照明装置及其制造方法 相关申请案的交叉参考
本 申 请 案 主 张 2009 年 5 月 29 日 申 请 的 题 目 为 “照 明 装 置 及 其 制 造 方 法 (ILLUMINATION DEVICES AND METHODS OF FABRICATION THEREOF)” 的第 61/182,594 号美 国临时申请案以及 2010 年 1 月 6 日申请的题目为 “照明装置及其制造方法 (ILLUMINATION DEVICES AND METHODS OF FABRICATION THEREOF)” 的第 61/292,783 号美国临时申请案的 权益， 所述两个临时申请案全文以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明的领域涉及机电系统。 背景技术 机电系统包括具有电和机械元件、 致动器、 变换器、 传感器、 光学组件 ( 例如， 镜) 和电子元件的装置。可以包括 ( 但不限于 ) 微尺度和纳米尺度的各种尺度制造机电系统。 举例来说， 微机电系统 (MEMS) 装置可包括具有大小范围为约一微米到数百微米或数百微 米以上的结构。纳米机电系统 (NEMS) 装置可包括具有小于一微米的大小 ( 例如， 小于数百 纳米的大小 ) 的结构。可使用沉积、 蚀刻、 光刻和 / 或蚀刻掉衬底和 / 或所沉积材料层的部 分或添加层以形成电和机电装置的其它微加工工艺形成机电元件。 一种类型的机电系统装 置被称为干涉式调制器。如本文中所使用， 术语干涉式调制器或干涉式光调制器是指使用 光学干涉的原理选择性地吸收和 / 或反射光的装置。在某些实施例中， 干涉式调制器可包 含一对导电板， 其中的一者或两者可全部或部分地透明和 / 或反射性的且能够在施加适当 电信号时相对运动。在一特定实施例中， 一个板可包含沉积于衬底上的固定层且另一板可 包含以气隙与固定层分开的金属隔膜。如本文中更详细描述， 一个板相对于另一板的位置 可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。此类装置具有广泛范围的应用， 且在此项 技术中将有益的是， 利用和 / 或修改这些类型的装置的特性以使得其特征可用于改进现有 产品和形成尚未开发的新产品。
发明内容
本发明的系统、 方法和装置各自具有若干方面， 其中无单一者仅对其理想属性负 责。在不限制本发明的范围的情况下， 现将简短论述其较显著特征。在考虑此论述后， 且尤 其在阅读名为 “具体实施方式” 的章节后， 将理解本发明的特征如何提供与其它显示装置相 比的优点。
本文中所描述的各种实施例包含一种照明装置， 其包括衬底层和转向层， 所述转 向层包括涂覆有反射层的光转向特征， 所述光转向特征经配置以将在所述衬底内传播的光 向显示器转向。
在一个实施例中， 一种照明设备包含 ： 光源 ； 光导， 其具有大体上平坦的第一表 面、 与所述第一表面相对的大体上平坦的第二表面、 第一端和第二端， 以及在所述第一端与所述第二端之间界定的长度， 所述光导具有大体上平行于在所述第一端与第二端之间的第 一表面延伸的 x 轴、 大体上正交于所述第一表面和所述第二表面延伸的 z 轴， 以及大体上正 交于所述 x 轴和所述 z 轴延伸的 y 轴， 其中所述光导经定位以将光从所述光源接收到所述 光导第一端中， 且其中从所述光源接收的光穿过所述光导向所述第二端传播。此实施例和 某些其它实施例还可包括多个光转向特征， 其安置于所述第一表面上且从所述第一表面向 所述第二表面突出到所述光导中。每一光转向特征可具有至少一个曲线转向边缘， 所述至 少一个曲线转向边缘安置于平行于由所述 x 轴和所述 z 轴界定的平面的平面上， 其中所述 至少一个转向边缘经配置以接收向所述光导的第二端传播的光的至少一部分且将所述所 接收光的至少一部分从所述光导的第二表面反射出。
在一个方面中， 由所述至少一个曲线转向边缘反射的光的部分形成具有角宽度的 光的 “发射光锥” 。在另一方面中， 所述至少一个转向边缘经配置以聚焦或分散入射于所述 转向表面上的在所述光导中传播的光。在又一方面中， 所述至少一个转向边缘具有上面被 安置所述转向边缘的由 x 轴和 z 轴界定的平面上的凸形或凹形轮廓。在一个方面中， 至少 转向特征的表面形成截头体且所述截头体可具有相对于所述光导凹入和 / 或凸出的侧壁。
在另一实施例中， 一种显示装置包含 ： 光调制元件的阵列 ； 光导， 其安置于所述阵 列上， 所述光导具有经配置以将光接收到所述光导中的至少一个边缘 ； 以及转向层， 其经安 置以使得所述光导至少部分地在所述转向层与所述阵列之间。 所述转向层可具有第一表面 和与所述第一表面相对的第二表面， 其中所述第二表面安置于所述第一表面与所述阵列之 间。所述转向层可包括多个光转向特征， 其安置于所述第一表面上且从所述第一表面向所 述第二表面突出到所述转向层中， 每一光转向特征经配置以接收穿过所述转向层传播的光 的至少一部分且向所述阵列反射所述所接收光的至少一部分。 每一光转向特征可具有光转 向表面， 其经配置以聚焦或分散经接收且向所述阵列反射的光的部分。
在一个方面中， 每一光转向特征的弯曲光转向表面从所述第一表面延伸到所述光 导中且包含形成于所述第一表面中的凹陷部。在另一方面中， 所述弯曲光转向表面可为截 头状。在又一方面中， 每一光转向特征具有至少一个侧壁， 其中所述侧壁的至少一部分弯 曲。在一个方面中， 所述侧壁的弯曲部分凹入或凸出。在一个方面中， 每一转向特征包含安 置于所述侧壁的至少一部分上的光学掩模， 且所述光学掩模可包括分别安置于所述锥形侧 壁上的第一反射层、 第二层和第三部分反射层， 其中所述第一层经配置以接收在所述转向 层内传播的光且向所述阵列反射所述所接收光的至少一部分。 在一个方面中， 所述第一、 第 二和第三层可经配置以吸收入射于所述转向层上的光的一部分。
在一个方面中， 所述装置进一步包含 ： 处理器， 其经配置以与光调制元件的所述阵 列通信， 所述处理器经配置以处理图像数据 ； 以及存储器装置， 其经配置以与所述处理器通 信。 在一个方面中， 所述装置进一步包含驱动器电路， 其经配置以将至少一个信号发送到光 调制元件的所述阵列 ； 且还可包括控制器， 其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送 到所述驱动器电路。 在另一方面中， 所述装置进一步包含图像源模块， 其经配置以将图像数 据发送到所述处理器。 在一个方面中， 所述图像源模块包含接收器、 收发器和发射器中的至 少一者。 在一个方面中， 所述装置进一步包含输入装置， 其经配置以接收输入数据且将所述 输入数据传送到所述处理器。
在另一实施例中， 一种制造光导的方法， 所述光导包括转向特征， 所述转向特征经配置以聚焦或分散入射于所述转向特征上的光， 所述方法包含 ： 提供衬底 ； 在所述衬底的 至少一部分上沉积材料层 ； 用光致抗蚀剂层涂覆所述材料 ； 将所述光致抗蚀剂曝光以在所 述材料上留下所述光致抗蚀剂层的部分 ； 以及蚀刻所述材料层以产生具有弯曲侧壁的一个 或一个以上凹陷部。在一个方面中， 所述材料层包含氮氧化硅。
在另一实施例中， 一种制造转向膜的方法， 所述转向膜包括转向特征， 所述转向特 征经配置以聚焦或分散入射于所述转向特征上的光， 所述方法包含 ： 提供衬底 ； 在所述衬 底的至少一部分上沉积材料层 ； 用光致抗蚀剂层涂覆所述材料 ； 曝光且处理所述光致抗蚀 剂以在所述材料层上留下所述光致抗蚀剂的部分 ； 蚀刻所述材料层以产生具有弯曲侧壁的 一个或一个以上凹陷部 ； 移除所述光致抗蚀剂 ； 电镀所述材料层和所述衬底的表面以产生 表面浮雕 ； 以及使用所述表面浮雕以模制转向膜。在一个方面中， 所述侧壁凸出或凹入。在 另一方面中， 所述材料层和衬底形成至少一个截头状转向特征且所述截头状转向特征可具 有凸出或凹入的侧壁。
在另一实施例中， 一种显示装置包括 ： 用于调制光的构件 ； 用于导引光的构件， 其 安置于所述调制构件上， 所述光导引构件经配置以接收光 ； 以及用于将光转向的构件， 其经 安置以使得所述光导引构件至少部分地在所述光转向构件与所述调制构件之间。 所述转向 构件可包括多个光转向特征， 其经配置以接收由所述光导引构件接收的光的至少一部分且 向所述调制构件反射所述所接收光的至少一部分， 其中每一光转向特征经配置以聚焦或分 散经接收且向所述调制构件反射的光的部分。 每一光转向特征可包含形成于所述光转向构 件的表面中的凹陷部。 附图说明 图 1 为描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等角视图， 其中第一干 涉式调制器的可移动反射层在松弛位置中且第二干涉式调制器的可移动反射层在致动位 置中。
图 2 为说明并入有 3×3 干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统框 图。
图 3 为图 1 的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜面位置与所施加电压 的图式。
图 4 为可用于驱动干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明。
图 5A 和图 5B 说明可用于将显示数据的帧写入到图 2 的 3×3 干涉式调制器显示 器的行和列信号的一个示范性时序图。
图 6A 和图 6B 为说明包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的一实施例的系统框 图。
图 7A 为图 1 的装置的横截面。
图 7B 为干涉式调制器的一替代实施例的横截面。
图 7C 为干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。
图 7D 为干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。
图 7E 为干涉式调制器的一额外替代实施例的横截面。
图 8 为具有照明装置和反射显示器的显示装置的一实施例的横截面。
图 9A 为具有以均一图案安置于转向膜上的转向特征的显示装置的一实施例的俯 视平面图。
图 9B 为具有以非均一图案安置于转向膜上的转向特征的显示装置的一实施例的 俯视平面图。
图 9C 为具有转向膜和衬底的照明装置的一实施例的横截面。
图 9D 以旋转方式说明转向特征的一个实施例的某些尺寸。
图 10 为说明光转向特征的若干实施例的照明装置的一实施例的横截面。
图 11 为包括具有光转向特征的衬底的照明装置的一实施例的横截面。
图 12 为具有两个转向膜的照明装置的一实施例的横截面。
图 13 为具有两个转向膜的照明装置的一实施例的横截面， 每一转向膜具有光转 向特征， 其中每一转向膜中的光转向特征中的至少一些安置成垂直地偏离另一转向膜中的 光转向特征。
图 14 为具有以截顶锥和透镜的形状配置的光转向特征的照明装置的一实施例的 横截面。
图 15 为说明具有弯曲边缘的转向膜和光导的另一照明装置的一实施例的横截 面。 图 16 为说明包括穿过转向膜和 / 或光导的成角边缘提供光的光源的一实施例的 照明装置的横截面。
图 17A 为描绘具有多层涂覆边缘的光转向特征的照明装置的一实施例的横截面。
图 17B 为照明装置的一实施例的俯视平面图。
图 18 为说明具有多层涂覆边缘的光转向特征的若干实例的照明装置的一实施例 的横截面。
图 19A 为在用于在光转向特征上形成干涉堆叠的工艺的一个实例的步骤期间的 转向膜的横截面。
图 19B 为在中间工艺步骤中的图 19A 的转向膜的横截面。
图 19C 为由进一步处理产生的图 19C 的转向膜的一实施例的横截面。
图 19D 为示意性说明制造图 19C 的转向膜的方法的一个实施例的框图。
图 20A 到图 20E 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图 20F 为示意性说明制造图 20E 的照明装置的方法的一个实施例的框图。
图 21A 到图 21H 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图 21I 为示意性说明制造图 21H 的照明装置的方法的一个实施例的框图。
图 22A 到图 22E 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图 22F 为示意性说明制造图 22E 的照明装置的方法的一个实施例的框图。
图 23A 到图 23J 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图 23K 为示意性说明制造图 23J 的照明装置的方法的一个实施例的框图。
图 24A 到图 24F 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图 24G 为示意性说明制造图 24F 的照明装置的方法的一个实施例的框图。
图 25A 到图 25G 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。
图 25H 为示意性说明制造图 25G 的照明装置的方法的一个实施例的框图。
