具有集成式光學結構的空間光調製器的製作方法
2023-07-10 02:04:46 1
專利名稱：具有集成式光學結構的空間光調製器的製作方法
技術領域：
本發明涉及對例如幹涉式調製器等空間光調製器的製造及性能的改良。
背景技術：
空間光調製器為顯示裝置，其包含由可單獨尋址的光調製元件形成的陣列。空間光調製器的實例包括液晶顯示器及幹涉式調製器陣列。此種裝置中的光調製元件通常通過改變經由各單獨元件所反射或透射的光的特性，從而改變顯示外觀來起作用。
發明內容
隨著空間光調製器變得越來越先進，本發明的發明者預計與通過當前製造工藝流程製作空間光調製器相關的困難也會隨之增大。因此，本發明的發明者已開發出具有集成式光學補償結構的空間光調製器及其製作方法。
一實施例提供一種空間光調製器，其包括一襯底；複數個布置於所述襯底上並經構造以調製光的可單獨尋址的光調製元件；及一光學補償結構；其中所述光學補償結構布置於所述襯底與所述複數個可單獨尋址的光調製元件之間。在某些實施例中，所述光學補償結構為一無源式光學補償結構。
一實施例提供一種空間光調製器，其包括一襯底；複數個布置於所述襯底上並經構造以調製光的可單獨尋址的光調製元件；及一光學補償結構；其中所述複數個可單獨尋址的光調製元件布置於所述襯底與所述光學補償結構之間。所述光學補償結構包括一濾色鏡、黑色掩膜、及抗反射層中的至少一者。
另一實施例提供一種製作一空間光調製器的方法，所述方法包括在一透明襯底上製作一光學補償結構；並在所述光學補償結構上製作複數個可單獨尋址的光調製元件，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製經由所述透明襯底透射的光。在某些實施例中，製作所述光學補償結構包括製作一無源式光學補償結構。
另一實施例提供一種用以製作一空間光調製器的方法，所述方法包括在一襯底上製作複數個可單獨尋址的光調製元件；並在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作一光學補償結構，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製經由所述光學補償結構透射的光。所述光學補償結構包括一濾色鏡、掩膜、及抗反射層中的至少一者。
另一實施例提供一種空間光調製器，其包括一透明襯底；複數個布置於所述透明襯底上並經構造以調製經由所述透明襯底透射的光的可單獨尋址的幹涉式光調製元件，所述幹涉式光調製元件包括一空腔及一可移動壁；及至少一布置於所述透明襯底與所述複數個可單獨尋址的幹涉式光調製元件之間的光學補償結構，所述光學補償結構包括一濾色鏡或漫射體。
另一實施例提供一種空間光調製器，其包括一襯底；一用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件；一用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件；其中所述用於補償所述光的構件以操作方式布置於所述襯底與所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件之間。在某些實施例中，所述用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件為一用於以無源方式補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件。
另一實施例提供一種空間光調製器，其包括一襯底；一用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件；及一用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件；其中所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件以操作方式布置於所述襯底與所述用於補償所述光的構件之間。所述用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件包括一濾色鏡、黑色掩膜、及抗反射層中的至少一者。
另一實施例提供一種根據一種方法製成的空間光調製器，所述方法包括在一透明襯底上製作一光學補償結構；並在所述光學補償結構上製作複數個可單獨尋址的光調製元件，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述透明襯底的光。
另一實施例提供一種根據一種方法製成的空間光調製器，所述方法包括在一襯底上製作複數個可單獨尋址的光調製元件；並在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作-光學補償結構，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述光學補償結構的光。所述光學補償結構包括一濾色鏡、黑色掩膜、及抗反射層中的至少一者。
本文中所述的其它實施例在某些情況下還可實現簡化的製造。
在另一實施例中，一顯示區包括一黑白光調製元件及一濾色鏡。所述黑白光調製元件包括第一及第二反射表面及其間的一空腔。所述第二表面可相對於所述第一表面移動。所述濾色鏡經構造以在由白光照明時透射彩色光。所述濾色鏡相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的光輸出經所述濾色鏡過濾。
所述黑白光調製元件可包括一黑白幹涉式調製器。所述黑白幹涉式調製元件可包括於一由其它光調製元件(例如其它黑白調製元件)組成的陣列中。也可包括其他濾色鏡(可為一陣列形式)。具有不同響應的濾色鏡可用於不同的光調製元件以產生不同的色彩(例如紅、綠、及藍)。
