光干涉式显示单元结构及制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种光干涉式显示面板的制造方法，特别是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)和电浆显示器(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数组(Array of Modulation)，可用来作为平面显示器。请参见图1，图1为公知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型变的反射层。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地方向观察，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，形成基材的材料可以为导电透明材料，例如氧化铟锡玻璃(ITO)或是氧化铟锌玻璃(IZO)，形成吸收层的材料可以为金属，例如铝、铬、银等等。形成介电层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料可以为介电材料/导电透明材料或是金属材料/导电透明材料。
图2为公知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型变，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106一般是由负光阻材料所形成。请参照图3A至图3C，图3A至图3C为公知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(未绘示于图上)间的支撑物之用。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。为了背面曝光工艺的需求，牺牲层110必须为不透明的材料，一般为金属材料。
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工艺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数组已足够，但对于彩色平面显示器而言，显示单元100显然不够。公知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为公知数组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数组，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)。显示单元数组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。
请参照图5A至图5D，图5A至图5D为公知数组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，以一微影蚀刻工艺移除开口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，以一微影蚀刻工艺保留开口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(未绘示于图上)间的支撑物(未绘示于图上)。
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。为了背面曝光工艺的需求，至少第一牺牲层312必须为不透明的材料，一般为金属材料。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、第一牺牲层312和第三牺牲层324的厚度。因此，必须在不同显示单元的工艺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。
公知制造数组式彩色平面显示器至少需要三道微影蚀刻工艺，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，必须使用金属材料作为牺牲层，复杂的工艺本身而言成本较高，更严重的是由于复杂的工艺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、工艺简易且工艺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】
本发明的主要目的，在于提供一种光干涉式显示单元结构，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，在于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，工艺简易而且工艺合格率高。
本发明的又一目的，在于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。
本发明的上述目的是这样实现的，在本发明一较佳实施例中提出的一种光干涉式显示单元结构，具有第一电极及第二电极，两电极间以支撑物支撑，其特征在于，形成不同厚度的第二电极而使第二电极具有不同的应力，借助热工艺使第二电极因应力而产生位移，借此改变第一电极与第二电极间的距离。而其制造方法，在一透明基材上先依序形成第一墙及牺牲层，再于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。以微影工艺图案化光阻层而定义出支撑物于开口中，支撑物可具有至少一支撑臂位于支撑物的顶端及牺牲层之上。
在牺牲层及支撑物上方形成一第二墙，第二墙的厚度依所堆栈的膜层数及各膜层厚度的不同而具有不同的应力再进行一热工艺之后，例如一硬烤(Baking)，第二墙的应力会使第一墙与第二墙间的腔室长度产生变化。若支撑物具有支撑，则腔室长度则由支撑臂及第二墙的总应力而定。最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层而形成腔室，由于第二墙的应力造成第二墙的位移，腔室的长度D不会等同牺牲层的厚度。
另外，支撑物也可以具有至少一支撑臂，由于支撑臂厚长度与厚度的比值，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，可以利用支撑臂长度与厚度的比值及第二墙的厚度所造成的应力来控制腔室的长度，而非如公知须在不同显示单元的工艺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。公知腔室的厚度即为牺牲层的厚度，牺牲层在工艺的最后需被移除。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、工艺时间的缩短。公知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料，例如介电材料，而非如公知必须使用金属等不透明材料。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，介电材料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。因此，利用第二墙的厚度所造成的应力来控制腔室的长度，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。在硬烤之后因为不同厚度的第二墙的位移量不同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数组式彩色平面显示器结构的制造方法。每一数组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，再于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。以一微影工艺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，在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上的牺牲层及支撑物上方形成一第一第二墙，再于第二光干涉式显示单元及第三光干涉式显示单元上的第一第二墙上形成一第二第二墙，接着再于第三光干涉式显示单元上的第二第二墙上形成一第三第二墙。三个光干涉式显示单元上的第二墙的厚度因此而产生差异。由于光阻层的曝光系借助于一光罩，所以牺牲层不再必须为金属等不透明的材料，一般介电材料也适用于作为牺牲层用。
