雷射顯示系統波導結構的製作方法
2023-04-24 09:31:22
本發明涉及雷射顯示領域，特別涉及雷射顯示系統波導結構。
背景技術：
已經開發了各種圖像顯示技術來改善電視、計算機監視器和可攜式電子設備等電子設備顯示的圖像。幾種常見的顯示技術包括液晶顯示器(LCD)、等離子體、有機發光二極體(OLEDs)以及這些技術和其它技術的多種變體。LCD技術已經發展成為電子設備使用中最常見的顯示技術。然而，現有顯示技術存在若干缺點，因此需要進行改進。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：提供一種雷射顯示系統波導結構，改善雷射顯示的圖像效果。
為解決上述問題，本實用新型採用的技術方案是：一種波導結構，用於分布由顯示裝置可變強度光源發出的多個波長的光，包括：
波導總線，用於接收來自所述可變強度光源的光；
多個波導分支，所述各波導分支包括：
波導；
閥門，用於將由所述波導總線接收的能量可變的光傳送到所述波導，其中由所述閥門傳送的光能量變化與所述波導結構的其他閥門傳送的光能量變化不同；及
沿著所述波導分布的多個像素，所述各像素用於改變從所述波導耦合到各像素的光能量。
進一步的，所述波導結構採用柔性多層聚合物結構形式。
進一步的，每個波導包括夾在SiO2層之間的Si3N4層。
進一步的，每個波導分支包括三個波導和三個對應閥門，每個波導對應於由所述可變強度光源發出的多個波長的其中一個。
進一步的，各像素包括具有可調折射率的區域，用於改變從所述波導耦合到各像素的光能量。
進一步的，所述區域包括液晶聚合物。
進一步的，各區域的折射率相對於與所述多個像素相關的任何其他區域的折射率獨立可調。
一種顯示裝置，包括：
顯示裝置外殼；
設置在所述顯示裝置外殼內的可變強度光源；
光學耦合到所述可變強度光源的波導結構，所述波導結構包括多個波導分支和一種波導總線，所述波導總線用於將來自所述可變強度光源的光傳送到所述多個波導分支中各分支，其中所述多個波導分支的各波導分支包括：
波導；
沿著所述波導分布的多個像素，所述多個像素的各像素包括一個子像素，所述子像素用於改變從所述波導傳送並通過所述像素的光能量；
閥門，用於將所述波導總線中的一部分光傳送到所述波導；
控制器，用於接收視頻輸入信號並用於向各閥門和各子像素髮送命令信號，從而根據以及響應於所述視頻信號來獨立地調節允許通過各閥門和子像素的光能量。
進一步的，所述控制器將控制信號發送到所述可變強度光源，所述可變強度光源根據並響應由所述控制器接收的視頻輸入信號來調節由所述可變強度光源發出的光能量。
進一步的，所述可變強度光源包括三個發射器，每個發射器用於發射不同波長的光。
進一步的，所述波導具有非線性幾何形狀。
進一步的，所述可變強度光源包括多個雷射器，所述雷射器用於響應由所述控制器接收的脈衝寬度調製信號從而改變發射光的強度。
進一步的，所述多個波導分支中的每一個分支包括三個波導，所述三個波導中的每一個波導傳輸具有不同波長的光。
一種適用於顯示裝置的顯示組件，所述顯示組件包括：
可變強度光源；
用於接收輸入信號的控制器；
多層基板，所述多層基板包括：
像素陣列；
波導結構，用於根據所述輸入信號將來自所述可變強度光源的光分配到所述像素陣列的每個像素。
進一步的，所述波導結構包括多個波導分支，所述各波導分支包括：
多個波導；
多個閥門，每個閥門對應於所述多個波導的其中一個波導並且控制由所述波導從所述可變強度光源接收的光能量，
沿著所述波導分布的多個像素，各像素包括一個子像素，所述子像素用於改變從所述波導傳送並通過所述像素的光能量；
進一步的，所述可變強度光源包括多個雷射器，每個雷射器用於發射具有不同頻率的光。
進一步的，所述多層基板包括多個聚合物層，並且所述多層基板的第一表面包括散熱層，所述散熱層將由所述可變強度光源發出的熱分布在所述多層基板的一部分上。
進一步的，所述多個像素設置在所述多層聚合物基板的與所述第一表面相對的第二表面上。
進一步的，每個子像素包括電光聚合物，所述電光聚合物用於接收改變所述電光聚合物折射率的電力。
進一步的，改變所述電光聚合物的折射率改變了從所述波導傳出並通過所述子像素的光能量。
本發明的有益效果是：本發明通過改變各像素的折射率，可動態改變分配給各像素的光能量，從而大幅增加顯示器的對比度且不實質性降低顯示裝置的效率。
附圖說明
圖1示出了顯示組件集成波導結構的後視圖；
圖2示出了可變強度光源和控制器的示例性實施例；
圖3A示出了如圖1所示顯示組件的一部分的近視圖；
圖3B示出了如圖1所示顯示組件的按照圖3A所示剖面線A-A的剖視圖；
圖3C示出了如圖1所示顯示組件的按照圖3A所示剖面線B-B的剖視圖；
圖4A-4D示出了適用於顯示組件的替代性波導結構；
圖5A示出了顯示組件一部分以及相應子像素、閥門和控制線的前視圖；
圖5B示出了顯示組件替代實施例的一部分以及相應子像素、閥門和控制線的前視圖；
圖6示出了示例性顯示控制配置；
圖7示出了可根據所述實施例顯示在顯示器上的示例性圖像；
圖8示出了控制顯示器的示例性流程圖；
圖9示出了根據本發明實施例的顯示裝置的局部俯視示意圖。
圖10示出了根據本發明一個實施例的顯示裝置的像素結構的截面示意圖；
圖11示出了根據本發明另一個實施例的顯示裝置的像素結構的截面示意圖；
圖12示出了根據本發明另一個實施例的顯示裝置的像素結構的截面示意圖；
圖13示出了根據本發明特定實施例的顯示裝置的像素結構的截面示意圖；
圖14示出了用於根據本發明一個實施例操作顯示裝置的像素的方法的簡化流程圖。。
具體實施方式
本節描述了根據本申請的方法和裝置的代表性應用情況。提供這些示例僅僅是為了增加上下文並且幫助理解所描述的實施例。因此，對於本領域技術人員顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實施所描述的實施例。在其他情況下，為了避免不必要地模糊所描述的實施例，沒有詳細描述公知處理步驟。由於其他應用同樣可能，因此不應認為以下實施例具有限制。
在下面的詳細描述中，參考附圖，這些附圖形成描述的一部分，並且根據所描述的實施例通過圖示的方式示出了具體實施例。儘管足夠詳細地描述了這些實施例以使本領域技術人員能夠實施所描述的實施例，但是應當理解的是，這些示例不具有限制性，因此可以使用其他實施例，並且可以在不脫離所述實施例的精神和範圍的情況下進行改變。
許多顯示技術提供比照亮顯示裝置顯示區域所需更多的光，因此浪費了大量的能量。在涉及顯示器向後顯示表面均勻照明的顯示器領域中，這種低效現象特別突出。這個問題可通過像素來稍微改善，這些像素可以利用有機發光二極體和等離子體顯示技術等離散照明。不幸的是，可傳送到任何單個像素的光能量仍然受制於該特定像素可實現的輸出。由於這些原因，人們期望出現能夠在顯示區域局部有效產生大量光的顯示器。
