用于抑制tir的移位多孔電極的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請
[0002] 本申請要求2013年3月26日提交的美國臨時申請61/805, 391的權益。
技術領域
[0003]本披露與在美國專利 5, 999, 307、6, 064, 784、6, 215, 920、6, 865, 011、6, 885, 496、 6, 891，658、7, 164, 536、7, 286, 280和8, 040, 591中所描述類型的寬視角反射式圖像顯示器 中的高亮度的實現相關，所有這些專利通過引用結合在此。
【背景技術】
[0004]圖 1A描繪了在美國專利號 6, 885, 496、6, 891，658、7, 164, 536 和 8, 040, 591 中所 描述類型的現有技術反射式（即前光）電泳受抑全內反射（TIR)調制顯示器10。顯示器 10包括透明向外薄片12,該透明向外薄片是通過將大量高折射率（例如，η，~1. 90)的 透明球形或近似球形的焊珠14部分地埋入高折射率（例如，η，~1. 75)的聚合物材料 16的向內表面中而形成的，該聚合物材料具有平坦的向外觀看表面17,該向外觀看表面被 觀看者V通過觀看方向Υ的角度范圍觀察。"向內"和"向外"的方向由雙頭箭頭Ζ指示。 焊珠14被緊密地堆積在一起以形成向內突出的單層18,該向內突出的單層具有約等于一 個焊珠14的直徑的厚度。理想地，每一個焊珠14接觸所有直接與那一個焊珠相鄰的焊珠。 最小的間質間隙（理想地，無間隙）保持在相鄰焊珠之間。
[0005] 通過將介質20包含在由下部薄片24限定的容器22之中而使電泳介質20保持與 焊珠14從材料16向內突起的這些部分相鄰。可從3Μ公司、St.Paul公司、麗公司獲得的惰 性的、低折射率（即，小于約1. 35)的、低粘度的、電絕緣的液體（如Fluorinert?全氟化的 碳氫化合物液體（n 1.27))是一種合適的電泳介質。其他液體或水也可以用作電泳介 質20。因此形成焊珠：液體的TIR界面。介質20包含光散射和/或吸收性的粒子26 (如， 顏料、染色的或以其他方式散射的/吸收性的二氧化硅或乳膠粒子等）的細微分散懸浮。薄 片24的光學特性相對地不重要：薄片24僅需形成用于容納電泳介質20和粒子26的容器， 并且充當背板電極48的支撐物。
[0006] 如眾所周知的，兩種介質之間的TIR界面具有由臨界角Θ。表征的不同折射率。以 小于Θ。的角度入射到該界面上的光線透射通過該界面。以大于Θ。的角度入射到該界面 上的光線在該界面處經歷TIR。在TIR界面處優先選取較小的臨界角，因為這提供了可以發 生TIR的較大角度范圍。
[0007] 如圖1A中虛線28的右側所展示的，在缺乏電泳活動的情況中，穿過薄片12和焊 珠14的大部分光線在焊珠14的向內側處經歷TIR。例如，入射光線30、32折射通過材料 16和焊珠14。如在光線30的情況中在點34、36處所指示的以及在光線32的情況中在點 38、40處所指示的，這些光線在焊珠：液體TIR界面處經歷兩次或更多次TIR。全內反射的 光線然后折射返回通過焊珠14和材料16并且分別出射為光線42、44,在每個反射區域或像 素中實現"白色"外觀。
[0008] 可以經由電極46和48將電壓施加于介質20兩端，例如，通過對焊珠14向內突出 的表面部分以及對薄片24的向外表面的氣相沉積來施加電壓。電極46是透明且基本上較 薄的以使其在焊珠：液體TIR界面處對光線的干擾最小。背板電極48不需要是透明的。如 虛線28左側所展示的，如果通過啟動電壓源50而激活電泳介質20以在電極46與48之間 施加電壓，那么鄰近焊珠單層18的表面的懸浮粒子26被電泳地移動到隱失波相對密集的 區域中（即，在向內突出的焊珠14的這些向內表面的0.25微米之內，或者更近）。當如上 所述被電泳地移動時，粒子26通過修改焊珠：液體TIR界面處的有效折射率的虛數成分以 及可能實數成分而散射或者吸收光，因此抑制或調制TIR。這由光線52和54所展示，當其 撞擊焊珠：液體TIR界面處的較薄（~0. 5μm)隱失波區域（如分別在56和58處所指示 的）中的粒子26時，光線52和54被散射和/或被吸收，因此在每個TIR受抑非反射吸收 區域或像素中實現"黑色"外觀。僅需通過適當地啟動電壓源50在較薄隱失波區域外側移 動粒子26,以便恢復焊珠：液體TIR界面的TIR性能并且將每個"黑色"非反射吸收區域或 像素轉換成"白色"反射區域或像素。
