CN1359022B - 显示装置和显示方法以及显示装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种显示装置，与普通的显示装置相比，可以减小功耗，还可以防止显示图象的质量因为外界的光进入或者波导中的光损失而降低，在普通显示装置中很难减小功耗，因为光是按时间顺序从每个发光元件中发出来的。在这种显示装置中，发光阵列控制每个发光元件。通过在位于具有吸光层的支撑基底之上的光敏树脂上形成图样，从而形成波导阵列。光取出部分从多个发光元件的预先选定的区域同时取出光。光取出部分还在面对观察者的表面上提供了防光反射层。相应于波导阵列中的光损失而校正光取出部分的取出效率。光取出部分使用折射率随外界电场而变化的光学材料。

Description

显示装置和显示方法以及显示装置的制造方法

技术领域

本发明涉及显示装置和显示方法，以及该装置的制造方法，该装置是平面型显示装置，用于个人数字助理(PDA)、移动通信终端、个人计算机(PC)、电视机(TV)，等等，特别是，其使用了薄型的、重量轻、制造成本低的波导。

背景技术

液晶显示器(LCD)被用作PDA、移动通信终端、PC、电视机、视频游戏装置等的显示装置。特别是，因为薄膜晶体管(TFT)-LCD能够以高分辨率和快速响应显示图象，所以被广泛地应用，它利用每个像素中的TFT驱动每个液晶单元。

但是，因为TFT的制造过程很复杂，显示屏幕越大，制造成本就越高。另外，根据TFT制造设备，如溅射设备、化学汽相淀积(CVD)设备，以及光刻设备的性能，LCD屏幕的尺寸被限于一定的尺寸。

为了解决以上的问题，公开号为2000-29398的日本专利申请公开了《使用波导的平板显示器》。在这个专利申请中，光源的光对应于视频信号被衰减。被衰减的光输入到规则排布的多个波导中。通过重复地从对应于视频信号的波导的指定位置取出光，图象即被显示。

现在参照附图说明这个使用波导的普通平板显示器。图1是显示日本专利申请公开No.2000-29398中公开的普通平板显示器的框图。如图1所示，视频信号输入到驱动单元130中，控制信号C₁输出到灰度控制单元134中，控制信号C₂从驱动单元130输出到显示板132中。光源136发出的光根据控制信号C₁而被衰减，被衰减的光输入到显示板132中。显示板132由波导和用于从这些波导中取出光的光取出装置构成。

图2是显示图1所示的显示板132的截面图。横截面为矩形的无包覆层光纤123规则地排列在光纤基底124上。如上所述，和普通的光纤不同，这些无包覆层光纤123没有包覆层。在这些无包覆层光纤123的上表面上有液晶层122。当施加电压时，液晶层122会改变其折射率。

横截面为圆柱形的无包覆层光纤121规则地排列在液晶层122的上部。在无包覆层光纤121的上表面上有透明的保护板120。在透明保护板120和无包覆层光纤121之间有光粘合剂127。另外，在透明保护板120的下表面上有第一电极125，在光纤基底124的下表面上有第二电极126。电压分别施加在第一电极125和第二电极126上。第二电极126也可以位于液晶层122的下表面或者无包覆层光纤123的下表面上。

接下来参照图1和图2说明使用波导的普通平板显示器的操作。光源136的光由灰度控制单元134根据控制信号C₁而控制(衰减)。该衰减的光输入到光纤123中。控制信号C₂确定光进入的位置。当第一电极125和第二电极126之间没有电势差时，这个光通过内部重复的全反射在无包覆层光纤123中传播。

当电势差被施加到由控制信号C₂所选择指定的第一和第二电极125和126上时，液晶层122的折射率提高。如图2所示，光不满足全反射的条件，被从指定的无包覆层光纤123中取出。通过在无包覆层光纤121的边界处的折射，被取出的光改变方向，到达观察者(未示出)。在显示板132表面上所有的点重复上述的操作，由此图象即显示在显示板132上。

图3是显示图1所示的灰度控制单元134的截面图。如图3所示，在灰度控制单元134中，横截面为矩形的无包覆层光纤144排列在光纤基底146上，在无包覆层光纤144的上表面上有具有第三电极140和第四电极141的保护板142。在光纤基底146与无包覆层光纤144接触的位置处，光纤基底146的一部分上铺有液晶层148、吸光层150和第五电极152。

接下来参照图1和图3说明灰度控制单元134的操作。当电压没有施加到第三电极140、第四电极141和第五电极152上时，从光源136输入到无包覆层光纤144中的光在无包覆层光纤144中重复全反射，并且几乎无衰减地输入到显示板132中。另外，例如，当第四电极141和第五电极152之间施加有电势差时，液晶层148的折射率提高，在无包覆层光纤144的边界处全反射的条件被破坏。

不满足全反射条件的光被输入到液晶层148中，并被吸光层150吸收。如上所述，提供给显示板132上的光量可以由灰度控制单元134根据是否有电压施加到灰度控制单元134而加以控制。

如上所述，使用波导的普通平板显示器包括光源136、灰度控制单元134、显示板132，以及驱动单元130。显示板132包括波导和光取出装置，驱动单元130给灰度控制单元134和显示板132提供控制信号。其中，取出在显示板132中的波导中传播的光的重要任务是由一种特殊材料实现的。这种特殊材料的折射率必需随电压的施加而改变。如上所述，在使用波导的普通平板显示器中，是使用液晶作为这种材料。

还有另外一种具有波导和光取出装置的普通显示装置。未审定公开的日本专利申请SHO 59-148030公开了《光纤显示装置》。在这个专利申请中，在有包覆层光纤的一部分上形成有硝酸甘油膜，在硝酸甘油膜上有两个透明电极，这两个透明电极相互面对，光纤处于它们之间。透明电极上连接有导线。在这个专利申请中，当透明电极上施加有电压时，由于Kerr效应，包覆层的折射率改变，光从包覆层的这一部分取出。

未审定公开的日本专利申请HEI 1-185692公开了《平面显示板》。在这个专利申请中，提出了一个既用作波导，又用作光取出装置的单元。例如，超点阵结构作为芯部，其中两种薄膜，如非晶硅(a-Si)和非晶氮化硅(a-SiN)，交替地层叠。两个透明电极作为包覆层，这两个透明电极相互面对，芯部处于它们之间。通过在透明电极上施加电压而改变芯部的折射率，从而取出在芯部内传播的光。

但是，在上述使用波导的普通显示装置中存在以下的共同问题。

首先，因为光是按时间顺序从各波导中取出的，所以驱动单元的工作频率很高，而且难以减小其功耗。例如，以60Hz的帧频显示视频图形阵列(VGA)格式(像素数量为640×480×3＝921,600)的彩色图象，从每个像素取出光所需的时间变为最多1/(60×640×480×3)，也就是18纳秒。并且需要驱动单元以比对应于18纳秒的频率更高的频率在每个光取出装置的电极上施加电压。驱动单元电路的功耗和工作频率成正比，因此，频率和像素数量成正比例地增加。如果能够并行地从波导中取出光，则会大大降低驱动单元的工作频率。例如，在上述的以60Hz的频率显示上述VGA格式图象的普通例中，最大能够以1/680的因数降低工作频率。但是，上述的现有技术并没有教导怎样降低它们的功耗。

第二，当环境光进入到波导中时，它会在波导或者光取出装置的边界处反射，反射的光加入到对应于原始视频图象的光之中。因此，存在对比度降低的问题。

第三，如果存在由于波导中的自吸收而引起的显著的光损失，则显示图象中的层次图形会全是白的。但是，现有技术中并没有教导怎样解决这个问题。

第四，在普通的显示装置中，需要单独的波导、光取出装置，以及灰度控制单元。因此存在问题，即它们的制造成本变高，并且可靠性降低。但是，现有技术并没有教导怎样解决这些问题。

第五，如果波导和光取出装置在使用时可以包含在小的容器内，则可以使显示装置具有很好的便携性。但是，普通的显示装置并没有教导怎样实现这点。

接下来详细地解释上述的每个普通显示装置的具体问题。在未审定公开的日本专利申请2000-29398中使用波导的平板显示器中，存在以下的问题。

首先说明它的制造问题。规则并精确地排列大量的光纤要耗费很多时间和劳力。为了控制光的发射角度，精确地定位光纤是很重要的。但是，光纤的直径是有一些误差的。当排列大量的光纤时，这个误差会积累。作为波导的光纤具有矩形的横截面，它们排列在光纤基底的凹部上。但是在光纤和凹部之间可能存在间隙，因为有的时候它们的形状不匹配，或者它们存在误差。因此，波导与折射率不同于该波导的材料(间隙)相接触，并且对波导来说至关重要的光学特性会被破坏。如上所述，在排列大量的光纤的工序中存在着制造问题。

第二，解释驱动显示器的问题。为了使液晶分子对齐，从而改变液晶层的折射率，必需施加足够高的电压。但是，在未审定公开的日本专利申请2000-29398所公开的结构中，必须顺序地穿过光纤施加另外的偏压，这是用于通过折射改变光的传播路径。

