專利名稱：反射型顯示器件的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種包括回射器的反射型顯示器件以及評(píng)價(jià)該回射器的方法。
2.相關(guān)技術(shù)的描述業(yè)已針對(duì)帶有回射器的反射型液晶顯示器件提出了各種結(jié)構(gòu)(例如參見公開號(hào)為No.2002-107519的日本待審專利、日本專利No.3216584，以及公開號(hào)為No.2002-287134的日本待審專利)。這些反射型液晶顯示器件的每一個(gè)都沒有使用偏振器，因此可以執(zhí)行亮度增加的顯示操作，且還希望獲得較高對(duì)比度的顯示。如本文所使用的，“回射器”(retroreflector)是指這樣一種光學(xué)元件其具有極小單位元件的二維排列，從而通過其多個(gè)反射面將任何入射光線反射回光源，而不管光線來自哪里。


圖19顯示出在公開號(hào)為No.2002-107519的日本待審專利中披露的帶有回射器的反射型顯示器件的典型結(jié)構(gòu)。
圖19中示出的反射型顯示器件9包括電極4、取向膜2、液晶層1、另一取向膜3、另一電極5和回射器8，它們按該順序(觀察者從顯示器件之上觀察)層疊在兩基板6和7之間。液晶層1由散射型液晶材料構(gòu)成，該液晶材料能在傳輸入射光的透射態(tài)與散射入射光的散射態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
之后，將描述反射型顯示器件9在理論上是如何執(zhí)行顯示操作的。
首先，當(dāng)液晶層1處于透射態(tài)時(shí)，來自觀察者眼睛附近的入射光線10在折射的同時(shí)通過基板6和液晶層1傳輸，入射到回射器8上，然后從回射器8反射回來作為反射光線11。反射光線11在經(jīng)歷類似的折射后返回到觀察者眼睛的附近。同時(shí)，來自除觀察者眼睛附近之外其它地方的任何入射光線被回射器8回射回光源，不會(huì)到達(dá)觀察者眼睛的附近。結(jié)果，只有來自觀察者眼睛附近的入射光線10才被他或她感知，由此獲得了黑色顯示狀態(tài)。接下來，當(dāng)液晶層1處于散射態(tài)時(shí)，進(jìn)入液晶層1的光或者被液晶層1向后散射或向前散射，或者通過液晶層1傳輸。向后散射的光返回到觀察者，由此用于白色顯示模式。另一方面，被液晶層1向前散射或通過液晶層1傳輸?shù)墓饩€被回射器8回射，然后再次進(jìn)入散射態(tài)的液晶層1，以經(jīng)歷液晶層1的散射作用。因此，大部分被回射器8回射的光返回到觀察者并用于獲得白色顯示模式。這樣，不僅被液晶層1向后散射的光，而且通過液晶層1傳輸?shù)墓饣虮灰壕?向前散射的光也可以用于顯示目的。因此，獲得高亮度的顯示。
為了按照該原理操作反射型顯示器件9，回射器8的單位元件的排列間距需要大約等于、優(yōu)選小于像素間距。如果單位元件的排列間距大于像素間距，則通過液晶層1的像素傳輸、然后被回射器8回射的入射光線10可在回路上穿過液晶層1的另一個(gè)像素。在那種情形中，顯示可能表現(xiàn)出異常狀態(tài)。例如，在到達(dá)回射器8之前已經(jīng)穿過紅色濾色器的入射光線在其回路上可穿過綠色或藍(lán)色濾色器，因此可能意外地導(dǎo)致混色。
反射型顯示器件9的顯示性能嚴(yán)重依賴于回射器8的回射特性。在其它情況中，在許多情形下黑色顯示模式的亮度基本上由回射器8的回射率來確定。也就是說，回射器8的回射特性越高，白色顯示模式與黑色顯示模式的亮度(或輝度)比(即對(duì)比度)越大，且實(shí)現(xiàn)的顯示質(zhì)量越高。
因此，對(duì)于帶有回射器的反射型顯示器件，如反射型顯示器件9來說，為了獲得出色的顯示性能，其回射器8需要是一種這樣的反射器即，其包括具有足夠小的排列間距的單位元件，且具有高回射特性。
用作回射器8的反射器的例子包括通過濃密組裝球形小珠而獲得的反射器和通過均勻排列單位元件(例如隅角棱鏡)而獲得的反射器。在這些各種類型的反射器中，一般認(rèn)為帶有隅角棱鏡排列的反射器(經(jīng)常稱作“隅角棱鏡反射器”)可以獲得最大可能的回射特性。另一方面，在濃密組裝有小珠的反射器中，不管這些小珠多么濃密地組裝，在小珠之間不可避免地會(huì)產(chǎn)生間隙，這種間隙對(duì)于回射沒有作用。例如，在最濃密地二維組裝有相同直徑小珠的反射器中，這些非回射部分的總面積(即間隙)與全部表面積的百分比估計(jì)達(dá)到每單位面積稍小于10％(如9.3％)之高。同時(shí)，在各種回射器中被稱作“隅角棱鏡反射器”、排列有三角形錐體凹入部分的反射器中，非回射部分的總面積與全部表面積的百分比估計(jì)每單位面積為大約30％?？梢钥闯?，在這些通過濃密組裝小珠或排列三角形錐體凹入部分而獲得的反射器中，非回射部分與全部表面積的百分比太高，而不能獲得足夠高的回射率。另一方面，在各種隅角棱鏡反射器中的方形隅角棱鏡反射器(即帶有方形隅角棱鏡陣列的反射器，其通過均勻排列多個(gè)單位元件而獲得，稱作“方形棱鏡角”，每個(gè)都由彼此垂直相對(duì)的三個(gè)方形平面組成)中，在平面圖中，那些非回射部分的百分比理論上說為0。因此，這種方形隅角棱鏡反射器期望可以獲得足夠高的回射特性。如本文所使用的，“隅角棱鏡”或“方形隅角棱鏡”包括具有基本上為隅角棱鏡形狀或基本上為方形隅角棱鏡形狀的結(jié)構(gòu)。更確切的說，方形隅角棱鏡是具有至少三組山線(mountainline)和谷線(valley line)的結(jié)構(gòu)。
鑒于這些考慮，如果方形隅角棱鏡反射器用作回射器8，則理論上說應(yīng)當(dāng)可以獲得高回射特性，并能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的顯示。
然而，事實(shí)上，以這樣小的排列間距(如250μm或更小)制造方形隅角棱鏡反射器是極其困難的。上面提到的引用文獻(xiàn)(即公開號(hào)為2002-107519的日本待審專利、日本專利號(hào)3216584和公開號(hào)為2002-287134的日本待審專利)沒有提供以那樣小的排列間距制造方形隅角棱鏡反射器的具體方法。同時(shí)，其它機(jī)械制造方形隅角棱鏡的常規(guī)方法，如電鍍方法和銷捆扎方法(pin bundlingmethod)不適合以那樣小的排列間距制造方形隅角棱鏡反射器。
同時(shí)，公開號(hào)為7-205322的日本待審專利披露了一種通過光化學(xué)技術(shù)制造方形隅角棱鏡陣列的方法。在該方法中，用具有多個(gè)等邊三角形透明區(qū)域的掩模將光致抗蝕劑膜構(gòu)圖。該掩模的每個(gè)透明區(qū)域都具有可變的透射率，其從透明區(qū)域中心向外圍逐漸減小。通過用這樣的掩模執(zhí)行曝光和顯影過程，在基板上形成許多個(gè)三角形錐體光致抗蝕劑圖案元件。然后，利用預(yù)定技術(shù)蝕刻部分地被那些光致抗蝕劑圖案元件覆蓋的基板，以具有與光致抗蝕劑圖案元件相同形狀的多個(gè)突出部。如此可以在基板上形成隅角棱鏡陣列。
此外，在應(yīng)用光學(xué)，卷35，號(hào)19，頁(yè)數(shù)3466-3470的“通過選擇性外延生長(zhǎng)的(100)硅平面形成的用于光柵的精密晶體隅角棱鏡陣列”(“PrecisionCrystal Corner Cube Arrays for Optical Grattings Formed by(100)Silicon PlanesWith Selective Epitaxial Growth”，Applied Optics Vol.35，No.19，pp.3466-3470)中描述了一種形成非常小尺寸、由三個(gè)彼此垂直相對(duì)的方形平面構(gòu)成的立方體隅角棱鏡的技術(shù)。根據(jù)該技術(shù)，在硅基板的(111)平面上局部設(shè)置用于控制晶體生長(zhǎng)的氧化膜，以使晶體在基板上外延生長(zhǎng)，由此在其上形成非常小尺寸的隅角棱鏡陣列。
因此，根據(jù)公開號(hào)為7-205322的日本待審專利或應(yīng)用光學(xué)卷35，號(hào)19，頁(yè)數(shù)3466-3470中披露了非機(jī)械方法，可以以很小的排列尺寸形成方形隅角棱鏡反射器，但制造具有足夠高回射特性的方形隅角棱鏡仍然很困難。
原因是方形隅角棱鏡的回射特性嚴(yán)重依賴于組成一個(gè)單位元件(即單個(gè)方形隅角棱鏡)的三個(gè)方形平面中每個(gè)的形狀精度、每個(gè)這些平面的平面率(即每個(gè)平面的角精度)或兩相鄰平面間接合部的精度，在本文將這些全部稱作“形狀精度”。根據(jù)上面提到的非機(jī)械方法，很難制造幾乎理想形狀的方形隅角棱鏡，因此，實(shí)際回射特性從其理論的特性顯著惡化。
尤其是，對(duì)于通過公開號(hào)為7-205322的日本待審專利中披露的光化學(xué)方法獲得的方形隅角棱鏡，很難確保高平面精度(即平面率)。在該方法中，方形隅角棱鏡每個(gè)側(cè)面的平面精度依賴于基板上的三角形錐體光致抗蝕劑圖案元件的平面精度。然而，為了提高光致抗蝕劑圖案元件的平面精度，應(yīng)當(dāng)通過例如使掩模常數(shù)的透射率或非透射率變化來足夠嚴(yán)格地控制曝光和顯影光致抗蝕劑層的過程步驟。可是實(shí)際上這種嚴(yán)格的過程控制是很難實(shí)現(xiàn)的。
此外，根據(jù)在應(yīng)用光學(xué)卷35，號(hào)19，頁(yè)數(shù)3466-3470中披露的利用硅選擇性生長(zhǎng)的方法，很難控制晶體的側(cè)面生長(zhǎng)。還有，沉積在硅基板上以確定方形隅角棱鏡圖案的二氧化硅膜和層疊在其上的膜同樣在其端面明顯變形。因此通過這種方法也不容易制造預(yù)期形狀的方形隅角棱鏡陣列。
因此，很難以高精確度制造由以充分小間距(例如250μm或更小)排列的單位元件組成的方形隅角棱鏡陣列。尤其是，單位元件的排列間距越小，方形隅角棱鏡陣列的形狀精度就越低，從而使最終的回射特性不滿意。因此，當(dāng)使用包括常規(guī)方形隅角棱鏡陣列的回射器8來構(gòu)成反射型顯示器件時(shí)，黑色顯示模式質(zhì)量急劇惡化。結(jié)果，不能獲得所期望的顯示性能(如對(duì)比度)。
同時(shí)，公開號(hào)為2002-107519的日本待審專利披露了一種通過為回射器8的每個(gè)單位元件設(shè)置光吸收表面部分來改善黑色顯示模式質(zhì)量、并最終提高顯示性能的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，對(duì)比度顯著提高，同時(shí)回射器的回射率保持較低(如40％或更小)。因此，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量顯示。
然而，當(dāng)采用公開號(hào)為2002-107519的日本待審專利的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要為每個(gè)非常小尺寸的單位元件設(shè)置光吸收表面部分，從而使制造步驟過于復(fù)雜。更糟糕的是，回射器的回射特性稍微惡化，從而不能提高白色顯示模式的質(zhì)量。由于該原因，該結(jié)構(gòu)僅僅能將對(duì)比度提高到有限程度。
發(fā)明概述為了克服上述問題，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種具有回射器的反射型顯示器件，其獲得了出色的顯示性能。
