用于具有介电层的反射图像显示器的装置和方法与流程

用于具有介电层的反射图像显示器的装置和方法
[0001]
相关申请的交叉引用
[0002]
本公开要求于2018年4月25日提交的序列号62/662,727(标题为“用于具有介电层的反射图像显示器的装置和方法”)的美国临时申请的优先权，其说明书的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0003]
本公开针对一种用于反射图像显示器的装置。在一个实施例中，本公开涉及一种反射图像显示器，其包括位于至少一个电极的表面上的介电层，该介电层由以下一种或多种方法形成：原子层沉积、等离子体增强原子层沉积、空间原子层沉积、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、分子气相沉积、溶胶-凝胶沉积、物理气相沉积、溅射、旋涂或狭缝模具涂覆。


背景技术：

[0004]
介电材料广泛用于各种各样的工业应用中。介电涂层通常具有例如对高温、辐射、氧化降解以及磨损、摩擦和其它各种形式的物理磨损的抗性。另外，介电涂层通常提供对溶剂和其它化学品的抗性，同时表现出优异的电绝缘性能。介电涂层可以具有可以通过改变沉积条件来控制的各种表面化学物质。介电化合物可以是有机或无机类型。一些更常见的无机介电材料是集成芯片中常用的氮化硅和二氧化硅。有机介电材料通常是聚合物，例如聚酰亚胺、含氟聚合物、聚降冰片烯和缺乏极性基团的烃基聚合物。介电材料可以用于结合不同材料的特性以形成具有所期望特性的混合材料的多层系统中。
[0005]
介电材料可以用于基于全内反射(total internal reflection，tir)的图像显示器中。现有技术的基于全内反射(tir)的显示器尤其包括与低折射率流体接触的透明高折射率前板。前板和流体可以具有不同的折射率，其可以由临界角θ
c
表征。临界角表征透明前板的表面(具有折射率η
1
)和低折射率流体(具有折射率η
3
)之间的界面。以小于θ
c
的角度入射到界面上的光线可以透射通过界面。以大于θ
c
的角度入射到界面上的光线可以在界面处经历tir。tir界面处首选小的临界角(例如，小于约50
°
)，因为这提供了可能发生tir的较大角度范围。谨慎的做法是使流体介质的折射率(η
3
)尽可能小，并且使透明前板由折射率(η
1
)尽可能大的材料构成。临界角θ
c
由以下等式(等式1)计算：
[0006][0007]
现有技术的基于tir的反射图像显示器进一步包括电泳移动的光吸收粒子。电泳移动粒子响应于两个相对电极之间的偏压而移动。当粒子通过偏压源移动到前板的表面时，它们可以进入隐失波区域(约1微米的深度)并且破坏tir。隐失波区域深度可能由于例如入射光的波长、入射光的角度以及前板和介质的折射率等因素而变化。入射光可以被电泳移动粒子吸收以创建观察者观察到的暗态。在此类条件下，显示表面可以对观察者呈现暗色、黑色或由粒子呈现的任何颜色。当粒子被移出隐失波区域(例如，通过反向偏压)时，
光可以被tir反射。这创建了观察者可以观察到的白色或明态。像素化电极阵列可以用于驱动粒子进入和离开隐失波区域以形成白色和暗态的组合。这可以用于创建图像或向观察者传达信息。
[0008]
现有技术的基于tir的显示器中的前板通常包括在面向较低折射率介质的内侧上的多个较高折射率紧密堆积凸形结构和电泳移动粒子(即，背离观察者的前板的表面)。凸形结构可以是半球形的，但是也可以使用其它形状。凸形结构可以具有圆形对称性。图1a中示出了现有技术的基于tir的显示器100。显示器100展示具有透明前板102，其外部表面104面向观察者106。显示器100进一步包括单个半球形突起110的多个108层、后支撑板112、在多个半球形突起108的表面上的透明前电极114和后电极116。后电极116可以包括电极的无源矩阵阵列、薄膜晶体管(thin film transistor，tft)阵列或直接驱动电极阵列。电极的后阵列可以形成在像素阵列中。图1a还展示了低折射率流体118，其被设置在形成在突起108的表面和后支撑板112之间的空腔或间隙120内。流体118包含多个光吸收电泳移动粒子122。显示器100可以进一步包括能够在空腔120上创建偏压的电压源124。显示器100可以进一步包括在前电极114或后电极116上或在前电极和后电极两者上的一个或多个介电层126、128，以及滤色器层130。在图1中，滤色器层130位于板102与凸形突起层108之间。滤色器层130也可以位于面向观察者106的板102的外表面104上。在显示器的前表面上方添加滤色器阵列(color filter array，cfa)层是将黑白反射显示器转换成全色显示器的常规方法。
[0009]
滤色器层通常包括一个或多个子像素滤色器。子像素滤色器可以包括红、绿、蓝、白、黑、清、青、品红或黄中的一种或多种颜色。子像素滤色器通常被分组为两种或更多种颜色，并且以可重复的图案布置。可重复图案构成像素，例如，rgb(红-绿-蓝)子像素或rgbw(红-绿-蓝-白)子像素。处于说明的目的，图1a中的现有技术显示器100的一部分包括滤色器层130，还包括红色子像素滤色器132、绿色子像素滤色器134和蓝色子像素滤色器136。可以使用其它子像素滤色器组合。