参照这个专利申请中的图2，光纤的直径等于显示器的像素间距。例如，在200ppi(像素每英寸)分辨率的彩色显示装置中，像素间距是30μm。另一方面我们知道，在普通LCD中，要使2至5μm的液晶分子对齐，需要3至10V的偏压。因此，在这个申请中，为了实现200ppi的分辨率，需要至少数十V的电压。因此，对于这个申请，很难用低压驱动该显示器。也就是说，分辨率越低，就需要越高的偏压。因此，难以将这种显示器用于需要低功耗的设备，如PDA和笔记本电脑。

接下来，在未审定公开的日本专利申请SHO 59-148030中的光纤显示装置中，存在以下的制造问题。对于这种结构，需要复杂的工序，诸如形成硝酸甘油膜，把导线连接到透明电极上。因此，制造成本变得很高，难以进行大规模生产。

另外，在未审定公开的日本专利申请HEI 1-185692公开的平板显示器中，存在以下的制造问题。在这种结构中，形成芯部的超点阵结构需要大量的时间和劳力。因此它的制造成本变得很高。

发明概述

因此，本发明的一个目的是提出一种显示装置和显示方法，以及该显示装置的制造方法，在该显示装置中可以观看到具有很高对比度的图象，并且该显示装置能够以低的功耗驱动。

更详细地说，本发明提出了一种显示装置，一种显示方法，以及该显示装置的制造方法，该显示装置可以用低于5V的直流(DC)电压驱动。

并且，本发明提出了一种显示装置、一种显示方法、以及该显示装置的制造方法，该显示装置能够以低成本制造。

另外，本发明提出了一种显示装置、一种显示方法、以及该显示装置的制造方法，当该显示装置不使用时，它可以容纳在垂直方向较长的很小的容器内。

根据本发明第一个方面，提出了一种显示装置。该显示装置提供了发光阵列，其通过多个发光元件发出显示图象一行的光；波导阵列，其把从发光阵列输入的光从显示区域的一端传播到另一端；以及光取出部分，其从任选的区域把在波导中传播的光取出，其中，所述的光取出部分包括：光学材料层，其折射率随外部电场而变化；以及多个电极，其在所述光学材料层上通过选择所述光学材料层的区域而生成电场。

根据本发明第二个方面，在第一个方面中，光学材料层是液晶层，光取出部分还包括对齐层，所述对齐层在没有施加电场时使得液晶层中的液晶分子在一个方向上排列。

根据本发明第三个方面，在第一或第二个方面中，任选区域包括至少两个或更多的像素。

根据本发明第四个方面，在第一或第二个方面中，任选区域是和从发光阵列发出的一行光的传播方向交叉的任意的一行。

根据本发明第五个方面，在第一或第二个方面中，波导阵列至少设置了高折射率区域和低折射率区域。高折射率区域是按照指定的阵列间距，对应于构成从发光阵列发出的一行光的像素的数量而提供的，从发光阵列发出的一行光在相应的高折射率区域中传播。

根据本发明的第六个方面，在第一或第二个方面中，波导阵列是由聚合材料构成的。

根据本发明的第七个方面，在第一或第二个方面中，波导阵列还在支撑基底上提供了吸光层，用于吸收从外界来的光。

根据本发明的第八个方面，在第一或第二个方面中，波导阵列还提供了由聚合材料制成的支撑基底，在支撑基底上有吸光层，用于吸收从外界来的光，在吸光层上有低折射率区域，在低折射率区域上有一个层，其中按照指定的间距交替地布置有高折射率区域和低折射率区域。

根据本发明的第九个方面，在第一或第二个方面中，光取出部分提供了防反射层，用于防止从外界来的光反射。

根据本发明的第十个方面，在第一或第二个方面中，多个电极被布置使得在构成与发光阵列发出的一行光的传播方向交叉的任意一行的区域内产生电势差。

根据本发明的第十一个方面，在第一或第二个方面中，多个电极由一对带状的电极构成，带状电极中的一个具有多个分支。

根据本发明的第十二个方面，在第一或第二个方面中，由多个电极施加了电势的区域通过改变该区域的光学材料层的折射率，使得发光阵列发出的光经过波导阵列而从光学材料层中取出。

根据本发明的第十三个方面，在第十二个方面中，光取出部分还提供了光散射层，用于散射从光学材料层中取出的光。

根据本发明的第十四个方面，在第一或第二个方面中，光取出部分还提供了防反射层，用于防止从外界来的光反射。

根据本发明的第十五个方面，在第一或第二个方面中，在对应于波导阵列中的光损失而取出光的时候，通过修正所述电极之间的排列间隔来修正光取出效率。

根据本发明的第十六个方面，在第一或第二个方面中，波导阵列和光取出部分由一种柔性材料构成，其可以反复地卷起和拉出，并可以容纳在容器中。

根据本发明的第十七个方面，在第十六个方面中，显示装置还提供了形成在所述波导阵列的一部分上的黑白图案；和安装在所述波导阵列和所述光取出部分的出口附近的光耦，其中：在读取所述黑白图案时检测取出的显示区域的距离；光取出部分根据检测结果，仅仅从波导阵列和光取出部分的暴露部分的区域中取出光。

根据本发明的第十八个方面，在第一或第二个方面中，发光阵列提供了用于发光的有机电致发光(EL)层。每个有机EL层位于透明电极和不透明电极之间。

根据本发明的第十九个方面，在第十八个方面中，发光阵列还提供了透明基底、在透明基底上有遮光层，用于遮蔽从外界来的光、阻挡层，用于防止透明层中的杂质成分进入到该阻挡层上的其它层中，以及阻挡层上的薄膜晶体管(TFT)。

根据本发明的第二十个方面，在第十八个方面中，发光阵列对应于构成一行发光的像素数量，提供多个有机EL层和驱动该多个有机EL层的TFT。

根据本发明的第二十一个方面，在第十八个方面中，发光阵列还提供了多个电容器，其中存储了构成所述的一行的每个像素的输入模拟图象信号。当这一行的模拟图象信号存储在这多个电容器之中时，存储在电容器中的电压同时施加在TFT的栅电极上，并且有机EL层同时发出这一行的光。

根据本发明的第二十二个方面，在第一或第二个方面中，发光阵列将三种颜色R、G、B的光输入到波导阵列中。

根据本发明的第二十三个方面，在第一或第二个方面中，发光阵列对应于波导阵列中的光损失将通过视频校正电路校正的图象信号输入到波导阵列中。

根据本发明的第二十四个方面，提出了一种显示装置。该显示装置提供了发光阵列，其通过多个发光元件发出所显示图象一行的光；波导阵列，其把从发光阵列输入的光从波导阵列的一端传播到另一端；以及光取出部分，其从与发光阵列发出的一行光的传播方向交叉的任意一行中把波导中传播的光取出，其中光取出部分提供了灰度控制区域，它使沿着波导阵列传播的一部分光泄露到外面；显示区域，从中取出经过了灰度控制区域控制的光；光学材料层，其折射率相应于外部电场而改变；以及多个电极，其在所述光学材料层上通过选择所述光学材料层的区域而产生电场。

根据本发明第二十五个方面，在第二十四个方面中，光学材料层是液晶层，以及光取出部分还包括对齐层，所述对齐层在没有施加电场时使得液晶层中的液晶分子在一个方向上排列。

根据本发明的第二十六个方面，在第二十四或二十五个方面中，光取出部分还提供了防反射层，用于防止从外界来的光反射。

根据本发明的第二十七个方面，在第二十四或二十五个方面中，多个电极位于灰度控制区域内，它们被布置成使得在一个所述电极下的液晶层的面积被设定为输入MSB的液晶层的面积的1/2ⁿ，并且所述的多个电极对应于提供给电极的输入数字图象信号，并且在该面积的区域内根据输入数字图象信号产生电势差，其中n为自然数。

根据本发明的第二十八个方面，在第二十四或二十五个方面中，该显示装置还提供了吸光部分，用于吸收从灰度控制区域漏出的光。

根据本发明的第二十九个方面，在第二十四或二十五个方面中，位于显示区域的多个电极被布置使得在构成与发光阵列发出的一行光的传播方向交叉的任意一行的区域内产生电势差。

根据本发明的第三十个方面，在第二十八个方面中，多个电极由一对带状的电极构成，带状电极中的一个具有多个分支。

根据本发明的第三十一个方面，在第二十四或二十五个方面中，在多个电极施加电势的区域，光学材料层的折射率发生变化，从而经过波导阵列将发光阵列发出的光取出。

根据本发明的第三十二个方面，在第二十四或二十五个方面中，光取出部分还提供了光散射层，用于散射从光学材料层中取出的光。

根据本发明的第三十三个方面，在第二十四或二十五个方面中，光取出部分还提供了防反射层，用于防止从外界来的光反射。

根据本发明的第三十四个方面，在第二十四或二十五个方面中，在对应于波导阵列中的光损失而取出光的时候，通过修正所述电极之间的排列间隔来修正光取出效率。

根据本发明的第三十五个方面，在第二十四或二十五个方面中，发光阵列提供了用于发光的有机电致发光(EL)层。每个有机EL层位于透明电极和不透明电极之间。

根据本发明的第三十六个方面，在第三十五个方面中，发光阵列还提供了透明基底、在透明基底上有遮光层，用于遮蔽从外界来的光、阻挡层，用于防止透明层中的杂质成分进入到位于该阻挡层之上的其它层中，以及位于阻挡层上的TFT。