图 26A 到图 26F 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。 图 26G 为示意性说明制造图 26F 的照明装置的方法的一个实施例的框图。 图 27A 到图 27C 为说明在制造照明装置的工艺中的步骤的示意性横截面图。 图 27D 为示意性说明制造图 27C 的照明装置的方法的一个实施例的框图。 图 27E 为示意性说明制造图 27C 的照明装置的方法的一个实施例的框图。 图 28 为具有锥形壁的转向膜的一实施例的横截面。 图 29A 为具有多边形转向特征的转向膜的一实施例的横截面的示意图。 图 29B 为具有凹入曲线转向特征的转向膜的一实施例的横截面的示意图。 图 29C 为具有凸出曲线转向特征的转向膜的一实施例的横截面的示意图。 图 29D 为具有拥有凹入侧壁的截头状转向特征的转向膜的一实施例的横截面的 图 29E 为具有拥有凸出侧壁的截头状转向特征的转向膜的一实施例的横截面的示意图。
示意图。 图 29F 为图 29D 的转向特征的透视图。
图 29G 为图 29F 的转向特征的透视图。
图 30A 为具有拥有多层涂覆边缘的凹入曲线转向特征的转向膜的一实施例的横 截面的示意图。
图 30B 为具有拥有多层涂覆边缘的凸出曲线转向特征的转向膜的一实施例的横 截面的示意图。
图 30C 为具有拥有凹入侧壁和多层涂覆边缘的截头状转向特征的转向膜的一实 施例的横截面的示意图。
图 30D 为具有拥有凸出侧壁和多层涂覆边缘的截头状转向特征的转向膜的一实 施例的横截面的示意图。
图 31A 到图 31E 为说明在制造具有凸出转向特征的转向膜的工艺中的步骤的横截 面图的示意图。
图 32A 到图 32E 为说明在制造具有凹入转向特征的转向膜的工艺中的步骤的横截 面图的示意图。
具体实施方式
以下详细描述针对某些特定实施例。 然而， 可以许多不同方式应用本文中的教示。 在此描述中， 参看图式， 其中遍及各图式相同部分大体以相同数字指示。 在某些所说明的实 施例中， 相同数字用于指示大体上对应的部分 ； 然而， 将理解， 此类所指示部分可在各实施 例间不同， 例如， 如本文中所描述。可在经配置以显示图像的任何装置中实施所述实施例， 所述图像不管是运动 ( 例如， 视频 ) 还是静止 ( 例如， 静态图像 ) 且不管是文本还是图片。 更特定来说， 预期所述实施例可在例如 ( 但不限于 ) 以下各者的各种电子装置中实施或与 所述电子装置相关联 ： 移动电话、 无线装置、 个人数据助理 (PDA)、 手持式或便携式计算机、 GPS 接收器 / 导航器、 相机、 MP3 播放器、 摄录一体机、 游戏控制台、 腕表、 时钟、 计算器、 电视 监视器、 平板显示器、 计算机监视器、 汽车显示器 ( 例如， 里程表显示器等 )、 座舱控制器和 / 或显示器、 相机视景的显示器 ( 例如， 车辆中的后视相机的显示器 )、 电子相片、 电子告示牌或标志、 投影仪、 建筑结构、 封装和美学结构 ( 例如， 对一件珠宝的图像的显示 )。类似于本 文中所描述的结构的结构的 MEMS 装置还可用于例如电子切换装置等非显示应用中。
照明装置可用于在环境光不足时提供用于反射显示器的光。在一些实施例中， 一 种照明装置包含光源和光导， 所述光导从所述光源接收光。通常所述光源可相对于显示器 定位或偏离， 且在此位置中其不可直接将足够或均一光提供到反射显示器。 因此， 照明装置 还可包括光转向特征， 所述光转向特征将来自所述光源的光向显示器重定向， 且此类转向 特征可包括于定位于所述光导上的转向膜中。 在一些实施例中， 转向特征具有反射涂层， 其 经配置以 ( 较好地 ) 向所述反射显示器反射在所述光导和 / 或转向膜内传播的光。所述反 射涂层可显现为发光或明亮， 但其可通过在反射涂层上形成黑暗涂层 ( 例如， 黑色掩模 ) 以 吸收光以使得所述转向特征显现为黑暗或黑色而向观看者掩蔽， 从而导致改进所述显示器 的对比度。所述黑色掩模可包括所述反射层和吸收层， 且配置为 “静态” 干涉式调制器， 其 经配置以显现为黑暗或黑色。所述光导和所述转向膜可由无机材料制成。为了促进光在所 述转向膜与所述光导之间传播， 所述转向膜可具有与所述光导匹配的折射率。本文中所揭 示的实施例涉及包括在转向特征上的一个或一个以上反射涂层的不同配置的照明装置。 本 文中所揭示的额外实施例涉及形成包括无机光导和 / 或无机转向膜的照明装置的工艺。 在图 1 中说明包含干涉式 MEMS 显示元件的一个干涉式调制器显示器实施例。在 这些装置中， 像素处于明亮状态或黑暗状态中。在明亮 (“松弛” 或 “断开” ) 状态中， 所述 显示元件将入射可见光的大部分反射到用户。当在黑暗 (“致动” 或 “闭合” ) 状态中时， 显 示元件将较少入射可见光反射到用户。依据实施例， 可颠倒 “开启” 和 “关断” 状态的光反 射性质。MEMS 像素可经配置以主要地以选定色彩反射， 从而实现除黑色和白色以外的彩色 显示器。
图 1 为描绘视觉显示器的一系列像素中的两个邻近像素的等角视图， 其中每一像 素包含 MEMS 干涉式调制器。在一些实施例中， 干涉式调制器显示器包含这些干涉式调制器 的行 / 列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层， 其彼此以可变且可控制距离定位以形 成具有至少一个可变尺寸的谐振光学间隙。在一个实施例中， 反射层中的一者可在两个位 置之间移动。在本文中称为松弛位置的第一位置中， 所述可移动反射层定位于与固定部分 反射层相距相对大的距离处。在本文中称为致动位置的第二位置中， 所述可移动反射层定 位于较紧密地邻近于所述部分反射层处。 从两个层反射的入射光依据所述可移动反射层的 位置而相长或相消地干涉， 从而产生每一像素的总反射或非反射状态。
图 1 中的像素阵列的所描绘部分包括两个邻近干涉式调制器 12a 和 12b。在左侧 的干涉式调制器 12a 中， 说明可移动反射层 14a 在与光学堆叠 16a 相距预定距离处的松弛 位置中， 所述光学堆叠 16a 包括部分反射层。在右侧的干涉式调制器 12b 中， 说明可移动反 射层 14b 在邻近于光学堆叠 16b 的致动位置中。
如本文中所引用， 光学堆叠 16a 和 16b( 统称为光学堆叠 16) 通常包含若干融合 层， 其可包括例如氧化铟锡 (ITO) 等电极层、 例如铬等部分反射层和透明电介质。光学堆叠 16 因此为导电、 部分透明且部分反射性的， 且可 ( 例如 ) 通过在透明衬底 20 上沉积以上层 中的一者或一者以上来制造。所述部分反射层可由例如各种金属、 半导体和电介质等部分 反射的各种材料形成。所述部分反射层可由一个或一个以上材料层形成， 且所述层中的每 一者可由单一材料或材料的组合形成。
在一些实施例中， 光学堆叠 16 的层被图案化为平行条带， 且可在显示装置中形成 行电极， 如下文进一步描述。可移动反射层 14a、 14b 可形成为所沉积金属层的一系列平行 条带 ( 其与 16a、 16b 的行电极正交 ) 以形成沉积于柱 18 和介入牺牲材料 ( 其沉积于柱 18 之间 ) 的顶部上的列。当蚀刻掉牺牲材料时， 可移动反射层 14a、 14b 以所界定间隙 19 与光 学堆叠 16a、 16b 分开。例如铝等高度导电且反射性的材料可用于反射层 14， 且这些条带可 在显示装置中形成列电极。应注意， 图 1 可能未按比例绘制。在一些实施例中， 在柱 18 之 间的间距可为约 10 到 100um， 而间隙 19 可为约＜ 1000 埃。
在不施加电压的情况下， 间隙 19 保持在可移动反射层 14a 与光学堆叠 16a 之间， 其中可移动反射层 14a 处于机械松弛状态中， 如由图 1 中的像素 12a 所说明。然而， 当将电 位 ( 电压 ) 差施加到选定行和列时， 形成于对应像素处的行电极和列电极的相交处的电容 器变得带电， 且静电力将电极拉在一起。如果电压足够高， 那么可移动反射层 14 变形且压 在光学堆叠 16 上。光学堆叠 16 内的电介质层 ( 此图中未说明 ) 可防止短路且控制层 14 与 16 之间的分开距离， 如由图 1 右侧的致动像素 12b 所说明。行为相同， 而不管所施加电 位差的极性如何。
图 2 到图 5 说明用于在显示应用中使用干涉式调制器的阵列的一个示范性过程和 系统。 图 2 为说明可并入有干涉式调制器的电子装置的一个实施例的系统框图。所述电 子装置包括处理器 21， 其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器， 例如， ARM 、 Pentium 、 8051、 MIPS 、 Power PC 或 ALPHA ； 或任何专用微处理器， 例如， 数字信号处理器、 微控制器 或可编程门阵列。如此项技术中常规的， 处理器 21 可经配置以执行一个或一个以上软件模 块。 除执行操作系统以外， 所述处理器还可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序， 其 包括网页浏览器、 电话应用程序、 电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一个实施例中， 处理器 21 还经配置以与阵列驱动器 22 通信。在一个实施例中， 阵列驱动器 22 包括行驱动器电路 24 和列驱动器电路 26， 其将信号提供到显示阵列或面板 30。在图 2 中由线 1-1 展示图 1 中所说明的阵列的横截面。应注意， 尽管图 2 为清晰起见 说明干涉式调制器的 3×3 阵列， 但显示阵列 30 可含有大量干涉式调制器， 且可在行与列中 具有不同数目的干涉式调制器 ( 例如， 每行 300 像素乘每列 190 像素 )。
图 3 为图 1 的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜面位置与所施加电压 的图式。对于 MEMS 干涉式调制器， 行 / 列致动方案可利用如图 3 中所说明的这些装置的滞 后性质。干涉式调制器可需要 ( 例如 )10 伏电位差以使可移动层从松弛状态变形到致动状 态。 然而， 当电压从所述值减小时， 可移动层随着电压降回到低于 10 伏而维持其状态。 在图 3 的示范性实施例中， 所述可移动层直到电压降到低于 2 伏才完全松弛。 因此在图 3 中所说 明的实例中存在约 3 到 7V 的电压范围， 其中存在所施加电压的窗， 在所述窗内， 所述装置稳 定于松弛状态或致动状态。此在本文中称为 “滞后窗” 或 “稳定窗” 。对于具有图 3 的滞后 特性的显示阵列， 行 / 列致动方案可经设计以使得在行选通期间， 待致动的选通行中的像 素暴露于约 10 伏的电压差， 且待松弛的像素暴露于接近于零伏的电压差。在选通之后， 所 述像素暴露于约 5 伏的稳态状态或偏压电压差， 以使得其保持在行选通使其所处的任何状 态中。在被写入之后， 在此实例中， 每一像素经历在 3 到 7 伏的 “稳定窗” 内的电位差。此 特征使得图 1 中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定于致动或松弛的预先存
在的状态中。 由于干涉式调制器的每一像素无论在致动状态还是松弛状态下实质上均为由 固定和移动反射层形成的电容器， 因此此稳定状态可在几乎无电力耗散的情况下在滞后窗 内的电压下保持。如果所施加电位固定， 那么实质上无电流流动到像素中。
如下文进一步描述， 在典型应用中， 可通过根据第一行中的所要致动像素集合跨 越列电极集合发送数据信号 ( 各自具有某一电压电平 ) 集合来形成图像的帧。接着将行脉 冲施加到第一行电极， 从而致动对应于所述数据信号集合的像素。接着改变所述数据信号 集合以对应于第二行中的所要致动像素集合。接着将脉冲施加到第二行电极， 从而根据数 据信号致动第二行中的适当像素。第一行的像素不受第二行脉冲影响， 且保持在其在第一 行脉冲期间所设定的状态中。 此可以循序方式针对整个系列的行重复以产生帧。 大体来说， 通过以每秒某一所要数目的帧持续重复此程序而以新图像数据刷新和 / 或更新所述帧。可 使用用于驱动像素阵列的行电极和列电极以产生图像帧的广泛各种方案。
图 4 和图 5 说明用于在图 2 的 3×3 阵列上形成显示帧的一个可能的致动方案。 图 4 说明可用于显现图 3 的滞后曲线的像素的列电压电平和行电压电平的可能集合。在图 4 的实施例中， 致动像素涉及将适当列设定为 -Vbias， 且将适当行设定为 +ΔV， -Vbias 和 +ΔV 可 分别对应于 -5 伏和 +5 伏。通过将适当列设定为 +Vbias 且将适当行设定为相同的 +ΔV( 从 而产生跨越所述像素的零伏电位差 ) 来实现松弛所述像素。在行电压保持在零伏的那些行 中， 所述像素稳定于其初始所处的任何状态中， 而不管列处于 +Vbias 还是 -Vbias。同样如图 4 中所说明， 可使用与以上所描述的极性相反极性的电压， 例如， 致动像素可涉及将适当列设 定为 +Vbias， 且将适当行设定为 -ΔV。在此实施例中， 通过将适当列设定为 -Vbias 且将适当 行设定为相同的 -ΔV( 从而产生跨越所述像素的零伏电位差 ) 来实现释放所述像素。
图 5B 为展示将导致图 5A 中所说明的显示布置的施加到图 2 的 3×3 阵列的一系 列行和列信号的时序图， 其中致动像素为非反射性的。在写入图 5A 中所说明的帧之前， 所 述像素可处于任何状态中， 且在此实例中， 所有行最初处于 0 伏且所有列处于 +5 伏。通过 这些所施加的电压， 所有像素稳定于其现有致动或松弛状态中。
