專利名稱：轉(zhuǎn)動球顯示器的制作方法
通過引用包括進來的文獻通過引用把下述美國專利全部包括在本文中第4,126,854號美國專利(Sheridon，“轉(zhuǎn)動球顯示屏”)；第4,143,103號美國專利(Sheridon，“制造轉(zhuǎn)動球顯示屏的方法”)；第5,075,186號美國專利(Sheridon，“用于印刷的圖像方式附著層”)；第5,262,098號美國專利(Crowley等人，“制造用于轉(zhuǎn)動球顯示器的雙色球的方法和設(shè)備”)；第5,344,594號美國專利(Sheridon，“轉(zhuǎn)動球顯示器用的多色球的制造方法”)；以及第5,389,945號美國專利(Sheridon，“包括紙狀數(shù)字尋址媒體的寫入系統(tǒng)和用于它的尋址裝置”)。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明涉及目視顯示器，尤其涉及可尋址、可重復(fù)使用、紙狀的目視顯示器，以及轉(zhuǎn)動圖標(biāo)(gyricon)或轉(zhuǎn)動球顯示器。
2．有關(guān)技術(shù)的描述自古以來，紙張曾經(jīng)是一種呈現(xiàn)和顯示文字和圖像的較佳媒體。作為一種顯示媒體，紙張的優(yōu)點很明顯。例如，它重量輕、薄便于攜帶、柔軟、可折疊、反差大、價廉、較持久和容易做成各種形狀。不需任何電力就能保持其顯示的圖像?？梢栽诃h(huán)境光線中閱讀紙上的內(nèi)容，并且能用鋼筆、鉛筆、畫筆或者無數(shù)的其他工具(包括計算機打印機)在其上書寫或作標(biāo)記。
可惜，紙張不很適合于實時顯示的目的。來自計算機、電視或其他來源的實時圖像不能直接用紙來顯示，而必須采用其他的裝置(諸如采用陰極射線管(CRT)顯示器或液晶顯示器(LCD))來顯示。一般，實時媒體缺少紙張的許多令人滿意的特性，諸如其質(zhì)地的柔軟和在無電源時能穩(wěn)定地保持所顯示的圖像。
曾經(jīng)企圖將紙張的特性和實時顯示媒體的那些特性組合起來，以創(chuàng)造出某種東西，它能提供兩方面的好處。這種東西可以稱之為電氣紙(electiric paper)。
如同普通紙那樣，最好能在電氣紙上書寫和擦除，能在環(huán)境光線下閱讀它，并且在不加電場或者其他外部保持力時能保持其上的信息。還如同普通紙那樣，最好能把電氣紙做成重量輕、柔軟和耐用的薄片，能將它折疊或繞任何軸將它卷成管狀，并且能方便地放入襯衣或上衣口袋，而在以后又能恢復(fù)原狀、再整平和基本上不丟失信息地讀取。但不同于普通紙，電氣紙最好不但能用于顯示靜止圖像和文字，還能顯示完整的運動和其他實時圖像。從而它能適用于計算機系統(tǒng)顯示屏或電視機。
轉(zhuǎn)動圖標(biāo)(gyricon)顯示器(亦稱為轉(zhuǎn)動球顯示器、旋轉(zhuǎn)球顯示器、粒子顯示器、偶極子粒子光閥，等等)提供了制造一種形式的電氣紙的技術(shù)。簡單地說，gyricon顯示器是一種可尋址顯示器，它由多個光學(xué)各向異性的球做成，能對每個球有選擇地旋轉(zhuǎn)，以向觀察者呈現(xiàn)所要的面。例如，gyricon顯示器可以包括一些球，每個球具有兩個截然不同的半球，一個是黑的，另一個是白的，而每個半球具有截然不同的電學(xué)性質(zhì)(例如，相對于電介質(zhì)流體的zeta電勢)，從而這些球在電氣上和光學(xué)上都是各向異性的。將黑-白球嵌入一片光學(xué)上透明的材料(諸如彈性體層)內(nèi)，該層包括多個球形的空腔，并且充滿透明的電介質(zhì)流體(諸如增塑劑)。充有流體的腔容納球，每腔一球，從而防止球在片內(nèi)移動。但每個球可在其各自充有流體的腔內(nèi)有選擇地轉(zhuǎn)動(例如通過施加電場)，從而向觀看該片表面的觀察者呈現(xiàn)黑色或白色半球。這樣，通過施加二維可尋址的電場(用一種矩陣尋址方式)，可使球的黑色側(cè)和白色側(cè)作為顯示圖像的圖像元素(例如，像素或子像素(subpixel))而出現(xiàn)。
一種例示的gyricon顯示器10示于

圖1(現(xiàn)有技術(shù))的側(cè)視圖中。把雙色球11配置在彈性體襯底12中，該襯底被電介質(zhì)流體產(chǎn)生的腔13撐大，球11在腔13內(nèi)能自由轉(zhuǎn)動。在存在流體時，球11是電偶極的，因而在由矩陣可尋址電極14a、14b施加電場時會轉(zhuǎn)動。最靠近觀看面15的電極14最好是透明的。觀察者在I處觀看由球11的黑白面形成的圖像，這些球轉(zhuǎn)動而將它們的黑色面或白色面(半球)向襯底12的觀看面15呈現(xiàn)。
gyricon顯示器技術(shù)在上文所述的通過引用包括進來的一些專利中有進一步的描述。特別，第5,389,945號美國專利(Sheridon，“包括紙狀數(shù)字尋址媒體的寫入系統(tǒng)和用于它的尋址裝置”)示出，gyricon顯示器能夠做得具有紙張的許多所想要的特性，諸如柔軟性和在無電力時能保持圖象的特性，而這些特性是在CRT、LCD或其他傳統(tǒng)的顯示媒體中找不到的。gyricon顯示器也能做得不像紙張那樣，例如，做成用于平板顯示器的剛性顯示屏。
一般，已知的gyricon顯示器是用雙色球做的，這些球半個是黑的，半個是白的。還已知其他種類的球。例如，第4,261,653號美國專利(Goodrich)示出了一種多層球，雖然至少它的一部分是用玻璃做的，并且它的使用依賴于一種包括高頻電場的尋址方案。
雖然gyricon顯示器代表著走向電氣紙目標(biāo)的重要一步，但仍有很長的路要走。例如，用黑白球制造的gyricon顯示器不能產(chǎn)生彩色的圖像。作為另一個例子，設(shè)計得在環(huán)境反射光線下工作的gyricon顯示器不能提供投影的或透射的顯示。需要一種高級的gyricon顯示器技術(shù)，它能提供的顯示能力范圍更全，并且，特別它能提供彩色的投影和透射成像。
發(fā)明概述本發(fā)明可以提供一種具有輔助光學(xué)結(jié)構(gòu)的gyricon或轉(zhuǎn)動粒子顯示器。尤其是，本發(fā)明的一個方面提供了一種設(shè)備，它包括一塊帶有透光窗口的襯底、設(shè)置在襯底內(nèi)的多個粒子和一個光耦合至窗口的聚光元件。每個粒子具有各向異性以提供電偶極矩，從而當(dāng)把粒子可轉(zhuǎn)動地置于電場之中時，具有偶極矩的粒子會作出響應(yīng)而趨向于轉(zhuǎn)動至其偶極矩與場的取向?qū)R的取向，只要粒子如此配置在襯底中，每個粒子的可轉(zhuǎn)動配置是可以獲得的當(dāng)對粒子作此種可轉(zhuǎn)動配置時，粒子不附著于襯底。當(dāng)把粒子可轉(zhuǎn)動地配置在襯底中時，每個粒子沿相對于透光窗口的第一和第二轉(zhuǎn)動取向是可隨意處置的。當(dāng)把粒子相對于通過窗口的光能通量配置在第一取向時，每個粒子提供第一光調(diào)制特性，而當(dāng)把粒子相對于通過窗口的光能通量配置在第二取向時，每個粒子提供第二光調(diào)制特性。例如，會聚元件可以是折射光的元件，它可以包括會聚透鏡的陣列，諸如微透鏡的“蠅眼”(fly’seye)陣列。在此情況時，粒子的陣列是與透鏡陣列套準(zhǔn)的。
本發(fā)明可以提供一種gyricon或者轉(zhuǎn)動粒子顯示器，其中，顯示器中的每個可轉(zhuǎn)動粒子(例如，圓球)起著透鏡的作用。尤其是，在本發(fā)明的一個方面，提供了具有第一折射率的透光介質(zhì)流體和可轉(zhuǎn)動地配置在該流體中的光學(xué)各向異性的粒子的組合。粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率。當(dāng)粒子沿相對于光能通量的第一取向配置在流體中時，粒子提供第一光調(diào)制特性，而當(dāng)把粒子沿相對于光能通量的第二取向配置在流體中時，粒子提供第二光調(diào)制特性。粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，電偶極矩使粒子作此響應(yīng)，從而當(dāng)粒子可轉(zhuǎn)動地配置于電場之中，而同時提供粒子的電偶極矩時，粒子趨向于轉(zhuǎn)動至其電偶極矩的取向與場對齊。例如，把粒子配置在流體中能使粒子產(chǎn)生電偶極矩。
本發(fā)明可以提供一種具有“蛋箱”襯底的gyricon或者轉(zhuǎn)動粒子顯示器。特別是，在本發(fā)明的一個方面，提供了一種設(shè)備，它包括一塊具有多個空腔的容納空腔的基體的襯底，在基體中，這些空腔基本上配置在一層內(nèi)，并且基本上按規(guī)則的幾何圖案來安排這些空腔，并且把多個光學(xué)上各向異性的粒子配置在襯底的這些空腔中，每個空腔至多包含一個光學(xué)上各向異性的粒子。只要粒子如此配置在襯底中，每個粒子的可轉(zhuǎn)動配置是可以得到的當(dāng)對粒子作此種可轉(zhuǎn)動配置時，粒子不附著于襯底。例如，每個粒子可以具有各向異性，以提供電偶極矩，電偶極矩使得粒子能對電場作出響應(yīng)，從而當(dāng)粒子可轉(zhuǎn)動地配置于電場之中，而同時提供粒子偶極矩時，粒子趨向于轉(zhuǎn)動至其電偶極矩的取向與場對齊。此外，每個粒子可以具有多個分支區(qū)域，這些分支區(qū)域引起粒子的光學(xué)各向異性，這些區(qū)域包括具有第一光調(diào)制特性的第一區(qū)域和具有第二光調(diào)制特性的第二區(qū)域。單個空腔層可以大體上是平面的，而空腔排列的幾何圖案可以是在該層平面之內(nèi)的二維陣列圖案，諸如六邊形、矩形或是菱形的陣列圖案。襯底還可以包括第一和第二部件，基體置于這兩個部件之間，并且這兩個部件之中的至少一個部件包括透光窗口，光能通量可通過該窗口，從而入射在粒子上。
附圖概述圖1是現(xiàn)有技術(shù)的例示的黑白gyricon顯示器的側(cè)面剖視圖；圖2是本發(fā)明的一種例示的gyricon顯示器的側(cè)面剖視圖；圖3描述空氣中的球面透鏡球的光折射；圖4A描述在彈性體的充有流體的腔中的球面透鏡球的光折射；圖4B描述存在聚光透鏡時流體中的球面透鏡球的光折射；圖5A-5B示出帶有小孔屏蔽的單個球面透鏡球沿相對于入射光通量的兩種不同的轉(zhuǎn)動取向的放大的側(cè)視圖；圖6示出帶有小孔屏蔽的單個球面透鏡球的放大的端視圖；圖7A-7B示出帶有小孔光闌的單個球面透鏡球沿相對于入射光通量的兩種不同的轉(zhuǎn)動取向的放大的側(cè)視圖；圖8示出帶有小孔光闌的單個球面透鏡球的放大的端視圖；圖9示出用于制造球面透鏡球的小孔屏蔽或小孔光闌的制造組件的一部分；圖10描述在球面透鏡球上的汽相淀積(薄膜)覆蓋物；圖11A-11B分別以側(cè)視圖和俯視圖的形式示出“蠅眼”透鏡陣列；圖12A-12B分別以側(cè)視圖和三維剖面圖的形式示出空的“蛋箱”襯底的一部分，而圖12C示出如何把球放入“蛋箱”；圖13示意地描繪用于制造“蛋箱”襯底的一種光刻掩模；圖14示出在制造期間部分完工的“蛋箱”襯底結(jié)構(gòu)的一部分；圖15A-B分別以側(cè)視圖和頂視圖的形式示出在制造的最后階段的“蛋箱”襯底；圖16是光學(xué)投影系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括本發(fā)明的透射gyricon顯示裝置；圖17A示意地繪出在子像素圖形中的紅、綠和藍球面透鏡球的安排；圖17B示出用于制造“蛋箱”襯底的光刻掩模的一部分；圖17C示出圖17B的光刻掩模的一種改進的圖像；圖17D描繪用圖17C的改進的圖像形成的金屬網(wǎng)屏；以及圖18是CMY(青-紅-黃)減色顯示器側(cè)視圖，部分分解以顯示其青、紅和黃色分量單元。
