整体式升高孔层及显示设备的制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请
[0002] 本专利申请主张2013年3月15日提交的标题为"整体式升高孔层及显示设备"的 美国实用新型申请案第13/842,436号的优先权，所述案转让给本专利申请案的受让人且 以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
[0003] 本公开涉及机电系统（EMS)的领域，并且更特别地涉及一种用于显示设备中的整 体式升高孔层。
【背景技术】
[0004] 通过将具有孔层的盖板附接至支撑多个显示元件的衬底构造出某些显示器。孔层 包含与相应的显示元件相对应的孔。在此些显示器中，孔与显示元件的对准影响图像质量。 因此，当将盖板附接至衬底时，需要格外小心，以确保孔与相应的显示元件紧密地对准。这 增加了组装此些显示器的成本。此外，此些显示器还包含间隔件，这些间隔件用于保持盖板 与由衬底所支撑的邻近显示元件之间的合理安全距离，从而降低由外力（诸如，人对显示 器进行按压）引起的损坏的风险。这些间隔件的造价也很昂贵，由此增大了制造成本。此 外，盖板与显示元件之间的较大距离不利地影响图像质量。具体地说，其减小了显示器的对 比度。为了减小距离，盖板和衬底可以耦接在一起，且在两者之间仅有较小的间隙，然而，如 果显示元件与盖板彼此接触，则这可增加损坏的风险。
【发明内容】
[0005] 本公开的系统、方法和装置分别具有若干创新方面，这些创新方面中的任何一个 方面都无法单独实现本文所公开的期望特性。
[0006] 在本公开中所述主题的创新方面可在一种设备中实施，所述设备包含一个设备， 其包含透明衬底、遮光升高孔层（EAL)、用于支撑衬底上方的EAL的多个锚，以及多个显示 元件。EAL界定从中穿过形成的多个孔。多个显示元件位于衬底与EAL之间。显示元件的 每个对应于由EAL界定的多个孔中的至少一个相应的孔，并且通过支撑在衬底上方的EAL 的对应的锚，每个显示元件包含在衬底上方支撑的可移动部分。在一些实施方案中，EMS显 示元件包含微机电系统（MEMS)基于快门的显示元件。
[0007] 在一些实施方案中，所述设备包含位于与衬底相对的EAL侧上的第二衬底。在一 些此些实施方案中，EAL能够附着至第二衬底的表面。在一些其它此些实施方案中，所述设 备包含反射材料层，所述反射材料层沉积于最靠近所述第二衬底的所述EAL的表面与面向 所述EAL的所述第二衬底中的一个上。
[0008] 在一些实施方案中，EAL包含朝向衬底延伸的多个肋和多个防粘连突起物的至少 一个。在一些其它实施方案中，所述设备包含布置于穿过由EAL界定的孔的光学路径中的 光色散元件。在一些此些实施方案中，光色散元件包含透镜和散射元件中的至少一个。在 一些其它此些实施方案中，光色散元件包含图案化的电介质。
[0009] 在一些实施方案中，所述设备包含对应于相应的显示元件的多个电隔离导电区 域。在一些此些实施方案中，电隔离导电区域电耦接到相应的显示元件的一部分。
[0010] 在一些实施方案中，所述设备还包含显示器、处理器和存储装置。处理器可以配置 成与显示器进行通信，并处理图像数据。存储装置可以配置成与处理器进行通信。在一些 实施方案中，所述设备还包含驱动器电路，其配置成发送至少一个信号至显示器。在一些此 些实施方案中，处理器进一步配置成发送图像数据的至少一部分到驱动器电路。在一些其 它实施方案中，所述设备还可以包含图像源模块，其配置成发送图像数据到处理器。图像源 模块可以包含接收器、收发器和发射器中的至少一个。在一些其它实施方案中，所述设备包 含输入装置，其配置成接收输入数据并将输入数据传送到处理器。
[0011] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在形成显示设备的方法中实施。所述方 法包含在形成于衬底上的显示元件模具上制造多个显示元件。显示元件包含用于将相应的 显示元件的部分支撑于衬底上方的对应锚。所述方法还包含将第一牺牲材料层沉积于所制 造的显示元件的上方，并图案化第一牺牲材料层，以暴露显示元件锚。所述方法还包含将结 构材料层沉积于第一牺牲材料层上方，使得所沉积的结构材料部分地沉积于所暴露的显示 器锚上，并图案化结构材料层，以界定对应于相应的显示元件而穿过其中的多个孔，从而形 成升高孔层（EAL)。此外，所述方法包含将显示元件模具和第一牺牲材料层移除。
