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CN102741725A - 用于干涉式调制器显示器的集成触摸屏幕 - Google Patents

用于干涉式调制器显示器的集成触摸屏幕 Download PDF

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CN102741725A
CN102741725A CN2010800585975A CN201080058597A CN102741725A CN 102741725 A CN102741725 A CN 102741725A CN 2010800585975 A CN2010800585975 A CN 2010800585975A CN 201080058597 A CN201080058597 A CN 201080058597A CN 102741725 A CN102741725 A CN 102741725A
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CN
China
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electrode
substrate
display
array
touch
Prior art date
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Pending
Application number
CN2010800585975A
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English (en)
Inventor
马尼什·科塔里
邦戈洛·R·纳塔拉詹
阿洛克·戈维尔
克里斯托弗尔·安德鲁·莱弗里
洛朗·费伊·帕尔玛蒂尔
乔纳森·查尔斯·格里菲斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qualcomm MEMS Technologies Inc
Original Assignee
Qualcomm MEMS Technologies Inc
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

一种干涉式调制器“IMOD”显示器利用环境光，且在不减少到达MEMS调制器的环境光量且不引入任何光学失真或性能损失的情况下并入有触摸感测。用于触摸感测的电极位于所述干涉式显示器的背玻璃处，且结合主要功能为激活所述MEMS显示器的像素的电极一起使用，以便感测触摸。所述触摸使IMOD层偏转，且通过所述显示器后部的各种显示层而被感测到。

Description

用于干涉式调制器显示器的集成触摸屏幕
本申请案主张2009年12月22日申请的题为“INTEGRATED TOUCH FOR IMODDISPLAYS USING BACK GLASS(用于使用背玻璃的干涉式调制器显示器的集成触摸)”的第12/645,379号美国专利申请案的优先权，所述申请案为了所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
背景技术
微机电系统(MEMS)包含微机械元件、致动器和电子设备。可使用沉积、蚀刻和/或蚀刻掉衬底和/或所沉积材料层的部分或添加层的其它微机械加工工艺来产生微机械元件，从而形成电装置和机电装置。一种类型的MEMS装置称作干涉式调制器。如本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器指代使用光学干涉的原理来选择性地吸收和/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包括一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可完全或部分为透明和/或反射性的，且能够在施加适当电信号后进行相对运动。在特定实施例中，一导电板可包括沉积在衬底上的固定层，且另一导电板可包括通过气隙而与所述固定层分离的金属膜。如本文中更详细地描述，一导电板相对于另一导电板的位置可改变入射在干涉式调制器上的光的光学干涉。此些装置具有广泛范围的应用，且在此项技术中利用和/或修改这些类型的装置的特性以使得其特征可用来改进现有产品和产生尚未开发出的新产品将为有利的。
发明内容
一种干涉式调制器(“IMOD”)显示器利用环境光，且在不减少环境光的量且不产生任何光学失真或性能损失的情况下并入有触摸感测。用于触摸感测的电极位于所述干涉式显示器的后部衬底或“背玻璃”处，且结合主要功能为激活MEMS显示器的像素的电极而使用，以便感测触摸。所述触摸使IMOD层偏转，且经由在所述显示器后部的各种显示层而感测。
一个方面涉及一种制造和操作干涉式显示器设备的方法。所述方法包括：在所述显示器的前部处提供前部衬底，所述前部衬底为实质上透明的；在所述显示器的后部处提供后部衬底，所述后部衬底为实质上透明的；以及提供安置在所述前部与后部衬底之间的干涉式调制元件阵列。所述阵列安置在所述显示器的所述前部处的所述前部衬底上，且所述干涉式调制元件包括界定空腔的两个壁，所述壁中的一者可在一位置范围内相对于另一壁移动，所述壁使得所述空腔在所述位置中的至少一者中干涉式地操作，从而产生对可见光的预定光响应。所述方法进一步包括：提供第一多个电极，所述第一多个电极沿第一轴线定向且经配置以用于将电信号传导到所述干涉式调制元件阵列，所述第一多个电极与所述后部衬底接触；提供第二多个电极，所述第二多个电极沿实质上正交于所述第一轴线的第二轴线定向；利用所述第一或第二多个电极中的一者或两者作为触摸屏幕的板，且感测通过触摸而产生于所述第一多个电极中的所述电极与所述第二多个电极中的所述电极之间的相交处的参数的改变。
