройство по п.1, в котором оптический поглотитель отражает примерно от 28,5 до 34,5% падающего видимого света.

5. Электромеханическое устройство по п.1, дополнительно содержащее поглощающий слой в виде черной маски, расположенный ниже по меньшей мере участка оптического поглотителя и содержащий тот же материал, что и оптический поглотитель.

6. Электромеханическое устройство по п.5, в котором между деформируемым слоем и оптическим поглотителем имеется временный слой, в состав которого входит тот же материал, что и в оптический поглотитель и поглотитель в виде черной маски.

7. Электромеханическое устройство по п.6, в котором используют временный слой, оптический поглотитель и поглотитель в виде черной маски, содержащие каждый слой молибдена.

8. Электромеханическое устройство по п.5, в котором по меньшей мере поглотитель в виде черной маски и оптический поглотитель формируют интерферометрическую черную маску, поглощающую часть падающего света.

9. Электромеханическое устройство по п.5, в котором поглотитель в виде черной маски расположен в оптически неактивных областях электромеханического устройства.

10. Электромеханическое устройство по п.1, в котором по меньшей мере часть поглощающего слоя в виде черной маски расположена ниже части указанной по меньшей мере одной поддерживающей структуры.

11. Электромеханическое устройство по п.1, в котором деформируемый слой содержит обращенный к оптическому поглотителю отражающий подслой, над которым расположен механический подслой, причем отражающий подслой содержит алюминий, а механический подслой содержит никель.

12. Электромеханическое устройство по п.11, в котором отражающий подслой содержит неодим-алюминиевый сплав.

13. Электромеханическое устройство по п.12, в котором неодим-алюминиевый сплав содержит примерно 2 атомных % неодима.

14. Электромеханическое устройство по п.11, в котором механический подслой содержит бор-никилиевый сплав.

15. Электромеханическое устройство по п.14, в котором бор-никилиевый сплав содержит примерно 0,5 атомных % бора.

16. Электромеханическое устройство по п.1, в котором шинная структура содержит первый подслой, состоящий из того же материала, что и отражающий подслой деформируемого слоя, и второй подслой, состоящий из того же материала, что и механический подслой деформируемого слоя.

17. Электромеханическое устройство по п.1, дополнительно содержащее оптический диэлектрический слой, расположенный по меньшей мере над частью оптического поглощающего слоя, содержащего, в свою очередь, только проводящий материал, расположенный в оптически активных областях электромеханического устройства между оптическим диэлектрическим слоем и подложкой.

18. Электромеханическое устройство по п.1, в котором оптически активная область электромеханического устройства выполнена без использования смешанного оксида индия и олова.

19. Электромеханическое устройство по п.1, которое содержит дисплей, содержащий матрицу интерферометрических модуляторов.

20. Способ изготовления оптического электромеханического устройства, согласно которому

поверх подложки формируют проводящий оптический поглотитель, формируют на нем рельеф для формирования полосовых электродов, причем оптический поглотитель в указанных полосовых электродах в оптически активных областях электромеханического устройства выполняет функцию главного проводника,

формируют шинную структуру, расположенную в оптически неактивной области электромеханического устройства и электрически связанную с оптическим поглотителем,

формируют над оптическим поглотителем временный слой,

формируют над подложкой по меньшей мере одну поддерживающую структуру и

формируют над временным слоем и указанной по меньшей мере одной поддерживающей структурой проводящий деформируемый слой.

21. Способ по п.20, согласно которому дополнительно выполняют раскрепляющее травление для удаления временного слоя, формируя полость между деформируемым слоем и оптическим поглотителем.

22. Способ по п.20, согласно которому используют оптический поглотитель, содержащий молибден-хромовый сплав, в состав которого входит примерно 2 атомных % хрома.

23. Способ по п.20, согласно которому используют оптический поглотитель толщиной примерно 70-75 Å.

24. Способ по п.20, согласно которому оптический поглотитель отражает примерно от 28.5 до 34.5% падающего видимого света.

25. Способ по п.20, согласно которому дополнительно до нанесения оптического поглотителя формируют поглощающий слой в виде черной маски, причем указанный поглотитель в виде черной маски содержит тот же материал, что и оптический поглотитель.

26. Способ по п.25, согласно которому на поглощающем слое в виде черной маски дополнительно формируют рельеф для удаления этого слоя в оптически активных областях электромеханического устройства.

27. Способ по п.25, согласно которому используют временный слой, содержащий тот же материал, что и оптический поглотитель и поглотитель в виде черной маски.

28. Способ по п.27, согласно которому используют временный слой, оптический поглотитель и поглотитель в виде черной маски, содержащие каждый слой молибдена.

29. Способ по п.20, согласно которому дополнительно до формирования деформируемого слоя временный слой подвергают воздействию плазменной среды, содержащей N₂O.

30. Способ по п.29, согласно которому временный слой подвергают воздействию плазменной среды, содержащей N₂O, после формирования по меньшей мере одной поддерживающей структуры.

31. Способ по п.21, согласно которому при формировании шинной структуры формируют первый шинный подслой;

воздействуют на первый шинный подслой вакуумом в течение некоторого времени, и

после этого воздействия формируют над указанным первым слоем второй шинный подслой.

32. Способ по п.31, в котором первый шинный слой выполняют с содержанием неодим-алюминиевого сплава, содержащего примерно 2 атомных % неодима, а второй шинный слой выполняют с содержанием бор-никилиевого сплава, содержащего примерно 0,5 атомного % бора.

33. Способ по п.20, согласно которому при формировании деформируемого слоя над временным слоем формируют отражающий подслой, который содержит алюминий, а над первым подслоем формируют механический подслой, который содержит никель.

34. Способ по п.33, согласно которому отражающий подслой выполняют с содержанием неодим-алюминиевого сплава, содержащего примерно 2% неодима.

35. Способ по п.33, согласно которому механический подслой выполняют с содержанием бор-никилиевого сплава, содержащего примерно 0,5% бора.

Описание изобретения к патенту

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США № 60/951,930 от 25 июля 2007 г., которая полностью включена в настоящее описание.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ [0002] Микроэлектромеханические системы (МЭМС) содержат микромеханические элементы, исполнительные механизмы-микроактюаторы и электронные схемы. Микромеханические элементы могут быть получены с использованием осаждения, травления и/или других процессов с микрообработкой, посредством которых части подложек и/или слои осажденного материала удаляют травлением или добавляют слои для формирования электрических или электромеханических устройств. Один тип устройства МЭМС представлен интерферометрическим модулятором. В настоящем описании терминами «интерферометрический модулятор» или «интерферометрический светомодулятор» обозначено устройство, которое выборочно поглощает и/или отражает свет, используя принципы оптической интерференции. В некоторых вариантах реализации изобретения интерферометрический модулятор может содержать две проводящие пластины, по меньшей мере одна из которых может быть прозрачной и/или отражающей полностью или частично и может совершать относительное перемещение при подаче соответствующего электрического сигнала. В одном конкретном варианте реализации изобретения одна пластина может содержать зафиксированный слой, который осажден на подложку, а другая пластина может содержать металлическую перегородку, которая отделена от зафиксированного слоя воздушным зазором. Как более подробно описано далее, положение одной пластины относительно другой может влиять на оптическую интерференцию света, падающего на интерферометрический модулятор. Такие устройства имеют широкое применение, а использование и/или изменение характеристик устройств таких типов может быть полезным как в известных решениях, так и для усовершенствования существующих изделий и для создания новых изделий, еще не разработанных.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В одном варианте реализации изобретения предложено оптическое устройство на основе микроэлектромеханических систем, включающее проводящий оптический поглотитель, который сформирован над подложкой, на котором сформирован рельеф для образования полосовых электродов, и который выполняет функцию главного проводника в полосовых электродах в оптически активных областях устройства на основе микроэлектромеханических систем, причем над оптическим поглотителем сформирована по меньшей мере одна поддерживающая структура, над которой, в свою очередь, сформирован проводящий деформируемый слой, расположенный на расстоянии от проводящего оптического поглотителя и выполненный с возможностью электростатического отклонения в направлении оптического поглотителя.

[0004] В другом варианте реализации изобретения предложен способ изготовления оптического устройства на основе микроэлектромеханических систем, согласно которому над подложкой формируют проводящий оптический поглотитель и наносят на него рельеф для формирования полосовых электродов, причем оптический поглотитель выполняет функцию главного проводника в полосовых электродах в оптически активных областях устройства на основе микроэлектромеханических систем, над оптическим поглотителем формируют временный слой и по меньшей мере одну поддерживающую структуру, над временным слоем и по меньшей мере одной поддерживающей структурой формируют проводящий деформируемый слой, и выполняют раскрепляющее травление для удаления временного слоя, образуя полость между деформируемым слоем и оптическим поглотителем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0005] На фиг.1 представлен вид в изометрии участка одного варианта реализации интерферометрического модуляционного дисплея, в котором подвижный отражающий слой первого интерферометрического модулятора находится в релаксационном положении, а подвижный отражающий слой второго интерферометрического модулятора находится в активированном положении.

