专利名称：具有多层底板的矩阵驱动电泳显示器的制作方法
相关申请的交叉参考本申请主张2002年4月24日提交的名称为“使用金属薄膜电极的电泳分段显示器(Electrophoretic Segment Display Using MetalThin Film Electrodes)”的美国临时专利申请第60/376,002号的优选权，以及2002年4月24日提交的名称为“具有多层底板的有源矩阵电泳显示器(Active Matrix Electrophoretic Display with MultilayerBack Plane)”的美国临时专利申请第60/375,936号的优先权，所有上述均结合于此作为参考。
本申请涉及共同提出的未决美国专利申请第＿＿号(律师卷号No.26822-0054)，名称是“用于在基板上形成图案化薄膜导电结构的方法(Process for Forming Patterned Thin Film ConductiveStructure on a Substrate)”，与本申请同时提交，结合于此作为参考。
诸如无源矩阵电泳显示器的无源矩阵显示器的设计通常必须解决交叉偏压的问题。交叉偏压是指施加于电极的偏压，该电极与不在扫描行中的显示单元相关，扫描行即是正在用显示数据更新的行。例如，为改变典型显示器中在扫描行中的单元的状态，偏压可施加于顶部电极层的列电极，以改变这些单元或将这些单元保持在其初始状态。这类列电极与在其列中的包括许多不位于扫描行的单元的所有显示单元相关。
一种已知的解决交叉偏压问题的方法是提供有源矩阵显示器而不是纯粹的无源矩阵显示器。在有源矩阵显示器中，诸如二极管或晶体管的开关元件单独或与其它元件一起使用，以控制与显示单元相关的像素电极或与单个像素相关的单元。在一个典型的有源矩阵显示器构造中，例如，公共电位(例如地电位)可施加于顶层中的公共电极，而位于底层中的像素电极由相关的开关元件所控制，从而对像素电极施加偏压或隔离像素电极以阻止产生将引起相关的显示单元改变状态的电场。这样，例如，通过隔离与非扫描行中的显示单元相关的像素电极就可以控制交叉偏压的影响。
有源矩阵显示器在液晶显示器(LCD)领域是熟知的。一种典型的设计使用薄膜晶体管(TFT)技术来形成靠近与其相关的相应的像素电极的开关元件。然而，这种方法昂贵和费时，因此不能很好适用于非常大的显示器。此外，诸如玻璃等的耐高温基板通常使用在TFT LCD显示器中。TFT基板是刚性的，因而不能很好地适用于所需要的应用，例如，柔性塑料显示器的应用，在某些情况下，柔性的塑料显示器可通过需要柔性基板的卷带式(roll to roll)工艺最有效地加以制造。
由于其它原因，TFT-LCD技术可能不适用于有源矩阵电泳显示器。例如，在下述的未决申请，即2000年3月3日提交的美国申请第09/518,488号、2001年1月11日提交的美国申请第09/759,212号、2000年6月28日提交的美国申请第09/606,654号、和2001年2月15日提交的美国申请第09/784,972号中描述了微型杯状电泳盒，所有上述均结合于此作为参考。在所参考的申请中描述的微型杯状电泳显示器包括由具有明确定义的形状、尺寸、和长宽比的微型杯制成并用分散于电介质溶剂中的带电色素微粒填充的封闭单元。对于这样的单元，底部电极层具有接近平整的顶面可能是必需的，以在层压底部电极层、电泳盒层、和顶部电极层之后确保充分的密封。上述的TFT技术可导致用于这样的应用的结构太厚。
用于有源矩阵电泳显示器的典型TFT技术的另一缺点是开关元件通常邻近与其相关的相应的像素电极而形成。在相应像素电极之间这类元件的存在可因为像素之间需要过大的间隙而对分辨率产生不利影响。
在大尺寸有源矩阵EPD中，有源开关元件也可以是离散元件的形式、或一个或多个集成电路的形式。在这类系统中，需要对从开关元件到驱动器、和/或控制电路、和控制元件的导电迹线进行布线。对与电极的连接线路进行布线的问题在无源矩阵显示器中也可能会遇到，其中一个或多个分屏(screen splits)已引入列电极或行电极，例如通过把列电极分成两个或更多段以改善响应时间，因为每个电极将必须通过导电迹线与驱动器进行接触，该驱动器被配置以把规定的偏压提供给电极。
对于有源矩阵显示器或无源矩阵显示器来说，下述可能是有利和/或必要的在位于显示器平面(或沿着显示器的表面，如果不平的话)的第一位置的电极和开关元件、驱动器、和/或位于显示器平面的第二位置的控制元件之间确定信号的路线。在单层中，在电极和相关元件之间沿显示器平面对导电迹线进行布线的一个缺点有下述危险将产生不希望的电场，或想要的电场受到干扰，这是由于施加于这类迹线的电势(即，该迹线可起电极的作用，潜在地影响放置在迹线附近的一个或多个电泳盒中带电微粒的迁移)。对更加复杂的设计(例如，大量的开关元件、大量的像素电极、具有大量“分割”的无源矩阵等)来说，可能难以在单层中布置所有必要的导电迹线，如果需要，使电极和相关的元件互相连接，特别是以不对显示器分辨率和性能造成不利影响的方式。
用于电泳显示器的导通结构已有描述，其用来将一层中的导电结构连接于另一层中的导电结构。一个这样的结构在1972年6月6日授权给Ota的美国专利第3,668,106号中被描述，其结合于此作为参考。另一种这样的结构在名称为“直接装配在面板上的具有外部逻辑线路和驱动器的电泳矩阵显示器(An Electrophoretic MatrixDisplay with External Logic and Driver Directly Assembled to thePanel)”(作者是J.Toyama等，SID1994 Digest，pp.588-591)中被描述。然而，先前描述的导通结构通常用来将一层上(或在基板的一个表面上，借此导通结构连通)的第一导电结构连接到另一层上(或基板的另一表面上)的第二导电结构，另一层(或基板的另一表面)紧邻第一导电结构的下面(即与第一导电结构相对)。于2001年11月6日发布的美国专利第6,312,304号描述了另一种方法，其结合于此作为参考。在后一专利中描述的结构包括三层包括电泳显示介质的调制层；包括像素电极的像素层，其将驱动电压提供给显示介质并通过通路连接到在像素层底面上的接触点(contactpads)；以及包括电路元件的电路层。将该三层层压在一起以形成器件。虽然这种结构具有这样的优点，即允许利用与其它元件的要求和性能无关的相对优化的工艺制造每个元件，但实际上该方法限于利用薄膜电路技术的器件。它并没有解决在多路分割(multiple-split)无源设计中的电路迹线布线问题也没有满足大尺寸显示面板的驱动电路要求。