在图 5A 的帧中， 致动像素 (1， 1)、 (1， 2)、 (2， 2)、 (3， 2) 和 (3， 3)。为了实现此情 形， 在行 1 的 “线时间” 期间， 将列 1 和 2 设定为 -5 伏， 且将列 3 设定为 +5 伏。此情形不改 变任何像素的状态， 因为所有像素保持在 3 到 7 伏的稳定窗中。接着以从 0、 上升到 5 伏且 返回到零的脉冲选通行 1。此情形致动 (1， 1) 和 (1， 2) 像素且松弛 (1， 3) 像素。不影响阵 列中的其它像素。为了视需要设定行 2， 将列 2 设定为 -5 伏， 且将列 1 和 3 设定为 +5 伏。 施加到行 2 的相同选通接着将致动像素 (2， 2) 且松弛像素 (2， 1) 和 (2， 3)。再次， 不影响阵 列的其它像素。行 3 类似地通过将列 2 和 3 设定为 -5 伏且将列 1 设定为 +5 伏来设定。行 3 选通设定行 3 像素， 如图 5A 中所示。在写入所述帧之后， 行电位为零， 且列电位可保持在 +5 或 -5 伏， 且显示器接着稳定于图 5A 的布置中。相同程序可用于数十或数百行和列的阵 列。用于执行行和列致动的电压的时序、 序列和电平可在上文所概述的一般原理内广泛变 化， 且以上实例仅为示范性的， 且任何致动电压方法可与本文中所描述的系统和方法一起 使用。
图 6A 和图 6B 为说明显示装置 40 的一实施例的系统框图。显示装置 40 可为 ( 例 如 ) 蜂窝式或移动电话。然而， 显示装置 40 的相同组件或其微小变化还说明各种类型的显 示装置， 例如， 电视和便携式媒体播放器。显示装置 40 包括外壳 41、 显示器 30、 天线 43、 扬声器 45、 输入装置 48 和麦克风 46。外壳 41 通常由包括注射模制和真空成形的各种制造工艺中的任一者形成。另外， 外壳 41 可由各种材料中的任一者制成， 所述材料包括 ( 但不限于 ) 塑料、 金属、 玻璃、 橡胶和陶瓷 或其组合。 在一个实施例中， 外壳 41 包括可卸除部分 ( 未图示 )， 其可与不同色彩或含有不 同标识、 图片或符号的其它可卸除部分互换。
示范性显示装置 40 的显示器 30 可为各种显示器中的任一者， 其包括双稳态显 示器， 如本文中所描述。在其它实施例中， 显示器 30 包括 ： 平板显示器， 例如， 等离子、 EL、 OLED、 STN LCD 或 TFT LCD， 如上所述 ； 或非平板显示器， 例如， CRT 或其它管式装置。然而， 为实现描述本发明实施例的目的， 显示器 30 包括干涉式调制器显示器， 如本文中所描述。
图 6B 中示意性说明示范性显示装置 40 的一个实施例的组件。所说明的示范性显 示装置 40 包括外壳 41 且可包括至少部分地封入于其中的额外组件。举例来说， 在一个实 施例中， 示范性显示装置 40 包括网络接口 27， 所述网络接口 27 包括耦合到收发器 47 的天 线 43。收发器 47 连接到处理器 21， 所述处理器 21 连接到调节硬件 52。调节硬件 52 可经 配置以调节信号 ( 例如， 对信号进行滤波 )。调节硬件 52 连接到扬声器 45 和麦克风 46。处 理器 21 还连接到输入装置 48 和驱动器控制器 29。驱动器控制器 29 耦合到帧缓冲器 28 且 耦合到阵列驱动器 22， 所述阵列驱动器 22 又耦合到显示阵列 30。电源供应器 50 根据特定 示范性显示装置 40 设计所要求将电力提供到所有组件。
网络接口 27 包括天线 43 和收发器 47 以使得示范性显示装置 40 可经由网络与一 个或一个以上装置通信。在一个实施例中， 网络接口 27 还可具有一些处理能力以减轻对处 理器 21 的要求。天线 43 为用于发射且接收信号的任何天线。在一个实施例中， 所述天线 根据包括 IEEE 802.11(a)、 (b) 或 (g) 的 IEEE 802.11 标准发射且接收 RF 信号。在另一实 施例中， 天线根据蓝牙 (BLUETOOTH) 标准发射且接收 RF 信号。在蜂窝式电话的状况下， 天 线经设计以接收 CDMA、 GSM、 AMPS、 W-CDMA 或用于在无线手机网络内通信的其它已知信号。 收发器 47 预先处理从天线 43 接收的信号以使得其可由处理器 21 接收且由处理器 21 进一 步操纵。收发器 47 还处理从处理器 21 接收的信号以使得其可经由天线 43 从示范性显示 装置 40 发射。
在替代实施例中， 收发器 47 可用接收器替换。在又一替代实施例中， 网络接口 27 可用图像源替换， 所述图像源可存储或产生待发送到处理器 21 的图像数据。举例来说， 图 像源可为含有图像数据的数字视频盘 (DVD) 或硬盘驱动器， 或产生图像数据的软件模块。
处理器 21 通常控制示范性显示装置 40 的整体操作。处理器 21 从网络接口 27 或 图像源接收例如压缩图像数据等数据， 且将数据处理为原始图像数据或处理为容易处理为 原始图像数据的格式。处理器 21 接着将经处理数据发送到驱动器控制器 29 或发送到帧缓 冲器 28 以用于存储。原始数据通常指识别在图像内的每一位置处的图像特性的信息。举 例来说， 此类图像特性可包括色彩、 饱和度和灰度级。
在一个实施例中， 处理器 21 包括微控制器、 CPU 或逻辑单元以控制示范性显示装 置 40 的操作。调节硬件 52 通常包括用于将信号发射到扬声器 45 和用于从麦克风 46 接收 信号的放大器和滤波器。调节硬件 52 可为示范性显示装置 40 内的离散组件， 或可并入于 处理器 21 或其它组件内。
驱动器控制器 29 直接从处理器 21 或从帧缓冲器 28 获得由处理器 21 产生的原始图像数据且适当地重新格式化所述原始图像数据以用于高速发射到阵列驱动器 22。具体 来说， 驱动器控制器 29 将所述原始图像数据重新格式化为具有类似光栅格式的数据流， 以 使得其具有适合于跨越显示阵列 30 扫描的时间次序。接着驱动器控制器 29 将经格式化信 息发送到阵列驱动器 22。尽管例如 LCD 控制器等驱动器控制器 29 通常作为独立的集成电 路 (IC) 与系统处理器 21 相关联， 但可以许多方式实施此类控制器。其可作为硬件嵌入于 处理器 21 中、 作为软件嵌入于处理器 21 中， 或与阵列驱动器 22 完全集成于硬件中。
通常， 阵列驱动器 22 从驱动器控制器 29 接收经格式化信息且将视频数据重新格 式化为一组平行波形， 所述组平行波形每秒多次施加到来自显示器的 x-y 像素矩阵的数百 且有时数千引线。
在一个实施例中， 驱动器控制器 29、 阵列驱动器 22 和显示阵列 30 适合于本文中 所描述的显示器的类型中的任一者。举例来说， 在一个实施例中， 驱动器控制器 29 为常规 显示控制器或双稳态显示控制器 ( 例如， 干涉式调制器控制器 )。在另一实施例中， 阵列驱 动器 22 为常规驱动器或双稳态显示驱动器 ( 例如， 干涉式调制器显示器 )。在一个实施例 中， 驱动器控制器 29 与阵列驱动器 22 集成。此实施例为例如蜂窝式电话、 表和其它小面积 显示器的高度集成系统中所常见的。在又一实施例中， 显示阵列 30 为典型的显示阵列或双 稳态显示阵列 ( 例如， 包括干涉式调制器的阵列的显示器 )。
输入装置 48 允许用户控制示范性显示装置 40 的操作。在一个实施例中， 输入装 置 48 包括例如 QWERTY 键盘或电话小键盘等小键盘、 按钮、 开关、 触敏屏幕、 压敏或热敏隔 膜。在一个实施例中， 麦克风 46 为用于示范性显示装置 40 的输入装置。当麦克风 46 用于 将数据输入到装置时， 语音命令可由用户提供以用于控制示范性显示装置 40 的操作。
电源供应器 50 可包括各种能量存储装置， 如此项技术中众所周知。举例来说， 在 一个实施例中， 电源供应器 50 为可再充电电池， 例如， 镍镉电池或锂离子电池。在另一实施 例中， 电源供应器 50 为再生性能源、 电容器或太阳能电池， 包括塑料太阳能电池和太阳能 电池漆。在另一实施例中， 电源供应器 50 经配置以从壁式插座接收电力。
在一些实施方案中， 控制可编程性如上所述驻留于驱动器控制器中， 所述驱动器 控制器可位于电子显示系统中的若干地方。在一些状况下， 控制可编程性驻留于阵列驱动 器 22 中。可在任何数目的硬件和 / 或软件组件中且在各种配置中实施上文所描述的优化。
根据上文所陈述的原理操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛地变化。 举例来 说， 图 7A 到图 7E 说明可移动反射层 14 及其支撑结构的五个不同实施例。图 7A 为图 1 的 实施例的横截面， 其中金属材料 14 的条带沉积于正交延伸支撑物 18 上。在图 7B 中， 每一 干涉式调制器的可移动反射层 14 为正方形或矩形形状且在系栓 32 上仅在隅角处附着到支 撑物。在图 7C 中， 可移动反射层 14 为正方形或矩形形状且从可变形层 34 悬垂， 所述可变 形层 34 可包含柔性金属。可变形层 34 围绕可变形层 34 的周边直接或间接地连接到衬底 20。这些连接在本文中被称为支撑柱。图 7D 中所说明的实施例具有支撑柱插塞 42， 可变形 层 34 搁置在所述支撑柱插塞 42 上。如同在图 7A 到图 7C 中， 可移动反射层 14 保持悬垂在 间隙上， 但可变形层 34 通过填充在可变形层 34 与光学堆叠 16 之间的孔而不形成支撑柱。 事实上， 支撑柱由用于形成支撑柱插塞 42 的平坦化材料形成。图 7E 中所说明的实施例基 于图 7D 中所示的实施例， 但还可适于与图 7A 到图 7C 中所说明的实施例以及未图示的额外 实施例中的任一者合作。在图 7E 所示的实施例中， 金属或其它导电材料的额外层已用于形成总线结构 44。此情形实现沿干涉式调制器的背面的信号路由， 从而消除原本可能必须形 成于衬底 20 上的许多电极。
在例如图 7 中所示的实施例等实施例中， 干涉式调制器用作直视型装置， 其中图 像从透明衬底 20 的正面 ( 与被布置调制器的面相对的面 ) 观看。在这些实施例中， 反射层 14 光学地屏蔽与衬底 20 相对的反射层的面上的干涉式调制器的部分， 包括可变形层 34。 此 情形允许屏蔽区经配置且操作而不消极影响图像质量。举例来说， 此屏蔽实现图 7E 中的总 线结构 44， 所述总线结构 44 提供分开调制器的光学性质与调制器的机电性质 ( 例如， 寻址 和由所述寻址引起的移动 ) 的能力。此可分调制器架构允许用于调制器的机电方面和光学 方面的结构设计和材料经选择且彼此独立地起作用。此外， 图 7C 到图 7E 中所示的实施例 具有因将反射层 14 的光学性质与其机械性质去耦所致的额外益处， 其由可变形层 34 实行。 此情形允许用于反射层 14 的结构设计和材料关于光学性质而优化， 且用于可变形层 34 的 结构设计和材料关于所要机械性质而优化。
干涉式调制器为可经配置以在白昼或良好照明环境中反射环境光以产生显示器 的反射元件。当环境光无法足够时， 光源可直接或经由提供从光源到显示元件的传播路径 的光导来提供所需照明。 在一些实施例中， 照明装置将光从光源提供到显示元件。 所述照明 装置可包括光导和光转向特征， 所述光转向特征可安置于在所述光导上安置的转向膜中或 上。在一些实施例中， 所述照明装置还包括光源。所述光导可为平坦光学装置， 其安置于所 述显示器上且平行于所述显示器以使得入射光穿过所述光导传递到所述显示器， 且从所述 显示器反射的光也穿过所述光导。 在某些实施例中， 所述光源包括光学装置 ( 例如， 光棒 )， 所述光学装置经配置以从点光源 ( 例如， 发光二极管 ) 接收光且将光作为线光源提供。 进入 所述光棒的光可沿所述棒的一些或全部长度传播且在所述光棒的一部分或全部长度上从 所述光棒的表面或边缘离开。离开所述光棒的光可进入光导和 / 或转向膜的边缘， 且接着 在所述光导和 / 或转向膜内传播以使得所述光的一部分以相对于与所述显示器对准的所 述光导的表面的低掠射角 (graze angle) 跨越所述显示器的至少一部分在一方向上传播， 以使得所述光通过全内反射 (“TIR” ) 在所述光导内反射。在各种实施例中， 所述光导和 / 或转向膜中的转向特征以足以使得所述光中的至少一些穿过所述光导传递到所述反射显 示器的角度将所述光引导向所述显示元件。在本文中所描述的实施例中的任一者中， 所述 转向特征可包括一个或一个以上涂层 ( 或层 )。所述涂层可经配置以增大转向特征的反射 率和 / 或充当黑色掩模以改进如观看者所见的显示器的对比度。在某些实施例中， 所述转 向特征上的涂层可配置为干涉堆叠， 所述干涉堆叠具有 ： 反射层， 其重定向在所述光导和 / 或转向膜内传播的光 ； 部分反射吸收层， 其安置于所述反射层与暴露于环境光的方向之间 ； 以及安置于所述反射层与所述吸收层之间的层， 所述层通过其厚度界定光学谐振腔。
