CN109073952A - 混合反射-发射图像显示器 - Google Patents

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Abstract

反射图像显示器使用的功率最小，但在低环境光条件下使用受限。发光图像显示器本质上是反射的，并且在高环境光条件下必须使用显著更多的功率以优化图像质量，这极大地限制了电池寿命。迄今为止，没有一种显示技术能够在所有环境照明条件下提供出色的图像质量。这里描述的实施例涉及受控反射与受控高效发射的有效混合化，以提高显示器的实用性和整体性能。

Description

混合反射-发射图像显示器
本说明书要求于2016年5月23日提交的美国临时申请序列号No.62/340,399的优先权，该专利申请的说明书全部并入本文。
技术领域
所公开的实施例总体涉及可电子寻址的图像显示器。在一个实施例中，本公开涉及一种包括可电子寻址的反射和发射部件的混合图像显示器。
背景技术
在传统的电子显示器中，存在两种用于产生图像的基本方法。在每种方法中，图像包括被称为子像素的小区域。在正常观看条件下，子像素理想地看不见地小，通常产生原色，并且以小组排列以形成全色像素。
第一种传统的电子显示器类别是发光显示器。子像素中的视觉信息源是可控光发射器，该可控光发射器可以采用可变输出无机或有机发光二极管(LED)的形式。视觉信息源也可以是由具有更恒定输出的光源背光的受控透射光快门和滤色器阵列。在任一种情况下，原色子像素的加法混合产生所需的彩色图像。
第二种传统的显示器类别是反射显示器。在该类别中，照明图像源自周围环境。每个子像素的颜色可以由滤色器阵列确定。可以通过控制来自每个子像素的光的反射率来调节亮度，通常借助于光吸收粒子的电泳运动。反射机构可以包括在以有利的方式成形的光学界面处的反射表面和/或反射粒子和/或全内反射(TIR)。
虽然产生电子图像的两种基本的传统方法在许多情况下都可以很好地发挥作用，但它们各自包含根本且不同的限制。在发光显示器的情况下，存在两个基本挑战。首先，发光显示器需要电力来产生发射的光。所需的电力可能导致缺点。对于在功率要求显著降低电池寿命的明亮的周围环境中的便携式显示设备尤其如此。这可能导致室外标牌应用的高能耗和运营成本。
其次，发光显示器本质上是非常反光的。因此，在要显示为黑色的显示器的区域中，控制器只能停止发光而不是反射。结果，由于环境光的这种固有反射，表面不会显示出黑色。通常，这种问题通过减少环境光反射的光吸收机制得到改善。遗憾的是，这也降低了来自显示器的光发射效率。
在反射图像显示的情况下，存在两个不同的问题。首先，电子反射显示器不是最佳反射的。在它们最明亮的状态下，它们看起来不像白纸一样白，用户可能会觉得不具吸引力(在明亮的户外照明条件下这可能不太成为问题，但在正常的室内照明中这是一个问题)。其次，它们在黑暗中和没有环境光的情况下不是可读的。对于印刷在纸上的传统图像也是如此，但对于电子显示器，客户希望在黑暗中可以使用的显示器。
这些限制对于传统显示器来说是常见的，并且尚未被同时克服。出于这个原因，发射显示器通常能够满足一些应用，而其它应用使用反射显示器。然而，迄今为止，没有一种显示技术能够在所有情况下提供出色的图像质量。公开的实施例克服了这些缺点。
附图说明
将参考以下示例性和非限制性说明来讨论本公开的这些和其它实施例，其中相同的元件以相似的方式编号，并且其中：
图1A示意性地示出了根据本公开的一个实施例的混合反射-发射图像显示器的横截面；
图1B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的混合反射-发射图像显示器的俯视图；
图2A示意性地示出了根据本公开的一个实施例的反射环境光的混合反射-发射图像显示器的像素的横截面；
图2B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的发射绿光的混合反射-发射图像显示器的像素的横截面；
图3示意性地示出了根据本公开的一个实施例的混合反射-发射显示器的一部分的俯视图；
图4示意性地示出了用于实施本公开的实施例的示例性***；
图5A示出了显示照度的范围，显示照度取决于图像显示器显示明亮饱和的彩色图像所需的环境照度；
图5B示出了反射显示器如何不能达到如图5A所示的期望的性能范围；
图5C示出了传统的发射显示器在环境照明中的性能；并且
图5D示出了本文描述的反射-发射显示器的实施例的性能。
具体实施方式
贯穿以下描述，阐述了具体细节以便为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，可能未详细示出或描述众所周知的元件以避免不必要地模糊本公开。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性或排他性的。
在一个实施例中，示例性显示器提供受控反射与受控高效发射的高效混合化。在反射显示元件的关键特征与发光显示元件的关键特征协同重叠的意义上，本文所述的混合化技术可以是高度协同的。这可以极大地改善显示器的实用性和整体性能。
如上所述，所公开的实施例总体涉及混合反射和发射图像显示器。根据某些实施例，将反射显示器与发射显示器组合可以导致在室内和室外条件下能够实现单色、黑白或全色和高分辨率的降低功耗的混合显示器。在某些实施例中，包括凸形突起阵列的前板可以与光发射器阵列组合。在示例性实施例中，光发射器是LED。在某些其它实施例中，包括凸形突起阵列的前板可以与LED阵列和嵌入式传感器技术以及图像控制***组合。
在某些实施例中，包括凸形突起阵列的前板可以与无机LED、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、微LED或量子点的阵列以及进一步包括电泳粒子的介质组合。在某些其它实施例中，混合显示器可以包括前板，该前板包括：凸形突起阵列；LED、OLED或微LED阵列；包括电泳移动粒子的介质；滤色器阵列；环境光传感器和用于全色反射和发射显示器的图像控制***。
在示例性实施例中，凸形突起的阵列具有在约1.4至1.9范围内的折射率，并且包含电泳粒子或电润湿流体的介质可以具有在约1至1.5范围内的折射率。电泳移动粒子可以用作反射控制机构。
具有可控亮度的光发射器包括具有高度饱和的色度或饱和度的光源，以补充由于使用合理水平的反射率所需的较高透射滤色器而产生的弱色饱和度。环境光传感器和图像控制***考虑环境光水平，以便在最小化电力使用的同时优化图像质量。图像控制***通过仅在通过使用反射光和反射控制不能实现期望颜色的情况下采用光发射器来进一步最小化电力的使用。
可以逐个像素地分析由显示器产生的图像，以确保其同时实现最高效和最佳(最饱和/多彩)的图像。适当的图像控制器识别每个子像素的期望的图像特性，并将正确的控制信号施加到每个子像素的发光部件控制和反射部件控制，以在整个图像中实现所需精度和色彩饱和度。
图1A示意性地示出了根据本公开的一个实施例的混合反射-发射图像显示器的横截面。图1A中的混合显示器实施例100可以包括透明前板102，该透明前板的外表面104面向观看者106。透明前板102还可以包括在向内侧上的至少一个凸形突起108。虽然示出了突起，但是在其它示例性实施例中，向内表面可以是基本平坦的。透明前板102可以包括在向内侧上布置成层的多个突起110。突起可以具有至少约0.5微米的直径。在一些实施例中，突起的直径可以在约0.5-5000微米的范围内。在其它实施例中，突起的直径可以在约0.5-500微米的范围内。在其它实施例中，突起的直径可以在约0.5-100微米的范围内。突起可以具有至少约0.5微米的高度。在一些实施例中，突起的高度可以在约0.5-5000微米的范围内。在其它实施例中，突起的高度可以在约0.5-500微米的范围内。在其它实施例中，突起的高度可以在约0.5-100微米的范围内。在某些实施例中，突起可以包括折射率在约1.4至2.2的范围内的材料。在某些其它实施例中，高折射率突起可以包括折射率为约1.4至约1.9的材料。在另外其它实施例中，高折射率突起可以包括折射率为约1.6至约1.9的材料。在一些实施例中，前板102和突起110可以是基本相同材料的连续板。在其它实施例中，前板102和突起110可以由具有相似或不同折射率的不同材料形成。在示例性实施例中，前板102可以包含玻璃。前板102可以包含聚合物，比如聚碳酸酯。在示例性实施例中，突起110可以包含高折射率聚合物。突起110可以包含硅树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯、甲基丙烯酸酯、三嗪或二乙炔基苯中的一种或多种。可以使用的高折射率聚合物可以包括高折射率添加剂，比如金属氧化物。在一个示例性实施例中，金属氧化物可以包括ZrO2、ZnO2、ZnO、SiO2或TiO2中的一种或多种。在一些实施例中，凸形突起110可以是半球形，如图1A所示。
