CN113168005A - 用于反射显示器的照明*** - Google Patents

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Abstract

一种显示装置(30)包括：反射显示器(38)，其被设置为提供通过观察表面可见的第一图像；以及投影装置(31‑37)，其被设置为提供在观察表面上的反射中可见的第二图像；反射显示器(38)和投影装置(31‑37)安装在共同的框架上。

Description

用于反射显示器的照明***
相关申请的引用
本申请要求于2012年4月20日提交的临时申请序列No.61/636,070，和于2012年6月1日提交的临时申请序列No.61/654,405以及于2013年4月22日提交的共同未决非临时申请序列No.13/867,633的权益。但是，申请人在此声明，根据37CFR 1.78(a)(6)，本申请还包含有效提交日期为2013年3月16日或之后的要求保护的发明的权利。
前述共同未决申请，以及下文提到的所有专利、共同未决申请和公开申请的全部内容均通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及用于反射显示器的照明***。更具体地，本发明涉及用于将图案化的光投影到显示器的至少一部分上的显示器和装置。本发明还涉及一种用于将空间和光谱调制的照明引导到反射显示器上以改善在环境照明条件下的对比度和视彩度(colorfulness)的方法。本发明的某些实施例涉及一种显示器，该显示器主要供户外使用，但其也可以有一些室内应用(就建筑物、帐篷和其他类似结构内的使用而言)；本发明的显示器的这些实施例利用反射双稳态电光显示器与被设置为照明反射电光显示器的光源相结合。
背景技术
作为应用于材料或者显示器的术语“电光”，其在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是具有第一和第二显示状态的材料，该第一和第二显示状态的至少一个光学性质不同，通过向所述材料施加电场使该材料从其第一显示状态改变到第二显示状态。尽管光学性质通常是人眼可感知的颜色，但它可以是另一种光学性质，例如光透射、反射、发光，或者在用于机器阅读的显示器的情况下，在可见光范围之外的电磁波长的反射率的改变意义上的伪色。
术语“灰色状态”在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白转变。例如，下文中所涉及的伊英克公司的几个专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，其中，该极端状态为白色和深蓝色，使得中间的“灰色状态”实际上为淡蓝色。实际上，如已经提到的，光学状态的改变可以根本不是颜色改变。下文可使用术语“黑色”和“白色”来指代显示器的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括并非严格的黑色和白色的极端光学状态，例如上面提到的白色和深蓝色状态。下文可使用术语“单色”来表示仅将像素驱动至其两个极端光学状态，而没有中间灰色状态的驱动方案。
术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态的至少一个光学性质不同，从而在利用有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续的时间是用于改变该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少几倍(例如至少4倍)。在美国专利No.7,170,670中示出，支持灰度的一些基于粒子的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰色状态，以及一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，在此可使用术语“双稳态的”以同时涵盖双稳态的和多稳态的显示器。
已知几种类型的电光显示器。一种类型的电光显示器是旋转双色构件类型，如在例如美国专利No.5,808,783、5,777,782、5,760,761、6,054,071、6,055,091、6,097,531、6,128,124、6,137,467以及6,147,791中所述(尽管这种类型的显示器通常被称为“旋转双色球”显示器，但术语“旋转双色构件”优选为更精确，因为在以上提到的一些专利中，旋转构件不是球形的)。这种显示器使用许多小的主体(通常球形或圆柱形的)和内部偶极子，所述主体包括具有不同光学特性的两个或更多个部分。这些主体悬浮在基质内的填充有液体的液泡内，液泡填充有液体以使得主体自由旋转。显示器的外观通过以下而改变：将电场施加至显示器，由此将主体旋转至各个位置并改变通过观察表面看到的主体的部分。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
另一类型的电光显示器使用电致变色介质，例如以纳米致变色(nanochromic)膜形式的电致变色介质，该膜包括至少部分由半导体金属氧化物形成的电极和附着到电极的能够可逆颜色改变的多个染料分子；参见例如O'Regan,B.等,Nature 1991,353,737；以及Wood,D.,Information Display,18(3),24(2002年3月)。还参见Bach,U.等,Adv.Mater.,2002,14(11),845。这种类型的纳米致变色膜例如在美国专利No.6,301,038；6,870,657；和6,950,220中也有描述。这种类型的介质也通常是双稳态的。
另一类型的电光显示器是由飞利浦开发的电润湿显示器，其在Hayes,R.A.等，“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”,Nature,425,383-385(2003)中描述。在美国专利No.7,420,549中示出这样的电润湿显示器可被制造成双稳态的。
多年来一直是密集研究和开发的主题的一种类型的电光显示器是基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动通过流体。与液晶显示器相比，电泳显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗的属性。然而，这些显示器的长期图像质量的问题已经阻碍了它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子易于沉降，从而导致这些显示器的使用寿命不足。
