转动球显示器及使用它的方法技术

可以提供作为转动球显示器的辅助光学元件的一种具有辅助光学结构的转动图标（ｇｙｒｉｃｏｎ）或转动粒子显示器。ｇｙｒｉｃｏｎ或转动粒子显示器可以具有“蛋箱”衬底。此外，还可以提供具有第一折射率的透光电介质流体和可转动地配置在该流体中的光学上各向异性的粒子的组合。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
通过引用包括进来的文献通过引用把下述美国专利全部包括在本文中第4,126,854号美国专利(Sheridon，“转动球显示屏”)；第4,143,103号美国专利(Sheridon，“制造转动球显示屏的方法”)；第5,075,186号美国专利(Sheridon，“用于印刷的图像方式附着层”)；第5,262,098号美国专利(Crowley等人，“制造用于转动球显示器的双色球的方法和设备”)；第5,344,594号美国专利(Sheridon，“转动球显示器用的多色球的制造方法”)；以及第5,389,945号美国专利(Sheridon，“包括纸状数字寻址媒体的写入系统和用于它的寻址装置”)。
本专利技术涉及本专利技术涉及目视显示器，尤其涉及可寻址、可重复使用、纸状的目视显示器，以及转动图标(gyricon)或转动球显示器。2．有关技术的描述自古以来，纸张曾经是一种呈现和显示文字和图像的较佳媒体。作为一种显示媒体，纸张的优点很明显。例如，它重量轻、薄便于携带、柔软、可折叠、反差大、价廉、较持久和容易做成各种形状。不需任何电力就能保持其显示的图像。可以在环境光线中阅读纸上的内容，并且能用钢笔、铅笔、画笔或者无数的其他工具(包括计算机打印机)在其上书写或作标记。可惜，纸张不很适合于实时显示的目的。来自计算机、电视或其他来源的实时图像不能直接用纸来显示，而必须采用其他的装置(诸如采用阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器(LCD))来显示。一般，实时媒体缺少纸张的许多令人满意的特性，诸如其质地的柔软和在无电源时能稳定地保持所显示的图像。曾经企图将纸张的特性和实时显示媒体的那些特性组合起来，以创造出某种东西，它能提供两方面的好处。这种东西可以称之为电气纸(electiric paper)。如同普通纸那样，最好能在电气纸上书写和擦除，能在环境光线下阅读它，并且在不加电场或者其他外部保持力时能保持其上的信息。还如同普通纸那样，最好能把电气纸做成重量轻、柔软和耐用的薄片，能将它折叠或绕任何轴将它卷成管状，并且能方便地放入衬衣或上衣口袋，而在以后又能恢复原状、再整平和基本上不丢失信息地读取。但不同于普通纸，电气纸最好不但能用于显示静止图像和文字，还能显示完整的运动和其他实时图像。从而它能适用于计算机系统显示屏或电视机。转动图标(gyricon)显示器(亦称为转动球显示器、旋转球显示器、粒子显示器、偶极子粒子光阀，等等)提供了制造一种形式的电气纸的技术。简单地说，gyricon显示器是一种可寻址显示器，它由多个光学各向异性的球做成，能对每个球有选择地旋转，以向观察者呈现所要的面。例如，gyricon显示器可以包括一些球，每个球具有两个截然不同的半球，一个是黑的，另一个是白的，而每个半球具有截然不同的电学性质(例如，相对于电介质流体的zeta电势)，从而这些球在电气上和光学上都是各向异性的。将黑-白球嵌入一片光学上透明的材料(诸如弹性体层)内，该层包括多个球形的空腔，并且充满透明的电介质流体(诸如增塑剂)。充有流体的腔容纳球，每腔一球，从而防止球在片内移动。但每个球可在其各自充有流体的腔内有选择地转动(例如通过施加电场)，从而向观看该片表面的观察者呈现黑色或白色半球。这样，通过施加二维可寻址的电场(用一种矩阵寻址方式)，可使球的黑色侧和白色侧作为显示图像的图像元素(例如，像素或子像素(subpixel))而出现。一种例示的gyricon显示器10示于附图说明图1(现有技术)的侧视图中。把双色球11配置在弹性体衬底12中，该衬底被电介质流体产生的腔13撑大，球11在腔13内能自由转动。在存在流体时，球11是电偶极的，因而在由矩阵可寻址电极14a、14b施加电场时会转动。最靠近观看面15的电极14最好是透明的。观察者在I处观看由球11的黑白面形成的图像，这些球转动而将它们的黑色面或白色面(半球)向衬底12的观看面15呈现。gyricon显示器技术在上文所述的通过引用包括进来的一些专利中有进一步的描述。特别，第5,389,945号美国专利(Sheridon，“包括纸状数字寻址媒体的写入系统和用于它的寻址装置”)示出，gyricon显示器能够做得具有纸张的许多所想要的特性，诸如柔软性和在无电力时能保持图象的特性，而这些特性是在CRT、LCD或其他传统的显示媒体中找不到的。