基于納米棒的熒光發(fā)射的三維顯示系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】發(fā)光器件(10)包括多個(gè)對(duì)齊的納米棒。顯示設(shè)備(100)包括發(fā)光器件(10)、光源單元(50)和被配置為操作電極排列(20)的控制單元(60)，即提供適當(dāng)?shù)南袼?12)的電極(22A、22B)之間的電壓以調(diào)制對(duì)應(yīng)納米棒的發(fā)光。通過(guò)選擇性地調(diào)制器件(10)的不同像素中納米棒的發(fā)光，能夠?qū)崿F(xiàn)所顯示圖像的變化。光源(50)被配置為由相對(duì)短波長(zhǎng)如UV或紫光范圍照射納米棒，從而向納米棒提供光泵浦。兩個(gè)像素組(12A、12B)內(nèi)納米棒的垂直對(duì)齊軸能夠產(chǎn)生具有兩種正交偏振(P1、P2)的照射圖案。這樣的照射圖案能夠用于提供顯示系統(tǒng)中的三維效果并且使觀眾能夠使用偏光鏡眼鏡觀察三維圖像。優(yōu)選情況下，圖案化的偏振濾光器位于所發(fā)出的光的光路中以改進(jìn)所發(fā)出的光的偏振比。
【專利說(shuō)明】基于納米棒的熒光發(fā)射的三維顯示系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明處于發(fā)光結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域，并且涉及發(fā)光器件以及采用它的顯示器件。本發(fā)明在采用來(lái)自納米顆粒的受調(diào)制的下轉(zhuǎn)換發(fā)射產(chǎn)生的不同地偏振的光的三維顯示器中尤為有用。

【背景技術(shù)】
[0002]光的偏振性質(zhì)用于多種光學(xué)應(yīng)用(產(chǎn)品和方法)中，從平板液晶顯示器(LCD)延伸到顯微學(xué)、冶金學(xué)檢查和光通信。大多數(shù)可用的光源產(chǎn)生非偏振光，光的特定偏振的選擇通常使用各種類型的偏光鏡實(shí)現(xiàn)。使用偏光鏡選擇具體偏振通常帶來(lái)能量損失的代價(jià)；當(dāng)在使用非偏振光源的情況下，使用簡(jiǎn)單的被動(dòng)式(不發(fā)光)偏光鏡提供偏振照明時(shí)，照射光的近似50%可能損失掉。
[0003]非偏振光源所發(fā)出光的高效偏振選擇能夠通過(guò)把被動(dòng)式(不發(fā)光)聚合物膜置于所發(fā)出光的光路中實(shí)現(xiàn)。這些膜可以重復(fù)利用一光，并因此增強(qiáng)了期望偏振的光透射。光的重復(fù)利用是基于把不需要的偏振的光分量反射到反射表面，從而產(chǎn)生多次反射的光分量，它們?cè)诤罄m(xù)反射之后去偏振，因此至少一些光分量在每次反射后透射。不過(guò)，生產(chǎn)這樣的被動(dòng)式系統(tǒng)復(fù)雜且昂貴，因?yàn)闉榱烁咝У刂貜?fù)利用光需要有多個(gè)層。重復(fù)利用通過(guò)偏光鏡的背光輸出的另一種“被動(dòng)式”方法使用反射納米線柵格偏光鏡(Ge，Zhibing和Wu, Shin-Tson,“Nanowire grid polarizer for energy efficient and wide-view liquidcrystal displays”，Applied Physics Letters, 93，121104，2008)。
[0004]以上介紹的被動(dòng)式方法使背光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜且昂貴。它們?cè)谔岣咚l(fā)出光的色域質(zhì)量時(shí)也無(wú)作用，因?yàn)樗鼈兪遣ㄩL(zhǎng)相關(guān)的。事實(shí)上，需要保持原始背光的色域使背光系統(tǒng)的層結(jié)構(gòu)進(jìn)一步復(fù)雜。
[0005]各向異性的(縱長(zhǎng)的)納米顆粒，比如納米棒(本文有時(shí)也稱為“棒”)，公知為能夠提供偏振化的發(fā)射。在轉(zhuǎn)讓給本專利申請(qǐng)的受讓人的WO 2010/095140中也介紹了它。
[0006]為此目的WO 2010/095140介紹了在顯示圖像時(shí)所用的光學(xué)顯示器件和方法。此光學(xué)顯示器件包括光學(xué)顯示器件，包括:至少一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域，可用作光學(xué)有源介質(zhì)，使得所述納米結(jié)構(gòu)響應(yīng)輸入的電磁輻射以發(fā)射輸出的電磁輻射；以及電極排列，被配置為并可用于選擇性地尋址以對(duì)所述至少一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域創(chuàng)建外部電場(chǎng)，所述納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域和所述電極排列一起限定了所述顯示器件的像素排列；影響著所述至少一個(gè)納米結(jié)構(gòu)的區(qū)域的外部電場(chǎng)選擇地調(diào)制所述輸出的電磁輻射的發(fā)射，所述輸出的電磁輻射為顯示器件的至少一個(gè)像素元件的輸出。提供偏振化的發(fā)光的一些納米棒系統(tǒng)在以下文獻(xiàn)中介紹:
[0007]X.Peng等人，“Shape control of CdSe nanocrystals”，Nature 404, 59-61, 2000介紹了聚合物中嵌入的基于膠體的半導(dǎo)體核(無(wú)殼)CdSe納米棒。從單棒能夠獲得接近完全偏振。
[0008]T.Mokari 和 U.Banin, “Synthesis and propertiew of CdSe/ZnS rod/shellnanocrystals”，Chemistry of Materials 15 (20)，3955-3960，2003 介紹了通過(guò)在棒結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)殼使棒的發(fā)光增強(qiáng)。
[0009]D.V.Talapin 等人，“Seeded Grouth of Highly Luminescent CdSe/CdSNanoheterostructures with Rod and Tetrapod Morphologies”, Nano Letters 7 (10),pp2951-2959，2007介紹了對(duì)種子納米棒(seeded nanorod)顆粒實(shí)現(xiàn)的量子生產(chǎn)率改進(jìn)。
[0010]C.Carbone 等人，“Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of ColloidalCdSe/CdS Nanorods Prepared by Seeded Growth Approach，，，Nano Letters 7 (10), pp2942-2950，2007介紹了種子棒的偶極圖案發(fā)射，即源自棒中心而不是其兩端的發(fā)射。
[0011]三維(3D)顯示系統(tǒng)對(duì)視頻觀眾提供了巨大的提升。當(dāng)前已出現(xiàn)的3D顯示系統(tǒng)采用兩種主要方法，第一種是基于光的偏振而第二種是基于順序顯示。
[0012]通過(guò)提供由觀眾的一只眼睛觀看的一種偏振狀態(tài)的第一圖像而提供另一只眼睛觀看的正交的(如垂直的)偏振狀態(tài)的第二圖像的3D圖像投影特別用于電影院。采用兩臺(tái)投影機(jī)把影片同時(shí)投影到屏幕上，每臺(tái)投影機(jī)提供一種偏振狀態(tài)圖像，把兩部獨(dú)立的影片投影到觀眾的雙眼上。觀眾需要使用相關(guān)的偏振眼鏡，它們被配置為使得每只眼睛僅僅接收對(duì)應(yīng)的圖像。例如，右眼鏡包括阻塞一種偏振狀態(tài)的光而透射正交偏振狀態(tài)的光的偏光鏡，而左眼鏡包括正交的的偏光鏡。
