CN1725067A - 微机电结构显示单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微机电结构显示单元，它适用于穿透式或是反射式平面显示装置之上，它至少包括一遮蔽电极及一控制电极。遮蔽电极由一低应力金属层及一高应力金属层构成，高应力金属层形成可动组件。控制电极位于高应力金属层的下方，由施加于控制电极上的电压来控制高应力金属层的形变，从而改变低应力金属层的位置。它不仅可控制光源的透出、反射与否及其透出和反射的透出量，而且可进一步控制不同的穿透式显示单元和反射式显示单元以产生灰阶的结果。

Description

微机电结构显示单元

技术领域

本发明涉及一种微机电结构，是关于一种穿透式或反射式显示单元结构，且特别涉及关于一种适用于平面显示装置的穿透式或反射式微机电结构显示单元。

背景技术

平面显示器由于具有体积小、重量轻的特点，使其在便携式显示设备，以及小空间应用的显示器市场中极具优势。目前市场主流的平面显示装置是液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。

现有的液晶显示器多是利用液晶分子在电场下的扭转或重排来控制每一液晶胞的开关。然而，传统的由液晶分子扭转的液晶胞由于运用偏极化光，所形成薄膜晶体管液晶显示器具有的视角很小，因此当以斜方向的角度观看液晶显示器时，常常会造成所看的屏幕对比下降，甚至于所看影像的反转。因此为了解决视角狭小的问题，多种方法曾被提出来制造具宽视角的屏幕。其中之一是配向区分方法，即形成两种或两种以上不同方向的配向层在每一个液晶显示器的画素电极上。

然而上述方法会牵涉到复杂的制程步骤，例如，上述配向区分方法中，要求两摩擦(rubbing)制程步骤来进行配向，而要将画素电极区分成两部分更会牵涉到多数个光罩制程步骤，反而增加制程的困难。最近几年，一种光学补偿弯曲(optically compensate bend，OCB)液晶胞被提出来用以取代传统的扭转向列型液晶胞来形成液晶显示器，其是利用液晶胞本身具有的光学补偿功能，来补偿本身的双折射(birefringence)达成扩大视角的目的，并且不需要进行多种不同方向的配向制程。

然而，对于一个光学补偿弯曲模式的液晶显示器而言，在没有外加电场的情况下，其液晶分子呈现斜展的模式，在外加高压状态下时，其液晶分子才会呈现出弯曲模式。因此当要正常操作光学补偿弯曲模式的液晶显示器时，在操作开始时，需要将原本的斜展模式利用外加高压转移成弯曲模式，然而此项步骤往往需耗费许多时间，而不能达到快速应答的目的。

归根结底，问题主要是在于液晶分子本身的性质，运用液晶分子作为控制光线透出与否的开关，就很难避免上述的问题。

发明内容

本发明提出一种微机电结构(micro electro mechanical system，MEMS)，可做为一穿透式显示单元之用，可以取代现有液晶分子所扮演的角色，作为平面显示装置的控制光线透出与否的开关。

本发明的目的是在于提供一种微机电结构显示单元，可做为一穿透式显示单元之用，设置于背光源之前，可控制光源的透出与否与透出量，可进一步控制不同的穿透式显示单元以产生灰阶的结果。

本发明的另一目的就是在提供一种微机电结构显示单元，可做为一反射式显示单元之用，设置在反射组件之前，可用来遮蔽反射组件而控制是否反射入射光与入射光经反射的透出量，可进一步控制不同的反射式显示单元以产生灰阶的结果。

本发明的又一目的就是提供一种微机电结构显示单元，可做为一反射式显示单元之用，可用以控制形成一光反射面或光吸收面而控制入射光的反射与否。

根据本发明的上述目的，本发明提出一种微机电结构显示单元，可做为一穿透式显示单元之用，包括一上电极及一下电极，上电极为一遮蔽电极而下电极为一控制电极。上电极及下电极设置于一透明基材之上。上电极由二具有不同应力的结构所构成，一为低应力结构，作为遮蔽电极之用；一为高应力结构，连结设置于低应力结构的一侧，可带动低应力结构沿着一实体的或虚拟的固定轴转动，而对位于其下方的光源产生不同程度的遮蔽效果。下电极可位于高(低)应力电极的下方，在施加不同的电压之后，可使高应力结构因其产生不同的形变而带动低应力结构转动以达成不同程度的遮蔽效果。一般而言，形成下电极的材质可以为一导体或半导体材质，例如为金属、硅化金属、掺杂多晶硅、金属氧化物等等，也可以是透明导电材质，例如铟锡氧化物、氧化铟或氧化锡。上电极中的高应力结构可以由例如铬、铬合金、镍、钛或是前述材质的任意组合等等所制造。上电极中的低应力结构可以由一般金属或是半导体材料例如银、铝、铜、钼、硅或是前述材质的任意组合等等所制造。低应力材料的下表面可进一步形成一吸光物质，当低应力材料遮住光源时，吸光物质可以吸收光线而减少漏光的影响。此一吸光物质可以为黑色树酯或低反射率的金属及其氧化物如铬及氧化铬。

