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TWI734167B - 用於驅動可切換光準直膜之方法、顯示器及窗戶或門 - Google Patents

用於驅動可切換光準直膜之方法、顯示器及窗戶或門 Download PDF

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TWI734167B
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普卜度西蘭卡 加瓦度格
鄭小龍
怡璋 林
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美商伊英克加利福尼亞有限責任公司
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Abstract

用於驅動光準直膜之方法及控制器，光準直膜包括雙穩態電泳流體的長形腔室。光準直膜適合於控制入射至透射基板之光的量及/或方向。這樣的膜可以整合至諸如LCD顯示器的裝置中，以為觀看LCD顯示器之使用者提供隱私區域。因為光準直膜係可切換的，所以它允許使用者根據需要改變發射光的準直。因為所述膜係雙穩態的，所以它們在已切換至顯示狀態後不需要額外的電力。

Description

用於驅動可切換光準直膜之方法、顯示器及窗戶或門 [相關申請案]
本申請案主張2018年8月10日申請之美國臨時專利申請案第62/717,531號的優先權。將在此所引用之任何專利、公開的申請案或其它公開的作品之全部內容以參照方式併入本文。
本發明係有關於可切換光準直膜，其可以用於例如控制穿過透明或半透明基板之入射光的方向性。
具有這種能力的鈍化膜(passive film)已經在市場上銷售有一段時間，並且被廣泛用作電腦監視器的「隱私濾光片(privacy filters)」。參見例如來自明尼蘇達州聖保羅之3M公司的出售產品以及諸如US8,213,082的各種美國專利。通常，當使用者希望將顯示器上的影像限制在僅使用者可見之「隱私圓錐體(privacy cone)」內時，將隱私濾光片應用於視訊顯示器的前表面。隱私濾光片通常使用塑膠的微構造通道，微構造通道用具有不同於塑膠基板的折射率之材料來進行回填。材料之間的界面會產生折射表面，並且只有朝正確方向的光才能通過隱私濾光片，而朝不正確方向的其它入射光會被反射及/或吸收。相同的技術亦可以用作窗飾，以改變例如穿過外窗的陽光之方向性。
數個團體已經嘗試製作一種可以在隱私狀態與非隱私狀態之間切換的活性介質。例如，美國專利公開案第2016/0179231號(‘231申請案)描述可以與顯示裝置結合使用之電活性隱私層。‘231申請案教示使用諸如介電聚合物的電非等向材料。當施加電場時，非等向材料與電場對準，以使光準直且提供使用者隱私的區域。然而，必須提供固定電位至隱私層，以保持材料對準來維持隱私狀態。因為隱私裝置需要固定的電場來維持隱私狀態，所以所述裝置消耗超出監視器所需之典型能量的額外能量。當與電池供電的裝置(例如，膝上型電腦)一起使用時，為隱私層供電所需的額外能量將縮短電池的工作時間。PCT公開案第WO2013/048846號亦描述替代的可切換隱私膜，其同樣使用非等向粒子，所述非等向粒子保持在與電場對準的位置。與‘231申請案相似，‘846公開案的裝置亦需要在隱私狀態下供應固定的能量。
已經描述其它活性切換隱私裝置，其依賴通道內之阻擋粒子的運動而不是非等向粒子的對準。例如，美國專利公開案第2016/0011441號(‘441申請案)描述一種電可切換電致變色材料，其設置在沿著隱私層的長度延伸之微結構化肋材中。在‘441申請案中，當供應電流至電致變色材料時，改變電致變色材料的吸收光譜。雖然實際的切換過程需要相當多的能量(約5分鐘的直流電流)，但是一旦轉換完成，‘441申請案的隱私層就能夠維持其狀態一段時間。在美國專利公開案第2017/0097554號中描述另一種替代方案，藉以在透明導電膜之間形成長的光控制通道，並且所述通道填充有包含透射性分散劑及遮光粒子的電泳構件。藉由使用一組三個成形電極來控制遮光粒子在氣隙中的分散，可以在窄視野模式與寬視野模式之間切換電泳構件。成形電極的製造在技術上可能具有挑戰性(且昂貴)，因為需要製造如此多的緊密可個別定址電極。
儘管例如使用非等向粒子對準之可切換隱私濾光片的可利用性，但是仍然需要不耗電之廉價隱私膜。於是，本發明描述用於驅動光準直膜的電壓波形，光準直膜包括複數個雙穩態電泳流體的長形腔室，雙穩態電泳流體包含光散射顏料。在長形腔室的適當配置下，薄膜可以提供讓光穿過膜之視角的2倍(或更多倍)窄化。重要的是，因為光準直膜包括雙穩態電泳流體，所以光準直膜在寬或窄狀態下穩定一段長時間，並且僅需要從一種狀態改變至另一種狀態的能量。此外，因為雙穩態電泳流體被分成複數個長形腔室，所以當相對重力以不同的方向施加相同的光準直膜時，電泳材料不易沉降。另外，當雙穩態電泳流體被分成許多的長形腔室時，改善寬與窄狀態之間的轉變速度，並且整個效果在整個裝置上更加一致。
再者，因為光準直膜包括複數個小腔室，所以容易在製造後將薄膜切割成期望的形狀/尺寸而不會損失大量的電泳流體。這允許使用相同的設備來製造大面積及小面積的光準直膜。例如，可以將一平方公尺段片的光準直膜或一卷的光準直膜切成所需尺寸的碎片而沒有電泳流體的明顯損失。雖然在切割過程中會打開一些腔室，但是每個腔室僅容納少量流體，所以總體損失很小。在某些情況下，可以從單一段片或單一卷切下數百個小片(例如，用於行動電話)。在一些實施例中，可以以預定圖案來製造長形腔室，使得薄片切割沒有導致電泳流體的損失。
因此，在一個態樣中，本發明包括一種用於驅動可切換光準直膜之方法，其中該可切換光準直膜包括一第一透光電極層；一準直層，其具有至少20μm的厚度，並且包括複數個長形腔室；以及一第二透光電極層，其中該第一及第二透光層配置在該準直層的任一側。每個長形腔室具有一開口，並且在每個長形腔室中配置一包含顏料粒子的雙穩態電泳流體。該等長形腔室用一密封層來密封，該密封層藉由跨越該長形腔室的開口而將該雙穩態電泳流體密封在其中。該方法包括在該第一透光電極層與該第二透光電極層之間施加一時變電壓。
通常，該可切換光準直膜具有小於500μm的厚度，並且該等長形腔室的高度等於或小於該準直層的厚度。通常，該等長形腔室的寬度係在5μm與150μm之間，並且該等長形腔室的長度係在200μm與5mm之間。例如，該等長形腔室的寬度可以在5μm與50μm之間，並且該等長形腔室的長度可以在50μm與5mm之間。
該可切換光準直膜通常由聚合物來製成，聚合物例如由丙烯酸酯單體(acrylate monomers)、氨基鉀酸酯單體(urethane monomers)、苯乙烯單體(styrene monomers)、環氧化物單體(epoxide monomers)、矽烷單體(silane monomers)、硫代烯單體(thio-ene monomers)、硫代炔單體(thio-yne monomers)或乙烯基醚單體(vinyl ether monomers)製成。該第一或第二透光電極層可以由銦錫氧化物製成。
該雙穩態電泳流體通常包含在非極性溶劑中之聚合物官能化顏料粒子及自由聚合物。通常，該顏料用聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚萘(polynaphthalene)或聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)來官能化。該自由聚合物可以包括聚異丁烯(polyisobutylene)或包含乙烯、丙烯或苯乙烯單體(ethylene,propylene,or styrene monomers)的共聚物，並且該密封層可以包括水溶性聚合物或水分散性聚合物，例如，天然存在的水溶性聚合物(諸如纖維素或明膠)或者合成的聚合物，例如，聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯(polyethylene)、聚(乙酸乙烯酯)(poly(vinyl)acetate)、聚乙烯氫吡咯酮(poly(vinyl)pyrrolidone)、聚胺甲酸酯(polyurethane)或其共聚物。
在一個實施例中，該時變電壓包括用於一第一時間之具有一第一極性的一第一電壓及用於一第二時間之具有一第二極性的一第二電壓。在一些實施例中，該第一電壓具有一第一振幅，第二電壓具有一第二振幅，並且該第一振幅與該第二振幅不相等。在一些實施例中，該第一電壓具有一第一振幅，第二電壓具有一第二振幅，並且該第一振幅與該第二振幅相等。在一些實施例中，該第一電壓與該第一時間的乘積係一第一脈衝，該第二電壓與該第二時間的乘積係一第二脈衝，並且該第一脈衝與該第二脈衝的振幅不相等。在一些實施例中，該第一電壓與該第一時間的乘積係一第一脈衝，該第二電壓與該第二時間的乘積係一第二脈衝，並且該第一脈衝與該第二脈衝的振幅相等。在一些實施例中，該時變電壓進一步包括用於一第三時間之具有該第一極性的該第一電壓及用於一第四時間之具有該第二極性的該第二電壓。在一些實施例中，該時變電壓的振幅係在5 V與150 V之間，例如，在80 V與120 V之間。
一些實施例中，當從上方觀看該準直層時，該等長形腔室配置成列與行，其中該長形腔室的較長尺寸沿著列延伸，並且其中該等列彼此隔開至少該等長形腔室的寬度之三倍。通常，當從上方觀看該準直層時，該等長形腔室配置成列與行，並且在同一列內之相鄰的該等長形腔室以小於30μm的間隙隔開。在一些實施例中，在第一列中之相鄰的該等長形腔室之間的間隙與在第二列中之相鄰的該等長形腔室之間的間隙水平地偏移。在一些實施例中，藉由改變該等長形腔室的長度、該等長形腔室的寬度、該等長形腔室的間距或該等長形腔室之間的間隙之寬度或位置來破壞該等長形腔室的對稱性。
在另一個態樣中，本發明包括一種顯示器，其具有一光源、一可切換光準直膜、一薄膜電晶體主動矩陣、一液晶層、一彩色濾光片陣列、一電壓源以及一控制器。該可切換光準直膜包括一第一透光電極層；一準直層，其具有至少20μm的厚度，並且包括複數個長形腔室；以及一第二透光電極層，其中該第一及第二透光層配置在該準直層的任一側。該等長形腔室容納包含顏料粒子的雙穩態電泳流體，並且該等長形腔室用跨越該長形腔室的開口之一密封層來密封。該等控制器在該第一透光電極層與該第二透光電極層之間提供一電壓脈衝，其中該電壓脈衝引起該顯示器的有效透射角之變化。
在一些實施例中，該光準直膜或顯示器額外地包括一電壓源及一控制器，以在該第一透光電極層與該第二透光電極層之間提供一電壓脈衝。在一些實施例中，該顯示器包括配置在該光源與該可切換光準直膜之間的一稜鏡膜。在一些實施例中，該顯示器包括在該稜鏡膜與該光源之間的一擴散層。在一些實施例中，該顯示器包括一觸控螢幕層。
如上所述，本發明提供用於光準直膜的驅動波形，所述光準直膜包括雙穩態電泳流體的長形腔室。可以單獨使用這樣的膜來控制入射至透射基板的光之量及/或方向。這樣的膜亦可以整合至諸如LCD顯示器的裝置中，以提供有用的特徵，例如，供觀看LCD顯示器之使用者使用的隱私區域。使用揭露的波形，可以根據需要改變發射光的準直。此外，因為電泳介質係雙穩態的，所以準直狀態將保持穩定達一段時間，例如，幾分鐘、幾小時、幾天、幾個月，而不需要提供額外的能量至光準直膜。
可以使用卷對卷處理來廉價地製造本文所述之系統。於是，生產大片可切換光準直膜係可行的，所述可切換光準直膜可以在諸如LCD顯示器的製造之其它組裝製程中併入裝置中。這樣的膜可以包括輔助光學膠層及剝離片，從而允許將光準直膜作為成品來運送及分配。光準直膜亦可以用於後續市場(after-market)的光控制，例如，會議室的窗戶、建築物的外窗以及天窗。可使用例如雷射切割輕易地進入光準直膜的第一及第二電極，所以將電壓源及控制器連接至電極係非常容易的。
