基于LC的光学显示系统

本发明整体涉及光学显示系统领域，更特别地涉及平板显示系统领域。

平板显示系统广泛应用于各种装置/系统中，诸如计算机监视器、手提电脑、移动 电话、电视机等等。总的来说，平板显示器在市场中成为主要显示器类型。

基于液晶(LC)的显示系统在各种平面屏幕显示系统中占据主要部分。基于LC的显 示系统利用了分子材料，所述分子材料将某些液体性质与分子间的类晶体次序组合在一 起。液体性质的存在允许LC材料响应外部场、例如电场而变化取向。通常可通过具有不同光 学性质、例如偏振光的双折射和/或透射或旋转来区分LC分子的不同取向。

通常，基于LC的显示系统利用对应的背式照射单元，所述背式照射单元在装置的 整个表面上提供了高强度和大部分均匀的照射。显示系统的LC面板通过完全地或部分地阻 挡沿着表面来自不同区域的光来提供对均匀的背式照射的调制。为了提供充分调制，由背 式照射单元发出的光转换成偏振光(例如，通过输入偏光器，所述输入偏光器附接到液晶单 元的底部部分)，同时LC材料的相位变化(例如，旋转)使得其对偏振光的透射发生变化。

本领域已知各种基于LC的显示器，其包括基于LC材料的装置，所述LC材料具有负 介电各向异性，例如美国专利No.5,384,065和5,599,480中描述的那些材料。

另外，已知各种背式照射单元，其包括利用纳米颗粒(例如纳米点和棒状纳米颗 粒)的光学发射的单元。例如在美国专利No.8,471,969和美国专利公开2013/181,234和 2014/009,902中描述了这种光学显示器和照射单元，以上所有专利都被转让给本申请的受 让人。这种基于纳米颗粒的发光单元能够提供具有所需温的高强度照射，同时降低了能 源成本并且在一些情况中消除或者至少减少了对偏振过滤的需要。

此外，若干显示装置构造针对来自显示系统的背侧的光提供了一定的透明度。提 供至少部分透明显示器的一些已知技术包括：半透明全息投影系统；透明有机发光二极管 (TOLED)显示器；反射平视显示器(HUD)；基于蓝反射厚板的显示器；和透明LCD。这些技术 向用户提供了显示，同时允许光通过显示器透射，以使得用户能够观察显示系统的背侧场 景。

例如，US2014/0292839提供了一种透明显示装置，其包括液晶面板。液晶面板包括 滤器基板、阵列基板、液晶层、第一偏光器和第二偏光器。第一偏光器布置在滤器基板 的远离液晶层的一侧上。第二偏光器布置在阵列基板的远离液晶层的一侧上。滤器基板 包括透明基部和形成在透明基部上的滤器。滤器包括复合像素区域，其中，复合像素区 域中的每一个均具有彩子像素区域和透明子像素区域。第二偏光器包括非偏振图案，所 述非偏振图案在空间上对应于滤器中的透明子像素区域，在光通过非偏振图案之后，偏 振状态保持不变。

如上所述，基于LC的显示装置通常利用各种光透射提供调制的照射(即，显示图 像)。更特别地，通过阻挡或者部分地阻挡通过显示装置的不同区域/像素的光透射生成显 示在显示装置上的图像。这种基于透射阻挡的显示技术需要高强度的背式照射，这导致它 们在能源效率上处于劣势。

另外，透明或部分透明显示系统的传统构造受到各种限制，例如，视角有限，对比 度和亮度低，以及显示尺寸难以放大。本发明的技术利用光学活性纳米颗粒、特别是纳米棒 和来自其的光学发射提供透明显示系统，所述透明显示系统能够提供所需高亮度，同时保 持系统的透明度(例如，透射通过显示器的可见光的15％以上，优选30％，更优选40％以 上)。因此本领域需要一种新型显示装置构造。本发明提供了一种光学活性层/光学活性结 构，所述光学活性层/光学活性结构构造成应用在显示装置中。光学活性结构能够允许显示 装置以提高的能源效率操作。另外，使用本发明的光学活性结构使得能够设计光学透明显 示系统。本发明的光学活性系统包括一层或多层，所述一层或多层具有嵌入在液晶(LC)分 子基质中的多个光学活性棒状纳米颗粒。棒状纳米颗粒优选地与LC材料对准，使得LC分子 的取向变化致使纳米颗粒与LC分子一起旋转/移动。

光学活性棒状纳米颗粒被选择成吸收预定第一波长范围内的光和响应发射一个 或多个第二波长范围(通常处于可见光谱中)的光，所述预定第一波长范围典型对应于介于 蓝光与紫外光之间的范围，典型包括长波紫外线(UVA)范围(320-400nm)和/或紫光波长范 围(380-450nm)。应当注意的是，根据纳米颗粒的尺寸、几何形状和材料成分来确定第二波 长范围的波长。类似地，典型根据纳米颗粒的材料成分来确定第一波长范围的光的吸收。根 据一些优选实施例，纳米颗粒被选择为各向异性纳米颗粒，即，一条轴线长于其它轴线。另 外，根据优选实施例中的一些，纳米颗粒被选择为棒状半导体纳米颗粒。这种棒状纳米颗粒 (也称作纳米棒)可以具有核-壳、核-双壳或核-多壳结构，其中，核由第一材料成分形成，而 一个或多个壳由一种或多种其它材料成分形成。另外，核本身可以是单材料核、核-壳或核- 多壳并且可以是各向异性几何结构或者非各向异性几何结构。

棒状纳米颗粒(纳米棒)响应于光学泵浦或电泵浦能量而总体上显示偶极状光学 发射。另外，纳米棒典型地提供了具有所发射的光的相对高的偏振比(PR)的光学发射。为 此，偏振比通常定义为具有关于纳米棒的配向轴线的平行偏振和垂直偏振的光的发射强度 之比。更具体地，在适当泵浦时，纳米棒发射根据纳米棒参数确定的预定波长范围的光，并 且所发射的光大体沿着垂直于纳米棒的长轴线的方向传播。另外，由纳米棒发射的光基本 线性地偏振，即，可以具有高于1.5或优选高于4的偏振比(PR)，所述偏振比定义为关于纳米 棒的长配向轴线的平行和垂直偏振的纳米棒的发射强度之间的测量比率。因此，纳米棒的 旋转改变从其发射的光的传播方向并且还可以改变所发射的光的偏振和偏振取向。

为此，LC层构造成响应于外部场而改变LC分子的取向，在所述LC层中嵌入有纳米 棒。一般而言，LC层构造成通过改变LC分子的取向而响应外部电场，所述外部电场是直流 (DC)或交流(AC)电场。在一些实施例中，LC分子构造成沿着一个取向(平面取向)平行于该 层的表面配向并且沿着第二取向(垂直/垂面取向)垂直于该层的表面配向。另外，LC材料的 旋转优选地构造成还改变嵌入在其中的纳米棒的取向。纳米棒的该旋转可以影响由纳米棒 吸收的泵浦能量和由纳米棒发射的光的一种或多种性质中的至少一者，如将在下文更详细 描述的那样。

