TWI911940B - 電光裝置、其製造方法及在窗戶上的應用 - Google Patents

Abstract

揭露一種大面積可切換電光光調變器或顯示器及其製造方法。大面積光調變器包括夾在兩個較大的透光基板之間的個別光調變器單元之陣列，這兩個透光基板的內表面上塗佈有透光電極層，以為每個單元提供電連接，而不會損害處於打開狀態之光調變器的透明度。大面積顯示器包括個別顯示單元的陣列。內表面塗佈有透光電極層的大面積透光基板疊置在個別顯示單元上，以為每個單元提供電連接，而不損害顯示器的透明度。光調變器及顯示器可以使用傳統設備來輕易製造。

Description

電光裝置、其製造方法及在窗戶上的應用

[相關申請案] 本申請案請求2023年10月6日提交之發明名稱為「大面積電光光調變器或顯示器」的美國臨時專利申請案第63/542,880號之優先權。在此以引用方式將其全部併入本文。

本申請案大體上係有關於電泳及其它電光顯示器以及光調變膜。光調變膜調變穿過電泳介質的光線或其它電磁輻射的量。在某些情況下，光線會完全通過薄膜(亦即，從頂面到底面)。在其它情況下，光線可能通過電泳介質，從表面反射/散射，以及第二次返回通過介質(亦即，從頂面到底面，然後返回頂面)。在其它情況下，光線會被觀看表面處存在的顏料粒子吸收。在其它情況下，顏料粒子對光線的選擇性吸收會產生彩現影像，例如，文字或圖像。這樣的薄膜可併入顯示器、標誌、可變透射窗、鏡子及類似裝置中。通常，薄膜具有「打開」狀態，其中一組以上的顏料粒子被隔離在側面或井中等，使得大部分入射光可以通過介質；以及「關閉」狀態，其中一組以上的顏料粒子散布在整個介質中以吸收部分或全部的入射光。

例如，美國專利第10,067,398號揭露一種電泳光衰減器，包括一個細胞，該細胞包括第一基板、與第一基板間隔開的第二基板、配置在基板之間的包含電泳墨水的層以及伸入電泳墨水中且配置成相鄰於第二基板的表面之單層緊密堆積突出部。這些突出部具有在相鄰突出部之間界定複數個凹陷的表面。電泳介質層(墨水層)包含至少一種類型的帶電粒子，這些粒子回應於施加到細胞的電場而在第一極端光狀態與第二極端光狀態之間移動；在第一極端光狀態下，粒子最大程度地散佈在細胞內，以便位於通過細胞之光線的路徑中，從而強烈地衰減從一個基板傳輸至相對基板的光線，而在第二極端光狀態下，粒子最大程度地聚集在凹陷內，以便讓光傳輸。對應於凹陷中之聚集粒子的總面積是總表面面積的一小部分。

這種類型的裝置至少部分依賴其非平面聚合物結構的形狀，以在透明光狀態下將吸收帶電粒子(例如，黑色粒子)聚集在電泳墨水中，從而形成(或暴露)光孔(亦即，透射區域)及光障礙物(亦即，強烈吸收區域)。本申請案同時是有關於更傳統的電泳顯示器，例如美國專利第9,921,451及9,812,073號中所描述的，其在帶電顏料粒子的存在下調變在觀看表面處反射的光。

為了方便起見，本文中通常使用術語「光」，但是此術語應該在廣義上被理解為包含不可見波長的電磁輻射。例如，可以應用本發明來提供能夠調變紅外線輻射以控制建築物或車輛內的溫度之窗戶。更具體地，本發明係有關於使用以粒子為基礎的電泳介質來控制光調變的光調變器。可以併入本發明的各種實施例中之電泳介質的範例包括例如美國專利第10,809,590及10,983,410號中所述之電泳介質，在以以引用方式將這兩件專利的全部內容併入本文。

適用於本發明之流體或凝膠層中具有聚合物結構的習知技藝解決方案包括屬於Vlyte Innovations Ltd.的美國專利第8,508,695號，其揭露將流體滴(直徑1至5微米)分散在被固化到兩個基板上的連續聚合物基質中，以包含液晶。此外，屬於E Ink Corporation的美國專利第10,809,590號揭露微膠囊化流體滴，以及使它們變形以在一個基板上的聚合物基質中形成單層的緊密堆積聚合物殼，並且隨後施加黏著層以將膠囊層黏合至一個基板。再者，屬於E Ink California的歐洲專利申請案公開第EP1264210號揭露在一個基板上壓印微杯結構(micro-cup structure)，用具有可聚合成分的流體填充這些杯，並且使這些成分聚合以在流體/杯表面上形成密封層，然後施加黏著層以黏合至第二基板。此外，屬於Vlyte Innovations Ltd.的EP2976676揭露在一個基板上形成壁結構，用黏著劑塗佈壁的頂部，用流體填充由壁界定的空腔，以及使黏著劑聚合以將壁的頂部黏合至相對基板。EP3281055描述一種可撓性裝置，其包括嵌入其觀看區域中的固體聚合物微結構，並且這些微結構位於兩個基板上。這些微結構藉由在與基板正交的長度上彼此接合而將裝置的基板彼此連結(亦即，緊固)。連結的微結構包含一個壁結構，此壁結構將裝置的流體層分成包含在相應空腔內之單層的離散容積。這為該裝置提供顯著的結構強度。在所描述的方法中，在每個基板上形成配合的微結構(亦即，凸部及凹部)，然後使其彼此精確對準並以壓入配合方式連結，這亦密封空腔中的流體層。

以粒子為基礎的電泳顯示器數年來已成為密集研發的主題，其中複數個帶電粒子在電場的影響下移動通過懸浮流體。當與液晶顯示器相比時，這樣的顯示器具有良好的亮度及對比度、寬視角、狀態雙穩定性及低功耗的特性。術語「雙穩態(bistable)」及「雙穩性(bistability)」在本文中以該項技藝中之傳統含義用以提及顯示器包括具有在至少一光學性質方面係不同的第一及第二顯示狀態之顯示元件，以及以便在以有限持續時間之定址脈波驅動任何一給定元件後，呈現其第一或第二顯示狀態，以及在定址脈波終止後，那個狀態將持續至少數次，例如，至少4次；定址脈波需要最短持續時間來改變顯示元件之狀態。美國專利第7,170,670號顯示一些具有灰度能力之以粒子為基礎的電泳顯示器不僅在其極端黑色及白色狀態下，而且在其中間灰色狀態下係穩定的，並且一些其它類型的電光顯示器亦同樣是如此。這種類型的顯示器可適當地稱為多穩態(multi-stable)而不是雙穩態，但是為了方便起見，術語「雙穩態」在此可以用以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器。

如上所述，電泳介質需要懸浮流體之存在。在大部分習知技藝電泳介質中，此懸浮流體係液體，但是可使用氣體懸浮流體來生產該電泳介質；參見例如，Kitamura, T., et al., “Electrical toner movement for electronic paper-like display”, IDW Japan, 2001, Paper HCS1-1以及Yamaguchi, Y., et al., “Toner display using insulative particles charged triboelectrically”, IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4。亦參見歐洲專利申請案第1,429,178；1,462,847；及1,482,354號；以及國際申請案第WO 2004/090626；WO 2004/079442；WO 2004/077140；WO 2004/059379；WO 2004/055586；WO 2004/008239；WO 2004/006006；WO 2004/001498；WO 03/091799；及WO 03/088495號。當在一允許粒子沉降之方位上(例如，在垂直平面中配置介質之表現中)使用該等介質時，這樣的以氣體為基礎的電泳介質似乎易受相同於以液體為基礎的電泳介質之因粒子沉降所造成之類型的問題所影響。更確切地，粒子沉降似乎在以氣體為基礎的電泳介質中比在以液體為基礎的電泳介質中更是嚴重問題，因為相較於液體懸浮流體，氣體懸浮流體之較低黏性允許該等電泳粒子之更快速沉降。

