本申請要求于2014年5月12日提交的序列號為61/992,095的美國臨時申請的申請日權(quán)益，該臨時申請通過引用以其整體合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般地涉及高亮度、寬視角顯示器中全內(nèi)反射(TIR)的失效。更具體地，本公開的實(shí)施例涉及包括相反帶電粒子的直流(DC)平衡的全內(nèi)反射顯示器。

背景技術(shù)：

通常，傳統(tǒng)全內(nèi)反射(TIR)圖像顯示器中的光調(diào)制是通過將電泳移動粒子移動至或移動出前面板表面處的消逝波區(qū)域來控制的。前面板可以包括多個結(jié)構(gòu)，例如能夠全內(nèi)反射光的凸形突起。前面板通常還包括透明電極層。背面板可以包括背面電極層。在前面板與背面板之間設(shè)有由懸浮在流體中的電泳移動粒子組成的電泳介質(zhì)。施加電壓移動電泳移動粒子穿過電泳介質(zhì)。通常，在單一光學(xué)特性的情況下，粒子具有正電荷或負(fù)電荷。

因?yàn)榱Ｗ釉陲@示器的操作期間被電泳移動至前面板或背面板，所以顯示器可能是在直流(DC)不平衡模式中操作的。在相反或相對電極處，施加的相反極性的電壓可能潛在地導(dǎo)致顯示器組件的退化，由此縮短顯示器的壽命并且降低用戶體驗(yàn)。

附圖說明

將參考下面示例性且非限制性的圖示來討論本公開的實(shí)施例，其中類似的元件被類似編號，其中：

圖1A示意性地示出了黑暗狀態(tài)中的包括帶有相反電荷的粒子的反射圖像顯示器。

圖1B示意性地示出了明亮狀態(tài)中的包括帶有相反電荷的粒子的反射圖像顯示器。

圖1C示意性地示出了黑暗狀態(tài)中的包括帶有相反電荷的粒子的反射圖像顯示器。

圖2是根據(jù)本公開的一個實(shí)施例的圖1A-1C中所描繪的顯示器的操作的圖形表示。

圖3示意性地示出了創(chuàng)建依賴偏壓的黑暗狀態(tài)、灰色狀態(tài)、和明亮狀態(tài)的方法。

圖4示意性地示出了創(chuàng)建依賴偏壓的黑暗狀態(tài)、灰色狀態(tài)、和明亮狀態(tài)的方法。

圖5A示意性地示出了第一光學(xué)狀態(tài)中的具有不同光學(xué)特性的帶電粒子的反射圖像顯示器。

圖5B示意性地示出了光亮狀態(tài)中的具有不同光學(xué)特性的帶電粒子的反射圖像顯示器。

圖5C示意性地示出了第二光學(xué)狀態(tài)中的具有不同光學(xué)特性的帶電粒子的反射圖像顯示器。

圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性方法。

具體實(shí)施方式

在下面的說明書中，詳細(xì)闡述了具體細(xì)節(jié)，從而向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供更透徹的理解。然而，公知的元件可能沒有被示出或被詳細(xì)描述以避免本公開被不必要地模糊。相應(yīng)地，說明書和附圖應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性的。

在某些實(shí)施例中，本公開提供了DC平衡的、二粒子TIR圖像顯示器。具有基本上相同的移動性和基本上相同的光學(xué)特性(即，顏色)的帶有相反電荷的電泳移動粒子被用來使TIR失效從而通過施加非零偏壓來創(chuàng)建吸光狀態(tài)或黑暗狀態(tài)。

在某些實(shí)施例中，術(shù)語DC平衡可以表示在兩個或更多個相反電極上具有基本上相同的電荷。因此，如果粒子移動至前面電極，則另一粒子(或多個粒子)必須移動至帶有相反電荷的電極從而平衡電荷。在單粒子顯示器中，在任意時刻并且根據(jù)電極的偏置方式，只有一個粒子從一個電極被移動至另一電極。在本公開的某些實(shí)施例中，兩個(或更多個)粒子按照電極被偏置的方式而移動。

在某些實(shí)施例中，粒子的光學(xué)特性可以被定義為粒子的顏色。顏色可以被觀看顯示器的肉眼察覺到。術(shù)語光學(xué)特性和顏色可以被互換使用。粒子的顏色或光學(xué)特性可以是粒子的光吸收和光反射性質(zhì)的結(jié)果。在不偏離本公開原理的情況下，可以使用粒子的其他光學(xué)特性。

在某些實(shí)施例中，DC平衡的顯示器可以包括在其中吸引帶有第一電荷的電泳移動粒子至一個電極還可以將帶有相反電荷的電泳移動粒子吸引至相反電極的顯示器。施加非零偏壓可以將一個或多個帶有相反電荷的粒子移動至相反電極。在某些實(shí)施例中，在帶有相反電荷的粒子是基本上相同的光學(xué)特性或顏色的情況下，DC平衡可能不會產(chǎn)生光學(xué)狀態(tài)的變化。

