專利名稱：干涉調制器和顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種干涉調制器和一種具有該干涉調制器的顯示裝置，和更具體地涉及一種適合反射型顯示裝置使用的干涉調制器。
背景技術：
通常，反射型顯示裝置使用環(huán)境光，并且對于移動用途特別有用。
目前，典型的反射型顯示裝置在使用液晶的雙折射或旋光強度的TN(扭曲向列)模式或STN(超級扭曲向列)模式中使用。
然而，在這些顯示模式中，要求使用一個起偏振片，其中起偏振片的光損耗約60％，這樣顯示較暗。
另一方面，推薦一種把二色性染料添加到液晶中的客-主方法，和一種由動態(tài)散射模式代表的透射/散射方法作為液晶顯示方法，而不使用起偏振片。然而，這些顯示方法具有較低的對比度，并且不實用。雖然推薦溶液中色彩顆粒的電泳方法、二色性旋轉顆粒(螺旋球(twisted ball))方法，和調色劑顯示方法作為不使用液晶的顯示方法，但由于驅動電壓、對比度、響應速度、穩(wěn)定性和壽命的問題，還沒有推行到實際使用中。
近些年來，一種不使用起偏振片的新顯示方法，稱做iModTM方法在美國專利5,835,255和日本特公表2000-500245號公報(JapaneseNational Phase Publication No.2000-500245)中被公開，其中入射光的干涉通過一個微型機器(微電子機械系統MEMS)的驅動而被調制。該方法是一種反射型顯示系統，通過靜電改變空腔(干涉調制器空腔)的間隔來調制環(huán)境光的干涉，該空腔具有兩個壁，一個是反射器(金屬)，另一個是感應吸收體(夾在電介質之間的金屬吸收體)。在該系統中，可轉換具有紅(R)、綠(G)或藍(B)的單色顯示和黑色顯示。也就是說，在反射器和感應吸收體以一個指定光程分隔開的狀態(tài)中，對應于光程的一個波長的光基于法布里-珀羅干涉原理反射給觀察者，并以單色來顯示。此外，通過調節(jié)這個光程，阻止(吸收)了可見光輻射區(qū)中的入射光的反射，并以黑色來顯示。
該系統具有這樣一個優(yōu)點，由于通過干涉的單色顯示，CF是不必要的。此外，還有一些優(yōu)點，如高對比率、低電力消耗和MEMS的高速響應。而且，該系統使得通過有效利用MEMS的滯后現象來省略TFT成為可能。
然而，由于利用iModTM方法的亮顯示是使用光干涉的“單色顯示”，所以對入射角有很大依賴性，造成依賴于觀測角的色差。為了降低或消除該色差，需要輔助前照明(front lighting)和光學補償機構。此外，色彩顯示具有以一個特定波長作為中心的類似激光的色調。另一方面，白色顯示被每個顏色的干涉反射的帶寬(例如，FWHM)限制，因為每個像素的RGB通過加色混合來實現，由此白色顯示的Y值很難增加。這在對于白/黑顯示的電子書籍的有關應用中很少推薦。另外，構造一個對每個顯示顏色具有不同結構的像素是必要的。此外，利用該iModTM方法，做出明和暗的二元顯示，同時，半調顯示只能通過使用基于脈沖寬度調制的空間抖動(面積梯度(area gradation)方法)，從而導致大的負荷。

發(fā)明內容
本發(fā)明根據上述問題而的實現，并且本發(fā)明的一個目標是提供能夠適合用于一個反射型顯示裝置的干涉調制器。
根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種干涉調制器，它包括一個透明基板(折射率n0)，一個提供在透明基板上的光學薄膜(復數折射率N1＝n1-i·k1)，和一個與光學薄膜相對的吸收體層(復數折射率Ns＝ns-i·ks)，其到光學薄膜的間隙的距離是變化的，其中滿足關系n1＞n0，k1≌0和ns＞n0。n1最好大于2.0。
在一實施例中，滿足下列表達式(1)，n1≅(n0ns+n0ks2ns-n0)1/2--(1)]]>在另一實施例中，對于可見光輻射區(qū)域中的波長λ，光學薄膜的物理膜厚度d1滿足下列表達式(2)，當n12-ns2-ks2＞0時，
d1≅λ2n1{j-12πtan-1(-2n1ksn12-ns2-ks2)}]]>j整數 (2)或滿足下列表達式(3)，當n12-ns2-ks2＜0時，d1≅λ2n1{(j+12)-12πtan-1(-2n1ksn12-ns2-ks2)}]]>j整數 (3)在另一實施例中，d1是滿足表達式(2)或(3)的最小值。
在另一實施例中，填充形成在光學薄膜與吸收體層之間的間隙的介質的折射率nv小于光學薄膜的折射率n1，并且假定間隙的物理距離是dv，對于可見光輻射區(qū)域中的波長λ，滿足下列表達式(4)，dv≅(2m+1)λ4·nv]]>m整數(4)在另一實施例中，光學薄膜由等效多層薄膜構成。
根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種干涉調制器，它包括一個透明基板(折射率n0)，一個提供于透明基板上的疊層膜，和一個與疊層膜相對的吸收體層(復數折射率ηs＝ns-i·ks)，到疊層膜的間隙的距離是變化的，其中假定疊層膜具有三個或更多透明薄膜層，兩個相鄰的透明薄膜層的復數折射率互不相同，距離透明基板最近一側的第j個薄膜層的復數折射率是ηj＝nj-i·kj，相位膜(phase film)厚度是δj，且B和C由下列表達式(5)給出，BC={Πj=1Mcosδji·sin(δj)/ηji·ηj·sin(δj)cos(δj)}1ηs--(5)]]>kj≅0,]]>并且在一個可見光波長區(qū)域中(380nm＜λ＜780nm)，滿足下列表達式(6)，(η0·B-Cη0·B+C)(η0·B-Cη0·B+C)*<(η0-ηsη0+ηs)(η0-ηsη0+ηs)*--(6)]]>(*復共軛)在另一實施例中，假定填充形成在疊層膜與吸收體層之間的間隙的介質的折射率是ηv，間隙的物理距離是δv，且D和E由下列表達式(7)給出，DE={Πj=1Mcosδji·sin(δj)/ηji·ηj·sin(δj)cos(δj)}cosδvi·sin(δv)/ηvi·ηv·sin(δv)cos(δv)1ηs--(7)]]>
在寬帶的可見光波長區(qū)域中(380nm＜λ＜780nm)，滿足下列表達式(8)，(η0·D-Eη0·D+E)(η0·D-Eη0·D+E)*>(η0-ηsη0+ηs)(η0-ηsη0+ηs)*--(8)]]>(*復共軛)在另一實施例中，疊層膜具有一個交替的疊層膜，其中具有互不相同的復數折射率的第一透明薄膜層和第二透明薄膜層被交替地堆疊，且在交替疊層膜上提供第三透明薄膜層并與吸收體層相對的。
在另一實施例中，形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙的距離在干涉范圍內改變。
在另一實施例中，形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙的距離變化到沒有干涉發(fā)生的光學距離。
在另一實施例中，形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙逐步改變。
在另一實施例中，干涉調制器進一步包括一個驅動元件，用于改變形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙的距離。