[0010]
当粒子122朝前电极114电泳移动并且进入隐失波区域时，它们可以抑制tir。这在虚线138的右侧展示，并且通过入射光线140和142被粒子122吸收以说明。显示器的此区域，例如在像素处，对于观察者106可以表现为暗色的、彩色的或灰色的状态。
[0011]
当粒子从前板102移开并从倏逝波区域朝向后电极116移开时(如虚线138的左侧所展示)，入射光线可以在凸形突起阵列108和介质118上的介电层126的表面的界面处被全内反射。这由入射光线144表示，所述入射光线被全内反射并且朝向观察者106离开显示器，作为反射光线146。显示像素可以对观察者呈现白色、明亮、彩色或灰色。
[0012]
常规的基于tir的显示器100可以进一步包括将前板102桥接到后板112的侧壁148。侧壁可以包括至少一个介电层150。显示器100可以进一步包括定向前灯系统152。前灯系统152可以包括光源154和波导156。
[0013]
图1b示意性地示出了常规的基于tir的显示器的一部分的横截面，其展示了倏逝波区域的近似位置。图1b中的图180是图1a中的图100的一部分的近视图。倏逝波区域182位于介电层126和介质118的界面处。此位置在图180中示出，其中倏逝波区域182大概位于虚线184与介电层126之间。应当注意，倏逝波区域182是说明，并且其深度或范围可以根据显示器的设计和所使用的构造材料而变化。倏逝波通常与突起108的层的表面共形。倏逝波区
域的深度约为1微米，如前所述。
[0014]
图1c示意性地示出了凸形突起的板的俯视图。图1c中的视图向下看到板102的表面104。这是图1a-b中的观察者106的视图。凸形突起110布置在板102的相对侧上的层108中，并且被描绘为代表被布置成紧密堆积阵列的半球的虚线圆。凸形突起110的其它布置也是可能的。突起110可以布置成非密集堆积的行。
[0015]
在一些实施例中，图1a中的显示器100可以进一步包括环境光传感器(ambient light sensor，als)、帧检测系统(frame detection system，fds)或光控制器或其组合。
[0016]
脉冲和dc(direct current，直流)驱动方案可以用于导出和维持显示器的像素内的所期望的光学状态(即灰度状态)电平。驱动方案可以包括可变的施加的正或负电压，可变的电压on时间(即on状态脉冲宽度)和可变的电压off时间(即off状态脉冲宽度)中的一个或多个。
[0017]
为了在凸行突起阵列的表面上方获得均匀的介电性能，可以以基本上均匀和共形的方式沉积介电层。
附图说明
[0018]
将参考以下示例性和非限制性说明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：
[0019]
图1a示意性地示出了常规的基于tir的显示器的一部分的横截面；
[0020]
图1b示意性地示出了常规的基于tir的显示器的一部分的横截面，其展示了倏逝波区域的大概位置；
[0021]
图1c示意性地示出了常规的基于tir的显示器的俯视图的一部分的横截面；以及
[0022]
图2是在切换期间具有各种介电层组合的基于tir的图像显示器的图形表示。
具体实施方式
[0023]
在本文中描述的实施例示出了在基于tir的反射图像显示器中沉积介电材料的方法，该方法可以导致具有基本上受控的厚度、电阻率、电阻、介电常数、化学相容性/电阻、表面能、表面电荷、最小针孔和改进的电性能的薄的保形涂层。一个或多个介电层126、128可以用于保护前电极层114和/或后电极层116中的一者或两者。在一些实施例中，一个或多个介电层可以沉积在壁140上。在一些实施例中，前电极层114上的一个或多个介电层可以包括与后电极层116上的介电层不同的成分。前电极层114上的电介质可以包括多于一层。例如，前电极114上的电介质可以包括一个或多个基于无机的介电层和一个或多个基于有机的介电层，或一个或多个无机介电层和一个或多个有机介电层的组合。后电极层116上的电介质可以包括多于一层。例如，后电极116上的电介质可以包括一个或多个基于无机的介电层和一个或多个基于有机的介电层。在一些实施例中，一个或多个介电层126、128可以用于保护显示器100中的一个或多个像素壁。介电层可以是基本上均匀的、一致的、连续的并且基本上没有表面缺陷。所述一个或多个介电层的厚度可以是至少约0.05nm或更厚。在一些实施例中，介电层厚度可以在约1-300nm的范围内。在其它实施例中，介电层厚度可以在约1-200nm的范围内。在其它实施例中，介电层厚度可以是约1-100nm。在其它实施例中，介电层厚度可以是约1-50nm。在其它实施例中，介电层厚度可以是约1-20nm。在其它实施例中，
介电层厚度可以是约1-10nm。
[0024]
