CN106875843A - 激光显示系统波导结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光显示领域，公开了一种激光显示系统波导结构，改善激光显示的图像效果。本发明的波导结构，用于分布由显示装置可变强度光源发出的多个波长的光，包括：波导总线，用于接收来自所述可变强度光源的光；多个波导分支，所述各波导分支包括：波导；阀门，用于将由所述波导总线接收的能量可变的光传送到所述波导，其中由所述阀门传送的光能量变化与所述波导结构的其他阀门传送的。本发明适用于激光显示器。

Description

激光显示系统波导结构
技术领域
本发明涉及激光显示领域，特别涉及激光显示系统波导结构。
背景技术
已经开发了各种图像显示技术来改善电视、计算机监视器和便携式电子设备等电子设备显示的图像。几种常见的显示技术包括液晶显示器(LCD)、等离子体、有机发光二极管(OLEDs)以及这些技术和其它技术的多种变体。LCD技术已经发展成为电子设备使用中最常见的显示技术。然而，现有显示技术存在若干缺点，因此需要进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种激光显示系统波导结构，改善激光显示的图像效果。
为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种波导结构，用于分布由显示装置可变强度光源发出的多个波长的光，包括：
波导总线，用于接收来自所述可变强度光源的光；
多个波导分支，所述各波导分支包括：
波导；
阀门，用于将由所述波导总线接收的能量可变的光传送到所述波导，其中由所述阀门传送的光能量变化与所述波导结构的其他阀门传送的光能量变化不同；及
沿着所述波导分布的多个像素，所述各像素用于改变从所述波导耦合到各像素的光能量。
进一步的，所述波导结构采用柔性多层聚合物结构形式。
进一步的，每个波导包括夹在SiO2层之间的Si3N4层。
进一步的，每个波导分支包括三个波导和三个对应阀门，每个波导对应于由所述可变强度光源发出的多个波长的其中一个。
进一步的，各像素包括具有可调折射率的区域，用于改变从所述波导耦合到各像素的光能量。
进一步的，所述区域包括液晶聚合物。
进一步的，各区域的折射率相对于与所述多个像素相关的任何其他区域的折射率独立可调。
一种显示装置，包括：
显示装置外壳；
设置在所述显示装置外壳内的可变强度光源；
光学耦合到所述可变强度光源的波导结构，所述波导结构包括多个波导分支和一种波导总线，所述波导总线用于将来自所述可变强度光源的光传送到所述多个波导分支中各分支，其中所述多个波导分支的各波导分支包括：
波导；
沿着所述波导分布的多个像素，所述多个像素的各像素包括一个子像素，所述子像素用于改变从所述波导传送并通过所述像素的光能量；
阀门，用于将所述波导总线中的一部分光传送到所述波导；
控制器，用于接收视频输入信号并用于向各阀门和各子像素发送命令信号，从而根据以及响应于所述视频信号来独立地调节允许通过各阀门和子像素的光能量。
进一步的，所述控制器将控制信号发送到所述可变强度光源，所述可变强度光源根据并响应由所述控制器接收的视频输入信号来调节由所述可变强度光源发出的光能量。
进一步的，所述可变强度光源包括三个发射器，每个发射器用于发射不同波长的光。
进一步的，所述波导具有非线性几何形状。
进一步的，所述可变强度光源包括多个激光器，所述激光器用于响应由所述控制器接收的脉冲宽度调制信号从而改变发射光的强度。
进一步的，所述多个波导分支中的每一个分支包括三个波导，所述三个波导中的每一个波导传输具有不同波长的光。
一种适用于显示装置的显示组件，所述显示组件包括：
可变强度光源；
用于接收输入信号的控制器；
多层基板，所述多层基板包括：
像素阵列；
波导结构，用于根据所述输入信号将来自所述可变强度光源的光分配到所述像素阵列的每个像素。
进一步的，所述波导结构包括多个波导分支，所述各波导分支包括：
多个波导；
多个阀门，每个阀门对应于所述多个波导的其中一个波导并且控制由所述波导从所述可变强度光源接收的光能量，
沿着所述波导分布的多个像素，各像素包括一个子像素，所述子像素用于改变从所述波导传送并通过所述像素的光能量；
进一步的，所述可变强度光源包括多个激光器，每个激光器用于发射具有不同频率的光。
进一步的，所述多层基板包括多个聚合物层，并且所述多层基板的第一表面包括散热层，所述散热层将由所述可变强度光源发出的热分布在所述多层基板的一部分上。
进一步的，所述多个像素设置在所述多层聚合物基板的与所述第一表面相对的第二表面上。
进一步的，每个子像素包括电光聚合物，所述电光聚合物用于接收改变所述电光聚合物折射率的电力。
进一步的，改变所述电光聚合物的折射率改变了从所述波导传出并通过所述子像素的光能量。
本发明的有益效果是：本发明通过改变各像素的折射率，可动态改变分配给各像素的光能量，从而大幅增加显示器的对比度且不实质性降低显示装置的效率。
附图说明
图1示出了显示组件集成波导结构的后视图；
图2示出了可变强度光源和控制器的示例性实施例；
图3A示出了如图1所示显示组件的一部分的近视图；
图3B示出了如图1所示显示组件的按照图3A所示剖面线A-A的剖视图；
图3C示出了如图1所示显示组件的按照图3A所示剖面线B-B的剖视图；
图4A-4D示出了适用于显示组件的替代性波导结构；
图5A示出了显示组件一部分以及相应子像素、阀门和控制线的前视图；
图5B示出了显示组件替代实施例的一部分以及相应子像素、阀门和控制线的前视图；
图6示出了示例性显示控制配置；
图7示出了可根据所述实施例显示在显示器上的示例性图像；
图8示出了控制显示器的示例性流程图；
图9示出了根据本发明实施例的显示装置的局部俯视示意图。
图10示出了根据本发明一个实施例的显示装置的像素结构的截面示意图；
图11示出了根据本发明另一个实施例的显示装置的像素结构的截面示意图；
图12示出了根据本发明另一个实施例的显示装置的像素结构的截面示意图；
图13示出了根据本发明特定实施例的显示装置的像素结构的截面示意图；
图14示出了用于根据本发明一个实施例操作显示装置的像素的方法的简化流程图。。
具体实施方式
本节描述了根据本申请的方法和装置的代表性应用情况。提供这些示例仅仅是为了增加上下文并且帮助理解所描述的实施例。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施所描述的实施例。在其他情况下，为了避免不必要地模糊所描述的实施例，没有详细描述公知处理步骤。由于其他应用同样可能，因此不应认为以下实施例具有限制。
在下面的详细描述中，参考附图，这些附图形成描述的一部分，并且根据所描述的实施例通过图示的方式示出了具体实施例。尽管足够详细地描述了这些实施例以使本领域技术人员能够实施所描述的实施例，但是应当理解的是，这些示例不具有限制性，因此可以使用其他实施例，并且可以在不脱离所述实施例的精神和范围的情况下进行改变。
许多显示技术提供比照亮显示装置显示区域所需更多的光，因此浪费了大量的能量。在涉及显示器向后显示表面均匀照明的显示器领域中，这种低效现象特别突出。这个问题可通过像素来稍微改善，这些像素可以利用有机发光二极管和等离子体显示技术等离散照明。不幸的是，可传送到任何单个像素的光能量仍然受制于该特定像素可实现的输出。由于这些原因，人们期望出现能够在显示区域局部有效产生大量光的显示器。