在示例性實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)在電極之間施加0V時，兩種粒子被移動離開顯示器的前表面的消逝波區(qū)域。這防止全內(nèi)反射(TIR)的失效，并且創(chuàng)建顯示器的明亮狀態(tài)或白色狀態(tài)。明亮狀態(tài)也可以被稱為顯示器的光亮狀態(tài)。連續(xù)的灰色狀態(tài)可以通過施加連續(xù)的電壓來實(shí)現(xiàn)。該連續(xù)的電壓可以被配置為是處于光亮狀態(tài)與黑暗狀態(tài)之間的。此外，本文所描述的DC平衡系統(tǒng)可以是與基于LCD的(或其他類似的)顯示器系統(tǒng)中利用的現(xiàn)有驅(qū)動電子器件直接兼容的。這可以防止開發(fā)單粒子TIR圖像顯示器所要求的適當(dāng)?shù)尿?qū)動電子器件的昂貴投資。此外，本文還描述了使用所公開的原理的多色顯示器實(shí)施例。

應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然示例性實(shí)施例是結(jié)合具有兩個類型的帶電粒子(帶負(fù)電粒子和帶正電粒子)的顯示器進(jìn)行討論的，但是所公開的原理不限于此。在顯示器之內(nèi)提供基本上平衡的電荷的附加實(shí)施例可以被形成從而包括多于兩個類型的帶電粒子(例如，具有較強(qiáng)電荷的粒子和具有較弱電荷的粒子，它們累加起來平衡總電荷)。

圖1A-1C描繪了各種操作狀態(tài)中的包括帶有相反電荷的粒子的反射圖像顯示器的一部分。具體地，圖1A-1C的實(shí)施例示意性地示出了包括多個帶有正電荷的粒子和多個帶有負(fù)電荷的粒子的DC平衡的基于TIR的顯示器系統(tǒng)。為了便于參考，帶電粒子被標(biāo)記為負(fù)粒子和正粒子。粒子可以具有基本上相同的或類似的光學(xué)特性(例如，顏色)。在本公開的一個實(shí)施例中，對于正粒子和負(fù)粒子兩者，電泳遷移率、擴(kuò)散率、直徑、和吸光截面的大小將是基本上類似的。這樣的實(shí)施例針對兩個極性使能基本上類似的圖像響應(yīng)，由此確保在針對兩個極性給定施加電壓為大小相同的情況下吸光量將類似地變化。

參考圖1A-1C，顯示器100包括由間隙或空腔分隔的頂部組件102和底部組件104。頂部組件包括前面板106，該前面板106包括至少一個表面結(jié)構(gòu)，例如凸形或半球形突起108。半球形突起108形成能夠全內(nèi)反射光線的波形表面。凸形部分可以定義被配置為將多個帶負(fù)電粒子或帶正電粒子集中在顯示器的一個或多個區(qū)域處的結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，凸形部分還可以定義被配置為將多個帶負(fù)電粒子或帶正電粒子大致均勻地分布在在前面板的表面上的結(jié)構(gòu)。

頂部組件還包括可以被布置于半球形陣列108的表面上的前面透明電極層110。透明電極層110可以包括氧化銦錫(ITO)、或金屬納米線(例如銀)、或?qū)щ娋酆衔?、或它們的組合的薄層。

頂部組件102還可以包括被布置于前面電極層110上方的介電層112。介電層112可以包括諸如聚合物之類的有機(jī)材料、無機(jī)材料、或它們的組合。聚對二甲苯基族的聚合物可以被用在介電層中。在一個實(shí)施例中，介電層是近似共形的并且無針孔的。

在圖1A-1C的實(shí)施例中，顯示器100中的底部組件104包括后面板114以及作為背面電極的頂部電極層116。電極層116可以包括薄膜晶體管(TFT)陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極。電極層116可以由金屬(例如，銅、鋁、金、或銀)制成。電極層116可以由聚合物基質(zhì)中的導(dǎo)電粒子(例如，納米線或納米粒子)制成。雖然未示出，但是介電層可以可選擇地被施加至背面電極從而保護(hù)背面電極層并且基本上消除粒子滯留。

具有低折射率的液體介質(zhì)118被布置于在介電層112與背面電極層116之間形成的間隙或空腔中。液體介質(zhì)118可以接收多個分散的吸光帶負(fù)電粒子120和多個分散的吸光帶正電粒子122。低折射率介質(zhì)可以包括氟化液體，例如Fluorinert^TM FC-770、FC-43、FC-75、Novec^TM 649或7500。

粒子120和122能夠通過由外部電壓源(未示出)在介質(zhì)118上施加電場被電泳移動。粒子120和122可以由有機(jī)材料、或無機(jī)材料、或有機(jī)材料和無機(jī)材料的組合制成。在示例性實(shí)施例中，帶有相反電荷的粒子可以具有相同吸光光學(xué)特性和性質(zhì)。