图 8 说明显示装置 800 的一个实施例的横截面图， 所述显示装置 800 包括经配置 以将前光照明 (front light illumination) 提供到反射显示器 807 的照明装置。显示装 置 800 包括转向膜 801， 其在图 8 中展示为形成装置 800 的第一面 800a。转向膜 801 安置 于光导 803 上。在此实施例中， 反射显示器 807 安置于光导 803 下方且界定显示装置 800 的第二面 800b。根据一些实施例， 光学隔离层 805 可任选地安置于反射显示器 807 与光导 803 之间。 光源 809 可安置在光导 803 和转向膜 801 附近且经配置以将光输入到转向膜 801 与光导 803 中的任一者或两者的至少一个边缘或表面中， 图 8 中说明为将光提供到转向膜801 与光导 803 两者中。光源 809 可包含任何合适的光源， 例如， 白炽灯泡、 光棒、 发光二极 管 (“LED” )、 荧光灯、 LED 光棒、 LED 的阵列和 / 或另一光源。
在一些实施例中， 反射显示器 807 包含多个反射元件， 例如， 干涉式调制器、 MEMS 装置、 NEMS 装置、 反射空间光调制器、 机电装置、 液晶结构和 / 或任何其它适当的反射显示 器。反射元件可以阵列来配置。在一些实施例中， 反射显示器 807 包括 ： 第一平坦面， 其经 配置以调制入射于其上的光 ； 以及第二平坦面， 其与所述第一平坦面相对而安置。 反射显示 器 807 的大小可依据应用而变化。举例来说， 在一些实施例中， 反射显示器 807 经定大小以 装配于笔记型计算机机壳内。在其它实施例中， 反射显示器 807 经定大小以装配于移动电 话或类似的移动装置内或形成其一部分。
在一些实施例中， 转向膜 801 和光导 803 可包含任何大体上透光的材料， 其允许光 沿其长度传播。举例来说， 转向膜 801 和光导 803 可各自包含以下材料中的一者或一者以 上： 丙烯酸系化合物、 丙烯酸酯共聚物、 UV 固化树脂、 聚碳酸酯、 环烯聚合物、 聚合物、 有机 材料、 无机材料、 硅酸盐、 氧化铝、 蓝宝石、 玻璃、 聚对苯二甲酸伸乙酯 (“PET” )、 聚对苯二甲 酸乙二酯 (“PET-G” )、 氮氧化硅和 / 或其它光学透明材料。在一些实施例中， 转向膜 801 和光导 803 包含相同材料， 且在其它实施例中， 转向膜和光导 803 包含不同材料。在一些实 施例中， 转向膜 801 和光导 803 的折射率可彼此接近或相等以使得光可连续穿过所述两个 层传播而大体上不在所述两个层之间的界面处反射或折射。在一个实施例中， 光导 803 和 转向膜 801 各自具有约 1.52 的折射率。根据其它实施例， 光导 803 和 / 或转向膜 801 的折 射率的范围可为约 1.45 到约 2.05。光导 803 和转向膜 801 可通过粘着剂固持在一起， 所述 粘着剂可具有类似于或等于光导和转向膜中的一者或两者的折射率的折射率。 在一些实施 例中， 使用折射率匹配的压敏粘着剂 ( “PSA” ) 或类似粘着剂将反射显示器 807 层压到光导 803。
光导 803 与转向膜 801 两者可包括一个或一个以上转向特征 820。在一些实施例 中， 光导 803 和转向膜 801 各自包含单层。在其它实施例中， 光导 803 和 / 或转向膜 801 包 含一个以上层。 光导 803 和转向膜 801 可具有不同厚度和 / 或其它尺寸。 在实例实施例中， 转向膜 801 可具有在约 40 微米与约 100 微米之间的厚度， 且光导 803 可具有在约 40 微米 与约 200 微米之间的厚度。跨越显示装置 800 的亮度的均一性和显示装置的效率可受光导 803 和转向膜 801 的厚度影响。
在一些实施例中， 转向膜 801 可包括安置于显示装置 800 的第一面 800a 上或沿 显示装置 800 的第一面 800a 安置的一个或一个以上转向特征 820。在其它实施例中， 一个 或一个以上转向特征 820 可安置于最接近于反射显示器 807 的转向膜 801 和 / 或光导 803 的面上。遍及附图所描绘的转向特征 820 为示意性的且为实现说明清晰的目的而夸示其大 小和其间的间距。转向特征 820 可包含一个或一个以上成角和 / 或弯曲表面， 其经配置以 在特征 820 的成角或弯曲表面与空气之间的界面处折射 ( 或反射 ) 穿过光导 ( 例如， 以斜 角 ) 行进离开显示器 807 的光中的至少一些， 且向反射显示器 807 重定向所述光。在某些 实施例中， 所述转向特征可包含多个表面特征或体积特征。在一些实施例中， 转向特征 820 包含一个或一个以上绕射光学元件、 凹槽、 凹陷部和 / 或凹痕。在某些实施例中， 转向特征 820 包含全息图或全息特征。所述全息图可包括全息体积或表面特征。转向特征 820 的大 小、 形状、 数量和图案可变化。在一些实施例中， 可沿转向膜 801 的长度和宽度安置转向特征 820。在一些实施例中， 转向特征 820 安置于约 5％的转向膜 801 的第一面 800a 的面积 上。
在一些实施例中， 转向特征 820 经配置以接收沿转向膜 801 的长度传播的光且以 大角度 ( 例如， 在约 70°与约 90°之间 ) 将光转向。转向特征 820 可具有一个或一个以上 边缘， 所述一个或一个以上边缘经成形以使得其可经由全内反射 ( “TIR” ) 反射从某些方向 入射于边缘上的光且使所述光以法线入射角或近法线入射角 ( 相对于显示器 ) 向反射显示 器 807 转向。本文中所说明且描述的转向特征 820 可包括反射涂层， 其经选择和 / 或配置 以增加光反射性质 ( 例如， 如参看图 17A、 图 18、 图 19C、 图 20D、 图 20E、 图 21H 和其它图所描 述的反射涂层 )。可在转向膜 801 中模制、 蚀刻或加工转向特征 820。在一些实施例中， 可 直接在光导 803 中模制、 蚀刻或加工本文中所描述的转向特征， 且不包括单独转向膜 801， 以使得光导自身形成转向膜。在一些实施例中， 光导 803 与转向膜 801 两者均包括转向特 征 820。本文在下文中参看图 19A 到图 19D、 图 20A 到图 20F、 图 21 描述用于形成转向特征 的方法。
仍参看图 8， 在一个实施例中， 从光源 809 发射的光 811 沿光导和 / 或转向膜的一 个或一个以上边缘或表面进入光导 803 和 / 或转向膜 801。光 811 的一部分以小角度 ( 例 如， 非近垂直于反射显示器 807) 在光导 803 和转向膜 801 内传播， 且可通过 TIR 大体上保 持在光导 803 和转向膜 801 内。当光 811 冲击于转向特征 820 上时， 其可向显示器 807 以 垂直角或近垂直角转向， 从而允许光 811 中断 TIR 且对显示器 807 照明。对反射显示器 811 照明的光 811 可向第一面 800a 反射且从显示装置 800 向观看者反射出。为了最大化显示 器 807 的亮度和效率， 光转向特征 820 可经配置以便以正交于显示器或接近于正交于显示 器的角度反射光。最初不反射离开转向特征 820 中的一者的光 811 可继续穿过光导 803 和 转向膜 801 传播且随后反射离开转向特征 820 中的另一者且向显示器 807 重定向， 例如， 在 较远离光源 809 的位置处。
在一些实施例中， 一个或一个以上光学隔离层 805 可安置于光导 803 与反射显示 器 807 之间以改进显示器 800 的光学性能。光学隔离层 805 可安置于光导 803 与干涉式调 制器的阵列之间以防止以小角度穿过光导 803 传播的光到达所述阵列， 因为此光还将以小 角度从所述显示器反射且不可到达观看者。根据一些实施例， 光学隔离层 805 具有大体上 低于光导 803 的折射率以使得穿过光导 803 行进且以斜角或低掠射角撞击光学隔离层 805 的光 ( 例如， 以低于临界角 ( 举例来说， 其可为大于 50°或 60° ) 的角度行进的光 ) 将反 射回到光导 803 和转向膜 801 中。光学隔离层 805 可包括 ( 例如 ) 二氧化硅、 氟化二氧化 硅或具有适当折射率的另一材料。
如图 9A 到图 10 中所示， 转向特征 820 的大小、 形状、 图案和数量可变化。转向特 征 820 的数量可随转向膜 801 而变化且转向特征 820 的密度可随转向膜 801 的部分而变化。 举例来说， 图 9A 说明具有以均一图案跨越转向膜 801 安置的转向特征 820 的一实施例。在 另一实例中， 图 9B 说明一实施例， 其中转向特征 820 的密度在朝向转向膜 801 的中间或中 心之处比接近转向膜 801 的边缘之处高。转向特征 820 的数量和图案可影响显示装置的总 照明效率和 / 或跨越显示装置的光提取的均一性。可 ( 例如 ) 通过将由光源提供的光的量 与从反射显示器 807 反射的光的量进行比较来确定显示装置的照明效率。另外， 给定转向 膜 801 上的转向特征 820 的数量和图案可取决于转向特征的大小和 / 或形状。在一些实施例中， 转向特征 820 包含约 2％与 10％之间的转向膜 801 和 / 或光导 803 的总顶部表面积。 在一个实施例中， 转向特征 820 包含约 5％的转向膜 801 的总顶部表面积。在一些实施例 中， 转向特征 820 彼此间相距约 100 微米而安置在转向膜 801 上。在一些实施例中， 转向膜 801 上的每一转向特征 820 可大体上为相同大小和形状。 在其它实施例中， 转向膜 801 上的 转向特征 820 的大小和 / 或形状可变化。在一些实施例中， 转向膜 801 包含各自具有大体 上不同的横截面形状的多个转向特征 820。 在一些实施例中， 转向膜 801 包含各自具有大体 上类似的横截面形状的多个转向特征 820。 在一些实施例中， 转向膜 801 包含各自具有大体 上类似的横截面形状的第一组转向特征 820 和各自具有大体上类似的横截面形状的第二 组转向特征 820， 其中第一组特征 820 与第二组转向特征形状不同。在一些实施例中， 转向 特征 820 可具有大体上多边形的横截面形状， 例如， 正方形、 矩形、 梯形、 三角形、 六边形、 八 边形或某一其它多边形形状。在其它实施例中， 转向特征 820 可具有大体上曲线的横截面 形状。在一些实施例中， 转向特征 820 具有不规则横截面形状。转向特征 820 的横截面形 状可对称或不对称。 在一些实施例中， 通过转向特征的表面形成的形状可类似锥形、 锥形的 截头体、 角锥、 角锥的截头体、 棱镜、 多面体或另一三维形状。从顶部观看的转向特征 820 的 形状可变化。在一些实施例中， 从顶部观看的转向特征 820 的形状可为多边形、 曲线、 不规 则、 大体上多边形、 大体上曲线、 正方形、 三角形、 矩形、 环形、 圆形或另一形状。
如图 9C 中所示， 转向膜 801( 或光导 ) 中的转向特征 820 的深度和宽度可经配置 以变化。在一个实施例中， 转向膜 801 上的转向特征 820 各自具有从转向膜 801 的顶部到 转向特征 820 的底部所测量的类似深度。在其它实施例中， 转向膜 801 包含可为不同深度 的多个转向特征 820。 类似地， 每一转向特征 820 的体积可随转向膜 801 而变化或随共同转 向膜上的转向特征 820 而变化。在一些实施例中， 给定转向膜 801 上的转向特征 820 的体 积、 深度或宽度可依据从转向特征到光源的距离而变化。举例来说， 在一些实施例中， 转向 特征 820 的数目从转向膜 801 的光输入边缘向转向膜 801 的中心增加以促进均一光提取。 在一些实施例中， 每一转向特征 820 的宽度在约一微米与约六微米之间。在一些实施例中， 每一转向特征 820 的宽度为约两微米。可通过使用不同图案、 蚀刻剂、 工艺配方和 / 或转向 膜 801 和 / 或光导 803 的不同光刻和沉积条件而改变每一转向特征 820 的大小和形状。在 一个实施例中， 可使用第一时控蚀刻形成第一组转向特征 820， 且可使用第二时控蚀刻形成 不同形状和 / 或大小的一组转向特征 820。
图 9D 说明旋转对称的转向特征 820a、 820b 的额外实例。转向特征 820a、 820b 可 在包含光导和 / 或转向膜的材料中包含压痕。如所说明， 在一些实施例中， 特征 820b 可采 取具有顶点的圆锥形状。 在其它实施例中， 锥形可被截断， 从而移除顶点且形成截头圆锥体 形状， 以便形成结构 820a。820a′展示特征 820a 的一个示范性实施方案的横截面图。在图 9D 中所示的横截面图中指示 15μm 的宽度和 3.5μm 的深度的实例尺寸， 但其它大小和形状 也是可能的。广泛各种其它替代配置也是可能的。图 10 展示包含多个不同形状的转向特 征 820 的实施例。举例来说， 可添加、 移除或重新布置组件 ( 例如， 层 )。且， 尽管本文中已 使用术语膜和层， 但如本文中所使用的此类术语包括膜堆叠和多层结构。此类膜堆叠和多 层结构可使用粘着剂粘附到其它结构， 或可使用沉积或以其它方式形成于其它结构上。
图 11 和图 12 说明包括一个或一个以上光转向特征 820 的光导 803( 图 11) 和转 向膜 801( 图 12) 的横截面图。在一些实施例中， 光转向特征 820 包括从转向膜 801 或光导803 的顶面或表面 823 延伸到其底面或表面 825 的一个或一个以上边缘。此配置也可称为 “延伸穿过” 转向膜 801 和 / 或光导 803。举例来说， 在图 11 中， 光转向特征 820 被展示为 延伸穿过光导 803。光转向特征 820 可具有类似横截面形状或不同横截面形状。可使用不 同蚀刻剂和技术 ( 例如， 时控蚀刻 ) 形成光转向特征 820。在一些实施例中， 可通过标准湿 式或干式蚀刻工艺形成光转向特征 820。 在某些实施例中， 可通过喷砂工艺形成光转向特征 820。
