KR20070120608A - 내부 전반사 제어된 전기 영동적 반사형 이미지 디스플레이장치에서의 휘도 향상 - Google Patents

내부 전반사 제어된 전기 영동적 반사형 이미지 디스플레이장치에서의 휘도 향상 Download PDF

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Abstract

각각이 비-굴절 영역(82)을 둘러싸는 굴절 영역(80)을 가지는 다수의 투명 헤미-비드들(60)을 포함하는 반사형 디스플레이 장치가 제공된다. 광 흡수성 입자들(26)은 상기 헤미-비드들(60) 방향 또는 상기 헤미-비드들(60)로부터 부유되고 이동되며, 상기 헤미-비드들(60) 상에 입사하는 광의 내부 전반사를 선택적으로 감쇄시키거나 촉진시킨다. 상기 디스플레이 장치의 굴절률은 상기 헤미-비드들의 비-굴절 영역들(82)을 통하여 광을 선택적으로 굴절시킴으로써, 예를 들어, 전기적으로 전도성 영역(104) 및 다스의 굴절 영역들(108)과 더불어 패턴된 전극(48)을 형성하고; 상기 헤미-비드들의 비-굴절 영역들(82)과 더불어 상기 전극의 굴절 영역들(108)을 정렬하며; 그리고 상기 매체(20)를 가로질러 전압을 인가하여 그들이 상기 헤미-비드들(60)을 실질적으로 덮은 위치 및 그들이 상기 전극의 굴절 영역들(108)을 덮지 않고 상기 전극의 전도성 영역(104)을 실질적으로 덮는 다른 영역 사이에서 상기 입자들(26)을 전기 영동적으로 이동시킴으로써 증가된다.

Description

내부 전반사 제어된 전기 영동적 반사형 이미지 디스플레이 장치에서의 휘도 향상{BRIGHTNESS ENHANCEMENT IN TIR-MODULATED ELECTROPHORETIC REFLECTIVE IMAGE DISPLAYS}
본출원은 2005년 4월 15일에 출원된 미국 가출원 번호 60/671,538 및 2006년 1월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 60/759,772에 기초한 우선권을 주장한다.
본 명세서는 미국 특허번호 5,999,307; 6,064,784; 6,215,920; 6,865,011; 6,885,496 및 6,891,658에 기재된 형태의 반사형 이미지 디스플레이 장치의 휘도 향상에 관한 것으로, 그 전문을 여기에 동봉한다.
도 1A 은 미국 특허 제 6,885,496 및 6,891,658에 설명된 타입의 종래의 반사형(즉, 외부(Front-lit) 조명) 및 전기 영동적으로(electrophoretically) 감쇄되고 내부 전반사(total internal reflection:TIR) 제어된 디스플레이 장치(10)의 일부분을 보여준다. 상기 디스플레이 장치(10)는 뷰어(viewer)(V)가 시선 방향들(Y)의 각도 범위를 통하여 관찰하는 평면 외부 관찰 표면(17)을 포함하는 고 굴절률을 가지는(예를 들어, η2 > ~ 1.75) 중합(polymeric) 물질(16)의 내부 표면에 많은 다수의 고 굴절률을 가지는(예를 들어, η1 > ~ 1.90) 투명 구형 또는 대체로 둥근 구 형의 비드들(beads)(14)을 부분적으로 삽입함으로써 형성된 투명 외부 시트(12)를 포함한다. "내부" 및 "외부" 방향들은 양방향 화살표(Z)에 의해 표시된다. 비드들(14)은 서로 밀접하게 패킹되어 비드 하나의 직경과 거의 동일한 두께를 가지는 내부 투사 단일층(18)을 형성한다. 이상적으로는, 각각의 하나의 비드는 그 하나의 비드에 가장 인접한 비드들 모두와 접촉한다. 최소 격자간 간격(간격이 없는 것이 이상적이다)은 인접한 비드들 사이에 존재한다.
전기 영동 매질(electrophoresis medium)(20)은 하부 시트(24)에 의해 정의된 저장부(22) 내에서 매체(20)의 봉쇄(containment)에 의해 물질(16)로부터 내부 방향으로 돌출한 비드들(14)의 일부분들에 인접하게 유지된다. 3M, St. Paul, MN으로부터 이용할 수 있는 플루어리너트(Fluorinert™) 과불화 탄화수소 유체(η3 ~ 1.27)와 같은 불활성이고, 저 굴절률을 가지며(즉, 약 1.35 이하), 저 점성인 전기적 절연 유체는 적합한 전기 영동 매질(20)이다. 다른 유체들, 또는 물 또한 전기 영동 매질(20)로서 사용될 수 있다. 따라서, 비드:유체 내부 전반사 경계면(bead:liquid TIR interface)이 형성된다. 매질(20)은 안료들(pigments), 착색된(dyed) 또는 그렇지 않다면 산란/흡수성 실리카(silica) 또는 라텍스(latex) 입자들 등과 같은 광 산란 및/또는 흡수성 입자들(26)의 정밀하게 분산된 미결정(suspension)을 함유한다. 시트 24의 광학적 특징은 상대적으로 중요하지 않으며, 시트 24는 단지 전기 영동 매질(20) 및 입자들(26)의 저장을 위한 저장부를 형성하고, 그리고 후면 전극(48)을 위한 지지부 역할을 한다.
잘 알려진 바와 같이, 다른 굴절률들을 가진 두 매질 사이의 내부 전반사 경계면은 임계각 θc에 의해 특징 된다. 임계각 θc보다 더 적은 각으로 경계면에 입사하는 광은 경계면을 통해 전달된다. 임계각 θc보다 더 큰 각으로 경계면에 입사하는 광은 경계면에서 내부 전반사된다. 적은 임계각은 내부 전반사 경계면에서 선호되는데, 이것은 내부 전반사가 발생되는 각도 이상의 큰 범위의 각을 제공하기 때문이다.
전기 영동적 활성화(electrophoretic activity)의 부재시에는, 도 1A에서 파선(dashed lines)(28)의 오른쪽에서 보이는 것과 같이, 시트(12) 및 비드들(14)을 통과하는 광의 많은 부분이 비드들(14)의 내부 측에서 전반사된다. 예를 들어, 입사 광(30, 32)은 물질(16) 및 비드들(14)을 통해서 굴절된다. 상기 광은 광 30의 경우, 점들(34)로서 나탸낸 것과 같이, 그리고 광 32의 경우, 점들(40)로 나타낸 것과 같이, 비드:유체 내부 전반사 경계면에서 2배 내지 그 이상 내부 전반사된다. 그런 다음, 내부로 전반사된 광은 비드들(14) 및 물질(16)을 통해 뒤로 굴절되고 각각 광(42, 44)으로써 나타나며, 각각의 반사 영역 또는 픽셀에서 "백색" 출현(appearance)을 얻는다.