較佳實施例的詳細(xì)描述本發(fā)明提供了一類新的gyricon裝置，它們特別適合于透射成像。盡管現(xiàn)有技術(shù)的雙色球gyricon顯示器限于用于環(huán)境光閥或反射模式(在該模式中，顯示器通過改變成像表面的一些部分的反光性來調(diào)制光線)，但本發(fā)明工作于光透射或投影模式，并且設(shè)計成以成像方式使光線通路透光或不透光。
一般，在要描述的實施例中，本發(fā)明包括這樣三種部件(1)可轉(zhuǎn)動的透鏡成像元件(諸如帶有小孔屏蔽或小孔光闌的球面透鏡)的陣列；(2)用于與諸如“蠅眼”會聚透鏡陣列一起會聚光線的輔助光學(xué)元件；(3)“蛋箱”襯底，它有助于確保將轉(zhuǎn)動透鏡成像元件準(zhǔn)確地配置在它們的陣列中，由此有助于成像元件陣列與輔助光學(xué)元件陣列的透鏡正確對準(zhǔn)(即，套準(zhǔn))。
為了進行接下來的討論，以圖2所示的一個實施例中的本發(fā)明的顯示器作為開始是有幫助的。顯示器20在某些方面與圖1(現(xiàn)有技術(shù))所示的已知的gyricon顯示器10是相似的。特別是，顯示器20具有圓球21，它們可轉(zhuǎn)動地配置在襯底22內(nèi)的充有流體的空腔23中，這些球21可在它們各自的腔中轉(zhuǎn)動。每個球21在光學(xué)上是各向異性的。此外，當(dāng)存在流體時，每個球21具有電偶極性，因此，在通過矩陣可尋址電極24a、24b施加電場時，這些球會轉(zhuǎn)動。
然而，本發(fā)明的顯示器的成像元件與在以前的gyricon顯示器中的那些成像元件(例如，顯示器10的雙色球11)相比，有很大的不同。顯示器20的成像元件是可轉(zhuǎn)動的球面透鏡。在顯示器20中的每個球都能夠充當(dāng)一個微型透鏡，因而能用于會聚入射光。如下所述，依賴于所用透鏡的類型，能夠獲得不同的光學(xué)效果。例如，如果使用小孔屏蔽型透鏡，則每個球能被轉(zhuǎn)動至第一取向，球沿該取向會聚和透過入射光，每個球還可被轉(zhuǎn)動至第二取向，球沿該取向阻擋入射光。
設(shè)置球21的透鏡陣列可一起用來成像。例如(并且再次假設(shè)使用小孔屏蔽型球)，諸如在21a處的球被轉(zhuǎn)動，從而將它們的透光面朝著襯底22的進光表面25，于是朝著來自在L處的光源的光線(這里將它畫成平行光束)。這些小球21a會聚來自L的入射光線，從而光線從出光表面26出射。如下所述，輔助光學(xué)元件(這里示出為設(shè)置在光源L和球21之間的會聚透鏡的陣列27)幫助將光線正確地會聚。諸如那些在21b處的球被轉(zhuǎn)動，從而將它們的不透光面朝向襯底22的進光表面25。來自源L經(jīng)陣列進入這些球的光線可在它們的表面處被吸收或反射(取決于小孔屏蔽材料的選取)，但在任何情形下，光線都被阻擋而不能透過。當(dāng)通過投影透鏡28將透射光線投影在觀看屏29上時，就能形成球21的會聚的透射光圖形的像。而該投影圖像可被在I處的處于合適位置的觀察者看到。
尋址電極24a、24b都是透明的。例如，它們可以用氧化銦錫(ITO)制成。如圖所示，把最靠近光線入口的電極24b放在鄰近進光表面25之處，或者作為在該表面上的覆蓋物，從而可使它盡量靠近球22，這樣使得所需的驅(qū)動電壓減壓最小。
顯示器20的襯底22是一“蛋箱”襯底，它具有規(guī)則圖案的預(yù)先形成的空腔(這里所示為柱形空腔)。在該襯底的結(jié)構(gòu)和制造方面，襯底22均不同于已知顯示器10的襯底12。襯底12具有球形空腔13，這些空腔是圍繞著球11形成的首先，把球11嵌入襯底12，然后，將電介質(zhì)流體施加至襯底12，使得襯底膨脹，從而在有球11的地方形成空腔13。相反，在顯示器20的襯底22中，空腔23是全部或部分地預(yù)先形成的，然后把球21放入空腔，其方式在下面敘述。換句話說，首先形成空腔23，然后在有空腔的地方放入球，而不是在球周圍形成空腔。
襯底22的“蛋箱”結(jié)構(gòu)的規(guī)則性確保了以非常有規(guī)則的方式安排球21。這便于制造顯示器20，因為相對于球21的陣列很容易放置(即，套準(zhǔn))輔助光學(xué)透鏡陣列27，從而適當(dāng)?shù)赝ㄟ^每個球21來會聚光線，這要比這些球21不是如此規(guī)則地排列的情形要容易得多。
其余的敘述安排如下首先，給出關(guān)于球面透鏡的光學(xué)的解釋。其次，更全面地描述本發(fā)明的顯示器的可轉(zhuǎn)動透鏡、輔助光學(xué)元件和蛋箱襯底元件。此后，描述本發(fā)明的若干實施例，特別示出如何可使用本發(fā)明的技術(shù)制作單色和彩色顯示器。最后，給出本發(fā)明技術(shù)的一些變更和擴展。A．有關(guān)球面透鏡光學(xué)的指導(dǎo)本發(fā)明的可轉(zhuǎn)動透鏡可以用諸如玻璃、塑料或環(huán)氧樹脂的透明球制成。透明球的光折射特性取決于放置球體于其中的媒質(zhì)。特別，如果球是用折射率比周圍媒質(zhì)的折射率更大的材料制成的，則球起著會聚透鏡的作用。
圖3和4A-4B描述了這一原理。在這些附圖的每張圖中，來自準(zhǔn)直光源(未示出)的平行光線(用光線a和b來代表)入射在半徑為r的透明圓球30上。按照Smith和Thompson的論述(見F.G.Smith J.H.Thompson著《光學(xué)》一書第98頁，倫敦John Wiley父子有限公司1971年出版)，可以用下式描述球30的光折射-n1/L1+n2/L2=(n2-n1)/r[1]這里，L1是物距，L2是像距，n1是球外媒質(zhì)的折射率，而n2是球材料的折射率。假設(shè)球30外的媒質(zhì)是空氣，從而n1=1.0，再假設(shè)球30是用玻璃制成的，其折射率n2約為1.9，則上式[1]可簡化為1.9/L2=0.9/r[2]上式是根據(jù)這樣的事實得出的，即，入射光是平行光，從而L1可當(dāng)作無限大。解上式，近似得出
L2=2.1r[3]公式[3]說明，來自很遠處的入射光非常接近于聚焦至球30壁上的一點。這在圖3中示出。圖3中的入射光的被反射部分將幾乎順著入射光的路徑返回，并將沿平行方向返回到光源。在這些條件下，球30是接近于理想的逆向反射器，在高速公路和道路標(biāo)志中，廣泛地運用這一事實。
于是，諸如球30的透明球是一種類似透鏡的結(jié)構(gòu)。如果將球做得具有電偶極性，則當(dāng)施加電場時，這種球面透鏡球?qū)D(zhuǎn)動。特別是，如果球的表面不對稱地覆蓋具有不同的電泳性質(zhì)的材料，則當(dāng)存在電介質(zhì)液體時它能獲得一個電偶極矩。
然而，流體的存在影響了球面透鏡的折射性質(zhì)。例如，如果球30外面的媒質(zhì)是一種折射率n1近似為1.4的電介質(zhì)材料，那么，對于平行入射光線，式[1]變?yōu)?.9/L2=0.5/r[2’]或者，近似地L2=3.8r[3’]或[3’]說明，來自很遠距離的入射光聚焦在遠離球30的后壁的一點處。在圖4A中畫出了這種情況，圖中，把球30配置在彈性體32的充有流體的空腔33中。例如，流體(未示出)可以是塑化油，它使彈性體32膨脹以造成空腔33。假設(shè)彈性體32和流體具有相同的折射率，一般約為1.4。
圖4B示出一個球面透鏡球40，假設(shè)將它浸入一種彈性體(未示出)中的電介質(zhì)流體(未示出)中。把會聚透鏡(諸如薄的平凸透鏡39)設(shè)置在平行入射光(這里用光線a和b表示)和球40之間。透鏡39的作用為把入射光的平行光束會聚成會聚光束。該光束再由球40進一步聚焦為在球40的壁上的焦點45，該點面對著入射光，如圖所示，為確保光線被適當(dāng)?shù)鼐劢?，必須得出對于透鏡39的曲率半徑R以及對于隔開透鏡39和球40的距離d的一些條件，這里，d從球40上的最近點處量起。利用式[1]并且設(shè)定L2=2r(舉例)，可以得出，透鏡39必須具有焦距L1=3.11r，從而它的焦點遠遠超出球40。如果d=3.8R-3.11r[4]則能滿足此條件。
在圖4B中，[4]式是滿足的。注意，將透鏡39放得離球40更遠(即，增加距離d)，則使入射光被聚焦在球的近壁上；在某些情形下，這另一種安排可能有用。
總起來說，通過球面透鏡球的光線聚焦在由球的折射率以及周圍媒質(zhì)的折射率所確定的一點處。對于gyricon顯示器，周圍媒質(zhì)一般是一種電介質(zhì)流體。球具有較高的折射率，而流體具有較低的折射率。即使如此，為了可能獲得剛好在球面上的最準(zhǔn)確的聚焦，需要外部的會聚陣列或其他輔助光學(xué)元件。具有光學(xué)上的偶極性的球面透鏡按照本發(fā)明，可以將球面透鏡球做得具有光學(xué)的和電學(xué)的偶極性，而gyricon顯示器能夠用這種偶極子球的陣列構(gòu)成。現(xiàn)在描述制作偶極球面透鏡球的兩種方法小孔屏蔽和小孔光闌。小孔屏蔽在圖5A-5B和圖6中描繪。小孔光闌在圖7A-7B和圖8中描繪。
在圖5A-5B和圖6中，球50是透明球，它部分地覆蓋有半球形或部分半球形覆蓋物51，該覆蓋物有中心針孔或光瞳52。球50可以是gyricon顯示器的部件，并且在圖5A-5B和圖6中示出置于充有液體的空腔53中的情況。圖5A-5B示出球50放大的側(cè)視圖，而圖6示出球50的覆蓋部分的放大的端視圖。
在圖5A-5B中還畫出會聚透鏡49，它把來自準(zhǔn)直光源(未示出)的平行光線(由光線a和b表示)以這樣的方式聚焦，使得如果球的取向如圖5A所示，則光線通過球50，聚焦在球50的背面，因而在小孔52處。透鏡49是需要的，因為球50的折射率和充在空腔53內(nèi)的液體的折射率是這樣的，根據(jù)上面給出的折射公式，入射光否則將被引至超出球50的焦點，而不是適當(dāng)?shù)鼐劢乖谛】?2處。透鏡49可以是一個透鏡陣列的部件，該陣列用作gyricon顯示器的輔助光學(xué)元件，所述gyricon顯示器包含帶有小孔屏蔽的球面透鏡球(包括球50)的陣列。
帶有中心孔52的覆蓋物51起著小孔屏蔽的作用。例如，如果覆蓋物51不透明，于是當(dāng)球50相對于入射光處于圖5A所畫的取向時，入射光可經(jīng)小孔52穿過球50。然而，當(dāng)球50轉(zhuǎn)過180度，從而處于圖5B所示的相對于入射光的相反的取向時，幾乎所有的入射光遇到不透明的屏蔽。只有極少量的光穿過小孔52，而根據(jù)制作覆蓋物51所用的材料，其余部分的光例如被吸收或反射。
作為另一個例子，如果覆蓋物51是一種透明顏色，則當(dāng)球50相對于入射光處于圖5A所畫的取向時，入射光可經(jīng)小孔52穿過球52。然而，當(dāng)球轉(zhuǎn)過180度，從而處于如圖5B所示的相對于入射光的相反的取向時，幾乎所有的入射光進入透明顏色的屏蔽。只有極少量的光穿過小孔52，而根據(jù)用來制作覆蓋物51的材料，其余部分的光例如被濾色。于是，如果用白光照射球50，而覆蓋物51是透明紅色的，則從球50出射的透射光或者是白色(如果球50如在圖5A中那樣取向)或者是紅色(如果球50如在圖5B中那樣取向)。
在圖7A-7B和圖8中，球70是一個透明球，在其表面上有一個色點。球70可以是gyricon顯示器的部件，而在圖7A-7B和圖8中所示的是把它配置在充有液體的空腔73中的情形。圖7A-7B示出球70放大的側(cè)視圖，而圖8示出球70具有色點2的部分的放大的端視圖。
