CN104204660A - 具有内部光再循环的光导 - Google Patents

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CN104204660A CN201380016421.7A CN201380016421A CN104204660A CN 104204660 A CN104204660 A CN 104204660A CN 201380016421 A CN201380016421 A CN 201380016421A CN 104204660 A CN104204660 A CN 104204660A
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Abstract

本发明提供用于使用具有光导(1000)的照明系统进行照明的系统、方法及设备。光源(1010)经配置以将光注射到所述光导的光输入边缘(1030a)中。所述光导经配置以在其中再循环所述所注射的光以使得所述光跨所述光导来回通过一或多次。所述光导包含将光提取出所述光导的光转向特征(1040)。为了提高光再循环，所述光转向特征具有约50％或更小的每次通过光提取效率且所述光导的一或多个边缘(1030b)可具反射性。由所述光转向特征提取出所述光导的所述光可用于照明显示器。

Description

具有内部光再循环的光导
技术领域
本发明涉及照明系统，包含用于显示器的照明系统，尤其是具有拥有光转向特征的光导的照明系统，且涉及机电系统。
背景技术
机电系统包含具有电气和机械元件、激活器、换能器、传感器、光学组件(例如，镜)和电子器件的装置。机电系统可在多种尺度下制造，包含(但不限于)微尺度和纳米尺度。举例来说，微机电系统(MEMS)装置可包含具有范围从约一微米到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的结构，包含(例如)小于数百纳米的大小。可使用沉积、蚀刻、光刻和/或其它蚀刻掉衬底和/或己沉积材料层的部分或者添加层以形成电装置和机电装置的微加工工艺来产生机电元件。
一种类型的机电系统装置被称为干涉式调制器(IMOD)。如本文中所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器指使用光学干涉的原理来选择性地吸收和/或反射光的装置。在一些实施方案中，干涉式调制器可包含一对导电板，所述对导电板中的一者或两者可为整体或部分透明和/或反射性的，且能够在施加适当电信号时相对运动。在一实施方案中，一个板可包含沉积于衬底上的静止层，且另一板可包含通过气隙与所述静止层分开的反射膜。一个板相对于另一板的位置可改变入射于干涉式调制器上的光的光学干涉。干涉式调制器装置具有广泛范围的应用，且预期用于改善现有产品且创造新产品，尤其是具有显示能力的产品。
经反射的环境光用于在一些显示装置中形成图像，所述显示装置例如为使用由干涉式调制器形成的显示元件的显示装置。在低环境光条件中，可使用来自人工源的光照明反射像素，其可随后朝向观看者反射所述光以产生图像。为了符合市场需求和涉及标准，正不断地开发新的照明系统以满足显示装置的需要，包含反射式和透射式显示器。
发明内容
本发明的系统、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有单个一者单独地负责本文中所揭示的所需属性。
本发明中所描述的标的物的一个创新方面可在照明系统中实施。所述照明系统可包含光导，所述光导经配置以在其中再循环光，以使得注射到所述光导中的光跨所述光导来回通过一或多次。所述光导可包含多个光转向特征，所述多个光转向特征具有约50％或更小的每次通过光提取效率。所述光导可包含用于从光源接收光的光输入边缘及与所述光输入边缘相对的相对边缘。所述光输入边缘及所述相对边缘的一或多个部分可具反射性。所述光输入边缘及所述相对边缘的这些部分可包含镜面反射器。所述光导可进一步包含与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘，且所述横向边缘可包含镜面反射器、漫射反射器或其组合。在一些实施方案中，所述多个光转向特征的每次通过光提取效率是约40％或更小，或约20％或更小。在一些实施方案中，所述多个光转向特征跨所述光导的主表面实质上均匀地间隔开。
本发明中描述的标的物的另一新颖方面可实施于照明系统中。所述照明系统包含用于跨用于再循环光的装置或在所述装置内再循环光的装置；以及用于将光提取出所述用于再循环光的装置的装置。所述用于提取光的装置的每次通过光提取效率是约50％或更小。所述用于再循环光的装置可为由光学透射材料形成的光导。所述用于再循环光的装置可具有面向所述用于注射光的装置的光输入边缘；及与所述光输入边缘相对的反射性相对边缘。所述用于再循环光的装置可进一步包含与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘，且所述横向边缘可各自包含镜面反射器、漫射反射器，或其组合。所述用于提取光的装置可包含多个光转向特征，所述多个光转向特征跨所述用于再循环光的装置的主表面而间隔开。
本发明中所描述的标的物的又一创新方面可实施于用于制造照明系统的方法中。所述方法包含：提供光导，所述光导经配置以在其中再循环光，以使得注射到所述光导中的光跨所述光导来回通过一或多次；及在所述光导中提供多个光转向特征，所述多个光转向特征具有约50％或更小的每次通过光提取效率。所述光导可包含用于从光源接收光的光输入边缘；及与所述光输入边缘相对的相对边缘，其中所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者的一或多个部分具反射性。提供所述光导可包含在所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者处提供镜面反射器。
在附图和以下描述中陈述了本说明书中所描述的标的物的一或多个实施方案的细节。其它特征、方面及优势将从描述、附图以及权利要求书变得显而易见。应注意，下图的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等距视图的实例。
图2展示说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的系统框图的实例。
图3展示说明针对图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加的电压的图的实例。
图4展示说明在施加各种共同和片段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。
图5A展示说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的显示数据的帧的图的实例。
图5B展示可用于写入图5A中所说明的显示数据的帧的共同和片段信号的时序图的实例。
图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例。
图6B到6E展示干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。
图7展示说明干涉式调制器的制造工艺的流程图的实例。
图8A到8E展示制作干涉式调制器的方法中的各个阶段的横截面示意性说明的实例。
图9展示具有拥有光转向特征的光导的照明系统的侧面横截面的实例。
图10展示具有光源及显示器的图9的照明系统的实例。
图11展示照明系统的自顶向下视图的实例。
图12A及12B展示由各种照明系统提供的光发射的实例。
图13展示具有光再循环的光导中的光的准直的实例。
图14A展示跨在每一边缘上具有反射性涂层的光导及将光注射到一个边缘中的光源的光发射的图表的实例。
图14B展示跨在每一边缘上具有反射性涂层的光导及将光注射到两个边缘中的光源的光发射的图表的实例。
图15展示说明制造照明系统的方法的框图的实例。
图16A及16B展示说明包含多个干涉式调制器的显示装置的系统框图的实例。
各个图式中的相同参考数字及名称指示相同元件。
具体实施方式
