KR20250088810A - A variable optical transmission device comprising an electrophoretic medium having a combination of light-reflecting and light-absorbing pigment particles - Google Patents
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Abstract
2개의 광 투과성 전극 층 및 복수의 마이크로셀들을 갖는 마이크로셀 층을 포함하는 가변 광 투과 디바이스가 개시된다. 복수의 마이크로셀들 각각은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함한다. 전기장의 인가 시, 디바이스를 통과하는 광의 양이 변조될 수 있다. A variable optical transmittance device is disclosed, comprising two optically transparent electrode layers and a microcell layer having a plurality of microcells. Each of the plurality of microcells comprises a first type of electrically charged pigment particles, a second type of electrically charged pigment particles, a charge control agent, and a non-polar liquid. Upon application of an electric field, the amount of light passing through the device can be modulated.
Description
본 출원은 2022년 12월 30일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제63/436,124호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원은 본원에 개시된 모든 다른 특허 및 특허 출원과 함께 그 전체 내용이 참조에 의해 포함된다.This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 63/436,124, filed December 30, 2022, which is incorporated by reference in its entirety along with all other patents and patent applications disclosed herein.
본 발명은 가변 광 투과 디바이스(variable light transmission device)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 전하 제어제를 포함한 전기 영동 매질(electrophoretic medium)을 포함하는 마이크로셀 전기 광학 디바이스에 관한 것이다. 전기 영동 매질은 전기장을 사용하여 광학 상태들 사이를 스위칭할 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 반사성 안료를 포함하는 반면, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 흡수성 안료를 포함한다. 본 발명은 또한 광학 상태들 사이를 스위칭하기 위한 구동 방법에 관한 것이다. 가변 광 투과 디바이스는 이를 통과하는 광 및 다른 전자기 방사선의 양을 변조할 수 ㅇ있. 이는 거울, 창문, 선루프 및 유사한 아이템에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 건물 및 차량 내의 온도를 제어하기 위해 적외선 복사를 변조할 수 있는 창문에 적용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 통합될 수 있는 전기 영동 매질의 예는, 예를 들어, 미국 특허 번호 7,116,466, 7,327,511, 8,576,476, 10,319,314, 10,809,590, 10,067,398, 10,067,398, 및 11,143,930, 및 US 특허 출원 공개 번호 2014/0055841, 2017/0351155, 2017/0235206, 2011/0199671, 2020/0355979, 2020/0272017, 2021/0096439, 및 2022년 9월 27일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제17/935,386호에 기재된 전기 영동 매질을 포함하며, 이들의 내용은 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.The present invention relates to a variable light transmission device. Specifically, the present invention relates to a microcell electro-optical device comprising an electrophoretic medium comprising a first type of electrically charged pigment particles, a second type of electrically charged pigment particles, and a charge control agent. The electrophoretic medium is capable of switching between optical states using an electric field. The first type of electrically charged pigment particles comprise a light-reflecting pigment, while the second type of electrically charged pigment particles comprise a light-absorbing pigment. The present invention also relates to a method of driving the device for switching between optical states. The variable light transmission device can modulate the amount of light and other electromagnetic radiation passing therethrough. It can be used in mirrors, windows, sunroofs, and similar items. For example, the present invention can be applied to windows that can modulate infrared radiation to control the temperature inside buildings and vehicles. Examples of electrophoretic media that can be incorporated into various embodiments of the present invention include, for example, U.S. Patent Nos. 7,116,466, 7,327,511, 8,576,476, 10,319,314, 10,809,590, 10,067,398, 10,067,398, and 11,143,930, and U.S. Patent Application Publication Nos. 2014/0055841, 2017/0351155, 2017/0235206, 2011/0199671, 2020/0355979, 2020/0272017, 2021/0096439, and U.S. Patent Application No. Includes electrophoretic media described in U.S. Pat. No. 17/935,386, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
복수의 전기적으로 하전된 안료 입자들이 전기장의 영향 하에 현탁 유체를 통해 이동하는 입자 기반 전기 영동 디스플레이는 수년 동안 집중적인 연구 및 개발의 대상이었다. 이러한 디스플레이는 액정 디스플레이와 비교할 때 양호한 밝기 및 콘트라스트, 넓은 시야각, 상태 쌍안정성 및 낮은 전력 소비의 속성을 가질 수 있다.Particle-based electrophoretic displays, in which multiple electrically charged pigment particles move through a suspended fluid under the influence of an electric field, have been the subject of intensive research and development for many years. Such displays can have the properties of good brightness and contrast, wide viewing angle, state bistability, and low power consumption compared to liquid crystal displays.
용어 "쌍안정" 및 "쌍안정성(bistability)"은, 적어도 하나의 광학 특성이 상이한 제1 및 제2 디스플레이 상태를 갖는 디스플레이 요소를 포함하는 디스플레이를 지칭하도록 당업계에서의 관례적인 의미로 본원에 사용되며, 그리하여 임의의 주어진 요소가 구동된 후에는, 유한 지속기간의 어드레싱 펄스에 의해, 그의 제1 또는 제2 디스플레이 상태를 가정하고, 어드레싱 펄스가 종료된 후에는, 해당 상태가 디스플레이 요소의 상태를 변경하는 데 필요한 어드레싱 펄스의 최소 지속기간인 적어도 여러 번, 예를 들어 적어도 4회 지속될 것인 디스플레이를 지칭하도록 한다. 공개된 미국 특허 출원 번호 제2002/0180687호에는, 그레이 스케일이 가능한 일부 입자 기반 전기 영동 디스플레이가 그의 극단적인 흑백 상태 뿐만 아니라 그의 중간 그레이 상태에서도 안정적이라는 것이 나와 있으며, 일부 다른 유형의 전기 광학 디스플레이에서도 마찬가지이다. 이 유형의 디스플레이는 쌍안정보다는 "다중 안정(multi-stable)"이라고 부르는 것이 적절하지만, 편의상 여기서는 쌍안정 및 다중 안정 디스플레이 모두를 포괄하도록 "쌍안정"이라는 용어가 사용될 수 있다.The terms "bistable" and "bistability" are used herein in their customary sense in the art to refer to a display comprising a display element having first and second display states having at least one optical characteristic that differs, such that after any given element is actuated, by an addressing pulse of finite duration, it will assume its first or second display state, and after the addressing pulse is terminated, that state will persist for at least a number of times, for example at least four times, the minimum duration of the addressing pulse required to change the state of the display element. Published U.S. Patent Application No. 2002/0180687 discloses that certain particle-based electrophoretic displays capable of grayscale are stable not only in their extreme black and white states but also in their intermediate gray states, as are some other types of electro-optical displays. This type of display is more appropriately referred to as "multi-stable" rather than bistable, but for convenience the term "bistable" may be used herein to encompass both bistable and multi-stable displays.
위에서 언급된 바와 같이, 전기 영동 매질은 현탁 유체의 존재를 필요로 한다. 대부분의 종래 기술의 전기 영동 매질에서, 이 현탁 유체는 액체이지만, 전기 영동 매질은 가스 현탁 유체를 사용하여 생성될 수 있다. 이러한 가스 기반 전기 영동 매질은, 예를 들어 매질이 수직 평면에 배치되는 표지판에서, 그러한 침전을 허용하는 배향으로 매질이 사용될 때, 입자 침전으로 인한 액체 기반 전기 영동 매질과 동일한 유형의 문제에 취약한 것으로 보인다. 실제로, 입자 침전은 액체 기반 전기 영동 매질에서보다 가스 기반 전기 영동 매질에서 더 심각한 문제인 것으로 나타나는데, 액체 경우와 비교하여 가스 현탁 유체의 더 낮은 점도로 인해 전기적으로 하전된 안료 입자들의 더 빠른 침전이 가능하기 때문이다.As mentioned above, the electrophoretic medium requires the presence of a suspending fluid. In most prior art electrophoretic media, this suspending fluid is a liquid, but the electrophoretic medium can be created using a gas suspending fluid. Such gas-based electrophoretic media appear to be susceptible to the same types of problems as liquid-based electrophoretic media due to particle settling when the media is used in an orientation that permits such settling, for example in signs where the media is positioned in a vertical plane. In fact, particle settling appears to be a more serious problem in gas-based electrophoretic media than in liquid-based electrophoretic media, because the lower viscosity of the gas suspending fluid compared to the liquid case allows for faster settling of the electrically charged pigment particles.
MIT(Massachusetts Institute of Technology), E Ink Corporation, E Ink California, LLC 및 관련 회사에 양도되거나 이들 명의인 수많은 특허 및 출원에서는 캡슐화 및 마이크로셀 전기 영동 및 기타 전기 광학 매질에 사용되는 다양한 기술에 대해 기재한다. 캡슐화된 전기 영동 매질은 수많은 작은 캡슐들을 포함하며, 각각의 캡슐 자체는 액체 매질에 전기 영동 이동 입자가 들어 있는 내부 상과 내부 상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 통상적으로 캡슐들 자체가 중합성 바인더 내에 고정되어 두 전극 사이에 위치된 응집층(coherent layer)을 형성한다. 마이크로셀 전기 영동 디스플레이에서는, 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 액체가 마이크로캡슐 내에 캡슐화되지 않고 대신 캐리어 매질, 통상적으로 중합성 필름 내에 형성된 복수의 캐비티 내에 유지된다. 이들 특허 및 출원에 기재된 기술은 다음을 포함한다:Numerous patents and applications assigned to or in the name of MIT (Massachusetts Institute of Technology), E Ink Corporation, E Ink California, LLC and related companies describe various techniques used in encapsulation and microcell electrophoresis and other electro-optical media. Encapsulated electrophoretic media comprise a number of small capsules, each capsule itself comprising an internal phase containing electrophoretically mobile particles in a liquid medium and a capsule wall surrounding the internal phase. Typically, the capsules themselves are held in a polymeric binder to form a coherent layer positioned between two electrodes. In microcell electrophoretic displays, the electrically charged pigment particles and liquid are not encapsulated within the microcapsules, but instead are held within a plurality of cavities formed within a carrier medium, typically a polymeric film. The techniques described in these patents and applications include:
(a) 전기 영동 입자, 유체 및 유체 첨가제; 예를 들어 미국 특허 번호 7,002,728 및 7,679,814 참조.(a) Electrophoretic particles, fluids and fluid additives; see, e.g., U.S. Patent Nos. 7,002,728 and 7,679,814.
(b) 캡슐, 바인더 및 캡슐화 프로세스; 예를 들어 미국 특허 번호 6,922,276 및 7,411,719 참조.(b) Capsules, binders and encapsulation processes; see, e.g., U.S. Patent Nos. 6,922,276 and 7,411,719.
(c) 마이크로셀 구조, 벽 재료 및 마이크로셀 형성 방법; 예를 들어 미국 특허 번호 7,072,095 및 9,279,906 참조.(c) Microcell structures, wall materials and methods of forming microcells; see, e.g., U.S. Patent Nos. 7,072,095 and 9,279,906.
(d) 마이크로셀을 채우고 밀봉하는 방법; 예를 들어 미국 특허 번호 7,144,942 및 7,715,088 참조.(d) Methods of filling and sealing microcells; see, e.g., U.S. Patent Nos. 7,144,942 and 7,715,088.
(e) 전기 광학 재료를 포함하는 필름 및 서브어셈블리; 예를 들어 미국 특허 번호 6,982,178 및 7,839,564 참조.(e) Films and subassemblies comprising electro-optical materials; see, e.g., U.S. Patent Nos. 6,982,178 and 7,839,564.
(f) 디스플레이에 사용되는 백플레인(backplane), 접착 층 및 기타 보조 층 및 방법; 예를 들어 미국 특허 번호 7,116,318 및 7,535,624 참조.(f) Backplanes, adhesive layers, and other auxiliary layers and methods used in displays; see, e.g., U.S. Patent Nos. 7,116,318 and 7,535,624.
(g) 컬러 형성 및 컬러 조정; 예를 들어 미국 특허 번호 7,075,502 및 7,839,564 참조.(g) Color formation and color control; see, e.g., U.S. Patent Nos. 7,075,502 and 7,839,564.
(h) 디스플레이 구동 방법; 예를 들어 미국 특허 번호 7,012,600 및 7,453,445 참조.(h) Methods of driving displays; see, for example, U.S. Patent Nos. 7,012,600 and 7,453,445.
(i) 디스플레이의 응용; 예를 들어 미국 특허 번호 7,312,784 및 8,009,348 참조.(i) Applications of displays; see, for example, U.S. Patent Nos. 7,312,784 and 8,009,348.
(j) 미국 특허 번호 6,241,921 및 미국 특허 출원 공개 번호 2015/0277160에 기재된 바와 같은 비-전기 영동 디스플레이; 및 디스플레이 이외의 캡슐화 및 마이크로셀 기술의 응용; 예를 들어 미국 특허 출원 공개 번호 2015/0005720 및 2016/0012710 참조.(j) non-electrophoretic displays, such as those described in U.S. Patent No. 6,241,921 and U.S. Patent Application Publication No. 2015/0277160; and applications of encapsulation and microcell technology other than displays; see, e.g., U.S. Patent Application Publication Nos. 2015/0005720 and 2016/0012710.
전술한 특허 및 출원 중 다수는, 캡슐화된 전기 영동 매질에서 이산(discrete) 마이크로캡슐들을 둘러싸는 벽들이 연속 상으로 대체될 수 있으며, 따라서 전기 영동 매질이 비극성 액체의 복수의 이산 액적들 및 중합성 재료의 연속 상을 포함하는 소위 폴리머 분산(polymer-dispersed) 전기 영동 디스플레이를 생성할 수 있고, 이러한 폴리머 분산 전기 영동 디스플레이 내의 전기 영동 매질의 이산 액적들은 각각의 개별 액적과 연관되는 이산 캡슐막이 없더라도 캡슐 또는 마이크로캡슐로서 간주될 수 있다는 것을 인식하고 있다; 예를 들어, 앞서 언급한 2002/0131147을 참조한다. 그에 따라, 본 출원의 목적을 위해, 이러한 폴리머 분산 전기 영동 매질은 캡슐화된 전기 영동 매질의 아종으로 간주된다.Many of the aforementioned patents and applications recognize that the walls surrounding the discrete microcapsules in the encapsulated electrophoretic medium can be replaced by a continuous phase, thus creating a so-called polymer-dispersed electrophoretic display wherein the electrophoretic medium comprises a plurality of discrete droplets of a non-polar liquid and a continuous phase of a polymeric material, and that the discrete droplets of the electrophoretic medium within such polymer-dispersed electrophoretic display can be considered capsules or microcapsules even though there is no discrete encapsulating membrane associated with each individual droplet; see, for example, the aforementioned 2002/0131147. Accordingly, for the purposes of the present application, such polymer-dispersed electrophoretic media are considered a subspecies of encapsulated electrophoretic media.
관련 유형의 전기 영동 디스플레이로는 소위 "마이크로셀 전기 영동 디스플레이"가 있다. 마이크로셀 전기 영동 디스플레이에서는, 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 현탁액이 마이크로캡슐 내에 캡슐화되지 않고 대신 캐리어 매질, 통상적으로 중합성 필름 내에 형성된 복수의 캐비티 내에 유지된다. 예를 들어, 둘 다 Sipix Imaging, Inc.에 양도된, 국제 출원 공개 번호 WO 02/01281 및 공개된 미국 출원 번호 2002/0075556을 참조한다.A related type of electrophoretic display is the so-called "microcell electrophoretic display." In a microcell electrophoretic display, the electrically charged pigment particles and suspension are not encapsulated within microcapsules, but instead are held within a plurality of cavities formed within a carrier medium, typically a polymeric film. See, for example, International Application Publication No. WO 02/01281 and Published U.S. Application No. 2002/0075556, both assigned to Sipix Imaging, Inc.
전기 영동 매질은 종종 불투명하고(예를 들어, 많은 전기 영동 매질에서 입자들이 디스플레이를 통한 가시광의 투과를 실질적으로 차단하기 때문에) 반사 모드로 동작하지만, 많은 전기 영동 디스플레이는, 하나의 디스플레이 상태는 실질적으로 불투명하고 하나는 광 투과성인, 소위 "셔터 모드"로 동작하도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 6,130,774 및 6,172,798, 그리고 미국 특허 5,872,552; 6,144,361; 6,271,823; 6,225,971; 및 6,184,856을 참조한다. 전기 영동 디스플레이와 유사하지만 전기장 강도의 변동에 의존하는 유전 영동(electrophoretic) 디스플레이도 유사한 모드로 동작할 수 있으며; 미국 특허 번호 4,418,346를 참조한다. 다른 유형의 전기 광학 디스플레이도 또한 셔터 모드에서 동작할 수 있다.Although electrophoretic media are often opaque (e.g., because the particles in many electrophoretic media substantially block the transmission of visible light through the display) and operate in a reflective mode, many electrophoretic displays can be configured to operate in a so-called "shutter mode", where one display state is substantially opaque and one is light transmissive; see, e.g., U.S. Pat. Nos. 6,130,774 and 6,172,798, and U.S. Pat. Nos. 5,872,552; 6,144,361; 6,271,823; 6,225,971; and 6,184,856. Electrophoretic displays, which are similar to electrophoretic displays but rely on variations in electric field strength, can also operate in a similar mode; see U.S. Pat. No. 4,418,346. Other types of electro-optical displays can also operate in a shutter mode.
캡슐화 또는 마이크로셀 전기 영동 디스플레이는 통상적으로 전통적인 전기 영동 디바이스의 클러스터링 및 침전 고장 모드로 인한 문제를 겪지 않으며, 다양한 연성 및 강성 기판 상에 디스플레이를 인쇄하거나 코팅할 수 있는 능력과 같은 추가 이점을 제공한다. 단어 "인쇄"의 사용은, 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅, 커튼 코팅과 같은 사전 계량 코팅; 나이프 오버 롤 코팅, 정방향 및 역방향 롤 코팅과 같은 롤 코팅; 그라비아 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러시 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 인쇄 프로세스; 정전 인쇄 프로세스; 열 인쇄 프로세스; 잉크젯 인쇄 프로세스; 전기 영동 퇴적; 및 기타 유사한 기술을 포함하되, 이에 한정되는 것은 아닌, 모든 형태의 인쇄 및 코팅을 포함하도록 의도된다. 따라서, 결과적인 디스플레이는 유연할 수 있다. 또한, 디스플레이 매질이 인쇄될 수 있기 때문에(다양한 방법을 사용하여), 디스플레이 자체가 저렴하게 만들어질 수 있다.Encapsulated or microcell electrophoretic displays typically do not suffer from the clustering and precipitation failure modes of traditional electrophoretic devices, and offer additional advantages such as the ability to print or coat the display on a variety of flexible and rigid substrates. The use of the word "printing" is intended to encompass all forms of printing and coating, including but not limited to, pre-metered coating, such as patch die coating, slot or extrusion coating, slide or cascade coating, curtain coating; roll coating, such as knife-over-roll coating, forward and reverse roll coating; gravure coating; dip coating; spray coating; meniscus coating; spin coating; brush coating; air knife coating; silk screen printing processes; electrostatic printing processes; thermal printing processes; inkjet printing processes; electrophoretic deposition; and other similar techniques. Thus, the resulting display can be flexible. Additionally, because the display medium can be printed (using a variety of methods), the display itself can be made inexpensively.
전기 영동 매질에 대한 하나의 잠재적으로 중요한 시장은 가변 광 투과를 갖는 창문이다. 건물 및 차량의 에너지 성능이 점점 더 중요해짐에 따라, 창문 상의 코팅으로서 전기 영동 매질이 사용되어, 전기 영동 매질의 광학 상태를 변화시킴으로써 창을 통해 투과되는 입사 복사의 비율이 전자적으로 제어될 수 있게 할 수 있다. 건물에서 이러한 "가변 투과"("VT") 기술의 효과적인 구현은, (1) 더운 날씨 중의 원치않는 가열 효과를 감소시켜, 그에 따라 냉각에 필요한 에너지량, 에어컨 시설의 크기 및 피크 전력 수요의 감소; (2) 자연 일광의 사용을 증가시켜, 그에 따라 조명 및 피크 전력 수요에 사용되는 에너지 감소; 및 (3) 열적 및 시각적 편안함 둘 다를 증가시킴으로써 점유자의 편안함 증가를 제공할 것으로 예상된다. 밀폐 공간에 대한 유리 표면의 비율이 통상의 건물에서보다 상당히 더 큰 자동차의 경우 훨씬 더 큰 이점을 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 구체적으로, 자동차에서 VT 기술의 효과적인 구현은, 전술한 이점들 뿐만 아니라, (1) 주행 안전성 증가, (2) 눈부심 감소, (3) 미러 성능 향상(미러 상의 전기 광학 코팅을 사용함으로써), 및 (4) 헤드업 디스플레이를 사용할 능력 증가도 제공할 것으로 예상된다. VT 기술의 다른 잠재적 응용은 프라이버시 유리 및 전자 디바이스에서의 눈부심 가드를 포함한다.One potentially important market for electrophoretic media is windows with variable optical transmittance. As energy performance of buildings and vehicles becomes increasingly important, electrophoretic media can be used as coatings on windows, allowing the proportion of incident radiation transmitted through the window to be electronically controlled by changing the optical state of the electrophoretic media. Effective implementation of such "variable transmission" ("VT") technology in buildings is expected to provide: (1) reduced unwanted heating effects during hot weather, thereby reducing the amount of energy required for cooling, the size of air conditioning systems, and peak power demand; (2) increased use of natural daylight, thereby reducing energy used for lighting and peak power demand; and (3) increased occupant comfort by increasing both thermal and visual comfort. Even greater benefits are expected in automobiles, where the ratio of glass surface to enclosure is considerably greater than in conventional buildings. Specifically, effective implementation of VT technology in automobiles is expected to provide, in addition to the aforementioned benefits, (1) increased driving safety, (2) reduced glare, (3) improved mirror performance (by using electro-optical coatings on the mirrors), and (4) increased ability to use head-up displays. Other potential applications of VT technology include privacy glass and glare guards in electronic devices.
본 기술은 전극 층들 사이에 있는 전기 영동 매질을 포함하는 디바이스의 예를 제공하며, 이는 폐쇄 광학 상태(불투명 상태) 및 개방 광학 상태(투명 상태)를 달성할 수 있고 전기 영동 매질에 걸친 전기장의 인가에 의해 이들 상태들 사이를 스위칭할 수 있다. 그러나, 종래의 구조 및 파형을 사용하는 종래의 전기 영동 디바이스는 긴 스위칭 시간을 요구하며, 디바이스를 덜 바람직하게 한다. 본 발명의 발명자들은 놀랍게도 마이크로셀 층을 갖는 특정 디바이스 및 특정 파형이 개방 광학 상태와 폐쇄 광학 상태 사이의 효율적인 스위칭을 달성할 수 있다는 것을 발견하였다.The present technology provides an example of a device comprising an electrophoretic medium between electrode layers, which can achieve a closed optical state (opaque state) and an open optical state (transparent state) and can be switched between these states by the application of an electric field across the electrophoretic medium. However, conventional electrophoretic devices using conventional structures and waveforms require long switching times, making the devices less desirable. The inventors of the present invention surprisingly found that a specific device having a microcell layer and a specific waveform can achieve efficient switching between the open optical state and the closed optical state.
하나의 양상에서, 본 발명은 2개의 광 투과성 전극 층 및 복수의 마이크로셀들을 갖는 마이크로셀 층을 포함하는 가변 광 투과 디바이스를 제공한다. 복수의 마이크로셀들의 각각은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함한다. 전기장의 인가 시, 디바이스를 통과하는 광의 양이 변조될 수 있다.In one aspect, the present invention provides a variable optical transmission device comprising two optically transparent electrode layers and a microcell layer having a plurality of microcells. Each of the plurality of microcells comprises a first type of electrically charged pigment particles and a second type of electrically charged pigment particles, a charge control agent, and a non-polar liquid. Upon application of an electric field, the amount of light passing through the device can be modulated.
