專利名稱：具有集成式光學結構的空間光調制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對例如干涉式調制器等空間光調制器的制造及性能的改良。
背景技術：
空間光調制器為顯示裝置，其包含由可單獨尋址的光調制元件形成的陣列。空間 光調制器的實例包括液晶顯示器及干涉式調制器陣列。此種裝置中的光調制元件通常通過 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(fā)明內容
隨著空間光調制器變得越來越先進，本發(fā)明的發(fā)明者預計與通過當前制造工藝流 程制作空間光調制器相關的困難也會隨之增大。因此，本發(fā)明的發(fā)明者已開發(fā)出具有集成 式光學補償結構的空間光調制器及其制作方法。一實施例提供一種空間光調制器，其包括一襯底；復數(shù)個布置于所述襯底上并 經構造以調制光的可單獨尋址的光調制元件；及一光學補償結構；其中所述光學補償結構 布置于所述襯底與所述復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件之間。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制器，其包括一襯底；復數(shù)個布置于所述襯底上并 經構造以調制光的可單獨尋址的光調制元件；及一光學補償結構；其中所述復數(shù)個可單獨 尋址的光調制元件布置于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制作一空間光調制器的方法，所述方法包括在一透明襯底 上制作一光學補償結構；并在所述光學補償結構上制作復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件， 所述可單獨尋址的光調制元件經構造以調制經由所述透明襯底透射的光。在某些實施例 中，制作所述光學補償結構包括制作一無源式光學補償結構。另一實施例提供一種用以制作一空間光調制器的方法，所述方法包括在一襯底上制作復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件；并在所述復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件上制作一光學補償結構，所述可單獨尋址的光調制元件經構造以調制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制器，其包括一透明襯底；復數(shù)個布置于所述透明襯底上并經構造以調制經由所述透明襯底透射的光的可單獨尋址的干涉式光調制元件， 所述干涉式光調制元件包括一空腔及一可移動壁；及至少一布置于所述透明襯底與所述復 數(shù)個可單獨尋址的干涉式光調制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制器，其包括一襯底；一用于調制透射過所述襯底或自所述襯底反射的光的構件；一用于補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件；其中所述用于補償所述光的構件以操作方式布置于所述襯底與所述用于調制透射 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，所述用于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于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制器，其包括一襯底；一用于調制透射過所述襯 底或自所述襯底反射的光的構件；及一用于補償透射過所述襯底或自所述襯底反射的所述光的構件；其中所述用于調制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 置于所述襯底與所述用于補償所述光的構件之間。所述用于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(jù)一種方法制成的空間光調制器，所述方法包括在一透明襯底上制作一光學補償結構；并在所述光學補償結構上制作復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件，所述可單獨尋址的光調制元件經構造以調制透射過所述透明襯底的光。另一實施例提供一種根據(jù)一種方法制成的空間光調制器，所述方法包括在一襯底 上制作復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件；并在所述復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件上制作一光學補償結構，所述可單獨尋址的光調制元件經構造以調制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(xiàn)簡化的制造。在另一實施例中，一顯示區(qū)包括一黑白光調制元件及一濾色鏡。所述黑白光調制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于所述第一表面移動。所述濾色鏡經構造以在由白光照明時透射彩色光。所述濾色鏡相對于所述光調制元件定位成使來自所述光調制元件的光輸出經所述濾色鏡過濾。所述黑白光調制元件可包括一黑白干涉式調制器。所述黑白干涉式調制元件可包 括于一由其它光調制元件(例如其它黑白調制元件)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于不同的光調制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(qū)包括復數(shù)個光調制元件，所述光調制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于所述第一表面移動。所述顯示區(qū)進一步包括復數(shù)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范圍照明時透射一較窄的波長范圍。