CN1675675A - 包括光波导的显示器件 - Google Patents

Abstract

一种显示器件，包括行(5)电极和列(6)电极，可动元件(3)以用对电极供给电压的装置。因此，在电极的交叉点上形成可控制的像元。根据被电极接收到的驱动脉冲，可动元件既可以设置于正面板也可以设置于背面板。在光波导一侧来自光源的光被耦合进光波导，当可动元件与光波导接触时，光就在该处从光波导射出。可以用多行选址方案对显示器件选址。通过对显示器上不同组的各行进行均匀分布，显示的均匀性得到改善。在行的该分布被用到色彩顺序动态箔显示的情况下，降低了色闪光效应。

Description

包括光波导的显示器件

技术领域

本发明涉及一种动态箔显示器件，其定义如第1方面的特征前的部分所述。本发明还涉及一种让动态显示器件工作的方法。

背景技术

开头段落提到的那种类型的动态箔显示器件可以从国际专利申请WO 00/38163中知悉。

已知的动态箔显示器件包括：光源、光波导、位于距光波导一定距离的第二板、以及在所述两板之间以薄膜形式存在的可动元件。对光波导和第二板上的选址电极和薄膜上的电极施加电压，可以让薄膜局部地与第一板接触或中断接触。在工作中，光源发出的光被耦合进光波导。在薄膜与光波导接触的位置，光从上述光波导退耦。这能使图像表现出来。在选址电极的交叉区选择薄膜位置的可能选择方法是多行选址方法。采用多行选址方法并与脉冲宽度调制相结合可以获得各种灰度。在这种情况下，图像以60Hz的帧速率显示。第一电压供给第一行。在t＝0时笫一个电压V0加到行电极。这将激发与所述行电极对应的行。同时，对必须使之导通的像素所在的那些交叉区，电压Von加到与所述行电极交叉的列电极上。在两个电极上施加电压Vhold可保持像素的状态。在t＝t1时电极被供给电压Voff。这将使此行消隐。消隐时间为ts。在短暂的等待时间td后此行再次被激发。于是视频信息就在与相关行电极交叉的每个电极上改变。因此，像素第一次可以是1τ“开”，第二次2τ“关”，第三次4τ“开”，等等。例如，对于8位灰度，一个完整的周期包括例如8个子周期，其长度为2、4、8、16、32、64、128τ。而且，两个子周期之间被一个耗时τs+τd+τs的“关-开”序列隔开。对显示器件的其它行电极重复这些步骤。因而，就实现了动态箔显示器件的多行选址和灰度等级。

另外，动态箔显示器件的各行以许多组在空间上相挨的选址行互连，各组又按顺序被选址。已知的动态箔显示器件的缺点是，在需要显示均匀灰度图像时，沿显示器件的多行之一行的相挨像素的亮度随着显示器件的宽度变化。

发明内容

本发明的一个目的在于提供开头段落提到的具有改善了均匀性的那种类型的动态箔显示器。

为达到此目的，本发明的第一方面提供一种在第1方面所载明的动态箔显示器件。本发明基于这样一种认识：灰度动态箔显示器中的光损失有两个原因，第一原因是与图像单元相关的发光所需的光的耦合输出，笫二个原因是衬垫、玻璃和导电涂层中的吸收。第一原因与要显示的图像的内容很有关系。对空间上相邻的选过址的选择电极施加多行选址以便在显示器上显示预定的灰度值，此举会引起沿显示器的垂直于第二方向，即横向的第一方向上亮度的变化。横向对应于来自光波导中的光源的光通量的主方向。而且，在横向，在新选址组的第一选择电极开始的位置处会发生显示的灰度值的阶梯形变化。因为该组第一选过址的选择电极是在比前组选择电极稍后的时刻被选址，在新选址组的第一选过址的选择电极开始的位置处会引起这些步进式的变化，从而光耦合输出的光损失尚未出现在光波导中。在单个选址组的依次选址行对显示器高度均匀分布的情况下，以相对于光波导表面的第一清晰角射出的衰减光线的影响被以相对于光波导表面的第二清晰角射出的非衰减光线平均掉了。第二清晰角与第一清晰角稍有区别。所以，动态箔显示的均匀性得到了改善。在本申请中，均匀分布意味着以平衡或公平的方式分布。本发明的进一步的优越的实施例将在相关的方面中说明。

