CN102317835A - 辐射发射元件以及提供该辐射发射元件的方法 - Google Patents

Abstract

一种辐射发射元件，包括：辐射透射元件，具有第一折射率、第一表面、相对的第二表面；辐射发射器，适合于将预定波长的辐射发射到辐射透射元件中；以及多个辐射控制元件，其中，每个辐射控制元件包括：-第一液体，具有第二折射率，-第二流体，具有低于第二折射率的第三折射率，第二折射率与第三折射率相比更接近第一折射率，-用于在两种模式之间改变第一液体形状的改变装置，其中：在第一模式中，第一液体在第一表面部分处与第一表面接触，在第一表面部分处，第一液体与第二流体之间的界面并不平行于第一表面部分；以及在第二模式中，在第一表面部分处，第二流体的表面至少实质上平行于第一表面部分的形状。其中，第一液体在预定波长下具有至少10％的透射率。

Description

辐射发射元件以及提供该辐射发射元件的方法

本发明涉及照明或显示技术的改进，具体涉及一种竞争电湿润光门，其中通过电场使油或其他粘性液体在两个位置之间移动，从而影响所述油或其他粘性液体中的光程。这可以用于提供基于电场的光门开启和关闭。

在第一方面中，本发明涉及一种辐射发射元件，包括：辐射透射元件，具有第一折射率、第一表面、相对的第二表面；辐射发射器，适合于将预定波长的辐射发射到辐射透射元件中；以及多个辐射控制元件，其中，每个辐射控制元件包括：

-第一液体，具有第二折射率，

-第二流体，具有低于第二折射率的第三折射率，第二折射率与第三折射率相比更接近第一折射率，

-用于在两种模式之间改变第一液体形状的改变装置，其中：

○在第一模式中，第一液体在第一表面部分处与第一表面接触，在第一表面部分处，第一液体与第二流体之间的界面并不平行于第一表面部分；以及

○在第二模式中，在第一表面部分处，第二流体的表面至少实质上平行于第一表面部分的形状。

其中，第一液体在预定波长下具有至少10％的透射率。

在这种情况下，辐射发射元件是一种适合于以受控方式发射辐射的元件。如从光源、灯等已知的，控制辐射的一种方式是根据时间、强度变化、波长或其组合来进行调制。备选或附加地，例如当提供其中可以控制单独较小区域(例如，像素)的显示器时，调制可以在表面上。

在这种情况下，辐射透射元件至少在预定波长下是透射的，使得辐射可以在透射元件中传播。自然，辐射透射元件可以在波长区间内的所有波长下具有足够大的透射率(优选地，大于20％，例如，30％或更大，优选地，40％或更大，例如50％或更大，优选地，60％或更大，例如70％或更大，优选地，80％或更大，例如90％或更大)，尤其是在辐射发射器在多于一个波长下发射辐射的情况下。同样，如果辐射器也在非期望的波长下发射辐射，则透射元件可以在该波长下具备较低的透射率，以便去除该不期望的波长辐射。

透射元件具有第一折射率、第一表面和相对的第二表面。如果与透射元件的表面接触的元件具有足够低的折射率，则透射元件适合于通过全内反射(TIR，Total Internal Reflection)至少在该透射元件的一部分上传送来自发射器的辐射。在这种情况下，应当注意到，透射元件可以包括具有不同折射率的多个部分或层。通常，这样的层彼此固定。同样，较低折射层可以固定至透射元件，以便于产品的组装，以及以便于确保层之间的最优接触，从而使该界面处的不期望光子损耗最小化。

透射元件可以具有任何期望的尺寸：当多个辐射控制元件操作于将辐射从透射元件中耦合输出时，透射元件的总限度限定了根据所述多个辐射控制元件从中输出辐射的表面。可以基于产生参数选择透射元件的厚度，以易于将辐射发射到透射元件等中。当通过TIR传送辐射时，宽度加倍会使光子作用在TIR表面上的位置之间距离加倍。为此，期望具有纤细的透射元件。

也可以基于在期望的波长(或波长区间)下期望的透射率以及生产参数、强度、可用性、价格等来选择透射元件的材料。在本文中，辐射发射器是一种适合于发射期望波长的辐射或者具有期望波长区间的辐射。这种元件可以是辐射发生器，例如，LED、OLED、白炽灯等，或者可以是将另一波长的辐射转换成期望波长(区间)的辐射的元件，例如，荧光材料。来自发射器的辐射以任何适合的方式发射到透射元件中。优选地，执行这种发射，使得可以在透射元件中，在支持TIR传送的角度内，尽可能多地发射辐射。

应当注意，发射到透射元件中的辐射不需要在可见波长区间内。如下文进一步详细描述的，可以使用非可见波长的辐射，并且在从辐射控制装置发射非可见波长的辐射之后对所述非可见波长的辐射进行转换。

优选地，第一液体的折射率与第二流体的折射率之间的差值足够大，以至于液体与流体之间的界面可以重定向辐射。优选地，第二折射率接近(例如，尽可能接近)第一折射率，使得第一液体与透射元件之间的界面不重定向过多的辐射量，而是让辐射传播到第一液体中，以取而代之地通过第一液体与第二流体之间的界面来重定向辐射。因此，可以优选的是，考虑到可用且适合的材料的参数，第三折射率尽可能小。因此改变该界面的形状允许改变在第一表面部分的位置处对辐射的重定向。

在这种情况下，透射元件的折射率应当是第一表面处的折射率，这是由于感兴趣部分是辐射与该界面的相互作用。

自然地，由于主要兴趣在于第一液体与第二流体之间的界面，因此第二流体可以是液体或气体，只要折射率是适合的。提供液体具有特定的优点，但是也可以使用诸如环境空气之类的气体。

在这一点上，根据改变装置的操作模式，第一液体可以是任何类型的液体。在一种情况下，液体可以是有磁性的，使得第一液体的移动可以通过磁力来进行。

优选地，改变装置通过提供电场来操作，其中第一液体和第二流体中的一个比另一个的极性大。向液体/流体提供电场会改变液体/流体的表面特性，可以通过提供与液体/流体接触的较高亲和力表面来利用这一点。液体/流体和较高亲和力表面可以被选择为使得：在所提供的电场处，流体对较高亲和表面的亲和力比没有该场的情况下的大，其中当不提供该场时，液体对较高亲和力表面的亲和力比流体对较高亲和力表面的亲和力大。然后可以在第一表面部分处提供这种较高亲和力表面，从而提供或去除电场会改变第一表面部分处的液体/流体界面。

备选地，可以邻近第一表面部分提供较高亲和力表面，这是由于当电场开启/关闭时，在该位置也可以改变流体/液体界面。

在具体情况中，流体是具有低极性的油，并且流体是基于水的，具有更大极性。较高亲和力表面是疏水表面，并且在该实施例中，在不提供电场的情况下，油对于疏水表面更具亲和力(或排斥力更小)，但是电场会改变基于水的流体的表面特性，使得基于水的流体对疏水表面更具亲和力。因此，在提供电场时，基于水的流体会将油从疏水表面推开。

作为备选方案，可以使用油对其具有较大或极小亲和力的表面(所谓的疏油(oilophobic)表面)，这样可以使用油作为驱动来实现相同类型的操作，从而流体/液体可以用其他材料来代替。

此外，可以通过以下操作来封装或容纳油/基于水的流体：在围绕油/基于水的流体、第一表面部分以及任何覆盖元件(进一步参见下文)的封闭环中，提供基于水的流体对其具有高亲和力的亲水材料，这将确保油不会泄漏。

在第二模式中，在第一表面部分处，第二流体的表面至少实质上平行于第一表面部分的形状。因此，通过TIR在透射元件中传播的辐射仍在该透射元件中传播，这是由于如果第一液体存在于第一表面部分中则辐射会移到透射元件外部，并且被第一液体与第二流体之间的界面重定向。如果在第一表面部分中不存在液体，则流体与透射元件之间的界面会重定向辐射。在这两种情况下，辐射会被至少实质上平行于第一表面的界面重定向，从而保持辐射的TIR传播。

在这种情况下，“平行”和“非平行”意味着界面的任何部分与第一表面部分的任何部分之间的角度差。在这一点上，甚至极小的角度差就可以耦合输出辐射，这是因为以TIR角度或者非常接近TIR角度传播的辐射要被耦合输出仅需非常小的角度校正，而更小角度的辐射需要附加校正，但最终也会在TIR角以上冲击(impinge)。应当注意，如果在透射元件内使用TIR来理想地传送辐射，则始终仅在第一表面区域处耦合输出辐射。在这种情况下，“非平行”意味着界面的任何部分(在与第一表面部分的投影相对应的区域内，且在第一表面部分的平面上)与第一表面部分之间的角度差是1°或更大(例如，2°或更大，优选地5°或更大，例如10°或更大)。根据改变装置可以获得更大的角度。在第一种模式中，相反地，辐射传播到第一液体中，并且与流体和液体之间的界面相互作用，该界面并不平行于第一表面部分，从而辐射被定向为除了各个单独光子到达的角度以外的另一角度。因此，可以将辐射定向为透射元件中TIR并不支持的角度，从而从透射元件中发射重定向的辐射。因此，第一表面部分是局部区域，在该局部区域中，在透射元件中通过TIR先前传送的辐射可以具备不同角度，这使得在通过界面的动作将辐射重新引入到透射元件中时，辐射能够从透射元件泄漏。为多个辐射控制元件(例如，辐射发射元件的所有辐射提供元件)提供相同液体，第一液体具有至少10％的透射率，从而提供了一种非常通用的发射元件，该非常通用的发射元件容易制造，并且可以用于照明用途以及显示。

应当注意，期望第一液体尽可能多地透射辐射。因此，期望20％的透射率或更大透射率，例如30％或更大，优选地40％或更大，例如50％或更大，优选地60％或更大，例如70％或更大，优选地80％或更大，例如90％或更大。同样，在辐射发射器发射期望波长的预定波长区间内的辐射的情况下，优选的是，波长区间上第一液体的吸收尽可能均匀。因此，期望区间上吸收的差异不大于20％，例如不大于20％，优选地不大于5％。

在一个实施例中，辐射控制元件中的至少一个包括覆盖元件，覆盖元件具有低于第一折射率的第四折射率，与第一表面相邻，并且位于与第一表面部分相邻的位置处，所述至少一个辐射控制元件的改变装置适合于在第二模式中，将第一液体的至少一部分移至与覆盖元件交叠的位置。

在这种情况下，第四折射率优选地足够低，以支持透射元件中辐射的任何TIR传送。因此，在将液体移至与覆盖元件交叠的位置时，该液体不再影响辐射的传送。在一个实施例中，如同样在下文中进一步描述的，将至少实质上多有液体移至与覆盖元件交叠的位置，在第一表面部分处不存在液体，并且通过流体与透射元件之间的界面来执行重定向。

由于辐射在第一模式中可以传播至覆盖元件的对侧(与透射元件相对)，因此覆盖元件对于辐射是透射的，以允许该辐射传播回至透射元件。事实上，覆盖元件可以具备结构或折射率改变，这用于将辐射定向至跨过透射元件更多的方向，以进一步增强对辐射的耦合输出。

通常，有多种方式可以提供使用本发明的显示器或光源。

在一个方式中，辐射发射器包括：多个辐射发射器；以及控制装置，适合于控制各个单独辐射发射器在时间上顺序地将辐射发射到辐射透射元件中。这样，可以在时间上顺序地将不同颜色(例如，在普通TV或监控器中使用的颜色)的可见光发射到透射元件中。这样，优选地，辐射发射元件还包括一种控制器，该控制器与用于控制辐射发射器的控制装置相配合地来控制辐射控制元件的改变装置。因此，当辐射控制元件(已知显示器表面上这些元件的位置)的开启/关闭与向该辐射控制元件中发射的可见辐射的不同颜色的定时相一致时，显示器可以提供任何期望图像。

作为备选方式，辐射发射元件还可以包括多个辐射转换装置，每个辐射转换装置适合于接收从一个或多个辐射控制元件的发射的辐射，并将接收的辐射转换成具有与预定波长不同的一个或多个波长的辐射。

因此，发射到透射元件中的辐射可以始终都相同(相同的波长或波长区间)，转换装置可以在各个单独位置处提供各个单独的期望颜色。在这种情况下应注意，发射到透射元件中的辐射不需要是可见的。事实上，将UV辐射或近UV辐射发射到透射元件有许多优点。

在一种情况下，在不同位置处的转换装置不同，这与CRT上的荧光点几乎一样，从而每个辐射控制元件可以控制向着一个点发射的辐射，并从而控制在该位置处提供的具有特定颜色的可见光的量。

在另一种情况下，辐射转换装置适合于将发射且接收到的辐射转换成至少实质上的白光。在这种情况下，提供白光源，白光源在辐射控制元件的不同位置处具有可控的白光强度。这种白光源可以在其包括用于以下操作的装置时而得到进一步增强：确定辐射发射器所发射的辐射的波长，基于所确定的波长来选择一个或多个辐射转换装置，以及相应地控制改变装置。这涉及到以下事实：许多普通辐射元件以某种方式老化，使得这些辐射元件的强度和波长或波长区间发生改变。在这种情况下，转换装置的波长输出与吸收光谱之间的交叠变得不那么有效。这样，可以使用分别以给定波长(区间)为目标的不同转换装置，使得在时间上选择不同转换装置，以便优化所发射的辐射的参数与吸收参数之间的交叠，从而优化所发射的白光的强度。

不同的转换装置均适合于将接收到的辐射转换成白光，白光通常是荧光团的混合。对于不同的入射波长或波长区间可以优化不同的混合。

白光源的另一种使用是作为所谓的背光，其中，辐射发射元件还可以包括颜色选择装置，该颜色选择装置适合于接收来自转换装置的转换辐射，并且从转换辐射中去除预定波长的辐射或预定波长区间内的辐射。特别令人感兴趣的实施例是通过滤色器发射转换辐射的实施例，滤色器再次使得每个区域(如，由每个辐射控制元件照亮的区域)可控，以具有给定颜色，给定颜色是该区域处的滤色器的颜色。公知的滤色器阵列是例如使用在摄像机中的所谓拜耳滤波器。

