宽视角反射型显示器的制作方法

专利名称：宽视角反射型显示器的制作方法
技术领域：
本发明改善了反射型显示器的视角范围。
背景技术：
通过可控制地抑制(controllably frustrating)全内反射(total internalreflection，TIR)、以使多像素显示器的选定像素在入射在那些像素上的光经历TIR的反射状态与在那些像素处TIR被抑制的非反射状态之间切换而显示图像。例如，可使用电泳可控制地抑制TIR，并有选择地在这种显示器中切换像素状态。电泳是一种众所周知的现象，借此，所施加的电场移动带电粒子、离子或分子通过介质。可有选择地施加电磁力，以移动粒子通过电泳介质超向向上或远离瞬逝波区域(evantion wave region)，抑制在选定像素处发生的TIR。本发明通过抑制TIR或其他反射显示方法，增大所显示图像的实际视角范围。


图1A为根据本发明一个实施例，电泳抑制TIR显示器一部分的放大的分段剖面图(fragmented cross-section view)。
图1B示意地表示出图1A装置的宽视角范围α，和照明源的角度范围β。
图2为图1A装置的一个球形高折射率珠的半球形部分的放大剖面图。
图3A，3B和3C表示在其中入射光线分别经历两次、三次和四次TIR的离轴距离增大时，垂直入射在图2半球形结构上的光线的半后向反射(semi-retro-reflection)。
图4A，4B，4C，4D，4E，4F和4G表示从分别偏离垂直方向0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°的视角观察到的图2半球形结构。
图5A图示出与被图2半球形结构反射的光线的真正后向反射(trueretro-reflection)的角度偏离。角度偏离被表示为以归一化成使半径r＝1的离轴距离α的函数。图5B图示出以图2半球形结构所反射的光线的角度误差为函数的相对能量分布。
图6A和6B为多个半球形(图6A)和近似半球形(图6B)的半球形珠的放大外形(topographic)底面平面图。
图7A和7B分别为非半球形(图7A)和近似半球形(图7B)的结构的放大剖面图。
图8A和8F为放大剖面图，表示在任意低折射率的透明基板上制造高折射率半球形结构的放大剖面图。
图9为根据本发明一个实施例的不需要抑制TIR的显示器的部分放大分解剖面图。
具体实施例方式
在下面的描述中，为了更充分地理解本发明，阐述了一些具体细节。不过，没有这些具体细节也可以实现本发明。在其他情况下，为了避免使本发明变得不清晰，没有详细表示或描述众所周知的元件。因此，说明书和附图应视为说明性的而非限定性的。
图1A表示正向点亮(front-lit)电泳受抑TIR显示器10的一部分，该显示器10具有通过将大量高反射率(η1)透明珠14部分嵌入高折射率(η2)聚合材料16的内表面而形成的透明外板12，其中聚合材料16具有平坦的外观察表面17，观察者V通过观察方向Y的一定角度范围观察该表面。用双头箭头Z表示“向内”和“向外”方向。珠子14紧密地聚集在一起，形成厚度近似等于一个珠子14的直径的向内凸起单层18。理想情况下，每个珠子14同与之紧密相邻的所有珠子接触。正如下面所描述的，相邻珠子之间留有极小间隙(理想情况下没有间隙)。珠子14可以例如为可从Valley ForgePA的Potters工业公司购得的40-100微米直径的高折射率玻璃珠(产品类别T-4 Sign Beads)。这种珠子的折射率η1近似等于1.90-1.92。材料14可以为毫微聚合物复合材料，例如如Kambe等人在“Refractive Index Engineering ofNano-Polymer Composites”(Materials Research Society Conference，旧金山，2001年4月16-20日)中所述，悬浮在具有相对较高折射率η2(即η2大于大约1.75)的聚合物中的高折射率粒子。
电泳介质20通过包含在下板24所限定的储液器22中而保持与珠子14从材料16向内突出的部分相邻。惰性、低折射率(即，小于大约1.35)、低粘性、电绝缘液体，如可从3M，St.Paul，MN购得的FluorinertTM全氟化烃类液体(η3～1.27)是一种适合的电泳介质。从而形成珠子液体TIR界面。介质20包含精细分散悬浮的光散射和/或吸收粒子26，如颜料、着色的或者通过其他方式散射/吸收的二氧化硅或乳胶粒子等。板24的光学性质相对而言并不重要板24不必构成用于包含电泳介质20和粒子26的储液器，而用作电极48的支撑体，如下面所述。
