CN104865760B - Mems开关装置、阵列基板及其制作方法和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS开关装置、阵列基板及其制作方法、显示装置和MEMS开关装置的驱动方法，显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式灵活切换，以满足不同场景的显示需求。MEMS开关装置包括光阀元件和开关元件，光阀元件包括：垂直于光透射方向的第一感应电极；平行于光透射方向的第二感应电极；覆盖于第一感应电极和第二感应电极，并将第一感应电极和第二感应电极绝缘隔离的绝缘层；位于第一感应电极和第二感应电极交汇处的锚定部；与锚定部连接的移动光栅，移动光栅可在与第二感应电极具有夹角时反射环境光或前置光源发出的光；当对光阀元件施加电场电压时，光阀元件工作于透射模式、反射模式或半透半反模式。

Description

MEMS开关装置、阵列基板及其制作方法和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种MEMS(Micro-electromechanicalSystem，微电子机械***)开关装置、阵列基板及其制作方法、显示装置和MEMS开关装置的驱动方法。

背景技术

液晶显示装置根据采用的光源不同，可分为透射式、反射式和半透半反式。其中，透射式液晶显示装置以背光源作为光源，优点是可以在暗的环境下显示明亮的图像，但缺点是能透过的光线占背光源发射光线的比例较小，功耗较高；反射式液晶显示装置以前置光源或者环境光源作为光源，其阵列基板上采用金属或者其它具有良好反射特性的材料层作为反射区，从而可以将前置光源或者环境光源的光线反射来显示图像，其优点是能利用前置光源或者环境光源作为光源，功耗相对较低，但缺点是由于对外部光源的依赖而无法在暗处显示图像；半透半反式液晶显示装置则可以视为透射式液晶显示装置与反射式液晶显示装置的结合，在阵列基板上既设置有反射区，又设置有透射区，可以同时利用背光源以及外界光源进行显示。

随着MEMS技术的发展，目前显示产品中已开始应用MEMS开关装置替换液晶层，通过MEMS开关装置来控制背光的透过。相比传统的液晶显示装置，这种显示装置可大幅度提高光效率，从而降低了显示装置的功耗和制造成本。

在目前的MEMS显示领域，还没有出现透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式可以灵活切换的显示装置。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种MEMS开关装置、阵列基板及其制作方法、显示装置和MEMS开关装置的驱动方法，显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。

本发明实施例提供了一种MEMS开关装置，包括光阀元件和开关元件，其中：

所述光阀元件包括：垂直于光透射方向的第一感应电极；平行于光透射方向的第二感应电极；覆盖于所述第一感应电极和第二感应电极，并将所述第一感应电极和第二感应电极绝缘隔离的绝缘层；位于所述第一感应电极和第二感应电极交汇处的锚定部；与所述锚定部连接的移动光栅，所述移动光栅可在与第二感应电极具有夹角时反射环境光或前置光源发出的光；

当***电路通过所述开关元件对所述光阀元件施加电场电压时，所述光阀元件工作于透射模式、反射模式或半透半反模式。

在本发明实施例的技术方案中，当***电路通过开关元件对光阀元件施加不同的电场电压时，光阀元件的移动光栅与第一感应电极的夹角也相应改变，从而可以使光阀元件工作于透射模式、反射模式或半透半反模式。将该MEMS开关装置的设计应用于显示装置并给予适当的时序控制，可以使显示装置在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。此外，该结构设计的MEMS开关装置的出光口面积较大，因此，显示装置的显示效果也较佳。另外，显示装置也无需另外设置液晶来控制光控量，成本较低。

可选的，所述锚定部为枢轴，所述移动光栅与所述枢轴枢接；或者，所述锚定部为弹簧，所述移动光栅与所述弹簧的一端固定连接。这两种结构形式简单、可靠。

优选的，所述开关元件包括分别对应第一感应电极和第二感应电极所设置的两个薄膜晶体管。

可选的，所述第一感应电极的材质为透明导电金属或透明导电非金属，所述第二感应电极和移动光栅的材质为不透明导电金属或不透明导电非金属。

本发明实施例还提供了一种MEMS阵列基板，包括：衬底基板，以及位于衬底基板之上且呈阵列排布的多个如前述任一技术方案所述的MEMS开关装置。将该MEMS阵列基板应用于显示装置并给予适当的时序控制，显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括背光装置、位于所述背光装置前侧的如前述技术方案所述的MEMS阵列基板，以及位于所述MEMS阵列基板前侧的彩膜基板。显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求，并且显示效果也较佳。