[0006] На фиг.2 представлена принципиальная схема одного варианта электронного устройства, содержащего интерферометрический модуляционный дисплей 3×3.

[0007] На фиг.3 показан график зависимости положения подвижного зеркала от поданного напряжения для примера реализации интерферометрического модулятора, изображенного на фиг.1.

[0008] Фиг.4 иллюстрирует набор напряжений строк и столбцов, которые могут быть использованы для приведения в действие интерферометрического модуляционного дисплея.

[0009] Фиг.5А и 5В иллюстрируют пример временной диаграммы сигналов строк и столбцов, которые могут быть использованы для записи кадра данных на интерферометрическом модуляционном дисплее 3×3, изображенном на фиг.2.

[0010] На фиг.6А и 6В показаны принципиальные схемы варианта предлагаемого устройства визуального представления данных, содержащего интерферометрические модуляторы.

[0011] На фиг.7А показано поперечное сечение устройства, показанного на фиг.1.

[0012] На фиг.7В показано поперечное сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0013] На фиг.7С показано поперечное сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0014] На фиг.7D показано поперечное сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0015] На фиг.7Е показано поперечное сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0016] На фиг.8A-8J схематично показаны поперечные сечения, иллюстрирующие различные этапы способа изготовления интерферометрического модулятора.

[0017] На фиг.9 показан вид сверху неактивированной матрицы интерферометрических модуляторов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Приведенное далее подробное описание относится к некоторым конкретным вариантам реализации изобретения. Однако имеется множество других способов его реализации. В настоящем описании даются ссылки на чертежи, причем на всех чертежах одинаковые элементы имеют одинаковые обозначения. Варианты изобретения могут быть реализованы в любом устройстве, выполненном с возможностью вывода на дисплей изображения, движущегося (например, видео) или неподвижного (например, статического) и текстового или графического. В частности, предполагается, что варианты изобретения могут быть реализованы в различных электронных устройствах или объединены с различными электронными устройствами, такими, помимо прочего, как мобильные телефоны, беспроводные устройства, персональные электронные ассистенты (PDA), карманные или портативные компьютеры, GPS-приемники/навигаторы, камеры, МР3-плейеры, видеокамеры, игровые консоли, наручные часы, обычные часы, калькуляторы, телевизионные мониторы, плоские панельные дисплеи, компьютерные мониторы, дисплеи автомобильных приборов (например, дисплей счетчика пробега), приборы управления и/или дисплеи кабины самолета, дисплеи обзорных камер (например, дисплей камеры заднего обзора в транспортном средстве), электронные фотографии, электронные информационные щиты или вывески, проекторы, архитектурные конструкции, упаковка, художественные конструкции (например, вывод на дисплей изображений на ювелирных изделиях). Устройства на основе МЭМС со структурой, схожей с описанной здесь, также можно использовать в устройствах без дисплея, например в электронных переключающих устройствах.

[0019] Могут быть разработаны процессы производства устройств на основе МЭМС, таких как интерферометрические модуляторы, которые позволяют упростить или адаптировать их изготовление посредством производственного оборудования для тонкопленочных транзисторов (TFT), такого как производственное оборудование для плоскопанельных дисплеев, или производственного оборудования для стандартных жидкокристаллических дисплеев (LCD) или дисплеев на органических светодиодах (OLED). Еще большее упрощение может быть достигнуто за счет использования в многослойных пленках одних и тех же материалов (например, молибден-хрома (MoCr) или молибдена (Мо) для поглощающего и временного слоев), и исключения дорогостоящих прозрачных проводящих оксидов (например, смешанного оксида индия и олова (ITO)) из оптических стоп матриц, которые достаточно малы, чтобы использовать для переноса сигналов оптический поглощающий слой. В некоторых вариантах реализации изобретения процесс производства может включать такие материалы, как сплавы молибден-хрома (MoCr), используемые в таком производстве. В других вариантах реализации изобретения для обеспечения заданных свойств интерферометрических модуляторов или других устройств на основе МЭМС могут быть использованы сплавы с особым составом.

[0020] Один вариант реализации изобретения с интерферометрическим модуляционным дисплеем, содержащим интерферометрический дисплейный элемент на основе МЭМС, изображен на фиг.1. В этих устройствах пикселы находятся в светлом или темном состоянии. В светлом («включенном» или «открытом») состоянии дисплейный элемент отражает пользователю значительную часть видимого падающего света. В темном («выключенном» или «закрытом») состоянии дисплейный элемент отражает пользователю незначительную часть видимого падающего света. В зависимости от варианта реализации изобретения отражающие свойства «включенного» и «выключенного» состояний могут быть изменены на противоположные. Пикселы на основе МЭМС могут быть выполнены с возможностью преимущественного отражения определенного цветового спектра, благодаря чему возможен вывод на дисплей выбранных цветов помимо черного и белого.

[0021] На фиг.1 представлен вид в изометрии двух смежных пикселов в ряде пикселов дисплея, каждый из которых содержит интерферометрический модулятор на основе МЭМС. В некоторых вариантах реализации изобретения интерферометрический модуляторный дисплей содержит матрицу из строк и столбцов указанных интерферометрических модуляторов. Каждый интерферометрический модулятор содержит два отражающих слоя, которые расположены на изменяемом и регулируемом расстоянии друг от друга, образуя полость оптического резонатора, выполненную с возможностью изменения по меньшей мере по одной координате. В одном варианте реализации изобретения один из отражающих слоев может быть перемещен в одно из двух положений. В первом положении, релаксационном, подвижный отражающий слой расположен на относительно большом расстоянии от зафиксированного частично отражающего слоя. Во втором положении, активированном, подвижный отражающий слой расположен ближе к частично отражающему слою, и является смежным с ним. В зависимости от положения подвижного отражающего слоя падающий свет может подвергаться конструктивной или деструктивной интерференции, в результате чего каждый пиксел может быть в полностью отражающем состоянии или не отражающем состоянии.

[0022] Изображенная на фиг.1 часть матрицы пикселов содержит два смежных интерферометрических модулятора 12а и 12b. Подвижный отражающий слой 14а левого интерферометрического модулятора 12а находится в релаксационном положении и расположен на заданном расстоянии от оптической стопы 16а, которая содержит частично отражающий слой. Подвижный отражающий слой 14b правого интерферометрического модулятора 12b показан в активированном положении и является смежным с оптической стопой 16b.

[0023] Стопы 16а и 16b (именуемые собирательно оптической стопой 16), по существу, содержат несколько сплавленных слоев, в число которых могут входить электродный слой (состоящий, например, из смешанного оксида индия и олова (ITO)), частично отражающий слой (состоящий, например, из хрома) и прозрачный диэлектрик. Таким образом, стопа 16 является электропроводящей, частично прозрачной и частично отражающей и может быть изготовлена, например, путем осаждения по меньшей мере одного из указанных выше слоев на прозрачную подложку 20. Частично отражающий слой может быть сформирован из различных материалов, являющихся частично отражающими, таких как различные металлы, полупроводники и диэлектрики. Частично отражающий слой может быть сформирован из одного или нескольких слоев материалов, а каждый из слоев может быть сформирован из одного материала или комбинации материалов.

[0024] В некоторых вариантах реализации изобретения на слоях оптической стопы 16 сформирован рельеф с образованием параллельных полос, так что в дисплейном устройстве оказываются сформированы строковые электроды, как описано далее. Подвижные отражающие слои 14а, 14b могут быть сформированы в виде ряда параллельных полос по меньшей мере одного металлического слоя (перпендикулярного строковым электродам 16а и 16b), осажденного на верхнюю часть опор 18, с промежуточным временным материалом, осажденным между опорами 18. После удаления травлением временного материала подвижные отражающие слои 14а, 14b могут быть отделены заданным зазором 19 от оптических стоп 16а, 16b. Для получения отражающих слоев 14 может быть использован материал, обладающий высокими проводящими и отражающими свойствами, например, алюминий, а полученные полосы могут образовывать в дисплейном устройстве столбцовые электроды. Необходимо отметить, что фиг.1 может быть выполнена не в масштабе. В некоторых вариантах реализации изобретения, расстояние между опорами 18 может составлять порядка 10-100 мкм, в то время как зазор 19 может быть порядка <1000 ангстрем.

[0025] Когда электрическое напряжение не приложено, между подвижным отражающим слоем 14а и оптической стопой 16а остается зазор 19, причем слой 14а находится в механически релаксационном положении, как показано на примере пиксела 12а на фиг.1. Однако когда к выбранным строке и столбцу приложена разность потенциалов, конденсатор, образованный в соответствующем пикселе на пересечении электродов строки и столбца, становится заряженным, и электростатические силы сближают эти электроды. Если напряжение достаточно высоко, то подвижный отражающий слой 14 деформируется и прижимается к оптической стопе 16. Диэлектрический слой (не показан), находящийся внутри стопы 16, может предотвращать закорачивание и контролировать расстояние между слоями 14 и 16, как показано на примере правого активированного пиксела 12b на фиг.1. Описанный характер действий одинаков при любой полярности приложенной разности потенциалов.