在另一實施例中，一顯示區包括複數個光調製元件，所述光調製元件包括第一及第二反射表面及其間的一空腔。所述第二表面可相對於所述第一表面移動。所述顯示區進一步包括複數個濾色鏡元件，所述濾色鏡元件經構造以在由一較寬的波長範圍照明時透射一較窄的波長範圍。所述濾色鏡元件相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的光輸出經所述濾色鏡元件過濾。當所述光調製元件輸出光(例如白光)時，所述第一反射表面與所述第二反射表面分開一對於所述複數個光調製元件中的每一個而言均基本相等的距離。
所述光調製元件可包括黑白光調製元件。所述光調製元件可包括幹涉式調製器或其它類型的調製器。所述光調製元件可在處於(例如)一反射狀態下時輸出光。
所述複數個濾色鏡元件可包括兩個或三個或更多個經構造以產生不同色彩的輸出(例如紅、綠、及藍)的濾色鏡元件。所述濾色鏡元件可包括在由一較寬的波長範圍照明時透射一較窄的波長範圍的材料(例如像經過染色的光阻劑之類的經過染色的材料)。在各實施例中，此材料可在由白光照明時透射彩色光。
在另一實施例中，一顯示區包括複數個光調製元件及一濾色鏡陣列。所述光調製元件中的每一個均包括第一及第二反射表面及其間的一空腔。所述第二表面可相對於所述第一表面移動。所述濾色鏡陣列包括複數個經構造以在由一較寬的波長範圍照明時透射一較窄的波長範圍的濾色鏡元件。所述濾色鏡陣列相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的光輸出經所述濾色鏡元件過濾。當所述光調製元件輸出光(例如白光)時，所述第一反射表面與所述第二反射表面分開一對於所述複數個光調製元件中的每一個而言均基本相等的距離。所述濾色鏡元件中的至少兩個經構造以產生不同色彩的輸出。
另一實施例包括一種用以製造一顯示裝置的方法。在此方法中，提供一黑白光調製元件。所提供的黑白光調製元件包括第一及第二光學表面，其中所述第二光學表面可相對於所述第一光學表面移動。一濾色鏡相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的白光輸出經所述濾色鏡過濾。所述濾色鏡經構造以在由白光照明時透射彩色光。
所述黑白光調製元件可包括一黑白幹涉式調製器。所述黑白光調製元件可包括於一由其它光調製元件(例如其它黑白調製元件)組成的陣列中。也可包括其他濾色鏡(可為一陣列形式)。具有不同響應的濾色鏡可用於不同的光調製元件以產生不同的色彩(例如紅、綠、及藍)。
另一實施例包括一種用以製造一顯示區的方法。在此方法中，提供複數個分別包括第一及第二光學表面的光調製元件及其間的一空腔。當所述光調製元件輸出光時，所述第一反射表面與所述第二反射表面分開一對於所述複數個光調製元件中的每一個而言均基本相等的距離。濾色鏡元件相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的光輸出經相應濾色鏡元件過濾。在各實施例中，所述濾色鏡元件可包括經構造以在由一寬的波長範圍照明時透射一窄的波長範圍的材料。在某些實施例中，所述濾色鏡元件包括於一陣列中。所述陣列可包括至少兩個經構造以產生不同色彩的輸出的濾色鏡元件。
所述光調製元件可包括黑白光調製元件。所述光調製元件可包括幹涉式調製器或其它類型的調製器。所述光調製元件可在處於(例如)一反射狀態下時輸出光。
所述複數個濾色鏡元件可包括兩個或三個或更多個經構造以產生不同色彩的輸出(例如紅、綠、及藍)的濾色鏡元件。所述濾色鏡元件可包括例如像經染色的光阻劑之類的經染色材料的材料。所述材料可在由白光照明時透射彩色。
另一實施例包括一顯示裝置，所述顯示裝置包括用於產生一經調製的白光信號並包括第一及第二光學表面的構件，其中所述第二光學表面可相對於所述第一光學表面移動。所述顯示裝置進一步包括用於過濾經調製的白光信號以將所述白光信號變換成一彩色光信號的元件。
下文將更詳細地說明這些及其他實施例。
根據下文說明及附圖，將易知本發明的這些及其他方面，這些附圖旨在例示而非限定本發明，且在附圖中圖1A及1B說明一典型幹涉式調製器的一些特性(參見第2002/0126364 A1號美國專利公開案的圖1A及1B)。
圖2說明一典型幹涉式調製器的一些特性(參見第2002/0126364 A1號美國專利公開案的圖2)。
圖3A-3F說明製作於襯底中與駐留有一光調製元件陣列的表面相對置的表面上的光學補償薄膜(參見第2002/0126364 A1號美國專利公開案的圖6A-6F)。
圖4說明一製作於襯底中與駐留有一光調製元件的表面相對置的表面上的光學補償薄膜(漫射體)。
圖5A至5C說明包括集成式光學補償結構的空間光調製器的各實施例。
圖6說明一包括一散射光的集成式光學補償結構的空間光調製器的一實施例。
圖7A及7B說明包括集成式光學補償結構的空間光調製器的各實施例。
圖8說明一用以製作包括集成式光學補償結構的空間光調製器的製造工藝流程圖。
圖9說明一包括一集成式補償結構的空間光調製器的一實施例。
具體實施例方式
一較佳實施例為一包括至少一個集成式光學補償結構的幹涉式調製器。在一些構造中，該光學補償結構布置於襯底與幹涉式調製器的光調製元件之間。在其它構造中，光調製元件布置於襯底與光學補償結構之間。
幹涉式調製器的各種實例闡述於第2002/0126364 A1號美國專利公開案中。圖1及2說明一典型幹涉式調製器的一些特性(參見第2002/0126364 A1號美國專利公開案的圖1及2及對應文字)。參見圖1A及1B，兩個幹涉式調製器結構114及116各自包括一個副鏡102，所述副鏡102具有一使用各種已知技術中的任一種蝕刻到其上(外)表面103中的皺褶圖案104。所述皺褶並不貫穿上面形成有所述鏡的薄膜106，以使反射鏡的內表面108保持平滑。圖1B顯示副鏡上所蝕刻皺褶104的圖案及在蝕刻後剩下的平滑內表面112。皺褶圖案-其可形成多種幾何形態(例如矩形、金字塔形、圓錐形)-對反射鏡進行結構加強，從而使反射鏡更不易受材料應力變化的影響、減小總質量並防止在致動反射鏡時出現變形。
