本申請(qǐng)要求于2015年2月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)no.62/115,361的申請(qǐng)日權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引用并入本文。

本公開是針對(duì)基于全內(nèi)反射的圖像顯示的方法和裝置。具體地，本公開的實(shí)施例涉及能夠利用多電極設(shè)計(jì)來顯示包括至少三種不同的顏色狀態(tài)的圖像的反射式圖像顯示器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的單粒子全內(nèi)反射(tir)圖像顯示器中的光調(diào)制是在對(duì)電泳介質(zhì)施加電壓的作用下，將多個(gè)光吸收電泳移動(dòng)粒子移入和移出在前片包括凸形突起的表面處的隱失波區(qū)域來控制的。粒子可以具有正電荷或負(fù)電荷(具有單一的光學(xué)特性)。在粒子被吸引到隱失波區(qū)域時(shí)，可以形成顯示器的第一光學(xué)狀態(tài)(被稱為暗狀態(tài))其中入射光線被移動(dòng)粒子吸收。當(dāng)粒子移出隱失波區(qū)域朝向背電極時(shí)，可以顯示第二光學(xué)狀態(tài)，其中光線可以被完全內(nèi)反射以形成明或亮狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)描述了雙粒子tir圖像顯示器，其包括具有不同光學(xué)特性和相反電荷極性的多個(gè)粒子，能夠形成至少三種不同光學(xué)狀態(tài)。通過施加電壓偏壓以及將多個(gè)帶正電荷或多個(gè)帶負(fù)電的粒子移動(dòng)到隱失波區(qū)域中來阻止tir以建立光吸收或暗狀態(tài)。第三光學(xué)狀態(tài)可以通過將兩種多個(gè)粒子移出隱失波區(qū)域來形成。本公開還描述了多電極顯示器結(jié)構(gòu)。具有相反電荷極性和不同的光學(xué)特征的粒子與多電極顯示結(jié)構(gòu)的組合使得tir圖像顯示器能夠顯示本文所述的具有多種顏色的圖像。

附圖說明

將參考以下示例性和非限制性說明來討論本公開的這些和其它實(shí)施例，其中類似的元件被類似地編號(hào)，并且其中：

圖1a示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第一光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和三個(gè)電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖1b示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第二光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和三個(gè)電極的全內(nèi)反射圖像顯示的一部分的橫截面；

圖1c示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第三光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和三個(gè)電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。

圖2a示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第一光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和交錯(cuò)的后電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖2b示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第二光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和交錯(cuò)的后電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖2c示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第三光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和交錯(cuò)的后電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖3a示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第一光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子、交錯(cuò)的后電極和反射層的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖3b示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第二光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子、交錯(cuò)的后電極和反射層的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖3c示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第三光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子、交錯(cuò)的后電極和反射層的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面；

圖4示意性地示出了用于實(shí)現(xiàn)本公開的實(shí)施例的示例性系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

本文提供的示例性實(shí)施例描述了能夠顯示至少三種不同的顏色的全內(nèi)反射圖像顯示器。在示例性實(shí)施例中，本公開提供了一種基于全內(nèi)反射的圖像顯示器，其包括具有不同的電荷極性和顏色的第一和第二多個(gè)電泳移動(dòng)粒子和可以獨(dú)立控制的三個(gè)電極。當(dāng)?shù)谝欢鄠€(gè)粒子可以移入隱失波區(qū)域時(shí)，可以顯示第一種顏色。當(dāng)?shù)诙鄠€(gè)粒子可以移入隱失波區(qū)域時(shí)，可以顯示第二種顏色。當(dāng)?shù)谝欢鄠€(gè)粒子和第二多個(gè)粒子都從隱失波區(qū)域移出時(shí)，可以顯示第三種顏色。

圖1a示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第一光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和三個(gè)電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖1a中的顯示器100包括透明前片102，其包含在內(nèi)表面中部分嵌入的多個(gè)高折射率透明半球形珠104、在半球形珠的表面上的接地透明前電極層106和后支撐件108。后支撐件108還可以配備有兩個(gè)后電極110和112(例如具有薄膜晶體管或圖案化的電極陣列的形式)以及連接前電極和后電極的電壓源(未示出)。

可替換地，透明前片102可以用凸形突起來限定連續(xù)的高折射率透明片。凸形突起可以是如圖1a所示的半球形突起的形狀。前片102可以包括聚合物，例如聚碳酸酯。前電極106可以包括透明導(dǎo)電材料，例如氧化銦錫(ito)、baytron^tm、導(dǎo)電納米材料、金屬納米線、石墨烯或其他導(dǎo)電碳同素異形體或散布在基本透明的聚合物中的這些材料的組合。

后電極110、120可包括導(dǎo)電材料，例如氧化銦錫(ito)、導(dǎo)電粒子、金屬納米線、baytron^tm、石墨烯或其它導(dǎo)電碳同素異形體或其散布在聚合物中的組合或基于金屬的導(dǎo)電材料(例如，鋁，金或銀)。后電極110、112可以包括薄膜晶體管(tft)陣列、直接驅(qū)動(dòng)圖案化電極陣列或無源矩陣電極陣列中的一種或多種。

由前電極106和后電極110、120形成的空腔內(nèi)可以包含惰性低折射率空氣或流體介質(zhì)114。在示例性實(shí)施例中，介質(zhì)114可以是碳?xì)浠衔?。在示例性?shí)施例中，介質(zhì)114可以是氟化烴或全氟化烴。在示例性實(shí)施例中，介質(zhì)322可以是可向圣保羅的3m公司購(gòu)得的全氟化的碳?xì)浠衔镆后wfluorinert^tm。

