TW201520605A - 用於反射式顯示器之光再導向全像圖 - Google Patents
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Abstract
本發明提供用於增強顯示器件之亮度及/或對比率之系統、方法及裝置。在一個態樣中,顯示器件可包括與一漫射體光學耦合之一光再導向器。該光再導向器包括複數個全像特徵,該複數個全像特徵可相對於該光再導向器之一表面之一法線以非法線角接收近準直光且沿著實質上正交於該表面之一方向再導向該接收之光。
Description
本發明係關於漫射體,且更特定言之,係關於可使視角移位離開與光入射所自之方向相關聯之鏡面反射之方向的全像漫射體。本文中所揭示之漫射體可與基於機電系統之顯示器件整合。
機電系統(EMS)包括具有電及機械元件、致動器、換能器、感測器、光學組件(諸如,鏡及光學薄膜)及電子器件的器件。EMS器件或元件可以多種尺度來製造,包括(但不限於)微尺度及奈米尺度。舉例而言,微機電系統(MEMS)器件可包括具有範圍為約一微米至數百微米或更大之大小的結構。奈米機電系統(NEMS)器件可包括具有小於一微米之大小(包括(例如)小於數百奈米之大小)的結構。可使用沈積、蝕刻、微影及/或蝕刻掉基板及/或所沈積材料層之部分或添加層以形成電及機電器件之其他微機械加工製程來產生機電元件。
一類型之EMS器件稱為干涉式調變器(IMOD)。術語IMOD或干涉式光調變器指使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射光的器件。在一些實施中,IMOD顯示元件可包括一對傳導板,其中之一者或兩者可整體或部分為透明及/或反射性的,且能夠在施加適當電信號後即進行相對運動。舉例而言,一個板可包括沈積於基板上方、沈積於基板上或由基板支撐之固定層,且另一板可包括與固定層分開達一氣
隙之反射膜。一個板相對於另一板之位置可改變入射於IMOD顯示元件上之光的光學干涉。基於IMOD之顯示器件具有廣泛範圍的應用,且預期用於改良現有產品及產生新產品,尤其具有顯示能力之彼等產品。
各種顯示器件中之最亮視角常常與入射光自顯示器件之不同零件(例如,顯示元件、防護玻璃罩等)鏡面反射所沿著之方向一致。已開發各種系統及方法來減少來自鏡面反射入射光之眩光以增強顯示器件之亮度。
本發明之系統、方法及器件各具有若干創新態樣,其中無單一者單獨負責本文中所揭示之合乎需要的屬性。
本發明中所描述之標的物之一個創新態樣可實施於一種光再導向器中。該光再導向器包含具有一表面法線之一光接收表面,該光接收表面經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光。鏡面反射之方向與該入射方向相關聯。該入射方向可相對於該表面法線形成在約20度與約50度之間的角。
該光再導向器進一步包含一全像層,該全像層包括經組態以實質上沿著朝向與該光接收表面相對之一側相對於該表面法線在±20度內之一方向再導向且漫射該接收之光的複數個透射性全像光再導向特徵。在各種實施中,該複數個全像光再導向特徵可包括體積全像圖。該全像層可具有在約5μm與約50μm之間的厚度。在各種實施中,該複數個全像光再導向特徵可經組態以使得在相對於該表面法線在±10度內之一角程中自與該光接收表面相對之側入射之光不由該複數個全像光再導向特徵再導向。
該光導向器可包括於包括一反射式顯示元件之一顯示器件中。在各種實施中,該光再導向器可安置於該反射式顯示元件上方。該反
射式顯示元件可包括至少一個干涉式調變器。在各種實施中,該反射式顯示元件可安置於一基板之一第一側上且該光再導向器可安置於該基板的與該第一側相對之一第二側上。
在各種實施中,該全像層可充當一光再導向器及一光漫射體。該全像層可為係一光再導向器及一光漫射體之單一光學元件。
本發明中所描述之標的物之另一創新態樣可實施於一種光再導向器中,該光再導向器包含一光接收表面,該光接收表面具有一表面法線且經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光。鏡面反射之方向與該入射方向相關聯。
該光再導向器進一步包含包括用於以全像方式再導向光之複數個透射性構件之一層。該等透射光再導向構件經組態以實質上沿著朝向與該光接收表面相對之一側相對於該表面法線在±20度內之一方向再導向且漫射該接收之光。
在各種實施中,該複數個透射性光再導向構件可包括複數個透射性全像特徵。該等透射全像特徵可包括體積全像圖。在各種實施中,該層可為係一光再導向器及一漫射體之單一光學元件。
本發明中所描述之標的物之另一創新態樣可實施於一種製造一光再導向器之方法中。該方法包含提供一基板,該基板包括具有一表面法線之一光接收表面,該光接收表面經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光。鏡面反射之方向與該入射方向相關聯。該方法進一步包含相對於該基板安置複數個透射性全像光再導向特徵。該複數個透射性全像光再導向特徵經組態以實質上沿著朝向與該光接收表面相對之一側相對於該表面法線在±20度內之一方向再導向且漫射該接收之光。
在該方法之各種實施中,安置複數個透射性全像光再導向特徵可進一步包括在該光接收表面前方或後方安置一第一全像媒體及在該
第一全像媒體中形成該複數個透射性全像特徵。
該第一全像媒體可包括一光聚合物。該複數個透射性全像特徵可藉由使用單一相干多波長雷射光束在該第一全像媒體上複製包括於一主全像圖中之複數個全像特徵來形成。可使用入射在一第二全像媒體上之兩個相干雷射光束來記錄包括該複數個全像特徵之該主全像圖,該兩個光束包括藍色、綠色及紅色光譜區域中之多個波長。在該方法之各種實施中,一漫射體可安置於該兩個光束中之一者的光學路徑中。可用以不同方位角入射在該第二全像媒體上之該等相干雷射光束中之一者來記錄該複數個全像光再導向特徵。
本發明中所描述之標的物之一或多個實施之細節在隨附圖式及以下描述中闡明。雖然本發明中所提供之實例主要就基於EMS及MEMS之顯示器來描述,但本文中所提供之概念可適用於其他類型之顯示器,諸如,液晶顯示器、有機發光二極體(「OLED」)顯示器及場發射顯示器。其他特徵、態樣及優勢自描述、圖式及申請專利範圍將變得顯而易見。應注意,以下諸圖之相對尺寸可能未按比例繪製。
12‧‧‧IMOD顯示元件
13‧‧‧光
14‧‧‧可移動反射層
15‧‧‧光
16‧‧‧光學堆疊
18‧‧‧柱
19‧‧‧間隙
20‧‧‧透明基板
21‧‧‧處理器
22‧‧‧陣列驅動器
27‧‧‧網路介面
28‧‧‧圖框緩衝器
29‧‧‧驅動器控制器
30‧‧‧顯示器/顯示陣列
40‧‧‧顯示器件
41‧‧‧外殼
43‧‧‧天線
45‧‧‧揚聲器
46‧‧‧麥克風
47‧‧‧收發器
48‧‧‧輸入器件
50‧‧‧電源供應器
52‧‧‧調節硬體
100‧‧‧反射式顯示器件
101‧‧‧反射式顯示像素/顯示元件
103‧‧‧基板
105‧‧‧漫射體
107‧‧‧入射方向
108‧‧‧表面法線
109‧‧‧鏡面反射
110a‧‧‧光線
110b‧‧‧光線
111‧‧‧方向
205‧‧‧對比率曲線
210‧‧‧反射率曲線
403‧‧‧光再導向器
403a‧‧‧全像圖
403b‧‧‧全像圖
405‧‧‧漫射體
407‧‧‧基板
800‧‧‧顯示器件
805‧‧‧全像光學元件
900‧‧‧系統
901a‧‧‧第一光源
901b‧‧‧第二光源
901c‧‧‧第三光源
903‧‧‧隔離器
905‧‧‧半波板
907‧‧‧偏光器
909‧‧‧鏡
911‧‧‧光束分光器
913‧‧‧光束分光器