通常，將一未施加電壓或施加某個相對穩定狀態的電壓、或偏壓的幹涉式調製器視為處於靜止狀態並將反射一特定色彩，即靜止色彩。如在第2002/0126364 A1號美國專利公開案中所提及，靜止色彩取決於上面製作有副鏡的犧牲間隔層的厚度。
每一幹涉式調製器114、116均為矩形並通過支撐臂(例如120及122)在其四個角上連接至四根柱118。在某些情況(參見第2002/0126364 A1號美國專利公開案中的說明)中，幹涉式調製器陣列將在一所選恆定偏壓下工作。在這些情況下，副鏡102通常將保持一較不施加任何偏壓時更接近於對應主鏡128的靜止位置。製作具有不同尺寸支撐臂的幹涉式調製器能夠使每一幹涉式調製器的機械恢復力取決於其幾何結構。因此，在對多個幹涉式調製器施加相同偏壓時，每一幹涉式調製器均可通過控制支撐臂尺寸及其所得到的彈簧常數來保持一不同的偏置位置(距主鏡的距離)。支撐臂越厚，其彈簧常數就越大。因此，可由不同幹涉式調製器來顯示不同色彩(例如紅、綠、及藍)而無需沉積不同厚度的間隔層。而是，可使用單個間隔層(其在製作期間沉積且隨後被移除)，同時通過在用於界定所述臂的單個光刻步驟期間修改支撐臂尺寸來確定色彩。例如，在圖2中，將幹涉式調製器114、116二者均顯示成施加有相同偏壓的靜止狀態。然而，幹涉式調製器114的間隙間距126因其相應支撐臂的尺寸較大而大於幹涉式調製器116的間隙間距128。亦已知幹涉式調製器的各種其它實例。
第2002/0126364 A1號美國專利公開案還闡述各種用於在入射角度變化時使色移最小化的無源式光學補償結構及用於提供輔助照明的有源式光學補償結構。例如，如圖3A-3F中所示(參見第2002/0126364 A1號美國專利公開案的圖6A-6F)，可在襯底中與駐存有光調製元件陣列的表面相對置的表面上製作一光學補償薄膜。此種薄膜可按許多種方式設計並製作，並可彼此結合使用。
在圖3A中，一無源式光學補償薄膜600為一體積或表面凹凸全息膜。體積全息膜可通過將一光敏聚合物曝光至由兩個或更多個相干光源(例如雷射器)相交所形成的幹涉圖案來形成。通過使用適當頻率及光束定向，可在薄膜內形成任意的周期性折射率圖案。一表面凹凸全息膜可通過使用所屬領域的技術人員已知的任一數量的微製作技術來形成。隨後使用原圖來圖案化所述薄膜。此種薄膜可用於增強在一可界定的角度圓錐體內的光透射及反射，從而使離軸光最少化。以同軸光所觀察到的顯示器的色彩及亮度得到增強且因亮度在所述圓錐體之外顯著降低而使色移減小。
在圖3B中，針對一其中一無源式光學補償結構陣列606製作於襯底上的裝置604顯示另一方法。這些結構-其可使用第2002/0126364 A1號美國專利公開案中所提及的技術來製作-可視為由John D.Joannopoulos等人在「光子晶體(Photonic Crystals)」一書中所述的光子晶體。其實質上為展示出全方位幹涉的三維幹涉式陣列。此提供了設計可執行多種功能的波導的能力，包括將某些頻率的入射光引導至適當色彩的像素、或使某一入射角的光改變成一新的入射角、或二者的某一組合。
在一無源式光學補償結構的另一實例(圖3C中所見)中，一三層式聚合薄膜610包含懸浮粒子。所述粒子實際上為已製作成微觀板形式的單層或多層式電介質反射鏡。例如，可通過將多層電介質膜沉積到一聚合物薄片上來製作這些板，所述聚合物薄片在溶解時留下一膜，可將所述膜可按一種方式碾碎而形成所述板。隨後將所述板混合於一液晶前驅物中。通過在固化工藝期間施加電場，可使這些板的定向在製造期間固定。所述反射鏡可設計成使其只在一掠射角範圍內反射。因此，光根據相對於所述反射鏡的入射角而反射或透射。在圖3C中，層612經定向以將高入射角的光609更接近於垂直地反射入膜601中。層614將較低入射角的光613反射入一更垂直的路徑內。層616會修改甚至更低角度的入射光615。因為所述層對接近於垂直的光的影響微乎其微，所以其分別充當一單獨的「角度選擇性入射過濾器」，結果使隨機定向的入射光以更高的垂直度耦合至襯底中。此使透過此膜所觀察到的顯示器的色移最小化。
在一無源式光學補償結構的另一實例(其顯示於圖3D中)中，在裝置602中的一陣列中使用微透鏡622。每一透鏡622均可用於通過有效放大每一像素的有源區來增強顯示器的填充因數。此方法可單獨使用也可與其它色移補償膜結合使用。
在一有源式光學補償結構的一實例(其顯示於圖3E中)中，裝置624使用一正面照明陣列形式的輔助照明。在此種情況下，可在襯底上沉積並圖案化一有機發光材料626(例如Alq/二元胺結構及聚(亞苯基乙炔))。該俯視圖(圖3F)顯示一與下面的幹涉式調製器陣列相對應的圖案627。換句話說，發光區626經設計以使幹涉式調製器之間的非有源區變暗，並允許在剩餘區域中存在一通光孔徑。光有效地射入襯底中的幹涉式調製器上並隨後反射回至觀察者。相反地，可在顯示器的底板上塗覆一經圖案化的發射膜且光可通過各子像素之間的間隙向前透射。通過將顯示器正面上的一反射鏡圖案化，可使此光反射回到幹涉式調製器陣列上。再一方法是將外圍安裝的光源與依賴全內反射的薄膜一起使用。第6,055,090號美國專利還揭示一種具有一包括一輔助正面照明源的有源式光學補償結構的幹涉式調製器。
圖4說明一幹涉式調製器10，幹涉式調製器10包括一製作於襯底中與駐留有光調製元件的表面相對置的表面上的無源式光學補償膜(漫射體22)。漫射體22通常(例如)通過使反射陣列看起來不太像一反射鏡而更像紙張來補償一未經補償空間光調製器陣列的鏡面外觀。在圖4中，一光調製元件8包括一可移動壁或元件16、一空腔20、及一支柱18。如圖4中所示，可移動壁16由支柱18支撐於空腔20上方。一光學堆疊14形成空腔20的一與可移動壁16對置的壁。光學堆疊14可視為光調製元件8的一部分。光學堆疊14製作於一透明襯底12上，且漫射體22製作於襯底12中與光調製元件8相對置的一側上。在工作中，可移動壁16經由與空腔20的前壁平行的平面移動。可移動壁16為高度反射性且通常包含一種金屬。當可移動壁16朝空腔12的對置側上的光學堆疊14移動時，會在空腔20內發生光(通常經由透明襯底12及光學堆疊14進入)的自幹涉。可通過改變光學堆疊14與可移動壁16之間的距離來控制經由透明襯底12及光學堆疊14射出空腔的反射光的色彩。與光學堆疊14相接觸的透明襯底12的表面為上面製作有光調製元件8的表面。漫射體22通常是在製成光調製元件8後製作或附裝至透明襯底12的對置表面上。
