CN105579875A - 用于达成不变的色彩偏轴视野的光纤阵列 - Google Patents

用于达成不变的色彩偏轴视野的光纤阵列 Download PDF

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CN105579875A CN201480049581.6A CN201480049581A CN105579875A CN 105579875 A CN105579875 A CN 105579875A CN 201480049581 A CN201480049581 A CN 201480049581A CN 105579875 A CN105579875 A CN 105579875A
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Abstract

本文中所描述的一些实施方案涉及界定视角范围，其在本文中也被称为视野锥。可由显示器上的光纤阵列来产生所述视野锥。所述光纤阵列可包含能够增加透射穿过所述光纤阵列的光的量的锥形光纤。所述光纤阵列可为分级折射率式光纤阵列，其中光纤芯的所述折射率沿所述光纤的轴线而变化。

Description

用于达成不变的色彩偏轴视野的光纤阵列
优先权主张
本申请案主张2013年9月11日申请且题目为“用于达成不变的色彩偏轴视野的光纤阵列(OPTICALFIBERARRAYFORACHIEVINGCONSTANTCOLOROFF-AXISVIEWING)”的第61/876,673号美国临时专利申请案(代理人案号QUALP197P/132873P1)的优先权，所述案以引用的方式并入本文中。本申请案还主张2013年10月17日申请且题目为“用于达成不变的色彩偏轴视野的光纤阵列(OPTICALFIBERARRAYFORACHIEVINGCONSTANTCOLOROFF-AXISVIEWING)”的第14/056,720号美国专利申请案(代理人案号QUALP197US/132873)的优先权，所述案以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及机电系统及装置，且更特定言之涉及用于实施反射式显示装置的机电系统。
背景技术
机电系统(EMS)包含具有电及机械元件、致动器、换能器、感应器、光学组件(例如，镜及光学膜)及电子仪器的装置。可按包含(但不限于)微尺度及纳米尺度的多种尺度来制造EMS装置或元件。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有范围为约一微米至数百微米或更大的大小的结构。纳米机电系统(NEMS)装置可包含具有小于一微米的大小(包含(例如)小于数百纳米的大小)的结构。可使用沉积、蚀刻、光刻及/或蚀刻掉衬底及/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电及机电装置的其它微机械加工过程来产生机电元件。
一个类型的EMS装置被称为干涉调制器(IMOD)。术语IMOD或干涉光调制器指使用光学干涉的原理来选择性地吸收及/或反射光的装置。在一些实施方案中，IMOD显示元件可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可完全或部分地为透明型及/或反射型且在施加适当电信号后即能够进行相对运动。举例来说，一个板可包含安置于衬底上方、衬底上或由衬底支撑的固定层且另一板可包含通过气隙而与所述固定层分开的反射膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射于IMOD显示元件上的光的光学干涉。基于IMOD的显示装置具有广泛的应用范围，且被预期用于改良现有产品及产生新产品(尤其是具有显示能力的新产品)。
一些IMOD为双态IMOD，此意谓其可仅被配置于两个位置(断开或闭合)中。单一图像像素可包含三个或三个以上的双态IMOD，所述双态IMOD中的每一者对应于一子像素。在包含多状态干涉调制器(MS-IMOD)或模拟IMOD(A-IMOD)的显示装置中，可通过单一IMOD的吸收体堆叠与反射器堆叠之间的间隙间距或“间隙高度”来确定像素的反射色彩。一些A-IMOD可以实质上连续的方式而被定位于大量间隙高度之间，而MS-IMOD可大体被定位于少量间隙高度中。结果，可将A-IMOD视为MS-IMOS的类别的特殊状况(即，视为具有极大量的可控间隙高度的MS-IMOD)。因此，本文中可将A-IMOD与MS-IMOD两者称为MS-IMOD或简单地称为IMOD。
在例如IMOD显示器或偏振控制显示器(例如，液晶显示器(LCD))的反射式显示器中，偏轴视野常常导致色彩的不良移位或甚至对比度反转。在MS-IMOD显示器中，当像素显示微红色彩时，此效应尤为显著，此是因为任何色彩的反射比峰值朝向蓝色移位。
发明内容
本发明的系统、方法及装置各自具有若干创新方面，所述方面中无单一方面单独地负责本文中所揭示的所要属性。
本发明中所描述的标的物的一个创新方面可实施于一种设备中，所述设备可包含显示器；实质上透明的衬底；及光纤阵列，其安置于所述衬底与所述显示器之间。所述光纤阵列可能能够使光在所述衬底与所述显示器之间透射。所述光纤阵列可包含具有实质上随机长度的光纤。
在一些实施方案中，所述光纤阵列可能能够界定所述显示器的视角范围。所述光纤阵列可包含具有锥形光纤芯的光纤。可将低折射率光纤包层材料安置于所述锥形光纤芯之间。举例来说，所述光纤包层材料可包含光吸收材料。在一些实施方案中，所述光纤阵列可包含具有光纤芯的光纤，所述光纤芯具有沿所述光纤的轴线而变化的分级折射率。
所述设备可包含能够照明所述光纤阵列的实质上不相干光源。在一些此等实施方案中，自所述阵列中的第一光纤射出的光与自所述阵列中的第二光纤射出的光可相互不相干。
一种显示装置可包含所述设备。所述显示装置可包含干涉调制器(IMOD)显示器。所述显示装置可包含能够控制所述显示装置的控制系统。所述控制系统可能能够处理图像数据。
所述显示装置可包含：驱动器电路，其能够将至少一个信号发送到所述显示装置的显示器；及控制器，其能够将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。所述控制系统还可包含：处理器；及图像源模块，其能够将所述图像数据发送到所述处理器。所述图像源模块可包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。所述显示装置还可包含输入装置，所述输入装置能够接收输入数据且将所述输入数据传达到所述控制系统。
本发明中所描述的标的物的另一创新方面可实施于一种装置中，所述装置包含：用于显示图像的设备；实质上透明的衬底；及用于使光在所述衬底与所述显示器之间透射的设备。用于使光透射的所述设备可包含安置于所述衬底与用于显示图像的所述设备之间的光纤阵列。所述光纤阵列可能能够界定所述显示器的视角范围。
在一些实施方案中，所述光纤阵列中的每一光纤可包含光纤芯及光纤包层。所述光纤芯及所述光纤包层的折射率可经选择以提供所述视角范围。在一些实施方案中，每一光纤的数值孔径可至少部分地基于所述光纤芯的所述折射率与所述光纤包层的所述折射率之间的差的平方根。
在一些实施方案中，所述光纤阵列可包含具有实质上随机长度的光纤。根据一些实施方案，所述光纤阵列中的每一光纤可长于最小长度。所述最小长度可至少部分地基于光纤直径及/或光纤芯折射率。
根据一些实施方案，所述光纤阵列可包含具有锥形光纤芯的光纤。在一些实例中，所述光纤阵列可包含具有光纤芯的光纤，所述光纤芯具有沿所述光纤的轴线而变化的分级折射率。
在随附图式及以下描述中陈述此说明书中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。虽然此概述中所提供的实例主要就基于机电系统(EMS)的显示器来描述，但本文中所提供的概念可适用于其它类型的显示器(例如，液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)显示器、电泳显示器及场发射显示器)以及适用于其它非显示器EMS装置(例如，EMS麦克风、感应器及光学开关)。其它特征、方面及优势自描述、图式及权利要求书将变得显而易见。应注意，以下诸图的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
图1展示描绘在IMOD显示装置的一系列显示元件或一显示元件阵列中的两个邻近实例干涉调制器(IMOD)显示元件的等角视图说明。
