專利名稱：用于受抑全內(nèi)反射顯示器的正常發(fā)射像素體系結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及顯示器領(lǐng)域，尤其涉及增強透射式顯示器的視覺性能，該透射式顯示器利用透明條形波導(dǎo)向像素快門機構(gòu)提供光，該像素快門機構(gòu)在顯示器表面上進行圖像調(diào)制。
背景技術(shù)：
本段旨在向讀者介紹可能與本發(fā)明有關(guān)方面的本領(lǐng)域各個方面，這些方面在下面被描述和/或要求權(quán)利。相信這種討論有助于給讀者提供背景信息，以利本發(fā)明的更好理解。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這些陳述應(yīng)當(dāng)按這種見解閱讀，而不是作為現(xiàn)有技術(shù)的接納。
最常使用的顯示器包含電光單元陣列，亦稱像素陣列，該像素陣列響應(yīng)施加的電壓或電流而產(chǎn)生光。例如，液晶顯示器或叫“LCD顯示器”，包含的像素陣列由安排在兩個透明電極之間的分子層形成。當(dāng)電壓被加到該兩個透明電極上時，分子層點亮。作為另一個例子，等離子顯示器包含的像素陣列含有包含在玻璃板之間的惰性氣體。向惰性氣體施加電場使之變成發(fā)光的等離子體。在這些顯示器中的像素陣列包含相等數(shù)量的紅色、綠色和藍(lán)色像素，當(dāng)適當(dāng)?shù)目刂菩盘柋患拥竭@些像素時，它們產(chǎn)生彩色的圖像。
上述常用顯示器的一種替代品是平板顯示器，它使用全內(nèi)反射抑制(FTIR)抽出在波導(dǎo)內(nèi)傳播的光。典型的FIlR顯示器系統(tǒng)，包含透明的矩形條形波導(dǎo)，該條形波導(dǎo)作為上層像素陣列的光源起作用。操作時，光(通常是單色光)以選定的角度從邊緣被注入波導(dǎo)中，使注入的光被波導(dǎo)表面全內(nèi)反射。在一些情形中，該波導(dǎo)在條形波導(dǎo)的一個或多個側(cè)邊緣表面上是鏡面反射的，以增加波導(dǎo)內(nèi)傳播的全內(nèi)反射(”TIR”)光線的轉(zhuǎn)折(transit) 數(shù)量。其后，波導(dǎo)內(nèi)傳播的光能夠局部地、有選擇地和可控地在每一像素位置上，通過抑制被約束在波導(dǎo)內(nèi)的光的全內(nèi)反射而被抽出。
各種平板的基于FIlR的顯示器系統(tǒng)，在近數(shù)十年來已經(jīng)被開發(fā)。其中之一是時間復(fù)用光學(xué)快門(TM0S，Time Multiplexed Optical Shutter)，由Martin G. klbrede 公開在 U. S. Letters Patent 5，319，491 中(下文稱為‘、elbrede‘ 491”)，在此全文引用，供參考， 以及變型，被公開在例如，U. S. Patent Nos. 7，092，142，7，042，618，7，057，790，7，218，437， 7，486，854和7，450, 799中，這些專利也在此全文引用供參考。
在klbrede' 491中所描述的和上面其他專利所闡述的基于FIlR的光學(xué)顯示器例子，是平板顯示器，它包含跨越平面形條形波導(dǎo)分布的多個像素。這種顯示器的一個例子，被畫在圖IA和IB中。圖IA是顯示器的兩個相鄰像素100、105的基本斷面示意圖。條形波導(dǎo)130由有折射率高于2的平方根，即1. 4146的材料構(gòu)成，并在離光源注入邊緣132 最遠(yuǎn)的條形邊緣上有反射涂層(未畫出)。電子線路層112可以被布置在波導(dǎo)130的頂表面133上，以提供有選擇地控制和激勵每一個別像素的電子線路。電子線路層112包含諸如TFT 114及導(dǎo)電互連116(下面更詳細(xì)描述)的驅(qū)動電子線路和在每一像素位置上的電子線路層像素導(dǎo)體115、150，以便有選擇地激勵每一像素。下文簡稱“像素導(dǎo)體”的電子線路層像素導(dǎo)體115、150，最好由透明導(dǎo)體材料，諸如氧化銦錫形成。激活層118平行于波導(dǎo) 130并與波導(dǎo)130隔開而由多個墊片110支承，這些墊片110被定位在電子線路層112的頂表面125上。激活層118可以包括聚合物材料(如合成橡膠)的薄片120、跨過被布置在顯示器上的任何數(shù)量的像素的共用導(dǎo)體122、以及不導(dǎo)電的光耦合層132。聚合物材料薄片120是彈性地可變形的并最好包括透明的合成橡膠材料的片(或膜)，該透明合成橡膠材料有選定的高折射率，以便當(dāng)借助FIlR抽出光時優(yōu)化光的耦合。共用導(dǎo)體122最好由透明導(dǎo)體材料諸如氧化銦錫形成。該多個墊片110使激活層118按與電子線路層112的頂表面125隔開關(guān)系定位，從而在其間形成細(xì)微間隙135(如真空或充氣間隙)。墊片110橫跨電子線路層112的頂表面125被分配在各個像素幾何形狀的外圍，使激活層118被包圍每一像素位置的墊片110縛住。在一個例子中，墊片110由被布置在電子線路層112頂表面 125上鋁的正方形格柵形成，格柵的每一正方形包圍單個像素100、105位置。這樣，每一像素100、105代表顯示器的分立的細(xì)部，其中每一像素100、105包括包圍每一像素位置的墊片110所劃定的部分激活層118和部分電子線路層112。
操作時，場序式色光(如順序照射的基色光，諸如紅色、綠色和藍(lán)色)從邊緣注入條形波導(dǎo)130中，并在波導(dǎo)130內(nèi)及被布置在其上的有類似折射率的層(如電子線路層 112)內(nèi)經(jīng)受全內(nèi)反射(“TIR”)。從邊緣注入的光在空氣間隙135形成的低折射率包層層和包圍波導(dǎo)底表面134的空氣的界面處經(jīng)受TIR，因而把IlR光波145截留(trap)在波導(dǎo) 130和其上布置的層內(nèi)。例如，如圖IA中畫出的，由于相鄰于頂表面125的低折射率充氣間隙135(即包層層)和包圍底表面134的空氣的存在，IlR光波145受在電子線路層112頂表面125處和在波導(dǎo)130的底表面134處的空氣界面的約束。
圖IB概念性地分別示出兩個像素100、105的ON狀態(tài)和OFF狀態(tài)，該兩個像素被相鄰地定位并由一個或多個墊片110分開。像素100示出在無激勵的位置，亦稱非激活狀態(tài)或靜態(tài)狀態(tài)的單個像素。在靜態(tài)狀態(tài)中，在與像素100關(guān)聯(lián)的墊片110之間的一部分激活層118被定位成與電子線路層112的頂表面125平行，并與該頂表面125分開細(xì)微的間隙135，使沒有光在該像素位置被發(fā)射(即像素100處于OFF狀態(tài))。例如，激活層118的底表面140與頂表面125分開的間隙高度(h)(即距離)最好大于約200納米(如高度在從約200nm到6000nm或更大的范圍中)，以保證實質(zhì)上不出現(xiàn)從波導(dǎo)130到激活層118的跨越間隙135的IlR光波145的耦合。
像素105示出處于被激勵狀態(tài)，亦稱激活狀態(tài)或ON狀態(tài)位置的單個像素。通過對如在圖1中以導(dǎo)體150的剖面線所示的像素導(dǎo)體150充電，像素105被切換到ON狀態(tài)，以便在共用導(dǎo)體122和電子線路層像素導(dǎo)體150之間建立足夠的電勢差和伴生電場，導(dǎo)致附著在那里的共用導(dǎo)體122和合成橡膠層120(即可變形激活層)向著電子線路層導(dǎo)體150 變形和移動，以致激活層118移動成(或幾乎移動成)與電子線路層的頂表面125接觸，從而抑制波導(dǎo)內(nèi)的IlR光。因此，電子線路層導(dǎo)體150的激活，通過局部地推動可變形激活層 118跨越細(xì)微間隙135并變成與電子線路層112的頂表面125接觸(或幾乎接觸)，有選擇地控制和激勵由環(huán)繞墊片110劃定的像素105區(qū)域中的一部分激活層118，使IlR光波145受到抑制而發(fā)射的光波1 被引出波導(dǎo)130并在該被激勵像素位置從激活層118釋放。
電子線路層112通常包含驅(qū)動電子線路，該驅(qū)動電子線路包括諸如激活矩陣薄膜晶體管(“AM-TFT”)結(jié)構(gòu)的薄膜晶體管(“TFT”)114和諸如金屬電線跡的導(dǎo)電互連116。 驅(qū)動電子線路被用于在ON和OFF狀態(tài)之間電子切換各個像素100、105。例如，每一像素 100、105可以包含向像素導(dǎo)體115、150供應(yīng)適當(dāng)電壓的AM-TFT裝置114，該電壓在間隙135 兩側(cè)(即在像素導(dǎo)體115、150和共用導(dǎo)體122之間)建立足夠的電勢差(Δν)，以便產(chǎn)生導(dǎo)致激活層118向著波導(dǎo)130變形和高速移動的電場，如以前對像素105所描述的。要把像素的狀態(tài)切換到OFF，AM-TFT裝置114把加到像素導(dǎo)體115、150的電壓切換為合適的電壓， 該合適的電壓足以降低像素導(dǎo)體115、150和共用導(dǎo)體122之間的電勢差(如AV = 0)，以致變形的激活層118能夠彈性地返回(前面對像素100所描述的)該像素靜態(tài)OFF狀態(tài)中它的無變形的平行取向。
FIlR顯示器中的多個像素100、105是靜電受控微機電系統(tǒng)(“MEMS”)結(jié)構(gòu)，該微機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可控地使橫跨細(xì)微間隙135的激活層118變形并推動激活層118變成與電子線路層112的頂表面125接觸或幾乎接觸，以致通過直接接觸傳播和/或通過漸逝耦合方式，使光從波導(dǎo)130傳輸?shù)郊せ顚?18。利用激活層118的機電和/或有質(zhì)動變形，通過推動激活層118橫過細(xì)微間隙135，每一像素100、105能夠因此被激勵到ON位置。在與條形波導(dǎo)135關(guān)聯(lián)的像素導(dǎo)體115、150和與激活層118關(guān)聯(lián)的共用導(dǎo)體122之間的間隙135兩側(cè)適當(dāng)電勢的施加，引起激活層118向著波導(dǎo)130變形和高速移動。當(dāng)激活層118處在與頂表面125物理接觸(或幾乎接觸)，使IlR光145能夠借助FIlR被耦合出波導(dǎo)130時，激勵可以被認(rèn)為已經(jīng)完成。被抽出和被發(fā)射的光巧5的強度能夠或者受所加電壓的脈沖寬度調(diào)制(PWM)(即數(shù)字灰度級)的控制，或者受所加電壓幅度變化(即模擬灰度級)的控制。 此外，接觸/幾乎接觸事件能夠以非常高的速度發(fā)生，以便允許按圖像幀速率的多個基色 (如場序式色光)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)幕叶鹊燃?，并且以便避免過運動的(excessive motional)和色亂的膺像，同時保持平滑的圖像生成。