附加地，辐射发射元件还可以具备包括多个强度控制元件的显示元件，每个强度控制元件适合于接收来自转换和/或选择装置的辐射，并且以预定强度输出接收到的辐射。在一种情况下，这可以是LC元件阵列，每个LC元件位于转换装置和/或辐射控制装置前方，辐射控制装置从而用于控制可见辐射输出的强度。获得这种类型显示器的一种方式是为每一个或多个辐射控制元件和/或每个转换装置提供一个LC元件。然后，LC元件控制转换装置/控制装置所提供的光的强度。或者，仅转换装置和/或控制元件用于发射一个颜色或一个颜色集合，从而在其他时间点输出其他颜色或颜色集合，或者转换装置/控制元件同时发射不同颜色。一个具体令人感兴趣的实施例是辐射发射元件还包括背衬元件(backingelement)，背衬元件沿着第一表面延伸，并且限定了放置第一液体和第二流体的空间，该空间还可以由沿着围绕辐射控制元件的闭合曲线在第一表面与背衬元件之间延伸的粘性液体来限定。

在这种情况下，液体和流体被封闭在透射元件、背衬元件以及粘性液体之间的空间中。因此，可以防止或者至少实质上降低流体/液体的蒸发或泄漏。

事实上，上述具有以下优点：粘性液体可以与第一液体相同，从而更便于制造。自然，可以使用不同的液体，尽管这需要测液体的剂量，而不是例如简单地倾倒在表面上。

在以下情况下可以看出这一点：背衬元件或透射元件具备多个预定区域，每个辐射控制元件至少一个预定区域，液体对该预定区域的表面的亲和力比对该预定区域周围的区域的亲和力大。此外，闭合的曲线具备类似材料。此外，闭合曲线具备比任何预定区域的最小尺寸大的宽度。在这种情况下，可以简单地将液体倾倒在表面上，从而液体的液滴会“粘”到预定区域上，并且覆盖闭合曲线。由于尺寸要求，与预定区域相比，液体沿着闭合曲线的高度更高。可以通过对液体施加力(例如，重力)(通过倾斜元件)，或者通过旋转/移动元件，来控制该高度。这种力然后使液体下降，减小各个单独液滴的高度，而不会实质上改变相对高度差。

然后，两个元件中具有液体液滴的元件(透射元件或背衬元件)可以与另一元件相组合，使得较高闭合曲线触及另一元件，从而密封内部“腔室”，而不会使较低液滴触及两个元件中的另一个。因此，较小的液滴能够根据改变装置的需要而移动，而闭合曲线密封空间。

自然，可以提供其他间隔元件，例如，闭合曲线内的较大区域。在闭合曲线内提供较大区域(同样提供更高亲和力材料的较大区域)会向该区域提供较高液滴，较高液滴也可以在组装之后接触两个元件中的另一个。在组装之前，可以为该较高液滴提供固态间隔元件(例如球或小球)，固态间隔元件具有与要保持的期望空间相对应的高度/直径。这种球或小球一旦在液体中提供就会保持在液体中，即使在组装之前的处理期间也如此，这是由于液体的表面张力。由于预定区域和闭合曲线的液体的总高度与预定区域和闭合曲线的最小尺寸相关的事实，因此这些尺寸适合于期望高度。同样，各个单独区域和围绕这些区域的区域的特性对所获得的高度有影响。这对于本领域技术人员而言是基本知识。

在液体/流体之一是水或基于水的情况下，这些高亲和力表面中的优选表面是亲水的，并且高亲和力表面之间的区域是较不亲水的。在另一种情况下，液体/流体之一可以是油，其中高亲和力表面同样可以比其他区域更不疏油(更亲油)，以便在期望位置束缚油。

清楚的是，对于改变装置的较大变型是可用的。在一种情况下，至少一个辐射控制元件的改变装置适合于在第一模式中将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式中将至少所有第一液体从第一表面部分移开。这样，在第一表面部分中不存在液体，并且辐射的重定向由透射元件与液体之间的界面来处理。通常，改变装置可以适合于便于从第一模式到第二模式的改变和从第二模式到第一模式的改变，或者从一个模式到另一个模式改变可以是“自动的”。

在第一种情况下，在两个“方向”上对液体和/或流体施加力需要更大的功耗，而这可以提供更快的总体操作。

在第二种情况下，如果流体或液体例如是水，则例如可以获得从一种模式到另一种模式的自动移动，改变装置可以包括作用于水的疏水表面，如果该力不会被更大的力抵消，则该表面将水驱动到给定位置。在一个实施例中，至少一个辐射控制元件是双稳态的，使得优选地在两个方向上第一与第二模式之间的改变需要通过改变装置来馈送电信号，并且在不提供电信号的情况下，保持第一模式和第二模式中的每一个。

在这一点上，可以以许多方式来提供防止液体从一种模式改变到另一种模式的元件或力。在一种方式下，至少一个辐射控制元件的改变装置适合于在第一模式下将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式下将至少所有第一液体移至第二区域或位置，第二区域或位置与第一表面部分不交叠，所述至少一个辐射控制元件还包括置于第一表面部分与第二区域/位置之间的分离元件，该分离元件适合于当没有馈送电信号时防止第一液体移至第一表面部分和第二区域/位置中的另一个。获得上述的一种方式是提供流体或液体作为水或含水液体，并且提供分离元件作为亲水表面。因此，当在一种模式中提供液体时，液体可以在这种模式中由亲水表面来容纳，直到为液体提供允许液体克服亲水表面所提供的保持力的附加力为止。

在另一种方式中，第一流体是偶极液体，第二流体是极性比所述偶极液体的极性小的流体，其中，改变装置包括适合于提供电磁场的一个或多个电极，电磁场适合于移动液体，改变装置的一个电极位于与第一表面区域相邻的位置，其中在第一模式下，液体在所述一个电极的表面上延伸。

如果在所述一个电极上提供较高亲水表面，并且如果提供液体/流体组合，组合中的一个在没有提供预定场强的情况下对表面具有更高亲和力，组合中的另一个在提供场强的情况下对表面具有更高亲和力，则可以提供两种模式。在这一点上，较高亲和力表面可以在第一表面部分处或者邻近第一表面部分。

然而，当提供电场时，该电场会因较低极性流体的存在而被衰减。因此，提供预定场强不足以便于模式改变。

那么，提供较高场强能够改变液体/流体的亲和力，从而使流体在所述一个电极上。随后，预定场强足以保持该模式。返回前一模式需要去除预定场强，或者至少提供较低场强。

因此，可以采用或提供预定场强作为恒定参数，并且促进了改变的参数是场强的加或减；例如限定场强的电压的加或减。

在优选实施例中，第一液体是油，第二流体是基于水的液体，其中，当提供电场时，与油相比，由于极性较高，基于水的液体的表面特性变化更大，如上详细描述。被覆盖的电极则具备更高亲和力表面，在提供预定场的情况下，基于水的液体对该更高亲和力表面具有亲和力，在没有场的情况下，油对该更高亲和力表面具有更大亲和力。

自然，任何上述实施例可以具备附加元件，例如，用于控制各个单独元件(例如，辐射发射的协同操作)的不同控制器，辐射控制元件、任何LC元件、任何传感器等。

同样，从辐射发射元件、辐射控制元件、任何转换装置和/或任何LC或其他控制装置发射的辐射可以通过附加光学元件来发射，附加光学元件用于向着单个位置(单个用户)或更宽范围定向该光或辐射，使得其他用户也可以观看到内容。备选地，可以在不同的控制装置/转换装置/LC或其他控制元件前面提过不同的光学元件，其中，单独控制元件/转换装置/LC或其他控制元件的选择不仅可以选择强度/颜色，而且可以选择期望的光学效果。

本发明的第二方面涉及一种操作辐射发射元件的方法，所述辐射发射元件包括：辐射透射元件，具有第一折射率、第一表面、相对的第二表面；辐射发射器，适合于将预定波长的辐射发射到辐射透射元件中；以及多个辐射控制元件，其中，每个辐射控制元件包括：

-第一液体，具有第二折射率，以及在预定波长下具有至少10％的透射率，

-第二流体，具有低于第二折射率的第三折射率，第二折射率与第三折射率相比更接近第一折射率，

所述方法包括：辐射发射器将辐射发射到辐射透射元件中，同时在两种模式之间改变第一液体的形状，其中：

○在第一模式中，第一液体在第一表面部分处与第一表面接触，在第一表面部分处，第一液体与第二流体之间的界面并不平行于第一表面部分；以及

○在第二模式中，在第一表面部分处，第二流体的表面至少实质上平行于第一表面部分的形状。

与本发明的第一方面有关的多数限定和描述同样与本发明的第二方面有关。

因此，在一个实施例中，至少一个辐射控制元件包括覆盖元件，覆盖元件具有低于第一折射率的第四折射率，与第一表面相邻，并且位于与第一表面部分相邻的位置处，改变步骤包括：当改变至第二模式时，所述至少一个辐射控制元件将第一液体的至少一部分移至与覆盖元件交叠的位置。因此，该覆盖元件可以用于使液体呈现为在第二模式下不可操作，该覆盖元件可以对于辐射是透射的，并且可以具有辅助辐射的耦合输出的结构。

在另一实施例中，发射步骤包括：多个辐射发射器在时间上顺序地将辐射发射到辐射透射元件中。这样，可以一次一个地将期望的可见颜色发射到透射元件中，当改变步骤包括与辐射发射器的顺序一致地改变时，辐射控制元件确保发射期望的颜色。

在另一实施例中，该方法还包括步骤：多个辐射转换装置中的每一个接收从一个或多个辐射控制元件发射的辐射，并且将该辐射转换成具有与预定波长不同的一个或多个波长的辐射。然后，转换步骤包括将发射且接收到的辐射转换成至少实质上的白光。在那种情况下，该方法还包括以下步骤：确定辐射发射器所发射的辐射的波长，基于确定的波长来选择一个或多个辐射转换装置，以及改变各个单独辐射转换装置。

附加地或备选地，该方法还可以包括步骤：颜色选择装置接收来自转换装置的转换后的辐射，以及从转换后的辐射中去除预定波长的辐射或预定波长区间内的辐射。

附加地或备选地，该方法还可以包括步骤：显示元件包括多个强度控制元件，每个强度控制元件接收来自转换和/或选择步骤的辐射，并且以预定强度输出接收到的辐射。

在一个实施例中，在至少一个辐射控制元件中，改变步骤包括：在第一模式中将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式中将至少所有第一液体从第一表面部分移开。

在另一实施例中，至少一个辐射控制元件是双稳态的，使得改变步骤包括通过改变装置来馈送电信号，并且在不提供电信号的情况下，保持第一模式和第二模式中的每一个。

在一种情况下，在至少一个辐射控制元件中，改变步骤包括：在第一模式下将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式下将至少所有第一液体移至第二区域或位置，第二区域或位置与第一表面部分不交叠，所述至少一个辐射控制元件还包括置于第一表面部分与第二区域/位置之间的分离元件，该分离元件当没有馈送电信号时防止第一液体移至第一表面部分和第二区域/位置中的另一个。

在另一种情况下，第一流体是偶极液体，第二流体是极性比所述偶极液体的极性小的流体，其中，改变步骤包括使用一个或多个电极提供电磁场，以移动液体，其中一个电极位于与第一表面区域相邻的位置，其中在第一模式下，液体在所述一个电极的表面上延伸。

如上所述，优选地，第一流体是基于水的液体，第二流体是油，第一表面部分对于水和油分别具备较高亲和力表面。

如关于第一表面所描述的，可以根据元件的使用和任何观看者的位置，提供或要求不同的光学后处理或操作。

本发明的第三方面涉及一种组装辐射发射元件的方法，该方法包括：

-提供具有第一表面和相对的第二表面的辐射透射元件，

-在第一表面上提供第一组较高亲和力表面区域，

-在第一表面上提供较高亲和力材料的闭合曲线，闭合表面围绕第一组较高亲和力表面区域，

-在第一表面上提供对较高亲和力表面区域和较高亲和力材料具有高亲和力的液体，以及

-提供背衬元件，并且对背衬元件进行定位，以接触闭合曲线的液体，而不接触第一组较高亲和力表面区域的液体，

其中，在闭合曲线上提供的液体比在第一组表面区域上提供的液体从第一表面延伸的更远。

自然，辐射发射元件可以是第一方面的辐射发射元件，其中，存在的液体可以是第一方面元件的第一液体或第二流体。

在该方面中，第一方面的透射元件的所有参数和操作相对于本发明的第三方面是同样有效的。

自然，高亲和力表面区域和高亲和力材料对应于所讨论的液体。高亲和力是指：与第一表面的其他部分相比，液体期望将其自身附着或沉积在材料/表面区域上。那么，高亲和力区域/材料取决于使用的液体。如果使用水，则可以使用亲水材料，而如果使用油，则亲油材料是优选的。

在这种情况下，该亲和力材料和高亲和力表面区域可以是相同或不同材料的。

自然，由于液滴或曲线的高度取决于液体的亲和力和材料的尺寸，因此，因材料的不同和/或尺寸的不同，可以使用不同的液体。

因此，如果适当地选择液体和/或材料，则实际上可以利用较窄宽度来获得较高的闭合曲线高度。

应当注意，较高亲和力是相对于第一表面的其他区域而言的，例如术语“亲水”可以与表面上水滴的接触角的宽间隔有关。

在这种情况下，提供第一组较高亲和力表面区域。在第一方面的上下文中，每个这样的表面区域可以对应于辐射控制元件。

自然，闭合曲线可以具有任何形状，例如，正方形、圆形、椭圆形、星形、三角形或任何形状。

如果在仅闭合曲线处的层接触两个元件的情况下停止组装，由于液体高度的不同，组装之后，闭合曲线的液体可以跨越和封闭剩余液体部分。

应当注意，本技术利用位于背衬元件上的该亲和力区域/材料同样工作良好。

当闭合曲线具有(例如，在第一表面平面中)比第一组较高亲和力表面区域中的任何较高亲和力表面区域的最小尺寸都大的最小宽度时，即使使用相同高度的亲和力材料，所获得的沉积在闭合曲线上的液体厚度也会更厚，从而较厚层先于较薄层接触背衬元件和第一元件中的另一个。