图2展示说明并有基于IMOD的显示器的实例电子装置的系统框图，所述基于IMOD的显示器包含IMOD显示元件的三元件×三元件阵列。
图3展示说明用于IMOD显示器或显示元件的实例制造过程的流程图。
图4A至4E展示在制造IMOD显示器或显示元件的实例过程中的各种阶段的横截面说明。
图5A及5B为机电系统(EMS)封装的一部分的示意性分解部分透视图，所述EMS封装包含EMS元件阵列及背板。
图6A到6E展示多状态IMOD(MS-IMOD)可如何经配置以产生不同色彩的实例。
图7A展示正沿轴线所检视的MS-IMOD的实例，所述轴实质上正交于镜堆叠的表面。
图7B展示正沿轴线所检视的MS-IMOD的实例，所述轴线与镜堆叠的表面的法线成角度α。
图8A及8B展示能够界定视角范围的光纤阵列的实例。
图9展示包含光纤阵列的设备的实例。
图10展示个别光纤的横截面的实例。
图11展示红色视角相依性的u'v'色空间特征化的实例。
图12A及12B展示用于增加透射穿过光纤阵列的光的量的实施方案的实例。
图13展示光学扩展量守恒定律的参数的实例。
图14A到14C说明制造具有光纤芯的光纤阵列的过程，所述光纤芯具有分级折射率。
图15A及15B展示说明可包含多个IMOD显示元件的实例显示装置的系统框图。
各图式中相同参考数字及标号均指示相同元件。
具体实施方式
以下描述是有关出于描述本发明的创新方面的目的的某些实施方案。然而，所属领域的一般技术人员将易于认识到，可以众多不同方式来应用本文中的教示。所描述的实施方案可实施于能够显示图像(不管处于运动(例如，视频)抑或固定(例如，静态图像)，且不管为文字、图形抑或图片)的任何装置、设备或系统中。更特定言之，预期所描述的实施方案可被包含于多种电子装置中或与多种电子装置相关联，所述电子装置为例如(但不限于)：移动电话、已启用多媒体因特网的蜂窝蜂窝式电话、移动电话接收器、无线装置、智能电话、装置、个人数据助理(PDA)、无线电子邮件接收器、手持型或便携式计算机、迷你笔记型计算机、笔记型计算机、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真装置、全球定位系统(GPS)接收器/导航仪、摄像机、数字媒体播放器(例如，MP3播放器)、摄录像机、游戏控制台、手表、时钟、计算器、电视监控器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、计算机监控器、音频显示器(包含里程表及速度计显示器等)、座舱控制件及/或显示器、摄像机视图显示器(例如，车辆中的后视图摄像机的显示器)、电子照片、电子告示牌或广告牌、投影仪、架构结构、微波、电冰箱、立体声系统、盒式记录器或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电、便携式存储器芯片、洗衣机、干衣机、洗衣机/干衣机、停车计时器、封装(例如，在包含微机电系统(MEMS)应用的机电系统(EMS)应用以及非EMS应用中)、美学结构(例如，一件珠宝或衣服上的图像的显示)及多种EMS装置。本文中的教示也可用于非显示应用中，例如(但不限于)：电子开关装置、射频滤波器、感应器、加速计、回转仪、运动感应装置、磁力计、用于消费型电子仪器的惯性组件、消费型电子产品的零件、可变电抗器、液晶装置、电泳装置、驱动方案、制造过程及电子测试设备。因此，所述教示并不意欲限于仅在诸图中描绘的实施，而实情为，具有如所属领域的一般技术人员将易于显而易见的广泛适用性。
本文中所描述的一些实施方案涉及界定视角范围(本文中也称为视野锥)。可由显示器(例如，IMOD显示器)上的光纤阵列来产生视野锥。在一些实施方案中，光纤阵列包含能够增加透射穿过光纤阵列的光的量的锥形光纤。光纤阵列可为分级折射率式光纤阵列，其中光纤芯的折射率沿光纤的轴线而变化。
可实施本发明中所描述的标的物的特定实施方案以实现以下潜在优势中的一或多者。一些实施方案可提供一种反射式显示器，对于所述反射式显示器来说，由显示器提供的经再现色彩在视角范围内未明显改变。在视角范围外部，显示器可呈现为黑暗，使得视野锥可被视为秘密区。在一些实施方案中，锥形光纤可提供高孔径比且可增加透射穿过光纤阵列的光的量及对偏轴视野特性的较好控制。
所描述的实施方案可适用的合适EMS或MEMS装置或设备的实例为反射式显示装置。反射式显示装置可并有干涉调制器(IMOD)显示元件，可实施所述IMOD显示元件以使用光学干涉的原理来选择性地吸收及/或反射入射于其上的光。IMOD显示元件可包含：部分光学吸收体；反射器，其可相对于吸收体移动；及光学谐振腔，其界定于吸收体与反射器之间。在一些实施方案中，反射器可移动到两个或两个以上的不同位置，所述位置可改变光学谐振腔的大小且借此影响IMOD的反射比。IMOD显示元件的反射谱可产生相当宽广的光谱带，所述光谱带可经移位跨越可见波长以产生不同色彩。可通过改变光学谐振腔的厚度来调整光谱带的位置。一种改变光学谐振腔的方式通过改变反射器相对于吸收体的位置。
图1为描绘在IMOD显示装置的一系列显示元件或显示元件阵列中的两个邻近实例干涉调制器(IMOD)显示元件的等角视图说明。IMOD显示装置包含一或多个干涉EMS(例如，MEMS)显示元件。在此等装置中，可在明亮状态抑或黑暗状态下定位干涉MEMS显示元件。在明亮(“松弛”、“开放”或“接通”等)状态下，显示元件反射入射可见光的大部分。相反地，在黑暗(“致动”、“闭合”或“断开”等)状态下，显示元件反射很少的入射可见光。MEMS显示元件可能能够主要地在特定光波长下反射从而允许除黑白之外的彩色显示。在一些实施方案中，通过使用多个显示元件，可达到不同色原强度及灰度。
IMOD显示装置可包含可按行及列布置的IMOD显示元件阵列。阵列中的每一显示元件可包含至少一对反射层及半反射层，例如可移动反射层(亦即，可移动层，也称为机械层)及固定的部分反射层(亦即，固定层)，所述对反射层及半反射层被定位于距彼此可变及可控制距离处以形成气隙(也称为光学间隙、空腔或光学谐振腔)。可移动反射层可在至少两个位置之间移动。举例来说，在第一位置(亦即，松弛位置)中，可移动反射层可以距固定的部分反射层一距离来定位。在第二位置(亦即，致动位置)中，可移动反射层可经定位成较接近于部分反射层。从所述两个层反射的入射光可取决于可移动反射层的位置及入射光的波长而相长地及/或相消地干涉，从而针对每一显示元件而产生总体反射或非反射状态。在一些实施方案中，显示元件可在未致动时处于反射状态从而反射可见光谱内的光，且可在致动时处于黑暗状态从而吸收及/或相消地干涉可见光范围内的光。然而，在一些其它实施方案中，IMOD显示元件可在未致动时处于黑暗状态且在致动时处于反射状态。在一些实施方案中，所施加的电压的引入可驱动显示元件以改变状态。在一些其它实施方案中，所施加的电荷可驱动显示元件以改变状态。
图1中的阵列的所描绘部分包含呈IMOD显示元件12的形式的两个邻近干涉MEMS显示元件。在右边的显示元件12中(如所说明)，可移动反射层14经说明为位于接近于、邻近于或触摸光学堆叠16的致动位置中。跨越右边的显示元件12所施加的电压Vbias足以移动且也维持可移动反射层14处于致动位置中。在左边的显示元件12中(如所说明)，可移动反射层14经说明为位于距光学堆叠16一距离(其可基于设计操作加以预定)处的松弛位置中，所述光学堆叠包含部分反射层。跨越左边的显示元件12所施加的电压V0不足以使可移动反射层14致动到致动位置(例如，右边的显示元件12的致动位置)。
在图1中，IMOD显示元件12的反射性质大体上用箭头来说明，所述箭头指示入射于IMOD显示元件12上的光13及从左边的显示元件12反射的光15。入射于显示元件12上的大部分光13可透射穿过透明衬底20，朝向光学堆叠16行进。入射于光学堆叠16上的光的一部分可透射穿过光学堆叠16的部分反射层，且一部分将反射回，穿过透明衬底20。光13的透射穿过光学堆叠16的部分可自可移动反射层14反射，返回朝向(且穿过)透明衬底20。自光学堆叠16的部分反射层反射的光与自可移动反射层14反射的光之间的干涉(相长及/或相消)将部分地确定在装置的视野或衬底侧上自显示元件12反射的光15的波长的强度。在一些实施方案中，透明衬底20可为玻璃衬底(有时称为玻璃板或面板)。玻璃衬底可为或可包含(例如)硼硅玻璃、碱石灰玻璃、石英、派热斯玻璃或其它合适的玻璃材料。在一些实施方案中，玻璃衬底可具有0.3、0.5或0.7毫米的厚度，但在一些实施方案中，玻璃衬底可较厚(例如，几十毫米)或较薄(例如，小于0.3毫米)。在一些实施方案中，可使用非玻璃衬底，例如聚碳酸酯、丙烯酸树脂、聚对苯二甲酸伸乙二酯(PET)或聚醚醚酮(PEEK)衬底。在此实施方案中，非玻璃衬底将很可能具有小于0.7毫米的厚度，但衬底可取决于设计考虑事项而较厚。在一些实施方案中，可使用非透明衬底，例如基于金属箔片或不锈钢的衬底。举例来说，基于反转IMOD的显示器(其包含固定反射层及可移动反射层，其为部分透射且部分反射的)可经调适成自与图1的显示元件12对置的衬底侧检视且可通过非透明衬底来支撑。
