CN107709224A - 用于微机电系统静摩擦减少的硅烷改性流体 - Google Patents

Abstract

本发明提供在流体填充过程期间减少静摩擦的装置及方法。装置(400)可包含两个衬底(404,422)，其中在所述衬底中的至少一者上有可移动MEMS组件。所述装置可包含在所述两个衬底之间并环绕或至少部分环绕所述可移动MEMS组件的流体(430)，其中所述流体可充当用于所述可移动MEMS组件的润滑剂。所述流体可为掺杂有表面能改性剂的液体溶液，其中所述表面能改性剂包含非极性官能团R。在一些实施中，所述非极性官能团R可选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。

Description

用于微机电系统静摩擦减少的硅烷改性流体

优先权请求

本申请案请求2015年7月2日提交且标题为“用于微机电系统静摩擦减少的硅烷改性流体(SILANE MODIFIED FLUID FOR MEMS STICTION REDUCTION)”的美国专利申请案第14/790,633号的优先权，所述申请案特此全部以引用的方式并出于所有目的并入。

技术领域

本发明涉及以流体填充的MEMS装置，且更具体来说涉及具有掺杂有表面能改性剂以减少流体填充过程期间的静摩擦效应的流体的MEMS装置。

背景技术

机电系统(EMS)包含具有电及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件(例如镜面及光学薄膜)及电子元件的装置。EMS装置或元件可以多种尺度来制造，包含(但不限于)微尺度及纳米尺度。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有范围为约一微米到数百微米或更大的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(包含(例如)小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及/或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电及机电装置的其它微机械加工过程来产生机电元件。

一些基于MEMS的装置为基于MEMS的显示装置，其包含安置于衬底上并布置成阵列的多个可移动MEMS组件。可移动MEMS组件的实例可包含快门，其中所述快门可起作用以调制穿过基于MEMS的显示装置的光的通过。在一些实施中，基于MEMS的装置可用可充当可移动MEMS组件的润滑剂的流体填充。在一些实施中，流体也可用以为基于MEMS的装置提供某些光学及电性质。然而，例如快门的可移动MEMS组件可易受流体填充过程期间静摩擦的影响，其中可移动MEMS组件可粘附并变得“粘住”在基于MEMS的装置中的另一表面。

发明内容

本发明的系统、方法及装置各具有若干新颖方面，其中无单一者单独负责本文中所公开的合乎需要的属性。

本发明中所描述的主题的一个新颖方面可在一种装置中实施。所述装置包含第一衬底、与第一衬底相对的第二衬底、在第二衬底上方的多个可移动MEMS组件、在第一衬底与第二衬底之间并环绕可移动MEMS组件的流体，及用于结合第一衬底与第二衬底并在所述装置中封闭流体的密封件，其中流体包含含有非极性官能团R的表面能改性剂。

在一些实施方案中，非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。在一些实施中，表面能改性剂包含硅原子、非极性官能团R及可水解基团R′，其中可水解基团R′是选自由以下组成的群组：烷氧基、酰氧基、胺及氯。在一些实施方案中，表面能改性剂是在流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。在一些实施方案中，第一衬底包含光圈板且第二衬底包含MEMS衬底，其中MEMS衬底的内表面具有比光圈板的内表面高的表面能。在一些实施方案中，表面能改性剂能够减少MEMS衬底的表面能。在一些实施方案中，流体包含有机溶剂。表面能改性剂溶解于有机溶剂中。在一些实施方案中，可移动MEMS组件中的每一者包含在基于快门的MEMS光调制器中的快门。

本发明中所描述的主题的另一新颖方面可在一种装置中实施。所述装置包含第一衬底、与第一衬底相对的第二衬底、在第二衬底上方的多个可移动MEMS组件(其中可移动MEMS组件的表面的表面能大于第一衬底的表面能)，及在第一衬底与第二衬底之间并环绕可移动MEMS组件的流体。流体包含溶剂及用于改性可移动MEMS组件的表面的表面能的物质，其中表面能改性物质包含非极性官能团R。所述装置进一步包含用于结合第一衬底与第二衬底并在装置中封闭流体的密封件。

在一些实施方案中，非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。在一些实施方案中，表面能改性物质包含硅原子、非极性官能团R及可水解基团R′，其中可水解基团R′是选自由以下组成的群组：烷氧基、酰氧基、胺及氯。在一些实施方案中，表面能改性物质是在流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。

本发明中所描述的主题的另一新颖方面可实施于一种方法中。所述方法包含：提供第一衬底；提供与第一衬底相对的第二衬底；在第二衬底上方形成多个可移动MEMS组件；将第一衬底结合到第二衬底；及使用在第一衬底与第二衬底之间的流体填充装置，其中流体环绕可移动MEMS组件并包含表面能改性剂，所述表面能改性剂包含非极性官能团R。

在一些实施方案中，非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。在一些实施方案中，表面能改性剂是在流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。在一些实施方案中，流体中的表面能改性剂在填充期间防止可移动MEMS组件与第一衬底或第二衬底之间的静摩擦。在一些实施方案中，所述方法进一步包含将装置退火到大于约100℃的温度。

本发明中所描述的主题的一或多个实施方案的细节在附图及以下描述中阐述。其它特征、方面及优势将从描述、图式及权利要求书变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可不按比例绘制。

附图说明

图1A展示实例直观式基于微机电系统(MEMS)的显示设备的示意图。

图1B展示实例主机装置的框图。

图2A及2B展示实例双致动器快门组合件的视图。

图3展示根据一些实施方案的实例快门组合件的透视图。

图4展示以流体填充的实例MEMS装置的横截面示意图。

图5A展示实例MEMS装置中的MEMS元件阵列的图像，其说明在MEMS装置以流体填充之后的静摩擦效应。

图5B展示实例MEMS装置中的MEMS元件阵列的图像，其说明在MEMS装置以流体填充之后通过表面能改性剂减少静摩擦效应。

图6A展示说明具有表面羟基的实例MEMS表面的横截面示意图。

图6B展示说明具有与流体相互作用的改性表面的实例MEMS表面的横截面示意图。

图6C展示说明在退火过程之后具有改性表面的实例MEMS表面的横截面示意图。

图7展示说明用于制造装置的实例过程的流程图。

图8A及8B展示包含多个显示元件的实例显示装置的系统框图。

各种图式中的相同元件符号及名称指示相同元件。

具体实施方式

以下描述针对出于描述本发明的新颖方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的一般技术人员将容易认识到，本文中的教示可按许多不同方式来应用。所描述的实施可实施于能够显示图像(无论是运动(例如，视频)还是固定(例如，静止图像)的，且无论是文本、图形还是图片)的任何装置、设备或系统中。除并入有来自一或多个显示技术的特征的显示器以外，本发明中所提供的概念及实例可适用于多种显示器，例如液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、场发射显示器及基于机电系统(EMS)及微机电(MEMS)的显示器。

所描述的实施可包含于例如(但不限于)以下各者的多种电子装置中或与所述电子装置相关联：移动电话、具备多媒体因特网能力的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能电话、装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持型或便携式计算机、迷你笔记本计算机、笔记本计算机、智能笔记本计算机、平板计算机、打印机、影印机、扫描器、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航器、相机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、摄录影机、游戏控制台、腕表、可穿戴式装置、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表及速度计显示器)、座舱控制件及/或显示器、相机景观显示器(例如，车辆中的后视相机的显示器)、电子相片、电子广告牌或标识、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、卡式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、清洗机、干燥器、清洗机/干燥器、停车计时器、封装(例如，在包含微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用以及非EMS应用中的封装)、美学结构(例如，在一件珠宝或服装上对图像的显示)及多种EMS装置。

本文的教示也可用于非显示器应用中，例如(但不限于)：电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速计、回转仪、运动传感装置、磁力计、用于消费型电子装置的惯性组件、消费型电子产品的部分、可变电抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造过程及电子测试设备。因此，所述教示并不打算限于仅在诸图中所描绘的实施方案，而实情为，具有广泛适用性，如将对所属领域的一般技术人员显而易见。

装置可用用以使装置中的可移动MEMS组件润滑的流体填充。流体可掺杂有表面能改性剂以减少流体填充过程期间的静摩擦效应。表面能改性剂可包含非极性官能团R。表面能改性剂可能够减少装置中的表面(例如可移动MEMS组件的表面)的表面能。在一些实施方案中，非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。在一些实施方案中，表面能改性剂包含硅原子、非极性官能团R及可水解基团R′，其中可水解基团R′是选自由以下组成的群组：烷氧基、酰氧基、胺及氯。在一些实施方案中，表面能改性剂是在流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。举例来说，流体与表面能改性剂的容积百分比率可为20:1、50:1、100:1或大于100:1。