在一个实施例中，该方法还包括在闭合曲线内提供流体的步骤。该流体可以用于填充背衬元件、第一表面与闭合曲线之间的空间。这种填充可以在组装之前或之后执行。如果在组装之后执行，则可以通过闭合曲线对空心元件(例如，空心针)进行定位并且提供流体来执行。可选地，另一空心元件可以用于在提供流体期间同时去除例如环境空气。

在另一实施例中，该方法还包括：在第一表面上和在闭合曲线内提供第二组较高亲和力表面区域，第二组较高亲和力表面区域中的每个较高亲和力表面区域具有大于第一组较高亲和力表面区域的最小尺寸的最小尺寸。

此外，该方法还可以包括：在第一表面上和在闭合曲线内提供第二组较高亲和力表面区域，第二组较高亲和力表面区域中的每个较高亲和力表面区域具有大于第一组较高亲和力表面区域的最小尺寸的最小尺寸。备选地，可以使用另一流体或其他高亲和力材料，以确保液体高度高于第一组表面区域的高度。

该第二组较高亲和力表面区域可以用作在闭合曲线内提供的隔离元件。

在具体情况下，该方法还包括步骤：在提供液体之后，在第二组较高亲和力表面区域中的每一个较高亲和力表面区域处，提供距离限定元件，例如球。该元件由于液体的表面张力而保持在单独区域，并且可以用于提供更精确且更坚固的间隔元件。

在又一实施例中，该方法还包括：在提供液体的步骤之后，并且在提供背衬元件的步骤之前，对液体提供加速力的步骤。这样，可以降低曲线和第一/第二组较高亲和力表面区域处的液体厚度，而同时保持相对高度差，使得仍可以达到上述目的。

附图说明

在下文中，参照附图描述优选实施例，其中：

图1以侧截面图示出了电湿润光学器件，示出了顶视图，顶视图绘制了光门、流体隔离物、固体阻挡物和流体阻挡物的位置，并且示出了填充偶极流体同时通过管子排放气体。

图2示出了电极的多种不同布置。

图3示出了构成对光门寻址的不同方式的四种基本电极布置。

图4示出了关闭状态下在中心具有低n岛的实质上圆形的光门。

图5示出了开启状态下在中心具有低n岛的实质上圆形的光门。

图6示出了关闭状态下的推送&涌入光门。

图7示出了开启状态下的推送&涌入光门。

图8示出了关闭状态下的双稳态推送&涌入光门。

图9示出了开启状态下的双稳态推送&涌入光门。

图10示出了关闭状态下的推送&推送光门。

图11示出了开启状态下的推送&推送光门。

图12示出了关闭状态下的推送&推送二元光门。

图13示出了开启状态下的推送&推送二元光门。

图13.1示出了(a)开启状态下和(b)关闭状态下的推送&推送二元光门。

图14示出了关闭状态下的环形光门。

图15示出了开启状态下的环形光门。

图16示出了关闭状态下具有导电隔离点的光门。

图17示出了开启状态下具有导电隔离点的光门。

图18示出了具有可用于制造光门的特征的纳米压印。

图19示出了适用于对从波导提取的光进行调制的多个不同层。

图20a示出了关闭和开启状态下具有反向微滴的光门，图20b示出了(a)开启和(b)关闭状态下具有反向微滴的光门。

图21示出了照明单元。

图21.1示出了照明单元波导。

图21.2示出了照明单元隔离层。

图21.3示出了照明单元顶面。

图21.4示出了照明单元阻挡层。

图21.5示出了照明单元保护上表面。

图21.6示出了照明单元保护下表面。

图22示出了以流体的拓扑悬浮为基础的反向光门。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的电湿润光学器件的基本配置。波导10和下衬底42通过固体蒸发阻挡物90结合。在所产生的腔体中，流体蒸发阻挡物91包含偶极流体30，流体蒸发阻挡物91由光门94中使用的相同的较小极性液体35构成。偶极流体30通常是水，而水是很难容纳的。固体蒸发阻挡物90在使用聚合物的情况下会留下使水蒸气可以泄漏的小裂缝，用于附着下衬底42与波导10的胶体也能够形成使水可以泄漏的小沟道。可以建立内部具有流体蒸发阻挡物91的尺寸不稳定但高度不透水的阻挡物。通过以下方式来产生电湿润光学器件：控制波导10和下衬底42的表面能量，使得亲油区域的图案被疏油区域包围。然后在波导10上旋转涂覆较低极性液体35，这在亲油区域上沉积限定量的较低极性液体35。可以通过具有低n的低n包层5，将并非光门孔径96一部分的亲油区域与波导10内捕获的辐射光学去耦合。由于较低极性液体35的表面张力，在形成微滴之后会以相同角度斗争，从而在较大亲油表面上形成微滴变得略微高于在较小区域上形成的微滴。在一些情况下，较低极性液体35隔离物可以具有聚合物，或者是具有类似表面能量的玻璃球隔离物，从而确保其完全被较低极性液体35覆盖。在将波导10与下衬底42组装在一起时，在波导10处形成的较大微滴将连接在两个极板之间。在围绕亲油区域的区域中，不可以组装较低极性液体35，因此围绕亲油区域的区域用于将固体蒸发阻挡物90安全地粘合在适当位置。对于较低极性液体35的要求是高透明度、低扩散以及低UV光致发光。经由固体蒸发阻挡物90中准备好的沟道以及经由流体蒸发阻挡物91的中间沟道，通过流体泵92来向电湿润光学器件提供偶极流体30。假如连接流体管93以允许所容纳的气体泄漏，毛细力将吸入偶极液体30。可以通过以下方式来加速该过程：在低压环境下进行上该过程，使得在电湿润光学器件内容纳最少量的气体。当填充完成时，去除流体泵92和流体管93，并且流体蒸发阻挡物90会密封沟道。

抵制蒸发的一种方式是在电湿润光学器件中再装满水，流体泵90固定不动并且保持压力，使得电湿润光学器件内的流体压力保持恒定。备选地，可以通过向偶极液体30提供盐或糖，使电湿润光学器件具备渗透梯度。为了防止偶极液体30通过连接泄漏，可以使用水通道(aquaporin)滤器，所述水通道滤器类似于在所有活体的细胞中发现的滤器。作为外部储液器的备选，可以附着基于纳米结构的露水收集器设计，使得电湿润光学器件能够自己再装满水分，所述露水收集器设计类似于沙漠植物的表面设计。

一种抵制与液体中捕获的气体有关的问题的方式是总是在低压力室中处理液体。在一些情况下，液体内的气体产生气泡或腐蚀作用。

图2示出了多种不同的电极布置。

在图2a中，在相同高度彼此相对的两个充电电极形成具有外电极和内电极的环面。在对侧上放置选择器电极24。疏油钝化区域62用于以光学和机械方式控制光门的一部分，使光门的一部分在光学上和机械上不活动，这是因为不存在较低极性流体35，从而不存在竞争电湿润，并且在不存在较低极性液体35的情况下，具有低n的偶极液体30保证疏油钝化区域不会与波导内通过TIR而捕获的辐射在光学上相互作用。疏油钝化区域62可用于避免光学边缘效应，同样可用于创建沟道，以用于较低极性液体35周围的湍流液体流移动。

在图2a中，疏油钝化区域62创建湍流出口(went)，并且避免不期望的光学边缘效应。环面形状创建了线，该线同时在光学上是全向的，除了疏油钝化区域62的效果以外。如果内部电极经由足够细的线通过外部电极连接，所述足够细的线以倾斜角穿过外部环电极，则能够创建环面，而不需要(疏油钝化区域62)。具有推送&推送电极配置的环面的优点在于，可以设计一种系统，使得在水平平面中不存在净流体移动。较低极性液体35在相同点处移动、扩展和收缩，环礁湖(lagoon)内偶极液体30正确地改变形式，而环礁(atoll)上容量的没有净移动。如果推送&涌入电极像实质上圆形或椭圆形一样卷起，则可以利用推送&涌入电极来实现相同的平稳移动，然而，这是以开关时间为代价的，因为亲油区域会增加和吸引更大量的较低极性流体。

在图2b中，两个梳状电极缠绕，以形成光门，并且疏油钝化区域62用于分离动态区域，其中由电湿润创建流体湍流。结果是光门实质上构成被布置为线性微型光门的子光门的线的设计。这种设计的目的在于，创建具有最小可能水平截面的光门，因为这使流体移动最小化，并因此使所消耗的能量和开关时间最小化。疏油钝化区域62也可用作控制孔径的填充因子(fill factor)的装置，孔径将光从波导耦合输出，从而提高特定区域中的光提取效率。

在图2c中，下部电极41按照锯齿状图案布置，锯齿状图案可以由选择器电极24来寻址。这里没有示出疏油钝化区域62，从而系统必须依赖于公共方向压力构造和释放。

在图2d中，下部电极41按照双螺旋布置。图中没有示出疏油钝化区域62，但是存在少数疏油钝化区域，以保证压力通风，压力通风会抵消湍流和局部压力构建的负效应。

附图中未示出，可行的是，创建电极位于被介电层分离的若干层中从而允许电极彼此交叉的光门。对于具有多个电极的设计使用交叉电极。光门的一般原理在于，能够用线(表示对准的孔径和围绕亲水区域的低n岛60)绘制的任何图，并且假设存在对要对准的上电极25和上电极226的访问，擦除器(疏油钝化区域62)也能够产生单个层。

透明电极是相关的，只要电极位于波导10与观看者(beholder)之间的光路中。作为透明电极的备选，可以在网格中采用的反射电极，因为网格中的开孔允许来自波导10的辐射达到观看者。适合于电极的多数透明材料(例如，ITO)提供高折射率，高折射率引起潜在的不期望菲涅耳反射，如果层厚到足以通过光作为高折射率材料，从而20-40nm的薄沉积层防止菲涅耳反射。

不在波导10与观看者之间的光路中的电极根据对象重复利用光子还是吸收电极来反射或吸收。对于所有电极而言，可行的是通过具有低n的低n包层5，以由低n包层5与相邻表面(例如波导10)之间的折射率形成的临界角以上的角度，减少这些电极与冲击辐射的光学相互作用，具有低n的低n包层5用作高效率TIR反射镜。这样电极限制对光的不期望吸收。

图3示出了四种基本电极布置，构成对光门进行寻址的不同方式。

在图3a中，推送&涌入行选择器70选择推送&涌入光门。列电极由驱动电路(未示出)来控制，使得系统是具有每光门两个电极的无源矩阵。

在图3b中，推送&推送选择器电极71选择推送&推送光门。每个光门三个电极的设计允许以不同方式驱动光门。无源矩阵通常受到串扰和增大的电磁干扰发射级别的影响。电湿润在正电场电势与负电场电势之间几乎完全对称。

在推送&推送设计中，每个光门具有三个电极，下衬底42之上的一个推送&推送接地选择器71，波导10之下的上电极25和上电极226。如何内像素内图案化电极(使其成为矩形、环面、岛、螺旋形等)在这方面不成问题，只要两个上电极中的每一个与选择器电极之间的电容是相同的(在每个像素内)。

根据将较低极性液体35推送到孔径96上还是低n岛60上，以0v或10v来驱动上电极25和上电极226，并且推送&推送接地选择器71在每次其选择类似于上电极之一的行时以10v来驱动，并且在不选择行时以类似于两个上电极的平均电荷的5v来驱动(也可以在选择行时以0v来驱动，重要的是在选择行时推送&推送接地选择器71与上电极25或上电极226之一匹配，并且在不选择行时推送&推送接地选择器71具有两个上电极的平均电荷)。这意味着光门在被更新时看到幅度与上电极25和上电极226中的每一个与推送&推送接地选择器71之间的电势差成比例的电场。

当没有选择行时，行电极是5V。这意味着每半个像素具有相同幅度的场强，但符号相反。推送&推送接地选择器71与两个上电极之间的电势差必须保持足够小，使得较低极性液体35能够涌出到围绕光门的边界亲水区域。如果电势差变得太大，则较低极性液体35会被上推到高接触角，但较低极性液体35会集中在侧面的中部，因为来自两边的推送是平衡的。然而，如果光门具有阻挡物63则后一种情况不为真，因为这导致在阻挡物63区域的一侧处的高接触角。

不管列电极如何切换，每个光门内变化的净平均为0，因此每个推送&推送接地选择器行71内变化的净平均为零，并且零是非选择行电极所经历的电容耦合噪声的净量。

在每个光门内，列电极的切换会将电容耦合电流引入推送&推送接地选择器行71，但是该电流保持在局部内光门，这是由于上电极25和上电极226的对称差分驱动。

此外，由于推送&推送接地选择器行71在没有被选择为更新光门时在中轨(5V)处是稳定的，所以可以有效地将推送&推送接地选择器行71驱动到该电压，使得非选择行形成低阻抗平面(用作RF屏蔽接地平面)，并且降低来自对电湿润光学器件的驱动的RF发射。

在图3c中，推送&涌入公共接地电极72始终开启，并且可以电连接至偶极液体30。列电极可由驱动电路(未示出)控制，从而系统是具有每个光门两个电极的无源矩阵，并且每个光门拉长列的整个长度。

