專利名稱：顯示元件以及使用該顯示元件的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示元件和使用這些顯示元件的顯示裝置，其中通過從波導(dǎo)管的一個側(cè)面提取由該波導(dǎo)管傳播的光來進(jìn)行顯示。
背景技術(shù)：
例如，在JP H7-287176A(具體參見第6-7頁和圖1-20)和JPH11-202222A(具體參見第3-4頁，段落(0010)和圖2)中公開了其中從波導(dǎo)管的側(cè)面提取由波導(dǎo)管傳播的光的顯示裝置。這些顯示裝置設(shè)置有調(diào)節(jié)器(actuator)部分，其連接到光提取部分并由陶瓷壓電膜形成。通過向調(diào)節(jié)器部分施加電壓來執(zhí)行調(diào)節(jié)器部分的保持(rest)和位移，以使光提取部分與光波導(dǎo)管接觸或從光波導(dǎo)管移開，由此以可控方式來提取泄漏光。
已經(jīng)將使用上述系統(tǒng)的顯示裝置用作大尺寸顯示面板。這些大尺寸面板的商業(yè)例子出現(xiàn)在以下的互連網(wǎng)地址http//www.ngk.co.jp/ELE/product/07/index.html(2002年7月25曰訪問)的CeramVision/CeramBoard brochure(第5頁，左下欄)。
利用傳統(tǒng)顯示，通過使波導(dǎo)管和光提取部分接近至小于光波長的距離，使在波導(dǎo)管之中全反射并傳播的光從波導(dǎo)管的側(cè)面泄漏到外部。就是說，提取所謂的漸消失(evanescent)波(具體參見JPH7-287176A的第(0009)段和JP H11-202222A的權(quán)利要求1)。如例如JP H7-287176A的圖1和4的附圖中所示，通過是否使位移傳輸部分(光提取部分)的平坦表面與平坦波導(dǎo)管形成接觸來控制從波導(dǎo)管的側(cè)面提取光。
此外，JP H11-202222A的圖3示出了當(dāng)在已經(jīng)靠近全反射表面的提取表面處提取由全反射表面全反射的光的漸消失光時的光透射系數(shù)。基于此，當(dāng)全反射表面和提取表面之間的距離在0.1-0.05μm范圍內(nèi)時，對于相對于全反射表面具有50°-80°范圍內(nèi)的入射角的光顯示出大約50％的透射系數(shù)。
此外，例如，在1998年SID98 Digest第1022-1025頁由X.Zhou和E.Gulari的“Waveguide Panel Display Using ElectromechanicalSpatial Modulators”中公開了一種顯示裝置，其中將其中在聚酰亞胺膜上形成金屬電極膜的靜電調(diào)節(jié)器用作調(diào)節(jié)器部分，并且將LED用作光源。在這種顯示裝置中，與0.23mm的光提取部分的寬度相對比，波導(dǎo)管的厚度為0.5mm。而且，波導(dǎo)管的表面是ITO膜，并且通過形成摻雜有二氧化鈦顆粒的膜，其影響聚酰亞胺的擴(kuò)散特性，在電極上制造與ITO膜接觸的光提取部分的表面，由此就使這種膜變成比聚酰亞胺更加堅硬的復(fù)合材料。
上述常規(guī)顯示裝置從波導(dǎo)管中提取在該波導(dǎo)管中傳播的光的效率低。此外，除非光提取部分在波導(dǎo)管上施加大的壓力，否則提取的光的亮度不夠且不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
提出了本發(fā)明以便解決這些問題，并且本發(fā)明的目的在于提供一種顯示元件和一種顯示裝置，其中能夠從波導(dǎo)管的側(cè)面高效地提取在該波導(dǎo)管中傳播的光。
根據(jù)本發(fā)明的顯示元件設(shè)置有光源和傳播從該光源發(fā)射的光的波導(dǎo)管，其中從波導(dǎo)管側(cè)面將在波導(dǎo)管中傳播的光提取到外部，并且其中通過改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀，從波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到波導(dǎo)管之外。


圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的顯示元件結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的顯示裝置結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的顯示裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例2的顯示元件結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例3的顯示元件結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例3的顯示裝置結(jié)構(gòu)的透視圖；圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例3的顯示裝置結(jié)構(gòu)的方框圖；圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例4的顯示元件結(jié)構(gòu)的剖面圖。
最佳實施方式根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置通過改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀從波導(dǎo)管的側(cè)面提取波導(dǎo)管中傳播的光，并因此能夠高效地提取傳播的光。這就能夠使顯示器明亮且均勻。
此外，優(yōu)選顯示元件還設(shè)置有多個調(diào)節(jié)器，其改變波導(dǎo)管的形狀，其中通過選擇性地操作調(diào)節(jié)器來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀，以便從波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到波導(dǎo)管之外。以此方式，就能夠高效地提取波導(dǎo)管中傳播的光。
此外，優(yōu)選波導(dǎo)管設(shè)置有芯和沿著該芯的一個側(cè)面形成的覆蓋層，其中將調(diào)節(jié)器附著到覆蓋層，并通過使調(diào)節(jié)器變形來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，就能夠高效地提取波導(dǎo)管中傳播的光。
此外，優(yōu)選通過使波導(dǎo)管的芯的至少一部分變形來將光提取到波導(dǎo)管之外。以此方式，就能夠精確地提取光。
此外，優(yōu)選將調(diào)節(jié)器附著到波導(dǎo)管側(cè)面，并且通過使調(diào)節(jié)器變形來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，能夠容易地提取光。
此外，優(yōu)選調(diào)節(jié)器設(shè)置有壓電元件，并通過向壓電元件施加電壓使該壓電元件變形來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，就能夠形成高速操作的調(diào)節(jié)器，并因此能夠支持高精度的視頻顯示器。
此外，優(yōu)選調(diào)節(jié)器設(shè)置有布置在波導(dǎo)管側(cè)面的第一電極膜、在該電極膜上層疊的壓電元件和在該壓電元件上層疊的第二電極膜，其中通過在布置在波導(dǎo)管側(cè)面的第一電極膜和在壓電元件上層疊的第二電極膜之間施加一個電壓使該壓電元件變形來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，用小的外部壓力就能夠?qū)崿F(xiàn)高效的光提取。