gyricon显示器也能做得不像纸张那样，例如，做成用于平板显示器的刚性显示屏。一般，已知的gyricon显示器是用双色球做的，这些球半个是黑的，半个是白的。还已知其他种类的球。例如，第4,261,653号美国专利(Goodrich)示出了一种多层球，虽然至少它的一部分是用玻璃做的，并且它的使用依赖于一种包括高频电场的寻址方案。虽然gyricon显示器代表着走向电气纸目标的重要一步，但仍有很长的路要走。例如，用黑白球制造的gyricon显示器不能产生彩色的图像。作为另一个例子，设计得在环境反射光线下工作的gyricon显示器不能提供投影的或透射的显示。需要一种高级的gyricon显示器技术，它能提供的显示能力范围更全，并且，特别它能提供彩色的投影和透射成像。专利技术概述本专利技术可以提供一种具有辅助光学结构的gyricon或转动粒子显示器。尤其是，本专利技术的一个方面提供了一种设备，它包括一块带有透光窗口的衬底、设置在衬底内的多个粒子和一个光耦合至窗口的聚光元件。每个粒子具有各向异性以提供电偶极矩，从而当把粒子可转动地置于电场之中时，具有偶极矩的粒子会作出响应而趋向于转动至其偶极矩与场的取向对齐的取向，只要粒子如此配置在衬底中，每个粒子的可转动配置是可以获得的当对粒子作此种可转动配置时，粒子不附着于衬底。当把粒子可转动地配置在衬底中时，每个粒子沿相对于透光窗口的第一和第二转动取向是可随意处置的。当把粒子相对于通过窗口的光能通量配置在第一取向时，每个粒子提供第一光调制特性，而当把粒子相对于通过窗口的光能通量配置在第二取向时，每个粒子提供第二光调制特性。例如，会聚元件可以是折射光的元件，它可以包括会聚透镜的阵列，诸如微透镜的“蝇眼”(fly’seye)阵列。在此情况时，粒子的阵列是与透镜阵列套准的。本专利技术可以提供一种gyricon或者转动粒子显示器，其中，显示器中的每个可转动粒子(例如，圆球)起着透镜的作用。尤其是，在本专利技术的一个方面，提供了具有第一折射率的透光介质流体和可转动地配置在该流体中的光学各向异性的粒子的组合。粒子至少具有一个透光区域，该区域具有第二折射率。当粒子沿相对于光能通量的第一取向配置在流体中时，粒子提供第一光调制特性，而当把粒子沿相对于光能通量的第二取向配置在流体中时，粒子提供第二光调制特性。粒子具有各向异性，以提供电偶极矩，电偶极矩使粒子作此响应，从而当粒子可转动地配置于电场之中，而同时提供粒子的电偶极矩时，粒子趋向于转动至其电偶极矩的取向与场对齐。例如，把粒子配置在流体中能使粒子产生电偶极矩。本专利技术可以提供一种具有“蛋箱”衬底的gyricon或者转动粒子显示器。特别是，在本专利技术的一个方面，提供了一种设备，它包括一块具有多个空腔的容纳空腔的基体的衬底，在基体中，这些空腔基本上配置在一层内，并且基本上按规则的几何图案来安排这些空腔，并且把多个光学上各向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其特征在于包括： 具有透光窗口的衬底； 配置在所述衬底中的多个粒子； 每个所述粒子具有各向异性，以提供电偶极矩，所述电偶极矩使所述粒子在电学上作出响应，从而当所述粒子可转动地配置在电场中，同时提供所述粒子的所述电偶极矩时，所述粒子趋向于转动至所述电偶极矩与所述场方向一致的取向， 当所述粒子如此配置在所述衬底中时，可以获得每个所述粒子的可转动配置，即，当可转动地配置所述粒子时，所述粒子不附着于所述衬底， 当每个所述粒子可转动地配置在所述衬底中时，每个所述粒子可以相对于所述透光窗口沿第一和第二转动取向配置， 当每个所述粒子相对于经过所述窗口的光能通量沿所述第一取向配置时，每个所述粒子提供第一光调制特性， 当每个所述粒子相对于经过所述窗口的光能通量沿所述第二取向配置时，每个所述粒子还提供第二光调制特性；以及 光耦合至所述窗口的聚光元件。

【技术特征摘要】
