專利名稱：微隅角棱鏡陣列、制造它的方法以及反射型顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微隅角棱鏡陣列、制造它的方法以及反射型顯示裝置。
背景技術：
近幾年，已經(jīng)開發(fā)了各種類型具有極小尺寸的光學元件(也就是所謂的“微光學元件”)包括微透鏡、微反射鏡和微棱鏡，并廣泛地應用于光通信和顯示裝置領域。希望通過實現(xiàn)這些微光學元件使光學技術和顯示技術進一步發(fā)展前進。
這種光學元件的實例包括通過以正規(guī)圖形排列多個隅角棱鏡形成的隅角棱鏡反射器。這些隅角棱鏡中每一個的形狀對應于立方體的一個角和三個垂直相對的反射面。隅角棱鏡反射器是一種類型的后向反射器，它通過獲得這些反射面中每一個接連反射的光線，將輸入光線反射回其光源。隅角棱鏡反射器還總是能不管輸入光線的入射角，將它反射回其光源。在下文中，將描述制造隅角棱鏡的傳統(tǒng)方法。
平板法在平板法中，將多個平板彼此堆疊，每個平板具有兩個相互平行的平面。在這些堆疊平板的側端面上，垂直于平行面以相等的間距切割V形槽，以此形成一系列屋頂形的凸起，每個凸起的頂角約為90°。接著，這些平板中的每一個相對于相鄰的平板水平偏移，使得前一板上形成的一系列屋頂形凸起的頂部對準后一板上形成的V形槽的底部。用這種方式，獲得用于制造隅角棱鏡陣列的模具。在平板法中，使用該模具制造隅角棱鏡陣列。然而，根據(jù)該方法，必須相對于鄰近平板精確地移動并固定具有屋頂形凸起的平板，使得兩個平板滿足所需的位置關系。因此，用這種方法很難制造尺寸約為100μm或更小的隅角棱鏡。
引線集束法在引線集束法中，在六棱柱金屬引線的一端提供具有三個正方形面的棱鏡，這三個正方形面彼此實質垂直相對，并且將多個這種引線捆在一起以形成棱鏡集合。用這種方法，隅角棱鏡由三個棱鏡的三個面組成，在三個鄰近引線的各自端點上形成這三個棱鏡。然而，根據(jù)這種方法，通過收集多個棱鏡制造隅角棱鏡，這些棱鏡在相互不同的引線上單獨形成。因此，實際上很難制造小尺寸的隅角棱鏡。用這種方法可以制造的隅角棱鏡的最小可能尺寸約為1mm。
三棱鏡法在三棱鏡法中，例如，從三個方向在金屬平板表面切割V形槽，以此形成多個三角錐凸起并獲得棱鏡集合。然而，用這種方法形成的棱鏡除了三角錐形狀外，沒有其它形狀。
此外，日本公報公開號7-205322揭示了用光化學技術制造微隅角棱鏡陣列的方法。該方法中，使用具有多個等邊三角形透明(或不透明)區(qū)域的掩模。該掩模中這些透明(或不透明)區(qū)域中的每一個具有可變的透明度(或不透明度)，該值從其中心向邊緣逐漸減小。通過使用這種掩模執(zhí)行曝光和顯影處理步驟，在基底上形成多個三角錐光致抗蝕劑圖形單元。然后，各向異性地蝕刻(也就是干蝕刻)部分涂覆有這些光致抗蝕劑圖形單元的基底，以具有與光致抗蝕劑圖形單元相同形狀的多個凸起。用這種方法，在基底上形成多個三角錐凸起，每個凸起具有彼此實質垂直相對的三個等腰三角形面。
此外，日本公報公開號9-76245揭示了制造微透鏡陣列的方法，其特征在于用光束選擇性地照射預定區(qū)域。
在光通信和顯示裝置領域中，這些微光學元件通常與液晶顯示裝置組合，液晶顯示裝置需要相對薄且輕的彩色顯示板。和彩色液晶顯示裝置一樣，液晶板后包括背光的透射型液晶顯示裝置越來越廣泛地用于各種應用領域。另一方面，在諸如小區(qū)電話的移動通信單元領域中，常用反射型液晶顯示裝置，該顯示裝置使用環(huán)境光進行顯示操作。與透射型液晶顯示裝置不同，反射型液晶顯示裝置不需要背光，因此削減了總功率損耗，并允許用戶攜帶減小尺寸的電池。由于該原因，反射型液晶顯示裝置不僅能有效地應用于各種類型、盡可能輕且薄的移動電子單元，而且當包括反射型顯示裝置的單元被設計成與傳統(tǒng)裝置具有相同尺寸和重量時，還允許使用增大尺寸的電池。這是因為留給背光的空間可用于反射型顯示裝置中的其它目的。因此，期望反射型液晶顯示裝置飛躍地增加這些單元的最長工作時間。
此外，反射型液晶顯示裝置顯示的圖像的對比度優(yōu)于任何其它類型的顯示裝置顯示的圖像，即使顯示裝置用于室外陽光下時。例如，當CRT即自發(fā)射光顯示裝置用于室外陽光下時，其顯示圖像的對比率顯著地惡化。同樣，即使是經(jīng)歷低反射處理的透射型液晶顯示裝置，當該裝置在環(huán)境光比顯示光強烈的環(huán)境中(如陽光直射中)工作時，也顯示對比率顯著惡化的圖像。另一方面，反射型液晶顯示裝置增加其顯示圖像的亮度，使之與環(huán)境光的數(shù)量成正比，因此避免不必要的對比率惡化。由于該原因，反射型液晶顯示裝置尤其適用于經(jīng)常用于室外的移動電子單元，如小區(qū)電話，筆記本電腦，數(shù)碼相機和攝像機。
即使反射型液晶顯示裝置具有這些在各種應用中非常有用的有利特征，但當前可用的反射裝置不能完全滿足例如暗處的對比率、清晰度、和全色以及移動畫面顯示能力。因此，要等待實際上更有用的反射型液晶顯示裝置的發(fā)展。
當前廣泛應用的反射型液晶顯示裝置通常包括一個或兩個偏振器，且通常按以下三個模式之一工作扭轉向列(TN)模式，其中通過電場控制液晶層的光旋轉功率而實施顯示工作；電控雙折射(ECB)模式，其中通過電場控制液晶層的雙折射而實施顯示工作；混合模式，它是TN和ECB模式的組合。
另一方面，液晶材料中加入染料的賓主液晶顯示裝置已用作無偏振器的裝置。然而，這種類型的液晶顯示裝置不太可靠，因為其液晶材料中加入二向色染料，并且不能獲得實質上較高的對比率，因為染料的二向色性比率較低。尤其當對比率不充分時，使用濾色片的彩色顯示裝置顯示出顯著惡化的彩色純度。這時，顯示裝置需要與顯示高彩色純度的濾色片組合。然而，使用高彩色純度的濾色片導致亮度減小，因此喪失了所期望的不使用偏振器的優(yōu)點。
基于這些考慮因素，發(fā)展了使用聚合物分散液晶材料或膽甾醇型液晶材料的液晶顯示裝置，作為有希望實現(xiàn)高亮度、高對比率顯示而不使用任何偏振器或染料的裝置。這種類型的液晶顯示裝置利用聚合物分散或膽甾醇型液晶層的獨特特性。尤其，通過控制施加在液晶層上的電壓，使液晶層顯示出光學透射狀態(tài)與散射狀態(tài)之間或透射狀態(tài)與反射狀態(tài)之間的轉變。這里，將顯示出任一這類轉變的液晶層統(tǒng)稱為“散射型液晶層”。這種類型的液晶顯示裝置不使用偏振器，并能顯示改進的光效率。此外，即使在評價這種類型的液晶顯示裝置的彩色純度時，這種類型的裝置與以TN或ECB模式工作的裝置相比具有較輕的波長依賴。此外，當使用偏振器時，偏振器將具有非理想的吸收分布(也就是入射光偏黃，因為光中的藍波長范圍部分被偏振器吸收)。但是這種類型的裝置與偏振器的這種問題無關。因此，期望該裝置實現(xiàn)較佳的白色顯示。
例如，日本公報公開號3-186816中揭示了使用聚合物分散液晶材料的顯示裝置。在該出版物中揭示的液晶顯示裝置中，在黑色基底上提供聚合物分散液晶層。當聚合物分散液晶層上不施加電壓時，液晶層顯示出散射和不透明狀態(tài)，因此顯示白色。另一方面，當向聚合物分散液晶層施加電壓時，液晶層顯示出透射狀態(tài)，并使觀察者能看見黑色基底，因此顯示黑色。
然而，在日本公報公開號3-186816中揭示的液晶顯示裝置中，當顯示白色時，只有一部分入射光被聚合物分散液晶層反向散射以顯示白色，入射光的其它部分被正向散射，全部被黑色基底吸收。因此，它的光效率實際上顯著地減小。
例如，美國專利號3,905,682和5,182,663中揭示了一種液晶顯示裝置，它包括由光散射液晶材料和后向反射器構成的光調制層。在這些專利揭示的液晶顯示裝置中，當應該顯示黑色時，以這種方式控制其液晶層，以顯示透射狀態(tài)。因此，在這種狀態(tài)中，后向反射器將通過液晶層透射的光反射回其光源(也就是后向反射)。
上述隅角棱鏡反射器可用作這種后向反射器。在下文中，將參考圖40描述包括隅角棱鏡反射器的傳統(tǒng)液晶顯示裝置。
在圖40所示的液晶顯示裝置900中，散射型液晶層6夾在兩個透明基底8和9之間，基底8接近觀察者(未圖示)，基底9遠離觀察者，以下分別將它們稱為“觀察者側基底”和“非觀察者側基底”。在非觀察者側基底9相對于液晶層6的一個表面上，提供隅角棱鏡反射器90作為后向反射器。隅角棱鏡反射器90的反射面90a(也就是粗糙表面)上涂覆有透明展平構件95，以使之平坦化。在透明展平構件95上還形成透明電極12。另一方面，在觀察者側基底8相對于液晶層6的表面上，依次提供濾光層7和另一透明電極12。
通過控制施加在夾住散射型液晶層6的一對透明電極12上的電壓，液晶層6可顯示散射狀態(tài)或透射狀態(tài)。當應該顯示白色時，以這種方式控制散射型液晶層6，以進入散射狀態(tài)。在這種模式中，從外部光源(如太陽)入射到散射型液晶層6的一部分入射光被液晶層6散射。另一部分入射光被隅角棱鏡90反射，然后被液晶層6散射。另一方面，當應該顯示黑色時，以這種方式控制散射型液晶層6，以進入透射狀態(tài)。在這種模式中，通過散射型液晶層6透射的一部分入射光被隅角棱鏡90反射回其光源。因此，只有接近觀察者的光源發(fā)出的一部分光到達觀察者的眼睛，因此實現(xiàn)了較佳的黑色顯示。此外，由于輸入光被后向反射，所有沒有環(huán)境光的規(guī)則反射部分到達觀察者的眼睛。結果，可避免不必要的環(huán)境視線的背反射。
在包括隅角棱鏡反射器90的傳統(tǒng)反射型液晶顯示裝置900中，透明電極12和液晶層6不接觸后向反射器90的反射面90a，如圖40所示。也就是說，當如圖40所示后向反射器90的反射面90a涂覆有展平構件95時，入射光可以被展平構件95吸收，或不從展平構件95和液晶層6之間的界面后向反射。結果，不能獲得期望的高亮度，或減小對比率。
此外，在該液晶顯示裝置900中，要求每個隅角棱鏡反射器單元的尺寸L1等于或小于每個畫面單元區(qū)域的尺寸L2。如果每個單元的尺寸L1大于每個畫面單元區(qū)域的尺寸L2，那么通過預定畫面單元區(qū)域透射并從隅角棱鏡反射器后向反射的光線將通過回路上的另一畫面單元區(qū)域。這時，不能實現(xiàn)期望的顯示。
應該注意到預定數(shù)目單元中的每一個在這里都被稱為“畫面單元(或點)”，它是一個“像素”的組成部分，像素是最小顯示面積單位，它用于顯示其關聯(lián)的色彩。在全色顯示裝置中，通常一個“像素”由三個“畫面單元”組成，分別表示三基色紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)。此外，每個顯示裝置區(qū)域在這里被稱為“畫面單元區(qū)域”，用于顯示其關聯(lián)畫面單元表示的色彩。
如上所述，要求例如液晶顯示裝置中所用的隅角棱鏡具有較小的尺寸(如約100μm或更小)。然而，根據(jù)上述制造隅角棱鏡機械方法中的任何一種，通常很難制造所期望較小尺寸的隅角棱鏡，因為在實際制造過程中可能發(fā)生一些變化。此外，即使用上述的一種方法制造了極小尺寸的隅角棱鏡，那么每個反射面應該具有較低的鏡面反射率，且兩個反射面交點處的每個曲率半徑R應該較大。結果，后向反射效率將不利地減小。
此外，對于用日本公報公開號7-205322中所揭示光化學方法制造的微隅角棱鏡，很難確保其每一側面(或反射面)的高平面精度(即平面性)。在該方法中，微隅角棱鏡每個側面的平面精度依賴于基底上形成的三角錐光致抗蝕劑圖形單元。然而，為了增加光致抗蝕劑圖形單元的平面精度，例如應該通過使掩模的透射比或不透明度恒定變化，而嚴格控制光致抗蝕劑層曝光和顯影的處理步驟。然而，實際上，這種嚴格過程控制很難實現(xiàn)。此外，根據(jù)該技術，每個隅角棱鏡必須由三個等腰直角三角形平面組成。
此外，日本公報公開號9-76245中揭示的制造微透鏡陣列的光化學方法使用光束。然而，即使該技術應用于制造微隅角棱鏡陣列，它仍然很難確保隅角棱鏡中每個平面的充分平面精度(或平面性)。

發(fā)明內容
為了克服上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種制造極小尺寸且具有較高形狀精度的微隅角棱鏡陣列的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用這種微隅角棱鏡陣列的顯示裝置。
本發(fā)明的又一目的是提供一種在顯示白色是呈現(xiàn)較高亮度和較高對比率的反射型顯示裝置。
根據(jù)本發(fā)明實施例的制造微隅角棱鏡陣列的方法包括以下步驟a)制備基底，它的至少一個表面部分包括立方單晶體，并且它具有一個實質平行于晶體{111}平面的表面；b)各向異性地蝕刻基底表面，以此在基底表面上形成多個微隅角棱鏡陣列單元。每個單元由多個晶體平面構成，以低于晶體{111}平面的蝕刻率形成晶體平面。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，步驟b)最好包括以低于晶體{111}平面的蝕刻率形成晶體{100}平面的步驟。
在特殊的較佳實施例中，步驟b)最好包括形成多個單元的步驟，使得每個所述單元由三個彼此實質垂直相對的{100}平面組成。
尤其，步驟a)中所制備基底的至少表面部分由閃鋅礦結構的化合物半導體制成。
在這種情況下，化合物半導體最好是砷化鎵，基底最好具有實質平行于砷原子{111}B平面的表面。
或者，步驟a)中所制備基底的至少表面部分可以由金剛石結構的材料制成。
在這種情況下，基底的至少表面部分最好包括鍺單晶體。
在本發(fā)明的另一實施例中，步驟b)最好包括各向異性地蝕刻基底表面的步驟，使得形成的{111}平面的蝕刻率與晶體平面較低蝕刻率的比值大于1.73。
在又一較佳實施例中，該方法最好在步驟a)和步驟b)之間還包括步驟c)，用蝕刻掩模層涂覆基底表面。蝕刻掩模層最好包括至少一個掩模單元和至少一個開口，排列它們以形成預定的圖形。
在該特殊的較佳實施例中，步驟b)最好包括形成微隅角棱鏡陣列單元的步驟，使得根據(jù)步驟c)中所定義的蝕刻掩模層的圖形控制每個所述單元的尺寸。
或者，步驟c)可以包括定義蝕刻掩模層的步驟，掩模層包括多個掩模單元。每個掩模單元最好具有實質位于蜂窩陣點處的中點。
在這種情況下，掩模單元最好彼此隔開。
在又一較佳實施例中，掩模單元最好具有至少三條邊確定的平面形狀，這三條邊分別平行于晶體的(100)、(010)和(001)平面。
尤其，掩模單元最好具有三條邊確定的三角形平面形狀。
或者，掩模單元可以具有至少三條邊所確定的平面形狀，這多個側面分別平行于晶體的(11-1)、(1-11)和(-111)平面。
在這種情況下，掩模單元最好具有三條邊所確定的三角形平面形狀。
或者，掩模單元可以具有關于三次旋轉軸對稱的平面形狀。
在這種情況下，掩模單元最好具有六邊形、九邊形或十二邊形平面形狀。
在又一較佳實施例中，蝕刻掩模層最好包括多個開口，每個開口具有實質位于蜂窩陣點處的中點。
在又一較佳實施例中，至少一個掩模單元最好占蝕刻掩模層總面積的50％以上。
在又一較佳實施例中，步驟b)最好包括在基底表面和掩模單元之間接觸面積實質減小時停止蝕刻基底表面的步驟。
