(57)【要約】  透明基板上のシリコンバックプレーン、シリコンバックプレーン上にあり、かつ、同バックプレーンにより制御されている画素透明電極のアレイ、透明対向基板、バックプレーン上の配向膜と対向基板の間の液晶材料、および、シリコンバックプレーン上に製作された偏光素子を備えた小型透明ディスプレイ。偏光素子は、ディスプレイのコントラストを改善するために、透明基板およびシリコンバックプレーンを通過する光の偏光解消を補償する。
2008513841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に制御される偏光変調材料と、
光の偏光を変化させ、かつ、前記偏光変調材料を電気的に制御するアドレシングバックプレーンと、
前記アドレシングバックプレーンの望ましくない偏光効果から前記偏光変調材料の所望の偏光効果を分離するための内部偏光分離器と
を含む透過型ディスプレイ。
【請求項２】
前記偏光分離器は、前記電気的に制御される偏光変調材料と前記アドレシングバックプレーンの間に挿入された線形偏光素子である請求項１に記載の透過型ディスプレイ。
【請求項３】
前記偏光分離器は、自身が透過しない偏光された光を吸収するように構成された線形偏光素子であり、かつ、前記電気的に制御される偏光変調材料と前記アドレシングバックプレーンの間に挿入されている請求項１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項４】
前記偏光分離器は、前記アドレシングバックプレーンの電気制御面上にコーティングされた電気絶縁性線形偏光材料を含む請求項１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項５】
前記偏光分離器は、前記アドレシングバックプレーンの前記電気制御面上に緊密に間隔を空けられた金属線の一次元ワイヤグリッドアレイをパターン形成することにより形成された線形偏光素子である請求項１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項６】
前記ワイヤグリッド偏光素子導電層は、画素内のワイヤグリッド線、画素間の分離隙間、および、各画素から前記アドレシングバックプレーンへの電気接続を備えて、透明画素電極にパターン形成される請求項５に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項７】
前記アドレシングバックプレーンはアクティブマトリクス集積回路を含むシリコン層である請求項１に記載の透過型ディスプレイ。
【請求項８】
前記偏光分離器は、前記アクティブマトリクス集積回路の一部として集積された線形偏光素子である請求項７に記載の透過型ディスプレイ。
【請求項９】
前記偏光素子は、緊密に間隔を空けられた金属線の一次元アレイとしてパターン形成された集積回路内の導電層から形成されている請求項８に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１０】
前記ワイヤグリッドアレイは、化学機械研磨で研磨されたシリコン酸化物層でコーティングされている請求項５に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１１】
前記偏光分離器は、自身が透過しない偏光された光のほとんどを吸収するワイヤグリッド偏光素子を作成するために前記アドレシングバックプレーンの電気制御面上に堆積され、かつ、緊密に間隔を空けられた線の一次元アレイとしてパターン形成された抵抗性導電層から形成される請求項１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１２】
前記抵抗性導電層はポリシリコンまたはニクロムで作られている請求項１１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１３】
前記アドレシングバックプレーンは透明基板を含む請求項１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１４】
前記透明基板はサファイヤである請求項１３に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１５】
前記ワイヤグリッド偏光素子を含む導電層は、光が偏光変調材料から前記アクティブマトリクス集積回路の特定の領域に通過することを遮断するように機能する固体領域でパターン形成されてもいる請求項５に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１６】
前記電気的に制御される偏光変調材料は液晶または他の電気光学材料である請求項１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１７】
前記アクティブマトリクス集積回路は各画素を制御するトランジスタおよびコンデンサを備えたＣＭＯＳ回路を含む請求項７に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項１８】
透過型ディスプレイ内のアドレシングバックプレーンの望ましくない偏光効果から偏光変調材料の所望の偏光効果を分離する偏光変調分離器。
【請求項１９】
前記偏光分離器は前記偏光変調材料と前記アドレシングバックプレーンの間に挿入された線形偏光素子である請求項１８に記載の偏光変調分離器。
【請求項２０】
前記偏光分離器は、自身が透過しない偏光された光を吸収し、かつ、前記電気的に制御される偏光変調材料と前記アドレシングバックプレーンの間に挿入されている請求項１８に記載の偏光変調分離器。
【請求項２１】
前記偏光分離器は、前記変調材料に対面している前記アドレシングバックプレーンの面上にコーティングされた電気絶縁線形偏光材料を含む請求項１８に記載の偏光変調分離器。
【請求項２２】
前記偏光分離器は、前記変調材料に対面している前記アドレシングバックプレーンの前記面上に緊密に間隔を空けられた金属線の一次元ワイヤグリッドアレイをパターン形成することにより形成された線形偏光素子である請求項１８に記載の偏光変調分離器。
【請求項２３】
前記ワイヤグリッド偏光素子導電層は、画素内のワイヤグリッド線の相互接続、画素間の分離隙間、および、各画素から前記アドレシングバックプレーンへの電気的接続を伴って、透明画素電極にパターン形成されている請求項２２に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項２４】
偏光変調材料と、
前記偏光変調材料を制御するためのアクティブマトリクス集積回路を含むシリコン層と、
前記集積回路に含まれた偏光素子と
を含むマイクロディスプレイ。
【請求項２５】
前記集積回路はワイヤグリッド偏光素子を形成するための緊密に間隔を空けられた金属線の一次元アレイとしてパターン形成された導電層を含む請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項２６】
前記偏光素子は、緊密に間隔を空けられた金属線の一次元アレイとしてパターン形成された前記集積回路内の導電層から形成されている請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項２７】
透過型マイクロディスプレイとして構成された請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項２８】
反射型マイクロディスプレイとして構成され、ならびに、光が前記偏光変調材料を介して進入し、前記ワイヤグリッド偏光素子から反射され、かつ、前記変調材料を介して戻り外出する請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項２９】
アクティブマトリクス集積回路を含む前記シリコン層は単結晶シリコンウェハ上にある請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３０】
前記集積されたワイヤグリッド偏光素子導電層は、画素内の前記ワイヤグリッド線の相互接続、画素間の分離隙間、および、各画素から前記アクティブマトリクスへの電気的接続を伴って、透明画素電極にパターン形成されている請求項２５に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３１】
前記ワイヤグリッド偏光素子導電層は前記アクティブマトリクス集積回路内の前記上部金属層である請求項２５に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３２】
前記アクティブマトリクス集積回路内の最上部導電層は電気絶縁偏光材料でコーティングされている請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３３】
前記アクティブマトリクス集積回路内の前記最上部導電層はインジウム−スズ酸化物透明画素電極のアレイである請求項３２に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３４】
前記偏光素子は自身が透過しない前記偏光された光を吸収するように構成されている請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３５】
前記アクティブマトリクス集積回路内の最上部導電層は、自身が透過しない前記偏光された光を吸収する電気絶縁偏光材料でコーティングされている請求項３４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３６】
