CN104820283A - Mems光阀及其制作方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS光阀及其制作方法、显示装置，该MEMS光阀包括衬底、设置在所述衬底上的固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。本发明提供的MEMS光阀，通过将固定光栅的第一电极条以及可动光栅的第二电极条设为非平面状，从而能够增大电极条的面积，当固定光栅与可动光栅之间具有电位差时，能够有效提高两者之间的静电力，进而提高MEMS光阀在暗态与亮态之间的转换速度。

Description

MEMS光阀及其制作方法、显示装置

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种MEMS光阀及其制作方法、显示装置。

背景技术

目前，微机电开关(MEMS：Micro-Electro-Mechanical Systems)技术作为未来显示的一个发展方向，其在功耗方面相对LCD有着不可比拟的优势，在利用MEMS技术实现的显示装置中，其利用MEMS光阀替换液晶层，通过MEMS光阀控制背光源发出的光的透光率，从而实现图像的显示。

图1是现有技术中的一种MEMS光阀的结构示意图，其包括固定在衬底10’上的固定光栅20’以及与固定光栅20’相对设置的可动光栅30’，其显示原理是：当固定光栅20’与可动光栅30’之间具有电位差时，固定光栅20’、可动光栅30’带有异种电荷，使得固定光栅20’与可动光栅30’之间产生静电力，在静电力的作用下，可动光栅与位于其下方的固定光栅20’形成有相对位移(如图2所示)，进而使得透过固定光栅20’的光线可以有选择性地透过可动光栅30’，实现光阀在暗态与亮态之间的转换。然而，对于采用上述MEMS光阀实现的显示装置，为提高显示效果，MEMS光阀必须具备良好的开关能力，因此，如何提高MEMS光阀在暗态与亮态之间转换速度是目前亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高MEMS光阀在暗态与亮态之间的转换速度。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明的技术方案提供了一种MEMS光阀，包括衬底、设置在所述衬底上的固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。

进一步地，所述非平面状为以下的任一形状：凹状、凸状、凹凸状。

进一步地，所述第一电极条的横截面形状和/或所述第二电极条的横截面形状为V字型。

进一步地，所述第一电极条的横截面与所述第二电极条的横截面的形状相同。

进一步地，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面以及所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面均为凸状或均为凹凸状。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种显示装置，包括上述任一的MEMS光阀。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种MEMS光阀的制作方法，包括：

在衬底上形成固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。

进一步地，所述非平面状为以下的任一形状：凹状、凸状、凹凸状。

进一步地，所述第一电极条的横截面形状和/或所述第二电极条的横截面形状为V字型。

进一步地，所述第一电极条的横截面与所述第二电极条的横截面的形状相同。

进一步地，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面以及所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面均为凸状或均为凹凸状。

(三)有益效果

本发明提供的MEMS光阀，通过将固定光栅的第一电极条以及可动光栅的第二电极条设为非平面状，从而能够增大电极条的面积，当固定光栅与可动光栅之间具有电位差时，能够有效提高两者之间的静电力，进而提高MEMS光阀在暗态与亮态之间的转换速度。

附图说明

图1是现有技术中的一种MEMS光阀的结构示意图；

图2是图1所示的MEMS光阀在暗态与亮态之间转换的示意图；

图3是本发明实施方式提供的第一种MEMS光阀的结构示意图；

图4是图3所示的MEMS光阀在暗态与亮态之间转换的示意图；

图5是本发明实施方式提供的第二种MEMS光阀的结构示意图；

图6是本发明实施方式提供的第三种MEMS光阀的结构示意图；

图7是图6所示的MEMS光阀在暗态与亮态之间转换的示意图；

图8是本发明实施方式提供的第四种MEMS光阀的结构示意图；

图9是本发明实施方式提供的第五种MEMS光阀的结构示意图；

图10～图15是本发明实施方式提供的一种制作MEMS光阀的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施方式提供了一种MEMS光阀，该MEMS光阀包括衬底、设置在所述衬底上的固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。

其中，在本发明中，固定光栅中的第一电极条以及可动光栅的第二电极条均由不透明的导电材料形成，当固定光栅与可动光栅之间具有电位差时，可动光栅被两者间产生的静电力所驱动，与固定光栅形成相对位移，进而使得透过固定光栅的光线可以有选择性地透过可动光栅，实现光阀在暗态与亮态之间的转换。