本发明实施例还提供了一种制作MEMS阵列基板的方法，包括在衬底基板之上制作光阀元件和开关元件，其中，所述在衬底基板之上制作光阀元件包括如下步骤：

在衬底基板之上形成垂直于光透射方向的第一感应电极；

在第一感应电极的图层之上形成第一绝缘层；

在第一绝缘层之上形成平行于光透射方向的第二感应电极；

在第二感应电极的图层之上形成第二绝缘层；

在第一感应电极和第二感应电极的交汇处装配锚定部；

在第二绝缘层之上形成与锚定部连接的移动光栅。

将采用该方法制作的MEMS阵列基板应用于显示装置并给予适当的时序控制，可以使显示装置在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。

可选的，所述第一感应电极的材质为透明导电金属或透明导电非金属，所述第二感应电极和移动光栅的材质为不透明导电金属或不透明导电非金属。

本发明实施例还提供了一种MEMS开关装置的驱动方法，包括：

向第二感应电极施加第一偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，使所述光阀元件工作于透射模式；或者

向第一感应电极施加第一偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，使所述光阀元件工作于反射模式；或者

向第一感应电极或第二感应电极施加第三偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第三偏置电压极性相反的第二偏置电压，使所述光阀元件工作于半透半反模式，所述第三偏置电压小于所述第一偏置电压。

较佳的，所述第一偏置电压为5V，所述第三偏置电压为2V。

可见，只需改变对光阀元件施加的电场电压，便可切换光阀元件的工作模式，进行光通量控制。

附图说明

图1为本发明实施例的MEMS阵列基板处于透射模式示意图；

图2为本发明实施例的MEMS阵列基板处于反射模式示意图；

图3为本发明实施例的MEMS阵列基板处于半透半反模式示意图；

图4为本发明实施例的MEMS阵列基板的电路结构示意图；

图5为本发明实施例的显示装置处于反射模式示意图；

图6为本发明实施例MEMS阵列基板的制作方法流程示意图。

附图标记：

20-MEMS开关装置；

21-光阀元件；

22-开关元件；

211-第一感应电极；

212-第二感应电极；

213-绝缘层；

214-锚定部；

215-移动光栅；

10-衬底基板；

100-背光装置；

200-MEMS阵列基板；

300-彩膜基板；

30-扫描线；

40-数据线。

具体实施方式

为了满足不同场景的显示需求，使显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，本发明实施例提供了一种MEMS开关装置、阵列基板及其制作方法、显示装置和MEMS开关装置的驱动方法。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供的MEMS开关装置20(图1至图3中，衬底基板10上方仅示意出了4个MEMS开关装置)，包括光阀元件21和开关元件22，其中：

光阀元件21包括：垂直于光透射方向的第一感应电极211；平行于光透射方向的第二感应电极212；覆盖于第一感应电极211和第二感应电极212，并将第一感应电极211和第二感应电极212绝缘隔离的绝缘层213；位于第一感应电极211和第二感应电极212交汇处的锚定部214；与锚定部214连接的移动光栅215，移动光栅215可在与第二感应电极212具有夹角时反射环境光或前置光源发出的光；

当***电路(图中未示出)通过开关元件22对光阀元件21施加电场电压时，光阀元件21工作于透射模式、反射模式或半透半反模式。

开关元件22具体可以为薄膜晶体管。在MEMS开关装置中，薄膜晶体管可以为两个，分别对应第一感应电极211和第二感应电极212所设置。

可选的，第一感应电极211的材质为透明导电金属或透明导电非金属，例如可以采用氧化铟锡等材质，第二感应电极212和移动光栅215的材质为不透明导电金属或不透明导电非金属，例如可以采用铜、银等材质。

如图1所示，当向第二感应电极212施加第一偏置电压(例如5V电压)，向移动光栅215施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压(例如-5V电压)时，移动光栅215在电场驱动下，以锚定部214为固定端向第二感应电极212转动至与其平行，此时透射光可以穿出光阀元件，光阀元件工作于透射模式。