如上所述，电泳介质需要流体的存在。在大多数现有技术的电泳介质中，该流体是液体，但是电泳介质可以使用气态流体来产生；参见例如Kitamura，T.等,“Electronictoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS 1-1，和Yamaguchi，Y.等,“Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically”,IDW Japan,2001,Paper AMD4-4)。也参见美国专利No.7,321,459和7,236,291。当这种基于气体的电泳介质在允许粒子沉降的方向上使用时，例如用在介质在垂直平面内布置的指示牌中时，由于与基于液体的电泳介质相同的粒子沉降，这种基于气体的电泳介质容易遭受相同类型的问题。实际上，在基于气体的电泳介质中的粒子沉降问题比基于液体的电泳介质更严重，因为与液体相比，气态悬浮流体的较低的粘度允许电泳粒子更快的沉降。
被转让给麻省理工学院(MIT)和伊英克公司或以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装的电泳以及其他电光介质的各种技术。这种封装的介质包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内相以及包围内相的囊壁，其中所述内相含有在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，囊体本身保持在聚合物粘结剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。在这些专利和申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利No.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘结剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6,922,276和7,411,719；
(c)包含电光材料的膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；
(d)用于显示器中的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.D485,294；6,124,851；6,130,773；6,177,921；6,232,950；6,252,564；6,312,304；6,312,971；6,376,828；6,392,786；6,413,790；6,422,687；6,445,374；6,480,182；6,498,114；6,506,438；6,518,949；6,521,489；6,535,197；6,545,291；6,639,578；6,657,772；6,664,944；6,680,725；6,683,333；6,724,519；6,750,473；6,816,147；6,819,471；6,825,068；6,831,769；6,842,167；6,842,279；6,842,657；6,865,010；6,967,640；6,980,196；7,012,735；7,030,412；7,075,703；7,106,296；7,110,163；7,116,318；7,148,128；7,167,155；7,173,752；7,176,880；7,190,008；7,206,119；7,223,672；7,230,751；7,256,766；7,259,744；7,280,094；7,327,511；7,349,148；7,352,353；7,365,394；7,365,733；7,382,363；7,388,572；7,442,587；7,492,497；7,535,624；7,551,346；7,554,712；7,583,427；7,598,173；7,605,799；7,636,191；7,649,674；7,667,886；7,672,040；7,688,497；7,733,335；7,785,988；7,843,626；7,859,637；7,893,435；7,898,717；7,957,053；7,986,450；8,009,344；8,027,081；8,049,947；8,077,141；8,089,453；8,208,193和8,373,211；以及美国专利申请公开No.2002/0060321；2004/0105036；2005/0122306；2005/0122563；2007/0052757；2007/0097489；2007/0109219；2007/0211002；2009/0122389；2009/0315044；2010/0265239；2011/0026101；2011/0140744；2011/0187683；2011/0187689；2011/0286082；2011/0286086；2011/0292319；2011/0292493；2011/0292494；2011/0297309；2011/0310459；和2012/0182599；以及国际申请公开No.WO 00/38000；欧洲专利No.1,099,207B1和1,145,072B1；
(e)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.6,017,584；6,664,944；6,864,875；7,075,502；7,167,155；7,667,684；7,791,789；7,956,841；8,040,594；8,054,526；8,098,418；8,213,076和8,363,299；以及美国专利申请公开No.2004/0263947；2007/0109219；2007/0223079；2008/0023332；2008/0043318；2008/0048970；2009/0004442；2009/0225398；2010/0103502；2010/0156780；2011/0164307；2011/0195629；2011/0310461；2012/0008188；2012/0019898；2012/0075687；2012/0081779；2012/0134009；2012/0182597；2012/0212462；2012/0157269和2012/0326957；
(f)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利号No.7,012,600和7,453,445；
(g)显示器的应用；参见例如美国专利No.6,118,426；6,473,072；6,704,133；6,710,540；6,738,050；6,825,829；7,030,854；7,119,759；7,312,784；和8,009,348；7,705,824；和8,064,962；以及美国专利申请公开No.2002/0090980；2004/0119681；2007/0285385和2010/0201651；以及国际申请公开No.WO 00/36560；以及
(h)非电泳显示器，如在美国专利No.6,241,921；6,950,220；7,420,549和8,319,759；以及美国专利申请公开No.2012/0293858中所述。
