JP2018139008A - Ｔｉｒ−変調広視野角ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】粒子の沈降や凝集のない全内部反射（ＴＩＲ）画像ディスプレイデバイスを提供する。【解決手段】全内部反射画像ディスプレイデバイスは、ａ．内側に凸状の半球形ビーズ状内側面を有する反射シート１２と、ｂ．凸状の前記半球形ビーズ状内側面に配置された透明導電層４６と、ｃ．透明導電層の少なくとも一部分を覆う絶縁薄層と、ｄ．絶縁薄層との間に、複数の荷電した電気泳動的移動粒子２６を有する低屈折率流体２０を受け入れる隙間を形成する背面支持部２４と、ｅ．到来する光線の前記半球形ビーズ状内側面における全内部反射をフラストレートするために、半球形ビーズ状内側面に第１の電気泳動的移動性粒子を選択的に駆動させるように低屈折率流体に第１電圧を印加するバイアス源５０と、ｆ．前記反射シートから前記背面支持部まで延在し、前記隙間を実質的に隔離された複数のマイクロセルに分離する、複数の隔壁２０２と、を備える。【選択図】図８

Description

本開示は、そのすべてが参照により本明細書に援用される米国特許第６，８８５，４９６号明細書、同第６，８９１，６５８号明細書、同第７，２８６，２８０号明細書、同第７，７６０，４１７号明細書、および同第８，０４０，５９１号明細書で記述されたタイプの高輝度、広視野角ディスプレイにおけるＴＩＲのフラストレーションに関係する。

図１Ａは、米国特許第６，８８５，４９６号明細書、同第６，８９１，６５８号明細書、同第７，２８６，２８０号明細書、同第７，７６０，４１７号明細書、および同第８，０４０，５９１号明細書で記述されたタイプの先行技術の反射型（すなわちフロントライト）フラストレートした全内部反射（ＴＩＲ）変調ディスプレイ１０の一部を描写する。これらの特許は、例えば、さまざまな空間的に均一なプリズム構造、誘電体光ファイバ、平行面、ならびに垂直およびインタリーブ構造で構成される米国特許第５，９５９，７７７号明細書、同第５，９９９，３０７号明細書、同第６，０６４，７８４号明細書、同第６，２１５，９２０号明細書、同第６，３０４，３６５号明細書、同第６，３８４，９７９号明細書、同第６，４３７，９２１号明細書、同第６，４５２，７３４号明細書および同第６，５７４，０２５号明細書で以前記述された外側シートの完全に新しい設計を記述する。特許「４９６」および「６５８」で最初に記述された、新しい緊密に充填された高屈折率の球形または半球形ビーズ状外側シート設計の結果として、フラストレートしたＴＩＲまたは他の反射型ディスプレイ方法の実用的な視野角が増加した。新しい設計は、半球形ビーズ状表面に入射する光線が光源に向かって反射されて戻ってくる（しかし正確に再帰反射ではない）、準再帰反射利得を提案する。それは、光源が視聴者の頭上かつ少し後ろにあるとき反射は高められ、反射光は、反射型ディスプレイ用途で望ましい白い外観をそれに与える拡散特性を有することを意味する。

ディスプレイ１０は、視聴者Ｖが視線方向Ｙの角度範囲を通して観察する平らな外側表示面１７を有する高屈折率（例えばη_２≒η_１）の高分子材料１６の内側面に多数の高屈折率（例えばη_１＞約１．９０）の透明な球形またはほぼ球形のビーズ（前記球形またはほぼ球形のビーズは本明細書で同じく「半球形ビーズ」または「半ビーズ」または「ビーズ」と呼ばれる場合があることに留意されたい）１４を部分的に埋め込むことによって形成された透明な外側シート１２を含む。「内側」および「外側」の方向は両矢印Ｚで表される。ビーズ１４は、ビーズ１４の１つの直径にほぼ等しい厚さを有する、内側に突出した単層１８を形成するように、互いに緊密に充填される。理想的には、ビーズ１４の１つ１つはその１つのビーズにすぐ隣接しているすべてのビーズと接触する。隣接するビーズ間に最小の介在隙間が残存する（理想的には隙間がない）。

電気活性ＴＩＲ−フラストレート媒質２０は、下側シート２４によって画定された貯蔵器２２内での媒質２０の封じ込めによって材料１６から内側に突き出るビーズ１４の部分に隣接して維持される。Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎ．の３Ｍから入手可能なＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ^ＴＭ完全フッ素化炭化水素液（η_３約１．２７）などの不活性な、低屈折率（すなわち約１．３５未満）、低粘度の電気絶縁性液体は、媒質２０に適した流体である。３Ｍから同様に入手可能なＮｏｖｅｃ^ＴＭなどの他の液体は、同様に媒質２０用の流体として使用され得る。ビーズと液体のＴＩＲ境界面はこのように形成される。媒質２０は、顔料、染料、着色したまたはその他の散乱性／吸収性のシリカもしくはラテックス粒子などの、光散乱性および／または吸収性粒子２６の微細に分散した懸濁液を含有する。シート２４の光学特性は比較的重要でなく、シート２４はただ、電気活性ＴＩＲ−フラストレート媒質２０および粒子２６を封じ込めるための貯蔵器を形成し、バックプレーン電極４８のために支持部の役割を果たすだけでよい。

周知であるように、異なる屈折率を有する２つの媒質間のＴＩＲ境界面は臨界角θ_ｃによって特徴づけられる。θ_ｃより小さい角度で境界面に入射する光線は、境界面を通して透過される。θ_ｃより大きい角度で境界面に入射する光線は、境界面においてＴＩＲを受ける。小さい臨界角は、ＴＩＲが起こり得る大きな角度範囲をもたらすので、ＴＩＲ境界面において好ましい。

図１Ａで破線２８の右に例示されているように、ＴＩＲ−フラストレート活性がない場合、シート１２およびビーズ１４を通過する光線のかなりの割合がビーズ１４の内側においてＴＩＲを受ける。例えば、入射光線３０、３２は材料１６およびビーズ１４を通って屈折する。光線は、光線３０についてポイント３４、３６で表され、光線３２についてポイント３８、４０で表されるように、ビーズと液体のＴＩＲ境界面において２回以上ＴＩＲを受ける。全内部反射した光線はそれからビーズ１４および材料１６を通って戻って屈折されそれぞれ光線４２、４４として出現し、各々の反射領域または画素で「白い」外観を達成する。

電圧は、例えば、ビーズ１４の内側に突き出ている表面部分に、およびシート２４の外側面に蒸着によって施すことができる、（破線として示される）電極４６、４８を介して媒質２０に印加することができる。電極４６は、ビーズと液体のＴＩＲ境界面において光線への干渉を最小化するように、透明で十分に薄い。バックプレーン電極４８は透明である必要がない。ＴＩＲ−フラストレート媒質２０が、破線２８の左に例示されたように電極４６、４８の間に電圧を印加するために電圧源５０を作動させることによって活性化される場合、懸濁粒子２６はエバネッセント波が比較的強い領域（すなわち内側に突き出ているビーズ１４の内側面の０．２５ミクロン以内またはより近く）に電気泳動的に移動する。前述のように電気泳動的に移動するとき、粒子２６は光を散乱または吸収し、したがってビーズと液体のＴＩＲ境界面において実効屈折率の虚数成分およびおそらく実数成分を修正することによりＴＩＲをフラストレートまたは変調する。これは光線５２、５４によって例示される。光線５２、５４は、それぞれ符号５６、５８で表されるように、ビーズと液体のＴＩＲ境界面において薄い（約０．５μｍ）エバネッセント波領域の内側で粒子２６に当たるとき散乱および／または吸収され、したがって各々のＴＩＲ−フラストレートした非反射性吸収領域または画素で「暗い」外観を達成する。粒子２６は、ビーズと液体のＴＩＲ境界面のＴＩＲ能力を回復し各々の「暗い」非反射性吸収領域または画素を「白い」反射領域または画素に転換するために、電圧源５０を適切に作動させることにより、薄いエバネッセント波領域の外に移動されるだけでよい。

上述のように、電極４６、４８を介して媒質２０に印加する電圧を制御することによって外側シート１２の最終的な光学特性を制御することができる。電極は、シート１２の個々の領域または画素の全体にわたって、ＴＩＲフラストレート低屈折率媒質２０に懸濁した粒子を電気泳動的に制御するように分割することができ、したがって画像を形成することができる。