915‧‧‧快門
917‧‧‧擴束器
919‧‧‧光圈
921‧‧‧光束分光器
925‧‧‧漫射體
927‧‧‧可選準直透鏡
929‧‧‧全像媒體
950‧‧‧製造包括複數個透射性全像光再導向特徵的光再導向器之方法
955‧‧‧在全像媒體中形成複數個透射性全像光再導向特徵之方法
1001‧‧‧顯示面板
圖1說明自入射方向入射之光沿著與入射方向相關聯之鏡面反射之方向反射的反射式顯示器件之實施。
圖2說明反射式顯示器之實施的隨視角而變之反射率及對比率。
圖3針對四個種類之漫射體描繪漫射光之強度隨視角而變之變化。
圖4A說明包括顯示元件、光再導向器及漫射體之顯示器件之實施。
圖4B說明光再導向器對入射環境光的影響。圖4C說明光再導向器對自顯示元件之表面反射之光的影響。
圖5說明全像體積光柵隨與布勒格(Bragg)條件之角偏差而變之繞
射效率。
圖6說明包括經組態以接收並再導向自兩個不同進入方向入射之光之兩個全像圖的顯示器件之實施。
圖7說明體積光柵隨與布勒格條件之波長偏差而變之繞射效率。
圖8說明包括安置於顯示元件前面之全像光學元件之顯示器件的實施。
圖9A說明可用以記錄亦充當漫射體之全像光再導向器之系統。
圖9B為描述製造包括複數個透射性全像光再導向特徵的光再導向器之方法之實施之流程圖。
圖9C為描述在全像媒體中形成複數個透射性全像光再導向特徵之方法之實施之流程圖。
圖10A說明藉由螢光燈照明之顯示面板之實施。圖10B說明藉由具備光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光的全像光再導向器的顯示面板顯示之影像。圖10C說明藉由具備具有濁度78之習知漫射體的顯示面板顯示之影像。
圖11為描繪干涉式調變器(IMOD)顯示器件之一系列或一陣列顯示元件中的兩個鄰近IMOD顯示元件之等角視圖說明。
圖12A及圖12B為說明包括複數個IMOD顯示元件之顯示器件之系統方塊圖。
各種圖式中之相同參考數字及標示指示相同元件。
以下描述係有關出於描述本發明之創新態樣的目的之某些實施。然而,一般熟習此項技術者將易於認識到,本文中之教示可以許多不同方式來應用。所描述實施可以可經組態以顯示影像(無論係運動(諸如,視訊)抑或靜止(諸如,靜態影像)的,且無論係文字、圖形抑或圖像)的任何器件、裝置或系統來實施。更明確而言,預期所描
述實施可包括於諸如(但不限於)以下各者之多種電子器件中或與該等電子器件相關聯:行動電話、具備多媒體網際網路功能之蜂巢式電話、行動電視接收器、無線器件、智慧型電話、Bluetooth®器件、個人資料助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持型或攜帶型電腦、上網本、筆記型電腦、智慧筆記型電腦、平板電腦、印表機、影印機、掃描器、傳真器件、全球定位系統(GPS)接收器/導航器、相機、數位媒體播放器(諸如,MP3播放器)、攝錄影機、遊戲機、手錶、時鐘、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀器件(例如,電子閱讀器)、電腦監視器、汽車顯示器(包括里程錶及速度計顯示器等)、座艙控制器及/或顯示器、相機檢視顯示器(諸如,車輛中的後視相機之顯示器)、電子相片、電子廣告牌或標識、投影儀、架構結構、微波爐、冰箱、立體聲系統、匣式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、收音機、攜帶型記憶體晶片、洗衣機、乾燥機、洗衣機/乾燥機、停車儀、封裝(諸如,在包括微機電系統(MEMS)應用之機電系統(EMS)應用以及非EMS應用中)、美學結構(諸如,關於一件珠寶或服裝的影像之顯示)及多種EMS器件。本文中之教示亦可用於非顯示器應用中,諸如,(但不限於)電子切換器件、射頻濾波器、感測器、加速計、迴轉儀、運動感測器件、磁力計、用於消費型電子器件之慣性組件、消費型電子器件產品之零件、變容器、液晶器件、電泳器件、驅動方案、製造過程及電子測試設備。因此,教示並不意欲限於僅在圖中描繪之實施,而取而代之,具有廣泛適用性,如將易於對一般熟習此項技術者顯而易見。
本文中所描述之系統及方法包括一種光再導向器,該光再導向器經組態以接收相對於該光接收表面之法線成非零角度入射在該光再導向器之光接收表面上之近準直光(例如,晴天之日光或來自另外照明不良之房間中的光源之光),且再導向該接收之光。該光再導向器
經組態以再導向該近準直入射光,以使得該光朝向一反射式顯示器件沿著實質上正交於該光接收表面之一方向在該光再導向器後方傳播。一漫射體(例如,相位漫射體)可安置於該光再導向器後方且該顯示器件前方以漫射自該光再導向器再導向之光。該漫射體之存在有利地隨機化自顯示器件反射的光之相位,以使得自顯示器件反射之光的大部分不與全像光再導向器相互作用。在各種實施中,該光再導向器可經組態以漫射該再導向光,以使得不提供單獨漫射體。在各種實施中,該光再導向器包括經組態以再導向且漫射入射近準直光之體積全像圖。在各種實施中,該光再導向器包括可再導向且漫射來自若干不同方位角之入射近準直光的若干經角多工體積全像圖。在各種實施中,近準直光可為包括紅色、綠色及藍色波長之白光。在一些實施中,該全像光再導向器經在多個波長(例如,紅色、綠色、藍色)下記錄。在一些實施中,紅色、綠色及藍色全像圖之繞射效率可相同。然而,在其他實施中,紅色、綠色及藍色全像圖之繞射效率可不同以用於補償來自反射式顯示器之色彩誤差。
本發明中所描述之標的物之特定實施可用以實現以下潛在優點中之一或多者。顯示器件(包括光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器)之各種實施可用以再導向且漫射以非法線角入射之近準直光,以使得來自顯示器件之調變光的傳播方向與自顯示器件之各種零件(例如,顯示覆蓋層、觸碰層及其他顯示層等)鏡面反射之光的傳播方向之間的重合可減少或消除。此反過來可減少、減輕及/或消除來自鏡面反射自顯示器件之不同零件之表面的入射光之眩光。此外,藉由使用全像光再導向器再導向正交於反射式顯示器之光,反射式顯示器可更有效率地使用環境光。另外,藉由導向調變光離開光鏡面反射所沿著之方向,顯示器之亮度及/或對比率可增大(相比於不具光學耦合至漫射體或單一全像光學元件
的可再導向且漫射光之此全像光再導向器之器件)。減少或消除來自顯示器件之調變光的傳播方向與鏡面反射自顯示器件之各種零件之光的傳播方向之間的重合亦可改良顯示色彩之色彩飽和度。最重要地,顯示器件(包括光學耦合漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器)之各種實施允許檢視者在直接照明呈一角度時以正交於顯示表面之角度查看顯示器,且結果,其減少或消除與視角相關聯之色彩移位。
所描述實施可應用至的合適EMS或MEMS器件或裝置之實例為反射式顯示器件。反射式顯示器件可併有干涉式調變器(IMOD)顯示元件,該等顯示元件可經實施以使用光學干涉原理選擇性地吸收及/或反射入射於其上之光。IMOD顯示元件可包括部分光學吸收體、可相對於吸收體移動之反射體及界定於吸收體與反射體之間的光學諧振腔。在一些實施中,反射體可移動至兩個或兩個以上不同位置,此移動可改變光學諧振腔之大小且藉此影響IMOD之反射光譜。IMOD顯示元件之反射光譜可產生相當廣之光譜帶,該等光譜帶可跨可見波長移位以產生不同色彩。可藉由改變光學諧振腔之厚度來調整光譜帶之位置。改變光學諧振腔之一方式為藉由改變反射體相對於吸收體之位置。