许多前述专利和申请认识到在封装的电泳介质中围绕离散的微囊体的壁可以由连续相替代，由此产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的液滴和聚合物材料的连续相，并且在这种聚合物分散型的电泳显示器内的离散的电泳流体的液滴可以被认为是囊体或微囊体，即使没有离散的囊体薄膜与每个单独的液滴相关联；参见例如前述的美国专利No.6,866,760。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型的电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
一种相关类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不被封装在微囊体内，而是保持在载体介质(通常是聚合物膜)内形成的多个空腔中。参见例如美国专利No.6,672,921和6,788,449，两者均被转让给SipixImaging公司。
虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下工作，但许多电泳显示器可以制成在所谓的“快门模式(shutter mode)”下工作，在该模式下，一种显示状态是基本上不透明的，而一种显示状态是透光的。参见例如美国专利No.5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971和6,184,856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以在类似的模式下工作；参见美国专利No.4,418,346。其他类型的电光显示器也能够在快门模式下工作。在快门模式下工作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在该结构中，邻近显示器的观察表面的至少一层在快门模式下工作，以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
封装的电泳显示器通常不受传统电泳装置的聚集和沉降故障模式的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基板上印刷或涂布显示器的能力。(词语“印刷”的使用旨在包括印刷和涂布的所有形式，包括但不限于：诸如修补模具涂布、狭缝或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布；诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布；凹面涂布；浸渍涂布；喷涂；弯月面涂布；旋转涂布；刷涂；气刀涂布；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见美国专利No.7,339,715)；以及其他类似的技术。)因此，所产生的显示器可以是柔性的。另外，因为显示介质可以(使用多种方法)被印刷，所以显示器本身可以被便宜地制造。
其他类型的电光介质也可以用于本发明的显示器中。
不管用于在其上显示数据的确切技术是什么，电光显示器都可以在功能上分为两大类，即光从有源层发射或透射通过有源层的发射显示器以及光从有源层反射的反射显示器。发射显示器通过其亮度的改变来传达信息，并且可以在没有环境光的情况下观看，而反射显示器则通过其反射率的改变来传达信息，并且不能在没有环境光的情况下观看。发射显示器可以包含本质上是电致发光的材料(例如，有机发光二极管，OLED)，或者可以通过将透射或反射光调制器与光源组合来构造；例如，液晶显示器(LCD)通常将非发射光阀层与背光源组合。数字投影仪可以被认为是包括高强度光源和光调制器以及适当的透镜以将图像传递到远距离的反射表面的发射显示器。所有发射显示器的缺点在于它们的对比度和视彩度都取决于环境光的强度。在诸如日光的非常亮的环境中，所发出的光可能被淹没，并且所显示的信息难以看清。反射显示器的优点是其对比度和视彩度不会受到环境光水平的影响，实际上，在非常亮的光线下，反射显示器的对比度和视彩度甚至会改善。但是，反射显示器显然很难在昏暗的光线下看清。
旨在提供彩色图像的反射显示器出现了其他困难。例如，如在美国专利No.8,054,526中所述，可以放置滤色器阵列，使得通过滤色器阵列观察适当的黑白图像。尽管因此向观察者提供了彩色图像，但是滤色器必然地减少在白色状态下从显示器反射的光量，并且不同彩色原色之间的可用显示表面积必需共享限制了视彩度和色域。
已经进行了许多尝试来构造在任何环境光下可见的混合发射/反射显示器。例如，美国专利No.7,170,506描述了一种混合发射/反射显示器，其中发射光的强度是可调节的。如前所述，在非常亮的环境光下，发射显示器上信息的易读性受到损害，因此必须增加显示器的内部亮度，以抵消由此造成的对比度和视彩度的损失。相反，在非常低的照明条件下，反射显示器上的信息的易读性受到损害，因此必须相应地增加显示器的照度，以抵消对比度和视彩度的损失。
已经开发出技术解决方案以增加发射显示器的对比度，因此这种显示器可以显示高动态范围(HDR)静止图像和移动图像。这些所谓的HDR显示器中的一些将LCD彩色面板与亮的背光源组合在一起，并用图像信息通常以低通滤波亮度通道的形式对背光源进行调制(这种方法有时称为“局部调光”)。更一般而言，可以通过组合两个低动态范围(或低对比度)装置，并且针对每个显示装置从HDR图像生成两个低动态范围图像来实现HDR显示。调制的背光源的示例包括美国专利申请公开No.2008/0137990和2008/0137976中描述的数字投影仪或LED阵列。然而，目前尚不存在等效的解决方案来增加反射显示器的对比度和视彩度。
众所周知，投影图像和反射图像的空间上一致的组合的对比度可以超过任一单独的投影图像和反射图像的对比度。在美国专利No.6,853,486(‘486专利)中描述了一种旨在增加投影图像的对比度的解决方案。该专利描述了一种主动投影屏幕，该主动投影屏幕与投影图像配准，并用于增加在明亮的环境光(其会降低投影到均匀反射屏幕上的同一图像的对比度)下投影图像的对比度。该***的主要缺点是需要在主动投影屏幕和投影仪之间维持精确的配准。在投影仪和屏幕没有刚性机械耦合的情况下，很难实现和维持所需的精确对准和配准，以及在‘486专利中描述的解决方案，即通过“反射处理器”和“显示控制器”在投影仪和屏幕之间进行电子耦合，价格昂贵。
在‘486专利中描述的***是大型发射(投影)显示器，并且该专利未公开将彩色投影装置图像和用于提供反射图像的装置结合到同一装置中以使得可以彼此配准地提供两个图像的任何装置。一方面，本发明试图通过组合投影图像和反射图像来在宽范围的环境照明条件下提高反射显示器，特别是手持式装置的对比度和视彩度。
双稳态电光显示器可能有用的一种特定应用是室外标牌，尤其是交通控制装置。在过去，交通信号灯和其他交通控制信号一直依靠白炽灯泡来生成光；最近，发光二极管(LED)已开始用于此目的。白炽灯泡和LED(以及实际上所有其他发射光源)都需要连续的电源，通常是市电交流电源，因此由于设备故障、天气条件或交通事故的任何电源中断都将导致交通信号灯故障、交通事故以及交通流的较大中断。常规的交通信号还有其他缺点，包括：