在第3方面所说明的实施例中，动态箔显示器件起子场调制显示的作用。因此，显示元件只能使像素开与关。在子场中显示元件可以被调节成在显示周期中使光散射。因此，在选址周期中，当在第一与第二电极间施加适当电压时，必须有选址顺序迫使可动元件局部地与光波导接触。在随后的显示周期中，当光源在所选择的显示元件处发射光线时，可动元件使光从光波导散射至观察者。在下一个随后的子场中重复这一过程。子场的权重决定光源要发多长时间的光。显示元件的亮度可以由所显示的图像的输入字节决定。子场的权重对应于显示元件的输入字节的权重。当一位的权重对应于显示元件子场的权重时，可动元件将在随后的显示周期中散射光线。既然在新显示器件中所有各行同时激活，所显示的图像中的固定图案噪声就能降低。

在第5方面所说明的实施例中，彩色图像能够以一种色顺序方式被显示。在这种色顺序动态箔显示器件中，图像信息可以被分成分别与两色图像信息有关的子场，各色子场的加权与各色的灰度相联系。配置驱动装置以便驱动与所显示的子场的颜色相关的光源。在此配置下不再要求每个显示元件用滤色器来改善显示器件的光效率。不同组的行对整个显示的均匀分布的进一步的优点是减少所谓的色闪光效应。

在同组的许多相邻行被选址的情况下会产生色闪光效应。

在第9方面所述明的实施例中，显示器件在光波导背向可动元件的一侧包括一面镜子。在应用颜色顺序选址方法的显示器件中加上这面镜子，在显示器件中能够改进光效率而不会引起视差。在采用红、绿、蓝滤色器的常规显示器件中，这样一面镜子会引起不可接受的视差。

动态箔显示器件的又一实施例可以被配备发光二极管或激光光源。重要的是，在比光源发光的周期短得多的周期中光源能被开和关，并与最低的权重因子相联系。

本发明的这些和其他方面从此后描述的实施例看是显而易见的，并将参照这些实施例加以阐述。

附图说明

在附图中：

图1是带薄膜的显示器件的截面图，

图2示出了图1所示的显示器件的细节，

图3示出了图1所示的显示器件的选址示意图，

图4示出了在常规多行选址方案中两组选址选择电极的分布，

图5示出了在改进的多行选址方案中两组选址选择电极的改进后的分布，

图6示出了试验图像的例子，

图7示出了已知多行选址方案的亮度分布图，

图8示出了新多行选址方案的亮度分布图，

图9原理性地示出了子场调制动态箔显示器，

图10示出了子场调制动态箔器件的选址顺序，

图11示出了色彩顺序子场调制动态箔器件的选址顺序，和

图12示出了在光波导后面带镜子的动态箔显示器件。

这些图都是原理性的，未按比例绘制，并一般地用同样的参考数字表示同样的零部件。

图1原理性地示出了包括光波导2、可动元件3和第二板4的显示器件1。在此例中可动元件包括一薄膜。薄膜3可以由透明聚合物制造，为防止薄膜的非弹性形变，此聚合物的玻璃转变温度至少也要是显示器件的工作温度。实际上显示器件的工作温度在0～70℃的范围。适宜的透明聚合物是譬如聚对苯二甲基，其玻璃转变温度为90℃。

电极***5和6被分别配置在面向薄膜3的光波导2的表面上和面向薄膜3的第二板4的表面上。理想情况是，公共电极7被配置在薄膜3的表面上。公共电极7可以用譬如氧化铟锡(ITO)层制备。此例中光波导用光波导板2制成。光波导2可以用玻璃制造。电极5和6形成两套电极，相互以优选的90°角交叉。有一套选择电极或行电极6和一套数据电极或列电极5。在工作中通过对电极5、6和薄膜3上的电极7上施加电压，在电极5、6与薄膜3之间局部地产生电势差，就会局部地在薄膜上施加作用力，把膜拉向光波导2或拉向第二板4。