所述濾色鏡元件相對于所述光調制元件定位成使來自所述光調制元件的光輸出經所述濾色鏡元件過濾。當所述光調制元件輸出光(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于所述復數(shù)個光調制元件中的每一個而言均基本相 等的距離。所述光調制元件可包括黑白光調制元件。所述光調制元件可包括干涉式調制器或 其它類型的調制器。所述光調制元件可在處于(例如)一反射狀態(tài)下時輸出光。所述復數(shù)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范圍照明 時透射一較窄的波長范圍的材料(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(qū)包括復數(shù)個光調制元件及一濾色鏡陣列。所述光調制 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于所述 第一表面移動。所述濾色鏡陣列包括復數(shù)個經構造以在由一較寬的波長范圍照明時透射一 較窄的波長范圍的濾色鏡元件。所述濾色鏡陣列相對于所述光調制元件定位成使來自所述 光調制元件的光輸出經所述濾色鏡元件過濾。當所述光調制元件輸出光(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于所述復數(shù)個光調制元件中的每一個而 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制造一顯示裝置的方法。在此方法中，提供一黑白光調 制元件。所提供的黑白光調制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 對于所述第一光學表面移動。一濾色鏡相對于所述光調制元件定位成使來自所述光調制元 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。所述黑白光調制元件可包括一黑白干涉式調制器。所述黑白光調制元件可包括于 一由其它光調制元件(例如其它黑白調制元件)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于不同的光調制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制造一顯示區(qū)的方法。在此方法中，提供復數(shù)個分別包 括第一及第二光學表面的光調制元件及其間的一空腔。當所述光調制元件輸出光時，所述 第一反射表面與所述第二反射表面分開一對于所述復數(shù)個光調制元件中的每一個而言均 基本相等的距離。濾色鏡元件相對于所述光調制元件定位成使來自所述光調制元件的光輸 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 長范圍照明時透射一窄的波長范圍的材料。在某些實施例中，所述濾色鏡元件包括于一陣 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。所述光調制元件可包括黑白光調制元件。所述光調制元件可包括干涉式調制器或 其它類型的調制器。所述光調制元件可在處于(例如)一反射狀態(tài)下時輸出光。所述復數(shù)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于產生一經調制的白光信號并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于所述第一光學表面移 動。所述顯示裝置進一步包括用于過濾經調制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(jù)下文說明及附圖，將易知本發(fā)明的這些及其他方面，這些附圖旨在例示而非 限定本發(fā)明，且在附圖中圖IA及IB說明一典型干涉式調制器的一些特性(參見第2002/0126364 Al號美 國專利公開案的圖IA及1B)。圖2說明一典型干涉式調制器的一些特性(參見第2002/0126364 Al號美國專利 公開案的圖2)。圖3A-3F說明制作于襯底中與駐留有一光調制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 Al號美國專利公開案的圖6A-6F)。圖4說明一制作于襯底中與駐留有一光調制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制器的各實施例。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制器的一實施例。圖7A及7B說明包括集成式光學補償結構的空間光調制器的各實施例。圖8說明一用以制作包括集成式光學補償結構的空間光調制器的制造工藝流程 圖。圖9說明一包括一集成式補償結構的空間光調制器的一實施例。
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干涉式調制器。在一些構 造中，該光學補償結構布置于襯底與干涉式調制器的光調制元件之間。在其它構造中，光調 制元件布置于襯底與光學補償結構之間。干涉式調制器的各種實例闡述于第2002/0126364 Al號美國專利公開案中。圖1 及2說明一典型干涉式調制器的一些特性(參見第2002/0126364 Al號美國專利公開案的 圖1及2及對應文字)。參見圖IA及1B，兩個干涉式調制器結構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。所述皺褶并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IB顯示副鏡上所蝕刻皺褶104的圖案及在蝕刻后剩下的平滑內表面112。 皺褶圖案一其可形成多種幾何形態(tài)(例如矩形、金字塔形、圓錐形)一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、減小總質量并防止在致動反射鏡時出現(xiàn) 變形。