전압은, 예를 들어, 비드들의 내부로 돌출하는 표면부 및 시트(24)의 외부 표면에 기상 증착(vapour-deposition)에 의해 사용될 수 있는 전극들(46, 48)(점선으로 나타냄)을 매개로 하여 매질(20)을 가로질러 인가될 수 있다. 전극(46)은 투명하며 실질적으로 얇아서 비드:유체 내부 전반사 경계에서 광에 대한 그것의 간섭을 최소화한다. 후면 전극(48)은 반드시 투명할 필요는 없다. 만일, 전기 영동 매 질(20)이 전원(50) 작동에 의해 활성화되어 파선(28)의 왼쪽에 보여지는 것과 같이 전압이 전극들(46, 48) 사이에 인가되면, 부유 입자들(suspended particles)(26)은 표면 감쇠파(evanescent wave)가 상대적으로 강한 영역(즉, 내부로 돌출한 비드들(14)의 내측 면들의 0.25 미크론 이내, 또는 더 밀접) 내부로 전기 영동적으로 이동된다. 전술한 바와 같이 전기 영동적으로 이동될 때, 입자들(26)은 빛을 분산하거나 또는 흡수하며, 따라서 비드:유체 내부 전반사 경계면에서 효과적인 굴절률의 가상적인 그리고 가능한 현실적 구성 요소를 변경함으로써 내부 전반사를 저해하거나 변화시킨다. 이것은 참조 번호 55 및 58에서 각각 보이는 것처럼, 광이 비드:유체 내부 전반사 경계면에서 얇은(~0.5μm) 감쇠파 영역 내부로 입자들(26)을 비춤으로써 분산 및/또는 흡수된 광(52, 54)에 의해 나타나며, 따라서 각각의 내부 전반사 저해된 비-굴절(non-reflective) 흡수 영역 또는 픽셀에서 "흑색" 출현을 얻는다. 비드:유체 내부 전반사 경계면의 내부 전반사 성능을 회복하고 각각의 "흑색" 비-굴절 흡수 영역 또는 픽셀을 "백색" 굴절 영역 또는 픽셀로 변환하기 위하여 입자들(26)은, 전원(50)을 적당하게 동작시킴으로써, 얇은 감쇠파 영역 외부로 단지 이동될 필요만 있다.
상술한 바와 같이, 외부 시트(12)의 네트(net) 광학 특성은 전극들(46, 48)을 통하여 매체(20)를 가로질러 인가된 전압을 제어함으로써 제어될 수 있다. 전극들은 분리되어 분리 영역 또는 시트(12)의 픽셀들을 가로질러 매체(20)의 전기 영동적 활성을 제어할 수 있으며, 결과 이미지를 형성한다.
도 2는 구형 비드들(14) 중 하나의 내부 반구형(hemispherical) 또는 "헤 미(hemi)-비드"부(60)를 확대한 단면도이다. 헤미-비드(60)는 표준 반경 r=1 및 굴절률 η1 을 가진다. 헤미-비드 60의 중심 C로부터 방사상 거리 a에서 헤미-비드(60) 상에 수직으로 입사한(물질(16)을 통하여) 광(62)은 방사상 축(66)에 관련된 각 θ1로 헤미-비드(60)의 내측 면과 만난다. 이러한 이론적으로 완벽한 검토를 위하여, 물질(16)은 헤미-비드(60)(즉,η1 =η2 )와 동일한 굴절률을 가지며, 따라서 광(62)은 굴절 없이 물질(16)로부터 헤미-비드(60) 내부로 통과한다. 광(62)은 방사상 축(66)에 관련된 각 θ2 각의 광(64)으로서 헤미-비드(60)의 내측 면에서 굴절되고 전기 영동적 매체(20) 내부로 통과한다.
입사 광(68)은 헤미-비드 60의 중심 C로부터
Figure 112007081220420-PCT00001
의 거리에서 헤미-비드(60) 상에 수직하게 입사하는 것으로 간주된다. 내부 전반사가 발생하기 위한 최소 요구 각, 즉 임계각 θc로(방사상 축(70)과 관련) 입사 광(68)은 헤미-비드(60)의 내측 면과 만난다. 따라서, 광(68)은 임계각 θc로 헤미-비드(60)의 내측 면과 다시 만나는 광(72)과 같이 전체적으로 내부로 굴절한다.
광(72)은 임계각 θc로 헤미-비드(60)의 내측 면과 다시 만나는 광(74)과 같이 전체적으로 내부로 굴절한다. 광(74)은 비드(14)의 삽입된 부분 및 물질(16) 내부로 헤비-비드(60)를 통하여 수직하게 관통하는 광(76)과 같이 전체적으로 내부로 굴절한다. 따라서, 광(68)은 입사광(68)의 각도에 대체로 반대 방향으로 광(76)과 같이 후면 굴절된다.
헤미-비드 60의 중심 C로부터 거리 a≥ac에서 헤미-비드(60) 상에 입사하는 모든 광은 광원쪽으로 후면 굴절(엄밀히 역-굴절되는(retro-reflected) 것은 아님)되며, 이것은 광원이 뷰어 보다 높고 그리고 약간 뒤일 때, 굴절이 향상된다는 것을 의미하고, 굴절된 빛은 반사형 디스플레이 장치들에서 바람직한 백색 출현을 부여하는 확산 특징을 가진다. 도 3A, 3B 및 3C는 세 가지 경우의 헤미-비드 60의 굴절 모드들을 보여준다.
도 3A에서, 거리 ac＜a≤a1의 범위 내에서 입사하는 광은 2회 내부 전반사(2-내부 전반사 모드)되고, 그리고 상기 굴절된 광은 입사광의 방향에 반대하는 방향에 집중된 비교적 넓은 원호 Φ1 이내로 갈라진다. 도 3B에서, 거리 a1＜a≤a2의 범위 내에서 입사하는 광은 3회 내부 전반사(3-내부 전반사 모드)되고, 그리고 상기 굴절된 광은 입사광의 방향에 반대하는 방향에 집중된 보다 좁은 원호 Φ2＜Φ1 이내로 갈라진다. 도 3C에서, 거리 a2＜a≤a3의 범위 내에서 입사하는 광은 4회 내부 전반사(4-내부 전반사 모드)되고, 그리고 상기 굴절된 광은 입사광의 방향에 반대하는 방향에 또한 집중된 매우 좁은 원호 Φ3＜Φ2 이내로 갈라진다. 따라서, 헤미-비드(60)는 "세미-역-굴절", 즉 부분적으로 확산 굴절 특징을 가지며, 디스플레이 장치(10)가 종이와 유사한 확산 현상을 가지도록 한다.
주된 광원의 조명(illumination)이 뷰어(V) 뒤에 있고, 적은 각 범위 이내일 때, 디스플레이 장치(10)는 상대적으로 높은 식별 휘도를 가지며, 종이의 그것과 견줄만하다. 이것은 도 1B에서 보여지는데, 도 1B는 뷰어(V)가 디스플레이 장치(10)를 볼 수 있은 범위 이상의 넓은 각 범위 α를 나타내며, 각 β는 뷰어(V)의 위치에 관련된 조명 원(S)의 각 편차이다.
디스플레이 장치 10의 높은 식별 휘도는 β가 너무 크지 않는 한 유지된다. 일반적인 입사에서는, 헤미-비드(60)의 굴절률 R(즉, 내부 전반사에 의해 굴절하는 헤미-비드(60) 상에 입사하는 광의 굴절)은 수학식(1)과 같다:
Figure 112007081220420-PCT00002
(1)
여기서, η1은 헤미-비드(60)의 굴절률이고, η3은 내부 전반사가 발생한 곳에서 헤미-비드(6)의 표면에 인접한 매체의 굴절률이다. 따라서, 만일 헤미-비드(60)가 폴리카보나이트(polycarbonate)(η1~1.59)와 같은 낮은 굴절률을 가진 물질로 형성되고, 그리고 만일 인접한 매체가 플루어리너트(η3 ~ 1.27)이면, 약 36%의 굴절률 R이 얻어진다. 이에 반하여, 만일 헤미-비드(60)가 높은 굴절률을 가진 나노-복합 물질(nano-composite material)(η1~1.92)로 형성된다면, 약 56%의 굴절률 R이 얻어진다. 조명 원(S)(도 1B 참조)은 뷰어(V)의 위 후방에 위치하며, 디스플레이 장치(10)의 식별 휘도는 상술한 세미-역-굴절(semi-retro-reflective) 특징 에 의해 더욱 향상된다.
