CN101151206B - 用于作动显示器的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于MEMS的显示装置。尤其是，该显示装置可以包括有两个机械顺性的电极的作动器。另外，揭示了在该显示装置中包括进双稳态的快门组件和用于在该快门组件中支承快门的器件。
Description
技术领域
总体上本发明涉及视频显示器的领域，本发明尤其涉及机械作动的显示装置。
背景技术
用机械的光调制器构成的显示器是基于液晶技术的显示器的一种有诱惑力的可供选择的替代方案。机械的光调制器快速得足以用良好的视角和大范围的色彩及灰度显示视频内容。机械的光调制器在投影显示应用中已经取得成功。然而使用机械的光调制器的背光显示器却还没有表现亮度与低功率的有足够诱惑力的组合。在所属技术领域内需要快速、明亮、低功率的机械作动的显示器。尤其需要包括双稳态机制并且可以以低电压驱动的机械作动的显示器用以降低功耗。
发明内容
在一个技术方面，本发明涉及用包括两个顺性的电极的机械作动器构成的显示器。该作动器可以通过把可控制的电压源连接到该机械作动器的电压输入端的无源或者有源矩阵阵列控制。
在每个作动器中的该顺性的电极彼此接近地布置，从而响应于该电极的两端施加的电压把该电极拉到一起。可以直接地或者渐进把该电极拉在一起。该电极中的至少一个连接到一个调制器，该调制器对形成一个图像起作用。根据本发明的一个特征，该电极长度的至少大部分是顺性的。该电极可以是约0.5μm至约5μm宽。在一个实施方案中，该电极的高度至少约为该电极的宽度的约1.4倍。该电极可以至少部分地涂覆一种绝缘体，该绝缘体优选地具有约1.5或者1.5以上的介电常数。
该调制器例如可以是一个快门、一个可形变的镜、一个颜色滤光器，或者 一组三色滤光器。快门大体上在一个平行于它们被支承于其上的表面的平面中运动。该表面可以有一个或者多个孔径光阑让光经该表面穿过。该孔径光阑可以经一个设置在一个大体上透明的玻璃或者塑料基片上的反射性膜构图。如果该表面具有一个以上的孔径光阑，该快门就包括一个对应数量的快门孔径光阑。通过运动该快门，该显示器孔径光阑可以通过遮挡、反射、吸收、偏振、衍射和/或过滤该光与穿经该表面的孔径光阑的一个光路中的光选择性地相互作用。在各种实施方案中，该快门还涂覆以一种反射或者光吸收的膜。
在一个实施方案中，每个电极的一端支撑到该表面上而另一端自由运动。在该实施方案中，该调制器连接至该电极之一的游离端上。电极的宽度可以沿其长度不变，也可以变化。例如它可以越接近该调制器越薄。作为替代方案，该电极可以在沿该电极的多个位置具有较薄的段和较厚的段。变化的厚度提供不同的电极硬度。该实施方案可以包括一个包括一个第三顺性的电极的可选特征。不连接到该调制器的顺性的电极分开地起开放和关闭驱动电极的作用。在其自然的不受激励的状态下该驱动电极之一或者全部两个可以被弯曲。在一些实施方案中，该驱动电极具有一个第一或第二级的弯曲。在其他实施方案中，该电极具有一个大于第二级的弯曲。
在该快门组件的另一个实施方案中，一个快门约在该调制器的一侧的直线中心处连接到一对作动器上。该作动器各包括两个顺性的电极。每个作动器的一个第一顺性的电极用一个弹簧连接到该快门。该第一顺性的电极也可以用一个弹簧连接到该支撑点。该顺性的电极的其他端点连接到支撑点，从而把该快门连接到一个基片上的两个位置。该电极起机械支持的作用，提供从该快门上的位置对该基片的支持性连接的作用。一个分开的弹性构件，譬如一个复位弹簧，可以连接到该快门的一个对置侧，为该快门提供一种附加的支持性连接。作为可供选择的替代方案，一个第二对作动器可以连接到该快门的对置侧而不是连接到该复位弹簧。该多重支持性连接帮助减少该快门出其预期的运动平面的旋转或者其他运动。
在本发明的一个第二技术方面，该显示装置包括一种机械双稳态快门组件 用于形成一种图像。一个机械双稳态快门组件包括一个快门、一个用于接收一种作动电位的电压输入端和一个作动器，该作动器在一个基片上方于两个机械双稳态位置之间运动一个快门。在一个实施方案中，把该快门从其第一机械稳定的位置运动到其第二机械稳定的位置所需要的功大于把该快门返回到其第一机械稳定的位置所需要的功。在另一个实施方案中，把该快门从其第一机械稳定的位置运动到其第二机械稳定的位置所需要的功的量大体上等于把该快门返回到其第一机械稳定的位置所需要的功。
根据本发明的一个特征，该快门的机械稳定的位置由一个机械顺性的构件的状态，包括其位置和形态，提供。在一个实施方案中，该机械顺性的构件是该作动器的部分。在其他实施方案中，该机械顺性的构件在该作动器外侧。该机械顺性的构件具有在该快门的机械稳定的位置的第一个的一个第一机械稳定态，和在该快门的机械稳定的位置的第二个的第二机械稳定态。把该快门从该第一机械稳定的位置运动到该第二机械稳定的位置要求形变该顺性的构件。
例如，该顺性的构件可以是一种弯曲的顺性的梁。当该快门在该第一稳定位置时，该梁具有一个第一弯曲部分。当该快门在该第二稳定位置时，该梁具有一个第二弯曲部分。该弯曲部分可以总体上是“s”形的，或者它可以形成一个余弦形的弧。在该第一快门位置，该梁可以沿一个方向弯曲。在向第二快门位置的过渡中，该梁形变，从而沿一个相反的方向弯曲。
作为替代方案，当该快门在其机械稳定的位置之一时该顺性的梁可以是直的。在在该第一机构稳定的快门位置时该顺性的梁与该快门形成一个第一角。在该第二位置，该顺性的梁与该快门形成一个不同的角。
该快门组件还可以包括一个第二顺性的构件。在一个实施方案中，该第一和第二顺性的构件起一种双顺性梁电极作动器中的电极的作用。该梁之一或者全部两个梁可以具有两个机械稳定态。在该顺性的构件的两端施加一个电压时，该顺性的构件之一从一个位置向一个第二位置形变。该电压可以由从一个或者多个连接到该顺性的构件的一端或者全部两端施加到该顺性的构件之一的一种作动电位产生。例如，在该第一位置，该第一顺性的电极从该第二顺性的电极弯曲开。 在该第二位置，该第一顺性的电极朝向该第二顺性的电极弯曲，具有一个与第二顺性的电极相似的弯曲。在其他的实施方案中，该第一和第二顺性的梁形成一个连接到该快门的一个热电作动器的部分，用于在该第一和第二稳定位置之间运动它。不论运动该快门的作动器类型如何，必须或在第一或在第二顺性的构件上施加一个力。
在一些实施方案中，该第一和第二顺性的构件形状本身是机械稳定的。在一个实施方案中，该快门组件包括一个连接到该快门上的第二作动器。这两个作动器在该快门上的不同的位置连接到该快门上。根据一个实施方案，该作动器约在该快门的对置侧的中部连接到该快门的对置侧。在该作动器中的顺性的构件为该快门提供从两个快门位置到两个基片位置的支持性连接。根据另一个选项特征，连接到该快门的顺性的构件的至少一个连接到两个支撑点，上述两个支撑点中的任一个在该顺性的构件的任一端部上。
在还有其他的实施方案中，该顺性的构件包括进一个稳定件中，该稳定件为该机械稳定的快门位置提供该机械稳定性。在一个稳定件中的该顺性的构件可以相互连接。在这样一种实施方案中，该稳定件可以提供用于一个第三机械稳定的快门位置。响应于向该电压输入端施加一个第二作动电压，把该快门驱动到该第三机械稳定的快门位置。作为可供选择的替代方案，通过在该快门的任一侧对快门的侧连接到该支撑点上，该顺性的梁可以形成一种稳定件。该顺性的构件可以包括顺性的梁或者刚性的梁。如果该顺性的构件包括刚性的梁，该顺性的构件包括在该刚性的梁之间的附加的顺性铰链以提供一定程度的顺性。
各种显示装置的附加的特征包括在该顺性的构件间包括进一个工作流体。该工作流体优选地具有至少约1.5的一种介电常数。该显示装置还可以包括一个用于照明该图像的背光。
在另一个技术方面，本发明涉及一种制造一个显示装置的方法。该方法包括构图一个第一表面以形成一个用于选择性地与一个光路中的光相互作用的调制器。然后在连接该调制器和一个支撑点的该第一表面上制造一个作动器。该支撑点和该作动器起一种第一机械支承的作用，在一个第二表面上物理地支承该调制 器。构成该作动器以在一个大体上平行于该第二表面的平面中驱动该快门。该方法还包括在连接该调制器和一个第二支撑点的第一表面中制造一个第二机械支承。该第二机械支承在该第二表面上方物理地支承该调制器。该第一支撑点和该第二支撑点连接到第二表面上的两个截然不同的位置。
在另一个技术方面，本发明涉及形成一个图像的一种方法。该方法包括向该快门组件的一个电压输入端选择性地施加一个作动电位。响应于施加的该作动电压，在一个大体上平行于一个表面的平面中运动一个快门。把该快门从一个第一机械稳定的位置运动到一个第二机械稳定的位置，从而允许光对形成一个图像起作用。
在又一个技术方面，本发明涉及一种在一个显示器上形成一种图像的方法。该方法包括选择一个光调制器和提供一个作动器。该作动器包括彼此接近布置的两个机械顺性的电极，该两个电极的至少一个连接到一个快门上。该作动器通过在两个机械顺性的电极之间产生一个电压激励。结果是，该顺性的电极因它们被拉得紧靠在一起而形变。另外，该作动器的激励产生该快门进入一个光路和退出一个光路的运动以影响该图像中一个像素的照明。
附图说明
通过参照附图和对本发明的接下来的详细说明会更加容易理解本系统和方法，其中：
图1是根据本发明的一个示例性实施方案的显示装置的概念性等比例图示；
图2A-2B是用于一个显示装置的一种根据本发明的一个示例性实施方案的双顺性梁电极基于作动器的快门组件的顶视图；
图3A是一个图解适用于包括进双顺性电极基于作动器的快门组件的各种顺性的电极的形状的图；
图3B是一个图解运动具有图3A中所示的形状的双顺性电极基于作动器的快门组件所需要的增加的能量的图；
图3C-3F是图2A的顺性的梁电极基于作动器的快门组件在不同作动阶段的顶视图；
图4A和4B是根据本发明的一个示例性实施方案的双顺性电极基于作动器的基于镜的光调制器在一个激励的状态和一个不激励的状态下的横剖视图；
图5是根据本发明的一个示例性实施方案的具有其厚度沿其长度改变的梁的双顺性梁电极基于作动器的快门组件的一个顶视图；
图6是根据本发明的一个示例性实施方案的双顺性梁电极基于作动器的快门组件的等比例图；
图7是根据本发明的一个示例性实施方案的包括一个复位弹簧的一个双顺性梁电极基于作动器的快门组件的一个顶视图；
图8是根据本发明的一个示例性实施方案的具有分开的开放和关闭作动器的一个双顺性梁电极基于作动器的快门组件的顶视图；
图9是根据本发明的一个示例性实施方案的一个用于控制双顺性电极基于作动器的光调制器的一个有源矩阵阵列的概念图；
图10是根据本发明的一个示例性实施方案的一个用于控制双顺性电极基于作动器的光调制器的一个第二有源矩阵阵列的概念图；
图11是图8的双顺性梁电极基于作动器的快门组件的一个横剖视图；
图12是一个能量图解，示出根据本发明的一个示例性实施方案的各种双顺性电极基于作动器的快门组件的能量特性；