通常，將一未施加電壓或施加某個相對穩(wěn)定狀態(tài)的電壓、或偏壓的干涉式調制器 視為處于靜止狀態(tài)并將反射一特定色彩，即靜止色彩。如在第2002/0126364 Al號美國專 利公開案中所提及，靜止色彩取決于上面制作有副鏡的犧牲間隔層的厚度。每一干涉式調制器114、116均為矩形并通過支撐臂(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 Al號美國專利公開案中的說明)中，干涉式調制器陣列將在一所選恒定偏壓下工作。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于對應主鏡128的靜止位置。制作具有不同尺寸支撐臂的 干涉式調制器能夠使每一干涉式調制器的機械恢復力取決于其幾何結構。因此，在對多個 干涉式調制器施加相同偏壓時，每一干涉式調制器均可通過控制支撐臂尺寸及其所得到的 彈簧常數(shù)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(shù)就越大。因 此，可由不同干涉式調制器來顯示不同色彩(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(其在制作期間沉積且隨后被移除)，同時通過在用于界定 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，將干涉式調制器114,116 二者均顯示成施加有相同偏壓的靜止狀態(tài)。然而，干涉式調制器114的間隙間距 126因其相應支撐臂的尺寸較大而大于干涉式調制器116的間隙間距128。亦已知干涉式 調制器的各種其它實例。第2002/0126364 Al號美國專利公開案還闡述各種用于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于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 Al號美國專利公開案的圖6A-6F)，可在襯底中與駐 存有光調制元件陣列的表面相對置的表面上制作一光學補償薄膜。此種薄膜可按許多種方 式設計并制作，并可彼此結合使用。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(例如激光器)相交所形成的干涉 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(shù)量的微制作技術來形成。隨 后使用原圖來圖案化所述薄膜。此種薄膜可用于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制作于襯底上的裝置604 顯示另一方法。這些結構一其可使用第2002/0126364 Al號美國專利公開案中所提及的技 術來制作一可視為由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干涉的三維干涉式陣列。此提供了設計可執(zhí) 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制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制作這些板，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。隨后將所述板混合于一液晶前 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制造期間固定。所述反射鏡可 設計成使其只在一掠射角范圍內反射。因此，光根據(jù)相對于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更接近于垂直地反射入膜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。因為所述層對接近于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(其顯示于圖3D中)中，在裝置602中的一陣列中使用微透鏡622。每一透鏡622均可用于通過有效放大每一像素的有源區(qū)來增強顯示器的填充因數(shù)。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(其顯示于圖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，可在襯底上沉積并圖案化一有機發(fā)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)顯示一與下面的干涉式調制器陣列相對應的圖案627。換句話說，發(fā)光區(qū)626經設計以使干涉式調制器之間的非 有源區(qū)變暗，并允許在剩余區(qū)域中存在一通光孔徑。光有效地射入襯底中的干涉式調制器上并隨后反射回至觀察者。相反地，可在顯示器的底板上涂覆一經圖案化的發(fā)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，可使此光反射回到干涉式調制器陣列上。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干涉式調制器。圖4說明一干涉式調制器10，干涉式調制器10包括一制作于襯底中與駐留有光調制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制器陣列的鏡面外觀。在圖4中，一光調制元件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支撐于空腔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可視為光調制元件8的一部分。光學堆疊14制作于一透明襯底12上，且漫射體22制作于襯底12中與光調制元件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(fā)生光(通常經由透明襯底12及光學堆疊14進入)的自干涉?？