突起110可以是任何形状或尺寸或者形状和尺寸的混合。突起110可以是细长半球或六角形或其组合。在一些实施例中，凸形突起可以是随机尺寸和形状的。在一些实施例中，突起可以在基部刻面并在顶部变成光滑的半球形或圆形。在其它实施例中，突起110可以在一个平面中是半球形或圆形的并且在另一个平面中是细长的。在一些实施例中，前板102和凸形突起110的层可以是连续层。在示例性实施例中，凸形突起110可以通过微复制来制造。在一些实施例中，突起可以包括嵌入基板中的珠子或半珠。珠子和基板可以包括相同材料或不同材料。珠子和基板可以具有基本相同的折射率或不同的折射率。
混合显示器100可以包括后支撑板112。后支撑板112可以包括金属、聚合物、陶瓷、木材或其它材料中的一种或多种。后支撑板112可以包含玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、丙烯酸、聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种。后支撑板112可以是刚性的或柔性的。在一些实施例中，后支撑板112还可以包括粘合剂层。粘合剂层可以包含聚合物。粘合剂层可以包括溶剂基粘合剂、乳液粘合剂、聚合物分散粘合剂、压敏粘合剂、接触粘合剂、热熔粘合剂、多组分粘合剂、紫外(UV)光固化粘合剂、热固化粘合剂、湿固化粘合剂、天然粘合剂或任何其它合成粘合剂中的一种或多种。在其它实施例中，后支撑板112还可以包括粘合剂层和剥离板。可以容易地移除剥离板以暴露粘合剂层，其中显示器100可以粘附或层压到需要显示器的任何结构或位置。
混合显示器100还可以包括至少一个发光结构114。在示例性实施例中，混合显示器100包括光发射器阵列116。光发射器114可以包括OLED、PLED、无机LED、微LED或量子点或其它发光结构中的一种或多种。在一些实施例中，发光结构114可以发射具有一个或相同波长的光。在其它实施例中，发光结构可以发射不同波长或颜色的光。发光结构可以发射红色、绿色、蓝色、白色、青色、洋红色或黄色中的一种或多种。发光结构114可以具有可控的亮度，该发光结构包括具有高度饱和的色度或饱和度的光源，以补充可能由于使用合理水平的反射率所需的较高透射滤色器而产生的弱色饱和度。在一些实施例中，发光结构阵列116可以在随机阵列中发射不同颜色的光。在其它实施例中，发光结构阵列116可以图案化阵列发光。在一些实施例中，阵列116中的发光结构114可以发射相同强度的光。在其它实施例中，阵列116中的发光结构114可以发射不同强度的光。光发射器114可以具有可控的亮度、辐射度或强度。在一些实施例中，光发射器114可以间隔开基本相等的距离。在其它实施例中，光发射器114可以不同的距离间隔开。在示例性实施例中，至少一个发射器114可以与至少一个突起108对齐，如图1A所示。光发射器114可以与透明凸形突起的形状结合定向。至少一个光发射器114可以与凸形突起108的顶点基本对齐(这在图1A中示出，其中光发射器114直接在每个突起108的顶点下方对齐)。可以调谐光发射器114以使最亮发射区域朝着最有用的方向居中。在一些实施例中，这可以是垂直下方约10至20度(其中垂直方向是直接观看显示器的方向)。如果显示器例如位于观看者前面的桌面上，并且观看者以一定角度俯视显示器，则从观察方向垂直下方约10至20度通常是观看者在显示器上最舒适方便的视野。可以通过凸形突起的适当光学结构类似地调谐最亮的半后向反射区域的中心。
光发射器114还可以包括阻挡层。阻挡层可以保护光发射器免于劣化，从而导致更长的显示寿命。阻挡层可以包含聚合物或玻璃中的一种或多种。
在示例性实施例中，图1A中的混合显示器实施例100可以包括电极层118。电极层118可以提供电力以向发光结构114提供电力。电极层118可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列、电极的无源矩阵阵列或电极的直接驱动图案化阵列中的一个或多个，以向光发射器114提供电力。图1A中的混合显示器实施例100可以包括电源。电源可以向层118提供电力以操作光发射器114。
图1A中的混合显示器实施例100可以包括壁120。壁120可以为显示器提供支撑。壁120可以帮助保持光发射器层116与多个凸形突起110的层的向内表面之间的基本均匀的距离122。在一些实施例中，壁120可以为显示器100提供刚性。壁120可以包含聚合物、玻璃或金属中的一种或多种。在一些实施例中，壁120可以与前板102连续。在一些实施例中，壁120可以与后支撑板112连续。在一些实施例中，壁120还可以包括光反射层，以防止光的吸收和损失，从而基本上优化显示器的亮度。壁120可以形成隔室以容纳低折射率介质，比如液体、空气或其它气体124。在示例性实施例中，介质124可以具有在约1至1.5范围内的折射率。在示例性实施例中，介质124是空气。
混合显示器实施例100还可以包括彩色覆盖层(可互换地，彩色层)。彩色层可以位于面向观看者106的前板102的外表面104上。彩色层可以赋予显示器至少一种颜色。彩色层可以用作滤色器。彩色层可以是连续的或图案化的，以向观看者传达信息。在其它实施例中，显示器100还可以包括滤色器阵列。滤色器阵列可以位于前板102的外表面104上。在示例性实施例中，滤色器阵列可以位于凸形突起110的层和前板102之间。滤色器阵列可以包括红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色或白色中的一种或多种的滤色器。
混合显示器实施例100还可以包括可选的透明外保护层或涂层。保护层可以位于前板102的面向观看者106的外表面104上。保护层可以保护显示器免受物理损坏、热损坏或紫外线损坏中的一种或多种。保护层还可以连续或图案化的方式包括至少一种颜色。显示实施例100可以包括彩色层和保护层。
混合显示器实施例100还可以包括传感器或图像控制***中的一个或多个。在一些实施例中，传感器可以能够检测环境光的强度。在其它实施例中，传感器可以能够检测环境光的颜色。在示例性实施例中，传感器是环境光传感器(ALS)装置。ALS可以将光能转换为电压或电流信号。
可选地，可以添加图像控制***以控制混合显示器的调光或亮度控制，以便降低功耗、延长电池寿命并在变化和多样的照明条件下提供最佳观看。示例性图像控制***可以与一个或多个ALS通信并确定是否增加或减少内部发光源的发光。图像控制***可以考虑环境光水平，以便在最小化电力使用的同时优化图像的质量。图像控制***可以通过仅在可以通过使用反射光和反射控制来实现期望颜色的情况下采用光发射器114来进一步最小化电力的使用。例如，这可以在显示器的具有非常高的亮度和/或颜色饱和度的区域中。由于显示器的高亮度和高色彩饱和度区域在大多数图像中可能是罕见的，因此这仅会被(平均来说)很少地需要，因此这可以代表电能使用的显著额外节省。
