具有致密堆積機電系統(tǒng)顯示元件的顯示設備的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關申請案
[0002] 本專利申請案主張2012年12月18日申請的標題為"具有致密堆積機電系統(tǒng)顯示 元件的顯示設備（DISPLAYAPPARATUSWITHDENSELYPACKEDELECTROMECHANICALSYSTEMS DISPLAYELEMENTS) "的第13/718, 833號美國實用新型申請案的優(yōu)先權，所述申請案轉讓給 本發(fā)明的受讓人且特此明確以引用方式并入本文中。
技術領域
[0003] 本發(fā)明涉及顯示器領域，且特定來說涉及包含在機電系統(tǒng)（EMS)顯示元件的懸浮 式組件下方進行布線的切換式互連件。
【背景技術】
[0004] 機電系統(tǒng)（EMS)裝置及較大尺寸裝置已被并入到多種顯示裝置中以調制光。某些 EMS光調制器包含懸浮于襯底（組件在其上制造）上方且經配置以在實質上平行于襯底的 平面中移動的組件。
[0005] -般來說，具有此些架構的顯示器已放棄在這些懸浮式組件下方布設電互連件以 限制從通過互連件的電流產生的電場將導致懸浮式組件與互連件之間的靜電吸引的風險。 此吸引可潛在地使組件與襯底或其它中介顯示組件接觸，其中組件與襯底或其它中介顯示 組件可由于靜摩擦力或粘滯力而永久粘著在一起。在懸浮式組件下方布設互連件還增大互 連件上的寄生電容的機會。此增大的電容導致需要額外電力來操作顯示器且減慢其尋址及 /或致動時間。
[0006] 為避免這些潛在問題，此些顯示器已在顯示元件之間布設互連件，使得所述互連 件不在任何懸浮顯示元件組件下方通過。盡管如此做減輕粘滯力的風險且減小互連件上 的電容，然而在顯示元件之間放置互連件占據(jù)顯著襯底面積，限制顯示元件的堆積密度及/ 或孔徑比。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的系統(tǒng)、方法及裝置各自具有若干創(chuàng)造性方面，所述若干創(chuàng)造性方面的單 一者不單獨決定本文揭示的所要屬性。
[0008] 可在包含顯示元件陣列、控制矩陣及電絕緣層的設備中實施本發(fā)明中描述的標的 物的一個創(chuàng)造性方面。顯示元件中的每一者具有懸浮式組件，包含可移動光阻擋組件及耦 合到可移動光阻擋組件的傳導性梁?？刂凭仃嚢鄠€互連件?；ミB件包含至少一個切換 式互連件，所述至少一個切換式互連件耦合到陣列中的多個顯示元件的部分，在傳導性梁 及可移動光阻擋組件中的至少一者的下方通過且與可移動光阻擋組件電隔離。電絕緣層具 有大于約1微米且小于約5微米的厚度，且安置在至少一個切換式互連件與顯示元件的懸 浮式組件之間。
[0009] 在某些實施方案中，可將電絕緣層安置在控制矩陣的最上面的互連件與顯示設備 的懸浮式組件之間。在某些實施方案中，顯示元件中的每一者的傳導性梁耦合到錨定件，且 電絕緣層安置在支撐顯示元件的傳導性梁的錨定件下方。
[0010] 在某些實施方案中，電絕緣層具有大于約1. 5微米且小于約4微米的厚度。在某 些其它實施方案中，電絕緣層具有大于約2微米且小于約4微米的厚度。在某些實施方案 中，電絕緣層是光吸收的。在某些其它實施方案中，電絕緣層是實質上透明的。
[0011] 在某些實施方案中，設備包含定位于光阻擋組件與背光之間的光阻擋層。在某些 此些實施方案中，可將切換式互連件安置在光阻擋層上方。在某些實施方案中，光阻擋層包 含多個開口，且每一顯示元件的光阻擋組件經配置以移動成對準于及不對準于光阻擋層中 的對應開口。在某些實施方案中，電絕緣層在多個開口上方延伸。
[0012] 在某些實施方案中，切換式互連件是數(shù)據(jù)互連件、寫入啟用互連件或致動電壓互 連件。在某些實施方案中，切換式互連件包含耦合到顯示元件陣列的多個行及多個列中的 顯示元件的互連件。
[0013] 在某些實施方案中，設備包含顯示器、經配置以與顯示器通信的處理器（所述處 理器經配置以處理圖像數(shù)據(jù)）及經配置以與處理器通信的存儲器裝置。在某些實施方案 中，顯示器還包含經配置以將至少一個信號發(fā)送到顯示器的驅動器電路及經配置以將圖像 數(shù)據(jù)的至少一部分發(fā)送到驅動器電路的控制器。在某些其它實施方案中，設備顯示器還包 含經配置以將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到處理器的圖像源模塊。圖像源模塊可包含接收器、收發(fā)器及 發(fā)射器中的至少一者。顯示器還可包含經配置以接收輸入數(shù)據(jù)及將輸入數(shù)據(jù)傳送到處理器 的輸入裝置。