도 4A 내지 4G에서 보이는 것처럼, 헤미-비드 60의 굴절률은 입사각들의 넓은 범위에 걸쳐 유지되어, 따라서 디스플레이 장치 10의 넓은 각 시야 특징 및 그것의 식별 휘도를 향상시킨다. 예를 들어, 도 4A는 수직 입사로부터 보이는 것과 같은, 즉, 수직으로부터 0도 기울어진 입사각으로부터 보이는 헤미-비드(60)를 보여준다. 이 경우, 헤미-비드(60) 부분(80)의 a≥ac인 부분은 환형(annulus)으로 보인다. 상기 환형은 상술한 것처럼 이것이 내부 전반사에 의한 입사광을 굴절하는 헤미-비드(60) 영역에 상응하는 영역으로써 흰색으로 나타난다. 입사광이 흡수되고 그리고 내부 전반사 되지 않은 헤미-비드(60)의 비-굴절 영역에 상응하는 영역으로써 검은색으로 보이는 원형 영역(82)을 상기 환형이 둘러싼다. 도 4B 내지 4G는 수직으로부터 각각 15도, 30도, 45도, 60도, 75도 및 90도 기울어진 입사각으로부터 보여지는 헤미-비드(60)를 각각 보여준다. 도 4B 내지 4G와 도 4A를 비교하면, a≥ac가 단지 입사각으로서 점진적으로 감소하는 헤미-비드(60)의 굴절부(80)의 관찰된 영역이 증가하는 것을 보여준다. 심지어 입사각(예를 들어, 도 4F)이 빗나가는 근처에서도 관찰자는 굴절부(80)의 많은 부분까지 볼 수 있을 것이다. 따라서, 디스플레이 장치(10)는 높은 식별 휘도가 유지되는 범위 이상의 넓은 각을 가질 수 있다.
도 1A에서 나타낸 구형의 비드들(14) 중 각각의 하나의 내측 헤미-비드부에 해당하는 반구체(hemishperes)들의 배열의 굴절률의 추정 값은 헤미-비드의 패킹 효율 계수(packing effieiency coeffieient) f를 각 헤미-비드의 굴절률에 곱하여 구할 수 있다. 밀접하게 패킹된 구조의 패킹 효율 계수 f의 계산은 당업자에 의해 잘 알려진 직접적인 기하학적 기술들의 명세서를 포함한다. 도 5에서 보이는 육방 밀집(hexagonal colsest packed:HCP) 구조는 비드들(14)이 동일한 크기라고 가정하면 패킹 효율 f∝π/(6·tan30˚)~90.7%를 산출한다.
비록 육방 밀집 구조가 구체들을 위하여 가장 높은 패킹 밀도를 산출한다고 하더라도, 규칙적인 배열로 헤미-비드들을 패킹하는 것이 반드시 필수적인 것은 아니며, 동일한 크기의 헤미-비드들이 반드시 필요한 것도 아니다. 약 1-50 마이크로미터의 범위 이내의 직경을 가지는 동일하지 않는 크기의 헤미-비드들의 임의 분포(random distribution)는 약 80%의 패킹 밀도를 가지며, 동일한 크기의 헤미-비드들의 육방 밀집 구조 배열의 그것과 실질적으로 유사한 광학적 현상을 가진다. 반사형 디스플레이 장치들을 위하여, 이와 같은 임의적인 분포 배열은 보다 더 실질적으로 제조될 수도 있으며, 그리고 이러한 이유를 위하여, 보다 적게 밀집된 패킹으로 인한 다소 감소된 굴절률이 용인될 수도 있다. 그러나, 단순화를 위하여, 뒤따르는 설명은 도 5의 동일한 크기의 헤미-비드들의 육방 밀집 배열에 중점을 두며, 그리고 굴절률 비 η1/η3 = 1.5를 발생하는 물질의 사용을 가정한다. 이러한 요소들은 본 명세서의 사상을 제한하는 것으로서 고려되지 않는다.
도 2와 관련하여 앞서 설명된 것과 같이, 헤미-비드 60의 중심 C로부터 거리 a＜ac에서 헤미-비드(60)의 평면 외부 면 상에 수직으로 입사하는 광의 많은 부분은 내부 전반사 되지 않으며, 그 결과 헤미-비드(60)에 의해 굴절되지 않는다. 대신에, 이러한 광의 많은 부분은 헤미-비드(60) 상에 어두운 비-굴절 원형 영역(82)(도 4A 내지 4G 참조)을 발생하는 종래의 디스플레이 장치(10)에 의해 분산 및/또는 흡수된다. 도 5는 다수의 이러한 어두운 비-굴절 영역들(82)을 보여주며, 각각의 그들은 앞서 설명한 것과 같이 굴절 환상 영역(80)에 의해 둘러싸인다.
헤미-비드 60의 평균 표면 굴절률 R은 굴절 환형(80) 및 어두운 원형 영역(82)을 비교한 전체 영역에 대한 굴절 환형(80)의 면적 비에 의해 결정된다. 그 비는 수학식 (1)에 따라, 내부 전반사가 발생하는 곳에서 헤미-비드(60)의 표면에 인접한 매체의 굴절률 η3에 대한 헤미-비드(60)의 굴절률 η1의 비에 의해 차례로 결정된다. 따라서, 평균 표면 굴절률 R이 인접 매체 η3의 굴절률에 대한 헤미-비드(60)의 굴절률 η1의 비와 더불어 증가하는 것은 명백하다. 예를 들어, 공기(η3 ~ 1.0) 중에서 반구형 물 방울(η1 ~ 1.33)의 평균 표면 굴절률 R은 약 43%; 공기 중에서 유리 반구체(η1 ~ 1.5)의 평균 표면 굴절률 R은 약 55%; 및 공기 중에서 다이아몬드 반구체(η1 ~ 2.4)의 평균 표면 굴절률 R은 약 82%이다.
비록 상술한 것과 같은 구형(또는 반구형) 형상의 비드들을 이용하여 디스플레이 장치(10)를 제조하는 것이 편리할 것이지만, 그리고 비록 구체(또는 반구체) 비드들(14)이 단일층(18)(도 1A 참조) 내에서 서로 가능한한 밀접하게 패킹되어 있지만, 격자 사이의 갭들(84)(도 5 참조)은 불가피하게 인접한 비드들 사이에 잔존 한다. 임의의 갭들(84)에 입사하는 광은 전기 영동적 매체(20) 내부로 직접 통과한다는 점에서 "손실"되어, 화면(17) 상에 원하지 않는 암점들(dark spots)을 생성한다. 그러나 이러한 암점들은 보이지 않게 작으며, 따라서 디스플레이 장치 10의 표시 품질에는 손상을 주지 않으나, 화면 17의 네트 평균 표면 굴절률 R을 떨어뜨린다.