因而，需要利用相对便宜、对分辨率没有不利影响、并且适合于供电泳盒设计(如上述的微型杯状电泳盒等)使用的技术制造矩阵驱动的电泳显示器(有源和/或无源矩阵)。此外，需要矩阵驱动的电泳显示器，其中底部电极层的顶面足够平整以保证电泳盒层的充分密封。同样，也需要矩阵驱动的电泳显示器技术，其适合于供大尺度显示器使用，并用于包括利用卷带式生产技术制造的显示器的柔性塑料矩阵驱动的电泳显示器。最后，还需要以不对显示器分辨率和性能造成不利影响的方式满足所有上述需要，如通过要求许多导电迹线和电极在同一层以确定所需信号和/或电势到电极的路线。
图2示出在一个实施例中所采用的可选设计，以提供具有多层底板的有源矩阵电泳显示器。
图3示意性地示出设置在一个使用图2所示设计的实施例中的显示器300的截面图。
图4A和4B示出在一个实施例中所采用的工艺，以在基板上形成像素电极和/或其它导电结构。
图5A-5D进一步示出图4A和4B所示的工艺。
图6A-6H示出在一个实施例中所采用的工艺，以在基板中形成导电导通结构。
图7A-7D说明在一个具体实施例中所采用的方法，以在基板中形成导电导通结构。
图8示出在一个实施例中所采用的开关元件构造，以提供具有多层底板的有源矩阵电泳显示器。
图9示出在一个实施例中所采用的多层底板结构的截面图，以提供利用图8的设计的显示器。
图10A示出可选设计1000，其中图8所示的晶体管828、832、836、和840已整合到晶体管阵列集成电路1002中。
图10B示出晶体管阵列集成电路1002如何包括晶体管828、832、836、和840的，以及如何进行至所述晶体管的相应连接，以完成图8所示的电路设计。
图11A示出驱动器集成电路1102，除晶体管828、832、836、和840以外，门驱动器和源驱动器电路和相关的线路已被整合到其中，包括门信号线808和812、门驱动器822和824、源信号线802和812、以及源驱动器818和820。
图11B示出整合到分段驱动器IC1102中的元件。
图12A示出可用来提供无源矩阵电泳显示器的电极构造的代表部分。
图12B示出图12A所示电极构造沿行电极1408截取的截面侧视图。
图13A示出图12A所示设计的可选设计。
图13B示出图13A所示电极构造沿行电极1402截取的截面侧视图。
披露了具有多层底板的矩阵驱动的电泳显示器。在一个具体实施例中，矩阵驱动的电泳显示器包括有源矩阵显示器，其中可利用多层底板确定一个或多个导电迹线到一个或多个相关的开关和/或控制元件的路线，其中这种导电迹线可形成在除了放置像素电极的层外的一个或多个层中，提供了确定这样的迹线到显示器平面任何位置的路线的能力，而不损害显示器分辨率，以及无需考虑在这类迹线上传输的信号会如何影响显示器的性能，如通过导致在不希望的地方产生电场，或通过减弱已建立起来的预期电场的强度，以将一个或多个显示元件驱动到新状态。
在一个具体实施例中，矩阵驱动的电泳显示器包括无源矩阵电泳显示器，其具有一个或多个分割列电极和/或分割行电极以及多层底板，其被配置从而允许确定与所述分割电极相关的导电迹线到相关的驱动器和/或控制元件的路线，而不损害显示器分辨率，以及无需考虑在这类迹线上传输的信号如何会影响显示器的性能，如通过引起在不希望的地方产生电场，或通过减弱已建立起来的预期电场的强度，以驱动一个或多个显示元件到新的状态。
图1是典型的电泳显示器的侧视示意图。显示器100包括顶部电极层102、电泳盒层104、和底部电极层106。如上所述，顶部电极层102可包括公共电极，该公共电极覆盖在电泳盒层104中的所有或几乎所有电泳盒。可供选择地，顶部电极层102可包括多个覆盖相应的电泳盒列的列电极、多个行电极、或一个或多个图案化电极，其如希望的那样覆盖选择的电泳盒组以用于特定的设计或用途。
电泳盒层104包括一个或多个电泳盒。在一个具体实施例中，电泳盒层104包括多个上述的微型杯状电泳盒，其排列成行和列的阵列。
如上所述，在典型的无源矩阵电泳显示器中，底部电极层106可包括多个行电极，例如，如果顶部电极层102包括多个列电极，同时一个或多个电泳盒位于行电极和列电极的每个交叉点。在诸如本文所披露的有源矩阵显示器的有源矩阵显示器中，在一个具体实施例中，底部电极层106包括多个像素电极，每个与至少一个电泳盒相关，而该电泳盒与像素电极对应的像素相关。在一个具体实施例中，如下面更充分地所描述的，底部电极层包括一个或更多个二极管、晶体管、MIM(金属-绝缘体-金属)、和/或其它能够隔离与其相关的像素电极的开关元件。在一个具体实施例中，底部电极层可包括多层，该若干层包括像素电极、布线电路(routingcircuitry)、开关元件、和/或其它导电结构，如下面更充分地所描述的。在一个具体实施例中，在底部电极层106的一个或更多层中的导通孔结构被用来将在一层中的结构电连接至在另一层中的结构。
如本文所用，位于显示单元层下面的结构，如图1所示的电泳盒层104，被看作是包括显示器“底板(back plane)”的结构。例如，图1所示的显示器100的底板包括底部电极层106。如本文所用，术语“多层(multi-layer)”当与术语“底板”一起使用时，是指具有位于多于两层中的导电结构的底板。这可以包括，通过示例说明而非限制性的，形成在每个基板(包括多层底板)的一个或两个表面上的具有导电结构的显示器，且基板用电力和/或其它方式层压或用其它方法粘合或连接在一起，从而形成底板。
图2示出在一个具体实施例中所采用的可选设计，以提供具有多层底板的有源矩阵电泳显示器。图2所示的设计被使用在一个具体实施例中，其中顶部电极层包括一组覆盖电泳盒的单个公共电极层。这种装置在美国专利第4,589,733号(授权给Yaniv等)中作了描述，其结合于此作为参考。图2所示的底部电极层200包括多个像素电极204、206、214、和216。代替使显示图像数据信号施加于顶部电极层中的列电极，为此目的，在底部电极层中提供了列信号线202和212，如下面更充分地所描述的。行线208与像素电极204和214相关，且行线210与像素电极206和216相关。