介質(zhì)114還可以包括多個(gè)懸浮的光吸收電泳移動(dòng)粒子116、118。在示例性實(shí)施例中，介質(zhì)114具有比前片102更低的折射率。在前電極106和后電極110、112之間形成的空腔還可以包括間隔(spacer)單元(未示出)，例如珠子，以控制前電極和后電極之間的間隙的大小。間隔單元可以包括玻璃、金屬或有機(jī)聚合物。

移動(dòng)粒子116包括第一電荷極性和第一光學(xué)特性(即顏色)。移動(dòng)粒子118包括具有相反極性的第二電荷和第二光學(xué)特性。粒子116或118可以是任何可見光譜的顏色或顏色的組合以給出特定的明暗度或色調(diào)。粒子116、118可以由有機(jī)材料、或無機(jī)材料、或有機(jī)材料和無機(jī)材料的組合形成。粒子116、118可以是染料或顏料或其組合。粒子116、118可以是炭黑、金屬或金屬氧化物中的至少一種。粒子可以具有聚合物涂層。在一個(gè)實(shí)施例中，圖1a中的顯示器100中示出的粒子116可以包括正電荷極性，而粒子118包括負(fù)電荷極性。

顯示器100的示例性實(shí)施例還包括位于透明前電極106的表面上并被設(shè)置在透明前電極106和介質(zhì)114之間的可選介電層120。圖1a示出了在顯示器100中的在后電極110、112的表面上的介電層122，使得介電層122被設(shè)置在后電極110、112和介質(zhì)114之間。后電極上的介電層可以是任選的，并且可以取決于后電極的組成。介電層可以被用于保護(hù)前電極層106和后電極層110、112中的一者或兩者。介電層可以是厚度至少約20納米的大體均勻、連續(xù)和無缺陷的層。介電化合物的類型可以是有機(jī)的或無機(jī)的。最常見的無機(jī)介電材料是通常用于集成芯片的二氧化硅。有機(jī)介電材料通常是聚合物，例如聚酰亞胺、含氟聚合物、聚降冰片烯和不含極性基團(tuán)的基于碳?xì)浠衔锏木酆衔?。在示例性?shí)施例中，介電層包括聚對(duì)二甲苯。在另一個(gè)實(shí)施例中，介電層包含鹵代聚對(duì)二甲苯。其他無機(jī)或有機(jī)介電材料或其組合也可用于介電層。

介電層可以分別具有至少80納米的厚度。在示例性實(shí)施例中，厚度約為80-200納米。有利的是，聚對(duì)二甲苯具有低介電常數(shù)，并且可以制為薄至20納米而不產(chǎn)生針孔泄漏路徑。這些特征促成了單位面積具有相對(duì)高的電容的顯示器結(jié)構(gòu)。高電容意味著所需的單位面積的帶電移動(dòng)粒子的數(shù)量可以以比厚度較高或介電常數(shù)較低的情況所需的電壓更低的電壓被吸引到聚對(duì)二甲苯。

再次參考圖1a，顯示器100示出了在第一光學(xué)狀態(tài)下顯示器的像素。該光學(xué)狀態(tài)可以通過由具有第一光學(xué)特性的帶負(fù)電粒子118吸收入射光線來建立。在這種狀態(tài)下，帶正電的電泳移動(dòng)粒子116可以在施加的電壓偏壓的影響下朝后電極表面110、112移動(dòng)。在圖1a的示例中，后電極110、112分別具有-5v的施加的電壓偏壓v1和v2(應(yīng)該注意的是，可以使用不同幅度的其他電壓偏壓，-5v僅用于說明目的)。帶負(fù)電的粒子118可以在鄰近具有+5v偏壓(vg)的接地前電極表面106的前電介質(zhì)層附近被移動(dòng)到隱失波區(qū)域中，使得tir受阻并且入射光線被吸收。這由可以被帶負(fù)電的粒子118吸收的入射光線124和126示出，由此，觀察者128所觀察的圖1a中的顯示器的部分呈現(xiàn)帶負(fù)電的粒子118的光學(xué)特性(即，顏色)。

圖1b示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第二光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和三個(gè)電極的全內(nèi)反射圖像顯示的一部分的橫截面。圖1b中的顯示器100與圖1a在前面的段落中所描述的相同，但是示出了如何形成第二光學(xué)狀態(tài)。圖1b中的顯示器100示出了通過由具有第二光學(xué)特性的帶正電的粒子116吸收入射光而建立的第二光學(xué)狀態(tài)下的顯示器的像素。在這種狀態(tài)下，具有負(fù)電荷極性的電泳移動(dòng)粒子118可以在施加的電壓偏壓的影響下被移動(dòng)到鄰近后電極表面110、112的電介質(zhì)層120附近。在圖1b的示例中，后電極110、112分別具有+5v的施加的電壓偏壓v1和v2(應(yīng)該注意的是，可以使用不同幅度的其他電壓偏壓，+5v僅用于說明目的)。具有正電荷極性的粒子116被移動(dòng)到鄰近具有-5v的偏壓(vg)的接地前電極的介電層附近并且移入隱失波區(qū)域。當(dāng)粒子進(jìn)入隱失波區(qū)并阻止tir時(shí)，入射光線可以被吸收。這由可以被帶正電的粒子116吸收的入射光線130和132示出。因此，觀察者128所觀察的圖1b中的顯示器的部分可以呈現(xiàn)帶正電的粒子118的光學(xué)特性(即，顏色)。