因此，如上所述，klbrede' 491和上面陳述的專利中描述的像素操作模式，包含像素的體系結(jié)構(gòu)，其中像素的機械地靜態(tài)(即無激勵)的位置，是像素的OFF狀態(tài)位置 (如圖IB中靜態(tài)的像素100和圖IA中畫出的兩個像素)，而像素的被激勵位置，是像素的 ON狀態(tài)位置(如圖IB中被激勵像素105)。在靜態(tài)位置中，像素100是光學(xué)非激活的，因為激活層118處于與條形波導(dǎo)130隔開關(guān)系，以致跨越間隙135的光耦合(如漸逝耦合) 可忽略不計。在激勵的位置中，像素100是光學(xué)激活的，因為激活層120的機電或有質(zhì)動 (ponderomotive)變形，促使激活層118物理地越過間隙135并變成與條形波導(dǎo)130或電子線路層112接觸或幾乎接觸，因而導(dǎo)致FI1R，它允許光從該激勵的像素區(qū)105被發(fā)射。
然而，電子線路層112內(nèi)驅(qū)動電子線路按照被布置在波導(dǎo)130之上的安置，能夠產(chǎn)生有害的光學(xué)效應(yīng)。尤其是，把基于TFT的驅(qū)動電子線路按照激活矩陣情況(AM-TFI^ga 機構(gòu))安排在激活層112內(nèi)，能夠引起如散射光160和反射光165所分別示出的光散射和/ 或光強衰減，它降低這種顯示器的反差比和/或光學(xué)效率。例如，因為AM-TFT結(jié)構(gòu)一般包含一系列電介質(zhì)層，這些電介質(zhì)層由適合保證晶體管正常工作的數(shù)種不同材料構(gòu)成，所以光學(xué)效率能夠為此讓步。這些層的數(shù)量能夠高達(dá)一打且每一個可以根據(jù)構(gòu)成它的材料而有明顯不同的折射率。因此，特定層厚度上折射率的具體次序能夠不合需要地引起進入一個(或多個)層的一些光被反射回波導(dǎo)130中(如反射光165)、被吸收、和/或作為非IlR光 (如散射光160)被散射。這些層能夠通過反射大量光(如反射光165)回到波導(dǎo)而使光衰減，從而在像素激勵期間阻止這樣的光射向觀看者。另外，可以有相對于條形波導(dǎo)表面133 及相對于該同一表面的法向(垂直)傾斜的表面的TFT 114和導(dǎo)電互連116的各種層，能夠引起從這種區(qū)不合需要的散射，由此提高顯示器系統(tǒng)的噪聲本底(noise floor)并降低有效信噪比(從而反差比)。因此，某些顯示器的體系結(jié)構(gòu)，其中驅(qū)動電子線路(如互連、 TFT) 一般被布置在條形波導(dǎo)130表面上和/或布置其上的層內(nèi)(如電子線路層112)，從而永久地在波導(dǎo)130內(nèi)傳播的IlR光145的光路中，這種體系結(jié)構(gòu)能夠通過使光輸出降質(zhì)或誘發(fā)過量散射而升高系統(tǒng)噪聲本底，引起有害的光學(xué)效應(yīng)。
另一個光學(xué)噪聲源是，由于當(dāng)IlR光145在電子線路層112和波導(dǎo)130內(nèi)傳播時產(chǎn)生的從頂表面125延伸的漸逝場的存在，導(dǎo)致從墊片110散射的光。那里漸逝場(即漸逝波)遭遇安放在頂表面125上的墊片110，這些墊片建立的不連續(xù)邊界條件使?jié)u逝波變換為可見光譜中但通常以非IlR角度的傳播波(即散射光)。這樣由于提高顯示器系統(tǒng)的噪聲本底和降低有效信噪比(從而反差比)，導(dǎo)致有害的光學(xué)效應(yīng)。
這里公開的主題指向上面陳述的一個或多個有問題的效應(yīng)的解決。

發(fā)明內(nèi)容
下面給出本公開的主題的簡單概括，以便提供本公開的主題的一些方面的基本理解。該概括不是本公開的主題的詳盡概述。不打算指明本公開主題的關(guān)鍵的或決定性的單元，或劃出本公開的主題的范圍。唯一的目的是以簡化的形式給出一些概念，作為稍后討論的更詳盡描述的序言。
在一個實施例中，給出的設(shè)備包含條形波導(dǎo)和鄰近該條形波導(dǎo)的頂表面安排的一個或多個像素。在一個實施例中，條形波導(dǎo)被配置成使被注入的光在該條形波導(dǎo)的頂表面和底表面被全內(nèi)反射。每一像素包含可變形的激活層和驅(qū)動電子線路層。在靜態(tài)的像素狀態(tài)中，激活層被定位在該波導(dǎo)的頂表面附近并平行于該波導(dǎo)的頂表面。驅(qū)動電子線路層按與激活層隔開關(guān)系并在條形波導(dǎo)對面被安排。在像素的ON狀態(tài)中，當(dāng)該激活層離條形波導(dǎo)的頂表面在第一選定距離內(nèi)時，該激活層抑制被注入光的全內(nèi)反射，從而允許一部分被注入光從該條形波導(dǎo)出射通過所述像素。在像素的OFF狀態(tài)中，驅(qū)動電子線路層被配置成在電子線路層和激活層之間施加電勢差，該電勢差推動激活層離開條形波導(dǎo)的頂表面，由此阻止被注入光從條形波導(dǎo)出射通過所述像素。


本公開的主題可以通過參考下面的描述理解，下面的描述是結(jié)合附圖作出的，附圖中相同的參考數(shù)字標(biāo)識相同的單元，其中 圖IA和圖IB概念性地示出兩個像素，它們被相鄰地放置并能夠用被安排在激活層和條形波導(dǎo)之間的常用電子線路層激活； 圖2概念性地示出按照本發(fā)明的實施例的兩個像素，它們被相鄰地放置并能夠用倒置體系結(jié)構(gòu)激活，該倒置體系結(jié)構(gòu)把激活層安排在電子線路層和條形波導(dǎo)之間； 圖3A概念性地示出典型的三層疊層中的光，該典型的三層疊層能夠代表部分常用的，例如如圖IA和圖IB所示的像素層疊層； 圖;3B畫出通過圖3A所示典型的三層疊層的光，對從零到90°的入射角范圍和二氧化硅(“Si02”)層的可變厚度(d)的透射率； 圖3C對(如75度，這里零度是垂直于SiO2層表面)入射到常用像素層疊層中的 SiO2層(即電子線路層)上，以及(如5度)入射到倒置像素層疊層中的SiA層(即電子線路層)上兩個代表性光入射角，畫出通過圖3A所示典型的三層疊層的光作為SiO2層厚度函數(shù)的透射率的比較； 圖4A和圖4B概念性地示出分別在靜態(tài)ON狀態(tài)和激勵的OFF狀態(tài)中像素的第一示例性實施例； 圖4C示意畫出顯示器中圍繞支座(standoff)的剖面部分，以便示出使進入支座的光再循環(huán)回波導(dǎo)中，以阻止光從像素周邊泄漏的手段； 圖4D和圖4E示意畫出顯示器中圍繞支座的剖面部分，以便示出阻止光在該支座鄰域中從條形波導(dǎo)出射，以阻止光從像素周邊泄漏的方法； 圖4F示意畫出顯示器中圍繞支座的剖面部分，以便示出使光熄滅，以阻止光從像素周邊泄漏的手段； 圖5A、圖5B和圖5C示出光學(xué)微結(jié)構(gòu)的示例性實施例的各種幾何形狀； 圖6示意畫出激活層的下表面的頂視圖，以便概念性地示出單個像素的光學(xué)微結(jié)構(gòu)的示例性分布； 圖7是SEM照片，示出圖6中所示激活層的下表面的表面外形； 圖8示意畫出激活層的下表面的頂視圖，以便概念性地示出單個像素的光學(xué)微結(jié)構(gòu)的另一個示例性分布； 圖9A和圖9B概念性地示出分別在靜態(tài)ON狀態(tài)和激勵的OFF狀態(tài)中像素的第二示例性實施例； 圖IOA和圖IOB概念性地示出分別在靜態(tài)ON狀態(tài)和激勵的OFF狀態(tài)中像素的第三示例性實施例； 圖11畫出按照圖IOA和圖IOB所示實施例的激活層的下表面的頂視圖，以便概念性地示出單個像素的光學(xué)微結(jié)構(gòu)的另一種示例性分布；和 圖12概念性地示出受抑全內(nèi)反射(“FI1R”)顯示器系統(tǒng)。
雖然本公開的主題可容許各種修改和另外的形式，但其特定實施例已經(jīng)作為例子在圖中畫出并被本文詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，特定實施例的本文描述不企圖把本公開的主題限制于被公開的具體形式，相反，我們企圖覆蓋落在隨附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有修改、等價者、組合和替代者。
具體實施例方式在下面的描述中，圖示的實施例被描述，以提供對本發(fā)明的理解。然而，為清晰起見，不是所有實際實施方式的特征都在本說明書中被描述。顯而易見，在任何這類實際實施例的開發(fā)中，許多實施方式特有的判定應(yīng)當(dāng)被作出以達(dá)到開發(fā)者的特定目標(biāo)，諸如與系統(tǒng)有關(guān)和商業(yè)有關(guān)約束的遵守，將從一種實施方式到另一種實施方式變化。此外，應(yīng)當(dāng)看到， 這類開發(fā)的努力可能是復(fù)雜和費時的，但對已從本公開獲益的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員說來，依然是例行的任務(wù)。
本公開的主題現(xiàn)在將參考附圖描述。各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和裝置在圖中被示意畫出，只是為了解釋的目的，這樣不至于以細(xì)節(jié)遮蔽本發(fā)明，這是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員周知的。盡管如此，附圖還是被包含，以便于描述和解釋所公開的主題的圖示例子。