本发明实施方式提供的MEMS光阀，通过将固定光栅的第一电极条以及可动光栅的第二电极条设为非平面状，从而能够增大电极条的面积，当固定光栅与可动光栅之间具有电位差时，能够有效提高两者之间的静电力，进而提高MEMS光阀在暗态与亮态之间转换速度。

其中，上述的非平面状可以为以下的任一形状：凹状、凸状、凹凸状，将光栅的结构做成褶皱状结构。例如，所述第一电极条的横截面形状和/或所述第二电极条的横截面形状可以为V字型。

参见图3，图3是本发明实施方式提供的第一种MEMS光阀的结构示意图，该MEMS光阀包括衬底10、设置在所述衬底10表面上的固定光栅20以及与所述固定光栅20相对的可动光栅30，所述固定光栅20包括多个第一电极条21，多个第一电极条间21隔设置以构成光栅结构，可动光栅30包括多个第二电极条31，所述多个第二电极条31间隔设置以构成光栅结构，其中，第一电极条21的横截面为V字状，第二电极条31的横截面为平面状；

如图4所示，当固定光栅与可动光栅之间具有电位差时，可动光栅被两者间产生的静电力所驱动，与固定光栅形成有相对位移，由于第一电极条21的横截面的形状均为V字状，其正对可动光栅30的表面面积增加为平面状结构时的1/cos(α)，因此，固定光栅20与可动光栅30之间的静电力F增加，进而有效提高MEMS光阀在暗态与亮态之间的转换速度。

参见图5，图5是本发明实施方式提供的第二种MEMS光阀的结构示意图，其与图1所示的MEMS光阀不同之处在于，第一电极条21的横截面为平面状，第二电极条31的横截面为V字状。

优选地，第一电极条的横截面以及第二电极条的横截面均为V字状，并且第一电极条的横截面与第二电极条的横截面的形状相同。参见图6，图6是本发明实施方式提供的第三种MEMS光阀的结构示意图，该MEMS光阀包括衬底10、设置在所述衬底10表面上的固定光栅20以及与所述固定光栅20相对的可动光栅30，所述固定光栅20包括多个第一电极条21，多个第一电极条间21隔设置以构成光栅结构，可动光栅30包括多个第二电极条31，多个第二电极条31间隔设置以构成光栅结构，其中，第一电极条21以及第二电极条31的横截面均为V字状，并且两者的横截面的形状相同；

如图7所示，当固定光栅与可动光栅之间具有电位差时，可动光栅被两者间产生的静电力所驱动，与固定光栅形成有相对位移，由于第一电极条21及第二电极条31的横截面的形状均为V字状，相比只有一个电极条为非平面状时，两光栅间的静电力F进一步增加，从而进一步地提高MEMS光阀在暗态与亮态之间的转换速度。

优选地，上述电极条的表面形状可以为凸状或凹凸状，相比电极条为平面状的结构，能够进一步地减小两光栅之间的间距，根据以下静电力公式(1)看出，通过减小两光栅之间的距离d，从而能够进一步地提高两光栅之间的静电力，提高MEMS光阀的反应速度；

$F=E*q=E*CU=\frac{U}{d}*CU=\frac{{\mathrm{CU}}^2}{d}=\frac{{\mathrm{\ϵSU}}^2}{4{\mathrm{\πkd}}^2}~\frac{\mathrm{\ϵ}S}{d^2}---\left(1\right)$

其中，F是固定光栅和可动光栅的静电力，S是固定光栅和可动光栅之间的交叠面积，d是固定光栅和可动光栅之间的距离，其中ε是固定光栅和可动光栅之间介质的介电常数，K为静电力常量，U为两光栅之间的电势差。例如，参见图8，图8是本发明实施方式提供的第四种MEMS光阀的结构示意图，该MEMS光阀包括衬底10、设置在所述衬底10表面上的固定光栅20以及与所述固定光栅20相对的可动光栅30，所述固定光栅20包括多个第一电极条21，多个第一电极条间21隔设置以构成光栅结构，可动光栅30包括多个第二电极条31，多个第二电极条31间隔设置以构成光栅结构，其中，第一电极条21朝向可动光栅的表面为凹凸状，第二电极条31朝向固定光栅的表面为平面状。