前記偏光素子は、自身が透過しない前記偏光された光のほとんどを吸収するワイヤグリッド偏光素子を作成するために緊密に間隔を空けられた線の一次元アレイとしてパターン形成された前記集積回路内の抵抗性導電層から形成されている請求項３４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３７】
前記抵抗性導電層はポリシリコンで作られている請求項３６に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３８】
前記抵抗性導電層はニクロムで作られている請求項３６に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項３９】
アクティブマトリクス集積回路を含む前記シリコン層は透明基板上にある請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項４０】
前記透明基板はサファイヤである請求項３９に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項４１】
前記ワイヤグリッド偏光素子を含む前記導電層は、同じく、光が前記偏光変調材料から前記アクティブマトリクス集積回路の特定の領域に通過することを遮断するように機能する固体領域を備えてパターン形成されている請求項２５に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項４２】
前記偏光変調材料は液晶または他の電気光学材料である請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項４３】
前記アクティブマトリクス集積回路は、各画素を制御するトランジスタおよびコンデンサを備えたＣＭＯＳ回路を含む請求項２４に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項４４】
前記ワイヤは共通導電構造体により相互接続されている請求項３０に記載の透明ディスプレイ。
【請求項４５】
前記ワイヤは少なくとも２つのワイヤに広がる導通孔により相互接続されている請求項３０に記載の透明ディスプレイ。
【請求項４６】
透明ディスプレイを製作する方法であって、
サファイヤ基板上にシリコンを堆積する工程と、
前記シリコン内にアクティブマトリクス画素アドレス集積回路を製作する工程と、
ワイヤグリッド偏光素子を形成するために前記アクティブマトリクス画素表示回路上に狭い間隔で金属導電線のアレイを集積してパターン形成する工程と、
前記ワイヤグリッド偏光素子上に配向膜を塗布する工程と、
前記配向膜に隣接して液晶材料を配置する工程と
を含む方法。
【請求項４７】
前記ワイヤグリッド偏光素子の前記パターン形成する工程は、画素内の全ての前記導電線を電気的に相互接続する導電構造体を形成する工程を含む請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記ワイヤグリッド偏光素子は、隣接した画素間の空間から前記グリッド線を除去する工程および前記ワイヤグリッドを前記アクティブマトリクス画素表示回路に電気的に接続するための導通孔を製作する工程により透明画素電極に形成される請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記ワイヤグリッド偏光素子の前記パターン形成は、前記導電構造体のための光の１つのパターンおよび前記ワイヤグリッド線のための光の１つのパターンの光の２つのパターンにネガ型フォトレジストを連続して露光する工程を含む請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記ワイヤグリッド偏光素子の前記パターン形成は、隣接した画素間の前記空間から前記グリッド線を除去するための光の１つのパターンおよび前記ワイヤグリッド線のための光の１つのパターンの光の２つのパターンにポジ型フォトレジストを連続して露光する工程を含む請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記導電構造体は、各島が少なくとも２つのワイヤグリッド線に広がり、かつ、島がグループとして画素内の全てのワイヤグリッド線を電気的に相互接続させるように位置決めされるように、前記ワイヤグリッド導電層の下方の集積回路層間誘電体内の金属製の小さな島で形成されている請求項４７に記載の方法。
【請求項５２】
透明基板と、
前記シリコンバックプレーン上にあり、かつ、前記シリコンバックプレーンにより制御される透明画素電極のアレイを含む前記透明基板上のシリコンアドレス集積回路と、
前記アドレス回路に隣接した配向膜と、
透明対向基板と、
前記対向基板上の配向膜と、
配向膜間の液晶材料と、
前記透明基板および前記シリコンシリコンバックプレーンによる望ましくない偏光効果を前記液晶の所望の偏光効果から分離するための前記シリコンアドレス回路に集積された偏光素子と
を含む透過型マイクロディスプレイ。
【請求項５３】
前記偏光素子は、前記活性シリコン電極バックプレーン内にパターン形成された導電線の一次元アレイである請求項５２に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項５４】
導電線の前記アレイは可視光の波長の半分未満のピッチを有する請求項５３に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項５５】
前記アレイは、画素ごとにわたる分離された島を形成するためにパターン形成されている請求項５３に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項５６】
各画素にわたる前記線は電極を形成するために相互接続されている請求項５３に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項５７】
前記偏光素子は前記画素透明電極を覆ってコーティングされた層である請求項５２に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項５８】
前記透明基板はサファイヤである請求項５２に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項５９】
前記導電線は、各々が少なくとも２つの線の間に広がり、かつ、グループとして１つの画素にわたる全ての線を電極を形成するために相互接続させるように、位置決めされた小さな金属製の島上に堆積されている請求項５６に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項６０】
前記金属製島の１つまたは複数は前記シリコンバックプレーンに接続する導通孔を含む請求項５９に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項６１】
前記導電線を形成するために使用されている金属は、光が、下にあるシリコンアドレス回路の領域に進入することを遮断する固体金属領域を含む請求項５３に記載のマイクロディスプレイ。
【請求項６２】
偏光変調材料と、
前記偏光変調材料を制御するためのアドレス回路と、
前記アドレス回路と前記偏光変調材料の間の偏光素子と
を含む透明ディスプレイ。
【請求項６３】
前記偏光変調材料は液晶または他の電気光学結晶材料である請求項６２に記載の透明ディスプレイ。
【請求項６４】
前記アドレス回路は、各画素のためのトランジスタおよびコンデンサを備えたシリコン層内に製作されたＣＭＯＳ回路を含むアクティブマトリクス画素アドレス集積回路である請求項６２に記載の透明ディスプレイ。
【請求項６５】
前記偏光素子は、前記アクティブマトリクス画素アドレス集積回路の一部として集積されたワイヤの一次元アレイである請求項６２に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項６６】
前記集積されたワイヤグリッド偏光素子は、画素内の前記ワイヤグリッド線の相互接続
、画素間の分離隙間、および、各画素から前記アクティブマトリクスへの電気的接続を含めて、透明画素電極にパターン形成されている請求項６５に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項６７】
前記画素表示回路と前記ワイヤの間に層間誘電体がある請求項６５に記載の透明ディスプレイ。
【請求項６８】
前記アドレス回路に隣接した透明基板をさらに含む請求項６２に記載の透明ディスプレイ。
【請求項６９】
前記透明基板はサファイヤから作られている請求項６８に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７０】
前記偏光素子はワイヤグリッド偏光素子である請求項６２に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７１】
前記ワイヤグリッド偏光素子は反射を抑制するように構成されている請求項７０に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７２】
前記ワイヤグリッド偏光素子は、自身が透過しない偏光された光のほとんどを自身に吸収させる低い導電率を有する請求項７１に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項７３】
前記低導電率ワイヤグリッド偏光素子はポリシリコンにパターン形成されている請求項７２に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項７４】
