具有提供额外稳定状态的突起的机电系统装置

摘要

本发明提供用于机电系统EMS装置的系统、方法和设备，其中一或多个突起连接到所述EMS装置的表面。在一个方面中，所述EMS装置包含：衬底；静止电极，其在所述衬底上方；和可移动电极，其在所述静止电极上方。所述可移动电极经配置以通过所述可移动电极与所述静止电极之间的静电致动而移动到横越间隙的三个或三个以上位置。当所述突起在横越所述间隙的所述位置中的一者处接触所述EMS装置的任何表面时，所述突起改变所述EMS装置的硬度。接触所述一或多个突起的所述表面中的至少一者为非刚性。在一些实施方案中，所述突起具有大于约20nm的高度。

说明书

优先权数据

本发明主张2012年10月1日申请的题为“具有提供额外稳定状态的突起的机电系统装置(ELECTROMECHANICAL SYSTEMS DEVICE WITH PROTRUSIONS TOPROVIDE ADDITIONAL STABLE STATES)”的同在申请中的美国专利申请案第13/632,959号(代理人案号120700/QUALP162)的优先权的权利，所述专利申请案在此全部且针对所有目的而以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及机电系统(EMS)和装置，且更特定来说，涉及用于使干涉调制器(IMOD)中的可移动组件稳定的工程设计结构。

背景技术

机电系统(EMS)包含具有电元件和机械元件的装置、致动器、换能器、传感器、例如镜面和光学膜的光学组件，和电子件。可以包含但不限于微尺度和纳米尺度的多种尺度来制造EMS装置或元件。例如，微机电系统(MEMS)装置可包含具有范围为约1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1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、光刻和/或其它微机械加工工艺来创制机电元件，所述微机械加工工艺蚀刻掉衬底和/或经沉积材料层的部分或添加层以形成电装置和机电装置。

一个类型的EMS装置被称为干涉调制器(IMOD)。术语IMOD或干涉光调制器指使用光学干涉原理而使光选择性地吸收和/或反射的装置。在一些实施方案中，IMOD显示元件可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可全部地或部分地透明和/或反射，且能够在适当电信号的施加后即进行相对运动。例如，一个板可包含沉积于衬底上方、沉积于衬底上或由衬底支撑的静止层，且另一板可包含通过气隙而与所述静止层分离的反射隔膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射于IMOD显示元件上的光的光学干涉。以IMOD为基础的显示装置具有广泛范围的应用，且被预期为用来改善现有产品且创制新产品，尤其是具有显示能力的产品。

许多EMS和MEMS装置施加电压以在两个电极之间产生静电吸引，以使一个电极相对于另一电极移动。由于所述电极之间的静电力随着所述电极之间的距离减小而按二次方程式增大，故所述电极中的一者或两者的位置可变得不稳定。结构或突起可经工程设计且连接到EMS或MEMS装置的部分，以使EMS或MEMS装置中的运动范围稳定。

发明内容

本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，所述方面中无任何单一方面单独地负责本文所揭示的理想属性。

本发明所描述的主题的一个创新方面可实施于一种机电系统(EMS)装置中。所述EMS装置可包含：衬底；一静止电极，其在所述衬底上方；可移动电极，其在所述静止电极上方，且经配置以通过所述可移动电极与所述静止电极之间的静电致动而移动到横越间隙的三个或三个以上位置；和突起，其连接到所述EMS装置的表面。所述突起经配置以在横越所述间隙的所述位置中的一者处接触所述EMS装置的另一表面时改变所述EMS装置的硬度，其中接触所述突起的所述表面中的至少一者为非刚性。

在一些实施方案中，所述EMS装置可进一步包含多个系栓，所述多个系栓对称地安置于所述可移动电极的边缘周围，其中所述突起为多个突起的部分，且所述突起中的每一者连接到所述系栓中的每一者。在一些实施方案中，所述突起连接到面对所述静止电极的所述可移动电极的表面。在一些实施方案中，所述突起连接到面对所述可移动电极的所述衬底的表面。在一些实施方案中，所述EMS装置为光学装置。所述EMS装置可为模拟干涉调制器(AIMOD)的部分。在一些实施方案中，所述突起具有大于约20nm的高度。在一些实施方案中，所述突起为多个突起的部分，其中所述突起中的每一者具有不同高度。

本发明所描述的主题的另一创新方面可实施于一种机电系统(EMS)装置中。所述EMS装置可包含：衬底；静止电极，其所述衬底上方；可移动电极，其在所述静止电极上方，且经配置以通过所述可移动电极与所述静止电极之间的静电致动而移动到横越间隙的三个或三个以上位置；和用于改变所述EMS装置的硬度的装置，其连接到所述EMS装置的表面。所述改变硬度装置经配置以在横越所述间隙的所述位置中的一者处接触所述EMS装置的另一表面，其中接触所述改变硬度装置的所述表面中的至少一者为非刚性。

在一些实施方案中，所述EMS装置可进一步包含：用于将所述可移动电极支撑于所述衬底上方的装置；和用于将所述可移动电极系栓到所述支撑装置且对称地安置于所述可移动电极的边缘周围的装置，其中所述改变硬度装置连接到系栓装置。在一些实施方案中，所述改变硬度装置连接到面对所述静止电极的所述可移动电极的表面。在一些实施方案中，所述改变硬度装置连接到面对所述可移动电极的所述衬底的表面。在一些实施方案中，所述改变硬度装置具有大于约20nm的高度。

本发明所描述的主题的另一创新方面可实施于一种制造机电系统(EMS)装置的方法中。所述方法可包含：提供衬底；在所述衬底上方形成静止电极；在所述静止电极上方形成可移动电极，其中所述可移动电极经配置以通过所述可移动电极与所述静止电极之间的静电致动而移动到横越间隙的三个或三个以上位置；和在所述EMS装置的表面上形成突起。所述EMS装置的所述表面上的所述突起可经配置以在横越所述间隙的所述位置中的一者处接触所述EMS装置的另一表面时改变所述EMS装置的硬度，其中接触所述突起的所述表面中的至少一者为非刚性。

在一些实施方案中，所述方法可进一步包含形成对称地安置于所述可移动电极的边缘周围的多个系栓，其中所述突起为多个突起的部分，且所述突起中的每一者连接到所述系栓中的每一者。在一些实施方案中，所述突起连接到面对所述静止电极的所述可移动电极的表面。在一些实施方案中，所述突起连接到面对所述可移动电极的所述衬底的表面。在一些实施方案中，所述突起具有大于约20nm的高度。

本发明所描述的主题的一或多个实施方案的细节在随附图式和以下描述中予以阐述。尽管本发明所提供的实例主要地按照以EMS和MEMS为基础的显示器予以描述，但本文所提供的概念可应用于其它类型的显示器，例如，液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(“OLED”)显示器，和场发射显示器。其它特征、方面和优点将从所述描述、所述图式和权利要求书变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可未按比例绘制。