依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的反射型顯示器件，優(yōu)選包括回射層；和調(diào)制層，其比回射層更接近觀察者，并在具有相互不同光學(xué)特性的第一和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換?；厣鋵觾?yōu)選包括單位元件的二維排列，所述單位元件以最多250μm的間距排列?；厣鋵觾?yōu)選具有至少45％的回射率Rr。所述回射率優(yōu)選地被定義為，從回射層反射、然后被回射率測(cè)量系統(tǒng)在7.5度的圓錐角處接收的光強(qiáng)度與從電介質(zhì)反射鏡反射、然后被相同回射率測(cè)量系統(tǒng)接收的光強(qiáng)度之比。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，回射層優(yōu)選具有60％或更高的回射率Rr。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，單位元件優(yōu)選為方形隅角棱鏡。
在再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，單位元件優(yōu)選具有20μm或更小的排列間距。
在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，單位元件優(yōu)選具有至少100nm的排列間距，更優(yōu)選具有500nm或更大的排列間距。
在又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述第一狀態(tài)為調(diào)制層透射入射光的透射態(tài)，而第二狀態(tài)為調(diào)制層散射入射光的散射態(tài)。在該情形中，當(dāng)調(diào)制層在透射態(tài)時(shí)，所述顯示器件優(yōu)選進(jìn)入黑色顯示模式，當(dāng)調(diào)制層在散射態(tài)時(shí)，所述顯示器件優(yōu)選進(jìn)入白色顯示模式。
在該特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，由將光的接收角度設(shè)為3度的亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的白色顯示模式的亮度與也由相同亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的黑色顯示模式的亮度之比，優(yōu)選為5或更大。更優(yōu)選地，由將光的接收角度設(shè)為3度的亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的白色顯示模式的亮度與也由相同亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的黑色顯示模式的亮度之比，為10或更大。
在再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，如果由亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的白色顯示模式的亮度隨回射器的回射率Rr變化，則調(diào)制層優(yōu)選由當(dāng)回射器的回射率Rr升高時(shí)能增加白色顯示模式亮度的液晶材料制成。
依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的評(píng)價(jià)方法是，評(píng)價(jià)具有單位元件二維排列的回射器的回射率的方法，所述單位元件以最多250μm的間距排列。所述方法優(yōu)選包括下述步驟(a)通過物鏡將具有預(yù)定會(huì)聚角度的光會(huì)聚到回射器上；(b)通過物鏡得到已經(jīng)被會(huì)聚、然后從回射器反射的光；(c)測(cè)量從回射器反射的接收光的強(qiáng)度I1；(d)通過物鏡使光垂直入射到電介質(zhì)反射鏡上；(e)通過物鏡得到已經(jīng)入射到電介質(zhì)反射鏡上、然后從電介質(zhì)反射鏡反射的光；(f)測(cè)量從電介質(zhì)反射鏡反射的接收光的強(qiáng)度Ir；和(g)確定步驟(c)中測(cè)量的強(qiáng)度I1與步驟(f)中測(cè)量的強(qiáng)度Ir的I1/Ir比率是否為45％或更大。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，所述預(yù)定會(huì)聚角優(yōu)選為20度或更小。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，步驟(a)優(yōu)選包括通過會(huì)聚所述光而在回射器上形成光點(diǎn)的步驟，所述光點(diǎn)的直徑優(yōu)選至少為單位元件排列間距的三倍大。
在該特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，單位元件優(yōu)選為方形隅角棱鏡。
依照上述本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施方案，具有回射器的反射型顯示器件的顯示性能在黑色和白色顯示模式質(zhì)量及對(duì)比度方面提高了。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案還提供了一種容易評(píng)價(jià)回射器的回射特性的高度可靠方法。通過按該方法調(diào)整所測(cè)量的回射器的回射率，能夠控制包括回射器的反射型顯示器件的顯示性能。
本發(fā)明的其它特征、元件、過程、步驟、特性和優(yōu)點(diǎn)將從下面參照附圖的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述中變得顯而易見。
附圖簡(jiǎn)述圖1顯示出依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的用于回射特性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖2顯示出在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中使用的測(cè)量顯示亮度(或輝度)的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
圖3是表明顯示亮度是如何隨著回射率Rr改變的圖表。
圖4是依照本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件的橫截面圖。
圖5A到5I是描述制造依照本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的回射器的各個(gè)過程步驟的平面圖。
圖6A到6I分別是通過圖5A到5I中所示過程步驟獲得的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖7A和7B分別是方形隅角棱鏡陣列的一部分的平面圖和透視圖。
圖8是在依照本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的回射器制造方法中使用的照相掩模的平面圖。
圖9是表明在依照第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的回射器制造方法中如何定義固體形狀(solid shape)元件的示意性橫截面圖。
圖10是依照本發(fā)明第二個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件的橫截面圖。
圖11是依照本發(fā)明第三個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件的橫截面圖。
圖12是第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖13A，13B和13C是示意性圖解方形隅角棱鏡陣列的典型結(jié)構(gòu)的放大橫截面圖。
圖14A和14B是顯示制造依照本發(fā)明第四個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施方案的回射器的過程步驟的橫截面圖。
圖15A是沿圖7A中平面XV-XV觀察的、圖7A中所示方形隅角棱鏡陣列的橫截面圖。
圖15B是沿組成凹部49b的平面之一觀察的、圖7A中所示方形隅角棱鏡陣列的凹部49b的平面圖。
圖16A到16C顯示出在依照第四個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的回射器制造方法中的轉(zhuǎn)移過程步驟。
圖17A和17B是用于評(píng)價(jià)依照第四個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的回射器回射特性的樣品反射器D1和D2的橫截面圖。
圖18是顯示回射率Rr如何隨H/p比率變化的圖表。
圖19是帶有回射器的常規(guī)反射型顯示器件結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述如上所述，帶有回射器的反射型顯示器件的顯示性能嚴(yán)重依賴于回射器的回射特性。然而，仍沒有建立評(píng)價(jià)回射器回射特性的高度可靠方法。因此，在數(shù)量上理解回射器的回射特性與最終的顯示性能(如顯示亮度和對(duì)比度)之間的關(guān)系是很困難的。在其它情況中，幾乎沒有文獻(xiàn)曾經(jīng)確切提到過如何評(píng)價(jià)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)或移動(dòng)通訊單元(如便攜式電話或PDA)顯示的回射器特性，以及回射器的回射特性該多好才能實(shí)現(xiàn)真實(shí)顯示。
因此本發(fā)明人認(rèn)真研究，并最終提出了令人信服的評(píng)價(jià)回射器回射特性的最好方法，其包括判斷回射器特性對(duì)于合理長(zhǎng)期的使用是否足夠好。通過使用該評(píng)價(jià)方法，我們還可以精確分析這種回射器特性如何有益影響包含回射器的反射型顯示器件的顯示性能。結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)帶有回射器的反射型顯示器件的顯示質(zhì)量通過調(diào)整回射器的回射率是可控制的。
之后，將參照附圖來描述評(píng)價(jià)依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的回射器回射特性的方法。
評(píng)價(jià)回射特性的方法依照本發(fā)明，回射器的回射特性通過測(cè)量其回射率來評(píng)價(jià)。回射率可以用如圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)200來測(cè)量，其具有與入射顯微鏡基本相同的結(jié)構(gòu)。
評(píng)價(jià)系統(tǒng)200包括其上固定有樣品回射器20的臺(tái)19、物鏡21(例如具有7.5度的會(huì)聚角)、發(fā)射白光的光源24、半透射半反射鏡22和光電探測(cè)器23。物鏡21、半透射半反射鏡22和光電探測(cè)器23垂直于臺(tái)19排列。半透射半反射鏡22如此排列即，從光源24發(fā)射的光被半透射半反射鏡22反射，并垂直入射到固定在臺(tái)19上的樣品回射器20中。在物鏡21之上給光電探測(cè)器23提供光，以接收從樣品回射器20垂直反射、然后通過物鏡21傳播的光。
之后，將描述如何用該評(píng)價(jià)系統(tǒng)200測(cè)量回射率Rr。