在另一實施例中，驅動元件包括一個壓電元件。
在另一實施例中，形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙是真空或用氣體填充。
在另一實施例中，形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙用液體填充。
在另一實施例中，干涉調制器進一步包括一個濾色器，用來通過具有特定波長的光。
在另一實施例中，干涉調制器進一步包括一個光散射層。
在另一實施例中，光學薄膜或疊層膜包括至少一個透明導電層。
在另一實施例中，形成在光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙的距離根據施加到至少一個透明導電層的電壓而改變。
本發(fā)明的一個顯示裝置具有多個像素，每個像素包括根據任何一個上述實施例的干涉調制器。
在另一實施例中，多個像素包括第一像素和第二像素，其中提供給第一像素和第二像素的干涉調制器在光學薄膜、疊層膜或吸收體層的構造上相互不同。
在本發(fā)明的干涉調制器中，通過調節(jié)提供在透明基板上的光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙長度來控制來自透明基板一側的入射光的反射系數。根據本發(fā)明的第一方面的干涉調制器的一個基本設計概念是采用一種光學薄膜，用作對于可見光波長區(qū)域中的波長(例如，550nm)最有效的抗反射膜(即，反射降低膜)和/或反射增強膜。另一方面，根據本發(fā)明的第二方面的干涉調制器的一個基本設計概念是采用能夠在可見光波長區(qū)域中的任何波長，即寬帶中實現抗反射膜和/或反射增強膜的光學薄膜。在任一情形下，構造為在接觸吸收體層時變?yōu)榭狗瓷淠さ墓鈱W薄膜或疊層膜，通過形成到吸收體層的一個預定距離(例如，空氣層)，來用作反射增強膜。因此，本發(fā)明的干涉調制器提供比基于法布里-珀羅干涉的iModTM方法的常規(guī)干涉調制器更高的反射系數和更高的對比率。還有，通過采用本發(fā)明的干涉調制器，產生具有高亮度和高對比率的反射型顯示裝置。


圖1是一個示意圖，用以解釋根據本發(fā)明一個實施例的一個干涉調制器的基本結構和操作原理。
圖2A是表示在圖1中(b)所示的基本結構中反射系數R1如何依據折射率n1和相位膜厚度δ1而變化的圖，且圖2B是表示在圖1中(c)所示的基本結構中反射系數R2如何依據折射系數比n2/n1和相位膜厚度δ2而變化的圖。
圖3是表示根據本發(fā)明的實施例1的一個反射型顯示裝置10的結構示意圖。
圖4是表示一個吸收體(金屬、半導體)的復數折射率的圖表。
圖5是表示反射型顯示裝置10的黑色顯示特征和白色顯示特征的圖表。
圖6A和6B是表示當間隙距離在反射型顯示裝置10中從0nm到280nm變化時光譜反射系數特征的圖表，其中圖6A在第一最小條件下，圖6B在第二最小條件下。
圖7是顯示根據本發(fā)明實施例2的反射型顯示裝置30的結構的示意圖。
圖8A和8B是表示當間隙距離在反射型顯示裝置30中從0nm到280nm變化時光譜反射系數特征的圖表，其中圖8A在第一最小條件下，圖8B在第二最小條件下。
圖9是顯示根據本發(fā)明的實施例3的反射型顯示裝置50的結構的示意圖。
圖10A和10B是表示當間隙距離在反射型顯示裝置50中從0nm到280nm變化時光譜反射系數特征的圖表，其中圖10A在第一最小條件下，圖10B在第二最小條件下。
圖11是表示根據本發(fā)明的實施例4的反射型顯示裝置70的結構的示意圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述根據本發(fā)明的實施例的干涉調制器的結構和操作。然而，該發(fā)明并不限于這些實施例。
參考圖1，將首先描述根據本發(fā)明的第一實施例的干涉調制器的基本結構和操作原理。
本發(fā)明的干涉調制器包括一個透明基板(折射率n0)，一個提供在透明基板上的光學薄膜(復數折射率N1＝n1-i·k1)，和一個與光學薄膜相對的吸收體層(復數折射率Ns＝ns-i·ks)，其到光學薄膜的間隙的距離是變化的，其中滿足關系n1＞n0，k1≅0]]>和ns＞n0。該光學薄膜表現為根據到吸收體層的間隙的距離而減小(阻止)或增加反射。例如，當光學薄膜接觸吸收體層時，它充當抗反射膜，并且當具有到吸收體層的預定距離的空氣層形成時，它充當反射增強膜。
通常，已知的是，膜厚度小于光的波長的薄膜具有除了光反射和折射之外的薄膜所特有的各種屬性。光學薄膜的各種屬性應用在所謂光學多層膜的涂層中，如玻璃表面上的抗反射膜(無反射涂層)、用于分光器或反射器的高反射膜，和各類濾光器。此外，它們應用于各種領域的薄膜光學電路元件，如光波導，和利用半導體薄膜的光接收/發(fā)射元件。
各種薄膜材料在這些光學應用中被采用，但光學上大致分為透明體(波長大于吸收端的絕緣體和半導體)和光吸收體(波長小于吸收端的金屬(包括合金)、半導體)。材料的種類被分為電介質、金屬和半導體。這些薄膜材料的光學屬性通常唯一地由其光學常數N＝n-i·k(復數折射率折射率n，消光系數k)和物理膜厚度d或相位膜厚度δ＝2π·N·d·cosθ/λ(θ是入射角，λ是入射光的波長)來表示，由此具有堆疊的光學薄膜的光學多層膜的屬性由組成光學多層膜的多層的每個光學常數和每個膜厚度來決定。因此，作為表明薄膜的光學屬性的一個量，光學常數(復數折射率)N＝n-i·k特別重要。
例如，如圖1中的(a)所示，當環(huán)境光從折射率為n0的透明介質(入射介質)1垂直入射到由復數折射率為Ns＝ns-i·k的吸收體構成的基板4上時，環(huán)境光的折射率(入射光2對反射光3的強度比)R0由下列表達式(1-1)來表示。
R0=|n0-(ns-i·ks)n0+(ns-i·ks)|2--(1-1)]]>在此，在透明介質1是空氣(n0＝1)和吸收體基板4是鎢W(ns＝3.5，ks＝2.73，λ＝551nm)的情形下，R0等于49.46％。
然后，如圖1中的(b)所示，如果具有折射率n1和物理膜厚度d1的第一透明體薄膜5形成在吸收體基板4上，假定相位膜厚度在垂直入射中是δ1＝2πn1d1/λ，則反射系數R1由下列表達式(1-2)來表示。
R1=|n0-i·n1·sin(δ1)+cos(δ1)·(ns-i·ks)cos(δ1)+isin(δ1)n1(ns-i·ks)n0+i·n1·sin(δ1)+cos(δ1)·(ns-i·ks)cos(δ1)+isin(δ1)n1(ns-i·ks)|2--(1-2)]]>這時，如圖2A所示，反射系數R1的變化取決于折射率n1和相位膜厚度δ1，由此對于在波長λ＝551nm的特定折射率n1和相位膜厚度δ1實現完全阻止反射。當利用用于透明基板的透明薄膜形成抗反射膜時，由于相關反射系數+透光率＝1，所以意味著增加的透光率。然而，當利用用于諸如金屬的吸收體的透明薄膜形成抗反射膜時，意味著吸收體的光吸收比率的增加。
如圖1中的(c)所示，當折射率為n2和相位膜厚度為δ2的第二透明體薄膜6提供在吸收體基板4與第一透明體薄膜5之間時，反射系數R2由下列表達式(1-3)來表示。