因此，如上所述，根据一些实施例，本发明提供了显示系统，所述显示系统承载光 学活性结构，所述光学活性结构构造成并且能够操作成响应输入泵浦能量(例如，泵浦光) 并且根据控制单元的操作命令提供由该装置发射的结构光。在一些实施例中，显示系统构 造成对于可见光至少部分地透明。显示装置典型地构造成改变从其发射的光，以生成一个 或多个输出图像，所述输出图像具有预定显现时间(例如，视频显示)。

因此，根据一个广泛方面，本发明提供了一种光学活性结构，所述光学活性结构包 括至少一层，所述至少一层包括液晶材料和多个光学活性纳米棒，所述液晶材料和多个光 学活性纳米棒一起混合在所述至少一层中，其中，沿着液晶材料的一个取向，纳米棒通过以 第一强度水平发射一个或多个预定第二波长范围的光而响应第一泵浦波长范围的输入辐 射，并且沿着液晶材料的另一个取向，将来自纳米棒的发射降低至第二强度水平。

光学活性纳米棒可以选择成具有的材料成分和几何结构发射所述至少一个第二 波长范围的光。

液晶材料优选地构造成响应于外部电场而改变其取向。此外，液晶材料的取向的 改变优选地致使所述光学活性纳米棒的配向轴线相应地旋转，从而改变由光学活性纳米棒 吸收并由光学活性纳米棒发射的光的性质。液晶材料的取向变化可以提供从纳米棒发射的 光的连续变化。

一般而言，光学活性纳米棒中的液晶材料可以在一个取向状态中沿着平行于结构 的表面的预定轴线配向并且改变其方向以在另一个取向状态中沿着垂直于结构的表面的 预定轴线配向。在一些实施例中，液晶材料可以构造成具有负介电各向异性。

纳米棒材料可以选择成或构造成响应于外部电场而改变其发射性质；所施加的电 场可以引起纳米棒的光发射的猝灭(quench)，从而在存在电场的情况下降低光发射的强 度。然而应当注意到的是，纳米棒材料优选地选择成使得外部电场的存在基本上不会显著 改变发射波长，这在降低发射强度时用以避免颜发生变化。

光学活性结构还可以包括电极装置，所述电极装置包括多个电极元件，所述多个 电极元件限定了该结构的多个可单独操作的像素，电极装置的所述电极元件构造成选择性 地将电场施加于对应的像素，从而致使液晶材料和光学活性纳米棒旋转。

光学活性结构可以包括两种或更多种类型的光学活性纳米棒，其中，每种类型包 括如下的光学活性纳米棒，即所述光学活性纳米棒具有的材料成分和尺寸被选择成提供选 定的波长范围与其它类型纳米棒的波长范围不同的光学发射。不同类型的光学活性纳米棒 可以布置在多个像素区域上，从而通过发射具有所需照射温度的白光的像素区域和/或所 发射的光(例如红绿和蓝像素区域)的选择性空间和时间变化实现彩图像形成。

在一些实施例中，光学活性结构及其液晶和光学活性纳米棒可以构造成对于可见 光谱的光部分地光学透明。光学活性纳米棒可以构造成响应于第一波长范围内的泵浦光而 发射可见光谱的光，所述第一波长范围包括紫外光(UV)和紫光照射。

在一些实施例中，液晶材料可以包括向列液晶材料。在一些实施例中，光学活性结 构还可以包括至少一个配向层，所述至少一个配向层与所述液晶材料物理接触，所述至少 一个配向层构造成使液晶材料在其休止状态中配向。所述至少一个配向层可以包括聚合物 稳定的垂直配向层。

光学活性结构还可以包括在该结构的一侧或两侧上与液晶材料和纳米棒材料物 理接触的一个或多个域分隔件，从而提供液晶材料和对应纳米棒的多域配向。

典型地，应当注意的是，光学活性结构可以构造成应用在显示装置中。

根据一个其它广泛方面，本发明提供了一种显示装置，所述显示装置构造成选择 性地显示所需图案(图像)，所述显示装置包括：

泵浦光源，所述泵浦光源构造成提供第一泵浦波长范围的光学照射；

光学活性结构，所述光学活性结构包括配向的纳米棒和LC材料，所述纳米棒构造 成响应于泵浦光而发射一个或多个选定第二波长范围的光；和

电极装置，所述电极装置构造成提供电场，从而局部改变LC材料和纳米棒的取向， 由此调制纳米棒的光发射；LC材料的取向变化大体构造成引发纳米棒的取向对应地变化， 从而选择性地调制显示装置的所需像素区域的光发射。

显示装置可以构造成对于可见波长范围的光至少部分地透明或者对于可见光谱 的一部分的光至少部分地透明。

显示装置可以构造成被动态地控制，以提供用于显示非静态图像，例如电影。为 此，显示装置可以包括控制单元或者与控制单元相联，所述控制单元构造成并且能够操作 成生成对应于一个或多个图像的图像数据以及操作光学活性结构的电极装置以改变选定 像素区域中的LC材料的取向至ON模式和/或OFF模式以及介于OFF模式与ON模式之间的中间 水平，从而形成所需图像。

显示装置还可以包括位于该装置与来自其背部场景的光之间的阻挡/漫射层，所 述阻挡/漫射层/元件构造成选择性地阻挡或漫射来自该装置的背部场景的预定波长范围 的光，例如，阻挡泵浦光(例如紫外泵浦光)的波长的光，从而在使用时最小化光学活性层的 荧光，或者阻挡光谱的可见部分(400-700nm)的一部分或全部，从而使得显示装置后方的场 景的背式照射变暗和/或提供非透明显示模式。

根据本发明的又一个广泛方面，提供一种显示系统，所述显示系统包括光学活性 结构，所述光学活性结构构造成产生图案化照射，所述图案化照射生成所需图像，所述光学 活性结构包括至少一层，所述至少一层包括光学活性纳米棒和液晶材料，所述光学活性纳 米棒构造成响应于泵浦能量而发射预定波长范围的输出光。显示系统可以构造成对于可见 光至少部分地透明。所述至少一层可以包括所述光学活性纳米棒和所述液晶材料的混合 物，使得液晶材料的取向变化引起所述光学活性纳米棒的取向对应地变化。

在一些实施例中，光学活性纳米棒可以构造成响应泵浦能量，从而发射一个或多 个第二波长范围的光，所述泵浦能量是预定第一波长范围的光学泵浦。第一波长范围可以 包括下列中的至少一个：紫光波长和紫外光波长，所述一个或多个第二波长范围可以包括 可见光。

显示装置可以包括电极装置，所述电极装置与其光学活性结构相联并且构造成将 电场选择性地施加到所述液晶材料上，以致使其取向发生变化。电极装置可以包括多个电 极元件，所述多个电极元件限定了所述光学活性结构的多个单独操作的像素区域。