在一些实施例中，图像控制***可以基于传感器检测到的环境照明的颜色来校正观看者观察到的显示器的颜色。在其它实施例中，可以逐个像素地分析由显示器产生的图像，以确保其同时实现最高效和最佳(即，最饱和多彩)的图像。适当的图像控制器可以识别每个子像素的期望的图像特性。图像控制***可以将正确的控制信号施加到每个子像素的发光部件控制和反射部件控制，以在整个图像中实现所需精度和色彩饱和度。在一些实施例中，传感器和图像控制***可以进一步包括电源或可以与电源通信。
在示例性实施方式中，混合显示器实施例100可以如下操作。传感器可以检测低环境照明条件。然后，传感器可以向显示器的图像控制***发送比如电压或电流等的信号，以使显示器“开启”并发光。它还可以发送信号以调暗现有的发射的光。显示器可以发光，以使显示器对于观看者变得更加可见。发射的光的强度也可以由传感器基于环境光的亮度水平来控制。在较暗条件下，可以增加发光强度。在更亮的条件下，强度可以降低到可以关闭显示器的水平。这在图1A中的虚线126的左侧表示。光发射器114可以发射光线128，该光线穿过凸形突起110的层和前板102并离开显示器。在示例性实施例中，凸形突起108可以进一步使发射的光准直。突起可以放大光发射器114的表观尺寸并使光朝着观看者106准直。
在明亮的环境照明条件下，传感器可以向图像控制***发送信号以“关闭”光发射器。在明亮的条件下很难看到发射显示器。在明亮的环境照明条件下，由于光线的后向反射，由图1A中的半球形突起阵列表示的凸形突起110的阵列变得对观看者106高度可见。这在图1A中在虚线126的右侧表示。在虚线126的右侧，光发射器114被关闭。这可以在明亮的环境照明条件下完成，其中入射的环境光线130可以被反向反射为回到观看者106的代表性的光线132。一些入射光线可以以小于临界角的角度穿过前板102和凸形突起110的层的黑瞳区域(dark pupil region)以允许用于TIR。这由入射光线134表示。如果将反射层添加到后支撑板112，则该光可能会丢失或者可能朝着观看者106被往回反射。
图1B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的混合反射-发射图像显示器的俯视图。图1B是与图1A中所示相同的实施例100，但是是面向外表面104以更好地说明该实施例的显示器的俯视图。在该实施例中，半球形突起108被布置成行110，每个突起108之间的距离基本相同。突起108可以布置在其它设计中，比如紧密排列的阵列，以最小化突起之间的空隙空间。突起108也可以由可选的支撑壁120分开。壁可以为显示器提供稳定性和刚性。在图1B中的实施例100中，光发射器114可以在每个突起108后面基本上对齐。在其它实施例中，光发射器114可以不与凸形突起108基本对齐。在其它实施例中，一部分光发射器114可以与凸形突起108基本对齐，并且一部分光发射器114可以不与凸形突起108基本对齐。
图2A示意性地示出了根据本公开的一个实施例的反射环境光的混合反射-发射图像显示器的像素的横截面。混合显示器实施例200可以包括以阵列对齐的多个像素。将仅示出像素以描述实施例。图2A中的显示器实施例200包括具有面向观看者206的外表面204的透明前板202。前板202的向内侧包括多个208单独的高折射率半球形凸形突起210。突起可以具有至少约0.5微米的直径。在一些实施例中，突起的直径可以在约0.5-5000微米的范围内。在其它实施例中，突起210的直径可以在约0.5-500微米的范围内。在其它实施例中，突起的直径可以在约0.5-100微米的范围内。突起210可以具有至少约0.5微米的高度。在一些实施例中，突起的高度可以在约0.5-5000微米的范围内。在其它实施例中，突起的高度可以在约0.5-500微米的范围内。在其它实施例中，突起210的高度可以在约0.5-100微米的范围内。在某些实施例中，突起210可以包括折射率在约1.4至2.2的范围内的材料。在某些其它实施例中，高折射率突起可以是折射率为约1.4至约1.9的材料。在示例性实施例中，高折射率突起可以是折射率为约1.6至约1.9的材料。在一些实施例中，前板202和突起210可以是基本相同材料的连续板。在其它实施例中，前板202和突起210可以由具有相似或不同折射率的不同材料形成。在示例性实施例中，前板202可以包含玻璃。前板202可以包含聚合物，比如聚碳酸酯。在示例性实施例中，突起210可以包含高折射率聚合物。突起210可以包含硅树脂、丙烯酸酯、氨基甲酸酯、甲基丙烯酸酯、三嗪或二乙炔基苯中的一种或多种。可以使用的高折射率聚合物可以包括高折射率添加剂，比如金属氧化物。在一个示例性实施例中，金属氧化物可以包括ZrO2、ZnO2、ZnO、SiO2或TiO2中的一种或多种。突起210的折射率可以大于约1.4。在一些实施例中，凸形突起210可以是半球形，如图2A所示。突起210可以是任何形状或尺寸或者形状和尺寸的混合。突起210可以是细长半球或六角形或其组合。
在一些实施例中，凸形突起可以是随机尺寸或有序尺寸和形状的。在一些实施例中，突起可以在基部刻面并在顶部变成光滑的半球形或圆形。在其它实施例中，突起210可以在一个平面中是半球形或圆形的并且在另一个平面中是细长的。在一些实施例中，前板202和凸形突起210的层可以是连续层。在示例性实施例中，凸形突起210可以通过微复制来制造。在一些实施例中，突起可以包括嵌入基板中的珠子或半珠。珠子和基板可以包括相同材料或不同材料。珠子和基板可以具有基本相同的折射率或不同的折射率。
多个突起210的表面还可以包括透明前电极层212。前电极层212可以包括铟锡氧化物(ITO)、导电聚合物(比如BAYTRONTM)或导电纳米颗粒、金属纳米线、石墨烯或其它导电碳同素异形体中的一种或多种或分散在基本上透明的聚合物中的这些材料的组合。
混合显示器实施例200可以可选地包括滤色器层214。滤色器层214可以包括红色、绿色、蓝色或青色、洋红色、黄色或其它滤色器组合的阵列。出于说明性目的，显示实施例200包括红色216、绿色218和蓝色滤光器220的阵列。在示例性实施例中，滤色器可以具有中等饱和度。在示例性实施例中，滤色器层214可以插设在凸形突起208与透明薄板202之间。在一些实施例中，滤色器层可以位于板202的表面204上。
混合显示器实施例200可以包括与多个凸形突起208的表面相对的后支撑板222。这可以与多个凸形突起208形成空腔或间隙224。板222可以包含金属、塑料、木材或其它材料中的一种或多种。后支撑板222可以包含玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、丙烯酸、聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种。后支撑板222可以是刚性的或柔性的。在一些实施例中，板222可进一步包括粘合剂层。粘合剂层可以包含聚合物。粘合剂层可以包括溶剂基粘合剂、乳液粘合剂、聚合物分散粘合剂、压敏粘合剂、接触粘合剂、热熔粘合剂、多组分粘合剂、紫外(UV)光固化粘合剂、热固化粘合剂、湿固化粘合剂、天然粘合剂或任何其它合成粘合剂中的一种或多种。在其它实施例中，板222还可以包括粘合剂层和剥离板。可以容易地移除剥离板以暴露粘合剂层，其中显示器200可以粘附或层压到需要显示器的任何结构或位置。
混合显示器实施例200还可以包括侧壁226(可互换地，横壁)。侧壁226可以限制粒子沉降、漂移和扩散，以改善显示性能和双稳态。侧壁226可以从多个凸形突起208、后支撑板222或者多个凸形突起208和后支撑板222两者完全或部分地延伸。侧壁226可以包含聚合物、金属或玻璃中的一种或多种。侧壁226可以形成凹槽或隔室以限制电泳移动的粒子或电润湿流体。侧壁或横壁226可以被配置成形成例如方形、三角形、五边形或六边形或其组合的凹槽或隔室228。侧壁226可以包括聚合物材料，并通过包括光刻、压花或模塑等的传统技术形成图案。侧壁226的厚度可以是均匀的，或者可以是锥形的或其组合。出于说明性目的，混合显示器实施例200中的侧壁226完全延伸穿过间隙224并形成单独的隔室228。侧壁226可以包括光反射表面涂层。