在某些实施例中，所述参数包括电容值，且所述方法进一步包括计算电容改变的形心。所述方法还可进一步包括参考形心电容改变对相交数据的所存储映射和确定所述触摸的位置。
另一方面涉及一种设备，其包括：第一实质上透明的衬底；以及干涉式调制元件阵列，其安置在所述第一实质上透明的衬底上，所述干涉式调制元件包括界定空腔的两个壁，所述壁中的一者可在一位置范围内相对于另一壁移动，所述壁使得所述空腔在所述位置中的至少一者中干涉式地操作，从而产生对可见光的预定光响应。所述设备进一步包括：第一多个电极，所述第一多个电极经配置以用于将电信号传导到所述干涉式调制元件阵列；第一控制电路，其经配置以经由所述第一多个电极施加用于控制所述干涉式调制元件阵列的电信号；第二衬底；第二多个电极，所述第二多个电极安置在所述第二衬底上；以及第二控制电路，其经配置以检测所述第一多个电极与所述第二多个电极之间的电容改变且至少部分基于所述电容改变来确定所述第一实质上透明的衬底的偏转区域。
参考说明书的其余部分和诸图可进一步理解本发明的性质和优点。
附图说明
图1是描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等距视图，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于致动位置。
图2是说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统框图。
图3是图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜位置对所施加电压的曲线图。
图4是可用以驱动干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明。
图5A和5B说明可用以将显示数据的帧写入到图2的3×3干涉式调制器显示器的行和列信号的一个示范性时序图。
图6A和6B是说明包括多个干涉式调制器的视觉显示装置的实施例的系统框图。
图7A是图1的装置的横截面。
图7B是干涉式调制器的替代实施例的横截面。
图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。
图7D是干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。
图7E是干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。
图8A、8B和8C是干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。
图8D是干涉式调制器的双态实施例的横截面。
图9A-9D是用于触摸感测中的电极的实施例的说明。
图10A和10B是将柱并入于干涉式调制器的背玻璃中的实施例的横截面。
图11是描绘装置制造的概要的流程图。
具体实施方式
干涉式调制器
以下详细描述针对某些特定实施例。然而，可以众多不同方式来应用本文中的教示。在此描述中，参看图式，其中相同部分始终用相同数字指定。可在经配置以显示图像(无论是运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静态图像)且无论是文字图像还是图片图像)的任何装置中实施所述实施例。更确切地说，预期所述实施例可实施于例如(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、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄像机(camcorder)、游戏控制台、腕表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、驾驶舱控制器和/或显示器、摄影机视野显示器(例如，车辆中的后视摄影机的显示器)、电子照片、电子广告牌或电子标记、投影仪、建筑结构、封装和美学结构(例如，关于一件珠宝的图像显示)。结构上与本文中所描述的MEMS装置类似的MEMS装置还可用于例如电子开关装置等非显示器应用中。
一种干涉式调制器(“IMOD”)显示器利用环境光，且在不减小到达MEMS调制器的环境光的量且不引入任何光学失真或性能损失的情况下并入有触摸感测。用于触摸感测的电极位于所述干涉式显示器的背玻璃处，且结合主要功能为激活MEMS显示器的像素的电极一起使用，以便感测触摸。所述触摸使IMOD层偏转，且通过在所述显示器后部的各种显示层被感测到。下文描述此显示器的实施例。
在图1中说明包括干涉式MEMS显示元件的一个干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中，像素处于明亮或黑暗状态。在明亮(“松弛”或“敞开”)状态下，显示元件将大部分入射的可见光反射到用户。当处于黑暗(“致动”或“闭合”)状态时，显示元件几乎不向用户反射入射的可见光。取决于实施例，可颠倒“接通”和“关断”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在选定颜色下反射，从而除黑色和白色外还允许彩色显示。