在圖7中還有會聚透鏡69，它以這樣的方式會聚來自準(zhǔn)直光源(未示出)的入射平行光線(用光線a和b來表示)，如果球70如在圖7中那樣取向，則光線穿過球70聚焦在球70的背面，因而在點72處。透鏡69是需要的，因為球70的折射率和充在空腔73中的液體的折射率是這樣的，根據(jù)上面給出的折射公式，入射光否則將被引至超出球70的焦點，因而不能合適地聚焦在點72處。透鏡69可以是透鏡陣列的部分，該陣列對于gyricon顯示器起著輔助光學(xué)元件的作用，所述顯示器包含帶有小孔光闌的球面透鏡球(包括球70)的陣列。
表面上的點72起著小孔光闌的作用。例如，如果點72是不透明的，則當(dāng)球70相對于入射光處于如圖7A所示的取向時，入射光聚焦在點72處，因而被阻擋而通不過球70。根據(jù)用于制造點72的材料，射在點72上的光，例如能被吸收或者逆向反射回光源。然而，當(dāng)球70轉(zhuǎn)過180度，從而處于如圖7B中所示的相對于入射光的相反取向時，幾乎所有的入射光穿過球70，而只有極少量的光被點72阻擋。
作為另一個例子，如果點72是一個透明的色點，則當(dāng)球70相對于入射光處于圖7A畫出的取向時，入射光被聚焦在點72處，因而在通過球70時被濾色。然而，當(dāng)球70轉(zhuǎn)過180度，從而處于如圖7B中所示的相對于入射光的相反取向時，幾乎所有的入射光穿過球70，而只有極少量的光被點72濾色。于是，例如，如果用白光照射球70而點72是透明的紅色色點時，從球70出射的透射光或者是紅色(如果球70如圖7A中那樣取向)或白色(如果球70如7B中那樣取向)。
球50和70例如可以是玻璃微球，其折射率為1.91，諸如可以Ferro公司的Cataphote分部(Cleveland，OH)購得微球。球的直徑一般為10微米。充入空腔的在球的周圍的液體例如可以是ISOPARL，其折射率為1.4。
針孔52一般具有數(shù)量級為0.5微米的直徑。由于其直徑小，針孔52只代表覆蓋物51面積的極小部分(例如，如果覆蓋物51是整個半球面，則約為0.25％)。因此，當(dāng)球50處于其阻擋光的取向時，通過52泄漏的光是極其微弱的，因而不會顯著地影響本發(fā)明的顯示器所能獲得的很高的反差比。類似地，點72一般具有數(shù)量級為0.5微米的直徑，因而它只代表球70(點72位于其上)的表面積的極小的部分。因此，當(dāng)球70處于其透光取向時，被點72阻擋的光是極其微弱的，因而不會顯著地影響本發(fā)明的顯示器所能獲得的很高的反差比。
為了用球(儲如球50和球70)制造gyricon顯示器，必須將球做成電偶極性的，最好是，它們的電偶極矩和光偶極矩方向一致。對于球50而言，覆蓋層51用于產(chǎn)生所需的電偶極矩。覆蓋層51最好是不導(dǎo)電的，并且具有與用于做球50的透明材料顯著不同的電泳特性。當(dāng)存在電介質(zhì)流體(諸如充入空腔53的工作流體)時，球面80和半球面覆蓋物51在電泳特性方面的差異(例如，與電介質(zhì)流體接觸的zeta電勢的差異)產(chǎn)生了電偶極矩。對于球70，可以將透明的不導(dǎo)電的覆蓋物(在圖7A-7B和圖8中未示出)施加至球70的半球表面的全部或者一部分(例如，施加至包含點72的半球的表面)。透明覆蓋物與球70的透明材料具有不同的電泳特性，因此，當(dāng)存在電介質(zhì)流體(諸入充入空腔73的工作流體)時，這將產(chǎn)生電偶極矩。
由于如此做成的球具有電偶極性，當(dāng)施加一電場時，可使它們轉(zhuǎn)動，從而使它們的電偶極矩與施加場的方向一致，其方式與由先前的gyricon顯示器已熟悉的方式相似。因此，按照本發(fā)明，如同球50和球70的球可與會聚透鏡(如同透鏡49和69)一起使用作gyricon顯示器的成像元件。下面將描述一些用這些具有光學(xué)偶極性的球面透鏡球構(gòu)成的gyricon顯示器例子。制造小孔屏蔽和小孔光闌可以用許多種技術(shù)中的任何一種技術(shù)，把用于覆蓋物51和點72的不導(dǎo)電的覆蓋材料以及用于球70的透明的不導(dǎo)電覆蓋物分別施加至球50和70。現(xiàn)在參見9-10，描述使用光致抗蝕劑的一些例示的制造技術(shù)。
圖9示出用于制造球面透鏡球的小孔屏蔽或小孔光闌的制造裝置的一部分。制造室90具有帶有孔93的底板92，并且具有位于底板92對面的窗口96。例如，板92可以用金屬做，而孔93是在金屬中蝕刻出的。可以打開室90(未示出)，以容納或移出透明球91；例如，窗口96可以這樣來做，從而可使之回轉(zhuǎn)或滑開，以容許進入室90的內(nèi)部。
在制造期間，在板92上形成一層直徑相同的透明球91，在每個孔93中有一個球，如圖所示。為形成這單層的球，把球91放入室90，放在板92的表面上，然后使板92(或者，換一種做法，使整個室90)振動，從而使球停留在孔內(nèi)。孔93是圓形的，并且具有相同的直徑，該直徑小于球91的相同的直徑。因此，如圖所示，球91可停留在孔93中，而它們表面積的相應(yīng)的半球部分地突入孔93中。假設(shè)室90有側(cè)壁(未示出)，并且一當(dāng)把球91放入孔93，即可將室密封。
在將單層球91置于板92之上之后，用光致抗蝕劑部分覆蓋91。例如，通過從位于室90之外的源98射出的極細(xì)的氣務(wù)劑(例如，薄霧或噴霧)的辦法，將光致抗蝕劑施加至球91。來自源98的光致抗蝕劑覆蓋了球91的通過孔93露出的部分半球，但不進入室90的內(nèi)部，因此，它不能覆蓋球91的面向室90內(nèi)部的那一部分。(換句話說，光致抗蝕劑氣霧劑只能施加至球91突入孔93的部分)。于是，在孔93的附近，在球上形成了半球形的部分覆蓋物。然后允許將施加的光致抗蝕劑干燥。
當(dāng)制作光致抗蝕劑小孔屏蔽時，在孔93附近的球上形成的覆蓋物最好做得越接近整個半球越好，從而可使屏蔽覆蓋的面積增至最大而不想要的通過球的光泄漏減至最小。因此，只要球91不會通過孔93落下，孔93的直徑要做得越大越好。即，孔93的直徑剛好略小于球91的直徑，從而91通過孔93突出得最多。(當(dāng)制作光致抗蝕劑小孔光闌時，有相同的評論，小孔光闌將在下面參照圖10加以敘述，它要被用作汽相淀積的負(fù)像)。
在光致抗蝕劑干燥后，通過窗口96把來自準(zhǔn)直光源95的的光束引向球91。來自光源95的光最好是對于光致抗蝕劑有光化性的；一般使用紫外線。窗口96是用對光化性光線透明的材料做的；例如，如果使用紫外線，則窗口96可以用石英來做。
光束(這里用光線a和b來代表)穿過窗口96和球91周圍的空氣或真空，直至到達球91的球面。在那里，如以前所描述的，光束被折射；特別是，[3]式得出，從而，對于每個球，入射光束被聚焦在近似地位于球后壁的一點處，對于例示的球91a，光線近似地聚焦在點99處?？蛇x地，并且如圖所示，通過使用會聚透鏡89能夠校正聚焦，該會聚透鏡阻斷入射光束，并將入射光束從平行光束變?yōu)檫m當(dāng)會聚的光束。
接下來要發(fā)生的事情取決于是使用正性(光致分解)光致抗蝕劑還是負(fù)性(抗光致分解)光致抗蝕劑來覆蓋球·為形成小孔光闌，采用負(fù)性光致抗蝕劑。負(fù)性光致抗蝕劑向聚焦的光化性光束曝光使得光致抗蝕劑被曝光部分變硬，于是光致抗蝕劑只有在一點變硬，而其余地方不變硬。該單個點對應(yīng)于小孔光闌。
·為形成小孔屏蔽，采用正性光致抗蝕劑。正性光致抗蝕劑向聚焦的光束曝光使得被曝光部分變軟，而不曝光的光致抗蝕劑部分保持堅硬。于是在球上形成半球屏蔽，只有一個點不硬。該單個點相應(yīng)于光瞳或屏蔽的針孔。
光致抗蝕劑，不管是正性的還是負(fù)性的，最好是高γ光致抗蝕劑，從而存在強聚焦光線聚焦于焦點時與存在不聚焦光線或散射光線時，光致抗蝕劑的行為相差很大。因此，小孔光闌或小孔屏蔽(視情況而定)的變硬要比光致抗蝕劑的其余部分快得多。
在光致抗蝕劑被光束曝光后，對球1施加用于光致抗蝕劑的顯影劑。例如，可以從室90外的源向通過孔93的球噴顯影劑(類似于先前從源98施加光致抗蝕劑氣霧劑的方法式)。顯影劑一般是高pH值的化學(xué)物質(zhì)水溶液，諸如NaOH。顯影劑去除任何不變硬的光致抗蝕劑。于是，對于小孔光闌，顯影劑去除了除中心點之外的光致抗蝕劑(在中心點處，光致抗蝕劑已變硬)。對于小孔屏蔽，顯影劑只去除了在中心點處的光致抗蝕劑，在該處光致抗蝕劑未變硬。在完成顯影后，將小球用水沖洗，并從室90取下。
至此，已做出了帶有光致抗蝕劑小孔光闌或小孔屏蔽覆蓋層的球面透鏡球。光致抗蝕劑覆蓋物很可能是透明的，因為許多種通常用于光致抗蝕劑的光聚合物是透明物質(zhì)。通過添加著色劑(諸如染料)或者薄的汽相淀積層，可以使小孔屏蔽或小孔光闌做得更適用于gyricon顯示器。
在上述的光致抗蝕劑曝光和顯影步驟完成后，可以作為最后一個步驟把染料添加至小孔屏蔽或小孔光闌。從室90取下球，并將它們浸在染料中，染料的成份是這樣的，即，它被光致抗蝕劑吸收。對于小孔屏蔽，染料一般是不透明的(例如，光吸收的或光反射的)。對于小孔光闌，染料可以是不透明的(當(dāng)用于單色顯示器時)或者可以是透明有顏色的(當(dāng)用于減色顯示器中的濾色器時，下面參照圖18將加以描述)。
換一種做法，如果染料的化學(xué)成份不會干擾光致抗蝕劑的曝光和顯影步驟，則可在把光致抗蝕劑施加至球91之前提前把染料添加至光致抗蝕劑。
在上述的光致抗蝕劑曝光和顯影步驟完成之后，作為最后一個步驟可以把汽相淀積薄膜施加至球91，以制造不透明的小孔屏蔽或反射的小孔光闌。當(dāng)球91留在孔93中時，從在室90外的源通過孔93將氣化物質(zhì)淀積在球91上，其方式與以前用于從源98施加光致抗蝕劑的方式相類似。氣化物質(zhì)的薄膜由此覆蓋了球91的通過孔93露出的部分半球，但不進入室90的內(nèi)部，因而不覆蓋球91的面對室90之內(nèi)的部分。淀積的薄膜覆蓋了通過孔93露出的半球的所有部分，包括球91的先前由光致抗蝕劑覆蓋的部分。對于一個例示的球91b，在圖10的放大圖中描述了這一情形，該球具有形式為小孔屏蔽的光致抗蝕劑覆蓋物100，以及罩在外面的薄膜102。圖中還可看出板92的一部分，球91b經(jīng)過板92上的孔93b向來自源98’的氣化物質(zhì)暴露。源98’和室90可被放置在一較大的真空室(未示出)中，以利于薄膜淀積。
例如，用于形成薄膜102的材料可以是由共同淀積的氟化銦和氟化鎂構(gòu)成的不透明不導(dǎo)電材料。對于小孔光闌，它也可以是金屬(諸如鉻)膜。對于小孔屏蔽，不推薦使用金屬膜，因為由這樣的薄膜提供的大的導(dǎo)電面積會干擾球的偶極矩的形成，因而會干擾球的轉(zhuǎn)動。
一旦薄膜102淀積在光致抗蝕劑上，就把球91從室90上取下，并且將球浸在光致抗蝕劑去除溶液中。去除溶液經(jīng)過薄膜102中的微孔透入并到達在薄膜下面的光致抗蝕劑(在那里，去除溶液塑化并且最終溶解光致抗蝕劑)從而在該步驟中破壞在光致抗蝕劑上的薄膜102。這導(dǎo)致由去除溶液去除光致抗蝕劑和薄膜。然而，在沒有光致抗蝕劑作為內(nèi)涂層的區(qū)域，薄膜維持原樣。于是，在球上的光致抗蝕劑覆蓋物起著“負(fù)片”的作用，它由光致抗蝕劑去除溶液“顯影”，成為薄膜“正片”具體而言，由光致抗蝕劑小孔屏蔽覆蓋物(如圖10所示)得出具有薄膜小孔光闌的球面透鏡，而由光致抗蝕劑小孔光闌得出具有薄膜小孔屏蔽的球面透鏡。
還要說明的是如何對于小孔光闌球面透鏡球形成透明的不導(dǎo)電覆蓋物。再次使用室90。在形成單層球91和放在板2中之后，但在從源98施加光致抗蝕劑覆蓋物之前，施加透明的不導(dǎo)電覆蓋物。通過孔93快速蒸發(fā)合適的覆蓋材料，諸如氟化鎂，使得球91的露出部分覆蓋上該材料，然后進行上述的光致抗蝕劑曝光和顯影步驟。在此情況下，每個球的透明覆蓋物作為其小孔光闌在這些球的同一側(cè)。