用於顯示器組件的配光系統常常出現大量光浪費現象。尤其是對於每個像素不具有離散光源的背光顯示器通常浪費最多的能量，因為傳到每個像素的光能量通常保持恆定，這導致了在需要較少光的暗場景中出現能量浪費。一些情況下，廢光可能在顯示器的邊緣周圍洩漏，從而降低顯示器的性能。甚至包括沿著面板背面分布光的波導的顯示器仍然通常是低效的，因為波導通常用於在預定區域上均勻散布光。
解決該問題的其中一個方案是在波導結構中加入閥門，這樣可以根據由顯示組件接收的輸入信號讓光進入波導結構，然後沿著顯示組件不對稱地分布。閥門可以以許多方式分布在整個波導結構中，方式包括但不限於連接接收光的波導結構的一部分和用於將光傳到顯示組件的許多像素的多個波導分支。可通過這種方式分布光，以便最有效地用於顯示器那些需要最多光的部分。在沿著波導分支順序地布置顯示器組件的像素的實施例中，每個像素可以包括其自己的閥門或子像素位置，用於為每個像素位置吸引適當量的光。理想情況是，當傳給波導分支的光基本上到達與波導分支相關的最後一個像素時，已通過其中一個像素髮出所有光。可使用這種方式從根本上消除光浪費現象。使顯示組件進一步理想化以滿足消除或儘量減少光損失這一目標的一種方式是將被引入波導結構中的光能量改變為適合於由顯示組件顯示的當前內容的量。
在一些實施例中，每個像素可以各自具有與特定光色相關的閥門或子像素。通過這種方式，每個子像素可以吸引所需量的特定波長的光，從而在與子像素相關的像素位置處實現期望的光色和光強。例如，在用於向顯示組件的各個波導提供紅色、綠色和藍色光的顯示組件中，每個像素可以具有紅色、藍色和綠色子像素，用於從與該像素相關的紅色、綠色和藍色波導中吸入光。還應當注意，上述閥門和子像素可以用於以多種方式從波導中吸入光。在一個特定實施例中，閥門和波導結構可以由可變折射率材料形成，可以調整折射率從而調整通過特定子像素或閥門被吸入的光能量。
下文參考圖1-14描述了這些實施例以及其他實施例。然而，本領域技術人員將容易理解到：本文關於這些附圖的詳細描述僅用於解釋目的，而不應被理解為具有限制。
波導結構和布局
圖1示出了包括集成波導結構的顯示組件100的後視圖。波導結構包括將可變強度光源104發出的光傳送到多個波導分支106的波導總線102。波導總線102用於通過限制光波在其經過所述波導結構時的擴展來使光束通過顯示組件100。可變強度光源104可以採用許多形式，包括發光二極體，雷射器等。
可變強度光源104可用於發射多個不同波長的光。在一些實施例中，可變強度光源104可以表示多個發光器件，例如紅色，綠色和藍色雷射器。閥門108用於將來自波導總線102的光分布到波導分支106中。閥門108可允許變化能量的光進入與每個波導分支106相關的波導。然後構成每個波導分支106的一個或多個波導將光傳遞到像素組件100的每個像素110。通過這種方式，像素110陣列可以共同形成顯示給用戶的圖像、系列圖像或視頻。雖然顯示組件100被示為顯示相對有限數量的像素110，但是應當理解的是，該配置可以縮放到滿足高清晰度、超高清晰度或其他合適的視頻標準的程度。例如，高清晰度信號或1080p解析度具有1920(垂直列)×1080(水平列)的像素解析度，總共2,073,600個像素。
顯示組件100的控制器112被示為通信耦合到可變強度光源104和像素陣列110，因此控制器112可以向可變強度光源104、閥門108和/或像素110發送命令信號。命令信號由控制器112發送到可變強度光源104，可以根據輸入信號114改變可變強度光源104的總光輸出量。當控制器112確定當前視頻幀所需的總光能量與先前視頻幀所需光能量不同時，總光輸出量被改變。以這種方式，可以通過產生許多的光來防止可變強度光源104浪費能量。由可變強度光源104發出的光能量可以以許多方式變化。當可變強度光源104採用多個雷射器的形式時，可以通過使用脈衝寬度調製來調整雷射器輸出的方式調整每個雷射器發出的光能量。在其他實施例中，可改變施加到固態光源的驅動電流，從而減少光輸出量並減少能量浪費。本領域的普通技術人員將識別出許多變型、修改和備選。
由於可變強度光源104沒有發射額外的光或僅發射非常少的額外光，因此所發出的光有效地分布到每個像素110中，從而減少光損失/浪費現象。在可以預期光損失的情況下，控制器112可用於在計算光分配量時將光損失考慮在內。為了實現這一點，使用閥門108，其能夠將足夠的光轉向到每個波導支路106，足以照亮與相應波導支路106相關的像素110。當光通過各波導支路106的波導穿過顯示器組件100時，根據在每個像素110處接收的命令信號，一部分光在穿過波導時通過每個像素110傳遞。從控制器112延伸的箭頭示出了命令信號從控制器112發送到可變強度光源104、閥門108和像素110的路徑。
圖2示出了可變強度光源104和控制器112的示例性實施例。圖2示出了可變強度光源104是如何可以包括三個光源的，三個光源即第一發射器202、第二發射器204和第三發射器206。發射器可以採用許多形式，例如，包括雷射器，發光二極體等。在使用雷射器的實施例中，紅外雷射器可以與頻率倍增器一起使用以產生紅色、綠色和藍色波長的可見光。在這些實施例中，第一發射器202可以發射紅光，第二發射器204可以發射綠光，第三發射器206可以發射藍光。還應當注意，也可以產生其它顏色，例如，可以向紅色、綠色和藍色雷射器添加黃色雷射器，或者可以採用不同顏色光發射器的另一種混合。每個發射器可以光學耦合到自己的離散波導。波導共同形成波導總線102，波導總線102將發出的光傳到閥門108(未示出)。
圖2還示出了控制器112如何與發射器202-206通信。由控制器112接收的輸入信號114可以由控制器112分析，從而確定每種顏色需要多少光才能生成特定圖像或視頻幀。可以通過該分析產生光強度信號，然後將其傳輸到光發射器202-206。應當理解的是，在一些實施例中，從光發射器202發出的光遠多於從光發射器206發出的光，或者反之亦然。控制器112還與像素陣列110和閥門108通信。從控制器112發送到像素110和閥門108的信號指示構成像素陣列和閥門108的每個像素110有多少光轉到每個像素108和波導分支106。
圖3A示出了顯示組件100的一部分的近視圖。具體地，每個波導分支106可以由三個離散波導302、304和306組成。每個波導接收來自波導總線102的光，所述波導總線102相應地由三個波導308、310和312構成。如圖所示，波導總線102的波導308向每個波導302提供光。在一些實施例中，波導308可以負責向每個波導302提供藍光，波導310和312可以分別傳遞紅光和綠光。雖然可以看出，波導302、304和306不覆蓋各像素110的所有區域，但是構成波導分支106的波導覆蓋各像素110的大部分，這儘量增加了可以通過各像素110傳遞的光能量。