图13A是根据本发明的一个示例性实施方案的一种双稳态双顺性梁电极基于作动器的快门组件的一个顶视图；
图13B示出一个双稳态的快门组件的力对位移的演变；
图14是根据本发明的一个示例性实施方案的第二双稳态双顺性梁电极基于作动器的快门组件的一个顶视图；
图15是根据本发明的一个示例性实施方案的包括双顺性电极作动器的一种三稳态快门组件的一个顶视图；
图16A-16C是根据本发明的一个示例性实施方案的一种双稳态快门组件的 另一个实施方案的概念图解，示出在一种快门位置改变时该快门组件的状态；
图17A是根据本发明的一个示例性实施方案的包括基本上刚性的梁的一种双稳态快门组件的一个概念图解；
图17B是一种旋转的双稳态快门组件的一个顶视图；
图18是根据本发明的一个示例性实施方案的包括热电作动器的一个双稳态快门组件的一个概念图解；
图19是根据本发明的一个示例性实施方案的用于控制双稳态快门组件的一种无源矩阵阵列的一个概念图解；
图20A和20B是在一个显示装置中安排快门组件的概念性平铺图解；而
图21是根据本发明的一个示例性实施方案的一种显示装置的横剖视图；
图22是根据本发明的一个示例性实施方案的另一种显示装置的横剖视图。
具体实施方式
图1A是根据本发明的示例性实施方案的显示装置100的一个等比例图。显示装置100包括多个光调制器，尤其是，按行和列安排的多个快门组件102a-102d(统称“快门组件102”)。总体上，一个快门组件102具有两个状态，开放的和关闭的(尽管可以采用部分的开放以赋予灰度)。快门组件102a和102d处于开放的状态，使得光能够通过。快门组件102b和102c处于关闭的状态，遮断光的通路。通过选择性地设定快门组件102a-102d的状态，如果由灯105照明，就可以利用显示装置100形成投影显示或者背光显示的一个图像104。在另一个实施方案中，装置100可以通过反射源于该装置的前方的环境光形成一个图像。在显示装置100中，每个快门组件102对应于图像104中的一个像素106。
每个快门组件102包括一个快门112和一个孔径光阑114。为了照明图像104中一个像素106，把快门112布置得使它允许光没有任何显著遮挡地穿过孔径光阑114朝向一名观看者通过。为了保持一个像素106不发光，布置快门112使之遮断光穿过孔径光阑114的通路。孔径光阑114由经每个快门组件102中的一种反射性或者光吸收材料的一种开放构图形成。
在替代实施方案中，一个显示装置100包括每个像素106中的多个快门组件102。例如，显示装置100可以包括三色专有的快门组件102。通过对应于一个特定的像素106选择性地开放一个或者多个颜色专有的快门组件102，显示装置100可以产生图像104中的一个彩色像素106。在另一个例子中，显示装置100每像素106包括两个或者更多快门组件102以提供一个图像104中的灰度。在仍然还有其他的实施方案中，显示装置100可以包括其他形式的光调制器，譬如微镜、滤光器、偏振器、干涉计装置和其他适当的装置，取代快门组件102调制光以形成一个图像。
显示装置100的快门组件102用所属技术领域中公知的标准微加工技术形成，包括光刻；蚀刻技术，譬如湿化学蚀刻、干蚀刻，和光致抗蚀剂去除；硅的热氧化；电镀和无电镀；扩散工艺，譬如硼、磷、砷和锑扩散；离子植入；膜沉积，譬如蒸发(热丝、电子束、闪光以及遮蔽(shadowing)和台阶覆盖)、喷溅、化学气相沉积(CVD)、等离子加强的CVD、外延(蒸发相、液相和分子束外延)、电镀、丝网印刷和层化。总体上参见Jaeger，Introduction to MicroelectronicFabrication(Addison-Welsley Publishing Co.，Reading Mass.1988)；Runyan等，Semiconductor Integrated Circuit Processing Technology(Addision-Wesley Publishing CO.，Reading Mass.1990)；Proceedings of the IEEE Micro Electro Mechnical SystemsConference 1987-1998；Rai-Choudhury，ed.，Handbook of Microlithography，Micromachining& Microfabrication(SPIE Optical Engineering Press，Bellingham，Wash.1997)。
更加具体地，在一个基片的顶部沉积多层材料(典型地在金属和介电体之间交替)，形成一个堆栈。在对该堆栈添加一个或者多个材料层以后，在该堆栈的最顶层施加构图，把材料标记成或要从该堆栈去除的，或要保留在该堆栈上的。然后对该构图了的堆栈施加各种蚀刻技术，包括湿蚀刻或干蚀刻或者反应性离子蚀刻以去除不想要的材料。该蚀刻工艺可以基于蚀刻的化学制剂、该堆栈中的层和该蚀刻施加的时间量从该堆栈的一个或者多个层去除材料。该制造工艺可以包括平铺、构图和蚀刻的多重相互作用。
在一个实施方案中，在一个透明的玻璃或者塑料基片上制造快门组件 102。该基片可以做成一个背光的一个整体的部分，该背光在光从孔径光阑114发出以前起作用，以均匀地分布从灯105发出的照明光。作为可供选择的替代且可供选地可以把该透明的基片置于一个平面光导的顶部，其中快门组件102的阵列在形成一个图像时起光调制件的作用。在一个实施方案中，快门组件102结合或者后续于一种薄膜晶体三极管(TFT)阵列的生产，制造在同一玻璃或者塑料基片上。该TFT阵列提供一种用于向该快门组件配送电信号的开关矩阵。
该工艺还包括一个释放步骤。为了提供部件在得出的装置中运动的自由度，接近将在完成的装置中形成部件的材料，在该堆栈中内插牺牲材料。蚀刻去除大部分该牺牲材料因而游离出要运动的该部件。
在释放以后，可以绝缘该快门组件的一个或者多个表面使得不在接触时于运动的部件之间转移电荷。这可以通过热氧化和/或通过敷形的化学气相沉积一种绝缘体完成，该绝缘体譬如是Al2O3、Cr2O3、TiO2、TiSiO4、HfO2、HfSiO4、V2O5、Nb2O5、Ta2O5、SiO2或者Si3N4，或者使用诸如原子层沉积和其他技术通过沉积类似的材料完成。通过化学转变工艺，譬如氟化、硅化或氢化该绝缘了的表面，化学地钝化该绝缘了表面以防止诸如接触时表面之间的静磨擦力之类的问题。
双顺性电极作动器构成驱动快门组件102中的快门112的一类适用的作动器。总体上，一个双顺性梁电极作动器用两个或者更多个至少部分地顺性的梁形成。至少两个所述的梁起电极的作用(在本文中也称为“梁电极”)。响应于该梁电极的两端施加一个电压，由得出的静电力相互吸引该梁电极。在双顺性梁电极作动器中的两个梁都至少是部分地顺性的。就是说每个梁的至少某个部分可以挠曲和/或者弯曲以帮助把该梁带到一起。在一些实施方案中，该顺性通过包括折褶或者销子铰链达到。该梁的某些部分可以大体上是刚性的或者固定在适当位置。优选的是，至少该梁的长度的大部分是顺性的。
双顺性电极作动器比所属技术领域中的其他作动器有优势。静电梳驱动器也适于在相对长的距离上作动，但是只能够产生相对弱的力。平行板或者平行梁作动器可以产生相对大的力，但是要求该平行板或者梁之间小的间隙，因此只能 够在相对小的距离上作动。R.Legtenberg等(Journal of MicroelectromechanicalSystems第6卷，257页，1997)表明使用弯曲的电极作动器如何能够产生相对大的力并且得出相对大的位移。然而在Legtenberg技术中发起作动所要求的电压却还是相当地大。如在本文中所表明的那样，可以通过使两个电极能够运动或者挠曲可以降低这种电压。
在一个双顺性梁电极基于作动器的快门组件中，一个快门连接到一个双顺性梁电极作动器的至少一个梁上。在把该作动器中的梁之一向另一个拉时，受拉的梁也运动该快门。如此行事，把快门从一个第一位置运动到一个第二位置。在该位置之一，该快门例如通过却不限于遮挡、反射、吸收、滤光、偏振、衍射，或者以其他的方式改变光的特征或者光的路径与在一个光路中的光相互作用。该快门可以涂覆一种反射性或者光吸收的膜以提高其干涉特性。在该第二位置，该快门允许该光相对无阻碍地从中通过。
图2A和2B是用在一个显示装置，譬如显示装置100中的悬臂双顺性梁电极基于作动器的快门组件的两个实施方案的图解。更加具体地，图2A示出一个悬臂双顺性梁电极基于作动器的快门组件200a(“快门组件200a”)。快门组件220a通过可控制地把快门202a运动进和运动出光的一个光路调制光以形成一种图像。在一个实施方案中，该光路始于一个快门202a固附于其上的表面204a后方。表面204a示出成一个虚线边界线。该虚线表明表面204a伸过由该边界线界定的空间。在其他的图中使用类似的虚线边界线表示该表面。该光朝向一名观看者或者朝向一个显示屏穿经表面204a中的一个孔径光阑206a。在另一个实施方案中，该光路始于表面204a的前方并且从孔径光阑206a的表面反射回该观看者。
快门组件200a的快门202a用一个大体上平面的实心体形成。快门202a实际上可以采取任何形状，不论是规则的还是不规则的，使得在一个关闭的位置快门202a足以遮断经表面204a中的孔径光阑206a的光路。另外，快门202a必须具有与孔径光阑宽度的一致的一种宽度，从而，在开放的位置(如图所示)足够的光可以穿过表面204a中的孔径光阑206a以照明该显示装置中的一个像素，或者对照明该显示装置中的一个像素起作用。
快门202a连接到一个负荷梁208a的一端。在负荷梁208a的对置端，一个负荷支撑点210a把负荷梁208a物理地连接到表面204a，并且把负荷梁208a电连接到表面204a中的驱动电路。负荷梁208a和负荷支撑点210a一起起在表面204a上方支承快门202a的一种机械支承作用。
快门组件200a包括一对驱动梁212a和214a，上述驱动梁中的任一个沿负荷梁210a的任一侧定位。驱动梁212a和214a和负荷梁210a一起形成一个作动器。一个驱动梁212a起一种快门开放电极的作用，而另一个驱动梁214a起一种快门关闭电极的作用。位于驱动梁212a和214a的端部最接近于快门202a的驱动支撑点216a和218a物理地和电气地把每个梁212a和214a连接到表面204a。在该实施方案中，驱动梁212a和214a的其他端部和大部分长度保留不受支撑或者说是游离的。驱动梁212a和214a的游离端与负荷梁208a的受支撑端的距离比驱动梁212a和214a的受支撑端与负荷梁208a的快门端的距离更近。