讓渡給Massachusetts Institute of Technology (MIT)及E Ink Corporation、E Ink California, LLC以及相關公司或在它們的名義下之許多專利及申請案描述在膠囊型及微胞電泳及其它電光介質方面所使用之各種技術。膠囊型電泳介質包括許多小膠囊，每個膠囊本身包括一包含在一流體介質中之電泳移動粒子的內相(internal phase)及一包圍該內相之膠囊壁。通常，該等膠囊本身係保持於一高分子黏結劑中，以形成一位於兩個電極間之黏合層(coherent layer)。在微胞電泳顯示器中，帶電粒子及流體沒有封裝在微膠囊內，而是保留在載體介質(通常為聚合物膜)中形成的複數個空腔內。在這些專利及申請案中所述之技術包括： (a)電泳粒子、流體及流體添加劑；參見例如美國專利第7,002,728及7,679,814號； (b)膠囊、黏結劑及膠囊化製程；參見例如美國專利第6,922,276及7,411,719號； (c)微胞結構、壁材以及形成微胞的方法；參見例如美國專利第7,072,095及9,279,906號； (d)用於填充及密封微胞的方法；參見例如美國專利第7,144,942及7,715,088號； (e)包含電光材料之薄膜及次總成(sub-assemblies)；參見例如美國專利第6,982,178及7,839,564號； (f)在顯示器中所使用之背板、黏著層及其它輔助層以及方法；參見例如美國專利第7,116,318及7,535,624號； (g)顏色形成及顏色調整；參見例如美國專利第7,075,502及7,839,564號； (h)用於驅動顯示器的方法；參見例如美國專利第7,012,600及7,453,445號； (i)顯示器之應用；參見例如，美國專利第7,312,784及8,009,348號；以及 (j)非電泳顯示器，其如美國專利第6,241,921號及美國專利申請案公開第2015/0277160號所述；以及膠囊化及微胞技術在顯示器以外的應用；參見例如美國專利申請案公開第2015/0005720及2016/0012710號。

許多上述專利及申請案認識到在膠囊型電泳介質中包圍離散微膠囊的壁可以由連續相來取代，從而產生所謂的聚合物分散型電泳顯示器，其中電泳介質包含複數個離散小滴的電泳流體及連續相的聚合材料，並且即使沒有離散的膠囊膜與每個個別小滴相關聯，在這樣的聚合物分散型電泳顯示器內之離散小滴的電泳流體可以被視為膠囊或微膠囊；參見例如前述美國專利申請案公開第2002/0131147號。於是，基於本申請案的目的，這樣的聚合物分散型電泳介質被視為膠囊型電泳介質的亞種。

一種相關類型之電泳顯示器係所謂的「微胞電泳顯示器」。在微胞電泳顯示器中，沒有將帶電粒子及流體裝入微膠囊中，而是將其保持在載體介質(例如，聚合物膜)內所形成之複數個空腔中。參見例如國際申請公開第WO 02/01281號及美國申請案公開第2002/0075556號，兩者均讓渡給SiPix Imaging, Inc.。

電泳介質通常是不透光的(因為，例如，在許多電泳介質中，粒子大致阻擋通過顯示器之可見光的傳輸)且在光吸收或光反射模式中操作。然而，亦可使電泳裝置在所謂「光柵模式(shutter mode)」中操作，在該光柵模式中，一顯示狀態係大致不透光的，而一顯示狀態係大致透光的。參見例如前述美國專利第6,130,774及6,172,798號以及美國專利第5,872,552；6,144,361；6,271,823；6,225,971；及6,184,856號。介電泳顯示器(dielectrophoretic displays)(其相似於電泳顯示器，但是依賴電場強度之變化)可在相似模式中操作；參見美國專利第4,418,346號。其它類型之電光顯示器亦能夠在光柵模式中操作。具體地，當這種「光柵模式」電泳裝置構造在透明基板上時，可以調節通過裝置之光的傳輸。

一種膠囊型或微胞電泳顯示器通常沒有遭遇傳統電泳裝置之群集(clustering)及沉降(settling)故障模式且提供另外的優點，例如，將顯示器印刷或塗佈在各種撓性及剛性基板上之能力。(文字「印刷」之使用意欲包括所有形式之印刷及塗佈，其包括但不侷限於：預計量式塗佈(pre-metered coatings)(例如：方塊擠壓式塗佈(patch die coating)、狹縫型或擠壓型塗佈(slot or extrusion coating)、斜板式或級聯式塗佈(slide or cascade coating)及淋幕式塗佈(curtain coating))；滾筒式塗佈(roll coating)(例如：輥襯刮刀塗佈(knife over roll coating)及正反滾筒式塗佈(forward and reverse roll coating))；雕型塗佈(gravure coating)；濕式塗佈(dip coating)；噴灑式塗佈(spray coating)；彎月形塗佈(meniscus coating)；旋轉塗佈(spin coating)；刷塗式塗佈(brush coating)；氣刀塗佈(air-knife coating)；絲網印刷製程(silk screen printing processes)；靜電印刷製程(electrostatic printing processes)；熱印刷製造(thermal printing processes)；噴墨印刷製程(ink jet printing processes)；電泳沉積；以及其它相似技術)。因此，結果的顯示器可以是可撓性的。再者，因為可(使用各種方法)印刷顯示介質，所以可便宜地製造顯示器本身。

電泳介質的一個潛在重要市場係具有可變透光率的窗戶。隨著建築物的能源效能變得越來越重要，電泳介質可以作為塗層用在窗戶上，以藉由改變電泳介質的光學狀態來電控經過窗戶傳輸之入射輻射的比例。這種「可變透射率」(「VT」)技術在建築物中的有效實施預計將(1)減少炎熱天氣期間不必要的加熱效應，因而減少冷卻所需的能量、空調設備的尺寸以及尖峰電力需求；(2)增加自然光的利用，進而減少照明能源及尖峰電力需求；及(3)藉由增加熱舒適度及視覺舒適度來提高居住者的舒適度。在汽車或其它車輛中可獲得更大的益處，其中玻璃表面與封閉體積的比率明顯大於在典型建築中。具體地，在汽車中VT技術的有效實施不僅有望提供上述益處，而且還可以(1)提高駕駛安全性，(2)減少眩光，(3)增強鏡子效能(藉由在鏡子上使用電光塗層)，以及(4)增強使用抬頭顯示器的能力。VT技術的其它潛在應用包括電子裝置中的隱私玻璃及防眩光螢幕保護貼。

許多可切換電泳光調變器應用及電泳顯示器應用需要大面積的涵蓋範圍。例如，調變器可以用在面積為幾米乘幾米的辦公大樓窗戶中，或者電泳顯示器可以是具有大於1米的對角線測量值之寬幅標誌。限制這種大型調變器/顯示器的製造之一個因素是很難製造在調變器/顯示器中用以在打開狀態中聚集帶電粒子的大面積聚合物結構。通常，聚合物結構是使用壓花滾筒製造的，壓花滾筒通常具有一米或更小的寬度，這限制可由最終聚合物結構形成之結構的尺寸。雖然可以將數個小面積光調變器單元組合成一個陣列以用於大型窗戶應用，但是很難在不損害處於打開狀態之光調變器的光學透明度之情況下對不在陣列邊緣處之各個單元進行電連接，特別是因為需要在每個單元的兩側進行電連接。因此，需要一種不損害光學透明度且可以使用傳統設備輕易製造的大面積光調變器/顯示器。

一種大面積電光裝置包括處於並排平鋪配置的複數個電光單元。該等電光單元的每一者包括：(i)一第一透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第一透光基板具有在該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層；(ii)一第一透光導電層，其位於該第一透光基板的該內表面上與該第一透光基板的該等導電介層電接觸；(iii)一第二透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第二透光基板具有在該第二透光基板的該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層；(iv)一第二透光導電層，其位於該第二透光基板的該內表面上與該第二透光基板的該等導電介層電接觸；以及(v)一電光介質層，其位於該第一透光導電層與該第二透光導電層之間且與該第一透光導電層及該第二透光導電層接觸。該大面積電光裝置亦包括一第三透光基板，其疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該外表面上。一第三透光導電層設置在該第三透光基板與該複數個電光單元之間。該第三透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該等導電介層電接觸。一第四透光基板疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該外表面上。一第四透光導電層設置在該第四透光基板與該複數個電光單元之間，該第四透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該等導電介層電接觸。

一種製造電光裝置之方法包括以下步驟：(a)提供複數個電光單元；(b)以並排平鋪配置方式放置該複數個電光單元；以及(c)將覆蓋有一第三透光導電層的一第三透光基板層壓在該複數個電光單元的一側，並且將覆蓋有一第四透光導電層的一第四透光基板層壓在該複數個電光單元的一相對側。該等電光單元中之每一者包括：(i)一第一透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第一透光基板具有在該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層；(ii)一第一透光導電層，其位於該第一透光基板的該內表面上與該第一透光基板的該等導電介層電接觸；(iii)一第二透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第二透光基板具有在該第二透光基板的該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層；(iv)一第二透光導電層，其位於該第二透光基板的該內表面上與該第二透光基板的該等導電介層電接觸；以及(v)一電光介質層，其位於該第一透光導電層與該第二透光導電層之間且與該第一透光導電層及該第二透光導電層接觸。該第三透光基板疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該外表面上，並且該第三透光導電層設置在該第三透光基板與該複數個電光單元之間。該第三透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該等導電介層電接觸。該第四透光基板疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該外表面上，並且該第四透光導電層設置在該第四透光基板與該複數個電光單元之間。該第四透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該等導電介層電接觸。