[0026] Фиг.2-5 иллюстрируют один пример процесса и системы для использования матрицы интерферометрических модуляторов в дисплеях.

[0027] На фиг.2 представлена принципиальная схема одного варианта реализации электронного устройства, которое содержит интерферометрические модуляторы. Предлагаемое электронное устройство содержит процессор 21, который может представлять собой одно- или многокристальный универсальный микропроцессор, такой как ARM, Pentium^®, 8051, MIPS^® , Power PC^®, ALPHA^®, или любой микропроцессор специального назначения, такой как цифровой сигнальный процессор, микроконтроллер или программируемая матрица логических элементов. Как и в известных решениях, процессор 21 может быть выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одного программного модуля. Помимо выполнения операционной системы процессор может быть выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одного программного приложения, включая web-браузер, телефонное приложение, программу для работы с электронной почтой или любое другое программное приложение.

[0028] В одном из вариантов реализации изобретения процессор 21 также выполнен с возможностью взаимодействия с матричным формирователем 22. В другом варианте реализации изобретения матричный формирователь 22 содержит схему 24 формирователя строк и схему 26 формирователя столбцов, при этом эти схемы подают сигналы на дисплейную матрицу или панель 30. На фиг.2 линиями 1-1 обозначена линия разреза матрицы, показанной на фиг.1. Необходимо отметить, что, хотя на фиг.2 для ясности представлена матрица 3×3 интерферометрических модуляторов, дисплейная матрица 30 может содержать большое количество интерферометрических модуляторов, а количество интерферометрических модуляторов в строках может отличаться от количества модуляторов в столбцах (например, 300 пикселей в строке на 190 пикселей в столбце),

[0029] На фиг.3 показан график зависимости положения подвижного зеркала от поданного напряжения для примера реализации интерферометрического модулятора, изображенного на фиг.1. Как показано на фиг.3, в протоколе активации строк и столбцов интерферометрических модуляторов на основе МЭМС могут быть использованы гистерезисные свойства указанных устройств. В этом случае для деформации подвижного слоя и перевода его из релаксационного состояния в активированное может потребоваться, например, разность потенциалов, равная 10 вольтам. Однако при уменьшении напряжения от этого значения подвижный слой остается в активированном состоянии. В примере реализации изобретения, изображенном на фиг.3, подвижный слой не становится релаксационным полностью до тех пор, пока напряжение не упадет ниже 2 вольт. Таким образом, в примере, изображенном на фиг.3, имеется область поданного напряжения, приблизительно от 3 В до 7 В, при котором устройство стабильно как в релаксационном, так и активированном состоянии. В настоящем описании этот диапазон называется «гистерезисной областью» или «областью стабильности». Для дисплейной матрицы, имеющей гистерезисные характеристики, показанные на фиг.3, протокол активации строк и столбцов может быть разработан таким образом, что во время стробирования строки к тем ее пикселам, которые необходимо активировать, подают разность напряжений приблизительно 10 вольт, а к тем пикселам, которые необходимо подвергнуть релаксации, разность напряжений, близкую к нулю. После стробирования, к пикселам подают разность напряжений смещения приблизительно 5 вольт, так что они остаются в том состоянии, в которое они были приведены при стробировании строки. В данном примере после осуществления записи к каждому пикселу подают разность потенциалов, которая находится в «области стабильности» (3-7 вольт). Это позволяет придать пикселам (фиг.1) конструкционную стабильность при условии подачи одного и того же напряжения в существующем перед этим активированном или релаксационном состоянии. Поскольку каждый пиксел интерферометрического модулятора, в активированном или релаксационном состоянии, по существу, представляет собой конденсатор, образованный зафиксированным и подвижным отражающими слоями, указанное стабильное состояние может быть сохранено при напряжении, значение которого находится в гистерезисной области, практически без рассеивания мощности. Если поданный потенциал имеет постоянное значение, то в пикселе, по существу, нет тока.

[0030] Как описано далее, обычно дисплейный кадр может быть создан путем подачи группы сигналов данных (каждый из которых имеет определенный уровень напряжения) на группу столбцовых электродов в соответствии с требуемой группой активированных пикселов в первой строке. После этого к электроду строки 1 подают строковый импульс, который активирует пикселы, соответствующие группе сигналов данных. Затем группу сигналов данных изменяют, так что она соответствует требуемой группе активированных пикселов во второй строке. Далее к электроду строки 2 подают импульс, который активирует соответствующие пикселы в строке 2 в соответствии с сигналами данных. Пикселы строки 1 не испытывают влияния импульса строки 2 и остаются в том же состоянии, в которое они были переведены во время импульса строки 1. Для получения кадра описанные действия могут быть выполнены последовательно для всех рядов строк. Обновление и/или обновление кадров, как правило, выполняют новыми отображаемыми данными путем непрерывного повторения этого процесса с определенным количеством кадров в секунду. Кроме того, может быть использовано множество протоколов для управления строковыми и столбцовыми электродами пиксельных матриц с целью получения дисплейных кадров.

[0031] На фиг.4 и 5 изображен возможный вариант протокола активации для создания дисплейного кадра в матрице 3×3, которая показана на фиг.2. На фиг.4 показаны возможные уровни столбцовых и строковых напряжений, которые могут быть использованы для пикселов, характеризующихся гистерезисными кривыми, показанными на фиг.3. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.4, для активации пиксела к соответствующему столбцу подают напряжение -V_bias, а к соответствующей строке напряжение + V, которые могут быть равны -5 вольт и +5 вольт соответственно. Релаксация пиксела выполняется подачей к соответствующему столбцу напряжения +V_bias, а к соответствующей строке аналогичного напряжения + V, благодаря чему на концах пиксела создается нулевая разность потенциалов. В тех строках, где сохраняют нулевое напряжение, пикселы находятся в стабильном состоянии независимо от того, в каком состоянии они находились изначально, и независимо от того, какое напряжение подано на столбец: +V_bias или -V_bias. Как показано на фиг.4, также могут быть использованы напряжения, полярность которых противоположна полярности напряжений, указанных выше, например, для активации пиксела к соответствующему столбцу может быть приложено напряжение +V_bias, а к соответствующей строке напряжение - V. В этом варианте реализации изобретения релаксацию пиксела выполняют подачей на соответствующий столбец напряжения -V _bias, а на соответствующую строку аналогичного напряжения - V, благодаря чему на концах пиксела создается нулевая разность потенциалов.

[0032] На фиг.5В изображена временная диаграмма, показывающая последовательность строковых и столбцовых сигналов, подаваемых на матрицу 3×3 (фиг.2) для получения дисплейной конфигурации, показанной на фиг.5А и в которой активированные пикселы являются неотражающими. Перед записью кадра, показанного на фиг.5А, пикселы могут находиться в любом состоянии, в данном примере напряжение на всех строках равно нулю, а напряжение на всех столбцах составляет +5 вольт. При таких напряжениях все пикселы стабильны как в имеющихся активированных, так и релаксационных состояниях.

[0033] В кадре, показанном на фиг.5А, пикселы (1, 1), (1, 2), (2, 2), (3, 2) и (3, 3) активированы. Для этого в течение «времени передачи» для строки 1 на столбцы 1 и 2 подают напряжение -5 вольт, а на столбец 3 напряжение +5 вольт. При этом состояние пикселов не изменяется, т.к. напряжение на всех пикселах остается в области стабильности 3-7 вольт. Далее выполняют стробирование строки 1 с помощью импульса, который увеличивается от 0 до 5 вольт, а затем снова падает до нуля. Это приводит к активации пикселов (1, 1), (1, 2) и релаксации пиксела (1, 3). При этом другие пикселы в матрице не испытывают воздействия. Для приведения строки 2 в необходимое состояние на столбец 2 подают напряжение -5 вольт, а на столбцы 1 и 3 напряжение +5 вольт. Посредством аналогичного стробирования строки 2 активируют пиксел (2, 2) и приводят пикселы (2, 1) и (2, 3) в релаксационное состояние. И вновь, другие пикселы в матрице не испытывают воздействия. Строку 3 обрабатывают аналогичным образом путем подачи на столбцы 2 и 3 напряжения -5 вольт, а на столбец 1 напряжения +5 вольт. Посредством стробирования строки 3 ее пикселы оказываются в состоянии, показанном на фиг.5А. После записи кадра потенциалы строк равны нулю, а потенциалы столбцов могут иметь значения +5 или -5 вольт, при этом изображение на дисплее (фиг.5А) остается стабильным. Аналогичный порядок действий может быть использован для матриц, которые состоят из десятков или сотен строк и столбцов. Распределение временных интервалов, последовательность действий и уровни напряжений, которые используют для активации строк и столбцов, могут быть любыми в рамках общих принципов, описанных выше, а указанные случаи являются лишь примерами, и в описываемых способах и системах могут быть использованы любые способы активации напряжением.