在又一較佳實施例中，步驟b)最好包括使基底表面經(jīng)歷濕蝕刻過程的步驟。
在這種情況下，步驟b)最好還包括使基底表面至少經(jīng)歷一次干蝕刻過程的步驟。
在又一較佳實施例中，該方法最好還包括將基底表面上形成的單元的形狀傳遞給樹脂材料的步驟。
在又一較佳實施例中，步驟b)最好包括形成單元的步驟，使得每個所述單元由三個實質正方形平面組成，這三個平面彼此實質垂直相對。
在又一較佳實施例中，步驟a)中制備的基底表面最好相對于晶體的{111}平面確定大于0度并小于或等于10度的角度。
在該特殊的較佳實施例中，基底表面和晶體{111}平面交線最好實質垂直于基底的劈開面。
本發(fā)明的另一較佳實施例提供了制造微隅角棱鏡陣列的方法，每個隅角棱鏡由具有指定結構的晶體的預定晶體平面確定。該方法包括以下步驟a)制備基底，它的至少表面部分包括指定結構的晶體；b)各向異性地蝕刻基底，以此故意使預定晶體平面曝光。
本發(fā)明的又一較佳實施例提供了由基底形成的微隅角棱鏡陣列，基底的至少表面部分包括立方單晶體。微隅角棱鏡陣列是不平坦的，它包括由晶體的預定晶體平面形成的蝕刻表面。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，預定的晶體平面最好是{100}平面。
本發(fā)明的又一較佳實施例提供了微隅角棱鏡陣列的模具。該模具最好由基底制成，基底的至少表面部分包括立方單晶體。該模具最好是不平坦的，它包括由晶體的預定晶體平面形成的蝕刻面。
在本發(fā)明的較佳實施例中，預定晶體平面最好是{100}平面。
根據(jù)本發(fā)明另一較佳實施例的顯示裝置包括基底形成的微隅角棱鏡陣列，基底的至少表面部分包括立方單晶體。陣列最好是不平坦的，它包括由晶體的預定晶體平面形成的蝕刻面。顯示裝置最好還包括微隅角棱鏡陣列上的光調制層。
在本發(fā)明的較佳實施例中，微隅角棱鏡陣列最好包括多個單元。每個單元的尺寸最好小于顯示裝置每個畫面單元區(qū)域的尺寸。
本發(fā)明另一較佳實施例提供了制造微隅角棱鏡陣列的方法。該方法最好包括以下步驟制備基座，其上確定微隅角棱鏡陣列圖形；通過將基座用作模具，將該圖形傳遞給微隅角棱鏡陣列的材料。用這種方法，當材料與模具脫離時，微隅角棱鏡陣列圖形中多個平面之一的法線與材料從模具脫離的方向最好在一個平面上。
根據(jù)本發(fā)明又一較佳實施例的反射型顯示裝置最好包括基底；后向反射器；和介于基底和后向反射器之間的光調制層，它在散射狀態(tài)和透射狀態(tài)之間切換。光調制層最好鄰近于后向反射器的反射平面。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，光調制層最好是散射型液晶層。
尤其，在透射狀態(tài)中，液晶層最好具有在液晶層的厚度方向和平面方向連續(xù)取向的液晶分子。平面方向垂直于厚度方向。
或者，在透射狀態(tài)中，液晶層最好顯示出相對于液晶層厚度方向和平面方向中傳播的光的折射率連續(xù)性。平面方向垂直于厚度方向。
在該特殊的較佳實施例中，液晶層最好包括未響應外加電場的第一相；和所包括液晶分子響應電場的第二相。雖然液晶層處于透射狀態(tài)，但是第一和第二相最好相對于厚度方向和平面方向中傳播的光顯示出實質相同的折射率。
尤其，第一相的尺寸最好為約100nm到約20,000nm。
在本發(fā)明的另一較佳實施例中，雖然液晶層處于透射狀態(tài)，但是相對于厚度方向或平面方向中傳播的光，第一相的折射率與第二相的折射率的比值最好為約0.95到約1.05。
在又一較佳實施例中，第一相最好包括通過聚合液晶結構的單體而獲得的聚合物。
在本發(fā)明的再一較佳實施例中，雖然未向液晶層施加電壓，但是后向反射器反射面上或基底上的液晶分子最好具有實質對準厚度方向的長軸。
在該特殊的較佳實施例中，液晶分子最好顯示負的介電各向異性。
在又一較佳實施例中，最好通過在液晶層中形成多個預定尺寸的液晶域而產(chǎn)生散射型液晶層的散射狀態(tài)。雖然液晶層處于透射狀態(tài)，但是在整個液晶層中其液晶分子最好實質均勻地對準。
在該特殊的較佳實施例中，預定尺寸最好為約100nm到約20,000nm。
或者，散射型液晶層最好包括尺寸小于預定尺寸的分散相。由于分散相引起的液晶分子取向混亂，最好形成液晶域。
在另一較佳實施例中，后向反射器最好包括多個后向反射單元，每個后向反射單元具有三個彼此實質垂直相對并將輸入光反射回其光源的反射平面。光調制層最好鄰近三個反射平面。
在該較佳實施例中，最好以約1μm到約1,000μm的間距排列后向反射單元。
在又一較佳實施例中，后向反射器最好包括微隅角棱鏡陣列。
通過以下本發(fā)明較佳實施例的詳細描述，并參考附圖，本發(fā)明的其它特征、原理、過程、步驟、特性和優(yōu)點將更加明顯。


圖1A到1F是說明根據(jù)本發(fā)明第一特殊較佳實施例制造微隅角棱鏡陣列的各個處理步驟的截面圖。
圖2A到2E說明了第一較佳實施例中制造微隅角棱鏡陣列的一些處理步驟圖2A是圖1D所示結構的平面圖；圖2B和2C分別是圖1E所示結構的平面圖和透視圖；和圖2D和2E分別是圖1F所示結構的平面圖和透視圖。
圖3是說明第一較佳實施例中用于制造微隅角棱鏡陣列的光掩模的平面圖。
圖4A和4B是說明另兩個形狀不同于圖3所示光掩模形狀的光掩模的平面圖。
圖5A到5I是說明根據(jù)本發(fā)明第二特殊較佳實施例制造微隅角棱鏡陣列的各個處理步驟的截面圖。
圖6A到6D說明了第二較佳實施例中制造微隅角棱鏡陣列的一些處理步驟圖6A和6B分別是圖5C或5D所示結構的平面圖和透視圖；和圖6C和6D分別是圖5E或5F所示結構的平面圖和透視圖。
圖7A到7D說明了第二較佳實施例中制造微隅角棱鏡陣列的一些處理步驟圖7A和7B分別是圖5G或5H所示結構的平面圖和透視圖；和圖7C和7D分別是圖5I所示結構的平面圖和透視圖。
圖8A到8C是說明第二較佳實施例中用于制造微隅角棱鏡陣列的三個光掩模的平面圖。
圖9是說明根據(jù)本發(fā)明第五特殊較佳實施例的反射型液晶顯示裝置結構的截面圖。
圖10A和10B是說明根據(jù)第五較佳實施例反射型液晶顯示裝置中微隅角棱鏡陣列的單元間距，如何發(fā)生彩色混合的截面圖圖10A說明了微隅角棱鏡陣列的單元間距大于每個畫面單元區(qū)域尺寸的情況；和圖10B說明了微隅角棱鏡陣列的單元間距小于每個畫面單元區(qū)域尺寸的情況。
圖11A說明了包含三個等腰直角三角形平面的隅角棱鏡的透視圖；和圖11B和11C分別是說明這種隅角棱鏡陣列的透視圖和平面圖。
圖12A是說明包含三個正方形平面的隅角棱鏡的透視圖；和圖12B和12C分別是說明這種隅角棱鏡陣列的透視圖和平面圖。
圖13是說明作為比較實例的傳統(tǒng)反射型液晶顯示裝置結構的截面圖。
圖14說明了測量反射型液晶顯示裝置反射率的裝置的配置。
圖15是說明根據(jù)本發(fā)明第六特殊較佳實施例的有機EL顯示裝置的結構的截面圖。
圖16示意性地說明了根據(jù)本發(fā)明第七特殊較佳實施例通過將模具的圖形傳遞到樹脂上，而制造微隅角棱鏡陣列的過程。
圖17A和17B分別是說明第七較佳實施例中通過將圖形傳遞到樹脂上而獲得的微隅角棱鏡陣列的透視圖和平面圖。
圖18是說明基底表面與{111)平面傾斜的透視圖。
圖19A和19B說明了在本發(fā)明第三特殊較佳實施例中凹陷部分的截面形狀如何隨(111)B/(100)蝕刻選擇性而變化圖19A是說明使用相互不同的蝕刻劑形成的兩個凹陷部分的截面圖；和圖19B說明了以相互不同的(111)B/(100)蝕刻選擇性形成的三個凹陷部分的截面。
圖20A和20B說明了在本發(fā)明第三較佳實施例中凹陷部分的截面形狀如何隨(111)B/(100)蝕刻選擇性而變化圖20A是說明蝕刻選擇性不太高情況下的截面圖；和圖20B是說明蝕刻選擇性足夠高情況下的截面圖。
圖21是說明根據(jù)本發(fā)明第四特殊較佳實施例，包括三角形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖22是說明根據(jù)第四較佳實施例包括三角形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖，這些掩模單元朝向與圖21中所示不同的方向。
圖23是說明根據(jù)第四較佳實施例包括具有較大總面積的六邊形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖24是說明根據(jù)第四較佳實施例包括具有總面積小于圖23所示的六邊形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖25是說明根據(jù)第四較佳實施例包括具有總面積比圖24所示更小的六邊形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖26是說明根據(jù)第四較佳實施例包括形狀不同于圖23、24或25中所示的六邊形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖27是說明根據(jù)第四較佳實施例包括九邊形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖28是說明根據(jù)第四較佳實施例包括十二邊形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖29是說明根據(jù)第四較佳實施例包括正方形掩模單元的蝕刻掩模層的平面圖。
圖30是說明使用圖21所示掩模層形成的微隅角棱鏡陣列的平面圖。
圖31是說明使用圖22所示掩模層形成的微隅角棱鏡陣列的平面圖。
圖32A和32B說明了第四較佳實施例中凹陷部分的形狀如何隨蝕刻時間而變化
圖32A是說明蝕刻過程執(zhí)行適當時間(如三分鐘)情況下的截面圖；和圖32B是說明蝕刻過程執(zhí)行較長時間情況下的截面圖。
圖33說明了用于第四較佳實施例中的蝕刻掩模層的形狀。
圖34是說明圖9所示反射型液晶顯示裝置中一部分放大比例的截面圖。
圖35A到35E是說明制造圖9和34所示反射型液晶顯示裝置的各個處理步驟的截面圖。
圖36是說明入射和出射光線通過圖34所示的反射型液晶顯示裝置，而其液晶層分別處于透射狀態(tài)和散射狀態(tài)的截面圖。
圖37是說明根據(jù)本發(fā)明第八特殊較佳實施例的第一特殊實例，在反射型液晶顯示裝置中散射型液晶層如何切換其狀態(tài)的截面圖。
圖38是說明根據(jù)第八較佳實施例的第二到第六特殊實例，在反射型液晶顯示裝置中散射型液晶層如何切換其狀態(tài)的截面圖。
圖39是說明用于第八較佳實施例的反射型液晶顯示裝置的隅角棱鏡陣列的透視圖。
圖40是說明包括微隅角棱鏡陣列的傳統(tǒng)反射型液晶顯示裝置結構的截面圖。
圖41是顯示GaAs晶體的(111)B平面的平面圖。
具體實施例方式
在根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的制造微隅角棱鏡陣列的方法中，通過使用包含立方晶體的單晶體基底(這里有時也稱為“立方單晶體基底”)，制造微隅角棱鏡陣列。立方單晶體基底可以由閃鋅礦結構的化合物半導體或金剛石結構的材料組成。尤其，制備立方單晶體基底，它有一表面實質平行于晶體的{111}平面配置，通過各向異性地蝕刻過程在該表面上形成圖形。
應該注意到“表面實質平行于晶體{111}平面的基底”在這里不僅指表面平行于晶體{111}平面的基底，還指表面與晶體{111}平面成約0度到約10度角的基底。
本發(fā)明方法的部分特征在于通過各向異性蝕刻過程在基底表面上形成圖形，使得晶體平面的蝕刻率彼此不同。例如，如果如圖41所示基底由閃鋅礦結構的GaAs組成，那么晶體{111}B平面(也就是砷形成的{111}平面)的蝕刻率較高，而晶體{100}平面(也就是包括(100)、(010)和(001)平面的晶體平面)的蝕刻率較低。因此，以這種方式進行各向異性蝕刻過程，以留下晶體{100}平面。結果，用多個單元在基底表面上確定凹凸部分，每個的單元都由晶體的{100}平面組成。如這里所用的，{100}平面族所確定的每個“單元”也稱為“凹陷部分”，因為該單元通過各向異性的蝕刻過程形成。以這種方式形成的每個單元都具有三個垂直相對的平面(如(100)、(010)和(001)平面)，因此形成隅角棱鏡。
在用這種方法形成的隅角棱鏡陣列中，每個隅角棱鏡的三個反射面都與立方晶體的{100}晶體平面匹配，并呈現(xiàn)出相當高的形狀精度。此外，組成每個隅角棱鏡的三個反射面具有較好的平面性，兩個或三個反射面彼此相交的每個角或棱具有足夠的銳度。此外，隅角棱鏡陣列具有立體形狀，其中多個單元或隅角棱鏡排列成規(guī)則圖形。在該陣列中，隅角棱鏡的各個頂點實質上位于同一水平面(或實質上位于同一平面中)。因此，這樣的隅角棱鏡陣列可有效地用作后向反射器，用于將輸入光線反射回其光源。
此外，通過調節(jié)蝕刻過程中所用光致抗蝕劑圖形(或抗蝕掩模)的特征尺寸，用本發(fā)明方法形成的隅角棱鏡陣列中每個單元(也就是每個隅角棱鏡)的尺寸可以是幾十μm或更小。因此，可以獲得極小尺寸的隅角棱鏡陣列，它適用于例如液晶顯示裝置中的后向反射器。
應該注意到本發(fā)明較佳實施例中所用的“立方單晶體基底”包括通過在非晶或多晶材料支撐基座上形成單晶體層而獲得的基底。此外，基底不必要是平板，而可以是任何其它立體形狀，只要基底具有平面。
在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的較佳實施例，附圖中用相同的標號指定具有實質相同功能的每個部件。
實施例1圖1A到1F說明了根據(jù)本發(fā)明第一特殊較佳實施例制造微隅角棱鏡陣列的各個處理步驟。在該較佳實施例中，GaAs的單晶體基底是典型的閃鋅礦結構的化合物半導體，它用作其上可以形成微隅角棱鏡陣列的立方單晶體基底。
首先，如圖1A所示，制備基底1，它包含GaAs單晶體，且其表面是{111}B平面之一，并鏡面拋光該表面。應該注意到{111}A平面由鎵原子形成，而{111}B平面由砷原子形成。圖41顯示了從基底1上方所見的GaAs單晶體的{111}B平面之一。在圖41中，用單點鏈表示了GaAs晶體晶胞的結構。
接著，如圖1B所示，在基底1的表面上旋涂厚度為約1μm的正性光致抗蝕劑層2。光致抗蝕劑層2例如可以由OFPR-800(東京Ohka Kogyo公司生產(chǎn)的)組成。
隨后，在將光致抗蝕劑層2在大約100℃下預焙約30分鐘之后，在光致抗蝕劑層2上配置光掩模3，使光致抗蝕劑層2暴露于透過掩模3的輻射中，如圖1C所示。在該較佳實施例中，可以使用如圖3所示的光掩模3。如圖3所示，在該光掩模3中，等邊三角形不透明區(qū)域和相反的等邊三角形透明區(qū)域在三角形三條邊確定的三個方向上交替排列。光掩模3配置在基底1上，使得掩模3中每個等邊三角形圖形單元的三條邊之一平行于GaAs晶體的<01-1>方向，如圖41所示。應該注意到這里方向指數(shù)前的負號表示該方向指數(shù)為負。在該較佳實施例中，掩模3中每個等邊三角形圖形單元每條邊的長度為約10μm。