例如，如圖1A中所描繪的，當(dāng)在前面電極層110處施加足夠持續(xù)時間(例如，5-10ms)的正偏壓(例如，+10V)時，帶負(fù)電粒子120被吸引至前面電極110。TIR是失效的，使得當(dāng)帶有正電荷的電泳移動粒子122被吸引并且朝背面電極層116移動時相對反射率降低。諸如代表光線124之類的入射光線被位于前面介電層112處的帶負(fù)電粒子吸引，由此創(chuàng)建圖像顯示器的黑暗狀態(tài)。此外，顯示器100可以在DC平衡模式中操作。在圖像排序期間顯示器設(shè)備中的分別驅(qū)動帶負(fù)電吸光粒子和帶正電吸光粒子的累積正電壓時間和累積負(fù)電壓時間基本上是相同的。

在傳統(tǒng)電泳顯示器中，圖像序列可以控制驅(qū)動序列。一些圖像序列可能不允許平衡的正驅(qū)動時間和負(fù)驅(qū)動時間。作為結(jié)果，顯示器設(shè)備之內(nèi)可能形成極化，該極化可能干擾隨后的圖像質(zhì)量。所公開的實(shí)施例通過允許圖像序列與驅(qū)動序列解耦合從而使DC平衡驅(qū)動序列可以被用于任意圖像序列來克服這個缺點(diǎn)和其他缺點(diǎn)。

圖1B示出了施加0V(未示出)，施加0V產(chǎn)生顯示器的明亮狀態(tài)或白色狀態(tài)(也可以被稱為光亮狀態(tài))。在0V處，帶有負(fù)電荷的電泳移動粒子120移動離開前面電極110附近的消逝波區(qū)域，因此允許將光線全內(nèi)反射在多個半球形突起108的表面處，從而產(chǎn)生圖像顯示器的光亮狀態(tài)。在圖1B中，TIR被示出為入射光線126被全內(nèi)反射為光線128，其中光線128被半逆向反射回光源。此外，圖1B示出了帶正電粒子122移動離開背面電極116。

在另一實(shí)施例中，顯示器的明亮狀態(tài)或白色狀態(tài)可以通過所謂的電壓脈沖來創(chuàng)建或保持。首先，需要通過施加適當(dāng)?shù)碾妷簩㈦娪疽苿恿Ｗ?20移動出消逝波區(qū)域。例如，假設(shè)顯示器100處于圖1A所描繪的狀態(tài)中；即，帶電粒子與電極110和116對齊。還假設(shè)當(dāng)在背面電極層116處施加+10V偏壓并且在前面電極層110處施加-10V偏壓時，帶正電粒子122花費(fèi)大約20ms從背面電極116行進(jìn)至前面電極110。還假設(shè)帶負(fù)電粒子120花費(fèi)大約20ms從前面電極110行進(jìn)至背面電極116。在背面電極層116處施加+10V并且在前面電極層110處施加-10V大約10ms的持續(xù)時間，這將使帶負(fù)電粒子120移動出消逝波區(qū)域并且大約處于前面電極與背面電極正中間。這將由于入射光線TIR而創(chuàng)建顯示器的白色狀態(tài)或明亮狀態(tài)。其次，顯示器100的穩(wěn)定明亮狀態(tài)可以通過隨后的在短持續(xù)時間內(nèi)極性相反的交替電壓的電壓脈沖來保持。

例如，示例性電壓脈沖方法可以施加5ms的+5V，然后施加5ms的-5V。脈沖長度可以持續(xù)指定的持續(xù)時間。根據(jù)應(yīng)用和期望的結(jié)果，而脈沖長度可針對不同的時間長度而變化。

在另一示例性實(shí)施例中，可以使用至少大約一納秒的脈沖長度。在每個脈沖之間可以采用不同長度的休息時間從而節(jié)省能量。根據(jù)顯示器、介質(zhì)118的黏度、前面電極與背面電極之間的間隙距離、粒子上的電荷大小和集中度、粒子的移動性、和期望的應(yīng)用，還可以使用非限制性的各種不同極性的、不同電壓值的、不同電壓脈沖持續(xù)時間的、和不同休息時間的脈沖電壓。

圖1C示出了圖1A的設(shè)備的后續(xù)黑暗狀態(tài)。當(dāng)如圖1C中所示出的在前面電極110處施加諸如-10V之類的負(fù)偏壓時，帶正電粒子112被吸引并且朝前面電極110移動。在這個狀態(tài)中，粒子122在半球形表面聚集，這樣粒子進(jìn)入消逝波區(qū)域并且使TIR失效。這產(chǎn)生圖像顯示器的吸光黑暗狀態(tài)。在圖1C中吸光黑暗狀態(tài)被示出為入射光線120被吸光帶正電粒子122吸收。如圖1C中示意性地示出的，帶負(fù)電粒子120被吸引至背面電極116。當(dāng)如圖1A和1C所示出的在介質(zhì)118上施加足夠持續(xù)時間的非零電壓(例如，+10V或-10V)時，粒子被吸引至前面電極層和背面電極層。粒子的吸引不僅產(chǎn)生TIR的失效(該TIR的失效產(chǎn)生圖像顯示器的黑暗狀態(tài))，而且導(dǎo)致DC平衡的顯示器。