附图说明

图1为描绘IMOD显示装置的显示元件系列或阵列中的两个邻近干涉调制器(IMOD)显示元件的等角视图图解说明。

图2为说明并入以IMOD为基础的显示器的电子装置的系统框图，所述以IMOD为基础的显示器包含IMOD显示元件的三元件乘三元件阵列。

图3A到3E为IMOD显示元件的变化实施方案的横截面图解说明。

图4为说明用于IMOD显示器或显示元件的制造工艺的流程图。

图5A到5E为制成IMOD显示器或显示元件的工艺中的各种阶段的横截面图解说明。

图6A和6B为包含机电系统(EMS)元件阵列和背板的EMS封装的部分的示意性分解部分透视图。

图7为说明可移动电极依据外加电压的偏转的曲线图的实例。

图8为说明沿着光学EMS装置中的间隙距离的稳定范围和黑色状态的色谱的实例。

图9为具有可移动电极和静止电极(其间存在间隙)的EMS装置的实例的透视图。

图10A展示具有多个突起的EMS装置的可移动电极的实例的透视俯视图。

图10B展示图10A中的EMS装置的可移动电极的实例的透视仰视图。

图10C展示EMS装置的可移动电极的实例的透视仰视图，所述EMS装置具有在所述可移动电极上的多个突起。

图10D展示EMS装置的横截面示意图的实例，其中衬底上的至少一个突起接触系栓中的一者。

图11A到11E为制造具有多个突起的EMS装置的工艺中的各种阶段的横截面图解说明。

图12为说明用于可移动电极依据EMS装置的外加电压的位置的磁滞曲线的曲线图的实例。

图13为说明制造EMS装置的方法的流程图。

图14A和14B为说明包含多个IMOD显示元件的显示装置的系统框图。

各种图式中的类似参考数字和编号指示类似元件。

具体实施方式

以下描述系有关于出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的技术人员将易于认识到，可以众多不同方式来应用本文中的教示。所描述实施方案可实施于可经配置以显示图像(无论为在运动中(例如，视频)抑或静止(例如，静态图像)，且无论为文字、图形抑或图示)的任何装置、设备或系统中。更特定来说，应预期，所描述实施方案可包含于例如但不限于以下各者的多种电子装置中或与例如但不限于以下各者的多种电子装置相关联：移动电话、具备多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、无线装置、智能型手机、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、迷你笔记型计算机、笔记型计算机、智能型笔电(smartbook)、平板计算机、打印机、复印机、扫描器、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、摄影机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、摄录影机、游戏主控台、腕表、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、自动显示器(包含里程计和速度计显示器，等等)、座舱控制件和/或显示器、摄影机景观显示器(例如，车辆中之后视摄影机的显示器)、电子相片、电子广告牌或告示牌、投影机、架构结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、清洗机、干燥机、清洗机/干燥机、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)、美观结构(例如，一块珠宝或布料上的图像的显示器)，和多种EMS装置。本文中的教示也可用于例如但不限于以下各者的非显示器应用中：电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速度计、回转仪、动作感测装置、磁强计、用于消费型电子件的惯性组件、消费型电子件产品的部分、可变电抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造工艺，和电子测试装备。因此，所述教示并不希望限于单独地在诸图中描绘的实施，而是具有对于所属领域的技术人员将易于显而易见的广泛适用性。

本文所描述的一些实施方案涉及EMS装置，其中一或多个突起连接到EMS装置的表面。EMS装置可包含：衬底；静止电极，其在衬底上方；和可移动电极，其在静止电极上方。可移动电极可经配置以通过可移动电极与静止电极之间的静电致动而移动到横越间隙的三个或三个以上位置。当突起在横越间隙的位置中的一者处接触EMS装置的另一表面时，突起可改变EMS装置的硬度，其中接触一或多个突起的表面中的至少一者为非刚性。所述突起各自可具有大于约20nm的高度，例如，介于约20nm与约4000nm之间，且例如，介于约100nm与200nm之间。EMS装置可包含多个系栓，多个系栓对称地安置于可移动电极的边缘周围。所述突起中的每一者可连接到所述系栓中的每一者，或连接到面对静止电极的可移动电极的表面。

可实施本发明所描述的主题的特定实施方案以实现以下潜在优点中的一或多者。EMS装置的表面上的突起可接触EMS装置的另一表面，以在接触所述突起的表面中的至少一者为非刚性时的致动期间改变EMS装置的总硬度，从而产生较高复原力以阻遏突跳(snap-through)效应。结果，突起可提供至少一额外稳定操作区。事实上，具有不同高度的多个突起可提供另外稳定操作区。在具有额外稳定操作区的情况下，包含光学EMS装置的一些EMS装置可提供包含黑色的额外稳定色彩范围。此外，突起也可提供较大复原力以克服在突起接触时的可移动电极与静止电极之间的静摩擦效应。

所描述实施方案可应用的合适EMS或MEMS装置或设备的实例为反射显示装置。反射显示装置可并有干涉调制器(IMOD)显示元件，所述IMOD显示元件可经实施以使用光学干涉原理而使入射于其上的光选择性地吸收和/或反射。IMOD显示元件可包含部分光学吸收器、可相对于所述吸收器移动的反射器，和界定于所述吸收器与所述反射器之间的光学谐振腔。在一些实施方案中，反射器可移动到两个或两个以上不同位置，此情形可改变光学谐振腔的大小且由此影响IMOD的反射率。IMOD显示元件的反射光谱可创制相当宽的光谱带，所述光谱带可横越可见光波长而移位以产生不同色彩。可通过改变光学谐振腔的厚度而调整光谱带的位置。一种改变光学谐振腔的方式为通过改变反射器相对于吸收器的位置。

图1为描绘IMOD显示装置的显示元件系列或阵列中的两个邻近干涉调制器(IMOD)显示元件的等角视图图解说明。IMOD显示装置包含一或多个干涉EMS(例如，MEMS)显示元件。在这些装置中，干涉MEMS显示元件可经配置为呈明亮状态或黑暗状态。在明亮(“松弛”、“开启”或“接通”，等等)状态中，显示元件使入射可见光的大部分反射。相反地，在黑暗(“致动”、“闭合”或“关断”，等等)状态中，显示元件使很少入射可见光反射。MEMS显示元件可经配置以主要地在允许除了黑色和白色以外的彩色显示器的特定光波长下进行反射。在一些实施方案中，通过使用多个显示元件，可达成不同强度的原色和灰度。

IMOD显示装置可包含可以行和列而布置的IMOD显示元件阵列。所述阵列中的每一显示元件可包含：至少一对反射和半反射层，例如，可移动反射层(即，可移动层，也被称为机械层)；和固定部分反射层(即，静止层)，所述层经定位为彼此相隔可变且可控制的距离以形成气隙(也被称为光学间隙、腔或光学谐振腔)。可移动反射层可在至少两个位置之间移动。例如，在第一位置(即，松弛位置)中，可移动反射层可经定位为与固定部分反射层相隔一段距离。在第二位置(即，致动位置)中，可移动反射层可经定位为较接近于部分反射层。从所述两个层反射的入射光可取决于可移动反射层的位置和所述入射光的波长而建设性地和/或破坏性地干涉，从而针对每一显示元件产生整体反射抑或非反射状态。在一些实施方案中，显示元件可在未致动时处于反射状态，从而使可见光谱内的光反射，且显示元件可在致动时处于黑暗状态，从而使可见光范围内的光吸收和/或破坏性地干涉。然而，在一些其它实施方案中，IMOD显示元件可在未致动时处于黑暗状态，且在致动时处于反射状态。在一些实施方案中，外加电压的引入可驱动显示元件以改变状态。在一些其它实施方案中，外加电荷可驱动显示元件以改变状态。

图1中的阵列的所描绘部分包含呈IMOD显示元件12的形式的两个邻近干涉MEMS显示元件。在右侧(如所说明)的显示元件12中，可移动反射层14被说明为处于靠近、邻近于或触碰光学堆叠16的致动位置。横越右侧的显示元件12而施加的电压V_bias足以使可移动反射层14移动且也使可移动反射层14维持于致动位置。在左侧(如所说明)的显示元件12中，可移动反射层14被说明为处于与光学堆叠16相隔一段距离(其可基于设计参数而预定)的松弛位置，所述光学堆叠包含部分反射层。横越左侧的显示元件12而施加的电压V₀不足以使可移动反射层14致动到例如右侧的显示元件12的致动位置的致动位置。

在图1中，IMOD显示元件12的反射性质用箭头予以大体上说明，所述箭头指示入射于IMOD显示元件12上的光13，和从左侧的显示元件12反射的光15。入射于显示元件12上的大多数光13可通过透明衬底20而透射朝向光学堆叠16。入射于光学堆叠16上的光的一部分可透射通过光学堆叠16的部分反射层，且一部分将通过透明衬底20而反射回去。透射通过光学堆叠16的光13的部分可从可移动反射层14朝向(且通过)透明衬底20而反射回去。从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉(建设性和/或破坏性)将部分地确定装置的检视侧或衬底侧上从显示元件12反射的光15的波长强度。在一些实施方案中，透明衬底20可为玻璃衬底(有时被称为玻璃板或玻璃面板)。玻璃衬底可为或包含(例如)硼硅酸盐玻璃、碱石灰玻璃、石英、派莱克斯耐高温玻璃(Pyrex)，或其它合适玻璃材料。在一些实施方案中，玻璃衬底可具有0.3毫米、0.5毫米或0.7毫米的厚度，但在一些实施方案中，玻璃衬底可较厚(例如，数十毫米)或较薄(例如，小于0.3毫米)。在一些实施方案中，可使用非玻璃衬底，例如，聚碳酸酯、丙烯酸类、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚醚醚酮(PEEK)衬底。在此类实施方案中，非玻璃衬底将很可能具有小于0.7毫米的厚度，但所述衬底可取决于设计考虑而较厚。在一些实施方案中，可使用非透明衬底，例如，以金属箔或不锈钢为基础的衬底。例如，包含固定反射层和部分地透射且部分地反射的可移动层的以逆IMOD为基础的显示器可经配置为从与图1的显示元件12相对的衬底的侧被检视，且可由非透明衬底支撑。