一般說來，本文描述的技術(shù)的實施例，給出增強光學(xué)顯示器的光學(xué)性能(如信噪比、發(fā)光均勻性)的各種像素驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)。在每一實施例中，個別像素的機械地靜態(tài)(即無激勵)的位置是該像素處于“ON位置”(S卩“ON”狀態(tài))的場合。像素的ON位置是指光學(xué)地激活的像素，它發(fā)射光，且最好引導(dǎo)光到觀看者。因此，該像素處于它的ON位置，直到當(dāng)該像素被激勵的時候為止。要切換像素到“OFF位置”(即“OFF”狀態(tài))，該像素必須被激勵，以使該像素變成光學(xué)地非激活的。
圖2概念性地分別示出OFF狀態(tài)和ON狀態(tài)的兩個像素200、205，它們被相鄰地放置并被一個或多個墊片210分開。圖2所示像素200、205，是按照本發(fā)明一個實施例的倒置像素體系結(jié)構(gòu)實施的，該倒置像素體系結(jié)構(gòu)增強視覺性能的同時，仍然保持用于控制像素的基于TFT裝置不變。增強視覺性能的倒置像素體系結(jié)構(gòu)的一個值得注意的方面，在于驅(qū)動電子線路層215被置于波導(dǎo)225上方并與之隔開，這樣使驅(qū)動電子線路層不再位于波導(dǎo) 225內(nèi)IlR光傳播的光路中。此外，如本文將要討論的，倒置像素體系結(jié)構(gòu)可以有利地要求較小的激勵像素的功率。
在該倒置體系結(jié)構(gòu)中，通過把驅(qū)動電子線路層215安排在激活層218上方并按與激活層218隔開關(guān)系，形成像素200、205，該激活層218被布置與波導(dǎo)225相鄰。驅(qū)動電子線路層215被多個墊片210支承在激活層218的頂表面2 上方，這些墊片210在之間形成第一間隙234。激活層218包括聚合物材料(如合成橡膠)的薄片220和在像素200、 205(或被布置在顯示器上的任何數(shù)量的像素)上方延伸的共用導(dǎo)體222。該聚合物材料片 220是彈性地可變形的并最好包括透明的合成橡膠的材料，該材料有選定的高折射率，以便當(dāng)借助FIlR抽出光時優(yōu)化光的耦合。合適的聚合物材料包含丙烯酸酯、聚乙烯對苯二酸酯 (“PET”)、氨基甲酸乙脂、以及呈現(xiàn)彈性的其他聚合物材料。共用導(dǎo)體222最好由透明導(dǎo)體材料形成，諸如氧化銦錫(“ΙΤ0”)。墊片210被跨越激活層218的頂表面2M分布在各個像素幾何形狀的周圍，使激活層218被環(huán)繞每一像素位置的墊片210縛住。制作墊片210的適當(dāng)材料，包含鋁和光致抗蝕劑材料，然而應(yīng)當(dāng)指出，墊片210可以由廣大范圍的透明的或不透明的可形成圖形的(patternable)材料(如金屬、聚合物、玻璃、陶瓷等)制作。在一個例子中，墊片210由鋁的正方形格柵形成，被布置在激活層的頂表面2M上，使每一正方形格柵包圍單個像素200、205位置。驅(qū)動電子線路層215包括在每一像素位置上的電子線路層像素導(dǎo)體對5、255，以便有選擇地激勵每一像素。每一電子線路層像素導(dǎo)體對5、255， 下文簡稱“像素導(dǎo)體”，最好包括透明導(dǎo)體材料，例如氧化銦錫。驅(qū)動電子線路層215還可以包含電子裝置246 (如TFT)和導(dǎo)電互連248 (如電線跡)，用于有選擇地在ON狀態(tài)與OFF狀態(tài)之間切換個別像素200、205。
光源235通過光注入表面241把光注入波導(dǎo)225中，使進入波導(dǎo)225的光在波導(dǎo) 225的上表面242和下表面243被全內(nèi)反射，如IlR光波240所示。如圖2中所畫出，波導(dǎo) 225可以是有反射邊緣表面M4的條形波導(dǎo)，該反射邊緣表面244被做成鏡面以把被注入的IlR光240反射回波導(dǎo)225中并增加在其中傳播的IlR光的轉(zhuǎn)折數(shù)量。注意，沒有畫出的一些實施例可以省去鏡面邊緣表面對4。波導(dǎo)225可以由任何適合的波導(dǎo)材料，諸如光學(xué)級玻璃或包含柔性塑料(即柔性波導(dǎo)基底)的塑料制作。此外，值得指出的是，波導(dǎo)225的形狀可以是平面的(如平面的矩形板條)或非平面的，諸如彎曲的波導(dǎo)基底。
倒置體系結(jié)構(gòu)與常用的體系結(jié)構(gòu)(前面已描述)的差別，在于允許激活層218與靜態(tài)狀態(tài)中的波導(dǎo)225的上表面242接觸(或幾乎接觸)。當(dāng)像素200、205是機械地靜態(tài) (即無激勵的)時，它們由此處于ON或激活狀態(tài)(即光學(xué)地激活的)。如圖2中所畫出，像素205示出處于ON狀態(tài)的無激勵的單個像素。像素導(dǎo)體245沒有被電接通(如由平行線填充的框245所指出)，因為沒有足以激勵像素的電場或電勢被加到像素205，從而靜態(tài)的像素205保持在ON狀態(tài)，直到像素205被激勵為止。在靜態(tài)狀態(tài)中，與該像素205關(guān)聯(lián)的激活層218的部分被足夠靠近上表面242放置，以抑制像素205區(qū)內(nèi)射到波導(dǎo)225的表面 242的IlR光240的全內(nèi)反射。因此，激活層218在極接近波導(dǎo)上表面242的地方借助FIlR 把TIR光240耦合出波導(dǎo)225并把它作為被發(fā)射光250引向觀看者。
受益于本公開的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，抑制IlR光所必需的激活層218 和波導(dǎo)225之間的間隔，依賴于用于制作激活層218和/或波導(dǎo)225的和可以在鄰接波導(dǎo)上表面242形成的任何其他層的具體材料。再有，通過改變激活層218和波導(dǎo)225之間的距離(如通過改變施加的電勢和/或電場)或通過例如借助脈沖寬度調(diào)制改變單個圖像幀或子幀內(nèi)像素處于ON對OFF狀態(tài)的時間百分比，能夠改變被發(fā)射光250的強度。接觸/幾乎接觸事件能夠以非常高的速度發(fā)生，以便允許按圖像幀速率對多基色(如場序式色光) 產(chǎn)生合適的灰度等級和避免過運動的和色亂的膺像，同時保持平滑的圖像生成。
為激勵單個像素，被施加的電壓在共用導(dǎo)體222和像素導(dǎo)體245、255之間建立電勢差，使可變形激活層218被推離波導(dǎo)的上表面M2，以便阻止IlR光在像素位置耦合出波導(dǎo)225(即像素的OFF狀態(tài))。例如，像素200示出處于OFF狀態(tài)的被激勵的單個像素。要把像素200切換為OFF狀態(tài)，像素導(dǎo)體255被充電，如圖2中由導(dǎo)體255的剖面線所指出。 像素的電子裝置M6 (如TFT)的激活，控制像素導(dǎo)體255處的電壓或電荷，像素導(dǎo)體255與共用導(dǎo)體222的組合建立電荷差(Δ V)，從而有選擇地激勵由環(huán)繞墊片210劃定的像素200 的區(qū)域中一部分激活層218，是通過局部地推動可變形激活層218離開波導(dǎo)225的頂表面 242并推向像素導(dǎo)體255 (即驅(qū)動電子線路層21 ，使在激活層218和波導(dǎo)225之間形成第二間隙沈0。間隙沈0的高度約等于墊片210的高度并被選定得足夠大，以基本上阻止TIR 光240從波導(dǎo)225逃逸或耦合到像素位置區(qū)中的激活層218。值得指出的是，受益于本公開的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本文中使用的術(shù)語“基本上”，意思是指任何逃逸的光強度都在選定的容差以下。尤其是，一些可接受的光量仍然可以從條形波導(dǎo)225逃逸，例如由于各層中的缺陷產(chǎn)生的散射和/或反射，和由IlR光240遭遇波導(dǎo)表面的金屬物體(如安裝的托架)而形成的重構(gòu)漸逝波的發(fā)射等等。本領(lǐng)域那些一般熟練技術(shù)人員將明白，選定的容差將具體取決于諸如所需反差比、獲得超平坦和平行表面的條形波導(dǎo)225的成本、 降低光泄漏的條形波導(dǎo)225的光學(xué)質(zhì)量等因素而實施。
通過把驅(qū)動電子線路層215與波導(dǎo)225隔開，該倒置體系結(jié)構(gòu)依靠降低光損耗和與前面所述的常用體系結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的光散射，增強像素205的視覺/光學(xué)性能。一方面，光損耗和光散射作為被發(fā)射光250射到和橫越驅(qū)動電子線路層215角度的結(jié)果而被降低，由此劇烈地降低與電子裝置M6 (如TFT)及其中的導(dǎo)電互連248遭遇并相互作用的兩種機會。尤其是，被發(fā)射光250以相對于驅(qū)動電子線路層215的下表面261更接近正交角的角度θ 入射到驅(qū)動電子線路層215上。換而言之，幾乎所有被發(fā)射光250以臨界角θ。(如玻璃空氣界面的θ。是42度)以下的角度θ，就是說，以9。和0°之間的非IlR角射到并橫越下表面沈1，其中該垂直于下表面的正交角等于0°，如下面還要描述的圖3Α示意所示。 注意，在任何兩層的邊界上的臨界角，由每一個層的折射率確定，例如，相對于空氣界面的玻璃媒質(zhì)中的IlR光，臨界角是42度。但在常用體系結(jié)構(gòu)中，IlR光145以更平行于電子線路層112的下表面1 的IlR角，射到電子線路層112，如圖1中所示。更準(zhǔn)確地說，幾乎所有在波導(dǎo)130中傳播的IlR光145以臨界角θ。以上的角度θ，就是說，以Θ。和90°之間的TIR角(如圖3Α所示)射到電子線路層112上。因此，條形波導(dǎo)130中的IlR光145 耦合進置于其上的電子線路層112中，并更可能遭遇電子裝置114和其中的導(dǎo)體116(即在 TIR的光路中)，這極不合需要地在電子線路層112內(nèi)產(chǎn)生被散射光和/或被截留光(即光學(xué)噪聲和/或光學(xué)損耗)。相反，被發(fā)射光250已經(jīng)經(jīng)過倒置體系結(jié)構(gòu)中的激活層218從波導(dǎo)225逃逸，以更接近與表面261正交的角度射到驅(qū)動電子線路層215上，并照此通過更直接地橫越驅(qū)動電子線路層215優(yōu)先地透過，與電子裝置246 (如TFT)和導(dǎo)電互連248遭遇并相互作用，導(dǎo)致光損耗、散射和反射的機會相對地小。此外，大多數(shù)被發(fā)射光250在遠(yuǎn)離電子裝置246和導(dǎo)電互連248的區(qū)域中射到驅(qū)動電子線路層215，這進一步降低遭遇這種電子線路的機會，從而進一步降低光學(xué)顯示器系統(tǒng)中的光損耗和光噪聲。
