并入有提升光圈层的显示设备及其制造方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案
[0002] 本专利申请案主张2013年3月15日申请的标题为"并入有提升光圈层的显示设 备及其制造方法（Display Apparatus Incorporating an Elevated Aperture Layer and Methods of Manufacturing the Same)"的第13/842, 882号美国实用新型申请案的优先 权，所述申请案转让给本案受让人且以引用方式明确并入本文中。
技术领域
[0003] 本发明涉及机电系统（EMS)的领域，且具体来说，本发明涉及一种用于显示设备 的集成提升光圈层。
【背景技术】
[0004] 通过将具有光圈层的盖片附接到支撑多个显示元件的衬底而构建某些显示器。所 述光圈层包含对应于相应显示元件的光圈。在此些显示器中，所述光圈与所述显示元件的 对准影响图像质量。相应地，当将所述盖片附接到所述衬底时，需要额外小心以确保所述光 圈与所述相应显示元件紧密对准。此增加组装此类显示器的成本。此外，这些显示器还包 含用于维持由所述衬底支撑的所述盖片与附近显示元件之间的合理安全距离以降低由外 力（例如人按压显示器）引起的损坏风险的间隔件。这些间隔件制造起来也比较昂贵，进 而增加制造成本。另外，所述盖片与所述显示元件之间的大距离不利地影响图像质量。具 体来说，其降低显示器的对比度。为减小所述距离，所述盖片与所述衬底可耦合在一起以在 所述两者之间仅有小间隙，然而，如果所述显示元件与所述盖片彼此接触，则此可增加损坏 的风险。
【发明内容】
[0005] 本发明的系统、方法和装置各具有若干创新方面，其单一者不单独决定本文所揭 示的所要属性。
[0006] 本发明中所描述的标的物的创新方面可实施于一种设备中，所述设备包含透明衬 底、光阻断提升光圈层（EAL)、用于将所述EAL支撑于所述衬底上方的多个锚，和多个显示 元件。所述EAL界定穿过其而形成的多个光圈。所述多个显示元件定位于所述衬底与所述 EAL之间。所述显示元件中的每一者对应于由所述EAL界定的所述多个光圈中的至少一个 相应光圈，且每一显示元件包含通过将所述EAL支撑于所述衬底上方的对应锚而支撑于所 述衬底上方的可移动部分。在一些实施方案中，所述显示元件包含基于微机电系统（MEMS) 快门的显示元件。
[0007] 在一些实施方案中，所述设备包含定位于所述EAL的与所述衬底相对的一侧上的 第二衬底。在一些此类实施方案中，所述EAL可粘附到所述第二衬底的表面。在此些实施 方案中的一些其它实施方案中，所述设备包含沉积于以下各者中的一者上的反射材料层： 所述EAL的最接近所述第二衬底的表面；及面向所述EAL的所述第二衬底。
[0008] 在一些实施方案中，所述EAL包含朝向所述衬底延伸的多个肋和多个抗粘滞突出 部中的至少一者。在一些其它实施方案中，所述设备包含安置于穿过由所述EAL界定的所 述光圈的光学路径中的光分散元件。在一些此类实施方案中，所述光分散元件包含透镜和 散射元件中的至少一者。在此些实施方案中的一些其它实施方案中，所述光分散元件包含 图案化电介质。
[0009] 在一些实施方案中，所述设备包含对应于相应显示元件的多个电隔离导电区域。 在一些此类实施方案中，所述电隔离导电区域电耦合到所述相应显示元件的多个部分。
[0010] 在一些实施方案中，所述设备还包含显示器、处理器和存储器装置。所述处理器可 经配置以与所述显示器通信且处理图像数据。所述存储器装置可经配置以与所述处理器通 信。在一些实施方案中，所述设备还包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱 动器电路。在一些此类实施方案中，所述处理器进一步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。在一些其它实施方案中，所述设备还可包含经配置以将所述 图像数据发送到所述处理器的图像源模块。所述图像源模块可包含接收器、收发器和发射 器中的至少一者。在一些其它实施方案中，所述设备包含经配置以接收输入数据且将所述 输入数据传送到所述处理器的输入装置。