负荷梁208a和驱动梁212a和214a是顺性的。就是说，它们具有足够的挠性和弹性从而可以被弯曲出其不受应力的(“静止的”)位置或者形状，到至少某种有用的程度，而不疲劳或者折断。由于负荷梁208a和驱动梁212a和214a只在一端受支撑，梁208a、212a和214a长度的大部分响应一个所施加的力自由运动、弯曲、挠曲或者变形。该悬臂双顺性梁电极基于作动器的快门组件200a的操作在下文参照图3进一步地讨论。
图2B是一种悬臂双顺性梁电极基于作动器的快门组件200b(快门组件200b)的一个第二实施方案。与快门组件200a相似，快门组件200b包括一个连接到一个负荷梁208b的快门202b，和两个驱动梁212b和214b。快门202b布置在其完全开放的位置与其完全关闭的位置之间。负荷梁208b和驱动梁212b和214b一起形成一个作动器。连接到该梁的每个端部的驱动支撑点210b、216b和218b把该梁连接到一个表面204b。与快门组件200a相反，快门组件200b的快门包括几个裂隙形式的快门孔径光阑220。取代于只有一个孔径光阑，表面204b包括对应于每个快门孔径光阑220的一个表面孔径光阑206b。在该开放的位置，快门孔径光阑220大体上与表面204b中的孔径光阑206b对齐，允许光穿过快门202b。 在关闭的位置，表面孔径光阑206b受快门202b的其余部分遮断，从而阻止光的通路。
包括具有对应数量的表面孔径光阑的多重快门孔径光阑的一个快门组件的状态的改变比改变一个包括一个实心的快门和单个表面孔径光阑的快门组件的状态要求较少的快门运动，然而还提供相同的孔径光阑面积。降低所要求的运动相当于要求较低的作动电压。更加具体地，所要求的运动减少1/3，以一个约1/3的系数降低作动器所需要的作动电压。降低作动电压进一步相当于降低功耗。因为对两种快门组件任何之一的总孔径光阑面积是大致相同的，每个快门组件提供一种大体上相似的亮度。
在其他实施方案中，该快门孔径光阑和对应的表面孔径光阑具有不同于裂隙的形状。该孔径光阑可以是圆形、多边形或者不规则的。在可供选择的替代实施方案中，该快门可以比在该快门组件中有表面孔径光阑包括更多的快门孔径光阑。在这样的实施方案中，一个或者多个该快门孔径光阑可以起一种滤光器的作用，譬如彩色滤光器。例如，该快门组件可以对每个表面孔径光阑有三个快门孔径光阑，每个快门孔径光阑包括一个红、蓝或者绿色的滤光器。
图3A和图3B是图解在该负荷梁的端部处的位移与将该负荷梁更靠近该驱动梁运动所需要的相对电压之间的关系的图。可以在任何给定的电压达到的位移，至少部分地，取决于该驱动梁的弯曲部分或者形状，或者更准确地说，取决于分离，d，和沿驱动梁和负荷梁的弯曲应力如何作为沿该负荷梁的位置x的函数变化。示于图3A中的一个分离函数d(x)可以一般化为d＝axn的形式，式中y是该梁之间的距离。例如，如果n＝1，驱动电极与负荷电极之间的距离沿该负荷电极的长度线性地增加。如果n＝2，该距离按抛物线增加。总体上，假定一个恒定的电压，随着该顺性的电极之间的距离减少，在该梁上任何点的静电力与1/d成正比地增加。然而，在此同时，可减少分开距离的任何该负荷梁的形变也可以造成该梁中的更高应力状态。在一个最低阈值电压以下将会达到一个形变的极限，在该形变的极限由该电极较紧的接近所释放的电能刚好由变成储存于该梁的形变能的能量平衡。
如在图3B中所示，对于具有其中n小于或者等于2的分离函数的作动器，施加一个最低作动电压(V2)造成该负荷梁对该驱动梁的一种梯级吸引而不要求施加较高的电压。对于这样的作动器，由该负荷梁靠近该驱动梁所引起的该梁上的静电力的递增增加大于进一步位移该梁所需要的该梁上的应力的递增增加。
对于具有其中n大于2的分离函数的作动器，施加一个特定的电压造成该负荷电极的一种截然不同的局部位移。就是说，由一种特定的该梁之间分离减少造成的该梁上的静电力的递增增加，在某点，不能够超过连续减少该分离需要加在该负荷梁上递增的形变力。从而对于具有其中n大于2的分离函数的作动器，施加一个第一电平造成该负荷电极的一种第一对应的位移。一个较高的电压造成该负荷电极的一种较大的对应的位移。薄梁电极的形状和相对顺性如何影响作动电压较详细地讨论于以下的参考文献中：R.Legtenberg等Journal ofMicroelectromechanical Systems，第6卷，257页(1997)和j.Li等在Transducers′03，第12届International Conference on Solid State Sensors，Actuators，and Microsystems，，480页(2003年)。
再次参见图2A和2B，一个包括快门组件202a和202b的显示装置作动，亦即，通过从一个可控制的电压源向该驱动梁212a、212b、214a或者214b之一，经其对应的驱动支撑点216a、216b、218a或者218b施加一个电位，同时负荷梁208a或者208b电接地，造成梁208a、208b、212a、212b、214a、214b的两端的一个电压，改变快门组件202a和202b的位置。该可控制的电压源，譬如一个有源矩阵阵列驱动器，通过一个有源矩阵阵列(参见以下的图9和图10)电连接到负荷梁208a或者208b。该显示装置可以代之以经快门组件202a或者202b的负荷支撑点210a或者210b向负荷梁208a或者208b施加一个电位以增加电压。在该驱动梁和负荷梁之间的一个电位差，不论符号还是地电位如何，将在该梁之间产生一种静电力。
再次参见图3，图2A的快门组件200a具有一个二次的分离函数(即，n＝2)。从而，如果该电压或者说在快门组件202a的梁208a和212a或者214a之间的电位差在其最小分离的点超过该最低作动电压(V2)，梁208a和212a或者 214a的形变沿梁208a和212a或者214a的整个长度梯级改变，把负荷梁208a的快门端拉向驱动梁212a或者214a的受支撑端。负荷梁208a的运动位移快门202a，使之或从开放的向关闭的改变其位置，或相反地改变其位置，这取决于该显示装置是向驱动梁212a还是向驱动梁214a施加该电位。为了颠倒该位置改变，该显示装置停止向加电的驱动梁212a或者214a施加电位。在该显示装置停止施加该电位后，以在形变了的负荷梁208a上的应力的形式储存的能量把负荷梁208a恢复到其原来的位置或者说静止的位置。为了增加该恢复的速度并且为了减少围绕负荷梁208a的静止位置的任何振荡，该显示装置可以通过向对置的驱动梁212a或者214a施加一个电位把快门202a复原到其以前的位置。
该快门组件200a和200b以及快门组件500(参见以下的图5)、600(参见以下的图6)、700(参见以下的图7)和800(参见以下的图8)具有电双稳态的特性。总体上，这理解为拥有，尽管不限于，其中发起开放和关闭状态之间的运动的电位V2一般地大于把该快门组件保持在一个稳定态所要求的电位(V1)的装置。一旦负荷梁208a与该驱动梁之一发生接触，要运动或者分离该负荷梁就必须从对置的驱动梁施加一个相当大的电力，这样的电力大于如果负荷梁208要开始于一个中性的或者说不接触的位置的所需要的电力。本文说明的双稳态装置可以使用一种无源矩阵驱动方案操作一个快门组件譬如200a的阵列。在一个无源矩阵驱动序列中可以通过保持一个所有快门组件(除了被有效驱动为一种状态改变的那些快门组件以外)的两端的稳定化电压V1而保留一个图像。完全不需要功率或者基本上完全不需要功率，在负荷梁208a与驱动梁212a或者214a之间保持一个电位V1，足以要么把快门组件保持在其开放的状态，要么把快门组件保持在其关闭的状态。为了引起一个开关事件，允许把负荷梁208a与以前影响的驱动梁(例如212a)之间的电压从V1恢复为0，同时把负荷梁208a与对置梁(例如212b)之间的电压带到开关电压V2。
在图2B中，该作动器具有一个三次的分离函数(即，n＝3)。从而，对驱动梁212b或者214b之一施加一个特定的电位造成快门组件202b的一种递增的位移。该显示装置利用该递增位移快门组件202b的能力产生一种灰度图像。例如， 向一个驱动梁212b或者214b施加一个第一电位把快门202b位移到其图中所示的位置，部分地遮挡穿经表面孔径光阑206b的光，但是还是允许一些光穿经快门202b。施加其他的电位造成其他的快门202b位置，包括完全开放的、完全关闭的，以及在完全开放和完全关闭的之间的其他的居间位置。以此方式可以采用电的模拟驱动电路达到一种模拟灰度图像。
图3C至图3F表示负荷梁208a、快门关闭电极214a和图2A的快门组件200a的快门202a的运动阶段。顺性的梁208a和214a之间的初始分离符合一个二次分离函数。图3C示出没有施加电压时负荷梁208a处于一个中性的位置。孔径光阑206a由快门212a半遮盖。
图3D表示作动的初始步骤。一个小的电压施加在负荷梁208a与快门关闭电极214a之间。已经运动了快门关闭电极214a的游离端以造成与负荷梁208a的接触。
图3E示出快门组件200a在快门212开始向快门关闭电极214a运动后的作动点。
图3F示出快门组件200a作动的最终状态。该电压已经超过了作动的阈值。快门组件200a在关闭的位置。在负荷梁208a与快门关闭电极214a之间在其全长上造成接触。
图4A是双顺性电极基于镜的光调制器400的一个第一横剖视图，该双顺性电极基于镜的光调制器用于包括进一个显示装置中，譬如显示装置100中，取代或者附加于快门组件102。基于镜的光调制器400包括一个机械顺性的反射平台402。反射平台402的至少一个部分是本身反射性的或者涂覆以一种反射性材料或者与一种反射性材料连接。
反射平台402可以是导电的也可以不是导电的。在其中反射平台402是导电的实施方案中，该反射平台起基于镜的光调制器400的一种负荷电极的作用。反射平台402通过一个顺性的支承构件406物理地支承于一个基片404之上并且与之电连接。如果反射平台402用一种不导电的材料形成，反射平台402连接到一个顺性的导电负荷梁上或者其他形式的顺性的负荷电极上。一个顺性的支承构 件406物理地把该结合的反射平台402和电极支承在基片404的上方。支承构件406还提供一种从该电极至基片404的电连接。
基于镜的光调制器400包括一个第二顺性的电极408，该第二顺性的电极起一种驱动电极408的作用。驱动电极408由一个大体上刚性的第二支承构件410支承在基片404与反射平台402之间。第二支承构件410还把第二顺性的电极408电连接到一个用于驱动基于镜的光调制器400的电压源上。
图4A中所示的基于镜的光调制器400在静止位置，其中不论是电极402还是408都不承载一个电位。图4B示出基于镜的光调制器400在一种激励了的状态。当在驱动电极408与负荷电极402(它可以是反射平台402或者一个固附的负荷梁)之间产生一个电位差时，负荷电极402被拉向驱动电极408，从而弯曲顺性的支承梁406并且把反射平台402的反射性部分转一角度以至少部分地横向基片404。
