CN106660003A - 二粒子全内反射图像显示器 - Google Patents

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Abstract

公开了具有带有相反电荷的第一电泳带电粒子和第二电泳带电粒子的全内反射图像显示器。通过施加非零电压，粒子被移动，这样粒子使全内反射失效并且创建黑暗状态。通过施加零电压和/或电压脉冲，光被全内反射从而创建光亮状态。显示器是DC平衡的并且与一般驱动电子产品相兼容。使用具有不同光学特性的第一粒子和第二粒子可以创建多色显示器。

Description

二粒子全内反射图像显示器
分案申请说明
本申请要求于2014年5月12日提交的序列号为61/992,095的美国临时申请的申请日权益，该临时申请通过引用以其整体合并于此。
技术领域
本公开一般地涉及高亮度、宽视角显示器中全内反射(TIR)的失效。更具体地，本公开的实施例涉及包括相反带电粒子的直流(DC)平衡的全内反射显示器。
背景技术
通常，传统全内反射(TIR)图像显示器中的光调制是通过将电泳移动粒子移动至或移动出前面板表面处的消逝波区域来控制的。前面板可以包括多个结构，例如能够全内反射光的凸形突起。前面板通常还包括透明电极层。背面板可以包括背面电极层。在前面板与背面板之间设有由悬浮在流体中的电泳移动粒子组成的电泳介质。施加电压移动电泳移动粒子穿过电泳介质。通常，在单一光学特性的情况下，粒子具有正电荷或负电荷。
因为粒子在显示器的操作期间被电泳移动至前面板或背面板，所以显示器可能是在直流(DC)不平衡模式中操作的。在相反或相对电极处，施加的相反极性的电压可能潜在地导致显示器组件的退化，由此缩短显示器的寿命并且降低用户体验。
附图说明
将参考下面示例性且非限制性的图示来讨论本公开的实施例，其中类似的元件被类似编号，其中：
图1A示意性地示出了黑暗状态中的包括带有相反电荷的粒子的反射图像显示器。
图1B示意性地示出了明亮状态中的包括带有相反电荷的粒子的反射图像显示器。
图1C示意性地示出了黑暗状态中的包括带有相反电荷的粒子的反射图像显示器。
图2是根据本公开的一个实施例的图1A-1C中所描绘的显示器的操作的图形表示。
图3示意性地示出了创建依赖偏压的黑暗状态、灰色状态、和明亮状态的方法。
图4示意性地示出了创建依赖偏压的黑暗状态、灰色状态、和明亮状态的方法。
图5A示意性地示出了第一光学状态中的具有不同光学特性的带电粒子的反射图像显示器。
图5B示意性地示出了光亮状态中的具有不同光学特性的带电粒子的反射图像显示器。
图5C示意性地示出了第二光学状态中的具有不同光学特性的带电粒子的反射图像显示器。
图6是根据本公开的实施例的示例性方法。
具体实施方式
在下面的说明书中，详细阐述了具体细节，从而向本领域的技术人员提供更透彻的理解。然而，公知的元件可能没有被示出或被详细描述以避免本公开被不必要地模糊。相应地，说明书和附图应当被认为是说明性的而不是限制性的。
在某些实施例中，本公开提供了DC平衡的、二粒子TIR图像显示器。具有基本上相同的移动性和基本上相同的光学特性(即，颜色)的带有相反电荷的电泳移动粒子被用来使TIR失效从而通过施加非零偏压来创建吸光状态或黑暗状态。
在某些实施例中，术语DC平衡可以表示在两个或更多个相反电极上具有基本上相同的电荷。因此，如果粒子移动至前面电极，则另一粒子(或多个粒子)必须移动至带有相反电荷的电极从而平衡电荷。在单粒子显示器中，在任意时刻并且根据电极的偏置方式，只有一个粒子从一个电极被移动至另一电极。在本公开的某些实施例中，两个(或更多个)粒子按照电极被偏置的方式而移动。
在某些实施例中，粒子的光学特性可以被定义为粒子的颜色。颜色可以被观看显示器的肉眼察觉到。术语光学特性和颜色可以被互换使用。粒子的颜色或光学特性可以是粒子的光吸收和光反射性质的结果。在不偏离本公开原理的情况下，可以使用粒子的其他光学特性。
在某些实施例中，DC平衡的显示器可以包括在其中吸引带有第一电荷的电泳移动粒子至一个电极还可以将带有相反电荷的电泳移动粒子吸引至相反电极的显示器。施加非零偏压可以将一个或多个带有相反电荷的粒子移动至相反电极。在某些实施例中，在带有相反电荷的粒子是基本上相同的光学特性或颜色的情况下，DC平衡可能不会产生光学状态的变化。