層(如電子線路層)上的入射光，以非IlR角對IlR角傳播的優(yōu)勢透射率的一般概念，示于圖3AJB和3C。圖3A概念性地示出典型三層疊層302的玻璃層中傳播的光300。 該三層疊層302包含玻璃層305 (它有折射率RI = 1. 52)、二氧化硅(“Si02” )層310 (RI =1.46)和丙烯酸酯層315 (RI = 1.58)。對該典型，層305、310、315彼此緊密接觸。該三層305、310、315被選擇的原因是a)玻璃代表波導(dǎo)，因為在FIlR顯示器中，波導(dǎo)常常是玻璃的，且在常用的和倒置的體系結(jié)構(gòu)兩者中，光被注入該層；b) SiO2R表電子線路層，因為在電子線路層內(nèi)用于制作低溫聚合硅(LTPS)TFT激活矩陣裝置使用的電介質(zhì)層中，SiO2有最低的折射率；和c)丙烯酸酯代表激活層，因為丙烯酸酯是在FIlR顯示器中用于制作激活層的共用材料，用于從波導(dǎo)抽出光(下面還要再詳細(xì)描述)。該三層疊層302因此提供跨越電子線路層112、215的光透射率的簡單代表，這是在如前面由圖IB的被激勵像素105 所示的常用像素層疊層中，或在如圖2的靜態(tài)像素205所示的倒置像素層疊層中被實施的。 Maxwell方程式對典型的三層疊層302求解，以確定入射SW2層上的光300 (在玻璃層305 中)作為入射角320和SW2層厚度325的函數(shù)的透射率。
入射SiO2層310上的光300的透射率，作為從零到90°范圍的入射角320的函數(shù)， 對SiO2層310的三種不同厚度(“d”，以納米為單位)被畫在圖:3B中。參考圖3A，有0° 入射角320的光300垂直于SW2層310的表面，而有90°入射角320的光300平行于該表面。例如，圖:3B表明，在玻璃相對于有RI = 1.0(如空氣)的邊界層的臨界角是42°的場合，以低于臨界角的角度傳播的光幾乎沒有反射(即包層作用)。而在該臨界角以上，TIR 出現(xiàn)，光的透射高度地依賴于入射角320和SW2層310的厚度325。
圖3C還對有兩個代表性入射角的光300，畫出該光通過SiO2層310作為SiO2層 310厚度325的函數(shù)的透射率。有5度入射角320的虛線330是在倒置體系結(jié)構(gòu)中射到電子線路層215的光250的典型入射角，而有75度入射角320的實線335是在常用體系結(jié)構(gòu)中射到電子線路層112的平均IlR光145的典型入射角。圖3C進一步表明，對有5度入射角的光，即在臨界角以下傳播的光，幾乎沒有反射(即包層作用)的光與光傳播通過的S^2 層310厚度無關(guān)。然而，有75度入射角的光，即以出現(xiàn)TIR的臨界角以上的角度傳播的場合，光的透射和其反射(即包層作用)高度地依賴于入射角320和SW2層310的厚度325。 這樣，顯著的光損耗出現(xiàn)并隨SiO2層厚度的增加而增加。由該典型示出的透射率有助于理解在倒置體系結(jié)構(gòu)中，在射到驅(qū)動電子線路層215(或TFT陣列)的大部分光250的入射角 320為非IlR角(如對玻璃空氣界面，是臨界角42度以下的角度)的場合，光反射(即包層作用)被最小化并達(dá)到可忽略不計的程度，并且與圖2所示驅(qū)動電子線路層215的厚度無關(guān)。而在圖1所示的常用體系結(jié)構(gòu)中，在電子線路層112(或TFT陣列)被制作在條形波導(dǎo) 130上的場合，條形波導(dǎo)130內(nèi)和入射電子線路層112上的所有光(即IlR光145)都以臨界角以上的TIR角320傳播，其中IlR光的大部分以大于約60度的角度320傳播。因此， 在常用體系結(jié)構(gòu)中，對有大于約75度入射角的光，光反射(即包層作用)能夠是基本的并有接近100%的光損耗(即不可用于從像素抽出)。
下面的示例性實施例引用上面對圖2所示像素體系結(jié)構(gòu)所作描述，并進一步按照本發(fā)明各個實施例的像素體系結(jié)構(gòu)描述更多的細(xì)節(jié)和特征。圖4A和4B概念性地示出分別在靜態(tài)ON狀態(tài)和被激勵OFF狀態(tài)中像素400的第一示例性實施例。像素400包含波導(dǎo) 402、激活層408和驅(qū)動電子線路層430，如以前對圖2所描述，該驅(qū)動電子線路層430按與激活層408的上表面416由多個墊片432隔開的關(guān)系被放置，這些墊片432被定位在像素 400的周邊，在其間形成間隙434。波導(dǎo)(即光波導(dǎo))402被配置成含有以適當(dāng)角度(即對具體的玻璃空氣界面大于θ。的角度)注入波導(dǎo)402的光，使光在波導(dǎo)402的上表面405、 下表面407和多個邊緣表面(未畫出)上被全內(nèi)反射。波導(dǎo)402可以用與一個或多個邊緣表面相鄰的光源(未畫出)從邊緣被照射。例如，波導(dǎo)402能夠用發(fā)光二極管從邊緣被照射，這些發(fā)光二極管把光注入波導(dǎo)402的一個通常稱作光注入邊緣的邊緣表面。從邊緣注入的光在波導(dǎo)402內(nèi)被全內(nèi)反射從而把IlR光404截留，如由IlR光404的示例性光路所示。如以前所述，波導(dǎo)402可以由透明的玻璃和柔性或剛性塑料材料制作，以提供或是剛性的波導(dǎo)或是柔性波導(dǎo)，這與具體應(yīng)用有關(guān)。
圖4Α畫出處于像素的靜態(tài)位置(即無激勵的)或ON狀態(tài)的像素400，其中該像素是光學(xué)地激活的，因此它向觀看者發(fā)射光，如以前對圖2所描述。激活層408與波導(dǎo)402 的上表面405接觸或幾乎接觸，使該激活層408通過抑制波導(dǎo)402內(nèi)該像素400位置上的光404的全內(nèi)反射，從波導(dǎo)402抽出光。激活層408包括柔性膜片406，該柔性膜片406可以由聚合物材料(如合成橡膠)薄片制成，最好有選定的折射率，以便當(dāng)借助FIlR抽出光時優(yōu)化光的耦合。合適的聚合物材料包含光學(xué)上清澈或透明的聚合物材料，諸如PET、氨基甲酸乙脂、丙烯酸酯和它們的組合。激活層408包括被布置在膜片406的上表面415上的共用導(dǎo)體429。注意，共用導(dǎo)體4 的具體位置可以或被布置在激活層上，如目前所示，或被布置在激活層408內(nèi)，如以前圖2中共用導(dǎo)體222所示。共用導(dǎo)體4 是導(dǎo)電層，最好由透明導(dǎo)電材料(如ΙΤ0)制成。
激活層408還包含多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)410 (如微小透鏡陣列)和被布置在激活層408 的下表面414(即波導(dǎo)面對的表面)中的多個支座412。光學(xué)微結(jié)構(gòu)410有利于從波導(dǎo)402 抽出光和優(yōu)化觀看角度。支座412為支撐激活層408和界定個別像素的幾何形狀提供必需的結(jié)構(gòu)上的完整性。光學(xué)微結(jié)構(gòu)410和支座412可以通過實質(zhì)上任何合適的本領(lǐng)域普通熟練技術(shù)人員熟知的處理技術(shù)，形成在激活層408的下表面414中。例如，激活層408可以被模鑄、熱成型、模壓、蝕刻或眾多的聚合物處理技術(shù)中的任一種，形成微結(jié)構(gòu)410和支座 412。每一光學(xué)微結(jié)構(gòu)429的下表面，因為從波導(dǎo)402抽出的光通過該表面，所以亦稱孔徑 416，它與波導(dǎo)402的頂表面405接觸，以抑制波導(dǎo)402內(nèi)的IlR光404，藉此局部地從波導(dǎo) 402抽出光404，作為被發(fā)射光418并把該被發(fā)射光418引向觀看者，如被發(fā)射光418的示例性光路所示。為進一步增強光學(xué)性能，例如通過改進反差比和降低光噪聲(從顯示器表面逃逸的過量不需要的光)，不透明層420(如導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的光吸收材料)可以被布置成環(huán)繞各個光學(xué)微結(jié)構(gòu)，以增強亮度和衰減光學(xué)噪聲，如圖4A中所示。利用光學(xué)微結(jié)構(gòu)的好處，在共同擁有的美國專利7，486，854中有更詳盡的描述。
不透明層420被布置在激活層408的下表面414上和在光學(xué)微結(jié)構(gòu)410之間。不透明層420的存在對顯示器的基本操作不是必需的，然而，它的存在改進顯示器的整個反差比。在一個實施例中，光應(yīng)該主要通過或只通過孔徑416，且少量光或沒有光應(yīng)該通過激活層408下表面414的其余部分。因此，最好是，不透明層420基本上充滿光學(xué)微結(jié)構(gòu)410 之間的空隙區(qū)域422，幫助阻止光通過空隙區(qū)域422發(fā)散。不透明層420可以包含敷形涂層 (conformal coating)(未畫出)，被布置在空隙區(qū)域422中，它延伸到光學(xué)微結(jié)構(gòu)410的一部分側(cè)表面424，這樣，間隔似6把不透明層420與波導(dǎo)402的上表面405分開。然而，值得指出的是，當(dāng)任選的不透明層420不存在時，間隔似6使激活層的下表面414與波導(dǎo)的上表面405分開。當(dāng)光學(xué)微結(jié)構(gòu)的孔徑416與波導(dǎo)的上表面405接觸或幾乎接觸時，間隔似6 是最小的。不透明層420由吸收光的不透明材料制成，以便保證只有橫越激活層408的光， 而這是最終被觀看者看到的光，首先通過光學(xué)微結(jié)構(gòu)410。不透明層420可以包括本領(lǐng)域熟知的廣泛的各種合適的不透明材料，例如著色的材料，諸如黑色的光致抗蝕劑材料、光可形成圖形的制黑色聚合物、黑色納米泡沫材料等等。任選地，不透明材料也可以是導(dǎo)電的，如在下面圖9A、9B、10A和IOB所示。