首先，準(zhǔn)備好要評(píng)價(jià)的樣品回射器20。樣品回射器20具有二維排列有大量單位元件(如隅角棱鏡)的結(jié)構(gòu)。
接下來，該樣品回射器20固定在臺(tái)19上。隨后，從光源24發(fā)射的光從半透射半反射鏡22反射，然后通過具有7.5度會(huì)聚角的物鏡21垂直入射到樣品回射器20上。在該情形中，在樣品回射器20上由入射光形成了光點(diǎn)25(例如具有1mm的直徑D)。然后入射光被樣品回射器20反射。在該反射光中，基本垂直反射的部分通過物鏡21被光電探測(cè)器23接收。結(jié)果，測(cè)量了基本垂直反射的光的強(qiáng)度I1。
應(yīng)當(dāng)注意到，從樣品回射器20反射的光需要包括回射光。如本文所使用的，“回射光”指這樣的反射光即，其相對(duì)于入射光的矢量來說具有負(fù)矢量，并通過被組成樣品回射器20的單個(gè)單位元件的多個(gè)平面中的至少兩個(gè)平面反射獲得進(jìn)入樣品回射器20的光，而產(chǎn)生。
接著，準(zhǔn)備電介質(zhì)反射鏡(dielectric mirror)作為參考，并代替樣品回射器20放置在評(píng)價(jià)系統(tǒng)200的臺(tái)19上。隨后，如在樣品回射器20中一樣，從光源24發(fā)射的光從半透射半反射鏡22反射，然后通過物鏡21垂直入射到電介質(zhì)反射鏡上。被電介質(zhì)反射鏡基本垂直反射的光通過物鏡21被光電探測(cè)器23接收。結(jié)果，測(cè)量了基本垂直反射的光的強(qiáng)度Ir。
其后，計(jì)算I1/Ir比率，即由樣品回射器20反射的光強(qiáng)度I1與由電介質(zhì)反射鏡反射的光強(qiáng)度Ir之比。該I1/Ir比率(％)在本文稱作樣品回射器20的回射率Rr。
在該優(yōu)選實(shí)施方案的評(píng)價(jià)方法中，首先測(cè)量從樣品回射器20反射的光強(qiáng)度I1，然后測(cè)量從電介質(zhì)反射鏡反射的光強(qiáng)度Ir。或者是，可以首先測(cè)量強(qiáng)度Ir。
假定該評(píng)價(jià)方法用于評(píng)價(jià)在尤其個(gè)人使用的顯示面板中使用的回射器。這種回射器具有一排列間距，其例如大約等于或小于顯示面板的像素間距。因此，通過該評(píng)價(jià)方法被評(píng)價(jià)的樣品回射器20優(yōu)選具有至多250μm的排列間距，更優(yōu)選20μm或更小。
為了用該評(píng)價(jià)系統(tǒng)獲得更可靠的評(píng)價(jià)，由光源24的發(fā)射光線形成在樣品回射器20上的光點(diǎn)25的直徑D優(yōu)選如此控制即，該直徑至少等于樣品回射器20的單位元件的排列間距。這是因?yàn)槿绻恻c(diǎn)直徑D小于單位元件的排列間距，則測(cè)量的回射率Rr將根據(jù)樣品回射器20上的光點(diǎn)25的具體位置變化很大。例如，如果光點(diǎn)25形成在單位元件的中心，則測(cè)量的回射率Rr將會(huì)很高。另一方面，如果光點(diǎn)25圍繞單位元件的四周(即圍繞兩相鄰單位元件的接合部)形成，則回射光不可能進(jìn)入光電探測(cè)器23，測(cè)量的回射率Rr將會(huì)下降。在該情形中，將很難精確評(píng)價(jià)樣品回射器20的回射特性。更優(yōu)選地，光點(diǎn)25的直徑D至少是排列間距的三倍大。在該情形中，測(cè)量的回射率Rr將被光點(diǎn)25的具體位置或單位元件之間的回射特性變化影響，從而達(dá)到更小。因此，可以以更大的可靠性進(jìn)行所述評(píng)價(jià)。光點(diǎn)25的直徑D更優(yōu)選是排列間距的十倍大。
物鏡21的會(huì)聚角不必為7.5度，而是可以適當(dāng)控制，以形成上述優(yōu)選尺寸的光點(diǎn)25。然而，物鏡21的會(huì)聚角優(yōu)選不大于20度。這是因?yàn)槿绻麜?huì)聚角超過20度，則形成在樣品回射器20上的光點(diǎn)25將其尺寸減小得過大。在該情形中，測(cè)量的回射率Rr將根據(jù)光點(diǎn)25的具體位置顯著變化。另外，甚至非回射的返回光(如從組成一個(gè)方形隅角棱鏡的三個(gè)平面偏離的散射光)可能意外地被會(huì)聚。
該評(píng)價(jià)方法不能有效用于評(píng)價(jià)由大尺寸單位元件組成的回射器(例如，在交通標(biāo)志中使用的回射器)，因?yàn)樵谠撉樾沃?，很難形成上述適當(dāng)尺寸的光點(diǎn)25。然而，如果可利用特定大尺寸的物鏡21來應(yīng)付光點(diǎn)25的這樣大的直徑D，則該評(píng)價(jià)方法也是有效的。
評(píng)價(jià)顯示性能的方法之后，將描述評(píng)價(jià)包括本發(fā)明所采用的回射器的顯示器件的顯示性能的方法。
顯示性能用例如圖2所示的測(cè)量系統(tǒng)201來評(píng)價(jià)。如圖2所示，測(cè)量系統(tǒng)201包括測(cè)量臺(tái)34、光電探測(cè)器33和投射器36。臺(tái)34如此布置即其上表面(即測(cè)量平面)水平放置。投射器36產(chǎn)生半球狀的投射空間(例如具有8cm的半徑)，其相對(duì)于測(cè)量臺(tái)34上的測(cè)量平面的中心被確定。投射器36還具有光傳輸平面31(例如具有1cm的直徑)，其被定義在測(cè)量平面中心的正上方。光電探測(cè)器33設(shè)置在投射器36的光傳輸平面31之上。
接下來將要描述如何用該測(cè)量系統(tǒng)201評(píng)價(jià)顯示性能。
首先，準(zhǔn)備樣品器件30。樣品器件30可以是例如包括回射器和液晶層的顯示器件。液晶層可以由在散射態(tài)和光透射態(tài)之間轉(zhuǎn)換的液晶材料制成。將在以后描述樣品器件30的具體結(jié)構(gòu)和制造方法。
接著，測(cè)量樣品器件30在白色顯示模式中的亮度(或輝度)。將其液晶層轉(zhuǎn)為散射態(tài)，然后將樣品器件30放在測(cè)量臺(tái)34上。投射器36投射的光以除光傳輸平面31以外從半球的每個(gè)方向都具有相同亮度的方式到達(dá)半球的中心(即測(cè)量平面的中心)。在從樣品器件30反射的光線中，穿過光傳輸平面31的光線被放置在投射器36之上的光電探測(cè)器33接收。在該例子中，光電探測(cè)器33假定接收3度的光線。然而，光接收角度不必為3度。這樣可以測(cè)量由光電探測(cè)器33接收的光的強(qiáng)度Iw。
另外，全散射反射器作為參考代替樣品器件30被放在該測(cè)量系統(tǒng)201中，并測(cè)量從全散射反射器反射、然后在光電探測(cè)器33處被接收的光線的強(qiáng)度Ir2。
當(dāng)使用參考時(shí)，樣品顯示器件30在白色顯示模式中的亮度作為光強(qiáng)度Iw與光強(qiáng)度Ir2之比(Iw/Ir2)(％)獲得。
接下來，測(cè)量樣品顯示器件30在黑色顯示模式中的亮度。樣品器件30的液晶層轉(zhuǎn)為光透射態(tài)，然后光如上所述以各個(gè)方向從投射器36投向樣品顯示器件30。如果入射光全部被樣品器件30回射，則回射的光不會(huì)穿過光傳輸平面30。然而實(shí)際上，入射光的一部分不會(huì)被樣品器件30回射，而是向前反射，穿過光傳輸平面31，然后被光電探測(cè)器33接收。此時(shí)測(cè)量由光電探測(cè)器33接收的光的強(qiáng)度Ib。
當(dāng)使用參考時(shí)，樣品顯示器件30在黑色顯示模式中的亮度也作為光強(qiáng)度Ib與光強(qiáng)度Ir2之比(Ib/Ir2)(％)獲得。
基于以這種方式獲得的黑色和白色顯示模式的亮度，樣品顯示器件30的對(duì)比度作為白色顯示模式Iw的亮度與黑色顯示模式Ib的亮度之比(Iw/Ib)獲得。
顯示性能如何隨回射率Rr變化本發(fā)明人依照評(píng)價(jià)回射器回射特性的方法和評(píng)價(jià)顯示器件顯示性能的方法而進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，從而知道具有回射器的顯示器件的顯示性能如何隨回射器的回射率Rr變化。具體地說，以下列方式實(shí)施所述實(shí)驗(yàn)。
對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，使用許多具有不同形狀精度(shape precision)角的樣品回射器。首先，這些樣品回射器的回射率Rr用圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)200來測(cè)量。
接著，在每個(gè)樣品回射器的表面上配備透明層(即由日立化學(xué)株式會(huì)社制造的CR440)，最終組件用作樣品器件，其黑色顯示模式的亮度用圖2中所示的測(cè)量系統(tǒng)201測(cè)量?；蛘呤?，黑色顯示模式的亮度可以用透明基板(如放置在樣品反射器上的玻璃片或膜)來測(cè)量，或用樣品回射器與透明基板之間填充有樹脂的間隙來測(cè)量，所述樹脂的折射率大約等于透明基板的折射率。任選地，為了方便起見，該亮度也可以用樣品回射器自身來測(cè)量。
隨后，在樣品回射器上配備各種類型的散射層，由此獲得許多樣品器件。每個(gè)這些樣品器件在其白色顯示模式中的亮度用圖2所示的測(cè)量系統(tǒng)來測(cè)量。各種類型的散射膜或散射液晶單元可以用作散射層。此外，對(duì)比度是作為白色顯示模式中的亮度與黑色顯示模式中的亮度之比來計(jì)算的。
結(jié)果獲得了如圖3所示的回射率Rr和顯示性能之間的關(guān)系。從圖3所示的結(jié)果可以看出，回射率Rr越高，黑色顯示模式的亮度就越低(即黑色顯示模式的質(zhì)量越高)。此外，盡管根據(jù)散射層的類型而有一些變化，但回射率Rr越高，白色顯示模式的亮度就越高(即白色顯示模式的質(zhì)量越高)。因此，對(duì)比度隨著回射率Rr增大而陡峭增大。
更具體地說，如果回射率Rr為20％或更低，則黑色顯示模式比白色顯示模式亮，且對(duì)比度小于1。因此顯示操作不會(huì)正常進(jìn)行。然而，如果回射率Rr為45％或更大，則對(duì)比度為3或更大。因而，根據(jù)預(yù)期的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)任何實(shí)用的顯示器件。例如，如果回射率Rr為55％或更大，則對(duì)比度不小于5。5或更大的對(duì)比度對(duì)于在信息顯示終端主要顯現(xiàn)圖表、制表等是很足夠的。實(shí)際上，實(shí)際報(bào)紙的對(duì)比度大約為5。然而，為了顯現(xiàn)生動(dòng)圖畫質(zhì)量的視頻，對(duì)比度優(yōu)選最少約為10。為了獲得10或更大的對(duì)比度，回射率Rr需要至少為65％。如果回射率Rr超過70％，則對(duì)比度為20或更大，因而實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量顯示，其使正常的TV圖畫非常舒適。應(yīng)當(dāng)注意到，回射率Rr和對(duì)比度的這些值只是例子，其可以在現(xiàn)實(shí)的較寬范圍內(nèi)。
這樣，本發(fā)明人成功地了解到回射率Rr和顯示性能之間在數(shù)量上的關(guān)系。
不過，還應(yīng)當(dāng)注意到，實(shí)際上真實(shí)的顯示器件具有比用于測(cè)量的樣品器件更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。具體地說，實(shí)際的顯示器件不僅包括能從光透射態(tài)轉(zhuǎn)換到散射態(tài)或反之亦然的層，而且還包括彩色濾色器、透明電極、TFT等等。因而，真實(shí)顯示器件的顯示性能與圖3所示的不一樣。