圖2用圖表示出了圖1(A-C)的顯示器的相對反射率之間的關(guān)系。具體地，圖2示出了與具有帶正電粒子和帶負(fù)電粒子兩者的基于二粒子TIR的顯示器對光的全內(nèi)反射和吸收的偏壓。在圖2中，x軸是時間，在此期間測量被做出，并且y軸是測量得到的相對反射率。反射率測量可以在黑暗房間中進(jìn)行，其中環(huán)形光從相對于樣品表面的法線大約5度至大約30度照射樣品，在這樣的方式中鏡面射線被掩蓋。諸如Labsphere Spectralon SRS-99-020和AS-01161-060之類的反射率標(biāo)準(zhǔn)也可以被用作亮度的基準(zhǔn)。亮度計(例如Topcon BM-9)可以被用來測量反射率。

當(dāng)在前面電極110處和液體介質(zhì)118上施加+10V時，相對反射率降低(在圖2中，+10V下面的實(shí)線)。這是帶負(fù)電粒子120被吸引至與多個半球形突起的表面相鄰的前面電極和介電層的結(jié)果。這里，TIR是失效的，因?yàn)閹ж?fù)電粒子120進(jìn)入了顯示器100的消逝波區(qū)域(參見圖1A)。當(dāng)施加0V或施加跟隨著電壓脈沖的指定脈沖時間的負(fù)偏壓時，圖1A的帶負(fù)電粒子120移動出并且離開消逝波區(qū)域，其中入射光線的TIR產(chǎn)生光亮狀態(tài)。如圖2中所示出的，相對反射率增加(0V下面的實(shí)線)。在前面電極處施加負(fù)偏壓(例如-10V)將帶正電粒子122朝前面電極110和相鄰的半球形移動，其中TIR是失效的，由此降低相對反射率(在圖2中，-10V下面的虛線)。這產(chǎn)生圖像顯示器100的黑暗狀態(tài)(參見圖1)。當(dāng)在前面電極處施加0V或正偏壓時，帶正電粒子122移動離開消逝波區(qū)域，其中入射光線的TIR產(chǎn)生明亮狀態(tài)，因?yàn)槿鐖D2中0V下面的虛線所示出的相對反射率增加了。明亮狀態(tài)或光亮狀態(tài)的穩(wěn)定性可以通過本文前面所描述的電壓脈沖來保持。

圖3示意性地示出了創(chuàng)建依賴偏壓的顯示器200的黑暗狀態(tài)、灰色狀態(tài)、和明亮狀態(tài)的方法。圖3中的圖像顯示器200包括描繪如針對圖1的顯示器100所示出的黑色狀態(tài)、白色狀態(tài)、和灰色狀態(tài)的帶有相反電荷的粒子。顯示器200包括由間隙或空腔分隔的頂部組件202和底部組件204。間隙區(qū)域(未示出)可以定義消逝波區(qū)域。在一個實(shí)施例中，間隙中靠近半球形表面的區(qū)域是消逝波區(qū)域。

頂部組件202包括前面板206，該前面板206具有至少一個表面結(jié)構(gòu)，例如能夠全內(nèi)反射光線的凸形或半球形突起208、位于半球形突起的表面上的前面透明電極層210、和位于前面電極層210上的介電層212。雖然未示出，介電層可以可選擇地被施加在背面電極上。圖3A-3C示出了顯示器200中的底部組件204還包括后面板214以及作為背面電極的頂部電極層216。電極層216可以包括薄膜晶體管(TFT)陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極。液體介質(zhì)218可以位于插入在頂部組件202與底部組件204之間的間隙218中。在一個實(shí)施例中，液體介質(zhì)218具有低折射率。介質(zhì)218可以包括多個分散的吸光帶負(fù)電粒子220和多個分散的吸光帶正電粒子222。顯示器200還可以包括電源(未示出)。

所公開的基于二粒子TIR的反射顯示器200能夠產(chǎn)生DC平衡的灰色狀態(tài)水平。在圖3的實(shí)施例中，施加在前面電極層210上的偏壓(-10V)將帶正電粒子222吸引至與多個半球形突起208的波形表面相鄰的前面電極210和介電層212。大量粒子222能夠使TIR失效，并且創(chuàng)建圖像顯示器200的黑暗狀態(tài)或吸光狀態(tài)。這被示出為代表光線232被帶電粒子222吸引。帶負(fù)電粒子220在背面電極216處聚集，其中電極具有+10V偏壓以DC平衡。應(yīng)當(dāng)注意的是，-10V僅是用于說明性的目的，并且這可以是任意其他電壓，其中所需要的電壓強(qiáng)度取決于粒子表面上的電荷密度和粒子移動性。