像素400的驅(qū)動機構(gòu)，包含激活層408的共用導(dǎo)體4 和與激活層分開第一間隙 434的驅(qū)動電子線路層430。當(dāng)墊片432被直接布置在共用導(dǎo)體4 之上時，如圖4A和4B 所畫出的，這些墊片最好由非導(dǎo)電材料(如透明的或非透明的光致抗蝕劑)制成，以阻止在像素400激勵期間當(dāng)向共用導(dǎo)體4 提供電荷時的充電作用。在一個例子中，墊片432是通過把被處理成格柵狀圖形的光致抗蝕劑材料淀積到驅(qū)動電子線路層430的下表面436上被制成的，這樣使光致抗蝕劑材料的正方形圍繞并界定每一像素位置的周邊。共用導(dǎo)體429 包括形成一塊電容器板的透明的導(dǎo)電材料(如ΙΤ0)，該電容器板能夠被用于產(chǎn)生能夠激勵像素400的電場。
驅(qū)動電子線路層430包括電子線路層像素導(dǎo)體440、電子裝置446 (如TFT)和導(dǎo)電互連448。如以前對圖2所討論。像素導(dǎo)體440也是一層透明導(dǎo)電材料(如ΙΤ0)，它形成電容器板，用于有選擇地產(chǎn)生能夠激勵像素400的電場。電子裝置446和互連448有選擇地向像素導(dǎo)體440提供請求的電荷(即電勢差)，以便把像素400從ON狀態(tài)切換到OFF 狀態(tài)和把像素400從OFF狀態(tài)切換到ON狀態(tài)，如以前所討論的。此外，如在圖4A和4B中所示，驅(qū)動電子線路層430可以包含電介質(zhì)層438、中間層442和基底444，它們對被發(fā)射光 418基本上是透明的。電介質(zhì)層438防止共用導(dǎo)體4 與像素導(dǎo)體440之間電短路和發(fā)弧。中間層442可以包括一系列層(未畫出)，通常是在電子裝置446 (如由一系列導(dǎo)體、半導(dǎo)體和有各種折射率的電介質(zhì)層形成的TFT)和/或互連448的形成期間被淀積的。把電子線路446、448布置在驅(qū)動電子線路層430內(nèi)并遠(yuǎn)離波導(dǎo)402的表面，減輕常用像素體系結(jié)構(gòu)中從前在波導(dǎo)上與它們的存在關(guān)聯(lián)的有害光學(xué)效應(yīng)。
操作期間，當(dāng)送至像素400的電信號把像素400從ON狀態(tài)切換到OFF狀態(tài)時，驅(qū)動或激勵機械上靜態(tài)的像素(即處于ON位置)，需要在導(dǎo)體似9、440之間選擇性施加電勢差，該電勢差足以引起激活層408局部地變形并從波導(dǎo)402離開，以致沒有FIlR發(fā)生。換而言之，當(dāng)像素400被切換到OFF狀態(tài)時，驅(qū)動電子線路提供共用導(dǎo)體429(本文亦稱第一導(dǎo)體)與像素導(dǎo)體440(本文亦稱第二導(dǎo)體)之間的電勢差，如以前對圖2所描述。當(dāng)在像素導(dǎo)體440與共用導(dǎo)體似9之間形成足夠的電勢差時，Coulomb (或靜電)吸引力拉動至少一部分激活層408離開波導(dǎo)402的上表面405足夠的距離，以致多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)410不能夠再把光耦合出波導(dǎo)402，如圖4B所示。尤其是，多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)410被物理地從波導(dǎo)402 的上表面405移開并按與波導(dǎo)402的上表面405隔開關(guān)系被重新定位，從而在其間形成第二間隙450，這隨即減小第一間隙434。
第二間隙450在光學(xué)微結(jié)構(gòu)410的孔徑416與波導(dǎo)402的上表面405之間有足夠的高度(即距離)，以保證IlR光波404在間隙450兩側(cè)出現(xiàn)可忽略的耦合或沒有耦合。該間隙高度可以大于約200nm，例如，高度在從約200nm到約6000nm范圍中甚至更大，而最好在從約500nm到約700nm的范圍中。因此，激勵或驅(qū)動像素400，要求物理地推動至少一部分位于環(huán)繞支座412之間的激活層408，離開波導(dǎo)的上表面405足夠的距離，以便使該像素成為光學(xué)非激活的。圖4B中畫出的被激勵像素400亦稱處于它的OFF狀態(tài)或在OFF位置。
再有，操作期間，當(dāng)送至像素400的電信號把像素400從OFF狀態(tài)切換到ON狀態(tài)時，令導(dǎo)體429、440之間的電勢相等，以便釋放激活層408，使激活層408收縮回它靜態(tài)的正常ON位置。降低電勢差(到該足夠電勢差以下的值)或完全地消除該電勢差(ΔΥ = 0)， 釋放貯存在圖4Β畫出的變形的合成橡膠激活層408中的勢能(即貯存的機械能)。該勢能的釋放驅(qū)動合成橡膠激活層408回到它的正常和靜態(tài)ON位置，其中該光學(xué)微結(jié)構(gòu)410與波導(dǎo)402的上表面405接觸，如圖4Α所示。
因此，本文描述的像素的實施例，給出基于FIlR的顯示器系統(tǒng)的倒置體系結(jié)構(gòu)， 其中該驅(qū)動電子線路(如互連、AM-TFT)被布置在驅(qū)動電子線路層430內(nèi)，該驅(qū)動電子線路層430按與波導(dǎo)402的表面隔開關(guān)系(即在空氣間隙的另一側(cè))被定位。如本文所描述， 把與驅(qū)動電子線路關(guān)聯(lián)的層遠(yuǎn)離波導(dǎo)402放置，這樣使這些層只有像素激勵期間才在被發(fā)射的光的路徑中，而不是永久地處在波導(dǎo)402內(nèi)傳播的IlR光的路徑中，導(dǎo)致重要的和有益的光學(xué)效果(如光散射的降低、增強發(fā)光的均勻性等)。
在每一像素位置周邊的多個支座412 (即被縛在墊片432和波導(dǎo)的上表面405之間的激活層408的一些部分)，在像素400的被激勵和無激勵兩種狀態(tài)期間都保持與波導(dǎo) 402的上表面405接觸。因此，被支座412(即經(jīng)過FTIR)從波導(dǎo)402抽出的光404，可以不合需要地在每一像素周邊發(fā)射光，本文亦稱“光泄漏”，這些光能夠產(chǎn)生輝光的視覺表像。為了減小通過支座412的光泄漏和/或起因于墊片432的光散射，像素400可以任選地包括反射層452，該反射層452被置于支座結(jié)構(gòu)412上方和每一像素周邊的墊片432之下，以便把(借助FTIR)進入支座412的光再循環(huán)回波導(dǎo)402中。雖然反射層452的具體位置不是關(guān)鍵的，但反射層452可以被布置在激活層408之上或之內(nèi)并沿豎直方向與支座結(jié)構(gòu)412 成行或在支座結(jié)構(gòu)412上方沿豎直方向中心對準(zhǔn)。在圖4A和4B中，反射層452被布置在激活層的柔性膜片406內(nèi)并在支座412上方沿豎直方向中心對準(zhǔn)。(從波導(dǎo)40 進入支座結(jié)構(gòu)412的IlR光404反射離開反射層452的反射表面453并返回波導(dǎo)402內(nèi)部，如由被反射光線454的路徑所示。在另一個例子中，圖4C畫出的任選的反射層在替代的位置。 圖4C是環(huán)繞支座412的像素400的剖面區(qū)。在該例子中，反射層452被置于在激活層408 上，其中反射層452被淀積在共用導(dǎo)體4 上。進入支座412的IlR光404反射離開反射層452的反射表面453并返回波導(dǎo)402內(nèi)部，如由被反射光線456的路徑所示。
圖4D和圖4E畫出通過阻止光從波導(dǎo)420出射和借助FIlR進入支座412，使經(jīng)過支座412泄漏的光最小的另外的辦法。在圖4D所示的一個例子中，該支座是包層支座458， 包括低或負(fù)折射率材料以在其上賦予包層性質(zhì)。圖4D是環(huán)繞包層支座458的像素400的剖面區(qū)。低或負(fù)折射率的包層支座458可以在激活層的下表面414上被形成。這樣，與波導(dǎo)的上表面405接觸的低或負(fù)折射率的包層支座458，以阻止光404在該包層支座458鄰域中從波導(dǎo)402出射。在圖4E所示的另一個例子中，包層層460被布置在波導(dǎo)的上表面405 上，以阻止光在該支座412鄰域中從波導(dǎo)402出射。包層層460包括低或負(fù)折射率材料以在其上賦予包層性質(zhì)。包層層460可以被定位在每一像素周邊的支座結(jié)構(gòu)412之下，以便阻止光進入支座412。雖然包層層460的具體位置不是關(guān)鍵的，但包層層460可以被布置在波導(dǎo)402上方(即在波導(dǎo)402上或與波導(dǎo)的上表面405緊密接觸的任何層之上)并沿豎直方向與支座結(jié)構(gòu)412成行或在支座結(jié)構(gòu)412之下沿豎直方向中心對準(zhǔn)。如圖4E所示，包層層460被布置在波導(dǎo)402的上表面405上并在支座412之下沿豎直方向中心對準(zhǔn)。這樣， 射到低或負(fù)折射率的包層層460的IlR光404，被全內(nèi)反射回波導(dǎo)402中，從而阻止光進入支座412。
圖4F畫出使通過支座412和/或通過或圍繞每一像素周邊的墊片432泄漏的光最小的又另一個手段。像素400可以任選地包括被置于每一像素周邊處的支座結(jié)構(gòu)412上方的吸收層462，用于俘獲(即吸收)傳輸通過該支座412的FIlR光。雖然吸收層462的具體位置不是關(guān)鍵的，但吸收層462可以被布置在支座結(jié)構(gòu)412上方的激活層408之上或之內(nèi)。另一方面，當(dāng)墊片432由透明或半透明材料制作時，吸收層462可以被布置在墊片 432上方，例如在驅(qū)動電子線路層430之上或之內(nèi)。吸收層462可以沿豎直方向與支座結(jié)構(gòu) 412和/或墊片432成行或在支座結(jié)構(gòu)412和/或墊片432上方沿豎直方向中心對準(zhǔn)。如圖4F所畫出，吸收層462被布置在電子線路層430之內(nèi)并在透明墊片432之上沿豎直方向中心對準(zhǔn)，使通過或圍繞墊片結(jié)構(gòu)432傳播的被發(fā)射光線418被俘獲并被吸收層462熄滅， 如由被發(fā)射光線418的光路所示。吸收層462包括光吸收材料，例如，一種合適的材料是黑色的光致抗蝕劑。值得指出的是，示于圖4A、4B、4C、4D、4E和4F中用于降低像素周邊光泄漏的任何一種或多種手段，可以在本文描述的任何像素實施例中被采用。例如，圖9A和9B 所畫出的像素實施例(下面描述)，采用吸收層熄滅通過透明墊片結(jié)構(gòu)傳播的光，而圖IOA 和IOB所畫出的像素實施例(下面描述)，利用低或負(fù)折射率層阻止光進入支座結(jié)構(gòu)。