优选TIR界面处具有小临界角，因为这样可提供发生TIR的角度的范围大。珠子14(η1～1.90-1.92)和材料16(η2～1.92)的折射率与Fluorinert(η3～1.27)的折射率的相对较大比值，产生大约为41.4°的临界角，该临界角相当小。在失去电泳活性时，如图1A中虚线28的右侧所示，穿过板12和珠子14的相当部分(可以为25％那样小)的光线在珠子14的内侧经历TIR。例如，入射光线30，32通过材料16和珠子14被折射。如下面所述，光线在珠子液体TIR界面处经历两次或多次TIR，如在光线30的情况下点34、36处所示；在光线32的情况下点38、40处所示。然后全内反射的光线通过珠子14和材料16被向回折射，并分别作为光线42和44发射出，在各反射区或像素中实现“白色”显示。
正如人们已知的，用临界角θc表示具有不同折射率的两种介质之间的TIR界面的性质。以小于θc的角度入射在界面上的光线穿过该界面。以大于θc的角度入射在该界面上的光线在该界面处发生TIR。还已知，随着入射光线的角度接近于θc，光线部分被TIR界面反射，部分穿过TIR界面，并且随着入射角的增大，被反射部分增大，被透射部分减小。本发明不希望入射光线的角度关系超过θc，从而光线发生“完全的”TIR。正如任何TIR-型反射显示器的情形，从入射光线的大部分(可以为大约80％这样小)被发射，尽管其余部分没有被反射这一意义上来看，入射光线经历“大体上TIR”就足够了，；正如对于任何TIR-型反射型显示器而言，抑制这种“大体上TIR”就足够了。从而本领域技术人员可知，此处所指“TIR”和“TIR的抑制”分别表示“大体上TIR”和“大体上TIR的抑制”。
可通过电极46，48在介质20上施加电压，电极46，48例如可通过汽相沉积涂覆至珠子14向内凸起的表面部分和板24的外表面上。电极46透明，且充分薄以使珠子液体TIR界面处对光线的干扰最小。电极48不必透明。如果通过启动电压源50在电极46，48之间施加电压，如虚线28的左侧所示，则电泳介质20受到激励，悬浮粒子26通过电泳作用移动到瞬逝波相对较强的区域(即处于向内凸起珠子14的内表面的0.25微米内或者更近)中。当发生上述电泳移动时，通过调节珠子液体TIR界面处有效折射率的虚数和可能的实数分量，粒子26散射或吸收光。这由光线52，54作为例子来说明，光线52，54当它们照射(strike)到瞬逝波区域内的粒子26上时在珠子液体TIR界面处被散射和/或吸收，如56，58分别表示，从而在各个非反射吸收区域或像素中实现“暗”显示。
如上所述，可控制通过电极46，48施加在介质20上的电压来控制外板12的纯光学性质。可将电极分段，以控制横跨板12的分离区域或像素的介质20的电泳激活作用，从而形成图像。
除了具有所需的低折射率以外，全氟化烃类液体也很好地适用于根据本发明形成的显示器，因为它们是良好的电绝缘体，并且是惰性的。全氟化烃类液体也具有低粘性和高密度，从而悬浮在这种液体中的粒子可相对容易地发生电泳移动。
珠子14和聚合物材料16优选是光学透明的(optically clear-meaning)，所谓的光学透明即垂直入射的光的大部分穿过选定厚度的珠子或材料，仅少部分光被珠子或材料散射和/或吸收。当光穿过珠子或材料时，通过这种散射和/或吸收，通常是两者的组合，光学透明度减小。板12的厚度仅需要是珠子14厚度的一半(即对于上述40微米珠子而言是20微米)。在块状时“不透明的”的材料，如果10微米厚这种材料仅散射和/或吸收少量垂直入射光，则这种材料仍然是本发明意义上“光学透明的”。这种高折射率毫微复合聚合物具有这种性质，从而很好地适用于根据本发明形成的显示器。
通过电极46，48和电压源50横跨介质20施加电压在粒子26上施加静电力，使其移动到上面所述的瞬逝波区域中。当粒子26移动到瞬逝波区域中时，它们通过散射和/或吸收瞬逝波，必须能抑制珠子液体界面处发生的TIR。虽然粒子26的直径可为1微米这样大，不过优选粒子的直径为亚光频(即对于可见光小于大约0.25微米)，从而TIR界面处粒子26的一个或多个单层可以完全充满瞬逝波区域。如果粒子26的直径为大约1微米，则可以得到有用结果，不过显示器的对比度下降，这是因为粒子26在TIR界面处紧密地聚集在一起的能力受到其直径的限制。更具体而言，接近临界角时，瞬逝波向介质20中传播的相当远，从而直径为大约1微米的粒子能散射和/或吸收该光波，因此抑制TIR发生。不过，随着入射光线入射在TIR界面处的角度相对临界角增大，瞬逝波区域的深度明显减小。相对较大(即1微米)直径粒子不能紧密地集中在该深度减小的区域中，从而这种粒子不能将TIR抑制到所需的程度。不过，较小直径(即250nm)的粒子可以紧密地聚集在该深度减小的区域中，从而这种粒子能抑制以超过临界角的角度照射在TIR界面的入射光线发生TIR。