[0013]作為替代，圖像的交替顯示典型情況下用于電視顯示器和類似設(shè)備中。每只眼睛的圖片被順序地顯示(左，然后右，然后左，然后再次右，以此類推)。觀眾必須佩戴主動(dòng)快門眼鏡設(shè)備，它根據(jù)顯示序列同步地把光透射到一只眼睛而阻止光到達(dá)另一只眼睛。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本領(lǐng)域需要新穎而簡(jiǎn)單的技術(shù)來(lái)使得能夠進(jìn)行圖像(如視頻流)的同時(shí)顯示/投影以提供三維顯示效果。不僅如此，還期望使得能夠在從相對(duì)小型的手持或可穿戴設(shè)備到非常大型的墻壁尺寸顯示屏的廣泛范圍的顯示器/投影機(jī)設(shè)備中使用這種技術(shù)。采用本發(fā)明技術(shù)的顯示器/投影設(shè)備可以被配置為用于多種目的，如用于便攜、家用、商業(yè)和工業(yè)電子裝備中，包括通告和通知顯示應(yīng)用，或者進(jìn)一步在建筑物外觀裝飾中，作為剛性的或柔軟的顯示設(shè)備。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)采用有源介質(zhì)的發(fā)光性質(zhì)，包括(膠體)各向異性納米顆粒，并且具體是納米棒。應(yīng)當(dāng)理解，為了本申請(qǐng)的目的，術(shù)語(yǔ)光學(xué)有源介質(zhì)是指以發(fā)光性質(zhì)為特征的介質(zhì)。所以，術(shù)語(yǔ)光學(xué)有源和發(fā)光在以下說(shuō)明中可互換地使用。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，發(fā)光的各向異性納米顆粒以偶極似的空間分布產(chǎn)生基本上偏振的發(fā)光。典型情況下，顆粒發(fā)出幾乎沿著顆粒的長(zhǎng)軸線性偏振的光。并且所發(fā)出的光在與此長(zhǎng)軸垂直的平面內(nèi)強(qiáng)度更高。此外，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件中可以使用的各向異性的納米顆粒是能夠響應(yīng)不同(更短)波長(zhǎng)范圍的光泵浦輻射而發(fā)出一定波長(zhǎng)的光的納米顆粒。被泵浦的顆粒的發(fā)光強(qiáng)度能夠通過(guò)向其施加電場(chǎng)而調(diào)制，因此不同納米顆粒的發(fā)光能夠以電氣方式控制。
[0016]因此，本發(fā)明提供了一種發(fā)光器件，適于用在顯示器/投影機(jī)設(shè)備中，比如平板屏幕，來(lái)以變化的空間分布提供了單色或多色光。此發(fā)光器件包括像素陣列，其包括兩組或更多組像素(所發(fā)出的光具有不同的光學(xué)性質(zhì))以及電極排列。這些像素包括多個(gè)發(fā)光納米棒，其排列為使得特定像素的納米棒沿著特定的預(yù)定軸對(duì)齊。不同組的像素之間的區(qū)別是納米棒的對(duì)齊軸不同，包括垂直的軸。
[0017]沿著共同軸對(duì)齊的納米棒的組產(chǎn)生基本上偏振化的光。所以，沿著垂直的軸對(duì)齊的不同組的像素的納米棒發(fā)出兩種基本上正交偏振的光部分。使用適當(dāng)?shù)臑V光器，這些光部分可以劃分為兩種不同的光圖案(結(jié)構(gòu)化的光)。
[0018]如上所述，像素陣列可以包括兩組像素，它們之間的區(qū)別是發(fā)光納米棒的對(duì)齊軸。此外，兩組像素的每一組都可以包括三個(gè)或更多納米棒子組，其發(fā)出以三個(gè)或更多不同波長(zhǎng)(如紅色、綠色和藍(lán)色)為中心的光，從而提供彩色圖像。
[0019]與不同像素相關(guān)聯(lián)的電極排列使得能夠進(jìn)行光發(fā)射的振幅調(diào)制，因此器件能夠發(fā)出具有不同空間結(jié)構(gòu)化的圖案的光，并同時(shí)產(chǎn)生一幅或多幅圖像或者圖像序列。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)特定像素的納米棒的電場(chǎng)施加調(diào)制這些納米棒的光發(fā)射，并使像素輸出暗淡/明亮。所施加的電場(chǎng)可以引起(響應(yīng)于光泵浦輻射的)納米棒的熒光發(fā)光熄滅，從而影響從像素發(fā)出的光的強(qiáng)度，正如在轉(zhuǎn)讓給本專利申請(qǐng)的受讓人并通過(guò)引用結(jié)合在這里的上述WO2010/095140中更詳細(xì)的介紹的。
[0020]因此，根據(jù)本發(fā)明的主要方面，提供了一種包括像素陣列和電極排列的發(fā)光器件。像素陣列包括第一組像素和第二組像素，其分別包括分別沿著第一和第二預(yù)定軸對(duì)齊的第一多個(gè)發(fā)光納米棒和第二多個(gè)發(fā)光納米棒，這些軸基本上彼此垂直。并且所述像素陣列的像素與所述電極排列的多個(gè)電極元件相關(guān)聯(lián)，從而通過(guò)可控地施加電場(chǎng)，使得能夠與所述像素陣列的一個(gè)或多個(gè)其他像素獨(dú)立地進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)像素的發(fā)光的調(diào)制。所以此器件被配置為并用作有源像素發(fā)光器。
[0021]根據(jù)某些實(shí)施例，響應(yīng)與第二預(yù)定波長(zhǎng)范圍的泵浦輻射，發(fā)光納米棒發(fā)出第一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。第一波長(zhǎng)范圍可以包括可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)。所述第一組像素和第二組像素的對(duì)齊的發(fā)光納米棒可以分別發(fā)出兩種基本上正交偏振的光。此外,發(fā)光納米棒可以發(fā)出偏振比高于1.5的光。應(yīng)當(dāng)注意，偏振比被定義為以具有平行于和垂直于納米棒對(duì)齊方向偏振的發(fā)出的光分量之間的強(qiáng)度比。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，電極元件被配置為并用于向一個(gè)或多個(gè)像素施加電場(chǎng)，從而使來(lái)自該一個(gè)或多個(gè)像素的光發(fā)射熄滅。電極元件可以被配置為分別對(duì)于多個(gè)像素限定電極元件的多個(gè)專用對(duì)，從而使得能夠?qū)Ω鱾€(gè)像素進(jìn)行獨(dú)立的電場(chǎng)調(diào)制。
[0023]發(fā)光納米棒可以包括被配置為發(fā)出至少三個(gè)不同波長(zhǎng)的光的納米棒。發(fā)出不同波長(zhǎng)的光的納米棒可以與所述像素陣列的不同像素相關(guān)聯(lián)。
[0024]此器件可以包括承載發(fā)光納米棒的支撐結(jié)構(gòu)。優(yōu)選情況下，此結(jié)構(gòu)被配置為使像素陣列能夠被暴露到泵浦輻射。此器件也可以包括被配置為并用于向所述發(fā)光納米棒提供光泵浦輻射的光源。
[0025]此器件可以包括位于所發(fā)出的光的光路中的圖案化的偏振濾光器。典型情況下，圖案化的偏振濾光器被配置為改進(jìn)從所述兩組像素發(fā)出的光的偏振比。作為補(bǔ)充或作為替代，此器件可以包括位于從所述發(fā)光納米棒發(fā)出的光的光路中的偏振旋轉(zhuǎn)器。偏振旋轉(zhuǎn)器可以被配置為改變所發(fā)出光的偏振從而產(chǎn)生圓偏振光。偏振旋轉(zhuǎn)器可以被配置為改變所發(fā)出光的正交偏振以分別產(chǎn)生兩種相反圓偏振的光。
[0026]根據(jù)某些實(shí)施例，電極排列和像素陣列被安排在共同的平面中。與第一像素和第二組像素的像素相關(guān)聯(lián)的電極元件可以被配置為分別沿著分別基本上平行于所述像素的納米棒的第一對(duì)齊軸和第二對(duì)齊軸的兩個(gè)軸施加電場(chǎng)。
[0027]根據(jù)某些其他實(shí)施例，電極排列可以包括分別位于第一和第二平面內(nèi)的第一組電極元件和第二組電極元件。在這種配置中，像素陣列位于所述第一平面與第二平面之間的平面中。
[0028]此器件中的納米棒可以被嵌入在對(duì)泵浦光和所發(fā)出的光光學(xué)透明的載體中，或者被沉積在對(duì)泵浦光和所發(fā)出的光中的至少一者光學(xué)透明的基底載體上。
[0029]納米棒可以由一種或多種半導(dǎo)體材料制成，并且可以具有縱橫比至少為2的縱長(zhǎng)的幾何形態(tài)。納米棒可以具有被配置為種子棒的核-殼結(jié)構(gòu)，其種子具有球形或棒形幾何形態(tài)。