之后，如圖1D所示，使曝光過的光致抗蝕劑層2顯影。NMD-32.38％(東京Ohka Kogyo公司生產(chǎn)的)可用作顯影劑。如圖2A所示用這種方式確定光致抗蝕劑圖形2’(包含用于各向異性蝕刻過程的掩模單元)。應該注意到圖1D是沿圖2A中直線ID-ID所得的截面圖。
在該較佳實施例中，根據(jù)光致抗蝕劑圖形2’(或掩模3的圖形)的特征尺寸控制所形成隅角棱鏡的尺寸。尤其，所形成隅角棱鏡的尺寸約等于光致抗蝕劑圖形2’的兩個掩模單元之間每個開口R0的間距Pr。在該較佳實施例中，間距Pr約為10μm。應該注意到這里有時將光致抗蝕劑圖形2’稱為“掩模單元”，這里有時將這些掩模單元和開口R0統(tǒng)稱為“蝕刻掩模層”。也就是說，“蝕刻掩模層”是有圖形的光致抗蝕劑層2。
光致抗蝕劑圖形2’不限于圖2A所示的。或者，光致抗蝕劑圖形可以是圖4A所示的圖形，其中三個等邊三角形開口R0的中心位于虛擬等邊三角形T的三個頂點，或者可以是圖4B所示的圖形，其中三個正方形開口R0的中心位于虛擬等邊三角形T的三個頂點。在任何情況下，這三個等邊三角形或正方形都彼此隔開。不管使用何種抗蝕圖形，都控制所形成隅角棱鏡的尺寸，使之約等于開口R0的間距Pr。應該注意到最好確定這些光致抗蝕劑圖形中的每一個，使得虛擬三角形T的一條邊平行于GaAs晶體的<01-1>方向。
接著，如圖1E和1F所示，濕蝕刻基底1，并用磁性攪拌器攪拌蝕刻劑。在該較佳實施例中，在大約0℃下執(zhí)行濕蝕刻過程約30分鐘，使用混合物NH4OH∶H2O2∶H2O＝4∶1∶20作為蝕刻劑。
當如圖1E所示基底1被半蝕刻時(例如當蝕刻過程開始后15分鐘時)，在未涂覆光致抗蝕劑圖形2’的區(qū)域R1處深蝕刻基底1，如圖2B和2C所示。此外，在涂覆光致抗蝕劑圖形2’的區(qū)域R2處側面蝕刻基底1。在該蝕刻過程中，包括(100)、(010)和(001)平面的GaAs單晶體{100}平面比其它平面更難蝕刻。因此，各向異性地執(zhí)行蝕刻過程，以形成{100}平面。
之后，當如圖1F所示基底1被蝕刻到預定深度時，如圖2D和2E所示地形成包括GaAs單晶體{100}平面S的凹凸部分。結果，獲得微隅角棱鏡陣列。應該注意到當蝕刻過程達到圖1F所示階段時要剝去光致抗蝕劑圖形2’。
如圖2E所示，用這種方式獲得的微隅角棱鏡陣列具有多個凸起部分10a和多個凹陷部分10b相互組合的立體形狀。此外，每個單元(也就是陣列中的每個隅角棱鏡)由三個彼此實質垂直相對的實質正方形平面組成。如圖2D所示，從基底1上方看每個單元或隅角棱鏡具有實質的六邊形形狀。這種方式中，用該較佳實施例方法形成的隅角棱鏡具有比三個等腰直角三角形組成的傳統(tǒng)隅角棱鏡更復雜的形狀。然而，該較佳實施例的隅角棱鏡具有極小的尺寸，約為10+μm。此外，形狀精度(如三個實質正方形平面中每一個的平面性)也很高。
當該微隅角棱鏡陣列用作后向反射器的一部分時，例如可以用蒸發(fā)過程沉積反射材料(如鋁或錫)薄膜，在GaAs基底的粗糙表面上形成實質均勻的厚度(如大約200nm)。用這種方式，可以獲得包括三個彼此實質垂直相對的實質正方形反射面的后向反射器。
或者，可以將該粗糙表面的基底制成電鑄模，然后將這種方法所獲得模具的表面形狀(或不平坦)傳遞給樹脂材料，以獲得樹脂的微隅角棱鏡陣列。
在上述較佳實施例中，基底1由GaAs單晶體制成?；蛘?，基底1可以由任何其它閃鋅礦結構的化合物單晶體制成，如InP、InAs、ZnS或GaP。
實施例2圖5A到5I說明了根據(jù)本發(fā)明第二特殊較佳實施例制造微隅角棱鏡陣列的各個處理步驟。在該較佳實施例中，將包含金剛石結構的鍺單晶體的基底用作其上可以形成微隅角棱鏡陣列的立方單晶體基底。
首先，在圖5A所示的處理步驟中，制備基底4，它包含鍺單晶體，且其表面平行于鍺晶體的(111)平面，并鏡面拋光該表面。接著，例如通過CVD過程沉積SiO2層5，在基底4的鏡面拋光表面上達到約200nm的厚度。然后，在SiO2層5的表面上旋涂厚度為約1μm的正性光致抗蝕劑層2。光致抗蝕劑層2例如可以由OFPR-800(東京Ohka Kogyo公司生產(chǎn)的)組成。
隨后，在圖5B所示的處理步驟中，在將光致抗蝕劑層2在大約100℃下預焙約30分鐘之后，在基底上配置如圖8A所示包括多個相對地小尺寸等邊三角形透射區(qū)域的光掩模3a，使光致抗蝕劑層2暴露于透過掩模3a的輻射中，并使它顯影。用這種方式確定第一光致抗蝕劑圖形2a。之后，使用第一光致抗蝕劑圖形2a作為掩模，蝕刻SiO2層5，以此形成具有多個開口的第一SiO2掩模5a，該開口的形狀與圖8A中所示光掩模3a的相應部分相同。
接著，在圖5C所示的處理步驟中，使用第一光致抗蝕劑圖形2a和第一SiO2掩模5a作為蝕刻掩模，干蝕刻基底4。結果，如圖6A和6B所示，在基底4表面的預定區(qū)域中形成多個凹陷部分C1。
之后，在圖5D所示的處理步驟中，使用圖8B所示的透射區(qū)域大于圖8A中光掩模3a的光掩模3b，使第一光致抗蝕劑圖形2a暴露于輻射中，并再次顯影。用這種方式，確定第二光致抗蝕劑圖形2b。然后，使用第二光致抗蝕劑圖形2b作為掩模，進一步蝕刻第一SiO2掩模5a，以此形成開口形狀與光掩模3b中相應部分相同的第二SiO2掩模5b。
之后，在圖5E所示的處理步驟中，使用第二光致抗蝕劑圖形2b和第二SiO2掩模5b作為蝕刻掩模，進一步干蝕刻基底4。結果，如圖6C和6D所示，在基底4的預定區(qū)域中形成具有兩個深度等級的二階凹陷部分C2。尤其，在每個凹陷部分C2中，其中心區(qū)域比周圍區(qū)域深。
接著，在圖5F所示的處理步驟中，使用圖8C所示的透射區(qū)域大于圖8B中光掩模3b的光掩模3c，使第二光致抗蝕劑圖形2b暴露于輻射中，并再次顯影。用這種方式，確定第三光致抗蝕劑圖形2c。然后，使用第三光致抗蝕劑圖形2c作為掩模，進一步蝕刻第二SiO2掩模5b，以此形成開口形狀與光掩模3c中相應部分相同的第三SiO2掩模5c。
之后，在圖5G所示的處理步驟中，使用第三光致抗蝕劑圖形2c和第三SiO2掩模5c作為蝕刻掩模，進一步干蝕刻基底4。結果，如圖7A和7B所示，在基底4的預定區(qū)域中形成具有三個深度等級的三階凹陷部分C3。
在圖5B、5D和5F所示的每個曝光處理步驟中，在基底上沉積每個光掩模3a，3b和3c，使等邊三角形掩模單元(或非掩模單元)的三條邊之一平行于鍺晶體的<01-1>方向。如上述第一較佳實施例，在該較佳實施例中光掩模3a、3b和3c的圖形也都具有約為10μm的間距Pr。此外，在圖5C、5E和5G所示的每個干蝕刻處理步驟中，CF4和O2氣體的混合物可用作蝕刻氣體。
之后，在圖5H所示的處理步驟中，剝離第三光致抗蝕劑圖形2c和第三SiO2掩模5c。
最后，在圖5I所示的處理步驟中，在手動搖動的同時濕蝕刻基底4。在該較佳實施例中，在大約0℃下執(zhí)行濕蝕刻過程約5分鐘，使用混合物HF∶H2O2∶H2O＝1∶1∶4作為蝕刻劑。在該濕蝕刻過程中，以低于其它平面的速率蝕刻鍺晶體的{100}平面(包括(100)、(010)和(001)平面)。以此，各向異性地執(zhí)行濕蝕刻過程，以留下這些{100}平面。結果，如圖7C和7D所示，在基底表面上形成鍺晶體{100}平面確定的多個隅角棱鏡。
如上所述，根據(jù)該較佳實施例，先通過使用開口尺寸不同的多個蝕刻掩模多次干蝕刻基底表面，在基底表面上形成形狀類似于隅角棱鏡的分段凹凸部分，然后在濕蝕刻具有分段部分的基底，以此形成鍺晶體{100}平面確定的隅角棱鏡。
當這種方式獲得的微隅角棱鏡陣列被用作后向反射器時，例如可以用蒸發(fā)過程沉積反射材料(如銀或鋁)薄膜，在鍺基底的粗糙表面上形成實質均勻的厚度(如大約200nm)。在這種情況下，要求沉積薄膜，以緊密接觸粗糙表面。用這種方式，可以獲得包括三個彼此實質垂直相對的實質正方形反射面的后向反射器。
或者，可以將該粗糙表面的基底制成電鑄模，然后將這種方法所獲得模具的表面形狀(或不平坦)傳遞給樹脂材料，以獲得樹脂微隅角棱鏡陣列。
實施例3在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明第三特殊較佳實施例制造微隅角棱鏡陣列方法。在該第三較佳實施例中，通過使基底經(jīng)歷如上述第一和第二較佳實施例中的各向異性蝕刻過程，在單晶體基底的表面上形成微隅角棱鏡陣列。然而，在該較佳實施例中，將多種不同類型的溶液用作各向異性蝕刻過程的蝕刻劑。
如圖19A所示，GaAs基底101被用作單晶體基底，并選擇性地涂覆蝕刻掩模(也就是蝕刻掩模層的掩模單元)102。然后，通過掩模102各向異性地蝕刻基底101，以此形成微隅角棱鏡陣列。
在該較佳實施例中，為了精確地研究所得微隅角棱鏡陣列的形狀如何隨各向異性蝕刻過程中所用蝕刻劑的類型而變化，將氨水、過氧化氫和水的混合物(NH4OH∶H2O2∶H2O＝15∶15∶70)以及濃硫酸、過氧化氫和水的混合物(H2SO4∶H2O2∶H2O＝80∶5∶15)分別用作蝕刻劑A和B。通過使用這些蝕刻劑A和B，在大約20℃下執(zhí)行各向異性蝕刻過程約3分鐘。在該較佳實施例中，除了這些蝕刻條件，其余如第一較佳實施例一樣，形成微隅角棱鏡陣列。
圖19A顯示了分別使用蝕刻劑A和B形成的微隅角棱鏡a1和a2的形狀。在圖19A中，為了方便的目的，如同在同一基底上形成一樣，顯示微隅角棱鏡a1和a2。然而實際上，這些微隅角棱鏡a1和a2在兩個不同的基底上形成。
如圖19A中所示，微隅角棱鏡a1具有尖銳的底部(也就是在底部確定一銳角)，而微隅角棱鏡a2具有平面底部。
該結果示出在制造期望形狀的微隅角棱鏡陣列中蝕刻劑A優(yōu)于蝕刻劑B。在下文中，將參考圖19B描述所用的蝕刻劑如何改變所制造微隅角棱鏡的形狀。
圖19B說明了三個微隅角棱鏡b1、b2和b3的形狀，它們分別在GaAs單晶體基底101的(111)B平面蝕刻率與(100)平面蝕刻率的比值大于1.73，等于1.73和小于1.73的三種情況下形成。在圖19B中，箭頭103的長度表示(111)B平面的蝕刻率，而箭頭104的長度表示(100)平面的蝕刻率。因此，在以下描述中，這些箭頭103和104也可稱為“蝕刻率103和104”，因為這些箭頭103和104是表示蝕刻反應方向和大小的矢量。應該注意到這里的“晶體平面的蝕刻率”是指單位時間內在垂直于晶體平面的方向上蝕刻掉多少(多深)材料(這時也就是基底101)。
如圖19B所示，在隅角棱鏡b1中，(111)B平面的蝕刻率103遠高于(100)平面的蝕刻率104，因此所得凹陷部分101a具有尖銳底部101b。另一方面，在隅角棱鏡b3中，(111)B平面的蝕刻率103只比(100)平面的蝕刻率104高一點，所以所得的凹陷部分101a具有平面底部101b。隅角棱鏡b2也具有平面底部101b，但是底部101b的尺寸和形狀與蝕刻掩模102的開口105相同。
接著，定量地考慮這些蝕刻率103和104的比值。(111)B平面的法線和(100)平面的法線確定了約為54.7度的角度，如圖20A和20B所示。在這種情況下，如果(111)B平面的蝕刻率103與(100)平面的蝕刻率104的比值等于約1.73，那么進行蝕刻過程，并形成尺寸大致與蝕刻掩模層的開口105相同的底部。也就是說，進行蝕刻過程，并保持底部的尺寸，使之大致等于開口105的尺寸。
相反，如果(111)B平面的蝕刻率103與(100)平面的蝕刻率104的比值大于1.73，那么如圖20B所示，凹陷部分101a的平面底部101b的尺寸隨著蝕刻過程的進行逐漸減小。結果，形成具有尖銳底部的微隅角棱鏡。當使用具有這種尖銳底部的微隅角棱鏡陣列形成后向反射器時，后向反射器可以以較大的確定性將輸入光反射回其光源。
如上所述，為了制造具有尖銳底部的微隅角棱鏡，要求(111)B平面的蝕刻率與(100)平面的蝕刻率的比值(以下稱為“(111)B/(100)蝕刻選擇性”)大于約1.73。較佳的(111)B/(100)蝕刻選擇性等于或大于約1.8，更佳的等于或大于3.0。
因此，為了制造較高形狀精度的隅角棱鏡陣列，最好使用使(111)B/(100)蝕刻選擇性至少大于約1.73的蝕刻劑。這種蝕刻劑的實例不僅包括上述的蝕刻劑A，還包括氫氧化鈉、過氧化氫和水的混合物(NaOH∶H2O2∶H2O＝5g∶5g∶90g)。
用這種方式，通過適當?shù)乜刂苾煞N類型晶體平面之間的蝕刻選擇性，可以形成具有較高形狀精度的微隅角棱鏡陣列。在上述的較佳實施例中，假設形成的微隅角棱鏡陣列將立方單晶體{100}平面作為其反射面。為了獲得這種微隅角棱鏡陣列，只需要如上所述適當?shù)貓?zhí)行各向異性蝕刻過程，因為這樣能如預定地、方便地曝光{100}平面。在以這種方法獲得的微隅角棱鏡陣列中，其平面(也就是立方單晶體{100}平面)具有實質較高的平面精度(或平面性)。
上述的第一、第二和第三較佳實施例涉及通過各向異性地蝕刻基底表面，制造微隅角棱鏡陣列的各種方法?；蛘撸ㄟ^晶體的選擇性生長過程，而非各向異性的蝕刻過程，也可以形成類似的微隅角棱鏡陣列。在這種情況下，如果晶體以故意使預定晶體平面曝光的方法生長，那么也可以形成較高形狀精度的微隅角棱鏡陣列。
實施例4在下文中，將描述本發(fā)明的第四特殊較佳實施例。第四較佳實施例涉及通過在GaAs基底101上確定掩模單元102和開口105組成的蝕刻掩模層110，然后各向異性地蝕刻基底101，而制造微隅角棱鏡陣列的方法，例如如圖21所示。在該較佳實施例中，為了了解所形成微隅角棱鏡陣列的形狀如何隨包含掩模單元102和開口105的蝕刻掩模層110的圖形而變化，使用圖21到29所示的各種類型蝕刻掩模層110執(zhí)行蝕刻過程。
應該注意到通過使用第一較佳實施例中已經(jīng)描述的光掩模，在沉積在基底101上的光致抗蝕劑膜上形成圖形，可以確定下述的每個蝕刻掩模層110。在這種情況下，光致抗蝕劑膜上形成圖形后留下的部分(也就是光致抗蝕劑圖形2’)對應于蝕刻掩模層110的掩模單元102，而光致抗蝕劑膜上其它去除的部分對應于蝕刻掩模層110的開口105。
在較佳實施例中，蝕刻掩模層110的單元(也就是掩模單元102)在預定方向上規(guī)則地排列。尤其，在如圖21所示的三個方向106A、106B和106C上，掩模單元102作為單元規(guī)則排列，這三個方向相互交叉，在平行于基底表面的平面上確定兩兩之間約為60度的角。在這種情況下，在三個方向106A、106B和106C上，被定義為兩個鄰近掩模單元102中點或中心之間距離的間距106約為13μm。
應該注意到這里“單元”通常是指具有相同平面形狀并彼此隔開的每個掩模單元102。然而，每個“單元”不是必須只包括一個掩模單元102。此外，“多個掩模單元”也并不總是彼此隔開，而可以是剛剛連接。
如上所述，在單晶體基底101上確定了各種形狀的蝕刻掩模層110之后，基底101經(jīng)歷各向異性的蝕刻過程。在較佳實施例中，在大約20℃下，蝕刻過程執(zhí)行約3分鐘或約5分鐘，使用氨水、過氧化氫和水的混合物(NH4OH∶H2O2∶H2O＝15∶15∶70)作為蝕刻劑。
