并入有提升光圈层的显示设备及其制造方法_4

文档序号:8947359阅读:来源:国知局
001中的每一者包含快门1020。如图5A中所展示,快门1020为双致 动快门。即,可由第一致动器1018沿一个方向驱动快门1020且由第二致动器1019沿第二 方向驱动快门1020。第一致动器1018包含一起经配置以沿第一方向驱动快门1020的第一 驱动电极1024a和第一负载电极1026a。第二致动器1019包含一起经配置以沿与所述第一 方向相反的第二方向驱动快门1020的第二驱动电极1024b和第二负载电极1026b。
[0156] 多个锚1040建置于透明衬底1002上且将快门组合件1001支撑于透明衬底1002 上方。锚1040还将EAL 1030支撑于快门组合件上方。因而,快门组合件安置于EAL 1030 与透明衬底1002之间。在一些实施方案中,使EAL 1030与下伏快门组合件间隔约2微米 到约5微米的距离。
[0157] EAL 1030包含穿过EAL 1030而形成的多个光圈层光圈1036。光圈层光圈1036 与穿过光阻断层1004而形成的后光圈1006对准。EAL 1030可包含一或多个材料层。如图 5A中所展示,EAL 1030包含导电材料层1034和形成于层导电材料1034的顶部上的光吸收 层1032。光吸收层1032可为电绝缘材料,例如电介质堆叠(其经配置以引起相消干涉)或 绝缘聚合物基质(其在一些实施方案中并入有光吸收粒子)。在一些实施方案中,所述绝 缘聚合物基质可与光吸收粒子混合。在一些实施方案中,导电材料层1034可经像素化以形 成多个电隔离导电区域。所述电隔离导电区域中的每一者可对应于一下伏快门组合件且可 经由锚1040而电耦合到下伏快门1020。因而,可使快门1020和形成于EAL 1030上的对 应电隔离导电区域维持于相同电压电位。使所述隔离导电区域和其相应对应快门维持于共 同电压使显示设备1000能够包含控制矩阵,例如图3B中所描绘的控制矩阵860,其中在实 质上不增加快门粘滞的风险的情况下将不同电压施加到不同快门。在一些实施方案中,导 电材料为或可包含铝(Al)、铜(Cu)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钕 (Nd)或其合金、或半导体材料(例如类金刚石碳、硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、碲化镉 (CdTe)或其合金)。在采用半导体层的一些实施方案中,半导体掺杂有例如磷(P)、砷(As)、 硼⑶或Al的杂质。
[0158] EAL 1030向上面向形成显示设备1000的前面的盖片1008。盖片1008可为玻璃、 塑料或其它适合的实质上透明衬底(其涂覆有一或多层抗反射和/或光吸收材料)。在一 些实施方案中,将光阻断层1010涂覆于面向EAL 1030的盖片1008的表面上。在一些实施 方案中,光阻断层1010由光吸收材料形成。形成穿过光阻断层1010的多个前光圈1012。 前光圈1012与光圈层光圈1036和后光圈1006对准。以此方式,穿过形成于EAL1030中的 光圈层光圈1036的来自背光1015的光还可穿过上覆前光圈1012以形成图像。
[0159] 经由沿显示设备1000的周边形成的边缘密封件(图中未描绘)而将盖片1008支 撑于透明衬底1002上方。所述边缘密封件经配置以将流体密封于显示设备1000的盖片 1008与透明衬底1002之间。在一些实施方案中,还可由形成于透明衬底1002上的间隔件 (图中未描绘)支撑盖片1008。所述间隔件可经配置以允许盖片1008朝向EAL 1030变形。 此外,所述间隔件可足够高以防止盖片变形到足以与光圈层接触。以此方式,可避免由盖片 1008冲击EAL 1030引起的对EAL 1030的损坏。在一些实施方案中,当盖片1008处于松弛 状态中时,使盖片1008与EAL间隔至少约20微米的间隙。在一些其它实施方案中,所述间 隙介于约2微米到约30微米之间。以此方式,即使归因于显示设备1000中所含的流体的 收缩或外部压力的施加而引起盖片1008变形,盖片1008与EAL 1030接触的可能性仍会减 小。