前記低導電率ワイヤグリッド偏光素子はニクロムにパターン形成されている請求項７２に記載の透明マイクロディスプレイ。
【請求項７５】
前記ワイヤグリッド偏光素子は画素間で区画分けされている請求項７０に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７６】
前記ワイヤグリッド偏光素子の前記ワイヤは相互接続されている請求項７５に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７７】
前記ワイヤは共通導電構造体により相互接続されている請求項７６に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７８】
前記ワイヤは少なくとも２つのワイヤに広がる導通孔により相互接続されている請求項７６に記載の透明ディスプレイ。
【請求項７９】
偏光変調材料と、
前記偏光変調材料を制御するためのアドレス回路と、
前記アドレス回路内に集積され、かつ、前記アドレス回路と前記偏光変調材料の間の界面に位置するワイヤグリッド偏光素子であって、他の透明電極を不要にするように画素間で分離されたワイヤグリッド偏光素子とを含み、
前記ワイヤグリッド偏光素子のワイヤは相互接続されている透明ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積型偏光素子を備えたマイクロディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な透明液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、前面とバックプレーンの二枚の透明基板の間に挟まれた液晶材料の層を含んでいる。バックプレーン基板はガラスなどの透明基板上に画素を形成するための透明電極を含んでいる。前面基板は対向基板を形成するための透明ＩＴＯ電極を含んでいる。前面およびバックプレーンの透明電極はポリイミド配向膜で被覆されている。アクティブマトリクスディスプレイにおいては、バックプレーン基板の透明基板上に画素表示回路を備えたシリコン層からなるバックプレーンがあり、透明画素電極はこのシリコン層の上に位置し、同層により制御されている。液晶ディスプレイが適切に機能するためには、液晶材料に入射する光が偏光していなければならない。したがって、ＬＣＤディスプレイには偏光素子が通常使用されている。
【０００３】
本明細書の出願人は、シリコンバックプレーンの基板としてサファイヤを使用することの長所に注目した。サファイヤは透明であり、かつ、電子回路を形成するための単結晶シリコンの成長が可能である。本明細書に引例されている米国特許第６１９０９３３号明細書、同第６３１２９６８号明細書、同第６３６５９３６号明細書、同第６５２１９５０号明細書、および、同第６６１７１８７号明細書を参照されたい。残念ながら、サファイヤは、液晶材料を通過する光の偏光解消を引き起こしてしまう。
【０００４】
画素表示回路も透過光の偏光解消を引き起こすため、液晶ディスプレイは、大きなオン／オフのコントラスト比を得ることができない。この画素回路が微細化するに従い、マイクロディスプレイの場合のように、偏光解消効果はより強くなる。
【０００５】
マイクロディスプレイは、対角で３．８ｃｍ（１．５インチ）に満たない大きさの小さなディスプレイで、フルサイズのコンピュータ用モニタまたはテレビの画像を表示するためのレンズ系と共に使用される。マイクロディスプレイは会議室用プロジェクタ、プロジェクションテレビ、および、カムコーダ用ビューファインダなどの製品において使用されている。ほとんどのマイクロディスプレイはシリコン層に集積回路として作製された画素表示回路を有している。活性シリコン層は、シリコン、ガラス、石英ガラス、または、サファイヤなどのウエハ基板上に形成される。マイクロディスプレイのバックプレーンは、ウェハ内に周期的に作製されており、同バックプレーンは最終的に個別のマイクロディスプレイを作製するために切り離される。
【０００６】
さらに、透明基板および画素表示回路による望ましくない偏光解消効果は、照明光の入射角に依存する傾向があり、この偏光解消は大きな角度において顕著になる。マイクロディスプレイは本質的に光の大きな円錐角を有する。なぜなら、周期的な微小なアクティブマトリクスバックプレーン構造が、軸外の円錐内に光を回折するからである。プロジェクタなどのマイクロディスプレイの実施例において高い光利用効率を得るには、大きな円錐角が得られるＦナンバーの小さな光学系を一般に必要とするというジレンマがある。
【０００７】
機械的損傷から偏光素子を保護し、かつ、ディスプレイに偏光素子を取り付ける製造工程を排除するために、液晶セルの内部表面の一方または双方に偏光機能のある材料を被覆することが知られている。米国特許第３９４１９０１号明細書、同第６６３０２８９号明細書、および、同第６３９９１６６号明細書を参照されたい。いくつかの事例において、偏光機能材料は液晶配向膜としても機能することができる。
【０００８】
ディスプレイが透過型あるいは反射型の照明のいずれでも動作することを可能にするために、１つの偏光はワイヤグリッド偏光素子を通過し、かつ、直交する偏光は液晶材料の層を介して反射するように、液晶層の後方にワイヤグリッド偏光素子を組み込むことが知られている。本明細書に引用されている米国特許第５９８６７３０号明細書を参照されたい。また、電極、偏光素子、および、ミラーとして機能させるために液晶層の後方にワイヤグリッド偏光素子を組み込むことも知られている。本明細書に引用されている米国特許第４６８８８９７号明細書を参照されたい。
【０００９】
しかし、いずれの従来技術も、サファイヤ基板からなるマイクロディスプレイのコントラストを改善するための技術を教示または示唆してはいない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的はコントラストが改善されたマイクロディスプレイを提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的はサファイヤ基板からなるコントラストが改善されたマイクロディスプレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、バックプレーンを形成するサファイヤ基板を通過する光の偏光解消を補償し、かつ、バックプレーン上に周期的に形成された画素回路により引き起こされる光の偏光解消も補償するためにシリコンバックプレーン上にワイヤグリッドまたは他の偏光素子を組み込むことにより、コントラストが改善された液晶ディスプレイを実現するものである。
【００１３】
しかし、本発明は、他の実施形態においては全てのこれらの目的を達成する必要はなく、本明細書の特許請求の範囲は、これらの目的を達成することができる構造または方法に限定されない。
【００１４】
本発明による透過型ディスプレイは、電気的に制御された偏光変調材料、偏光変調材料を電気的に制御する画素表示回路からなるバックプレーン基板、および、バックプレーンによる望ましくない偏光解消効果を補償するための集積型偏光素子からなるバックプレーン基板は、サファイヤなどの光学的複屈折性を持つ透明基板からなる場合がある。
【００１５】
典型的な偏光分離器は、電気的に制御された偏光変調材料とアドレシングバックプレーン基板の間に挿入された線形偏光素子である。線形偏光素子は、この線形偏光素子が透過しない偏光された光を吸収するように構成することができる。偏光分離器は、バックプレーン基板の電気的制御面上にコーティングされた電気絶縁性線形偏光材料を含むことができる。１つの偏光分離器は、アドレシングバックプレーン基板の電気的制御面上の緊密に間隔を空けられた金属線の一次元ワイヤグリッドアレイをパターン形成することにより形成された線形偏光素子である。ワイヤグリッド偏光素子導電層は、画素内のワイヤグリッド線の相互接続、画素間の分離隙間、および、各画素からアドレシングバックプレーン基板への電気的接続を伴って、透明画素電極にパターン形成することができる。ワイヤグリッド偏光素子を含む導電層は、光が偏光変調材料からアクティブマトリクス集積回路の特定の領域に通過することを遮断するように機能する固体領域を備えてパターン形成することもできる。いくつかの事例において、ワイヤグリッド偏光素子導電層をシリコン酸化物層で被覆することが望ましく、続いて、同導電層は化学機械研磨により平坦かつ平滑にされる。
【００１６】
アドレシングバックプレーン基板は、アクティブマトリクス集積回路を含むシリコン層を含むことができる。偏光分離器はアクティブマトリクス集積回路の一部として集積された線形偏光素子とすることができる。この偏光素子は、緊密に間隔を空けられた金属線の一次元アレイとしてパターン形成された集積回路内の導電層から形成することができる。他の代案として、偏光分離器は、ワイヤグリッド偏光素子が透過しない偏光された光のほとんどを吸収するワイヤグリッド偏光素子を作成するためにバックプレーン基板の電気制御面上に堆積され、かつ、緊密に間隔を空けられた線の一次元アレイとしてパターン形成された抵抗性導電層から形成することができる。典型的に、抵抗性導電層はポリシリコンまたはニクロムで作られている。
【００１７】