在示例性实现中，当在电极之间施加0V时，两种粒子被移动离开显示器的前表面的消逝波区域。这防止全内反射(TIR)的失效，并且创建显示器的明亮状态或白色状态。明亮状态也可以被称为显示器的光亮状态。连续的灰色状态可以通过施加连续的电压来实现。该连续的电压可以被配置为是处于光亮状态与黑暗状态之间的。此外，本文所描述的DC平衡***可以是与基于LCD的(或其他类似的)显示器***中利用的现有驱动电子器件直接兼容的。这可以防止开发单粒子TIR图像显示器所要求的适当的驱动电子器件的昂贵投资。此外，本文还描述了使用所公开的原理的多色显示器实施例。
应当注意的是，虽然示例性实施例是结合具有两个类型的带电粒子(带负电粒子和带正电粒子)的显示器进行讨论的，但是所公开的原理不限于此。在显示器之内提供基本上平衡的电荷的附加实施例可以被形成从而包括多于两个类型的带电粒子(例如，具有较强电荷的粒子和具有较弱电荷的粒子，它们累加起来平衡总电荷)。
图1A-1C描绘了各种操作状态中的包括带有相反电荷的粒子的反射图像显示器的一部分。具体地，图1A-1C的实施例示意性地示出了包括多个带有正电荷的粒子和多个带有负电荷的粒子的DC平衡的基于TIR的显示器***。为了便于参考，带电粒子被标记为负粒子和正粒子。粒子可以具有基本上相同的或类似的光学特性(例如，颜色)。在本公开的一个实施例中，对于正粒子和负粒子两者，电泳迁移率、扩散率、直径、和吸光截面的大小将是基本上类似的。这样的实施例针对两个极性使能基本上类似的图像响应，由此确保在针对两个极性给定施加电压为大小相同的情况下吸光量将类似地变化。
参考图1A-1C，显示器100包括由间隙或空腔分隔的顶部组件102和底部组件104。顶部组件包括前面板106，该前面板106包括至少一个表面结构，例如凸形或半球形突起108。半球形突起108形成能够全内反射光线的波形表面。凸形部分可以定义被配置为将多个带负电粒子或带正电粒子集中在显示器的一个或多个区域处的结构。在另一实施例中，凸形部分还可以定义被配置为将多个带负电粒子或带正电粒子大致均匀地分布在在前面板的表面上的结构。
顶部组件还包括可以被布置于半球形阵列108的表面上的前面透明电极层110。透明电极层110可以包括氧化铟锡(ITO)、或金属纳米线(例如银)、或导电聚合物、或它们的组合的薄层。
顶部组件102还可以包括被布置于前面电极层110上方的介电层112。介电层112可以包括诸如聚合物之类的有机材料、无机材料、或它们的组合。聚对二甲苯基族的聚合物可以被用在介电层中。在一个实施例中，介电层是近似共形的并且无针孔的。
在图1A-1C的实施例中，显示器100中的底部组件104包括后面板114以及作为背面电极的顶部电极层116。电极层116可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极。电极层116可以由金属(例如，铜、铝、金、或银)制成。电极层116可以由聚合物基质中的导电粒子(例如，纳米线或纳米粒子)制成。虽然未示出，但是介电层可以可选择地被施加至背面电极从而保护背面电极层并且基本上消除粒子滞留。
具有低折射率的液体介质118被布置于在介电层112与背面电极层116之间形成的间隙或空腔中。液体介质118可以接收多个分散的吸光带负电粒子120和多个分散的吸光带正电粒子122。低折射率介质可以包括氟化液体，例如FluorinertTM FC-770、FC-43、FC-75、NovecTM 649或7500。
粒子120和122能够通过由外部电压源(未示出)在介质118上施加电场被电泳移动。粒子120和122可以由有机材料、或无机材料、或有机材料和无机材料的组合制成。在示例性实施例中，带有相反电荷的粒子可以具有相同吸光光学特性和性质。
例如，如图1A中所描绘的，当在前面电极层110处施加足够持续时间(例如，5-10ms)的正偏压(例如，+10V)时，带负电粒子120被吸引至前面电极110。TIR是失效的，使得当带有正电荷的电泳移动粒子122被吸引并且朝背面电极层116移动时相对反射率降低。诸如代表光线124之类的入射光线被位于前面介电层112处的带负电粒子吸引，由此创建图像显示器的黑暗状态。此外，显示器100可以在DC平衡模式中操作。在图像排序期间显示器设备中的分别驱动带负电吸光粒子和带正电吸光粒子的累积正电压时间和累积负电压时间基本上是相同的。
在传统电泳显示器中，图像序列可以控制驱动序列。一些图像序列可能不允许平衡的正驱动时间和负驱动时间。作为结果，显示器设备之内可能形成极化，该极化可能干扰随后的图像质量。所公开的实施例通过允许图像序列与驱动序列解耦合从而使DC平衡驱动序列可以被用于任意图像序列来克服这个缺点和其他缺点。