显示器件1还包括光源9和反射器10。光波导2有光输入11，光源9发出的光在这里被耦合进光波导2。光源根据器件既可以发射白光，也可以发射任何颜色的光。还可以存在两个以上的光源，例如，光源在器件的两侧或在器件的每一侧。还可以用不同颜色的光源，依次驱动以形成白光显示。

薄膜3位于光波导2与第二板4之间，用多组衬垫13隔开距离。理想情况是，分别用绝缘层12和14覆盖电极***5和6以防止薄膜3与电极直接电接触。通过对电极5、6和7施加电压产生电场力F，此力F把膜3拉向光波导2上的电极5。电极5是透明的。膜3与光波导2之间的接触使光在接触的位置处离开光波导2，进入膜3。薄膜使光散射，一部分散射光经过透明电极5和光波导2离开显示器件1，另一部分散射光通过第二板4离开。还可以用一套透明电极，另一套则是反射式的，以增加一个方向的光输出。公共电极7包括一导电层。这种电导层可以是半透明金属层，诸如半透明铝层，可以是诸如氧化铟锡(ITO)那样的透明导电层，或者一种金属线网。

在工作中由于内反射，光在光波导2内行进而不能逃离它，除非当图2所示的情况发生。图2示出了薄膜3贴近光波导2。在这种状态下，一部分光进入薄膜3。该薄膜3使光散射，以致离开显示器件1。光可以在两侧射出或在一侧射出。在图2中，这种情况以箭头指示。在实施例中，显示器件包括决定颜色的元件。这些元件可以是例如允许特定颜色(红、绿、蓝等)的光通过的滤色元件。滤色元件对于入射光中想要的颜色的光谱带宽具有至少20％的透过率，而对于入射光中的其它颜色其透过率在0-2％之间。理想情况是，滤色元件位于面向光波导2的第二板4的表面上。

图3示出了显示器件1的已知的选址方案的一例。此已知的选址方案就是所谓的多行选址技术。关于此选址技术的详细描述能够在国际专利申请WO 00/38163中找到。这是同样申请人的较早的专利申请。由于此选趣方法允许用作用于结构上的单个力使薄膜开或关，从而非常有趣。图3示出了三种选址状态：第一选址状态“开”20，第二选址状态“由于双稳而无事发生”21，笫三选址状态“关”22。

第一图16指出列电极5上的电压，第二图17指出行电极6上的电压，第三图18指出公共电极7上的电压。可见，在开关期间只有一个力作用于薄膜上。第四图19指出对应于显示元件的开/关状态。

对于由480行和600列组成的VGA显示器，行电极6可连接成譬如10组，每组48个行电极。在一个选址周期中，行驱动器43对48个行电极6供给扫描脉冲，对列电极5供给数据脉冲Di，从而只有对应于将在随后的显示周期中使光散射的显示元件的薄膜3的那些部分移动到与光波导2接触。

在常规的多行选址方案中，分属BLK1组和BLK2组的空间上相邻的行电极23、24被一个接一个地连续选址，随后的BLK1组和BLK2组被依次激活，如图4所示。

为了在整个显示器上提供更均匀的灰度图像，如图5所示那样，行电极25、26被选址，使连续选中的行电极25、26在光波导2的正面区域均匀分布。图5给出新的多行选址方案的一例，对显示器上各组的空间分布的行电极25、26依次选址，导致显示的均匀性得到改善，其中，最好以这种方式使后面的组BLK10、BLK20中被依次选址的行电极25、26均匀地分布，使得在第一组BLK10被选中的单行电极25处于第二组BLK20被选中的两个单行电极26之间。而且，假定光通过显示器短边之一耦合进光波导，从而行电极的分布就位于来自光波导中的光源的光通量的主方向上。