此外，優(yōu)選調(diào)節(jié)器設(shè)置有凸起部分，并且通過向具有凸起部分的波導(dǎo)管側(cè)面施加壓力來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，就能夠容易地實現(xiàn)高效的光提取。
此外，調(diào)節(jié)器設(shè)置有布置在波導(dǎo)管側(cè)面的電極膜和與該波導(dǎo)管相對且鄰近該波導(dǎo)管的外部電極膜，其中通過在外部電極膜和該電極膜之間施加一個電壓而產(chǎn)生的靜電力來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，就能夠容易地實現(xiàn)高效的光提取。
外部電極膜在波導(dǎo)管側(cè)面處設(shè)置有凸起部分，并通過該外部電極膜的凸起部分利用靜電力向波導(dǎo)管側(cè)面施加壓力來改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。以此方式，就能夠形成高速操作的調(diào)節(jié)器，并因此能夠支持高精度的視頻顯示器。
此外，優(yōu)選通過使波導(dǎo)管的芯的至少一部分變形來將光提取到波導(dǎo)管之外。以此方式，就能夠精確地提取光。
此外，優(yōu)選波導(dǎo)管的至少一部分由彈性材料制成。以此方式，用小的外部壓力就能夠高效地提取光。
此外，優(yōu)選波導(dǎo)管的至少一部分由透明凝膠體形成。以此方式，用小的外部壓力就能夠高效地提取光。
此外，優(yōu)選對每個像素形成調(diào)節(jié)器。這樣，就能夠使顯示器使用有源矩陣成為可能。
此外，優(yōu)選波導(dǎo)管設(shè)置有在波導(dǎo)管側(cè)面上的波導(dǎo)管電極膜，與波導(dǎo)管電極膜相對的對置電極膜，以及布置在波導(dǎo)管電極膜和對置電極膜之間的顆粒，其中，通過在波導(dǎo)管電極膜和對置電極膜之間施加電壓，使顆粒與波導(dǎo)管電極膜接觸，從而從波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到波導(dǎo)管之外。利用這種結(jié)構(gòu)，通過使顆粒與波導(dǎo)管電極膜接觸，就能夠使顆粒與波導(dǎo)管結(jié)合，并且通過改變波導(dǎo)管側(cè)面的形狀就能夠從波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到波導(dǎo)管之外。以此方式，通過只施加一個非常均勻且很小的壓力就能夠高效地提取光。
此外，優(yōu)選通過使波導(dǎo)管的芯的至少一部分變形來將光提取到波導(dǎo)管之外。以此方式，就能夠精確地提取光。
此外，優(yōu)選顆粒是帶電顆粒。以此方式，就能夠利用靜電力來控制該顆粒，并因此能夠容易地實現(xiàn)控制。
此外，優(yōu)選顆粒具有磁性。以此方式，就能夠利用靜電力來控制該顆粒，并因此能夠容易地實現(xiàn)控制。
此外，優(yōu)選波導(dǎo)管電極膜的表面張力與顆粒表面的表面張力彼此不同。以此方式，就可以容易地使該顆粒接觸波導(dǎo)管電極膜。由于此原因，利用低電壓就能夠控制顆粒的接觸與不接觸。
此外，將涂敷材料涂到波導(dǎo)管電極膜。以此方式，就容易使顆粒接觸波導(dǎo)管電極膜。由于此原因，利用低電壓就能夠控制顆粒的接觸與不接觸。
此外，優(yōu)選對每個像素設(shè)置波導(dǎo)管電極膜和對置電極膜。這樣，就能夠使顯示器使用有源矩陣成為可能。
此外，顆粒是熒光顆粒。以此方式，通過改變來自光源的光的波長，就能夠提取各種波長的光。
此外，光源發(fā)射紫外光。以此方式，即使當(dāng)光源是一種類型的LED時，也能夠?qū)崿F(xiàn)RGB顯示。
此外，光源是三基色LED或三基色激光器。以此方式，就能夠減少波導(dǎo)管的數(shù)量。
此外，優(yōu)選根據(jù)本實施例的顯示裝置設(shè)置有上述顯示元件、用于驅(qū)動光源的光源驅(qū)動電路、用于驅(qū)動調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路，以及控制光源驅(qū)動電路和調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路的控制電路。以此方式，就能夠以較低功耗獲得具有較高亮度和均勻顯示的顯示裝置。
此外，優(yōu)選設(shè)置有上述顯示元件、用于驅(qū)動光源的光源驅(qū)動電路、用于在波導(dǎo)管電極膜和對置電極膜之間施加電壓的顆粒驅(qū)動電路，以及控制光源驅(qū)動電路和顆粒驅(qū)動電路的控制電路。以此方式，就能夠以較低功耗獲得具有較高亮度和均勻顯示的顯示裝置。
此外，優(yōu)選設(shè)置有上述顯示元件和控制各個調(diào)節(jié)器的有源矩陣元件。這樣，就獲得了使用有源矩陣的顯示裝置。
此外，優(yōu)選設(shè)置有上述顯示元件和控制波導(dǎo)管電極膜和對置電極膜之間的各個電壓的有源矩陣元件。這樣，就獲得了使用有源矩陣的顯示裝置。
此外，有源矩陣元件可以是TFT或TFD。
下文是參照附圖的根據(jù)本發(fā)明各實施例的更加詳細(xì)的實例的說明。
實施例1下文是參照附圖的根據(jù)本發(fā)明實施例的顯示元件和顯示裝置的說明。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例1的顯示元件1的結(jié)構(gòu)的剖面圖。顯示元件1設(shè)置有光源2、傳播從光源2發(fā)射的光的波導(dǎo)管3，和改變波導(dǎo)管3的形狀的多個調(diào)節(jié)器4。
波導(dǎo)管3設(shè)置有芯3a，光通過該芯來傳播；以及覆蓋層(cladding)3b。沿著芯3a一側(cè)的表面設(shè)置覆蓋層3b。在覆蓋層3b的相對側(cè)的表面上不設(shè)置覆蓋層，以使空氣作為該表面處的覆蓋層。例如，作為通過其傳播光的芯3a，可以采用100μm厚度的非常柔軟的材料的硅樹脂凝膠片(silicone gel)。例如，作為覆蓋層3b，可以采用低折射率的透明氟素性聚合物(fluoric polymer)。利用覆蓋層3b涂敷芯3a，直至10μm的厚度。
在波導(dǎo)管3的一個端部設(shè)置光源2，并且定向設(shè)置光源2，從而將光源2發(fā)射的光耦合到波導(dǎo)管3。優(yōu)選采用例如三基色LED來作為光源2。三基色LED可以具有這樣一種結(jié)構(gòu)，其中在單個燈中容納了獨立控制每個顏色的RGB三基色LED芯片。在采用LCD或PDP的常規(guī)平板顯示器中，以條形形狀分隔RGB三基色的像素。然而，在實施例1中，通過采用三基色LED，就能夠?qū)⑷玆、G和B的光輸入到單個波導(dǎo)管3，因此單個波導(dǎo)管3就能夠發(fā)射三基色R、G和B中的任一顏色。應(yīng)當(dāng)注意，棱鏡2a優(yōu)選放置且光耦合到波導(dǎo)管3的入射位置，以便即使當(dāng)波導(dǎo)管3很薄時，也易于使來自光源2的光進(jìn)入。
調(diào)節(jié)器4設(shè)置有壓電元件4a，以及分別布置在壓電元件4a的相對側(cè)面上的電極膜4b和4c。在波導(dǎo)管3的覆蓋層3b側(cè)的側(cè)面處粘接調(diào)節(jié)器4。例如，壓電元件4a可以是聚偏二氟乙烯(PVDF)，通過在它的兩個側(cè)面上涂敷例如銀漿，在其上形成多個電極膜4b和電極膜4c。在側(cè)面即波導(dǎo)管3的覆蓋層3b處，用粘接劑粘接調(diào)節(jié)器4。電極膜4b具有70μm的寬度并以90μm的間距形成條形圖案。應(yīng)當(dāng)注意，垂直于圖1中的紙平面延伸地形成這些條形。這些條形電極膜4b中的四個構(gòu)成了單個調(diào)節(jié)器4。此外，面對電極膜4b的電極膜4c是連續(xù)的涂層，其在波導(dǎo)管3上均勻地涂敷并由多個調(diào)節(jié)器共享。