根据本发明的第三十七个方面，在第三十五个方面中，发光阵列对应于构成一行发光的像素数量而提供多个有机EL层和驱动这多个有机EL层的TFT，从这一行的起点开始依次驱动TFT，并且多个有机EL层从这一行的起点开始顺序地发光。

根据本发明的第三十八个方面，在第二十四或二十五个方面中，发光阵列将三种颜色R、G、B的光输入到波导阵列中。

根据本发明的第三十九个方面，在第二十四或二十五个方面中，发光阵列对应于波导阵列中的光损失将通过视频校正电路校正的图象信号输入到波导阵列中。

根据本发明的第四十个方面，在第二十四或二十五个方面中，波导阵列至少提供了高折射率区域和低折射率区域。高折射率区域是按照指定的阵列间距，对应于组成发光阵列发出的一行光的像素数量而提供的，从发光阵列发出的一行光在相应的高折射率区域中传播。

根据本发明的第四十一个方面，在第二十四或二十五个方面中，波导阵列是由聚合材料构成的。

根据本发明的第四十二个方面，在第二十四或二十五个方面中，波导阵列还在支撑基底上提供了吸光层，用于吸收从外界来的光。

根据本发明的第四十三个方面，在第二十四或二十五个方面中，波导阵列还提供了由聚合材料制成的支撑基底，在支撑基底上有吸光层，用于吸收从外界来的光，在吸光层上有低折射率区域，在低折射率区域上有一个层，其中按照指定的间距交替地布置有高折射率区域和低折射率区域。

根据本发明的第四十四个方面，在第二十四或二十五个方面中，该显示装置还提供了光反射部分，用于在波导阵列的另一端反射由波导传播的光。

根据本发明的第四十五个方面，在第二十四或二十五个方面中，波导阵列和光取出部分由柔性材料构成，其可以反复地卷起和拉出，并可以容纳在一个容器中。

根据本发明的第四十六个方面，在第四十五个方面中，该显示装置还提供了检测部分，其检测从容器中暴露出来的拉出部分与处于波导阵列和光取出部分的容器中的容纳部分之间的边界。光取出部分根据检测结果，仅仅从波导阵列和光取出部分的暴露部分的区域中取出光。

根据本发明的第四十七个方面，提出了一种显示方法。该显示方法提供了以下步骤：由多个发光元件发出显示图象的一行的光，通过波导阵列将发出的光从显示区域的一端传播到另一端，以及将所传播的光从任选的区域中取出，其中，所述的取出所述传播的光包括以下步骤：在光学材料层的指定区域中利用形成在同一平面上的多个电极产生电势差；以及通过产生所述的电势差而改变所述光学材料层的折射率。

根据本发明的第四十八个方面，在第四十七个方面中，任选区域至少包括两个或更多的像素。

根据本发明第四十九个方面，在第四十七个方面中，任选区域是和发光阵列发出的一行光的传播方向交叉的任意的一行。

根据本发明第五十个方面，在第四十七个方面中，取出所传播的光的步骤还提供了以下步骤：在对应于波导阵列中的光损失而取出光的时候，通过校正施加到所述电极的电压值来校正光取出效率。

根据本发明第五十一个方面，在第四十七个方面中，该显示方法还提供了：在显示区域的另一端反射波导阵列中传播的光。

根据本发明第五十二个方面，在第四十七个方面中，发光步骤提供了以下步骤：将输入的模拟图象信号存储在电容器中，每一个像素构成一行输入模拟图象信号，当电容器中存储有一行模拟图象信号时，将模拟图象信号同时施加到TFT的栅电极上，以及，使连接在TFT的源漏电极上的这一行的有机EL层同时发光。

根据本发明第五十三个方面，在第四十七个方面中，在发光步骤中，发出R、G、B三种颜色。

根据本发明第五十四个方面，在第四十七个方面中，在发光步骤中，是根据对应于波导阵列中的光损失而通过视频校正电路校正的图象信号发光。

根据本发明第五十五个方面，提出了一种显示方法。该显示方法提供了以下步骤：由多个发光元件发出显示图象的一行的光，将发出的光从波导阵列的一端传播到另一端，在灰度控制区域泄露一部分的传播光，以及从与这一行光的传播方向交叉的任意一行中把由灰度控制区域所控制的光取出，其中，所述的泄露光和所述的取出光包括以下步骤：在光学材料层的指定区域产生电势差，其中光学材料层的折射率相应于传播光的所述波导的外部电场而变化；以及通过产生所述的电势差而改变所述光学材料层的所述折射率。

根据本发明第五十六个方面，在第五十五个方面中，该显示方法还提供了以下步骤：吸收在灰度控制区域泄露的光。

根据本发明第五十七个方面，在第五十五个方面中，泄露光和取出光的步骤提供了以下步骤：利用被布置以使得在电极下的液晶层的面积被设定为1/2ⁿ并且对应于提供给所述电极的输入的数字图象信号的电极，根据所述输入数字图象信号在所述面积的区域上产生电势差，其中n为自然数。

根据本发明第五十八个方面，在第五十五个方面中，取出光的步骤还提供了以下步骤：在对应于波导阵列中的光损失而取出光的时候，通过校正施加到所述电极的电压值校正光取出效率。

根据本发明第五十九个方面，在第五十五个方面中，发光的步骤提供了以下的步骤：从一行发光的一端依次驱动对应于组成这一行的象素而提供的开关元件，并从这一端依次使与开关元件的一端相连接的有机EL层发光。

根据本发明第六十个方面，在第五十五个方面中，在发光的步骤中，发出R、G和B三种颜色。

根据本发明第六十一个方面，在第五十五个方面中，在发光的步骤中，根据对应于波导阵列中的光损失而通过视频校正电路校正的图象信号发光。

根据本发明第六十二个方面，在第五十五个方面中，该显示方法还提供了以下步骤：在显示区域的另一端反射波导阵列中传播的光。

根据本发明第六十三个方面，提供了一种显示装置的制造方法。该显示装置制造方法提供了以下步骤：由多个发光元件构成发光部分，其发出显示图象的一行光；形成波导阵列，它把发光部分发出的光从显示区域的一端传播到另一端；在所述波导阵列上形成折射率相应于外界电场而变化的光学材料；以及在所述的光学材料上形成多个电极。

根据本发明第六十四个方面，在第六十三个方面中，形成波导阵列的步骤提供了以下步骤：通过旋涂方法，在由具有聚合特性的材料制成的支撑基底的所有表面上形成具有聚合特性的光敏丙烯酸树脂。

根据本发明第六十五个方面，在第六十三个方面中，形成波导阵列的步骤还提供了以下步骤：通过曝光和蚀刻涂在支撑基底上的光敏丙烯酸树脂，形成高折射率区域；通过在支撑基底上涂上具有聚合特性的低折射率材料，形成低折射率区域，其中已通过旋涂方法在支撑基底上形成了高折射率区域；以及通过研磨涂层表面，将高折射率区域的上表面暴露出来。

根据本发明第六十六个方面，在第六十三个方面中，形成光取出部分的步骤提供了以下步骤：通过在具有塑性特性的透明基底上涂上具有聚合特性的光散射材料，形成光散射层；在已经通过溅射方法形成了光散射层的透明基底的所有表面上涂上透明的电极材料；通过曝光和蚀刻已经涂覆了透明电极材料的透明基底，形成多个电极；在已经通过旋涂方法形成了多个电极的支撑基底的所有表面上涂上聚酰亚胺；通过加热和研磨所涂覆的聚酰亚胺，形成对齐层；以及在形成了对齐层的支撑基底上形成液晶层。

根据本发明第六十七个方面，在第六十三个方面中，形成发光部分的步骤提供了以下步骤：在具有玻璃特性的透明基底上形成用于驱动发光元件的TFT驱动电路；以及在已经形成了TFT驱动电路的透明基底上形成发光元件。

根据本发明第六十八个方面，在第六十三个方面中，发光元件是有机EL元件。

根据本发明第六十九个方面，在第六十三个方面中，形成发光部分的步骤提供了以下步骤：在具有玻璃特性的透明基底上形成用于驱动发光元件的TFT驱动电路；使用透明绝缘材料形成平面层，使已经形成TFT驱动电路的透明基底的表面平坦；通过在平面层的一部分上开接触孔，形成连接TFT驱动电路和发光元件的透明电极；在透明电极上形成有机EL层；在有机EL层上形成不透明电极；以及形成密封层，用于覆盖所有的透明电极。