一種電光裝置包括處於並排平鋪配置的複數個電光單元。該等電光單元中之每一者包括：(i)一第一透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第一透光基板具有在該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層；(ii)一第一透光導電層，其位於該第一透光基板的該內表面上與該第一透光基板的該等導電介層電接觸；(iii)一電光介質層，其與該第一透光導電層接觸；以及(iv)一背板，其包括至少一電極。一第二透光基板疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該外表面上。一第二透光導電層位於該第二透光基板與該複數個電光單元之間。該第二透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該等導電介層電接觸。

有鑑於以下描述，本發明的這些及其它態樣將變得顯而易見。

本文所揭露之各種實施例係有關於大面積可切換電光光調變器及其製造方法。大面積光調變器包括夾在兩個較大的透光基板之間的個別光調變器單元之陣列，這些基板的內表面上塗有透光電極層，以為每個單元提供電連接，而不會損害處於打開狀態之光調變器的透明度。光調變器可以使用傳統設備輕易地製造。

光調變裝置可被併入光控制裝置中。光調變器回應於電信號而選擇性地修改光傳輸、光衰減、顏色、鏡面透射率、鏡面反射率或漫反射率中之一者或多者，並且切換以提供兩種以上的不同光狀態。在一個以上的實施例中，第一光狀態對可見光是透明的且對應於最大光傳輸－第一極端，亦即「打開」狀態，而第二光狀態對應於最小光傳輸－第二極端，即「關閉」狀態。當然，中間狀態亦是可能的，稱為灰階。此外，根據電泳介質顏料裝載，「關閉」狀態可能不是完全不透明的，並且「打開」狀態可能不是完全透明的。另外，如果裝置配置成用作鏡子或顯示器，則「打開」狀態可能是有色的或反射的。

裝置利用電泳介質(例如，電泳墨水)。電泳墨水包含懸浮流體中的有色帶電粒子，並且與非平面聚合物結構的表面接觸。有色帶電粒子可以是任何顏色，其包括黑色或白色。較佳地，懸浮流體是透明的，以及折射率對於可見光譜中的至少一個波長(通常是550nm)與透明的非平面聚合物結構匹配，並且對於其它可見光波長是匹配或接近匹配(即，在0.01內)。因此，在不存在有色帶電粒子的情況下，可見光(對於匹配的波長)在懸浮流體與非平面聚合物結構之間的界面處經歷可以忽略的折射。

此外，帶電顏料粒子可以用表面聚合物來進行官能基化以改善狀態穩定性。這樣的顏料被描述在例如美國專利第9,921,451中，將此專利的全部內容以引用方式併入本文。例如，如果帶電粒子是白色的，則它們可以由無機顏料形成，例如，TiO₂、ZrO₂、ZnO、Al₂O₃、Sb₂O₃、BaSO₄、PbSO₄等。它們亦可以是具有高折射率(＞1.5)及一定尺寸(＞100nm)以呈現白色及實質上透光的聚合物粒子，或者設計成具有期望的折射率之複合粒子。這樣的粒子可以包含例如聚(甲基丙烯酸五溴苯酯)(poly(pentabromophenyl methacrylate))、聚(2-乙烯基萘)(poly(2-vinylnapthalene))、聚(甲基丙烯酸萘酯)(poly(naphthyl methacrylate))、聚(α-甲基苯乙烯)(poly(alphamethylstyrene))、聚(N-芐基甲基丙烯醯胺)(poly(N-benzyl methacrylamide))或聚(甲基丙烯酸芐酯)(poly(benzyl methacrylate))。黑色帶電粒子可以由CI pigment black 26或28等(例如，亞鐵酸錳黑尖晶石(manganese ferrite black spinel)或亞鉻酸銅黑尖晶石(copper chromite black spinel))或碳黑形成。其它顏色(非白色且非黑色)可以由有機顏料形成，例如，CI pigment PR 254、PR 122、PR 149、PG 36、PG 58、PG 7、PB 28、PB 15：3、PY 83、PY 138、PY 150、PY 155或PY 20。其它範例包括Clariant Hostaperm Red D3G 70-EDS、Hostaperm Pink E-EDS、PV fast red D3G、Hostaperm red D3G 70、Hostaperm Blue B2G-EDS、Hostaperm Yellow H4G-EDS、Novoperm Yellow HR-70-EDS、Hostaperm Green GNX、BASF Irgazine red L 3630、Cinquasia Red L 4100 HD及Irgazin Red L 3660 HD；Sun Chemical phthalocyanine blue、phthalocyanine green、diarylide yellow或diarylide AAOT yellow。彩色粒子亦可由無機顏料形成，例如，CI pigment blue 28、CI pigment green 50、CI pigment yellow 227等。帶電粒子的表面可以由已知技術根據所需粒子的電荷極性及電荷位準來進行修飾，如美國專利第6,822,782、7,002,728、9,366,935及9,372,380號以及美國專利申請案公開第2014-0011913號所述，在此以引用方式將其全部內容併入本文。

粒子可以呈現原生電荷，或者可以使用電荷控制劑來明確地帶電，或者當懸浮在溶劑或溶劑混合物中時可以獲取電荷。合適的電荷控制劑在該項技藝中係眾所周知的；它們本質上可以是聚合的或非聚合的，或者可以是離子的或非離子的。電荷控制劑的範例包括但不限於：Solsperse 17000(活性聚合物分散劑(active polymeric dispersant))、Solsperse 9000(活性聚合物分散劑(active polymeric dispersant))、OLOA® 11000(琥珀醯亞胺無灰分散劑(succinimide ashless dispersant))、Unithox 750(乙氧基化物(ethoxylates))、Span 85(去水山梨醇三油酸酯(sorbitan trioleate))、Petronate L(磺酸鈉(sodium sulfonate))、Alcolec LV30(大豆卵磷脂(soy lecithin))、Petrostep B100(石油磺酸鹽(petroleum sulfonate))或B70(磺酸鋇(barium sulfonate))、Aerosol OT、聚異丁烯衍生物(polyisobutylene derivatives)或聚(乙烯共丁烯)衍生物(poly(ethylene co-butylene) derivatives)等。除了懸浮液及帶電顏料粒子之外，內相還可以包括穩定劑、界面活性劑及電荷控制劑。當帶電顏料粒子分散在溶劑中時，穩定材料可以被吸附在帶電顏料粒子上。這種穩定材料使粒子保持彼此分離，以致於當粒子處於其分散狀態時，可變傳輸介質實質上是不透射的。

如該項技藝所已知，可以藉由使用界面活性劑來協助將帶電粒子(如上所述，通常是炭黑)分散在低介電常數的溶劑中。這樣的界面活性劑通常包含與溶劑相容或可溶於溶劑的極性「頭基(head group)」及非極性「尾基(tail group)」。非極性尾基可以是飽和或不飽和烴部分或可溶於烴溶劑的另一個基團，例如，聚(二烷基矽氧烷)(poly(dialkylsiloxane))。極性基團可以是任何極性有機官能性基團，其包括離子材料，例如，銨鹽(ammonium)、磺酸鹽(sulfonate)或膦酸鹽(phosphonate salts)或者酸基或鹼基。特別較佳的頭基係羧酸或羧酸鹽基(carboxylic acid or carboxylate groups)。在一些實施例中，添加分散劑，例如，聚異丁烯琥琥珀醯亞胺(polyisobutylene succinimide )及/或去水山梨醇三油酸酯(sorbitan trioleate)及/或2-己基癸酸(2-hexyldecanoic acid)。

分散體(dispersion)可以包含一種以上的穩定劑。適用於依據本發明的各種實施方案製備之分散體中的穩定劑包括但不限於聚異丁烯(polyisobutylene)及聚苯乙烯(polystyrene)。然而，可能只需要相對低濃度的穩定劑。低濃度的穩定劑可有助於將介質維持在關閉(不透明)狀態或中間狀態，但是在打開狀態下帶相反電荷的粒子之異質團聚物(hetero-agglomerates)的尺寸在不存在穩定劑的情況下會是有效地穩定的。例如，在越來越偏好下列數量的情況下，納入各種實施例中的分散體以分散體的重量為基礎包含小於或等於10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%及1%的穩定劑。在一些實施例中，分散體可以不含穩定劑。