用于显示器组件的配光系统常常出现大量光浪费现象。尤其是对于每个像素不具有离散光源的背光显示器通常浪费最多的能量，因为传到每个像素的光能量通常保持恒定，这导致了在需要较少光的暗场景中出现能量浪费。一些情况下，废光可能在显示器的边缘周围泄漏，从而降低显示器的性能。甚至包括沿着面板背面分布光的波导的显示器仍然通常是低效的，因为波导通常用于在预定区域上均匀散布光。
解决该问题的其中一个方案是在波导结构中加入阀门，这样可以根据由显示组件接收的输入信号让光进入波导结构，然后沿着显示组件不对称地分布。阀门可以以许多方式分布在整个波导结构中，方式包括但不限于连接接收光的波导结构的一部分和用于将光传到显示组件的许多像素的多个波导分支。可通过这种方式分布光，以便最有效地用于显示器那些需要最多光的部分。在沿着波导分支顺序地布置显示器组件的像素的实施例中，每个像素可以包括其自己的阀门或子像素位置，用于为每个像素位置吸引适当量的光。理想情况是，当传给波导分支的光基本上到达与波导分支相关的最后一个像素时，已通过其中一个像素发出所有光。可使用这种方式从根本上消除光浪费现象。使显示组件进一步理想化以满足消除或尽量减少光损失这一目标的一种方式是将被引入波导结构中的光能量改变为适合于由显示组件显示的当前内容的量。
在一些实施例中，每个像素可以各自具有与特定光色相关的阀门或子像素。通过这种方式，每个子像素可以吸引所需量的特定波长的光，从而在与子像素相关的像素位置处实现期望的光色和光强。例如，在用于向显示组件的各个波导提供红色、绿色和蓝色光的显示组件中，每个像素可以具有红色、蓝色和绿色子像素，用于从与该像素相关的红色、绿色和蓝色波导中吸入光。还应当注意，上述阀门和子像素可以用于以多种方式从波导中吸入光。在一个特定实施例中，阀门和波导结构可以由可变折射率材料形成，可以调整折射率从而调整通过特定子像素或阀门被吸入的光能量。
下文参考图1-14描述了这些实施例以及其他实施例。然而，本领域技术人员将容易理解到：本文关于这些附图的详细描述仅用于解释目的，而不应被理解为具有限制。
波导结构和布局
图1示出了包括集成波导结构的显示组件100的后视图。波导结构包括将可变强度光源104发出的光传送到多个波导分支106的波导总线102。波导总线102用于通过限制光波在其经过所述波导结构时的扩展来使光束通过显示组件100。可变强度光源104可以采用许多形式，包括发光二极管，激光器等。
可变强度光源104可用于发射多个不同波长的光。在一些实施例中，可变强度光源104可以表示多个发光器件，例如红色，绿色和蓝色激光器。阀门108用于将来自波导总线102的光分布到波导分支106中。阀门108可允许变化能量的光进入与每个波导分支106相关的波导。然后构成每个波导分支106的一个或多个波导将光传递到像素组件100的每个像素110。通过这种方式，像素110阵列可以共同形成显示给用户的图像、系列图像或视频。虽然显示组件100被示为显示相对有限数量的像素110，但是应当理解的是，该配置可以缩放到满足高清晰度、超高清晰度或其他合适的视频标准的程度。例如，高清晰度信号或1080p分辨率具有1920(垂直列)×1080(水平列)的像素分辨率，总共2,073,600个像素。
显示组件100的控制器112被示为通信耦合到可变强度光源104和像素阵列110，因此控制器112可以向可变强度光源104、阀门108和/或像素110发送命令信号。命令信号由控制器112发送到可变强度光源104，可以根据输入信号114改变可变强度光源104的总光输出量。当控制器112确定当前视频帧所需的总光能量与先前视频帧所需光能量不同时，总光输出量被改变。以这种方式，可以通过产生许多的光来防止可变强度光源104浪费能量。由可变强度光源104发出的光能量可以以许多方式变化。当可变强度光源104采用多个激光器的形式时，可以通过使用脉冲宽度调制来调整激光器输出的方式调整每个激光器发出的光能量。在其他实施例中，可改变施加到固态光源的驱动电流，从而减少光输出量并减少能量浪费。本领域的普通技术人员将识别出许多变型、修改和备选。
由于可变强度光源104没有发射额外的光或仅发射非常少的额外光，因此所发出的光有效地分布到每个像素110中，从而减少光损失/浪费现象。在可以预期光损失的情况下，控制器112可用于在计算光分配量时将光损失考虑在内。为了实现这一点，使用阀门108，其能够将足够的光转向到每个波导支路106，足以照亮与相应波导支路106相关的像素110。当光通过各波导支路106的波导穿过显示器组件100时，根据在每个像素110处接收的命令信号，一部分光在穿过波导时通过每个像素110传递。从控制器112延伸的箭头示出了命令信号从控制器112发送到可变强度光源104、阀门108和像素110的路径。
图2示出了可变强度光源104和控制器112的示例性实施例。图2示出了可变强度光源104是如何可以包括三个光源的，三个光源即第一发射器202、第二发射器204和第三发射器206。发射器可以采用许多形式，例如，包括激光器，发光二极管等。在使用激光器的实施例中，红外激光器可以与频率倍增器一起使用以产生红色、绿色和蓝色波长的可见光。在这些实施例中，第一发射器202可以发射红光，第二发射器204可以发射绿光，第三发射器206可以发射蓝光。还应当注意，也可以产生其它颜色，例如，可以向红色、绿色和蓝色激光器添加黄色激光器，或者可以采用不同颜色光发射器的另一种混合。每个发射器可以光学耦合到自己的离散波导。波导共同形成波导总线102，波导总线102将发出的光传到阀门108(未示出)。
图2还示出了控制器112如何与发射器202-206通信。由控制器112接收的输入信号114可以由控制器112分析，从而确定每种颜色需要多少光才能生成特定图像或视频帧。可以通过该分析产生光强度信号，然后将其传输到光发射器202-206。应当理解的是，在一些实施例中，从光发射器202发出的光远多于从光发射器206发出的光，或者反之亦然。控制器112还与像素阵列110和阀门108通信。从控制器112发送到像素110和阀门108的信号指示构成像素阵列和阀门108的每个像素110有多少光转到每个像素108和波导分支106。
图3A示出了显示组件100的一部分的近视图。具体地，每个波导分支106可以由三个离散波导302、304和306组成。每个波导接收来自波导总线102的光，所述波导总线102相应地由三个波导308、310和312构成。如图所示，波导总线102的波导308向每个波导302提供光。在一些实施例中，波导308可以负责向每个波导302提供蓝光，波导310和312可以分别传递红光和绿光。虽然可以看出，波导302、304和306不覆盖各像素110的所有区域，但是构成波导分支106的波导覆盖各像素110的大部分，这尽量增加了可以通过各像素110传递的光能量。
