專利名稱：顯示裝置和空間光調制器的制作方法
技術領域：
總體上本發(fā)明涉及空間光調制領域，具體地，本發(fā)明涉及具有改善了的背光的顯不器。
背景技術：
用機械的光調制器構成顯示器是基于液晶技術的顯示器的一種有誘惑力的可供選擇的替代方案。機械的光調制器快速得足以用良好的視角和大范圍的色彩及灰度顯示視頻內容。機械的光調制器在投影顯示應用中已經取得成功。然而使用機械的光調制器的背光顯示器卻還沒有表現(xiàn)亮度與低功率的有足夠誘惑力的組合。當以透射的模式工作時，許多機械的光調制器，具有10%至20%范圍內的孔徑光闌比，只能夠向該觀看者發(fā)送10%至 20%的可以從該背光得到的光，以產生圖像。該機械的孔徑光闌與彩色濾光器組合將光學效率降低到約5%，即不優(yōu)于用當前的彩色液晶顯示器可得到的效率。需要一種提高照明效率的低功率顯示器。

發(fā)明內容
在此描述的裝置和方法提供一種具有改善了的照明效率的機械光調制器，使得機械作動器(actuator)對于在便攜的和大面積的顯示器的使用有誘惑力。在一些情況下，耦接到背光的機械調制器的透射比或者光學效率可以提高到40%至60%的程度，或者說效率是液晶顯示器中的典型效率的10倍以上。另外，本文所描述的裝置和方法可以結合到小尺寸、高分辨率的顯示器中，而不論光調制機制如何，以提高該顯示器的亮度和降低顯示應用中的功率要求。在此描述的光調制器使便攜視頻顯示器能夠既亮又低功率?？梢宰銐蚩焖俚厍袚Q該光調制器，以使用時間序列彩色技術提供彩色圖像而不依賴于彩色濾光器。可以使用少到三個的功能層來構造該顯示器，以既形成機械快門組件又形成陣列尋址所必要的電連接。在一方面，本發(fā)明涉及一種空間光調制器，該空間光調制器包括第一反射性表面和第二反射性表面。該第一反射性表面確定多個光透射區(qū)域，譬如孔徑光闌、濾光器或者液晶部件。該第二反射性表面至少部分地面對該第一反射性表面并且向由該第一反射性表面確定的該光透射區(qū)域反射光。這些反射性表面可以是鏡、介電體鏡或者功能薄膜。在一個實施方案中，該第一反射性表面平行于或者基本平行于該第二反射性表面。在另一個實施方案中，該反射性表面至少部分地相互橫向。該第一和第二反射性表面之間的空間確定基本透明的光學腔的區(qū)域。在一個實施方案中，該空間光調制器包括一光調制器的陣列用于選擇性地遮擋該光透射區(qū)域。遮擋可以包括，而不限于，部分地或者完全地阻斷、反射、偏轉、吸收或者以其他的方式阻止光到達該空間的光調制器的預期的觀看者。在一個實施方案中，該光調制器的陣列包括該第一反射性表面。在該光調制器的陣列中的該光調制元件的一個特征是它們可以單獨地被控制。在一個實施方案中，該光調制元件可以是基于MEMS的快門組件，并且可選地可以是雙穩(wěn)態(tài)的或者可形變的快門。在一個實現(xiàn)方式中，該快門組件包括涂覆有第一膜的快門，該第一膜用于吸收從一個方向照射在該快門上的光，并且該快門涂覆有第二膜，該第二膜用于反射從另一個方向照射在該快門上的光。在一個實施方案中，該快門在一個平面中運動，使得在一個位置中該快門基本遮擋光穿過對應的光透射區(qū)的通道，并且在第二位置中它們允許光穿過該光透射區(qū)域。在另一個實施方案中，該快門至少部分地運動出由包括該快門的快門組件的陣列確定的平面。當基本在該平面中時，該快門遮擋光穿過對應的光透射區(qū)域的通道。當基本在該平面外時，該快門允許光穿過該光透射區(qū)域。在另一個實施方案中，該光調制器的陣列包括多個液晶單元。在另一個實施方案中，該空間光調制器包括光導，用于在整個光學腔上分布光。該反射性表面可以直接地布置在該光導的前表面和后表面上。作為可供選擇的替代方案，該前反射性表面可以布置在其上布置該光調制器的一個分開的基片上。類似地，該第二反射性表面可以直接地耦接到該光導的后側，或者說它可以附著到第三表面上。在其上形成該光調制器的陣列的該基片可以是透明的或者是不透明的。對于不透明的基片，穿過該基片蝕刻孔徑光闌，以形成光透射區(qū)域。該基片可以直接耦接到該光導上，或者它可以用一個或者多個墊片或者支承件與該光導分開。在又一個實施方案中，該空間光調制器包括散射器或者亮度增強膜。該空間光調制器還可以包括諸如發(fā)光二極管之類的光源。在另一方面，本發(fā)明涉及一種形成圖像的方法。該方法包括把光引入到反射性的光學腔中。該反射性的腔包括多個光透射區(qū)域，通過該光透射區(qū)域光可以逸出該反射性的光學腔。該方法還包括通過允許所引入的光通過至少一個該光透射區(qū)域逸出該反射性的光學腔而形成圖像。在一個實施方案中，該光的逸出由光調制器的陣列控制的，該光調制器要么遮擋穿過光透射區(qū)域的光，要么允許它通過。在另一個實施方案中，該方法包括通過交替地照明多個不同著色的光源形成彩色圖像。在還一實施方案中，該方法包括反射照射在未遮擋的光透射區(qū)域的環(huán)境光的一部分。