图1B示出了施加0V(未示出)，施加0V产生显示器的明亮状态或白色状态(也可以被称为光亮状态)。在0V处，带有负电荷的电泳移动粒子120移动离开前面电极110附近的消逝波区域，因此允许将光线全内反射在多个半球形突起108的表面处，从而产生图像显示器的光亮状态。在图1B中，TIR被示出为入射光线126被全内反射为光线128，其中光线128被半逆向反射回光源。此外，图1B示出了带正电粒子122移动离开背面电极116。
在另一实施例中，显示器的明亮状态或白色状态可以通过所谓的电压脉冲来创建或保持。首先，需要通过施加适当的电压将电泳移动粒子120移动出消逝波区域。例如，假设显示器100处于图1A所描绘的状态中；即，带电粒子与电极110和116对齐。还假设当在背面电极层116处施加+10V偏压并且在前面电极层110处施加-10V偏压时，带正电粒子122花费大约20ms从背面电极116行进至前面电极110。还假设带负电粒子120花费大约20ms从前面电极110行进至背面电极116。在背面电极层116处施加+10V并且在前面电极层110处施加-10V大约10ms的持续时间，这将使带负电粒子120移动出消逝波区域并且大约处于前面电极与背面电极正中间。这将由于入射光线TIR而创建显示器的白色状态或明亮状态。其次，显示器100的稳定明亮状态可以通过随后的在短持续时间内极性相反的交替电压的电压脉冲来保持。
例如，示例性电压脉冲方法可以施加5ms的+5V，然后施加5ms的-5V。脉冲长度可以持续指定的持续时间。根据应用和期望的结果，而脉冲长度可针对不同的时间长度而变化。
在另一示例性实施例中，可以使用至少大约一纳秒的脉冲长度。在每个脉冲之间可以采用不同长度的休息时间从而节省能量。根据显示器、介质118的黏度、前面电极与背面电极之间的间隙距离、粒子上的电荷大小和集中度、粒子的移动性、和期望的应用，还可以使用非限制性的各种不同极性的、不同电压值的、不同电压脉冲持续时间的、和不同休息时间的脉冲电压。
图1C示出了图1A的设备的后续黑暗状态。当如图1C中所示出的在前面电极110处施加诸如-10V之类的负偏压时，带正电粒子112被吸引并且朝前面电极110移动。在这个状态中，粒子122在半球形表面聚集，这样粒子进入消逝波区域并且使TIR失效。这产生图像显示器的吸光黑暗状态。在图1C中吸光黑暗状态被示出为入射光线120被吸光带正电粒子122吸收。如图1C中示意性地示出的，带负电粒子120被吸引至背面电极116。当如图1A和1C所示出的在介质118上施加足够持续时间的非零电压(例如，+10V或-10V)时，粒子被吸引至前面电极层和背面电极层。粒子的吸引不仅产生TIR的失效(该TIR的失效产生图像显示器的黑暗状态)，而且导致DC平衡的显示器。
图2用图表示出了图1(A-C)的显示器的相对反射率之间的关系。具体地，图2示出了与具有带正电粒子和带负电粒子两者的基于二粒子TIR的显示器对光的全内反射和吸收的偏压。在图2中，x轴是时间，在此期间测量被做出，并且y轴是测量得到的相对反射率。反射率测量可以在黑暗房间中进行，其中环形光从相对于样品表面的法线大约5度至大约30度照射样品，在这样的方式中镜面射线被掩盖。诸如Labsphere Spectralon SRS-99-020和AS-01161-060之类的反射率标准也可以被用作亮度的基准。亮度计(例如Topcon BM-9)可以被用来测量反射率。
当在前面电极110处和液体介质118上施加+10V时，相对反射率降低(在图2中，+10V下面的实线)。这是带负电粒子120被吸引至与多个半球形突起的表面相邻的前面电极和介电层的结果。这里，TIR是失效的，因为带负电粒子120进入了显示器100的消逝波区域(参见图1A)。当施加0V或施加跟随着电压脉冲的指定脉冲时间的负偏压时，图1A的带负电粒子120移动出并且离开消逝波区域，其中入射光线的TIR产生光亮状态。如图2中所示出的，相对反射率增加(0V下面的实线)。在前面电极处施加负偏压(例如-10V)将带正电粒子122朝前面电极110和相邻的半球形移动，其中TIR是失效的，由此降低相对反射率(在图2中，-10V下面的虚线)。这产生图像显示器100的黑暗状态(参见图1)。当在前面电极处施加0V或正偏压时，带正电粒子122移动离开消逝波区域，其中入射光线的TIR产生明亮状态，因为如图2中0V下面的虚线所示出的相对反射率增加了。明亮状态或光亮状态的稳定性可以通过本文前面所描述的电压脉冲来保持。
图3示意性地示出了创建依赖偏压的显示器200的黑暗状态、灰色状态、和明亮状态的方法。图3中的图像显示器200包括描绘如针对图1的显示器100所示出的黑色状态、白色状态、和灰色状态的带有相反电荷的粒子。显示器200包括由间隙或空腔分隔的顶部组件202和底部组件204。间隙区域(未示出)可以定义消逝波区域。在一个实施例中，间隙中靠近半球形表面的区域是消逝波区域。