再进行一硬烤(Baking)，三个光干涉式显示单元的第二墙的长度与厚度比值不同，所以应力也不相同，经热工艺后三个光干涉式显示单元的第二墙位移量不同而改变位置。最后，以结构释放蚀刻(Release Etch Process)移除牺牲层而形成腔室，由于第二墙的位移，腔室的长度D不会等同牺牲层的厚度。
第一墙即为第一镜面电极而第二墙是第二镜面电极。每一光干涉式显示单元的第二镜面电极的厚度不同，具有不同的应力，因此在硬烤过后产生的位移量不同，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)而能得到一数组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数组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，工艺简易而且工艺合格率高。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、工艺简易及工艺合格率高之外，还可以增加工艺时的裕度，提高光干涉式彩色平面显示器的工艺合格率。
下面，结合本发明的具体实施例及其附图，对本发明的技术特征及技术内容作进一步详细地说明，然而，所示附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限定。
【附图说明】
图1为公知显示单元的剖面示意图；
图2为公知显示单元加上电压后的剖面示意图；
图3A至图3C为公知显示单元的制造方法；
图4为公知数组式彩色平面显示器剖面示意图；
图5A至图5D为公知数组式彩色平面显示器制造方法的剖面示意图；
以及
图6A至图6E为依照本发明较佳实施例的一种数组式彩色平面显示器结构的制造方法。
【具体实施方式】
在本发明的图1至图6中涉及如下图号：光干涉式显示单元100、302、304、306、630、632、634；墙102、104、310、330；支撑物106、328、616、618、620、622；腔室108、114、6301、6321、6341；基材109、300、601；牺牲层110、312、322、324、604；负光阻层111、326；开口112、314、316、318、320、606、608、610、612；箭头113；第一电极602；材料层614；支柱6161、6181、6201、6221；支撑臂6162、6182、6183、6202、6203、6222；镜面层624、626、628；第二电极636、638、640；红光R；绿光G；蓝光B。
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，现在于本发明实施例中详细说明如何运用本发明所揭露的光干涉式显示单元结构以数组方式排列以形成的光干涉式彩色平面显示器，并进一步由实施例的揭露来解释本发明的优点。
实施例1
图6A至图6F为依照本发明较佳实施例的一种数组式彩色平面显示器结构的制造方法。请先参照图6A，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可以采用透明的材料，例如介电材料，或是不透明材料，例如金属材料。以一微影蚀刻工艺于第一电极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形成一材料层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。材料层614适用于形成支撑物用，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，则需一微影蚀刻工艺在材料层614上定义出支撑物。在本实施例中是以感光材料来形成材料层614，故仅需以一微影工艺图案化材料层614。
请参照图6B，经由一微影工艺图案化材料层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之内及支撑臂6162、6182、6183、6202、6203、6222。支撑臂6162、6182、6183、6202、6203和6222的长度相同。因此，光干涉式显示单元630、632及634的有效反射面积相当。
请参照图6C。接着，在牺牲层604及支撑臂6162、6182、6183、6202、6203和6222上方形成一第一镜面层624、在光干涉式显示单元632及634上的第一镜面层624形成一第二镜面层626以及在光干涉式显示单元634上的第二镜面层626形成一第三镜面层628，其中，第一镜面层624构成光干涉式显示单元630的第二电极636，第一镜面层624及第二镜面层626构成光干涉式显示单元632的第二电极638以及第一镜面层624、第二镜面层626及第三镜面层628构成光干涉式显示单元634的第二电极640。形成第二镜面层636、638及640的方法不只一种，需视所使用的材料而定。当上下两层镜面层所使用的材料相同时，可利用一沉积工艺形成所需的厚度后再以微影工艺及时间控制(Time Control)蚀刻移除部分形成镜面层的材料以在不同光干涉式显示单元上形成厚度不同的第二电极。当上下两层镜面层所使用的材料不同时，则在沉积工艺形成不同镜面层之后再以微影工艺及选择性蚀刻移除部分形成镜面层的材料以在不同光干涉式显示单元上形成厚度不同的第二电极。形成第二电极的材料可以为介电材料/导电不(半)透明材料或是金属材料/导电透明材料。
请参照图6D。进行一热工艺，例如一硬烤(Baking)，光干涉式显示单元630、632、634的第二电极636、638及640会有应力作用。另外，支撑臂6162、6182、6183、6202、6203和6222以支柱6161、6181、6201、6221为轴会产生位移，支撑臂6162、6182、6183、6202、6203和6222接近支柱6161、6181、6201、6221的一端位移量较小，而支撑臂6162、6182、6183、6202、6203和6222的末端具有较大的位移量。但每一组支撑臂6162和6182、6183和6202、6203和6222所遭遇的第二电极636、638及640的应力不一样，因此，会造成第二电极636、638及640产生的位移量也不同。
最后，请参照图6E。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并非借助牺牲层的厚度来决定，而是借助第二电极636、638及640的厚度来决定，因此，不需如公知复杂的微影工艺来形成厚度不同的牺牲层来定义出不同的腔室长度。
本发明并不受限于支撑物的支撑臂的有无，在无支撑臂的情形，第二电极也会因厚度不同，在热工艺之后产生不同的应力而有不同的位移量。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此类技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变更和修饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求范围为准。