在一些实施例中，光学活性纳米棒可以包括两种或更多种类型的纳米棒，根据纳 米棒的尺寸和结构以及成分选择每种类型的纳米棒，以发射不同预定波长范围的光。两种 或更多种类型的纳米棒可以包括至少三种类型的纳米棒，选择每种类型，以发射与基对 应的预定波长范围的光。

显示装置还可以包括泵浦光源，所述泵浦光源构造成提供第一波长范围的光学泵 浦形式的泵浦能量，从而致使所述光学活性纳米棒发射一个或多个第二波长范围的光。泵 浦光源可以构造成位于离开所述光学活性结构的预定距离处，所述预定距离大于1厘米或 者大于5厘米。在一些构造中，泵浦光源可以位于离开显示装置的光学活性结构大于50cm或 者大于1米的距离处。

根据一些实施例，显示装置还可以包括至少一个滤光层，所述滤光层构造成过滤 掉非所需波长范围的光。滤光层可以构造成阻挡泵浦光(例如，紫外光)照射的透射、但允许 背景光和/或所发射的光(例如，可见光谱)的透射。

光学活性结构的所述光学活性纳米棒和液晶材料可以混合在一起，使得该结构的 特定区域中的所述液晶材料的取向变化引起所述区域中的所述光学活性材料的旋转变化， 从而增大或减小纳米棒响应于泵浦能量的光学发射。

根据一些实施例，液晶材料的取向变化和对应的纳米棒的取向变化可以提供OFF 状态和ON状态，在所述OFF状态，纳米棒被配向成使其长轴线平行于输出光传播的总体方 向，在所述ON状态，纳米棒被配向成使其长轴线平行于所述至少一层的表面并且响应于泵 浦能量而发射光。显示装置还可以构造成提供与液晶材料的取向相关联的一个或多个中间 状态，从而实现来自一个或多个像素区域的一个或多个中间水平的光学发射。

根据一些实施例，显示系统还可以包括阻挡/漫射层，所述阻挡/漫射层位于该装 置与来自其背部场景的光之间，所述阻挡/漫射元件构造成选择性地阻挡或漫射来自该装 置的背部场景的预定波长范围的光，从而提供显示装置的“智能玻璃”能力。

为了更好地理解在此公开的主题以及为了解释如何在实践中实施所述主题，现在 将参照附图仅通过非限制性实例描述实施例，其中：

图1A和图1B示意性示出了根据本发明的一些实施例的分别处于ON状态和OFF状态 的显示装置的一部分，所述显示装置使用了包括具有嵌入的纳米棒的LC层的光学活性层；

图2A和图2B示出了根据本发明的一些实施例的分别处于OFF状态和ON状态的显示 装置的一部分，所述显示装置使用了具有嵌入的纳米棒的垂直配向的LC层；

图3A和图3B示出了根据本发明的一些实施例的分别处于OFF状态和ON状态的显示 装置的一部分，所述显示装置使用了具有嵌入的纳米棒的多域像素单元中的垂直配向的LC 层；

图4A和图4B示出了根据本发明的一些实施例的分别处于OFF状态和ON状态的显示 装置的一部分，所述显示装置使用了具有嵌入的纳米棒的图案化电极像素单元中的垂直配 向的LC层；

图5A和图5B示意性示出了显示装置的三个相邻像素的侧视图(图5A)和俯视图(图 5B)；

图6示出了根据本发明的一些实施例的透明显示单元的分层结构；和

图7例举了根据本发明的一些实施例的透明显示单元的用途。

本发明提供了一种基于荧光各向异性纳米材料的显示器，所述荧光各向异性纳米 材料插入到或嵌入在液晶层中。各向异性纳米材料可以优选地构造成提供具有提高的颜 质量的光学照射，同时液晶中各向异性纳米材料的混合提供了简化结构以及对其发射的调 制。

参照图1A和图1B，示出了根据本发明的使用了光学活性结构(层)10的显示装置 (例如，像素单元)100的一部分的横截面，显示为处于ON状态(图1A)和OFF状态(图1B)。光学 活性结构10包括液晶(LC)分子14和各向异性纳米颗粒12(纳米棒)的混合物，所述各向异性 纳米颗粒12沿着优选的轴线共同配向并且构造成响应于所施加的外部场而改变取向。显示 装置100的光学活性层10可以大体上包封在顶部基板104与底部基板102之间，所述顶部基 板和所述底部基板优选地对于可见光谱的光透明，并且还可以对于紫外光照射透明，特别 地，顶部基板和底部基板可以对于第一波长范围的泵浦光和第二波长范围的发射光透明。 另外，显示装置可以包括例如由经摩擦的聚酰亚胺层形成的一个或多个配向/取向层106， 在附图中示出了两个这样的层。显示装置还可以包括电极装置107或者显示装置与所述电 极装置相联，所述电极装置构造成选择性地提供电场调制，从而促进LC材料14的取向变化。 一般而言，LC材料14的取向变化引发纳米颗粒12的取向变化并因而提供对显示装置100的 光学活性的调制。在一些构造中，电极装置107包括透明电极，例如，基于ITO(铟锡氧化物) 的电极，以允许光学辐射透射通过其中。光学活性层10的纳米棒12被选择和构造成通过发 射一个或多个第二波长范围的光110而响应第一波长范围(例如，蓝、紫、UV或者基于纳米棒 材料成分和装置所需应用的任何适当波长)的输入泵浦光108。显示装置100可以包括泵浦 光阻挡器105，所述泵浦光阻挡器构造成阻挡泵浦光的未吸收组分，以防止在显示图像中产 生干涉。应当注意的是，图1A和图1B以及下列所有附图均是示意性的并且与不同元件的真 实尺寸无关。更特别地，LC材料相对于纳米棒的尺寸的相对尺寸通常不成比例并且不能从 附图得到。根据本发明的大体适于使用的纳米棒材料可以具有介于8nm至500nm之间或优选 介于10nm至160nm之间的长度(长轴线)，以及具有数纳米(例如，3nm至50nm)的宽度或直径， 并且具有高于1.5、优选高于3的纵横比，所述纵横比为沿长轴线的长度和沿短轴线的长度 之比。LC分子14构造成响应于外部电场旋转并且构造成在所述电场为零时旋转返回。图1A 和图1B示出了显示装置100的ON/OFF状态的示例。在图1A中，LC材料14处于其休止取向，并 且沿着平行于光学活性结构10的表面的轴线配向。这种构造致使纳米棒12沿着平行于光学 活性结构10的表面的类似轴线与LC分子一起对准。在该取向，纳米棒12被配向成其长轴线 垂直于输入泵浦光108的方向且垂直于输出发射光110的所需传播方向。这提供了纳米棒12 对泵浦光的有效吸收以及提供了一个或多个第二波长范围的光的发射，其中，所发射的光 的大部分沿着所需方向传播，以由显示装置投影图像。因此，从纳米棒发射的第二波长范围 的输出发射光110可以沿着所需方向从显示装置朝向观察者传播，如图1A所示。