光学堆叠16可包含单一层或若干层。所述层可包含电极层、部分反射且部分透射层及透明介电层中的一或多者。在一些实施方案中，光学堆叠16为导电的、部分透明的且部分反射的，且可(例如)通过将上述层中的一或多者沉积到透明衬底20上而制造。电极层可由例如各种金属(例如，氧化铟锡(ITO))的多种材料形成。部分反射层可由为部分反射的多种材料(例如，各种金属(例如，铬及/或钼)、半导体及电介质)形成。部分反射层可由一或多个材料层形成，且所述层中的每一者可由单一材料或材料的组合形成。在一些实施方案中，光学堆叠16的某些部分可包含单一半透明厚度的金属或半导体，其充当部分光学吸收体与电导体两者，而不同的导电性较强的层或部分(例如，属于光学堆叠16或显示元件的其它结构)可用以在IMOD显示元件之间用总线传送信号。光学堆叠16也可包含覆盖一或多个导电层或一导电/部分吸收层的一或多个绝缘或介电层。
在一些实施方案中，光学堆叠16的所述层中的至少一些可经图案化成平行条带，且可形成显示装置中的列电极，如下文予以进一步描述。如由所属领域的一般技术人员将理解，术语“经图案化”在本文中用以指遮蔽以及蚀刻过程。在一些实施方案中，可将高度导电且反射的材料(例如，铝(Al))用于可移动反射层14，且此等条带可形成显示装置中的行电极。可移动反射层14可经形成为一(多个)所沉积金属层的一系列平行条带(正交于光学堆叠16的列电极)，以形成沉积于支撑件(例如，所说明的柱18)及位于柱18之间的介入牺牲材料的顶部上的行。当蚀刻掉所述牺牲材料时，可在可移动反射层14与光学堆叠16之间形成所界定的间隙19或光学空腔。在一些实施方案中，柱18之间的间距可为大约1μm至1000μm，而间隙19可大约小于
在一些实施方案中，每一IMOD显示像素(不管处于致动状态抑或松弛状态)可被视为由固定反射层及移动反射层形成的电容器。当未施加电压时，可移动反射层14保持处于机械松弛状态，如由图1中的左侧显示元件12所说明，其中间隙19位于可移动反射层14与光学堆叠16之间。然而，当将电位差(亦即，电压)施加至所选择列及行中的至少一者时，在对应显示元件处形成于列电极与行电极的相交处的电容器变得充电，且静电力将所述电极牵拉在一起。如果所施加电压超出临限值，则可移动反射层14可变形且移动从而接近或抵靠住光学堆叠16。如由图1中的右侧致动的显示元件12所说明，光学堆叠16内的介电层(未图示)可防止短路且控制层14与16之间的分离距离。不管所施加电位差的极性如何，行为可均为相同的。虽然阵列中的一系列显示元件可在一些例子中被称为“行”或“列”，但所属领域的一般技术人员将易于理解，将一方向称为“行”且将另一方向称为“列”为任意的。再声明，在一些定向上，可将行视为列，且将列视为行。在一些实施方案中，可将行称为“共同”线且可将列称为“区段”线，或反之亦然。此外，显示元件可均匀地布置于正交的列及行(“阵列”)中，或以非线性配置布置，例如，具有相对于彼此的某些位置偏移(“马赛克”)。术语“阵列”及“马赛克”可指任何配置。因此，虽然将显示器称为包含“阵列”或“马赛克”，但元件自身不需要彼此正交地布置，或按均匀分布安置，而在任何例子中可包含具有不对称形状及不均匀分布的元件的布置。
图2展示说明并有基于IMOD的显示器的实例电子装置的系统框图，所述基于IMOD的显示器包含IMOD显示元件的三元件×三元件阵列。所述电子装置包含可能能够执行一或多个软件模块的处理器21。除执行操作系统之外，处理器21也可能能够执行一或多个软件应用，所述一或多个软件应用包含网页浏览程序、电话应用、电子邮件应用或任何其它软件应用。
处理器21可能能够与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包含将信号提供到(例如)显示阵列或面板30的列驱动器电路24及行驱动器电路26。图1中所说明的IMOD显示装置的横截面通过图2中的线1-1来展示。虽然出于清晰起见图2说明IMOD显示元件的3×3阵列，但显示阵列30可含有极大数目的IMOD显示元件，且可在行与列中具有不同数目个IMOD显示元件，且反之亦然。
图3展示说明用于IMOD显示器或显示元件的实例制造过程的流程图。图4A到4E展示在用于制造IMOD显示器或显示元件的实例过程中的各种阶段的横截面说明。在一些实施方案中，可实施制造过程80以制造一或多个EMS装置(例如，IMOD显示器或显示元件)。此EMS装置的制造还可包含图3中未展示的其它块。过程80在块82处以在衬底20上方形成光学堆叠16开始。图4A说明形成于衬底20上方的此光学堆叠16。衬底20可为例如玻璃或塑料(例如，上文关于图1所论述的材料)的透明衬底。衬底20可具有柔性或相对刚性且不弯曲，且可已经受先前的预备过程(例如，清洁)以促进光学堆叠16的有效形成。如上文所论述，光学堆叠16可导电、部分透明、部分反射且部分吸收，且可(例如)通过将具有所要性质的一或多个层沉积到透明衬底20上制造所述光学堆叠。
在图4A中，虽然在一些其它实施方案中可包含更多或更少子层，但光学堆叠16包含具有子层16a及16b的多层结构。在一些实施方案中，子层16a及16b中的一者可包含光学吸收与导电性质两者(例如，组合的导体/吸收体子层16a)。在一些实施方案中，子层16a及16b中的一者可包含钼-铬(钼铬或MoCr)或具有合适的复折射率的其它材料。另外，子层16a及16b中的一或多者可经图案化为平行条带，且可形成显示装置中的行电极。可通过掩蔽及蚀刻过程或此项技术中已知的另一合适过程来执行此图案化。在一些实施方案中，子层16a及16b中的一者可为绝缘或介电层，例如沉积于一或多个下伏的金属层及/或氧化物层(例如，一或多个反射层及/或导电层)上方的上子层16b。另外，光学堆叠16可经图案化为形成显示器的列的个别及平行条带。在一些实施方案中，即使在图4A至4E中子层16a及16b经展示为有点厚，光学堆叠的子层中的至少一者(例如，光学吸收层)仍可非常薄(例如，相对于本发明中所描绘的其它层)。
过程80在块84处以在光学堆叠16上方形成牺牲层25而继续。由于牺牲层25稍后被移除(见块90)以形成空腔19，所以在所得IMOD显示元件中未展示牺牲层25。图4B说明部分制造的装置，所述装置包含形成于光学堆叠16上方的牺牲层25。在光学堆叠16上方形成牺牲层25可包含以一厚度沉积二氟化氙(XeF2)可蚀刻材料(例如，钼(Mo)或非晶硅(Si))，所述厚度经选择以在随后的移除之后提供具有所要的设计大小的间隙或空腔19(亦见图4E)。可使用例如以下各者的沉积技术来实施牺牲材料的沉积：物理气相沉积(PVD，其包含例如溅镀的许多不同技术)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)或旋涂。
过程80在块86处以形成支撑结构(例如，支撑柱18)而继续。支撑柱18的形成可包含：图案化牺牲层25以形成支撑结构孔径；接着使用例如PVD、PECVD、热CVD或旋涂的沉积方法将材料(例如，聚合物或如氧化硅的无机材料)沉积到孔径中以形成支撑柱18。在一些实施方案中，形成于牺牲层中的支撑结构孔径可延伸穿过牺牲层25及光学堆叠16而到下伏衬底20，使得支撑柱18的下端接触衬底20。替代地，如图4C中所描绘，形成于牺牲层25中的孔径可延伸穿过牺牲层25但不延伸穿过光学堆叠16。举例来说，图4E说明支撑柱18的下端接触光学堆叠16的上表面。可通过将支撑结构材料的层沉积于牺牲层25上方且图案化远离牺牲层25中的孔径的支撑结构材料的若干部分来形成支撑柱18或其它支撑结构。支撑结构可位于孔径内(如图4C中所说明)，但也可至少部分地延伸于牺牲层25的一部分上方。如上文所注释，牺牲层25及/或支撑柱18的图案化可通过掩蔽及蚀刻过程来执行，但也可通过替代性图案化方法来执行。
过程80在块88处以形成可移动反射层或膜(例如，图44中所说明的可移动反射层14)而继续。可通过使用一或多个沉积步骤(例如，包含反射层(例如，铝、铝合金或其它反射材料)沉积)连同一或多个图案化、掩蔽及/或蚀刻步骤来形成可移动反射层14。可移动反射层14可经图案化为形成(例如)显示器的列的个别及平行条带。可移动反射层14可导电，且称为导电层。在一些实施方案中，可移动反射层14可包含如图4D中所展示的多个子层14a、14b及14c。在一些实施方案中，所述子层中的一或多者(例如，子层14a及14c)可包含针对其光学性质而被选择的高度反射子层，且另一子层14b可包含针对其机械性质而被选择的机械子层。在一些实施方案中，机械子层可包含电介质材料。由于牺牲层25仍存在于在块88处形成的部分制造的IMOD显示元件中，所以可移动反射层14在此阶段通常不可移动。含有牺牲层25的部分制造的IMOD显示元件在本文中也可称为“未经释放”IMOD。