顶部组件202包括前面板206，该前面板206具有至少一个表面结构，例如能够全内反射光线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电极层210、和位于前面电极层210上的介电层212。虽然未示出，介电层可以可选择地被施加在背面电极上。图3A-3C示出了显示器200中的底部组件204还包括后面板214以及作为背面电极的顶部电极层216。电极层216可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极。液体介质218可以位于***在顶部组件202与底部组件204之间的间隙218中。在一个实施例中，液体介质218具有低折射率。介质218可以包括多个分散的吸光带负电粒子220和多个分散的吸光带正电粒子222。显示器200还可以包括电源(未示出)。
所公开的基于二粒子TIR的反射显示器200能够产生DC平衡的灰色状态水平。在图3的实施例中，施加在前面电极层210上的偏压(-10V)将带正电粒子222吸引至与多个半球形突起208的波形表面相邻的前面电极210和介电层212。大量粒子222能够使TIR失效，并且创建图像显示器200的黑暗状态或吸光状态。这被示出为代表光线232被带电粒子222吸引。带负电粒子220在背面电极216处聚集，其中电极具有+10V偏压以DC平衡。应当注意的是，-10V仅是用于说明性的目的，并且这可以是任意其他电压，其中所需要的电压强度取决于粒子表面上的电荷密度和粒子移动性。
例如，当施加电压从-10V降低至-5V时，一些带正电粒子222移动出消逝波区域。作为结果，一些光线被吸收。这个状态被示出为代表光线234被粒子222吸引。此外，一些光线被全内反射，如入射光线236被全内反射并且成为反射的光线238。因此，当在中等施加电压情况下一些光线被吸收而另一些被反射时，包括灰色状态的反射图像在显示器200中被创建。
当施加电压接近0V时，更多的光线被全内反射，因为越来越多的粒子移动出消逝波区域。当达到0V时，几乎所有带正电粒子222都移动出消逝波区域从而产生显示器的明亮状态或白色状态。这被示出为入射光线240被全内反射并且成为半逆向反射光线242。在一个实施例中，如图3中显示器200中所示出的，持续的灰色状态水平可以通过施加诸如-10V直到0V之类的非零偏压来创建。电压脉冲也可以被利用来保持本文所描述的光亮状态或明亮状态。
图4示意性地示出了创建依赖偏压的显示器300中的黑暗状态、灰色状态、和明亮状态的方法。图4还示出了DC平衡的***中依赖于连续施加偏压的连续可能灰色状态。图4中的图像显示器300包括描绘黑色状态、白色状态、和灰色状态的带有相反电荷的粒子，并且类似于显示器100。显示器300包括由间隙或空腔分隔的顶部组件302和底部组件304。顶部组件包括前面板306，该前面板306包括至少一个表面结构，例如能够全内反射光线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电极层310、和位于前面电极层310上的介电层312。显示器300还包括底部组件304，底部组件304还包括后面板314以及作为背面电极的顶部电极层316。电极层316可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极。虽然未示出，介电层可以可选择地被施加在背面电极上。液体介质318可以位于***在顶部组件302与底部组件304之间的间隙318中。在一个实施例中，液体介质318具有低折射率。介质318可以包括多个分散的吸光带负电粒子320和多个分散的吸光带正电粒子322。显示器300还可以包括电源(未示出)。
所公开的基于二粒子TIR的反射显示器300能够产生DC平衡的灰色状态水平。在这个场景中，+10V可以被施加在前面电极处，这样基本上所有带负电粒子320可以聚集在与前面电极310和多个半球形308相邻的介电层312的表面附近。基本上所有入射光线都被吸引从而创建显示器的黑暗状态。这被示出为，其中代表入射光线340被带负电粒子320吸引。带正电粒子322聚集在背面电极处，其中在背面电极处施加了-10V以用于DC平衡。例如，当施加电压降低至+5V时，越来越多的或连续的带负电粒子320移动出消逝波区域。作为结果，诸如代表光线342之类的一些入射光线被剩余在表面的吸光粒子320吸收，而另一些光线被全内反射，例如代表入射光线344称为半逆向反射光线346。被吸收的光线和被全内反射的光线的混合产生DC平衡的灰色状态。当施加电压进一步降低至0V时，所有粒子移动出并且离开消逝波区域。粒子移动使得基本上所有入射光线被全内反射从而创建光亮状态。这被示出为代表入射光线348成为半逆向反射光线350。光亮状态可以通过本文所描述的电压脉冲来保持。
