CN104049409B - 使用微柱的显示设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用微柱的显示设备和方法。在一个方面，显示设备包括用于提供光能的光源和包括多个微柱的光调制层，其中每个微柱具有固定端和自由端。激活层被配置为激活所述微柱以调制从光源通过所述微柱的光能。
Description
技术领域
本公开的领域大体涉及显示设备。更具体的，本公开的领域涉及使用微柱进行光调制的显示设备。
背景技术
许多设备使用电子显示器，比如移动电话、个人计算机、电视机等。这种显示器用于向使用者或观看显示器的其他人显示信息。液晶显示（LCD）是熟知的一种显示技术，并因其相比之前的阴极射线管显示器的相对的小尺寸、轻重量、低功耗和低电磁辐射而变得越来越流行。
一般的，LCD显示器形成为包括设置在薄膜晶体管（TFT）基片和滤光层之间的液晶层的组件。当在TFT基片上的像素电极与滤光层上的对立电极之间施加电场时，受影响的液晶分子的方向就会被更改以改变通过显示器的光的透射率。通过改变光的透射率，就可以控制显示器上的图像。可是，LCD设备需要使用偏光板，使得非偏振光在由LCD显示器输出之前被转化为偏振光。偏振光转化为非偏振光可将显示的效率（即亮度）减少到非偏振光亮度的50%或是更小。所以，为提高这样的显示器的亮度，额外的功耗是必须的，这可减少便携的或电池供电的显示器的使用寿命。
进一步地，LCD显示器可受“重影”或“残留影像（after-image）”的影响。重影是指由于显示器中液晶材料的慢变换速度，所以当屏幕从一个图像变换到下一个图像时，前一个图像不希望地保留在LCD显示器的屏幕上。
尽管已经做了许多尝试来提高效率和减少LCD显示器中的重影，但仍需要节能和基本上消除重影可能性的显示器。
发明内容
在一个方面，显示器设备包括用于提供光能的光源和包括多个微柱的光调制层，其中每个微柱具有固定端和自由端。激活层被配置为激活微柱以调制从光源通过微柱的光能。
在另一方面，电子显示系统包括用于提供光能的光源和包括多个微柱的光调制层，其中每个微柱具有固定端和自由端。每个微柱对应于像素阵列的一个像素。激活层被配置为激活微柱以便调制从光源通过微柱的光能。控制器与激活层通信。该控制器被配置为选择性地单独激活每个微柱。
在又一方面，调制光源的方法包括从光源到包括多个微柱的光调制层传递光，每个微柱具有固定端和自由端。在微柱的固定端接收发射的光并且从微柱的自由端发射光。至少一个微柱被激活以引起已激活微柱的自由端与已激活微柱的固定端不对准，从而调制从已激活微柱发射出的光。
附图说明
图1是显示系统的实现示意图。
图2是在不同激活程度下微柱的平面图。
图3是滤光层的实现的平面图。
图4是示出在非激活状态下的所有微柱的显示系统示意图。
图5是具有一些激活微柱的在图4中示出的显示系统的示意图。
图6是显示系统的另一实现的示意图。
具体实施方式
现参见附图，特别是图1，在100大体示出电子显示系统。在示例性实现中，显示系统100包括光源102、激活层104、光调制层106和滤光层108。在某些实现中，控制器110与光源102和激活层104中的一个或更多个通信。
光源102是发射一种或多于一种波长的电磁辐射的源。例如，光源102包括发光二极管（LED）、有机LED、白炽灯、荧光灯、霓虹灯、环境光、太阳或其他任何能发射电磁辐射的电子或化学设备中的一个或多于一个。在某些实现中，光源发射白光、单色（光的波长）光、两种或两种以上颜色的光的组合、紫外光、红外光之类。光源也可发射这样的光的任意组合。光源可定向或全向发射光。在该示例性实现中，当光源102朝向滤光层108发射光L时，激活层104位于光源102的下游，光调制层106位于激活层104的下游，滤光层108位于光调制层106的下游。
光调制层106包括基部112和多个微柱114。每个微柱包括固定端116和自由端118。固定端116联结到基部112或与基部112一体成型。微柱114基本上是透明的，使得从光源102发射出的光进入固定端116并从自由端118离开而光强度基本不减少。在一个实现中，微柱114使用压电材料比锆钛酸铅（PZT）制造。可是，可以使用允许光调制层104按照本文所述来工作的其他合适的材料，例如但不局限于形状记忆合金。光调制层106可包括排列在阵列中的多个微柱114，阵列例如是具有正交的行和列的矩形网格图形。在这样的实施例中，多个微柱114中的每个以距离D互相间隔。微柱114中相邻的微柱之间的间距可与所有的微柱114之间的间距相同，或可基于想要的应用而变化。
