ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА С ИНТЕГРИРОВАННОЙ ОПТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИОННОЙ СТРУКТУРОЙ
SPATIAL LIGHT MODULATOR WITH INTEGRATED OPTICAL COMPENSATION STRUCTURE

Настоящая заявка является продолжением патентной заявки США №11/036965 от 14 января 2005 г., испрашивающей приоритет предварительной патентной заявки США №60/541607 от 3 февраля 2004 г.; предварительной патентной заявки США №60/613482 от 27 сентября 2004 г.; предварительной патентной заявки США №60/613536 от 27 сентября 2004 г. и предварительной патентной заявки США №60/613542 от 27 сентября 2004 г.
Область техники
Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в изготовлении и рабочих характеристиках пространственных модуляторов света, таких как интерферометрические модуляторы.
Предшествующий уровень техники
Пространственные модуляторы света являются устройствами отображения, которые содержат решетки индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов. Примерами пространственных модуляторов света являются жидкокристаллические дисплеи и решетки интерферометрических модуляторов. Светомодулирующие элементы в таких устройствах, в типовом случае, функционируют путем изменения характеристик света, отраженного или прошедшего через отдельные элементы, изменяя, тем самым, представление на дисплее.
Сущность изобретения
Поскольку пространственные модуляторы света становятся все более сложными, авторы изобретения исходят из того, что трудности, связанные с их изготовлением с использованием современных технологических процессов, также возрастают. Соответственно, авторами изобретения разработаны пространственные модуляторы света, имеющие интегрированные оптические компенсационные структуры, и способы их создания.
Один вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, который включает в себя подложку; множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, размещенных на подложке и выполненных с возможностью модуляции света; оптическую компенсационную структуру; при этом оптическая компенсационная структура размещена между подложкой и множеством индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов. В некоторых вариантах осуществления оптическая компенсационная структура представляет собой пассивную оптическую компенсационную структуру.
Один вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, который включает в себя подложку; множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, размещенных на подложке и выполненных с возможностью модуляции света; оптическую компенсационную структуру; при этом множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов размещено между подложкой и оптической компенсационной структурой. Оптическая компенсационная структура содержит, по меньшей мере, одно из цветового фильтра, черной маски и антиотражающего слоя.
Другой вариант осуществления предусматривает способ изготовления пространственного модулятора света, который включает в себя изготовление оптической компенсационной структуры на прозрачной подложке; изготовление множества индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов на оптической компенсационной структуре; при этом множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов выполняются так, чтобы модулировать свет, прошедший через прозрачную подложку. В некоторых вариантах осуществления изготовление оптической компенсационной структуры включает в себя изготовление пассивной оптической компенсационной структуры.
Другой вариант осуществления предусматривает способ изготовления пространственного модулятора света, который включает в себя изготовление множества индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов на подложке; изготовление оптической компенсационной структуры поверх множества индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, причем индивидуально адресуемые светомодулирующие элементы выполнены так, чтобы модулировать свет, прошедший через оптическую компенсационную структуру. Оптическая компенсационная структура содержит, по меньшей мере, одно из цветового фильтра, маски и антиотражающего слоя.
Другой вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, который включает в себя прозрачную подложку; множество индивидуально адресуемых интерферометрических светомодулирующих элементов, размещенных на прозрачной подложке и выполненных с возможностью модуляции света, прошедшего через прозрачную подложку, причем интерферометрические светомодулирующие элементы содержат полость и подвижную стенку; при этом, по меньшей мере, одна оптическая компенсационная структура размещена между прозрачной подложкой и множеством индивидуально адресуемых интерферометрических светомодулирующих элементов, и оптическая компенсационная структура содержит цветовой фильтр или рассеиватель.
Другой вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, который включает в себя подложку; средство для модуляции света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки; средство для компенсации света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки; причем средство для компенсации света оперативно располагается между подложкой и средством для модуляции света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки. В некоторых вариантах осуществления средство для компенсации света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки, представляет собой средство для пассивной компенсации света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки.
Другой вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, который включает в себя подложку; средство для модуляции света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки; средство для компенсации света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки; причем средство для модуляции света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки, оперативно располагается между подложкой и средством для компенсации света. Средство для компенсации света, прошедшего через подложку или отраженного от подложки, содержит, по меньшей мере, одно из цветового фильтра, черной маски и антиотражающего слоя.
Другой вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, выполненный способом, который включает в себя изготовление оптической компенсационной структуры на прозрачной подложке; изготовление множества индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов на оптической компенсационной структуре; при этом множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов выполняются для модулирования света, проходящего через прозрачную подложку.
Другой вариант осуществления предусматривает пространственный модулятор света, выполненный способом, который включает в себя изготовление множества индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов на подложке; изготовление оптической компенсационной структуры поверх множества индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, причем индивидуально адресуемые светомодулирующие элементы выполнены с возможностью модуляции света, прошедшего через оптическую компенсационную структуру. Оптическая компенсационная структура содержит, по меньшей мере, одно из цветового фильтра, черной маски и антиотражающего слоя.
Другие варианты осуществления, описанные ниже, могут также обеспечивать в некоторых случаях упрощенное изготовление.
