专利名称：可变色像素单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变色像素单元，尤其涉及一种光干涉式显示器的可变色像素单元。
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。
请参见美国USP5835255号专利，该专利揭露了一可见光的调整元件阵列(Array of Modulation)，可用来作为平面显示器之用。请参见
图1，图1为现有调整元件的剖面示意图。每一个调整元件100包括两道墙(Wall)102及104，两道墙102、104间被支撑物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的长度为D。墙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，另一个则为一利用电压驱动可以产生形变的反射层。当入射光穿过墙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，对调整元件100而言处于“开”的状态。
图2为现有调整元件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由于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的长度并不为零，而是为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，经由墙104的反射以穿透墙102而输出。墙102对波长为λ2的光具有较高的光吸收率，此时，入射光所有的可见光频谱均被滤除，对顺着入射光入射墙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，对调整元件100而言处于“关”的状态。
对单色平面显示器而言，调整元件100所组成可以利用电压操作来控制开关的阵列已足够，但对于彩色平面显示器而言，调整元件100显然不够。现有的作法制造具有不同腔室长度的三个调整元件而成为一个像素，如图3及图4所示，图3及图4为现有利用调整元件所制造的彩色平面显示器剖面示意图。图3为现有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包括了三层调整元件202、204及206。当入射光208入射时，三层调整元件202、204及206分别会反射出一个波长的色光，例如，红光、绿光或蓝光。三层调整元件202、204及206之所以能反射出不同波长的色光，其是利用不同的腔室长度以及选用不同的反射镜面。三层重叠调整元件的方式来制造彩色平面显示器的方法所得到的分辨率差，且如图中所示，蓝光的亮度较红光的亮度低。
图4为现有阵列式彩色平面显示器剖面示意图。现有阵列式彩色平面显示器300中，在同一基材301上分别形成三个调整元件302、304及306阵列，当入射光308入射时，三个调整元件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、绿光或蓝光。调整元件阵列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，三个调整元件必须要分别制造，例如，制造调整元件302时需以光阻遮蔽以形成调整元件304及306的区域，就复杂的制造本身而言成本较高，更严重的是由于复杂的制造而使得产品合格率无法提高。除此之外，由于制造上的偏差，例如腔室的长度的偏差会使得反射出来的色光产生红位移(Red Shift)或蓝位移(Blue Shift)时，则完全不可能修正，基材只能报废。
因此，提供一个能够同时具有高分辨率、高亮度、制造简易且产品合格率高的彩色光干涉式显示器，已成为一个重要的研究课题。
综上可知，所述现有的光干涉式显示器，在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
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可变色像素单元，适用于制造彩色光干涉式显示器，可以具有高分辨率及高亮度。
本发明的另一目的是在于提供一种可变色像素单元，适用于制造彩色光干涉式显示器，制造简易而且产品合格率高。
本发明的又一目的是在于提供一种可变色像素单元，适用于制造彩色光干涉式显示器，可以在后续的制造中修正可变色像素单元制造上的偏差。
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调整元件，可以作为一可变色像素单元，至少包含一第一电极、一第二电极与一第三电极，其中，三个电极约成并列排列，且第二电极位于第一电极与第三电极之间。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被支撑物所支撑而形成一腔室，该腔室的长度为D。
在调整元件为“开”的状态下，在第一电极与第二电极间并不施加电压，当入射光由第一电极一侧入射并在通过在第一电极与第二电极间的腔室内发生光干涉作用后，入射光所有的可见光频谱的波长中，仅有符合公式1.1的波长可以产生建设性干涉，并经由第二电极的反射穿透第一电极而输出。反射光的频率和腔室的长度有关。第三电极为一操作电极，在第三电极上可以施加一第一电压，由于第二电极为一可变形的反射电极，该第二电极会受到第三电极上的电压的影响，可以是被吸引或被排斥而改变了第一电极与第二电极间的距离，也就是腔室的长度。由公式1.1可知，腔室长度的改变可以改变反射光的波长而得到不同的色光，例如红光、绿光或蓝光。另外，如现有技术可知，在第一电极与第二电极间加上一第二电压，在第二电压的驱动下，可以变形的第二电极因为静电吸引力而产生形变，向第一电极的方向塌下，而使调整元件处于“关”的状态，不反射出任何可见光。