R2=|n0-i·n1·sin(δ1)·cos(δ2)+i·cos(δ1)·n2·sin(δ2)+(-n1·sin(δ1)·sin(δ2)n2+cos(δ1)·cos(δ2))·(ns-i·ks)cos(δ1)cos(δ2)-sin(δ1)n1·n2·sin(δ2)+(i·cos(δ1)·sin(δ2)n2+i·sin(δ1)n1·cos(δ2))·(ns-i·ks)n0+i·n1·sin(δ1)·cos(δ2)+i·cos(δ1)·n2·sin(δ1)+(-n1·sin(δ1)·sin(δ2)n2+cos(δ1)·cos(δ2))·(ns-i·ks)cos(δ1)cos(δ2)-sin(δ1)n1·n2·sin(δ2)+(i·cos(δ1)·sin(δ2)n2+i·sin(δ1)n1·cos(δ2))·(ns-i·ks)|2--(1-3)]]>這時，如圖2B所示，反射系數R2的變化取決于第二透明體薄膜6的折射率n2和相位膜厚度δ2。圖2B表示第一透明體薄膜5滿足上述反射阻止條件(表達式(1-2))的情形。如果第二透明體薄膜6的折射率n2小于第一透明體薄膜5的折射率n1，且第二透明體薄膜6的相位膜厚度δ2在一個特定范圍內，則反射系數大于只有吸收體基板4的情況(圖1中的(a))(R2＞R0)。
從圖2B將看到，當折射率比n1/n2較大時，反射增加效應就更顯著。因此，為了獲得最大反射系數，最好是第一透明體薄膜5具有盡可能高的折射率(n1)，且第二透明體薄膜6具有盡可能低的折射率(n2)。第一透明體薄膜5的折射率(n1)最好為2.0或更大。還有，如圖2B所示，反射系數(即，反射光的強度)可通過改變第二透明體薄膜6的相位膜厚度δ2來調整。
根據本發(fā)明的第二方面的干涉調制器采用一個疊層膜，它被構造為在可見光波長區(qū)域中(380nm＜λ＜780nm)具有反射降低效應和/或反射增加效應，而不是構造為作為對特定波長的光的抗反射膜和/或反射增強膜的光學薄膜。
反射增加效應是由于光學干涉引起的反射上的增加。然而，當厚膜包含在光學系統中時，通過使用多重反射獲得比吸收體單質更高的反射的效應，也被稱作為反射增加效應。
表達式(1-1)到(1-3)在薄膜光學領域中已知，且本說明書中所給定的其它表達式(1)到(8)可以由本領域技術人員容易地推導出來，由此這些表達式在這里不做推導。為了得出這些表達式，例如，可以參照Sadashi Yoshida等人的“Thin-film Optical Device(薄膜光學設備)”，Tokyo University Shuppankai。
根據本發(fā)明的實施例的干涉調制器是基于上述原理的。
下面將描述利用干涉調制器的反射型顯示裝置的優(yōu)選實施例，但是本發(fā)明的干涉調制器可應用于除了反射型顯示裝置的其它用途。
(實施例1)圖3是表示根據本發(fā)明的第一實施例的一個反射型顯示裝置10的結構示意圖。反射型顯示裝置10具有多個排列為矩陣狀的干涉調制器，例如，其中每個干涉調制器構造一個像素。圖3表示反射型顯示裝置的兩個像素，即，兩個干涉調制器，其中左干涉調制器處于黑色顯示狀態(tài)(具有最小反射系數的狀態(tài))，并且右干涉調制器處于白色顯示狀態(tài)(具有最大反射系數的狀態(tài))。
組成反射型顯示裝置10的每個干涉調制器包括一個透明基板12，一個提供在透明基板12上的光學薄膜13，和一個具有到光學薄膜13距離可變的間隙的吸收體層14。
吸收體層14形成于提供在基板20上的驅動元件15之上?；?0和透明基板12(在此，光學薄膜13形成在透明基板12上)分開預定間隔，并由隔離壁17來固定。隔離壁17包圍填充形成在吸收體層14與光學薄膜13之間的間隙的介質19。盡管每個像素(干涉調制器)被這里的隔離壁17分開，但是，例如，可提供隔離壁17以包圍多個像素。當在相鄰像素之間引起串音現象時，如當吸收體層14由響應外部場合的吸收體粉末組成時(實施例4)，最好提供隔離壁17以分離每個像素。
作為用來改變吸收體層14與光學薄膜13之間的間隙的距離的驅動元件15，在這里使用壓電元件15。壓電元件15根據施加給電極18的電壓產生一個體積變化，這樣吸收體層14與光學薄膜13之間的間隙的距離(分離距離)被改變。于此，當吸收體層14和光學薄膜13接觸時，間隙的距離(分離距離)被表示為0nm。
驅動元件15不限于壓電元件，而可以是任何其它元件，只要能響應電場、磁場、壓力、聲波、電磁波(光)和熱中的至少一個的外部場合而改變吸收體層14與光學薄膜13之間的分離距離。然而，可在電場下被電控制的驅動元件容易制造，并且在顯示質量、成本和消耗能量方面非常有利。還有，在驅動元件具有在停止施加電壓后保持狀態(tài)的存儲屬性的情形下，不需要保持電壓的有源元件，并且可采用一個簡單矩陣結構。因此，降低了制造成本。此外，當采用沒有存儲屬性的吸收體層時，需要保存像素的有源元件，其中最好采用一個有源矩陣結構。
如圖3中的左側像素所示，當吸收體層14和光學薄膜13接觸時，光學薄膜13用作吸收體層14的抗反射膜，這樣入射光11被吸收到吸收體層14中。另一方面，當吸收體層14和光學薄膜13形成一個具有預定距離的間隙時，大多數入射光由于反射增加效應而被反射，如圖3中的右側像素所示(反射光16)。
首先，獲得如圖3中左側所示的黑色顯示狀態(tài)的條件將在下面描述。在此，假定透明基板12的折射率是n0，光學薄膜13的復數折射率N1是n1-i·k1，且吸收體層14的復數折射率Ns是ns-i·ks。
現在參考圖4，下面將描述吸收體層14的光學特性。圖4顯示了對于可見光輻射區(qū)域的光的各種吸收體(金屬和半導體)的折射率ns和消光因子ks。標繪的波長區(qū)域隨元件不同，但可從約400nm到800nm。還有，圖4的半圓形曲線代表對光學薄膜13的折射率n1的完全無反射的吸收體層的折射率ns和消光因子ks(n1＝2到3.5)。在此，折射率1.52的玻璃用作折射率n0的透明基板12，而光學薄膜13是具有值n1的單膜。光學薄膜13最好是透明的，并且k1≅0.]]>首先，注意圖4的半圓形曲線。半圓上升處的值ns等于透明基板12的折射率n0的值。因此，如果吸收體層14的折射率ns不滿足條件ns＞n0，則不能有效地做到反射的阻止。還有，當光學薄膜13的折射率n1更大時，圓形的直徑就更大。因此，當光學薄膜13的折射率n1更大時，獲得反射降低效應的條件更可能被滿足。也就是說，選擇吸收體層14的材料有一個更大的范圍，和/或由于波長色散造成的影響較小。如果光學薄膜13的折射率n1不滿足條件n1＞n0，則不執(zhí)行有效反射阻止。n1最好大于2.0，且更好地是，n1大于2.5。圖4中透明基板12是玻璃(n0＝1.52)，其中當透明基板12的折射率n0較小時，半圓形的直徑就較大，擴展了提供上述優(yōu)點的范圍。因此，更適宜的是，使用具有比玻璃低的折射率的塑料基板作為透明基板12。
從圖4中的各種材料的描繪將看出，具有低于1的折射率ns的鋁或銀不滿足條件ns＞n0，且不能用作吸收體層14的材料。這與鋁或銀適宜用作采用iModTM方法的干涉調制器的反射器的情況形成對比。由此，應該理解的是根據本發(fā)明的干涉調制器的干涉不同于法布里-珀羅干涉。
根據本發(fā)明的干涉調制器的吸收體層14的材料滿足條件ns＞n0，且具有較小的波長色散是最適宜的。更特別地，適宜采用鉭、鉻和鎢。尤其是，從顯示質量來看，鎢是更適宜的，因為波長色散小，并且在可見光輻射區(qū)域上滿足條件ns＞n0。對于鉭，盡管在波長區(qū)域的一部分(在較長波長側)ns低于1.52，但可以選擇使用的光波長和/或透明基板材料。由于與光學薄膜的組合，使用銠或鎳作為吸收體是不現實的。