[0014] 可在顯示裝置中實施本發(fā)明中描述的標的物的另一創(chuàng)造性方面。所述顯示裝置包 含顯示元件陣列、控制矩陣及用于減小電場的強度的裝置。顯示元件陣列包含光調制裝置。 控制矩陣包含多個互連件，包含至少一個切換式互連件，所述至少一個切換式互連件耦合 到陣列中的多個顯示元件的部分，在光調制裝置的至少一部分的下方通過且與光調制裝置 電隔離。用于減小電場的強度的裝置經配置以減小從光調制裝置上的切換式互連件發(fā)射的 電場的強度。
[0015] 在某些實施方案中，光調制裝置包含通過順應性梁懸浮在襯底上方的光阻擋快 門。用于減小電場的強度的裝置可包含安置在切換式互連件與光調制裝置之間的電絕緣 層。電絕緣層的厚度可大于約1微米且小于約5微米。
[0016] 在某些實施方案中，顯示裝置還可包含用于減小控制矩陣中的互連件的電容的裝 置。用于減小電容的裝置可相同于或包含用于減小電場的強度的裝置。
[0017] 隨附圖式及下文描述中陳述本說明書中描述的標的物的一或多個實施方案的細 節(jié)。雖然此
【發(fā)明內容】
中提供的實例主要是在基于MEMS的顯示器方面描述，但本文中提供的 概念可應用于其它類型的顯示器，例如液晶顯示器0XD)、有機發(fā)光二極管（0LED)顯示器、 電泳顯示器及場發(fā)射顯示器，以及應用于其它非顯示MEMS裝置，例如MEMS麥克風、傳感器 及光學開關。從所述描述、圖式及權利要求書將明白其它特征、方面及優(yōu)點。應注意下列圖 式的相對尺寸可能未按比例繪制。
【附圖說明】
[0018] 圖1A展示直觀式基于微機電系統(tǒng)（MEMS)的顯示設備的實例性示意圖。
[0019] 圖1B展示主機裝置的實例性框圖。
[0020] 圖2A展示實例性基于快門的光調制器的透視圖。
[0021] 圖2B展示說明性非基于快門的MEMS光調制器的實例性橫截面圖。
[0022] 圖3A展示控制矩陣的實例性示意圖。
[0023] 圖3B展示連接到圖3A的控制矩陣的基于快門的光調制器的實例性陣列的透視 圖。
[0024] 圖4A及4B展示雙致動器快門組合件的實例性視圖。
[0025] 圖5展示并入有基于快門的光調制器的顯示設備的實例性橫截面圖。
[0026] 圖6展示供在顯示器的MEMS向下配置中使用的實例性光調制器襯底及實例性光 圈板的橫截面圖。
[0027] 圖7展示EMS顯示元件的實例性陣列的平面圖。
[0028] 圖8到11展示并入有圖7中所示的顯示元件陣列的實例性顯示設備的橫截面圖。
[0029] 圖12及13是說明包含多個顯示元件的顯示裝置的實例性系統(tǒng)框圖。
[0030] 在各種圖式中，相同參考數(shù)字及符號指示相同元件。
【具體實施方式】
[0031] 下列描述是針對用于描述本發(fā)明的創(chuàng)造性方面的目的的某些實施方案。然而，所 屬領域的技術人員將容易認識到，本文中的教示可以許多不同方式應用。所描述的實施方 案可在可經配置以顯示無論是動態(tài)（例如視頻）或靜態(tài)（例如靜止圖像）及無論是文字、 圖形或圖片的圖像的任何裝置、設備或系統(tǒng)中實施。更特定來說，預期所描述實施方案可 包含于多種電子裝置中或與多種電子裝置相關聯(lián)，所述電子裝置例如（但不限于）：移動電 話、啟用多媒體因特網的蜂窩式電話、移動電視接收器、無線裝置、智能電話、Bluetooth? 裝置、個人數(shù)據(jù)助理（PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機、上網本、筆記本 計算機、智能本、平板計算機、打印機、復印機、掃描儀、傳真裝置、全球定位系統(tǒng)（GPS)接收 器/導航器、相機、數(shù)字媒體播放器（例如MP3播放器）、攝錄像機、游戲控制臺、腕表、時鐘、 計算器、電視監(jiān)視器、平板顯示器、電子閱讀裝置（例如，電子閱讀器）、計算機監(jiān)視器、汽車 顯示器（包含里程表顯示器及速度表顯示器等等）、駕駛艙控制裝置及/或顯示器、相機景 物顯示器（例如車輛中的后視相機的顯示器）、電子相冊、電子廣告牌或標志牌、投影機、建 筑結構、微波爐、冰箱、立體聲系統(tǒng)、卡帶錄相機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音 機、便攜式存儲器芯片、洗滌器、干燥器、洗滌器/干燥器、停車計時器、包裝（例如在包含 微機電系統(tǒng)（MEMS)應用的機電系統(tǒng)（EMS)應用以及非EMS應用中）、美學結構（例如一件 珠寶或衣服上的圖像顯示器）及多種EMS裝置。