为了形成一个图像，以一个特定的角把光412指引到一个基于镜的光调制器400的阵列。在其静止的状态，基于镜的光调制器400把光412从观看者或者显示屏反射开，并且在激励的状态该基于镜的光调制器向一名观看者或者一个显示屏反射光412，或者反向地反射。
图5是另一个悬臂双顺性梁电极基于作动器的快门组件500(“快门组件500”)的图解。如同快门组件200a和200b的情况那样，快门组件500包括一个连接到一个顺性的负荷梁504的快门502。然后顺性的负荷梁504物理地被支撑到一个表面506上，并且在其对置端经一个负荷支撑点508电接地。快门组件500只包括一个大体上沿负荷梁504定位的顺性的驱动梁510。响应于从一个可控制的电压源加电一个电位，驱动梁510把快门502从一个在一个大体上平行于该表面的平面中的第一位置(其中负荷梁504大体上不受应力)，拉到一个其中负荷梁504受应力的第二位置。当去除该电位时，储存在负荷梁504中的应力把负荷梁504复原到其原来的位置。
另外，与快门组件202a和202b相比较，负荷梁504具有一种沿其长度变化的宽度。负荷梁504在其支撑点508附近比它在快门502附近宽。与快门组件 202a和202b相比较，并且由于其定制的宽度，负荷梁504典型地具有一种总体上较大的硬度。包括进较大硬度的梁典型地要求较高的作动电压，但是同样也使得能够有较高的开关速度。例如快门组件202a和202b可以开关最高达约10kHz，而较硬的快门组件500可以开关最高达约100kHz。
图6是根据本发明的一个示例性实施方案的包括两个双顺性电极梁作动器602(“作动器602”)的快门组件600的图解。快门组件600包括一个快门604。快门604可以是实心的，或者它可以包括一个或者多个如参照图2B说明的快门孔径光阑。快门604在一侧连接到梁作动器602。而作动器602在运动平面中的一个表面上方横向地运动该快门，该运动平面大体上平行于该表面。
每个作动器602包括一个把快门604连接到一个负荷支撑点608的顺性的负荷构件606。顺性的负荷构件606每个都包括一个负荷梁610和一个L支架612。负荷支撑点608与顺性的负荷构件606一起起一种机械支承的作用，保持快门604接近该表面悬挂。负荷支撑点608把顺性的负荷构件606和快门604物理地连接到该表面并且把负荷构件606的负荷梁610电接地。快门604从在快门604一侧的两个位置到在快门组件600任何一侧的位置中的负荷支撑点608的快门604的连接帮助减少快门604在运动过程中绕其中心轴线614的扭转运动。
L支架612降低负荷梁610的平面内硬度。就是说，通过释放该负荷梁中的轴向应力，L支架612降低作动器602对在平行于该表面的一个平面中的运动(也称为“平面内运动”615)的阻力。
每个作动器602还包括一个布置在每个负荷梁610附近的顺性的驱动梁616。驱动梁616在一端连接到一个共用于驱动梁616之间的驱动梁支撑点618。每个驱动梁616的另一端自由运动。每个驱动梁都是弯曲的使得它在驱动梁616的游离端和负荷梁610的受支撑端附近最接近负荷梁610。
在工作中，一个包括快门组件600的显示装置经驱动梁支撑点618向驱动梁616施加一个电位。作为驱动梁616与负荷梁610之间的一个电位差的结果，驱动梁616的游离端被拉向负荷梁610的受支撑端并且负荷梁610的快门端被拉向驱动梁616的受支撑端。静电力把快门604拉向驱动支撑点618。顺性的构件 606起弹簧的作用，从而当从驱动梁616去除该电位时，负荷梁顺性的构件606把快门604推回其初始的位置，释放储存在负荷梁610中的应力。L支架612也起弹簧的作用，向快门604旋加进一步的恢复力。
在制造快门组件200至800以及快门组件1300至1800时，优选的是为负荷梁(譬如负荷梁610)和驱动梁(譬如驱动梁616)的横剖视提供一种矩形的形状。通过提供一种在尺度上大于梁宽度(沿平行于该表面的方向)1.4倍或者以上的梁厚度(沿垂直于表面的方向)将增加负荷梁610平面外运动617对平面内运动615的硬度。这样一种尺度以及因此得出的硬度区别帮助确保由作动器602发起的快门604的运动被限制于沿该表面且跨该表面孔径光阑的运动，防止会无功效地使用能量的平面外运动617。优选的是，对于某些应用负荷梁(譬如610)的横剖视是矩形的，而不是弯曲的或者椭圆的。如果这些对置的梁电极具有在作动时它们可以以尽可能小的分开距离相互接近和触碰的平坦表面，那么就可以达到最大的作动力。
图7是根据本发明的一个示例性实施方案的包括两个双顺性电极数梁作动器702的第二快门组件700的图解。快门组件700取快门组件600的相同的总体形式，不同的是它包括一个复位弹簧704。如快门组件600的情况那样，在快门组件700中，两个作动器702连接到一个快门706的第一侧，以在一个平行于该快门物理地支承于其上方的表面的平面中位移快门706。复位弹簧704连接在快门706的对置侧。复位弹簧704也在一个弹簧支撑点708处连接到该表面上，起一种附加的机械支承的作用。通过在快门706的对置侧于该表面上方物理地支承快门706，在工作中作动器702和复位弹簧704减少快门706在目标运动平面外的运动。另外，复位弹簧704包括几个降低复位弹簧704的平面内硬度的弯曲，从而相比平面外运动进一步地促进平面内运动。复位弹簧704对快门706提供一个附加的恢复力，从而一旦去除一个作动电位，快门706较快地返回到其初始的位置。附加复位弹簧704只稍增加发起作动器702的作动所需要的电位。
图8是根据本发明的一个示例性实施方案的一种快门组件的图解，该快门组件包括一对快门开放作动器802和804和一对快门关闭作动器806和808。四个 作动器802、804、806和808的每个都取一种双顺性梁电极作动器的形式。每个作动器802、804、806和808都包括一个顺性的负荷构件810，该顺性的负荷构件在一端连接一个快门812，而在另一端连接一个负荷支撑点814，每个顺性的负荷构件810都包括一个负荷梁816和一个L支架818。每个作动器802、804、806和808还包括一个驱动梁820，该驱动梁以一端连接一个驱动支撑点822。每对作动器802/804和806/808共享一个公共的驱动支撑点822。每个驱动梁820的未受支撑端都接近于对应的顺性的负荷构件810的受支撑端布置。每个驱动梁820的受支撑端都接近对应的负荷梁816的L支架端定位。在不受激励的状态下，一个负荷梁816与其对应的驱动梁820之间的距离从负荷梁816的受支撑端向L支架818渐进地增加。
在工作中，为了开放快门812，一个包括快门组件800的显示装置向快门开放作动器802和804的驱动支撑端822施加一个电位，把快门812拉向该开放位置。为了关闭快门812，该显示装置向快门关闭作动器806和808的驱动支撑端822施加一个电位，把快门812拉向该关闭位置。如果作动器对802/804和806/808都不激励，快门812保留在一个居间的位置，在完全开放和完全关闭之间某处。
快门开放作动器802/804和快门关闭作动器806/808在该快门的对置端部连接到快门812。该快门开放和关闭作动器具有其自己的负荷构件810，从而降低每个作动器802、804、806和808的作动电压。因为参照图3所说明的电双稳态，找出从一个与之可能接触的驱动梁820分开顺性的负荷构件810的一种作动方法或者具有较高杠杆率的结构是有利的。通过把该开放和关闭作动器802/804和806/808布置在快门812的对置侧，作动器要作动的作动力转变成作动器要通过该快门分开的力。为此把作动力用于在其杠杆率将较高的接近快门(例如在负荷梁816的L支架端部附近)的一个点处分开的任务上。
对于如图8中所示的那些快门组件，典型的快门宽度(沿该裂隙的方向)会在20至800微米的范围。所谓“行程距离”或者说该快门将在开放与关闭的位置之间运动的距离在4至100微米的范围。该驱动梁和负荷梁的宽度将在0.2至40微米的范围。该驱动梁和负荷梁的长度将在10至600微米的范围。这样的快门组 件可以用于分辨率在每英寸30至1000点的显示器。
以上说明的快门组件200a、200b、500、600、700和800的每个和基于镜的光调制器400落入在本文中称为“弹性的光调制器”的一类光调制器。弹性的光调制器具有一个机械稳定的静止状态。在该静止状态，该光调制器可以是开(开放或者反射)、关(关闭或者不反射)，或者在其中间的某处(部分开放或者部分反射)。如果在一个作动器中产生一个梁两端的电压迫使该光调制器从其静止状态进行一种机械不稳定状态，必须对该光调制器保持某种电平的梁两端的电压以将该光调制器保持在该不稳定状态。
图9是一个用于一个显示装置中控制弹性的光调制器902的有源矩阵阵列900的图解。尤其是，有源矩阵阵列900适用于控制只包括一种被动恢复力的弹性的光调制器902，譬如基于镜的光调制器400或者基于快门的光调制器500、600和700。就是说，这些光调制器902要求电激励作动器进入一种机械不稳定状态，但是然后利用机械机构，譬如弹簧，复位到该静止状态。
该有源矩阵阵列制造成在一个其上形成该弹性的光调制器902的基片的表面上或者扩散或者薄膜沉积的电路。有源矩阵阵列900包括一系列的行电极904和列电极906，该行电极和列电极在该基片上形成一种栅格样图形，把该基片划分成多个栅格段908。有源矩阵阵列900包括一组驱动器910和一个非线性电部件的阵列，或包括二极管或包括晶体三极管，它们选择性地向栅格段908施加电位以控制含于该栅格908内的一个或者多个弹性的光调制器902。此类薄膜晶体三极管阵列的技术说明于Willem den Boer(Elsevier，阿姆斯特丹，2005)著的“Active Matrix Liquid Crystal Displays：Fundamentals and Applications”中。
每个栅格段908对照明一个像素起作用，并且包括一个或者多个弹性的光调制器902。在只包括单个弹性的光调制器902的栅格段中，除了弹性的光调制器902以外，栅格段908还包括至少一个二极管或者晶体三极管912，并且可选地包括一个电容器914。图9中的电容器914可以明确地添加成该电路的一种设计元件，或者可以理解电容器914代表该弹性的光调制器的等效并联电容或者寄生电容。晶体三极管912的发射极916电连接到弹性的光调制器902的或该驱动电 极或该负荷电极。该作动器的另一个电极接地或者公共电位。晶体三极管912的基极918电连接到一控制一行栅格段的行电极904。当该晶体三极管的基极918经该行电极904接收一个电位时，电流可以从一个对应的列电极906流经晶体三极管912以在电容器914中产生一个电位并且向弹性的光调制器902的驱动电极施加一个电位，激励该作动器。