圖5A、圖5B和圖5C示出光學(xué)微結(jié)構(gòu)410的各種幾何形狀。光學(xué)微結(jié)構(gòu)410能夠有任何需要的幾何形狀，諸如金字塔截頭體410a (圖5A)、圓錐截頭體410b (圖5B)、以及復(fù)合拋物柱體410c (圖5C)，復(fù)合橢圓型的、多對象的(polyobject)或任何圓錐截面的經(jīng)旋轉(zhuǎn)形成的實心體。最好是，光學(xué)微結(jié)構(gòu)410有金字塔截頭體幾何形狀410a。金字塔截頭體幾何形狀410a包含一般是平坦表面的側(cè)表面424，例如圖5A所示的六個平坦側(cè)表面424，彼此相鄰并圍繞光學(xué)微結(jié)構(gòu)410的周圍。孔徑416(即金字塔截頭體光學(xué)微結(jié)構(gòu)的底表面)一般是平坦表面，有多角形的幾何形狀，如圖5A所畫出的六角形孔徑416，并有平行于波導(dǎo)的上表面405的取向。值得指出的是，金字塔截頭體410a不限于任何特定數(shù)量的平坦表面， 可以使用其他幾何形狀(如有對應(yīng)于三角形或正方形孔徑的3個或4個平坦側(cè)表面的金字塔截頭體)。
圖6畫出示例性激活層408的下表面414的頂視圖，它在像素400的第一示例性實施例中被采用。如所畫出的，光學(xué)微結(jié)構(gòu)410d有金字塔截頭體410a的形狀，有4個平坦側(cè)表面似4和正方形孔徑416。光學(xué)微結(jié)構(gòu)410d跨越激活層408的下表面414的分布可以變化，以便優(yōu)化光學(xué)顯示器中各個像素的光學(xué)性能和效率。例如，光學(xué)微結(jié)構(gòu)410d和支座 412被分布在像素400內(nèi)，使光學(xué)微結(jié)構(gòu)410d最好被布置在中心區(qū)600，而支座412被布置在像素的外部區(qū)(即周邊)602。像素400的居間區(qū)604中沒有光學(xué)微結(jié)構(gòu)410，保證當(dāng)像素400被激勵到OFF位置時，沒有光被耦合出波導(dǎo)402。換句話說，所有光學(xué)微結(jié)構(gòu)410可以被包含在中心區(qū)600內(nèi)，使當(dāng)像素被激勵到OFF位置時(例如圖4B和圖9B)，光學(xué)微結(jié)構(gòu) 410離波導(dǎo)402的上表面405有足夠的距離，以消除IlR光404借助FIlR耦合出波導(dǎo)402。 否則，在OFF位置中，居間區(qū)604內(nèi)光學(xué)微結(jié)構(gòu)410的存在將離波導(dǎo)402的上表面405有較小的變化的距離，從而離該上表面405有不足夠距離的任何光學(xué)微結(jié)構(gòu)，將會不合需要地借助FIlR通過漸逝耦合方式把光耦合出波導(dǎo)。因此，最好在各個像素的居間區(qū)604中取消光學(xué)微結(jié)構(gòu)410。
支座412可以按包含類似于本文描述的各種光學(xué)微結(jié)構(gòu)形狀中任何一種的形狀的廣泛的各種形狀制作。例如，圖6畫出的支座412與多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)410有相同形狀，但尺寸更大。把各種光學(xué)微結(jié)構(gòu)形狀之一作為支座412的形狀實施，加上以前對圖4A、4B和 4C描述的像素400實施例中反射層452的幫助，可以有利地增加如下的可能性使進入支座412的光線418以實質(zhì)上等于入射角的IlR角被再插入波導(dǎo)402中，從而成功地使TIR 光再循環(huán)。支座412的具體形狀(如支座的成角度的側(cè)表面的取向或角度)及大小，可以對給定的光學(xué)顯示器被優(yōu)化。然而，值得注意的是，圖4D、4E和4F中所示的包層支座、包層層或吸收層的使用，抵消光學(xué)微結(jié)構(gòu)形狀的支座的好處。
在另一個圖例中，圖7給出激活層408的下表面414頂視圖的顯微照片，其上有類似于圖6示出的光學(xué)微結(jié)構(gòu)和支座的分布，其中該視圖被旋轉(zhuǎn)約45度，單個像素的寬度和長度兩者的尺寸都約250微米。包括丙烯酸酯的激活層，有多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)410和多個支座412被形成在激活層的下表面414上，這樣使光學(xué)微結(jié)構(gòu)410被限制于中心區(qū)600并被沒有光學(xué)微結(jié)構(gòu)的居間區(qū)604包圍。像素400周邊的支座結(jié)構(gòu)412在包圍居間區(qū)604的外部區(qū)602中。如圖所示，在單個像素周邊的支座412可以與相鄰像素共享。
圖8畫出另一個示例性激活層408的下表面414的頂視圖，這可供像素400的第二個示例性實施例采用。如圖所示，被布置在像素400的外部區(qū)602(即像素的周邊)的多個支座412，也可以與被布置在中心區(qū)600的光學(xué)微結(jié)構(gòu)410有相同的大小。圖8示出，使用相對小的支座412，例如與光學(xué)微結(jié)構(gòu)4 有相同大小和形狀，必然需要更多或更密的支座結(jié)構(gòu)412，以便提供合適的結(jié)構(gòu)上的完整性，以支承該像素具體實施例中的激活層408。較小尺寸的光學(xué)微結(jié)構(gòu)形狀的支座，當(dāng)在像素400的該實施例內(nèi)與反射層452 —道被采用時的好處在于，支座的小尺寸可以更合適引導(dǎo)(從波導(dǎo))進入412的所有FIlR光，進入更可能以IlR角反射回波導(dǎo)中的角度內(nèi)，如以前對圖6所描述。此外，較小的光學(xué)微結(jié)構(gòu)形狀的支座通常有較小孔徑，它可以降低被多個支座抽出的光量，從而降低系統(tǒng)內(nèi)的光學(xué)噪聲。
圖9A和圖9B概念性地示出分別在靜態(tài)的ON狀態(tài)和激勵的OFF狀態(tài)中像素900 的第二示例性實施例。在該實施例中，像素900包括四個導(dǎo)體，用于像素900在ON和OFF 狀態(tài)之間的切換。該實施例利用共用導(dǎo)體429，本文亦稱第一導(dǎo)體429，和電子線路層像素導(dǎo)體440，本文亦稱第二導(dǎo)體440，以激勵像素900從ON位置到OFF位置，如以前對圖4A和圖4B中像素400所描述。然而，該實施例示出，第三導(dǎo)體902和第四導(dǎo)體904可以被引進像素的體系結(jié)構(gòu)，以便幫助激勵像素900從它的OFF位置到它的ON位置。電介質(zhì)層908可以被布置在第四導(dǎo)體904之上，以防止當(dāng)激勵像素900回到它的靜態(tài)ON狀態(tài)時第三與第四導(dǎo)體902、904之間電短路和發(fā)弧。
第三導(dǎo)體902被布置在激活層408的下表面414之上。第三導(dǎo)體902可以包括廣泛的各種透明或不透明導(dǎo)電材料，諸如ΙΤ0、銅等等。任選地，第三導(dǎo)體902還可以有光吸收性質(zhì)，以便當(dāng)?shù)谌龑?dǎo)體902被布置在光學(xué)微結(jié)構(gòu)410之間的空隙區(qū)域422時，增強顯示器的反差比，如以前在圖4A和圖4B中對不透明層420的描述。第四導(dǎo)體904被布置在波導(dǎo)402 的上表面405上。第四導(dǎo)體904是導(dǎo)電層，最好由透明導(dǎo)體材料諸如ITO形成。被布置在第四導(dǎo)體904上的電介質(zhì)層908，最好包括有折射率類似于波導(dǎo)402折射率的介質(zhì)材料。
在圖9A和9B示出的例子中，第三導(dǎo)體902是導(dǎo)電不透明層，由有導(dǎo)電和光吸收兩種性質(zhì)的材料制成。合適的導(dǎo)電不透明材料包含，但不限于，金屬化層、銅包覆納米泡沫材料和多層導(dǎo)電復(fù)合材料。作為不透明導(dǎo)體，第三導(dǎo)體902被這樣布置，使它基本上充滿光學(xué)微結(jié)構(gòu)410之間的空隙區(qū)域422，以幫助阻止光通過空隙區(qū)域422發(fā)散。第三導(dǎo)體902可以包含被布置在空隙區(qū)域422中延伸到光學(xué)微結(jié)構(gòu)410的一部分側(cè)表面似4上的敷形涂層 (未畫出)，這樣使間隔似6把不透明層420與波導(dǎo)402的上表面910及其上被布置的任何層(如電介質(zhì)層908)分開。這樣，包括光吸收材料的第三導(dǎo)體902的存在，保證只有橫越激活層408的光，而這是最終被觀看者觀看到的光，首先通過光學(xué)微結(jié)構(gòu)410。
第三和第四導(dǎo)體902、904對以電驅(qū)動激活層408，從它的OFF位置到它的靜態(tài)ON 位置，提供另外的好處是，降低它激勵像素900從OFF到ON位置所用時間，從而增加整個像素的速度。在操作期間，當(dāng)送至像素900的電信號把像素900從OFF狀態(tài)切換到ON狀態(tài)時，電勢差可以有選擇地跨越第三和第四導(dǎo)體902、904施加，以驅(qū)動合成橡膠激活層408返回它的靜態(tài)ON位置?？缭降谌偷谒膶?dǎo)體902、904施加的電勢差產(chǎn)生電場(Coulomb吸引力)，導(dǎo)致第三導(dǎo)體902和與之附著的柔性膜片406 (即激活層)物理地向第四導(dǎo)體904移動(即推動)，從而幫助激活層408移動成(或幾乎移動成)與電介質(zhì)層908的頂表面910 接觸，如圖9A所示。