光学堆叠16可包含单一层或若干层。所述(所述)层可包含电极层、部分反射且部分透射的层和透明介电层中的一或多者。在一些实施方案中，光学堆叠16导电、部分地透明且部分地反射，且可(例如)通过将以上层中的一或多者沉积到透明衬底20上而制作。电极层可由例如各种金属(例如，氧化铟锡(ITO))的多种材料形成。部分反射层可由例如各种金属(例如，铬和/或钼)、半导体和介电质的部分地反射的多种材料形成。部分反射层可由一或多个材料层形成，且所述层中的每一者可由单一材料或一材料组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16的某些部分可包含充当部分光学吸收器和电导体两者的单一半透明厚度的金属或半导体，而(例如，光学堆叠16的或显示元件的其它结构的)不同的更导电的层或部分可用来在IMOD显示元件之间用总线传送信号。光学堆叠16也可包含覆盖一或多个导电层的一或多个绝缘或介电层，或导电/部分吸收层。

在一些实施方案中，光学堆叠16的层中至少一些可经图案化成平行条带，且可在显示装置中形成行电极，如下文进一步所描述。所属领域的技术人员应理解，术语“经图案化”在本文中用以指遮蔽以及蚀刻工艺。在一些实施方案中，例如铝(Al)的高度导电且反射的材料可用于可移动反射层14，且这些条带可在显示装置中形成列电极。可移动反射层14可经形成为一或若干经沉积金属层(与光学堆叠16的行电极正交)的平行条带系列，以形成沉积于支撑件(例如，所说明支柱18)的顶部上的行，和位于支柱18之间的介入牺牲材料。当蚀刻掉牺牲材料时，可在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成经界定间隙19，或光学腔。在一些实施方案中，支柱18之间之间隔可为大约1μm到1000μm，而间隙19可大约小于10,000埃

在一些实施方案中，无论处于致动状态抑或松弛状态，每一IMOD显示元件皆可被视为通过固定反射层和移动反射层而形成的电容器。当未施加电压时，如由图1中的左侧的显示元件12所说明，可移动反射层14保持于机械松弛状态，其中在可移动反射层14与光学堆叠16之间存在间隙19。然而，当将电位差(即，电压)施加到选定行和列中的至少一者时，在对应显示元件处形成于行电极与列电极的交叉处的电容器变得充电，且静电力将所述电极拉在一起。如果外加电压超过阈值，那么可移动反射层14可变形且靠近或抵靠光学堆叠16而移动。光学堆叠16内的介电层(未图示)可防止短路且控制层14与层16之间的分离距离，如由图1中的右侧的致动显示元件12所说明。行为可相同而不管外加电位差的极性。尽管一阵列中的显示元件系列可在一些例子中被称为“行”或“列”，但所属领域的技术人员应易于理解，将一个方向称为“行”且将另一方向称为“列”是任意的。再次声明，在一些定向上，行可被视为列，且列可被视为行。在一些实施方案中，行可被称为“共同(common)”线，且列可被称为“片段(segment)”线，或反之亦然。此外，显示元件可以正交的行和列(“阵列”)而均匀地布置，或以非线性配置而布置，例如，具有相对于彼此的某些位置偏移(“马赛克(mosaic)”)。术语“阵列”和“马赛克”可指任一配置。因此，尽管显示器被称为包含“阵列”或“马赛克”，但元件自身无需彼此正交地布置，或以均匀分布而安置，而是在任何例子中可包含具有不对称形状和不均匀分布元件的布置。

图2为说明并入以IMOD为基础的显示器的电子装置的系统框图，所述以IMOD为基础的显示器包含IMOD显示元件的三元件乘三元件阵列。所述电子装置包含处理器21，所述处理器可经配置以执行一或多个软件模块。除了执行作业系统以外，处理器21可经配置以也执行一或多个软件应用程序，所述一或多个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。

处理器21可经配置以与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包含将信号提供到(例如)显示阵列或面板30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。图1所说明的IMOD显示装置的横截面系由图2中的线1-1展示。尽管图2出于清楚起见而说明IMOD显示元件的3×3阵列，但显示阵列30可含有极大数目个IMOD显示元件，且在行中相比于在列中可具有不同数目个IMOD显示元件，且反之亦然。

IMOD显示器和显示元件的结构的细节可广泛地变化。图3A到3E为IMOD显示元件的变化实施方案的横截面图解说明。图3A为IMOD显示元件的横截面图解说明，其中金属材料条带沉积于支撑件18上，其从衬底20大体上正交地延伸，从而形成可移动反射层14。在图3B中，每一IMOD显示元件的可移动反射层14为大体上正方形或矩形形状，且在系栓32上于拐角处或附近附接到支撑件。在图3C中，可移动反射层14为大体上正方形或矩形形状，且从可包含可柔性金属的可变形层34悬挂。可变形层34可在可移动反射层14的周界周围直接地或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中被称为“集成式”支撑件或支撑支柱18的实施方案。图3C所展示的实施方案具有从可移动反射层14的光学功能与其机械功能的去耦导出的额外益处，所述机械功能由可变形层34进行。此去耦允许用于可移动反射层14的结构设计和材料与用于可变形层34的结构设计和材料独立于彼此而优化。

图3D为IMOD显示元件的另一横截面图解说明，其中可移动反射层14包含反射子层14a。可移动反射层14搁置于例如支撑支柱18的支撑结构上。支撑支柱18提供可移动反射层14与下部静止电极的分离，所述下部静止电极可为所说明的IMOD显示元件中的光学堆叠16的部分。例如，当可移动反射层14处于松弛位置时，在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成间隙19。可移动反射层14也可包含可经配置以充当电极的导电层14c，和支撑层14b。在此实例中，导电层14c安置于支撑层14b的远离于衬底20的一侧上，且反射子层14a安置于支撑层14b的紧接于衬底20的另一侧上。在一些实施方案中，反射子层14a可导电，且可安置于支撑层14b与光学堆叠16之间。支撑层14b可包含电介质材料(例如，氮氧化硅(SiON)或二氧化硅(SiO₂))的一或多个层。在一些实施方案中，支撑层14b可为层堆叠，例如，SiO₂/SiON/SiO₂三层堆叠。反射子层14a和导电层14c中任一者或两者可包含(例如)具有约0.5％铜(Cu)的铝(Al)合金，或另一反射金属材料。在电介质支撑层14b上方和下方使用导电层14a和14c可使应力平衡，且提供增强型导电。在一些实施方案中，反射子层14a和导电层14c可由不同材料形成以用于多种设计目的，例如，在可移动反射层14内达成特定应力轮廓(stress profile)。

如图3D所说明，一些实施方案也可包含黑色掩模结构23或黑暗膜层。黑色掩模结构23可形成于光学非作用区中(例如，在显示元件之间或在支撑支柱18之下)，以吸收周围光或杂散光。黑色掩模结构23也可通过抑制光从显示器的非作用部分反射或透射通过显示器的非作用部分而改善显示装置的光学性质，由此增大对比率。另外，黑色掩模结构23的至少一些部分可导电，且经配置以用作电总线传送层(electrical bussinglayer)。在一些实施方案中，行电极可连接到黑色掩模结构23以减少经连接行电极的电阻。可使用包含沉积和图案化技术的多种方法来形成黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可包含一或多个层。在一些实施方案中，黑色掩模结构23可为标准具(etalon)或干涉堆叠结构。例如，在一些实施方案中，干涉堆叠黑色掩模结构23包含充当光学吸收器的钼铬(MoCr)层、SiO₂层，和充当反射器与总线传送层的铝合金，其中厚度的范围分别为约到到和到可使用包含光刻和干式蚀刻的多种技术来图案化一或多个层，包含(例如)用于MoCr和SiO₂层的四氟甲烷(或四氟化碳，CF₄)和/或氧气(O₂)，和用于铝合金层的氯气(Cl₂)和/或三氯化硼(BCl₃)。在此类干涉堆叠黑色掩模结构23中，可使用导电吸收器以在每一行或列的光学堆叠16中之下部静止电极之间传输或用总线传送信号。在一些实施方案中，分隔层35可用来使光学堆叠16中的电极(或导体)(例如，吸收器层16a)与黑色掩模结构23中的导电层大体上电隔离。