本主題の発明は、偏光変調材料の所望の偏光効果を、透過型ディスプレイ内のアドレシングバックプレーン基板の望ましくない偏光効果から分離する偏光変調分離器も特徴とする。偏光分離器は、偏光変調材料とアドレシングバックプレーン基板の間に挿入された線形偏光素子とすることができる。代案として、偏光分離器は、この偏光分離器が透過しない偏光された光を吸収し、かつ、電気的に制御された偏光変調材料とアドレシングバックプレーン基板の間に挿入された線形偏光素子とすることができる。他の代案として、偏光分離器は、変調材料に対面するアドレシングバックプレーン基板の面にコーティングされた電気絶縁性線形偏光材料とすることができる。さらに他の偏光分離器は、変調材料に対面するアドレシングバックプレーン基板の面上に、緊密に間隔を空けられた金属線の一次元ワイヤグリッドアレイをパターン形成することにより形成される線形偏光素子である。このワイヤグリッド偏光素子導電層は、画素内のワイヤグリッド線の相互接続、画素間の分離隙間、および、各画素からアドレシングバックプレーン基板への電気的接続を伴って、透明画素電極内にパターン形成することができる。
【００１８】
本主題の発明は、偏光変調材料、偏光変調材料を制御するためのアクティブマトリクス集積回路を含むシリコン層、および、集積回路に含まれている偏光素子を含むマイクロディスプレイも特徴とする。１つの実施例において、集積回路は、ワイヤグリッド偏光素子を形成するために緊密に間隔を空けられた金属線の一次元アレイとしてパターン形成された導電層を含む。偏光素子は、集積回路内の導電層が緊密に間隔を空けられた金属線の一次元アレイとしてパターン形成される製作プロセスから形成することができる。マイクロディスプレイは透過型マイクロディスプレイとして構成することができる。マイクロディスプレイは、光が偏光変調材料を介して進入し、ワイヤグリッド偏光素子から反射され、かつ、変調材料を介して射出し戻る反射型マイクロディスプレイとして構成することもできる。アクティブマトリクス集積回路を含むシリコン層は単結晶シリコンウェハ上とすることができる。集積ワイヤグリッド偏光素子導電層は、画素内のワイヤグリッド線の相互接続、画素間の分離隙間、および、各画素からアクティブマトリクスへの電気的接続を伴って、透明画素電極にパターン形成することができる。ワイヤグリッド偏光素子導電層は、典型的に、アクティブマトリクス集積回路内の上部金属層である。代案として、アクティブマトリクス集積回路内の最上部の導電層は、電気絶縁性偏光材料でコーティングすることができ、この場合、アクティブマトリクス集積回路内の最上部の導電層はインジウム−スズ酸化物透明画素電極のアレイとすることができる。
【００１９】
偏光素子は、この偏光素子が透過しない偏光された光を吸収するように構成することができる。このことは、アクティブマトリクス集積回路内の最上部導電層を、この導電層が透過しない偏光された光を吸収する電気絶縁性偏光材料でコーティングすることにより達成することができる。代案として、吸収性偏光素子が、抵抗性導電層が透過しない偏光された光のほとんどを吸収するワイヤグリッド偏光素子を作成するための緊密に間隔を空けられた線の一次元アレイとしてパターン形成される集積回路内の抵抗性導電層から形成することができる。抵抗性導電層は典型的にポリシリコンで作られている。抵抗性導電層は
ニクロムから作ることができる。シリコン層は典型的にサファイヤなどの透明基板上に配置されている。
【００２０】
ワイヤグリッド偏光素子を含む導電層は、光が偏光変調材料からアクティブマトリクス集積回路の特定の領域に通過することを遮断するように機能する固体領域を備えてパターン形成することもできる。偏光変調材料は液晶または他の電気光学材料とすることができる。アクティブマトリクス集積回路は、各画素を制御するトランジスタおよびコンデンサを備えたＣＭＯＳ回路を含んでいる。
【００２１】
本主題の発明は、透明ディスプレイを製作する方法も特徴とする。シリコンがサファイヤ基板上に堆積され、アクティブマトリクス画素表示回路がシリコン中に製作される。緊密に間隔を空けられた金属導電線のアレイが、ワイヤグリッド偏光素子を形成するためにアクティブマトリクス画素表示回路内にパターン形成される。配向膜がワイヤグリッド偏光素子に塗布される。液晶材料が配向膜に隣接して堆積される。好ましくは、ワイヤグリッド偏光素子のパターン形成は、画素内の全ての導電線に共通な導電構造体の形成を含む。ワイヤグリッド偏光素子は、さらに、隣接する画素間の空間からグリッド線を除去する工程、および、ワイヤグリッドをアクティブマトリクス画素表示回路に電気的に接続するための導通孔を製作する工程により、透明画素電極内に形成することができる。共通の導電構造体は、導電構造体を伴う１つのパターンの光、および、ワイヤグリッド線を伴う第２のパターンの光の２パターンの光でネガ型フォトレジストを順次露光する工程により形成することができる。代案として、導電構造体は、ワイヤグリッド導電層の下方の集積回路層間誘電体内の小さな金属の島であって、各島が少なくとも２つのワイヤグリッド線にわたり、かつ、画素内の全てのワイヤグリッド線を電気的に相互接続させるように島がグループとして位置決めされているように形成することができる。隣接する画素間の空間からグリッド線を除去する１つの可能な方法は、グリッド線が除去されるべき部分に対する１つのパターンの光、および、ワイヤグリッド線間の空間に対する１つのパターンの光の２つのパターンの光でポジ型フォトレジストを順次露光する工程を含む。
【００２２】
本主題の発明による透過型マイクロディスプレイは、透明基板、シリコンバックプレーン基板上にあり、かつ、同バックプレーン基板により制御される画素透明電極のアレイを含む透明基板上のシリコンアドレス回路、アドレス回路に隣接した配向膜、透明対向基板、対向基板上の配向膜、両配向膜間の液晶材料、および、マイクロディスプレイのコントラストを改善するために透明基板およびシリコンバックプレーン基板を介して通過する光の偏光解消を補正するためのシリコンアドレス回路上の偏光素子を特徴とする。いくつかの実施形態において、透明基板はサファイヤである。
【００２３】
偏光素子はバックプレーン基板を覆ってコーティングされた層とすることができるが、好ましくは、偏光素子は活性シリコン電極バックプレーン基板上にパターン形成された導電性線の一次元アレイとする。導電線のアレイは可視光の波長の半分未満のピッチを典型的に有し、アレイは各画素を覆って分離された島を形成するようにパターン形成されている。各画素を覆う線は電極を形成するために相互接続することができる。好ましい実施形態において、導電線は、少なくとも２つの線の間に各々が延在する小さな金属の島の上部に堆積され、かつ、導電線がグループとして、電極を形成するために１つの画素を覆う全ての線を相互接続させるように位置決めされている。１つまたは複数の金属の島は、シリコンバックプレーン基板に接続する導通孔を含んでいる。導電線を形成するために使用される金属は、光が下にあるシリコンアドレス回路の領域に進入することを遮断する固体金属領域を含むことができる。
【００２４】
この本主題の発明は、偏光変調材料、偏光変調材料を制御するためのアドレス回路、および、アドレス回路と偏光変調材料の間の偏光素子を含む透明ディスプレイを特徴とする
。偏光変調材料は液晶材料または他の電気光学材料とすることができる。典型的に、アドレス回路は、基板の各画素に対するトランジスタおよびコンデンサを備えてシリコン基板内に製作されたＣＭＯＳ回路を含むアクティブマトリクス画素アドレス集積回路である。１つの好ましい実施形態において、偏光素子は、アクティブマトリクス集積回路の一部としてパターン形成されたワイヤの一次元アレイを含み、偏光素子および画素電極の双方を形成している。画素電極を形成するために、ワイヤのアレイは画素間で区画分けされており、かつ、共通導電構造体により、または、少なくとも２つのワイヤに延在する下にある金属製導通孔により各画素内で相互接続することができる。他の実施形態において、ワイヤグリッド偏光素子は反射を抑制するように構成することができる。画素表示回路およびワイヤのアレイと、アドレス回路の他の面に隣接した透明基板との間には酸化物層が存在できる。１つの好ましい実施形態において、透明基板はサファイヤで作られている。
【００２５】
本主題の発明による１つの好ましい透明ディスプレイは偏光変調材料、偏光変調材料を制御するためのアドレス回路、および、アドレス回路と偏光変調材料の間のワイヤグリッド偏光素子を特徴とする。ワイヤグリッド偏光素子は、独立した透明電極に対する必要性を排除するために画素間で区画分けされ、ワイヤグリッド偏光素子のワイヤは相互接続されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
当業者には、他の目的、特徴、および、長所が、好ましい実施形態の以下の説明および添付の図面から理解されよう。
【００２７】
以下に開示される好ましい実施形態または実施形態とは別に、本発明は他の実施形態が可能であり、かつ、様々な形で実施または実行することが可能である。したがって、本発明が、その応用において、以下の説明に述べられるか、または、図面に例示された構造の詳細および構成要素の配置構成に限定されないことを理解されたい。本明細書において１つの実施形態のみが説明されていれば、本明細書の特許請求の範囲はその実施形態に限定されない。さらに、本明細書の特許請求の範囲は、特定の排除、限定、または、権利の一部放棄を明らかにする明確かつ確証的な証拠がない限り、限定的には読まれない。
【００２８】
図１は、画素表示回路１２と典型的にガラスである透明基板１６の間にある典型的に液晶または他の電気光学材料である偏光変調材料１４を制御するアクティブマトリクス画素表示回路１２を支持する典型的にサファイヤの透明基板１０を示す。
【００２９】
上記の「背景技術」の部分で説明したように、シリコンアクティブマトリクス画素表示回路を支持する材料としてのサファイヤの使用は有利である。なぜなら、サファイヤは透明であり、かつ、アドレス回路が形成される単結晶シリコンの成長を促進するからである。
【００３０】