圖3B示出了按照圖3A所示剖面線A-A的顯示組件100的截面圖。圖3B示出了波導302、304、308、310和312中各波導如何具有層疊結構的，該層疊結構包括由兩個覆層包圍的芯層。在一些實施例中，芯層可以採用Si3N4的形式，覆層可以採用SiO2.的形式。芯層用作通過每個波導傳輸光的導管，包層的厚度可以有助於防止光從波導逸出。圖3B還示出了子像素314。子像素314可以由可變折射率材料形成，其折射率可以通過向可變折射率材料施加電力而改變。通過改變傳送到各子像素314的電量，可以改變從各像素的波導304逃逸的光能量。因此，通過向子像素314-1提供與314-2不同的電量，子像素304-1可以通過相關像素配置重新定向比子像素314-2更大量的由波導304攜帶的波長的光。每個像素110可以由三個不同子像素314形成，這三個不同子像素314彼此電隔離並且光學耦合到不同波導。在一些實施例中，可以使與子像素314相關的接口變粗，從而提高波導304和子像素314之間的光透射量。在一些實施例中，可以通過菲涅耳透鏡形狀的衍射光柵實現粗糙化。通過控制菲涅爾透鏡的幾何形狀，可以調整形成各子像素314的材料的折射率，使得在某些折射率下，可以防止所有的光透過子像素314，但在其他折射率下，大量的光可以透過子像素314。應當注意，發射特定量的透過子像素314的光所需的折射率可以隨著透過與子像素314光學耦合的波導部分的光能量而變化。這些變量可以由控制器112處理和計算。
圖3B還示出了用作子像素314-1保護器的保護蓋316。在一些實施例中，保護蓋可以由聚合物材料形成，而在其他實施例中，保護蓋可以由玻璃層形成。在又一個實施例中，保護蓋316可以由任何堅固的光學透明材料形成。圖3B還示出了閥門318，其用於控制從波導總線傳到波導支路的光能量。閥門318也可由與用於形成子像素314的材料相同或不同的可變折射率材料形成。以與子像素314相似的方式，閥門318可以改變離開波導308並進入波導302的光能量。顯示組件100可以包括導熱層320。導熱層320可以由具有高導熱性的材料形成，其覆蓋顯示組件100的後表面的全部或僅僅特定部分。在一些實施例中，導熱層320可以由具有特高熱導率的石墨烯材料形成。導熱層320可用於驅散和散布由顯示組件100產生的熱。來自光發射器202-206的熱尤其可通過導熱層320分布和驅散。在導熱層320沿著顯示組件100後表面選擇性布置的實施例中，導熱層320可以被布置成將熱量分布到特別適於散熱的特定位置處。例如，導熱層320可以用於將大部分的熱量傳遞到與導熱層320熱接觸的散熱片堆。在一些實施例中，可以結合使用冷卻風扇和散熱片堆進一步改善散熱。
圖3C示出了依照圖3A所示剖面線B-B的顯示組件100的截面圖。圖3C特別示出了波導總線102的波導308如何將光傳到多個波導302。如圖所示，與波導302-2相比，更多的光是從波導308傳到波導302-1的。這可以通過向與波導302-1相關的閥門318施加與波導302-2相關的閥門318不同量的電力來實現。
圖4A-4B示出了適用於顯示組件的替代性波導結構.圖4A示出了用於為將光傳到多個像素402的波導結構。每個像素402可以包括兩個用於每種顏色的子像素，並且每個像素402可以接收來自六個不同波導的光，每個顏色兩個波導。以這種方式，每個像素可以具有兩個不同的光輸出，其可以用於實現各種視覺效果，例如三維或在一些情況下的全息輸出。圖4B示出了單一的波導結構配置，其包括用於將來自光發射器202、204和206的輸出組合成多波長波導454的光組合器裝置452。多波長波導454將不同波長的光帶到閥門456，從而控制從多波長波導454傳送到每個波導分支458的光能量。閥門456可以用於在多波長波導和波導分支458之間傳送多個波長的光。波導分支458將光傳到與每個波導分支458相關的像素處。每個像素包括由諸如結晶聚合物的可變折射率材料形成的光學耦合層460。光學耦合層460可以具有經優化以僅拉出與特定光學耦合層/子像素460相關的單個所需波長或窄帶波長的厚度和/或折射率。以此方式，單個波導可傳遞所有用於各波導分支458的光。
雖然在圖4A中示出了提供六個不同輸出的六個波導，但是本發明的實施例不限於該特定實現。例如，在使用八個不同輸出的實施例中，例如用於四種顏色的兩個偏振，可以使用八個波導。本領域的普通技術人員將識別出許多變型、修改和備選。
圖4C-4D示出了另一可選波導結構實施例。圖4C示出了顯示組件480如何包括用於向多個波導482和484提供光的可變強度光源104。顯示組件480包括彎曲和重疊的波導482和484。由于波導482和484的形狀因數相當小，其總高不到100微米，因此可通過改變設置在波導和顯示組件480的前表面之間的可變折射率材料層的厚度來解決波導重疊問題。此外，顯示組件480可以包括具有可變寬度的波導482。如圖所示，波導482朝向顯示組件408的右側變得越來越寬，因此它們可以覆蓋像素486的大部分。顯示組件480還可以具有可變長度的波導482。當需要較少的光傳到顯示組件480的特定部分時，配置具有可變長度的波導可以是有益的。應當注意，顯示組件480被描繪為具有波浪形狀，但是任何形狀均是可能的，並且可以以多種方式改變其尺寸從而匹配與其相關的顯示器顯示區域。例如，顯示組件480可以是多層柔性聚合物基板的一部分，使多層柔性聚合物基板彎曲和屈曲，讓其裝在裝置內。顯示組件480可以採用環形或多邊形以適合特定的裝置形狀顯示器採用柔性形狀，質量不可知，這使得這種類型的顯示組件特別適於與可穿戴設備一同使用。
圖4D示出了像素488的截面視圖，並且示出了如何通過將子像素314-1的尺寸設置為遠厚於子像素314-2讓波導452與波導454重疊。以此方式，像素488可由三個不同子像素(子像素314-1、314-2和314-3)驅動。雖然圖4C-4D示出了與先前所述相當不同的實施例，但是應當理解的是，圖4C-4D可以與前述實施例中的任一個組合。例如，顯示組件100可以包括重疊和交叉波導。
電氣配置
圖5A示出了可以是圖1所示顯示組件100一部分的系統500。系統500被示為包括子像素314a-s。子像素314d-f被示出為像素110的一部分。還示出了閥門318a-f以及相應波導308-312和分支302a、302b、304a、304b、306a和306b。如圖所示，波導302a和302b可以與可變強度光源發出光的特定顏色或波長相關。如圖所示，波導分支302a和302b和與紅色相關的波導312相關。通過調整在波導312和波導302a之間傳輸的光能量，可以改變傳到子像素314a、314d和314g的紅光能量。類似地，波導310被示為傳輸綠光，而波導308被示為傳輸藍光。可通過增加透過閥門318a-c的光能量調整傳到子像素314a-314i的紅光能量。通過以相等的比例調整傳到子像素314a-314i的各色光能量，可以調整由子像素314a-314i組成的像素的亮度/強度。