或者，能够以这样一种方式对行电极选址，使得在BLK10组被选中的一对相邻行电极25处于第二组BLK20的两对相邻行电极26之间。

现用图6所示的试验图像来讨论表明常规的多行选址方案与新的多行选址方案之间的不同之处的模拟结果。图6示出了一例试验图像27，在尺寸为100×60mm²的矩形的左下角包括尺寸为10×10mm²的白色方块，该矩形还包括尺寸为10×50mm²的黑色矩形28和相邻的60×90mm²的灰色矩形GRS。

图7示出了显示试验图像27的动态箔显示器件的亮度分布模拟的第一图31，其中有常规的多行选址方案，对BLK1组和BLK2组中的行电极23、24选址。第一图31表明在显示的宽度内表现出两倍的相对差异。而且，每组内出现灰度值的变化，随着亮度的阶梯形增加沿显示器的长度相邻组之间过渡33是显著的。这些阶梯形增加是由后继新组的后来选址情况引起的，对于后来的选址情况，除了沿着光波导2的光吸收造成的固定光损失外，尚未发生因光耦合输出而造成的光损失。

图8示出了显示试验图像的动态箔显示器件的亮度分布模拟的第二图37，这里应用了新的多行选址方案，对BLK10组和BLK20组中的行电极25、26选址。在新的多行选址方案中，在BLK10组和BLK20组依次选中的行电极25、26在整个显示器上均匀分布。图8表明沿着显示的宽度亮度的相对差异下降至约10％。与图7的图形31相比，沿着显示的长度图形37的变化也已被平滑。注意图7和图8的图形31和37的原点都距显示的边缘10mm，这里是试验图像24的灰色矩形GRS开始之处。

选中的行电极25、26在整个动态箔显示器上均匀分布的新的多行选址方案由于色闪光效应的降低，在色彩顺序动态箔显示器方面也是优越的。

图9在原理上示出了一例子场调制动态箔显示器40，它包括定时电路42、行和列驱动器43、46及灯驱动电路47。定时电路42接收显示器件上待显示的信息。定时电路42把显示信息的场周期Tf分成预定数目的连续子场Tsf。红、绿和蓝滤色器与白光源一起与显示元件相结合。此白光源例如可以是红、绿和蓝色发光二极管49、51、53连同灯驱动电路47一起配置，同时驱动每一个发光二极管49、51、53，以致由发光二极管49、51、53的红、绿和蓝光的混合光组合，发出白光。让我们假定向光波导2对薄膜3进行开关的响应时间是τs。这粗略是薄膜跨过光波导与前板之间距离所需时间的一半。此响应时间的实际值是3μs。子场周期包括选址周期、显示周期和复位周期。

对于由480行、600列组成的VGA显示，行电极6可分成譬如，10组，每组48个行电极。在选址周期中应用多行选址方案的情况下，行驱动器43对48个行电极6供给扫描脉冲，对列电极5供给数据脉冲Di，这样，只有对应于将在随后的显示周期内使光散射的显示元件的薄膜3的那些部分移动到与光波导2接触。为提供改进的图像均匀性，一组被依次选中的行电极6在与来自光波导的光源的光通量的主方向一致的方向上对光波导均匀分布。行的这种分布在整个显示上提供更均匀灰度的图像。此选址周期所需的时间是Nxτs，这里N代表行电极6的数目。在连续显示周期中，行与列驱动器43、46将分别对行与列电极5、6供给维持信号。在显示周期中，灯驱动电路47对发光二极管49、51、53供给驱动脉冲。定时电路42又与每一个场周期Tf中的子场周期Sf的权重因子Wf的固定顺序相联系。灯驱动电路47与定时电路42相耦合，供给具有与权重因子Wf一致的期间的驱动脉冲Ld，以使显示元件所发出的光的量与权重因子相对应。在接下来的复位周期中，行驱动器43对选中的48个行电极供给行-复位-脉冲，数据驱动器46对列电极4供给列-复位-脉冲，以致与光波导接触的薄膜3的选中部分从该光波导2松脱。

