相關(guān)申請交叉引用本申請要求于2014年12月31日遞交的臨時申請no.62/098,333的優(yōu)先權(quán)，上述申請的內(nèi)容通過引用被整體結(jié)合于此。本公開總的涉及反射圖像顯示器。具體地，本公開涉及包括高折射率復(fù)合前片的全內(nèi)反射(tir)圖像顯示。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)的基于tir的反射圖像顯示器包括具有多個鼓包凸起的透明高折射率前片，該多個鼓包凸起與包含電泳移動粒子的低折射率液體相接觸。圖1描繪了現(xiàn)有技術(shù)基于tir的反射圖像顯示器100的部分的橫截面。顯示器100包括具有朝向觀看者106的外表面104的高折射率透明前片102。前片102還包括在內(nèi)側(cè)上的多個鼓包凸起108。凸起可以具有如圖1所示的半球110的形狀或可以是其他形狀。凸起110可以是被嵌入的珠子或者可以是連續(xù)前片的一部分。顯示器100還包括在片102的內(nèi)表面上的透明前電極112，以及具有后電極層116的后支撐片114。在由前片102和后片114形成的腔體或容量池內(nèi)包含分散在低折射率介質(zhì)120中的電泳移動粒子118。顯示器100還包括電壓偏置源122。顯示器100還可以包括位于電極112、116中的一個或全部兩者上的至少一個可選的介電層。采用偏壓可以將至少一個粒子118移動到前片的表面附近并且進入消逝波區(qū)域。在這個位置，tir被抑制并且入射光線可能被吸收而產(chǎn)生暗狀態(tài)。當粒子被移動遠離前片102并且移出消逝波區(qū)域時，光可以全部被內(nèi)反射。這創(chuàng)造了顯示器的亮狀態(tài)或白狀態(tài)。由粒子118被電泳移入或移出電極消逝波區(qū)域所形成的暗狀態(tài)和亮狀態(tài)的組合，創(chuàng)造了圖像。圖像可以向觀看者106傳遞信息。如已知的，在具有不同折射率的兩個介質(zhì)之間的tir分界面具有臨界角θc的特征。臨界角定義了在透明前片102(具有折射率η1)的表面和低折射率流體120(具有折射率η3)之間的分界面的特征。以小于θc的角度入射到分界面上的光線可以透過分界面?zhèn)鬏?。以大于θc的角度入射到分界面上的光線可能會在分界面處經(jīng)歷tir。在tir分界面處優(yōu)選小的臨界角，因為這允許大于該臨界角的大范圍角度能夠發(fā)生tir。臨界角θc由以下公式計算(eq.1)：重要的是最小化臨界角θc，以允許大于該臨界角的入射光線的大范圍的角度能夠發(fā)生tir，從而使顯示器的反射率最大化。謹慎的是擁有具有優(yōu)選地盡可能小的折射率(η3)的流體介質(zhì)120和擁有由具有優(yōu)選地盡可能大的折射率(η1)的材料所構(gòu)成的透明前片102。可以針對透明前片102的每個單獨的凸起110計算反射率r，如公式2(eq.2)：應(yīng)當注意，為了計算包括多個鼓包凸起108的整個前片102的反射率r，乘法器必須用于計算單獨凸起110的填充因子(fillfactor)。本文所描述的計算是針對單獨凸起110并且僅出于說明的目的。通過比較兩個不同的假設(shè)系統(tǒng)a和b，說明了折射率對于θc和r的影響。假設(shè)每個系統(tǒng)使用具有折射率η3＝1.27的相同液體介質(zhì)。在系統(tǒng)a中，假設(shè)凸起110的折射率(η1)是1.5，而系統(tǒng)b的凸起110具有更高的折射率(η1)1.8。因此，具有較低折射率(η1)的每個凸起110的系統(tǒng)a具有約58°的較大臨界角(θc)和約28％的較低反射率。具有較高折射率(η1)的凸起110的系統(tǒng)b具有約45°的較小臨界角和約50％的較高反射率。見表1中列出的數(shù)據(jù)。表1.