例如，當(dāng)施加電壓從-10V降低至-5V時，一些帶正電粒子222移動出消逝波區(qū)域。作為結(jié)果，一些光線被吸收。這個狀態(tài)被示出為代表光線234被粒子222吸引。此外，一些光線被全內(nèi)反射，如入射光線236被全內(nèi)反射并且成為反射的光線238。因此，當(dāng)在中等施加電壓情況下一些光線被吸收而另一些被反射時，包括灰色狀態(tài)的反射圖像在顯示器200中被創(chuàng)建。

當(dāng)施加電壓接近0V時，更多的光線被全內(nèi)反射，因?yàn)樵絹碓蕉嗟牧Ｗ右苿映鱿挪▍^(qū)域。當(dāng)達(dá)到0V時，幾乎所有帶正電粒子222都移動出消逝波區(qū)域從而產(chǎn)生顯示器的明亮狀態(tài)或白色狀態(tài)。這被示出為入射光線240被全內(nèi)反射并且成為半逆向反射光線242。在一個實(shí)施例中，如圖3中顯示器200中所示出的，持續(xù)的灰色狀態(tài)水平可以通過施加諸如-10V直到0V之類的非零偏壓來創(chuàng)建。電壓脈沖也可以被利用來保持本文所描述的光亮狀態(tài)或明亮狀態(tài)。

圖4示意性地示出了創(chuàng)建依賴偏壓的顯示器300中的黑暗狀態(tài)、灰色狀態(tài)、和明亮狀態(tài)的方法。圖4還示出了DC平衡的系統(tǒng)中依賴于連續(xù)施加偏壓的連續(xù)可能灰色狀態(tài)。圖4中的圖像顯示器300包括描繪黑色狀態(tài)、白色狀態(tài)、和灰色狀態(tài)的帶有相反電荷的粒子，并且類似于顯示器100。顯示器300包括由間隙或空腔分隔的頂部組件302和底部組件304。頂部組件包括前面板306，該前面板306包括至少一個表面結(jié)構(gòu)，例如能夠全內(nèi)反射光線的凸形或半球形突起308、位于半球形突起的表面上的前面透明電極層310、和位于前面電極層310上的介電層312。顯示器300還包括底部組件304，底部組件304還包括后面板314以及作為背面電極的頂部電極層316。電極層316可以包括薄膜晶體管(TFT)陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極。雖然未示出，介電層可以可選擇地被施加在背面電極上。液體介質(zhì)318可以位于插入在頂部組件302與底部組件304之間的間隙318中。在一個實(shí)施例中，液體介質(zhì)318具有低折射率。介質(zhì)318可以包括多個分散的吸光帶負(fù)電粒子320和多個分散的吸光帶正電粒子322。顯示器300還可以包括電源(未示出)。

所公開的基于二粒子TIR的反射顯示器300能夠產(chǎn)生DC平衡的灰色狀態(tài)水平。在這個場景中，+10V可以被施加在前面電極處，這樣基本上所有帶負(fù)電粒子320可以聚集在與前面電極310和多個半球形308相鄰的介電層312的表面附近?；旧纤腥肷涔饩€都被吸引從而創(chuàng)建顯示器的黑暗狀態(tài)。這被示出為，其中代表入射光線340被帶負(fù)電粒子320吸引。帶正電粒子322聚集在背面電極處，其中在背面電極處施加了-10V以用于DC平衡。例如，當(dāng)施加電壓降低至+5V時，越來越多的或連續(xù)的帶負(fù)電粒子320移動出消逝波區(qū)域。作為結(jié)果，諸如代表光線342之類的一些入射光線被剩余在表面的吸光粒子320吸收，而另一些光線被全內(nèi)反射，例如代表入射光線344稱為半逆向反射光線346。被吸收的光線和被全內(nèi)反射的光線的混合產(chǎn)生DC平衡的灰色狀態(tài)。當(dāng)施加電壓進(jìn)一步降低至0V時，所有粒子移動出并且離開消逝波區(qū)域。粒子移動使得基本上所有入射光線被全內(nèi)反射從而創(chuàng)建光亮狀態(tài)。這被示出為代表入射光線348成為半逆向反射光線350。光亮狀態(tài)可以通過本文所描述的電壓脈沖來保持。

圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例提供了基于二粒子TIR的DC平衡的反射圖像顯示器，其中具有不同電荷但是具有相同光學(xué)特性(例如，黑色)的粒子被吸引至帶有相反電荷的電極。圖3和圖4中的顯示器是能夠呈現(xiàn)黑色狀態(tài)、白色狀態(tài)、和連續(xù)可能灰色狀態(tài)的示例性實(shí)施例。圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例還可以與傳統(tǒng)LCD驅(qū)動電子產(chǎn)品相兼容。

在另一實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括濾色器陣列。濾色器陣列可以包括紅色子像素、藍(lán)色子像素、綠色子像素，或包括青色子像素、品紅子像素、和黃色子像素。