在示例性实施例中，每个隔室228可以与至少一个滤色器基本配准或对齐。隔室228可以与红色216、绿色218或蓝色220滤光器或其它颜色对齐以产生子像素。可以组合红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素以形成单个像素，如图2A所示。图2A中最左侧的与红色滤色器216基本上对齐的隔室是红色子像素，在中间与绿色滤色器218基本上对齐的隔室是绿色子像素，而最右侧的与蓝色滤色器220基本上对齐的隔室是蓝色子像素。
每个隔室228还可以包括一个凸形突起210，如图2A中的实施例200所示。在一些实施例中，每个隔室228可以包括多于一个突起210。每个隔室228可以与滤色器基本对齐以形成子像素，并且还可以包括至少一个光发射器230、232、234。光发射器230、232、234可以具有可控的亮度、辐射度或强度。光发射器可以在每个隔室内的凸形突起210的中心处基本对齐。最左侧的与形成红色子像素的红色滤光器216对齐的隔室包括光发射器230。在中间与形成绿色子像素的绿色滤光器218对齐的隔室包括光发射器232，并且图2A中最右侧的与形成蓝色子像素的蓝色滤色器对齐的隔室包括光发射器234。光发射器230、232、234可以包括OLED、PLED、无机LED、微LED或量子点或其它发光结构中的一种或多种。在示例性实施例中，图2A中最左侧的与红色滤色器216对齐的隔室中的光发射器230发射红光。图2A中与绿色滤光器218对齐的中间隔室中的光发射器232发射绿光。图2A中与蓝色滤光器220对齐的最右侧隔室中的光发射器234发射蓝光。
在示例性实施例中，光发射器可以发出具有与滤色器大致相同的色相的高色彩饱和度的光。在一些实施例中，发光结构230、232、234可以发射相同颜色或波长的光。在其它实施例中，发光结构可以发射不同波长或颜色的光。发光结构可以发射红色、绿色、蓝色、白色、青色、洋红色或黄色中的一种或多种。发光结构230、232、234可以具有可控的亮度，该发光结构包括具有高度饱和的色度或饱和度的光源，以补充可能由于使用合理水平的反射率所需的较高透射滤色器而产生的弱色饱和度。在一些实施例中，发光结构230、232、234的阵列可以在随机阵列中发射不同颜色的光。在其它实施例中，发光结构阵列214可以图案化阵列发光。在一些实施例中，阵列214中的发光结构230、232、234可以发射相同强度的光。在其它实施例中，阵列214中的发光结构230、232、234可以发射不同强度的光。光发射器230、232、234可以具有可控的亮度、辐射度或强度。在一些实施例中，光发射器230、232、234可以间隔开基本相等的距离。在其它实施例中，光发射器230、232、234可以不同的距离间隔开。在示例性实施例中，至少一个发射器230、232、234可以与至少一个突起210的顶点对齐，如图2A所示。光发射器230、232、234可以与透明凸形突起的形状结合定向。可以调谐光发射器230、232、234以使最亮发射区域朝着最有用的方向居中。这可以是垂直下方约10至20度。可以通过凸形突起210的适当光学结构类似地调谐最亮的半后向反射区域的中心。显示器200还可以包括电极层，以向光发射器提供电力。向光发射器提供电力的电极层可以包括TFT、无源矩阵电极阵列或图案化电极阵列中的一个或多个。
光发射器230、232、234还可以包括阻挡层。阻挡层可以保护光发射器免于劣化，从而导致更长的显示寿命。阻挡层可以包含聚合物或玻璃中的一种或多种。
图2A中的混合显示器实施例200中的每个隔室还可以包括低折射率介质236。介质236可以是气体或液体。在一些实施例中，介质236可以是烃。在其它实施例中，介质236可以是氟化烃或全氟化烃。在其它实施例中，介质236可以是烃和氟化烃的混合物。介质236可以是折射率小于约1.5的低折射率液体。在示例性实施例中，介质236的折射率可以是约1.1-1.5。在示例性实施例中，介质236可以包含FluorinertTM、NovecTM 7000、NovecTM 7100、NovecTM 7300、NovecTM 7500、NovecTM 7700、NovecTM 8200、电润湿材料、TeflonTM AF、CYTOPTM或FluoropelTM中的一种或多种。介质236可以进一步包含分散剂、带电剂、表面活性剂、絮凝剂、粘度调节剂或聚合物中的一种或多种。传统的粘度调节剂包括低聚物或聚合物。粘度调节剂可以包括苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其它基于烯烃的聚合物中的一种或多种。在一个实施例中，粘度调节剂可以是聚异丁烯或卤代聚异丁烯。
图2A中的实施例200中的介质236可以进一步接收具有第一光学特性(即，颜色或光吸收特性)的多个光吸收电泳移动粒子238。粒子238可以包括正或负电荷极性。粒子238可以具有宽带(即基本上所有光学波长)的光反射特性。粒子238还可以具有任何光吸收特性，使得它们可以赋予可见光谱的任何颜色或颜色组合以产生特定的色调或色相。粒子238可以是染料或颜料或其组合。粒子可以是有机的或无机的或其组合。粒子238可以包含金属氧化物。粒子238可以包含炭黑。
在其它实施例中，介质236还可以包含电润湿流体。在示例性实施例中，电润湿流体可以包含染料。电润湿流体可以朝着突起210移动以阻止TIR。电润湿流体可以背离突起210移动以允许TIR。电润湿流体可以是硅油，硅油可以通过小通道被泵入和泵出由侧壁226形成的凹槽。
混合显示器实施例200还可以包括每个隔室或子像素内的后电极。在图2A中，最左侧隔室包括后电极240。中间隔室包括后电极242，并且最右隔室包括后电极244。后电极240、242、244可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列、电极的图案化直接驱动阵列或电极的无源矩阵阵列中的一个或多个。在示例性实施例中，每个隔室、像素或子像素中的后电极可以以圆形或方形的方式或其它相关设计完全围绕相应的光发射器。
在一些实施例中，可选的介电层可以位于透明前电极212的表面上。在其它实施例中，可选的介电层可以位于后电极240、242、244中的至少一个的顶部上。在一些实施例中，前电极上的介电层可以包括与后电极上的介电层不同的成分。介电层可以是基本均匀的、连续的并且基本上没有表面缺陷。介电层的厚度可以为约5nm或更大。在一些实施例中，介电层厚度可为约5至300nm。在其它实施例中，介电层厚度可以为约5至200nm。在另外其它实施例中，介电层厚度可以为约5至100nm。每个介电层可以具有至少约80纳米的厚度。在示例性实施例中，厚度可以为约80-200纳米。一个或多个介电层可以包括至少一个针孔。
介电层可以限定保形涂层并且可以没有针孔或者可以具有最小的针孔。介电层也可以是结构化层或图案化层。介电化合物可以是有机或无机类型。在一些实施例中，介电层可以是氧化铝(Al2O3)或SiO2。介电层可以是SiNx。在一些实施例中，介电层可以是Si3N4。有机介电材料通常是聚合物，比如聚酰亚胺、含氟聚合物、聚降冰片烯和缺乏极性基团的烃基聚合物。介电层可以是聚合物或聚合物的组合。电介质可以包含硅氧烷聚合物或填充的硅氧烷，或包含反应性基团的硅氧烷基聚合物。在示例性实施例中，介电层包含聚对二甲苯。在其它实施例中，介电层可以包含卤化聚对二甲苯。其它无机或有机介电材料或其组合也可以用于介电层。
图2A的混合显示器实施例200还可以包括电压偏压源。偏压源可以用于在前电极212与后电极240、242、244之间的隔室228中产生穿过介质236的电磁场或通量。偏压源可以用于使多个粒子238移动到前电极212或后电极240、242、244或前电极与后电极之间的任何位置。