可实施本发明中所描述的主题的特定实施方案以实现以下潜在优势中的一或多者。装置的流体中的表面能改性剂减轻可在流体填充过程期间发生在装置中的表面之间的静摩擦。这可导致“粘住”较少可移动MEMS组件，否则可另外导致减少的装置性能及甚至装置失效。具有表面能改性剂的流体不仅可改善装置性能，而且可减少成本及将与释放“粘住”MEMS组件相关联的延迟。此外，表面能改性剂可减少可移动MEMS组件上的表面能且类似于低能量表面涂层而起作用，而非沉积薄膜或从组装单层(SAM)涂层以获得低能量表面。沉积薄膜及SAM涂层可涉及额外制造步骤及设备，其可使这些薄膜或涂层的沉积繁琐、耗时且昂贵。然而，具有表面能改性剂的流体可在功能上获得低能量表面涂层而不会带来与沉积薄膜及SAM涂层相关联的成本。举例来说，制备表面能改性剂及在流体中溶解表面能改性剂的过程与制备及沉积薄膜及SAM涂层的过程相比可相对简单。

图1A展示实例直观式基于MEMS的显示设备100的示意图。显示设备100包含布置成行及列的多个光调制器102a到102d(一般来说，光调制器102)。在显示设备100中，光调制器102a及102d处于打开状态，从而允许光通过。光调制器102b及102c处于关闭状态，从而阻碍光通过。如果由一或多个灯105照射，那么通过选择性设定光调制器102a到102d的状态，显示设备100可用以形成用于背光显示的图像104。在另一实施方案中，设备100可通过反射源从设备的前方的环境光而形成图像。在另一实施方案中，设备100可通过反射来自定位于显示器前方的一或多个灯(即，通过使用前照灯)的光而形成图像。

在一些实施方案中，每个光调制器102对应于图像104中的像素106。在一些其它实施方案中，显示设备100可利用多个光调制器在图像104中形成像素106。举例来说，显示设备100可包含三个色彩特定光调制器102。通过选择性打开对应于特定像素106的色彩特定光调制器102中的一或多者，显示设备100可在图像104中产生彩色像素106。在另一实例中，显示设备100包含按每个像素106两个或更多个光调制器102以在图像104中提供明度电平。关于图像，像素对应于由图像的分辨率定义的最小像元。关于显示设备100的结构组件，术语像素指用以调制形成图像的单个像素的光的组合式机械与电组件。

显示设备100为直观式显示器，这是因为其可能不包含通常在投影应用中发现的成像光学装置。在投影显示器中，将形成于显示设备的表面上的图像投影到屏幕上或投影到墙壁上。显示设备大体上小于所投影的图像。在直观式显示器中，图像可通过直接查看显示设备而看到，所述显示设备含有光调制器及任选地存在的用于增强在显示器上见到的亮度及/或对比度的背光或面光。

直观式显示器可以透射或反射模式操作。在透射式显示器中，光调制器过滤或选择性地阻挡源自位于显示器后方的一或多个灯的光。来自灯的光视情况注入到光导或背光中，使得每个像素可得到均匀照射。透射性直观式显示器常常建置到透明衬底上以促进含有光调制器的一个衬底位于背光的上的夹层组合件布置。在一些实施方案中，透明衬底可为玻璃衬底(有时被称作玻璃板或面板)或塑料衬底。玻璃衬底可为或包含(例如)硼硅酸盐玻璃、紫红玻璃、熔融二氧化硅、碱石灰玻璃、石英、人造石英、派热克斯玻璃(Pyrex)或其它合适的玻璃材料。

每个光调制器102可包含快门108及光圈109。为照射图像104中的像素106，快门108定位成使得其允许光通过光圈109。为保持像素106未被照射，快门108定位成使得其阻碍光通过光圈109。通过穿过每个光调制器102中的反射或光吸收材料而图案化的开口定义光圈109。

显示设备还包含耦合到衬底及光调制器以用于控制快门的移动的控制矩阵。所述控制矩阵包含一系列电互连件(例如互连件110、112及114)，所述电互连件包含：每像素行至少一个写入启用互连件110(也称为扫描线互连件)；用于每个像素行的一个数据互连件112；及一个共同互连件114，其将共同电压提供到所有像素或至少提供到来自显示设备100中的多个列和多个行的像素。响应于适当电压(写入启用电压V_WE)的施加，用于给定像素列的写入启用互连件110使所述列中的像素预备接受新的快门移动指令。数据互连件112以数据电压脉冲的形式传达新的移动指令。在一些实施方案中，施加到数据互连件112的数据电压脉冲直接促成快门的静电移动。在一些其它实施方案中，数据电压脉冲控制开关(例如控制独立驱动电压到光调制器102的施加的晶体管或其它非线性电路元件，独立驱动电压量值通常比数据电压高)。这些驱动电压的施加导致快门108的静电驱动移动。

控制矩阵也可包含(但不限于)电路，例如与每个快门组合件相关联的晶体管及电容器。在一些实施方案中，每个晶体管的栅极可电连接到扫描线互连件。在一些实施方案中，每个晶体管的源极可电连接到对应数据互连件。在一些实施方案中，每个晶体管的漏极可并联电连接到对应电容器的电极及对应致动器的电极。在一些实施方案中，与每个快门组合件相关联的电容器及致动器的另一电极可连接到共同或地面电位。在一些其它实施方案中，晶体管可用半导体二极管或金属-绝缘体-金属切换元件替换。

图1B展示实例主机装置120(即，手机、智能型手机、PDA、MP3播放器、平板计算机、电子阅读器、迷你笔记本计算机、笔记本计算机、手表、可穿戴式装置、膝上型计算机、电视或其它电子装置)的框图。主机装置120包含显示设备128(例如图1A中所展示的显示设备100)、主机处理器122、环境传感器124、用户输入模块126及电源。

显示设备128包含多个扫描驱动器130(也称作写入启用电压源)、多个数据驱动器132(也称作数据电压源)、控制器134、共同驱动器138、灯140到146、灯驱动器148及显示元件150(例如图1A中所展示的光调制器102)的阵列。扫描驱动器130将写入启用电压施加到扫描线互连件131。数据驱动器132将数据电压施加到数据互连件133。

在显示设备的一些实施方案中，数据驱动器132能够将模拟数据电压提供到显示元件150的阵列，尤其在图像的明度电平将以模拟方式导出的情况下。在模拟操作中，显示元件经设计以使得在通过数据互连件133施加一系列中间电压时，在所得图像中产生一系列中间照明状态或明度电平。在一些其它实施方案中，数据驱动器132能够将减少的一组(例如，2个、3个或4个)数字电压电平施加到数据互连件133。在显示元件为基于快门的光调制器(例如图1A中所展示的光调制器102)的实施方案中，这些电压电平经设计以数字方式设定快门108中的每一者的打开状态、关闭状态或其它离散状态。在一些实施方案中，驱动器能够在模拟与数字模式之间切换。

扫描驱动器130及数据驱动器132连接到数字控制器电路134(也被称作控制器134)。控制器134以主要串行方式将按顺序组织的数据(在一些实施方案中，其可经预定、由行及由图像帧而分组)发送到数据驱动器132。数据驱动器132可包含串行到并列数据转换器、电平偏移及(用于一些应用)数字到模拟电压转换器。

显示设备任选地包含一组共同驱动器138，其也被称作共同电压源。在一些实施方案中，共同驱动器138提供DC共同电位到显示元件150的阵列内的所有显示元件，例如，通过供应电压到一系列共同互连件139。在一些其它实施方案中，共同驱动器138按照来自控制器134的命令发出电压脉冲或信号到显示元件150的阵列，所述电压脉冲或信号为(例如)能够驱动及/或起始阵列的多个行及列中的所有显示元件的同时致动的全域致动脉冲。

用于不同显示器功能的驱动器(例如扫描驱动器130、数据驱动器132及共同驱动器138)中的每一者可通过控制器134而在时间上同步化。来自控制器134的时序命令协调通过灯驱动器148进行的红色、绿色、蓝色及白色灯(分别为140、142、144及146)的照射、显示元件150的阵列内的特定行的写入启用及定序、来自数据驱动器132的电压的输出，及提供用于显示元件致动的电压的输出。在一些实施方案中，灯为发光二极管(LED)。