[0034] На фиг.6А, 6В изображены принципиальные схемы варианта реализации дисплейного устройства 40. Устройство 40 может представлять собой, например, сотовый или мобильный телефон. Однако аналогичные компоненты устройства 40 или их незначительно измененные варианты могут служить примером при описании различных типов дисплейных устройств, таких, как телевизионные приемники и портативные медиаплейеры.

[0035] Дисплейное устройство 40 содержит корпус 41, дисплей 30, антенну 43, динамик 45, устройство 48 ввода данных и микрофон 46. Корпус 41, по существу, сформирован по любой из известных технологий, в том числе с помощью литья под давлением и вакуумного формования. Кроме того, корпус 41 может быть выполнен из любого материала, в том числе, помимо прочего, пластмассы, металла, стекла, резины и керамики или их сочетаний. В одном из вариантов реализации изобретения корпус 41 содержит съемные части (не показаны), которые могут быть заменены другими съемными частями, имеющими другой цвет или содержащими другие логотипы, изображения или символы.

[0036] В рассматриваемом примере дисплей 30 устройства 40 может представлять собой любой из дисплеев, в том числе бистабильный дисплей, который описан в тексте настоящей заявки. В других вариантах реализации изобретения понятие дисплей 30 включает плоскопанельный дисплей, например плазменный, электролюминесцентный, светодиодный, жидкокристаллический дисплей с матрицей пассивных скрученных нематических элементов или жидкокристаллический дисплей тонкопленочной технологии, которые были описаны выше, или неплоскопанельный дисплей, например, с электронно-лучевой или иной трубкой. Однако при описании настоящего варианта изобретения понятие дисплей 30 включает интерферометрический модуляционный дисплей.

[0037] На фиг.6В схематически изображены компоненты одного варианта реализации устройства 40, которое содержит корпус 41 и может содержать дополнительные компоненты, которые по меньшей мере частично заключены в корпус. Например, в одном из вариантов реализации изобретения устройство 40 содержит сетевой интерфейс 27, в состав которого входит антенна 43, соединенная с приемопередатчиком 47. Приемопередатчик 47 соединен с процессором 21, который в свою очередь соединен с преобразующими аппаратными средствами 52. Средства 52 могут быть выполнены с возможностью модифицирования сигнала (например, его фильтрации). Средства 52 соединены с динамиком 45 и микрофоном 46. Процессор 21 также соединен с устройством 48 ввода и контроллером 29 формирователя. Контроллер 29 формирователя соединен с буфером 28 кадра и с формирователем 22 матрицы, который, в свою очередь, соединен с дисплейной матрицей 30. Источник 50 питания обеспечивает необходимое питание всех компонентов устройства 40.

[0038] Интерфейс 27 содержит антенну 43 и приемопередатчик 47, благодаря которым устройство 40 может взаимодействовать по меньшей мере с одним устройством в сети. В одном из вариантов реализации изобретения интерфейс 27 может также иметь технические возможности для облегчения работы процессора 21. Антенна 43 представляет собой любую известную антенну для передачи и приема сигналов. В одном из вариантов реализации изобретения антенна передает и принимает радиосигналы в соответствии со стандартом IEEE 802.11, в том числе IEEE 802.11 (a), (b) или (g). В другом варианте реализации изобретения антенна передает и принимает радиосигналы в соответствии со стандартом BLUETOOTH. Антенны сотовых телефонов выполнены с возможностью приема сигналов стандартов множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), глобальной системы мобильной связи (GSM), усовершенствованной службы мобильной телефонной связи (AMPS), широкополосный CDMA (W-CDMA) или других известных сигналов, которые используют для передачи сообщений в беспроводных сотовых телефонных сетях. Приемопередатчик 47 выполняет предварительную обработку сигналов, получаемых от антенны 43. Предварительно обработанные сигналы могут быть приняты процессором 21 для дальнейшей обработки. Приемопередатчик 47 также выполняет обработку сигналов, получаемых от процессора 21, после чего они могут быть переданы от устройства 40 через антенну 43.

[0039] В альтернативном варианте реализации изобретения приемопередатчик 47 может быть заменен приемником. В другом варианте реализации изобретения интерфейс 27 может быть заменен видеоисточником, который может хранить или генерировать видеоданные, предназначенные для отправки процессору 21. В качестве видеоисточника, например, может быть выбран цифровой видеодиск (DVD) или накопитель на жестком диске, который содержит видеоданные, или программный модуль, который генерирует видеоданные.

[0040] Процессор 21, по существу, управляет работой всего устройства 40. Процессор 21 принимает данные, такие как сжатые видеоданные от интерфейса 27 или видеоисточника и выполняет их обработку с получением из них исходных видеоданных или преобразованием в формат, в котором их несложно обработать для получения исходных видеоданных. После этого процессор 21 отправляет обработанные данные на контроллер 29 или в буфер 28 для хранения. Исходные данные, по существу, содержат информацию, которая идентифицирует видеохарактеристики каждой области видеоизображения. К указанным характеристикам могут относиться, например, цветность, насыщенность и полутоновая шкала.

[0041] В одном из вариантов реализации изобретения процессор 21 содержит микроконтроллер, центральный процессор или логическое устройство для управления работой устройства 40. Средства 52, по существу, содержат усилители и фильтры для передачи сигналов на динамик 45 и для приема сигналов от микрофона 46. Средства 52 могут быть выполнены в форме отдельных компонентов в устройстве 40 или могут быть встроены в процессор 21 или другие компоненты.

[0042] Контроллер 29 принимает исходные видеоданные, генерируемые процессором 21, непосредственно от него или из буфера 28 и соответствующим образом переформатирует исходные видеоданные для их высокоскоростной передачи на формирователь 22. В частности, контроллер 29 переформатирует исходные видеоданные в поток данных, формат которого подобен растровому, при этом скорость переформатирования пригодна для выполнения развертки на матрице 30. После этого контроллер 29 отправляет отформатированную информацию формирователю 22. Несмотря на то, что контроллер 29, например контроллер жидкокристаллического дисплея, зачастую бывает связан с процессором 21 в виде отдельной интегральной схемы, такие контроллеры могут быть выполнены множеством способов. Они могут быть встроены в процессор 21 в форме аппаратных средств, программных средств или могут быть полностью интегрированы в аппаратные средства с формирователем 22.

[0043] Как правило формирователь 22 принимает отформатированную информацию от контроллера 29 и переформатирует видеоданные в параллельный ряд волновых сигналов, которые подаются много раз в секунду на сотни, а иногда и тысячи проводников, выходящих из матрицы x-y пикселов дисплея.

[0044] В одном из вариантов реализации изобретения контроллер 29, формирователь 22 и матрица 30 пригодны для любого типа дисплеев, описываемых в настоящей заявке. Например, в одном из вариантов реализации изобретения контроллер 29 представляет собой контроллер стандартного или бистабильного дисплея (например, контроллер интерферометрического модулятора). В другом варианте реализации изобретения формирователь 22 представляет собой стандартный драйвер или драйвер бистабильного дисплея (например, интерферометрического модуляционного дисплея). В одном из вариантов реализации изобретения контроллер 29 объединен с формирователем 22. Такой вариант реализации изобретения является типовым для высокоинтегрированных систем, таких как сотовые телефоны, наручные часы и другие устройства с дисплеями небольших размеров. В другом варианте реализации изобретения матрица 30 представляет собой матрицу стандартного дисплея или матрицу бистабильного дисплея (например, дисплея, содержащего матрицу интерферометрических модуляторов).

[0045] Устройство 48 позволяет пользователю управлять работой устройства 40. В одном из вариантов реализации изобретения устройство 48 содержит клавиатуру, такую как клавиатура QWERTY или телефонную клавиатуру, кнопку, переключатель, сенсорный экран, мембрану, чувствительную к воздействию давления или тепла. В одном из вариантов реализации изобретения устройством ввода данных устройства 40 является микрофон 46. При использовании микрофона 46 для ввода данных пользователь с помощью голосовых команд может управлять работой устройства 40.

[0046] Источник 50 может содержать различные известные устройства хранения энергии. Например, в одном из вариантов реализации изобретения источник 50 представляет собой перезаряжаемую батарею, такую как никель-кадмиевая батарея или ионная литиевая батарея. В другом варианте реализации изобретения источник 50 представляет собой возобновляемый источник энергии, конденсатор или солнечную батарею, в том числе пластмассовую солнечную батарею и светочувствительную краску. В другом варианте реализации изобретения источник 50 выполнен с возможностью получения энергии из сетевой розетки.

[0047] В некоторых вариантах реализации изобретения возможность изменять управляющую программу реализована, как указывалось выше, в контроллере формирователя, который может быть расположен в нескольких местах электронной дисплейной системы. В некоторых случаях возможность изменять управляющую программу реализована в формирователе 22. Описанная выше оптимизация может быть реализована при любом количестве аппаратных и/или программных компонентов и при различных конфигурациях.

