CN1245656C - 光干涉式显示单元结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光干涉式显示面板结构，至少包含一第一电极与一第二电极，其中，第一电极与第二电极间由一支撑物做支撑，支撑物具有至少一支撑臂。第二电极为一可变形的反射电极。光线由第一电极一侧入射并借助在第一电极与第二电极间的光干涉作用后经由第一电极反射出去，反射光的频率和第一电极与第二电极间的距离有关。支撑臂会因应力翘上或翘下，而改变第一电极与第二电极间的距离，可获得不同频率的反射光。

Description

光干涉式显不单元结构

技术领域

本发明涉及一种光干涉式显示面板结构，特别是有关于一种支撑物具有支撑臂的光干涉式显示面板。

背景技术

平面显示器由于具有体积小、重量轻的特性，在可携式显示设备，以及小空间应用的显示器市场中极具优势。现今的平面显示器除液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机电致发光显示器(OrganicElectro-Luminescent Display，OLED)和等离子显示器(Plasma Display Panel，PDP)等等之外，一种利用光干涉式的平面显示模式已被提出。

请参见美国USP5835255号专利，该专利揭露了一可见光的显示单元数组(Array of Modulation)，可用来作为平面显示器。请参见图1，图1为公知显示单元的剖面示意图。每一个光干涉式显示单元100包括两道壁(Wall)102及104，两道壁102、104间由支撑物106所支撑而形成一腔室(Cavity)108。两道壁102、104间的距离，也就是腔室108的长度为D。壁102、104其中之一为一具有光吸收率可吸收部分可见光的部分穿透部分反射层，另一则为一以电压驱动可以产生型变的反射层。当入射光穿过壁102或104而进入腔室108中时，入射光所有的可见光频谱的波长(Wave Length，以λ表示)中，仅有符合公式1.1的波长(λ₁)可以产生建设性干涉而输出。其中N为自然数。换句话说，

2D＝Nλ         (1.1)

当腔室108长度D满足入射光半个波长的整数倍时，则可产生建设性干涉而输出陡峭的光波。此时，观察者的眼睛顺着入射光入射的方向观察，可以看到波长为λ₁的反射光，因此，对显示单元100而言处于”开”的状态。

第一壁为一部分穿透部分反射电极，一般由一基材、一吸收层及一介电层所组成。当入射光穿过第一壁时，入射光的部分强度为吸收层所吸收。其中，形成基材的材料可以为导电透明材料，例如氧化铟锡玻璃(ITO)或是氧化铟锌玻璃(IZO)，形成吸收层的材料可以为金属，例如铝、铬、银等等。形成介电层的材料可以为氧化硅、氮化硅或金属氧化物。金属氧化物的部分可以直接氧化部分吸收层而获得。第二壁则为一可变形的反射电极，在电压的控制下可以变形而上下移动。一般而言形成第二壁的材料可以为介电材料/导电透明材料或是金属材料/导电透明材料。

图2为公知显示单元加上电压后的剖面示意图。请参照图2，在电压的驱动下，壁104因为静电吸引力而产生型变，向壁102的方向塌下。此时，两道壁102、104间的距离，也就是腔室108的长度并不为零，而是d，d可以等于零。此时，公式1.1中的D将以d置换，入射光所有的可见光频谱的波长λ中，仅有符合公式1.1的可见光波长(λ₂)可以产生建设性干涉，经由壁104的反射穿透壁102而输出。壁102对波长为λ₂的光具有较高的光吸收，此时，入射光所有的可见光频谱均被滤除，对顺着入射光入射壁102的方向观察的观察者而言，将不会看到任何可见光频谱内的反射光，因此，对显示单元100而言处于”关”的状态。

对单色平面显示器而言，显示单元100所组成可以利用电压操作来控制开关的数组已足够，但对于彩色平面显示器而言，显示单元100显然不够。公知是以具有不同腔室长度的三个显示单元而成为一个像素，如图3及图4所示，图3及图4为公知利用显示单元所制造的彩色平面显示器剖面示意图。图3为公知多层式彩色平面显示器剖面示意图。多层式彩色平面显示器200包括了三层显示单元202、204及206。当入射光208入射时，三层显示单元202、204及206分别会反射一个波长的色光，例如，红光(R)、绿光(G)或蓝光(B)。三层显示单元202、204及206之所以能反射出不同波长的色光是利用不同的腔室长度以及选用不同的反射镜面。三层重叠显示单元的方式来制造彩色平面显示器的方法所得到的分辨率差而且如图所示，蓝光的亮度较红光的亮度低。