图1是描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等距视图，其中每一像素包括MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包括这些干涉式调制器的行/列阵列。每一干涉式调制器包含按彼此间可变且可控制的距离定位的一对反射层，以形成具有至少一个可变尺寸的谐振光学间隙。在一个实施例中，所述反射层中的一者可在两位置之间移动。在第一位置(本文中称为松弛位置)中，可移动反射层定位于与固定的部分反射层相距相对较远距离之处。在第二位置(本文中称为致动位置)中，可移动反射层定位成较紧密邻近于所述部分反射层。从所述两层反射的入射光取决于可移动反射层的位置而相长或相消地干涉，从而针对每一像素产生整体反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包含两个邻近干涉式调制器12a和12b。在左边的干涉式调制器12a中，将可移动反射层14a说明为处于与包含部分反射层的光学堆叠16a相距预定距离的松弛位置中。在右边的干涉式调制器12b中，将可移动反射层14b说明为处于邻近于光学堆叠16b的致动位置中。
如本文中所提及的光学堆叠16a和16b(统称为光学堆叠16)通常包括若干融合层，所述融合层可包含例如氧化铟锡(ITO)的电极层、例如铬的部分反射层和透明介电质。光学堆叠16因此是导电的、部分透明的且部分反射的，且可(例如)通过在透明衬底20上沉积上述层中的一者或一者以上来制造。部分反射层可由为部分反射的多种材料(例如，各种金属、半导体和介电质)形成。部分反射层可由一个或一个以上材料层形成，且所述层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。
在一些实施例中，光学堆叠16的诸层经图案化为平行条带，且可形成如下文进一步描述的显示装置中的行电极。可移动反射层14a、14b可形成为一个或一个以上经沉积的金属层的一系列平行条带(与16a、16b的行电极正交)，以形成沉积在柱18和介入牺牲材料(沉积于柱18之间)的顶部上的多个列。当蚀刻掉牺牲材料时，可移动反射层14a、14b通过经界定的间隙19而与光学堆叠16a、16b分离。例如铝的高度导电且反射性的材料可用于反射层14，且这些条带可形成显示装置中的列电极。应注意，图1可能未按比例。在一些实施例中，柱18之间的间隔可为约10-100μm，而间隙19可为约＜1000埃。
在未施加电压的情况下，如由图1中的像素12a所说明，间隙19保留在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态。然而，当将电位(电压)差施加到选定行和列时，在相应像素处的行与列电极的相交处形成的电容器变得带电，且静电力将所述电极拉在一起。如果电压足够高，那么可移动反射层14变形且压抵在光学堆叠16上。如由图1中右边的致动像素12b所说明，光学堆叠16内的介电层(此图中未说明)可防止短路且控制层14与16之间的分离距离。不管所施加电位差的极性，所述行为皆为相同的。
图2至5说明用于在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的一个示范性过程和系统。
图2是说明可并入有干涉式调制器的电子设备的一个实施例的系统框图。所述电子装置包含处理器21，所述处理器21可为任何通用单芯片或多芯片微处理器(例如，
Figure BDA00001795763800051
或
Figure BDA00001795763800052
)，或任何特殊用途微处理器(例如，数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列)。如此项技术中所习用的，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执行作业系统外，处理器还可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，所述一个或一个以上软件应用程序包含网页浏览程序、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中，阵列驱动器22包含将信号提供到显示器阵列或面板30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。说明于图1中的阵列的横截面通过图2中的线1-1图示。应注意，虽然为了清楚起见图2说明3×3干涉式调制器阵列，但显示器阵列30可含有大量干涉式调制器，且可在行中具有不同于列中的数目的数目的干涉式调制器(例如，每行300个像素乘每列190个像素)。
图3是图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜位置对所施加电压的曲线图。对于MEMS干涉式调制器而言，行/列致动协议可利用这些装置的如图3中所说明的滞后性质。干涉式调制器可能需要(例如)10伏的电位差，以使可移动层从松弛状态变形到致动状态。然而，当电压从所述值减小时，随着电压跌回10伏以下，可移动层维持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层直到电压降到2伏以下时才会完全松弛。因此，存在一电压范围(在图3中所说明的实例中为约3到7V)，在所述情况下，存在一施加电压窗，在所述施加电压窗内，装置稳定于松弛状态或致动状态。此窗在本文中称为“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示器阵列而言，行/列致动协议可经设计以使得在行选通期间，所选通行中待致动的像素曝露于约10伏的电压差，且待松弛的像素曝露于接近零伏的电压差。在选通后，使像素曝露到约5伏的稳定状态或偏压电压差，使得其保持于行选通将其置于的任何状态中。在此实例中，在被写入后，每一像素经历3-7伏的“稳定窗”内的电位差。此特征使图1中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定于致动或松弛的预先存在的状态。由于干涉式调制器的每一像素(无论处于致动状态还是松弛状态)本质上是由固定和移动反射层形成的电容器，因此可在滞后窗内的电压下保持此稳定状态，而几乎无电力耗散。如果所施加电位固定，那么本质上无电流流入所述像素中。