圖1c示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第三光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和三個(gè)電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖1c中的顯示器100與圖1a-b在前面的段落中所描述的相同，但是示出了如何形成第三光學(xué)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，具有正電荷極性的移動(dòng)粒子116可以在施加的-5v的電壓偏壓v2的影響下朝后電極112移動(dòng)。具有負(fù)電荷極性的移動(dòng)粒子118可以施加的+5v的電壓偏壓v1的影響下朝后電極110移動(dòng)。在圖1c的顯示器的這種狀態(tài)下，在具有0v的電壓偏壓vg的接地的前電極106附近的隱失波區(qū)域中可能沒有粒子。而入射光線134和136可以分別作為反射光線138和140被全內(nèi)反射回觀察者，以建立明或亮狀態(tài)。這形成顯示器的第三光學(xué)狀態(tài)。

圖2a示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第一光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和交錯(cuò)的后電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖2a中的顯示器200與圖1a-c在前面的段落中說明的顯示器相同，但在后電極的設(shè)計(jì)上有一些差異。顯示器100在每個(gè)像素中具有第一和第二電極。圖中2a中的顯示器200是具有兩個(gè)以上的交錯(cuò)電極240、242的陣列的像素。在示例性實(shí)施例中，電極240、242可以以交替的方式排列。在2a-c圖中，后電極242用交叉陰影線突出顯示，以與相鄰的電極240區(qū)分。在其它實(shí)施例中，電極240、242可以以任何周期性的方式布置。電極240、242可以由后支撐件208支撐。第一多個(gè)電極240可由第一晶體管控制，并且第二多個(gè)電極242可由第二晶體管控制。多個(gè)電極240或242各自可以包括至少兩個(gè)電極。理想情況下，電極240、242的寬度將隨著每個(gè)像素的電極數(shù)量的增加而減小，同時(shí)保持像素的尺寸恒定。

每個(gè)像素內(nèi)的多個(gè)電極可以提供圖2a中的顯示器設(shè)計(jì)的另外的有利特征。多個(gè)電極可以使得包含介質(zhì)214和可移動(dòng)粒子216、218的空腔中的橫向電場(chǎng)減小。減小橫向電場(chǎng)可以減少粒子的橫向運(yùn)動(dòng)和遷移。這可以得到更均勻的顯示性能。在圖2a中的前介電層206和后介電層222和后電極240、242之間形成的空腔還可以包括間隔單元(未示出)，例如珠子，以控制前電極和后電極之間的間隙的大小。

顯示器200的示例性實(shí)施例還可以包括位于透明前電極206的表面上并且被設(shè)置在透明前電極206和介質(zhì)214之間的可選介電層220。前電極206位于透明前片202的內(nèi)側(cè)，其中存在多個(gè)突起204。圖2a示出了在顯示器200中在后電極240、242的表面上的介電層222，使得介電層被設(shè)置在后電極240、242和介質(zhì)214之間。在后電極上的介電層也可以是任選的，并且可以取決于后電極的組成。介電層可以是厚度至少約20納米的均勻的層。介電化合物的類型可以是有機(jī)的或無機(jī)的。最常見的無機(jī)介電材料是通常用于集成芯片的二氧化硅。有機(jī)介電材料通常是聚合物，例如聚酰亞胺、含氟聚合物、聚降冰片烯和不含極性基團(tuán)的基于碳?xì)浠衔锏木酆衔铩Ｔ谑纠詫?shí)施例中，介電層包括聚對(duì)二甲苯。在另一個(gè)實(shí)施例中，介電層包含鹵代聚對(duì)二甲苯。其他無機(jī)或有機(jī)介電材料或其組合也可用于介電層。

介電層可以分別具有至少80納米的厚度。在示例性實(shí)施例中，厚度約為80-200納米。有利的是，聚對(duì)二甲苯具有低介電常數(shù)，并且可以制為薄至20納米而不產(chǎn)生針孔泄漏路徑。這些特征促成了單位面積具有相對(duì)高的電容的顯示器結(jié)構(gòu)。高電容意味著所需的單位面積的帶電移動(dòng)粒子的數(shù)量可以以比厚度較高或介電常數(shù)較低的情況所需的電壓更低的電壓被吸引到聚對(duì)二甲苯。

再次參考圖2a，顯示器200示出了在第一光學(xué)狀態(tài)下的顯示器的像素。該光學(xué)狀態(tài)可以通過由具有第一光學(xué)特性和負(fù)電荷極性的粒子218吸收入射光線來建立。在這種狀態(tài)下，具有正電荷極性的電泳移動(dòng)粒子216可以在施加的電壓偏壓的影響下被移動(dòng)到后電極240、242附近。多個(gè)電極240和242可以相互交錯(cuò)，但是這不是顯示器200的操作所必需的。在圖2a的示例中，后電極240、242可以分別具有-5v的施加的電壓偏壓v1和v2(應(yīng)該注意的是，可以使用不同幅度的其他電壓偏壓，-5v僅用于說明目的)。帶負(fù)電的粒子218可以在具有+5v偏壓(vg)的前電極表面206附近被移動(dòng)到隱失波區(qū)域中，使得tir受阻并且入射光線被吸收。這由可以被帶負(fù)電的粒子218吸收的入射光線244和246示出。因此觀察者228所觀察的圖2a中的顯示器的部分呈現(xiàn)具有負(fù)電荷極性的粒子218的光學(xué)特性(即，顏色)。