[0012] 在一些实施方案中，所述方法还包含将第二牺牲材料层沉积于第一牺牲材料层上 方，并图案化第二牺牲材料层，以形成用于多个EAL加强肋或多个防粘连突起物的模具，其 中，所述多个EAL加强肋或所述多个防粘连突起物从EAL朝向相应的显示元件的悬置部分 延伸。在一些其它实施方案中，所述方法包含使EAL的区域与第二衬底的表面相接触，使得 EAL的区域附着至第二衬底的表面。在一些其它实施方案中，所述方法包含将电介质层沉积 于结构材料层上方，并图案化电介质层，以在穿过结构材料层而界定的孔的上方界定光色 散元件。
[0013] 在一些实施方案中，所述结构材料层包含导电材料。在一些此些实施方案中，图案 化所述结构材料层使得EAL的相邻区域电隔离。EAL的每个电隔离区域可以电耦接到相应 的显示元件的悬置部分。
[0014] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在一种设备中实施，所述设备包含衬 底，界定从其中穿过而形成的多个孔的EAL。EAL还包含由结构材料囊封的聚合物材料。所 述设备还包含位于衬底与EAL之间的多个显示元件。每个显示元件对应于多个孔中的相应 的孔。
[0015] 在一些其它实施方案中，所述设备包含沉积于EAL表面上的光吸收层。在一些其 它实施方案中，衬底包含一层遮光材料。在一些此些实施方案中，所述遮光材料层界定与 EAL的相应孔相对应的多个衬底孔。
[0016] 在一些实施方案中，所述结构材料包含金属、半导体和材料堆叠中的至少一种。在 一些其它实施方案中，EAL包含第一结构层、第一聚合物层和第二结构层，使得第一结构层 和第二结构层囊封第一聚合物层。
[0017] 在一些实施方案中，EAL包含对应于相应的显示元件的多个电隔离导电区域。在 一些此些实施方案中，电隔离导电区域电耦接到相应的显示元件的一部分。在一些其它此 些实施方案中，电隔离导电区域经由锚电耦接到相应的显示元件的部分，所述锚将相应的 显示元件支撑于衬底上。在一些此些实施方案中，将相应的显示元件的部分支撑于衬底上 方的锚也将EAL支撑于显示元件上方。
[0018] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在形成显示设备的方法中实施。所述方 法包含在形成于衬底上的显示元件模具上形成多个显示元件、将第一牺牲材料层沉积于显 示元件上方、图案化第一牺牲材料层以暴露多个锚，在第一牺牲材料层上方形成升高孔层 (EAL)以及将显示元件模具和第一牺牲材料层移除。
[0019] 形成EAL可以包含：在第一牺牲材料层上方沉积第一结构材料层，使得所沉积的 结构材料部分地沉积在暴露的锚上；图案化第一结构材料层，以界定与相应显示元件相对 应的多个下部EAL孔；在第一结构材料层上方沉积聚合物材料层；图案化所述聚合物材料 层，以界定与对应的下部EAL孔基本上对准的多个中间EAL孔；在聚合物材料层上方沉积第 二结构材料层，以囊封第一结构材料层和第二结构材料层之间的聚合物材料层；以及图案 化第二结构材料层，以形成与对应的中间和下部EAL孔基本上对准的多个上部EAL孔。
[0020] 在一些实施方案中，暴露的锚支撑衬底上方对应的显示元件的若干部分。在一些 其它实施方案中，暴露的锚与支撑衬底上方显示元件的部分的一组锚不同。
[0021 ] 在一些实施方案中，方法进一步包含在第二结构材料层上方沉积光吸收层或光反 射层的至少一者。
[0022] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可以在一种设备中实现，所述设备包含透 明衬底、形成于衬底上的显示元件、遮光EAL(其通过衬底上形成的锚被支撑在衬底上）、以 及设置在EAL上的电气互连（用于传递电气信号至显示元件）。EAL具有对应于显示元件 贯穿其中的孔。在一些实施方案中，EMS显示元件包含微机电系统（MEMS)基于快门的显示 元件。
[0023] 在一些实施方案中，所述设备进一步包含耦接到电气互连的至少一个电气组件。 在一些此些实施方案中，电气互连耦接到与显示元件相对应的至少一个电气组件的第一电 气组件，并耦接到与衬底上所形成的第二显示元件相对应的至少一个电气组件的第二电气 组件。在一些此些实施方案中，电气组件包含耦接到电气互连的电容器和晶体管中一者的 至少一者。在一些此些实施方案中，晶体管包含氧化铟镓锌（IGZO)通道。