以下详细描述针对于用于描述创新方面的目的的一些实施方案。然而，本文的教示可以许多不同方式应用。可在经配置以显示图像(无论是运动图像(例如，视频)还是静止图像(例如，静态图像)，且无论是文本图像、图形还是绘画图像)的任何装置中实施所描述的实施方案。更特定来说，预期所述实施方案可实施于多种电子装置中或与所述多种电子装置相关联，所述电子装置例如为(但不限于)移动电话、具备多媒体因特网功能的蜂窝式电话、移动电视接收器、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、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本、智能本、平板计算机、打印机、复印机、扫描仪、传真机装置、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄像机、游戏控制台、腕表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读装置(例如，电子阅读器)、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等等)、驾驶舱控制和/或显示器、相机取景显示器(例如车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子广告牌或标志、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体声系统、磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音机、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、包装(例如，MEMS和非MEMS)、美学结构(例如，一件首饰上的图像的显示)和多种机电系统装置。本文中的教示还可用于非显示器应用中，例如(但不限于)电子开关装置、射频滤波器、传感器、加速度计、陀螺仪、动作感测装置磁力计、用于消费型电子器件的惯性组件、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、制造工艺和电子测试设备。因此，所述教示无意受限于仅图中所描绘的实施方案，而是具有如所属领域的技术人员将容易明白的较广适用性。
在一些实施方案中，一种照明系统包含光导，所述光导经配置以在其中再循环光，以使得注射到所述光导中的光跨所述光导来回通过一或多次。所述光导包含光转向特征，所述光转向特征将光提取出所述光导且可具有小于约50％的每次通过光提取效率。在一些实施方案中，所述光导可具有用于从光源接收光的光输入边缘，及与所述光输入边缘相对的相对边缘。所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者可具反射性以促进所述光导内的光的再循环。在一些实施方案中，所述光导可具有与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘。所述横向边缘中的一者或两者可包含反射器，例如漫射和/或镜面反射器。
本发明中所描述的标的物的特定实施方案可经实施以实现以下潜在优点中的一或多者。可将提取出所述光导的光视为由所述光导发射。在一些实施方案中，跨所述光导的光发射具有高度均匀的强度。所提取的光的角度光均匀性也可为高度均匀的。在一些实施方案中，所述光转向特征可跨所述光导实质上均匀地间隔开，同时仍提供高度均匀的光发射。此均匀的间距可简化光转向特征的制造，同时还减少可能在所述光转向特征的密度跨所述光导变化时而造成的光学假影。举例来说，可实现较高的光发射均匀性而不需要针对所述光导的物理参数中的每一变化来重新计算及可能提供光转向特征的新分布。而且，因为所述光导及光转向特征需要来自所述光转向特征分布或其它参数的较少补偿以实现较高的发射均匀性，所以照明系统对制造或组装变化的敏感度较低。在一些实施方案中，所述光导的一或多个边缘处的反射性表面可促进所述光导内的光的再循环，且增加所述照明系统的亮度，同时还提供较高的光发射均匀性。在一些实施方案中，在所提取的光用于照射显示器时，可形成具有高亮度均匀性的图像。
可应用所描述的实施方案的合适的MEMS装置的实例是反射式显示装置。反射式显示装置可并入干涉式调制器(IMOD)以使用光学干涉的原理选择性地吸收和/或反射入射于其上的光。IMOD可包含吸收器、可相对于吸收器移动的反射器，及在吸收器与反射器之间界定的光学谐振腔。所述反射器可移动到两个或更多不同位置，其可改变光学谐振腔的大小，且进而影响干涉式调制器的反射性。IMOD的反射光谱可产生相当广的光谱带，所述光谱带可跨可见波长移位以产生不同的色彩。可通过改变光学谐振腔的厚度，即，通过改变反射器的位置，来调整光谱带的位置。
图1展示描绘干涉式调制器(IMOD)显示装置的一系列像素中的两个邻近像素的等距视图的实例。所述IMOD显示装置包含一或多个干涉式MEMS显示元件。在这些装置中，MEMS显示元件的像素可处于明亮状态或黑暗状态。在明亮(“经松弛”、“打开”或“接通”)状态下，所述显示元件将较大部分的入射可见光反射到(例如)用户。相反，在黑暗(“经激活”、“关闭”或“断开”)状态下，所述显示元件反射极少的入射可见光。在一些实施方案中，可颠倒接通和断开状态的光反射特性。MEMS像素可经配置以主要反射特定波长，从而允许除了黑白以外的彩色显示。
IMOD显示装置可包含IMOD的行/列阵列。每一IMOD可包含一对反射层，即可移动反射层和固定部分反射层，其定位在彼此相距可变且可控的距离处以形成气隙(还被称作光学间隙或腔)。所述可移动反射层可在至少两个位置之间移动。在第一位置(即，经松弛位置)中，可移动反射层可定位在距固定部分反射层相对较大的距离处。在第二位置(即，经激活位置)中，可移动反射层可定位成更靠近所述部分反射层。视可移动反射层的位置而定，从所述两个层反射的入射光相长地或相消地进行干涉，从而为每一像素产生全反射状态或非反射状态。在一些实施方案中，IMOD在未被激活时可处于反射状态中，从而反射可见光谱内的光，且在被激活时可处于黑暗状态中，从而反射可见范围之外的光(例如，红外光)。然而，在一些其它实施方案中，IMOD可在未被激活时处于黑暗状态中，且在被激活时处于反射状态中。在一些实施方案中，所施加的电压的引入可驱动像素改变状态。在一些其它实施方案中，所施加的电荷可驱动像素改变状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包含两个邻近干涉式调制器12。在左边上的IMOD 12(如所说明)中，说明可移动反射层14处于距包含部分反射层的光学堆叠16预定距离处的经松弛位置中。跨左边上的IMOD 12而施加的电压V0不足以致使激活可移动反射层14。在右边上的IMOD 12中，说明可移动反射层14处于光学堆叠16附近或邻近处的经激活位置中。跨右边上的IMOD 12而施加的电压Vbias足以将可移动反射层14维持在经激活位置中。
在图1中，一股用指示入射在像素12上的光13及从左边上的像素12反射的光15的箭头说明像素12的反射性质。虽然未详细说明，但所属领域的技术人员将理解，入射在像素12上的光13的大多数将朝向光学堆叠16透射穿过透明衬底20。入射在光学堆叠16上的光的一部分将透射穿过光学堆叠16的部分反射层，且一部分将反射回穿过透明衬底20。透射穿过光学堆叠16的光13的部分将在可移动反射层14处朝向(及穿过)透射衬底20反射回。从光学堆叠16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉(相长或相消)将确定从像素12反射的光15的(若干)波长。
光学堆叠16可包含单一层或若干层。所述层可包含电极层、部分反射和部分透射层及透明电介质层中的一或多者。在一些实施方案中，光学堆叠16具导电性、部分透明性及部分反射性，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。所述电极层可由多种材料(例如各种金属，例如氧化铟锡(ITO))形成。所述部分反射层可由具部分反射性的多种材料(例如各种金属(例如铬(Cr))、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可包含充当光学吸收器与导体两者的单一半透明厚度的金属或半导体，而(例如，光学堆叠16或IMOD的其它结构的)不同的更多导电层或部分可用来汇流IMOD像素之间的信号。光学堆叠16还可包含覆盖一或多个导电层或导电/吸收层的一或多个绝缘或电介质层。
在一些实施方案中，光学堆叠16的(若干)层可被图案化成平行条带且可形成显示装置中的行电极，如下文进一步描述。如所属领域的技术人员将理解，术语“图案化”在本文中用以指代掩盖以及蚀刻工艺。在一些实施方案中，高导电及反射材料(例如铝(Al))可用于可移动反射层14，且这些条带可形成显示装置中的列电极。可移动反射层14可形成为经沉积金属层的一系列平行条带(正交于光学堆叠16的行电极)以形成沉积在柱18顶部上的列及沉积于柱18之间的介入牺牲材料。当所述牺牲材料被蚀刻掉时，所界定的间隙19或光学腔可形成于可移动反射层14与光学堆叠16之间。在一些实施方案中，柱18之间的间隔可为约1um到1000um，而间隙19可小于10,000埃
在一些实施方案中，IMOD的每一像素(无论处于经激活还是经松弛状态)本质上为由固定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中的左边上的像素12所说明)，其中间隙19介于可移动反射层14与光学堆叠16之间。然而，当将电位差(例如电压)施加到选定行及列中的至少一者时，形成在对应像素处的行与列电极的交叉点处的电容器变得带电，且静电力将所述电极拉在一起。如果所施加的电压超过阈值，那么可移动反射层14可变形且在光学堆叠16附近移动或抵着光学堆叠16移动。光学堆叠16内的电介质层(未图示)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离，如图1中右边上的经激活的像素12所说明。不管所施加的电位差的极性如何，表现均相同。虽然阵列中的一系列像素可在一些例子中被称为“行”或“列”，但所属领域的技术人员将易于理解，将一个方向称为“行”且将另一方向称为“列”是任意的。应重申，在一些定向中，行可被视为列且列可被视为行。此外，显示元件可均匀地布置成正交的行及列(“阵列”)或布置成(例如)具有相对于彼此的某些位置偏移的非线性配置(“马赛克”)。术语“阵列”及“马赛克”可指代任一配置。因此，虽然显示器被称为包含“阵列”或“马赛克”，但在任何情况下，元件本身无需彼此正交布置或安置成均匀分布，但可包含具有非对称形状及不均匀分布元件的布置。