图4为公知数组式彩色平面显示器剖面示意图。数组式彩色平面显示器300是在同一基材301上分别形成三个显示单元302、304及306数组，当入射光308入射时，三个显示单元302、304及306不同的腔室长度可分别反射出不同波长的色光，例如，红光(R)、绿光(G)或蓝光(B)。显示单元数组式的排列除了无须选用不同的反射镜面，更重要的是可以提供极佳的分辨率而且各种色光间的亮度均匀，但是，由于腔室长度的不同，三个显示单元必需要分别制造，例如，制造显示单元302时需以光阻遮蔽欲形成显示单元304及306的区域，复杂的工艺本身而言成本较高，更严重的是由于复杂的工艺而使得合格率无法提升。

因此，提供一个光干涉式显示单元结构来制造同时具有高分辨率、高亮度、工艺简易且工艺合格率高的彩色光干涉式显示面板，成为一个重要的课题。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种光干涉式显示单元结构，适用于制造彩色光干涉式显示面板，可以具有高分辨率及高亮度。

本发明的另一目的，在于提供一种光干涉式显示单元结构，适用于制造彩色光干涉式显示面板，工艺简易而且工艺合格率高。

本发明的又一目的，在于提供一种光干涉式显示单元结构，适用于制造彩色光干涉式显示面板，此光干涉式显示单元结构的支撑物具有至少一支撑臂。

本发明的上述目的是这样实现的，在本发明一较佳实施例中提出一种光干涉式显示单元结构，至少包含一第一电极与一第二电极，其中，第一电极与第二电极间是由支撑物所支撑而形成一腔室，腔室的长度为D。支撑物由至少一支撑臂及一支柱所组成。第一电极为一半穿透电极，第二电极则为一可变形的反射电极。

根据本发明的上述目的，在本发明一较佳实施例中提出一种光干涉式显示单元结构，在一透明基材上具有第一壁及第二壁，支撑物位于其间。支撑物具有至少一支撑臂，所以支撑物呈T型或是Γ型。对支撑物的支撑臂进行一热工艺，例如为硬烤，由于应力作用，支撑臂以支柱为轴会产生位移，支撑臂接近支柱的一端位移量较小，而支撑臂的末端具有较大的位移量。支撑臂的位移会改变第二壁的位置。公知腔室长度的控制是利用一牺牲层，牺牲层的厚度即为腔室的长度。

在本发明中，不同的长度与厚度的比值的支撑臂具有不同的应力，在进行硬烤时所产生位移的大小及方向不一，因此，可以利用不同的长度与厚度的比值的支撑臂来控制腔室的长度，而非如公知须在不同显示单元的工艺中使用不同厚度的牺牲层，而能达成控制反射出不同波长的光线的目的。这样的作法具有相当多的优点，第一，成本降低。公知腔室的厚度即为牺牲层的厚度，牺牲层在工艺的最后需被移除。本发明利用支撑臂向上的位移来增加腔室的长度，因此，腔室的长度大于牺牲层的厚度，在形成相同长度的腔室时，牺牲层的厚度可以大幅下降。因此，制造牺牲层所使用的材料也大幅下降。第二、工艺时间缩短。公知牺牲层的结构释放蚀刻非常耗时，蚀刻气体必须经由支撑物间的间隙渗入以移除牺牲层。本发明因为牺牲层所使用的厚度可以大幅减小，结构释放蚀刻所需的时间可以大幅减小。第三、由于腔室的长度是利用支撑物的支撑臂长度与厚度比的差异来改变支撑臂的应力，在硬烤之后因为支撑臂的位移而使不同光干涉式显示单元具有不同的腔室长度而能改变反射光的波长以得到不同的色光，例如红光、绿光或蓝光。因此，无需如公知采用数道光罩工艺以形成不同厚度的牺牲层，利用支撑物来形成彩色光干涉式显示面板可以大幅度减少工艺的复杂度。

根据本发明的另一目的，在本发明一较佳实施例提供一数组式彩色平面显示器结构。在同一基材上分别形成一光干涉式显示单元数组，每三个光干涉式显示单元可以形成一像素，每一光干涉式显示单元至少包含一第一电极、一第二电极，其中，第一电极与第二电极约成平行排列。第一电极为一半穿透电极，第二电极则为一可变形的反射电极。第一电极与第二电极间由支撑物所支撑而形成一腔室。每一光干涉式显示单元的支撑臂的长度厚度比不同，具有不同的应力，因此在硬烤过后支撑臂的位移量不同，所以每一光干涉式显示单元的腔室长度不同而能改变反射光的波长以得到不同的色光，例如红光、绿光或蓝光而能得到一数组式彩色平面显示器结构。