図２は、球形ビーズ１４の１つの内部の半球形または半ビーズの部分６０を、拡大された断面で描写する。半ビーズ６０は正規化された半径ｒ＝１および屈折率η_１を有する。半ビーズ６０の中心Ｃから半径方向距離ａで半ビーズ６０に（材料１６を通って）垂直に入射する光線６２は、放射軸６６に対して角度θ_１で半ビーズ６０の内側面にぶつかる。この理論的に理想的な議論の目的のために、材料１６は半ビーズ６０と同じ屈折率を有し（すなわちη_１＝η_２）、それで光線６２は屈折なしで材料１６から半ビーズ６０内に進むと仮定する。光線６２は半ビーズ６０の内側面において屈折され、放射軸６６に対して角度θ_２で光線６４としてＴＩＲ−フラストレート媒質２０内に進む。

ここで、半ビーズ６０の中心Ｃから距離

で半ビーズ６０に（材料１６を通って）垂直に入射する入射光線６８を考察する。光線６８は、ＴＩＲが起こるための最小所要角度、（放射軸７０に対する）臨界角θ_ｃで半ビーズ６０の内側面にぶつかる。光線６８はそれに応じて、光線７２として全内部反射され、光線７２は臨界角θ_ｃで半ビーズ６０の内側面に再びぶつかる。光線７２はそれに応じて、光線７４として全内部反射され、光線７４は臨界角θ_ｃで半ビーズ６０の内側面に同様にぶつかる。光線７４はそれに応じて、光線７６として全内部反射され、光線７６は半ビーズ６０を垂直に通過してビーズ１４の埋め込まれた部分内にそして材料１６内に進む。光線６８はしたがって、入射光線６８の方向とほぼ反対の方向に光線７６として反射して戻ってくる。

半ビーズ６０の中心Ｃから距離ａ≧ａ_ｃで半ビーズ６０に入射するすべての光線は、光源に向かって反射されて戻ってくる（しかし正確に再帰反射ではない）。このことは、光源が視聴者の頭上かつ少し後ろにあるとき反射が高められ、反射光は反射型ディスプレイ用途で望ましい白い外観が得られる拡散特性を有することを意味する。図３Ａ、３Ｂおよび３Ｃは、半ビーズ６０の反射モードのうちの３つを描写する。これらのおよび他のモードは共存するが、各々のモードを個々に論じることは有用である。

図３Ａで、距離ａ_ｃ＜ａ≦ａ_１の範囲内に入射する光線は２回ＴＩＲを受け（２−ＴＩＲモード）、反射光線は入射光線の方向に反対の方向を中心とした比較的広い円弧φ_１内で発散する。図３Ｂで、距離ａ_１＜ａ≦ａ_２の範囲内に入射する光線は３回ＴＩＲを受け（３−ＴＩＲモード）、反射光線は入射光線の方向に反対の方向を再び中心としたより狭い円弧φ_２＜φ_４内で発散する。図３Ｃで、距離ａ_２＜ａ≦ａ_３の範囲内に入射する光線は４回ＴＩＲを受け（４−ＴＩＲモード）、反射光線は入射光線の方向に反対の方向を同じく中心としたいっそう狭い円弧φ_３＜φ_２内で発散する。半ビーズ６０はしたがって、「半再帰反射型」の部分的拡散反射特性を有し、ディスプレイ１０に紙と類似した拡散外観を持たせる。

照明の主要源が、小さな角度範囲内で、視聴者の後ろにあるとき、ディスプレイ１０は、紙と同等の比較的高い見かけ上の輝度を有する。このことは、視聴者Ｖがディスプレイ１０を見ることができる広い角度範囲α、および視聴者Ｖの位置に対する照明源Ｓの角度偏差である角度βを描写する図１Ｂで例示される。ディスプレイ１０の高い見かけ上の輝度は、βが大きすぎない限り維持される。垂直入射において、半ビーズ６０の反射率Ｒ（すなわち、ＴＩＲによって反射する、半ビーズ６０に入射する光線の割合）は式（１）によって与えられる。

式中η_１は半ビーズ６０の屈折率であり、η_３はＴＩＲが起こる半ビーズ６０の表面に隣接する媒質の屈折率である。したがって、半ビーズ６０がポリカーボネート（η_１約１．５９）などのより低い屈折率の材料で形成される場合、および隣接する媒質がＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ（η_３〜１．２７）である場合、約３６％の反射率Ｒが獲得されるのに対して、半ビーズ６０が高屈折率ナノコンポジット材料（η_１約１．９２）で形成される場合、約５６％の反射率Ｒが獲得される。照明源Ｓ（図１Ｂ）が視聴者Ｖの頭の後ろに置かれるとき、ディスプレイ１０の見かけ上の輝度は前述の半再帰反射型特性によってさらに高められる。

図４Ａ〜４Ｇに示すように、半ビーズ６０の反射率は広範囲の入射角にわたって維持され、これによりディスプレイ１０の広視野角特性およびその見かけ上の輝度は高められる。例えば、図４Ａは垂直入射から−すなわち垂直から０度の角度をなした入射角から−見た半ビーズ６０を示す。この場合、ａ≧ａ_ｃである半ビーズ６０の部分８０は円環に見える。円環は、この部分が前述のようにＴＩＲによって入射光線を反射する半ビーズ６０の領域であるという事実に応じて白く描写されている。円環は円形領域８２を囲み、この円形領域は、入射光線が吸収されＴＩＲを受けない、半ビーズ６０の非反射性領域であるという事実に応じて暗く描写されている。図４Ｂ〜４Ｇは、垂直からそれぞれ１５度、３０度、４５度、６０度、７５度および９０度の角度をなした入射角から見た半ビーズ６０を示す。図４Ｂ〜４Ｇの図４Ａとの比較は、ａ≧ａ_ｃである半ビーズ６０の反射部分８０の観察エリアが入射角の増加に伴って徐々にしか減少しないことを明らかにする。（例えば図４Ｆなどの）際どい視射入射角においてさえ、観察者は反射部分８０のかなりの部分をまだ見られることになり、したがって、高い見かけ上の輝度が維持される広い視野角がディスプレイ１０に与えられることになる。

ディスプレイ１０は時間が経つにつれて望ましくない粒子２６のクラスタ化を呈する場合がある。より具体的には、粒子２６はＴＩＲ−フラストレート媒質２０内で緩い凝集体を形成し、ＴＩＲ−フラストレート媒質２０の周辺領域は比較的少ない懸濁粒子２６しか含有しなくなる傾向がある。吸収性粒子２６のこのようなクラスタ化はディスプレイ１０の画像品質および全体的な性能の長期的な劣化をもたらし得る。本発明は、
ａ） システムの暗状態における半球形ビーズの表面上のＴＩＲフラストレート電気泳動的移動性粒子の不均一な分布、
ｂ） ＴＩＲ−フラストレート粒子の沈降およびクラスタ化、
ｃ） 電極間の電解の不均一性、
などのディスプレイ１０設計の改良および修正に関する。

本発明は、暗状態がＴＩＲのフラストレーションにではなく懸濁流体内のＴＩＲ−フラストレート粒子の光散乱または吸収特性に依存するのに対し、修正されたシステムを同様に提供する。

前述した関連技術の実施例およびそれに関連した限定は例示であって排他的なものでないことが意図される。関連技術の他の限定は、明細書を読み図面を検討することにより当業者に明らかになるであろう。