图2A的混合显示器还可以包括传感器和图像控制***中的一个或多个。在一些实施例中，传感器可以能够检测环境光的强度。在其它实施例中，传感器可以能够检测环境光的颜色。如上所述，传感器可以是环境光传感器(ALS)。ALS可以将光能转换为电压或电流信号。图像控制***可以控制混合显示器的调光或亮度控制，以便降低功耗、延长电池寿命并在变化和多样的照明条件下提供最佳观看。
图像控制***可以考虑环境光水平，以便在最小化电力使用的同时优化图像的质量。控制***可以包括被配置成按照本文所述的方式运作的一个或多个处理器电路和相关联的存储器电路。图像控制***可以通过仅在可以通过使用反射光和反射控制来实现期望颜色的情况下采用光发射器230、232、234来进一步最小化电力的使用。例如，这可以在显示器的具有非常高的亮度和/或颜色饱和度的区域中。由于显示器的高亮度和高色彩饱和度区域在大多数图像中可能是罕见的，因此这仅会被很少地需要。这可以代表电能使用的显著额外节省。在一些实施例中，图像控制***可以基于传感器检测到的环境照明的颜色来校正观看者观察到的显示器的颜色。在一些实施例中，图像控制***可以基于传感器检测到的环境照明的颜色来校正观看者观察到的显示器的颜色。在其它实施例中，可以逐个像素地分析由显示器产生的图像，以确保其同时实现最高效和最佳(即，最饱和多彩)的图像。适当的图像控制***可以识别每个子像素的期望的图像特征。图像控制***可以将正确的控制信号施加到每个子像素的发光部件控制和反射部件控制，以在整个图像中实现所需精度和色彩饱和度。在发光部件和/或反射部件中的一个或两个上提供校正信号在所公开原理的范围内。
混合显示器实施例200还可以包括可选的透明外保护层或涂层。保护层可以位于前板202的面向观看者206的外表面204上。保护层可以保护显示器免受物理损坏、热损坏或紫外线损坏中的一种或多种。保护层还可以连续或图案化的方式包括至少一种颜色。
混合反射-发射显示器实施例200可以如下操作。比如ALS传感器等的传感器可以检测明亮的环境照明条件。可以在传感器中产生电压或电流并将其发送到显示器以关闭或停用光发射。如图2A所示，通过在最左侧的红色子像素和最右侧的蓝色子像素上的粒子238上施加与电荷极性相反极性的适当电压偏置，光吸收电泳移动粒子238可以移动到前电极层212的表面附近的隐失波区域中。在该位置，粒子238可以阻止TIR并形成子像素的暗状态。比如代表性光线246和248等的入射光可以被粒子238吸收。在中间绿色子像素中，粒子238可以在施加的偏压下电泳移动到后电极层242，并且背离半球形阵列208的、可以施加与粒子238的电荷极性相反极性的偏压的表面。进入中间子像素的光线可以朝着观看者206被往回全内反射。当环境光线穿过中间子像素中的绿色滤色器218时，只有绿色光线可以通过并被全内反射。因此显示器看起来是绿色的。中间子像素处的入射光线由实线250表示。通过滤色器218之后的滤过的光由全内反射的虚线252表示。朝着观看者206反射回的光由绿光线254表示。
图2B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的发射绿光的混合反射-发射图像显示器的像素的横截面。图2B中的混合显示器的像素实施例与图2A中的混合显示器的像素相同，但处于不同的状态。这里，传感器可以检测能够向显示器发送信号的低环境照明条件。
在类似于图2A中的图2B中，粒子238可以在适当的偏压下电泳移动到最左侧的红色子像素和最右侧的蓝色子像素中的多个凸形突起208的表面处的前电极212附近。在该位置，粒子238可以吸收光并阻止TIR。这由吸收的入射光线256和258表示。在中间子像素中，在适当的电压偏置下，粒子238可以移动到后电极层242。绿色光发射器232可以发射绿光，该绿光朝着观看者206穿过层208、绿色滤光器218和透明外板202。发射的绿光线由光线260和262表示。在这种情况下，混合显示器200也产生如图2A中的绿色外观，而是借助于从光发射器发射绿光。这在没有环境照明的情况下是合适的。图2A-B所示设计的另一个特征是半球形突起可以呈现透镜状特征，该特征可以使来自光发射器230、232、234的光被部分地准直到垂直方向。这可以增加显示器的表观亮度。
在图2A中描述并和示出的反射状态方法可以最适用于较高的环境光水平。在图2B中描述并示出的发射壳体方法可以最适用于较低的环境光水平。对于广泛的中间光水平，智能地混合这两种方法可能具有显著的优点。可以采用控制***来检测环境光水平，以确定并控制显示器何时可以以反射模式工作以及显示器何时应该以发光模式工作或介于两者之间的某个位置工作，以便在最小化电力使用的同时优化图像质量。
在一个实施例中，混合化设计可以实现反射率和发射率的两种显示模态之间的关键协同作用。一些示例性协同作用包括：
(1)由于传统的光发射器具有高色彩饱和度或色度，因此它们可以用于增强可能需要的显示图像区域的色彩饱和度或色度。由于这通常只是典型图像的一小部分，因此平均而言，这可能不需要过度使用电力；
(2)将光吸收机构移出光路的可能性(在不需要时)对于高效的光发射是非常有利的，因为可以仅在需要时引入吸收。这与纯发射显示器的情况形成鲜明对比，纯发射显示器在任何时候都具有内置光吸收，以便在明亮的环境照明下产生更深的颜色；
(3)半球形突起的透镜状效果可以增加光源的表观亮度，从而进一步降低照明能量需求；
(4)滤色器阵列的光吸收可以进一步减少高水平环境光反射的挑战，但是这样做由于它们的色相匹配而吸收来自相关光发射器的非常少的光；
(5)光发射器可以非常快速地对图像内容的变化作出反应，而一些电泳***可能较慢，因此最佳的混合视频控制算法可以产生优异的视频响应，同时在相对图像稳定期间最小化电照明的使用；
(6)可以使用对比如LED等的光发射器的光和发射特性的很大程度的控制来补偿由滞后或与使用电泳的反射控制相关的其它非意识形态引起的反射误差。
(7)由于发光二极管可以用于增加图像旨在产生真正白色外观的区域中的表观亮度，这意味着来自反射成像***的总体所需反射度不需要像其它情况那样高。这可以允许使用具有更长期稳定性、更低成本和/或更快的响应速率的更简单的电泳***；并且
(8)可以逐个像素地分析由显示器产生的图像，以确保显示器同时实现最高效和最佳(即，最饱和多彩)的图像。适当的图像显示控制器可以识别每个子像素的期望的图像特性。图像显示控制器将正确的控制信号施加到每个子像素的发光部件控制和反射部件控制，以在整个图像中实现所需精度和色彩饱和度。
上述优点可以应用于反射显示技术和发光显示技术的各种形式的混合化。因此，本文描述的实施例可以不限于本文描述的并且图1A-B、2A-B中所示的具体实施例。
图3示意性地示出了根据本公开的一个实施例的混合反射-发射显示器的一部分的俯视图。图3中所示的实施例300是混合反射-发射显示器的设计的一个实施例。图3中的视图面向透明前板302的外表面304。仅用于说明目的，该实施例中的高折射率半球形突起306被布置在基本上等间隔的行308和列310中。凸形突起的其它布置是可行的。在示例性实施例中，凸形突起可以布置成紧密排列的阵列。发光结构312、314、316可以与每个突起基本对齐。发光结构可以按照红色312、绿色314和蓝色316的顺序排列。发光结构的其它布置也是可行的。在一些实施例中，发光结构可以包括青色、洋红色、黄色或绿色光发射器中的一个或多个。在示例性实施例中，光发射器可以包括红色、绿色、蓝色和白色发射器中的一个或多个。
围绕每个发光结构312、314、316的是后电极318。图3中的后电极318被描绘为圆形结构，但是其它设计也是可行的。实施例300可以进一步包括侧壁320以围绕每个凸形突起。侧壁可以限制低折射率介质和至少一个电泳移动粒子(为清楚起见，已经省略了介质和粒子)。侧壁还可以包括光反射涂层。
图3中的显示器实施例300可以进一步包括滤色器层(为清楚起见，省略了滤色器层)。在示例性实施例中，滤色器可以基本上在每个凸形突起上对齐。这由虚线框322表示，该虚线框示出了滤色器层可以驻留的位置。在一些实施例中，可以使用红色、绿色和蓝色滤光器的拜耳(Bayer)滤光器布置。在其它实施例中，可以使用红色、绿色、蓝色和白色布置的滤光器。在其它实施例中，可以使用包括青色、洋红色、黄色和绿色中的一种或多种的滤色器。