[0011] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于形成显示设备的方法中。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。所述显示元件包含用于 将所述相应显示元件的多个部分支撑于所述衬底上方的对应锚。所述方法还包含：将第一 牺牲材料层沉积于所述所制造的显示元件上方；及图案化所述第一牺牲材料层以暴露所述 显示元件锚。所述方法还包含：将结构材料层沉积于所述第一牺牲材料层上方，使得所述所 沉积的结构材料部分地沉积于所述暴露的显示器锚上；及图案化所述结构材料层以界定对 应于相应显示元件的穿过所述结构材料层的多个光圈以形成提升光圈层（EAL)。另外，所述 方法包含：移除所述显示元件模具和所述第一牺牲材料层。
[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所述第一牺牲材 料层上方；及图案化所述第二牺牲材料层以形成用于从所述EAL朝向所述相应显示元件的 悬置部分延伸的多个EAL加强肋或多个抗粘滞突出部的模具。在一些其它实施方案中，所 述方法包含：使所述EAL的区域与第二衬底的表面接触，使得所述EAL的所述区域粘附到所 述第二衬底的所述表面。在一些其它实施方案中，所述方法包含：将电介质层沉积于所述结 构材料层上方；及图案化所述电介质层以在穿过所述结构材料层而界定的所述光圈上方界 定光分散元件。
[0013] 在一些实施方案中，所述结构材料层包含导电材料。在此些实施方案中的一些实 施方案中，图案化所述结构材料层会使所述EAL的相邻区域电隔离。所述EAL的每一电隔 离区域可电耦合到相应显示元件的悬置部分。
[0014] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于设备中，所述设备包含：衬底； EAL，其界定穿过其而形成的多个光圈。所述EAL还包含由结构材料囊封的聚合物材料。所 述设备还包含定位于所述衬底与所述EAL之间的多个显示元件。每一显示元件对应于所述 多个光圈中的相应光圈。
[0015] 在一些其它实施方案中，所述设备包含沉积于所述EAL的表面上的光吸收层。在 一些其它实施方案中，所述衬底包含光阻断材料层。在一些此类实施方案中，所述光阻断材 料层界定对应于所述EAL的相应光圈的多个衬底光圈。
[0016] 在一些实施方案中，所述结构材料包含金属、半导体和堆叠材料中的至少一者。在 一些其它实施方案中，所述EAL包含第一结构层、第一聚合物层和第二结构层，使得所述第 一结构层和所述第二结构层囊封所述第一聚合物层。
[0017] 在一些实施方案中，所述EAL包含对应于相应显示元件的多个电隔离导电区域。 在一些此类实施方案中，所述电隔离的导电区域电耦合到所述相应显示元件的多个部分。 在此些实施方案中的一些其它实施方案中，所述电隔离导电区域经由将所述相应显示元件 支撑于所述衬底上方的锚而电耦合到所述相应显示元件的所述部分。在一些此类实施方案 中，将所述相应显示元件的所述部分支撑于所述衬底上方的所述锚还将所述EAL支撑于所 述显示元件上方。
[0018] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于形成显示设备的方法中。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 于所述显示元件上方；图案化所述第一牺牲材料层以暴露多个锚；在所述第一牺牲材料层 上方形成提升光圈层（EAL);及移除所述显示元件模具和所述第一牺牲材料层。
[0019] 形成所述EAL可包含：将第一结构材料层沉积于所述第一牺牲材料层上方，使得 所述所沉积的结构材料部分地沉积于所述暴露锚上；图案化所述第一结构材料层以界定对 应于相应显示元件的多个下部EAL光圈；将聚合物材料层沉积于所述第一结构材料层上 方；图案化所述层聚合物材料以界定实质上与对应下部EAL光圈对准的多个中间EAL光圈； 将第二层结构材料沉积于所述层聚合物材料上方以将所述层聚合物材料囊封于所述第一 结构材料层与所述第二层结构材料之间；及图案化所述第二层结构材料以界定实质上与对 应的中间EAL光圈和下部EAL光圈对准的多个上部EAL光圈。
[0020] 在一些实施方案中，所述暴露锚将对应显示元件的多个部分支撑于所述衬底上 方。在一些其它实施方案中，所述暴露锚不同于将所述显示元件的多个部分支撑于所述衬 底上方的一组锚。
[0021] 在一些实施方案中，所述方法进一步包含：将光吸收层或光反射层中的至少一者 沉积于所述第二层结构材料上方。