電泳顯示器通常包括電泳材料層及配置在電泳材料的相對側上之至少兩個其它層，這兩層中之一係電極層。在大多數這樣的顯示器中，這兩個層都是電極層，並且將一個或兩個電極層圖案化，以界定顯示器的像素。例如，一個電極層可以被圖案化成長形的列電極，而另一層可以被圖案化成與列電極成直角延伸之長形的行電極，像素由列電極與行電極的交叉點來界定。替代地，並且更通常地，一個電極層具有單一連續電極的形式，另一個電極層被圖案化成像素電極矩陣，每個像素電極界定顯示器的一個像素。在一些實施例中，使用兩個透光電極層，從而允許光穿過電泳顯示器。
術語「雙穩態(bistable)」及「雙穩性(bistability)」在本文中以該項技藝中之傳統含義用以提及顯示器包括具有在至少一光學性質方面係不同的第一及第二顯示狀態之顯示元件，以及以便在以有限持續時間之定址脈波驅動任何一給定元件後，呈現其第一或第二顯示狀態，以及在定址脈波終止後，那個狀態將持續至少數次，例如，至少4次；定址脈波需要最短持續時間來改變顯示元件之狀態。美國專利第7,170,670號顯示一些具有灰階能力之以粒子為基礎的電泳顯示器不僅在其極端黑色及白色狀態中，而且在其中間灰色狀態中係穩定的，並且一些其它類型的電光顯示器亦同樣是如此。這種類型的顯示器可適當地稱為「多穩態(multi-stable)」而不是雙穩態，但是為了方便起見，術語「雙穩態」在此可以用以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器。
在圖1A至1F中顯示可切換光準直膜(10)的一般功能。膜(10)包括第一透光電極層(12)及第二透光電極層(14)。通常，各自的電極層分別與第一基板(16)及第二基板(18)相關聯。第一基板(16)及第二基板(18)可以是透光聚合物(例如，膜或樹脂)或玻璃。在用卷對卷處理來生產膜(10)的情況下，第一基板(16)及第二基板(18)係可撓性的。透光電極及基板亦可以整合成單層，例如，PET-ITO膜、PEDOT或摻雜有導電材料(例如，石墨烯、奈米管、金屬片、導電金屬氧化物粒子或金屬纖維)及/或摻雜有導電單體或聚合物及/或摻雜有離子材料(例如，鹽)之另一個透光聚合物。
光準直層(21)包括透光聚合物(20)，其已經處理以產生用於容納雙穩態電泳流體(24)之複數個長形腔室(22)，雙穩態電泳流體(24)包含電泳粒子(26)。在一個實施例中，雙穩態電泳流體(24)包括碳氫溶劑，並且電泳粒子(26)包括炭黑(任選地，其如下文所述被官能化)。光準直層至少為20μm厚(即，第一透光電極層(12)與第二透光電極層(14)之間的距離)。光準直層可以比20μm厚，例如比30μm厚，例如比50μm厚，例如比70μm厚，例如比100μm厚，例如比150μm厚，例如比200μm厚。下面將更詳細描述例如藉由壓印熱塑性塑膠來製造長形腔室。 在填充長形腔室(22)之後或期間，用密封層(28)來密封長形腔室(22)，密封層(28)可以是例如與雙穩態電泳流體(24)不相容的親水性聚合物。
為了改變膜(10)的準直特性，第一透光電極層(12)及第二透光電極層(14)可以耦接至電位源(30)。所述源可以是例如電池、電源、光伏或一些其它電位源。控制器(未顯示)用於在第一透光電極層(12)與第二透光電極層(14)之間供應時變電壓。第一透光電極層(12)與第二透光電極層(14)可以經由電極、導線或走線(31)耦接至電位源(30)。在一些實施例中，走線(31)可以用開關(32)來中斷，所述開關可以是例如電晶體開關。第一透光電極層(12)與第二透光電極層(14)之間的電位通常為至少1伏特，例如至少2伏特，例如至少5伏特，例如至少10伏特，例如至少15伏特，例如至少18伏特，例如至少25伏特，例如至少30伏特，例如至少30伏特，例如至少50伏特。在一些實施例中，控制器供應振幅在5伏特與150伏特之間(例如，振幅在80伏特與120伏特之間)的時變電壓。
因為雙穩態電泳流體(24)係雙穩態的，所以電泳粒子(26)將在沒有施加電場的的情況下維持其分佈。此特徵在本文中所列出之E Ink Corporation專利中有充分描述，但是這主要是起因於在雙穩態電泳流體(24)中具有分佈聚合物的特定混合物(例如，聚異丁烯(polyisobutylene)或聚甲基丙烯酸月桂酯(polylaurylmathacrylate))，使得電泳粒子(26)藉由耗盡絮凝(depletion flocculation)來穩定。於是，在圖1A所例示之第一狀態中，儘管在第一透光電極層(12)與第二透光電極層(14)之間沒有施加電位，電泳粒子(26)穩定在分散狀態下。在施加適當的電位之情況下，例如如圖1B所例示，電泳粒子(26)朝適當偏壓的電極層移動，從而沿著長形腔室(22)的高度產生光透射梯度。一旦電泳粒子(26)被驅動至期望的電極層，則電位源(30)可以與電極層分離，從而關閉電位。然而，如圖1C所示，由於雙穩態電泳流體(24)的雙穩性，電泳粒子(26)將保持在第二狀態達一段長時間，例如，數分鐘、數小時、數天。
藉由用反向極性電壓(未顯示)驅動所收集的電泳粒子(26)遠離電極，可以使光準直膜(10)的狀態反轉，以實現圖1D。如下文更詳細地描述，在返回初始狀態(相當於圖1A)時，(大體上)只有準直光能夠通過光準直膜。圖1D的狀態亦是穩定的。如圖1E所示，藉由施加不同於圖1B的反向極性電壓，可以經由此分佈狀態朝第二透光電極(14)驅動電泳粒子(26)。結果，如下所述，電泳粒子(26)將聚集在第二透光電極(14)附近，這亦導致寬視角。圖1F所示之廣角透射狀態亦是雙穩態的，亦即，不需要電力即可維持此狀態。因為圖1C及圖1F的狀態導致廣角透射，所以可以在圖1A、1C、1D及1F所示的狀態之間進行切換，同時維持驅動電子裝置的總體直流平衡。使驅動電子裝置直流平衡可減少電荷積聚並延長系統組件的壽命。
電泳介質的內相包括懸浮液中之帶電顏料粒子。在本發明的可變傳輸介質中所使用之流體通常將具有低介電常數(較佳的是小於10，並且期望是小於3)。特別較佳的溶劑包括脂族烴(aliphatic hydrocarbons)(諸如庚烷(heptane)、辛烷(octane)及石油餾出物(petroleum distillates)(諸如Isopar®(Exxon Mobil)或Isane®(Total))；萜烯(terpenes) (諸如薴烯(limonene)(例如ℓ-薴(l-limonene)))；以及芳香烴(aromatic hydrocarbons)(諸如甲苯(toluene))。特別較佳的溶劑係薴烯，因為它結合了低介電常數(2.3)與相對較高的折射率(1.47)。內相的折射率可以藉由添加折射率匹配劑(例如，可從Cargille-Sacher Laboratories Inc.(Cedar Grove，NJ)獲得之Cargille®折射率匹配流體)來進行修改。在本發明的膠囊介質中，較佳的是，粒子分散體的折射率與囊封材料的折射率盡可能接近地匹配，以減少霧度。當溶劑的折射率接近囊封材料的折射率時，最佳地達到這樣折射率匹配(當使用常用的聚合物囊封材料時)。在大多數情況下，有利的是，內相在550nm下具有1.51至1.57之間的折射率，較佳地在550nm下具有約1.54的折射率。
帶電的顏料粒子可以具有多種顏色及組成物。此外，帶電的顏料粒子可以用表面聚合物來官能化，以改善狀態穩定性。這樣的顏料被描述在美國專利公開案第2016/0085132號中，以參照方式將其整體併入本文。例如，如果帶電粒子為白色，則它們可以由諸如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4、PbSO4等的無機顏料形成。它們亦可以是具有高折射率(>1.5)且具有一定大小(>100nm)以呈現白色的聚合物粒子或者是經過工程改造以具有期望折射率之複合粒子。黑色帶電粒子可以由CI pigment black 26及28之類(例如，鐵錳黑(manganese ferrite black spinel)或銅鉻黑(copper chromite black spinel))或碳黑形成。其它顏色(非白色及非黑色)可以由諸如CI pigment PR254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15：3、PY83、PY138、PY150、PY155或PY20的有機顏料形成。其它實例包括Clariant Hostaperm Red D3G 70-EDS、Hostaperm Pink E-EDS、PV fast red D3G、Hostaperm red D3G 70、Hostaperm Blue B2G-EDS、Hostaperm Yellow H4G-EDS、Novoperm Yellow HR-70-EDS、Hostaperm Green GNX、BASF Irgazine red L 3630、Cinquasia Red L 4100 HD及Irgazine Red L 3660 HD；Sun Chemical phthalocyanine blue、phthalocyanine green、diarylide yellow或diarylide AAOT yellow。帶色粒子亦可以由諸如CI pigment blue 28、CI pigment green 50及CI pigment yellow 227等之無機顏料形成。如美國專利第6,822,782、7,002,728、9,366,935及9,372,380號以及美國公開案第2014-0011913號所述，帶電粒子的表面可以根據粒子所需的電荷極性及電荷位準藉由已知技術進行修飾，在此以參照方式其全部內容併入本文。
粒子可以呈現原生電荷，或者可以使用電荷控制劑來明確地帶電，或者當懸浮在溶劑或溶劑混合物中時可以獲取電荷。合適的電荷控制劑在該項技藝中係眾所周知的；它們本質上可以是聚合的或非聚合的，或者可以是離子的或非離子的。電荷控制劑的實例可以包括但不限於：Solsperse 17000(活性聚合物分散劑(active polymeric dispersant))、Solsperse 9000(活性聚合物分散劑(active polymeric dispersant))、OLOA 11000(琥珀醯亞胺無灰分散劑(succinimide ashless dispersant))、Unithox 750(乙氧基化物(ethoxylates))、Span 85(去水山梨醇三油酸酯(sorbitan trioleate))、Petronate L(磺酸鈉(sodium sulfonate))、Alcolec LV30(大豆卵磷脂(soy lecithin))、Petrostep B100(石油磺酸鹽(petroleum sulfonate))或B70(磺酸鋇(barium sulfonate))、Aerosol OT、聚異丁烯衍生物(polyisobutylene derivatives)或聚(乙烯共丁烯)衍生物(poly(ethylene co-butylene) derivatives)等。除了懸浮液及帶電顏料粒子之外，內相還可以包括穩定劑、界面活性劑及電荷控制劑。當帶電顏料粒子分散在溶劑中時，穩定材料可以被吸附在帶電顏料粒子上。這種穩定材料使粒子保持彼此分離，以致於當粒子處於其分散狀態時，可變傳輸介質實質上是不透射的。如該項技藝所已知，可以藉由使用界面活性劑來協助將帶電粒子(如上所述，通常是炭黑)分散在低介電常數的溶劑中。這樣的界面活性劑通常包含與溶劑相容或可溶於溶劑的極性「頭基(head group)」及非極性「尾基(tail group)」。在本發明中，較佳的是，非極性尾基係飽和或不飽和烴部分或可溶於烴溶劑的另一個基團，例如，聚(二烷基矽氧烷)(poly(dialkylsiloxane))。極性基團可以是任何極性有機官能性基團，其包括離子材料，例如，銨鹽(ammonium)、磺酸鹽(sulfonate)或膦酸鹽(phosphonate salts)或者酸基或鹼基。特別較佳的頭基係羧酸或羧酸鹽基(carboxylic acid or carboxylate groups)。適用於本發明的穩定劑包括聚異丁烯(polyisobutylene)及聚苯乙烯(polystyrene)。在一些實施例中，添加分散劑，例如，聚異丁烯琥琥珀醯亞胺(polyisobutylene succinimide)及/或去水山梨醇三油酸酯(sorbitan trioleate)及/或2-己基癸酸(2-hexyldecanoic acid)。