过程80在块90处以形成空腔19而继续。可通过将牺牲材料25(在块84处沉积)暴露至蚀刻剂来形成空腔19。举例来说，可通过干式化学蚀刻、通过将牺牲层25暴露至气态或蒸气状蚀刻剂(例如，得自固体XeF2的蒸气)历时对移除所要量的材料有效的时间段来移除可蚀刻牺牲材料(例如，Mo或非晶Si)。所述牺牲材料通常是相对于包围空腔19的结构而被选择性地移除。也可使用其它蚀刻方法(例如，湿式蚀刻及/或等离子蚀刻)。由于牺牲层25在块90期间被移除，因此可移动反射层14在此阶段之后通常可移动。在移除牺牲材料25之后，所得完全或部分制造的IMOD显示元件在本文中可称为“经释放”IMOD。
在一些实施方案中，EMS组件或装置(例如，基于IMOD的显示器)的封装可包含背板(替代地称为底板、背玻璃或凹陷的玻璃)，所述背板能够保护EMS组件不受损坏(例如，不受机械干涉或潜在破坏性物质影响)。背板也可为广泛范围的组件提供结构支撑，所述组件包含(但不限于)驱动器电路、处理器、存储器、互连阵列、蒸气障壁、产品外壳及其类似者。在一些实施方案中，背板的使用可促进组件的集成且借此减小便携式电子装置的体积、重量及/或制造成本。
图5A及5B为EMS封装91的一部分的示意性分解部分透视图，所述EMS封装包含EMS元件阵列36及背板92。图5A经展示为具有背板92的两个隅角(其被切掉以更好地说明背板92的某些部分)，而图5B则经展示为无隅角被切掉。EMS阵列36可包含衬底20、支撑柱18及可移动层14。在一些实施方案中，EMS阵列36可包含具有位于透明衬底上的一或多个光学堆叠部分16的IMOD显示元件阵列，且可移动层14可经实施为可移动反射层。
背板92可本质上为平坦的或可具有至少一个波状形表面(例如，背板92可经形成具有凹区及/或突起)。背板92可由任何合适材料(不管为透明抑或不透明、导电抑或绝缘)制成。用于背板92的合适材料包含(但不限于)玻璃、塑料、陶瓷、聚合物、层压件、金属、金属箔片、可伐合金(Kovar)及电镀的可伐合金。
如图5A及5B中所展示，背板92可包含可部分或完全地嵌入于背板92中的一或多个背板组件94a及94b。如可在图5A中所见，背板组件94a嵌入于背板92中。如可在图5A及5B中所见，背板组件94b安置于经形成于背板92的表面中的凹口93内。在一些实施方案中，背板组件94a及/或94b可从背板92的表面突起。虽然背板组件94b安置于背板92的面向衬底20的侧上，但在其它实施方案中，背板组件可安置于背板92的相反侧上。
背板组件94a及/或94b可包含一或多个主动或被动式电组件，例如晶体管、电容器、电感器、电阻器、二极管、开关及/或集成电路(IC)(例如，已封装、标准或离散IC)。可用于各种实施方案中的背板组件的其它实例包含天线、电池及感应器(例如，电感应器、触摸感应器、光学感应器或化学感应器或薄膜沉积装置)。
在一些实施方案中，背板组件94a及/或94b可与EMS阵列36的若干部分形成电连通。导电结构(例如，迹线、凸块、柱或通路)可形成于背板92或衬底20中的一者或两者上且可彼此或与其它导电组件接触以在EMS阵列36与背板组件94a及/或94b之间形成电连接。举例来说，图5B包含位于背板92上的一或多个导电通路96，其可与从EMS阵列36内的可移动层14向上延伸的电接点98对准。在一些实施方案中，背板92也可包含一或多个绝缘层，其使背板组件94a及/或94b与EMS阵列36的其它组件电绝缘。在其中背板92由蒸气可透过材料形成的一些实施方案中，可以蒸气障壁(未图示)来涂布背板92的内部表面。
背板组件94a及94b可包含一或多个干燥剂，其起吸收可能进入EMS封装91的任何湿气的作用。在一些实施方案中，可与任何其它背板组件分开地提供干燥剂(或例如吸气剂的其它湿气吸收材料)，(例如)以作为通过黏附剂而被安装到背板92(或形成于其中的凹口中)的薄片。替代地，可将干燥剂集成到背板92中。在一些其它实施方案中，可直接或间接地将干燥剂涂覆于其它背板组件上方(例如，通过喷涂、丝网印刷或任何其它合适方法)。
在一些实施方案中，EMS阵列36及/或背板92可包含机械支座97，其用以维持背板组件与显示元件之间的距离且借此防止彼等组件之间的机械干涉。在图5A及5B中所说明的实施方案中，机械支座97经形成为自背板92突起且与EMS阵列36的支撑柱18对准的柱。替代地或另外，可沿EMS封装91的边缘来提供机械支座(例如，轨道或柱)。
虽然图5A及5B中未说明，但可提供部分地或完全环绕EMS阵列36的密封件。所述密封件与背板92及衬底20一起可形成围封EMS阵列36的保护腔。密封件可为半气密型密封件(例如，常规的基于环氧树脂的黏附剂)。在一些其它实施方案中，密封件可为气密型密封件(例如，薄膜金属熔接或玻璃粉)。在一些其它实施方案中，密封件可包含聚异丁烯(PIB)、聚胺基甲酸酯、液态旋涂式玻璃、焊料、聚合物、塑料或其它材料。在一些实施方案中，可使用加强密封剂来形成机械支座。
在替代实施方案中，密封环可包含背板92或衬底20中的任一者或两者的延伸部。举例来说，密封环可包含背板92的机械延伸部(未图示)。在一些实施方案中，密封环可包含分离部件(例如，O形环或其它环状部件)。
在一些实施方案中，EMS阵列36及背板92在被附接或耦接在一起之前分开地加以形成。举例来说，可将衬底20的边缘附接并密封到背板92的边缘，如上文所论述。替代地，可将EMS阵列36及背板92形成并一同接合为EMS封装91。在一些其它实施方案中，可以任何其它合适的方式(例如，通过利用沉积在EMS阵列36上方形成背板92的组件)来制造EMS封装91。
图6A到6E展示多状态IMOD(MS-IMOD)可如何经配置以产生不同色彩的实例。如上文所注释，模拟IMOD(A-IMOD)及多状态IMOD(MS-IMOD)被视为MS-IMOD的较宽广类别的实例。
在MS-IMOD中，可通过改变吸收体堆叠与反射器堆叠之间的间隙高度来使像素的反射色彩变化。在图6A至6E中，MS-IMOD600包含镜堆叠605及吸收体堆叠610。在此实施方案中，吸收体堆叠610为部分反射且部分吸收。此处，镜堆叠605包含至少一个金属反射层，其在本文中也可称为镜像表面或金属镜。
在一些实施方案中，吸收体堆叠610的吸收体层可由部分吸收且部分反射的层形成。吸收体层可为包含其它层(例如，一或多个介电层、电极层等)的吸收体堆叠的部分。根据一些此等实施，吸收体堆叠610可包含介电层、金属层及钝化层。在一些实施方案中，介电层可由二氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiON)、氟化镁(MgF2)、氧化铝(Al2O3)及/或其它电介质材料形成。在一些实施方案中，金属层可由铬(Cr)及/或钼铬(MoCr，钼-铬合金)形成。在一些实施方案中，钝化层可包含Al2O3或另一电介质材料。
镜像表面可(例如)由反射金属(例如，铝(Al)、银(Ag)等)形成。镜像表面可为包含其它层(例如，一或多个介电层)的反射器堆叠的部分。此等介电层可由以下各者形成：氧化钛(TiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化锆(ZrO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、三氧化二锑(Sb2O3)、二氧化铪(IV族)(HfO2)、氧化钪(III族)(Sc2O3)、氧化铟(III族)(In2O3)、经锡掺杂的氧化铟(III族)(Sn:In2O3)、SiO2、SiON、MgF2、Al2O3、氟化铪(HfF4)、氟化镱(III族)(YbF3)、冰晶石(Na3AlF6)及/或其它电介质材料。
在图6A到6E中，镜堆叠605经展示为相对于吸收体堆叠610而位于五个位置处。然而，MS-IMOD600可相对于镜堆叠605而在实质上5个以上的位置之间可移动。举例来说，一些MS-IMOD可以8或8个以上的间隙高度630、10或10个以上的间隙高度630、16或16个以上的间隙高度630、20或20个以上的间隙高度630、32或32个以上的间隙高度630等定位。一些MS-IMOD也可以对应于其它色彩(例如，黄色、橙色、紫罗兰色、青色及/或洋红色)的间隙高度630配置。在一些A-IMOD实施方案中，镜堆叠605与吸收体堆叠610之间的间隙高度630可以实质上连续的方式而变化。在一些此等MS-IMOD600中，间隙高度630可经控制而具有高精度水平(例如，具有10nm或更小的误差)。