(a)由于日光和太阳眩光而可能产生虚假信号；常规交通信号灯必须克服环境光条件，包括来自标牌各个表面的镜面反射，这可能使得难以明显和有效地辨别特定标志的打开和关闭状态；即使通常使用挡光片和25-100W范围内的大功率LED或者白炽灯也无法完全克服这些问题；
(b)交通信号灯位于室外，因此要经受恶劣的机械和环境条件；它们必须承受机械损坏，并且即使遭受故意破坏、机械冲击和撞击、极端温度以及暴露于紫外线辐射也能保持可操作性；
(c)总拥有成本，特别是运营成本，是交通信号灯使用中非常重要的因素；仅在纽约市，就有11,871个交通信号灯，并且做出了巨大的努力来减少功耗，包括将白炽灯信号转换为LED；
(d)对路灯有严格的重量限制，以防止标牌支撑结构超载，因此，必须仔细管理标牌的工业设计和重量分配；以及
(e)(在某些情况下)需要增加交通信号尺寸，可能会在功耗、重量和成本方面牺牲性能。
因此，本发明寻求提供一种信息显示器形式(其可以具有交通信号灯或其他交通控制装置的形式)，其克服了现有技术装置的上述问题。
当“交通控制装置”是汽车或其他车辆上的指示器时，遇到类似的问题。即使是相对较高功率的灯泡也不能保证足够的可见性。例如，在高速行驶时，如果要避免碰撞，一辆汽车的驾驶员可能不得不在几分之一秒内对前车刹车灯的亮度变化做出反应。大多数汽车上的刹车灯都具有抛物面反射罩，以聚集来自灯泡的光。尽管这种抛物面反射器确实有助于将来自刹车灯的光聚集到窄光束中，但它也会将入射到反射罩上的所有光(例如，来自太阳光或来自后续车辆前照灯的光)聚集通过彩色塑料盖，因此会产生背景反射，从而易于模糊刹车灯的状态。在最坏的情况下，当太阳面对汽车的后面时，抛物面反射罩的镜面反射、汽车上的光泽涂料的反射以及来自后挡风玻璃的反射的组合显著降低刹车灯的可见性。
在另一方面，本发明提供了一种混合发射-反射显示器，其可以改善在高环境光条件下车载标志的可见性，从而提供了额外的安全余量，并提供了降低功耗的可能性。
发明内容
因此，在一方面，本发明提供一种显示装置，包括：反射显示器，其被设置为提供通过观察表面可见的第一图像；以及投影装置，其被设置为提供在观察表面上的反射中可见的第二图像；反射显示器和投影装置安装在共同的框架上。以下将该显示装置称为本发明的“投影显示器”。
本发明还提供一种显示装置，其包括安装在共同的框架上的数字投影仪和反射表面，该数字投影仪包括光源、投影透镜和适于使投影图像形成在反射表面上的至少一个附加光学元件，其中从光源穿过投影透镜的光在从反射表面反射之前，在包含投影透镜的主轴和所述至少一个附加光学元件的对称面的平面中被折叠超过180度。
本发明还提供一种反射显示器，其被设置为提供通过观察表面可见的第一图像；以及包括光调制器的投影装置，其被设置为提供在观察表面上的反射中可见的第二图像；该第一图像和第二图像是重叠的并具有大致相同的宽度和高度，第一图像在宽度尺寸上具有w1个像素，以及在高度尺寸上具有h1个像素，其中
h1>w1
第二图像在宽度尺寸上具有w2个像素，以及在高度尺寸上具有h2个像素，其中
h2<w2
本发明还提供一种显示装置，包括：反射显示器，其被设置为提供通过观察表面可见的第一图像；以及投影装置，其被设置为提供在观察表面上的反射中可见的第二图像；其中，反射显示器的帧速率与投影装置的帧速率相差至少10％。
前述显示装置在下文中可以被统称为本发明的“投影显示器”。
本发明还提供一种用于提供图像的方法，该方法使用反射显示器，其被设置为提供通过观察表面可见的第一图像；以及投影装置，其被设置为提供在观察表面上的反射中可见的第二图像；该方法包括：
(a)将图像信息分成至少两个分量，第一分量包括至少亮度信息，以及第二分量包括色度信息；以及
(b)使用第一分量来引导第一图像并且使用第二分量来引导第二图像。
在另一方面，本发明提供一种信息显示器，其包括具有显示表面的双稳态反射显示器和被设置为将光引导到反射显示器的显示表面上的至少一个光发射器。在本发明的一个形式中，存在至少两个单独的反射显示器，该反射显示器具有被设置为显示不同颜色的显示表面，以及被设置为将光引导到两个显示表面上的独立可控的光发射器。本发明的这种形式可以具有交通信号灯的形式，该交通信号灯具有三个单独的反射显示器，该三个单独的反射显示器具有被设置为分别显示红色、琥珀色和绿色的显示表面，以及被设置为将光引导到这三个显示表面上的三个光发射器。可替代地，本发明的这种形式可以例如具有带有两个单独的显示表面的人行横道标志的形式，一个形成红色的“DON’T WALK”标志，而另一个形成白色的“WALK”标志，以及被设置为将光引导到这两个显示表面上的两个光发射器。
应当理解，在本发明的任何显示表面要显示彩色而不是简单地显示黑色或白色的信息显示器中，必要的色度可以由表面本身或由光发射器提供。因此，在设计为模拟常规交通信号灯的显示器中，可以使用必要时由白色光发射器照亮的三个不同颜色的电光显示区域(使用固有的彩色介质或在滤色器后面的单色介质)，或者由三个不同颜色的光发射器照亮的三个单色电光介质区域。但是，一般而言，后者是优选的，因为其提供了更高的对比度。这种单色电光介质/彩色光发射器显示器的“点亮”或彩色状态要求将电光介质设置为其反射(白色)状态，并打开光发射器，以使得来自发射器的彩色光从电光介质反射。在这种显示器的“未点亮”或暗状态下，电光介质被设置为其暗色、非反射状态，并且光发射器被关闭，因此产生非常暗的显示表面和显示器的两种状态之间的高对比度。尽管这种类型的显示器确实需要不断使用光发射器，但是其功率需求可被制成相对适中；例如，与常规LED交通信号灯相比，可以减少作为光发射器所需的LED的数量，因为每个LED都可以照亮显示表面的主要区域，相比之下，常规LED交通信号灯的整个显示表面都必须覆盖LED。本发明的这种显示器中的LED通常将被设置在围绕圆形显示表面的***的“光环”中，并且在这种光环中提供LED可能比在常规LED交通信号灯的显示表面上提供紧凑阵列的更多数量的LED在技术上更简单。此外，由于来自LED的光在反射显示表面上相对均匀地散布，因此交通信号灯的外观趋向于比常规LED交通信号灯的外观更具吸引力，常规LED交通信号灯由于其显示表面上明显分离的LED而遭受像素化的困扰。
在另一方面，本发明提供一种电泳显示器，其包括：
至少一个前电极，观察者可以通过该前电极观看显示器；
电泳介质层，该电泳介质包括流体和布置在流体中并且在向该流体施加电场时能够移动通过流体的两种类型的带电粒子，两种类型的粒子中的一种是暗色的，而另一种是反射性的并且其颜色与暗色粒子的颜色不同；
至少一个后电极，其布置在电泳介质层的与前电极相对的一侧上，该后电极具有延伸穿过其中的多个孔；以及
光源，其布置在后电极的与电泳介质层相对的一侧上，并被设置为引导光穿过电泳介质层，
该显示器具有第一光学状态，其中暗色粒子邻近前电极，使得观察者看到暗色；第二光学状态，其中反射粒子邻近前电极，使得观察者看到反射粒子的颜色；以及第三光学状态，其中暗色粒子邻近后电极，反射粒子光源生成光，并且观察者可以看到反射粒子的颜色。
本发明扩展到载有本发明的电泳显示器的车辆。