当施加于下电极的电压移除时，高应力结构回复原来的卷曲状，低应力结构立起，位于其下的光源可以完全透出。由于本发明所提供的穿透式显示单元，并不像现有液晶分子并需受限于使用偏极化光，所以在可视视角上不会受到限制。另外，本发明所提供的微机电系统结构，并不如现有液晶分子并需使用位于液晶分子上下方的两片偏光片产生的偏极化光，因此，无须使在上下使用两片偏光片，在光的使用效率上可以大幅度提高。

除了利用高应力结构的位置来控制产生灰阶的变化来制造单色的平面显示装置之外，还可利用在光源及穿透式显示单元之间或是穿透式显示单元之上设置彩色滤光片来生产彩色平面显示装置。

由上述可知，应用本发明所提供的穿透式显示单元，可解决现有液晶显示装置视角上限制的问题，更能提供更高亮度的显示性能。此外，本发明所提供的穿透式显示单元更可以用来取代现有的液晶分子，用来制造单色或彩色的平面显示装置。

根据本发明的上述目的，本发明提出一种微机电结构显示单元，可做为一反射式显示单元之用，包括一上电极及一下电极，上电极为一遮蔽电极而下电极为一控制电极。上电极及下电极设置在一基材之上，基材可以为透明基材，光吸收基材和光反射基材。一般而言，较常用的为透明基材。上电极包括一可曲挠部及一遮蔽部，可曲挠部及遮蔽部可由不同材质。例如，由二具有不同应力的结构所构成，或是相同材质所构成。若由二具有不同应力的结构所构成时，一为低应力结构，一为高应力结构，连结设置于低应力结构的一侧，可带动低应力结构沿着一实体的或虚拟的固定轴转动，而对位于其下方的光反射层产生不同程度的遮蔽效果。若由相同材质所构成时，则使用高应力材质。下电极可位于高(低)应力结构的下方，在施加不同的电压之后，可使高应力结构因其产生不同的形变而带动低应力结构转动以达成不同程度的遮蔽效果。一般而言，形成下电极的材质可以为一导体材质，例如为金属、硅化金属、掺杂多晶硅、金属氧化物等等，也可以是透明导电材质，例如铟锡氧化物、氧化铟或氧化锡。上电极中的高应力结构可以由例如铬、铬合金、镍、钛或是前述材质的任意组合等等所制造。上电极中的低应力结构可以由一般金属或是半导体材料例如银、铝、铜、钼、硅或是前述材质的任意组合等等所制造。低应力结构的上表面可进一步形成一吸光物质，当低应力电极遮住光反射层时，吸光物质可以吸收光线而减少漏光的影响。此一吸光物质可以为黑色树酯或低反射率的金属及其氧化物如铬及氧化铬。

当施加于下电极的电压移除时，高应力结构回复原来的卷曲状，低应力结构立起，位于其下的光反射层可以反射出入射光。

除了利用高应力结构的位置来控制产生灰阶的变化外来制造单色的平面显示装置之外，还可利用在光源及反射式显示单元之间或是反射式显示单元之上设置彩色滤光片来生产彩色平面显示装置。

除利用光反射层之外，也可利用上电极来形成光反射层。将微机电结构形成于一吸光层之上。在上电极的低应力结构上表面形成具反射性质的表面。当施加电压之后，高应力结构因其产生形变而带动低应力结构转动而使低应力结构覆盖于吸光层之上，利用低应力结构的金属反射特性或是在上表面另外形成一光反射层以反射入射光。当施加于下电极的电压移除时，高应力结构回复原来的卷曲状，低应力结构立起，位于其下的光吸收层会吸收入射光。低应力结构的下表面也可进一步形成一吸光物质，当低应力结构立起时，吸光物质可以吸收光线而减少因背面反射而造成漏光的影响。此一吸光物质可以和形成吸光层的物质相同或不同，可以为树酯或低反射率的金属及其氧化物。

增设光反射层或光吸收层于透明基板下是因为透明基板对可见光的反射和吸收能力很弱，因此，可以使用一具有光反射或光吸收的基板来取代光反射层/透明基板或光吸收层/透明基板的结构以简化反射式显示单元的组成结构。