下文是如何從圖1中所示的顯示元件1的波導(dǎo)管3的側(cè)面提取光的說明。將正電壓和負(fù)電壓交替地施加到布置在波導(dǎo)管3處的調(diào)節(jié)器4的電極膜4b的四個條形。以此方式，在提供有正電壓的電極膜4b位置壓電膜4a收縮，并且在提供有負(fù)電壓的電極膜4b的位置壓電膜4a伸長。由于覆蓋層3b的長度固定且不會改變，如圖1所示，調(diào)節(jié)器4交替地凸起和凹陷。就是說，調(diào)節(jié)器4變成波形。這就使覆蓋層3b變化為與調(diào)節(jié)器4相同的形狀，并且在覆蓋層3b側(cè)的芯3a的表面也會變形。
當(dāng)不施加電壓時，覆蓋層3b和壓電膜4a的長度相同，因此調(diào)節(jié)器4就呈現(xiàn)為平坦形狀。
以此方式，通過選擇性地控制在電極膜4b和電極膜4c之間施加的電壓，就能夠改變波導(dǎo)管3的側(cè)面形狀。
在波導(dǎo)管3中傳播從光源2發(fā)射的所需顏色的光。這里，當(dāng)通過選擇性地施加電壓在波導(dǎo)管3中的覆蓋層3b側(cè)上的芯3a表面上的所需位置產(chǎn)生凹面和凸面時，在波導(dǎo)管3中傳播的一部分光，例如點劃線所示的光2c，相對于芯3a的表面改變一個角度，由此在被完全反射之后就從波導(dǎo)管3的側(cè)面(其上未設(shè)置有波導(dǎo)管3的調(diào)節(jié)器4的側(cè)面)發(fā)射到波導(dǎo)管3之外。而且，由于波導(dǎo)管3的變化形式，通過芯3a和覆蓋層3b傳輸由虛線所示的光2b，然后通過銀電極膜4c進(jìn)行反射，以致它被散射-反射并從波導(dǎo)管3的側(cè)面發(fā)射到波導(dǎo)管3之外。
以此方式，通過控制施加的電壓來控制從光源2發(fā)射的入射到波導(dǎo)管3的光的顏色，就能夠在所需位置處提取光并從顯示元件1的波導(dǎo)管3的側(cè)面(顯示表面1a)提取所需顏色的光，并且進(jìn)行顯示。
而且，施加到調(diào)節(jié)器4的電壓越大，波導(dǎo)管3的形狀改變就會越大。根據(jù)測量，已觀察到了隨著施加的電壓從0開始逐漸增加、提取光的亮度也增加。當(dāng)施加的電壓為±30伏時亮度飽和，并能夠提取80％或更多的來自光源2的入射到波導(dǎo)管3上的光。
至于高效地提取光，優(yōu)選對于發(fā)射光提供高度方向性的光源2。在圖1中的顯示表面1a的波導(dǎo)管3中，在芯3a和空氣之間的界面處的全反射角為60°。因此，當(dāng)在波導(dǎo)管3中傳播的光的角度(入射角)相對于顯示表面1a的法線小于41.8°、該角度是臨界角時，光就會從波導(dǎo)管3中泄漏。相反，當(dāng)入射角較大且光的傳送方向接近平行于波導(dǎo)管3時，會在芯3a中反復(fù)產(chǎn)生全發(fā)射，并且在這種全反射位置之間的間隔就會變得非常大，以致于不經(jīng)過其中希望提取光的位置，由此就會降低效率并產(chǎn)生不均勻的亮度。
由于這些原因，優(yōu)選從光源2發(fā)射到波導(dǎo)管3的光的入射角大于臨界角41.8°但接近臨界角41.8°，且具有光的高度方向性。例如，當(dāng)光源2為LED時，可以根據(jù)鑄造的透鏡的形狀來改變方向性，因此用作光源2的三基色LED的發(fā)射的光的角度分布的半幅值寬度就設(shè)置為大約10°。
應(yīng)當(dāng)注意，能夠使用除了LED的光源2。例如，能夠使用其中通過在有機(jī)EL面板上排列微透鏡陣列來改善方向性的光源2，并且還可以使用半導(dǎo)體激光器來作為光源2。
當(dāng)波導(dǎo)管3太厚時，在波導(dǎo)管3內(nèi)部傳播的光就會在顯示表面1a(波導(dǎo)管3和空氣之間的界面)處反復(fù)全反射，且在全反射的位置之間的間隔就會變得非常大。由于這個原因，傳播的光就不會經(jīng)過調(diào)節(jié)器4的排列位置(像素)，因此就會導(dǎo)致不能被提取的光束。因此，優(yōu)選波導(dǎo)管3不要太厚。
具體地，根據(jù)提取效率，優(yōu)選設(shè)置圖1中的波導(dǎo)管3的厚度D不大于部分波導(dǎo)管3的長度L(在波導(dǎo)管3中光的傳播方向上的調(diào)節(jié)器4的長度)的1/2，制造該部分波導(dǎo)管3以便由調(diào)節(jié)器4來改變形狀。
根據(jù)像素數(shù)量和顯示面積的尺寸來確定波導(dǎo)管3的厚度。在顯示元件1中，部分波導(dǎo)管3的長度L對應(yīng)于水平方向上(在波導(dǎo)管3中的光傳播方向)的一個像素的長度，制造該部分波導(dǎo)管3以便由調(diào)節(jié)器4來改變形狀。例如，采用以下描述的顯示元件1的顯示裝置100的顯示尺寸為60到100英寸范圍內(nèi)的HDTV的顯示尺寸。例如在這種情況下，單個像素的尺寸大約在230.6μm(垂直)×691.8μm(水平)到384.3μm(垂直)×1153μm(水平)的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)注意，此處垂直是指相對于波導(dǎo)管3中的光傳播方向的垂直方向上的長度，且水平是指在波導(dǎo)管3中的光傳播方向上的長度。這里，優(yōu)選波導(dǎo)管3的厚度D不大于345.9μm且不大于576.5μm。優(yōu)選波導(dǎo)管3的厚度D不大于部分波導(dǎo)管3的長度L(在波導(dǎo)管3中的光傳播方向上的調(diào)節(jié)器4的長度)的1/2，制造該部分波導(dǎo)管3以便由調(diào)節(jié)器4來改變形狀。
另一方面，當(dāng)波導(dǎo)管3太薄時，就會制約在波導(dǎo)管3中可以傳播光的角度，以致傳播的光接近單一模式，由此就會減少傳播光的量。而且，當(dāng)波導(dǎo)管3太薄時，就難于提供入射光。由于這個原因，優(yōu)選芯3a的厚度至少為30μm或更大。
下文是根據(jù)參照圖2的實施例1的顯示裝置100的說明。圖2是示出了根據(jù)實施例1的顯示裝置100的結(jié)構(gòu)的透視圖。利用相對于波導(dǎo)管3中光傳播方向垂直的上述顯示元件1，可以通過按列(row)排列多個顯示元件1來構(gòu)成顯示裝置100，以致顯示表面1a位于相同側(cè)面。如圖2中所示，利用實施例1的顯示裝置100，以顯示屏的列方向(X方向)按照n列的陣列來排列顯示元件1的波導(dǎo)管3。這里，n是自然數(shù)。在波導(dǎo)管3的端部排列各個光源2，并且在行方向(Y方向)上排列m行的調(diào)節(jié)器4，行方向是其中波導(dǎo)管3延伸的方向。顯示裝置100的像素數(shù)量為n×m個像素。
根據(jù)實施例1的顯示裝置100以行序操作調(diào)節(jié)器4，以改變波導(dǎo)管3的側(cè)面的形狀，由此改變其中反射由全反射在波導(dǎo)管3中傳送的光的方向，因此從波導(dǎo)管3之中提取光，并使光從顯示表面1a發(fā)射。
具有這種結(jié)構(gòu)的顯示裝置100，通過控制施加到用于作為光源2的在顯示平面(XY平面)的列方向上延伸的波導(dǎo)管3的三基色LED的不同芯片的電壓、根據(jù)利用電極膜4b和電極膜4c選擇提取的各行上的像素的顏色和亮度信息就能夠?qū)崿F(xiàn)給定圖像的顯示。
圖3中示出了表示實施例1的顯示裝置100結(jié)構(gòu)的方框圖。圖3說明了對于實際操作顯示裝置100的具體結(jié)構(gòu)。除了上述說明之外，顯示裝置100還設(shè)置有用于驅(qū)動光源2的光源驅(qū)動電路50，用于通過將電壓施加到電極膜4b和電極膜4c來驅(qū)動調(diào)節(jié)器4的調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路51，以及與這些電路同步、輸入信號并顯示圖像的控制電路52。控制電路52將由調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路51所選擇列的像素的顏色RGB的亮度信息輸入到光源驅(qū)動電路50的驅(qū)動器LSI，并且光源驅(qū)動電路50將對應(yīng)于亮度信息而施加的電壓輸入到光源2，以進(jìn)行全色彩圖像顯示。