优选地，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面以及所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面均为凸状或均为凹凸状。图9是本发明实施方式提供的第五种MEMS光阀的结构示意图，其与图8所示的MEMS光阀不同之处在于，第一电极条21朝向可动光栅的表面以及第二电极条31朝向固定光栅的表面均为凹凸状，从而能够进一步地减小两光栅之间的间距，有效增加两者间的静电力，进而进一步地提高MEMS光阀的反应速度。

本发明实施方式还提供了一种显示装置，包括上述任意一种的MEMS光阀。其中，本发明实施方式提供的显示装置可以是笔记本电脑显示屏、电视、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。

本发明实施方式还提供了一种MEMS光阀的制作方法，包括：

在衬底上形成固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。

其中，所述非平面状为以下的任一形状：凹状、凸状、凹凸状。

例如，所述第一电极条的横截面形状和/或所述第二电极条的横截面形状可以为V字型，优选地，所述第一电极条的横截面与所述第二电极条的横截面的形状相同。

优选地，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面以及所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面均为凸状或均为凹凸状。

例如，上述的MEMS光阀的制作方法可以包括：

S1：在衬底10上形成一层感光树脂层40，其结构如图10所示；

S2：采用掩膜板50进行对感光树脂层40进行曝光，如图11所示，掩膜板50上的透光区域(用作在感光树脂层上形成凹陷的区域)的尺寸D小于曝光设备的分辨极限，因此，曝光后在感光树脂层40上的光能量分布如图11所示，其中，区域41为感光树脂层40中的被曝光的部分，区域42为未被曝光的部分，可以看到，由于掩膜板透光区域的尺寸D过小，光能量不够，区域41的截面形状近似半圆状；

S3：将感光树脂层40进行显影，显影后感光树脂层如图12所示，在感光树脂层表面形成多个近似半圆形的凹状结构；

S4：在感光树脂层40上形成一层不透明的导电薄膜2，如图13所示，由于感光树脂层的表面形成多个凹状结构，相应形成的导电薄膜2的表面也形成有多个凹状结构；

S5：对导电薄膜2进行图案化处理，从而形成固定光栅20，如图14所示，形成的固定光栅包括多个间隔设置的第一电极条，每一个电极条的截面形状为近似半圆形的凹状结构；

S6：在固定光栅20上形成牺牲层60，而后在牺牲层60上形成可动光栅30，其结构如图15所示，而后再去除牺牲层60得到相应结构的MEMS光阀。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (11)

1.一种MEMS光阀，其特征在于，包括衬底、设置在所述衬底上的固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。

2.根据权利要求1所述的MEMS光阀，其特征在于，所述非平面状为以下的任一形状：凹状、凸状、凹凸状。

3.根据权利要求2所述的MEMS光阀，其特征在于，所述第一电极条的横截面形状和/或所述第二电极条的横截面形状为V字型。

4.根据权利要求3所述的MEMS光阀，其特征在于，所述第一电极条的横截面与所述第二电极条的横截面的形状相同。

5.根据权利要求2所述的MEMS光阀，其特征在于，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面以及所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面均为凸状或均为凹凸状。

6.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的MEMS光阀。

7.一种MEMS光阀的制作方法，其特征在于，包括：

在衬底上形成固定光栅以及与所述固定光栅相对的可动光栅，所述固定光栅包括多个第一电极条，所述多个第一电极条间隔设置以构成光栅结构，所述可动光栅包括多个第二电极条，所述多个第二电极条间隔设置以构成光栅结构，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面和/或所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面为非平面状。

8.根据权利要求7所述的MEMS光阀的制作方法，其特征在于，所述非平面状为以下的任一形状：凹状、凸状、凹凸状。

9.根据权利要求8所述的MEMS光阀的制作方法，其特征在于，所述第一电极条的横截面形状和/或所述第二电极条的横截面形状为V字型。

10.根据权利要求9所述的MEMS光阀的制作方法，其特征在于，所述第一电极条的横截面与所述第二电极条的横截面的形状相同。

11.根据权利要求7所述的MEMS光阀的制作方法，其特征在于，所述第一电极条朝向所述可动光栅的表面以及所述第二电极条朝向所述固定光栅的表面均为凸状或均为凹凸状。