在各種實施例的可變傳輸介質中所使用之流體通常將具有低介電常數(較佳的是小於10，並且期望是小於3)。流體較佳地是具有低黏度、相對高折射率、低成本、低反應性及低蒸氣壓/高沸點的溶劑。流體較佳地是透光的且可以具有或不具有與分散體之至少一組帶電粒子的光學特性不同的光學特性，例如，顏色(例如，紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色、黃色、白色及黑色)。溶劑的範例包括但不限於脂族烴(aliphatic hydrocarbons)(諸如庚烷(heptane)、辛烷(octane)及石油餾出物(petroleum distillates)(諸如Isopar® (Exxon Mobil)或Isane®(Total))；萜烯(terpenes)(諸如薴烯(limonene)(例如ℓ-薴烯(l-limonene)))；以及芳香烴(aromatic hydrocarbons)(諸如甲苯(toluene))。特別較佳的溶劑係薴烯，因為它結合了低介電常數(2.3)與相對較高的折射率(1.47)。內相的折射率可以藉由添加折射率匹配劑來進行修改。例如，前述美國專利第7,679,814號描述一種適用於可變傳輸裝置的電泳介質，其中包圍電泳粒子的流體包含部分氫化的芳香烴(partially hydrogenated aromatic hydrocabron)與萜烯(terpene)的混合物，較佳的混合物是d-薴烯(d-limonene)及部分氫化的三聯苯(partially hydrogenated terphenyl)，其作為Cargille®5040可在市場上從Cargille-Sacher Laboratories, 55 Commerce Rd, Cedar Grove N.J. 07009購得。在依據本發明的各種實施例製成的膠囊型介質中，較佳的是，膠囊型分散體的折射率與囊封材料的折射率盡可能接近地匹配，以減少霧度。在大多數情況下，有利的是，內相在550nm下具有1.51至1.57之間的折射率，較佳地在550nm下具有約1.54的折射率。在使用折射率與內相匹配的透光粒子的實施例中，透光粒子也會在550nm下具有1.51至1.57之間的折射率，較佳地在550nm下具有約1.54的折射率。

在一個以上的實施例中，囊封流體可以包含一種以上的非共軛烯烴(nonconjugated olefinic hydrocarbons)，較佳地是環烴(cyclic hydrocarbons)。非共軛烯烴的範例包括但不限於萜烯(terpenes)，例如，薴烯(limonene)；苯環己烷(phenyl cyclohexane)；苯甲酸己酯(hexyl benzoate)；環十二碳三烯(cyclododecatriene)；1,5-二甲基四氫萘(1,5-dimethyl tetralin)；部分氫化的三聯苯(partially hydrogenated terphenyl)，例如，Cargille® 5040；苯基甲基矽氧烷低聚物(phenylmethylsiloxane oligomer)；及其組合。依據一些實施例之囊封流體的最佳組成物包含環十二碳三烯(cyclododecatriene)及部分氫化的三聯苯(partially hydrogenated terphenyl)。

在一個以上的實施例中，包含在囊封流體中之穩定劑的量可以低於電泳顯示器中傳統使用之穩定劑的量。參見例如美國專利第7,170,670號。這樣的穩定劑可以是大分子量的自由聚合物，例如，聚異丁烯(polyisobutylene)、聚苯乙烯(polystyrene)或聚(月桂基)甲基丙烯酸酯(poly(lauryl)methacrylate)。於是，在一些實施例中，囊封流體(亦即，分散體)按分散體的重量計進一步包含小於10%的穩定劑。在一些實施例中，分散體不含穩定劑。發現到藉由減少大分子量聚合物的存在，可以改善霧度，使最終產品更加令人愉悅。

在實施例的第一光狀態下，帶電粒子回應施加至電極的電場而聚集在由透明的非平面聚合物結構界定的容積中。

在一些實施例中，電泳介質是雙穩態的，因為介質可在不施加電場的情況下維持期望的光學狀態。例如，當第一光狀態的孔或障礙物是雙穩態時，可在切換之後完全移除電源(亦即，第一電極與第二電極之間的零伏特)，並且孔或障礙物保持不變。同樣地，在切換及電源移除之後，在第二光狀態(例如，吸光或「關閉」狀態)下不存在有孔是穩定的。

圖1係說明示例性可切換電泳光調變器單元10的簡化圖。單元10可以複數個額外的光調變器單元10組裝成陣列，以形成如下所述之大面積光調變器。單元10包括位於第一透光基板14與第二透光基板16之間的電泳介質層12。第一透光基板14與第二透光基板16的主表面彼此面對且平行並置。

第一透光基板14及第二透光基板16可以包含聚合物，所述聚合物包括丙烯酸酯(acrylate)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)、苯乙烯(vinylbenzene)、乙烯醚(vinylether)或多官能環氧化物(multifunctional epoxide)。

第一透明電極層18位於第一透光基板14與電泳介質層12之間。第二透明電極層20位於第二透光基板16與電泳介質層12之間。電極層18、20可以各自包含透明的可撓性聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate, PET)膜，並且在其內表面上覆蓋有透明的可撓性氧化銦錫(ITO)電極。

電泳層12包括在電極層20上的透光聚合物結構22(例如，如圖2A所示或圖3A中所示的聚合物結構)及包含在由聚合物結構22界定的細胞30中之電光介質24。聚合物結構22可以在壓印製程(embossing process)中形成。

如圖2B及2C所示，在電泳層12中之電光介質24包括分散在懸浮流體(例如，非極性溶劑)40中的帶電顏料粒子38。帶電粒子38在電場的影響下移動通過懸浮流體40。如下面所進一步詳細論述，在第一及第二電極18、20之間施加驅動電壓，使電光介質24在第一吸光關閉狀態(圖2B)與第二透光打開狀態(圖2C)之間進行切換。

返回參考圖2A，示例性聚合物結構22包括基部26及從基部26的一個表面延伸之壁結構28。壁結構28界定用於容納及分隔電光介質24的多個細胞或容積30。聚合物結構22的基部26包括分佈在每個細胞30上之複數個井32，用於容納及聚集帶電顏料粒子38，從而限制處於第二透光狀態的粒子38所佔據的空間(圖2C)。在一個以上的實施例中，基部26包括通往每個井32的錐形表面44，以促進粒子38在第二透光狀態下移動至井32中。

形成在基部26上的壁結構28包括複數個柱狀結構34及連接相鄰柱狀結構34的連結壁元件36。柱狀結構34各自包括平行於基部26的遠端表面37。遠端表面37較佳地在尺寸及形狀上與複數個井32相似。在一個以上的實施例中，當在第二透光狀態下用顏料粒子38進行填充時，使柱狀結構34的遠端表面37變黑(或以其它方式著色)，以類似於聚合物結構22的井32。

相較之下，連結壁元件36的遠端表面是透光的且未變黑。因為柱狀結構34實質上為聚合物結構22提供所有的結構支撐及密封黏附，所以連結壁元件36可以具有減小的厚度及小的表面面積。例如，連結壁元件36的總表面面積可以低於聚合物結構22的總面積之1%，使得即使在連結壁元件36上沒有變黑的表面，關閉狀態下的期望百分比透光率(%T)會在期望範圍內。

柱狀結構34的遠端表面37以預定圖案在整個聚合物結構22的表面上配置有複數個井32，此預定圖案構造成當裝置10處於透光打開狀態時可抑制繞射。可以使用各種演算法來產生圖案。在一個以上的實施例中，使用藍雜訊演算法(blue noise algorithm)、抖動演算法(dithering algorithm)、非重複單塊演算法(nonrepeating mono-tiles algorithm)、諸如葉序螺旋(phyllotactic spirals)的有機啟發演算法(organic inspired algorithm)等來產生圖案。

柱狀結構34的遠端表面37在尺寸或形狀上與井32不同，以便改變期望的光學性質。

聚合物結構22包括獨立的(亦即，與壁結構28分離)的附加柱狀結構34，以便為密封黏附提供額外的結構支撐。這樣的柱狀結構可以是使用藍雜訊或其它演算法產生之上述預定圖案的一部分。

應該注意的是，附圖(包括圖2A)沒有必要按比例來繪製。在一些實施例中，聚合物結構22中之井32及柱狀結構的遠端表面37的間距為50微米至5,000微米。例如，包含井間距為250微米的光調變器10之智慧玻璃裝置通常在其整個表面上具有2,000至6,000個井32，沿著其表面具有2,000至20,000個，或者陣列中的總數為400萬至1.2億個。

以下兩個範例顯示聚合物結構特徵的可能概略尺寸。

尺寸	範例 1	範例 2
井的深度	8 μm	8 μm
井的直徑	11 μm	15 μm
每個細胞的井數	64	119
在0.5 m2 的面積中之井數	333,000,000	618,000,000
從井底至柱頂的距離	20 μm	20 μm
平均柱高	8 μm	8 μm
在頂部的連結壁厚度	1 μm	1 μm
在底部的連結壁厚度	15 μm	15 μm
連結壁高度	8 μm	8 μm