由于本发明所提供的反射式显示单元，并不像现有液晶分子并受限于使用偏极化光，所以在可视视角上不会受到限制。另外，本发明所提供的微机电系统结构，并不如现有液晶分子并需使用位于液晶分子上下方的两片偏光片产生的偏极化光，因此无须在上下使用两片偏光片，在光的使用效率上可以大幅度提高。

附图说明

图1为本发明所提供的穿透式显示单元的立体示意图；

图2为本发明所提供的穿透式显示单元的剖面示意图；

图3为本发明所揭露的穿透式显示单元运用于彩色平面显示装置之上；

图4为本发明所揭露的穿透式显示单元运用于彩色平面显示装置之上的另一实施例；

图5为本发明所提供的反射式显示单元的剖面示意图；以及

图6为本发明所提供的另一反射式显示单元的剖面示意图。

图号说明

100：微机电结构显示单元    102：上电极          104：下电极

106：低应力结构            108：高应力结构      110：透明基板

112、114：介电层           116：光可穿透区域    118、120：虚线

122：箭头                  130：背光源          140：彩色滤光片

150：光反射板              160：入射光          170：光吸收板

具体实施方式

实施例1

请参见图1，图1为本发明所提供的微机电结构显示单元的立体示意图。微机电结构显示单元100具有一下电极102及一上电极104，上电极102及下电极104设置在一透明基材(图中未显示)之上。上电极102由二具有不同应力的材料所构成，一为低应力结构106，作为遮蔽电极之用，一为高应力结构108，连结设置于低应力结构106的一侧，可带动低应力结构106沿着一实体的或虚拟的固定轴(未绘示于图上)转动，而对位于下电极104下方的光源(图中未显示)产生不同程度的遮蔽效果。下电极104位于高应力结构108的下方，在施加不同的电压之后，可使高应力结构108因其产生不同的形变而带动低应力结构106转动以达成不同程度的遮蔽效果。虚线部分表示当在下电极104施加电压后上电极102的位置。

实施例2

请参见图2，图2为本发明所提供的微机电结构显示单元的剖面示意图。一下电极104位于一透明基板110上，在下电极104及透明基板110之间，可以存在有至少一层介电层112。在下电极104之上存在有一层介电层114，作为绝缘层之用。在下电极104的左侧具有一光可穿透区域116，当运用于穿透式显示单元上时，可使位于透明基板110下方的光源(图中未显示)所发出的光由此区域透出而使观察者能够看到。

上电极102设置于介电层114之上，上电极102包括一低应力结构106及一高应力结构108，其中，为高应力结构108连结设置于低应力结构106的一侧，高应力结构108位于下电极104的上方而低应力结构106位于光可穿透区域116的上方。

当未施加任何电压于下电极104上时，由于高应力结构108的应力而使高应力结构108卷曲，低应力结构106被高应力结构108举起。当施加电压于下电极104及上电极102上时，受到下电极104的引力，高应力结构108会向下转动，而带动低应力结构106沿着箭头122的方向转动。由施加于下电极104及上电极102的电压而控制上电极的位移量，而对位于下电极104下方的光源(图中未显示)产生不同程度的遮蔽效果。例如，当上电极102位于图2中实线的位置时，低应力结构106对于光可穿透区域116的遮蔽非常的小，具有一个长度为D的开口；当上电极102位于图2中虚线118的位置时，低应力结构106对于光可穿透区域116的具有部分遮蔽，形成一个长度为d的开口；而当上电极102位于图2中虚线120的位置时，低应力结构106完全遮蔽光可穿透区域116，位于下电极104下方的光源无法自光可穿透区域116透出。由对下电极104及上电极102所施加电压的控制来控制开口的大小以达成控制光线穿透光可穿透区域116透出的量而形成灰阶的效果。

下电极104为一控制电极，形成下电极104的材质可以为一导体材质，例如为金属、硅化金属、掺杂多晶硅、金属氧化物等等，也可以是透明导电材质，例如铟锡氧化物、氧化铟或氧化锡。若使用金属、硅化金属或掺杂多晶硅形成下电极104有另外的优点，由于形成下电极104均为不透光材质，所以下电极104另外可作为遮光层之用，可以避免漏光的问题。

实施例3

请参见图3，图3为本发明所揭露的穿透式显示单元运用于彩色平面显示装置之上。将具有穿透式显示单元的透明基板110置于背光源130及彩色滤光基板140之间，具有穿透式显示单元的透明基板110将可以取代现有液晶分子所扮演的角色，成为一控制光线是否由平面显示装置透出的开关。图4为本发明所揭露的穿透式显示单元运用于彩色平面显示装置之上的另一实施例。将彩色滤光基板140置于具有穿透式显示单元的透明基板110及背光源130之间，具有穿透式显示单元的透明基板110仍可以取代现有液晶分子所扮演的角色，成为一控制光线是否由平面显示装置透出的开关。在具有穿透式显示单元的透明基板110，无须在其上下额外设置偏光片，这可以大幅提高背光源130的光利用率。另外，由于透出的光线是全方位的，在背光源130反侧的观察者不会有视角的限制。