控制器134确定可供将显示元件中的每一者复位到适于新图像104的照射电平的定序或寻址方案。可以周期性时间间隔来设定新图像104。举例来说，对于视频显示，按范围为10赫兹(Hz)到300赫兹的频率刷新视频的彩色图像或帧。在一些实施方案中，将到显示元件阵列150的图像帧的设定与灯140、142、144及146的照射同步，使得替代图像帧通过交替的一系列色彩(例如，红色、绿色、蓝色及白色)照射。每个相应色彩的图像帧被称为色彩子帧。在被称作场序色彩方法的这个方法中，如果色彩子帧以超过20Hz的频率交替，那么人类视觉系统(HVS)将交替帧图像平均化成具有广泛及连续色彩范围的图像的感知。在一些其它实施方案中，灯可采用除红色、绿色、蓝色及白色以外的原色。在一些实施方案中，少于四个或多于四个的具有原色的灯可用于显示设备128中。

在一些实施方案中，在显示设备128设计成用于快门(例如图1A中所展示的快门108)在打开状态与关闭状态之间的数字切换的情况下，控制器134通过分时灰度的方法形成图像。在一些其它实施方案中，显示设备128可通过每像素使用多个显示元件来提供灰度。

在一些实施方案中，图像状态的数据是由控制器134按个别行(也被称作扫描线)的顺序寻址而载入到显示元件阵列150。对于序列中的每一行或扫描线，扫描驱动器130将写入启用电压施加到用于显示元件阵列150的所述行的写入启用互连件131，且随后数据驱动器132为阵列的选定行中的每一行供应对应于所需快门状态的数据电压。这个寻址过程可重复直到数据已载入显示元件阵列150中的所有行为止。在一些实施方案中，用于数据载入的选定行的序列为线性的，在显示元件150的阵列中从顶部向下进行到底部。在一些其它实施方案中，选定行的序列为伪随机的，以便减少潜在视觉伪影。且在一些其它实施方案中，定序按块组织，其中对于一块，用于图像的某一部分的数据被载入到显示元件阵列150。举例来说，序列可实施成按顺序寻址显示元件阵列150的每第五行。

在一些实施方案中，用于将图像数据载入到显示元件150的阵列的寻址过程在时间上与致动显示元件的过程分离。在这个实施方案中，显示元件阵列150可包含用于每个显示元件的数据存储器元件，且控制矩阵可包含用于携载来自共同驱动器138的触发信号以根据存储于存储器元件中的数据起始显示元件的同时致动的全域致动互连件。

在一些实施方案中，显示元件150的阵列及控制所述显示元件的控制矩阵可以除矩形行及列以外的配置来布置。举例来说，可按六方阵列或曲线行及列来布置显示元件。

主机处理器122通常控制主机装置120的操作。举例来说，主机处理器122可为用于控制便携式电子装置的通用或专用处理器。关于包含于主机装置120内的显示设备128，主机处理器122输出图像数据以及关于主机装置120的额外数据。所述信息可包含：来自环境传感器124的数据(例如环境光或温度)；关于主机装置120的信息(包含(例如)主机的操作模式或主机装置的电源中剩余的电量)；关于图像数据的内容的信息；关于图像数据的类型的信息；及/或供显示设备128用于选择成像模式的指令。

在一些实施方案中，用户输入模块126能够直接地或通过主机处理器122将用户的个人偏好传送到控制器134。在一些实施方案中，用户输入模块126通过软件控制，在所述软件中用户输入个人偏好，例如，色彩、对比度、功率、亮度、内容及其它显示设定及参数偏好。在一些其它实施方案中，用户输入模块126由用户输入个人偏好的硬件控制。在一些实施方案中，用户可通过语音命令、一或多个按钮、开关或拨号盘或利用触控能力输入这些偏好。到控制器134的多个数据输入导向控制器将数据提供到对应于最优成像特性的各种驱动器130、132、138及148。

还可包含环境传感器模块124以作为主机装置120的一部分。环境传感器模块124可能够接收关于周围环境的数据，例如温度及或环境照明条件。传感器模块124可经编程以(例如)区分装置是否在室内或办公室环境中对比明亮白天中的户外环境对比夜间户外环境操作。传感器模块124将所述信息传达到显示器控制器134，使得控制器134可响应于周围环境而使检视条件优化。

图2A及2B展示实例双致动器快门组合件200的视图。如描绘于图2A中的双致动器快门组合件200处于打开状态。图2B展示处于关闭状态的双致动器快门组合件200。快门组合件200包含快门206的任一侧上的致动器202及204。每个致动器202及204独立地控制。第一致动器(快门打开致动器202)用以打开快门206。第二对置致动器(快门关闭致动器204)用以关闭快门206。致动器202及204中的每一者可实施为柔性梁电极致动器。致动器202及204通过大体上在平行于光圈层207(快门悬置于其上方)的平面中驱动快门206来打开及关闭快门206。通过附接于致动器202及204的锚定器208将快门206悬置于光圈层207上方的短距离处。使致动器202及204沿其快门的移动轴线附接于快门206的对置末端减少了快门206的平面外运动，且将运动大体上限制到平行于衬底(未描绘)的平面。

在所描绘的实施方案中，快门206包含光可通过的两个快门光圈212。光圈层207包含一组三个光圈209。在图2A中，快门组合件200处于打开状态中，且因而，快门打开致动器202已致动，快门关闭致动器204处于其松弛位置中，且快门光圈212的中心线与光圈层光圈209中的两者的中心线重合。在图2B中，快门组合件200已移动到关闭状态，且因而快门打开致动器202处于其松弛位置中，快门关闭致动器204已致动，且快门206的光阻挡部分现处于适当位置中以阻挡光穿过光圈209的透射(描绘为点线)。

每个光圈具有在其周边周围的至少一个边缘。举例来说，矩形光圈209具有四个边缘。在圆形、椭圆形、卵形或其它曲形光圈形成于光圈层207中的一些实施方案中，每个光圈可具有单个边缘。在一些其它实施方案中，光圈不需要分开或在数学意义上不相交，而是可连接。即，虽然光圈的部分或成形区段可维持与每个快门的对应性，但这些区段中的若干者可连接以使得光圈的单个连续周边由多个快门共享。

为了允许光以多种出射角通过处于打开状态的光圈212及209，快门光圈212的宽度或大小可设计成大于光圈层207中的光圈209的对应宽度或大小。为了有效阻挡光在关闭状态中逸出，快门206的光阻挡部分可设计成与光圈209的边缘重叠。图2B展示在快门206中的光阻挡部分的边缘与形成于光圈层207中的光圈209的一个边缘之间的重叠部216，所述重叠部在一些实施方案中可经预定义。

静电致动器202及204设计成使得其电压位移行为向快门组合件200提供双稳态特性。对于快门打开及快门关闭致动器中的每一者，存在低于致动电压的一系列电压，如果在所述致动器处于关闭状态(其中快门打开或关闭)时施加，那么其将使致动器保持关闭及使快门保持在适当位置，即使在将驱动电压施加到对置致动器后也如此。与这个反作用力相抵维持快门的位置所需的最小电压被称作维持电压V_m。

图3展示根据一些实施方案的实例快门组合件的透视图。快门组合件300可类似于参考图2A及2B所展示及描述的快门组合件200。然而，在快门组合件300中的快门302包含光可通过的至少三个光圈312。在一些实施方案中，快门组合件300可为具有单个致动器的单致动器快门组合件的实例。

快门组合件300可并入于基于MEMS的装置中。快门组合件300可包含耦合到致动器304的快门302。致动器304可由两个单独柔性梁致动器305(“致动器305”)形成。快门306耦合到致动器305的一侧。致动器305在大体上平行于表面303的运动平面中在表面303上方横向移动快门302。快门302的相对侧耦合到提供与由致动器304所施加的作用力相反的复原力的弹簧307。

每个致动器305包含将快门302连接到负载锚定器308的柔性负载梁306。负载锚定器308与柔性负载梁306一起充当机械支撑件，使快门302保持接近于表面303悬置。表面303包含用于准许光通过的一或多个光圈孔311。负载锚定器308将柔性负载梁306及快门302物理连接到表面303，且将负载梁306电连接到偏压电压(在一些情况下，接地)。

如果衬底为不透明的(例如硅衬底)，那么光圈孔311通过穿过衬底蚀刻大量孔而形成于所述衬底中。如果衬底为透明的(例如玻璃或塑料衬底)，那么光圈孔311形成在沉积于衬底上的光阻挡材料层中。光圈孔311的形状可一般为圆形、椭圆形、多边形、蛇形或不规则形。

每个致动器305还包含柔性驱动梁316，所述驱动梁邻近每个负载梁306而定位。驱动梁316在一端上耦合到驱动梁316之间共享的驱动梁锚定器318。每个驱动梁316的另一端自由移动。每个驱动梁316弯曲以使得其最接近靠近驱动梁316的自由端及负载梁306的锚定端的负载梁306。