[0160] 图5B展示图5A中所展示的EAL 1030的实例性部分的俯视图。图5B展示光吸收 层1032和导电材料层1034。图中以虚线展示导电材料层1034,这是因为其定位于光吸收 层1032下方。导电材料层1034经像素化以形成多个电隔离导电区域1050a到1050η (统称 为导电区域1050)。导电区域1050中的每一者对应于显示设备1000的一特定快门组合件 1001。可形成穿过光吸收层1032的一组光圈层光圈1036,使得每一光圈层光圈1036与形 成于后光阻断层1004中的相应后光圈1006对准。在一些实施方案中,例如,当导电材料层 1034是由非透明材料形成时,形成穿过光吸收层1032且穿过导电材料层1034的光圈层光 圈1036。此外,由位于相应导电区域1050的隅角附近处的四个锚1040支撑导电区域1050 中的每一者。在一些其它实施方案中,可由每个导电区域1050更少或更多的锚1040支撑 EAL 1030。
[0161] 在一些实施方案中,显示设备1000可包含狭槽式快门,例如图2中所展示的快门 202。在一些此类实施方案中,EAL 1030可包含用于所述狭槽式快门中的每一者的多个光 圈层光圈。
[0162] 在一些其它实施方案中,可使用单一光阻断导电材料层来实施EAL 1030。在此些 实施方案中,每一电隔离导电区域1050可竖立于物理上与其邻近导电区域1050分离的其 对应快门组合件1001上方。举例来说,从俯视图看,EAL 1030可看似类似于桌阵列,其中 导电材料层1034形成桌面且锚1040形成相应桌的桌脚。
[0163] 如上文所描述,并入EAL尤其有益于利用类似于图3Β的控制矩阵860的控制矩阵 的显示设备,其中将驱动电压选择性地施加到显示设备快门。使用EAL仍为并入有控制矩 阵的显示设备提供许多优点,其中使所有快门维持于共同电压。例如,在一些此类实施方案 中,无需使EAL像素化,且可使整个EAL维持于与快门相同的共同电压。
[0164] 图6Α展示并入有EAL 1130的实例性显示设备1100的横截面图。除显示设备1100 的EAL 1130未经像素化以形成电隔离导电区域(例如图5Β中所展示的电隔离导电区域 1050)之外,显示设备1100实质上类似于图5Α中所展示的显示设备1000。
[0165] EAL 1130界定对应于穿过透明衬底1002上的光阻断层1004而形成的下伏后光圈 1006的多个光圈层光圈1136AAL 1130可包含光阻断材料层,使得朝向光圈层光圈1136引 导的来自背光1015的光穿过,同时阻断非有意地绕过快门1020的调制或从快门1020反弹 的光。因此,仅由快门调制且穿过光圈层光圈1036的光促成图像,从而提高显示设备1100 的对比度。
[0166] 图6B展示图6A中所展示的EAL 1130的实例性部分的俯视图。如上文所描述,除 EAL 1130未经像素化之外,EAL 1130类似于图5A中的EAL 1030。即,EAL 1130不包含电 隔离导电区域。
[0167] 图6C到6E展示额外实例性EAL的部分的俯视图。图6C展示实例性EAL 1150的 一部分的俯视图。除EAL 1150包含穿过EAL 1150而形成的多个蚀刻孔1158a到1158η (统 称为蚀刻孔1158)之外,EAL 1150实质上类似于EAL 1130。在显示设备的制造过程期间 形成蚀刻孔1158以促进用于形成快门组合件和EAL 1150的模具材料的移除。具体来说, 蚀刻孔1158经形成以允许流体蚀刻剂(例如气体、液体或等离子体)更轻易地到达用于形 成显示元件和EAL的模具材料,与所述模具材料反应,且移除所述模具材料。从包含EAL的 显示设备移除模具材料可因EAL覆盖大多数模具材料(其中很少的模具材料被直接暴露) 而具挑战性。此使蚀刻剂难以到达模具材料且可显著增加释放下伏快门组合件所需的时间 量。除需要额外时间之外,长期暴露于蚀刻剂还具有损坏显示设备的组件(其既定在释放 过程之后存留)的可能性。下文中相对于图9中所展示的阶段1410而提供与用于制造并 入有EAL的显示设备的释放过程相关的额外细节。