본 발명의 가변 광 투과 디바이스는 제1 광 투과성 전극 층, 제2 광 투과성 전극 층 및 마이크로셀 층을 포함한다. 마이크로셀 층은 복수의 마이크로셀들 및 밀봉(sealing) 층을 포함한다. 마이크로셀 층은 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 배치된다. 각각의 마이크로셀은 전기 영동 매질을 포함하며, 전기 영동 매질은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함한다. 전하 제어제는 전기 영동 매질의 중량 기준으로 전하 제어제의 중량 퍼센트로 표현되는 전기 영동 매질 내의 함량을 갖는다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 개구를 갖는다. 밀봉 층은 복수의 마이크로셀들의 마이크로셀 개구들에 걸쳐 있다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 바닥 층, 돌출 구조물, 마이크로셀 벽 및 채널을 포함한다. 마이크로셀 바닥 층은 마이크로셀 바닥 내측 표면을 가지며, 마이크로셀 바닥 내측 표면은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면 및 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면을 포함한다. 돌출 구조물은 돌출 베이스(protrusion base), 돌출 표면, 돌출 정점(apex) 및 돌출 높이를 갖는다. 돌출 정점은 돌출 구조물의 포인트 또는 포인트들의 세트로서, 포인트 또는 포인트들의 세트는 돌출 구조물의 다른 모든 포인트보다 마이크로셀 개구로부터 더 짧은 거리를 갖는다. 돌출 높이는 돌출 베이스와 돌출 정점 사이의 거리이다. 돌출 표면은 전기 영동 매질과 접촉하는, 돌출 정점을 포함하지 않는 돌출 구조물의 표면이다. 마이크로셀 벽은 마이크로셀 내측 벽 표면 및 마이크로셀 벽 상단 표면을 갖는다. 마이크로셀 내측 벽 표면은 전기 영동 매질과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽의 표면이다. 마이크로셀 벽 상단 표면은 밀봉 층과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽의 표면이다. 채널은 채널 높이를 가지며, 채널 높이는 돌출 높이의 50%이다. 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면은 돌출 베이스와 접촉한다. 채널은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면, 돌출 표면 및 마이크로셀 내측 벽 표면 사이의 볼륨이다. 가변 광 투과 디바이스의 전기 영동 매질의 전하 제어제는 전기 영동 매질의 중량 기준으로 1 중량 퍼센트 내지 8 중량 퍼센트일 수 있다. 전하 제어제의 분자 구조는 4차 암모늄 작용기 및 비극성 꼬리를 포함할 수 있다. 전기 영동 매질의 비극성 액체는 지방족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 지방족 탄화수소, 폴리디메틸실록산, 또는 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함할 수 있다. A variable optical transmittance device of the present invention comprises a first optically transparent electrode layer, a second optically transparent electrode layer, and a microcell layer. The microcell layer comprises a plurality of microcells and a sealing layer. The microcell layer is disposed between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer. Each microcell comprises an electrophoretic medium, the electrophoretic medium comprising a first type of electrically charged pigment particles, a second type of electrically charged pigment particles, a charge control agent, and a non-polar liquid. The charge control agent has an amount in the electrophoretic medium expressed as a weight percent of the charge control agent based on the weight of the electrophoretic medium. Each microcell of the plurality of microcells has a microcell aperture. The sealing layer spans the microcell apertures of the plurality of microcells. Each microcell of the plurality of microcells comprises a microcell bottom layer, a protruding structure, a microcell wall, and a channel. The microcell bottom layer has a microcell bottom inner surface, and the microcell bottom inner surface includes an exposed microcell bottom inner surface and an unexposed microcell bottom inner surface. The protrusion structure has a protrusion base, a protrusion surface, a protrusion apex, and a protrusion height. The protrusion apex is a point or a set of points of the protrusion structure, wherein the point or set of points has a shorter distance from the microcell opening than all other points of the protrusion structure. The protrusion height is the distance between the protrusion base and the protrusion apex. The protrusion surface is a surface of the protrusion structure that does not include the protrusion apex, which contacts the electrophoretic medium. The microcell wall has a microcell inner wall surface and a microcell wall top surface. The microcell inner wall surface is a surface of the microcell wall of the microcell that contacts the electrophoretic medium. The microcell wall top surface is a surface of the microcell wall of the microcell that contacts the sealing layer. The channel has a channel height, and the channel height is 50% of the protrusion height. The unexposed microcell bottom inner surface contacts the protrusion base. The channel is a volume between the exposed microcell bottom inner surface, the protruding surface, and the microcell inner wall surface. The charge control agent of the electrophoretic medium of the variable optical transmittance device can be from 1 weight percent to 8 weight percent based on the weight of the electrophoretic medium. The molecular structure of the charge control agent can include a quaternary ammonium functional group and a nonpolar tail. The nonpolar liquid of the electrophoretic medium can include a material selected from the group consisting of an aliphatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, a halogenated aliphatic hydrocarbon, a polydimethylsiloxane, or a mixture thereof.
제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 반사성일 수 있고, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 흡수성일 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 흰색일 수 있다. 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 검은색일 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 하전된 안료 입자들과 동일한 전하 극성을 가질 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 포지티브일 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 둘 다가 포지티브로 하전되는 경우, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위는 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위보다 낮을 수 있다.The first type of electrically charged pigment particles can be light reflective and the second type of electrically charged pigment particles can be light absorbing. The first type of electrically charged pigment particles can be white. The second type of electrically charged pigment particles can be black. The first type of electrically charged pigment particles can have the same charge polarity as the second type of charged pigment particles. The first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles can be positive. When both the first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles are positively charged, the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles can be lower than the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles.
제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 네가티브로 하전될 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 둘 다가 네가티브로 하전되는 경우, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위는 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위보다 높을 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 더 높은 제타 전위는, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위가 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위보다 덜 네가티브임을 의미한다. 즉, 예를 들어, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위가 -15 eV인 경우, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위는 -10 eV일 수 있다.The first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles can be negatively charged. When both the first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles are negatively charged, the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles can be higher than the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles. The higher zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles means that the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles is less negative than the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles. That is, for example, when the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles is -15 eV, the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles can be -10 eV.
제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 하전된 안료 입자들과는 반대인 전하 극성을 가질 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 네가티브로 하전될 수 있고, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 포지티브로 하전될 수 있다. 대안적으로, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 포지티브로 하전될 수 있고, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 네가티브로 하전될 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 하전된 안료 입자들의 평균 입자 크기보다 더 큰 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 평균 입자 크기는 전기적으로 하전된 안료 입자들의 최대 치수의 평균 직경에 대응한다.The first type of electrically charged pigment particles can have an opposite charge polarity to the second type of charged pigment particles. The first type of electrically charged pigment particles can be negatively charged and the second type of electrically charged pigment particles can be positively charged. Alternatively, the first type of electrically charged pigment particles can be positively charged and the second type of electrically charged pigment particles can be negatively charged. The first type of electrically charged pigment particles can have an average particle size that is greater than an average particle size of the second type of charged pigment particles. The average particle size corresponds to an average diameter of a largest dimension of the electrically charged pigment particles.
돌출 구조물은, (a) 원뿔, (b) 원통 상의 원뿔 - 원통은 밑면(base)을 가지며 원통의 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (c) 사면체, (d) 삼각기둥 상의 사면체 - 삼각기둥은 삼각형 밑면을 가지며 삼각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (e) 삼각기둥 - 삼각기둥은 사각형 밑면을 가지며 사각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (f) 사각형 밑면을 갖는 사각뿔 - 사각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (g) 정사각형 직사각형 직육면체 상의 사각뿔 - 직사각형 직육면체는 정사각형 밑면을 가지며 정사각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (h) 직각 평행육면체 상의 사각뿔 - 직각 평행육면체는 직각 평행사변형 밑면을 가지며 직각 평행사변형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (i) 오각뿔 - 오각뿔은 오각형 밑면을 가지며 오각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (j) 오각기둥 상의 오각뿔 - 오각기둥은 오각형 밑면을 가지며 오각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (k) 육각뿔 - 육각뿔은 육각형 밑면을 가지며 육각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (l) 육각기둥 상의 육각뿔 - 육각기둥은 육각형 밑면을 가지며 육각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 -, (m) 다각뿔 - 다각뿔은 다각형 밑면을 가지며 다각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (n) 다각기둥 상의 다각뿔 - 다각뿔은 다각형 밑면을 가지며 다각형 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - 로 구성된 그룹으로부터 선택된 기하학적 고체일 수 있다. 돌출 구조물은 원뿔일 수 있으며, 원뿔의 기울기는 5도 내지 20도 또는 5도 내지 10도일 수 있다. 돌출 구조물은 원통 상의 원뿔일 수 있다. 원통은 밑면을 가질 수 있으며, 원통의 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스이며, 원뿔 기울기는 10도 이하일 수 있고, 원뿔 기울기는 5도 내지 20도일 수 있다. 돌출 구조물은 n개의 변이 있는 밑면을 갖는 각뿔의 기하학적 고체일 수 있으며, n개의 변이 있는 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스이고, n은 7 내지 12의 정수이고, (m) n개의 변이 있는 밑면을 갖는 각기둥 상의, n개의 변이 있는 밑면을 갖는 각뿔이며, n개의 변을 갖는 각기둥의 밑면이 돌출 구조물의 돌출 베이스이고, n은 7 내지 12이다.The protruding structures are: (a) a cone, (b) a cone on a cylinder - the cylinder has a base and the base of the cylinder is the protruding base of the protruding structure - , (c) a tetrahedron, (d) a tetrahedron on a triangular prism - the triangular prism has a triangular base and the triangular base is the protruding base of the protruding structure - , (e) a triangular prism - the triangular prism has a square base and the square base is the protruding base of the protruding structure - , (f) a square pyramid with a square base - the square base is the protruding base of the protruding structure - , (g) a square pyramid on a square rectangular parallelepiped - the rectangular cuboid has a square base and the square base is the protruding base of the protruding structure - , (h) a square pyramid on a rectangular parallelepiped - the rectangular parallelepiped has a right parallelogram base and the right parallelogram base is the protruding base of the protruding structure - , (i) a pentagonal pyramid - the pentagonal pyramid is - , (j) a pentagonal pyramid on a pentagonal prism - the pentagonal prism has a pentagonal base and the pentagonal base is the protruding base of the protruding structure - , (k) a hexagonal pyramid - the hexagonal pyramid has a hexagonal base and the hexagonal base is the protruding base of the protruding structure - , (l) a hexagonal pyramid on a hexagonal prism - the hexagonal prism has a hexagonal base and the hexagonal base is the protruding base of the protruding structure - , (m) a polygonal pyramid - the polygonal pyramid has a polygonal base and the polygonal base is the protruding base of the protruding structure - , (n) a polygonal pyramid on a polygonal prism - the polygonal pyramid has a polygonal base and the polygonal base is the protruding base of the protruding structure - . The protruding structure may be a cone, and the inclination of the cone may be from 5 degrees to 20 degrees or from 5 degrees to 10 degrees. The protruding structure may be a cone on a cylinder. The cylinder may have a base, and the base of the cylinder is a protruding base of the protruding structure, and the inclination of the cone may be 10 degrees or less, and the inclination of the cone may be 5 degrees to 20 degrees. The protruding structure may be a geometric solid of a pyramid having a base with n sides, wherein the base with n sides is a protruding base of the protruding structure, and n is an integer from 7 to 12, (m) a pyramid having a base with n sides, on a prism having a base with n sides, wherein the base of the prism having n sides is a protruding base of the protruding structure, and n is 7 to 12.
가변 광 투과 디바이스는 제1 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제1 전기장의 인가에 의해 개방 광학 상태로 스위칭될 수 있다.The variable optical transmission device can be switched to an open optical state by application of a first electric field between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer via a first waveform.
제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제1 파형의 인가는 채널을 향한 제1 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기할 수 있으며, 그 결과로서 개방 광학 상태로 가변 광 투과 디바이스의 스위칭이 일어난다. 개방 광학 상태에서의 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 채널 내부에 위치될 수 있다.Application of a first waveform between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer can cause movement of the first electrically charged pigment particles toward the channel, resulting in switching of the variable optical transmission device to an open optical state. The second type of electrically charged pigment particles in the open optical state can be positioned within the channel.
제2 파형의 인가는 측방 성분을 갖는 속도로 제1 광 투과성 전극 층을 향한 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기할 수 있으며, 폐쇄 광학 상태로 이어진다. 제2 파형은 적어도 하나의 포지티브 전압 및 적어도 하나의 네가티브 전압을 포함할 수 있으며, 제2 파형은 순(net) 포지티브 또는 순 네가티브 임펄스를 갖는다. 폐쇄 광학 상태는 개방 광학 상태보다 더 낮은 광 투과를 갖는다. 제2 파형은 AC 파형을 포함할 수 있으며, AC 파형은 5% 내지 45%의 듀티 사이클을 갖는다. 대안적으로, 제2 파형은 DC 전압 성분과 AC 파형의 중첩에 의해 형성되는 DC 오프셋 파형을 포함할 수 있다. 제2 파형은 DC 불균형(DC-imbalanced)일 수 있다.Application of the second waveform can cause movement of the first type of electrically charged pigment particles toward the first optically transmissive electrode layer at a velocity having a lateral component, resulting in a closed optical state. The second waveform can comprise at least one positive voltage and at least one negative voltage, wherein the second waveform has a net positive or net negative impulse. The closed optical state has lower optical transmission than the open optical state. The second waveform can comprise an AC waveform, wherein the AC waveform has a duty cycle of 5% to 45%. Alternatively, the second waveform can comprise a DC offset waveform formed by superimposing a DC voltage component and the AC waveform. The second waveform can be DC-imbalanced.
하나의 예에서, 제2 파형은 AC 파형을 포함할 수 있으며, AC 파형은 주파수를 갖고, AC 파형은 5% 내지 45%의 듀티 사이클을 갖는다. AC 파형은, 50%보다 높거나, 55%보다 높거나, 60%보다 높거나, 또는 65%보다 높은 듀티 사이클을 가질 수 있다. AC 파형은, 55% 내지 95%, 58% 내지 90%, 60% 내지 88%, 65% 내지 85%, 또는 70% 내지 80%의 듀티 사이클을 가질 수 있다. AC 파형은, 50%보다 낮거나, 45%보다 낮거나, 40%보다 낮거나, 또는 35%보다 낮은 듀티 사이클을 가질 수 있다. AC 파형은, 5% 내지 45%, 8% 내지 40%, 10% 내지 38%, 10% 내지 40%, 15% 내지 35%, 또는 20% 내지 30%의 듀티 사이클을 가질 수 있다. AC 파형은 사각 파형, 정현파 파형, 삼각 파형 또는 톱니 파형일 수 있다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트로 표현된 전기 영동 매질 내의 전하 제어제의 함량에 대한, Hz로 표현된 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다.In one example, the second waveform can comprise an AC waveform, the AC waveform having a frequency, and the AC waveform having a duty cycle of from 5% to 45%. The AC waveform can have a duty cycle of greater than 50%, greater than 55%, greater than 60%, or greater than 65%. The AC waveform can have a duty cycle of from 55% to 95%, from 58% to 90%, from 60% to 88%, from 65% to 85%, or from 70% to 80%. The AC waveform can have a duty cycle of less than 50%, less than 45%, less than 40%, or less than 35%. The AC waveform can have a duty cycle of from 5% to 45%, from 8% to 40%, from 10% to 38%, from 10% to 40%, from 15% to 35%, or from 20% to 30%. The AC waveform can be a square waveform, a sinusoidal waveform, a triangular waveform, or a sawtooth waveform. The ratio of the frequency of the AC waveform, expressed in Hz, to the content of the charge controlling agent in the electrophoretic medium, expressed as weight percent of the charge controlling agent based on the weight of the electrophoretic medium, can be from 400 Hz to 2000 Hz.
AC 파형은 둘 이상의 사이클을 갖는 사각 파형일 수 있다. 이 경우, AC 파형의 포지티브 전압과 네가티브 전압은 동일한 진폭을 갖고; AC 파형의 진폭은 10V 내지 200V일 수 있고; AC 파형의 주파수는 0.1 Hz 내지 6000 Hz 또는 100 Hz 내지 3000 Hz일 수 있고; AC 파형의 진폭은 10V 내지 200V 또는 20V 내지 180V일 수 있고, AC 파형의 주파수는 0.1 Hz 내지 6000 Hz 또는 100 Hz 내지 3000 Hz일 수 있다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트로 표현된 전기 영동 매질 내의 전하 제어제의 함량에 대한, Hz로 표현된 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다.The AC waveform can be a square waveform having two or more cycles. In this case, the positive voltage and the negative voltage of the AC waveform have the same amplitude; the amplitude of the AC waveform can be from 10 V to 200 V; the frequency of the AC waveform can be from 0.1 Hz to 6000 Hz or from 100 Hz to 3000 Hz; the amplitude of the AC waveform can be from 10 V to 200 V or from 20 V to 180 V, and the frequency of the AC waveform can be from 0.1 Hz to 6000 Hz or from 100 Hz to 3000 Hz. The ratio of the frequency of the AC waveform, expressed in Hz, to the content of the charge control agent in the electrophoretic medium, expressed as weight percent of the charge control agent based on the weight of the electrophoretic medium, can be from 400 Hz to 2000 Hz.
다른 예에서, 제2 파형은 DC 전압 성분과 AC 파형의 중첩에 의해 형성되는 파형을 포함할 수 있으며, AC 파형은 주파수 및 진폭을 갖는다. AC 파형의 주파수는 0.1 Hz 내지 6000 Hz, 100 Hz 내지 3000 Hz, 또는 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다. AC 파형의 진폭은 10V 내지 200V 또는 20V 내지 180V일 수 있다. DC 전압 성분은 0.1V 내지 500V의 진폭을 갖는다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트로 표현된 전기 영동 매질 내의 전하 제어제의 함량에 대한, Hz로 표현된 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다. 제2 파형은 DC 오프셋을 갖는 AC 파형을 포함할 수 있다. AC 파형은 사각 파형, 정현파 파형, 삼각 파형 및 톱니 파형으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.In another example, the second waveform can comprise a waveform formed by superimposing a DC voltage component and an AC waveform, the AC waveform having a frequency and an amplitude. The frequency of the AC waveform can be from 0.1 Hz to 6000 Hz, from 100 Hz to 3000 Hz, or from 400 Hz to 2000 Hz. The amplitude of the AC waveform can be from 10 V to 200 V or from 20 V to 180 V. The DC voltage component has an amplitude of from 0.1 V to 500 V. A ratio of the frequency of the AC waveform, expressed in Hz, to a content of the charge controlling agent in the electrophoretic medium, expressed as a weight percent of the charge controlling agent based on the weight of the electrophoretic medium, can be from 400 Hz to 2000 Hz. The second waveform can comprise an AC waveform having a DC offset. The AC waveform can be selected from the group consisting of square waveform, sine waveform, triangle waveform and sawtooth waveform.
전기 영동 매질은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함할 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 반사성일 수 있다. 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 흡수성일 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 흰색일 수 있다. 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 검은색일 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 동일한 극성을 가질 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과는 반대인 극성을 가질 수 있다.The electrophoretic medium can include a first type of electrically charged pigment particles and a second type of electrically charged pigment particles. The first type of electrically charged pigment particles can be light reflective. The second type of electrically charged pigment particles can be light absorbing. The first type of electrically charged pigment particles can be white. The second type of electrically charged pigment particles can be black. The first type of electrically charged pigment particles can have the same polarity as the second type of electrically charged pigment particles. The first type of electrically charged pigment particles can have an opposite polarity as the second type of electrically charged pigment particles.
마이크로셀 벽 상단 표면은 광 차단 층을 가질 수 있으며, 광 차단 층은 마이크로셀 상단 표면과 밀봉 층 사이에 배치된다. 광 차단 층은 광 흡수성 안료를 포함할 수 있다. 광 차단 층은 검은색 안료를 포함할 수 있다.The top surface of the microcell wall may have a light-blocking layer, and the light-blocking layer is disposed between the top surface of the microcell and the sealing layer. The light-blocking layer may include a light-absorbing pigment. The light-blocking layer may include a black pigment.
다른 양상에서, 본 발명은 가변 광 투과 디바이스를 제공한다. 가변 광 투과 디바이스는 제1 광 투과성 전극 층, 제2 광 투과성 전극 층 및 마이크로셀 층을 포함한다. 마이크로셀 층은 복수의 마이크로셀들 및 밀봉 층을 포함한다. 마이크로셀 층은 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 배치된다. 각각의 마이크로 셀은 전기 영동 매질을 포함하며, 전기 영동 매질은 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함한다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 개구를 갖는다. 밀봉 층은 복수의 마이크로셀들의 마이크로셀 개구들에 걸쳐 있다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 바닥 층, 돌출 구조물, 마이크로셀 벽 및 채널을 포함한다. 마이크로셀 바닥 층은 마이크로셀 바닥 내측 표면을 가지며, 마이크로셀 바닥 내측 표면은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면 및 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면을 포함한다. 돌출 구조물은 돌출 베이스, 돌출 표면, 돌출 정점 및 돌출 높이를 갖는다. 돌출 정점은 돌출 구조물의 포인트 또는 포인트들의 세트로서, 포인트 또는 포인트들의 세트는 돌출 구조물의 다른 모든 포인트들보다 마이크로셀 개구로부터 더 짧은 거리를 갖는다. 돌출 높이는 돌출 베이스와 돌출 정점 사이의 거리이다. 돌출 표면은 전기 영동 매질과 접촉하는, 돌출 정점을 포함하지 않는 돌출 구조물의 표면이다. 마이크로셀 벽은 마이크로셀 내측 벽 표면 및 마이크로셀 벽 상단 표면을 갖는다. 마이크로셀 내측 벽 표면은 전기 영동 매질과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽의 표면이다. 마이크로셀 벽 상단 표면은 밀봉 층과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽의 표면이다. 채널은 채널 높이를 가지며, 채널 높이는 돌출 높이의 50%이다. 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면은 돌출 베이스와 접촉한다. 채널은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면, 돌출 표면 및 마이크로셀 내측 벽 표면 사이의 볼륨이다.In another aspect, the present invention provides a variable optical transmission device. The variable optical transmission device comprises a first optically transparent electrode layer, a second optically transparent electrode layer, and a microcell layer. The microcell layer comprises a plurality of microcells and a sealing layer. The microcell layer is disposed between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer. Each microcell comprises an electrophoretic medium, wherein the electrophoretic medium comprises electrically charged pigment particles, a charge control agent, and a non-polar liquid. Each microcell of the plurality of microcells has a microcell aperture. A sealing layer spans the microcell apertures of the plurality of microcells. Each microcell of the plurality of microcells comprises a microcell bottom layer, a protruding structure, a microcell wall, and a channel. The microcell bottom layer has a microcell bottom inner surface, wherein the microcell bottom inner surface comprises an exposed microcell bottom inner surface and an unexposed microcell bottom inner surface. The protruding structure has a protruding base, a protruding surface, a protruding apex, and a protruding height. A protrusion apex is a point or set of points of a protrusion structure, wherein the point or set of points has a shorter distance from the microcell opening than all other points of the protrusion structure. A protrusion height is a distance between a protrusion base and a protrusion apex. A protrusion surface is a surface of a protrusion structure that does not include a protrusion apex, which contacts an electrophoretic medium. A microcell wall has a microcell inner wall surface and a microcell wall top surface. The microcell inner wall surface is a surface of a microcell wall of a microcell that contacts an electrophoretic medium. The microcell wall top surface is a surface of a microcell wall of a microcell that contacts a sealing layer. A channel has a channel height, which is 50% of the protrusion height. An unexposed microcell bottom inner surface contacts the protrusion base. A channel is a volume between the exposed microcell bottom inner surface, the protrusion surface, and the microcell inner wall surface.