[0022] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于一种设备中，所述设备包含： 透明衬底；显示元件，其形成于所述衬底上；光阻断EAL，其通过形成于所述衬底上的锚而 支撑于所述衬底上方；及电互连件，其安置于所述EAL上以将电信号载送到所述显示元件。 所述EAL具有穿过其而形成的光圈，所述光圈对应于所述显示元件。在一些实施方案中， EMS显示元件包含基于微机电系统（MEMS)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合到所述电互连件的至少一个电组 件。在一些此类实施方案中，所述电互连件耦合到对应于所述显示元件的所述至少一个电 组件中的第一电组件和对应于形成于所述衬底上的第二显示元件的所述至少一个电组件 中的第二电组件。在一些此类实施方案中，所述电组件包含耦合到所述电互连件的电容器 和晶体管中的至少一者。在一些此类实施方案中，所述晶体管包含铟镓锌氧化物（IGZO)沟 道。
[0024] 在一些实施方案中，所述电互连件电耦合到所述锚，使得所述锚将所述电信号发 射到所述显示元件。在一些其它实施方案中，所述电互连件包含数据电压互连件、扫描线互 连件或全局互连件中的一者。在一些实施方案中，所述设备包含使所述电互连件与所述EAL 分离的电介质层。在一些其它实施方案中，所述设备包含安置于电耦合到多个显示元件的 所述衬底上的第二电互连件。
[0025] 在一些实施方案中，所述EAL包含对应于所述显示元件的电隔离导电区域。在一 些此类实施方案中，所述电隔离导电区域电耦合到所述显示元件的一部分。在一些实施方 案中，所述电隔离导电区域经由将所述显示元件支撑于所述衬底上方的第二锚而电耦合到 所述显示元件的所述部分。在一些其它实施方案中，将所述EAL支撑于所述衬底上方的锚 还将所述显示元件的一部分支撑于所述衬底上方，且所述电隔离导电区域经由所述锚而电 耦合到所述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、处理器和存储器装置。所述处理器可 经配置以与所述显示器通信且处理图像数据。所述存储器装置可经配置以与所述处理器通 信。在一些实施方案中，所述设备还包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱 动器电路。在一些此类实施方案中，所述处理器进一步经配置以将所述图像信号的至少一 部分发送到所述驱动器电路。在一些其它实施方案中，所述设备还可包含经配置以将所述 图像数据发送到所述处理器的图像源模块。所述图像源模块可包含接收器、收发器和发射 器中的至少一者。在一些其它实施方案中，所述设备包含经配置以接收输入数据且将所述 输入数据传送到所述处理器的输入装置。
[0027] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于制造显示设备的方法中。所述 方法包含：提供透明衬底；及在所述衬底上形成显示元件。光阻断层形成于所述衬底上方， 由形成于所述衬底上的锚支撑。所述方法进一步包含：形成穿过所述光阻断层的光圈以形 成EAL，其中所述光圈对应于所述显示元件。电互连件形成于所述EAL的顶部上以将电信号 载送到所述显示元件。
[0028] 在一些实施方案中，所述方法包含：在形成所述电互连件之前，将电绝缘材料层沉 积于所述EAL上方。在一些此类实施方案中，所述EAL包含导电材料，且所述方法进一步包 含：在形成所述电互连件之前，图案化所述层电绝缘材料以暴露所述EAL的部分。形成所述 电互连件可包含：将导电材料层沉积于所述层电绝缘材料上方；及图案化所述层导电材料 以形成所述电互连件，使得所述电互连件的一部分接触所述EAL的所述暴露部分。
[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所述所形成的 电互连件上方；及图案化所述半导体沟道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：在形成所述显示 元件之前，在所述衬底上形成电互连件。