在图3d中，推送&推送有源矩阵接地选择器电极73选择多个同时在整个电湿润光学器件上扩展的光门。

应当注意，能够利用列进行寻址并且使用行作为下电极41，以及波导10侧处电极的电势与下衬底42处电极的电势也是相反的。

图4示出了关闭状态下实质上圆形的光门，该光门的中心具有低n岛。

顶面1保护电湿润光学器件。波导10上方的低n包层5确保了波导10内的临界角。除了在孔径96中以外，电极之上图案中的低n包层5和低n岛60保持临界角。在低n岛60上方，存在耦合输出结构61，耦合输出结构61确保了从较低极性液体35侧冲击在低n岛60上的辐射会通过低n岛60。已经通过低n岛60的辐射不能通过TIR来捕获，这是因为低n岛60的低n阻止在波导10与低n包层5之间形成的临界角以上的辐射进入。来自光源20的辐射以大于波导10与低n包层5之间的临界角的角度进入到波导中。光束15冲击在低n岛60上，并且通过TIR被连续捕获。光束15冲击到孔径上之后，偶极液体30将提供足够低n，以与低n包层5匹配，使得辐射在波导内继续TIR反射。在附图中，上电极25位于介电层3下方，并且不覆盖孔径96。如果已经采用了透明上电极或反射网格上电极25，则上电极25能够覆盖一些或整个孔径96区域。通过在吸收电极43和上电极25上施加电荷，将低n岛60上的极性液体35压起来，这是因为当所施加的电池改变水分子的极性时，偶极液体30显现出对疏水表面的亲和力。竞争电湿润的主要原理在于，偶极液体30推开较低极性液体并且以高接触角上推。下衬底42支撑吸收电极43电路。

图5示出了开启状态下中心具有低n岛的实质上圆形的光门。

光束15冲击在孔径96上并且进入较低极性液体35中，这是因为在波导10与较低极性液体35之间存在折射率匹配。光束15在较低极性液体35与偶极液体30之间形成的TIR反射镜上被反射，并且继续朝向低n岛60的下侧，其中耦合输出结构61将临界角以下的光束15发送到波导10中。

波导10的一般原理是一种确保光子再利用的设计。光子再利用由波导10上侧的低n包层5来实现，波导10上侧的低n包层5的折射率可以比波导10下侧的低n包层5的折射率低，使得波导10上侧的临界角低于波导10下侧的临界角。临界角的这种差异会导致波导10内临界角以下的偏转辐射向下离开波导10。诸如聚合物或薄玻璃之类的柔性材料可用于波导10，并且与上侧的具有较低折射率的低n包层5布置一起，实现了具有柔性波导10的电湿润光学器件。波导10可以由在要使用的波长下具有高透射率特征的材料制成。波导10的上表面和下表面是重要的，这是因为任何表面不理想将导致偏转，累积的偏转会导致通过TIR而捕获的光降到临界角以下，从而离开波导10。波导10也必须没有扩散，扩散会使辐射达到临界角以下。波导10的边缘切割成精确的90度，并且所有边缘必须是理想平面，以便反射冲击的辐射，而不会使冲击角在临界角以下。波导10的厚度对于光门孔径96的填充因子而言是显著的，这是因为冲击在给定区域上的光子量与波导10的厚度线性地成比例，使得厚度减半的波导10将具有双倍的光子量冲击到给定波导10区域上，从而需要减小50％的孔径填充因子来实现同样的有效的填充因子。为了提高反射率，将低n包层5添加至边缘，使得以100％效率TIR反射临界角以上的冲击辐射，并且在低n包层5后面放置高质量反射镜，以反射低于临界角的冲击到边缘上的光。通过介电层3和保护漆将边缘反射镜与氧气隔离。金属层可以与电极25一起被处理，假设金属层和电极25也由镜面材料制成。在镜面材料中，铝、银、金、铬和其他金属是可使用的，由于它们的主要特性是高反射率。

图中未示出光的耦合输入，光的耦合输入使得输入临界角以上的光，波导10的设计允许辐射在波导10内再利用，直到光门将该辐射吸收、偏转到临界角以下、或者偏转出电湿润光学器件。这种效果在于，光源20输入到波导中的光可以被分成小部分光子，可以通过对于特定光门或特定光门区域而言特定的光调制装置来处理这些小部分光子，所述光学调制装置使能实现许多不同的光学调制原理和光学应用。

在波导10中，适合的聚合物材料可以是光学PMMA、PET和聚碳酸脂，适合的玻璃可以是BK270、熔融石英、LCD玻璃衬底等，这些玻璃均由融化玻璃工艺制成，以实现理想表面特性。必须对波导10材料的折射率给予考虑，这是因为较高折射率将提供波导10与低n包层5之间的较高反射率差，这实现了较小的临界角，因此便于来自光源20的光的高效耦合输入。然后另一中考虑是，在较低极性液体35之间必须存在系数匹配，以便于从波导10中耦合输出到较低极性液体35中，而不会由于波导10与较低极性液体35之间的TIR而导致TIR切割高角跨度。

吸收电极43的光学函数确保从波导10泄漏的光不会向观看者反射，并且确保冲击到电湿润光学器件上的环境光被吸收，而不会引起不期望的反射。吸收电极43主要与显示应用相关。

图中未示出的黑矩阵可以插入在光门之间，并且允许用于电路的空间。达到了以下组合效果：在构成电湿润光学器件的层中采用的材料之间的低折射率差异，以及由吸收电极43和黑矩阵实现的高吸收率。

图中未示出的反射电极40是用于照明的电湿润光学器件中的备选，因为反射电极40允许将从光门通过FTIR向下耦合输出的辐射向着观看者反射。TIR和FTIR耦合输出的组合是非常高效的。

应当注意，尽管以上描述了本发明的优选实施例的特征，但是完全可以组合这些元件，使得系统可以是背光解决方案。这尤其适合于意在用于照明应用的解决方案。

图6示出了关闭状态下的推送&涌入光门。

推送&涌入光门除了以下不同以外与上述设计相同：该设计不需要卷起并形成实质上圆形的图形，而是保持线形状，其中，使流体的横向移动最小化，并且由于截面尺寸减小，所需的较低极性流体35和偶极流体30的量最小。

图7示出了开启状态下的推送&涌入光门。

在释放施加到上电极25的电荷之后，当较低极性液体35涌入孔径96区域中时光门开启。作为根据本发明的所有其他电湿润光学器件，推送&涌入光门是内部具有两种液体的电容器。当在光门上施加电荷电势，偶极液体30的极性将改变，并且其对亲水表面的亲和力将改变使得，偶极液体30将较低极性液体35从疏水区域推开。推送&涌入光门有时较慢，因为仅推送由所施加的场引起，而涌入得不到电场的帮助。

图8示出了关闭状态下具有电控制双稳定性的推送&涌入光门。

在非常类似于原始推送&涌入光门的设计中，可行的是，使用较低极性液体35作为附加介电层，附加介电层在较低极性液体35充满上电极25时减小电场强度。减小的电场强度与所需的电场强度相匹配，以防止较低极性液体35涌入到孔径96中，这允许在发生两种情况之一时通过在光门上施加电荷来创建双稳定性。

图9示出了开启状态下具有电控制双稳定性的推送&涌入光门。

双稳定性是具有多个帧的基于二值原理的显示设计中的优点，二值原理使用具有RGB基色的三个光源20创建二值灰度级和颜色深的，三个光源20输出来自1-2-4-8-16-32-64-128的能量。每个RGB基色具有8比特分辨率的特征，RGB基色的组合能够传递具有16,777,216个颜色的24比特真彩色。对于实现上述的系统而言，需要在显示器正常示出帧的时间跨度内示出24个帧。视频帧速率是24，这指示系统必须在1ms内从关闭切换至开启，并且还允许光源在该时间跨度内输出。如果正在处理高分辨率电视，则存在1,080行和1,920列。在无源矩阵中，一次排他地选择每个行并且可以同时共同地选择所有其他行。这意味着，系统需要每帧寻址1,080×24＝25,920次。在视频帧速率处，每一帧持续41.6ms，从而必须在1000/24/25.920/1.000＝0.0016ms内完成每一行。

100Hz帧速率需要线性快速切换。双稳态推送&涌入光门可能不能够达到这种开关速度，因此在开关速度不是很重要的情况下在照明应用中更加有用。

图10示出了关闭状态下推送&推送光门。

推送&推送光门越快速，较低极性液体35的量变得越小，因为整个较低极性液体35从低n岛60移到具有相同几何结构的孔径96，在较低极性液体35内包含少于75％的流体。通过将上电极25推送到低n岛60和将上电极226推送到孔径96而实现的附加力增加了开关速度。

图11示出了开启状态下推送&推送光门。

将较低极性液体35推送到孔径96中。当对推送和推送选择器行电极71进行充电时，光门根据上电极25或上电极226上的电势切换，只要任一电极上的电荷改变，光门再次切换。这使得这种特定光门仅在要求临时开启或关闭状态更快速的设计中是有用的，并且可接受的是，在去除了到三个电极之一的电荷之后，该状态消失。这些特征适合于基于公共地的电湿润光学器件，其中上电极25和上电极226选择整个列。

图12示出了关闭状态下的推送&推送二元光门。

除了插入在孔径96与低n岛60之间的阻挡物63以外，推送&推送二元光门类似推送&推送光门。阻挡物63是亲水的，或者是疏水和疏油的组合，使得当上电极25或上电极226中的任一电极将较低极性液体30推送到低n岛60或低n岛35时，在较低极性液体35在阻挡物63上涌入之前，孔径96首先以高接触角上推较低极性液体35。当大于50％的较低极性液体35在阻挡物63上移动时，较低极性液体35更强地附着至阻挡物63的任一侧上的最大区域，该最大区域拉动阻挡物63上的较低极性液体。由于这种自身完整效果，缩短了必须施加以切换光门的电荷的所需时间，并且固有地光门是双稳态的以及真正二元的，因为仅开启或关闭状态中的一种状态或另一种状态是可行的。

由于快速开关速度和双稳定性以及二元特性，这种光门理想地适合于真正的数字显示器，并且同样适合于不需要模拟强度电平的照明。

图13示出了开启状态下的推送&二元光门。

可以通过几种更好实现所述技术来略微放宽对高开关速度的需要，这是由于允许光门稳定在状态下的这种特定光门的二元特性已经被更新了一次。

数字显示原理基于对若干帧的时间调制，并且在其基本构思中固定到特定帧速率，例如，以每秒24帧的视频帧速率，或者以每秒50帧的经典CRT帧速率，或者以每秒100帧的现代LCD帧速率。然而，毫无疑义的是，根据视频内容时间调制不应过慢或过快，使得与具有快移动的视频序列相比，在更多帧上对具有慢移动的视频序列进行调制，具有快移动的视频序列创建了针对缓慢移动图像的更高颜色深度和更好灰度级。这种方法的结果在于，在缓慢移动视频内容中示出例如24比特真彩色且在快速移动视频内容中示出8比特变得可行。这与对于快速移动对象较低且对于缓慢移动对象较高的人类颜色和灰度级感知是一致的。

颜色场顺序模式的纯形式是基于以下构思：每个光门也是单个像素，但是可行的是，让每个光门类似于像素进行工作。如果将两个光门结合到一个像素中，则使得灰度级和颜色深度加倍。在这种特定设计中，可行的是，将若干光门结合到虚拟像素中，虚拟像素可以具有许多光门，从而可以通过降低显示器的特定区域的分辨率来实现灰度级和颜色深度的增加。这对于人眼而言注意不到，然而由于人类视觉系统主要对不是这种策略影响的对比度敏感，假定以最优分辨率示出图像的高对比度区域。

另一种选项是将光门装(Bin)在一起，使得沿着特定行和/列为了速度而牺牲灰度级和颜色深度。例如，如果在宽屏显示器上以4:3格式观看电视内容，则不需要4:3图像之外的任何分辨率，简单将这些区域封装在单个黑像素中，这使得留有更多时间来调制实际活动的4:3内容区域，并因此具有更好的灰度级和颜色深度。同样观看者可以通过封装光门以仿真较低分辨率，将显示分辨率调整至较低分辨率内容。

另一种对于具有两个充电电极的所有光门可实行的选项是采用有源矩阵接地。具有二元光门设计的配置接近于全有源矩阵性能，因为这种配置可以同时对所有光门进行寻址，但是需要更新那些要关闭的光门以及那些要开启的光门，而不对那些不需要改变状态的光门进行寻址。需要每比特两个帧，这需要48个帧来创建全24比特真彩色数字光门显示器。48个帧实质上小于无源矩阵更新，无源矩阵更新需要540倍的帧数，减少的帧数转化为降低的开关速度要求，从而允许更大的光门特征。受所放置的有源矩阵控制的接地电极选择所有要切换至低n岛60的光门，并且在进行上述操作时，选择所有要切换至孔径96的光门。不选择不需要切换的光门。显然，可行的是，经由列而不是行来选择寻址，能够让单独的充电电荷对在开启和关闭光门之间交替地更新所选光门，而与其他对充电电荷进行的操作无关。由于二元原理，有源矩阵可以被简化为，仅能够向每个受控接地电极发送三个指令，利用最高电势对匹配的充电电荷进行充电，利用最低电势对匹配的充电电极进行充电，以及不进行充电。在显示应用中，可行的是，采用吸收电极43来增强黑电平，而在照明应用中，可行的是，采用反射电极40。

图13.1示出了(a)开启和(b)关闭状态下的推送&推送二元光门。在图a中，较低极性液体35位于低n岛60中，其中，由于用于低n岛60的低n材料与用于波导10的高n材料之间的折射率差所场景的TIR，波导10内的辐射不能进入低n岛60中。由于较低极性液体35和周围偶极液体30内的表面张力，较低极性液体35形成微滴，并且微滴通过低n岛60与孔径96之间的凸凹(indention)保持在适当位置。而在从低n岛60到孔径或从孔径到低n岛60的转换中，较低极性液体35完成从一侧到另一侧的移动，如果更多较低极性液体35将其自身附着至发起转换的位置。由于设计的二元特征，切换需要低n岛60和孔径96之下的电极。凸凹原理还应用于其他二元像素设计。由于在凸凹的两侧或任一侧不需要圆形，因此具体设计是不同的。假设较低极性液体35与下表面之间的接触角足够小，使得不会向外施加超过表面张力的压力，两个边界区域之间的任何凸凹创建双稳态情况。疏水、亲水、疏油和亲油之间的平衡必须是，使得凸凹不包含较低极性液体35。较低极性液体35也可以包含在具有若干点的形式中，在这些点中，创建多个液体可以移动的凸凹。在具体设计中，凸凹能够创建圆形光门，在圆形光门中，低n岛被孔径96包围，如图4和5所示。图4和5所示的设计没有示出凸凹，也没有示出所需的双倍电极集合。