在下文中，將參考圖21到29描述各種圖形的蝕刻掩模層110。
圖21所示的蝕刻掩模層110的圖形與第一較佳實施例中所用的相同。該掩模層110中的每個掩模單元102具有等邊三角形的平面形狀，其三條邊平行于單晶體基底101的(100)、(010)和(001)平面。也就是說，每個掩模單元102的三條邊平行于(100)、(010)和(001)平面。
接著，更詳細地描述掩模單元102的形狀，假設確定晶體a、b和c軸，使得晶體的[111]方向是基底表面的法線，也就是使得在相對于法線定義的[111]方向上確定{111}B平面，如圖33所示。在圖33所示的晶體結構中，晶體的{111}B平面對應于基底表面，在{111}B平面上確定掩模單元102。如這里所用的，用圖33所示的線段a1表示“平行于(100)平面”的掩模單元102的邊緣。也就是說，如果與邊緣(或線段a1)成直角并從掩模單元102內側指向其外側的矢量A1(圖21中也示出)的方向實質對應于晶體的[-211]方向，那么認為邊緣“平行于(100)平面”。此外，圖33所示的線段a2表示“平行于(010)平面”的掩模單元102邊緣。也就是說，如果與邊緣(或線段a2)成直角并從掩模單元102內側指向其外側的矢量A2(圖21中也示出)的方向實質對應于晶體的[1-21]方向，那么認為邊緣“平行于(100)平面”。此外，圖33所示的線段a3表示“平行于(001)平面”的掩模單元102邊緣。也就是說，如果與邊緣(或線段a3)成直角并從掩模單元102內側指向其外側的矢量A3(圖21中也示出)的方向實質對應于晶體的[11-2]方向，那么認為邊緣“平行于(001)平面”。
回到圖21，兩個鄰近的掩模單元102在重疊部分107處彼此稍稍重疊。也就是說，掩模單元102的總面積超過蝕刻掩模層110總面積的50％。換句話說，掩模單元102的總面積大于開口105的總面積。
每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。如這里所用的，當預定平面與完全相同形狀的六邊形無間隙地密合時，“蜂窩陣點”是指各個正六邊形的頂點和中點?！胺涓C陣點”還對應于預定平面中確定的第一和第二組平行線的交點。在這種情況下，第一組平行線在第一方向上延伸并彼此隔開規(guī)定間隔，而第二組平行線在第二方向上延伸以確定與第一組平行線成60度的角度，并彼此隔開與第一組平行線相同的規(guī)定間隔。
圖22所示的蝕刻掩模層110的圖形類似于圖21所示的第一較佳實施例。然而，單晶體基底101表面上每個三角形掩模單元102的取向不同。因此，所以說圖22中所示掩模層110的掩模單元102和開口105形成了與圖21中所示相反的掩模層110。
在圖22所示的掩模層110中，每個掩模單元102具有等邊三角形的平面形狀，其三條邊平行于單晶體基底101的(11-1)、(1-11)和(-111)平面。也就是說，每個掩模單元102的三條邊平行于(11-1)、(1-11)和(-111)平面。
如這里用的，用圖33所示的線段b1表示“平行于(11-1)平面”的掩模單元102的邊緣。也就是說，如果與邊緣(或線段b1)成直角并從掩模單元102內側指向其外側的矢量B1(圖22中也示出)的方向實質對應于晶體的[-1-12]方向，那么認為邊緣“平行于(11-1)平面”。此外，用圖33所示的線段b2表示“平行于(1-11)平面”的掩模單元102邊緣。也就是說，如果與邊緣(或線段b2)成直角并從掩模單元102內側指向其外側的矢量B2(圖22中也示出)的方向實質對應于晶體的[-12-1]方向，那么認為邊緣“平行于(1-11)平面”。此外，用圖33所示的線段b3表示“平行于(-111)平面”的掩模單元102邊緣。也就是說，如果與邊緣(或線段b3)成直角并從掩模單元102內側指向其外側的矢量B3(圖22中也示出)的方向實質對應于晶體的[2-1-1]方向，那么認為邊緣“平行于(-111)平面”。
回到圖22，兩個鄰近的掩模單元102在重疊部分107處彼此稍稍重疊。也就是說，掩模單元102的總面積超過蝕刻掩模層110總面積的50％。換句話說，掩模單元102的總面積大于開口105的總面積。此外，每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。
在圖23、24和25所示的蝕刻掩模層110中，其掩模單元102具有正六邊形平面形狀并彼此隔開。此外，在圖23、24和25所示的實例中，掩模單元102的總面積分別為蝕刻掩模層110總面積的約75％，約60％和約50％。此外，在圖23、24和25所示的每個蝕刻掩模層110中，每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。
掩模層110的總面積等于掩模單元102和開口105的總面積之和。實際上，這里的“掩模層110的總面積”是指掩模單元102和開口105形成規(guī)則圖形的區(qū)域中掩模單元102和開口105的總面積之和。此外，掩模單元102與蝕刻掩模層110的總面積的比值可以表示為掩模單元102的總面積與矩形區(qū)域(如圖23中虛線106D所示)的面積的比值，通過連接四個連接掩模單元102的各個中心獲得該矩形區(qū)域。
在圖26所示的掩模層110中，其每個掩模單元102具有正六邊形的平面形狀，其中六條邊分別平行于單晶體基底101的(100)、(010)、(001)、(11-1)、(1-11)和(-111)平面。掩模單元102彼此隔開。此外，每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。應該注意到圖26所示的正六邊形掩模單元102類似于圖23、24和25所示的正六邊形掩模單元102在平行于基底表面的平面中旋轉90度而獲得的。此外，在圖26所示的實例中，掩模單元102的總面積約為蝕刻掩模層110總面積的60％。
在圖27所示的掩模層110中，其每個掩模單元102具有九邊形的平面形狀，它包括平行于單晶體基底101的(100)、(010)和(001)平面的邊緣。掩模單元102彼此隔開。此外，每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。
在圖28所示的掩模層110中，其每個掩模單元102具有十二邊形的平面形狀，它包括平行于單晶體基底101的(100)、(010)、(001)、(11-1)、(1-11)和(-111)平面的邊緣。掩模單元102彼此隔開。此外，每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。
在圖29所示的掩模層110中，其每個掩模單元102具有正方形平面形狀。每個掩模單元102的中點(或中心)實質上位于蜂窩陣點。
當使用具有圖21到29所示各種圖形的掩模層110各向異性地蝕刻基底101時，可獲得以下結果。
不管使用圖21到29中所示的何種蝕刻掩模層110，在關聯(lián)掩模單元102的中心處形成微隅角棱鏡陣列中每個凸起部分的頂點(也就是最高點)。如上所述，這些掩模層110中每個掩模單元102的中心實質上位于蜂窩陣點。因此，在蜂窩陣點上形成微隅角棱鏡陣列的每個最高點。因此，可以看出每個掩模層110中每個掩模單元102的中心最好對應于所形成微隅角棱鏡陣列的頂點(也就是蜂窩陣點)。此外，根據(jù)間距106控制微隅角棱鏡的尺寸，間距的定義為兩個鄰近掩模單元102中心之間的距離。因此，可以看出如果選擇蝕刻掩模層100的適當圖形，那么可以獲得期望尺寸的微隅角棱鏡。
圖30和31分別說明了使用圖21和22所示的蝕刻掩模層110形成的兩個微隅角棱鏡陣列。在圖30和31中，空心圓○表示微隅角棱鏡的最高點(也就是凸起部分的頂點)，實心圓●表示微隅角棱鏡的最低點(也就是凹陷部分的頂點)，三角形△表示中間點。從圖30和31中可以看出，不管使用圖21和22所示的何種蝕刻掩模層110，每個微隅角棱鏡最高點○都位于其關聯(lián)掩模單元102的中點。然而，每個微隅角棱鏡由(100)、(010)和(001)平面組成。因此，當使用圖21所示的掩模層110時，每個開口105的中心對應于其關聯(lián)隅角棱鏡的最低點●。另一方面，當使用圖22所示的掩模層110時，每個開口105的中心對應于其關聯(lián)隅角棱鏡的中間點△。
此外，不管使用何種蝕刻掩模層110，如果蝕刻過程執(zhí)行約3分鐘，那么所得微隅角棱鏡陣列的每個頂點是尖銳的，如圖32A所示。然而，如果蝕刻過程執(zhí)行約5分鐘，那么所得微隅角棱鏡陣列的每個頂點是圓的，如圖32B所示。原因如下。當進行蝕刻過程時，GaAs單晶體基底101的{111}B平面(也就是基底表面)和掩模單元102之間的接觸區(qū)域逐漸減小。并且當掩模單元102不再接觸基底表面時，{111}B平面的頂點開始被蝕刻。結果，使隅角棱鏡的頂點成為圓形。
因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當掩模單元102不再接觸GaAs單晶體基底101的{111}B平面時(也就是當兩者之間的接觸面積最小時)，最好停止蝕刻過程。為了在{111}B平面和掩模單元之間的接觸面積最小時停止蝕刻過程，例如需要預先通過實驗獲得較佳的蝕刻過程時間。如果用這種方式優(yōu)化蝕刻時間，那么可以獲得具有期望尖銳頂點的微隅角棱鏡陣列。
發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)根據(jù)所以蝕刻劑的類型，有時最好減小蝕刻掩模層110中開口105的面積。這是因為如果{111}B平面與{100}平面的蝕刻率比值(也就是上述的(111)B/(100)蝕刻選擇性)不是足夠高，那么進行蝕刻過程在每個開口105內側留下平面底部。也就是說，為了獲得期望形狀的微隅角棱鏡陣列，蝕刻掩模層110中每個開口105的面積越大，蝕刻選擇性就應該越高。換句話說，蝕刻掩模層110中每個開口105的面積越小，蝕刻選擇性就可以越低。因此，如果蝕刻掩模層110中每個開口105的面積較小，那么蝕刻條件就不太嚴格。
例如，考慮分別使用圖23、24和25中所示蝕刻掩模層110的三種情況。尤其，當使用圖23或24所示的蝕刻掩模層110時，其中掩模單元102的總面積超過整體的50％，可以獲得期望形狀的微隅角棱鏡陣列。然而，當使用圖25所示的蝕刻掩模層110時，其中掩模單元102的總面積約占整體的50％，就不能獲得期望形狀的微隅角棱鏡陣列，而具有平面底部。因此，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)掩模單元102的總面積最好超過整個蝕刻掩模層110面積的50％，也就是掩模單元102的總面積最好大于開口105的總面積。
接著，將描述在分別使用圖21和29所示蝕刻掩模層110的兩種情況下，所得微隅角棱鏡陣列的形狀如何不同。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)不管使用何種掩模層110都能形成較佳的微隅角棱鏡陣列。然而，當發(fā)明人用電子顯微鏡評估這兩種類型陣列中隅角棱鏡的平面精度(或平面性)時，我們發(fā)現(xiàn)與使用圖29所示掩模層110獲得的陣列相比，使用圖21所示掩模層110獲得的陣列顯示出較高的平面精度。所形成的微隅角棱鏡陣列具有關于三次旋轉軸對稱的平面形狀。因此，所用掩模層110的每個掩模單元102(或開口105)也最好具有關于三次旋轉軸對稱的平面形狀。
接著，將描述在分別使用圖21和22所示蝕刻掩模層110的兩種情況下，所得微隅角棱鏡陣列的形狀如何不同。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)不管使用何種掩模層110都可以形成較佳的微隅角棱鏡陣列。然而，當發(fā)明人用電子顯微鏡評估這兩種類型陣列中隅角棱鏡的平面精度(或平面性)時，我們發(fā)現(xiàn)與使用圖22所示掩模層110獲得的陣列相比，使用圖21所示掩模層110獲得的陣列顯示出較高的平面精度。然而，我們還發(fā)現(xiàn)當使用圖21所示的掩模層110時，在掩模單元102之間重疊部分107下的基底表面上到處形成不必要的(凸起部分)頂點。因此，為了在大面積上均勻制造大量期望形狀隅角棱鏡，當使用圖21所示圖形的蝕刻掩模層110時，掩模層110與使用圖22所示圖形的蝕刻掩模層110的相比應該具有較高的形狀精度。
另一方面，當使用圖23到29所示的、掩模單元102之間沒有重疊部分107的掩模層110時，在基底表面上不會形成不必要的凸起部分。因此，發(fā)現(xiàn)由于掩模單元102之間重疊部分107的存在才形成這些不必要的凸起部分。換句話說，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在蝕刻掩模層110中掩模單元102最好彼此隔開。
如上所述，通過選擇適當圖形的蝕刻掩模層用于蝕刻過程，可以增加所得微隅角棱鏡陣列的形狀精度。此外，通過適當?shù)卮_定蝕刻掩模層中每個掩模單元的中點，可以如預定地那樣確定所得微隅角棱鏡陣列的頂點位置和尺寸。
實施例5在下文中，將描述本發(fā)明的第五特殊較佳實施例。第五較佳實施例涉及反射型液晶顯示裝置，它使用本發(fā)明第一到第四較佳實施例中所述任何一種方法制造的微隅角棱鏡陣列作為后向反射器。
圖9說明了根據(jù)第五較佳實施例的反射型液晶顯示裝置100的結構。如圖9所示，該液晶顯示裝置100包括一對基底8和9，以及作為光調制層位于基底8和9之間的散射型液晶層6?；?接近于觀察者，而提供的基底9面向基底8。這兩個基底8和9都由透明材料制成，例如可以是玻璃板或聚合物膜。
在基底8相對于液晶層6的一個表面上，按該次序堆疊包括R、G和B濾色片的濾色層7和透明電極12。另一方面，在基底9相對于液晶層6的一個表面，提供微隅角棱鏡陣列。該微隅角棱鏡陣列10上涂覆有反射電極11，該反射電極由較高表面反射率的材料(如銀或鋁)制成，并具有實質均勻的厚度。例如通過蒸發(fā)過程沉積約200nm厚的銀形成反射電極11，以緊密接觸微隅角棱鏡陣列10的粗糙表面。反射電極11不僅作為將輸入光反射回其光源的反射面，還作為向液晶層6施加電壓的電極。
具有這種結構的液晶顯示裝置100通過用透明電極12和反射電極11向液晶層6施加電壓，逐個像素地控制液晶層6的光調制狀態(tài)，而顯示圖像。可以用已知的有源元件(如薄膜晶體管)或任何其它器件控制施加在電極11和12上的電壓。
在圖9所示的較佳實施例中，在基底9上形成微隅角棱鏡陣列10?；蛘撸⒂缃抢忡R陣列10本身可以用作基底，而無需通過基底9。如第一較佳實施例中已經(jīng)描述的，微隅角棱鏡陣列10可以由GaAs基底形成。當使用GaAs基底時，例如在顯示區(qū)域周圍的同一基底上形成驅動有源元件的電路和其它電路。如果在同一基底上可以形成驅動電路和其它電路，那么可以減小顯示裝置的總尺寸。因此，這種顯示裝置能有效地應用于例如小區(qū)電話。