如下文进一步描述，在典型应用中，可通过根据第一行中的所要致动像素集合在列电极集合上发送数据信号集合(每一数据信号具有某一电压电平)来产生图像的帧。接着将行脉冲施加到第一行电极，从而致动对应于所述数据信号集合的像素。接着改变所述数据信号集合以对应于第二行中的所要致动像素集合。接着将脉冲施加到第二行电极，从而根据数据信号致动第二行中的适当像素。第一行像素不受第二行脉冲的影响，且保持于其在第一行脉冲期间所设置到的状态。对于整个系列的行，可以顺序方式重复此过程以产生帧。大体来说，通过以每秒某一所要数目个帧不断地重复此过程而以新图像数据来刷新和/或更新帧。可使用用于驱动像素阵列的行和列电极以产生图像帧的广泛多种协议。
图4和5说明用于在图2的3×3阵列上产生显示帧的一个可能致动协议。图4说明可用于展现图3的滞后曲线的像素的列和行电压电平的可能集合。在图4的实施例中，致动像素涉及将适当列设置为-Vbias和将适当行设置为+ΔV，-Vbias和+ΔV可分别对应于-5伏和+5伏。通过将适当列设置为+Vbias和将适当行设置为相同的+ΔV从而在像素上产生零伏电位差，实现像素松弛。在将行电压保持于零伏的所述行中，像素稳定于其最初所处的任何状态，而不管所述列是处于+Vbias还是-Vbias。也如图4中所说明，可使用具有与上述电压的极性相反的极性的电压，例如，致动像素可涉及将适当列设置为+Vbias和将适当行设置为-ΔV。在此实施例中，通过将适当列设置为-Vbias和将适当行设置为相同的-ΔV从而在像素上产生零伏电位差，实现释放像素。
图5B是图示施加到图2的3×3阵列的一系列行和列信号的时序图，其将导致图5A中所说明的显示布置(其中致动像素为非反射性的)。在写入图5A中所说明的帧之前，所述像素可处于任何状态，且在此实例中，所有行最初处于0伏且所有列处于+5伏。通过这些所施加电压，所有像素稳定于其现有的致动或松弛状态。
在图5A的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)被致动。为了实现此情形，在行1的“线时间”期间，将列1和2设置为-5伏，且将列3设置为+5伏。因为所有像素均保持于3-7伏的稳定窗内，所以此情形并不改变任何像素的状态。接着，通过从0上升到5伏且返回到零的脉冲对行1进列选通。此情形致动(1，1)和(1，2)像素并使像素(1，3)松弛。阵列中的其它像素不受影响。为了按需要设置行2，将列2设置为-5伏且将列1和3设置为+5伏。施加到行2的相同选通将接着致动像素(2，2)且使像素(2，1)和(2，3)松弛。此外，阵列中的其它像素不受影响。通过将列2和3设置为-5伏且将列1设置为+5伏而类似地设置行3。如图5A中所图示，行3选通设置行3的像素。在写入帧之后，行电位为零，且列电位可保持于+5或-5伏，且显示器接着稳定于图5A的布置。相同程序可用于具有数十或数百个行和列的阵列。在上文概述的一般性原理内，可广泛地变化用以执行行和列致动的时序、顺序和电压电平，且以上实例仅为示范性的，且任何致动电压的方法皆可与本文中所描述的系统和方法一起使用。
图6A和6B是说明显示装置40的实施例的系统框图。举例来说，显示装置40可以是蜂窝式或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其轻微变体还说明各种类型的显示装置，例如电视和便携式媒体播放器。
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和麦克风46。外壳41大体上由包含注射模制和真空成型的多种制造工艺中的任一者形成。此外，外壳41可由多种材料中的任一材料(包含(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷，或其组合)制成。在一个实施例中，外壳41包含可与具有不同颜色或含有不同标识、图片或符号的其它可去除部分互换的可去除部分(未图示)。
示范性显示装置40的显示器30可为包含如本文中所描述的双稳态显示器的多种显示器中的任一者。在其它实施例中，显示器30包含平板显示器，例如如上文所描述的等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD；或非平板显示器，例如CRT或其它管式装置。然而，为了描述本实施例的目的，显示器30包含如本文中所描述的干涉式调制器显示器。
图6B中示意性地说明示范性显示装置40的一个实施例的组件。所说明的示范性显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分封闭于其中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，示范性显示装置40包含网络接口27，网络接口27包含耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21还连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，阵列驱动器22又耦合到显示器阵列30。电源50按特定示范性显示装置40的设计的要求将电力提供到所有组件。
网络接口27包含天线43和收发器47，使得示范性显示装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口27还可具有减轻对处理器21的要求的一些处理能力。天线43为用于发射和接收信号的任何天线。在一个实施例中，所述天线根据IEEE 802.11标准(包含IEEE 802.11(a)、(b)或(g))来发射和接收RF信号。在另一实施例中，所述天线根据蓝芽(BLUETOOTH)标准发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的状况下，天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS、W-CDMA或用以在无线手机网络内通信的其它已知信号。收发器47预处理从天线43接收的信号，使得所述信号可由处理器21接收且进一步操控。收发器47还处理从处理器21接收的信号，使得所述信号可经由天线43从示范性显示装置40而进行发射。