상술한 "세미-역-굴절" 특성은, 광원(S)이 뷰어(V) 상부 뒤에 위치하는 일반적인 시선 상태에서는, 굴절된 광의 많은 부분이 뷰어(V) 방향으로 되돌아 가기 때문에 반사형 디스플레이 장치에서는 중요하다. 이러한 결과로서 굴절률은 약 1.5("A High Reflectance, Wide Viewing Angle Reflective Display Using Total Internal Reflection in Micro-Hemispheres," Mossman, M.A.et al.,η Society for Information Display, 23rd International Display Research Conference, pages 233-236, September 15-18, 2003, Phoenix, AZ 참조)의"세미-역-굴절 향상 요소"에 의한 값
Figure 112007081220420-PCT00003
을 뚜렷하게 초과한다. 예를 들어, 굴절률 비가 η1/η3 = 1.5인 시스템에서, 수학식 (1)에 따라 결정된 55%의 평균 표면 굴절률 R은 상술한 세미-역-굴절 시선 상태하에서는 약 85%로 상승한다.
개개의 헤미-비드들(60)은 직경에서 2-50㎛ 범위 이내로 눈에 안 보일 정도로 작을 수 있으며, 도 5에서 보이는 것과 같이 그들은 배열되게 패킹되어 다수의 많은 얇고, 인접한 굴절 환형 영역들(80)로 인하여 높은 굴절률을 보여주는 디스플 레이 표면을 생성한다. 내부 전반사가 발생하는 이러한 영역들(80)에서, 입자들(26)(도 1A 참조)은 입자들이 비드들(14)의 내측 반구부들과 접촉하지 않을 때, 입사광의 굴절을 방해하지 않는다. 그러나, 내부 전반사가 발생하는 영역 82 및 84에서, 심지어 입자들(26)이 비드들(14)의 내측 반구부들과 광학적 접촉을 하지 않도록 감쇠파 영역 외부로 이동하더라도, 입자들은 입사광을 흡수할 수 있다. 굴절률 비 η1/η3은 각각의 굴절 환형 영역(80)의 크기를 증가시키기 위하여 증가될 수 있으며, 따라서 이러한 흡수 손실을 감소시킬 수 있다. 비-굴절 영역들(82, 84)은 점증적으로 디스플레이 장치 10의 전체 표면 굴절률 R을 감소시킨다. 디스플레이 장치(10)는 반사형 디스플레이 장치이기 때문에, 이와 같은 감소를 최소화시키는 것이 바람직한 것은 분명하다.
상술한 세미-역-굴절 향상 요소를 무시하면, 굴절률 η1/η3 = 1.5를 가지는 시스템은 앞서 설명된 것과 같이 55%의 평균 표면 굴절률 R을 가진다. 육방 밀집 구조 배열의 상술한 약 91%의 패킹 효율이 주어진다면, 상기 시스템의 전체 표면 굴절률은 55%의 91% 또는 약 50%가 되어, 약 50%의 손실을 의미한다. 이 손실의 41%는 환형 비-굴절 영역(82) 내부로의 광 흡수에 기인하며, 이 손실의 나머지 9%는 격자 사이의 비-굴절 갭들(84) 내부로의 광 흡수에 기인한다. 디스플레이 장치 10의 굴절률은 특별히 선택된 굴절률 값을 가지는 물질, 광학 마이크로 구조들 또는 단일층(18)(도 1A 참조)의 외부 측 또는 내부 측(들)에 놓여 있는 패턴된 표면들의 이용을 통한 이러한 흡수 손실의 감소에 의해 증가될 수 있다.
예를 들어, 디스플레이 장치 10의 최대 면 굴절률은 헤미-비드(60) 및 전기 영동적 매체(20)의 굴절률 값들의 비에 의해 결정되기 때문에, 낮은 굴절률을 가지는 유체(굴절률 1.35 이하) 대신에 전기 영동적 매체(20)로서의 공기(굴절률 = 1.0)를 치환함으로써 굴절률은 증가될 수 있다.
디스플레이 장치 10의 표면 굴절률은 증가될 수 있으며, 아래에서 설명될 것처럼, 디스플레이 장치의 표시 품질을 향상시킨다.
종래의 전술한 예들 및 그들과 관련된 한계들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 종래의 다른 한계들은 명세를 읽고 도면을 연구한 당업자에게는 명백해질 것이다.
전형적인 실시예들은 도면의 참조 번호 내에서 설명된다. 여기에 개시된 실시예들 및 참조 번호들은 한정적인 관점보다는 설명적인 관점에서 고려될 것이다.
도 1A는 전기 영동적으로 감쇄되거나 또는 제어된 종래의 반사형 이미지 디스플레이 장치의 일부분을 확대한, 그러나 축척되지는 않은, 부분 측 단면도이다.
도 1B는 도 1A 디스플레이 장치의 넓은 각 시야 범위 α 및 조명 원의 각 범위 β를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1A 장치의 구형 비드들 중 하나의 반구부의 확대 측 단면도이다.
도 3A, 3B 및 3C는 광이 2번, 3번 및 4번 내부 전반사하는 오프-축(off-axis) 거리를 증가할 때 도 2 헤미-비드 상에 수직으로 입사하는 광의 세미-역-굴절을 각각 보여준다.
도 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F 및 4G는 수직으로부터 각각 0도, 15도, 30도, 45도, 60도, 75도 및 90도 기울어진 시야각으로부터 보여진 도 2의 헤미-비드를 보여준다.
도 5는 육방 밀집 구조로 배열된 구형의 비드들을 보여주는 도 1 디스플레이 장치의 일 부분의 단면을 보여주는 평면도(즉, 수직으로부터 0도 기울어진 시야각으로부터 보여진 평면도)이다.
도 6A 및 6B는 도 5 구조와 더불어 사용하기 위한 두 개의 대안적인 후면 전극 패턴들을 확대한 평면도이다.
도 7A 및 7B는 도 6A의 후면 전극 패턴을 구체화한 전기 영동적으로 감쇄된(즉, 제어된) 반사형 이미지 디스플레이 장치의 일부를 확대한 부분 측 단면도이다.
도 8은 전기 영동적으로 부유된 흡수성 및 굴절성의 입자들을 구체화한 전기 영동적으로 감쇄되거나 또는 제어된 반사형 이미지 디스플레이 장치의 일부를 확대한, 그러나 축척되지는 않은, 부분 측 단면도이다.
도 9는 굴절 삼투막(porous membrane)을 구체화한 전기 영동적으로 감쇄되거나 또는 제어된 반사형 이미지 디스플레이 장치의 일부를 확대한, 그러나 축척되지는 않은, 부분 측 단면도이다.
도 10은 인접한 헤미-비드들 사이의 간격에 여분의 중합체 물질을 구체화한 전기 영동적으로 감쇄되거나 또는 제어된 반사형 이미지 디스플레이 장치의 일부를 확대한, 그러나 축척되지는 않은, 부분 측 단면도이다.
비록 따르는 구체적인 설명이 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명의 보다 완벽한 이해를 제공하기 위해서 상세하게 설명되었지만, 그러나 잘 알려진 구성요소들은 본 발명이 모호하게 해석되어지는 것을 피하기 위하여 보여지지 않거나 상세하게 설명되지 않았다. 따라서, 설명 및 도면들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야한다.
후면 전극(48)은 도 6A 또는 6B에서 각각 보여진 패턴들(100 또는 102) 중 어느 하나를 이용하여 시트(24) 상에 형성될 수 있다. 블랙 영역들(104, 106)은 전기적으로 전도성의 영역들이며, 굴절되거나 또는 비-굴절될 수 있다. 화이트 영역들(108, 110, 112)은 굴절 영역들이며, 전기적으로 전도성이거나 또는 비 전도성일 수 있다(한쪽 영역들(108, 110, 112)과 다른 쪽 영역들(104, 106) 사이에는 전기적 전도성이 제공되지 않는다).