類似於上文所描述之器件的包括複數個反射式顯示元件之顯示器件可依賴於白天中之環境發光或良好照明之環境用於照明該等顯示元件。另外,可提供內部照明源(例如,前部照明器)以用於在暗周圍環境中照明顯示元件。方向性環境光可自顯示器件之各種零件鏡面反射。舉例而言,入射於顯示器件上之光可由顯示覆蓋層鏡面反射。在一些實施中,調變光最亮所在之檢視方向可實質上與光被鏡面反射所在之方向一致。自鏡面反射光產生之眩光可影響調變光之亮度或對比率。
因此,漫射體可用於顯示器件中以使藉由顯示元件調變之光的傳播方向移位離開入射光被鏡面反射所在之方向及/或用於增加視角。然而,在漫射體之一些實施中,最亮視角可與來自顯示元件之防護玻璃罩及其他層之鏡面反射一致。雖然抗反射塗層與漫射體一起可大大減少在此等實施中之鏡面眩光,但殘餘眩光可使對比率顯著降級且使色彩去飽和。當視角遠離鏡面角移位超過15度時,鏡面眩光之效應可減少。本文中所描述之實施包括光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器,以再導向且漫射以非法線角入射之近準直以減少或消除來自顯示器件之調變光的傳播方向與鏡面反射自顯示器件之各種零件之光的傳播方向之間的重合,從而減少、減輕及/或消除來自鏡面反射自顯示器件之各種部分之入射光的眩光,顯示器件之各種部分不限於顯示覆蓋層、觸控面板及顯示器件的位於全像圖之上的任何其他部分反射表面或界面。
圖1說明自入射方向107入射之光沿著與入射方向107相關聯之鏡面反射109之方向反射的反射式顯示器件100之實施。舉例而言,根據幾何光學,鏡面反射109之方向可與入射方向107相關聯,以使得相對於表面法線108,入射角θ i 等於反射角θ r 。圖1中所說明的反射式顯示器件100包括安置於基板103後方的複數個反射式顯示像素101。顯示像素101可包括上文所論述之干涉式調變器之各種實施。顯示器件100包括安置於基板103前方之漫射體105。顯示器件可進一步包括額外層,諸如,顯示覆蓋層、一或多個光學濾光片、抗反射層及/或其他光學層。
顯示器件100具有正面(圖1之側1)及背面(圖1之側2)。來自安置於顯示器件100之前側上之源的沿著入射方向107入射之光的的一部分可藉由顯示器件100之各種零件(例如,反射式顯示元件101及/或複數個層103及105)沿著鏡面反射109之方向鏡面反射。由光線110a表示的光
之一部分由顯示器件100調變且朝向顯示器件之前側反射,如由光線110b所表示。該部分光接著由漫射體105漫射。在各種實施中,調變光之大部分沿著方向111反射及漫射,方向111沿著如圖1中所示的鏡面反射109之相同方向。習知漫射體且因此顯示器件100可具有沿著鏡面反射109之方向的最大向前散射,以使得顯示器件100在沿著鏡面反射109之方向檢視時顯得最亮。然而,自器件之上層鏡面反射之光可使顯示器件100之對比率降級,如下文參看圖2所論述。
圖2說明反射式顯示器之實施隨視角而變之反射率及對比率。在所說明實施中,直接光係自顯示器件之表面之法線的左邊相對於法線以大致-35度入射。反射式顯示器件可類似於如上文所論述的包括習知漫射體之反射式顯示器件100。可相對於顯示器件之前表面之法線(例如,圖1中所展示之法線108)來量測視角。反射式顯示器件之反射率由反射率曲線210指示。反射率曲線210可提供當以各種視角檢視反射式顯示器件時的光量之量測,且可藉由量測由具有習知漫射體之反射式顯示器件沿著不同方向反射及散射的光量來獲得。在圖2中,由反射式顯示器件反射的光之量係在反射式顯示器件設定於白色狀態時量測以獲得反射率曲線210。顯示器件之對比率由曲線205指示。在各種實施中,對比率曲線205可藉由判定當反射式顯示器件係沿著不同視角檢視時的最亮色彩(例如,白色)與最暗色彩(例如,黑色)之比率來獲得。
在圖2中,反射率曲線210之峰值與顯示器之鏡面反射角(亦即,相對於顯示器法線35度)一致。又,反射率曲線210之峰值與對比率曲線205減小至最小值時之角度一致。此效應可部分歸因於反射率曲線210之峰值與鏡面反射角之重合,此係因為鏡面反射之光與由顯示器件調變之光組合且使黑色狀態之明度增加,且結果,其減少由顯示器件產生之影像之對比度。自圖2亦觀察到,對比率曲線205之峰值在自
介於相對於顯示器件的前表面之法線大致0度與相對於顯示器件的前表面之法線大致20至25度之間的角度檢視反射式顯示器件時出現。對比率曲線205中之峰值可部分地歸因於來自顯示器件之鏡面反射率之減少,如自反射率曲線210觀察到的。自圖2中之實例反射率及對比度曲線210及205可大體上推斷出,顯示器件之對比率在視角更靠近鏡面角時減小,此可歸因於顯示器件之鏡面反射率之增加。因此,當顯示器件之視角與入射光被鏡面反射所在之方向一致時,顯示器件之對比率可顯著降級。因此,需要使顯示器之視角移位離開鏡面反射之方向以便減少歸因於鏡面反射之眩光,以使得可沿著對應於最大亮度而不使對比率降級之方向檢視顯示器件。
自圖2,請注意,遠離鏡面反射之方向大致15度之視角可減少來自鏡面反射之眩光。如上文所論述,反射式顯示器件之各種實施可包括可使視角遠離鏡面反射之方向移位的漫射體。在各種實施中,具備習知漫射體之顯示器件可包括抗反射塗層以減少鏡面反射。然而,習知漫射體通常在包括並包圍光被鏡面反射所沿著之方向的類錐形區域中散射進入之光,如參看圖3所詳細論述。
圖3針對四個類型之漫射體描繪漫射光之強度隨視角而變之變化。如自圖3觀察到,習知漫射體在具有相對於法線檢視方向約10度或以下之角寬度的區域中散射進入之光,法線檢視方向對應於包括並包圍光被鏡面反射所沿著之方向的零度之視角。因此,相當大光功率保持接近光被鏡面反射所沿著之方向。雖然可提供抗反射塗層以將鏡面眩光減少至小程度,但鏡面反射之光的殘餘眩光可使對比率降級及/或使由器件顯示之色彩去飽和。
因此,替代使用習知漫射體,顯示器件可包括經組態以引導反射自顯示器件之光(例如,調變光)所沿著之方向移位遠離鏡面反射之方向的一或多個層。當器件係自此「經移位」方向(較佳地,法線方
向)檢視時,鏡面反射之光可非實質地對由檢視者察覺之光有影響,藉此減少或消除來自鏡面反射之眩光。在此等實施中,由於顯示器顯得最亮所沿著之視角並不與光被鏡面反射所沿著之方向一致,因此顯示器件可經最佳化以提供增強之亮度、增加之對比率、經改良之色彩飽和度及經消除之色彩移位。在各種實施中,以下情況可能有利:反射自顯示器件之光(例如,調變光)所沿著之方向以在自約20度至約50度之範圍中之一角度移位遠離鏡面反射之方向,且較佳正交於顯示表面。此可有利地減少在鏡面反射之方向上散射的調變光之量及/或增加顯示器件之亮度及對比率,且消除色彩角移位。在各種實施中,在具有相對於顯示器件之表面之法線約5度之角寬度之錐形中引導調變光。在各種實施中,可在具有大致等於所要的設計角度之半垂直角的錐形形狀區域中引導反射自顯示器之光。在各種實施中,替代提供單獨漫射體,漫射功能可併入於光再導向器中。將漫射功能併入至光再導向器中將兩個功能(光再導向及漫射)組合至單一光學元件中;藉此簡化器件結構且減少視覺假影。
為提供經移位檢視方向,本文中所描述之各種實施包括與光再導向器光學耦合之漫射體。光再導向器經組態以接收以相對於光接收表面之法線的非零角度入射在光再導向器之光接收表面上的近準直光,且再導向接收之光。光再導向器經組態以再導向近準直入射光,以使得該光朝向一顯示器件沿著實質上正交於光接收表面之一方向在該光再導向器後方傳播。在各種實施中,光再導向器可包括全像光再導向特徵。在各種實施中,漫射體可併入於光再導向器中。在各種實施中,光再導向器可為全像漫射體。以下更詳細地描述此等及其他實施例。
光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光的全像光再導向器可用以遠離鏡面反射之方向再導向反射自顯示器件的