例示的な実施形態が図面の参照図で例示される。本明細書で開示された実施形態および図は制限ではなく例示とみなされるべきであることが意図される。

ＴＩＲフラストレートまたは変調した先行技術の反射型画像ディスプレイの一部の、原寸に比例せず大きく拡大した、断片的な断面側面図である。 図１Ａのディスプレイの広角視野範囲α、および照明源の角度範囲βを概略的に例示する。 図１Ａの装置の球形ビーズの１つの半球形（「半ビーズ」）部分を大きく拡大した断面側面図である。 入射光線がそれぞれ２回、３回および４回ＴＩＲを受ける場合の、増加する軸外距離における図２の半ビーズに垂直に入射する光線の半再帰反射を描写する。 垂直からそれぞれ０度、１５度、３０度、４５度、６０度、７５度および９０度の角度をなした視野角から見た、図２の半ビーズを描写する。 六方最密充填（ＨＣＰ）構造に配置された球形ビーズを示す、図１Ａのディスプレイの一部の平面（すなわち垂直から０度の角度をなした視野角から見た）断面図である。 図５の構造で用いるための２つの代替的なバックプレーン電極パターンを大きく拡大した平面図である。 明（フラストレートしない）状態および暗（フラストレートした）状態における係留された粒子を有するＴＩＲフラストレートまたは変調した先行技術の反射型画像ディスプレイの一部の、原寸に比例せず大きく拡大した、断片的な断面側面図である。 正方形状に成形されたマイクロセルに閉じ込められたＴＩＲ−フラストレート電気泳動的移動性粒子を有するＴＩＲフラストレートまたは変調した先行技術の反射型画像ディスプレイの一部の、原寸に比例せず大きく拡大した、断片的な断面側面図である。マイクロセルの配列の平面図および単一のマイクロセルの拡大図が示される。 複数のカプセルを含有するＴＩＲフラストレートまたは変調した先行技術の反射型画像ディスプレイの一部の、原寸に比例せず大きく拡大した、断片的な断面側面図である。 ポリマー系連続相に囲まれた複数の小滴を含有するＴＩＲフラストレートまたは変調した先行技術の反射型画像ディスプレイの一部の、原寸に比例せず大きく拡大した、断片的な断面側面図である。 適合するバックプレーンを包含するＴＩＲフラストレートまたは変調した先行技術の反射型画像ディスプレイの一部の、原寸に比例せず大きく拡大した、断片的な断面側面図である。

以下の説明全体を通して、当業者により完全な理解を提供するために具体的な詳細を明らかにする。しかしながら、本開示を不必要に不明瞭にすることを回避するため、周知の要素は詳細に図示または説明していない場合がある。したがって、明細書および図面は、制限的ではなく例示的な意味とみなされるべきである。

本発明は多数の異なる実施態様を有する。これらのさまざまな実施態様は、理解の便宜および容易さのために順次説明されるが、本発明のいくつかの実施態様が単一のデバイスに組み込まれ得ることは、電気泳動ディスプレイの技術における当業者には容易に明らかであろう。例えば、カプセル化されたデバイスは、本発明の粘度調整剤、ポリマー被覆粒子および高体積分率の実施態様を同様に利用することができる。

同様に、本発明の多数の実施態様を考慮して、以下のように、さまざまな実施態様を、それらが前述の問題のどれを扱うように主に設計されるかによって分類することが好都合である。

セクションＡ：粒子の不均一分布
図１Ａで、視聴者が視聴方向の角度範囲を通して観察する平らな外側表示面を有する高屈折率の高分子材料の内側面に多数の高屈折率の透明な球形またはほぼ球形のビーズを部分的に埋め込むことによって形成された透明な外側シート。球形ビーズは、ビーズの１つの直径にほぼ等しい厚さを有する、内側に突出した単層を形成するように、互いに緊密に充填される。理想的には、ビーズの１つ１つは、図５に例示されたように六方最密充填（ＨＣＰ）配置でその１つのビーズにすぐ隣接しているビーズのすべてと接触するが、同様にランダム状に配置してもよい。隣接するビーズ間に最小の介在隙間が残存する（理想的には隙間がない）。前記ビーズの配置は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ−Ｂａｙｔｒｏｎ^ＴＭなどの導電性ポリマーを含む他の導電材料が代替的に使用され得る）などの透明導電層４６によって覆われている。図１Ａに同じく示された背面電極は、反射シートの外側面に平行に位置している平面上に提供される。したがって、２つの電極間の距離は、球形ビーズの表面を横切るように、波のような形で周期的に変化する。

画像ディスプレイシステムの技術における当業者には容易に明らかになるように、チャネル電極と背面電極との間の距離における周期的変化は、これらの２つの電極間の電界を不均一にさせ、この不均一な電界は、ＴＩＲがフラストレートされるように意図される「暗」状態でビーズの壁の上の粒子の実質的に不均一な分布につながる可能性が高い。この不均一な分布はビーズ状電極の一部を粒子で覆われていないようにする場合があり、そのため、これらの覆われない部分においてはＴＩＲが起こらず、不必要に高い暗状態反射率につながる。したがって、粒子分布をより均一にできれば、ディスプレイの暗状態と明状態との間のコントラスト比を改善することができる。

（本発明はこの信念によって決して限定されるものでないが）ビーズ状電極に隣接する光吸収ＴＩＲ−フラストレート粒子を移動させるように電界が電極間に印加されるとき、前記粒子は最初にビーズの不均一な表面に沿って最大電界強度のエリアに集中し、その後、電界が印加され続けているとき、粒子はこれらの最大電界強度のエリアからより低い電界強度のエリアに広がる傾向があるであろうと考えられている。したがって、より移動性の低い粒子がまだ最大電界強度のエリアに到達しているときに、より移動性の高い粒子はすでに最大電界強度のエリアに動いてしまっていることになるから、本発明の可変的な電気泳動移動度の実施態様に従って、電気泳動移動度の範囲を有する光吸収粒子を用いることは、暗状態における粒子の分布の均一性を改善するはずである。粒子の電気泳動移動度は、約２倍から約５倍、またはより高い範囲まで異なり得る。すなわち、粒子のうちの少なくとも１つは、粒子のうちの別の１つの電気泳動移動度の少なくとも約２倍、そして好ましくは少なくとも約５倍である、電気泳動移動度を有するべきである。また、短すぎるパルスは粒子を最大電界強度のエリアに集中したままにしておく傾向があるようになるのに対して、長すぎるパルスは大抵の粒子がビーズ間の「谷」（背面電極から最も遠いポイント）内に移動するのを許すことになり、どちらの場合もビーズ状表面を不必要に不均一に覆うことになるので、このような移動度の範囲を用いるか否かにかかわらず、電界が電極に印加される期間（「駆動パルス」の持続時間）を制御することが重要である。このような高荷電粒子は、ビーズ状電極の表面上で互いにごく接近しているとき、互いにクーロン力で反発するようになり、したがって、ビーズ状電極上にそれら自身をより均一に分布しＴＩＲをフラストレートする傾向があるようになるので、高い電荷を有する光吸収粒子を用いることは同様に有利である。

暗状態および明状態で粒子分布の均一性を向上させ、粒子の横方向の泳動を防止するための別の技法は、ビーズ状電極に粒子を物理的に係留することである。画像ディスプレイシステムは、高分子鎖または類似の連結鎖を用いて光吸収ＴＩＲ−フラストレート粒子を互いにまたは固定電極に係留することによって有効に修正され得る。暗状態と明状態との間で粒子が移動する必要がある距離は非常に短いので、ＴＩＲ系反射型ディスプレイシステムにおいてより大きい光吸収粒子とともにこのような連結鎖を使用することは実用的である。ＴＩＲのフラストレーションは、反射が理論上行われている表面を越えて約１００〜２５０ｎｍだけ侵入するエバネッセント波を中断させる粒子に依存するので、約５００ｎｍの粒子移動はシステムの明状態と暗状態との間の交替をもたらすのに十分であり、この大きさの移動は係留された粒子で実行できる。係留された粒子が用いられる場合、連結鎖の溶媒和は、連結鎖の立体構造を、したがって係留された粒子の電極に対する移動を制御する上で、重要な因子であり、溶媒和の程度は懸濁流体の組成に大きく影響を受け得るから、光吸収ＴＩＲフラストレート粒子が懸濁される流体に細心の注意を払うべきである。

本発明の係留粒子画像ディスプレイデバイスの概略断面図が図７に示される。このデバイスは、観察者がそれを通してディスプレイを見る、平面的な外側面（図７で例示された上面であり、実際の使用時には、図７の平面が水平となるように、この外側面は通常、垂直面内に位置する）を有する（光透過部材としてよりよく説明される）反射シート１２を備える。反射シート１２は、波状表面構造を形成する、（図７では半球形ビーズ構造が描写される）一連の球形または半球形のビーズの形態を有する内側面１８を有する。電極４６と４８との間に、前述のＴＩＲが行われることを可能にするために、反射シート１２の屈折率より十分に小さい屈折率を有する流体媒質２０が配置されている。流体媒質２０に複数の荷電粒子２６が懸濁されており、その各々は個別の柔軟なフィラメントまたは連結鎖１１４によって前面電極４６に接続される。連結鎖１１４は長さが異なってもよく、粒子２６の数は、理解を容易にするために図７で大きく減らされている。実際は、粒子２６によって覆われない電極４６の小さいエリアでも、ディスプレイ１０の暗状態に、およびしたがってコントラスト比に実質的な悪影響を与え得るので、粒子２６を前面電極４６に隣接させるために電界が印加されるとき電極４６が実質的に完全に粒子２６で覆われることを確実にするために、粒子２６の数は、前面電極４６を覆う連続的な層を形成するのに必要とされるよりもいくぶん多くされる。