在替代实施例中，收发器47可由接收器替换。在又一替代实施例中，网络接口27可由可存储或产生待发送到处理器21的图像数据的图像源替换。举例来说，图像源可为含有图像数据的数字视频光盘(DVD)或硬磁盘机，或产生图像数据的软件模块。
处理器21大体上控制示范性显示装置40的整体操作。处理器21从网络接口27或图像源接收例如压缩图像数据的数据，且将数据处理为原始图像数据或易于处理为原始图像数据的格式。处理器21接着将经处理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。原始数据通常指代识别图像内的每一位置处的图像特性的信息。举例来说，此些图像特性可包含颜色、饱和度和灰度阶。
在一个实施例中，处理器21包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件52大体上包含用于将信号发射到扬声器45且用于从麦克风46接收信号的放大器和滤波器。调节硬件52可为示范性显示装置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直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据，且适当地重新格式化原始图像数据以用于向阵列驱动器22高速发射。具体来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流，以使得其具有适于跨越显示器阵列30而进行扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。虽然例如LCD控制器的驱动器控制器29常作为独立集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但此些控制器可以许多方式实施。其可作为硬件嵌入处理器21中、作为软件嵌入处理器21中，或以硬件形式与阵列驱动器22完全集成。
通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息，且将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述组波形每秒许多次地被施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百且有时甚至数千条引线。
在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示器阵列30适合于本文中所描述的任何类型的显示器。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29为常规显示控制器或双稳态显示控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22为常规驱动器或双稳态显示驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例在例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器的高度集成的系统中是常见的。在又一实施例中，显示器阵列30为典型显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包含干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制示范性显示装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包含例如QWERTY键盘或电话小键盘的小键盘、按钮、开关、触敏屏幕、压敏或热敏膜。在一个实施例中，麦克风46为示范性显示装置40的输入装置。当麦克风46用以将数据输入到装置中时，可由用户提供用于控制示范性显示装置40的操作的语音命令。
电源50可包含如此项技术中所熟知的多种能量存储装置。举例来说，在一个实施例中，电源50是例如镍镉电池或锂离子电池的可再充电电池。在另一实施例中，电源50是可再生能源、电容器或太阳能电池(包含塑料太阳能电池和太阳能电池漆)。在另一实施例中，电源50经配置以从壁式插座接收电力。
如上文所描述，在一些实施中，控制可编程性驻留于可位于电子显示系统中的若干处的驱动器控制器中。在一些状况下，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。上述最佳化可以任何数目个硬件和/或软件组件且以各种配置来实施。