之后，將描述依照本發(fā)明各種優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明人還評(píng)價(jià)了每個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件的回射特性，并評(píng)價(jià)了其顯示性能，也將描述該評(píng)價(jià)的結(jié)果。
實(shí)施方案1之后，將描述依照本發(fā)明第一個(gè)具體優(yōu)選實(shí)施方案的反射型顯示器件。
首先，將參照?qǐng)D4描述依照本發(fā)明該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件103的結(jié)構(gòu)。顯示器件103包括回射器48和液晶單元40，其中所述液晶單元設(shè)置得比回射器48更接近觀察者。
液晶單元40包括彼此面對(duì)的一對(duì)透明基板41和42及插入基板41和42之間的液晶層47。透明基板41和42由透明材料例如玻璃或聚合體膜制成。在靠近觀察者設(shè)置的透明基板41的表面上，按該順序?qū)盈B有透明電極43和取向膜45，以使其面對(duì)液晶層47。在另一個(gè)透明基板42的表面上，按該順序?qū)盈B有透明電極44和取向膜46，以使其也面對(duì)液晶層47。液晶層47由任何液晶材料構(gòu)成，只要層47能夠在具有相互不同光學(xué)特性的兩個(gè)態(tài)(即，散射態(tài)和透射態(tài))之間轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)態(tài)由外部刺激例如外加電壓轉(zhuǎn)換。液晶層47的材料可以是高分子量或低分子量散射液晶材料。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，液晶層47由反相型散射液晶材料(即沒有電壓施加時(shí)為透明的，而施加電壓時(shí)為散射的)構(gòu)成，在其聚合體結(jié)構(gòu)中具有液晶骨架(即內(nèi)消旋配合基)。應(yīng)當(dāng)注意到，液晶單元40可以用包含調(diào)制層(其不必是液晶層)的調(diào)節(jié)器代替，所述調(diào)制層能在不同光學(xué)特性的兩態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
回射器48包括方形隅角棱鏡陣列49和沉積在隅角棱鏡陣列49表面上的金屬層50。金屬層50由具有高反射率的金屬制成。金屬層50的金屬反射率越高，則回射器的回射率Rr就越高。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，考慮到其實(shí)際結(jié)構(gòu)，金屬層50優(yōu)選由銀制成，因?yàn)樵诟鞣N容易得到的金屬中，銀具有相對(duì)高的金屬反射率。
將參照?qǐng)D7A和7B描述方形隅角棱鏡陣列49的理想形狀。方形隅角棱鏡陣列49具有下述結(jié)構(gòu)其中多個(gè)方形隅角棱鏡單位元件49U排列為陣列，每個(gè)方形隅角棱鏡單位元件都由三個(gè)平面S1、S2和S3構(gòu)成，這些平面由生長(zhǎng)晶體平面的{100}族定義而成。所述組成一個(gè)單位元件49U的三個(gè)平面S1、S2和S3是彼此垂直相對(duì)的三個(gè)基本上為方形的平面。另外，以這種方式獲得的方形隅角棱鏡陣列49具有由凸起部49a(每個(gè)凸起部都包括頂點(diǎn)97)和凹陷部49b(每個(gè)凹陷部都包括底點(diǎn)98)組合而成的立體形狀(solid shape)。當(dāng)從方形隅角棱鏡陣列49之上觀察時(shí)，每個(gè)方形隅角棱鏡單位元件49U具有由頂點(diǎn)97和鞍點(diǎn)99或底點(diǎn)98和鞍點(diǎn)99構(gòu)成的直角六邊形的形狀。方形隅角棱鏡單位元件49U的排列間距優(yōu)選比顯示器件的像素間距小的多，并且在該優(yōu)選實(shí)施方案中為10μm。
顯示器件103例如通過下列方法制作。
首先，將描述制作液晶單元40的方法。通過公知的技術(shù)將透明電極43，44(例如由ITO制成)和取向膜45，46按該順序?qū)盈B在每個(gè)透明基板41和42上。然后，透明基板41和42彼此相對(duì)，以使取向膜45和46在內(nèi)部彼此面對(duì)，將液晶材料注入到基板41和42之間的間隙中，由此形成具有例如10μm厚度的液晶層47。液晶材料可以是上面提到的反相散射型液晶材料，其通過例如將低分子量液晶材料、4％的具有內(nèi)消旋配合基的單丙烯酸酯、2％的具有內(nèi)消旋配合基的二丙烯酸酯和1％的反應(yīng)引發(fā)劑的混合物暴露到紫外線(具有1mW/cm2的強(qiáng)度)中20分鐘，而獲得。液晶材料的組分和固化條件并不限于這些組分和條件。液晶材料也不必為反相型，還可以是在其聚合體結(jié)構(gòu)中不包括液晶骨架的常規(guī)散射型液晶材料(在沒有電壓施加時(shí)為散射的，在施加電壓時(shí)為透明的)。
之后，將參照?qǐng)D5A到5I和6A到6I來描述制造回射器48的方形隅角棱鏡陣列49的方法。圖5A到5I是各個(gè)過程步驟中基板的平面圖。圖6A到6I是當(dāng)在圖5I中所示的平面VI-VI上觀察時(shí)，示意性地顯示各個(gè)過程步驟中的基板表面部分的橫截面圖。
在該優(yōu)選實(shí)施方案中，使用立方體的單晶基板(即由具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的GaAs晶體構(gòu)成的結(jié)構(gòu))，通過濕蝕刻過程將具有預(yù)定圖案的立體形狀元件定義在基板上，然后晶體在基板上各項(xiàng)異性地生長(zhǎng)，由此制成圖7A和7B中所示的方形隅角棱鏡陣列49。
首先，如圖5A所示來準(zhǔn)備由具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的GaAs晶體構(gòu)成的基板61?；?1的表面大致平行于{111}B平面，且優(yōu)選如圖6A所示是鏡面拋光的。
接著，如圖5B和6B所示，基板61的表面用具有大約1μm厚的正光致抗蝕劑層旋涂。光致抗蝕劑層可以例如由OFPR-800(由Tokyo Ohka Kogyo Co.，Ltd.制造)制成。隨后，在光致抗蝕劑層在大約100℃預(yù)烘焙30分鐘后，在光致抗蝕劑層上布置照相掩模，以通過掩模將光致抗蝕劑層暴露到輻射中。
在該優(yōu)選實(shí)施方案中，可以使用例如圖8中所示的照相掩模65。如圖8所示，在該照相掩模65中，等邊三角形不透明區(qū)域65a和反相的等邊三角形透射區(qū)域65b在由三角形的三個(gè)側(cè)邊定義的三個(gè)方向的每一個(gè)上都交替排列。照相掩模65如此布置在基板61上即表示不透明區(qū)域65a的每個(gè)等邊三角形圖案元件的三個(gè)側(cè)邊之一平行于GaAs晶體的<01-1>方向。應(yīng)當(dāng)注意到，方向指數(shù)之前的負(fù)號(hào)在這里指方向指數(shù)為負(fù)的。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，表示不透明區(qū)域65a的每個(gè)等邊三角形圖案元件的每個(gè)側(cè)邊都具有大約10μm的長(zhǎng)度。
此后，曝光的光致抗蝕劑層用例如顯影劑NMD-32.38％(由Tokyo OhkaKogyo Co.，Ltd.制造)顯影，由此形成了如圖5B和6B所示的基板61上的光致抗蝕劑圖案62。通過使用如圖8所示的照相掩模65所定義的光致抗蝕劑圖案62如此排列在基板61上即每個(gè)等邊三角形圖案元件(即不透明區(qū)域65a)的一個(gè)側(cè)邊都平行于GaAs晶體的<01-1>方向。換句話說，光致抗蝕劑圖案62如此排列即其每個(gè)等邊三角形圖案元件的三個(gè)側(cè)邊平行于GaAa晶體的{100}平面。
在該優(yōu)選實(shí)施方案中，可以根據(jù)光致抗蝕劑圖案62的排列間距來控制將要形成的隅角棱鏡的尺寸。更具體地說，隅角棱鏡的排列間距大約等于光致抗蝕劑圖案62的掩模元件的間距P0。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，間距P0優(yōu)選大約為10μm。
應(yīng)當(dāng)注意到，蝕刻掩模層的圖案不限于圖5B所示的，而可以是任何各種其它圖案。然而，為了以預(yù)期的形狀形成隅角棱鏡，在蝕刻掩模層中的光致抗蝕劑圖案62的每個(gè)掩模元件的預(yù)定點(diǎn)(例如中點(diǎn))優(yōu)選位于蜂巢格子點(diǎn)處。如本文所使用的，當(dāng)預(yù)定的平面與完全相同形狀的六邊形以其間沒有剩余間隙的方式緊密捆扎在一起時(shí)，“蜂巢格子點(diǎn)”是指各個(gè)直角六邊形的至高點(diǎn)和中部的點(diǎn)?！胺涑哺褡狱c(diǎn)”還對(duì)應(yīng)于在預(yù)定平面中定義的第一和第二組平行線的交叉點(diǎn)。在該情形中，當(dāng)?shù)谝唤M平行線在第一方向上延伸并以規(guī)則的間隔彼此隔開時(shí)，第二組平行線就在相對(duì)于第一組平行線定義有60度角的第二方向上延伸，并以與第一組平行線相同的規(guī)則間隔彼此隔開。另外，蝕刻掩模層的每個(gè)蝕刻元件優(yōu)選具有平面形狀，該平面形狀圍繞三個(gè)折疊旋轉(zhuǎn)軸(three-fold rotationaxis)對(duì)稱(例如三角形或六邊形)。
接著，如圖5C和6C所示，在用磁性攪拌器攪拌蝕刻劑的同時(shí)濕蝕刻基板61。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，濕蝕刻過程可以利用NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7的混合物作為蝕刻劑在大約20℃的溫度時(shí)執(zhí)行60秒在該蝕刻過程中，包括(100)、(010)和(001)平面的GaAs晶體的{100}平面比其它結(jié)晶學(xué)平面不容易蝕刻。因而，蝕刻過程各項(xiàng)異性地進(jìn)行，以暴露{100}平面。然而，在該蝕刻過程中，由一個(gè){111}B平面定義的開口的蝕刻深度d1和由一個(gè){100}平面定義的相同開口的蝕刻深度d2滿足圖9中所示的關(guān)系。
結(jié)果，當(dāng)形成頂點(diǎn)63a時(shí)，就完成了包含底部(即平坦部)63b的立體形狀元件63。這樣，在該優(yōu)選實(shí)施方案中，形成了作為如圖5C和6C中所示的基板61的表面上的立體形狀元件的多個(gè)凸起部63，每個(gè)凸起部在其相關(guān)的掩模元件62的下面都具有頂點(diǎn)。
每個(gè)凸起部63優(yōu)選都具有三角錐的形狀，其由三個(gè)直角等邊三角形平面構(gòu)成，所述三個(gè)直角等邊三角形由彼此垂直相對(duì)的三個(gè){100}平面確定。也就是說，每個(gè)凸起部63都具有對(duì)應(yīng)于一個(gè)立方角的三角錐形狀。另外，這些凸起部63如此排列，即它們的頂點(diǎn)位于蜂巢格子點(diǎn)上，以致它們具有與抗蝕劑圖案62的掩模元件的間距P0(例如在該優(yōu)選實(shí)施方案中為10μm)大致相等的排列間距。