附图说明

结合附图，以下的详细说明使本发明的目的和特征变得更加明了。在附图中：

图1是显示未审定公开的日本专利申请2000-29398中公开的普通平板显示器的框图；

图2是显示图1所示的显示板的截面图；

图3是显示图1所示的灰度控制单元的截面图；

图4是显示本发明第一个实施例的显示装置的结构中主要部件的立体图；

图5是显示波导阵列和光取出装置在图4中Y-Z截面处的截面图；

图6是显示波导阵列和光取出装置在图4中X-Z截面处的截面图；

图7是显示本发明的显示装置第一个实施例中的电极结构的平面图；

图8是显示在本发明的显示装置第一个实施例中，液晶层的液晶分子在平行于透明基底的方向上排列的状态的截面图；

图9是一个截面图，显示了在本发明的显示装置第一个实施例中，液晶层的液晶分子在垂直于透明基底的方向上排列的状态；

图10是显示本发明的显示装置第一个实施例中发光装置的结构的截面图；

图11是显示本发明的显示装置第一个实施例中的发光装置的电路图；

图12是显示本发明的显示装置第一个实施例中的发光装置的时序图；

图13是显示本发明的显示装置第二个实施例的结构中的主要部件的立体图；

图14是显示本发明的显示装置第二个实施例中的发光装置的电路图；

图15是显示本发明的显示装置第二个实施例中的发光装置的时序图；

图16是显示本发明的显示装置第二个实施例中的光取出装置的平面图；

图17是一个立体图，显示了在本发明的显示装置的另一个实施例中，由薄的柔性材料构成波导阵列和光取出装置的结构；

图18是一个立体图，显示了在本发明的显示装置的另一个实施例中，在一个小容器的入口具有检测装置的结构，其中波导阵列和光取出装置卷起在该小容器中；

图19是一个立体图，显示了本发明的显示装置使用一种不同材料的实施例中的结构。

发明详述

现在参照附图详细说明本发明的实施例。图4是显示本发明第一个实施例的显示装置的结构中主要部件的立体图。如图4所示，该显示装置提供了发光装置(阵列)10、波导阵列20、光取出装置(部分)30，以及光反射装置(部分)40。

发光装置10提供了多个发光元件11。波导阵列20由排列于支撑基底22上的多个波导构成。光取出装置30包括：透明的基底33，在其表面上有多个电极34；液晶密封材料32；以及液晶层31。液晶层31由透明基底33和液晶密封材料32所密封。

发光元件11的光轴12的位置被设置成使光输入到波导21的端部。在这里，在该显示装置是彩色显示装置的情况下，三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)从光轴12输入到波导21中。到达波导21另一端的光被光反射装置40反射。电极34位于透明基底33的与液晶层31相接触的表面上。在透明电极33的两个边沿部有多个电极34的两个端子38，以和外界连接。从两个端子38开始，多个电极34交替地布置在透明电极33的表面上。当邻近的两个电极34之间施加有电势差时，光从液晶层31的这两个电极34之间的区域发出。

接下来说明作为本发明第一个实施例中的显示装置主要部件的发光装置10、波导阵列20，以及光取出装置30的结构、操作和制造方法。

首先说明波导阵列20和光取出装置30的结构。图5是显示波导阵列20和光取出装置30在图4中Y-Z截面处的截面图。图6是显示波导阵列20和光取出装置30在图4中X-Z截面处的截面图。如图5和图6所示，通过在支撑基底22上依次涂覆吸光层23和由低折射率材料制成的波导包覆层21b，从而形成波导21。接着，在涂覆的波导包覆层21b上交替地布置横截面为长方形和正方形的由高折射率材料制成的波导芯21a和横截面为长方形和正方形的由低折射率材料制成的波导21b。形成吸光层23是为了防止显示图象的对比度因为环境光线进入波导21和光泄露到外面而降低。

接下来，在光取出装置30中，液晶层31位于波导21和透明基底33之间。在透明基底33的表面上有光散射层36。在光散射层36的表面上有第一和第二电极34a和34b。在光散射层36和第一和第二电极34a和34b上有对齐层35。多个电极34的电势可以由外界独立地控制。当没有施加电场时，对齐层35迫使液晶分子在一个方向上排列。在透明基底33不面对液晶层31的表面上有防反射层37。防反射层37防止显示图象的对比度因为反射到光取出装置30的光而降低。从外界进入防反射层37的光穿过防反射层37并被吸光层23吸收。

以下说明波导阵列20和光取出装置30中的部件的实际材料的类型、尺寸，以及它们的制造方法。在这里，在分辨率为200ppi的彩色显示装置中，根据它的象素间距把波导21的波导芯部21a的行距设定为32μm。另外，波导芯部21a的横截面积设为波导包覆层21b的大约6倍。

在以上的说明中，如图4所示，是以一对带状电极来说明电极34的。以下更加详细地说明这些电极34。图7是显示本发明的显示装置第一个实施例中的电极34的平面图。如图7中的分支例1所示，在电极34的一条上有多个分支，电极34被处理使得这多个分支与电极34其他的条的分支接合。在图7中的分支例2中，在电极34的多个分支中的一个上还有多个分支，也可以使用这种结构。如上所述形成电极34的结构是因为显示区域30a的象素间距被设定为120μm，一对电极34之间的间距为5～10μm。通过减小电极34之间的间距，可以实现低功耗驱动。

接下来说明波导阵列20和光取出装置30的制造方法。说明波导21的制造方法。首先，通过旋涂之类的方法，将光敏丙烯酸树脂之类的聚合材料涂覆在由25～75μm厚的聚合材料构成的支撑基底22的整个表面上。第二，通过光刻法和蚀刻工艺，在波导包覆层21b上形成以32μm的间距排列的波导芯21a。

波导芯部21a的厚度设定为约30μm，但是，10～20μm的厚度也是可以接受的。波导芯部21a的厚度越小，则光的取出效率越高。波导芯21a变薄时，波导芯21a和波导包覆层21b之间的边界处总的反射次数增加。从而被取出的光到达指定区域的概率增加。

作为透明基底33，可以使用由丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、聚碳酸酯，或聚酯砜(polyester sulphone)之类制成的塑性基底。对于光散射层36，可以使用被用作反射型LCD的内部散射材料和背光的光散射材料的聚合材料。通过溅射方法，在整个表面上形成铝(Al)和铬(Cr)之类的金属材料或者氧化铟锡(ITO)之类的透明电极材料，并且通过光刻法在形成的这个表面上形成图案，从而形成电极34。

通过旋涂法在整个表面上涂覆上聚酰亚胺或聚酰亚胺的前体，并通过加热板之类的装置在形成的这个表面上施加热量，再进行研磨，从而形成对齐层35。对于液晶层31，使用了广泛用于TFT-LCD的扭转向列(TN)材料，并使用了在TFT-LCD的装配工序中广泛使用的间隔(Spacing)技术，液晶层31的厚度处于2～5μm之间。或者，如果液晶层31的显示面积很小，通过不使用间隔技术，可以将液晶层31的厚度设定在液晶密封材料32同样的范围内。波导阵列20和光取出装置30的数值和制造方法不限于上述的数值和方法。

接下来说明波导阵列20和光取出装置30的操作。图8是一个截面图，显示了在本发明的显示装置第一个实施例中，液晶层31的液晶分子在平行于透明基底33的方向上排列的状态。图9是一个截面图，显示了在本发明的显示装置第一个实施例中，液晶层31的液晶分子在垂直于透明基底33的方向上排列的状态。现在参照图4至图9说明波导阵列20和光取出装置30的操作。

从发光装置10的各发光元件11发出的光输入到面对各发光元件的波导21中。通过在波导包覆层21b和液晶层31的边界处反复地进行全反射，输入的光在波导21的波导芯部21a中传播。

如果在第一与第二电极34a和34b之间没有加电势差，则液晶分子将沿几乎平行于透明基底33的方向排列。此时液晶层31的折射率变成约为1.5，从而使光在波导芯21a中传播。因此，光就不会被泄漏到液晶层31上。

如图9所示，当第一与第二电极34a和34b之间加有一个电势差并且形成一个电场时，液晶分子将沿垂直于电场的方向排列。此时液晶层31的折射率上升至约为1.7。因此，波导芯21a和液晶层31交界面上的全反射条件被打破。这样，漏出的光将以一个锐角穿过液晶层31进入光散射层36。光在光散射层36上被漫反射，并且散射的光穿过透明基底33和防反射层37到达观察者眼中。配备光散射层36的原因在于，无论观察者从任何方向观看显示器，他都将看到几乎相同的图像。

另外，也可通过利用具有正各向异性介质的正型向列液晶来实现以下结构。在这种结构中，当第一与第二电极34a和34b之间不存在电势差时，液晶分子沿垂直于透明基底33的方向排列。而当第一与第二电极34a和34b之间存在电势差时，液晶分子将沿平行于透明基底33的方向排列。这种结构差异取决于液晶层31所采用的材料。

另外，以下的结构也是可能的。在这种结构中，当第一与第二电极34a和34b之间不存在电势差时，液晶分子将排列成漏光状态。而当第一与第二电极34a和34b之间存在电势差时，液晶分子将排列成非漏光状态。但是，本发明第一实施例中所述的显示器件不同于普通的液晶显示器件，它的背光是一直打开的，而且能够在显示区域的一部分上显示图像。因此，不需要在本发明中一直从所有显示区取出光。结果，由于电势差只被加载到光被取出的区域上，所以这种结构就可以在低功耗的条件下工作。