如在圖4中所示及在第2002/0126364 A1號美國專利公開案中所揭示，用於空間光調製器的無源式光學補償結構通常製作於襯底中與駐留有光調製元件陣列的表面相對置的表面上，以利於現有的製造工藝流程。製造整個顯示系統通常包括分別製作各種組件(例如無源式光學補償結構、幹涉式調製器結構、驅動電子器件、圖形控制功能、等等)，且隨後在製造工藝流程中的一後續階段中將其整合在一起。分別製作各種組件並隨後在一後續階段中將其整合在一起可通過降低對複雜沉積及微製作方案的需要而使製造光調製元件的複雜任務得到簡化。
隨著空間光調製器變得越來越複雜，預計與通過當前製造工藝流程來製作空間光調製器相關的困難也將增大。因此，已開發出具有集成式光學補償結構的空間光調製器及其製造方法。一實施例提供具有一集成式光學補償結構(例如一位於襯底與光調製元件之間的光學補償結構，或一位於光調製元件中與襯底相對置的一側上的光學補償結構)的空間光調製器。光學補償結構可根據需要而為有源式或無源式結構。在此上下文中，「無源式」光學補償結構為一種不提供輔助正面照明源的光學補償結構。
如上所述，圖4說明一製作於襯底中與駐留有光調製元件的表面相對置的表面上的無源式光學補償膜(漫射體22)。在圖4中，光調製元件8為一幹涉式調製器，其包括可移動壁或元件16、空腔12、支柱18。光學堆疊14製作於透明襯底12上，且漫射體12製作於襯底12中與光調製元件8相對置的一側上。光學堆疊14可視為光調製元件8的一部分。所屬領域的技術人員應了解，在一些實施例中，幹涉式調製器可在一黑色或吸收狀態與一反射狀態之間進行調製。反射狀態為一種看起來為白色的不基於幹涉的狀態。雖然這些實施例中的白色狀態並不特別依賴於調製器的幹涉特性，但調製元件的結構較佳類似於那些依賴幹涉特性的幹涉式調製器實施例並將在本文中如此加以稱謂。幹涉式調製器可在一吸收狀態與一幹涉狀態之間、在一吸收狀態與一反射狀態之間、在一反射狀態與一幹涉狀態之間、或在兩個不同幹涉狀態之間進行調製。
圖5A說明一空間光調製器40的一實施例，其中一無源式光學補償結構(漫射體41)布置於一襯底42與一光調製元件44之間，而不是如圖4中所示位於襯底中與光調製元件相對置的一側上。在圖5A中所示的實施例中，光調製元件44為一幹涉式調製器，其包括一空腔45、一可移動壁46、一光學堆疊43、及一支撐件47。光學堆疊43位於空腔45的與可移動壁46相對的壁上。在所示實施例中，空間光調製器40進一步包括一位於襯底42與光學堆疊43之間的平坦化層48。可移動壁46及光學堆疊43二者均為反射性的，因而空間光調製器40的作業大體類似於針對圖4中所示空間光調製器10所述的作業。通常，襯底42至少為部分透明的襯底。所屬領域的技術人員將了解，光調製元件44可構造成一陣列形式，該陣列包括複數個布置於透明襯底上並構造成調製經由透明襯底所透射的光的可單獨尋址的光調製元件。
所屬領域的技術人員還將了解，圖5A中所示的漫射體41代表各種可布置於所述襯底與所述複數個可單獨尋址的光調製元件之間的光學補償結構(有源式及無源式二者)。例如，一有源式光學補償結構可提供一輔助正面照明源。無源式光學補償結構的非限制性實例包括一抗反射層、一衍射式光學元件、一散射光的結構、一黑色掩膜、一濾色鏡、一微透鏡陣列、一全息膜(例如其減輕對於透射過透明襯底的光的入射角的所反射色彩的色移)、或其一組合。在圖5中，光調製元件44包括一幹涉式調製器，但也可使用其它空間光調製器。
圖5B說明一空間光調製器33的一實施例，其中一無源式光學補償結構(黑色掩膜32)布置於一透明襯底12與一反射元件31之間。所述反射元件可為一光學堆疊。可使用黑色掩膜(例如黑色掩膜32)來遮罩空間光調製器結構中不希望讓觀察者看到的部分。為清楚起見，在圖5B中省去了一個或多個光調製元件(例如複數個可單獨尋址的光調製元件)，但其應理解為布置於襯底12上並構造用於調製透射過透明襯底12的光。例如，圖5B中的光調製元件可包括複數個如上文相對於圖5A所述布置於反射元件31上的可單獨尋址的光調製元件。空間光調製器33可包括一例如如圖5B中所示位於黑色掩膜32與反射元件31之間的平坦化層30。
圖5C說明一其中一無源式光學補償結構(包括濾色鏡元件34、36、38)布置於一透明襯底12與一反射元件39之間的空間光調製器37。如在圖5B中，反射元件39可為一光學堆疊。在所示實施例中，濾色鏡元件34、36、38分別為紅、綠及藍色，但所屬領域的技術人員可選擇其它色彩以使所得到的空間光調製器產生所需色彩。如在圖5B中一般，為清楚起見，在圖5C中省去了一個或多個光調製元件(例如複數個可單獨尋址的光調製元件)，但其應理解成布置於透明襯底12上並構造用於調製透射過透明襯底12的光。例如，圖5C中的光調製元件可包括複數個如上文參照圖5A所述布置於光學堆疊上的可單獨尋址的光調製元件。空間光調製器37可包括一例如如圖5C中所示位於濾色鏡元件34、36、38與光學堆疊39之間的平坦化層30。
可將只產生黑白色的幹涉式調製器與濾色鏡結合使用來產生彩色光。幹涉式調製器可製作成通過改變空腔尺寸來產生各種色彩。然而，改變空腔尺寸可涉及到改變製造工藝，例如，通過為一產生綠光的幹涉式調製器製造一其尺寸不同於一產生紅光的幹涉式調製器的空腔。將黑白幹涉式調製器與濾色鏡結合使用可明顯簡化製造工藝。將濾色鏡整合到圖5C中所示的幹涉式調製器中會實現製造工藝的其它改良。