图14示出了关闭状态下的环面形状的光门。

环面光门设计是推送&推送光门或推送&涌入光门中任一个的具体实施例。

在具有推送&推送设计的第一种情况下，较低极性液体35保持相同的中心点，但膨胀到低n岛60之外的孔径96区域中，在这种连接中低n岛60是环礁或到环礁上的接触，如图所示。

图15示出了开启状态下环面形状的光门。

较低极性液体35膨胀到孔径96区域中，在这种特定设计中，孔径96区域也覆盖环礁内储液器的一部分。由于环面设计的几何结构，可行的是，设计一种沿着重要横向维度具有小特征尺寸的较大全向光门。

图16示出了关闭状态下具有导电隔离点的光门。

隔离点设计引入隔离点电极27，如图所示，隔离点电极27通过用偶极液体30层覆盖的较低极性液体35层向上凸起。较低极性液体35与偶极液体30之间的边界均衡地围绕隔离点电极27，这是由于隔离点电极27的表面能量是较低极性液体35和偶极液体30的表面能量的平均。如果平衡不理想，则围绕隔离点电极27的较低极性液体35与偶极液体30之间的界面示出拓扑变化。然后拓扑变化会导致与电湿润光学器件的TIR和FTIR耦合输出。然而，如果较低极性液体35与偶极液体30之间的平衡不正确，则能够将偏置电荷馈送至隔离点电极27，隔离点电极27重新创建平衡，并因此实现部分由较低极性液体35构成的波导10。

图17示出了开启状态下具有导电隔离点的光门。

当施加电荷时，围绕间隔点电极27的表面的较低极性液体35与偶极液体30之间的边界移动位置，这导致创建与波导10耦合输出的TIR和FTIR的拓扑变化。耦合输出的光将向着反射电极40移动，在反射电极40中耦合输出的光通过波导10被向上反射，或者耦合输出的光通过波导向上移动。由于间隔点电极27为竞争电湿润提供垂直表面，针对两个流体所要求的接触角变化相对于拓扑变化而有相当小，这获得需要相当低电场强度变化以从波导10输出光的系统。间隔点电极27引起从波导10的恒定光泄漏，这是因为恒定光泄漏在波导中是恒定不理想的。

泄漏效果使得隔离点设计仅可用于照明，而该设计很少用于显示应用(即，背光)。

图18示出了具有可用于产生光门的特性的纳米压印。

存在两种方式来产生具有受控亲水/疏水/亲油/疏油折射率表面的表面。第一种方法利用不同材料固有表面特性的印刷，第二种方法使用纳米技术所创建的纳米结构来设计表面特性。

这些方法可以组合，并且确实始终是针对纳米压印解决方案的组合，由于材料固有的表面特性始终起到纳米工程表面的作用。

固有特性集合所需的印刷工艺要求很难实现的良好对准。因此，必须扩大特征尺寸，这减慢了光门开关速度。同样，结果取决于能够彼此附着的许多不同材料，这是复杂的。所需的介电层必须在看着材料的表面特性之下，除非介电层的特性本身在构造中是有用的，并因此减小电场强度，这同样引起缓慢的光门，并需要施加以实现两个流体的电湿润致动的较高电压。

纳米压印方法创建了对表面特性进行看着的特殊纳米结构。如果对材料的纳米结构进行控制，则改变固有的表面特性。由于在单个工艺步骤中进行纳米压印，因此在表面特性之间不存在对准问题(需要较小的特征尺寸是可获得的)。然而，电极与表面特征之间的对准仍是严格的，从而是电极和介电层3的完整。

介电层3对于保持电场强度是重要的。氧化钽、二氧化铪和二氧化硅是可用的备选。特别地，氧化钽、二氧化铪由于高介电常数是令人感兴趣的，高介电常数允许使用20-40nm那么薄的层，这对于电场强度和电湿润光学器件的光学性能都是有利的，因为通过辐射不会将如此薄的层视为具有折射率的材料。

在光门设计中使用亲水结构83，通过提供偶极液体30(通常是基于水的)对其具有亲和力而阻止较低极性液体35(通常是基于油的)的表面，来简单包含较低极性液体35。折射工程结构84通过将具有不同折射率的两种材料混合在一起来工作，使得光会将具有混合材料的层视为具有两种材料(这两种材料具有各自的折射率)的混合折射率的层。衍射结构81是较大的光看着结构，始终需要以控制方式来创建印刷工艺。疏水结构82用于吸引较低极性液体35。应当注意，其他特定表面特性(例如，亲油、疏油)也可以通过纳米压印来创建，并且也可以创建组合了不同表面特性的表面(例如，即疏水又疏油以及具有设计的折射率以及具备衍射结构的表面)。同样可以控制不同的特性，不仅使得不同特性能够混合在一起，而且使得根据特定设计偏好使不同特性更弱或更强是可行的。这种多样性的原因在于，不同结构的规模差异。

纳米压印的关键优势在于，开始于薄膜处理。在优选实施例中，波导10是具有印刷结构的薄膜，该结构创建亲水区域(也可以是疏油的)，使得可以包含较低极性液体35可以附着的区域；具有低n折射率的区域(也可以是疏水和亲油的)，使得较低极性液体35附着至该区域，并且同时防止与波导10内TIR所捕获的光的光学相互作用；以及具有与较低极性液体35和波导10相匹配的折射率的区域(也可以是疏水和疏油的)，使得较低极性液体35附着至该区域，并且能够与波导10内TIR所捕获的光以光学方式相互作用。

这三种具有不同特性等级的区域足以设计出所公开的光门设计。在优选实施例中，电极和介电层3位于纳米工程结构的顶部，但是应当注意，电极和介电层3均可以置于薄膜的另一测量上。同样薄膜可以由适合于介电层3的PET或其他聚合物制成。

生产工艺如下：

利用光刻胶涂覆薄膜。

即将结构压印到具有戳记的光刻胶中，戳记包含纳米结构和微型结构。

在戳记与光刻胶接触时进行UV固化。

在结构的顶部沉积导电表面。

利用光刻胶涂覆导电表面。

对光刻胶进行掩膜和显影。

去除未显影的光刻胶。

剥离没有受到光刻胶保护的导电表面。

去除导电区域之上的光刻胶。

将介电层3沉积在导电区域上。

抗电荷捕获

介电层3受到离子存在的影响，因为其上的电压会吸引离子，并且引起电荷捕获，电荷捕获会干扰电湿润致动。作为防止电荷捕获的措施，可以将容易捕获电荷的长聚合物链加到水中作为可溶解或要印刷的表面。在这种容量中胶质是有用的。

图19辅助层

可行的是，在上表面1执行将辅助层插入到电湿润光学器件中，来控制光发射。

通过采用磷光体100，波束成型光学器件101和/或LC元件104与期望的电湿润光学器件相结合，使创建各种应用变得可行。

这种应用的示例是扫描背光，其中，磷光体100层可以位于波导10上的低n包层5之上且位于上表面1之下。扫描背光应用可以利用所有类型的电湿润光学器件来实现，其中，光门拉伸行或列的整个长度。磷光体层将来自光源20的波长转换到可见光谱，这使得能够使用比基色LED更高效且功率更大的高亮度UV LED。此外，通过将磷光体与LED分离，能够避免LED芯片和磷光体层内彼此有害的热生成。并且使实现更好的LED热管理变得可行。同样应当注意，来自磷光体的热生成过早地使温度高于LED芯片的最大温度，并因此减小了最大LED输出。同样，增加的热生成加速了LED芯片和磷光体这二者的劣化。然而，应当注意，电湿润光学器件也适用于荧光管。由于磷光体实质上是各向同性的，因此辐射进入到所有方向，但是低n包层5具有低n，使得TIR在向着观看者的方向上反射大多数转换的光。通过使用反射电极40可以再利用继续向下的辐射的一部分。当转换辐射通过磷光体层时，磷光体层起到扩散器的作用。在上表面之上可以放置以DBEF膜开始的正常LCD设计。

在扫描背光的另一实施例中，能够利用波束成型光学器件层101(例如棱镜片或衍射光学元件)扩展功能，波束成型光学器件层控制将来自磷光体的特定区域的光定向到何处。与背光设计的区域选择特定相结合能够选择对以宽视角或窄视角扩散的光进行透射的行或列。这种功能对于功率节省特别有用，这是因为在除了向着观看者以外的其他方向上发送的能量损失。

在扫描背光的实施例中，特定行或列光门选择波束成型光学器件101层以下的磷光体100层，磷光体100层将发射定向至左方向或右方向，使得实现了向左眼和右眼交替输出图像的扫描背光，并从而实现了将任何正常LC元件104转换成可以显示立体内容的液晶显示器的背光。

在扫描背光的实施例中，透射左图像和右图像的行被细划分成行，这些行之上的磷光体排他地将UV转换成红光或绿光或蓝光，使得从LCD中去除拜耳滤波器变得可行，并且在颜色场顺序模式下运行。拜耳滤波器消耗近似75％的从正常LCD背光单元中发射的光子，从而优点是显著的。同样，当观看着切换至颜色场顺序模式时，1,080×1,920HDTV中需要的像素数目减少4倍，这实现了降低复杂性的设计，尽管添加了有源背光。可以添加具有深度饱和蓝和红磷光体的辅助光门，并且用在特定帧中，以加速一部分期望额外饱和颜色的图像。此外，可以选择选定的磷光体用于窄带发射，并且通过这一点，经由helmholtz kohlraus效应增加观看着所感知的亮度。

在扫描背光的实施例中，行也可以在具有略微不同的激发光谱磷光体之间进行选择，使得与光源20输出光谱的良好匹配是可实现的。为了获得优势，必须执行对LED发射光谱与磷光体的激发光谱之间的匹配的测量，并且这可以通过以下操作来完成：向上表面1添加一个或多个光子传感器，以及通过向上表面1也引入类似于防闪光的视觉拓扑，或者略微缩减上表面1，使得小部分通过上表面1的光继续到上表面1的边缘，在该边缘光子传感器可以测量能量。最佳匹配是使光子传感器输出最多能量的简单匹配。光子传感器的另一种使用是将LED发射的定时与LCD更新(包括磷光体对UV入射到磷光体上时的发射做出响应所需的施加跨度)相匹配。

在扫描背光的实施例中，上述所有包括的选项与单个封装，在单个封装中，还存在对波束成型光学器件101层之下的磷光体100进行选择的、以宽角度或窄角度输出的所添加的光门行或列。如果组合的所有特征，包括：宽视角和窄视角、RGB磷光体、具有不同激发光谱的两组磷光体、以及左光学元件和右光学元件，则设计需要顺序重复地具有2×3×2×2＝24个光门(根据观看者地期望选择不同的光学调制)。为了避免背光单元之间太大的距离，按照拼图图案实现24个重复的光门。

与可能的摩尔效应有关的另一种考虑表明：在磷光体之上所有层中重复图案应当变化，使得避免摩尔图案。上述不同的背光设计均可行于与高级算法相组合，高级算法预见每个光门之上所需的背光强度，并且这当然也可行于包括RGB颜色场顺序模式。可以通过按照不同占空比脉动光源20和/或改变施加于光源20的能量和/或通过改变扫描位置的持续时间，来改变强度。后者需要共同控制LCD的扫描速率以进行匹配，使得只有在实际更新LCD的情况下才继续开启扫描背光。

以上已经详述了如何利用不同等级的改善来制造扫描背光。在动态背光中可以采用相同的改善，在动态背光中，可以利用推送&推送有源矩阵接地选择器73(在LC元件104之后以矩阵实现寻址光门)来设计背光。上述扫描背光应用中所示的所有元素(包括宽视角或窄视角的选择、左发射或右发射、R或G或B颜色场顺序、饱和帧添加、磷光体激发光谱与LED的发射光谱的匹配)可以与单个光门的有源矩阵选择一起使用，使得可以通过背光单元和LC元件104这二者来共同控制背光发射的强度，以与视频内容所需的动态匹配。

背光设计原理在诸如汽车前照灯之类的其他应用中也可以采用。

在汽车前照灯中，要求电湿润光学器件：

·根据影响前照灯的上下方向的汽车修正平衡来平衡光。

·在近光(近似)与远光、雾光和位置光之间转换。

·将光转向左弯和右弯。

·为左道路行驶或右道路行驶设置前照灯。

·左闪烁光或右闪烁光。

·分散来自前照灯的强度，使得近场获得较少光子，远场获得更多光子，以便补偿距离定律，并且这实现对前方道路障碍物的最可能照明。

·以多种颜色示出装饰元件。

可以使用所采用的非常相同的技术来形成所有上述设置和更多设置，以创建扫描背光。如果提供三种不同的平衡设置，这三种不同的平衡设置与近场照明、远场照明、雾照明和位置照明相结合，与左道路和右道路设置相结合，与左转向和由转向设置+至左和右的增加闪烁灯相结合，则总共重复地需要3×4×2×2＝48光门，并且期望添加优选地对有源列光门进行寻址的左闪烁光和右闪烁光。

在前照灯中，上表面1需要非常结实，例如使用压制玻璃或铸模聚碳酸脂作为上表面1，就不成问题。与标准前照灯相比安装本前照灯非常容易，因为形成因子提供低深度，实现车体对于前照灯的电连接仅具有小孔的设计。所采用的波束成型光学器件101层可以允许非常倾斜的刨面，改善了设计美感以及空气动力学。同样，创建可弯曲电湿润光学器件的上述时机为设计者提供良好时机。