图2展示说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的系统框图的实例。所述电子装置包含可经配置以执行一或多个软件模块的处理器21。除了执行操作系统外，处理器21可经配置以执行一或多个软件应用程序，包含网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
处理器21可经配置以与阵列驱动器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的行驱动器电路24及列驱动器电路26。由图2中的线1-1展示图1中所说明的IMOD显示装置的横截面。虽然为了清晰起见而图2说明IMOD的3×3阵列，但显示阵列30可含有极大量的IMOD且可使行中的IMOD数目不同于列中的IMOD数目，且反之亦然。
图3展示说明针对图1的干涉式调制器的可移动反射层位置对所施加的电压的图的实例。对于MEMS干涉式调制器，行/列(即，共同/片段)写入程序可利用这些装置的滞后性质，如图3中所说明。干涉式调制器可需要(例如)约10伏电位差以致使可移动反射层或镜从经松弛状态改变到经激活状态。当所述电压从所述值减小时，可移动反射层因所述电压回降到低于(例如)10伏而维持其状态，然而，可移动反射层未完全松弛，直到所述电压下降到低于2伏为止。因此，存在约3伏到7伏的电压范围(如图3中所展示)，其中存在使装置稳定于经松弛或经激活状态的所施加电压窗。此窗在本文中被称为“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列30，行/列写入程序可经设计以每次寻址一或多个行，使得在给定行的寻址期间，经寻址行中的待激活的像素被暴露于约10伏的电压差，且待松弛的像素被暴露于接近零伏的电压差。在寻址之后，所述像素被暴露于稳定状态或约5伏的偏置电压差以使得其保持处于先前选通状态。在此实例中，在被寻址之后，每一像素经历约3伏到7伏的“稳定窗”内的电位差。此滞后性质特征使(例如)图1中所说明的像素设计能够在相同的所施加电压条件下保持稳定于经激活或经松弛的预先存在状态。由于每一IMOD像素(无论处于经激活状态还是经松弛状态)本质上为由固定及移动反射层形成的电容器，所以可在滞后窗内的稳定电压处保持此稳定状态而实质上不消耗或损失电力。另外，如果所施加的电压电位保持大体上固定，那么实质上很少或无电流流入到IMOD像素中。
在一些实施方案中，根据给定行中的像素的状态的所要改变(如果存在)，可通过沿列电极集合施加呈“片段”电压的形式的数据信号而产生图像的帧。可依次寻址阵列的每一行，使得一次一行地写入所述帧。为将所要数据写入到第一行中的像素，可将与所述第一行中的像素的所要状态对应的片段电压施加于列电极上，且可将呈特定“共同”电压或信号形式的第一行脉冲施加到第一行电极。接着，可改变片段电压的集合以对应于第二行中的像素的状态的所要变化(如果存在)，且可将第二共同电压施加到第二行电极。在一些实施方案中，所述第一行中的像素不受沿列电极而施加的片段电压的变化影响，且保持于第一共同电压行脉冲期间对其所设定的状态。可以连续方式针对整个系列的行或列重复此过程以产生所述图像帧。可通过以每秒某所要数目的帧不断重复此过程而用新的图像数据刷新及/或更新所述帧。
跨越每一像素而施加的片段与共同信号的组合(即，跨越每一像素的电位差)确定每一像素的所得状态。图4展示说明在施加各种共同和片段电压时干涉式调制器的各种状态的表的实例。如所属领域的技术人员将容易理解，可将“片段”电压施加到列电极或行电极且可将“共同”电压施加到列电极或行电极中的另一者。
如图4(以及图5B中所展示的时序图)中所说明，当沿共同线施加释放电压VCREL时，无论沿片段线而施加的电压(即，高片段电压VSH及低片段电压VSL)如何，均将使沿所述共同线的全部干涉式调制器元件置于经松弛状态(或称为经释放或未激活状态)中。特定来说，当沿共同线施加释放电压VCREL时，跨越调制器的电位电压(或称为像素电压)在松弛窗(参看图3，也称为释放窗)内，此时沿所述像素的对应片段线施加高片段电压VSH与低片段电压VSL两种情况。
当在共同线上施加保持电压(例如高保持电压VCHOLD_H或低保持电压VCHOLD_L)时，干涉式调制器的状态将保持恒定。例如，经松弛的IMOD将保持处于经松弛位置，且经激活的IMOD将保持处于经激活位置。保持电压可经选择以使得在沿对应片段线施加高片段电压VSH与低片段电压VSL两种情况时，像素电压将保持在稳定窗内。因此，片段电压摆动(即，高片段电压VSH与低片段电压VSL之间的差)小于正或负稳定窗的宽度。
当在共同线上施加寻址或激活电压(例如高寻址电压VCADD_H或低寻址电压VCADD_L)时，可通过沿相应片段线施加片段电压而沿所述线将数据选择性地写入到调制器。所述片段电压可经选择以使得激活取决于所施加的片段电压。当沿共同线施加寻址电压时，片段电压的施加将产生稳定窗内的像素电压以导致像素保持未被激活。相比之下，另一片段电压的施加将产生超出所述稳定窗的像素电压以导致像素的激活。导致激活的特定片段电压可取决于所使用的寻址电压而变化。在一些实施方案中，当沿共同线施加高寻址电压VCADD_H时，高片段电压VSH的施加可导致调制器保持处于其当前位置，而低片段电压VSL的施加可导致所述调制器的激活。作为推论，当施加低寻址电压VCADD_L时，片段电压的效应可相反，其中高片段电压VSH导致所述调制器的激活且低片段电压VSL不影响所述调制器的状态(即，保持稳定)。
在一些实施方案中，可使用始终产生跨越调制器的相同极性电位差的保持电压、寻址电压及片段电压。在一些其它实施方案中，可使用使调制器的电位差的极性交替的信号。跨越调制器的极性的交替(即，写入程序的极性的交替)可减少或抑制可发生在单一极性的重复写入操作之后的电荷积累。
图5A展示说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的显示数据的帧的图的实例。图5B展示可用于写入图5A中所说明的显示数据的帧的共同和片段信号的时序图的实例。所述信号可施加到(例如)图2的3×3阵列，此将最终产生图5A中所说明的线时间60e显示布置。图5A中的经激活调制器处于黑暗状态，即，其中反射光的实质部分在可见光谱之外以便向(例如)观看者产生暗色外观。在写入图5A中所说明的帧之前，像素可处于任何状态，但图5B的时序图中所说明的写入程序假定：在第一线时间60a之前，每一调制器己被释放且驻留于未激活状态中。
在第一线时间60a期间：在共同线1上施加释放电压70；施加在共同线2上的电压开始于高保持电压72且移动到释放电压70；且沿共同线3施加低保持电压76。因此，沿共同线1的调制器(共同1、片段1)、(1，2)及(1，3)在第一线时间60a的持续时间内保持处于经松弛或未激活状态，沿共同线2的调制器(2，1)、(2，2)及(2，3)将移动到经松弛状态，且沿共同线3的调制器(3，1)、(3，2)及(3，3)将保持处于其先前状态。参考图4，当共同线1、2或3均未暴露于在线时间60a期间导致激活的电压电平(即，VCREL-松弛及VCHOLD_L-稳定)时，沿片段线1、2及3而施加的片段电压将不影响干涉式调制器的状态。
在第二线时间60b期间，共同线1上的电压移动到高保持电压72，且因为共同线1上未施加寻址或激活电压，所以无论所施加的片段电压如何，沿共同线1的全部调制器均保持处于经松弛状态。沿共同线2的调制器因施加释放电压70而保持于经松弛状态，且当沿共同线3的电压移动到释放电压70时，沿共同线3的调制器(3，1)、(3，2)及(3，3)将松弛。
在第三线时间60c期间，通过在共同线1上施加高寻址电压74而寻址共同线1。因为在此寻址电压的施加期间沿片段线1及2施加低片段电压64，所以跨越调制器(1，1)及(1，2)的像素电压大于所述调制器的正稳定窗的高端(即，电压微分超过预定义阈值)且调制器(1，1)及(1，2)被激活。相反，因为沿片段线3施加高片段电压62，所以跨越调制器(1，3)的像素电压小于调制器(1，1)及(1，2)的像素电压且保持在所述调制器的正稳定窗内；调制器(1，3)因此保持松弛。同样在线时间60c期间，沿共同线2的电压减小到低保持电压76，且沿共同线3的电压保持处于释放电压70以使沿共同线2及3的调制器处于经松弛位置。
在第四线时间60d期间，共同线1上的电压返回到高保持电压72，以使沿共同线1的调制器处于其相应寻址状态。共同线2上的电压减小到低寻址电压78。因为沿片段线2施加高片段电压62，所以跨越调制器(2，2)的像素电压低于所述调制器的负稳定窗的低端，从而导致调制器(2，2)激活。相反，因为沿片段线1及3施加低片段电压64，所以调制器(2，1)及(2，3)保持于经松弛位置。共同线3上的电压增加到高保持电压72，从而使沿共同线3的调制器处于经松弛状态。