[0030] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于一种设备中，所述设备包含： 显示元件阵列，其耦合到衬底；及EAL，其悬置于所述显示元件阵列上方且耦合到所述衬 底。对于所述显示元件中的每一者，所述EAL包含：至少一个光圈，其穿过所述EAL而界定 以允许光穿过所述至少一个光圈；光阻断材料层，其包含光阻断区域以阻断未穿过所述至 少一个光圈的光；及蚀刻孔，其形成于所述光阻断区域外，所述蚀刻孔经配置以允许流体穿 过所述EAL。在一些实施方案中，所述显示元件包含基于微机电系统（MEMS)快门的显示元 件。
[0031] 在一些实施方案中，所述蚀刻孔大致定位于相邻显示元件的相邻光阻断区域的相 交点处。在一些实施方案中，所述蚀刻孔可延伸相邻显示元件的相邻光阻断区域之间的距 离的约一半。
[0032] 在一些其它实施方案中，所述设备包含在其上形成所述显示元件阵列和所述EAL 的牺牲模具。所述牺牲模具可包含在小于约500°C的温度下升华的材料。在一些此类实施 方案中，所述模具包含降冰片烯或降冰片烯的衍生物。
[0033] 在一些实施方案中，所述设备还包含显示器、处理器和存储器装置。所述处理器可 经配置以与所述显示器通信且处理图像数据。所述存储器装置可经配置以与所述处理器通 信。在一些实施方案中，所述设备还包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱 动器电路。在一些此类实施方案中，所述处理器进一步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。在一些其它实施方案中，所述设备还可包含经配置以将所述 图像数据发送到所述处理器的图像源模块。所述图像源模块可包含接收器、收发器和发射 器中的至少一者。在一些其它实施方案中，所述设备包含经配置以接收输入数据且将所述 输入数据传送到所述处理器的输入装置。
[0034] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于一种设备中，所述设备包含： 显示元件阵列，其耦合到衬底；及EAL，其悬置于所述显示元件阵列上方。所述EAL耦合到 所述衬底，且对于所述显示元件中的每一者，所述EAL包含用于允许光穿过其的至少一个 光圈。所述设备还包含：多个锚，其将所述EAL支撑于所述衬底上方；及聚合物材料，其至少 部分地环绕所述多个锚的一部分。
[0035] 在一些实施方案中，所述聚合物材料在穿过所述EAL中所包含的所述光圈的一组 光学路径外延伸远离所述锚。在一些其它实施方案中，所述聚合物材料在所述显示元件的 机械组件的行进路径外延伸远离所述锚。
[0036] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于一种设备中，所述设备包含： 衬底；第一组牺牲材料层，其界定用于显示元件的锚、致动器和光调制器的模具；及第二组 牺牲材料层，其安置于所述第一组牺牲材料层上方以界定用于EAL的模具。所述第一组牺 牲材料层和所述第二组牺牲材料中的至少一者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，所述第一组牺牲材料层和所述第二组牺牲材料层中的 至少一者中的牺牲材料层包含降冰片烯或降冰片烯的衍生物。
[0037] 在一些实施方案中，所述设备还包含安置于所述第一组牺牲材料层与所述第二组 牺牲材料层之间的结构材料层。
[0038] 在一些实施方案中，所述第二组牺牲材料层包含下层和上层。在一些此类实施方 案中，所述上层包含：多个凹槽，其界定用于从所述EAL朝向所述衬底延伸的肋的模具；多 个台面，其界定用于从所述EAL远离所述衬底延伸的肋的模具；或多个凹槽，其界定用于从 所述EAL朝向所述衬底延伸的抗粘滞突出部的模具。
[0039] 本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于一种制造方法中。所述方法包 含：在形成于衬底上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 悬置于所述衬底上方的一部分。所述方法还包含：在形成于所述EMS显示元件上方的第二 模具上形成EAL ;通过施加湿式蚀刻而部分地移除所述第一模具和所述第二模具中的至少 一者的至少第一部分；及通过施加干式等离子体蚀刻而部分地移除所述第一模具和所述第 二模具中的至少一者的至少第二部分。
[0040] 在一些实施方案中，一起施加所述湿式蚀刻和所述干式等离子体蚀刻会实质上移 除所述第一模具和所述第二模具的全部。在一些其它实施方案中，施加所述湿式蚀刻和所 述干式等离子体蚀刻使所述第一模具和所述第二模具中的至少一者的第三部分完整。在一 些此类实施方案中，所述第三部分至少部分地环绕将所述EAL支撑于所述衬底上方的锚。