图3E为IMOD显示元件的另一横截面图解说明，其中可移动反射层14为自行支撑式。虽然图3D说明结构上和/或材料上相异于可移动反射层14的支撑支柱18，但图3E的实施方案包含与可移动反射层14集成的支撑支柱。在此类实施方案中，可移动反射层14在多个位点处接触底层光学堆叠16，且可移动反射层14的曲率提供足够支撑，使得可移动反射层14在横越IMOD显示元件的电压不足以导致致动时返回到图3E的未致动位置。以此方式，向下弯曲或弯折以接触衬底或光学堆叠16的可移动反射层14的部分可被视为“集成式”支撑支柱。此处出于清楚起见而将可含有多个若干不同层的光学堆叠16的一个实施方案展示为包含光学吸收器16a和介电质16b。在一些实施方案中，光学吸收器16a可充当静止电极和部分反射层两者。在一些实施方案中，光学吸收器16a可比可移动反射层14薄一个数量级。在一些实施方案中，光学吸收器16a薄于反射子层14a。

在例如图3A到3E所展示的实施方案的实施方案中，IMOD显示元件形成直视装置的部分，其中可从透明衬底20的前侧(其在此实例中为与经形成有IMOD显示元件的侧相对的侧)检视图像。在这些实施方案中，可配置和操作装置的背部分(即，在可移动反射层14后方的显示装置的任何部分，包含(例如)图3C所说明的可变形层34)而不冲击或负面地影响显示装置的图像质量，这是因为反射层14光学地屏蔽所述装置的那些部分。例如，在一些实施方案中，总线结构(未说明)可包含于可移动反射层14后方，其提供使调制器的光学性质与调制器的机电性质分离的能力，例如，电压定址和由此类定址引起的移动。

图4为说明用于IMOD显示器或显示元件的制造工艺80的流程图。图5A到5E为用于制成IMOD显示器或显示元件的制造工艺80中的各种阶段的横截面图解说明。在一些实施方案中，可实施制造工艺80以制造一或多个EMS装置，例如，IMOD显示器或显示元件。此类EMS装置的制造也可包含图4中未图示的其它块。工艺80开始于块82，其中在衬底20上方形成光学堆叠16。图5A说明形成于衬底20上方的此类光学堆叠16。衬底20可为例如玻璃或塑料的透明衬底，例如，上文关于图1所论述的材料。衬底20可为可柔性或相对硬且不弯折，且可已经受例如清洁的先前制备工艺，以促进光学堆叠16的有效率形成。如上文所论述，光学堆叠16可导电、部分地透明、部分地反射且部分地吸收，且可(例如)通过将具有所要性质的一或多层沉积到透明衬底20上而制作。

在图5A中，光学堆叠16包含具有子层16a和16b的多层结构，但在一些其它实施方案中可包含更多或更少子层。在一些实施方案中，子层16a和16b中的一者可经配置有光学吸收性质和导电性质两者，例如，组合式导体/吸收器子层16a。在一些实施方案中，子层16a和16b中的一者可包含钼铬(或MoCr)，或具有合适复折射率(complexrefractive index)的其它材料。另外，子层16a和16b中的一或多者可经图案化成平行条带，且可在显示装置中形成行电极。此类图案化可通过遮蔽和蚀刻工艺或此项技术中所知的另一合适工艺而执行。在一些实施方案中，子层16a和16b中的一者可为绝缘或介电层，例如，沉积于一或多个底层金属和/或氧化物层(例如，一或多个反射和/或导电层)上方的上部子层16b。此外，光学堆叠16可经图案化成形成显示器的行的个别且平行条带。在一些实施方案中，光学堆叠的子层中的至少一者(例如，光学吸收层)可相当薄(例如，相对于本发明所描绘的其它层)，即使子层16a和16b在图5A到5E中被展示为稍微厚也如此。

工艺80继续于块84，其中在光学堆叠16上方形成牺牲层25。因为稍后去除牺牲层25(参见块90)以形成腔19，所以在所得IMOD显示元件中未展示牺牲层25。图5B说明包含形成于光学堆叠16上方的牺牲层25的已部分制作装置。在光学堆叠16上方形成牺牲层25可包含沉积例如钼(Mo)或非晶硅(Si)的二氟化氙(XeF₂)可蚀刻材料，其厚度经选择以在后续去除之后提供具有所要设计大小的间隙或腔19(也参见图5E)。可使用例如以下各者的沉积技术来进行牺牲材料的沉积：物理气相沉积(PVD，其包含许多不同技术，例如，溅镀)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)，或旋涂。

工艺80继续于块86，其中形成例如支撑支柱18的支撑结构。形成支撑支柱18可包含图案化牺牲层25以形成支撑结构孔隙，接着使用例如PVD、PECVD、热CVD或旋涂的沉积方法而将材料(例如，聚合物或无机材料，比如，氧化硅)沉积到所述孔隙中以形成支撑支柱18。在一些实施方案中，形成于牺牲层中的支撑结构孔隙可通过牺牲层25和光学堆叠16两者而延伸到底层衬底20，使得支撑支柱18之下部末端接触衬底20。替代地，如图5C所描绘，形成于牺牲层25中的孔隙可延伸通过牺牲层25，而不通过光学堆叠16。例如，图5E说明接触光学堆叠16的上部表面的支撑支柱18的下部末端。可通过将支撑结构材料层沉积于牺牲层25上方且图案化远离于牺牲层25中的孔隙而定位的支撑结构材料的部分来形成支撑支柱18或其它支撑结构。支撑结构可位于孔隙内，如图5C所说明，但也可至少部分地延伸于牺牲层25的部分上方。如上文所提及，牺牲层25和/或支撑支柱18的图案化可通过遮蔽和蚀刻工艺而执行，但也可通过替代性图案化方法而执行。

工艺80继续于块88，其中形成例如图5D所说明的可移动反射层14的可移动反射层或隔膜。可通过使用包含(例如)反射层(例如，铝、铝合金，或其它反射材料)沉积的一或多个沉积步骤连同一或多个图案化、遮蔽和/或蚀刻步骤来形成可移动反射层14。可移动反射层14可经图案化成个别且平行的条带，所述条带形成(例如)显示器的列。可移动反射层14可导电，且被称为导电层。在一些实施方案中，可移动反射层14可包含如图5D所展示的多个子层14a、14b和14c。在一些实施方案中，所述子层中的一或多者(例如，子层14a和14c)可包含针对其光学性质而选择的高度反射子层，且另一子层14b可包含针对其机械性质而选择的机械子层。在一些实施方案中，机械子层可包含电介质材料。由于牺牲层25仍存在于块88处形成的已部分制作IMOD显示元件中，故可移动反射层14在此阶段通常不可移动。含有牺牲层25的已部分制作IMOD显示元件在本文中也可被称为“未释放(unreleased)”IMOD。

工艺80继续于块90，其中形成腔19。可通过将牺牲材料25(块84处所沉积)暴露到蚀刻剂来形成腔19。例如，通过将牺牲层25暴露到例如固态XeF₂导出的蒸汽的气态或蒸汽蚀刻剂历时有效于去除所要量的材料的时段，可通过干式化学蚀刻来去除例如Mo或非晶Si的可蚀刻牺牲材料。通常相对于环绕腔19的结构来选择性地去除牺牲材料。也可使用其它蚀刻方法，例如，湿式蚀刻和/或等离子蚀刻。由于在块90期间去除牺牲层25，故可移动反射层14通常可在此阶段之后移动。在去除牺牲材料25之后，所得的已完全或部分制作IMOD显示元件在本文中可被称为“已释放(released)”IMOD。

在一些实施方案中，例如以IMOD为基础的显示器的EMS组件或装置的封装可包含背板(或者被称为后挡板、后玻璃，或凹入式玻璃)，所述背板可经配置以保护EMS组件免受损害(例如，免受机械干涉或潜在有害物质)。背板也可提供针对广泛范围的组件的结构支撑，所述组件包含但不限于驱动器电路系统、处理器、存储器、互连阵列、蒸汽障壁、产品外壳，和其类似者。在一些实施方案中，背板的使用可促进组件的集成，且由此减少便携式电子装置的体积、重量和/或制造成本。

图6A和6B为包含EMS元件阵列36和背板92的EMS封装91的部分的示意性分解部分透视图。图6A被展示为背板92的两个拐角被切掉以更好地说明背板92的某些部分，而图6B被展示为所述拐角未被切掉。EMS阵列36可包含衬底20、支撑支柱18，和可移动层14。在一些实施方案中，EMS阵列36可包含IMOD显示元件阵列，其中一或多个光学堆叠部分16在透明衬底上，且可移动层14可被实施为可移动反射层。

背板92可基本上平坦，或可具有至少一个波状表面(例如，背板92可经形成有凹口和/或突起)。背板92可由任何合适材料(无论透明抑或不透明，导电抑或绝缘)制成。用于背板92的合适材料包含但不限于玻璃、塑料、陶瓷、聚合物、层压物、金属、金属箔、科伐合金(Kovar)，和经电镀科伐合金。