在一些实施例中，基于tir的图像显示器中的一个或多个介电层可以不包括针孔。在一些实施例中，一个或多个介电层可以包括至少一个针孔。介电层可以限定共形涂层并且可以没有针孔或可以具有最小针孔。介电层也可以是结构层。介电层还可以用作阻挡层以防止湿气或气体进入。介电层可以具有高介电常数或低介电常数。在一些实施例中，介电层可以具有约1-30范围内的介电常数。在其它实施例中，介电层可以具有约1-15范围内的介电常数。在一些实施例中，介电层可以进一步包括表面改性层。表面改性层可以用于控制介电层的表面性能。
[0025]
在基于tir的图像显示器中使用的介电材料可以是无机类型的。最常见的无机介电材料是通常用于集成芯片中的si
3
n
4
和sio
2
。介电层可以是sin、sin
x
或sion中的一种或多种。介电层可以是alo
x
或al
2
o
3
。其中x在约1与3之间。介电层可以是陶瓷。
[0026]
在基于tir的图像显示器中使用的介电材料可以是有机类型的。有机介电材料通常是聚合物，例如聚酰亚胺、含氟聚合物、聚降冰片烯和缺乏极性基团的烃基聚合物。介电层可以是聚合物或聚合物的组合。介电层126、128可以包括以下基于聚酰亚胺的电介质道尔顿(dalton)dl-5260t、tc-139、dl-2193、尼桑(nissan)se-150、se-410、se-610、se-3140n、se-3310、se-3510、se-5661、se-5811、se-6414、se-6514、se-7492、se-7992或jsr al-1054、al-3046、al22620，al16301、al60720中的一个或多个。介电层可以是聚合物、金属氧化物和陶瓷的组合。介电层126、128可以包括聚对二甲苯c、聚对二甲苯n、聚对二甲苯f、聚对二甲苯ht或聚对二甲苯htx。其它无机或有机介电材料或其组合也可以用于介电层。一个或多个介电层可以是pvd、cvd、pecvd或溅射涂覆的。介电层126、128中的一个或多个可以是溶液涂覆的聚合物、柔性印刷的聚合物电介质、气相沉积的电介质、旋涂的聚合物电介质、狭缝模具涂覆的聚合物电介质或溅射沉积的电介质。介电层128可以与电极结构共形，或可以用于后电极116上的电极结构平面化。
[0027]
在示例性实施例中，可以通过原子层沉积(atomic layer deposition，ald)、等离子体增强原子层沉积(plasma enhanced atomic layer deposition，peald)或分子气相沉积(molecular vapor deposition，mvd)的方法来沉积基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层。在示例性实施例中，可以通过热或等离子体增强原子层沉积(ald)的方法来沉积基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层。ald也可以被称为原子层外延(atomic layer epitaxy，ale)、原子层生长(atomic layer growth，alg)、分子层外延(molecular layer epitaxy，mle)、分子分层(molecular layering，ml)和原子层cvd(atomic layer cvd，alcvd)。ald是一种沉积方法，能够在结构化的高纵横比表面上形成厚度在原子水平上控制的均匀共形涂层，例如表面108。
[0028]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括金属氧化物。金属氧化物可以包括al
2
o
3
、alo
x
、bao
x
、cao、cuo、er
2
o
3
、ga
2
o
3
、hfo
2
、hfo
x
、inzno、ingazno、la
2
o
3
、mgo、moo
x
、nb
2
o
5
、nbo
x
、nio、sc
2
o
3
、sio
2
、sno
2
、sno
x
、sro
x
、ta
2
o
5
、tao
x
、tio
2
、tio
x
、vo
x
、y
2
o
3
、yo
x
、yb
2
o
3
、znsno
x
、zno或zro
2
中的一种或多种或其组合(其中x和y在约1与3之间)。
[0029]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一
个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括金属氮化物aln、bn、gan、sin、sin
x
、tan、tan
x
、tialn、tin、wn或tin
x
中的一种或多种或其组合(其中x在约1与3之间)。
[0030]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括金属碳化物。金属碳化物可以包括tac或tic。