赏ㄟ^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的表面為上面制作有光調制元件8的表面。漫射體22通常是在制成光調制元件8后制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 Al號美國專利公開案中所揭示，用于空間光調制器的無源式光學補償結構通常制作于襯底中與駐留有光調制元件陣列的表面相對置的表面上，以利于現(xiàn)有的制造工藝流程。制造整個顯示系統(tǒng)通常包括分別制作各種組件(例如無源式光學補償結構、干涉式調制器結構、驅動電子器件、圖形控制功能、等等)，且隨后在制造工藝流程中的一后續(xù)階段中將其整合在一起。分別制作各種組件并隨后在一后續(xù)階段中將其整合在一起可通過降低對復雜沉積及微制作方案的需要而使制造光調制元件的復雜任務得到簡化。隨著空間光調制器變得越來越復雜，預計與通過當前制造工藝流程來制作空間光調制器相關的困難也將增大。因此，已開發(fā)出具有集成式光學補償結構的空間光調制器及其制造方法。一實施例提供具有一集成式光學補償結構(例如一位于襯底與光調制元件之間的光學補償結構，或一位于光調制元件中與襯底相對置的一側上的光學補償結構)的空間光調制器。光學補償結構可根據(jù)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說明一制作于襯底中與駐留有光調制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，光調制元件8為一干涉式調制器，其包括可 移動壁或元件16、空腔12、支柱18。光學堆疊14制作于透明襯底12上，且漫射體12制作 于襯底12中與光調制元件8相對置的一側上。光學堆疊14可視為光調制元件8的一部 分。所屬領域的技術人員應了解，在一些實施例中，干涉式調制器可在一黑色或吸收狀態(tài)與 一反射狀態(tài)之間進行調制。反射狀態(tài)為一種看起來為白色的不基于干涉的狀態(tài)。雖然這些 實施例中的白色狀態(tài)并不特別依賴于調制器的干涉特性，但調制元件的結構較佳類似于那 些依賴干涉特性的干涉式調制器實施例并將在本文中如此加以稱謂。干涉式調制器可在一 吸收狀態(tài)與一干涉狀態(tài)之間、在一吸收狀態(tài)與一反射狀態(tài)之間、在一反射狀態(tài)與一干涉狀 態(tài)之間、或在兩個不同干涉狀態(tài)之間進行調制。圖5A說明一空間光調制器40的一實施例，其中一無源式光學補償結構(漫射體 41)布置于一襯底42與一光調制元件44之間，而不是如圖4中所示位于襯底中與光調制 元件相對置的一側上。在圖5A中所示的實施例中，光調制元件44為一干涉式調制器，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位于空腔45的 與可移動壁46相對的壁上。在所示實施例中，空間光調制器40進一步包括一位于襯底42 與光學堆疊43之間的平坦化層48?？梢苿颖?6及光學堆疊43 二者均為反射性的，因而空 間光調制器40的作業(yè)大體類似于針對圖4中所示空間光調制器10所述的作業(yè)。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，光調制元件44可構造成一陣 列形式，該陣列包括復數(shù)個布置于透明襯底上并構造成調制經由透明襯底所透射的光的可 單獨尋址的光調制元件。所屬領域的技術人員還將了解，圖5A中所示的漫射體41代表各種可布置于所 述襯底與所述復數(shù)個可單獨尋址的光調制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(例如其減輕對于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，光調制元件44包括一干涉式調制器，但也可使用其它空間光 調制器。圖5B說明一空間光調制器33的一實施例，其中一無源式光學補償結構(黑色掩 膜32)布置于一透明襯底12與一反射元件31之間。所述反射元件可為一光學堆疊?？墒?用黑色掩膜(例如黑色掩膜32)來遮罩空間光調制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制元件(例如復數(shù)個可單獨尋址的光調制元 件)，但其應理解為布置于襯底12上并構造用于調制透射過透明襯底12的光。例如，圖5B 中的光調制元件可包括復數(shù)個如上文相對于圖5A所述布置于反射元件31上的可單獨尋址 的光調制元件?？臻g光調制器33可包括一例如如圖5B中所示位于黑色掩膜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)布置于一 透明襯底12與一反射元件39之間的空間光調制器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制器產生所需色彩。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制元件(例如復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件)，但 其應理解成布置于透明襯底12上并構造用于調制透射過透明襯底12的光。例如，圖5C中 的光調制元件可包括復數(shù)個如上文參照圖5A所述布置于光學堆疊上的可單獨尋址的光調 制元件?？臻g光調制器37可包括一例如如圖5C中所示位于濾色鏡元件34、36、38與光學 堆疊39之間的平坦化層30?？蓪⒅划a生黑白色的干涉式調制器與濾色鏡結合使用來產生彩色光。干涉式調制 器可制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制造工 藝，例如，通過為一產生綠光的干涉式調制器制造一其尺寸不同于一產生紅光的干涉式調 制器的空腔。將黑白干涉式調制器與濾色鏡結合使用可明顯簡化制造工藝。將濾色鏡整合 到圖5C中所示的干涉式調制器中會實現(xiàn)制造工藝的其它改良。