光學薄膜13和吸收體層14的材料不限于現有材料，具有任何復數折射率的層可通過混合沉積法，氧化度(oxidation degree)法，或用于改變膜密度的方法來形成。還有，反射降低效應不僅通過優(yōu)化光學薄膜13的n1而且通過優(yōu)化物理膜厚度d1來增強，這將隨后進行說明。
獲得中心在反射降低波長λ的較寬頻帶上的優(yōu)異的黑色顯示(反射降低效應)的一個優(yōu)選結構將在下面進行描述。
為了獲得黑色顯示的優(yōu)異反射降低效應，最好滿足下列表達式(1)的關系。
n1≅(n0ns+n0ks2ns-n0)1/2]]>此外，對于中心波長λ的反射阻止最適宜的是，光學薄膜13的物理膜厚度d1滿足下列表達式(2)，當n12-ns2-ks2＞0時，d1≅λ2n1{j-12πtan-1(-2n1ksn12-ns2-ks2)}]]>j整數 (2)或滿足下列表達式(3)，當n12-ns2-ks2＜0時，d1≅λ2n1{(j+12)-12πtan-1(-2n1ksn12-ns2-ks2)}]]>j整數 (3)以上表達式(1)到(3)是從表達式(1-2)所表示的R1最小化時的條件得到的。
在表達式(2)和(3)中，如果j增加，每個干涉級的反射降低波長的間隔將更窄，并且中心位于反射降低波長的具有反射降低效應的波長區(qū)域將更窄(例如，見圖6)。因此，為在中心位于反射降低波長λ的更寬的波段內獲得反射降低效應，d1是滿足表達式(2)或(3)的最小值。就是說，最好是在可見光波長區(qū)域(從380nm到780nm)中滿足關系0＜d1＜λ/2n1。
為在白色顯示中獲得優(yōu)異反射增加效應，填充間隙的介質折射率nV(在表達式(1-3)中的n2)小于光學薄膜13的折射率n1，并假定吸收體層14與光學薄膜13之間的間隔距離是白色顯示中的dV，對于反射降低波長λ，滿足下面表達式(4)，dv≅(2m+1)λ4·nv]]>m整數(4)也就是說，光程nVdV最好與(2m+1)λ/4相匹配。表達式(4)在表達式(1-3)中表示的R2最大的條件下得到。
如上所述，為獲得優(yōu)異的反射增加效應，填充間隙的介質折射率nV必須小于n1。此外，為獲得高反射增加效應，折射率比nV/n1(圖2B中的n2/n1)最好盡可能小。因此，為獲得白色顯示中的高反射增加效應，填充間隙的介質最好是真空或如具有折射率1的空氣等氣體。可替代地，可以使用具有低折射率的液體，如水(nv＝1.33)。
本發(fā)明的顯示裝置中的白色顯示可在光學多層系統中實現，系統由提供給每個像素的干涉調制器的“光學薄膜/間隙/吸收體層”組成，由此，黑色顯示狀態(tài)轉換到白色顯示狀態(tài)出現的吸收體層的移動距離(間隙距離的變化量)可以在光干涉可發(fā)生的范圍內。當間隙距離是0時，反射系數最低，且當間隙距離在光程中等于(2m+1)λ/4，或在相位膜厚度中等于(2m+1)π/2(m是一個整數)時，反射系數最高。
可替代地，間隙距離的最大值可以是光學干涉將不會發(fā)生的距離。如果間隙的距離相對于光波長足夠大(如，約100倍于波長或更多)，干涉的多次反射發(fā)生在不會產生光學干涉的二者之間的邊界。在這一狀態(tài)下，允許白色顯示。利用這一結構，其優(yōu)點是白色顯示的間隙距離易于控制。如果間隙距離大于典型像素尺寸的一側，觀測者會感覺到視差，由此，最好是間隙距離的最大值設定為500微米或更少。
由于本發(fā)明的反射型顯示裝置提供的干涉調制器的反射系數依據間隙距離而變化，所以通過在逐步改變間隙距離的步驟中制作從黑色顯示(最小反射系數)到白色顯示(最大反射系數)的半色調顯示是可能的。因此，不必要利用面積梯度，而不同于iModTM方法，由此，高質量的半色調顯示可由較少數量的像素來制作。
為增強本發(fā)明的反射型顯示裝置的顯示質量，可進一步提供一個光散射層和/或一個濾色器。例如，它們可放置在透明基板12的觀測者一邊。
光散射層將充足的光強度分配供給顯示光，從而實現紙張狀的顯示。光散射層可以是一個內部光散射膜(如，具有粒子的樹脂膜，粒子具有不同于其所分散的樹脂的折射率)，一個表面散射膜(如，在表面上的幾個微米的一個單元中具有不規(guī)則的壓紋整理(embossingfinish))，或它們的一個組合。尤其是，在黑色顯示的狀態(tài)下，光散射層最好具有一個前向散射特征，以在觀測者一側降低散射光。因此，內部光散射膜比表面光散射膜更好。
例如，在本發(fā)明的反射型顯示裝置中，對應于每個像素的R、G和B，設定反射降低波長λ，且形成為每個λ優(yōu)化的干涉調制器(光學薄膜或吸收體層)，以實現色彩的顯示。但是，需要時，色彩顯示的質量(如，擴大色彩再現范圍)可進一步通過提供濾色器來增強。當利用具有小的波長色散的干涉調制器時(如，使用鎢W形成吸收體層)，干涉調制器的結構對每個像素是通用的，并使用濾色器來著色。利用這一結構，生產便宜的反射型顯示裝置。
如圖3中所示的反射型顯示裝置10以下面方式來具體地構建。
厚度為1.1mm的玻璃板(波長λ＝550nm，折射率n0＝1.52)被用作透明基板12和基板20。基板20不要求透明。光學薄膜13可以是一個厚度為33nm的TiO2薄膜(波長λ＝550nm，折射率n1＝2.50，k1＝0)。TiO2薄膜通過濺射方法形成在玻璃基板12上。
在基板12和基板20上的光學薄膜13之間的間隔由隔離壁17來限定。例如，這一間隔約15微米。例如，隔離壁17由感光樹脂形成。
吸收體層14可以是一個鉭Ta薄膜，厚度約200nm(波長λ＝550nm，折射率ns＝2.47，ks＝1.84)。吸收體層14的尺寸最好是從約50微米到300微米，與像素的縱向和橫向尺寸一致。
壓電元件15可以是一個電場響應凝膠(responsive gel)，其中，二甲基亞砜(DMSO)包含在聚乙烯醇(PVA)中。該凝膠具有一個性質，即當施加一個電場時，它在平行于電場的方向上收縮，而在垂直于電場的方向上膨脹，而且具有比陶瓷等壓電材料更大的位移量，優(yōu)良的彈性和對光學薄膜13的優(yōu)良粘附性。
在反射型顯示裝置10的干涉調制器中，吸收體層14與光學薄膜13之間的間隙距離通過調節(jié)在基板20平行排列的兩個電極18之間的電壓來改變。就是說，它可以在接觸狀態(tài)和分離狀態(tài)之間切換。一對電極18以間隔20微米排列，例如，每個電極18具有0.5微米的高度和5微米的寬度。在此，壓電元件15的厚度約為10微米。
盡管光學薄膜13和吸收體層14之間的間隙距離是通過在電極18之間施加從0V到約10V的電壓而改變，不過，當間隙距離為零時(即接觸狀態(tài))，反射型顯示裝置10的每個像素(即，干涉調制器)是黑色顯示，而當間隙距離約為135nm時(最高亮度)時，則為白色顯示。
在上述結構中，在表達式(3)中，當波長λ＝550nm，和j＝0(表達式(3)右邊＝33.42)時，TiO2薄膜的膜厚度(d1)33nm滿足d1，并且在反射系數取最小處d1是最小值，并滿足第一最小條件。
具有以上結構的反射型顯示裝置10的光學特征是通過模擬得到的，其結果將在下文描述。為了進行模擬，使用SCI公司制造的FilmWizardTM。