由于采用三基色LED來作為光源2，因此就能夠使三基色光入射到單個波導(dǎo)管3。這就能夠利用單個顯示元件1即一列來顯示三基色光。利用常規(guī)的顯示裝置諸如液晶顯示器和PDP，通過三個主要顏色R、G和B的子像素來構(gòu)成一個像素。然而，使用實施例1的波導(dǎo)管3的顯示裝置，就不需要對每個顏色分開在列方向上延伸的波導(dǎo)管3，并且三個主要顏色就能夠入射到單個波導(dǎo)管3，因此就能夠減少波導(dǎo)管3(顯示元件1)的數(shù)量，由此就能夠有效地降低成本。
通過將±30V的電壓順序地施加到顯示裝置100的顯示元件1中的調(diào)節(jié)器4，就能夠確保均勻亮度的平面顯示。利用其中采用漸消失波來提取光的常規(guī)結(jié)構(gòu)，由于甚至在清潔室中大量亞微米尺寸微粒的影響，因此就不可能將波導(dǎo)管和光提取表面之間的距離減少為0。由于這個原因，即使對波導(dǎo)管的光提取表面施加相當(dāng)大的力，也不容易獲得高提取效率。
然而，利用實施例1的顯示裝置100的顯示元件1，通過采用柔性的波導(dǎo)管，通過使波導(dǎo)管在小的外力下改變形狀來提取光，由此改變在波導(dǎo)管中傳播的光的反射方向。由于這個原因，與采用漸消失波的提取相比，就能夠獲得更高的提取效率。
此外，由于在調(diào)節(jié)器4中采用了壓電元件，因此就能夠進(jìn)行高速操作。由于這個原因，就能夠進(jìn)行高速掃描，因此還能夠支持高分辨率圖像顯示。
實施例2下文是參照圖4、根據(jù)本發(fā)明的實施例2的顯示元件11的說明。在實施例2的顯示元件11與實施例1的顯示元件1中，調(diào)節(jié)器不同。除此之外結(jié)構(gòu)基本相同，并由此具有相同功能的部件賦予相同參考符號，并且省略其說明。
如圖4所示，實施例2的顯示元件11設(shè)置有光源2，傳播從光源2發(fā)射的光的波導(dǎo)管3，和改變波導(dǎo)管3形狀的調(diào)節(jié)器14。光源2和波導(dǎo)管3與實施例1的顯示元件1中的相同。光源2是例如三基色LED，并且由光源2發(fā)射的光在波導(dǎo)管3中進(jìn)行傳播。波導(dǎo)管3設(shè)置有芯3a和覆蓋層3b，由于在覆蓋層3b的相對側(cè)上暴露芯3a，因此空氣就作為覆蓋層。應(yīng)當(dāng)注意，在實施例2中，芯3a是100μm厚的平坦薄片且由硅樹脂凝膠材料制成，同時覆蓋層3b是具有5μm膜厚的透明氟素性樹脂。
調(diào)節(jié)器14設(shè)置有布置在波導(dǎo)管3的側(cè)面上的電極膜14a，例如涂敷到電極膜14a的0.1μm厚的聚碳酸酯絕緣薄膜14b，布置成與絕緣薄膜14b相對的由0.15mm厚度的PET膜形成的襯底14d，以及外部電極膜14c，其形成在絕緣薄膜14b側(cè)的襯底14d上并具有凹面-凸面形狀。在襯底14d上存在多個凹面-凸面形狀的外部電極膜14c，并且為每個外部電極膜14c構(gòu)成單個調(diào)節(jié)器14。電極膜14a形成在波導(dǎo)管3的整個表面(覆蓋層3b)上并相對于調(diào)節(jié)器14公用。
上述波導(dǎo)管3和調(diào)節(jié)器14的制造方法是例如在芯3a上涂敷覆蓋層3b，然后進(jìn)一步在覆蓋層3b的表面上例如利用絲網(wǎng)印刷來涂敷銀漿以形成電極膜14a。此外，將聚碳酸酯涂敷到電極膜14a，以形成絕緣薄膜14b。然后，通過對在襯底14d表面上以條形圖案形成的凹面-凸面部分加壓，形成鋸齒狀的凹面-凸面部分14e，其由0.15mm厚的PET膜形成。凹面-凸面部分14e具有例如3μm的截面深度和30μm的間距。例如，通過進(jìn)行鋁淀積，在凹面-凸面部分14e上形成鋁外部電極膜14c。最后，排列襯底14d和波導(dǎo)管3，使其彼此對置。
下文是由此構(gòu)成的顯示元件11的操作說明。
當(dāng)在電極膜14a和電極膜14b之間未施加電壓時，在圖4所示的顯示元件11的端部，只有凹面-凸面形狀的外部電極膜14c的凸起部分與絕緣薄膜14d連接。由于這個原因，波導(dǎo)管3的側(cè)面是平坦的。然而，通過在電極膜14a和外部電極膜14c之間施加一個電壓，其間就會產(chǎn)生靜電力，由此它們就會彼此吸引。由此，如圖4所示的顯示元件11的中心區(qū)域所示，電極膜14a和外部電極膜14c彼此粘貼，且電極膜14a和外部電極膜14c就會變形為相同的凹面-凸面形狀。而且，電極膜14a粘接到波導(dǎo)管3，因此覆蓋層3b和芯3a的表面變形為與外部電極膜14c相同的凹面-凸面形狀。即，波導(dǎo)管3的側(cè)面改變了形狀。應(yīng)當(dāng)注意，芯3a特別柔軟，因此其形狀變化很大。以此方式，就能夠從波導(dǎo)管3的側(cè)面將在波導(dǎo)管3中正在傳播同時被全反射的光提取到外部。與實施例1中相同，通過使波導(dǎo)管3的一個側(cè)面上的側(cè)面變形，就能夠使正在傳播并且在波導(dǎo)管3中通過芯3a表面被全反射的光12c從波導(dǎo)管3的側(cè)面泄漏到外部。
就是說，當(dāng)將芯3a表面的所需位置變形為凹面-凸面形狀時，由于改變了芯3a表面的角度，因此在波導(dǎo)管3中傳播的光中，例如由點劃線所示的光12c在被全反射之后從波導(dǎo)管3的側(cè)面(其上未設(shè)置有波導(dǎo)管3的調(diào)節(jié)器4的側(cè)面)發(fā)射到波導(dǎo)管3之外。而且，還存在例如穿透芯3a和覆蓋層3b，然后由銀電極膜14a反射的光，以致它被散射-反射并從波導(dǎo)管3的側(cè)面發(fā)射到波導(dǎo)管3之外。
以此方式，通過控制施加的電壓來控制入射到波導(dǎo)管3上的發(fā)射自光源2的光的顏色，就能夠在所需位置處并按照所需顏色從顯示元件1的波導(dǎo)管3的側(cè)面(顯示表面1a)提取光并進(jìn)行顯示。
當(dāng)實際上通過從三基色LED光源2將入射光引入到波導(dǎo)管3來進(jìn)行順序行掃描時，在電極膜14a和外部電極膜14c之間施加+10V來作為選擇電壓、并將0V施加到未選擇的位置，從波導(dǎo)管3的側(cè)面(顯示表面1a)就獲得了均勻明亮的顯示。甚至在低電壓下，也能夠?qū)⒐庠?的幾乎所有入射光提取到外部，由此就獲得了高功率效率的顯示元件1。
可以按照與顯示裝置100相同的方式，通過相對于波導(dǎo)管3中的光傳播方向垂直地按列排列圖4中所示的多個顯示元件11，就能夠構(gòu)成一種顯示裝置，由此顯示表面1a就位于同一側(cè)，如圖2所示。當(dāng)在屏幕的列方向上排列n列顯示元件11且在其中波導(dǎo)管3延伸的方向(行方向)上排列m行的調(diào)節(jié)器14時，像素的數(shù)量為n×m個像素。
從波導(dǎo)管3的側(cè)面(顯示表面1a)獲得提取光以進(jìn)行圖像顯示的方法與用于實施例1的顯示裝置100相同，因此不再進(jìn)行進(jìn)一步解釋。在實施例1的顯示裝置和實施例2的顯示裝置之間只有調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)不同，且其余結(jié)構(gòu)基本相同。
此外，為了實際操作實施例2的顯示裝置，如圖3中所示，它充分設(shè)置了用于驅(qū)動光源2的光源驅(qū)動電路50，用于通過將電壓施加到電極膜14a和14c來驅(qū)動調(diào)節(jié)器14工作的調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路51，以及與這些電路同步的、輸入信號并顯示圖像的控制電路52。