光。光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器可用以沿著更正交於顯示器件之表面之方向操控反射自顯示器之光,藉此提供增大之對比率。由於,光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器可沿著更正交於顯示器件之表面之方向操控反射自顯示器之光,因此該等全像光再導向器可在以一角度檢視顯示器件時有利地減少或消除反射自顯示器件之光的色彩移位(例如,藍色移位)。當顯示器係以與顯示器法線之角度θ檢視時,察覺之波長λ自設計之波長λo移位。在各種實施中,察覺之波長λ可藉由方程式λo cosθ給出。如自圖2所註明,藉由習知漫射體,具有來自鏡面反射之低比重及高對比率的最佳視角在距法線0度至約20度之間。當以約20度之角度檢視時,察覺之波長λ可移位cos(20°)(其為約0.94)倍。此移位量可相當大且容易由人眼辨別。藉由使用沿著法線或近法線方向再導向入射光之全像光再導向器,可在法線方向或近法線方向上照明顯示器件。因此,反射自顯示器件之光亦將沿著法線或近法線方向引導,以使得視角靠近零度。因此,色彩移位可藉由使用全像光再導向器來消除。
圖4A說明包括一顯示元件101、一光再導向器403及一漫射體405的顯示器件之實施。顯示元件101安置於上基板407之第一側上。漫射體405安置於基板407之第一側上且光再導向器403安置於基板407之第二側上,以使得光再導向器403及漫射體405處於基板407之相對側上。在各種實施中,顯示元件101可為反射性的。在各種實施中,顯示元件101可為基於機電系統之器件,諸如,下文參看圖11所描述之IMOD。在一些實施中,顯示元件101可包括LCD器件。在一些實施中,顯示元件101可包括電泳器件。基板407包括透射光之透射性材料。舉例而言,基板407可包括玻璃、塑膠、聚合物等。在各種實施中,光再導向器403可為包括一或多個全像特徵之全像光再導向器。
在各種實施中,該等全像特徵可為體積全像圖。舉例而言,在一些實施中,多個全像圖可疊加在體積全像媒體(例如,~20um厚之全像光聚合物薄膜)中。在各種實施中,漫射體405可為隨機化入射於顯示元件101上之進入輻射之光學相位的相位漫射體。在一些實施中,漫射體405可包括具有經設計以建立所要的漫射角分佈之相位分佈的微米及次微米像素。在一些實施中。漫射體405可緊密靠近顯示元件101而安置。緊密靠近顯示元件101安置之漫射體405之配置可減少或消除當漫射體405距離顯示元件101較遠安置時可能發生的影像模糊。此可允許顯示元件101達成完全的原生像素解析度。在圖4A中所說明之實施中,光再導向器403以遠距離置放於漫射體405之上(例如,在基板407之另一側上)。舉例而言,在各種實施中,光再導向器403可位於漫射體405之遠場中。與漫射體405合作之光再導向器403可在以近法線方向檢視顯示器時增加亮度且減少眩光。光再導向器403可以非法線角沿著實質上正交於光接收表面之方向再導向入射於光再導向器403之光接收表面上的進入光。因此,可沿著實質上正交於顯示元件101之方向再導向來自多個角度之照明光。舉例而言,在各種實施中,光再導向器403可沿著相對於法線在±5°內之方向再導向以相對於光接收表面之法線在約20°至50°之間的角度入射之進入光。漫射體405可於再導向光入射於顯示器件101上之前漫射經再導向光。舉例而言,透射性漫射體可用以達成此功能。下文論述使用圖4A中所說明之配置將照明提供至顯示元件101之一實例。
進入光(例如,來自諸如太陽或燈之源的光)藉由光再導向器403再導向為實質上正交於顯示元件101且得以入射於漫射體405上。再導向光離開漫射體405併入射於顯示元件101上。反射自顯示元件101之光將由漫射體405進一步漫射併入射於光再導向器403上。由顯示元件101反射之光的波前將由漫射體405修改,以使得反射自顯示元件101
之經漫射光並非平面波。因此,反射自顯示元件101之光的大部分歸因於布勒格失配而不與光再導向器403之全像特徵相互作用,且將沿著實質上正交於顯示元件101之方向直地通過。以此方式,反射自顯示元件101之光移位遠離鏡面反射之方向。光再導向器403中之全像特徵可藉由自多個角度收集光且藉由遠離鏡面反射之方向再導向反射自顯示元件之經漫射光之波峰來使法線視角下之亮度增加。在各種實施中,入射光可經準直或經近準直。舉例而言,入射光可為在晴天入射於顯示器件上之日光或來自在另外照明不良之房間中且遠離顯示器一段距離的光源之光。
圖4B說明光再導向器403對入射環境光之影響。圖4C說明光再導向器403對反射自顯示元件101之表面的光之影響。在包括體積全像光柵之全像光再導向器之實施中,若反射自顯示元件之光偏離所記錄的全像圖角(例如,布勒格角),則該光將不會「看到」全像圖或與之相互作用且「無接觸」或不受影響地離開全像圖,如圖4B及圖4C中所示。參看圖4B及圖4C,布勒格角係環境光之入射角,其係非法線角。由於反射自顯示元件101之光沿著非相同地正交於全像光再導向器403之方向入射且偏離布勒格角,故該光不受影響地穿過全像光再導向器403。
圖5說明全像體積光柵隨與布勒格條件之角偏差而變之繞射效率。圖5為17μm厚之體積全像光柵(具有0.0145之光柵折射率調變)的繞射效率對角偏差之模擬結果。自圖5應注意,當角偏差自布勒格條件大於±5°時,繞射效率變得極小且光將不被繞射。因此,漫射體405減少光再導向器403之二次繞射的量。在自光再導向器403之表面之法線±5度之角區域內且並非相同地正交於光再導向器403之表面的經漫射光將不由全像光再導向器403繞射。自檢驗圖3中所說明的經漫射光角度剖面發現,雖然自漫射體405回散射的在±5度範圍中之光將由全
像圖往復地繞射掉,此係因為光滿足布勒格條件,但光之剩餘部分沿著所要的方向傳播。在一些實施中,藉由在記錄雷射光束中之一或兩者的光學路徑中設置所要的漫射體而在全像圖記錄期間將漫射體功能與全像圖組合。因而,在此等實施中可自動滿足反射自顯示元件101之光的布勒格失配條件。
在各種實施中,光再導向器403可包括經組態以沿著實質上正交於光再導向器403之表面的方向再導向自不同進入方向入射之光的多個體積全像圖。在各種實施中,光再導向器403可包括可引導沿著不同方位角入射之光的多個全像圖。舉例而言,入射近準直光以對應於如當檢視光接收表面時所見到的時鐘之12點、10點(10:30)及2點(1:30)位置之方位角的角度及約45度之高度角入射。此可有利地再導向來自多個角度之光照明且增強顯示器件在近法線檢視方向上之亮度。
圖6說明包括經組態以接收及再導向自兩個不同進入方向入射之光之兩個全像圖403a及403b的顯示器件之實施。兩個全像圖403a及403b可包括體積全像圖(例如,全像圖光柵)。在各種實施中,兩個全像圖403a及403b可疊加在同一全像媒體中。在一些實施例中,兩個全像圖403a及403b可記錄在不同全像媒體上。除再導向自兩個不同進入方向入射之光外,兩個全像圖403a及403b亦可包括經組態以再導向不同波長之光的全像特徵。舉例而言,在一些實施中,全像圖403a可經組態以再導向在第一波長範圍中入射之光且全像圖403b可經組態以再導向在第二波長範圍中入射之光。在一些實施中,第一與第二波長範圍可重疊。然而,在其他實施中,第一與第二波長範圍可不重疊。在又其他實施中,第一與第二波長範圍可相同。
全像光再導向器之各種實施可包括多個薄的透射全像圖。舉例而言,在各種實施中,該等全像圖可記錄在具有在約5μm與約50μm之間的厚度之全像層中。由於全像層可為薄的,故全像光再導向器可