[0031]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括金属硫化物。金属硫化物可以包括zns或srs中的一种或多种或其组合。
[0032]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括金属氟化物。金属氟化物可以包括caf
2
、laf
3
、mgf
2
或srf
2
中的一种或多种或其组合。
[0033]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括聚合物。在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括生物材料，例如羟磷灰石ca
10
(po
4
)
6
(oh)
2
。
[0034]
在示例性实施例中，通过ald方法沉积的基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极上的一个或多个介电层可以包括混合结构，所述混合结构包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氟化物、生物材料或聚合物中的两者或更多。
[0035]
在示例性实施例中，基于tir的图像显示器中的电介质的ald涂层可以以卷到卷方法、分批方法或空间ald方法涂覆。
[0036]
下表中的数据示出了ald优于溅射的优点。溅射是一种众所周知的在表面上形成薄膜的物理气相沉积方法。ald方法比溅射更能够沉积更薄和更均匀的层。下表列出了在基于tir的图像显示器中在氧化铟锡(indium tin oxide，ito)的透明导电膜上的sio
2
介电层的厚度，如图1a所示。溅射用于涂覆厚度约100nm和50nm的sio2。在100nm处测量的白色状态反射率(％)约为71％，在50nm厚度处测量得为81％(反射率百分比是相对于白色漫反射100％反射率标准，由美国新罕布什尔州北萨顿市(north sutton,nh,usa)的蓝菲光学(labsphere,inc.)测量)。在100nm厚度的sio
2
测量的暗态或黑态反射率约为12％，在50nm厚度的sio
2
测量的暗态或黑态反射率约为13％。这导致对于100nm厚度的sio
2
对比度(白态反射率/黑态反射率)为约5.9，对于50nm厚度的sio
2
对比度约为6.2。ald用于涂覆5、12和25nm的sio
2
介电层。在所有情况下，白态反射率约为80-85％。暗态反射率从25nm厚度的约4％下降到5nm sio
2
厚度的约1.7-2％。结果，与溅射相比，ald涂覆的样本的对比度大大增加，在约5nm的厚度下从约20和25nm高达约40-50的比率。
[0037]
[0038][0039]
可以通过分子层沉积(molecular layer deposition，mld)方法沉积基于tir的图像显示器中的前电极、后电极或像素壁上的一个或多个介电层。mld可以用于在基于tir的图像显示器中沉积基于聚合物、基于无机和基于混合聚合物-无机的介电层。聚合物可以例如包括聚酰亚胺或聚酰胺。mld可以用于沉积包括一种或多种金属氧化物的材料例如al
2
o
3
、alo
x
、bao
x
、cao、cuo、er
2
o
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、ga2o
3
、hfo
2
、hfo
x
、inzno、ingazno、la
2
o
3
、mgo、moo
x
、nb
2
o
5
、nbo
x
、nio、sc
2
o
3
、sio
2
、sno
2
、sno
x
、sro
x
、ta
2
o
5
、tao
x
、tio
2
、tio
x
、vo
x
、y
2
o
3
、yo
x
、yb
2
o
3
、znsno
x
、zno或zro
2
；金属氮化物例如aln、bn、gan、sin、sin
x
、tan、tan
x
、tialn、tin、wn或tin
x
；金属碳化物例如tac、tic；金属硫化物例如zns、srs；金属氟化物例如caf
2
、laf
3
、mgf
2
、srf
2
；生物材料例如ca
10
(po
4
)
6
(oh)
2
或其组合(其中x在约1与3之间)。在示例性实施例中，通过mld方法沉积的基于tir的图像显示器中的一个或多个介电层可以包括混合结构，所述混合结构包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氟化物、生物材料或有机或无机聚合物中的两种或多种。
[0040]
在基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极或像素壁上的一个或多个介电层可以通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)、分子气相沉积(molecular vapor deposition，mvd)、等离子体增强原子层沉积(plasma enhanced atomic layer deposition，peald)或等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，pecvd)中的一种或多种方法来沉积。在示例性实施例中，在基于tir的图像显示器中，可以使用cvd、mvd、mld、peald或pecvd沉积包括sio