在又一方面，本發(fā)明涉及一種制造空間光調制器的方法，該方法包括形成具有第一和第二對置側面的基本透明的腔，其中可以引入光。該方法還包括把第一反射性表面耦接到該透明的腔的第一側面，使得該第一反射性表面面對該透明的腔的內部。在該第一反射性表面中形成多個光透射區(qū)域。另外，該方法包括把第二反射性表面耦接到該透明的腔的第二側面，使得該第二反射性表面面對該透明的腔的內部。在另一方面，本發(fā)明涉及一種形成圖像的方法，該方法是通過接收環(huán)境光并且把形成在至少一個基片上的快門放置成選擇性地反射所接收的環(huán)境光，以形成該圖像。本發(fā)明的一個目的是提供用于顯示器的裝置和方法，該顯示器利用聚光器的陣列把光聚在機械光調制器的表面上或者聚得穿過機械光調制器的表面，以提高該顯示器的對比度或者亮度。在一方面，本發(fā)明涉及一種顯示器，用于向觀看者顯示圖像。該顯示器包括光調制器的陣列和置于該光調制器的陣列與該觀看者之間的反射性光漏斗(funnel)的陣列。該反射性光漏斗的陣列把光聚在該光調制器的陣列中的一些相應的光調制器上。在一個實施方案中，該光調制器的陣列選擇性地向該觀看者反射光以顯示該圖像。在另一個實施方案中，該光調制器的陣列向該觀看者選擇性地調制光以顯示該圖像。在另一方面，本發(fā)明涉及一種通過形成反射性或者透射性光調制器的陣列制造顯示器的方法。該方法還包括通過在基本透明的片材上形成凹陷的陣列形成反射性光漏斗的陣列。每個凹陷各具有頂部、底部和壁。形成該反射性光漏斗的陣列還包括在該凹陷的壁上沉積反射性的膜，并且在該凹陷的底部形成光學開口使得該光學開口的直徑小于該凹陷的頂部的直徑。作為可供選擇的替代方案，可以通過用透明的材料形成漏斗型物體的陣列并且用反射性膜涂覆該漏斗型物體的壁的外側形成該反射性光漏斗的陣列。


通過下面參照附圖的說明性描述將更好地理解該系統(tǒng)和方法，其中圖IA是根據本發(fā)明的說明性實施方案的光調制器的陣列的等比例概念圖；圖IB是根據本發(fā)明的說明性實施方案的包括在圖IA的光調制器陣列中的快門組件的橫截面圖；圖IC是根據本發(fā)明的說明性實施方案的圖IB的快門組件的快門層的等比例圖；圖ID是諸如圖IA的光調制陣列的光調制器各個功能層的俯視圖；圖2是根據本發(fā)明的說明性實施方案的用于空間光調制器中的光學腔的橫截面圖；圖3A-3D是根據本發(fā)明的說明性實施方案的可供選擇的替代快門組件的橫截面圖；圖4是根據本發(fā)明的說明性實施方案的具有第一涂層了的快門的快門組件的橫截面圖；圖5是根據本發(fā)明的說明性實施方案的具有第二涂層了的快門的快門組件的橫截面圖；圖6是根據本發(fā)明的說明性實施方案的具有用于光調制器陣列中的彈性作動器的快門組件的橫截面圖；圖7是根據本發(fā)明的說明性實施方案的具有用于光調制器陣列中的形變快門的快門組件的橫截面圖；圖8A-8B是根據本發(fā)明的說明性實施方案的構建在用于光調制器陣列中的不透明的基片上的快門組件的橫截面圖；圖9根據本發(fā)明的說明性實施方案的基于液晶的空間光調制器的橫截面圖；圖10是根據本發(fā)明的說明性實施方案的第一基于快門的空間光調制器的橫截面圖；圖11是根據本發(fā)明的說明性實施方案的第二基于快門的空間光調制器的橫截面圖；圖12A-12D是根據本發(fā)明的說明性實施方案的第三、第四、第五和第六說明性的基于快門的空間光調制器的橫截面圖13是根據本發(fā)明的說明性實施方案的第七基于快門的空間光調制器的橫截面圖；圖14A和14B是根據本發(fā)明的說明性實施方案的兩個附加的空間光調制器的橫截面圖；圖15是根據本發(fā)明的說明性實施方案的附加的快門組件的橫截面圖；圖16是根據本發(fā)明的說明性實施方案的又一空間光調制器的橫截面圖；圖17是根據本發(fā)明的實施方案的說明性透射反射性快門組件；圖18是根據本發(fā)明的實施方案的第二說明性透射反射性快門組件；圖19是根據本發(fā)明的說明性實施方案的前反射性快門組件的橫截面圖；圖20是根據本發(fā)明的說明性實施方案的由光調制陣列形成的較大規(guī)模顯示器的等比例圖；圖21A是適于包括進顯示裝置100中用于尋址像素的矩陣的有源控制矩陣2100 的示意圖；圖21B是包括圖21A的控制矩陣的該像素陣列的一部分的等比例圖。圖22是根據本發(fā)明的說明性實施方案的顯示裝置的概念性等比例圖；圖23是根據本發(fā)明的說明性實施方案的圖22的顯示裝置的各個快門和像素組件的局部截面圖；圖24A和圖24B是根據本發(fā)明的說明性實施方案的圖22和圖23的顯示裝置的快門層在不同作動狀態(tài)下的俯視圖；圖25是根據本發(fā)明的說明性實施方案的圖22-24B的顯示裝置的快門層的等比例圖，類似于圖22的圖示，示出在該顯示裝置中安排該快門組件的概念性布設圖解；圖^A_26D是根據本發(fā)明的說明性實施方案圖22_25的顯示裝置的聚光器陣列層在不同的制造階段的的局部橫截面圖；圖27A-27C是根據本發(fā)明的另一說明性實施方案的圖22_25的顯示裝置的聚光器陣列層在不同的制造階段的局部橫截面圖；圖觀是根據本發(fā)明的說明性實施方案的圖22-27C的顯示裝置的各個快門和像素組件的等比例局部橫截面圖；圖四是根據本發(fā)明的說明性實施方案的實施成透射反射型顯示器的圖22-28的顯示裝置的各個快門和像素組件的等比例局部橫截面圖；圖30是根據本發(fā)明的說明性實施方案的實施成透射型顯示器的圖22- 的顯示裝置的各個快門和像素組件的等比例局部橫截面圖。