US 1996-12-24 08/773,664;US 1996-12-24 08/773,667;1．一种设备，其特征在于包括具有透光窗口的衬底；配置在所述衬底中的多个粒子；每个所述粒子具有各向异性，以提供电偶极矩，所述电偶极矩使所述粒子在电学上作出响应，从而当所述粒子可转动地配置在电场中，同时提供所述粒子的所述电偶极矩时，所述粒子趋向于转动至所述电偶极矩与所述场方向一致的取向，当所述粒子如此配置在所述衬底中时，可以获得每个所述粒子的可转动配置，即，当可转动地配置所述粒子时，所述粒子不附着于所述衬底，当每个所述粒子可转动地配置在所述衬底中时，每个所述粒子可以相对于所述透光窗口沿第一和第二转动取向配置，当每个所述粒子相对于经过所述窗口的光能通量沿所述第一取向配置时，每个所述粒子提供第一光调制特性，当每个所述粒子相对于经过所述窗口的光能通量沿所述第二取向配置时，每个所述粒子还提供第二光调制特性；以及光耦合至所述窗口的聚光元件。2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述聚光元件是光折射的。3．如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述光折射的聚光元件包括透镜的阵列。4．如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述透镜阵列包括会聚透镜的阵列。5．如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述透镜阵列包括微透镜的阵列。6．如权利要求3所述的设备，其特征在于，将所述粒子配置在与所述透镜阵列套准的阵列中。7．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述聚光元件与所述窗口在结构上包括在单个单元中。8．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述聚光元件在结构上与所述窗口有区别，但固定地附着于所述窗口。9．如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述衬底包含有电介质流体，而将所述粒子配置在所述衬底中，并与所述流体相接触。10．如权利要求9所述的设备，其特征在于，将所述粒子配置在所述流体中，从而引起所述粒子的相应的所述电偶极矩。11．如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述电介质流体是一种具有第一折射律的透光流体，而每个所述粒子构成具有第二折射律的一个透光区域。12．如权利要求11所述的设备，其特征在于，当每个所述粒子沿所述第一和第二转动取向的至少一个取向配置，并且当用通过所述衬底窗口的光能通量照射时，每个所述粒子产生折射效应，此折射效应的产生是由于所述第一和第二折射率互不相同引起的。13．如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述每个粒子的所述透光区域与所述第一光调制特性相关联，并且每个所述粒子还包括具有第二光学性质的区域，该区域与所述第二光调制特性相关联。14．如权利要求1所述的设备，其特征在于，每个所述粒子包括一个圆球。15．如权利要求1所述的设备，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与第一zeta电势相关联，所述球的所述第二半球与第二zeta电势相关联，当将所述球配置在所述电介质流体中时，产生所述第一和第二zeta电势，而所述第一和第二zeta电势对所述电偶极矩作出贡献。16．如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括产生电场的装置，以使可转动地配置在所述衬底中的至少一个所述粒子转动。17．如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述电场产生装置包括对可转动地配置在所述空腔中的一组所述粒子有选择地寻址的装置，该组粒子至少包括一个粒子，通过施加电场至所述的一组粒子，并由此使所述一组粒子中的至少一个粒子转动。18．一种装置，其特征在于包括衬底，它包括具有多个空腔的基体，所述衬底具有透光窗口；具有第一折射率的透光流体，配置在所述基体的所述空腔中；配置在所述基体的所述空腔中、与所述流体接触的多个光学上各向异性的粒子，每个所述粒子至少具有一个透光区域，该区域具有第二折射率，当每个所述粒子相对于光能通量沿第一取向配置在所述流体中时，每个所述粒子提供第一光调制特性，当每个所述粒子相对于光能通量沿第二取向配置在所述流体中时，每个所述粒子还提供第二光调制特性，每个所述粒子具有各向异性，以提供电偶极矩，所述电偶极矩使所述粒子在电学上作出响应，从而当所述粒子可转动地配置在电场中，同时提供所述粒子的所述电偶极矩时，所述粒子趋向于转动至所述电偶极矩与所述场方向一致的取向，当所述粒子如此配置在所述衬底中时，可以获得每个所述粒子的可转动配置，即，当可转动配置所述粒子时，所述粒子不附着于所述衬底；以及光耦合至所述窗口的聚光元件。19．