在图 12 中， 光转向特征 820 被展示为延伸穿过包括两个层 801a、 801b 的转向膜。 所述两个转向膜层 801a、 801b 安置于光导 803 上， 但转向特征 820 不从转向膜层 801a、 801b 延伸到光导 803 中。在一些实施例中， 转向特征 820 可穿过单层或多层转向膜 801 形成到 光导 803 中。在一个实施例中， 转向特征 820 可穿过单层或多层转向膜 801 形成且延伸穿 过单层或多层光导 803。
在一些实施例中， 转向膜可包括各自包括一个或一个以上转向特征 820 的多个层 801a、 801b。参看图 13， 转向膜包括第一层 801a 和第二层 801b。第一层 801a 安置于第二 层 801b 上以使得第二层 801b 安置于光导 803 与第一层 801a 之间。第一层 801a 和第二层 801b 可各自包括单独的转向特征 820。转向特征 820 可彼此偏离 ( 例如， 相对于膜转向层 的长度或宽度横向偏离 ) 以使得第一层 801a 中的转向特征 820 不安置在第二层 801b 中的 另一转向特征 820 的正上方。在其它实施例中， 第一层 801a 中的转向特征 820 可与第二层 801b 中的一个或一个以上转向特征 820 重叠。 在一些实施例中， 第一层 801a 中的转向特征 820 具有高度 “h” ( 图 13) 以使得转向特征延伸穿过第一层但不延伸到第二层 801b 中。类 似地， 第二层 801b 中的转向特征 820 可延伸穿过第二层但不延伸到第一层 801a 中。在其 它实施例中， 一个或一个以上转向特征 820 可安置于第一层 801a 与第二层 801b 两者中， 如 图 12 中所说明。在一些实施例中， 转向特征 820 的形状、 大小、 图案、 数量和 / 或体积随层 而变化或在单一层内变化。举例来说， 在一个实施例中， 第一层 801a 中的转向特征 820 各 自大体上大小相同但横截面形状变化， 且第二层 801b 中的转向特征 820 各自大小和形状彼 此不同且与第一层 801a 中的转向特征 820 不同。
在一些实施例中， 转向膜 801 和 / 或光导 803 可包括除转向特征 820 以外的额外 特征。图 14 说明包括具有第一配置的多个转向特征 820 的转向膜 801。转向膜 801 包括额 外光学装置， 即， 边缘 1400， 其可以不同形状和大小配置以优化性能且提供多个操作优点。 除转向特征 820 以外， 还可包括边缘 1400 中的一者或一者以上。额外边缘 1400 的结构可 依据应用而变化。在一些实施例中， 边缘 1400 配置为菲涅耳 (Fresnel) 透镜。在一些实施 例中， 额外边缘包括微透镜。
在一些实施例中， 光导 803 和 / 或转向膜 801 的一个或一个以上边缘或面的形状 可经配置以影响将光从光源引入到转向膜 801 和 / 或光导 803 中。 图 15 说明光导 803 和转 向膜 801 的实施例， 其中两个层具有不垂直于光导 803 或转向膜 801 的面的倾斜或弯曲边 缘。在一些实施例中， 转向膜 801 和 / 或光导 803 的此类倾斜或弯曲面或边缘可用于减少 或消除接近于光由光源引入的边缘的亮点， 且用于增加跨越显示器的光提取的均一性。类 似地， 在一些实施例中， 将未抛光边缘或面提供于光导 803 和 / 或转向膜 801 上可用以通过 充当漫射体和反射体来消除光提取的亮点。 在一些实施例中， 当适合于再循环在转向膜 801 和 / 或光导 803 内传播的光时， 此类倾斜边缘可由反射体覆盖。现参看图 16， 在一些实施例中， 光导 803 和 / 或转向膜 801 的一个或一个以上边缘 或表面可相对于显示装置的第一面 800a 和 / 或第二面 800b 成角。在一些实施例中， 转向 膜 801 和光导 803 的边缘可相对于第一面 800a 和第二面 800b 以约 45°的角度安置。在其 它实施例中， 转向膜 801 和光导 803 的边缘可相对于第一面 800a 和第二面 800b 以约 0°与 约 90°之间的角度安置。在一些实施例中， 光源 809 可经配置以按大致正交于转向膜 801 和光导 803 的成角边缘的角度引入光以便增加显示装置的效率。在一些实施例中， 当光以 一角度引入到光导 803 和 / 或转向膜 801 时， 光以小角度在光导 803 和转向膜 801 内传播 且较多光由光转向特征 820 转向。
如上文所论述， 在一些实施例中， 转向特征可经由 TIR 在空气 / 转向特征界面处将 光转向且将光引导向一个或一个以上方向 ( 例如， 向反射显示器 )。对于本文中所描述的 实施例中的任一者， 转向特征可包括经配置以提供理想光学特性的反射涂层。所述涂层可 包括一个或一个以上层。所述层中的一者可为经配置以增加转向特征的反射率的额外涂 层。所述反射涂层可为金属的。在一些实施例中， 所述多个转向特征中的一些可包括反射 涂层且其它可不包括反射涂层。在某些实施例中， 转向特征的一部分 ( 或多个部分 ) 可用 反射涂层覆盖且所述转向特征的另一部分 ( 或多个部分 ) 可不用反射涂层覆盖。使用反射 涂层可改进显示装置的效率， 因为所述反射涂层可经配置以反射遭遇所述涂层的大体上所 有光且将光向显示器重定向。 另外， 在一些应用中， 可能需要在一个或一个以上转向特征的 顶部上添加或构建额外层或特征。在一些实施例中， 可在一个或一个以上转向特征的顶部 上添加一个或一个以上覆盖层， 例如， 防眩光层、 抗反射层、 抗刮层、 防污层、 漫射层、 彩色滤 光层、 透镜或其它层。 在一些实施例中， 可在包括转向特征的转向膜的顶部上添加导电电极 板。在一个实施例中， 可在一个或一个以上转向特征上添加触控式传感器。在转向特征仅 依赖于空气 / 特征界面将光转向的实施例中， 在转向特征上具有额外层可使所要光学功能 性复杂化， 因为粘着剂或层压物可覆盖或部分地覆盖一个或一个以上转向特征且影响所述 光转向特征的 TIR 特性。然而， 当反射涂层安置于转向特征上时， 可在所述转向特征上添加 一个或一个以上额外层而不影响所述转向特征的光转向性质， 因为转向特征不再依赖于材 料 - 空气界面的 TIR 性质。
如果无额外涂层安置于反射涂层与观看者之间， 那么在转向特征上使用反射涂层 可减小显示器的对比度。因此， 额外层可沉积于所述反射涂层上以防止光从所述反射涂层 向观看者反射。在一个实施例中， 额外层可沉积于所述反射涂层上以形成对观看者显现为 黑暗或黑色的静态干涉堆叠以便改进显示装置的对比度同时向反射显示器反射入射于堆 叠的反射涂层面上的光。在一些实施例中， 静态干涉堆叠可包括 ： 反射层， 其沉积于转向膜 或光导上 ； 吸收层 ； 以及光学谐振腔， 其由所述反射层和所述吸收层界定。在一些实施例 中， 所述反射层为部分反射体。 在一些实施例中， 反射涂层由一个或一个以上黑暗或黑色涂 层覆盖以形成黑色掩模， 所述黑色掩模防止光从所述反射涂层向观看者反射。
图 17A 说明包括转向特征 820 的转向膜 801( 注意 ： 图 17A 和本文中的其它图未 按比例绘制 )。干涉堆叠 1707 形成于每一转向特征 820 的某些表面的部分上。干涉堆叠 1707 包括反射层 1705， 其安置于转向特征 820 表面的一个或一个以上部分上。干涉堆叠 1707 还包括 ： 光学谐振层 1703， 其形成于反射层 1705 的顶部上 ； 以及吸收层 1701， 其安置 于光学谐振层 1703 上。干涉堆叠 1707 可经配置以干涉地反射选定波长的光。此反射光入射于吸收层 1701 上。吸收层 1701 和干涉堆叠 1707 经配置以使得吸收层 1701 吸收反射波 长的光以使得堆叠 1707 显现为黑色或黑暗， 此情形可增加显示器的对比度。在图 17A 中所 说明的实施例中， 反射层 1705 形成于每一转向特征 820 的锥形侧壁 831 上但不形成于底部 833 上。在一些实施例中， 反射层 1705 可形成于锥形侧壁 831 的部分和 / 或某些下方部分 或底部 833 上。
在一些实施例中， 反射层 1705 包括单一层， 且在其它实施例中反射层 1705 包括多 层材料。在各种实施例中， 吸收层 1701 和反射层 1705 的厚度可经选择以控制光的反射和 透射的相对量。在一些实施例中， 吸收层 1701 与反射层 1705 两者可包含金属， 且两者可经 配置以部分透射。根据某些实施例， 可通过改变反射层 1705 的厚度和组成而影响大体上经 由反射层 1705 反射或透射的光的量， 而反射的表观色彩很大程度上由干涉效应决定， 所述 干涉效应由光学谐振层 1703 的大小或厚度和吸收层 1701 的材料性质 ( 其决定光径长度的 差 ) 控管。在一些实施例中， 调制底部反射层 1705 厚度可调制反射色彩的强度与干涉堆叠 1707 的总反射率。
在一些实施例中， 光学谐振层 1703 由固体层 ( 例如， 光学透明电介质层或多个层 ) 界定。在其它实施例中， 光学透明层 1703 由气隙或光学透明固体材料层和气隙的组合界 定。 在一些实施例中， 光学谐振层 1703 的厚度可经选择以最大化或最小化入射于堆叠 1707 的吸收层 1701 面上的光的一个或一个以上特定色彩的反射。在各种实施例中， 可通过改变 光学谐振层 1703 的厚度来改变由所述层反射的色彩。
吸收层 1701 可包含各种材料， 例如， 钼 (Mo)、 钛 (Ti)、 钨 (W)、 铬 (Cr) 等等 ； 以及 合金， 例如， MoCr。吸收层 1701 可在约 与约 厚之间。在一个实施例中， 吸收层 1701 为约 厚。反射层 1705 可 ( 例如 ) 包含金属层， 例如， 铝 (Al)、 镍 (Ni)、 银 (Ag)、 钼 (Mo)、 金 (Au) 和铬 (Cr)。反射层 1701 可在约 与约 厚之间。在一个实施例中， 反射层 1701 为约 厚。光学谐振层 1703 可包含各种光学谐振材料， 例如， 空气、 氮氧化 硅 (SiOxN)、 二氧化硅 (SiO2)、 氧化铝 (Al2O3)、 二氧化钛 (TiO2)、 氟化镁 (MgF2)、 氧化铬 (III) (Cr3O2)、 氮化硅 (Si3N4)、 透明导电氧化物 (TCO)、 氧化铟锡 (ITO) 和氧化锌 (ZnO)。在一些 实施例中， 具有在 1 与 3 之间的折射率 (n) 的任何电介质可用于形成合适的分隔层。在一 些实施例中， 光学谐振层 1703 在约 与约 厚之间。在一个实施例中， 光学谐振层 1703 为约 厚。
如图 17 中所示的干涉堆叠 1707 可经配置以使用光学干涉选择性地产生所要反射 输出。如上文所论述， 在一些实施例中， 此反射输出可通过选择形成堆叠 1707 的层的厚度 和光学性质来 “调制” 。由观看堆叠的吸收层 1701 面的观看者观看的色彩将对应于大体上 从干涉堆叠 1707 反射出且不由堆叠 1707 中的一个或一个以上层大体上吸收或相消地干涉 的频率。如图 17B 中所示， 图 17A 中所描绘的干涉堆叠 1707 可经配置以对观看转向膜 801 的吸收层 1701 面的观看者显现为黑暗或黑色。在一些实施例中， 配置转向特征 820 的涂覆 部分以显现为黑暗或黑色改进显示装置的对比度同时提供上文所论述的其它益处 ( 例如， 改进的光转向功能性且容易地在转向特征 820 的顶部上构建层而不破坏转向功能性 )。另 外， 用干涉堆叠层仅选择性地涂覆转向特征 820 的部分 ( 例如， 侧壁 ) 归因于干涉破坏而可 能限制对观看者显现为黑暗的转向膜 801 的总面积。
现参看图 18， 描绘包括各种转向特征 820 的转向膜 801 的一实施例。每一转向特征 820 的大小和横截面形状不同。另外， 每一转向特征包括覆盖转向特征 820 表面的至少 一部分的干涉堆叠 1707。 如上文所论述， 包括干涉堆叠 1707 的转向特征 820 的大小、 形状、 数量和图案可依据应用而变化。举例来说， 在一些实施例中， 转向膜 801 上的一些转向特征 820 可至少部分地由干涉堆叠 1707 覆盖， 且膜 801 上的其它转向特征 820 可未由干涉堆叠 覆盖。在其它实施例中， 每一转向特征 820 的形状和 / 或大小可变化， 但每一转向特征 820 可至少部分地由干涉堆叠 1707 覆盖。在一些实施例中， 每一转向特征 820 可至少部分地由 干涉堆叠 1707 覆盖， 但覆盖范围可随转向特征 820 而变化。