用于所公开实施例的各种控制机制可以完全或部分地以软件和/或固件实施。该软件和/或固件可以采用包含在非暂时性计算机可读存储介质中或上的指令的形式。然后，可以由一个或多个处理器读取并执行那些指令，以便能够执行本文描述的操作。指令可以是任何合适的形式，比如但不限于源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码等。这样的计算机可读介质可以包括用于以一个或多个计算机可读的形式存储信息的任何有形非暂时性介质，比如但不限于只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存等。
在一些实施例中，包含指令的有形的机器可读的非暂时性存储介质可以与所公开的显示器实施例结合使用。在其它实施例中，有形的机器可读的非暂时性存储介质可以进一步与一个或多个处理器组合使用。
图4示意性地示出了用于实施本公开的实施例的示例性***。在图4中，显示器400由具有处理器430和存储器420的控制器440控制。在不脱离所公开的原理的情况下，其它控制机构和/或设备可以被包括在控制器440中。控制器440可以定义硬件、软件或硬件和软件的组合。例如，控制器440可以定义用指令(例如，固件)编程的处理器。处理器430可以是实际处理器或虚拟处理器。类似地，存储器420可以是实际存储器(即硬件)或虚拟存储器(即软件)。
存储器420可以存储将由处理器430执行的用于驱动显示器400的指令。指令可以被配置成通过有效地切换或改变向前电极和后电极中的一个或多个施加的偏压和偏压的持续时间来操作显示器400。在一个实施例中，指令可以包括通过电源450偏置与显示器400(未示出)相关联的电极。当施加偏压时，电极可以使电泳粒子朝着或背离前透明板的向内表面处的多个突起的表面附近的区域移动，从而吸收或反射在前透明板的向内表面处接收的光。通过适当使电极偏置，粒子(例如，图2A-B中的粒子238)可以在前透明板的向内表面处的多个突起的表面附近移动到消散波区域中或附近，以便基本上或选择性地吸收或反射入射光。吸收入射光会产生暗色或彩色状态。通过适当使电极偏置，粒子(例如，图2A-B中的粒子238)可以背离前透明板的向内表面处的多个突起的表面移动并且离开消散波区域，以便反射或吸收入射光。反射入射光会产生光状态。
在另一个实施例中，指令可以被配置成操作比如显示器400的LED等的光发射器。在示例性实施例中，指令可以被配置成操作光发射器并且偏置电极以电泳移动粒子来调制显示器的反射率。
至少一个边缘密封可以与所公开的显示器实施例一起使用。边缘密封可以防止湿气或其它环境污染物进入显示器。边缘密封可以用于将前板密封到后板。边缘密封可以是热、化学或辐射固化材料或其组合。边缘密封件可以包括环氧树脂、硅树脂、聚异丁烯、丙烯酸酯、氨基甲酸乙酯、可光成像材料(比如光致抗蚀剂或其它基于聚合物的材料)中的一种或多种。在一些实施例中，边缘密封可以包括金属化箔。在一些实施例中，边缘密封可以包括填料，比如SiO2或Al2O3。
在其它实施例中，本文所述的任何混合图像显示器还可以包括光漫射层，以软化观看者观察到的反射或发射的光。在其它实施例中，光漫射层可以与前光结合使用。光漫射层可以包含玻璃或聚合物中的一种或多种。
在其它实施例中，本文描述的任何混合图像显示器还可以包括至少一个间隔物单元。至少一个间隔物单元可以控制前板与后板之间的间隙或空腔的间隔。至少一个间隔物单元可以由玻璃、塑料或金属中的一种或多种构成。
在这里描述的显示器实施例中，它们可以用在这样的应用中，比如但不限于：电子书阅读器、便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、指示牌、手表、可穿戴设备、货架标签、闪存驱动器、机动车辆标志户外宣传牌、交通指示牌、菜单板、售货亭、广告牌、道路指示牌、紧急指示牌或其它包括显示器的户外指示牌。
这里描述的显示器实施例可以由电池、太阳能电池、风、发电机、电源插座、AC电源、DC电源或其它装置中的一个或多个供电。
为了支持并说明本文所述的混合反射-发射显示器实施例的优点，已经创建了图5A-D中所示的一系列图，以定性地分析并比较传统反射和发射显示器与混合反射-发射显示器的性能。图5A示出了显示亮度的范围，显示亮度取决于图像显示器显示明亮饱和的彩色图像所需的环境照度。图5A绘制了x轴上的环境照度(勒克斯)与垂直y轴上的所得显示亮度(坎德拉/每平方米(cd/m2))的关系曲线。环境照度是环境光在显示器表面上的亮度的量度。显示亮度是从显示器反射或发出的光的量度。
比如在夜间或在暗室中的低环境照度被认为是约100勒克斯或更低。相比之下，办公室的典型照明提供约300勒克斯。高环境照明条件大于约1000勒克斯。低和高环境照明的两个区域在图中被标记。中等环境照明条件(图中未标记)大于约100勒克斯且小于约1000勒克斯。用于图像显示的期望性能范围在图中被标记为“期望的显示亮度范围以实现具有明亮饱和色彩的图像”。
所需范围的下限取决于眼睛区分黑色水平的能力。观看者看不到低于1cd/m2的黑色水平的任何差异(即，亮度为1cd/m2的图像区域看起来像亮度为0.1cd/m2的区域一样黑)，所以不需要将显示性能扩展到1cd/m2以下。由最适合观看的亮度级别确定上级水平。在黑暗的环境(-10勒克斯)中，超过100cd/m2的显示亮度会是令人不舒服地明亮。随着环境照度的增加，观看者可以舒适地观看更亮的显示，因此所需显示亮度范围的上限增加，但是达到最大约10,000cd/m2。无论环境亮度水平如何，比10,000cd/m2更亮的任何事物都会让人看起来不舒服。因此，期望的显示亮度范围从约1延伸到约10,000cd/m2，这是可以容易且舒适地观看显示器的范围。
图5B示出了反射显示器如何不能达到如图5A所示的期望的性能范围。在图5B的图中，标有“通过传统反射显示器实现的性能范围”的框概述了反射显示器在图中所覆盖的环境照明条件下表现良好的区域。随着环境照度的增加，显示亮度也增加，从而导致更好的反射显示性能。在标记为“传统反射显示器无法在该区域中实现所需性能”的带框区域中，反射显示器通常不具有足够的反射率以最大程度地反射可用的环境光，因此它们不能实现该性能区域中所需的显示亮度。
图5C示出了传统的发射显示器在环境照明中的性能。图5C中的曲线与图5A中的曲线相同，但描述了在低和高环境照明下的传统发射显示器的性能。发射显示器在低环境照明条件下表现更好。这在标记为“通过传统发射显示器实现的性能范围”的区域中示出。在高环境照明条件下，比如在海滩的晴天，发射显示器往往反白并且难以看清。这在标记为“传统发射显示器无法在该区域中实现所需性能”的图的区域中示出。发射显示器可以通过增加显示器的强度或亮度以部分地克服高环境照明水平来在一定程度上对抗此限制。因此，必须使用并消耗更多的电池电量，从而缩短设备运行时间。
本申请中描述的反射-发射显示器实施例可以克服低环境照明中的反射显示器和高环境照明条件下的发射显示器的缺陷。通过基于环境照明的水平控制反射-发射显示器何时处于反射模式或发射模式，可以实现比组合的单独的反射和发射显示器更宽范围的显示亮度。反射-发射显示器实现了显示亮度的全部所需范围以获得具有明亮饱和色彩的图像。图5D示出了本文描述的反射-发射显示器的实施例的性能。标有“混合反射-发射显示器可实现的全范围亮度值”的区域示出了显示亮度的全部所需范围，以获得具有明亮饱和色彩的图像。
以下示例性和非限制性实施例提供了本公开的各种实施方式。
实例1涉及一种全内反射(TIR)显示器，所述全内反射显示器包括：透明前板，所述透明前板具有顶表面和底表面，所述底表面由多个突起限定；与所述透明前板相关的前电极；后支撑件，所述后支撑件用于在所述后电极与所述透明前板之间形成空腔，所述空腔被构造成接收一个或多个电泳移动粒子，所述一个或多个电泳移动粒子响应于施加到所述前电极和所述后电极上的偏压而移动；多个光发射器，所述多个光发射器位于所述空腔中，所述多个光发射器中的至少一个被配置成朝着所述多个突起中的至少一个引导光线通过所述空腔。