在另一方面，本发明提供一种利用栅格电极的电泳显示器。栅格电极可以用作电泳显示器的后电极。栅格电极可用于将黑色颜料聚集到与栅格电极的栅格线相对应的相对较小的区域中。另外，可以将反射性背衬与栅格电极结合使用。因此，背衬可反射相对较高程度的光，从而提供电泳显示器的增强的白色状态。可以通过简单地修改电泳显示器的前平面层压板结构来获得增强的亮度，其可以被实施到具有薄膜晶体管(TFT)技术的电泳显示器以及分段电泳显示器中。
应当理解，在本发明的电泳显示器中，所谓的“反射粒子”不应该是完全反射的，因为在第三光学状态下，完全反射的粒子将不允许任何光穿过电泳介质。反射粒子必须具有足够的反射性，以在显示器处于其第二光学状态时反射大部分入射在前电极上的光，但仍具有足够的透射率，以在显示器处于其第三光学状态时允许光穿过反射粒子。从下面的详细示例可以看出，找到满足这些要求的商业颜料没有困难。
本发明的显示器可以利用先前描述的任何类型的双稳态电光介质。因此，电光介质可以包括旋转双色构件、电致变色或电润湿材料。可替代地，电光介质可以包括电泳材料，该电泳材料包括布置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。带电粒子和流体可以被限制在多个囊体或微单元内。可替代地，带电粒子和流体可以以多个离散液滴存在，该离散液滴被包含聚合物材料的连续相包围。流体可以是液体或气体。
附图说明
附图的图1A-1C是示出与本发明的投影显示器中的掠射角投影相关联的伪影的示意图。
图2A-2C是示出本发明的投影显示器中的投影图像和反射图像的设置的示意图。
图3是用于本发明的投影显示器中的投影引擎的侧视图。
图4是示出控制本发明的投影显示器的方法的方块图。
图5是交通信号灯形式的本发明的信息显示器的一部分的侧视图，其外壳的一部分被破坏以示出光源。
图6是如图5所示的信息显示器的同一部分的正视图。
图7是图5和6所示的信息显示器的视线源组件从正面和到一侧的四分之三侧视图。
图8是通过具有用于汽车的刹车灯形式的本发明的电泳显示器的示意性截面图。
图9是图8所示的电泳显示器的后电极的正视图。
图10是在下面描述的某些实验中通过图8和图9所示的电泳显示器获得的L*a*b*值相对于时间的曲线图。
图11示出了根据本申请的非限制性实施例的具有后栅格电极的电泳显示器的分解视图。
图12A和图12B是示出根据本申请的非限制性实施例的黑色颜料在栅格电极的格栅线附近聚集的显微照片。
具体实施方式
如上所述，一方面，本发明提供了一种投影显示器，其中用于投影彩色图像的装置和用于提供反射图像的装置被合并到单个单元中，使得两个图像可以彼此配准地叠加，与单独使用反射显示器或投影仪可以提供的图像相比，可以获得在更宽范围的环境照明条件下可见的色彩品质改善的合成图像。在弱光下，投影图像很容易看到，其对比度通过叠加在其上的反射图像得到增强。在强光下，投影图像会逐渐消失，但反射图像将被很好地点亮并具有良好的优势。为了节省功率，期望根据环境照明来调节投影图像的强度(其强度可以通过本领域公知的装置来测量，例如光电二极管等)。在非常亮的光下，投影仪可以完全关闭。
在本发明的投影显示器中使用的反射显示器可以是先前描述的任何类型，包括但不限于电泳、电润湿、电致变色、旋转双色和反射液晶；电泳显示器可以例如是磁泳和/或受抑全内反射子类型。也可以采用本领域已知的其他类型的反射显示器，例如电子液态粉末、微机械(干涉测量)、光子晶体(结构色)、电流体和光阀/反射器。
在本发明的一个优选形式中，反射显示器包括电泳材料，该电泳材料包括布置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。带电粒子和流体可以被限制在多个囊体或微单元内。可替代地，带电粒子和流体可以以多个离散液滴的形式存在，所述离散液滴被包含聚合物材料的连续相包围。流体可以是液体或气体。
用于本发明的投影显示器中的投影装置(“引擎(engine)”)可以使用各种包括光源并结合光调制器的技术，所述光源诸如彩色发光二极管(LED)和固态彩色激光源，所述光调制器例如为使用包括硅基液晶(LCoS)、可变形镜显示器(DMD)或扫描镜(一种微机电***，MEMS)的技术制成的微型显示器。光源、光调制器和相关联的光学元件(例如分束器和投影透镜)的组合在本领域中是公知的，并且可以封装成非常小的尺寸，以使得它们目前被称为微型投影仪。在本发明的优选形式中，将微型投影仪嵌入到诸如电子文档阅读器(Ereader)或电子书(E-book)之类的移动反射显示器装置中以形成混合显示器。
将微型投影仪与移动反射显示器相结合的技术挑战是非常困难的。作为移动装置，混合显示器必须紧凑。嵌入式微型投影***不能大幅增加电子文档阅读器的尺寸和重量。投影仪不得遮挡屏幕的视图和用户阅读显示器的视角范围。为了提供紧凑性和无遮挡的观察，需要成角度的投影。这种投影用于“短程”和“超短程”投影仪中，并且其在本领域中是众所周知的；参见例如美国专利No.7,239,360。与短程投影相关联的一些伪影将在下面更详细地描述。
图1A示出了被设置为使用成角度的投影将图像提供到反射屏幕12上的投影仪10，术语成角度的投影用于表示中央主光线相对于显示表面法线的入射角大于零(并且优选地，在本发明中至少约60°左右)。期望大的投影角，因为它允许更紧凑的封装，并且增加了投影仪组件不会遮挡视野的可观察显示器的角度范围。如下面更详细描述的，可以使用折叠光学元件，使得投影仪可以位于反射屏幕的平面下方，从而得到最大的紧凑性。为了清楚起见，从图1A中省略了这些折叠光学元件。
如图1B和1C所示，成角度的投影会引入图像缺陷，该缺陷随着投影角度而急剧增加：这种缺陷包括梯形失真(参见图1B)和变形失真(参见图1C)。在图1A-1C中未示出，但仍然很明显的是可见的模糊(当成角度的屏幕的尺寸超过投影仪的聚焦深度时)、光强度随投影距离的下降(因此投影图像的亮度是非均匀的)、以及其他众所周知的光学像差，例如色差和像散。
在本发明的投影显示器中，这些伪影中的一些可以被数字地校正。例如，如本领域所公知的，可以通过投影已经在空间和/或亮度上预失真的图像来校正梯形失真和变形失真以及光强度的下降。这种数字校正以投影图像的一些其他属性为代价。例如，对梯形失真和/或变形失真的空间校正将降低投影图像的整体分辨率，而光强度校正将降低图像亮度。如下面更详细地讨论的，一些伪影(例如模糊)不适合数字校正，而必须通过合适的光学元件选择来校正。
大多数反射显示器(例如电子书阅读器(E-reader))的屏幕是矩形的。为了阅读书，屏幕通常以纵向定向(即，较长的尺寸朝向和远离用户定向，而较短的尺寸水平定向)使用。大多数商业上可获得的微型投影引擎也被设计为投影矩形图像。然而，当这样的引擎以一定角度投影时，当投影仪的横向定向投影到反射显示器的纵向定向上时，实现了最紧凑的封装尺寸(即最小的“投射比”，其是投影仪与屏幕之间的距离除以屏幕的对角线尺寸)，如图2A-2C所示。
图2A示出了由光调制器22调制的光源20，以形成投影到屏幕24上的图像。该调制器处于横向定向，但是其图像被投影到纵向定向的屏幕上。
图2B示出了由光调制器22调制的光源20，以形成投影到屏幕28上的图像。调制器和屏幕都处于横向定向。