最后，在第五线时间60e期间，共同线1上的电压保持处于高保持电压72且共同线2上的电压保持处于低保持电压76，从而使沿共同线1及2的调制器处于其相应寻址状态。共同线3上的电压增加到高寻址电压74以寻址沿共同线3的调制器。当在片段线2及3上施加低片段电压64时，调制器(3，2)及(3，3)激活，同时沿片段线1而施加的高片段电压62导致调制器(3，1)保持处于经松弛位置。因此，在第五线时间60e结束时，3×3像素阵列处于图5A中所展示的状态，且无论在沿其它共同线(未展示)的调制器被寻址时可发生的片段电压的变化如何，只要沿共同线施加保持电压，3×3像素阵列将保持处于所述状态。
在图5B的时序图中，给定的写入程序(例如线时间60a到60e)可包含使用高保持及寻址电压，或低保持及寻址电压。一旦己针对给定的共同线而完成写入程序(且共同电压被设定为具有与激活电压相同的极性的保持电压)之后，像素电压保持在给定的稳定窗内且不通过松弛窗，直到将释放电压施加在所述共同线上为止。此外，因为在寻址每一调制器之前释放所述调制器被以作为写入程序的部分，所以调制器的激活时间(非释放时间)可确定所需的线时间。具体来说，在其中调制器的释放时间大于激活时间的实施方案中，可施加释放电压达长于单一线时间，如图5B中所描绘。在一些其它实施方案中，沿共同线或片段线而施加的电压可变化以考虑到不同的调制器(例如不同色彩的调制器)的激活及释放电压的变化。
根据上文陈述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。例如，图6A到6E展示包含可移动反射层14及其支撑结构的干涉式调制器的不同实施方案的横截面的实例。图6A展示图1的干涉式调制器显示器的部分横截面的实例，其中金属材料条带(即，可移动反射层14)沉积于从衬底20正交延伸的支撑件18上。在图6B中，每一IMOD的可移动反射层14大体上呈方形或矩形形状且在系链32上在隅角处或隅角附近附接到支撑件。在图6C中，可移动反射层14大体上呈方形或矩形形状且从可包含柔性金属的可变形层34悬垂下来。可变形层34可围绕可移动反射层14的周边而直接或间接地连接到衬底20。这些连接在本文中称为支柱。图6C中所展示的实施方案具有由可移动反射层14的光学功能与由可变形层34实施的其机械功能的解耦得到的额外益处。此解耦允许用于反射层14的结构设计及材料与用于可变形层34的结构设计及材料独立于彼此而优化。
图6D展示IMOD的另一实例，其中可移动反射层14包含反射子层14a。可移动反射层14搁置于支撑结构(例如支撑柱18)上。支撑柱18使可移动反射层14与下部固定电极(即，所说明IMOD中的光学堆叠16的部分)分离，使得(例如)在可移动反射层14处于经松弛位置时，使间隙19形成于可移动反射层14与光学堆叠16之间。可移动反射层14还可包含可经配置以充当电极的导电层14c，及支撑层14b。在此实例中，导电层14c安置于支撑层14b的一个侧上(在衬底20的远端处)，且反射子层14a安置于支撑层14b的另一侧上(在衬底20的近端处)。在一些实施方案中，反射子层14a可具导电性且可安置于支撑层14b与光学堆叠16之间。支撑层14b可包含一或多层电介质材料(例如氮氧化硅(SiON)或二氧化硅(SiO2))。在一些实施方案中，支撑层14b可为层堆叠，例如SiO2/SiON/SiO2三层堆叠。反射子层14a及导电层14c中的任一者或两者可包含(例如)具有约0.5％的铜(Cu)的铝(Al)合金或另一反射金属材料。在电介质支撑层14b上方及下方采用导电层14a、14c可平衡应力且提供增强的导电性。在一些实施方案中，反射子层14a及导电层14c可由用于多种设计用途(例如，实现可移动反射层14内的特定应力分布)的不同材料形成。
如图6D中所说明，一些实施方案还可包含黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可形成于光学非作用区(例如，介于像素之间或柱18下方)中以吸收周围或杂散光。黑色掩模结构23还可通过抑制光从显示器的非作用部分反射或抑制光透射穿过显示器的非作用部分而改善显示装置的光学性质，借此增加对比度。另外，黑色掩模结构23可具导电性且经配置以用作电汇流层。在一些实施方案中，行电极可连接到黑色掩模结构23以减小所连接的行电极的电阻。可使用多种方法(包含沉积及图案化技术)来形成黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可包含一或多个层。例如，在一些实施方案中，黑色掩模结构23包含充当光学吸收器的钼铬(MoCr)层、充当间隔物层的SiO2层，及充当反射器及汇流层的铝合金，其分别具有约30埃到80埃、500埃到1000埃及500埃到6000埃范围内的厚度。可使用多种技术(包含光刻及干式蚀刻)来图案化所述一或多个层，包含(例如)用于MoCr及SiO2层的四氟甲烷(CF4)及/或氧气(O2)及用于铝合金层的氯气(Cl2)及/或三氯化硼(BCl3)。在一些实施方案中，黑色掩模23可为标准具(etalon)或干涉式堆叠结构。在此类干涉式堆叠黑色掩模结构23中，导电吸收器可用以传输或汇流每一行或列的光学堆叠16中的下部固定电极之间的信号。在一些实施方案中，间隔层35可用来使吸收器层16a与黑色掩模23中的导电层大体上电隔离。
图6E展示IMOD的另一实例，其中可移动反射层14为自撑式。与图6D相比，图6E的实施方案不包含支撑柱18。而是，可移动反射层14在多个位置处接触下伏光学堆叠16，且可移动反射层14的曲率提供足够支撑，使得在跨越干涉式调制器的电压不足以导致激活时，可移动反射层14返回图6E的未激活位置。为清晰起见，可含有多个若干不同层的光学堆叠16在此处展示为包含光学吸收器16a及电介质16b。在一些实施方案中，光学吸收器16a可充当固定电极与部分反射层两者。
在例如图6A到6E中所展示的实施方案中，IMOD用作直观式装置，其中从透明衬底20的前侧(即，与其上布置有调制器的侧相对的侧)观看图像。在这些实施方案中，可配置及操作显示装置的背部(即，可移动反射层14后方的显示装置的任何部分，包含(例如)图6C中所说明的可变形层34)而不影响或负面地影响显示装置的图像质量，这是因为反射层14光学屏蔽装置的那些部分。例如，在一些实施方案中，可移动反射层14后方可包含总线结构(未说明)，其提供使调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如电压寻址及由此寻址引起的移动)分离的能力。另外，图6A到6E的实施方案可简化处理，例如图案化。
图7展示说明干涉式调制器的制造工艺80的流程图的实例，且图8A到8E展示此制造工艺80的对应阶段的横截面示意性说明的实例。在一些实施方案中，除了图7中未展示的其它框之外，可实施制造工艺80以制造(例如)图1及6中所说明的一股类型的干涉式调制器。参考图1、6及7，工艺80开始于框82处，其中在衬底20上形成光学堆叠16。图8A说明形成于衬底20上方的此光学堆叠16。衬底20可为透明衬底(例如玻璃或塑料)，其可具柔性或相对刚性且不弯曲，且可能已经受先前制备过程(例如清洁)以促进光学堆叠16的有效形成。如上所论述，光学堆叠16可具导电性、部分透明性及部分反射性且可(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上来制造。在图8A中，光学堆叠16包含具有子层16a及16b的多层结构，但在一些其它实施方案中可包含更多或更少的子层。在一些实施方案中，子层16a、16b中的一者可配置有光学吸收性质与导电性质两者，例如经组合导体/吸收器子层16a。另外，子层16a、16b中的一或多者可被图案化成平行条带且可形成显示装置中的行电极。可通过此项技术中己知的掩盖及蚀刻工艺或另一适合工艺而执行此图案化。在一些实施方案中，子层16a、16b中的一者可为绝缘或电介质层，例如沉积于一或多个金属层(例如，一或多个反射层及/或导电层)上的子层16b。另外，光学堆叠16可被图案化成形成显示器的行的个别且平行的条带。
工艺80在框84处继续，其中在光学堆叠16上形成牺牲层25。稍后移除牺牲层25(例如，在框90处)以形成腔19，且因此，图1所说明的所得干涉式调制器12中未展示牺牲层25。图8B说明包含形成于光学堆叠16上的牺牲层25的经部分制造装置。在光学堆叠16上形成牺牲层25可包含以在后续移除之后提供具有所要设计尺寸的间隙或腔19(也参看图1及8E)而选择的厚度来沉积二氟化氙(XeF2)可蚀刻材料(例如钼(Mo)或非晶硅(a-Si))。可使用例如物理气相沉积(PVD，例如溅镀)、等离子增强型化学气相沉积(PECVD)、热化学气相沉积(热CVD)或旋涂的沉积技术来进行牺牲材料的沉积。
工艺80在框86处继续，其中形成支撑结构，例如图1、6及8C中所说明的柱18。柱18的形成可包含：图案化牺牲层25以形成支撑结构孔口；接着，使用沉积方法(例如PVD、PECVD、热CVD或旋涂)来将材料(例如，聚合物或无机材料(例如氧化硅))沉积到所述孔口中以形成柱18。在一些实施方案中，形成于牺牲层中的所述支撑结构孔口可穿过牺牲层25与光学堆叠16两者而延伸到下伏衬底20，使得柱18的下端接触衬底20，如图6A中所说明。或者，如图8C中所描绘，形成于牺牲层25中的所述孔口可延伸穿过牺牲层25，但未穿过光学堆叠16。例如，图8E说明支撑柱18的下端与光学堆叠16的上表面接触。可通过将一层支撑结构材料沉积于牺牲层25上且图案化所述支撑结构材料的远离牺牲层25中的孔口而定位的部分而形成柱18或其它支撑结构。所述支撑结构可位于所述孔口内(如图8C中所说明)，但也可至少部分在牺牲层25的一部分上延伸。如上所述，牺牲层25及/或支撑柱18的图案化可通过图案化及蚀刻工艺而执行，且也可通过替代性蚀刻方法而执行。