当将适当的电场施加在电极装置107的电极之间时，LC材料的分子14因此旋转并 且致使嵌入在光学活性层10中的纳米棒12对应地旋转。在该示例中，如图1B所示，纳米棒12 在OFF状态下定向成使得其长轴线垂直于光学活性层10的表面。在该构造中，从纳米棒发射 的光基本在光学活性层10内传播并且基本不会传播离开该光学活性层。另外，因纳米棒12 的取向以及因对由电极107施加的外部电场引起的对纳米棒荧光的猝灭效应而大大减小了 吸收背式照射中的泵浦光108的横截面。因此，选定区域(像素)中纳米棒和LC材料的取向的 适当变化提供了对由纳米棒发射的光学发射的局部调制，并且使得光学活性层的区域在ON 状态与OFF状态之间转换，包括中间状态。

一般而言，本发明的纳米晶体12是半导体细长结构，例如籽晶(seeded)纳米棒、纳 米棒或者核/壳纳米棒。利用额外的表面改性处理(如，附接表面配体等等)或者不利用额外 的表面改性处理将纳米棒插入到适当的液晶材料14中。纳米棒可以通过LC分子取向而在LC 层内配向。LC分子可以通过任何适合的技术配向，例如利用经摩擦的聚酰亚胺层或者通过 光控配向。将电场施加到显示装置的选定电极引发LC材料与纳米棒一起局部旋转(例如，在 像素区域内)，使得其长轴线平行于或者基本平行于电场(例如，±10度的角度公差)。这使 得显示装置的对应区域在ON状态、OFF状态和中间状态之间切换。应当注意到的是，尽管在 图1A和图1B中ON状态是在没有施加电场时描述的而OFF状态被描述为通过施加电场而引 起，但是这是通过下文描述的不同实施例的构造选择的。术语“ON状态”指的是将光强发射 给观察者的状态，而术语“OFF状态”指的是在观察者方向上没有发射光或者弱发射光的状 态。还应当注意的是，在图1B中示出了纳米棒的取向(其长轴线垂直于光学活性层的表面配 向)，这提供了协同地减小并最小化光学活性层的输出光的若干效果。

首先，施加在纳米棒上的具有平行于纳米棒的长轴线的方向的电场提供了对纳米 棒的光学活性的猝灭。该猝灭由电场下的电子空穴分离引起，这在美国专利No.8,471,969 中有详细描述，该美国专利描述了由沿着纳米棒的长轴线的相同方向施加的DC和AC电场中 的任一电场导致的猝灭。如所述的，施加在纳米棒上的电场导致所发射的光的显著猝灭。然 而，应当注意到的是，纳米棒的材料和构造优选地选择成，例如用以消除或至少显著地减小 发射波长因外部电场而移动。这用以避免导致由显示装置形成的图像的颜变化。

其次，如上所述，纳米棒的光学发射具有大体偶极状分布。更特别地，大部分光沿 着正交于纳米棒的长轴线的方向发射，仅非常少的光沿着长轴线方向发射。通过配向纳米 棒使其长轴线导向观察者处，所发射的光仅有非常小的部分朝观察者传播。因此，所发射的 光的强度的大部分将导向侧部，在侧部，可以放置适合的吸收器以防止光泄漏。

再次，纳米棒对泵浦光的吸收取决于用于吸收的对应横截面。在图1B所示的所谓 “OFF构造”中，纳米棒定向成使得其长轴线平行于泵浦光的传播方向。这最小化了用于吸收 泵浦光的横截面并且因此减小了纳米棒的发射。

应当注意到的是，在本发明的一些实施例中，LC材料的取向变化还可以用于使由 纳米棒发射的光的偏振旋转。显示装置典型地可以包括偏振滤光器，所述偏振滤光器相对 于光传播的总体方向位于光学活性结构10的下游。因此，当显示装置的区域处于ON状态时， LC材料允许由纳米棒发射的光传播而没有偏振旋转并且允许其由该额外的偏振滤光器透 射，而在OFF状态，LC材料可以辅助所发射的光的至少一部分旋转偏振，从而致使该部分由 该额外的偏振滤光器过滤掉。

因此，通过将电场施加在LC材料上，纳米棒的取向变化提供了消除或/和至少显著 地减小纳米棒响应于泵浦光的光学发射。然而，在其中没有完全消除纳米棒的光学发射的 一些构造中，取向变化导致引导所发射的光被吸收在位于像素区域之间的适合的光吸收器 中，以至少显著地减小沿向外方向(朝向观察者)的发射。而在显示装置的像素元件的ON状 态，基本没有防止纳米棒的光学发射的效果，并且吸收横截面比OFF状态大得多，导致响应 于泵浦光的光学发射高。因此，在ON状态，纳米棒定向成平行于光学活性结构10的平面，从 而提供用于吸收输入泵浦光的大横截面，从而致使从其光学发射。纳米棒因此强有力地吸 收，发射它们最大发射并且发射的方向性被引导朝向显示装置的输出方向。在该状态下，纳 米棒的取向使得沿相邻像素的方向发射的光构造成最小并且沿观察方向的光强度可以处 于最大。另外，适当的背式反射器可以用于沿着优选方向引导光的更大部分，所述背式反射 器典型地可以构造成透射泵浦光，同时反射由纳米棒发射的光。

在这一方面，还应当注意的是，施加中间电压提供了中间光强度输出(通常称作灰 度能力)。更特别地，中间场幅度致使LC和纳米棒旋转至相对于光学活性层10位于平面内与 垂直之间的取向，从而导致发射减小的光强度以及尤其是沿所需方向朝向观察者进行光传 播。这允许使用一种类型的纳米棒生成“灰度级”图案，从而提供单图像。另外，在利用多 个像素元件的显示器中，从某些像素输出的光的强度变化可以用于提高图像质量。在这种 “多像素”显示系统中，不同的像素区域包括具有不同光学发射性质的纳米棒，即，在一个像 素区域中发射红光的纳米棒以及在附近像素区域中发射绿光的纳米棒。这种构造为显示装 置提供了呈现彩图像的能力。

另外，并且与基于LC的传统显示系统不同，本发明的技术不需要使用任何偏振滤 光器来调制光学发射和在显示器上生成图像。然而，如上所述，在一些实施例中，使用这种 偏振滤光器可以是有利的。通常通过改变纳米棒的取向来调制从纳米棒输出的光，从而减 小其发射，因此滤光不是特别需要的。取消偏振滤光器可以提供更好的节能以及降低成本 且具有良好的颜。

