光干涉式显示单元的制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种光干涉式显示面板的制造方法，且特别是有关于一种具有支撑臂的支撑物的光干涉式显示面板的制造方法。
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)、有机电激发光二极管(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阵列(Array of Modulation)，可用来作为平面显示器。请参见图1，图1显示了现有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，另一则为一以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，对显示单元100而言处于“开”的状态。
第一墙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。当入射光穿过第一墙时，入射光的部分强度为吸收层所吸收。其中，形成基材的材质可以为导电透明材质，例如氧化铟锡玻璃(ITO)或是氧化铟锌玻璃(IZO)，形成吸收层的材质可以为金属，例如铝、铬、银等等。形成介电层地材质可以为氧化硅、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。第二墙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。一般而言形成第二墙的材质可以为介电材质/导电透明材质或是金属材质/导电透明材质。
图2是现有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，墙104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，由墙104的反射穿透墙102而输出。墙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，对显示单元100而言处于“关”的状态。
请再参照图1，显示单元100中的支撑物106一般由负光阻材质所形成。请参照图3A至图3C，图3A至图3C显示了现有显示单元的制造方法。请参照图3A，在一透明基材109上先依序形成第一墙102及牺牲层110，再于墙102及牺牲层110中形成开口112以适用于形成支撑物于其内。接着，在牺牲层110上旋涂上一负光阻层111并填满开口112，形成负光阻层111的目的在于形成位于第一墙102与第二墙(未显示于图上)间的支撑物。由箭头113的方向，向透明基材109的方向对位于开口112内的光阻层进行背面曝光。为了背面曝光制造工序的需求，牺牲层110必须为不透明的材质，一般为金属材质。
请参照图3B，去除为曝光的负光阻层而留下支撑物106于开口112之内。然后，形成墙104于牺牲层110及支撑物106之上。请参照图3C，最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层110而形成腔室114，腔室114的长度D即为牺牲层110的厚度。因此，必须在不同显示单元的制造工序中使用不同厚度的牺牲层，以达成控制反射出不同波长的光线的目的。
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阵列已足够，但对于彩色平面显示器而言，显示单元100显然不够。现有的作法是制造具有不同腔室长度的三个显示单元而成为一个像素，如图4所示，图4是现有阵列式彩色平面显示器剖面示意图。在同一基材300上分别形成三个显示单元302、304及306阵列，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，三个显示单元必需要分别制造。
如图5A至图5D所示，图5A至图5D显示现有阵列式彩色平面显示器制造方法的剖面示意图。请参照图5A，在一透明基材300上先依序形成第一墙310及第一牺牲层312，再于第一墙310及牺牲层312中形成开口314、316、318及320以定义出显示单元302、304及306预定形成的位置。接着，形成共型的第二牺牲层322于第一牺牲层312之上及开口314、316、318及320之内。
请参照图5B，以一微影蚀刻制造工序移除开口314及316内及其间的第二牺牲层322后，形成共型的第三牺牲层324于第一牺牲层312及第二牺牲层322之上和开口314、316、318及320之内。
请参照图5C，以一微影蚀刻制造工序保留开口318及320间的第三牺牲层324而移除第三牺牲层324其它部分。接着，旋涂一负光阻于第一牺牲层312、第二牺牲层322及第三牺牲层324之上和开口314、316、318及320之内并填满所有开口而形成负光阻层326，负光阻层326的目的在于形成位于第一墙310与第二墙(未显示于图上)间的支撑物(未显示于图上)。
请参照图5D，由透明基材300的方向对位于开口314、316、318及320内的光阻层进行背面曝光。为了背面曝光制造工序的需求，至少第一牺牲层312必须为不透明的材质，一般为金属材质。去除未曝光的负光阻层326而留下支撑物328于开口314、316、318及320内。接着，形成第二墙330共型覆盖于第一牺牲层312、第二牺牲层322及第三牺牲层324及支撑物328之上。
最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除第一牺牲层312、第二牺牲层322及第三牺牲层324而形成如图4所示的显示单元302、304及306，三显示单元302、304及306的腔室长度d1、d2、d3分别为第一牺牲层312、第一牺牲层312和第二牺牲层322及第一牺牲层312、第二牺牲层322和第三牺牲层324的厚度。因此，必须在不同显示单元的制造工序中使用不同厚度的牺牲层，以达成控制反射出不同波长的光线的目的。