工艺80在框88处继续，其中形成可移动反射层或隔膜，例如图1、6及8D中所说明的可移动反射层14。通过使用一或多个沉积步骤，如反射层(例如，铝、铝合金)沉积连同一或多个图案化、掩蔽及/或蚀刻步骤，可形成可移动反射层14。可移动反射层14可具导电性且被称为导电层。在一些实施方案中，可移动反射层14可包含多个子层14a、14b、14c，如图8D中所展示。在一些实施方案中，子层中的一或多者(例如子层14a、14c)可包含针对其光学性质而选择的高反射子层，且另一子层14b可包含针对其机械性质而选择的机械子层。由于牺牲层25仍存在于框88处所形成的经部分制造的干涉式调制器中，所以可移动反射层14通常不可在此阶段处移动。含有牺牲层25的经部分制造IMOD在本文中也可被称为“未释放的”IMOD。如以上结合图1所描述，可移动反射层14可被图案化成形成显示器的列的个别且平行的条带。
工艺80在框90处继续，其中形成腔，例如，如图1、6及8E中所说明的腔19。可通过将牺牲层25(框84处所沉积)暴露于蚀刻剂而形成腔19。举例来说，可例如通过将牺牲层25暴露于气态或蒸气状蚀刻剂(例如源自固体XeF2的蒸汽)并持续对移除所要量的材料(通常相对于环绕腔19的结构而选择性地移除)为有效的时间周期，而通过干式化学蚀刻移除可蚀刻牺牲材料(例如Mo或非晶Si)。还可使用其它蚀刻方法，例如湿式蚀刻及/或等离子蚀刻。由于在框90期间移除牺牲层25，所以可移动反射层14通常可在此阶段之后移动。在移除牺牲材料25之后，所得的经完全或部分制造的IMOD在本文可被称为“释放的”IMOD。
图9展示具有拥有光转向特征的光导的照明系统的侧面横截面的实例。光导1000具有上部主表面1002、下部主表面1004、光输入边缘1030a，及与光输入边缘1030a相对的相对边缘1030b。所述光导1000可由光学透射材料的一或多个层形成。光学透射材料的实例包含以下各者：丙烯酸树脂、丙烯酸酯共聚物、UV可固化树脂、聚碳酸酯、环烯聚合物、聚合物、有机材料、无机材料、硅酸盐、氧化铝、蓝宝石、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、氮氧化硅，和/或其组合。在一些实施方案中，所述光学透射材料是玻璃。
光导1000包含重新引导在光导1000内部传播的光的多个光转向特征1040，使得所述光是从光导1000发射的。光转向特征1040可为(但不限于)刻面、折射特征、衍射特征、漫射特征、打印点，或其组合。在一些实施方案中，光转向特征1040是由具有反射性侧的凹部界定。光转向特征1040的侧可通过全内反射(TIR)和/或通过反射离开在所述凹部上提供的反射性涂层来反射光。
图10展示具有光源及显示器的图9的照明系统的实例。光源1010可为任何发光装置，例如(但不限于)发光二极管(LED)、白炽灯泡、激光，或荧光管。在一些实施方案中，光源1010可包含沿光输入边缘1030a排列的多个发光装置。在某些实施方案中，光源1010可包含沿大部分所述光输入边缘1030a延伸的光棒。在一些实施方案中，第二光源可沿相对边缘1030b而安置且经布置以将光注射到相对边缘1030b中。
可将来自光源1010的光注射到光导1000中，使得所述光的一部分在跨光导1000的至少一部分的方向上相对于上部及下部主表面1002及1004以低掠角传播，以使得所述光在光导1000内通过全内反射(TIR)反射离开上部及下部主表面1002及1004。在一些实施方案中，具有比光导1000的折射率低的折射率(例如，比光导1000的折射率低大约0.05或更多，或比光导1000的折射率低大约0.1或更多)的光学包层(未图示)可安置在光导1000的上部和/或下部主表面1002及1004上以促进TIR离开那些表面。
如图10中所说明，来自光源1010的光1015可被注射到光导1000中，传播穿过光导1000，且随后通过光转向特征1040被重新引导出光导1000的主表面。所提取的光可照射显示器1080。在一些实施方案中，光导1000是前灯的一部分且显示器1080定位在光导1000后方。在此些实施方案中，显示器1080可为反射式显示器，其通过光导1000朝向观看者将光1015反射回。显示器1080可包含反射式显示元件，例如参考图1所论述的干涉式调制器12。在一些其它实施方案中，光导1000可定位在显示器1080后方且为背光的一部分。在此些实施方案中，显示器1080可为透射的，其中光朝向观看者完全传播穿过显示器1080。
继续参考图10，可参考那些光转向特征的每次通过提取效率来描述光转向特征1040的光提取，所述每次通过提取效率在此处被定义为在光从光导1000的一个边缘传播到相对边缘时光跨光导1000每次通过中由光导1000中所有光转向特征1040提取的光的百分比。举例来说，50％的每次通过提取效率指示在光从光输入边缘1030a到相对边缘1030b的初始通过中提取了由光源1010最初注射到光导1000中的光的一半。
许多常规的照明系统具有光转向特征，所述光转向特征经配置以提供几乎100％的每次通过提取效率以有效地提供高强度的所发射光。然而，此些系统可导致各种光学假影。举例来说，在光行进穿过光导时，所述光的强度可随着越来越多的光被提取而下降。因此，所提取的光的强度也可能下降，从而导致所发射光的非均匀性。另一方面，通过用与光源的距离来增加光转向特征的密度而补偿此下降可导致光学假影，因为所述光转向特征占据远离所述光源的光导的面积的较大百分比。另外，所发射光可具有高水平的角度非均匀性，这是因为撞击更靠近所述光源的光转向特征的光很可能具有与撞击较远离所述光源的光转向特征的光不同的入射角度。这是因为较近距离处的光很可能以比较远距离处的光更大的角度范围碰撞转向特征，所述较远距离处的光很可能更准直或平行于光导的主表面。
己发现，提供光导1000中的光再循环可解决这些问题中的许多问题。在一些实施方案中，光转向特征1040的每次通过提取效率是约50％或更小、约40％或更小、约20％或更小，或约10％或更小。此些相对低的每次通过提取效率可促进光穿过所述光导的传播，进而提供所述光导内的光的高度均匀的分布。在一些实施方案中，光转向特征1040可被设定大小或以其它方式经配置以提供此些低每次通过提取效率。在一些实施方案中，可通过以充分低以实现此些每次通过效率的总数和/或密度提供光转向特征1040来实现较低的每次通过效率。在一些实施方案中，光转向特征1040占据光导1000的有效面积的约5％或更小、约4％或更小、约3％或更小，或约2％或更小。
图11展示照明系统的自顶向下视图的实例。在一些实施方案中，光源1010是由将光注射到光输入边缘1030a中的光发射器1O10a阵列形成在一些实施方案中，光输入边缘1030a及相对边缘1130b中的一或多者的一或多个部分充当反射器，例如镜面或漫射反射器。举例来说，光输入边缘1030a及相对边缘1030b中的一或多者可涂覆有反射性材料1032a及1032b，例如金属，或被抛光以提供反射表面。在一些实施方案中，例如金属化聚合物条带或薄金属条带的镜可使用合适的粘合剂附接到光输入边缘1030a及相对边缘1030b的一或多个部分。光输入边缘1030a上的反射性材料1032a可具备开口1034以允许光从光发射器1010a传播到光导1000中。在一些实施方案中，可通过TIR提供边缘1030a及1030b中的一或多者处的反射。举例来说，可直接在这些边缘中的一或多者的邻近处提供具有较低折射率的媒介(例如空气或包层)。
继续参考图11，光输入边缘1030a及相对边缘1030b处的反射可促进光导1000内的光再循环。举例来说，穿过光输入边缘1030a注射且未被光转向特征1040(图10)提取的光传播穿过光导1000，直到其被相对边缘1030b反射或以其它方式被吸收。在一些实施方案中，光在被光转向特征1040实质上完全提取之前可跨光导1000通过2、3、4、5、8、10或15次。多个光转向特征1040的每次通过提取效率越低，光导中的光的通过越多。
继续参考图11，光导1000可进一步包含与光输入边缘1030a及相对边缘1030b横向的横向边缘1020a及1020b。在一些实施方案中，横向边缘1020a及1020b中的一者或两者具反射性。举例来说，横向边缘1020a及1020b可提供镜面或漫射反射，或其组合。在一些实施方案中，横向边缘1020a及1020b中的部分或全部充当反射器，例如镜面或漫射反射器。举例来说，横向边缘1020a及1020b中的一或多者可被涂覆有反射性材料1022a及1022b，例如金属，或被抛光以提供反射表面，或以其它方式处理以提供镜面或漫射表面。在一些实施方案中，例如金属化聚合物条带或薄金属条带的镜附接到横向边缘1020a及1020b。可通过各种过程进行镜的附接，包含但不限于，使用合适的粘合剂将所述镜粘附到横向边缘1020a及1020b，或将反射层沉积在所述横向边缘上。横向边缘1020a及1020b上的反射性材料1022a及1022b可具备开口(未图示)以从定位在所述开口附近的额外光源传播到光导1000中。可随后沿着横向边缘1020a及1020b中的一或多者放置例如LED阵列的光源。在一些实施方案中，可通过TIR提供边缘1020a及1020b中的一或多者处的反射，这可通过直接在这些边缘中的一或多者的邻近处提供较低折射率的媒介(例如空气或包层)来促进。