如图6A和6B所展示，背板92可包含可部分地或全部地嵌入于背板92中的一或多个背板组件94a和94b。在图6A中可看出，背板组件94a嵌入于背板92中。在图6A和6B中可看出，背板组件94b安置于形成于背板92的表面中的凹口93内。在一些实施方案中，背板组件94a和/或94b可从背板92的表面突起。尽管背板组件94b安置于面对衬底20的背板92的侧上，但在其它实施方案中，背板组件可安置于背板92的相对侧上。

背板组件94a和/或94b可包含一或多个主动式或被动式电组件，例如，晶体管、电容器、电感器、电阻器、二极管、开关，和/或集成电路(IC)，例如，已封装的标准或离散IC。可用于各种实施方案中的背板组件的其它实例包含天线、蓄电池，和例如电、触控、光学或化学传感器的传感器，或薄膜沉积装置。

在一些实施方案中，背板组件94a和/或94b可与EMS阵列36的部分进行电通信。例如迹线、凸块、支柱或通孔的导电结构可形成于背板92或衬底20中的一者或两者上，且可彼此接触或接触其它导电组件以在EMS阵列36与背板组件94a和/或94b之间形成电连接。例如，图6B包含背板92上的一或多个导电通孔96，所述一或多个导电通孔可在EMS阵列36内与从可移动层14向上延伸的电接点98对准。在一些实施方案中，背板92也可包含使背板组件94a和/或94b与EMS阵列36的其它组件电绝缘的一或多个绝缘层。在背板92系由蒸汽可渗透材料形成的一些实施方案中，背板92的内部表面可经涂布有蒸汽障壁(未图示)。

背板组件94a和94b可包含用以吸收可进入EMS封装91的任何湿气的一或多个干燥剂。在一些实施方案中，可与任何其它背板组件(例如，作为运用粘接剂而安装到背板92(或安装于形成于所述背板中的凹口中)的薄片)分离地提供干燥剂(或其它湿气吸收材料，例如，吸气剂)。替代地，干燥剂可集成到背板92中。在一些其它实施方案中，可直接地或间接地将干燥剂施加于其它背板组件上方，例如，通过喷涂、网版印刷或任何其它合适方法。

在一些实施方案中，EMS阵列36和/或背板92可包含机械支座97，以维持背板组件与显示元件之间的距离且由此防止那些组件之间的机械干涉。在图6A和6B所说明的实施方案中，机械支座97经形成为与EMS阵列36的支撑支柱18对准地从背板92突起的支柱。替代地或此外，可沿着EMS封装91的边缘提供例如轨道或支柱的机械支座。

尽管图6A和6B中未说明，但可提供部分地或完全地包围EMS阵列36的密封件。连同背板92和衬底20，所述密封件可形成围封EMS阵列36的保护腔。所述密封件可为半气密密封件，例如，常规的以环氧树脂为基础的粘接剂。在一些其它实施方案中，密封件可为气密密封件，例如，薄膜金属熔接部或玻璃粉。在一些其它实施方案中，密封件可包含聚异丁烯(PIB)、聚胺基甲酸酯、液态旋涂式玻璃、焊料、聚合物、塑料，或其它材料。在一些实施方案中，加强型密封剂可用以形成机械支座。

在替代实施方案中，密封环可包含背板92或衬底20中任一者或两者的延伸部。例如，密封环可包含背板92的机械延伸部(未图示)。在一些实施方案中，密封环可包含分离部件，例如，O型环或其它环形部件。

在一些实施方案中，EMS阵列36和背板92可在附接或耦合在一起之前分离地形成。例如，如上文所论述，衬底20的边缘可附接和密封到背板92的边缘。替代地，EMS阵列36和背板92可形成和接合在一起作为EMS封装91。在一些其它实施方案中，可以任何其它合适方式(例如，通过沉积而将背板92的组件形成于EMS阵列36上方)来制作EMS封装91。

许多MEMS和EMS装置施加电压以在两个电极之间产生静电吸引。两个电极之间的静电吸引可诱发非线性静电力。所述静电力可随着两个电极之间的距离减小而按二次方程式增大。

图7为说明可移动电极依据外加电压的偏转的曲线图的实例。可移动电极可为MEMS或EMS装置的部分。可使用以下方程式以测量两个电极之间的静电力：

F＝(V²ε₀A_E)/(2D²)

其中A_E为两个电极之间的共同表面积，V为两个电极之间的电压电位，ε₀为自由空间电容率，且D为两个电极之间的分离距离。D＝(z₀-d)，且z₀为初始分离距离，且d为偏转距离。

在图7的实例中，可移动电极为具有微镜面或镜面板的MEMS装置的部分。用于图7中的曲线图的数据提供于大卫·M·伯恩斯(David M.Burns)和维克特·M·布莱特(VictorM.Bright)的名为“用于静电致动的微镜面的稳定偏转的非线性挠曲(Nonlinear Flexuresfor stable deflection of an electrostatically actuated micromirror)”(SPIE第3226卷，第125到136页(2011年4月))的公开案中，所述公开案的全文据此以引用方式并入。伯恩斯公开案中的MEMS装置的自由空间电容率ε₀为8.854×10^-14F/cm、两个电极之间的共同表面积A_E为5252μm²，且初始电极分离度z₀为2.09μm。

因为静电力与两个电极之间的分离距离成反比，且随着分离距离减小而按二次方程式增大，所以所述电极中的一者的位置可随着所述电极横越所述分离距离行进而变得不稳定。例如，在电极之间的分离距离减小达约三分之一之后，电极的相对位置可变得不稳定，且电极可快速地行进剩余分离距离。此现象被称为“突跳”，且可限制MEMS或EMS装置中的有用运动范围。

此外，随着可移动电极倾斜达即使最微小度数，电荷也可积聚于充当正加强机构(positively reinforcing mechanism)的所述倾斜的区域中，此情形引起倾斜不稳定性。倾斜不稳定性可由MEMS或EMS装置的任何不对称性引起，所述不对称性包含失配的系栓、电极的形状，或不均匀的初始分离距离。在超出取决于静电复原力矩对机械复原力矩的比率的某一临界行进范围或倾斜角度的情况下，倾斜变得不稳定，且装置的一侧或拐角将排出。这些突起也可通过增大机械复原力矩而延伸倾斜稳定范围。

如本文较早所论述，一些MEMS或EMS装置可包含光学装置，例如，IMOD。可移动电极可具有反射层，所述反射层经配置以通过朝向具有吸收器层的静止电极的静电吸引而横越间隙移动。可移动电极可经配置以至少部分地基于间隙的大小而干涉地调制特定波长的光。通常，IMOD可具有从在约540nm(例如，绿色)的初始电间隙到在约360nm(例如，红色)的初始电间隙的稳定范围。因此，IMOD可在从约360nm到约540nm的红绿蓝(RGB)色谱内连续地调谐。在模拟IMOD(AIMOD)中，具有反射层的可移动电极可经配置以移动到与具有吸收器层的静止电极相隔的三个或三个以上不同距离。换句话说，反射层可移动和停止于与吸收器层不同的三个或三个以上位置。

然而，当可移动电极超过某一临界行进范围或倾斜角度时，可移动电极可变得不稳定且朝向静止电极突跳。此情形可创制针对各种波长的光(包含黑色)的不稳定区。一些AIMOD设法通过运用电荷而非电压进行驱动来延伸电间隙的稳定区，或串联地添加电容器。然而，AIMOD的此类配置仍经受倾斜不稳定性，其中可移动电极的即使最微小倾斜也可局域地集中静电电荷，且造成可移动电极上的静电力按指数律成比例增大。

图8为说明沿着光学EMS装置中的间隙距离的稳定范围和黑色状态的色谱的实例。在一些实施方案中，光学EMS装置可包含IMOD。以纳米为单位而测量的间隙距离表示从静止电极到可移动电极的距离。在一些实施方案中，可移动电极可包含反射层，且静止电极可包含具有吸收器层的光学堆叠。

为了达成所要色域(例如，红绿蓝色谱)，可将初始间隙距离选择为介于约400nm与约700nm之间，例如，介于约450nm与约650nm之间。例如，在图8的实例中，将初始间隙距离选择为约540nm。可选择初始间隙距离，使得所要色域在突跳之前处于稳定操作范围内。

如图8的实例所说明，用于光学EMS装置的黑色状态可在稳定范围外。在图8中，黑色状态可介于约100nm与约200nm之间，例如，约140nm。在一些实施方案中，为了使光学EMS装置稳定地达到黑色状态，可增大光学EMS装置的稳定范围。