在上述方法中，图8和图9所示的液晶分子排列状态都是一些例子。实际上，通过对对齐层35进行研磨过程并选择液晶的介质各向异性，就可以实现各种排列状态。在本发明中有一个很重要的概念，即，当光被输入到液晶层31时，通过利用电场的有无从外部控制液晶分子的排列状态就可以改变折射率。光是否从波导21中漏出是通过一电压加载装置从外部进行控制的。这一点在本发明中十分重要。

接下来将对发光装置10的结构进行说明。图10的截面图显示出了根据本发明所述显示器件的第一实施例中的发光装置10的结构。图10中显示出了构成该发光装置10的主要单元及其位置。该发光装置10由发光元件11及驱动它们的电路构成，发光元件通过一系列的薄膜制造过程被形成在一个透明基底60上。这些过程将在后面得到详细说明。

发光元件11是一个双端单元(二极)，在此单元中，有一个有机电致发光(EL)层71被放置在透明电极70与不透明电极72之间。为了防止发光元件11受到外界水分的影响而造成性能下降，所以在不透明电极72外部装有一个密封层73。透明电极70的一部分通过导线(未示出)与TFT的源-漏极68相连，不透明电极72则通过导线(未示出)与外部相连。

接下来将参考图10对发光装置10的制造过程进行说明。其制造过程分成第一制造过程和第二制造过程。在第一制造过程中，TFT被形成，在第二制造过程中，利用一种有机EL材料而形成发光元件11。

在第一制造过程中，可以采用各种类型的TFT。例如，在本发明的第一实施例中使用的是一种顶栅型多晶硅(poly-Si)TFT。

首先，利用溅射方法在一个由玻璃等制成的透明基底60上形成一层高熔点材料(如硅化钨WSi)。再利用如光刻方法通过构图而形成一个遮光层61。在遮光层61是由WSi形成的情况下，其厚度为100至200nm就已足够。

其次，利用化学汽相淀积(CVD)方法在遮光层61和透明基底60的表面上形成一个由SiO₂制成的阻挡层62，该方法可通过对氧(O)和含有Si等离子的气体(如硅烷SiH₄)进行分解，从而使SiO₂淀积。阻挡层62能够在随后的过程中防止透明基底60中所含有的杂质扩散入阻挡层62之上的层。其厚度被设定为300至500nm。

第三，一个作为多晶硅层的前体层的非晶硅(a-Si)层通过离子CVD法、减压CVD法或溅射法而被形成。a-Si层的厚度被设定为约100nm。用受激发射激光器所产生的极短脉冲光对a-Si层照射10纳秒以使其快速熔化，就可使a-Si层转变为多晶硅层。此时，如果照射的能量密度大约为400mJ/cm²，则可以获得具有良好特性的多晶硅TFT，这一点已广为人知。

通过利用光刻方法对此多晶硅层进行构图处理，就可形成一个厚度约为50nm的SiO₂层以及一个厚度约为200nm的WSi层。还可通过利用光刻方法对WSi层进行构图处理，从而形成栅绝缘层65和栅电极66。

接下来，利用离子掺杂方法可将高浓度的磷(P)或硼(B)有选择性地掺杂入TFT的源-漏区64中。透明电极60被加热至约500℃，并且掺杂的杂质单元被激活。此时，过程条件(如：杂质浓度、加热时间以及温度)极为重要。应将这些过程条件确定为在粘合材料与TFT的源-漏区64之间可获得欧姆接触。

在上述过程中，TFT的源-漏区64已被形成。而没有掺杂入杂质的区域则将变成TFT的沟道区63。一个由SiO₂制成的绝缘层67被利用离子CVD方法形成，并且有一个接触孔被打开。源-漏电极68和导线由低阻抗金属材料形成。经过上述这些过程后，TFT制造过程完成。

接下来将对作为发光元件11的制造过程之一的第二制造过程进行说明。

首先，利用一种透明绝缘材料(如聚丙烯树脂)在绝缘层67和源-漏电极68上形成一个平面层69以构成表平面。在平面层69的一部分上开一接触孔，并且通过溅射方法用一种材料(如ITO)在平面层69的表面上形成一个层。该层将成为发光元件11的一个不透明电极。通过光刻方法进行构图处理就可形成一个透明电极70。在使用ITO作为不透明电极材料的情况下，所形成的透明电极70约为20个薄膜电阻/□，其厚度约为100nm。

其次，如图10所示，在透明电极70上形成一个有机EL层71。有机EL层71可以采用多种结构，如：由发光层和孔注入及迁移层构成的双层结构，在此双层结构中增加一个电子注入及迁移层而形成的三层结构，以及在与金属电极的交界处淀积入一个薄绝缘层而形成的四层结构。上述任何一种结构都可用于图10所示的有机EL层71。图10中只显示出了有机EL层71，但是，也可在本发明中使用上述各种结构。

作为有机EL层71的制造方法，旋转喷涂法、真空淀积法以及喷墨印刷法都已广为人知。需确定出与这些方法相对应的制造条件，如从聚合物材料或低分子材料中选择出有机EL材料、确定其基结构、为上层电极确定制造方法，等等。在本发明中，可以采用(例如)三芳基胺衍生物、噁二唑衍生物或卟啉衍生物以作为有机EL层71的孔注入及迁移层的材料。可采用8-羟基喹啉衍生物、衍生物的金属复合物、或四苯基丁二烯衍生物、或二苯乙烯基芳基衍生物以作为发光层材料。孔注入及迁移层和发光层由真空淀积方法形成，其层厚约为50nm。

图10中，有机EL层71受到构图处理以使其覆盖透明电极70的几乎整个表面。但是，由于有机EL层71是一个绝缘层，所以不需要对其进行构图，并且用有机EL层71覆盖透明电极70的整个表面也是可接受的。但是，在将此有机EL层71用于彩色显示器的情况下，至少需要发出三种颜色的光，而且需要将它们隔离开，因此，必须对有机EL层71进行构图处理。

第三，通过真空淀积方法并利用一个金属掩模在有机EL层71上形成一个厚度约为200nm的诸如铝-锂合金的材料，就可形成一个不透明电极以作为发光元件11的阴极。最后，为了防止有机EL层71受到氧化和水汽的侵袭，在其整个表面上形成了一个由SiO₂，SiNx或SiON制成的密封层73。或者也可用一玻璃或金属外壳将整个单元盖住，并且用惰性气体(如氮和氩)取代空气，这些都可起到密封层73的作用。

图11是根据本发明显示器件的第一实施例中的发光装置10的电路图。图12是根据本发明显示器件的第一实施例中的发光装置10的工作时序图。在图11中，发光元件11被描绘为是一个LED，并且有一个TFT与LED的一端相连以用于向LED提供电流，用Tr3表示。图11中还连接有电容C、Tr1(TFT)和Tr2(TFT)。电容C可使Tr3的栅极保持一恒定电势。Tr1对电容C充电直到获得与一视频信号相对应的电压为止。Tr2作为一个开关工作，它可将电容C的电势传送给Tr3的栅极。Tr3的漏极与电源Vdd相连接。

以下，在图11中将虚线内所包围的部分被称为一个发光元件。如图11所示，有多个发光元件在发光装置10中沿一维方向排列。一个TFT电路(移位寄存器电路)被提供以用于驱动这些发光元件。该TFT电路(移位寄存器电路)由多晶硅TFT组成，而且需要使该电路由一个利用n型TFT和p型TFT的CMOS电路组成。

接下来将参考图10至12对根据本发明所述显示器件的第一实施例中的发光装置10的工作过程进行说明。首先，如图11所示，一个脉冲序列的时钟信号CLK以及一个开始信号ST被提供给移位寄存器电路，并且每个发光元件中的Tr1将从第一个Tr1开始被依次驱动。当待被显示的视频信号被作为DATA(数据)给出时，信号将与这些ST和CLK同步地被写入各个电容C。

当视频信号被写入全部的发光元件之后，发光元件的各个Tr2将被一个使能信号EN同时驱动。与各个视频信号相对应的所需电压被加载到各Tr3的栅极上。当电压被加载给各个栅极之后，与该电压相对应的电流就被从Vdd提供给各个LED。如图10所示，光被从有机EL层71中沿透明基底60的方向发出。出射光的一部分穿透透明基底60并被观察者(未示出)看到。

现在将参考图12所示的时序图对该操作进行说明。移位寄存器电路的操作时序由CLK和加上划线的CLK给出，后者代表CLK的反相值。首先，当ST变成高电平时，OUT#1变成高电平，从而使发光元件#1的Tr1被驱动，并且视频信号被写入发光元件#1的电容C中。在下一个时钟周期上，OUT#2也成高电平，从而使发光元件#2的Tr1被驱动，并且视频信号被写入发光元件#2的电容C中。依此类推，相同的操作按照顺序一直执行到OUT#n。

图像信号(视频信号)的一行由OUT#1(发光元件#1)至OUT#n(发光元件#n)发出的信号组成。因此，当操作到达OUT#n结束时，图像的一行就被保存在所有发光元件的电容C中。此时，所有发光元件的Tr2都通过使EN成为高电平而被同时驱动。保存在各个电容C中的电压被加载给各发光元件的Tr3的栅极。利用这种操作，处理图像信号的一行。