對波長偏差不靈敏。圖7說明體積光柵隨與布勒格條件之波長偏差而變之繞射效率。圖7為17μm厚之體積全像光柵(具有0.0145之光柵折射率調變)的隨波長偏差而變之繞射效率的模擬結果。在該模擬中,考慮使用綠色波長雷射來記錄全像圖,且因此繞射效率在綠色下為100%。自圖7觀察到,對於藍光及紅光,繞射效率下降至約85%。因光波長之變化的繞射效率之減少或下降可引入視覺假影,諸如,彩虹假影。為了減少彩虹假影,紅色、綠色及藍色波長下之三個雷射可用以在不同波長下同時記錄多個全像圖,以使得繞射效率不隨波長顯著變化。
圖8說明包括安置於顯示元件101前方之全像光學元件805的顯示器件800之實施。全像光學元件805可為與漫射體整合之全像光再導向器。因此,全像光學元件805既充當光再導向器,亦充當漫射體。因而,漫射體功能經併入至全像特徵中,以使得漫射及光再導向功能由同一光學元件805執行。此配置可簡化顯示器件之結構、減少組件計數且實現關於製造的成本節約。經組態以再導向且漫射光之單一光學元件805亦可減少與薄體積全像圖相關聯之彩虹假影。
在所說明之實施800中,全像光學元件805安置於基板407之第一側上且顯示元件101係安置於基板407之第二側上。來自第一側之光相對於全像光學元件805之表面之法線以非法線角入射在全像光學元件805上。入射非法線光由全像光學元件805沿著相對於表面法線近正交之方向再導向。經再導向光亦同時由全像光學元件805漫射。但,在所說明實施800中,全像光學元件805及顯示元件101安置於基板之相對側上。在其他實施中,全像光學元件805可直接安置於顯示元件上方。
可藉由在記錄全像圖時置放漫射體將漫射體功能併入於全像圖中。圖9A說明可用以記錄亦充當漫射體之全像光再導向器之系統
900。圖9A之系統可用以記錄併有漫射體功能之白光亮度增強全像圖。所說明之系統900包括經組態以輸出第一波長範圍中之光的第一光源901a、經組態以輸出第二波長範圍中之光的第二光源901b及經組態以輸出第三波長範圍中之光的第三光源901c。在各種實施中,該三個不同光源901a、901b及901c可為具有在紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)波長區域中之波長的雷射。利用三個不同波長範圍中之三個不同光源901a、901b及901c對於同時記錄多波長全像圖(例如,白光全像圖)可有益。可藉由使用諸如半波板905及/或偏光器907之光學組件來調節自不同光源901a至901c中之每一者輸出之光。在各種實施中,隔離器903可安置於光源901a至901c中之一或多者之輸出端處以防止歸因於反射的雷射輸出之不穩定。使用鏡909與光束分光器911及913之組合來組合自不同光源901a至901c中之每一者輸出之光以產生組合之多波長光束。快門915可安置於組合之多波長光束之光學路徑中以控制全像媒體929之曝光。可藉由使用擴束器917與光圈919之組合將組合之多波長光束的光斑大小修整至所要的值。組合之多波長光束入射在光束分光器921上,該光束分光器沿著正交於全像媒體929之第一路徑及處於與全像媒體929成非法線角之第二路徑朝向全像媒體929引導組合之多波長光束。沿著第一及第二光學路徑入射在全像媒體929上的組合之多波長光束干涉且在全像媒體929內部形成干涉條紋。以此方式,以非法線角接收入射光且以近法線角再導向入射光之全像光再導向器被記錄。在各種實施中,全像媒體929可包括光聚合物、光折射材料、光阻等。
為了併有漫射功能,如系統900中所示,在第二光學路徑中設置漫射體925。雖然在所說明實施中,漫射體安置於第二光學路徑中,但在其他實施中,漫射體可安置於第一光學路徑或第一及第二光學路徑中。可選準直透鏡927可遠離漫射體925置放於等於透鏡927之焦距
的距離處,以增加記錄光效率之效率及/或增加繞射效率。可在正交於全像媒體929之表面之法線的平面中旋轉全像媒體929以在不同方位角記錄全像圖。以此方式記錄之全像圖將光漫射及亮度增強組合至單一組件中。
在各種實施中,可使用兩個相干式多波長雷射光束來記錄主全像圖,類似於圖9A中所描繪之系統。主全像圖可用以使用全像圖複製方法產生全像圖。全像圖複製方法之實施包括單一多波長雷射光束(例如,包括紅色、綠色及藍色波長)、所記錄之主全像圖及複製全像圖所在之全像圖媒體。因此,全像圖複製方法可包括單一相干光束。
圖9B為描述製造包括複數個透射性全像光再導向特徵的光再導向器之方法950之實施之流程圖。方法950包括提供包括一光接收表面之一基板,如區塊951中所示。在各種實施中,該基板可為透射性基板。該基板可包括透射性材料,諸如,玻璃、塑膠、聚合物等。在一些實施中,該基板可為硬質的。在其他實施中,該基板可為可撓性的。該基板包括具有一表面法線之一光接收表面,且經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光。
方法950進一步包括相對於該基板安置複數個透射性全像光再導向特徵,如區塊953中所示。該複數個透射性全像光再導向特徵可安置於該基板之該光接收表面前方或後方。
圖9C為描述在全像媒體中形成複數個透射性全像光再導向特徵之方法955之實施之流程圖。方法955包括在該基板之該光接收表面前方或後方安置一第一全像媒體,如區塊957中所示。該第一全像媒體可包括光聚合物、光折射材料、光阻等。該第一全像媒體可具有在約10μm與約100μm之間的一厚度。在其他實施中,該第一全像媒體可具有在約100μm與約1mm之間的一厚度。在各種實施中,該第一全像媒體可使用物理或化學沈積方法來安置。
方法955進一步包括在該第一全像媒體中形成該複數個透射性全像光再導向特徵,如區塊959中所示。在各種實施中,該複數個透射性全像光再導向特徵可如上文所論述地使用一相干多波長光束及一主全像圖來形成。在其他實施中,該複數個透射性全像光再導向特徵可使用類似於圖9A中所說明且如上文所論述之系統900的一系統來形成。亦可使用製造全像光再導向器之其他方法。
在各種實施中,第一全像媒體可用作為基板,藉此消除對單獨基板之需要。在各種實施中,該複數個透射性全像光再導向特徵可形成於層壓至該基板之一表面的該第一全像媒體中。在各種實施中,該基板可包括支撐顯示元件之基板。
圖10A說明由螢光燈照明之顯示面板1001之實施。在各種實施中,顯示面板1001可包括複數個顯示元件101。在各種實施中,該顯示面板可包括下文關於圖11所詳細描述之複數個IMOD顯示元件。圖10B說明由具備如上文所論述之光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器的顯示面板顯示之影像。圖10C說明由具備具有濁度78之習知漫射體的顯示面板顯示之影像。光沿著相對於顯示面板1001之頂表面之法線成約45°角之方向入射在顯示面板1001上,如圖10A中所說明。相機(未圖示)沿著正交於顯示面板1001之頂表面之法線的方向設置以擷取由顯示面板1001顯示之視圖。比較圖10B與圖10C,應注意,相比於來自具備習知漫射體之顯示面板1001的視圖,來自具備如上文所論述之光學耦合至漫射體或單一全像光學元件的可再導向且漫射光之全像光再導向器之顯示面板1001的視圖顯著更亮。
圖11為描繪干涉式調變器(IMOD)顯示器件之一系列或一陣列顯示元件中的兩個鄰近IMOD顯示元件之等角視圖說明。該IMOD顯示器件包括一或多個干涉式EMS(諸如,MEMS)顯示元件。在此等器件