而且，本发明的技术允许构造完全透明的显示装置，即，透视型显示装置。这可以 通过使用光学透明电极装置(例如ITO电极)和光学透明承载基板来实现。在该构造中，泵浦 光可以优选地具有来自显示器的背部和/或其侧部的UV波长范围。而来自位于显示装置后 面的物体的可见光谱的光透射通过装置。这在图1A和图1B中举例给出，除了泵浦光108和发 射光110，还示出了背景场景(“附加的”)光输入109和输出114。

如上所述，根据本发明的光学活性结构10和显示装置利用两种主要材料组，以提 供所需光学活性及其调制。光学活性结构10大体包括：

1、液晶材料(LC)

2、各向异性荧光半导体纳米结构(纳米棒)

然而，应当注意的是，诸如配体和添加剂的额外组分可以应用在光学活性层中，以 实现和/或简化纳米结构至液晶中的插入。

各种类型的液晶材料和混合物可以与纳米棒组合使用。这些材料优选地能够以均 质配向(还称作平面配向)的方式配向。LC材料可以优选地是向列LC材料，然而也可以使用 其它类型的LC材料。向列LC材料可以具有负或正介电各向异性。典型地通过外部电场和/或 通过与光学活性层的LC材料相接触的基板表面的边界条件引发LC配向。例如，基板的聚酰 亚胺涂层(可选地经摩擦)可以使LC分子平行于基板表面配向。还可以使用LC材料的其它组 合和相位。

适当的LC材料是本领域众所周知的。可以根据光学活性结构的配向和切换的优选 模式选择材料性质。在优选模式中，可以选择负介电LC材料。其优选应用在其中LC材料相对 于基板垂直配向的构造中，从而使得能够优化纳米棒的光发射的上述调制。

一般而言，可应用在本发明的各个实施例中的光学活性各向异性纳米颗粒(纳米 棒)可以由半导体材料制成，例如，II-VI族、III-V族或IV-IV族半导体以及其各种组合。在 转让给本申请的受让人的上述专利公开中也更详细地描述了这样的材料，上述专利公开包 括美国专利No.8,471,969和专利公开US 2014/009,902和US 2013/115,455。半导体材料可 以选自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、GaAs、GaP、GaAs、GaSb、HgS、HgSe、HgTe、InAs、 InP、InSb、AlAs、AlP、AlSb、Cu2S、Cu2Se、CuInS2、CuInSe2、Cu2(ZnSn)S4、Cu2(InGa)S4、TiO2、其 合金及其各种混合物。该材料列表可以指棒材料(在纳米棒的情况中)、核与壳材料(在核/ 壳纳米棒中)、或在籽晶棒结构中的籽晶和棒材料。籽晶纳米棒可以具有非对称地位于细长 壳内的籽晶(或核)。核典型地可以位于细长颗粒的长度的大约四分之一至二分之一处，但 是其它位置也是可行的。籽晶的典型直径尺寸可以介于1nm至20nm之间，更特别地介于2nm 至10nm之间。除了第一壳之外，还可以包括另外的壳层，用于稳定及光学功能。纳米棒的材 料组合和尺寸典型地调整成针对应用需要提供所需颜的光学发射的调整。

整个纳米棒结构的长度范围可以例如介于8nm至500nm之间，更优选地介于10nm至 160nm之间。棒的总体直径可以例如介于1nm至20nm之间，更特别地介于1nm至10nm之间。典 型的纳米棒具有高于1.5或优选高于3的长度/直径纵横比。通过控制尺寸和成分，可以针对 不同样本调整各向异性纳米棒的发射颜，以提供显示器的所需基。例如，单一类型的棒 样本可以用于单显示器的单背光源，或者以不同颜发射的两种或更多种不同棒的组 合可以用于彩显示器。如上所述，纳米棒的尺寸、结构和材料/化学成分(例如，纵横比、几 何形状、纳米棒的各种壳和/或核的不同成分)大体用于控制其发射波长。例如，籽晶和棒的 直径变化用于控制发射波长。

纳米棒构造成使得每种类型的纳米棒发射具有相对窄的带宽并且具有处于可见 光谱中的波长范围的光。一般而言，纳米棒被选择成发射通常应用在显示工业中的可见颜 的光(例如，红、绿和蓝)，然而，另外的颜或者颜组合可以用于提高图像质量。典型 地，纳米棒可以选择成发射半高全宽(FWHM)低于60nm的光，从而提供高质量颜，在一些情 况下，FWHM为45nm以下。

纳米棒可以由能够增强纳米棒的光学性质的分子配体覆盖/包围，并且在一些构 造中用以辅助纳米棒与LC材料共同旋转。分子配体还可以提高纳米棒和LC在层内的分散， 从而在光学活性层内提供纳米棒更高程度及均匀的分布。纳米棒的配体覆盖可以在纳米棒 的合成阶段获得或者可以在合成纳米棒之后进行交换。各种配体均用于将纳米棒转移到水 溶液或有机溶液中。

因此，为了提供显示装置的像素结构，光学活性层构造成具有多个像素区域，每个 像素区域包括LC和纳米棒，所述LC和纳米棒被选择成发射一个或多个波长范围的光(典型 地，每个像素区域构造成发射一种颜的光)。特别地，光学活性层可以位于两个(优选地， 透明)基板之间并且包括电极装置，所述电极装置包括沿着结构(在其整个表面上)、例如在 基板中的两块或一块基板上布置的多个优选透明的电极，以将适当的电场选择性地施加于 不同的像素区域。电极装置的不同电极构造成在光学活性结构上生成局部电场并且因而限 定和操作该层的像素区域。在一些构造中，至少一块基板涂覆有定向层，例如，聚酰亚胺材 料或者构造成通过摩擦或者提供LC材料相对于基板的平面至特定方向的配向的任何其他 材料。如上所述，LC材料优选地构造成平行于光学活性层的表面配向。然而，如将在下面进 一步描述的那样，可以使用LC材料的另外的取向。

返回参照图1A和图1B，应当注意的是，光学活性结构可以优选地构造成允许可见 光通过显示装置100透射，同时吸收导致在ON状态和中间状态中由纳米棒发射输出光的输 入泵浦光(例如，UV光)。应当注意的是，在该方面中，该结构可以对于可见光谱的环境光光 学透明，这意味着来自结构的一侧的光的至少15％、优选40％或更多可以透射通过。典型 地，在本发明的光学活性结构中使用液晶材料致使通过其中的光的偏振旋转，在这一点，通 过结构的一部分光可以根据其偏振状态被反射或被吸收。还应当理解的是，光学活性结构 和使用该结构的显示装置可以利用或可以不利用一个或多个偏振滤光器来提高显示质量。 这种偏振滤光器可以减小通过装置的环境光的光学透射。

另外，光学活性结构对具有或不具有泵浦能量(例如，泵浦光)的施加场的准确响 应分布实际上取决于结构的多个设计参数。这些参数包括LC纳米棒配向响应的测量、纳米 棒对电场的响应(例如，由于外部电场引起的发射猝灭)、光学活性纳米棒的机械性质、LC层 中纳米棒的浓度以及影响LC和纳米棒的施加场的频率和波形。