[0030]根據(jù)某些實(shí)施例，此器件可以被配置為并用于發(fā)出分別由第一多個(gè)發(fā)光納米棒和第二多個(gè)發(fā)光納米棒發(fā)出的光形成的不同的第一光學(xué)性質(zhì)和第二光學(xué)性質(zhì)的圖案化的光，從而使得能夠進(jìn)行第一不同圖像和第二不同圖像的同時(shí)成像。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的某些其他主要方面，提供了一種有源像素顯示設(shè)備。此有源像素顯示設(shè)備包括泵浦光源；如上所述的發(fā)光器件，被安排為使得納米棒被暴露到泵浦光；以及控制單元，被配置為操作電極排列以控制向所述像素陣列中選定的一個(gè)或多個(gè)像素施加電場(chǎng)?？刂茊卧梢杂糜谑沟孟虻谝唤M像素和第二組像素的一個(gè)或多個(gè)選擇性地施加電場(chǎng)，從而使得能夠進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立圖像的同時(shí)顯示。此顯示設(shè)備可以被配置為對(duì)圖像流的顯示實(shí)現(xiàn)三維效果。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]為了理解本公開(kāi)并了解在實(shí)踐中可以如何實(shí)行本公開(kāi)，現(xiàn)在將參考附圖僅僅通過(guò)非限制性實(shí)例的方式介紹若干實(shí)施例，其中:
[0033]圖1展示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光器件；
[0034]圖2展示了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的、被配置為實(shí)現(xiàn)三維顯示效果的顯示設(shè)備；
[0035]圖3A和圖3B更具體地例示了根據(jù)本發(fā)明的顯示設(shè)備能夠如何為觀眾提供三維效果，其中圖3A展示了像素排列而圖3B顯示了觀眾使用的眼鏡；
[0036]圖4A和圖4B顯示了本發(fā)明的發(fā)光器件中用于調(diào)制不同像素的納米棒的發(fā)光的電極排列的結(jié)構(gòu)的兩個(gè)實(shí)例，其中圖4A顯示了平面內(nèi)結(jié)構(gòu)而圖4B顯示了三平面結(jié)構(gòu)；以及
[0037]圖5例示了用于使得能夠產(chǎn)生三維效果的多色顯示的像素排列。

【具體實(shí)施方式】
[0038]參照?qǐng)D1，其展示了根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的發(fā)光器件10。器件10包括像素陣列12和電極排列20，該像素陣列包括兩組(一般來(lái)說(shuō)至少兩組)像素，即像素12A和像素12B。電極排列20包括多個(gè)電極元件并且被配置為向一個(gè)或多個(gè)像素獨(dú)立地施加電場(chǎng)。在本非限制性實(shí)例中，電極排列20被配置為使其限定了多對(duì)電極元件，每對(duì)電極元件都與專用的像素相關(guān)聯(lián)。更具體地說(shuō)，獨(dú)立的電極元件22A和22B在圖中顯示為屬于專用的像素。這樣的配置使得能夠進(jìn)行對(duì)來(lái)自像素的光學(xué)有源介質(zhì)的光發(fā)射的強(qiáng)度的單獨(dú)調(diào)制。
[0039]光學(xué)有源介質(zhì)包括發(fā)光各向異性顆粒，如納米棒(比如半導(dǎo)體納米棒)，其被沿著標(biāo)注為Pl和P2的預(yù)定交叉軸排列/對(duì)齊。不同地對(duì)齊的納米棒分別形成了不同的像素。兩組像素內(nèi)的納米棒的對(duì)齊軸可以被選擇為基本上垂直。應(yīng)當(dāng)注意，下文所用的術(shù)語(yǔ)“基本上垂直”實(shí)際上意味著納米棒的對(duì)齊軸垂直達(dá)具有特定不可避免的誤差的程度。像素內(nèi)對(duì)齊的光學(xué)有源(發(fā)光)納米棒典型地發(fā)出具有在3.3到4.7之間變化的PR值的光，因此可以看到圖像之間的特定交疊。也應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)齊的納米棒典型地發(fā)出具有已定義的偏振特征的光。發(fā)出的光以偏振比(PR)為特征，該偏振比是以平行于納米棒對(duì)齊方向的偏振發(fā)出的光分量與以垂直于納米棒對(duì)齊方向的偏振發(fā)出的光分量之間的強(qiáng)度比。應(yīng)當(dāng)注意，1.1或更高的PR值表明所發(fā)出光的偏振軸的優(yōu)選朝向并且從而表明納米棒的優(yōu)選對(duì)齊軸。對(duì)齊的納米棒中PR的典型值被測(cè)出為在2到5.0之間，并且某種實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果提供了 6以上的更高的PR值。優(yōu)選情況下，為了在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光結(jié)構(gòu)中使用，對(duì)齊的納米棒提供的發(fā)光具有高于1.5的PR值，或者高于2甚至更優(yōu)選情況下高于3的PR值。
[0040]如圖1所示，電極元件22A和22B被配置為提供具有這樣的場(chǎng)分布的電場(chǎng):該場(chǎng)分布使得每個(gè)電極對(duì)之間的場(chǎng)線(即電勢(shì)的梯度)幾乎平行并且使得由一組像素的電極對(duì)產(chǎn)生的場(chǎng)線與另一組像素的電極對(duì)產(chǎn)生的場(chǎng)線基本上垂直。在電極元件之間，納米棒被在像素區(qū)域內(nèi)沉積并對(duì)齊，使得其長(zhǎng)軸基本上平行于電場(chǎng)線(與電極長(zhǎng)維度方向垂直)。每組像素內(nèi)的納米棒的對(duì)齊引起來(lái)自于納米棒的基本上偏振化的發(fā)射，因此從不同組像素發(fā)出的光分量在兩個(gè)垂直方向上偏振化。不過(guò)應(yīng)當(dāng)注意，并且將在下面介紹，不同像素的區(qū)域內(nèi)的電極排列的其他結(jié)構(gòu)以及其他電場(chǎng)分布也是可能的。
[0041]響應(yīng)于第二預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光泵浦，發(fā)光納米棒典型地發(fā)出根據(jù)納米棒的材料成分和幾何性質(zhì)確定的第一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，該第二預(yù)定波長(zhǎng)范圍短于所發(fā)出光的波長(zhǎng)(如UV或紫色泵浦)。因此，發(fā)光器件10可以與以適當(dāng)波長(zhǎng)范圍提供泵浦光輻射的光源相關(guān)聯(lián)。此外，像素陣列12可以包括的像素具有被配置為發(fā)出不同波長(zhǎng)的光的對(duì)齊的納米棒。典型情況下，納米棒被配置為發(fā)出一般為可見(jiàn)光譜的第一波長(zhǎng)范圍的光。不過(guò)，為了能夠進(jìn)行多色發(fā)光(從而實(shí)現(xiàn)多色顯示)，像素陣列包括具有納米棒的像素，該納米棒被配置為發(fā)出在所述第一波長(zhǎng)范圍內(nèi)的、一般至少三種顏色(原色)的不同顏色的光，能夠一起產(chǎn)生彩色圖像。例如，典型的顯示技術(shù)采用RGB彩色方案，并且某些顯示技術(shù)包括黃色作為用于顯示的附加色。
[0042]應(yīng)當(dāng)注意，盡管沒(méi)有具體地示出，但是像素陣列12可以包括支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)承載著光學(xué)有源介質(zhì)(納米棒)并且被配置為使得納米棒能夠被暴露于泵浦光。例如，此結(jié)構(gòu)可以包括納米棒嵌入其中的載體，在這種情況下此載體具有光學(xué)窗口(如透明的光學(xué)窗口)，既用于泵浦波長(zhǎng)范圍又用于發(fā)射的波長(zhǎng)范圍；或者，納米棒也可以沉積在載體的表面上，在這種情況下后者可以對(duì)泵浦波長(zhǎng)范圍和發(fā)射的波長(zhǎng)范圍的任一或二者透明。