しかし、サファイア材料はまた、液晶材料１４に進入する、またはそこから射出する光を偏光解消するのが欠点である。加えて、アクティブマトリクス画素表示回路１２は、それ自体、液晶材料１４に入射する光を偏光解消する可能性がある。画素が小さくなるにつれて、より多くの光が回路から反射され、偏光解消される可能性がある。
したがって、本発明においては、表示回路１２およびサファイア基板１０の望ましくないバックプレーン偏光効果を、液晶１４の所望の偏光変調から分離するために、通常、偏光素子１８が表示回路１２上に集積される。
【００３１】
偏光素子１８は、好ましいワイヤグリッド偏光素子である場合、実際には図２に示されたようにアクティブマトリクス画素表示回路に集積され、図２では、シリコン内の回路は２０で示され、ワイヤグリッド偏光素子１８’は回路を覆って配置された層間誘電体２２
上にパターン形成される。典型的には、ＣＭＯＳ回路は基板の各画素に対するトランジスタおよびコンデンサを含む。
【００３２】
図２も、透明電極２４および２６、ポリイミド配向膜２８および３０、ならびに、当業者に公知のガラス基板３２を含む典型的なディスプレイの追加の要素を示す。電気的駆動信号は、アクティブマトリクス画素表示回路２０に、各画素に伴う透明画素電極２４上に電圧をかけさせる。この電圧は透明画素電極と均一な透明対向基板電極２６の間に電場を作り出す。この電場は、電気制御変調層１４に、各画素を通過する照明光の偏光を変えさせる。外部偏光素子はこの偏光を目視可能な画像に変化させ、画像内の各点における強度は、マイクロディスプレイ内の対応する画素の偏光変調に応じたものである。マイクロディスプレイに対して外部となる偏光素子は、使用されている特定の電気制御変調層の特性によっては、異なった偏光軸を有することができる。
【００３３】
照明光は、図２の左側または右側のいずれかから照射することができる。均一な照明光が左側から照射されると、右側に外出する照明光はマイクロディスプレイの画素内の画像により変調される。同様に、均一な照明光が右側から照射されると、左側に外出する照明光はマイクロディスプレイの画素内の画像により変調される。
【００３４】
サファイヤ基板１０は、この基板１０の複屈折により望ましくない偏光変調特性を有し、この特性はマイクロディスプレイを通過する偏光に望ましくない変化を引き起こし、電気制御変調層１４により課された所望の偏光の変化を劣化させる（または、「偏光解消する」）。
【００３５】
アクティブマトリクス画素表示回路２０もマイクロディスプレイを通過する光の偏光に望ましくない変化を引き起こし得る。これらの望ましくない偏光効果は、光がアクティブマトリクス画素表示回路を通過する間に反射、散乱、および、回折された光による。これらの効果は画素が小さくなるに従いより顕著になり、そのため、この偏光の劣化（または、「偏光解消」）は、マイクロディスプレイの非常に小さな画素において深刻な問題となっている。
【００３６】
１つの特定の実施形態において（米国特許第６１９０９３３号明細書、同第６３１２９６８号明細書、同第６３６５９３６号明細書、同第６５２１９５０号明細書、および、同６６１７１８７号明細書を参照）、基板１０は、原子がシリコン結晶格子内の原子とほぼ同じ距離だけ間隔が空けられている単一のサファイヤ結晶である。このことは、サファイヤ上に成長される非常に高品質の単結晶シリコンを可能にする。アクティブマトリクスバックプレーン基板回路２０は、サファイヤ基板上に直接に成長される単結晶シリコン内に構築されるＣＭＯＳ回路である。
【００３７】
配向膜２８および３０は、液晶材料を通過する光に所望の偏光変調を課するための印加電場に液晶が適切に応答するように、各表面において液晶を配向させる。
【００３８】
偏光材料または偏光ワイヤグリッドは、サファイヤおよびマイクロディスプレイ画素構造の偏光解消効果を除去するために液晶とアドレス回路の間に偏光素子を挿入し、それにより、液晶が、大きなオン／オフコントラスト比を得るために光を制御することを可能にするように機能する。
【００３９】
透明マイクロディスプレイ内の画素表示回路１２は、液晶セルに制御電圧を印加する透明電極２４を制御する。最も一般的な透明電極材料は、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）電極である。ＩＴＯ電極は製造工程に複雑性および経費を追加する。なぜなら、ＩＴＯの堆積、パターン形成、および、エッチングが集積回路の製造においては標準的なプロセ
スとなっていないからである。ＩＴＯ電極は、タングステン導通孔により画素表示回路に典型的に接続されている。アルミニウム導通孔は使用できない。なぜなら、アルミニウムがＩＴＯと反応してＩＴＯを劣化させるからである。加えて、ＩＴＯ層においては光の損失があり、この損失はマイクロディスプレイの光透過率を低下させる。
【００４０】
ワイヤグリッド偏光素子１８’はアクティブマトリクスに対する透明電極として機能することもできる。このことは、非標準的なＩＴＯ透明電極製造プロセスを排除することによりバックプレーン基板の製造を簡略化する。ワイヤグリッド偏光素子１８’が透明画素電極に対して使用される際は、同偏光素子１８’が、バックプレーン基板製造プロセスの固有の部分として、各画素にわたる分離された島にパターン形成され、画素内の全てのワイヤを電気的に相互接続するために追加の金属構造体が追加される。
【００４１】
透明電極としてワイヤグリッド偏光素子１８’を使用することはマイクロディスプレイの光学的スループットを高める。ワイヤグリッド偏光素子１８’が透明電極としても機能すると、ＩＴＯ内での光学損失が排除される。ワイヤグリッド偏光素子１８’は、ＩＴＯシステムが必要とする外部偏光素子を同偏光素子１８’が排除するため、一般に追加の光損失を追加しない。ワイヤグリッド偏光素子１８’は非常に効率的な偏光素子であり、ランダムに偏光された入射光の４５％を上回る光を通過させる。
【００４２】
好ましいワイヤグリッド偏光素子はシリコンバックプレーン画素の固有の部分として集積され、かつ、多くの工場における標準的なＣＭＯＳ製造プロセスの一部として組み込むことができる。典型的なワイヤグリッド偏光素子のピッチは波長の１／２（＜０．２５μｍ）未満である。酸化物層２２がバックプレーン回路にわたって堆積され、化学機械研磨（ＣＭＰ）により平滑化された後、ワイヤグリッド金属層が堆積され、かつ、パターン形成される。画素上のワイヤグリッド偏光素子に加えて、この同様の金属溶射層は画素とアクティブマトリクス回路を覆う光遮蔽との間の黒色マトリクスでパターン形成することができる。加えて、ワイヤグリッド偏光素子は透明電極として機能でき、かつ、それにより、上述のようにタングステン導通孔およびＩＴＯ電極２４に対する必要性を排除している。各画素は、通常のアルミニウムのコンタクト導通孔により、その画素のワイヤグリッドの全てのワイヤを接続している金属製のエッジ部またはフレームに接続することができる。
【００４３】
ワイヤグリッドが極端に細かいピッチになっているため、画素内の液晶は均一の電界を受ける。ワイヤグリッド偏光素子は上にあるポリイミド層に対する液晶の配向を可能に支援することができる。しかし、ワイヤグリッド偏光素子の金属幾何学形状（＜０．１５μｍの厚さ）が液晶の配向を妨害すれば、ワイヤグリッド偏光素子を覆って薄い酸化物を堆積でき、かつ、同偏光素子はＣＭＰプロセスにより平坦化することができる。多くの事例においてＣＭＰ酸化物層は必要ない。なぜなら、ポリイミド層自体がグリッド線間を満たす傾向にあり、かつ、ワイヤグリッド構造体を大幅に平滑化するからである。
【００４４】
ワイヤグリッド偏光素子１８’はサファイヤ基板１０上に構築された透明マイクロディスプレイのコントラストを大幅に改善する。サファイヤ側から照明光が当てられると、入力照明光はサファイヤ基板１０およびアクティブマトリクス２０により偏光解消されるが、続いて、入力照明光が液晶１４に進入する直前にワイヤグリッド偏光素子１８’により線形的に偏光される。続いて、光はガラス基板３２を介して外出し、（図示されない）第２の光学的偏光素子を通過して高コントラスト強度の画像を生成する。ワイヤグリッド偏光素子を使用しなかった従来技術においては、線形的に偏光された入力照明光が液晶に到達した時に、この入力照明光は最早純粋に線形的に偏光されてはいず、第２の偏光素子を通過した後に高コントラスト画像を生成するために液晶がこの入力照明光を変調することはできない。
【００４５】
ワイヤグリッド偏光素子を使用しなかった従来技術においては、サファイヤの複屈折がコリメートされた入力照明光の偏光を変化させないように、マイクロディスプレイの照明光はサファイヤ側に進入しなければならず、かつ、サファイヤの複屈折の軸に沿って線形的に偏光されなければならない。もし入力偏光素子が数度を超える角度だけサファイヤの軸から回転されていれば、サファイヤの複屈折は画像コントラストを１０００：１より小さく低減するために十分な楕円偏光を生成する。大量生産製品においてこの許容誤差を維持することは困難である。ワイヤグリッド偏光素子１８’は入力照明光の偏光に対するこの制約を除去し、かつ、したがって、サファイヤ基板上に透明マイクロディスプレイを組み込んだ製品を製造することをはるかに容易にする。
【００４６】
ワイヤグリッド偏光素子１８’は、サファイヤの複屈折軸と液晶の配向軸の間の厳しい位置合わせに対する要件を排除することにより、サファイヤ上に透明マイクロディスプレイを製造することを同じくはるかに容易にする。液晶から最大のコントラストを得るためにこの入力照明光が正確に偏光されるように、マイクロディスプレイは、同じくサファイヤの複屈折軸に沿って配向された液晶配向膜を備えて製作されなければならない。配向膜とサファイヤの複屈折軸の間の数度の位置合わせの誤りは、画像コントラストを大幅に低下させる。実際には、この精密な位置合わせは達成が非常に困難である。例えば、円形のサファイヤウェハは、複屈折軸の方向を示すオリエンテーションフラットカットを一方の面に有し、このフラットは一般に±２度か、より悪い許容誤差を有する。