在另一實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括薄膜晶體管陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極、或它們的組合。

在另一實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括定向前燈。定向前燈還可以包括光源、導(dǎo)光板、光提取器元件的陣列、或它們的組合。光源可以是發(fā)光二極管(LED)、冷陰極熒光燈(CCFL)、或表面貼裝技術(shù)(SMT)白熾燈。

在另一實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括控制間隔頂部組件與底部組件之間的間隙的至少一個隔離結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)可以是但不限于以下形式，例如球體，珠子，立方體，圓柱體，或棱鏡。隔離結(jié)構(gòu)可以由下列組成但不限于，例如聚合物、玻璃、金屬、或其他有機(jī)或無機(jī)材料。

在另一實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括十字隔墻。十字隔墻可以被用來在顯示器之內(nèi)創(chuàng)建井或隔室以限制粒子和介質(zhì)從而防止粒子遷移或沉降。井或隔室可以是以下形狀，例如以規(guī)則陣列或不規(guī)則陣列排列的圓形、橢圓形、正方形、矩形、棱形。十字隔墻可以由玻璃、聚合物、或其他有機(jī)或無機(jī)材料組成。

在另一實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括至少一個邊緣密封。邊緣密封可以沿顯示器的至少一個邊緣被使用。被用來形成邊緣密封的密封劑可以是熱固化材料或光化學(xué)固化材料。邊緣密封可以包括環(huán)氧樹脂、硅樹脂、或其它聚合物基材料。

在其他實(shí)施例中，圖1、圖3、和圖4的實(shí)施例中所示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器100、200、和300中的任一個還可以包括薄膜晶體管或圖案化或直接驅(qū)動器陣列、定向前燈、濾色器陣列、至少一個隔離結(jié)構(gòu)或十字隔墻、至少一個邊緣密封、或它們的組合。

所公開的實(shí)施例不限于黑暗狀態(tài)、光亮狀態(tài)、和灰色狀態(tài)。在另一實(shí)施例中，在不需要濾色器的情況下，二粒子反射圖像可以被修改以創(chuàng)建多色顯示器。例如，帶負(fù)電粒子可以是第一光學(xué)特性(即，顏色)，例如紅色。帶正電粒子可以是第二光學(xué)特性，例如黑色。第三白色光學(xué)狀態(tài)可以通過在多個凸形或半球形突起的表面處全內(nèi)反射入射光線被創(chuàng)建。

在前面電極處施加正偏壓可以將紅色帶負(fù)電粒子吸引至前面表面以使TIR失效并且創(chuàng)建紅色圖像狀態(tài)。在前面電極處施加負(fù)偏壓可以將黑色帶正電粒子吸引至前面表面以使TIR失效并且創(chuàng)建黑色圖像狀態(tài)。施加0V可以使得粒子移動出消逝波區(qū)域，并且允許入射光線被全內(nèi)反射從而創(chuàng)建明亮圖像狀態(tài)或白色圖像狀態(tài)。各種不同顏色的粒子可以被使用，并且不限于所描述的紅色和黑色。

圖5A-5C示意性地示出了在各種操作狀態(tài)中的具有不同光學(xué)特性的帶電粒子的顯示器。具體地，圖5A-5C描繪了在各種操作狀態(tài)中的在DC平衡的模式中的基于TIR的顯示器400的一部分。圖像顯示器400的設(shè)計基本上類似于圖1A-1C的顯示器100，但是替代地包括具有第一光學(xué)特性的多個第一帶正電粒子和具有第二光學(xué)特性的多個第二帶負(fù)電粒子。在一個實(shí)施例中，針對具有不同光學(xué)特性的帶正電粒子和帶負(fù)電粒子兩者，電泳遷移率和擴(kuò)散率的大小可以基本上類似。這可以針對兩種極性產(chǎn)生類似的圖像響應(yīng)，從而確保在一定大小的施加電壓的情況下，粒子將以類似的方式運(yùn)動。

顯示器400包括由間隙或空腔分隔的頂部組件402和底部組件404。頂部組件包括前面板406，該前面板406還包括至少一個表面結(jié)構(gòu)，例如能夠全內(nèi)反射光線的凸形或半球形突起408、位于半球形突起的表面上的前面透明電極層410、和位于前面電極層410上的介電層412。圖5A-5C包括底部組件404，底部組件404具有后面板314以及作為背面電極的頂部電極層416。電極層416可以包括薄膜晶體管(TFT)陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極。雖然未示出，介電層可以可選擇地被施加在背面電極上。具有低折射率的液體介質(zhì)418可以位于插入在頂部組件402與底部組件404之間的間隙418中。介質(zhì)418包括具有第一光學(xué)特性的多個分散的吸光帶負(fù)電粒子420和具有第二光學(xué)特性的多個分散的吸光帶正電粒子422。具有不同光學(xué)特性的粒子420和422可以由有機(jī)材料、或無機(jī)材料、或有機(jī)材料和無機(jī)材料的組合組成。通過由外部電源(未示出)在介質(zhì)418上施加電場，粒子420和422能夠被電泳移動。雖然用具有兩種光學(xué)特性的粒子示出，但是所公開的原理可以用于具有多于兩種(多種)光學(xué)特性的粒子，并且所公開的實(shí)施例不限于僅具有兩種光學(xué)特性的粒子。