本發明的電泳介質通常將包含電荷控制劑(CCA)，並且可以包含電荷指示劑。這些電泳介質成分通常包含低分子量界面活性劑、聚合劑或一種或多種成分的摻合物，並且用於穩定或改變電泳粒子上之電荷的符號及/或大小。CCA通常是包含離子基團或其它極性基團(以下稱為頭基)的分子。正或負離子頭基中之至少一者較佳地連接至非極性鏈(通常為烴鏈)，所述非極性鏈在下文中稱為尾基。據認為CCA在內相中形成逆微胞(reverse micelles)，並且是少數帶電的逆微胞，其導致通常用作電泳流體之非極性流體中的導電率。
逆微胞包括高極性核心(通常包含水)，其大小可能在1nm至數十奈米之間變化(並且可能具有球形、圓柱形或其它幾何形狀)，並被CCA分子的非極性尾基包圍。特別是在諸如油/水/界面活性劑混合物的三元混合物中，逆微胞已經被廣泛地研究。一個實例係例如在Fayer et al., J. Chem. Phys., 131, 14704 (2009)中所述之異辛烷/水/AOT混合物。在電泳介質中，通常可以區分三個相：具有表面的固體粒子、以極小液滴(逆微胞)形式分佈之高極性相及包含流體的連續相。在施加電場後，帶電粒子及帶電逆微胞可以在流體中移動，因此，在流體中具有兩條電導平行路徑(流體本身通常具有微小導電率)。
據認為CCA的極性核心藉由吸附至表面上來影響表面上的電荷。在電泳顯示器中，這樣的吸附可以是在電泳粒子的表面或微膠囊的內壁(或其它固相，例如，微細胞的壁)上，以形成類似於逆微胞的結構，這些結構在下文中稱為「半微胞(hemi-micelles)」。當離子對中之一個離子比另一個離子更牢固地附著至表面(例如，藉由共價結合)時，半微胞與未結合的逆微胞之間的離子交換會導致電荷分離，其中較牢固結合的離子保持與粒子相連，而較不牢固結合的離子將併入自由逆微胞束的核心。
形成CCA的頭基之離子材料亦可以在電泳粒子(或其它)表面上誘導離子對形成。因此，CCA可以執行兩個基本功能：表面上之電荷產生及表面之電荷分離。電荷產生可能是起因於CCA分子中存在或併入逆微胞核心或流體及粒子表面的一些部分之間的酸鹼反應或離子交換反應。因此，有用的CCA材料係能夠參與這樣的反應或該項技藝所已知之任何其它充電反應的那些材料。當以光照射粒子時，CCA分子可以額外地充當由電泳粒子產生之光激發的受體。
在本發明的介質中之有用的電荷控制劑之非限制性種類包括有機硫酸鹽(organic sulfates)或磺酸鹽(sulfonates)、金屬皂(metal soaps)、嵌段或梳狀共聚物(block or comb copolymers)、有機醯胺(organic amides)、有機兩性離子(organic zwitterions)以及有機磷酸鹽及膦酸酯(organic phosphates and phosphonates)。有用的有機硫酸鹽及磺酸鹽包括但不限於二(2-乙基己基)磺基琥珀酸鈉(sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate)、十二烷基苯磺酸鈣(calcium dodecylbenzenesulfonate)、石油磺酸鈣(calcium petroleum sulfonate)、中性或鹼性二壬基萘磺酸鋇(neutral or basic barium dinonylnaphthalene sulfonate)、中性或鹼性二壬基萘磺酸鈣(neutral or basic calcium dinonylnaphthalene sulfonate)、十二烷基苯磺酸鈉鹽(dodecylbenzenesulfonic acid sodium salt)及十二烷基硫酸銨(ammonium lauryl sulfate)。有用的金屬皂包括但不限於鹼性或中性石油磺酸鋇(basic or neutral barium petronate)、石油磺酸鈣(calcium petronate)、羧酸(carboxylic acids)(例如，環烷酸(naphthenic)、辛酸(octanoic)、油酸(oleic)、棕櫚酸(palmitic)、硬脂酸(stearic)及肉荳蔻酸(myristic acids))的鈷鹽、鈣鹽、銅鹽、錳鹽、鎂鹽、鎳鹽、鋅鹽、鋁鹽及鐵鹽等等。有用的嵌段或梳型共聚物包括但不限於(A)用對甲苯磺酸甲酯(methyl p‑toluenesulfonate)四元化的2-(N, N-二甲基胺基)異丁烯酸乙酯(2-(N,N-dimethylamino)ethyl methacrylate)與(B)聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)(poly(2-ethylhexyl methacrylate))的AB二嵌段共聚物(AB diblock copolymers)；以及具有聚(12-羥基硬脂酸)(poly(12-hydroxystearic acid))的油溶性尾部且分子量為約1800的梳狀接枝共聚物(comb graft copolymers)，其側接在聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)(poly(methyl methacrylate-methacrylic acid))的油溶性錨基(oil-soluble anchor group)上。有用的有機醯胺/胺包括但不限於聚異丁烯琥琥珀醯亞胺(polyisobutylene succinimides)(例如，OLOA 371或1200(可從Chevron Oronite Company LLC, Houston, Tex.獲得)或Solsperse 17000(可從Lubrizol, Wickliffe, OH獲得：Solsperse係一種 註冊商標))及N-乙烯基-2-吡咯烷酮聚合物(N-vinylpyrrolidone polymers)。有用的有機兩性離子包括但不限於卵磷脂(lecithin)。有用的有機磷酸鹽及膦酸酯包括但不限於具有飽和及不飽和酸取代基(saturated and unsaturated acid substituents)之磷酸化單甘油酯及雙甘油酯(hosphated mono- and di-glycerides)的鈉鹽。用於CCA之有用的尾基包括烯烴(olefins)聚合物，例如，分子量在200-10,000範圍內的聚(異丁烯)(poly(isobutylene))。頭基可以是磺酸、磷酸或羧酸(sulfonic, phosphoric or carboxylic acids)或醯胺(amides)，或者是胺基(amino)，例如，一級、二級、三級或四級銨基(primary, secondary, tertiary or quaternary ammonium groups)。
如下文所更詳細描述，在本發明的介質中使用之電荷佐劑可以使電泳粒子表面上的電荷偏向。這樣的電荷佐劑可以是布式或路易斯酸或鹼。
可以添加粒子分散穩定劑，以防止粒子絮凝或附著至膠囊或者其它壁或表面。對於在電泳顯示器中用作流體的典型高電阻率液體，可以使用非水界面活性劑。這些包括但不限於二醇醚(glycol ethers)、炔二醇(acetylenic glycols)、烷醇醯胺(alkanolamides)、山梨醇衍生物(sorbitol derivatives)、烷基胺(alkyl amines)、四級胺(θuaternary amines)、咪唑啉(imidazolines)、二烷基氧化物(dialkyl oxides)及磺基琥珀酸酯(sulfosuccinates)。
如美國專利第7,170,670號所述，可以藉由在流體中包含數均分子量超過約20,000的聚合物來改善電泳介質的雙穩態性，所述聚合物實質上不吸附在電泳粒子上；為此目的，聚(異丁烯)係較佳的聚合物。
並且，如例如美國專利第6,693,620號所述，在表面上具有固定電荷之粒子在周圍流體中建立具有相反電荷的電雙電。CCA的離子頭基可以與電泳粒子表面上的帶電基團進行離子配對，從而形成一層固定的或部分固定的帶電物種。在此層的外部是包括帶電(逆)微胞的擴散層，帶電(逆)微胞包含在流體中之CCA分子。在傳統DC電泳中，施加的電場在固定的表面電荷上施加力，而在可移動的反電荷上施加相反的力，以致於在擴散層內發生滑動，並且粒子相對於流體移動。在滑動面上的電位稱為ζ電位。
如圖2A、2B及2C所示，光準直膜(10)可以用來使光源(33)變窄(準直)。在第一變窄的狀態下，如圖2A所示，電泳粒子(26)分佈在整個長形腔室(22)中，導致透射角θ1 ，透射角θ1 由長形腔室(22)之間的間距(A)、每個長形腔室(22)的寬度(W)、光準直膜(10)的高度(H)以及從光源(33)至出射基板(在圖2A的實例中為第二基板(18))的距離來界定。從圖2A可以看出，角度θ1由光線X-X’及Y-Y’來大致界定，它們在電泳粒子(26)遍及整個區域分佈的情況下界定光線可以離開光源(33)且越過長形腔室(22)的頂部及底部之相對於法線的最大角度。
如圖2B所示，在第一廣角狀態下，相當於上面圖1C，電泳粒子(26)被驅動至較近的第一基板(16)，並且由光線X-X’及Y-Y’建立新的透射角θ2。如圖2B所示，新的透射角θ2將比θ1寬得多，亦即，θ2>>θ1。同樣地，透射角θ2的有效窄化將為長形腔室(22)之間的間距(A)、每個長形腔室(22)的寬度(W)以及光準直膜(10)的高度(H)之函數。
如圖2C所示，在第二廣角狀態下，相當於上面圖1F，電泳粒子(26)被驅動遠離光源(33)至第二基板(18)，並且由光線X-X’及Y-Y’建立新的透射角θ3。如圖2C所示，新的透射角θ3將比θ1寬得多，亦即，θ3>>θ1。像圖2B，透射角θ3的有效窄化將為長形腔室(22)之間的間距(A)、每個長形腔室(22)的寬度(W)以及光準直膜(10)的高度(H)之函數。再者，雖然似乎可能因與第二基板(18)相鄰而堆積之電泳粒子(26)而投射出陰影，但是沒有觀看到陰影。推測具有足夠的散射光通過光準直膜(10)，以清除這種效應。
為了改變光準直膜的狀態，可以在第一透光電極層與第二透光電極層之間施加各種時變電壓(波形)。如圖3A所示，波形可以是簡單的直流電壓，其被施加以使電泳粒子(26)在長形腔室(22)內移動。如圖3A所示，例如要在分散狀態與堆積狀態之間移動，可以在一段時間t0內施加一個簡單的波形，亦即+V0 的直流電壓(參見WF1 )，從而使電泳粒子朝第一電極(12)移動。可以藉由在一段時間t1 內提供一個新的-V0 直流電壓來反轉這個過程(請參見WF2 )，但是，僅藉由在相等時間內施加相同大小、相反極性的電壓，並不能完全反轉電泳粒子(26)的初始(分散)狀態。通常，必須在較短的時間內施加相反的極性，亦即t0 >t1 ，以使顏料分佈在整個長形腔室(22)中。
實際上，更可靠的是使用如圖3B所示的波形來控制電泳粒子(26)的位置。具體地，WF3 係交流電壓波形，當隨著時間積分時，交流電壓波形是比較負，而不是比較正，從而導致電泳粒子(26)朝第二電極(14)移動。根據經驗已經發現，相較於圖3A所示的直流波形，當使用WF3 時，電泳顆粒(26)的堆積狀態係優越的。再者，無論如何處理堆積狀態，諸如WF4 的交流平衡波形在將電泳粒子(26)重新分佈在長形腔室(22)內方面係非常優越的。
期望在大多數配置中，本發明的光準直膜(10)在從寬透射角(圖2B及2C)轉變成窄透射角(圖2A)方面將提供至少兩倍的有效視角減小(定義成：為相對於法線之角度的函數之相對透射小於50%)。在一些實施例中，觀看面積的減小將大於兩倍，例如，三倍，例如，四倍。由於這種官能性，光準直膜(10)在簡單地應用於玻璃板(例如，室內辦公室窗戶)時可能是有用的，由此可以大大地減小玻璃的透射角，從而增加辦公室使用者的隱私，同時仍然允許大量的光線穿過窗戶。