將臨界角(θc)和反射率(r)作為凸起的折射率(η1)的函數(shù)計算。系統(tǒng)η3(介質(zhì))η1(珠子)θc(臨界角)r(反射率)a1.271.558528％b1.271.845250％為了最大化反射率和最小化臨界角，重要的是使凸起110和液體介質(zhì)120(可能包括電泳粒子118)的折射率之間的差最大化。對于光學(xué)設(shè)備(例如基于tir的反射圖像顯示器)中的大量應(yīng)用，要求具有高折射率的材料，或者高折射率的材料相對于例如聚合物或標準玻璃(例如鈉鈣玻璃和硼硅酸鹽玻璃)的傳統(tǒng)材料將會是有優(yōu)勢的。聚合物和標準玻璃兩者都具有約1.4-1.6范圍的折射率。對于許多光學(xué)應(yīng)用，必要的是構(gòu)建用來實現(xiàn)所要求的光學(xué)功能的材料。已知光學(xué)玻璃具有最大約2.0的折射率，但是構(gòu)建這種玻璃的可能性是有限的，通常是耗時且昂貴的。另一方面，聚合物在它們的折射率范圍方面是受限的，但是易于通過各種方法(例如模塑、鑄造、壓紋和擠出)構(gòu)建。盡管已知聚合物具有大于1.6的折射率，它們的光學(xué)性質(zhì)通常不足以用許多應(yīng)用。已知可以通過將聚合物與不發(fā)生光學(xué)散射效應(yīng)的大小范圍內(nèi)的高折射率無機納米粒子進行摻雜，來制備具有更高的折射率的聚合物復(fù)合材料。然而，用通常在室內(nèi)溫度下為固體或具有很高粘度的聚合物的摻雜過程本身是困難的?；蛘?，可以使用紫外線(uv)光固化(固化也可以稱為聚合)單體作為制備經(jīng)摻雜的高折射率聚合物的基礎(chǔ)，該聚合物可以使用標準處理而易于模塑以制造結(jié)構(gòu)化的光學(xué)設(shè)備或該設(shè)備的子組件。uv固化聚合物具有在室溫下大多數(shù)為非固化狀態(tài)的低粘度液體單體的優(yōu)勢。這種液體可以易于與上述高折射率納米粒子摻雜。它們可以使用各種已知過程被構(gòu)建并且用uv光固化以形成堅固的結(jié)構(gòu)化的高折射率層或主體。附圖說明本公開的這些和其他實施例將參考以下示例的和非限制性的說明而討論，其中相似的元素被類似地標號，以及其中：圖1描繪了現(xiàn)有技術(shù)基于tir的反射圖像顯示器的部分的橫截面；圖2描繪了基于tir的反射圖像顯示器的連續(xù)高折射率復(fù)合前片的部分的橫截面；圖3描繪了包括高折射率復(fù)合前片的基于tir反射圖像顯示器的部分的橫截面；以及圖4示意性地示出了用于實現(xiàn)本公開的實施例的示例的系統(tǒng)。具體實施方式本文提供的示例的實施例提高了tir顯示器的反射率。在示例的實施例中，本公開提供了復(fù)合高折射率透明前片。復(fù)合高折射率透明前片包括分散在聚合物基質(zhì)中的高折射率粒子。復(fù)合高折射率透明前片增加了前片和包含電泳移動粒子的低折射率介質(zhì)之間的折射率差。因此，改善了顯示器的反射率特性。圖2描繪了基于tir反射圖像顯示器的連續(xù)高折射率復(fù)合前片的部分的橫截面。這是包括內(nèi)表面上的多個鼓包凸起202的光學(xué)透明復(fù)合前片200的近視圖。在示例的實施例中，多個鼓包凸起202包括如圖2中所示的半球形狀的至少一個凸起204。在其他實施例中，前片200可以包括嵌入內(nèi)表面上的珠子。在示例的實施例中，復(fù)合前片200包括分散在光學(xué)透明聚合物基質(zhì)208中的高折射率粒子206，使得復(fù)合材料的折射率高于當粒子206不存在時的折射率。在一些實施例中，粒子206的直徑可以小于約400納米。在其他實施例中，粒子206的尺寸可以小于約250納米。在示例的實施例中，粒子206可以具有約10-20納米或更小的平均尺寸。在某些實施例中，粒子可以具有約1.65或更高的折射率。在某些實施例中，粒子可以具有約1.8或更高的折射率。