二极管220和222与像素电极204相关并位于底部电极层200的与像素电极204不同的层。二极管220的阳极连接到行线208，且二极管220的阴极连接到二极管222的阳极。二极管220的阴极和二极管222的阳极通过导通结构224连接到像素电极204。二极管222的阴极通过导通结构226连接到列信号线202。二极管228和230与像素电极206相关。二极管228的阳极连接到行线210，且二极管228的阴极连接到二极管230的阳极。二极管228的阴极和二极管230的阳极通过导通结构232连接到像素电极206。二极管230的阴极通过导通结构234连接到列信号线202。二极管238和240与像素电极214相关。二极管240的阳极连接到行线208，且二极管240的阴极连接到二极管238的阳极。二极管240的阴极和二极管238的阳极通过导通结构236连接到像素电极214。二极管238的阴极通过导通结构242连接到列信号线212。二极管244和246与像素电极216相关。二极管244的阳极连接到行线210，且二极管244的阴极连接到二极管246的阳极。二极管244的阴极和二极管246的阳极通过导通结构248连接到像素电极216。二极管246的阴极通过导通结构250连接到列信号线212。电阻252连接于行线208，且电阻254连接于行线210。
在一个具体实施例中，与像素电极204、206、214、和216相关的相应的电泳盒通过施加驱动电压给行线208和210以及列信号线202和212中的适当的部分来加以控制。
图3示意地示出设置在采用图2所示设计的一个具体实施例中的显示器300的截面图。显示器300包括顶部电极层302、电泳盒层304、和底部电极层306。顶部电极层302包括公共电极308。电泳盒层304包括多个电泳盒，在一个具体实施例中，其排列成位于公共电极308的下面的行和列的阵列。
底部电极层306包括像素电极层309、电路布线层(circuitrouting layer)310、以及驱动电路和元件层314。像素电极层309包括形成在基板312的顶面上的像素电极204和214。导通结构224和236分别将像素电极204和214电连接至电路布线层310的导电结构320和322。在一个具体实施例中，像素电极204和214以及导通结构224和236相应于图2所示的相同编号的结构。
在一个具体实施例中，电路布线层310包括导电结构320和322、以及二极管，如图2所示的二极管。在一个具体实施例中，导电结构320相应于图2所示的将二极管220的阴极连接二极管222的阳极的线路，且导电结构322相应于图2所示的将二极管240的阴极连接到二极管238的阳极的线路，上述二极管未在图3所示的特定的截面图中示出。在一个具体实施例中，电路布线层310包括诸如图2所示的行线208和210的导电行线，图3中未示出。在一个具体实施例中，电路布线层310包括诸如导电迹线的其它导电结构，以将二极管连接到相关的行线和/或列线；诸如图2所示的电阻252和254的电路元件；和/或导电迹线，以通过导通结构将电路布线层310中的导电结构连接到驱动电路和元件层314中的驱动电路，其中导通结构将电路布线层310连接于驱动电路和元件层314。
在一个具体实施例中，导电结构320和322形成在基板324的顶面上，且驱动电路和元件层包括形成在基板324的底面上的列线202和212。导电导通结构226和242分别将导电结构320和322连接到列线202和212。在一个具体实施例中，驱动电路和元件层314包括用于将驱动电压施加到一个或更多相关的行线和/或列线的驱动电路。在一个具体实施例中，这种驱动电路以分开的柔性印刷电路(FPC)或印刷电路板(PCB)的形式被设置，其电连接至导电迹线和/或包括驱动电路和元件层314的其它结构。
图4A和4B示出在一个具体实施例中所采用的工艺，以在基板上形成像素电极和/或其它导电薄膜结构，如图3所示的基板312。在图4A中，使用可剥离聚合物油墨将聚合物油墨图案402印刷在基板上。任何适当的印刷技术，如柔性版印刷、无水平版印刷、电子照相印刷、以及平板印刷，可用来在基板上印刷油墨图案。在某些应用中，可应用其它印刷技术，如丝网印刷、喷墨印刷、和热敏印刷，这取决于所需要的分辨率。聚合物油墨图案402在基板上限定其中不存在聚合物油墨的像素电极区域404、406、414、和416。在一个具体实施例中，导电薄膜形成在基板的图案化表面上，覆盖聚合物油墨图案402和像素电极区域404、406、414、和416。然后除去包括聚合物油墨图案402的聚合物油墨。形成的结构在图4B中示出，包括在基板312上形成的薄膜像素电极204、206、214、和216。
在一个具体实施例中，使用类似的工艺在基板312的底面上形成导电薄膜结构，如包括图3所示的电路布线层310的导电结构。在一个具体实施例中，利用如柔性印刷电路(FPC)或印刷电路板(PCB)的可选方法，提供包括电路布线层的结构的至少一个子集。
上述工艺进一步在图5A-5D中示出。图5A示出基板312的截面图。图5B示出在基板312上形成的聚合物油墨图案402，其在基板上限定像素电极区域404和414。图5C示出在图案化的基板上形成的导电薄膜418，该导电薄膜418包括形成在聚合物油墨图案402上的部分和形成在基板的暴露区域上的部分，如像素电极区域404和414。图5D示出在聚合物油墨图案402已被除去后剩余的结构，该剩余的结构包括像素电极204和214。
当使用某些类型的电泳盒时，上述形成导电薄膜结构的工艺可能是特别重要的。例如，可能需要诸如上述的工艺的工艺以确保底部电极层的足够平整或接近平整的顶面，如当显示器的数层被层压在一起时，将允许微型杯状电泳盒的充分密封。
在一个具体实施例中，上述的导通结构通过下述方法形成只要形成导电薄膜结构，就在基板312中形成导通孔。在一个可选具体实施例中，在形成导电薄膜结构的至少一个子集之前形成导通孔。在一个具体实施例中，导通孔利用激光形成。在一个具体实施例中，导通孔通过诸如计算机数字控制(CNC)冲孔或钻孔的机械技术形成。
在一个具体实施例中，导通孔用导电材料填充以形成诸如图2和图3所示的导通结构224和236的导电导通结构，从而在基板的顶面上的导电结构和形成在或电连接至基板的底面的导电结构或元件之间提供电连接。在一个具体实施例中，导通孔用诸如导电聚合物油墨或银膏的导电材料填充。在一个可选具体实施例中，导通孔通过下述方法用铜镀层填充施加干光致抗蚀剂薄膜，暴露和显影光致抗蚀剂以构造掩模，然后沉积胶态石墨薄膜层，接着在石墨上沉积镀铜层，最后除去光致抗蚀剂。在一个具体实施例中，干光致抗蚀剂薄膜、或一些诸如遮蔽胶带的其它适当的材料，用来作为遮盖层(tenting layer)，从而在利用上述工艺步骤在导通孔的侧壁上形成镀铜层期间，保护基板底面上的结构。