[0024] 在一些实施方案中，电气互连电耦接到锚，使得锚传输电气信号至显示元件。在一 些其它实施方案中，电气互连包含数据电压互连、扫描行互连或全局互连中的一个。在一些 实施方案中，所述设备包含电介质层，其将电气互连与EAL分开。在一些其它实施方案中， 所述设备包含第二电气互连，其设置在衬底上且电耦接到多个显示元件。
[0025] 在一些实施方案中，EAL包含与显示元件相对应的电隔离的导电区域。在一些此 些实施方案中，电隔离的导电区域电耦接到显示元件的一部分。在一些实施方案中，电隔离 的导电区域通过对衬底上的显示元件进行支撑的第二锚电耦接到显示元件的一部分。在一 些其它实施方案中，支撑在衬底上方的EAL的锚还支撑衬底上方的显示元件的一部分，且 电隔离的导电区域通过所述锚电耦接到显示元件的悬置部分。
[0026] 在一些实施方案中，所述设备还包含显示器、处理器和存储装置。处理器可以配置 成与显示器进行通信，并处理图像数据。存储装置可以配置成与处理器进行通信。在一些 实施方案中，所述设备还包含驱动器电路，其配置成发送至少一个信号至显示器。在一些此 些实施方案中，处理器进一步配置成发送图像数据的至少一部分到驱动器电路。在一些其 它实施方案中，所述设备还可以包含图像源模块，其配置成发送图像数据到处理器。图像源 模块可以包含接收器、收发器和发射器中的至少一者。在一些其它实施方案中，所述设备包 含输入装置，其配置成接收输入数据并将输入数据传送到处理器。
[0027] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在制造显示设备的方法中实施。所述方 法包含提供透明衬底并在衬底上形成显示元件。遮光层形成于衬底上方，由形成于衬底上 的锚支撑。所述方法进一步包含形成穿过遮光层的孔，以形成EAL，其中，所述孔对应于显示 元件。在EAL的顶部形成电互连，以将电信号传送至显示元件。
[0028] 在一些实施方案中，所述方法包含在形成电互连之前，将电隔离材料层沉积于EAL 上方。在一些此些实施方案中，EAL包含导电材料，并且所述方法进一步包含在形成电互连 之前，图案化所述电隔离材料层，以暴露EAL的部分。形成电互连可包含将导电材料层沉积 于所述电隔离材料层上方，并图案化所述导电材料层，以形成电互连，使得电互连的一部分 与EAL的暴露部分相接触。
[0029] 在一些其它实施方案中，所述方法还包含将半导体材料层沉积于电互连上方，并 图案化所述半导体材料层，以形成晶体管的一部分。在一些实施方案中，所述半导体材料层 包含金属氧化物。在一些其它实施方案中，所述方法包含在形成显示元件之前，在衬底上形 成电互连。
[0030] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在一种设备中实施，所述设备包含耦接 到衬底的显示元件阵列以及悬置于所述显示元件阵列上方并且耦接到衬底的EAL。对于显 示元件的每个，EAL包含通过ELA界定的至少一个孔，用于允许光通过其中；遮光材料层， 其包含用于遮挡未穿过所述至少一个孔的光的遮光区域；以及形成于遮光区域之外的蚀刻 洞，其配置成允许流体通过EAL。在一些实施方案中，显示元件包含微机电系统（MEMS)基于 快门的显示元件。
[0031] 在一些实施方案中，蚀刻洞大约位于与相邻显示元件的遮光区域相邻的相交处。 在一些实施方案中，蚀刻洞可延伸与相邻显示元件的遮光区域相邻之间的距离的一半。
[0032] 在一些其它实施方案中，所述设备包含其上形成显示元件阵列和EAL的牺牲模 具。牺牲模具可包含在小于约500°C的温度下升华的材料。在一些此些实施方案中，所述模 具包含降冰片烯或其衍生物。
[0033] 在一些实施方案中，所述设备还包含显示器、处理器和存储装置。处理器可以配置 成与显示器进行通信，并处理图像数据。存储装置可以配置成与处理器进行通信。在一些 实施方案中，所述设备还包含驱动器电路，其配置成发送至少一个信号至显示器。在一些此 些实施方案中，处理器还配置成发送图像数据的至少一部分到驱动器电路。在一些其它实 施方案中，所述设备还可以包含图像源模块，其配置成发送图像数据到处理器。图像源模块 可以包含接收器、收发器和发射器中的至少一种。在一些其它实施方案中，所述设备包含输 入装置，其配置成接收输入数据并将输入数据传送到处理器。