激活层104被配置为例如通过向其传输电能来选择性地激活微柱114中的各个微柱。例如，向压电材料施加电能或向形状记忆合金施加和/或移除热量能使微柱114弯曲。在一个实现中，激活层是薄膜晶体管（TFT）层，其包括对应相应各个微柱114的多个晶体管。本领域技术人员会明白TFT层普遍用于其他电子显示器，例如LCD类型的显示器。这样的激活层的细节不在这里进一步讨论。
在图1中描述的实现中，显示系统100还包括滤光层108。滤光层108包括多个半透明区域120和多个基本不透明区域122。如图3中最佳示出，半透明区域120和基本不透明的区域122可如所示排列成阵列或网格。半透明区域120和基本不透明的区域122中的一个或多于一个可用做显示器的像素。在一些实施例中，每个半透明区域120和基本不透明的区域122具有与其相关联的微柱114中的一个微柱。然而，在一些实现中，单个的微柱114或像素可与半透明区域120和基本不透明区域122中的两个或多于两个相关联。在一些实施例中，滤光层108可被保护膜或其他层（未示出）所覆盖。
参见图2，该图描述在四种不同激活状态下的微柱114的平面图。在第一状态200下，微柱114在中立或是未激活状态。因此，在第一状态200下，激活层104没有给微柱114传送足够的激活能量以完全或部分激活微柱114。在这个状态下，微柱114的自由端118与半透明区域120基本对准。例如，微柱114的自由端118的轴向中心202与半透明区域120的中心204对准。在中立状态200下，基本上所有进入微柱114的固定端116的光被传送通过微柱114，并且从自由端118离开，然后被传送通过半透明区域120，因此产生了“亮点”、“亮像素”或强光区域。
在部分激活状态210下，激活层104给微柱114传送足够量的激活能量，使得微柱114部分激活。因此，在部分激活状态210下，自由端118弯曲或收缩，使得自由端118的轴向中心202不与半透明区域120的中心204对准。因此，仅仅一部分离开微柱114的自由端118的光被传送通过半透明区域120（即，来自在半透明区域120的边界内自由端118部分的光）。从在半透明区域的边界外的自由端118传送的光不被传送通过半透明区域120，因此调制（即，降低）来自半透明区域120发射的光的强度。类似地，在部分激活状态220下，激活层104给微柱114传送足够量的激活能量，以致使微柱114相比状态210进一步激活。因此，更少量的光从自自由端118被传送通过半透明区域120，进一步减小光的强度。在这些状态210和220下，产生了“暗点”，“暗像素”或光强度减小的区域（相比亮像素）。
在230呈现完全激活的状态。在完全激活状态下，激活层104传送了足够的能量使得自由端118完全弯曲到半透明区域120外（例如，与半透明区域120完全不对准）。因此，在完全激活状态下，没有从微柱114的自由端118离开的光被传送通过半透明区域120。因此，完全激活状态230产生“黑点”，“黑色像素”或缺少来自微柱114的光传送的区域。
在一些实施例中，微柱114经配置使得当由激活层104激活时，已激活微柱114的自由端118将会部分或是完全与基本不透明区域122对准（图3）。因此，离开自由端118的光被基本不透明区域阻挡。在其他实施例中，在中立状态下，微柱114的自由端118可与基本不透明区域122对准，并且一旦激活便得与半透明区域120部分或完全对准。
现参见图4和图5。在图4所示的实现中，每个半透明区域120可以是不同的颜色。例如，在一个实现中，半透明区域120可交替为红色区域R、绿色区域G和蓝色区域B。然而，可以使用允许系统按照本文所述来工作的任意颜色，比如蓝绿色、品红色、黄色或黑色之类。因此，系统100可作为全彩显示系统来工作。在图4中，示出在未激活状态（图2中所示的状态200）下的每个微柱114。因此，光L进入微柱114的固定端116，并通过所有半透明区域120离开，因此使得显示器呈现“白色”。然而，在图5中所示的示例性实现中，系统100已经被激活，因此仅有红色光从滤光层108传送。例如，在这个实现中，微柱500仍处在未激活状态200中，使得光被传送通过红色区域R。然而，示出微柱502在完全激活状态230下，因此在离开自由端118后，光L被基本不透明区域122所阻挡。因此，离开滤光层108的光仅仅是红色光。将要理解的是，微柱114可以任何方式被激活，以便显示其他颜色的光。在一些实施例中，微柱可被控制（即，通过控制器110的方式）为顺序激活和不激活以产生交替的颜色，例如用于移动图像显示器，如电视机、计算机之类。