[0168] 蚀刻孔1158可在战略上形成于EAL的多个位置处,所述位置处于与显示设备1100 中所包含的快门组合件中的每一者相关联的光阻断区域1155外。光阻断区域1155由EAL 的后表面上的区域界定,在所述区域内,穿过对应后光圈的来自背光的实质上所有光将在 未穿过光圈层光圈1136或由快门1020阻断或吸收时接触EAL的后表面。理想地,穿过后 光圈层的所有光绕过或穿过快门1020(在透射状态中)或由快门1020吸收(在光阻断状 态中)。然而,事实上,在封闭状态中,一些光反弹离开快门1020的后表面且可甚至再次反 弹离开反弹光阻断层1004。一些光还可散射离开快门的边缘。类似地,在透射状态中,一 些光可反弹离开快门1020的各种表面或由快门1020的各种表面散射。因此,维持相对较 大的光阻断区域1155可有助于维持较高对比度率。如果光阻断区域1115被界定为相对 较大,则来自背光的很少的光或没有光会照射光阻断区域1155外的EAL1150的后表面。因 而,在位于光阻断区域外的区域中形成蚀刻孔1158是相对安全的,而不会实质上损害显示 器的对比度。
[0169] 蚀刻孔1158可具有各种形状和大小。在一些实施方案中,蚀刻孔1158为具有约 5微米到约30微米的直径的圆孔。
[0170] 在概念上,EAL 1150可被视为包含多个光圈层区段1151a到1151n(统称为光圈层 区段1151),所述光圈层区段中的每一者对应于一相应显示元件。光圈层区段1151可与邻 近的光圈层区段1151共享边界。在一些实施方案中,蚀刻孔1158形成于光阻断区域1155 外的光圈层区段的边界附近。
[0171] 图6D展示另一实例性EAL 1160的一部分的俯视图。除EAL 1160界定形成于光 圈层区段1161的相交点处的多个蚀刻孔1168a到1168n(统称为蚀刻孔1168)之外,EAL 1160实质上类似于图6C中所展示的EAL 1150。即,与图6C中所展示的EAL 1150(其包含 更多更小的蚀刻孔1158)相比,EAL 1160包含更少更大的蚀刻孔1168。
[0172] 图6E展示另一实例性EAL 1170的一部分的俯视图。除EAL 1170图6D界定具有 不同于图6B中所展示的圆形蚀刻孔1158的大小和形状的多个蚀刻孔1178a到1178η(统 称为蚀刻孔1178)之外,EAL 1170实质上类似于图6Β中所展示的EAL 1150。具体来说,蚀 刻孔1178为矩形且具有大于或约等于其中形成蚀刻孔1178的对应光圈层区段1171的长 度的一半的长度。类似于图6B中所展示的EAL 1150的蚀刻孔1158,图6E的蚀刻孔1178 还形成于EAL 1170的光阻断区域外。
[0173] 图7展示并入有EAL 1230的实例性显示设备1200的横截面图。显示设备1200 实质上类似于图6A中所展示的显示设备1100,这是因为:显示设备1200包含基于快门的 显示元件的阵列,其包含制造于朝向显示设备1200的后面定位的透明衬底1202上的多个 快门1220。透明衬底1202涂覆有光阻断层1204,穿过光阻断层1204而形成后光圈1206。 透明衬底1202定位于背光1215的前面。由背光1215发射的光穿过后光圈1206以由快门 1220调制。
[0174] 显示设备1200还包含类似于图6A中所展示的EAL 1130的EAL 1230。EAL 1230 包含穿过EAL 1230而形成且对应于相应下伏快门1220的多个光圈层光圈1236。EAL1230 形成于透明衬底1202上且被支撑于透明衬底1202和快门1220上方。
[0175] 然而,显示设备1200与显示设备1100的不同之处在于:使用不支撑下伏快门组合 件的锚1250来将EAL 1230支撑于透明衬底1202上方。而是,由与锚1250分离的锚1225 支撑快门组合件。
[0176] 图5A到17中所展示的显示设备将EAL并入于MEMS向上配置中。MEMS向下配置 中的显示设备还可并入类似的EAL。
[0177] 图8展不实例性MEMS向下显不设备的一部分的横截面图。显不设备1300包含衬 底1302,衬底1302具有穿过其而形成光圈1306的反射光圈层1304。在一些实施方案中, 光吸收层沉积于反射光圈层1304的顶部上。快门组合件1320安置于与其上形成反射光圈 层1304的衬底1302分离的前衬底1310上。在本文中,还将其上形成反射光圈层1304以 界定多个光圈1306的衬底1302称为光圈板。在MEMS向下配置中,承载基于MEMS的快门 组合件1320的前衬底1310取代图5A中所展示的显示设备1000的盖片1008,且经定向以 使得基于MEMS的快门组合件1320定位于前衬底1310的后表面1312 (即,背向观看者且面 向背光1315的表面)上。光阻断层1316可形成于前衬底1310的后表面1312上。在一些 实施方案中,光阻断层1316由光吸收或黑暗金属形成。在一些其它实施方案中,光阻断层 由非金属光吸收材料形成。穿过光阻断层1316形成多个光圈1318。