中,干涉式MEMS顯示元件可經組態處於亮或暗狀態中。在亮(「鬆弛」、「斷開」或「接通」等)狀態中,顯示元件反射大部分入射之可見光。相反地,在暗(「致動」、「閉合」或「關斷」)狀態中,顯示元件幾乎不反射入射之可見光。MEMS顯示元件可經組態以主要在特定光波長下反射,從而除黑色及白色外,亦允許彩色顯示。在一些實施中,藉由使用多個顯示元件,可達成不同強度之原色及不同灰度陰影。
IMOD顯示器件可包括可以列及行配置之一陣列IMOD顯示元件。該陣列中之每一顯示元件可至少包括定位成彼此相距可變且可控制距離以形成氣隙(亦被稱作光學間隙、空腔或光學諧振腔)的一對反射及半反射層,諸如,可移動反射層(亦即,可移動層,亦被稱作機械層)及固定部分反射層(亦即,靜止層)。可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。舉例而言,在第一位置(亦即,鬆弛位置)中,可移動反射層可定位在距固定部分反射層一段距離處。在第二位置(亦即,致動位置)中,可移動反射層可較靠近部分反射層定位。取決於可移動反射層之位置及入射光之波長,自兩個層反射之入射光可相長或相消地干涉,從而針對每一顯示元件產生總體反射或非反射狀態。在一些實施中,顯示元件可在未致動時處於反射狀態中,從而反射可見光譜內之光,且可當在致動時處於暗狀態中,從而吸收及/或相消地干涉可見範圍內之光。然而,在一些其他實施中,IMOD顯示元件可在未致動時處於暗狀態中,且在致動時處於反射狀態中。在一些實施中,施加之電壓之引入可驅動顯示元件改變狀態。在一些其他實施中,施加之電荷可驅動顯示元件改變狀態。
圖11中之陣列的所描繪部分包括呈IMOD顯示元件12之形式的兩個鄰近的干涉式MEMS顯示元件。在右邊(如所說明)之顯示元件12中,說明可移動反射層14處於接近、鄰近或觸碰光學堆疊16之致動位
置中。在右邊之顯示元件12上施加的電壓Vbias足以移動可移動反射層14且亦將可移動反射層14維持於致動位置中。在左邊(如所說明)之顯示元件12中,說明可移動反射層14處於距光學堆疊16(其包括部分反射層)一段距離(其可基於設計參數而預定)之鬆弛位置中。在左邊之顯示元件12上施加的電壓V0不足以引起可移動反射層14至致動位置(諸如,右邊之顯示元件12之致動位置)的致動。
在圖11中,大體用指示入射於IMOD顯示元件12上之光13及自左邊之顯示元件12反射之光15的箭頭說明IMOD顯示元件12之反射性質。入射於顯示元件12上之光13之大部分可透射穿過透明基板20,朝向光學堆疊16。入射於光學堆疊16上的光之一部分可透射穿過光學堆疊16之部分反射層,且一部分將經由透明基板20反射回。光13之透射穿過光學堆疊16的部分可自可移動反射層14反射,返回朝向(且穿過)透明基板20。自光學堆疊16之部分反射層反射之光與自可移動反射層14反射之光之間的干涉(相長或相消)將部分地判定在器件之檢視或基板側上自顯示元件12反射的光15之波長的強度。在一些實施中,透明基板20可為玻璃基板(有時被稱作玻璃板或面板)。該玻璃基板可為或包括(例如)硼矽酸玻璃、鹼石灰玻璃、石英、Pyrex或其他合適的玻璃材料。在一些實施中,該玻璃基板可具有0.3、0.5或0.7毫米之厚度,但在一些實施中,該玻璃基板可較厚(諸如,數十毫米)或較薄(諸如,小於0.3毫米)。在一些實施中,可使用非玻璃基板,諸如,聚碳酸酯、丙烯酸、聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或聚醚醚酮(PEEK)基板。在此實施中,非玻璃基板將很可能具有小於0.7毫米之厚度,但該基板取決於設計考慮因素而可較厚。在一些實施中,可使用非透明基板,諸如,基於金屬箔或不鏽鋼之基板。舉例而言,包括固定反射層及部分透射且部分反射之可移動層的基於反向IMOD之顯示器可經組態以自與圖11之顯示元件12相對的基板側檢視且可由非透明基板支撐。
光學堆疊16可包括單一層或若干層。該(等)層可包括電極層、部分反射且部分透射之層及透明介電層中之一或多者。在一些實施中,光學堆疊16導電、部分透明且部分反射,且可(例如)藉由將以上層中之一或多者沈積至透明基板20上來製造。電極層可由多種材料(諸如,各種金屬,例如,氧化銦錫(ITO))形成。該部分反射層可由諸如各種金屬(例如,鉻及/或鉬)、半導體及介電質的部分反射之多種材料形成。該部分反射層可由一或多個材料層形成,且該等層中之每一者可由單一材料或材料之組合形成。在一些實施中,光學堆疊16之某些部分可包括充當部分光學吸收體及電導體兩者的單一半透明厚度之金屬或半導體,而不同的較能導電之層或部分(例如,光學堆疊16或顯示元件之其他結構的層或部分)可用以在IMOD顯示元件之間用匯流排傳送信號。光學堆疊16亦可包括覆蓋一或多個傳導性層或導電/部分吸收性層之一或多個絕緣或介電層。
在一些實施中,光學堆疊16之該(等)層中的至少一些可經圖案化為平行條帶,且可形成顯示器件中之列電極,如下文進一步描述。如將由一般熟習此項技術者理解,術語「經圖案化」在本文中用以指遮蔽以及蝕刻製程。在一些實施中,可將高度傳導性且反射性材料(諸如,鋁(Al))用於可移動反射層14,且此等條帶可形成顯示器件中之行電極。可移動反射層14可形成為一或多個所沈積金屬層之一系列平行條帶(與光學堆疊16之列電極正交),以形成沈積於支撐件(諸如,所說明之柱18)及位於柱18之間的介入犧牲材料之上的多個行。當蝕刻掉犧牲材料時,所界定間隙19或光學空腔可形成於可移動反射層14與光學堆疊16之間。在一些實施中,柱18之間的間距可為大致1μm至1000μm,而間隙19可大致小於10,000埃(Å)。
在一些實施中,可將每一IMOD顯示元件(無論是在致動抑或鬆弛狀態下)視為由固定反射層及移動反射層形成之電容器。如由在圖11
中左邊之顯示元件12所說明,當未施加電壓時,可移動反射層14保持處於機械鬆弛狀態下,其中間隙19處於可移動反射層14與光學堆疊16之間。然而,當將電位差(亦即,電壓)施加至選定列及行中之至少一者時,在對應顯示元件處的列電極與行電極之相交處形成之電容器變得帶電,且靜電力將該等電極拉在一起。若所施加電壓超過臨限值,則可移動反射層14可變形且移動成靠近或抵靠光學堆疊16。光學堆疊16內之介電層(未圖示)可防止短路且控制層14與層16之間的分離距離,如由在圖11中右邊之致動顯示元件12所說明。與所施加電位差之極性無關,行為係相同的。雖然陣列中之一系列顯示元件可在一些例子中被稱為「列」或「行」,但一般熟習此項技術者將易於理解,將一方向稱為「列」且將另一方向稱為「行」係任意的。再聲明,在一些定向上,可將列考慮為行,且將行考慮為列。在一些實施中,可將列稱作「共同」線且可將行稱作「區段」線,或可將行稱為「共同」線且可將列稱為「區段」線。此外,顯示元件可均勻地配置於正交的列與行(「陣列」)中,或以非線性組態配置,例如,具有相對於彼此之某些位置偏移(「馬賽克」)。術語「陣列」及「馬賽克」可指任一組態。因此,雖然顯示器被稱作包括「陣列」或「馬賽克」,但元件自身不需要彼此正交地配置,或按均勻分佈安置,而在任何例子中,可包括具有不對稱形狀及不均勻分佈之元件的配置。
圖12A及圖12B為說明包括複數個IMOD顯示元件的顯示器件40之系統方塊圖。顯示器件40可為(例如)智慧型手機、蜂巢式或行動電話。然而,顯示器件40之相同組件或其輕微變化亦說明各種類型之顯示器件,諸如,電視、電腦、平板電腦、電子閱讀器、手持型器件及攜帶型媒體器件。
顯示器件40包括一外殼41、一顯示器30、一天線43、一揚聲器45、一輸入器件48及一麥克風46。外殼41可自多種製造製程(包括射