圖6說明一其中一無源式光學補償結構105(一包括一散射元件110的平坦化層)布置於一透明襯底115與一光調製元件120之間的空間光調製器100的一實施例。在圖6中所示實施例中，光調製元件120為一幹涉式調製器，其包括一空腔130、一可移動壁125、及一光學堆疊135。光學堆疊135位於空腔130中與可移動壁124對置的壁上。可移動壁125及光學堆疊135二者均為反射性的(光學堆疊135為局部反射性)，因而空間光調製器100的作業大體上類似於針對圖4中所示的空間光調製器100所述的作業。光140穿過可移動壁125中的一槽口150並自散射元件110反射，以使其將光140散射回至可移動壁125(且在一些情況下重新回至散射元件110)，從而最終穿過透明襯底115並射出160、165，如圖6中所示。較佳地，散射元件110的形狀使光140隨機地散射。為清楚起見，圖6中顯示單個散射元件110及單個槽口150，但應了解，空間光調製器100可包括複數個經布置以提供所需散射光量的散射元件及槽口。
圖7A及7B說明包括集成式光學補償結構的不同組合的空間光調製器的各實施例。圖7A說明一其中一無源式光學補償結構(包括一濾色鏡元件34及一黑色掩膜32)布置於一透明襯底12與一光學堆疊61之間的空間光調製器60的一實施例。圖7B說明一其中一第一無源光學補償結構(包括一濾色鏡元件40及一黑色掩膜32)及一第二無源光學補償結構(包括漫射體26)布置於一透明襯底12與一光學堆疊63之間的空間光調製器62的一實施例。如在圖5B及5C中一樣，為清楚起見，在圖7A及7B中省去了一個或多個光調製元件(例如複數個可單獨尋址的光調製元件)，但其應理解為布置於透明襯底12上並經構造以調製透射過透明襯底的光。空間光調製器60、62可包括一平坦化層30，平坦化層30(例如)如圖7A中所示位於無源式光學補償結構(包括濾色鏡元件34及黑色掩膜32)與光學堆疊61之間，或如圖7B中所示位於第一與第二無源式光學補償結構之間。空間光調製器可包括另一平坦化層，例如一如在圖7B中所示位於第一無源式光學補償結構(包括濾色鏡元件40及一黑色掩膜32)與光學堆疊63之間的平坦化層35。
空間光調製器可包括一實施一種或多種功能(例如圖7A中所示的一濾色鏡及一黑色掩膜)的光學補償結構，及/或所述光學補償結構可包括多個視需要通過平坦化層(例如圖7B中所示)彼此隔開的層。所屬領域的技術人員將了解，術語「光學補償結構」可用來指一具有一特定功能的結構(例如漫射體26)、一具有多種功能(例如包括濾色鏡元件34及黑色掩膜32)的層、或多個分別具有圖7B中所示一種或多種功能的層(視需要包括一個或多個平坦化層)。因此，空間光調製器可包括有源式及/或無源式光學補償結構的任一組合，例如一黑色掩膜與一濾色鏡；一黑色掩膜與一漫射體；一濾色鏡與一漫射體；一黑色掩膜、濾色鏡與一漫射體；等等。用於補償透射過透明襯底的光的構件包括如本文中所述的光學補償結構。
可通過將光學補償結構的製作整合至空間光調製器的製作工藝中來製作包括一光學補償結構的空間光調製器。此一工藝的一實例說明於圖8中。所述工藝首先在步驟50處提供襯底。通常，所述襯底為玻璃、塑料或其它透明襯底。所屬領域的技術人員將了解，本文中所使用的措詞「透明」涵蓋對空間光調製器的工作波長基本透明的材料，且因此透明襯底不需要透射所有波長的光並可吸收處於空間光調製器工作波長的光的一部分。例如，若在特定應用中需要，則可對透明襯底進行微染及/或使其偏振化。因此，可根據所需構造及功能來改變襯底的透明度及反射率。在一些實施例中，襯底至少局部透明並可實質上透明。在其它實施例中，襯底至少局部為反射性並可實質上為反射性。應了解，襯底可既局部透明又局部為反射性。
圖8中所示工藝在步驟52處繼續進行來製作光學補償結構。根據結構而定，用於其製作的材料及方法可有所不同。例如，使用與可單獨尋址光調製元件的製作相兼容的技術及方法(例如通過旋塗及/或化學氣相沉積技術)來製作光學補償結構通常較為方便。例如，可通過使用一包含有分散的散射元件的聚合物或聚合物溶液對襯底進行旋塗來製作一漫射體薄膜。例如，所述聚合物可為聚醯亞胺且散射元件可為極小的玻璃珠。濾色鏡及黑色掩膜可為使用已知的光阻劑沉積及遮罩技術製作於襯底上的經適當染色的光阻劑聚合物。黑色掩膜也可為使用已知的沉積及遮罩技術製作於襯底上的例如氧化鉻(亦稱作黑鉻)等無機材料。
圖8中所示工藝在步驟54處繼續進行來沉積一平坦化層。所述平坦化層通常為聚合物(例如聚醯亞胺)，並可使用已知的沉積及遮罩技術沉積而成。平坦化層的沉積為可選的，但往往是優選進行的，因為其會形成一適於後續處理步驟的襯底。圖8中所示工藝在步驟56處繼續進行以在光學補償結構及平坦化層(若存在)上製作可單獨尋址的光調製元件(例如幹涉式調製元件)。通常使用例如闡述於第5,835,255號及第6,055,090號美國專利及第2002/0126364 A1號美國專利公開案中的薄膜沉積工藝來製作幹涉式調製器。此工藝的一變化形式(其亦顯示於圖8中)涉及在步驟58處製作另一平坦化層，接著在步驟59處製作另一光學補償結構。在步驟59處的製作後，該製作工藝可返回至步驟58、59來製作其他平坦化層及光學補償結構，或者可進行至步驟54、56來製作平坦化層及可單獨尋址的光調製元件。所屬領域的技術人員將了解，圖8中所示工藝或其變化形式可用於製作本文中所述的空間光調製器，包括但不限於圖5-7中所示的空間光調製器。用於調製透射過透明襯底的光的構件包括幹涉式調製器及液晶顯示器。
圖9說明一其中一光調製元件205布置於一襯底210與一光學補償結構215之間的空間光調製器200的一實施例。在圖9所示實施例中，光調製元件205為一幹涉式調製器，其包括一空腔220、一可移動壁225、一光學堆疊230、及若干支撐件235。光學堆疊230位於空腔220中與可移動壁225相對置的壁上。光學補償結構215可為本文中所述的任一光學補償結構，例如一提供輔助正面照明源的有源式光學補償結構、及/或一無源式光學補償結構，例如一抗反射層、一衍射式光學元件、一散射光的結構、一黑色掩膜、一濾色鏡、一漫射體、一微透鏡陣列、一減輕對於透射過所述襯底的光的入射角的所反射色彩的色移的全息膜、或其一組合。在圖9中，光調製元件205包括一幹涉式調製器，但也可使用其它空間光調製器。