难以机械上抑制由珠子14的向内凸起部分形成的非平坦表面处的TIR，这是由于难以保持非平坦表面与被机器移动成为与该表面光学接触或脱离接触的部分之间所需的对准精度。不过，电泳介质20易于流动，围绕珠子14的向内凸起部分，从而消除对准困难并再现实际的上面所述和图1A中所示大体半球形表面(“半球形珠子”)的珠子液体TIR界面。
在图1A的实施例中，珠子14的折射率优选与材料16的折射率相同。在这种情况下，仅珠子14伸入介质20中的半球形(或近似半球形)部分在光学上关系重大。从而，珠子14不必分散地嵌入材料16中。正如下面所解释的，半球形(或近似半球形)珠子可以改为附着于基片上，形成具有多个向内凸起的复合片，相邻凸起之间没有间隙或者具有微小间隙，并且充分接近于球形，在宽视角范围内实现高亮度显示。
可很方便地解释向内凸起为半球形时本发明的宽视角性质。图2以放大剖面图表示出一个球形珠子14半球形部分60。半球形60具有归一化半径r＝1，折射率η1。在距离半球形60的中心径向距离为a的位置处垂直入射(通过材料16)在半球形60上的光线62，相对于径向轴线66以角度θ2照射(encounter)在半球形60的内表面上。为了进行理论上理想的讨论，假设材料16的折射率与半球形60相同(即η1＝η2)，从而光线62不加折射地由材料16进入半球形60中。光线62在半球形60的内表面处发生折射，相对于径向轴线66以角度θ2进入电泳介质20中，成为光线64。
现在考虑在距半球形60的中心C距离αc=η3η1]]>处垂直入射(通过介质16)在半球形60上的入射光线68。光线68以临界角度θc(相对于径向轴线70)照射(encounter)到半球形60的内表面上，该角度是发生TIR所需的最小角度。从而光线68被全内反射，成为光线72，光线72再次以临界角度θc照射(encounter)在半球形60的内表面上。从而，光线72全内反射，成为光线74，而光线74也以临界角度θc入射在半球形60的内表面上。从而，光线74被全内反射，成为光线76，而光线76垂直穿过半球形60进入珠子14的嵌入部分，并进入材料16中。从而，光线68沿大致与入射光线68相反的方向被反射回，成为光线76。
如上述光线68，76所示，在距半球形60的中心C距离α≥αc处垂直入射在半球形60上的所有光线向回反射；当然，图2表示理论上理想的情形，不过实际上不能获得在与入射光线68相反的方向上反射光线76的光学上“理想的”半球形60。回到图1A，可以看出作为光线42被向回反射的光线30是这种光线的另一个示例。图3A，3B和3C表示三个光学上“理想的”的半球形60的反射模式。这些模式和其他模式共存，不过分别讨论每种模式是有用的。
在图3A中，入射在距离αc＜α≤α1范围内的光线经历TIR两次(2-TIR模式)，并且被反射光线在中心在与入射光线相反方向上的相对较宽弧度φ1内发散。在图3B中，入射在距离α1＜α≤α2范围内的光线经历TIR三次(3-TIR模式)，并且被反射光线也是在中心在与入射光线相反方向上的较窄弧度φ2＜φ1内发散。在图3C中，入射在距离α2＜α≤α3范围内的光线经历TIR反射四次(4-TIR模式)，并且反射光线也是在中心在与入射光线相反方向上的更窄弧度φ3＜φ2内发散。从而半球形60具有“半后向反射性”，部分漫反射性，使显示器10具有类似于纸的漫射性质。
显示器10还具有与纸张相比相对较高的表观亮度。在垂直入射时，半球形60的反射率R(即入射在半球形60上的光线通过TIR反射的部分)由R=1-(η3η1)]]>给出，其中η1为半球形60的折射率，η3为发生TIR的半球形60表面附近的介质的折射率。因此，如果半球形60由低折射率材料如聚碳酸酯(η1～1.59)形成，并且如果邻近介质为Fluorinert(η3～1.27)，则获得大约36％的反射率R；而如果半球形60由高折射率毫微复合材料(η1～1.92)形成，则获得大约56％的反射率R。当照明源S(图1B)位于观察者V头部后面时，通过上述半后向反射性质可进一步增强显示器10的表观亮度，如下面所述。
