基于全内反射的图像显示器中的增加的反射率制造技术

因为入射光在白色状态下通过黑瞳区域，所以传统全内反射图像显示器中的亮度可能降低。将亚波长结构添加到透明前板上的凸形突起的表面可以增加白色状态下的亮度。控制亚波长结构的尺寸、间隔、形状、和折射率可以产生零阶反射和增强的亮度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于全内反射的图像显示器中的增加的反射率优先权声明本公开要求于2015年12月6日提交的序列号为62/263,655的美国临时申请的申请日的优先权，其说明书的全部内容被合并于此。
本公开涉及基于全内反射的图像显示器。在一个实施例中，本公开涉及通过修改透明高折射率前板的内表面来增加基于全内反射的图像显示器中的亮度。
技术介绍
传统的基于全内反射(TIR)的显示器包括与低折射率流体接触的透明高折射率前板。前板和流体具有不同的折射率，折射率由临界角表征。前板被设计为，使得在光线以小于临界角的角度入射到高折射率前板和低折射率流体的界面上时，它们透过界面。在光线以大于临界角的角度入射到界面上时，它们在界面处经历TIR。在TIR界面处优选小临界角(例如，小于约50°)，因为这提供了可以发生TIR的更大范围的角度。传统的基于TIR的反射式图像显示器还包括电泳移动吸光粒子。在粒子被偏压源移动到前板的表面时，它们进入隐失波区域并且阻止TIR。入射光可以被吸收并且产生观看者观看到的黑暗状态。在粒子移出隐失波区域时，光线可以被TIR反射。这产生观看者可以观看到的白色或明亮状态。可以使用像素化电极阵列来驱动粒子进出隐失波区域以形成白色状态和黑暗状态的组合。这可以用来创建图像以向观看者传达信息。传统的基于TIR的显示器中的前板在面向低折射率介质和电泳移动粒子的内侧上还包括多个密堆积的凸形结构。凸形结构可以是半球形，但也可以使用其他形状。图1中示出了现有技术的基于TIR的显示器100。显示器100包括透明前板102(透明前板102还包括多个半球形突起104)、后支撑板106、在半球形突起的表面上的透明前电极108和后电极110。在由半球形表面和后支撑板形成的空腔内的是低折射率流体112，该低折射率流体112还包括多个吸光电泳移动粒子114。显示器100包括能够在空腔上产生偏置的可选电压源116。在粒子114电泳移动靠近前电极108时，它们可以阻止TIR。这被示出为虚线118右侧，并且被表示为入射光线120和122被粒子吸收。如观看者124所看到的那样，显示器处于黑暗状态。如虚线118左侧所示，在粒子从前板102朝向后电极110移动时，入射光线可以在半球形阵列104的表面与介质112的界面处全内反射。这由入射光线126表示，入射光线126被全内反射并且作为反射光线128朝向观看者124离开显示器。显示器对观看者来说呈现白色或明亮。众所周知，每个半球形的中心是光线可以透射而不经受TIR的区域。这是由于入射光线与半球形内表面相互作用的角度减小所致。该非反射区域呈现通常被称为黑瞳问题的问题。黑瞳减小了显示器的反射率。在图1中，黑瞳问题由显示器100中的入射光线130示出。入射光线130不被全内反射。入射光线130替代地通过显示器的前板102，这降低了显示器的亮度。图2是基于TIR的显示器中的现有技术前板的TIR和黑瞳区域的横截面图。具体地，前板200示出了透明板202的一部分，透明板202具有面向观看者206的外表面204和在其内表面上的多个半球形208。前板200还示出了TIR区域210和非阴影非TIR区域212(黑瞳区域)(针对该区域上的直接入射光线)的近似位置。这些区域位于透明板202的内侧。首先在TIR区域210中相互作用的入射光线被朝向观看者206全内反射回。首先在非TIR区域212中相互作用的入射光线穿过透明板202并且不被全内反射。该区域212可以被称为黑瞳区域。修改凸形突起阵列的表面可以减少黑瞳问题并且增加显示器的亮度。附图说明将参考以下示例性和非限制性示例来讨论本公开的这些和其它实施例，其中相似的元件被类似地编号，并且其中：图1示意性地示出了现有技术的基于TIR的显示器的一部分的横截面；图2是示出基于TIR的显示器中的黑瞳区域的传统TIR的横截面视图；图3A示意性地示出了根据本公开的一个实施例的基于TIR的显示器的前板的一部分的横截面；图3B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的基于TIR的显示器的透明前板的一部分的内表面的视图；图4示意性地示出了根据本公开的另一实施例的透明前板的一部分的内表面的俯视图；图5A是TIR显示器的示例性前板的侧视图；图5B示意性地示出了图5A的透明前板的一部分的内表面的俯视图；图6示意性地示出了根据本公开的某些实施例的透明前板的一部分的内表面的俯视图；图7示意性地示出了根据本公开的某些实施例的基于TIR的显示器的透明前板的一部分的内表面的俯视图；图8示意性地示出了根据本公开的某些实施例的基于TIR的显示器的透明前板的一部分的内表面的视图；图9示意性地示出了在黑瞳区域处具有修改的表面的基于TIR的图像显示器的一部分的横截面；图10示出了根据本公开的一个实施例的用于控制显示器的示例性系统；图11示出了第一组示例性模拟的结果；并且图12示出了第二组示例性模拟的结果。