一其中光調製元件布置於一襯底與一光學補償結構(例如圖9中所示的光學補償結構)之間的空間光調製器也可通過一類似於圖8中所示的工藝來製成，不同之處在於在襯底上製成可單獨尋址的光調製元件、接著在所述可單獨尋址的光調製元件上製作光學補償結構(例如在步驟50後及步驟52前實施圖8中的步驟56)。視情況，可在可單獨尋址的光調製元件上製作一平坦化層，接著在平坦化層上製作光學補償結構。
儘管上文詳細說明已顯示、說明及指出本發明的適用於各種實施例的新穎特徵，然而應了解，所屬領域的技術人員可在形式及細節上對所示裝置或工藝作出各種省略、替代及改變，此並不背離本發明的精神。應知道，由於某些特徵可與其它特徵相獨立地使用或付諸實踐，因而可在一併不提供本文所述的所有特徵及優點的形式內實施本發明。
權利要求
1.一種空間光調製器，其包括一襯底；複數個可單獨尋址的光調製元件，其布置於所述襯底上方並經構造以調製透射過所述襯底的光；及一光學補償結構；其中所述光學補償結構布置於所述襯底與所述複數個可單獨尋址的光調製元件之間。
2.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述可單獨尋址的光調製元件包括一幹涉式調製器。
3.如權利要求2所述的空間光調製器，其中所述幹涉式調製器包括一可移動元件及一空腔。
4.如權利要求1所述的空間光調解器，其中所述光學補償結構包括一黑色掩膜。
5.如權利要求1或4所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一濾色鏡。
6.如權利要求1或4所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一漫射體。
7.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一抗反射層。
8.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括複數個散射元件。
9.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一微透鏡陣列。
10.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一全息膜，所述全息膜用於減輕對於透射過所述襯底的所述光的一入射角的所反射色彩的色移。
11.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一衍射式光學元件。
12.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構在所述光調製元件的前面設置成使透射過所述襯底的光穿過所述光學補償結構以便由所述光調製元件來加以調製。
13.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一包含一散射元件的平坦化層。
14.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一無源式光學補償結構。
15.如權利要求1所述的空間光調製器，其進一步包括一平坦化層。
16.如權利要求1所述的空間光調製器，其中所述襯底為局部反射性的。
17.一種光調製器，其包括一襯底；複數個可單獨尋址的光調製元件，其布置於所述襯底上方並經構造以調製光；及一光學補償結構，其包括一濾色鏡、黑色掩膜、及抗反射層中的至少一者，其中所述複數個可單獨尋址的光調製元件布置於所述襯底與所述光學補償結構之間。
18.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述可單獨尋址的光調製元件包括一幹涉式調製器。
19.如權利要求18所述空間光調製器，其中所述幹涉式調製器包括一可移動元件及一空腔。
20.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一黑色掩膜。
21.如權利要求17或20所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一濾色鏡。
22.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構進一步包括一抗反射層。
23.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構進一步包括一包含一散射元件的平坦化層。
24.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一黑色掩膜及一漫射體。
25.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述光學補償結構包括一濾色鏡及一漫射體。
26.如權利要求17所述的空間光調製器，其進一步包括一平坦化層。
27.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述襯底至少局部透明以便所述光調製元件調製透射過所述襯底的光。
28.如權利要求17所述的空間光調製器，其中所述襯底為至少局部反射性的。
29.一種用以製作一空間光調製器的方法，其包括在一透明襯底上製作一光學補償結構；及在所述光學補償結構上製作複數個可單獨尋址的光調製元件，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述透明襯底的光。
30.如權利要求29所述的方法，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一空腔及一可移動元件。
31.如權利要求29所述的方法，其進一步包括在所述透明襯底上製作一第二光學補償結構。
32.如權利要求29所述的方法，其進一步包括在所述光學補償結構上製作一平坦化層。
33.如權利要求29所述的方法，其中製作所述光學補償結構包括製作一濾色鏡及漫射體中的至少一者。