應(yīng)當(dāng)注意到，由濕蝕刻過程產(chǎn)生的不均勻度隨著蝕刻條件例如采用的蝕刻劑的類型或蝕刻時(shí)間而改變。例如，如果蝕刻速率比率R{111}B/R{100}相對(duì)較高(例如大約為1.8或更大)，則與圖4中所示的優(yōu)選實(shí)施方案相比，最終的平坦部63b具有一個(gè)減小的面積。另外，排列的立體形狀元件不必是如上所述的多個(gè)凸起部，還可以是多個(gè)凹陷部或凹陷部與凸起部的組合。因而，在本發(fā)明各種優(yōu)選實(shí)施方案中，排列在基板上的立體形狀元件不一定是這種三角錐凸起部，而是可以具有任何其它的立體形狀。然而，無(wú)論如何，這些立體形狀元件優(yōu)選如此排列，即它們的頂點(diǎn)位于蜂巢格子點(diǎn)上。
隨后，用有機(jī)溶劑諸如丙酮超聲波清洗基板61，其中由于上述各項(xiàng)異性蝕刻過程的結(jié)果，三角錐凸起部63在基板61上定義了預(yù)定圖案，從而從基板61上去除殘留的不必要的抗蝕劑圖案62，如圖5D和6D所示。
之后，通過使用氣相沉積系統(tǒng)在基板上的立體形狀元件上完成各項(xiàng)異性晶體生長(zhǎng)過程。該氣相沉積系統(tǒng)可以是任何通過外延生長(zhǎng)過程例如氣相外延(VPE)過程、分子束外延(MBE)過程或金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)過程而用于沉積薄膜的各種公知系統(tǒng)。將三甲基鎵(Ga(CH3)3)和砷化三氫(AsH3)氣體引入該氣相沉積系統(tǒng)。就像預(yù)期的一樣，在將基板加熱到630℃的同時(shí)通過將這些氣體以10Torr的減小壓力供應(yīng)到大氣中100分鐘而完成晶體生長(zhǎng)過程。
應(yīng)當(dāng)注意到，用于引發(fā)晶體生長(zhǎng)的活性種類一般作為氣體供應(yīng)，所述氣體包括在基板結(jié)晶材料中含有的元素(例如該優(yōu)選實(shí)施方案中的鎵或砷)。這樣，在如上所述的三甲基鎵和砷化三氫氣體中，包括活性種類的氣體一般為包括在基板結(jié)晶材料中含有的元素的分子氣體(即，在該優(yōu)選實(shí)施方案中為鎵、鎵化合物、砷和砷化合物中的至少一種)。這是因?yàn)樵谀欠N情形中，晶體能適當(dāng)生長(zhǎng)，以獲得與基板表面部分的結(jié)晶材料相匹配的格子。
在該晶體生長(zhǎng)過程中，基板的表面暴露于包括基板的結(jié)晶材料(即GaAs)中含有的元素(即鎵和砷)的氣體。就是說，活性種類被供應(yīng)到基板上。然而，由于在基板的表面上已經(jīng)形成了立體形狀元件(即在該優(yōu)選實(shí)施方案中為凸起部63)，所以GaAs晶體很難垂直于其{111}B平面生長(zhǎng)，而是選擇性地垂直于其{100}平面生長(zhǎng)。換句話說，在三甲基鎵和砷化三氫氣體中包含的活性種類在底部(即{111}B平面)不會(huì)產(chǎn)生任何結(jié)果，而是優(yōu)選在側(cè)壁(即{100}平面)上加速晶體生長(zhǎng)。這樣，晶體生長(zhǎng)各項(xiàng)異性地進(jìn)行，從而其生長(zhǎng)速率隨具體的結(jié)晶學(xué)表面方向而變化。
在這種晶體生長(zhǎng)過程中，晶體選擇性地在晶體表面的預(yù)定族上生長(zhǎng)(即在該優(yōu)選實(shí)施方案中為{100}平面)。在該情形中，晶體生長(zhǎng)區(qū)由在基板表面上定義的立體形狀元件的具體圖案來決定。因而，如圖5E所示，主要由晶體表面的{100}族構(gòu)成的單位元件陣列(這里有時(shí)稱作“最初單位元件陣列)被定義在基板的表面上。在該最初單位元件陣列中，沿各個(gè)凸起部的邊線71暴露有晶體表面的非{100}族。
圖6E是圖解包含邊線71的一部分基板的橫截面圖。如圖6E所示，在通過蝕刻過程而定義的凸起部63上形成有晶體層64，邊線71由晶體層64的表面部分確定。每個(gè)邊線71一般都包括產(chǎn)生在相關(guān)凸起部的頂點(diǎn)周圍的三角形{111}B平面和從該頂點(diǎn)沿邊線延伸的{110}平面。產(chǎn)生這些邊線71是因?yàn)樵谛纬删w層64時(shí)，晶體在<110>方向上生長(zhǎng)相對(duì)較慢。另外，如果在相同的條件下繼續(xù)晶體生長(zhǎng)過程，則邊線71將要擴(kuò)大。
為了去除這些邊線71，如圖5B中一樣定義有抗蝕劑圖案72，以覆蓋晶體層64的各個(gè)凸起部的頂點(diǎn)，如圖5F和6F中所示。在該過程步驟中，每個(gè)抗蝕劑圖案72的掩模元件的面積優(yōu)選小于與其相關(guān)的圖5C中所示的抗蝕劑圖案62的掩模元件面積。
接下來，如圖5G和6G所示，完成各項(xiàng)異性濕蝕刻過程。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，利用與圖5C中所示過程步驟中相同的蝕刻劑(即NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶7)在大約20℃時(shí)執(zhí)行濕蝕刻過程約20秒。也就是說，圖5G中所示的濕蝕刻過程優(yōu)選執(zhí)行得比圖5C中所示的蝕刻過程時(shí)間短。作為該濕蝕刻過程的結(jié)果，基板的暴露表面具有如圖6G中所示的橫截面形狀。如圖6G所示，邊線71現(xiàn)在具有一減小的面積，但三角形非{100}晶體平面(其在這里稱作“三角形區(qū)域73”)暴露在基板的凹陷部上，因?yàn)槲g刻劑也獲得了大約1.7的蝕刻速率比率R{111}B/R{100}。然而，這些三角形區(qū)域73的全面積一般小于存在于圖5C中所示的凹陷部中的相對(duì)物(counterparts)面積。其后，執(zhí)行與圖5D中所示類似的過程步驟，由此從基板61上去除了殘留的不必要的抗蝕劑圖案72，如圖5H和6H所示。
之后，如圖5I和6I所示，基板61再次經(jīng)過與圖5E中所示相同的晶體生長(zhǎng)過程。就像預(yù)期的一樣，在將基板加熱到630℃的同時(shí)通過將三甲基鎵(Ga(CH3)3)氣體和砷化三氫(ASH3)氣體以10Torr的減小壓力供應(yīng)到大氣中20分鐘而執(zhí)行晶體生長(zhǎng)過程。也就是說，圖5I中所示的晶體生長(zhǎng)過程優(yōu)選執(zhí)行得比圖5E中所示的晶體生長(zhǎng)過程時(shí)間短(即在該情形中為20分鐘)。作為該晶體生長(zhǎng)過程的結(jié)果，不想要的晶體表面(即三角形區(qū)域73)可以從如圖6I中所示的凹陷部中消除，具有比圖5E中所示的邊線面積小的附加邊線(沒有示出)重新形成在凹陷部上。如果這些附加邊線71的總面積等于或小于預(yù)定的百分比，則就完成了良好形狀的方形隅角棱鏡陣列49。另一方面，如果附加邊線的總面積仍然大于預(yù)定的百分比，則重復(fù)執(zhí)行多次圖5F，5G和5H中所示的蝕刻過程步驟及圖6I中所示的晶體生長(zhǎng)過程步驟。
如上所述，不想要的晶體平面的非{100}族殘留在通過圖5E中所示的第一次晶體生長(zhǎng)過程而形成的最初單位元件陣列上。因而，具有最初單位元件陣列的基板表面經(jīng)過至少兩次不同類型的構(gòu)圖過程，以將這些不想要的晶體平面的非{100}族的百分比減小到可允許的范圍內(nèi)。具體地說，重復(fù)交替執(zhí)行一種類型的構(gòu)圖過程和另一種類型的構(gòu)圖過程，其中所述一種類型的構(gòu)圖過程可以減小基板的表面部A中的不想要的平面，但在基板的另一個(gè)表面部B中產(chǎn)生了其它不想要的平面，所述另一種類型的構(gòu)圖過程可以減小表面部B中的不想要的平面，但在表面部A中產(chǎn)生了其它不想要的平面，由此逐漸減小基板上那些不想要的晶體平面的族的總百分比。
因而，如果這兩種不同類型的構(gòu)圖過程(例如蝕刻和晶體生長(zhǎng)過程)重復(fù)很多次，則可以獲得具有足夠高的形狀精度的方形隅角棱鏡陣列49。
在以這種方式形成在GaAs基板上的方形隅角棱鏡陣列49上，可以通過例如蒸鍍過程沉積銀或任何其它合適材料的金屬層50，以在GaAs基板的粗糙表面上獲得大致均勻的厚度(例如200nm)。這樣，可以獲得包含三個(gè)彼此大致垂直相對(duì)的大致方形的反射平面的回射器48。
例如可以通過電鑄技術(shù)獲得以這種方式形成在GaAs基板上的方形隅角棱鏡陣列49的模具。如果諸如使用輥?zhàn)佣鴮⒒?1的表面形狀通過這種模轉(zhuǎn)印到樹脂材料上，則可以獲得由樹脂材料制成的方形隅角棱鏡陣列49。另外，如果在方形隅角棱鏡陣列49的表面上沉積金屬層50，則可以獲得回射器48。
在上述優(yōu)選實(shí)施方案中，基板61由GaAs單晶制成?；蛘呤牵?1還可以由具有閃鋅礦結(jié)構(gòu)的任何其它化合物的單晶制成，例如InP、InAs、ZnS或GaP。在另一替換型方案中，還可以使用由具有金剛石結(jié)構(gòu)的單晶(例如鍺晶體)制成的基板。
之后，通過將液晶單元40以下述方式提供在獲得的回射器48上，來完成顯示器件103即液晶單元40比回射器48更靠近觀察者。
制造回射器48的方法也不限于上面的方法。例如，照相掩模65還可以如此排列在基板上即等邊三角形不透明區(qū)域5a的三個(gè)邊中的一個(gè)平行于GaAs晶體的<011>方向?；蛘呤?，也可以使用具有與照相掩模65不同形狀的照相掩模。此外，如在應(yīng)用光學(xué)卷35，號(hào)19，頁(yè)數(shù)3466-3470中所披露的，最初單位元件陣列也可以通過使用SiO2墊在基板上形成立體形狀元件、然后在其上執(zhí)行晶體生長(zhǎng)過程來定義。為了減小除晶體平面的{100}族以外其它不想要的晶體平面所執(zhí)行的兩種不同類型的構(gòu)圖過程可以是，滿足互補(bǔ)關(guān)系的構(gòu)圖過程的任意組合，而并不限于上述例子。因而，兩個(gè)構(gòu)圖過程之后產(chǎn)生的這些不想要的晶體平面的位置也不限于上述位置。
回射器48不必具有上述的結(jié)構(gòu)。例如，隅角棱鏡陣列49可以由透射可見光線的透明材料制成。在該情形中，由于通過利用透明材料與空氣之間的折射率之差而實(shí)現(xiàn)了回射(或全反射)，所以不必在表面上提供任何金屬層50。
回射器48中單位元件的排列間距也不限于上述值，而可以任意確定，只要小于顯示器件的像素間距即可。更具體地說，排列間距優(yōu)選至多為250μm，更優(yōu)選為200μm或更小，但必須至少等于100nm。這是因?yàn)槿绻帕虚g距小于100nm，則很難足夠精確地制造回射器。更優(yōu)選地，排列間距應(yīng)至少等于500nm。
上述優(yōu)選實(shí)施方案的回射器48作為方形隅角棱鏡反射器來實(shí)施。然而，本發(fā)明決不限于該具體優(yōu)選的實(shí)施方案。回射器48只需要是這樣一種反射器即可在該反射器中，以250μm或更小的排列間距規(guī)則排列有多個(gè)單位元件，從而顯示出期望的回射特性(例如45％或更大的回射率Rr)。因而，回射器48可以作為其中規(guī)則排列有許多三角錐隅角棱鏡的隅角棱鏡反射器來實(shí)現(xiàn)。
在圖4中所示的顯示器件103中，回射器48設(shè)置在液晶單元40的外部，其間具有一間隙。任選地，具有與透明基板42大致相同折射率的透明層可以設(shè)置在該間隙中?；蛘呤牵缃抢忡R陣列49可以由透明材料制成，回射器48可以如此排列即隅角棱鏡陣列49與液晶單元40的透明基板42相接觸。在該情形中，方形隅角棱鏡陣列49還可以用作透明基板42。