在本发明的实施例中，利用类似于扫描背光的电湿润光学器件来创建可调谐的LED，可调谐的LED可以在可见光谱上输出彩色光，并且同样输出具有颜色再现索引CRI＞95％的白光。正常高亮度UV LED具有共同位于LED芯片附近的磷光体的固定混合，并因此不能够调谐转换发射的颜色。当制造一批高亮度LED时，出于许多原因，始终存在发射光谱和Im/W的变化。由于白磷光体混合通常需要与其激发光谱的精确匹配，因此，必须根据性能以及特别地根据发射光谱对LED进行分类。打折出售不满足要求的LED，并且将LED分类成不同箱(bin)所需的工艺步骤成本较高。电湿润光学器件可以采用批次中的所有高亮度UV LED，并因此增加了产量，以及降低分类成不同箱的成本。

由于基于传感器读数计算的发射光谱与激发光谱之间的匹配的固有精度，将针对多个单独电湿润光学器件的相同颜色与强度相匹配是可行的。多数光源降低了它们的使用期限上的效率，并且同样随着色温偏移经历老化劣化。LED也不例外，因为几乎不能在相同照明设计中具有输出均匀的颜色和强度的若干基于LED的灯，这对于照明设计人员而言是主要问题。传感器的构建也在LED发射之间的暗周期内测量环境光级，并且可调谐的LED可以输出与环境光混合的光，使得光强度保持在预定级别。

计算颜色匹配和环境混合的CPU具备例如运行Z-波或Zigbee的收发机，使得远程控制可调谐的电湿润光学器件变得可行。这种设备实现了性能控制，其中，通过首先将CRI与预定级别匹配以及其次增加强度直到其达到峰值输出，来探测最大输出。当发现最大输出时，通过在改变占空比、电压和电流来获得具有优选CRI的最佳Im/W比值时进行测量，来探测最大输出效率。信息对于成本和环境认识设备管理者而言非常有用，因为在可调谐电湿润光学器件太昂贵很难提供并且在可调谐电湿润光学器件停止工作时，应当替换可调谐电湿润光学器件。需要处理以判定替换的方程可以是提供给设备管理者的软件的一部分，并且可以经由互联网保持更新，从而每次具有更佳性能的新颖电湿润光学器件变得可用作LED效率的恒定改善的结果时，方程发生变化，并且设备管理者能够获得对替换的经济性和环境利用加以解释的可靠投资回收时间。为设备管理者收集的与可调谐电湿润光学器件有关的数据可以用于建立如何操作现实照明的方案，并且基于这些数据，对照明的不同程序设计的研究可以构成基于系统的其他能量节省的基础。

远程控制使得用户能够根据它们期望(包括色温和强度)来设置光。

在其他灯中通常使用的邻近传感器也可行于经由无线通信进行连接，或者构建成电湿润光学器件。在附近有人的情况下，响应可以是将光完全关闭到暗光，或者将CRI设置为较低值，较低CRI值的Im/W比值比高CRI值的Im/W比值更好。

在本发明的另一实施例中，电湿润光学器件用作显示器。图2和4至图17中所示所有描述的光门以及图3(除了c)中所示的不同电极布置用于显示应用，但是在采用不同光门的显示器的性能方存在相当大的不同。圆形和环面形状的推送&涌入设计以指数方式增大了面积，这与线性像素(出现在等离子显示器、液晶显示器、OLED显示器和其他当代显示器中)相比更加匹配于对数人类视觉系统。线性像素具有灰度级问题，这是因为，所施加的电荷和像素性能的不确定性同样大，而与发射无关，这意味着在低级别发射中相对不精确性明显更高，而人类视觉系统在低级别发射中最容易注意到瑕疵。对于指数光门(例如，圆形光门)，当使用大量电荷来将较低极性液体35推送到高接触角(覆盖孔径96的最小区域)中时，实现了最佳精度。由于圆形和环面形状的推送&涌入光门均需要对较低极性液体35的精确定位，因此，需要使用有源矩阵来控制显示器。可以通过将传感器耦合至显示器，耦合至每个光门或显示器的区域来减小输出的差异，然后通过在若干帧上对来自光门输出进行时间调制，来补偿过剩或不足。时间调制也使得更好的灰度级可行，因为可以通过改变顺序帧中的强度来驱动LED，使得可以实现更加细化的强度差。假设至少RGB光源20连接至波导10，颜色场顺序模式是可行的。可行地，假设具有更深饱和颜色的光源20附着至波导，将具有更深饱和颜色的帧插入在正常RGB帧之间。采用更深饱和颜色来突出图像的特定部分。

像素填充因子低于100％的所有显示器关闭，示出了像素化效应，并且对于圆形推送涌入光门设计而言，填充因子必须较低，以设计具有足够块开关速度的光门。为了抵消像素化，波束成型光学器件101层可以适合于扩散来自光门的光，并且波束成型光学器件103层2可以适合于控制视角。显示器的外观是像素无缝交叠的外观。

在本发明的另一实施例中，使用无源矩阵推送&涌入光门来创建基于无源矩阵而非上述的二元显示器。所有颜色场顺序模式技术是适用的，并且从而是反像素化设计。无源矩阵显示器限于仅同时更新单个行或单个列。对于HDTV，必须每帧更新1,080行×1,920列。24比特真彩色模式需要每颜色序列图像帧更新25,920次。如果光门作为子像素进行操作，则可以减少更新次数。对于两个光门像素设计，需要的更新次数减半，对于四个光门像素设计，再次减半更新次数。具有变化数目光门的浮点像素是可行的。二元原理要求光门仅处于两种状态(关闭或开启)。在推送&涌入设计中，可以通过向没有更新的行引入偏置来创建二元状态。二元充电必须等于将较低极性液体35推送到低n岛60(如图8所示，其中光门关闭)上所需的力，并且同时小于将较低极性液体35从孔径96的远边界推开的最大力。设计依赖于介电层3以下的上电极25顶部的较低极性液体35，较低极性液体35成为介电层3的一部分，介电层3由于其较厚的尺寸创建了降低的电场强度，降低的电场强度需要电压差高于偏置电荷所创建的电压差，以致动覆盖整个孔径96的较低极性液体35。偏置电荷能够将较低极性液体35上推到低n岛60上，只要电场强度不受使介电层3增厚的较低极性液体35的限制，从而一旦光门关闭，必须施加偏置电荷之前的时间等于第一次更新的时间，以使较低极性液体35涌回上电极25。当光门开启或关闭时，才施加偏置电荷。因此，在推送&涌入设计中，不需要在整个孔径96被较低极性液体35完全覆盖之前开始更新光门。然后，通过对上电极25施加电荷，将较低极性液体35推送到低n岛60。为了防止较低极性液体35涌入，可行的是，对所有上电极施加电荷，而利用偏置电荷对所有推送&涌入行选择器电极70进行充电。

在电湿润光学器件的另一实施例中，采用图10和图11所示的推送&推送设计。通过附加上电极226加速涌入以覆盖孔径96。可以采用所描述差分驱动方案。

在电湿润光学器件的另一实施例中，采用图12和图13所示的推送&推送设计。由于阻挡物63区域比围绕光门的疏油区域62的疏油性低，因此较低极性液体35包含在孔径96或低n岛60上。当较低极性液体35从阻挡物63上的任一侧转移时，与较低极性液体35接触最多的任一侧会汲取阻挡物63上的较低极性液体，尽管消除了电荷。这种自我完成效果缩短了更新光门所需的时间，并且由于系统的二元特性，在推送&推送行选择器电极71上不需要偏置电荷。二元状态实现了点亮能量通过光门的光源20的时间更长。

在电湿润光学器件的另一实施例中，采用图12和图13所示的推送&推送设计连同图3d所示的推送&推送有源矩阵接地选择器电极73。在该设计中，降低了所需的开关速度，因为仅需要总共48个子帧来创建具有24比特真彩色的一个帧。第一上电极25和上电极226选择下次更新开启还是关闭光门，然后推送&推送有源矩阵接地选择器电极73选择要更新的哪个光门。其次，在推送&推送有源矩阵接地选择器电极73选择应当更新哪个光门之前，使上电极25和上电极226的电势反转。不需要更新的光门保持不变。

图20示出了关闭和开启状态下具有反向微滴的光门。

上表面1具有包层，包层具有疏水结构82，疏水结构82将具有较低极性液体35的微滴的底座附着至上表面。用作孔径96区域的疏水结构82被放置较低极性液体35附着的亲水结构83分开。通过控制印刷相应的疏水结构82和亲水结构83的位置，可以设计与上表面1接触的较低极性液体35的形式。上电极26电连接至较低极性液体35，通过使用基于碳纳米管或包含碳的较大聚合物链分子的填充材料来使较低极性液体35导电。通过去除离子使周围的偶极液体30电绝缘，去除离子使偶极液体30成为不良电导体。制造下电极41区域，使得每个行被细划分成对准的非均匀数目个电极。对准的电极是可寻址的，使得每个第二电极可以具有与行中中间相邻电极不同的电势，而行中的外部电极始终等于邻近行(当具备邻近行时)电极的外部电极。当利用不同电势对单个行中的对准电极进行寻址时，水平电湿润将水汲取到孔径96中，孔径96通过疏水结构82的纳米压印来创建，疏水结构82被亲水结构包围。孔径96区域的形式和大小可以改变。通过将低n包层5材料旋转涂覆到波导10上并然后对疏水结构82进行纳米压印，来创建孔径96区域和低n岛60区域，使得低n低n包层5在孔径96区域上变得如此薄，以至于低n低n包层5层、纳米压印结构和介电层3顶部的ITO下电极41层、以及较低极性液体35的组合折射率与波导10的折射率匹配。如图20所示，低n岛60实际上是由吸引偶极液体30的亲水结构83构成的包围“海”。通过应用低n低n包层5层(足够厚以保持低n包层5的低n)顶部的纳米压印亲水结构83，在相同的低n低n包层5和相同的纳米压印工艺中共同产生低n岛60，因此在低n低n包层5与波导10之间创建了临界角，防止波导10内TIR所捕获的光经由低n岛60区域离开。

当利用对准的下电极41之间的横向电势差对光门进行寻址时，如图20.1所示光门关闭。

当行中对准的电极均具有相同电势时，可以通过列方向上的上电极25对行进行寻址，因为电势差会驱动电湿润，并且关闭光门，如图20.1a所示，等同的电势会开启光门，如图20.1a所示。当电湿润开启时，包括孔径96区域的所有表面被湿润，如图20.1b所示，并且添加的偶极液体30层会降低折射率，使得波导10内TIR所捕获的辐射不会离开。当行中的所有电极41具有相同电势并且上列电极26也具有相同电势时，孔径96区域将具有与较低极性液体35和波导10匹配的折射率，使得波导10内的辐射可以进入较低极性液体35中。当辐射进入较低极性液体35的反向微滴中时，辐射会在较低极性液体35的侧壁处被TIR反射，因为较低极性液体35与低n的偶极液体30(例如，水)相邻。利用偶极液体30不断充满亲水结构83，偶极液体30用作疏水区域82的蓄水池，疏水区域82在光门关闭(如图20.1b所示)时汲取偶极液体30。通过增加偶极液体30层的厚度来关闭光门取决于要关闭的光的波长。光的波长越长，需要的层越厚，以便TIR反射光，并因此偶极液体30必须移动的相应量随着波长而增加。移动量是确定如果快速操作光门的方程的一部分，遵照光门对短波长光更快速，并因此更适合于蓝光波长或UV波长。

具有较小极性液体35的微滴的移动也是方程的一部分，在这种设计中，通过使较小极性液体35微滴在水平平面中保持静止，而在垂直平面中仅上下移动几微米，使所述移动最小化到理论最小值。因此，流体的相对速度局限于最小值，这防止液体之间的摩擦，从而防止液体在后来混合，液体混合会产生基本上类似于蛋黄酱的乳状液。产生乳状液的风险是较高的速度极限，因此通过这种设计，将关闭和开启光门的操作增大到最大值。通过选择互相排斥的液体，通过选择具有几乎相同密度的液体，以及通过选择彼此间可溶性尽可能低的液体，可以降低产生乳状液的风险。

孔径96区域可以是分散在区域上，使得每个孔径96实际上是由不改变可湿性的区域组成的海内的岛。当存在驱动电湿润效应的电势差时，孔径96区域的湿润会受到影响，使得发生折射率改变。可以对创建不同的疏水和亲水特性的纳米压印结构进行优化，以利于偶极液体30来填充，而不是利于较低极性液体35来填充。多个孔径96区域在地上创建最小可能传播距离，并与图20.1所示的反向微滴较低接触区域有关。所示的孔径区域是圆形的，但是实际上不存在防止具有不同形式以及防止地上的最小速度的优化的限制因子，孔径96区域的透射截面也能够对尽可能小，而长度无关紧要，因为长度是从边缘到中心的最短距离。图20所示的反向微滴自身的尺寸是稳定的，但是可以通过插入亲油隔离物(类似于图1中的描述)来增强尺寸稳定性，使得上表面1和波导10不会压在一起。当不对单元施加垂直压力时，上表面1和波导10会浮在较低极性液体的膜上。

图21示出了照明单元270。

由于使用激光器或高压水切割在表面中切换出或钻通层表面的对准标记240，以高对准精度，对图21.1、21.2、21.3、21.4、21.5和21.6中顶视图所示的具有不同功能的多个层进行堆叠和组装。图21.5所示的保护上表面230向上密封照明单元270。保护上表面230的下表面优选地是平面，而保护上表面230的上表面可以具有任何期望的形式。在保护上表面230的下侧，可以沉积一个或多个薄层，包括磷光体层100、波束成型光学器件层101或者辅助层102，并且这些层的相对位置的顺序可以根据需要改变。可以利用宏观和微观棱镜、衍射光学器件、轮廓文本(contourtext)来绘制上表面的轮廓，并且上表面可以包括例如应用抗划伤性、分级索引匹配(以避免菲涅尔反射)、疏水或亲水特性、吸收滤色器文本或装饰、以及干涉滤波器的薄层。