图3B示出了按照图3A所示剖面线A-A的显示组件100的截面图。图3B示出了波导302、304、308、310和312中各波导如何具有层叠结构的，该层叠结构包括由两个覆层包围的芯层。在一些实施例中，芯层可以采用Si3N4的形式，覆层可以采用SiO2.的形式。芯层用作通过每个波导传输光的导管，包层的厚度可以有助于防止光从波导逸出。图3B还示出了子像素314。子像素314可以由可变折射率材料形成，其折射率可以通过向可变折射率材料施加电力而改变。通过改变传送到各子像素314的电量，可以改变从各像素的波导304逃逸的光能量。因此，通过向子像素314-1提供与314-2不同的电量，子像素304-1可以通过相关像素配置重新定向比子像素314-2更大量的由波导304携带的波长的光。每个像素110可以由三个不同子像素314形成，这三个不同子像素314彼此电隔离并且光学耦合到不同波导。在一些实施例中，可以使与子像素314相关的接口变粗，从而提高波导304和子像素314之间的光透射量。在一些实施例中，可以通过菲涅耳透镜形状的衍射光栅实现粗糙化。通过控制菲涅尔透镜的几何形状，可以调整形成各子像素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过子像素314，但在其他折射率下，大量的光可以透过子像素314。应当注意，发射特定量的透过子像素314的光所需的折射率可以随着透过与子像素314光学耦合的波导部分的光能量而变化。这些变量可以由控制器112处理和计算。
图3B还示出了用作子像素314-1保护器的保护盖316。在一些实施例中，保护盖可以由聚合物材料形成，而在其他实施例中，保护盖可以由玻璃层形成。在又一个实施例中，保护盖316可以由任何坚固的光学透明材料形成。图3B还示出了阀门318，其用于控制从波导总线传到波导支路的光能量。阀门318也可由与用于形成子像素314的材料相同或不同的可变折射率材料形成。以与子像素314相似的方式，阀门318可以改变离开波导308并进入波导302的光能量。显示组件100可以包括导热层320。导热层320可以由具有高导热性的材料形成，其覆盖显示组件100的后表面的全部或仅仅特定部分。在一些实施例中，导热层320可以由具有特高热导率的石墨烯材料形成。导热层320可用于驱散和散布由显示组件100产生的热。来自光发射器202-206的热尤其可通过导热层320分布和驱散。在导热层320沿着显示组件100后表面选择性布置的实施例中，导热层320可以被布置成将热量分布到特别适于散热的特定位置处。例如，导热层320可以用于将大部分的热量传递到与导热层320热接触的散热片堆。在一些实施例中，可以结合使用冷却风扇和散热片堆进一步改善散热。
图3C示出了依照图3A所示剖面线B-B的显示组件100的截面图。图3C特别示出了波导总线102的波导308如何将光传到多个波导302。如图所示，与波导302-2相比，更多的光是从波导308传到波导302-1的。这可以通过向与波导302-1相关的阀门318施加与波导302-2相关的阀门318不同量的电力来实现。
图4A-4B示出了适用于显示组件的替代性波导结构.图4A示出了用于为将光传到多个像素402的波导结构。每个像素402可以包括两个用于每种颜色的子像素，并且每个像素402可以接收来自六个不同波导的光，每个颜色两个波导。以这种方式，每个像素可以具有两个不同的光输出，其可以用于实现各种视觉效果，例如三维或在一些情况下的全息输出。图4B示出了单一的波导结构配置，其包括用于将来自光发射器202、204和206的输出组合成多波长波导454的光组合器装置452。多波长波导454将不同波长的光带到阀门456，从而控制从多波长波导454传送到每个波导分支458的光能量。阀门456可以用于在多波长波导和波导分支458之间传送多个波长的光。波导分支458将光传到与每个波导分支458相关的像素处。每个像素包括由诸如结晶聚合物的可变折射率材料形成的光学耦合层460。光学耦合层460可以具有经优化以仅拉出与特定光学耦合层/子像素460相关的单个所需波长或窄带波长的厚度和/或折射率。以此方式，单个波导可传递所有用于各波导分支458的光。
虽然在图4A中示出了提供六个不同输出的六个波导，但是本发明的实施例不限于该特定实现。例如，在使用八个不同输出的实施例中，例如用于四种颜色的两个偏振，可以使用八个波导。本领域的普通技术人员将识别出许多变型、修改和备选。
图4C-4D示出了另一可选波导结构实施例。图4C示出了显示组件480如何包括用于向多个波导482和484提供光的可变强度光源104。显示组件480包括弯曲和重叠的波导482和484。由于波导482和484的形状因数相当小，其总高不到100微米，因此可通过改变设置在波导和显示组件480的前表面之间的可变折射率材料层的厚度来解决波导重叠问题。此外，显示组件480可以包括具有可变宽度的波导482。如图所示，波导482朝向显示组件408的右侧变得越来越宽，因此它们可以覆盖像素486的大部分。显示组件480还可以具有可变长度的波导482。当需要较少的光传到显示组件480的特定部分时，配置具有可变长度的波导可以是有益的。应当注意，显示组件480被描绘为具有波浪形状，但是任何形状均是可能的，并且可以以多种方式改变其尺寸从而匹配与其相关的显示器显示区域。例如，显示组件480可以是多层柔性聚合物基板的一部分，使多层柔性聚合物基板弯曲和屈曲，让其装在装置内。显示组件480可以采用环形或多边形以适合特定的装置形状显示器采用柔性形状，质量不可知，这使得这种类型的显示组件特别适于与可穿戴设备一同使用。
图4D示出了像素488的截面视图，并且示出了如何通过将子像素314-1的尺寸设置为远厚于子像素314-2让波导452与波导454重叠。以此方式，像素488可由三个不同子像素(子像素314-1、314-2和314-3)驱动。虽然图4C-4D示出了与先前所述相当不同的实施例，但是应当理解的是，图4C-4D可以与前述实施例中的任一个组合。例如，显示组件100可以包括重叠和交叉波导。
电气配置
图5A示出了可以是图1所示显示组件100一部分的系统500。系统500被示为包括子像素314a-s。子像素314d-f被示出为像素110的一部分。还示出了阀门318a-f以及相应波导308-312和分支302a、302b、304a、304b、306a和306b。如图所示，波导302a和302b可以与可变强度光源发出光的特定颜色或波长相关。如图所示，波导分支302a和302b和与红色相关的波导312相关。通过调整在波导312和波导302a之间传输的光能量，可以改变传到子像素314a、314d和314g的红光能量。类似地，波导310被示为传输绿光，而波导308被示为传输蓝光。可通过增加透过阀门318a-c的光能量调整传到子像素314a-314i的红光能量。通过以相等的比例调整传到子像素314a-314i的各色光能量，可以调整由子像素314a-314i组成的像素的亮度/强度。
如图所示，阀门318a-f可分别将光传到多个像素。示出了一种附加机制，其可以控制多个像素中各唯一像素发出的光的能量和颜色。像素110的每个子像素314a-s可以包括电光聚合物，例如可通过施加电压来调整其折射率。通过单独改变每个子像素的折射率，可以调整子像素与相应波导结构分支之间的折射率差，其中所述子像素耦合到所述相应波导结构分支。以这种方式，穿过波导分支302-306的光可以通过子像素传输出去或者不传输到显示器之外，而是允许光沿着波导302-306传输，并且可用于光学耦合到波导302-306的其他子像素。
图5A还示出了几个列驱动器506a-c和几个行驱动器504a-f，以更好地示出子像素寻址机制示例。电压源508被示为包括负极性和正极性。应当理解的是，负极性和正极性仅示出由电压源508输出的电压差。电压差可以传到显示器的子像素314，以改变子像素的折射率。如本文所述，子像素314可以包括可光学耦合到波导的电光聚合物。可通过在子像素314上施加电压差调整从波导传到子像素的光。