因此，在操作期間，當(dāng)像素900被從它的OFF狀態(tài)切換到它的ON狀態(tài)時，兩種力的操作使激活層408返回它的靜態(tài)ON位置。第一種力，以前對圖4B描述過，是當(dāng)?shù)诙?dǎo)體440 與第一導(dǎo)體4 之間的電勢差(AV1)相等(即Δ V1 = 0)(或降低到足以把激活層408保持在OFF狀態(tài)所需電勢差以下)時操作，以便釋放激活層408，這樣，由于貯存在圖9B畫出的變形的合成橡膠激活層408中勢能(即貯存的機械能)的釋放，使激活層408收縮。該勢能的釋放，驅(qū)動(即無源地驅(qū)動)合成橡膠激活層408回到它的正常和靜態(tài)ON位置。此外，第二種力是當(dāng)電勢差跨越第三和第四導(dǎo)體902、904施加時操作，以便電驅(qū)動激活層408回到它的靜態(tài)ON位置。因此，貯存在彈性變形的激活層408中的勢能，以及由于跨越第三和第四導(dǎo)體902、904施加的電勢差產(chǎn)生的Coulomb吸引力兩者，驅(qū)動合成橡膠激活層408回到圖9A畫出的它的靜態(tài)ON位置。
另一方面，圖9A和9B示出光學(xué)微結(jié)構(gòu)作為支座412的使用，如以前對圖8所描述。 多個支座412被分布在像素900的外部區(qū)602 (即像素的周邊)，而光學(xué)微結(jié)構(gòu)410被布置在中心區(qū)600。如所畫出，小的支座412有與光學(xué)微結(jié)構(gòu)410相同的大小和形狀。要使像素周邊的光泄漏最小，延伸到位于像素的外部區(qū)602之上的吸收層462被引進該像素體系結(jié)構(gòu)。吸收層462可以被布置在電子線路層430內(nèi)并被置于支座結(jié)構(gòu)412及透明墊片432上方沿豎直方向與支座結(jié)構(gòu)412及透明墊片432成行和對準(zhǔn)它們的中心，如以前對圖4F所描述。因此，通過墊片結(jié)構(gòu)432傳播的被發(fā)射光線916可以被吸收層462俘獲和熄滅，如由被發(fā)射光線916的光路所示。
圖IOA和圖IOB概念性地示出分別在靜態(tài)ON狀態(tài)和激勵的OFF狀態(tài)中像素的第三示例性實施例。在該實施例中，像素1000包括激活層1006，激活層1006有沿激活層1006 的下表面1007均勻分布的光學(xué)微結(jié)構(gòu)1010。圖11畫出圖IOA和圖IOB中所示激活層1006 的下表面的頂視圖。
與以前描述的實施例相反，該實施例沿激活層1006的下表面1007沒有不存在光學(xué)微結(jié)構(gòu)的居間區(qū)，以保證當(dāng)像素1000被激勵到OFF位置時，光不會不合需要地被耦合出波導(dǎo)402，如以前在上面所描述。因此，如在圖IOB所畫出，當(dāng)像素1000被激勵到OFF位置時，激活層1006的中心區(qū)1002內(nèi)的光學(xué)微結(jié)構(gòu)1010離電介質(zhì)層908的頂表面910有足夠的距離(恒定距離)，以消除IlR光404借助FIlR耦合出波導(dǎo)402。
然而，為了熄滅不合需要地耦合出光學(xué)微結(jié)構(gòu)1010的任何光，而這些光學(xué)微結(jié)構(gòu) 1010位于離電介質(zhì)層908的頂表面910有較小變化的距離的外部區(qū)1004中，為此，在該像素體系結(jié)構(gòu)中引進在外部區(qū)1004的光學(xué)微結(jié)構(gòu)1010下面延伸的包層層460。如圖所示，包層層460被布置在第四導(dǎo)體904的頂表面905上，并被定位在像素周邊的作為支座安排的光學(xué)微結(jié)構(gòu)1010之下，以便阻止光404進入這些光學(xué)微結(jié)構(gòu)1010。包層層460可以包括實質(zhì)上任何低或負(fù)折射率材料，這些材料能阻止射到它的光線404從波導(dǎo)402出射。
在本文討論的所有實施例中，抗靜摩擦手段(未畫出)，諸如氟基成分，可以被涂敷在激活層的底表面上或以別的方法摻入激活層中，和/或被涂敷在波導(dǎo)的頂表面上或以別的方法摻入波導(dǎo)的頂表面中，以便克服van der Waals力、摩擦起電效應(yīng)和可能出現(xiàn)在激活層/波導(dǎo)界面的的其他力，這些力會導(dǎo)致阻止激活層被推離波導(dǎo)使像素轉(zhuǎn)變?yōu)镺FF。
圖12概念性地示出受抑全內(nèi)反射(“FI1R”)顯示器系統(tǒng)1200。在該被示出的實施例中，系統(tǒng)1200包含利用像素1215的陣列1210的顯示器1205，這些像素1215實現(xiàn)本文所描述的一個或多個倒置像素體系結(jié)構(gòu)實施例。每一像素1215包含與條形波導(dǎo)接觸(或幾乎接觸)的激活層，因此條形波導(dǎo)內(nèi)傳播的光的全內(nèi)反射受到抑制，且如本文所討論，當(dāng)該像素處于靜態(tài)狀態(tài)時，該光能通過像素1215逃逸。
在該被示出的實施例中，顯示器1205通信聯(lián)絡(luò)地被耦合到控制器1220，該控制器 1220提供激勵像素1215和/或允許像素1215返回靜態(tài)狀態(tài)的信號。產(chǎn)生這些信號和把它們提供給顯示器1205內(nèi)的像素位置的技術(shù)，是本領(lǐng)域熟知的。為清楚起見，在產(chǎn)生控制信號和把它們提供給像素位置的技術(shù)中，只有與本申請中被描述的主題有關(guān)的那些方面，將在本文討論。
在一個實施例中，控制器1220包含中央處理單元(“CPU”) 1225，它能夠訪問儲存在數(shù)據(jù)儲存單元1230中的信息。數(shù)據(jù)儲存單元1230可以包括，例如在計算機可讀儲存媒體上被編碼的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(未畫出)。該儲存媒體可以是光學(xué)的或磁的。示例性數(shù)據(jù)儲存單元 1230可以包含內(nèi)部硬盤驅(qū)動器、外部硬盤驅(qū)動器、小型盤(⑶)、數(shù)字視盤、數(shù)字磁帶等等。
CPU 1225能夠使用該信息以控制顯示器1205中的像素陣列1210。例如，CPU 1225能夠使用數(shù)字視盤上被編碼的信息，產(chǎn)生和提供控制信號，使顯示器1205中的像素 1215 (以及適當(dāng)?shù)墓庠春?或其他電子線路)接通和/或斷開，于是，由包含在數(shù)字視盤上的信息所代表的圖像，出現(xiàn)在顯示器1205上?？刂破?220還可以從外部源，例如從圖12 的天線1235接收信號。這些信號還可以被用于產(chǎn)生控制信號和向顯示器1205提供控制信號。
通過實施本文描述的倒置像素體系結(jié)構(gòu)，顯示器1205的功率消耗可以相對于常用的顯示器顯著被降低。一個降低功率消耗的原因是，倒置的像素能夠以較低電壓操作。使激活層移位所要求的電壓，大致與像素電容器導(dǎo)電板之間的距離平方成正比。對常用的體系結(jié)構(gòu)，像素中導(dǎo)電板之間的距離能夠達(dá)2 μ m或更大，而倒置像素體系結(jié)構(gòu)的實施例能夠使用約600nm或更小的導(dǎo)體之間的距離。所以，常用顯示器中使用的電壓能夠大于實施倒置像素體系結(jié)構(gòu)的顯示器1205使用的電壓的至少9倍。另一個降低功率消耗的原因是，倒置的像素中的電場(以及得到的靜電力)能夠大于常用像素體系結(jié)構(gòu)中對應(yīng)的電場(對相同的所加電壓)，因為與常用像素體系結(jié)構(gòu)中用于激勵像素的“電容器”板(即導(dǎo)電層)比較，有倒置體系結(jié)構(gòu)的像素的“電容器”板之間的間隙更小。
在此對詳細(xì)的描述作出結(jié)論。上面公開的具體實施例只是說明性的，因為公開的主題可以被修改和按不同的但等價的方式實現(xiàn)，對已從本文教導(dǎo)得益的本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員，這些修改和等價的方式是顯而易見的。再有，除了下面的權(quán)利要求書所描述之外，沒有限制被指向本文出示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計細(xì)節(jié)。因此顯然，上面公開的具體實施例可以被改變或修改，而所有這類變化都被認(rèn)為在公開的主題的范圍內(nèi)。所以，本文按照下面權(quán)利要求書的陳述尋求保護。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括條形波導(dǎo)，展現(xiàn)被注入光的全內(nèi)反射；像素，靠近該條形波導(dǎo)，該像素包括激活層，當(dāng)該激活層在離頂表面第一選定距離內(nèi)時，該激活層抑制被注入光的全內(nèi)反射，從而允許一部分被注入光從該條形波導(dǎo)出射通過該“ON狀態(tài)”像素；和驅(qū)動電子線路層，靠近該激活層并在該條形波導(dǎo)對面被安排，其中該驅(qū)動電子線路層被配置成施加推動激活層離開條形波導(dǎo)的距離超過第一選定距離的電壓，以驅(qū)動該像素變成“OFF狀態(tài)”。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該像素包括在激活層和驅(qū)動電子線路層之間的至少一個支座，用于限定像素的周邊。
3.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中當(dāng)驅(qū)動電子線路層施加該電壓時，該激活層與條形波導(dǎo)被分開達(dá)到該間隙大小的距離，且其中該間隙大小足夠大，以禁止光從條形波導(dǎo)透射進激活層中。
4.權(quán)利要求2的設(shè)備，其中當(dāng)驅(qū)動電子線路層不施加電壓時，該像素周邊內(nèi)的一部分激活層與條形波導(dǎo)被分開小于該第一選定距離，該第一選定距離足夠小，以抑制在條形波導(dǎo)的頂表面的全內(nèi)反射，并允許被注入光從所述至少一個像素的周邊內(nèi)的區(qū)從該條形波導(dǎo)出射。