如图4A-4G中所示，半球形60的反射率在较宽入射角范围上保持不变，从而增强显示器10的宽视角性和其表观亮度。例如，图4A表示从垂直入射方向，即从偏离垂直方向0°的入射角方向观察时的半球形60。在此情形中，半球形60中α≥αc的部分80看似一条环带。该环带表示为白色，如上所述，与这是通过TIR反射入射光线的半球形60的区域这一事实一致。环带围绕显示为黑色的圆形区域82，与这是在其中入射光线不经历TIR反射的半球形60的非反射区域一致。图4B-4G表示从入射角分别偏离垂直方向15°，30°，45°，60°，75°和90°的方向观察时的半球形60。比较图4B-4G与图4A，显示出半球形60中α≥αc的反射部分80的观察面积仅随入射角度增大而逐渐减小。即使以接近于掠入射(glancing incidence)角度(图4F)，观察者仍将观察到反射部分80中相当大的部分，从而使显示器10具有宽视角范围，在该视角范围上保持高表观亮度。
图5A和5B进一步说明显示器10的半后向反射性质的本质。当反射光线沿与入射光线相反的方向返回时发生“真正后向反射”。为本发明起见，当被反射的光线沿近似与入射光线相反的方向返回时发生“半后向反射”。半球形反射器具有固有的半后向反射性。在图5A中，曲线84代表经历TIR两次(图3A的2-TIR模式)之后偏离被半球形60反射的光线的真正后向反射的角度范围。如预计的那样，在 时角度偏离为0°。即，在2-TIR模式下，如果入射光线以45°角度入射在半球形60的TIR界面上，则发生真正的后向反射。当光线在被反射两次的2-TIR模式入射范围上改变时，角度偏离范围为大约-10°到大约27°。在该范围内，除在0°角度偏离时的真正后向反射的特定情况之外，光线被半后向反射。
图5A的曲线86代表经历TIR三次(图3B的3-TIR模式)之后偏离被半球形60反射的光线的真正后向反射的角度范围。如图所示，在 时角度偏离为0°。即，在3-TIR模式下，如果入射光线以60°角度入射在半球形60的TIR界面上，则发生真正的后向反射。当光线在被反射三次的3-TIR模式入射范围上改变时，角度偏离范围为大约-27°到大约18°。在该范围内，除在0°角度偏离时的真正后向反射的特定情况之外，光线被半后向反射。
图5A的曲线87代表经历TIR四次(图3C的4-TIR模式)之后偏离被半球形60反射的光线的真正后向反射的角度范围。在α＝.924＝sin67.5°时角度偏离为0°。即，在4-TIR模式下，如果入射光线以67.5°角度入射在半球形60的TIR界面上，则发生真正的后向反射。当光线在被四次反射的4-TIR模式入射范围上改变时，角度偏离范围为大约-20°到大约15°。在该范围内，除在0°角度偏离时的真正后向反射的特定情况之外，光线被半后向反射。
图5A还示出表示在经历TIR五次、六次、七次或更多次TIR之后偏离被半球形60反射的光线的真正后向反射的角度范围的曲线。代替考虑这些5-TIR，6-TIR，7-TIR和更高模式，去考虑图5B会更加有用，图5B示出作为以上述角度偏离的函数的被半球形60反射的光的相对量(幅值)。在图5B中所描绘出的曲线下面的总面积对应于在所有TIR模式下被半球形60反射的光线的累积能量。
图5A中描绘出的每条曲线都与0°角度偏离水平轴相交。因此，在所有TIR模式中所反射光的累积量，在0°角度偏离时达到最大值，如图5B中所示。在所有TIR模式下被反射的光的累积量随上述角度偏离幅值的增大而减小，也如图5B中所示那样。非常概略地讲，被半球形60反射的光线的大约一半累积反射能量处于高达10°的角度偏离范围内；并且大约三分之一的累积反射能量处于高达大约5°的角度偏离范围内。从而，当主要照明源处于观察者后面时，在小角度范围内显示器10具有非常高的表观亮度。在图1B中对此进行了进一步的说明，图1B描绘出观察者V观察显示器10的宽角度范围α，以及照明源S相对观察者V的位置的角度偏离即角度β。只要β不太大，就可以保持显示器10的高表观亮度，亮度与图5B中描绘出的相对幅值成正比地减小。