具體實施例方式為了提供對本發(fā)明的總體理解，現(xiàn)在將描述某些說明性實施方案，包括用于空間調制光的裝置以及方法。然而，本領域內的普通技術人員將會理解，本文所描述的系統(tǒng)和方法可以適當?shù)貙λ槍Φ膽眠M行適應和修改，并且本文所描述的裝置和方法可以用于其他適合的應用中，并且諸如此類的其他補充和修改不偏離其范圍。圖IA是根據本發(fā)明的說明性實施方案的光調制器的陣列100(也稱為“光調制陣列100”)的等比例概念圖。光調制陣列100包括多個按行和列安排的快門組件102a-102d(統(tǒng)稱“快門組件102”)?？傮w上，快門組件102具有兩個狀態(tài)，即開放和關閉 (盡管為了實現(xiàn)灰度可以采用部分開放)?？扉T組件10 和102d處于開放狀態(tài)，允許光通過。快門組件102b和102c處于關閉狀態(tài)，遮擋光的通路。通過選擇性地設定快門組件 102a-102d的狀態(tài)，就可以利用光調制陣列100形成投影顯示或者背光顯示燈105照明的圖像104。在光調制陣列100中，每個快門組件102對應于圖像104中的像素106。在替代的實現(xiàn)方式中，光調制陣列包括每個像素的各三個色彩特定的快門組件。通過選擇性地開放與像素對應的一個或者多個特定顏色的快門組件，該快門組件可以產生該圖像中的彩色像
ο每個快門組件102的狀態(tài)都可以使用一種無源矩陣尋址方案被控制。每個快門組件102由一個列電極108和兩個行電極IlOa(—個“行開放電極”)和110b( —個“行關閉電極”)控制。在光調制陣列100中，給定列中的所有快門組件102共享一個單個的列電極 108。給定的行中所有的快門組件102共享公共的行開放電極IlOa和公共的行關閉電極 110b。有源矩陣尋址方案也是可能的。有源矩陣尋址(其中借助于薄膜晶體管陣列控制像素和切換電壓)在整個視頻幀的周期中必須以穩(wěn)定的方式保持所施加的電壓的情況中是有用的?？梢杂妹肯袼刂挥幸粋€行電極構成有源矩陣尋址的實現(xiàn)。在該無源矩陣尋址的方案中，為了把一個快門組件102的狀態(tài)從一種關閉的狀態(tài)改變成一種開放的狀態(tài)，即為了開放快門組件102，光調制陣列100向與快門組件102所位于的光調制陣列100的列相應的列電極108施加電勢，并且向與快門組件102所位于的光調制陣列100的行相應的行開放電極IlOa施加一個第二電勢，在一些情況下該第二電勢具有相反的極性。為了把快門組件102的狀態(tài)從開放的狀態(tài)改變成關閉的狀態(tài)，即為了關閉快門組件102，光調制陣列100向與快門組件102所位于的光調制陣列100的列相應的列電極108施加電勢，并且向與快門組件102所位于的光調制陣列100的行相應的行關閉電極IlOb施加第二電勢，在一些情況下該第二電勢具有相反的極性。在一個實現(xiàn)方式中，快門組件響應于施加到該列電極與該行電極IlOa或者IlOb之一的電勢差越過預定的切換閾值而改變狀態(tài)。在一個實現(xiàn)方式中，為了形成圖像，光調制陣列100以時間順序次序設定一行的每個快門組件102的狀態(tài)。對于給定的行，光調制陣列100首先通過向對應的行關閉電極 IlOb施加電勢和向所有的列電極108施加脈沖電勢關閉該行中的每個快門組件102。然后光調制陣列100通過向行開放電極IlOa施加電勢并且向包括要被開放的行中快門組件的列的列電極108施加電勢而開放光要經之通過的快門組件102。在一個可供選擇的替代工作模式中，取代于順序地關閉每行快門組件102，在把光調制陣列100中的所有行設于正確的位置以形成一個圖像104以后，光調制陣列100通過同時地對所有的行關閉電極IlOb和所有列電極108施加一個電勢而全局地同時復位所有的快門組件102。在另一個可供選擇的替代工作模式中，光調制陣列100放棄復位快門組件102并且只改變對顯示一個后續(xù)圖像104需要改變狀態(tài)的快門組件102的狀態(tài)。除了列電極108和行電極IlOa和IlOb之外，每個快門組件包括一個快門112和一個孔徑光闌114。為了照明圖像104中的一個像素106，把該快門布置成使它沒有任何顯著遮擋地允許光向觀看者穿過孔徑光闌114。為了保持一個像素不發(fā)光，把該快門112布置得使之遮擋光穿過孔徑光闌114的通道。