根据上文所阐述的原理操作的干涉式调制器的结构细节可广泛地变化。举例来说，图7A-7E说明可移动反射层14和其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1的实施例的横截面，其中金属材料14的条带沉积在正交地延伸的支撑件18上。在图7B中，每一干涉式调制器的可移动反射层14的形状为正方形或矩形，且仅在系栓32上的转角处附接到支撑件。在图7C中，可移动反射层14的形状为正方形或矩形，且从可包括柔性金属的可变形层34悬垂。可变形层34在可变形层34的周边周围直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中称为支撑柱。图7D中所说明的实施例具有支撑柱插塞42，可变形层34搁置于所述支撑柱插塞42上。可移动反射层14保持悬垂于间隙上方(如图7A-7C中)，但可变形层34并不通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支撑柱。更确切地说，支撑柱由平坦化材料形成，所述平坦化材料用以形成支撑柱插塞42。图7E中所说明的实施例是基于图7D中所图示的实施例，但还可适于与图7A-7C中所说明的实施例中的任一者以及未图示的额外实施例一起起作用。在图7E中所图示的实施例中，金属或其它导电材料的附加层已用以形成总线结构44。此情形允许沿干涉式调制器的背部导引信号，进而消除否则可能必须形成在衬底20上的若干电极。
在例如图7中所图示的实施例的实施例中，干涉式调制器充当直视装置，其中从透明衬底20的前侧观看图像，所述侧与上面布置有调制器的一侧相对。在这些实施例中，反射层14光学地遮蔽反射层的与衬底20相对的侧上的干涉式调制器的部分(包含可变形层34)。此情形允许在不会不利地影响图像品质的情况下配置和操作经遮蔽区域。举例来说，此遮蔽允许图7E中的总线结构44，所述结构提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如，寻址与由所述寻址导致的移动)分离的能力。此可分离的调制器结构允许用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料彼此独立地选择和起作用。此外，图7C-7E中所图示的实施例具有来源于将反射层14的光学性质与其机械性质(由可变形层34实行)解耦的额外益处。此情形允许用于反射层14的结构设计和材料关于光学性质而最佳化，且用于可变形层34的结构设计和材料关于所要机械性质而最佳化。
集成触摸
图8A说明处于触摸之前的未偏转(平衡)位置的IMOD显示器100的组件。图8B说明当由一物体(例如，手指)触摸时处于偏转状态的显示器100。
此IMOD显示器的一优点为，其易于在多种照明情形下进行读取。举例来说，尽管一些显示器可能被刷淡且难以或不可能在明亮阳光下进行读取，但IMOD显示器为反射性的且易于在明亮阳光下进行读取。通常，IMOD显示器100依赖于环境光，但光源可能集成于显示器的旁边。由于显示器通常依赖于环境光，因此将触敏屏幕元件放置在显示器的前侧(最接近用户且可能触摸到)将减少到达显示器的像素且反射到用户的光的量。另外，由于光射线通过元件到反射性像素且从反射性像素通过元件，因此此触摸屏幕元件可引入一定量的光学失真。显示器100的实施例通过集成电极和使用所述电极与IMOD显示器的其它元件确定触摸的位置来避免这些缺陷。
参看图8A和8B，显示器100包括还称为背玻璃102的后部衬底102、与背玻璃102的表面接触的电极104，以及机械层的电极108。如上文在题为“干涉式调制器”的先前章节中所描述，电极108可为显示器的经图案化电极层中的任一者。电极108和其它相关联层可在下文中描述为“机械层”。电极104以如下方式来图案化：使得其实质上正交于显示器的机械层的电极108的图案。举例来说，如在图8C中可见，背玻璃上的电极104可以行来图案化，而机械层的电极以列来图案化。当然，电极104和108无需处于垂直或水平方向，而是可与垂直方向成任何角度，且路径可偏离直线，只要电极的相交发生于可接受触摸辨识和分辨率的充分有限的区域内。虽然出于描述目的在显示器的情形下描述用以感测触摸的电极，但可通过将电极(104)添加于MEMS装置的背板处而在任何MEMS装置中实现触摸感测。应理解，本发明并不限于显示装置。
在由触摸引起的偏转可导致机械层与电极104接触的实施例中，显示器100还可包括机械层及其电极108与电极104之间的绝缘体106。显示器100进一步包括下文称为IMOD衬底的前部(透明)衬底112、密封件110和吸收剂/氧化物层114，所述吸收剂/氧化物层114可(例如)以行或列或以其它定向来图案化。取决于设备和应用，衬底112可为或可不为透明的。举例来说，在除显示器外的MEMS装置中，衬底112可不为透明的。
如在图8B中可见，当物体(例如，手指)触摸IMOD衬底112时，IMOD衬底112将与吸收剂氧化物114和机械层/电极108一起偏转。此偏转和机械层电极108或吸收剂/氧化物层114与电极层104之间的间隙的相关联改变导致电参数的改变，可感测所述改变以便确定触摸的位置。还应注意，还可感测产生于背玻璃处的偏转，这是因为此偏转还导致电容或其它参数的改变。应注意，还可进行触摸且经由图8中的背衬底102来感测所述触摸，且机械层108可能不接触层106。可感测由手指、触笔或甚至局部压力进行的触摸。
图8D是干涉式调制器的双态实施例的横截面。因为机械层108的镜面可朝向背玻璃102或IMOD衬底112进行驱动(例如，牵拉)，所以此实施例称为“双态”。在此实施例中，通过顶部电极/板116使镜面朝向背玻璃102驱动。顶部电极116以行或列或以实质上正交于电极104的图案的另一角度来图案化，且因此也可用以确定触摸的位置。
在一个实施例中，所述系统通过确定在列与行或以其它方式正交定向的电极的相交处的电容改变来感测触摸的位置。利用系统的处理器，实施例通过测量各种位置处的电容来计算经偏转的衬底的轮廓或形状，且接着比较所述形状与模型以计算触摸的位置。此显示器可具有投射式电容性质或表面电容性质。在图9A-D中所图示的实施例可用以感测所关注触摸区域，所述所关注触摸区域可从子像素调制器规模变化到整个屏幕或其部分。在一个投射式电容实施例中，如在图9A中可见，因为用于解析触摸的空间分辨率要求远低于显示器(且因此机械或其它层的电极)的分辨率，所以多个邻近机械线可连接在一起且经同时感测。在另一实施例中，如在图9B中可见，使用背玻璃上的触摸感测器矩阵，同时机械层电极仅用以供应共同参考电压。在表面电容实施例中，背玻璃层可为单一导体(电极)而非经图案化(如在图9C中可见)，且可使用n探针测量。举例来说，n可为四，且因此使用四探针测量方法。在此实施例中，机械层的经图案化的线电极用以供应参考电压。另外，在IMOD显示器为三态或三维模拟IMOD装置(具有如(例如)图8D中的多个驱动电极集合)的实施例中，如在图9D中可见，装置的顶板可用以供应参考电压。