5.權(quán)利要求2的設(shè)備，還包括至少一個反射層，被形成在與所述至少一個支座成行的激活層之內(nèi)或之上，這樣所述至少一個反射層能夠使在該支座鄰域中從條形波導(dǎo)出射的光再循環(huán)回條形波導(dǎo)中。
6.權(quán)利要求2的設(shè)備，還包括與該支座成行地被形成的至少一個低或負(fù)折射率包層支座，這樣所述至少一個低或負(fù)折射率包層支座能夠阻止光從該支座鄰域中的條形波導(dǎo)出射。
7.權(quán)利要求2的設(shè)備，還包括與該支座成行地被形成的至少一個低或負(fù)折射率包層層，這樣所述至少一個低或負(fù)折射率包層層能夠阻止光從該支座鄰域中的條形波導(dǎo)出射。
8.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該激活層包含被形成在激活層的下表面中的多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)這些光學(xué)微結(jié)構(gòu)是在離頂表面第一選定距離內(nèi)時，這些光學(xué)微結(jié)構(gòu)抑制在條形波導(dǎo)頂表面的全內(nèi)反射。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該驅(qū)動電子線路層包括第一導(dǎo)電層，被布置在激活層的上表面上；第二導(dǎo)電層，被布置在該第一導(dǎo)電層上方并與第一導(dǎo)電層分開第二選定距離；和電子單元，被配置成響應(yīng)向該電子單元提供的信號，在第一和第二導(dǎo)電層之間產(chǎn)生該施加的電壓。
10.一種受抑全內(nèi)反射顯示器，包括條形波導(dǎo)，展現(xiàn)被注入光的全內(nèi)反射；光源，能把光注入該條形波導(dǎo)中；多個像素，靠近條形波導(dǎo)的頂表面被安排，每一像素包括激活層，當(dāng)該激活層在離頂表面第一選定距離內(nèi)時，該激活層抑制在頂表面的被注入光的全內(nèi)反射，從而允許一部分被注入光通過所述至少一個像素從該條形波導(dǎo)出射；和驅(qū)動電子線路層，靠近該激活層并在該條形波導(dǎo)對面被安排，其中該驅(qū)動電子線路層被配置成施加推動激活層離開條形波導(dǎo)的頂表面的電壓；和控制器，被配置成向驅(qū)動電子線路層提供信號，使像素的操作被協(xié)調(diào)，以便通過可控地抑制來自鄰近該像素的條形波導(dǎo)的頂表面的一些部分的全內(nèi)反射，產(chǎn)生選定的圖像。
11.權(quán)利要求10的受抑全內(nèi)反射顯示器，其中每一像素包括被安排在激活層和驅(qū)動電子線路層之間的多個支座，用于限定像素的周邊。
12.權(quán)利要求11的受抑全內(nèi)反射顯示器，其中當(dāng)驅(qū)動電子線路層施加該電壓時，這些支座使激活層與驅(qū)動電子線路層分開達(dá)到該間隙大小的距離，且其中該間隙大小足夠大， 以禁止光從條形波導(dǎo)透射進激活層中。
13.權(quán)利要求12的受抑全內(nèi)反射顯示器，其中的控制器能夠向驅(qū)動電子線路層提供可變信號，而其中該驅(qū)動電子線路 層能夠響應(yīng)該可變信號以施加可變電壓，且其中當(dāng)施加的電壓的幅值增加時，每一像素中間隙的大小也增加。
14.權(quán)利要求12的受抑全內(nèi)反射顯示器，其中當(dāng)驅(qū)動電子線路層不向像素施加電壓時，每一像素周邊內(nèi)的一部分激活層與條形波導(dǎo)被分開小于該第一選定距離，該第一選定距離足夠小，以抑制在條形波導(dǎo)的頂表面的全內(nèi)反射，并允許被注入光從該像素周邊內(nèi)的區(qū)離開該條形波導(dǎo)出射。
15.權(quán)利要求12的受抑全內(nèi)反射顯示器，包括反射層，被形成在與每一支座成行的激活層之內(nèi)或之上，這樣該反射層能夠使進入支座的光再循環(huán)回條形波導(dǎo)中。
16.權(quán)利要求12的設(shè)備，還包括與該支座成行地被形成的至少一個低或負(fù)折射率包層支座，這樣所述至少一個低或負(fù)折射率包層支座能夠阻止光在該支座鄰域中從條形波導(dǎo)出射。
17.權(quán)利要求12的設(shè)備，還包括與該支座成行地被形成的至少一個低或負(fù)折射率包層層，這樣所述至少一個低或負(fù)折射率包層層能夠阻止光在該支座鄰域中從條形波導(dǎo)出射。
18.權(quán)利要求12的受抑全內(nèi)反射顯示器，其中由限定每一像素周邊的支座所包圍的激活層部分，包括被形成在激活層的下表面中的多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)，這樣當(dāng)這些光學(xué)微結(jié)構(gòu)是在離頂表面第一選定距離內(nèi)時，這些光學(xué)微結(jié)構(gòu)抑制在條形波導(dǎo)頂表面上的全內(nèi)反射。
19.權(quán)利要求12的受抑全內(nèi)反射顯示器，其中每一像素的驅(qū)動電子線路層包括第一導(dǎo)電層，被布置在每一像素中一部分激活層的上表面上；第二導(dǎo)電層，被布置在該第一導(dǎo)電層上方并與第一導(dǎo)電層分開第二選定距離；和電子單元，被配置成響應(yīng)由控制器提供的信號，以便在第一和第二導(dǎo)電層之間產(chǎn)生該施加的電壓。
20.一種用于受抑全內(nèi)反射顯示器的倒置像素體系結(jié)構(gòu)，包括條形波導(dǎo)，展現(xiàn)被注入該條形波導(dǎo)的光的全內(nèi)反射；激活層，能有選擇地抑制條形波導(dǎo)中被注入光的全內(nèi)反射；和驅(qū)動電子線路層，能在靜態(tài)的ON狀態(tài)和非靜態(tài)的OFF狀態(tài)之間驅(qū)動該激活層。
21.權(quán)利要求20的倒置像素體系結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)抑制被注入光的全內(nèi)反射的激活層是在離條形波導(dǎo)第一選定距離內(nèi)時，允許一部分被注入光通過該“ON狀態(tài)”中的像素從該條形波導(dǎo)出射；和驅(qū)動電子線路層施加推動該激活層離開條形波導(dǎo)的距離超過第一選定距離的電壓，用于驅(qū)動該像素變成非靜態(tài)的OFF狀態(tài)。
22.權(quán)利要求21的設(shè)備，其中該激活層包含與每一支座成行的至少一個反射層，這樣該反射層能夠有選擇地使進入支座的光再循環(huán)回條形波導(dǎo)中。
23.權(quán)利要求21的設(shè)備，還包括至少一個低或負(fù)折射率包層支座，與該支座成行地被形成，這樣所述至少一個低或負(fù)折射率包層支座能夠阻止光從該支座鄰域中的條形波導(dǎo)出射。
24.權(quán)利要求21的設(shè)備，還包括至少一個低或負(fù)折射率包層層，與該支座成行地被形成，這樣所述至少一個低或負(fù)折射率包層層能夠阻止光在該支座鄰域中從條形波導(dǎo)出射。
25.權(quán)利要求20的設(shè)備，其中該激活層包含多個光學(xué)微結(jié)構(gòu)，被形成在該激活層的第一表面中，該第一表面面對條形波導(dǎo)，這樣這些光學(xué)微結(jié)構(gòu)當(dāng)在第一選定距離內(nèi)時，抑制條形波導(dǎo)的全內(nèi)反射。
26.權(quán)利要求20的設(shè)備，其中該驅(qū)動電子線路層包括第一導(dǎo)電層，被布置在激活層的上表面上；第二導(dǎo)電層，被布置在該第一導(dǎo)電層上方并與第一導(dǎo)電層分開第二選定距離；和多個電子單元，被配置成響應(yīng)向這些電子單元提供的信號，在第一和第二導(dǎo)電層之間產(chǎn)生該施加的電壓。
27.一種在操作受抑全內(nèi)反射顯示器中使用的方法，包括在靜態(tài)的ON狀態(tài)和非靜態(tài)的 OFF狀態(tài)之間驅(qū)動倒置像素體系結(jié)構(gòu)。
28.權(quán)利要求27的方法，其中條形波導(dǎo)，展現(xiàn)被注入條形波導(dǎo)中的光的全內(nèi)反射；激活層，能有選擇地抑制條形波導(dǎo)中被注入的光的全內(nèi)反射；和驅(qū)動電子線路層，能在靜態(tài)的ON狀態(tài)和非靜態(tài)的OFF狀態(tài)之間驅(qū)動該激活層；和在靜態(tài)的ON狀態(tài)和非靜態(tài)的OFF狀態(tài)之間驅(qū)動倒置像素體系結(jié)構(gòu)包含施加推動激活層離開條形波導(dǎo)的距離超過第一選定距離的電壓，以便從靜態(tài)的ON狀態(tài)驅(qū)動該像素，在該靜態(tài)的ON狀態(tài)中，激活層抑制被注入光的全內(nèi)反射，以允許一部分被注入光從該條形波導(dǎo)出射，變成非靜態(tài)的OFF狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種設(shè)備，它包含波導(dǎo)和靠近該波導(dǎo)的頂表面被安排的一個或多個像素，該波導(dǎo)中含有TIR光。每一像素包含有第一導(dǎo)體的可變形激活層和有第二導(dǎo)體的驅(qū)動電子線路層。該驅(qū)動電子線路層按與激活層隔開關(guān)系并在波導(dǎo)對面被安排。在像素的靜態(tài)狀態(tài)中，激活層與波導(dǎo)的頂表面接觸或幾乎接觸，以便使光借助FTIR(即像素的ON狀態(tài))光學(xué)地耦合出去。為激勵像素，該電子線路層被配置成有選擇地把電勢差施加于第二導(dǎo)體，從而引起激活層移動，離開該頂表面，以便阻止光離開波導(dǎo)的光學(xué)耦合(即像素的OFF狀態(tài))。
文檔編號G09F9/37GK102187263SQ200980140666
公開日2011年9月14日 申請日期2009年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者K·J·德里奇斯, C·金, D·K·范·奧斯特朗德, B·T·考克斯, R·J·克爾萊恩 申請人:蘭布士國際有限公司