[0178] 基于MEMS的快门组合件1320经定位以与反射光圈层1304直接相对且跨越与反 射光圈层1304的间隙。由多个锚1340从前衬底1310支撑快门组合件1320。
[0179] 锚1340还可经配置以支撑EAL 1330。EAL界定与穿过光阻断层1316而形成的光 圈1318和穿过光反射光圈层1304而形成的光圈1306对准的多个光圈层光圈1336。类似 于图5A中所展示的EAL 1030, EAL 1330还可经像素化以形成电隔离导电区域。在一些实 施方案中,除相对于衬底1319上的EAL 1330的位置之外,EAL 1330可在结构上实质上类 似于图6A中所展示的EAL 1130。
[0180] 在一些其它实施方案中,反射光圈层1304沉积于EAL 1330的后表面上而非衬底 1302上。在一些此类实施方案中,衬底1302可耦合到前衬底1310且实质上无需对准。在 此些实施方案中的一些其它实施方案中,例如,在其中穿过EAL而形成类似于图6C到6E中 分别展示的蚀刻孔1158、1168和1178的蚀刻孔的一些实施方案中,仍可将反射光圈层施加 于衬底1302上。然而,此反射光圈层仅需阻断将穿过所述蚀刻孔的光,且因此可包含相对 大的光圈。此些大光圈将导致衬底1302与1310之间的对准容限的显著增大。
[0181] 图9展示用于制造显示设备的实例性过程1400的流程图。所述显示设备可形成 于衬底上且包含支撑EAL的锚,所述EAL形成于还由所述锚支撑的快门组合件上方。简要 来说,过程1400包含:在衬底上形成第一模具部分(阶段1401)。在所述第一模具部分上 方形成第二模具部分(阶段1402)。接着,使用所述模具来形成快门组合件(阶段1404)。 接着,在所述快门组合件和所述第一模具部分和所述第二模具部分上方形成第三模具部 分(阶段1406),接着形成EAL(阶段1408)。接着,释放所述快门组合件和所述EAL(阶段 1410)。下文中相对于图IOA到101和图IlA到IlD而描述这些过程阶段中的每一者和制 造过程1400的进一步方面。在一些实施方案中,在EAL的形成(阶段1408)与EAL和快门 组合件的释放(阶段1410)之间实施额外处理阶段。更具体来说,如相对于图16和17进 一步讨论,在一些实施方案中,在释放阶段(阶段1410)之前于EAL的顶部上形成一或多个 电互连件(阶段1409)。
[0182] 图IOA到101展示根据图9中所展示的制造过程1400的实例性显示设备的构建 阶段的横截面图。此过程产生形成于衬底上且包含锚的显示设备,所述锚支撑形成于还由 所述锚支撑的快门组合件上方的集成EAL。在图IOA到101所展示的过程中,所述显示设备 形成于由牺牲材料制成的模具上。
[0183] 参考图9和IOA到101,用于形成显示设备的过程1400开始于:在衬底的顶部上 形成第一模具部分(阶段1401),如图IOA中所展示。通过将第一牺牲材料1504沉积和图 案化于下伏衬底1502的光阻断层1503的顶部上而形成所述第一模具部分。第一牺牲材料 层1504可为或可包含聚酰亚胺、聚酰胺、含氟聚合物、苯并环丁烯、聚苯基喹氧烯、聚对二 甲苯、聚降冰片烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯和酚醛或酚醛清漆树脂,或本文识别为适合用作 牺牲材料的其它材料中的任一者。取决于经选择以用作为第一牺牲材料层1504的材料,可 使用各种光刻技术和过程(例如通过直接光图案化(针对光敏牺牲材料)或穿过由光刻图 案化的光致抗蚀剂形成的掩模的化学或等离子体蚀刻)来图案化第一牺牲材料层1504。
[0184] 额外层(其包含形成显示器控制矩阵的材料层)可沉积于光阻断层1503下方和 /或光阻断层1503与第一牺牲材料1504之间。光阻断层1503界定多个后光圈1505。在 第一牺牲材料1504中界定的图案产生凹槽1506,在凹槽1506内最终将形成用于快门组合 件的锚。