图9为具有可移动电极和静止电极(其间存在间隙)的EMS装置的实例的透视图。静止电极160可形成于衬底200上。多个支撑支柱180可安置于静止电极160上方，且至少紧接于衬底200的拐角。可移动电极140可经由对称地安置于可移动电极140周围的多个系栓150或铰链而连接到支撑支柱180。

在一些实施方案中，系栓150与可移动电极140相切，且可减少EMS装置中的残余应力。用于系栓150的其它配置(包含笔直、弯曲，或折迭)也是可能的。可移动电极140朝向静止电极160的偏转可随着系栓150的顺应性增大而增大。明确地说，系栓150的顺应性可随着其宽度的倒数而线性地变化，且可随着其长度的三次幂而直接地变化。因此，系栓150可较长且较薄，以便增大可移动电极140的偏转。此外，系栓150可由相同材料制成，且具有实质上相同顺应性，此情形可导致用于可移动电极140的实质上均一偏转。例如，系栓150中的每一者可由例如铝(Al)和钛(Ti)的金属或例如硅(Si)、氧化物、氮化物和氮氧化合物的其它材料制成。

在一些实施方案中，衬底200可为例如玻璃、塑料或其它透明材料的透明衬底。在一些实施方案中，衬底200可为具有至少700μm的厚度的玻璃衬底。静止电极160可形成于衬底200上。静止电极160可包含光学堆叠(未图示)。所述光学堆叠可包含吸收器层和/或多个其它层，且可经配置为相似于图3A到3E中的光学堆叠16。吸收器层可具有介于约与约之间的厚度，且可由例如MoCr的导电材料制成。

在一些实施方案中，可移动电极140可为实质上正方形或矩形，且直接地定位于静止电极160上方。在一些实施方案中，可移动电极140的厚度可介于约与约之间。在图9所说明的实例中，具有可移动电极140的EMS装置可在显示装置中形成像素的部分。

可移动电极140可包含多个层(未图示)，所述多个层包含但不限于反射层和可变形层。在此类配置中，可移动电极140的光学性质可与其机械性质去耦。反射层可包含多个子层(未图示)。例如，反射层可包含厚度介于约与约之间以将结构刚性提供到可移动电极140的介电子层、厚度介于约与约之间的金属子层，和厚度介于约与约之间的反射子层。此外，可变形层可包含多个子层(未图示)。可变形层具有介于约与约之间的厚度，且可包含一或多个介电子层，和厚度介于约与约之间的导电子层。上文所描述的介电子层中的每一者可包含电介质材料，例如，氧化亚氮、二氧化硅、氮氧化硅，和氮化硅。上文所描述的金属或导电子层中的每一者可包含铝、铜、铝铜合金，或其它导电材料。上文所描述的反射子层中的每一者可包含Al、Al合金，或其它反射材料。在一些实施方案中，可移动电极140的反射层和可变形层形成AIMOD的部分。

可移动电极140经配置以在电压施加到可移动电极140时朝向静止电极160静电地致动。系栓150中的每一者可弯折，且可移动电极140可朝向静止电极160偏转。如果可移动电极140包含反射层和可变形层，那么可由可变形层承担用于致动的偏转，以便减少由外围区的弯折造成的反射层的失真。可移动电极140在致动期间保持实质上平行于静止电极160。然而，随着施加到可移动电极140的电压增大，EMS装置可在突跳之前具有有限稳定范围。

可移动电极140和静止电极160在其间界定间隙，使得在一些实施方案中，可移动电极140与静止电极160之间的间隙距离可影响EMS装置的反射性质。EMS装置可在静电致动后即移动到横越间隙的三个或三个以上位置，例如，在AIMOD中。AIMOD可经设计成从AIMOD的衬底200的侧被检视，此意谓入射光通过衬底200而进入AIMOD。取决于可移动电极140的位置，不同波长的光通过衬底200而反射回去，此情形给出具有不同色彩的外观。

图10A展示具有多个突起的EMS装置的可移动电极的实例的透视俯视图。图10B展示图10A中的EMS装置的可移动电极的实例的透视仰视图。突起100也可被称为“压凹痕(dimple)”。在如图10A和10B的实例所说明的一些实施方案中，突起100可定位于对称地安置于可移动电极140周围的系栓150上。突起100可连接到系栓150且从面对图9中的静止电极160或衬底200的系栓150的表面延伸。

由于系栓150可对称地安置于可移动电极140周围，故突起100也可对称地安置于可移动电极140周围。突起100可围绕可移动电极140的中心旋转地对称。突起100中的每一者可经定位为紧接于系栓150附接到可移动电极140之处。在图10A和10B的实例中，系栓150上的四个突起100安置于可移动电极140的外围周围。然而，应理解，更少突起100或更多突起100可安置于可移动电极140的外围周围。

突起100可安装、附接、接合、连接、形成或以其它方式定位于系栓150上。突起100可经形成为系栓150自身的部分或经形成为从系栓150自身延伸的延伸部。在一些实施方案中，一或多个突起100可定位于可移动电极140的表面上且面对静止电极160，如图10C更详细地所论述。在一些实施方案中，一或多个突起可定位于衬底200或静止电极160的表面上，如图10D更详细地所论述。

在一些实施方案中，代替系栓150或除了系栓150以外，突起100也可定位于可移动电极140上。图10C展示EMS装置的可移动电极的实例的透视仰视图，所述EMS装置具有在所述可移动电极上的多个突起。图10中的四个突起100中的每一者可经定位为紧接于可移动电极140的拐角。可移动电极140可在突起100之间的区中弯折。在一些实施方案中，突起100可定位于可移动电极140的中心周围，使得突起100可围绕可移动电极140的中心而枢转。虽然三个或三个以上突起100可向可移动电极140提供增大的稳定性，但应理解，更少突起可定位于可移动电极140上。例如，一个突起100可定位于可移动电极140的底部表面的中心处。在一些实施方案中，突起100可定位于可移动电极140和系栓150上。

在一些实施方案中，突起100可定位于静止电极160或衬底200上。图10D展示EMS装置的横截面示意图的实例，其中衬底上的至少一个突起接触系栓中的一者。在图10D的实例中，两个突起100形成于衬底200上。随着可移动电极140朝向衬底200致动，突起100中的至少一者接触系栓150中的一者。随着可移动电极140继续移动，系栓150中的一者可接触衬底200上的第二突起100。系栓150可具有非刚性表面，使得当至少一个突起100进行接触时，至少一个突起100与支撑支柱180之间的区可弯折。在一些实施方案中，代替系栓150或除了系栓150以外，突起100也可接触可移动电极140。

如本文较早所论述，当可移动电极140在图9或图10D中朝向静止电极160静电地致动时，可移动电极140可在移动超出稳定范围后即朝向静止电极160突跳。然而，在突起100提供于系栓150的底部表面上、提供于衬底200或静止电极160上或提供于可移动电极140上的情况下，突起100可在可移动电极140的致动期间接触EMS装置的任何表面。EMS装置的任何表面可包含但不限于衬底200的顶部表面、静止电极160的顶部表面、可移动电极140的底部表面、系栓150的底部表面，和支撑支柱180的表面中任一者。

当突起100中任一者接触EMS装置的表面时，一或多个突起100可增大EMS装置的总硬度。EMS装置的硬度有效地增大，这是因为突起100缩短系栓150或可移动电极140的有效长度。如本文较早所论述，硬度为有效长度的大约三次幂。结果，突起100相对于系栓150或可移动电极140的定位可使EMS装置的硬度在接触后即变化。此外，突起100的相对大小也可使EMS装置的硬度在接触后即变化。一或多个突起100提供对系栓150或可移动电极140的变形的增大的阻力。在一些实施方案中，例如，突起100改变系栓150或可移动电极140的顺应性，使得可移动电极140朝向静止电极160继续移动，同时减少突跳效应。

突起100可连接到或接触EMS装置的非刚性表面。例如，在一些实施方案中，突起100可连接到可移动电极140或系栓150的非刚性表面。随着突起100接触EMS装置的另一表面，突起100可造成非刚性表面挠曲。因此，随着可移动电极140继续移动，突起100并未接触的系栓150上或可移动电极140上的区将有效地弯折。

在一些实施方案中，突起100可接触可移动电极140或系栓150的非刚性表面。突起100可连接到衬底200或静止电极160或以其它方式定位于衬底200或静止电极160上，且无需连接到非刚性表面。在致动期间，随着突起100接触可移动电极140或系栓150的非刚性表面，造成所述非刚性表面挠曲。因此，随着可移动电极140继续移动，突起100并未接触的系栓150上或可移动电极140上的区将有效地弯折。