[0043]通過(guò)對(duì)納米棒施加外部電場(chǎng)，納米棒的發(fā)射能夠被調(diào)制。因?yàn)槔绺袘?yīng)的電子-空穴的空間分離(在這里被稱為“電荷分離”的效應(yīng))，外部電場(chǎng)可以引起熒光發(fā)射的熄滅。這個(gè)過(guò)程對(duì)納米棒的發(fā)光強(qiáng)度有顯著影響。為了熒光發(fā)射的有效熄滅，電場(chǎng)分布使得電場(chǎng)線(即電勢(shì)的梯度)基本上平行于納米棒的對(duì)齊軸。應(yīng)當(dāng)注意，在與像素共同的平面中電極元件的配置能夠被用在納米棒的對(duì)齊過(guò)程中，以提供與電場(chǎng)線基本上平行的對(duì)齊軸。例如，通過(guò)在納米棒沉積到基底的過(guò)程中施加電場(chǎng)，納米棒將遵從電場(chǎng)線并且沿著期望的軸對(duì)齊。
[0044]—般來(lái)說(shuō)，能夠提供偏振化的發(fā)射的任何納米棒或縱長(zhǎng)的各向異性納米顆粒都能夠用在適于用在本發(fā)明的器件中的光學(xué)有源介質(zhì)中。典型情況下，這樣的納米棒應(yīng)當(dāng)具有至少2的縱橫比(其長(zhǎng)度與截面尺寸之間的比值)。納米顆?？梢允菃我怀煞职雽?dǎo)體的各向異性半導(dǎo)體納米棒或者核/殼納米棒，其中核為第一種半導(dǎo)體而殼層為第二種半導(dǎo)體。典型情況下，納米棒的核/殼結(jié)構(gòu)可以響應(yīng)于光泵浦而加強(qiáng)光發(fā)射，不過(guò)由單一半導(dǎo)體材料制成的納米棒也可以提供足夠的發(fā)光?？梢詾榱吮景l(fā)明的目的用作光學(xué)有源介質(zhì)的納米顆粒的其他實(shí)例為核/多殼納米棒、殼為分級(jí)成分(graded composit1n)的核/殼結(jié)構(gòu)的納米顆粒以及種子棒。后者可以基于被第二種半導(dǎo)體材料的棒形殼覆蓋的、一種半導(dǎo)體材料的近乎球形的核種子或棒形的種子?？v長(zhǎng)的(棒形的)殼賦予發(fā)光各向異性性質(zhì)。種子納米棒可以具有不對(duì)稱地位于縱長(zhǎng)殼內(nèi)的種子(或核)。典型情況下，此核可以位于縱長(zhǎng)顆粒的長(zhǎng)度的大約四分之一至二分之一處，但是其他位置也是可能的。種子的典型尺寸可以在I至20nm之間，更確切地說(shuō)截面尺寸(直徑)在2至1nm之間。除了第一殼，為了穩(wěn)定性和光學(xué)功能，可以包括其他殼層。光學(xué)有源介質(zhì)可以被調(diào)整為提供多色發(fā)光，正如多種應(yīng)用所要求的。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一般來(lái)說(shuō)全部的各向異性棒都發(fā)出基本上線性偏振的光，該光沿著與棒的長(zhǎng)軸平行的軸偏振(可以改變偏振的程度)。種子本身也可以具有縱長(zhǎng)的形狀或棒形結(jié)構(gòu)(如縱橫比為2或更高)，進(jìn)一步增強(qiáng)最終結(jié)構(gòu)的偏振程度。關(guān)于這個(gè)特定非限制性實(shí)例的、通過(guò)引用結(jié)合到這里的PCT公開(kāi)WO 2012/035535中介紹了適于用在本發(fā)明的光學(xué)有源介質(zhì)中的種子棒的某些實(shí)例。
[0045]正如以上指出，可用于本發(fā)明目的的各向異性納米顆粒(納米棒)典型情況下由半導(dǎo)體材料制成。適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料可以為例如I1-V1、II1-V或IV-1V半導(dǎo)體族或者這樣的半導(dǎo)體材料的結(jié)合的形式。在轉(zhuǎn)讓給本專利申請(qǐng)的受讓人的上述PCT文獻(xiàn)TO2010/095140中介紹了本發(fā)明的發(fā)光器件中所用的材料成分。這些半導(dǎo)體材料可以選自CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, Zn。、GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP、InSb、AlAs、A1P、AlSb、Cu2S、Cu2Se、CuInS2、CuInSe2、Cu2 (ZnSn) S4、Cu2 (InGa) S4、T12 及其合金，以及這樣的材料的混合物。這個(gè)材料列表可以指棒材料(在單一半導(dǎo)體納米棒的情況下)、核與殼材料(在核/殼納米棒中)，或者種子棒結(jié)構(gòu)中的種子和棒材料。
[0046]納米棒結(jié)構(gòu)可以被表面配體(ligand)覆蓋。附加配體也可以用于改進(jìn)/改變納米棒的配方(formulat1n)。常用的表面配體包括磷化氫和氧化膦，比如三辛基氧化磷(Τ0Ρ0)、三辛基膦(TOP)和三丁基膦(TBP);磷酸，比如十二烷基磷酸(DDPA)、十三烷基磷酸(TDPA)、十八烷基磷酸(ODPA)和己基磷酸(HPA);胺，比如十二烷胺(DDA)、十四烷胺(TDA)、十六烷胺(HDA)和十八烷胺(HDA);硫醇，比如十六烷硫醇和己烷硫醇；以及巰基羧酸，比如巰基丙酸和巰基十一酸。也能夠使用為特定目的定制的其他配體。
[0047]整個(gè)納米棒結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度范圍可以在8nm至500nm之間，優(yōu)選情況下在10至160nm之間。棒的整體直徑可以在l_20nm之間，更具體地在1-1Onm之間。典型的納米棒具有高于2的長(zhǎng)度/直徑縱橫比，或優(yōu)選情況下高于3的縱橫比。
[0048]通過(guò)控制納米棒的尺寸和/或材料成分，各向異性納米棒響應(yīng)泵浦光的發(fā)光波長(zhǎng)(顏色)能夠被適當(dāng)?shù)剡x擇。這種調(diào)諧/調(diào)整發(fā)光波長(zhǎng)的靈活性使得能夠進(jìn)行發(fā)光器件顏色的大幅變化，從而產(chǎn)生顯示所要求的基色。例如，單一類型的棒樣本能夠用于單色顯示器的單色背光源，或者以不同顏色發(fā)光的兩種或更多不同棒的結(jié)合能夠用于彩色顯示。此外，(由多色顯示器提供的三種或更多顏色的)每種顏色都可以由被配置為(典型情況下通過(guò)尺寸變化)發(fā)出圍繞選定顏色(對(duì)應(yīng)于中心波長(zhǎng))的特定波長(zhǎng)分布的光的納米棒的組合產(chǎn)生。因此，每個(gè)像素都可以包括特定尺寸分布的對(duì)齊的納米棒，以提供具有圍繞中心波長(zhǎng)(如紅色、綠色或藍(lán)色)的選定分布的光學(xué)發(fā)射。具有共同對(duì)齊軸(即發(fā)出相同偏振的光)的像素組可以包括由被配置為響應(yīng)泵浦光的納米棒通過(guò)發(fā)射不同顏色的光而形成的像素。
[0049]本發(fā)明的發(fā)光器件10或其對(duì)應(yīng)于單一像素或像素的集合的若干區(qū)段可以生產(chǎn)為一層，其包括在由玻璃或聚合物制成的基底(載體)上放置(沉積)的對(duì)齊的納米棒。作為替代或作為補(bǔ)充，器件10可以包括嵌入了納米棒并且提供期望的機(jī)械、化學(xué)和光學(xué)性質(zhì)的矩陣材料形式的載體。矩陣材料能夠選自若干材料，比如聚合物(由液體或半固體前驅(qū)物材料比如單體形成)、環(huán)氧樹(shù)脂、硅樹(shù)脂、玻璃或者硅樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂的混合物。聚合物的特定實(shí)例包括若干聚合物，選自氟化的聚合物、聚丙烯酰胺的聚合物、聚丙烯酸的聚合物、聚丙烯腈的聚合物、聚苯胺的聚合物、聚二苯甲酮的聚合物、聚(甲基異丁烯酸鹽)的聚合物、硅樹(shù)脂聚合物、鋁聚合物、聚碳酸酯的聚合物、聚丁二烯的聚合物、聚二甲基硅氧烷的聚合物、聚乙烯的聚合物、聚異丁烯的聚合物、聚丙烯的聚合物、聚苯乙烯的聚合物和聚乙烯聚合物。在某些實(shí)施例中，這些聚合物可以選自聚乙烯和氟化的聚合物。在某些其他實(shí)施例中，聚合物可以是聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸甲酯。帶有嵌入的納米棒的這樣的矩陣的厚度范圍可以為從100納米至50微米(在這些實(shí)例中該單位也用復(fù)數(shù)形式表示)，優(yōu)選情況下從0.5微米至25微米，更優(yōu)選情況下在2微米至10微米之間。