现参看图 19A 到图 19C， 以三个步骤描绘一种在转向特征 820 上形成干涉堆叠 1707 的方法。图 19A 展示转向膜 801 的一实施例， 其包括形成于其上的转向特征 820。可 使用已知方法在转向层 801 中或上蚀刻、 模制、 加工或以其它方式形成转向特征 820。在一 些实施例中， 转向膜 801 可包括多个层。在一个实施例中， 转向特征 820 直接形成于光导或 包含光导的转向膜 801 上。图 19B 展示转向膜 801 的一实施例， 其中干涉堆叠 1707 沉积于 转向膜 801 的转向特征 820 面上。如上文所论述， 干涉堆叠 1707 可含有多个层， 其经配置 以使用光学干涉产生所要反射输出。在一个实施例中， 所述干涉堆叠包括 ： 反射层 1701， 其 沉积于转向膜 801 的转向特征 820 面上 ； 光学谐振层 1703， 其沉积于反射层 1701 上 ； 以及 吸收层 1707， 其沉积于光学谐振腔层上。 沉积干涉堆叠 1707 的层的方法为所属领域的技术人员已知的， 且包括 ( 例如 ) 物 理气相沉积、 化学气相沉积、 电化学气相沉积、 等离子增强化学气相沉积和 / 或其它沉积技 术。如图 19B 中所示， 单一干涉堆叠 1707 覆盖转向膜 801 的整个转向特征 820 表面。在一 些实施例中， 干涉堆叠 1707 经配置以对观看者显现为黑暗或黑色， 且因此， 图 19B 中所示的 整个转向膜 801 将对查看转向膜的转向特征面的观看者显现为黑暗或黑色。在一些实施例 中， 重要的是， 将干涉堆叠 1707 的覆盖范围限于转向膜 801 表面的一个或一个以上部分。 在 一个实施例中， 一个或一个以上干涉堆叠 1707 接近于转向特征 820 而安置或仅在转向特征 820 上安置。可进一步处理图 19B 中的转向膜 801 以限制干涉堆叠 1707 的覆盖范围。
图 19C 展示图 19A 和图 19B 中所描绘的转向膜 801 的一实施例， 其中干涉堆叠 1707 仅安置于转向特征 820 的部分上。在一些实施例中， 可通过抛光图 19B 中所描绘的转向膜 801 的转向特征面且使相对面变薄来形成图 19C 中所描绘的转向膜 801。 可抛光转向膜 801 的转向特征面直到从除转向特征 820 以外的表面移除干涉堆叠 1707 为止。类似地， 可任选 地使转向膜 801 的相对面变薄直到从转向特征 820 的一部分 ( 例如， 底部部分 ) 移除干涉堆 叠 1707 为止。在一个实施例中， 可抛光图 19B 中所描绘的转向膜 801 和 / 或使图 19B 中所 描绘的转向膜 801 变薄以使得干涉堆叠 1707 被划分成覆盖转向特征 820 的仅一个或一个 以上部分的单独的干涉堆叠， 从而导致类似于图 19C 中示意性描绘的转向膜的转向膜 801。
图 19D 为描绘根据一个实施例的制造图 19C 中所示的转向膜的方法 1920 的框图。 方法 1920 包括 ： 提供具有第一面和与所述第一面相对的第二面的转向膜， 所述转向膜包括 形成于所述第一面上的转向特征， 如框 1921 中所说明 ； 在所述转向膜的第一面上沉积干涉 堆叠， 如框 1923 中所说明 ； 抛光所述转向膜的第一面直到从除所述转向特征以外的表面移 除所述干涉堆叠为止， 如框 1925 中所说明 ； 以及使所述第二面变薄直到从每一转向特征的 至少底部部分移除所述干涉堆叠为止， 如框 1927 中所说明。
图 20A 到图 20E 说明在转向特征 820 上形成干涉堆叠 1707 的另一方法的一实施
例。图 20A 展示光导 803 和安置于光导 803 上的转向膜 801 的一实施例。在一些实施例 中， 可溶层 2001( 例如， 光致抗蚀剂涂层或层 ) 可形成或沉积于转向膜 801 上， 如图 20B 中 所示。在一些实施例中， 多个光转向特征 820 接着可形成于可溶层 2001 和转向膜 801 中， 如图 20C 中所示。根据某些实施例， 转向特征 820 可具有变化的形状和大小。在一些实施 例中， 通过蚀刻或压印形成转向特征 820。在一些实施例中， 转向特征 820 延伸穿过转向膜 801 到光导 803。在其它实施例中， 转向特征 820 较浅且不延伸穿过转向膜 801。
现参看图 20D， 干涉堆叠 1707 形成于图 20C 中所示的可溶层 2001、 转向膜 801 的 暴露部分和光导 803 的暴露部分上， 以使得干涉堆叠 1707 覆盖光导 803 和转向膜 801 堆叠 的转向特征 820 面。根据一些实施例， 干涉堆叠 1707 包括铝层、 二氧化硅层和钼铬合金。 在一些实施例中， 通过剥离或溶解可溶层 2001 而从转向膜 801 的转向特征面移除所沉积干 涉堆叠 1707 的部分。图 20E 展示图 20D 中所描绘的光导 803 和转向膜 801 的实施例， 其中 从转向膜 801 的部分移除干涉堆叠 1707 的部分。在一些实施例中， 图 20E 中所示的转向膜 801 和光导 803 可用于有效率地将光向反射显示器转向同时仍允许观看者看见从显示器穿 过两个层的反射。在一些实施例中， 可用粘着剂或通过层压将额外层 ( 例如， 覆盖层 ) 添加 到转向膜 801， 而不牺牲光转向特征 820 的光转向性能。
图 20F 为描绘根据一个实施例的制造图 20E 中所示的照明装置的方法 2020 的框 图。方法 2020 包括以下步骤 ： 提供光导， 其具有安置于其上的光转向膜， 如框 2021 中所说 明； 在所述转向膜上沉积可溶层， 如框 2023 中所说明 ； 在所述可溶层和转向膜中蚀刻一个 或一个以上转向特征， 如框 2025 中所说明 ； 在所述可溶层以及所述转向膜和光导的暴露部 分上沉积干涉堆叠， 如框 2027 中所说明 ； 以及移除所述可溶层， 如框 2029 中所说明。
图 21A 到图 21H 说明在转向特征 820 的不同部分上形成干涉堆叠 1707 的方法的 一实施例。如图 20A 到图 20C 中所示， 根据一个实施例， 所述工艺始于提供光导 803， 在光 导 803 上沉积转向膜 801 且接着在转向膜 801 的某些部分上沉积可溶层 2001。在一些实 施例中， 光导 803 和转向膜可包含任何光学透明材料。在一个实施例中， 可溶层 2001 包含 光敏材料， 例如， 光致抗蚀剂。在一些实施例中， 跨越转向膜 801 的整个面或表面沉积可溶 层 2001a 且接着通过蚀刻移除光致抗蚀剂层的部分。根据某些实施例， 在转向膜 801 的部 分上选择性地沉积可溶层 2001a。
现参看图 21D 到图 21E， 在一些实施例中， 转向特征 820 可在未由可溶层 2001a 覆 盖的转向膜 801 的部分中形成于转向膜 801 中。在某些实施例中， 通过包括干式蚀刻工艺 和 / 或湿式蚀刻工艺的各种蚀刻工艺形成转向特征 820。如上文所论述， 至少转向特征 820 的大小、 形状、 数量和 / 或图案可变化。 在一些实施例中， 在转向膜 801 中形成转向特征 820 之后， 剥离或溶解可溶层 2001a 且将另一可溶层 2001b 添加到转向膜 801 和 / 或光导 803 的某些部分。在一些实施例中， 可溶层 2001b 可为通过旋涂、 曝光和显影工艺在转向膜 801 和光导 803 的某些部分上图案化的光致抗蚀剂层。在一些实施例中， 可使用已知方法沉积 光致抗蚀剂层以留下光致抗蚀剂图案， 所述光致抗蚀剂图案充当物理掩模以覆盖期望经保 护以免受后续蚀刻、 植入、 起离和 / 或沉积步骤的表面。 如图 21E 中所示， 暴露转向特征 820 的部分且由可溶层 2001b 覆盖转向特征 820 的其它部分、 光导 803 和转向膜 801。
如图 21F 到图 21H 中所示， 在一些实施例中， 干涉堆叠 1707 可逐层沉积于可溶层 2001b 和转向膜 801 的暴露部分上。 在一个实施例中， 干涉堆叠 1707 包括反射层、 光学谐振层和吸收层。在一些实施例中， 反射层和黑色涂层可沉积于可溶层 2001b 和转向膜 801 的 暴露部分上。 在一些实施例中， 一旦已沉积干涉堆叠 1707， 就可从转向膜 801 和光导 803 移 除或起离可溶层 2001b。当起离可溶层 2001b 时， 还可移除沉积到可溶层 2001b 上的层。如 图 21G 中所示， 在一些实施例中， 干涉堆叠 1707 可在移除可溶层 2001 之后保持在转向特征 803 和 / 或转向膜 801 和光导 803 的某些部分上。将干涉堆叠 1707 覆盖范围限于转向特 征 820 和 / 或转向膜 801 的某些部分可用于平衡对比度事项与由作为干涉堆叠 1707 的一 部分而包括的反射层提供的光转向益处。在一些实施例中， 干涉堆叠 1707 沉积于转向特征 820 的侧壁上且经配置以对观看者显现为黑色或黑暗环。在其它实施例中， 干涉堆叠 1707 沉积于转向特征 820 的整个表面上且对观看者显现为黑色或黑暗圆或圆点。
在一些实施例中， 可将钝化层 2101 添加于包括涂有干涉堆叠 1707 的转向特征 820 的转向膜 801 上。图 21H 展示钝化层 2101 已添加于图 21G 中所示的实施例上的一实施例。 在一些实施例中， 钝化层 2101 可包括二氧化硅、 氮氧化硅、 氧化铝和 / 或任何光学透明材 料。在一些实施例中， 钝化层 2101 包括一个以上层。在一些实施例中， 钝化层 2101 包括防 眩光层、 抗反射层、 抗刮层、 防污层、 漫射层、 彩色滤光层和 / 或透镜。在一些实施例中， 可将 额外层添加于钝化层 2101 上。在一些实施例中， 钝化层 2101 可包含用于耦合额外层 ( 未 图示 ) 与转向膜 801 的粘着剂或材料。
图 21I 为描绘根据一个实施例的制造图 21H 中所示的照明装置的方法 2120 的框 图。 方法 2120 包括以下步骤 ： 在框 2121 处， 提供光导 ； 在框 2123 处， 在所述光导的一个表面 上安置转向膜 ； 在框 2125 处， 在所述转向膜上沉积第一可溶层 ； 在框 2127 处， 在所述第一 可溶层和转向膜中蚀刻一个或一个以上转向特征 ； 在框 2129 处， 移除所述第一可溶层 ； 在 框 2131 处， 在所述光导的暴露部分和转向膜的未形成光转向特征的部分上沉积第二可溶 层； 在框 2133 处， 在所述第二可溶层和所述转向膜的暴露部分上沉积干涉堆叠 ； 在框 2135 处， 移除所述第二可溶层 ； 以及在框 2137 处， 在所述转向膜和转向特征上沉积钝化层。
图 22A 到图 22E 说明在转向特征 820 上形成干涉堆叠 1707 的方法的另一实施例。 图 22A 到图 22E 中所描绘的方法类似于图 21A 到图 21H 中所描绘的方法， 不同之处在于可 溶层 2001 未沉积于转向特征 820 内。如图 22C 中所示， 干涉堆叠 1707 接着直接沉积到每 一转向特征 820 的整个表面上且还沉积到可溶层 2001 上。在一些实施例中， 接着起离或移 除可溶层 2001， 从而导致图 22D 中所示的实施例。由于图 22D 中的干涉堆叠 1707 覆盖每一 转向特征 820 的整个表面， 因此转向特征对观看者显现为黑色或黑暗形状而非环。如上文 所论述， 在一些实施例中， 可将干涉堆叠 1707 添加到每一转向特征 820 的相同部分或不同 部分。另外， 在一些实施例中， 转向特征 820 的大小、 形状、 数量和图案可变化， 且这些转向 特征 820 由干涉堆叠 1707 覆盖的覆盖范围也可变化。举例来说， 在一个实施例中， 第一转 向特征 820 可未由干涉堆叠 1707 覆盖， 第二转向特征 820 可完全由干涉堆叠 1707 覆盖， 且 第三转向特征 820 可部分由一个或一个以上干涉堆叠 1707 覆盖。如上文所论述， 在一些实 施例中， 反射层和一个或一个以上黑暗涂层可沉积于转向特征或转向特征的部分上。
图 22F 为描绘根据一个实施例的制造图 22E 中所示的照明装置的方法 2220 的框 图。方法 2220 包括以下步骤 ： 在框 2221 处， 提供光导 ； 在框 2223 处， 在所述光导的一个表 面上安置转向膜 ； 在框 2225 处， 在所述转向膜上沉积可溶层 ； 在框 2227 处， 在所述可溶层 和转向膜中蚀刻一个或一个以上转向特征 ； 在框 2229 处， 在所述可溶层和所述光转向特征上沉积干涉堆叠 ； 在框 2231 处， 移除所述可溶层 ； 以及在框 2233 处， 在所述转向膜和转向 特征上沉积钝化层。
现参看图 23A 到图 23J， 展示在转向特征 820 上形成反射涂层的方法的一实施例。 如图 23A 到图 23D 中所示， 在一些实施例中， 工艺始于将转向膜 801 添加到光导 803， 以特定 图案将可溶层 2001 涂覆于转向膜 801 上， 将转向特征 820 蚀刻到转向膜 801 中以及从转向 膜 801 剥离可溶层 2001。参看图 23E， 在一个实施例中， 电镀工艺可始于将晶种层 2301 涂 覆于转向膜 801 和转向特征 820 的表面上。晶种层可包含任何合适的材料， 例如， 铜或银。 在一些实施例中， 可任选地将粘附层 ( 未图示 ) 添加于转向膜 801 和转向特征 820 上。合 适的粘附层的实例包括钽、 钛和钼。 在一些实施例中， 一旦将晶种层 2301 添加于转向膜 801 和转向特征 820 上， 就可将可溶层 2001 添加于转向膜 801 和转向特征 820 的部分上。在一 个实施例中， 可溶层 2001 包括经旋涂、 曝光且显影的光致抗蚀剂层。在一些实施例中， 可以 一图案涂覆可溶层 2001 以暴露转向特征 820 的所有或某些部分。在一个实施例中， 图案化 可溶层 2001 以将一个或一个以上转向特征 820 的侧壁保持暴露。