[0048] Элементы конструкции интерферометрических модуляторов, которые работают в соответствии с описанными выше принципами, могут быть различными. Например, на фиг.7А-7Е изображены пять различных вариантов реализации подвижного отражающего слоя 14 и поддерживающих его конструкций. На фиг.7А изображено сечение варианта реализации изобретения, показанного на фиг.1, в котором полоса металлического материала осаждена на проходящие перпендикулярно опоры 18. В варианте реализации изобретения, изображенном на Фиг.7В, подвижный отражающий слой 14 имеет квадратную или прямоугольную форму, закреплен на опорах лишь по краям и поддерживается с помощью соединительных элементов 32. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7С, подвижный отражающий слой 14 имеет квадратную или прямоугольную форму и подвешен к деформируемому слою 34, который может содержать гибкий металл. Слой 34 напрямую или опосредованно соединен по периметру с подложкой 20. Указанные соединения в тексте настоящей заявки называются поддерживающими опорами. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7D, поддерживающие структуры выполнены в виде вставок 42 поддерживающих опор, на которых лежит деформируемый слой 34. Подвижный отражающий слой 14 оказывается подвешенным над полостью, как на фиг.7А-7С, однако в этом случае поддерживающие опоры образованы не за счет заполнения полостей между слоем 34 и оптической стопой 16. В этом случае поддерживающие опоры сформированы из подвергшегося планаризации материала, который используют для формирования вставок 42. В других вариантах реализации изобретения опоры могут содержать, дополнительно или в качестве альтернативы, сплошные стенки, например перемычки. Вариант реализации изобретения, изображенный на фиг.7Е, основан на варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7D, но он также может быть адаптирован для работы с любым из вариантов реализации изобретения, показанным на фиг.7А-7С, а также с другими, не показанными вариантами реализации изобретения. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7Е, использован дополнительный слой металла или другого проводящего материала для получения шинной структуры 44. Такая структура дает возможность выполнять сигнальную разводку на тыльной стороне интерферометрических модуляторов, при этом исключается необходимость использования нескольких электродов и, следовательно, их формирования на подложке 20.

[0049] В вариантах реализации изобретения, таких как изображенные на фиг.7, интерферометрические модуляторы функционируют в качестве устройств прямого видения, в которых изображения видны с лицевой стороны подложки 20, являющейся стороной, противоположной той, на которой размещен сам модулятор. В этих вариантах реализации изобретения отражающий слой 14 оптически закрывает своей стороной, которая противоположна подложке 20, некоторые участки интерферометрического модулятора, включая деформируемый слой 34. Благодаря этому можно выполнять компоновку и функционирование закрытых областей, которые не влияют отрицательно на качество изображения. Такое закрытие позволяет, например, использовать шинную структуру 44 (фиг.7Е), обеспечивающую возможность разделения оптических и электромеханических характеристик модулятора, таких как адресация и перемещения, ей обусловленные. Такая разделенная архитектура позволяет осуществлять выбор конструкции и материалов, используемых для обеспечения необходимых электромеханических и оптических свойств модулятора, и осуществлять их функционирование независимо друг от друга. Кроме того, варианты реализации изобретения, изображенные на фиг.7С-7Е, имеют дополнительные преимущества, обусловленные тем, что оптические свойства отражающего слоя 14 не связаны с его механическими свойствами, причем механические функции выполняются деформируемым слоем 34. Благодаря этому возможно оптимизировать конструкцию и материалы отражающего слоя 14 в отношении оптических свойств и оптимизировать конструкцию и материалы слоя 34 в отношении требуемых механических свойств.

[0050] Дополнительная опора может быть обеспечена внутри или вблизи матрицы устройств на основе МЭМС, таких как интерферометрические модуляторы. Например, маски могут уменьшить или предотвратить нежелательные оптические эффекты при рассмотрении матрицы, а шинные структуры могут повысить проводимость всей матрицы в целом. Кроме того, для достижения некоторых заданных эффектов могут быть использованы специальные материалы. К тому же, за счет соответствующего выбора может быть уменьшено количество видов материалов, используемых для изготовления устройств, что, в свою очередь, позволит упростить технологический процесс или адаптировать его к уже имеющемуся специальному технологическому оборудованию, такому как производственное оборудование для тонкопленочных транзисторов (TFT).

[0051] На фиг.8A-8I проиллюстрирована последовательность технологических операций, которая может быть использована для формирования матрицы устройств на основе МЭМС. В частности, эта последовательность технологических операций направлена на формирование матрицы интерферометрических модуляторов, однако некоторые операции, а также материалы, могут быть использованы и при изготовлении других устройств на основе МЭМС.

[0052] На фиг.8А представлена светопропускающая подложка 100, на которой сформирован поглощающий слой 110 в виде черной маски. В некоторых вариантах реализации изобретения светопропускающая подложка 100 может быть выполнена прозрачной или, по существу, прозрачной и содержать такие материалы, как стекло или полимер. В некоторых вариантах реализации изобретения закрепленная интерферометрическая структура, которая содержит два поглощающих слоя, разделенных светопропускающим слоем, обеспечивающим заданный интервал, может быть использована в качестве интерферометрической черной маски, которая выглядит темной вследствие интерферометрической модуляции света, падающего на интерферометрическую черную маску. Несмотря на такое обозначение, черная маска не обязательно должна выглядеть черной, но может быть иного цвета, например серого, за счет уменьшения интенсивности отраженного к наблюдателю света. В этих вариантах реализации изобретения поглощающий слой 110 сформирован из такого материала и имеет такую толщину, которые обеспечивают частичное пропускание падающего света, при котором часть падающего света отражается, а часть пропускается к нижележащим слоям. В одном из вариантов реализации изобретения поглощающий слой 110 содержит слой сплава молибден-хрома (MoCr), толщина которого составляет примерно 70-75 ангстрем, хотя могут быть использованы и другие подходящие материалы. Например, как более подробно будет рассмотрено далее, в некоторых вариантах реализации изобретения поглощающий слой в виде черной маски может состоять из молибдена соответствующей толщины, а также могут быть использованы и слои, состоящие исключительно из хрома. В одном из вариантов реализации изобретения толщина и материал поглощающего слоя 110 выбраны из условия, что отношение отражающей способности поглощающего слоя к видимому свету составляет от 28,5% до 34,5%. В другом варианте реализации изобретения поглощающий слой 110 представляет собой напыление, нанесенное на подложку, хотя могут быть также использованы и другие соответствующие способы нанесения.

[0053] В одном конкретном варианте реализации изобретения слой молибден-хрома (MoCr) может содержать приблизительно 2 атомарных % хрома. В других вариантах реализации изобретения слой MoCr может содержать от 2 до 3 атомарных % хрома. Добавление хрома в слой молибдена может увеличить отражательную способность слоя. Более высокое содержание хрома, во-первых, может затруднить формирование на слое рельефа и, кроме того, высокое содержание хрома может быть запрещено нормативными документами, ограничивающими содержание хрома в некоторых устройствах. В других вариантах реализации изобретения использование MoCr в качестве поглощающего слоя может упростить изготовление этих материалов в производственном оборудовании для тонкопленочных транзисторов (TFT), таком как производственное оборудование для стандартных жидкокристаллических дисплеев (LCD), дисплеев на органических светодиодах или плоскопанельных дисплеев (OLED), поскольку MoCr широко применяется в таком производственном оборудовании в качестве материала затвора.

[0054] На фиг.8В на поглощающем слое 110 формируют рельеф и подвергают этот слой травлению с образованием поглотителя 112 в виде черной маски, поверх которого наносят диэлектрический слой 120 в виде черной маски. Хотя на представленном чертеже слои показаны плоскими, необходимо отметить, что в зависимости от материала и способа осаждения этот и последующие слои могут быть конформно осаждены поверх нижележащих слоев и не содержать плоскую верхнюю поверхность. В представленном варианте реализации изобретения поглощающий слой 110 может быть сформирован из проводящего материала, в некоторых вариантах реализации изобретения диэлектрический слой 120 может быть сохранен, по существу, нерельефным или на диэлектрическом слое 120 может быть сформирован рельеф для удаления его участков, не расположенных выше поглотителя 112. В некоторых вариантах реализации изобретения, где диэлектрический слой 120 выполняет функцию разделителя или оптического резонатора между двумя поглощающими слоями в интерферометрической черной маске, диэлектрический слой 120 может содержать (диоксид кремния) SiO₂ толщиной примерно 800 ангстрем и может иметь показатель преломления примерно 1,46, хотя могут быть использованы и другие подходящие материалы. В некоторых вариантах реализации изобретения слой 120 может иметь толщину от 760 до 840 ангстрем, хотя могут быть также использованы и более толстые или тонкие слои. Следует отметить, что диэлектрический слой 120 задает оптический путь интерферометрической черной маски, так что толщина желаемого "цвета" будет зависеть от показателя преломления выбранного материала. Диэлектрический слой 120 может быть нанесен путем химического осаждения из паровой или газовой среды, хотя могут быть использованы и другие соответствующие способы. Толщина диэлектрического слоя 120 может быть также выбрана из условия более простого конформного осаждения вышележащих слоев и сглаживания любых острых граней в нижележащем поглощающем слое 112.