圖2B係處於暗(關閉)狀態之光調變器單元10的一部分之剖面圖，其中電光介質24中的帶電顏料粒子38散布在整個觀看面上且相鄰於電極層18的內表面。帶電顏料粒子38吸收入射至單元10上的光。

圖2C顯示處於打開狀態之光調變器單元10，其中帶電顏料粒子38聚集在聚合物結構22的井32中。

當將具有與帶電粒子38的極性相反的極性之電壓施加至基板16上的電極20以在相對的電極18、20之間形成電場時，形成打開狀態。電場將帶電粒子38朝基板16的內表面驅動，並且在遇到錐形表面44時，粒子38遷移以聚集在孔32中。孔32的深度足以將聚集的粒子38保持在打開狀態中。這取決於粒子38聚集所需的容積，進而取決於墨水的懸浮液中之粒子裝載。後者決定在暗狀態下的光傳輸。當電壓的極性顛倒時，形成關閉狀態(圖2B)，將帶電粒子38吸引至基板14的內表面，在基板14的內表面處帶電粒子38散布成相鄰於電極18。在本申請人的發明名稱為「具有透明光狀態的電泳裝置」之美國專利第10,067,398中更詳細地描述使用突出部在電泳裝置中形成光狀態。應該理解，帶電粒子38可以用時變電壓來驅動，例如，電壓範圍可以從0至±500V(但是通常更小)的波形。

電光介質24與聚合物結構22較佳地是光學透明的且折射率匹配。這允許入射至單元10上的光在沒有另外被顏料粒子38吸收下透過電光介質24的懸浮流體與聚合物結構22之間的界面不受阻礙地傳輸(亦即，沒有折射或繞射)。

可以將具有例如聚合物組成物的密封層施加在聚合物結構22上，以密封在複數個單元30中的電光介質24。柱狀結構34向密封層提供結構支撐及密封黏附。

此外，一層以上的黏著劑，例如，可從Norland購得的光學透明黏著劑，可以用於將各種薄膜及結構彼此黏合。

在層壓步驟(laminating step)中可用電光介質24填充細胞30，此層壓步驟將先前形成在(並黏合至)第一基板上的壓印聚合物結構22施加至第二基板上，其中電光介質24位於其間。較佳地，層壓步驟使用一對軋輥(NIP roller)，其定向成使得基板在輥之間從上到下(而不是從左到右)行進。流體在軋點(NIP point)上方的基板之間呈珠狀，並且在基板通過軋點時由輥層壓至壓印聚合物的空腔中。當基板通過軋點時，基板的平行面之間的正交距離由聚合物壁結構來決定。較佳地，在層壓之後或同時，在UV光(或其它輻射)固化階段中將聚合物壁的頂部黏合至第二基板。

光調變器可以具有可撓性薄膜基板且有足夠的可撓性來與捲式製造(roll-to-roll manufacture)相容。薄膜裝置具有顯著的結構強度，並且在空腔中分隔流體層，每個空腔容納離散墨水體積，所述離散墨水體積是自密封的且與相鄰空腔隔離。實施例的結構強度源自於其聚合物結構及聚合物密封材料的選擇。結構強度包括承受永久層壓到層壓安全玻璃中的玻璃板所必需的強度，所述層壓安全玻璃包含EVA或PVB中間層作為裝置與玻璃板之間的光學黏著劑。裝置的材料經過挑選，以便在正常使用時能夠抵抗機械衝擊及極端環境(陽光及室外溫度)。

圖3A及3B說明如美國專利第10,067,398號中所揭露之具有替代聚合物結構的光調變器單元。圖3A顯示光調變器單元449的剖面圖，而圖3B顯示光調變器單元449的聚合物結構158之俯視圖。聚合物結構158是非平面的且包括突出部795，突出部795的廣度與通道101及空腔488一致。

圖3A及圖3B顯示處於打開狀態的光調變器單元。黑色帶電粒子11在電場中被突出部795的表面偏轉(或在其上移動)且聚集在突出部795的間隙中，從而形成孔1006。非平面聚合物結構158在電泳細胞614中具有非週期性排列的突出部795。其突出部795的表面形狀、剖面面積、剖面幾何形狀及方向彼此不同，並且可以是隨機的或具有一定程度的隨機性。這種類型的突出部795是不對稱的且具有不同面積及斜率的小面，以增強在光狀態下由突出部界定之孔1006的隨機性。遭遇到實施例449的光隨機繞射並避免透過裝置觀看到關於亮光源之繞射圖案的感知。

通道101與突出部795的間隙重合且在打開狀態中容納聚集的黑色帶電粒子11。如圖3A所示，通道101是非平面聚合物結構158中的凹部且至少部分低於突出部795的高度。在實施例中，聚集的黑色帶電粒子填充突出部的間隙中之容積，此容積與電泳墨水中的粒子裝載成比例(例如，粒子裝載按墨水質量計為5%至30%的範圍內)。在觀看處於打開狀態之裝置的表面時，聚集的粒子形成限制最大透光率的光吸收區域(亦即，障礙物)。有利地，通道101藉由在細胞614的z軸上聚集(或堆疊)粒子來最小化在打開狀態下由聚集的黑色帶電粒子11覆蓋的表面區域。

在光調變器單元449中，每個突出部795被其通道101及聚合物壁76緊密包圍，並且它們的廣度界定電泳墨水空腔488。在圖3B視圖中，覆蓋聚合物壁76的黑色遮蔽物606在第二光狀態下位於孔的周圍區域中(亦即，其不構成孔的周圍之一部分)，其中壁邊緣鄰近聚集的黑色粒子11，如光障礙物尺寸1004所示。有利地，覆蓋壁76的黑色遮蔽物606不對光進繞射，因為沿著其周圍(在正面視圖中)，它不與光透射區域重合。在與449相關的一個實施例中，不存在通道101，並且黑色帶電粒子11聚集在突出部795與其周圍壁76之間且鄰近底部電極60的容積中。更一般地，在實施例中有利的是，聚合物壁部分(或正面視圖中的長度)與突出部的周圍區域重合，使得在打開狀態下，聚集的黑色帶電粒子鄰近壁部分的邊緣。

較佳地，非平面聚合物結構158在細胞614中是連續的且使電泳墨水層613與底部電極60隔離。離散孔1006及連續光障礙物區域1004(亦即，聚集的黑色帶電粒子區域及黑色遮蔽物區域)是隨機的或具有一定程度的隨機性。為了最小化或避免由聚合物壁76上的黑色遮蔽物606產生的繞射圖案之感知，聚合物壁及其形成的空腔488的排列是非週期性的。

在與449相關的實施例中，空腔、聚合物壁及通道與多於一種微結構的廣度是一致的。例如，由其周圍的聚合物壁76界定的每個電泳墨水空腔包含兩個或更多個突出部，其部分廣度與壁重合，並且每個突出部被通道圍繞。

裝置449中的非平面聚合物結構158由透過雷射光束或電子束(e-beam)曝光並顯影以顯露微結構的表面之光敏聚合物(固化的光阻)來獲得。較佳地，每個微結構是獨立顯露的、不對稱的且隨機定向的。更佳地，限定每個微結構的參數是不相關的，並且微結構及空腔的緊密堆積具有隨機中心。

實施例中之孔和障礙物的尺寸被最大化，以最小化它們每平方單位表面面積的總周長。上限由典型觀看者眼睛的解析度來決定。較佳地，孔及障礙物足夠小，使得它們在正面視圖中的幾何形狀不明顯。在微結構是突出部且黑色帶電粒子在打開狀態下形成離散孔的實施例中，孔對在所需觀看距離處的觀看者所成的最大角度是一弧分(對應於在1公尺觀看距離處的290微米))，並且較佳地為0.6弧分(對應於1公尺處的174.5微米)。孔間距(亦即，孔及聚集帶電粒子區域)的對向角度是這些界限的兩倍。在微結構是凹部且黑色帶電粒子在第二光狀態下形成離散障礙物的實施例中，障礙物對在所需觀看距離處的觀看者所成的最大角度是一弧分(對應於在1公尺觀看距離處的約290微米)，並且較佳地為0.6弧分(對應於1公尺處的約174.5微米)。障礙物間距(亦即，障礙物及光傳輸區域)的對向角度是這些界限的兩倍。

圖4係依據一個或多個實施例之由複數個較小的個別光調變器單元202所構成之示例性可切換大面積光調變器200的簡化分解圖。個別光調變器單元202並排地配置成陣列。然後，將此陣列夾在兩個大的透光基板204及206之間，這兩個基板的內表面上分別塗佈有透光電極層208及210。