图21.3所示的上表面1可以包括：可以由具有微型棱镜或衍射光学器件结构81的层组成的波束成型光学器件101，和/或将短波长光转换成可见波长的磷光体100层，和/或利用上电极26图案化的层，和/或利用介电层3图案化的层。上表面1可以利用任何透明材料来制成，但是由于考虑到热膨胀的，因此有利的是上表面1具有类似于图21.1所示波导10材料的温度相关膨胀，优选地具有尽可能小的膨胀。同样，材料优选地应当是热导体，因为重要的是照明单元270内产生的热可以消散。诸如融化硅和派热克斯(Pyrex)玻璃之类的材料符合要求，但是其他玻璃类型和聚合物也是可用的。在上表面1的下侧，图21.4所示的阻挡物层210包括：以玻璃或聚合物片的形式制成的对准标记240，对准标记240与堆叠中的其他层匹配；开放切口(open cut)，与电湿润光门所在的区匹配；轮缘，覆盖波导10的外周长，使得阻挡层210构成固体蒸发阻挡物90，固体蒸发阻挡物90包含了竞争电湿润光门中活动的流体。波导10包括低n低n包层5材料，低n低n包层5材料提供波导10与低n包层5之间的临界角，而孔径96区域中除外，在孔径96区域中应当存在较低极性液体35、孔径区域和波导10之间的折射率匹配。实现上述的一种方式是绘制低n低n包层5的轮廓，使得孔径96区域周围的低n包层5足够厚，以在孔径96区域内提供低n低n包层5，而在孔径96区域中的低n包层5足够薄，以与其他层混合，从而形成与波导10和较低极性液体35的折射率匹配的混合折射率。可以通过压印来完成低n低n包层5的轮廓绘制。备选地，可以通过以旋转涂覆工艺向低n低n包层5上的整个波导10涂覆PMMA光刻胶，对孔径96区域周围的光刻胶进行UV修正，并且去除孔径96区域上的光刻胶，来完成轮廓绘制，以创建波导10、孔径96和较低极性液体35之间的折射率匹配。为了更好地粘附低n低n包层5，可以在波导10的顶部使用底漆，为了低n低n包层5与PMMA光刻胶之间的更好粘附，可以使用低n低n包层5的等离子刻蚀，或者可以添加10纳米量级材料(例如，二氧化铪)薄层。

波导10包括限定了光门的疏水区域82和亲水区域83以及周围的钝化亲水区域，所述周围的钝化亲水区域除了偶极液体30以外不接受其他液体，可以由纳米压印结构制成。PMMA非常适合于纳米压印，并且可以进行上述UV固化，使得由于不完全固化而导致PMMA较软，这可以增强纳米压印质量以及执行纳米压印的速度。在纳米压印之后，或者正当纳米压印戳记与PMMA接触时，进行UV固化。作为通过纳米压印来创建疏水和亲水特性的备选，疏水或亲水结构可以依赖于介电层3的固有特性，可以通过向介电层3添加化学杂质来突出和操纵这些特性，例如公知的是利用二氧化硅，其中碳杂质的增加创建了亲水表面。波导10还包括介电层3之下的电极41，电极41典型地是行或列。用于透射显示器的电极41通常由透明材料制成，例如，广泛使用在显示工业中的ITO，这是由于ITO的透明特性和公知的可控质量。例如通过喷射工艺来涂覆电极41，然后将光刻胶旋转涂覆在电极41上，然后使用UV光刻来对电极41进行图案化，然后去除没有UV固化的光刻胶，然后刻蚀掉外露的电极41层，然后去除剩余的光刻胶，最后在其他工艺步骤之前对波导10进行清洗和干燥，其他工艺步骤产生本专利申请中描述任何形式的具有行电极的波导10。为了提高电极41的质量和导电性，插入电镀工艺是可行的，在电镀术工艺中，在波导10顶部倾倒具有离子的溶液，然后用电势对电极41进行充电，电势将离子吸引到电极41，从而提高了导电性。在电镀之后，对波导10进行清洗和干燥。波导10还包括介电层3，优选地，介电层3由具有尽可能高的介电常数、具有尽可能好的完整性以及具有尽可能薄的层材料的制成，因为去的电湿润过程的电场强度取决于这些质量。此外，透明性是重要的，尽管层仅可以跨度20至40nm。备选方案是氧化钽、二氧化铪和二氧化硅。通过加固纳米压印结构以及ITO介电层3用作重要目的。当在上述工艺中实现波导10时，波导10可以是一片玻璃或聚合物的形式，或者一卷玻璃或聚合物的形式，并且可以从所采用的片或卷中切换处用于照明单元270的许多波导10。可以利用许多高精度技术(例如水切割或激光切割)来进行波导10切割。切割的关键特性在于切割留下理想边缘，因为在波导10的边缘，TIR反射图21.1所示的波导10内的旋转光子。波导10的不期望变化不需要任何低n包层5，因为其邻近具有折射率为1的空气，这减小了临界角。在边缘处，组合的角度x，y和z共同起作用，允许TIR反射光子，即使x，y角在临界角以下。图21.1所示的波导10设计是圆形的，并且在圆形平面波导中，x，y平面内入射辐射的每次反射由圆形的切线来确定，并且由于通过添加用于稳定性的附加物250边缘相对于理想圆形略微倾斜，因此每次反射增加了x，y平面内的角度。附加物250可以连接至从波导10切割出的玻璃或聚合物片。构成照明单元270的各个玻璃或聚合物层可以包括240个孔、标记等形式的对准标记。这确保了具有与其他玻璃或聚合物片理想对准的组装，对其他玻璃或聚合物片层叠以构成照明单元270。每个附加物250可以连接至光源20，并且光源20可以具有相同波长或不同波长。用于辐射耦合输出的优选光门设计是图20和图20.1a&b所示的反向微滴耦合输出，因为这种设计具有高耦合输出效率，并且因为没有通过孔径96耦合输出的光在相同光路中继续，这确保来光子在波导10内被捕获，直到它们经由孔径96离开。所有其他光门设计允许光子进入，并输出一定百分比的进入光子，而另一百分比的光子返回到波导10中，在波导10中这些光子可以以不同角度反弹。通过一个或多个光源20经由一个或多个96附加物一次注入到波导10中的光子除了通过孔径96以外不会离开的原因在于，具有相对于在波导中到处旋转的方向光子向后指向的附加物250的圆形确保了一次注入的光子通过所有表面TIR反射，除非光子达到孔径96。采用本发明中描述的其他光门是可行的，但是不是优选的，因为光门相对于非耦合输出的光子的扩散特性需要在边缘之下和在边缘处的反射，以确保没有被耦合输出的散射光子可以被定向至耦合输出。尽管将高质量反射镜定位在边缘和表面处是完全可行的，但是设计是复杂的，并且相对于TIR反射镜构成损耗因子。通常注入到圆形波导中的光子以越来越开的角逐步被反射，直到其接近圆中可能的最大开角为止。设计需要找到针对图1所示的固体蒸发阻挡物90和流体蒸发阻挡物91的位置。将光子投入到波导10内的旋转中的所连接的附加物250更集中于每循环中的少数反弹。在一个实施例中，光源20可以是可见彩色光源，并且来自照明单元270的发射的颜色和强度可以通过以下操作来控制，对来自每个光源20的光子进行混合以混合具有期望强度的期望颜色。这种设置中的光源20可以包括发射具有不同色温的白光的光源20。反向微滴内的TIR反射避免棱镜效应，并且确保光混合，使得发射的光来自相同点，而不会存在颜色条纹现象。从圆形波导10的周长处的环发射来自照明单元270的光，并且光的方向与波导10内光循环的预定方向相匹配，从而发射光的位置是完全可预测的。发射的可预测性非常适合于波束成型光学器件101层。波束成型光学器件101层可以置于上表面1处，并且是衍射光学结构或宏观棱镜。波束成型光学器件101衍射结构81可以与图20和图18中所示的反向微滴光门设计所需的疏水结构82和亲水结构83的纳米压印相结合，示出了纳米压印的表面可以组合疏水结构82、亲水结构83和衍射结构81的设计。备选方式是，将疏水结构82和亲水结构83放置在面对反向微滴的上表面1的下侧处，并且将衍射结构81放置在上表面1的对侧处，优点是，如果波束成型光学器件101衍射结构81不与疏水结构82和亲水结构83相结合并且不是由邻近空气的高折射率材料支撑，衍射结构81可以更高效。此外，通过将衍射结构81放置在上表面1的上侧处，使用上表面厚度作为光学系统的隔离物部分是可行的，隔离物部分引起将发射分解成各种角度，从而优选地由对准以接收特定角度的光的衍射结构81处理。在另一实施例中，从波导中提取的光是UV，并且定位磷光体100层以将UV光转换成可见光。在该实施例中，可以添加磷光体100层作为其自身的插入层。可以利用发射不同窄带或宽带波长的磷光体的调色板来布置磷光体100，并且调色板中的磷光体可以适合于具有不同激发波长，使得如果从光源20发射的短波长辐射以发射波长改变，则如上所述能够将磷光体激发与LED辐射相匹配。磷光体100层还可以包括与光门匹配的区域，但是没有磷光体的情况下，使得可以从波导10中拉出主光源20，而不会被磷光体散射或吸收。这允许对来自磷光体和基色光源120的光的混合，实现更好的混合可能性，并因此实现更大的混合期望颜色的能力。由于基色具有比例如UV更长的波长，因此针对UV关闭光门是可行的，而针对可见光光门保持开启，这是因为折射率取决于波长，提供临界角的低n材料的厚度，以及辐射的入射角。在反向微滴光门中，快门机构是注入在孔径96区域与反向微滴内的较低极性液体35之间的偶极液体30的薄层。偶极液体30层的厚度首先阻挡UV辐射，并且在阻挡低入射角的辐射之前阻挡高入射角的辐射。这意味着在光门针对长可见波长开启，而针对较短波长的UV辐射关闭。当较长波长辐射进入磷光体100层时，辐射被散射但波长不会被转换。可以在在磷光体100层之下插入低n低n包层5。低n低n包层5不会影响来自反向微滴光门内的较低极性液体30的辐射，因为反向微滴的几何形状以临界角以下的角度将辐射定向至低n低n包层5层。当UV辐射进入磷光体100层时，UV辐射被转换并作为朗伯辐射被重新发射。因此至少50％的辐射向上传播，50％的辐射向下传播，大部分被TIR反射，并重新进入磷光体100层，在磷光体100层中，沿着低n低n包层5TIR反射辐射的总方向散射辐射。磷光体100层中磷光体与包含磷光体的材料的组合折射率应当尽可能高，以确保低n低n包层5与磷光体100层之间的临界角尽可能低，因为这提高了TIR反射的辐射的比例。可以通过插入多层干涉滤波器极大程度地阻挡来自磷光体100层临界角以下的转换辐射背向散射，多层干涉滤波器被设计为反射磷光体100层所转换的可见光，而同时允许以小角度定向UV辐射以直接通过，使得背向散射的辐射的比例是有限的。可以使用波导之下的反射镜来重新发射背向散射的辐射，反射镜例如可以放置在下保护表面200的顶部。光源20可以是附着至附加物250表面的侧发射LED。为了防止在波导10边缘处没有被TIR反射的辐射损耗，可以对光源20进行反射，使得辐射仅在边缘处离开，从而被定向到附加物250中，并因此在光路上发送，光路确保波导10内的辐射循环。可以使用衍射结构81进行对波导内正确角跨度的控制。隔离层220主要用于确保波导10的下表面面对空气，使得确保低临界角。其次，隔离层220部分地提供对波导10的支撑，并且在波导10与保护下层200之间创建空腔。空腔可以用于若干目的，例如，用于在去除所有离子时包括具有高热传导率和良好电绝缘的低n液体30(例如，偶极液体30)。在具有偶极液体30或不具有偶极液体30的空腔中，诸如光源20和各种电子元件的电部件可以包括2D或3D加速度计、光传感器、摄像机、无线通信收发机、存储器、可编程CPU等。电子元件的目的是：通过对将辐射连接至不同光调制器布置(例如，衍射结构81和/或宏观棱镜和/或磷光体100层和/或LC元件104)的不同光门进行寻址，来控制颜色调谐、LED发射光谱与磷光体激发光谱之间的匹配、发射强度、点宽度等。