在操作中，并入光调制器300的显示设备通过驱动梁锚定器318施加电位到驱动梁316。可施加第二电位到负载梁306。驱动梁316与负载梁306之间的所得电位差将驱动梁316的自由端朝向负载梁306的锚定端拉动，且将负载梁306的快门端朝向驱动梁316的锚定端拉动，借此朝向驱动锚定器318横向驱动快门302。柔性构件306充当弹簧，以使得在跨越梁306及316电位去除电压时，负载梁306将快门302推回到初始位置，从而释放存储在负载梁306中的应力。

例如光调制器300的光调制器并入了被动复原力(例如弹簧)，以用于在电压去除后使快门返回到其休止位置。其它快门组合件可并入“打开”及“关闭”致动器的双重集合及“打开”及“关闭”电极的单独集合，以用于使快门移动到打开状态或关闭状态中。

图4展示以流体填充的实例MEMS装置的横截面示意图。MEMS装置400可包含第一衬底422及与第一衬底422相对的第二衬底404。第一衬底422可被称作盖板或光圈板。在一些实施方案中，第一衬底422可充当透明的盖。第二衬底404可提供上面可建置、放置、定位或形成各种显示元件、可移动MEMS组件、薄膜晶体管(TFT)及其它装置组件的表面。第二衬底可被称为背板或MEMS衬底。在一些实施方案中，第一衬底422及第二衬底404可由相同材料制成。举例来说，第一衬底422及第二衬底404可各自包含塑料、玻璃或其它合适的透明材料。在一些实施方案中，第二衬底404可包含不透明或半透明材料，例如硅。

MEMS装置400可包含多个MEMS元件或MEMS显示元件402。所述多个MEMS显示元件402可布置成显示元件阵列，其可表示显示器中的像素。数百、数千或数百万个像素可布置成数百或数千个行及数百或数千个列。MEMS显示元件402中的每一者可由一或多个TFT驱动。在一些实施方案中，MEMS显示元件402可包含基于快门的光调制器(快门组合件)。参考图1A中的光调制器102、图1B中的显示元件150、图2A及2B中的双致动器快门组合件200及图3中的快门组合件300讨论基于快门的光调制器的实例。

所述多个MEMS元件402可包含多个可移动MEMS组件403，其中可移动MEMS组件403可定位于第二衬底404上方。可移动MEMS组件403中的每一者可配置成响应于所施加电压而致动。在一些实施方案中，可移动MEMS组件403可经致动到打开、关闭及中间位置以用于每个MEMS显示元件402。

MEMS装置400可用流体430填充或至少部分地填充。流体430可含于第一衬底422与第二衬底404之间。流体430可在MEMS装置400内部环绕可移动MEMS组件403或至少部分环绕可移动MEMS组件403。MEMS装置400包含用于流体430的液体溶液，其中液体溶液润湿或大体上润湿可移动MEMS组件403的表面。液体溶液可充当可移动MEMS组件403的润滑剂。

当MEMS装置400密封时，流体430可在MEMS装置400中封闭在两个衬底422与404之间。MEMS装置400可包含密封流体430的密封件428。密封件428可安置于两个衬底422与404之间，使得两个衬底422及404可彼此结合或附接。在一些实施方案中，可沿MEMS装置400的周边提供密封件428。可应用不同类型的密封件以形成密封件428。在一些实施方案中，密封件428可包含非气密或半气密密封件，例如环氧粘着剂。在一些实施方案中，密封件428可包含气密密封件，例如玻璃粉或焊料。在一些实施方案中，间隙426定义于两个衬底422与404之间，其中间隙426通过机械支撑件或间隔件427以及通过密封件428维持。

在图4中，MEMS装置400可为并入了多个基于快门的光调制器402的MEMS显示装置。每个基于快门的光调制器402可包含快门403及锚定器405。未展示柔性梁致动器，当其连接在锚定器405与快门403之间时有助于将快门403悬置于表面上方的短距离处。基于快门的光调制器402安置于第二衬底404上，其中所述衬底可由塑料、玻璃或任何其它合适的衬底材料制成。当快门403在关闭位置中时，安置于第二衬底404上的后部面向反射层(例如反射薄膜406)定义定位在快门403下方的多个表面光圈408。快门403的关闭位置可表示配置成大体上阻挡光通过表面光圈408的快门403的位置。反射薄膜406将未通过表面光圈408的光朝向MEMS显示装置400的后部反射回去。反射薄膜406可为通过许多气相沉积技术按薄膜方式形成的无内含物的细粒金属薄膜，所述气相沉积技术包含溅镀、蒸镀、离子电镀、激光切除或化学气相沉积(CVD)。在一些实施方案中，后部面向反射薄膜406可由反射镜(例如电介质反射镜)形成。电介质反射镜可制造为在高折射率与低折射率材料之间交替的电介质薄膜的堆叠。分离快门403与反射薄膜406的垂直间隙(在所述间隙内快门403自由移动)在0.5微米到10微米范围内。举例来说，垂直间隙可为1微米、2微米、5微米或大于5微米。垂直间隙的量值可能小于关闭状态中的快门403的边缘与表面光圈408的边缘之间的横向重叠。

在一些实施方案中，MEMS显示装置400可包含将第二衬底404与平面光导416分离的可选漫射体412及/或可选增亮薄膜414。光导416可包含透明材料。光导416可由一或多个光源418照射，从而形成背光。光源418可为(例如且不限于)白炽灯、荧光灯、激光或发光二极管(LED)。反射器419可有助于将光从光源418朝向光导416导向。前方面向反射薄膜420可安置在光导416后方，从而将光朝向基于快门的光调制器402反射。来自光导416的未通过基于快门的光调制器402中的一者的光线(例如光线421)将返回到光导416并再次从前方面向反射薄膜420反射。以这种方式，未能离开MEMS显示装置400以在首次通过时形成图像的光可再循环并可用于透射穿过在基于快门的光调制器402的阵列中的其它打开光圈。已展示这类光再循环以用以增加显示器的照射效率。

光导416可包含一组几何光再导向器或棱镜417，所述光再导向器或棱镜将来自光源418的光朝向光圈408再导向且因此朝向显示器的前方再导向。可将光再导向器417模制到光导416的塑料主体中，模制形状可交替为三角形、梯形或弯曲截面的形状。光再导向器417的密度通常随距光源418的距离而增加。

在一些实施方案中，反射薄膜406可由光吸收材料制成，且在一些其它实施方案中，快门403的表面可涂布有光吸收材料或光反射材料。在一些其它实施方案中，反射薄膜406可直接沉积于光导416的表面上。在一些实施方案中，反射薄膜406无需安置于与快门403及锚定器405相同的衬底上。

在一些实施方案中，光源418可包含不同色彩的灯，例如，红色、绿色及蓝色。可通过顺序地用不同色彩的灯按足够供人脑将不同色彩的图像平均化成单个多色彩图像的速率照射图像来形成彩色图像。使用基于快门的光调制器402的阵列形成各种色彩特定图像。在一些其它实施方案中，光源418包含具有三种以上不同色彩的灯。举例来说，光源418可具有红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及白色(W)灯，或红色、绿色、蓝色及黄色(Y)灯。在一些其它实施方案中，光源418可包含青色(C)、洋红色(M)、黄色及白色灯或红色、绿色、蓝色及白色灯。在一些其它实施方案中，额外灯可包含在光源418中。举例来说，如果使用五种色彩，那么光源418可包含红色、绿色、蓝色、青色及黄色灯。在一些其它实施方案中，光源418可包含白色、橙色(O)、蓝色、紫色(P)及绿色灯，或白色、蓝色、黄色、红色及青色灯。如果使用六种色彩，那么光源418可包含红色、绿色、蓝色、青色、洋红色及黄色灯，或白色、青色、洋红色、黄色、橙色及绿色灯。

第一衬底或盖板422可形成MEMS显示装置400的前方。盖板422的后侧可覆盖有黑色基质424以增加对比度。在一些其它实施方案中，盖板422包含彩色滤光器，例如对应于基于快门的光调制器402的不同者的相异红色、绿色及蓝色滤光器。可远离基于快门的光调制器402某一距离支撑盖板422，从而形成间隙426。间隙426可由机械支撑件或间隔件427维持及/或由使盖板422附接到第二衬底404的粘着密封件428维持。

粘着密封件428可在流体430中密封。流体430可工程化以具有低于约10厘泊的粘度及具有高于约2.0的相对介质常数以及高于约10⁴V/cm的介质击穿强度。流体430还可充当润滑剂，例如用于MEMS显示装置400中的移动部分的润滑剂。在一些实施方案中，流体430为具有高表面湿润能力的疏水性液体。在一些实施方案中，流体430具有大于或小于第二衬底404的折射率的折射率。

