CN1591096A - 光干涉式显示面板的可变色像素单元 - Google Patents

光干涉式显示面板的可变色像素单元 Download PDF

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Abstract

一种光干涉式显示面板的可变色像素单元，至少包含：一第一电极；一第二电极，为一可动电极，并与该第一电极约成平行排列；及多个支撑物，位于该第一电极与该第二电极之间，其中通过改变这些支撑物的分布密度调整该第二电极的形变恢复力，即提高其中的光反射电极的形变恢复力。当支撑物的间距缩短或分布密度提高时，光反射电极的单位面积应变量也相对提高，此时光反射电极受外力作用而产生的应力也随之增加。因此，当外力消失后，此增加的应力便可使光反射电极顺利地恢复至原始的状态。

Description

光干涉式显示面板的可变色像素单元
技术领域
本发明涉及一种光干涉式显示面板，尤其涉及一种光干涉式显示面板的可变色像素单元。
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(LiquidCrystal Display，LCD)、有机电激发光二极管(Organic Electro-LuminescentDisplay，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。
该显示器由光干涉式可变色像素单元数组所形成，其特色在本质上具有低电力耗能、快速应答(Response Time)及双稳态(Bi-Stable)特性，将可应用于显示器的面板，特别是在可携式(Portable)产品的应用，例如移动电话(MobilePhone)、个人数字助理(PDA)、可携式计算机(Portable Computer)等等。
请参见美国第5,835,255号专利，该专利揭露了一可见光的调整组件(Arrayof Modulation)，即为一可变色像素单元，用来作为平面显示器之用。请参见图1，图1为现有可变色像素单元的剖面示意图。每一个可变色像素单元100包括两道墙(Wall)102及104，两道墙102、104间由支撑物106所支撑而形成一腔室(Cavity)108。两道墙102、104间的距离，也就是腔室108的高度为D。墙102为一光入射电极，具有光吸收率，可吸收部分可见光。墙104则为一光反射电极，利用电压驱动可以使其产生形变。
通常利用白光作为此可变色像素单元100的入射光源，白光包含可见光频谱范围中各种不同波长(Wave Length，以λ表示)的光线所混成。当入射光穿过墙102而进入腔室108中时，仅有符合公式1.1中波长限制的入射光会在腔体108中产生建设性干涉而被反射输出，其中N为自然数。换句话说，
2D＝Nλ1                                 (1.1)
当腔室108的高度D满足入射光半波长(λ1/2)的整数倍时，即可使此入射光波长λ1在该腔室108中产生建设性干涉，而输出该波长λ1的反射光。此时，观察者的眼睛顺着入射光入射墙102的方向观察，可以看到波长为λ1的反射光，因此，对可变色像素单元100而言处于“开”的状态。
图2为图1中的可变色像素单元100在加上电压后的剖面示意图。请参照图2，在电压的驱动下，墙104会因为静电吸引力而产生形变，向墙102的方向塌下。此时，两道墙102、104间的距离，也就是腔室108的高度为d，且该d可以等于零。
也就是说，公式1.1中的D将以d置换，入射光中所有光线的波长中，仅有符合公式1.1的波长(λ2)可以在腔体108中产生建设性干涉，经过墙104的反射穿透墙102而输出。在此可变色像素单元100中，墙102被设计成对波长为λ2的光具有较高的光吸收率，因此入射光中的所有光线均被滤除，对顺着入射光入射墙102的方向观察的观察者而言，将不会看到任何的光线被反射出来。因此，此时对可变色像素单元100而言处于“关”的状态。
如上所述，在电压的驱动下，墙104会因为静电吸引力而产生形变，向墙102的方向塌下，使得此可变色像素单元100由“开”的状态切换为“关”的状态。而当可变色像素单元100要由“关”的状态切换为“开”的状态时，则必须先移除用以驱动墙104形变的电压，接着，依靠自己本身的形变恢复力，失去静电吸引力作用的墙104会恢复成如图1的原始的状态，使此可变色像素单元100呈现一“开”的状态。
墙104为一光反射电极，通常为一金属薄膜，其形变恢复力的大小由其薄膜应力的大小来决定。当金属薄膜的墙104的薄膜应力越大时其形变恢复力越大，也就是说，薄膜应力越大的墙104其受到外力造成形变后的恢复力越好，越不会发生无法恢复至原始状态的情形。因此，现有调整墙104的形变恢复力大小的方法，是通过改变墙104的合金的组成，利用不同合金的不同薄膜应力大小，来调整墙104的形变恢复力。
然而，在利用薄膜应力较大的金属薄膜来制作墙104时，时常会因为其薄膜应力过大，而造成该金属薄膜在镀膜过程或后续制造过程中发生剥落的问题。而且，对于墙104的调整也会进而影响到其可靠度的表现。