В другом варианте осуществления область дисплея содержит черно-белый светомодулирующий элемент и цветовой фильтр. Черно-белый светомодулирующий элемент включает в себя первую и вторую отражающие поверхности и полость между ними. Вторая поверхность является подвижной относительно первой поверхности. Цветовой фильтр выполнен с возможностью пропускания окрашенного света при освещении белым светом. Цветовой фильтр размещен по отношению к светомодулирующему элементу таким образом, что свет, выходящий из светомодулирующего элемента, фильтруется цветовым фильтром.
Черно-белый светомодулирующий элемент может содержать черно-белый интерферометрический модулятор. Черно-белый светомодулирующий элемент может быть включен в решетку других светомодулирующих элементов, таких как другие черно-белые модулирующие элементы. Также могут быть включены дополнительные цветовые фильтры, возможно, в решетке. Цветовые фильтры с различными откликами могут быть использованы для различных светомодулирующих элементов для получения различных цветов (например, красного, зеленого и синего).
В другом варианте осуществления область дисплея содержит множество светомодулирующих элементов, включающих в себя первую и вторую отражающие поверхности и полость между ними. Вторая поверхность является подвижной относительно первой поверхности. Область дисплея также содержит множество цветовых фильтровых элементов, выполненных с возможностью передачи более узкого диапазона длин волн при освещении излучением более широкого диапазона длин волн. Цветовые фильтровые элементы размещены по отношению к светомодулирующим элементам таким образом, что свет, выходящий из светомодулирующих элементов, фильтруется цветовыми фильтровыми элементами. Первая отражающая поверхность отделена от второй отражающей поверхности, по существу, одинаковым расстоянием для каждого из множества светомодулирующих элементов, когда светомодулирующие элементы выводят свет (например, белый свет).
Светомодулирующие элементы могут содержать черно-белые светомодулирующие элементы. Светомодулирующие элементы могут содержать интерферометрические модуляторы или модуляторы других типов. Светомодулирующие элементы могут выводить свет, например, в отражающем состоянии.
Множество цветовых фильтровых элементов могут включать в себя два, или три, или более цветовых фильтровых элементов, выполненных для формирования выходного излучения различного цвета (например, красного, зеленого и синего). Цветовые фильтровые элементы могут содержать материал (например, окрашенный материал, подобный окрашенному фоторезисту), который пропускает более узкий диапазон длин волн при освещении более широким диапазоном длин волн. В различных вариантах осуществления этот материал может пропускать окрашенный свет при освещении белым светом.
В другом варианте осуществления область дисплея содержит множество светомодулирующих элементов и решетку цветовых фильтров. Каждый из светомодулирующих элементов включает в себя первую и вторую отражающие поверхности и полость между ними. Вторая поверхность является подвижной относительно первой поверхности. Решетка цветовых фильтров содержит множество цветовых фильтровых элементов, выполненных с возможностью пропускания более узкого диапазона длин волн при освещении излучением более широкого диапазона длин волн. Решетка цветовых фильтров размещена по отношению к светомодулирующим элементам таким образом, что свет, выходящий из светомодулирующих элементов, фильтруется цветовыми фильтровыми элементами. Первая отражающая поверхность отделена от второй отражающей поверхности, по существу, одинаковым расстоянием для каждого из множества светомодулирующих элементов, когда светомодулирующие элементы выводят свет (например, белый свет). По меньшей мере, два из цветовых фильтровых элементов выполнены с возможностью формирования выходного излучения различного цвета.
Другой вариант осуществления предусматривает способ изготовления устройства отображения. В этом способе обеспечивается черно-белый светомодулирующий элемент. Этот предусмотренный черно-белый светомодулирующий элемент включает в себя первую и вторую оптические поверхности, причем вторая оптическая поверхность является подвижной относительно первой оптической поверхности. Цветовой фильтр помещается по отношению к светомодулирующему элементу таким образом, что свет, выходящий из светомодулирующего элемента, фильтруется цветовым фильтром. Цветовой фильтр выполнен с возможностью пропускания окрашенного света при освещении белым светом.
Черно-белый светомодулирующий элемент может содержать черно-белый интерферометрический модулятор. Черно-белый светомодулирующий элемент может быть включен в решетку других светомодулирующих элементов, таких как другие черно-белые модулирующие элементы. Также могут быть включены дополнительные цветовые фильтры, возможно, в решетке. Цветовые фильтры с различными откликами могут быть использованы для различных светомодулирующих элементов для получения различных цветов (например, красного, зеленого и синего).
Другой вариант осуществления относится к способу изготовления области дисплея. В этом способе обеспечивается множество светомодулирующих элементов, каждый из которых включает в себя первую и вторую оптические поверхности и полость между ними. Первая отражающая поверхность отделена от второй отражающей поверхности, по существу, одинаковым расстоянием для каждого из множества светомодулирующих элементов, когда светомодулирующие элементы выводят свет. Цветовые фильтровые элементы размещены по отношению к светомодулирующим элементам таким образом, что свет, выходящий из светомодулирующих элементов, фильтруется соответствующими цветовыми фильтровыми элементами. В различных вариантах осуществления цветовые фильтровые элементы могут включать в себя материал, имеющий возможность пропускания узкого диапазона длин волн при освещении излучением широкого диапазона длин волн. В некоторых вариантах осуществления цветовые фильтровые элементы включены в решетку. Решетка может включать в себя, по меньшей мере, два цветовых фильтровых элемента, выполненных с возможностью формирования выходного излучения различного света.
Светомодулирующие элементы могут содержать черно-белые светомодулирующие элементы. Светомодулирующие элементы могут содержать интерферометрические модуляторы или модуляторы других типов. Светомодулирующие элементы могут выводить свет, например, в отражающем состоянии.