圖5係依據一個或多個實施例之個別光調變器單元202中之一的簡化剖面圖。光調變器單元202包括具有相對的內表面214及外表面216的第一透光基板212。第一透光基板212具有在內表面214與外表面216之間延伸的複數個導電介層218。第一透光導電層220設置在第一透光基板212的內表面214上與導電介層218電接觸。

光調變器單元202亦包括具有相對的內表面224及外表面226的第二透光基板222。第二透光基板222亦具有在內表面224與外表面226之間延伸的複數個導電介層228。第二透光導電層230設置在第二透光基板222的內表面224上與第二透光基板222的導電介層228電接觸。

在一個或多個實施例中，導電介層218、228包括在第一及第二透光基板212、222中填充有導電材料的通孔242。此導電材料較佳地是透光的，但這不是必需的。

作為填充有導電材料的通孔之替代，介層218、228可以包括嵌入在基板212、222中的給定位置處之導電粒子。這些粒子可以在用於製造基板212、222的擠製過程期間對齊。

導電介層218、228在第一及第二透光基板212、222的外表面216、226上形成接觸點。在一個或多個實施例中，接觸點具有至少0.1微米至至多100微米的平均直徑。在一些實施例中，接觸點具有至少25微米至至多100微米的平均直徑。在一些實施例中，第一及第二透光基板212、222的外表面216、226具有從每平方公分至少10個接觸點到每平方公分至多1000個接觸點的平均密度。在一些實施例中，接觸點佔據小於第一及第二透光基板212、222的外表面216、226之表面積的10%(較佳地，小於1%)。

第一及第二透光基板212、222的導電介層218、228可以與在US 2022-0107541所揭露之電泳顯示器中形成的介層相同或相似，在此將此專利以引用方式併入本文。摘自US 2022-0107541的圖6在那個文獻中被描述為顯示前平面積層板100A，其包括具有內表面112及與內表面112相對的外表面114之前平面透光基板102。前平面透光基板102為複合結構，其包括連續部分102a以及分佈在連續部分102a內的複數個開口102b。開口102b包含導電材料115，其在導電層104與外表面114上的一個或多個接觸點116之間形成電接線(介層)。導電層104可以分割成兩個或更多個區段，每個區段與這些接觸點的一個子集(未顯示)接觸，從而產生一種架構，其中一個區段的短路也不會導致其它區段的故障。電連線可以局部施加或施加至整個外表面，並且可以添加保護層(未顯示)(例如，透明丙烯酸聚合物或矽塗層)，以密封一些或所有接觸點並提供防潮同時防止組裝後出現不必要的短路。連續部分102a可以由玻璃或聚合透光材料(例如，聚對苯二甲酸乙二酯(PET))製成，其經受蝕刻、切割、雷射燒蝕或任何適用的穿孔技術以留下開口。或者，連續部分102a可以是微凹的，以產生通孔或凹部，其可以在濺鍍製程期間被填充，透過此濺鍍製程添加諸如ITO的導電層材料。或者，PET 薄膜可以透過加熱來軟化，在模板上拉伸，並用高壓氣體噴射形成孔。然後可以使用導電材料來填充開口，以形成接觸點116。開口可以以各種形狀、尺寸及密度來提供，以適合當前的應用。無論形狀如何，個別及平均的點尺寸可以根據給定的點尺寸來限定。除非另外提供或從上下文中顯而易見，術語「尺寸」表示沿著層的表面之接觸點的長度、寬度或直徑。通常，「長度」表示在縱向方向上的延長部分，並且「寬度」表示在寬度方向上的延長部分。當使用在接觸點方面時，「直徑」意欲識別沿著前平面透光基板的外表面之接觸點上的兩點之間的最長直線段。在一些非排它性實施例中，接觸點116的幾何形狀使得它們的平均直徑落入約0.1μm至約100μm之間的範圍內。在另外的實施例中，平均接觸點直徑落在約0.5μm至約10μm之間的範圍內。

返回參考圖5，電光介質層232設置在第一透光導電層220與第二透光導電層230之間並與第一透光導電層220及第二透光導電層230接觸，以致於可以透過施加到導電層220、230的驅動電壓對電光介質進行定址。

在一個或多個實施例中，電光介質層232包含膠封的電泳介質。在一個或多個實施方式中，電泳介質被封裝在微膠囊或微杯中。圖5顯示由壓印製程形成的壁234所界定的一組微杯。可以使用與第一透光導電層接觸的層236來密封微杯。電光介質層232進一步包括在微杯結構的相對側上的可選底漆層238。

電泳介質包含分散在非極性溶劑中的帶電顏料粒子。驅動電壓的施加導致電泳介質藉由在分散粒子狀態與聚集粒子狀態之間移動而在第一吸光(亦即，關閉)狀態與第二透光(亦即，打開)狀態之間切換。

在一個或多個實施例中，電光介質層232進一步包括聚合物結構(例如，圖2A中描繪的聚合物結構22或圖3A中描繪的聚合物結構158)，用以將帶電顏料粒子的移動引導至聚集粒子狀態。聚合物結構22包括複數個井32，其中當電光介質處於第二透光狀態時，帶電顏料粒子聚集在聚合物結構22的井32中，而當電光介質處於第一吸光狀態時，帶電顏料粒子分散在聚合物結構上，這相似於上述圖2B及2C所示的過程。

每個電光單元202中的電光介質較佳地是雙穩態的。

圖7係依據一個或多個實施例之具有兩個個別的光調變器單元202(如圖5所示)的光調變器200之一部分的簡化剖面圖。光調變器單元202夾在兩個較大的透光基板204及206之間，兩個較大的透光基板204及206的內表面上分別塗佈有透光電極層208及210。透光電極層208及210分別與介層218、228電接觸。以這種方式，透光電極層208及210分別電連接至每個個別光調變器單元202的第一及第二透光導電層220、230。此結構為每個個別光調變器單元202提供可靠且安全的電連接，而不會損害處於打開狀態之光調變器200的透明度。

在一個或多個實施例中，透光導電層208、210、220、230包含氧化鋁錫、氧化銦錫(ITO)、聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)(poly(3,4‐ethylenedioxythiophene))或其組合。透光導電層208、210、220、230可以可選地包含諸如PEDOT(聚乙烯基二氧噻吩)的有機材料。此外，透光導電層208、210、220、230可以包含複合材料，例如，含有石墨烯或碳奈米管的基質。透光導電層208、210、220、230亦可以包括稀疏網格(sparse grid)，例如，印刷網格或奈米線配方。

在一個或多個實施例中，透光基板204、206、212、222中的每一者包含聚合物，其包括丙烯酸酯(acrylate)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)、苯乙烯(vinylbenzene)、乙烯醚(vinylether)、胺甲酸乙酯(urethanes)或多官能環氧化物(multifunctional epoxides)。

在一個或多個實施例中，外基板204及206包含任何具有良好光學品質的透光材料，其耐刮擦且能夠保護其它組件免於因氧氣及水的進入而引起的劣化。在一個或多個實施例中，透光基板204、206包含玻璃或透光塑膠材料，例如，聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚碳酸酯(polycarbonate)或本技藝所眾所周知的其它聚合物材料。在一些實施例中，每個基板具有25-100微米的厚度。

圖8A-8C說明依據一個或多個實施例構造用於每個光調變器單元202之透光基板212、222及透光導電層220、230的示例性製程。

如圖8A所示，將透光塑膠基板212、222層壓至可移除襯墊層240。如圖8B所示，形成複數個通孔242穿過基板212、222且達到較佳地不完全穿透襯墊層240的深度。通孔242可以使用各種製程來形成，其包括例如雷射鑽孔。

接下來，如圖8C所示，用透光導電材料來塗佈穿孔基板212、222並滲透進入鑽孔242。此塗層可以單程或多程施加。較佳地，塗佈的材料是100%固體，使得其在乾燥時不會收縮。合適材料的範例是包含UV可固化單體的配方，其中分散有諸如碳奈米管或石墨烯的導電透光材料。合適的導電透光材料的範例是由盧森堡OCSiAl Corporation製造的Tuball^TM石墨烯奈米管。

此製程生產出塗佈有透光導電層的透光基板。如圖9所示，這些結構中的兩個用於製造每個個別光調變器單元202。一旦結構與電光介質層232組裝在一起，就移除離型襯墊層240，並且將個別的光調變器單元202配置成陣列並夾在塗佈有透光電極層208及210的兩個較大透光基板204及206之間，以形成如圖7所示的光調變器。

透光電極層208和210可以包括與透光電極層220及230相同的材料，但這不是必需的。用於電極層208及210的一種較佳材料是包含諸如石墨烯或碳奈米管的導電透光填料之UV可固化組成物。為了組裝如圖7所示的結構，將個別光調變器單元202層壓在塗佈有電極層208及210的基板204及206之間，並且隨後照射整個結構以固化材料208及210。