如圖4所示，可以將光準直膜(10)併入液晶顯示器(LCD)堆疊中。圖4係示例性的，因為LCD堆疊具有許多不同的配置。如圖4所示，藉由光導板(34)與擴散板(35)的組合將通常是一個或多個發光二極體(LED)的光源(33)引導通過顯示器堆疊(包括主動層)。離開擴散板(35)的光朝觀察者的方向(在圖4上方的眼睛)行進，然後遇到上述類型的光準直膜(10)。在圖4所示的狀態下，當光在較窄的透射角內行進時，光準直膜(10)僅允許光傳送至主動層(參見圖2A至2C)。穿過光準直膜(10)的光接下來將繼續穿過第一偏光膜(36)、包括複數個像素電極(42)的主動矩陣薄膜電晶體(AM-TFT)陣列(40)。然後，穿過AM-TFT(40)及像素電極(42)的偏振光將遇到液晶層(44)，從而可以藉由液晶操縱光的偏振，以致於光將經由第二偏光膜(37)傳輸或被拒絕。具體地，如LCD顯示器的技藝所已知，藉由在像素電極與前電極(45)之間提供電場來改變液晶層(44)的光學狀態。接著，經由光準直膜(10)、AM-TFT(40)像素電極(42)、液晶層(44)及前電極(45)傳輸的光將傳輸通過濾光片陣列(46)，濾光片陣列(46)將僅傳送與下面的像素電極(42)相關聯的顏色光譜。最後，具有正確顏色及正確偏振(由液晶層確定)之一定量的光將穿過第二偏光膜(37)並被觀看者觀看。在需要的情況下，在堆疊中可以包括光學黏著劑(47)的各種附加層。堆疊亦可以包括保護蓋層(49)，保護蓋層可以是例如玻璃或塑膠。亦可以將諸如電容式觸控敏感層(48)或數位化層(未顯示)的附加元件添加至堆疊中，以實現觸控螢幕能力或寫入能力等。任選地，LCD堆疊亦可以包括保護蓋層及/或電容式觸控敏感層。
圖4所例示之包括光準直膜(10)的LCD堆疊之淨效應是：可以獨立地控制從LCD顯示器(例如，電腦監視器、智慧型手機、數據終端機或其它LCD顯示器)發出之光的有效視角φ。再者，因為切換介質係雙穩態的，所以裝置實際上可以無限期地保持在「寬」或「窄」狀態中。 在進階實施例中，可以藉由控制朝長形腔室的觀看側驅動之顏料的相對數量來調整窄化量。可以完全獨立於LCD的狀態來調整有效視角。亦即，不需要關閉監視器電源，以在隱私與非隱私模式之間進行切換。
在圖5A至5C中顯示LCD顯示器堆疊之有效視角φ的變化。如圖5A所示，當電泳粒子(26)分散在整個長形腔室(22)中時，具有透射角θ1 的光線可以行進穿過液晶材料及濾光片材料，導致在有效視角φ1 內可以看到的LCD影像。結果，觀看者#1(使用者)在LCD螢幕上看到預期的影像。然而，觀看者#2不在有效視角範圍內，因而無法看到LCD螢幕上的影像。亦即，觀看者#1感受到一個隱私圓錐體。
然而，如圖5B所示，當電泳粒子(26)堆積在電極中之一者上時，具有透射角θ2 的光線可以行進穿過液晶材料及濾光片材料，導致在有效視角φ2 內可以看到LCD影像。在此配置中，觀看者#2能夠在LCD螢幕上看到影像。在圖5C中以圖形方式顯示發射光之有效視角相依的強度。因此，當沿著法線觀看時，觀看者#1感受到從LCD螢幕發出之光的強度幾乎相同，但是觀看者#2在觀看者#1的選擇可能看不到影像。
在圖6中顯示密封層(28)的分解圖。在一些實施例中，如分解圖所示，密封層(28)密封長形腔室(22)的頂部，以便保持雙穩態電泳流體(24)。這可以藉由用雙穩態電泳流體(24)朝長形腔室(22)底部填充及然後用密封配方(在下面被論述)覆蓋最滿的長形腔室(22)來實現。在其它實施例中，密封組成物可能在填充時分散在雙穩態電泳流體(24)中，但是設計成具有正確的疏水性及密度，以使密封配方上升至長形腔室(22)的頂部，從而例如使用光、熱或暴露於活化化學劑來對其進行硬化。在替代實施例(未顯示於圖6)中，長形腔室(22)可以被填充至頂部，並且密封層遍布在透光聚合物(20)的整個頂部上，藉以將雙穩態電泳流體(24)密封在長形腔室內。
用於密封層之密封組成物中的基本成分之實例可以包括但不限於熱塑性塑膠或熱固物及其前驅物。具體實例可以包括諸如單官能丙烯酸酯(monofunctional acrylates)、單官能甲基丙烯酸酯(monofunctional methacrylates)、多官能丙烯酸酯(multifunctional acrylates)、多官能甲基丙烯酸酯(multifunctional methacrylates)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)、纖維素、明膠等的材料。可以將諸如聚合物黏著劑或增黏劑(thickener)、光引發劑(photoinitiator)、催化劑，硫化劑、填料、著色劑或界面活性劑的添加劑添加至密封組成物，以改善物理機械性能及光準直膜。
密封組成物可以是以水為密封溶劑之水溶性聚合物。合適的水溶性聚合物或水溶性聚合物前驅物的實例可以包括但不限於聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)；聚乙二醇(polyethylene glycol)、其與聚丙二醇(polyethylene glycol)的共聚物及其衍生物(例如，PEG-PPG-PEG、PPG-PEG、PPG-PEG-PPG)；聚(乙烯吡咯烷酮)(poly(vinylpyrrolidone) )及其共聚物(例如，聚(乙烯吡咯烷酮)(poly(vinylpyrrolidone))/乙酸乙烯酯(vinyl acetate)(PVP/VA))；多醣(polysaccharides) (例如，纖維素及其衍生物)、聚葡萄糖胺(poly(glucosamine))、聚葡醣(dextran)、瓜爾膠(guar gum)及澱粉；明膠；三聚氰胺-甲醛(melamine-formaldehyde)；聚(丙烯酸)(poly(acrylic acid))、其鹽類及其共聚物；聚(甲基丙烯酸)(poly(methacrylic acid))、其鹽類及其共聚物；聚(順丁烯二酸)(poly(maleic acid))、其鹽類及其共聚物；聚(2-甲基丙烯酸二甲胺乙基)(poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate))；聚(2-乙基-2-噁唑啉)(poly(2-ethyl-2-oxazoline))；聚(2-乙烯吡啶) (poly(2-vinylpyridine))；聚(烯丙胺)(poly(allylamine))；聚丙烯醯胺(polyacrylamide)；聚乙烯亞胺(polyethylenimine)；聚甲基丙烯醯胺(polymethacrylamide)；聚(苯乙烯磺酸鈉)(poly(sodium styrene sulfonate))；用四級銨基團(θuaternary aμmonium groups)官能化的陽離子聚合物(例如，聚(2-甲基丙烯醯氧基乙基三甲基溴化銨)(poly(2-methacryloxyethyltrimethylaμmonium bromide))、聚(烯丙胺鹽酸鹽)(poly(allylamine hydrochloride)))。密封材料亦可以包括水可分散的聚合物，其中水作為配製溶劑。合適的聚合物水分散體的實例可以包括聚氨酯水分散體及乳膠水分散體。在水分散體中之合適的膠乳包括聚丙烯酸酯(polyacrylate)、 聚乙酸乙烯酯(polyvinyl acetate)及其共聚物(例如，乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate))以及聚苯乙烯共聚物(polystyrene copolymers)(例如，聚苯乙烯丁二烯(polystyrene butadiene)及聚苯乙烯/丙烯酸酯(polystyrene/acrylate))。
可能存在於例如黏著劑組成物中之其它成分的實例可以包括但不限於丙烯酸類(acrylics)、苯乙烯-丁二烯共聚物(styrene-butadiene copolymers)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymers)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymers)、聚乙烯丁醛(polyvinylbutyral)、醋酸丁酸纖維素(cellulose acetate butyrate)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚氨酯(polyurethanes)、聚醯胺(polyamides)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinylacetate copolymers)、環氧化物(epoxides)、多官能丙烯酸酯(multifunctional acrylates)、乙烯基(vinyls)、乙烯醚(vinylethers)以及其寡聚物、聚合物及共聚物。黏著層亦可以包含聚氨酯分散體及選自由下列組成之群組的水溶性聚合物：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)；聚乙二醇(polyethylene glycol)及其與聚丙二醇(polypropylene glycol)的共聚物；聚(乙烯吡咯烷酮)(poly(vinylpyrolidone))及其共聚物；多醣(polysaccharides)；明膠；聚(丙烯酸)(poly(acrylic acid))，其鹽類及其共聚物；聚(甲基丙烯酸)(poly(methacrylic acid))、其鹽類及其共聚物；聚(2-甲基丙烯酸二甲胺乙基)(poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate))；聚(2-乙基-2-噁唑啉)(poly(2-ethyl-2-oxazoline))；聚(2-乙烯吡啶)(poly(2-vinylpyridine))；聚(烯丙胺)(poly(allylamine))；聚丙烯醯胺(polyacrylamide)；聚甲基丙烯醯胺(polymethacrylamide)以及用四級銨基團(quaternary ammonium groups)官能化的陽離子聚合物。可以在積層之後藉由例如熱或輻射(例如，紫外線(UV))來使黏著層進行後硬化。
如圖6所示，可以用邊緣密封件(51)來密封整個堆疊，堆疊例如包括基板(53)。邊緣密封件(51)可以包括上述任何密封組成物。邊緣密封件(51)在光準直膜(10)及基板(53)周圍可以是連續的，或者邊緣密封件(51)可以僅覆蓋堆疊的一部分，例如，僅覆蓋光準直膜(10)的外邊緣。在一些實施例中，邊緣密封件(51)可以包括附加的保護層，例如，不透水的層，例如，透明聚乙烯。所述保護層可以提供濕氣或氣體阻隔特性。保護層及/或邊緣密封件的邊緣可以用提供濕氣或氣體阻隔特性之熱或紫外線可固化或熱活化邊緣密封材料來密封。在一個實施例中，邊緣密封件被兩個保護基板夾在中間。
在一些實施例中，邊緣密封件(51)實際上將圍住整個堆疊，從而形成一個密封組件。雖然未顯示，但是理解到，一個或多個電連接可能必須穿過邊緣密封件(51)，以提供與第一電極(12)及第二電極(14)的電連接。這樣的連接可以由可撓性帶狀連接器提供。
除了顯示密封層(28)的細節之外，圖6還例示如何將光準直膜(10)層壓至諸如玻璃或另一種透明耐用材料的基板(53)上。雖然未顯示在圖6中，但是注意到，可以在上方及下方用基板來保護光準直膜(10)。兩個基板可以是不同的或相同的，例如，第一基板可以是玻璃，而第二基板可以是聚乙烯。邊緣密封件(51)可以圍繞上下基板及基板之間的光準直膜(10)延伸。通常，使用例如可從Delo Adhesives獲得的光學膠(52)，將光準直膜(10)黏合至基底(53)上。或者，可以用光學膠(52)與剝離片(54)之組合來覆蓋光準直膜(10)，從而可以將具有剝離片(54)的光準直膜(10)捲起及運送至裝配廠，在那裡將其切割成一定尺寸。如圖7所示，在展開之前，可以移除剝離片(54)，並且可以將光準直膜(10)直接附著至基板(53)上。基板可以是需要光準直的任何透明表面，例如，會議室窗戶、汽車玻璃或LCD堆疊中的擴散板。製造光準直膜