例如，通过在打开行驱动器504b-504f和列驱动器506b-c的同时闭合行驱动器504a和列驱动器506a，可以将电压差施加到子像素314a上。尽管驱动器被示为开路和闭合开关，但是应当理解的是，可以使用各种机构和结构来向子像素314(或阀门318)的电光聚合物施加变化的电压和/或电流。恒定电压源可以是脉冲宽度调制(PWM)电压源，以便调整施加到子像素的平均电压，该平均电压可以小于恒压源输出的电压。或者，电压源508可以是线性可调整电压源。尽管线性电压源的效率可能低于开关(即，脉冲宽度调制)电压源，但是与开关源相比，线性电压源可以产生相对较少的电磁发射。电光聚合物电池可以被制造为需要相对较小的功率来改变电池的折射率，因而可能需要最小的功率来改变折射率。
因此，线性电压调整器可以有利于改变显示组件100的子像素314的折射率。
通过使用行驱动器504a-f和列驱动器506a-c，子像素阵列的各个子像素314可以通过随时间变化的方式单独寻址。例如，前文示例包括启用行驱动器504a和列驱动器506a。在另一时间周期，可以启用行驱动器504a和列驱动器506b来对子像素314d进行寻址并相应调整其折射率。通过在子像素之间快速切换，可以改变包括显示图像在内的子像素阵列。阵列可以被细分为若干个可寻址阵列，以减少显示图像所需的时间。
为了进一步解释像素的功能，现在参考像素110。在该示例中，将子像素314d称为红色子像素，将子像素314e称为绿色子像素，将子像素314f称为蓝色子像素。对于在用户面前呈现为白色像素的像素110，子像素314d-f中的每一个像素可用于发射相对等量的红色、绿色和蓝色光。红色、绿色和蓝色光的总和可以在用户面前呈现为白色光。此外，可以通过改变由每个子像素314d-f发出的光能量来控制由白色发光像素发出的白光的强度(即，像素的亮度)，并同时保持等量的红色、绿色和蓝色光组分。或者，可以通过改变由各子像素314d-f发出的光的比例来调整由像素110发出的不同光色。例如，可以通过从绿色子像素314e和蓝色子像素314f发射比从红色子像素314d发出相对更多的光，像素110可发出蓝-绿深青色光。如果期望像素呈现黑色，则可将像素的所有子像素配置为防止光发射。以这种方式，可以通过寻址像素的每个子像素来调整每个像素的颜色和亮度。
如本文所所述，通过调整透过阀门318a-c的光能量，也可将像素110配置为黑色像素。通过防止光传到与波导302a、304a和306a相关的波导分支中，像素110(以及耦合到波导分支的所有像素)可以黑色像素的方式呈现。另外，阀门318或子像素314可能无法防止所有的光传到用户。可以结合使用阀门318和对应的子像素314防止光通过两个单独机制传输并且向像素提供“较深”的黑色。
图5B示出了在另一示例配置中体现本公开内容的特征的示例性显示系统502。在该系统502中，每个像素110包括六个子像素(分别标记为“R1”、“R2”、“G1”、“G2”、“B1”和“B2”)。在系统502中，每个像素110包括两组原色子像素，每组子像素能够产生可见光光谱中的绝大部分颜色。使用两组像素可以具有几个优点。例如，可以使用各种技术向用户的不同眼睛显示每组原色。以这种方式，可以显示三维图像。例如，每组原色子像素可以在不同方向上偏振。用户可以佩戴带有双眼用偏振滤波器的眼镜，每个眼睛与来自一组原色子像素的允许光对准。像素110可以包括许多不同组合和数量且颜色不同的子像素。例如，像素可以包括两个绿色子像素、一个红色子像素和一个蓝色子像素。像素可以包括一个绿色子像素、一个黄色子像素、一个蓝色子像素和一个红色子像素。此外，每个像素和子像素可采用多种不同的几何形状。虽然像素和子像素被示为矩形，但是每个像素和子像素仍然可以采用多边形、圆形或有机形状。例如，像素110可包括两个红色子像素，两个红色子像素均小于该像素的蓝色或绿色子像素。
图6示出了一个系统，在该系统中控制器112耦合到像素110的阵列602(每个像素110可由控制器112寻址)，与可变强度光源104相关的多个光发射器，以及多个阀门108。请注意，像素阵列602、可变光源104和阀门108未以特定模式耦合，以强调可将控制器112配置成以任何特定组合或配置控制这些元件。例如，图6所示的系统600可包括与可变强度光源104相关的多个光发射器，每个光源使用波导(未示出)耦合到像素阵列602的一个或多个相应部分。阀门108可以以各种结构耦合在可变强度光源104的光发射器和像素阵列602之间。例如，阀门108还可耦合在两个光发射器和像素阵列602的像素110之间的常用波导，或者沿着各种配置的奇异波导结构(未示出)串联。可将可变光源104布置成使显示器边缘发光。
控制器112可以是或者可以包括处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其他逻辑和/或电子组件。控制器112可以包括单个或多个基板上的几个集成芯片。控制器112可以包括多个电路卡，每个电路卡具有各种连接线、集成电路和/或功能。控制器112可包括调谐器或其他输入设备，用于接收通过无线方式或通过电缆(例如经由同轴电缆或经由以太网)传送的视频信息。视频信息可以以各种方式编码，包括运动图像专家组(MPEG)、音频视频交错(AVI)、QuickTime或其他格式。控制器112可用于从接收的视频信息获得图像特性，包括亮度，伽马，对比度、伽马或其他特性。如本文所述，控制器112可采用该信息优化由显示系统600或100显示的图像。
上述MPEG压缩技术通常可以包括传送多个帧。可将帧分成不同类型。一些帧可以包括在某个时间产生图像所需的所有信息(即，帧内编码帧，I帧或关键帧)。后续帧可以包含关于仅改变帧一部分(即，预测帧)的信息。以这种方式，图像的某些部分可以保持为静态，并且不需要传送/存储信息来改变这些静态部分。因此，该技术可以用于压缩视频数据。然而，本文所述的用于预测增强显示器对比度和亮度一些技术可以从在给定时间获得图像总体评估中受益。尽管这里使用运MPEG作为示例，但是应当理解，各种其他压缩和/或加密技术可以与显示系统一起使用。加密模式正变得越来越受欢迎，以保护受版权保护的作品免于未经授权的复制(例如高带宽数字内容保护)。其它压缩获加密技术可以使用波、小波、颗粒或各种技术的组合。
显示驱动过程
图7示出了高对比度图像700，用来说明本公开内容的特征。例如，图像700的区域706表示显示器相对较亮的区域。与此相反，区域708表示显示器相对较暗的区域。使用本文公开的显示技术，可将光送至区域706的像素，让光从区域708远离从而增强显示组件100显示的图像700的对比度。如果阀门318被布置成隔离像素行，则可以关闭对应于像素行702的阀门，以防止或尽量减少光通过耦合到区域708中像素的波导分支。通过尽量减少可用于这些像素的光，可变强度光源104发出的光可通过对应于像素行704的阀门并进入区域710。另外，区域706中的电光聚合物可用于将光传到显示器外。通过将光传至区域706的像素，由光源发出的光能集中到这几个像素中。可通过集中光线增强显示器的对比度增强。例如在标准LCD显示器中，显示器各像素通常可以输出最小和最大强度的光，无论显示器其它像素的构成是什么。与此相反，显示组件100可以传送由光源输出的光到任意数量的像素。如果像素数量较多，则每个像素将对较暗。如果像素数量较少，则每个像素将对较亮。