제1 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제1 전기장의 인가는 채널을 향한 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기하며, 그 결과로서 개방 광학 상태로 가변 광 투과 디바이스의 스위칭이 일어난다. 개방 광학 상태에서의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 채널 내부에 위치된다.Application of a first electric field between the first light-transmitting electrode layer and the second light-transmitting electrode layer via the first waveform causes movement of the electrically charged pigment particles toward the channel, resulting in switching of the variable light-transmitting device to an open optical state. The electrically charged pigment particles in the open optical state are located inside the channel.
제2 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제2 전기장의 인가는 측방 성분을 갖는 속도로 제1 광 투과성 전극 층을 향한 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기하며, 폐쇄 광학 상태로 이어진다. 제2 파형은 DC 불균형일 수 있다. 제2 파형은 적어도 하나의 포지티브 전압 및 적어도 하나의 네가티브 전압을 포함할 수 있으며, 제2 파형은 순 포지티브 또는 순 네가티브 임펄스를 갖는다. 폐쇄 광학 상태는 개방 광학 상태보다 더 낮은 광 투과를 갖는다.Application of a second electric field between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer via the second waveform causes movement of the electrically charged pigment particles toward the first optically transparent electrode layer at a velocity having a lateral component, resulting in a closed optical state. The second waveform can be a DC imbalance. The second waveform can include at least one positive voltage and at least one negative voltage, and the second waveform has a pure positive or pure negative impulse. The closed optical state has lower optical transmission than the open optical state.
제2 파형은 AC 파형을 포함할 수 있으며, AC 파형은 주파수를 갖고, AC 파형은 5% 내지 45%의 듀티 사이클을 갖는다. AC 파형은 사각 파형, 정현파 파형, 삼각 파형 또는 톱니 파형일 수 있다.The second waveform can include an AC waveform, the AC waveform having a frequency, and the AC waveform having a duty cycle of 5% to 45%. The AC waveform can be a square waveform, a sinusoidal waveform, a triangle waveform, or a sawtooth waveform.
AC 파형은 둘 이상의 사이클을 갖는 사각 파형일 수 있으며, AC 파형의 포지티브 전압과 네가티브 전압은 동일한 진폭을 갖는다. 사각 AC 파형의 진폭은 10V 내지 200V일 수 있고, 사각 AC 파형의 주파수는 0.1 Hz 내지 6000 Hz 또는 100 Hz 내지 3000 Hz일 수 있다. 사각 AC 파형의 진폭은 10V 내지 200V 또는 20V 내지 180V일 수 있고, 사각 AC 파형의 주파수는 0.1 Hz 내지 6000 Hz 또는 100 Hz 내지 3000 Hz일 수 있다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트로 표현된 전기 영동 매질 내의 전하 제어제의 함량에 대한, Hz로 표현된 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다.The AC waveform can be a square waveform having two or more cycles, and the positive voltage and the negative voltage of the AC waveform have the same amplitude. The amplitude of the square AC waveform can be from 10 V to 200 V, and the frequency of the square AC waveform can be from 0.1 Hz to 6000 Hz or from 100 Hz to 3000 Hz. The amplitude of the square AC waveform can be from 10 V to 200 V or from 20 V to 180 V, and the frequency of the square AC waveform can be from 0.1 Hz to 6000 Hz or from 100 Hz to 3000 Hz. The ratio of the frequency of the AC waveform, expressed in Hz, to the content of the charge controlling agent in the electrophoretic medium, expressed as weight percent of the charge controlling agent based on the weight of the electrophoretic medium, can be from 400 Hz to 2000 Hz.
대안적으로, 제2 파형은 DC 전압 성분과 AC 파형의 중첩에 의해 형성되는 파형을 포함할 수 있으며, AC 파형은 진폭 및 주파수를 갖고, DC 전압 성분은 진폭을 갖는다. AC 파형의 주파수는 0.1 Hz 내지 6000 Hz, 100 Hz 내지 3000 Hz, 또는 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있고, AC 파형의 진폭은 10V 내지 200V 또는 20V 내지 180V일 수 있다. DC 전압 성분의 진폭은 0.1V 내지 500V일 수 있다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트로 표현된 전기 영동 매질 내의 전하 제어제의 함량에 대한, Hz로 표현된 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다. 제2 파형은 DC 오프셋을 갖는 AC 파형을 포함할 수 있다. AC 파형은 사각 파형, 정현파 파형, 삼각 파형 및 톱니 파형으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.Alternatively, the second waveform can comprise a waveform formed by superimposing a DC voltage component and an AC waveform, the AC waveform having an amplitude and a frequency, and the DC voltage component having an amplitude. The frequency of the AC waveform can be from 0.1 Hz to 6000 Hz, from 100 Hz to 3000 Hz, or from 400 Hz to 2000 Hz, and the amplitude of the AC waveform can be from 10 V to 200 V or from 20 V to 180 V. The amplitude of the DC voltage component can be from 0.1 V to 500 V. The ratio of the frequency of the AC waveform, expressed in Hz, to the content of the charge controlling agent in the electrophoretic medium, expressed as a weight percent of the charge controlling agent based on the weight of the electrophoretic medium, can be from 400 Hz to 2000 Hz. The second waveform can comprise an AC waveform having a DC offset. The AC waveform can be selected from the group consisting of square waveform, sine waveform, triangle waveform and sawtooth waveform.
도 1은 인가된 전기장의 영향 하의 액체 내의 원통형 입자 및 입자에 미치는 결과적인 힘의 예시이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명의 가변 광 투과 디바이스의 일부의 예의 측면도를 나타낸다.
도 3은 개방 광학 상태에서의 마이크로셀의 측면도 및 폐쇄 광학 상태에서의 마이크로셀의 측면도를 예시한다. 전기 영동 매질은 한 가지 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예의 예이고; 이 예는 폐쇄 상태를 달성하기 위해 가변 광 투과 디바이스에 인가될 수 있는 DC 불균형 파형이며; 파형은 50%보다 높은 듀티 사이클을 갖는 AC 파형을 포함한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예의 예이고; 이 예는 폐쇄 상태를 달성하기 위해 가변 광 투과 디바이스에 인가될 수 있는 DC 불균형 파형이며; 파형은 DC 전압 성분과 AC 파형의 중첩이다.
도 6은 본 발명의 가변 광 투과 디바이스의 원뿔형 돌출부의 표면 상에 전기적으로 하전된 안료 입자에 의해 가해지는 힘을 예시한다.
도 7은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 가변 광 투과 디바이스의 일부를 예시하며, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 동일한 극성을 갖는다.
도 8은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 가변 광 투과 디바이스의 일부를 예시하며, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과는 반대인 극성을 갖는다.
도 9는 광 흡수성 안료 입자들을 포함하는 층의 층 두께에 대한 광 반사, 투과 및 흡수의 그래프를 제공한다.
도 10은 광 반사성 안료 입자들을 포함하는 층의 층 두께에 대한 광 반사, 투과 및 흡수의 그래프를 제공한다.
도 11은 광 반사성 안료 입자들과 광 흡수성 안료 입자들의 조합을 포함하는 폐쇄 광학 상태의 층의 층 두께에 대한 반사, 투과 및 흡수에 미치는 영향을 제공하는 그래프를 도시한다.
도 12는 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면 상에 광 차단 층을 포함하는 가변 광 투과 디바이스의 일부를 예시한다. 전기 영동 매질은 한 가지 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한다.
도 13은 마이크로셀 벽 상단 표면 상에 광 차단 층을 포함하는 가변 광 투과 디바이스의 일부를 예시한다. 전기 영동 매질은 한 가지 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한다.
도 14는 예에서 사용된 가변 투과 디바이스의 마이크로셀의 평면도를 도시한다.
도 15는 예에서 사용된 가변 투과 디바이스의 마이크로셀의 단면도를 도시한다.
도 16은 예 1의 가변 광 투과 디바이스의 개방 및 폐쇄 광학 상태의 현미경 사진(micrograph)을 제공하며, 광학 상태는 다양한 파형으로부터 기인한다.
도 17은 예 2의 가변 광 투과 디바이스의 개방 및 폐쇄 광학 상태의 현미경 사진을 제공하며, 디바이스의 전기 영동 매질은 상이한 농도의 전하 제어제를 포함한다.
도 18은 예 5의 가변 광 투과 디바이스의 마이크로셀 어레이의 현미경 사진이며,광 차단 조성물은 전체 마이크로셀에 분포되어 있는 검은색 안료 입자들을 포함한다(폐쇄 광학 상태).
도 19는 예 5로부터의 가변 광 투과 디바이스의 마이크로셀 어레이의 현미경 사진이며, 광 차단 조성물의 검은색 안료 입자들이 마이크로셀의 채널로 이동된다(폐쇄 광학 상태).
도 20은 예 6의 가변 광 투과 디바이스의 마이크로셀 어레이의 폐쇄 광학 상태의 현미경 사진이며, 광 차단 조성물의 흰색 전기적으로 하전된 안료 입자들이 전체 마이크로셀에 분포되어 있다(폐쇄 광학 상태).
도 21은 예 6의 가변 광 투과 디바이스의 마이크로셀 어레이의 개방 광학 상태의 현미경 사진이며, 광 차단 조성물의 흰색 전기적으로 하전된 안료 입자들이 채널에 이동된다(개방 광학 상태).
도 22는 예 7의 가변 광 투과 디바이스의 마이크로셀 어레이의 개방 광학 상태의 현미경 사진이며, 디바이스의 전기 영동 매질은 흰색 및 검은색 안료 입자들을 포함한다.Figure 1 is an example of a cylindrical particle in a liquid under the influence of an applied electric field and the resulting force on the particle.
FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D illustrate side views of examples of a portion of a variable optical transmission device of the present invention.
Figure 3 illustrates a side view of a microcell in an open optical state and a side view of a microcell in a closed optical state. The electrophoretic medium comprises one type of electrically charged pigment particles.
FIG. 4 is an example of a first embodiment of the present invention; this example is a DC unbalanced waveform that can be applied to a variable optical transmission device to achieve a closed state; the waveform includes an AC waveform having a duty cycle greater than 50%.
FIG. 5 is an example of a second embodiment of the present invention; this example is a DC unbalanced waveform that can be applied to a variable optical transmission device to achieve a closed state; the waveform is a superposition of a DC voltage component and an AC waveform.
FIG. 6 illustrates the force exerted by electrically charged pigment particles on the surface of a conical protrusion of a variable light transmission device of the present invention.
FIG. 7 illustrates a portion of a variable light transmission device having an electrophoretic medium including a first type of electrically charged pigment particles and a second type of electrically charged pigment particles, wherein the first type of electrically charged pigment particles have the same polarity as the second type of electrically charged pigment particles.
FIG. 8 illustrates a portion of a variable light transmission device having an electrophoretic medium including a first type of electrically charged pigment particles and a second type of electrically charged pigment particles, wherein the first type of electrically charged pigment particles have an opposite polarity to the second type of electrically charged pigment particles.
Figure 9 provides a graph of light reflection, transmission and absorption versus layer thickness of a layer comprising light absorbing pigment particles.
Figure 10 provides a graph of light reflection, transmission and absorption versus layer thickness of a layer comprising light reflective pigment particles.
Figure 11 illustrates a graph providing the effect of layer thickness on reflection, transmission and absorption of a closed optical state layer comprising a combination of light reflective pigment particles and light absorbing pigment particles.
Figure 12 illustrates a portion of a variable optical transmission device including a light blocking layer on the inner surface of the exposed microcell bottom. The electrophoretic medium includes one type of electrically charged pigment particles.
Figure 13 illustrates a portion of a variable optical transmission device including a light blocking layer on the upper surface of the microcell wall. The electrophoretic medium includes one type of electrically charged pigment particles.
Figure 14 illustrates a plan view of a microcell of the variable penetration device used in the example.
Figure 15 illustrates a cross-sectional view of a microcell of the variable penetration device used in the example.
Figure 16 provides micrographs of the open and closed optical states of the variable optical transmission device of Example 1, where the optical states result from different waveforms.
Figure 17 provides micrographs of the open and closed optical states of the variable optical transmittance device of Example 2, wherein the electrophoretic medium of the device comprises different concentrations of charge control agent.
FIG. 18 is a micrograph of a microcell array of the variable optical transmittance device of Example 5, wherein the light-blocking composition comprises black pigment particles distributed throughout the entire microcell (closed optical state).
FIG. 19 is a micrograph of a microcell array of a variable optical transmittance device from Example 5, wherein black pigment particles of the light-blocking composition are moved into the channels of the microcells (closed optical state).
FIG. 20 is a micrograph of a closed optical state of a microcell array of a variable optical transmittance device of Example 6, wherein white electrically charged pigment particles of the light-blocking composition are distributed throughout the entire microcell (closed optical state).
FIG. 21 is a micrograph of the open optical state of the microcell array of the variable optical transmittance device of Example 6, where white electrically charged pigment particles of the light blocking composition are moved into the channels (open optical state).
FIG. 22 is a micrograph of the open optical state of the microcell array of the variable optical transmittance device of Example 7, wherein the electrophoretic medium of the device comprises white and black pigment particles.
평면으로부터 점의 거리는 그 점으로부터 평면까지의 최단 수직 거리이다. 점으로부터 평면까지의 최단 거리는 주어진 점으로부터 주어진 평면으로 떨어지는 법선 벡터에 평행한 수직선의 길이이다.The distance of a point from a plane is the shortest perpendicular distance from that point to the plane. The shortest distance from a point to a plane is the length of a perpendicular line parallel to the normal vector falling from a given point to a given plane.
3차원 공간에서 2개의 평면들 사이의 거리는 평면들 사이의 최단 거리이다. 이는 하나의 평면 상의 임의의 점과 다른 평면의 임의의 점 사이의 최단 거리이다.The distance between two planes in three-dimensional space is the shortest distance between the planes. It is the shortest distance between any point on one plane and any point on the other plane.
원뿔의 기울기는, (a) 원뿔의 밑면의 원주 상의 꼭짓점(vertex) A, (b) 포인트 A(꼭짓점)와 원뿔의 밑면의 중심을 연결하는 선인 제1 팔, 및 (c) 포인트 A(꼭짓점)와 원뿔의 정점을 연결하는 선인 제2 팔로 이루어진 각으로서 정의된다.The slope of a cone is defined as the angle formed by (a) the vertex A on the circumference of the base of the cone, (b) the first arm, which is the line connecting point A (the vertex) and the center of the base of the cone, and (c) the second arm, which is the line connecting point A (the vertex) and the vertex of the cone.
"전기적으로 하전된 안료 입자들"이라는 용어는, 안료 입자의 표면 상에 어떠한 중합성 재료도 갖지 않는 하전된 안료 입자들을 지칭할 수 있다. "전기적으로 하전된 안료 입자들"이라는 용어는 또한, 안료 입자의 표면 상에 중합성 재료를 갖는 안료 입자들도 지칭할 수 있다.The term "electrically charged pigment particles" may refer to charged pigment particles that do not have any polymerizable material on the surface of the pigment particle. The term "electrically charged pigment particles" may also refer to pigment particles that have polymerizable material on the surface of the pigment particle.
"마이크로셀 내측 벽 표면"은 마이크로셀의 전기 영동 매질과 접촉하는 마이크로셀 벽의 표면이다."Microcell inner wall surface" is the surface of the microcell wall that contacts the electrophoretic medium of the microcell.
"마이크로셀 벽 상단 표면"은 마이크로셀의 밀봉 층과 접촉하는 마이크로셀 벽의 표면이다. 마이크로셀 벽 상단 표면 상에 광 차단 층이 있는 경우, 광 차단 층은 마이크로셀 벽 상단 표면과 밀봉 층 사이에 배치된다.The "microcell wall top surface" is the surface of the microcell wall that is in contact with the sealing layer of the microcell. If there is a light-blocking layer on the microcell wall top surface, the light-blocking layer is disposed between the microcell wall top surface and the sealing layer.
픽셀에 인가되는 "DC 밸런스(DC-balanced) 파형" 또는 "DC 밸런스 구동 파형"이라는 용어는, 전체 파형의 인가 기간에 걸쳐 적분될 때 픽셀에 인가되는 구동 전압이 실질적으로 제로인 구동 파형이다. DC 밸런스는 파형의 각각의 스테이지를 밸런싱되게 함으로써 달성될 수 있는데, 즉, 처음 포지티브 전압은, 후속 네가티브 전압에 걸쳐 적분하면 결과적으로 제로 또는 실질적으로 제로가 되도록 선택될 것이다. 파형이 DC 밸런싱되지 않은 경우, 이는 "DC 불균형(DC-imbalanced) 파형" 또는 "DC 불균형 구동 파형"으로 지칭된다. 픽셀에 인가되는 구동 파형은, 픽셀에 인가되는 전체 파형이 DC 밸런싱됨을 보장하기 위해, DC 불균형인 부분 및 반대 임펄스의 적어도 하나의 추가 펄스를 가질 수 있다. 이 추가 펄스는 파형의 DC 불균형 부분 전에 인가될 수 있다(사전 펄스). DC 불균형 파형의 통상의 예로는, (a) 50% 미만(또는 초과)의 듀티 사이클을 갖는 사각 또는 정현파 AC 파형, 및 (b) DC 오프셋을 갖는 사각 또는 정현파 AC 파형을 포함한다.The term "DC-balanced waveform" or "DC-balanced drive waveform" applied to a pixel is a drive waveform which, when integrated over the application period of the entire waveform, results in a drive voltage applied to the pixel that is substantially zero. DC balance may be achieved by balancing each stage of the waveform, i.e., the initial positive voltage will be chosen such that when integrated over the subsequent negative voltage, the result will be zero or substantially zero. When the waveform is not DC-balanced, it is referred to as a "DC-imbalanced waveform" or "DC-imbalanced drive waveform." The drive waveform applied to the pixel may have at least one additional pulse of a DC-imbalanced portion and an opposite impulse to ensure that the entire waveform applied to the pixel is DC-balanced. This additional pulse may be applied prior to the DC-imbalanced portion of the waveform (a pre-pulse). Common examples of DC unbalance waveforms include (a) square or sinusoidal AC waveforms having a duty cycle less than (or greater than) 50%, and (b) square or sinusoidal AC waveforms having a DC offset.
"임펄스"라는 용어는, 시간에 대한 전압의 적분이다. 즉, 시간 t 동안 인가되는 전압 V를 갖는 파형 펄스의 경우, 임펄스는 V×t이다. 임펄스는, 전압 V의 극성이 포지티브인 경우 포지티브일 수 있거나, 또는 전압 V의 극성이 네가티브인 경우 네가티브일 수 있다.The term "impulse" is the integral of voltage with respect to time. That is, for a waveform pulse having voltage V applied over time t, the impulse is V×t. The impulse can be positive if the polarity of the voltage V is positive, or negative if the polarity of the voltage V is negative.
파형의 "순 포지티브 임펄스"라는 용어는, 파형의 인가 동안 네가티브로 전기적으로 하전된 안료 입자들이 제1 광 투과성 전극 층으로 끌어당겨질 것이고 이를 향해 이동할 것임을 의미한다.The term “pure positive impulse” of the waveform means that during application of the waveform, the negatively electrically charged pigment particles will be attracted to and move towards the first light-transmitting electrode layer.
본 발명의 가변 광 투과 디바이스의 마이크로셀에서의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동과 관련하여 "속도의 측방 성분"이라는 용어는 수평 방향으로의 속도이다. 이 정의를 위해, 전기적으로 하전된 입자들의 속도는 수평 방향의 속도(Vh)와 수직 방향의 속도(Vv)의 벡터 가산으로부터의 결과인 벡터이고, 전기 영동 마이크로셀 내부의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동의 경우 수직 방향은 제1 광 투과성 전극 층으로부터 제2 광 투과성 전극 층으로 또는 제2 광 투과성 전극 층으로부터 제1 광 투과성 전극 층으로의 방향이라고 가정한다. 동일한 시스템에서, 전기 영동 마이크로셀 내부의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동의 수평 방향은 마이크로셀 벽의 일측으로부터 마이크로셀 벽의 다른 측으로의 방향이며, 이 방향은 제1 광 투과성 전극 층에 평행하다. 따라서, "전기적으로 하전된 안료 입자들의 속도가 측방 성분을 갖는다"라는 문구는, 수평 방향으로의 속도의 크기가 0보다 크다는 것을 의미한다.The term "lateral component of velocity" in relation to the movement of electrically charged pigment particles in the microcell of the variable optical transmittance device of the present invention is the velocity in the horizontal direction. For the purpose of this definition, the velocity of the electrically charged particles is a vector resulting from the vectorial addition of the horizontal velocity (Vh) and the vertical velocity (Vv), and for the movement of the electrically charged pigment particles within the electrophoretic microcell, the vertical direction is assumed to be from the first optically transparent electrode layer to the second optically transparent electrode layer or from the second optically transparent electrode layer to the first optically transparent electrode layer. In the same system, the horizontal direction of the movement of the electrically charged pigment particles within the electrophoretic microcell is from one side of the microcell wall to the other side of the microcell wall, which direction is parallel to the first optically transparent electrode layer. Therefore, the phrase "the velocity of the electrically charged pigment particles has a lateral component" means that the magnitude of the velocity in the horizontal direction is greater than zero.
유도-전하-전기-삼투(ICEO; Induce-charge-Electro-Osmosis)의 현상은, 전기 영동 매질에 존재하는 분극성 입자들, 이를테면 안료 입자들을 측방으로 이동시키는 데 이용될 수 있다. 즉, 분극성 입자들은 전기 영동 매질을 사이에 두고 있는 전극 층들에 평행하게 이동할 수 있다. 전기장의 존재 시에, 입자는 입자의 분극에 의해(또는 입자 표면 상의 흡착된 전도성 코팅 또는 입자 주위의 전기 이중층의 분극에 의해) 야기되는 힘을 받을 수 있다. 이 힘은, 인가된 전기장에서 전기 영동 매질의 액체로 둘러싸인 원통형 입자(101)에 대하여 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 영동 매질에서 이온 또는 하전된 미셀과 같은 이동 전하의 흐름에 교란을 일으킬 수 있다. 이 도면은 Bazant and Squires, J. Fluid Mech., 2004, 509, 217-252의 논문에 의해 재현되어 있다.The phenomenon of induced-charge-electro-osmosis (ICEO) can be used to laterally move polarizable particles, such as pigment particles, present in an electrophoretic medium. That is, the polarizable particles can move parallel to the electrode layers that separate the electrophoretic medium. In the presence of an electric field, the particle can experience a force caused by the polarization of the particle (or by the polarization of an adsorbed conductive coating on the particle surface or an electric double layer around the particle). This force can cause a disturbance in the flow of mobile charges, such as ions or charged micelles, in the electrophoretic medium, as illustrated in FIG. 1 for a cylindrical particle (101) surrounded by a liquid of the electrophoretic medium in an applied electric field. This figure is reproduced by the paper of Bazant and Squires, J. Fluid Mech., 2004, 509, 217-252.