図７は、反射シート１２の外側面に入射する光がすでに説明したやり方で二重のＴＩＲを受けて外側面を通って外に返される、ディスプレイ１０の明状態を点線２８の右に例示する。しかしながら、適切な極性の電界が電極４６と４８との間に印加される場合、粒子２６は、点線の左に示すように暗状態を作り出すために前面電極４６に近接して移動する（暗状態における連結鎖は、わかりやすくするために図７から削除されているが、存在すると仮定することに留意されたい）。粒子２６は、粒子が前面電極４６に近接して位置するとき、ＴＩＲが中断され、反射シート１２の外側面に入射する光がもう外側面を通って外に返されず、そのためデバイス１０が暗く見えるように、流体媒質２０の屈折率より大きい屈折率を有するように選択される。

ビーズ状外側シートシステムにおいて明状態と暗状態との間で切り替えるために必要な限定された移動は、これらのシステムで用いられる電気泳動的移動性粒子の設計に関する興味深い含蓄を同様に有する。第１の近似として、このようなシステムの暗状態におけるビーズ状電極を覆う光吸収ＴＩＲフラストレート粒子の層は、平らな表面上に形成された球の二次元最密充填配列としてモデル化することができる。このような最密充填配列は表面にすぐ隣接した空隙を残し、これらの空隙は三角錐の錐台の形態と類似した形態を有し、この錐台の高さは球の半径に等しい。この半径が、エバネッセント波が平らな表面に侵入する距離より著しく大きい場合、エバネッセント波面のある一定の割合は空隙内に、したがって粒子によって中断されることなく位置し、表面に当たる光の同じ割合はＴＩＲを受けることになる。（もちろん、厳密に言えば、表面からの特定の距離に波面がないように、エバネッセント波の強度が表面からの距離とともに指数関数的に減少することは高く評価される。それにもかかわらず、本発明の質的な目的のために、波面における波の強度が表面におけるその強度のいくらかの任意の割合、例えば１／ｅ、であるような距離でビーズ状の波状表面に平行に延びるエバネッセント波面を考慮することは好都合である。）したがって、粒子の直径はフラストレートされるＴＩＲの割合に影響を与えることになる。一般に、球形粒子に対して、（本発明の制御された形状の粒子の実施態様の１つの部分に従って）約２００〜３００ｎｍの直径がＴＩＲをフラストレートするのに最も成功するはずであると思われる。

しかしながら、本発明の制御された形状の粒子の実施態様の別の部分に従って、そして前述の議論から、同様に、球形またはほぼ球形の粒子はＴＩＲをフラストレートするのに最適の形状ではないように思われる。本質的に、エバネッセント波を中断させ、したがってＴＩＲをフラストレートするための理想的な状況は、エバネッセント波面において材料の連続的な層を形成することである。実際にはこの条件を満足させることは不可能な場合があるのに対して、可能な限りこの条件に近づくには、関係のある距離において粒子の層に可能な限り少ない隙間しか存在しないことが必要とされる。小さい粒子がより大きい粒子間の空隙を満たすのを助けることができる限りにおいて、異なったサイズの電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子の混合物の使用は、可能な限り少ない空隙しか残さないことに有利となり得る。しかしながら、ほとんど連続的な層の形成は、表面と垂直よりも表面と平行な方向で実質的により大きい寸法を有する粒子を用いることによって最も良好に達成される。したがって、平板またはプリズムまたは扁平楕円体または回転楕円体の形態の粒子を用いることは、球形粒子を用いるよりも良好なＴＩＲのフラストレーションを与えるはずである。平板またはプリズムは、望ましくは少なくとも約３：１の縦横比（厚さに対する平均直径の比率）を有する。具体的には、約１０：１の縦横比および約５〜１５μｍの有効外径を有するアルミニウム薄片は商業的に利用可能であり、ビーズ状外側シートシステムでの使用に非常に適するはずである。他の金属の類似の薄片を同様に使うことができる。真珠箔、真珠光沢顔料、および他の高い縦横比「効果」顔料などの、他のタイプの高い縦横比の粒子を使ってもよい。

ビーズ状外側シートＴＩＲシステムで、ビーズ状表面の構造、およびとりわけその光学特性は、効果的なＴＩＲのフラストレーションを、したがってシステムの明状態と暗状態との間の良好なコントラストを、促進する上で極めて重要である。例えば、ビーズ状表面は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）の代わりに電極として導電性ポリマーを使用してもよい。あるいは、本発明の低屈折率層の実施態様に従って、ビーズ状表面の光学特性は、十分に導電性の電極を形成するために必要とされるよりも厚いＩＴＯ（または類似の導電材料）の層を用いることによって、または、ＩＴＯの上にフッ化マグネシウムなどの低屈折率材料を被覆することによって修正することができる。このようにして電極上に低屈折率、または実際に他の材料を使用することは、電極を形成するために使用できる材料の範囲を増やす上で有用であり得ることに留意されたい。ビーズ状ＴＩＲシステムにおいて懸濁ＴＩＲフラストレート粒子を含む液体媒質に要求される非常に低い屈折率のために、前記媒質の選択のための良好な候補は、高度にフッ素化された液体に制限される。ビーズ状ＴＩＲシステムにおいて電極として使用するために通常なら適するある一定の導電材料、特にある一定の導電性ポリマーは、このような高度にフッ素化された液体との長期の接触によって悪影響を受ける場合がある。非導電性材料の層で電極を覆うことは、このような液体で使用できる導電材料の範囲を広げる。ビーズ状ＴＩＲシステムを切り替えるために必要とされる電流は、１つまたは両方の電極上の絶縁体と通常みなされる材料の薄い層の存在がシステムの動作に大きな影響を与えないように十分低い。

粒子分布の均一性を向上させ粒子の横方向の泳動を防止するための別の技法は、液体媒質内に含有される複数の粒子を個別の区画に隔離して囲い込むことである。個別の区画は、一定間隔で壁から構成され、各々が低屈折率媒質、光吸収ＴＩＲフラストレート粒子および任意の他の望ましい性能強化添加剤を含む、複数のマイクロセル（これらは同じく「マイクロウェル」とも呼ばれる）から巨視的パターンを形成するように組織化され得る。マイクロセルの前記巨視的パターンは、円、三角形、正方形、五角形または六角形状の壁構造を複数備えることができる。１つの特定の実施形態で、粒子が正方形状の壁で囲われたマイクロセルの巨視的配列に隔離される、本発明の画像ディスプレイデバイスの概略断面図が図８に示される。この１０に指定されたデバイスは、それらのすべてが図１に示された対応する整数と同一である、反射シート１２、支持部材２４ならびに電極４６および４８を有する。粒子が背面電極に引きつけられビーズ状前面シートから離れる明状態、および粒子がビーズ状前面電極に引きつけられエバネッセント波領域およびディスプレイのＴＩＲのフラストレーションに入る暗状態は、両方とも図８に示される。複数のマイクロセルは、２００で示された正方形の組織化された巨視的配置に配列され、壁２０２から形成される。マイクロセルの隣り合った巨視的配置を例示している平面図が同様に図８に示される。マイクロセルの壁は、背面およびフロントプレーンをつなぎ、光吸収ＴＩＲフラストレート粒子を含む液体媒質を完全にカプセル化する完全な壁（図８に示すように）であっても、背面およびフロントプレーンを完全につなぐのではなく、粒子の泳動を遅らせるまたは防止するのに十分につなぐ部分壁であってもよい。壁はポリマー材料で構成することができ、鋳造、加圧形成、エンボス加工またはフォトレジスト層のパターン形成を介した化学的および物理的エッチングなどの、しかしこれらに限定されない、多数の技法によって複数のウェルに形成することができる。上述の本発明のマイクロセルの配列を提供するための他の技法および実施形態は、当業者には容易に明らかであろう。