不受理论限制，据信，光转向特征1040的低提取效率及(在一些实施方案中)反射性材料1022a、1022b、1032a和/或1032b对光的再循环提供光导1000内的光的高度均匀的分布。因此，可不需要以抵消此非均匀性的方式布置光转向特征来补偿非均匀的光分布。而是，在一些实施方案中，光转向特征1040实质上跨光导1000的主表面均匀地间隔开。
继续参考图11，光导1000可具有与显示器的有效显示区域直接对准的有效区域1060。举例来说，在光导1000及显示器1080(图10)水平地布置的情况下，有效区域1060与显示器的有效显示区域直接垂直对准。因此，有效区域1060可为光导1060的其中观看者感知正形成图像的区域。在前灯应用中，光转向特征1040(图9)可阻挡从后向反射式显示器反射到观看者的光。为了减少由所述光阻挡导致的不合意的阴暗及视觉假影，由光转向特征1040占据的总面积可较低，例如为有效区域1060的约5％或更小、约4％或更小、约3％或更小，或约2％或更小。
在一些实施方案中，有效区域1060可具有约5.7英寸或更小、约2.6英寸或更小，或约1.4英寸或更小的对角线尺寸。如本文中所揭示的光再循环可提供对此些尺寸的光导的特别有效的照明，同时以充分低的密度和/或大小提供光转向特征以防止非所要的阴暗和视觉假影。
图12A及12B展示由各种照明系统提供的光发射的实例。图12A说明在光导内不具有光再循环的具有均匀间隔的光转向特征1140的光导1100的实例。将来自光源1010的光1115注射到光导边缘1130a中。可分别通过瓣1115a及1115b的大小描绘在光导1100的左手侧及右手侧上提取的光的强度。通过光转向特征1140朝向反射式显示器1180向下重新引导来提取光。所述重新引导的光随后被显示器1180反射回经过光导1100。由显示器1180反射的光的强度及角度特性一股匹配由光导1100提取的光的强度及角度特性。如可在图12A中看出，所提取的光的强度随着光1115行进穿过光导1100而下降，如本文中所论述。因此，瓣1115a大于瓣1115b。如还由瓣1115a及1115b指示，光传播远离光导1100所处的主要角度在瓣1115a及1115b之间且在单个瓣内的不同方向之间是不同的。随着光1115行进穿过光导1000，在光源1110附近提取的光可遭受显著的角度不对称性，这是因为光在光源1110附近较不准直且在进一步远离光源1100处更准直。如各种瓣1115a及1115b中的箭头所表示，瓣1115a中的所提取的光相对于瓣1115b中的所提取的光可具有较大的角度不对称性。
图12B说明在光导1000内具有光再循环的具有均匀间隔的光转向特征1040的光导1000的实例。可分别通过瓣1115c及1115d的大小描绘在光导1000的左手侧及右手侧上提取的光1015的强度。通过反射性边缘1030a及1030b，光1015可被一或多次再循环穿过光导1000，进而允许光导1000内的光的更均匀的分布，如本文中所论述。因此，瓣1115c可在大小上大约等于瓣1115d，从而指示光强度中的较高均匀性。
另外，再循环的光具有高水平的准直，这是因为较不准直的光更很可能在被反射性边缘1030a或1030b中的一者反射之前逃离光导1000。跨光导1000所提取的光的角度对称性可由于高水平的准直而为高度均匀的，其导致由光转向特征1040提取的高度准直的光的比例有所增加。可分别通过瓣1115a及1115b中的箭头来描绘光导1000的左手侧及右手侧上的所提取的光的传播的主要角度。瓣1115c及1115d与图12A的瓣1115a及1115b相比可具有提高的角度对称性。
继续参考图12B，可沿着光导1000的多个边缘提供光源1010。举例来说，如所说明，可沿着边缘1030b提供第二光源1010。在存在反射性材料1032b的情况下，所述材料可具备开口以允许将光注射到光导1000中。
图13展示具有光再循环的光导中的光的准直的实例。光源1010可将光线1015a及1015b注射到光导1000中。如所说明，例如光线1015a及1015b的较不准直的光更有可能碰撞在光转向特征1040上且被提取出光导1000。例如光线1015c的较准直的光跨光导1000传播得更远。因此，离光源1010较远的光更有可能比较靠近光源1010的光准直。反射性材料1032b将准直的光(例如光线1015c)维持在光导1000内，而不允许此光逃离。因此，较准直的光保持在光导1000中，其可提高所发射光的角度均匀性，因为此较准直的光以类似的角度敲击光转向特征1040且以类似的角度发射。虽然光线1015c可显得平行于图13中的光导1000的表面，但可存在其传播且最终碰撞在光转向特征1040上所处的某一非零角度。
图14A展示跨在每一边缘上具有反射性材料的光导及将光注射到一个边缘中的光源的光发射的图表的实例。沿着y轴，在0.0到1.0的尺度上以任意单位展示面板发射(其可为所提取的光的强度)。光导对光的吸收假设为大约0.001cm-1。沿着x轴，在0到100的范围内以毫米(mm)为单位测量沿着光导面板的远离光输入边缘的距离。所述光导具有100mm的长度，其具有从头到尾均匀地间隔的光转向特征。所述光导在左手侧上具有光源。每一边缘上的反射性涂层提供镜面反射。
如图14A中所说明，面板发射在约50％或更小的每次通过光提取效率下变得越来越均匀，同时维持较高的平均输出水平。在面板发射的范围沿着所述面板的长度从1.0以上变到约0.4的情况下，80％的每次通过光提取效率的面板发射曲线是陡的。60％的每次通过光提取效率的面板发射曲线的范围是从约0.75到约0.55。在面板发射的范围从约0.65变到约0.6的情况下，40％的每次通过光提取效率的面板发射曲线跨所述面板变得非常均匀。在面板发射处于约0.6±0.01的情况下，20％的每次通过光提取效率的面板发射曲线跨所述面板变得实质上均匀。因此，己发现，对于均匀间隔的光转向特征，较低的每次通过光提取效率可提供较大的光强度均匀性及高水平的光发射。还发现，较低的每次通过光提取效率可甚至在不提供反射性边缘的情况下提供较高的光强度均匀性。举例来说，在25％的每次通过光提取效率下，预期的发射非均匀性小于约1％(未说明)。
图14B展示跨在每一边缘上具有反射性涂层的光导及将光注射到两个边缘中的光源的光发射的图表的实例。在此图表中评估的光导布置类似于图14A的光导布置，不同之处在于在光导的两个相对边缘上提供光源。
在图14B中，面板发射曲线具有实质上抛物线形状，其在跨面板的约一半处(约50mm处)具有最小值，且在最靠近面板的边缘处(约0mm及100mm处)具有最大值。80％的每次通过光提取效率的面板发射曲线展现出高水平的曲率及非均匀性，且具有约0.75的最小面板发射及1.0以上的最大值。60％的每次通过发射的面板发射曲线具有约0.85的最小面板发射及约0.925的最大值。40％的每次通过光提取效率的面板发射曲线是高度均匀的且具有约0.875的最小面板发射及约0.9的最大值。20％的每次通过光提取效率的面板发射曲线显现出实质上均匀的曲线及从头到尾约0.875的面板发射。甚至在相对低的每次通过光提取效率的情况下，可将所提取的光的平均强度维持在相对高的水平下，同时是跨光导实质上均匀的。
在其它研究中，己发现，在光导的横向边缘及相对边缘两者上提供镜面反射器涂层与在所述边缘中的任一者上不具有反射器相比会将平均亮度增加1.24或1.2倍(分别是第一和第二研究)。然而，在一些情况下，仅在相对边缘上提供镜面反射器涂层进一步增加亮度，使得与在所述边缘中的任一者上不具有反射器相比平均亮度会增加1.32或1.2倍。当在光导的横向边缘及相对边缘两者上提供漫射反射器涂层时，平均亮度进一步增加。与在所述边缘中的任一者上不具有反射器相比，平均亮度进一步增加1.41或1.24倍。己发现在横向边缘上提供漫射反射器涂层且在相对边缘上提供镜面反射器涂层会提供最高的平均亮度。在第二研究中，其中漫射及镜面反射器涂层分别个别地将平均亮度增加1.4及1.2倍，与在所述边缘中的任一者上不具有反射器相比，具有漫射及镜面反射器涂层两者会将平均亮度增加1.38倍。
图15展示说明制造照明系统的方法的框图的实例。过程1400通过提供光导而在框1410处开始。所述光导可由光学透射材料制成，如本文中所论述。所述光导可包含用于从光源接收光的光输入边缘及与所述光输入边缘相对的相对边缘。在一些实施方案中，所述光源可附接到所述光导。所述光源可为LED、白炽灯泡、激光、荧光管，或任何其它形式的光发射器，如本文中所论述。所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者的多个部分可具反射性。在一些实施方案中，提供所述光导可包含在所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者处提供镜面反射器。在一些实施方案中，提供所述镜面反射器可包含将所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者金属化。在一些其它实施方案中，提供所述镜面反射器可包含将所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者抛光。在一些实施方案中，所述光导可包含与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘。提供所述光导可进一步包含在所述横向边缘中的至少一者上提供漫射或镜面反射器。提供漫射反射器可包含将所述横向边缘的表面粗糙化，其可通过例如磨蚀等各种方法来进行。