上述工艺及其适用于形成本文所述的像素电极的变化在未决申请第＿＿号(律师卷号No.26822-0054)中作了更详细地描述，其结合于此作为参考。在一个具体实施例中，本文所述的工艺用来形成一个或更多厚度不大于5微米的金属薄膜结构。
图6A示出在一个具体实施例中所采用工艺的最初步骤，其利用导通孔以提供多层底板420。导通孔422如已在绝缘基板424中形成的那样示出。在一个可选具体实施例中，在一个或更多电极已在基板的顶面上形成之后形成导通孔。在一个这类具体实施例中，形成顶面电极之后将形成导通孔，如结合图6B和图6C所讨论的。在一个具体实施例中，利用激光来形成导通孔。在一个可选具体实施例中，使用诸如计算机数字控制(CNC)钻孔的机械方法来形成导通孔。任何适当的方法或技术可用来形成导通孔。
在图6B中，遮盖涂层/油墨线426a和426b已形成在基板424上，以限定待形成在基板424的顶面上的分段电极的左右边界，如下面所更充分地描述的。
在图6C中，金属薄膜已沉积在基板424的顶面上。在一个具体实施例中，该导电薄膜可包括铝、铜、银、镍、锡、或其它金属如锌、金、钼、铬、钽、铟、钨、铑、钯、铂、及其混合物、合金、和多层复合膜、或上述的任何金属及其衍生物。非必选地，诸如SiOx、TiO2、ITO的薄氧化物层可外涂覆在金属薄膜上，以改善，例如，防护性能、抗刮性、和耐腐蚀性。如图6C所示，沉积在基板顶面上的金属薄膜在基板的顶面上形成金属薄膜层428。在一个具体实施例中，该金属薄膜可部分地填入导通孔的侧壁，如图6C所示。金属薄膜428也形成在遮盖涂层/油墨线426a和426b的顶部上。在一个具体实施例中，如图6C所示，仅非常薄的层、或根本没有金属薄膜层428形成在遮盖涂层/油墨线426a和426b的侧表面上，这取决于遮盖涂层/油墨线的尺寸和形状以及用来形成金属薄膜428的材料和沉积参数。
图6C所示的金属薄膜层428的厚度关于遮盖涂层/油墨线条426a和426b的相对尺寸并不是按比例制图，而是为了清晰目的进行的选择。依据所用的材料和技术，遮盖涂层/油墨线426a和426b的厚度，例如，可以在0.1微米至30微米的数量级。如果铝用于金属薄膜，则厚度可低到0.05微米至0.10微米。如果使用铜，金属薄膜的厚度可以在0.5微米至3微米的数量级。其它金属可具有不同的典型的厚度范围。因此，特别是如果遮盖涂层/油墨线条426a和426b的厚度是在上述范围的较高端(例如，30微米)并且铝用于金属薄膜428，那么金属薄膜428将比遮盖涂层/油墨线条426a和426b薄得多，因而有非常少的金属膜或没有任何金属膜可形成在油墨线的侧表面上。如在油墨线的这个讨论中所使用的，术语“侧表面”用于指沿印刷到基板上的可剥离遮盖涂层/油墨线条或区域的边缘的表面，其可能是或可能不是大体上垂直于涂层/油墨线条或区域的顶面(即，基本上平行于基板表面的表面，在其上已印刷油墨线或区域)。在某些具体实施例中，依据所用的材料和技术，这些“侧表面”或边缘表面可以是部分地或整个地圆形的和/或可以是与油墨线条或区域的顶部(即，水平表面)成不同于90度的角度处。在一个具体实施例中，上述在金属薄膜和遮盖涂层/油墨线条之间的厚度差异，有利于在金属沉积后使用普通溶剂或溶剂混合物除去遮盖涂层/油墨线条，如酮、内酯、酯、醇、醚、酰胺、亚砜、砜、烃、烷基苯、吡咯烷酮、水、水溶液、和/或任何本文所列的其它剥离溶剂，而不损坏正形成的金属薄膜电极结构。
图6D示出当除去遮盖涂层/油墨线条后形成的电极结构。该电极结构包括通过间隙与相邻电极432隔开的电极430。如从图6D可以看到的，除去遮盖涂层/油墨线条426a和426b导致除去了非常薄的金属层，其已形成在遮盖涂层/油墨线条426a和426b之上和/或其侧表面上，从而留下限定相应电极结构的间隙。
图6E示出在基板424的下侧上形成的遮盖涂层/油墨区域444a和444b。遮盖涂层/油墨区域444a和444b形成在基板424的部分底面上，其中未形成导电迹线线条和/或其它导电结构。
图6F示出在基板424的底侧上沉积金属薄膜之后，和图6E相同的截面图。如图6F所示，底侧金属薄膜层446已形成于基板424的底侧上。该底部金属薄膜层446包括覆盖聚合物油墨区域444a和444b的部分，其与上述的覆盖遮盖涂层/油墨线426a和426b的部分薄膜428具有相似的特性。
图6G示出在从基板424的底面剥离遮盖涂层/油墨后相同的截面图。剥离遮盖涂层/油墨区域444a和444b形成导电迹线(或其它导电结构)448，其与和电极430相关的开关、控制、和/或驱动电路(未示出)连接。
最后，在图6H中，示出导电材料450，已用来填充导通孔422，以确保在电极430和导电迹线448之间具有牢固和可靠的电连接。在一个具体实施例中，导电油墨，如银膏、碳黑粉糊、或石墨糊、或导电聚合物，被用来填充导通孔。在一个可选具体实施例中，导通孔不是用导电材料填充，而是用导电材料涂覆导通孔的侧壁，由此在形成于与导通孔相关的基板顶部和底面上的结构之间形成电连接。
图7A至图7D示出在一个具体实施例中所采用的一种可选工艺，以改善在一个或更多电极(形成在包括多层底板的基板的顶面上)和相应导电迹线(形成在基板的底面上)之间的电连接。
在图7A中，基板的顶面(即，在其上已形成电极的侧面)用干光致抗蚀剂膜502进行层压。该干光致抗蚀剂膜502覆盖电极结构、电极结构之间的间隙、和诸如导通孔422的导通孔。底面(即，在其上已形成迹线的侧面)用干遮盖膜504进行层压，例如，其可以是干光致抗蚀剂膜或简单的遮蔽胶带。干遮盖膜504形成覆盖导通孔422底侧的帐状物(tent)。
图7B示出在干光致抗蚀剂膜502已被成像并除去干光致抗蚀剂膜502的暴露部分之后的电极层。在一个具体实施例中，利用掩模使干光致抗蚀剂膜502成像，以暴露该膜的选择部分，如暴露覆盖电极和导通孔的部分。
在图7C中，示出电极层的顶面，其首先用胶态石墨层506涂覆，然后用铜层508涂覆。在一个可选具体实施例中，在涂覆铜层508之前，剥离光致抗蚀剂膜502的剩余部分，这样的剥离将不会损伤在电极上形成的胶态石墨层506部分。在这样的具体实施例中，铜层508仅形成在剥离残留的光致抗蚀剂膜502之后仍然覆盖有胶态石墨层506的表面上。