尽管如上所述可以很方便地使用球形(或半球形)玻璃珠制造显示器10，不过球形(或半球形)并非在所有情况下都是珠子14的最佳形状。这是因为，如图6A中所示，即使球形(或半球形)珠子14在单层18内尽可能紧密地聚集在一起(图1A)，相邻珠子之间也会不可避免地留有间隙78。就它们直接进入电泳介质20这一意义而言，入射在任何间隙78上的光线都会“丢失”，在观察表面17上产生所不希望的暗斑。虽然这些斑点极小，因而不会减损显示器10的显示，不过确实会降低观察表面17的净平均反射率。
图6B示出可选择的“近似半球形”向内凸起“半球形珠”14A，其大体上为六边形，平行于显示器10观察平面17的显微平面(图1A)的最外部横截面区域，允许半球形珠14A紧密地集中在一起，在相邻半球形珠14A之间没有间隙或者具有微小间隙。半球形珠14A的最内部区域(“内”依然是半球形珠14A伸入介质20中的一侧)为半球形，如半球形珠14A上最内部圆形外形线所示。在其半球形最内部区域与其六边形最外部区域之间，各半球形珠14A的形状从半球形变成六边形，如半球形珠14A上的中间外形线所示。半球形珠14的特定区域越接近于最内部半球形区域，则该特定区域的形状越接近于球形。相反，半球形珠14A的特定区域越接近于最外部六边形区域，则该特定区域的形状越接近于六边形。
虽然半球形珠14A的反射率可能稍有降低，并且可表现出稍稍减弱的半后向反射性，这可能不仅是没有间隙引起的偏差。半球形珠14A可以具有许多其他可选择的不规则形状，不过在可接受的宽视角范围内依然可以得到可接受的高表观亮度。有用的形状包括近似为半球形的形状(“半球形珠”)，使任何点处这种形状的表面法线与同样尺寸的“理想”半球形的法线方向相差比较小的误差角ε。图7A和7B对此进行了说明。
图7A的实线部分表示并非“大体半球形”的形状88，尽管其与虚轮廓线所示并叠加在形状88上的大体理想尺寸的假想“理想”半球形90的尺寸极其匹配。形状88在形状88上所选定的点94处具有表面法线92。半球形90在假想点98处具有表面法线96(即半径)，该点是半球形90上距选定点94最近的点(在本例中，点94、98碰巧在形状88与半球形90相交点处重合)。表面法线92，96的方向相差相对较大的误差角ε1。相反，图7B的实线部分表示“近似半球形”的半球形珠98。在半球形珠98上选定点102处半球形珠98具有表面法线100。图7B的虚线部分表示尺寸大体与半球形珠98相同且叠加在半球形珠98上的假想的“理想”半球形104。半球形104在假想点108处具有表面法线106(即半径)，该假想点是半球形104上距选定点102最近的点。表面法线100、106的方向相差较小的误差角ε2，该误差角优选小于10°，并且理想情况下远小于10°。
如前面所述，不是将球形(或大体球形)珠部分嵌入材料中，可以改为在基板上形成半球形(或大体半球形)珠，以提供载有多个向内凸起的复合板，相邻凸起之间没有间隙或者具有微小间隙，并且具有足够接近的球形度，以在宽视角范围上获得高表观亮度。特别是，可将高折射率半球形(或大体半球形)珠附着于低折射率透明基板上(即，η1＞＞η2，例如η1≈1.92和η2≈1.59)，以便提供根据本发明的高表观亮度，宽视角范围显示器。图8A-8F中说明这种显示器的制造。
如图8A中所示，将各种尺寸的大量上述高折射率T-4 Sign Bead110(由制造商提供)压入粘弹性基板112的表面中，产生珠状结构114。预定的均匀压力足以使球体的一半嵌入弹性体中，而与球形的尺寸无关。因此，施加预定的均匀压力，将大多数球体110的一半嵌入基板112中，如图8A中所示。提供尺寸不同的球体110是有利的，优点在于，与相同尺寸的球体相比可以得到更大的净覆盖面积。
之后，如图8B中所示，将珠状结构114压紧在平坦的光学抛光表面116(例如嵌入黄铜中的1微米金刚石砂粒)上，并且如双头箭头118所示紧靠该平坦的光学抛光表面116作往复运动(图8B和8C)，直至球体110摩擦到仅剩下嵌入弹性体基板112中的半球形120为止，抛光成为暴露在外的、大致平坦和大致共面的圆形表面122(图8D)。然后表面122粘接(例如，使用旋转涂覆紫外固化环氧树脂)到透明的平坦基板124如聚碳酸酯上(η～1.59)(图8E)，并且例如通过适当溶剂去除弹性基板112，产生由处于透明基板124上的高折射率半球形(或近似半球形)珠120组成的所需的半球形珠状结构126(图8F)。然后为结构126涂覆氧化铟锡(ITO)，以在珠子120上产生透明电极，如前面所述。或者，球体110可以在压入基板112之前涂覆ITO，然后通过围绕半球形120底部沉积一薄导电涂层，如Bayer BaytronTM导电聚合物而使半球形120彼此电连接。