虽然在此实例中吸收体堆叠610包含单一吸收体层，但吸收体堆叠610的替代性实施方案可包含多个吸收体层。此外，在替代性实施方案中，吸收体堆叠610可非为部分反射。
具有波长λ的入射波将干涉其自身的自镜堆叠605的反射以产生具有局部峰值及空值的驻波。第一空值为来自镜的λ/2且随后的空值位于λ/2间隔处。对于那个波长来说，被置放于所述空值位置中的一者处的薄吸收体层将吸收极少能量。
首先参看图6A，当间隙高度630实质上等于光625的红色波长(本文中也称为红色)的半波长时，吸收体堆叠610被定位于红色驻波干涉图案的空值处。光625的红色波长的吸收接近于零，此是因为在吸收体处几乎不存在红光。在此配置下，在从吸收体堆叠610反射的光的红色波长与自镜堆叠605反射的光的红色波长之间出现相长干涉。因此，具有实质上对应于光625的红色波长的波长的光被有效地反射。其它色彩的光(包含光615的蓝色波长及光620的绿色波长)在吸收体处具有高强度场且未通过相长干涉而加强。实情为，此光实质上通过吸收体堆叠610而被吸收。
图6B描绘呈一配置的MS-IMOD600，其中镜堆叠605经移动而更接近于吸收体堆叠610(或反之亦然)。在此实例中，间隙高度630实质上等于光620的绿色波长的半波长。吸收体堆叠610被定位于绿色驻波干涉图案的空值处。光620的绿色波长的吸收接近于零，此时因为在吸收体处几乎不存在绿光。在此配置下，在自吸收体堆叠610反射的绿光与自镜堆叠605反射的绿光之间出现相长干涉。具有实质上对应于光620的绿色波长的波长的光被有效地反射。其它色彩的光(包含光625的红色波长及光615的蓝色波长)实质上通过吸收体堆叠610而被吸收。
在图6C中，镜堆叠605经移动而更接近于吸收体堆叠610(或反之亦然)，使得间隙高度630实质上等于光615的蓝色波长的半波长。具有实质上对应于光615的蓝色波长的波长的光被有效地反射。其它色彩的光(包含光625的红色波长及光620的绿色波长)实质上通过吸收体堆叠610而被吸收。
然而，在图6D中，MS-IMOD600呈间隙高度630实质上等于可见光范围中的平均色彩的波长的1/4的配置。在此布置中，吸收体位于干涉驻波的强度峰值附近；归因于高场强度的强吸收连同吸收体堆叠610与镜堆叠605之间的相消干涉使相对很少的可见光自MS-IMOD600反射。本文中可将此配置称为“黑色状态”。在一些此等实施方案中，可使得间隙高度630大于或小于图6D中所展示之间隙高度，以便加强在可见光范围外部的其它波长。因此，图6D中所展示的MS-IMOD600的配置仅提供MS-IMOD600的黑色状态配置的一个实例。
图6E描绘呈吸收体堆叠610紧密接近镜堆叠605的配置的MS-IMOD600。在此实例中，间隙高度630可忽略，此是因为吸收体堆叠610实质上邻近于镜堆叠605。具有宽广波长范围的光自镜堆叠605有效地反射而未通过吸收体堆叠610在显著程度上吸收。本文中可将此配置称为“白色状态”。然而，在一些实施方案中，可将吸收体堆叠610及镜堆叠605分开以减少由充电(经由可在使两个层彼此接近时所产生的强电场)引起的静摩擦。在一些实施方案中，可将具有约λ/2的总厚度的一或多个介电层安置于吸收体层的表面及/或镜像表面上。因而，白色状态可对应于吸收体层被置放于来自镜堆叠605的镜像表面的驻波的第一空值处的配置。
例如IMOD显示器或偏振控制显示器(例如，液晶显示器(LCD))的反射式显示器的偏轴视野可导致色彩或对比度或两者的不需要的移位。在MS-IMOD显示器中，当像素正显示微红色(可见光谱中的最长波长)时，此效应尤为显著，此是因为任何色彩的反射比峰值朝向蓝色移位达波长增量，所述波长增量与未移位的峰值波长成比例。可如下表达此波长增量Δλ：
Δλ＝λunshifted(1-cosα)(方程式1)
在方程式1中，λunshifted表示原始反射比峰值波长且α表示相对于表面法线的入射角。图7A及7B中说明此等效应。
图7A展示正沿轴线所检视的MS-IMOD的实例，所述轴线实质上正交于镜堆叠的表面。垂直于镜堆叠605而入射的光产生驻波干涉图案，所述驻波干涉图案以镜表面处的零能量空值而开始且周期性地重复远离镜。空值位置每半波长而重复。因此，空值位置之间的距离取决于光的光谱分量中的每一者的波长。
图7A展示以下各者的实例：光705a的红色波长的驻波干涉图案；光710的绿色波长的驻波干涉图案；及光715的蓝色波长的驻波干涉图案。空值被描绘为所述驻波干涉图案的最黑暗区域且峰值被描绘为所述驻波干涉图案的最明亮区域。由于光625的红色波长具有最长波长，所以光625的红色波长的空值位置之间的距离大于光620的绿色波长或光615的蓝色波长的空值位置之间的距离。
在图7A中所展示的实例中，吸收体堆叠610被定位于光705a的红色波长的驻波干涉图案的空值处。观测者720正检视沿实质上垂直于镜堆叠的表面的轴线而传播的光。吸收体堆叠610使光被吸收而不管光谱分量在吸收体位置处具有空值位置，在所述状况下，很少或无能量被吸收且光以高效率而被反射。
因此，当MS-IMOD600呈图7A中所展示的配置时，观测者720可察觉到自镜堆叠605反射的光625的红色波长。其它色彩的光(包含光615的蓝色波长及光620的绿色波长)在吸收体位置处具有较高强度场且实质上通过吸收体堆叠610而被吸收。
图7B展示正沿轴线所检视的MS-IMOD的实例，所述轴线与镜堆叠的表面的法线成角度α。吸收体堆叠610位于图7A中所展示的相同位置中。然而，尽管吸收体堆叠610的此位置产生法线入射视野的红反射，但偏轴视野归因于由入射光及反射光所传播的增加的距离而使边缘伸展一反余弦因子。此距离增加引起空值位置的移位(如在光705b的红色波长的驻波干涉图案中所展示)，从而使光625的一些入射的红色波长被吸收。
然而，处于相同入射角α的较短波长分量具有与相同吸收体位置一致的零能量空值且因此以高效率反射。此通过光725的橙色波长的驻波干涉图案来展示。结果为，当观测者720自偏轴位置检视MS-IMOD600时，对于相同间隙630来说色彩发生明显移位(朝向蓝色范围)。当MS-IMOD600经配置以用于反射绿色、蓝色或其它色彩且予以离轴检视时，产生类似的效应。
图8A及8B展示能够界定视角范围的光纤阵列的实例。在此实施方案中，退出光纤阵列800的光被限制于某一范围的角度内而不管进入光纤阵列800的光805的入射角。在图8A中，光805以与光纤815a的轴线810成入射角α1进入光纤阵列800且以小于或等于视角范围的角度自光纤815a射出。在图8B中，光805以与光纤815a的轴线810成入射角α2进入光纤阵列800，所述入射角α2大于入射角α1。尽管如此，光805仍以小于或等于视角范围的角度自光纤815a射出。经由光纤阵列800而被反射回来(例如，自反射式显示器)的光将以小于或等于视角范围的角度自光纤阵列800射出。
在图8A及8B中所展示的实例中，在光纤815中的每一者中所携带的光805射出为具有视角范围的光锥，所述视角范围匹配每一光纤815的数值孔径。因此，可通过针对光纤815中的每一者选定对应的数值孔径来选择光纤阵列800的视角范围光纤815a的数值孔径为光纤芯820a及光纤包层材料825a的折射率的函数。
因此，可通过选择在光纤阵列800中的每一光纤815的光纤芯820a及光纤包层材料825a的对应折射率来获得预定视角范围。在一些实施方案中，视角范围可为在自光纤阵列800的光纤815的轴线810的30度至50度的范围中的角度。在一些实施方案中，轴线810可实质上垂直于显示器表面。
通过以下方程式来给出光纤的数值孔径：
在方程式2中，NA表示光纤815的数值孔径，而ncore及nclad分别表示光纤芯820及光纤包层材料825的折射率。由于数值孔径也等于视角范围的半角的正弦，所以可通过选择ncore及nclad的适当值来确定视角范围。
图8A及8B中所展示的光纤815具有相异的长度δ。在一些实施方案中，光纤815具有实质上随机长度δ。当通过不相干光源(例如，太阳、典型室内照明或典型正面光或背光)来照明时，自阵列中的每一纤维射出的光可相互不相干。然而，在替代性实施方案中，光纤815可具有实质上相同长度。
在一些实施方案中，光纤815中的每一者长于最小长度δmin。最小长度可至少部分地基于光纤的直径及光纤芯820的折射率。下文参看图10来更详细地论述光纤长度。