완벽하게 대칭적인 구형 입자는 알짜 힘(net force)을 받지 않을 것이지만, 덜 대칭적인 입자들은 인가된 전기장의 방향에 수직인 성분을 갖는 힘을 받을 것이다. 이러한 힘을 각각 받는 입자들의 군집에 의해 생성되는 협력적인 흐름이 다수의 입자들이 들어있는 전기 영동 매질의 "스월링(swirling)"을 유발할 수 있다. Bazant와 Squires에 의한 논문에서 제시된 이론에 따르면, 특정 입자에 대한 이 스월링의 최대 속도 는 대략적으로 식 (1)에 의해 주어질 것이다.A perfectly symmetric spherical particle will experience no net force, but less symmetrical particles will experience a force whose component is perpendicular to the direction of the applied electric field. The cooperative flow generated by clusters of particles each subjected to these forces can cause "swirl" in an electrophoretic medium containing a large number of particles. According to the theory presented in the paper by Bazant and Squires, the maximum velocity of this swirling for a particular particle is will be roughly given by equation (1).
식 (1) Equation (1)
식 (1)에서, 는 전기장 세기이고, 는 용매의 유전 상수이고, 는 전기 영동 유체의 점도이고, 는 인가된 정현파 AC 주파수이고, 는 전하 주위의 용매에 포함된 전하의 움직임에 의해 스크리닝 전하 층을 형성하는 시간 척도이다. 시간 척도 는 식 (2)에 의해 주어진다.In equation (1), is the electric field strength, is the dielectric constant of the solvent, is the viscosity of the electrophoretic fluid, is the applied sinusoidal AC frequency, is the time scale for forming a screening charge layer by the movement of charges contained in the solvent around the charge. Time scale is given by equation (2).
식 (2) Equation (2)
식 (2)에서, 는 디바이(Debye) 스크리닝 길이이고, 은 입자 반경이고, 는 유체 내의 전하 캐리어의 확산 상수이다.In equation (2), is the Debye screening length, is the particle radius, is the diffusion constant of charge carriers in the fluid.
식 (1)에 따르면, 주파수가 상승됨에 따라, 의 값이 증가하고 유도 전하 흐름의 최대 속도가 감소한다. 또한, 1보다 상당히 큰 의 값의 경우, 최대 스월링 속도는 비율의 제곱에 비례한다. 유도 전하 흐름은 인가된 전기장의 극성에 관계없이 동일한 방향으로 발생하고, 따라서 교번하는 전기장에 의해 구동될 수 있다.According to equation (1), as the frequency increases, As the value of increases, the maximum velocity of the induced charge flow decreases. Also, for values significantly greater than 1, For the value of , the maximum swirling speed is is proportional to the square of the ratio. The induced charge flow occurs in the same direction regardless of the polarity of the applied electric field, and therefore can be driven by an alternating electric field.
전기 영동 디스플레이에서 선호되는 바와 같이, 전기 영동 매질이 마이크로셀 내에 포함될 때, 유도 흐름의 기하 구조는 사용되는 특정 마이크로셀의 형상에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 2개의 평행 전극의 가장 간단한 경우에, 적절한 전기장 세기 및 AC 주파수를 사용하면, 흐름이 전극들 사이의 갭의 폭에 대응하는 주기적 간격을 갖는 롤 구조를 취할 수 있는 것으로 나타났다. When the electrophoretic medium is contained within microcells, as is preferred in electrophoretic displays, the geometry of the induced flow is influenced by the geometry of the particular microcells employed. For example, in the simplest case of two parallel electrodes, it has been shown that, with appropriate electric field strength and AC frequency, the flow can assume a roll structure with periodic spacing corresponding to the width of the gap between the electrodes.
본 발명의 발명자들은 엠보싱 방법에 의해 형성된 복잡한 마이크로셀 구조를 사용하여 스위칭 가능한 디바이스를 제조하였다. 하나의 예에서, 엠보싱된 구조는 각각의 마이크로셀의 바닥에 원뿔형 돌출부를 포함한다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 따른 가변 광 투과 디바이스의 예를 예시하며, 가변 광 투과 디바이스의 돌출 구조물은 원통 상의 원뿔이다. 도 2a, 도 2b, 도 2c에 도시된 바와 같이, 돌출 구조물의 원뿔은 입자들의 전기 영동 흐름을 채널 안으로 지향시킬 수 있다. 전기 영동 매질에 걸쳐 인가된 전기장이 전기적으로 하전된 안료 입자들의 극성과 관련하여 적절한 극성을 갖는 경우, 전기적으로 하전된 안료 입자들은 채널을 향해 이동할 것이다. 예를 들어, 전기적으로 하전된 안료 입자들이 포지티브로 하전되고 광 투과성 전극을 통한 인가된 전압의 결과로서 제2 광 투과성 전극에 네가티브 극성을 띄는 경우, 전기적으로 하전된 안료 입자들은 채널을 향해 이동할 것이다. 전기적으로 하전된 안료 입자들이 네가티브로 하전되고 광 투과성 전극을 통한 인가된 전압의 결과로서 제2 광 투과성 전극에 포지티브 극성을 띄는 경우, 동일한 이동이 발생할 것이다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 디바이스의 복수의 마이크로셀들 중 하나의 마이크로셀만 보여주는 가변 광 투과 디바이스의 일부의 단면(실축척이 아님)을 예시한다. 3개의 도 2a, 도 2b, 도 2c는 모두 예시되어 있는 디바이스 구조물에 관해서는 동일하지만, 디바이스의 상이한 부분들이 도면 각각에 표시되어 있다. The inventors of the present invention have fabricated a switchable device using a complex microcell structure formed by an embossing method. In one example, the embossed structure includes a conical protrusion at the bottom of each microcell. FIGS. 2A, 2B, and 2C illustrate examples of a variable light transmission device according to the present invention, wherein the protrusion structure of the variable light transmission device is a cylindrical cone. As illustrated in FIGS. 2A, 2B, and 2C, the cone of the protrusion structure can direct the electrophoretic flow of particles into the channel. When an electric field applied across the electrophoretic medium has an appropriate polarity with respect to the polarity of the electrically charged pigment particles, the electrically charged pigment particles will migrate toward the channel. For example, when the electrically charged pigment particles are positively charged and have a negative polarity toward the second optically transparent electrode as a result of an applied voltage across the optically transparent electrode, the electrically charged pigment particles will migrate toward the channel. The same movement will occur when the electrically charged pigment particles are negatively charged and positively polarized to the second optically transparent electrode as a result of an applied voltage across the optically transparent electrode. Figures 2a, 2b and 2c illustrate cross-sections (not to scale) of a portion of a tunable optically transparent device showing only one microcell of the plurality of microcells of the device. All three Figures 2a, 2b and 2c are identical with respect to the device structure illustrated, but different portions of the device are indicated in each of the drawings.
도 2a, 도 2b 및 도 2c의 가변 광 투과 디바이스(200)의 부분들은 복수의 마이크로셀들 및 밀봉 층을 포함하는 마이크로셀 층을 포함한다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c에서는 하나의 마이크로셀만 나타나 있지만, 복수의 마이크로셀들을 포함하는 전체 가변 광 투과 디바이스를 구상할 수 있다. 가변 광 투과 디바이스는 제1 광 투과성 기판(201), 제1 광 투과성 전극 층(202), 복수의 마이크로셀들(204)과 밀봉 층(206)을 포함하는 마이크로셀 층(203), 제2 광 투과성 전극 층(207) 및 제2 광 투과성 기판(208)을 포함할 수 있다. 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함하는 전기 영동 매질(209)을 포함한다. 전기 영동 매질의 구성요소(전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제, 비극성 액체)는 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 도시되지 않는다. 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 마이크로셀 개구(205)를 가지며, 밀봉 층(206)은 복수의 마이크로셀들(204)의 마이크로셀 개구들(205)에 걸쳐 있다. 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 마이크로셀 바닥 층(210), 돌출 구조물(217), 마이크로셀 벽(212) 및 채널(215)을 포함한다. 마이크로셀 바닥 층(210)은 마이크로셀 바닥 내측 표면(211)을 가지며, 마이크로셀 바닥 내측 표면(211)은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(211a) 및 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면(211b)을 포함한다. 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 표면(211b)은 돌출 베이스(218)와 접촉한다. 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(211a)은 더 두꺼운 라인으로 표현됨으로써 도 2a에서 강조되어 있다.Portions of the variable light transmitting device (200) of FIGS. 2A, 2B and 2C include a microcell layer including a plurality of microcells and a sealing layer. Although only a single microcell is shown in FIGS. 2A, 2B and 2C, an entire variable light transmitting device including a plurality of microcells can be envisioned. The variable light transmitting device can include a first light transmitting substrate (201), a first light transmitting electrode layer (202), a microcell layer (203) including a plurality of microcells (204) and a sealing layer (206), a second light transmitting electrode layer (207) and a second light transmitting substrate (208). Each microcell of the plurality of microcells (204) includes an electrophoretic medium (209) including electrically charged pigment particles, a charge control agent and a non-polar liquid. Components of the electrophoretic medium (electrically charged pigment particles, charge control agent, non-polar liquid) are not shown in FIGS. 2A, 2B and 2C. Each microcell of the plurality of microcells (204) has a microcell opening (205), and a sealing layer (206) spans the microcell openings (205) of the plurality of microcells (204). Each microcell of the plurality of microcells (204) includes a microcell bottom layer (210), a protruding structure (217), a microcell wall (212) and a channel (215). The microcell bottom layer (210) has a microcell bottom inner surface (211), and the microcell bottom inner surface (211) includes an exposed microcell bottom inner surface (211a) and an unexposed microcell bottom inner surface (211b). The unexposed microcell bottom surface (211b) contacts the protruding base (218). The exposed microcell bottom inner surface (211a) is highlighted in Fig. 2a by being represented by a thicker line.
이 예에서, 돌출 구조물(217)은 원통 상의 원뿔이다. 돌출 구조물(217)은 돌출 베이스(218), 돌출 표면(221), 돌출 정점(219) 및 돌출 높이(220)를 갖는다. 돌출 정점(219)은 돌출 구조물(217)의 다른 모든 포인트보다 마이크로셀 개구(205)로부터 더 짧은 거리를 갖는 돌출 구조물(217)의 포인트 또는 포인트들의 세트이다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c의 가변 광 투과 디바이스의 예에서, 돌출 정점(219)은 돌출 구조물의 원뿔의 정점이다. 돌출 높이(220)는 돌출 베이스(218)와 돌출 정점(219) 사이의 거리이다. 돌출 구조물(217)이 하나보다 많은 포인트, 이를테면 평면 표면을 포함하는 돌출 정점(219)을 갖는 경우, 돌출 높이(220)는 평면 표면과 돌출 구조물(217)의 돌출 베이스(218) 사이의 거리이다. 돌출 구조물(217)을 갖는 복수의 마이크로셀들(204)을 포함하는 마이크로셀 층은, 미리 패터닝된 수형 몰드를 사용하여 열가소성 또는 열경화성 전구체 층을 엠보싱한 후에, 몰드를 해제함으로써 제조될 수 있다. 전구체 층은 엠보싱 단계 동안 또는 그 후에 방사선, 냉각, 용매 증발, 또는 다른 수단에 의해 경화될 수 있다.In this example, the protrusion structure (217) is a cone on a cylinder. The protrusion structure (217) has a protrusion base (218), a protrusion surface (221), a protrusion apex (219), and a protrusion height (220). The protrusion apex (219) is a point or set of points of the protrusion structure (217) that has a shorter distance from the microcell aperture (205) than all other points of the protrusion structure (217). In the examples of the variable light transmitting devices of FIGS. 2A, 2B, and 2C, the protrusion apex (219) is the apex of the cone of the protrusion structure. The protrusion height (220) is the distance between the protrusion base (218) and the protrusion apex (219). If the protrusion structure (217) has more than one point, such as a protrusion apex (219) that includes a planar surface, the protrusion height (220) is the distance between the planar surface and the protrusion base (218) of the protrusion structure (217). A microcell layer comprising a plurality of microcells (204) having protruding structures (217) can be fabricated by embossing a thermoplastic or thermosetting precursor layer using a pre-patterned mold, and then releasing the mold. The precursor layer can be cured by radiation, cooling, solvent evaporation, or other means during or after the embossing step.
마이크로셀 벽(212)은 마이크로셀 내측 벽 표면(213) 및 마이크로셀 벽 상단 표면(214)을 갖는다. 마이크로셀 내측 벽 표면(213)은 전기 영동 매질(209)과 접촉한다. 마이크로셀 벽 상단 표면(214)은 밀봉 층(206)과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽(212)의 표면이다. 마이크로셀 내측 벽 표면(213)은 더 두꺼운 라인으로 표현됨으로써 도 2b에서 강조되어 있다.The microcell wall (212) has a microcell inner wall surface (213) and a microcell wall top surface (214). The microcell inner wall surface (213) is in contact with the electrophoretic medium (209). The microcell wall top surface (214) is a surface of the microcell wall (212) of the microcell that is in contact with the sealing layer (206). The microcell inner wall surface (213) is highlighted in FIG. 2b by being represented by a thicker line.
채널(215)은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(211a), 마이크로셀 내측 벽 표면(213) 및 돌출 표면(221) 사이의 볼륨이다. 채널(215)은 디바이스의 개방 광학 상태에서 대부분의 전기 하전 입자들이 존재하는 볼륨 위치이다. 채널(215)은 돌출 높이(220)의 50%인 채널 높이(216)를 갖는다. 따라서, 채널 높이는, 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(211a), 마이크로셀 내측 벽 표면(213) 및 돌출 표면(221)과 함께, 채널을 더 정의한다. 돌출 표면(221)은 더 두꺼운 라인으로 표현됨으로써 도 2c에서 강조되어 있다.The channel (215) is a volume between the exposed microcell bottom inner surface (211a), the microcell inner wall surface (213), and the protruding surface (221). The channel (215) is the volume location where most of the electrically charged particles exist in the open optical state of the device. The channel (215) has a channel height (216) which is 50% of the protruding height (220). Thus, the channel height, together with the exposed microcell bottom inner surface (211a), the microcell inner wall surface (213), and the protruding surface (221), further defines the channel. The protruding surface (221) is highlighted in FIG. 2c by being represented by a thicker line.
도 2d는 본 발명에 따른 가변 광 투과 디바이스의 예를 예시하며, 가변 광 투과 디바이스의 돌출 구조물은 원통 상의 원뿔이다. 도 2d의 가변 광 투과 디바이스는 도 2a, 도 2b, 도 2c에 의해 예시된 것과 유사하지만, 4개의 마이크로셀들을 포함하는 디바이스의 더 큰 부분을 보여준다. 가변 광 투과 디바이스(200)는 제1 광 투과성 기판(201), 제1 광 투과성 전극 층(202), 복수의 마이크로셀들(204)과 밀봉 층(206)을 포함하는 마이크로셀 층(203), 제2 광 투과성 전극 층(207) 및 제2 광 투과성 기판(208)을 포함한다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 전기적으로 하전된 안료 입자들(222), 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함하는 전기 영동 매질을 포함한다. 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 마이크로셀 개구를 가지며, 밀봉 층(206)은 복수의 마이크로셀들의 마이크로셀 개구들에 걸쳐 있다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 바닥 층(210), 돌출 구조물(217), 마이크로셀 벽(212) 및 채널(215)을 포함한다. 도 2d에 예시된 가변 광 투과 디바이스는 폐쇄 광학 상태에 있다.FIG. 2d illustrates an example of a variable light transmission device according to the present invention, wherein the protruding structure of the variable light transmission device is a cylindrical cone. The variable light transmission device of FIG. 2d is similar to that illustrated by FIGS. 2a, 2b, and 2c, but shows a larger portion of the device including four microcells. The variable light transmission device (200) includes a first light transmitting substrate (201), a first light transmitting electrode layer (202), a microcell layer (203) including a plurality of microcells (204) and a sealing layer (206), a second light transmitting electrode layer (207), and a second light transmitting substrate (208). Each microcell of the plurality of microcells includes an electrophoretic medium including electrically charged pigment particles (222), a charge control agent, and a non-polar liquid. Each microcell of the plurality of microcells (204) has a microcell opening, and a sealing layer (206) spans the microcell openings of the plurality of microcells. Each microcell of the plurality of microcells includes a microcell bottom layer (210), a protruding structure (217), a microcell wall (212), and a channel (215). The variable optical transmission device illustrated in FIG. 2d is in a closed optical state.
제1 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이에 제1 전기장이 인가될 때, 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)의 극성과 제2 광 투과성 전극 층의 전압 극성이 서로 반대일 경우 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)의 채널을 향한 이동이 야기된다. 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)의 극성과 제2 광 투과성 전극 층의 전압 극성이 서로 반대인 경우, 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)은 제2 광 투과성 전극에 의해 끌어당겨질 것이고, 가변 광 투과 디바이스는 개방 광학 상태로 스위칭될 것이며, 개방 광학 상태는 폐쇄 광학 상태보다 더 높은 광 투과율을 갖는다. 개방 광학 상태가 도 3a에 예시되어 있으며, 여기서, 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)은 검은색으로 채워진 원으로 나타나 있다. 이 예에서, 전기 영동 매질은 하나의 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)을 포함한다.When a first electric field is applied between the first light-transmitting electrode layer (202) and the second light-transmitting electrode layer (207) via the first waveform, if the polarity of the electrically charged pigment particles (222) and the voltage polarity of the second light-transmitting electrode layer are opposite to each other, movement of the electrically charged pigment particles (222) toward the channel is caused. If the polarity of the electrically charged pigment particles (222) and the voltage polarity of the second light-transmitting electrode layer are opposite to each other, the electrically charged pigment particles (222) will be attracted by the second light-transmitting electrode, and the variable light-transmitting device will be switched to an open optical state, and the open optical state has a higher light transmittance than the closed optical state. The open optical state is illustrated in FIG. 3A, where the electrically charged pigment particles (222) are represented by black filled circles. In this example, the electrophoretic medium comprises one type of electrically charged pigment particles (222).
제2 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이의 제2 전기장의 인가는 속도를 가지고 제1 광 투과성 전극 층(202)을 향해 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)의 이동을 야기한다. 이는 도 3b에 도시되어 있는 폐쇄 광학 상태로 이어진다. 속도는 측방 성분을 갖는다. 속도의 측방 성분이 없으면, 폐쇄 광학 상태는 발생하지 않을 것인데, 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)이 개방 상태의 채널로부터 제1 광 투과성 전극 층(202)을 향해 이동할 것이지만, 이 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)이 밀봉 층(206) 부근에서 마이크로셀의 둘레 근처의 영역을 점유할 것이기 때문이다. 즉, 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)은 제1 광 투과성 전극 층(202)의 표면 전부에 걸쳐 퍼지지 않을 것이다. 따라서, 폐쇄 광학 상태는 비교적 높은 광 투과율을 가질 것이기 때문에, 폐쇄 광학 상태가 효과적으로 형성되지 않을 것이다.Application of a second electric field between the first light-transmitting electrode layer (202) and the second light-transmitting electrode layer (207) via the second waveform causes the electrically charged pigment particles (222) to move toward the first light-transmitting electrode layer (202) with a velocity. This leads to a closed optical state as illustrated in FIG. 3b. The velocity has a lateral component. If there were no lateral component of the velocity, the closed optical state would not occur because the electrically charged pigment particles (222) would move from the open channel toward the first light-transmitting electrode layer (202), but these electrically charged pigment particles (222) would occupy a region near the perimeter of the microcell near the sealing layer (206). That is, the electrically charged pigment particles (222) would not spread over the entire surface of the first light-transmitting electrode layer (202). Therefore, the closed optical state will not be formed effectively because the closed optical state will have relatively high light transmittance.
위에서는, 제2 광 투과성 전극 층을 향한 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동 동안 이들이 돌출 구조물의 돌출 표면에 부딪힐 때 돌출 구조물(예를 들어, 도 3a 및 도 3b의 원뿔)의 기울기가 이들의 속도에 측방 성분을 부여할 것이기 때문에, 폐쇄 광학 상태로부터 개방 광학 상태로 전환하는 것이 다소 더 쉽다는 것을 나타낸다.Above, it is shown that during the movement of the electrically charged pigment particles towards the second light-transmitting electrode layer, it is somewhat easier to switch from a closed optical state to an open optical state, since the inclination of the protrusion structure (e.g., the cone in FIGS. 3a and 3b) will impart a lateral component to their velocity when they hit the protrusion surface of the protrusion structure.
전기 영동 매질과 원뿔의 전기 전도성을 서로 실질적으로 상이하게 함으로써 가변 광 투과 디바이스 내의 전기장을 형상화하는 것이 가능하다. 예를 들어, 원뿔이 전기 영동 매질보다 훨씬 덜 전도성인 경우, 전기장 라인들은 전기적으로 하전된 안료 입자들을 채널로 지향시키는 경향이 있을 것이다. 그러나, 이러한 경우에도, 채널로부터 전체 마이크로셀 볼륨으로 전기적으로 하전된 안료 입자들을 재분산시키기 위해 더 실질적인 수평 힘 성분을 제공하는 것이 여전히 필요할 수 있다. 또한, 현행 최신 기술에서는, 원뿔 재료와 전기 영동 매질의 저항률이 각각 약 1010 로 대략 동일할 때, 디바이스를 조립하고 동작시키는 것이 더 용이하며, 이 경우 전기장 라인들은 마이크로셀을 통해 대략 수직으로 배향될 것이다. 따라서, 전기적으로 하전된 안료 입자들에 측방 운동이 부여되는 파형을 사용하는 것이 바람직할 것이다.It is possible to shape the electric field within the variable optical transmission device by making the electrical conductivities of the electrophoretic medium and the cone substantially different from each other. For example, if the cone is much less conductive than the electrophoretic medium, the electric field lines will tend to direct the electrically charged pigment particles into the channel. However, even in this case, it may still be necessary to provide a more substantial horizontal force component to redistribute the electrically charged pigment particles from the channel into the overall microcell volume. Furthermore, in current state of the art, the resistivity of the cone material and the electrophoretic medium are each about 10 10 When the electric field lines are approximately equal to each other, it is easier to assemble and operate the device, in which case the electric field lines will be oriented approximately vertically through the microcell. Therefore, it would be desirable to use a waveform that imparts lateral motion to the electrically charged pigment particles.
가변 광 투과 디바이스는, 채널을 향한 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기하도록 제1 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제1 전기장을 인가하며, 그 결과로서 개방 광학 상태로 가변 광 투과 디바이스의 스위칭이 일어남으로써, 개방 광학 상태로 스위칭될 수 있으며, 개방 광학 상태에서의 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 채널 내부에 위치된다. 가변 광 투과 디바이스는, 측방 성분을 갖는 속도로 제1 광 투과성 전극 층을 향한 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기하도록 제2 파형을 통해 제1 광 투과성 전극 층과 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제2 전기장을 인가하며, 폐쇄 광학 상태로 이어짐으로써, 폐쇄 광학 상태로 스위칭될 수 있으며, 제2 파형은 순 포지티브 또는 순 네가티브 임펄스를 갖는 일련의 적어도 2개의 포지티브 및 네가티브 펄스를 포함하고, 폐쇄 광학 상태는 개방 광학 상태보다 낮은 광 투과를 갖는다.The variable optical transmission device can be switched to the open optical state by applying a first electric field between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer via a first waveform to cause movement of the first type of electrically charged pigment particles toward the channel, whereby switching of the variable optical transmission device to an open optical state occurs, wherein the first type of electrically charged pigment particles in the open optical state are located within the channel. The variable optical transmission device can be switched to the closed optical state by applying a second electric field between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer via a second waveform to cause movement of the first type of electrically charged pigment particles toward the first optically transparent electrode layer at a velocity having a lateral component, whereby switching to the closed optical state occurs, wherein the second waveform comprises a series of at least two positive and negative pulses having pure positive or pure negative impulses, wherein the closed optical state has lower optical transmission than the open optical state.