在如图6示出的另一个实现中，系统100经配置使得光源102位于滤光层108的上方。在这个实现中，反射层600位于激活层104和微柱114的固定端116之间。在一个示例性实现中，光源102是环境光。在这个实现中，光源102朝向滤光层108，然后朝向微柱114发射光。在这个实现中，当微柱114处于未激活状态时，比如微柱604，光L进入微柱604的自由端，行进通过微柱604，然后从反射表面600反射。反射光LR通过微柱604返回，并被发射通过半透明区域120，因此产生“光点”（即，明亮像素）。然而，为了调制光，微柱114，例如微柱606，如上面所讨论的那样被激活。因此微柱606被激活，使得其自由端118不与半透明区域120对准。在示出的实现中，微柱606的自由端118与基本不透明区域122对准。因此，通过半透明区域120传送的光L到达微柱606的边界，并可作为光LR1被反射离开。光LR1因此不通过半透明区域120反射和离开。通过微柱606的边界进入微柱606的光L将会从反射表面600被反射，并通过微柱606作为光LR被传送回去。然而，因为微柱606具有与基本不透明区域122对准的自由端，所以光LR被基本不透明区域122阻挡，因此产生“黑点”（即，黑色像素）。因此，通过选择性激活微柱114，能够产生多个明亮和黑色的像素，以显示图像。在一些实施例中，微柱114的顺序激活可以产生变化图像，如上所讨论的。
在一些实施例中，显示系统100的一个或多于一个元件，比如光源102、激活层104、光调制层106和滤光层108被配置为是弹性的，使得显示系统可折曲、弯曲且可为弹性形变的，从而显示系统100在被弯曲到形变状态后将返回到之前未形变的状态。
本文所使用的术语控制器可指电子控制器，其可包含计算机处理器或处理设备（未示出）。处理器通常是可处理信息如数据、计算机可读程序代码、指令之类（通常是“计算机程序”，比如软件、固件等），和/或其他合适的电子信息的任何硬件块。例如，处理器可被配置为执行可存储在处理器上或存储在相关联存储器中（未示出）的计算机程序或命令。在另一个例子中，处理器可被实施为或者包括一个或多于一个专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或之类物。因此，尽管处理器能够执行计算机程序来实现一个或多于一个功能，但是无需计算机程序的辅助，各种例子的处理器能实现一个或多于一个功能。如本文所用的，电子或计算机存储器通常是能够临时或永久存储例如数据、计算机程序等信息和/或其他合适信息的任何硬件块。在一个例子中，存储器可被配置为在一个或多于一个数据库中存储各种信息。存储器可包括易失性和/或非易失性存储器，并可为固定的或可移除的。合适存储器的例子包括随机存取内存（RAM）、只读内存（ROM）、硬盘驱动器、闪存、拇指驱动器、可移动计算机磁盘、光盘、磁带或是上面的某个组合。光盘可包括紧凑盘只读存储器（CD-ROM）、紧凑盘读/写存储器（CD-R/W）、数字视盘存储器（DVD），或之类物。在各种情况下，存储器可被称为计算机可读存储介质，其作为能够存储信息的非暂时性装置，可与能够从一个位置向另一个位置运载信息的例如电子暂时信号的计算机可读传输介质区别开来。本文所述的计算机可读介质可一般是指计算机可读存储介质或计算机可读传输介质。
本书面说明书使用例子来公开包括最佳方式的实现，而且还使得本领域的技术人员能够实践所述实现，包括制造和使用任何设备或系统并执行任意包含的方法。本公开的可授予专利权的范围由权利要求限定，并可包括对本领域的技术人员可想的其他例子。如果这样的其他例子有不同于权利要求文字语言的结构元件，或其包含具有与权利要求文字非本质不同的等同结构元件，那么这些例子意图包含在到权利要求的范围之内。
进一步的，本公开包括根据下列条款的实施例：
条款1.一种显示设备，其包括用于提供光能的光源；包括多个微柱的光调制层，其中每个微柱具有固定端和自由端；激活层，其被配置为激活所述微柱以调制从光源通过所述微柱的光能。
条款2.根据条款1所述的显示设备，其中所述激活层被配置为通过给所述微柱提供电压来激活所述微柱。
条款3.根据条款1所述的显示设备，进一步包括滤光层，其包括多个不透明区域和多个基本透明区域，其中所述光调制层设置在所述滤光层和所述激活层之间。
条款4.根据条款3所述的显示设备，其中所述基本透明区域中的至少一些是彩色的。
条款5.根据条款4所述的显示设备，其中所述基本透明区域包括至少一个红色区域、至少一个绿色区域和至少一个蓝色区域。
条款6.根据条款3所述的显示设备，其中每个微柱具有中立位置和弯曲位置来调制光能，其中在中立位置，所述自由端与所述基本透明区域中的一个对准，在弯曲位置，所述自由端与所述不透明区域中的一个对准。
条款7.根据条款1所述的显示设备，其中所述激活层包括薄膜晶体管。