还可从所测量的电容数据计算电容改变的形心，以改进触摸感测分辨率且还允许多点触摸(例如，两个或两个以上手指或其它物体同时地)感测。电容改变的形心无需与触摸的位置一致。对于多点触摸而言，形状的叠加是由个别触摸产生的形状的线性组合。形心与触摸位置之间的映射可存储在存储器中，且在需要时进行参考。映射数据可基于数学(即，理论)计算，或基于特定产品线或个别显示器的实际校准值。
作为实例，对于3.5英寸面板和机械层电极与背玻璃电极之间的六微米间隙而言，整个面板的电容大约为6纳法。假设由于触摸而发生两微米偏转，那么可产生由所描述实施例充分检测到的大于1纳法的总电容改变。
还可使用其它电参数，例如跨越背玻璃电极和/或机械层或吸收剂/氧化物层的电极或连接到机械层或吸收剂/氧化物层的电路的电阻。在此实施例中，电极之间的绝缘层优选不存在。
参看图10A和10B，柱群组130可形成在背玻璃102内。柱之间的凹座120填充有干燥剂。许多不同几何形状和图案可用于柱和所得凹座。举例来说，可图案化六边形阵列(例如，图示于图10B中的六边形阵列)。其它几何形状可包含圆形、三角形、矩形、五边形、八边形柱状物等。背玻璃电极104将经图案化以配合在所述柱的顶上，且以行或列或其它定向互连。密度还可从中心到边缘变化以辅助检测和面板边缘，所述边缘相较于显示器的中心部分通常更难以解析。
在某些实施例中，可将适当绝缘体放置在背玻璃电极104顶部上，以辅助电容检测以及防止机械层磨损。绝缘层的实例将包含二氧化硅、液晶聚合物和铁氟龙(Teflon)等。
图11是描绘装置制造的概要的流程图。以下步骤未必以所描述的次序来进行。在步骤204中，形成干涉式调制器阵列。接着在步骤208中，形成吸收剂层，且在步骤21中，在存在顶部电极/板的实施例中形成所述顶部电极/板。在步骤216中，形成背玻璃中的柱，且在步骤220中，提供柱之间或存在于其它区域中的干燥剂。在步骤224中，形成背玻璃电极，且在步骤228中，形成密封件且将阵列衬底附接到背玻璃(相对衬底)。
虽然已参看本发明的特定实施例特定地图示并描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，可在不偏离本发明的精神或范围的情况下在所揭示实施例的形式和细节上进行改变。
此外，虽然本文中已参考各种实施例论述了本发明的各种优点、方面和目标，但将理解，本发明的范围不应通过参考此些优点、方面和目标而受到限制。更确切地说，本发明的范围应参考随附权利要求书来确定。

Claims (35)

1.一种设备，其包括：
第一衬底；
微机电元件阵列，其安置在所述第一衬底上；
第一多个电极，其经配置以用于将电信号传导到所述微机电元件阵列；
第一控制电路，其经配置以经由所述第一多个电极施加用于控制所述微机电元件阵列的电信号；
第二衬底；
第二多个电极，其安置在所述第二衬底上；以及
第二控制电路，其经配置以检测所述第一多个电极与所述第二多个电极之间的电容改变，且至少部分基于所述电容改变来确定所述第一衬底的偏转区域。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述微机电元件阵列包括干涉式调制元件，所述干涉式调制元件包括界定空腔的两个壁，所述壁中的一者可在一位置范围内相对于另一壁移动，所述壁使得所述空腔在所述位置中的至少一者中干涉式地操作，从而产生对可见光的预定光响应。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述第一衬底为实质上透明的。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的设备，其中所述第二控制电路经进一步配置以计算所述电容改变的形心。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二控制电路经进一步配置以参考形心电容改变对相交数据的所存储映射，且确定触摸的位置。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第二控制电路经进一步配置以计算多点触摸的形心。
7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的设备，其中所述第一多个电极是安置在所述第一衬底上的光学堆叠的部分。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的设备，其中所述第一多个电极邻近所述第一衬底。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一多个电极位于所述微机电元件阵列与所述第一衬底之间。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的设备，其中所述第一多个电极中的多个邻近电极连接在一起且被同时感测。
11.根据权利要求1至10中任一权利要求所述的设备，其中所述设备包括：显示器；
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；以及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括：
驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。