該孔徑光闌114由穿過在每個快門組件中的反射性材料蝕刻的區(qū)域，譬如列電極108，形成。該孔徑光闌114可以填充介電體材料。圖IB是圖IA的快門組件102中的一個的橫截面圖(參見下面的圖ID中的線 A-A’)，示出快門組件102的附加特征。參見圖IA和圖1B，快門組件102構成在一個基片116上，該基片被與光調制陣列100的其他快門組件102共用?；?16可以支承多達 4，000, 000個快門組件，安排成高達約2000行和高達約2000列中。如前文所描述，快門組件102包括一個列電極108、一個行開放電極110a、一個行關閉電極110b、一個快門112和一個孔徑光闌114。列電極108由一種基本連續(xù)的反射金屬層形成，該基本連續(xù)的反射金屬層即置于基片116上的列金屬層118。列金屬層118起用于光調制陣列100中的快門組件102的列的列電極108的作用。間斷列金屬層118的連續(xù)性，以把一個列電極108與光調制陣列100中的其他列的快門組件102中的列電極108電絕緣。如上所述，每個快門組件102各包括穿過列金屬層118蝕刻以形成一個光透射性區(qū)域的孔徑光闌114。該快門組件包括一個行金屬層120，該行金屬層由一個或者多個介電體材料或者金屬的居間層與列金屬層118分開。行金屬層120形成兩個由光調制陣列100中的一行快門組件102共用的兩個行電極IlOa和110b。行金屬層120還起反射穿過列金屬層118中的縫隙而不是通過孔徑光闌114的光的作用。列金屬層和行金屬層在約0. 1與2微米厚之間。在諸如圖ID中所示的(下文說明)可供選擇的替代實現(xiàn)方式中，行金屬層120可以處于快門組件102中的列金屬層118的下方?？扉T102的組件包括一個第三功能層、稱為快門層122，該快門層包括快門112?？扉T層122可以用金屬或者半導體形成。金屬或者半導體渡通124把列金屬層118和行金屬層120的行電極IlOa和IlOb電連接到快門層122上的零件上?？扉T層122通過潤滑劑、 真空或者空氣與行金屬層120分開，為快門112提供運動的自由度。圖IC是根據本發(fā)明的說明性實施方案的快門層122的等比例圖。參照IB和IC兩圖，除了快門112以外，快門層122還包括四個快門支撐點126、兩個行支撐點128a和128b 和兩個作動器130a和130b，每個各包括兩個對置的順性的梁?？扉T112包括遮擋的部分 132，并且可選地，如在圖IC中所示，還包括到快門孔徑光闌134。在開放的狀態(tài)下，要么快門112離開孔徑光闌114，要么快門孔徑光闌134位于孔徑光闌134的上方，從而允許光穿過快門組件102。在關閉的狀態(tài)下，遮擋部分132置于該孔徑光闌的上方，遮擋光穿過快門組件102的通道。在可供選擇的替代實現(xiàn)方式中，快門組件102可以包括附加的孔徑光闌 114，并且快門112可以包括多個快門孔徑光闌134。例如，快門112可以設計有一系列做有窄槽的快門孔徑光闌134，其中快門孔徑光闌134的總面積等于圖IC中所示的單個快門孔徑光闌134的面積。在這樣的實現(xiàn)方式中，可以顯著地降低快門在開放的和關閉的狀態(tài)之間運動所要求的運動量。每個作動器130a和130b用兩個對置的順性的梁形成。第一對順性的梁，即快門作動器梁135把快門112的每個端部物理地和電氣地連接到位于快門組件102的每個角中的快門支撐點126上?？扉T支撐點1 進而電連接到列金屬層118。第二對順性的梁，即行作動器梁136a和13 從每個行支撐點128a和12 伸出。行支撐點128a經由一個渡通電連接到行開放電極110a。行支撐點128b由渡通電連接到行關閉電極110b?？扉T作動器梁135和行作動器梁136a和136b (集體地稱為“作動器梁135和136”)由諸如Au、Cr或者Ni的沉積金屬形成，或者由諸如多晶硅、或者非晶硅的半導體形成，或者，如果形成在一種隱埋的氧化物(也稱為絕緣體上的硅)的頂部上，則由單晶硅形成。作動器梁135和136 構圖為約1至20微米寬的尺寸，使得作動器梁135和136是順性的。圖ID是根據本發(fā)明的說明性實施方案的光調制陣列100’的各種功能層的俯視圖。在完成的不同階段，光調制陣列100’包括十二個快門組件102’ a-102’ 1?？扉T組件 102，a和102，b只包括光調制陣列100，的列金屬層118，?？扉T組件102c，-102，f只包括光調制陣列100’的行金屬層120’(即行開放電極和行關閉電極)。快門組件102’g和 102’h包括列金屬層118’和行金屬層120’。與圖IB中的快門組件102相反，列金屬層118’ 布置在行金屬層120’的頂部上?？扉T組件102’ i-1描繪快門組件102’的所有三個功能層，即行金屬層120’、列金屬層118’和快門金屬層122，。由通過包括在快門組件102’ i和 102，k中的快門孔徑光闌134’可看見的列金屬層118，所指示，快門組件102，i和102，k 是關閉的。