图8示出了显示器(例如显示组件100)的操作方法的流程图800。在步骤802中，显示器可接收图像信息。例如，控制器112可以接收如图像数字表示等信息。为了以各种方式表示该数字信息，可对数字信息编码。例如，可使用压缩算法尽量减少一张图像或一组图像的数据传输量。MPEG格式广泛用于传输视频到数字显示器。MPEG格式可以使用不同帧类型传输视频信息。例如，可传输含有表示整张图像所需数据的基帧。所传送的帧可以仅包含预测帧，在该预测帧中，仅从基本帧改变的图像部分被传送，然后由显示器更新。还可使用其他一些技术，例如微滴压缩、波压缩或其他压缩类型。
在步骤804中，控制器112可使用该信息从使用步骤802的信息的图像中获得图像特征。特征可包括待显示图像的总光能量，将由显示器像素子集显示的光能量的子集像素强度、图像的白平衡、图像的对比度，伽马校正信息、图像色调或饱和度或其他信息。例如，可通过合计图像各像素编码的光度分析显示图像所需的总光能量。如上文所述，信息仅包括待显示图像子集，这是数字编码视频流的通常情况。例如，可传输MPEG的预测帧，该帧仅包含待显示图像的一部分。因此，控制器112可包含帧缓冲器，并且可从帧缓冲器的图像数据导出总光能量。以这种方式，帧缓冲器可包含与当前待显示图像相关的信息，该图像是根据该信息更新的。
可通过类似方式，使用该信息获得子集像素强度。子集像素强度可能与耦合至常用波导的像素(或子像素)相关。可通过阀门控制传入常用波导的光能量。因此，子集像素强度可表示将通过阀门传入波导分支的总光能量，然后可供该波导分支的像素(或子像素)使用。帧缓冲器也可用于该信息。如本文所述，阀门可与显示器的行相关。MPEG预测帧通常在图像块中编码。因此，为了获得将在图像行中分配的总光能量，可能需要使用存储在帧缓冲器的帧。但是，应了解这仅仅是一个示例。图像信息可以以与显示器的配置匹配的方式编码。例如，MPEG的预测帧可以被改成行而不是块。或者，阀门可配置成与通用编码方案匹配。例如，阀门可以布置为形成像素块以与现有MPEG编码方案的预测帧匹配。阀门可以布置成各种结构，包括行、列、块、圈、波浪或其他形状。
步骤806中，可使用该信息施加校准配置。可整理校准信息，并将其用于该方法的各种步骤。例如，校准配置可以包含与显示器的可变光源相关的校准信息。例如，可以通过向可变光源施加可变电压来调整由可变光源发出的光能量为了响应施加的电压，由光发射器发出的光可能不是线性的。因此，校准配置可以用作查找表，用来使输出线性化。可选择地或附加地，考虑到制造差异，显示器的每个可变光源可以以相同的方式单独校准。某些光发射器供应商可能与校准配置相关。还可以单独校准光源光发射器发出的各种光色。
校准配置还可用于在显示器的像素或阀门中使用的电光聚合物。如本文所述，为了响应于施加的电压或其它电信号，可以使用具有变化折射率的电光聚合物。然而，折射率的变化对电信号的变化而言可能不是线性的。因此，校准配置或查找表可用于使电光聚合物的响应线性化。另外，校准配置可以包括用于显示装置物理结构的校正。例如，根据装置的结构，显示器右上角的像素可以从公共光源接收比显示器左下角像素更多或更少的光。例如，如果使用波导将光传到像素，则波导的几何形状可以影响传到每个像素的光能量。由于沿着波导传播的光的亮度存在损失，距光源较远的像素可以接收比距光源较近的像素相对更少的光。
校准信息还可以包括取决于显示器各种结构的查找表/变量的树。例如，如果显示器的某些阀门用于传输光，则校准信息可以包括用于显示器其他阀门和/或像素的校正系数。校准信息然后可以采用树的形式，并且可使用生成算法根据显示器的当前或期望未来结构来遍历校准信息。
在步骤808，根据经由步骤804确定的总光能量从可变光源发射光束。总光量可能与待显示图像有关。例如，因为可以使用显示组件100将光分配给显示器的像素，因此总光能量可称为光能预测值。可以通过合并待显示图像所有像素的亮度来计算总光量。例如，可采用数字信息表示图像的各像素。
数字信息的一部分可以是对应于像素亮度的值。可通过对这些值求和确定图像的总光能量。
然而，假定可以使用各种编码协议来尽量减少发送到显示器的数据量，则可能需要执行各种附加步骤。例如，如本文所述，MPEG或其他编码方案可以仅传送待显示数据的一部分。待显示的信息部分可以是图像的特定区域(预测帧)或者多个像素由公式或共享数据值表示的技术。例如，相邻像素可以被描述为描述相邻像素在颜色和/或亮度上的变化的函数，以减少传递信息所需的信息量。因此，确定总光能量的控制器可以包括帧缓冲器。帧缓冲器可以用作待显示图像(即，帧)的存储区域。即使接收到的信息不包含显示图像所需的所有信息，帧仍然可以包括与整个待显示图像有关的图像数据。例如，帧可以包含通过经接收/编码的图像信息更新的图像信息。通过使用该帧，即使接收到的信息被编码和/或仅包含显示图像所需相关信息的一部分，仍然可以确定与该图像有关的总光能量。
因此，总光能量(像素亮度)可称为Lt，每个像素的亮度称为Lp。然后，用于总光能量的方程可以采用的形式，其中n指显示器的像素总数。然而，如果给定合计显示器所有像素所有亮度所需的时间，则可能对使用采样方案是有利的，其中只对总像素数的子集的亮度求和，然后应用于整个图像。例如，可以使用亮度仅间隔添加像素，然后将结果乘以2以获得显示器的总光能量。另外，可以实现包括自适应或可变算法在内的算法，相对于其他区域(例如，图像中心或图像经检测的高亮度区域)，这些算法更强调图像的某些区域。作为替代方法，如果编码信息仅包含显示器的一部分，则可以合计编码信息的像素亮度，并且从显示器的总亮度的动态记录中增加或减去像素亮度。作为又一个替代方法，信息可包括偏移字段，其中图像的总光能量被编码或者偏移到屏幕亮度的动态记录。在其他实施例中，信息可以仅包括被编码为相对于显示器其他像素而不是绝对值的亮度信息。在这种情况下，可以通过计算显示像素之间的亮度相对差(即，图像的对比度)所需的光能量来确定总光能量。然后可以选择总光能量以增强或尽量减少所显示图像的像素之间的亮度差异，从而改变所显示图像的对比度。
步骤810中，引导阀门，用来将光传到像素子集。如本文所述，阀门可用于对波导总线的波导与波导分支的波导进行光耦合。多个像素均可耦合到波导分支。每个阀门可用于将光从波导总线的波导传到波导分支的波导中，使光可用于与波导分支的相关波导相关的像素子集。可用于像素子集的光可以是在该过程的步骤804中获得的子集像素强度。其中可将总光能量计算为可用于显示器所有像素的光能量总和，子集像素强度可以被计算为可用于像素子集的光能量总和。因此，子集像素强度可以是总光能量的子集。通过配置用来发射总光能量的可变光源以及引导阀门以将光束的一部分传到像素子集，像素子集可接收等效于子集光强度的光束的一部分。因此，子集像素强度可称为Ls，子集每个像素的亮度称为Lps。然后，用于子集像素强度的方程可以采用的形式，其中n指子集中像素的总数。另外，总光能量可以表示为其中n指显示器中子集的数量。
通过使用待显示图像的总光能量和子集像素强度，显示系统(例如显示组件100)的控制器可以以迭代方式将光分配给各种子集和像素。例如，控制器可以并行地计算每个子集所需的光能量。然后控制器可以添加子集像素强度以获得图像的总光能量。控制器然后可以命令可变光源发射总光能量(并可选地考虑校准参数)。控制器可以并行地命令显示器的阀门根据相应子集像素强度将总光能量的一部分传到每个子集。此外，如本文将讨论的那样，控制器可以并行命令每个子集的子像素发光。