粒子分布の均一性を向上させ、粒子の横方向の泳動を防止するための別の技法は、本明細書で説明したビーズ状外側シートＴＩＲシステム１０で、粒子２６および低屈折率媒質２０を複数のマイクロカプセル内にカプセル化することによって、液体媒質内に含有される複数の粒子を隔離して囲い込むことである。柔軟な壁を有するマイクロカプセルは、堅いマイクロカプセルと対照的にビーズ状フロントプレーンＴＩＲシステムで使用されるとき利点がある。柔軟なマイクロカプセルは、ＴＩＲディスプレイに対する光学的要求を解決するために、外側シート電極表面の曲線的に作られた内側上のビーズ間の割れ目および空隙を満たすことができる。

マイクロカプセルを用いるビーズ状外側シートシステムで、ビーズ状外側シート電極と平らな背面電極との間に位置している領域はマイクロカプセル壁材料の適合膜で裏打ちされていることになり、明らかに電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子は、マイクロカプセル壁の厚さによってビーズ状前面電極および平面的な背面電極から常時引き離されたままである。マイクロカプセル壁の内面に接触している粒子が（もちろん、エバネッセント波の侵入の深さに対するマイクロカプセル壁材料の屈折率の影響を考慮に入れて）エバネッセント波を中断し、したがってＴＩＲをフラストレートするために十分ビーズ状表面に近いことを確実にすることが必要である。この問題に対する２つの手法があり、それらは個々にまたは組み合わせて使用することができる。第１の手法は、反射シートの屈折率と、約０．３を超えて異ならない、そして好ましくは約０．２を超えて異ならない屈折率を有するマイクロカプセル壁材料を使用することである。例えば、ある一定のメタクリル酸エステル重合体は望ましい範囲内の屈折率を有する。この場合、マイクロカプセルは、光学的に、ビーズを形成している材料の一部になり、ＴＩＲが起こる境界面はマイクロカプセル壁と低屈折率媒質との間の境界面であり、ＴＩＲフラストレート粒子はしたがってこの境界面にすぐ隣接して位置することができる。第２の手法は、エバネッセント波が低屈折率液体媒質に侵入することを確実にするために、（２００未満、そして好ましくは１００ｎｍ未満の）非常に薄いマイクロカプセル壁を使用する。同様に、粘度調整剤を用いて媒質の粘度を増加させることが望ましい場合があり、この目的のために好ましい粘度調整剤は本発明の粘度調整剤デバイスについて以下で説明するものと同じである。

添付の図面の図９は、本発明のカプセル化されたデバイスの概略断面図である。この１０に指定されたデバイスは、それらのすべてが図１に示された対応する整数と同一である、反射シート１２、支持部材２４ならびに電極４６および４８を有する。しかしながら、デバイス１０で、低屈折率液体媒質２０および粒子２６は、各々カプセル壁３０２で画定された（一般に３００に指定された）複数のカプセル内に閉じ込められている。カプセルが反射シート１２および支持部２４の上に堆積させられる場合、その後完全なデバイス１０を形成するためにカプセル３００の上部に配置されるように、これらのカプセル壁３０２は変形可能である。個別のカプセル壁３０２は、図９に示された本質的に波状の、ビーズ状表面構造の形態を想定して、シート１２と支持部２４との間の空間を実質的に満たすように変形する。

本明細書で説明したビーズ状外側シートＴＩＲディスプレイシステムで粒子分布の均一性を向上させ粒子の横方向の泳動を防止するための別の手法は、液体媒質および光吸収電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子を含有する不連続相ならびにこのような粒子を本質的に含まない連続相を含む、ポリマー分散低屈折率液体媒質を使用することである。不連続相は、その各々が低屈折率媒質および、懸濁流体内に配置され電界の印加に応じて流体を通って移動可能な少なくとも１つの粒子を含む、複数の小滴からなり、連続相は不連続相を囲んでカプセル化し、不連続相は電気泳動的移動性粒子および任意の他の添加剤を含む液体媒質の少なくとも約４０容量パーセントを構成する。連続相は不連続相を囲んでカプセル化し、それで凝集性の媒質を提供する。

電極４６を有するビーズ状フロントプレーン１２と背面電極４８との間に位置している図１０に示された本発明のポリマー分散媒質４００で、不連続相（小滴）は媒質の約４０から約９５容量パーセントを構成するが、好ましくは約５０から約８０容量パーセントを構成する。小滴の最適な割合はもちろん使われる特定の材料で異なるが、通常、約６０から約７０容量パーセントの範囲内である。小滴の割合が高すぎる場合、ポリマー分散４００は機械的に弱く容易に損傷し、小滴は、乱暴な取り扱いの際に媒質から漏れる場合がある。他方、媒質に機械的強度を提供するために必要とされるよりも実質的に大きい割合の連続相を使用することは望ましくない。関連の電気泳動ディスプレイに関する当業者には周知であるように、このようなディスプレイは通常２つの電極間に電気泳動媒質の薄い層を備え、そのため電極間の任意の所定の動作電圧で、電気泳動媒質に印加される電界がその厚さに反比例する。過剰な連続相が本発明の媒質で使用される場合、所定量の小滴を提供するために必要な媒質の厚さは不必要に増加することになる。そのため、印加される電界が低下する（およびディスプレイの切替時間がそれによって増加する）ことになるか、または動作電圧を増加させなければならなくなり、そのどちらも望ましくない。不必要に過度の量の連続相は同様に、ＴＩＲをフラストレートする能力に負の影響を及ぼす、ビーズ状表面からの電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子および低屈折率媒質を含む小滴の距離を増加させる可能性が高い。

小滴は、低屈折率媒質に配置された単一のタイプの粒子、または、電気泳動的移動度において異なる、２つ以上のタイプの粒子を含み得る。電気泳動的移動性ＴＩＲ−フラストレート粒子は、カーボンブラックを含み得るがこれに限定されない。低屈折率媒質は、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ^ＴＭＦＣ−７７０、ＦＣ−４３、ＦＣ−７５、Ｎｏｖｅｃ^ＴＭ６４９または７５００を含み得るがこれらに限定されない。小滴は厚さにおいて約２０μｍ未満であり、不連続小滴および連続膜形成相を含む媒質は５０μｍから約２００μｍまでの厚さを有する。

すでに示したように、本発明の媒質４００は、膜形成材料を含有する液体媒質に小滴を分散させ、それから、膜形成材料に膜を形成させ、したがって膜形成材料が連続相および不連続相のための小滴をその中で形成する２相ポリマー分散媒質を生成させるのに効果的な条件を液体媒質に受けさせることによって準備される。液体媒質中の小滴の最初の分散または乳化は、例えば、液体媒質と小滴を形成することになる材料との混合物の急速な撹拌、またはこのような混合物の超音波処理などの、さまざまな従来的な技法のいずれによって達成されてもよい。小滴を形成するのに適したデバイスは同様に、ブレード型ミキサー、ローターステーターミキサーおよびコロイドミル、（Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓによって販売されたＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｚｅｒなどの）液体流がオリフィスまたは相互作用チャンバを通って高圧で圧送されるデバイス、超音波処理器、Ｇａｕｌｉｎミル、ホモジナイザ、ブレンダなどを含むがこれらに限定されない。分散または乳化は同様に、コロイドミルまたは類似の装置を用いて、剪断することによって達成されてもよい。しかしながら、小滴内のＴＩＲフラストレート粒子の存在は、このような小滴の分散液または乳剤を、小滴が固体粒子を含有しない、同じ材料の類似の乳剤または分散液ほど安定にしないようにする傾向があり、したがって本発明の工程では、急速に凝固することができる液体媒質を使用することが好ましいことに、留意されたい。