【００４７】
ワイヤグリッド偏光素子１８’はプロジェクタなどの小さなｆ数の光学機器に伴う実用例において画像コントラストを改善する。ワイヤグリッド偏光素子を使用しなかった従来技術において、マイクロディスプレイは、好ましくは、サファイヤの複屈折軸の１つに沿って位置合わせされた線形的に偏光された光でサファイヤ側から照明された。しかし、この入力照明光が高度にコリメートされてはいないが、代わりに、様々な角度からサファイヤに進入すると、角度の付いたこれらの光線の偏光は複屈折軸とは最早精密には位置合わせされない。続いて、画像コントラストの低下をもたらす楕円に偏光された入力光が液晶に入射する。本発明のワイヤグリッド偏光素子はこの楕円に偏光された光を横切り、かつ、この光が液晶に進入する前に、この光を線形的に偏光された光に復元する。
【００４８】
ディスプレイがガラス基板３２側から照明されると、ワイヤグリッド偏光素子１８’は大きなコントラストを得ることを同じく容易にする。ワイヤグリッド偏光素子を使用しなかった従来技術において、マイクロディスプレイは、好ましくは、サファイヤの複屈折軸の１つに沿って位置合わせされた線形的に偏光された光でサファイヤ側から照明される。ガラス側から照明されると、線形的に偏光された入力光は、サファイヤに進入する前に液晶層により楕円に偏光された光に変えられ、かつ、したがって、サファイヤの１つの軸に沿って独占的に配向させることはできない。続いて、サファイヤの複屈折は、液晶からの偏光を大きく変え、かつ、コントラストを低下させる。本発明のワイヤグリッド偏光素子は液晶から出て行く光を強度画像に変換し、続いて、サファイヤおよびアクティブマトリクスのいかなる追加の偏光効果も最早画像コントラストを低下させない。
【００４９】
強い照明からバックプレーン回路を遮蔽すること、鏡反転光学系を補正するための左右鏡映、または、液晶層を外部照明光学系に近づけることを含めて、多くの理由のためにガラス側からディスプレイを照明したいと所望することがある。
【００５０】
マイクロディスプレイがガラス側から照明された時に大きなコントラストを可能にすることにより、ワイヤグリッド偏光素子１８’は、強い照明により誘導された性能劣化性電流からバックプレーン内の電気回路をより効果的に遮蔽することを可能にする。シリコン層２０はサファイヤ上に直接堆積される。サファイヤから離れているシリコンの面は、回
路製作プロセス中に金属配線でコーティングされる。サファイヤ側から照明されると、光が感光性シリコンに到達することを遮断するものがない。しかし、ガラス側から照明されると、金属層が光からシリコン回路を効率的に遮蔽することができる。
【００５１】
強い照明と共に動作する能力はプロジェクタの実用例において特に重要である。なぜなら、プロジェクタは、投影された画像において適切な輝度を得るために、マイクロディスプレイに非常に強い照明を典型的に照射するからである。マイクロディスプレイ上でのより大きな輝度を可能にすることは、より低い費用の時系列カラープロジェクタの設計において適切な画像輝度を得ることも可能にし、この場合、全ての色の付いた光は１つのマイクロディスプレイを介して進む。投影された画像における特定の光束に対して、１つのマイクロディスプレイプロジェクタは、マイクロディスプレイを介して３つのディスプレイプロジェクタより約３倍多くの光を照らし、この場合、各ディスプレイは異なった色（すなわち、赤、緑、および、青）の専用となる。加えて、マイクロディスプレイの大きな輝度を扱う能力も、より小さなサイズのマイクロディスプレイを介して全ての光を照らすことを可能にし、このことは費用を大幅に低くする傾向にある。
【００５２】
マイクロディスプレイがガラス側から照明される時に大きなコントラストを可能にすることにより、ワイヤグリッド偏光素子１８’はマイクロディスプレイの性能を改善するための微小レンズアレイ（ＭＬＡ）の使用を容易にする。有効にするために、光はＭＬＡを介して進入しなければならない。ＭＬＡは、有効となる活性回路の十分近くにＭＬＡを位置決めするために、薄いガラス基板３２が使用できるマイクロディスプレイのガラス側にしばしば定置されなければならない。さらに、ＭＬＡはカバーガラスにしばしば直接に組み込まれ、かつ、サファイヤ基板内に製作することは現実的ではない。
【００５３】
ＭＬＡにおいて、画素面積の大きな部分に進入する入力光を横切るように小さなレンズが各画素を覆って定置され、かつ、アクティブマトリクス回路に当てずに画素を介して光を合焦させる。このことは、マイクロディスプレイを介した光の大きな透過をもたらす。このことは、回路に当たる光も低減し、かつ、より大きな照明レベルが、回路の動作を劣化させずに使用されることを可能にする。
【００５４】
ワイヤグリッド偏光素子１８’と同じ金属溶射層内に、追加の黒いマトリクス構造体をパターン形成することができる。これらの光遮断構造体は、ａ）強い照明の性能劣化性効果からアクティブマトリクス内の電気回路を遮蔽する、ｂ）液晶が正しい電圧で変調されない可能性のある画素間の空間を光が通過することを防止する、および、ｃ）全体的な画素開口を整形する、などの機能を発揮することができる。
【００５５】
ワイヤグリッド偏光素子１８’は、外部偏光素子を排除することにより製品へのマイクロディスプレイの適用も簡略化する。このことは、マイクロディスプレイの製品実用例における費用および複雑性を低減する。いくつかの実用例において、プラスチック偏光素子がマイクロディスプレイに接着され、接着プロセスは画像の品質を害し得る。加えて、プラスチック偏光素子は多数のピンホールおよび粒子欠陥をしばしば有し、これらは画像の品質を害する。さらに、この内部偏光素子は引っかき傷、埃、および、他の劣化からも保護されている。
【００５６】
ワイヤグリッド偏光素子１８’は、さもなくば失われていた偏光された光を復帰させるためにシステムの一部を形成することができる。ワイヤグリッドは、ワイヤグリッドが通過させる光の直交に偏光された光のほとんどを反射する。マイクロディスプレイがサファイヤ基板側から照明されると、この反射光の一部はサファイヤを介して戻り、かつ、サファイヤ／空気界面および他の外部光学表面により反射されて、サファイヤを介してマイクロディスプレイに再進入する。サファイヤの複屈折を介する２つの通路はこの光の偏光の
向きまたは楕円性を変えることができ、そのため、この光の一部は今やワイヤグリッド偏光素子を通過することができる。サファイヤの厚さが精密には知られていないため、優れた手法は、サファイヤの複屈折軸に沿って入力光を位置合わせし、続いて、光がサファイヤ基板に進入する前に４分の１波長遅延層をワイヤグリッドの直接下方に、または、独立した外部構成要素として、コーティングすることによりサファイヤの影響を最小に抑えることである。
【００５７】
反射性偏光素子として、ワイヤグリッド偏光素子１８’は強い照明を吸収することによって過剰に加熱されない。このことは、ルーメンの大きい投影用実用例において特に重要となる。
【００５８】
上述のように、ワイヤグリッド偏光素子は、同偏光素子が透過しない光を反射する傾向にある。いくつかの実用例において、ワイヤグリッド偏光素子からの反射は望ましくない。反射光は他の表面で反射してコントラストを低下させ、かつ、ゴースト画像を作り出す経路を辿り得る。この理由のために、反射性偏光素子は、画像プロジェクタにおいてマイクロディスプレイの光外出側にはほぼ決して使用されない。より詳細には、光がガラス基板３２を介して進入し、続いて、ワイヤグリッド偏光素子１８を通過する前に液晶１４を通過するなら、ワイヤグリッド偏光素子は光源に向けて液晶を介して光を反射し戻すことができ、この光は様々な表面から再反射されてワイヤグリッドを介して戻って来ることができる。
【００５９】
したがって、内部偏光素子が透過しない偏光を反射するよりも、むしろ吸収するように内部偏光素子を設計することが時に望ましい。このことは、不良導体からワイヤグリッド線を作成することにより達成することができる。グリッド線に沿って偏光された光は電流を誘導し、この電流は反射光の発光を引き起こすよりも、むしろワイヤグリッドの抵抗で放散される。グリッド線に垂直に偏光された光は損失なしに偏光素子を通過する。抵抗性ワイヤグリッドはニクロムまたはポリシリコンなどの材料から作成することができる。ポリシリコンはバックプレーントランジスタの製作プロセスと共用になっているという長所を有する。
【００６０】
他の可能性は、透過されない偏光された光を、反射する代わりに吸収する非金属偏光材料でアクティブマトリクス基板をコーティングすることである。適したコーティング可能な吸収性偏光素子材料の例は米国特許第６３９９１６６号明細書および同第３９４１９０１号明細書で検討されている。
【００６１】
したがって、本主題の発明は、透明マイクロディスプレイにより固有の多くの問題に対する解決策となる。例えば、従来技術は透過反射性ディスプレイにおける効率的な透過性反射器としてワイヤグリッド偏光素子を使用することを教示している。透過反射性ディスプレイは、周囲の反射光または透過されたバックライトのいずれかと使用することができる。従来技術は、液晶を通過した光と反射し戻された光の間にワイヤグリッド偏光素子を設置することにより反射性ディスプレイの性能を高めることも教示している。
【００６２】