34.如權利要求33所述的方法，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一幹涉式調製器。
35.如權利要求29所述的方法，其中所述製作所述光學補償結構包括在所述透明襯底上沉積材料，以使透射過所述透明襯底的光穿過所述材料以由所述光調製元件調製。
36.如權利要求35所述的方法，其中所述材料包括經染色的光阻劑或旋塗的聚醯亞胺。
37.如權利要求29所述的方法，其中製作所述光學補償結構包括製作一無源式光學補償結構。
38.一種通過如權利要求29所述的方法製作的空間光調製器，其中所述透明襯底包括塑料及玻璃中的至少一者。
39.一種用以製作一空間光調製器的方法，其包括在一襯底上方製作複數個可單獨尋址的光調製元件；及在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上方製作一光學補償結構，所述光學補償結構包括一濾色鏡、掩膜、及抗反射層中的至少一者，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述光學補償結構的光。
40.如權利要求39所述的方法，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一空腔及一可移動元 件。
41.如權利要求39所述的方法，其進一步包括在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作一第二光學補償結構。
42.如權利要求39所述的方法，其進一步包括在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作一平坦化層。
43.如權利要求39所述的方法，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一幹涉式調製器。
44.一種通過如權利要求39所述的方法製作的空間光調製器，其中所述襯底包括塑料或玻璃。
45.一種空間光調製器，其包括一透明襯底；複數個可單獨尋址的幹涉式光調製元件，其布置於所述透明襯底上並經構造以調製透射過所述透明襯底的光，所述幹涉式光調製元件包括一空腔及一可移動壁；及至少一個光學補償結構，其布置於所述透明襯底與所述複數個可單獨尋址的幹涉式光調製元件之間，所述光學補償結構包括一濾色鏡或漫射體。
46.一種空間光調製器，其包括一襯底；一用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件；及一用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件；其中所述用於補償所述光的構件以可操作方式布置於所述襯底與所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件之間。
47.如權利要求46所述的空間光調製器，其中所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件包括複數個布置於所述襯底上的可單獨尋址的光調製元件。
48.如權利要求46所述的空間光調製器，其中所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件包括複數個幹涉式調製器。
49.如權利要求46所述的空間光調製器，其中所述用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件包括一衍射式光學元件、一濾色鏡、一漫射體、一抗反射層、複數個散射元件、一微透鏡陣列、或一全息膜。
50.如權利要求46所述的空間光調製器，其中所述用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件包括一濾色鏡或一漫射體。
51.一種空間光調製器，其包括一襯底；一用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件；及一用於補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件，所述用於補償的構件包括一濾色鏡、一黑色掩膜、及一抗反射層中的至少一者；其中所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件以可操作方式布置於所述襯底與所述用於補償所述光的構件之間。
52.如權利要求51所述的空間光調製器，其中所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件包括複數個布置於所述襯底上的可單獨尋址的光調製元件。
53.如權利要求52所述的空間光調製器，其中所述用於調製透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件包括複數個幹涉式調製器。
54.一種通過一種包括如下的方法製作的空間光調製器在一透明襯底上方製作一光學補償結構；及在所述光學補償結構上製作複數個可單獨尋址的光調製元件，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述透明襯底的光。
55.如權利要求54所述的空間光調製器，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一空腔及一可移動元件。
56.如權利要求54所述的空間光調製器，其中所述方法進一步包括在所述透明襯底上製作一第二光學補償結構。
57.如權利要求56所述的空間光調製器，其中所述方法進一步包括在所述光學補償結構上製作一平坦化層。
58.如權利要求54所述的空間光調製器，其中製作所述光學補償結構包括製作一濾色鏡及漫射體中的至少一者。
59.如權利要求58所述的空間光調製器，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一幹涉式調製器。