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) 布置于一透明襯底115與一光調制元件120之間的空間光調制器100的一實施例。在圖6 中所示實施例中，光調制元件120為一干涉式調制器，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位于空腔130中與可移動壁124對置的壁上?？梢苿颖?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)，因而空間光調制 器100的作業(yè)大體上類似于針對圖4中所示的空間光調制器100所述的作業(yè)。光140穿過 可移動壁125中的一槽口 150并自散射元件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并射出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，空間光調制器100可包括復數(shù)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制器的各實施 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 置于一透明襯底12與一光學堆疊61之間的空間光調制器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)布置于一透明襯底12與一光學堆疊63之間的空間光調制器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 調制元件(例如復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件)，但其應理解為布置于透明襯底12上并 經構造以調制透射過透明襯底的光。空間光調制器60、62可包括一平坦化層30，平坦化層 30 (例如)如圖7A中所示位于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中所示位于第一與第二無源式光學補償結構之間?？臻g光 調制器可包括另一平坦化層，例如一如在圖7B中所示位于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?？臻g光調制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，空間光調制器可包括有源式及/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。用于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?？赏ㄟ^將光學補償結構的制作整合至空間光調制器的制作工藝中來制作包括一光學補償結構的空間光調制器。此一工藝的一實例說明于圖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”涵蓋對空間光調制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并可吸收處于空間光調制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(jù)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，襯底至少局部透明并可實質上透 明。在其它實施例中，襯底至少局部為反射性并可實質上為反射性。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(xù)進行來制作光學補償結構。根據(jù)結構而定，用于 其制作的材料及方法可有所不同。例如，使用與可單獨尋址光調制元件的制作相兼容的技 術及方法(例如通過旋涂及/或化學氣相沉積技術)來制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涂來制作 一漫射體薄膜。例如，所述聚合物可為聚酰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制作于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制作于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(xù)進行來沉積一平坦化層。所述平坦化層通常為 聚合物(例如聚酰亞胺)，并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(yōu)選進行的，因為其會形成一適于后續(xù)處理步驟的襯底。圖8中所示工藝在 步驟56處繼續(xù)進行以在光學補償結構及平坦化層(若存在)上制作可單獨尋址的光調制 元件(例如干涉式調制元件)。通常使用例如闡述于第5，835，255號及第6，055，090號美 國專利及第2002/0126364 Al號美國專利公開案中的薄膜沉積工藝來制作干涉式調制器。 此工藝的一變化形式(其亦顯示于圖8中)涉及在步驟58處制作另一平坦化層，接著在步 驟59處制作另一光學補償結構。在步驟59處的制作后，該制作工藝可返回至步驟58、59 來制作其他平坦化層及光學補償結構，或者可進行至步驟54、56來制作平坦化層及可單獨 尋址的光調制元件。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于制 作本文中所述的空間光調制器，包括但不限于圖5-7中所示的空間光調制器。用于調制透 射過透明襯底的光的構件包括干涉式調制器及液晶顯示器。圖9說明一其中一光調制元件205布置于一襯底210與一光學補償結構215之間 的空間光調制器200的一實施例。在圖9所示實施例中，光調制元件205為一干涉式調制 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 位于空腔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、一減輕對于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，光調制元件205包括一干涉式調制器，但也可使用其它 空間光調制器。