现有制造阵列式彩色平面显示器至少需要三道微影蚀刻制造工序，以定义显示单元302、304及306的腔室长度。为了配合背面曝光以形成支撑物，必须使用金属材质作为牺牲层，复杂的制造工序本身而言成本较高，更严重的是由于复杂的制造工序而使得合格率无法提升。
因此，提供一种简易的光干涉式显示单元结构制造方法来制造同时具有高分辨率、高亮度、制造工序简易且制造工序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】
因此本发明的目的就是在提供一种光干涉式显示单元结构制造方法，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。
本发明的另一目的是在提供一种光干涉式显示单元结构制造方法，适用于制造彩色光干涉式显示面板，制造工序简易而且制造工序合格率高。
本发明的又一目的是在提供一种光干涉式显示单元结构制造方法，适用于制造具有支撑物的彩色光干涉式显示面板。
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的制造方法，在一透明基材上先依序形成第一墙及牺牲层，再在第一墙及牺牲层中形成开口以适用于形成支撑物于其内。接着，在牺牲层上旋涂上一第一光阻层并填满开口。以一微影制造工序图案化光阻层而定义出具有第一支撑臂的支柱做为一支撑物及定义第一支撑层的长短。接着，再旋涂上至少一第二光阻层于第一光阻层及牺牲层上，以定义第二支撑层，其中第一支撑层和第二支撑层构成一支撑臂。由于光阻层的曝光是借助于一光罩，所以牺牲层不再必须为金属等不透明的材质，一般介电材料也适用于作为牺牲层。
在牺牲层及支撑物上方形成一第二墙，再对支撑物进行一硬烤(Baking)，支撑物的支撑臂由于应力作用，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墙的位置。最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层而形成腔室，由于支撑臂的位移，腔室的长度D不会等同牺牲层的厚度。
由于支撑臂厚度的差异而造成不同的长度与厚度的比值，使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，而非如现有技术那样须在不同显示单元的制造工序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，成本的降低。现有腔室的厚度即为牺牲层的厚度，牺牲层在制造工序的最后需被移除。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、制造工序时间的缩短。现有金属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。本发明因利用光罩做正面曝光，因此牺牲层可以采用透明的材质，例如介电材质，而非如现有技术必须使用金属等不透明材质。另外，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，再者，介电材质的使用也使结构释放蚀刻的速度加快，这也可以减少结构释放蚀刻所需的时间。第三、支撑臂的长度会减小光干涉式显示单元的有效反射面积，若只以具有不同长度支撑臂的支撑物来形成彩色光干涉式显示面板时，不同色光的光干涉式显示单元的有效反射面积不同，会使反射光的强度出现差异。再者，支撑臂若为光阻材质，一般旋涂所形成的光阻层厚度有限，在经热制造工序位移后对第二墙支撑的结构强度可能不足。因此，利用支撑物的支撑臂的厚度差异来改变支撑臂长度与厚度比以改变支撑臂的应力，可以使得不同色光的光干涉式显示单元的有效反射面积相近，也可以加强支撑臂的结构强度。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(R)、绿光(G)或蓝光(B)。
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的制造方法。每一阵列式彩色平面显示器单元具有三个光干涉式显示单元。在一透明基材上先依序形成第一墙及牺牲层，再在第一墙及牺牲层中形成开口以适用于形成支撑物于其内并定义第一光干涉式显示单元、第二光干涉式显示单元及第三光干涉式显示单元。接着，在牺牲层上旋涂上一第一光阻层并填满开口。以一微影制造工序图案化光阻层而定义出具有第一支撑层的支柱做为一支撑物及定义支撑臂的长短。接着，再旋涂上一第二光阻层于第一光阻层及牺牲层上，以一微影制造工序图保留位于第二光干涉式显示单元及第三光干涉式显示单元的第一支撑层上的第二光阻层而形成第二支撑层。接着，再旋涂上一第三光阻层于第一光阻层、第二光阻层及牺牲层上，以一微影制造工序图保留位于第三光干涉式显示单元的第二支撑层上的第三光阻层而形成第三支撑层。第一支撑层构成第一光干涉式显示单元的第一支撑臂，第一支撑层与第二支撑层构成第二光干涉式显示单元的第二支撑臂而第一支撑层、第二支撑层及第三支撑层构成第二光干涉式显示单元的第三支撑臂。三个光干涉式显示单元的支撑臂长度相同但厚度不同。由于光阻层之曝光是借助于一光罩，所以牺牲层不再必须为金属等不透明材质，一般介电材料也适用于作为牺牲层。
在牺牲层及支撑物上方形成一第二墙，再对支撑物进行一硬烤(Baking)，三个光干涉式显示单元的支撑臂长度与厚度比值不同，所以应力也不相同，经热制造工序后三个光干涉式显示单元的支撑臂位移量不同支撑物的支撑臂由于应力作用，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墙的位置。最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层而形成腔室，由于支撑臂的位移，腔室的长度D不会等同牺牲层的厚度。