如圖所示，閥門318a-f可分別將光傳到多個像素。示出了一種附加機制，其可以控制多個像素中各唯一像素髮出的光的能量和顏色。像素110的每個子像素314a-s可以包括電光聚合物，例如可通過施加電壓來調整其折射率。通過單獨改變每個子像素的折射率，可以調整子像素與相應波導結構分支之間的折射率差，其中所述子像素耦合到所述相應波導結構分支。以這種方式，穿過波導分支302-306的光可以通過子像素傳輸出去或者不傳輸到顯示器之外，而是允許光沿著波導302-306傳輸，並且可用於光學耦合到波導302-306的其他子像素。
圖5A還示出了幾個列驅動器506a-c和幾個行驅動器504a-f，以更好地示出子像素尋址機制示例。電壓源508被示為包括負極性和正極性。應當理解的是，負極性和正極性僅示出由電壓源508輸出的電壓差。電壓差可以傳到顯示器的子像素314，以改變子像素的折射率。如本文所述，子像素314可以包括可光學耦合到波導的電光聚合物。可通過在子像素314上施加電壓差調整從波導傳到子像素的光。
例如，通過在打開行驅動器504b-504f和列驅動器506b-c的同時閉合行驅動器504a和列驅動器506a，可以將電壓差施加到子像素314a上。儘管驅動器被示為開路和閉合開關，但是應當理解的是，可以使用各種機構和結構來向子像素314(或閥門318)的電光聚合物施加變化的電壓和/或電流。恆定電壓源可以是脈衝寬度調製(PWM)電壓源，以便調整施加到子像素的平均電壓，該平均電壓可以小於恆壓源輸出的電壓。或者，電壓源508可以是線性可調整電壓源。儘管線性電壓源的效率可能低於開關(即，脈衝寬度調製)電壓源，但是與開關源相比，線性電壓源可以產生相對較少的電磁發射。電光聚合物電池可以被製造為需要相對較小的功率來改變電池的折射率，因而可能需要最小的功率來改變折射率。
因此，線性電壓調整器可以有利於改變顯示組件100的子像素314的折射率。
通過使用行驅動器504a-f和列驅動器506a-c，子像素陣列的各個子像素314可以通過隨時間變化的方式單獨尋址。例如，前文示例包括啟用行驅動器504a和列驅動器506a。在另一時間周期，可以啟用行驅動器504a和列驅動器506b來對子像素314d進行尋址並相應調整其折射率。通過在子像素之間快速切換，可以改變包括顯示圖像在內的子像素陣列。陣列可以被細分為若干個可尋址陣列，以減少顯示圖像所需的時間。
為了進一步解釋像素的功能，現在參考像素110。在該示例中，將子像素314d稱為紅色子像素，將子像素314e稱為綠色子像素，將子像素314f稱為藍色子像素。對於在用戶面前呈現為白色像素的像素110，子像素314d-f中的每一個像素可用於發射相對等量的紅色、綠色和藍色光。紅色、綠色和藍色光的總和可以在用戶面前呈現為白色光。此外，可以通過改變由每個子像素314d-f發出的光能量來控制由白色發光像素髮出的白光的強度(即，像素的亮度)，並同時保持等量的紅色、綠色和藍色光組分。或者，可以通過改變由各子像素314d-f發出的光的比例來調整由像素110發出的不同光色。例如，可以通過從綠色子像素314e和藍色子像素314f發射比從紅色子像素314d發出相對更多的光，像素110可發出藍-綠深青色光。如果期望像素呈現黑色，則可將像素的所有子像素配置為防止光發射。以這種方式，可以通過尋址像素的每個子像素來調整每個像素的顏色和亮度。
如本文所所述，通過調整透過閥門318a-c的光能量，也可將像素110配置為黑色像素。通過防止光傳到與波導302a、304a和306a相關的波導分支中，像素110(以及耦合到波導分支的所有像素)可以黑色像素的方式呈現。另外，閥門318或子像素314可能無法防止所有的光傳到用戶。可以結合使用閥門318和對應的子像素314防止光通過兩個單獨機制傳輸並且向像素提供「較深」的黑色。
圖5B示出了在另一示例配置中體現本公開內容的特徵的示例性顯示系統502。在該系統502中，每個像素110包括六個子像素(分別標記為「R1」、「R2」、「G1」、「G2」、「B1」和「B2」)。在系統502中，每個像素110包括兩組原色子像素，每組子像素能夠產生可見光光譜中的絕大部分顏色。使用兩組像素可以具有幾個優點。例如，可以使用各種技術向用戶的不同眼睛顯示每組原色。以這種方式，可以顯示三維圖像。例如，每組原色子像素可以在不同方向上偏振。用戶可以佩戴帶有雙眼用偏振濾波器的眼鏡，每個眼睛與來自一組原色子像素的允許光對準。像素110可以包括許多不同組合和數量且顏色不同的子像素。例如，像素可以包括兩個綠色子像素、一個紅色子像素和一個藍色子像素。像素可以包括一個綠色子像素、一個黃色子像素、一個藍色子像素和一個紅色子像素。此外，每個像素和子像素可採用多種不同的幾何形狀。雖然像素和子像素被示為矩形，但是每個像素和子像素仍然可以採用多邊形、圓形或有機形狀。例如，像素110可包括兩個紅色子像素，兩個紅色子像素均小於該像素的藍色或綠色子像素。
圖6示出了一個系統，在該系統中控制器112耦合到像素110的陣列602(每個像素110可由控制器112尋址)，與可變強度光源104相關的多個光發射器，以及多個閥門108。請注意，像素陣列602、可變光源104和閥門108未以特定模式耦合，以強調可將控制器112配置成以任何特定組合或配置控制這些元件。例如，圖6所示的系統600可包括與可變強度光源104相關的多個光發射器，每個光源使用波導(未示出)耦合到像素陣列602的一個或多個相應部分。閥門108可以以各種結構耦合在可變強度光源104的光發射器和像素陣列602之間。例如，閥門108還可耦合在兩個光發射器和像素陣列602的像素110之間的常用波導，或者沿著各種配置的奇異波導結構(未示出)串聯。可將可變光源104布置成使顯示器邊緣發光。
控制器112可以是或者可以包括處理器、現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或其他邏輯和/或電子組件。控制器112可以包括單個或多個基板上的幾個集成晶片。控制器112可以包括多個電路卡，每個電路卡具有各種連接線、集成電路和/或功能。控制器112可包括調諧器或其他輸入設備，用於接收通過無線方式或通過電纜(例如經由同軸電纜或經由乙太網)傳送的視頻信息。視頻信息可以以各種方式編碼，包括運動圖像專家組(MPEG)、音頻視頻交錯(AVI)、QuickTime或其他格式。控制器112可用於從接收的視頻信息獲得圖像特性，包括亮度，伽馬，對比度、伽馬或其他特性。如本文所述，控制器112可採用該信息優化由顯示系統600或100顯示的圖像。