Множество цветовых фильтровых элементов могут включать в себя два, или три, или более цветовых фильтровых элементов, выполненных с возможностью формирования выходного излучения различного цвета (например, красного, зеленого и синего). Цветовые фильтровые элементы могут содержать материал, такой как окрашенный материал, подобный окрашенному фоторезисту. Этот материал может пропускать окрашенный свет при освещении белым светом.
Другой вариант осуществления относится к дисплейному устройству, содержащему средство для формирования сигнала модулированного белого света, включающее в себя первую и вторую оптические поверхности, причем вторая оптическая поверхность является подвижной относительно первой оптической поверхности. Дисплейное устройство также содержит средство для фильтрации сигнала модулированного белого света, чтобы преобразовывать сигнал белого света в сигнал окрашенного света.
Эти и другие варианты осуществления описаны ниже более подробно.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения поясняются в последующем описании со ссылками на чертежи, которые предназначены для иллюстрации, но не для ограничения изобретения, и на которых представлено следующее:
фиг.1А и 1В - характеристики типового интерферометрического модулятора (см. фиг.1А и 1В патентной публикации US 2002/0126364 A1).
Фиг.2 - характеристики типового интерферометрического модулятора (см. фиг.2 патентной публикации US 2002/0126364 A1).
Фиг.3А-3F - оптические компенсационные пленки, изготовленные на поверхности подложки, противоположной той, на которой размещена решетка светомодулирующих элементов (см. фиг.6А-6F патентной публикации US 2002/0126364 A1).
Фиг.4 - оптическая компенсационная пленка (рассеиватель), изготовленная на стороне подложки, противоположной той, на которой размещен светомодулирующий элемент.
Фиг.5А-5С - различные варианты осуществления пространственных модуляторов света, содержащих интегрированные оптические компенсационные структуры.
Фиг.6 - вариант осуществления пространственного модулятора света, содержащего интегрированную оптическую компенсационную структуру, которая рассеивает свет.
Фиг.7А и 7В - различные варианты осуществления пространственных модуляторов света, содержащих интегрированные оптические компенсационные структуры.
Фиг.8 - вариант блок-схемы процесса изготовления для выполнения пространственных модуляторов света, содержащих интегрированные оптические компенсационные структуры.
Фиг.9 - вариант осуществления пространственного модулятора света, содержащего интегрированную оптическую компенсационную структуру.
Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления
Предпочтительный вариант осуществления представляет собой интерферометрический модулятор, который включает в себя, по меньшей мере, одну интегрированную оптическую компенсационную структуру. В некоторых конфигурациях оптическая компенсационная структура расположена между подложкой и светомодулирующими элементами интерферометрического модулятора. В других конфигурациях светомодулирующие элементы размещены между подложкой и оптической компенсационной структурой.
Различные примеры интерферометрических модуляторов описаны в патентной публикации US 2002/0126364 A1. Фиг.1 и 2 иллюстрируют некоторые характеристики типового интерферометрического модулятора (см. фиг.1 и 2 патентной публикации US 2002/0126364 A1 и соответствующий текст). Ссылаясь на фиг.1А и 1В, каждая из двух структур 114 и 116 интерферометрических модуляторов включает в себя вторичное зеркало 102 с рифленым узором 104, вытравленным в его верхней (внешней) поверхности 103 с использованием любого из множества известных методов. Рифление не проходит через мембрану 106, на которой образовано зеркало, так что внутренняя поверхность 108 зеркала остается гладкой. На фиг.1В показан узор вытравленного рифления 104 на вторичном зеркале и гладкая внутренняя поверхность 112, которая остается после травления. Рифленый узор, который может быть сформирован с различной геометрией (например, прямоугольным, пирамидальным, коническим), обеспечивает структурное упрочнение зеркала, делая его более устойчивым к вариациям в деформациях материала, снижение полной массы и препятствует деформации, когда зеркало приводится в действие.
В общем случае, интерферометрический модулятор, к которому не приложено напряжение или приложено некоторое относительно постоянное напряжение или напряжение смещения, рассматривается как находящийся в состоянии покоя и должен отражать конкретный цвет, цвет состояния покоя. Как указано в патентной публикации US 2002/0126364 A1, цвет состояния покоя определяется толщиной расходуемой прокладки, на которой изготавливается вторичное зеркало.
Каждый интерферометрический модулятор 114, 116 является прямоугольным и связан своими четырьмя углами с четырьмя столбиками 118 через опорные кронштейны 120 и 122. В некоторых случаях (см. описание в патентной публикации US 2002/0126364 A1) решетка интерферометрических модуляторов должна работать при выбранном постоянном напряжении смещения. В этих случаях вторичное зеркало 102 должно, в общем случае, поддерживать исходное положение, которое ближе к соответствующему первичному зеркалу 128, чем без приложения напряжения смещения. Изготовление интерферометрических модуляторов с опорными кронштейнами различных размеров обеспечивает возможность того, что механическое усилие восстановления каждого интерферометрического модулятора определяется его геометрией. Таким образом, при одинаковом напряжении смещения, приложенном к множеству интерферометрических модуляторов, каждый интерферометрический модулятор может поддерживать различное смещенное положение (расстояние от основного зеркала) посредством контроля размеров опорного кронштейна и его результирующей постоянной упругости. Чем толще опорный кронштейн, тем больше его постоянная упругость. Таким образом, различные цвета (например, красный, зеленый и синий) могут отображаться различными интерферометрическими модуляторами, не требуя размещения прокладок различной толщины. Вместо этого, одна прокладка, размещаемая и затем удаляемая в процессе производства, может использоваться, в то время как цвет определяется путем модифицирования размеров опорного кронштейна в течение единственного фотолитографического этапа, используемого для определения кронштейнов. Например, на фиг.2 интерферометрические модуляторы 114, 116, оба, показаны в исходных состояниях при приложении одного и того же напряжения смещения. Однако промежуток 126 для интерферометрического модулятора 114 больше, чем промежуток 128 для интерферометрического модулятора 116, ввиду больших размеров его соответствующих опорных кронштейнов. Различные другие примеры интерферометрических модуляторов также показаны.