MEMS显示装置400可并入数百、数千或(在一些状况下)数百万个移动部分。在一些实施方案中，移动部分的每次移动提供静摩擦机会，从而造成停用所述移动部分中的一或多者。所述移动可通过在流体430中浸没所有移动部分及使用粘着密封件428在两个衬底422与404之间的间隙426内密封流体而促进。流体430通常为长期具有低摩擦系数、低粘度及最小降解效应的流体。当MEMS显示装置400包含用于流体430的液体溶液时，液体溶液环绕或至少部分环绕MEMS显示装置400的移动部分。在一些实施方案中，为了减少致动电压，液体可具有低于约70厘泊的黏度。在一些实施方案中，液体可具有低于约10厘泊的黏度。具有低于70厘泊的黏度的液体可包含具有低分子量的材料：低于4000克/摩尔，或在一些状况下低于400克/摩尔。也可适合于这类实施的流体430包含(但不限于)：去离子水、甲醇、乙醇及其它醇、石蜡、烯烃、醚、硅酮油、氟化硅酮油或其它天然或合成溶剂或润滑剂。可用流体可为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，例如六甲基二硅氧烷及八甲基三硅氧烷或烷基甲基硅氧烷类，例如己基五甲基二硅氧烷。可用流体可为烷烃，例如辛烷或癸烷。可用流体可为硝基烷烃，例如硝基甲烷。可用流体可为芳香族化合物，例如甲苯或二乙苯。可用流体可为酮，例如丁酮或甲基异丁酮。可用流体可为氯碳化合物，例如氯苯。可用流体可为氯氟碳化物，例如二氯一氟乙烷或氯三氟乙烯。考虑用于这些显示器组合件的其它流体包含乙酸丁酯及二甲基甲酰胺。用于这些显示器的其它可用流体包含氢氟醚、全氟聚醚、氢氟聚醚、戊醇及丁醇。合适氢氟醚的实例包含乙基九氟丁基醚及2-三氟甲基-3-乙氧基十二氟己烷。

薄片金属或模制塑料组合件托架432可将第一衬底422、第二衬底404、光导416及其它组件部分围绕边缘固持在一起。可用螺钉或内缩突片紧固组合件托架432以为MEMS显示装置400添加硬度。在一些实施方案中，可在适当的位置通过环氧灌注化合物模制光源418。反射器436可有助于使从光导416的边缘逸出的光返回到光导416。图4中未描绘的是提供控制信号以及电力到基于快门的光调制器402及光源418的电互连件。

如较早所讨论，流体430可充当MEMS装置400的移动机械部分(例如基于快门的光调制器402的快门403)的润滑剂。作为润滑剂，流体430的化学性质可经选择以具有低表面能，以便最小化与移动机械部分的相互作用。举例来说，流体430可包含硅酮油或其它有机溶剂。在一些实施方案中，流体430可为MEMS装置400提供某些光学及电学性质。

在一些实施方案中，第一衬底422的面向流体430的表面与第二衬底404的面向流体430的表面相比可具有不同表面能。举例来说，第一衬底422的表面能可相对较低而第二衬底404的表面能可相对较高。在一些实施方案中，第一衬底422的内表面可包含金属氧化物。在一些实施方案中，第二衬底404的内表面可包含以下中的至少一者：硅、氮化物(例如SiNx、AlN等)、氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃等)及金属(例如Al、Ti、Au、Pt等)。第二衬底404的内表面可包含可移动MEMS组件403中的至少一者的层，其中可移动MEMS组件403的层可与流体430相互作用。在一些实施方案中，可移动MEMS组件403中的每一者可包含在基于快门的MEMS光调制器中的快门。

在以流体430填充MEMS装置400的过程期间，电荷可累积在流体430的某些部分中。这可部分归因于第一衬底422、流体430及第二衬底404的表面能的差异而产生。当MEMS装置400以流体430填充时，电荷可迁移离开MEMS装置400的某些部分并进入流体430中。所述电荷迁移也可归因于可移动MEMS组件403与流体430之间的摩擦由摩擦电效应产生。举例来说，摩擦可由快门403在打开位置与关闭位置之间的移动而产生。带电表面之间的摩擦(包含具有低表面能的流体430与可移动MEMS组件403的具有高表面能的层之间的摩擦)可引起电荷迁移及累积在流体430的某些部分中。在一些实施方案中，与带电表面的摩擦不相关的电荷迁移可引起电荷累积。

当在MEMS装置400中在衬底422与衬底404之间提供流体430时，流体430跨越衬底422及404的内表面的移动可以不同速度发生。在一些实施方案中，流体430跨越第一衬底422的内表面的速度与流体430跨越第二衬底404的内表面的速度相比可较快。在流体430与第二衬底404的内表面之间产生的摩擦可引起电荷迁移到流体430中并朝向第一衬底422的内表面迁移。

不论原因如何，电荷积累可在MEMS装置400的操作中产生不合需要的影响。具体来说，电荷积累可在MEMS装置400的各种部分之间产生静电力。电荷积累可引起各种可移动MEMS组件403的不合需要的移动。如果电荷积累靠近第一衬底422发生，那么电荷积累可对可移动MEMS组件403施加朝向第一衬底422的内表面的静电力。因此，朝向第一衬底422拉动可移动MEMS组件403。在可移动MEMS组件403配置成侧向地移动的情况下，电荷积累可在可移动MEMS组件403的预期运动的平面外的方向上对可移动MEMS组件施加静电力。

当朝向第一衬底422拉动可移动MEMS组件403时，可移动MEMS组件403可粘住或粘附于第一衬底422的内表面。举例来说，可移动MEMS组件403可在非所要打开、关闭或中间位置中被粘住。这种现象可被称为“填充静摩擦”。在一些实施方案中，在电荷积累足够大的情况下，静电力可利用足够作用力拉动可移动MEMS组件403以折弯或不可逆地损坏可移动MEMS组件403。这可使得可移动MEMS组件403永久地损坏及不可操作。

图5A展示说明在MEMS装置以流体填充之后的静摩擦效应的实例MEMS装置中的MEMS元件阵列的图像。流体可包含硅酮油。MEMS装置500a可包含MEMS元件501的阵列，其中MEMS元件501的阵列可形成显示器。当MEMS装置500a以流体填充时，流体填充过程可相对剧烈，使得前方流体的速度在MEMS装置500a的表面与流体之间产生摩擦。摩擦产生摩擦电力，使得MEMS元件501的表面与MEMS装置500a的另一表面之间产生电荷亲和力。这可导致一或多个MEMS元件501粘着到MEMS装置500a的表面，从而导致将MEMS元件502“粘住”在非所要打开、关闭或中间状态中。粘住MEMS元件502可导致显示器中的不可操作像素。如图5A中所展示，这些像素可呈现为黑点或变暗点。

为减少填充期间的静摩擦效应，一些方法可将薄膜或SAM涂层施加到MEMS装置中的衬底的内表面。薄膜或SAM涂层可减少内表面的表面能，使得低表面能涂层与流体相互作用。低表面能涂层可包含可涂布MEMS装置中的整个表面以减少静摩擦的可能性的钝化有机涂层。

返回到图4，如果SAM涂层沉积在第一衬底422及第二衬底404的内表面中的一或两者上，那么SAM涂层将减少由与第一衬底422及/或第二衬底404相互作用的流体430产生的电荷积累。因此，第一衬底422及第二衬底404的内表面中的一或两者的表面能的降低可减轻填充静摩擦问题。然而，SAM涂层到MEMS装置400的沉积需要额外涂布过程，其可能需要额外处理设备以及额外时间及成本。此外，所述额外时间对于基于MEMS的显示器可较大，其中用于沉积SAM涂层的时间对于5.1英寸显示器而言可为数小时。在一些实施方案中，可花费甚至更多时间在形成结合线之后围绕结合线(例如，环氧填充位置)沉积SAM涂层，或在形成结合线之前沉积SAM涂层但在结合线待随后形成的情况下去除SAM涂层。

流体可掺杂有表面能改性剂，而不是沉积薄膜或SAM涂层以减少填充静摩擦效应。表面能改性剂可与流体混合或以其它方式与流体合并，其中表面能改性剂可能够减少MEMS装置中的衬底的一或两个内表面的表面能。表面能改性剂可在流体填充过程的同时减少MEMS装置中的衬底的一或两个表面的表面能。因此，表面能改性剂可减少流体与MEMS装置的内表面之间的摩擦。表面能改性剂可包含非极性官能团R。官能团R可为有机化合物内出现的原子基团。非极性官能团R可为缺乏偶极矩的原子基团。举例来说，非极性官能团R可具有极性键的对称或大体上对称布置。下文更详细讨论非极性官能团的实例。在一些实施方案中，在流体中并入表面能改性剂可减少填充静摩擦效应同时避免或减轻与沉积薄膜或SAM涂层相关联的成本。