根据本发明所揭露的光干涉式显示单元的数组所组成的彩色平面显示器，保留了公知数组式彩色平面显示器的优点，具有高分辨率及高亮度，同时也具有公知复层式彩色平面显示器的优点，工艺简易而且工艺合格率高。由此可知，本发明所揭露的光干涉式显示单元不只在形成数组时同时保持公知光干涉式彩色平面显示器所有的优点，高分辨率、高亮度、工艺简易及工艺合格率高之外，还可以增加工艺时的裕度，提高光干涉式彩色平面显示器的工艺合格率。

附图说明

图1为公知显示单元的剖面示意图；

图2为公知显示单元加上电压后的剖面示意图；

图3为公知多层式彩色平面显示器剖面示意图；

图4为公知数组式彩色平面显示器剖面示意图；

图5为依照本发明一较佳实施例的一种光干涉式显示单元剖面示意图；以及

图6为依照本发明第二较佳实施例的一种光干涉式显示单元数组剖面示意图。

具体实施方式

在本发明的图1至图6中涉及如下图号：光干涉式显示单元100、500、602、604、606；壁102、104；支撑物106、512；腔室108、510、6102、6104、6106；开口508；多层式彩色平面显示器200；显示单元202、204、206、302、304、306；数组式彩色平面显示器300；基材301、5021；第一电极502；第二电极504；牺牲层506；吸收层5022；介电层5023；支柱514；支撑臂5121、5122、608、610、612、614、616、618；虚线504’、5121’、5122’；光干涉式显示单元数组600；红光R；绿光G；蓝光B；长度D、D’、d、d₁、d₂、d₃。

为了让本发明所提供的可变色像素单元结构更加清楚起见，在本发明实施例1中详细说明每一光干涉式显示单元的结构。另外，为使本发明所揭露以光干涉式显示单元数组所形成的光干涉式彩色平面显示器更加清楚起见，在本发明实施例2中进一步详细说明。

实施例1

请参照图5，图5为依照本发明一较佳实施例的一种光干涉式显示单元剖面示意图。一光干涉式显示单元500，可以作为一可变色像素单元，至少包含一第一电极502、一第二电极504，其中，第一电极502与第二电极504约成平行排列。第一电极502及一第二电极504选自于窄波带(Narrowband)镜面、宽波带(Broadband)镜面、非金属镜及金属镜或其组合所组成的组合。

第一电极502为一部分穿透部分反射电极，一般由一基材5021、一吸收层5022及一介电层5023所组成。当入射光穿过第一电极502时，入射光的部分强度为吸收层5022所吸收。其中，形成基材5021的材料可以为导电透明材料，例如氧化铟锡玻璃(ITO)或是氧化铟锌玻璃(IZO)，形成吸收层5022的材料可以为金属，例如铝、铬、银等等。形成介电层5023的材料可以为氧化硅、氮化硅或金属氧化物。金属氧化物的部分可以直接氧化部分吸收层5022而获得。第二电极504则为一可变形的反射电极，在电压的控制下可以变形而上下移动。一般而言形成第二电极504的材料可以为介电材料/导电透明材料或是金属材料/导电透明材料。

支撑物512，位于第一电极502与第二电极504之间，支撑物512具有支柱514位于开口508之内及支撑臂5121与5122。支撑臂5121与5122的长短及厚度依需求而定。在进行一热工艺，例如一硬烤(Baking)之后，支撑物512的支撑臂5121及5122由于应力作用，支撑臂5121及5122以支柱514为轴会产生位移，支撑臂5121及5122接近支柱514的一端位移量较小，而支撑臂5121及5122的末端具有较大的位移量。支撑臂5121及5122的位移会改变第二电极504的位置。

在公知光干涉式显示单元结构中的腔室的长度即为牺牲层的厚度，若牺牲层的厚度为D，腔室的长度也为D。在本实施例中，第一电极502与第二电极504间是由支撑物508所支撑而形成一腔室510。支撑物512具有支撑臂5121与5122，支撑臂5121和5122的长度和厚度的比值决定支撑臂5121和5122的应力，虚线5121’及5122’标示支撑臂5121和5122进行热工艺前的位置。经过热工艺之后，支撑臂5121和5122会产生位移，而使第二电极504的位置自原来虚线504’的位置所标示的位置产生变动，第一电极502与第二电极504间的腔室510由原来的D的长度改变成D’的长度，由于腔室510的长度改变，反射光的频率也会跟着改变。一般而言，当以聚醯化合物作为形成支撑物512的材料时，支撑臂5121和5122的长度厚度比值介于5至50之间时，腔室510的长度D’约为牺牲层的厚度D的1.5倍至3倍。当然，也可以改变支撑臂5121和5122的长度厚度比值而使硬烤后的腔室510的长度D’小于牺牲层的厚度D。