在該較佳實施例中，散射型液晶層6由聚合物分散液晶材料制成。然而液晶層6的材料不限于此，它還可以是任何其它散射型液晶材料，如向列膽甾醇相變型液晶材料或液晶凝膠。此外，液晶層6還可以由各種任何其它液晶材料制成，只要該材料至少允許液晶層6在透射輸入光和散射輸入光的模式之間切換。尤其，其它有用液晶材料的實例包括膽甾醇型液晶材料，它可以在透射和反射狀態(tài)之間切換，通過控制液晶分子域尺寸而賦予它漫射特性；和具有全息功能的聚合物分散液晶材料，它可以在透射和反射狀態(tài)之間切換，通過將材料暴露于漫輻射而賦予它漫射特性。
通過在可混合狀態(tài)中制備低分子量液晶合成物與未聚合預聚物的混合物，并將混合物注入基底之間的間隙中，然后聚合預聚物，而獲得較佳實施例中所用的聚合物分散液晶材料?？梢允褂萌魏晤愋偷木酆衔锓稚⒁壕Р牧希灰摬牧鲜峭ㄟ^聚合預聚物獲得的。在該較佳實施例中，通過暴露于諸如紫外光線的活性射線中，將具有液晶特性的UV固化預聚物和液晶合成物的混合物光學固化，該固化混合物(也就是UV固化液晶材料)可用作聚合物分散液晶材料。如果這種UV固化液晶材料用作聚合物分散液晶材料，那么聚合可聚合液晶材料，而無需加熱。因此，液晶顯示裝置的其它部件不受所產(chǎn)生熱量的影響。
通過將少量的聚合引發(fā)劑(例如Ciba-Geigy公司生產(chǎn)的)加入以約20∶80的重量比混合的UV固化材料和液晶合成物的混合物中，可以獲得預聚物液晶混合物。用這種方式獲得的預聚物液晶混合物在室溫下示出向列型液晶相。輸入光一旦進入這種材料制成的液晶層，就根據(jù)液晶層的模式(也就是散射或透射模式)調制它，液晶層的模式隨所施加的電壓變化。在該較佳實施例中，當不施加電壓時液晶層示出散射狀態(tài)，當施加電壓時示出透射狀態(tài)。
在下文中，將特別描述反射型液晶顯示裝置100是如何工作的。
首先，描述顯示裝置100在白色顯示模式中的工作。在白色顯示模式中，控制液晶層6顯示散射狀態(tài)。因此，外部輸入光在透射過基底8和濾色層7之后，被液晶層6散射。在這種情況下，被液晶層6反向散射的輸入光部分回到觀察者處。此外，在該較佳實施例的顯示裝置中，輸入光中透射過液晶層6的另一部分，和被液晶層6前向散射的另一部分被微隅角棱鏡陣列10上的反射電極11反射。當光的反射部分通過液晶層6時，它被散射狀態(tài)的液晶層6再次散射。結果，被散射光的部分返回到觀察者。用這種方式，在白色顯示模式中，反向散射光和部分前向散射光都返回觀察者，因此實現(xiàn)較高亮度圖像的顯示。
接著，將描述顯示裝置100在黑色顯示模式中的工作。在黑色顯示模式中，通過施加電壓控制液晶層6顯示透射狀態(tài)。在這種情況下，外部輸入光透射過基底8、濾色層7和液晶層6。透射過液晶層6的光被微隅角棱鏡陣列10上的反射電極11后向反射。也就是說，在輸入光進入觀看顯示器上圖像的觀察者眼睛之前，輸入光被基底8和液晶層6折射，被微隅角棱鏡陣列10后向反射，然后被液晶層6和基底8再次折射。因此，只有來自觀察者眼睛附近的光從該顯示裝置100出射向觀察者。在這種情況下，如果觀察者眼睛附近是很窄的區(qū)域，那就不允許存在任何光源(也就是如果該區(qū)域小于觀察者瞳孔的面積)，那么可以實現(xiàn)較佳的黑色顯示。
如上所述，入射到微隅角棱鏡陣列10上的光被反射回與輸入光傳播方向精確相反的方向。然而，被后向反射的出射光線稍稍水平偏移(或平移)輸入光線。該偏移約等于微隅角棱鏡陣列10中每個單元的尺寸(或間距)。因此，如果如圖10A所示微隅角棱鏡陣列10中每個單元的尺寸L1大于圖10A所示的每個畫面單元區(qū)域的尺寸L2，那么輸入光線所通過的濾色片的顏色(如圖10A所示實例中的綠色(G))將不同于出射光線所通過濾色片的顏色(如圖10A所示實例中的藍色(B))，因此引起顏色無意識地混合。
另一方面，如果如圖10B所示微隅角棱鏡陣列10中每個單元的尺寸L1小于圖10B所示每個畫面單元區(qū)域的尺寸L2，那么輸入光線所通過濾色片的顏色(如圖10B所示實例中的綠色(G))與出射光線所通過濾色片的顏色相同，因此不引起顏色混合。因此，為了顯示期望色彩的圖像，要求微隅角棱鏡陣列10中每個單元的尺寸L1小于每個畫面單元區(qū)域的尺寸L2。在該較佳實施例所用的微隅角棱鏡陣列10中，確定的每個單元的尺寸(如約為10μm)實質小于畫面單元區(qū)域的標準尺寸(如幾十μm)，如以上第一和第二較佳實施例中所述。因此，可以適當?shù)仫@示期望色彩的圖像。
接著，將入射到包含三個等腰直角三角形平面的隅角棱鏡上的光線的后向反射與入射到包含三個正方形平面的隅角棱鏡上的光線的后向反射作比較。應該注意到，當光線入射到隅角棱鏡上的一點時，從相對于隅角棱鏡中心與入射點對稱的一點處將光線反射回相反方向。這是隅角棱鏡的充要條件。
圖11A到11C說明了每個隅角棱鏡包含三個等腰直角三角形平面的情況。尤其，圖11A說明了隅角棱鏡，而圖11B和11c說明了隅角棱鏡陣列。在每個隅角棱鏡包含三個等腰直角三角形平面的情況下，當這三個組成平面投影到參考平面上時，如圖11C所示該投影具有等邊三角形形狀。在這種情況下，如果光線入射到隅角棱鏡中接近等邊三角形頂點的點，那么光線不發(fā)生后向反射，因為隅角棱鏡內側沒有相對于隅角棱鏡中心與入射點對稱的點。因此，后向反射率最多為約66％。
另一方面，圖12A到12C說明了每個隅角棱鏡包含三個正方形平面的情況。尤其，圖12A說明了隅角棱鏡，而圖12B和12c說明了隅角棱鏡陣列。在每個隅角棱鏡包含三個正方形平面的情況下，當這三個組成平面投影到參考平面上時，如圖12C所示該投影具有正六邊形形狀。在這種情況下，不管光線入射到哪一點，每個入射點都具有相對于隅角棱鏡中心的對稱點。因此，入射到正六邊形中任一點上的光線總是被后向反射。因此，可以看出為了獲得如預定后向反射的入射光線，陣列中的每個微隅角棱鏡最好包含正方形平面，并且組成平面在參考平面上的投影最好具有正六邊形形狀。
在該較佳實施例所用的微隅角棱鏡陣列中，每個單元包括立方單晶體{100}平面確定的三個實質正方形平面，如以上第一和第二較佳實施例中所述。因此，微隅角棱鏡陣列可以按預定地后向反射入射光。也就是說，在黑色顯示模式中，觀察者感覺不到不需要的光。結果，實現(xiàn)了適當?shù)暮诎碉@示，并增加了對比率。
發(fā)明人測量了包括該較佳實施例微隅角棱鏡陣列10的反射型液晶顯示裝置100和圖13中所示不包括微隅角棱鏡陣列的對比反射型液晶顯示裝置800的反射率和對比率。尤其，作為對比實例的反射型液晶顯示裝置800使用散射反射器11代替微隅角棱鏡陣列10。因此，當液晶層6處于透射狀態(tài)時，遠離觀察者的光源發(fā)射的光也會被反射向觀察者。因此，該顯示裝置800還包括基底8前方的偏振器13和相位板14，以吸收不需要的反射光，并實現(xiàn)較佳的黑色顯示。應該注意到顯示裝置800中的其它部件(如液晶層6和濾色層7)與顯示裝置100中的對應部分相同。
用如圖14所示的裝置測量顯示裝置100和800中每一個的反射率和對比率。如圖14所示，構造該裝置，使得集光球15向樣本16(也就是顯示裝置100或800)發(fā)射漫射光，并且在樣本16前方的光檢測器17處接收樣本16反射的光。以下表1示出了結果表1

從這些結果中可以看出，使用微隅角棱鏡陣列10代替偏振器13或相位板14的該較佳實施例的液晶顯示裝置100能以較高的對比率和較佳的可見度顯示較亮的圖像。
實施例6在下文中，將描述本發(fā)明的第六特殊較佳實施例。第六較佳實施例涉及有機場致發(fā)光(EL)顯示裝置(即自發(fā)光顯示裝置)，它包括上述本發(fā)明第一或第二較佳實施例中的微隅角棱鏡陣列。
圖15顯示了根據(jù)該較佳實施例的有機EL顯示裝置的結構。如圖15所示，有機EL顯示裝置200包括上下基底30和34，以及位于基底30和34之間的有機EL層42。上基底30可以由諸如玻璃或聚合物膜的透明材料制成。配置下基底34朝向上基底30。有機EL層42由多個薄膜組成，其中包括空穴注入層、空穴傳送層、光發(fā)射層、電子傳送層和電子注入層。此外，由諸如氧化銦錫(ITO)的透明導電材料制成的陰極(或透明電極)32介于有機EL層42和上基底30之間。此外，陽極40位于有機EL層42和下基底34之間。陽極40可以由例如厚度約為30nm的鋁膜制成。當陽極40由這種薄膜制成時，陽極40可以透射光。
在下基底34與有機EL層42相對的表面上提供用第一或第二較佳實施例所述方法獲得的微隅角棱鏡陣列反射器36。雖然在圖15中未示出，但是該微隅角棱鏡陣列反射器36的表面上涂覆有例如鋁反射膜。因此，當光線入射到該微隅角棱鏡陣列反射器36上時，光線被反射回其光源。用透明展平部件38展平微隅角棱鏡陣列反射器36中涂覆有反射膜的粗糙表面。陽極40就位于該展平表面上。
在該有機EL顯示裝置200中，當向陰極32和陽極40之間的有機EL層42施加預定電壓時，分別來自陰極32和陽極40的電子和空穴在有機EL層42中彼此重新組合，因此形成發(fā)射冷光的有機EL層42，并進行預定的顯示操作?？梢杂酶鞣N已知技術以各種已知材料制成該有機EL層42。
在該有機EL顯示裝置200中，當有機EL層42不發(fā)射冷光時(也就是當顯示裝置200處于黑色顯示模式時)，從觀察者附近(如電燈或太陽)外部入射到該顯示裝置200上的輸入光線被微隅角棱鏡陣列反射器36反射回外部光源，不到達觀察者的眼睛。因此，可以阻止外部光不必要的背反射，并且可以按預定地顯示黑色。
另一方面，當有機EL層42發(fā)射冷光時(也就是當顯示裝置200處于白色顯示模式時)，有機EL層42向觀察者發(fā)射的部分冷光和射向下基底34的其它冷光部分都到達觀察者的眼睛。這是因為后一部分冷光被微隅角棱鏡陣列反射器36后向反射向觀察者。因此，有機EL層42發(fā)射的冷光可以被更有效地利用，并且可以按預定地顯示具有較高亮度的白色。此外，即使在白色顯示模式中，也可以避免觀察者周圍某些光源發(fā)出的外部光的不必要背反射。
在該有機EL顯示裝置200中，微隅角棱鏡陣列反射器36中每個單元的尺寸也最好小于每個畫面單元區(qū)域的尺寸，就象第五較佳實施例中的液晶顯示裝置一樣。該有機EL顯示裝置200的有機EL層42包括多個光發(fā)射區(qū)域，它們發(fā)射三原色(紅(R)、綠(G)和藍(B))的冷光，如圖15所示。也就是說，這些光發(fā)射區(qū)域對應于上述第五較佳實施例顯示裝置100中的畫面單元區(qū)域。如果微隅角棱鏡陣列反射器36中每個單元的尺寸小于每個畫面單元區(qū)域的尺寸，那么預定顏色中光發(fā)射區(qū)域發(fā)射的、然后被微隅角棱鏡陣列反射器36反射的光線不通過不同顏色中的鄰近光發(fā)射區(qū)域。因此，不發(fā)生顏色混合，并且可以避免亮度和色度的減小。
實施例7在下文中，將描述本發(fā)明的第七特殊較佳實施例。第七較佳實施例涉及制造微隅角棱鏡陣列的方法，該陣列具有與基材參考平面的法線傾斜的光軸。頒發(fā)給Jones of Raychem公司的美國專利號5,182,663中揭示了包含這種微隅角棱鏡陣列的顯示裝置。
首先，制備表面與GaAs晶體(111)B平面傾斜約5度的GaAs基底。在該較佳實施例中，象第一較佳實施例一樣使用GaAs基底?；蛘?，也可以使用任何其它材料制成的立方單晶體基底(如根據(jù)第二較佳實施例包含鍺單晶體的基底)，只要該基底的表面與晶體{111}平面傾斜預定角度(如大約0度到10度)。
接著，使制備的GaAs角度經(jīng)歷鏡面拋光，象第一較佳實施例一樣進行光致抗蝕劑圖形確定和濕蝕刻過程，因此在基底表面上形成多個隅角棱鏡，每個隅角棱鏡由三個彼此實質垂直相對的晶體{100}平面(如(100)、(010)和(001)平面)組成。用這種方式，獲得隅角棱鏡陣列。然而，在該較佳實施例中，與第一較佳實施例不同，GaAs基底的表面與晶體{111}B平面傾斜約5度。因此，每個隅角棱鏡三個平面中的每一個與基底參考平面(也就是被蝕刻基底的原始表面)所成的角度與第一較佳實施例中的不同。此外，用這種方式形成的隅角棱鏡三個平面中的每一個都可以是矩形形狀。
當使用這種表面與晶體{111}平面傾斜的單晶體基底時，蝕刻掩模層中每個掩模單元的長寬比(也就是蝕刻掩模層的圖形)最好隨傾斜角變化。這是因為在該較佳實施例中，當從基底上看所獲得的隅角棱鏡時，該隅角棱鏡不像第一較佳實施例具有完全的正六邊形(例如見圖2D)，根據(jù)傾斜角，它在垂直方向或水平方向上可能被稍稍地拉長。此外，當用該較佳實施例的方法形成隅角棱鏡時，每個掩模單元的中點也不必與其關聯(lián)的蜂窩陣點完全匹配，但要接近。也就是說，某些掩模單元的中點可以稍稍偏離其關聯(lián)的蜂窩陣點。
如果用這種方式在GaAs基底表面上形成的隅角棱鏡陣列上涂覆有以上第一或第二較佳實施例中所述的反射膜，那么隅角棱鏡陣列可用作后向反射器。
然而，在該較佳實施例中，如圖16所示，GaAs基底表面上形成的微隅角棱鏡陣列的圖形傳遞給樹脂20，因此制造樹脂20的微隅角棱鏡陣列。尤其，首先，通過已知技術將GaAs基底制成電鑄模18。接著，將該電鑄模18貼在滾筒19上。之后用滾筒19旋轉電鑄模18，并擠壓樹脂20，以此在樹脂20上形成微隅角棱鏡陣列圖形。
圖16還顯示了滾筒19旋轉的方向21和樹脂20傳輸?shù)姆较?2。在圖16中，直線A-B平行于樹脂20的傳輸方向22。當滾筒19以方向21旋轉，樹脂20以方向22傳輸時，電鑄模18的粗糙表面就擠壓樹脂20，然后樹脂20從電鑄模18上剝離。樹脂20從電鑄模18上剝離的方向也平行于直線A-B。
圖17A和17B說明了用上述技術在樹脂20表面上形成(或傳遞)的微隅角棱鏡陣列。在圖17A和17B中，直線A-B表示與圖16中相同的方向。如上所述，沿直線A-B剝離傳遞微隅角棱鏡陣列圖形的樹脂20。在該較佳實施例中，以某種方式剝離樹脂20，使得剝離樹脂20方向上的直線A-B與每個隅角棱鏡中三個正方形平面之一24的法線23位于同一平面中。也就是說，從圖17B中可以看出，法線23在表示樹脂20表面的平面上的投影平行于剝離樹脂20方向上的直線A-B。在這種情況下，與剝離樹脂20的方向不平行于法線23在表示樹脂表面的平面上投影的情況相比，能夠更容易地剝離并去除樹脂20。
為了用這種方式剝離樹脂20，要求以某種方式將電鑄模18的圖形傳遞給樹脂20，使得圖16所示樹脂20傳輸方向上的直線A-B(也就是方向22)與電鑄模18上每個微隅角棱鏡中三個平面之一的法線總是位于同一平面中(如，在圖16的紙面上)。通過調節(jié)貼在滾筒19表面上的電鑄模18所面對的方向可以容易地實現(xiàn)該位置關系。
此外，當該較佳實施例中使用由表面與(111)B平面傾斜約5度的GaAs基底制成的電鑄模時，與使用由第一較佳實施例中表面平行于(111)B平面的GaAs基底制成的電鑄模相比，可以更容易地剝離并去除樹脂20。