2
的一个或多个介电层。cvd、mvd、mld、peald或pecvd可以用于沉积包括一种或多种金属氧化物的材料例如al
2
o
3
、alo
x
、bao
x
、cao、cuo、er
2
o
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x
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2
；金属氮化物例如aln、bn、gan、sin、sin
x
、tan、tan
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、tialn、tin、wn或tin
x
；金属碳化物例如tac、tic；金属硫化物例如zns、srs；金属氟化物例如caf
2
、laf
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、mgf
2
、srf
2
；生物材料例如ca
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)
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(oh)
2
或其组合(其中x和y在约1与3之间)。在示例性实施例中，通过cvd、mvd、mld、peald或pecvd方法沉积的基于tir的图像显示器中的一个或多个介电层可以包括混合结构，所述混合结构包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氟化物、生物材料或有机或无机聚合物中的两者或多种。
[0041]
可以通过溅射的方法来沉积在基于tir的图像显示器中的前电极上的一个或多个介电层或后电极或像素壁上的一个或多个介电层。在示例性实施例中，可以使用溅射来沉积在基于tir的图像显示器中包括sio
2
的一个或多个介电层。溅射可以用于沉积包括一种或多种金属氧化物的材料例如al
2
o
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、alo
x
、bao
x
、cao、cuo、er
2
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、ga
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x
、inzno、ingazno、la
2
o
3
、mgo、moo
x
、nb
2
o
5
、nbo
x
、nio、sc
2
o
3
、sio
2
、sno
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、sno
x
、sro
x
、ta
2
o
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、tao
x
、tio
2
、tio
x
、vo
x
、y
2
o
3
、yo
x
、yb
2
o
3
、znsno
x
、zno或zro
2
；金属氮化物例如aln、bn、gan、sin、sin
x
、tan、
tan
x
、tialn、tin、wn或tin
x
；金属碳化物例如tac、tic；金属硫化物例如zns、srs；金属氟化物例如caf
2
、laf
3
、mgf
2
、srf
2
；生物材料例如ca
10
(po
4
)
6
(oh)
2
或其组合(其中x在约1与3之间)。在示例性实施例中，通过溅射的方法沉积的基于tir的图像显示器中的一个或多个介电层可以包括混合结构，所述混合结构包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氟化物、生物材料或有机或无机聚合物中的两种或多种。
[0042]
在基于tir的图像显示器中的前电极、后电极或像素壁上的一个或多个介电层可以包括两个或多个子层。每个子层可以包括不同的材料。可以使用溅射、ald、peald、mvd、mld、cvd、pecvd、旋涂或狭缝模具涂覆中的一种或多种方法来沉积不同材料的子层。可以通过溅射、ald、peald、mvd、mld、cvd、pecvd、旋涂或狭缝模具涂覆的两种或多种方法的组合来沉积包括相同或不同材料的子层。
[0043]
在一个实施例中，在基于tir的图像显示器中的前电极层或后电极层上的一个或多个介电涂层可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括约0.5-100nm厚的溅射al
y
o