图1、图3、和图4的实施例提供了基于二粒子TIR的DC平衡的反射图像显示器，其中具有不同电荷但是具有相同光学特性(例如，黑色)的粒子被吸引至带有相反电荷的电极。图3和图4中的显示器是能够呈现黑色状态、白色状态、和连续可能灰色状态的示例性实施例。图1、图3、和图4的实施例还可以与传统LCD驱动电子产品相兼容。
在另一实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括滤色器阵列。滤色器阵列可以包括红色子像素、蓝色子像素、绿色子像素，或包括青色子像素、品红子像素、和黄色子像素。
在另一实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括薄膜晶体管阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极、或它们的组合。
在另一实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括定向前灯。定向前灯还可以包括光源、导光板、光提取器元件的阵列、或它们的组合。光源可以是发光二极管(LED)、冷阴极荧光灯(CCFL)、或表面贴装技术(SMT)白炽灯。
在另一实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括控制间隔顶部组件与底部组件之间的间隙的至少一个隔离结构。隔离结构可以是但不限于以下形式，例如球体，珠子，立方体，圆柱体，或棱镜。隔离结构可以由下列组成但不限于，例如聚合物、玻璃、金属、或其他有机或无机材料。
在另一实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括十字隔墙。十字隔墙可以被用来在显示器之内创建井或隔室以限制粒子和介质从而防止粒子迁移或沉降。井或隔室可以是以下形状，例如以规则阵列或不规则阵列排列的圆形、椭圆形、正方形、矩形、棱形。十字隔墙可以由玻璃、聚合物、或其他有机或无机材料组成。
在另一实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括至少一个边缘密封。边缘密封可以沿显示器的至少一个边缘被使用。被用来形成边缘密封的密封剂可以是热固化材料或光化学固化材料。边缘密封可以包括环氧树脂、硅树脂、或其它聚合物基材料。
在其他实施例中，图1、图3、和图4的实施例中所示出的二粒子全内反射图像显示器100、200、和300中的任一个还可以包括薄膜晶体管或图案化或直接驱动器阵列、定向前灯、滤色器阵列、至少一个隔离结构或十字隔墙、至少一个边缘密封、或它们的组合。
所公开的实施例不限于黑暗状态、光亮状态、和灰色状态。在另一实施例中，在不需要滤色器的情况下，二粒子反射图像可以被修改以创建多色显示器。例如，带负电粒子可以是第一光学特性(即，颜色)，例如红色。带正电粒子可以是第二光学特性，例如黑色。第三白色光学状态可以通过在多个凸形或半球形突起的表面处全内反射入射光线被创建。
在前面电极处施加正偏压可以将红色带负电粒子吸引至前面表面以使TIR失效并且创建红色图像状态。在前面电极处施加负偏压可以将黑色带正电粒子吸引至前面表面以使TIR失效并且创建黑色图像状态。施加0V可以使得粒子移动出消逝波区域，并且允许入射光线被全内反射从而创建明亮图像状态或白色图像状态。各种不同颜色的粒子可以被使用，并且不限于所描述的红色和黑色。
图5A-5C示意性地示出了在各种操作状态中的具有不同光学特性的带电粒子的显示器。具体地，图5A-5C描绘了在各种操作状态中的在DC平衡的模式中的基于TIR的显示器400的一部分。图像显示器400的设计基本上类似于图1A-1C的显示器100，但是替代地包括具有第一光学特性的多个第一带正电粒子和具有第二光学特性的多个第二带负电粒子。在一个实施例中，针对具有不同光学特性的带正电粒子和带负电粒子两者，电泳迁移率和扩散率的大小可以基本上类似。这可以针对两种极性产生类似的图像响应，从而确保在一定大小的施加电压的情况下，粒子将以类似的方式运动。