圖2b示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第二光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和交錯(cuò)的后電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖2b中的顯示器200與圖2a在前面的段落中所描述的相同，但是示出了第二光學(xué)狀態(tài)。圖2b中的顯示器200示出了通過由具有第二光學(xué)特性和正電荷極性的粒子216吸收入射光而建立的第二光學(xué)狀態(tài)下的顯示器的像素。在這種狀態(tài)下，具有負(fù)電荷極性的電泳移動(dòng)粒子218在施加的電壓偏壓的影響下朝后電極240、242移動(dòng)。在圖2b的示例中，后電極240、242分別具有+5v的施加的電壓偏壓v1和v2(應(yīng)該注意的是，可以使用不同幅度的其他電壓偏壓，+5v僅用于說明目的)。帶正電的粒子216被移動(dòng)到鄰近具有-5v的偏壓(vg)的接地前電極表面206的隱失波區(qū)域附近。在此位置，粒子216可能會(huì)阻止t1r并吸收入射光線。這由可以被帶正電的粒子216吸收的入射光線248和250示出。因此，觀察者228所觀察的圖2b中的顯示器的部分可以呈現(xiàn)具有正電荷極性的粒子216的光學(xué)特性(即，顏色)。

圖2c示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第三光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子和交錯(cuò)的后電極的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖2c中的顯示器200與圖2a-b在前面的段落中所描述的相同，但是示出了第三光學(xué)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，帶正電的移動(dòng)粒子216可以在施加的-5v的電壓偏壓v1的影響下移動(dòng)到后電極240附近。帶負(fù)電的移動(dòng)粒子218在施加的+5v的電壓偏壓v2的影響下移動(dòng)到后電極242附近。在圖2c中的顯示器的這種狀態(tài)下，在具有0v的電壓偏壓vg的接地的前電極206附近的隱失波區(qū)域中可能沒有粒子。而入射光線252和254可以分別作為反射光線256和258朝著觀察者被全內(nèi)反射，以建立明或亮狀態(tài)。這形成顯示器的第三光學(xué)狀態(tài)。

圖3a示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第一光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子、交錯(cuò)的后電極、和反射層的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖3a中的顯示器300與前面段落中說明的顯示器100和200類似，但后電極的設(shè)計(jì)不同。顯示器300在每個(gè)像素中具有第一和第二電極。顯示器200在單個(gè)像素中包含陣列形式的多個(gè)各自有兩個(gè)以上的電極240和242。顯示器300還可以包括多個(gè)各自有至少兩個(gè)的電極360和362，其可以由后支撐層308支撐。在圖3a-c中，電極360用陰影表示，并且電極362用交叉陰影線突出顯示。此外，允許光線通過的透明區(qū)域364可以位于電極360和362之間。在示例性實(shí)施例中，區(qū)域364可以是玻璃、塑料或其他基本上透明的材料。在其他實(shí)施例中，區(qū)域364可以替代為沒有任何材料，區(qū)域364也可以由高反射填料材料制成。顯示器300還包括光反射層366，反射層366可以位于后支撐層308和包含多個(gè)電極360、362和透明區(qū)域364的層之間。第一多個(gè)電極360可以由第一晶體管控制，并且第二多個(gè)電極362可以由第二晶體管控制。多個(gè)電極360或362分別可以包括兩個(gè)以上電極，并且可以相互交錯(cuò)。電極360、362的寬度可以隨著每個(gè)像素的電極數(shù)量的增加而減小，同時(shí)保持像素的尺寸恒定。

每個(gè)像素內(nèi)的多個(gè)電極可以提供圖3a中的顯示器設(shè)計(jì)的另外的有利特征。多個(gè)電極可以使得包含介質(zhì)314和可移動(dòng)粒子316、318的空腔中的橫向電場(chǎng)減小。減小橫向電場(chǎng)可以減少粒子的橫向運(yùn)動(dòng)和遷移。這可以得到更均勻的顯示性能。在反射前電極306和后電極360、362和透明區(qū)域364之間形成的空腔還可以包括間隔單元(未示出)，例如珠子，以控制前電極和后電極之間的間隙的大小。

后電極360和362和反射層366之間的空間或區(qū)域364提供了圖3a所示的顯示設(shè)計(jì)的另外的有利特征。具有包括諸如半球形突起的凸形突起的前片的常見tir圖像顯示器遭受“黑瞳(darkpupil)”的問題。當(dāng)入射光陣列可以穿過每個(gè)突起的中心處的黑瞳區(qū)域而不是被全內(nèi)反射時(shí)，顯示器的反射率可能減小。在本文描述的發(fā)明中，可能通過暗瞳區(qū)域的光線可以被反射層166反射。然后可以將被反射的光線朝著觀察者328反射回，這可以增強(qiáng)顯示器的反射率。后電極360和362之間的區(qū)域364可以進(jìn)一步與凸形突起對(duì)準(zhǔn)或配準(zhǔn)。例如，區(qū)域364可以與單個(gè)半球形突起或一行半球形突起對(duì)準(zhǔn)。