[0034] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在一种设备中实施，所述设备包含耦接 到衬底的显示元件阵列以及悬置于所述显示元件阵列上方的EAL。EAL耦接到衬底，并且对 于各显示元件，EAL包含用于允许光从其中通过的至少一个孔。所述设备还包含将EAL支 撑于衬底上的多个锚以及至少部分地围绕多个锚的一部分的聚合物材料。
[0035] 在一些实施方案中，聚合物材料通过EAL中所包含的孔延伸远离一组光学路径之 外的锚。在一些其它实施方案中，聚合物材料延伸远离在显示元件的机械组件的行进路径 之外的锚。
[0036] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在一种设备中实施，所述设备包含衬 底、界定用于显示元件的锚、致动器和光调制器的模具的第一组牺牲材料层以及布置于第 一组牺牲材料层上方以界定用于EAL的模具的第二组牺牲材料层。第一组牺牲材料层和第 二组牺牲材料层的至少一个中的牺牲材料层包含在低于约500°C的温度下升华的材料。在 一些实施方案中，第一组牺牲材料层和第二组牺牲材料层的至少一个中的牺牲材料层包含 降冰片烯或其衍生物。
[0037] 在一些实施方案中，所述设备还包含布置于第一组牺牲材料层与第二组牺牲材料 层之间的结构材料层。
[0038] 在一些实施方案中，第二组牺牲材料层包含下层和上层。在一些此些实施方案中， 上层包含多个凹部，其界定用于从EAL朝向衬底延伸的肋的模具；多个台面，其界定用于从 EAL远离衬底延伸的肋的模具；或者多个凹部，其界定用于从EAL朝向衬底延伸的防粘连突 起物的模具。
[0039] 在本公开中所述主题的另一个创新方面可在一种制造方法中实施。所述方法包含 在形成于衬底上方的第一模具上形成机电系统（EMS)显示元件。所述EMS显示元件包含悬 置于衬底上方的一部分。所述方法还包含在形成于EMS显示元件上方的第二模具上形成 EAL，通过施加湿法蚀刻而部分地移除第一模具和第二模具中的至少一个的至少第一部分， 以及通过施加干法等离子体蚀刻而部分地移除第一模具和第二模具中的至少一个的至少 第二部分。
[0040] 在一些实施方案中，一起施加湿法蚀刻和干法等离子体蚀刻基本上将第一模具和 第二模具全部移除。在一些其它实施方案中，施加湿法蚀刻和干法等离子体蚀刻使得第一 模具和第二模具中的至少一个的第三部分保持完整。在一些此些实施方案中，第三部分至 少部分地围绕将EAL支撑于衬底上方的锚。
[0041] 在一些实施方案中，所述方法还包含形成穿过EAL的蚀刻洞。通过蚀刻洞将湿法 蚀刻和干法蚀刻施加于第一模具和第二模具中的至少一个。
[0042] 以下附图和描述阐述了本说明书中所述主题的一或多个实施方案的细节。尽管在 本
【发明内容】
中所提供的示例主要是就基于MEMS的显示器进行描述，但是，本文所提供的概 念可应用于其它类型的显示器（诸如液晶显示器（IXD)、有机发光二极管（OLED)显示器、电 泳显示器和场发射显示器）以及其它非显示器的MEMS装置（诸如MEMS麦克风、传感器和 光开关）。从实施方式、附图及权利要求书，其它特征、方面以及优点将变得显而易见。应注 意的是，下图的相对尺寸可以不按比例绘制。
【附图说明】
[0043] 图IA示出示例直视式基于MEMS的显示设备的示意图。
[0044] 图IB示出示例主机装置的框图。
[0045] 图2示出示例基于快门的光调制器的透视图。
[0046] 图3A和3B示出两个示例控制矩阵的部分。
[0047] 图4示出结合柔性导电间隔件的示例显示设备的剖视图。
[0048] 图5A示出结合整体式升高孔层（EAL)的示例显示设备的剖视图。
[0049] 图5B示出图5A中示出的EAL的示例部分的顶视图。
[0050] 图6A示出结合整体式EAL的示例显示设备的剖视图。
[0051] 图6B示出图6A中示出的EAL的示例部分的顶视图。
[0052] 图6C到6E示出其它示例EAL的部分的顶视图。
[0053] 图7示出结合EAL的示例显示设备的剖视图。
[0054] 图8示出示例MEMS向下显示设备的部分的剖视图。
[0055] 图9示出用于制造显示设备的示例工艺的流程图。
[0056] 图IOA到101示出根据图9中所示的制造工艺构造示例显示设备的阶段的剖视 图。