根据本发明也可以通过其他方式有选择地抑制TIR而制造高表观亮度，宽视角范围的显示器。例如，不在电泳介质20中悬浮吸收性粒子26，而是如WO 01/37627中所述将带电膜悬浮于介质中，该专利在此引作参考。可以不使用电泳，不设置任何液体靠近“半球形珠状”TIR界面，也可以有选择地抑制TIR。例如，如美国专利No.5,959,777；5,999,307和6,088,013)中所述(所有专利在此引作参考)，可通过水压，气动，电，静电，磁，磁致伸缩，压电等方法，可控制地使元件变形或定位，从而元件与半珠形TIR界面的选定“象素”部分光学接触或者不接触。
权利要求
1.一种反射型显示器(10)，其特征在于(a)多个具有折射率η1的大致半球形透明半球形珠(14)，其基本覆盖折射率为η2的一透明板(12)，并从所述透明板(12)的一内表面向内凸起，所述透明板具有一外观察表面(17)；和(b)一装置(20、46、48、50)，用于有选择地将一元件移动到所述半球形珠内侧的一强瞬逝波区域中，有选择地抑制光线在所述半球形珠的所述内侧处的全内反射。
2.如权利要求1所述的显示器，其中在所述半球形珠的基本任意选定的一个(98)上的基本任意选定点(102)处的一第一表面法线(100)，其方向与叠加在所述半球形珠的所述选定的一个上的一假想理想半球形(104)上的一假想点(108)处的一第二表面法线(106)相差角度ε，所述假想理想半球形与所述半球形珠的所述选定的一个具有一大致相等的尺寸，所述假想点为处在所述假想理想平面上最靠近所选定点的点，其中ε小于一预定值。
3.如权利要求1所述的显示器，其中所述半球形珠(14)为部分地嵌入所述透明板(12)中的大致球形元件的大致半球形部分。
4.如权利要求2所述的显示器，其中所述半球形珠(14)为部分地嵌入所述透明板(12)中的大致球形元件的大致半球形部分。
5.如权利要求1所述的显示器，其中所述半球形珠(14)为附着于所述透明板(12)的所述内表面的大致半球形元件。
6.如权利要求2所述的显示器，其中所述半球形珠(14)为附着于所述透明板(12)的所述内表面上的大致半球形元件。
7.如权利要求3所述的显示器，其中η1≈η2。
8.如权利要求4所述的显示器，其中η1≈η2。
9.如权利要求1-8之中任何一项所述的显示器，其中所述透明板(12)的特征还在于悬浮于一聚合物中的高折射率粒子的一毫微复合结构。
10.如权利要求1-8之中任何一项所述的显示器，其中所述半球形珠(14)的形状设计成使相邻的所述半球形珠的最外部之间的间隔(78)最小。
11.如权利要求1-8之中任何一项所述的显示器，其中(i)所述透明板(12)的特征还在于悬浮于一聚合物中的高折射率粒子的一毫微复合结构；并且(ii)所述半球形珠(14)的形状设计成使相邻的所述半球形珠的最外部之间的间隔最小。
12.如权利要求1-8之中任何一项所述的显示器，其中(a)所述半球形珠(14A)的最外部区域为大体六边形；(b)所述半球形珠(14A)的最内部区域为大体球形；(c)所述半球形珠(14A)靠近所述最外部区域的第一中间区域与所述半球形珠(14A)的第二中间区域相比，更加接近于六边形，所述半球形珠(14A)的第二中间区域同所述第一中间区域相比距离所述最外部区域更远；并且(d)所述半球形珠(14A)靠近所述最内部区域的第三中间区域与所述半球形珠(14A)的第四中间区域相比，更加接近于球形，所述半球形珠(14A)的第四中间区域同所述第三中间区域相比距离所述最内部区域更远。
13.如权利要求1-8之中任何一项所述的显示器，其中(a)所述透明板(12)的特征还在于悬浮于一聚合物中的高折射率粒子的一毫微复合结构；(b)所述半球形珠(14A)的最外部区域为大体六边形；(c)所述半球形珠(14A)的最内部区域为大体球形；(d)所述半球形珠(14A)靠近所述最外部区域的第一中间区域与所述半球形珠的第二中间区域相比，更加接近于六边形，所述半球形珠的第二中间区域同所述第一中间区域相比距离所述最外部区域更远；并且(e)所述半球形珠(14A)靠近所述最内部区域的第三中间区域，与所述半球形珠的第四中间区域相比，更加接近于球形，所述半球形珠的第四中间区域同所述第三中间区域相比距离所述最内部区域更远。