在下一个时钟时序上，ST再次变成高电平，与上述步骤相同的操作再次被执行，从而使下一行得到处理。因此，可以利用图10和11中所示的结构来执行具有任意光强模式的光发射。即使当Tr2未被驱动时，Tr3也继续向LED提供电流。因此，在视频信号被写入电容C的同时，与前一周期内被写入的视频信号相对应的电流正在流入各个LED。所以，通过给出EN信号就可以同时改变所有发光元件的发光量。

接下来将参考附图对根据本发明所述显示器件的第一实施例中全部操作过程进行说明。首先，与待显示的图像的第一行相对应的视频信号被写入发光装置10的各个发光元件的电容C中。接下来，当一个如图12所示的EN信号被给出时，具有与图7所示显示区域30a的第一行相对应的光强图案的光被从发光装置10发出。出射的光被输入到与各发光元件相对应的波导21的波导芯21a中，并且在波导芯21a中传播。

与此同时，一个控制信号被加载到与显示区域的第一行的位置相对应的第一和第二电极34a和34b上，并且与显示区域相对应的液晶层31的排列被改变。因此，从发光装置10发出的光只被从显示区域的第一行中逸出。通过对所有行重复上述操作就可显示出任意图像。在这种显示操作的任意时刻上，光只被从显示区域的一行取出。但是，由于人眼的视觉暂留效应，所以观察者所看到的图像是一个正常的二维图像，就象从CRT和激光显示器中显示的一样。

在本发明的第一实施例中有这样一种情况，即，波导21中的光受到一定程度的衰减，它取决于设计和制造方法，这是不能忽略的。结果，从发光装置10发出的光走得越远，所显示的图像就越暗。例如，当在整个区域显示白色时，会出现这样一种情况，即，可以直观地看到渐变的灰度差。

光在波导21内的衰减是由于波导芯21a与波导外壳21b之间交界的异常形状以及波导21材料自身的特性而造成的。因此，通过改进制造方法并选择适当的材料就可减少该衰减。由于各波导21中的光衰减量可被精确地测量出来，所以通过根据测量结果对视频信号进行预先修正就可以解决这个问题。输入至显示器件的视频信号被输入给一个视频修正电路，该电路具有基于测量结果的参数。也可通过对光取出装置30中的分离效率进行修正来执行上述修正过程。例如，有许多方法可以修正电极34之间的排列间隔，并修正加载给电极34的电压值。在执行修正排列间隔的情况下，远离发光装置10的各条线中的电极34之间的排列间隔相应于波导21中的衰减量而被预先做得较大。因此，光就被从这个放大的排列间隔区域中被取出。

接下来将参考附图对根据本发明所述显示器件的第二实施例进行说明。图13的透视图显示出了根据本发明所述显示器件的第二实施例中的结构的主要单元。图14是根据本发明所述显示器件的第二实施例中的发光装置10的电路图。图15是根据本发明所述显示器件的第二实施例中的发光装置10的工作时序图。图16是根据本发明所述显示器件的第二实施例中的光取出装置30的平面图。在第二实施例中，与第一实施例中具有相同功能的各个单元具有相同的参考序号。与第一实施例相比较，在第二实施例中新增加了一个光吸收装置50，而且其光取出装置30和发光装置10的结构也与第一实施例不同。

在图16中，从波导阵列20取出光的区域是液晶层31和电极34交叠的区域。该交叠区域被分成显示区域30a和灰度控制区域30b。显示区域30a用于显示图像，而灰度控制区域30b则具有衰减相应于视频信号的发光量的功能并且不显示图像。在图13中，光吸收装置50被放置成覆盖了图16所示的灰度控制区域30b，其目的是使光吸收装置50能够吸收从灰度控制区域30b泄漏出的光。

在图14中，各个发光元件都由一个LED(由有机EL层材料制成)以及一个Tr1(如多晶硅TFT)构成。这些发光元件的每一个都由一个移位寄存器电路(由诸如多晶硅TFT组成)驱动，电源电压Vdd与Tr1的漏极相连。各个发光元件的Tr1不是处于导电状态就是处于非导电状态。如图15中的时序图所示，只有当OUT#n从移位寄存器电路输出时，通过使电流流经LEDn，光才从发光元件#n的LEDn中发出。此时的发光量要么是1级要么是0级。

接下来将参考图15中所示的时序图对上述操作进行详细说明。移位寄存器电路的操作周期由CLK和代表CLK反相值的带上划线的CLK给出。首先，当ST变成高电平时，OUT#1变成高电平，从而使发光元件#1的Tr1被驱动，并且使光从LED#1中发出。在下一个时钟时序上，OUT#2变成高电平，从而使发光元件#2的Tr1被驱动，并且使光从LED#2中发出。依此类推，相同的操作按照顺序一直执行到OUT#n。

图像信号(视频信号)的一行由OUT#1(LED#1)至OUT#n(LED#n)发出的信号组成。因此，当操作到达OUT#n结束时，一行的光就被发出。接下来，ST再次变成高电平，执行用于下一行的操作。在这种操作中，光只在指定周期上从LED数字化地发出，并且发光量未受到控制。这与第一实施例中此时发光量受到控制的情况不同。另外，在第二实施例中，光被以一个象素为单位重复输入到波导21中，而不是以一行为单位。因此，与第一实施例相比较，在第二实施例中，发光装置10的电路结构可以得到简化。

视频信号从其最高有效位(MSB)，MSB-1，…最低有效位(LSB)被输入到电极34，而不是输入到第一实施例中的发光装置10。而且液晶层31置于电极34之下的面积(视频信号就被输入到其上)被设定成2的n次方分之一，以与视频信号从MSB到LSB相对应。例如，液晶层31中，MSB-1的输入面积为MSB的输入面积的1/2。对MSB-2来说，其输入面积为MSB面积的1/4。

将面积设定成2的n次方分之一的原因是由于输入数据都是数字数据。例如，如果一个视频信号由8位数据组成，则电极34将配备16行并且配备8种区域。

以下将参考图13至16对本发明所述显示器件的第二实施例中的操作进行说明。首先，通过给显示区域30a中的电极34加载一个视频信号而选中其中要显示图像的行。接着，发光装置10中的移位寄存器电路被驱动，并且各个LED从开头开始被依次点亮。已经设定好两个或多个LED不能被同时点亮。视频信号作为1或0的数字信号被与LED的点亮同步地加载给灰度控制区域30b中的电极34。由此，通过与第一实施例中相同的理论，光被光取出装置30从波导21中取出来，而且取出来的光被光吸收装置50吸收。

灰度控制区域30b中的电极34可以改变液晶层31中与数字数据相对应的区域的排列。因此，就可使指定量的光泄漏到外部，进而使波导21内传播的光量受到控制。提供光吸收装置50的目的是为了防止从灰度控制区域30b泄漏的光造成图像对比度的下降。

如上所述，量受到控制的光被导入图像区域30a的一行中，而且光从由电极34选中的该行的区域中取出。这种操作对显示区域30a中的所有行重复执行，从而可以显示任意图像。在显示操作的任何时刻上，光只从显示区域30a的一个象素中逸出。由于人眼的视觉暂留效应，所以观察者所看到的取出的光是一个正常的二维图像，就象在CRT和激光显示器上显示的一样。

如上所述，当视频信号为数字数据时，本发明的第二实施例可以得到有效的应用。近年来，通信系统都已变成数字系统，而且其接口也已转换成数字式接口。在这种情况下，就没有必要将第二实施例中的数字信号转换成模拟信号，而且它还能够显示出高清晰度的图像。

接下来将对应用了本发明所述显示器件的第一和/或第二实施例的一些实例进行说明。在不脱离本发明概念的情况下，可以通过替换组件和增加功能来实现多个应用第一和/或第二实施例的实例。

首先，为了实现彩色显示，可以采用能够发出三元色R、G和B的装置以用作发光装置10。可通过将白光发射材料与滤色片组合使用，将蓝色发光材料与色彩转换材料组合使用，或者平行放置R、G和B发光材料，来实现该三色发光装置。

在本发明的第一和第二实施例中，发光装置10发出显示区域30a的一行的光。但是，它不仅限于一行，也可通过指定象素的数目来显示图像。例如，当视频信号在半条线的发光元件的电容C中充电时，一个EN信号被输出，并且光被发出，这也是可以的。或者可以通过控制加载给电极34的电压而从一特定区域中取出光。

图5所示的第一实施例中，在波导21内，波导芯21a、液晶层31、对齐层35以及第一和第二电极34a和34b按照上述顺序分层放置。但是，其放置顺序不受上述顺序的限制。例如，第一和第二电极34a和34b可被放置成与波导芯21a的上表面相接触。或者对齐层35可被放置成与波导芯21a的上表面相接触。

如图10所示，在发光元件11的结构中使用了有机EL层71，并且光是沿透明基底60的方向发射的。但是，通过改变透明电极70和不透明电极72的位置，也可使光沿与透明基底60相反的方向发射。在这种情况下，透明基底60就无需是透明的。

或者也可采用一种无机材料代替有机EL材料以用于LED。可以采用由一种无机材料制成且其一侧约为20至300μm的LED来作为图11所示的LED。例如，可以采用形成在一个n型GaP基底之上并由AlGaInP材料制成的LED。与有机EL层71相比较，在使用由无机材料制成的LED的情况下，可以大量地获得发光量。因此，显示器件的辉度将变得较大，并且这种发光型显示器的亮度也得到提高，这是其一个优点。但是，它需要一个将无机LED规则排列并粘合的过程，这样就会提高制造成本。