顯示器300的示例性實(shí)施例還可以包括位于透明前電極306的表面上并且被設(shè)置在透明前電極306和介質(zhì)314之間的可選介電層320。圖3a示出了在后電極360、362的表面上的介電層322。介電層322也可以位于顯示器300中的透明區(qū)域364上，使得介電層位于后電極360、362和透明區(qū)域364與介質(zhì)314之間。在后電極上的介電層可以是任選的，并且可以取決于后電極的組成。介電層可以是厚度至少約20納米的均勻的層。介電化合物的類型可以是有機(jī)的或無機(jī)的。最常見的無機(jī)介電材料是通常用于集成芯片的二氧化硅。有機(jī)介電材料通常是聚合物，例如聚酰亞胺、含氟聚合物、聚降冰片烯和不含極性基團(tuán)的基于碳?xì)浠衔锏木酆衔?。在示例性?shí)施例中，介電層包括聚對(duì)二甲苯。在另一個(gè)實(shí)施例中，介電層包含鹵代聚對(duì)二甲苯。其他無機(jī)或有機(jī)介電材料或其組合也可用于介電層。

介電層可以分別具有至少80納米的厚度。在示例性實(shí)施例中，厚度約為80-200納米。有利的是，聚對(duì)二甲苯具有低介電常數(shù)，并且可以制為薄至20納米而不產(chǎn)生針孔泄漏路徑。這些特征促成了單位面積具有相對(duì)高的電容的顯示器結(jié)構(gòu)。高電容意味著所需的單位面積的帶電移動(dòng)粒子的數(shù)量可以以比厚度較高或介電常數(shù)較低的情況所需的電壓更低的電壓被吸引到聚對(duì)二甲苯。

再次參考圖3a，顯示器300示出了第一光學(xué)狀態(tài)下的顯示器的像素。該光學(xué)狀態(tài)可以通過由具有第一光學(xué)特性和負(fù)電荷極性的粒子318吸收入射光線來建立。在這種狀態(tài)下，具有正電荷極性的電泳移動(dòng)粒子316可以在施加的電壓偏壓的影響下被移動(dòng)到鄰近多個(gè)后電極360、362的介電層322附近。理想情況下，多個(gè)電極360和362可以相互交錯(cuò)，但是這不是顯示器300的操作所必需的。在圖3a的示例中，后電極360、362可以分別具有-5v的施加的電壓偏壓v1和v2(應(yīng)該注意的是，可以使用不同幅度的其他電壓偏壓，-5v僅用于說明目的)。帶負(fù)電的粒子318可以被移動(dòng)到鄰近具有+5v偏壓(vg)的接地前電極表面306的前介電層附近。前電極306位于在多個(gè)突起304的表面上的透明前片302的內(nèi)表面上。在此位置，粒子318可以進(jìn)入隱失波區(qū)域，吸收入射光線并且阻止tir。這由可以被帶負(fù)電的粒子318吸收的入射光線368和370示出，由此，觀察者328所觀察的圖3a中的顯示器的部分呈現(xiàn)帶負(fù)電的粒子318的光學(xué)特性(即，顏色)。

圖3b示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第二光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子、交錯(cuò)的后電極、和反射層的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖3b中的顯示器300與圖3a在前面的段落中所描述的相同，但是示出了可以如何形成第二光學(xué)狀態(tài)。圖3b中的顯示器300示出了通過由具有正電荷極性和第二光學(xué)特性的粒子316吸收入射光線來產(chǎn)生的第二光學(xué)狀態(tài)下的顯示器的像素。在這種狀態(tài)下，具有負(fù)電荷極性的電泳移動(dòng)粒子318可以在施加的電壓偏壓的影響下被移動(dòng)到鄰近多個(gè)后電極360、362的光學(xué)介電層322附近。在圖3b的示例中，后電極360、362分別具有+5v的施加的電壓偏壓v1和v2(應(yīng)該注意的是，可以使用不同幅度的其他電壓偏壓，+5v僅用于說明目的)。具有正電荷極性的粒子316可以在鄰近具有-5v的偏壓(vg)的接地前電極表面306的前介電層附近被移動(dòng)到隱失波區(qū)域中，使得itr被阻止并且入射光線可以被吸收。這由可以被帶正電的粒子316吸收的入射光線372和374示出。因此，觀察者328所觀察的圖3b中的顯示器的部分可以呈現(xiàn)帶正電的粒子316的光學(xué)特性(即，顏色)。

圖3c示意性地示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例在第三光學(xué)狀態(tài)下的包括帶相反電荷的粒子、交錯(cuò)的后電極、和反射層的全內(nèi)反射圖像顯示器的一部分的橫截面。圖3c中的顯示器300與圖3a-b在前面的段落中所描述的相同，但是示出了第三光學(xué)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，具有正電荷極性的移動(dòng)粒子316可以在施加的-5v的電壓偏壓v2的影響下移動(dòng)到后電極362附近。具有負(fù)電荷極性的移動(dòng)粒子318在施加的+5v的電壓偏壓v1的影響下被移動(dòng)到鄰近后電極360(圖3c中陰影表示的后電極)的介電層322附近。在圖3c中的顯示器的這種狀態(tài)下，在鄰近具有0v的電壓偏壓vg的接地的前電極306的前介電層320附近的隱失波區(qū)域中可能沒有粒子。而入射光線376和378可以分別作為反射光線380和382朝著觀察者328被全內(nèi)反射，以建立明或亮狀態(tài)。這是顯示器的第三光學(xué)狀態(tài)。在此第三光學(xué)狀態(tài)下，區(qū)域364和反射層366可以進(jìn)一步增強(qiáng)反射率，因?yàn)樵陔[失波區(qū)域中沒有用于吸收入射光線的粒子。在這種狀態(tài)下，沒有被全內(nèi)反射的光線可以通過前片302的突起的中心，并且可以被層366朝觀察者328反射。