第一墙即为第一电极而第二墙是第二电极。每一光干涉式显示单元支撑臂的长度不同，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(R)、绿光(G)或蓝光(B)而能得到一阵列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阵列所组成的彩色平面显示器，具有高分辨率及高亮度，同时每一光干涉式显示单元具有相近的有效反射面积，制造工序简易而且制造工序合格率高。由此可知，本发明所揭露的光干涉式显示单元可以得到色调均匀，高分辨率、高亮度、制造工序简易及制造工序合格率高之外，更可以增加制造工序时的裕度，提高光干涉式彩色平面显示器的制造工序合格率。
【附图说明】
图1是现有显示单元的剖面示意图；
图2是现有显示单元加上电压后的剖面示意图；
图3A至图3C是现有显示单元的制造方法；
图4是现有阵列式彩色平面显示器剖面示意图；
图5A至图5D是现有阵列式彩色平面显示器制造方法之剖面示意图；
图6A至图6C是本发明较佳实施例的一种光干涉式显示单元的制造方法；
图6D是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7A至图7F是依照本发明第二较佳实施例的一种阵列式彩色平面显示器结构的制造方法。
其中，附图标记说明如下：
100、302、304、306、630、632、634：光干涉式显示单元
102、104、310、330：墙
106、328、512、616、618、620、622：支撑物
108、114：腔室
109、300、501、601：基材
110、312、322、324、506、604：牺牲层
111、326：负光阻层
112、314、316、318、320、508、606、608、610、612：开口
113：箭头
502、504、602、644：镜面电极
510、614、624、626：材质层
514、6161、6181、6201、6221：支柱
5121、5122、5123、5124：支撑层
516、518、636、638、640、642、646、648：支撑臂
520：腔室
504’、516’、518’：虚线
6162、6182、6183、6202、6203、6222、6241、6242、6243、6244、6261、6262：支撑层
R：红光
G：绿光
B：蓝光
D、D’、d、d1、d2、d3：长度
【具体实施方式】
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
图6A至图6C是本发明较佳实施例的一种光干涉式显示单元的制造方法。请先参照图6A，在一透明基材501上先依序形成第一电极502及牺牲层506，其中，牺牲层506可以采用透明的材质，例如介电材质，或是不透明材质，例如金属材质。以一微影蚀刻制造工序在第一电极502及牺牲层506中形成开口508，开口508适用于形成支撑物于其内。
接着，在牺牲层506形成一第一材质层510并填满开口508。第一材质层510适用于形成支撑物，一般可以使用感光材质，例如光阻，或是非感光的聚合物材质，例如聚酯或聚醯等等。若是使用非感光材质形成材质层，则需一微影蚀刻制造工序在第一材质层510上定义出支撑物。在本实施例中系以感光材质来形成第一材质层510，故仅需以一微影制造工序图案化第一材质层510。
请参照图6B，经一微影制造工序图案化第一材质层510而定义出支撑物512，支撑物512具有支柱514位于开口508之内及第一支撑层5121与5122。第一支撑层5121与5122的长短由同一微影制造工序来定义。接着，再于牺牲层506及第一支撑层5121与5122上形成一第二材质层(未显示于图上)，再由一微影制造工序图案化第二材质层而移除位于牺牲层506上的第二材质层而在第一支撑层5121与5122上形成第二支撑层5123与5124。因此，第一支撑层5121与第二支撑层5123形成第一第一支撑臂516而第一支撑层5122与第二支撑层5124形成第二支撑臂518。在牺牲层506及支撑物512上方形成一第二电极504。
最后，请参照图6C。进行一热制造工序，例如一硬烤(Baking)，支撑物512的第一支撑臂516及第二支撑臂518由于应力作用，第一支撑臂516及第二支撑臂518以支柱514为轴会产生位移，第一支撑臂516及第二支撑臂518接近支柱514的一端位移量较小，而第一支撑臂516及第二支撑臂518的末端具有较大的位移量。第一支撑臂516及第二支撑臂518的位移会改变第二电极504的位置。最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层而形成腔室520。
当第一材质层510为光阻材质时，旋涂所形成的光阻层厚度有限，因此，所形成的支撑层5121及5122会有结构强度不足的问题，由第二支撑层5123与5124的形成可以增加第一支撑层5121及5122的厚度而加强其结构强度。
由图6A至图6C所制造的光干涉式显示单元如图6D所示，图6D是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是选自于窄波带(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集合。