由于在常規(guī)XY矩陣型平板顯示元件中在行電極和列電極之間夾有光調(diào)制介質(zhì)，因此由于串?dāng)_的產(chǎn)生就難于增加裝置的尺寸。然而，利用實施例1和2的顯示裝置，就不存在行和列的驅(qū)動電路之間的電連接，因此基本上就不會產(chǎn)生串?dāng)_，而且由于其結(jié)構(gòu)簡單，因此易于增加裝置的尺寸。而且，由于不需要特別設(shè)置需要高溫處理的ITO且因為結(jié)構(gòu)簡單，因此就能夠獲得類似薄膜的薄的柔性顯示裝置。此外，采用具有高發(fā)光效率的LED等作為光源，因此就能夠用低功率調(diào)節(jié)器獲得高的光提取效率，由此還可以降低功耗。
如上所述，利用根據(jù)實施例1和2的顯示元件和顯示裝置，通過采用柔性波導(dǎo)管，就能夠獲得能夠被懸掛或貼附在墻上的具有大且薄的屏幕、且具有高的光發(fā)射效率和低功耗的創(chuàng)新顯示器。
應(yīng)當(dāng)注意，在實施例1和2中，描述了作為波導(dǎo)管3的芯3a的硅樹脂凝膠的一個實例，但易于變形并顯示出所謂的橡膠彈性的透明材料，例如聚氨脂基橡膠將獲得相同的效果。作為芯3a，可以采用楊氏模量(Young’s modulus)小于106N/m2的材料。
此外，在實施例1和2中，利用相同材料來構(gòu)成整個芯3a，但是，只要波導(dǎo)管3的芯3a表面易于變形就足夠了，由此可以利用硬性材料諸如普通塑料來構(gòu)成波導(dǎo)管3的該側(cè)的表面，同時僅有將要變形的位置由柔性層設(shè)置的層來構(gòu)成。此外，還可以采用一種波導(dǎo)管3，其中只構(gòu)成芯3a而不構(gòu)成覆蓋層3b，從而兩個側(cè)面上的覆蓋層都是空氣。此外，為了便于處理，可以采用一種波導(dǎo)管3，其中在芯3a的兩個側(cè)面上都設(shè)置覆蓋層。
應(yīng)當(dāng)注意，在實施例1和2中示出了簡單的矩陣型顯示裝置，其中根據(jù)列的數(shù)量來排列波導(dǎo)管3并設(shè)置多個三基色LED光源2，但是，光源的類型和調(diào)節(jié)器的類型、以及定位這些部件的結(jié)構(gòu)并不限于此?？梢圆捎猛ㄟ^使柔性波導(dǎo)管3變形而能夠以低功耗獲得高的提取效率的任何結(jié)構(gòu)。例如，可以是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中波導(dǎo)管由帶有單一光源2的單個平板制成，且根據(jù)像素數(shù)量與多個調(diào)節(jié)器4或14排列成XY矩陣。在這種情況下，就將驅(qū)動調(diào)節(jié)器4或14的有源元件添加到每個調(diào)節(jié)器并對每個像素進(jìn)行驅(qū)動，以致通過控制其中芯變形的時間來進(jìn)行分級(gradation)。作為有源元件，可以采用TFT(薄膜平面型晶體管)或TFD(薄膜平面型二極管)。
利用根據(jù)實施例1和2的顯示元件和顯示裝置，采用其中從波導(dǎo)管的側(cè)面提取在波導(dǎo)管3中傳播的光的技術(shù)的顯示元件和顯示裝置能夠提高光提取效率，其能夠以較低的功耗獲得更高的亮度并提高顯示的均勻性。而且，無論什么屏幕尺寸，對于甚至超過100英寸的大屏幕和用于移動應(yīng)用的小屏幕都可以獲得薄片型的薄的顯示裝置。
實施例3下文是參照圖5、根據(jù)本發(fā)明實施例3的顯示元件的說明。圖5是示出了根據(jù)實施例3的顯示元件21的結(jié)構(gòu)的剖面圖。如圖5所示，顯示元件21設(shè)置有光源22，波導(dǎo)管23，與波導(dǎo)管23相對的對置電極膜25，以及鄰近波導(dǎo)管23設(shè)置的顆粒26。
波導(dǎo)管23設(shè)置有傳播光的芯23a、覆蓋層23b和波導(dǎo)管電極膜23c。作為芯23a，可以采用例如具有100μm厚度的丙烯酸樹脂的薄片，其是非常柔軟的材料。而且，在芯23a的一個側(cè)面上涂敷具有低折射系數(shù)的10μm厚度的透明氟素性聚合物作為覆蓋層23b。波導(dǎo)管電極膜23c是ITO，并且直接利用粘接劑粘接在芯23a與覆蓋層23b相對側(cè)的表面上。覆蓋層23b只設(shè)置在芯23a的一個表面上，并且多個波導(dǎo)管電極膜23c設(shè)置在相反表面上。波導(dǎo)管電極膜23c為ITO，并且按照波導(dǎo)管23延伸的方向來設(shè)置多個波導(dǎo)管電極膜23c。例如，在波導(dǎo)管23中的光傳播方向上的波導(dǎo)管電極膜23c的長度W為300μm。在覆蓋層23b的相對側(cè)上的覆蓋層為空氣。而且，波導(dǎo)管電極膜23c是芯的一部分，且在波導(dǎo)管23中傳播的光同樣被波導(dǎo)管電極膜23c和空氣的界面全反射。應(yīng)當(dāng)注意，這也可以是其中不設(shè)置覆蓋層23b的結(jié)構(gòu)。
在波導(dǎo)管23的一個端部設(shè)置光源22，且設(shè)置具有定向性的光源22，以便將從光源22中發(fā)射的光耦合到波導(dǎo)管23。優(yōu)選將棱鏡22a放置并且光學(xué)地耦合在波導(dǎo)管23的入射光位置處。應(yīng)當(dāng)注意，光源22可以與實施例1中的光源2相同，并且優(yōu)選采用例如三基色LED。
優(yōu)選具有高度定向性的光源22，以便能夠有效提取來自波導(dǎo)管23的光。在波導(dǎo)管23中，在芯23a和空氣之間的界面處的全反射角為60°。在圖5的剖面圖中簡要地示出了在波導(dǎo)管23中的光傳播狀態(tài)。
當(dāng)從光源22發(fā)射的如虛線所示的光22b對于波導(dǎo)管23的入射角(相對于顯示表面21a的法線的角度)小于41.8°、在實施例3中該角度為臨界角時，光22b就從波導(dǎo)管23中泄漏。相反，當(dāng)入射角大于41.8°的臨界角時，與點劃線所示的光22c一樣，光22c的傳送路徑就接近平行于波導(dǎo)管23。以此方式，在芯23a和波導(dǎo)管電極膜23c中就會反復(fù)產(chǎn)生全反射，并且在這種全反射位置之間的間隔就會變得非常大，以致于其中想要提取光的位置被忽略，由此就會降低效率并產(chǎn)生不均勻的亮度。而且，如JP H7-287176A的圖3中所述，漸消失波的提取比變得更小且降低了效率。由于這些原因，優(yōu)選利用高度定向性的光源22、從光源22發(fā)射到波導(dǎo)管23的光的入射角大于41.8°的臨界角，但接近于41.8°的臨界角。例如，當(dāng)光源22為LED時，就可以根據(jù)鑄造的透鏡的形狀來改變定向性，并因此是優(yōu)選的。這就是為什么在實施例3中采用了其中將發(fā)射的光的角度分布的半幅值寬度設(shè)置為10°的三基色LED來作為光源22。
應(yīng)當(dāng)注意，除了LED之外，作為光源22，還可以采用通過在有機(jī)EL面板上排列的微透鏡陣列來改善其定向性的光源，并且還可以采用半導(dǎo)體激光器。通過采用三基色LED來作為光源22，就更加容易使三基色光入射到單一波導(dǎo)管23上。利用諸如液晶顯示器和PDP的常規(guī)顯示器，通過三原色R、G和B的子像素來構(gòu)成一個像素，但是，通過如上所述構(gòu)成像素，就不需要對每個顏色分開在列方向上延伸的波導(dǎo)管23，并且三原色就能夠入射到單個波導(dǎo)管23上。因此，就能夠減少波導(dǎo)管23的數(shù)量，由此就能夠有效地降低成本。
相對于波導(dǎo)管23設(shè)置對置電極膜24。例如，對置電極膜24為ITO，并且對置電極膜24淀積在丙烯酸樹脂的襯底25之上。例如，波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24之間的間隔為35μm。