现参看图 23G 和图 23H， 在某些实施例中， 电镀未由可溶层 2001 覆盖的晶种层 2301 的部分， 且从转向膜 801 和转向特征 820 剥离或移除可溶层 2001。在一些实施例中， 接着可通过另一工艺蚀刻或移除晶种层 2301 的部分， 从而导致图 23I 中所示的转向膜 801 和光导堆叠 803。在一些实施例中， 可通过蚀刻或另一工艺移除并未在转向特征 820 上的 晶种层 2301 的部分。在某些实施例中， 通过蚀刻移除晶种层 2301 的未经电镀的部分。在 一些实施例中， 可使用此项技术中已知的各种方法移除经电镀的晶种层 2301 的部分。在一 些实施例中， 一旦已移除晶种层 2301 的部分， 就可任选地将钝化层 2101 涂覆于转向膜 801 和转向特征 820 上， 如图 23J 中示意性描绘。由于转向特征 820 依赖于涂覆到转向特征 820 表面的至少一部分的反射涂层来将光转向而非依赖于全内反射， 因此未必必须维持转向特 征 820 上的气穴。
图 23K 为描绘根据一个实施例的制造图 23J 中所示的照明装置的方法 2320 的框 图。方法 2320 包括以下步骤 ： 在框 2321 处， 提供光导 ； 在框 2323 处， 在所述光导的一个表 面上安置转向膜 ； 在框 2325 处， 在所述转向膜上沉积第一可溶层 ； 在框 2327 处， 在所述第 一可溶层和转向膜中蚀刻一个或一个以上转向特征 ； 在框 2329 处， 移除所述第一可溶层 ； 在框 2331 处， 在所述可溶层和所述光转向特征上沉积晶种层 ； 在框 2333 处， 在所述晶种层 的部分上沉积第二可溶层 ； 在框 2335 处， 电镀所述晶种层的暴露部分 ； 在框 2337 处， 移除 所述第二可溶层 ； 在框 2339 处， 蚀刻晶种层的未经电镀的部分 ； 以及在框 2341 处， 在所述 转向膜和转向特征上沉积钝化层。
图 24A 到图 24F 描绘形成具有在与反射显示器相对的光导 803 的面上的反射涂层 的转向特征 820 的方法的一实施例。在一些实施例中， 反射显示器可包括光导 803， 且因此 光导 803 可用于光转向且还用作反射显示器组合件的一部分。在一些实施例中， 所述工艺 在图 24A 和图 24B 中始于将晶种层 2301 沉积到光导 803 上。光导 803 可包含任何合适的 材料， 例如， 无机材料和 / 或有机材料。在一些实施例中， 晶种层 2301 可包含任何合适的材 料， 例如， 钽、 钛和钼。如图 24C 中所示， 在一个实施例中， 可将可溶层 2001 以一图案添加于 晶种层 2301 上， 从而将晶种层 2301 的某些部分保持暴露。参看图 24D， 在一些实施例中， 可使用已知方法电镀晶种层 2301 的暴露部分， 从而导致安置于晶种层 2301 的至少一部分上的电镀层 2303。在一些实施例中， 接着可移除可溶层 2001， 且可蚀刻或以其它方式移除 晶种层 2301 的未经电镀的部分， 从而导致图 24E 中所描绘的光导 803、 晶种层 2301 和电镀 2303 堆叠。在一些实施例中， 可溶层 2001 包含光致抗蚀剂， 且使用已知方法移除光致抗蚀 剂。
参看图 24F， 接着可将转向膜 801 添加于光导 803 上， 所述转向膜 801 围绕晶种层 2301 部分和电镀部分 2303。在一些实施例中， 光导 803 可包含与光导 803 折射率匹配的材 料。在一些实施例中， 光导 803 和转向膜 801 具有大致相同的折射率。在一些实施例中， 光 导 803 和转向膜 801 各自具有在约 1.45 与 2.05 之间的折射率。在一些实施例中， 光转向 膜 801 包含与光导 803 相同的材料。 在一些实施例中， 与光导 803 相对的转向膜 801 的表面 或面可大体上平坦。在一些实施例中， 可将例如覆盖层等额外层 ( 未图示 ) 添加于转向膜 801 上。图 24A 到图 24F 中所示的实施例的一个优点在于， 其实现使用仅单一可溶层 2001 掩模而非多个可溶层 2001 掩模。
图 24G 为描绘根据一个实施例的制造图 24F 中所示的照明装置的方法 2420 的 框图。方法 2420 包括以下步骤 ： 提供光导 (2421) ； 在所述光导的一个表面上沉积晶种层 (2423) ； 在所述晶种层上沉积可溶层 (2425) ； 在所述可溶层中蚀刻一个或一个以上转向特 征 (2427) ； 电镀所述晶种层的暴露部分 (2429) ； 移除所述可溶层 (2431) ； 蚀刻晶种层的未 经电镀的部分 (2433) ； 以及在光导上在晶种层的未经电镀的部分上沉积转向膜层 (2435)。
图 25A 到图 25G 展示形成具有在与反射显示器相对的光导 803 的面上的反射涂层 的转向特征 820 的方法的另一实施例。参看图 25A 到图 25C， 在一些实施例中， 所述方法包 括提供光导 803， 在光导 803 的一个表面上沉积晶种层 2301， 以及将可溶层 2001 添加于晶 种层 2301 上。在一些实施例中， 可以某一图案添加可溶层 2001， 或其可沉积于晶种层 2301 的整个表面上且具有经移除以形成所要图案的某些部分。 比较图 25C 与图 24C， 所属领域的 技术人员可了解， 可溶层 2001 图案可用于形成由可溶层 2001 和晶种层 2301 的不同部分的 面或表面界定的不同形状的空隙。 举例来说， 在一些实施例中， 可以大体上梯形横截面形状 或颠倒的梯形横截面形状形成空隙。 参看图 25D， 在一些实施例中， 可电镀晶种层 2301 的暴 露部分， 从而导致部分地填充图 25C 中所示的空隙的电镀层 2303。在一些实施例中， 接着 可移除可溶层 2001， 且可蚀刻或以其它方式移除晶种层 2301 的未经电镀的部分， 从而导致 图 25E 中所描绘的光导 803、 晶种层 2301 和电镀 2303 堆叠。参看图 25F 和图 25G， 在某些 实施例中， 转向膜 801 可添加于光导 803 上且围绕晶种层 2301 部分和电镀层 2303。在一些 实施例中， 可将缓冲层 2501 添加于转向膜 801 的顶部上。在某些实施例中， 缓冲层 2501 可 包含变化的材料或层， 其经配置以保护转向膜 801 免受刮伤或其它损坏。
图 25H 为描绘根据一个实施例的制造图 25G 中所示的照明装置的方法 2520 的框 图。方法 2520 包括以下步骤 ： 在框 2521 处， 提供光导 ； 在框 2523 处， 在所述光导的一个 表面上沉积晶种层 ； 在框 2525 处， 在所述晶种层上沉积可溶层 ； 在框 2527 处， 在所述可溶 层中蚀刻一个或一个以上转向特征 ； 在框 2529 处， 电镀所述晶种层的暴露部分 ； 在框 2531 处， 移除所述可溶层 ； 在框 2533 处， 蚀刻晶种层的未经电镀的部分 ； 在框 2535 处， 在光导上 在晶种层的未经电镀的部分上沉积转向膜层 ； 以及在框 2537 处， 在所述转向膜层上沉积缓 冲层。
现参看图 26A 到图 26F， 展示形成具有在转向膜 801 上的反射涂层的转向特征 820的方法的另一实施例。在一些实施例中， 所述方法始于提供转向膜 801 以及在转向膜 801 的至少一个表面上形成转向特征 820。在一些实施例中， 可提供光导， 且可使用已知方法在 所述光导上形成转向特征 820。 如图 26C 中所示， 在一些实施例中， 干涉堆叠 1707 沉积于转 向膜 801 的转向特征 820 面上。在某些实施例中， 涂覆反射涂层而非干涉堆叠， 且将黑暗涂 层涂覆于反射涂层上。 在一些实施例中， 接着以一图案形成可溶层 2001， 从而覆盖干涉堆叠 1707 的某些部分， 如图 26D 中所示。在一些实施例中， 可溶层 2001 包括光致抗蚀剂材料。 在某些实施例中， 移除未由可溶层 2001 覆盖的干涉堆叠 1707 的部分。在一些实施例中， 使 用已知方法蚀刻掉未由可溶层 2001 覆盖的干涉堆叠 1707 的部分， 且接着移除可溶层 2001， 从而导致图 26E 中所示的实施例。在一些实施例中， 接着可将额外层 2101( 例如， 钝化层或 覆盖层 ) 添加于转向膜 801 和干涉堆叠 1707 上。所属领域的技术人员将理解， 存在用于在 衬底层上在转向特征或转向特征的部分上形成反射层和 / 或干涉堆叠的许多方法和工艺。
图 26G 为描绘根据一个实施例的制造图 26F 中所示的照明装置的方法 2620 的框 图。方法 2620 包括以下步骤 ： 在框 2621 处， 提供具有第一面和与所述第一面相对的第二面 的转向膜 ； 在框 2623 处， 在所述第一面中蚀刻转向特征 ； 在框 2625 处， 在所述转向膜的第 一面上沉积干涉堆叠 ； 在框 2627 处， 在所述转向特征的侧壁上沉积可溶层 ； 在框 2629 处， 蚀刻所述干涉堆叠的暴露部分 ； 在框 2631 处， 移除所述可溶层 ； 以及在框 2633 处， 在所述 转向膜和转向特征上沉积钝化层。 如上文所论述， 转向膜和光导可包含各种材料。光导或转向膜通常由例如聚合物 或塑料等有机材料形成。然而， 在光导和 / 或转向膜中使用塑料可限制照明装置的机械、 环 境和 / 或化学稳健性。某些模制塑料 ( 例如， 丙烯酸系化合物、 聚碳酸酯和环烯聚合物 ) 具 有低抗刮性、 有限的耐化学性， 且具有有限的使用寿命， 因为其光学性质可因暴露于环境应 力因素而降级。在一些状况下， 清洁和 / 或暴露于紫外线、 温度和湿度可引起模制塑料随时 间而降级。在本发明的一些实施例中， 无机材料 ( 例如， 硅酸盐和氧化铝 ) 可用于形成显示 装置的一个或一个以上层以增加照明装置的稳健性。举例来说， 在一些实施例中， 衬底、 光 导、 转向特征或装置的其它层可包含无机材料。 在一些实施例中， 无机材料还可提供与有机 材料的光学性质相比优良的光学性质， 例如较高透明度和较高折射率。 在一些实施例中， 可 使用下文所揭示的方法在无机光导上形成无机转向膜。
现参看图 27A 到图 27C， 描绘构建并入有无机光导和转向膜的照明装置的方法的 一个实施例。图 27A 展示包含无机材料的光导 803 的一实施例。在一些实施例中， 光导 803 可混合高纯度硅烷 ( 稀释于氩气中的 SiH4)、 氧 包含铝硅酸盐或蓝宝石。在一些实施例中， 化亚氮 (N2O) 和氨气 (NH3) 气体的混合物以形成包含具有所要折射率的氮氧化硅的照明装 置。在一些实施例中， 可将氮氧化硅的折射率调整到所要等级， 例如， 与光导 803 的折射率 匹配。在某些实施例中， 可通过调整 N2O ∶ NH3 摩尔比而将氮氧化硅的折射率调整到所要等 级。在一个实施例中， 可通过控制相应气体的流动速率来调整 N2O ∶ NH3 摩尔比。在一些实 施例中使用的材料的实例折射率包括随 N2O ∶ NH3 摩尔比从 0 增加到 100％而在约 1.46 到 约 2.05 的范围中的折射率。
现参看图 27B， 氮氧化硅可沉积于光导 803 上以形成转向膜 801， 所述转向膜 801 可以与光导 803 的折射率匹配的折射率配置。在一个实施例中， 可使用等离子增强化学气 相沉积 (“PECVD” ) 在光导 803 上沉积氮氧化硅材料。在一些实施例中， 接着可在与光导
803 相对的转向膜 801 的表面中形成转向特征 820， 例如， 如图 27C 中所说明。在一个实施 例中， 可 ( 例如 ) 使用光刻图案化掩模层和合适的湿式或干式蚀刻方法蚀刻转向特征 820 以形成倾斜侧壁。可使用各种制造方法在转向膜 801 中形成不同大小和形状的转向特征 820。在一些实施例中， 通过转向特征 820 的表面形成的形状可包含锥形、 锥形的截头体、 角 锥、 角锥的截头体、 棱镜、 多面体或另一三维形状。在一些实施例中， 可将额外涂层 ( 例如， 反射涂层、 干涉堆叠和 / 或黑暗涂层 ) 添加于转向特征 820 或转向特征的部分上。
在一些实施例中， 可使用溶胶 - 凝胶前驱混合物以形成光转向膜来制造包含无机 光导和转向膜的照明装置。在一些实施例中， 溶胶 - 凝胶前驱混合物可包含有机硅和有机 钛化合物， 其在组合时形成氧化硅和二氧化钛的混合物。 在一些实施例中， 可通过调整前驱 物的比率和 / 或通过施加热处理来调整从溶胶 - 凝胶前驱混合物产生的结构的折射率。在 一些实施例中， 可将从溶胶 - 凝胶前驱混合物产生的结构的折射率调整到约 1.4 到约 2.4 之间的任何等级。在一些实施例中， 所述光导可包含具有约 1.52 的折射率的玻璃 ( 例如， TFT 衬底类型或铝硅酸盐 )。在其它实施例中， 光导可包含具有约 1.77 的折射率的蓝宝石。 在一些实施例中， 溶胶 - 凝胶前驱混合物可包含四乙氧基硅烷 (TEOS 或正硅酸四乙酯 )、 异 丙醇钛、 溶剂， ( 例如， 乙醇、 异丙醇或其混合物 ) ； 且还可包括一个或一个以上添加剂 ( 例 如， 盐酸、 乙酸和氯化钛 )。
在一个实施例中， 通过以经选择以与光导的折射率匹配的比率水解 TEOS 和异丙 醇钛， 连同呈约 1 的酸性 pH 值 ( 其可例如通过添加 HCl 获得 ) 的乙醇 /IPA 与水的混合物 中的 TiCl4， 且在约 40℃下使溶液老化来形成溶胶 - 凝胶前驱混合物。在一些实施例中， 接 着可在所述光导上涂覆所述溶胶 - 凝胶前驱混合物。在某些实施例中， 可通过将模具压在 胶化陶瓷涂层上、 升高温度以增加交联密度且在约 110℃下干燥而在所述溶胶 - 凝胶前驱 混合物层中形成转向特征。在一些实施例中， 可通过在约 600℃与约 800℃之间的温度下密 化所述溶胶 - 凝胶前驱混合物来进一步处理包含溶胶 - 凝胶混合物的转向膜， 以使得所述 转向膜的最终折射率与所述光导的折射率匹配。