图22示出了基于流体的拓扑悬浮的反光门。反向微滴光门的关键构思在于，在反向微滴内的较低极性液体35与外部的低n偶极液体30之间的边界处TIR反射进入光门的辐射，这是由于折射率差而形成的临界角。在反向微滴光门的单个侧版本中，微滴不是通过在两个表面之间悬浮而创建的，而是仅经由波导10之上的低n包层5中的印刷凸凹，通过控制偶极液体30和较低极性液体35的拓扑和分布来创建，凸凹排斥偶极液体30，但是吸引较低极性液体35进入孔径96所处的凸凹的底部。在边缘之间，凸凹的侧壁具有排斥较低极性液体35但吸引偶极液体30的表面。在凸凹之间，除了被提升的小区域以外，波导10表面是纳米构造的，以增大对偶极液体30的亲和力，在该小区域中，存在对偶极液体30较小的亲和力或者不存在亲和力。这些提升区域形成隔离点，适合于支撑和/或粘附至上表面1。较低极性液体35在与具有印刷凸凹和纳米构造特性的波导10表面接触时连接至纳米构造以增加对较低极性液体35的亲和力的区域，偶极流体30粘附至纳米构造以对偶极液体30具有亲和力的区域。在凸凹中，较低极性液体35针对通过肋和孔径96而悬浮并且所有其他侧被偶极液体30包围的微滴。较低极性液体35的悬浮微滴的侧壁被设计为大于90度，使得由于失败的总反射从波导10泄漏的辐射在较低极性液体35与偶极液体30之间的边界处和较低极性液体35与低n包层5之间的边界处被TIR反射。同时，微滴侧壁的角度将反射以较小角度向上泄漏的辐射。下电极41位于介电层3之下。下电极41可以是公共地，或者按照行或列而图案化，或者可以是有源矩阵的一部分。下电极41和介电层3可以位于低n包层5和波导10的顶部，或者可以直接位于波导10的顶部。如果下电极41和介电层3位于顶部具有低n包层5的波导10的顶部，在非常可能的是，低n包层5印刷工艺在孔径96所处的凸凹底部的顶部留下残余材料，这会导致电场强度的增大，并且增加电荷捕获的风险。处理上述问题的一种方式是通过在工艺中将残余材料刻蚀掉，其中对具有低n包层5的整个波导10进行刻蚀工艺。然而，这种刻蚀工艺必须破坏纳米构造特性，并且这保证必须以足够大规模来创建纳米构造特性以承受刻蚀，而不会改变其期望特性。实现这一点的一种方式是纳米构造一种特性，或者在一些情况下(仅当具有纳米构造表面的材料的固有特性提供又一期望特性的情况下)，构造两种特性。清楚地，该工艺仅适用于电极41之前的表面，并且在该表面的顶部涂覆介电层3。在备选产生方法中，下电极41和介电层3直接涂覆于波导10，并且介电层3具有在被刻蚀之后对于较低极性液体35比对于偶极液体30具有更大亲和力的材料。

在一些情况下，需要棱镜以确保低n包层5可以直接粘附至波导10或介电层3。可以将棱镜旋转涂覆在在期望表面，或者备选地可以通过多层印刷工艺将低n包层5和棱镜这二者印刷在期望表面上，在多层印刷工艺中，首先将低n包层5提供至印刷矩阵，然后去除多余的低n包层5，然后将棱镜提供至低n包层5，然后矩阵将棱镜和低n包层5这二者涂覆在期望表面上。固化优选地是UV固化，并且优选地当矩阵仍于期望表面接触时进行固化。可以利用允许矩阵安全去除的材料以及更适合于形成所需纳米构造结构的又一材料，来提高期望的工艺。在这种情况下，印刷工艺将多层印刷施加到期望表面，并且低n包层5在夹层结构中呈现其期望特性。这种方法的优点在于，在相同印刷工艺中施加夹层中的每一层，并且通过针对特定任务而设计的特性来分别提高性能。

工艺中所采用的印刷矩阵可以是一种实现滚筒制造的快速滚筒的滚筒。滚筒制造的快速滚筒是重要的，固化同样快速和精确，这保证了在印刷被限制在印刷矩阵内时应当进行固化。

根据电湿润单元的目的，纳米构造表面可以是吸收或漫反射的。对于照明目的，通常对入射电子进行反射是有价值的，而对于显示应用，吸收以增强黑电平是更有价值的。

为了保证电湿润单元内较低极性液体35和偶极液体30的分布，上表面1下侧对于较低极性液体30具有亲和力。

较低极性液体30可以被构造成通过添加剂(例如，碳纳米管或金属离子)变得更加导电。由于较低极性液体30的导电性，可以提高电场强度，并且可以降低所需电压。

由于在上表面1的下侧处存在油，因此上电极25直接与油电接触，这几乎没有风险暴露于氧气下。可以使用针对上电极25的保护位置来讲有源矩阵放置在上表面1的下侧上。有源矩阵可以具有基于油的印刷，排斥偶极液体30，并增强对较低极性液体35的亲和力，并且形成氧化阻挡物并用作隔离物。绝缘印刷与图案化的导电印刷相结合，图案限定发生具有导电特性的较低极性液体35之间的电相互作用的位置。基于多晶硅和晶体硅的有源矩阵能够经受暴露于氧气下，而便宜的印刷电子元件有源矩阵由不能够经受长期暴露于氧气而不劣化的材料制成。保护有源矩阵的印刷和油层在印刷有源矩阵因氧气暴露而劣化之前可以延长使用期限。来自波导10的辐射通过上表面1离开，并且如果存在位于上表面1下侧的有源矩阵，则应当是部分透射的。电路中有源矩阵所需的晶体管和其他元件在透明版本中是可用的。

因此基于印刷电子元件的整个电湿润单元是可行的。

通过以下操作进行对光门的电控制，采用将孔径96从对于较低极性液体35的亲和力变化到对偶极液体30的亲和力的电势差，这由于偶极液体30的低n特性而关闭光门；以及对准电势，这允许孔径96呈现对较低极性液体35的亲和力，并因此创建波导10与较低极性液体35之间的折射率匹配。

在具有有源矩阵以及有源行或列的实施例中，会存在串扰，但是串扰是有限的，因为较低极性液体35的低导电性，以及垂直平面内相对于通过反向微滴到孔径96区域的更直接连接更薄且更长的连接。关闭光门与邻近开启光门之间的串扰在孔径96区域将亲和力切换至偶极液体30的电平之下，这确保了即使存在串扰的情况下，串扰也不足以引起控制开启和关闭状态的问题。

Claims (33)

1.一种辐射发射元件，包括：辐射透射元件，具有第一折射率、第一表面、相对的第二表面；辐射发射器，适合于将预定波长的辐射发射到辐射透射元件中；以及多个辐射控制元件，其中，每个辐射控制元件包括：

-第一液体，具有第二折射率，

-第二流体，具有低于第二折射率的第三折射率，第二折射率与第三折射率相比更接近第一折射率，

-用于在两种模式之间改变第一液体的形状的改变装置，其中：

○在第一模式中，第一液体在第一表面部分处与第一表面接触，在第一表面部分处，第一液体与第二流体之间的界面并不平行于第一表面部分；以及

○在第二模式中，在第一表面部分处，第二流体的表面至少实质上平行于第一表面部分的形状，

其中，第一液体在预定波长下具有至少10％的透射率。

2.根据权利要求1所述的元件，其中，至少一个辐射控制元件包括覆盖元件，覆盖元件具有低于第一折射率的第四折射率，与第一表面相邻，并且位于与第一表面部分相邻的位置处，所述至少一个辐射控制元件的改变装置适合于在第二模式中将第一液体的至少一部分移至与覆盖元件交叠的位置。

3.根据权利要求1或2所述的元件，其中，辐射发射器包括：多个辐射发射器；以及控制装置，适合于控制各个单独辐射发射器在时间上顺序地将辐射发射到辐射透射元件中。

4.根据权利要求3所述的元件，还包括：控制器，与用于控制辐射发射器的控制装置相配合地来控制辐射控制元件的改变装置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的元件，还包括：多个辐射转换装置，每个辐射转换装置适合于接收从一个或多个辐射控制元件发射的辐射，并将接收的辐射转换成具有与预定波长不同的一个或多个波长的辐射。

6.根据权利要求5所述的元件，其中，辐射转换装置适合于将发射且接收到的辐射转换成至少实质上的白光。

7.根据权利要求6所述的元件，还包括：用于确定辐射发射器所发射的辐射的波长、基于所确定的波长来选择一个或多个辐射转换装置、以及相应地控制改变装置的装置。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的元件，还包括：颜色选择装置，适合于从转换装置接收转换后的辐射，并且从转换后的辐射中去除预定波长的辐射或预定波长区间内的辐射。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的元件，还包括：包括多个强度控制元件的显示元件，每个强度控制元件适合于接收来自转换装置和/或选择装置的辐射，并且以预定强度输出接收到的辐射。

10.根据前述权利要求中任一项所述的元件，还包括：背衬元件，沿着第一表面延伸，并且限定了放置第一液体和第二流体的空间，该空间还由沿着围绕辐射控制元件的闭合曲线在第一表面与背衬元件之间延伸的粘性液体来限定。

11.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其中，至少一个辐射控制元件的改变装置适合于在第一模式中将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式中将至少所有第一液体移从第一表面部分移开。

12.根据前述权利要求中任一项所述的元件，其中，至少一个辐射控制元件是双稳态的，使得第一与第二模式之间的改变需要通过改变装置来馈送电信号，并且在不提供电信号的情况下，保持第一模式和第二模式中的每一个。

13.根据权利要求12所述的元件，其中，至少一个辐射控制元件的改变装置适合于在第一模式下将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式下将至少所有第一液体移至第二区域或位置，第二区域或位置与第一表面部分不交叠，所述至少一个辐射控制元件还包括置于第一表面部分与第二区域/位置之间的分离元件，所述分离元件适合于当没有馈送电信号时防止第一液体移至第一表面部分和第二区域/位置中的另一个。

14.根据权利要求12所述的元件，其中，第一流体是偶极液体，第二流体是极性比所述偶极液体的极性小的流体，其中，改变装置包括适合于提供电磁场的一个或多个电极，电磁场适合于移动液体，改变装置的一个电极位于与第一表面区域相邻的位置，其中在第一模式下，液体在所述一个电极的表面上延伸。

15.一种操作辐射发射元件的方法，所述辐射发射元件包括：辐射透射元件，具有第一折射率、第一表面、相对的第二表面；辐射发射器，适合于将预定波长的辐射发射到辐射透射元件中；以及多个辐射控制元件，其中，每个辐射控制元件包括：

-第一液体，具有第二折射率，以及在预定波长下具有至少10％的透射率，

-第二流体，具有低于第二折射率的第三折射率，第二折射率与第三折射率相比更接近第一折射率，

所述方法包括：辐射发射器将辐射发射到辐射透射元件中，并同时在两种模式之间改变第一液体的形状，其中：

○在第一模式中，第一液体在第一表面部分处与第一表面接触，在第一表面部分处，第一液体与第二流体之间的界面并不平行于第一表面部分；以及

○在第二模式中，在第一表面部分处，第二流体的表面至少实质上平行于第一表面部分的形状。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，至少一个辐射控制元件包括覆盖元件，覆盖元件具有低于第一折射率的第四折射率，与第一表面相邻，并且位于与第一表面部分相邻的位置处，改变步骤包括：当改变至第二模式时，在所述至少一个辐射控制元件中，将第一液体的至少一部分移至与覆盖元件交叠的位置。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中，发射步骤包括：多个辐射发射器在时间上顺序地将辐射发射到辐射透射元件中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，改变步骤包括：与辐射发射器的顺序一致地改变。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的方法，还包括步骤：多个辐射转换装置中的每一个接收从一个或多个辐射控制元件发射的辐射，并且将接收的辐射转换成具有与预定波长不同的一个或多个波长的辐射。

20.根据权利要求19所述的方法，转换步骤包括：将发射且接收到的辐射转换成至少实质上的白光。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括步骤：确定辐射发射器所发射的辐射的波长，基于确定的波长来选择一个或多个辐射转换装置，以及改变各个单独辐射转换装置。

22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，还包括步骤：颜色选择装置从转换装置接收转换后的辐射，以及从转换后的辐射中去除预定波长的辐射或预定波长区间内的辐射。

23.根据权利要求19-22中任一项所述的方法，还包括步骤：显示元件包括多个强度控制元件，每个强度控制元件接收来自转换和/或选择步骤的辐射，并且以预定强度输出接收到的辐射。

24.根据权利要求15-23中任一项所述的方法，其中，在至少一个辐射控制元件中，改变步骤包括：在第一模式中将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式中将至少所有第一液体从第一表面部分移开。

25.根据权利要求15-24中任一项所述的方法，其中，至少一个辐射控制元件是双稳态的，使得改变步骤包括：通过改变装置来馈送电信号，并且在不提供电信号的情况下，保持第一模式和第二模式中的每一个。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，在至少一个辐射控制元件中，改变步骤包括：在第一模式下将至少所有第一液体移至第一表面部分，并且在第二模式下将至少所有第一液体移至第二区域或位置，第二区域或位置与第一表面部分不交叠，所述至少一个辐射控制元件还包括置于第一表面部分与第二区域/位置之间的分离元件，所述分离元件当没有馈送电信号时防止第一液体移至第一表面部分和第二区域/位置中的另一个。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，第一流体是偶极液体，第二流体是极性比所述偶极液体的极性小的流体，其中，改变步骤包括：使用一个或多个电极提供电磁场，以移动液体，其中一个电极位于与第一表面区域相邻的位置，其中在第一模式下，液体在所述一个电极的表面上延伸。

28.一种组装辐射发射元件的方法，所述方法包括：

-提供具有第一表面和相对的第二表面的辐射透射元件，

-在第一表面上提供第一组较高亲和力表面区域，

-在第一表面上提供较高亲和力材料的闭合曲线，闭合表面围绕第一组较高亲和力表面区域，

-在第一表面上提供对较高亲和力表面区域和较高亲和力材料具有高亲和力的液体，以及

-提供背衬元件，并且对背衬元件进行定位，以接触闭合曲线的液体，而不接触第一组较高亲和力表面区域的液体，

其中，在闭合曲线上提供的液体与在第一组表面区域上提供的液体相比从第一表面延伸的更远。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，闭合曲线具有比第一组较高亲和力表面区域中任何较高亲和力表面区域的最小尺寸都大的最小宽度。

30.根据权利要求28或29所述的方法，还包括：在闭合曲线内提供流体的步骤。

31.根据权利要求28-30中任一项所述的方法，还包括：在第一表面上和在闭合曲线内提供第二组较高亲和力表面区域，第二组较高亲和力表面区域中的每个较高亲和力表面区域具有比第一组较高亲和力表面区域的最小尺寸大的最小尺寸。

32.根据权利要求31所述的方法，该方法还包括步骤：在提供液体之后，在第二组较高亲和力表面区域中的每一个处，提供距离限定元件。

33.根据权利要求28-32中任一项所述的方法，还包括：在提供液体的步骤之后，并且在提供背衬元件的步骤之前，对液体提供加速力的步骤。

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