图7D示出在除去遮盖膜504，暴露导通孔422的底部之后的多层底板420。非必选地，为确保在电极430和顶层中的相应电极之间产生均匀电场，在一个具体实施例中，将一些导电油墨510加入导通孔的顶部，如银膏、镍粉糊、碳黑粉糊、或石墨糊。可使用其它导电材料来代替导电油墨510。
图8示出在一个具体实施例中所采用的开关元件构造，以提供具有多层底板的有源矩阵电泳显示器。显示器800包括与电泳盒阵列(图8中未示)的2像素×2像素部分相关的像素电极804、806、814、和816。像素电极804和806与源信号线802相关，像素电极814和816与另一个源信号线812相关。像素电极804和814与门信号线808相关，且像素电极806和816与门信号线810相关。源线802和812分别与源驱动器818和820相关。门信号线808和810分别与门驱动器822和824相关。
像素电极804与和像素电极804并行连接的电容器826相关，同时电容器的一端连接到公共电极。电容器826的另一端和像素电极804连接到与像素电极804相关的场效应晶体管(FET)828的漏极端。晶体管828的门电路连接到门信号线808而源电路连接到源信号线802。同样，像素电极806与电容器830和晶体管832相关，像素电极814与电容器834和晶体管836相关，而像素电极816与电容器838和晶体管840相关，所有元件都以与上述用于与像素电极804相关的相应元件的方式相同的方式进行连接和配置。
在一个具体实施例中，对扫描行来说，与扫描行相关的门信号线通过操作相关的门驱动器提高到足够高的电压，以将与扫描行的像素电极相关的晶体管置于导电状态，从而通过操作相应的源驱动器可将该行的每个相应的像素电极可提高到在或接近于施加给与其相关的源信号线的信号电压，施加给每个相应源信号线的特定电压由显示器图像数据来确定。例如，假定带正电的白色色素微粒的单元分散在黑色溶剂中并用于显示器800中。进一步假定与门信号线808相关的行是扫描行，且与门信号线810相关的行是非扫描行。还假定与像素电极804相关的单元将被驱动到黑色状态，其中带电色素微粒在或接近底部电极层，而与像素电极814相关的单元将被驱动白色状态，其中带电色素微粒已被驱动到在顶部电极层或接近顶部电极层的位置。
假定在一个具体实施例中，顶部电极层包括保持在10伏电势的公共电极。在一个具体实施例中，扫描行的门信号线(在该示例中是门信号线808)被驱动到35伏，且诸如门信号线810的与非扫描行相关的门信号线则保持在-5伏。在与将被驱动到黑色状态的扫描行的像素相关的源信号线(如源信号线802)被驱动到0伏期间，与将被驱动到白色状态的扫描行的像素相关的源信号线(如源信号线812)则被驱动到20伏。在所述电压条件下，与非扫描行的像素电极相关的晶体管将都是在非导电状态，而与施加给相应源信号线的电压无关，因为在每种情况下在晶体管门电路上的电压将小于在源电路上的电压。对扫描行来说，晶体管将被置于导电状态。例如，与像素电极814相关的晶体管836将被置于导电状态，将像素电极814上的电压设定为等于20伏(在晶体管836的源端提供)减去通过晶体管836的电压降的电平，在一个具体实施例中，该电平足以在像素电极814和公共电极(在顶层中)之间建立电场，以将与该像素电极相关的电泳盒中的带正电微粒驱动到在顶部电极层或接近顶部电极层的新位置。在一个具体实施例中，在驱动期间，与像素电极(被驱动到驱动电压以改变与该像素相关的单元的状态)相关的电容器，如与像素电极814相关的电容器834，被充电到像素电极被驱动到的电压水平，因此，即使在不再使用驱动电路来将像素电极有源驱动到该电压之后，将相关的像素电极保持在或接近其已被驱动到的电压水平。
在一个具体实施例中，图8所示的构造在多层底板中实现。在一个具体实施例中，例如，开关和维持元件，如与像素电极804相关的晶体管828和电容器826，以及门驱动器和/或源驱动器，如门驱动器822和824以及源驱动器818和820，必须(as necessary)连接到底部电极层的最底层基板，该底部电极层具有图8中所示的将被连接至的其它结构的电连接，如相应的像素电极、门信号线、和/或源信号线。
图9示出在一个具体实施例中所采用的多层底板结构的截面图，以提供使用图8所示设计的显示器。示出包括顶部(公共)电极层862、电泳盒层864、和多层底板866的显示器800。底板866包括像素电极子层868，其包括多个像素电极，包括图8所示的像素电极804和814，其形成在基板890的顶面上。底板866还包括电路布线层870以及驱动电路和元件层872。电路布线层870包括导电结构874和876，其形成在第二基板892的顶面上并通过导通结构878和880分别电连接到像素电极804和814。在一个具体实施例中，基板892层压或用其它方式粘合到基板890，以这样的方式以致在形成在相应基板上的导电结构之间进行必要的电连接。在一个具体实施例中，导电结构874和876包括导电迹线，其将像素电极804和814与所述像素电极与其相关的其它导电结构和/或元件连接，如门信号线808(图9中未示出)。在一个具体实施例中，门信号线形成在和驱动元件相同的层872中，且导电结构874和876包括诸如图8所示的源信号线802和812的源信号线。
驱动电路和元件层872包括元件882和884，其通过导通结构886和888分别连接到导电结构874和876。元件882和884的每个都连接至导电结构894和896中的一个并与导电结构894和896之一相关，导电结构894和896形成在基板892的底面上。在一个具体实施例中，元件882和884分别相应于图8所示的晶体管828和836。在一个具体实施例中，元件882和884相应于图8所示的电容器826和834。在一个具体实施例中，导通结构886和888把元件882和884的末端连接到多层底板866的另一层中的导电结构。例如，在一个具体实施例中，其中元件882相应于图8所示的晶体管828，导通结构886可用来将晶体管的门接线端(gate terminal)连接到门信号线808，在一个具体实施例中，其形成在电路布线层870中(该门信号线在图9中未示出)。在一个具体实施例中，导电结构894和896分别相应于源信号线802和812，并连接到与列相关的晶体管的源端(它们与该列相关)。在一个具体实施例中，导电结构894和896包括导电迹线，其将包括驱动电路和元件层872的元件与相同层的其它结构连接，或通过附加的导通结构(在图9中未示出)，与位于底板866内的其它层的结构和/或元件连接。