综上可知，需要一种可变色像素单元，可以利用薄膜应力小的金属薄膜来制造具有高形变恢复力的可变色像素单元，以改善上述的金属薄膜剥落以及可靠度的问题。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的主要目的在于，提供一种光干涉式显示面板的可变色像素单元，以改善上述的金属薄膜剥落以及可靠度的问题。
本发明的另一目的在于，提供一种光干涉式显示面板的可变色像素单元，可以选择低薄膜应力的金属薄膜来制造具有高形变恢复力的可变色像素单元。
本发明的又一目的在于，提供一种光干涉式显示面板的可变色像素单元，调整其中支撑物的分布密度，以提高其中光反射电极的单位面积形变量。
根据本发明的上述目的，提出一种光干涉式显示面板的可变色像素单元，至少包含：一第一电极；一第二电极，为一可动电极，并与该第一电极约成平行排列；及多个支撑物，位于该第一电极与该第二电极之间，其中通过改变这些支撑物的分布密度调整该第二电极的形变恢复力。
本发明通过改变可变色像素单元中的支撑物的间距以及其分布的密度，以提高其中的光反射电极的形变恢复力。当支撑物的间距缩短或分布密度提高时，光反射电极的单位面积应变量也相对提高，此时光反射电极受外力作用而产生的应力也随之增加。因此，当外力消失后，此增加的应力便可使光反射电极顺利地恢复至原始的状态。
根据本发明一较佳实施例，支撑物为多个支撑柱，支撑柱与另一支撑柱之间具有间隙，且形成一数组形状排列并围出一作用区域。此支撑柱的分布密度的范围介于每平方毫米225个至每平方毫米2500个之间。根据本发明的另一较佳实施例，此支撑柱的分布密度的较佳范围介于每平方毫米400个至每平方毫米2500个之间。
在本发明中支撑物的材料一般可以使用感光材料，例如光阻，或是非感光的聚合物材料，例如聚酯或聚醯等等。根据本发明的另一较佳实施例，在本发明中适用于作为形成支撑物的材料包括正光阻、负光阻、各种聚合物，例如，亚克力(Acrylic)树酯、环氧树酯等等。改变可变像素组件中的支撑物的分布密度，可以大幅地调整光反射电极的形变恢复力，使得本发明的可变像素组件可利用薄膜应力小的金属薄膜来作为光反射电极，而避免现有技术为了达到高形变恢复力，而使用薄膜应力大的金属薄膜时所造成的金属薄膜剥落以及可靠度的问题。
此外，本发明还可减少为了兼顾薄膜应力大以及不易剥落的金属薄膜的研发时间以及制造成本，应用本发明配合现有且价格便宜的金属薄膜即可得到足够的形变恢复力以供可变色像素单元操作使用。
附图简要说明
下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1为现有可变色像素单元的剖面示意图；
图2为图1中的可变色像素单元在加上电压后的剖面示意图；
图3为本发明的一较佳实施例的可变色像素单元的俯视图；以及
图4A图至图4B为本发明的一较佳实施例的可变色像素单元的制造方法示意图。
具体实施方式
下文，将详细描述本发明。
为了改善现有可变色像素单元的金属薄膜剥落以及可靠度的问题，本发明提出一种光干涉式显示面板的可变色像素单元。
本发明的特征是，至少包含改变可变色像素单元中的支撑物的间距以及其分布的密度，以提高其中的光反射电极的形变恢复力。当支撑物的间距缩短或分布密度提高时，光反射电极的单位面积应变量也相对提高，此时光反射电极受外力作用而产生的应力也随之增加。因此，当外力消失后，此增加的应力便可使光反射电极顺利地恢复至原始的状态。如此，不必使用薄膜应力大的材料来制作光反射电极，通过调整支撑物的分布密度，即可大幅地提高光反射电极的形变恢复力，可有效地解决现有可变色像素单元的金属薄膜剥落以及可靠度的问题。
图3为本发明的一较佳实施例的可变色像素单元的俯视图。如图3所示，可变色像素单元300具有分隔结构302，位于相对的两边。而在此实施例中，可变色像素单元300的支撑物为多个支撑柱306，在图3中以方块表示，然而在实际应用中，可视需要而被设计成任意形状。分隔结构302与支撑柱306位于光入射电极以及光反射电极(图1中的墙102以及墙104)之间。支撑柱306与另一支撑柱306之间具有间距1，且形成一数组形状排列并围出一作用区域312。
本发明的特征是改变可变色像素单元300中的支撑物306的间距1以及其分布密度，以提高其中的光反射电极的形变恢复力。
根据本发明的一实施例，可变色像素单元300的尺寸为204μm×204μm，且支撑柱306成数组排列于其中。当支撑柱306的数目为3×3时，支撑柱306的间距1约为50μm，此时光反射电极的形变恢复力小。在同样的条件下，当支撑柱306的数目为4×4时，支撑柱306的间距1约为40μm，此时可以明显地看出光反射电极在形变后，其形变恢复力较之前增加的情形。而当支撑柱306的数目为5×5时，支撑柱306的间距1约为30μm，此时光反射电极的形变后恢复的速度更加快速。以下整理上述条件于表一。
表一：可变色像素单元的支撑柱数目的比较。
支撑柱的数目(个) 支撑柱的间距(μm) 区域312的面积尺寸(μm2)   单位面积密度(1/mm2)
    3×3     50     2500     225
    4×4     40     1600     400