用這種方式獲得的微隅角棱鏡陣列的光軸與基底參考平面的法線傾斜。因此，對于用該微隅角棱鏡陣列獲得的后向反射器，后向反射器可以適當?shù)睾笙蚍瓷漭斎牍饩€的范圍(這里稱為“輸入光線范圍”)被限定在傾斜光軸附近。在這種情況下，從該輸入光線范圍到后向反射器的任何光線都可以被適當?shù)睾笙蚍瓷洌鴱脑撦斎牍饩€范圍以外到后向反射器的光線將被不適當?shù)睾笙蚍瓷?。因此，當光源位于顯示裝置上時，如果配置后向反射器使得其光軸與朝向光源(也就是向上)的顯示裝置平面的法線傾斜，那么后向反射器可以后向反射來自光源的任何光線。結果，顯示裝置可以更佳地顯示黑色。
在上述較佳實施例中，假設基底表面與晶體的{111}平面傾斜約5度。然而，基底表面的傾斜角不限于此，而是可以等于或大于約0度且等于或小于約10度?；妆砻婧蛖111}平面之間所確定的角度等于形成的每個微隅角棱鏡的光軸相對于基底表面的法線所確定的角度。在這種情況下，將每個微隅角棱鏡的光軸確定為與組成隅角棱鏡的三個垂直相對平面等距離的直線。一般而言，微隅角棱鏡沿其光軸顯示其最佳的后向反射性。換句話說，如果微隅角棱鏡的光軸朝向光源，那么從光源到微隅角棱鏡的任何光線都可以被微隅角棱鏡反射回其光源。結果，可以如期望地顯示黑色。然而，如果微隅角棱鏡的光軸與基底表面的法線過度地傾斜，那么微隅角棱鏡的后向反射對大致沿基底表面法線觀看顯示器的觀察者不太好。于是，在黑色顯示模式中，觀察者可以感覺到遠離其眼睛(或瞳孔)的光源發(fā)射的然后被微隅角棱鏡反射回觀察者的光線。在這種情況下，可能不適當?shù)仫@示黑色。由于這些因素，發(fā)明人進行實驗以確定隅角棱鏡光軸的適當傾斜角度范圍。實驗結果表明隅角棱鏡光軸的傾斜角最好等于或大于約0度且等于或小于約10度。因此，為了制造具有這種光軸的隅角棱鏡，最好使用表面與{111}平面傾斜約0度到約10度的基底。
此外，如圖18所示，當使用表面S0與晶體{111}平面傾斜θ角的單晶體基底時，{111}平面和表面S0的交線L3最好與單晶體基底的預定劈開面垂直相交。如果基底由GaAs單晶體制成，那么預定劈開面是(01-1)平面。換句話說，包括{111}平面的法線L4和基底表面S0的法線L5的平面最好平行于基底的預定劈開面。在這種情況下，組成隅角棱鏡的各個平面可以增加其對稱性。例如，如圖17B所示，每個隅角棱鏡的形狀關于某一直線垂直對稱。此外，當把這種方式獲得的隅角棱鏡陣列用作模具時，材料可以容易地從模具上去除。
實施例8如上所述，本發(fā)明的第五較佳實施例涉及反射型液晶顯示裝置100，它包括圖9所示微隅角棱鏡陣列10制成的后向反射器。在下文中，將更詳細地描述該種類型的反射型液晶顯示裝置，作為本發(fā)明的第八特殊較佳實施例。
發(fā)明人進行了深入的研究，以改進將散射型液晶層作為光調制層和后向反射器的反射型顯示裝置的顯示性能。結果，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果接近后向反射器的反射平面配置散射型液晶層，那么分別使用散射型液晶層的透射或散射狀態(tài)可以實現(xiàn)理想的黑色和白色顯示模式。在這種配置中，可以避免圖40所示的傳統(tǒng)反射型液晶顯示裝置900中，電極12或展平構件95對光的不必要的吸收。因此，輸入光能夠被更有效地利用。此外，由于本發(fā)明的反射型顯示裝置100中不提供展平構件95，所以可以減輕制造顯示裝置的過程負載需要，并降低制造成本。
應該注意到以下認為光調制層(如該實施例中的散射型液晶層)和后向反射器的反射面“彼此鄰近”，不僅在后向反射器的反射面和光調制層彼此實際接觸時，而且在某些附加構件如對準膜介于后向反射器的反射面和光調制層之間時。然而，在后一種情況下，需要將光調制層的下表面確定為對準后向反射器反射面的表面。
此外，該配置不僅適用于將散射型液晶層用作光調制層的顯示裝置，還適用于包括光調制層并能在透射和散射狀態(tài)之間切換的任何各種其它類型的反射型顯示裝置。
然而應該注意到，當隅角棱鏡反射器用作反射面接近于散射型液晶層的后向反射器時，通過透射狀態(tài)的散射型液晶層6透射的輸入光線有時在圖34中所示液晶層6的平面內方向(也就是x和y方向)上傳播較長距離，并被反射回其光源。在這種情況下，為了獲得預定的反射回其光源的輸入光，透射狀態(tài)的散射型液晶層最好在液晶層的平面內(x和y)方向上散射或反射盡可能少量的光。這是因為如果在輸入光通過散射型液晶層6的光路中有任何散射因素，那么后向反射性將減小，并且不能實現(xiàn)理想的黑暗顯示。圖40所示的傳統(tǒng)反射型液晶顯示裝置900中沒有這類問題。
因此，在本發(fā)明的反射型顯示裝置中，透射狀態(tài)的散射型液晶層(或光調制層)最好在厚度(z)方向和平面內(x和y)方向上都顯示出較佳的液晶分子取向矢量連續(xù)性。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，液晶層最好保持較佳的取向連續(xù)性。應該注意到如果液晶分子在這些預定方向中的某一個上連續(xù)取向，那么預定方向上傳播的光線相對于空氣的透射比通常約為70％或更大。
或者，透射狀態(tài)的散射型液晶層相對于厚度(z)方向上傳播的光和平面內(x和y)方向上傳播光最好都顯示出較佳的折射率連續(xù)性。應該注意到如果液晶層在這些預定方向中的某一個顯示出較佳的折射率連續(xù)性，那么預定方向上傳播的光線相對于空氣的透射比通常約為70％或更大。
對于這種散射型液晶層，可以使用本質上包含液晶相和聚合物相的聚合物分散液晶層。通過聚合液晶結構的單體形成聚合物相。在聚合物分散液晶層中，液晶和聚合物相的折射率在厚度和平面內方向(也就是x、y和z方向)上最好彼此實質相等(也就是匹配)。
或者，還可以使用一種散射型液晶層，它在散射狀態(tài)時產(chǎn)生的液晶域尺寸約為100nm到20,000nm，并且利用液晶域的折射率之差散射輸入光。這類散射型液晶層可以是通過將液晶材料與膠凝劑混合而獲得的液晶凝膠層。另一方面，當散射型液晶層處于透射狀態(tài)時，液晶分子在整個液晶層上實質均勻地對準。如這里所用的，“液晶域”是指液晶層中邊界(或界限)確定的、其中液晶分子不連續(xù)取向的區(qū)域。
這類散射型液晶層尤其適用于隅角棱鏡在液晶層的平面內(x和y)方向上以較大間距(或具有較大尺寸)排列的顯示裝置。如果隅角棱鏡以較大的間距排列，那么在平面內(x和y)方向上傳播的光線將具有較長的光路。在這種情況下，在平面內(x和y)方向上傳播的光線的散射程度根據(jù)液晶分子在該方向上是否保持較佳的取向或折射率連續(xù)性而顯著變化。當平面內(x和y)方向上傳播的光線的光路長度大于厚度(z)方向上傳播的光線的光路長度時，該關系尤其明顯。例如，z方向上傳播的光線的光路長度可以由液晶層的最大厚度確定，該厚度約為1μm到50μm。
如果如上所述液晶分子在平面內(x和y)方向上可以保持較佳的取向或折射率連續(xù)性，即使在隅角棱鏡以較大的間距排列時也能使光線的不必要散射最小。因此，可以增加后向反射率，實現(xiàn)理想的黑暗顯示，并且能夠顯示較高對比率的圖像。
發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn)并確定為了增加后向反射率，這類散射型液晶層能有效地適用于隅角棱鏡以約1μm或更大間距排列的顯示裝置。然而，如果隅角棱鏡具有太大的尺寸，那么在黑色顯示模式中不需要的光可能更多地到達觀察者的眼睛。因此，隅角棱鏡的排列間距最好約為1,000μm或更小。
因此，通過在隅角棱鏡以約1μm到約1,000μm的間距排列的顯示裝置中應用這種液晶分子在平面內(x和y)方向上保持較佳取向或折射率連續(xù)性的散射型液晶層，顯示裝置可以按預定地顯示圖像。
在下文中，將更詳細地描述本發(fā)明第八較佳實施例的反射型液晶顯示裝置。
圖34是說明圖9所示反射型液晶顯示裝置100中一部分放大結構的截面圖。如圖9和34所示，該液晶顯示裝置100包括一對基底8和9，以及基底8和9之間作為光調制層的散射型液晶層6。基底8接近于觀察者，而基底9朝向基底8。這兩個基底8和9可以由透明材料制成，可以是玻璃板或聚合物膜。
在基底8相對于液晶層6的一個表面上，按該次序堆疊包括R、G和B濾色片的濾色層7和透明電極12。另一方面，在基底9相對于液晶層6的一個表面上提供微隅角棱鏡陣列10。該微隅角棱鏡陣列10上涂覆有反射電極11，該反射電極由較高表面反射率的材料(如銀或鋁)制成，并具有實質均勻的厚度。例如通過蒸發(fā)過程沉積約200nm厚的銀形成反射電極11，以緊密接觸微隅角棱鏡陣列10的粗糙表面。反射電極11不僅作為將輸入光反射回其光源的反射面，還作為向液晶層6施加電壓的電極。在該反射型液晶顯示裝置100中，微隅角棱鏡陣列10和反射電極11一起組成用作后向反射器的隅角棱鏡反射器28。
在該反射型液晶顯示裝置100中，散射型液晶層6鄰近隅角棱鏡反射器28的反射面11a(也就是反射電極11的表面)。然而應該注意到，散射型液晶層6不一定要接觸反射面11a?；蛘?，在反射面11a上可以附加地形成提供散射型液晶層6的取向控制能力的對準膜(未圖示)。
這種結構的液晶顯示裝置100通過用透明電極12和反射電極11向液晶層6施加電壓，逐個像素地控制液晶層6的光調制狀態(tài)，而顯示圖像。如圖34所示，可以用已知的有源元件25(如薄膜晶體管)驅動反射電極11，有源元件通過接觸孔26與反射電極11電氣連接。或者，反射電極11也可以由任何其它驅動裝置驅動。
如第五較佳實施例中所描述的，散射型液晶層6由聚合物分散液晶材料制成。然而液晶層6的材料不限于此。以下將更詳細地描述散射型液晶層6的其它較佳材料的實例。
在下文中，將參考圖35A到35E描述如何制造反射型液晶顯示裝置100。
首先，如圖35A所示，在基底9上形成有源元件25和其它部件。
接著，如圖35B所示，在基底9上形成隅角棱鏡陣列10。例如可以通過在基底9上沉積厚度約為10μm的樹脂膜，然后用預制的隅角棱鏡陣列模型擠壓樹脂膜，而形成隅角棱鏡陣列10。
如第一到第四較佳實施例中所述的，如果利用兩組晶體平面的蝕刻率之差各向異性地蝕刻包含立方單晶體的基底，那么可以獲得隅角棱鏡陣列，其中每個隅角棱鏡由三個實質垂直相對的實質正方形組成，如圖39中的平面S1、S2和S3所示。此外，如果將以這種方式獲得的隅角棱鏡陣列制成模型，并擠壓沉積在基底9上的樹脂膜，那么隅角棱鏡陣列10可以由與圖39相同形狀的樹脂材料構成。從圖34中可以看出，隅角棱鏡陣列10具有粗糙表面。因此，液晶層6的厚度可以隨位置而變化，從而可能大大影響液晶層6的電光特性。所以，隅角棱鏡的尺寸最好不要太大。因此，隅角棱鏡的排列間距P最好為約50μm或更小。在圖39所示形狀的隅角棱鏡陣列10中，隅角棱鏡陣列10中最高點和最低點之間的水平差可以由隅角棱鏡的排列間距P確定。因此，在該較佳實施例中用隅角棱鏡的排列間距P確定隅角棱鏡的較佳尺寸。
接著，如圖35C所示，隅角棱鏡陣列10經(jīng)歷某些處理，如使用預定的抗蝕掩模(未圖示)進行等離子體灰化處理，以形成接觸孔26，接觸孔26可用于在隅角棱鏡陣列10的預定位置建立與有源元件25的電氣連接。
之后，如圖35D所示，例如通過蒸發(fā)過程垂直沉積諸如銀的導電材料，在隅角棱鏡陣列10的表面上到達約200nm的厚度，使得接觸孔26也被導電材料填滿。然后，使沉積的導電材料上形成圖形，因此形成在隅角棱鏡10上電氣連接有源元件25和其它部件的反射電極11。用這種方式，獲得包含隅角棱鏡陣列10和反射電極11并作為后向反射器的隅角棱鏡反射器28。
隨后，如圖35E所示，通過已知的技術在透明基底8上形成濾色層7和透明電極12，以獲得反向基底。然后，將包含隅角棱鏡反射器28的基底9與反向基底接合在一起，其中保留預定的間隙。最后，將液晶材料注入間隙中，并封閉注入孔，以形成散射型液晶層6。用這種方式，完成了包括后向反射器的反射型液晶顯示裝置。
在下文中，將參考圖36描述反射型液晶顯示裝置100是如何工作的。首先，描述白色顯示模式的工作。在白色顯示模式中，控制液晶層6呈現(xiàn)散射狀態(tài)，如圖36右側所示。在液晶層6處于散射狀態(tài)時，外部輸入光透射過基底8、濾色層7和透明電極12后，被液晶層6散射。這時，輸入光中被液晶層6反向散射的部分返回到觀察者。此外，在較佳實施例的顯示裝置100中，輸入光中透射過液晶層6的另一部分和被液晶層6正向散射的又一部分也被微隅角棱鏡陣列10上的反射電極11反射。反射光在通過液晶層6時，又被散射狀態(tài)的液晶層6散射。結果，部分散射光返回到觀察者。用這種方式，在白色顯示模式中，反向散射光和部分正向散射光都返回到觀察者，因此實現(xiàn)較高亮度圖像的顯示。
接著，描述顯示裝置100在黑色顯示模式中的工作。在黑色顯示模式中，通過施加電壓控制液晶層6顯示透射狀態(tài)，如圖36中左側所示。在這種情況下，外部輸入光透射過基底8、濾色層7、透明電極12和液晶層6。透射過液晶層6的光被微隅角棱鏡陣列10上的反射電極11后向反射。也就是說，在輸入光進入觀看顯示器上圖像的觀察者的眼睛之前，輸入光被基底8和液晶層6折射，被微隅角棱鏡陣列10后向反射，然后被液晶層6和基底8再次折射。因此，只有來自觀察者眼睛附近的光從該顯示裝置100出射向觀察者。在這種情況下，如果觀察者眼睛附近是很窄的區(qū)域，那就不允許存在任何光源(也就是如果該區(qū)域小于觀察者瞳孔的面積)，那么可以實現(xiàn)較佳的黑色顯示。
如圖36所示，當液晶層6處于透射狀態(tài)時(也就是當裝置100處于黑色顯示模式時)，至少一部分通過液晶層6的光可以在液晶層6的厚度(z)和平面內(x和y)方向中任一方向上傳播。因此，為了適當?shù)睾笙蚍瓷湓摴饩€，透射狀態(tài)的液晶層6在x、y和z方向中的每個方向上最好散射盡可能少的輸入光。尤其當隅角棱鏡10的排列間距(或尺寸)與液晶層6的厚度(如約1μm到約50μm)相比較大(如約1μm或更大)時，液晶層6對平面內(x和y)方向上傳播的光的透明度是要考慮的關鍵因素。
在該較佳實施例中，散射型液晶層6由上述聚合物分散液晶材料制成。在這種情況下，液晶層6包括不對應所施加電場的聚合物相(也就是液晶層6的基體部分)和對應于所施加電場的液晶分子組成的液晶相。如果聚合物相的尺寸大到足以散射光線(如約100nm到約20,000nm)，那么是否散射光線主要依賴于液晶和聚合物相之間的折射率差。應該注意到這里聚合物相的“尺寸”是液晶相之間聚合物相的尺寸，通常是指對應于液晶相之間平均距離的尺寸。
因此，為了使液晶和聚合物相之間折射率差引起的這種光散射最小，透射狀態(tài)的液晶層的聚合物和液晶相最好具有大致相等的折射率。也就是說，這兩種相的折射率最好相互實質匹配。尤其如該較佳實施例，當輸入光在厚度(z)方向和平面內(x和y)方向上都傳播相當長距離時，透射狀態(tài)的散射型液晶層中兩種類型的相相對于厚度方向以及x和y方向上傳播的光具有大致相等的折射率。如果聚合物和液晶相具有大致相等的折射率(也就是折射率在兩種相的界面中沒有急劇變化)，那么液晶層在x、y和z(也就是厚度方向或平面內方向)中的每一個方向上將顯示較佳的折射率連續(xù)性。在這種理想情況下，液晶層可以適當?shù)睾笙蚍瓷漭斎牍狻?br> 接著，假設非理想情況下，透射狀態(tài)的液晶層中兩種理想的相只在厚度(z)方向上具有大致相等的折射率，而在平面內(x和y)方向上實質不等。這種散射型液晶層的實例包括聚合無折射率各向異性的單體獲得的聚合物相和液晶相組成的聚合物分散液晶層；以及用液晶材料滲透各向同性折射率材料的基體而獲得的散射型液晶層。