首先，黑色顯示狀態(tài)和白色顯示特征的光譜反射特征表示在圖5中。表示入射角為0°和30°的黑色顯示狀態(tài)和白色顯示狀態(tài)。0°入射角表示從屏幕正常方向的入射。
如圖5所示，黑色顯示是微紅的，但在中心位于550nm的反射降低波長的寬的波長區(qū)域上面獲得優(yōu)異的對比率。同理，入射角為30°的特征幾乎等于入射角為0°的特征，由此，可見角的特征比利用iModTM方法的傳統干涉調制器更優(yōu)異。就是說，盡管如果可視角改變，使用干擾色的利用iModTM方法的調制器就可在色彩上改變，但本實施例的干涉調制器在光譜反射系數上具有更小的變化。
同樣，如圖6所示，本實施例的干涉調制器可以通過改變光學薄膜13與吸收體層14之間的間隙距離顯示半色調。圖6A顯示了用與圖5中所示的同樣結構，當間隙距離是從0nm到280nm變化時的光譜反射特征。
如圖6A所示，當間隙距離從0nm增加時，反射系數在寬的波長區(qū)域上單調增加。當間隙距離從120nm到140nm時，有一個區(qū)域，其反射系數與波長相反。當間隙距離接近135nm時，可獲得如圖5中所示的最好的白色顯示。如果間隙距離進一步從140nm增加，反射系數將逐漸降低，但反射系數最小處的波長區(qū)域變窄，而且中心波長更顯著地移動。因此，當間隙距離逐步變化來表示半色調時，間隙距離最好控制在從0nm(接觸狀態(tài))到反射系數首次最大化的值(在此約135nm)的范圍內。
圖6B表示在上述結構中當光學薄膜13的厚度約為143nm(第二最小條件)時的光譜反射系數特征。從圖6A和圖6B之間的對比中顯而易見的是，圖6B中的反射系數具有比設定為滿足上述表達式(2)(或表達式(3))(圖6A)的最小值的光學薄膜13的厚度更大的波長色散。因此，為抑制反射系數的波長色散，光學薄膜13的厚度最好設定為滿足以上表達式(2)(或表達式(3))(首次最小條件)的最小值。
盡管在本實施例中，反射降低波長設定為550nm(綠色)，但在其它波長中可以看到上述趨勢。同樣，盡管在以上解釋中沒有利用顯示的濾色器，但是，當使用濾色器時，減輕了對反射系數的波長色散的需要。因此，可以考慮反射系數的絕對值和對比率來構造干涉調制器，以在所需的波長區(qū)域中充分抑制波長色散。
壓電元件15的結構不限于上述實施例，但可使用各種廣為人知的壓電元件。例如，壓電材料可以是石英、羅謝爾鹽、或單晶陶瓷，如KPD，BaTiO3，ZnO，PT，PZT，PLZT，LiNbO3，和LiTzO3。同樣，它可以是作為有機壓電材料的聚偏二氟乙烯、PVDF與三氟乙烯(TFE)或氟化乙烯(FV)的共聚物，或由PVDF，氟橡膠或環(huán)氧樹脂與諸如BaTiO3或PZF的無機鐵電材料組成的合成材料。
同樣，具有電氣響應特性的高分子凝膠的示例可包括作為離子高分子凝膠的naphyon，作為導電高分子的聚苯胺和聚吡咯，作為非離子高分子凝膠的聚氨酯彈性體。具有電氣響應特性的一些液晶彈性體包含高分子，它們在側鏈具有液晶類似結構，其中，低分子液晶膨脹，由此，在電場下低分子液晶取向中的改變可以作為一個移動傳遞到高分子側鏈以引起一個大的變形。例如，廣為人知的是氰基聯苯基團(cyano biphenyl group)的丙烯酸單體與n交聯劑進行自由共聚，并在低分子液晶中膨脹。另外，可以使用典型的蠟、脂肪酸、脂肪酸派生物和芳族氨基化合物(aromatic amide)。
此外，壓電效果包括一個縱向效果和一個橫向效果，其中在縱向效果中基板在與電軸平行的方向上擴展或收縮，而在橫向效果中，基板在與電軸垂直的方向上擴展或收縮。可以選擇各種結構，如單板型、疊層型、雙晶型、門尼(Mooney)型和鐃鈸(cymbal)型。同樣，當使用陶瓷材料時，空隙可放在真空中。電極的形狀和排列方法可以依據壓電元件的種類進行選擇。同樣，當吸收體層自身由對外部場合響應的吸收體組成時，驅動元件可以省略。
(實施例2)圖7是表示根據本發(fā)明的第一個方面的實施例2的反射型顯示裝置30的結構的示意圖。
組成反射型顯示裝置30的每個干涉調制器包括一個透明基板32，在透明基板32上提供的光學薄膜33，和具有到光學薄膜33的可變距離的間隙的吸收體層34。
吸收體層34形成在基板40上提供的驅動元件35之上。基板40和透明基板32(在此是在透明基板32上形成的光學薄膜33)以一預定的間距分隔，并由隔離壁37固定。隔離壁37圍繞介質39，介質39填充吸收體層34和光學薄膜33之間形成的間隙。壓電元件35由一對電極38控制。
當吸收體層34與光學薄膜33接觸時，光學薄膜33作用是作為吸收體層34的抗反射膜，這樣，如在圖7中的左側像素所表示的，入射光31被吸收到吸收體層34中。另一方面，當吸收體層34與光學薄膜33以預定的距離形成一個間隙時，大部分的入射光由于反射增加效應而被反射，如在圖7中右側像素所表示的(反射光36)。
盡管實施例1的反射型顯示裝置10中的光學薄膜13是一個單膜，反射型顯示裝置30具有由一個等效多層膜組成的光學薄膜33。其它的結構與反射型顯示裝置10相同，在此省略詳細的解釋。
通常，具有一定折射率的光學薄膜可等效地由一個多層膜替代，該多層膜由具有比光學薄膜的折射率更大的折射率的一層(高折射率層)，和具有比光學薄膜的折射率更小的折射率的一層(低折射率層)組成。該多層膜被稱為一個等效的多層膜，并且具有單一復數折射率的特征。等效的多層膜例如可以是具有對該膜的中心平面對稱放置的層的多層膜，或是層厚度足夠小的兩層膜。構成多層膜的高折射率層和低折射率層的每一個并不限于一種，具有不同折射率的三種或多種層可以相對中心平面對稱地層疊。
通過利用等效多層膜33，反射降低效應比使用單層的光學薄膜13有所提高。
如上所述，為使光學薄膜13像抗反射膜一樣起作用，需要滿足預定的條件(復數折射率和膜厚度)。然而，可實際用作光學薄膜13的材料的選擇是有限的。一般地，具有期望的復數折射率的光學薄膜13不能由單個材料形成，其中，期望的復數折射率使對應于吸收體層14的復數折射率的反射系數為零。相反，使用等效多層膜，具有中間復數折射率的光學薄膜33是由高折射率層與低折射率層的組合所形成，因此滿足(或幾乎滿足)反射阻止的條件。
此外，在構成光學薄膜33的多個層中，位于與吸收體層34最近的層提供了最小折射率，因此進一步降低黑色顯示狀態(tài)的反射。更好的是，位于與吸收體層34最近的層是由與填充間隙的介質的折射率相同的材料組成。如果吸收體層34與光學薄膜33之間的接觸不充分，由于黑色顯示發(fā)生在吸收體層34與光學薄膜33接觸的情況下，所以減少了反射降低效應。在這一情況下，如果位于與吸收體層34最近的層的折射率在光學薄膜33中是最低的，那么與填充間隙的介質的折射率的差異就小于具有單層結構的光學薄膜13，由此，抑制了較低的反射降低效應。另外，如果位于與吸收體層34最近的層是由與填充間隙的介質相同的材料制成的，其優(yōu)點在于即使光學薄膜33的表面被吸收體層34與光學薄膜33之間的接觸所損壞，反射降低效應也不太可能被降低。
圖7中所示的反射型顯示裝置30是以下面的方式具體構建的。
具有厚度為1.1mm(波長λ＝550nm，折射率n0＝1.52)的玻璃板被用作透明基板32和基板40。在基板32上的光學薄膜33和基板40之間的間隔由隔離壁37設定為約15μm。