可以使用如圖8所示及US 9,081,250所詳述之卷對卷製程來生產光準直膜。如圖8所示，製程包含一些步驟。在第一步驟中，在導電透明膜(61)(例如，包括一層銦錫氧化物之聚對酞酸乙二酯(polyethylene terephthalate)(PET)膜(PET-ITO))上沉積壓印組成物層(60)(例如，熱塑性塑膠、熱固物或其前驅物，任選地具有溶劑)。(所述溶劑如果存在，則其容易蒸發。)可以使用底漆層(亦即，電極保護層)來增加壓印組成物層與支撐層(可以是PET)之間的黏著力。此外，可以在底漆層中使用助黏劑，以改善與支撐層的黏著力。在第二步驟中，藉由預圖案化壓印工具(62)在高於層材料的玻璃轉移溫度之溫度下壓印層(60)，其製造將在下面作描述。(可以調整底漆及/或助黏劑，以減少對壓印工具(62)的黏著力。)在第三步驟中，較佳地在例如藉由冷却來硬化圖案化層(60)期間或之後，從壓印工具(62)釋放圖案化層(60)。現在，長形腔室的特徵圖案(如上所述)被建立。 在第四步驟中，用上述雙穩態電泳流體(64)來填充長形腔室(63)。在一些實施例中，雙穩態電泳流體將包括與電泳流體(64)不相容且比重低於電泳流體(64)中之溶劑及顏料粒子的密封組成物。在這樣的實施例中，密封組成物將上升至長形腔室(63)的頂部，從而可以在隨後的步驟中進行硬化。作為替代方案(未顯示於圖8中)，可以在用電泳流體(64)填充長形腔室(63)之後施加密封組成物。在下一個步驟中，藉由例如用紫外線輻射(65)或者藉由熱度或濕氣硬化密封組成物來密封填充有電泳流體(64)之長形腔室(63)。在第六步驟中，將密封的長形腔室層壓至第二透明導電膜(66)，該第二透明導電膜可以預先塗有光學膠層(67)，光學膠層可以是壓敏黏著劑、熱熔黏著劑及熱、濕氣或輻射固化型黏著劑。[用於光學膠的較佳材料包括丙烯酸類、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯丁醛、醋酸丁酸纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚醯胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、 環氧化物、多官能丙烯酸酯、乙烯基、乙烯醚及其寡聚物、聚合物及共聚物。]在最後步驟中，可以例如用刀口(69)或用雷射切割機切割完成的可切換光準直膜片。在一些實施例中，可以在完成的可切換光準直膜上執行第八步驟(其包括層壓另一個光學膠及一個剝離片)，以致於當膜要用於例如併入顯示器、窗戶或其它裝置/基板中時，膜可以以區段片或卷的方式來運輸並切割成一定尺寸。
壓印工具(62)可以藉由光阻製程，隨後進行蝕刻或電鍍來製備。它因而塗佈有一層光阻並暴露在紫外線下。光罩設置在紫外線與光阻層之間。在一些實施例中，接著藉由用適當的有機溶劑或水溶液洗滌未曝光或曝光的區域來移除它們。對剩餘光阻進行乾燥，並且再用種子金屬薄層對其進行濺射。母版(master)因而準備好進行電鑄。用於電鑄的典型材料係鎳鈷。或者，母版可以藉由胺磺酸鎳電鑄或無電鎳沉積來由鎳製成。壓印工具的底板通常為50至5000微米厚。如“Replication techniques for micro-optics”, SPIE Proc. Vol. 3099, pp 76-82 (1997)所述，母版亦可以使用其它微工程技術來製作，其包括電子束寫入、乾蝕刻、化學蝕刻、雷射寫入或電射干涉。 或者，壓印工具可以藉由使用塑膠、陶瓷或金屬的光加工來製造。下面將更詳細地描述用於壓印工具生產的幾種方法。
圖9A及9B用壓印工具(111)來例示壓印製程，其中在壓印工具的表面上具有三維微結構(被圈起來)。如圖9A及9B所示，將壓印工具(111)施加至至少20μm厚(例如至少40μm厚，例如至少50μm厚，例如至少60μm厚，例如至少80μm厚，例如至少100μm厚，例如至少150μm，例如至少200μm厚，例如至少250μm厚)的壓印組成物(112)。在使壓印組成物硬化(例如，藉由輻射)或使可熱壓印材料在熱及壓力下壓印之後，將已壓印的材料從壓印工具中釋放出來(參見圖9B)，因而留下所需尺寸的長形腔室，其中長形腔室的高度等於或小於準直層(壓印組成物)的厚度，並且其中長形腔室的寬度在9μm至150μm之間，而腔室的長度在200μm至5mm之間。
使用傳統的壓印工具，由於已硬化或已熱壓印的材料與壓印工具的表面之間的不期望強黏著力，所以已硬化或已熱壓印的材料有時無法從工具中完全釋放。在這種情況下，可能有一些已硬化的或已壓印的材料轉移至或黏附在壓印工具的表面上，從而在由此製程所形成的物件上留下不平坦的表面。
如果物件形成在諸如透明導電層或聚合物層的支撐層上，則此問題會更加明顯。如果已硬化或已熱壓印的材料與支撐層之間的黏著力比已硬化或已熱壓印的材料與壓印工具表面之間的黏著力還弱，則已硬化或已熱壓印的材料從壓印工具釋放的過程可能會導致物件與支撐層分離。
在某些情況下，可能在堆疊層上形成一個物件，並且在這種情況下，如果任意兩個相鄰層之間的黏著力比已硬化或已熱壓印的材料與壓印工具表面之間的黏著力還弱，則已硬化或已熱壓印的材料從壓印工具釋放的過程可能會導致這兩層之間的破裂。
當已硬化的壓印組成物或已熱壓印的材料不能很好地黏附至某些支撐層時，上述問題特別令人關注。例如，如果支撐層係聚合物層，則在聚合物層與已硬化的或已熱壓印的壓印組成物之間的黏著力在它們中之一者是親水而另一者是疏水的情況下是很弱的。因此，較佳的是，壓印組成物與支撐層皆是疏水的或兩者皆是親水的。
用於形成壓印層或支撐層之合適的親水組成物可以包含極性寡聚物或聚合物材料。如美國專利第7,880,958號所述，這樣的極性寡聚物或聚合物材料可以選自由具有下列中之至少一者的寡聚物或聚合物所組成之群組：例如硝基(nitro)(-NO2)、羥基(hydroxyl)(-OH)、羧基(carboxyl)(-COO)、烷氧基(alkoxy)(-OR，其中R是烷基(alkyl group))、鹵基(halo)(例如，氟基(fluoro)、氯基(chloro)、溴基(bromo)或碘基(iodo))、氰基(cyano)(-CN)、磺酸鹽(sulfonate)(-SO3)等。極性聚合物材料的玻璃轉移溫度較佳地低於約100℃，更佳地，低於約60℃。合適的極性寡聚物或聚合物材料的具體實例可以包括但不限於聚乙烯醇( polyvinyl alcohol)、聚丙烯酸(polyacrylic acid)、聚(甲基丙烯酸2-羥乙酯)(poly(2-hydroxylethyl methacrylate))、多羥基官能化的聚酯丙烯酸酯(polyhydroxy functionalized polyester acrylates)(例如，BDE 1025，Bomar Specialties Co，Winsted，CT) 或烷氧基化的丙烯酸酯(alkoxylated acrylates)，例如，乙氧基化的壬基苯酚丙烯酸酯(ethoxylated nonyl phenol acrylate)(例如，SR504，Sartomer Company)、乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(ethoxylated trimethylolpropane triacrylate)(例如，SR9035，Sartomer Company)或乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯(ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate)(例如，SR494，來自Sartomer Company)。
壓印工具(111)可以直接用於壓印組成物(112)。更典型地，壓印工具(111)安裝在光面滾筒(plain drum)上，以允許壓印套筒在壓印組成物(112)上旋轉。壓印滾筒或套筒(121)通常由導電材料形成，例如，金屬(例如，鋁、銅、鋅、鎳、鉻、鐵、鈦、鈷等)、由上述金屬中之任一者所衍生的合金或不銹鋼。可以使用不同的材料來形成滾筒或套筒。例如，滾筒或套筒的中心可以由不銹鋼形成，而鎳層被夾在不銹鋼與最外層之間，所述最外層可以是銅層。
方法A：如圖10所示，壓印滾筒或套筒(121)可以由在其外表面上具有導電塗層或導電種子層的非導電材料形成。在塗佈之前，在如圖10的步驟B所示在壓印滾筒或套筒(121)的外表面上塗佈感光材料(122)之前，可以使用精密研磨和拋光，以確保滾筒或套筒的外表面之光滑度。然後，可以將感光材料(122)(例如，光阻)塗佈在壓印滾筒或套筒(121)的外表面上。感光材料可以是正型、負型或雙重型。感光材料亦可以是化學放大型光阻。塗佈可以使用浸塗、噴塗或環塗(ring coating)來進行。如圖10的步驟C所示，在乾燥及/或烘烤之後，可以例如藉由將感光材料暴露在光源下來使感光材料曝光。或者，感光材料(122)可以是被層壓至壓印滾筒或套筒(121)的外表面上之乾膜光阻。當使用乾膜時，亦如上所述將其暴露於光源。
在圖10的步驟C中，合適的光源(123)(例如，紅外線(IR)、紫外線、電子束或雷射)用於使在壓印滾筒或套筒(121)上所塗佈之感光材料或所層壓之乾膜光阻(122)曝光。光源可以是連續光或脈衝光。光罩(124)可任選地用於界定要形成的三維微結構。取決於微結構，曝光可以是逐步的、連續的或其組合。 在曝光之後且在顯影之前，可以對感光材料(122)進行曝光後處理，例如，烘烤。取決於感光材料的型態，將藉由使用顯影劑來移除曝光或未曝光的區域。在顯影之後且在沉積之前，可以使在外表面上具有圖案化感光材料(125)之滾筒或套筒(如圖10的步驟D所示)經歷烘烤或全面曝光(例如，電鍍、無電電鍍、物理氣相沉積、化學氣相沉積或濺射沉積)。圖案化感光材料的厚度較佳地大於所要形成之三維微結構的深度或高度。
可以將金屬或合金(例如，鎳、鈷、鉻、銅、鋅或由上述金屬中之任一者所衍生的合金)電鍍及/或無電電鍍至滾筒或套筒上。電鍍材料(126)沉積在滾筒或套筒的外表面上未被圖案化感光材料覆蓋的區域中。如圖10的步驟E所示，沉積物厚度較佳地小於感光材料的厚度。藉由調整電鍍條件(例如，陽極與陰極(亦即，滾筒或套筒)之間的距離(如果使用電鍍)、滾筒或套筒的轉速及/或電鍍液的循環)，可以將整個滾筒或套筒區域上的沉積物之厚度變化控制為小於1%。
或者，如美國專利第8,114,262號所述，在使用電鍍來沉積電鍍材料(126)的情況下，可以藉由在陰極(亦即，滾筒或套筒)與陽極之間插入非導電厚度均勻器(thickness uniformer)來控制在滾筒或套筒的整個表面上之沉積物的厚度變化，在此以參照方式將其全部併入本文。
在電鍍之後，可以藉由剝除劑(stripper)(例如，有機溶劑或水溶液)使圖案化感光材料(125)剝離。可以任選地使用精密拋光，以確保在整個滾筒或套筒上的沈積物(126)之可接受的厚度變化及粗糙度。圖10的步驟F顯示上面形成有三維圖案微結構之壓印滾筒或套筒的剖面圖。
方法 B ：或者，如圖11所示，可以在平坦的基板上形成三維微結構。 在圖11的步驟A中，在基板層(141)(例如，玻璃基板)上塗佈感光材料(142)。如上所述，感光材料(142)可以是正型、負型或雙重型。感光材料(142)亦可以是化學放大型光阻。塗佈可以使用浸塗、噴塗、狹縫式塗佈(slot die coating)或旋轉塗佈(spin coating)來進行。在乾燥及/或烘烤之後，使感光材料經由光罩(未顯示)暴露於合適的光源(未顯示)。或者，感光材料(142)可以是被層壓至基板(141)上之乾膜光阻(通常可在市場上購得)。如上所述，乾膜亦暴露於光源。