x
(其中x和y在约1与3之间)，所述第二子层在顶部包括约0.5-100nm厚的溅射sio
2
层。
[0044]
在一个实施例中，在基于tir的图像显示器中的前电极层或后电极层上的一个或多个介电涂层可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括约0.5-50nm厚的ald沉积的alo
x
，所述第二子层在顶部包括约0.5-10nm厚的ald沉积的sio
2
层。在其它实施例中，在基于tir的图像显示器中的前电极层或后电极层上的一个或多个介电涂层可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括约0.5-20nm厚的ald沉积的alo
x
，所述第二子层在顶部包括约0.5-20nm厚的ald沉积的sio
2
层。
[0045]
图2是在切换期间具有各种介电层组合的基于tir的图像显示器的图形表示。在图2中，示出了驱动电压曲线200，其中x轴是以秒为单位的偏压驱动时间，而右侧的y轴是施加到后电极的驱动电压。位于凸形突起的表面上的前电极连接到接地。曲线202中左侧的y轴是光学反射率(％)。连续记录每个样本随时间的反射率％(反射率％是相对于白色漫反射100％反射率标准，由美国新罕布什尔州北萨顿市(north sutton,nh,usa)的蓝菲光学(labsphere,inc.)测量)，同时将后电极上的电压逐步从0v切换到+1v，到0v，到-1v，并且返回到0v(这是一个完整的循环)，以在低折射率、基于碳氟化合物的介质中在前电极和后电极之间电泳移动粒子(例如，图1a中的显示器100中的粒子122)。每个电压阶跃保持60秒。
[0046]
测试了四个样本，每个样本具有不同的介电层成分。在图2中由点划线(-··-)表示的标记为“ito”204的第一样本是对照，并且不包括基于ito的前电极层的顶部上的介电层。由虚线(
--
)表示的标记为“ito+10nm alo
x”206的第二样本包括在基于ito前电极的顶部上的～10nm厚的氧化铝(alo
x
)介电层。在图2中用实线(-)表示的标记为“ito+10nm sio
2”208的第三样本包括在基于ito的前电极的顶部上的约10nm的sio
2
介电层。最后，由双点划线(-···-)表示的标记为“ito+10nm alo
x
+10nm sio
2”210的第四样本包括在基于ito的前电极的顶部上的约10nm alo
x
的介电层，随后是在alo
x
层的顶部上的约10nm的sio
2
的层(其中x为约1.5(即al
2
o
3
))。
[0047]
在后电极处施加+1v，带正电的粒子被吸引到倏逝波区域附近的前电极。对于所有的样本204-210，当粒子被吸引到前电极层时，％反射率下降到约8-12％，在前电极层，粒子可以阻止tir并创建暗态，如图2中的曲线所展示。在具有介电层的各种组合的基于tir的显示器之间观察到非常小的差异。此状态在1v下保持60秒。
[0048]
然后跃阶电势变化为-1v施加于显示器204-210。然后，粒子被吸引朝向后电极并离开倏逝波区域。这创建显示器的明亮状态。在粒子转换的速度和％反射率的大小方面观察到明显的差异。一旦施加-1v，在alo
x
顶部具有sio
2
层的样本210几乎立即达到约62％的接近最大％反射率。随后样本208达到最大约45％的反射率，随后样本204达到约22％的反射率，最后样本206在ito的顶部上具有约14％的alo
x
层。％反射率的次序为样本210>208>204>206。
[0049]
然后将施加的电压反转到+1v，其中所有显示器达到如先前观察到的约8-12％的暗态反射率。在图2的曲线图中的最后一次，然后电压被阶跃到-1v。在如先前所展示的210>208>204>206的％反射率中观察到相同的顺序。所观察到的最佳组合是在ito顶部上的～10nm的alo
x
层，然后是在alo
x
层的顶部上的～10nm的sio
2
外层。观察到的第二佳样本是当在ito层208的顶部存在sio
2
层时。当外部sio
2
层包括夹在ito和sio
2
层之间的alo
x
层时，观察到有益的转换速度和％反射率性能。
[0050]
在一个实施例中，在基于tir的图像显示器中的前电极层或后电极层上的一个或多个介电涂层可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括约0.5-100nm厚的ald沉积的alo
x
，所述第二子层在顶部包括约0.5-200nm厚的cvd沉积的sin
x
层。在一个实施例中，在基于tir的图像显示器中的前电极层或后电极层上的一个或多个介电涂层可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括约0.5-50nm厚的ald沉积的alo
x
，所述第二子层在顶部包括约0.5-100nm厚的cvd沉积的sin
x