上述MPEG壓縮技術通常可以包括傳送多個幀。可將幀分成不同類型。一些幀可以包括在某個時間產生圖像所需的所有信息(即，幀內編碼幀，I幀或關鍵幀)。後續幀可以包含關於僅改變幀一部分(即，預測幀)的信息。以這種方式，圖像的某些部分可以保持為靜態，並且不需要傳送/存儲信息來改變這些靜態部分。因此，該技術可以用於壓縮視頻數據。然而，本文所述的用於預測增強顯示器對比度和亮度一些技術可以從在給定時間獲得圖像總體評估中受益。儘管這裡使用運MPEG作為示例，但是應當理解，各種其他壓縮和/或加密技術可以與顯示系統一起使用。加密模式正變得越來越受歡迎，以保護受版權保護的作品免於未經授權的複製(例如高帶寬數字內容保護)。其它壓縮獲加密技術可以使用波、小波、顆粒或各種技術的組合。
顯示驅動過程
圖7示出了高對比度圖像700，用來說明本公開內容的特徵。例如，圖像700的區域706表示顯示器相對較亮的區域。與此相反，區域708表示顯示器相對較暗的區域。使用本文公開的顯示技術，可將光送至區域706的像素，讓光從區域708遠離從而增強顯示組件100顯示的圖像700的對比度。如果閥門318被布置成隔離像素行，則可以關閉對應於像素行702的閥門，以防止或儘量減少光通過耦合到區域708中像素的波導分支。通過儘量減少可用於這些像素的光，可變強度光源104發出的光可通過對應於像素行704的閥門並進入區域710。另外，區域706中的電光聚合物可用於將光傳到顯示器外。通過將光傳至區域706的像素，由光源發出的光能集中到這幾個像素中。可通過集中光線增強顯示器的對比度增強。例如在標準LCD顯示器中，顯示器各像素通常可以輸出最小和最大強度的光，無論顯示器其它像素的構成是什麼。與此相反，顯示組件100可以傳送由光源輸出的光到任意數量的像素。如果像素數量較多，則每個像素將對較暗。如果像素數量較少，則每個像素將對較亮。
圖8示出了顯示器(例如顯示組件100)的操作方法的流程圖800。在步驟802中，顯示器可接收圖像信息。例如，控制器112可以接收如圖像數字表示等信息。為了以各種方式表示該數字信息，可對數字信息編碼。例如，可使用壓縮算法儘量減少一張圖像或一組圖像的數據傳輸量。MPEG格式廣泛用於傳輸視頻到數字顯示器。MPEG格式可以使用不同幀類型傳輸視頻信息。例如，可傳輸含有表示整張圖像所需數據的基幀。所傳送的幀可以僅包含預測幀，在該預測幀中，僅從基本幀改變的圖像部分被傳送，然後由顯示器更新。還可使用其他一些技術，例如微滴壓縮、波壓縮或其他壓縮類型。
在步驟804中，控制器112可使用該信息從使用步驟802的信息的圖像中獲得圖像特徵。特徵可包括待顯示圖像的總光能量，將由顯示器像素子集顯示的光能量的子集像素強度、圖像的白平衡、圖像的對比度，伽馬校正信息、圖像色調或飽和度或其他信息。例如，可通過合計圖像各像素編碼的光度分析顯示圖像所需的總光能量。如上文所述，信息僅包括待顯示圖像子集，這是數字編碼視頻流的通常情況。例如，可傳輸MPEG的預測幀，該幀僅包含待顯示圖像的一部分。因此，控制器112可包含幀緩衝器，並且可從幀緩衝器的圖像數據導出總光能量。以這種方式，幀緩衝器可包含與當前待顯示圖像相關的信息，該圖像是根據該信息更新的。
可通過類似方式，使用該信息獲得子集像素強度。子集像素強度可能與耦合至常用波導的像素(或子像素)相關。可通過閥門控制傳入常用波導的光能量。因此，子集像素強度可表示將通過閥門傳入波導分支的總光能量，然後可供該波導分支的像素(或子像素)使用。幀緩衝器也可用於該信息。如本文所述，閥門可與顯示器的行相關。MPEG預測幀通常在圖像塊中編碼。因此，為了獲得將在圖像行中分配的總光能量，可能需要使用存儲在幀緩衝器的幀。但是，應了解這僅僅是一個示例。圖像信息可以以與顯示器的配置匹配的方式編碼。例如，MPEG的預測幀可以被改成行而不是塊。或者，閥門可配置成與通用編碼方案匹配。例如，閥門可以布置為形成像素塊以與現有MPEG編碼方案的預測幀匹配。閥門可以布置成各種結構，包括行、列、塊、圈、波浪或其他形狀。
步驟806中，可使用該信息施加校準配置。可整理校準信息，並將其用於該方法的各種步驟。例如，校準配置可以包含與顯示器的可變光源相關的校準信息。例如，可以通過向可變光源施加可變電壓來調整由可變光源發出的光能量為了響應施加的電壓，由光發射器發出的光可能不是線性的。因此，校準配置可以用作查找表，用來使輸出線性化。可選擇地或附加地，考慮到製造差異，顯示器的每個可變光源可以以相同的方式單獨校準。某些光發射器供應商可能與校準配置相關。還可以單獨校準光源光發射器發出的各種光色。
校準配置還可用於在顯示器的像素或閥門中使用的電光聚合物。如本文所述，為了響應於施加的電壓或其它電信號，可以使用具有變化折射率的電光聚合物。然而，折射率的變化對電信號的變化而言可能不是線性的。因此，校準配置或查找表可用於使電光聚合物的響應線性化。另外，校準配置可以包括用於顯示裝置物理結構的校正。例如，根據裝置的結構，顯示器右上角的像素可以從公共光源接收比顯示器左下角像素更多或更少的光。例如，如果使用波導將光傳到像素，則波導的幾何形狀可以影響傳到每個像素的光能量。由於沿著波導傳播的光的亮度存在損失，距光源較遠的像素可以接收比距光源較近的像素相對更少的光。
校準信息還可以包括取決於顯示器各種結構的查找表/變量的樹。例如，如果顯示器的某些閥門用於傳輸光，則校準信息可以包括用於顯示器其他閥門和/或像素的校正係數。校準信息然後可以採用樹的形式，並且可使用生成算法根據顯示器的當前或期望未來結構來遍歷校準信息。
在步驟808，根據經由步驟804確定的總光能量從可變光源發射光束。總光量可能與待顯示圖像有關。例如，因為可以使用顯示組件100將光分配給顯示器的像素，因此總光能量可稱為光能預測值。可以通過合併待顯示圖像所有像素的亮度來計算總光量。例如，可採用數字信息表示圖像的各像素。
數字信息的一部分可以是對應於像素亮度的值。可通過對這些值求和確定圖像的總光能量。
然而，假定可以使用各種編碼協議來儘量減少發送到顯示器的數據量，則可能需要執行各種附加步驟。例如，如本文所述，MPEG或其他編碼方案可以僅傳送待顯示數據的一部分。待顯示的信息部分可以是圖像的特定區域(預測幀)或者多個像素由公式或共享數據值表示的技術。例如，相鄰像素可以被描述為描述相鄰像素在顏色和/或亮度上的變化的函數，以減少傳遞信息所需的信息量。因此，確定總光能量的控制器可以包括幀緩衝器。幀緩衝器可以用作待顯示圖像(即，幀)的存儲區域。即使接收到的信息不包含顯示圖像所需的所有信息，幀仍然可以包括與整個待顯示圖像有關的圖像數據。例如，幀可以包含通過經接收/編碼的圖像信息更新的圖像信息。通過使用該幀，即使接收到的信息被編碼和/或僅包含顯示圖像所需相關信息的一部分，仍然可以確定與該圖像有關的總光能量。