如图2所示，当向第一感应电极211施加第一偏置电压(例如5V电压)，向移动光栅215施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压(例如-5V电压)时，移动光栅215在电场驱动下，以锚定部214为固定端向第一感应电极211转动至与其平行，此时环境光或前置光源发出的光可以在移动光栅215的上表面反射，光阀元件工作于反射模式。

如图3所示，当向第一感应电极211或第二感应电极212施加第三偏置电压(第三偏置电压应小于第一偏置电压，例如为2V电压)，向移动光栅215施加接地电压或与第三偏置电压极性相反的第二偏置电压时，移动光栅215在电场驱动下，以锚定部214为固定端旋转一定角度，例如旋转45度，此时，由于移动光栅215处于半开半闭状态，透射光可以穿出光阀元件，并且环境光或前置光源发出的光也可以在移动光栅215的上表面反射，从而使光阀元件工作于半透半反模式。

可见，只需改变对光阀元件施加的电场电压，便可切换光阀元件的工作模式，进行光通量控制。

在本发明所提供的实施例中，移动光栅215可以在电场驱动下，以锚定部214为固定端转动，锚定部214的具体结构不限，例如，锚定部214为枢轴，移动光栅215与枢轴枢接；或者，锚定部214为弹簧，移动光栅215与弹簧的一端固定连接，这两种结构形式简单、可靠。

在本发明实施例的技术方案中，当***电路通过开关元件22对光阀元件21施加不同的电场电压时，光阀元件21的移动光栅215与第一感应电极211的夹角也相应改变(可以理解的，移动光栅215与第二感应电极212的夹角也会相应改变)，从而可以使光阀元件21工作于透射模式、反射模式或半透半反模式。将该MEMS开关装置20的设计应用于显示装置并给予适当的时序控制，可以使显示装置在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。此外，该结构设计的MEMS开关装置20的出光口面积较大，因此，显示装置的显示效果也较佳。另外，显示装置也无需另外设置液晶来控制光控量，成本较低。

可继续参考图1至图4所示，本发明实施例还提供了一种MEMS阵列基板，包括：衬底基板10，以及位于衬底基板10之上且呈阵列排布的多个如前述实施例所述的MEMS开关装置20。即每一个MEMS开光装置20对应显示装置的一个亚像素单元。可以理解的，阵列基板上还设置有向开关元件22传输信号的一组扫描线30和一组数据线40。该阵列基板的电路结构示意图如图4所示。将该MEMS阵列基板应用于显示装置并给予适当的时序控制，显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括背光装置100、位于背光装置100前侧的如前述实施例所述的MEMS阵列基板200，以及位于MEMS阵列基板200前侧的彩膜基板300。

MEMS阵列基板上MEMS开关装置的光阀元件每分钟可进行上千次的模式转换控制，通过对MEMS开关装置进行模式转换的脉冲时序控制，可以进行像素的灰阶控制并使显示装置可以工作在透射模式、反射模式或半透半反模式。例如，当控制光阀元件处于透射模式的状态多于反射模式状态时，显示装置工作在透射模式。当控制光阀元件处于反射模式的状态多于透射模式状态时，显示装置工作在反射模式。当控制光阀元件处于半透半反状态，可以通过控制移动光栅的转动角度进行光量控制，从而使显示装置工作在半透半反模式。

可见，本发明实施例所提供的显示装置可以在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求，并且显示效果也较佳。

本发明实施例还提供了一种MEMS开关装置的驱动方法，包括：

向第二感应电极施加第一偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，使光阀元件工作于透射模式；或者

向第一感应电极施加第一偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，使光阀元件工作于反射模式；或者

向第一感应电极或第二感应电极施加第三偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第三偏置电压极性相反的第二偏置电压，使光阀元件工作于半透半反模式，第三偏置电压小于第一偏置电压。