在其他實施例中，粒子可以具有約2.0或更高的折射率。粒子206可以包括tio2、金剛石、立方氧化鋯、zns、znse、鍺、或其他類似的高折射率光學(xué)玻璃材料或以上各項的組合。在示例的實施例中，復(fù)合前片200可以包括體積至少為5％的高折射率粒子206。在其他實施例中，前片200可以包括體積至少為5％到約90％的高折射率粒子206。隨著粒子206的體積在聚合物基質(zhì)208中增加，得到的半球204的折射率也可能增加。將聚合物基質(zhì)208中的高折射率粒子206的體積占比最大化以將折射率最大化可以是有利的。當確定在聚合物基質(zhì)208中的粒子206的體積分數(shù)時，需要考慮例如加工性、脆性、抗張強度、以及光學(xué)特性的許多因素。在示例的實施例中，復(fù)合前片200可以具有約1.65或更高的折射率。在其他實施例中，復(fù)合前片200可以具有約1.85或更高的折射率。在示例的實施例中，聚合物基質(zhì)208可以由uv固化單體形成。聚合物基質(zhì)208可以包括聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚內(nèi)酯、聚內(nèi)酰胺、多環(huán)醚、多環(huán)縮醛、聚乙烯醚、聚-n-乙烯基咔唑或多環(huán)硅氧烷基聚合物或其組合。在示例的實施例中，聚-1,6-己二醇二丙烯酸酯可以被用作聚合物基質(zhì)208。在制備復(fù)合前片200的示例的方法中，高折射率粒子206可以懸浮并且大體上均勻分散在包括單體和光引發(fā)劑的液體介質(zhì)中。懸濁液可以被倒入模具或倒在包括所需結(jié)構(gòu)的負像的結(jié)構(gòu)化表面上。然后懸濁液可以被uv光照射，以便在整個聚合物基質(zhì)208中以大體上均勻的方式固化或聚合單體或適當?shù)啬谈哒凵渎柿Ｗ?06。在其他實施例中，聚合物基質(zhì)208可以是可熔融加工的聚合物。高折射率粒子206可以分散在聚合物208的高溫液體狀態(tài)中，之后在模具中冷卻至室溫以制備復(fù)合前片200。在其他實施例中，可以通過壓紋或沖壓來形成復(fù)合前片200。圖3描繪了包括高折射率復(fù)合前片的基于tir反射圖像顯示器的部分的橫截面。顯示器300的實施例包括具有朝向觀看者306的外表面304的光學(xué)透明復(fù)合前片302和在內(nèi)側(cè)上的多個鼓包凸起308。前片302類似于圖2中的片200。在示例的實施例中，顯示器300包括半球形狀的至少一個凸起310。在示例的實施例中，復(fù)合前片302可以具有約1.65或更高的折射率。在其他實施例中，復(fù)合前片302可以具有約1.85或更高的折射率。復(fù)合片302還可以包括分散在光學(xué)透明聚合物基質(zhì)314中的高折射率粒子312。在一些實施例中，粒子312的直徑可以小于約400納米。在其他實施例中，粒子312的直徑可以小于約250納米。在示例的實施例中，粒子312平均直徑可以為約10-20納米。在一些實施例中，粒子可以具有約1.8或更高的折射率。在其他實施例中，粒子可以具有約2.0或更高的折射率。粒子312可以包括tio2、金剛石、立方氧化鋯、zns、znse、鍺、或其他類似的高折射率光學(xué)玻璃材料或其組合。在示例的實施例中，聚合物基質(zhì)314可以由uv固化單體形成。聚合物基質(zhì)314可以包括聚苯乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚內(nèi)酯，聚內(nèi)酰胺，多環(huán)醚，多環(huán)縮醛，聚乙烯醚，聚-n-乙烯基咔唑或多環(huán)硅氧烷基聚合物或其組合。在示例的實施例中，聚-1,6-己二醇二丙烯酸酯可用作聚合物基質(zhì)314。在其他實施例中，聚合物基質(zhì)314可以是可熔融加工的聚合物。