显示器400包括由间隙或空腔分隔的顶部组件402和底部组件404。顶部组件包括前面板406，该前面板406还包括至少一个表面结构，例如能够全内反射光线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电极层410、和位于前面电极层410上的介电层412。图5A-5C包括底部组件404，底部组件404具有后面板314以及作为背面电极的顶部电极层416。电极层416可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极。虽然未示出，介电层可以可选择地被施加在背面电极上。具有低折射率的液体介质418可以位于***在顶部组件402与底部组件404之间的间隙418中。介质418包括具有第一光学特性的多个分散的吸光带负电粒子420和具有第二光学特性的多个分散的吸光带正电粒子422。具有不同光学特性的粒子420和422可以由有机材料、或无机材料、或有机材料和无机材料的组合组成。通过由外部电源(未示出)在介质418上施加电场，粒子420和422能够被电泳移动。虽然用具有两种光学特性的粒子示出，但是所公开的原理可以用于具有多于两种(多种)光学特性的粒子，并且所公开的实施例不限于仅具有两种光学特性的粒子。
例如，当如图5A中所描绘的在前面电极层410处施加正偏压(例如+10V)时，具有第一光学特性(例如，红色)的带负电粒子420被吸引至前面电极410和介电层412。在与多个半球形408相邻的位置处，TIR是失效的，使得相对反射率降低。具有第二光学特性(例如，黑色)的带有正电荷的电泳移动粒子422被吸引并且朝具有-10V偏压的背面电极层416移动。作为结果，TIR是失效的，并且诸如代表光线424之类的入射光线被位于前面介电层412处的带负电粒子吸收。这创建了图像显示器的第一光学状态，该第一光学状态与带负电粒子420的光学特性是相同颜色。
图5B描绘了施加0V产生显示器的明亮光学状态或白色光学状态。在零施加电压处，带有负电荷的电泳移动粒子420基本上移动离开靠近多个半球形突起408的表面的消逝波区域。这允许光线的全内反射的出现，从而产生图像显示器的白色状态或明亮状态。这被示出为入射光线426被全内反射为光线428，光线428被半后逆反射回光源。此外，带正电粒子422将被吸引离开背面电极层416。可以通过用跟随着如本文前面所描述的电压脉冲的适当的电压和持续时间将粒子移动出消逝波区域来保持白色状态或明亮状态。
当如图5C中所示出的在前面电极层处施加诸如-10V之类的负偏压时，具有第二光学特性(例如黑色)并且不同于带负电粒子420的第一光学特性的带有正电荷的电泳移动粒子422被吸引并且朝前面电极410和介电层412移动。在这个位置处，带正电粒子422与多个半球形408的表面相邻，这样粒子进入消逝波区域。作为结果，TIR是失效的，并且诸如代表光线430之类的入射光线被位于前面介电层412处的具有第二光学特性的带正电粒子422吸收。这创建了图像显示器的第二光学状态，该第二光学状态向观看显示器的观众呈现黑色。此外，带负电粒子420被吸引至背面电极层416。当如图5A-5C中所示出的在介质418上施加非零偏压(例如，+10V或-10V)时，粒子被吸引至前面电极层和背面电极层。这不仅产生TIR的失效和至少三种不同颜色的多色反射图像显示器，而且还产生DC平衡的显示器。这种能够呈现多种颜色的显示器400还可以与现有LCD驱动电子产品相兼容。
图5A-5C的显示器还可以呈现通过混合带正电粒子和带负电粒子的不同光学状态产生的各种DC平衡的光学状态(即，颜色)。这可以通过施加连续的偏压来实现。
在其他实施例中，图5中示出的二粒子全内反射图像显示器400还可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极。
在另一实施例中，图5中示出的二粒子全内反射图像显示器400还可以包括定向前灯。
在另一实施例中，图5中示出的二粒子全内反射图像显示器400还可以包括至少一个隔离结构。
在另一实施例中，图5中示出的二粒子全内反射图像显示器400还可以包括十字隔墙。
在另一实施例中，图5中示出的二粒子全内反射图像显示器400还可以包括至少一个边缘密封。
在其他实施例中，显示器400还可以包括薄膜晶体管阵列、直接驱动器阵列、图案化阵列、定向前灯、滤色器阵列、至少一个隔离结构或十字隔墙、至少一个边缘密封、或它们的组合的任意组合。
在本文所描述的显示器实施例中，它们可以在以下应用中被使用，例如但不限于，电子书籍阅读器、便携式计算机、平板电脑、穿戴式装置、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签、闪存驱动器和户外广告牌或户外招牌。