图5B展示实例MEMS装置中的MEMS元件阵列的图像，其说明在MEMS装置以流体填充之后通过表面能改性剂减少静摩擦效应。流体可包含具有例如十八烷基三氯硅烷(OTMS)的表面能改性剂的硅酮油，其中硅酮油与OTMS的容积百分比率为100:1。然而，应理解硅酮油与OTMS的容积百分比率可为任何合适数量以达成静摩擦减少，例如20:1、50:1、100:1或大于100:1的容积百分比率。类似于图5A中的MEMS装置500a，MEMS装置500b可包含MEMS元件503的阵列。当流体包含表面能改性剂(例如OTMS)时，较少MEMS元件503可被“粘住”。实际上，MEMS元件503中无一者在MEMS装置500b中呈现为黑点或变暗点，借此展示在并入表面能改性剂情况下填充静摩擦减少的改善。

表1到3展示填充静摩擦效应，其比较仅具有硅酮油的流体、具有OTMS的流体及具有苯乙基三甲氧基硅烷(PETMS)的流体。640×480像素显示器中的一些像素可处于非所要打开或关闭状态中。可在填充之前及之后获得像素显示器的图像，使得可确定由于流体填充过程而在非所要打开或关闭状态中的像素的数目。静摩擦百分比可通过获取之前及之后的差值并将所述差值除以像素显示器中的像素的总数目而计算出。

表1：仅具有硅酮油的流体

表2：具有硅酮油及在1容积百分比下的OTMS的流体

表3：具有硅酮油及在1容积百分比下的PETMS的流体

来自表1的数据展示在没有表面能改性剂情况下大于0.7％的像素由于流体填充过程而经受静摩擦。来自表2的数据展示通过并入在1容积百分比下的OTMS与硅酮油，约0.2％的像素由于流体填充过程而经受静摩擦。此外，来自表3的数据展示通过并入在1容积百分比下的PETMS与硅酮油，小于0.1％的像素由于流体填充过程而经受静摩擦。这表明包含表面能改性剂可大体上减少填充静摩擦效应。

填充静摩擦减少可使用掺杂有表面能改性剂的流体出现而不会不利地影响MEMS装置的操作电压及寿命。对于基于快门的光调制器的阵列，例如介质常数、密度、动态粘度及切换时间的参数大体上不随OTMS或PETMS的添加而变化，如表4中所展示。另外，对仅具有硅酮油、具有OTMS的硅酮油及具有PETMS的硅酮油的显示面板执行的测试显示对于在0小时、48小时、72小时及132小时之后在60℃及90％相对湿度下执行的测试，拉入电压及最优选产率电压大体上不关于彼此而变化。拉入电压可指用于完全打开及关闭快门的电压，且最优选产率电压可指用于尽可能使大多数快门起作用的电压。

表4

图6A到6C展示说明可移动MEMS组件的实例表面及与具有表面能改性剂的流体的后续相互作用的横截面示意图。在不受任何理论限制的情况下，横截面示意图可在分子层级下说明表面能改性剂可如何改性可移动MEMS组件的表面能。具体来说，图6A到6C说明通过使用表面能改性剂将MEMS表面从具有高表面能改性到低表面能的化学过程，其中MEMS表面与低表面能流体相互作用。

图6A展示说明具有表面羟基的实例MEMS表面的横截面示意图。MEMS表面601可包含可移动MEMS组件的表面，其中MEMS表面601可包含硅、氮化物、氧化物及金属。在一些实施方案中，MEMS表面601可包含可与大气水反应以产生表面羟基602的悬键。表面羟基602可与MEMS装置中的流体形成界面，其中表面羟基602可增加MEMS表面601的表面能。

表面能改性剂可并入于流体中，其中流体可包含例如有机溶剂的低表面能流体。所述有机溶剂的实例可包含硅酮油。在一些实施方案中，表面能改性剂可溶解于有机溶剂中。表面能改性剂可以相对低浓度包含于流体中，其中表面能改性剂可在流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。在一些实施方案中，流体与表面能改性剂的容积百分比率可为20:1、50:1、100:1或大于100:1。在一些实施方案中，表面能改性剂可包含非极性官能团R，其中非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。烷基基团具有C_nH_2n+1的通式。实例包含甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、异丁基、新戊基、己基、辛基、异己基、叔丁基基团及类似者。烷基基团可指饱和脂肪族基团的自由基，包含直链烷基基团、支链烷基基团、环烷基(脂环族)基团、烷基取代的环烷基基团及环烷基取代烷基基团。芳基基团为从芳环衍生的任何官能团或取代基。实例包含苯基、苯甲基、萘基、噻吩基、吲哚基、喹啉基、二甲苯基、甲苯基及类似者。芳环可在一或多个环位置处以本质上为疏水性的取代基取代。环烷基基团是指具有通式C_nH_2n的环烷烃。实例包含环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷及类似者的衍生物。用于烷基、芳基及环烷基基团的合适的取代基可包含(例如)烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、芳烷基或芳香族或杂芳香族部分。合适的取代物也可包含全氟化烷基、全氟化芳基及全氟化环烷基基团，全氟化在化学上应是可行的。在一些实施方案中，表面能改性剂可包含可水解硅烷分子，其中可水解硅烷分子包含选自由以下组成的群组的可水解基团R′：烷氧基、酰氧基、胺及氯。因此，在一些实施方案中，表面能改性剂可包含硅原子、官能团R及官能团R′。当表面能改性剂与流体组合时，表面能改性剂可溶解于环境水中并水解到硅烷醇中。表面能改性剂水解到硅烷醇中可在以下化学反应中展示：

R-(Si-R′)₃+3H₂O→R-(Si-OH)₃+3R′-OH。

表面能改性剂的实例可包含(但不限于)PETMS、OTMS、苯基三甲氧基硅烷(PTS)、十二烷基三甲氧基硅烷(DDTMS)、十二烷基三乙氧基硅烷(DDTES)、苯乙醇(PEA)、十八烷基三氯硅烷(OTS)、环己基三氯硅烷及二异丙基二甲氨基辛基硅烷。这些改性剂的化学结构可包含非极性官能团，例如全氟化碳的长烃链或长链。在一些实施方案中，表面能改性剂可根据上述化学反应而水解以产生键结到非极性官能团R的极性硅烷醇。在一些实施方案中，表面能改性剂可包含在没有水的情况下在低温下经历开环反应的环分子。开环变为在一端处具有硅烷醇的非极性链。实例包含环氮杂硅烷，例如n-丁基-氮杂-2,2-二甲氧基硅杂环戊烷及n-甲基-氮杂-2,2,4-三甲基硅杂环戊烷。在一些实施方案中，改性剂可包含分子的两个末端上具有两个或更多个可水解官能团R′的长链聚烯烃，例如n-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷。

图6B展示说明具有与流体相互作用的改性表面的实例MEMS表面的横截面示意图。表面羟基602可向MEMS表面601提供高表面能。表面能改性剂可包含可通过环境水分解以形成具有非极性官能团R 604的极性硅烷醇603的可水解硅烷分子。极性硅烷醇603可通过弱氢键结与表面羟基602相互作用，且非极性官能团R 604可与低表面能流体605形成界面。在一些实施方案中，低表面能流体605可为有机溶剂，例如硅酮油。可在低表面能流体605与MEMS表面601之间形成界面层，其中界面层能够减少低表面能流体605与MEMS表面601之间的摩擦。界面层可包含非极性官能团R 604，其中非极性官能团R 604提供与低表面能流体605的低表面能界面。极性硅烷醇603具有可通过弱作用力而被吸引到表面羟基602以将界面层固持到MEMS表面601的一或多个羟基基团。形成低表面能流体605与MEMS表面601之间的界面层的所述反应可在流体填充过程期间自发地发生。

图6C展示说明在退火过程之后具有改性表面的MEMS表面的横截面示意图。退火过程可将MEMS装置加热到大于约100℃的温度以诱发蒸发水的缩合反应。缩合反应可去除水分子以在硅原子与氧原子之间形成较强共价键，而非将界面层固持在适当位置的氢原子之间的弱键。锚定界面层606可在缩合反应之后形成于MEMS表面601上。锚定界面层606提供低表面能表面以与低表面能流体605形成界面。在一些实施方案中，锚定界面层606可充当用于MEMS运动的润滑层。锚定界面层606可在流体填充过程之后(包含在MEMS装置的正常操作期间)减少静摩擦效应。另外，退火过程可通常在制造MEMS装置的过程期间发生，借此提供可增加MEMS装置的长期稳定性的更稳定层。