高折射率粒子312可以分散在聚合物314的高溫液體狀態(tài)中，之后在模具中被冷卻至室溫以制備復(fù)合前片302。在其他實施例中，可以通過壓紋或沖壓來形成復(fù)合前片302。顯示器300還可以包括在片302的內(nèi)表面上的透明前電極層316。層316可以包括分散在清澈聚合物基質(zhì)中的氧化銦錫(ito)、導(dǎo)電聚合物、或?qū)щ娊饘偌{米粒子中的至少一種。顯示器300包括后支撐片318和后電極層320。后電極層320可以位于片318的內(nèi)表面上。后電極層320可以包括薄膜晶體管(tft)陣列、電極的直接驅(qū)動模式陣列或無源矩陣陣列。顯示器300還可以包括在前電極層316和后電極層320中的一個或兩者的表面上的至少一個介電層(未示出)。介電層可以保護電極層。介電層可以包括有機聚合物或無機材料中的至少一種。在示例的實施例中，介電層可以包括聚對二甲苯。在其他實施例中，介電層可以包括鹵代聚對二甲苯。在其他實施例中，介電層可以包括聚酰亞胺或tio2。顯示器300包括在由復(fù)合前片302和后支撐片318形成的腔體或容量池內(nèi)的低折射率介質(zhì)322。介質(zhì)322可以是空氣或液體。在示例的實施例中，介質(zhì)322可以是惰性氟化液體(例如氟化烴)。在示例的實施例中，介質(zhì)322可以是能夠從3m、st.paul、mn得到的fluorinerttm全氟化烴液體。顯示器300還包括分散在介質(zhì)322中的多個光吸收電泳移動粒子324。粒子324可以是染料或顏料或其組合。粒子324可以是炭黑、金屬、或金屬氧化物中的至少一種。粒子324可以包括正極性或負極性，或正極性和負極性兩者。在圖3中的顯示器300還可以包括可選的電壓偏置源326。偏壓源326可以橫跨包括電泳移動粒子324的介質(zhì)322而施加負偏壓或正偏壓。所施加的偏壓可以將至少一個粒子324經(jīng)過介質(zhì)322移動到前電極316或后電極320層。顯示器300可以如下操作。與某些粒子324極性相反的偏壓可以由電壓源326施加到后電極層320處。至少一個電泳移動粒子324可以移動到如虛線328的左側(cè)示出的電極320附近并且在該處聚集。入射光線可以穿過復(fù)合前片302并且可以在多個半球形凸起308的表面處全部被內(nèi)反射。這由圖3中的入射光線330表示，該入射光線全部被內(nèi)反射并且作為反射光線332朝向觀看者306射出顯示器。這可以產(chǎn)生如由觀看者觀察到的顯示器的亮或明狀態(tài)。如虛線328的右側(cè)所示，偏壓可以由電泳移動粒子324的相反極性的源326施加到前電極層316處。粒子324可以向前電極316移動并且在前電極316處收集。粒子324可以進入消逝波區(qū)域并且抑制tir。入射光線可以穿過復(fù)合前片302并且可以由已在前電極316處收集的粒子324吸收。這由圖3中的入射光線334和336示出。這可以產(chǎn)生顯示器的暗狀態(tài)。在其他實施例中，包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的任何圖像顯示器還可以包括至少一個間隔結(jié)構(gòu)?？梢允褂瞄g隔結(jié)構(gòu)以便控制前電極和后電極之間的空隙。間隔結(jié)構(gòu)可以被用于支撐顯示器中的各個層。間隔結(jié)構(gòu)可以是圓形或橢圓形的小珠、塊、圓柱體、或其他幾何形狀或其組合。間隔結(jié)構(gòu)可以包括玻璃、金屬、塑料或其他樹脂。在其他實施例中，包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的任何圖像顯示器還可以包括至少一個邊緣密封件。邊緣密封件可以是熱固化或光學(xué)固化材料。邊緣密封件可以包括一種或多種環(huán)氧樹脂、硅樹脂、或其它基于聚合物的材料。