14.如权利要求1所述的显示器(10)，其特征还在于(a)一第二板(24)，其从所述透明板(12)向内间隔设置，以在所述透明板与所述第二板之间限定一储液器(22)；(b)一电泳介质(20)，其处于所述储液器中，所述介质具有一折射率η3；(c)一第一电极(46)，其处于所述半球形珠(14)的所述内侧上；(d)一第二电极(48)，其处于所述第二板(24)外侧上；其中(i)用于有选择地移动所述元件的所述装置的特征还在于，一电压源(50)连接在所述电极(46，48)之间，以横跨所述介质上施加一电压，以便有选择地将所述介质电泳移动入或移动出所述强瞬逝波区域；以及(ii)η3远小于η1和η2，使得在没有施加电压时，穿过所述透明板(12)和所述半球形珠(14)的光线的大部分在所述半球形珠的所述内侧处发生全内反射。
15.如权利要求14所述的显示器，其中所述元件的特征还在于多个光吸收性粒子(26)悬浮于所述介质(20)中。
16.如权利要求14所述的显示器，其中所述介质(20)为全氟化烃类液体。
17.如权利要求14所述的显示器，其中在所述半球形珠的基本任意选定点(98)上的基本任意选定的一个(102)处的一第一表面法线(100)，其方向与叠加在所述半球形珠的所述选定的一个上的一假想理想半球形(104)上的一假想点(108)处的一第二表面法线(106)相差角度ε，所述假想理想半球形与所述半球形珠的所述选定的一个具有一大致相等的尺寸，所述假想点为处在所述假想理想球形上最靠近所选定点的点，其中ε小于一预定值。
18.如权利要求14所述的显示器，其中所述半球形珠(14)为部分地嵌入所述透明板(12)中的大致球形元件的大致半球形部分。
19.如权利要求14所述的显示器，其中所述半球形珠(14)为附着于所述透明板(12)的所述内表面的大体半球形元件。
20.如权利要求19所述的显示器，其中η1≈η2。
21.如权利要求19所述的显示器，其中η1≈η2≈1.92，且η3＝1.27。
22.如权利要求14-19之中任何一项所述的显示器，其中所述透明板(12)进一步的特征在于，悬浮于一聚合物中的高折射率粒子的一毫微复合结构。
23.如权利要求14-19之中任何一项所述的显示器，其中所述半球形珠(14)的形状设计成使相邻的所述半球形珠的最外部之间的间隔(78)最小。
24.如权利要求14-19之中任何一项所述的显示器，其中(i)所述透明板(12)进一步的特征在于，悬浮在一聚合物中的高折射率粒子的一毫微结构；并且(ii)所述半球形珠(14)的形状设计成使相邻的所述半球形珠最外部之间的间隔(78)最小。
25.如权利要求1所述的显示器，其中所述元件的特征还在于，其中一弹性体可受控地设置在所述弹性体位于所述强瞬逝波区域的一第一位置与所述弹性体不处于所述强瞬逝波区域的一第二位置之间。
26.如权利要求1所述的显示器，其中所述元件的特征还在于，一弹性体在所述弹性体处于所述强瞬逝波区域的一第一位置与所述弹性体不处于所述强瞬逝波区域的一第二位置之间可控制地变形。
27.一种反射型显示器(10)，其特征在于(a)第一透明板(12)，具有(i)一向内凸起结构(14)，其处于所述第一板的一内侧上，所述结构具有大于1.75的折射率；(ii)一外观察表面(17)；(iii)一强瞬逝波区域，其处于所述结构的一内侧；(b)一第二板(24)，其从所述第一板向内间隔设置，以在所述第一与第二板之间限定一储液器(22)；(c)一电泳介质(20)，其处于所述储液器内，所述介质具有小于大约1.35的一折射率；(d)一元件，其处于所述介质中；(e)一第一电极(46)，其处于所述结构的所述内侧上；(f)一第二电极(48)，其处于所述第二板外侧上；以及(i)一电压源(50)，其连接在所述电极之间，在所述介质上施加一电压，以便有选择地将所述元件电泳移动入或移动出所述强瞬逝波区域。
28.如权利要求27所述的显示器，其中所述第一板(12)的特征还在于，悬浮在一聚合物中的高折射率粒子的一毫微复合结构。
29.如权利要求27所述的显示器，所述元件的特征还在于多个光吸收粒子(26)悬浮于所述介质(20)中。
30.如权利要求27所述的显示器，其中所述介质(20)为全氟化烃类液体。
31.一种制造反射型显示器的方法，所述方法的特征在于(a)将多个大致球形的高折射率的珠(110)部分地嵌入一弹性基板(112)的一侧中；(b)除去所述珠没有嵌入所述基板的部分，以产生多个嵌入所述基板中的大致半球形的高折射率的半球形珠(120)，所述半球形珠具有大致平坦的、大致共面的表面(122)；(c)将所述半球形珠的共面表面透明地粘接至一透明基板(124)上；并且(d)去除所述弹性基板。