在波導(dǎo)管23附近布置顆粒26。顆粒26位于波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24之間、由丙烯酸樹脂形成，并且?guī)в须姾?。顆粒26的平均顆粒尺寸為例如6μm。顆粒26以20％的填充率被填充在波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24之間的空間中。應(yīng)當(dāng)注意，填充率是每單位體積顆粒所占的體積的比率。通過每單位體積的顆粒26的數(shù)量乘以每個顆粒的體積，就能夠獲得顆粒26所占的體積，從顆粒26的平均顆粒尺寸可以獲得每個顆粒的體積。
當(dāng)施加例如70V的電壓以致所選擇的波導(dǎo)管電極膜23c變成負(fù)且對置電極膜24變成正時，顆粒26接觸波導(dǎo)管電極膜23c的表面。以此方式，顆粒26就與波導(dǎo)管23結(jié)合在一起。即，顆粒26變成波導(dǎo)管23的側(cè)面的一部分，并改變了在波導(dǎo)管電極膜23c側(cè)的波導(dǎo)管23的側(cè)面形狀。
在波導(dǎo)管23中傳播從光源22發(fā)射的所需顏色的光。這里，通過選擇性地將電壓施加到波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24，由顆粒26來改變在波導(dǎo)管電極膜23c側(cè)的波導(dǎo)管23的側(cè)面形狀。通過改變波導(dǎo)管23的形狀，就改變了傳播狀態(tài)，并且在波導(dǎo)管23中傳播的光就從波導(dǎo)管23的波導(dǎo)管側(cè)面泄漏到外部。通過將顆粒26的折射系數(shù)設(shè)置為接近芯23a或覆蓋層23b的折射系數(shù)，就能夠從顆粒26將光提取到外部。優(yōu)選顆粒26的折射系數(shù)例如基本上等于芯23a的折射系數(shù)。
以此方式，光從顆粒26和波導(dǎo)管電極膜23c的接觸部分處泄漏，因此在丙烯酸樹脂襯底25的方向上就能夠提取光，以致襯底25就可以制造為顯示屏。
另一方面，當(dāng)施加70V的電壓以便使電場反向時，即，使波導(dǎo)管電極膜23c變成正且對置電極膜24變成負(fù)，顆粒26就從波導(dǎo)管電極膜23c移開。由于這個原因，就不能夠作為泄漏光提取在波導(dǎo)管23內(nèi)部正在傳播的光，并且在波導(dǎo)管23中按照原樣引導(dǎo)正在傳播的光，因此就不能進(jìn)行顯示。
以此方式，由于通過使單個顆粒26與波導(dǎo)管電極膜23c接觸來從波導(dǎo)管23的側(cè)面提取光，因此接觸表面面積很小且不必在整個表面之中例如與常規(guī)平板形狀的壓電元件具有接觸。由于這個原因，就可以向波導(dǎo)管23施加非常均勻的小的壓力，此外，可以靜電地施加該壓力以實現(xiàn)控制。應(yīng)當(dāng)注意，在上述說明中采用了帶電顆粒，但代替這些，還可以采用磁性顆粒，并通過控制對置電極膜24和波導(dǎo)管電極膜23c之間的磁場來控制顆粒26與波導(dǎo)管23表面的接觸與非接觸。
此外，作為顆粒26，可以采用由含有若丹明(rhodamine)(其是一種熒光染料)的丙烯酸樹脂制成的顆粒26。在這種情況下，當(dāng)采用發(fā)射520nm波長光的綠色LED作為光源22時，觀察到從波導(dǎo)管23的側(cè)面提取的光為具有580nm波長的橙色光。以此方式，通過選擇性采用含有熒光染料或熒光物質(zhì)的顆粒26和對應(yīng)于該熒光染料或熒光物質(zhì)的激發(fā)波長的LED光源22，就能夠提取不同波長的光。而且，通過采用紫外光LED作為光源22并通過采用在PDP中使用的熒光物質(zhì)作為顆粒26，即使采用單色LED作為光源22，也能夠獲得RGB的顯示。
下文是參照圖6、根據(jù)實施例3的顯示裝置300的說明。圖6是示出了根據(jù)實施例3的顯示裝置300的結(jié)構(gòu)的透視圖。可以通過與波導(dǎo)管23中光傳播方向垂直的列的方式排列多個上述顯示元件21來構(gòu)成顯示裝置300。如圖6所示，利用實施例3的顯示裝置300，在屏幕的列方向上(X方向)按照n列的陣列排列顯示元件21的波導(dǎo)管23。應(yīng)當(dāng)注意，n是正整數(shù)。在波導(dǎo)管23的端部處分別設(shè)置光源22。在波導(dǎo)管23的側(cè)面處，在行方向(Y方向)上布置用于m行的電極膜23c，該行方向是其中波導(dǎo)管23延伸的方向。用于顯示元件21的對置電極膜24公用且進(jìn)行布置，以使它覆蓋顯示元件24的所有波導(dǎo)管23。而且，同樣地，同一列的波導(dǎo)管電極膜23c被各自的波導(dǎo)管23共享并覆蓋其列。顯示裝置300的像素數(shù)量為n×m個像素。
利用實施例3的顯示裝置300，通過一列接著一列地控制施加在波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24之間的電壓使顆粒26與波導(dǎo)管電極膜23c經(jīng)歷接觸或非接觸，以致從波導(dǎo)管23的側(cè)面提取在波導(dǎo)管23中通過全反射傳播的光，并且朝向?qū)χ秒姌O膜24進(jìn)行發(fā)射。
以此方式構(gòu)成的顯示裝置300通過控制施加到用于在顯示平面(XY平面)的列方向上延伸的波導(dǎo)管23的三基色LED的不同芯片的電壓、根據(jù)利用波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24選擇提取的各行上的像素的顏色和亮度信息就能夠顯示給定的圖像。
圖7中示出了實施例3的顯示裝置300結(jié)構(gòu)的方框圖。圖7說明了用于實際操作顯示裝置300的具體結(jié)構(gòu)。除了上述說明之外，顯示裝置300還設(shè)置有用于驅(qū)動光源22的光源驅(qū)動電路60，通過將電壓施加到波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24以便使顆粒26與波導(dǎo)管電極膜23c進(jìn)行接觸或非接觸的顆粒驅(qū)動電路61，以及與這些電路同步、輸入信號并顯示圖像的控制電路62。控制電路62將由顆粒驅(qū)動電路61所選擇列的像素的顏色RGB的亮度信息輸入到光源驅(qū)動電路60的驅(qū)動器LSI，并且光源驅(qū)動電路60將對應(yīng)于亮度信息而施加的電壓輸入到光源22，以進(jìn)行全色彩圖像顯示。
由于采用三基色LED來作為光源22，因此就能夠使三基色光入射到單個波導(dǎo)管33。這就能夠利用單個顯示元件21即一列來顯示三基色光。利用常規(guī)的顯示裝置諸如液晶顯示器和PDP，通過三原色R、G和B的三個子像素來構(gòu)成一個像素。然而，利用采用了實施例3的波導(dǎo)管23的顯示裝置，就不需要對每個顏色分開在列方向上延伸的波導(dǎo)管3，并且三原色就能夠入射到單個波導(dǎo)管23，因此，就能夠減少波導(dǎo)管23(顯示元件21)的數(shù)量，由此就能夠有效地降低成本。
實施例4下文是參照圖8、根據(jù)本發(fā)明的實施例4的顯示元件31的說明。根據(jù)實施例4的顯示元件31是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中在其上設(shè)置有波導(dǎo)管電極膜23c的側(cè)面上、將具有相對大表面張力的涂敷材料37涂敷到根據(jù)實施例3的顯示元件21的波導(dǎo)管23上。具體地，優(yōu)選涂敷材料37的表面張力不小于50mN/m。涂敷材料37覆蓋芯23a和波導(dǎo)管電極膜23c，從而使涂敷材料37成為芯的一部分，并且波導(dǎo)管23中傳播的光同樣被涂敷材料37和空氣的界面全反射。因為對于除了涂敷材料37之外的部分表示相同的功能，因此將采用相同的數(shù)字符號并將省略它們的進(jìn)一步說明。
涂敷材料37是例如具有63.4mN/m表面張力的甘油，并被涂敷成具有大約2μm的厚度。而且，優(yōu)選對于顆粒26采用小表面張力的材料。具體地，優(yōu)選顆粒26的表面張力不大于30mN/m。