當液晶層由任何這些材料制成時，在液晶層中用不具有折射率各向異性(例如聚合物相)的透明材料形成網(wǎng)絡。通常，選擇適當?shù)牟牧辖M合，使透明材料的折射率np等于液晶材料的尋常折射率noLC。然而，液晶材料的尋常折射率noLC通常小于非常折射率neLC(也就是noLC＜neLC)。因此，液晶材料的非常折射率不等于透明材料的折射率。在這種情況下，這種散射型液晶層在施加電壓時顯示透明狀態(tài)。在透明狀態(tài)中，輸入光可以從液晶層上大致垂直地進入液晶層。由于透明材料的折射率np等于液晶材料在厚度(z)方向上的尋常折射率noLC，所以輸入光可以通過液晶層傳播，而不被散射。
之后，輸入光被隅角棱鏡反射器的第一反射面反射，然后在液晶層內平移，如圖36所示。在這種情況下，透明材料的折射率np不等于液晶材料在液晶層平面內(x和y)方向上的非常折射率neLC。因此，由于折射率差，光被散射且不能被適當后向反射。所以，不能實現(xiàn)期望的黑色顯示。
由于這些因素，當液晶層處于透射狀態(tài)時，聚合物相(第一相)和液晶相(第二相)之間相對于厚度方向或平面內方向上傳播的光的折射率差最好盡可能地小。尤其，該折射率差最好在約5％內。換句話說，這兩種相的折射率比值最好約為0.95到1.05。如果透射狀態(tài)的散射型液晶層相對于厚度方向和平面內方向上傳播的光能顯示較佳的折射率連續(xù)性，那么不必要的光散射可以減至最小，并能顯示理想的圖像。
將上述控制折射率的技術應用于包括聚合物相的散射型液晶層，在液晶層處于透射狀態(tài)時聚合物相使輸入光散射。然而，該較佳實施例的液晶顯示裝置還可以包括不含散射因子(如聚合物相)的散射型液晶層，但是其中由于電壓控制所產(chǎn)生的液晶域之間的折射率差，輸入光仍然被散射。應該注意到即使液晶層中存在某些尺寸太小以致不能散射輸入光的分散相(如粒子)時，這里仍然將該液晶層看作“不含散射因子”。
當通過施加電壓而形成多個預定尺寸的液晶域(如約100nm到約20,000nm)時，這種類型的散射型液晶層可顯示散射狀態(tài)。另一方面，當液晶層的液晶分子取向不形成液晶域時，液晶層可顯示透射狀態(tài)。這種散射型液晶層的實例包括液晶凝膠；分子團分散液晶層，其中在液晶材料中形成并分散了直徑約為5nm到100nm的分子團；液晶懸浮層(或超細粒子分散液晶層)，其中直徑約為5nm到100nm的固體粒子分散在液晶材料中；非晶向列型液晶層；膽甾醇向列相變型液晶層。
為了獲得期望的透射狀態(tài)，這種透射狀態(tài)的散射型液晶層最好在厚度(z)方向和平面內(x和y)方向上都顯示出較佳的液晶分子取向矢量連續(xù)性。也就是說，液晶層最好在x、y和z中的每個方向都保持較佳的取向連續(xù)性。換句話說，液晶分子最好在透射狀態(tài)的整個散射型液晶層中實質均勻地對準。如果透射狀態(tài)的液晶層在平面內(x和y)方向上也能保持較佳的取向連續(xù)性，那么這些方向上傳播的光不會被散射。結果，該光線也能被理想地后向反射。
應該注意到這種散射型液晶層可以包括某些預定尺寸(如約100nm或更小)的分散相(如上述分子團)，這些分散相小到不能散射光，該液晶層還可以具有多個液晶域，這些液晶域是由于這些分散相的存在使液晶分子未對準而形成的。這些分散相對散射輸入光不起作用。因此，與上述聚合物相不同，這些分散相的折射率不一定要等于液晶相的折射率。
如上所述，該較佳實施例的液晶顯示裝置的散射型液晶層可以由任何各種液晶材料制成，只要該液晶層能在散射和透射狀態(tài)之間切換。在透射狀態(tài)中，散射型液晶層最好在厚度方向和垂直于厚度方向的平面內方向上都顯示較佳的液晶分子取向矢量連續(xù)性。或者，透射狀態(tài)的散射型液晶層相對于厚度方向和平面內方向上傳播的光可以顯示較佳的折射率連續(xù)性。
在下文中，將描述該第八較佳實施例的反射型液晶顯示裝置的特殊實例。在以下的說明性實例中，將引用散射型液晶層的各種液晶材料。
實例1參考圖37描述第八較佳實施例反射型液晶顯示裝置的第一特殊實例。在第一特殊實例中，將UV固化聚合物分散液晶層用作散射型液晶層。
通過制備低分子量液晶合成物與混合狀態(tài)時具有液晶結構的未聚合預聚物的混合物，將混合物注入基底的間隙中，再聚合預聚物，而獲得第一實例的聚合物分散液晶層?？梢允褂萌魏晤愋偷念A聚物，只要該預聚物具有液晶結構，并能對準液晶合成物。在該實例中，通過暴露于諸如紫外線的活性射線中，光固化UV固化預聚物和液晶合成物的混合物，再將固化的混合物(如UV固化液晶材料)用作聚合物分散液晶材料。當這種UV固化液晶材料用作聚合物分散液晶材料時，聚合可聚合的液晶材料并且在聚合前保持原始液晶取向，而無需不必要的加熱。
例如，通過在以約10∶90的重量比混合的UV固化材料(如DIC公司生產(chǎn)的Mix C)和負介電各向異性的液晶材料(如Merck & CO.Inc.生產(chǎn)的ZLI-4318)的混合物中加入少量的聚合起爆劑(例如Ciba-Geigy公司生產(chǎn)的)，可以獲得該特殊實例的預聚物液晶混合物。
在該特殊實例中，在夾住液晶層的每個電極上提供能使液晶分子實質垂直對準膜的垂直對準膜。此外，該液晶層中的液晶分子具有負介電各向異性。因此，雖然在液晶層上不施加電壓，但是隅角棱鏡反射器的反射面上或反向基底上存在的液晶分子具有其受控的取向狀態(tài)，使得其主軸實質對準液晶層的厚度方向。應該注意到當“液晶分子的主軸實質對準液晶層的厚度方向”時，這里假設液晶分子主軸和液晶層厚度方向間的角度小于約45度。
為了顯示高對比率的圖像，當液晶層上不施加電壓時，該液晶顯示裝置的液晶層應該盡可能地透明。為此，要求UV固化材料Mix C的折射率與液晶材料的折射率匹配。通過調節(jié)這些材料之間的折射率差Δn和/或選擇適當?shù)牟牧辖M合，可以使這些材料的折射率匹配。例如，在聚合之前，在室溫下Mix C的非常折射率約為1.66，尋常折射率約為1.55。另一方面，在聚合之后，在室溫下Mix C的非常折射率約為1.64，尋常折射率約為1.52。因此，與Mix C組合的液晶材料的非常和尋常折射率最好落在Mix C聚合之前和之后所確定的范圍內。也就是說，液晶材料的非常折射率最好為約1.64到約1.66，尋常折射率為約1.51到約1.52。
用與預聚物混合的添加劑控制聚合物的折射率，還可以使這些材料的折射率相互匹配。通過適當?shù)卮_定添加劑的類型和數(shù)量，聚合物的折射率可以與所用液晶材料的折射率實質相等。因此，可以將任意折射率的液晶材料用于液晶層，并保持充分的透明度。
在該特殊實例中，具有負介電各向異性的液晶材料可用于液晶層，還使用垂直對準膜。然而，液晶材料和對準膜的類型不限于此。例如，也可以使用正介電各向異性液晶材料和水平對準膜?；蛘?，通過選擇適當?shù)牟牧辖M合也可以產(chǎn)生混合取向狀態(tài)或彎曲取向狀態(tài)。
然而，如果液晶分子水平對準，那么透明狀態(tài)液晶層中的液晶分子的取向狀態(tài)將受隅角棱鏡陣列粗糙度的影響或干擾，因此產(chǎn)生旋轉位移并無意識地散射輸入光。結果，不能理想地顯示黑色。發(fā)明人通過實驗發(fā)現(xiàn)并確定如果組合使用負介電各向異性的液晶材料和垂直對準膜，那么液晶層將顯示較佳的液晶分子取向矢量連續(xù)性，并能顯示無旋轉位移的較高透明度，因此理想地顯示黑色。為此，在該特殊實例中使用負介電各向異性的液晶材料和垂直對準膜。
接著，將準確地描述將這種聚合物分散液晶層用作散射型液晶層的反射型液晶顯示裝置如何進行顯示工作。首先，描述白色顯示模式的工作。在白色顯示模式中，當向聚合物分散液晶層6施加電壓時，液晶相的液晶分子的取向狀態(tài)隨元件(或液晶層)厚度方向上所施加的電場變化，而聚合物相被聚合且不響應電場。如圖37的右側所示。因此，在這種狀態(tài)下，液晶和聚合物相的折射率在液晶層的厚度方向和平面內方向上彼此都不相等。結果，液晶層6顯示散射狀態(tài)。因此，進入液晶層6的部分光被液晶層6正向散射，從后向反射器28后向反射，然后被散射狀態(tài)的液晶層6再次散射。因此，反向散射的光和許多其它光都返回到觀察者。也就是說，該特殊實例的反射型液晶顯示裝置不僅使用低效的反向散射光，還使用通過液晶層6的正向散射光，以此形成較亮的圖像。在該特殊實例中，基底9上不存在展平構件或透明電極。因此，沒有光被無效地吸入這些部件中，并能顯示很亮的圖像。
接著，將描述黑色顯示模式的工作。在黑色顯示模式中，當液晶層6上不施加電壓時，液晶分子和保持液晶分子取向的聚合物相使它們的折射率在x、y和z中的每一個方向上都彼此實質匹配。因此，進入液晶層6的光不管沿哪個方向都不會被散射，并且被適當?shù)睾笙蚍瓷?。因此，能顯示理想的黑色。
實例2接著，參考圖38描述將液晶凝膠用作散射型液晶層的反射型液晶顯示裝置的第二特殊實例。
在該特殊實例中，通過在向列型液晶材料中加入氫鍵低分子量膠凝劑，獲得液晶凝膠層，膠凝劑用以下化學式(1)表示 尤其，通過在向列型液晶材料(如Merck Ltd生產(chǎn)的TL-204)中加入約0.5mol/L的膠凝劑，獲得散射狀態(tài)的液晶凝膠層。
該膠凝劑在液晶溶劑中形成隨機的氫鍵網(wǎng)絡，因此加速了液晶域的產(chǎn)生，并使液晶層在不施加電壓時顯示散射狀態(tài)。應該注意到，產(chǎn)生的液晶域的尺寸約為100nm到20,000nm，并能散射輸入光。此外，響應施加的電場，該液晶凝膠層中的液晶分子實質對準，且該液晶凝膠層透明。在這種情況下，液晶凝膠層在厚度方向和平面內方向上都顯示出較佳的液晶分子取向矢量連續(xù)性。因此，輸入光可從該液晶凝膠層被適當?shù)睾笙蚍瓷洹?br> 當含這種液晶凝膠層的反射型液晶顯示裝置顯示圖像時，所顯示的圖像將呈現(xiàn)極佳的觀察角特征。這是因為在透明狀態(tài)的液晶凝膠層中，折射率比聚合物分散液晶層中能更佳的匹配。
實例3接著，參考圖38描述反射型液晶顯示裝置的第三特殊實例，它將液晶乳膠層用作散射型液晶層，當產(chǎn)生液晶域時，液晶乳膠層顯示散射狀態(tài)。
通過將液晶材料與不能與液晶材料互溶的液體混合，液體分子作為表面活性劑，獲得第三特殊實例的液晶乳膠層。在這種情況下，在混合物中發(fā)生乳化作用，因此形成微乳劑，其中液相作為分散相分散在液晶材料中。
通過精確地控制該微乳劑的液滴直徑，該微乳劑可用作響應所產(chǎn)生電場的散射媒介。因此，通過在液晶材料(如Merck & Co.Inc.生產(chǎn)的TL-204)中加入5wt％的二月桂基銨水溶液，形成轉化分子團W/LC，并將轉化分子團用作反射型液晶顯示裝置中散射狀態(tài)的微乳劑。
形成的分子團膠體從尺寸最好為約100nm或更小，使得施加電場時它本身不能組成散射因子。然而，如果其尺寸太小了，那么分子團膠體對液晶分子的取向狀態(tài)將沒有影響。為此，分子團膠體的較佳尺寸是至少約5nm。通過控制分子團膠體的濃度和尺寸，透明狀態(tài)的液晶乳膠層能增加其透明度，并顯示對比率增加的圖像。
在該特殊實例中，乳膠中分散的液滴(也就是分散相)的尺寸最好約為5nm到100nm。其原因如下。首先，確定約100nm的上限，因為當液晶乳膠層處于透明狀態(tài)時，液滴的尺寸應該充分小于輸入光的波長(也就是300nm到800nm)，以不散射輸入光。另一方面，由于以下原因確定約5nm的下限。尤其，為了顯著影響液晶分子的取向狀態(tài)并實現(xiàn)期望的隨機取向和散射狀態(tài)，分散粒子應該充分大于尺寸約為2nm±0.5nm的液晶分子。因此，這里將控制液晶分子取向狀態(tài)的所需最小尺寸確定為約5nm。
實例4接著，將描述將分子團分散液晶膠體層用作散射型液晶層的反射型液晶顯示裝置的第四特殊實例。
上述第三特殊實例的微乳劑不特別限于水和液晶材料的混合物。為了增加液晶混合物的可靠性，碳氟化合物和液晶材料的混合物是較佳的。因此，作為另一示例微乳劑，通過將液晶材料與含少量全氟基的有機化合物混合，形成散射媒介，其中碳氟化合物的分子團分散在液晶材料中，全氟基用以下化學式(2)表示 同第三特殊實例中一樣，該特殊實例中形成的分子團膠體的尺寸最好也為約100nm或更小，使得施加電場時它本身不能組成散射因子。然而，如果其尺寸太小了，那么分子團膠體對液晶分子的取向狀態(tài)將沒有影響。為此，分子團膠體的較佳尺寸是至少約5nm。當使用該特殊實例的散射型液晶層時，該液晶層呈現(xiàn)出改進的電荷保持能力，并且有源元件能理想地驅動該液晶顯示裝置。
實例5接著，將描述將有機懸浮層用作散射型液晶層的反射型液晶顯示裝置的第五特殊實例。
通過象膠體一樣在液晶材料中分散氧化鈦細粒，該氧化鈦細粒經(jīng)過丁醇、硬脂酸或其它合適物質的表面處理，可以獲得該特殊實例的液晶懸浮層。進行表面處理，使液晶分子垂直地對準氧化鈦細粒表面。這些細粒加速液晶域的產(chǎn)生。一旦形成這些液晶域，液晶懸浮層就呈現(xiàn)散射狀態(tài)。尤其，平均直徑約為50nm且表面經(jīng)過丁醇處理的氧化鈦細粒以約5wt％的濃度均勻地分散在液晶材料(如Merck & Co.Inc.生產(chǎn)的TL-204)中，以此獲得液晶懸浮層。
為了使這些細粒更穩(wěn)定地分散，將聚合物材料加入混合物中。與上述第三特殊實例中的原因相同，在該特殊實例中超細粒子的尺寸最好也為約5nm到約100nm。然而，通過選擇適當添加劑超細粒子的類型和尺寸的組合，透射狀態(tài)的液晶層將呈現(xiàn)增加的透明度，并且液晶顯示裝置能實現(xiàn)更可靠的顯示。
實例6接著，描述將非晶向列型液晶層作為散射型液晶層的反射型液晶顯示裝置的第六特殊實例。
在上述特殊實例中，控制液晶分子取向狀態(tài)的雜質與液晶材料混合，使液晶分子隨機取向。然而，如果所用的對準膜未經(jīng)歷任何對準處理(如摩擦處理)，或者如果液晶分子是膽甾醇型取向狀態(tài)，其中很難保持較佳的液晶分子取向矢量連續(xù)性，那么故意要求液晶材料中不能混有雜質。因為在這種情況下，可以產(chǎn)生液晶域，并實現(xiàn)散射狀態(tài)而無需加入任何雜質。
在該特殊實例中，夾住液晶層的一對基底不提供對準膜，使用正介電各向異性的向列型液晶材料(如Merck & Co.Inc.生產(chǎn)的TL-204)進行顯示操作。結果，可以顯示較高對比率的圖像，液晶層呈現(xiàn)改進的電荷保持能力，并且有源元件能理想地驅動該液晶顯示裝置。在該特殊實例中，將顯示正介電各向異性的材料用于液晶層?；蛘?，也可以用負介電各向異性的液晶材料代替。