另外，子场数据发生器55执行对显示信息Pi的操作，使得数据Di与权重因子Wf相符。这样，只有与图像数据Di相符的显示元件在显示周期中使光散射。

这样，在显示器件中能够区分三种不同的状态：

准备阶段，薄膜将根据数据Di而与光波导接触或松脱。因此，显示元件在“一次一行”的基础上被选址，列电极的电压电平将决定薄膜的位置；

显示阶段，这时对发光二极管供给驱动售信号，各亮度位的权重将决定显示阶段光脉冲的出现；

可能发生这样的情况，根据在所供给的信息中的最低或最高有效位的权重在接下来的场周期中产生光脉冲Lpi，n；以及

复位阶段，这时与光波导2接触的显示元件的所有薄膜部分都从光波导2松脱。所有10组行电极6都重复这一过程。

图10示出了子场调制动态箔显示器件的一组48个行电极的控制顺序。此控制顺序包括选址周期S1、...、S8和显示周期57、...、64。对于480行256灰度值的情况，总选址时间是，10×8×(48+1)×τs。当τs等于3μs时，总选址时间是11.76ms每并留有8.24ms作为发光时间。这样，一个组总选址时间是1.176ms并留有0.824ms作为发光时间。

对于256灰度值***和10组行电极，在显示周期中，与最低有效位相联系的发光二极管发光的间隔期间约为3μs，与最高有效位相联系的发光二极管发光的间隔期间约为0.4ms。对于发光二极管来说，这要求开关时间低于0.1μs。所用的发光二极管49、51、53应能经受高峰负荷。也可以采用固体激光器代替发光二极管49、51、53。

此选址模式可用来显示VGA或SVGA图像、NTSC或PAL电视图像。

在另一个实施例中色顺序显示方法被应用于子场调制动态箔显示器件。

在原理上，该色顺序子场调制动态箔显示器件包括与关于图9的所描绘的动态箔显示器件40类似的电路40、42、43、45、47，只是现在定时电路42被配置成把显示信息的场周期Tf分成与待显示图像的分别与红、绿、蓝色信息相联系的预定数目的连续子场Tsf。灯驱动电路47被配置成驱动分别与红、绿、蓝色图像信息相对应的与子场相联系的显示周期的那种颜色的发光二极管。在此显示器件中，将薄膜3的一部分带到光波导2所需的响应时间应为1μs。这粗略是薄膜跨过光波导与前板4之间距离所需时间的一半。子场周期包括选址周期、显示周期和复位周期。

对于VGA显示，行电极又可分成譬如10组，每组48行。在选址周期中，行驱动器43对48个行电极6供给扫描脉冲，列驱动器45对列电极5供给数据脉冲Di，这样，只有对应于将在随后的显示周期内使光散射的显示元件的薄膜3的那些部分移动到与光波导2相接触。理想情况是，每组行电极5对光波导2均匀分布。该选址周期所需时间是，10×3×8(48+1)×τs。在连续的显示周期中行和列驱动器43、46将分别对行和列电极5、6供给维持信号。在显示周期中，灯驱动电路47根据所处理子场的颜色对红、绿、蓝发光二极管49、51、53供给驱动脉冲。定时电路42又与每一个场周期Tf中的子场周期Sf的权重因子Wf的固定顺序相联系。灯驱动电路47与定时电路42相耦合，供给具有与权重因子Wf一致的期间的驱动脉冲Ld，以使显示元件所发出的光的量与权重因子相对应。在接下来的复位周期中，行驱动器43对选中的48个行电极供给排-复位-脉冲，数据驱动器46对第二电极或列电极5供给列-复位-脉冲，以使薄膜3的部分从光波导2松脱。这种选址只要求一个选址周期。红、绿、蓝色各信息的所有子场以及所有各组都重复这一过程。子场数据发生器55执行对显示信息Pi的操作，使得数据Di被分成与红、绿、蓝色相联系并与权重因子Wf符合的子场。这样，只有与图像数据Di相符的显示元件在显示周期中使红、绿、蓝光散射。