因此，總光能量(像素亮度)可稱為Lt，每個像素的亮度稱為Lp。然後，用於總光能量的方程可以採用的形式，其中n指顯示器的像素總數。然而，如果給定合計顯示器所有像素所有亮度所需的時間，則可能對使用採樣方案是有利的，其中只對總像素數的子集的亮度求和，然後應用於整個圖像。例如，可以使用亮度僅間隔添加像素，然後將結果乘以2以獲得顯示器的總光能量。另外，可以實現包括自適應或可變算法在內的算法，相對於其他區域(例如，圖像中心或圖像經檢測的高亮度區域)，這些算法更強調圖像的某些區域。作為替代方法，如果編碼信息僅包含顯示器的一部分，則可以合計編碼信息的像素亮度，並且從顯示器的總亮度的動態記錄中增加或減去像素亮度。作為又一個替代方法，信息可包括偏移欄位，其中圖像的總光能量被編碼或者偏移到屏幕亮度的動態記錄。在其他實施例中，信息可以僅包括被編碼為相對於顯示器其他像素而不是絕對值的亮度信息。在這種情況下，可以通過計算顯示像素之間的亮度相對差(即，圖像的對比度)所需的光能量來確定總光能量。然後可以選擇總光能量以增強或儘量減少所顯示圖像的像素之間的亮度差異，從而改變所顯示圖像的對比度。
步驟810中，引導閥門，用來將光傳到像素子集。如本文所述，閥門可用於對波導總線的波導與波導分支的波導進行光耦合。多個像素均可耦合到波導分支。每個閥門可用於將光從波導總線的波導傳到波導分支的波導中，使光可用於與波導分支的相關波導相關的像素子集。可用於像素子集的光可以是在該過程的步驟804中獲得的子集像素強度。其中可將總光能量計算為可用於顯示器所有像素的光能量總和，子集像素強度可以被計算為可用於像素子集的光能量總和。因此，子集像素強度可以是總光能量的子集。通過配置用來發射總光能量的可變光源以及引導閥門以將光束的一部分傳到像素子集，像素子集可接收等效於子集光強度的光束的一部分。因此，子集像素強度可稱為Ls，子集每個像素的亮度稱為Lps。然後，用於子集像素強度的方程可以採用的形式，其中n指子集中像素的總數。另外，總光能量可以表示為其中n指顯示器中子集的數量。
通過使用待顯示圖像的總光能量和子集像素強度，顯示系統(例如顯示組件100)的控制器可以以迭代方式將光分配給各種子集和像素。例如，控制器可以並行地計算每個子集所需的光能量。然後控制器可以添加子集像素強度以獲得圖像的總光能量。控制器然後可以命令可變光源發射總光能量(並可選地考慮校準參數)。控制器可以並行地命令顯示器的閥門根據相應子集像素強度將總光能量的一部分傳到每個子集。此外，如本文將討論的那樣，控制器可以並行命令每個子集的子像素髮光。
另外，可以通過引導顯示器的閥門來提高顯示器的對比度。通過重新配置閥門，來自光源的光可以集中到特定像素組中。可以使用閥門來儘量減少傳到其他像素組的光，以同時減少其它像素的光洩露量。除了重新配置閥門之外，在步驟810可以調整從光源發出的光能量。可以限制由光源輸出的光能量從而提高所顯示圖像的對比度。例如，如果關閉許多閥門從而將從光源發出的光集中到相對少量的像素中，則可能難以以高精度控制像素髮出的光能量。作為另一個示例，這些像素髮的光可能太亮，讓用戶感到不舒服。在這些情況下，限制一個或多個光源的光輸出可能有益。
在可選步驟812，可以調整像素或子像素的折射率。如前文所述，可通過改變像素或子像素的折射率來改變所顯示圖像的像素的顏色和/或亮度。可以通過向每個子像素的電光聚合物施加電功率來改變折射率。每個子像素包括電極。電極可以為透明電極。例如，電光聚合物的折射率可以由電壓控制。換句話說，可通過改變施加到電光聚合物電極的電壓來改變該電光聚合物的折射率。該電壓可以由線性或開關電壓調整器控制。線性電壓調整器可有助於產生最小的電磁環境效應(EEE)。減少電磁輻射EEE的優點是，可能僅需最小的額外屏蔽便可容納輻射。可通過儘量減少屏蔽儘量減少成本和重量，並減少製造這種裝置所需的步驟數量。
顯示器的先前狀態可用於改變像素的狀態以顯示後續圖像。如本文所討論的那樣，本文所述的顯示組件100可以使用幾種方法來增強用戶的觀看體驗。這些技術中的許多技術均可以用於增強觀看圖像的對比度。然而，例如當觀看視頻時，這些技術可能導致觀看體驗不一致。作為一個特定示例，特定圖像可以包括整個觀看區域上相對明亮的圖像。換句話說，圖像中的總光能量可能相對較高。在隨後的圖像中，圖像的一部分可能相對亮於圖像其餘部分。如果儘量增加兩張圖像的對比率，則第一圖像的總光能量將集中到第二圖像的較亮部分中，並且第二圖像的區域的亮度可大幅超過第一圖像的亮度。這種效果可能導致觀看體驗不愉快和/或令人不安。因此，隨著時間的推移，一些圖像分析技術可以幫助解釋這樣的差異並使用戶的觀看體驗更理想。或者，可顯示第一圖像相對較小的明亮區域，然後顯示總體較亮的第二圖像。在這種情況下，如果儘量增加對比度化，則第一圖像的絕對亮度可超過第二圖像的絕對亮度。
可以使用幾種方法來儘量減少上述偽像。例如，可以實現時間延遲的亮度變化，從而儘量減少變得更亮或更暗區域之間的突然轉變。可實現對顯示器所傳輸絕對光能量的閾值限制，以減少這些偽像的出現次數或者確保顯示器不超過讓人感到舒適的觀看亮度級。
可以考慮若干附加特徵，以便使用顯示組件改善顯示的圖像。例如，可以考慮像素和光源之間的距離。當光沿著位於光源和像素之間的波導分支行進時，波導分支和周圍材料之間的洩漏或其他現象可導致捕獲在其中的光緩慢消散。當光沿著波導分支行進時，較少的光可用於距離光源更遠的像素。距離不需要是線性距離，而是可以考慮光在像素和光源之間行進的距離。
應當理解的是，波導結構的幾何形狀還可能影響可用于波導分支各像素的光能量。如圖5A所示，可將每個波導分支布置成耦合到線性像素陣列。或者，可將波導分支布置成以各種方式形成不同像素圖案。例如，波導可以是圓形的，因此可形成圓形像素陣列。
或者，波導可以通過顯示器遵照蛇形圖案，並且耦合到波導分支的像素同樣可形成蛇形圖案。因此，關於光源和圖案之間距離的計算可能變得相對複雜，另外還可能需要計算附加的相關變量或獨立變量。
這樣的變量可以是目標像素和光源之間像素的狀態，並且耦合到相同的波導分支。例如，現在參考圖5A，光可以從波導312進入波導302a。子像素314g的狀態可影響子像素314d和314a可用的光能量。例如，如果子像素314g被配置為抑制顯示器發出光，則與子像素314g被配置為從顯示器發射光相比，更多的光可能對子像素314d可用。這是因為可能存在從光源和/或閥門318c可用的有限光能量。通過從波導302a的子像素髮光，較少的光可用於光學耦合到波導302a的其它子像素。