另一方面，在形成有机EL层71的结构中，在其层形成过程中，可以利用真空淀积法或旋涂法同时形成多个单元。因此，在发光元件数目较大的情况下，采用有机EL材料的结构具有优势。

图10中说明的是使用顶栅型多晶硅TFT的情况。但是，也可在图11所示的发光元件中使用底栅型多晶硅TFT。或者也可用交错排列的非晶硅(a-Si)TFT或反转排列的a-Si TFT来代替多晶硅TFT以作为发光元件使用。

与多晶硅TFT相比较，在使用a-Si TFT的情况下，TFT的制造过程可以得到简化，这是一个优点。但是，利用a-Si TFT却很难实现图11所示的移位寄存器电路。因此，移位寄存器电路必须由晶体硅集成电路(IC)制成，并且与基底相连接。

在图11中也可使用其中Tr1、Tr2和Tr3被放置在透明基底60之外并且与LED相连的一种结构。在这种情况下，就不需要TFT的制造过程，并且发光元件自身的制造过程也可得到简化，因而可使该过程的制造成本降低。但是，其与外部相连的端子数却增多，因而这种显示器件不能被做得太小。

通过将波导阵列20和光取出装置30形成在一种薄柔性材料上就可将它们折叠起来。图17的立体图显示出了本发明所述显示器件的另一个实施例中的一种结构，在这种结构中，波导阵列20和光取出装置30由一种薄柔性材料形成。例如，当波导阵列20和光取出装置30的厚度增加为约0.7mm时，长度约为25cm的它们可被折叠卷入一个内径为14mm的柱形容器中。

通过利用多晶硅TFT技术和有机EL技术，就可以做出一个厚度约为0.7至2mm、宽度约为1至2mm的极小的发光装置10。因此，如图17所示，该发光装置10可被放置在波导阵列20和光取出装置30的卷绕中心上。而且，在图17中，通过改变发光装置10和光反射装置40的位置，就可将发光装置10也放置在卷绕中心上。在这种情况下，电源就必须被放置在图17中光反射装置40的位置上，并且通过导线与发光装置10相连接。

当放在诸如胸前的口袋中携带时，这种可被包含在一个小型柱状容器中的显示器件十分方便。近年来，安装在移动通信终端内的无线电路、CPU和存储器已被日益缩小。当这些电路可被放入一个钢笔大小的体积内时，通过与本发明所述的这种显示器件组合使用，就可实现笔状移动通信终端。本发明可以实现这样一种技术，即，利用这种技术可将各类设备的显示器放入一个很小的容器中。它不仅可用于移动通信终端，还可用于各类移动设备。因此，本发明可使移动设备的大小和形状发生显著的变化。

这种可以折叠的显示器件也能够被应用在大型显示设备上，如窗帘大小的显示设备。在这种情况下，就很容易装载和携带这种显示设备，而且也不再需要类似于投影仪的图像投影设备，因为本发明就可以实现它们的效果。另外，当不显示图像时，可以象投影仪的屏幕一样使这种显示设备保持在卷绕状态。

图18的立体图显示出了本发明所述显示器件的另一个实施例中的一种结构，在这种结构中，一个检测装置被放置在其中卷绕有波导阵列20和光取出装置30的容器的一个出口上。在图18中，一个黑白图案被形成在可以折叠的显示器件的显示区域30a的一部分上，在该小容器的出口附近处放有一个光耦82，通过利用光耦82读取黑白图案，就可以检测出该显示器件的拉出距离。实际上，从光耦82内的LED 83所发出的光会照射黑白图案81，并且由黑白图案81反射回来的光将被输入到光耦82内的光电晶体管84中。通过光电晶体管84的输出，可以判断出黑白图案81的哪个部分受到光照，光耦82就根据它来测量距离。

光取出装置30只从与光耦所测得的距离相对应的区域中取出光。因此，在图像被显示于显示区域30a被拉出的一部分区域之上时，未被拉出的区域上的功耗就可被减少。

图19的立体图显示了本发明所述显示器件的一个使用不同材料的实施例之中的结构。为了在光取出装置30上取出光，在第一和第二实施例中采用了液晶层31。但是，本实施例中用一个诸如电场排列聚合物或液晶聚合物的聚合物材料层取代了液晶层31。

这些材料的折射率的变化量比液晶层31的折射率变化量要小一个数位以上。但是，折射率是根据外部电场而相应变化的。因此，这些材料可被用作光取出装置30的一部分。可通过旋涂法将该聚合物材料层31b直接形成在波导阵列20上，而且在该聚合物材料层31b上还可以形成电极34。因此，就不再需要如图4所示的液晶密封层32和透明基底33。所以，与使用液晶层31的显示器件比较，在其中光取出装置是利用这类聚合物材料形成的这种结构中，显示器件可被做得更薄，而且其制造过程也可得到简化，这是一个优点。但是，由于其折射率的变化量较小，所以与利用液晶层31的结构相比，它会出现这样一种情况，即，光的取出效率将根据对发光装置10所发出的光的方向的设计而下降，并且其显示辉度也会降低。

综上所述，本发明具有以下效果。

第一，本发明所述显示器件的功耗可通过其逐行驱动而被降低。在本发明所述的结构中，显示区域中指定的行被选定，并且从多个波导取出的光将穿过已选定的特殊行。因此，与通过在一显示象素单元中选择各个波导而分离出光的传统结构相比，它可以大大降低显示器件的功耗。

例如，在一个VGA格式(象素数为640×480×3＝921,600)的彩色图像被以60Hz的帧频率显示的情况下，光被从各个相互平行的波导中取出来。因此，加载给光取出装置的电极的电压信号的频率可被减少至传统结构的1/680。

另一方面，将视频信号写入发光装置的时间为1/(60×480×3)秒＝11.6微秒，即，每1个发光元件18纳秒。因此，发光元件的驱动频率未被降低。但是，以此频率进行充电和放电时的负载是由图11和14所示电路决定的。与从显示区域的开头到结尾都需对电极进行充电和放电的传统结构相比，该负载相当小。因此，整个显示器件中的功能被大大降低，这种显示器件可为其中需要低功耗的设备(如PDA和笔记本电脑)带来好处。

第二，本发明所述的显示器件能够减少显示图像对比度的下降。如图5所示，从外部输入的光在光吸收装置上被吸收。另外，在光取出装置上还配有一个防反射层，所以该表面上的光反射可被减少。因此，由于传统显示器件的结构性单元给原始视频信号增加了反射光而造成的传统显示器件中对比度下降的问题在本发明中可以得到解决。

第三，即使在波导内部出现明显的光损失，本发明也保证能够显示高质量的图像。通过增大远离发光装置的线上的电极排列间隔，就可使光取出效率得到与波导内部的光损失相对应的修正。或者可通过对视频信号进行修正来消除因波导内部的光损失而造成的灰度差。

第四，本发明所述的显示器件可被装在一个小的容器中并且易于携带。因为其波导阵列和光取出装置是由薄柔性材料制成的，所以可以将它们卷绕折叠起来放置在一个小容器中。利用这种结构，就可实现能够在不用时能装入小容器之中并且易于携带的显示器件。

第五，由于其波导阵列和光取出装置可被简单地制造出来，所以本发明所述的显示器件具有较低的制造成本。因为其光取出装置是通过将液晶层放置在具有电极的基底与波导阵列之间而被形成的。所以，与其中排列着多个光纤并采用超级栅格结构的传统结构相比，本发明所述的结构非常简单，而且可以进行低成本制造。

第六，本发明所述的显示器件具有较低的功耗，因为其中光可以通过较低的电压而被从液晶层取出。通过缩小电极的排列间隔，就可用低电压来改变液晶的排列。

第七，本发明所述的显示器件可用低成本制造出来并且可被做得较小，因为其发光装置的结构中含有TFT。当在基底上形成能够用TFT驱动发光元件的电路之后，采用有机EL材料的发光元件才被形成在同一基底上。因此，本发明中就不需要传统显示器件中需单独操作以将发光元件与驱动电路相连的过程。这样，本发明就防止了制造成本的增加、生产率的下降以及可靠性的降低。

第八，如第二实施例中所述的那样，本发明所述的显示器件能够被数字信号驱动。因此，就可以实现能够较强抵抗干扰的显示器件。另外，这种显示器件中也不需要模-数转换器。这表明，即使当驱动发光元件的TFT的特性不具备均匀性时，它也可显示出高质量的图像。在Tr1处于导电状态时，图14中所示Tr1的阻抗值可被设定成一个比LED的阻抗值小几个数位的值。因此，即使当Tr1的特性在发光元件中产生漂移时，也可获得均匀的出射光。

虽然参考了特定的实施例对本发明作了说明，但本发明并不受这些实施例的限制，它只受到附录中权利要求的限制。本领域技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对这些实施例进行各种变换和修改。

Claims (46)