例如，當(dāng)如圖5A中所描繪的在前面電極層410處施加正偏壓(例如+10V)時，具有第一光學(xué)特性(例如，紅色)的帶負(fù)電粒子420被吸引至前面電極410和介電層412。在與多個半球形408相鄰的位置處，TIR是失效的，使得相對反射率降低。具有第二光學(xué)特性(例如，黑色)的帶有正電荷的電泳移動粒子422被吸引并且朝具有-10V偏壓的背面電極層416移動。作為結(jié)果，TIR是失效的，并且諸如代表光線424之類的入射光線被位于前面介電層412處的帶負(fù)電粒子吸收。這創(chuàng)建了圖像顯示器的第一光學(xué)狀態(tài)，該第一光學(xué)狀態(tài)與帶負(fù)電粒子420的光學(xué)特性是相同顏色。

圖5B描繪了施加0V產(chǎn)生顯示器的明亮光學(xué)狀態(tài)或白色光學(xué)狀態(tài)。在零施加電壓處，帶有負(fù)電荷的電泳移動粒子420基本上移動離開靠近多個半球形突起408的表面的消逝波區(qū)域。這允許光線的全內(nèi)反射的出現(xiàn)，從而產(chǎn)生圖像顯示器的白色狀態(tài)或明亮狀態(tài)。這被示出為入射光線426被全內(nèi)反射為光線428，光線428被半后逆反射回光源。此外，帶正電粒子422將被吸引離開背面電極層416?？梢酝ㄟ^用跟隨著如本文前面所描述的電壓脈沖的適當(dāng)?shù)碾妷汉统掷m(xù)時間將粒子移動出消逝波區(qū)域來保持白色狀態(tài)或明亮狀態(tài)。

當(dāng)如圖5C中所示出的在前面電極層處施加諸如-10V之類的負(fù)偏壓時，具有第二光學(xué)特性(例如黑色)并且不同于帶負(fù)電粒子420的第一光學(xué)特性的帶有正電荷的電泳移動粒子422被吸引并且朝前面電極410和介電層412移動。在這個位置處，帶正電粒子422與多個半球形408的表面相鄰，這樣粒子進(jìn)入消逝波區(qū)域。作為結(jié)果，TIR是失效的，并且諸如代表光線430之類的入射光線被位于前面介電層412處的具有第二光學(xué)特性的帶正電粒子422吸收。這創(chuàng)建了圖像顯示器的第二光學(xué)狀態(tài)，該第二光學(xué)狀態(tài)向觀看顯示器的觀眾呈現(xiàn)黑色。此外，帶負(fù)電粒子420被吸引至背面電極層416。當(dāng)如圖5A-5C中所示出的在介質(zhì)418上施加非零偏壓(例如，+10V或-10V)時，粒子被吸引至前面電極層和背面電極層。這不僅產(chǎn)生TIR的失效和至少三種不同顏色的多色反射圖像顯示器，而且還產(chǎn)生DC平衡的顯示器。這種能夠呈現(xiàn)多種顏色的顯示器400還可以與現(xiàn)有LCD驅(qū)動電子產(chǎn)品相兼容。

圖5A-5C的顯示器還可以呈現(xiàn)通過混合帶正電粒子和帶負(fù)電粒子的不同光學(xué)狀態(tài)產(chǎn)生的各種DC平衡的光學(xué)狀態(tài)(即，顏色)。這可以通過施加連續(xù)的偏壓來實(shí)現(xiàn)。

在其他實(shí)施例中，圖5中示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器400還可以包括薄膜晶體管(TFT)陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極。

在另一實(shí)施例中，圖5中示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器400還可以包括定向前燈。

在另一實(shí)施例中，圖5中示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器400還可以包括至少一個隔離結(jié)構(gòu)。

在另一實(shí)施例中，圖5中示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器400還可以包括十字隔墻。

在另一實(shí)施例中，圖5中示出的二粒子全內(nèi)反射圖像顯示器400還可以包括至少一個邊緣密封。

在其他實(shí)施例中，顯示器400還可以包括薄膜晶體管陣列、直接驅(qū)動器陣列、圖案化陣列、定向前燈、濾色器陣列、至少一個隔離結(jié)構(gòu)或十字隔墻、至少一個邊緣密封、或它們的組合的任意組合。

在本文所描述的顯示器實(shí)施例中，它們可以在以下應(yīng)用中被使用，例如但不限于，電子書籍閱讀器、便攜式計算機(jī)、平板電腦、穿戴式裝置、蜂窩電話、智能卡、標(biāo)牌、手表、貨架標(biāo)簽、閃存驅(qū)動器和戶外廣告牌或戶外招牌。