因此，製程使大面積光調變器200能夠使用傳統設備由較小的光調變器子單元202之陣列來製造，而不損害光學透明度。

當光調變器200併入建築物的窗戶(包括單層玻璃窗、雙層玻璃窗及三層玻璃窗)時，光調變器200可以調節光傳輸及/或視覺化權限。在後兩者中，光調變器較佳地位於鄰近外部環境的窗玻璃片中，使得所吸收的陽光能量可以透過對流及熱輻射耗散到外部環境。在其它窗戶及/或開口實施例中，裝置調節進入汽車或公共交通車輛(例如，公共汽車、火車、有軌電車、渡輪或輪船)內部之陽光的傳輸，最小化眩光，並且為居住者提供一定程度的隱私，使其免受外部觀看者的影響，同時保持居住者對外部的可見性。其它實施例包括用作光閥(light shutter)、光衰減器、可變透光率片、可變吸光率片、可變反光率片、單向鏡、遮陽板或天窗。

除了大面積電光光調變器之外，本文所揭露的技術還可應用於製造大面積電光顯示器。圖10係依據一個或多個實施例之由複數個較小的個別顯示單元302構成的示例性大面積光顯示器300之簡化分解圖。個別顯示單元302並排地配置成陣列。內表面上塗佈有透光電極層208的大透光基板204疊置在顯示單元陣列的觀看表面上。與上述大面積光調變器不同，僅顯示單元302的觀看表面需要被透光基板覆蓋。顯示單元302的相對表面可以黏附至一個或多個背板單元，以便向顯示單元302中的電光介質施加驅動電壓。顯示單元302各自包括被塗佈有透光導電層的透光基板覆蓋之電光介質層。透光基板具有複數個導電介層，這類似於上述光調變器中透光基板212、222具有介層218、228。以此方式，透光導電層208可以連接至顯示單元302的陣列，而不會損害顯示器之觀看表面的透明度。

用於每個顯示單元302中的電泳膜可使用如圖11所示的捲式製程(roll-to-roll process)來生產，這類似於美國專利第11,397,366號中詳細描述之光準直膜的製造方法，在此將上述美國專利以引用方式併入本文。如圖11所示，此方法涉及一些步驟：在第一步驟中，將壓花組成物層70沉積在透光基板61上，所述壓花組成物例如是熱塑性塑膠、熱固性塑膠或其前驅物，任選地具有溶劑。與基板212、222相似，透光基板61塗佈有導電層且包括導電介層陣列。(如果存在溶劑，其很容易蒸發。)底漆層(亦即，電極保護層)可以用來增加壓花組成物層與支撐層(可以是PET)之間的黏著力。此外，可以在底漆層中使用黏性促進劑以改善對支撐層的黏著力。在第二步驟中，透過預圖案化壓花工具62在高於層材料的玻璃轉移溫度之溫度下對層70進行壓花。可以調整底漆及/或黏性促進劑，以降低對壓花工具62的黏著力。在第三步驟中，圖案化層70較佳地在其例如透過冷卻硬化期間或之後從壓花工具62釋放。現在已經建立細長室的特徵圖案(如上所述)。在第四步驟中，用雙穩態電泳流體64來填充細長室63。在一些實施例中，雙穩態電泳流體將包含與電泳流體64不相容且具有比電泳流體64中的溶劑及顏料粒子還低的比重之密封組成物。在這樣的實施例中，密封組成物將上升至細長室63的頂部，由此其可在後續步驟中進行硬化。作為一個替代方案(未顯示在圖11中)，可以在細長室63填充有電泳流體64之後塗佈密封組成物。在下一步驟中，藉由例如用UV照射65或透過熱或濕氣硬化密封組成物來密封填充有電泳流體64的細長室63。在第六步驟中，將密封的細長室層壓至第二透明導電膜66，其中第二透明導電膜66可以預先塗佈有光學透明黏著層67，光學透明黏著層67可以是壓敏黏著劑、熱熔黏著劑及熱、濕氣或輻射固化黏著劑。用於光學透明黏著層的較佳材料包括丙烯酸聚合物(acrylics)、苯乙烯-丁二烯共聚物(styrene-butadiene copolymers)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-butadiene-styrene block copolymers)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(styrene-isoprene-styrene block copolymers)、聚乙烯醇縮丁醛(polyvinylbutyal)、醋酸丁酸纖維素(cellulose acetate butyrate)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚氨酯(polyurethanes)、聚醯胺(polyamides)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinylacetate copolymers)、環氧化物(epoxides)、多官能丙烯酸酯(multifunctional acrylates)、乙烯基(vinyls)、乙烯醚(vinylethers)及其低聚物、聚合物及共聚物。在最後的步驟中，可以例如用刀刃69或用雷射切割機來切割成品片材。在一些實施例中，可以在成品膜上執行第八步驟，其包括層壓另一個光學透明黏著層及離型片，使得其可以切片或捲的形式運輸，並在使用時切割成一定尺寸，例如，用於合併到顯示器或其它裝置/基板中。

對於熟悉該項技藝者來說顯而易見的是，在不脫離本發明的範圍之情況下，可以對本發明的上述具體實施例進行許多的變更及修改。於是，整個前面描述應該被解讀為說明性的而非限制性的。

10:可切換電泳光調變器單元 11:黑色帶電粒子 12:電泳介質層 14:第一透光基板 16:第二透光基板 18:第一透明電極層 20:第二透明電極層 22:透光聚合物結構 24:電光介質 26:基部 28:壁結構 30:單元 32:井 34:柱狀結構 36:連結壁元件 37:遠端表面 38:帶電顏料粒子 40:懸浮流體 44:錐形表面 60:底部電極 61:透光基板 62:預圖案化壓花工具 63:細長室 64:雙穩態電泳流體 65:UV照射 66:第二透明導電膜 67:光學透明黏著層 69:刀刃 70:壓花組成物層 76:聚合物壁、覆蓋壁、周圍壁 100A:前平面積層板 101:通道 102:前平面透光基板 102a:連續部分 102b:開口 104:導電層 112:內表面 114:外表面 115:導電材料 116:接觸點 158:聚合物結構 200:可切換大面積光調變器 202:光調變器單元 204:透光基板 206:透光基板 208:透光電極層 210:透光電極層 212:第一透光基板 214:內表面 216:外表面 218:導電介層 220:第一透光導電層 222:第二透光基板 224:內表面 226:外表面 228:導電介層 230:第二透光導電層 232:電光介質層 234:壁 236:層 238:底漆層 240:襯墊層 242:孔、通孔、鑽孔 300:大面積光顯示器 302:顯示單元 449:光調變器單元 488:空腔 606:黑色遮蔽物 613:電泳墨水層 614:電泳細胞 795:突出部 1004:光障礙物尺寸 1006:孔

現在將參考附圖以範例的方式來描述本發明的實施例，其中： 圖1係說明示例性可切換電泳光調變器單元的簡化圖； 圖2A係形成光調變器單元之電泳墨水層的一部分之示例性聚合物結構的一部分之透視圖； 圖2B係處於「關閉」狀態之光調變器單元的一部分之簡化剖面圖，其中帶電顏料粒子散布在整個單元的細胞上並吸收入射光； 圖2C係處於「打開」狀態之光調變器單元的一部分之簡化剖面圖，其中帶電顏料粒子聚集在單元的聚合物結構之井中； 圖3A及圖3B分別係處於打開狀態之另一光調變器單元的剖面圖及俯視圖； 圖4係依據一個或多個實施例之由個別光調變器單元的陣列組裝而成之示例性大面積光調變器的簡化分解圖； 圖5係依據一個或多個實施例之示例性個別光調變器單元的簡化剖面圖； 圖6係依據習知技藝之具有帶介層陣列的基板之電泳顯示器的簡化透視圖； 圖7係依據一個或多個實施例之示例性大面積光調變器的一部分之簡化剖面圖； 圖8A-8C係說明依據一個或多個實施例形成用於光調變器單元之具有透光導電層的透光基板之示例性製程的簡化剖面圖； 圖9係說明依據一個或多個實施例形成光調變器單元之示例性製程的簡化剖面圖； 圖10係依據一個或多個實施例之由個別顯示單元的陣列組裝而成之示例性大面積顯示器的簡化分解圖；以及 圖11係說明依據一個或多個實施例製造顯示單元之示例性製程的簡化圖。

附圖僅以範例而非限制的方式描繪依據本概念的一種以上的實施方式。

10:可切換電泳光調變器單元

12:電泳介質層

14:第一透光基板

16:第二透光基板

18:第一透明電極層

20:第二透明電極層

Claims (56)