在本发明中适用于作为形成支撑物512的材料包括正光阻、负光阻、各种聚合物，例如可以为聚丙烯酸树脂(压克力树酯)、环氧树酯等等。

实施例2

请参照图6，图6为依照本发明第二较佳实施例的一种光干涉式显示单元数组剖面示意图。一光干涉式显示单元数组600，光干涉式显示单元数组600具有三个并列的光干涉式显示单元602、604及606，三个光干涉式显示单元602、604及606可以构成一像素。每一光干涉式显示单元的结构均与实施例1中所揭露者相似，差异在于支撑物。光干涉式显示单元602由支撑臂608及610所支撑，光干涉式显示单元604是由支撑臂612及614所支撑及光干涉式显示单元606是由支撑臂616及618所支撑，其中，支撑臂608及610、612及614、616及618两两的长度与厚度相同，具有相同的应力。在经过热工艺之后，支撑臂608及610、612及614、616及618两两位移的大小相同但三组支撑臂间的位移量不同。因此，光干涉式显示单元602、604及606的腔室6102、6104及6106具有不同的长度d₁、d₂及d₃。在光干涉式显示单元602、604及606为”开”的状态下，由公式1.1所示，腔室长度d₁、d₂及d₃的设计可以产生不同波长的反射光，例如红光、绿光或蓝光。

由于腔室长度d₁、d₂及d₃并非借助牺牲层的厚度来决定，而是借助支撑臂608及610、612及614、616及618的长度来决定，因此，无需如公知复杂的微影工艺来形成厚度不同的牺牲层来定义出不同的腔室长度。

根据本实施例所揭露的光干涉式显示单元的数组所组成的彩色平面显示器，保留了公知数组式彩色平面显示器的优点，具有高分辨率及高亮度，同时也具有公知多层式彩色平面显示器的优点，工艺简易而且工艺合格率高。相较于公知数组式彩色平面显示器而言，本实施例所揭露的光干涉式显示单元的数组中无需如公知复杂的微影工艺来形成厚度不同的牺牲层来定义出不同的腔室长度，工艺简易且及工艺合格率高。相较于公知多层式彩色平面显示器而言，本实施例所揭露的光干涉式显示单元的数组，所有可用来产生反射色光的光干涉式显示单元位于同一平面上，入射光不需穿透多层的光干涉式显示单元以反射出不同的色光，因此具有高分辨率及高亮度，而且，公知多层式彩色平面显示器为使入射光有效穿过位于前位置的光干涉式显示单元到达后位置的光干涉式显示单元以及后位置光干涉式显示单元中光干涉的结果(绿光波长或蓝光波长的反射光)能有效的穿透前位置光干涉式显示单元，三类型光干涉式显示单元的第一电极及第二电极所使用的材料组成及厚度均需不相同，工艺看似单纯，但实际上仍是相当的复杂。相较之下，本发明所揭露的光干涉式显示单元的数组的工艺的复杂度并不高于公知的工艺。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用来限定本发明，任何熟悉此类技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和修饰，因此本发明所要保护的范围应当以后附的权利要求范围为准。

Claims (16)

1.一种光干涉式显示单元结构，该结构至少包含：

一第一电极；

一第二电极，与该第一电极约成平行排列；以及

一支撑物，至少包括：

一支柱，连接该第一电极；以及

至少一支撑臂，位于该支柱的顶端并连接该第二电极；

其特征在于，借助该支撑物在该第一电极与该第二电极间形成一腔室，并借助该支撑臂经热工艺后的应力来定义该腔室的长度。

2.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述支撑臂的应力是由该支撑臂的长度与宽度比值来调整。

3.如权利要求2所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述支撑臂的长度与宽度比值介于5至50之间。

4.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述热工艺为一硬烤。

5.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述第一电极至少包含：

一基材；

一吸收层；以及

一介电层。

6.如权利要求5所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述基材为透明导电材料。

7.如权利要求5所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，形成该介电层的材料为氧化硅、氮化硅或金属氧化物。

8.如权利要求5所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述吸收层为金属。

9.如权利要求5所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述基材为铟锡氧化玻璃或铟锌氧化玻璃。

10.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述第一电极与该第二电极选自窄波带镜面、宽波带镜面、非金属镜及金属镜或其组合所组成的组合。

11.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述第二电极为可产生上下型变的电极。

12.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述第二电极为可移动的电极。

13.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述第二电极至少包含一不透明导电材料或一半透明导电材料。

14.如权利要求13所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述半透明导电材料为铟锡氧化玻璃或铟锌氧化玻璃。

15.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，形成该支撑物的材料为光阻。

16.如权利要求1所述的光干涉式显示单元结构，其特征在于，所述支撑物为T型或是Γ型。

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