如权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括产生电场的装置，以使可转动地配置在所述衬底中的至少一个所述粒子转动。20．一种设备，其特征在于包括具有透光窗口的衬底，它包含具有第一折射率的透光电介质流体；配置在所述衬底中的多个粒子，每个所述粒子具有至少一个透光区域，所述透光区域具有第二折射率，每个所述粒子具有各向异性，以提供电偶极矩，所述电偶极矩使所述粒子在电学上作出响应，从而当所述粒子可转动地配置在电场中，同时提供所述粒子的所述电偶极矩时，所述粒子趋向于转动至所述电偶极矩与所述场方向一致的取向，当所述粒子如此配置在所述衬底中时，可以获得每个所述粒子的可转动配置，即，当可转动配置所述粒子时，所述粒子不附着于所述衬底，当每个所述粒子可转动地配置在所述衬底中时，每个所述粒子相对于所述透光窗口可沿第一或第二转动取向配置，当每个所述粒子相对于穿过所述窗口的光能通量沿所述第一取向配置在所述流体中时，每个所述粒子提供第一光调制特性，当每个所述粒子相对于穿过所述窗口的光能通量沿所述第二取向配置在所述流体中时，每个所述粒子还提供第二光调制特性；以及光耦合至所述窗口的光调制元件。21．如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述光调制元件包括聚光元件。22．一种设备，其特征在于包括衬底，它包括包含空腔的基体，所述基体具有多个所述空腔，在所述基体中，所述多个空腔大体上设置在一层中，并且大体上按一种几何上有规则的图案将所述多个空腔安排在所述基体中；以及配置在所述衬底的所述空腔中的多个光学上各向异性的粒子，每个所述空腔至多包含一个所述光学上各向异性的粒子，当所述粒子如此地配置在所述衬底中时，可以获得每个所述粒子的可转动配置，即，当可转动配置所述粒子时，所述粒子不附着于所述衬底。23．如权利要求22所述的设备，其特征在于，每个所述粒子具有各向异性，以提供所述电偶极矩，所述电偶极矩使所述粒子在电学上作出响应，从而当所述粒子可转动地配置在电场中，同时提供所述粒子的所述电偶极矩时，所述粒子趋向于转动至所述电偶极矩与所述场方向一致的取向。24．如权利要求22所述的设备，其特征在于，在所述衬底中，所述粒子是可转动的。25．如权利要求22所述的设备，其特征在于，当所述粒子配置在所述衬底中时，可通过对所述衬底作非破坏性的操作而使所述粒子可在所述衬底中转动。26．如权利要求22所述的设备，其特征在于，每个所述粒子具有多个引起所述粒子的光学上的各向异性的组成区域，所述区域包括具有第一光调制特性的第一区域和具有第二光调制特性的第二区域。27．如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述单层大体上是平面的，并且所述空腔的几何图案是所述层的平面内的一个二维阵列图案。28．如权利要求27所述的设备，其特征在于，所述二维图案是从包括六边形阵列图案、矩形阵列图案和菱形阵列图案的组中选出的。29．如权利要求22所述的设备，其特征在于，在所述层中，把所述空腔排列得尽可能紧密。30．如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述衬底还包括第一和第二部件，而所述基体设置在所述第一和第二部件之间。31．如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述第一和第二部件中的至少一个部件包括透光窗口，光能通量可通过所述窗口从而入射在所述粒子上。32．如权利要求22所述的设备，其特征在于，还包括配置在所述基体的所述空腔中的透光电介质流体，所述粒子与所述流体接触。33．如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述流体具有第一折射率，而每个所述粒子具有至少一个透光区域，该区域具有第二折射率。34．如权利要求33所述的设备，其特征在于，当每个所述粒子相对于光能通量沿所述第一取向配置在所述流体中时，每个所述粒子提供第一光调制特性，并且当每个所述粒子相对于光能通量沿所述第二取向配置在所述流体中时，每个所述粒子提供第二光调制特性。35．如权利要求34所述的设备，其特征在于，当每个所述粒子沿所述第一和第二可转动取向的至少一个取向配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯K谢里登，琳达T罗马诺，小詹姆斯C米克尔森，爱德华A里奇利，约瑟夫M克劳利，
申请(专利权)人：施乐有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]