換一種做法，可以在室90內(nèi)快速蒸發(fā)覆蓋材料，于是將其施加至球91的與小孔光闌相對的半球。在此情形下，當(dāng)球留在孔93中時，可在任何方便的時候進行涂覆步驟。輔助光學(xué)元件如以前參照圖4A-4B所描述的，當(dāng)把本發(fā)明的球面透鏡球浸入gyricon顯示器的工作流體時，通常不能獲得適當(dāng)?shù)木劢?，這是由于與球的折射率相比，流體的折射率相當(dāng)大。因此，需要用輔助光學(xué)元件，才能使入射光適當(dāng)聚焦在球面透鏡球的壁上。
如圖11A-11B示意地示出的，一個會聚透鏡(每個球面透鏡用一個會聚透鏡)陣列可以適合這一目的。在每張圖中，將一個平凸微透鏡的“蠅眼”陣列110放在來自準(zhǔn)直光源(未示出)入射光束(用光線a和b來代表)和球面透鏡球120的陣列之間。圖11A示出陣列110的側(cè)視圖，而圖11B為俯視圖。如可看到的，陣列110的每個微透鏡最好與其相應(yīng)的陣列120中的球面透鏡球同軸地放置。例如，例示的微透鏡110a、110b的中心軸分別與球120a、120b的小孔屏蔽的光瞳對準(zhǔn)。因此，陣列110的透鏡用于校正入射光束的聚焦，從而當(dāng)球適當(dāng)取向時，光線在小孔屏蔽光瞳或小孔光闌(視情況而定)處適當(dāng)會聚。
例如，可以從United Technologies Adaptive Optics Associates,Inc.,(Cambridge,MA)購得“蠅眼”微透鏡陣列。一般，該陣列是用透明塑料精密模制(例如，用注射模制)的?？梢詫⑺鼈冏龀扇魏螏缀涡螤畹年嚵校缌呅涡螤?如圖11B所示)或矩形形狀。對于“蠅眼”陣列和球面透鏡陣列，最好它們的幾何形狀和透鏡之間的間距都相同，以確保能獲得兩個陣列的合適的套準(zhǔn)(即，互相對準(zhǔn))。由于這個原因，如下所述，用陣列本身來形成“蛋箱”結(jié)構(gòu)的圖形，該“蛋箱”結(jié)構(gòu)中容納有球面透鏡球?！跋壯邸标嚵械拿總€微透鏡的寬度(即，沿透鏡的平面部分連接透鏡的兩個頂點形成的弦的線性尺度)最好與“蛋箱”空腔的直徑相等，從而使得從透鏡至球面透鏡陣列的透光效率達到最大。
利用置于兩個陣列之間的透明間隔物能夠保持“蠅眼”陣列與球面透鏡陣列之間的合適間距。例如，在圖11A中，平凸透鏡陣列110以其微透鏡元件的凸側(cè)迎著入射光，而透明的間隔物115與陣列110的平面表面相接，該平面表面背向入射光。間隔物115是一塊透明平板，其折射率與透鏡陣列110的相同，并且在靠近球面透鏡元件的一側(cè)設(shè)置ITO電極覆蓋物116?？梢杂脙煞N方法使間隔物115附于透鏡陣列110，一種做法是制作一個單塊結(jié)構(gòu)(例如，用注射模制塑料)，它包括透鏡陣列110和間隔物115兩者；另一種做法是分開制造透鏡陣列110和間隔物115，然后用環(huán)氧樹脂或其他的透明粘合材料把透鏡陣列110與間隔物115粘合。間隔物115的厚度須使當(dāng)透鏡陣列與間隔物的組合114與球面透鏡陣列120的表面相貼合時，如圖所示，可以得到正確的光學(xué)關(guān)系。特別是，微透鏡與球面透鏡球相組合，使得光線聚焦在球壁上?！暗跋洹币r底為了確?！跋壯邸蓖哥R陣列與球面透鏡球的合適套準(zhǔn)，最好采用非常有規(guī)則的幾何圖案陣列，從而“蠅眼”陣列的所有透鏡能夠同時與所有的球面透鏡球?qū)?zhǔn)(即，從而一個微透鏡與一個球的合適對準(zhǔn)不會導(dǎo)致另一微透鏡和另一球的對不準(zhǔn))。如果特別當(dāng)心，以確保球的直徑非常一致，并且將它們在彈性體中放置成緊密排列的陣列，則可采用在已知的gyricon顯示器中實際使用的普通的彈性體襯底。然而，在本發(fā)明的顯示器中，最好采用另一類襯底。這里，把這類新的襯底稱之為“蛋箱”襯底。在該襯底中，有中空單元的規(guī)則陣列或圖案，因而類似于蛋箱或蜂巢的內(nèi)部。單元排列或規(guī)則圖案，即使在球的直徑不一致時也確保了球面透鏡球的規(guī)則放置和間距。換句話說，“蛋箱”襯底的幾何結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與球直徑的均勻性或者把球仔細(xì)地放置在襯底中無關(guān)。
在圖12A中，以側(cè)視圖示出了空的“蛋箱”襯底120的一部分，而在圖12B中給出了三維剖視圖。襯底120具有透明的前、后表面125、126，并且包含了均勻空腔123的幾何上規(guī)則的陣列(在本實施例中，空腔是圓柱形的，并且在單層內(nèi)安排緊密排列的如由六邊形H指出的六邊形形狀)。腔壁可做成不透明的，以減少光泄漏。在每個空腔中充有透明的電介質(zhì)流體(未出示)(諸如一種油)，在本實施例中，流體的折射率與襯底的透明材料的折射率接近匹配。在工作的gyricon顯示器中，在“蛋箱”襯底的每個空腔中放一個球，如圖12C所示，在那里，球面透鏡球121占據(jù)空腔123。當(dāng)球浸在充入空腔123的電介質(zhì)流體時，每個球121獲得一個電偶極矩。
空腔123的直徑略大于球121的直徑，但最好不比確保在施加電場時球121合適轉(zhuǎn)動所需的更大。類似地，空腔123的深度只是略大于球121的直徑，從而把球在腔內(nèi)的平移減至最小，從而相對于“蠅眼”陣列的透鏡元件，保持這些球在合適的聚焦距離。
希望把球121在gyricon顯示器中排列得越緊越好，最好排成單層。緊密排列的單層結(jié)構(gòu)使得本發(fā)明的gyricon顯示器的透光效率達到最大。雖然也可采用矩形或菱形幾何形狀，但六邊形排列的幾何形狀使成像元件的密度最高。對于任何給定的幾何結(jié)構(gòu)，使腔123壁薄得與結(jié)構(gòu)整體相適應(yīng)，將使球的排列密度達到最大。制造“蛋箱”襯底不像已知的gyricon顯示器的襯底那樣，本發(fā)明的“蛋箱”襯底不用彈性體層來做。而是根據(jù)“蠅眼”透鏡陣列用這樣的方式精密制成的，從而它將與“蠅眼”陣列的幾何形狀和間距密切匹配。
通過將準(zhǔn)直光束穿過“蠅眼”透鏡陣列，照在位于靠近“蠅眼”透鏡陣列的焦平面處的照相底片來制作照相掩模(它是一個點陣)。這由圖13示意性地示出。光源(未示出)產(chǎn)生準(zhǔn)直光束(這里用光線a和b來表示)，將此光束引向“蠅眼”陣列1 31。光束進入陣列131的微透鏡元件，并被其聚焦。特別是，入射在“蠅眼”透鏡陣列131的例示的微透鏡元件131a上的光線由此被聚焦至點132a，它位于元件131的焦平面f中，并且相對于入射光束直接在元件131a之后。把一張平的、先前來曝光的照相底片132放置得與焦平面f平行，并且稍微放在該焦平面之前或之后，用來自元件131a的會聚光照射照相底片并由此使其曝光，從而當(dāng)將照相底片顯影時，在底片上出現(xiàn)一點。對于陣列的每個微透鏡出現(xiàn)一個類似的點。點的直徑取決于焦平面f和底片132的平面之間的距離Δ。如此曝光和顯影的底片132成為制造“蛋箱”襯底的掩模。
接下來，涂有ITO的玻璃板再用光聚合物的薄層來覆蓋(例如名為RISTON的光致抗蝕劑可從Wilmington,DE的E.I.du Pont de Nemours and Co.購得)。RISTON是一種負(fù)性光致抗蝕劑，從制造商購得的是聚合物片的形式，一般為2密耳厚。在加熱和加壓的條件下，可使RISTON片附著于玻璃片，通過接連施加多層就能獲得所需的厚度。
當(dāng)把RISTON用紫外光曝光時，它就光致硬化(photoharden)，從而當(dāng)隨后將它放入pH值高的顯影水溶液中時，只有未曝光的部分被溶解。于是可刻蝕RISTON以形成“蛋箱”襯底的圓柱形空腔。具體而言，使帶有點陣的光刻掩模與覆蓋玻璃板的RISTON表面接觸(點陣是根據(jù)“蠅眼”透鏡陣列形成的)。再將此組件用來自光致抗蝕劑曝光系統(tǒng)的準(zhǔn)直性極好的紫外光曝光。此光線不能透過光刻掩模上的點，但是RISTON的所有其他部分都被曝光，于是光致變硬。此后，移去光刻掩模，并將覆蓋RISTON的玻璃板放在顯影的水溶液中。當(dāng)進行UV曝光時在光刻掩模的點子下方的RISTON區(qū)域被顯影劑溶解，留下接近圓柱形的孔。(實際上，孔是略有錐度的，從而在鄰近玻璃板處孔的直徑小于在空氣界面處的孔的直徑)。
在圖14中示在這一制造階段時所形成“蛋箱”結(jié)構(gòu)150′的一部分。RISTON層151包含空腔152，并在其上蓋有由未刻蝕的RISTON構(gòu)成的平坦表面153。層151位于透明板154之上，透明板涂覆有ITO電極155，如圖所示。層151的厚度一般為4密耳；板154的厚度一般為30至40密耳。
在此刻的一個可選的添加步驟是將不透明的染料加RISTON層151。例如，通過把部分形成的“蛋箱”結(jié)構(gòu)150′浸入合適的被RISTON吸收的染料可以做到這一點。此后，將多余的染料沖洗掉。
為完成“蛋箱”結(jié)構(gòu)，把球面透鏡球放入空腔中，加上頂蓋，該結(jié)構(gòu)充以電介質(zhì)流體并加以密封，這示于圖15A-15B。圖15A示出“蛋箱”結(jié)構(gòu)150(在球156放入空腔152中并且加上頂蓋之后，但在充入電介質(zhì)流體之前)的側(cè)視圖。在此實施例中，頂蓋159由“蠅眼”陣列連同透明間隔物及其ITO涂層構(gòu)成，這相應(yīng)于先前參照圖11A描述過的透鏡陣列-間隔物組合114。由支座(standoff)158把頂蓋159和板154分開，支座可由板154的加厚的周邊區(qū)域構(gòu)成，如圖15B的頂視圖所示。例如，用諸如環(huán)氧樹脂等粘合材料把頂蓋159附著于支座158，以形成氣密密封。(在如此附著頂蓋159之前，它的“蠅眼”透鏡陣列要與“蛋箱”結(jié)構(gòu)150的空腔152對正，這將在下一節(jié)中討論)。
支座158的厚度最好比層151的厚度略大(例如，大1至2微米)，從而在表面153和頂蓋159之間留有一空隙。此空隙很小，因此球156逃不出腔152。此空隙容許空氣逸出(否則，如果蓋159與表面153齊平；則空氣被困在腔152中)，它還容許電介質(zhì)流體進入空腔152。
制造“蛋箱”的工作現(xiàn)在幾乎都做好了；剩下的工作是加入電介質(zhì)流體。為做這項工作，將一個真空泵與端口154a、154b之一相接(這兩個端口是在板154中預(yù)先鉆好的)，并將用于電介質(zhì)流體的泵接至另一個端口。于是從“蛋箱”結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一端抽走空氣，與此同時，在另一端處泵入電介質(zhì)流體。然后將端口154a、154b密封(例如用環(huán)氧樹脂)，于是完成“蛋箱”結(jié)構(gòu)。
也可以用其他的制造技術(shù)來構(gòu)成“蛋箱”結(jié)構(gòu)。例如，如果希望用環(huán)氧樹脂而不是RISTON來制作“蛋箱”結(jié)構(gòu)，則上述的刻蝕步驟可以變更如下不是從具有點陣的光刻掩模出發(fā)，而是要采用負(fù)像，即，在光刻掩模上的不透明覆蓋物中的孔的陣列。經(jīng)過上述的RISTON刻蝕步驟得出了從玻璃板凸出圓柱體陣列。接下來，在第二塊玻璃板上涂覆一層未固化的環(huán)氧樹脂，然后將兩塊玻璃板壓在一起并保持在一起直至環(huán)氧樹脂變硬。此后，將兩塊玻璃板分開，從而RISTON圓柱體保持固定在環(huán)氧樹脂涂層中。此后，用不侵蝕環(huán)氧樹脂的溶劑(例如，丙酮)去除RISTON圓柱體。其結(jié)果是一種環(huán)氧樹脂“蛋箱”結(jié)構(gòu)。