如上所述，根据本发明的一些实施例，LC和纳米棒层可以构造成在零电场的情况 下处于ON状态而在施加电场时转换至OFF状态。可以使用向列液晶提供这种构造。在一些其 它实施例中，可以在施加电场时获得“ON状态”，而“OFF”状态是装置的休止状态，是在没有 施加电场的情况下获得的。这可以使用如通常应用在各种基于垂直配向(VA)型液晶的装置 中的垂直液晶材料来提供。参照图2A和图2B，示出了根据本发明的一些实施例的显示装置 的OFF状态(图2A)和ON状态(图2B)。图2A示出了具有嵌入的纳米棒12的垂直LC 14。当由电 极107提供电场时，LC材料的层旋转以与光学活性层共面，从而使对应的纳米棒旋转并且允 许所发射的光导向该层之外。如该图所示，LC材料14的层/区域可以构造成沿着光学活性层 10的整个区域改变其取向或者使得LC材料14的一部分旋转而一部分留在休止状态。这提供 了光学活性纳米棒12的旋转，以响应于泵浦光108而从其实现光学发射110。

图3A和图3B示出了光学活性层的多域垂直配向(MVA)构造。该构造包括域分隔元 件116，所述域分隔元件从基板延伸，以改变LC的配向。图3A大体示出了没有施加电场的情 况下的OFF状态，而图3B大体示出了当将电场施加于该区域时的ON状态。分隔特征件(例如 突出件)116位于LC/纳米棒混合区域的一侧或两侧上，以在该结构的限定了单个像素的区 域内产生液晶材料14的多域配向。

图4A和图4B示出了使用图案化垂直配向(PVA)层的另一构造。在该构造中，两个分 离的电极117位于像素区域附近并且构造成将相等大小的电压施加在顶部基板部分上。图 4A示出了在没有施加电场的情况下的OFF状态，而图4B示出了当将电场施加在该区域上时 的ON状态。光学活性结构100的该构造使得能够使用包括图案化电极117的电极装置，所述 图案化电极位于单个像素和/或结构100的单侧上。附加地或替代地，电极元件中的一个或 多个可以图案化，以提供至特定像素区域的选择性通路。而其它电极元件可以图案化或可 以不图案化。

应当注意的是，电极装置可以包括多个电极元件117的排列，所述多个电极元件构 造成选择性地或者根据需要将电场施加于结构100的不同像素区域并且因此施加于利用该 光学活性结构的显示系统的不同像素区域以形成所需图像。还应当注意的是，根据本发明 的一些实施例，电极装置可以包括多个电极元件的排列，所述多个电极元件从光学活性结 构的一侧与不同像素区域相关联，而单个电极元件提供光学活性结构的另一侧的接地。在 一些其它实施例中，光学活性结构的两侧可以使用多个像素专用电极元件。而且，在一些使 用光学活性结构(液晶材料)的多域垂直配向(MVA)的实施例中，单个像素可以与多个电极 元件相关联，从而改变施加于像素区域的不同域中的一个或多个域的电场。

可以使用液晶材料的一些另外的构造及其取向控制，例如利用聚合物稳定的垂直 配向(PS-VA)层。可以通过在光学活性层(例如，与液晶材料接触)中添加可聚合添加剂(例 如，反应性液晶基)稳定和优化包含纳米棒的LC材料的取向。因此可以提高切换性能，并且 可以省略如图3A所示的配向突出件(元件116)。

在一些基于VA的装置中，ON状态可以包括没有被垂直导向、而是沿着水平方向并 且因此不一定均质配向的纳米棒。例如，在MVA(图3A和图3B)和PVA(图4A和图4B)类型的结 构中，不同的像素区域可以包括在基板平面上相对于水平投影以不同角度配向的纳米棒和 液晶分子。另外，基于VA的装置还可以具有不同于图1A和图1B所示的另外的电极图案化特 征件和配向特征件。

根据本发明的一些实施例，可以使用上述光学活性结构100作为显示装置中的图 案化光发射结构。为此，显示装置典型地可以包括光学活性结构和电极装置，所述电极装置 构造成将电场选择性地施加到该结构的所需像素区域，因而使得选定的像素能够在ON状态 与OFF状态之间转换，从而生成观察者可见的图像。典型地，光学活性结构还可以构造成使 得相邻像素区域包括纳米棒，所述纳米棒发射不同的三个或更多个波长范围(颜)的光。 典型地，这样的不同颜包括基，例如，红、绿和蓝；从而通过混合提供全彩图 像。在一些构造中，光学活性结构可以包括四种或更多种不同颜的像素区域，从而使得能 够提高图像质量。

就这方面，参照图5A和图5B，示意性地示出了本发明的显示系统250的示例性部 分，显示系统250的该部分包括出自如上所述的显示装置的像素的二维阵列的三个像素。为 了简化图示，没有专门示出上述的电子连接件和控制结构。通过将具有选定的(不同的)发 射性质的纳米棒材料放置在选定的不同像素区域内形成像素阵列220。一般而言，应当注意 的是，可以通过电极元件的影响区域、即通过电极装置来限定像素区域。然而，在一些构造 中，不同的相邻像素区域之间可以物理分隔开，以防止各像素之间LC和纳米棒的混合。在图 5A和图5B示出的示例中，每个像素或者像素的每行/每列由来自不同纳米棒组的材料构造 而成并且通过分隔件210与相邻区域的像素分隔开。分隔件210可以构造成分隔相邻像素区 域的材料，并且还可以提供对从对应像素及其相邻像素发射的光的阻挡或吸收，以防止在 各像素区域之间发生光泄漏。为此，分隔区域210的材料成分可以优选地选择成对于可见光 谱范围的光或者对于至少对应纳米棒的发射波长范围的光而言具有高吸收性和低反射性。 例如，分隔件210可以由具有吸收素的树脂或者其它适合的材料构成。

另外，还是如在5A和图5B中举例说明的那样，显示系统250可以利用另外的滤器 层220，所述滤器层具有不同颜的滤单元221、222、223的阵列。滤单元的阵列典型 地与像素排列对准，使得每个滤单元均对应于像素区域。而且像素区域和滤单元基于 像素区域的发射颜配对。滤器220构造成有助于减小从相邻像素区域的光泄漏和/或环 境光的泄漏。

应当注意的是，在本发明的一些实施例，显示系统250可以构造成在相邻像素之间 不需要使用分隔件210。为此，以不同的选定波长范围发射的选定纳米棒的混合物可以在一 个或多个像素区域内混合在一起，从而产生两种或更多种颜的组合发射，所述两种或更 多种颜典型地为红、绿和蓝。因此，大体提供了白光照射。通过操作电极装置以改 变不同像素区域的发射，影响了不同颜的纳米棒的发射并且大体控制了从对应像素区域 发射的光的强度。为了提供彩显示，即具有以不同颜发射的不同像素，显示系统250因 此可以利用滤器阵列(如用滤单元221、222、223举例说明的那样)过滤不同像素区域的 发射并且致使不同像素发射不同颜的光。这种构造可以提供低能量效率显示，但可以不 需要使用边界区域结构(分隔件210)并且这降低了制造复杂性。