Патентная публикация US 2002/0126364 A1 также описывает различные пассивные оптические компенсационные структуры для минимизации сдвига цвета при изменении угла падения (характеристика, типовая для интерферометрических структур) и активные оптические компенсационные структуры для подачи дополнительного освещения. Например, как показано на фиг.3А-3F (см. фиг.6А-6F патентной публикации US 2002/0126364 A1), оптический компенсационный фильтр может изготавливаться на стороне подложки, противоположной той, на которой размещена решетка светомодулирующих элементов. Такие пленки могут проектироваться и изготавливаться рядом способов и могут использоваться во взаимосвязи друг с другом.
На фиг.3А пассивная оптическая компенсационная пленка 600 является объемной или поверхностной рельефной голографической пленкой. Объемная голографическая пленка может быть сформирована, подвергая фоторезистивный полимер воздействию интерференционной картины, формируемой пересечением излучений двух или более источников когерентного света (например, лазеров). С использованием подходящих частот и ориентаций лучей могут быть изготовлены произвольные периодические шаблоны индексов преломления в пленке. Поверхностная рельефная голографическая пленка может быть изготовлена путем создания металлического шаблона с использованием любого из ряда методов микрообработки, известных специалистам в данной области техники. Шаблон затем используется для структурирования пленки. Такие пленки могут быть использованы для повышения степени пропускания и отражения света в пределах определяемого конуса углов, тем самым минимизируя внеосевое излучение. Цвета и яркость изображения, наблюдаемого с использованием осевого излучения, улучшаются, а цветовой сдвиг уменьшается из-за того, что яркость существенно снижается вне этого конуса.
На фиг.3В иллюстрируется другой подход для устройства 604, в котором решетка пассивных оптических компенсационных структур 606 изготавливается на подложке. Эти структуры, которые могут быть изготовлены с использованием методов, упомянутых в патентной публикации US 2002/0126364 A1, могут представлять собой фотоник-кристаллы, как описано в книге “Photonic Crystals”, John D. Joannopoulos, et al. Они, по существу, представляют собой трехмерные интерферометрические решетки, которые демонстрируют интерференцию под всеми углами. Это обеспечивает возможность проектирования волноводов, которые могут выполнять ряд функций, включая канализацию падающего света определенных частот на соответственно окрашенные пиксели, или изменение угла падения определенного света на новый угол падения, или некоторую комбинацию обоих методов.
В другом примере пассивной оптической компенсационной структуры, показанной на фиг.3С, трехслойная полимерная пленка 610 содержит взвешенные частицы. Частицы в действительности представляют собой многослойные диэлектрические зеркала, которые изготовлены в форме микроскопических пластинок. Эти пластинки, например, могут быть изготовлены путем нанесения многослойных диэлектрических пленок на полимерный слой, который при растворении оставляет пленку, которая может осаждаться таким образом, чтобы формировать пластинки. Пластинки затем подмешиваются в материал-предшественник в виде жидкого пластика. За счет приложения электрических полей в течение процесса высушивания ориентация этих пластинок может быть фиксированной в процессе производства. Зеркала могут проектироваться таким образом, чтобы они отражали только в диапазоне углов скольжения. Следовательно, свет либо отражается, либо пропускается в зависимости от угла падения по отношению к зеркалу. На фиг.3С слой 612 ориентирован для отражения света 609 с высоким значением угла падения, входящего в пленку 610 с направлений, близких к перпендикуляру. Слой 614 отражает свет 613 с более низким значением угла падения в более перпендикулярную траекторию. Слой 616 модифицирует свет 615, падающий под еще более низким углом падения. Поскольку слои в минимальной степени влияют на свет, который падает почти перпендикулярно, то каждый из них действует как отдельный «фильтр, селективный по углу падения», результатом которого является то, что случайным образом ориентированный падающий свет проходит в подложку с более высокой степенью перпендикулярности. Это минимизирует сдвиг цвета в изображении, наблюдаемом через эту пленку.
В другом примере пассивной оптической компенсационной структуры, показанной на фиг.3D, микролинзы 622 используются в решетке в устройстве 620. Каждая линза 622 может быть использована для повышения коэффициента заполнения дисплея путем эффективного увеличения активной площади каждого пикселя. Этот подход может быть использован сам по себе или во взаимосвязи с другими цветосдвигающими компенсационными пленками.