在一个实施方案中，通过，每次一个地，从一个驱动器910向一个选取的行电极904施加一个电位，激励一个对应行的栅格段908，有源矩阵阵列900产生一个图像。在激励一个特定的行的同时，该显示装置向与含有需要从一种静止的状态切换出的光调制器的该激励的行中的栅格段对应的列电极施加一个电位。
当接着去激励一个行时，一种储存的电荷将保留在作动器902的电极上(如由该作动器的等效电容所决定的那样)以及，可供选择地，存储在可以设计进该电路中的并联电容器914上，把弹性的快门机构902保持在其机械不稳定状态。弹性的快门机构902保持在该机械不稳定状态一直到存储在电容器914中的电压消散为止，或者一直到在后续的行选择步骤或者激励步骤中刻意地把该电压复位到地电位为止。
图10示出在一个显示装置控制弹性的光调制器1002的一个有源矩阵阵列1000的另一个实施方案的图解。尤其是，有源矩阵阵列1000适用于控制弹性的光调制器，譬如基于快门的光调制器200a、200b和800，这些弹性的光调制器包括一组用于把该光调制器从一个静止的状态迫入一个机械不稳定状态的作动器，和一个第二组用于把该光调制器驱动回该静止的状态并且可能驱动回一个第二机械不稳定状态的作动器。有源矩阵1000还可以用于驱动进一步参照图12-20说明的非弹性光调制器。
有源矩阵阵列1000包括用于有源矩阵阵列1000中每一个行的各一行电极1004和用于有源矩阵阵列1000中每一个列的各二列电极1006a和1006b。例如，对于包括基于快门的光调制器的显示装置，每个列的一个列电极1006a对应于该列中的光调制器1002的该快门开放作动器。另一个列电极1006b对应于该列中的光调制器1002的快门关闭作动器。有源矩阵阵列1000划分在其上它沉积成栅格 段1008的该基片。每个栅格段1008包括一个或者多个光调制器1002和至少两个二极管或者晶体三极管1010a和1010b和可选择的两个电容器1012a和1012b。每个晶体三极管1010a和1010b的基极1014a和1014b电连接到一个列电极1006a或者1006b。晶体三极管1010a和1010b的发射极1016a和1016b连接到一个对应的电容器1012a或者1012b和在栅格段1008中的光调制器1002的一个驱动电极。
在工作中，一个驱动器向选择的行电极1004施加一个电位，激励该行。有源矩阵阵列1000选择性地对其中在栅格段1008中的光调制器1002的状态需要改变的每个列的两个列电极1006a或者1006b之一施加电位。作为可供选择的替代方案，有源矩阵阵列1000可以还向以前在一种激励的状态中的要保持在一种激励的状态的栅格段1008的列电极1006a或者1006b施加一个电位。
对于这两个有源矩阵阵列900和1000，在一些实施方案中，对该列电极供电的该驱动器从多个可能的电位加以选择，以施加到各个列电极1006a和1006b。在这些列中的光调制器1002于是可以开放或者关闭不同的量以产生灰度图像。
图11是图8的快门组件800沿A-A’标记的直线的一个横剖视图。参见图8、10和11，快门组件800构成在基片1102上，该基片被与一个包括快门组件800的显示装置，譬如一个显示装置100，的其他快门组件共用。作动该快门组件的电压信号沿该快门组件的下衬层中的导体传送。该电压信号由一个有源矩阵，譬如有源矩阵1000，控制。基片1002可以支承多达4,000,000个的被安排进最高达约2000行和最高达约2000列中的快门组件。
除了快门812、快门开放作动器802和804、快门关闭作动器806和808、负荷支撑点814和驱动支撑点822以外，快门组件800还包括一个行电极1104、一个快门开放电极1106、一个快门关闭电极1108和三个表面孔径光阑1110。所图示的快门组件具有至少三个功能层，该功能层可以称为行导体层、列导体层，和快门层。该快门组件优选地制造在一个透明的基片譬如玻璃或者塑料上。作为可供选择的替代方案，该基片可以用一种不透明的材料譬如硅制造，只要在每个表面孔径光阑1110的位置上设置用于透射光的通孔即可。该基片顶部上的第一金属层是构图成行导体电极1104以及反射表面段1105的行导体层。除在表面孔径 光阑1110处，反射表面段1105把穿经基片1102的光经基片1102反射回。在一些实施方案中该表面孔径光阑可以包括红、绿或蓝滤光材料或者由之覆盖。
在行导体层1104的顶部，快门开放电极1106和快门关闭电极1108形成在沉积于基片1102上的一个列导体层1112中。列导体层1112由一个或者多个介电体材料或者金属的居间层与行导体层1104分开。快门组件800的快门开放电极1104和快门关闭电极1106与该显示装置的相同列中的其他快门组件被共享。列导体层1112还起反射穿经接地电极1104且非穿经表面孔径光阑1110的光的作用。行导体层1104和列导体层1112为约0.1至约2微米厚。在可供选择的替代实施方案中，列导体层1112可以位于行导体层1104的下方。在另一个可供选择的替代实施方案中，列导体层和行导体层两者都可以位于该快门层的上方。
快门812、快门开放作动器802和804、快门关闭作动器806和808、负荷支撑点814和驱动支撑点822用快门组件800的三个功能层形成，称为快门层1114。作动器802、804、806和808用一种沉积的金属形成，譬如，但是不限于，用Au、Cr、或者Ni形成，或者用一种沉积的半导体形成，譬如但是不限于用多晶硅，或者非晶硅形成，或者如果形成在一个沉埋的氧化物的顶部上则用单晶硅形成(也公知为绝缘体上的硅)。作动器802、804、806和808的梁构图成宽度约0.2至20微米。该快门厚度典型地在0.5到10微米的范围。为了促进快门的平面内运动(即相对平面外硬度降低横向的梁硬度)，优选的是保持约至少1.4∶1的一种梁尺度比，以该梁厚大于梁宽。
金属或者半导体渡通把行电极1104和列导体层1112的快门开放电极1106以及快门关闭电极1108电连接到快门层1114的零件上。具体地，渡通1116把行电极1104电连接到快门组件800的负荷支撑点814上，保持快门开放作动器802和804和快门关闭作动器806和808的顺性的负荷构件810以及快门812处于该行导体电位。另一个渡通经由快门开放作动器802和804共享的驱动支撑点822把快门开放电极1106电连接到快门开放作动器802和804的驱动梁820上。又一个渡通经由快门关闭作动器806和808共享的驱动支撑点822把快门关闭电极1108电连接到快门关闭作动器806和808的驱动梁820上。
快门层1114由一种润滑剂、真空或者空气与列导体1112分开，为快门812提供运动的自由度。在一个释放步骤中，把快门层1114中的运动件从相邻部件(除其支撑点814)机械地分开，该释放步骤可以是一种化学蚀刻或者灰化处理，这从所有运动部分之间去除一种牺牲材料。
用于该有源矩阵阵列中的该二极管、晶体三极管和/或电容器(为了图示简洁没有示出)可以三个功能层的现存结构中进行构图，或者它们可以被构成进分开的层中，该分开的层要么设置在该快门组件与该基片之间要么设置在该快门层的顶部上。反射表面段1105可以构图成该行和列导体电极的外延部分或者可以把它们构图成反射材料的独立的段或者电悬浮的段。作为可供选择的替代方案，反射表面段1105与其相关联的表面孔径光阑1110可以一起构图成一个第四功能层，设置在该快门组件和该基片之间，并且或用一种沉积的金属层或者用一种介电体镜形成。可以与层1104中的行导体电极分开地添加接地导体。当该行通过晶体三极管激励时，譬如在一个有源矩阵阵列的情况下，可能需要该分开的接地导体。该接地导体或可以与该行电极平行地布设(并且在该驱动电路中布线在一起)，或者该接地电极可以在该快门组件与该基片之间置于分开的层中。
除弹性的光调制器之外，显示装置可以包括双稳态光调制器，例如双稳态快门组件。如上文所说明，在一个弹性快门组件中的一个快门具有一个机械的稳定位置(“静止位置”)，同时所有其他快门位置是机械不稳定的。另一方面，例如，一个双稳态快门组件的快门具有两个机械稳定的位置，即开放的和关闭的位置。机械双稳态快门组件的优点是不要求电压去把该快门或保持在开放的位置或保持在关闭的位置。双稳态快门组件可以进一步细分成两个类：其中每个稳定位置是大体上能量相等的快门组件，和其中一个稳定位置能量上优于另一个机械稳定的位置的快门组件。
图12是相对于快门位置储存在三类快门组件中的一个位能的图解1200。实线1202对应于一个弹性的快门组件。点划线1204对应于一个有相等的能量稳定态的双稳态快门组件。虚线1206对应于一个有不相等的能量稳定态的双稳态快门组件。如在能量图解1200中所示，两类双稳态快门组件的能量曲线1204和1206的每个都包括两个局部最小值1208，对应于稳定的快门位置，譬如完全开放的位置1210和完全关闭的位置1211。如图中所示，必须对一个组件加以能量把其快门运动出对应于该局部最小值之一的位置。然而，对于有不相等能量的机械稳定快门位置的双稳态快门组件，开放一个快门1212所需要的功大于关闭快门1214所需要的功。另一方面，对于弹性的快门组件，开放该快门要求功1218，但是在去除该控制电压以后该快门自发地关闭。
图13A是一种双稳态快门组件的一个快门层1300的一个顶视图。快门层1300包括一个由两个双顺性电极作动器1304和1306驱动的快门1302。快门1302包括三个开槽的快门孔径光阑1308。一个双顺性电极作动器1304起一种快门开放作动器的作用。另一个双顺性电极作动器1306起一种快门关闭作动器的作用。
每个双顺性电极作动器1304和1306包括一个顺性的构件1310，该顺性的构件把快门1302，在约其直线轴线1312处，连接到位于快门层1300的角落中的两个负荷支撑点1314。顺性的构件1310每个都包括一个导电的负荷梁1316，该导电的负荷梁可以具有一个设置在其部分表面或其整个表面上的绝缘体。负荷梁1316起机械支承的作用，把快门1302物理地支承在于其上构成该快门组件的一个基片上方。作动器1304和1306每个还都包括两个从一个共享的驱动支撑点1320伸出的顺性的驱动梁1318。每个驱动支撑点1320都物理地和电气地把驱动梁1318连接到该基片上。作动器1304和1306的驱动梁1318从其对应的驱动支撑点1320向负荷梁1316连接到负荷支撑点1314处的负荷支撑点1314上的一些点弯曲开。在驱动梁1318中的这些弯曲起降低该驱动梁的硬度的作用，从而有助于降低该作动电压。
每个负荷梁1613都，例如，总体上弯曲成一种弧形的(或者正弦形的)形状。该弧的弯曲程度由负荷支撑点1314与负荷梁1316的长度之间的相对距离决定。负荷梁1316的弯曲部分为快门组件1300提供该双稳态性。由于负荷梁1316是顺性的，既可以把负荷梁1316向驱动支撑点1320弯曲，也可以把它从驱动支撑点1320弯曲开。该弧的方向取决于快门1302处于的位置而改变。如图中所示，快门1302在该关闭的位置。快门开放作动器1304的负荷梁1316从快门开放作动器1304的驱动支撑点1320弯曲开。快门关闭作动器1306的负荷梁1316朝向快门关闭作动器1306的驱动支撑点1320弯曲。