图2C示出了由光调制器26调制的光源20，以形成投影到屏幕24上的图像。该调制器处于纵向定向，并且其图像被投影到横向定向的屏幕上。
从图2A-2C将清楚地看出，当如图2A所示，调制器的长轴投影到屏幕的短轴上时，投射比最小，并且因此包含屏幕和投影仪的装置的紧凑性最大。因此，在本发明的投影显示器中，优选的是，投影图像和反射图像总体上配准并且具有大致相同的宽度和高度，该反射显示器在宽度尺寸上具有w1个像素，以及在高度尺寸上具有h1个像素，其中
h1>w1
投影仪的光调制器在宽度尺寸上具有w2个像素，以及在高度尺寸上具有h2个像素，其中
h2<w2
图2A的设置的缺点在于，光调制器22中的正方形像素在投影到屏幕24上的图像中变得各向异性，导致投影图像像素的尺寸和反射显示器屏幕24上的(正方形)像素的尺寸之间不匹配。例如，如果反射屏幕为600x 800像素(SVGA)，并且每个像素为宽度约为150μm的正方形，而投影引擎的光调制器为848x 480像素(WVGA)，则投影图像的分辨率不能超过反射显示器上图像的分辨率的大约一半(即，在上述提及的失真校正之后，投影像素的尺寸近似为300μm，并且不是正方形)。
在本发明的投影显示器中，如果组合图像的非彩色(亮度)信息仅由混合显示分量之一(投影图像或反射图像)携带，或者如果非彩色图像分量之一的空间频率内容降低，使得不对准的影响不再可见，则可以放宽将投影图像的像素以1：1映射到反射显示器的像素上的要求。人类视觉***对非彩色(亮度)和彩色图像分量对位置和运动的不同敏感性，使得分辨率中不匹配的可见性降低成为可能。人类视觉***的彩色敏锐度显著低于其亮度敏锐度，使得对所显示图像中文本的清晰度、精细度和可读性的感知由非彩色图像分量主导。
在本发明的投影显示器的优选实施例中，非彩色图像分量被显示在反射显示器上，因为该显示器在宽范围的环境光水平下维持其对比度，并且在非常高的环境光水平(例如阳光)下，所感知的对比度甚至得到改善。为了使用投影显示器正确提供亮度和色度(chrominance)信息，将输入图像分为非彩色(黑和白)和彩色(仅彩色)分量。执行这种分离为一个亮度分量和两个色度分量的彩色图像编码***的示例包括但不限于YCbCr、YIQ、YCC、CIELab和oRGB。使用本发明的投影显示器，可以使用以下方法来显示这些非彩色和彩色分量。
非彩色分量可以显示在反射图像上；彩色投影仪将彩色分量投影到该图像上。观察者的眼睛将显示的非彩色和彩色图像分量重新组合(融合)为全色图像。由于人眼的彩色敏锐度显著低于其非彩色敏锐度，因此对文本的清晰度、精细度和可读性的感知将由非彩色分量主导。如果投影到反射图像上的彩色分量的分辨率比显示的非彩色分量的分辨率更低和/或彩色和非彩色分量没有配准，这将不会干扰对组合图像的清晰度、精细度和可读性的感知。另外，人类视觉敏感性对彩色分量的运动更低，确保了彩色和非彩色图像分量的相对位置随时间的细微变化(例如，如果投影仪到反射图像的对准不是完全刚性的，则由振动所引起的细微变化)，将不会显著干扰组合图像中细节的感知。
除了彩色图像信息之外，可以向投影仪引擎提供已经空间滤波的非彩色(亮度)图像信息，以改善整体图像质量，而不会重新引入配准要求。例如，非彩色(亮度)通道可以被低通滤波(模糊)，以使投影图像和反射图像之间的不对准和运动(振动)的影响保持不可见，但是与仅将彩色分量投影到反射图像上的图像相比，组合图像的对比度增加。
如果反射图像是携带亮度信息和色度信息的彩色图像，而投影图像仅携带色度信息或者携带色度信息和如上所述修改的亮度信息，则可以应用这些方法。
图3示出了用于本发明的投影显示器(总体标记为30)的光学设计。投影显示器30包括投影仪模块31(其本身如上所述包括光源和空间光调制器)，以及产生三基色(红色、绿色和蓝色)的调制图像所需的相关光学元件，例如分束器。使用以下光学元件将该图像投影到反射显示器的观察表面38上：
(a)投影透镜或透镜组合32。投影透镜32的透镜平面与光调制器(在投影仪模块31中)的平面和反射显示器38的平面(通过镜36和37对光路的折叠进行校正)相交于公共线(即，调制器、投影透镜32和反射显示器38被设置为满足向甫鲁条件(Scheimpflugcondition))；
(b)非球面消色差透镜组合33，其设计为提供投影图像的附加聚焦并最小化色差(该组合可以替代地与投影透镜32组合)；
(c)环形透镜34，其最小化由锥镜37所引起的像散(如下所述)。如果镜37具有比简单的圆锥形更复杂的曲率，则可以省去透镜34；
(d)非旋转对称元件34，其随场位置提供可变的聚焦功率；
(e)折叠镜36，其可以是平面镜(优选地)或弯曲的(例如圆锥形)；以及
(f)锥镜37，其将光束转向到显示器观察表面38上的适当位置。
图3中的光学元件所示的位置以将来自投影仪31的图像投影到观察表面38上。当不使用时，它们可以向下折叠以节省空间，或者包括元件31-37的整个组件可以与反射显示器是可拆卸的。可替代地，折叠镜36可以被设置为可从光路移除，或者被另一光学元件代替，使得投影仪31可以将图像投影到远处的表面上而不是投影到观察表面38上。
图3中所示的光学元件可以由衍射或全息元件或者由使用纳米光学相位不连续技术的元件代替。
当读者以纵向模式观看时，投影引擎的位置可以在观察表面38的顶部、底部或侧面。如果投影引擎位于观察表面38的底部，则显示器的其他元件，例如键盘，可以位于镜37上方，使得该镜对于读者而言是不可见的。尽管在图3中观察表面38显示为平面，但这不是必需的，因为柔性反射显示器在本领域中是众所周知的，并且显示器表面的曲率可用于简化或改善上述光学设计。可以结合诸如挡光片的附加元件以减少从显示器的任何表面镜面反射的杂散光。
本发明的投影显示器还可以包括驱动投影仪装置和反射显示器所需的元件。不必总是同时驱动两个显示器。因此，例如，可能期望将反射显示器完全或部分区域切换至其白色状态(或者可能是灰色状态)，并使用嵌入式投影仪将图像投影到该白色区域上。例如，如果要观看视频速率内容，则这是期望的。在目前的技术水平，某些反射显示器技术的切换速率不如投影引擎的切换速率高。
当视频寻址时，反射图像的帧速率和投影图像的帧速率不必匹配。例如，投影引擎可以以60帧/秒运行，但是反射显示器可以以15帧/秒运行，以帧的子集来增强视频的对比度。
图4是本发明的投影显示器的一种可能的控制器架构的方块图。要显示的信息由输入/输出单元4加载到控制器上，并临时存储在存储器44中，该存储器还保存必要的软件和固件。用户界面41允许观看者控制所有必需的功能，例如信息的加载、保存、选择和删除，以及通过查看信息来开始和进行。图像和视频信号处理单元45调节所存储的信息以供显示，并执行图像和视频处理算法，其包括但不限于亮度和颜色校正，分成用于反射和投影显示的分量，向显示器和投影仪提供图像，分辨率，抖动，几何预失真和均匀度校正。然后将处理后的图像信号传输到必要的硬件控制器。电泳显示器控制器48控制反射显示器51的像素；微型显示器控制器47控制投影仪的图像调制器50的像素。光引擎控制器46操作光源49，以使得光源49可以适合于投影的彩色图像或视频以及环境照明水平，并在不需要时关闭从而节省电池42的电力，电池42由电源控制器43提供。