[0057] 图IlA示出结合囊封EAL的示例显示设备的剖视图。
[0058] 图IlB至Ij IlD示出图IlA中所示的示例显示设备的构造的阶段的剖视图。
[0059] 图12A示出结合有肋的EAL的示例显示设备的剖视图。
[0060] 图12B到12E示出图12A中所示的示例显示设备的构造的阶段的剖视图。
[0061] 图12F示出示例显示设备的剖视图。
[0062] 图12G到12J示出适用于图12A和12E的带有肋的EAL中的示例肋图案的平面图。
[0063] 图13不出结合具有光色散结构的不例EAL的显不设备的一部分。
[0064] 图14A到14H示出结合光色散结构的EAL的示例部分的顶视图。
[0065] 图15示出结合包含透镜结构的EAL的示例显示设备的剖视图。
[0066] 图16示出具有EAL的示例显示设备的剖视图。
[0067] 图17示出示例显示设备的一部分的透视图。
[0068] 图18A示出示例显示设备的剖视图。
[0069] 图18B和18C示出其它示例显示设备的剖视图。
[0070] 图19示出示例显示设备的剖视图。
[0071] 图20A和20B示出系统框图，其图示了包含多个显示元件的示例显示装置。
[0072] 在各附图中，相同的参考标号和标记表示相同的元件。
【具体实施方式】
[0073] 以下描述针对用于描述本公开的创新方面的某些实施方案。然而，本领域的普通 技术人员将容易地认识到，可以通过多种不同的方式应用本文的教导。所描述的实施方案 可以在任何装置、设备或系统中实施，这些装置、设备或系统能够配置成显示图像（无论是 动态（诸如视频）还是静态（诸如静止图像），且无论是文字、图形还是图片）。更具体地 说，可以预期的是，所描述的实施方案可以包含在各种电子装置中或者与其相关联，这些电 子装置例如但不限于，移动电话、具有多媒体互联网功能的蜂窝式电话、移动电视接收机、 无线装置、智能手机、蓝牙?装置、个人数据助理（PDA)、无线电子邮件接收器、手提式或便 携式计算机、上网本、笔记本、智能笔记本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真器、全 球定位系统（GPS)接收器/导航器、摄像机、数字媒体播放器（诸如MP3播放器）、摄录机、 游戏机、腕表、钟、计算器、电视显示器、平板显示器、电子阅读装置（诸如电子阅读器）、计 算机显示器、汽车显示器（包含里程表和车速表显示器等）、驾驶室控制和/或显示器、摄像 机视图显示器（诸如车辆中后视摄像机的显示器）、电子照片、电子布告板或招牌、投影仪、 建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、盒式磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、 VCR、收音机、便携式存储芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、停车计时器、囊封（诸如在 包含微型机电系统（MEMS)的机电系统（EMS)应用中，以及在非EMS应用中）、美观结构（诸 如一件珠宝或衣服上的图像显示器）以及各种EMS装置。本文的教导也可以用于非显示器 应用中，诸如但不限于，电子切换装置、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、运动传感装 置、磁强计、用于消费型电子产品的惯性组件、消费型电子产品的部件、变容二极管、液晶装 置、电泳装置、驱动方案、制造工艺以及电子测试设备。因此，本教导并不旨在受限于仅在附 图中所示出的实施方案，而是具有本领域的普通技术人员将会容易理解的广泛适用性。
[0074] 某些基于快门的显示设备可包含用于控制快门组件阵列的电路，所述快门组件阵 列调制光以生成显示图像。用于控制快门组件状态的电路可设置成控制矩阵。对于任何给 定的图像帧，控制矩阵将阵列的每个像素定址于光透射状态或遮光状态。在一些实施方案 中，响应于数据信号，控制矩阵的驱动电路将激励电压选择性地存储至快门组件的快门上。
[0075] 为了将数据电压选择性地存储在快门上而不引起快门静摩擦力的相当大风险，将 相对表面的电隔离部分电耦接到相应的快门，使得电隔离部分保持在同一电位上。在一些 实施方案中，使用可压缩导电间隔件，将快门电耦接到布置于相对衬底上的导电层的电隔