제2 파형은 DC 불균형일 수 있다. 제2 파형은 적어도 하나의 포지티브 전압 및 적어도 하나의 네가티브 전압을 포함할 수 있으며, 제2 파형은 순 포지티브 또는 순 네가티브 임펄스를 갖는다. 순 포지티브 또는 순 네가티브 임펄스의 선택은 밀봉 층 근처의 전기 영동 매질의 위치로 이동될 전기적으로 하전된 안료 입자들의 극성에 따라 좌우된다. 구체적으로, 폐쇄 상태가, 네가티브로 하전되는 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 수반하는 경우, 이들 입자들을 채널로부터 제1 광 투과성 전극 층을 향해 이동시키기 위해 순 포지티브 임펄스가 필요하다. 다시 말하면, 이러한 이동은 인가된 전압의 순 결과가 제2 광 투과성 전극 층에 대한 제1 광 투과성 전극 층의 포지티브 전압에 의한 네가티브로 하전된 입자들의 끌어당김이어야 한다. 반대로, 폐쇄 상태가, 포지티브로 하전되는 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 수반하는 경우, 전기적으로 하전된 안료 입자들을 제2 광 투과성 전극 층(207) 근처의 채널로부터 제1 광 투과성 전극 층을 향해 이동시키기 위해 순 네가티브 임펄스가 필요하다.The second waveform can be a DC unbalance. The second waveform can include at least one positive voltage and at least one negative voltage, and the second waveform has a pure positive or pure negative impulse. The selection of a pure positive or pure negative impulse depends on the polarity of the electrically charged pigment particles to be moved to a location in the electrophoretic medium near the sealing layer. Specifically, if the closed state involves the movement of the first type of electrically charged pigment particles, which are negatively charged, a pure positive impulse is required to move these particles from the channel toward the first optically transparent electrode layer. In other words, such movement should be such that the net result of the applied voltage is the attraction of the negatively charged particles by the positive voltage of the first optically transparent electrode layer toward the second optically transparent electrode layer. Conversely, if the closed state involves movement of the first type of electrically charged pigment particles that are positively charged, a pure negative impulse is required to move the electrically charged pigment particles from the channel near the second light-transmitting electrode layer (207) toward the first light-transmitting electrode layer.
제2 파형을 통해 2개의 광 투과성 전극 층들 사이에 인가되는 제2 전기장은 폐쇄 광학 상태를 달성한다.A second electric field applied between the two optically transparent electrode layers via a second waveform achieves a closed optical state.
제1 실시예에서, 제2 파형은 50%와는 상이한 듀티 사이클을 갖는 AC 파형을 포함한다. 제1 실시예의 제2 파형의 예가 도 4에 예시되어 있다.In the first embodiment, the second waveform comprises an AC waveform having a duty cycle different from 50%. An example of the second waveform of the first embodiment is illustrated in FIG. 4.
AC 파형은 포지티브 또는 네가티브 DC 바이어스를 가질 수 있다. DC 바이어스는 파형의 듀티 사이클을 제어함으로써 달성될 수 있다. 포지티브 DC 바이어싱된 파형에 대한 듀티 사이클은 50%보다 높다. 포지티브 DC 바이어싱된 파형의 듀티 사이클은 55%보다 높거나, 60%보다 높거나, 또는 65%보다 높을 수 있다. 포지티브 DC 바이어싱된 파형에 대한 듀티 사이클은 55% 내지 95%, 58% 내지 90%, 60% 내지 88%, 65% 내지 85%, 또는 70% 내지 80%일 수 있다. 유사하게, 네가티브 DC 바이어싱된 파형에 대한 듀티 사이클은 50%보다 낮다. 네가티브 DC 바이어스 파형에 대한 듀티 사이클은 45%보다 낮거나, 40%보다 낮거나, 또는 35%보다 낮을 수 있다. 네가티브 DC 바이어싱된 파형에 대한 듀티 사이클은 5% 내지 45%, 8% 내지 40%, 10% 내지 38%, 15% 내지 35%, 또는 20% 내지 30%일 수 있다.The AC waveform can have a positive or negative DC bias. The DC bias can be achieved by controlling the duty cycle of the waveform. The duty cycle for the positive DC biased waveform is greater than 50%. The duty cycle for the positive DC biased waveform can be greater than 55%, greater than 60%, or greater than 65%. The duty cycle for the positive DC biased waveform can be between 55% and 95%, between 58% and 90%, between 60% and 88%, between 65% and 85%, or between 70% and 80%. Similarly, the duty cycle for the negative DC biased waveform is less than 50%. The duty cycle for the negative DC biased waveform can be less than 45%, less than 40%, or less than 35%. The duty cycle for the negative DC biased waveform can be from 5% to 45%, from 8% to 40%, from 10% to 38%, from 15% to 35%, or from 20% to 30%.
도 4의 예에 예시된 파형은 둘 이상의 사이클을 갖는 AC 사각 파형을 포함한다. 각각의 사이클은 시구간 t1 동안 인가된 진폭 V1의 제1 펄스 및 시구간 t2 동안 인가된 진폭 V2의 제2 펄스를 포함할 수 있으며, V1은 포지티브이고 V2는 네가티브이며, t1은 t2보다 크다. V1의 진폭이 V2의 진폭과 동일한 경우에(|V1| = |V2|), 시구간의 차이에 의해 DC 바이어스가 달성된다. 도 4의 예의 경우, 포지티브 전압(V1)이 네가티브 전압(V2)의 시구간(t2)보다 더 긴 시구간(t1) 동안 인가되기 때문에, 포지티브 DC 바이어스가 존재한다. 포지티브 DC 바이어스는, 가변 광 투과 디바이스의 전기적으로 하전된 안료 입자들이 네가티브로 하전되는 경우, 전기적으로 하전된 안료 입자들이 디바이스의 제1 광 투과성 전극 층을 향해 이동할 것임을 의미한다. 파형의 듀티 사이클은 식 (3)에 의해 계산될 수 있다.The waveform illustrated in the example of FIG. 4 comprises an AC square waveform having two or more cycles. Each cycle can include a first pulse of amplitude V1 applied for a time period t1 and a second pulse of amplitude V2 applied for a time period t2, where V1 is positive and V2 is negative, and where t1 is greater than t2. When the amplitude of V1 is equal to the amplitude of V2 (|V1| = |V2|), a DC bias is achieved by the difference in the time periods. In the case of the example of FIG. 4, a positive DC bias exists because the positive voltage (V1) is applied for a time period t1 that is longer than the time period t2 of the negative voltage (V2). The positive DC bias means that when the electrically charged pigment particles of the tunable optical transmittance device are negatively charged, the electrically charged pigment particles will migrate toward the first optically transmittable electrode layer of the device. The duty cycle of the waveform can be calculated by equation (3).
식 (3) Equation (3)
도 4의 파형 예에서, V1의 진폭은 진폭 V2와 동일할 수 있지만(|V1| = |V2|), 일반적으로 진폭 V1 및 V2는 서로 상이할 수 있다.In the waveform example of Fig. 4, the amplitude of V1 can be equal to the amplitude V2 (|V1| = |V2|), but in general, the amplitudes V1 and V2 can be different from each other.
도 4의 구동 파형의 예는 DC 불균형이다. 그러나, 하나 이상의 추가 펄스가 반대 임펄스의 도 4의 파형에 포함될 수 있으며, 이는 픽셀에 인가되는 전체 파형이 DC 밸런싱되도록 할 수 있다. 이 추가 펄스(또는 추가 펄스들)는 DC 불균형 파형 전에 인가될 수 있다(사전 펄스). 또한, 도 4의 파형의 예는 사각 AC 파형이다. 사용될 수 있는 AC 파형의 다른 예로는 정현파 파형, 삼각 파형 및 톱니 파형을 포함한다.The example drive waveform of FIG. 4 is a DC unbalanced waveform. However, one or more additional pulses may be included in the waveform of FIG. 4 of the opposite impulse, which may cause the overall waveform applied to the pixel to be DC balanced. This additional pulse (or additional pulses) may be applied prior to the DC unbalanced waveform (a pre-pulse). Also, the example waveform of FIG. 4 is a square AC waveform. Other examples of AC waveforms that may be used include sinusoidal waveforms, triangle waveforms, and sawtooth waveforms.
제1 실시예의 AC 파형은 10V 내지 200V의 진폭 및 0.1 Hz 내지 6000 Hz의 주파수를 가질 수 있다. AC 파형은 15V 내지 180V, 20V 내지 160V, 25V 내지 150V, 또는 30V 내지 140V의 진폭을 가질 수 있다. AC 파형은 0.5 Hz 내지 5000 Hz, 1 Hz 내지 4000 Hz, 5 Hz 내지 3000 Hz, 10 Hz 내지 2000 Hz, 15 Hz 내지 1000 Hz, 20 Hz 내지 800 Hz, 또는 25 Hz 내지 600 Hz의 주파수를 가질 수 있다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트 함량에 대한 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다.The AC waveform of the first embodiment can have an amplitude of 10 V to 200 V and a frequency of 0.1 Hz to 6000 Hz. The AC waveform can have an amplitude of 15 V to 180 V, 20 V to 160 V, 25 V to 150 V, or 30 V to 140 V. The AC waveform can have a frequency of 0.5 Hz to 5000 Hz, 1 Hz to 4000 Hz, 5 Hz to 3000 Hz, 10 Hz to 2000 Hz, 15 Hz to 1000 Hz, 20 Hz to 800 Hz, or 25 Hz to 600 Hz. The ratio of the frequency of the AC waveform to the weight percent content of the charge control agent based on the weight of the electrophoretic medium can be from 400 Hz to 2000 Hz.
제2 실시예에서, 제2 파형은 DC 전압 성분과 AC 파형의 중첩에 의해 형성되는 파형을 포함할 수 있다. 제2 실시예의 제2 파형의 예가 도 5에 예시되어 있다.In a second embodiment, the second waveform may include a waveform formed by superimposing a DC voltage component and an AC waveform. An example of the second waveform of the second embodiment is illustrated in FIG. 5.
도 5의 파형은 DC 오프셋(Vd)으로 인해 순 네가티브 임펄스를 갖는다. 포지티브 펄스를 인가하는 시구간(t3)이 네가티브 펄스를 인가하는 시구간(t4)과 동일하지만, 펄스 진폭의 차이에 의해 DC 바이어스가 달성된다. 구체적으로, 포지티브 펄스의 진폭 V3은 네가티브 펄스의 진폭 V4보다 작다. 이는 파형의 DC 전압 성분(Vd)에 의해 야기된다. 즉, 도 5에 예시된 파형은 DC 오프셋을 갖는다.The waveform of Fig. 5 has a pure negative impulse due to the DC offset (Vd). Although the time period (t3) for applying the positive pulse is the same as the time period (t4) for applying the negative pulse, the DC bias is achieved by the difference in the pulse amplitudes. Specifically, the amplitude V3 of the positive pulse is smaller than the amplitude V4 of the negative pulse. This is caused by the DC voltage component (Vd) of the waveform. That is, the waveform illustrated in Fig. 5 has a DC offset.
도 5의 구동 파형의 예는 DC 불균형이다. 그러나, 하나 이상의 추가 펄스가 반대 임펄스의 도 5의 파형에 포함될 수 있으며, 이는 픽셀에 인가되는 전체 파형이 DC 밸런싱되도록 할 수 있다. 이 추가 펄스(또는 추가 펄스들)는 DC 불균형 파형 전에 인가될 수 있다(사전 펄스). 또한, 도 5의 파형의 예는 사각 AC 파형이다. 사용될 수 있는 AC 파형의 다른 예로는, 정현파 파형, 삼각 파형 및 톱니 파형을 포함한다.The example drive waveform of Fig. 5 is a DC unbalanced waveform. However, one or more additional pulses may be included in the waveform of Fig. 5 of the opposite impulse, which may cause the overall waveform applied to the pixel to be DC balanced. This additional pulse (or additional pulses) may be applied prior to the DC unbalanced waveform (a pre-pulse). Also, the example waveform of Fig. 5 is a square AC waveform. Other examples of AC waveforms that may be used include sinusoidal waveforms, triangle waveforms, and sawtooth waveforms.
AC 파형은 10V 내지 200V의 진폭 및 0.1 Hz 내지 6000 Hz의 주파수를 가질 수 있다. AC 파형은 15V 내지 180V, 20V 내지 160V, 25V 내지 150V, 또는 30V 내지 140V의 진폭을 가질 수 있다. AC 파형은 0.5 Hz 내지 5000 Hz, 1 Hz 내지 4000 Hz, 5 Hz 내지 3000 Hz, 10 Hz 내지 2000 Hz, 15 Hz 내지 1000 Hz, 20 Hz 내지 800 Hz, 또는 25 Hz 내지 600 Hz의 주파수를 가질 수 있다. 전기 영동 매질의 중량 기준 전하 제어제의 중량 퍼센트 함량에 대한 AC 파형의 주파수의 비율은 400 Hz 내지 2000 Hz일 수 있다.The AC waveform can have an amplitude of 10 V to 200 V and a frequency of 0.1 Hz to 6000 Hz. The AC waveform can have an amplitude of 15 V to 180 V, 20 V to 160 V, 25 V to 150 V, or 30 V to 140 V. The AC waveform can have a frequency of 0.5 Hz to 5000 Hz, 1 Hz to 4000 Hz, 5 Hz to 3000 Hz, 10 Hz to 2000 Hz, 15 Hz to 1000 Hz, 20 Hz to 800 Hz, or 25 Hz to 600 Hz. The ratio of the frequency of the AC waveform to the weight percent content of the charge control agent based on the weight of the electrophoretic medium can be from 400 Hz to 2000 Hz.
전기적으로 하전된 안료 입자들의 ICEO 유도 운동이 비교적 낮은 경우, 마이크로셀의 돌출 구조물은, 디바이스가 DC 밸런스 AC 파형을 사용하여 구동되는 경우에도, 가변 투과 디바이스의 효과적인 동작에 기여한다. 돌출 구조물이 원뿔인 예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 원뿔의 표면에 위치되어 있는 임의의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 원뿔의 정점을 향해 그들을 이동시킬 알짜 힘을 받을 것이다. 도 6은 전기장(602)에서 돌출 구조물(617)(원뿔)과 접촉하는 전기적으로 하전된 안료 입자(222)를 도시한다. 이 경우, ICEO 흐름이 곡선 화살표에 의해 예시되어 있는데, 원뿔의 "오르막" 쪽에서 "내리막" 쪽보다 더 제한적이다. 이는 점선 수평 화살표로 도시된 대로 입자에 힘을 가한다. 원뿔의 정점을 향해 입자를 밀어내는, 원뿔에 수직으로 작용하는 반대 힘이 존재할 것이다. AC 전계 및 주파수의 적절한 선택으로, 이러한 방식으로 입자들이 채널 영역 밖으로 그리고 원뿔의 측면을 따라 올라갈 수 있다.When the ICEO-induced motion of the electrically charged pigment particles is relatively low, the protruding structures of the microcell contribute to the effective operation of the tunable penetration device even when the device is driven using a DC balanced AC waveform. In the example where the protruding structure is a cone, any electrically charged pigment particles located on the surface of the cone will experience a net force that moves them toward the apex of the cone, as illustrated in FIG. 6 . FIG. 6 illustrates an electrically charged pigment particle (222) in contact with a protruding structure (617) (cone) in an electric field (602). In this case, the ICEO flow is illustrated by the curved arrows, which are more restricted on the "uphill" side of the cone than on the "downhill" side. This exerts a force on the particle, as illustrated by the dashed horizontal arrows. There will be an opposing force acting perpendicular to the cone, pushing the particle toward the apex of the cone. With an appropriate choice of AC field and frequency, the particles can be driven out of the channel region and up the side of the cone in this manner.
본 발명의 가변 광 투과 디바이스의 전기 영동 매질은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함한다.The electrophoretic medium of the variable optical transmittance device of the present invention comprises a first type of electrically charged pigment particles, a second type of electrically charged pigment particles, a charge control agent, and a non-polar liquid.
제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 반사성일 수 있고, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 흡수성일 수 있다. 광 반사성 안료 입자들의 통상의 예로는 흰색 컬러를 갖는 티타늄 이산화물이 있다. 광 흡수성 안료 입자들의 통상의 예로는 검은색, 파란색, 청록색, 자홍색, 빨간색, 초록색, 노란색 및 다른 컬러를 갖는 유기 및 무기 안료 입자들을 포함한다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 동일한 극성을 가질 수 있다. 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과는 반대인 극성을 가질 수 있다.The first type of electrically charged pigment particles can be light reflective and the second type of electrically charged pigment particles can be light absorbing. A common example of the light reflective pigment particles is titanium dioxide, which has a white color. Typical examples of the light absorbing pigment particles include organic and inorganic pigment particles having black, blue, cyan, magenta, red, green, yellow and other colors. The first type of electrically charged pigment particles can have the same polarity as the second type of electrically charged pigment particles. The first type of electrically charged pigment particles can have an opposite polarity as the second type of electrically charged pigment particles.
동일한 전하 극성을 갖는 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 갖는 전기 영동 매질에서, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위는 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위보다 낮을 수 있다. 또한, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 평균 입자 크기는, 안료 입자들의 평균 직경에 의해 결정되는, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 평균 입자 크기보다 클 수 있다. 이 예의 가변 광 투과 디바이스의 개방 광학 상태가 도 7a에 예시되어 있다. 이 예에서, 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이에 적절한 전기장의 인가 시, 둘 다의 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a(제1 유형) 및 222b(제2 유형))이 마이크로셀의 채널로 이동하여 개방 상태를 형성할 것이다. 그러나, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a)이 더 낮은 전하(및 더 큰 크기)를 갖기 때문에, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222b)(광 흡수성)이 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a)(광 반사성) 아래에 배치될 것이다. 다시 말하면, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222b)이 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a)보다 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(채널의 바닥)에 더 가까이 배치될 것이다. 이 예의 가변 광 투과 디바이스의 폐쇄 광학 상태가 도 7b에 예시되어 있다. 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이에 적절한 전기장의 인가 시, 둘 다의 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a, 222b)이 제1 광 투과성 전극 층을 향해 이동하여 폐쇄 광학 상태를 달성할 것이다. 그러나, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a)이 더 낮은 전하(및 더 큰 크기)를 갖기 때문에, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222b)(광 흡수성)이 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(222a)(광 반사성)보다 밀봉 층(206)에 더 가까이 위치될 것이다.In an electrophoretic medium having first type of electrically charged pigment particles having the same charge polarity and second type of electrically charged pigment particles, the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles may be lower than the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles. Additionally, the average particle size of the first type of electrically charged pigment particles may be larger than the average particle size of the second type of electrically charged pigment particles, which is determined by the average diameter of the pigment particles. An open optical state of the variable optical transmission device of this example is illustrated in FIG. 7A. In this example, upon application of an appropriate electric field between the first optically transparent electrode layer (202) and the second optically transparent electrode layer (207), both types of electrically charged pigment particles (222a (first type) and 222b (second type)) will migrate into the channels of the microcell to form an open state. However, since the first type of electrically charged pigment particles (222a) have a lower charge (and larger size), the second type of electrically charged pigment particles (222b) (light absorbing) will be positioned below the first type of electrically charged pigment particles (222a) (light reflective). In other words, the second type of electrically charged pigment particles (222b) will be positioned closer to the exposed microcell bottom inner surface (bottom of the channel) than the first type of electrically charged pigment particles (222a). The closed optical state of the variable optical transmittance device of this example is illustrated in FIG. 7b. Upon application of an appropriate electric field between the first light-transmitting electrode layer (202) and the second light-transmitting electrode layer (207), both types of electrically charged pigment particles (222a, 222b) will migrate toward the first light-transmitting electrode layer to achieve a closed optical state. However, since the first type of electrically charged pigment particles (222a) have a lower charge (and larger size), the second type of electrically charged pigment particles (222b) (light-absorptive) will be positioned closer to the sealing layer (206) than the first type of electrically charged pigment particles (222a) (light-reflective).
다른 예에서, 가변 광 투과 디바이스는 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(광 반사성) 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(광 흡수성)을 포함하는 전기 영동 매질을 가지며, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들과 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 반대 전하 극성을 갖는다. 이 예의 2가지 가능한 개방 광학 상태가 각각 도 8a 및 도 8b에 예시되어 있다. 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이에 적절한 전기장의 인가 시, 인가된 전기장의 극성에 따라, 제1 전기적으로 하전된 안료 입자들(223a)(광 반사성)이나 제2 전기적으로 하전된 안료 입자들(223b)(광 흡수성) 중 어느 하나가 채널을 향해 이동할 것이다(개방된 광학 상태). 폐쇄 광학 상태는, 유형들 중 하나의 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 측방 성분을 갖는 속도로 제1 광 투과성 전극 층(202)을 향해 이동하게 하는, 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이의 적절한 전기장(제2 전기장)의 인가에 의해 형성될 수 있다. 인가된 전기장에 따라, 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(223a)이나 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(223b) 중 어느 하나가 밀봉 층(206) 근처의 마이크로셀 영역(마이크로셀 개구)에 퍼질 것이다.In another example, a variable optical transmission device has an electrophoretic medium including a first type of electrically charged pigment particles (light reflective) and a second type of electrically charged pigment particles (light absorbing), wherein the first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles have opposite charge polarities. Two possible open optical states of this example are illustrated in FIGS. 8A and 8B , respectively. Upon application of an appropriate electric field between the first optically transparent electrode layer (202) and the second optically transparent electrode layer (207), depending on the polarity of the applied electric field, either the first electrically charged pigment particles (223a) (light reflective) or the second electrically charged pigment particles (223b) (light absorbing) will migrate toward the channel (open optical state). A closed optical state can be formed by application of an appropriate electric field (a second electric field) between the first light-transmitting electrode layer (202) and the second light-transmitting electrode layer (207) which causes electrically charged pigment particles of one type to move toward the first light-transmitting electrode layer (202) at a velocity having a lateral component. Depending on the applied electric field, either the first type of electrically charged pigment particles (223a) or the second type of electrically charged pigment particles (223b) will spread into the microcell region (microcell aperture) near the sealing layer (206).
검은색 컬러를 가질 수 있는 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 양은, 밑에서 볼 때, 채널 내의 흰색 안료를 숨기기에 충분하지만(개방 광학 상태), 폐쇄 상태에서 너무 많은 광 흡수를 초래할 정도로 높지는 않도록, 선택될 것이다. "밑에서 본다"는 것은, 제1 광 투과성 전극 층(202)에 더 가까운 측과는 대조적으로, 제2 광 투과성 전극 층(207)에 더 가까운 가변 광 투과 디바이스의 측에 관찰자가 위치되어 있다는 것을 의미한다.The amount of the second type of electrically charged pigment particles, which may have a black color, will be selected such that it is sufficient to hide the white pigment within the channel when viewed from below (open optical state), but not so high as to cause too much light absorption in the closed state. By “viewed from below” is meant that the observer is positioned on the side of the variable optical transmission device that is closer to the second optically transparent electrode layer (207), as opposed to the side that is closer to the first optically transparent electrode layer (202).