通过导通结构或其它方法在包括多层底板866的层以及它们之间的相互连接之间精确区分元件、电极、和其它导电结构是设计选择和实施的问题。这类元件和结构的各种分布以及相互连接电路的精确布置和结构并不限于对特定具体实施例的讨论，而是可采用任何适当的分布和布置，且将落在本披露物和所附的权利要求书的范围内。
在一个具体实施例中，诸如图9所示的元件882和884的元件形成在基板892的底面上。在一个具体实施例中，一些或所有这类元件被分别制备，作为单个元件或具有不同程度的集成，如下面所更充分地描述的，然后电连接到形成在底板866的最底层的底面上的导电结构。这类元件和/或集成电路可包括柔性印刷电路(FPC)和/或印刷电路板(PCB)，并可采用芯片(die)、封装芯片或元件、电路板，或任何其它适当的形式。
图10A示出一种可选设计1000，其中图8所示的晶体管828、832、836、和840已整合到晶体管阵列集成电路1002中。像素电极804和电容器826的上端由导电线路1004连接到晶体管阵列集成电路1002。像素电极806、814、和816，以及其相应的相关电容器，分别由导电线路1006、1008、和1010，同样连接到晶体管阵列集成电路1002。通过将底部公共电极基板插到电极层下，电容器也可形成在多层底板中。图10A所示的其余元件与图8所示的具有相同的参考数字的相应元件基本相同。相似地，开关二极管可整合到二极管阵列集成电路中。图10B示出晶体管阵列集成电路1002如何包括晶体管828、832、836、和840，以及如何进行至所述晶体管的相应连接，以完成图8所示的电路设计。通过以这种方式整合晶体管828、832、836、和840，可简化组装多层底部电极层的任务，因为更少的元件需要形成和/或粘合在底部电极层的最底层的底面。
图11A和11B示出图8所示设计的进一步的电路集成。图11A示出除晶体管828、832、836、和840之外还集成了门驱动器电路、源驱动器电路、以及相关的线路的驱动器集成电路1102，这些门驱动器电路、源驱动器电路、以及相关的线路包括门信号线808和812、门驱动器822和824、源信号线802和812、以及源驱动器818和820。控制线1104和1106连接到驱动器集成电路1102并用来控制驱动器集成电路1102的操作，以确定哪些像素电极(在所示示例中包括像素电极804、806、814、和816)将被驱动到改变与该像素电极相关的电泳盒的状态所需的电压。图11B示出整合到分段驱动器集成电路1102中的元件。驱动器集成电路1102包括晶体管828、832、836、和840、行驱动器822和824、行线808和810、列驱动器818和820、以及列信号线802和812。此外，驱动器集成电路1102还包括控制逻辑电路1108，其被配置以响应施加给控制线1104和1106的控制信号，从而通过图11B所示的控制线将控制信号传送到行驱动器822和824和/或列驱动器818和820中的适当的元件，即当根据需要把控制逻辑电路1108连接于相应的驱动器时，把与将从初始状态(带电荷微粒在底部)转变到第二状态(带电荷微粒在顶部)的单元相关的像素电极驱动到进行这样的转变所需要的电压。相似地，开关二极管也可以与驱动器和控制电路一起整合到集成电路中。
如上所述，诸如本文所述的导通结构的导通结构可用以允许确定信号从集成电路(如图10A、10B、11A、和11B所示的和上述的集成电路)到相关的电极结构的线路，而不对显示器分辨率和/或性能造成不利的影响，包括但不限于允许电极通过导通结构连接到集成电路或其它元件，其并不直接位于电极的下面(即，并不直接与在导通孔另一侧上的电极相对)。
图12A示出可用来提供无源矩阵电泳显示器的电极构造的代表部分。在位于电泳显示介质层(未示出)上面的顶部电极层上设置了多个行电极1402、1404、1406、和1408。多个行驱动器1412、1414、1416、和1418的每一个分别与行电极1402、1404、1406、和1408的相应的一个相关。底部电极层包括多个列电极1420、1422、1424、和1426。每个列电极与列驱动器1430、1432、1434、和1436的相应的一个相关。
图12B示出图12A所示电极构造的沿行电极1408截取的截面侧视图。图12B示出在顶部电极层基板1452上形成的行电极1408。示出形成在底部电极层基板1454上的列电极1420、1422、1424、和1426。电泳介质层1458夹在顶部电极层和底部电极层之间。通过一些导电粘合剂1462实现从行电极1408到底层行驱动器触点1460的电接触。在一个具体实施例中，行电极1408和行驱动器1418之间的连接是通过导电粘合剂1462和底层行驱动器触点1460来实现的。
图13A示出图12A所示设计的可选设计。在图13A所示的可选设计中，每个列电极已分割成两段。在一个具体实施例中，通过这样分割列电极，则可在同时对两行进行寻址，因而响应时间可减去一半。然而，如上所述，引入一个或更多分割导致需要确定从电极段到相关的驱动器电路的电路迹线的路线。例如，在图13A中，第一列电极已分割成段1502和1504。段1502通过迹线1506连接到列驱动器1508，段1504通过迹线1510连接于列驱动器1512。同样，电极段1514、1516、1518、1520、1522、和1524的每个通过相关的迹线连接到多个列驱动器1530的相关的一个。虽然图13A所示的每个列电极是分割成两段，然而根据应用可使用更多段，需要更多的从电极段到显示器(或别的地方)的边缘的迹线，以与相关的驱动器连接。
图13B示出图13A所示电极构造沿行电极1402截取的截面侧视图。图13B示出在顶部电极层基板1552上形成的行电极1402。示出形成在底部电极层基板1554上的列电极段1502、1514、1518、和1522。电泳介质层1558夹在顶部电极层和底部电极层之间。通过一些导电粘合剂1562实现从行电极1402到底层行驱动器触点1560的电接触。在一个具体实施例中，行电极1402和行驱动器1412之间的连接通过导电粘合剂1562和底层行驱动器触点1560实现。底部电极层基板1554包括多个导通结构1564、1566、1568、和1570，每个分别与列电极段1502、1514、1518、和1522中的相应的一个相关。底部电极层基板1554还包括与底层行驱动器触点1560相关的导通结构1572。示出了形成在电路布线层基板1586上的导电迹线1580、1582、和1584。导电迹线1580通过导通结构1564电连接至列电极段1502。