[0185] 形成显示设备的过程继续形成第二模具部分(阶段1402)。通过将第二牺牲材料 1508沉积和图案化于由第一牺牲材料1504形成的第一模具部分的顶部上而形成所述第二 模具部分。所述第二牺牲材料可具有与第一牺牲材料1504相同的材料类型。
[0186] 图IOB展示在图案化第二牺牲材料1508之后的模具1599(其包含第一模具部分 和第二模具部分)的形状。第二牺牲材料1508经图案化以形成凹槽1510以暴露形成于第 一牺牲材料1504中的凹槽1506。凹槽1510宽于凹槽1506,使得阶梯状结构形成于模具 1599中。模具1599还包含第一牺牲材料1504和其先前所界定的凹槽1506。
[0187] 形成显示设备的过程继续使用模具来形成快门组合件(阶段1404),如图IOC和 IOD中所展示。通过将结构材料1516沉积到模具1599的暴露表面上而形成所述快门组合 件,如图IOC中所展示,接着图案化结构材料1516,从而产生图IOD中所展示的结构。结构 材料1516可包含一或多个层,其包含机械层和导电层。合适的结构材料1516包含:金属, 例如Al、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Ta、Nb、Nd或其合金);电介质材料,例如氧化铝(Al2O3)、二氧化 娃(SiO2)、五氧化二钽(Ta2O5)或氮化娃(Si3N 4);或半导体材料,例如类金刚石碳、Si、Ge、 GaAs、CdTe或其合金。在一些实施方案中,结构材料1516包含材料堆叠。例如,导电结构 材料层可沉积于两个非导电层之间。在一些实施方案中,非导电层沉积于两个导电层之间。 在一些实施方案中,此"夹层"结构有助于确保:沉积之后所残留的应力和/或由温度改变 引起的应力不会引起结构材料1516的弯曲、扭曲或其它变形。结构材料1516经沉积以具 有小于约2微米的厚度。在一些实施方案中,结构材料1516经沉积以具有小于约1. 5微米 的厚度。
[0188] 在沉积之后,图案化结构材料1516 (其可为上文所描述的若干材料的复合物),如 图IOD中所展示。首先,将光致抗蚀剂掩模沉积于结构材料1516上。接着,图案化所述光 致抗蚀剂。显影到光致抗蚀剂中的图案经设计以使得结构材料1516在后续蚀刻阶段之后 保留,以形成快门1528、锚1525和两个相对致动器的驱动梁1526和负载梁1527。对结构 材料1516的蚀刻可为各向异性蚀刻,且可在等离子体氛围中实施对结构材料1516的蚀刻, 其中将偏压施加到衬底或接近于衬底的电极。
[0189] -旦已形成显示设备的快门组合件,则制造过程继续制造显示器的EAL。形成EAL 的过程开始于:在快门组合件的顶部上形成第三模具部分(阶段1406)。所述第三模具部分 由第三牺牲材料层1530形成。图IOE展示在沉积第三牺牲材料层1530之后所产生的模具 1599(其包含第一模具部分、第二模具部分和第三模具部分)的形状。图IOF展示在图案 化第三牺牲材料层1530之后所产生的模具1599的形状。具体来说,图IOF中所展示的模 具1599包含其中将形成用于将EAL支撑于下伏快门组合件上方的锚的一部分的凹槽1532。 第三牺牲材料层1530可为或可包含本文所揭示的牺牲材料中的任一者。
[0190] 接着,形成EAL,如图IOG中所展示(阶段1408)。首先,在模具1599上沉积一或 多层光圈层材料1540。在一些实施方案中,所述光圈层材料可为或可包含导电材料(例如 金属或导电氧化物)或半导体的一或多个层。在一些实施方案中,所述光圈层可由非导电 的聚合物制成或包含非导电的聚合物。上文相对于图5A而提供合适材料的一些实例。
[0191] 阶段1408继续蚀刻所沉积的光圈层材料1540(图IOG中所展示),从而产生 EAL1541,如图IOH中所展示。对光圈层材料1540的蚀刻可为各向异性蚀刻,且可在等离子 体氛围中实施对光圈层材料1540的蚀刻,其中将偏压施加到衬底或接近于衬底的电极。在 一些实施方案中,以类似于相对于图IOD所描述的各向异性蚀刻的方式执行各向异性蚀刻 的施加。在一些其它实施方案中,取决于用于形成光圈层的材料的类型,可使用其它技术来 图案化和蚀刻光圈层。在施加蚀刻之后,在与穿过光阻断层1503而形成的光圈1505对准 的EAL 1541的一部分中形成光圈层光圈1542。
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