實例7接著，描述將膽甾醇向列相變型液晶層用作散射型液晶層的反射型液晶顯示裝置的第七特殊實例。
眾所周知間距約等于紅外波長的膽甾醇液晶材料在不施加電場時呈現(xiàn)出平面取向狀態(tài)和透射狀態(tài)，但是在施加電場時呈現(xiàn)出螺旋軸在各個域中隨機取向的焦點二次曲線取向狀態(tài)和散射狀態(tài)。產(chǎn)生該該散射媒介無需使用對準膜，這有利于降低成本。此外，由于存儲了散射狀態(tài)，可以較低的功耗驅動使用該媒介的裝置。因此，在該特殊實例中，將適當?shù)氖中詣?如Merck & Co.Inc.生產(chǎn)的S1011)與液晶材料(如Merck & Co.Inc.生產(chǎn)的TL-204)混合，使得液晶分子的手性間距約為1.0μm，因此形成膽甾醇向列相變型液晶層。即使在使用以該方式獲得的膽甾醇向列相變型液晶層時，也能顯示較高對比率的圖像。
如上所述，如果作為光調制層的散射型液晶層由各向異性的材料制成，那么當液晶層處于透射狀態(tài)時，可以將液晶層厚度方向和平面內方向上不必要的輸入光散射減至最小。結果，能顯示理想的黑色，并且能顯示高對比率的圖像。應該注意到只要液晶層6能在散射和透射狀態(tài)之間切換，液晶層6不一定是散射型液晶層，而可以是任何其它類型的光調制層。尤其，其它可用的液晶層的實例包括膽甾醇型液晶層，它可以在透射和反射狀態(tài)之間切換，通過控制液晶域的尺寸賦予它漫射特性；具有全息功能的聚合物分散液晶層，它在透射和反射狀態(tài)之間切換，通過暴露于漫輻射中而賦予它漫射特性；以及在吸收和散射模式之間切換的聚合物分散液晶層(如加入染料的聚合物分散液晶層)。
使用含立方晶體的單晶體基底(也就是立方單晶體基底)，可以形成上述反射型液晶顯示裝置的隅角棱鏡陣列。立方單晶體基底可以由閃鋅礦結構的化合物半導體或金剛石結構的材料制成。尤其，制備表面實質平行于晶體{111}平面的立方單晶體基底，并通過經(jīng)歷各向異性的蝕刻過程在該表面上形成圖形。
該方法中，通過各向異性的蝕刻過程在基底表面形成圖形，使得一個晶體平面的蝕刻率與另一個的不同。例如，如果基底由閃鋅礦結構的GaAs晶體組成，那么晶體{111}B平面(也就是砷的{111}平面)的蝕刻率較高，而{100}平面(也就是包括(100)、(010)和(001)平面的晶體平面)的蝕刻率就較低。因此，以這種方式各向異性地進行蝕刻過程，以留下晶體的{100}平面。結果，在基底表面上由多個單元確定凹凸部分，每個單元都由晶體{100}平面組成。以這種方式形成的這些單元中的每一個具有三個垂直相對的平面(如(100)、(010)和(001)平面)，因此形成隅角棱鏡。
在該方法形成的隅角棱鏡陣列中，每個隅角棱鏡的三個反射面與立方晶體的{100}晶體平面匹配，并呈現(xiàn)極高的形狀精度。此外，組成每個隅角棱鏡的三個反射面具有較佳的平面性，并且兩個或三個平面彼此相交的每個角或每條棱都是足夠尖銳的。此外，隅角棱鏡陣列具有立體形狀，其中多個隅角棱鏡以規(guī)則圖形排列。在該陣列中，隅角棱鏡的各個頂點位于實質相同的水平面(或實質上在同一平面內)。因此，這類隅角棱鏡陣列可有效地用作將輸入光線反射回其光源的后向反射器。
此外，通過控制蝕刻過程中所用光致抗蝕劑圖形(或掩模)的特征尺寸，本發(fā)明方法形成的陣列中每個單元(也就是每個隅角棱鏡)的尺寸可以是幾十μm或更小。因此，可以獲得極小尺寸的隅角棱鏡陣列，例如它可適用于液晶顯示裝置中的后向反射器。
在以這種方式獲得的微隅角棱鏡陣列中，每個單元具有立方單晶體{100}平面確定的三個實質正方形平面，并且可以將輸入光線反射回其光源。因此，在黑色顯示模式中，將這種微隅角棱鏡陣列用作隅角棱鏡反射器的液晶顯示裝置將實現(xiàn)理想的黑暗顯示，而不將不必要的光反射回觀察者。結果，還增加了對比率。
根據(jù)本發(fā)明，通過各向異性地蝕刻立方單晶體基底的{111}平面并形成多個單元，每個單元由以較低蝕刻率蝕刻的晶體平面(如{100}平面)組成，以形成微隅角棱鏡陣列。因此，通過相對簡單的處理步驟可以形成含極小單元的微隅角棱鏡陣列，其中單元的尺寸(如約為幾十μm)小于顯示裝置畫面單元區(qū)域的尺寸，并呈現(xiàn)較高的形狀精度。
包括這種微隅角棱鏡陣列的顯示裝置能理想地顯示黑色，而不用偏振器，并且能顯示較高對比率、較高彩色純度和較高可見度的明亮圖像。
此外，在本發(fā)明包含后向反射器和能在散射和透射狀態(tài)之間切換的光調制層的反射型顯示裝置中，鄰近后向反射器的反射面配置光調制層。因此，反射型顯示裝置能以較高的亮度和較高的對比率顯示白色。
雖然參考較佳實施例描述了本發(fā)明，但是對本領域熟練的技術人員顯而易見的是所揭示的本發(fā)明在各方面都可以改變，并能假設上述特殊實施例以外的多個實施例。因此以下權利要求書試圖覆蓋落入本發(fā)明真正精神和范圍內的本發(fā)明的所有改變。
權利要求
1.一種制造微隅角棱鏡陣列的方法，其特征在于，包括以下步驟制備基底，它的至少一個表面部分包括立方單晶體，并且它的一個表面實質平行于晶體{111}平面；各向異性地蝕刻基底表面，以此在基底表面上形成多個微隅角棱鏡陣列單元，每個所述單元由多個晶體平面構成，以低于晶體{111}平面蝕刻率的蝕刻率形成晶體平面。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)包括以低于晶體{111}平面蝕刻率的蝕刻率形成晶體{100}平面的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟b)包括形成諸單元的步驟，使得每個所述單元由三個彼此實質垂直相對的{100}平面組成。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟a)中所制備基底的至少表面部分由閃鋅礦結構的化合物半導體制成。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，化合物半導體是砷化鎵，基底具有實質平行于砷原子所形成{111}B平面的表面。
6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟a)中所制備基底的至少表面部分由金剛石結構的材料制成。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，基底的至少表面部分包括鍺單晶體。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)包括各向異性地蝕刻基底表面的步驟，使得{111}平面的蝕刻率與較低的晶體平面的蝕刻率的比值大于1.73。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)和b)之間還包括步驟c)，用蝕刻掩模層涂覆基底表面，蝕刻掩模層包括排列成預定圖形的至少一個掩模單元和至少一個開口。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟b)包括形成微隅角棱鏡陣列單元的步驟，使得根據(jù)步驟c)中所定義的蝕刻掩模層的圖形控制每個所述單元的尺寸。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟c)包括定義蝕刻掩模層的步驟，掩模層包括多個掩模單元。每個掩模單元具有實質位于蜂窩陣點處的中點。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，掩模單元彼此隔開。
13.如權利要求9所述的方法，其特征在于，掩模單元具有至少三條邊確定的平面形狀，這三條邊分別平行于晶體的(100)、(010)和(001)平面。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，掩模單元具有三條邊確定的三角形平面形狀。
15.如權利要求9所述的方法，其特征在于，掩模單元具有至少三條邊所確定的平面形狀，這三條邊分別平行于晶體的(11-1)、(1-11)和(-111)平面。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，掩模單元具有三條邊所確定的三角形平面形狀。
17.如權利要求9所述的方法，其特征在于，掩模單元具有關于三次旋轉軸對稱的平面形狀。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，掩模單元具有六邊形、九邊形或十二邊形平面形狀。
19.如權利要求9所述的方法，其特征在于，蝕刻掩模層包括多個開口，每個所述開口具有實質位于蜂窩陣點處的中點。
20.如權利要求9所述的方法，其特征在于，至少一個掩模單元占蝕刻掩模層總面積的50％以上。
21.如權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟b)包括在基底表面和掩模單元之間的接觸面積實質最小時停止蝕刻基底表面的步驟。
22.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)包括使基底表面經(jīng)歷濕蝕刻過程的步驟。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，步驟b)還包括使基底表面至少經(jīng)歷一次干蝕刻過程的步驟。
24.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將基底表面上形成的單元的形狀傳遞給樹脂材料的步驟。
25.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b)包括形成單元的步驟，使得每個所述單元由三個彼此實質垂直相對的實質正方形平面組成。
26.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)中制備的基底表面相對于晶體的{111}平面確定大于0度并小于或等于10度的角度。
27.如權利要求26所述的方法，其特征在于，基底表面和晶體{111}平面之間的交線實質垂直于基底的劈開面。
28.一種制造微隅角棱鏡陣列的方法，其特征在于，每個所述隅角棱鏡由具有指定結構的晶體的預定晶體平面確定，該方法包括以下步驟制備基底，它的至少表面部分包括指定結構的晶體；各向異性地蝕刻基底，以此故意露出預定晶體平面。
29.一種由基底制成的微隅角棱鏡陣列，基底的至少表面部分包括立方單晶體，其特征在于微隅角棱鏡陣列是不平坦的，它包括由晶體的預定晶體平面形成的蝕刻表面。
30.如權利要求29所述的微隅角棱鏡陣列，其特征在于，預定的晶體平面是{100}平面。
31.一種微隅角棱鏡陣列的模具，該模具由基底制成，基底的至少表面部分包括立方單晶體，其特征在于該模具是不平坦的，它包括由晶體的預定晶體平面形成的蝕刻面。
32.如權利要求31所述的模具，其特征在于，預定晶體平面是{100}平面。
33.一種顯示裝置，其特征在于，它包括基底形成的微隅角棱鏡陣列，基底的至少表面部分包括立方單晶體，陣列是不平坦的，它包括由晶體的預定晶體平面形成的蝕刻面，和微隅角棱鏡陣列上的光調制層。
34.如權利要求33所述的裝置，其特征在于，微隅角棱鏡陣列包括多個單元，每個所述單元的尺寸最好小于顯示裝置每個畫面單元區(qū)域的尺寸。
35.一種制造微隅角棱鏡陣列的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟制備基座，其上確定微隅角棱鏡陣列圖形；和通過將基座用作模具，將該圖形傳遞給微隅角棱鏡陣列的材料，其中，當材料與模具脫離時，微隅角棱鏡陣列圖形中多個平面之一的法線與材料從模具脫離的方向在一個平面上。
36.一種反射型顯示裝置，其特征在于，它包括基底；后向反射器；和介于基底和后向反射器之間的光調制層，它在散射狀態(tài)和透射狀態(tài)之間切換，其中光調制層鄰近于后向反射器的反射面。
37.如權利要求36所述的裝置，其特征在于，光調制層是散射型液晶層。
38.如權利要求37所述的裝置，其特征在于，在透射狀態(tài)中，液晶層具有在液晶層的厚度方向和平面內方向上連續(xù)取向的液晶分子，平面內方向垂直于厚度方向。
39.如權利要求37所述的裝置，其特征在于，在透射狀態(tài)中，液晶層顯示出相對于液晶層厚度方向和平面內方向上傳播的光的折射率連續(xù)性，平面內方向垂直于厚度方向。
40.如權利要求38或39所述的裝置，其特征在于，液晶層包括不響應外加電場的第一相；和包括響應電場的液晶分子的第二相，以及其中當液晶層處于透射狀態(tài)時，第一和第二相最好相對于厚度方向和平面內方向上傳播的光顯示出實質相同的折射率。
41.如權利要求40所述的裝置，其特征在于，第一相的尺寸為約100nm到約20,000nm。
42.如權利要求40所述的裝置，其特征在于，當液晶層處于透射狀態(tài)時，相對于厚度方向或平面內方向上傳播的光，第一相的折射率與第二相的折射率的比值為約0.95到約1.05。
43.如權利要求40所述的裝置，其特征在于，第一相包括通過聚合液晶結構的單體而獲得的聚合物。
44.如權利要求40所述的裝置，其特征在于，在未向液晶層施加電壓時，后向反射器反射面上或基底上的液晶分子的長軸實質對準厚度方向。
45.如權利要求44所述的裝置，其特征在于，液晶分子顯示負介電各向異性。
46如權利要求38或39所述的裝置，其特征在于，通過在液晶層中形成多個預定尺寸的液晶域而產(chǎn)生散射型液晶層的散射狀態(tài)，其中當液晶層處于透射狀態(tài)時，在整個液晶層中其液晶分子實質均勻地對準。
47.如權利要求46所述的裝置，其特征在于，預定尺寸為約100nm到約20,000nm。
48.如權利要求46所述的裝置，其特征在于，散射型液晶層包括尺寸小于預定尺寸的分散相，以及其中由于分散相引起的液晶分子取向混亂，形成液晶域。
49.如權利要求36所述的裝置，其特征在于，后向反射器包括多個后向反射單元，每個所述后向反射單元具有三個彼此實質垂直相對并將輸入光反射回其光源的反射面，以及其中光調制層鄰近三個反射面。
50.如權利要求49所述的裝置，其特征在于，以約1μm到約1,000μm的間距排列后向反射單元。
51.如權利要求36所述的裝置，其特征在于，后向反射器包括微隅角棱鏡陣列。
全文摘要
一種制造微隅角棱鏡陣列的方法，包括以下步驟制備基底，它的至少一個表面部分包括立方單晶體，并且它具有一個實質平行于晶體{111}平面的表面；各向異性地蝕刻基底表面，以此在基底表面上形成多個微隅角棱鏡陣列單元。每個所述單元由多個晶體平面構成，以低于晶體{111}平面蝕刻率的蝕刻率形成晶體平面。
文檔編號G02F1/13GK1392451SQ0212437
公開日2003年1月22日 申請日期2002年6月17日 優(yōu)先權日2001年6月15日
發(fā)明者箕浦潔, 植木俊, 伊藤康尚, 伊原一郎, 澤山豐, 谷口幸治 申請人:夏普株式會社