图11示出了色顺序子场调制动态箔显示器件的一组48个行电极的控制顺序。此控制顺序65包括选址周期Sr1、...、Sr8，Sg1、...、Sg8，Sb1、...、Sb8和显示周期66、...、73。对于480行256灰度值***，顺序色显示器件的总选址时间是10×3×8(48+1)×τs。当τs等于1μs时，总选址时间是11.7ms并留有8.3ms作为发光时间。每组中此最终的发光间隔是0.83ms。三色之一的发光间隔则为0.277ms。对于256灰度值***，在显示周期中，与最低有效位相联系的发光二极管之一发光的间隔期间约为1.1μs，与最高有效位相联系的发光二极管之一的发光的间隔期间约为138μs。对于发光二极管或固体激光器来说，开关时间低于0.1μs。显然，光源应能经受高峰负荷。必须注意，为避免效率的损失，发光二极管的积分光强Is应可与连续光源的光强Ib相比。实际上，这意味着发光二极管的光强Ils应为

Ils0.824ms＝Ib20ms所以，Ils＝24.27Ib。

此选址模式可用来显示VGA或SVGA图像、NTSC或PAL电视图像。

另外，为将亮度增加一倍，可在光波导背向薄膜的一侧设置一面镜子。

图12示出了在离开第二板4的一侧包括设在光波导2后面的一面镜子76的动态箔显示器件74。薄膜3的部分在向着观察者的方向散射出光的第一部分78，后向朝镜子散射出光的第二部分80。镜子76将观察者方向的光的第二部分80反射。

显然，可以在本发明的范围内做许多改变而不背离所附权利要求的范围。

Claims (9)

1.一种用于显示图像信息的动态箔显示器件，它包括：

发光光源；

输送所发出光的光波导；

与光波导相联系的大量可控可动元件，在有源状态下局部带动所述的可动元件与光波导接触、耦合输出来自光波导的光从而形成图像；

包括选择电极和数据电极的选择装置，分别按行和列配置，以便与接收到的图像信息相应地控制可动元件，选择电极被互联成第一和第二组行电极；以及

驱动装置，被配置成分别向与第一和第二组行电极相应的选择装置提供图像信息，其特征在于：

第一组选择电极和第二组选择电极在与光波导中的光通量的主方向平行的横向均匀分布。

2.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于：

第一组的一个选择电极位于第二组的相邻的二选择电极之间。

3.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于：

显示器件包括：定时装置，它把接收到的显示信息的场周期分成连续的子场，子场在显示周期前面有一选址周期，定时装置以场周期进一步产生权重因子的预定顺序，每一个权重因子与显示周期中相应的一个相联系；光源驱动器，在显示周期中通过接收一个驱动信号来激活光源；以及驱动电路，用以供给与权重因子相应的驱动信号。

4.如权利要求4所述的显示器件，其特征在于：

接收到的显示信息包括具有二进制编码权重的数据字，定时装置适合于发生场周期中的显示周期的权重因子，使每个权重因子与位的权重之一相对应。

5.如权利要求4所述的显示器件，其特征在于：

光源包括：第一色的第一光源和第二色的第二光源及定时装置，进一步被配置成将接收到的显示信息的场周期分成与第一色相联系的连续的第一子场周期和与第二色相联系的连续的第二子场周期；以及驱动电路，进一步被配置成将与权重因子相应的驱动信号供给与子场周期相联系的颜色的光源。

6.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于：

显示器件在光波导离开可动元件的一侧包括一个反射元件。

7.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于：

光源包括一个发光二极管。

8.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于：

光源包括一个激光器。

9.一种驱动方法，以子场模式驱动平板显示器，该平板显示器包括：以行和列矩阵配置的多个像元；与行和列中的像元相联系的选择电极和数据电极；以及发光的光源，当显示器件被配置成以有源方式与接收到的显示信息一致地传输来自光源的光时，该方法包括分别对第一组和第二组中的选择电极顺序选址的步骤，其特征在于：

该方法包括在平行于光波导中的光通量的主方向的方向上均匀分布所选中的选择电极的又一步骤。

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