图9展示包含光纤阵列的设备的实例。在此实例中，设备900包含衬底905，在此实例中所述衬底为实质上透明的衬底。衬底905可包含可用以形成透明衬底20(上文参看图1描述了所述透明衬底20)的材料中的一或多者。在此实施方案中，设备900包含显示器910。显示器910可(例如)包含反射式显示器(例如，IMOD显示器)及/或偏振控制显示器(例如，液晶显示器(LCD))。显示器910可为显示装置(例如，下文参看图15A及15B所描述的显示装置40)的部分。
此处，设备900包含安置于衬底905与显示器910之间的光纤阵列800。在一些实施方案中，可将光纤阵列800制造于衬底905上。光纤阵列800可能能够使光805在衬底905与显示器910之间透射。在一些实施方案中，光纤阵列800可能能够界定显示器910的视角范围。如上文参看图8A及8B所提到，入射光可以各种入射角进入光纤阵列800，所述入射角中的一些可大于视角范围尽管如此，对于本文中所描述的各种实施来说，光805仍以小于或等于视角范围的角度自光纤阵列800射出且被提供到显示器910。如果显示器910为反射式显示器，则经由光纤阵列800而自显示器910反射回来的光将以小于或等于视角范围的角度自光纤阵列800射出。
光纤阵列800可包含具有实质上随机长度的光纤。然而，在一些实施方案中，光纤可为至少最小长度δmin，且可通过位于光纤阵列与显示器面板之间的明确漫射体层来达到。漫射体层可包含透明介电层，所述透明介电层跨越阵列而具有厚度的随机空间变化。在后一实现例中，空间变化可经设计具有合适的特征大小分布以控制散射功率的程度，所述散射功率的程度又控制IMOD应用的色饱和程度。
图10展示个别光纤的横截面的实例。如果光纤815经设计以在“弹道”(直通型)传播模式中支援某一范围的光入射角，其中光束与芯/包层接口1005最小程度地互动，退出角将主要地遵循入射角。举例来说，如果光纤芯820具有实质上不变的折射率且如果角度α足够小以致于入射光805a留在光纤芯820内而未折射离开芯与包层接口1005之间的接口(？)，则以与轴线810成角度α进入光纤815的入射光805a将以与轴线810成角度α而射出。此暗示存在最小可接受的光纤长度，以便确保光805在未与芯/包层接口1005充分互动的情况下不穿过光纤815。可将最小长度表达为光纤815的直径及折射率以及待传播穿过光纤阵列800的光的波长的函数。
通过图10中所展示的光805b的路径来说明最小长度。自芯与包层之间的边界发生的边缘衍射具有所界定的衍射角θ，其是通过以下方程式而特征化：
θ＝λ/ncoreD(方程式3)
在方程式3中，D表示光纤芯的直径，ncore表示光纤芯820的折射率，且λ表示光波长。举例来说，λ可表示可见光范围中的最短或实质上最短的光波长。
为防止弹道运输效应，衍射光线(例如，光805b)应在光纤长度内照在光纤的相反壁上。可如下应用此条件以确定光纤815的最小长度δmin。可使角度θ等于D与此最小长度δmin的比率，以根据以下方程式来确定最小长度：
δmin＝ncore(D2/λ)(方程式4)
举例来说，如果假定1.5微米的光纤直径D、1.5的ncore值及0.4微米的λ值，则方程式4产生8.44um的对应的最小光纤长度，其是在光刻沉积及蚀刻过程的领域内。已展示包含具有至少最小长度且具有在0.3至0.4的范围中的数值孔径的光纤阵列以产生可接受的少量的视角相依性。然而，在替代性实施方案中，光纤阵列800可包含具有不同最小长度、不同直径及/或在此范围外部的数值孔径的光纤。举例来说，在一些实施方案中，D可小于一微米(例如，0.5微米)。
图11展示红色样本的视角相依性的u'v'色空间特征化的实例。在此实例中，当检视MS-IMOD上的红色斑贴时，通过DMSAutronic机器(具有精密测角仪的分光光度计)来量测图11中所展示的值。“NA”值对应于三个不同光纤阵列800的数值孔径值，每一光纤阵列具有6微米的光纤芯直径。具有扩散跨越u'v'色空间中的相对较大区域的值的配置(例如，具有数值孔径1的光纤阵列)指示相对较大的红色视角相依性。对应于H78漫射体、NA1光纤阵列及45um芯光纤阵列的数据点皆以法线入射条件而开始且在入射角以5度的步幅逐步增加到30度(包含30度)时逆时针方向而移动。重要观测为：1)光纤阵列样本NA0.66及NA0.35光纤阵列展现好得多的色饱和度，如由轨迹自u'v'曲线原点的距离所描绘；及2)大多数光纤阵列展现小得多的u'v'旋转，此指示较大的色恒定性水平。
虽然光纤阵列800(例如，图8A及8B中所展示的光纤阵列800)可产生令人满意的结果，但此等实施方案可引起与入射光相比所透射的光的强度的显著减小。因此，可需要增加穿过光纤阵列的光透射的量。
图12A及12B展示用于增加透射穿过光纤阵列的光的量的实施方案的实例。图12A展示安置于实质上透明的衬底905上的光纤阵列800的横截面图，在此实例中所述衬底为玻璃衬底。光纤阵列800安置于衬底905与显示器910之间，在此实例中所述显示器包含IMOD像素。然而，在其它实施方案中，其它类型的显示器像素可安置成接近光纤阵列。在此实施方案中，已将光纤阵列800制造于玻璃衬底上。
此处，光纤芯820成锥形，使得光纤815的入口孔径(面向衬底905)大于出口孔径(背向衬底905)。如图12B的仰视图(自玻璃衬底侧)中所展示，在此实例中阵列的光纤具有六边形横截面，从而达到接近100％孔径比。在一些实施方案中，光纤芯820具有沿光纤815的轴线810而变化的分级折射率。
在此实施方案中，已用低折射率包层材料1205来使光纤阵列800平坦化。除提供其上将制造有IMOD像素的实质上平坦表面之外，低折射率包层材料1205也充当光纤芯820之间的包层。在一个实例中，低折射率包层材料1205可包含旋涂玻璃。在一些实施方案中，低折射率包层材料1205包含光吸收材料(例如，纳米粒子或量子点)或染料。
如上文所展示，锥形纤维允许光纤阵列达到高孔径比。然而，具有均一折射率的锥形纤维将根据光学扩展量守恒定律拒绝从一大角度入射于光纤阵列800上的光，如以下方程式中所展示：
n2dScosθdΩ＝常数。(方程式5)
图13展示光学扩展量守恒定律的参数的实例。在此实例中，无穷小表面元件dS(具有法线ns)被浸入于折射率为n的介质中。表面与被限制到立体角dΩ(与法线ns成角度θ)的光交叉(或发射所述光)。在光传播方向上投影的dS的区域为dScosθ。如果入射角是在立体角dΩ内，则可假定θ＝0。
对于具有均一折射率的锥形光纤芯820来说，当减小光纤退出区域(dS)时，离开光纤的光的立体角dΩ增大。当退出光角度的dΩ超过光纤的数值孔径(NA)时，光将被吸收抑或被反射回来。另外，光角度的放大增加色去饱和度。
已以以下的不同形式来重新书写方程式5：
参看方程式5'，可见：如果光纤退出表面处的折射率(nout)大于入口处的折射率(nin)，则具有达到以下各者的机会：(1)减小退出孔径(dSout)而不增加退出光锥角度(dΩout)或减小视角(dΩin)；及(2)在相同或甚至较大视角(dΩin)的情况下减小(dΩout)，借此达到较好的色饱和度。
图14A到14C说明制造具有光纤芯的光纤阵列的过程，所述光纤芯具有分级折射率。首先参看图14A，依序地将若干薄膜层沉积于玻璃衬底(例如，IMOD玻璃衬底)上，在此实例中此为以低折射率材料而开始。随后的层中的每一者的折射率可大于下伏层，使得光纤芯堆叠1405的折射率逐渐增加。可使得光纤芯堆叠1405的总厚度大于或等于最小所要光纤长度(例如，如上文所描述)。
在一个实例中，将TiO2的薄膜沉积于衬底上。接着，将Si3N4的薄膜沉积于TiO2层上。另外，接着依序沉积Al2O3、SiO2及MgF2的薄膜层。然而，在替代性实施方案中，可沉积更多或更少的层。此外，可将不同材料用于光纤芯堆叠1405中。
在替代性实例中，可将相同材料用于整个光纤芯820，但可变更沉积方法以便逐渐增大折射率。在一个此实例中，可首先通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)来沉积氮氧化硅(SiON)。通过改变氧与氮的比率，可调谐SiON薄膜的折射率。
如图14B中所展示，可接着用光阻1410来图案化光纤芯堆叠1405，以便界定锥形光纤芯820的窄端。在此过程之后可为将光阻1410加热及造型化的回焊过程。可接着蚀刻光纤芯堆叠1405以便达到所要圆锥角γ，如图14C中所展示。替代地，可使用灰阶掩模来达到所要圆锥角γ。
可将低折射率包层材料沉积于锥形光纤芯820之间，如图12A中所展示。在一些实施方案中，低折射率包层材料1205可包含光吸收材料。