60.如權利要求54所述的空間光調製器，其中製作所述光學補償結構包括製作一無源式光學補償結構。
61.一種通過一種包括如下的方法製作的空間光調製器在一襯底上方製作複數個可單獨尋址的光調製元件；及在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作一光學補償結構，所述光學補償結構包括一濾色鏡、一抗反射過濾器及一黑色掩膜中的一者，所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述光學補償結構的光。
62.如權利要求61所述的空間光調製器，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一空腔及一可移動元件。
63.如權利要求61所述的空間光調製器，其中所述方法進一步包括在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作一第二光學補償結構。
64.如權利要求61所述的空間光調製器，其中所述方法進一步包括在所述複數個可單獨尋址的光調製元件上製作一平坦化層。
65.如權利要求61所述的空間光調製器，其中製作所述可單獨尋址的光調製元件包括製作一幹涉式調製器。
66.一種顯示區，其包括一黑白光調製元件，其包括第一及第二反射表面及其間的一空腔，所述第二表面可相對於所述第一表面移動；及一濾色鏡，其經構造以在由白光照明時透射彩色光，其中所述濾色鏡相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的光輸出經所述濾色鏡過濾。
67.如權利要求66所述的顯示區，其中所述光調製元件包括一幹涉式調製器。
68.如權利要求66所述的顯示區，其進一步包括一形成所述第一表面的光學堆疊。
69.如權利要求66所述的顯示區，其中所述第一及第二反射表面中的至少一者為局部反射性。
70.一種顯示區，其包括複數個光調製元件，所述光調製元件中的每一個均包括第一及第二反射表面及其間的一空腔，所述第二表面可相對於所述第一表面移動；及一包括複數個濾色鏡元件的濾色鏡陣列，所述複數個濾色鏡元件經構造以在由一較寬的波長範圍照明時透射一較窄的波長範圍，所述濾色鏡陣列相對於所述光調製元件定位成使來自所述光調製元件的光輸出經所述濾色鏡元件過濾，其中在光調製元件輸出光時，所述第一反射表面與所述第二反射表面分開一對於所述複數個光調製元件中的每一個而言均基本相等的距離且其中所述濾色鏡元件中的至少兩個經構造以產生不同色彩的輸出。
71.如權利要求70所述的顯示區，其中所述光調製元件包括幹涉式調製器。
72.如權利要求70所述的顯示區，其進一步包括一形成所述第一表面的光學堆疊。
73.如權利要求70所述的顯示區，其中所述濾色鏡元件中的至少三個經構造以產生不同色彩的輸出。
74.如權利要求73所述的顯示區，其中所述複數個濾色鏡元件包括紅、綠、及藍濾色鏡元件。
75.如權利要求70所述的顯示區，其中所述複數個濾色鏡元件包括在由一較寬的波長範圍照明時透射一較窄的波長範圍的材料。
76.如權利要求75所述的顯示區，其中所述材料包括經染色的材料。
77.一種用以製造一顯示裝置的方法，其包括提供一包括第一及第二光學表面的黑白光調製元件，所述第二光學表面可相對於所述第一光學表面移動；及相對於所述光調製元件定位一濾色鏡，以使來自所述光調製元件的白光輸出經所述濾色鏡過濾，所述濾色鏡經構造以在由白光照明時透射彩色光。
78.一種通過如權利要求77所述的方法製作的顯示裝置。
79.一種用以製造一顯示區的方法，其包括提供複數個分別包括第一及第二光學表面及其間的一空腔的光調製元件，在所述光調製元件輸出光時所述第一反射表面與所述第二反射表面分開一對於所述複數個光調製元件中的每一個而言均基本相等的距離；及相對於所述光調製元件定位濾色鏡元件以使來自所述光調製元件的光輸出經相應濾色鏡元件過濾，所述濾色鏡元件包括經構造以在由一寬的波長範圍照明時透射一窄的波長範圍的材料。
80.如權利要求79所述的方法，其中所述提供一光調製元件陣列包括提供一幹涉式調製器陣列。
81.一種通過如權利要求79所述的方法製作的顯示區。
82.一種顯示裝置，其包括用於產生一經調製的白光信號的構件，其包括第一及第二光學表面，所述第二光學表面可相對於所述第一光學表面移動；及用於過濾所述經調製的白光信號以將所述白光信號變換成一彩色光信號的構件。
83.如權利要求82所述的顯示裝置，其中所述用於提供一經調製的白光信號的構件包括一光調製裝置陣列，在所述光調製裝置陣列中，在所述光調製元件輸出白光時所述第一反射表面與所述第二反射表面分開一對於所述複數個光調製元件中的每一個而言均基本相等的距離。
84.如權利要求82所述的顯示裝置，其中所述用於過濾所述白光信號的構件包括一濾色鏡陣列，所述濾色鏡陣列包括至少兩個經構造以產生不同於白光的色彩輸出的色彩元件。
全文摘要
本發明揭示一種空間光調製器，其包括一集成式光學補償結構，例如一布置於一襯底與複數個可單獨尋址的光調製元件之間的光學補償結構，或一位於所述光調製元件的與所述襯底相對的一側上的光學補償結構。所述可單獨尋址的光調製元件經構造以調製透射過所述透明襯底或自所述透明襯底反射的光。用於製作此種空間光調製器的方法包括在一襯底上製作一光學補償結構並在所述光學補償結構上製作複數個可單獨尋址的光調製元件。所述光學補償結構可為一無源式光學補償結構。所述光學補償結構可包括一輔助正面照明源、一漫射體、一黑色掩膜、一衍射式光學元件、一濾色鏡、一抗反射層、一散射光的結構、一微透鏡陣列、及一全息薄膜中的一者或多者。
文檔編號G02F1/13GK1914538SQ200580003812
公開日2007年2月14日 申請日期2005年2月2日 優先權日2004年2月3日
發明者克拉倫斯·徐, 傑弗裡·B·桑普塞爾, 威廉·J·卡明斯, 唐明華 申請人:Idc公司