例如，實際上采用由具有18.4mN/m表面張力的Teflon(注冊商標(biāo))制造的顆粒26來形成顯示元件31。顆粒26的平均顆粒尺寸設(shè)置為6μm，并且在波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24之間的空間中的顆粒26的填充率設(shè)置為20％。施加50V的電壓，以致所選擇列的波導(dǎo)管電極膜23c變成負(fù)且對置電極膜24變成正。以此方式，顆粒26就與波導(dǎo)管電極膜23c的表面接觸，并朝向襯底25提取來自接觸部分的泄漏光。另一方面，施加50V的電壓以使電場反向，即，使波導(dǎo)管電極膜23c變成正且對置電極膜24變成負(fù)。以此方式，由于顆粒26從波導(dǎo)管電極膜23c的表面移開，因此就不能提取在波導(dǎo)管23中傳播的來自光源22的光作為泄漏光。在這種情況下，可以通過實施例4的顯示元件31中的小電壓來切換顯示和非顯示。這是因為作為涂敷材料37的甘油的表面張力充分大于顆粒26的Teflon(注冊商標(biāo))的表面張力。以此方式，在顆粒26和涂敷材料37之間的接觸表面處的所謂彈性就變得更大。彈性是一種物理現(xiàn)象，其中不用涂敷材料37相對于顆粒26的表面伸展就會產(chǎn)生彈力。即，在顆粒26和涂敷材料37之間的彈性越大，在顆粒26和波導(dǎo)管電極膜23c之間接觸處的回彈力就會越大。由于這個原因，就可以使顆粒26更容易從波導(dǎo)管電極膜23c移開。因此，利用低電壓就能夠控制顆粒26和波導(dǎo)管電極膜23之間的接觸和非接觸。
以此方式，通過在芯23a和波導(dǎo)管電極膜23c的表面上提供與顆粒26不同表面張力的涂敷材料37，就能夠降低用于控制顆粒26的接觸所需的電壓。應(yīng)當(dāng)注意，顆粒26的表面張力可以不同于波導(dǎo)管23表面(波導(dǎo)管電極膜23c)的表面張力。然而，常規(guī)結(jié)構(gòu)是顆粒26的表面張力小于波導(dǎo)管23表面的表面張力。
通過與波導(dǎo)管23中的光傳播方向垂直地按列排列多個圖8中所示的顯示元件31，按照與顯示裝置300相同的方式就能夠構(gòu)成一種顯示裝置，從而顯示表面21a位于同一側(cè)，如圖6所示。當(dāng)在屏幕的列方向上排列n列顯示元件31且按照其中波導(dǎo)管3延伸的方向(行方向)排列用于m行的波導(dǎo)管電極膜23c時，像素的數(shù)量為n×m個像素。
用于實現(xiàn)從波導(dǎo)管23的側(cè)面(顯示表面21a)提取所需光以進(jìn)行圖像顯示的方法與實施例3的顯示裝置300相同，因此將省略其解釋。實施例4的顯示裝置與實施例5的顯示裝置之間的不同之處在于，在波導(dǎo)管23的表面上布置涂敷材料37，而其余結(jié)構(gòu)基本上相同。
此外，為了實際操作實施例4的顯示裝置，如圖7所示，可以設(shè)置用于驅(qū)動光源22的光源驅(qū)動電路60，通過將電壓施加到波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24以便使顆粒26與波導(dǎo)管電極膜23c進(jìn)行接觸或非接觸的顆粒驅(qū)動電路61，以及與這些電路同步、輸入信號并顯示圖像的控制電路62。
利用實施例3和4的顯示裝置，通過控制施加到用于作為光源22的在顯示平面(XY平面)的列方向上延伸的波導(dǎo)管23的三基色LED的不同芯片的電壓、根據(jù)利用波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24選擇提取的各行上的像素的顏色和亮度信息就能夠?qū)崿F(xiàn)給定圖像的顯示。然而，光源類型的結(jié)構(gòu)和例如定位不限于這些。例如，可以是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中以對應(yīng)于像素數(shù)量的XY矩陣排列波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24。在這種情況下，可以通過將有源元件連接到波導(dǎo)管電極膜23c和對置電極膜24來驅(qū)動每個像素。例如，作為有源元件，可以采用TFT或TFD。
利用根據(jù)實施例3和4的顯示元件和顯示裝置，通過控制利用一種技術(shù)的顯示裝置中的顆粒的接觸提高了光提取效率，在此技術(shù)中從波導(dǎo)管的端面引導(dǎo)光并從波導(dǎo)管的芯的表面提取光，由此就能夠以更低功耗獲得更高亮度。而且，改善了顯示的均勻性。利用實施例3和4，無論什么屏幕尺寸，對于甚至超過100英寸的大屏幕和用于移動應(yīng)用的小屏幕都可以獲得薄片型的薄的顯示裝置。
本發(fā)明者研制的顯示裝置，其中從具有與前面所述的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)管提取光，上述結(jié)構(gòu)公布于1998年SID98 Digest，第1022-1025頁，X.Zhou，E.Gulari著“Waveguide Panel DisplayUsing Electromechanical Spatial Modulators”。然而，很顯然，在波導(dǎo)管的厚度比像素寬度(光傳播方向的寬度)更厚的常規(guī)結(jié)構(gòu)中，亮度低，且隨著厚度減小亮度增加。
其原因是波導(dǎo)管中的全反射位置之間的距離依賴于波導(dǎo)管的厚度，其中傳播的光在芯和空氣之間的界面處經(jīng)歷反復(fù)的全反射。例如，對于45°反射角的全反射，全反射位置之間的距離是波導(dǎo)管寬度的兩倍。由于這個原因，波導(dǎo)管的厚度就不能大于在光傳播方向上的像素寬度的1/2。如果不是，那么全反射位置之間的距離就會變得大于像素寬度，且反射光就不經(jīng)過像素，以致就不能實現(xiàn)從波導(dǎo)管側(cè)面的提取。
因此，從提取效率的觀點出發(fā)，優(yōu)選實施例1到4的顯示元件中的波導(dǎo)管的厚度小于像素寬度的1/2，而且考慮到入射光的角度分布，優(yōu)選為更薄。應(yīng)當(dāng)注意，特別地，像素寬度是在用于實施例1和2的顯示元件的圖1和2中的波導(dǎo)管3的縱向上的電極4和14的長度，并且像素寬度是在用于實施例3和4的圖5和6中的波導(dǎo)管電極膜23c或波導(dǎo)管23的縱向上的長度。
例如，當(dāng)波導(dǎo)管3和23的厚度設(shè)置為像素寬度的1/4或小于像素寬度的1/4時，那么同樣可以提取60°或更小的反射角的光。當(dāng)高度定向的LED光入射到這種波導(dǎo)管時，就能夠提取幾乎所有的入射光。另一方面，當(dāng)波導(dǎo)管3和23太薄時，實現(xiàn)了單一模式，在單一模式下就制約了在波導(dǎo)管3和23中可以傳播光的角度。這就會減少可傳輸光的量。而且，由于當(dāng)波導(dǎo)管3和23太薄時難于導(dǎo)入入射光，因此優(yōu)選波導(dǎo)管3和23的厚度至少為30μm。
應(yīng)當(dāng)注意，根據(jù)實施例1到4，對于顯示元件的光源2和22，可以采用例如三基色激光器(RGB)。
工業(yè)實用性無論屏幕尺寸，甚至在大屏幕和用于移動應(yīng)用的小屏幕中的薄片型薄的顯示裝置中，都可以采用本發(fā)明的顯示元件和顯示裝置。
權(quán)利要求