现在将更详细地描述本发明的信息显示器。该显示器可以用作户外信息显示器，其适用于所有照明条件，跨宽的温度范围，可配置为无需市电电源工作。该信息显示器可以包括用于日光条件的电泳显示器，并辅以LED或类似的光发射器以用于弱光或其他条件。还可能需要光发射器来辅助昏暗的日光条件，或者可以一直使用光发射器以提供期望的颜色。可以将光发射器集成到前挡板或前照明腔中，以最好地适合环境。
期望本发明的信息显示器需要非常低的功率来进行工作，并且该显示器可以结合太阳能充电元件以用于自我维持工作而无需外部电源。由于某些类型的电光材料在低温下不能很好地发挥作用，因此可能有必要在显示器的电光部分中加入一层前部的透明材料或后部的保热材料。可替代地，光发射器可能能够生成足够的热量以使电光材料保持在其工作范围内。可以根据需要激活其他形式的电光材料加热，以确保正确切换。
本发明的信息显示器是替换现有的街道标牌(例如交通信号灯和人行横道标志)的理想选择，因为其具有重量更轻、功率更低、在太阳眩光下更可见、更好的防破坏性、能够容易地部署在紧急环境中、与现有技术标牌相似的材料成本清单的优点。
简单的交通信号灯***可以由三个单独的电光分段单元构成，每个分段单元在互补色滤色器的后面。这样的***可以针对每个单元包括多个光发射器，这些光发射器以一定的图案被引导朝向电光显示器，以在弱光条件下使颜色可见性最大化。
除了不是单个的分段电光单元之外，简单的人行横道标志可以具有与交通信号灯相似的设计，分段单元可以包括多分段的图标或信息。
可以使这些信息显示器与处理器和检测***兼容，以使适当的显示信息与情况需要同步。可以提供控制***选项以使用低功率无线管理信息，并且可以包含太阳能充电元件以实现自我维持工作而无需市电供电。
与现有技术的信息显示器相比，本发明的信息显示器提供以下优点：
减轻***重量；
提高用电效率；
改善太阳眩光下的可见性；
增强防破坏性；
在紧急情况中更容易部署；
以具有竞争力的物料成本清单进行多项改进；以及
能够以最小的设计折衷来扩展规模。
附图的图5是交通信号灯形式的本发明的三单元信息显示器的一个单元(总体标记为100)的侧视图；图中的一部分被分解以显示单元的内部细节。该单元包括基本上半圆柱形的遮阳板102(在图6中最佳地示出)以及透镜104，遮阳板102的形式类似于现有技术的交通信号灯中的遮阳板。圆形单色电泳显示器106布置在单元100的后表面处，并且在其每个主表面上均设有单个电极(未示出)以使该显示器能够用作单像素显示器。围绕圈110(其环绕显示器106)的内表面以均匀的间隔布置多个发光二极管(LED)108，使得来自LED 108的光被引导到显示器106的表面上。圈110和LED 108在图7中以较大比例示出。LED 108具有单色，取决于交通信号灯的特定单元，为红色、琥珀色或绿色。
在正常操作中，LED被连续地驱动，并且通过使显示器106在其亮和暗状态之间切换来控制交通信号灯的相位。
现在将更详细地描述本发明的电泳显示器。如已经提到的，本发明的第三方面提供了一种电泳显示器，包括：至少一个前电极，观察者可以通过该前电极观看显示器；电泳介质层，其包括流体和布置在流体中的两种类型的带电粒子，两种类型的粒子中的一种是暗色的，而另一种是反射性的并且其颜色与暗色粒子的颜色不同；至少一个后电极，其布置在电泳介质层的与前电极相对的一侧上，该后电极具有延伸穿过其中的多个孔；以及光源，其布置在后电极的与电泳介质层相对的一侧上，并被设置为引导光穿过电泳介质层。该显示器具有第一光学状态，其中暗色粒子邻近前电极，使得观察者看到暗色；第二光学状态，其中反射粒子邻近前电极，使得观察者看到反射粒子的颜色；以及第三光学状态，其中暗色粒子邻近后电极，反射粒子光源生成光，并且观察者可以看到反射粒子的颜色。
以下将主要以其作为车辆上的刹车灯的应用对本发明的该方面进行描述。然而，本发明的电泳显示器不限于该应用，并且可以用作任何形式的车辆或交通标牌，或用于其他应用中，例如控制面板上的警告灯。基本上，该电泳显示器被设计为具有常规的双粒子电泳显示器的正常暗状态和彩色状态，以及附加的发射状态(在弱光条件下特别有用)，在该状态下，来自光源的光穿过电泳介质并显示彩色粒子的颜色。
在附图的图8和图9中示出了本发明的一种电泳显示器(总体标记为200)。显示器200具有用于车辆的刹车灯的形式，并且包括防潮膜202(其用于保护显示器200的其余部件免受环境湿气(包括当车辆在潮湿条件下行驶时的喷雾)的损害)、基本上透明的前电极204、粘合剂层206和电泳介质层(总体标记为208)。电泳介质层208是包括许多囊体的封装的电泳介质，所述囊体具有包围介电流体212的囊体壁210，在介电流体212中分散有红色粒子214和黑色粒子216，红色和黑色粒子带有相反极性的电荷。在层208的后面(即，如图8所示的左侧)是后栅格电极218；如图9中最佳地示出，该栅格电极218包括以六边形图案布置的导线220，使得六边形孔222占据电极218的大部分区域。最后，在电极218的与介质208相对的一侧上布置光源，该光源是以白炽灯泡224的形式，该白炽灯泡224配备有抛物面反射器226。尽管在图8中未示出，包括部件202-218的电泳显示器可以通过光学透明的粘合剂层固定到反射器226上；灯泡224和反射器226可以形成现有技术的车辆刹车灯的一部分。
显示器200设置有用于在电极204和218之间建立电势差的电压源(未示出)。当不期望显示刹车灯时，电极204和218之间的电势差被设置为吸引黑色粒子216邻近电极204并且吸引红色粒子214邻近电极218，使得显示器呈现第一光学状态，其中刹车灯的表面显示暗色。注意，在该状态中，无论灯泡224是点亮还是不点亮都没有关系，因为没有光从显示器200射出；然而，为了节省功率并增加灯泡寿命，灯泡224通常将被关闭。
当需要打开刹车灯时，电极204和218之间的电势差被反向，使得红色粒子214邻近电极204并且黑色粒子216邻近电极218。因此显示器呈现第二光学状态，其中红色粒子214反射入射在显示器上的光，而刹车灯显示红色和“点亮”。
迄今为止，显示器200的操作的说明已经假设为高的环境照明条件。在弱光条件下，为了打开刹车灯，将电极204和218之间的电势差设置为使得红色粒子214邻近电极204，而黑色粒子216邻近电极218，并且灯泡224点亮，使得显示器呈现第三光学状态，其中来自灯泡224的光由抛物面反射器226形成窄光束，穿过邻近电极204的红色粒子214，从而使红色光从显示器发出，而刹车灯显示点亮。因此，显示器200在弱光和强光条件下均可以获得显著改善的对比度。
可以在显示器200中使用涉及电压或脉冲宽度调制的适当的驱动方案，以产生限定的可见性的状态。这样的驱动方案可以与时钟或光传感器或温度传感器同步，以在一天中的任何时间产生期望的可见性水平。
为了提供本发明的电泳显示器的实验测试，制备了包含Solsperse 17k作为充电剂的红色和黑色颜料分散体。基本上如美国专利No.8,822,782的示例28中所述，用硅烷Z6030处理红色颜料Paliotan Red L 3745，并用聚(甲基丙烯酸月桂酯)涂布。制作包含50重量％的颜料(红色/黑色比为10：1)和25mg/gm在Isopar E中的Solsperse 17k的电泳介质，并在液体测试单元中进行测试。如图10所示，介质获得45a*的红色状态和10L*(0.01％反射率)的暗色状态。