가변 투과 디바이스의 개방 광학 상태는 높은 투과율 및 낮은 헤이즈를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 건물 창문이나 차량 선루프와 같은 특정 응용에서, 건물이나 차량의 가열을 관리하는 것이 바람직하다. 가변 투과 디바이스가 광 흡수성 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한 전기 영동 매질을 포함할 때 열 관리가 어렵다. 이러한 디바이스의 폐쇄 광학 상태에서, 디바이스에 입사하는 광은 디바이스에 의해 흡수되며 디바이스가 가열되게 할 수 있다. 입사 광은 태양 스펙트럼 내의 파장, 즉 자외선, 가시광선 및 적외선을 포함할 수 있다. 다른 문제는 폐쇄 광학 상태가 완전히 불투명하지 않다는 것일 수 있다. 즉, 입사 광의 일부가 건물이나 차량 내로 침투하며 건물이나 차량의 내부를 따뜻하게 한다.The open optical state of a variable transmission device is preferably one having high transmittance and low haze. Additionally, in certain applications, such as building windows or vehicle sunroofs, it is desirable to manage heating of the building or vehicle. Thermal management is difficult when the variable transmission device comprises an electrophoretic medium including light-absorbing electrically charged pigment particles. In the closed optical state of such a device, light incident on the device is absorbed by the device, causing the device to heat up. The incident light can include wavelengths within the solar spectrum, i.e., ultraviolet, visible, and infrared. Another problem may be that the closed optical state is not completely opaque, i.e., some of the incident light penetrates into the building or vehicle, warming the interior of the building or vehicle.
도 9는 검은색 안료(광 흡수성)를 포함하는 층의 층 두께에 대한 광 반사, 투과 및 흡수의 그래프를 제공한다. 즉, 각각의 층 두께에 대하여, 그래프는 입사 광의 비율로서 반사, 투과 및 흡수되는 광의 양을 제공한다.Figure 9 provides a graph of light reflection, transmission and absorption versus layer thickness for a layer comprising a black pigment (light absorbing). That is, for each layer thickness, the graph provides the amount of light reflected, transmitted and absorbed as a percentage of the incident light.
도 10은 흰색 안료(광 반사성)를 포함하는 층의 층 두께에 대한 광 반사, 투과 및 흡수의 그래프를 제공한다. 즉, 각각의 층 두께에 대하여, 그래프는 입사 광의 비율로서 반사, 투과 및 흡수되는 광의 양을 제공한다.Figure 10 provides a graph of light reflection, transmission and absorption versus layer thickness for a layer comprising white pigment (light reflective). That is, for each layer thickness, the graph provides the amount of light reflected, transmitted and absorbed as a percentage of the incident light.
도 9 및 도 10은 흰색 안료가 검은색 안료보다 상당히 많이 광을 반사하지만 입사 광을 흡수하지 않는다는 것을 나타낸다. 실제로, 흰색 안료는 광 반사/산란에 의해 불투명도를 제공한다. 층 두께가 증가함에 따라, 더 많은 입사광이 반사되고 더 적은 입사광이 투과된다. 그러나, 흰색 안료 입자(반사성)를 갖는 매질을 포함하는 가변 광 투과 디바이스는 개방 광학 상태에서 상당한 헤이즈를 나타낼 수 있다는 것이 관찰된다.Figures 9 and 10 show that the white pigment reflects significantly more light than the black pigment, but does not absorb incident light. In fact, the white pigment provides opacity by light reflection/scattering. As the layer thickness increases, more incident light is reflected and less incident light is transmitted. However, it is observed that a variable light transmission device comprising a medium having white pigment particles (reflective) may exhibit significant haze in the open optical state.
본 발명의 발명자들은, 반사성 안료(제1 유형)를 포함하는 전기적으로 하전된 입자들 및 흡수성 안료(제2 유형)를 포함하는 전기적으로 하전된 입자들을 갖는 전기 영동 매질을 포함하는 가변 광 투과 디바이스가 헤이즈 감소와 같은 상당한 이점을 제공한다는 것을 발견하였다. 반사성 안료는 티타늄 이산화물일 수 있고, 흡수성 안료는 산화철 블랙과 같은 무기 블랙일 수 있다.The inventors of the present invention have found that a variable light transmission device comprising an electrophoretic medium having electrically charged particles comprising a reflective pigment (first type) and electrically charged particles comprising an absorptive pigment (second type) provides significant advantages such as haze reduction. The reflective pigment can be titanium dioxide, and the absorptive pigment can be an inorganic black such as iron oxide black.
도 11은 흰색 안료(광 반사성)와 검은색 안료(흡수성)의 조합을 포함하는 폐쇄 광학 상태의 층의 층 두께에 대한 반사, 투과 및 흡수에 미치는 영향을 도시한다. 도시된 예에서, 검은색 대 흰색 안료의 중량비는 0.1이다. 즉, 각각의 층 두께에 대하여, 그래프는 입사 광의 비율로서 반사, 투과 및 흡수되는 광의 양을 제공한다.Figure 11 illustrates the effect of layer thickness on reflection, transmission and absorption of a closed optical state layer comprising a combination of white pigment (light reflective) and black pigment (absorptive). In the illustrated example, the weight ratio of black to white pigment is 0.1. That is, for each layer thickness, the graph provides the amount of light reflected, transmitted and absorbed as a percentage of the incident light.
층 두께 증가에 따라 투과의 감소율은 거의 변하지 않은 채 유지되지만, 흰색 안료로부터의 반사는 30%로 제한된다. 흡수는 층 두께에 따라 증가하지만, 도 9에 도시되어 있는 순수 검은색 안료 층에 비해 약 절반의 흡수율에 불과하다. 검은색 안료와 흰색 안료를 혼합하는 대신에 검은색 앞에 흰색 안료를 쌓음으로써, 원치 않는 열 효과를 동반한 흡수를 줄일 수 있을 것이다. As the layer thickness increases, the reduction in transmittance remains virtually unchanged, but the reflection from the white pigment is limited to 30%. The absorption increases with layer thickness, but is only about half that of the pure black pigment layer shown in Fig. 9. By stacking the white pigment in front of the black instead of mixing the black and white pigments, the absorption with the accompanying unwanted thermal effects can be reduced.
제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(네가티브 전하 극성을 갖는 흰색 또는 반사성) 및 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(포지티브 극성을 갖는 검은색 또는 흡수성)을 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 가변 투과 디바이스의 예에서, 개방 및 폐쇄 광학 상태에서의 2가지 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 상대 위치는 인가된 전기장에 의해 제어될 수 있다. 각각의 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들에 대하여, 입자들의 분극률(polarizability) 및 크기가 최적 운동에 필요한 주파수를 결정한다. 이들 2가지 유형의 반대로 하전된 안료 입자들에 대한 최대 ICEO 속도는 상이한 주파수의 AC 파형을 포함하는 전기장을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이 시나리오와 관련되는 아래의 예 7에서, 특성 AC 파형 주파수는 검은색 안료보다 흰색 안료의 경우 훨씬 더 높다. 따라서, 도면에 예시된 바와 같이, 검은색 안료는 마이크로셀의 채널에서 해당 검은색 안료를 이동시키기에 적절한 중첩된 DC 오프셋을 갖는 비교적 낮은 AC 주파수를 사용하여 채널로 스위칭될 수 있다. 검은색 안료가 포지티브로 하전되기 때문에, 제2 광 투과성 전극 층이 접지된 상태에서, 제1 광 투과성 전극 층의 AC 전압에 포지티브 오프셋 전압을 인가하면 검은색 안료를 채널로 이동시킬 것이다. AC 주파수는 비교적 낮고(10 Hz); 이 주파수에서 흰색 안료와 검은색 안료 둘 다 강한 ICEO-유도 측방 운동을 갖는다. 검은색 안료가 채널에 위치되면, AC 주파수는 더 높은 값으로 증가된다. 높은 주파수에서, 검은색 안료의 ICEO-유도 운동은 감소되지만, 흰색 안료의 운동은 유지된다. 따라서, 흰색 안료는 AC 파형에 대한 네가티브 DC 오프셋에 의해 채널로 스위칭될 수 있다. 채널에는 흰색 및 검은색 입자 둘 다 존재한다(도 7a에 도시된 바와 같이). 특정 조건 하에, 두 번째 단계의 전기장이 검은색 안료 입자들의 일부를 채널 밖으로 밀어낼 수 있지만, 검은색 안료를 측방으로 이동시키지는 않을 것이다. 따라서, 채널 밖으로 이동할 수 있는 검은색 입자들은 수직 운동을 거쳐 도 8a에 예시된 것과 유사한 개방 광학 상태를 제공할 것이다.In an example of a tunable transmission device having an electrophoretic medium comprising a first type of electrically charged pigment particles (white or reflective with negative charge polarity) and a second type of electrically charged pigment particles (black or absorptive with positive polarity), the relative positions of the two types of electrically charged pigment particles in the open and closed optical states can be controlled by an applied electric field. For each type of electrically charged pigment particles, the polarizability and size of the particles determine the frequency required for optimal motion. The maximum ICEO velocity for these two types of oppositely charged pigment particles can be achieved by using electric fields comprising AC waveforms of different frequencies. In Example 7 below related to this scenario, the characteristic AC waveform frequency is much higher for the white pigment than for the black pigment. Therefore, as illustrated in the drawing, the black pigment can be switched into the channel using a relatively low AC frequency having an appropriate superimposed DC offset to move the black pigment into the channel of the microcell. Since the black pigment is positively charged, applying a positive offset voltage to the AC voltage of the first light-transmitting electrode layer while the second light-transmitting electrode layer is grounded will move the black pigment into the channel. The AC frequency is relatively low (10 Hz); at this frequency, both the white pigment and the black pigment have strong ICEO-induced lateral motion. When the black pigment is positioned in the channel, the AC frequency is increased to a higher value. At high frequencies, the ICEO-induced motion of the black pigment is reduced, but the motion of the white pigment is maintained. Therefore, the white pigment can be switched into the channel by a negative DC offset to the AC waveform. Both white and black particles are present in the channel (as shown in FIG. 7a). Under certain conditions, the electric field in the second stage may push some of the black pigment particles out of the channel, but will not move the black pigment laterally. Therefore, the black particles that can move out of the channel will undergo vertical motion, providing an open optical state similar to that illustrated in Fig. 8a.
전기적으로 하전된 안료 입자들에 의해 야기된 광 산란 효과에 의해 야기되는 가변 광 투과 디바이스의 헤이즈를 감소시키기 위한 다른 방식이 도 12에 도시된다. 도 12는 제1 광 투과성 전극 층(202), 제2 광 투과성 전극 층, 및 전기적으로 하전된 안료 입자들(222)을 포함한 전기 영동 매질을 포함하는 본 발명의 가변 광 투과 디바이스의 측면도를 예시하며, 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 반사성이다. 이 예에서, 전기 영동 매질은 한 가지 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한다. 가변 광 투과 디바이스는 또한, 마이크로셀의 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면 상의 제1 광 차단 층(1202)을 포함한다. 제1 광 차단 층(1202)은 광 흡수성인 검은색 안료 입자들을 포함할 수 있다. 디바이스의 개방 광학 상태에서, 전기 영동 매질의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 마이크로셀의 채널에 포함된다(도 12a). 디바이스를 밑에서 볼 때, 제1 광 차단 층(1202)이 헤이즈를 차단한다. 밑에서 본다는 것은, 관찰자가 제2 광 투과성 전극 층(207) 가까이 있는 측으로부터 디바이스를 본다는 것을 의미한다. 그러나, 디바이스를 위에서 볼 때 헤이즈가 여전히 나타난다. 위에서 본다는 것은, 관찰자가 제1 광 투과성 전극 층(202) 가까이 있는 측으로부터 디바이스를 본다는 것을 의미한다. 도 12b는 디바이스의 폐쇄 광학 상태를 예시한다. 도 12에 도시된 가변 광 투과 디바이스는, 주시자(viewer)가 일반적으로 가변 광 투과 디바이스의 한 쪽에 위치되는 응용, 이를테면, 예를 들어 선루프에 사용될 수 있다.Another approach for reducing haze of a variable light transmission device caused by light scattering effects by electrically charged pigment particles is illustrated in FIG. 12. FIG. 12 illustrates a side view of a variable light transmission device of the present invention comprising a first light-transmitting electrode layer (202), a second light-transmitting electrode layer, and an electrophoretic medium including electrically charged pigment particles (222), wherein the electrically charged pigment particles are light reflective. In this example, the electrophoretic medium comprises one type of electrically charged pigment particles. The variable light transmission device also comprises a first light-blocking layer (1202) on an exposed microcell bottom inner surface of the microcell. The first light-blocking layer (1202) can comprise black pigment particles that are light absorbing. In the open optical state of the device, the electrically charged pigment particles of the electrophoretic medium are contained within the channels of the microcell ( FIG. 12a ). When viewing the device from below, the first light blocking layer (1202) blocks the haze. Viewing from below means that the viewer views the device from the side closer to the second light transmissive electrode layer (207). However, when viewing the device from above, the haze still appears. Viewing from above means that the viewer views the device from the side closer to the first light transmissive electrode layer (202). Fig. 12b illustrates a closed optical state of the device. The variable light transmission device illustrated in Fig. 12 can be used in applications where the viewer is typically positioned on one side of the variable light transmission device, such as, for example, a sunroof.
폐쇄 광학 상태의 개선된 성능을 갖는 가변 광 투과 디바이스도 또한, 도 13에 예시된 디바이스를 사용함으로써 달성될 수 있다. 도 13에 예시된 가변 광 투과 디바이스는 제1 광 투과성 전극 층(202); 제2 광 투과성 전극 층(207); 및 마이크로셀 층(203)을 포함한다. 마이크로셀 층은 제1 광 투과성 전극 층(202)과 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이에 배치된다. 마이크로셀 층은 복수의 마이크로셀들 및 밀봉 층을 포함한다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로 셀은 전기 영동 매질을 포함하며, 전기 영동 매질은 유체에 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함한다. 이 예에서, 전기 영동 매질은 한 가지 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 개구를 가지며, 밀봉 층은 복수의 마이크로셀들의 마이크로셀 개구들에 걸쳐 있다. 복수의 마이크로셀들의 각 마이크로셀은 마이크로셀 바닥 층, 돌출 구조물, 마이크로셀 벽 및 채널을 포함한다. 마이크로셀 바닥 층은 마이크로셀 바닥 내측 표면을 가지며, 마이크로셀 바닥 내측 표면은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면 및 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면을 포함한다. 돌출 구조물은 돌출 베이스, 돌출 표면, 돌출 정점 및 돌출 높이를 갖는다. 돌출 정점은 돌출 구조물의 다른 모든 포인트들보다 마이크로셀 개구로부터 더 짧은 거리를 갖는 돌출 구조물의 포인트 또는 포인트들의 세트이며, 돌출 높이는 돌출 베이스와 돌출 정점 사이의 거리이다. 돌출 표면은 전기 영동 매질과 접촉하는, 돌출 정점을 포함하지 않는 돌출 구조물의 표면이다. 마이크로셀 벽은 마이크로셀 내측 벽 표면, 마이크로셀 벽 상단 표면 및 제2 광 차단 층(1311)을 갖는다. 마이크로셀 내측 벽 표면은 전기 영동 매질과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽의 표면이다. 제2 광 차단 층(1311)은 마이크로셀 벽 상단 표면과 밀봉 층 사이에 배치된다. 채널은 채널 높이를 가지며, 채널 높이는 돌출 높이의 50%이다. 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면은 돌출 베이스와 접촉한다. 채널은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면, 돌출 표면 및 마이크로셀 내측 벽 표면 사이의 볼륨이다. 도 13의 가변 광 투과 디바이스는 제1 광 차단 층(1202)을 더 포함할 수 있으며, 제1 광 차단 층(1202)은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면 상에 배치된다. 위에 기재된 바와 같이, 제1 광 차단 층(1202)은 디바이스를 밑에서 볼 때 헤이즈를 완화시킨다. 제2 광 차단 층(1311)은 부분 광 투과성 벽 재료에 의해 야기될 수 있는 디바이스의 불투명도를 증가시킴으로써 개선된 폐쇄 상태에 기여한다. 제2 광 차단 층(1311)은 검은색, 흰색, 또는 임의의 다른 컬러일 수 있다. 제2 광 차단 층(1311)은 전기 전도성일 수 있으며, 이는 디바이스의 스위칭을 용이하게 할 수 있다. 도 13의 가변 광 투과 디바이스는 밀봉 층과 제2 광 차단 층(1311) 사이에 배치되는 보조 층(1312)을 더 포함할 수 있다. 보조 층(1312)은 접착 재료를 포함할 수 있다. 보조 층(1312)은 폐쇄 광학 상태의 불투명도를 더 개선하기 위해 광 반사성 안료를 포함할 수 있다. 보조 층(1312)은 또한, 전기적으로 하전된 안료 입자들을 포함한 전기 영동 매질을 포함하는 캡슐화된 전기 영동 층을 포함할 수 있다. 보조 층(1312)의 캡슐화된 전기 영동 층에 걸쳐 전기장을 인가하면 보조 층(1312)의 컬러(또는 이미지)를 스위칭할 수 있으며, 이는 도 13의 가변 광 투과 디바이스의 외관에도 영향을 미칠 수 있다.A variable optical transmission device having improved performance in a closed optical state can also be achieved by using the device illustrated in FIG. 13. The variable optical transmission device illustrated in FIG. 13 includes a first optically transparent electrode layer (202); a second optically transparent electrode layer (207); and a microcell layer (203). The microcell layer is disposed between the first optically transparent electrode layer (202) and the second optically transparent electrode layer (207). The microcell layer includes a plurality of microcells and a sealing layer. Each microcell of the plurality of microcells includes an electrophoretic medium, wherein the electrophoretic medium includes electrically charged pigment particles in a fluid, a charge control agent, and a non-polar liquid. In this example, the electrophoretic medium includes one type of electrically charged pigment particles. Each microcell of the plurality of microcells has a microcell aperture, and the sealing layer spans the microcell apertures of the plurality of microcells. Each microcell of the plurality of microcells comprises a microcell bottom layer, a protrusion structure, a microcell wall, and a channel. The microcell bottom layer has a microcell bottom inner surface, and the microcell bottom inner surface comprises an exposed microcell bottom inner surface and an unexposed microcell bottom inner surface. The protrusion structure has a protrusion base, a protrusion surface, a protrusion apex, and a protrusion height. The protrusion apex is a point or set of points of the protrusion structure that is shorter from the microcell opening than all other points of the protrusion structure, and the protrusion height is a distance between the protrusion base and the protrusion apex. The protrusion surface is a surface of the protrusion structure that does not include the protrusion apex, which contacts the electrophoretic medium. The microcell wall has a microcell inner wall surface, a microcell wall top surface, and a second light blocking layer (1311). The microcell inner wall surface is a surface of the microcell wall of the microcell that contacts the electrophoretic medium. The second light blocking layer (1311) is disposed between the microcell wall top surface and the sealing layer. The channel has a channel height, and the channel height is 50% of the protrusion height. The unexposed microcell bottom inner surface contacts the protruding base. The channel is a volume between the exposed microcell bottom inner surface, the protruding surface, and the microcell inner wall surface. The variable optical transmission device of FIG. 13 can further include a first optical blocking layer (1202), the first optical blocking layer (1202) disposed on the exposed microcell bottom inner surface. As described above, the first optical blocking layer (1202) mitigates haze when the device is viewed from below. The second optical blocking layer (1311) contributes to an improved closed state by increasing the opacity of the device, which may be caused by the partially optically transparent wall material. The second optical blocking layer (1311) can be black, white, or any other color. The second optical blocking layer (1311) can be electrically conductive, which can facilitate switching of the device. The variable light transmitting device of FIG. 13 may further include an auxiliary layer (1312) disposed between the sealing layer and the second light blocking layer (1311). The auxiliary layer (1312) may include an adhesive material. The auxiliary layer (1312) may include a light reflective pigment to further improve the opacity of the closed optical state. The auxiliary layer (1312) may also include an encapsulated electrophoretic layer including an electrophoretic medium including electrically charged pigment particles. Applying an electric field across the encapsulated electrophoretic layer of the auxiliary layer (1312) can switch the color (or image) of the auxiliary layer (1312), which can also affect the appearance of the variable light transmitting device of FIG. 13.
전하 제어제는 통상적으로 전기 영동 매질의 비극성 액체에서 용해 가능한 올리고머 또는 폴리머 재료이다. 전하 제어제는 하나 이상의 극성 작용기(헤드) 및 비극성 부분(테일)을 갖는 계면활성제 타입 분자이다. 전기 영동 매질은 전기 영동 매질의 중량 기준으로 0.1 중량 퍼센트 내지 10 중량 퍼센트의 농도로 전하 제어제를 포함할 수 있다. 전기 영동 매질은 전기 영동 매질의 중량 기준으로 0.5 중량 퍼센트 내지 9 중량 퍼센트, 0.7 중량 퍼센트 내지 8 중량 퍼센트, 1 중량 퍼센트 내지 7 중량 퍼센트, 또는 1 중량 퍼센트 내지 6 중량 퍼센트의 농도로 전하 제어제를 포함할 수 있다.The charge control agent is typically an oligomeric or polymeric material that is soluble in the nonpolar liquid of the electrophoretic medium. The charge control agent is a surfactant type molecule having one or more polar functional groups (heads) and nonpolar portions (tails). The electrophoretic medium can comprise the charge control agent in a concentration of from 0.1 weight percent to 10 weight percent, based on the weight of the electrophoretic medium. The electrophoretic medium can comprise the charge control agent in a concentration of from 0.5 weight percent to 9 weight percent, from 0.7 weight percent to 8 weight percent, from 1 weight percent to 7 weight percent, or from 1 weight percent to 6 weight percent, based on the weight of the electrophoretic medium.
전기 영동 매질의 비극성 액체는 지방족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 지방족 탄화수소, 폴리디메틸실록산, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.The nonpolar liquid of the electrophoretic medium may include an aliphatic hydrocarbon, an alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, a halogenated aliphatic hydrocarbon, a polydimethylsiloxane, or a mixture thereof.
전기 영동 매질은 또한, 공핍제(depletor)로도 지칭되는, 응집제(flocculating agent)를 포함할 수 있다. 공핍제는 안료-안료 입자와 안료 입자 공핍제 분자 사이의 삼투압 차이를 유도한다. 그 결과, 디바이스의 광학 상태(개방 및 폐쇄)의 쌍안정성이 향상된다. 공핍제는 통상적으로 폴리이소부틸렌 및 폴리디메틸실록산과 같은 중합성 재료이다.The electrophoretic medium may also include a flocculating agent, also referred to as a depletor. The depletor induces an osmotic pressure difference between the pigment-pigment particles and the pigment particle depletor molecules. As a result, the bistability of the optical states (open and closed) of the device is improved. The depletor is typically a polymeric material such as polyisobutylene and polydimethylsiloxane.
예yes
예 1: 인듐 주석 산화물(ITO; Indium Tin Oxide) 투명 전도체로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 시트를, 전기 영동 매질을 포함하는 제2 PET/ITO 시트 상의 엠보싱 마이크로셀 어레이에 함께 적층함으로써, 디바이스를 제조하였다. 디바이스의 구조는, 밀봉 층(212)이 통합되지 않았다는 것을 제외하고는, 도 2a 내지 도 2d의 예시에 대응한다. 엠보싱된 마이크로셀 어레이의 구조는 디바이스의 마이크로셀의 평면도인 도 14에 예시되어 있다. 도 15는 디바이스의 하나의 마이크로셀의 대응하는 단면도를 도시한다. 표 1은 마이크로셀의 치수를 나타낸다. Example 1 : A device was fabricated by co-laminating a polyethylene terephthalate (PET) sheet coated with an indium tin oxide (ITO) transparent conductor with an embossed microcell array on a second PET/ITO sheet comprising an electrophoretic medium. The structure of the device corresponds to the examples of FIGS. 2A to 2D, except that the sealing layer (212) is not incorporated. The structure of the embossed microcell array is illustrated in FIG. 14, which is a plan view of a microcell of the device. FIG. 15 shows a corresponding cross-sectional view of one microcell of the device. Table 1 shows the dimensions of the microcell.