具体实施方式贯穿以下描述，阐述特定细节以便为本领域的技术人员提供更彻底的理解。然而，可以不必详细示出或描述公知的元件以避免不必要地混淆本专利技术。因此，说明书和附图应该被视为是示意性而非限制性的。在示例性实施例中，透明前板的内表面被配置为包括具有修改的表面的多个凸形结构。修改的表面可以增加基于TIR的图像显示器中的反射率。表面可以被修改为在凸形结构的黑瞳区域处包括多个结构以解决传统显示器的缺陷并且防止光线穿过显示器。在示例性实施例中，修改的表面可以包括亚波长结构。结构可以包括衍射结构。结构可以小于入射可见光的波长。亚波长衍射结构可以被设计为，使得结构基本上作为反射镜。亚波长衍射结构可以被称为零阶镜(zerothordermirror)。亚波长结构的折射率可以实质上大于其接触的低折射率介质。亚波长结构的折射率可以在约1.5-2.4的范围内，而介质的折射率可以在约1-1.5的范围内。衍射结构的优选几何形状可以取决于衍射结构的折射率、相邻材料的折射率、以及衍射结构的大小和间隔。在示例性实施例中，将穿过黑瞳区域的光线与零阶衍射结构相互作用。该光的一部分可以被反射，因此增加了显示器的总体反射率。图3A示意性地示出了根据本公开的一个实施例的基于TIR的显示器前板的前板的一部分的横截面。具体地，图3A示出了具有修改的表面的凸形突起。图3A中的实施例300示出了透明的高折射率前板302，该前板302还包括面向观看者306的外表面304和多个凸形突起308。前板302的折射率可以是至少约1.5。在某些实施例中，前板302的折射率可以在约1.5-2.4的范围内。每个单独突起310是半球形的，但是在不偏离公开的原理的情况下可以采用其他形状或形状的混合。其他示例性形状包括矩形、六边形、菱形、或三角形。贯穿本公开，为了简单起见，半球形突起将被示出为凸形突起。至少一个凸形突起可以在密堆积阵列中接触其最近的相邻突起。突起308的凸形表面还可以包括透明结构或特征312的阵列。在示例性实施例中，结构312可以是大小和/或间隔为亚波长(即，小于入射可见光的波长)。也就是说，每个结构312的大小(长度和宽度)可以基本上等于或小于入射可见光的波长。结构312可以以规则(即，周期性)阵列、或不规则阵列、或规则阵列和不规则阵列的混合物来排列。图3A示出了棋盘状的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种显示器前板，包括：透明层，所述透明层具有第一表面和第二表面，所述第二表面位于所述第一表面对面，所述第二表面具有从所述第一表面向外延伸的多个凸形突起，至少一个突起具有黑瞳区域；以及位于所述凸形突起的表面上的结构，所述结构从所述透明层的第二表面向外突起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.06 US 62/263,6551.一种显示器前板，包括：透明层，所述透明层具有第一表面和第二表面，所述第二表面位于所述第一表面对面，所述第二表面具有从所述第一表面向外延伸的多个凸形突起，至少一个突起具有黑瞳区域；以及位于所述凸形突起的表面上的结构，所述结构从所述透明层的第二表面向外突起。2.根据权利要求1所述的显示器前板，还包括共形地设置在所述透明层的第二表面上的电极层。3.根据权利要求1所述的显示器前板，还包括共形地设置在所述电极层上的介电层。4.根据权利要求1所述的显示器前板，其中，所述结构中的至少一个结构具有基本上等于或小于入射光的波长的宽度。5.根据权利要求1所述的显示器前板，其中，所述结构分开基本上等于或小于入射光的波长的距离。6.根据权利要求1所述的显示器前板，其中，从所述第一表面向外延伸的所述多个凸形突起中的一个凸形突起限定半球形。7.一种反射式图像显示器，包括：透明层，所述透明层具有第一表面和第二表面，所述第二表面位于所述第一表面对面，并且所述第二表面具有从所述第一表面向外延伸的多个凸形突起，至少一个突起具有黑瞳区域；位于所述凸形突起的表面上的结构，所述结构从所述透明层的第二表面向外突起；位于所述透明层上的基本上透明的前电极层；设置在所述前电极层上的介电层；后电极，所述后电极在所述介电层对面并且在所述后电极和所述介电层之间形成间隙；以及设置在所述间隙中的多个电泳移动粒子。8.根据权利要求7所述的反射式图像显示器，其中，所述前电极共形地设置在所述透明层的所述结构上。9.根据权利要求7所述的反射式图像显示器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：洛恩·A·怀特黑德，布拉姆·M·萨德利克，格雷厄姆·F·比尔斯，
申请(专利权)人：清墨显示股份有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US