32.如权利要求31所述的方法，其中所述部分地嵌入步骤的特征还在于，将所述多个大致球形珠(110)分布在所述弹性基板(112)的所述侧面上，并且将一预定的均匀压力施加给所述大致球形珠，使每个所述大致球形珠的大约一半嵌入所述弹性基板的所述一侧。
33.如权利要求31所述的方法，其中去除部分所述珠的步骤的特征还在于，通过紧靠一平坦的光学抛光表面(116)往复运动，研磨所述珠没有嵌入所述基板的所述部分。
34.如权利要求31所述的方法，其中所述粘接步骤的特征还在于通过透明粘接剂粘接。
35.如权利要求31所述的方法，其中所述粘接步骤的特征还在于使用一透明的旋涂紫外固化环氧树脂进行透明粘合剂粘接。
36.如权利要求31所述的方法，其中所述去除所述弹性基板的步骤的特征还在于，从所述半球形珠(120)剥离所述弹性基板(112)。
37.如权利要求31所述的方法，其中所述去除所述弹性基板(112)的步骤的特征还在于，在一溶剂中溶解所述弹性基板。
38.一种图像显示方法，其特征在于(a)形成具有一折射率η1的一大致半球形透明半球形珠；并且(b)有选择地将一元件移动到所述半球形珠向内凸起一侧的一强瞬逝波区域中，以便有选择地抑制所述半球形珠的所述向内凸起一侧处的光线的全内反射。
39.如权利要求38所述的图像显示方法，其中所述形成步骤的特征还在于，将(i)所述半球形珠上大体上任意选定点处的一第一表面法线；与(ii)叠加在所述半球形珠上的一假想理想半球形上一假想点处的一第二表面法线之间的角度ε减小到一预定数值以下；所述假想理想半球形与所述半球形具有大致相等的尺寸，所述假想点为所述假想理想半球形上最靠近所述选定点的点。
40.如权利要求38所述的图像显示方法，其中所述形成步骤的特征还在于，将一大致球形元件的一大体半球形部分嵌入一透明板中。
41.如权利要求38所述的图像显示方法，其特征还在于将所述半球形珠的一外侧施加到具有一折射率η2的一透明板的一内侧。
42.如权利要求40所述的图像显示方法，其中η1≈η2。
43.如权利要求40所述的图像显示方法，其特征还在于将所述透明板形成为悬浮于一聚合物中的高折射率粒子的一毫微复合结构。
44.如权利要求38所述的图像显示方法，其特征还在于，形成一大体共面的多个所述半球形珠，并使相邻的所述半球形珠的最外部部分之间的间隙最小。
45.如权利要求38所述的图像显示方法，其特征还在于(a)将所述半球形珠的最外部区域形成为一大体六边形形状；(b)将所述半球形珠的最内部区域形成为一大体球形形状；(c)将所述半球形珠靠近所述最外部区域的第一中间区域形成为一比所述半球形珠的第二中间区域更接近于六边形的形状，所述半球形珠的第二中间区域同所述第一中间区域相比更远离所述最外部区域；以及(d)将所述半球形珠靠近所述最内部区域的第三中间区域形成为一比所述半球形珠的第四中间区域更接近于圆形的形状，所述半球形珠的第四中间区域同所述第三中间区域相比更远离所述最内部区域。
46.如权利要求44所述的图像显示方法，其特征还在于(a)从所述半球形珠向内间隔设置一板，在所述半球形与所述板之间限定一储液器；(b)将电泳介质设置在所述储液器中，所述介质具有一折射率η3；(c)将所述元件置于所述介质中；其中(i)所述有选择移动的步骤的特征还在于，在所述介质上施加电压，将所述元件有选择地电泳移动入或移动出所述强瞬逝波区域；并且(ii)η3远小于η1和η2，使得在没有所述施加电压时，穿过所述半球形珠的大部分光线在所述半球形珠的所述向内凸起侧处被全内反射。
47.如权利要求46所述的图像显示方法，其特征还在于(a)在所述半球形珠的所述向内凸起侧上形成一第一电极；(b)在所述板的外侧上形成一第二电极；以及(c)在所述电极之间施加所述电压。
48.如权利要求46所述的图像显示方法，其特征还在于所提供的所述元件设置为悬浮于所述介质中的多个光吸收粒子。
49.如权利要求46所述的图像显示方法，其特征还在于所述介质为全氟化烃类液体。
50.如权利要求46所述的图像显示方法，其中η1≈1.92，η3≈1.27。
全文摘要
一种具有多个大致半球形高折射率(η
文档编号G02F1/167GK1639625SQ03804986
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月26日 优先权日2002年3月4日
发明者洛恩·A·怀特黑德, 米歇尔·A·莫斯曼 申请人:英属哥伦比亚大学