过程1400在框1420继续处，其中在所述光导中提供多个光转向特征。所述光转向特征可经配置以将光提取出所述光导且可具有小于约50％的每次通过光提取效率。在一些实施方案中，多个光转向特征的每次通过光提取效率可小于约40％，或小于约20％。在一些实施方案中，提供多个光转向特征可包含跨所述光导的主表面以实质上均匀的间距形成所述光转向特征。在一些实施方案中，显示器可附接到所述光导、面向所述光导的主表面。
图16A和16B展示说明包含多个干涉式调制器的显示装置40的系统框图的实例。显示装置40可为(例如)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形式也说明例如电视、电子阅读器和便携式媒体播放器的各种类型的显示装置。
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和麦克风46。外壳41可由多种制造工艺中的任一者形成，所述制造工艺包含注射模制和真空成形。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(未展示)。
如本文中描述，显示器30可为多种显示器(包含双稳态或模拟显示器)中的任一者。显示器30还可经配置以包含平板显示器(例如等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或非平板显示器(例如CRT或其它显像管装置)。另外，显示器30可包含干涉式调制器显示器，如本文中所描述。
图16B中示意地说明显示装置40的组件。显示装置40包含外壳41且可包含至少部分围封于所述外壳中的额外组件。举例来说，显示装置40包含网络接口27，所述网络接口包含耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21也连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，所述阵列驱动器22进而耦合到显示器阵列30。根据特定示范性显示装置40设计的要求，电力供应器50可将电力提供到所有组件。
网络接口27包含天线43和收发器47以使得示范性显示装置40可经由网络与一或多个装置通信。网络接口27还可具有一些处理能力以减轻(例如)处理器21的数据处理需求。天线43可发射及接收信号。在一些实施方案中，天线43根据IEEE 16.11标准(包含IEEE 16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11标准(包含IEEE 802.11a、b、g或n)来发射和接收RF信号。在一些其它实施方案中，所述天线43根据蓝牙标准来发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，天线43经设计以接收码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(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)、陆地集群无线电(TETRA)、宽带-CDMA(W-CDMA)、演进数据优化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO版本A、EV-DO版本B、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，或用于在无线网络(例如利用3G或4G技术的系统)内通信的其它己知信号。收发器47可预处理从天线43接收到的信号，使得处理器21可接收所述信号并进一步对所述信号进行操纵。收发器47还可处理从处理器21接收到的信号，使得可经由天线43从显示装置40发射所述信号。
在一些实施方案中，收发器47可由接收器取代。另外，网络接口27可由可存储或产生待发送到处理器21的图像数据的图像源取代。处理器21可控制显示装置40的整个操作。处理器21接收例如来自网络接口27或图像源的压缩图像数据的数据，并将所述数据处理成原始图像数据或处理成易被处理成原始图像数据的格式。处理器21可将己处理的数据发送到驱动器控制器29或发送到帧缓冲器28以供存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处的图像特性的信息。举例来说，这些图像特性可包含颜色、饱和度和灰度级。
处理器21可包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制显示装置40的操作。调节硬件52可包含放大器及滤波器以将信号发射到扬声器45及从麦克风46接收信号。调节硬件52可为显示装置40内的离散组件，或可并入于处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29可直接从处理器21或从帧缓冲器28获取由处理器21产生的原始图像数据，且可适当地重新格式化原始图像数据以将其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成具有类光栅格式的数据流，使得其具有适合于跨越显示阵列30而扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将己格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常与系统处理器21关联而作为独立的集成电路(IC)，但可以许多方式实施这些控制器。举例来说，控制器可作为硬件嵌入处理器21中、作为软件嵌入处理器21中或与阵列驱动器22完全集成于硬件中。
阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化信息且可将视频数据重新格式化成一组平行波形，所述组平行波形每秒多次施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百及有时数千(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适合于本文中所述的任何类型的显示器。举例来说，驱动器控制器29可为常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如IMOD控制器)。另外，阵列驱动器22可为常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如IMOD显示器驱动器)。另外，显示阵列30可为常规显示阵列或双稳态显示阵列(例如包含IMOD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。此实施方案在例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器的高度集成的系统中是常见的。
在一些实施方案中，输入装置48可经配置以允许(例如)用户控制显示装置40的操作。输入装置48可包含例如QWERTY键盘或电话小键盘的小键盘、按钮、开关、摇杆、触敏屏幕，或者压敏或热敏薄膜。麦克风46可配置为显示装置40的输入装置。在一些实施方案中，通过麦克风46的话音命令可用于控制显示装置40的操作。
电力供应器50可包含此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，电力供应器50可为例如镍镉电池或锂离子电池的可再充电电池。电力供应器50还可为可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池或太阳能电池涂料。电力供应器50还可经配置以从壁式插座接收电力。
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位置中的驱动器控制器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。上述优化可实施在任何数目的硬件和/或软件组件中且可以各种配置实施。
可将结合本文中所揭示的实施方案而描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法步骤实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。硬件与软件的此互换性己大致关于其功能性而描述，且在上文所描述的各种说明性组件、块、模块、电路及步骤中进行说明。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。
可用通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(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，或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行用于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、模块和电路的硬件和数据处理设备。通用处理器可为微处理器，或任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此配置。在一些实施方案中，可由专用于给定功能的电路来执行特定步骤及方法。