В примере активной оптической компенсационной структуры, показанной на фиг.3Е, устройство 624 использует дополнительное освещение в форме решетки фронтального освещения. В этом случае органический светоизлучающий материал 626, например структуры алк-диамин (Alg/diamine) и поли(фенилен-винилен), может наноситься и структурироваться на подложке. На виде сверху, показанном на фиг.3F, показан шаблон 627, который соответствует решетке интерферометрического модулятора, расположенной ниже. То есть светоизлучающие области 626 спроектированы для затенения неактивных участков между интерферометрическим модулятором и оставления открытой апертуры на остальных участках. Свет активным образом излучается в подложку на интерферометрический модулятор и затем отражается обратно к наблюдателю. И наоборот, структурированная излучающая пленка может быть нанесена на заднюю пластину дисплея, и свет пропускается вперед через промежутки между субпикселями. Путем структурирования зеркала спереди дисплея этот свет может отражаться назад на решетку интерферометрических модуляторов. Установленный на периферии источник света во взаимосвязи с пленками, основанными на полном внутреннем отражении, характеризует собой еще один подход. Патент US №6055090 также раскрывает интерферометрический модулятор, имеющий активную оптическую компенсационную структуру, которая включает в себя дополнительный источник фронтального освещения.
Фиг.4 иллюстрирует интерферометрический модулятор 10, содержащий пассивную оптическую компенсационную пленку (рассеиватель 22), изготовленную на поверхности подложки, противоположной той, на которой находится светомодулирующий элемент. Рассеиватель 22 обычно компенсирует зеркальный внешний вид нескомпенсированной решетки пространственного модулятора света, например, путем придания отражающей решетке свойств, в меньшей степени свойственных зеркалу, а в большей степени свойственных бумаге. На фиг.4 светомодулирующий элемент 8 содержит подвижную стенку или элемент 16, полость 20 и опорный столбик 18. Как показано на фиг.4, подвижная стенка 16 опирается сверху на полость 20 посредством опорного столбика 18. Оптический пакет 14 формирует стенку полости 20, противоположную подвижной стенке 16. Оптический пакет 14 может рассматриваться как часть светомодулирующего элемента 8. Оптический пакет 14 изготавливается на прозрачной подложке 12, а рассеиватель 22 изготавливается на противоположной стороне подложки 12 относительно светомодулирующего элемента 8. В процессе работы подвижная стенка 16 перемещается через плоскости, параллельные передней стенке полости 20. Подвижная стенка 16 является высоко отражающей и в типовом случае содержит металл. Когда подвижная стенка 16 перемещается в направлении оптического пакета 14 на противоположной стороне подложки 12, в полости 20 возникает автоинтерференция света (в типовом случае, входящего через прозрачную подложку 12 и оптический пакет 14). Цвет отраженного света, который выходит из полости через прозрачную подложку 12 и оптический пакет 14, может управляться путем изменения расстояния между оптическим пакетом 14 и подвижной стенкой 16. Поверхность прозрачной подложки 12 в контакте с оптическим пакетом 14 представляет собой поверхность, на которой изготавливается светомодулирующий элемент 8. Рассеиватель 22 в типовом случае изготавливается или прикрепляется к противоположной поверхности прозрачной подложки 12 после изготовления светомодулирующего элемента 8.
Как показано на фиг.4 и в соответствии с раскрытием в патентной публикации US 2002/0126364 A1, пассивные оптические компенсационные структуры для пространственных модуляторов света в типовом случае изготавливаются на поверхности, противоположной той, на которой находится решетка светомодулирующих элементов, для упрощения существующих процессов производства. Изготовление всей дисплейной системы в типовом случае связано с формированием отдельно различных компонентов, таких как пассивные оптические компенсационные структуры, структуры интерферометрических модуляторов, электронные схемы возбудителей, функциональные средства управления графикой и т.д., и затем интеграцией их на более позднем этапе в процессе производства. Формирование различных компонентов отдельно и затем их интеграция на более позднем этапе упрощает сложную задачу изготовления светомодулирующих элементов путем снижения потребности в сложных схемах осаждения и микрообработки.
По мере того как пространственные модуляторы света становятся все более сложными, можно ожидать, что трудности, связанные с их изготовлением с использованием современных технологических процессов, также будут возрастать. Соответственно, разрабатывались пространственные модуляторы света, имеющие интегрированные оптические компенсационные структуры, и способы для их изготовления. В одном варианте осуществления предусматриваются пространственные модуляторы света, имеющие интегрированные оптические компенсационные структуры, например оптическую компенсационную структуру, расположенную между подложкой и светомодулирующими элементами, или оптическую компенсационную структуру, расположенную на стороне подложки, противоположной светомодулирующим элементам. Оптическая компенсационная структура может быть активной или пассивной, как это желательно. В этом контексте, «пассивная» оптическая компенсационная структура представляет собой структуру, которая не применяет дополнительный источник фронтального освещения.
Как описано выше, фиг.4 иллюстрирует пассивную оптическую компенсационную пленку (рассеиватель 22), изготовленную на противоположной стороне подложки относительно той, на которой находится светомодулирующий элемент. На фиг.4 светомодулирующий элемент 8 является интерферометрическим модулятором, содержащим подвижную стенку или элемент 16, полость 20, опорный столбик 18. Оптический пакет 14 выполнен на прозрачной подложке 12, а рассеиватель 22 выполнен на противоположной стороне подложки 12 относительно светомодулирующего элемента 8. Оптический пакет 14 может рассматриваться как часть светомодулирующего элемента 8. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в некоторых вариантах осуществления интерферометрический модулятор может выполнять модуляцию, переходя между черным или поглощающим состоянием и отражающим состоянием. Отражающее состояние является состоянием, основанным на отсутствии интерференции, представляющимся белым. Хотя белое состояние в таких вариантах осуществления не зависит конкретным образом от интерференционных характеристик модулятора модулирующие элементы предпочтительным образом имеют структуру, которая подобна таким вариантам осуществления интерферометрических модуляторов, которые основываются на интерференционных характеристиках и будут далее упоминаться как таковые. Интерферометрические модуляторы могут выполнять модуляцию путем перехода между поглощающим состоянием и состоянием интерференции, между поглощающим состоянием и отражающим состоянием, между отражающим состоянием и состоянием интерференции или между двумя различными состояниями интерференции.