应当注意的是，没有举例说明根据本发明的不需要使用任何偏振滤光器来调制光 发射的显示系统250。这与依赖于液晶材料的偏振旋转性质的大多数基于液晶的显示器相 反。另外，传统的基于LC的显示系统和大多数传统的显示系统是以阻挡光透射为基础的。而 本发明的显示系统是以调制不同像素区域内的纳米棒的光发射为基础的。本发明的显示装 置的发射是通过光学激发光发射纳米棒并且从其引起荧光而获得的。另外，通过调制纳米 棒的吸收和发射性质提供发射光的调制以在显示装置上生成图像。部分地，调制效果是基 于偶极发射器(即，纳米棒)的方向性，基于引发纳米棒发射猝灭的电场的生成以及减少泵 浦光的吸收，并且该效果随着纳米棒的不同取向而变化。因此，本发明的显示系统可以构造 成提供更高的光透射(显示系统的透明)。环境光通过显示系统的透射大体取决于纳米棒的 浓度以及像素阵列的填充因素和可见范围中纳米棒的吸收。

然而应当注意的是，在显示系统250中仍然可以使用一个或多个偏振滤光器，在此 没有特别示出。一般而言，偏振滤光器中的一个或多个可以位于顶部基板上方，即，导向观 察者，以提供ON状态与OFF状态之间的另外的对比。偏振滤光器可以利用纳米棒的固有偏振 发射和如下的事实，即沿着其OFF取向，任何小的发射强度包括具有不同偏振的光组分。在 根据本发明的显示系统250的上下文中使用的术语“对比”或“对比度”不是指通常使用的测 量常规LCD装置中的白像素和黑像素之比的术语。在此使用的这些术语限定了ON状态 下来自像素区域的荧光发射与OFF状态下来自像素区域的荧光发射之比，因而对比度实际 上涉及显示器的透明水平。

如上所述，在ON状态，纳米棒在光学活性结构中配向，即平行于该结构/层的表面， 因此从其发射的光基本沿着纳米棒的配向方向偏振。而在OFF状态，纳米棒配向成在它们的 末端“直立”，即配向成平行于光朝观察者传播的总体方向，该总体方向垂直于显示系统的 表面，并且因此发射没有优选配向或偏振的光。因此，使用偏振滤光器可以几乎双倍实现对 比度，原因在于，偏振器阻挡OFF状态下发射的非偏振光的大约50％并且透射ON状态下发射 的偏振光的大部分。然而，应当注意的是，OFF状态下的光发射构造成基本可以忽略不计。还 应当注意的是，该效应在利用像素区域内的相对均质的液晶取向的显示装置中更相关。而 像素区域的多域类型的构造典型地不会因使用偏振滤光器而受益。

因此，如上所述，本发明的光学透明显示系统/装置能够透射位于装置后面的场景 的光，同时在透射的背部场景光的顶部上呈现图像。在本应用中，存在的优点是降低了在LC 堆栈中发生的光吸收。图6示意性地示出了根据本发明的一些实施例的透明显示装置250的 分层结构。显示装置250可以大体包括光导层305，所述光导层具有低散射性和高透明性并 且构造成将泵浦光源310发射的光导向到LC堆栈和该装置的光学活性结构/层380上，所述 光学活性结构/层能够由电极装置350操作，所述电极装置典型地包括定位成紧紧靠近光学 活性结构的像素区域的多个电极元件。LC堆栈可以包括两个透明支撑基板102和104以及位 于它们之间的光学活性LC/纳米棒层380。尽管在此没有示出，但是应当注意的是，视情况而 定，可以用远程泵浦光源代替光导层。如图6所示的光导层305示出了泵浦光，可以提供所述 泵浦光，而不需要允许打开位于显示装置250后方区域中的UV灯。如上所述，显示装置250可 以包括一个或多个滤器220，所述滤器放置在LC堆栈上并且对应于每个像素区域的所 需输出颜(所发射的光的波长范围)。如在此例举的显示装置250的光学堆栈可以包括一 个顶部偏振器330、两个偏振器(顶部偏振器330和底部偏振器340)、一个底部偏振器340或 者可以构造成根本没有偏振器。不同的偏振器构造提供了针对选定应用的对应的不同优点 和性能。图6还示出了机械或电子调制光阻挡器/漫射器或者“智能玻璃”层385，其位于显示 装置250的背侧中。智能玻璃层385大体构造成选择性地透射或阻挡通过其的光透射，如将 在下文进一步更详细地描述的那样。

另外，显示装置250还可以包括一个或多个可选的光回收元件(没有特别示出)，所 述光回收元件沿着光学堆栈放置于选定位置处。这些光回收元件可以具有选择性的波长透 射性质或选择性的偏振性质。例如，反射泵浦光(例如，紫外光)的膜可以放置于滤器220 下方的各个位置。这种泵浦光反射器优选放置于光学活性结构380的电极侧上，并且优选构 造成反射泵浦波长范围的光而透射发射波长范围的光(例如，可见光)。这种光回收和反射 元件可以构造成提高纳米棒的光学发射和/或在针对给定的泵浦源强度保持发射强度的同 时实现更少材料(光学活性结构380中纳米棒的量)使用。如果需要更少的材料，则对于LC中 相同的纳米棒浓度，电极之间的间隙可以更小，从而在一些构造中允许针对相同电压使用 更高的电场。这又可以通过利用更高电场的所施加的电压而提供对纳米棒发射的更大猝 灭。另外的反射光学元件320可以放置于光导层305下方，反射光学元件320优选构造成针对 泵浦波长具有高反射性并且针对可见光具有高透射性，而且提供了将更多的泵浦光导向光 学活性LC/NR层380。

如上所述，本发明的显示装置可以在一些应用中受益于不使用任何偏振器获得所 需性能。在这种情况下，在像素区域的ON状态，纳米棒发射光并且因此可以在显示器上产生 图像。处于其OFF状态的像素区域大部分将为透明的，将不会发射荧光。对于这种构造而言， 可以实现高透射性，并且通过省略使用偏振器可以在透明性和泵浦光透射性上提供大约 50％的增益，没有被底部偏振器阻挡。而在使用一个或两个偏振器的情况下，一定的光强度 被阻挡或反射。还可以省略滤器层220，从而产生大约三倍的更高的透射性(例如，在白光 的情况下)。在这种情况中，不同的像素区域构造成包含具有不同选定光学发射性质的纳米 棒，所述不同选定光学发射性质对应于像素区域的所需发射颜，如上所述。