在圖1a-c、2a-c和3a-c所示的和在前面的段落中描述的顯示器100、200和300中，描述了每個(gè)顯示器的三種光學(xué)狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)注意，連續(xù)的中間灰色狀態(tài)也可能夠由本文所述的反射圖像顯示器顯示。例如，通過改變所施加的電壓偏壓的大小和施加電壓偏壓的時(shí)間段，一部分粒子可以執(zhí)行僅對(duì)tir的部分的阻止。

在一些實(shí)施例中，多孔反射層可以與本文所描述的包括兩個(gè)以上電極的反射圖像顯示器組合使用。多孔反射層可以在前電極層和后電極層之間。在其它實(shí)施例中，后電極可以位于多孔電極層的表面上。多孔反射層可以由軌道蝕刻的聚合物材料形成，例如聚碳酸酯、聚酯、聚酰亞胺或其它厚度為至少約10微米的聚合材料或玻璃形成。膜的多孔性質(zhì)將允許電泳移動(dòng)粒子穿過孔。多孔反射層中孔的平均直徑比移動(dòng)粒子的平均直徑大得多(例如，大約大10倍)。多孔反射層中的孔可以構(gòu)成多孔反射層的總表面積的一大部分(例如，至少10％)，以允許移動(dòng)粒子基本上不受阻礙地穿過孔。

本發(fā)明的各種控制機(jī)制可以全部或部分地在軟件和/或固件中實(shí)現(xiàn)。該軟件和/或固件可以采取包含在非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中或上的指令的形式。這些指令然后可以由一個(gè)或多個(gè)處理器讀取和執(zhí)行以使得能夠執(zhí)行本文所述的操作。指令可以是以任何適當(dāng)?shù)男问剑绲幌抻谠创a、編譯代碼、解釋代碼、可執(zhí)行代碼、靜態(tài)代碼、動(dòng)態(tài)代碼等。這樣的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括用于以一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的形式存儲(chǔ)信息的任何有形非暫態(tài)介質(zhì)，諸如但不限于只讀存儲(chǔ)器(rom)；隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)；磁盤存儲(chǔ)介質(zhì)；光存儲(chǔ)介質(zhì)；閃存等。

在一些實(shí)施例中，包含指令的有形機(jī)器可讀非暫態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)可以與本文所述的包括兩個(gè)以上電極的反射顯示器組合使用。在其它實(shí)施例中，有形機(jī)器可讀非暫態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)還可以與一個(gè)或多個(gè)處理器結(jié)合使用。

圖4示出了根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的用于控制顯示器的示例性系統(tǒng)。在圖4中，顯示器400由具有處理器430和存儲(chǔ)器420的控制器440控制。在不脫離所公開的原理的情況下，其他控制機(jī)制和/或設(shè)備可以被包括在控制器440中?？刂破?40可以定義硬件、軟件或硬件和軟件的組合。舉例來說，控制器440可以限定用指令編程的處理器(例如，固件)。處理器430可以是實(shí)際的處理器或虛擬的處理器。類似地，存儲(chǔ)器420可以是實(shí)際的存儲(chǔ)器(即，硬件)或虛擬的存儲(chǔ)器(即，軟件)。

存儲(chǔ)器420可以存儲(chǔ)由處理器430執(zhí)行以驅(qū)動(dòng)顯示器400的指令。指令可以被配置為操作顯示器400。在一個(gè)實(shí)施例中，指令可以包括通過電源450與顯示器400(未示出)相關(guān)聯(lián)的偏置電極。當(dāng)被偏置時(shí)，電極可能使得電泳粒子朝著或遠(yuǎn)離在前透明片的內(nèi)表面處的多個(gè)突起的表面附近的區(qū)域移動(dòng)，從而吸收或反射在前透明片的內(nèi)表面處接收的光。通過適當(dāng)?shù)仄秒姌O，移動(dòng)光吸收粒子(例如，圖1a-c中的粒子116和118、圖2a-c中的粒子216和218、以及圖3a-c中的粒子316和318)可以在前透明片的內(nèi)表面處的多個(gè)突起的表面附近被移動(dòng)到隱失波區(qū)域中，以便充分地或選擇性地吸收入射光。吸收入射光建立暗或彩色狀態(tài)。通過適當(dāng)?shù)仄秒姌O，移動(dòng)光吸收粒子(例如，圖1a-c中的粒子116和118、圖2a-c中的粒子216和218、以及圖3a-c中的粒子316和318)可以從前透明片的內(nèi)表面的突出部分的表面離開并且移出隱失波區(qū)域，以便反射入射光。反射入射光建立光亮狀態(tài)。