[0050]正如以上指明，各向異性納米顆粒(即相對(duì)于兩個(gè)更短軸具有一個(gè)更長(zhǎng)軸的納米顆粒)的光發(fā)射(典型情況下由于熒光性)以優(yōu)選偏振軸為特征。例如，從對(duì)齊的納米棒的集合由熒光發(fā)出的光以基本上線性偏振為特征，其中典型情況下由對(duì)齊的納米棒的集合發(fā)出光強(qiáng)度的至少51%或者強(qiáng)度的至少60%在所限定的優(yōu)選偏振內(nèi)。在某些配置中，對(duì)齊的發(fā)光納米棒的發(fā)光情況可以發(fā)射光，使得所發(fā)射的光的強(qiáng)度的大約70%以上具有期望的偏振狀態(tài)。正如以上指明，所發(fā)出光可以以偏振比PR為特征，它限定了沿著納米棒的對(duì)齊軸偏振的光分量強(qiáng)度與垂直于對(duì)齊軸偏振的光分量強(qiáng)度之間的比值。
[0051]應(yīng)當(dāng)注意，盡管圖1中沒(méi)有具體地顯示，但是發(fā)光器件10可以包括位于所發(fā)出光的光路中的附加的偏振濾光器。偏振濾光器可以是附著到發(fā)光器件10的結(jié)構(gòu)的獨(dú)立的光學(xué)元件，也可以形成為作為結(jié)構(gòu)10的整體部分的層，并成為結(jié)構(gòu)本身的層(如線柵(WireGrid)偏光鏡或單元內(nèi)(In-Cell)偏光鏡)。為此目的，典型情況下圖案化的偏振濾光器形成為圖案化的偏振元件(濾光器)的層，該圖案化的偏振元件典型情況下包括與兩組像素的像素排列對(duì)應(yīng)的圖案，使得從每組像素發(fā)出的光都被適當(dāng)?shù)剡^(guò)濾以改進(jìn)偏振特征。更具體地說(shuō)，圖案化的偏振濾光器可以包括多個(gè)偏光鏡，其被安排為使得能夠進(jìn)行來(lái)自兩組像素的每個(gè)像素的優(yōu)選偏振朝向的透射。偏振濾光器可以是附著到器件10的發(fā)光表面的附加層。優(yōu)選情況下，濾光器附著到發(fā)光表面的方式為使從濾光器的反射最小(即，提供濾光器與所述表面之間的適當(dāng)光學(xué)接觸)。應(yīng)當(dāng)注意，這樣的圖案化的偏振濾光器層改進(jìn)了每個(gè)像素的PR。此外，由于以下事實(shí)，偏振濾光器造成的能量損失相對(duì)低:從對(duì)齊的納米棒發(fā)出的光至少部分地偏振并且被阻塞的光分量(與濾光器的偏振不同的偏振的光分量)比總發(fā)光強(qiáng)度的50%小得多的事實(shí)。
[0052]以上介紹的發(fā)光器件典型情況下可以整合到顯示系統(tǒng)中，比如便攜式或家用電子設(shè)備的顯示單元(如TV屏幕、顯示投影機(jī))。對(duì)圖2進(jìn)行參照，它例示了顯示設(shè)備100，其包括以上介紹的發(fā)光器件10、光源單元50和控制器60，該控制器被配置為操作電極排列20，即，提供適當(dāng)像素12的電極22k與22B之間的電勢(shì)(電壓)，以調(diào)制對(duì)應(yīng)納米棒的發(fā)光。通過(guò)選擇地調(diào)制器件10的不同像素中的納米棒的發(fā)射，能夠?qū)崿F(xiàn)所顯示圖像的變化。光源50被配置為以相對(duì)短的波長(zhǎng)(如UV或紫色范圍)照射納米棒從而向納米棒提供光泵浦。典型情況下，光源50被配置為背光源。不過(guò)，在某些實(shí)施例中并根據(jù)器件10的配置，光源50可以位于發(fā)光器件10的一側(cè)或多側(cè)。正如以上指明，優(yōu)選情況下圖案化的偏振濾光器位于所發(fā)出的光的光路中并且被配置為改進(jìn)所發(fā)出的光的PR。這樣的圖案化的偏振濾光器降低了偏振朝向之間的串?dāng)_。這實(shí)現(xiàn)了由觀眾所用的偏光鏡眼鏡的高效濾光。應(yīng)當(dāng)注意，可以使用位于發(fā)光結(jié)構(gòu)(像素陣列)與觀眾之間的附加膜，用于把所發(fā)出光的線性偏振轉(zhuǎn)換為圓偏振或偏振光的變角度朝向。此外，多種光提取元件可以附著到像素陣列，或者置于所發(fā)出光的光路中、關(guān)于偏振濾光器的上游或下游。這樣的光提取元件(如棱鏡、棱錐、顯微鏡頭等)可以用于改進(jìn)諸如方向性的參數(shù)或者降低所發(fā)出的光的泄漏。優(yōu)選情況下，一切光提取元件，以及器件中所用的一切其他濾光器(如濾色鏡)都被配置為維持偏振的光學(xué)元件，從而保持所發(fā)出的光的偏振特征。
[0053]應(yīng)當(dāng)注意，光源單元50可以是單一光源或者獨(dú)立光源的陣列，被配置為向獨(dú)立的像素12或向位于近鄰的像素的集合提供光泵浦。也應(yīng)當(dāng)注意，光源的陣列可以通過(guò)側(cè)面泵浦或者通過(guò)背面照射來(lái)照射若干像素或若干像素的集合。光源單元50的不同配置可以用于利用泵浦光的不同濾光技術(shù)。也應(yīng)當(dāng)注意，多個(gè)獨(dú)立的泵浦光源可以實(shí)現(xiàn)更高的靈活性，用于產(chǎn)生不同的照射圖案(不同圖像的顯示)，如提供“局部調(diào)光”。正如以上指明，發(fā)光介質(zhì)(納米棒)可以嵌入在被配置為能夠使得納米棒能夠暴露到泵浦光的載體/支撐結(jié)構(gòu)中，并且載體可以具有既用于泵浦又用于所發(fā)射的波長(zhǎng)范圍的光窗口(例如，透明的)；或者，發(fā)光介質(zhì)也可以沉積在對(duì)泵浦的和/或發(fā)射的波長(zhǎng)范圍透明的載體表面上。
[0054]一般來(lái)說(shuō)，從納米棒向多個(gè)方向發(fā)光。不過(guò)為了提供顯示系統(tǒng)，優(yōu)選情況下所發(fā)出的光應(yīng)當(dāng)指向一定的方向，從而沿著與結(jié)構(gòu)的特定表面垂直的方向離開(kāi)該結(jié)構(gòu)。為此目的，(平面或非平面)表面上納米棒的排列使所發(fā)出光的大部分在與此表面垂直的方向上提供相對(duì)定向的照射。至少部分反光的反光層可以置于沿著此表面的背側(cè)，把向后發(fā)出的光分量反射為朝向觀眾。優(yōu)選情況下，反射表面保持偏振并且被配置為透射泵浦光同時(shí)反射所發(fā)出的光。例如納米棒可以置于/沉積在被配置為允許泵浦光通過(guò)但是反射所發(fā)出光的二色性的材料上。作為替代或作為補(bǔ)充，二色性的或其他部分反射層可以置于保持納米棒的基底與泵浦光源(或者在側(cè)面泵浦情況下指引泵浦光的光導(dǎo)楔(wedge))之間。至少對(duì)所發(fā)射的光波長(zhǎng)透明的附加透明層可以在光朝向觀眾發(fā)射的光路中置于納米棒本身上，被配置為允許所發(fā)出的光透射同時(shí)阻塞泵浦光到達(dá)觀眾(如UV濾光層)。
[0055]兩個(gè)像素組(12A和12B)內(nèi)納米棒的垂直對(duì)齊軸使得能夠產(chǎn)生具有兩個(gè)正交偏振Pl和P2的照明圖案。這樣的照明圖案能夠用于提供顯示系統(tǒng)中的三維效果并且使觀眾能夠使用偏光鏡眼鏡(被動(dòng)式眼鏡)來(lái)觀看三維圖像。此眼鏡由偏振濾光器制成，從而使一種偏振朝向(偏振狀態(tài))的光透射到每個(gè)用戶的一只眼睛，同時(shí)阻塞正交偏振的光，從而使得能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)嘏渲玫膱D像或圖像流(視頻)的3D觀看。更具體地說(shuō)，利用根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件10的顯示系統(tǒng)100能夠使用第一組像素和第二組像素的像素顯示兩幅不同的圖像，使得佩戴適當(dāng)眼鏡的觀眾能夠以其右眼看見(jiàn)一幅圖像而以其左眼看見(jiàn)另一幅圖像。對(duì)觀眾的左右眼這樣的獨(dú)立成像在不同的圖像被適當(dāng)?shù)卣{(diào)整時(shí)能夠提供三維效果。應(yīng)當(dāng)注意，典型情況下為了提供逼真的3D效果，需要采集或至少適當(dāng)?shù)靥幚硪曨l。