Фиг.5А иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора 40 света, в котором пассивная оптическая компенсационная структура (рассеиватель 41) расположена между подложкой 42 и светомодулирующим элементом 44, вместо расположения на противоположной стороне подложки относительно светомодулирующего элемента, как показано на фиг.4. В варианте осуществления, показанном на фиг.5А, светомодулирующий элемент 44 является интерферометрическим модулятором, содержащим полость 45, подвижную стенку 46, оптический пакет 43 и опору 47. Оптический пакет 43 находится на стенке полости 45, которая противоположна подвижной стенке 46. В показанном варианте осуществления пространственный модулятор 40 света также содержит выравнивающий слой 48 между подложкой 42 и оптическим пакетом 43. Как подвижная стенка 46, так и оптический пакет 43 являются отражающими, так что действие пространственного модулятора 40 света в основном сходно с тем, которое описано для пространственного модулятора 10 света, проиллюстрированного на фиг.4. В типовом случае подложка 42 является, по меньшей мере, частично прозрачной. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что светомодулирующий элемент 44 может быть выполнен в виде решетки, содержащей множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, размещенных на прозрачной подложке и выполненных с возможностью модуляции света, прошедшего через прозрачную подложку.
Специалистам в данной области техники должно быть также понятно, что рассеиватель 41, показанный на фиг.5А, представляет различные оптические компенсационные структуры (как активные, так и пассивные), которые могу быть размещены между подложкой и множеством индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов. Например, активная оптическая компенсационная структура может питать дополнительный источник фронтального освещения. Неограничительные примеры пассивных оптических компенсационных структур включают в себя антиотражающий слой, дифракционный оптический элемент, структуру, которая рассеивает свет, черную маску, цветовой фильтр, решетку микролинз, голографическую пленку (например, которая уменьшает сдвиг в отраженном цвете по отношению к углу падения света, прошедшего через прозрачную подложку) или комбинацию указанных средств. На фиг.5 светомодулирующий элемент 44 содержит интерферометрический модулятор, но также могут использоваться и другие пространственные модуляторы света.
Фиг.5В иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора 33 света, в котором пассивная оптическая компенсационная структура (черная маска 32) размещена между прозрачной подложкой 12 и отражающим элементом 31. Отражающий элемент может представлять собой оптический пакет. Черные маски, такие как черная маска 32, могут быть использованы для маскирования частей структуры пространственного модулятора света, которые являются нежелательными для просмотра наблюдателем. Светомодулирующий элемент или элементы (например, множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов) не показаны на фиг.5В для наглядности, но понятно, что они размещены на прозрачной подложке 12 и выполнены с возможностью модуляции света, прошедшего через прозрачную подложку 12. Например, светомодулирующий элемент, представленный на фиг.5В, может содержать множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, размещенных поверх отражающего элемента 31, как описано выше со ссылкой на фиг.5А. Пространственный модулятор 33 света может содержать выравнивающий слой 30, например, между черной маской 32 и отражающим элементом 31, как показано на фиг.5В.
Фиг.5С иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора света, в котором пассивная оптическая компенсационная структура (содержащая элементы 34, 36, 38 цветовых фильтров) размещена между прозрачной подложкой 12 и отражающим элементом 39. Как на фиг.5В, отражающий элемент 39 может представлять собой оптический пакет. В показанном варианте осуществления элементы 34, 36, 38 цветовых фильтров являются красным, зеленым и синим, соответственно, но специалистами в данной области техники могут быть выбраны и другие цвета, так чтобы полученный в результате пространственный модулятор света формировал желательные цвета. Как и на фиг.5В, светомодулирующий элемент или элементы (например, множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов) опущены на фиг.5С для наглядности чертежа, но понятно, что они размещены на прозрачной подложке 12 и выполнены с возможностью модуляции света, прошедшего через прозрачную подложку 12. Например, светомодулирующий элемент на фиг.5С может содержать множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, размещенных на оптическом пакете, как описано выше со ссылкой на фиг.5А. Пространственный модулятор 37 света может содержать выравнивающий слой 30, например, между элементами 34, 36, 38 цветовых фильтров и оптическим пакетом 39, как показано на фиг.5С.
Интерферометрические модуляторы, которые формируют только черное и белое состояния, могут использоваться в комбинации с цветовыми фильтрами для формирования окрашенного света. Интерферометрические модуляторы могут быть изготовлены с возможностью формирования различных цветов путем варьирования размера полости. Однако варьирование размера полости может затрагивать изменение процесса производства, например, за счет изготовления полости отличающегося размера для интерферометрического модулятора, который формирует зеленый свет, по сравнению с размером полости для интерферометрического модулятора, который формирует красный свет. Использование черно-белых интерферометрических модуляторов в комбинации с цветовыми фильтрами может существенно упростить процесс производства. Другие улучшения в процессе производства реализуются за счет интеграции цветового фильтра в интерферометрический модулятор, как показано на фиг.5С.