如吸收體層34，使用具有厚度約為200nm厚度(波長λ＝550nm，折射率ns＝3.17，ks＝3.33)的鉻Cr薄膜。
作為用于在波長λ＝550nm對鉻的吸收體層34的全部反射阻止的理想光學薄膜(折射率n1＝3.88，物理膜厚度d1＝20.35nm)的等效多層膜33，光學薄膜33是具有17.17nm的膜厚度的單晶硅薄膜和具有2.37nm的膜厚度的二氧化硅薄膜以從與玻璃基板32接觸的一側的順序形成的。單晶硅通常被作為用于紅外線的透明材料，但是也可適用于本發(fā)明實施例的干涉調制器的光學薄膜，因為折射率n在可見光輻射區(qū)域中高達3.6到5.5，而消光系數k低至0.2到0.6。同樣，二氧化硅薄膜可利用硅薄膜的天然氧化物膜。
作為壓電元件35，可以使用與實施例1相同的厚度約為10μm的電場響應凝膠。其它結構與實施例1的反射型顯示裝置10是相同的。
反射型顯示裝置30的每個像素(即，干涉調制器)可以通過與反射型顯示裝置10相同的方式橫跨電極38施加0V到約10V的電壓得到梯度顯示。
從圖8A中所示的光譜反射系數特征看，當光學薄膜33與吸收體層34之間的間隙距離為零(即，接觸狀態(tài))時，獲得黑色顯示，而當間隙距離約為140nm時，則獲得白色顯示(最高亮度)。從圖8A與圖6A的比較可明顯看出，本實施例的反射型顯示裝置30在550nm的反射降低波長的黑色顯示中有較低的反射系數，且在白色顯示中有較高的反射系數。以該方式使用等效多層膜，可以得到更優(yōu)良的反射降低效應。
盡管圖8A中比在圖6A中具有更大的波長相關性，不過，例如，當實現色彩顯示時，反射降低波長為每種色彩設置，且如需要，可進一步使用濾色器，由此，等效多層膜具有更多優(yōu)點。
圖8B表示光譜反射特征，其中光學薄膜33由具有83.45nm的膜厚度的單晶硅薄膜和具有4.37nm的膜厚度的二氧化硅薄膜以從與玻璃基板32接觸的一側排列而形成(第二個最小條件)。從圖8A和圖8B的比較可以看出，反射系數的波長色散在圖8B中要大于光學薄膜(等效多層膜)33的等效膜厚度被設定為滿足表達式(2)(或表達式(3))的最小值處的情況(圖8A)。因此，為抑制反射系數的波長色散，光學薄膜33的厚度最好設定為滿足表達式(2)(或表達式(3))的最小值(第一最小條件)。
(實施例3)圖9是一個示意圖，表示根據本發(fā)明的第二方面的實施例3的反射型顯示裝置50的結構。
構成反射型顯示裝置50的每個干涉調制器包括一個透明基板52、透明基板52上提供的疊層膜53，和具有到疊層膜53可變距離的間隙的吸收體層54。疊層膜53具有三個或更多透明薄膜層，兩個鄰近透明薄膜層的復數折射率相互不同。這里所示的疊層膜53具有一個交替的疊層膜，其中，具有較大折射率的第一透明薄膜層53a與具有較小折射率的第二透明薄膜層53b可以交替地堆疊，以及第三透明薄膜層53c與提供在交替的疊層膜上的吸收體層54相對。利用該交替的疊層膜，疊層膜53可以相對便宜地來制造。
吸收體層54形成在基板60上提供的驅動元件55上面?；?0和透明基板52(這里在透明基板52上形成疊層膜53)以預定的間距分隔，并由隔離壁57固定。隔離壁57圍繞一個介質59，介質59填充在吸收體層54和疊層膜53之間形成的間隙。壓電元件55由一對電極58控制。
當吸收體層54與疊層膜53接觸時，疊層膜53用作為吸收體層54的抗反射膜，這樣，如圖9中的左側像素所表示的，入射光51被吸收到吸收體層54中。另一方面，當吸收體層54與疊層膜53以預定的距離形成一個間隙時，如在圖9中右像素所表示的，大部分的入射光由于反射增加的效果而被反射(反射光56)。
反射型顯示裝置50具有疊層膜53，代替實施例1的反射型顯示裝置10中的光學薄膜13，由此，在更寬的頻帶有優(yōu)異的反射降低效應。反射系數為零的全部反射阻止僅發(fā)生在單層膜情況下的單個波長(中心波長)。一般地，物質的光學常數隨波長而變化，并具有波長色散，這樣，反射系數在除中心波長之外的波長處不恰好為零，需要多層膜以用于在更寬的波長區(qū)域上進行反射阻止。如圖9中所示的反射型顯示裝置50具有每層厚度可變的疊層膜53，由此，反射降低面積被擴大，并改善了視角相關性。
下面將描述在可見光輻射區(qū)域中寬帶上的疊層膜53與吸收體層54的結合展示出反射降低效應(黑色顯示)和反射增加效應(白色顯示)的條件。
一般地，多層膜的光學特征使用一個多層膜系統的特征矩陣來表示(該系統包括疊層膜53和吸收體54)，其中，多層膜的特征矩陣被界定為每層的特征矩陣的結果。反射系數在具有光學導納(折射率)η0的入射介質和具有特定光學導納的多層膜系統之間的邊界平面上獲得。因此，當兩個光學導納匹配時，可以獲得反射降低效應，而當二者有極大的不同時，可以獲得反射增加效果。
因此，其中堆疊M層(M是等于或大于3的正整數)的疊層膜53中，假定透明基板52的折射率是η0，吸收體層54的復數折射率是ηs＝ns-i·ks，從靠近透明基板52的一側的第j層(53a，53b或53c)的復數折射率是ηj＝nj-i·kj，且相位膜厚度是δj，白色顯示中得到高反射系數的條件需要kj≅0,]]>其中每層是透明的。
進一步，為獲得黑色顯示中優(yōu)異的反射降低效應，如果在下面表達式(5)中給定B和C，BC={Πj=1Mcosδji·sin(δj)/ηji·ηj·sin(δj)cos(δj)}1ηs--(5)]]>在可見光波長區(qū)域(380nm＜λ＜780nm)中，最好滿足下面關系式(6)，(η0·B-Cη0·B+C)(η0·B-Cη0·B+C)*<(η0-ηsη0+ηs)(η0-ηsη0+ηs)*--(6)]]>(*復共軛)同樣，為了填充間隙59的物質和吸收體層54、疊層膜53和間隙的組合在可見光輻射區(qū)域的寬帶上得到反射增加效應(白色顯示)，最好滿足下列表達式。
假定在疊層膜53與吸收體層54之間形成的間隙所填充的介質的折射率是ηV，間隙的物理距離是δV，且由下面的表達式(7)給定D和E，DE={Πj=1Mcosδji·sin(δj)/ηji·ηj·sin(δj)cos(δj)}cosδvi·sin(δv)/ηvi·ηv·sin(δv)cos(δv)1ηs--(7)]]>在寬帶的可見光波長區(qū)域(380nm＜λ＜780nm)，下面的表達式(8)最好滿足，(η0·D-Eη0·D+E)(η0·D-Eη0·D+E)*>(η0-ηsη0+ηs)(η0-ηsη0+ηs)*--(8)]]>
(*復共軛)具體地，為得到優(yōu)異的白色顯示，折射率ηV最好盡可能低，且物理膜厚度δV在有反射降低效應的波長區(qū)域中的特定波長為(2m+1)π/2(m是一個整數)。
圖9中所示的反射型顯示裝置50是以下面的方式具體構建的。
具有厚度為1.1mm(波長λ＝550nm，折射率n0＝1.52)的玻璃板用作透明基板52和基板60。在基板52上的疊層膜53與光學薄膜13和基板60之間的間隔由隔離壁57設定為約15μm。
如吸收體層54一樣，使用具有厚度約為200nm的鎢W薄膜。