液晶層的材料并不特別限制。然而，認(rèn)為，白色顯示模式的亮度變化度根據(jù)液晶層的材料隨回射率Rr改變到某一程度。在上述優(yōu)選實(shí)施方案中，液晶層的材料優(yōu)選為這樣一種液晶材料即，隨回射器的回射率Rr變化的、用圖2中所示測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的其白色顯示模式的亮度，隨著回射器的回射率Rr的增大而增大。
本發(fā)明人做了四個(gè)樣品顯示器件A1到A4，并評(píng)價(jià)了它們的回射特性和它們的顯示性能。具體地說，以下列方式制造這些顯示器件。
第一，利用使最初單位元件經(jīng)過相互不同次數(shù)的兩種不同類型的構(gòu)圖過程(即蝕刻過程和晶體生長(zhǎng)過程)，來制造方形隅角棱鏡陣列49的上述方法，形成四種不同類型的方形隅角棱鏡陣列49A到49D(具有10μm的相同排列間距)。在該例子中，方形隅角棱鏡陣列49A到49D分別經(jīng)過一次、兩次、三次和四次兩種不同類型的過程。
制造方形隅角棱鏡陣列49A、49B、49C或49D的該過程以兩種不同類型構(gòu)圖過程的蝕刻過程結(jié)束。因而，在最終的樣品中，一些不想要的平面(包括邊線和各種其它不想要的平面)留在單位元件的凹陷部中，但幾乎沒有不想要的平面留在頂點(diǎn)周圍的凸起部上。通過將該樣品用作小片(die)(或樣品基板)，其表面形狀被轉(zhuǎn)印到諸如涂敷在玻璃基板上的樹脂材料上。作為該轉(zhuǎn)印過程的結(jié)果，獲得了方形隅角棱鏡陣列49A、49B、49C或49D。因而，以這種方式獲得的方形隅角棱鏡陣列49A、49B、49C或49D中，一些不想要的平面留在單位元件的凸起部上，但幾乎沒有不想要的平面留在凹陷部中。
接下來，在這些隅角棱鏡陣列49A到49D的表面上沉積例如銀之類的金屬層50，由此制造回射器48A到48D。
然后，用圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)200來評(píng)價(jià)回射器48A到48D的回射率Rr。結(jié)果顯示在下列表1中。
之后，通過上述方法構(gòu)造的液晶單元40如此布置在每個(gè)回射器48A到48D上即液晶單元比回射器48A、48B、48C或48D更靠近觀察者，由此獲得了樣品顯示器件A1到A4。這些樣品顯示器件A1到A4的顯示性能用圖2中所示的測(cè)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)。結(jié)果也顯示在下列表1中表1
從表1的結(jié)果可以看出，利用上述方法可以形成具有非常小排列間距并顯示有預(yù)期回射特性的回射器48。另外，由于通過反復(fù)多次執(zhí)行兩種不同類型的構(gòu)圖過程可以獲得具有較高形狀精度的方形隅角棱鏡陣列49，所以回射器48的回射特性可以進(jìn)一步提高。這是因?yàn)橥ㄟ^反復(fù)交替地使最初單位元件陣列經(jīng)過兩種或更多種不同類型的構(gòu)圖過程，可以減小在最初單位元件陣列中除平面的{100}族以外其它不想要的晶體平面的百分比，并獲得了具有較高形狀精度的隅角棱鏡陣列。當(dāng)形狀精度提高時(shí)，回射面積與隅角棱鏡陣列49的全部反射面積的總比率提高了，因此回射率Rr提高了。
從表1的結(jié)果也可以看出，當(dāng)回射率Rr升高時(shí)，白色和黑色顯示模式的質(zhì)量提高了且對(duì)比度也提高了，因而實(shí)現(xiàn)了所期望的顯示性能。更具體地說，當(dāng)反復(fù)執(zhí)行諸如兩次或更多次兩種不同類型的構(gòu)圖過程(即蝕刻和晶體生長(zhǎng)過程)時(shí)，可以獲得具有大約56％回射率Rr的回射器48。通過使用這種回射器48，可以形成具有5或更大對(duì)比度的實(shí)用顯示器件。另外，如果兩種類型的構(gòu)圖過程重復(fù)次數(shù)增加，則回射率Rr進(jìn)一步提高，可以產(chǎn)生較高質(zhì)量的顯示操作。
實(shí)施方案2之后，將描述依照本發(fā)明第二個(gè)具體優(yōu)選實(shí)施方案的反射型顯示器件。
首先，將參照?qǐng)D10描述依照該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件104的結(jié)構(gòu)。該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件104優(yōu)選為彩色顯示器件。
顯示器件104具有與如上所述的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件103相同的結(jié)構(gòu)，除了顯示器件104在靠近觀察者的透明基板41與透明電極43之間進(jìn)一步包括彩色濾色器層51之外。更具體地說，彩色濾色器層51優(yōu)選包括紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)濾色器，其以規(guī)則圖案排列，并且在相鄰的彩色濾色器之間提供有不透明層(或黑色矩陣(BM))。每個(gè)彩色濾色器都具有例如50μm×50μm的尺度。應(yīng)當(dāng)注意到，彩色濾色器的尺度隨顯示器件的像素間距改變，并且不限于這些值。彩色濾色器層51中的每個(gè)彩色濾色器優(yōu)選具有比正常透射型顯示器件中使用的彩色濾色器稍微高的透射率。因而，彩色濾色器層51中的每個(gè)彩色濾色器的顏色接近于反射型顯示器件中與其相關(guān)的彩色濾色器顏色。
顯示器件104可以由與如上所述的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件103相同的材料制成，并利用與如上所述的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件103相同的方法構(gòu)造?？梢酝ㄟ^實(shí)施使用散布顏料型丙烯酸酯的光刻過程，來形成彩色濾色器層51。
在該優(yōu)選實(shí)施方案中，也制造類似的樣品顯示器件B1到B4。在這些樣品顯示器件B1到B4中，樣品顯示器件B1使用如上所述的第一個(gè)實(shí)施方案的回射器48A。同樣，其它樣品顯示器件B2、B3和B4分別使用回射器48B、48C和48D。用圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)和圖2中所示的測(cè)量系統(tǒng)來評(píng)價(jià)這些樣品顯示器件B1到B4的回射率Rr和顯示性能。結(jié)果顯示在下列表2中表2
從表2的結(jié)果可以看出，盡管黑色和白色顯示模式的亮度降低到一定度，但即使提供了彩色濾色器層51，每個(gè)顯示器件的顯示性能在黑色和白色顯示模式以及對(duì)比度方面也隨著回射器48的回射率Rr的升高而提高。具有彩色濾色器層51的每個(gè)樣品顯示器件B1、B2、B3或B4的對(duì)比度約等于或高于依照上述第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的不具有彩色濾色器層51的相關(guān)樣品顯示器件A1、A2、A3或A4的對(duì)比度。
實(shí)施方案3之后，將描述依照本發(fā)明第三個(gè)具體優(yōu)選實(shí)施方案的反射型顯示器件。
首先，將參照?qǐng)D11和12描述依照該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件105的結(jié)構(gòu)。該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件105是有源矩陣尋址顯示器件。
如圖12所示，顯示器件105優(yōu)選包括顯示部分91和用于驅(qū)動(dòng)顯示部分91的驅(qū)動(dòng)器電路。
圖11表示出顯示部分91的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖11所示，顯示部分91包括液晶層73和回射器48，它們配置在彼此相對(duì)的一對(duì)基板71和72之間。基板71是在其上包括多個(gè)薄膜晶體管76的有源矩陣基板?；厣淦?8包括配置在基板71上的方形隅角棱鏡陣列74和沉積在方形隅角棱鏡陣列74上的金屬層75。金屬層75由多個(gè)島狀部分構(gòu)成，其以對(duì)應(yīng)于像素間距(在那里每個(gè)像素都具有例如50μm×50μm的尺度)的像素電極間距排列，并也用作電極。在回射器48之上，液晶層73配有像素電極174，并在這二者之間加入取向膜82。液晶層73可以具有通過間隔器83和84保持的預(yù)定值的厚度。為了穩(wěn)定液晶層73的特性，扁平層176優(yōu)選地填充回射器48與取向膜82之間的間隙。每個(gè)像素電極174都優(yōu)選與其相關(guān)薄膜晶體管76的漏電極78電連接，并通過接觸部77與反射層75電連接。每個(gè)接觸部77都穿過回射器48和扁平層176。另一方面，在靠近觀察者設(shè)置的基板72的表面內(nèi)側(cè)上，帶有黑色矩陣(BM)的紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)濾色器79，公共透明電極175和取向膜81按該順序?qū)盈B，以便面對(duì)液晶層73。取向膜81與液晶層73相接觸。液晶層73優(yōu)選由實(shí)現(xiàn)散射型液晶顯示模式(例如，在其它情況中為向前散射型顯示模式)的液晶材料構(gòu)成。另外，液晶層73優(yōu)選為，能根據(jù)例如電壓的施加而在透射態(tài)和散射態(tài)之間轉(zhuǎn)換的調(diào)制層。
在該顯示器件105中，像素電極174和公共透明電極175能給液晶層73的選擇部分施加預(yù)期電壓。因而，液晶層73的狀態(tài)(即光透射態(tài)或散射態(tài))可以根據(jù)像素挨像素(pixel-by-pixel)得到控制。
同時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)顯示部分91的驅(qū)動(dòng)器電路優(yōu)選地包括用于選擇性驅(qū)動(dòng)顯示部分91中的薄膜晶體管76的柵極驅(qū)動(dòng)器電路92、用于給顯示部分91的每個(gè)像素電極174供應(yīng)信號(hào)的源極驅(qū)動(dòng)器電路93、柵極驅(qū)動(dòng)器94和源極驅(qū)動(dòng)器95。顯示部分91的每個(gè)像素電極174通過薄膜晶體管76、源極線80和源極驅(qū)動(dòng)器95與源極驅(qū)動(dòng)器電路93電連接。薄膜晶體管76的開關(guān)操作通過配置在基板71上的柵極線(沒有示出)來控制。這些柵極線通過柵極驅(qū)動(dòng)器94與柵極驅(qū)動(dòng)器電路92電連接。由薄膜晶體管76切換的電信號(hào)通過接觸部77從漏電極78輸出到與其相關(guān)的像素電極174。
本發(fā)明人做了三個(gè)樣品顯示器件C1，C2和C3，以發(fā)現(xiàn)它們的顯示性能如何隨回射率Rr變化。具體地說，這些顯示器件以下列方式制造。
首先，利用與已經(jīng)描述過的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案相同的方法在有源矩陣基板上配置回射器48E、48F或48G。然而在該情形中，沉積例如銀之類的金屬層75作為多個(gè)島，以面對(duì)其相關(guān)像素電極174。金屬層65的島部和像素電極的排列間距在一個(gè)方向上為50μm，在另一個(gè)方向上為150μm。分別通過將兩種不同類型的構(gòu)圖過程執(zhí)行兩次、三次和四次，來獲得回射器48E、48F和48G。之后，用圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)200測(cè)量其回射率Rr。結(jié)果顯示在下列表3中。