在圖11的步驟B中，在曝光之後，取決於感光材料的型態，將藉由使用顯影劑來移除感光材料的曝光或未曝光區域。在顯影之後且在步驟C之前，對具有剩餘感光材料(142)的基板層(141)進行烘烤或全面曝光。剩餘感光材料的厚度應與所要形成之三維微結構的深度或高度相同。在步驟C中，在剩餘感光材料(142)及基板(141)之未被感光材料佔據的區域上塗佈導電種子層(143)。導電種子層通常由銀形成，但是亦可以使用其它導電材料，例如，金或鎳。
在步驟D中，將金屬或合金(144)(例如，鎳、鈷、鉻、銅、鋅或由上述金屬中之任一者所衍生的合金)電鍍及/或無電電鍍至被導電種子層覆蓋的表面上，並且實施此電鍍製程，直到在圖案化感光材料上有足夠的電鍍材料厚度(h)為止。在圖11的步驟D中之厚度(h)較佳地為25至5000微米，並且更佳地，25至1000微米。
在電鍍之後，使電鍍材料(144)與被剝除的基板層(141)分離。一起移除感光材料(142)與導電種子層(143)。感光材料可以藉由剝除劑(例如，有機溶劑或水溶液)來移除。導電種子層(143)可以藉由酸性溶液(例如，硫酸/硝酸混合物)或可在市場上購得之化學剝除劑來移除，因而僅留下一側具有三維結構而另一側是平坦的金屬片(144)。可以對金屬片(144)實施精密拋光，然後可以將這個平填隙片直接用於壓印，或者將其安裝(纏繞)在滾筒上且三維微結構在外表面上，以形成壓印工具。如上所述，最終在壓印工具的整個表面上塗佈貴金屬或其合金。如上所述，由於金或其合金缺乏反應性，因而它比其它貴金屬及合金更佳。
方法 C ：在圖12中展示另一種替代方法。此方法相似於圖11的方法，但是是簡化的。取替諸如銀的導電種子層，將一層貴金屬或其合金(153)簡單地塗佈在感光材料(152)上。如上所述，金或其合金係較佳的。因此，在步驟E中，在將電鍍材料(154)與基板(151)分離之後，僅移除感光材料(152)，金或合金塗層(153)與金屬片(154)一起留下，並且一側為三維結構，而另一側係平坦的。
用於形成準直層的組成物中之成分的實例可以包括但不限於熱塑性或熱固性材料或其前驅物，例如，多官能乙烯基(multifunctional vinyls)，其包括但不限於丙烯酸酯(acrylates)、甲基丙烯酸酯(methacrylates)、烯丙基(allyls)、苯乙烯(vinylbenzenes)、乙烯醚(vinylethers)、多官能環氧化物(multifunctional epoxides)及其寡聚物或聚合物等。經常使用多官能丙烯酸酯(multifunctional acrylate)及其寡聚物。多官能環氧化物與多官能丙烯酸酯的組合亦可用於達成準直層的所需物理機械性能。亦可以添加低Tg(玻璃轉移溫度)黏著劑或賦予可撓性的可交聯寡聚物(例如，聚氨酯丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯)，以改善壓印隱私層的抗撓性。
用於準直層的組成物之其它實例可以包括極性寡聚物或聚合物材料。這樣的極性寡聚物或聚合物材料可以選自由具有下列中之至少一者的寡聚物或聚合物所組成之群組：例如硝基(-NO2 )、羥基(-OH)、羧基(-COO)、烷氧基(-OR，其中R是烷基)、鹵基(例如，氟基、氯基、溴基或碘基)、氰基(-CN)、磺酸鹽(-SO3 )等。極性聚合物材料的玻璃轉移溫度較佳地低於約100℃，更佳地，低於約60℃。合適的極性寡聚物或聚合物材料的具體實例可以包括但不限於多羥基官能化的聚酯丙烯酸酯(例如，BDE 1025，Bomar Specialties Co，Winsted，Conn.) 或烷氧基化的丙烯酸酯，例如，乙氧基化的壬基苯酚丙烯酸酯(例如，SR504，Sartomer Company)、乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，SR9035，Sartomer Company)或乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，來自Sartomer Company)。
或者，準直層組成物可以包含(a)至少一種雙官能紫外線可固化成分、(b)至少一種光引發劑及(c)至少一種脫模劑。合適的雙官能成分可以具有高於約200的分子量。雙官能丙烯酸酯(difunctional acrylates)係較佳的，並且具有氨基甲酸酯(urethane)或乙氧基化主鏈(ethoxylated backbone)的雙官能丙烯酸酯係特別較佳的。更具體地說，合適的雙官能成分可以包括但不限於二乙二醇二丙烯酸酯(diethylene glycol diacrylate)(例如，來自Sartomer的SR230)、三乙二醇二丙烯酸酯(triethylene glycol diacrylate)(例如，來自Sartomer的SR272)、四乙二醇二丙烯酸酯(tetraethylene glycol diacrylate)(例如，來自Sartomer的SR268)、聚乙二醇二丙烯酸酯(polyethylene glycol diacrylate)(例如 ，來自Sartomer的SR295、SR344或SR610)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(polyethylene glycol dimethacrylate)(例如，來自Sartomer的SR603、SR644、SR252或SR740)、乙氧基化的雙酚A二丙烯酸酯(ethoxylated bisphenol A diacrylate)(例如，來自Sartomer的CD9038、SR349、SR601或SR602)、乙氧基化的雙酚A二甲基丙烯酸酯(ethoxylated bisphenol A dimethacrylate)(例如，來自Sartomer的CD540、CD542、SR101、SR150、SR348、SR480或SR541)及氨基甲酸酯二丙烯酸酯(urethane diacrylate )(例如，來自Sartomer的CN959、CN961、CN964、CN965、CN980或CN981；來自Cytec的Ebecryl 230、Ebecryl 270、Ebecryl 8402、Ebecryl 8804、Ebecryl 8807或Ebecryl 8808)。合適的光引發劑可以包括但不限於雙醯基氧化膦(bis-acyl-phosphine oxide)、2-芐基-2-(二甲氨)-1-[4-(4-嗎啉基)苯基]-1-丁酮(2-benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl]-1-butanone)、2,4,6-三甲基苯甲醯二苯基氧化膦(2,4,6-trimethylbenzoyl diphenyl phosphine oxide)、2-異丙基-9H-噻吨-9-酮(2-isopropyl-9H-thioxanthen-9-one)、4-苯甲醯基-4’-甲基二苯硫醚及1-羥基-環己基-苯基-酮(4-benzoyl-4’-methyldiphenylsulphide and 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone)、2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮(2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one)、1-[4-(2-羥乙氧)-苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙烷-1-酮(1-[4-(2-hydroxyethoxy)-phenyl]-2-hydroxy-2-methyl-1-propane-1-one)、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮(2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one) 或2-甲基-1[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉代丙烷-1-酮(2-methyl-1[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-one)。 合適的脫模劑可以包括但不限於有機改質的矽氧共聚物，例如，矽氧丙烯酸酯(silicone acrylates)（例如，來自Cytec的Ebercryl 1360或Ebercyl 350)、矽氧聚醚(silicone polyethers)(例如，來自Momentive的Silwet 7200、Silwet 7210、Silwet 7220、Silwet 7230、Silwet 7500、Silwet 7600或Silwet 7607)。組成物可以進一步任選地包括下列一種或多種成分：共引發劑(co-initiator)、單官能紫外線可固化成分、多官能紫外線可固化成分或穩定劑。
由上述製造方法所產生之光準直層的兩種幾何形狀顯示於圖13及14中(從上方觀看)。這些幾何形狀顯示長形腔室(22)的縱橫比之總體趨勢，其中它們的方向(L)比另一個方向(W)還長。亦即，長形腔室的長度(L)通常至少是長形腔室的寬度(W)之兩倍，例如，至少是長形腔室的寬度之三倍，例如，至少是長形腔室的寬度之四倍，例如，至少是長形腔室的寬度之五倍，例如，至少是長形腔室的寬度之十倍。[如上所述，長形腔室的高度(H)(在圖13和14中之頁面的平面之外)等於或小於準直層的厚度。]通常，每個長形腔室的寬度在9μm至150μm之間。 通常，每個長形腔室的長度在200µm至5mm之間。
如先前所論述，列之間的間隔(A)(亦稱為「間距」)在確定當電泳顏料(26)完全分佈在長形腔室(22)中時減小多少視角方面伴演主要角色。如果長形腔室(22)的高度保持固定，則視角隨著間隔「A」減小而變窄。然而，對於要穿過的光，減小「A」表示有更多的帶有顏料粒子之雙穩態電泳液(24)，並且光準直膜的總體透光降低。以類似的方式，由於在光源與觀看者之間的散射粒子之數量，在同一列內之相鄰長形腔室之間的間隙寬度「G」亦會影響光準直層的總體透射。因此，圖13的總體透射低於圖14的總體透射。然而，在圖13中，未準直光的「洩漏」較少，因為存在較少的離軸路徑可讓入射光行進穿過長形腔室。
在一些實施例中，當例如如上所述用滾動壓印工具形成長形腔室時，長形腔室形成為列與行(從上方觀察)。為了使洩漏最小化，在圖13及圖14中，第一列的相鄰長形腔室之間的間隙與第二列的相鄰長形腔室之間的間隙水平地偏移。通常，在同一列內的相鄰長形腔室之間的間隙寬度「G」小於30μm，例如小於25μm，例如小於20μm，例如小於15μm，例如小於10μm。在連續列中的相鄰長形腔室之間的間隙可以偏移至少1μm，例如至少2μm，例如至少3μm，例如至少5μm。在一些實施例中，如圖14所示，第一列的整個間隙被第二列的長形腔室跨越。在大多數實施例中，L＞G。在許多實施例中，L＞＞G。在大多數實施例中，A＞W。在許多實施例中，A＞＞W。
讓渡給麻省理工學院(MIT)、E Ink Corporation、E Ink California，LLC及相關公司或以其名義的許多專利及申請案描述用於膠囊及微細胞電泳及其它電光介質的各種技術。膠囊電泳介質包括許多小膠囊，每個小膠囊本身包括一個內相及一個包圍內相的膠囊壁，所述內相包含在流體介質中的可電泳移動粒子。通常，膠囊本身被保持在聚合物粘著劑內，以形成位於兩個電極之間的黏合層(coherent layer)。在微細胞電泳顯示器中，帶電粒子及流體沒有被囊封在微膠囊內，而是保持在載體介質(通常是聚合物膜)中所形成之複數個空腔內。