区別すると、本発明は透過型マイクロディスプレイに固有の問題を解決する。本特許により対応される１つの問題は、透過性アクティブマトリクスバックプレーンにおける小さな規模の構造体による偏光解消である。他の問題は、透明マイクロディスプレイにおいて使用されるサファイヤなどの透明基板内の複屈折により引き起こされる偏光解消を除去することである。これらの問題に対応することにより、ワイヤグリッド偏光素子１８’は透明マイクロディスプレイのコントラストを大幅に高める。これらのコントラスト低減偏光解消効果は、ディスプレイ表面に非直角にディスプレイを通過する光に対してより激しくなり得る。これは典型的なプロジェクタ実用例における場合であり、この場合、低ｆ数光
学機器が一般に使用されている。例えば、ｆ／２の光学機器では、サファイヤ基板はコントラストを２５０：１より低く低減し得る。したがって、本発明は、プロジェクタの実用例における透過型マイクロディスプレイの使用に重要となり得る。
【００６３】
図３に示されたように、偏光層１８は、アクティブマトリクス画素表示回路２０と電気制御位相変調材料１４の間に組み込まれている。この偏光層１８に対する１つの可能な位置は透明画素電極２４と配向膜２８の間である。これは電気絶縁性偏光層に対する望ましい位置である。この位置において、偏光層１８はアドレス回路と透明画素電極の間の電気的導通を遮断しない。この位置の１つの短所は、透明画素電極と透明対向基板電極の間の電圧の一部が偏光層において降下されることである。このことは、不要なより高い供給電圧がマイクロディスプレイを駆動するために使用されることを必要とする。
【００６４】
１つの解決策はアドレス回路２０と透明画素電極２４の間に偏光層を設置することである。この構成は、アドレス回路と透明画素電極の間の導電導通孔が偏光層に形成された穴を介して製作されるより複雑な製造プロセスを必要とする。
【００６５】
他の実施形態は図４に示された如くの導電偏光層１８”を使用することである。このことは、透明画素電極および偏光層を単一の層に統合する長所を有する。良好な偏光特性は、図５に示されたように一次元の緊密に間隔を空けられたコンダクタ４０のアレイを使用することにより得ることができる。ワイヤ間ピッチが波長の１／２未満（＜０．２５μｍ）であると、グリッドワイヤに沿って偏光された電気ベクトルを備えた光は、光が反射され、かつ、吸収されるようにするグリッドワイヤ内の電流を誘導する。＜０．１５μｍのワイヤピッチは青色光の良好な性能に好ましい。ワイヤグリッドを通過する光は極く少ない。一方、ワイヤに垂直に偏光された電気ベクトルを備えた９０％を超える光はワイヤグリッドを通過する。小さな構造体を作成する製作技術が向上するに従い、ワイヤグリッドは赤外線および可視光を偏光するために小型化されてきた。例えば、Ｌａｒｓｏｎ、「Ａ
Ｓｕｒｖｅｙ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄｓ」、ＦＲＥ
Ｔｒａｎｓ  ＭＴＴ、１９６２、１９１から２０１頁；ＡｕｔｏｎおよびＨｕｔｌｅｙ、「Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｎｅａｒ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ」、Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、１９７２年、第１２巻、９５から１００頁；Ａｕｔｏｎ、「Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ  ｂｙ  Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ
Ｊｕｎ．  １９６７、第６巻、Ｎｏ．６、１０２３から１０２７頁；ならびに、米国特許第０２２４２２４号明細書および同第３４２６１４３号明細書を参照されたい。より最近では、ワイヤグリッドの製作技術および性能において多くの改善が行なわれている。例えば、米国特許第６１２２１０３号明細書、同第６２４３１９９号明細書、同第６２８８８４０号明細書、同第６４５２７２４号明細書、同第６５３２１１１号明細書、および、同第６６６５１１９号明細書を参照されたい。
【００６６】
透明画素電極および偏光素子としての二重の機能を行なうために、図４から６におけるワイヤグリッド偏光素子１８”は、各画素を電気的に隔離するために画素間で切断されている。各画素における画素表示回路は、全てのワイヤを画素にわたり電気的に相互接続する図５のフレーム、垂直ワイヤ、または、他の導電性構造体４４にコンタクト４２により電気的に接続されている。ワイヤグリッドが極端に細かいピッチになっているため、画素内の液晶は均一な電位に当たる。
【００６７】
この検討は透過型マイクロディスプレイに向けられたものである。しかし、図５に示された集積ワイヤグリッド画素電極構造体は反射型マイクロディスプレイに集積することもできる。ワイヤグリッド偏光素子は自身が透過しない光を反射するため、ワイヤグリッドは反射型マイクロディスプレイ内の偏光ミラーとなる。
【００６８】
反射型マイクロディスプレイは偏光ビームスプリッタをしばしば必要とする。なぜなら、入力ビームが典型的に１つの向きに偏光され、出力ビームが直交偏光素子を通過しなければならないからである。この集積型偏光素子は偏光ビームスプリッタが排除されることを可能にする。動作において、入射光は外部偏光素子を、続いて液晶を通過し、続いて、入力偏光に直交している偏光のみを反射するように配向されたワイヤグリッドから反射し、続いて液晶を通過し戻り、かつ、続いて同じ外部偏光素子を通過し戻る。この構成は、事実上、偏光素子間に２つの液晶セルを直列に設置することにより反射型マイクロディスプレイのコントラストを潜在的に高めることもできる。１つの可能なシステム構成は、変調された反射ビームの経路も軸から外れるように、反射型マイクロディスプレイの表面上に偏光素子を搭載すること、および、わずかに軸を外れた入射ビームを持つマイクロディスプレイを照明することである。
【００６９】
反射型または透過型のマイクロディスプレイに対する基本的なワイヤグリッドの構造および製作プロセスは根本的に同じである。ワイヤグリッドは、例えば、画素アドレス集積回路の上部金属層内に集積することができる。液晶側から入射した光では、液晶を外出する１つの偏光はマイクロディスプレイのバックプレーンを介して透過し、直交して偏光された光は液晶を介して反射し戻される。基板が不透明なシリコンであると、これは、反射型のシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）マイクロディスプレイとなる。反射型マイクロディスプレイに対して、性能は、アクティブマトリクス回路からワイヤグリッド偏光素子層を介して戻る反射を抑制するために、追加の光吸収層をワイヤグリッド層の下方に集積することにより改善することができる。
【００７０】
グリッド線を相互接続する好ましい方法は図７に示され、下にある画素回路からの導通孔５０は導通孔の互い違いアレイを形成する。各導通孔は少なくとも２つのワイヤグリッド線に広がるサイズを有する。したがって、これらの導通孔は隣接する線を短絡し、かつ、画素内の全ての線を互いに短絡させる。実際には、１つの導通孔のみが下にある画素回路に導通する必要がある。導通孔の残りは非常に浅くすることができる。なぜなら、それらの導通孔の唯一の機能はワイヤグリッド線を相互接続することだからである。これらの導通孔は、周囲の酸化物の高さにまで研磨されるタングステンプラグとして通常は作成されている。このことは、上に堆積されるワイヤグリッドのために非常に平坦な表面を作成するという大きな便益を有する。
【００７１】
透明マイクロディスプレイを製作するための基本的な製造工程を以下に掲げる。洗浄、フォトレジストの塗布、マスクパターンへの露光、エッチングなどの定例の最低レベルの工程のほとんどは省略されている。
【００７２】
米国特許第６１９０９３３号明細書、同第６３１２９６８号明細書、同第６３６５９３６号明細書、６５２１９５０号明細書、および、６６１７１８７号明細書に説明されているように、先ず、図２のサファイヤ基板１０上に単結晶シリコンが堆積され、ならびに、このシリコンを改善するために、再結晶化され、かつ、アニールされる。続いて、ＣＭＯＳアクティブマトリクス画素表示回路２０が標準的なシリコン用製造工場において製作される。最上部シリコン酸化物パッシベーション層２２が化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスにより平滑化される。続いて、画素表示回路２０と透明電極２４の間に延びるタングステン導通孔接続部が作成される。導通孔開口部がエッチングされ、ライナ金属が堆積され、タングステンが堆積され、かつ、導通孔の外のタングステンが研磨除去される。
【００７３】
従来のアルミニウム導通孔を使用するなどの他の選択肢もある。アルミニウムはＩＴＯと反応し、かつ、したがって、透明電極を作成するためにＩＴＯが使用されていれば、使用することができない。以下に説明するように画素内のワイヤグリッド線も相互接続する
ように導通孔を修正するなどの他の修正案も同様に望ましいとすることができる。
【００７４】
続いて、緊密に間隔を空けられた金属導電線のアレイを平坦なＣＭＰ酸化物層上にパターン形成することにより集積回路製作プロセスにおける上部金属層としてワイヤグリッド偏光素子１８’兼透明電極２４が形成され、この場合、アレイ内のワイヤ線は各画素を覆って電気的に相互接続され、下にある画素回路から導通孔に接続され、かつ、図５の１８”により示されたように画素間が電気的に分離される。これらの線は０．２５μｍ未満のピッチおよびこのピッチの半分のオーダの幅を有する。
【００７５】