(마이크로미터)distance
(micrometer)
표 1: 디바이스 구조Table 1: Device Structure
전기 영동 매질은 흰색 안료, 탄화수소 용매, 전하 제어제(CCA) 및 공핍제를 포함한다. 예에서, 전기 영동 매질 샘플은 Isopar E 용매에 10 wt%의 흰색 안료와 5 wt%의 전하 제어제(US2020/0355978의 예 1로부터의 양이온 전하 제어제 - CCA111)를 혼합함으로써 제조되었다. 디바이스는 50% 듀티 사이클을 갖는 50V 사각파 AC 파형으로 스위칭되었다. 도 16에 도시된 바와 같이 AC 주파수를 0 Hz에서 5000 Hz로 증가시킴으로써 3가지 상이한 안료 운동 스타일이 관찰되었다. 흰색 안료 입자들은, 미국 특허 번호 제8,582,196호의 예 1에 기재된 바와 같이, 티타늄 이산화물 안료 코어 및 폴리머 쉘로 제조되었다.The electrophoretic medium comprises a white pigment, a hydrocarbon solvent, a charge control agent (CCA) and a depleting agent. In the example, the electrophoretic medium sample was prepared by mixing 10 wt% of white pigment and 5 wt% of charge control agent (cationic charge control agent - CCA111 from Example 1 of US2020/0355978) in Isopar E solvent. The device was switched with a 50 V square wave AC waveform with 50% duty cycle. Three different pigment movement styles were observed by increasing the AC frequency from 0 Hz to 5000 Hz as shown in Fig. 16. The white pigment particles were prepared with a titanium dioxide pigment core and a polymer shell as described in Example 1 of US Pat. No. 8,582,196.
10 Hz의 낮은 주파수에서 다수의 스위칭 후에, 흰색 안료는 마이크로셀의 가장자리(둘레 근처) 쪽으로 이동했는데(도 16a), 이는 아마도 원뿔의 경사면을 따라 살짝 밀어내린 것에 의한 것으로 추정된다. 채널에 위치되자 안료는 수직 방향으로 위아래로 스위칭하였다. 10 Hz의 이 낮은 주파수에서 운동은 정상적인 전기 영동에 의해 지배되었다. 주파수를 100 Hz로 증가시킴으로써, 안료는 엠보싱된 마이크로셀 구조물에서의 원뿔 위의 영역으로 측방으로 퍼지는 경향이 있었다(도 16b). 1000 Hz의 주파수에서, 도 16c에 도시된 바와 같이, 흰색 안료들은 엠보싱된 마이크로셀 구조물의 원으로 완전히 퍼졌다. 1000 Hz의 주파수에서는, 안료 거동이 아마도 ICEO의 결과인 유도-전하 측방 운동에 의해 지배된 것으로 여겨진다. 5000 Hz의 주파수에서, 도 16d에 도시된 바와 같이, 흰색 안료 입자들은 엠보싱된 마이크로셀 구조물의 가까운 원뿔 영역의 중심을 향하는 경향이 있었다.After multiple switching at low frequency of 10 Hz, the white pigment moved towards the edge (near the perimeter) of the microcell (Fig. 16a), probably due to slight pushing along the slope of the cone. Once positioned in the channel, the pigment switched up and down in the vertical direction. At this low frequency of 10 Hz, the motion was dominated by normal electrophoresis. By increasing the frequency to 100 Hz, the pigment tended to spread laterally into the region above the cone in the embossed microcell structure (Fig. 16b). At a frequency of 1000 Hz, the white pigments were completely spread into the circle of the embossed microcell structure, as shown in Fig. 16c. At the frequency of 1000 Hz, the pigment behavior is believed to be dominated by induced-charge lateral motion, probably as a result of ICEO. At a frequency of 5000 Hz, the white pigment particles tended to be oriented toward the center of the near-conical region of the embossed microcellular structures, as shown in Fig. 16d.
예 2: 예 2에서는, 엠보싱 마이크로셀 디바이스에서 전하 제어제(CCA)의 농도가 흰색 안료들의 운동에 미치는 영향이 연구되었다. Example 2 : In Example 2, the effect of the concentration of charge control agent (CCA) on the movement of white pigments in an embossed microcell device was studied.
앞서 기재된 바와 같이, 전기 영동 매질의 전하 제어제의 농도를 증가시키면 전기적으로 하전된 안료 입자 표면과 연관된 디바이 길이를 감소시킬 것이고, 따라서 특정 ICEO 흐름에 필요한 주파수를 증가시킬 것으로 예상된다. 이 가설을 테스트하기 위해, 유사한 전기 영동 매질을 갖되, 상이한 전하 제어제 농도를 사용하는 3개의 가변 광 투과 디바이스를 제조하였다. 이 예에서 사용된 전하 제어제는 US2020/0355978의 예 1에서 개시된 양이온 폴리머-CCA111이다. 전기 영동 매질의 중량을 기준으로 0.1 wt%, 1 wt% 및 5 wt%의 전하 제어제 농도를 갖는 3개의 상이한 전기 영동 매질을 제조하였다. 각각의 전기 영동 매질은 또한 10 wt% 흰색 안료 및 Isopar E 용매를 포함하였다. 흰색 안료 입자들은, 미국 특허 번호 제8,582,196호의 예 1에 기재된 바와 같이, 폴리머 코팅을 포함하는 티타늄 이산화물 안료 코어를 이용해 제조하였다. As described above, increasing the concentration of charge control agent in the electrophoretic medium would be expected to decrease the Debye length associated with the electrically charged pigment particle surface, and thus increase the frequency required for a particular ICEO flow. To test this hypothesis, three tunable optical transmission devices were fabricated having similar electrophoretic medium but using different charge control agent concentrations. The charge control agent used in this example is the cationic polymer-CCA111 disclosed in Example 1 of US2020/0355978. Three different electrophoretic media were prepared having charge control agent concentrations of 0.1 wt%, 1 wt% and 5 wt%, based on the weight of the electrophoretic medium. Each electrophoretic medium also included 10 wt% white pigment and Isopar E solvent. White pigment particles were prepared using a titanium dioxide pigment core comprising a polymer coating as described in Example 1 of U.S. Patent No. 8,582,196.
엠보싱된 마이크로셀 디바이스에서 3개의 샘플들의 스위칭 성능이 평가되었다(도 14 및 도 15에 의해 나타남). 파형은 50% 듀티 사이클을 갖는 사각파 +/-50V AC이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 전하 제어제의 농도가 증가함에 따라, 폐쇄 광학 상태에 도달하는 데 필요한 주파수가 증가하였다. 즉, 0.1 wt% CCA를 함유하는 전기 영동 매질에 대한 폐쇄 광학 상태를 달성하기 위해 50 Hz의 주파수가 필요하였고, 1 wt% CCA를 함유하는 전기 영동 매질에 대한 폐쇄 광학 상태를 달성하기 위해 100 Hz의 주파수가 필요하였고, 5 wt% CCA를 함유하는 전기 영동 매질에 대한 폐쇄 광학 상태를 달성하기 위해 1000 Hz의 주파수가 필요하였다. 3가지 실험에 대하여 CCA 농도에 대한 주파수의 비율은 각각 500 Hz, 1000 Hz, 및 1000 Hz이었다.The switching performance of three samples in the embossed microcell devices was evaluated (as shown in FIGS. 14 and 15 ). The waveform is a square wave +/-50 V AC with 50% duty cycle. As shown in FIG. 17, as the concentration of the charge control agent increased, the frequency required to reach the closed optical state increased. That is, a frequency of 50 Hz was required to achieve the closed optical state for the electrophoretic medium containing 0.1 wt % CCA, a frequency of 100 Hz was required to achieve the closed optical state for the electrophoretic medium containing 1 wt % CCA, and a frequency of 1000 Hz was required to achieve the closed optical state for the electrophoretic medium containing 5 wt % CCA. The ratios of frequency to CCA concentration for the three experiments were 500 Hz, 1000 Hz, and 1000 Hz, respectively.
1 wt% CCA를 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 디바이스는, (a) 0.5 Hz에서 +/-100V의 단순한 사각파 AC, 또는 (b) -50V의 중첩된 DC 전압을 갖는 50 Hz 주파수의 +/-50V 사각파 AC를 사용하여, 개방 광학 상태로부터 폐쇄 광학 상태로 스위칭될 수 있었다. 5% 듀티 사이클을 갖는 +/-50V 사각파 AC에 의해 개방 광학 상태에 도달한 반면, 폐쇄 광학 상태는 95% 듀티 사이클을 갖는 +/-50V 사각파 AC를 필요로 하였다. 각각의 경우의 스위칭 시간은 대략 1초였다.Devices having an electrophoretic medium containing 1 wt% CCA could be switched from the open optical state to the closed optical state using (a) a simple square wave AC of +/-100 V at 0.5 Hz, or (b) +/-50 V square wave AC at 50 Hz frequency with a superimposed DC voltage of -50 V. The open optical state was reached by +/-50 V square wave AC with 5% duty cycle, whereas the closed optical state required +/-50 V square wave AC with 95% duty cycle. The switching time in each case was approximately 1 s.
예 3: 흰색 안료의 전하가 가변 광 투과 디바이스의 스위칭 성능에 미치는 영향이 연구되었다. Example 3 : The effect of the charge of white pigment on the switching performance of a variable optical transmittance device was studied.
Isopar E에 10 wt%의 포지티브 하전된 흰색 안료 입자들을 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 가변 광 투과 디바이스를 제조하였다. 흰색 안료는 1.6% wt의 실란 Z6030으로 기능화되고 폴리라우릴 메타크릴레이트(PLMA)로 그래프팅되었다. 처리된 안료의 제타 전위는 CCA(US2020/0355978의 예 1에 개시된 양이온 폴리머-CCA111)로 적정하여 +35mV이었다. 전기 영동 매질은 또한 1 wt%의 CCA(US2020/0355978의 예 1에 개시된 양이온 폴리머-CCA111)를 포함하였다. 디바이스를 개방 광학 상태로부터 폐쇄 광학 상태로 스위칭하기 위해 사용된 파형은 DC 중첩 AC, 즉 사각파 파형, 500 Hz 주파수의 +/-50V AC였다. 디바이스를 폐쇄 광학 상태로부터 개방 광학 상태로 스위칭하기 위한 파형은 +50V DC의 오프셋을 갖는 +/-50V AC였다. 따라서, 예 3의 디바이스의 거동은, 개방 광학 상태를 달성하는 데 필요한 DC 오프셋이 반대 극성으로 이루어진 것을 제외하고는, 예 2의 1 wt%의 CCA를 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 디바이스의 거동과 매우 유사하였다.A tunable optical transmission device having an electrophoretic medium comprising 10 wt% positively charged white pigment particles in Isopar E was fabricated. The white pigment was functionalized with 1.6 wt% silane Z6030 and grafted with polylauryl methacrylate (PLMA). The zeta potential of the treated pigment was +35 mV as titrated with CCA (cationic polymer-CCA111 disclosed in Example 1 of US2020/0355978). The electrophoretic medium also comprised 1 wt% of CCA (cationic polymer-CCA111 disclosed in Example 1 of US2020/0355978). The waveform used to switch the device from open to closed optical state was DC superimposed AC, i.e., square wave waveform, +/-50 V AC at 500 Hz frequency. The waveform for switching the device from the closed optical state to the open optical state was +/-50 V AC with an offset of +50 V DC. Therefore, the behavior of the device of Example 3 was very similar to that of the device having the electrophoretic medium including 1 wt % CCA of Example 2, except that the DC offset required to achieve the open optical state was of opposite polarity.
예 4: 이 예에서, 전기 영동 매질의 용매는 엠보싱된 마이크로셀들을 형성한 폴리머와 매칭하였다. Example 4 : In this example, the solvent of the electrophoretic medium was matched to the polymer that formed the embossed microcells.
"헤이즈"는 총 투과된 광에 비해 확산 투과된 광의 퍼센티지를 지칭한다. 확산 투과된 광은 투과되면서 산란되는 광이다. 낮은 헤이즈를 갖는 가변 광 투과 디바이스를 제조하기 위해, 미국 특허 번호 제7,327,511호에 기재된 바와 같이, 전기 영동 매질 액체의 용매와, 엠보싱된 마이크로셀을 제조하는데 사용된 중합성 재료의 굴절률을 매칭할 필요가 있었다. "Haze" refers to the percentage of diffusely transmitted light relative to the total transmitted light. Diffusely transmitted light is light that is scattered as it is transmitted. To fabricate a tunable light transmission device having low haze, it was necessary to match the refractive index of the solvent of the electrophoretic medium liquid and the polymeric material used to fabricate the embossed microcells, as described in U.S. Patent No. 7,327,511.
통상적으로, 전기 영동 매질에서 사용되는 용매는 낮은 유전 상수(바람직하게는 10보다 작고 바람직하게는 3보다 작음), 낮은 점도, 낮은 증기압 및 비교적 높은 굴절률을 갖는다. 용매의 예로는, 지방족 탄화수소, 이를테면 헵탄, 옥탄 및 석유 증류물, 이를테면 Isopar®(Exxon Mobil) 또는 Isane®(Total), 테르펜, 이를테면 리모넨, 예컨대 1-리모넨, 및 방향족 탄화수소, 이를테면 톨루엔을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히 바람직한 용매는 리모넨인데, 이는 낮은 유전 상수(2.3)와 비교적 높은 굴절률(1.47)의 조합 때문이다. 전기 영동 매질의 굴절률은 굴절률 매칭제를 첨가하여 조절될 수 있다. 예를 들어, 전술한 미국 특허 번호 제7,679,814호에서는, 전기 영동 매질의 비극성 액체가 부분 수소화된 방향족 탄화수소와 테르펜의 혼합물을 포함하는, 가변 광 투과 디바이스에서 사용하기에 적합한 전기 영동 매질을 기재하고 있는데, 바람직한 혼합물은 d-리모넨 및 부분 수소화된 테르페닐이며, 이는 Cargille-Sacher Laboratories(55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009)로부터 Cargille® 5040으로서 시판되고 있다. Typically, solvents used in the electrophoretic medium have a low dielectric constant (preferably less than 10 and preferably less than 3), a low viscosity, a low vapor pressure, and a relatively high refractive index. Examples of solvents include, but are not limited to, aliphatic hydrocarbons such as heptane, octane and petroleum distillates such as Isopar® (Exxon Mobil) or Isane® (Total), terpenes such as limonene, such as 1-limonene, and aromatic hydrocarbons such as toluene. A particularly preferred solvent is limonene due to its combination of a low dielectric constant (2.3) and a relatively high refractive index (1.47). The refractive index of the electrophoretic medium can be adjusted by adding a refractive index matcher. For example, the aforementioned U.S. Patent No. 7,679,814 discloses an electrophoretic medium suitable for use in a variable optical transmission device wherein the nonpolar liquid of the electrophoretic medium comprises a mixture of partially hydrogenated aromatic hydrocarbons and terpenes, a preferred mixture being d-limonene and partially hydrogenated terphenyls, which is commercially available as Cargille® 5040 from Cargille-Sacher Laboratories, 55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009.
헤이즈를 감소시키기 위해, 캡슐화된 전기 영동 매질의 굴절률은 캡슐화 재료의 굴절률과 밀접하게 매칭하는 것이 바람직하다. 대부분의 경우, 550 nm에서 1.51 내지 1.57, 바람직하게는 550 nm에서 약 1.54의 굴절률을 갖는 전기 영동 매질을 사용하는 것이 유리하다.To reduce haze, it is desirable that the refractive index of the encapsulating electrophoretic medium closely matches the refractive index of the encapsulating material. In most cases, it is advantageous to use an electrophoretic medium having a refractive index of 1.51 to 1.57 at 550 nm, preferably about 1.54 at 550 nm.
예 4A: Cargille® 5040 및 Isopar E 용매에 5 wt%의 흰색 안료 및 1 wt%의 CCA(US2020/0355978의 예 1에 개시된 양이온 폴리머-CCA111)를 포함하는 전기 영동 매질을 갖는 마이크로셀들을 포함하는 가변 광 투과 디바이스를 제조하였다. 사용된 파형은 +/-50V의 진폭 및 10 Hz 주파수를 갖는 사각파 AC이었다. 폐쇄 광학 상태에 도달하기 위해, 5% 듀티 사이클이 사용되었다. 개방 광학 상태에 도달하기 위해, 먼저 95% 듀티 사이클이 채용되고, 이어서 듀티 사이클을 50%로 변경하였다. Example 4A : A tunable optical transmission device comprising microcells having an electrophoretic medium comprising 5 wt% of white pigment and 1 wt% of CCA (cationic polymer-CCA111 disclosed in Example 1 of US2020/0355978) in Cargille® 5040 and Isopar E solvent was fabricated. The waveform used was a square AC with an amplitude of +/- 50 V and a frequency of 10 Hz. To reach the closed optical state, a 5% duty cycle was used. To reach the open optical state, a 95% duty cycle was first employed and then the duty cycle was changed to 50%.
예 4B: 예 4A와 유사한 조성을 가지며 공핍제로서 폴리이소부틸렌(PIB)을 더 포함하는 전기 영동 매질을 사용하여 마이크로셀들을 포함하는 또다른 가변 광 투과 디바이스를 제조하였다. 공핍제는 디바이스의 쌍안정성을 개선하기 위해, 즉, 디바이스에 전기장이 인가되지 않을 때 개방 광학 상태 및 폐쇄 광학 상태가 유지되도록 하기 위해 사용된다. 전기 영동 매질은 10 wt%의 흰색 안료, 1 wt%의 CCA(US2020/0355978의 예 1에 개시된 양이온 폴리머-CCA111), Cargille® 5040 내의 0.5 wt%의 폴리이소부틸렌, 및 Isopar E. 용매를 포함한다. 사용된 파형은 10 Hz 주파수를 갖는 +/-50V 사각파 AC이었다. 폐쇄 광학 상태에 도달하기 위해, 50% 듀티 사이클과 교번하는 5% 듀티 사이클이 사용되었다. 개방 광학 상태에 도달하기 위해, 95% 듀티 사이클이 채용되었고, 이어서 50% 듀티 사이클이 채용되었다. 완전한 스위칭에 필요한 시간은 대략 20초였다. 이 시간은, 공핍제를 함유하지 않는 굴절률 매칭되지 않은 용매(예 4A)를 스위칭하는데 필요한 시간보다 상당히 더 길다. Example 4B : Another tunable optical transmission device comprising microcells was fabricated using an electrophoretic medium having a composition similar to Example 4A and further comprising polyisobutylene (PIB) as a depleting agent. The depleting agent is used to improve the bistability of the device, i.e., to maintain open and closed optical states when no electric field is applied to the device. The electrophoretic medium comprises 10 wt % white pigment, 1 wt % CCA (cationic polymer-CCA111 disclosed in Example 1 of US2020/0355978), 0.5 wt % polyisobutylene in Cargille® 5040, and Isopar E. solvent. The waveform used was +/- 50 V square AC with a frequency of 10 Hz. To achieve the closed optical state, 5% duty cycle alternated with 50% duty cycle was used. To reach the open optical state, a 95% duty cycle was employed, followed by a 50% duty cycle. The time required for complete switching was approximately 20 seconds. This time is significantly longer than the time required to switch a non-index-matched solvent containing no depleting agent (Example 4A).
예 5: 검은색 입자들을 포함하는 광 차단 층 Example 5 : Light-blocking layer containing black particles
ITO 투명 전도체로 코팅된 PET 시트를 제2 PET/ITO 시트 상의 엠보싱된 마이크로셀 어레이에 함께 적층함으로써 가변 투과 디바이스를 제조하며, 엠보싱된 마이크로셀 어레이는 전기 영동 매질을 포함한다. 엠보싱된 마이크로셀 어레이의 구조가 도 2a 내지 도 2d에 예시되어 있지만, 이 예의 마이크로셀은 밀봉 층을 포함하지 않았다.A tunable transmission device is fabricated by co-laminating a PET sheet coated with an ITO transparent conductor with an embossed microcell array on a second PET/ITO sheet, wherein the embossed microcell array comprises an electrophoretic medium. The structure of the embossed microcell array is illustrated in FIGS. 2A to 2D , but the microcells in these examples did not include a sealing layer.
광 차단 층에 사용된 광 차단 조성물은 검은색 안료, 용매, 전하 제어제 및 공핍제를 포함하였다. 이 예에서는, Cargille-Sacher Laboratories(55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009)로부터 Cargille® 5040로서 시판되는 부분 수소화된 테르페닐, 리모넨, Isopar M 및 Isopar E의 용매 혼합물에 10 wt% 검은색 안료, 1 wt% CCA(US2020/0355978의 예 1로부터의 양이온 전하 제어제 - CCA111), 및 0.5 wt% 폴리이소부틸렌을 혼합함으로써, 광 차단 조성물을 제조하였다. 검은색 안료 입자는 블랙 산화철(Pigment Black 11)을 포함하는 코어 및 중합성 쉘을 갖는다. 도 18에 도시된 바와 같이, 디바이스가 제조될 때 검은색 안료 입자들은 전체 전기 영동 매질에 분산되어 있었다. +50 V 오프셋(즉, +100V와 0V 사이의 스위칭) 및 50% 듀티 사이클을 갖는 0.5 Hz, 50V 사각파의 파형이 제1 광 투과성 전극 층에 인가되었고, 제2 광 투과성 전극 층은 0V로 유지되었다. 도 19에서 보이는 바와 같이, 2개의 전극들 사이의 전기장은 전기 영동을 유도하여 포지티브 검은색 안료를 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 표면(채널 내부)으로 이동시켰다. 전압이 해제된 후에도 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 표면 상에 검은색 안료가 남아있었다. 그 다음, PET/ITO 제1 전극을 디바이스로부터 박리하여 필름이 증발할 수 있도록 하였다.The light blocking composition used in the light blocking layer included a black pigment, a solvent, a charge control agent, and a depleting agent. In this example, the light blocking composition was prepared by mixing 10 wt % black pigment, 1 wt % CCA (cationic charge control agent - CCA111 from Example 1 of US2020/0355978), and 0.5 wt % polyisobutylene into a solvent mixture of partially hydrogenated terphenyl, limonene, Isopar M, and Isopar E, commercially available as Cargille® 5040 from Cargille-Sacher Laboratories (55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009). The black pigment particles have a core comprising black iron oxide (Pigment Black 11) and a polymeric shell. As illustrated in FIG. 18 , the black pigment particles were dispersed throughout the entire electrophoretic medium when the device was fabricated. A 0.5 Hz, 50 V square wave waveform with a +50 V offset (i.e., switching between +100 V and 0 V) and 50% duty cycle was applied to the first optically transparent electrode layer, while the second optically transparent electrode layer was maintained at 0 V. As shown in Fig. 19, the electric field between the two electrodes induced electrophoresis to migrate the positive black pigment to the unexposed microcell bottom surface (inside the channel). The black pigment remained on the unexposed microcell bottom surface even after the voltage was released. The PET/ITO first electrode was then peeled from the device to allow the film to evaporate.
예 6: Isopar E 용매에 10 wt%의 흰색 안료와 5 wt% CCA(US2020/0355978의 예 1로부터의 양이온 전하 제어제 - CCA111)를 혼합함으로써 광 차단 조성물이 제조된 것을 제외하고는, 예 5의 가변 광 투과 디바이스로서 가변 광 투과 디바이스를 제조하였다. 디바이스는 50 Hz/50V 사각파 하에 폐쇄 광학 상태(0V 오프셋, 도 20)와 개방 광학 상태(-50V 오프셋, 도 21) 사이를 쉽게 스위칭하였다. Example 6 : A tunable optical transmission device was prepared as in Example 5, except that the light blocking composition was prepared by mixing 10 wt% of white pigment and 5 wt% of CCA (cationic charge control agent - CCA111 from Example 1 of US2020/0355978) in an Isopar E solvent. The device readily switched between a closed optical state (0 V offset, FIG. 20 ) and an open optical state (-50 V offset, FIG. 21 ) under a 50 Hz/50 V square wave.