根据本发明的另一目的，在本发明一较佳实施例提供一阵列式彩色平面显示器结构。在同一基材上分别形成一调整元件阵列，每三个调整元件可以形成一像素，每一调整元件至少包含一第一电极、一第二电极与一第三电极，其中，三个电极约成并列排列且第二电极位于第一电极与第三电极之间。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被支撑物所支撑而形成一腔室，该腔室的长度为D。在三个调整元件其中两个或是三个的第三电极上施加不同的电压，由于第二电极为一可变形的反射电极，第二电极会受到第三电极上的电压的影响，可以是被吸引或被排斥而改变了第一电极与第二电极间的距离，也就是腔室的长度，因此，三个调整元件中的腔长都不相同。在调整元件为“开”的状态下，在第一电极与第二电极间并不施加电压，由公式1.1可知，腔室长度的改变可以改变反射光的波长而得到不同的色光，例如红光、绿光或蓝光。同样的，如现有技术可知，在第一电极与第二电极间加上一电压，在电压的驱动下，可以变形的第二电极因为静电吸引力而产生形变，向第一电极的方向塌下，而使调整元件处于“关”的状态，不反射出任何可见光。
根据本发明的调整元件的阵列所组成的彩色平面显示器，保留了现有阵列式彩色平面显示器的优点，具有高分辨率及高亮度，同时也具有现有多层式彩色平面显示器的优点，即制造简易而且产品合格率高。除了具备现有两种光干涉式彩色平面显示器的优点外，还可以利用第三电极上施加的电压来微调调整元件内腔室的长度，以修正可能因制造的误差而产生的腔室长度的偏差，以提高产品的合格率。由此可知，本发明的调整元件不只在形成阵列时同时保持现有光干涉式彩色平面显示器所有的优点，高分辨率、高亮度、制造简易及产品合格率高之外，还可以增加制造中的裕度，提高光干涉式彩色平面显示器的产品合格率。
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是现有调整元件的剖面示意图；图2是现有调整元件加上电压后的剖面示意图；图3是现有多层式彩色平面显示器剖面示意图；
图4是现有阵列式彩色平面显示器剖面示意图；图5A是根据本发明第一较佳实施例的一种调整元件剖面示意图；图5B是调整元件中第三电极的功能的剖面示意图；以及图6是根据本发明第二较佳实施例的一种调整元件阵列剖面示意图。
具体实施例方式
下文，将详细描述本发明。
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中详细说明每一调整元件的结构。另外，为使本发明以调整元件阵列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5A，图5A是根据本发明第一较佳实施例的一种调整元件剖面示意图。一调整元件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与一第三电极506，其中，三个电极约成并列排列且第二电极504位于第一电极502与第三电极506之间。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族群。
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，入射光的部分强度被吸收层5022所吸收。其中，形成基材5021的材料可以为透明导电材料，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通过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/不(半)透明导电材料或是金属材料/透明导电材料。
第一电极502与第二电极504间被支撑物508所支撑而形成一腔室510，腔室的长度为D。第二电极504与第三电极506间也被支撑物512所支撑。
在调整元件500为“开”的状态下，在第一电极502与第二电极504间的腔室510维持D的长度，当入射光514由第一电极502一侧入射并在通过在第一电极502与第二电极504间的腔室510内发生光干涉作用后，入射光514所有的可见光频谱的波长中，仅有符合公式1.1的波长可以产生建设性干涉，通过第二电极504的反射穿透第一电极502而输出。其中，反射光的频率和腔室的长度有关。
请参照图5B，图5B是调整元件中第三电极的功能的剖面示意图。第三电极506为一操作电极，在第三电极506上可以施加一电压V1，由于第二电极504为一可变形的反射电极，第二电极504会受到第三电极506上的电压V1的影响，可以因被吸引或被排斥而靠近(位置5041)或远离(位置5042)第三电极506改变了第一电极502与第二电极504间的距离，也就是腔室501的长度由D改变成D1或D2。由公式1.1可知，腔室501长度的改变可以改变反射光的波长而得到不同的色光，例如红光、绿光或蓝光。
请继续参照图5B，由现有技术可知，在第一电极502与第二电极504间加上一电压V2，在电压V2的驱动下，可以变形的第二电极504因为静电吸引力而产生形变，向第一电极502的方向塌下(位置5043)，而使调整元件500处于“关”的状态，不反射出任何可见光。
针对光干涉式单色平面显示器而言，与现有技术相比之下，利用本实施例的调整元件作为像素单元并不会增加制造的步骤，但如果因制造上的偏差而使腔室的长度并非原先设计的长度，或是因制造上的偏差而使镜面电极的特性偏离所设计的反射光波长时，可以利用第三电极上施加的电压来微调调整元件内腔室的长度，来修正可能的制造误差，以提高产品的合格率。