在其它實(shí)施例中，本文所述包括兩個(gè)以上電極的反射圖像顯示器還可以包括至少一個(gè)側(cè)壁(也可以稱為橫壁)。側(cè)壁限制粒子沉降、漂移和擴(kuò)散，以提高顯示性能和穩(wěn)定性。側(cè)壁可以位于光調(diào)制層內(nèi)。側(cè)壁可以從前電極、后電極或前電極和后電極兩者全部地或部分地延伸。側(cè)壁可以包括塑料或玻璃。側(cè)壁可以創(chuàng)建井或隔室(未顯示)來限制電泳移動(dòng)粒子。側(cè)壁或橫壁可以被配置成建立例如正方形、三角形、五邊形或六邊形形狀的井或隔室或其組合。該壁可以包括聚合物材料，并通過包括光刻、壓花或模塑的傳統(tǒng)技術(shù)被圖案化。該壁有助于限制移動(dòng)粒子，以防止所述粒子可能隨時(shí)間推移導(dǎo)致顯示性能變差的沉降和遷移。在某些實(shí)施例中，顯示器可以包括橫壁，用于完全橋接由前電極和后電極在液體介質(zhì)和移動(dòng)粒子所在的區(qū)域中產(chǎn)生的間隙。在某些實(shí)施例中，本文所述的反射圖像顯示器可以包括局部橫壁，其僅部分地橋接由前電極和后電極在液體介質(zhì)和移動(dòng)粒子所在的區(qū)域中產(chǎn)生的間隙。在某些實(shí)施例中，本文所述的反射圖像顯示器還可以包括可以完全和部分地橋接由前電極和后電極在液體介質(zhì)和移動(dòng)粒子所在的區(qū)域中產(chǎn)生的間隙的橫臂和局部橫壁的組合。

本文所述的包括多于兩個(gè)電極的反射圖像顯示器還可以包括濾色器陣列層。濾色器陣列層可以包括紅色、綠色和藍(lán)色濾色器或青色、品紅色和黃色濾色器中的至少一種或多種。

本文所述的包括多于兩個(gè)電極的反射圖像顯示器還可以包括一個(gè)定向前光系統(tǒng)。定向前光系統(tǒng)可以包括光源、光導(dǎo)和在每個(gè)顯示器的頂片的頂表面上的光提取元件陣列。定向光系統(tǒng)可以位于朝外的片的外表面和觀察者之間。前光源可以限定發(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。光導(dǎo)可以被配置為將光引導(dǎo)至透明外部片的整個(gè)前表面，同時(shí)光提取元件在垂直方向上將光以小角度(例如距中心約30°)朝前片引導(dǎo)。定向前光系統(tǒng)可以與在本文描述的顯示器架構(gòu)中的橫壁或?yàn)V色器層及其組合相結(jié)合來使用。

其他實(shí)施例中，本文所述的包括兩個(gè)以上電極的任何反射圖像顯示器還可包括至少一個(gè)邊緣密封。邊緣密封可以是熱或光化學(xué)固化的材料。邊緣密封可以包括環(huán)氧樹脂、硅樹脂或其它基于聚合物的材料中的一種或多種。

在其它實(shí)施例中，本文所述的包括兩個(gè)以上電極的任何反射圖像顯示器還可以進(jìn)一步包括光漫射層以“軟化(soften)”觀察者觀察到的反射光。在其它實(shí)施例中，光漫射層可以與前光結(jié)合使用。

在本文描述的顯示器實(shí)施例中，它們可以用于包括顯示器的如下應(yīng)用：例如但不限于，電子書閱讀器、便攜式計(jì)算機(jī)、平板電腦、蜂窩電話、智能卡、標(biāo)牌、手表、可穿戴設(shè)備、貨架標(biāo)簽、閃存驅(qū)動(dòng)器和戶外廣告牌或戶外標(biāo)志。

以下示例性和非限制性實(shí)施例提供了本公開的各種實(shí)現(xiàn)方式。示例1涉及一種方法，其中一種用于顯示圖形的方法，包括：在透明前片的第一表面處接收一個(gè)或多個(gè)入射光線，該前片具有折射率；通過將多個(gè)第一電泳移動(dòng)粒子引導(dǎo)至鄰近第一電極的區(qū)域并將多個(gè)第二電泳移動(dòng)粒子引導(dǎo)至鄰近第二電極和第三電極的區(qū)域，來形成第一光學(xué)狀態(tài)；通過將多個(gè)第二電泳移動(dòng)粒子引導(dǎo)至鄰近第一電極的區(qū)域并將多個(gè)第一電泳移動(dòng)粒子引導(dǎo)至鄰近第二電極和第三電極的區(qū)域，來形成第二光學(xué)狀態(tài)；以及通過將多個(gè)第一電泳移動(dòng)粒子引導(dǎo)至鄰近第二電極的區(qū)域并將第二多個(gè)電泳移動(dòng)粒子引導(dǎo)至鄰近第三電極的區(qū)域，來形成第三光學(xué)狀態(tài)。

示例2涉及示例1的方法，其中，第一光學(xué)狀態(tài)還包括：由多個(gè)第一電泳移動(dòng)粒子充分地或選擇性地吸收一個(gè)或多個(gè)入射光線，從而呈現(xiàn)第一電泳移動(dòng)粒子的光學(xué)特性。

示例3涉及示例1或2的方法，其中，第二光學(xué)狀態(tài)還包括：由多個(gè)第二電泳移動(dòng)粒子充分地或選擇性地吸收一個(gè)或多個(gè)入射光線，從而呈現(xiàn)第二電泳移動(dòng)粒子的光學(xué)特性。

示例4涉及任意前述示例的方法，還包括：在透明前片的第一表面處接收一個(gè)或多個(gè)光線，以及在透明前片的第二表面處傳出一個(gè)或多個(gè)光線，第二表面具有多個(gè)半球形或凸形突起。

示例5涉及任意前述示例的方法，還包括：在透明前片的第一表面處接收一個(gè)或多個(gè)光線，以及在透明前片的第二表面處傳出一個(gè)或多個(gè)光線，第二表面具有多個(gè)半球形或凸形突起。