疊層膜53可以是交替的疊層膜，其由厚度為14.56nm的Ta2O5(第一透明薄膜層53a)、厚度為33.58nm的SiO2(第二透明薄膜層53b)、厚度為138.88nm的Ta2O5、厚度為35.53nm的SiO2、厚度為33.44nm的Ta2O5、厚度為27.09nm的SiO2、厚度為89.09nm的Ta2O5、厚度為25.7nm的SiO2、厚度為13.52nm的Ta2O5、厚度為106.2nm的SiO2，和厚度為6.93nm的Ta2O5以從與觀測者一側上的玻璃基板52接觸的一側順序形成。在交替的疊層膜的吸收體層54一側提供的第三透明薄膜層53c可以是厚度為31.24nm的TiO2膜。Ta2O5薄膜和SiO2薄膜通過真空沉積形成，且TiO2薄膜通過濺射形成。
反射型顯示裝置50的每個像素(即，干涉調制器)可以通過橫跨電極58施加0V到約10V的電壓以與反射型顯示裝置10的相同方式實現梯度顯示。
從圖10A中所示的光譜反射系數特征看，當疊層膜53與吸收體層54之間的間隙距離為零(即，接觸狀態(tài))時，得到黑色顯示，而當間隙距離為約140nm時，則得到白色顯示(最高亮度)。從圖10A與圖6A之間比較可明顯看出，本實施例的反射型顯示裝置50在550nm的反射降低波長的黑色顯示中具有較高的反射系數，但在更寬的區(qū)域上具有較低的反射系數。同樣，反射型顯示裝置50在較寬的區(qū)域上的白色顯示中具有較高的反射系數。黑色和白色顯示中的的Y值是5.2和82.5，對比率是約16。
圖10B表示光譜反射特征，其中第三透明薄膜53c由具有142.61nm的膜厚度的TiO2膜形成(第二最小條件)。從圖10A和圖10B之間的比較可以明顯看出，反射系數的波長色散在圖10B中要大于在疊層膜53中的第三透明薄膜53c的厚度被設定為最小值(圖10A)時的情況。因此，為抑制反射系數的波長色散，第三透明薄膜53c的厚度最好設定為最小值(第一最小條件)。
盡管在以上實施例1到3中，玻璃基板被用作透明基板，但本發(fā)明并不限于此。只要可見光輻射透射度很高，透明基板的種類可以是塑料。形成透明塑料基板的聚合物的示例包括纖維素脂、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯乙烯、聚烯烴、聚砜樹脂、聚醚砜(polyetersulfone)、聚丙烯酸酯、聚醚酰亞胺(polyeter imide)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚酮(polyeter ketone)。由于作為光入射介質的透明基板的折射率n0，是決定光學薄膜和吸收體層的結構的一個因素，因此，最好是低折射率。透明基板的厚度并沒有限制，除了膜的厚度足以不引起光干涉，但可以根據使用目的適當選擇。
光學薄膜材料的示例包括具有高折射率的TiO2、ZrO2、ZnS，HfO2、Ta2O5、Nb2O5、In2O3、Nd2O3、Sb2O3、CeO2、ZnSe、CdS、Sb2S3、Si、Ge和PbTe，具有中間折射率的Al2O3、CeF3、MgO、LaF3、CeF3、ThO2、La2O3、SiO，及具有低折射率的MgF2、SiO2、CaF2、NaF、Na3AlF6和LiF。透明導電膜的示例包括ITO、ZnO(Al，In，Si)、CdO-SnO2(CTOCdSnO4)、ZnO-SnO2(Zn2SnO4)、CdIn2O4，它們根據計劃的光學特性而使用。
同樣，這些薄膜的形成方法包括使用諸如蒸發(fā)的真空沉積方法和惰性氣體離子的濺射方法的物理蒸氣沉積(PVD)，使用化學反應的化學氣相沉積(CVD)，使用從液相生長的電化學電鍍方法，和噴霧方法(spray method)。
(實施例4)盡管在以上實施例1到3中，光學薄膜或疊層膜與吸收體層之間的間隙可以控制(利用干涉)，以形成白色顯示，但是這里沒有用干涉形成白色顯示。實施例3的改變可以作為示例，但實施例1和2同樣也可以改變。
如圖9中所示，實施例4的反射型顯示裝置70具有由厚度為1.1mm的玻璃制成的一對上、下透明基板72和80，其通過隔離壁78固定約為50μm的間隔?？諝獗怀淙腴g隙79。
同樣，具有厚度為200nm的ITO電極77提供在觀測者一側的觀測者側基板72上，且疊層膜73供應在吸收體層74上。疊層膜73同實施例3的反射型顯示裝置50的疊層膜53一樣。
ITO電極76供應在下玻璃基板80上，且其上形成厚度為5μm的正電孔(positive hole)傳輸層75。正電孔傳輸層75是通過涂覆溶液來形成，溶液是由作為正電孔傳輸材料的4-二乙氨基-2-甲基苯甲醛-1(4-dietylamino-2-methylbenzaldehyde-1)、1-聯苯-腙(1-diphenyl-hydrazone)，和聚碳酸酯在ITO電極76上通過旋鍍(spincoating)方法以1∶1的重量比混合而構成的。
吸收體層74由鎢(W)的板狀粉末組成，尺寸為3μm，厚度約為280nm。該板狀粉末是通過在基板上涂覆正光阻劑(S1813，Shipley)作為犧牲層，通過濺涂方法在其上形成厚度為280nm的W膜，通過石印術(lithography)將其制成3平方微米，并以乙醇作為溶劑溶解犧牲層而形成的。
組成吸收體層74的板狀粉末通過在電極76和77之間施加一個電壓(0V到約100V)的靜電力來驅動，并在與疊層膜73(圖11中的左邊)接觸的狀態(tài)與完全分離的狀態(tài)(圖11中的右邊)之間切換。
在吸收體層74接觸疊層膜73時的狀態(tài)下實現黑色顯示，并在吸收體層74完全與疊層膜73(沉積在正電孔傳輸層75上間隙距離約500微米)分開的狀態(tài)下實現白色顯示。分開狀態(tài)下的距離可足夠長以不引起光學干涉，且不需要控制電壓，由此用于驅動的結構較簡單。
盡管ITO電極77形成在如圖11所示的示例中的觀察者一側上的觀察者側的玻璃基板72上，不過，當諸如ITO的透明導電膜提供在與吸收體層74(第三透明薄膜層73c)最近的疊層膜73的一側上時，透明導電膜可用作上電極。采用該結構，優(yōu)點是構造被簡化。具體地，簡單矩陣型的顯示裝置可在結構中簡化。采用該透明導電膜的簡化結構也可應用到根據實施例1到3的反射型顯示裝置上。
利用本發(fā)明，可生產具有高反射系數和高對比率的干涉調制器。采用該干涉調制器，可生產具有高亮度和高對比率的反射型顯示裝置。盡管本發(fā)明的反射型顯示裝置適合用于各種電子設備，但還適于以戶外使用的移動目的的電子書為代表的便攜式電子設備中字符信息和圖象信息(包括移動圖象信息)的顯示。
本發(fā)明的干涉調制器不限于直視型的反射型顯示裝置，也可應用到投影型顯示裝置，以及如空間光調制元件、光通信交換元件和光快門(light shutter)的光調制元件。
權利要求
1.一種干涉調制器包括一個透明基板(折射率n0)；一個提供在所述透明基板上的光學薄膜(復數折射率N1＝n1-i·k1)；和一個與所述光學薄膜相對的吸收體層(復數折射率Ns＝ns-i·ks)，其到所述光學薄膜的間隙的距離是變化的；其中滿足下列關系，n1＞n0，k1≅0]]>和ns＞n0
2.如權利要求1所述的干涉調制器，其中滿足表達式(1)的下列關系，n1≅(n0ns+n0ks2ns-n0)1/2---(1)]]>
3.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，對于可見光輻射區(qū)域中的波長λ，所述光學薄膜的物理膜厚度d1滿足下列表達式(2)，當n12-ns2-ks2＞0時，d1≅λ2n1{j-12πtan-1(-2n1ksnl2-ns2-ks2)}]]>j整數 (2)或滿足下列表達式(3)，當n12-ns2-ks2＜0，d1≅λ2n1{(j+12)-12πtan-1(-2nlksnl2-ns2-ks2)}j:]]>整數 (3)