第一电极502与第二电极间由支撑物512所支撑。支撑物512的第一支撑臂516及第二支撑臂518向上翘起。在现有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间由支撑物512所支撑而形成一腔室520。支撑物512具有第一支撑臂516及第二支撑臂518，第一支撑臂516及第二支撑臂518的长度和厚度的比值决定第一支撑臂516及第二支撑臂518的应力，虚线516’及518’标示第一支撑臂516及第二支撑臂518进行热制造工序前的位置，当经过热制造工序之后，第一支撑臂516及第二支撑臂518会产生位移，如，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520由原来的D的长度改变成D’的长度，由于腔室520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，第一支撑臂516及第二支撑臂518的长度厚度比值介于5至50之间时，腔室520的长度D’约为牺牲层的厚度D的1.5倍至3倍。当然，也可以改变第一支撑臂516及第二支撑臂518的长度厚度比值而使硬烤后的腔室520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，亚克力(Acrylic)树酯、环氧树酯等等。
实施例2
图7A至图7F是依照本发明第二较佳实施例的一种阵列式彩色平面显示器结构的制造方法。请先参照图7A，在一透明基材601上先依序形成第一电极602及牺牲层604，其中，牺牲层604可以采用透明的材质，例如介电材质，或是不透明材质，例如金属材质。以一微影蚀刻制造工序于第一电极602及牺牲层604中形成开口606、608、610、612，开口606、608、610、612适用于形成支撑物于其内。
接着，在牺牲层604之上形成一第一材质层614并填满开口606、608、610、612。四个开口606、608、610、612两两定义出光干涉式显示单元630、632及634的位置。第一材质层614适用于形成支撑物，一般可以使用感光材质，例如光阻，或是非感光的聚合物材质，例如聚酯或聚醯等等。若是使用非感光材质形成材质层，则需一微影蚀刻制造工序在第一材质层614上定义出支撑物。在本实施例中以感光材质来形成第一材质层614，故仅需以一微影制造工序图案化第一材质层614。
请参照图7B，由一微影制造工序图案化第一材质层614而定义出支撑物616、618、620、622，支撑物616、618、620、622分别具有支柱6161、6181、6201、6221位于开口606、608、610、612之内及第一支撑层6162、6182、6183、6202、6203、6222。第一支撑层6162、6182、6183、6202、6203和6222的长度相同。接着在牺牲层604及第一支撑层6162、6182、6183、6202、6203和6222之上形成一第二材质层624。
请参照图7C。由一微影制造工序图案化第二材质层624，使第二材质层624保留于第一支撑层6183、6202、6203、6222之上而分别形成第二支撑层6241、6242、6243、6244。再来，在牺牲层604及第二支撑层6241、6242、6243、6244上形成一第三材质层626。
请参照图7D。由一微影制造工序图案化第三材质层626，使第三材质层626保留于第二支撑层6243、6244之上而形成第三支撑层6261、6262。第一支撑层6162、6182构成光干涉式显示单元630的支撑臂，第一支撑层6183、6202分别与第二支撑层6241、6242构成光干涉式显示单元632的支撑臂636及638，第一支撑层6203、6222分别与第二支撑层6243、6244及第三支撑层6261、6262构成光干涉式显示单元634的支撑臂640及642。接着，在牺牲层604及支撑臂6162、6182、636、638、640及642上方形成一第二电极644。
请参照图7E。进行一热制造工序，例如一硬烤(Baking)，光干涉式显示单元630、632、634的支撑臂6162、6182、636、638、640及642由于应力作用，支撑臂6162、6182、636、638、640及642以支柱6161、6181、6201、6221为轴会产生位移，支撑臂6162、6182、636、638、640及642接近支柱6161、6181、6201、6221的一端位移量较小，而支撑臂6162、6182、636、638、640及642的末端具有较大的位移量。支撑臂6162和6182、636和638、640和642两两位移的大小相同但三组支撑层间的位移量不同，因此，支撑臂6162和6182、636和638、640和642的位移对第二电极644所造成位置的改变量也不同。
最后，请参照图7F。以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层604而形成光干涉式显示单元630、632及634的腔室6301、6321及6341。腔室6301、6321及6341具有不同的长度d1、d2及d3。在光干涉式显示单元630、632及634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(R)、绿光(G)或蓝光(B)。
由于腔室6301、6321及6341的长度d1、d2及d3并非由牺牲层的厚度来决定，而是由支撑臂6162、6182、636、638、640及642的厚度来决定，因此，不需如现有复杂的微影制造工序来形成厚度不同的牺牲层来定义出不同的腔室长度。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，但是并非用以限定本发明，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所作出的等效结构变换，均包含在本发明的专利范围内。