图7展示说明用于制造装置的实例过程的流程图。可以不同次序或使用不同、较少或额外操作来执行过程700。

在方框710处，提供第一衬底。在一些实施方案中，第一衬底可包含大体上透明材料，例如玻璃。如本文中所使用的大体透明性可经定义为约70％或以上(例如约80％或以上，或甚至约90％或以上)的可见光的透射率。玻璃衬底(有时被称作玻璃板或面板)可为或包含硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃、光阻玻璃、石英、派热司或其它合适的玻璃材料。在一些实施方案中，第一衬底可被称作光圈板或盖板。在装置为显示装置的情况下，可通过第一衬底提供用于显示器的图像。

在方框720处，提供第二衬底。在一些实施方案中，第二衬底可包含大体上透明材料，例如玻璃。在一些实施方案中，第二衬底可包含不透明或半透明材料，例如硅。在一些实施方案中，第二衬底可被称作背板或MEMS衬底。可与第一衬底相对提供第二衬底。

在方框730处，多个可移动MEMS组件形成于第二衬底上方。在一些实施方案中，可移动MEMS组件可布置成显示装置的阵列。可移动MEMS组件可包含能够在施加偏压后移动的移动机械部分。在一些实施方案中，可移动MEMS组件可包含快门，其中快门可为基于快门的光调制器的部分。参考图1A到4讨论基于快门的光调制器的实例。

当可移动MEMS组件形成于第二衬底上方时，可移动MEMS组件的组成可提供具有高表面能的表面。举例来说，可移动MEMS组件的表面可包含硅、氮化物、氧化物及金属中的至少一者。因此，在第二衬底上方的可移动MEMS组件的表面与第一衬底的面向可移动MEMS组件的表面相比可具有较高表面能。

在方框740处，将第一衬底结合到第二衬底。在一些实施方案中，可围绕装置的周边提供密封材料。在一些实施方案中，密封材料可提供于第一衬底及第二衬底中的一或两者上。密封材料可包含(但不限于)环氧粘着剂、玻璃料或焊料。密封材料可接触第一衬底及第二衬底两者，其中第一衬底及第二衬底可在接触之前对准。密封材料可配置成形成用于装置的气密、半气密或非气密密封件。在一些实施方案中，当施配环氧粘着剂时，环氧粘着剂可在热或紫外线(UV)固化之后将第一衬底结合到第二衬底。间隙可存在于两个衬底之间，其中间隙可通过两个衬底之间的密封材料维持。

在方框750处，装置用第一衬底与第二衬底之间的流体填充。流体环绕可移动MEMS组件并包含表面能改性剂以减少流体填充诱发的静摩擦。在一些实施方案中，表面能改性剂包含非极性官能团R。在一些实施方案中，装置可浸没在流体中使得流体填充两个衬底之间的间隙。可在浸没于流体中之前将空气或其它气体从两个衬底之间的间隙去除。装置可通过密封材料封闭以使得流体封闭于密封材料内。在一些实施方案中，填充孔可在装置以流体填充之后堵塞有密封材料。

在一些实施方案中，表面能改性剂是在流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。举例来说，流体与表面能改性剂的容积百分比率可为20:1、50:1、100:1或大于100:1。流体中的表面能改性剂可在以流体填充装置的操作期间防止可移动MEMS组件与第一衬底或第二衬底之间的静摩擦。非极性官能团R可选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。在一些实施方案中，方法可进一步包含将装置退火到大于约100℃的温度。退火过程可提供可移动MEMS组件的表面的稳定界面层，其减少装置操作期间的静摩擦。

图8A及8B展示包含多个显示元件的实例显示装置40的系统框图。显示装置40可为(例如)智能型手机、蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其轻微变化也说明各种类型的显示装置，例如电视、计算机、平板计算机、电子阅读器、手持式装置及便携式媒体装置。

显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风46。外壳41可由多种制造过程中的任一者形成，包含射出模制及真空成形。另外，外壳41可由包含(但不限于)以下多种材料中的任一者制成：塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合。外壳41可包含可与不同色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可去除部分互换的可去除部分(图中未示)。

显示器30可为如本文所描述的多种显示器(包含双稳态或模拟显示器)中的任一者。显示器30也可能够包含平板显示器(例如，等离子体、电致发光(EL)显示器、OLED、超扭转向列(STN)显示器、LCD或薄膜晶体管(TFT)LCD)，或非平板显示器(例如，阴极射线管(CRT)或其它管式装置)。另外，显示器30可包含如本文中所描述的基于机械光调制器的显示器。

图8B中示意性地说明显示装置40的组件。显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分地封闭于其中的额外组件。举例来说，显示装置40包含网络接口27，所述网络接口包含可耦合到收发器47的天线43。网络接口27可以是可显示于显示装置40上的图像数据的源。因此，网络接口27是图像源模块的一个实例，但处理器21及输入装置48也可充当图像源模块。收发器47连接到处理器21，所述处理器连接到调节硬件52。调节硬件52可配置成调节信号(例如，滤波或以另外方式操纵信号)。调节硬件52可连接到扬声器45及麦克风46。处理器21也可连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29可耦合到帧缓冲器28，且耦合到阵列驱动器22，阵列驱动器22又可耦合到显示阵列30。显示装置40中的一或多个元件(包含在图8A中未特定描绘的元件)可能够充当存储器装置且能够与处理器21通信。在一些实施方案中，电力供应器50可将电力提供到特定显示装置40设计中的大体上所有组件。

网络接口27包含天线43及收发器47以使得显示装置40可通过网络与一或多个装置通信。网络接口27也可具有降低(例如)处理器21的数据处理要求的一些处理能力。天线43可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据IEEE 16.11标准中的任一者或IEEE802.11标准中的任一者发射及接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线43根据标准发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的状况下，天线43可设计成接收码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM/通用分组无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、陆上集群无线电(TETRA)、宽带CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速分组接入(HSPA)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、演进型高速分组接入(HSPA+)、长期演进(LTE)、AMPS或用以在无线网络(例如，利用3G、4G或5G技术或其进一步实施方案的系统)内通信的其它已知信号。收发器47可预处理从天线43接收的信号，以使得所述信号可通过处理器21接收及进一步操纵。收发器47也可处理从处理器21接收的信号以使得所述信号可通过天线43从显示装置40发射。

在一些实施方案中，收发器47可由接收器代替。另外，在一些实施方案中，网络接口27可由图像源代替，图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。处理器21可控制显示装置40的总体操作。处理器21接收来自网络接口27或图像源的数据，例如，压缩的图像数据，且将数据处理成原始图像数据或处理成可易于处理成原始图像数据的格式。处理器21可将处理过的数据发送到驱动器控制器29或发送到帧缓冲器28以供存储。原始数据通常指识别图像内的每个位置处的图像特性的信息。举例来说，这些图像特性可包含色彩、饱和度及灰度阶等级。

处理器21可包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置40的操作。调节硬件52可包含用于将信号发射到扬声器45且用于从麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件，或可并入于处理器21或其它组件内。

驱动器控制器29可直接从处理器21或从帧缓冲器28处获取由处理器21所产生的原始图像数据，且可适当地重新格式化所述原始图像数据以用于高速发射到阵列驱动器22。在一些实施方案中，驱动器控制器29可将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流，以使得其具有适合于跨越显示阵列30扫描的时间次序。接着驱动器控制器29将格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29常常作为独立集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但这些控制器可以许多方式来实施。举例来说，控制器可作为硬件嵌入处理器21中、作为软件嵌入处理器21中，或与阵列驱动器22一起完全集成于硬件中。

阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收格式化的信息，且可将视频数据重新格式化为一组平行的波形，所述组波形被每秒许多次地施加到来自显示器的x-y显示元件矩阵的数百且有时数千个(或更多)导线。在一些实施方案中，阵列驱动器22及显示阵列30为显示模块的一部分。在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30为显示模块的一部分。

在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适用于本文所描述的任何类型的显示器。举例来说，驱动器控制器29可为常规的显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如机械光调制器显示元件控制器)。另外，阵列驱动器22可为常规驱动器或双稳态显示驱动器(例如，机械光调制器显示元件控制器)。此外，显示阵列30可为常规显示阵列或双稳态显示阵列(例如，包含机械光调制器显示元件阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22集成。所述实施方案可适用于高度集成系统(例如，移动电话、便携式电子装置、手表或小面积显示器)中。

在一些实施方案中，输入装置48可配置成允许(例如)用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包含小键盘(例如，QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、摇臂、触敏式屏幕、与显示阵列30集成的触敏式屏幕或压敏或热敏式膜。麦克风46可作为用于显示装置40的输入装置来配置。在一些实施方案中，通过麦克风46的语音命令可用于控制显示装置40的操作。另外，在一些实施方案中，语音命令可用于控制显示器参数及设置。