对于一些应用，有利的是使用一个或两个偏振器，以获得特定性能。在一些实施例 中，可以在光学活性结构380或其光学堆栈的两侧上使用两个偏振器330和340。例如，选择 偏振器的相对方向、LC摩擦方向和LC的双折射性质，以提供各种所需显示性质。在一些实施 例中，顶部偏振器330和底部偏振器340可以配向成与纳米棒材料的方向相同的方向。在这 样的构造中，LC材料可以构造成使输入偏振光旋转90度，因此致使所发射的光被顶部偏振 器330阻挡。这将阻挡处于ON状态的背部场景光组分(图1-4中的109)，同时提供纳米棒材料 的最大荧光。在OFF状态，LC材料垂直配向并且因此不会使通过其中的光偏振旋转。而纳米 棒也垂直配向并且基本不发射光。因此，在该构造中，OFF状态提供了透明像素，ON状态提供 了像素强度并且阻挡背部场景光。

参照图7，其示出了透明显示系统400，所述透明显示系统包括包封件(例如，橱窗 柜、冰箱等等)410、本发明的透明显示装置420、物体430(在该情况下为一双鞋)和光源440， 所述光源构造成发射UV或紫射线泵浦光450，以向纳米棒提供泵浦能量。一般而言，可以根 据显示尺寸、包封件的尺寸和构成以及泵浦光源的照射分布选择泵浦光源440与显示装置 420的光学活性结构之间的距离。例如，使用激光型泵浦光源可以允许将该距离增加到非常 大的距离。然而，典型地，泵浦光源440与显示装置420之间的距离可以介于数厘米至一米或 两米(例如，2cm至200cm)之间，从而保持泵浦强度和均匀照射。另外，典型地，泵浦光源440 与显示装置420之间的距离可以针对更大的显示区域增加而针对更小的显示区域减小。

可以包括另外的照明设备，以照射物体430(在此未示出)。在一些实施例中，可以 由单独的透明背光提供泵浦光450或者泵浦光的一部分，所述单独的透明背光凭借附接至 波导件的LED或CCFL使用边缘照射，例如图6中所示。在另一个实施例中(未示出)，泵浦光可 以从显示装置的观察者侧导向显示器处。

在一些实施例中，UV泵浦光可以沿着优选的所需偏振方向偏振并被导向显示装 置。如果UV偏振方向与ON状态下纳米棒的长轴线方向一致，则与对输入偏振方向不敏感的 OFF状态相比，纳米棒提供了增加的光吸收。这可以进一步使所获得的对比度增大两倍。显 示装置还可以包括另外的滤光器，例如，波长选择性滤光器，所述另外的滤光器位于由显示 装置发射并且朝观察者传播的光的光学路径中。该另外的滤光器可以用于阻挡和/或漫射 泵浦波长范围的光、例如UV(UVA)或紫光的通过，同时透射可见波长范围的光、例如背景光 和/或所发射的光。该另外的滤光器可以构造成吸收未被显示器本身吸收的光。因为泵浦光 不具有或者具有非常小的可见性，所以可以增加泵浦，从而显示器能够提供发光图像。这允 许将利用可见光的物体的照射与使用泵浦光的显示器的照射分开。这较之常规透明显示器 具有优点，在所述常规透明显示器中，同一可见光用于实现显示和照射物体及其周围。

由于显示器输出所需的光的量可以根据周围环境的光水平而变化，本发明的显示 装置可以包括在显示器附近位于观察者侧的光学传感器并且还可以包括位于显示器的物 体侧的光学传感器。这些传感器构造成检测其周围中的光强度并且将光水平传递至控制器 模块，所述控制器模块构造成调制泵浦光的强度和照射物体的可见光的强度，以提供适于 显示器的最优照射条件。例如，在白天，应当增加泵浦光的强度以匹配观察者周围的高强度 环境光。而在夜间(相对黑暗)，应当减小泵浦光，以将屏幕的亮度调节至周围的亮度。在该 示例中，在白天(夜间)也可以增加(减小)导向物体处的可见光。

在一些实施例中，根据本发明的透明显示装置可以与一个或多个选择性滤光元件 一起使用，从而允许显示装置以其透明模式或非透明模式操作。更特别地，选择性滤光元件 (多个选择性滤光元件)可以用于将显示装置转换至荧光非透明显示，即具有“常规模式”功 能，从而提供由不同像素区域生成的图像的显示，同时防止装置后方的光到达观察者。选择 性滤光元件可以是光阻挡/漫射层，所述光阻挡/漫射层位于透明显示装置的背光输入与位 于显示器后方的物体/场景之间，如图6所示(元件385)。阻挡/漫射层可以阻挡或至少强有 力地漫射来自任何物体和/或来自位于显示装置后方的整个场景的光。

阻挡/漫射部件的使用允许由纳米棒发射的荧光在显示器上形成图像，同时避免 背部场景光透射通过显示器。可以使用另外的机械屏幕或遮板，其可以由手动定位或者通 过电子控制器定位，以对背部场景光提供所需的阻挡和/或漫射。优选地，阻挡/漫射元件构 造成将泵浦光反射到显示器中，从而向显示装置的纳米棒提供泵浦能量。

替代地或附加地，一个或多个电子控制的透明介质可以用作选择性滤光器(多个 选择性滤光器)，在图6中例示了这种选择性透射层(元件385)。电子控制的透明介质可以关 于透射通过其的光透明或不透明/漫射。这种电子控制的滤光器通常称为“智能窗”。

“智能玻璃”显示装置大体可以构造成选择性地允许或阻挡背部场景光透射通过 该装置，同时地且独立地允许本发明的显示装置在装置的至少一个表面上显示所需图像。 可以由专门的控制单元提供高透明状态与光阻挡或光漫射状态之间的切换以及提供显示 图像的变化，所述专门的控制单元连接到如上所述的电极装置以及连接到阻挡/漫射元件， 而且还可以连接到泵浦光源和物体光源。“智能玻璃”装置可以使用各种物理和化学现象， 所述物理和化学现象利用如下的装置技术，例如：电泳装置、电润湿装置、悬浮颗粒装置 (SPD)、电致变装置、聚合物分散型液晶装置和微型遮帘。

上文未列举的另外的技术也可以用于提供类似的功能。“智能玻璃”元件可以通过 电控制电压提供非透明层和/或漫射层，从而允许利用简单的电控制将透明显示器转换成 常规显示器或光阻挡屏幕。“智能玻璃”还可以构造成还将泵浦光反射回纳米棒-LC层，以增 加光发射输出。

因此，本发明提供了利用光学活性层的显示装置。光学活性层包括LC材料和发光 纳米棒，以响应于泵浦光提供根据需要调制的照射。该显示装置可以构造成提供透明显示， 所述透明显示能够在位于装置后方的物体的背景光的透射顶部上提供彩图像。本领域技 术人员将易于理解的是，在不背离在所附权利要求中以及由所附权利要求限定的范围的情 况下，可以针对前述本发明的实施例应用各种修改和改变。