实施例4

请参见图5，图5为本发明所提供的反射式显示单元的剖面示意图。将具有微机电结构显示单元100的透明基板110置于一光反射板150之上，具有微机电结构显示单元的透明基板110将可以取代现有液晶分子所扮演的角色，成为一控制光线是否由平面显示装置透出的开关。当未施加电压于下电极104及上电极102上时，高应力结构108卷曲，低应力结构106被高应力结构108举起。入射光160经光反射板150反射而出。当施加电压于下电极104及上电极102上时，受到下电极104的引力，高应力结构108会向下转动，而带动低应力结构106使低应力结构106遮蔽位于其下方的光反射板150。在低应力结构106另具有光吸收层(图中未显示)以吸收入射光，观察者将无法看到任何光线。

透明基板110/光反射板150的结构也可以使用一光反射基板(图中未显示)来取代。

实施例5

请参见图6，图6为本发明所提供的另一反射式显示单元的剖面示意图。将具有微机电结构显示单元100的透明基板110置于一光反射板150之上，具有微机电结构显示单元的透明基板110将可以取代现有液晶分子所扮演的角色，成为一控制光线是否由平面显示装置透出的开关。当未施加电压于下电极104及上电极102上时，高应力结构108卷曲，低应力结构106被高应力结构108举起。入射光160经光吸收板170吸收观察者将无法看到任何光线。当施加电压于下电极104及上电极102上时，受到下电极104的引力，高应力结构108会向下转动，而带动低应力结构106使低应力结构106遮蔽位于其下方的光吸收板170。在低应力结构106具有光反射层(图中未显示)，可以反射入射光，而为观察者观察到。

透明基板110/光吸收板170的结构亦可以使用一光吸收基板(图中未显示)来取代。

同样的，实施例4和5所揭露的反射式显示单元也可结合彩色滤光基板而形成彩色平面显示装置，具有反射式显示单元的透明基板110仍可以取代现有液晶分子所扮演的角色，成为一控制光线是否由平面显示装置透出的开关。在具有穿透式显示单元的透明基板110，无须在其上下额外设置偏光片，这可以大幅度提高入射光的光利用率，另外，由于透出的光线是全方位的，观察者不会有视角的限制。

Claims (20)

1.一种微机电结构显示单元，位于一基板上，至少包含：一上电及和一下电极；

所述上电极至少包含：一可曲挠部以及一遮蔽部，所述遮蔽部至少连结于可曲挠部的一侧；所述下电极位于可曲挠部的下方；

其中，所述可曲挠部受施加电压的下电极的吸引形变而改变该上电极的位置。

2.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述可曲挠部为一高应力材质。

3.如权利要求2所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述遮蔽部与所述可曲挠部材质相同。

4.如权利要求2所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述遮蔽部与所述可曲挠部材质不同。

5.如权利要求2所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述遮蔽部为一低应力材质。

6.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：在所述上电极与下电极之间有一绝缘上电极与下电极的介电层。

7.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述基板为一透明基板。

8.如权利要求7所述的微机电结构显示单元，其特征在于：一背光源设置在所述透明基板的下方。

9.如权利要求7所述的微机电结构显示单元，其特征在于：一光反射板设置在所述透明基板的下方。

10.如权利要求7所述的微机电结构显示单元，其特征在于：一光吸收板设置在所述透明基板的下方。

11.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述下电极的材质为金属、硅化金属、掺杂多晶硅或金属氧化物。

12.如权利要求11所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述金属氧化物可以为铟锡氧化物、氧化铟或氧化锡。

13.如权利要求2所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述高应力材质为铬、镍、钼、钛及其任意组合所组成的族群。

14.如权利要求5所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述低应力材质为银、铝、铜、钼、硅及其任意组合所组成的族群。

15.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中更包括一吸光物质形成于所述上电极的下表面。

16.如权利要求15所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述吸光物质为树酯或低反射率的金属或其氧化物。

17.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述基板为一光吸收基板。

18.如权利要求9或17所述的微机电结构显示单元，其特征在于：所述上电极上表面具有一光反射层。

19.如权利要求1所述的微机电结构显示单元，其特征在于：其中所述基板为一光反射基板。

20.如权利要求10或19所述的微机电结构显示单元，其特征在于：所述上电极上表面具有一光吸收层。

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