图15A及15B展示说明包含多个IMOD显示元件的实例显示装置的系统框图。在一些实施方案中，IMOD显示元件可为如在本文中的别处所描述的MS-IMOD显示元件。显示装置40可为(例如)智能电话、蜂窝式电话或移动电话。然而，显示装置40的相同组件或其稍微变化也说明各种类型的显示装置，例如电视、计算机、平板计算机、电子阅读器、手持型装置及便携式媒体播放器。
显示装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风46。外壳41可由多种制造过程(包含射出成形及真空成形)中的任一者形成。另外，外壳41可由多种材料中的任一者制成，所述材料包含(但不限于)：塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合。外壳41可包含可与不同色彩或含有不同标志、图片或符号的其它可移除部分互换的可移除部分(未图示)。显示装置40的一些实施方案可包含用于显示器30的光源(例如，正面光或背光)。在一些实施方案中，光源可为不相干光源。
显示器30可为如本文中所描述的多种显示器中的任一者，包含双稳态或模拟显示器。显示器30也可包含平板显示器(例如，等离子、EL、OLED、STNLCD或TFTLCD)或非平板显示器(例如，CRT或其它管装置)。另外，显示器30可包含基于IMOD的显示器。所述显示器可包含MS-IMOD(例如，本文中所描述的MS-IMOD)。
在此实例中，显示装置40包含安置于显示器30上的光纤阵列800。光纤阵列800可能能够界定显示器30的视角范围。光纤阵列800可包含具有实质上随机长度的光纤。在一些实施方案中，光纤阵列800可包含能够增加透射穿过光纤阵列的光的量的锥形光纤。光纤阵列800中的光纤芯的折射率可沿光纤的轴线而变化。
显示装置40的组件示意性地说明于图15A中。显示装置40包含外壳41，且可包含至少部分地围封于其中的额外组件。举例来说，显示装置40包含网络接口27，所述网络接口包含可耦接到收发器47的天线43。网络接口27可为可显示于显示装置40上的图像数据的来源。因此，网络接口27为图像源模块的一个实例，但处理器21及输入装置48也可充当图像源模块。收发器47连接到处理器21，所述处理器连接到调节硬件52。调节硬件52可能能够调节信号(例如，滤波或在其它方面操纵信号)。调节硬件52可连接到扬声器45及麦克风46。处理器21也可连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29可耦接到帧缓冲器28及阵列驱动器22，阵列驱动器又可耦接到显示阵列30。显示装置40中的一或多个元件(包含图15A中未具体地描绘的元件)可能能够充当存储器装置且能够与处理器21通信。在一些实施方案中，电力供应器50可将电力提供到特定显示装置40设计中的实质上所有组件。
网络接口27包含天线43及收发器47使得显示装置40可经由网络与一或多个装置通信。网络接口27也可具有一些处理能力以减轻(例如)处理器21的数据处理要求。天线43可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据IEEE16.11标准(包含IEEE16.11(a)、(b)或(g))或IEEE802.11标准(包含IEEE802.11a、b、g、n)及其另外实施方案来发射及接收RF信号。在一些其它实施方案中，天线43根据标准来发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的状况下，天线43可经设计以接收码分多址接入(CDMA)、频分多址接入(FDMA)、时分多址接入(TDMA)、全球移动通信系统(GSM)、GSM/通用分组无线电服务(GPRS)、增强型数据GSM环境(EDGE)、陆上集群无线电(TETRA)、宽频CDMA(W-CDMA)、演进数据最佳化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DORevA、EV-DORevB、高速分组接入(HSPA)、高速下行链路分组接入(HSDPA)、高速上行链路分组接入(HSUPA)、演进型高速分组接入(HSPA+)、长期演进(LTE)、AMPS或用以在无线网络(例如，利用3G、4G或5G技术的系统)内通信的其它已知信号。收发器47可预先处理自天线43接收的信号，使得所述信号可由处理器21接收及进一步操纵。收发器47也可处理自处理器21接收的信号使得所述信号可经由天线43自显示装置40发射。
在一些实施方案中，可用接收器替换收发器47。另外，在一些实施方案中，可用图像源替换网络接口27，所述图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。处理器21可控制显示装置40的整体操作。处理器21自网络接口27或图像源接收数据(例如，压缩的图像数据)，且将所述数据处理成原始图像数据或可容易被处理成原始图像数据的格式。处理器21可将经处理的数据发送到驱动器控制器29或帧缓冲器28以供存储。原始数据通常指识别图像内的每一位置处的图像特性的信息。举例来说，此等图像特性可包含颜色、饱和度及灰度阶。
处理器21可包含用以控制显示装置40的操作的微控制器、CPU或逻辑单元。在一些实施方案中，处理器21可对应于控制系统或形成控制系统的组件。驱动器控制器29及/或阵列驱动器也可被视为控制系统的组件。因此，在一些实施方案中，处理器21、驱动器控制器29及/或阵列驱动器可能能够至少部分地执行本文中所描述的方法。举例来说，处理器21、驱动器控制器29及/或阵列驱动器可为控制系统的部分，所述控制系统能够控制显示器30的MS-IMOD600的待相对于彼此而被定位于多个位置中的吸收体堆叠610及镜堆叠605。调节硬件52可包含用于将信号发射到扬声器45及用于自麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件，或可并入处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29可直接自处理器21抑或自帧缓冲器28取得由处理器21所产生的原始图像数据，且可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。在一些实施方案中，驱动器控制器29可将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流，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将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管例如LCD控制器的驱动器控制器29常常作为独立集成电路(IC)而与系统处理器21相关联，但可以许多方式来实施此等控制器。举例来说，控制器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，或以硬件与阵列驱动器22完全集成。
阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化的信息，且可将视频数据重新格式化为一组平行的波形，所述组波形被每秒许多次地施加到来自显示器的x-y显示元件矩阵的数百且有时数千个(或更多)引线。
在一些实施方案中，驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示阵列30适合于本文所描述的任何类型的显示器。举例来说，驱动器控制器29可为常规的显示器控制器、双稳态显示器控制器或多状态显示器控制器(例如，IMOD显示元件控制器)。另外，阵列驱动器22可为常规的驱动器、双稳态显示器驱动器或多状态显示器驱动器(例如，IMOD显示元件驱动器)。此外，显示阵列30可为常规的显示阵列、双稳态显示阵列或多状态显示阵列(例如，包含IMOD显示元件阵列的显示器)。在一些实施方案中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22集成。此实施在高度集成型系统(例如，移动电话、便携式电子装置、手表或小面积显示器)中可为有用的。
在一些实施方案中，输入装置48可能能够允许(例如)使用者控制显示装置40的操作。输入装置48可包含小键盘(例如，QWERTY键盘或电话小键盘)、按钮、开关、摇臂、触敏屏幕、与显示阵列30集成的触敏屏幕，或压敏性或热敏性膜。麦克风46可能能够充当显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，可将经由麦克风46产生的语音命令用于控制显示装置40的操作。