膜形成材料とも呼ばれる連続相は有機または生物有機系となる。それは、石灰処理ゼラチン、酸処理豚ゼラチンもしくは酸処理骨質ゼラチンなどのゼラチン、またはアセチル化ゼラチン、フタル化ゼラチン、酸化ゼラチンなどの修飾ゼラチンなどとすることができる。他の膜形成剤は、ポリ（ビニルアルコール）、部分的に加水分解されたポリ（ビニルアセテート／ビニルアルコール）、ヒドロキシエチルセルロース、ポリ（ビニルピロリドン）、およびポリアクリルアミドを含むがこれらに限定されない、水溶性ポリマーおよびコポリマーを含む。ｔ−ブチルアクリルアミド、またはイソプロピルアクリルアミドなどの、疎水性モノマーを有するこれらのコポリマーは、同様に使用され得る。高温または低温の用途の際に同様にゲル化可能な高分子膜形成剤は、特に有用である。このような材料は、上述のさまざまなゼラチン、セルロース系材料、およびイソプロピルアクリルアミドを含有するホモポリマーまたはコポリマーを含む。使用され得るさらなる膜形成剤は、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、エポキシ、シリコーンおよびポリスチレンなどの、しかしこれらに限定されない、炭化水素系溶媒に可溶性のポリマーである。本明細書で言及した膜形成材料は、放射線（典型的には紫外線硬化型）、冷却、乾燥、重合、架橋結合、ゾルゲル形成、および圧力硬化を用いて形成および硬化することができる。説明した方法を用いて有機ポリマー膜形成材料を硬化した後、それは、図１０に示した膜４００の少なくとも約５重量パーセントから約１５重量パーセントを構成することになる。不連続相および連続相を含む最終的な膜の厚さは少なくとも約１０μｍである。

添付の図面の図１０は、本発明をさらに例示する、本発明のカプセル化されたデバイスの概略断面図である。この１０に指定されたデバイスは、それらのすべてが図１に示された対応する整数と同一である、反射シート１２、支持部材２４ならびに電極４６および４８を有する。しかしながら、デバイス１０で、低屈折率媒質２０（低屈折率媒質は、Ｆｌｕｏｒｉｎｅｒｔ^ＴＭＦＣ−７７０、ＦＣ−４３、ＦＣ−７５、Ｎｏｖｅｃ^ＴＭ６４９または７５００を含み得るがこれらに限定されない）およびＴＩＲフラストレート粒子２６は、連続相４０４に囲まれた（一般に４００に指定された）複数の不連続相小滴内に閉じ込められる。図９に示すように、不連続小滴相４０２および周囲の連続相４０４を含む媒質４００が反射シート１２および支持部２４の上に堆積させられ次に乾燥されるとき、媒質４００がシート１２と支持部２４との間で収縮するにつれて個別の小滴４０２が変形し平らになるように、これらの小滴４０２は変形可能である。媒質４００が乾燥およびまたは硬化の際に収縮するにつれて、小滴は平らになり、電界の印加に応じて暗状態が作り出されるとき小滴内の粒子がエバネッセント波領域内へとビーズ状前面電極表面に引きつけられＴＩＲをフラストレートするように十分近く、ビーズ状フロントプラント１２に近づく。

セクションＢ：粒子の沈降
本明細書で説明されるビーズ状外側シートシステム１０が、粒子を含む多くの他の先行画像ディスプレイシステムと共有する１つの問題は、重力下でのＴＩＲフラストレート粒子の沈降であり、そのため、長い使用の後、粒子は、前面電極と背面電極との間の空間のさまざまな位置に占有して吹きだまり、低屈折率液体媒質全体に粒子の不均質な分布をもたらす。ビーズ状外側シートシステムで、粒子がビーズ状前面電極から背面電極に移動させられ、それから逆方向に移動させられるとき、粒子はビーズ間を自由に移動できるので、ビーズ状フロントプレーン電極と平らな背後電極４８との間の液体媒質２０の領域が水平に対して傾斜して位置する場合、システムは粒子の沈降を被ることになり、そして大抵のディスプレイ用途でディスプレイが使用中であるときにこの領域を水平に保つことは不可能であることに留意されたい。

沈降問題に対処するための技法は、例えば液体媒質にポリマーを溶解させることによって、懸濁ＴＩＲフラストレート粒子を有する低屈折率流体媒質の粘度を増加させる、および／またはゲル化することである。このような粘度の増加は粒子の移動度を減少させることになり、したがって切替時間（ディスプレイをその暗状態と明状態との間で切り替えるために必要とされる時間）は増加することになるけれども、明状態と暗状態との間で粒子が移動する必要がある距離は非常に短いため、ビーズ状外側シートＴＩＲシステムの切替時間は非常に低くすることができるので適度な切替時間の増加は許容することができる。さらに、粘度調整剤が、低屈折率媒質中でηの固有粘度を有し低屈折率媒質中でイオン性またはイオン化可能な基を実質的に含まないポリマーを含む場合、低屈折率媒質中に存在するポリマーは、約０．５η^−１から約２．０η^−１の濃度であり、切替時間の適度な増加を犠牲にするだけでデバイスの双安定性の非常に大きな向上が生み出される。粘度調整剤としての使用のためのポリマーは、約５０，０００を超えるそしてより好ましくは約１００，０００を超える数平均分子量を有する、非芳香族の、フッ素化および完全フッ素化されたポリオレフィンおよびポリシロキサンとすることができるが、これらに限定されない。

粒子沈降の影響を低減する、または少なくとも保留するためのさらなる技法は、ＴＩＲフラストレート電気泳動的移動性粒子と低屈折率媒質との間の密度における差を低減することであり、この手法は同様に、このような粒子に使用され得る材料の範囲を広げる。多くのタイプのＴＩＲフラストレート粒子の密度は、ポリマー鎖を付着させることにより低減することができる。例えば、米国特許第６，２１５，９２０号明細書は、「着色したまたはその他の散乱性／吸収性シリカ粒子」または「着色したまたはその他の散乱性／吸収性ラテックス粒子」のどちらかをＴＩＲシステムで用いることを推奨しており、（シリカに対して約１．４４およびラテックス粒子に対して約１．５として与えられる）これらの材料の低い比重のために、これらの材料は、それらが使用されるように意図される、低比重、低粘度フッ素化アルカンの低屈折率液体媒質での使用に耐えられる。カーボンブラックは光吸収性粒子に適した材料であり得るが、未処理のカーボンブラックの密度は本明細書で説明したＴＩＲシステムで有用であるには高すぎる場合がある。カーボンブラックにポリマー鎖を付着させることによって、カーボンブラックの密度は、それをこのようなシステムで有用にするために十分に低減され得る。カーボンブラック粒子は、カーボンブラックの約１．から約２５重量パーセントまでの、カーボンブラック粒子に化学的に結合された、または架橋結合されたポリマーを有することが推奨される。

電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子へのポリマーの付着は、その密度を変えること以外にも効用がある。例えば、このようなポリマー付着は、粒子の実効屈折率を増加させるまたは減少させるのに有用であり得る。高屈折率粒子は、粒子とビーズ状フロントプレーン電極との間の光学的結合を向上させ、したがって効率的なＴＩＲのフラストレーションを促進するために有用であり、この目的のためにポリマー被覆はヒ素含有モノマーから誘導される繰り返し単位を含有してもよい。低屈折率粒子が望ましい場合、ポリマー被覆は高度にフッ素化したモノマーから誘導される繰り返し単位を含有してもよい。

沈降問題に対する異なる手法は、プリズム構造を有する外側シートからなるＴＩＲディスプレイシステムに対する米国特許第６，８６５，０１１号明細書に記述された低屈折率液体媒質中の懸濁粒子の体積分率を増加させることである。すでに述べたように、ＴＩＲをフラストレートするために、粒子はビーズ状フロントプレーン面の約２５０ｎｍ以内にあることが必要である。逆に、ビーズ状表面と粒子との間に５００ｎｍ以上の間隔があると完全なＴＩＲを可能にするようになる。低屈折率媒質中の粒子の体積分率が約２５パーセントより高く、そしておそらく（粒子のサイズ分布および形状などの因子に依存して）約７５パーセントの高さに増加される場合、粒子が液体媒質２０をほとんど「満たす」ので、粒子は実質的な沈降を受けることができなくなる。しかしディスプレイの「白」状態をもたらす適切な極性の電界が電極間に印加されるとき、ビーズ状表面の形状に適合する狭い隙間は、電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子を除去され、したがってＴＩＲが起こることを可能にするようになる。Ｋｒｙｔｏｘ^ＴＭ１５７−ＦＳＬ、Ｋｒｙｔｏｘ^ＴＭ１５７−ＦＳＭまたはＫｒｙｔｏｘ^ＴＭ１５７−ＦＳＨフッ素化オイル（それぞれほぼ２５００、３５００〜４０００および７０００〜７５００の指定された分子量を有し、ＣＡＳ登録第８６０１６４−５１−４号、ＤｕＰｏｎｔ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌ．１９８８０−００２３）などの、しかしこれらに限定されない分散剤は、好ましくは、低屈折率媒質中の粒子の安定した懸濁を容易にするために懸濁液に添加される。