在一或多个方面中，可以硬件、数字电子电路、计算机软件、固件(包含本说明书中所揭示的结构及其结构等效物)或以其任何组合来实施所描述的功能。本说明书中所述的标的物的实施方案还可实施为一或多个计算机程序(即，计算机程序指令的一或多个模块)，其在计算机存储媒体上被编码以由数据处理设备执行或用以控制数据处理设备的操作。
所属领域的技术人员将易于明白本发明中所描述的实施方案的各种修改，且可在不背离本发明的精神或范围的情况下将本文中所界定的一股原理应用于其它实施方案。因此，本发明无意限于本文中所展示的实施方案，而是将赋予本发明与本文中所揭示的此揭示内容、原理和新颖特征相一致的最广范围。词语“示范性”在本文中专门用于表示“充当实例、例子或说明”。在本文中描述为“示范性”的实施方案不一定解释为比其它实施方案优选或有利。另外，所属领域的技术人员将易于了解，术语“上部”及“下部”有时用以使图式描述简易，且指示与适当定向页上的图式的定向对应的相对位置，且可能不反映如所实施的IMOD的适当定向。
在单独实施方案的背景下描述于本说明书中的某些特征还可组合地实施于单一实施方案中。相反，还可在多个实施方案中单独地或以任何适合子组合实施在单一实施方案的背景下所描述的各种特征。再者，虽然特征可在上文中被描述为以某些组合作用且甚至最初被如此主张，但在一些情况下，可从所述组合删除来自所主张的组合的一或多个特征，且所述所主张的组合可针对子组合或子组合的变化。
类似地，虽然图式中以特定次序描绘操作，但此不应被理解为需要以所展示的特定次序或以连续次序执行此类操作或需要执行全部所说明的操作以实现合意的结果。此外，图式可以流程图的形式示意性地描绘一个以上实例过程。然而，未描绘的其它操作可并入于示意性地说明的实例过程中。举例来说，可在所说明的操作中的任一者之前、之后、同时地或在其之间执行一或多个额外的操作。在某些状况中，多任务处理及并行处理可为有利的。再者，上述实施方案中的各种系统组件的分离不应被理解为全部实施方案中需要此分离，且应了解，所描述的程序组件及系统可一股一起集成在单一软件产品中或封装到多个软件产品中。另外，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。在一些情况中，权利要求书中所叙述的动作可以不同次序执行且仍实现合意的结果。

Claims (36)

1.一种照明系统，其包括：
光导，其经配置以在其中再循环光，以使得注射到所述光导中的光跨所述光导来回通过一或多次，所述光导包含：
多个光转向特征，其具有约50％或更小的每次通过光提取效率。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述光导包含：
上部及下部主表面；
用于从光源接收光的光输入边缘；及
与所述光输入边缘相对的相对边缘，
其中所述光输入边缘及所述相对边缘的一或多个部分具反射性。
3.根据权利要求2所述的照明系统，其中所述光输入边缘及所述相对边缘的所述一或多个部分包含镜面反射器。
4.根据权利要求3所述的照明系统，其中所述光导进一步包含与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘，其中所述横向边缘包含镜面反射器、漫射反射器，或其组合。
5.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述多个光转向特征的所述每次通过光提取效率是约40％或更小。
6.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述多个所述光转向特征的所述每次通过光提取效率是约20％或更小。
7.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述多个光转向特征跨所述光导的主表面实质上均匀地间隔开。
8.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述光转向特征选自由以下各者组成的群组：刻面、折射特征、衍射特征、漫射特征、打印点，及其组合。
9.根据权利要求1所述的照明系统，其进一步包括：
显示器，其具有包含用于产生图像的显示元件的有效区域，其中所述显示器的主表面面向所述光导的主表面，且其中所述光转向特征经配置以朝向所述显示元件引导光。
10.根据权利要求9所述的显示系统，其中所述有效区域的对角线长度是约5.7英寸或更小。
11.根据权利要求9所述的显示系统，其中所述光导在所述显示器的前面且是前灯的一部分。
12.根据权利要求11所述的显示系统，其中所述显示元件是干涉式调制器。
13.根据权利要求9所述的显示系统，其进一步包括：
处理器，其经配置以与所述显示器通信，所述处理器经配置以处理图像数据；及
存储器装置，其经配置以与所述处理器通信。
14.根据权利要求13所述的显示系统，其进一步包括：
驱动器电路，其经配置以将至少一个信号发送到所述显示器。
15.根据权利要求14所述的显示系统，其进一步包括：
控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路。
16.根据权利要求13所述的显示系统，其进一步包括：
图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。
17.根据权利要求16所述的显示系统，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。
18.根据权利要求13所述的显示系统，其进一步包括：
输入装置，其经配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到所述处理器。
19.根据权利要求1所述的显示系统，其进一步包括经配置以将所述光注射到所述光导中的第一光源。
20.根据权利要求19所述的显示系统，其中所述第一光源包含发光二极管。
21.根据权利要求19所述的显示系统，其中所述第一光源沿着所述光导的一个边缘而安置，且进一步包括沿着所述光导的第二边缘而安置的第二光源。
22.一种照明系统，其包括：
用于跨用于多次再循环光的装置或在所述装置内多次再循环光的装置；及
用于将光提取出所述用于再循环光的装置的装置，其中所述用于提取光的装置的每次通过光提取效率是约50％或更小。
23.根据权利要求22所述的照明系统，其中所述用于再循环光的装置是由光学透射材料形成的光导。
24.根据权利要求23所述的照明系统，其中所述用于再循环光的装置具有面向所述用于注射光的装置的光输入边缘；及与所述光输入边缘相对的反射性相对边缘。
25.根据权利要求24所述的照明系统，其中所述反射性相对边缘包含镜面反射器。
26.根据权利要求24所述的照明系统，其中所述用于再循环光的装置进一步包含与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘，其中所述横向边缘各自包含镜面反射器、漫射反射器，或其组合。
27.根据权利要求22所述的照明系统，其中用于提取光的装置包含跨所述用于再循环光的装置的主表面间隔开的多个光转向特征。
28.根据权利要求27所述的照明系统，其中光转向特征跨所述主表面实质上均匀地间隔开。
29.根据权利要求22所述的照明系统，其进一步包括用于将光注射到所述用于再循环光的装置中的光源。
30.一种用于制造照明系统的方法，其包括：
提供光导，所述光导经配置以在其中再循环光，以使得注射到所述光导中的光跨所述光导来回通过一或多次；及
在所述光导中提供多个光转向特征，所述光转向特征具有约50％或更小的每次通过光提取效率。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述光导包含：
用于从光源接收光的光输入边缘；及
与所述光输入边缘相对的相对边缘，其中所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者的一或多个部分具反射性，
其中提供所述光导包含在所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者处提供镜面反射器。
32.根据权利要求31所述的方法，其中提供所述镜面反射器包含将所述光输入边缘及所述相对边缘中的一或多者金属化。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述光导进一步包含与所述光输入边缘及所述相对边缘横向的横向边缘，所述方法进一步包括在所述横向边缘中的至少一者上提供镜面反射器及漫射反射器中的一者。
34.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括将所述光源附接到所述光导。
35.根据权利要求30所述的方法，其中所述多个所述光转向特征的所述每次通过光提取效率是约20％或更小。
36.根据权利要求30所述的方法，其中提供所述多个光转向特征包含形成跨所述光导的主表面均匀地间隔开的所述光转向特征。
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