    5×5     30     900     625
由表一中可看出，当支撑柱306的数目越多，其间距1越小，所围成的区域312的面积也越小，而单位面积中的支撑柱306数目也越多，即其单位面积密度越大。根据本发明的另一较佳实施例，考虑光反射电极的弹性限度以及可变像素组件的开口率等条件后，支撑柱306的间距1可以缩小至20μm，其单位面积中的支撑柱306的数目，即其单位面积密度，可达到每平方毫米2500个(2500mm-2)。此时可变色像素单元300中的光反射电极在每单位面积中受到最多的支撑柱306支撑，因此其形变恢复力也最好。
值得注意的是，在此实施例中支撑物为独立的支撑柱，然而，其它类型的支撑物，例如网格状(grid)等相互连接的支撑物，也可运用于本发明之中，并不受本实施例的限制。本发明的特征在于利用改变支撑物所分布的密度，来控制其对于光反射电极的作动面积的支撑，当单位面积中支撑物的密度越大，则每单位面积的形变恢复力也越大。也就是说，以上述网格状的支撑物为例，当其所包含的网格的尺寸越细时，则每单位面积的形变恢复力也相对提高。
以下利用图4A以及图4B来解释本发明的制造方法。请参照图4A，在一基板之上，例如透明基板409，先依序形成第一电极410及牺牲层411。牺牲层411可以采用透明的材料，例如介电材料，或是不透明材料，例如金属材料、多晶硅或非晶硅，在本实施例中采用非晶硅作为形成牺牲层411的材料。
接着，再在第一电极410及牺牲层411中形成开口412以适用于形成支撑物406于其内，例如以一微影蚀刻制程在第一电极410及牺牲层411中形成开口412。本发明的特征是以一预定的密度形成开口412，利用改变开口412所分布的密度，以调整可变色像素单元的形变恢复力。
接着，在牺牲层411形成一材料层(图4A中未表示)以填满开口412。材料层适用于形成支撑物406之用，一般可以使用感光材料，例如光阻，或是非感光的聚合物材料，例如聚酯或聚醯等等。若是使用非感光材料形成材料层，则需一微影蚀刻制程在材料层上定义出支撑物406。在本实施例中以感光材料来形成材料层，因此仅需以一微影制程图案化材料层。
然后，形成第二电极414于牺牲层411及支撑物406之上。最后，请参照图4B，以结构释放蚀刻制程(Release Etch Process)，例如一等离子蚀刻制程，来移除图4A所示的牺牲层411而形成腔室416(牺牲层411的位置)。腔室416的高度D即为牺牲层411的厚度。等离子蚀刻制程以含有氟基或是氯基的蚀刻剂，例如四氟化碳、三氯化硼、三氟化氮或六氟化硫等蚀刻剂等为前驱物以产生一等离子蚀刻牺牲层411。
在本发明中适用于作为形成支撑物406的材料包括正光阻、负光阻、各种聚合物，例如，亚克力(Acrylic)树酯、环氧树酯等等。
改变可变像素组件中的支撑物的密度，可以大幅地调整光反射电极的形变恢复力，使得本发明的可变像素组件可利用薄膜应力小的金属薄膜来作为光反射电极，而避免现有为了达到高形变恢复力，而使用薄膜应力大的金属薄膜时所造成的金属薄膜剥落以及可靠度的问题。此外，本发明还可减少为了兼顾薄膜应力大以及不易剥落的金属薄膜的研发时间以及制造成本，应用本发明配合现有且价格便宜的金属薄膜即可得到足够的形变恢复力以供可变色像素单元操作使用。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1、一种光干涉式显示面板的可变色像素单元，其特征在于，至少包含：
一第一电极；
一第二电极，为一可动电极，并与该第一电极约成平行排列；以及
多个支撑物，位于该第一电极与该第二电极之间，其中通过改变这些支撑物的分布密度调整该第二电极的形变恢复力。
2、根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，当这些支撑物为多个支撑柱时，这些支撑柱的分布密度为每单位面积中这些支撑柱的数目。
3、根据权利要求2所述的可变色像素单元，其特征在于，该分布密度的范围介于每平方毫米225个至每平方毫米2500个之间。
4、根据权利要求2所述的可变色像素单元，其特征在于，该分布密度的较佳范围介于每平方毫米400个至每平方毫米2500个之间。
5、根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，这些支撑物为多个网格状支撑物。
6、根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，这些支撑物的材料为感光材料或非感光的聚合物材料。
7、根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，这些支撑物的材料为光阻。
8、根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，这些支撑物的材料为聚酯或聚醯。
9、根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，这些支撑物的材料为亚克力树酯或环氧树酯。
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