另一變量可以是波導和/或結構的實際幾何形狀。每個波導可以單獨地設計成具有不同的橫截面形狀，由不同材料和/或從不同材料層製成。因此，當光沿著波導行進時所耗散的光能量可能不同，並將其考慮在內。例如，供應到波導的光能量可用於補償當光沿著波導分支行進到隨後像素時耗散的光能量。例如，可以通過使用這種技術來避免上述關於像素和光源之間距離的計算。另外，波導的幾何形狀可以配置為以非線性方式向一些像素提供更多的光，而向其他像素提供更少的光。當期望使顯示器的中心比周圍層更亮時，這種配置可能是有益的。或者，可在顯示器的一些部分中增強或者可選地抑制子像素的某些顏色。
像素輸出耦合器說明
圖9示出了根據本發明實施例的顯示裝置100的局部俯視示意圖。顯示裝置100包括多個像素110。根據本發明的實施例，每個像素110可包括三個子像素314-1、314-2和314-3，每個子像素用於每個原色。每個子像素314-1、314-2或314-3耦合到相應的波導302、304或306，並且用於將光波的可調量光在相應波導中傳輸，下文將做詳細描述。參考圖9，可操作波導302來傳輸可見光譜紅色部分中的光。因此，子像素314-1用R標記以表示可見光譜的紅色部分。可操作波導304以在可見光譜的綠色部分中傳輸光。因此，子像素314-2用G標記以表示可見光譜的綠色部分。可操作波導306以在可見光譜的藍色部分中傳輸光。因此，子像素314-3用B標記以表示可見光譜的藍色部分。對本領域技術人員顯而易見的是，如果採用三種以上的基色，則可根據顯示器中所用基色的數量提供附加波導和相應的子像素。本領域的普通技術人員將識別出許多變型、修改和備選。
圖10示出了根據本發明實施例的顯示裝置100沿著如圖9所示C-C方向的像素結構(即，子像素的結構)的截面示意圖。
像素結構901由基板910支撐，並利用耦合到基板910的波導304。波導304包括形成在基板910上的第一覆層922，形成在第一覆層922上的芯層924以及形成在芯層924上的第二覆層926。根據本發明的實施例，基板910可包括塑料聚合物材料、半導體材料、陶瓷材料等。在一些實施例中，在結構的各個層之間使用粘附層、緩衝層等。因此，圖10所示的層不必彼此物理接觸，而是可以具有適於特定應用的中間層，因此在上文描述中，由於粘附層、緩衝層和其他合適的層可以用於促進裝置的製造，關於第一覆層922形成在基板910上的陳述並不意味著沒有中間層。本領域的普通技術人員將識別出許多變型、修改和備選。
光波可以通過全內反射被限制在芯層924中，如果芯層924的折射率大於周圍層(即第一覆層922和第二覆層926)的折射率，則可能發生這種情況。根據本發明的實施例，第一覆層922具有第一折射率，第二覆層926具有第二折射率，而芯層924具有第三折射率。在可見波長處，芯層924的第三折射率大於第一覆層922的第一折射率和第二覆層926的第二折射率，使得可以限制可見波長的光波在芯層924中，並且沿著波導304的縱向長度(圖10所示粗箭頭的方向)傳輸。
在第一覆層922和第二覆層926中形成漸逝光波，光波強度分別隨著與芯層924和第一覆層922之間邊界以及與芯層924和第二覆層926之間邊界的距離而呈指數式衰減。
在一個實施例中，第一覆層922和第二覆層926包括二氧化矽(SiO2)，其在可見波長區域中具有1.45左右的折射率。在實施例中，芯層924包括氮化矽(Si3N4)，其在可見光波長區域中具有約2.22的折射率。
儘管圖10示出了利用SiO2和Si3N4的波導304，但是仍然可以使用具有適當折射率的介電材料製成第一覆層922、第二覆層926和芯層924。此外，第一覆層922和第二覆層926可以包括不同的材料。其他芯層材料示例包括SixNy、非化學計量氮化矽、氮氧化矽，InGaAsP、Si、SiON、苯並環丁烯(BCB)等。其他覆層材料示例包括SixOy、SiON、氧化鋁(Al2O3)、氧化鎂、氧化鈦(TiO2)等。根據一些實施例，第一覆層922和第二覆層926可包括塑料材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
在一個實施例中，波導304是單模波導。由於來自單模波導光散射非常少，可根據一些實施例實現大於一百萬的屏幕對比率。芯層924約0.5μm厚。第一覆層922和第二覆層926中的每一個約10μm厚。這些數字僅是幾個非限制性示例。本領域的普通技術人員將識別出許多變化、替代和修改。或者，波導304是多模波導。在這種情況下，芯層924約0.5μm厚，例如10μm、20μm、30μm等。
像素結構901還包括設置在波導304上的第一導電層942，設置在第一導電層942上的電光聚合物(EOP)層944和設置在電光聚合物層944上的第二導電層946。第一導電層942和第二導電層946可以包括氧化銦錫(ITO)、石墨烯或其他合適的透明導電材料。可以通過在第一導電層942和第二導電層946之間施加偏置電壓來將電場施加到電光聚合物層944上。
電光聚合物材料呈現出泡克耳斯效應，其中折射率的變化與外加電場成線性正比。電光聚合物的電光係數大於無機電光材料的電光係數。例如，電光聚合物的電光效應通常是鈮酸鋰(LiNbO3)的6至10倍。一類電光聚合物材料包括某些呈現出電光效應的液晶聚合物類型。液晶電光聚合物的電光係數可達到每伏300皮米。根據實施例，形成電光聚合物層944的方法包括形成像素界定層960。像素界定層960界定了多個口袋，每個口袋對應一個像素(或一個子像素)。該方法還包括使用液晶電光聚合物填充每個口袋。在卷對卷製程中，可通過噴頭使用液晶電光聚合物填充口袋。然後在填充物頂部覆蓋一層密封膜。密封膜將口袋外多餘的液晶電光聚合物擠出，並固定口袋內的液晶電光聚合物。
另一類電光聚合物包括摻雜了有機非線性發色團的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物基質，摻雜了有機非線性發色團的氟化聚合物基質以及類似物。氟化聚合物基質具備另一項優勢：為容易受到水汽侵害的SiO2提供防潮層。摻雜了有機非線性發色團的聚甲基丙烯酸甲酯或摻雜了有機非線性發色團的氟化聚合物基質的電光係數可高達每伏200皮米。這些材料中的發色團需要依次極化，以改變其在外加電壓下的折射率。這意味著發色團的分子必須沿同一方向整齊排列。某些製造工藝通過加熱和施加高壓對電光聚合物進行初步對準。在本過程中，聚合物被冷卻，並且電壓被關斷，從而固定分子的取向，並且隨時可對該材料進行操作。