实例2涉及实例1的TIR显示器，其中，所述多个突起中的至少一个限定半球形突起。
实例3涉及实例1的TIR显示器，其中，所述后支撑件还包括后电极。
实例4涉及实例1的TIR显示器，其中，所述空腔被配置成接收透明介质。
实例5涉及实例1的TIR显示器，其中，所述多个光发射器形成在所述后支撑件上方。
实例6涉及实例1的TIR显示器，其中，所述多个光发射器与所述后支撑件集成在一起。
实例7涉及实例1的TIR显示器，所述显示器还包括传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个发射器发射的光的亮度。
实例8涉及实例1的TIR显示器，所述TIR显示器还包括偏压源，所述偏压源可与所述前电极或所述后电极中的一个或多个接合，以在所述空腔中形成电磁场。
实例9涉及实例8的TIR显示器，所述TIR显示器还包括被配置成控制所述偏压源从而在所述空腔中提供所述电磁场的处理器电路和存储器电路。
实例10涉及实例1的TIR显示器，所述TIR显示器还包括覆盖所述顶电极或所述后电极中的一个或多个的介电层。
实例11涉及实例1的TIR显示器，所述TIR显示器还包括图像控制***，其中所述图像控制***被配置成：(1)逐个像素地确定所显示的图像是否提供所述图像的高效或最佳显示，(2)识别每个子像素的所需图像特征，并且(3)向每个子像素的发光分量控制和反射分量控制中的至少一个施加校正控制信号，以在整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
实例12涉及一种像素阵列显示器，所述像素阵列显示器包括：透明前板，所述透明前板具有顶表面和底表面，所述透明前板的底表面具有多个突起，每个突起限定像素阵列中的像素；后支撑件，所述后支撑件用于在所述后电极与所述透明前板之间形成空腔，所述空腔被构造成接收响应于施加的偏压而移动的一个或多个电泳移动粒子；位于所述空腔中的多个光发射器，所述多个光发射器中的每一个对应于所述多个突起中的一个并且被配置成朝着相应的突起引导光线通过所述空腔。
实例13涉及实例12的显示器，所述显示器还包括与所述透明前板相关联的前电极。
实例14涉及实例12的显示器，其中，所述多个光发射器中的至少一个基本上与所述对应的突起的顶点对齐。
实例15涉及实例12的显示器，其中，每个像素还包括滤色器。
实例16涉及实例15的显示器，其中，所述多个像素中的至少一个包括发射与所述滤光器颜色基本上相同颜色的光线的发射器。
实例17涉及实例12的显示器，其中，所述后支撑件还包括后电极。
实例18涉及实例12的显示器，其中，所述后支撑件还包括与所述光发射器中的每一个对应的多个后电极。
实例19涉及实例12的显示器，其中，所述空腔被配置成接收透明介质。
实例20涉及实例12的显示器，所述显示器还包括传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个发射器发射的光的亮度。
实例21涉及实例12的显示器，所述显示器还包括：传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个光发射器以及与所述光发射器对应的滤色器发射的光的亮度。
实例22涉及实例19的显示器，所述显示器还包括偏压源，所述偏压源可与对应于一个像素的所述前电极或所述后电极中的一个或多个接合，从而在所述前电极或所述后电极之间形成电磁场。
实例23涉及实例22的显示器，所述显示器还包括被配置成控制所述偏压源的处理器电路和存储器电路。
实例24涉及实例8的TIR显示器，所述TIR显示器还包括图像控制***，所述图像控制***被配置成(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)识别每个子像素的所需图像特征；(c)向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
实例25涉及一种全内反射(TIR)显示器，所述全内反射显示器包括：透明前板，所述透明前板具有顶表面和底表面，所述底表面由多个突起限定；与所述透明前板相关联的前电极；后支撑件，所述后支撑件用于在所述后电极与所述透明前板之间形成空腔；多个光发射器，所述多个光发射器位于所述空腔中，所述多个光发射器中的至少一个被配置成朝着所述多个突起中的至少一个引导光线通过所述空腔。
实例26涉及实例25的显示器，其中，所述多个突起中的至少一个限定半球形突起。
实例27涉及实例25的显示器，其中，所述后支撑件还包括后电极。
实例28涉及实例25的显示器，其中，所述空腔被配置成接收透明介质。
实例29涉及实例25的显示器，其中，所述多个光发射器形成在所述后支撑件上方。
实例30涉及实例25的显示器，其中，所述多个光发射器与所述后支撑件集成在一起。
实例31涉及实例25的显示器，所述显示器还包括传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个发射器发射的光的亮度。
实例32涉及实例25的显示器，所述显示器还包括偏压源，所述偏压源可与所述前电极或所述后电极中的一个或多个接合，以在所述空腔中形成电磁场，所述偏压源被配置成使一个或多个电泳移动粒子在所述腔中移动以影响所述显示器内的TIR。
实例33涉及实例32的显示器，所述显示器还包括被配置成控制所述偏压源从而在所述空腔中提供所述电磁场并且使所述电泳移动粒子移动的处理器电路和存储器电路。
实例34涉及实例25的TIR显示器，所述TIR显示器还包括图像控制***，所述图像控制***被配置成(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)识别每个子像素的所需图像特征；(c)向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
实例35涉及一种使全内反射(TIR)图像显示器从第一状态切换到第二状态的方法，所述方法包括：在所述显示器的前平面与后平面之间形成的间隙处接收多个电泳移动粒子，所述前平面还包括前电极，并且所述后平面还包括后电极；通过向所述前电极或后电极中的一个或多个供应第一偏压使所述多个光吸收粒子朝着所述前电极移动，所述光吸收粒子基本上吸收靠近所述前电极的入射光线；通过向所述前电极或后电极中的一个或多个供应第二偏压使所述多个光吸收粒子朝着所述后电极移动，所述光吸收粒子聚集在所述后电极处或靠近所述后电极，从而引起入射光线的基本上全内反射；并且产生从所述后平面到所述前平面的内部光线。
实例36涉及实例35的方法，所述后电极限定多个后电极。
实例37涉及实例35的方法，其中，产生所述内部光线的步骤还包括照射光发射器。
实例38涉及实例35的方法，所述方法还包括响应于环境光水平产生内部光线。
实例39涉及实例35的方法，其中，所述第一偏压和所述第二偏压基本上彼此相对。
实例40涉及实例35的方法，所述方法还包括图像控制***，所述图像控制***被配置成(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)识别每个子像素的所需图像特征；(c)向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
实例41涉及一种图像控制***，所述图像控制***可以：(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)可以识别每个子像素的所需图像特征；(c)可以向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。

Claims (40)

1.一种全内反射(TIR)显示器，包括：
透明前板，所述透明前板具有顶表面和底表面，所述底表面由多个突起限定；
与所述透明前板相关的前电极；