一其中光調制元件布置于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)之間的空間光調制器也可通過一類似于圖8中所示的工藝來制成，不同之處在于在 襯底上制成可單獨尋址的光調制元件、接著在所述可單獨尋址的光調制元件上制作光學補 償結構(例如在步驟50后及步驟52前實施圖8中的步驟56)。視情況，可在可單獨尋址的 光調制元件上制作一平坦化層，接著在平坦化層上制作光學補償結構。盡管上文詳細說明已顯示、說明及指出本發(fā)明的適用于各種實施例的新穎特征， 然而應了解，所屬領域的技術人員可在形式及細節(jié)上對所示裝置或工藝作出各種省略、替 代及改變，此并不背離本發(fā)明的精神。應知道，由于某些特征可與其它特征相獨立地使用或 付諸實踐，因而可在一并不提供本文所述的所有特征及優(yōu)點的形式內實施本發(fā)明。
權利要求
一種顯示裝置，其包括襯底；經構造以形成圖像的顯示像素陣列，每個顯示像素包括至少一個可單獨尋址的光調制元件，其布置于所述襯底上方并經構造以對透射過所述襯底的光進行干涉式調制，所述可單獨尋址的光調制元件包括干涉調制器；及光學補償結構，其中，所述顯示像素陣列布置于所述襯底和所述光學補償結構之間，且其中，所述光的一部分透射過所述襯底和單個光調制元件到達所述光學補償結構。
2.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述干涉式調制器包括可移動元件和空腔。
3.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括黑色掩膜。
4.如權利要求1或3所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括濾色鏡。
5.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括漫射體。
6.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括抗反射層。
7.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括復數(shù)個散射元件。
8.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括微透鏡陣列。
9.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括衍射式光學元件。
10.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括平坦化層，所述平坦化 層包括散射元件。
11.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括全息膜，所述全息膜用 于減輕對于透射過所述襯底的所述光的入射角的所反射色彩的色移。
12.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括黑色掩膜和濾色鏡。
13.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括黑色掩膜和漫射體。
14.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構包括濾色鏡和漫射體。
15.如權利要求1所述的顯示裝置，其進一步包括平坦化層。
16.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述襯底為至少局部透明的。
17.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述襯底為局部反射性的。
18.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光學補償結構式為無源式光學補償結構。
19.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述襯底為至少局部透明且局部反射性的。
20.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制元件是反射性的。
21.一種用于制造顯示裝置的方法，其包括制作經構造以形成圖像的顯示像素陣列，每個顯示像素包括在襯底上方的至少一個可 單獨尋址的光調制元件，所述可單獨尋址的光調制元件包括干涉調制器；及在所述顯示像素陣列上制作光學補償結構，其中，所述光的一部分透射過所述襯底和 單個光調制元件到達所述光學補償結構。
22.如權利要求21所述的方法，其中制作所述可單獨尋址的光調制元件包括 制作空腔和可移動元件。
23.如權利要求21所述的方法，其進一步包括 在所述顯示像素陣列上制作平坦化層。
24.一種通過如權利要求21所述的方法制作的空間光調制器，其中所述襯底包括塑料或玻璃。
25.—種顯示裝置，其包括 襯底；經構造以形成圖像的顯示像素陣列，每個顯示像素包括用于對透射過所述襯底或從所 述襯底反射的光進行干涉式調制的裝置；及用于對透射過所述襯底或從所述襯底反射的光進行補償?shù)难b置， 其中，所述用于對透射過所述襯底或從所述襯底反射的光進行干涉式調制的裝置可操 作地布置于所述襯底和所述用于對所述光進行補償?shù)难b置之間，其中，所述用于對透射過所述襯底或從所述襯底反射的光進行補償?shù)难b置包括至少一 個干涉調制器，且其中，所述光的一部分透射過所述襯底和單個干涉調制器到達所述補償裝置。
26.如權利要求25所述的顯示裝置，其中所述用于對透射過所述襯底或從所述襯底反 射的光進行補償?shù)难b置包括從由如下組成的群組中選擇的結構衍射式光學元件、漫射體、抗反射層、復數(shù)個散射元件、微透鏡陣列、全息膜。
27.如權利要求25所述的顯示裝置，其中所述用于對透射過所述襯底或從所述襯底反 射的光進行補償?shù)难b置包括漫射體。
28.如權利要求25所述的顯示裝置，其中所述用于對透射過所述襯底或從所述襯底反 射的光進行補償?shù)难b置包括黑色掩膜。