セクションＣ：電界の不均一性
ビーズ状外側シートＴＩＲディスプレイシステムにおける１つの問題は、平面的な背面電極と平面的でない、波状のビーズ状フロントプレーン電極表面との間の電界の不均一性である。この問題は、（断面図に見られるように波状の形態を有するけれども）実質的に一定の幅の隙間が電極間に残存するように、背面電極をビーズ状電極のそれに実質的に適合させることによって最も良好に克服される。このような電極間の電界は、曲線的に作られた表面の隣接したピーク、谷および凹部を除いて、電極表面に垂直に位置することになる。

背面電極の成形は、さまざまな方法で達成され得る。背後電極を支持する材料は、背面電極の望ましい適合する形状を提供するためにポリマーとし、ビーズ状フロントプレーン電極の場合と同じ方法で、導体で被覆することができる。２つの電極間の正しい位置合わせを提供するために、電極支持シートの１つの上に、他方の対応する凹部に対応して、突起を設けることが望ましい場合がある。あるいは、背面電極自体が適切な表面を提供するように成形されてもよい。例えば、金属の層は、背面電極の必要な適合する表面形状を提供するために、おそらく電解加工によって、基板の上に堆積し成形することができる。さらなる可能性は、適合する背面支持部５００および電極４８を備えるシステムを例示する、添付の図面の図１１に示される。図１１に示すように、（一般に１０に指定された）このシステムは、それらのすべてが図１に示された対応する整数と同一である、反射シート１２、電気泳動的移動性ＴＩＲフラストレート粒子および低屈折率液体媒質を含む空間、支持部材２４ならびに電極４６および４８を有する。ディスプレイシステム１０の適合するバックプレーンシステム５００は、電気泳動的移動性粒子２６を含有する液体媒質２０の薄い層だけがシステムに存在するように、ビーズ状フロントプレーン１８の形状に厳密に適合する。ビーズ状フロントプレーン外側シート構造１２および適合するバックプレーン構造５００は、好ましくは互いに対して正確に位置を合わせることができるだけでなく互いに対して少しずらすことができる。

本明細書で説明されたビーズ状外側シートＴＩＲディスプレイシステムで粒子の移動を制御するために成形されたバックプレーンを用いる代わりに、粒子移動は、電気泳動的に制御された媒質として２つの非混和性液体の混合物を用いることによって制御され得る。媒質が２つの非混和性液体を含み、その一方がビーズ状電極材料を濡らし他方が濡らさず（背面電極は第１の液体によって濡らされない異なる材料で形成されると仮定する）、２つの液体の割合が適切に調整される場合、「湿潤」液はビーズ状電極に隣接し適合する薄い層を形成することになる。粒子が一方の液体に分散されたとき他方に分散されたときより低い自由エネルギーを有するように、粒子の特性を調整することができる。したがって、粒子は湿潤液の層内でのみ移動することができる。あるいは、２つの液体間での粒子の移動は、システムの切替のための閾値を提供するために使用することができ、したがってシステムの単純マトリックス方式駆動の可能性を広げることができる。

最後に、ビーズ状外側シートＴＩＲディスプレイシステムは、複数の吸収または散乱中心を含有する粒子を用いることによって修正することができる。複数の（例えば、カーボンブラックから形成された）小さい光散乱および／または光吸収中心が光透過マトリックス内に分布した「レーズンパン」粒子を考慮されたい。このような粒子が、ＴＩＲが通常なら（ビーズで）起こることになる表面に隣接したビーズ状外側シートシステムに存在していて、マトリックスの屈折率が表面を形成する材料の屈折率と異なりすぎない場合、表面に到達する光はマトリックスに入射し、本質的に表面から出現する光のいずれもその表面に再入射しないように、さまざまな中心によって散乱および／または吸収されることになる。異なるメカニズムで達成されるけれども、粒子の光学効果はこのようにフラストレートしたＴＩＲと同一になる。このタイプの粒子は、材料のより広い選択肢がビーズ状ＴＩＲシステムで使用されることを可能にする。

ビーズ状フロントプレーンのＴＩＲ−フラストレート可能なディスプレイにおいて粒子の泳動および沈降を防止するためにそして電界の不均一性を低減または除去するためにセクションＡ〜Ｃで説明された本発明は、電子書籍リーダー、ポータブルコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、スマートカード、標識、時計、棚ラベルまたはフラッシュドライブなどの、しかしこれらに限定されない用途で使用され得る。