虽然突起100自身无需由顺应性或可柔性材料制成，但突起100可连接到或接触EMS装置的顺应性或非刚性表面。因此，突起100可在接触EMS装置的任何表面而不完全地停止EMS装置后即增大EMS装置的总硬度。代替使突起100防止可移动电极140接触静止电极160，突起100改变可移动电极140和/或系栓150的顺应性，同时允许可移动电极140即使在突起100接触EMS装置的表面之后也继续移动。因此，在接触EMS装置的另一表面后，突起100可通过使可移动电极140和/或系栓150更多地抵抗力而减慢突跳效应。通常，当静电力大于系栓150和可移动电极140的机械复原力时，可移动电极140朝向静止电极160崩溃。突起100与EMS装置的任何表面的接触会增大机械复原力，使得需要在较大程度上增大静电力以克服复原力。取决于突起100的大小和数目，机械复原力可甚至更大。因此，突起100可增大系统的总硬度且减慢突跳效应，从而允许横越电间隙的额外稳定区。

在一些实施方案中，突起100的厚度或高度h可大于约20nm。通常，突起100可具有大于电极的固有表面粗糙度或构形的高度。突起100也可具有大于通常主要地出于抗静摩擦目的而提供的凸块的尺寸的高度。在一些实施方案中，突起100的高度可介于约20nm与约4000nm之间(受到初始间隙距离限制)，例如，介于约100nm与约200nm之间。

突起100的高度可取决于可移动电极140与静止电极160之间的间隙的所要稳定区。具体来说，可通过相应地调整突起100的高度而使所要间隙距离稳定。例如，在一些实施方案中，如果突起100的高度为约140nm，那么EMS装置可稳定于约140nm的间隙距离处。因此，突起100的存在可横越EMS装置的间隙产生额外稳定状态。

在一些实施方案中，突起100中的每一者可具有不同高度。因而，突起100中的每一者可连续地接触EMS装置的表面，此情形可由此提供额外稳定操作状态。例如，具有第一高度的突起100中的一者可提供第一稳定状态，且具有不同于第一高度的第二高度的突起100中的另一者可提供不同于第一稳定状态的第二稳定状态，等等。因此，较高突起100可第一个接触EMS装置，且接着，较矮突起100可第二个接触EMS装置，使得可提供至少两个稳定状态。此情形可随着施加到可移动电极140的电压针对EMS装置的更多数字操作增大而提供“阶梯响应(staircase response)”。

在一些实施方案中，EMS装置可为二端子或三端子装置(未图示)。在三端子装置中，EMS装置可包含多个电极和多个间隙。在一些实施方案中，三端子装置使可移动电极能够在两个不同方向上朝向两个不同电极致动，由此增大EMS装置的稳定操作区。例如，EMS装置可包含在可移动电极上方的顶部电极和在可移动电极下方的底部电极，使得可移动电极经配置以通过可移动电极与顶部电极之间的静电致动而横越上部间隙移动，且通过可移动电极与底部电极之间的静电致动而横越下部间隙移动。

图11A到11E为制造具有多个突起的EMS装置的工艺中的各种阶段的横截面图解说明。

在图11A的实例中，可提供具有衬底200的EMS装置的实施方案。应理解，衬底200可包含一或多个层和子层，例如，光学堆叠和导电层。可使用此项技术中所知的技术(例如，物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)，和旋涂)来沉积EMS装置的层和子层中的每一者。另外，可通过此项技术中所知的遮蔽和蚀刻工艺来图案化所述层和子层中的每一者。

图11A的实例说明在衬底200上沉积牺牲层250a。可使用本文较早所论述的沉积技术中任一者来沉积牺牲层250a。牺牲层250a的形成可包含例如Mo或非晶Si的可蚀刻材料的沉积。牺牲层250a的厚度可经配置到一或多个突起的所要高度。

在图11B的实例中，可蚀刻牺牲层250a的部分。可运用一或多个图案化、遮蔽和/或蚀刻工艺来执行蚀刻工艺。图案化和遮蔽技术可包含光刻，且蚀刻技术可包含湿式蚀刻或干式蚀刻。被蚀刻的牺牲层250a的部分界定对应于待定位有一或多个突起的处的一或多个腔。因此，牺牲层250充当用于一或多个突起的模具。应理解，即使图11B的实例中描绘仅两个腔，更少或更多腔也可形成于牺牲层250a内。

图11C的实例说明在牺牲层250a上沉积牺牲层250b。在一些实施方案中，牺牲层250b的材料可为与牺牲层250a相同的材料。可使用本文较早所描述的沉积技术中任一者来沉积牺牲层250b。可配置牺牲层250b的厚度，使得牺牲层250a和250b的组合式厚度建立从可移动电极140到衬底200的所要初始间隙距离。

图11D的实例说明在牺牲层250b上方沉积可移动电极140。可使用本文较早所描述的沉积技术中任一者来沉积可移动电极140。可移动电极140可由一或多个层和子层制成，所述一或多个层和子层包含但不限于反射(例如，镜面)层和可变形层。在如图11D的实例所说明的一些实施方案中，可移动电极140可包含从面对衬底200的可移动电极140的表面延伸的突起100。因此，突起100可由与可移动电极140相同的材料制成。在一些实施方案中，例如，突起100和可移动电极140可由Al或Al合金制成。可移动电极140的顺应性可根据突起100的经设计宽度、长度和位置而变化。

图11E的实例说明去除牺牲层250a和250b以释放可移动电极140。在将牺牲层250a和250b暴露到蚀刻剂后即形成腔190。腔190具有可移动电极140与衬底200之间的所要初始间隙距离。在去除牺牲层250a和250b之后，可移动电极140可横越腔190移动。随着可移动电极140横越腔190朝向衬底200行进，突起100接触衬底200，使得突起100的高度将可移动电极140定位于稳定状态。

图12为说明用于可移动电极依据EMS装置的外加电压的位置的磁滞曲线的曲线图的实例。在一些实施方案中，EMS装置为光学装置的部分。EMS装置可具有如本文较早所描述的一或多个突起。所述突起可经配置以提供至少部分地对应于所述突起的高度的稳定色彩范围。图12为IMOD的可移动电极与静止电极之间的间隙距离依据外加电压(V)的实例。提供于磁滞曲线中的数据点中的每一者可对应于不同色彩状态。

IMOD具有提供IMOD稳定的范围的磁滞性质。在约0V与6V之间，间隙在约540nm与约360nm之间相对稳定。此相对稳定范围可提供对用于IMOD的广泛色域(包含红绿蓝色谱)的存取。然而，当施加约6V时，间隙距离实质上减小直到约140nm为止。在约6V与13V之间，IMOD在此范围内保持相对稳定，此情形提供稳定黑色状态。换句话说，可移动电极并非对此范围内的电压改变敏感。在此范围内，提供于IMOD的可移动电极或系栓上的一或多个突起接触IMOD的表面，例如，衬底或静止电极的顶部表面。在一些实施方案中，一或多个突起可提供于衬底或静止电极上，以接触可移动电极或系栓的表面。在超出13V的情况下，间隙距离实质上减小直到IMOD达到另一稳定状态为止，此稳定状态可为白色状态。在此状态下，可移动电极和静止电极可实质上闭合，使得间隙距离为几乎或约0nm。

当电压从彼值减少时，可移动电极保持于此稳定状态(例如，白色状态)直到电压降回到低于约10V。随着电压从约10V减少，在约9V与约2V之间，可移动电极稳定于另一稳定状态，此稳定状态可为黑色状态。当外加电压减少到小于约2V时，间隙距离实质上增大直到可移动电极将近达到初始间隙距离，其可为约540nm。

图13为说明制造EMS装置的方法的流程图。应理解，可存在额外工艺。例如，可通过例如PVD、PECVD、热CVD、ALD、旋涂式涂布和电镀的各种膜沉积工艺而达成额外底层或上层的沉积。可使用例如光刻的图案化技术以将掩模上的图案转印到材料层。可在图案化之后执行蚀刻工艺以去除非想要材料。可使用例如“回蚀(etch back)”和化学机械抛光(CMP)的平坦化工艺以创制实质上扁平表面以供进一步处理。

工艺1300开始于块1310，其中提供衬底。如本文较早所论述，衬底可由例如玻璃或塑料的实质上透明材料形成。在一些实施方案中，衬底200可为具有至少700μm的厚度的玻璃衬底。

工艺1300继续于块1320，其中在衬底上方形成静止电极。在一些实施方案中，静止电极可包含光学堆叠。光学堆叠可包含一吸收器和/或多个其它层和/或子层。吸收器可包含导电材料。