還有一種制造的可能性是如上所述由RISTON構(gòu)成“蛋箱”結(jié)構(gòu)，然后再在其頂上澆一層可模制的、高撕裂強度的橡膠，諸如Dow Coming SILASTIC T-2，采用真空裝置從圓柱腔中去除空氣于是使未硬化的橡膠流入圓柱腔。在硬化后，橡膠?？蓮腞ISTON模上脫下，這是由于圓柱孔有錐度的緣故。然后，把橡膠模用作低成本的模子以代替RISTON母模。例如，可以將橡膠結(jié)構(gòu)壓入以環(huán)氧樹脂涂覆的表面，并在環(huán)氧樹脂硬化后移走橡膠結(jié)構(gòu)，此后留下“蛋箱”結(jié)構(gòu)的下面部分。
還有一種也是低成本的制造的可能性是用注射模制技術(shù)由塑料來構(gòu)成“蛋箱”空腔。例如，采用與上述光刻掩模相反的光刻掩模(其中，點是透明的，而掩模的其他部分是不透明的)。反的RISTON“蛋箱”用高質(zhì)量的陶瓷漿涂敷，隨后使陶瓷漿硬化，例如用空氣干燥。將此結(jié)構(gòu)加熱至高溫，致使RISTON燒掉。然后將液態(tài)金屬(諸如不銹鋼)強制送入陶瓷結(jié)構(gòu)，并在那里固化。然后，通過使陶瓷破碎很容去掉它，因為它十分脆。得到的結(jié)果是一個適于塑料注射模制的結(jié)構(gòu)。也可以采用其他方法做出用于“蛋箱”的注射模制結(jié)構(gòu)。
不管用哪種制造技術(shù)，為了確保“蛋箱”與“蠅眼”透鏡陣列的最佳套準(zhǔn)，重要的是“蛋箱”結(jié)構(gòu)要直接根據(jù)“蠅眼”透鏡陣列的結(jié)構(gòu)來制造。這樣可以自動地補償“蠅眼”陣列中的透鏡之間的間距不夠理想均勻帶來的微小偏差，否則，這將引起“蠅眼”微透鏡相對于球面透鏡球的嚴(yán)重的周期性的對不準(zhǔn)?！跋壯邸蓖哥R陣列與“蛋箱”襯底的套準(zhǔn)在形成“蛋箱”結(jié)構(gòu)150時，頂蓋159和“蠅眼”透鏡陣列必須與部分形成的“蛋箱”結(jié)構(gòu)150′套準(zhǔn)，從而“蠅眼”透鏡陣列元件合適地與空腔152對準(zhǔn)，因而與球面透鏡元件對準(zhǔn)。這種套準(zhǔn)是可能的，因為如已描述的那樣，“蛋箱”結(jié)構(gòu)是根據(jù)光刻掩模形成的，而光刻掩模是根據(jù)“蠅眼”透鏡陣列本身制作的。
在即將把球156加入到空腔152中之前可以方便地進行套準(zhǔn)。例如，能夠采用光學(xué)對準(zhǔn)技術(shù)。把頂蓋放置得和部分形成的“蛋箱”結(jié)構(gòu)150′平行并且與之粗略對準(zhǔn)。用光束照射頂蓋159，并且調(diào)整頂蓋159和部分形成的結(jié)構(gòu)150′的相對位置，直至透過的光達到最大。一旦套準(zhǔn)，把頂蓋沿著一條與部分結(jié)構(gòu)150′的平面垂直的精確的直線從部分結(jié)構(gòu)150′移走。這容許將球156加至空腔152。以后，在將頂蓋與支座158接合之前，將頂蓋仍舊沿著精確的垂直線向部分結(jié)構(gòu)150′移回，從而不破壞套準(zhǔn)。
如果“蠅眼”陣列做成與頂蓋159的其余部分分開的一塊而不是成為單塊的整體，則套準(zhǔn)步驟可推遲到“蛋箱”150被充以電介質(zhì)流體并且密封之后。在此情況下，在套準(zhǔn)之前，應(yīng)通過施加電場使在空腔152中的球156取向，從而使光透射達到最大?？梢宰龅竭@一點，因為空腔152已在此刻充有流體，于是球156呈現(xiàn)電偶極性?；诳赊D(zhuǎn)動透鏡的透射gyricon顯示器現(xiàn)在可以概要地總結(jié)本發(fā)明的gyricon顯示器的制造步驟。如前所述，制造所需類型(例如，小孔屏蔽球或小孔光闌球)的球面透鏡球。亦如前所述，用一個“蠅眼”透鏡陣列來制造帶有透明ITO電極的相配的“蛋箱”結(jié)構(gòu)。在將電介質(zhì)流體充入顯示器并將其密封之前，將球放入“蛋箱”結(jié)構(gòu)，并且在一合適的階段，使“蠅眼”陣列與“蛋箱”空腔和球?qū)?zhǔn)。在完工的顯示器周圍最好有保護外殼。于是顯示器可投入使用。
圖16示出在投影系統(tǒng)中使用本發(fā)明的顯示裝置的一種例示的安排。用來自白光光源L并由透鏡169準(zhǔn)直的光線照射本發(fā)明的透射gyricon顯示裝置160。投影透鏡165將得到的圖像投射在屏幕167上。例如，可以采用像素可尋址的有源矩陣尋址電路對gyricon裝置160尋址。如在已知的gyricon顯示器中那樣，一般，每個像素使用多個球(例如，九個或更多個)。一般，裝置160的球面透鏡球會迅速地響應(yīng)于尋址邏輯，從而能獲得視頻幀速率。
對于一種簡單的單色顯示器，顯示160可以用具有不透明的小孔屏蔽的球面透鏡球來做。在此情形下，沿著垂直于“蛋箱”襯底的平面的方向之一施加電場導(dǎo)致在施加電場附近的球轉(zhuǎn)動，從而它們的小孔屏蔽面向光源L，于是阻擋了光線，而產(chǎn)生黑色輸出。沿相反方向施加電場導(dǎo)致球轉(zhuǎn)過180度，從而它們的小孔屏蔽背向光源L，從而光透過它們的針孔狀小孔并產(chǎn)生白色輸出。
一般，按照本發(fā)明的gyricon顯示器可以做成不同的尺寸和形狀，并且對于gyricon球、“蛋箱”襯底和電介質(zhì)流體可以使用各種材料。本發(fā)明的顯示器也具有g(shù)yricon顯示器所固有的其他優(yōu)點。例如，可以將它們做得既薄又輕。它們是光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)的，于是，一當(dāng)顯示一幅圖像后，即使在電場去除之后該圖像也會保持。由于它們的雙穩(wěn)態(tài)性，顯示器僅在像素改變狀態(tài)時消耗功率，從而顯示器可在低功率下工作。
如將要示出的，按照本發(fā)明亦可構(gòu)造彩色顯示器。根據(jù)操作和根據(jù)在構(gòu)造球時使用的材料，許多不同的染料能夠適合于用作著色劑，以在球面透鏡球的小孔屏蔽和光闌中提供有色彩顏色和無色彩顏色。(下文使用的“無色彩顏色是指基本上缺少色彩的顏色，即，指黑、白、灰和無色，而下文中使用的“有色彩顏色”是指其他顏色，包括紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫、青、紅紫、粉紅、棕色、淺褐色、等等)。作為舉例，任何給定的小孔光闌或屏蔽可以是黑；白；無色(即，基本上透明而無色彩，如水或普通的窗玻璃)；透明顏色(例如，用于RGB加色顯示器的透明紅、藍或綠；用于CMY減色顯示器的透明青、紅紫或黃)；等等。加色(RGB)可轉(zhuǎn)動透鏡顯示器為制造加色紅綠藍(RGB)顯示器，可將圖16的顯示器160作如下的改變在顯示器的“蛋箱”中，以像素樣式安排三種不同顏色的球面透鏡球(即，帶有透射濾色小孔屏蔽或光闌的紅、綠和藍色球面透鏡球)。每個像素由紅、綠和藍三個子像素構(gòu)成，每個子像素可以與其它子像素?zé)o關(guān)地尋址。(即，可轉(zhuǎn)動一種顏色的球面透鏡球而不影響其他兩種顏色的球。)每個子像素最好有多個(例如，九個或更多個)球。
在圖17A中示出一種子像素樣式。該圖示出了“蛋箱”襯底1010的一個放大部分的頂視圖。在“蛋箱”襯底1010的子像素中，放置著每種顏色(RGB)的球面透鏡球。像素1070包括紅色子像素1071、綠色子像素1072和藍色子像素1073。每個子像素只包含其各自顏色的gyricon球1074、1075、1076；例如，在紅色子像素1071中的所有的gyricon球1074都是紅色的。在不同的實施例中子像素在每個像素中的安排可以改變；例如，如圖17A所示，可以安排子像素，從而形成六邊形瓷磚樣式。
每個子像素可在彩色和白色或在彩色和黑色之間改變。例如，為獲得彩色至白色的改變，可以使用無色的帶有透明的濾色小孔光闌的球面透鏡球。當(dāng)球如此取向，使得它的小孔光闌背向入射白光時，則光經(jīng)過小孔光闌聚，再由此濾色，從而出射光是小孔光闌的顏色(即，紅、綠或藍)。當(dāng)球如此取向，使得它的小孔光闌面向入射光時，則基本上所有的入射光由透明的球透射，從而出射光為白色。例如，為得到彩色至黑色改變，可以使用由透明的有色玻璃制造并帶有不透明小孔屏蔽的球面透鏡球。當(dāng)球如此取向，使得使其小孔屏蔽背向入射白光時，則當(dāng)光線穿過球時被濾色并且通過小孔屏蔽的光瞳被聚焦，從而出射光是球的顏色(即，紅、綠或藍)。當(dāng)球取向，使得使其小孔屏蔽面向入射光時，則基本上所有的入射光被阻擋，從而幾乎沒有或沒有光出射。將不同的球按計劃地放入“蛋箱”襯底的制造技術(shù)RGB gyricon顯示器是由三種不同的球面透鏡球(即，帶有紅色小孔光闌或屏蔽的球、帶有綠色小孔光闌或屏蔽的球以及帶有藍色小孔光闌或屏蔽的球)構(gòu)成的。把這三種不同的球放置在“蛋箱”襯底的不同的子像素區(qū)域。紅色子像素只包含賦以紅色的球，而不包含其他兩種球。類似地，綠色子像素只包含賦以綠色的球，而藍色子像素只包含賦以藍色的球。于是，為了構(gòu)造這種gyricon顯示器，需要一種制造技術(shù)來把不同種類的球放入“蛋箱”襯底中的它們各自的不同位置，從而得到紅色、綠色和藍色子像素(例如，圖17A的樣式)的所要的幾何樣式。
現(xiàn)在描述用于在“蛋箱”襯底中把gyricon球放在規(guī)定位置的一種技術(shù)。特別是，這種技術(shù)可用來以任何所需的子像素樣式來安置紅、綠和藍色gyricon球。
轉(zhuǎn)至圖17B，該圖示出用于制造“蛋箱”襯底的型式的光刻掩模171。這一掩?？梢愿叻直媛蕯?shù)字化，并且，通過數(shù)字圖像處理，變?yōu)槿齻€子掩模。例如，不同于172a附近的點172可以在數(shù)字域中去除，產(chǎn)生示于圖17c的改變的掩模圖像173。這一掩模圖像可用于產(chǎn)生一改變的光刻掩模。對于在172b和172c附近的點可進行類似的處理，從而全部制得三個改變的光刻掩模，每個掩模用于一種子像素顏色。
然后，根據(jù)每個改變的光刻掩模做出一個金屬(例如，鎳)網(wǎng)屏。即，對于紅、綠和藍色子像素樣式的每個樣式有一個網(wǎng)屏。這種網(wǎng)屏的一例示于圖17D。網(wǎng)屏177除了孔178之外是薄而又堅固的，孔178相應(yīng)于“蛋箱”襯底中放置某種子像素顏色(例如，紅色)的球的位置。
在制造“蛋箱”襯底期間，就在把球放入空腔中之前，依次將每個金屬網(wǎng)屏放在“蛋箱’’開放的圓柱腔之上并與之對準(zhǔn)。然后將具有合適顏色(例如，紅色)的球放在網(wǎng)屏上。球通過孔178落入“蛋箱”的圓柱腔。為了加快這一步驟，可將網(wǎng)屏輕輕地振動?！暗跋洹钡拿總€空腔的尺寸只能容納一個球，從而一當(dāng)充滿一個空腔，額外的球不能進入該空腔。一當(dāng)用于這種顏色子像素樣式的所有空腔都被球填滿時，就以剩下的用于其他兩種顏色的網(wǎng)屏重復(fù)這一步驟。多層減色(CMY/K)可轉(zhuǎn)動透鏡顯示器為了提供一種青-紅紫-黃(CMY)減色顯示器，也可使用帶有球面透鏡成像元件的gyricon顯示器。在減色成像中，一般采用透明濾色器或染料從入射光中濾除不要的顏色分量。這里，gyaricon球(尤其是它們的小孔屏蔽或光闌)起著濾色器的作用。