굴절 영역들(108, 110)은 각각 원형 형상이 바람직하며, 그리고 헤미-비드(60) 중 하나의 비-굴절 원형 영역들(82)의 하나의 직경보다 크거나 동일한 직경(바람직하게 동일하게)을 가진다. 패턴 100의 영역들(104)은 헤미-비드들(60)의 영역들(80, 84)의 전체 크기 및 형상과 실질적으로 유사한 전체의 크기 및 형상을 가진다.
블랙 영역들(104, 106)의 광학적 특성은 시트(24)의 그것들과 마찬가지로 상대적으로 중요하지 않다. 그러나, 시트(24) 상에 굴절하는 외부 표면을 제공하기에 그리고 화이트 영역들(108 또는 110, 112)을 구성하는 시트 24의 굴절 외부 면의 남아있는 부분들과 함께 그들 상에 영역들(104 또는 106)을 형성하기에 유리하다.
이하에서 설명되는 것과 같이 사용될 때, 패턴된 후면 전극(100)은 영역들(82)에서는 광 흡수로 인한 흡수 손실(absorptive losses)을 감소시킨다. 그러나, 패턴된 후면 전극(100)은 갭 영역들(84)에서는 광 흡수로 인한 흡수 손실을 감소시키지 않는다. 이에 반하여, 이하에서 설명되는 것과 같이 사용될 때, 패턴된 후면 전극(102)은 두 영역들(82, 84)에서 광 흡수로 인한 흡수 손실을 감소시킨다. 이것은 갭들(84) 중 하나의 크기 및 형상과 실질적으로 유사한 크기와 형상을 가지는 굴절 영역들(112)의 각각의 하나와 더불어, 그리고 갭의 인접한 영역들(82)과 관련되는 갭들(84) 중 해당하는 하나의 갭의 위치와 마찬가지로 그것의 인접한 굴절 영역들(110)과 관련되는 동일한 위치에서 각각의 영역(112)과 더불어 패턴(102)을 형성함으로써 얻어진다.
패턴된 후면 전극(100 또는 102)는 단일층(18)과 관련하여 위치하여 비-굴절 원형 영역들(82) 중 하나의 해당 영역과 더불어 각각의 원형 굴절 영역(108 또는 110)을 정렬하며, 그 결과 굴절 영역들(80)과 더불어 전기적으로 전도성인 영역(104 또는 106)을 또한 정렬한다.
전원(50)을 동작시킴으로써 전기 영동 매체(20)가 활성화되어 전압을 전극들(46, 48) 사이에 인가할 때, 입자들(26)은 도 7A(패턴된 후면 진극(100)을 이용한 비-굴절 상태를 보여준다)에서 보여지는 것과 같이 단일층 18의 헤미-비드들(60)의 내부 표면들을 실질적으로 덮는다. 입자들(26)은 상술한 것처럼 내부 전반사를 감쇄하거나 제어함으로써 굴절 환형 영역(80) 상에 입사하는 광(예들 들어, 광 114)을 흡수하며, 그리고 또한 내부 전반사되지 않는 그리고 만일 그렇지 않다면 비드들(14)을 관통하는 광(예를 들어, 광 116)을 흡수한다. 입자들(26)이 헤미-비드들(60)의 내부 면들을 완벽하게 덮을 필요는 없으며, 도 2와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 많은 입사광이 헤미-비드(60)와 여러 번 상호 작용을 하기 때문에, 따라서 실질적 범위는 흡수성의 용인가능한 값이 된다.
굴절 상태에서, 도 7B에서 보여지는 것과 같이, 입자들(26)은 패턴된 후면 전극(100)(또는 패턴된 후면 전극(102)의 전기적으로 전도성인 영역들(106))의 전기적으로 전도성인 영역(104)에 끌어 당겨진다. 영역들(104)은 굴절 환형 영역들(80)과 함께 정렬되기 때문에, 입자들(26)은 시야로부터 감춰진다(즉, 다른 방법으로 입자들(26)을 발광시키는 광(114)은 영역들(80)에 의해 굴절되기 때문에). 내부 전반사되지 않고 헤미-비드들(60)을 통해 대신 전달된 광(116)은 굴절 영역들(108) 중 하나를 비추고, 그 결과 또한 굴절된다.
만일 헤미-비드 단일층(18)이 굴절 영역(108) 상에 적당한 거리로 위치한다면, 광이 그들이 도달한 방향으로 거의 반사되도록 전달된 광은 굴절 환형 영역(80)으로 집중된다. 이것은 디스플레이 장치의 헤미-역-굴절 특성을 더욱 향상시키며, 그리고 100%를 초과하는 감지된 굴절 값을 초래한다. 적-녹-청(RGB) 칼라 필터 배열과 관련 있는 흡수 손실과 더불어, 패턴된 후면 전극들(100, 102)은 흰 종이 상에 칼라 처리된 잉크의 휘도와 견줄만한 휘도를 가지는 반사형 이미지 디스플레이 장치들의 생산을 용이하게 한다.
도 8은 굴절 비드들 또는 입자들(118)의 분산된 부유물과 더불어, 전기 영동 적 매체(20) 내에서, 흡수성의 입자들(26)이 혼합되어 있는 대안적인 디스플레이 휘도(즉, 굴절) 향상 기술을 보여준다. 굴절 비드들(118)의 평균 직경은 흡수성의 입자들(26)의 평균 직경보다 실질적으로 크다(예를 들어, 약 10배 크다). 굴절 비드들(118)은 정전기적으로 중성이 될 수 있어 그들은 인가된 전기장에 의한 영향을 받지 않을 것이다. 대안적으로, 인가된 전기장에 지배를 받을 때, 비드들(118)이 입자로부터 반대 방향으로 이동되도록 굴절 비드들(118)은 흡수성 입자들(26)의 정전기적 전하(electrostatic charge)와 반대하는 정전기적 전하를 가질 수 있다. 비록 이것이 정 반대로 차지된(charged) 입자들의 안정된 부유물을 유지하는데 반직관적으로(counterintuitive) 보일지라도, 이것은 적절하게 안정시키는 분산제들(dispersants)을 이용함으로써 얻어질 수 있다(Amundson, K., et al., "Microencapsulated Electrophoretic Materials for Electronic Paper Displays," Society for Information Display, 20th International Display Research Conference Proceedings, pages 84-87, September 25-28, 2000, Palm Beach, FL 참조). 비록 티타늄 이산화물(titanium dioxide)(η~2.4)과 같은 높은 굴절률을 가진 물질이 준비되더라도, 굴절 비드들(118)은 적당한 과립상의(granular) 크기 분포를 가지는 임의의 실질적인 굴절(예를 들어, 흰색) 과립상 물질이 될 수 있다.
도 8에서 점선(28)의 왼쪽에 도시된 것과 같이, 전기 영동적 활성화의 부재인 경우에서는, 보다 작은 흡수성 입자들(26)이 하부 시트(24) 방향으로, 보다 큰 굴절 비드들(118) 아래로 이동하는 경향이 있다. 따라서, 비-굴절 원형 영역(82)에 의해 다른 방법으로 흡수되었던 입사광(예를 들어, 광 120)이 비드들(118)에 의해 대신 굴절되기 때문에, 굴절률은 증가한다. 굴절 환형 영역들(80) 상에 입사하는 광(예를 들어, 광 124)은 상술한 바와 같이 전체적으로 내부로 굴절된다(예를 들어, 광 126).