[0055] Фиг.8С иллюстрирует осаждение оптического поглотителя 130 поверх диэлектрического слоя 120. В некоторых вариантах реализации изобретения оптический поглотитель может быть сформирован из того же самого материала что и поглотитель 112, а следовательно, может быть осажден с помощью оборудования того же типа. Таким образом, в некоторых вариантах реализации изобретения оптический поглотитель 130 может содержать слой молибден-хрома (MoCr) и иметь толщину 70-75 ангстрем. Поскольку оптический поглотитель 130 со слоем MoCr является проводящим, то осаждение отдельного проводящего слоя, служащего электродом, может и не потребоваться, однако в других вариантах реализации изобретения отдельный прозрачный проводящий слой, как, например, смешанный оксид индия и олова, может быть осажден или поверх оптического поглотителя 130, или под ним.

[0056] В некоторых вариантах реализации изобретения с небольшими матрицами устройств на основе МЭМС, как, например, матрицы интерферометрических модуляторов, строки или столбцы которых содержат менее 40 пикселей (например, если проводящий слой, сформированный оптическим поглотителем 130, содержит не более 40 пикселей), осаждение отдельного прозрачного проводящего слоя может не потребоваться для пропускания сигнала или разводки, хотя в зависимости от размера пикселей и используемых материалов, матрицы на основе МЭМС различных размеров и форм могут быть выполнены без отдельного слоя проводника. Таким образом, как смешанный оксид индия и олова (ITO), так и другой прозрачный проводник исключены из приведенного варианта реализации изобретения. Поскольку оптический поглотитель 130 может служить единственным или основным проводником нижних или строковых электродов, то состав слоя оптического поглощающего слоя 130 может быть выбран из условия его проводящих, а также оптических свойств. Как было отмечено выше, в качестве оптического поглотителя 130 может быть выбран слой молибден-хрома (MoCr), который содержит примерно 2 атомарных % хрома и обеспечивает соответствующую проводимость. Хотя дополнительное включение хрома может привести к повышению проводимости, оно все же может оказывать нежелательное воздействие при компоновке, например может усложнить процесс травления при формировании рельефа строковых электродов. Затем может быть выполнено формирование заданного рельефа (не показан) на оптическом поглотителе 130, например формирование полосовых электродов для выделения строковых электродов матрицы. Если прозрачный проводящий слой не нанесен на прилегающий слой 130, обеспечивающий оптическую компенсацию, то последний может служить основным или единственным проводником по меньшей мере на участках этих полосовых электродов.

[0057] Оптический поглотитель 130 может выполнять две оптические функции на разных участках матрицы. Как указано выше, на участках 114 черной маски, где оптический поглотитель 130 расположен поверх поглотителя 30 в виде черной маски, оптический поглотитель и поглотитель в виде черной маски при взаимодействии формируют интерферометрическую черную маску. Учитывая конкретные размеры и материалы, указанный закрепленный элемент поглотит большое количество падающего света, выполняя функцию черной маски и предотвращая отражение света вышележащими структурами. Так как участки 114 черной маски могут отражать определенный цвет или свет (или поглощать свет) независимо от состояния матрицы на основе МЭМС, эти участки могут быть названы оптически неактивными. В некоторых вариантах реализации изобретения значительная часть света может быть поглощена, а количество отражаемого света можно регулировать путем изменения толщины и прозрачности поглощающих слоев. Изменение количества отраженного света может оказывать влияние на коэффициент контрастности дисплея, который содержит такую матрицу.

[0058] На оптически активных участках, как например, расположенных на расстоянии от участков 114 черной маски, оптический поглотитель 130 может выполнять функцию, например, частично отражающего слоя в интерферометрическом модуляторе, такого, как частично отражающий слой в оптической стопе 16, изображенной на фиг.1. Таким образом, оптический поглотитель 130 служит частично отражающим и частично прозрачным слоем в интерферометрическом модуляторе, который может отражать один или больше разных цветов. Добавление молибдена (Мо) может обеспечить также лучшее представление некоторых цветов, так как оптические поглотители, которые содержат Мо, например молибден-хром (MoCr), могут обеспечивать красный цвет лучше, чем интерферометрические модуляторы с оптическим поглотителем из хрома (Cr).

[0059] На фиг.8D поверх оптического поглощающего слоя 130 осажден шинный слой, на котором сформирован рельеф с образованием шинной структуры 140. Шинная структура может содержать материал или слой, обеспечивающие лучшую проводимость по сравнению с оптическим поглотителем 130 или другим проводящим слоем. В конкретном варианте реализации изобретения (см. фиг.8D) шинная структура включает нижний подслой 142 и верхний подслой 144. Необходимо отметить, что шинный слой может выходить за пределы матрицы и обеспечивать электрическую связь между внутренними элементами матрицы и внешними элементами, такими как контактные площадки или схема формирователя.

[0060] В некоторых вариантах реализации изобретения нижний подслой 142 содержит алюминий, а верхний подслой 144 содержит никель, причем в конкретном варианте реализации изобретения нижний подслой 142 содержит сплав Al-Nd, а верхний подслой 144 содержит сплав Ni-B. Как более подробно рассмотрено далее, сплав Al-Nd может содержать примерно 2% неодима, а сплав Ni-B может содержать примерно от 0,1% до 0,5% бора. Эти сплавы могут быть также использованы и в других слоях устройства на основе МЭМС.

[0061] Из фиг.8D видно, что шинная структура 140 может быть расположена поверх части участка 114 черной маски, ограниченной поглотителем 112. Поскольку участок 114 черной маски сводит к минимуму оптические помехи от вышележащих слоев, то в шинной структуре 140 могут быть использованы отражающие материалы, которые не вызывают нежелательных оптических эффектов, например, алюминий. Таким образом, в некоторых вариантах реализации изобретения шинная структура может служить в качестве проводника на оптически неактивных участках дисплея, например участках 114 черной маски в пределах матрицы или в качестве внутренних соединений области трассирования за пределами матрицы, а проводящий оптический поглощающий слой 130 может служить главным или единственным проводником в полосовых электродах в некоторых оптически активных областях дисплея. Использование шинной структуры 140 в оптически неактивных областях может компенсировать более низкую проводимость в оптически активных областях, при этом прозрачный проводящий слой, например слой смешанного оксида индия и олова (ITO), не требуется.

[0062] На фиг.8Е поверх шинной структуры 140 осажден оптический диэлектрический слой 150, после которого следуют травильный барьерный слой 152 и временный слой 160. В некоторых вариантах реализации изобретения оптический диэлектрический слой 150 может содержать тот же самый материал, что и диэлектрический слой 120. В конкретном варианте реализации изобретения оптический диэлектрический слой 150 содержит слой SiO₂, который может быть нанесен посредством химического осаждения из паровой или газовой среды и иметь толщину от 380 до 440 ангстрем, хотя могут быть использованы и другие соответствующие материалы, слои и способы осаждения. Толщина и материал (показатель преломления) оптического диэлектрического слоя выбраны из условия определения цвета в результате интерференции, отраженного готовым интерферометрическим модулятором в состоянии деформации (см. фиг.1). В зависимости от используемых средств для травления и состава смежных слоев, например временного слоя 160, травильный барьерный слой 152 может содержать различные материалы. В одном из вариантов реализации изобретения травильный барьерный слой может быть стойким к XeF₂, хотя могут быть использованы и другие различные материалы в зависимости от химического состава раскрепляющего или иного травильного химического средства, используемого позднее в технологическом процессе. В одном из вариантов реализации изобретения травильный барьерный слой содержит слой Al_xO_y толщиной примерно 80 ангстрем, который может быть нанесен распылением на оптический диэлектрический слой 150, хотя могут быть использованы и другие материалы, а также другие толщины.

[0063] Высота временного слоя 160 влияет на величину интерферометрической полости, сформированной при удалении временного слоя, что, в свою очередь, влияет на цвет, отраженный интерферометрическим модулятором при нахождении подвижного отражающего слоя в релаксационном или в неактивированном состоянии, как, например, подвижный отражающий слой 14а на фиг.1. На фиг.8Е показан временный слой 160, по существу, постоянной высоты. Следует отметить, что в других вариантах реализации изобретения временный слой 160 может иметь переменную высоту. Например, временный слой 160 может иметь различные высоты на участках, соответствующих разным пикселям, которые в релаксационных положениях отражают разные цвета в результате интерференции. Такой временный слой может быть сформирован, например, посредством многократного осаждения и формирования рельефа. В конкретном варианте конструкции монохромной матрицы, которая отражает зеленовато-желтый свет при нахождении подвижных отражающих слоев в неактивированном положении, временный слой 160 может содержать слой молибдена, нанесенный распылением поверх травильного барьерного слоя 152, толщина которого составляет примерно от 1715 до 1855 ангстрем. Однако, следует отметить, что для получения различных цветов монохромных матриц могут быть использованы различные толщины.