条款8.根据条款1所述的显示设备，其中所述激活层位于所述光源的下游，所述光调制层位于所述激活层的下游，并且所述滤光层位于所述光调制层的下游。
条款9.根据条款1所述的显示设备，其中所述微柱配置为被激活时弯曲。
条款10.一种电子显示系统，其包括：用于提供光能的光源；包含多个微柱的光调制层，其中每个微柱具有固定端和自由端，每个微柱对应于像素阵列中的像素；配置为激活所述微柱以调制从所述光源通过微柱的光能的激活层，和与所述激活层通信的控制器，所述控制器被配置为独立地选择性激活所述微柱中的每一个。
条款11.根据条款10所述的显示设备，进一步包括色彩滤光层，所述色彩滤光层包括半透明有色区域和基本不透明区域的阵列，至少一个半透明有色区域和至少一个基本不透明区域与所述微柱中的每个相关联。
条款12.根据条款11所述的显示设备，进一步包括位于所述微柱和所述激活层之间的反射层。
条款13.根据条款11所述的显示设备，其中所述微柱中的每个与至少三个不同的有色半透明有色区域相关联。
条款14.根据条款10所述的显示设备，其中所述微柱的自由端被配置为被所述激活层激活时弯曲。
条款15.一种调制光源的方法，其包括：传送来自所述光源的光通过光调制层，所述光调制层包括多个微柱，每个微柱具有固定端和自由端；在所述微柱的所述固定端接收所传送的光，并从所述微柱的所述自由端发射所述光；激活所述微柱中的至少一个来致使已激活微柱的自由端与已激活微柱的固定端不对准，从而调制从所述已激活微柱发射出的光以在显示器上产生图像。
条款16.根据条款15所述的方法，其中激活至少微柱致使所述已激活微柱的所述自由端与滤光层的基本不透明区域对准，所述滤光层位于所述微柱的下游。
条款17.根据条款16所述的方法，进一步包括从未激活微柱的自由端传送光到所述滤光层的基本透明区域。
条款18.根据条款16所述的方法，其中激活所述微柱包括使用薄膜晶体管来激活所述微柱。
条款19.根据条款17所述的方法，进一步包括将光从未激活微柱的自由端传送到所述滤光层的至少一个有色基本透明区域。
条款20.根据条款16所述的方法，进一步包括按顺序激活和去激活多个所述微柱来产生移动图像。
Claims (10)
1.一种显示设备，其包括：
用于提供光能的光源(102)；
光调制层(106)，其包括多个微柱(114)，每个微柱具有固定端(116)和自由端(118)；以及
激活层(104)，其被配置为激活所述微柱以调制从所述光源通过所述微柱的光能，其中所述微柱(114)的所述自由端(118)被配置为在被所述激活层(104)激活时弯曲。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述激活层(104)被配置为通过提供电压给所述微柱来激活所述微柱(114)。
3.根据权利要求1所述的显示设备，进一步包括滤光层(108)，所述滤光层包括多个不透明区域(122)和多个半透明区域(120)，其中所述光调制层(106)安置在所述滤光层和所述激活层(104)之间。
4.根据权利要求3所述的显示设备，其中每个所述微柱(114)具有中立位置和弯曲位置来调制所述光能，其中在所述中立位置处所述自由端(118)与所述半透明区域(120)中的一个对准，在所述弯曲位置处所述自由端与所述不透明区域(122)中的一个对准。
5.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述激活层(104)包括薄膜晶体管。
6.根据权利要求3所述的显示设备，其中所述激活层(104)位于所述光源(102)的下游，所述光调制层(106)位于所述激活层的下游，并且所述滤光层(108)位于所述光调制层的下游。
7.一种包括根据权利要求1-6中任一个所述的显示设备的电子显示系统(100)，其中每个微柱(114)对应于像素阵列中的像素，所述电子显示系统进一步包括：
与所述激活层(104)通信的控制器(110)，所述控制器被配置为独立地选择性激活每个所述微柱(114)。
8.根据权利要求7所述的电子显示系统，其中所述滤光层是色彩滤光层(108)，所述半透明区域是半透明有色区域(120)，至少一个半透明有色区域和至少一个不透明区域与每个所述微柱(114)相关联。
9.根据权利要求8所述的电子显示系统，其中每个所述微柱与至少三个不同的半透明有色区域相关联。
10.根据权利要求7所述的电子显示系统，进一步包括位于所述微柱(114)和所述激活层(104)之间的反射层(600)。
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