另外，可以通过引导显示器的阀门来提高显示器的对比度。通过重新配置阀门，来自光源的光可以集中到特定像素组中。可以使用阀门来尽量减少传到其他像素组的光，以同时减少其它像素的光泄露量。除了重新配置阀门之外，在步骤810可以调整从光源发出的光能量。可以限制由光源输出的光能量从而提高所显示图像的对比度。例如，如果关闭许多阀门从而将从光源发出的光集中到相对少量的像素中，则可能难以以高精度控制像素发出的光能量。作为另一个示例，这些像素发的光可能太亮，让用户感到不舒服。在这些情况下，限制一个或多个光源的光输出可能有益。
在可选步骤812，可以调整像素或子像素的折射率。如前文所述，可通过改变像素或子像素的折射率来改变所显示图像的像素的颜色和/或亮度。可以通过向每个子像素的电光聚合物施加电功率来改变折射率。每个子像素包括电极。电极可以为透明电极。例如，电光聚合物的折射率可以由电压控制。换句话说，可通过改变施加到电光聚合物电极的电压来改变该电光聚合物的折射率。该电压可以由线性或开关电压调整器控制。线性电压调整器可有助于产生最小的电磁环境效应(EEE)。减少电磁辐射EEE的优点是，可能仅需最小的额外屏蔽便可容纳辐射。可通过尽量减少屏蔽尽量减少成本和重量，并减少制造这种装置所需的步骤数量。
显示器的先前状态可用于改变像素的状态以显示后续图像。如本文所讨论的那样，本文所述的显示组件100可以使用几种方法来增强用户的观看体验。这些技术中的许多技术均可以用于增强观看图像的对比度。然而，例如当观看视频时，这些技术可能导致观看体验不一致。作为一个特定示例，特定图像可以包括整个观看区域上相对明亮的图像。换句话说，图像中的总光能量可能相对较高。在随后的图像中，图像的一部分可能相对亮于图像其余部分。如果尽量增加两张图像的对比率，则第一图像的总光能量将集中到第二图像的较亮部分中，并且第二图像的区域的亮度可大幅超过第一图像的亮度。这种效果可能导致观看体验不愉快和/或令人不安。因此，随着时间的推移，一些图像分析技术可以帮助解释这样的差异并使用户的观看体验更理想。或者，可显示第一图像相对较小的明亮区域，然后显示总体较亮的第二图像。在这种情况下，如果尽量增加对比度化，则第一图像的绝对亮度可超过第二图像的绝对亮度。
可以使用几种方法来尽量减少上述伪像。例如，可以实现时间延迟的亮度变化，从而尽量减少变得更亮或更暗区域之间的突然转变。可实现对显示器所传输绝对光能量的阈值限制，以减少这些伪像的出现次数或者确保显示器不超过让人感到舒适的观看亮度级。
可以考虑若干附加特征，以便使用显示组件改善显示的图像。例如，可以考虑像素和光源之间的距离。当光沿着位于光源和像素之间的波导分支行进时，波导分支和周围材料之间的泄漏或其他现象可导致捕获在其中的光缓慢消散。当光沿着波导分支行进时，较少的光可用于距离光源更远的像素。距离不需要是线性距离，而是可以考虑光在像素和光源之间行进的距离。
应当理解的是，波导结构的几何形状还可能影响可用于波导分支各像素的光能量。如图5A所示，可将每个波导分支布置成耦合到线性像素阵列。或者，可将波导分支布置成以各种方式形成不同像素图案。例如，波导可以是圆形的，因此可形成圆形像素阵列。
或者，波导可以通过显示器遵照蛇形图案，并且耦合到波导分支的像素同样可形成蛇形图案。因此，关于光源和图案之间距离的计算可能变得相对复杂，另外还可能需要计算附加的相关变量或独立变量。
这样的变量可以是目标像素和光源之间像素的状态，并且耦合到相同的波导分支。例如，现在参考图5A，光可以从波导312进入波导302a。子像素314g的状态可影响子像素314d和314a可用的光能量。例如，如果子像素314g被配置为抑制显示器发出光，则与子像素314g被配置为从显示器发射光相比，更多的光可能对子像素314d可用。这是因为可能存在从光源和/或阀门318c可用的有限光能量。通过从波导302a的子像素发光，较少的光可用于光学耦合到波导302a的其它子像素。
另一变量可以是波导和/或结构的实际几何形状。每个波导可以单独地设计成具有不同的横截面形状，由不同材料和/或从不同材料层制成。因此，当光沿着波导行进时所耗散的光能量可能不同，并将其考虑在内。例如，供应到波导的光能量可用于补偿当光沿着波导分支行进到随后像素时耗散的光能量。例如，可以通过使用这种技术来避免上述关于像素和光源之间距离的计算。另外，波导的几何形状可以配置为以非线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。当期望使显示器的中心比周围层更亮时，这种配置可能是有益的。或者，可在显示器的一些部分中增强或者可选地抑制子像素的某些颜色。
像素输出耦合器说明
图9示出了根据本发明实施例的显示装置100的局部俯视示意图。显示装置100包括多个像素110。根据本发明的实施例，每个像素110可包括三个子像素314-1、314-2和314-3，每个子像素用于每个原色。每个子像素314-1、314-2或314-3耦合到相应的波导302、304或306，并且用于将光波的可调量光在相应波导中传输，下文将做详细描述。参考图9，可操作波导302来传输可见光谱红色部分中的光。因此，子像素314-1用R标记以表示可见光谱的红色部分。可操作波导304以在可见光谱的绿色部分中传输光。因此，子像素314-2用G标记以表示可见光谱的绿色部分。可操作波导306以在可见光谱的蓝色部分中传输光。因此，子像素314-3用B标记以表示可见光谱的蓝色部分。对本领域技术人员显而易见的是，如果采用三种以上的基色，则可根据显示器中所用基色的数量提供附加波导和相应的子像素。本领域的普通技术人员将识别出许多变型、修改和备选。
图10示出了根据本发明实施例的显示装置100沿着如图9所示C-C方向的像素结构(即，子像素的结构)的截面示意图。
像素结构901由基板910支撑，并利用耦合到基板910的波导304。波导304包括形成在基板910上的第一覆层922，形成在第一覆层922上的芯层924以及形成在芯层924上的第二覆层926。根据本发明的实施例，基板910可包括塑料聚合物材料、半导体材料、陶瓷材料等。在一些实施例中，在结构的各个层之间使用粘附层、缓冲层等。因此，图10所示的层不必彼此物理接触，而是可以具有适于特定应用的中间层，因此在上文描述中，由于粘附层、缓冲层和其他合适的层可以用于促进装置的制造，关于第一覆层922形成在基板910上的陈述并不意味着没有中间层。本领域的普通技术人员将识别出许多变型、修改和备选。
光波可以通过全内反射被限制在芯层924中，如果芯层924的折射率大于周围层(即第一覆层922和第二覆层926)的折射率，则可能发生这种情况。根据本发明的实施例，第一覆层922具有第一折射率，第二覆层926具有第二折射率，而芯层924具有第三折射率。在可见波长处，芯层924的第三折射率大于第一覆层922的第一折射率和第二覆层926的第二折射率，使得可以限制可见波长的光波在芯层924中，并且沿着波导304的纵向长度(图10所示粗箭头的方向)传输。
在第一覆层922和第二覆层926中形成渐逝光波，光波强度分别随着与芯层924和第一覆层922之间边界以及与芯层924和第二覆层926之间边界的距离而呈指数式衰减。
在一个实施例中，第一覆层922和第二覆层926包括二氧化硅(SiO2)，其在可见波长区域中具有1.45左右的折射率。在实施例中，芯层924包括氮化硅(Si3N4)，其在可见光波长区域中具有约2.22的折射率。