在這些專利及申請案中所述之技術包括(a)電泳粒子、流體及流體添加劑；參見例如，美國專利第7,002,728及7,679,814號以及美國專利申請公開案第2016/0170106號；(b)膠囊、黏著劑及膠囊化製程；參見例如，美國專利第6,922,276及7,411,719號以及美國專利申請公開案第2011/0286081號；(c)微細胞結構、壁材及形成微細胞之方法；參見例如，美國專利第6,672,921、6,751,007、6,753,067、6,781,745、 6,788,452、6,795,229、6,806,995、6,829,078、6,833,177、6,850,355、6,865,012、6,870,662、6,885,495、6,906,779、6,930,818、6,933,098、6,947,202、6,987,605、7,046,228、7,072,095、7,079,303、7,141,279、7,156,945、7,205,355、7,233,429、7,261,920、7,271,947、7,304,780、7,307,778、7,327,346、7,347,957、7,470,386、7,504,050、7,580,180、7,715,087、7,767,126、7,880,958、8,002,948、8,154,790、8,169,690、8,441,432、8,582,197、8,891,156、9,279,906、9,291,872及9,388,307號以及美國專利申請公開案第2003/0175480、2003/0175481、2003/0179437、2003/0203101、2013/0321744、2014/0050814、2015/0085345、2016/0059442、2016/0004136及2016/0059617號；(d)用於填充及密封微細胞之方法；參見例如，美國專利第6,545,797、6,751,008、6,788,449、6,831,770、6,833,943、6,859,302、6,867,898、6,914,714、6,972,893、7,005,468、7,046,228、7,052,571、7,144,942、7,166,182、7,374,634、7,385,751、7,408,696、7,522,332、7,557,981、7,560,004、7,564,614、7,572,491、7,616,374、7,684,108、7,715,087、7,715,088、8,179,589、8,361,356、8,520,292、8,625,188、8,830,561、9,081,250及9,346,987號以及美國專利申請公開案第2002/0188053、2004/0120024、2004/0219306、2006/0132897、2006/0164715、2006/0238489、2007/0035497、2007/0036919、2007/0243332、2015/0098124及2016/0109780號；(e)包含電光材料之薄膜及次總成(sub-assemblies)；參見例如，美國專利第6,825,829、6,982,178、7,112,114、7,158,282、7,236,292、7,443,571、7,513,813、7,561,324、7,636,191、7,649,666、7,728,811、7,729,039、7,791,782、7,839,564、7,843,621、7,843,624、8,034,209、8,068,272、8,077,381、8,177,942、8,390,301、8,482,835、8,786,929、8,830,553、8,854,721、9,075,280及9,238,340號以及美國專利申請公開案第2007/0237962、2009/0109519、2009/0168067、2011/0164301、2014/0115884及2014/0340738號；(f)在顯示器中所使用之背板、黏著層及其它輔助層以及方法；參見例如，美國專利第7,116,318、7,535,624及9,310,661號以及美國專利申請公開案第2016/0103380及2016/0187759號；(g)用於驅動顯示器之方法；參見例如，美國專利第5,930,026、6,445,489、6,504,524、6,512,354、6,531,997、6,753,999、6,825,970、6,900,851、6,995,550、7,012,600、7,023,420、7,034,783、7,061,166、7,061,662、7,116,466、7,119,772、7,177,066、7,193,625、7,202,847、7,242,514、7,259,744、7,304,787、7,312,794、7,327,511、7,408,699、7,453,445、7,492,339、7,528,822、7,545,358、7,583,251、7,602,374、7,612,760、7,679,599、7,679,813、7,683,606、7,688,297、7,729,039、7,733,311、7,733,335、7,787,169、7,859,742、7,952,557、7,956,841、7,982,479、7,999,787、8,077,141、8,125,501、8,139,050、8,174,490、8,243,013、8,274,472、8,289,250、8,300,006、8,305,341、8,314,784、8,373,649、8,384,658、8,456,414、8,462,102、8,514,168、8,537,105、8,558,783、8,558,785、8,558,786、8,558,855、8,576,164、8,576,259、8,593,396、8,605,032、8,643,595、8,665,206、8,681,191、8,730,153、8,810,525、8,928,562、8,928,641、8,976,444、9,013,394、9,019,197、9,019,198、9,019,318、9,082,352、9,171,508、9,218,773、9,224,338、9,224,342、9,224,344、9,230,492、9,251,736、9,262,973、9,269,311、9,299,294、9,373,289、9,390,066、9,390,661及9,412,314號以及美國專利申請公開案第2003/0102858、2004/0246562、2005/0253777、2007/0091418、2007/0103427、2007/0176912、2008/0024429、2008/0024482、2008/0136774、2008/0291129、2008/0303780、2009/0174651、2009/0195568、2009/0322721、2010/0194733、2010/0194789、2010/0220121、2010/0265561、2010/0283804、2011/0063314、2011/0175875、2011/0193840、2011/0193841、2011/0199671、2011/0221740、2012/0001957、2012/0098740、2013/0063333、2013/0194250、2013/0249782、2013/0321278、2014/0009817、2014/0085355、2014/0204012、2014/0218277、2014/0240210、2014/0240373、2014/0253425、2014/0292830、2014/0293398、2014/0333685、2014/0340734、2015/0070744、2015/0097877、2015/0109283、2015/0213749、2015/0213765、2015/0221257、2015/0262255、2015/0262551、2016/0071465、2016/0078820、2016/0093253、2016/0140910及2016/0180777號。
三層電光顯示器的製造通常涉及至少一個層壓操作。例如，在前述MIT及E Ink的幾個專利及申請案中，描述一種用於製造膠囊型電泳顯示器的方法，其中將在黏著劑中包含膠囊的膠囊電泳介質塗佈在可撓性基板上，所述可撓性基板在塑膠膜上包括銦錫氧化物(ITO)或相似的導電塗層(其充當最終顯示器的一個電極)，乾燥膠囊/黏著劑塗層，以形成牢固地黏附至基板上之電泳介質的黏合層。單獨地，製備背板，其包含像素電極陣列及適當配置成將像素電極連接至驅動電路的導體。為了形成最終顯示器，使用層壓黏著劑將上面具有膠囊/黏著劑層的基板層壓至背板上。在一個實施例中，背板本身係可撓性的，並且藉由在塑膠膜或其他可撓性基板上印刷像素電極及導體來製備。在其它實施例中，兩個電極皆是可撓性的，從而允許建構的電泳顯示器係可撓性的。藉由這種方法大量生產顯示器的明顯層壓技術係使用層壓黏著劑進行的輥層壓(roll lamination)。類似的製造技術可以用於其它類型的電光顯示器。例如，微細胞電泳介質可以以與膠囊電泳介質大致相同的方式層壓至背板或可撓性電極。
美國專利第6,982,178號描述一種組裝固態電光顯示器(包括膠囊型電泳顯示器)的方法，所述方法非常適合於大量生產。實質上，此專利描述一種所謂的「前平面層壓板」(「FPL」)，其依序包括透光導電層；與導電層電接觸的固體電光介質層；黏著層；以及剝離片。通常，透光導電層將承載在透光基板上，透光基板較佳地是可撓性的，在這種意義上，基板可以手動纏繞在直徑為10英寸(254μm)的滾筒(比如說)上而不會永久變形。術語「透光的」在本專利及本文中用於意指如此表示的層透射足夠的光，以使觀察者能夠看透此層，以觀察電光介質的顯示狀態之變化，所述變化通常可以透過導電層及相鄰基板(如果存在)來觀看；在電光介質在不可見波長下顯示反射率變化之情況下，術語「透光的」當然應該解釋為意指相關不可見波長的透射。基板通常是聚合物膜，並且通常具有約1至約25密耳(25至634μm)，較佳地，約2至約10密耳(51至254μm)的厚度。導電層傳統上是薄金屬或金屬氧化層，例如，鋁或ITO，或者可以是導電聚合物。塗佈有鋁或ITO的聚(對酞酸乙二酯)(PET)薄膜在市場上係可購得的，例如，來自E.I. du Pont de Nemours＆Company, Wilmington DE的「鋁化Mylar」(「Mylar」是註冊商標)，以及這樣的商品材料可以使用在前平面層壓板中且具有良好的結果。
使用這樣的前平面層壓板之電泳顯示器的組合體可以藉由從前平面層壓板移除剝離片並在有效使黏著層黏附至背板的條件下使黏著層與背板接觸來實現，從而確保將黏著層、電光介質層及導電層固定至背板。這種方法非常適合於大量生產，因為前平面層壓板可以大量生產(通常使用成卷對卷塗佈(roll-to-roll coating)技術)，然後切割成與特定背板一起使用所需之任何尺寸的片段。
術語「脈衝」在本文中以電壓相對於時間的積分之傳統含義來使用。然而，一些雙穩態電泳介質充當電荷轉換器(charge transducer)，以及對於這樣的介質，可以使用脈衝之另一個定義，亦即，電流相對於時間之積分(它等於所施加之總電荷量)。應該根據介質充當電壓-時間脈衝轉換器或電荷脈衝轉換器，使用脈衝之適當定義。
驅動電泳顯示器的另一個複雜之處是需要所謂的「DC平衡」。美國專利第6,531,997號及第6,504,524號論述可能遇到的問題，並且如果用於驅動顯示器的方法沒有導致在整個電泳介質上所施加之淨時間平均電場為零或接近零，則顯示器的工作壽命將縮短。確實導致在整個電泳介質施加零淨時間平均電場的驅動方法通常意指「直流平衡」或「DC平衡」。