本文中的教示還可用于非顯示器應用中， 例如（但不限于）電子切換裝置、射頻濾波器、傳感器、加速度計、陀螺儀、運動感測裝置、磁 力計、消費型電子裝置的慣性組件、消費型電子裝置產品的零件、變容器、液晶裝置、電泳裝 置、驅動方案、制造過程及電子測試設備。因此，所述教示既定不限于僅在圖式中描繪的實 施方案，而是如所屬領域的技術人員將容易明白般具有廣泛適用性。
[0032] 本文中揭示機電系統(tǒng)（EMS)顯示設備及用于制造此些顯示設備的過程。EMS顯示 設備包含并入有納米機電系統(tǒng)（NEMS)、微機電系統(tǒng)（MEMS)或更大尺寸EMS顯示元件的顯示 設備。更特定來說，本文中揭示的顯示設備并入有在EMS顯示元件陣列的懸浮式組件下方 布設的切換式互連件，例如形成經配置以在狀態(tài)之間移動快門的靜電致動器的光調制快門 及順應性梁。在各種實施方案中，切換式互連件可包含寫入啟用互連件（還稱為掃描線互 連件）、數(shù)據(jù)互連件、致動電壓互連件或全局致動互連件。
[0033] 為減輕從互連件發(fā)射的電場的影響，在某些實施方案中，在顯示設備中的最上面 的互連件上方沉積相對厚的電絕緣材料層，例如電介質。電介質材料層介于從大于約1微 米到小于約5微米的范圍中。這與典型金屬間電介質層的介于從約0. 1微米到約1微米的 范圍中的厚度形成對比。
[0034] 在某些其它實施方案中，顯示設備省略較厚的電絕緣材料層。在此些實施方案中， 顯示設備包含較高錨定件，所述較高錨定件將顯示設備的懸浮式組件支撐在最上面的互連 件上方一較大距離處。
[0035] 可實施本發(fā)明中描述的標的物的特定實施方案以實現(xiàn)下列潛在優(yōu)點中的一或多 者。在某些實施方案中，在其中并入有的EMS顯示元件的懸浮式組件下方布設顯示器互連 件允許顯示元件的更緊密堆積。這又允許更高顯示分辨率。替代地，此布設可允許增大的 顯示器孔徑比。
[0036] 通過相對厚電絕緣材料層將懸浮式組件與互連件間隔開減小從互連件發(fā)射的電 場強度。這減小將懸浮式組件拉離出其預期行進平面的非所要靜電吸引的風險，其將增大 懸浮式組件與其它顯示組件之間的粘滯力的風險。
[0037] 電絕緣材料層的并入還有利地減小用于填充顯示設備的流體的體積。流體中起因 于環(huán)境溫度改變的氣泡形成的風險隨著用于填充裝置的流體的體積而增大。因此，用電絕 緣材料層代替額外流體來填充顯示設備中的空間減小氣泡形成的可能性。
[0038] 將懸浮式組件更遠離互連件間隔開還減小其之間的電容。此電容實質上可減慢信 號沿著互連件的傳播速率以及要求額外電力以有效操作。因此，減小此電容增大可尋址及 /或致動顯示器的速度且還減小顯示器消耗的電力。
[0039] 圖1A展示直觀式基于MEMS的顯示設備100的示意圖。顯示設備100包含布置成 行和列的多個光調制器l〇2a到102d(通常稱為"光調制器102"）。在顯示設備100中，光 調制器102a及102d處于敞開狀態(tài)中，允許光穿過。光調制器102b及102c處于關閉狀態(tài) 中，阻礙光穿過。通過選擇性地設定光調制器l〇2a到102d的狀態(tài)，如果通過一或若干燈 105照明，那么顯示設備100可用以形成背光顯示器的圖像104。在另一實施方案中，設備 100可通過反射源自設備前方的周圍光形成圖像。在另一實施方案中，設備100可通過反射 來自位于顯示器前方的一或若干燈的光（即，通過使用前光）形成圖像。
[0040] 在某些實施方案中，每一光調制器102對應于圖像104中的像素106。在某些其它 實施方案中，顯示設備100可利用多個光調制器以在圖像104中形成像素106。例如，顯示 設備100可包含三個色彩特定光調制器102。通過選擇性地敞開對應于特定像素106的色 彩特定光調制器102中的一或多者，顯示設備100可在圖像104中產生色彩像素106。在另 一實例中，顯示設備100包含每像素106兩個或兩個以上的光調制器102以在圖像104中 提供明度級。相對于圖像，"像素"對應于通過圖像的分辨率定義的最小圖片元素。相對于 顯示設備100的結構組件