[0056]圖3A和圖3B展示了發(fā)光器件10的使用，典型情況下它整合在顯示系統(tǒng)100中，用于觀看(一個(gè)或多個(gè))三維圖像。圖3A顯示了發(fā)光器件10的像素排列，其包括發(fā)出正交偏振Pl和P2的光的兩組像素，并且圖3B顯示了偏振眼鏡70，由觀眾佩戴以便提供三維效果。偏振眼鏡被配置為使得一片眼鏡包括透射偏振Pl的光的濾光器而第二片眼鏡包括透射偏振P2的光的濾光器。當(dāng)觀眾佩戴這樣的眼鏡時(shí)，其一只眼睛將接收由器件10的像素12A發(fā)出的光，而另一只眼睛將接收由像素12B發(fā)出的光。一般來(lái)說(shuō)，此顯示系統(tǒng)可以被配置為提供來(lái)自略微移動(dòng)的觀點(diǎn)的兩幅圖像，其分別由兩組像素產(chǎn)生。應(yīng)當(dāng)注意，如上所述，此發(fā)光器件可以包括偏振旋轉(zhuǎn)器，被配置為旋轉(zhuǎn)所發(fā)出光的偏振和/或把線性偏振變換為圓偏振狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，偏振Pl和P2對(duì)應(yīng)于兩個(gè)正交偏振狀態(tài)，比如水平和鉛垂線性偏振(一般來(lái)說(shuō)任何兩個(gè)線性正交偏振狀態(tài))，或者作為替代的順時(shí)針和逆時(shí)針圓偏振。應(yīng)當(dāng)注意，盡管這些圖顯示了所發(fā)出光的線性偏振和典型情況下用于眼鏡中的線性偏光鏡，但是圓偏振可能在有些時(shí)候是優(yōu)選的。不僅如此，由適當(dāng)?shù)臑V光器可以分離的任何兩種正交偏振狀態(tài)都可以使用。
[0057]現(xiàn)在參考圖4A和圖4B，展示了與發(fā)光器件的單一像素12相關(guān)聯(lián)的電極元件22A和22B的兩種可能結(jié)構(gòu)。圖4A顯示了具有指形結(jié)構(gòu)(“梳形”結(jié)構(gòu)或交叉指型電極單元結(jié)構(gòu))的電極單元的平面內(nèi)結(jié)構(gòu)的實(shí)例，而圖4B顯示了電極的夾層結(jié)構(gòu)。在平面內(nèi)結(jié)構(gòu)中，電極22A和22B被安排在像素陣列12的平面內(nèi)并且可用于提供場(chǎng)線基本上平行于納米棒24的對(duì)齊軸P的電場(chǎng)。這個(gè)附圖中顯示的電極22A和22B是由交叉指型結(jié)構(gòu)中安排的多個(gè)電極指裝配成的電極單元。優(yōu)選情況下，這種交叉指型結(jié)構(gòu)提供了基本上平行的電場(chǎng)線(盡管電場(chǎng)的方向可能在不同的電極單元(指)之間交替)。應(yīng)當(dāng)注意，電極22A和22B也可以被配置為類似于電容器的組裝件，使得僅有兩個(gè)電極位于像素區(qū)域和納米棒24的對(duì)立兩側(cè)。兩個(gè)電極的相鄰指之間的距離在下文被稱為間隙，并且是所施加的電場(chǎng)作用在對(duì)齊的納米棒上的有源區(qū)。在圖4B所示的夾層結(jié)構(gòu)中，電極22A和22B位于兩個(gè)隔開(kāi)的平行平面內(nèi)而像素陣列12位于這兩個(gè)電極平面之間的平面中。在這種結(jié)構(gòu)中，電極之間電場(chǎng)E的場(chǎng)線與納米棒的對(duì)齊軸(Pl或P2)基本上垂直。這種結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化電極排列設(shè)計(jì)，但是會(huì)要求使用光學(xué)透明的電極以便使得由一個(gè)電極能夠透射泵浦光而至少另一個(gè)電極能夠透射所發(fā)出的光。應(yīng)當(dāng)注意，典型情況下不同的電極元件22A和22B應(yīng)當(dāng)透射不同波長(zhǎng)范圍的光，因此可以使用不同的材料。在夾層結(jié)構(gòu)中，電極之一的材料可以用于濾除泵浦光。也應(yīng)當(dāng)注意，電極具有適當(dāng)透射(二者都對(duì)發(fā)射光譜透明而對(duì)泵浦光譜濾除(吸收))的夾層結(jié)構(gòu)可以與側(cè)面泵浦結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)雙側(cè)顯示結(jié)構(gòu)。
[0058]也正如以上指明，像素陣列的像素可以包括被配置為發(fā)出不同波長(zhǎng)光的納米棒從而提供多色顯示能力。圖5例示了包括兩組像素的像素陣列12結(jié)構(gòu)，分別被配置為發(fā)出垂直偏振的光，其中每組都包括三個(gè)像素的集合，被配置為發(fā)出三原色的光。在這個(gè)附圖中，像素陣列被演示為矩陣，其中矩陣的不同塊表示被配置為發(fā)出紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)光的不同像素。不同像素內(nèi)的納米棒的、對(duì)應(yīng)于所發(fā)出光的偏振朝向的對(duì)齊軸以不同像素內(nèi)的箭頭標(biāo)注。因此，如圖所示，同一組的像素發(fā)出具有相同偏振和不同顏色的光。應(yīng)當(dāng)注意，盡管典型的多色顯示系統(tǒng)采用三原色，但是本發(fā)明的發(fā)光器件可以包括任何數(shù)目或顏色的發(fā)光像素。也應(yīng)當(dāng)注意，圖5中例示的不同顏色和/或不同偏振的像素的排列為非限制性實(shí)例，并且包括如棋盤(pán)排列的任何排列都可以被使用。
[0059]盡管沿著預(yù)定軸對(duì)齊的各向異性納米顆粒(納米棒)發(fā)出的光基本上沿著對(duì)齊軸線性偏振，但是三維顯示系統(tǒng)可以獲益于以兩個(gè)正交的圓偏振狀態(tài)提供圖像。正如以上指明，本發(fā)明的發(fā)光器件無(wú)論是否被整合到顯示系統(tǒng)中都能夠附著到或裝備有偏振旋轉(zhuǎn)器從而旋轉(zhuǎn)所發(fā)出光的偏振。例如，四分之一波片(λ/4波片)可以被置于所發(fā)出的光的光路中，并且被安排為把一個(gè)線性偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換為順時(shí)針圓偏振而把另一種線性偏振狀態(tài)轉(zhuǎn)換為逆時(shí)針圓偏振。為了提供這樣的效果，λ/4波片可以被置于并安排為其光軸朝向關(guān)于所發(fā)出光的線性偏振軸(它們基本上平行于對(duì)齊角)都在45°角。在多色顯示的情況下并且無(wú)論此情況可能在何時(shí)出現(xiàn)，獨(dú)立的λ/4波片都可以用于發(fā)出不同顏色光的像素的集合。作為替代，可以使用消色寬帶阻光膜(achromatic Broad Band Retarder film)。這樣的無(wú)色寬帶阻光膜典型情況下包含以不同角度安排的阻光膜的“堆疊”，并且被配置為對(duì)線性到圓轉(zhuǎn)換膜的顏色依賴性折衷(例如在US 7，969，543中的介紹，關(guān)于這個(gè)具體的非限制性實(shí)例在此通過(guò)引用結(jié)合在這里)。應(yīng)當(dāng)注意，λ/4波片和多種其他阻光膜的結(jié)構(gòu)和操作一般為公知的因此不需要本文詳細(xì)介紹，但是注意，這樣的光學(xué)元件典型情況下被配置為在穿過(guò)它的偏振光分量之間產(chǎn)生特定延遲。在適當(dāng)?shù)胤胖煤桶才艜r(shí)，λ/4波片或其他阻光膜能夠用于把線性偏振的光轉(zhuǎn)換為圓偏振，并且反之亦然。
[0060]以下是采用具有垂直對(duì)齊軸的兩組像素并且包含紅色發(fā)光納米棒的單色顯示設(shè)備的制造和操作的實(shí)例。由以上介紹的像素陣列形成的結(jié)構(gòu)被如下所述地準(zhǔn)備。使用常規(guī)的光刻和潔凈室技術(shù)在2英寸直徑和0.5mm厚度的玻璃晶片上以鋁電極形成寬度一微米的圖案。像素圖案由置于網(wǎng)格上并具有100微米間隔的4乘4像素的陣列限定，像素陣列與圖1所示陣列基本上相似，不過(guò)具有不同數(shù)目的像素。每個(gè)像素的區(qū)域都包含電極指的相互纏繞的“梳”結(jié)構(gòu)出個(gè)指平行地連接到一個(gè)觸點(diǎn)，7個(gè)指平行地與另一個(gè)觸點(diǎn)相連，方式類似于顯示了 4個(gè)和5個(gè)電極指的圖4A的電極結(jié)構(gòu))。每個(gè)電極指的寬度為I微米，交替電極之間的間隙為3微米。每個(gè)像素的有源區(qū)被配置為近似50X50微米。電極的結(jié)構(gòu)提供了包含用于對(duì)齊的熒光納米棒的12個(gè)間隙的有源區(qū)。
[0061]與不同像素相關(guān)聯(lián)的電極連接到位于正方形網(wǎng)格之外幾毫米的焊盤(pán)。像素陣列被配置為包含兩組像素，使得這兩組像素的電極排列在電極之間提供了垂直方向的電場(chǎng)。更具體地說(shuō)，豎直電極的像素在I列和3列中而水平電極的像素在2列和4列中。