[0041] 在一些实施方案中，所述方法还包含：形成穿过所述EAL的蚀刻孔。通过所述蚀刻 孔来将所述湿式蚀刻和所述干式蚀刻施加到所述第一模具和所述第二模具中的至少一者。
[0042] 在下文的附图和描述中阐明本说明书中所描述的目标物的一或多个实施方案的 细节。尽管主要就基于MEMS的显示器描述本
【发明内容】
中所提供的实例，但本文中所提供的 概念可适用于其它类型的显示器（例如液晶显示器（IXD)、有机发光二极管（OLED)、电泳显 示器和场发射显示器）以及其它非显示MEMS装置（例如MEMS麦克风、传感器和光开关）。 将从描述、图式和权利要求书明白其它特征、方面和优点。注意，下图的相对尺寸可不按比 例绘制。
【附图说明】
[0043] 图IA展不实例性基于MEMS的直观式显不设备的不意图。
[0044] 图IB展示实例性主机装置的框图。
[0045] 图2展示实例性基于快门的光调制器的透视图。
[0046] 图3A和3B展示两个实例性控制矩阵的部分。
[0047] 图4展示并入有柔性导电间隔件的实例性显示设备的横截面图。
[0048] 图5A展示并入有集成提升光圈层（EAL)的实例性显示设备的横截面图。
[0049] 图5B展示图5A中所展示的EAL的实例性部分的俯视图。
[0050] 图6A展示并入有集成EAL的实例性显示设备的横截面图。
[0051] 图6B展示图6A中所展示的EAL的实例性部分的俯视图。
[0052] 图6C到6E展示额外实例性EAL的部分的俯视图。
[0053] 图7展示并入有EAL的实例性显示设备的横截面图。
[0054] 图8展不实例性MEMS向下显不设备的部分的横截面图。
[0055] 图9展示用于制造显示设备的实例性过程的流程图。
[0056] 图IOA到101展示根据图9中所展示的制造过程的实例性显示设备的构建阶段的 横截面图。
[0057] 图IlA展示并入有囊封EAL的实例性显示设备的横截面图。
[0058] 图IlB到IlD展示图IlA中所展示的实例性显示设备的构建阶段的横截面图。
[0059] 图12A展示并入有肋状EAL的实例性显示设备的横截面图。
[0060] 图12B到12E展示图12A中所展示的实例性显示设备的构建阶段的横截面图。
[0061] 图12F展示实例性显示设备的横截面图。
[0062] 图12G到12J展示适合用于图12A和12E的肋状EAL中的实例性肋图案的平面图。
[0063] 图13展示并入有具有光分散结构的实例性EAL的显示设备的部分。
[0064] 图14A到14H展示并入有光分散结构的EAL的实例性部分的俯视图。
[0065] 图15展示并入有包含透镜结构的EAL的实例性显示设备的横截面图。
[0066] 图16展示具有EAL的实例性显示设备的横截面图。
[0067] 图17展示实例性显示设备的部分的透视图。
[0068] 图18A是实例性显示设备的横截面图。
[0069] 图18B和18C展示额外实例性显示设备的横截面图。
[0070] 图19展示实例性显示设备的横截面图。
[0071] 图20A和20B展示说明包含多个显示元件的实例性显示装置的系统框图。
[0072] 各种图式中的相同参考数字和标示指示相同元件。
【具体实施方式】
[0073] 以下描述是针对出于描述本发明的创新方面的目的的一些实施方案。然而，所属 领域的技术人员将容易认识到，可以许多不同方式应用本文中的教示。所描述的实施方案 可在可经配置以显示图像的任何装置、设备或系统中实施，而不论图像是在运动中（例如， 视频）还是静止的（例如，静态图像），且不论图像为文字的、图形的还是图片的。更确切地 说，预期所描述的实施方案可包含在例如（但不限于）以下各者等多种电子装置中或与例 如（但不限于）以下各者等多种电子装置相关联：移动电话、具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、智能电话、Bluekx>ih?装置、个人数据助理（PDA)、无线电 子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本计算机、智能本、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、相机、数字媒体播放器 (例如，M