尽管图10示出了利用SiO2和Si3N4的波导304，但是仍然可以使用具有适当折射率的介电材料制成第一覆层922、第二覆层926和芯层924。此外，第一覆层922和第二覆层926可以包括不同的材料。其他芯层材料示例包括SixNy、非化学计量氮化硅、氮氧化硅，InGaAsP、Si、SiON、苯并环丁烯(BCB)等。其他覆层材料示例包括SixOy、SiON、氧化铝(Al2O3)、氧化镁、氧化钛(TiO2)等。根据一些实施例，第一覆层922和第二覆层926可包括塑料材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
在一个实施例中，波导304是单模波导。由于来自单模波导光散射非常少，可根据一些实施例实现大于一百万的屏幕对比率。芯层924约0.5μm厚。第一覆层922和第二覆层926中的每一个约10μm厚。这些数字仅是几个非限制性示例。本领域的普通技术人员将识别出许多变化、替代和修改。或者，波导304是多模波导。在这种情况下，芯层924约0.5μm厚，例如10μm、20μm、30μm等。
像素结构901还包括设置在波导304上的第一导电层942，设置在第一导电层942上的电光聚合物(EOP)层944和设置在电光聚合物层944上的第二导电层946。第一导电层942和第二导电层946可以包括氧化铟锡(ITO)、石墨烯或其他合适的透明导电材料。可以通过在第一导电层942和第二导电层946之间施加偏置电压来将电场施加到电光聚合物层944上。
电光聚合物材料呈现出泡克耳斯效应，其中折射率的变化与外加电场成线性正比。电光聚合物的电光系数大于无机电光材料的电光系数。例如，电光聚合物的电光效应通常是铌酸锂(LiNbO3)的6至10倍。一类电光聚合物材料包括某些呈现出电光效应的液晶聚合物类型。液晶电光聚合物的电光系数可达到每伏300皮米。根据实施例，形成电光聚合物层944的方法包括形成像素界定层960。像素界定层960界定了多个口袋，每个口袋对应一个像素(或一个子像素)。该方法还包括使用液晶电光聚合物填充每个口袋。在卷对卷制程中，可通过喷头使用液晶电光聚合物填充口袋。然后在填充物顶部覆盖一层密封膜。密封膜将口袋外多余的液晶电光聚合物挤出，并固定口袋内的液晶电光聚合物。
另一类电光聚合物包括掺杂了有机非线性发色团的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物基质，掺杂了有机非线性发色团的氟化聚合物基质以及类似物。氟化聚合物基质具备另一项优势：为容易受到水汽侵害的SiO2提供防潮层。掺杂了有机非线性发色团的聚甲基丙烯酸甲酯或掺杂了有机非线性发色团的氟化聚合物基质的电光系数可高达每伏200皮米。这些材料中的发色团需要依次极化，以改变其在外加电压下的折射率。这意味着发色团的分子必须沿同一方向整齐排列。某些制造工艺通过加热和施加高压对电光聚合物进行初步对准。在本过程中，聚合物被冷却，并且电压被关断，从而固定分子的取向，并且随时可对该材料进行操作。
根据本发明实施例，像素结构包括可用于调整第一导电层942和第二导电层946之间的偏置电压，从而改变电光聚合物层944的折射率的控制器。当电光聚合物层944的折射率小于第二覆层926的第二折射率时，第二覆层926的瞬逝光波不能透射入电光聚合物层944。这可被称为电光聚合物层944的“关闭”状态。相反，当电光聚合物层944的折射率大于第二覆层926的第二折射率时，第二覆层926的部分瞬逝光波会被透射入电光聚合物层944。这可被称为电光聚合物层944的“开启”状态。可在“开启”状态下改变电光聚合物层944的折射率，从而改变透射入电光聚合物层944的光能量。在一般情况下，透射入电光聚合物层944的光能量随着电光聚合物层944的折射率值增大而增加。根据某些实施例，电光聚合物层944在“开启”状态下的折射率范围为1.55至1.85。
根据实施例，像素结构还包括布置在第二导电层946的扩散层980。透入电光聚合物层944的光一般与电光聚合物层944平面的方向平行传播。扩散层980将透入电光聚合物层944的光转换为来自扩散层980表面的朗伯发射。扩散层980可采用微珠填充扩散层，遍布光散射粒子的薄膜，无光泽面的薄膜，表面有微透镜几何结构的薄膜，或本领域使用的任何其它类型的扩散体。
图11示出了本发明另一实施例中的显示装置像素结构的截面示意图。电光聚合物层944包括在该层中散布的多个散射中心948。散射中心948对透入电光聚合物层944的光进行散射，并将其转换成来自电光聚合物层944的朗伯发射。散射中心948可采用微珠或散射粒子。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、硅、锌、锑、钛、钡和类似物，或氧化物和硫化物，或其混合物。
根据实施例，像素结构还包括第二导电层946上的透明覆盖层316。覆盖层316可延伸至整个显示装置100的表面，包括像素界定层960。覆盖层316使像素结构免受污染和物理损害。
图12示出了本发明另一实施例中的显示装置100像素结构的截面示意图。像素结构还包括在电光聚合物层944和第一导电层942之间形成的光栅结构950。光栅结构950用于收集和衍射第二覆层926的瞬逝光波，以形成基本垂直离开显示装置100表面的输出光，如图12中的细箭头所示。根据实施例，光栅结构950可包括周期性锯齿结构。可通过合理选择锯齿结构的闪耀角选择输出光的方向。
在一个实施例中，光栅结构950在掺杂了有机非线性发色团的聚甲基丙烯酸甲酯聚合物膜中形成，该聚合物膜构成电光聚合物层944的一部分。在“关闭”状态下，光栅结构950的折射率与第二覆层926的折射率基本一致，以便减少“关闭”状态下的光散射。当光栅结构950通过增大折射率变为“开启”状态，耦合至像素的光能量明显大于没有光栅结构950的像素结构。在某些实施例中，第二覆层926耦合至像素的光能量可高达90％瞬逝光波。
根据实施例，光栅结构950被定义为计算机制全息图(CHG)。可以通过数字计算全息干涉图案生成全息图像，并打印至膜，如聚甲基丙烯酸甲酯聚合物膜、氟化聚合物膜和类似膜。发射图案通过对计算机制全息图进行傅立叶转换确定。在一个实施例中，计算机制全息图为一个啁啾光栅。可通过设计啁啾光栅中的啁啾设定发射图案的方向性。例如，可以设计啁啾，使发射图案在视角内为平顶，然后迅速下降。这意味着，显示装置的观看者能在身旁有人的情况下确保观看的隐私性，如乘坐飞机并且被人群环绕时。可以通过结合啁啾和衍射控像法获得任意形状的发射图案。
图13示出了本发明一个具体实施例中显示装置像素结构的截面示意图。像素结构还包括在第二导电层946上的第二电光聚合物层970以及在第二电光聚合物层970上的第三导电层972。因为第二电光聚合物层970不能耦合至波导304，所以其折射率不再控制耦合至来自波导304的像素的光能量。相反，它通过变化折射率调整像素透出的光的相位。根据一个实施例，进一步操作控制器从而施加在第二导电层946和第三导电层972之间的偏置电压，进而改变第二电光聚合物层970的折射率。可能具有像素阵列，这些像素阵列经波阵面发射光波，所述波阵面通过以像素为基础设置各像素相位创建。可通过这种方式创建全息显示。