在其他實施例中，包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的圖像顯示器還可以包括至少一個側(cè)壁(也可以被稱為橫壁)。側(cè)壁限制粒子的沉淀、漂移以及擴散，以改善顯示性能和雙穩(wěn)態(tài)性。側(cè)壁可以位于光調(diào)制層內(nèi)部。側(cè)壁可以從前電極、后電極、或前和后電極兩者完全或部分地延伸。側(cè)壁可以包括塑料或玻璃。在示例的實施例中，包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的顯示器的實施例可以采用定向前光。光源可以是發(fā)光二極管(led)、冷陰極熒光燈(ccfl)或表面貼裝技術(shù)(smt)白熾燈。在一些實施例中，包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的顯示器的實施例可以使用光擴散層以“柔化”觀看者觀察到的反射光。在其他實施例中，光擴散層可以結(jié)合前光使用?？梢栽谲浖?或固件中完全或部分地實現(xiàn)針對發(fā)明的各種控制機制。這種軟件和/或固件可以具有包含在非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)之中或之上的指令的形式。之后這些指令可以被一個或多個處理器讀取或執(zhí)行以實現(xiàn)本文描述的操作的性能。指令可以是任何合適的形式，例如但不限于源代碼、編譯代碼、解釋代碼、可執(zhí)行代碼、靜態(tài)代碼、動態(tài)代碼等等。這樣的計算機可讀介質(zhì)可以包括用于以一個或多個計算機可讀的形式存儲信息的任何有形非暫態(tài)介質(zhì)，例如但不限于只讀存儲器(rom)、隨機存取存儲器(ram)、磁盤存儲器介質(zhì)、光存儲介質(zhì)、閃存等等。在一些實施例中，包含指令的有形機器可讀非暫態(tài)存儲介質(zhì)可以結(jié)合包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的反射顯示器而使用。在其他實施例中，有形機器可讀非暫態(tài)存儲介質(zhì)還可以結(jié)合一個或多個處理器使用。圖4示出了根據(jù)本公開的一個實施例的用于控制顯示器的示例的系統(tǒng)。在圖4中，顯示器400由具有處理器430和存儲器420的控制器440控制。其他控制機制和/或設(shè)備可以被包括在控制器440中而無需離開所公開的原則?？刂破?40可以定義硬件、軟件、或硬件和軟件的組合。例如，控制器440可以定義用指令編程的處理器(例如，固件)。處理器430可以是實際處理器或虛擬處理器或其組合。類似地，存儲器420可以是實際存儲器(例如，硬件)或虛擬存儲器(例如，軟件)或其組合。存儲器420可以儲存將由處理器430執(zhí)行以驅(qū)動顯示器400的指令。指令可以被配置為操作顯示器400。在一個實施例中，指令可以包括經(jīng)過電源450與顯示器400相關(guān)聯(lián)的偏壓電極(未示出)。當被偏壓時，電極可以使得電泳粒子向區(qū)域運動，從而吸收或者反射經(jīng)過包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的光。通過適當?shù)貙﹄姌O偏壓(未示出)，移動光吸收粒子(例如，圖3的粒子324)可以被吸引到包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片處或其附近的位置，從而吸收或反射入射光。吸收入射光產(chǎn)生暗狀態(tài)。反射入射光產(chǎn)生明狀態(tài)。在一些實施例中，多孔反射層可以與包括包含高折射率粒子的透明復(fù)合前片的反射顯示器結(jié)合使用。多孔反射層可以被插入在前電極層和后電極層之間。在其他實施例中，后電極可以位于多孔電極層的表面上。