[发明专利]TIR调制宽视角显示器

说明书

技术领域

本披露涉及在美国专利号6,885,496、6,891,658、7,286,280、7,760,417和8,040,591中所描述类型的高亮度宽视角显示器中的TIR抑制，所有这些专利通过引用结合在此。

背景技术

图1A描绘了在美国专利号6,885,496、6,891,658、7,286,280、7,760,417和8,040,591中所描述类型的现有技术反射式(即前光)受抑全内反射(TIR)调制显示器10。这些专利描述了先前在美国专利号5,959,777、5,999,307、6,064,784、6,215,920、6,304,365、6,384,979、6,437,921、6,452,734和6,574,025中所描述的向外薄片的一种全新设计，其包括例如各种空间上均匀的棱柱体结构、电介质光纤、平行的和垂直的以及交错的结构。由于首先在专利‘496’与‘658’中所描述的新的紧密堆积的高折射率球形或半球形的带有焊珠的向外薄片设计，受抑TIR或其他反射式显示方法的实际角度观看范围得到了增加。新设计提供了半后向反射增益，由此，入射到带有半球形焊珠的表面的光线被朝向光源反射回来(但并非完全后向反射)；这意味着当光源在观看者头顶之上且稍微靠后时反射被增强，并且反射光具有使其产生白色外观的漫射特性，这种白色外观在反射式显示器应用中是令人期望的。

显示器10包括透明向外薄片12，该透明向外薄片是通过将大量高折射率(例如，η₁>～1.90)的透明球形或近似球形的焊珠(注意，所述球形或近似球形的焊珠在此还可以被称为“半球形焊珠(hemisphericalbead)”或“半焊珠(hemi-bead)”或“焊珠(bead)”)14部分地埋入高折射率(例如，η₂≈η₁)聚合物材料16的向内表面中而形成的，该聚合物材料具有平坦的向外观看表面17，观看者V通过观看方向Y的角度范围来观察该向外观看表面。“向内”和“向外”的方向由双头箭头Z指示。焊珠14被紧密地堆积在一起以形成向内突出的单层18，该向内突出的单层具有约等于一个焊珠14的直径的厚度。理想地，每一个焊珠14接触所有与那一个焊珠直接相邻的焊珠。最小的间质间隙(理想地，无间隙)保持在相邻焊珠之间。

通过将介质20包含在由下部薄片24限定的容器22之中而使电活性TIR抑制介质20保持与焊珠14从材料16向内突起的这些部分相邻。可从明尼苏达州圣保罗市的3M公司获得的惰性的、低折射率(即，小于大约1.35)的、低粘度的、电绝缘的液体(如Fluorinert全氟化碳氢化合物液体(η₃～1.27))是一种适用于介质20的流体。其他液体(如同样可从3M公司获得的Novec^TM)也可以用作介质20的流体。因此形成焊珠：液体的TIR界面。介质20包含光散射粒子和/或光吸收粒子26(如，颜料、染料、染色的或以其他方式散射/吸收的二氧化硅或乳胶粒子等)的精细分散悬浮。薄片24的光学特性相对地不重要：薄片24仅需形成用于容纳电活性TIR抑制介质20和粒子26的容器，并且充当背板电极48的支撑件。

如众所周知的，具有不同折射率的两种介质之间的TIR界面由临界角θ_c表征。以小于θ_c的角度入射到该界面上的光线透射通过该界面。以大于θ_c的角度入射到该界面上的光线在该界面处经历TIR。在TIR界面处优先选取较小的临界角，因为这提供了可以发生TIR的较大角度范围。

如图1A中虚线28的右侧所展示的，在缺乏TIR抑制活动的情况中，穿过薄片12和焊珠14的大部分光线在焊珠14的向内侧处经历TIR。例如，入射光线30、32折射通过材料16和焊珠14。如在光线30的情况中在点34、36处所指示的以及在光线32的情况中在点38、40处所指示的，这些光线在焊珠：液体TIR界面处经历两次或更多次TIR。全内反射的光线然后折射返回通过焊珠14和材料16并且分别出射为光线42、44，在每个反射区域或像素中实现“白色”外观。