根据一个实施例，基板910包括一种塑料材料。本文所述的像素结构(包括波导304、像素界定层960、电光聚合物层944和覆盖层316)均可通过卷对卷制程形成。显示装置可采用矩形，如应用于电视屏幕时。或者，显示装置可采用不规则形状。例如，显示装置采用手形，以便显示多套指纹。根据其他实施例，基板910包括陶瓷材料，诸如氮化铝、氧化铍和类似物。可使用陶瓷基板支持高电量。这种像素结构可用于发射高达数千瓦光能量的单片投影引擎。根据一些实施例，基板910可呈平面状或弯曲状。弯曲的显示器可用于汽车和/或户外标识牌。
图14示出了本发明一个实施例的显示装置的像素操作方法的简化流程图。在1402中，该方法包括提供一个像素结构。像素结构901包括基板910、耦合至基板910的波导304、设置在波导304上的第一导电层942、设置在第一导电层942上的电光聚合物层944以及设置在电光聚合物层944上的第二导电层946。波导304包括设置在基板910上的第一覆层922，设置在第一覆层922上的芯层924，以及设置在芯层924上的第二覆层926。在1404中，该方法还包括在第一导电层942和第二导电层946之间施加偏置电压；在1406中，方法包括在波导304中传播的光；以及在1408中，通过改变偏置电压来调整从波导304耦合至电光聚合物层944的光能量。
应了解的是，根据实施例，图14所示的具体步骤提供了操作显示装置像素的具体方法。也可根据备选实施例执行其他步骤顺序。例如，备选实施例可以按不同的顺序执行上述步骤。此外，图14所示的各步骤可包括多个子步骤，并可根据各步骤适用的顺序分别执行。此外还可添加或删除额外的步骤。本领域的任何普通技术人员可识别多种变型、修改和备选。
所述实施例的各方面、具体表现、实现或特征均可单独或以组合方式使用。所述实施例的各方面可通过软件、硬件或软硬件结合实现。所述实施例也可表现为计算机可读介质上用于控制制造过程的计算机可读代码，或表现为计算机可读介质上用于控制生产线的计算机可读代码。计算机可读介质是能存储数据，以供电脑系统其后读取的任何数据存储设备。计算机可读介质的实例包括只读存储器、随机存取存储器、只读光盘驱动器CD-ROMs、硬盘驱动器HDDs、DVD光盘、磁带和光学数据存储设备。计算机可读介质也可分布在网络耦合的计算机系统上，以便以分布式方式存储和执行计算机可读代码。
为便于理解，前文描述中使用了具体名称，以便透彻理解所述实施例。然而，当本领域技术人员实施所述实施例时，这些具体细节明显并非必要。因此，上文对具体实施例的描述仅用于例证和描述，并没有详尽列出所有实施列，本发明也不仅限于上述公开实施例的具体形式。根据上文启示，本领域的任何普通技术人员明显能进行多种变更和修改。

Claims (20)

1.一种波导结构，用于分布由显示装置可变强度光源发出的多个波长的光，其特征在于，包括：
波导总线，用于接收来自所述可变强度光源的光；
多个波导分支，所述各波导分支包括：
波导；
阀门，用于将由所述波导总线接收的能量可变的光传送到所述波导，其中由所述阀门传送的光能量变化与所述波导结构的其他阀门传送的光能量变化不同；及
沿着所述波导分布的多个像素，所述各像素用于改变从所述波导耦合到各像素的光能量。
2.如权利要求1所述的波导结构，其特征在于，所述波导结构采用柔性多层聚合物结构形式。
3.如权利要求2所述的波导结构，其特征在于，每个波导包括夹在SiO2层之间的Si3N4层。
4.如权利要求1所述的波导结构，其特征在于,每个波导分支包括三个波导和三个对应阀门，每个波导对应于由所述可变强度光源发出的多个波长的其中一个。
5.如权利要求1所述的波导结构，其特征在于,各像素包括具有可调折射率的区域，用于改变从所述波导耦合到各像素的光能量。
6.如权利要求5所述的波导结构，其特征在于，所述区域包括液晶聚合物。
7.如权利要求5所述的波导结构，其特征在于，各区域的折射率相对于与所述多个像素相关的任何其他区域的折射率独立可调。
8.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示装置外壳；
设置在所述显示装置外壳内的可变强度光源；
光学耦合到所述可变强度光源的波导结构，所述波导结构包括多个波导分支和一种波导总线，所述波导总线用于将来自所述可变强度光源的光传送到所述多个波导分支中各分支，其中所述多个波导分支的各波导分支包括：
波导；
沿着所述波导分布的多个像素，所述多个像素的各像素包括一个子像素，所述子像素用于改变从所述波导传送并通过所述像素的光能量；
阀门，用于将所述波导总线中的一部分光传送到所述波导；
控制器，用于接收视频输入信号并用于向各阀门和各子像素发送命令信号，从而根据以及响应于所述视频信号来独立地调节允许通过各阀门和子像素的光能量。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述控制器将控制信号发送到所述可变强度光源，所述可变强度光源根据并响应由所述控制器接收的视频输入信号来调节由所述可变强度光源发出的光能量。
10.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述可变强度光源包括三个发射器，每个发射器用于发射不同波长的光。
11.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于,所述波导具有非线性几何形状。
12.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于,所述可变强度光源包括多个激光器，所述激光器用于响应由所述控制器接收的脉冲宽度调制信号从而改变发射光的强度。
13.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于,所述多个波导分支中的每一个分支包括三个波导，所述三个波导中的每一个波导传输具有不同波长的光。
14.一种适用于显示装置的显示组件，其特征在于,所述显示组件包括：
可变强度光源；
用于接收输入信号的控制器；
多层基板，所述多层基板包括：
像素阵列；
波导结构，用于根据所述输入信号将来自所述可变强度光源的光分配到所述像素阵列的每个像素。
15.根据权利要求14所述的显示组件，其特征在于所述波导结构包括多个波导分支，所述各波导分支包括：
多个波导；
多个阀门，每个阀门对应于所述多个波导的其中一个波导并且控制由所述波导从所述可变强度光源接收的光能量，
沿着所述波导分布的多个像素，各像素包括一个子像素，所述子像素用于改变从所述波导传送并通过所述像素的光能量；
16.根据权利要求15所述的显示组件，其特征在于，所述可变强度光源包括多个激光器，每个激光器用于发射具有不同频率的光。
17.根据权利要求15所述的显示组件，其特征在于，所述多层基板包括多个聚合物层，并且所述多层基板的第一表面包括散热层，所述散热层将由所述可变强度光源发出的热分布在所述多层基板的一部分上。
18.根据权利要求17所述的显示组件，其特征在于，所述多个像素设置在所述多层聚合物基板的与所述第一表面相对的第二表面上。
19.根据权利要求18所述的显示组件，其特征在于，每个子像素包括电光聚合物，所述电光聚合物用于接收改变所述电光聚合物折射率的电力。
20.根据权利要求19所述的显示组件，其特征在于，改变所述电光聚合物的折射率改变了从所述波导传出并通过所述子像素的光能量。
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