13.根据权利要求12所述的设备，其进一步包括：
控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
14.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括：
图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述图像源模块包括接收器、收发器和发射器中的至少一者。
16.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括：
输入装置，其经配置以接收输入数据且将所述输入数据传达到所述处理器。
17.一种具有显示器的设备，所述显示器具有显示器前侧和显示器后侧，所述设备包括：
第一实质上透明的衬底；
干涉式调制元件阵列，其安置在所述第一实质上透明的衬底上，所述干涉式调制元件包括界定空腔的两个壁，所述壁中的一者可在一位置范围内相对于另一壁移动，所述壁使得所述空腔在所述位置中的至少一者中干涉式地操作，从而产生对可见光的预定光响应；
第一多个电极，其经配置以用于将电信号传导到所述干涉式调制元件阵列；
第一控制电路，其经配置以经由所述第一多个电极施加用于控制所述干涉式调制元件阵列的电信号；
第二衬底，其在所述显示器后侧处；以及
平面感测构件，其定位于所述显示器后侧处，所述平面感测构件用于感测触摸和所述平面感测构件的一部分与所述第一多个电极之间的电参数的相关联改变。
18.根据权利要求17所述的设备，其进一步包括第二多个电极，所述第二多个电极经配置以用于将电信号传导到所述干涉式调制元件阵列。
19.根据权利要求18所述的设备，其中位于所述显示器后侧处的所述平面感测构件经进一步配置以感测所述平面感测构件的一部分与所述第二多个电极之间的所述电参数的相关联改变。
20.一种制造和操作干涉式显示器设备的方法，所述方法包括：
在所述显示器的前部处提供前部衬底，所述前部衬底为实质上透明的；
在所述显示器的后部处提供后部衬底，所述后部衬底为实质上透明的；
提供安置在所述前部与后部衬底之间的干涉式调制元件阵列，
所述阵列安置在所述显示器的所述前部处的所述前部衬底上，所述干涉式调制元件包括界定空腔的两个壁，所述壁中的一者可在一位置范围内相对于另一壁移动，所述壁使得所述空腔在所述位置中的至少一者中干涉式地操作，从而产生对可见光的预定光响应；
提供第一多个电极，所述第一多个电极沿第一轴线定向且经配置以用于将电信号传导到所述干涉式调制元件阵列，所述第一多个电极与所述后部衬底接触；
提供第二多个电极，所述第二多个电极沿实质上正交于所述第一轴线的第二轴线定向；
利用所述第一或第二多个电极中的一者或两者作为触摸屏幕的板，且感测通过所述第一多个电极中的所述电极与所述第二多个电极中的所述电极之间的相交处的触摸而产生的参数的改变。
21.根据权利要求20所述的方法，其中感测通过触摸产生的参数的改变包括：感测所述第一多个电极中的所述电极与所述第二多个电极中的所述电极之间的所述相交处的电容改变。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中感测通过触摸产生的参数的改变包括：感测所述第一多个电极中的所述电极与所述第二多个电极中的所述电极之间的所述相交处的电阻改变。
23.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括计算所述电容改变的形心。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括参考形心电容改变对相交数据的所存储映射以及确定所述触摸的位置。
25.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括计算多点触摸的形心。
26.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括在所述后部衬底内提供多个柱。
27.根据权利要求20至26中任一权利要求所述的方法，其中所述第一多个电极安置在所述柱的顶上。
28.根据权利要求26所述的方法，其进一步包括在所述衬底内的所述多个柱之间提供干燥剂。
29.一种制造和操作干涉式显示器设备的方法，所述方法包括：
在阵列衬底上形成干涉式调制器阵列；
形成吸收剂层；
提供与所述阵列衬底相对的第二衬底；
在所述第二衬底处形成电极；以及
形成密封件且将所述阵列衬底与相对的第二衬底附接。
30.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括形成顶板电极。
31.根据权利要求29或权利要求30所述的方法，其进一步包括在所述第二衬底内形成柱且在所述柱之间提供干燥剂。
32.根据权利要求31所述的方法，其中在所述第二衬底处形成所述电极包括图案化所述柱的顶上的所述电极。
33.根据权利要求30所述的方法，进一步包括将参考电压供应到所述顶板电极，且通过检测所述顶板与所述干涉式显示器的导体之间的电容改变来确定触摸的位置。
34.根据权利要求30所述的方法，其中所述第二衬底处的所述电极包括[进一步包括][在所述第二衬底上]提供触摸感测器矩阵，且所述方法进一步包括将参考电压供应到所述干涉式调制器阵列的电极以及检测所述触摸感测器矩阵中的一者与所述阵列的所述电极之间的电容改变。
35.根据权利要求30所述的方法，其中在所述第二衬底处形成所述电极包括：形成单一未经图案化的导电板，且其中所述方法进一步包括通过将参考电压提供到所述干涉式调制器阵列的经图案化的线电极来确定触摸的位置以及确定所述经图案化的线电极与所述未经图案化的导电板之间的电容改变。
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