[0062](遵循關(guān)于這個(gè)具體的非限制性實(shí)例在此通過(guò)參照結(jié)合的LCarbone等人“Synthesis and Micrometer-Scale Assembly of Colloidal CdSe/CdS NanorodsPrepared by a Seeded Growth Approach’^Nano Letters, 2007，7 (10)，pp2942_2950 中介紹的過(guò)程類似的過(guò)程)合成了帶有45nm長(zhǎng)度和5nm直徑的CdS納米棒內(nèi)的CdSe納米點(diǎn)結(jié)構(gòu)的種子納米棒，用作像素內(nèi)的有源介質(zhì)。這些納米棒響應(yīng)于UV輻射的光泵浦發(fā)出峰值波長(zhǎng)635nm的紅光。在對(duì)整個(gè)陣列的電極施加電場(chǎng)時(shí)，在甲苯中包含納米棒的溶液被滴鑄到基底上。由電極產(chǎn)生的電場(chǎng)根據(jù)與每個(gè)像素相關(guān)聯(lián)的電極對(duì)之間的電場(chǎng)向量來(lái)設(shè)置納米棒。通過(guò)以1kHz的頻率和120Vpp的電壓(峰到峰電壓)施加AC電壓來(lái)施加電場(chǎng)。由于電場(chǎng)由像素電極朝向確定，納米棒在每個(gè)像素中在所要求的方向上對(duì)齊。
[0063]在溶液蒸發(fā)后,像素陣列便為操作準(zhǔn)備好了。由UV光源(Roithner LasertechnikGMbH, Wiedner Hauptstra β e, A_1040Vienna, Austria 出品的 H2A1-H365-S)以在 365nm 的發(fā)光峰值提供的光泵浦被指引到具有納米棒的表面，從而使納米棒發(fā)處熒光。通過(guò)采用被配置為右眼主要觀看從I列和3列發(fā)出的光而左眼能夠觀看由2列和4列發(fā)出的光的線性偏振的眼鏡，從玻璃基底的、與暴露于光泵浦的表面相反的一個(gè)表面的方向觀察到紅色發(fā)光。諸如圖案化的偏光鏡、光提取和四分之一波長(zhǎng)阻光膜的附加膜能夠附著到這個(gè)玻璃表面，正如以上指明。
[0064]使用自制的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試了發(fā)光的電調(diào)制。每個(gè)像素都以1kHz的頻率和O到340Vpp之間的電壓范圍經(jīng)歷了方形交變極性波形的不同驅(qū)動(dòng)電壓。像素的調(diào)制范圍從OVpp驅(qū)動(dòng)電壓的O %直到(對(duì)多個(gè)像素的)340Vpp的91-95% (即，比在OVpp的發(fā)光低91-95% )0通過(guò)測(cè)量每個(gè)像素分別對(duì)電壓調(diào)制的響應(yīng)，調(diào)制電壓被標(biāo)定為提供來(lái)自不同像素(兩組豎直和水平像素都包括)的相等響應(yīng)，使得電壓范圍提供在0-91%之間的調(diào)制。像素內(nèi)對(duì)齊的光學(xué)有源(發(fā)光)納米棒提供了所發(fā)出光的在3.3到3.8之間變化的PR，因此看見(jiàn)了圖像之間的一定的交疊。正如以上指明，通過(guò)位于所發(fā)出的光的光路中的圖案化的偏振濾光器，所發(fā)出的光的不同偏振之間的這樣的交疊被降低，并且可以被消除。
[0065]λ/4膜位于所發(fā)出的光的光路中,被定位為使得其光軸朝向關(guān)于兩種偏振光分量的偏振軸都在45°角。λ/4膜的這種結(jié)構(gòu)提供了把線性偏振化的光轉(zhuǎn)換為圓偏振化的光，使得一種偏振朝向的光分量被轉(zhuǎn)換為順時(shí)針圓偏振，而垂直偏振朝向的光分量被轉(zhuǎn)換為逆時(shí)針圓偏振。附加的UV阻塞膜被置于面向觀眾的玻璃表面上，被配置為阻塞泵浦UV輻射。以適當(dāng)?shù)钠駷V光器眼鏡觀察所發(fā)出的光使得無(wú)論觀眾的頭朝向哪里，都是一只眼睛僅僅看見(jiàn)從一組像素發(fā)出的光而另一只眼睛僅僅看見(jiàn)從另一組像素發(fā)出的光。
[0066]為了制造多色顯示設(shè)備，本發(fā)明人除了以上介紹的紅色發(fā)光納米棒外還使用了47nm長(zhǎng)度和3.5nm直徑的附加綠色發(fā)光納米棒。此納米棒以類似方式準(zhǔn)備并且峰值發(fā)光在波長(zhǎng)458nm。
[0067]在2英寸的0.5mm玻璃晶片上以2X 2mm的像素尺寸準(zhǔn)備了 4乘4的像素陣列。每個(gè)像素都配備了梳形電極結(jié)構(gòu)，類似于圖4A，電極指之間的間隙為10微米而每個(gè)指的寬度為5微米。像素陣列單元被以3mm的間隔置于正方形網(wǎng)格上。納米棒在兩種不同的甲苯溶液中準(zhǔn)備，并且沉積在對(duì)應(yīng)的像素中以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)剡x擇的多色圖案。溶液的沉積使用吸量管對(duì)每個(gè)像素沉積0.2μ I的液滴容積進(jìn)行。在沉積期間施加每個(gè)像素的電極之間1kHz的250Vpp的電勢(shì),使納米棒沿著適當(dāng)?shù)妮S對(duì)齊并且在大尺寸的像素上實(shí)現(xiàn)均衡的散開(kāi)。此外所施加的電勢(shì)有助于防止溶液(和納米棒)散開(kāi)到像素區(qū)域之外。
[0068]在這個(gè)實(shí)例中像素矩陣被構(gòu)建為使得第I列和第3列具有豎直對(duì)齊方向而第2列和第4列水平地對(duì)齊。紅色納米棒沉積在第I列和第2列中而綠色納米棒沉積在第3列和第4列中以提供所選擇的彩色模式。
[0069]在像素內(nèi)對(duì)齊的光學(xué)有源(發(fā)光)納米棒提供了所發(fā)出光在3.9到4.7之間變化的PR，因此看見(jiàn)了圖像之間的一定的交疊。
[0070]若干附加偏光鏡膜層被構(gòu)建在像素陣列的、位于電極元件的反面的玻璃側(cè)(顯示偵U上，被配置為適當(dāng)?shù)剡^(guò)濾所發(fā)出的光以提供更高的PR。這些濾光器層由3mm條紋偏光鏡膜(如從MeCan Imaging Inc.獲得)形成。正如在先前實(shí)例中的介紹，附加的UV阻塞膜置于面向觀眾的玻璃表面上，被配置為阻塞泵浦UV輻射。
[0071]如上所述，此結(jié)構(gòu)被從此結(jié)構(gòu)的電極表面由UV光源光泵浦。在被光泵浦時(shí)，每個(gè)像素的納米棒都發(fā)出紅色或綠色的光。通過(guò)選擇性地供應(yīng)具有方波的、以1kHz并具有高達(dá)750伏特的Vpp來(lái)驅(qū)動(dòng)的電壓，來(lái)提供所發(fā)出光的調(diào)制。這種電調(diào)制對(duì)各個(gè)像素產(chǎn)生了高達(dá)89%的調(diào)制。在通過(guò)定向的偏光鏡(如偏光鏡眼鏡)觀察此結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)豎直偏光鏡看見(jiàn)第I列和第3列更明亮而通過(guò)水平偏光鏡看見(jiàn)第2列和第4列更明亮。
[0072]附加的偏振旋轉(zhuǎn)器置于此結(jié)構(gòu)上，在所發(fā)出光的光路中，以提供兩種正交的圓偏振狀態(tài)。所用的偏振旋轉(zhuǎn)器為(MCR140A，從MeCan Imaging Inc.獲得的高質(zhì)量λ/4膜)。在這種結(jié)構(gòu)中，使用圓偏振濾光器來(lái)獨(dú)立地看見(jiàn)不同偏振的像素。
[0073]應(yīng)當(dāng)注意，在以上實(shí)例中介紹的增大的像素尺寸能夠用于大尺寸的顯示系統(tǒng)，t匕如廣告牌。不過(guò)也應(yīng)當(dāng)注意，像素尺寸受限于選定實(shí)例中使用的構(gòu)建技術(shù)而不受限于本發(fā)明的原理。