电力供应器50可包含多种能量存储装置。举例来说，电力供应器50可为可再充电电池(例如，镍镉电池或锂离子电池)。在使用可再充电电池的实施方案中，可再充电电池可为可使用来自(例如)壁式插座或光伏打装置或阵列的电力充电的。替代地，可再充电电池可为可以无线方式充电的。电力供应器50也可为再生能源、电容器或太阳能电池(包含塑料太阳能电池或太阳能电池漆)。电力供应器50也可能能够自壁式插座接收电力。
在一些实施方案中，控制可编程性驻留于可位于电子显示系统中的若干处的驱动器控制器29中。在一些其它实施方案中，控制可编程性驻留于阵列驱动器22中。以上所描述的最佳化可实施于任何数目个硬件及/或软件组件中且以各种配置来实施。
如本文中所使用，提及项目列表“中的至少一者”的片语指那些项目的任何组合，包含单一成员。作为一个实例，“a、b或c中的至少一者”意欲涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
可将结合本文中所揭示的实施而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路及算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的互换性已大体按功能性描述，且说明于上述各种说明性组件、块、模块、电路及步骤中。将此功能性实施于硬件抑或软件中取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。
用以实施结合本文中所揭示的方面而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块及电路的硬件及数据处理设备可通过经设计以执行本文中所描述的功能的通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、特殊应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器或任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一或多个微处理器，或任何其它此类配置。在一些实施方案中，特定步骤及方法可由特定用于给定功能的电路执行。
在一个或多个方面中，所描述的功能可实施于硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含在此说明书中揭示的结构及其结构等效物)或其任何组合中。此说明书中所描述的标的物的实施也可经实施为编码于计算机存储媒体上的一或多个计算机程序(亦即，计算机程序指令的一或多个模块)以供数据处理设备执行或以控制数据处理设备的操作。
本发明中所描述的实施的各种修改对于所属领域的技术人员来说可为易于显而易见的，且可在不脱离本发明的精神或范畴的情况下将本文中所界定的一般原理应用于其它实施方案。因此，权利要求书并不意欲限于本文中所展示的实施方案，而应符合与本文中所揭示的本发明、原理及新颖特征相一致的最广范畴。另外，所属领域的一般技术人员将易于了解，有时出于描述诸图的容易性而使用术语“上”及“下”，且所述术语指示对应于在恰当定向的页面上所述图的定向的相对位置，且可并非反映(例如)如所实施的IMOD显示元件的恰当定向。
在单独实施的情况下描述于此说明书中的某些特征也可在单一实施方案中以组合形式实施。相反地，在单一实施例的情况下所描述的各种特征也可单独地在多个实施方案中或以任何合适的子组合加以实施。此外，虽然上文可将特征描述为以某些组合起作用且甚至最初按此来主张，但来自所主张的组合的一或多个特征在一些状况下可自所述组合删除，且所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。
类似地，尽管在图式中以特定次序来描绘操作，但所属领域的一般技术人员将易于认识到，此等操作无需以所展示的特定次序或以依序次序执行，或所有所说明操作经执行以达到所要结果。另外，图式可按流程图的形式示意性地描绘一或多个实例过程。然而，未描绘的其它操作可并入于示意性说明的实例过程中。举例来说，可在所说明操作中的任何者前、后、同时或之间执行一或多个额外操作。在某些情况下，多任务及并行处理可为有利的。此外，不应将在上述实施方案中的各种系统组件的分离理解为在所有实施方案中需要此分离，且应理解，所描述的程式组件及系统可大体被一同集成于单一软件产品中或经封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案是在以下权利要求书的范畴内。在一些状况下，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序执行且仍达到所要结果。

Claims (21)

1.一种设备，其包括：
显示器；
实质上透明的衬底；以及
光纤阵列，其安置于所述衬底与所述显示器之间，所述光纤阵列能够使光在所述衬底与所述显示器之间透射，所述光纤阵列包含具有实质上随机长度的光纤。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光纤阵列能够界定所述显示器的视角范围。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述光纤阵列包含具有锥形光纤芯的光纤。
4.根据权利要求3所述的设备，其进一步包括安置于所述锥形光纤芯之间的低折射率光纤包层材料。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述光纤包层材料包含光吸收材料。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述光纤阵列包含具有光纤芯的光纤，所述光纤芯具有沿所述光纤的轴线而变化的分级折射率。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括能够照明所述光纤阵列的实质上不相干光源，其中从所述阵列中的第一光纤射出的光与从所述阵列中的第二光纤射出的光相互不相干。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述显示器包含干涉调制器IMOD显示器。
9.一种显示装置，其包含根据权利要求1所述的设备。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其进一步包含能够控制所述显示装置的控制系统，其中所述控制系统能够处理图像数据。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述控制系统进一步包括：
驱动器电路，其能够将至少一个信号发送到所述显示装置的显示器；以及
控制器，其能够将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
12.根据权利要求10所述的显示装置，其中所述控制系统进一步包括：
处理器；以及
图像源模块，其能够将所述图像数据发送到所述处理器，其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。
13.根据权利要求10所述的显示装置，其进一步包括：
输入装置，其能够接收输入数据且将所述输入数据传达到所述控制系统。
14.一种设备，其包括：
用于显示图像的装置；
实质上透明的衬底；以及
用于使光在所述衬底与所述显示器之间透射的装置，其中用于使光透射的所述装置包含安置于所述衬底与用于显示图像的所述装置之间的光纤阵列，所述光纤阵列能够界定所述显示器的视角范围。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述光纤阵列中的每一光纤包含光纤芯及光纤包层，且其中所述光纤芯及所述光纤包层的折射率经选择以提供所述视角范围。
16.根据权利要求14所述的设备，其中每一光纤的数值孔径至少部分地基于所述光纤芯的所述折射率与所述光纤包层的所述折射率之间的差的平方根。
17.根据权利要求14所述的设备，其中所述光纤阵列包含具有实质上随机长度的光纤。
18.根据权利要求14所述的设备，其中所述光纤阵列中的每一光纤长于最小长度。
19.根据权利要求18所述的设备，其中所述最小长度至少部分地基于光纤直径及光纤芯折射率。
20.根据权利要求14所述的设备，其中所述光纤阵列包含具有锥形光纤芯的光纤。
21.根据权利要求14所述的设备，其中所述光纤阵列包含具有光纤芯的光纤，所述光纤芯具有沿所述光纤的轴线而变化的分级折射率。
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