Фиг.6 иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора 100 света, в котором пассивная оптическая компенсационная структура 105 (выравнивающий слой, содержащий рассеивающий элемент 110) размещена между прозрачной подложкой 115 и светомодулирующим элементом 120. В варианте осуществления, показанном на фиг.6, светомодулирующий элемент 120 представляет собой интерферометрический модулятор, содержащий полость 130, подвижную стенку 125 и оптический пакет 135. Оптический пакет 135 размещен на стенке полости 130, которая противоположна подвижной стенке 125. Как подвижная стенка 125, так и оптический пакет 135 являются отражающими (оптический пакет 135 является частично отражающим), так что действие пространственного модулятора 100 света, в основном, сходно с описанным для пространственного модулятора 10 света, показанного на фиг.4. Свет 140 проходит через щель 150 в подвижной стенке 125 и отражается от рассеивающего элемента 110, так что он рассеивает свет 140 назад к подвижной стенке 125 (и в некоторых случаях назад, вновь к рассевающему элементу 110), который, в конечном счете, проходит через прозрачную подложку 115 и выходит, как показано ссылочными позициями 160, 165 на фиг.6. Предпочтительно, рассеивающий элемент 110 выполнен таким образом, что свет 140 рассеивается случайным образом. Для ясности на фиг.6 показан один рассеивающий элемент 110 и одна щель 150, однако понятно, что пространственный модулятор 100 света может содержать множество рассеивающих элементов и щелей, расположенных так, чтобы обеспечивать требуемое количество рассеянного света.
На фиг.7А и 7В показаны варианты осуществления пространственных модуляторов света, содержащих различные комбинации интегрированных оптических компенсационных структур. Фиг.7А иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора 60 света, в котором пассивная оптическая компенсационная структура (содержащая элемент 34 цветового фильтра и черную маску 32) размещена между прозрачной подложкой 12 и оптическим пакетом 61. Фиг.7В иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора 62 света, в котором первая пассивная оптическая компенсационная структура (содержащая элемент 40 цветового фильтра и черную маску 32) и вторая пассивная оптическая компенсационная структура (содержащая рассеиватель 26) размещены между прозрачной подложкой 12 и оптическим пакетом 63. Как и в случае фиг.5В и 5С, светомодулирующий элемент или элементы (например, множество индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов) не показаны на фиг.7А и 7В для наглядности, но понятно, что они размещены на прозрачной подложке 12 и выполнены с возможностью модуляции света, прошедшего через прозрачную подложку 12. Пространственные модуляторы 60, 62 света могут содержать выравнивающий слой 30, например, между пассивной оптической компенсационной структурой (содержащей элемент 34 цветового фильтра и черную маску 32) и оптическим пакетом 61, как показано на фиг.7А, или между первой и второй пассивной оптической компенсационной структурой, как показано на фиг.7В. Пространственный модулятор света может содержать дополнительный выравнивающий слой, например выравнивающий слой 35, как показано на фиг.7В, между первой пассивной оптической компенсационной структурой (содержащей элемент 40 цветового фильтра и черную маску 32) и оптическим пакетом 63.
Пространственные модуляторы света могут содержать оптическую компенсационную структуру, которая выполняет одну или более функций (например, цветовой фильтр и черная маска, как показано на фиг.7А), и/или оптическая компенсационная структура может содержать множество слоев, которые могут отделяться друг от друга выравнивающими слоями (например, как показано на фиг.7В). Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что термин «оптическая компенсационная структура» может быть использован для ссылок на структуру, имеющую конкретную функцию (например, рассеиватель 26), слой, имеющий несколько функций (например, элемент 34 цветового фильтра и черная маска 32), или множество слоев, каждый из которых имеет одну или более функций, как показано на фиг.7В, факультативно включающих в себя выравнивающий(ие) слой(и). Таким образом, пространственные модуляторы света могут содержать любую комбинацию активных и/или пассивных оптических компенсационных структур, например черную маску и цветовой фильтр, черную маску и рассеиватель, цветовой фильтр и рассеиватель; черную маску, цветовой фильтр и рассеиватель и т.д. Средства для компенсации света, прошедшего через прозрачную подложку, включают в себя оптические компенсационные структуры, как описано в настоящем документе.
Пространственные модуляторы света, содержащие оптическую компенсационную структуру, могут изготавливаться путем интеграции процесса изготовления оптической компенсационной структуры в процесс изготовления пространственного модулятора света. Пример подобного процесса представлен на фиг.8. Процесс начинается с обеспечения подложки на этапе 50. В типовом случае подложка представляет собой стекло, пластик или иную прозрачную подложку. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что используемый в настоящем описании термин «прозрачная» (подложка), включает в свой объем материалы, которые по существу прозрачны для рабочих(ей) длин(ы) волн пространственного модулятора света, и, таким образом, прозрачные подложки не должны обязательно пропускать все длины волн света и могут поглощать долю света на рабочей(их) длине(ах) волн пространственного модулятора света. Например, прозрачная подложка может быть окрашена и/или поляризована, если это желательно для конкретного применения. Таким образом, прозрачность и отражательная способность подложки могут варьироваться в зависимости от конфигурации и желательной функции. В некоторых вариантах осуществления подложка является, по меньшей мере, частично прозрачной и может быть, по существу, прозрачной. В других вариантах осуществления подложка является, по меньшей мере, частично отражающей и может быть, по существу, отражающей. Понятно, что подложка может быть как частично прозрачной, так и частично отражающей.