在測(cè)量回射率Rr之后，每個(gè)回射器48E、48F或48G的表面用透明材料例如丙烯酸樹脂涂敷，由此形成了扁平層176(具有10μm的最大厚度)。然后，形成接觸部77。之后，利用公知方法在其上形成例如ITO之類的像素電極174和取向膜82。扁平層176的厚度并不特別限制，只要扁平層176能通過使其不均勻度光滑而將回射器48的表面扁平即可。
同時(shí)，利用所述第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的方法在另一個(gè)透明基板72上形成彩色濾色器層79。之后，利用公知方法在其上形成例如ITO之類的公共透明電極175和取向膜81。
隨后，兩基板71和72彼此相對(duì)，在其間的間隙中定義有液晶層73。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，液晶單體、向列液晶材料和光引發(fā)劑的混合物被注入間隙，然后暴露于紫外線中，由此形成了向前散射型液晶層，其在沒有施加電壓時(shí)為透明的，但當(dāng)施加電壓時(shí)開始散射(包括向前散射)。這樣，獲得了包括回射器48E的樣品顯示器件C1。以同樣的方式，也獲得了分別包括回射器48F和48G的兩個(gè)樣品顯示器件C2和C3。
用圖2中所示的測(cè)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)這些樣品顯示器件C1、C2和C3的顯示性能。結(jié)果顯示在下列表3中表3
從表3中所示的結(jié)果可以看出，即使有源矩陣尋址顯示器件用回射器48來構(gòu)造，顯示性能也能如上述第一個(gè)和第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中一樣隨回射率Rr的升高而提高。因而，如果使用具有預(yù)定回射特性的回射器48，則可以不斷供應(yīng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量顯示的顯示器件。
實(shí)施方案4之后，將描述依照本發(fā)明第四個(gè)具體優(yōu)選實(shí)施方案的反射型顯示器件。
該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件具有與圖4中所示的第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件相同的結(jié)構(gòu)。在制造用于圖4所示顯示器件的回射器48的方法中，通過調(diào)整在最初單位元件陣列上重復(fù)執(zhí)行的構(gòu)圖過程次數(shù)，來控制回射器48的形狀精度，由此實(shí)現(xiàn)了所期望的回射特性。另一方面，在制造依照該優(yōu)選實(shí)施方案的回射器48的方法中，通過控制制造方形隅角棱鏡陣列底版49’的轉(zhuǎn)印次數(shù)，來實(shí)現(xiàn)具有出色回射特性的回射器48，所述方形隅角棱鏡陣列底版49’通過在獲得作為最終產(chǎn)品49的方形隅角棱鏡陣列之前，將GaAs基板構(gòu)圖來制備。
更具體地說，通過控制轉(zhuǎn)印次數(shù)而獲得作為最終產(chǎn)品的方形隅角棱鏡陣列49，其中在方形隅角棱鏡陣列底版49’中具有少數(shù)不想要的回射表面的凹陷部或凸起部被用作凹陷部49b。因而，通過使用該方形隅角棱鏡陣列49制造回射器48，在不損壞形狀精度的條件下獲得了較高的回射特性。
將參照附圖描述依照該優(yōu)選實(shí)施方案的作為最終產(chǎn)品的方形隅角棱鏡陣列49的結(jié)構(gòu)。
圖13B和13C是依照該優(yōu)選實(shí)施方案的作為最終產(chǎn)品的方形隅角棱鏡陣列49的放大橫截面圖。假定具有非理想形狀的平面稱作“不想要的平面”，那么在凹陷部49b處產(chǎn)生的不想要的平面的百分比小于依照該優(yōu)選實(shí)施方案的作為最終產(chǎn)品的方形隅角棱鏡陣列49中凸起部49a處產(chǎn)生的不想要的平面的百分比。由于如圖13B中所示的變形部分或如圖13C中所示的局部缺少部分，而導(dǎo)致凸起部49a的頂點(diǎn)具有圓形形狀。因而，凸起部49a頂點(diǎn)97r的水平面小于具有理想形狀的凸起部的頂點(diǎn)97i的水平面。另一方面，凹陷部49b的形狀比凸起部49a接近其理想形狀。如本文所使用的，凹陷部49b是指遠(yuǎn)離入射光線的光源部分，而凸起部49a是指接近入射光線的光源部分。
在方形隅角棱鏡陣列49中，凹陷部和凸起部49b和49a的變形度(即，其不想要的平面的百分比)可以通過比較凹陷部49b的底點(diǎn)98r和理想底點(diǎn)98i之間的水平差h2與凸起部49a的頂點(diǎn)97r和理想頂點(diǎn)97i的水平差h2，來互相比較。這些水平差h1和h2可以通過用例如原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量凹陷部和凸起部49b和49a處的表面粗糙度來獲得。依照該方法，在依照該優(yōu)選實(shí)施方案的作為最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49中，凹陷部49b處的水平差h2應(yīng)比凸起部49a處的水平面高度差h1小。
以下列方式可以獲得這種作為最終產(chǎn)品的方形隅角棱鏡陣列49。
首先，與圖5A到5D中所示的過程步驟一樣，各項(xiàng)異性地濕蝕刻基板的表面，然后去除抗蝕劑圖案。之后，當(dāng)通過圖5E中所示的技術(shù)實(shí)施晶體生長(zhǎng)過程時(shí)，形成最初單位元件陣列。圖14A是在其上定義有最初單位元件陣列的基板表面部分的橫截面圖。該基板表面部分除邊線111(例如具有2.2μm的寬度)之外還由{100}平面構(gòu)成。
如果使用抗蝕劑圖案120濕蝕刻在其上包括最初單位元件陣列的基板61的表面，則拼湊邊線111的不想要的晶體平面可以被消除，但基板61的凹陷部的底點(diǎn)121就具有如圖14B中所示的非尖銳(unsharpened)部122。非尖銳部122是這樣一種區(qū)域即，在該區(qū)域中以原子等級(jí)形成大量具有{100}平面作為平臺(tái)的臺(tái)階，且當(dāng)肉眼觀察時(shí)其在{100}平面周圍定義了斜坡。之后剝?nèi)タ刮g劑圖案20，從而形成隅角棱鏡陣列底版49’。
以該方式獲得的隅角棱鏡陣列底版49’的反射表面具有如圖15A所示的形狀，其是在圖7A中所示的平面XV-XV觀察的橫截面圖。如圖15A所示，在底部98r周圍有所謂的“未蝕刻的部分”。因而，底點(diǎn)98r的水平面比理想底點(diǎn)98i的水平面高。另一方面，凸起部49a具有相對(duì)好的形狀，頂點(diǎn)97r的水平面大約等于理想頂點(diǎn)97i的水平面。
如果沿如圖15A中所示的構(gòu)成凹陷部49b的一個(gè)平面觀察凹陷部49b，則未蝕刻的部分被認(rèn)為是如圖15B所示的大致三角形的“條”。通過測(cè)量該“條”的高度H，可以獲得高度H與隅角棱鏡排列間距p(例如在該預(yù)選實(shí)施方案中為10μm)的比率(％)。凹陷部49b處的變形度(即不想要的平面的百分比)假設(shè)由該H/p比率的量級(jí)來評(píng)價(jià)。該優(yōu)選實(shí)施方案的隅角棱鏡陣列底版49’具有大約2.0％的H/p比率。
接下來，將該隅角棱鏡陣列底版49’的圖案轉(zhuǎn)印到樹脂上。
如圖16A所示，在將作為2P(光敏聚合物)方法的轉(zhuǎn)印樹脂的丙烯酸樹脂131a(例如由Mitsubishi Rayon co.，Ltd生產(chǎn)的Mp-107)滴到玻璃基板130(例如Corning玻璃1737)上之后，在室133內(nèi)，將隅角棱鏡陣列底版49’以減小的壓力粘附到其上。這樣，基板130和隅角棱鏡陣列底版49’之間的間隙被丙烯酸樹脂131a填充，其間沒有引入氣泡。優(yōu)選的轉(zhuǎn)印樹脂的例子不僅包括丙烯酸樹脂，而且還包括用在注模過程中的兩組分(two-part)樹脂和熱塑性塑料。
之后，固化丙烯酸樹脂131a。具體地說，如圖16B所示，基板130被固定在例如石英片135上，然后通過壓床134施加大約1kg/cm2的壓力，同時(shí)將丙烯酸樹脂131a暴露于從高壓汞燈發(fā)射的具有3J/cm2強(qiáng)度的紫外線136中。固化方法和條件可以根據(jù)轉(zhuǎn)印樹脂的類型而變化。為了固化轉(zhuǎn)印樹脂，樹脂可以被加熱和添加固化催化劑。
隨后，從基板130上釋放隅角棱鏡陣列底版49’，由此在基板130上獲得具有方形隅角棱鏡陣列形狀(當(dāng)?shù)谝淮无D(zhuǎn)印時(shí))的樹脂層131b，如圖16C所示。該樹脂層131b的表面形狀與隅角棱鏡陣列底版49’的表面形狀反相。也就是說，樹脂層131b的凸起部的頂點(diǎn)顯微鏡觀察為圓形的。
然后，再次轉(zhuǎn)印該樹脂層131b的圖案而獲得第二次轉(zhuǎn)印。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，第二次轉(zhuǎn)印用作底版基板。如本文所使用的，“底版基板”是指通過轉(zhuǎn)印技術(shù)用于獲得最終產(chǎn)品49的模?？梢酝ㄟ^公知技術(shù)形成底版基板。例如，可以通過電鑄方法和電鍍方法的組合來形成鎳(Ni)或任何其它合適材料的底版基板。由于電鍍方法是轉(zhuǎn)印方法之一，所以最終底版基板的形狀與隅角棱鏡陣列底版49’的形狀大致相同。在該優(yōu)選實(shí)施方案中，底版基板假定為第二次轉(zhuǎn)印，但也可以通過使nth轉(zhuǎn)印進(jìn)行k次來獲得(其中k是偶數(shù))。
最后，通過公知的轉(zhuǎn)印技術(shù)將底版基板的形狀轉(zhuǎn)印到例如樹脂材料上，由此獲得作為最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49。最終產(chǎn)品49的基片可以是例如PET之類的膜元件或在其上包括TFTs的基板。作為最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49的表面形狀為隅角棱鏡陣列底版49’形狀的反相。因而，凸起部49a的頂平面低于理想凸起部的頂平面，但凹陷部49b具有接近于理想凹陷部的形狀。
通過在作為最終產(chǎn)品的這種方形隅角棱鏡陣列49上沉積反射層50，而獲得依照該優(yōu)選實(shí)施方案的顯示器件的回射器48。
在上述優(yōu)選實(shí)施方案中，通過給GaAs基板構(gòu)圖，而獲得隅角棱鏡陣列底版49’?；蛘呤?，也可以使用硅基板。制造底版49’的方法也不限于上述方法，還可以包括例如切割過程這樣的加工過程。
底版基板的材料并不特別限制。實(shí)際上，GaAs的底版49’可以用作底版基板?；蛘呤?，通過進(jìn)行偶數(shù)或奇數(shù)次底版49’的轉(zhuǎn)印，可以制備由具有出色機(jī)械強(qiáng)度的材料(例如，鎳，其底版基板稱為“鎳壓?！?制成的底版基板或由例如硅樹脂這樣的樹脂材料制成的底版基板。
為了通過上述方法形成作為最終產(chǎn)品的具有預(yù)期形狀的隅角棱鏡陣列49，在制備隅角棱鏡陣列底版49’之后并在獲得作為最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49之前，要點(diǎn)是控制轉(zhuǎn)印的次數(shù)。