导电迹线1580通过导通结构1590在不同于图13B所示平面的平面中电连接到列驱动器1508(在图13B中用虚线表示)，其中导通结构1590也是在不同于图13B所示平面的平面中(在图13B中由虚线表示)。在一个具体实施例中，导通结构1564、导电迹线1580、和导通结构1590相应于图13A所示的导电迹线1506。同样，导电迹线1582和1584与穿过基板1586的导通结构和形成在和/或连接到所述基板的底面的驱动器相关。以上述方式，在多层底板的一层中的导电结构，如电极，可电连接到在多层底板的另一层中但并不直接位于该导电结构的下面的驱动器或其它元件，而不损害显示器分辨率和/或性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种矩阵驱动电泳显示器，包括顶部电极层；多层底板；以及放置在所述顶部电极层和所述多层底板之间的电泳盒层；其中所述多层底板包括在具有顶面和底面的第一基板上形成的第一导电层，所述第一导电层包括在所述第一基板的顶面上形成的电极，所述电极包括厚度不大于5微米的金属薄膜结构；包括与所述电极相关的电路布线迹线的第二导电层；包括与所述电极相关的电路元件的第三导电层；以及从所述第一导电层连接到所述第二导电层的第一导通结构。
2.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述顶部电极层包括公共电极。
3.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述顶部电极层包括多个电极，每个电极覆盖多个电泳盒。
4.根据权利要求3所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述多个电极包括多个列电极。
5.根据权利要求3所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述多个电极包括多个行电极。
6.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，还包括从所述第二导电层连接到所述第三导电层的第二导通结构。
7.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述电泳盒层包括多个电泳盒。
8.根据权利要求7所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述多个电泳盒包括多个微型杯状电泳盒。
9.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述电泳盒层包括多个电泳盒，且所述电极与所述电泳盒的至少一个相关。
10.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述第一基板包括柔性聚合物基板。
11.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述电极由下述方法形成，包括用可剥离材料在所述第一基板的顶面上印刷图案，所述图案限定要形成所述电极的区域；在所述第一基板的图案化顶面上沉积金属薄膜；以及从所述第一基板的顶面剥离所述可剥离材料。
12.根据权利要求11所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述可剥离材料包括可由有机溶剂或溶剂混合物剥离的聚合物、低聚物、或蜡状物。
13.根据权利要求11所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述可剥离材料包括可由水溶液剥离的聚合物、低聚物、或蜡状物。
14.根据权利要求11所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述电路元件包括与所述电极相关的开关元件。
15.根据权利要求14所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述开关元件包括至少一个二极管。
16.根据权利要求14所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述开关元件包括至少一个晶体管。
17.根据权利要求14所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述开关元件包括至少一个MIM(金属-绝缘体-金属)器件。
18.根据权利要求14所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述开关元件包括至少一个可变电阻。
19.根据权利要求14所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述多层底板还包括具有顶面和底面的第二基板，且所述开关元件形成在所述第二基板的底面上。
20.根据权利要求19所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述多层底板还包括从所述第二基板的顶面连接到所述第二基板的底面的第二导通结构。
21.根据权利要求20所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述开关元件通过包括所述第二导通结构、所述电路布线迹线、以及所述第一导通结构的通道电连接至所述电极。
22.根据权利要求1所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述第一导通结构由下述方法形成，包括穿过所述第一基板形成与所述电极和所述电路布线迹线相关的导通孔，所述导通孔从所述第一基板的顶面连接到所述第一基板的底面。
23.根据权利要求22所述的矩阵驱动电泳显示器，其中形成所述第一导通结构的方法还包括至少部分地用导电材料填充所述导通孔，以在所述电极和所述电路布线迹线之间形成导电通道。
24.根据权利要求23所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导电材料包括导电油墨。
25.根据权利要求24所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导电油墨包括银膏。