29.如權利要求25所述的顯示裝置，其中所述用于對透射過所述襯底或從所述襯底反 射的光進行補償?shù)难b置包括濾色鏡。
30.一種空間光調制器，其包括 襯底；復數(shù)個可單獨尋址的干涉式光調制元件，其布置于所述襯底上方并經構造以對透射過 所述襯底或從所述襯底反射的光進行調制，所述干涉式光調制元件包括空腔和可移動壁； 及至少一個光學補償結構，所述復數(shù)個可單獨尋址的干涉式光調制元件是布置于所述襯 底與所述光學補償結構之間，所述光學補償結構包括從抗反射層、衍射式光學元件、用于散 射光的結構、漫射體、微透鏡陣列、全息膜組成的群組中選擇的結構，其中，所述光的一部分透射過所述襯底和單個光調制元件到所述至少一個光學補償結構。
31.如權利要求30所述的空間光調制器，其中所述至少一個光補償結構包括黑色掩膜。
32.如權利要求30所述的空間光調制器，其中所述至少一個光補償結構包括濾色鏡。
33.如權利要求30所述的空間光調制器，其進一步包括平坦化層。
34.如權利要求30所述的空間光調制器，其中所述襯底為局部反射性的。
35.如權利要求30所述的空間光調制器，其中所述光學補償結構為無源式光學補償結構。
36.如權利要求30所述的空間光調制器，其中所述襯底為至少局部透明的。
37.如權利要求30所述的空間光調制器，其中所述襯底為至少局部透明且局部反射性的。
38. 一種空間光調制器，其包括 襯底；在所述襯底上方的復數(shù)個光調制元件，所述光調制元件經構造以對透射過所述襯底的 光進行干涉式調制；在所述襯底下方的第一光學補償結構；及布置于所述襯底和所述光調制元件之間的第二光學補償結構，所述第二光學補償結構 的至少一部分是大致是不平坦的。
39.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述襯底是光透的。
40.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第一光學補償結構包括漫射體。
41.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第二光學補償結構包括復數(shù)個散射 元件。
42.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第二光學補償結構包括微透鏡陣列。
43.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第二光學補償結構包括衍射式光學 元件。
44.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第二光學補償結構包括散射元件。
45.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第一光學補償結構為無源式光學補 償結構。
46.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第二光學補償結構為無源式光學補 償結構。
47.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第二光學補償結構包括由如下組成 的群組中的一項或多項復數(shù)個散射元件、微透鏡陣列、漫射體、黑色掩膜、衍射式光學元件。
48.如權利要求47所述的空間光調制器，其中所述第一光學補償結構包括由如下組成 的群組中的一項或多項漫射體、濾色鏡、復數(shù)個散射元件、微透鏡陣列、全息膜、衍射式光學元件。
49.如權利要求38所述的空間光調制器，其中每個所述光調制元件包括衍射式光學元件。
50.如權利要求49所述的空間光調制器，其中，每個所述光調制元件包括空腔和可移動壁。
51.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第一光學補償結構達到與所述第二 光學補償結構不同的光學效應。
52.如權利要求38所述的空間光調制器，其進一步包括 在所述光調制元件和所述第二光學補償結構之間的平坦化層。
53.如權利要求38所述的空間光調制器，其中所述第一光學補償結構大致是不平坦的。
54. 一種空間光調制器，其包括 襯底；在所述襯底上方的復數(shù)個光調制元件，所述光調制元件經構造以對透射過所述襯底的 光進行干涉式調制；在所述襯底下方的第一光學補償結構；及布置于所述襯底和所述光調制元件之間的第二光學補償結構，其中所述第二光學補償 結構包括由復數(shù)個散射元件、微透鏡陣列、漫射體、衍射式光學元件組成的群組中的一項或 多項。
55. 一種空間光調制器，其包括 襯底；在所述襯底上方的復數(shù)個光調制元件，所述光調制元件經構造以對透射過所述襯底的 光進行干涉式調制；在所述襯底下方的第一光學補償結構；及布置于所述襯底和所述光調制元件之間的第二光學補償結構，其中所述第一光學補償 結構經構造以達到與所述第二光學補償結構不同的光學效應。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種空間光調制器，其包括一集成式光學補償結構，例如一布置于一襯底與復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件之間的光學補償結構，或一位于所述光調制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制元件經構造以調制透射過所述透明襯底或自所述透明襯底反射的光。用于制作此種空間光調制器的方法包括在一襯底上制作一光學補償結構并在所述光學補償結構上制作復數(shù)個可單獨尋址的光調制元件。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G02F1/136GK101799582SQ20101014052
公開日2010年8月11日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權日2004年2月3日
發(fā)明者克拉倫斯·徐, 唐明華, 威廉·J·卡明斯, 杰弗里·B·桑普塞爾 申請人:高通Mems科技公司