出成形及真空成形)中之任一者形成。另外,外殼41可由包括(但不限於)以下多種材料中之任何者製成:塑膠、金屬、玻璃、橡膠及陶瓷或其組合。外殼41可包括可與其他不同色彩或含有不同標識、圖像或符號之抽取式部分互換的抽取式部分(未圖示)。
顯示器30可為如本文中所描述之多種顯示器中之任一者,包括雙穩態或類比顯示器。顯示器30亦可經組態以包括平板顯示器(諸如,電漿、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD)或非平板顯示器(諸如,CRT或其他管式器件)。另外,顯示器30可包括如本文中所描述的基於IMOD之顯示器。
顯示器件40之組件示意性地說明於圖12A中。顯示器件40包括外殼41,且可包括至少部分圍封於其中之額外組件。舉例而言,顯示器件40包括一網路介面27,該網路介面包括可耦接至收發器47之天線43。網路介面27可為可顯示於顯示器件40上之影像資料的源。因此,網路介面27為影像源模組之一個實例,但處理器21及輸入器件48亦可充當影像源模組。收發器47連接至處理器21,該處理器連接至調節硬體52。調節硬體52可經組態以調節信號(諸如,對信號進行濾波或另外操縱信號)。調節硬體52可連接至揚聲器45及麥克風46。處理器21亦可連接至輸入器件48及驅動器控制器29。驅動器控制器29可耦接至圖框緩衝器28且耦接至陣列驅動器22,該陣列驅動器又可耦接至顯示陣列30。顯示器件40中之一或多個元件(包括圖12A中未具體描繪之元件)可經組態以充當記憶體器件並經組態以與處理器21通信。在一些實施中,電源供應器50可將電力提供至特定顯示器件40設計中之實質上所有組件。
網路介面27包括天線43及收發器47,使得顯示器件40可經由網路與一或多個器件通信。網路介面27亦可具有減輕(例如)處理器21之資料處理要求的一些處理能力。天線43可傳輸及接收信號。在一些實
施中,天線43根據IEEE 16.11標準(包括IEEE 16.11(a)、(b)或(g))或IEEE 802.11(包括IEEE 802.11a、b、g、n)及其另外實施來傳輸及接收RF信號。在一些其他實施中,天線43根據Bluetooth®標準來傳輸及接收RF信號。在蜂巢式電話之情況下,天線43可經設計以接收分碼多重存取(CDMA)、分頻多重存取(FDMA)、分時多重存取(TDMA)、全球行動通信系統(GSM)、GSM/通用封包無線電服務(GPRS)、增強型資料GSM環境(EDGE)、陸上集群無線電(TETRA)、寬頻CDMA(W-CDMA)、演進資料最佳化(EV-DO)、1xEV-DO、EV-DO Rev A、EV-DO Rev B、高速封包存取(HSPA)、高速下行鏈路封包存取(HSDPA)、高速上行鏈路封包存取(HSUPA)、演進型高速封包存取(HSPA+)、長期演進(LTE)、AMPS或用以在無線網路(諸如,利用3G、4G或5G技術之系統)內通信之其他已知信號。收發器47可預處理自天線43接收之信號,使得該等信號可由處理器21接收且進一步操縱。收發器47亦可處理自處理器21接收之信號,使得該等信號可經由天線43自顯示器件40傳輸。
在一些實施中,收發器47可由接收器替換。另外,在一些實施中,可用可儲存或產生待發送至處理器21之影像資料的影像源來替換網路介面27。處理器21可控制顯示器件40之總體操作。處理器21接收資料(諸如,來自網路介面27或影像源的經壓縮之影像資料),且將資料處理成原始影像資料或處理成可易於處理成原始影像資料之格式。處理器21可發送經處理之資料至驅動器控制器29或至圖框緩衝器28以供儲存。原始資料通常指識別影像內之每一位置處之影像特性的資訊。舉例而言,此等影像特性可包括色彩、飽和度及灰度階。
處理器21可包括用以控制顯示器件40之操作的微控制器、CPU或邏輯單元。調節硬體52可包括用於將信號傳輸至揚聲器45及用於自麥克風46接收信號之放大器及濾波器。調節硬體52可為顯示器件40內之
離散組件,或可併入於處理器21或其他組件內。
驅動器控制器29可直接自處理器21或自圖框緩衝器28取得由處理器21產生之原始影像資料且可恰當地重新格式化原始影像資料以供高速傳輸至陣列驅動器22。在一些實施中,驅動器控制器29可將原始影像資料重新格式化成具有光柵狀格式之資料流,以使得該資料流具有適合於在顯示陣列30上掃描之時間次序。接著,驅動器控制器29將經格式化資訊發送至陣列驅動器22。雖然驅動器控制器29(諸如,LCD控制器)常常作為單獨積體電路(IC)與系統處理器21相關聯,但此等控制器可以許多方式實施。舉例而言,控制器可作為硬體嵌入處理器21中、作為軟體嵌入處理器21中,或與陣列驅動器22一起完全整合於硬體中。
陣列驅動器22可自驅動器控制器29接收經格式化之資訊,且可將視訊資料重新格式化為一組平行之波形,該組波形被每秒許多次地施加至來自顯示器的x-y顯示元件矩陣之數百且有時數千個(或更多)導線。
在一些實施中,驅動器控制器29、陣列驅動器22及顯示陣列30適合於本文所描述之任何類型的顯示器。舉例而言,驅動器控制器29可為習知顯示控制器或雙穩態顯示控制器(諸如,IMOD顯示元件控制器)。另外,陣列驅動器22可為習知驅動器或雙穩態顯示驅動器(諸如,IMOD顯示元件驅動器)。此外,顯示陣列30可為習知顯示陣列或雙穩態顯示陣列(諸如,包括一陣列IMOD顯示元件之顯示器)。在一些實施中,驅動器控制器29可與陣列驅動器22整合。此實施可適用於例如行動電話、攜帶型電子器件、手錶或小面積顯示器之高度整合系統。
在一些實施中,輸入器件48可經組態以允許(例如)使用者控制顯示器件40之操作。輸入器件48可包括小鍵盤(諸如,QWERTY鍵盤或
電話小鍵盤)、按鈕、開關、搖臂、觸敏式螢幕、與顯示陣列30整合之觸敏式螢幕或壓敏或熱敏膜。麥克風46可經組態為用於顯示器件40之輸入器件。在一些實施中,經由麥克風46之話音命令可用於控制顯示器件40之操作。
電源供應器50可包括多種能量儲存器件。舉例而言,電源供應器50可為可再充電電池,諸如,鎳鎘電池或鋰離子電池。在使用可再充電電池之實施中,可再充電電池充電可為可使用來自(例如)壁式插座或光伏打器件或陣列之電力充電的。替代地,可再充電電池可為可無線充電的。電源供應器50亦可為可再生能源、電容器或太陽能電池(包括塑膠太陽能電池或太陽能電池漆)。電源供應器50亦可經組態以自壁式插座接收電力。
在一些實施中,控制可程式化性駐留於可位於電子顯示系統中之若干處的驅動器控制器29中。在一些其他實施中,控制可程式化性駐留於陣列驅動器22中。以上所描述之最佳化可實施於任何數目個硬體及/或軟體組件中及以各種組態來實施。
如本文中所使用,指項目清單「中之至少一者」的片語指彼等項目之任何組合,包括單一成員。作為實例,「a、b或c中之至少一者」意欲涵蓋:a、b、c、a-b、a-c、b-c及a-b-c。
結合本文中揭示之實施所描述之各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。硬體與軟體之互換性已經大體按功能性描述,且說明於上述各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟中。將此功能性實施於硬體或是軟體中取決於特定應用及強加於整個系統上之設計約束。
用以實施結合本文中所揭示之態樣而描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組及電路之硬體及資料處理裝置可藉由通用單晶片或多晶片處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場