[0074]因此，本發(fā)明提供的發(fā)光器件能夠產(chǎn)生由兩種正交偏振狀態(tài)的光組成的被理想地圖案化的照明，從而提供單色或多色顯示器。此器件可以整合到顯示系統(tǒng)中以及使得能夠?qū)τ趫D像和視頻顯示獲得三維效果。典型的顯示系統(tǒng)可以是用在各種各樣電子設(shè)備、電視機(jī)、廣告牌等中的屏幕。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將不難認(rèn)識(shí)到，多種修改和改變可以應(yīng)用到前文介紹的本發(fā)明的實(shí)施例而不脫離附帶的權(quán)利要求書(shū)中以及由權(quán)利要求或權(quán)利要求的結(jié)合所限定的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種包括像素陣列和電極排列的發(fā)光器件，其中，像素陣列包括第一組像素和第二組像素，第一組像素和第二組像素分別包括分別沿著第一預(yù)定軸和第二預(yù)定軸對(duì)齊的第一多個(gè)發(fā)光納米棒和第二多個(gè)發(fā)光納米棒，第一預(yù)定軸和第二預(yù)定軸基本上彼此垂直，并且所述陣列的像素與所述電極排列的多個(gè)電極元件相關(guān)聯(lián)，從而通過(guò)可控地施加電場(chǎng)，使得能夠與所述像素陣列的一個(gè)或多個(gè)其他像素獨(dú)立地進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)像素的發(fā)光的調(diào)制，所述發(fā)光器件因此被配置為并用作有源像素發(fā)光器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中，響應(yīng)于第二預(yù)定波長(zhǎng)范圍的泵浦輻射，所述發(fā)光納米棒發(fā)出第一預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的器件，其中，所述第一組像素和所述第二組像素的對(duì)齊的發(fā)光納米棒分別發(fā)出兩種基本上正交偏振的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，所述發(fā)光納米棒發(fā)出偏振比高于1.5的光,其中偏振比被定義為以平行于和垂直于納米棒對(duì)齊的方向偏振的發(fā)出的光分量之間的強(qiáng)度比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的器件，其中，所述電極元件被配置為并用于向所述一個(gè)或多個(gè)像素施加電場(chǎng)，從而使來(lái)自所述一個(gè)或多個(gè)像素的光發(fā)射熄滅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，所述電極元件被配置為分別對(duì)于多個(gè)像素限定電極元件的多個(gè)專用對(duì)，從而使得能夠?qū)Ω鱾€(gè)像素進(jìn)行獨(dú)立的電場(chǎng)調(diào)制。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，所述第一波長(zhǎng)范圍包括可見(jiàn)光譜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，所述發(fā)光納米棒包括被配置為發(fā)出至少三個(gè)不同波長(zhǎng)的光的納米棒，發(fā)出不同波長(zhǎng)的光的納米棒與所述像素陣列的不同像素相關(guān)聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中一個(gè)或多個(gè)的器件，包括承載所述發(fā)光納米棒的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)被配置為使所述像素陣列能夠被暴露到泵浦輻射。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中一個(gè)或多個(gè)的器件，包括被配置為并用于向所述發(fā)光納米棒提供光泵浦輻射的光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中一個(gè)或多個(gè)的器件，包括位于所發(fā)出的光的光路中的圖案化的偏振濾光器，該圖案化的偏振濾光器被配置為改進(jìn)從所述兩組像素發(fā)出的光的偏振比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中一個(gè)或多個(gè)的器件，包括位于從所述發(fā)光納米棒發(fā)出的光的光路中的偏振旋轉(zhuǎn)器，該偏振旋轉(zhuǎn)器被配置為改變所發(fā)出的光的偏振從而產(chǎn)生圓偏振光。
13.根據(jù)權(quán)利要求3至12中一個(gè)或多個(gè)的器件，包括位于從所述發(fā)光納米棒發(fā)出的光的光路中的偏振旋轉(zhuǎn)器，該偏振旋轉(zhuǎn)器被配置為改變所發(fā)出的光的所述正交偏振以分別產(chǎn)生兩種相反圓偏振的光。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，所述電極排列和所述像素陣列被安排在共同的平面中。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14的器件，其中，與第一組像素和第二組像素的像素相關(guān)聯(lián)的電極元件被配置為分別沿著分別基本上平行于所述像素的納米棒的第一對(duì)齊軸和第二對(duì)齊軸的兩個(gè)軸施加電場(chǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至13中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，所述電極排列包括分別位于第一平面和第二平面內(nèi)的第一組電極元件和第二組電極元件，并且所述像素陣列位于所述第一平面與所述第二平面之間的平面中。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，納米棒被嵌入在對(duì)泵浦光和所發(fā)出的光光學(xué)透明的載體中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，納米棒被沉積在對(duì)泵浦光和所發(fā)出的光中的至少一者光學(xué)透明的基底載體上。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，納米棒由一種或多種半導(dǎo)體材料制成。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，納米棒具有縱橫比至少為2的縱長(zhǎng)的幾何形態(tài)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，納米棒具有核-殼結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中一個(gè)或多個(gè)的器件，其中，納米棒被配置為種子棒。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的器件，其中，種子納米棒中的種子具有球形或棒形幾何形態(tài)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中一個(gè)或多個(gè)的器件，被配置為并用于發(fā)出分別由第一多個(gè)發(fā)光納米棒和第二多個(gè)發(fā)光納米棒發(fā)出的光形成的不同的第一光學(xué)性質(zhì)和第二光學(xué)性質(zhì)的圖案化的光，從而使得能夠進(jìn)行第一不同圖像和第二不同圖像的同時(shí)成像。
25.一種有源像素顯示設(shè)備，包括泵浦光源；根據(jù)權(quán)利要求1至24中任何一個(gè)的發(fā)光器件，被安排為使得納米棒被暴露到泵浦光；以及控制單元，被配置為操作電極排列以控制向所述像素陣列中選定的一個(gè)或多個(gè)像素施加電場(chǎng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的顯示設(shè)備，其中，控制單元用于使得向第一組的像素和第二組的像素中的一個(gè)或多個(gè)選擇性地施加電場(chǎng)，從而使得能夠進(jìn)行兩個(gè)獨(dú)立圖像的同時(shí)顯示。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26的顯示設(shè)備，被配置為對(duì)圖像流的顯示實(shí)現(xiàn)三維效果。
【文檔編號(hào)】G02B27/26GK104321689SQ201280073035
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月9日
【發(fā)明者】V·希拉里尤斯, N·維思科, U·巴尼, H·阿貝爾 申請(qǐng)人:默克專利股份有限公司, 耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)伊森姆研究發(fā)展公司, 瓊光納米技術(shù)有限公司