도 8에서 점선(28)의 오른쪽에 도시된 바와 같이, 전압이 매체(20)를 가로질러 인가될 때, 보다 작은 흡수성 입자들(26)이 비드들(118) 사이의 간격을 통하여 헤미-비드들(60)의 내부 표면으로 전기 영동적으로 이동한다. 이와 같이 흡수성 상태로 이동할 때, 입자들(26)은 상술한 것처럼 내부 전반사를 감쇄하거나 제어함으로써 굴절 환형 영역(80) 상으로 입사하는 광(예를 들어, 광 128)을 흡수하며, 그리고 또한 내부 전반사되지 않는 그리고 만일 그렇지 않다면 비드들(14)을 관통하는 광(예를 들어, 광 130)을 흡수한다. 따라서, 굴절 비드들(118)은 침투성 필터(porous filter)를 형성하여, 굴절 입자들(26)이 흡수성의 상태에서 헤미-비드들(60)로부터 내부로 이동하게 하고, 굴절 상태에서 헤미-비드들(60)로부터 내부로 이동하게 하여, 그 결과 굴절 상태에서 흡수성 입자들(26)을 직접 조망으로부터 덮어 감춘다. 비록 도 8이 구형적인 형상으로 굴절 비드들(118)을 보여주고 있지만, 이러한 형상은 필수적인 것이 아니며 비드들(118)은 임의의 형상으로 될 수 있다는 것은 당업자에게는 잘 이해될 것이다.
도 8의 기술은 휘도 향상이라는 측면에서 이득이 될 수 있다. 예를 들어, 만일 굴절 비드들(18)이 충분하게 고 밀도로 제공된다면, 그들은 흡수성 입자들(26)의 측면 이동을 장시간 방해하는 경향이 있으며, 따라서 흡수성 입자들(26)의 응집 작용을 늦춘다. 이러한 응집 작용은 전기 영동적 이미지 디스플레이 장치들에서 이 미지 왜곡을 야기할 수 있다.
도 8의 기술을 통해 이룰 수 있는 휘도 향상(즉, 굴절률)은 추정될 수 있다. 예를 들어, 만일 굴절 비드들(118)이 약 40%의 확산 굴절률(diffuse reflectance)을 가진다고 가정하면, 그리고 만일 굴절 비드들(118)이 또한 앞서 설명된 약 50%의 흡수 손실 영역의 전체에서 영향을 받는다고 가정하면, 약 20%(즉, 50%의 40%)의 휘도 향상이 얻어진다.
도 9는 굴절 삼투막이 헤미-비드들(60)의 내부 표면들과 하부 시트(24) 사이에 제공된 보다 대안적인 디스플레이 휘도(즉, 굴절) 향상 기술을 보여준다. 막(140)에서 흡수공들(pores)의 평균 직경은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 실질적으로 크다(예를 들어, 약 10배 크다). 막(140) 내의 흡수공은 막의 전체 표면적에서 충분히 큰 부분(예를 들어, 적어도 20%)을 구성하여 흡수성 입자들(26)의 실질적으로 방해받지 않는 통로를 허용한다. 막(40)은 폴리카보나이트(polycarbonate) 또는 섬유직물 막(fibreweave membrane)과 같은 삼투막 물질로서 형성될 수 있다. 막 140의 외부 표면은 고 굴절적이며, 확산되게(diffusely) 굴절되거나 또는 반사되게(specularly) 굴절될 수도 있다. 적당하게 굴절적인 막(14)은 다층 광대역 반사물(multilayer broadband reflector)(예를 들어, Multilayer Optical Film available form 3M, St. Paul, MN) 또는 aluminized MtlarTM flexible film과 같은 본질적인 굴절 물질로부터 형성될 수 있거나, 또는 표준 진공 증착 기술을 이용한 굴절(예를 들어, 알루미늄) 막과 더불어 외부 표면을 코팅함으로써 형 성될 수 있다.
도 9에서 점선(28)의 왼쪽에 도시된 것과 같이, 전기 영동적 활성화의 부재인 경우에서는, 보다 작은 흡수성 입자들(26)이 하부 시트(24) 방향으로, 막 140의 흡입공을 통과하여 이동하는 경향이 있다.
따라서, 비-굴절 원형 영역(82)에 의해 다른 방법으로 흡수되었던 입사광(예를 들어, 광 144)이 막 140의 굴절 외부 표면(142)에 의해 대신 굴절되기 때문에, 굴절률은 증가한다. 굴절 환형 영역들(80) 상에 입사하는 광(예를 들어, 광 148)은 상술한 바와 같이 전체적으로 내부로 굴절된다(예를 들어, 광 150).
도 9에서 점선(28)의 오른쪽에 도시된 바와 같이, 전압이 매체(20)를 가로질러 인가될 때, 흡수성 입자들(26)은 막 140의 흡수공을 통하여 헤미-비드들(60)의 내부 표면으로 전기 영동적으로 이동한다. 이와 같이 흡수성 상태로 이동할 때, 입자들(26)은 상술한 것처럼 내부 전반사를 감쇄하거나 제어함으로써 굴절 환형 영역(80) 상으로 입사하는 광(예를 들어, 광 152)을 흡수하며, 그리고 또한 내부 전반사되지 않는 그리고 만일 그렇지 않다면 비드들(14)을 관통하는 광(예를 들어, 광 154)을 흡수한다. 막 140의 흡수공은 흡수성 입자들(26)로 하여금 흡수성 상태에서 헤미-비드들(60)과 접촉하여 외부로 이동하게 하며, 그리고 굴절 상태에서 헤미-비드들(60)로부터 내부로 이동하게 하여, 그 결과 굴절 상태에서 흡수성 입자들(26)을 직접 조망으로부터 덮어 감춘다.
도 9의 기술을 통해 이룰 수 있는 휘도 향상(즉, 굴절률)은 추정될 수 있다. 예를 들어, 만일 막 140의 외부 표면(142)이 전체 굴절률의 약 60%를 가진다고 가 정하면, 그리고 또한 앞서 설명된 약 50%의 흡수 손실 영역의 전체에서 영향을 받는다고 가정하면, 약 30%(즉, 60%의 50%)의 휘도 향상이 얻어진다.
도 10은 헤미-비드들(60) 사이의 외부 시트 12의 격자 사이의 영역들(12)이 변경되어 굴절률을 증가시키는 다른 대안적인 디스플레이 휘도(즉, 굴절) 향상 기술을 보여준다. 이것은 격자 사이의 영역들(16) 및 구형의 비드들(14)의 헤미-비드 부분들(60)의 사이를 통해, 대체로 반구형의 형상으로, 참조 번호 12에서 보이는 것과 같이, 시트(12)를 형성하는 사용되는 굴절 중합 물질이 내부로 돌출하도록 외부 시트(12)에 구형의 비드들(14)을 부분적으로 삽입함으로써 얻어진다.
만일 굴절 중합 구조들(162)이 각각 "완벽한" 반구형 형상(이론적으로 이상적이지만, 그러나 현실적으로는 얻을 수 없다)을 가진다면, 중합체 구조들(162)의 광 굴절 및 흡수 특성들은 상술한 것처럼 헤미-비드들(60) 그것과 동일할 것이다. 비록 중합체 구조들(162)이 원하는 굴절 특성들을 얻기 위하여 바람직하게는 반구형 형상이지만, 그들은 완벽하게 반구형일 필요는 없다. 중합체 구조들(162)은 그들의 내부 표면들이 충분히 높은 굴곡을 가져서 입사광의 내부 전반사를 야기한다는 점에서 단지 실질적으로 반구형 형상이 필요하다. 중합체 구조들(162)에서 발생하는 내부 전반사는 헤미-비드들(60)과 관련된 앞서 설명된 것과 동일한 방법으로 흡수성 입자들(26)에 의해 감쇄될 수 있다.