较佳的，第一偏置电压为5V，第三偏置电压为2V。

可见，采用该方法，只需改变对光阀元件施加的电场电压，便可切换光阀元件的工作模式，进行光通量控制。

如图6所示，本发明实施例还提供了一种制作MEMS阵列基板的方法，包括在衬底基板之上制作光阀元件和开关元件，其中，在衬底基板之上制作光阀元件包括如下步骤：

步骤101、在衬底基板之上形成垂直于光透射方向的第一感应电极；

步骤102、在第一感应电极的图层之上形成第一绝缘层；

步骤103、在第一绝缘层之上形成平行于光透射方向的第二感应电极；

步骤104、在第二感应电极的图层之上形成第二绝缘层；

步骤105、在第一感应电极和第二感应电极的交汇处装配锚定部；

步骤106、在第二绝缘层之上形成与锚定部连接的移动光栅。

制作开关元件(例如薄膜晶体管)的步骤，可与现有技术相同。可选的，第一感应电极的材质为透明导电金属或透明导电非金属，第二感应电极和移动光栅的材质为不透明导电金属或不透明导电非金属。在图1至图3所示的实施例中，绝缘层213具体包括了步骤102中所形成的的第一绝缘层及步骤104中所形成的的第二绝缘层。

将采用该方法制作的MEMS阵列基板应用于显示装置并给予适当的时序控制，可以使显示装置在透射模式、反射模式和半透半反模式三种显示模式下灵活切换，以满足不同场景的显示需求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种MEMS开关装置，其特征在于，包括光阀元件和开关元件，其中：

所述光阀元件包括：垂直于光透射方向的第一感应电极；平行于光透射方向的第二感应电极；覆盖于所述第一感应电极和第二感应电极，并将所述第一感应电极和第二感应电极绝缘隔离的绝缘层；位于所述第一感应电极和第二感应电极交汇处的锚定部；与所述锚定部连接的移动光栅，所述移动光栅可在与第二感应电极具有夹角时反射环境光或前置光源发出的光；

当***电路通过所述开关元件对所述光阀元件施加电场电压时，所述光阀元件工作于透射模式、反射模式或半透半反模式。

2.如权利要求1所述的MEMS开关装置，其特征在于，所述锚定部为枢轴，所述移动光栅与所述枢轴枢接；或者，所述锚定部为弹簧，所述移动光栅与所述弹簧的一端固定连接。

3.如权利要求1所述的MEMS开关装置，其特征在于，所述开关元件包括分别对应第一感应电极和第二感应电极所设置的两个薄膜晶体管。

4.如权利要求1～3任一项所述的MEMS开关装置，其特征在于，所述第一感应电极的材质为透明导电金属或透明导电非金属，所述第二感应电极和移动光栅的材质为不透明导电金属或不透明导电非金属。

5.一种MEMS阵列基板，其特征在于，包括：衬底基板，以及位于衬底基板之上且呈阵列排布的多个如权利要求1～4任一项所述的MEMS开关装置。

6.一种显示装置，其特征在于，包括背光装置和位于所述背光装置前侧的如权利要求5所述的MEMS阵列基板，以及位于所述MEMS阵列基板前侧的彩膜基板。

7.一种制作如权利要求5所述MEMS阵列基板的方法，其特征在于，包括在衬底基板之上制作光阀元件和开关元件，其中，所述在衬底基板之上制作光阀元件包括如下步骤：

在衬底基板之上形成垂直于光透射方向的第一感应电极；

在第一感应电极的图层之上形成第一绝缘层；

在第一绝缘层之上形成平行于光透射方向的第二感应电极；

在第二感应电极的图层之上形成第二绝缘层；

在第一感应电极和第二感应电极的交汇处装配锚定部；

在第二绝缘层之上形成与锚定部连接的移动光栅。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一感应电极的材质为透明导电金属或透明导电非金属，所述第二感应电极和移动光栅的材质为不透明导电金属或不透明导电非金属。

9.一种权利要求1～4任一项所述MEMS开关装置的驱动方法，其特征在于，包括：

向第二感应电极施加第一偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，使所述光阀元件工作于透射模式；或者

向第一感应电极施加第一偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第一偏置电压极性相反的第二偏置电压，使所述光阀元件工作于反射模式；或者

向第一感应电极或第二感应电极施加第三偏置电压，向移动光栅施加接地电压或与第三偏置电压极性相反的第二偏置电压，使所述光阀元件工作于半透半反模式，所述第三偏置电压小于所述第一偏置电压。

10.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述第一偏置电压为5V，所述第三偏置电压为2V。