[0064] Из фиг.8F видно, что на временном слое 160 сформирован рельеф для формирования проходящих через него отверстий 162, а поверх временного слоя 160 сформирован слой 170. В представленном варианте реализации изобретения эти отверстия 162 принимают форму конических отверстий, проходящих, через временный слой 160, к нижележащему слою, в данном случае, травильному барьерному слою 152. Сужение отверстий упрощает конформное осаждение слоя 170. В одном из вариантов реализации изобретения материал опоры содержит слой SiO₂, нанесенный методом химического осаждения из паровой или газовой среды, толщиной примерно 4360-4520 ангстрем, хотя могут быть использованы и другие материалы, толщины, а также методы осаждения. В частности, толщина слоя 170 может зависеть от материала, используемого для формирования слоя, а также от требуемых механических свойств образующейся поддерживающей опоры.

[0065] На фиг.8G показано, что на слое 170 сформирован рельеф, и он подвергнут травлению для формирования поддерживающих структур 172, которые могут принимать разнообразные формы по всей площади матрицы устройств на основе МЭМС. На фиг.8G представлены поддерживающие структуры 172, которые содержат, по существу, горизонтально выступающий участок 174 с суживающимися кромками 176. Горизонтально выступающий участок 174 может быть использован для регулировки высоты и свойств вышележащих слоев (например, механических и зеркальных слоев, описание которых будет приведено далее) путем изменения размера участка 174. Суживающиеся кромки 176 упрощают непрерывное и конформное осаждение вышележащих слоев.

[0066] Кроме того, после выполнения операций, описанных со ссылкой на фиг.8G, может быть выполнен технологический этап, во время которого открытый участок временного слоя 160 обрабатывают до осаждения деформируемого отражающего слоя 180 (см. фиг.8Н ниже). Обработка временного слоя, например формирование текстурированной поверхности и/или модификация поверхностной энергии, приведет, при последующем удалении временного слоя 160, к созданию деформируемого отражающего слоя 180 с текстурированной поверхностью и/или измененной поверхностной энергией. Формирование деформируемого отражающего слоя 180, например, с текстурированной нижней поверхностью может предотвратить или замедлить возникновение статического трения между деформируемым отражающим слоем 180 и нижележащими слоями.

[0067] В конкретном варианте реализации изобретения временный слой 160 может быть подвергнут процессу обработки плазмой N₂O. После формирования рельефа на слое 170 для формирования поддерживающих структур 172 слоя и тем самым открытия участков временного слоя 160, расположенных на расстоянии от опор, может быть создана плазменная среда, содержащая N₂O, а частично изготовленная матрица в течение некоторого времени может быть подвергнута воздействию плазмы N₂O. В некоторых вариантах реализации изобретения длительность воздействия может составлять от 30 секунд до 5 минут, а в других вариантах реализации изобретения это время может быть как большим, так и меньшим. В некоторых вариантах реализации изобретения, где формирование поддерживающих опор выполняют внутри камеры для сухого травления, плазменная среда может быть создана внутри этой же самой камеры. Следует отметить, что в других вариантах реализации изобретения такая обработка может быть выполнена до формирования опор, например до начального формирования рельефа на временном слое 160 с целью формирования отверстий 162.

[0068] На фиг.8Н показано, что поверх поддерживающих структур 172 сформирован деформируемый отражающий слой 180. Слой 180 содержит отражающий подслой 182 и механический подслой 184, сформированные поверх подслоя 182. Как правило, подслой 182 может содержать материал, выбранный, главным образом, благодаря его оптическим свойствам, а механический подслой может содержать материал, выбранный, главным образом, благодаря его механическим свойствам.

[0069] В некоторых вариантах реализации изобретения отражающий подслой может содержать алюминий, а механический подслой может содержать никель. Наличие неодима в отражающем слое предотвращает миграцию алюминия, которая может привести к изменениям цвета в виде синих пятен на слое алюминия, которые, в свою очередь, могут вызвать нежелательный оптический эффект. Наличия в отражающем слое примерно 2-х атомарных % неодима достаточно для предотвращения миграции алюминия, однако дополнительное добавление неодима может уменьшить отражательную способность отражающего подслоя и значительно повысить его сопротивление. Следовательно, количество неодима в отражающем подслое может быть выбрано менее 2,5 атомарных % алюминиевой фольги, т.е. приблизительно от 0,5 до 2,5 атомарных %.

[0070] В некоторых вариантах реализации изобретения отражающий подслой может содержать сплав Al-Nd, а в конкретном варианте реализации изобретения он может содержать нанесенный распылением сплав Al-Nd, который содержит примерно 2 атомарных % неодима. В конкретном варианте реализации изобретения толщина отражающего подслоя может составлять примерно от 300 до 400 ангстрем. В некоторых вариантах реализации изобретения механический подслой может содержать сплав Ni-B, а в конкретном варианте реализации изобретения он может содержать нанесенный распылением сплав Ni-B, содержащий примерно 0,1-0,5 атомарного % бора и толщиной примерно 750-850 ангстрем. Добавление в механический слой бора повышает его жесткость. Увеличение жесткости оптического слоя способствует замедлению или предотвращению уменьшения восстанавливающей силы механического слоя, которое может не обеспечить высвобождение пикселей при расчетных напряжениях, Кроме того, более жесткий механический слой требует меньшего количества поддерживающих структур по всей площади матрицы, в результате чего большая часть матрицы может быть оптически активной, а не закрыта черной маской. В тех вариантах реализации изобретения, которые содержат шинные структуры 140, увеличение активной площади за счет сокращения опор может компенсировать потери активной площади в результате нанесения маски на шинные структуры. Использование относительно малого количества бора, примерно 0,5 атомарных %, предотвращает значительную диффузию бора в смежные слои (в т.ч. в оптический, диэлектрический и поглощающий слои), которая может вызвать нежелательные электрические эффекты.

[0071] В тех вариантах реализации изобретения, где сплав Ni-B осажден поверх сплава Al-Nd, например в шинной структуре 140 или деформируемом отражающем слое 180, нанесение слоя Ni-B может привести к формированию между двумя слоями интерметаллического сплава, обладающего нежелательными электрическими свойствами. Формирование этого интерметаллического сплава может произойти также между любым слоем, содержащим алюминий, и любым слоем, содержащим никель. Для того чтобы предотвратить или минимизировать формирование этого интерметаллического сплава, необходимо произвести нарушение вакуума между нанесением нижележащего слоя (в данном случае, слоя Al-Nd) и нанесением вышележащего слоя (в данном случае, слоя Ni-B). Воздействие на недавно нанесенный слой Al-Nd чистого комнатного воздуха способствует формированию на поверхности слоя Al-Nd исходных оксидов Al_xO_y, которые могут препятствовать формированию интерметаллического сплава при нанесении вышележащего слоя Ni-B и обладать более предпочтительными электрическими свойствами по сравнению с интерметаллическим сплавом.

[0072] Из фиг.8I видно, что на деформируемом отражающем слое 180 был сформирован рельеф для формирования заданных структур, а также было выполнено раскрепляющее травление для удаления временного слоя 160 с формированием полости 164 между деформируемым отражающим слоем 180 и нижележащими слоями. В некоторых вариантах реализации изобретения в отражающем деформируемом слое 180 могут быть сформированы травильные отверстия 186, посредством которых воздействуют травильным раствором на дополнительные участки временного слоя 160. Кроме того, деформируемый отражающий слой может быть подвергнут травлению для формирования дополнительных топологических элементов (не показаны), например столбцовых полосовых электродов и токопроводящих выводов между матрицей и контактными площадками за пределами матрицы.

[0073] Часть травильного барьерного слоя 152 (показана на фиг.8I в частично удаленном виде) может быть использована во время этого процесса раскрепляющего травления, хотя часть может остаться и в готовом устройстве. В некоторых вариантах реализации изобретения XeF₂ может быть использован в качестве раскрепляющего травителя для удаления временного слоя Мо, по существу, без травления барьерного слоя Al_x O_y. Хотя барьерный слой 152 удален на участках между поддерживающими структурами 172 (см. фиг.8I), следует отметить, что часть его все же может остаться на этих участках. Таким образом, формируют интерферометрический модулятор 190, в котором деформируемый отражающий слой 180 является электростатически активированным по отношению к нижележащим слоям для изменения длины световых волн, отраженных интерферометрическим модулятором 190.