1.一种显示装置，包括：

发光阵列，其通过多个发光元件发出显示图象的一行的光；

波导阵列，其把从所述发光阵列输入的光从显示区域的一端传播到另一端；以及

光取出部分，其从任选的区域把在所述波导阵列中传播的光取出，其中，

所述的光取出部分包括：

光学材料层，其折射率随外部电场而变化；以及

在所述光学材料层上位于同一平面的多个电极，通过选择所述光学材料层的区域，利用所述位于同一平面的多个电极生成电场。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中所述光学材料层是液晶层，以及所述光取出部分还包括对齐层，所述对齐层用于在没有施加电场时使得所述液晶层中的液晶分子在一个方向上排列。

3.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的任选区域包括至少两个或更多的像素。

4.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的任选区域是和所述发光阵列发出的所述一行的所述光的传播方向交叉的任意的一行。

5.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的波导阵列包括：

至少有高折射率区域和低折射率区域，其中：

所述的高折射率区域是按照指定的阵列间距，对应于构成所述一行由所述发光阵列发出的所述光的像素数量来提供的，以及

所述发光阵列发出的所述一行的所述光在相应的所述高折射率区域中传播。

6.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述波导阵列是由聚合材料构成的。

7.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的波导阵列还包括：

位于支撑基底之上的吸光层，用于吸收从外界来的光。

8.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的波导阵列还包括：

由聚合材料制成的支撑基底；

位于所述支撑基底之上的吸光层，用于吸收从外界来的光；

在所述吸光层之上形成的低折射率区域；以及

在所述低折射率区域上的按照指定的间距交替地布置有高折射率区域和低折射率区域的一个层。

9.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的光取出部分包括：

防反射层，用于防止从外界来的光反射。

10.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的多个电极被布置使得在构成与所述发光阵列发出的所述一行的所述光的传播方向交叉的任意一行的区域内产生电势差。

11.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述的多个电极由一对带状的电极构成，所述带状电极中的一个具有多个分支。

12.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

由所述的多个电极施加了所述电场的所述区域通过改变所述区域中的所述光学材料层的折射率，使得所述发光阵列发出的光从所述光学材料层经过所述波导阵列取出。

13.如权利要求12所述的显示装置，其中：

所述光取出部分还包括：

光散射层，用于散射从所述光学材料层中取出的所述光。

14.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述光取出部分还包括：

防反射层，用于防止从外界来的光反射。

15.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

在相应于所述波导阵列中的所述光的损失而取出所述光的时候，通过修正所述电极之间的排列间隔来修正光取出效率。

16.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述波导阵列和所述光取出部分由柔性材料构成，其可以反复地卷起和拉出，并可以容纳在容器中。

17.如权利要求16所述的显示装置，其中还包括：

形成在所述显示区域的一部分上的黑白图案；和

安装在其中卷有所述波导阵列和所述光取出部分的容器的出口附近的光耦，其中：

在读取所述黑白图案时检测取出的显示区域的距离；

所述光取出部分根据所述的检测结果，仅仅从所述波导阵列和所述光取出部分的暴露部分的区域中取出光。

18.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述发光阵列包括：

用于发光的有机电致发光层，其中：

每个所述的有机电致发光层位于透明电极和不透明电极之间。

19.如权利要求18所述的显示装置，其中：

所述发光阵列还包括：

透明基底；

位于所述透明基底之上的遮光层，用于遮蔽从外界来的光；

阻挡层，用于防止所述透明基底中的杂质成分进入到所述阻挡层之上的其它层中；以及

位于所述阻挡层上的薄膜晶体管。

20.如权利要求18所述的显示装置，其中：

所述发光阵列对应于构成一行发光的像素数量，提供所述的多个有机电致发光层，和驱动所述多个有机电致发光层的薄膜晶体管。

21.如权利要求18所述的显示装置，其中：

所述发光阵列还包括：

多个电容器，其中存储了构成所述一行的每个像素的输入模拟图象信号，其中：

当所述一行的所述模拟图象信号存储在所述的多个电容器之中时，存储在所述电容器中的电压同时施加在所述薄膜晶体管的栅电极上，并且

所述的有机电致发光层同时发出所述一行的光。

22.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述发光阵列将红、绿、蓝三种颜色的光输入到所述波导阵列中。

23.如权利要求1或2所述的显示装置，其中：

所述发光阵列对应于所述波导阵列中所述光的损失将通过视频校正电路校正的图象信号输入到所述波导阵列中。

24.一种显示装置，包括：

发光阵列，其通过多个发光元件发出所显示图象的一行的光；

波导阵列，其把由所述发光阵列输入的光从所述波导阵列的一端传播到另一端；以及

光取出部分，其从与所述发光阵列发出的所述一行的所述光的传播方向交叉的任意的一行中把在所述波导阵列中传播的光取出，其中

所述光取出部分包括：

灰度控制区域，它使沿着所述波导阵列传播的一部分光泄露到外面；

显示区域，从中取出经过了所述灰度控制区域控制的光；

光学材料层，其折射率相应于外部电场而改变；以及

在所述光学材料层上位于同一平面的多个电极，通过选择所述光学材料层的区域，利用所述位于同一平面的多个电极生成电场。

25.如权利要求24所述的显示装置，其中所述光学材料层是液晶层，以及所述光取出部分还包括对齐层，所述对齐层用于在没有施加电场时使得所述液晶层中的液晶分子在一个方向上排列。

26.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述光取出部分还包括

防反射层，用于防止从外界来的光反射。

27.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述的多个电极位于所述灰度控制区域内，它们被布置成使得在一个所述电极下的液晶层的面积被设定为输入最高有效位的液晶层的面积的1/2ⁿ，并且所述的多个电极对应于提供给所述电极的输入数字图象信号，并且在所述面积的区域内根据所述输入数字图象信号产生电势差，其中n为自然数。

28.如权利要求24或25所述的显示装置，其中还包括：

吸光部分，用于吸收从所述灰度控制区域漏出的光。

29.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

位于所述显示区域中的所述多个电极被布置使得在构成与所述发光阵列发出的一行光的传播方向交叉的任意一行的区域内产生电势差。

30.如权利要求29所述的显示装置，其中：

所述的多个电极由一对带状的电极构成，所述带状电极中的一个具有多个分支。

31.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

在所述的由所述多个电极施加了所述电场的区域，所述光学材料层的所述折射率发生变化，并且经过所述波导阵列将所述发光阵列发出的所述光从所述发光材料层取出到外部。

32.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述的光取出部分还包括：

光散射层，用于散射从所述光学材料层中取出的所述光。

33.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述的光取出部分还包括：

防反射层，用于防止从外界来的光反射。

34.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

在对应于所述波导阵列中所述光的损失而取出所述光的时候，通过修正所述电极之间的排列间隔来修正光取出效率。

35.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述发光阵列包括：

用于发光的有机电致发光层，其中：

每个所述的有机电致发光层位于透明电极和不透明电极之间。

36.如权利要求35所述的显示装置，其中：

所述发光阵列还包括：

透明基底；

位于所述透明基底之上的遮光层，用于遮蔽从外界来的光；

阻挡层，用于防止所述透明基底中的杂质成分进入到位于所述阻挡层之上的其它层中；以及

位于所述阻挡层之上的薄膜晶体管。

37.如权利要求35所述的显示装置，其中：

所述发光阵列对应于构成一行发光的像素数量，提供所述的多个有机电致发光层和驱动所述多个有机电致发光层的薄膜晶体管，并且

从所述一行的起点开始顺序地驱动薄膜晶体管，以及

所述的多个有机电致发光层从所述一行的起点开始顺序地发光。

38.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述的发光阵列将红、绿、蓝三种颜色的光输入到所述波导阵列中。

39.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述发光阵列对应于所述波导阵列中所述光的损失，将通过视频校正电路校正的图象信号输入到所述波导阵列中。

40.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述波导阵列包括：

至少有高折射率区域和低折射率区域，其中：

所述的高折射率区域是按照指定的阵列间距，对应于组成所述发光阵列发出的一行光的像素数量而提供的，并且

从所述发光阵列发出的一行光在相应的所述高折射率区域中传播。

41.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述波导阵列是由聚合材料构成的。

42.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述波导阵列还包括：

位于支撑基底之上的吸光层，用于吸收从外界来的光。

43.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述波导阵列还包括：

由聚合材料制成的支撑基底；

位于所述支撑基底上的吸光层，用于吸收从外界来的光；

位于所述吸光层上的低折射率区域；

位于所述低折射率区域上的一个层，其中按照指定的间距交替地布置有高折射率区域和低折射率区域。

44.如权利要求24或25所述的显示装置，其中还包括：

光反射部分，用于在所述波导阵列的另一端反射由所述波导阵列传播的光。

45.如权利要求24或25所述的显示装置，其中：

所述波导阵列和所述光取出部分由柔性材料构成，其可以反复地卷起和拉出，并可以容纳在容器中。

46.如权利要求45所述的显示装置，其中还包括：

形成在所述显示区域的一部分上的黑白图案；和

安装在其中卷有所述波导阵列和所述光取出部分的容器的出口附近的光耦，其中：

在读取所述黑白图案时检测取出的显示区域的距离；

所述的光取出部分根据所述的检测结果，仅仅从所述波导阵列和所述光取出部分的暴露部分的区域中取出光。

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