내부 전반사은 일반적으로 격자 사이의 영역들(160)에서는 발생하지 않으며, 따라서 시트 12의 전체 굴절률을 감소시킨다. 만일 헤미-비드들(60)이 육방 밀집 구조 배열을 가진다면, 그들의 전체 평균 표면 굴절률은 상술한 바와 같이 91%이 며, 나머지 9%는 격자 사이 영역들(160) 내부로의 광 흡수로 인하여 손실된다. 격자 사이 영역들(160)에서 내부 전반사를 촉진함으로써, 도 10의 휘도 향상 기술은 유용한 광 굴절 구조들에 적합한 시트(12)의 퍼센트를 이론적으로 100%에 가깝게 증가시킴으로써 이러한 9%의 손실을 감소시킨다.
외부 시트(12)에 구형의 비드들(14)을 부분적으로 삽입하는 것 대신에, 격자 사이 영역들(160)의 크기를 최소화함으로써 휘도는 향상될 수 있다. 예를 들어, 경화성 또는 가소성 수지(uncured or softened) 물질이 반구형 구조들을 본질적으로 형성하도록 소성 변형(plastic deformation) 특징들을 가지는 폴리카보나이트와 같은 중합 물질을 사용함으로써, 단일 일체의 배열로서 헤미-비드들(60) 및 중합체 구조들(162) 둘 다를 제조할 수 있으며, 고 정밀 금형 주형의 필요성을 피할 수 있다.
도 10의 휘도 향상 기술은 도 7A-7B, 8 또는 9의 휘도 향상 기술들 중 어느 하나와 협력하여 사용되어 디스플레이 장치의 휘도를 더욱 향상시킨다.
이제까지 본 발명에 대하여 다수의 전형적인 견해 및 실시예들이 위에서 설명되어 졌으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형, 치환, 부가 및 그들의 하부 결합들 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 변형, 치환, 부가 및 그들의 하부 결합들은 본 발명의 정신 및 사상의 범위 내에서 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (47)

  1. 반사형 디스플레이 장치에 있어서,
    (a) 외부 관찰면(17)을 가지는 투명 시트(12)의 내부 표면으로부터 내부로 돌출하며, 각각의 헤미-비드(60)는 비-굴절 영역(82)을 둘러싸는 굴절 영역(80)을 가지는 다수의 투명 헤미-비드들(60);
    (b) 상기 투명 시트(12)로부터 내부로 이격되어 상기 투명 시트(12) 및 제 2 시트(24) 사이에 저장부를 포함하는 제 2 시트(24);
    (c) 상기 저장부 내의 전기 영동 매체(20);
    (d) 상기 매체 내에 부유된 다수의 광 흡수성 입자들(26); 및
    (e) 상기 헤미-비드들(60)의 상기 비-굴절 영역들(82)을 통해 상기 제 2 시트(24)로부터 선택가능하게 광을 굴절하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    패턴(100 또는 102) 내에서 상기 제 2 시트(24)의 외부 측에 형성된 전극(48)을 더 포함하는 상기 광을 선택적으로 굴절하기 위한 수단은;
    (i) 전기 전도성 영역(104 또는 106); 및
    (b) 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)을 포함하며,
    상기 제 2 시트(24)의 상기 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)의 각각 의 하나는 상기 헤미-비드들(60)의 상기 비-굴절 영역들(82)의 상응하는 하나에 해당하고 정렬되는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 시트(24)의 상기 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)의 각각의 하나는 상기 헤미-비드들(60)의 상기 비-굴절 영역들(82)의 상응하는 하나의 크기 및 형상과 실질적으로 유사한 크기 및 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 영역(104 또는 106)은 상기 헤미-비드들(60)의 상기 굴절 영역들(80)의 전체 크기 및 형상과 실질적으로 유사한 전체 크기 및 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 각각의 하나는 다른 하나 또는 그 이상의 헤미-비드들(60)과 인접하며,
    상기 디스플레이 장치는 각각의 인접한 하나 또는 그 이상의 상기 헤미-비드들(60) 사이에 비-굴절 갭(84)을 더 포함하고;
    상기 패턴(100 또는 102)은 상기 제 2 시트(24)의 외부 측 상에 다수의 제 2 굴절 영역들(112)을 더 포함하고; 그리고
    상기 다수의 제 2 굴절 영역들(112)의 각각의 하나는 갭들(84)의 상응하는 하나에 해당하고 정렬되는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 다수의 제 2 굴절 영역들(112)의 각각의 하나는 상기 갭들(84)의 상응하는 하나의 크기 및 형상과 실질적으로 유사한 크기 및 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 상기 비-굴절 영역들(82)의 각각의 하나는 제 1 직경을 가지는 원형 형상이며; 그리고
    상기 패턴(100 또는 102)의 상기 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)의 각각의 하나는 상기 제 1 직경과 실질적으로 동일한 제 2 직경을 가지는 원형 형상인 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 상기 굴절 영역들(80)의 각각의 하나는 환형 형상인 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    광을 선택적으로 굴절하기 위한 수단은 매체(20) 내에 부유된 다수의 굴절 입자들(118)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 실질적으로 큰 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 약 10배 큰 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 정전기적으로 중성인 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 흡수성 입자들(26)의 정전기적 전하에 반대하는 정전기적 전하를 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 흰색 미립자들인 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 티타늄 이산화물 입자들인 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    광을 선택적으로 굴절하기 위한 수단은 상기 헤미-비드들(60)과 상기 제 2 시트(24) 사이에 굴절 삼투막(140)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 막(140)은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 실질적으로 더 큰 평균 직경을 가지는 흡수공들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 흡수공들은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 약 10배 큰 평균 직경 을 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 막(140)은 표면적을 가지며, 상기 흡수공들은 상기 표면적의 충분히 큰 부분을 포함하여 상기 막(140)을 통하여 상기 흡수성 입자들(26)의 실질적으로 방해받지 않는 통로를 허용하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 막(140)은 확산적인 굴절 외부 표면(142)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 막(140)은 반사적인 굴절 외부 표면(142)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  22. 제 1항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 각각의 하나는 다른 하나 또는 그 이상의 헤미-비드들(60)과 인접하며, 광을 선택적으로 굴절하기 위한 수단은 각각 인접한 하나 또는 그 이상의 헤미-비드들(60) 사이에 굴절 구조(162)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 굴절 구조들(162)의 각각의 하나는 상기 투명 시트(16)의 내부 표면으로부터 내부로 돌출하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 굴절 구조들(162)의 각각의 하나는 대체로 반구형 형상인 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  25. 제 23항에 있어서,
    상기 굴절 구조들(162)의 각각의 하나는 충분히 높은 굴곡을 가져서 상기 굴절 구조들(162) 상에 입사하는 광의 많은 부분의 내부 전반사를 야기하는 것을 특징으로 하는 반사형 디스플레이 장치.