图 27D 为描绘根据一个实施例的制造图 27C 中所示的照明装置的方法 2720 的框 图。 方法 2720 包括以下步骤 ： 在框 2721 处， 提供包含无机材料的光导， 所述光导具有已知折 射率 ； 在框 2723 处， 混合高纯度硅烷、 氧化亚氮和氨气以形成具有与所述光导相同的折射 率的氮氧化硅 ； 在框 2725 处， 在所述光导的一个表面上沉积所述氮氧化硅 ； 以及在框 2727 处， 在所述氮氧化硅层中蚀刻转向特征。图 27E 为描绘根据一个实施例的制造图 27C 中所 示的照明装置的框 2750 处的方法的框图。方法 2750 包括以下步骤 ： 在框 2751 处， 提供包 含无机材料的光导， 所述光导具有已知折射率 ； 在框 2753 处， 混合有机硅和有机钛化合物 以形成具有与所述光导相同的折射率的溶胶 - 凝胶前驱物 ； 在框 2755 处， 在所述光导的一 个表面上沉积所述溶胶 - 凝胶前驱物 ； 以及在框 2757 处， 在所述溶胶 - 凝胶前驱物层中模 制转向特征。
现参看图 28， 描绘转向膜 801 的一实施例的横截面图。在一些实施例中， 转向膜 801 包含氮氧化硅且包括一个或一个以上转向特征 820。在一些实施例中， 可通过蚀刻工艺 形成所述一个或一个以上转向特征 820。在一个实施例中， 所述蚀刻工艺使用包含 SiON 蚀 刻剂 ( 例如， CF4) 和掩模材料蚀刻剂 ( 例如， 用于光致抗蚀剂的 O2) 的混合物的蚀刻气体。 在一些实施例中， 在蚀刻期间移除氮氧化硅时， 将氮氧化硅从其初始轮廓 2801 回拉， 从而导致具有锥形侧壁的一个或一个以上光转向特征 820。 在一些实施例中， 转向膜 801 可安置 于光导 803 上。在一些实施例中， 转向膜 801 可具有与光导 803 的折射率相同或大致相同 的折射率。在一些实施例中， 反射层 ( 未图示 )、 干涉堆叠 ( 未图示 ) 和 / 或黑色或黑暗涂 层 ( 未图示 ) 可安置于转向膜 801 的部分上， 其包括转向特征 820 的部分。
如本文中所指示， 在一些实施例中， 转向膜可包括具有曲线横截面形状的转向特 征。在无弯曲边缘或侧壁的情况下， 每一边缘提取光且基于在转向膜中传播的光的准直产 生发射光锥。 具有弯曲边缘的转向特征可经配置以调整由所述转向特征产生的光的照明光 锥的角宽度。因此， 弯曲边缘可经配置以聚焦 ( 例如， 减小发射光锥的角宽度 ) 或分散 ( 例 如， 增大发射光锥的角宽度 ) 在转向膜内传播的光。这些配置可实现用于各种输入光源的 转向膜的发射性质和其它几何约束的优化。
调整 ( 例如， 增大或减小 ) 照明光锥的角宽度可通过取消对有时用于产生均一显 示器的漫射隔离层的需要而使得显示器的实施例能够具有较薄前光。另外， 在一些实施例 中， 具有弯曲边缘的转向特征与具有笔直边缘的转向特征可彼此较远隔开而放置， 因为每 一弯曲转向特征归因于照明光锥的增大的宽度而对较大面积的显示器照明。 还可配置以在 光转向特征之间的增大的空间间隔配置的转向膜以使得转向膜的厚度减小。
图 29A 说明包括转向特征 2920a 的转向膜 2901a 的一个实施例的横截面图。以大 体上平行于转向膜的底部表面延伸的 x 轴、 大体上正交于转向膜的底部表面和顶部表面延 伸的 z 轴和大体上正交于 x 轴和 z 轴延伸的 y 轴说明转向膜 2901a。转向特征 2920a 为 v 形且包括经配置以将光引导向转向膜 2901a 的底部的左边缘 2921a 和右边缘 2923a。还展 示第一光线 2911a 和第二光线 2911a′。两个光线 2911a、 2911a′以相对于转向膜的顶部 和底部的相同角度在转向膜 2901a 内传播， 且光线 2911a、 2911a′彼此偏离或隔开。因为 转向特征 2920a 的左边缘 2921a 相对于转向膜 2901a 的顶部呈恒定角度， 所以光线 2911a、 2911a′以相同角度向转向膜 2901a 的底部反射离开左边缘 2921a( 在此说明中， 向下 )。 因 此， 当光行进离开转向特征 2920a 时， 由转向特征 2920a 产生的光的照明光锥经准直 ( 例 如， 形成光锥的光线大体上彼此平行 )。虽然图 29A 中仅展示棱镜转向特征 2920a 的横截 面， 但所属领域的技术人员应理解， 本文中所揭示的光转向特征的平面内分布可为线性、 曲 线等等， 以使得可实施各种前光配置， 例如， 光棒光源或 LED 光源。
图 29B 说明包括转向特征 2920b 的转向膜 2901b 的另一实施例的横截面图。转向 特征 2920b 包括左弯曲边缘 2921b 和右弯曲边缘 2923b。边缘 2921b、 2923b 形成相对于转 向膜 2901b 凹入的转向特征 2920b。弯曲边缘 2921b、 2923b 可在至少大体上平行于转向膜 的所说明 x-z 平面的一个或一个以上平面中安置于转向膜中。 还展示光线 2911b、 2911b′， 其以相对于转向膜的顶部和底部的相同角度在转向膜 2901b 内传播。光线 2911b、 2911b′ 在反射离开左边缘 2921b 之后被引导离开彼此， 因为所述边缘为弯曲的。因此， 弯曲转向特 征 2920b 可形成具有大于由图 29A 中所示的转向特征 2920a 产生的光锥的角宽度的光的照 明光锥 ( 例如， 未经准直的光的照明光锥 )。
图 29C 说明包括转向特征 2920c 的转向膜 2901c 的另一实施例的横截面图。转向 特征 2920c 包括左弯曲边缘 2921c 和右弯曲边缘 2923c。边缘 2921c、 2923c 形成相对于转 向膜 2901c 凸出的转向特征 2920c。弯曲边缘 2921c、 2923c 可在至少大体上平行于转向膜 的所说明 x-z 平面的一个或一个以上平面中安置于转向膜中。光线 2911c、 2911c′在反射离开左边缘 2921c 之后被引导离开彼此， 因为所述边缘为弯曲的。类似于图 29B 中所说明 的转向特征， 此情形导致具有大于由图 29A 中所示的转向特征 2920a 产生的光锥的角宽度 的光的照明光锥 ( 例如， 未经准直的光的照明光锥 )。
图 29D 说明包括转向特征 2920d 的转向膜 2901d 的另一实施例的横截面图。转向 特征 2920d 包括左弯曲边缘 2921d 和右弯曲边缘 2923d。转向特征 2920d 还包括在左边缘 与右边缘之间且大体上平行于转向膜的顶部和底部而安置的大体上笔直的边缘 2925d。边 缘 2921d、 2923d 和 2925d 形成具有相对于转向膜 2901d 凸出且在至少大体上平行于转向膜 的所说明 x-z 平面的一个或一个以上平面中安置于转向膜中的侧壁的转向特征 2920d。光 线 2911d、 2911d′在反射离开左边缘 2921d 之后被引导离开彼此， 因为所述边缘为弯曲的。 类似于图 29B 和图 29C 中所说明的转向特征， 此情形导致具有大于由图 29A 中所示的转向 特征 2920a 产生的光锥的角宽度的光的照明光锥 ( 例如， 未经准直的光的照明光锥 )。
图 29E 说明包括转向特征 2920e 的转向膜 2901e 的另一实施例的横截面图。转向 特征 2920e 包括左弯曲边缘 2921e 和右弯曲边缘 2923e。转向特征 2920e 还包括在左边缘 与右边缘之间且大体上平行于转向膜的顶部和底部而安置的大体上笔直的边缘 2925e。边 缘 2921e、 2923e 和 2925e 形成具有相对于转向膜 2901e 凹入且在至少大体上平行于转向膜 的所说明 x-z 平面的一个或一个以上平面中安置于转向膜中的侧壁的转向特征 2920e。光 线 2911e、 2911e′在反射离开左边缘 2921e 之后被引导离开彼此， 因为所述边缘为弯曲的。 类似于图 29B 和图 29C 中所说明的转向特征， 此情形导致具有大于由图 29A 中所示的转向 特征 2920a 产生的光锥的角宽度的光的照明光锥 ( 例如， 未经准直的光的照明光锥 )。
图 29F 说明图 29D 的转向特征 2920d 的透视图。转向特征 2920d 的表面形成具有 相对于邻近所述转向特征的空间凹入的侧壁的经截断曲线形状或截头体。图 29G 说明图 29E 的转向特征 2920e 的透视图。转向特征 2920e 的表面形成具有相对于邻近所述转向特 征的空间凸出的侧壁的经截断曲线形状或截头体。
如上文所论述， 转向特征可涂覆有反射层或涂层以提供理想的光学特性， 且额外 层可沉积于反射涂层上以防止光从反射涂层向观看者反射。在一些实施例中， 额外层可沉 积于反射涂层上以形成对观看者显现为黑暗或黑色的静态干涉堆叠或光学掩模， 以便改进 显示装置的对比度同时向反射显示器反射入射于堆叠的反射涂层面上的光。图 30A 到图 30D 说明具有拥有沉积于弯曲侧壁上的反射涂层 3003 的弯曲侧壁或边缘 3021、 3023 的转向 特征 3020 的实施例。光学谐振层 3005 和吸收层 3007 可任选地沉积于反射涂层 3003 上以 形成干涉堆叠 3009。干涉堆叠 3009 可经配置以使得吸收层 3007 吸收反射波长的光， 以使 得堆叠 3009 显现为黑色或黑暗， 所述情形可增加显示器的对比度。如上文所论述， 反射涂 层 3003 和 / 或干涉堆叠 3009 可安置于转向特征 3020 的表面的仅一个或一个以上部分上 或其可安置于转向特征的整个表面上。
在一些情况下， 与不具有平坦底边缘的图 29B 和图 29C 中所示的转向特征相比， 可 较容易地制造或产生类似于图 29F 的转向特征 2920d 和图 29G 的转向特征 2920e 的截头状 转向特征。可使用塑料模制或通过使用上文所论述的无机材料系统沉积和蚀刻技术来制 造、 制作或产生本文中所论述的所有转向特征。 在一些实施例中， 可使用已知的膜压印技术 ( 例如， 热或 UV 压印 )、 使用由钻石车削技术产生的主模工具制造薄膜前光。可加工钻石 工具以使得其尖端具有弯曲壁横截面且可用于切入到衬底 ( 例如， 金属或基于铜或镍的合金 ) 中以制造具有所要弯曲侧壁凹槽的模具。在制造主工具的另一实例中， 光刻和蚀刻技 术可用于产生具有所要表面拓扑的晶片。 光刻和蚀刻可用于通过直接在衬底中产生一个或 一个以上转向特征而产生光导， 或此类技术可用于产生表面浮雕， 所述表面浮雕可用于产 生转向膜。通过适当地设计光刻掩模， 可产生具有凹入和 / 或凸出侧壁或边缘的转向特征。 举例来说， 可选择蚀刻光致抗蚀剂材料和另一层材料的蚀刻剂以便控制蚀刻的曲率。
图 31A 到图 31E 说明用于制造包括凸出转向特征的转向膜或光导的工艺的一个实 例。如图 31A 中所示， 用于制造转向膜或光导的工艺可始于提供衬底 3101。在一些实施例 中， 衬底 3101 包含硅或二氧化硅。参看图 31B， 一层材料 3103 接着可沉积于所述衬底上。 如下文所论述， 所述层材料 3103 稍后可经蚀刻且可包含 ( 例如 ) 氮氧化硅、 铝和其它合适 的材料。
现参看图 31C， 接着可以光致抗蚀剂 3105 涂覆所述层材料 3103。在对所述层材料 3103 涂覆之后， 光致抗蚀剂 3105 可经由特殊设计的光刻掩模曝光且图案化且经显影以在 所述层材料 3103 上留下光致抗蚀剂 3105 的涂层的部分。 现参看图 31D， 接着可蚀刻所述层 材料 3103 以产生弯曲侧壁或边缘。可控制蚀刻工艺以除用以产生弯曲侧壁 ( 边缘 ) 的材 料 3103 外还回拉或蚀刻光致抗蚀剂的某些部分。举例来说， 可各向同性地或通过各向同性 与各向异性蚀刻的组合来蚀刻材料 3103 以用于特制所述侧壁的弯曲形状。在蚀刻之后， 可 移除所述光致抗蚀剂层， 从而导致可用于制造转向膜的光导或表面浮雕。 在制造转向膜时， 可电镀表面浮雕以产生可用于制造与表面浮雕匹配的转向膜的模具。如图 31E 中所示， 通 过复制的表面浮雕， 可用工具加工且压印包括凸出转向特征 3120 的前光转向膜 3110。
图 32A 到图 32E 说明用于制造包括凹入转向特征的转向膜的工艺的一个实例。如 图 32A 中所示， 用于制造转向膜的工艺可始于提供衬底 3201。在一些实施例中， 衬底 3201 包含硅或二氧化硅。参看图 32B， 一层材料 3203 接着可沉积于所述衬底上。如下文所论述， 所述层材料 3203 稍后可经蚀刻且可包含 ( 例如 ) 二氧化硅、 铝、 氮化硅和其它合适的材料。
现参看图 32C， 接着可以光致抗蚀剂 3205 涂覆所述层材料 3203。在对所述层材料 3203 涂覆之后， 光致抗蚀剂 3205 可经由特殊设计的光刻掩模曝光且经显影以在所述层材 料 3203 上留下光致抗蚀剂 3205 的涂层的部分。 现参看图 32D， 接着可蚀刻所述层材料 3203 以产生弯曲侧壁或边缘。在一些实施例中， 可各向同性地或通过各向同性与各向异性蚀刻 的组合来蚀刻材料 3203 以用于特制所述侧壁的弯曲形状。在蚀刻之后， 可移除所述光致抗 蚀剂层且可通过电铸所述表面而复制表面浮雕。如图 32E 中所示， 通过复制的表面浮雕， 可 用工具加工且压印包括凹入转向特征 3220 的前光膜 3210。
上文描述详述本发明的某些实施例。 然而， 将了解， 不管上文描述在文字上显现得 多么详细， 本发明可以许多方式实践。同样如上文所陈述， 应注意， 在描述本发明的某些特 征或方面时使用特定术语不应被视为暗示术语在本文中经重新定义以限于包括与此术语 相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。因此， 应根据所附权利要求书及其任何均 等物解释本发明的范围。