如所示，膠囊電泳介質通常包括配置在聚合物黏著劑中之電泳膠囊，聚合物黏著劑用於將離散的膠囊形成為黏合層。聚合物分散的電泳介質中之連續相與微細胞介質的細胞壁具有相似的功能。E Ink研究人員已經發現，在電泳介質中用作黏著劑的特定材料會影響介質的電光特性。受黏著劑選擇影響之電泳介質的電光特性中，有所謂的「停留時間相依性(dwell time dependence)」。如美國專利第7,119,772號(特別參見圖34及相關描述)所論述，在某些情況下，雙穩態電泳顯示器的兩個特定光學狀態之間轉換所需的脈衝會隨著像素在其初始光學狀態中之滯留時間而變化，這種現象稱為「停留時間依賴性」或「DTD」。顯然，期望使DTD盡可能小，因為DTD會影響驅動顯示器的難度並可能影響所產生影像的品質；例如，DTD可能會導致應該形成均勻灰色區域的像素彼此略有不同的灰階，並且人眼對這種變化非常敏感。雖然已經知道黏著劑的選擇會影響DTD，但是迄今對於任何特定的電泳介質選擇合適的黏著劑都是基於嘗試錯誤法，實質上不了解DTD與黏著劑的化學性質之間的關係。
美國專利申請公開案第2005/0107564號描述包含聚胺酯聚合物的水性聚胺酯分散體，聚胺酯聚合物包含以下反應產物：(a)異氰酸酯封端的預聚合物(isocyanate terminated prepolymer)，其包含下列反應產物(i)至少一種多異氰酸酯(polyisocyanate)，其包含a,a,a,a-四甲基二甲苯二異氰酸酯[系統名稱1.3-雙(1-異氰酸基-1-甲基乙基)苯(a,a,a,a-tetramethylxylene diisocyanate [systematic name 1.3-bis(1-isocyanato-1-methylethyl)benzene)；以下將此材料稱為「TMXDI」]；(ii)至少一種雙官能多元醇(difunctional polyol)，其包含聚丙二醇(polypropylene glycol)以及(iii)異氰酸酯反應化合物(isocyanate reactive compound)，其包含酸官能基(acid functional group)及至少兩個選自羥基(hydroxy)、一級胺基(primary amino)、二級胺基(secondary amino)及其組合的異氰酸酯反應基(isocyanate reactive groups)；(b)中和劑(neutralizing agent)，其包含三級胺基(tertiary amino group)；(c)單官能鏈終止劑(monofunctional chain terminating agent)；(d)鏈延長劑(chain extending agent )，其包含有機二胺(organic diamine)；(e)水。已經發現這種聚胺酯分散體(以下可稱為「TMXDI/PPO」分散體)可用作電泳顯示器中之層壓黏著劑。
從前述可以看出，本發明可以提供一種可切換光準直膜及包含可切換光準直膜的裝置。具體地，本發明提供雙穩態且能夠在沒有附加能量輸入的情況下保持寬及窄的觀看條件之光準直膜。
熟悉該項技藝者將顯而易見，可以在不脫離本發明之範圍下對上述本發明之特定實施例實施許多的變更及修改。因此，前面整個描述將以說明性而非限制性的意義來解釋。
10:可切換光準直膜 12:第一透光電極層 14:第二透光電極層 16:第一基板 18:第二基板 20:透光聚合物 21:光準直層 22:長形腔室 24:雙穩態電泳流體 26:電泳粒子 28:密封層 30:電位源 31:走線 32:開關 33:光源 34:光導板 35:擴散板 36:第一偏光膜 37:第二偏光膜 40:主動矩陣薄膜電晶體(AM-TFT)陣列 42:像素電極 44:液晶層 45:前電極 46:濾光片陣列 47:光學黏著劑 48:電容式觸控敏感層 49:保護蓋層 51:邊緣密封件 52:光學膠 53:基板 54:剝離片 60:壓印組成物層 61:導電透明膜 62:壓印工具 63:長形腔室 64:雙穩態電泳流體 66:第二透明導電膜 67:光學膠層 69:刀口 111:壓印工具 112:壓印組成物 121:壓印滾筒或套筒 122:感光材料 123:光源 124:光罩 125:圖案化感光材料 126:電鍍材料 141:基板層 142:感光材料 143:導電種子層 144:金屬或合金 151:基板 152:感光材料 153:貴金屬或其合金 154:電鍍材料 A:間距 G:間隙寬度 h:電鍍材料厚度 H:高度 L:長度 W:寬度 X-X’:光線 Y-Y’:光線 θ1:透射角 θ2:透射角 θ3:透射角 φ1:有效視角 φ2:有效視角
圖1A例示可切換光準直膜的第一狀態，其中電泳粒子分佈在整個準直層的腔室中。電泳粒子在沒有施加電力的情況下穩定在此狀態中。
圖1B例示可切換光準直膜的第二狀態，其中在施加電位的情況下朝第一透光電極驅動電泳粒子。
圖1C例示可切換光準直膜的第三狀態，其中在第一透光電極附近收集電泳粒子。即使在移除電位之後，粒子亦穩定在此位置。
圖1D例示返回至電泳粒子分佈在整個準直層的腔室中之狀態。
圖1E例示可切換光準直膜的第四狀態，其中在施加具有不同於圖1B的相反極性之電位的情況下朝第二透光電極驅動電泳粒子。
圖1F例示可切換光準直膜的第五狀態，其中在第二透光電極附近收集電泳粒子。即使在移除電位之後，粒子亦穩定在此位置。
圖2A例示當電泳粒子分佈在整個準直層的腔室中時，從光源發射的光線被限制在角度θ1 。
圖2B例示當電泳粒子被收集在最靠近光源的透光電極上時，從光源發射的光線被限制在角度θ2 ，其中θ2 >>θ1 。
圖2C例示當電泳粒子被收集在距光源最遠的透光電極上時，從光源發射的光線被限制在角度θ3 ，其中θ3 >>θ1 。觀察到由於在光準直膜的發射側存在顏料粒子而使光損失最小。
圖3A例示可以用於在第一狀態與第二狀態之間切換光準直膜的簡單波形。
圖3B例示可以用於在第一狀態與第二狀態之間切換光準直膜的複雜波形。
圖4例示包括可切換光準直膜之液晶顯示組件的操作層。所述層未按比例來繪製。
圖5A例示當電泳粒子分散在長形腔室中時包括光準直層之LCD顯示堆疊的有效視角φ。請注意，觀看者#2沒有「看到」來自LCD顯示堆疊之大量光線。
圖5B例示當電泳粒子堆積在長形腔室的底部(或頂部)時包括光準直層之LCD顯示堆疊的有效視角φ。
圖5C例示當包括光準直層之LCD顯示堆疊處於第一狀態(參見圖5A)及第二狀態(參見圖5B)時光強度為有效視角的函數。
圖6例示設置在下基板上之可切換光準直膜的一個實施例。可切換光準直膜額外地包括邊緣密封。分解圖詳細例示在填充有雙穩態電泳流體之長形腔室頂部上的密封層。
圖7例示可切換光準直膜，其在一側上具有光學膠及剝離片(release sheet)。這種膜可用於例如在現有表面(例如，玻璃窗)上提供準直功能。
圖8例示卷對卷(roll-to-roll)製程，其可以用於形成具有複數個長形腔室之準直層以及隨後用雙穩態電泳流體填充長形腔室並密封所填充的長形腔室。
圖9A和9B例示簡化的壓印(embossing)製程。
圖10詳細描述一種形成用以產生本發明之準直層的壓印工具之方法。
圖11詳細描述一種形成在壓印工具中使用之填隙片(shim)的方法。
圖12詳細描述一種形成在壓印工具中使用之填隙片的替代方法。
圖13係可切換光準直膜的一個實施例之上視圖，其中長形腔室以列行形式來配置。
圖14係可切換光準直膜的一個實施例之上視圖，其中長形腔室以列行形式來配置。
10:可切換光準直膜
16:第一基板
18:第二基板
22:長形腔室
26:電泳粒子
33:光源
A:間距
H:高度
W:寬度
X-X’:光線
Y-Y’:光線
θ1:透射角

Claims (11)

  1. 一種用於驅動可切換光準直膜之方法，其中該可切換光準直膜包括：一第一透光電極層；一準直層，其具有至少20μm的厚度，並且包括複數個長形腔室，每個長形腔室具有一開口；一雙穩態電泳流體，其包含在非極性溶劑中之聚合物官能化顏料粒子及自由聚合物且配置在每個長形腔室中；一密封層，其藉由跨越該長形腔室的開口，將該雙穩態電泳流體密封在該複數個長形腔室中之至少一者內；以及一第二透光電極層，其中該第一及第二透光層配置在該準直層的任一側，該方法包括：在該第一及第二透光電極層之間施加具有第一時變電壓的第一波形，以使該聚合物官能化的顏料粒子朝著該第一透光電極層或朝著該第二透光電極層移動，其中該第一時變電壓包含用於一第一時間之具有一第一極性的一第一電壓及用於一第二時間之具有一第二極性的一第二電壓，及其中該第一電壓與該第一時間的乘積係一第一脈衝，該第二電壓與該第二時間的乘積係一第二脈衝，及其中該第一脈衝與該第二脈衝的振幅不相等；及在該第一及第二透光電極層之間施加具有第二時變電壓的第二波形，以使該聚合物官能化的顏料粒子分佈在整個該長形腔室中，其中該第二時變電壓包含用於一第三時間之該第一電壓及用於一第四時間之該第二電壓，及其中該第一電壓與該第三時間的乘積係一第三脈衝，該第二電壓與該第四時間的乘積係一第四脈衝，並且該第三脈衝與該第四脈衝的振幅相等， 其中該等長形腔室的高度等於或小於該準直層的厚度，該等長形腔室的寬度係在5μm與150μm之間，並且該等腔室的長度係在200μm與5mm之間，其中當從上方觀看該準直層時，該等長形腔室配置成列與行，其中該長形腔室的較長尺寸沿著列延伸，並且其中該等列彼此隔開至少該等長形腔室的寬度之三倍，及其中在第一列中之相鄰的長形腔室之間的間隙與在第二列中之相鄰的長形腔室之間的間隙水平地偏移。
  2. 如請求項1之方法，其中該準直層具有小於500μm的厚度。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一或第二透光電極層包括銦錫氧化物。
  4. 如請求項1之方法，其中當從上方觀看該準直層時，該等長形腔室配置成列與行，並且其中在同一列內之相鄰的該等長形腔室以小於30μm的間隙隔開。
  5. 如請求項1之方法，其中該時變電壓的振幅係在5V與150V之間。
  6. 如請求項5之方法，其中該時變電壓的振幅係在80V與120V之間。
  7. 一種顯示器，其包含使用如請求項1至3中任一項之方法的一可切換光準直膜。
  8. 一種窗戶或門，其包括一玻璃基板及使用如請求項1至3中任一項之方法的一可切換光準直膜。
  9. 一種顯示器，包括：一光源； 一可切換光準直膜，其包括：一第一透光電極層；一準直層，其具有至少20μm的厚度，並且包括複數個長形腔室，每個長形腔室具有一開口；一雙穩態電泳流體，其包含在非極性溶劑中之聚合物官能化顏料粒子及自由聚合物且配置在每個長形腔室中；一密封層，其藉由跨越該開口，將該雙穩態電泳流體密封在一長形腔室內；以及一第二透光電極層，其中該第一及第二透光層配置在該準直層的任一側；一薄膜電晶體主動矩陣；一液晶層；一彩色濾光片陣列；一電壓源；以及一控制器，其在該第一及第二透光電極層之間提供一電壓脈衝，係藉由：在該第一及第二透光電極層之間施加具有第一時變電壓的第一波形，以使該聚合物官能化的顏料粒子朝著該第一透光電極層或朝著該第二透光電極層移動，其中該第一時變電壓包含用於一第一時間之具有一第一極性的一第一電壓及用於一第二時間之具有一第二極性的一第二電壓，及其中該第一電壓與該第一時間的乘積係一第一脈衝，該第二電壓與該第二時間的乘積係一第二脈衝，及其中該第一脈衝與該第二脈衝的振幅不相等；及在該第一及第二透光電極層之間施加具有第二時變電壓的第二波形，以使該聚合物官能化的顏料粒子分佈在整個該長形腔 室中，其中該第二時變電壓包含用於一第三時間之該第一電壓及用於一第四時間之該第二電壓，及其中該第一電壓與該第三時間的乘積係一第三脈衝，該第二電壓與該第四時間的乘積係一第四脈衝，並且該第三脈衝與該第四脈衝的振幅相等，從而引起該顯示器的有效透射角的變化，其中該等長形腔室的高度等於或小於該準直層的厚度，該等長形腔室的寬度係在5μm與150μm之間，並且該等腔室的長度係在200μm與5mm之間，其中當從上方觀看該準直層時，該等長形腔室配置成列與行，其中該長形腔室的較長尺寸沿著列延伸，並且其中該等列彼此隔開至少該等長形腔室的寬度之三倍，及其中在第一列中之相鄰的長形腔室之間的間隙與在第二列中之相鄰的長形腔室之間的間隙水平地偏移。
  10. 如請求項9之顯示器，進一步包括一稜鏡膜，其配置在該光源與該可切換光準直膜之間。
  11. 如請求項10之顯示器，進一步包括一擴散層，其位於該稜鏡膜與該光源之間。
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