圖6是根據(jù)本公開的實(shí)施例的示例性方法。圖6的實(shí)施例可以在諸如圖1、圖3、圖4、和圖5中所公開的顯示器之類的顯示器處被實(shí)現(xiàn)。圖6的方法在步驟600處開始，其中通過施加第一非零電壓將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成黑暗狀態(tài)。

在步驟610處，施加基本為零的電壓或電壓脈沖將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子和具有第二電荷和第一光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子移動離開顯示器的前面板的表面從而形成光亮狀態(tài)。第一粒子可以不同于第二粒子，或第一粒子和第二粒子可以定義為基本上相同的粒子。在替代實(shí)施例中，步驟610可以包括施加基本為零的電壓或電壓脈沖將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子和具有相反電荷和第二光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子移動離開顯示器的前面板的表面從而形成光亮狀態(tài)。

在步驟620處，施加第二非零電壓將具有第二電荷和第一光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成黑暗狀態(tài)。在替代實(shí)施例中，步驟620可以包括施加第二非零電壓將具有第二電荷和第一光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成黑暗狀態(tài)。

下面的非限制性實(shí)施例進(jìn)一步示出了本公開的實(shí)施例。示例1指向全內(nèi)反射(TIR)圖像顯示器，包括：前面組件，該前面組件具有前面板、前面電極、和介電層，前面電極被插入在前面板與介電層之間，前面板還包括至少一個凸形突起；后面組件，該后面組件與前面組件形成間隙，后面組件具有后面板和背面電極，背面電極被布置為與介電層相對；位于間隙中的低折射率介質(zhì)；以及分散在低折射率介質(zhì)中的多個電泳移動帶正電粒子和多個電泳移動帶負(fù)電粒子。

示例2指向示例1的顯示器，其中，背面電極還包括薄膜晶體管陣列電極、直接驅(qū)動器陣列電極、或圖案化陣列電極、或它們的組合。

示例3指向示例2的顯示器，還包括十字隔墻。

示例4指向任意前述示例的顯示器，還包括隔離結(jié)構(gòu)。

示例5指向任意前述示例的顯示器，其中，后面組件還包括背面電極上的介電層。

示例6指向任意前述示例的顯示器，還包括定向前燈。

示例7指向任意前述示例的顯示器，還包括濾色器層。

示例8指向任意前述示例的顯示器，還包括邊緣密封。

示例9指向任意前述示例的顯示器，還包括十字隔墻、邊緣密封、和定向前燈。

示例10指向任意前述示例的顯示器，其中，凸形部分定義半球形結(jié)構(gòu)。

示例11指向任意前述示例的顯示器，其中，凸形部分定義被配置為均勻地分布多個帶正電粒子和多個帶負(fù)電粒子的結(jié)構(gòu)。

示例12指向任意前述示例的顯示器，其中，多個電泳移動帶正電粒子具有第一光學(xué)特性，并且多個電泳移動帶負(fù)電粒子具有第二光學(xué)特性。

示例13指向任意前述示例的顯示器，還包括十字隔墻。

示例14指向任意前述示例的顯示器，還包括隔離結(jié)構(gòu)。

示例15指向任意前述示例的顯示器，其中，后面組件還包括背面電極上的介電層。

示例16指向任意前述示例的顯示器，還包括定向前燈。

示例17指向任意前述示例的顯示器，還包括隔離結(jié)構(gòu)、邊緣密封、和定向前燈。

示例18指向任意前述示例的顯示器，還包括十字隔墻、邊緣密封、和定向前燈。

示例19指向?qū)⑷珒?nèi)反射圖像顯示器從黑暗狀態(tài)切換至光亮狀態(tài)的方法，包括：施加第一非零電壓將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成黑暗狀態(tài)；施加基本為零的電壓或電壓脈沖將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子和具有第二電荷和第一光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子移動離開顯示器的前面板的表面從而形成光亮狀態(tài)；以及施加第二非零電壓將具有第二電荷和第一光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成黑暗狀態(tài)。

示例20指向?qū)⑷珒?nèi)反射圖像顯示器從第一光學(xué)狀態(tài)切換至光亮狀態(tài)再切換至第二光學(xué)狀態(tài)的方法，包括：施加第一非零電壓將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成第一光學(xué)狀態(tài)；施加基本為零的電壓或電壓脈沖將具有第一電荷和第一光學(xué)特性的多個第一電泳帶電粒子和具有相反電荷和第二光學(xué)特性的多個第二電泳帶電粒子移動離開顯示器的前面板的表面從而形成光亮狀態(tài)；以及施加第二非零電壓將具有第二電荷和第二光學(xué)特性的多個電泳帶電粒子吸引至顯示器的前面板的表面從而形成第二光學(xué)狀態(tài)。

雖然本公開的原理結(jié)合與本文所示出的示例性實(shí)施例被示出，但是本公開的原理不限于此，并且包括其任意修改、變型、或置換。