工艺1300继续于块1330，其中在静止电极上方形成可移动电极。可移动电极经配置以通过可移动电极与静止电极之间的静电致动而移动到横越间隙的三个或三个以上位置。在一些实施方案中，可形成对称地安置于可移动电极的边缘周围的多个系栓。

工艺继续于块1340，其中在EMS装置的表面上形成突起。所述突起经配置以在横越间隙的位置中的一者处接触EMS装置的另一表面时改变EMS装置的硬度。接触突起的表面中的至少一者为非刚性。在一些实施方案中，所述突起可连接到所述系栓中的至少一者。在一些实施方案中，所述突起可为多个突起的部分，其中所述突起中的每一者连接到所述系栓中的每一者。在一些实施方案中，所述突起可连接到可移动电极的表面。在一些实施方案中，所述突起可连接到衬底或静止电极或以其它方式定位于衬底或静止电极上。在一些实施方案中，所述突起可具有大于约20nm的高度。通常，所述突起可具有大于所述电极的固有表面粗糙度且大于主要地出于抗静摩擦目的而提供的凸块的尺寸的高度。

图14A和14B为说明包含多个IMOD显示元件的显示装置40的系统框图。显示装置40可为(例如)智能型手机、蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其微小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、手持型装置和便携式媒体装置。

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，和麦克风46。外壳41可由包含射出模制和真空成形的多种制造工艺中任一者形成。此外，外壳41可由包含但不限于塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷或其组合的多种材料中任一者形成。外壳41可包含可与具有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(未图示)。

显示器30可为包含双稳态或模拟显示器的多种显示器中任一者，如本文所描述。显示器30也可经配置以包含例如等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD的平板显示器，或例如CRT或其它管式装置的非平板显示器。此外，显示器30可包含以IMOD为基础的显示器，如本文所描述。

图14A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围封于所述外壳中的额外组件。例如，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可为用于可显示于显示装置40上的图像数据的源。因此，网络接口27为图像源模块的一个实例，但处理器21和输入装置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可经配置以调节信号(例如，滤波或以其它形式操纵信号)。调节硬件52可连接到扬声器45和麦克风46。处理器21也可连接到输入装置48和驱动器控制器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，所述阵列驱动器又可耦合到显示阵列30。显示装置40中的一或多个元件(包含图14A中未特定地描绘的元件)可经配置以用作存储器装置，且经配置以与处理器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的设计中的实质上所有组件。

网络接口27包含天线43和收发器47，使得显示装置40可经由网络而与一或多个装置通信。网络接口27也可具有一些处理能力以减轻(例如)处理器21的数据处理要求。天线43可发射和接收信号。在一些实施方案中，天线43根据包含IEEE 16.11(a)、IEEE16.11(b)或IEEE 16.11(g)的IEEE 16.11标准或包含IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE802.11g、IEEE 802.11n的IEEE 802.11标准和其另外实施方案而发射和接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线43根据标准而发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的状况下，天线43可经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/通用无线分组服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、陆地集群无线电(TETRA)、宽带CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速封包存取(HSPA)、高速下行链路封包存取(HSDPA)、高速上行链路封包存取(HSUPA)、演进型高速封包存取(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，使得所述信号可由处理器21接收和进一步操纵。收发器47也可处理从处理器21接收的信号，使得所述信号可经由天线43而从显示装置40传输。

在一些实施方案中，收发器47可由接收器替换。此外，在一些实施方案中，网络接口27可由图像源替换，所述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的总操作。处理器21从网络接口27或图像源接收例如经压缩图像数据的数据，且将所述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可将经处理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一位点处的图像特性的信息。例如，此类图像特性可包含色彩、饱和度和灰度级。

处理器21可包含微控制器、CPU，或用以控制显示装置40的操作的逻辑单元。调节硬件52可包含用于将信号传输到扬声器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可直接地从处理器21抑或从帧缓冲器28获取由处理器21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传输到阵列驱动器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成具有类点阵格式的数据流，使得其具有适合于横越显示阵列30扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将经格式化信息发送到阵列驱动器22。尽管例如LCD控制器的驱动器控制器29常常作为独立式集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但可以许多方式来实施此类控制器。例如，控制器可作为硬件而嵌入于处理器21中、作为软件而嵌入于处理器21中，或以硬件而与阵列驱动器22完全地集成。

阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化信息，且可将视频数据重新格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒许多次施加到来自显示器的x-y显示元件矩阵的数百个且有时数千个(或更多)引线。

在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示阵列30适于本文所描述的显示器类型中任一者。例如，驱动器控制器29可为常规显示控制器，或双稳态显示控制器(例如，IMOD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，IMOD显示元件驱动器)。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IMOD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。此类实施方案可有用于高度集成式系统中，例如，移动电话、便携式电子装置、手表或小面积显示器。

在一些实施方案中，输入装置48可经配置以允许(例如)用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包含例如QWERTY键盘或电话小键盘的小键盘、按钮、开关、摇杆、触敏式屏幕、与显示阵列30集成的触敏式屏幕，或压敏式或热敏式隔膜。麦克风46可经配置为用于显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，经由麦克风46的语音命令可用于控制显示装置40的操作。

电力供应器50可包含多种能量存储装置。例如，电力供应器50可为可再充电蓄电池，例如，镍镉蓄电池或锂离子蓄电池。在使用可再充电蓄电池的实施中，可再充电蓄电池可使用来自(例如)壁式插座或光伏打装置或阵列的电力而充电。替代地，可再充电蓄电池可无线地充电。电力供应器50也可为再生能源、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也可经配置以从壁式插座接收电力。

在一些实施方案中，控制可编程序性驻留于可位于电子显示系统中的若干地方的驱动器控制器29中。在一些其它实施方案中，控制可编程序性驻留于阵列驱动器22中。上述优化可实施于任何数目个硬件和/或软件组件中且以各种配置予以实施。

如本文所使用，指项目列表“中的至少一者”的片语指那些项目的任何组合，包含单成员。作为实例，“a、b或c中的至少一者”希望涵盖a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。

结合本文所揭示的实施方案而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法步骤可被实施为电子硬件、计算机软件或此两者的组合。硬件和软件的互换性已大体上按照功能性予以描述，且在上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路和步骤中予以说明。以硬件抑或软件来实施此类功能性取决于特定应用和强加于总系统上的设计约束。

用以实施结合本文所揭示的方面而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理设备可运用经设计以执行本文所描述的功能的以下各者予以实施或执行：一般用途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、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件，或其任何组合。一般用途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。处理器也可被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、一或多个微处理器结合DSP核心，或任何其它此类配置。在一些实施方案中，特定步骤或方法可由特定于给定功能的电路系统执行。

在一或多个方面中，所描述功能可实施于硬件、数字电子电路系统、计算机软件、包含本说明书所揭示的结构和其结构等效者的固件或其任何组合中。本说明书所描述的主题的实施方案也可被实施为编码于计算机存储媒体上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)以供数据处理设备执行或控制数据处理设备的操作。

在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明所描述的实施方案的各种修改对于所属领域的技术人员可易于显而易见，且本文所界定的一般原理可应用于其它实施方案。因此，权利要求书不希望限于本文所展示的实施方案，而应符合与本文所揭示的本发明、原理和新颖特征一致的最广范围。另外，所属领域的技术人员应易于了解，术语“上部”和“下部”有时用于简易地描述诸图，且指示对应于在适当定向页面上的图的定向的相对位置，且可不反映(例如)如所实施的IMOD显示元件的适当定向。

本说明书在分离实施方案的上下文中描述的某些特征也可组合地实施于单一实施方案中。相反地，在单一实施方案的上下文中描述的各种特征也可分离地或以任何合适子组合实施于多个实施方案中。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如此予以主张，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移去，且所主张组合可有关于子组合或子组合的变化。

相似地，虽然在图式中以特定次序来描绘操作，但所属领域的技术人员将易于认识到，此类操作无需以所展示的特定次序或以循序次序而执行，或所有所说明操作经执行以达成理想结果。另外，图式可以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示意性地说明的实例过程中。例如，可在所说明操作中任一者之前、在所说明操作中任一者之后、与所说明操作中任一者同时地或在所说明操作中任一者之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务和并行处理可有利。此外，不应将上文所描述的实施方案中的各种系统组件的分离理解为在所有实施方案中需要此类分离，且应理解，所描述的程序组件和系统通常可在单一软件产品中集成在一起或封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案在以下权利要求书的范围内。在一些状况下，权利要求书中叙述的动作可以不同次序而执行且仍达成理想结果。