由在快門孔徑光闌134’中可看見的列金屬層118’孔徑光闌114’所指示，快門組件102，j和102，1在開放的位置。在其他的可供選擇的替代實現(xiàn)方式中，快門組件可以每像素包括多個孔徑光闌和對應的快門以及作動器(例如在1至10個之間)。在改變該快門組件的狀態(tài)時，所激勵的作動器數(shù)可以取決于所施加的切換電壓，或者取決于被選擇以接受切換電壓的行和列電極的特定組合。其中通過提供在最低和最高切換電壓之間的切換電壓，按模擬的方式部分地開放孔徑光闌的實現(xiàn)方式也是可能的。這些可供選擇的替代實現(xiàn)方式提供了產生灰度的改進手段。對于快門組件102的作動，響應于向快門組件102的列電極108施加電勢，同樣地用所施加的電勢為快門支撐點126、快門112和快門作動器梁135施加電壓。在為行電極 IlOa或者IlOb之一施加電壓時，也為對應于行支撐點128a或者128b和對應的行作動器梁136a或者136b施加電壓。如果得出的行作動器梁136a或者136b與其對置的作動器梁 135之間的電勢差超過預定的切換閾值，行作動器梁136a或者136b吸引其對置的快門作動器梁135，從而改變快門組件102的狀態(tài)。隨著把作動器梁135和136拉在一起，它們彎曲或者改變狀態(tài)。每對作動器梁135 和136(即，行作動器梁13 或者134b以及其對置的快門作動器梁13 可以具有兩個交替且穩(wěn)定的曲度形式之一，要么以平行的形狀或者曲度被拉在一起，要么以穩(wěn)定的方式被保持分開，對其曲度賦與相反的符號。從而，每對都是機械雙穩(wěn)態(tài)的。每對作動器梁135和 136在兩個位置是穩(wěn)定的，一個是快門112在“開放的”位置，而第二個是快門112在“關閉的”位置。一旦作動器梁135和136達到該穩(wěn)定位置之一，對列電極108或者兩個行電極 IlOa或者IlOb的任一個都不需要施加功率或者電壓來將快門112保持在該穩(wěn)定的位置。 為了將快門112運動出該穩(wěn)定的位置需要施加高于預定閾值的電壓。盡管快門組件102不論是在開放的位置還是在關閉的位置都是能量穩(wěn)定的，但是一個穩(wěn)定的位置可以比另一個穩(wěn)定的位置具有較低的能量狀態(tài)。在一種實現(xiàn)方式中，將快門裝置102設計為使得關閉位置具有比開放位置更低的能量狀態(tài)。因此可以對任何像素或者所有像素施加低能量的復位脈沖，以把整個陣列復原到其最低應力的狀態(tài)，也就是對應于全黑的圖像。光調制陣列100以及其部件快門組件102是使用本領域內公知的標準的微加工技術形成的，包括光刻；蝕刻技術，諸如濕化學蝕刻、干蝕刻、和光致抗蝕劑去除；硅的熱氧化；電鍍和無電鍍；擴散工藝，譬如硼、磷、砷和銻擴散；離子植入；膜沉積，譬如蒸發(fā)(熱絲、電子束射、閃光和遮蔽(shadowing)以及臺階覆蓋)、噴濺、化學氣相沉積(CVD)、外延附生(蒸發(fā)相、液相和分子束)，電鍍、絲網印刷和層化?？傮w上參見Jaeger著微電子制造導論(Addison-Wesley出版公司，Reading Mass。1988) ；Runyan等人著半導體集成電路工藝技術(Addison-Wesley 出版公司，Reading Mass, 1988) ； 1987-1998IEEE 微電子機械系統(tǒng)會議論文集；Rai-Choudhury編輯的微光刻、微加工和微制造手冊(SPIE光學工程出版社， Bellingham,華盛頓，1997)。更加具體地，在基片的頂部沉積多層材料(典型地在金屬與介電體之間交替地沉積)形成堆棧。在該堆棧上加入一層或者多層材料以后，在該堆棧的最項層的頂部上構圖， 標記要么從該堆棧上去除要么保留在該堆棧上的材料。然后向構圖了的堆棧施加各種蝕刻技術，包括濕蝕刻和/或干蝕刻以去除不想要的材料。該蝕刻工藝可以基于該蝕刻的化學成分、該堆棧中的層和施加該蝕刻的時間量從該堆棧的一個層或者多個層中去除材料。該制造工藝可以包括分層(layering)、構圖和蝕刻的多個迭代。該工藝還包括一個釋放步驟。為了提供部件在成品裝置中運動的自由度，在將形成在成品裝置中的運動部件的材料近端的堆棧中插入犧牲材料。蝕刻去除大部分該犧牲材料，從而使得該部件可以自由運動。在釋放之后，把該運動的快門的表面絕緣，從而不會在接觸時在運動的部件之間傳遞電荷。這可以通過熱氧化完成和/或通過保形化學氣相沉積諸如A1203、Cr203、TiO2, HfO2、V205、Nb205、Tii205、Si02、或者Si3N4之類的絕緣體完成，或者通過使用諸如原子層沉積之類的技術沉積類似的材料完成。通過化學變換工藝，譬如氟化或者氫化該絕緣了的表面， 化學地鈍化所絕緣了的表面，以防止諸如接觸表面之間靜磨擦的問題。圖2是用于根據本發(fā)明的說明性實施方案的用于空間光調制器中的一個光學腔 200的橫截面圖。