根據本發明實施例，像素結構包括可用於調整第一導電層942和第二導電層946之間的偏置電壓，從而改變電光聚合物層944的折射率的控制器。當電光聚合物層944的折射率小於第二覆層926的第二折射率時，第二覆層926的瞬逝光波不能透射入電光聚合物層944。這可被稱為電光聚合物層944的「關閉」狀態。相反，當電光聚合物層944的折射率大於第二覆層926的第二折射率時，第二覆層926的部分瞬逝光波會被透射入電光聚合物層944。這可被稱為電光聚合物層944的「開啟」狀態。可在「開啟」狀態下改變電光聚合物層944的折射率，從而改變透射入電光聚合物層944的光能量。在一般情況下，透射入電光聚合物層944的光能量隨著電光聚合物層944的折射率值增大而增加。根據某些實施例，電光聚合物層944在「開啟」狀態下的折射率範圍為1.55至1.85。
根據實施例，像素結構還包括布置在第二導電層946的擴散層980。透入電光聚合物層944的光一般與電光聚合物層944平面的方向平行傳播。擴散層980將透入電光聚合物層944的光轉換為來自擴散層980表面的朗伯發射。擴散層980可採用微珠填充擴散層，遍布光散射粒子的薄膜，無光澤面的薄膜，表面有微透鏡幾何結構的薄膜，或本領域使用的任何其它類型的擴散體。
圖11示出了本發明另一實施例中的顯示裝置像素結構的截面示意圖。電光聚合物層944包括在該層中散布的多個散射中心948。散射中心948對透入電光聚合物層944的光進行散射，並將其轉換成來自電光聚合物層944的朗伯發射。散射中心948可採用微珠或散射粒子。散射粒子可包括聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、聚四氟乙烯、矽、鋅、銻、鈦、鋇和類似物，或氧化物和硫化物，或其混合物。
根據實施例，像素結構還包括第二導電層946上的透明覆蓋層316。覆蓋層316可延伸至整個顯示裝置100的表面，包括像素界定層960。覆蓋層316使像素結構免受汙染和物理損害。
圖12示出了本發明另一實施例中的顯示裝置100像素結構的截面示意圖。像素結構還包括在電光聚合物層944和第一導電層942之間形成的光柵結構950。光柵結構950用於收集和衍射第二覆層926的瞬逝光波，以形成基本垂直離開顯示裝置100表面的輸出光，如圖12中的細箭頭所示。根據實施例，光柵結構950可包括周期性鋸齒結構。可通過合理選擇鋸齒結構的閃耀角選擇輸出光的方向。
在一個實施例中，光柵結構950在摻雜了有機非線性發色團的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物膜中形成，該聚合物膜構成電光聚合物層944的一部分。在「關閉」狀態下，光柵結構950的折射率與第二覆層926的折射率基本一致，以便減少「關閉」狀態下的光散射。當光柵結構950通過增大折射率變為「開啟」狀態，耦合至像素的光能量明顯大於沒有光柵結構950的像素結構。在某些實施例中，第二覆層926耦合至像素的光能量可高達90％瞬逝光波。
根據實施例，光柵結構950被定義為計算機制全息圖(CHG)。可以通過數字計算全息幹涉圖案生成全息圖像，並列印至膜，如聚甲基丙烯酸甲酯聚合物膜、氟化聚合物膜和類似膜。發射圖案通過對計算機制全息圖進行傅立葉轉換確定。在一個實施例中，計算機制全息圖為一個啁啾光柵。可通過設計啁啾光柵中的啁啾設定發射圖案的方向性。例如，可以設計啁啾，使發射圖案在視角內為平頂，然後迅速下降。這意味著，顯示裝置的觀看者能在身旁有人的情況下確保觀看的隱私性，如乘坐飛機並且被人群環繞時。可以通過結合啁啾和衍射控像法獲得任意形狀的發射圖案。
圖13示出了本發明一個具體實施例中顯示裝置像素結構的截面示意圖。像素結構還包括在第二導電層946上的第二電光聚合物層970以及在第二電光聚合物層970上的第三導電層972。因為第二電光聚合物層970不能耦合至波導304，所以其折射率不再控制耦合至來自波導304的像素的光能量。相反，它通過變化折射率調整像素透出的光的相位。根據一個實施例，進一步操作控制器從而施加在第二導電層946和第三導電層972之間的偏置電壓，進而改變第二電光聚合物層970的折射率。可能具有像素陣列，這些像素陣列經波陣面發射光波，所述波陣面通過以像素為基礎設置各像素相位創建。可通過這種方式創建全息顯示。
根據一個實施例，基板910包括一種塑料材料。本文所述的像素結構(包括波導304、像素界定層960、電光聚合物層944和覆蓋層316)均可通過卷對卷製程形成。顯示裝置可採用矩形，如應用於電視屏幕時。或者，顯示裝置可採用不規則形狀。例如，顯示裝置採用手形，以便顯示多套指紋。根據其他實施例，基板910包括陶瓷材料，諸如氮化鋁、氧化鈹和類似物。可使用陶瓷基板支持高電量。這種像素結構可用於發射高達數千瓦光能量的單片投影引擎。根據一些實施例，基板910可呈平面狀或彎曲狀。彎曲的顯示器可用於汽車和/或戶外標識牌。
圖14示出了本發明一個實施例的顯示裝置的像素操作方法的簡化流程圖。在1402中，該方法包括提供一個像素結構。像素結構901包括基板910、耦合至基板910的波導304、設置在波導304上的第一導電層942、設置在第一導電層942上的電光聚合物層944以及設置在電光聚合物層944上的第二導電層946。波導304包括設置在基板910上的第一覆層922，設置在第一覆層922上的芯層924，以及設置在芯層924上的第二覆層926。在1404中，該方法還包括在第一導電層942和第二導電層946之間施加偏置電壓；在1406中，方法包括在波導304中傳播的光；以及在1408中，通過改變偏置電壓來調整從波導304耦合至電光聚合物層944的光能量。
應了解的是，根據實施例，圖14所示的具體步驟提供了操作顯示裝置像素的具體方法。也可根據備選實施例執行其他步驟順序。例如，備選實施例可以按不同的順序執行上述步驟。此外，圖14所示的各步驟可包括多個子步驟，並可根據各步驟適用的順序分別執行。此外還可添加或刪除額外的步驟。本領域的任何普通技術人員可識別多種變型、修改和備選。
所述實施例的各方面、具體表現、實現或特徵均可單獨或以組合方式使用。所述實施例的各方面可通過軟體、硬體或軟硬體結合實現。所述實施例也可表現為計算機可讀介質上用於控制製造過程的計算機可讀代碼，或表現為計算機可讀介質上用於控制生產線的計算機可讀代碼。計算機可讀介質是能存儲數據，以供電腦系統其後讀取的任何數據存儲設備。計算機可讀介質的實例包括只讀存儲器、隨機存取存儲器、只讀光碟驅動器CD-ROMs、硬碟驅動器HDDs、DVD光碟、磁帶和光學數據存儲設備。計算機可讀介質也可分布在網絡耦合的計算機系統上，以便以分布式方式存儲和執行計算機可讀代碼。
為便於理解，前文描述中使用了具體名稱，以便透徹理解所述實施例。然而，當本領域技術人員實施所述實施例時，這些具體細節明顯並非必要。因此，上文對具體實施例的描述僅用於例證和描述，並沒有詳盡列出所有實施列，本發明也不僅限於上述公開實施例的具體形式。根據上文啟示，本領域的任何普通技術人員明顯能進行多種變更和修改。