  26. 외부 관찰 표면(17)을 가지는 투명 시트(16)의 내부 표면으로부터 내부로 돌출하는 다수의 투명 헤미-비드들(60), 비-굴절 영역(82)을 둘러싸는 굴절 영역을 가지는 각각의 헤미-비드(60), 상기 투명 시트(16)로부터 내부로 이격되어 상기 투명 시트(16)와 제 2 시트(24) 사이에 저장부를 포함하는 상기 제 2 시트(24), 상기 저장부 내의 전기 영동 매체(20), 및 상기 매체(20) 내에 부유된 다수의 광 흡수 입자들(26)을 포함하는 반사형 디스플레이 장치의 굴절률을 증가시키기 위한 방법 에 있어서, 상기 그 방법은 헤미-비드들(60)의 비-굴절 영역들을 통하여 광을 선택적으로 굴절시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 비-굴절 영역들을 통해 광을 선택적으로 굴절시키는 단계는:
    (ⅰ) 비-굴절 영역(100 또는 102);
    (ⅱ) 다수의 굴절 영역들(108 또는 106);
    을 포함하는 패턴(100 또는 102) 내에서 상기 제 2 세트(24)의 외부 측에 전극을 형성하는 단계;
    상기 헤미-비드들(60)의 비-굴절 영역들(82) 중 해당하는 하나와 더불어 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)의 각각의 하나를 정렬하는 단계; 및
    상기 매체(20)를 가로질러 전압을 인가하여 상기 흡수성 입자들(26)이 상기 헤미-비드들(60)의 내부 표면들을 실질적으로 덮는 제 1 위치 및 상기 흡수성 입자들(26)이 상기 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)을 덮지 않고 상기 전극(48)의 비-굴절 영역(104 또는 106)을 실질적으로 덮는 제 2 위치 사이에서 상기 흡수성 입자들(26)을 선택적으로, 전기 영동적으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 제 2 시트(24)로부터 소정의 거리 만큼 상기 투명 시트(12)를 이격시키는 단계를 더 포함하며, 상기 전극(48)의 상기 다수의 굴절 영역들(108 또는 110) 중 하나에 의해 굴절된 입사광이 상기 입사광의 입사 방향에 실질적으로 반대하는 방향으로 굴절되도록 상기 거리는 선택되는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 상기 비-굴절 영역들(82) 중 하나의 모양과 형상에 실질적으로 유사한 크기 및 형상으로 상기 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110) 중 각각의 하나를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  30. 제 27항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 굴절 영역들(80)의 전체 크기 및 형상에 실질적으로 유사한 전체 크기 및 형상으로 상기 비-굴절 영역(104 또는 106)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 각각의 하나는 하나 또는 그 이상의 상기 헤미-비드들(60)에 인접하고,
    비-굴절 갭(84)은 각각 인접한 하나 또는 그 이상의 상기 헤미-비드들(60) 사이에 존재하며,
    상기 패턴은 다수의 제 2 굴절 영역들(112)을 더 포함하되, 상기 다수의 제 2 굴절 영역들(112)의 각각의 하나는 상기 갭들(84)의 하나의 크기 및 형상에 실질적으로 유사한 크기 및 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  32. 제 30항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 비-굴절 영역들(82)의 각각의 하나는 제 1 직경을 가지는 원형 형상을 가지며, 상기 방법은 상기 제 1 직경과 실질적으로 동일한 제 2 직경을 가지는 원형 형상으로 상기 다수의 제 1 굴절 영역들(108 또는 110)의 각각의 하나를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  33. 제 26항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 상기 비-굴절 영역들(82)을 통하여 광을 선택적으로 굴절시키는 단계는:
    상기 매체(20) 내에 다수의 굴절 입자들(118)을 부유시키는 단계;
    상기 매체(20)를 가로질러 전압을 인가하여 상기 흡수성 입자들(26)이 상기 헤미-비드들(60)의 내부 표면들을 실질적으로 덮는 제 1 위치 및 상기 굴절 입자들(118)이 상기 헤미-비드들(60)과 상기 흡수성 입자들(26) 사이에 존재하는 제 2 위치 사이에서 상기 굴절 입자들(118)을 통하여 상기 흡수성 입자들(26)을 선택적으로, 전기 영동적으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 실질적으로 더 큰 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 약 10배 큰 평균 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  36. 제 33항에 있어서,
    상기 굴절 입자들(118)을 전기 영동적으로 중성적으로 차지(charge)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  37. 제 33항에 있어서,
    상기 흡수성 입자들(26)의 정전기적 전하에 반대하는 정전기적 전하를 가지는 굴절 입자들(118)을 차지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  38. 제 26항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 비-굴절 영역들(82)을 통해 광을 선택적으로 굴절시키는 단계는:
    상기 헤미-비드들(60)과 상기 제 2 시트(24) 사이의 매체(20)에 굴절 삼투막(140)을 제공하는 단계;
    상기 매체(20)를 가로질러 전압을 인가하여 상기 흡수성 입자들(26)이 상기 헤미-비드들(60)의 내부 표면들을 실질적으로 덮는 제 1 위치 및 상기 막(140)이 상기 헤미-비드들(60)과 상기 흡수성 입자들(26) 사이에 존재하는 제 2 위치 사이에서 상기 막(140)을 통하여 상기 흡수성 입자들(26)을 선택적으로, 전기 영동적으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 막(140)은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 실질적으로 더 큰 평균 직경을 가지는 흡수공들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  40. 제 39항에 있어서,
    상기 흡수공들은 흡수성 입자들(26)의 평균 직경보다 약 10배 큰 평균 직경을 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  41. 제 38항에 있어서,
    상기 막(140)은 표면적을 가지며, 상기 흡수공은 상기 표면적의 충분히 큰 부분을 포함하여 상기 막(140)을 통하여 상기 흡수성 입자들(26)의 실질적으로 방해받지 않는 통로를 허용하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  42. 제 26항에 있어서,
    상기 헤미-비드들(60)의 각각의 하나는 다른 하나 또는 그 이상의 헤미-비드들(60)에 인접하되,
    상기 헤미-비드들의 비-굴절 영역들(82)을 통하여 광을 선택적으로 굴절시키는 단계는:
    각각의 인접한 하나 또는 그 이상의 헤미-비드들(60) 사이에 굴절 구조(162)를 제공하는 단계; 및
    상기 매체(20)를 가로질러 전압을 인가하여 상기 흡수성 입자들(26)이 상기 헤미-비드들(60)의 내부 표면들과 상기 굴절 구조들(162)을 실질적으로 덮는 제 1 위치 및 상기 흡수성 입자들(26)이 상기 헤미-비드들(60) 또는 상기 굴절 구조들(162)을 덮지 않는 제 2 위치 사이에서 상기 흡수성 입자들(26)을 선택적으로, 전기 영동적으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  43. 제 42항에 있어서,
    굴절 구조들(162)을 형성하여 상기 투명 시트(12)의 내부 표면으로부터 내부로 돌출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  44. 제 43항에 있어서,
    대체로 반구형 형상으로 상기 굴절 구조물들(162)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  45. 제 43항에 있어서,
    충분히 높은 굴곡을 가지는 상기 굴절 구조들(162)을 형성하여 상기 굴절 구조들(162) 상에 입사하는 광의 많은 부분의 내부 전반사를 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  46. 제 43항에 있어서,
    상기 투명 시트(12)를 부드럽게 하고; 그리고
    상기 투명 시트(12)에 밀접하게 이격된 구형의 비드들을 부분적으로 삽입함으로써;
    상기 헤미-비드들(60) 및 상기 굴절 구조들(162)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
  47. 제 43항에 있어서,
    원형으로 구멍난 망(circular apertured mesh)을 제공하며;
    투명 시트(12)를 부드럽게 하며;
    상기 투명 시트(12)에 압력을 인가하며; 그리고
    상기 투명 시트(12) 내부로 상기 망을 가압함으로써;
    상기 헤미-비드들(60) 및 상기 굴절 구조들(162)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 굴절률 증가 방법.
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