实施例2请参照图6，图6是根据本发明第二较佳实施例的一种调整元件阵列剖面示意图。一调整元件阵列600，该调整元件阵列600具有三个平行的调整元件602、604及606，三个调整元件602、604及606可以构成一像素，其中，每一调整元件可做为一可变色像素单元。每一调整元件的结构均与实施例1中的相同。将一控制电路608连结到第三电极6023、6043及6063之上，控制电路608可以分别或同时对第三电极6023、6043及6063施加相同或不同的电压，由于第二电极6022、6042及6062为一可变形的反射电极，第二电极6022、6042及6062会受到第三电极6023、6043及6063上的电压的影响，可以因被吸引或被排斥而改变了第一电极6021、6041及6061与第二电极6022、6042及6062间的距离，也就是腔室的长度，而使调整元件602、604及606所具有不同的腔室6102、6104及6106具有不同的长度d1、d2及d3。在调整元件602、604及606为“开”的状态下，由公式1.1可知，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。
同样的，由现有技术可知，将一驱动电路612连结到调整元件602、604及606之上，驱动电路612可以分别或同时在该第一电极6021、6041及6061与该第二电极6022、6042及6062间施加一电压，在电压的驱动下，可以变形的第二电极6022、6042及6062因为静电吸引力而产生形变，向该第一电极6021、6041及6061的方向塌下，而使调整元件602、604及606分别或同时处于“关”的状态，而产生红光、绿光、蓝光、两两混合的色光或不反射出任何可见光。
根据本实施例的调整元件的阵列所组成的彩色平面显示器，保留了现有阵列式彩色平面显示器的优点，具有高分辨率及高亮度，同时也具有现有多层式彩色平面显示器的优点，即制造简易而且产品合格率高。
相比于现有阵列式彩色平面显示器而言，本实施例的调整元件的阵列中腔室的长度相同，腔室长度的变化由控制电路所控制，而不是在制造过程中来形成不同腔室长度的调整单元，制造简易且及产品合格率高。
相比于现有多层式彩色平面显示器而言，本实施例的调整元件的阵列，所有可用来产生反射色光的调整元件位于同一平面上，入射光不需穿透多层的调整元件以反射出不同的色光，因此具有高分辨率及高亮度，而且，现有多层式彩色平面显示器为了使入射光有效穿过位于前位置的调整元件到达后位置的调整元件，以及后位置调整元件中光干涉的结果(绿光波长或蓝光波长的反射光)能有效地穿透前位置调整元件，三类型调整元件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，制造过程看似简单，但实际上仍是相当的复杂。相比之下，本发明的调整元件的阵列的制造的复杂度并不高于现有制造的复杂度。
除了具备现有两种光干涉式彩色平面显示器的优点外，本发明还可以利用第三电极上施加的电压来微调调整元件内腔室的长度，用于修正可能因制造误差而产生的腔室长度的偏差，以提高产品合格率。
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。
权利要求
1.一种可变色像素单元，其特征在于，该可变色像素单元至少包含一第一电极；一操作电极，与该第一电极约成并列排列；以及一第二电极，介于该第一电极与该操作电极之间并约成并列排列，其中该第二电极与该第一电极间形成一腔室，其中该腔室的长度可使一入射光在该腔室内发生干涉，而使该入射光中特定波长的部分得以被反射而透出该可变色像素单元，在该操作电极与该第二电极间施加一电压来改变该腔室的长度，以获得不同波长的反射光。
2.根据权利要求1所述的可变色像素单元，其特征在于，可以形成一光干涉式彩色平面显示器，该光干涉式彩色平面显示器至少包含一控制电路；一驱动电路；以及一可变色像素单元阵列；其中该控制电路与该操作电极电性连接以控制该可变色像素单元中的一腔室的长度而能反射特定波长的可见光，该驱动电路电性连接该第一电极与该第二电极以控制该可变色像素单元的开关。
3.根据权利要求1或2所述的可变色像素单元，其特征在于，该第一电极至少包含一基材；一吸收层；以及一介电层。
4.根据权利要求3所述的可变色像素单元，其特征在于，该基材为透明导电材料。
5.根据权利要求3所述的可变色像素单元，其特征在于，该介电层的材料可以为氧化硅、氮化硅或金属氧化物。
6.根据权利要求3所述的可变色像素单元，其特征在于，该吸收层可以为金属。
7.根据权利要求3所述的可变色像素单元，其特征在于，该基材为铟锡氧化玻璃或铟锌氧化玻璃。
8.根据权利要求1或2所述的可变色像素单元，其特征在于，该第一电极与该第二电极选自于窄波带镜面、宽波带镜面、非金属镜及金属镜或其组合所组成的族群。
9.根据权利要求1或2所述的可变色像素单元，其特征在于，该第二电极为可以产生上下形变的电极。
10.根据权利要求1或2所述的可变色像素单元，其特征在于，该第二电极为可以移动的电极。
11.根据权利要求1或2所述的可变色像素单元，其特征在于，该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。
12.根据权利要求11所述的可变色像素单元，其特征在于，该半透明导电材料可以为铟锡氧化玻璃或铟锌氧化玻璃。
13.根据权利要求1或2所述的可变色像素单元，其特征在于，还包括多个支撑物位于该第一电极与该第二电极之间及该第二电极与该操作电极之间。
全文摘要
一种可变色像素单元，至少包含一第一电极、一第二电极与一第三电极，其中，三个电极约成并列排列，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通过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。在第三电极上施加一电压来改变第一电极与第二电极间的距离，可以获得不同频率的反射光。
文档编号G02F1/31GK1534330SQ0310775
公开日2004年10月6日 申请日期2003年3月28日 优先权日2003年3月28日
发明者蔡熊光 申请人:元太科技工业股份有限公司