光學腔200包括一個前反射性表面202和一個后反射性表面204。前反射性表面202包括一個光透射區(qū)域陣列206，光208通過該光透射區(qū)域陣列可以逸出光學腔 200。光208從一個或者多個光源210進入光學腔200。光206在前和后反射性表面202與 204之間反射直到它反射穿過該光透射區(qū)域206之一為止。沿該光學腔的側面可以添加附加的反射性表面。在一個實現(xiàn)方式中，前和后反射性表面202和204通過或在一個玻璃基片或在一個塑料基片上沉積一種金屬或者半導體而形成。在其他的實現(xiàn)方式中，前和后反射性表面 202和204通過或在一個介電體膜的頂部上沉積金屬或者半導體而形成，該介電體膜布置成構建在一個基片上的一系列薄膜之一。反射性表面202和204具有約50%以上的反射率。例如，反射性表面202和204可以具有70 %、85 %、96 %或者更高的反射率。更光滑的基片和更精細粉末金屬得出更高的反射率。可以通過拋光玻璃基片或者通過把塑料模制成光滑的壁的形狀得到光滑的表面。作為可供選擇的替代方案，可以澆鑄玻璃或者塑料使得通過安置液體/空氣界面形成光滑的表面。可以通過多種氣相沉積技術，包括噴濺、蒸發(fā)、離子鍍、激光剝蝕或者化學氣相沉積，形成精細的粉末金屬膜。對這種反射應用有效的金屬，包括而不限于Al、Cr、Au、Ag、Cu、Ni、Ta、Ti、Nd、Nb、Si、Mo和/或其合金。
作為替代方案，該反射性表面可以通過在光學腔200中的光導與布置在其頂部上的一系列薄膜中的任何一個之間插入低折射率介電體材料而形成。在該光導與該薄膜之間的折光率改變導致在該光導中的內全反射的情況，從而可以以近于100 %的效率反射足夠低的入射角的入射光。在該替代方案中，反射性表面202或者204可以用鏡，譬如介電體鏡形成。介電體鏡制造成在高和低折光率的材料之間交替的介電體薄膜的堆棧。從折光率改變處的每個界面反射該入射光的一部分。通過把該介電體層的厚度控制到波長的某個固定的分數(shù)或者倍數(shù)，并且通過增加從多個平行的界面的反射，可以產生反射率超過98%的凈反射性表面。 某些介電體鏡具有大于99. 8 %的反射率。介電體鏡可以是客戶定制設計的以接受可見光范圍內預定的波長范圍，并且接受預定的入射角范圍。只要該制造可以控制該介電體膜堆棧中的光滑性，在這種條件下就可以有超過99%的反射率。該堆棧可以包括20個至500個膜。在另一個替代方案中，第一和第二反射性表面202或者204作為分開的部件包括在光學腔200中。拋光的不銹鋼或者鋁薄片對于該目的可能就足夠了。而且可能在連續(xù)的片材或者塑料卷的表面上產生反射的金屬表面或者介電體鏡。然后可以把反射性塑料的片固附到或者粘帖到光學腔200的其他部件上。光透射的區(qū)域206被安排成一個陣列，以形成用之形成圖像的像素。在說明性的實施方案中，光透射的區(qū)域206間隔開約100至約350微米。該光透射的區(qū)域在形狀上是細長的或者矩形的，其中較大的尺寸是約50至約300微米，而較窄的尺寸是在2至100微米之間，盡管其他的形狀和尺寸也可以是適合的。對于投影顯示器，該節(jié)距可以小至20微米，同時孔徑光闌寬度小到5微米。由光透射區(qū)域206占據的前反射性表面202的面積與前反射性表面202的總面積的比在本文中稱為透射比。光學腔200的說明性實施方案具有在約5%至約50%之間的透射比。通常，有這樣的低透射比的空間光調制器會發(fā)射不足以形成可用圖像的光。為了保證從光學腔200發(fā)射較多的光208，前和后反射性表面202和 204數(shù)次來回反射光208，直到所反射的光208穿過一個光透射區(qū)域206為止，或者直到光 208由于反射丟失其能量為止。較高反射率的表面造成較多的光208從光學腔200逸出以形成圖像。下面的表1對幾個透射比/反射率偶對列出經光透射區(qū)域206逸出的引入光學腔 200的光208的百分數(shù)(就效率而言)。
權利要求
1.一種具有前面的顯示裝置，包括第一反射性表面，限定多個光透射性區(qū)域，用于反射光遠離所述顯示裝置的前面；第二反射性表面，至少部分地面對所述第一反射性表面，用于把光朝所述顯示裝置的前面反射；以及光調制器的陣列，位于所述第二反射性表面和所述顯示裝置的前面之間，用于通過選擇性地遮擋由所述第一反射性表面限定的各光透射性區(qū)域來形成多個顯示像素，其中所述光調制器的陣列中的光調制器對應各光透射性區(qū)域。
2.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列中的光調制器與所述多個光透射性區(qū)域中的光透射性區(qū)域一對一地對應。
3.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述陣列與所述第一反射性表面間隔一間隙，所述間隙小于或等于大約100微米寬。