图6是根据本公开的实施例的示例性方法。图6的实施例可以在诸如图1、图3、图4、和图5中所公开的显示器之类的显示器处被实现。图6的方法在步骤600处开始，其中通过施加第一非零电压将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态。
在步骤610处，施加基本为零的电压或电压脉冲将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子和具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子移动离开显示器的前面板的表面从而形成光亮状态。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义为基本上相同的粒子。在替代实施例中，步骤610可以包括施加基本为零的电压或电压脉冲将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子和具有相反电荷和第二光学特性的多个第二电泳带电粒子移动离开显示器的前面板的表面从而形成光亮状态。
在步骤620处，施加第二非零电压将具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态。在替代实施例中，步骤620可以包括施加第二非零电压将具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态。
下面的非限制性实施例进一步示出了本公开的实施例。示例1指向全内反射(TIR)图像显示器，包括：前面组件，该前面组件具有前面板、前面电极、和介电层，前面电极被***在前面板与介电层之间，前面板还包括至少一个凸形突起；后面组件，该后面组件与前面组件形成间隙，后面组件具有后面板和背面电极，背面电极被布置为与介电层相对；位于间隙中的低折射率介质；以及分散在低折射率介质中的多个电泳移动带正电粒子和多个电泳移动带负电粒子。
示例2指向示例1的显示器，其中，背面电极还包括薄膜晶体管阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极、或它们的组合。
示例3指向示例2的显示器，还包括十字隔墙。
示例4指向任意前述示例的显示器，还包括隔离结构。
示例5指向任意前述示例的显示器，其中，后面组件还包括背面电极上的介电层。
示例6指向任意前述示例的显示器，还包括定向前灯。
示例7指向任意前述示例的显示器，还包括滤色器层。
示例8指向任意前述示例的显示器，还包括边缘密封。
示例9指向任意前述示例的显示器，还包括十字隔墙、边缘密封、和定向前灯。
示例10指向任意前述示例的显示器，其中，凸形部分定义半球形结构。
示例11指向任意前述示例的显示器，其中，凸形部分定义被配置为均匀地分布多个带正电粒子和多个带负电粒子的结构。
示例12指向任意前述示例的显示器，其中，多个电泳移动带正电粒子具有第一光学特性，并且多个电泳移动带负电粒子具有第二光学特性。
示例13指向任意前述示例的显示器，还包括十字隔墙。
示例14指向任意前述示例的显示器，还包括隔离结构。
示例15指向任意前述示例的显示器，其中，后面组件还包括背面电极上的介电层。
示例16指向任意前述示例的显示器，还包括定向前灯。
示例17指向任意前述示例的显示器，还包括隔离结构、边缘密封、和定向前灯。
示例18指向任意前述示例的显示器，还包括十字隔墙、边缘密封、和定向前灯。
示例19指向将全内反射图像显示器从黑暗状态切换至光亮状态的方法，包括：施加第一非零电压将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态；施加基本为零的电压或电压脉冲将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子和具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子移动离开显示器的前面板的表面从而形成光亮状态；以及施加第二非零电压将具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态。