為制造減色顯示器，可以制造一疊單色顯示器。對于CMY顯示器180，圖18示出了這一情形。這一疊層的三個分支單元181。182和183中的每一個單元是一個類似于圖16的顯示器160的顯示器。尤其是，每個單元具有其本身的“蠅眼”微透鏡陣列和其本身的尋址電極。每個單元可與其他單元獨立地被尋址。分支單元181、182、183中的每一個包含濾色球面透鏡球(如前所述，為小孔光闌或小孔屏蔽)，從而任何一個分支單元的一個給定的成像元件根據(jù)球的取向可透過白光或者一種透明顏色。例如，單元181可具有青色濾色球面透鏡球，單元182可具有紅紫色濾色球面透鏡球，而單元183可具有黃色濾色球面透鏡球?？蛇x地，可將一個額外的分支單元加至疊層(未示出)，該單元包含不透明屏蔽球面透鏡球，以提供黑色分量，由此給出完全的CMYK顏色性能。
在顯示器180中，疊層中的分支單元181、182、183的對準(zhǔn)是至關(guān)重要的，因為從單元181中的一個成像元件(諸如例示的元件181a)出射的光必須在此之后分別通過在其余的單元182、183中的相應(yīng)的成像元件(諸如例示的元件182a、183a)。為達到正確對準(zhǔn)，用于分支單元中的“蠅眼”陣列和“蛋箱”襯底應(yīng)該具有相同的幾何形狀和間距。例如，陣列184、185和186都是根據(jù)由相同樣式得出的模具精密制成的。此后，例如，用光學(xué)對準(zhǔn)技術(shù)來獲得分支單元的相互套準(zhǔn)。例如，使單元181和182的所有的球面透鏡球處于它們的完全透射取向，通過保持單元181固定而調(diào)節(jié)單元182的位置，可以使通過由這些單元構(gòu)成的部分疊層的光量達到最大。此后，對于單元183和任何額外的單元，可重復(fù)此步驟。
雖然對于所有的單元來說，在“蠅眼”陣列中的微透鏡元件的間距和幾何形狀是相同的，但不同單元的微透鏡的焦距可以不同。例如，并且如圖18所示，入射光束(這里用光線a和b代表)是準(zhǔn)直光束，而從例示的元件181a出射的光線是發(fā)散的。合適的間距和焦距將取決于“蠅眼”透鏡陣列的曲率半徑和所用材料的折射率。例如相繼單元之間的間距可以由諸如支座187、188等支座來保持。換一種做法，可將額外的“繩眼”陣列(未示出)設(shè)置在單元之間，以使發(fā)散光束變成準(zhǔn)直光束。與這些單元本身一樣，這些額外的陣列須仔細(xì)地對準(zhǔn)，以確保從一個單元至另一個單元必須仔細(xì)地對準(zhǔn)，以確保從一個單元至另一個單元的合適的光透射。
在一給定的單元內(nèi)，一個或多個球面透鏡球的組可用來提供用于減色的分量顏色。在每個像素中，對于每一種分量顏色，最好用大量(例如九個或更多個)的互相靠近的球。這樣，一個像素是由三個顏色區(qū)域的一列構(gòu)成，它們的位置互相重疊，一個區(qū)域來自三層中的每一層。
與加色顯示器不同，在減色顯示器中沒有不同顏色的子像素。而是，每個像素的整個區(qū)域用所有的分量顏色來填充，這些顏色互相重疊。與加色技術(shù)能得到的最終的彩色成像相比，減色技術(shù)能改進最終彩色成像的豐富度和準(zhǔn)確度。
本發(fā)明的減色gyricon顯示器不必限于青、紅紫和黃色分量顏色?？捎闷渌伾娲?，并增添攜帶額外顏色的額外層。尤其是，如上所述，可以加入黑色。此外，本發(fā)明的減色gyricon顯示器可用少于三種的分量顏色來做。例如，可以做出兩層的疊層。它包括帶有不透明屏蔽的第一層球(如在CMYK顯示器中那樣)，以及帶有一種透明顏色的小孔光闌或屏蔽的第二層球。這種顯示器對于提供黑色加上一種輝亮顏色的顯示是有用的。另一種可能性是這樣一種兩層疊層，其第一層為第一種透明顏色，而第二層是其互補色(亦是透明的)。例如，第一層為藍色，而第二層為黃色。這種顯示器能產(chǎn)生它的每一種分量顏色加上黑色，這是由將兩種互補顏色都減去得到的?；叶鹊燃壓筒糠值念伾柡偷侥壳盀橹?，所描述的本發(fā)明的顯示器在每種分量顏色方面是二元的。例如，在單色顯示器中，單個成像元件提供白色或者黑色，但沒有灰度等級。類似地，在透射彩色顯示器中，單個成像元件提供完全不濾色的光透射或者完全飽和的顏色或分量顏色，而不是部分飽和的顏色。
為了在本發(fā)明的顯示器中獲得灰度等級以及部分的顏色飽和，可以使用下面的技術(shù)顯示器以特征的掃描速率(例如，以視頻幀速率)工作。在一幀期間，每個象素被重新尋址(子掃描)若干次。這使得對于每個像素光透射正比于所需的亮度值。為增加動態(tài)范圍，對于每個子掃描，可改變投影光源的強度(例如，對數(shù)地改變)。改變和擴展下面的特定的實施例只是代表了實現(xiàn)本發(fā)明的某些可能性。在本發(fā)明的精神下，許多其他的實施例也是可能的。例如·本發(fā)明的gyricon彩色透射顯示器不必限于常規(guī)的RGB或CMY/CMYK顏色方案。為了改進顏色范圍，可以把額外的顏色包括進來。此外，可以提供一種規(guī)定的定制的顏色(例如，為了確保準(zhǔn)確地顯現(xiàn)一個公司的標(biāo)識)。還有，可以用較少的顏色；例如，如前面所述，可以構(gòu)造一種有輝亮顏色的裝置。
·gyricon球的電學(xué)各向異性不必非根據(jù)zeta電勢不可。具有與球相關(guān)的電偶極矩就足夠了，偶極矩相對于球如此對齊，以在存在施加的外部電場時，有助于球的有用轉(zhuǎn)動。(一般，偶極矩沿球的對稱軸取向)。此外，應(yīng)該注意，gyricon球除了其電偶極矩之外，還可以有電單極矩；例如，由兩個大小不等的正電荷的分離而產(chǎn)生的偶極矩，得出的電荷分布等價于一個正的電單極子與一個電偶極子疊加。
·雖然上面已經(jīng)描述的gyricon球?qū)C尋址電壓作出響應(yīng)而轉(zhuǎn)動(而由Goodrich在第4,261,653號美國專利中揭示的不是如此)，這些球也可以對某些AC尋址電壓作出響應(yīng)。此外，值得稱道的是，即使對于球只對非DC電壓(例如，在Goodrich情形中的RF電壓)作出響應(yīng)而轉(zhuǎn)動的gyricon顯示器，本發(fā)明的某些方面亦適用。
·球面透鏡gyricon球的光學(xué)各向異性不一定非基于顏色不可。作為gyricon球的不同方面，其他的光學(xué)性質(zhì)會改變而呈現(xiàn)給觀察者，這些光學(xué)性質(zhì)包括(但不限于)偏振、雙折射、相位滯后、光散射和光反射。一般，可以多種方法用gyricon球來調(diào)制光。
·進入gyricon顯示器的入射光不必限于可見光。例如，用合適的材料制造gyricon球，則入射“光”可以是紅外光或紫外光，而這些光可由gyricon來調(diào)制。
·采用例如子掃描技術(shù)，在上面已經(jīng)描寫了提供顏色飽和控制的彩色gyricon顯示器。然而，對于每個象素，每種顏色只提供兩種飽和(即，完全飽和或最小飽和)但不提供可變顏色飽和控制的一種彩色像素可尋址gyricon仍然有用·特別，可以制造CMY顯示器，它適用于半色調(diào)顏色應(yīng)用。
·按照本發(fā)明的彩色gyricon顯示器可以用許多種不同于那些前面已描述的方法來制造。例如，RGB透射顯示器可以用三個分開的球面透鏡陣列來做，每種顏色一個透鏡陣列，用類似于在投影電視屏幕中使用的那些光學(xué)結(jié)構(gòu)來組合這些透鏡陣列的像。作為另一個例子，對于基于小孔屏蔽的RGB顯示器，顏色可由透明的顏色覆蓋物或者由加至“蠅眼”陣列的著色劑提供，而不是用有色材料來做球面透鏡球本身。
·上述本發(fā)明技術(shù)的三個組成部分(即，可轉(zhuǎn)動透鏡、輔助光學(xué)元件和“蛋箱”襯底)中的某些部分除了上面敘述的之外，還可以在其他方面和組合中有用。例如，具有“蛋箱”襯底的gyricon顯示器可以用除了轉(zhuǎn)動透鏡之外的成像元件來做。輔助光學(xué)元件(“蠅眼”陣列或其他光學(xué)元件，或任何組合)亦可用于基于可轉(zhuǎn)動透鏡之外的成像元件的gyricon顯示器?？勺龀龀诉@里所示出的類型的可轉(zhuǎn)動透鏡球，可以開發(fā)出用于把球包括入各種gyricon顯示器的其他光學(xué)結(jié)構(gòu)。
總起來，可以提供一種具有輔助光學(xué)結(jié)構(gòu)的gyricon或轉(zhuǎn)動粒子顯示器。顯示器包括帶有透光窗口的襯底、配置在襯底中的多個粒子以及光耦合至窗口的聚光元件。每個粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，電偶極矩使得該粒子能作出電的響應(yīng)，從而當(dāng)粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供粒子的電偶極矩時，粒子會轉(zhuǎn)動至使其電偶極矩的取向與場一致。當(dāng)粒子如此配置在襯底中時，可以獲得每個粒子的可轉(zhuǎn)動配置當(dāng)可轉(zhuǎn)動地配置粒子時，它不附著于襯底。每個粒子，當(dāng)在襯底中可轉(zhuǎn)動地配置時，相對于透光窗口可配置為第一和第二轉(zhuǎn)動取向。當(dāng)每個粒子相對于經(jīng)過窗口的光能通量配置在其第一取向時，它提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)相對于經(jīng)過窗口的光能通量配置在第二取向時，它還提供第二光調(diào)制特性。聚光元件可以是光折射的；例如，它可以包括會聚透鏡的陣列，諸如微透鏡的“蠅眼”陣列。在此情況下，粒子可配置在一個陣列中，該陣列與透鏡陣列套準(zhǔn)。
可以提供具有“蛋箱”襯底的gyricon或轉(zhuǎn)動粒子顯示器。顯示器包括具有容納空腔的基體的襯底，它的空腔大致上設(shè)置在單層內(nèi)，并且按幾何上規(guī)則的圖案安排在基體中，并且把多個光學(xué)上各向異性的粒子配置在襯底內(nèi)的空腔中，每個空腔至多配置一個光學(xué)上各向異性的粒子。當(dāng)在襯底中如此配置粒子時，可以獲得每個粒子的可轉(zhuǎn)動配置當(dāng)可轉(zhuǎn)動地配置粒子時，粒子不附著于襯底。例如，每個粒子可具有各向異性，以提供電偶極矩，電偶極矩使得粒子能作出電的響應(yīng)，從而當(dāng)粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，而同時提供粒子的電偶極矩時，粒子會轉(zhuǎn)動至使其電偶極矩的取向與外場一致。單層的空腔可以基本上是平面的，而空腔的幾何圖案可以是在層的平面中的二維陣列圖案，諸如六邊形、矩形或者菱形陣列圖案。襯底還可包括第一和第二部件，而基體設(shè)置在這兩個部件之間；至少一個部件可包括一個透光窗口，光能通量可通過該窗口從而入射在粒子上。
可以提供具有第一折射率的透光電介質(zhì)流體和可轉(zhuǎn)動地配置在所述流體中的光學(xué)上各向異性的粒子的組合。粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域間具有第二折射率。當(dāng)粒子相對于光能通量在流體中配置得沿第一取向時，它提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)粒子相對于光能通量在流體中配置得沿第二取向時，它還提供第二光調(diào)制特性。粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，電偶極矩使得粒子作出電的響應(yīng)，從而當(dāng)粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供粒子的電偶極矩時，粒子會轉(zhuǎn)動至使其電偶極矩的取向與場一致。例如，把粒子配置在流體中可產(chǎn)生粒子的電偶極矩。流體-粒子組合可用于制造gyricon或轉(zhuǎn)動粒子顯示器，其中，顯示器中的每個可轉(zhuǎn)動粒子(例如，圓球)起著透鏡的作用。