可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經設計以執行本文中所描述之功能的任何組合來實施或執行。通用處理器可為微處理器,或任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算器件之組合,諸如,一DSP與一微處理器之組合、複數個微處理器、一或多個微處理器結合一DSP核心或任何其他此組態。在一些實施中,特定步驟及方法可由針對一給定功能之電路執行。
在一或多個態樣中,所描述之功能可以硬體、數位電子電路、電腦軟體、韌體(包括在此說明書中揭示之結構及其結構等效物)或以其任何組合來實施。此說明書中所描述之標的物之實施亦可實施為編碼於電腦儲存媒體上的一或多個電腦程式(亦即,電腦程式指令之一或多個模組)以供由資料處理裝置執行或控制資料處理裝置之操作。
熟習此項技術者可容易地顯而易見對本發明中所描述之實施的各種修改,且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下,本文中所定義之一般原理可應用於其他實施。因此,申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施,而應符合與本文中揭示之本發明、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範疇。另外,一般熟習此項技術者將易於瞭解,有時為了易於描述諸圖而使用術語「上部」及「下部」,且該等術語指示對應於在適當定向之頁面上的圖之定向的相對位置,且可能並不反映(例如)如所實施之IMOD顯示元件之正確定向。
在分開實施之情況下描述於此說明書中之某些特徵亦可在單一實施中組合地實施。相反地,在單一實施之情況下所描述之各種特徵亦可分開來在多個實施中或以任何合適子組合而實施。此外,雖然上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至一開始按此來主張,但來自所主張之組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除,且所主張之組合可針對子組合或子組合之變化。
類似地,儘管在圖式中以特定次序來描繪操作,但一般熟習此項技術者將易於認識到,此等操作無需以所示之特定次序或以依序次序執行,或應執行所有所說明操作以達成合乎需要的結果。此外,圖式可按流程圖之形式示意性地描繪一或多個實例過程。然而,未描繪之其他操作可併入於示意性說明之實例過程中。舉例而言,可在說明之操作中之任何者前、後、同時或之間執行一或多個額外操作。在某些情況下,多任務及並行處理可為有利的。此外,不應將在上述實施中之各種系統組件之分開理解為需要在所有實施中之此分開,且應理解,所描述之程式組件及系統可大體在單一軟體產品中整合在一起或經封裝至多個軟體產品中。另外,其他實施處於下列申請專利範圍之範疇內。在一些情況下,申請專利範圍中所敍述之動作可以不同次序執行且仍達成合乎需要的結果。
101‧‧‧反射式顯示像素/顯示元件
403‧‧‧光再導向器
403a‧‧‧全像圖
403b‧‧‧全像圖
405‧‧‧漫射體
407‧‧‧基板
Claims (27)
- 一種光再導向器,其包含:一光接收表面,其具有一表面法線且經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光,且其中鏡面反射之一方向與該入射方向相關聯;及一全像層,其包括經組態以實質上沿著朝向與該光接收表面相對之一側相對於該表面法線在±20度內之一方向再導向且漫射該接收之光的複數個透射性全像光再導向特徵。
- 如請求項1之光再導向器,其中該入射方向相對於該表面法線形成在約20度與約50度之間的一角度。
- 如請求項1之光再導向器,其中該全像層具有在約5μm與約50μm之間的一厚度。
- 如請求項1之光再導向器,其中該複數個全像光再導向特徵經組態以使得在相對於該表面法線在±10度內之一角程中自與該光接收表面相對之該側入射之光不由該複數個全像光再導向特徵再導向。
- 如請求項1之光再導向器,其中該複數個全像光再導向特徵包括體積全像圖。
- 一種顯示器件,其包括安置於一反射式顯示元件上方的如請求項1之光再導向器。
- 如請求項6之顯示器件,其中該反射式顯示元件包括至少一個干涉式調變器。
- 如請求項6之顯示器件,其中該反射式顯示元件安置於一基板之一第一側上且該光再導向器係安置於該基板的與該第一側相對之一第二側上。
- 如請求項6之顯示器件,其進一步包含:一處理器,其經組態以與該顯示器通信,該處理器經組態以處理影像資料;及一記憶體器件,其經組態以與該處理器通信。
- 如請求項9之顯示器件,其進一步包含經組態以將至少一個信號發送至該顯示元件之一驅動器電路。
- 如請求項10之顯示器件,其進一步包含經組態以將該影像資料之至少一部分發送至該驅動器電路之一控制器。
- 如請求項9之顯示器件,其進一步包含經組態以將該影像資料發送至該處理器之一影像源模組。
- 如請求項12之顯示器件,其中該影像源模組包括一接收器、收發器及傳輸器中之至少一者。
- 如請求項9之顯示器件,其進一步包含經組態以接收輸入資料且將該輸入資料傳達至該處理器之一輸入器件。
- 如請求項1之光再導向器,其中該全像層充當一光再導向器及一光漫射體。
- 如請求項1之光再導向器,其中該全像層係為一光再導向器及一光漫射體之一單一光學元件。
- 一種光再導向器,其包含:一光接收表面,其具有一表面法線且經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光,且其中鏡面反射之一方向與該入射方向相關聯;及包括用於以全像方式再導向光的複數個透射性構件之一層,該等透射性光再導向構件經組態以實質上沿著朝向與該光接收表面相對之一側相對於該表面法線在±20度內之一方向再導向且漫射該接收之光。
- 如請求項17之光再導向器,其中該複數個透射性光再導向構件包括複數個透射性全像特徵。
- 如請求項18之光再導向器,其中該等透射性全像特徵包括體積全像圖。
- 如請求項17之光再導向器,其中該層係為一光再導向器及一光漫射體之一單一光學元件。
- 一種製造一光再導向器之方法,該方法包含:提供一基板,該基板包括一光接收表面,該光接收表面具有一表面法線且經組態以接收來自相對於該表面法線成一角度之一入射方向之近準直光,且其中鏡面反射之一方向與該入射方向相關聯;相對於該基板安置複數個透射性全像光再導向特徵,該複數個透射性全像光再導向特徵經組態以實質上沿著朝向與該光接收表面相對之一側相對於該表面法線在±20度內之一方向再導向且漫射該接收之光。
- 如請求項21之方法,其中安置複數個透射性全像光再導向特徵進一步包含:在該光接收表面前方或後方安置一第一全像媒體;及在該第一全像媒體中形成該複數個透射性全像特徵。
- 如請求項22之方法,其中該第一全像媒體包括一光聚合物。
- 如請求項22之方法,其中該複數個透射性全像特徵係藉由使用一單一相干多波長雷射光束在該第一全像媒體上複製包括於一主全像圖中之複數個全像特徵而形成。
- 如請求項24之方法,其中包括該複數個全像特徵之該主全像圖係使用入射在一第二全像媒體上之兩個相干雷射光束來記錄,該兩個光束包括藍色、綠色及紅色光譜區域中之多個波長。
- 如請求項25之方法,其中一漫射體安置於該兩個光束中之一者之光學路徑中。
- 如請求項25之方法,其中該複數個全像光再導向特徵係藉由以不同方位角入射在該第二全像媒體上之該等相干雷射光束中之一者記錄。
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