4.如權利要求3所述的干涉調制器，其中d1是滿足表達式(2)或(3)的最小值。
5.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，填充形成在所述光學薄膜與所述吸收體層之間的間隙的介質的折射率nv小于所述光學薄膜的折射率n1，并假定所述間隙的物理距離是dv，對于可見光輻射區(qū)域中的波長λ，滿足下列表達式(4)，dv≅(2m+1)λ4·nvm:]]>整數(4)
6.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，所述光學薄膜由等效的多層膜組成。
7.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離在干涉范圍內改變。
8.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離變化到沒有干涉發(fā)生處的光學距離。
9.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙逐步改變。
10.如權利要求1所述的干涉調制器，進一步包括一個驅動元件，用于改變形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離。
11.如權利要求10所述的干涉調制器，其中，所述驅動元件包括一個壓電元件。
12.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙是真空的或用氣體填充。
13.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙用液體填充。
14.如權利要求1所述的干涉調制器，進一步包括一個濾色器，用來通過具有特定波長的光。
15.如權利要求1所述的干涉調制器，進一步包括一個光散射層。
16.如權利要求1所述的干涉調制器，其中，所述光學薄膜或所述疊層膜包括至少一個透明導電層。
17.如權利要求16所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離根據施加給所述至少一個透明導電層的電壓而改變。
18.一種具有多個像素的顯示裝置，其中每個像素包括根據權利要求1的干涉調制器。
19.如權利要求18所述的顯示裝置，其中所述多個像素包括第一像素和第二像素，其中，提供給所述第一像素和所述第二像素的所述干涉調制器在所述光學薄膜、所述疊層膜或所述吸收體層的結構上互不相同。
20.一種包括根據權利要求19的顯示裝置的電子裝置。
21.一種干涉調制器，包括一個透明基板(折射率η0)；一個提供在所述透明基板上的疊層膜；和一個與所述疊層膜相對的吸收體層(復折射率ηs＝ns-i·ks)，其到所述疊層膜的間隙的距離是變化的；其中，假定所述疊層膜具有三個或更多透明薄膜層，兩個相鄰的透明薄膜層的復數折射率互不相同，距離所述透明基板最近一側的所述第j個薄膜層的復數折射率是ηj＝nj-i·kj，相位膜厚度是δj，且B和C由下列表達式(5)給出，BC={Πj=1mcosδji·sin(δj)/ηji·ηj·sin(δj)cos(δj)}1ηs---(5)]]>kj≅0,]]>并且在一個可見光波長區(qū)域中(380nm＜λ＜780nm)，滿足下列表達式(6)，(η0·B-Cη0·B+C)(η0·B-Cη0·B+C)*<(η0-ηsη0+ηs)(η0-ηsη0+ηs)*---(6)]]>(*復共軛)
22.如權利要求21所述的干涉調制器，其中，假定填充形成在所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的介質的折射率是ηv，所述間隙的物理距離是δv，以及D和E由下列表達式(7)給出，DE={Πj=1Mcosδji·sin(δj)/ηji·ηj·sin(δj)cos(δj)}cosδvi·sin(δv)/ηvi·ηv·sin(δv)cos(δv)1ηs---(7)]]>在寬帶的可見光波長區(qū)域中(380nm＜λ＜780nm)，滿足下列表達式(8)，(η0·D-Eη0·D+E)(η0·D-Eη0·D+E)*>(η0-ηsη0+ηs)(η0-ηsη0+ηs)*---(8)]]>(*復共軛)
23.如權利要求21所述的干涉調制器，其中，所述疊層膜具有一個交替的疊層膜，其中具有互不相同的復數折射率的第一透明薄膜層和第二透明薄膜層交替地堆疊，和一個提供在所述交替疊層膜上并與所述吸收體層相對的第三透明薄膜層。
24.如權利要求21所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離在干涉范圍內改變。
25.如權利要求21所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離變化到沒有干涉發(fā)生處的光學距離。
26.如權利要求21所述的干涉調制器，其中，形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙逐步改變。
27.如權利要求21所述的干涉調制器，進一步包括一個驅動元件，用于改變形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離。
28.如權利要求27所述的干涉調制器，其中所述驅動元件包括一個壓電元件。
29.如權利要求21所述的干涉調制器，其中形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙是真空的或用氣體填充。
30.如權利要求21所述的干涉調制器，其中形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙用液體填充。
31.如權利要求21所述的干涉調制器，進一步包括一個濾色器，用來通過具有特定波長的光。
32.如權利要求21所述的干涉調制器，進一步包括一個光散射層。
33.如權利要求21所述的干涉調制器，其中所述光學薄膜或所述疊層膜包括至少一個透明導電層。
34.如權利要求33所述的干涉調制器，其中形成在所述光學薄膜或所述疊層膜與所述吸收體層之間的所述間隙的距離根據施加給所述至少一個透明導電層的電壓而改變。
35.一種具有多個像素的顯示裝置，其中每個像素包括根據權利要求21的干涉調制器。
36.如權利要求35所述的顯示裝置，其中所述多個像素包括第一像素和第二像素，其中提供給所述第一像素和所述第二像素的所述干涉調制器在所述光學薄膜、所述疊層膜或所述吸收體層的結構上互不不同。
37.一種包括根據權利要求35所述的顯示裝置的電子設備。
全文摘要
本發(fā)明的干涉調制器包括一個透明基板(折射率n
文檔編號G02B5/28GK1591079SQ20041005706
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月30日 優(yōu)先權日2003年8月29日
發(fā)明者田口登喜生, 植木俊, 津田和彥 申請人:夏普株式會社