在工作中，为了改变状态，例如从关闭的向开放的改变，一个显示装置向快门开放作动器1304的驱动梁1318施加一个电位。该显示装置还可以向该快门开放作动器的负荷梁1316施加一个电位。在该驱动梁与该负荷梁之间的任何电位差，不论对地电位的符号如何，将在该梁之间产生一种静电力。所得出的快门开放作动器1304的驱动梁1318与负荷梁1316之间的电压造成一种静电力，把梁1316和1318拉向一起。如果该电压足够强，负荷梁1316形变直到其弯曲部分大体上颠倒为止，如在图13A中的快门关闭作动器中所示。
图13B示出双稳态作动的一般情况，包括图13A的情况的力对位移的演变。参见图13A和13B，总体上形变一个顺性的负荷梁所要求的力将随着位移量增加。然而在一种双稳态机构中，譬如在图13A中所示的那样，达到一个进一步的移行导致力降低的一个点(图13B中的点B)。在快门开放作动器1306的负荷梁1316与驱动梁1318之间施加足够的电压时，达到一种对应于图13B的点B的一种形变，在该点进一步地施加力导致一种大和自发的形变(一种“突越”)并且该形变在图13B中的点C达到静止。在去掉一个电压以后，该机构会松驰到一个稳定点，或者说零力的点。点D是这样的一个代表开放位置的松弛或稳定的点。为了沿相反的方向运动快门1302，首先需要在快门关闭作动器1306的负荷梁1316与驱动梁1318之间施加一个电压。还是达到一个进一步加力造成一种大且自发的形变的点(点E)。沿关闭方向进一步地加力造成一种由点F代表的形变。在去掉电压以后，该机构松驰到初始的并且稳定关闭的位置，即点A。
在图13A中，顺性的构件的长度长于该支撑点与该快门的固附点之间的直线距离。受该支撑点的约束，该负荷梁通过采取一种弯曲的形状找到一种稳定的形状，两个这样的形状构成位能中的局部最小值的配置。该负荷梁的其他配置涉及有附加变形能的形变。
对于制造在硅中的负荷梁，典型的设计宽度约0.2μm至约10μm。典型的设计长度约20μm至约1000μm。典型的设计梁厚度约0.2μm至约10μm。该负荷梁 预弯曲的量典型地大于设计宽度的三倍。
图13A的负荷梁可以设计得使两个弯曲了的位置之一接近一个全局的最小值，即具有最低能量状态或者松驰的状态，典型的是一种接近于在该梁中储存为形变或者应力的能量是零的状态。这样一种设计配置可以称为“预弯曲”的，主要地意味着，该顺性的构件的形状构图进该掩模，使得在从基片释放该快门组件以后要求少的形变或者不需要形变。该顺性的构件的设计的形状和弯曲的形状接近于其稳定的或者松驰的状态。这样一种松驰的状态适用于两个快门位置之一，要么是开放的位置，要么是关闭的位置。当把该快门组件切换到另一个稳定态(这可以称为一种亚稳定状态)时某种变形能将必须储存在该梁的形变中；因此这两个状态将有不相等的位能；并且与从该稳定态向该亚稳定状态运动相比较把该梁从亚稳定状态运动到稳定态将要求较少的电能。
然而，图13A的另一种设计配置可以说明为一种预应力设计。该预应力设计为两个稳定态设置等价的位能。这例如可以通过把该顺性的构件构图得在释放该快门组件时将大体上且自发地形变成其稳定形状(即该初始的状态设计成不稳定的)达到。优选的是该两个稳定的形状是相似的使得这些稳定态的每个的储存在该顺性的构件中的形变能量或者说变形能将是相似的。对于一种预应力设计，在开放的和关闭的快门位置之间运动所要求的功将会是相似的。
可以通过数个手段提供该快门组件的预应力条件。该条件可以是例如通过机械地封装该基片以在该系统中引入一种基片弯曲部分并且从而引入一种表面变形后制造地加入。一种预应力条件还可以施加成一个由加在该负荷梁上或者围绕该负荷梁加以的一种薄膜应力。这些薄膜应力由一种沉积工艺的特殊性造成。可以赋予一种薄膜应力的沉积参数包括沉积过程中的薄膜材料复合、沉积速度和离子轰击速度。
图13A中，该负荷梁当在每个其局部稳定态中是弯曲的并且该负荷梁还在稳定态之间中的所有形变的点都是弯曲的。然而，该顺性的构件可以包括任何数量的直的或者刚性的负荷梁的段，如在下面的图中将说明的那样。而且，在图18中将示出一种其中两个等价的稳定态都不具有、要求或者积累任何显著的形变或 者变形能的双稳态快门组件的设计。当在该稳定态之间运动时应力临时储存在该系统中。
图14是一个第二双稳态快门组件的快门层1400的一个顶视图。如以上参照图6说明的那样，降低对平面内运动的阻力趋向于减少该快门的平面外运动。快门层1400与快门层1300相似，例外的是快门层1400包括一个促进平面内运动的平面内硬度降低特征，和促进该状态之间的正确过渡的形变促进器。如同图13A的快门层1300那样，图14的快门层1400包括把负荷支撑点1404连接到一个快门1406的负荷梁1402。为了降低该快门组件的平面内硬度并且为了向负荷梁1402提供某种轴向顺性，负荷支撑点1404通过弹簧1404连接到负荷梁1402。弹簧1408可以用折褶、L支架或者负荷梁1402的弯曲的部分形成。
另外，负荷梁1402的宽度沿其长度变化。尤其是，该梁沿它们与负荷支撑点1404和快门1406相遇处的段较窄。沿负荷梁1402的负荷梁1402变宽处的点起限制负荷梁1402对较窄的段1410的形变的枢转点1410的作用。
图15是根据本发明的一个示例性实施方案的包括双顺性电极作动器的一种三稳态快门组件的一个快门层1500的一个顶视图。快门层1500包括一个快门开放作动器1502和一个快门关闭作动器1504。每个作动器1502和1504包括两个通过一个驱动支撑点1508物理地和电气地连接到一个显示装置的一个基片上。
快门开放作动器1502本身是一种具有一个机械稳定态的弹性作动器。如果不以其他方式约束，在作动以后快门开放作动器1502会返回其静止的状态。快门开放作动器1502包括两个负荷梁1510，这两个负荷梁在一端由L支架1514连接到负荷支撑点1512，并且在另一端经L支架1518连接到快门1516。在快门开放作动器1502的静止状态，负荷梁1510是直的。L支架1514和1518使得在作动快门开放作动器1502时负荷梁1510能够朝向快门开放作动器1502的驱动梁1506形变，并且在作动快门关闭作动器1504时能够从驱动梁1506形变离开。
快门关闭作动器1504类似地是内在弹性的。快门关闭作动器1504包括一个在一端连接到一个负荷支撑点1522的单个负荷梁1520。当不受应力时，即在其静止状态下，负荷梁1520是直的。在快门关闭作动器1504的负荷梁1520的对 置端，负荷梁1520连接到一个稳定器1524，该稳定器用在其端部和在其长度的中心连接的两个弯曲的顺性的梁1526形成。稳定器1524的梁1526具有两个机械稳定的位置：从快门关闭作动器1504弯曲开的(如图中所示)的位置和朝向快门关闭作动器1504弯曲的位置。
在工作中，如果开放作动器1502或者快门关闭作动器1504之一被激励，与快门1516被运动到一个作动了的位置的同时，快门关闭作动器1504的负荷梁1520受形变分别地向快门开放作动器1502或向快门关闭作动器1504的驱动梁1528弯曲。不论在哪个情况下，快门关闭作动器1504负荷梁1520的长度相对整个快门层1500的宽度减少，拉稳定器1524的梁1526向快门关闭作动器1504弯曲。在该激励了的作动器去激励以后，把稳定器1524的梁1526形变回其原来位置所需要的能量大于储存在作动器1502和1504的负荷梁1510和1520中的能量。必须向该系统增加另外的能量把快门1516返回到其静止位置。从而，在该快门组件中的快门1516有三个机械稳定的位置，开放、半开放和关闭的位置。
图16A-16C是双稳态快门组件1600的另一个实施方案的图解，示出在快门1602位置改变过程中快门组件1600的状态。快门组件1600包括一个由一对顺性支承梁1604物理地支承的快门1602。该支承梁借助于旋转铰链1605连接到支撑点1603以及快门1602。这些铰链可以理解为包括销子铰链、折褶或者薄连接器梁。没有应力施加到支承梁1604时，支承梁1604大体上是直的。
图16A示出快门1602在一个开放的位置，而图16B示出快门1602在过渡到该关闭位置的中途，而图16C示出快门1602在一个关闭的位置。快门组件1600依赖静电梳驱动进行作动。该梳驱动由一个刚性的开放电极1608和一个刚性的关闭电极1610组成。快门1602还取一种与该开放和关闭电极互补的梳形状。诸如图16中所示的梳驱动能够在合理长的移动距离上作动，但是却以降低作动力为代价。在一个梳驱动中的电极之间的初级电场一般地对准垂直于移行的方向，因此该作动力一般地不沿该梳驱动的内表面经受的最大电压力的线。
与以上说明的双稳态快门组件不同，并非依赖一个或者多个梁的特定弯曲部分提供机械稳定性，双稳态作动器1600依赖于其支承梁1604的直的松驰的状 态提供机械稳定性。例如，在图16A和16C中所示的其两个机械稳定的位置，顺性的支承梁1604在一个对快门组件1600的直线轴线1606的一个角度处大体上是直的。如在图161B中所示，其中快门1602从一个机械稳定的位置向另一个机械稳定的位置过渡，支承梁1604物理地形变或者弯曲以适应该运动。因此改变快门1602的位置所需要的力必须足以克服在顺性的支承梁1604上得出的应力。在快门组件1600的开放的与关闭的状态之间的任何能量差由旋转铰链1605中的一种少量的弹性能量提供。
快门1602通过支承梁1604连接在快门1602的任一侧的两个位置，连接到快门组件1600的任一侧的位置中的支撑点1603，从而减少快门1602绕其中心轴线的扭转或者旋转运动。使用连接到快门1602的对置侧上的分开的支撑点上的顺性的支撑梁1604还约束该快门沿一个直线的平移轴线的运动。在另一个实施方案中，可以把一对大体上平行的顺性支承梁1604连接到快门1602的每一侧。该四个支承梁的每个在独立且对置的点连接在快门1602上。这种平行四边形的支承快门1602的方法有助于保证能够有该快门的直线平移运动。