例如，如上所述已經(jīng)制備了具有圖13A所示形狀的隅角棱鏡陣列底版49’，則通過進(jìn)行奇數(shù)次的轉(zhuǎn)印可以獲得如圖13B或13C所示的作為最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49，其表面形狀是圖13A中所示形狀的反相。另一方面，如果在制備隅角棱鏡陣列底版的過程中，在例如晶體生長(zhǎng)過程后進(jìn)一步進(jìn)行濕蝕刻過程，則可以獲得具有圖13B或13C所示形狀的隅角棱鏡陣列底版。在該情形中，可以通過進(jìn)行偶數(shù)次的底版的轉(zhuǎn)印來獲得最終產(chǎn)品49?；蛘呤?，實(shí)際上，底版可以用作最終產(chǎn)品49。
應(yīng)當(dāng)注意到，至于每個(gè)隅角棱鏡陣列底版49’，底版基板和作為最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49，可以通過如上所述的比較水平差h1和h2的方法，來比較凹陷部和凸起部處的變形度。
本發(fā)明人做了樣品反射器D1，并評(píng)價(jià)了它的回射特性。將在后面描述其結(jié)果。
以下列方式獲得樣品反射器D1。
通過上述方法制備的隅角棱鏡陣列底版49’(具有10μm的排列間距和2.0％的H/p比率)的形狀，通過圖16A到16C所示的方法被轉(zhuǎn)印到丙烯酸樹脂上，由此獲得了樹脂層131b。在具有隅角棱鏡陣列形狀的樹脂層131b的表面上，通過蒸鍍過程將例如銀(Ag)之類的金屬層50沉積到1,500的厚度。這樣，通過將隅角棱鏡陣列49’如圖17A所示轉(zhuǎn)印奇數(shù)次(即一次)，而獲得樣品反射器D1。為了簡(jiǎn)單起見，在樣品反射器D1上用光敏樹脂僅實(shí)施一次轉(zhuǎn)印過程。然而，即使通過任何其它方法進(jìn)行奇數(shù)次轉(zhuǎn)印，也可以獲得具有大致相同形狀的反射器。
同樣，為了對(duì)照起見，也還制備了形狀為樣品反射器D1形狀的反相的樣品反射器D2。通過在具有如圖17B所示的隅角棱鏡陣列形狀的底版49’的表面上直接將例如銀之類的金屬層50沉積到1,500的厚度，來獲得樣品反射器D2。在該例子中，GaAs基板，即底版49’用作樣品反射器D2。或者是，甚至通過進(jìn)行偶數(shù)次底版49’的轉(zhuǎn)印，也可以獲得具有與樣品反射器D2大致相同形狀的反射器。
用圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)200測(cè)量以該方式獲得的樣品反射器D1和D2的回射率Rr。結(jié)果顯示在下列表4中
表4
從表4中所示的結(jié)果可以看出，即使具有相似形狀精度的回射器48由相同的底版49’制造，回射特性也根據(jù)形成回射器48過程中的轉(zhuǎn)印次數(shù)顯著變化。也就是說，如果通過控制轉(zhuǎn)印次數(shù)來形成其中凸起部處不想要的平面的百分比大于凹陷部處不想要的平面的百分比的回射器48，則可以提高回射特性。
這樣，依照上述優(yōu)選的實(shí)施方案，通過在獲得最終產(chǎn)品的隅角棱鏡陣列49之前控制轉(zhuǎn)印次數(shù)，可以控制最終產(chǎn)品49中不想要的晶體平面的位置。因而，可以獲得具有出色回射特性的回射器48。通過使用這種回射器，可以實(shí)現(xiàn)具有高顯示性能的顯示器件。
另外，如果在制造第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的所述隅角棱鏡陣列底版49’過程中反復(fù)實(shí)施兩種不同類型的構(gòu)圖過程，則可以獲得具有較高形狀精度(即具有很少多余部分)的底版49’。在上述制造過程中，最后一個(gè)過程步驟是蝕刻過程。然而，在其后進(jìn)一步反復(fù)實(shí)施晶體生長(zhǎng)和蝕刻過程，則底版49’的形狀可以更加接近理想的形狀。
因而，本發(fā)明人模擬了多個(gè)具有不同重復(fù)次數(shù)的兩種過程的底版49’，并分析了底版49’中多數(shù)部分的比率與最終產(chǎn)品49的回射特性之間的關(guān)系。在該情形中，通過上述方法由每個(gè)底版49’制造具有彼此相反形狀的兩種類型的樣品反射器D1和D2，并用圖1中所示的評(píng)價(jià)系統(tǒng)200來測(cè)量其回射率Rr。結(jié)果顯示在圖18中。
從圖18中所示的結(jié)果可以看出，即使用具有低形狀精度(即具有高H/p比率)的底版49’，仍可以通過控制轉(zhuǎn)印的次數(shù)來獲得具有高回射特性的回射器。例如，如果通過反復(fù)實(shí)施兩種不同類型的構(gòu)圖過程來形成具有2.3％或更大H/p比率的底版49’，則其后通過調(diào)整轉(zhuǎn)印次數(shù)可以獲得具有45％或更高回射率Rr的回射器48。以相同的方式，如果形成具有2.0％或更小H/p比率的底版49’，則其后通過調(diào)整轉(zhuǎn)印次數(shù)可以獲得具有50％或更高回射率Rr的回射器48。
上述本發(fā)明的各種優(yōu)選實(shí)施方案提供了一種包括回射器的反射型顯示器件，從而實(shí)現(xiàn)了出色的顯示性能。
另外，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案還提供了一種很容易評(píng)價(jià)回射器的回射特性的高度可靠方法，因而有助于持續(xù)供應(yīng)具有高顯示性能的反射型顯示器件產(chǎn)品。
盡管已經(jīng)針對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚，公開的內(nèi)容可以以多種方式修改，并可以采取除上述具體描述的實(shí)施方案以外其它的一些實(shí)施方案。因此所附的權(quán)利要求書意在涵蓋所有落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神和范圍內(nèi)的修改。
權(quán)利要求
1.一種反射型顯示器件，包括回射層；和調(diào)制層，其比回射層更接近觀察者，并在具有相互不同光學(xué)特性的第一和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，其中回射層包括單位元件的二維排列，所述單位元件以最多250μm的間距排列，且其中回射層具有至少45％的回射率Rr，所述回射率被定義為，從回射層反射、然后被回射率測(cè)量系統(tǒng)在7.5度的圓錐角處接收的光強(qiáng)度與從電介質(zhì)反射鏡反射、然后被相同的回射率測(cè)量系統(tǒng)接收的光強(qiáng)度之比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中回射層具有60％或更高的回射率Rr。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中所述單位元件為方形隅角棱鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中所述單位元件具有20μm或更小的排列間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中所述單位元件具有至少10μm的排列間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中所述單位元件具有500nm或更高的排列間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中所述第一狀態(tài)為調(diào)制層透射入射光的透射態(tài)，而第二狀態(tài)為調(diào)制層散射入射光的散射態(tài)，且其中當(dāng)調(diào)制層在透射態(tài)時(shí)，所述顯示器件進(jìn)入黑色顯示模式，當(dāng)調(diào)制層在散射態(tài)時(shí)，所述顯示器件進(jìn)入白色顯示模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反射型顯示器件，其中由將光的接收角度設(shè)為3度的亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的白色顯示模式的亮度與也由相同的亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的黑色顯示模式的亮度之比為5或更大。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反射型顯示器件，其中由將光的接收角度設(shè)為3度的亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的白色顯示模式的亮度與也由相同的亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的黑色顯示模式的亮度之比為10或更大。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射型顯示器件，其中如果由亮度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的白色顯示模式的亮度隨回射器的回射率Rr變化，則調(diào)制層由回射器的回射率Rr升高時(shí)能增加白色顯示模式亮度的液晶材料制成。
11.一種評(píng)價(jià)具有單位元件二維排列的回射器的回射率的方法，其中單位元件以最多250μm的間距排列，所述方法包括下述步驟(a)通過物鏡將具有預(yù)定會(huì)聚角的光會(huì)聚到回射器上；(b)通過物鏡得到已經(jīng)被會(huì)聚、然后從回射器反射的光；(c)測(cè)量從回射器反射的接收光的強(qiáng)度Il；(d)通過物鏡使光垂直入射到電介質(zhì)反射鏡上；(e)通過物鏡得到已經(jīng)入射到電介質(zhì)反射鏡上、然后從電介質(zhì)反射鏡反射的光；(f)測(cè)量從電介質(zhì)反射鏡反射的接收光的強(qiáng)度Ir；和(g)確定步驟(c)中測(cè)量的強(qiáng)度Il與步驟(f)中測(cè)量的強(qiáng)度Ir的Il/Ir比率是否為45％或更大。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中預(yù)定會(huì)聚角為20度或更小。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中步驟(a)包括通過會(huì)聚所述光而在回射器上形成光點(diǎn)的步驟，所述光點(diǎn)的直徑至少為單位元件排列間距的三倍大。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述單位元件為方形隅角棱鏡。
全文摘要
反射型顯示器包括回射層和調(diào)制層，該調(diào)制層比回射層更接近觀察者，并在具有相互不同光學(xué)特性的第一和第二狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換?；厣鋵影▎挝辉亩S排列，所述單位元件以最多250μm的間距排列?；厣鋵泳哂兄辽?5％的回射率Rr。所述回射率被定義為，從回射層反射、然后被回射率測(cè)量系統(tǒng)在7.5度的圓錐角處接收的光強(qiáng)度與從電介質(zhì)反射鏡反射、然后被相同的回射率測(cè)量系統(tǒng)接收的光強(qiáng)度之比。
文檔編號(hào)G02B5/124GK1612015SQ20041009812
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者藤原小百合, 箕浦潔 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社