因此，本發(fā)明的范圍不僅僅局限于上述的說明書，而是由所附的權(quán)利要求書連同其全范圍的等價物給出。
權(quán)利要求
1．一種設(shè)備，其特征在于包括具有透光窗口的襯底；配置在所述襯底中的多個粒子；每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，當(dāng)所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動地配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底，當(dāng)每個所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在所述襯底中時，每個所述粒子可以相對于所述透光窗口沿第一和第二轉(zhuǎn)動取向配置，當(dāng)每個所述粒子相對于經(jīng)過所述窗口的光能通量沿所述第一取向配置時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于經(jīng)過所述窗口的光能通量沿所述第二取向配置時，每個所述粒子還提供第二光調(diào)制特性；以及光耦合至所述窗口的聚光元件。
2．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚光元件是光折射的。
3．如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述光折射的聚光元件包括透鏡的陣列。
4．如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述透鏡陣列包括會聚透鏡的陣列。
5．如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述透鏡陣列包括微透鏡的陣列。
6．如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，將所述粒子配置在與所述透鏡陣列套準(zhǔn)的陣列中。
7．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚光元件與所述窗口在結(jié)構(gòu)上包括在單個單元中。
8．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚光元件在結(jié)構(gòu)上與所述窗口有區(qū)別，但固定地附著于所述窗口。
9．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底包含有電介質(zhì)流體，而將所述粒子配置在所述襯底中，并與所述流體相接觸。
10．如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，將所述粒子配置在所述流體中，從而引起所述粒子的相應(yīng)的所述電偶極矩。
11．如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述電介質(zhì)流體是一種具有第一折射律的透光流體，而每個所述粒子構(gòu)成具有第二折射律的一個透光區(qū)域。
12．如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)每個所述粒子沿所述第一和第二轉(zhuǎn)動取向的至少一個取向配置，并且當(dāng)用通過所述襯底窗口的光能通量照射時，每個所述粒子產(chǎn)生折射效應(yīng)，此折射效應(yīng)的產(chǎn)生是由于所述第一和第二折射率互不相同引起的。
13．如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述每個粒子的所述透光區(qū)域與所述第一光調(diào)制特性相關(guān)聯(lián)，并且每個所述粒子還包括具有第二光學(xué)性質(zhì)的區(qū)域，該區(qū)域與所述第二光調(diào)制特性相關(guān)聯(lián)。
14．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述粒子包括一個圓球。
15．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述球具有第一和第二半球，并且所述球的所述第一半球與第一zeta電勢相關(guān)聯(lián)，所述球的所述第二半球與第二zeta電勢相關(guān)聯(lián)，當(dāng)將所述球配置在所述電介質(zhì)流體中時，產(chǎn)生所述第一和第二zeta電勢，而所述第一和第二zeta電勢對所述電偶極矩作出貢獻。
16．如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括產(chǎn)生電場的裝置，以使可轉(zhuǎn)動地配置在所述襯底中的至少一個所述粒子轉(zhuǎn)動。
17．如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，所述電場產(chǎn)生裝置包括對可轉(zhuǎn)動地配置在所述空腔中的一組所述粒子有選擇地尋址的裝置，該組粒子至少包括一個粒子，通過施加電場至所述的一組粒子，并由此使所述一組粒子中的至少一個粒子轉(zhuǎn)動。
18．一種裝置，其特征在于包括襯底，它包括具有多個空腔的基體，所述襯底具有透光窗口；具有第一折射率的透光流體，配置在所述基體的所述空腔中；配置在所述基體的所述空腔中、與所述流體接觸的多個光學(xué)上各向異性的粒子，每個所述粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子還提供第二光調(diào)制特性，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，當(dāng)所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底；以及光耦合至所述窗口的聚光元件。
19．如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其特征在于，還包括產(chǎn)生電場的裝置，以使可轉(zhuǎn)動地配置在所述襯底中的至少一個所述粒子轉(zhuǎn)動。
20．一種設(shè)備，其特征在于包括具有透光窗口的襯底，它包含具有第一折射率的透光電介質(zhì)流體；配置在所述襯底中的多個粒子，每個所述粒子具有至少一個透光區(qū)域，所述透光區(qū)域具有第二折射率，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，當(dāng)所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底，當(dāng)每個所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在所述襯底中時，每個所述粒子相對于所述透光窗口可沿第一或第二轉(zhuǎn)動取向配置，當(dāng)每個所述粒子相對于穿過所述窗口的光能通量沿所述第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于穿過所述窗口的光能通量沿所述第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子還提供第二光調(diào)制特性；以及光耦合至所述窗口的光調(diào)制元件。
21．如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其特征在于，所述光調(diào)制元件包括聚光元件。
22．一種設(shè)備，其特征在于包括襯底，它包括包含空腔的基體，所述基體具有多個所述空腔，在所述基體中，所述多個空腔大體上設(shè)置在一層中，并且大體上按一種幾何上有規(guī)則的圖案將所述多個空腔安排在所述基體中；以及配置在所述襯底的所述空腔中的多個光學(xué)上各向異性的粒子，每個所述空腔至多包含一個所述光學(xué)上各向異性的粒子，當(dāng)所述粒子如此地配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底。
23．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述粒子具有各向異性，以提供所述電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向。
24．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，在所述襯底中，所述粒子是可轉(zhuǎn)動的。
25．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)所述粒子配置在所述襯底中時，可通過對所述襯底作非破壞性的操作而使所述粒子可在所述襯底中轉(zhuǎn)動。
26．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述粒子具有多個引起所述粒子的光學(xué)上的各向異性的組成區(qū)域，所述區(qū)域包括具有第一光調(diào)制特性的第一區(qū)域和具有第二光調(diào)制特性的第二區(qū)域。
27．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，所述單層大體上是平面的，并且所述空腔的幾何圖案是所述層的平面內(nèi)的一個二維陣列圖案。
28．如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述二維圖案是從包括六邊形陣列圖案、矩形陣列圖案和菱形陣列圖案的組中選出的。
29．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，在所述層中，把所述空腔排列得盡可能緊密。
30．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，所述襯底還包括第一和第二部件，而所述基體設(shè)置在所述第一和第二部件之間。
31．如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一和第二部件中的至少一個部件包括透光窗口，光能通量可通過所述窗口從而入射在所述粒子上。
32．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，還包括配置在所述基體的所述空腔中的透光電介質(zhì)流體，所述粒子與所述流體接觸。
33．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，所述流體具有第一折射率，而每個所述粒子具有至少一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率。