电力供应器50可包含多种能量存储装置。举例来说，电力供应器50可为可再充电电池，例如镍镉电池或锂离子电池。在使用可再充电电池的实施方案中，可再充电电池可为使用来自(例如)壁式插座或光伏打装置或阵列的电力来可充电。替代地，可再充电电池可为可无线充电式。电力供应器50也可为可再生能源、电容器或太阳能电池(包含塑料太阳能电池或太阳能电池漆)。电力供应器50也可配置成从壁式插座接收电力。

在一些实施方案中，控制可编程性驻存于可位于电子显示系统中的若干处的驱动器控制器29中。在一些其它实施方案中，控制可编程性驻存于阵列驱动器22中。上文所描述的优化可在任何数目个硬件及/或软件组件中实施且以各种配置来实施。

如本文中所使用，提及项目的列表“中的至少一者”的短语指那些项目的任何组合，包含单个成员。作为实例，“a、b或c中的至少一者”打算涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。

结合本文所公开的实施所描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法过程可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的互换性已大体按功能性加以描述，且于上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路及过程中加以说明。以硬件还是软件实施这类功能性取决于特定应用及强加于整个系统上的设计约束。

用于实施结合本文中所公开的方面而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备可通过通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散闸或晶体管逻辑、离散硬件组件或设计成执行本文中所描述的功能的其任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器、或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器，或任何其它这种配置。在一些实施方案中，特定过程及方法可由特定于给定功能的电路来执行。

在一或多个方面中，所描述的功能可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含在本说明书中公开的结构及其结构等效物)或其任何组合来实施。本说明书中所描述的主题的实施方案也可实施为编码于计算机存储媒体上以由数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作的一或多个计算机程序(即，计算机程序指令的一或多个模块)。

本发明中所描述的实施的各种修改对于本领域技术人员而言可为显而易见的，且本文中所定义的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施方案。因此，权利要求书并不打算限于本文中所展示的实施方案，但应符合与本文中所公开的本发明、原理及新颖特征相一致的最广泛范围。

另外，所属领域的一般技术人员将易于了解，术语“上部”及“下部”、“前方”及“后方”、“在…之上”及“在…之下”以及“在上方”及“在下方”有时用于易于描述诸图，并指示对应于经恰当定向页面上的图的定向的相对位置，且可不反映如实施的任何装置的适当定向。

在单独实施方案的内容脉络中描述于本说明书中的某些特征也可在单个实施方案中以组合形式实施。相反，在单个实施方案的内容脉络中所描述的各种特征也可分别在多个实施方案中或在任何合适的子组合中实施。此外，尽管上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此来主张，但来自所主张组合的一或多个特征在一些状况下可从所述组合删除，且所主张组合可针对子组合或子组合的变化。

类似地，尽管在图式中以特定次序来描绘操作，但不应将这理解为需要以所展示的特定次序或以顺序次序执行这些操作，或执行所有所说明操作以达成合乎需要的结果。此外，图式可按流程图的形式示意性地描绘一或多个实例过程。然而，未描绘的其它操作可并入于所示意性说明的实例过程中。举例来说，可在说明的操作中的任一者前、后、同时或之间执行一或多个额外操作。在某些情形下，多任务及并行处理可为有利的。此外，不应将在上文所描述的实施中的各种系统组件的分离理解为在所有实施中要求这种分离，且应理解，所描述程序组件及系统可大体上一起集成于单个软件产品中或封装到多个软件产品中。另外，其它实施是在以下权利要求书的范围内。在一些状况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序执行且仍达成合乎需要的结果。

Claims (27)

1.一种装置，其包括：

第一衬底；

第二衬底，其与所述第一衬底相对；

多个可移动MEMS组件，其在所述第二衬底上方；

流体，其在所述第一衬底与所述第二衬底之间并环绕所述可移动MEMS组件；及

密封件，其用于结合所述第一衬底与所述第二衬底并封闭所述装置中的所述流体，其中所述流体包含表面能改性剂，所述表面能改性剂包含非极性官能团R。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述表面能改性剂包含硅原子、所述非极性官能团R及可水解基团R′，其中所述可水解基团R′是选自由以下组成的群组：烷氧基、酰氧基、胺及氯。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述表面能改性剂是选自由以下组成的群组：苯乙基三甲氧基硅烷PETMS、辛基三甲氧基硅烷OTMS、苯基三甲氧基硅烷PTS、十二烷基三甲氧基硅烷DDTMS、十二烷基三乙氧基硅烷DDTES、苯乙醇PEA、十八烷基三氯硅烷OTS、环己基三氯硅烷及二异丙基二甲氨基辛基硅烷。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述表面能改性剂是在所述流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。

6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的装置，其中所述第一衬底包含光圈板且所述第二衬底包含MEMS衬底，所述MEMS衬底的内表面与所述光圈板的内表面相比具有较高表面能。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述表面能改性剂能够减少所述MEMS衬底的所述表面能。

8.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的装置，其中所述可移动MEMS组件的表面包含硅、氮化物、氧化物及金属中的至少一者。

9.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的装置，其中所述流体包含有机溶剂。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述表面能改性剂溶解于所述有机溶剂中。

11.根据权利要求9所述的装置，其中所述表面能改性剂在所述有机溶剂与所述可移动MEMS组件的表面之间形成界面层，所述界面层能够减少所述有机溶剂与所述可移动MEMS组件的所述表面之间的摩擦。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述界面层包含面向所述可移动MEMS组件的所述表面的极性硅烷醇及面向所述有机溶剂的非极性官能团R。

13.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的装置，其中所述可移动MEMS组件中的每一者包含在基于快门的MEMS光调制器中的快门。

14.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的装置，其进一步包括：

显示器；

处理器，其能够与所述显示器通信，所述处理器能够处理图像数据；及

存储器装置，其能够与所述处理器通信。

15.根据权利要求14所述的装置，其进一步包括：

驱动电路，其能够将至少一个信号发送到所述显示器；及

控制器，其能够将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动电路。

16.根据权利要求14所述的装置，其进一步包括：

图像源模块，其能够将所述图像数据发送到所述处理器，其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。

17.根据权利要求14所述的装置，其进一步包括：

输入装置，其能够接收输入数据且将所述输入数据传达到所述处理器。

18.一种装置，其包括：

第一衬底；

第二衬底，其与所述第一衬底相对；

多个可移动MEMS组件，其在所述第二衬底上方，其中所述可移动MEMS组件的表面的表面能大于所述第一衬底的表面能；

流体，其在所述第一衬底与所述第二衬底之间并环绕所述可移动MEMS组件，其中所述流体包含：

溶剂；及

用于改性所述可移动MEMS组件的所述表面的表面能的物质，所述表面能改性物质包含非极性官能团R；及

密封件，用于结合所述第一衬底与所述第二衬底并封闭所述装置中的所述流体。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述表面能改性物质包含硅原子、所述非极性官能团R及可水解基团R′，其中所述可水解基团R′是选自由以下组成的群组：烷氧基、酰氧基、胺及氯。

21.根据权利要求18所述的装置，其中所述表面能改性物质是选自由以下组成的群组：苯乙基三甲氧基硅烷PETMS、辛基三甲氧基硅烷OTMS、苯基三甲氧基硅烷PTS、十二烷基三甲氧基硅烷DDTMS、十二烷基三乙氧基硅烷DDTES、苯乙醇PEA、十八烷基三氯硅烷OTS、环己基三氯硅烷及二异丙基二甲氨基辛基硅烷。

22.根据权利要求18到21中任一权利要求所述的装置，其中所述表面能改性物质是在所述流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。

23.一种制造装置的方法，其包括：

提供第一衬底；

提供第二衬底，所述第二衬底与所述第一衬底相对；

在所述第二衬底上方形成多个可移动MEMS组件；

将所述第一衬底结合到所述第二衬底；及

在所述第一衬底与所述第二衬底之间以流体填充所述装置，其中所述流体环绕所述可移动MEMS组件并包含表面能改性剂，所述表面能改性剂包含非极性官能团R。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述非极性官能团R是选自由以下组成的群组：烷基、芳基及环烷基。

25.根据权利要求23所述的方法，其中所述表面能改性剂是在所述流体的约0.5容积百分比与约5.0容积百分比之间。

26.根据权利要求23到25中任一权利要求所述的方法，其中所述流体中的所述表面能改性剂在填充期间防止所述可移动MEMS组件与所述第一衬底或所述第二衬底之间的静摩擦。

27.根据权利要求23到25中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：

将所述装置退火到大于约100℃的温度。