4.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述陣列與所述第一反射性表面間隔一間隙，所述間隙小于或等于大約10微米寬。
5.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述陣列與所述第一反射性表面間隔一間隙，所述間隙小于或等于大約1微米寬。
6.根據權利要求1所述的顯示裝置，包括一墊片，用于保持所述陣列離所述第一反射性表面大約一預定的間距，從而形成一間隙。
7.根據權利要求1所述的顯示裝置，包括流體，其至少部分地填滿保持在所述第一反射性表面和所述陣列之間的一間隙。
8.根據權利要求7所述的顯示裝置，其中所述流體包括液體。
9.根據權利要求8所述的顯示裝置，其中所述液體包括潤滑劑。
10.根據權利要求8所述的顯示裝置，其中所述光調制器包括MEMS光調制器，并且所述液體至少部分地圍繞所述MEMS光調制器。
11.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列中的光調制器包括液晶部件。
12.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列中的光調制器可獨立控制。
13.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列中的光調制器可共同控制。
14.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列中的光調制器包括 MEMS光調制器。
15.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列包括布置在一個平面中的多個快門，至少一個所述快門具有基本在該平面內的第一位置，所述第一位置不遮擋從所述第二反射性表面反射的光；以及基本在該平面內的第二位置，以遮擋從所述第二反射性表面反射的光。
16.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述光調制器的陣列包括布置在一個平面中的多個快門，至少一個所述快門具有基本在該平面內的第一位置，以遮擋從所述第二反射性表面反射的光；以及第二位置，在所述第二位置，該快門的至少一部分基本不在該平面內，該第二位置不遮擋從所述第二反射性表面反射的光。
17.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面和所述第二反射性表面在它們之間具有一空間，該空間限定一基本透明的腔。
18.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面基本平行于所述第二反射性平面且與所述第二反射性平面相對。
19.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面至少局部橫向于所述第二反射性表面。
20.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中包括一光導，所述光導位于所述第一反射性表面和所述第二反射性表面之間。
21.根據權利要求20所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面基本平行于所述光導的前表面。
22.根據權利要求20所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面位于所述光導的前表面上。
23.根據權利要求20所述的顯示裝置，包括一介電體層，其位于所述光導和所述第一反射性表面之間。
24.根據權利要求23所述的顯示裝置，其中所述光導具有第一折射率，并且所述介電體層具有的折射率小于所述第一折射率。
25.根據權利要求20所述的顯示裝置，其中所述陣列被形成在所述光導上。
26.根據權利要求25所述的顯示裝置，包括一蓋板，其與所述光導間隔一間隙。
27.根據權利要求20所述的顯示裝置，其中所述第二反射性表面位于所述光導的一側，該側與所述光導的最接近所述第一反射性表面的一側相對。
28.根據權利要求1所述的顯示裝置，包括一基片，所述第一反射性表面被布置在該基片上。
29.根據權利要求觀所述的顯示裝置，其中所述基片是基本透明的。
30.根據權利要求觀所述的顯示裝置，包括位于所述第一反射性表面和所述第二反射性表面之間的光導，以及其中所述基片與所述光導接觸。
31.根據權利要求觀所述的顯示裝置，包括位于所述第一反射性表面和所述第二反射性表面之間的光導，以及其中所述基片與所述光導間隔一間隙。
32.根據權利要求31所述的顯示裝置，其中所述光導和所述基片之間的間隙填滿流體。
33.根據權利要求32所述的顯示裝置，其中所述流體包括氣體。
34.根據權利要求觀所述的顯示裝置，其中所述陣列被形成在所述基片上。