集積されたワイヤグリッド偏光素子兼透明電極１８”を製作するためのいくつかの可能な方法をより詳細に説明する。平坦なシリコンバックプレーン回路を含むシリコンウェハの表面を覆ってアルミニウムを均一に堆積でき、このアルミニウムはフォトレジストで覆うことができ、かつ、緊密に間隔を空けられた金属線のパターンで露光することができる。この線パターンは、高分解能紫外線位相シフトマスクアライナにより、または、２つの干渉し合うレーザビームでの露光により作成することができる。マスクパターンは画素間の分離、および、図５の４４で示された垂直線または画素内で線を相互接続するためのフレームも含むことができる。不要なフォトレジストはエッチング除去され、フォトレジストにより覆われていないアルミニウムはエッチング除去され、かつ、残存するフォトレジストは除去される。
【００７６】
製作工程の１つの変形において、ワイヤグリッド透明電極は２つ以上の工程において作成することができる。このことは、０．１５μｍ未満の線幅を印刷できる高分解能マスクアライナが利用できない時に、特に有用である。第１に、一次元金属導電線の連続アレイがウェハ表面全体にわたり作成される。これのための高分解能フォトパターンは、２つのレーザビームを干渉させ合うことにより、レーザもしくは電子ビームでウェハ上に直接描画することにより、または、従来の高分解能マスクアライナにより作成することができる。第２に、ワイヤグリッドを分離された島に各画素にわたりパターン形成するために、低分解能フォトマスクが使用される。次に、画素内のグリッド線を相互接続するために図５の短絡バー４２、フレーム、または、他の金属構造体が形成される。
【００７７】
ワイヤグリッド偏光素子兼画素電極構造体１８”において高さの変動をもたらさない短絡バー４４を製作するための方法を使用することが望ましい。このような高さの変動は液晶配向膜および充填プロセスを妨害し得る。このことは、短絡バー４４がグリッド線４０の下部または上部に製作される製作方法を全般に除外する。
【００７８】
ワイヤグリッド偏光素子兼画素電極構造体１８”を製作するための１つの好ましい方法は、ワイヤグリッドのパターンおよび短絡バーのパターンの２つのパターンにネガ型フォトレジスト層を連続して露光することである。続いて、ネガ型フォトレジストは、未露光領域からは除去され、かつ、露光された領域には残る。続いて、フォトレジストのない領域からアルミニウムがエッチングされ、図５のワイヤグリッド４０兼短絡バー４４のパターンを残す。続いて、フォトレジストの第２の塗布、分離された画素の島を備えたマスクでの露光、および、フォトレジストにより覆われていないアルミニウムのエッチングにより、画素間でのワイヤグリッドの分離を作成することができる。
【００７９】
グリッド線を相互接続するための他の好ましい方法が図７に示され、この場合、下にある画素回路からの導通孔５０が導通孔の互い違いアレイを形成する。各導通孔は、少なくとも２つのワイヤグリッド線に広がるサイズを有する。これらの導通孔は、周囲の酸化物と高さを揃えるように研磨されるタングステンプラグとして通常は作成される。ワイヤグリッドはこれらの導通孔の開口部を含む酸化物上にパターン形成されている。続いて、導通孔は隣接した線を短絡し、それにより、画素内の全ての線を互いに短絡させる。実際に
は、１つの導通孔のみが下にある画素回路と導通する必要がある。導通孔の残りは非常に浅くすることができる。なぜなら、それらの導通孔の機能はワイヤグリッド線を相互接続することのみだからである。
【００８０】
続いて、フォトレジストの第２の塗布、分離された画素の島を備えたマスクへの露光、および、フォトレジストにより覆われていないアルミニウムのエッチングにより、画素間のワイヤグリッドの分離が作成される。代案として、２回の露光、ワイヤグリッドパターンおよび画素間分離パターンで単一のポジ型フォトレジストを使用することができる。露光された領域からポジ型フォトレジストが除去される。続いて、アルミニウムエッチングが、同時に、ワイヤグリッドを作成し、かつ、画素間の領域からアルミニウムを除去する。
【００８１】
液晶配向膜および充填プロセスを妨害する高さの変動をワイヤグリッド構造体が有していれば、追加の酸化物層をグリッドを覆って設置でき、かつ、ＣＭＰプロセスにより平滑化することができる。しかし、印加された電圧の一部はこの絶縁層にわたり降下される。この電圧降下が大きすぎれば、ＩＴＯ透明電極層を絶縁層を覆ってコーティングすることができる。したがって、この構造体はワイヤグリッド偏光素子１８と透明画素電極２４を２つの別個の層に分割する。この構造体のための１つの製作プロセスは、ウェハ全体にわたり均一なワイヤグリッド偏光素子を作成し、バックプレーンからの導通孔が貫通することを可能にするために各画素におけるワイヤグリッド内の穴をエッチングし、シリコン酸化物を堆積し、ＣＭＰで平滑化し、アクティブマトリクスまで導通孔を開け、タングステンで導通孔を充填し、ＣＭＰで余分のタングステンを除去し、シリコン酸化物を覆ってＩＴＯを堆積し、かつ、各画素を覆う分離された島にＩＴＯをパターン形成することである。
【００８２】
マイクロディスプレイを作成する次の製造工程は液晶の処理を含む。透明画素電極２４の表面に図２の薄いポリイミド層２８がウェハ全体を覆って均一に塗布される。ポリイミド層は、この層が所望の動作モードに対して液晶分子を配向できるように摩擦研磨される。ポリイミド層３０も、透明カバーガラスウェハ３２の一方の面上に堆積された均一なＩＴＯ透明対向基板電極２６の表面を均一に覆って塗布される。このポリイミド層も、所望の動作モードのためにこの層が液晶分子を配向できるように摩擦研磨される。ウェハ上の各ディスプレイダイ上の画素アレイの外の周囲に（図示されない）スペーサ封止ガスケットが塗布される。続いて、摩擦研磨されたポリイミド層３０およびＩＴＯ透明電極３０を内部表面上に含むカバーガラスウェハ３２は、アクティブマトリクスウェハに装着される。アクティブマトリクスウェハとガラスウェハの間の間隔は、各画素ダイ上の画素アレイの周囲の封止ガスケット内の小さなビーズにより主として決定される。
【００８３】
続いて、ウェハは個々のディスプレイにダイシングされる。透明基盤上の回路がこの回路への電気的導通を可能にするために一方の面上のガラス上にかかり、かつ、ガラスが透明カバーガラス上の透明対向基板電極への電気的導通を可能にするためにディスプレイの他方の面上にかかるように、サファイヤおよびガラスは別個に切断される。
【００８４】
続いて、液晶１４は、ディスプレイの領域を液晶で満たすために各ディスプレイダイ内のスペーサ封止ガスケット内の小さな穴に送られる。続いて、この小さな充填穴は封止される。
【００８５】
上述の処理工程にいくつかの改変を行なうことが可能であることに注意されたい。例えば、ガスケットの材料と混合されたスペーサを使用するよりも、むしろアクティブマトリクスアレイ領域において誘電体スペーサを製作することができる。パネルが個々のパネルにダイシングされる前に、パネル全体を液晶材料で満たすことも可能である。ＶＡＮ（垂
直配向ネマティック）モード液晶を使用することもできる。この場合、有機ポリイミド層は無機配向膜で置き換えられる。
【００８６】
本発明の特定の特徴がいくつかの図面において示され、他の図面には示されていないが、これは便利のみのためである。なぜなら、各特長は本発明による他の特徴のいずれか、または、全てと組み合わせることが可能だからである。本明細書に使用されている如くの用語「を含む」、「を備える」、「を有する」、および、「を伴う」は、広義かつ包括的に解釈されるべきであり、ならびに、いかなる物理的相互接続にも限定されない。さらに、本主題の出願に開示されているいずれの実施形態も唯一の可能な実施形態として理解されるものではない。他の実施形態は当業者に想起され、かつ、以下の特許請求の範囲の範囲内となる。
【００８７】
加えて、本特許のための特許出願書類の手続きの間に提示されたいかなる補正も出願された如くの出願書類中に提示されている特許請求の範囲のいずれの要素の放棄ともならず、当業者には全ての可能な均等物を文字通りに包含する請求項を執筆することは合理的には期待され得ず、多くの均等物は補正の時点では予期不能であり、かつ、（もしあるなら）何が放棄されるべきかの公正な解釈を超えており、補正の基本となる理論的根拠は多くの均等物との弱い関係以上の何者も持たず、ならびに／または、補正された特許請求の範囲のいずれかの要素に対する特定の実体のない差し替えを説明することを出願人が期待され得ない多くの他の理由がある。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本主題の発明による透明偏光変調マイクロディスプレイの高度に模式的な側面図である。
【図２】本主題の発明による透過型ディスプレイのより完全な実施例の他の高度に模式的な側面図である。
【図３】偏光素子を組み込んだ本主題の発明によるマイクロディスプレイの概略立体図である。
【図４】導電偏光層を組み込んだ本主題の発明によるマイクロディスプレイバックプレーンの概略立体図である。
【図５】本主題の発明によるワイヤグリッド偏光素子の実施例を備えたマイクロディスプレイ画素を示す概略立体図である。
【図６】本主題の発明によるワイヤグリッド偏光素子を組み込んだマイクロディスプレイバックプレーンの他の概略立体図である。
【図７】ワイヤグリッド透明電極の線を相互接続するために導通孔が使用されている本主題の発明によるマイクロディスプレイ画素の概略上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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