多数の変更および修正が本発明の範囲を逸脱することなく上述の本発明の好ましい実施形態においてなされ得ることは、画像ディスプレイの技術における当業者には明らかであろう。したがって、前述の説明は限定的な意味でなく例示的な意味に解釈されるべきであり、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義される。
［付記］
以下に関連する発明について記す。
（付記１）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記電圧印加手段は、前記ビーズ状表面の形状に実質的に適合する第１の電極と、第２の電極であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の隙間が実質的に一定の幅であるように前記第１の電極の前記形状に実質的に適合する、第２の電極とを備える、
画像ディスプレイデバイス。
（付記２）
前記第１の電極は前記ビーズ状表面上に配置された導電材料の層を備える、付記１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記３）
前記反射シートから電気泳動的移動性粒子を含む前記低屈折率流体の反対側に配置された背面支持部をさらに備え、前記背面支持部は、前記反射シート上の前記ビーズ状表面の形態に実質的に適合する背面波状表面構造を有し、前記第２の電極は前記背面ビーズ状表面上に配置される、付記１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記４）
前記ビーズ状内側面は最密充填配置における複数のビーズの波状表面の形態を有し、各々のビーズの円周の半分についての前記ビーズ接触は電気泳動的移動性粒子を含む前記低屈折率流体に暴露され、前記デバイスは、各々前記ビーズの１つと対応する複数の第２の電極を有し、各々の第２の電極は、その対応するビーズの前記表面と実質的に等距離であり単一の導体に接続された、曲線的に作られた表面を有する、
付記１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記５）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 支持部材であって、前記ビーズ状表面と前記支持部材との間に隙間を残すように前記ビーズ状表面に隣接して配置された、支持部材と、
ｃ． 前記ビーズ状表面に接触し、前記ビーズ状表面と前記支持部材との間に配置された、低屈折率流体と、
ｄ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｅ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記複数の荷電粒子を含む前記低屈折率流体は、前記隙間内に配置された複数のカプセル内に含有される、
画像ディスプレイデバイス。
（付記６）
前記カプセルの壁は、前記反射シートの屈折率と約０．３を超えて異ならない前記屈折率を有する、付記５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記７）
前記カプセルの壁は、前記反射シートの屈折率と約０．２を超えて異ならない前記屈折率を有する、付記５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記８）
前記カプセルの壁は、約２００ｎｍ以下の厚さを有する、付記５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記９）
前記カプセルの壁は、約１００ｎｍ以下の厚さを有する、付記５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１０）
懸濁電気泳動的移動性粒子を含む前記低屈折率媒質は粘度調整剤を含む、付記５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１１）
前記粘度調整剤は、前記低屈折率流体中でηの固有粘度を有し、懸濁電気泳動的移動性粒子を含む前記媒質中でイオン性またはイオン化可能な基を実質的に含まない、ポリマーを含み、前記ポリマーは、少なくとも約０．５η^−１から約２．０η^−１の濃度で前記媒質中に存在する、付記１０に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１２）
前記粘度調整剤はフッ素化ポリオレフィンを含む、付記１０に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１３）
前記粘度調整剤は完全フッ素化ポリオレフィンを含む、付記１０に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１４）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 支持部材であって、前記ビーズ状表面と前記支持部材との間に隙間を残すように前記ビーズ状表面に隣接して配置された、支持部材と、
ｃ． 前記ビーズ状表面に接触し、前記ビーズ状表面と前記支持部材との間に配置された、低屈折率流体と、
ｄ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｅ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記低屈折率流体および荷電電気泳動的移動性粒子を含み不連続相を形成する複数の小滴は、連続膜形成ポリマー相内に含有され前記隙間内に配置される、
画像ディスプレイデバイス。
（付記１５）
前記不連続相は、前記隙間内に配置された懸濁電気泳動的移動性粒子を含む前記低屈折率流体の約４０から約９５容量パーセントを構成する、付記１４に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１６）
前記有機ポリマー膜形成材料は少なくとも約５重量パーセントから約１５重量パーセントを構成する、付記１４に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１７）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記低屈折率流体は粘度調整剤を含む、
画像ディスプレイデバイス。
（付記１８）
前記粘度調整剤は、前記低屈折率流体中でηの固有粘度を有し、前記低屈折率流体中でイオン性またはイオン化可能な基を実質的に含まない、ポリマーを含み、前記ポリマーは、少なくとも約０．５η^−１から約２．０η^−１までの濃度で前記低屈折率流体中に存在する、付記１７に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記１９）
前記粘度調整剤はフッ素化ポリオレフィンを含む、付記１７に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２０）
前記粘度調整剤は完全フッ素化ポリオレフィンを含む、付記１７に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２１）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記粒子はポリマー被覆を有するカーボンブラックを含む、
画像ディスプレイデバイス。
（付記２２）
前記カーボンブラック粒子は、前記カーボンブラックの少なくとも約１から約２５重量パーセントまでの、前記カーボンブラック粒子に化学的に結合された、または架橋結合された前記ポリマーを有する、
付記２１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２３）
前記ポリマー被覆は少なくとも１つのヒ素含有モノマーを含む、付記２１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２４）
前記ポリマー被覆は少なくとも１つのフッ素化もしくは完全フッ素化されたモノマーまたはそれらの組合せを含む、付記２１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２５）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記低屈折率流体中の前記粒子の体積分率は少なくとも約２５パーセントである、
画像ディスプレイデバイス。
（付記２６）
前記粒子は前記懸濁液の約２５％から９０％の間の体積分率を占める、付記２５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２７）
前記懸濁液は分散剤をさらに含む、付記２５に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２８）
前記分散剤は、フッ素化もしくは完全フッ素化されたオイルまたはフッ素化もしくは完全フッ素化されたオイルの組合せをさらに含む、付記２７に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記２９）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記複数の粒子の少なくとも一部は、柔軟なフィラメントによって前記反射シートに取り付けられている、
画像ディスプレイデバイス。
（付記３０）
前記柔軟なフィラメントは前記低屈折率流体によって溶媒和される材料で形成されている、付記２９に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記３１）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記複数の粒子は電気泳動移動度において異なり、前記粒子のうちの少なくとも１つは、前記粒子のうちの別の１つの電気泳動移動度の少なくとも２倍である電気泳動移動度を有する、
画像ディスプレイデバイス。
（付記３２）
前記粒子のうちの少なくとも１つは、前記粒子のうちの別の１つの電気泳動移動度の少なくとも５倍である電気泳動移動度を有する、付記３１に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記３３）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記複数の粒子は、約２００から約３００ｎｍの範囲の直径を有する実質的に球形の粒子、扁平楕円体および回転楕円体、ならびに少なくとも約３：１の縦横比を有する平板およびプリズムから選択される、
画像ディスプレイデバイス。
（付記３４）
前記複数の粒子は、少なくとも約５：１の縦横比を有する金属薄片から選択される、付記３３に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記３５）
前記複数の粒子は、少なくとも約５：１の縦横比を有する真珠箔から選択される、付記３３に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記３６）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有し、
前記ビーズ状表面は、電極と、前記電極を覆う低屈折率を有する実質的に絶縁材料の層とを備える、
画像ディスプレイデバイス。
（付記３７）
前記低屈折率材料は、フッ化マグネシウムを含む、付記３６に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記３８）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記反射シートを通過する光線の前記ビーズ状表面における全内部反射をフラストレートするために前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
ｅ． 前記反射シートから懸濁荷電粒子を含む前記低屈折率流体の反対側に配置された背面支持部と、
ｆ． 複数の隔壁であって、前記反射シートから前記背面支持部まで延在し、前記隔壁によって前記低屈折率流体を互いに隔離された複数のマイクロセルに分離する、複数の隔壁と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記低屈折率流体は、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光の大部分が前記ビーズ状表面において全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より十分に小さい前記屈折率を有する、
画像ディスプレイデバイス。
（付記３９）
前記隔壁は複数の正方形のマイクロセルを形成する、付記３８に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記４０）
前記隔壁は複数の六角形のマイクロセルを形成する、付記３８に記載の画像ディスプレイデバイス。
（付記４１）
ａ． 半球形ビーズ状内側面および対向外側面を有する反射シートと、
ｂ． 前記ビーズ状表面と接触している低屈折率流体と、
ｃ． 前記低屈折率流体中に懸濁された複数の荷電電気泳動的移動性粒子と、
ｄ． 前記ビーズ状表面と近接して前記粒子を選択的に移動させるように前記低屈折率流体に電圧を印加する手段と、
を備える画像ディスプレイデバイスであって、
前記粒子は、光透過マトリックス内に配置された少なくとも１つの光散乱または光吸収中心を含み、それにより、前記粒子が前記ビーズ状表面に近接して配置されるとき、前記反射シートを通過する前記光の大部分は前記粒子内に進み前記光散乱または光吸収中心によって散乱または吸収される、
画像ディスプレイデバイス。

Claims (8)

1. ａ． 内側に凸状の半球形ビーズ状内側面および外側面を有する反射シートと、
   ｂ． 凸状の前記半球形ビーズ状内側面に配置された透明導電層と、
   ｃ． 前記透明導電層の少なくとも一部分を覆う絶縁薄層と、
   ｄ． 前記絶縁薄層との間に隙間が形成されるように配置される背面支持部であって、前記隙間は複数の荷電した電気泳動的移動粒子を有する完全フッ素化された低屈折率流体を受け入れる背面支持部と、
   ｅ． 到来する光線の前記半球形ビーズ状内側面における全内部反射をフラストレートするために、前記半球形ビーズ状内側面に第１の前記電気泳動的移動粒子を選択的に駆動させるように前記低屈折率流体に第１電圧を印加するバイアス源と、
   ｆ． 前記反射シートから前記背面支持部まで延在し、前記隙間を実質的に隔離された複数のマイクロセルに分離する、複数の隔壁と、
   を備える半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
2. 前記低屈折率流体は、前記粒子が前記半球形ビーズ状内側面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光のうち前記半球形ビーズ状内側面の反射部分に入射する光が全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より小さい屈折率を有する、
   請求項１に記載の半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
3. 前記隔壁は複数の正方形のマイクロセルを形成する、
   請求項１又は２に記載の半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
4. 前記隔壁は複数の六角形のマイクロセルを形成する、
   請求項１又は２に記載の半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
5. ａ． 内側に凸状の半球形ビーズ状内側面および外側面を有する反射シートと、
   ｂ． 凸状の前記半球形ビーズ状内側面に配置された透明導電層と、
   ｃ． 前記透明導電層の少なくとも一部分を覆う絶縁薄層と、
   ｄ． 前記絶縁薄層との間に隙間が形成されるように配置される背面支持部であって、前記隙間は複数の荷電した電気泳動的移動粒子を有する完全フッ素化された低屈折率流体を受け入れる背面支持部と、
   ｅ． 到来する光線の前記半球形ビーズ状内側面における全内部反射をフラストレートするために、前記半球形ビーズ状内側面に第１の前記電気泳動的移動粒子を選択的に駆動させるように前記低屈折率流体に第１電圧を印加するバイアス源と、
   を備える半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイスであって、
   ｉ．前記低屈折率流体は、前記粒子が前記半球形ビーズ状内側面に近接していないとき前記反射シートを通過する前記光のうち前記半球形ビーズ状内側面の反射部分に入射する光が全内部反射を受けるように前記反射シートの屈折率より小さい前記屈折率を有し、
   ｉｉ．前記低屈折率流体中の前記粒子の体積分率は少なくとも約２５パーセントである、
   半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
6. 前記粒子は前記懸濁液の約２５％から７５％の間の体積分率を占める、
   請求項５に記載の半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
7. 前記懸濁液は分散剤をさらに含む、
   請求項５又は６に記載の半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。
8. 前記分散剤は、フッ素化もしくは完全フッ素化されたオイルまたはフッ素化もしくは完全フッ素化されたオイルの組合せをさらに含む、
   請求項７に記載の半再帰型全内部反射画像ディスプレイデバイス。

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