35.根據權利要求34所述的顯示裝置，包括一蓋板，所述蓋板與所述基片間隔一間隙。
36.根據權利要求35所述的顯示裝置，其中所述基片和所述蓋板之間的間隙填滿流體。
37.根據權利要求36所述的顯示裝置，其中所述流體包括潤滑劑。
38.根據權利要求36所述的顯示裝置，其中所述流體具有第一折射率以及所述基片具有第二折射率，并且其中所述第一折射率基本匹配所述第二折射率。
39.根據權利要求1所述的顯示裝置，包括一基片，所述陣列被形成在所述基片上。
40.根據權利要求39所述的顯示裝置，其中所述基片是基本透明的。
41.根據權利要求39所述的顯示裝置，其中所述陣列被形成在所述基片的背對所述顯示裝置的前面的一側。
42.根據權利要求39所述的顯示裝置，包括第二基片，其位于所述陣列和所述第二反射性表面之間，所述第一反射性表面被形成在所述第二基片上。
43.根據權利要求42所述的顯示裝置，其中所述第二基片包括一光導。
44.根據權利要求42所述的顯示裝置，其中其上形成有所述陣列的所述基片和其上形成有所述第一反射性表面的所述基片間隔一間隙。
45.根據權利要求44所述的顯示裝置，其中所述間隙至少部分填滿流體。
46.根據權利要求45所述的顯示裝置，其中所述流體為液體。
47.根據權利要求46所述的顯示裝置，其中所述流體包括潤滑劑。
48.根據權利要求45所述的顯示裝置，其中所述流體具有第一折射率并且所述第二基片具有第二折射率，并且其中所述第一折射率基本匹配所述第二折射率。
49.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面包括金屬膜。
50.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面包括介電體膜。
51.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述第一反射性表面包括介電體鏡。
52.根據權利要求1所述的顯示裝置，包括用于照亮所述顯示裝置上的像素的光源。
53.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中至少一個所述光透射性區(qū)域具有對應的濾光器。
54.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述調制器包括基于MEMS的快門組件，所述快門組件至少部分涂覆有反射膜，用于把從所述第二反射性表面照射到所述快門上的光反射回到所述第二反射性表面。
55.根據權利要求1所述的顯示裝置，其中所述調制器包括基于MEMS的快門組件，所述快門組件至少部分涂覆有光吸收膜，以吸收環(huán)境光。
56.根據權利要求1所述的顯示裝置，包括一有源矩陣，用于控制所述陣列中的光調制器。
57.一種具有前面的空間光調制器，包括第一反射性表面，限定多個光透射性區(qū)域，用于反射光遠離所述空間光調制器的前第二反射性表面，至少部分面對所述第一反射性表面，用于把光朝所述顯示裝置的前面反射；以及光調制器的陣列，位于所述第二反射性表面和所述顯示裝置的前面之間，用于選擇性地遮擋由所述第一反射性表面限定的光透射性區(qū)域，其中所述光調制器的陣列與所述第一反射性表面間隔一間隙，所述間隙小于大約100微米寬。
58.根據權利要求57所述的空間光調制器，其中所述間隙小于大約10微米寬。
59.根據權利要求57所述的空間光調制器，其中所述間隙小于大約1微米寬。
60.根據權利要求57所述的空間光調制器，包括一墊片，用于保持所述陣列離所述第一反射性表面大約一預定的間距，從而形成一間隙。
61.根據權利要求57所述的空間光調制器，其中所述光調制器中的光調制器對應于由所述第一反射性表面限定的各光透射性區(qū)域。
62.根據權利要求57所述的空間光調制器，其中所述空間光調制器構成顯示裝置的一部分，并且所述光調制器的陣列中的光調制器選擇性地遮擋由所述第一反射性表面限定的光透射性區(qū)域，以在所述顯示裝置上形成多個顯示像素。
63.根據權利要求57所述的空間光調制器，其中所述光調制器的陣列中的光調制器包括MEMS光調制器。
全文摘要
公開了一種顯示裝置和一種空間光調制器。該顯示裝置包括第一反射性表面，限定多個光透射性區(qū)域，用于反射光遠離所述顯示裝置的前面；第二反射性表面，至少部分地面對所述第一反射性表面，用于把光朝所述顯示裝置的前面反射；以及光調制器的陣列，位于所述第二反射性表面和所述顯示裝置的前面之間，用于通過選擇性地遮擋由所述第一反射性表面限定的各光透射性區(qū)域來形成多個顯示像素，其中所述光調制器的陣列中的光調制器對應各光透射性區(qū)域。
文檔編號G02B26/02GK102401993SQ20111034795
公開日2012年4月4日 申請日期2006年2月23日 優(yōu)先權日2005年2月23日
發(fā)明者N·W·哈古德, R·巴頓 申請人:皮克斯特羅尼克斯公司