后支撑件，所述后支撑件用于在所述后电极与所述透明前板之间形成空腔，所述空腔被构造成接收一个或多个电泳移动粒子，所述一个或多个电泳移动粒子响应于施加到所述前电极和所述后电极上的偏压而移动；
多个光发射器，所述多个光发射器位于所述空腔中，所述多个光发射器中的至少一个被配置成朝着所述多个突起中的至少一个引导光线通过所述空腔。
2.根据权利要求1所述的TIR显示器，其中，所述多个突起中的至少一个限定半球形突起。
3.根据权利要求1所述的TIR显示器，其中，所述后支撑件还包括后电极。
4.根据权利要求1所述的TIR显示器，其中，所述空腔被配置成接收透明介质。
5.根据权利要求1所述的TIR显示器，其中，所述多个光发射器形成在所述后支撑件上方。
6.根据权利要求1所述的TIR显示器，其中，所述多个光发射器与所述后支撑件集成在一起。
7.根据权利要求1所述的TIR显示器，还包括传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个光发射器发射的光的亮度。
8.根据权利要求1所述的TIR显示器，还包括偏压源，所述偏压源可与所述前电极或所述后电极中的一个或多个接合，以在所述空腔中形成电磁场。
9.根据权利要求8所述的TIR显示器，还包括被配置成控制所述偏压源从而在所述空腔中提供所述电磁场的处理器电路和存储器电路。
10.根据权利要求1所述的TIR显示器，还包括覆盖所述顶电极或所述后电极中的一个或多个的介电层。
11.根据权利要求1所述的TIR显示器，还包括图像控制***，其中所述图像控制***被配置成：(1)逐个像素地确定所显示的图像是否提供所述图像的高效或最佳显示，(2)识别每个子像素的所需图像特征，并且(3)向每个子像素的发光分量控制和反射分量控制中的至少一个施加校正控制信号，以在整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
12.一种像素阵列显示器，包括：
透明前板，所述透明前板具有顶表面和底表面，所述透明前板的底表面具有多个突起，每个突起限定像素阵列中的像素；
后支撑件，所述后支撑件用于在所述后电极与所述透明前板之间形成空腔，所述空腔被构造成接收响应于施加的偏压而移动的一个或多个电泳移动粒子；
位于所述空腔中的多个光发射器，所述多个光发射器中的每一个对应于所述多个突起中的一个并且被配置成朝着相应的突起引导光线通过所述空腔。
13.根据权利要求12所述的显示器，还包括与所述透明前板相关联的前电极。
14.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述多个光发射器中的至少一个基本上与所述对应的突起的顶点对齐。
15.根据权利要求12所述的显示器，其中，每个像素还包括滤色器。
16.根据权利要求15所述的显示器，其中，所述多个像素中的至少一个包括发射与所述滤光器颜色基本上相同颜色的光线的发射器。
17.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述后支撑件还包括后电极。
18.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述后支撑件还包括与所述光发射器中的每一个对应的多个后电极。
19.根据权利要求12所述的显示器，其中，所述空腔被配置成接收透明介质。
20.根据权利要求12所述的显示器，还包括传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个光发射器发射的光的亮度。
21.根据权利要求12所述的显示器，还包括：传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个光发射器以及与所述光发射器对应的滤色器发射的光的亮度。
22.根据权利要求19所述的显示器，还包括偏压源，所述偏压源可与对应于一个像素的所述前电极或所述后电极中的一个或多个接合，从而在所述前电极或所述后电极之间形成电磁场。
23.根据权利要求22所述的显示器，还包括被配置成控制所述偏压源的处理器电路和存储器电路。
24.根据权利要求12所述的TIR显示器，还包括图像控制***，所述图像控制***被配置成(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)识别每个子像素的所需图像特征；(c)向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
25.一种全内反射(TIR)显示器，包括：
透明前板，所述透明前板具有顶表面和底表面，所述底表面由多个突起限定；
与所述透明前板相关的前电极；
后支撑件，所述后支撑件用于在所述后电极与所述透明前板之间形成空腔；多个光发射器，所述多个光发射器位于所述空腔中，所述多个光发射器中的至少一个被配置成朝着所述多个突起中的至少一个引导光线通过所述空腔。
26.根据权利要求25所述的显示器，其中，所述多个突起中的至少一个限定半球形突起。
27.根据权利要求25所述的显示器，其中，所述后支撑件还包括后电极。
28.根据权利要求25所述的显示器，其中，所述空腔被配置成接收透明介质。
29.根据权利要求25所述的显示器，其中，所述多个光发射器形成在所述后支撑件上方。
30.根据权利要求25所述的显示器，其中，所述多个光发射器与所述后支撑件集成在一起。
31.根据权利要求25所述的显示器，还包括传感器，所述传感器适于检测环境光，从而调节从至少一个光发射器发射的光的亮度。
32.根据权利要求25所述的显示器，还包括偏压源，所述偏压源可与所述前电极或所述后电极中的一个或多个接合，以在所述空腔中形成电磁场，所述偏压源被配置成使一个或多个电泳移动粒子在所述腔中移动以影响所述显示器内的TIR。
33.根据权利要求32所述的显示器，还包括被配置成控制所述偏压源从而在所述空腔中提供所述电磁场并且使所述电泳移动粒子移动的处理器电路和存储器电路。
34.根据权利要求25所述的TIR显示器，还包括图像控制***，所述图像控制***被配置成(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)识别每个子像素的所需图像特征；(c)向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
35.一种使全内反射(TIR)图像显示器从第一状态切换到第二状态的方法，包括：
在所述显示器的前平面与后平面之间形成的间隙处接收多个电泳移动粒子，所述前平面还包括前电极，并且所述后平面还包括后电极；
通过向所述前电极或后电极中的一个或多个供应第一偏压使所述多个光吸收粒子朝着所述前电极移动，所述光吸收粒子基本上吸收靠近所述前电极的入射光线；
通过向所述前电极或后电极中的一个或多个供应第二偏压使所述多个光吸收粒子朝着所述后电极移动，所述光吸收粒子聚集在所述后电极处或靠近所述后电极，从而引起入射光线的基本上全内反射；并且
产生从所述后平面到所述前平面的内部光线。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述后电极限定多个后电极。
37.根据权利要求35所述的方法，其中，产生所述内部光线的步骤还包括照射光发射器。
38.根据权利要求35所述的方法，还包括响应于环境光水平产生内部光线。
39.根据权利要求35所述的方法，其中，所述第一偏压和所述第二偏压基本上彼此相对。
40.根据权利要求35所述的方法，还包括图像控制***，所述图像控制***被配置成(a)逐个像素地分析由所述显示器产生的图像以确保所述显示器同时实现最高效且最佳的图像；(b)识别每个子像素的所需图像特征；(c)向每个子像素的所述发光分量控制和所述反射分量控制两者施加所述校正控制信号，以在所述整个图像中实现所需的精度和色彩饱和度。
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