图17A示出一种双稳态快门组件1700，其中不论是在该快门组件的稳定位置17A-1和17A-3还是在一个过渡的位置17A-2中，包括进快门组件1700的梁1702大体上是刚性的而不是顺性的。快门组件1700包括一个由一对双顺性梁电极作动器1706驱动的快门1704。两个顺性的构件1710在一个表面1712的上方支承快门1704。顺性的构件1710连接到快门1704的对置侧。顺性的构件1710的其他端点连接到一个支撑点1714，把顺性的构件1710连接到表面1712。每个顺性的构件1710包括两个连接到一个折褶或者其他顺性的元件1718，譬如一个弹簧或者悬臂，的大体上刚性的梁1716上。即使在该顺性的构件中梁1716是刚性的，包括进顺性的元件1718使得顺性的构件1710作为整体能够以一种顺性的方式改变其形状以采取两个机械稳定的形状。允许该顺性的元件在该快门组件在或关闭或开放的位置松驰到其静止的状态(参见17A-1和17A-3)，从而两个最终状态都具有大体上相同的位能。完全不要求持续的梁弯曲或者梁应变建立该两个最终状态的稳定性，尽管在状态之间过渡过程中(参见17A-2)变形能储存在顺 性的元件1718中。
顺性的元件1718的形状是使得相对地易于快门1704的平面内平移同时限制该快门的平面外运动。
双稳态快门组件1700的作动由一对弹性的双顺性梁电极作动器1706完成，类似于用在图15中的作动器。在快门组件1700中作动器1706与顺性的构件1710物理地分开并且与之截然不同。顺性的构件1710为快门1704提供一种相对刚性的支承同时提供维持该开放的和关闭的状态所要求的双稳定性。作动器1706提供在该开放和关闭的状态之间切换该快门所需的驱动力。
每个作动器1706都包括一个顺性的负荷构件1720。顺性的负荷构件1720的一端连接到快门1704，而另一端游离。在快门组件1700中在作动器1706a中的该顺性的负荷构件不连接到支撑点也不以其他方式连接到表面1712。作动器1706的驱动梁1722连接到支撑点1724并且因此连接到表面1712。以此方式该作动的电压被降低。
图17B是一种双稳态快门组件1700b的图解，其中快门1702b设计成在作动时旋转。快门1702b在其由4个连接到四个支撑点1706b的顺性的支承梁1704b支承在沿其周边的四个点处。如同在图16中，顺性的支承梁1704b在其静止的状态大体上是直的。在旋转快门1702b时随着该支撑点与该快门周边之间的距离减少该顺性的构件将形变。有两个其中顺性的支承梁1704b大体上是直的低能量稳定态。1700b中的快门机构的优点是在快门1702b中完全没有质心运动。
快门组件1700b中的快门1702b有多个快门孔径光阑1708b，其每个都具有一种设计用于充分使用该快门的旋转运动的分段的形状。图18是一种包括热电作动器1802和1804的双稳态快门组件1800的图解。快门组件1800包括一种有一组开槽的快门孔径光阑1808的快门1806。热电作动器1802和1804连接到快门1806的任一侧，以在大体上平行于一个快门1806支承于其上方的表面1808的平面中横向地运动快门1806。快门1806从快门1806的任一侧上的两个位置连接到在快门组件1800的任一侧上的位置的负荷支撑点1807，有助于减少快门1806绕其中心轴线的任何扭转或者旋转运动。
每个热电的作动器1802和1804包括三个顺性的梁1810、1812和1814。顺性的梁1810和1812每个都薄于顺性的梁1814。每个梁1810、1812和1814都弯曲成一个s样形状，保持快门1806稳定地在位。
在工作中，为了把该快门的位置从开放的(如图中所示)改变到关闭的，电流流过一个包括梁1810和1814的电路。在每个作动器1802和1804中的薄梁1810发热得快于，并且因此也膨胀得快于厚梁1814。梁1810、1812和1814的来自其机械稳定的弯曲部分的膨胀力造成快门1806向该关闭位置的横向运动。为了开放快门1806，电流流经一个包括梁1812和1814的电路，造成一种类似的梁1812的不匀称的加热和膨胀，结果迫使快门1806返回该开放位置。
双稳态的快门组件可以使用一种无源矩阵阵列或者一种有源矩阵阵列驱动。图19是一个用于控制双稳态快门组件1902以产生一种图像的无源矩阵阵列1900的图解。如同有源矩阵阵列，譬如有源矩阵阵列900和1000，的情况那样，无源矩阵阵列1900在一个显示装置的一个基片1904上制造成的或者扩散的或者薄膜沉积的电路。总体上，无源矩阵阵列1900比有源矩阵阵列900和1000要求实施较少电路，并且更容易制造。无源矩阵阵列1900把该显示装置的基片1904上的快门组件1902划分成一个栅格的栅格段1906的行和列。每个栅格段1906可以包括一个或者多个双稳态快门组件1902。在该显示装置中，一个给定的栅格的行中的所有栅格段1906都共享一个单个的行电极1908。每个行电极1908都把一个可控制的电压源，譬如驱动器1910，电连接到快门组件1902的该负荷支撑点。一个列中的所有快门组件1902都共享两个公共的列电极，即一个快门开放电极1912和一个快门关闭电极1914。一个给定列的快门开放电极1912把一个驱动器1910电连接到该列中的快门组件1902的该快门开放作动器的驱动电极。一个给定列的快门关闭电极1914把一个驱动器1910电连接到该列中的快门组件1902的该快门关闭作动器的驱动电极。
快门组件1300、1400、1500、1600、1700a和1800对于使用一种无源矩阵阵列是可改变的，因为如果该作动器的两端的电压超过一个最小阈值电压，那么其机械双稳态性的特性使之能够在开放的和关闭的状态之间切换。如果编程驱动 器1910使得它们中没有一个将输出一种本身足以在开放的和关闭的状态之间切换该快门组件的电压，那么如果其作动器从两个相反的驱动器1910接收电压就会切换一个给定的快门组件。如果它从它的特定的其电压差超过该最小阈值电压的行和列接收电压就可以切换在一个特定的行和列的交点处的快门组件。
为了把一个快门组件1902的状态从一个关闭的状态改变到一个开放的状态，即开放快门组件1902，一个驱动器1910向对应于快门组件1902于其中所处于的栅格的行的行电极1908施加一个电位。一个第二驱动器1910向对应于快门组件1902于其中所处于的栅格的列的快门开放电极1912施加一个第二电位，在一些情况下该第二电位有相反的极性。为了把一个快门组件1902的状态从一个开放的状态改变到一个关闭的状态，即关闭快门组件1902，一个驱动器1910向对应于快门组件1902于其中所处于的该显示装置的行的行电极1908施加一个电位。一个第二驱动器1910向对应于快门组件1902于其中所处于的该显示装置中的列的快门关闭电极1914施加一个第二电位，在一些情况下该第二电位有相反的极性。在一个实施方案中，快门组件1902响应于施加到行电极1908和列电极1912或者1914之一的电位中的差超过一个预定的开关阈值而改变状态。
在一个实施方案中，为了形成一个图像，一个显示装置按顺序每次一行地设定该栅格中的快门组件1902的状态。对于一个给定的行，该显示装置首先通过向对应的行电极1908施加一个电位并且向所有快门关闭电极1914的施加一个电位脉冲来关闭该行中的每个快门组件1902。然后通过向快门开放电极1912施加一个电位并且向包括要开放的行中的快门组件1902的行的行电极1908施加一个电位，该显示装置开放光要经之通过的快门组件1902。在一个可供选择的替代工作模式中，取代于依次地关闭每行快门组件1902，在把该显示装置中的所有的行都置于正确的位置以形成一个图像以后，在同时对所有快门关闭电极1914和所有的行电极1908施加一个电位的同时该显示装置全局地复位所有的快门组件1902。在另一个可供选择的替代工作模式中，该显示装置放弃复位快门组件1902而只改变需要改变状态以显示后续的图像的快门组件1902的状态。已经提出几个成像的可供选择的替代驱动器控制方案以用于铁电的液晶显示器，其中的许多可 以包括进用于本文所述的机械双稳态显示器。这些技术说明于。Emst Lieder的“液晶显示器：驱动方案和电光学效果”(Wiley，纽约，2001年)中。
该显示器的物理布局往往在分辨率、孔径光阑面积和驱动电压的特性之间折衷。一般地追求小的像素尺寸以提高该显示器的分辨率。然而，随着像素尺寸变小，可用于快门孔径光阑的空间成比例地减少。设计人员寻求最大化孔径光阑比，因为这增加该显示器的亮度和功效。另外，一种小像素与大孔径光阑比的结合意味着支承该快门的顺性的构件中的大的角形变，这趋向于增加所要求的驱动电压和开关电路发散的能量。
图20A和20B表示两种把快门组件平铺进一个像素的阵列中以最大化致密的阵列中的该孔径光阑比并且最小化该驱动电压的方法。
例如图20A示出两个悬臂双梁电极基于作动器的快门组件2002和2004的平铺2000，平铺该快门组件用于从两个总体上三角形的快门组件2002和2004形成一个棱形像素2006。可以独立地也可以共同地控制快门组件2002和2004。图20A的棱形的平铺相当接近于一种矩形的平铺安排，并且在事实上适用于长宽比2∶1的一种矩形的像素。因为在每个矩形内可以建立两个快门组件，这样一种2∶1的矩形平铺安排可以进一步地固附或者建构在一个在行与列之间有一种方形的重复的距离的有源矩阵阵列的顶部上。因此可以建立该两个阵列中的像素之间的1对1的相关性。方形的像素阵列最常用于文本和画面图像的显示器。图20B中的布局的优点在于，理解为最大化每个三角形像素中的负荷梁的长度以降低在开放和关闭状态之间切换快门所要求的电压。
图20B是图13A的多个双稳态双顺性梁基于电极作动器的快门细件1300的示例性平铺。例如，与图14所示的双稳态双顺性梁基于电极作动器的快门组件1400相比较，快门组件1300的快门1302的宽度大体上小于快门组件1300的负荷支撑点1314之间的距离。尽管较窄的快门1302只允许较少光穿过每个快门组件1300，但是额外的空间可以利用于较紧密地封装快门组件1300而不损失负荷梁中的长度，如在图20B中所示。较长的负荷梁使之可以在该阵列中以降低的电压开关该快门。尤其是，较窄的快门1302使得快门组件1300的部分作动器1304和 1306能够交织相邻的快门组件1300的作动器1302与1304之间的间隙。然而图20B的交织的安排还可以映射到一种行和列的方形的安排，这是文本显示器的常见的像素配置。
快门组件的平铺或者像素安排不需要限于一种方形阵列的约束。还可以使用矩形的、棱形的或者六边形的像素阵列达到致密的平铺，所有这些都例如可以用于视频的和彩色的图像显示器。