1.一種顯示元件，包括光源和傳播從該光源發(fā)射的光的波導(dǎo)管，其中從波導(dǎo)管側(cè)面將在該波導(dǎo)管中傳播的光提取到外部，并且其中通過改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀從該波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到該波導(dǎo)管之外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示元件，還包括改變該波導(dǎo)管的形狀的多個調(diào)節(jié)器，其中通過選擇性地操作該調(diào)節(jié)器來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀，以便從該波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到該波導(dǎo)管之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該波導(dǎo)管包括一個芯和沿著該芯的一個側(cè)面形成的覆蓋層，其中該調(diào)節(jié)器附著到該覆蓋層，且通過使該調(diào)節(jié)器變形來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯示元件，其中通過使該波導(dǎo)管的該芯的至少一部分變形來將光提取到該波導(dǎo)管之外。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該調(diào)節(jié)器附著到該波導(dǎo)管側(cè)面，并且其中通過該調(diào)節(jié)器的變形來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該調(diào)節(jié)器包括壓電元件，并且其中通過向該壓電元件施加電壓使該壓電元件變形來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示元件，其中該調(diào)節(jié)器包括布置在該波導(dǎo)管側(cè)面的第一電極膜，在該電極膜上層疊的壓電元件，以及在該壓電元件上層疊的第二電極膜，其中通過在布置該波導(dǎo)管側(cè)面處的該第一電極膜和在該壓電元件上層疊的該第二電極膜之間施加電壓使該壓電元件變形來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該調(diào)節(jié)器包括一個凸起部分，并且其中通過該凸起部分向該波導(dǎo)管側(cè)面施加壓力來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該調(diào)節(jié)器包括布置在該波導(dǎo)管側(cè)面處的電極膜，以及與該波導(dǎo)管相對并鄰近該波導(dǎo)管的外部電極膜，其中通過在該外部電極膜和該電極膜之間施加電壓而產(chǎn)生的靜電力來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的顯示元件，其中該外部電極膜包括在該波導(dǎo)管側(cè)面處的凸起部分，并且通過該外部電極膜的凸起部分利用該靜電力向該波導(dǎo)管側(cè)面施加壓力來改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中通過使該波導(dǎo)管的該芯的至少一部分變形來將光提取到該波導(dǎo)管之外。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該波導(dǎo)管的至少一部分包括彈性材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中該波導(dǎo)管的至少一部分包括透明凝膠體。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中對每個像素形成該調(diào)節(jié)器。
15.據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示元件，其中該波導(dǎo)管包括在該波導(dǎo)管側(cè)面上的波導(dǎo)管電極膜，該顯示元件還包括與該波導(dǎo)管電極膜相對的對置電極膜，以及布置在該波導(dǎo)管電極膜和該對置電極膜之間的顆粒，其中，通過在該波導(dǎo)管電極膜和該對置電極膜之間施加電壓，使該顆粒和該波導(dǎo)管電極膜接觸，以使該顆粒和該波導(dǎo)管結(jié)合，從而改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀并從該波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到該波導(dǎo)管之外。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中通過使該波導(dǎo)管的該芯的至少一部分變形來將光提取到該波導(dǎo)管之外。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中該顆粒是帶電顆粒。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中該顆粒是磁性顆粒。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中該波導(dǎo)管電極膜的表面張力與該顆粒表面的表面張力彼此不同。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中將涂敷材料涂敷到該波導(dǎo)管電極膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中對每個像素設(shè)置該波導(dǎo)管電極膜和該對置電極膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的顯示元件，其中該顆粒是熒光顆粒。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的顯示元件，其中該光源發(fā)射紫外光。
24.根據(jù)權(quán)利要求1到21中的任何一項所述的顯示元件，其中該光源是三基色LED或三基色激光器。
25.一種顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求2-14中任何一項所述的顯示元件，用于驅(qū)動該光源的光源驅(qū)動電路，用于驅(qū)動該調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路，以及控制該光源驅(qū)動電路和該調(diào)節(jié)器驅(qū)動電路的控制電路。
26.一種顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求15到23中任何一項所述的顯示元件，用于驅(qū)動該光源的光源驅(qū)動電路，用于在該波導(dǎo)管電極膜和該對置電極膜之間施加電壓的顆粒驅(qū)動電路，以及控制該光源驅(qū)動電路和該顆粒驅(qū)動電路的控制電路。
27.一種顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求14所述的顯示元件，以及控制各個調(diào)節(jié)器的有源矩陣元件。
28.一種顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求21所述的顯示元件，以及控制該波導(dǎo)管電極膜和該對置電極膜之間的各個電壓的有源矩陣元件。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的顯示裝置，其中該有源矩陣元件是TFT或TFD。
全文摘要
提供一種具有光源和傳播從該光源發(fā)射的光的波導(dǎo)管的顯示元件，其中從波導(dǎo)管側(cè)面將在該波導(dǎo)管中傳播的光提取到外部，且其中通過改變該波導(dǎo)管側(cè)面的形狀來從該波導(dǎo)管側(cè)面將光提取到該波導(dǎo)管之外。
文檔編號G02B26/08GK1711493SQ20038010284
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者脅田尚英, 西山誠司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社