34．如權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿所述第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，并且當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿所述第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第二光調(diào)制特性。
35．如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其特征在于，當(dāng)每個所述粒子沿所述第一和第二可轉(zhuǎn)動取向的至少一個取向配置時產(chǎn)生折射效應(yīng)，這是由于所述第一和第二折射率互不相同而引起的。
36．如權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其特征在于，所述粒子在所述流體中的配置引起相應(yīng)的電偶極矩。
37．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述粒子包括一個圓球。
38．如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，還包括產(chǎn)生電場的裝置，以使可轉(zhuǎn)動地配置在所述襯底中的至少一個所述粒子轉(zhuǎn)動。
39．一種裝置，其特征在于包括襯底，它包括包含空腔的基體，所述基體具有多個所述空腔，在所述基體中，所述多個空腔大體上配置在一層中，并且大體上按一種幾何上有規(guī)則的圖案將所述多個空腔安排在所述基體中，所述襯底還包括大體上平行于所述單層設(shè)置的透光窗口；透光的電介質(zhì)流體，配置在所述基體的所述空腔中，所述流體具有第一折射率；多個光學(xué)上各向異性的粒子，配置在所述襯底的所述空腔中，與所述流體接觸，每個所述空腔至多包含一個所述光學(xué)上各向異性的粒子，當(dāng)每個所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底，每個所述粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率，當(dāng)每個所述粒子相對于穿過所述窗口的光能通量沿所述第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于穿過所述窗口的光能通量沿第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子還提供第二光調(diào)制特性；以及光耦合至所述窗口的聚光元件的陣列。
40．如權(quán)利要求39所述的設(shè)備，其特征在于，所述聚光元件的陣列包括用于所述基體的每個所述空腔的一個所述聚光元件，并且如此配置所述聚光元件的陣列，從而所述陣列的所述聚光元件與所述基體的所述空腔套準(zhǔn)。
41．一種設(shè)備，其特征在于包括襯底，它包括具有多個空腔的基體，所述空腔在所述襯底中安排成一種幾何上有規(guī)則的陣列；包含在所述基體的所述空腔中的透光電介質(zhì)流體，所述電介質(zhì)流體具有第一折射率；以及多個光學(xué)上各向異性的粒子，配置在所述基體的所述空腔中，與所述流體接觸，每個所述粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第二光調(diào)制特性，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，當(dāng)所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底。
42．一種組合，其特征在于包括具有第一折射率的透光電介質(zhì)流體；和可轉(zhuǎn)動地配置在所述流體中的光學(xué)上各向異性的粒子，所述粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率，當(dāng)所述粒子相對于光能通量沿第一取向配置在所述流體中時，所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)所述粒子相對于光能通量沿第二取向配置在所述流體中時，所述粒子還提供第二光調(diào)制特性，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向。
43．如權(quán)利要求42所述的組合，其特征在于，所述粒子在所述流體中的配置引起所述粒子的所述電偶極矩。
44．如權(quán)利要求42所述的組合，其特征在于，所述每個粒子的所述透光區(qū)域與所述第一光調(diào)制特性相關(guān)聯(lián)，并且所述粒子還包括具有第二光學(xué)性質(zhì)的區(qū)域，該區(qū)域與所述第二光調(diào)制特性相關(guān)聯(lián)。
45．如權(quán)利要求44所述的組合，其特征在于，具有所述第二光學(xué)性質(zhì)的區(qū)域包括一覆蓋物，所述覆蓋物至少覆蓋所述粒子的一部分但不是整個粒子。
46．如權(quán)利要求45所述的組合，其特征在于，所述粒子的透光區(qū)域具有第一區(qū)域，而包括一點的所述覆蓋物具有第二區(qū)域，所述第二區(qū)域小于所述第一區(qū)域的5％。
47．如權(quán)利要求45所述的組合，其特征在于，所述覆蓋物包括具有中心小孔的屏蔽。
48．如權(quán)利要求45所述的組合，其特征在于，所述覆蓋物是不透明的。
49．如權(quán)利要求45所述的組合，其特征在于，所述覆蓋物對于單色光是透明的。
50．如權(quán)利要求42所述的組合，其特征在于，所述粒子的所述透光區(qū)域包括一圓球。
51．如權(quán)利要求50所述的組合，其特征在于，所述球具有第一和第二半球，并且所述球由所述覆蓋物覆蓋，所述覆蓋物至少覆蓋所述第一半球的一部分，但不覆蓋所述第二半球。
52．如權(quán)利要求50所述的組合，其特征在于，所述球具有第一和第二半球，并且所述球的所述第一半球與第一zeta電勢相關(guān)聯(lián)，所述球的所述第二半球與第二zeta電勢相關(guān)聯(lián)，當(dāng)所述球配置在所述電介質(zhì)流體中時，產(chǎn)生所述第一和第二zeta電勢，所述第一和第二zeta電勢對所述電偶極矩作出貢獻。
53．一種裝置，其特征在于包括襯底，它包括具有多個空腔的基體；配置在所述基體的所述空腔中的透光電介質(zhì)流體，該流體具有第一折射率；以及多個光學(xué)上各向異性的粒子，它們配置在所述基體的所述空腔中，與所述流體接觸，每個所述粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子還提供第二光調(diào)制特性，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，當(dāng)所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動地配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底。
54．一種設(shè)備，其特征在于包括在權(quán)利要求53中敘述的裝置；以及用于產(chǎn)生電場的裝置，以使可轉(zhuǎn)動地配置在所述襯底中的至少一個所述粒子轉(zhuǎn)動。
55．如權(quán)利要求54所述的設(shè)備，其特征在于，所述電場產(chǎn)生裝置包括用于對可轉(zhuǎn)動地配置在所述空腔中的一組所述粒子有選擇地尋址的裝置，所述粒子組至少包括一個粒子，其方法是對所述粒子的組施加電場，由此使所述粒子組的至少一個粒子轉(zhuǎn)動。
56．一種投影設(shè)備，其特征在于包括提供準(zhǔn)直光束的光源；權(quán)利要求54的設(shè)備中的光調(diào)制裝置；以及投影圖像的裝置，所述圖像是由有選擇地使所述準(zhǔn)直光束通過所述光調(diào)制裝置而產(chǎn)生的。
57．一種方法，其特征在于，包括下述步驟a)提供從光源入射在調(diào)制裝置上的光，所述裝置包括多個可轉(zhuǎn)動地配置在工作流體中的粒子，所述工作流體具有第一折射率，每個光學(xué)上各向異性的粒子至少具有一個透光區(qū)域，該區(qū)域具有第二折射率，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第一取向配置在所述流體中時，每個所述粒子提供第一光調(diào)制特性，當(dāng)每個所述粒子相對于光能通量沿第二取向配置在所述流體中時，每個所述粒子還提供第二光調(diào)制特性，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，b)用所述調(diào)制裝置對入射在所述調(diào)制裝置上的入射光的至少一部分進行調(diào)制；以及c)將經(jīng)過如此調(diào)制的光投射在一觀看表面上。
58．一種設(shè)備，其特征在于包括具有透光窗口的襯底；以及配置在所述襯底中的多個粒子，每個所述粒子具有各向異性，以提供電偶極矩，所述電偶極矩使所述粒子在電學(xué)上作出響應(yīng)，從而當(dāng)所述粒子可轉(zhuǎn)動地配置在電場中，同時提供所述粒子的所述電偶極矩時，所述粒子趨向于轉(zhuǎn)動至所述電偶極矩與所述場方向一致的取向，當(dāng)所述粒子如此配置在所述襯底中時，可以獲得每個所述粒子的可轉(zhuǎn)動配置，即，當(dāng)可轉(zhuǎn)動地配置所述粒子時，所述粒子不附著于所述襯底，當(dāng)在所述襯底中可轉(zhuǎn)動地配置所述粒子時，每個所述粒子相對于所述透光窗口可沿第一和第二轉(zhuǎn)動取向配置，當(dāng)沿所述第一和第二轉(zhuǎn)動取向的至少一個取向配置每個所述粒子時，則當(dāng)由穿過所述襯底窗口的光能通量照射時產(chǎn)生折射效應(yīng)。
59．如權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述粒子包括具有第一折射率的透光區(qū)域；所述襯底包含具有第二折射率的透光電介質(zhì)流體，所述粒子配置得與所述流體接觸；以及產(chǎn)生折射效應(yīng)，它是由于所述第一和第二折射率互不相同引起的。
60．如權(quán)利要求59所述的設(shè)備，其特征在于，每個所述粒子的所述電偶極矩是由與所述流體接觸的所述粒子的配置提供的。
全文摘要
可以提供作為轉(zhuǎn)動球顯示器的輔助光學(xué)元件的一種具有輔助光學(xué)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動圖標(biāo)(gyricon)或轉(zhuǎn)動粒子顯示器。gyricon或轉(zhuǎn)動粒子顯示器可以具有“蛋箱”襯底。此外,還可以提供具有第一折射率的透光電介質(zhì)流體和可轉(zhuǎn)動地配置在該流體中的光學(xué)上各向異性的粒子的組合。
文檔編號G09F9/37GK1212068SQ97192544
公開日1999年3月24日 申請日期1997年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月24日
發(fā)明者尼古拉斯K·謝里登, 琳達T·羅馬諾, 小詹姆斯C·米克爾森, 愛德華A·里奇利, 約瑟夫M·克勞利 申請人:施樂有限公司