示例6涉及任意前述示例的方法，還包括：將第一電極偏置在第一電壓并將第二電極和第三電極中的每個(gè)電極偏置在第二電壓。

示例7涉及任意前述示例的方法，還包括：將第一電極偏置在第一電壓，將第二電極偏置在第二電壓并將所述第三電極偏置在第三電壓。

示例8涉及任意前述示例的方法，還包括：提供極性基本相反的第二偏壓和第三偏壓。

示例9涉及一種多電極顯示器設(shè)備，包括：透明前片，在透明前片的第一表面處接收一個(gè)或多個(gè)入射光線，該前片具有折射率；第一電極，該第一電極被布置為靠近前片；后支撐件，該后支撐件面向第一電極并且在與第一電極之間形成空腔；第二電極，該第二電極被布置為鄰近空腔；第三電極，該第三電極被布置為鄰近第二電極和空腔；以及控制器，該控制器與第一電極、第二電極和第三電極中的每個(gè)電極通信，控制器被配置為獨(dú)立地激活第一電極、第二電極或第三電極中的一個(gè)或多個(gè)，以使得通過前片全內(nèi)反射一個(gè)或多個(gè)入射光線從而從腔體中充分排除入射光線，或者使得阻止全內(nèi)反射。

示例10涉及示例9的顯示器，其中，第二電極和第三電極被布置為彼此相鄰。

示例11涉及示例9或10的顯示器，其中，第二電極和第三電極被布置為交錯(cuò)的電極陣列。

示例12涉及任意前述示例的顯示器，其中，多個(gè)突起中的至少一個(gè)突起限定半球形或凸形突起。

示例13涉及任意前述示例的顯示器，還包括多個(gè)第一電泳移動(dòng)粒子和多個(gè)第二電泳移動(dòng)粒子中的至少一者，第一電泳移動(dòng)粒子具有第一電荷，第二電泳移動(dòng)粒子具有第二電荷。

示例14涉及任意前述示例的顯示器，其中，第一電荷和第二電荷的極性相反。

示例15涉及任意前述示例的顯示器，其中，控制器還被配置為：獨(dú)立地偏置第一電極、第二電極和第三電極中每個(gè)電極，以通過將第一電泳移動(dòng)粒子移動(dòng)得鄰近第一電極并且將第二電泳移動(dòng)粒子移動(dòng)得鄰近第二電極和第三電極來調(diào)制全內(nèi)反射(tir)。

示例16涉及任意前述示例的顯示器，其中，所述控制器還被配置為：獨(dú)立地偏置第一電極、第二電極和第三電極中的每個(gè)電極，以通過將第一電泳移動(dòng)粒子移動(dòng)得鄰近第二電極并且將第二電泳移動(dòng)粒子移動(dòng)鄰近第三電極來提供全內(nèi)反射(tir)。

示例17涉及任意前述示例的顯示器，其中，前片還包括在其第二表面上的多個(gè)突起。

示例18涉及任意前述示例的顯示器，還包括：在第一電極、第二電極或第三電極中的至少一個(gè)電極上形成的介電層。

示例19涉及任意前述示例的顯示器，包括：透明前片，該透明前片在第一表面處接收一個(gè)或多個(gè)入射光線，并且在透明前片的第二表面處傳出一個(gè)或多個(gè)光線；像素，該像素具有：第一電極，位于前片的第二表面處或附近；第二電極和第三電極，被布置為與第一電極形成空腔，第一電極和第二電極被布置；以及控制器，該控制器與第一電極、第二電極和第三電極中的每個(gè)電極通信，控制器被配置為獨(dú)立地激活第一電極、第二電極或第三電極中的一個(gè)或多個(gè)，以使得通過前片全內(nèi)反射一個(gè)或多個(gè)入射光線從而從腔體中充分排除入射光線，或者使得阻止全內(nèi)反射。

示例20涉及任意前述示例的顯示器，還包括：設(shè)置在空腔中的流體介質(zhì)。

示例21涉及任意前述示例的顯示器，還包括：設(shè)置在介質(zhì)中的第一電泳移動(dòng)粒子和第二電泳移動(dòng)粒子中的至少一者，第一電泳移動(dòng)粒子具有第一電荷極性，第二電泳移動(dòng)粒子具有第二電荷極性。

示例22涉及任意前述示例的顯示器，其中，控制器被配置為：使第一電極、第二電極或第三電極中的一個(gè)或多個(gè)將第一電泳粒子牽引到第一電極以使得阻止一個(gè)或多個(gè)入射光通過前片全內(nèi)反射，并且將第二電泳移動(dòng)粒子移動(dòng)得鄰近第二電極和第三電極。

示例23涉及任意前述示例的顯示器，其中，第二電極和第三電極被布置為形成陣列。

示例24涉及任意前述示例的顯示器，還包括：以方格圖案布置的多個(gè)第二和第三電極，以與第一電極形成像素。

示例25涉及任意前述示例的顯示器，還包括：用于覆蓋第一電極、第二電極或第三電極之一的介電層。

示例26涉及任意前述示例的顯示器，其中，控制器被配置為使第二電極和第三電極具有基本上相反的偏壓。

示例27涉及任意前述示例的顯示器，其中，控制器被配置為使第一電極和第二電極具有基本上相反的偏壓。

雖然本公開的原理已經(jīng)關(guān)于本文所示的示例性實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是，本公開的原理不限于此，并且包括其任何修改、變體或置換。