用透明的栅格电极代替测试单元的背板后，观察到黑色颜料响应于施加的电场而关闭快门。在摄像机上获取了通过测试单元传输的影片，并且可以清楚地看到通过装置的可变传输。
当然，本发明的电泳介质不限于使用红色粒子。如果其中一个粒子是高吸收性的，则另一个粒子可以是反射(白色)的、彩色的、向后反射或透明的。流体中还可以包括一种或多种染料，以在显示器中获得期望的颜色状态。
如先前关于图9所提及的，本发明的一些实施例可以包括具有栅格电极的电光显示器。在一个实施例中，电光显示器可以是包括两种或更多种颜料的电泳显示器，例如分别包括电泳粒子的白色颜料和黑色颜料。栅格电极可以被配置为显示器的后电极，并且可以与白色或反射背景结合使用。反射背景的一个示例是镜子。常规地，具有白色和黑色颜料的电泳显示器在白色状态下遭受透射光的损耗，其中黑色颜料位于白色颜料的后面。根据本申请的各方面，可以在电光层(例如，电泳介质)的后面放置高反射表面，并且操作适当配置的电极以将黑色颜料拉成窄线，从而暴露出大部分的反射表面。暴露的反射表面使透射光朝向并通过朗伯白色颜料层返回，从而改善白色状态。在至少一些实施例中，电极被配置为栅格，尽管并非所有实施例都以这种方式限制。
图11示出其中电泳显示器包括后栅格电极的实施例。显示器1000包括前电极1020、后电极1040和背衬层1060。电光层1080布置在前电极和后电极之间。
前电极1020可以是氧化铟锡(ITO)层，并且可选地可以在透明基板上，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的基板(未单独示出)。
电光层1080可以是包括连续(粘结剂)相和不连续相的电泳层。为了便于说明，省略了连续相。不连续相显示为包括多个囊体1100，但是也可以封装在聚合物分散型的液滴或微单元中。囊体或液滴优选地具有约1：3至3：1，更优选地约1：2至2：1的长宽比，即宽高比。一个或多个囊体1100，并且在某些情况下，每个囊体1100可以包括由合适的电泳粒子形成的黑色和白色颜料，该电泳粒子可以由前电极和后电极控制。示出了五个囊体1100，但是可以使用任何合适的数量。
后电极1040可以是如图所示的导线栅格电极，并且可以由任何合适的材料形成，例如，导电材料的电铸网，导电材料例如Al、CrMo、NiB、Ag和CNT等。可以调节栅格的间隔和导线的宽度以最大化开孔面积，同时保持足够的电场均匀性，以实现前表面的平滑外观。在一些实施例中，栅格线的间距选择为大致对应于囊体1100的尺寸。为了确保足够的光通过导线栅格电极传输至反射背衬层，导线栅格电极优选地具有至少85％的光透射率。而且，如果电光层包括封装的介质，则优选地，在形成后电极的多个栅格线之间的每个开口空间的面积(例如，构成图12A和图12B中的栅格的正方形之一的面积)与包含电泳粒子的囊体、微单元或液滴的横截面积大致相同，优选地，栅格线之间的开口空间的面积与囊体、微单元或液滴的横截面积之间的比值约为1：5至5：1，更优选地约为1：4至4：1。
背衬层1060可以是反射性的，例如是镜子，或者可以是白色的层。尽管为了清楚起见将显示器1000示出为“分解的”，但是在实际实践中，镜背板应尽可能靠近后电极1040的后面放置。
当将电光层1080切换为白色状态时，在囊体1100的前表面处将充满均匀的白色颜料层，使电光层显示为平滑的白色。如下面结合图12A和图12B进一步描述的，黑色颜料将聚集在后电极1040的栅格线上，暴露出大部分的背衬层1060。在该状态下透射通过电光层的光将从背衬层1060的暴露部分反射回去，并增加白色状态的亮度。
图12A和图12B表示具有栅格电极的电泳显示器的图像，并且是使用显微镜制成的。成像的显示器仅包含黑色颜料。这些图示出了如何将囊体2020内的黑色颜料2040拉至后栅格电极的栅格线(或导线)2000。因此，这些图表明，带电的黑色电泳粒子聚集在栅格电极的微导线上，而不是均匀地分布在囊体中，从而暴露微导线之间的大部分开口区域。该操作有效地实现了显示器的快门模式操作，而不需要常规的快门模式波形。如本文所述，该行为用于将黑色颜料吸引到囊体的背板表面的一小部分上，从而暴露高反射性的背板表面以重新获得透射光。在另一个实施例中，具有栅格的单一黑色颜料利用白色背衬的存在创建黑白显示。当黑色颜料移动到显示器的前面(即分散)时，显示器处于暗状态。当黑色颜料移到栅格时，显示器处于白色状态。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以在上述本发明的特定实施例中进行许多改变和修改。因此，整个前述描述将以说明性而非限制性的意义来解释。

Claims (14)

1.一种电光显示器，包括：
透光的前电极；
电光层；
后电极；以及
白色或反射性背衬，
其中，所述后电极的形状为具有多条栅格线的栅格，并布置在所述白色或反射性背衬与所述电光层之间，以及
其中所述电光层包括分散体，所述分散体包含在流体中的多个带电粒子，所述带电粒子能够在施加电场时移动通过所述流体。
2.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体被封装在多个囊体内。
3.根据权利要求2所述的电光显示器，其中，所述囊体的长宽比为1：3至3：1。
4.根据权利要求2所述的电光显示器，其中，所述栅格具有多个开口空间，并且所述开口空间的面积与所述囊体的横截面积之间的比值为1：5至5：1。
5.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体被封装在多个微单元内。
6.根据权利要求5所述的电光显示器，其中，所述栅格具有多个开口空间，并且所述开口空间的面积与所述微单元的横截面积之间的比值为1：5至5：1。
7.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述带电粒子和所述流体被封装在多个离散液滴内，所述离散液滴被包含聚合物材料的连续相包围。
8.根据权利要求7所述的电光显示器，其中，多个液滴的长宽比为1：3至3：1。
9.根据权利要求7所述的电光显示器，其中，所述栅格具有多个开口空间，并且所述开口空间的面积与所述液滴的横截面积之间的比值为1：5至5：1。
10.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述后电极具有至少85％的光透射率。
11.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述后电极被布置为邻近所述白色或反射性背衬。
12.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述多个带电粒子包括黑色粒子。
13.根据权利要求12所述的电光显示器，其中，所述多个带电粒子还包括白色粒子。
14.根据权利要求1所述的电光显示器，其中，所述栅格线包括微导线。
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