示例20指向将全内反射图像显示器从第一光学状态切换至光亮状态再切换至第二光学状态的方法，包括：施加第一非零电压将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成第一光学状态；施加基本为零的电压或电压脉冲将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子和具有相反电荷和第二光学特性的多个第二电泳带电粒子移动离开显示器的前面板的表面从而形成光亮状态；以及施加第二非零电压将具有第二电荷和第二光学特性的多个电泳带电粒子吸引至显示器的前面板的表面从而形成第二光学状态。
虽然本公开的原理结合与本文所示出的示例性实施例被示出，但是本公开的原理不限于此，并且包括其任意修改、变型、或置换。

Claims (20)

1.一种全内反射(TIR)图像显示器，包括：
前面组件，所述前面组件具有前面板、前面电极、和介电层，所述前面电极被***在所述前面板与所述介电层之间，所述前面板还包括至少一个凸形突起；
后面组件，所述后面组件与所述前面组件形成间隙，所述后面组件具有后面板和背面电极，所述背面电极被布置为与所述介电层相对；
位于所述间隙中的低折射率介质；以及
分散在所述低折射率介质中的多个电泳移动带正电粒子和多个电泳移动带负电粒子。
2.如权利要求1所述的全内反射图像显示器，其中，所述背面电极还包括薄膜晶体管阵列电极、直接驱动器阵列电极、或图案化阵列电极、或它们的组合。
3.如权利要求2所述的全内反射图像显示器，还包括十字隔墙。
4.如权利要求2所述的全内反射图像显示器，还包括隔离结构。
5.如权利要求2所述的全内反射图像显示器，其中，所述后面组件还包括所述背面电极上的介电层。
6.如权利要求2所述的全内反射图像显示器，还包括定向前灯。
7.如权利要求6所述的全内反射图像显示器，还包括滤色器层。
8.如权利要求7所述的全内反射图像显示器，还包括边缘密封。
9.如权利要求2所述的全内反射图像显示器，还包括十字隔墙、边缘密封、和定向前灯。
10.如权利要求1所述的全内反射图像显示器，其中，凸形部分定义半球形结构。
11.如权利要求1所述的全内反射图像显示器，其中，所述凸形部分定义被配置为均匀地分布多个带正电粒子和多个带负电粒子的结构。
12.如权利要求2所述的全内反射图像显示器，其中，所述多个电泳移动带正电粒子具有第一光学特性，并且所述多个电泳移动带负电粒子具有第二光学特性。
13.如权利要求1-12中任一项所述的全内反射图像显示器，还包括十字隔墙。
14.如权利要求1-13中任一项所述的全内反射图像显示器，还包括隔离结构。
15.如权利要求1-14中任一项所述的全内反射图像显示器，其中，所述后面组件还包括所述背面电极上的介电层。
16.如权利要求1-15中任一项所述的全内反射图像显示器，还包括定向前灯。
17.如权利要求1-16中任一项所述的全内反射图像显示器，还包括隔离结构、边缘密封、和定向前灯。
18.如权利要求1-13中任一项所述的全内反射图像显示器，还包括十字隔墙、边缘密封、和定向前灯。
19.一种将全内反射图像显示器从黑暗状态切换至光亮状态的方法，包括：
施加第一非零电压将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子吸引至所述显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态；
施加基本为零的电压或电压脉冲将所述具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子和具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子移动离开所述显示器的前面板的表面从而形成光亮状态；以及
施加第二非零电压将所述具有第二电荷和第一光学特性的多个第二电泳带电粒子吸引至所述显示器的前面板的表面从而形成黑暗状态。
20.一种将全内反射图像显示器从第一光学状态切换至光亮状态再切换至第二光学状态的方法，包括：
施加第一非零电压将具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子吸引至所述显示器的前面板的表面从而形成第一光学状态；
施加基本为零的电压或电压脉冲将所述具有第一电荷和第一光学特性的多个第一电泳带电粒子和具有相反电荷和第二光学特性的多个第二电泳带电粒子移动离开所述显示器的前面板的表面从而形成光亮状态；以及
施加第二非零电压将具有第二电荷和第二光学特性的多个电泳带电粒子吸引至所述显示器的前面板的表面从而形成第二光学状态。
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