图21是一种包括双顺性电极基于作动器的快门组件2102的显示装置2100的一个横剖视图。快门组件2102设置在一个玻璃基片2104上。一个设置在基片2104上的反射膜2106确定多个位于快门组件2102的快门2110的关闭的位置下方的表面孔径光阑2108。反射膜2106把不穿经表面孔径光阑2108的光向显示装置2100后侧反射回去。一个可选用的扩散器2112和一个可选用的亮度加强膜2114可以把基片2104与一个背光2116分开。背光2116由一个或者多个光源2118照明。例如，光源2118可以是例如，但是不限于，白炽灯、荧光灯、激光或者发光二极管。一个反射性膜2120设置在背光2116之后，向快门组件2102反射光。不穿经快门组件2102之一的从该背光发出的光线将会被送回到该背光并且再次从该膜2120反射。以此方式不离开该显示器在第一次通过时形成一个图像的光可以被回收并且使得能够用于经快门组件2102的阵列中的其他开放的孔径光阑透射。事实表明这样的光回收提高了该显示器的照明效率。一个盖板2122形成显示装置2100的前侧。盖板2122后侧可以覆以一种黑基质2124以提高对比度。盖板2122被支承得离开快门组件2102一个预定的距离，形成一个间隙2126。间隙2126由机械支承和/或由把盖板2122固附到基片2104上的一种环氧树脂密封件2128保持。优选地，环氧树脂2128应当具有优选地约200℃以下的一种固化温度，它应当具有优选地每摄氏度约50ppm以下的热膨胀系数并且应当是耐水的。一种示例的环氧树脂2128是由Epoxy Technology公司销售的EPO-TEK B9021-1。
环氧树脂密封件2128密封在一种工作流体2130中。工作流体2130设计有优选地约10厘泊以下的粘度并且有优选地约2.0以上的相对介电常数，并且介电击穿强度约104V/cm以上。工作流体2130还可以起一种润滑剂的作用。其机械 的和电气的特征还对降低于开放的和关闭的位置之间运动该快门所需要的电压起作用。在一个实施方案中，工作流体2130优选地具有一种低的折射系数，优选地低于约1.5。在另一个实施方案中工作流体2130具有与基片2104折射系数匹配的折射系数。适用的工作流体2130包括，但是不限于去离子水、甲醇、乙醇、硅油、氟化硅油、二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷和二乙基苯。
一片金属或者模制的塑料组件支架2132围绕边缘把盖板2122、快门组件2102、基片2104、背光2116和其他的部件部分保持在一起。用螺丝或者榫接片紧固组件支架2132以增加组合的显示装置2100的刚性。在一些实施方案中，由一种环氧树脂灌注混合物在适当的位置模制光源2188。
图22是包括快门组件2202的一个显示组件2200的横剖视图。快门组件2202设置在一个玻璃基片2204上。
显示组件2200包括一个由一个或者多个光源2218照明的背光2216。光源2118可以是例如，但是不限于，白炽灯、荧光灯、激光或者发光二极管。一个反射性膜2220设置在背光2216之后，向快门组件2202反射光。
基片2204被定向为使得快门组件2202面向背光2216。
插入在背光2216与快门组件2202之间的一种供选用的扩散器2212和一种供选用的亮度加强膜2214。还插入在背光2216与快门组件2202之间的是一个孔径光阑板2222。一个反射性膜2224设置在孔径光阑板2222上并面向快门组件。反射性膜2224确定多个位于快门组件2202的快门2210的关闭位置下方的表面孔径光阑2208。孔径光阑板2222被支承得离开快门组件2202一个预定的距离，形成一个间隙2226。间隙2226由机械支承和/或由把孔径光阑板2222固附到基片2204上的一种环氧树脂密封件2228保持。
反射性膜2224把不穿经表面孔径光阑2208的光向显示组件2200的后侧反射回。不穿经快门组件2202之一的从该背光发出的光线将会被送回到该背光并且再次从该膜2220反射。以此方式不离开该显示器在第一次通过时形成一个图像的光可以被回收并且使得能够用于经快门组件2202的阵列中的其他开放的孔径光阑透射。已经表明这样的光回收提高了该显示器的照明效率。
基片2204形成显示组件2200的前侧。一个设置在基片2204上的吸收膜2206确定多个位于快门组件2202与基片2204之间的表面孔径光阑2230。膜2206设计用于吸收环境光并且因此提高该显示器的对比度。
环氧树脂2228应当具有优选地约200℃以下的一种固化温度，它应当具有优选地每摄氏度约50ppm以下的热膨胀系数并且应当是耐水的。一种示例的环氧树脂2228是由Epoxy Technology公司销售的EPO-TEK B9021-1。
环氧树脂密封件2228密封在一种工作流体2232中。工作流体2232设计有优选地约10厘泊以下的粘度并且有优选地约2.0以上的相对介电常数，并且介电击穿强度约104V/cm以上。工作流体2232还可以起一种润滑剂的作用。其机械的和电气的特征还对降低于开放的和关闭的位置之间运动该快门所需要的电压起作用。在一个实施方案中，工作流体2232优选地具有一种低的折射系数，优选地低于约1.5。在另一个实施方案中工作流体2232具有与基片2204的折射系数匹配的折射系数。适用的工作流体2232包括，但是不限于，去离子水、甲醇、乙醇、硅油、氟化硅油、二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、六甲基二硅氧烷和二乙基苯。
一片金属或者模制的塑料组件支架2234围绕边缘把孔径光阑板2222、快门组件2202、基片2204、背光2216和其他的部件部分保持在一起。用螺丝或者榫接片紧固组件支架2234以增加组合的显示组件2200的刚性。在一些实施方案中，由一种环氧树脂灌注混合物在适当的位置模制光源2218。
Claims (31)
1.一种显示装置，包括：
一个基片；
一个微机械作动器，包括
一个第一顺性的电极，其在一个位置上支撑到该基片上，使第一顺性的电极悬于所述基片上方；和
一个第二顺性的电极，其在一个位置上支撑到该基片上，使第二顺性的电极悬于所述基片上方并接近于该第一顺性的电极布置，并且响应于该第一和第二顺性的电极的两端施加的一个电压把该第一和第二顺性的电极拉到一起；和
一个连接到该微机械作动器的调制器，该调制器调制光，以便在该显示装置上形成一种图像。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二顺性的电极中的至少一个在至少两个位置上支撑到该基片上。
3.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二顺性的电极中的至少一个在该第二顺性的电极的直线中心支撑到该基片上。
4.如权利要求1所述的显示装置，其中该调制器直接连接到该第一和第二顺性的电极之一上。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二顺性的电极具有第一和第二长度，并用该第一和第二顺性的电极沿该对应的第一和第二长度的大部分是顺性的。
6.如权利要求1所述的显示装置，其中该微机械作动器在该调制器上的一个第一位置连接到该调制器，该显示装置包括在该调制器上的一个第二位置连接到该调制器上的一个第二微机械作动器。
7.如权利要求1所述的显示装置，包括一个连接到该调制器上的第二微机械作动器。
8.如权利要求1所述的显示装置，包括一个连接到该微机械作动器的背光用于提供一个光源以形成该图像。
9.如权利要求1所述的显示装置，其中响应于施加在该第一和第二顺性的电极之间的电压，渐进地把该第一和第二顺性的电极拉到一起。
10.如权利要求1所述的显示装置，其中该调制器包括一个快门。
11.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二顺性的电极的高度至少是该第一和第二顺性的电极的宽度的1.4倍。
12.如权利要求1所述的显示装置，其中该第一和第二顺性的电极是0.5μm至5μm宽。
13.如权利要求10所述的显示装置，其中该快门限定了多个快门孔径光阑以使得光能够穿经该快门以形成该图像。
14.如权利要求1所述的显示装置，还包括限定一个孔径光阑的一个第二基片，并且其中该调制器布置得接近于该第二基片，并且该调制器通过选择性地与穿经该孔径光阑的光相互作用形成该图像。
15.如权利要求14所述的显示装置，其中该基片包括限定了沉积在一个透明的基片上的该孔径光阑的一个反射性膜。
16.如权利要求14所述的显示装置，其中该调制器通过对光进行遮挡、反射、吸收和过滤中的一种与该光相互作用。
17.如权利要求16所述的显示装置，其中该调制器包括一个反射性的表面。
18.如权利要求16所述的显示装置，其中该调制器包括一个光吸收材料。
19.如权利要求16所述的显示装置，其中该调制器包括一种颜色滤光器。
20.如权利要求1所述的显示装置，包括一个电连接到该第一顺性的电极的可控制的电压源。
21.如权利要求20所述的显示装置，其中该电压源电连接到该第一和第二顺性的电极之一的至少一个第一端。
22.如权利要求20所述的显示装置，其中该电压源电连接到该第一和第二顺性的电极之一的第一和第二端。
23.如权利要求20所述的显示装置，其中该电压源配置成一种无源矩阵阵列。
24.如权利要求20所述的显示装置，其中该电压源配置成一种有源矩阵阵列。
25.如权利要求1所述的显示装置，其中该调制器具有两个机械稳定的位置。
26.如权利要求25所述的显示装置，其中，在该机械稳定的调制器位置之一，该第一和第二顺性的电极弯曲成一种第一弯曲的形状，并且在该两个机械稳定的调制器位置的第二个，该第一和第二顺性的电极的至少一个弯曲成一种第二弯曲的形状。
27.如权利要求25所述的显示装置，其中，响应于该微机械作动器的激励，该第一和第二顺性的电极的至少一个从一个第一稳定形状形变到一个第二稳定形状。
28.如权利要求1所述的显示装置，包括向该调制器提供一种恢复力的一个弹性构件。
29.如权利要求28所述的显示装置，其中该弹性构件是一个弹簧。
30.如权利要求1所述的显示装置，包括设置在该第一和第二顺性的电极的至少一个上的一个绝缘体。
31.如权利要求30所述的显示装置，其中该绝缘体具有2.0以上的一个介电常数。
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: American California Patentee after: Pixtronix, Inc. Address before: Massachusetts, USA Patentee before: Pixtronix, Inc. |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170103 Address after: American California Patentee after: NUJIRA LTD. Address before: American California Patentee before: Pixtronix, Inc. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111005 Termination date: 20190223 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |