TW200530654A - Mechanical shutter - Google Patents

Description

200530654 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於機械快門、-包含此種快門的顯示元件以及 製造此種快門的方法。 【先前技術】 之前已經有人提出微機械熱結構，例如美國專利 4,235,522號。此處說明的技術係以根據下列程序製造的捲 起裝置為基礎。厚度為⑴㈣的聚s旨纖維膜會塗上薄㈣ 層。市面上使用這種塗佈膜當成電容器膜。該薄膜會拉： 並以長條圖案局部黏貼在基板上，如此輪流提供透明的ITO 反電極。因此’藉由雷射切割’可將有圖案的捲簾切割成 所要的形狀。由於薄膜内的機械應力，薄膜的獨立部分淺 :)會從基板鬆脫’這可辅助切割期間加入的機械應力及/ 或加熱步驟以及捲起動作。每個元件都作為快門，並且可 藉由電極結構（襟翼上的紹電極以及基板上的ΙΤ〇電極）上 靶加的電場來控制。電場感應個別襟翼内的靜電力，因此 襟翼從捲屈狀態伸展成也吉 成拉直狀怨，因而阻擋傳輸的光線。 雖然這提供優雅的方式來產生微機械快門，但是此方法 具有許多缺點： ^於雷射切割程序中有限的解析度，因此雷射切割程序仍 售受限於相當大的結構， 舟逍书為100 μηι或以上，明線20 μηι 或以上，這造成進--L·^ 、、 V蝻小化更加困難，不過並非不可能。 -塗上金屬鏡面的翻壤取… 趑4聚酯纖維膜難以進行分層處理是困 難的。因為該薄膜的厚度非常薄，所以難以處理，尤其是 99296.doc 200530654 在長距離上均勻展開而不會干擾。這也限 擇薄膜厚度將所要的 a 制了 k 子又將所要的特疋功能最佳化之自由，薄臈 處理困難度越高。 捲簾的開關方向無法控制。它們全都往相同方向移 未切割塑膠膜，將個別定向軸安裝在不同方向，可能盈 最佳化朝向不同方向動作。 b/ 因此’就有改良式機械快門來調變光束的需求 上述問題並且提供在許多不 夕不问6又计方面容易製造的機械快 门0 【發明内容】 機=門本發明說明回應温度差異及/或靜電力產生反應的 如此，根據本發明之_古& M t 一 方面，一機械快門具有藉由快門 元件控制的光路徑，其中

-該快門元件包含一定向聚合 _ ^ A J取口液日日層，該聚合液晶以各向異 性定向在該層至少一主|矣 、 要表面附近，並從該至少一表面上 朝向與該至少一主要表面；I：日料Μ » i 十的该主要表面移動時，展出 定向及/或或濃度變化；

-該變化就是該快門元件搭A “ a tI 午仏向延伸的熱膨脹係數與該快門 元件内與該橫向延伸垂直的深度為函數關係； -如此’在苐一溫度上，該体P弓 h門7〇件基本上平整，因此將該 光路徑關閉，並且在一第-、、田存u ^ 乐一 Μ度上，該快門元件彎曲，如 此就開啟該光路徑。 這種光快門提供優異的快門并炎* α + w J ^ Π仃為並且容易製造。快門元 99296.doc 200530654 下聚口的可聚合液晶（例如液晶單體）所形 该機械快門可為任何 2., , ^ , 寸。例如，該層可具有等級大約1 cm到大約！ m2的表面 到大約職〇 w或Μ 也可更小，例如大約10職2 2 ^ 例如大約1〇 μηι2到大約lo.ooo μηι ’在後者情況中， #丄 栻械快門也稱為微機械快門。

兮=合期間外部定向層及/或藉由增加表面活化劑到 二曰日⑽合物内，以便在定向與漢度產生變化，如此可在 聚-之前控制該層内液晶單體的平均定向。 聚口期間，可聚合液晶的定向固定往聚合層。 :本上&門7〇件内一特定橫向方向展現出定向及，或濃 度變化(起因於與深度為函數關係的熱膨脹係數)。例如，快 門儿件可為㈣，然後較佳是以其外緣之—懸浮於基 類：物體)之上。在這種情況中，這足以讓與懸浮邊緣^ 的杈向方向擁有與深度相依的熱膨脹係數。

件可由定向狀態 成0 聚合液晶層實際上可跨越兩或多分層，每一分層都有個 別定向。 不過，根據一項有利的具體實施例，該快門元件包含一 聚合液晶層，其中該變化為連續的，如此沿著該快門元件 才K白L伸的熱細脹係數與該橫向延伸垂直於該快門元件内 的深度為連續函數關係。 因為容易製造，所以屬於優點。液晶混合物的任何額外 層都需要額外的沉積步驟。 聚合液晶層的熱反應基礎為··液晶分子具有不同的熱膨 99296.doc 200530654 脹係數，沿著其長軸與這些軸垂直。因此熱反應將取決於 分子的平均定向。 在此有許多方式可隨定向以及/或濃度變化，其中會個別 參考與本發明同一天提出，名稱為「Flexible f〇il by non-mechanical means」的申請案。 尤其是，根據一項具體實施例，該聚合液晶具有扭轉向 列定向。該扭轉較佳是90，藉此在該層至少一主要表面上 鲁 的各向異性定向與該相對表面上的各向異性定向垂直，並 且兩垂直極限定向之間的中間分子會逐漸改變定向方向。 根據其他具體實施例，該聚合液晶具有斜面定向。在此 情況中，在該層至少一主要表面上的各向異性定向與該層 平行，並且该相對表面上的各向異性定向垂直於該層（即是 在相對面上該分子定向方向為等向性）。 藉由聚合一可聚合液晶（例如藉由旋轉塗佈在平面基板 • 上施加成為薄膜），可製造出包含這種聚合液晶定向的層。 • 在此情況中，該混合物較佳是溶解在之後蒸發的溶液内。 基板可提供摩擦定向層。然後與定向層接合的分子會與 疋向層的摩擦方向平行。該定向層可由聚醯胺形成。市面 可購得聚醯胺溶液，例如jSR公司的AL3〇46。例如可利用 旋轉塗佈來施加於基板上當成薄膜，之後以2〇〇。。烘烤來移 除溶液。此後，該層可與聚酯纖維織品進行無方向性摩擦。 不過，摩擦聚氯乙烯可用在定向層内作為聚醯胺之替代 物。使用聚氯乙烯的優點在於施加之後可溶解於水中，並 且讓液晶混合物凝固。如此不需任何力量就可從基板移除 99296.doc 200530654 聚合層，同時還維持分子定向。 聚合液晶通常在電磁頻譜的可見部分為透明，然後除非 由利用（例如）聚合液晶雙折射特性的偏光板製成，否則其本 身並不會提供快門元件的光快門特性。不過，將少量染料 溶入液晶單體混合物來吸收可見光則更加方便。如此，根 據-項具體實施例，該液晶混合物包含光線吸收染料。下 二偶氮染料為覆蓋大部分可見光頻譜並且非常適合溶解於 單體此口物内的方便染料，通常以大約2 wt-%的濃度來施 加：

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其他阻擋可見光的較佳方法為使用個別、光阻擋層來 抹於聚口液曰曰膜上。如此，根據一項具體實施例，快門元 件進一步包含一從該聚合液晶層分離出來的光阻擋層。此 層可為具有吸收（彩色或黑色）或散射（不透明）特性的有機 層佳具體實施例内，其為反光金屬層，像是紹。 厚度薄到不會影響薄膜機械行為（即是f曲转 性）的光阻擋層。在快門开杜 特 門疋件配置成一側面對基板的情況 中’較佳在快Η元件的相對側上提供個別光阻擋層^ 快門兀件可由熱變化來控制。這在所要 周圍溫度變化產生Θ瘫的ό知丄⑶ 會野（例如） 生口應的自動光快門應用中有其 過，要精確控制快門元件可 不 來回應電子控制單元。特別0 …Ή + “ 寺別疋具有大置快門元件瘅爷猶 控制，並且每個元件都需要個別、可 =立 情況。 “、、源之先快門 99296.doc 200530654 為此，根據一項具體實施例，微機械快門進一步包含懸 吊。亥陕門元件的底座基板、該底座機板上 路徑的-透明底座電極以及該快門元件上提供的!：= 極因此，5亥快門元件藉由該電極之間一靜電力控制。事 實上這是一個有利的具體實施例，因為其允許藉由電壓施 加至個別電極的結果所產生的電力來直接控制快門。透明 的底座電極可例如由銦錫氧化物所形成。 —當然’如果可藉由靜電力控制快門元件，則熱膨服係數 貫際上對於操作較不重要。取代的是對靜電力產生回應的 快門元件橈曲阻力（彈性）。 若快門元件提供個別光阻播層，則較佳是併入快門電 極。如此，根據-項具體實施例，光阻播層與快門電極都 由單-、光組與導電材料所製成。因此 料可為（例如）紹，在此情況中可喷錢至快門元件;V、材 如上述，光快門可只包含一個快門元件。不過，大部分 應用需要-個總孔徑區，這要大於使用單一快門元件的情 况。此外’通常會想要動態控制總孔徑區之不同區域，例 如在顯示器應用中’其中每個快門元件都可用來定義卸 制一個別圖形元件（像素）。因此，根據一項具體實施例，光 决門A門元件陣列’可藉由個別電極做個別控制。 田…、即使快門兀件不提供電極，還是可提供快門元件 的陣列。 整個快門元件内可能有相同的定向，如此整個快門元件 内的熱膨脹餘都㈣㈣絲決於深度。在該情況中， 99296.doc 200530654 2常可在，形狀態與拉直、平整狀態之間控制快門元 _不過’根據-項具體實施例，聚合液晶層包含第— 一、空間分離區段，其中的變化都不相同。 、 例如…部分隨著深度增加的熱膨脹係數而另 =::_件通常會-曲成s形。如此，藉由適： = 、門70件不同區段内的定向，其可提供以不同方 式專曲的元件來回應溫度變化。 微機械快門可用於許多應用當中。根據本發明一個方 =:-包含微機械快門的顯示器元件'然後顯示元件 用3 =個快門元件，每個都定義一個別像素。在顯 不盗應“中，這特別有料提供如上述方式配置 極的快門元件陣列。 J电 根據一項具體實施例，每個快門元件都是不透明，並且 5亥顯不器進一步包含每個光路徑中提供的遽色器元件。此 組悲用於反射式與透射式顯示器。在顯示器為透射式的情 :兄二遽色器較佳是讓特定顏色透射，並吸收剩餘顏色。 :快門π件打開，然後對應的像素會發射出源自於背光的 衫色光’並且當快門元件關閉，對應的像素就會變里。在 顯不器為反射式的情況中’遽色器較佳是反射特定顏色， 並吸收剩餘顏色。 根據其他具體實_，快門元件會反射特定顏色的光 線’並且在光路徑内提供一個基本上是黑色的光線吸收表 面。此組態對於反射式顯示器特別有利，其中像素在快門 99296.doc 200530654 元件關閉（拉直）的情況下為彩色，而在快門元件開啟的情況 下則為黑色。 除了光快門之中這些優點以外，可更進一步簡化光快 門，以使用傳統製造設備與方法來製造。可聚合液晶層可 用（例如）旋轉塗佈、刮刀或狹縫擠壓塗佈來形成，並且電極 層可用（例如）蒸氣或噴濺塗佈來形成。混合物的光啟動聚合 可進行透過遮罩的蝕刻曝光，產生遮罩的負圖案作為照明 部分，而照明部分會聚合並且變成固體與不溶解，而未照 明部分則仍舊未聚合並且溶解在一般有機溶劑内，像是甲 基乙基酮、二甲苯或四氫呋喃。不過，也可使用光聚合以 外的方法進行原地聚合。 如此，根據本發明其他方面，提供一種製造微機械快門 的方法’該方法包含： _在一基板上施加一定向層； -在該定向層上應用一可聚合液晶層； -定向與聚合該可聚合液晶，如此定義至少一快門元件，該 元件包含一定向聚合液晶層； -移除任何過多的可聚合液晶。 該製造程序牽涉到在該基板與該電極層上施加一定向層 的步驟，定向層可由（例如）凝固並且之後與聚酯纖維織物摩 擦的聚醯胺形成。此後，可聚合液晶層會施加於該定向層 上’並且該可聚合液晶會定向並聚合，藉此至少定義一快 門7L件。藉由紫外線透過遮罩選擇性曝光，在聚合物内產 生le罩的負衫像’藉由光聚合執行聚合。最後，將任何過 99296.doc 12 200530654 多的可聚合液晶（例如位於遮罩不透明區域之下）移除。 在該層在高溫下聚合的情況，較佳是高於手上聚合液晶 的玻璃轉換溫度，該聚合層在高溫下會更平整或更不平整 (即是拉直與不彎曲）。不過，#薄膜冷卻至室溫，因為從橫 向方向測量時，薄膜頂端的熱膨脹係數高於薄膜底端的孰 膨脹係數，所以該薄膜會傾向於建立應力。㈣至、 基板時-樣平整。但是，—旦從基板上釋放薄膜，力量會 將薄膜變成捲起組態。 在機械快門包含電極的情況，則製造過程會進—步牽涉 到在應用液晶混合物之前，於基板上提供—透 步驟。電極層可由例如銦錫氧化物（IT〇)製成，i 般㈣處理來圖案化，包含施加光阻材料薄膜、、透過遮罩 將此薄膜曝光於光化性射線，改變Ι1Ό的溶解性、將光阻顯 影並在蝕刻液體内局部溶解透明電極，如此可獲得電極圖 案。然後製造方法進-步牵涉到在該快門元件上施加一導 電材料層’如此定義一快門電極。該快門電極可例如由鋁 形成，然後施加該快門電極的步驟牵涉到在該快門元件上 喷濺鋁。 根據一項具體實施例，聚合的步驟牵涉 聚合，較佳是由以溫度肌以上將該液晶混合物=2 30分鐘的步驟。 在需要使用斜面定向的情況，該液晶混合物可包含一表 面活化劑’藉由將長分子轴定向成與任何空中介面的表面 垂直（即是等方向性定向），可將自由能量降至最低。這種表 99296.doc 13 200530654 面活化劑結合基板上摩擦定向層實際上會讓分子定向本身 成斜面組態（在基板上平行，在相對空中介面上垂直）。 如此’根據一項具體實施例，可聚合液晶包含一表面活 化劑’其可在與空氣接觸時促進可聚合液晶單體等方向性 定向’並且其中該聚合步驟會在將該可聚合液晶曝露在空 氣中時執行。 另外，藉由對第二、暫時基板（用表面活化劑改變過）將 #體聚合’如此可達到垂直的分子定向。在此情況中，該 混合物並不需要包含任何溶劑，但是取而代之藉由塗佈定 向層的（永久）基板一側上以及暫時基板（用表面活化劑修正 過來引發垂直分子定向，例如十八烷三甲氧基矽甲烷）另一 側上所定義的填充裂縫來添加溶劑。此填充較佳在溫度提 高的的情況下，例如80。(：，並且在自然發生毛細力動作之 下執行。 • 如此，根據一項具體實施例，該方法進一步包含提供與 Φ 該可聚合液晶接觸的一第二、暫時基板，來引導該可聚合 液晶内所要的定向，並且其中該聚合該可聚合液晶的步驟 會在邊第二、暫時基板與該可聚合液晶接觸時執行。 不過，融熔的液晶混合物可利用毛細現象填入與上面類 似的兩基板之間，即使在所要的定向為扭轉向列定向也一 樣。在這種情況中，兩基板（永久基板以及暫時基板）都應該 提供摩擦定向層，其摩擦方向彼此垂直。個別介面附近液 晶分子的定向完全遵照個別摩擦定向層的方向。在此間， 平均分子定向會從第一定向方向持續改變為和第一定向方 99296.doc -14- 200530654 向垂直的第二定向方向。為了避開用不同偏手性習慣 的領域，系統内可添加微量(例如〇.lwt_手徵摻雜物， 然後控制旋轉方向。市面上可購得的合適手徵摻雜物為 S 8 11 (Merck，Darmstadt，Germany)，並且會引導旋轉左 的為： 工于性 -0-C- _CKCeH13 【實施方式】 機械回應來自於特定分子定向。該分子 厂」丹有例如斜面 定向，如圖1内所示。因此，圖1說明聚合液晶層1〇〇，其具 有一頂端主要表面101以及一底端主要表面102。接近底端 表面的聚合液晶112為各向異性定向，其定向方向本質上平 行於該底端表面1〇2。接近頂端表面的液晶分子也為各向異 性定向，但是本質上垂直於頂端表面1〇1。中間液晶分子7 具有從幾乎平行到幾乎垂直這種逐漸傾斜的定向方式，如 此提供一種連續的定向變化。 聚合液晶的熱膨脹係數取決於此處所含聚合液晶單元的 定向。垂直於該液晶單元軸的熱膨脹係數通常高於沿著分 子軸的熱膨脹係數。不過’對於盤狀液晶而言，為相反狀 況通常是真實的。但是，假設沿著軸的熱膨脹係數較小， 當加熱後底端表面102收縮並且頂端表面ι〇1伸展（如箭頭 所示），圖1内說明的層會在加熱時向下彎曲並且冷卻時向 上曾曲。 圖2說明另一種設計，其中該層2〇〇内每一區域中的該分 99296.doc -15- 200530654 子定向都不同。如此，在第一區段201内，液晶分子具有與 底食而平行並且與頂端垂直的第一定向。不過，在第二區段 202内’分子定向上下顛倒，如此頂端上為平行定向並且底 端上為垂直定向。加熱（或冷卻）該層時，其會彎曲成S形， 如箭頭所示。 另外其可此使用扭轉向列分子定向。在此情況中，該 刀子較佳具有90。扭轉。這種定向會導致對於溫度變化有類 似的回應。斜面與扭轉組態都提供不同的線性熱膨脹。在 扭轉組悲中’因為兩側上的液晶定向方向具有各向異性， 所以薄膜頂端與底端上兩方向内的線性膨脹不同。這導致 在頂‘與底端上相反的彎曲方向，如圖3内所說明。不過， 扭轉疋向導致幾何上禁止的情況，並且因此出現不規則的 彎曲情況。只有在高縱橫比樣本的情況中，即是長度（1)遠 大於寬度（w)(通常1/W > 5時），樣本才會以受控制的方式彎 曲0

因此斜面定向較適合用於許多應用。熱膨脹差異只表現 在一個方向内，並且該層的頂端與底端表面在相反方向内 具有相等的熱膨脹。這導致圖4内說明的彎曲情況。 換言之’針對扭轉組態： a:p <ab广 =ab；ttom αχη 其中對於斜面組態： aioxp)abxouom aiop = abottom cctop = cctop 這些等式組合顯示使得斜面組態的彎曲更受控制。 具有快門元件矩陣陣列的機械快門可用下列製造步驟來 99296.doc -16- 200530654 製造，如圖5内所說明： 步驟1 提供具有一長條銦錫氧化物（IT0)圖案502的玻璃基板 501，為此將ΙΤΟ塗佈的玻璃板利用光阻劑覆蓋，並透過遮 罩照射。之後會蝕刻ΙΤ0並剝離光阻。當然，在特定應用不 需要電極的情況，則可省略此步驟。 步驟2 用可移除定向層503的結構，以圖案化方式塗上ιτ〇圖 案。偏㈣印方便的聚氯乙稀，後續在平行於ιτ〇長條5〇2 的方向内摩擦。 不過’也可使用聚乙烯肉桂酸鹽作為定向層之替代物。 此材料可施加並用偏㈣光透過負遮罩來局部交叉連 、，-。在此方式中，可提供具有不同局部定向的圖案昭 明到的部分可用溶劑洗掉。曝光區域可將液晶分子定向在、 垂直於偏光Ε向量的方向内。 步驟3 來自步驟2的複合結果會覆蓋 由旋韓W ★ 復盍了聚合液晶層504,例如藉 由叙轉塗佈。在定向層的位置上 定向層介Φ ^ u 了聚口液日日會平行對準 聚合液晶接人，而北盥入品本士 上工乳與可 是形成等=二1介面垂直定向，如圖1内所示，也就 m广七 使用一甲本作為溶劑的4〇〇/。重量 :=:2行旋轉塗佈。〜旋_在溶劑蒸： 列成分：又.叫。合適的可聚合液晶包含例如下 99296.doc 17 200530654 ch2=ch-S-〇 - (ch2)x - c-一 (Ch2)x—〇—CH=CH2 液晶單體1 Ο --- ο _ CH2=CH 一 i!—〇(CH2)6—ο— 液晶單體2 。 。 CH2=CH-C-〇-(CH2)6-〇 (ch2)2-ch3 液晶單體3 液晶單體1:液晶單體2:液晶單體3的比例較佳為6:2:2 (重 φ 量/重量/重量）。為了增強聚合時對於紫外線的敏感度，會 加入2 wt-%的光起始劑。市面上方便取得的光起始劑為 Ciba Geigy生產的Irgacure 651。此可聚合液晶可融化在基 板的摩擦聚醯胺定向層上。另一種可聚合液晶可由基板上 溶液來塗佈。為此，混合物可溶解在範例二甲苯中。對於 此溶液的旋轉塗佈而言，單體的濃度較佳大約為4〇 wt_0/〇。 在二甲苯蒸發之後，薄膜的一般厚度大約是4 μηι。可聚合 液晶對準相鄰的一平面内的定向層，並與平均平行於定向 籲層摩擦方向上分子的長軸定向方向。液晶層相對側上（與空 氣接觸的表面）長軸的定向方向平均與該表面垂直。在薄膜 的斷面上，分子的平均定向持續從平面改變成垂直（即是， 該分子具有斜面定向）。 促成等方向性定向（即是分子的定向平均方向垂直於該 表面）或促成平面定向（即是分子的定向平均方向平行於該 表面）的表面活化劑可添加到可聚合液晶内，以便促成所要 的分子定向。該表面活化劑較好具有反應能力，如此才能 99296.doc -18- 200530654 與液晶單體共同聚合。若表面活化劑本身為液晶的話也有 好處，如此對於整體液晶結構有所貢獻。另—方面，已知 可促成等方向性定向的反應與液晶表面活化劑範例為一端 上包含氰族，以及另一端上包含次經基族（用像是壓克力這 類可聚合屬改變過）的液晶單體。這種表面活化劑的範例實 際上為上面指定的「液晶單體2」。其他範例為：

0 步驟4

可聚合液晶有時可在較高溫度中以扭轉或斜面狀態退 火，以便移除缺陷。定向的可聚合液晶藉由uv透過負遮罩 來曝光（例如365 nm)，以較高的溫度（例如1〇〇c>c)進行後續 光聚合。此遮罩阻擋電極線之間的區域之uv光線以及與之 垂直，需要將切換箔元件505彼此分開的區域。聚合之後， 尚未反應的可聚合液晶會藉由溶解在THF(四氫呋喃）内而 去除。 藉由測量可聚合液晶的光學阻力，並將其與平面中已知 的分子折射係數值比較，來檢查定向方向。 步驟5 在後續步驟中，將聚氯乙稀定向層溶解於水中來將之移 除此處理可藉助於在水中添加少量酒精（體積的丨〇%)。當 聚氯乙烯溶解，由獨立膜形成的元件505會捲縮（往上捲）， 幫助避免纏住下面的基板，否則會因為毛細力而纏住。這 是一項巨大的優點，因為時常發生毛細現象纏繞，而且難 修復。 、 99296.doc -19- 200530654 女，、、:，對於迅速移除聚氯乙烯層（當成犧牲層)也有所 :K 口為^生捲曲時，相較於透過非常窄的毛細管 ^除動作’相對Α量溶劑⑷體積與聚合物接觸。 :過t而要進打進一步元件處理，彎曲形狀就比較不 例如，施加額外層較佳是在平坦狀態下進行。為了 ^ ^ A 70件需要再次加熱至較高溫度，通常是原 始聚合溫度或至少接近該溫度之溫度。 ’、 步驟6 在而要決門電極的情況，後續步驟則牵涉到元件如上薄 金屬膜506(例如⑹的蒸發。因此，會將樣本加熱至聚合溫 度（例如100°C)，藉此將獨立元件5〇5(襟幻拉直。藉由蒸發 足夠距離上的來源（平行蒸發光束），不僅金屬鏡會覆蓋襟 翼，也遮蓋該位置上襟翼留下開口給基板的位置上之下層 基板。其優點在於稍後當元件位於關閉狀態時，襟翼之間 的非接觸開口並不會㈣來傳輸光線，光線會被基板上= 金屬條阻擋，藉此改善光快門的對比。 在此可利用靜電力切換許多元件，此外，襟翼頂端上的 ITO線與銘線分別形成連接至電路的列與行電才憂。圖6說明 只具有一光路徑601的機械快門，其覆蓋兩懸浮在基板上的 快門元件部分602、603。該快門元件部分各具有電性互連 的鋁電極604、605，如此形成單一電極元件，並且基板由 透明電極606所覆蓋。在快門元件在室溫時捲曲的情況，則 會開啟光路徑。不過，在供應電壓（例如6〇v)橫跨電極的情 況’則快門元件會拉直，而將光路徑關閉。 99296.doc -20- 200530654 圖7内顯示當光線從背面傳輪時，典型單—元件的光電反 應曲線。該材料對於行與列電位之間的電墨差異絕對值會 產生回應。如圖7内所見’在特定臨界電壓之 上為透明（大約68〇/〇透射），並且背、] 土本 ^卫且方先的光輸出相當高。臨界 電遵取決於薄膜材料及聚合液晶的靜電特性。例如，在此 交又聯結器的數量就相當重要。在此特定情況中，臨界電 壓大約為3 0 V。 臨界電塵可用來選擇列，這在傳統被動矩衫址當中也 可完成。圖8說明可能的被較址程式。根據此程式，使用 60 V的列選擇電壓，而行信號範圍從_3〇 v至v (_川v 為開啟狀態，+3G Μ _狀態）。若未選擇列，則像素偏 麼最高為30 V(低於臨界電旬，而選擇的列可從3qv改變到 90 V。 該快門元件也可用於分別在開啟狀態時讓下方資訊可 見’在關閉狀態時隱藏。事實上，藉此可操作微機械快門 作為顯示元件。在最簡單的組態中，快門元件的表面包含 反射層，像是薄㈣，在快門關閉狀態下提供反射能力相 當高的反射表面，並且在快門開啟的彩色狀態下提供具有 濾色器的光路徑。鋁層當然可作為反射表面以及快門電極 來操作，該鋁層可更進一步擴散反射而非定規反射，在快 門元件關閉時提供類似紙張的外觀之表面。圖9說明一顯示 元件900的可能組態，該元件包含三個配置在基板9〇1上的 子像素：紅色（R)、綠色（G)以及藍色（B)子像素。如此每一 子像素都包含一透明電極902、一濾色器903、一快門元件 99296.doc -21 - 200530654 904 (聚合液晶層）以及一反射電極9〇5。當不同顏色的濾光 板（像是紅色、綠色與藍色）用於相同顯示器内不同的快門元 件（子像素）’利用開啟與關閉像素途徑内的切換元件（子像 素）就可建立彩色圖像。 根據其他組態，快門元件藉由依序覆蓋濾色器的反射層 所覆蓋。

仍舊是另—種提供彩色顯示器的方式將濾色器應用至 基板上，並且讓切換元件吸收光線（即是黑色當這種顯示 =於透射式顯示器，在光路徑上可提供黃色、深紅以及 ::色濾光板’如此就提供不同的此彩色子像素。不過， 2這種顯示器用於反射式顯示器時，則使用紅色、綠色與 藍色渡光板。濾、色器可配置在擴散反射鏡上，以便提供明 焭的影像以及良好的視角。 、吕之，本發明係關於一機械，特別是微機械快門6〇ι， 其包含:由聚合液晶形成的元件6()2、6()3。聚合液晶為各 向異I*生疋向並橫向該層，定向及/或濃度的變化讓該層可移 動來回應非機械構件，像是熱或電磁㈣。藉由合適地選 擇例如斜面或扭轉向列定向，該微元件會彎曲與拉直來回 ::::械構件。電極6〇4、6。5、6〇6可選擇性形成於該元件 支揮基板上，藉由施加於電極之間的雷 電所造成） 成）來拴制兀件。本發明更進一步提供一種使用原地 A 。方式製造該機械快門的方法。 【圖式簡單說明】 乂下將參考附圖，進一步詳細說明本發明。 99296.doc -22- 200530654 在5亥荨圖式中： 圖1不思性說明根據本發明的快門元件内聚合液 向之斷面圖。 疋 曰曰 圖2不思性說明根據本發明的其他快門元件内聚合液 的定向。 圖3示思[生，兒明具有扭轉向列定向的元件内之彎曲情況。 圖4不意性說明具有斜面定向的元件内之彎曲情況。 圖5說明根據本發明的製造機械快門之製造步驟。 圖6說明在電場作用下快門的機械變形（開啟與關閉）。 圖7為一曲線，顯示依照包含快門元件矩陣陣列的本發明 中，施加不同電壓橫跨機械快門的傳輸反應。 圖8說明用於包含快門元件矩陣陣列的機械快門之驅動 方案。 【主要元件符號說明】 圖9說明依照本發明的顯示器元件之斷面圖。 100 聚合液晶層 101 頂端主要表面 102 底端主要表面 112 聚合液晶 110 中間液晶分子 200 層 201 第一區段 202 第二區段 501 玻璃基板 99296.doc -23. 200530654 502 503 504 505 506 601 602 603

605 606 900 901 902 903 904

905 圖案 可移除定向層 可聚合液晶層 薄膜元件 薄金屬膜 光路徑 快門元件部分 快門元件部分 鋁電極 鋁電極 透明電極 顯示元件 基板 透明電極 濾色器 快門元件 反射電極 99296.doc -24-

Claims (1)

1. 200530654 十、申請專利範園： 1. -種具有-光路徑的機械快門 件控制，其中 〃』稭由决門7C 該快門元件包含_定A ,^ 向聚5液晶層，該聚合液晶以| 向異性定向在該層至少—主|矣& 成日日以各 主要表面附近，並從該至少一 表面上朝向與該至少一主要 ^ ^ 戈衣面相對的该主要表面移動 時，展出定向及/或濃度變化； 郭 該變化就是沿著該快門亓 # 門70件杈向延伸的熱膨脹係數盘 戎快門元件内與該橫像延伸 一、 甲C直的冰度為函數關係； ’在一第—溫度上，該快門元件基本上平整，因 此將該光路徑關閉，並且在一㈤ 因 m . L , 弟一咖度上，該快門元件 ，考曲，如此就開啟該光路徑。 2·如請求項1之機械快門，其中兮恤„ - # ^ a ® 中0亥决門儿件包含—聚合液晶 層柚其中該變化係連續變化，如此沿著該快門元件橫向 延伸的熱膨服係數與該快門元件内垂直伸 深度為連續函數關係。 门之伸的 3.如請求項1之機械快門’其中該聚合液晶具有—斜面定 向0 扭轉向列 4. 如請求項!之機械快門’其中該聚合液晶具有 定向。 光線吸收 5. 如請求項丨之機械快門，其中該聚合液晶包含— 二色性染料。 配 6·如請求項1之機械快門，其中該快門元件進一步包含 置在該聚合液晶層上的光阻擋層。 99296.doc 200530654 如請求項1之機械快門，其進—人 的底座基板、-該底錄板 3厂快門元件懸浮 明底座電極以及—兮 ^、板跨該光路徑的透 Μ决門7L件上提供 8. 該快門元件藉由該電極之間 、：電極，如此 如古眘炎β ^ ^電力所控制。 口〆員或7之機械快門， 極都由一單一、光阻.伽憎 ^阻搶層與該快門電 9. 先阻擋與導電材料所形成。 如請求項7之機械快門，其包 制的快門元件陣列。 猎由力離電極做個別控 10.如請求項1之機械快門，其 二一門八齙f „ 、〒°亥聚合液晶層包含第-與第 二間刀離區段，其十的變化都不相同。 =示器元件，其包含如請求項7之機 =π:_元件’其中該快門元件係不透明， 並且其m器元件提供於該光路經内。 13·如請求項丨丨之顯示器元件，复 -.§ . ^ ^ 一中5亥快門元件係反射/特 色的光線吸收表面。 叫供-個基本上是黑 14 種製造-機械快門的方法，其包含以下步驟： 在一基板上施加一定向層； -在該定向層上施加一可聚合液晶層； f向與聚合該可聚合液晶，如以義至少-快門元件 孩元件包含一定向聚合液晶層； -移除任何過多的可聚合液晶。 15·如請求項14之方法，其進—步包含以下步驟： 在透明底座基板上提供一透明電極層；以及 99296.doc 200530654 在錢Η元件上施加一導電材料層，如此定義一快門 電極。 16 17. 18. • 19. 20. ’如明求項15之方法，其中該在該快門元件上施加一導電 材料層的步驟牵涉到在該快門元件上噴濺鋁。 月长員14之方法，其中該聚合步驟牽涉到光聚合。 士明求項17之方法，其中該光聚合的步驟係由以溫度 12 〇 C以上將該液晶混合物退火至少3 〇分鐘的步驟來進 行。 如請求項14之方法’其中該可聚合的液晶包含一表面活 化劑，其可在與空氣接觸時促成可聚合液晶單體等方向 |·生疋向，並且其中8亥聚合步驟會在將該可聚合液晶曝露 在空氣時執行。 如請求項14之方法，其進一步包含該步驟，其提供與該 可聚合液晶接觸的一第二、暫時基板，來引導該可聚人 液晶内所要的定向，並且其中該聚合該可聚合液晶的= 驟會在该第二、暫時基板與該可聚合液晶接觸時執行’ 99296.doc