[0074] На фиг.9 представлен вид снизу матрицы 200 интерферометрических модуляторов. Из фиг.8I видно, что на деформируемом отражающем слое 180 был сформирован рельеф для формирования столбцовых электродов 210. На проводящих слоях, расположенных ниже воздушного промежутка, был сформирован рельеф для формирования строковых электродов 215, изображенных на фиг.9 в виде поперечных опор 217, обеспечивающих активацию конкретных участков деформируемого отражающего слоя 180. На поддерживающие структуры, которые могут принимать форму удлиненных поперечин между строковыми электродами или опорами внутри конкретного пикселя, закрыты участками 220 черной маски, которые кажутся темными. Кроме того, на всей площади матрицы можно увидеть, в виде темных пятен, травильные отверстия 230 (аналогичные травильным отверстиям 186, представленным на фиг.8I). При активации деформируемого отражающего слоя, которая вызывает смещение участков столбцовых электродов 210 к строковым электродам 215, активированные участки матрицы могут казаться темными по всей площади матрицы. Однако, следует отметить, что могут быть использованы различные конфигурации, при которых может быть обеспечено переключение матрицы из состояния при котором она отражает первый цвет в неактивированном положении, в состояние, при котором она отражает второй цвет в активированном положении, а активированное положение не приводит к темному состоянию при применении разных размеров или материалов.

[0075] В некоторых вариантах реализации изобретения для изготовления устройств на основе МЭМС может быть использована последовательность технологических операций, которая представлена в приведенной ниже таблице.

[0076] Таблица 1
Маска	Технологический процесс	Материал	Требования	Способ осаждения
	Осаждение поглотителя в виде черной маски	MoCr	Коэффициент отражения = 28,5%-34,5%	Напыление
Маска 1 (черная маска)	Формирование рельефа и травление стопы черной маски
	Осаждение диэлектрика в виде черной маски	SiO2	Толщина = 800 ű10% Показатель преломления = 1,46±0,02	Плазмохимическое осаждение из паровой или газовой среды
	Осаждение оптической стопы:
	Осаждение прозрачного материала	Нет данных	Нет данных
	проводник
	Осаждение оптического поглотителя	MoCr	Коэффициент отражения = 28,5%-34,5%	Напыление
	Материал для трассирования	Нет данных	Нет данных
Маска 2 (оптическая стопа/ строки)	Формирование рельефа и травление оптической стопы для формирования строк
	Осаждение диэлектрической стопы:
	Осаждение диэлектрического материала	SiO2	Толщина = 410 Å ± 40 Å Показатель преломления = 1,46±0,02	Плазмохимическое осаждение из паровой или газовой среды
	Осаждение XeF2 Травление Остановка	AlOx	80 Å ± 5%	Напыление
Маска 3 (Контактное окно)	Формирование рельефа на диэлектрической стопе для открытия контактных площадок
	Осаждение временного слоя	Мо	Толщина = 2000 Å ± 80 Å	Напыление
Маска 4 (врем)	Формирование рельефа/травление врем. слоя
	Осаждение материала опоры	SiO2	Толщина = 4400 Å ± 100 Å	Плазмохимическое осаждение из паровой или газовой среды
Маска 5 (опора)	Формирование рельефа и травление опорного слоя
	Осаждение механического слоя:
		Al-Nd	Т=300 Å ± 8%	Напыление
		Ni	Т = 1000 Å ± 8%	Напыление
Маска 6 (мех)	Формирование рельефа и травление механического слоя

[0077] При проведении технологических операций, перечисленных в Таблице 1, такие материалы, как MoCr и SiO₂ могут быть использованы для изготовления устройств на основе тонкопленочных транзисторов, а в составных слоях могут быть использованы различные материалы, которые упрощают способ изготовления. Также можно отметить, что вышеупомянутый способ может быть использован при изготовлении дисплеев, размеры которых не требуют дополнительных проводников, а следовательно, которые не включают отдельного прозрачного проводника или материала для трассирования. При изготовлении устройств на основе тонкопленочных транзисторов осаждение AlO_x (или Al_xO_y) может быть использовано для образования слоя, препятствующего травлению. Используемый в отражателе сплав Al-Nd выбран, среди прочего, за его стойкость к миграции алюминия, а никель выбран за его механическую прочность и надежность.

[0078] В другом варианте реализации изобретения использована иная последовательность технологических операций с применением аналогичных материалов и толщин, представленная в приведенной ниже таблице.

[0079] Таблица 2
Маска	Технологический процесс	Материал	Требования	Способ осаждения
	Осаждение поглотителя в виде черной маски	MoCr	Коэффициент отражения = 31,5%±3%	Напыление
Маска 1 (черная маска)	Формирование рельефа и травление стопы черной маски
	Осаждение диэлектрика в виде черной маски	SiO2	Толщина = 800 ű5% Показатель преломления = 1,46±0,02	Плазмохимическое осаждение из паровой или газовой среды
	Осаждение оптического поглотителя	MoCr	Коэффициент отражения = 28,5%-34,5%	Напыление
Маска 2 (MoCr)	Формирование рельефа и травление оптического поглотителя
	Материал для трассирования	Al-Nd	Al=100 ű40 Å	Напыление
Ni-B	NiB±40 Å
Маска 3 (трассиров очн./шин.)	Формирование рельефа и травление трассировочного/шинного слоя
	Осаждение диэлектрической стопы:
	Осаждение диэлектрического материала	SiO2	Толщина = 410 ű30 Å Показатель преломления = 1,46±0,02	Плазмохимическое осаждение из паровой или газовой среды
	Осаждение XeF2 Травление Остановка	AlOx	80 ű5%	Напыление
	Осаждение	Мо	Толщина = 1785 ű70 Å	Напыление
	временного слоя
Маска 4 (врем)	Формирование рельефа/травление врем. слоя
	Осаждение материала опоры	SiO2	Толщина = 4440 ű80 Å	Плазмохимическое осаждение из паровой или газовой среды
Маска 5 (опора)	Формирование рельефа и травление опорного слоя
	Осаждение механического слоя:
	Осаждение отражателя	Al-Nd	Т = 300 ű50 Å	Напыление
	Осаждение механического слоя	Ni	Т = 1000 ű50 Å	Напыление
Маска 6 (мех)	Формирование рельефа и травление механического слоя
Маска 7 (площадка маски)	Формирование рельефа и травление для очистки контактных площадок

[0080] В вышеупомянутой последовательности технологических операций сплав

Ni-В используется как в качестве трассировочного/шинного слоя, так и механического слоя, что позволяет упростить последовательность технологических операций, а также заключительный этап формирования рельефа и травления для очистки контактных площадок, используемых в некоторых вариантах реализации изобретения. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения разность в толщине слоев, например, шинного и временного слоев по всей пластине, может быть меньше заданного уровня. Например, разность в толщине шинного слоя может быть меньше 180 Å, и может обычно составлять порядка 30 Å. Аналогично, разность в толщине временного слоя может быть меньше 200 Å, и может обычно составлять порядка 30 Å.

[0081] Как отмечено выше, вместо рассмотренных материалов могут быть использованы и другие известные материалы. В вышеупомянутых вариантах реализации изобретения в качестве поглотителя 112 и оптического поглотителя 130 использован молибден-хром (MoCr). В других вариантах реализации изобретения для получения заданной отражательной способности без добавления хрома поглотитель в виде черной маски и оптический поглотитель в вышеупомянутых таблицах могут содержать молибден соответствующей толщины. В некоторых вариантах реализации изобретения поглотитель в виде черной маски и оптический поглотитель могут содержать молибден толщиной приблизительно 60-70 ангстрем, хотя могут быть также использованы другие материалы и толщины. В настоящем варианте реализации изобретения все три слоя, черная маска, оптический поглотительный слой и временный слой, могут быть осаждены одним способом.

[0082] Следует отметить, что возможны различные комбинации вышеупомянутых вариантов реализации изобретения. Последовательность слоев и материалы, их формирующие, в раскрытых выше вариантах реализации изобретения являются примерными. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения для формирования участков устройства на основе МЭМС или формирования других структур на подложке могут быть нанесены и обработаны другие слои, не показанные здесь. В других вариантах реализации изобретения эти слои могут быть сформированы другими способами нанесения, формирования рельефа, травильными материалами и процессами, могут быть нанесены в другом порядке или составлены из других материалов, как известно специалистам.

[0083] В частности, как было раскрыто выше, высота различных слоев может меняться для регулирования длин волны света, отраженного интерферометрическим модулятором в активированном положении. Кроме того, поскольку высота временного слоя влияет на высоту полости, образующейся при удалении временного слоя, толщина временного слоя может быть изменена для регулирования цвета, отраженного интерферометрическим модулятором.

[0084] В зависимости от вариантов реализации изобретения действия или события любых описанных здесь способов могут быть выполнены в иных последовательностях, могут быть дополнены, объединены или совершенно исключены (например, в случае, если не все действия или события требуются для реализации способов), если в настоящем описании не оговорено иное. Например, как отмечено выше, в некоторых вариантах реализации изобретения может отсутствовать раскрытая выше шинная структура, особенно, если дисплей достаточно мал.

[0085] Хотя приведенное выше подробное описание демонстрирует, описывает и указывает новые признаки изобретения применительно к различным вариантам его реализации, следует отметить, что специалистами могут быть выполнены различные исключения, замены и изменения в форме и деталях устройства по заявляемому способу без выхода за пределы сущности и объема изобретения. Настоящее изобретение может быть реализовано в виде, не обеспечивающем все сформулированные здесь особенности и преимущества, т.к. некоторые признаки могут использованы или реализованы отдельно от других.