Процесс, иллюстрируемый на фиг.8, продолжается на этапе 52 изготовлением оптической компенсационной структуры. В зависимости от структуры материалы и методы, используемые для ее изготовления, могут различаться. Например, часто бывает удобно изготавливать оптические компенсационные структуры с использованием технологии и методов, совместимых с изготовлением индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, например нанесением покрытия, получаемого методом центрифугирования, и/или методом химического вакуумного осаждения. Например, пленка рассеивателя может изготавливаться путем нанесения покрытия методом центрифугирования на подложку с использованием полимера или полимерного раствора, который содержит диспергированные в нем рассеивающие элементы. Например, полимер может представлять собой полиимид, а рассеивающие элементы могут представлять собой микроскопические стеклянные шарики. Цветовые фильтры и черные маски могут представлять собой соответственно окрашенные фоторезистивные полимеры, изготовленные на подложке с использованием известных методов осаждения фоторезиста и маскирования. Черные маски могут также быть неорганическими материалами, такими как оксид хрома, также известный как черный хром, и могут изготавливаться на подложке с использованием известных методов осаждения фоторезиста и маскирования.
Процесс, показанный на фиг.8, продолжается на этапе 54 путем осаждения выравнивающего слоя. Выравнивающий слой или слои являются в типовом случае полимерами, например полиимидом, и могут осаждаться с использованием известных методов осаждения фоторезиста и маскирования. Осаждение выравнивающего слоя является факультативным, но часто предпочтительным, поскольку он приводит к получению подходящей подложки для последующих этапов обработки. Процесс, показанный на фиг.8, продолжается на этапе 56 изготовлением индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов (например, элементов интерферометрических модуляторов) поверх оптической компенсационной структуры и, если имеется, выравнивающего слоя. Интерферометрические модуляторы в общем случае изготавливаются с использованием процессов осаждения тонких пленок, например, как описано в патентах US 5835255 и 6055090 и в заявке US 2002/0126364 A1. Видоизменение этого процесса, также иллюстрируемое на фиг.8, предусматривает изготовление дополнительного выравнивающего слоя на этапе 58, вслед за изготовлением дополнительной оптической компенсационной структуры на этапе 59. После изготовления на этапе 59 процесс изготовления может возвратиться на этапы 58, 59 для изготовления дополнительных(ого) выравнивающих(его) слоев(я) и оптических(ой) компенсационных(ой) структур(ы) или может перейти на этапы 54, 56 для изготовления выравнивающего слоя и индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что процесс, показанный на фиг.8, или его варианты может использоваться для изготовления пространственных модуляторов света, включая, без ограничения указанным, пространственные модуляторы света, проиллюстрированные на фиг.5-7. Средства для модуляции света, прошедшего через прозрачную подложку, включают в себя интерферометрические модуляторы и жидкокристаллические дисплеи.
Фиг.9 иллюстрирует вариант осуществления пространственного модулятора 200 света, в котором светомодулирующий элемент 205 размещен между подложкой 210 и оптической компенсационной структурой 215. В варианте осуществления, показанном на фиг.9, светомодулирующий элемент 205 является интерферометрическим модулятором, содержащим полость 220, подвижную стенку 225, оптический пакет 230 и держатели 235. Оптический пакет 230 находится на стенке полости 220, которая противоположна подвижной стенке 225. Оптическая компенсационная структура 215 может быть любой из вышеописанных оптических компенсационных структур, например активной оптической компенсационной структурой, которая обеспечивает дополнительный источник фронтального освещения, и/или пассивной оптической компенсационной структурой, например антиотражающим слоем, дифракционным оптическим элементом, структурой, которая рассеивает свет, черной маской, цветовым фильтром, рассеивателем, решеткой микролинз, голографической пленкой, которая уменьшает сдвиг в отраженном цвете относительно угла падения света, прошедшего через подложку, или комбинацией указанных средств. На фиг.9 светомодулирующий элемент 205 содержит интерферометрический модулятор, но также могут использоваться и другие пространственные модуляторы света.
Пространственный модулятор света, в котором светомодулирующий элемент размещен между подложкой и оптической компенсационной структурой (такой, как показана на фиг.9), может быть изготовлен с помощью процесса, подобного показанному на фиг.8, за исключением того, что индивидуально адресуемые светомодулирующие элементы изготавливаются на подложке, после чего следует изготовление оптических(ой) компенсационных(ой) структур(ы) поверх индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов (например, этап 56 на фиг.8 проводится после этапа 50 и перед этапом 52). Факультативно, может быть изготовлен выравнивающий слой поверх индивидуально адресуемых светомодулирующих элементов, после чего следует изготовление оптических(ой) компенсационных(ой) структур(ы) поверх выравнивающего слоя.
Хотя вышеописанное детальное описание представило, описало и отметило новые признаки изобретения применительно к различным вариантам осуществления понятно, что различные исключения, замены и изменения по форме и в деталях устройства или способа могут быть осуществлены специалистами в данной области техники без отклонения от сущности изобретения. Понятно что изобретение может быть воплощено в форме, которая не обеспечивает все описанные признаки и преимущества, поскольку отдельные признаки могут быть использованы или реализованы отдельно от других.