层。在其它实施例中，在基于tir的图像显示器中的前电极层或后电极层上的一个或多个介电涂层可以包括第一子层和第二子层，所述第一子层包括约0.5-20nm厚的ald沉积的alo
x
，所述第二子层在顶部包括约0.5-20nm厚的cvd沉积的sin
x
层。
[0051]
在示例性实施例中，还可以通过溅射、ald、mld、mvd、peald、cvd、pecvd、旋涂或狭缝模具涂覆中的一种或多种方法在基于tir的图像显示器中的像素壁上沉积介电层。
[0052]
在示例性实施例中，可以通过溅射、ald、mld、mvd、peald、cvd、pecvd、旋涂或狭缝模具涂覆中的一种或多种方法沉积的金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物、金属碳化物、金属氟化物、聚合物或基于生物材料的介电材料中的任一种可以进一步包括表面改性层。表面改性层可以通过多种方法沉积，例如湿沉积法、旋涂、狭缝模具涂覆、干沉积法、气相沉积、mvd、ald、mld、peald、cvd或pecvd。表面改性层可以包括基于硅烷的材料。基于硅烷的材料可以包括烃链、碳氟化合物链、氨基、铵基、氯、溴、磷酸基、羧酸基、苯基、羟基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或例如甲氧基或乙氧基的烷氧基的一种或多种。基于硅烷的材料可以包括甲基丙烯酸3-(三甲氧基甲硅烷基)丙酯、1h、1h、2h、2h-全氟十二烷基三氯硅烷、三氯十二烷基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十八烷基二甲基(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)氯化铵、n-三甲氧基甲硅烷基丙基-n、n、n-三甲基氯化铵、羧乙基硅烷三醇-二钠盐、磷酸2-羟基甲基丙烯酸乙酯、九氟己基三甲氧基硅烷、2-苯基乙基三甲氧基硅烷或六甲基二硅氮烷中的一种或多种。在示例性实施例中，基于硅烷的材料可以包括带正电基团或带负电基团中的一种或两种。
[0053]
在本文中所描述的示例性显示器实施例中，其可以用于物联网(internet of things，iot)设备中。iot设备可以包括本地无线或有线通信接口，以与一个或多个iot集线器或客户端设备建立本地无线或有线通信链路。iot设备可以进一步包括使用本地无线或
atomic layer deposition，peald)、原子层外延(atomic layer epitaxy，ale)、原子层生长(atomic layer growth，alg)、分子层外延(molecular layer epitaxy，mle)、分子分层(molecular layering，ml)、原子层cvd(atomic layer cvd，alcvd)和分子气相沉积(molecular vapor deposition，mvd)。
[0067]
示例11针对一种全内反射(total internal reflection，tir)显示器，包括：具有多个凸形突起的透明前板；在所述透明前板上方形成的前电极；在所述种子层上方形成的介电层，所述介电层具有在约1-20nm范围内的基本上均匀的厚度；位于所述介电层近端的后电极，其中所述后电极与所述介电层在其间形成间隙；以及设置在所述间隙中的多个电泳粒子。
[0068]
示例12针对示例11所述的tir显示器，进一步包括在所述前电极上方形成的种子层，所述种子层具有约0.5-100nm的基本上均匀的厚度。
[0069]
示例13针对示例12所述的tir显示器，其中至少一个凸形突起限定半球形突起。
[0070]
示例14针对示例12所述的tir显示器，其中所述种子层包括氧化铝(alox)，其中x在约1与3之间，并且其中alox具有约1-10nm的厚度。
[0071]
示例15针对示例12所述的tir显示器，其中所述前电极包括氧化铟锡(indium tin oxide，ito)。
[0072]
示例16针对示例12所述的tir显示器，其中所述前电极包括一个或多个无机介电层、一个或多个有机介电层，或一个或多个无机介电层和一个或多个有机介电层的组合。
[0073]
示例17针对示例12所述的tir显示器，其中所述介电层进一步包括具有至少约0.05nm厚度的sio2。
[0074]
示例18针对示例12所述的tir显示器，其中所述介电层进一步包括具有约一个原子层的厚度的sio2。
[0075]
示例19针对示例12所述的tir显示器，其中所述种子层包括alox，其中x在约1与3之间，并且其中所述种子层的厚度高达约10nm，并且其中所述介电层包括厚度高达0nm的sio2。
[0076]
示例20针对示例12所述的tir显示器，其中所述介电层包括si3n4、sio2、sin、sinx、sion、alox、al2o3或陶瓷中的一种或多种，并且其中x在约1与3之间。
[0077]
尽管已经相对于在本文中展示的示例性实施例示出了本公开的原理，但是本公开的原理不限于此并且包括其任何修改、变化或置换。