在本文描述的顯示器實施例中，它們可以被用在包括電子書讀者、便攜式計算機、平板計算機、蜂窩電話、智能卡、簽名、手表、可穿戴設(shè)備、架標號、閃盤驅(qū)動器、以及包括顯示器的室外廣告牌或室外簽名的這種應(yīng)用中。以下示例的和非限制性的實施例提供本公開的各種實現(xiàn)方式。示例1涉及圖像顯示器，包括：具有約1.65或更高的折射率的前片，該前片具有外表面和內(nèi)表面；形成在前片內(nèi)表面上的多個凸起，多個凸起中的至少一個還包括在聚合物基質(zhì)中的多個高折射率納米粒子，其中多個高折射率納米粒子具有約1.8或更高的折射率；以及背板電極層，其中背板電極和前片的內(nèi)表面形成了腔體。示例2涉及示例1的圖像顯示器，其中，前片包括光學(xué)透明片。示例3涉及示例1或示例2的圖像顯示器，其中，多個凸起定義在前片的內(nèi)表面上形成的多個珠子。示例4涉及任何以上示例的圖像顯示器，其中，多個凸起定義包括聚合物基質(zhì)的多個半球形凸起。示例5涉及任何以上示例的圖像顯示器，其中，腔體被配置為接收具有懸浮在介質(zhì)中的多個電泳移動粒子的電泳介質(zhì)。示例6涉及任何以上示例的圖像顯示器，還包括用于橫跨腔體施加電壓以在介質(zhì)內(nèi)移動多個電泳移動粒子的電壓源。示例7涉及任何以上示例的圖像顯示器，其中，聚合物基質(zhì)中的多個高折射率納米粒子具有約400nm或更小的直徑。示例8涉及任何以上示例的圖像顯示器，其中，在聚合物基質(zhì)中的多個高折射率納米粒子具有約250nm或更小的直徑。示例9涉及任何以上示例的圖像顯示器，其中，聚合物基質(zhì)包括聚苯乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚內(nèi)酯，聚內(nèi)酰胺，多環(huán)醚，多環(huán)縮醛，聚乙烯醚，聚-n-乙烯基咔唑，聚-1,6-己二醇二丙烯酸酯或多環(huán)硅氧烷或其組合。示例10涉及任何以上示例的圖像顯示器，其中，聚合物基質(zhì)由uv固化單體形成。示例11涉及形成圖像顯示器的方法，該方法包括：提供具有約1.65或更高的折射率的前片，前片具有外表面和內(nèi)表面；在前片的內(nèi)表面上形成多個凸起，多個凸起中的至少一個還包括在聚合物基質(zhì)中的多個高折射率納米粒子，其中，多個高折射率納米粒子具有約1.8或更高的折射率；以及形成朝向多個凸起的背板電極層，以在背板電極和多個凸起之間形成腔體。示例12涉及示例11的方法，其中，形成多個凸起還包括形成前片的內(nèi)表面上的多個珠子。示例13涉及示例11或示例12的方法，其中，形成多個凸起還包括形成包括聚合物基質(zhì)的多個半球形凸起。示例14涉及任何以上示例的方法，其中，腔體被配置為接收具有多個電泳移動粒子的電泳介質(zhì)，該電泳移動粒子懸浮在介質(zhì)中。示例15涉及任何以上示例的方法，還包括橫跨腔體施加電壓以移動介質(zhì)內(nèi)的多個電泳移動粒子。示例16涉及任何以上示例的方法，其中，在聚合物基質(zhì)中的多個高折射率粒子具有約400nm或更小的直徑。示例17涉及任何以上示例的方法，其中，在聚合物基質(zhì)中的多個高折射率納米粒子具有約250nm或更小的直徑。示例18涉及任何以上示例的方法，其中，聚合物基質(zhì)包括聚苯乙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯，聚內(nèi)酯，聚內(nèi)酰胺，多環(huán)醚，多環(huán)縮醛，聚乙烯醚，聚-n-乙烯基咔唑，聚-1,6-己二醇二丙烯酸酯或多環(huán)硅氧烷或其組合。。示例19涉及任何以上示例的方法，其中，聚合物基質(zhì)由uv固化單體形成。盡管已經(jīng)關(guān)于本文所示出的示例的實施例說明了本公開的原理，但是本公開的原理不局限于此，并且包括對其的任何修改、變化、或置換。當前第1頁12