26.根据权利要求24所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导电油墨包括碳黑或石墨糊。
27.根据权利要求24所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导电油墨包括导电聚合物。
28.根据权利要求22所述的矩阵驱动电泳显示器，其中形成所述第一导通结构的方法还包括至少部分地用导电材料涂覆所述导通孔的侧面，以在所述电极和所述电路布线迹线之间形成导电通道。
29.根据权利要求28所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导电材料包括金属镀层。
30.根据权利要求29所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述金属镀层包括铜镀层。
31.根据权利要求28所述的矩阵驱动电泳显示器，其中至少部分地用导电材料涂覆所述导通孔的步骤包括用干光致抗蚀剂薄膜层压所述第一基板的顶面；通过将选择的部分暴露于紫外线中，使所述干光致抗蚀剂薄膜形成图案，所述图案是这样的以致于在除去所述光致抗蚀剂的未固化部分之后将使所述导通孔和至少部分所述电极暴露；除去所述干光致抗蚀剂薄膜的未固化部分；在所述第一基板的顶面上和所述导通孔的侧壁上沉积胶状石墨层；以及利用电镀以在被所述胶状石墨覆盖的表面上沉积金属层。
32.根据权利要求31所述的矩阵驱动电泳显示器，其中至少部分地用导电材料涂覆所述导通孔的步骤还包括从所述第一基板的顶面剥离所述干光致抗蚀剂薄膜的固化部分。
33.根据权利要求32所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述剥离步骤是在沉积所述胶态石墨层和所述金属层之后进行。
34.根据权利要求32所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述剥离步骤在沉积所述胶态石墨层之后但在沉积所述金属层之前进行。
35.根据权利要求31所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述金属层包括铜层。
36.根据权利要求31所述的矩阵驱动电泳显示器，其中至少部分地用导电材料涂覆所述导通孔的步骤还包括用遮盖膜层压所述第一基板的底面。
37.根据权利要求36所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述遮盖膜包括干光致抗蚀剂膜。
38.根据权利要求36所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述遮盖膜包括遮蔽胶带。
39.根据权利要求22所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导通孔利用激光形成。
40.根据权利要求22所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导通孔通过机械冲孔形成。
41.根据权利要求22所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述导通孔通过计算机数字控制(CNC)钻孔形成。
42.根据权利要求14所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述多层底板包括多个基板，且所述开关元件形成在所述基板中的一个上。
43.根据权利要求42所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述基板被层压在一起。
44.根据权利要求42所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述第三导电层包括驱动电路和元件层。
45.根据权利要求44所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述驱动电路和元件层包括连接至所述多层底板的最底层基板的底面的元件。
46.根据权利要求45所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述元件包括所述电路元件。
47.根据权利要求45所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述元件包括与所述电极相关的电容器。
48.根据权利要求45所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述元件包括与所述电极相关的驱动电路。
49.根据权利要求45所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述元件包括集成电路。
50.根据权利要求49所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述集成电路包括与所述电极相关的开关元件。
51.根据权利要求49所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述集成电路包括与所述电极相关的驱动电路。
52.根据权利要求49所述的矩阵驱动电泳显示器，其中所述集成电路包括微处理器、或微控制器、或专用集成电路(ASIC)。
全文摘要
本发明披露了一种具有多层底板的矩阵驱动的电泳显示器。该显示器包括顶部电极层、显示单元层、和多层底板。在一个具体实施例中，该多层底板包括在多层底板的顶部基板的顶面上形成的电极、穿过基板的导电导通结构、和在第一基板的底面处电连接到导通结构的导电迹线，由此可构成从电极到并不是直接位于多层底板中电极之下的结构或元件的电连接。在其它具体实施例中，多层底板可包括附加的层和导通孔，应用时，如需要的那样以将电极与适当的开关元件和/或驱动器元件连接，应用时，开关元件和/或驱动器元件可形成在或连接在显示器视平面中与其相关的电极不同的位置，且根据需要，使用一个或更多导通孔，以完成所需的电路布线而不损害显示器性能。
文档编号G02F1/167GK1453623SQ0312218
公开日2003年11月5日 申请日期2003年4月24日 优先权日2002年4月24日
发明者钟冶明, 侯维新, 赵一雄, 珍·E·赫博曲, 梁荣昌 申请人:希毕克斯影像有限公司