[0009] 如以上所描述的，可以通過經由電極46和48控制施加于介質20兩端的電壓來控 制向外薄片12的純光學特性。這些電極可以被分段以跨薄片12的多個分開的區域或像素 控制介質20的電泳激活，因此形成圖像。
[0010] 圖2在放大的橫截面中描繪了一個球形焊珠14的向內半球形或"半焊珠"部分60。 半焊珠60具有歸一化的半徑r = 1和折射率ηi。在距半焊珠60的中心C徑向距離a處 直射（通過材料16)到半焊珠60上的光線62相對于徑向軸線66以角度Θ占半焊珠60 的向內表面交會。為了這個理論上理想討論的目的，假設材料16具有與半焊珠60相同的 折射率（即，n1=n2)，則光線62無折射地從材料16穿過進入半焊珠60。光線62在半 焊珠60的向內表面處折射并且相對于徑向軸線66以角度Θ2進入電泳介質20作為光線 64〇
[0011] 現在考慮在與半焊珠60的中心C距離一段距離
[0013] 處直射（通過材料16)到半焊珠60上的入射光線68。光線68 (相對于徑向軸線 70)以臨界角Θ。（發生TIR所要求的最小角度）與半焊珠60的向內表面交會。光線68因 此全內反射為光線72,光線72再次以臨界角Θ。與半焊珠60的向內表面交會。光線72因 此全內反射為光線74,光線74也以臨界角Θ。與半焊珠60的向內表面交會。光線74因此 全內反射為光線76,光線76垂直地穿過半焊珠60進入焊珠14的掩埋部分中并且進入材料 16中。光線68因此以與入射光線68的方向近似相反的方向反射回來作為光線76。
[0014] 在與半焊珠60的中心C距離a多a。處入射到半焊珠60上的所有光線朝光源反 射回來（但非精確地后向反射）；其意味著當光源在觀看者頭頂之上且稍微靠后時反射被 增強，并且反射光具有使其產生白色外觀的漫射特性，這種白色外觀在反射式顯示器應用 中是令人期望的。圖3A、圖3B和圖3C描繪了三種半焊珠60的反射模式。這些模式與其他 模式共存，但分別地討論每個模式是有用的。
[0015] 在圖3A中，在距離范圍ac〈a彡&1內入射的光線經歷兩次TIR(2_TIR模式）并且 反射光線在以與入射光線的方向相反的方向為中心的比較寬的弧度t內發散。在圖3B 中，在距離范圍a'aS&2內入射的光線經歷三次TIR(3-TIR模式）并且反射光線在再次以 與入射光線的方向相反的方向為中心的較窄的弧度Φ2〈Φ1內發散。在圖3C中，在距離范 圍&2〈&< &3內入射的光線經歷四次TIR(4-TIR模式）并且反射光線在同樣以與入射光線 的方向相反的方向為中心的仍然較窄的弧度Φ3〈Φ2內發散。半焊珠60因此具有"半回歸 反射" 一一部分地漫射反射特性，導致顯示器1〇具有與紙的外觀類似的漫射外觀。
[0016] 當主照明源在觀看者之后的小角度范圍內時，相比于紙的表觀亮度，顯示器10具 有相對高的表觀亮度。這在圖1Β中被展示，該圖描繪了觀看者V通過其能夠觀看顯示器10 的寬角度范圍a以及角度β，該角度β是照明源S相對于觀看者V的位置的角度偏差。只 要β不是太大，就維持著顯示器10的高表觀亮度。在法線入射處，半焊珠60的反射系數 R(即，入射到半焊珠60上的光線的反射（由TIR反射））由公式（1)給出：
[0018] 其中，η:是半焊珠60的折射率而η3是與在其處發生TIR的半焊珠60的表面相 鄰的介質的折射率。因此，如果半焊珠60由較低折射率材料如聚碳酸酯（τι1. 59)形 成并且如果相鄰的介質是全氟三丁胺（η3~1. 27)，則獲得約36 %的反射系數R，而如果半 焊珠60由高折射率納米復合材料（τι1. 92)形成則獲得約56%的反射系數R。當照明 源S(圖1B)放置在觀看者V的頭部之后時，顯示器10的表觀亮度根據上述的半回歸反射 特性被進一步增強。
[0019] 如在圖4A至圖4G中所示的，半焊珠60的反射系數維持在入射角度的寬范圍之 上，因此增強顯示器10的寬角度觀看特性以及其表觀亮度。例如，圖4A示出了從垂直入 射一一也就是，從偏離垂線〇°的入射角度看去的半焊珠60。在這種情況中，半焊珠60的 a多a。的部分80呈現為環形域。對應于以下事實該環形域被描繪成白色：此環形域是如上 所述通過TIR反射入射光線的半焊珠60的區域。對應于以下事實該環形域包圍被描繪成 黑色的圓形區域82 :此圓形區域是在其中入射光線被吸收且不經歷TIR的半焊珠60的非 反射區域。圖4B至圖4G示出了從入射角度分別為偏離垂線15°、30°、45°、60°、75°和 90°看去的半焊珠60。對圖4B