예 7: 엠보싱된 마이크로셀의 채널로 반대 전하의 검은색 및 흰색 안료의 스위칭 Example 7 : Switching of black and white pigments of opposite charge through channels of embossed microcells
ITO 투명 전도체가 코팅된 PET 시트를, 제2 PET-ITO 시트 상의, 전기 영동 매질을 함유한 엠보싱된 마이크로셀 어레이에 함께 적층함으로써, 가변 투과 디바이스를 제조하였다. 마이크로셀의 구조는, 디바이스가 밀봉 층을 포함하지 않는다는 것을 제외하고는, 도 2a 내지 도 2d의 예시에 대응한다. 엠보싱된 마이크로셀 어레이의 구조가 도 14 및 도 15에 예시되어 있다.A tunable transmission device was fabricated by co-laminating a PET sheet coated with an ITO transparent conductor with an embossed microcell array containing an electrophoretic medium on a second PET-ITO sheet. The structure of the microcell corresponds to the examples of FIGS. 2A to 2D, except that the device does not include a sealing layer. The structure of the embossed microcell array is illustrated in FIGS. 14 and 15.
먼저, 검은색 안료를 포함하는 전기 영동 조성물을 제조하고 개방 광학 상태(채널에 검은색 안료 포함)로 스위칭하였다. 그 다음, 제1 광 투과성 전극 층을 제거하고 용매를 증발시켰다. 용매의 증발 후에, 흰색 안료, 용매 및 전하 제어제(CCA)를 함유하는 전기 영동 매질을 제조하였다. 이 예에서는, Cargille-Sacher Laboratories(55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009)로부터 Cargille® 5040로서 시판되는 부분 수소화된 테르페닐, 리모넨, Isopar M 및 Isopar E의 용매 혼합물에 10 wt% 흰색 안료 및 1 wt% CCA111을 혼합함으로써, 전기 영동 매질을 제조하였다. 흰색 안료 입자들은, 미국 특허 번호 제8,582,196호의 예 1에 기재된 바와 같이, 폴리머 코팅을 포함하는 티타늄 이산화물 안료 코어를 이용해 제조하였다. First, an electrophoretic composition containing a black pigment was prepared and switched to the open optical state (black pigment in the channels). The first optically transparent electrode layer was then removed and the solvent was evaporated. After evaporation of the solvent, an electrophoretic medium containing a white pigment, solvent and a charge control agent (CCA) was prepared. In this example, the electrophoretic medium was prepared by mixing 10 wt % white pigment and 1 wt % CCA111 into a solvent mixture of partially hydrogenated terphenyl, limonene, Isopar M and Isopar E, commercially available as Cargille® 5040 from Cargille-Sacher Laboratories (55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009). The white pigment particles were prepared using a titanium dioxide pigment core including a polymer coating as described in Example 1 of U.S. Pat. No. 8,582,196.
전기 영동 매질을 마이크로셀 디바이스로 조립하며, 검은색 안료를 채널 내로 스위칭하고 용매를 증발시켰다. 그에 따라, 디바이스는 반대 전하의 흰색 및 검은색 안료 입자 둘 다를 함유하였다. 둘 다의 안료들은 전기 영동 방식으로 스위칭될 수 있었다. 둘 다의 안료를 채널로 스위칭하기 위해, 먼저, 비교적 낮은 주파수의 AC 전압에 포지티브 DC 오프셋을 사용하여 검은색 안료가 채널로 스위칭되었고, 이어서 비교적 높은 주파수의 AC 전압에 네가티브 DC 오프셋을 이용해 흰색 안료가 채널로 스위칭되었다.The electrophoretic medium was assembled into a microcell device, and the black pigment was switched into the channel and the solvent was evaporated. Accordingly, the device contained both white and black pigment particles of opposite charge. Both pigments could be switched electrophoretically. To switch both pigments into the channel, first, the black pigment was switched into the channel using a positive DC offset at a relatively low frequency AC voltage, and then the white pigment was switched into the channel using a negative DC offset at a relatively high frequency AC voltage.
제1 단계에서, +2V 오프셋 및 50% 듀티 사이클을 갖는 10 Hz, 50V 사각파의 파형이 제1 광 투과성 전극 층(202)에 인가되었고, 제2 광 투과성 전극 층은 0V로 유지되었다. 전극들 사이의 전기장은 전기 영동을 유도하며 유도-전하 전기-삼투와 중첩되어, 포지티브 검은색 안료를 채널로 이동시켰다. 제2 단계에서, 교번하는 +2V와 -2V 오프셋 및 50% 듀티 사이클을 갖는 500 Hz, 50V 사각파의 파형이 제1 전극에 인가되었고, 제2 전극은 0V로 유지되었다. 더 높은 주파수(제1 단계의 10 Hz 대비 500 Hz)에서는 흰색 안료보다 검은색 안료의 측방 운동이 더 적었다. 즉, 흰색 안료는 네가티브 DC 오프셋을 갖는 파형의 위상 동안 채널로 이동되었다. 도 22에 도시된 바와 같이, 그 결과 흰색 및 검은색 안료 둘 다가 마이크로셀의 채널로 스위칭되었다.In the first stage, a 10 Hz, 50 V square wave waveform with +2 V offset and 50% duty cycle was applied to the first light-transmitting electrode layer (202), while the second light-transmitting electrode layer was held at 0 V. The electric field between the electrodes induced electrophoresis, which superimposed the induced-charge electro-osmosis, to move the positive black pigment into the channel. In the second stage, a 500 Hz, 50 V square wave waveform with alternating +2 V and -2 V offsets and 50% duty cycle was applied to the first electrode, while the second electrode was held at 0 V. At higher frequencies (500 Hz versus 10 Hz in the first stage), the lateral motion of the black pigment was less than that of the white pigment. That is, the white pigment moved into the channel during the phase of the waveform with the negative DC offset. As shown in Figure 22, both white and black pigments were switched into the channels of the microcells.
200 가변 투과 디바이스; 201 제1 광 투과성 기판; 202 제1 광 투과성 전극 층; 203 마이크로셀 층; 204 복수의 마이크로셀들; 205 마이크로셀 개구; 206 밀봉 층; 207 제2 광 투과성 전극 층; 208 제2 광 투과성 기판; 209 전기 영동 매질; 210 마이크로셀 바닥 층; 211 마이크로셀 바닥 내측 표면; 211a 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면; 211b 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면; 212; 마이크로 벽; 213 마이크로셀 내측 벽 표면; 214 마이크로셀 벽 상단 표면; 125 채널; 216 채널 높이; 217 돌출 구조물; 218 돌출 베이스; 219 돌출 정점; 220 돌출 높이; 221 돌출 표면; 222 전기적으로 하전된 안료 입자들; 222a 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들; 222b 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들; 223a 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(223b)과는 반대 전하 극성을 갖는 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들; 223b 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들(223a)과는 반대 전하 극성을 갖는 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들; 1202 제1 광 차단 층; 1311 제2 광 차단 층; 1312 보조 층.200 A variable transmission device; 201 A first light-transmitting substrate; 202 A first light-transmitting electrode layer; 203 A microcell layer; 204 A plurality of microcells; 205 A microcell aperture; 206 A sealing layer; 207 A second light-transmitting electrode layer; 208 A second light-transmitting substrate; 209 An electrophoretic medium; 210 A microcell bottom layer; 211 A microcell bottom inner surface; 211a An exposed microcell bottom inner surface; 211b An unexposed microcell bottom inner surface; 212; A micro-wall; 213 A microcell inner wall surface; 214 A microcell wall top surface; 125 A channel; 216 A channel height; 217 A protrusion structure; 218 A protrusion base; 219 A protrusion apex; 220 A protrusion height; 221 A protrusion surface; 222 Electrically charged pigment particles; 222a first type of electrically charged pigment particles; 222b second type of electrically charged pigment particles; 223a first type of electrically charged pigment particles having an opposite charge polarity to the second type of electrically charged pigment particles (223b); 223b second type of electrically charged pigment particles having an opposite charge polarity to the first type of electrically charged pigment particles (223a); 1202 first light-blocking layer; 1311 second light-blocking layer; 1312 auxiliary layer.
Claims (20)
제1 광 투과성 전극 층(202);
제2 광 투과성 전극 층(207); 및
마이크로셀 층(203)을 포함하고, 상기 마이크로셀 층(203)은 상기 제1 광 투과성 전극 층(202)과 상기 제2 광 투과성 전극 층(207) 사이에 배치되며, 상기 마이크로셀 층(203)은 복수의 마이크로셀들(204) 및 밀봉 층(206)을 포함하고,
상기 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 전기 영동 매질(209)을 포함하며, 상기 전기 영동 매질(209)은 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들, 전하 제어제 및 비극성 액체를 포함하고,
상기 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 마이크로셀 개구(205)를 가지며, 상기 밀봉 층(206)은 상기 복수의 마이크로셀들(204)의 마이크로셀 개구들(205)에 걸쳐 있고,
상기 복수의 마이크로셀들(204)의 각 마이크로셀은 마이크로셀 바닥 층(210), 돌출 구조물(217), 마이크로셀 벽(212) 및 채널(215)을 포함하고,
상기 마이크로셀 바닥 층(210)은 마이크로셀 바닥 내측 표면(211)을 가지며, 상기 마이크로셀 바닥 내측 표면(211)은 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(211a) 및 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면(211b)을 포함하고,
상기 돌출 구조물(217)은 돌출 베이스(protrusion base)(218), 돌출 표면(221), 돌출 정점(apex)(219) 및 돌출 높이(220)를 가지며, 상기 돌출 정점(219)은 상기 돌출 구조물(217)의 포인트 또는 포인트들의 세트로서, 상기 포인트 또는 포인트들의 세트는 상기 돌출 구조물(217)의 다른 모든 포인트보다 상기 마이크로셀 개구(205)로부터 더 짧은 거리를 갖고, 상기 돌출 높이(220)는 상기 돌출 베이스(218)와 상기 돌출 정점(219) 사이의 거리이고, 상기 돌출 표면(221)은 상기 돌출 정점을 포함하지 않는 상기 돌출 구조물(217)의 표면으로서 상기 전기 영동 매질(209)과 접촉하는 표면이고,
상기 마이크로셀 벽(212)은 마이크로셀 내측 벽 표면(213) 및 마이크로셀 벽 상단 표면(214)을 가지며, 상기 마이크로셀 내측 벽 표면(213)은 상기 전기 영동 매질(209)과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽(212)의 표면이고, 상기 마이크로셀 벽 상단 표면(214)은 상기 밀봉 층(206)과 접촉하는 마이크로셀의 마이크로셀 벽(212)의 표면이고,
상기 채널(215)은 채널 높이(216)를 가지며, 상기 채널 높이(216)는 상기 돌출 높이(220)의 50%이고,
상기 노출되지 않은 마이크로셀 바닥 내측 표면(211b)은 상기 돌출 베이스(218)와 접촉하고,
상기 채널(215)은 상기 노출된 마이크로셀 바닥 내측 표면(211a), 상기 돌출 표면(221) 및 상기 마이크로셀 내측 벽 표면(213) 사이의 볼륨인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In a variable light transmission device (200),
First light-transmitting electrode layer (202);
a second light-transmitting electrode layer (207); and
A microcell layer (203) is included, wherein the microcell layer (203) is positioned between the first light-transmitting electrode layer (202) and the second light-transmitting electrode layer (207), and the microcell layer (203) includes a plurality of microcells (204) and a sealing layer (206).
Each microcell of the plurality of microcells (204) includes an electrophoretic medium (209), wherein the electrophoretic medium (209) includes electrically charged pigment particles of a first type, electrically charged pigment particles of a second type, a charge control agent, and a non-polar liquid,
Each microcell of the plurality of microcells (204) has a microcell opening (205), and the sealing layer (206) spans the microcell openings (205) of the plurality of microcells (204).
Each microcell of the plurality of microcells (204) includes a microcell bottom layer (210), a protruding structure (217), a microcell wall (212), and a channel (215).
The above microcell bottom layer (210) has a microcell bottom inner surface (211), and the microcell bottom inner surface (211) includes an exposed microcell bottom inner surface (211a) and an unexposed microcell bottom inner surface (211b).
The above protrusion structure (217) has a protrusion base (218), a protrusion surface (221), a protrusion apex (219), and a protrusion height (220), wherein the protrusion apex (219) is a point or a set of points of the protrusion structure (217), wherein the point or the set of points has a shorter distance from the microcell opening (205) than all other points of the protrusion structure (217), the protrusion height (220) is a distance between the protrusion base (218) and the protrusion apex (219), and the protrusion surface (221) is a surface of the protrusion structure (217) that does not include the protrusion apex and is in contact with the electrophoretic medium (209).
The above microcell wall (212) has a microcell inner wall surface (213) and a microcell wall top surface (214), the microcell inner wall surface (213) is a surface of the microcell wall (212) of the microcell that contacts the electrophoretic medium (209), and the microcell wall top surface (214) is a surface of the microcell wall (212) of the microcell that contacts the sealing layer (206).
The above channel (215) has a channel height (216), and the channel height (216) is 50% of the protrusion height (220).
The inner surface (211b) of the above-mentioned non-exposed microcell bottom is in contact with the above-mentioned protruding base (218),
A variable light transmission device, wherein the above channel (215) is a volume between the exposed microcell bottom inner surface (211a), the protruding surface (221) and the microcell inner wall surface (213).
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 반사성이고 상기 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 광 흡수성인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 1,
A variable light transmission device, wherein the first type of electrically charged pigment particles are light reflective and the second type of electrically charged pigment particles are light absorbing.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 흰색인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 1 or claim 2,
A variable light transmission device, wherein the electrically charged pigment particles of the first type are white.
상기 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 검은색인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 3,
A variable light transmission device, wherein the second type of electrically charged pigment particles are black.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 상기 제2 유형의 하전된 안료 입자들과 동일한 전하 극성을 갖는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 4,
A variable light transmission device, wherein the first type of electrically charged pigment particles have the same charge polarity as the second type of charged pigment particles.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 상기 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 포지티브이고, 상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위는 상기 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위보다 낮은 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 5,
A variable light transmission device, wherein the first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles are positive, and the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles is lower than the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들 및 상기 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 네가티브이고, 상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위는 상기 제2 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 제타 전위보다 높은 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 6,
A variable light transmission device, wherein the first type of electrically charged pigment particles and the second type of electrically charged pigment particles are negative, and the zeta potential of the first type of electrically charged pigment particles is higher than the zeta potential of the second type of electrically charged pigment particles.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 상기 제2 유형의 하전된 안료 입자들과는 반대인 전하 극성을 갖는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 4,
A variable light transmission device, wherein said first type of electrically charged pigment particles have a charge polarity opposite to that of said second type of charged pigment particles.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은 네가티브로 하전되고 상기 제2 유형의 하전된 안료 입자들은 포지티브로 하전되는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 8,
A variable light transmission device, wherein the first type of electrically charged pigment particles are negatively charged and the second type of charged pigment particles are positively charged.
상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들은, 상기 제2 유형의 하전된 안료 입자들의 평균 입자 크기보다 큰 평균 입자 크기를 갖는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 9,
A variable light transmission device, wherein the electrically charged pigment particles of the first type have an average particle size greater than an average particle size of the charged pigment particles of the second type.
상기 전기 영동 매질 내의 상기 전하 제어제의 함량은 상기 전기 영동 매질의 중량 기준으로 1 중량 퍼센트 내지 8 중량 퍼센트인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 10,
A variable optical transmittance device, wherein the content of the charge control agent in the electrophoretic medium is 1 weight percent to 8 weight percent based on the weight of the electrophoretic medium.
상기 전하 제어제의 분자 구조는 4차 암모늄 작용기 및 비극성 꼬리를 포함하는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 11,
A variable optical transmittance device, wherein the molecular structure of the charge control agent comprises a quaternary ammonium functional group and a nonpolar tail.
상기 전기 영동 매질의 비극성 액체는 지방족 탄화수소, 지환족 탄화수소, 방향족 탄화수소, 할로겐화 지방족 탄화수소, 폴리디메틸실록산, 또는 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 1,
A variable optical transmission device, wherein the nonpolar liquid of the electrophoretic medium comprises a material selected from the group consisting of aliphatic hydrocarbons, alicyclic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, halogenated aliphatic hydrocarbons, polydimethylsiloxane, or mixtures thereof.
상기 돌출 구조물은, (a) 원뿔, (b) 원통 상의 원뿔 - 상기 원통은 밑면(base)을 가지며 상기 원통의 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (c) 사면체, (d) 삼각기둥 상의 사면체 - 상기 삼각기둥은 삼각형 밑면을 가지며 상기 삼각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (e) 삼각기둥 - 상기 삼각기둥은 사각형 밑면을 가지며 상기 사각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (f) 사각형 밑면을 갖는 사각뿔 - 상기 사각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (g) 정사각형 직사각형 직육면체 상의 사각뿔 - 상기 직사각형 직육면체는 사각형 밑면을 가지며 상기 사각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (h) 직각 평행육면체 상의 사각뿔 - 상기 직각 평행육면체는 직각 평행사변형 밑면을 가지며 상기 직각 평행사변형이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (i) 오각뿔 - 상기 오각뿔은 오각형 밑면을 가지며 상기 오각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (j) 오각기둥 상의 오각뿔 - 상기 오각기둥은 오각형 밑면을 가지며 상기 오각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (k) 육각뿔 - 상기 육각뿔은 육각형 밑면을 가지며 상기 육각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (l) 육각기둥 상의 육각뿔 - 상기 육각기둥은 육각형 밑면을 가지며 상기 육각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 -, (n) 다각뿔 - 상기 다각뿔은 다각형 밑면을 가지며 상기 다각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - , (o) 다각기둥 상의 다각뿔 - 상기 다각뿔은 다각형 밑면을 가지며 상기 다각형 밑면이 상기 돌출 구조물의 돌출 베이스임 - 로 구성된 그룹으로부터 선택된 기하학적 고체인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 13,
The above protruding structure is, (a) a cone, (b) a cone on a cylinder - the cylinder has a base, and the base of the cylinder is a protruding base of the protruding structure - , (c) a tetrahedron, (d) a tetrahedron on a triangular prism - the triangular prism has a triangular base, and the triangular base is a protruding base of the protruding structure - , (e) a triangular prism - the triangular prism has a square base, and the square base is a protruding base of the protruding structure - , (f) a square pyramid having a square base - the square base is a protruding base of the protruding structure - , (g) a square pyramid on a regular rectangular cuboid - the rectangular cuboid has a square base, and the square base is a protruding base of the protruding structure - , (h) a square pyramid on a rectangular parallelepiped - the rectangular parallelepiped has a right parallelogram base, and the right parallelogram is a protruding base of the protruding structure - , A variable light transmitting device, wherein the geometric solid is selected from the group consisting of: (i) a pentagonal pyramid, wherein the pentagonal pyramid has a pentagonal base, wherein the pentagonal base is a protruding base of the protruding structure; (j) a pentagonal pyramid on a pentagonal prism, wherein the pentagonal pyramid has a pentagonal base, wherein the pentagonal base is a protruding base of the protruding structure; (k) a hexagonal pyramid, wherein the hexagonal pyramid has a hexagonal base, wherein the hexagonal base is a protruding base of the protruding structure; (l) a hexagonal pyramid on a hexagonal prism, wherein the hexagonal prism has a hexagonal base, wherein the hexagonal base is a protruding base of the protruding structure; (n) a polygonal pyramid, wherein the polygonal pyramid has a polygonal base, wherein the polygonal base is a protruding base of the protruding structure; (o) a polygonal pyramid on a polygonal prism, wherein the polygonal pyramid has a polygonal base, wherein the polygonal base is a protruding base of the protruding structure.
상기 돌출 구조물은 원통 상의 원뿔이고, 상기 원통은 밑면을 가지며, 상기 원통의 밑면이 상기 돌출 구조물의 상기 돌출 베이스이고, 상기 원뿔은 5도 내지 20도의 기울기를 갖는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 1,
A variable light transmitting device, wherein the protruding structure is a cone in the shape of a cylinder, the cylinder has a bottom, the bottom of the cylinder is the protruding base of the protruding structure, and the cone has an inclination of 5 to 20 degrees.
상기 돌출 구조물은 n개의 변이 있는 밑면을 갖는 각뿔의 기하학적 고체이며, 상기 n개의 변이 있는 밑면이 상기 돌출 구조물의 상기 돌출 베이스이고, n은 7 내지 12의 정수이고, (m) n개의 변이 있는 밑면을 갖는 각기둥 상의, n개의 변이 있는 밑면을 갖는 각뿔이며, 상기 n개의 변을 갖는 각기둥의 밑면이 상기 돌출 구조물의 상기 돌출 베이스이고, n은 7 내지 12인 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 14,
A variable light transmitting device, wherein the above protruding structure is a geometric solid of a pyramid having a base with n sides, the base with n sides being the protruding base of the protruding structure, and n is an integer from 7 to 12, and (m) a pyramid having a base with n sides on a prism having a base with n sides, the base of the prism having n sides being the protruding base of the protruding structure, and n is 7 to 12.
제1 파형을 통해 상기 제1 광 투과성 전극 층과 상기 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제1 전기장을 인가한 결과로서 개방 광학 상태로 상기 가변 광 투과 디바이스의 스위칭이 일어나는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 16,
A variable optical transmission device, wherein switching of the variable optical transmission device to an open optical state occurs as a result of applying a first electric field between the first optically transparent electrode layer and the second optically transparent electrode layer via a first waveform.
제2 파형을 통해 상기 제1 광 투과성 전극 층과 상기 제2 광 투과성 전극 층 사이에 제2 전기장의 인가는 측방 성분을 갖는 속도로 상기 제1 광 투과성 전극 층을 향한 상기 제1 유형의 전기적으로 하전된 안료 입자들의 이동을 야기하며, 폐쇄 광학 상태로 이어지고, 상기 제2 파형은 적어도 하나의 포지티브 전압 및 적어도 하나의 네가티브 전압을 포함하며, 상기 제2 파형은 순 포지티브 또는 순 네가티브 임펄스를 갖고, 상기 폐쇄 광학 상태는 상기 개방 광학 상태보다 더 낮은 광 투과를 갖는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In any one of claims 1 to 17,
A variable optical transmission device, wherein application of a second electric field between said first optically transparent electrode layer and said second optically transparent electrode layer via a second waveform causes movement of said first type of electrically charged pigment particles towards said first optically transparent electrode layer at a velocity having a lateral component, resulting in a closed optical state, wherein said second waveform comprises at least one positive voltage and at least one negative voltage, wherein said second waveform has a pure positive or pure negative impulse, and wherein said closed optical state has lower optical transmission than said open optical state.
상기 제2 파형은 AC 파형을 포함하며, 상기 AC 파형은 5% 내지 45%의 듀티 사이클을 갖는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 18,
A variable optical transmission device, wherein the second waveform comprises an AC waveform, and the AC waveform has a duty cycle of 5% to 45%.
상기 제2 파형은, DC 전압 성분과 AC 파형의 중첩에 의해 형성되는 DC 오프셋 파형을 포함하는 것인, 가변 광 투과 디바이스. In claim 18,
A variable optical transmission device, wherein the second waveform includes a DC offset waveform formed by superimposing a DC voltage component and an AC waveform.
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