1. 一種電光裝置，包括： (a)複數個電光單元，其處於並排平鋪配置，該等電光單元中之每一者包括： 一第一透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第一透光基板具有在該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層； 一第一透光導電層，其在該第一透光基板的該內表面上與該第一透光基板的該等導電介層電接觸； 一第二透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第二透光基板具有在該第二透光基板的該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層； 一第二透光導電層，其在該第二透光基板的該內表面上與該第二透光基板的該等導電介層電接觸；以及 一電光介質層，其位於該第一透光導電層與該第二透光導電層之間且與該第一透光導電層及該第二透光導電層接觸； (b)一第三透光基板，其疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該外表面上； (c)一第三透光導電層，其位於該第三透光基板與該複數個電光單元之間，該第三透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該等導電介層電接觸； (d)一第四透光基板，其疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該外表面上；以及 (e)一第四透光導電層，其位於該第四透光基板與該複數個電光單元之間，該第四透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該等導電介層電接觸。
2. 如請求項1之裝置，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質層包括一囊封電泳介質。
3. 如請求項2之裝置，其中該囊封電泳介質包括封裝在微膠囊或微杯中的一電泳介質。
4. 如請求項1之裝置，其中該裝置係一可切換光調變器，以及其中該等電光單元之每一者中的該電光介質包含分散在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子，以及該電光介質藉由在一分散粒子狀態與一聚集粒子狀態之間移動而在一第一吸光狀態與一第二透光狀態之間切換。
5. 如請求項4之裝置，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質層進一步包括具有複數個井的一聚合物結構，其中當該電光介質處於該第二透光狀態時，該等帶電顏料粒子聚集在該聚合物結構的該等井中，而當該電光介質處於該第一吸光狀態時，該等帶電顏料粒子分散在整個該聚合物結構。
6. 如請求項1之裝置，其中在該第三透光導電層與該第四透光導電層之間施加一驅動電壓，使得該等電光單元之每一者中的該電光介質在該第一吸光狀態與該第二透光狀態之間切換。
7. 如請求項1之裝置，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質係雙穩態的。
8. 如請求項1之裝置，其中該第一、第二、第三或第四透光基板包含聚合物，其包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚、胺甲酸乙酯或多官能環氧化物。
9. 如請求項1之裝置，其中該第三或第四透光基板包含塑膠或玻璃。
10. 如請求項1之裝置，其中該第一、第二、第三或第四透光導電層包含(a)選自由氧化鋁錫、氧化銦錫、聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)及其組合所組成之群組的一材料；(b)一有機材料；(c)一複合材料；或(d)一稀疏網格。
11. 如請求項10之裝置，其中該有機材料包括PEDOT(聚乙烯基二氧噻吩)，該複合材料包括含有石墨烯或碳奈米管的一基質，以及該稀疏網格包括一印刷網格或一奈米線配方。
12. 如請求項1之裝置，其中該第一及第二透光基板中的該等導電介層在其外表面上形成接觸點，其中該等接觸點具有至少0.1微米至至多100微米的平均直徑。
13. 如請求項12之裝置，其中該等接觸點具有至少25微米至至多100微米的平均直徑。
14. 如請求項1之裝置，其中該第一及第二透光基板的外表面具有每平方公分至少10個接觸點至每平方公分至多1000個接觸點的平均密度。
15. 如請求項1之裝置，其中該等導電介層佔據小於該第一及第二透光基板的外表面之表面積的10%。
16. 如請求項1之裝置，其中該等導電介層佔據小於該第一及第二透光基板的外表面之表面積的1%。
17. 如請求項1之裝置，其中該等導電介層包括在該第一及第二透光基板中填充有一導電材料或嵌入有導電粒子的通孔。
18. 一種窗戶，包括如請求項1至17中任一項之裝置。
19. 一種製造電光裝置之方法，包括以下步驟： (a)提供複數個電光單元，該等電光單元中之每一者包括： 一第一透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第一透光基板具有在該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層； 一第一透光導電層，其在該第一透光基板的該內表面上與該第一透光基板的該等導電介層電接觸； 一第二透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第二透光基板具有在該第二透光基板的該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層； 一第二透光導電層，其在該第二透光基板的該內表面上與該第二透光基板的該等導電介層電接觸；以及 一電光介質層，其位於該第一透光導電層與該第二透光導電層之間且與該第一透光導電層及該第二透光導電層接觸； (b)以並排平鋪配置方式放置該複數個電光單元；以及 (c)將覆蓋有一第三透光導電層的一第三透光基板層壓在該複數個電光單元的一側，並且將覆蓋有一第四透光導電層的一第四透光基板層壓在該複數個電光單元的一相對側， 其中該第三透光基板疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該外表面上，並且該第三透光導電層設置在該第三透光基板與該複數個電光單元之間，該第三透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該等導電介層電接觸； 其中該第四透光基板疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該外表面上，並且該第四透光導電層設置在該第四透光基板與該複數個電光單元之間，該第四透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第二透光基板之該等導電介層電接觸。
20. 如請求項19之方法，其中步驟(a)包括(i)在該第一透光基板中形成孔，並且在該第一透光基板的該內表面上沉積一導電材料，以形成該第一透光導電層及該等導電介層；以及(ii)在該第二透光基板中形成孔，並且在該第二透光基板的該內表面上沉積該導電材料，以形成該第二透光導電層及該等導電介層。
21. 如請求項20之方法，其中在該第一及第二透光基板中形成該等孔包括使用一雷射來鑽出該等孔。
22. 如請求項20之方法，其中該導電材料包括分散在一UV可固化單體中的導電透明材料。
23. 如請求項19之方法，其中該第三及第四透光導電層包含分散在一UV可固化單體中的導電透明材料。
24. 如請求項23之方法，其中步驟(c)進一步包括照射該第三及第四透光導電層，以固化該UV可固化單體。
25. 如請求項23之方法，其中該等導電透明材料包括石墨烯或碳奈米管。
26. 如請求項19之方法，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質層包括一囊封電泳介質。
27. 如請求項26之方法，其中該囊封電泳介質包括封裝在微膠囊或微杯中的一電泳介質。
28. 如請求項19之方法，其中該電光裝置係一可切換光調變器，以及其中該等電光單元之每一者中的該電光介質包含分散在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子，以及該電光介質藉由在一分散粒子狀態與一聚集粒子狀態之間移動而在一第一吸光狀態與一第二透光狀態之間切換。
29. 如請求項28之方法，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質層進一步包括具有複數個井的一聚合物結構，其中當該電光介質處於該第二透光狀態時，該等帶電顏料粒子聚集在該聚合物結構的該等井中，而當該電光介質處於該第一吸光狀態時，該等帶電顏料粒子分散在整個該聚合物結構。
30. 如請求項19之方法，其中在該第三透光導電層與該第四透光導電層之間施加一驅動電壓，使得該等電光單元之每一者中的該電光介質在該第一吸光狀態與該第二透光狀態之間切換。
31. 如請求項19之方法，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質係雙穩態的。
32. 如請求項19之方法，其中該第一、第二、第三或第四透光基板包含聚合物，其包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚、胺甲酸乙酯或多官能環氧化物。
33. 如請求項19之方法，其中該第三或第四透光基板包含塑膠或玻璃。
34. 如請求項19之方法，其中該第一、第二、第三或第四透光導電層包含(a)選自由氧化鋁錫、氧化銦錫、聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)及其組合所組成之群組的一材料；(b)一有機材料；(c)一複合材料；或(d)一稀疏網格。
35. 如請求項34之方法，其中該有機材料包括PEDOT(聚乙烯基二氧噻吩)，該複合材料包括含有石墨烯或碳奈米管的一基質，以及該稀疏網格包括一印刷網格或一奈米線配方。
36. 如請求項19之方法，其中該第一及第二透光基板中的該等導電介層在其外表面上形成接觸點，其中該等接觸點具有至少0.1微米至至多100微米的平均直徑。
37. 如請求項36之方法，其中該等接觸點具有至少25微米至至多100微米的平均直徑。
38. 如請求項19之方法，其中該第一及第二透光基板的外表面具有每平方公分至少10個接觸點至每平方公分至多1000個接觸點的平均密度。
39. 如請求項19之方法，其中該等導電介層佔據小於該第一及第二透光基板的外表面之表面積的10%。
40. 如請求項19之方法，其中該等導電介層佔據小於該第一及第二透光基板的外表面之表面積的1%。
41. 如請求項19至40中任一項之方法，其中該等導電介層包括在該第一及第二透光基板中填充有一導電材料或嵌入有導電粒子的通孔。
42. 一種電光裝置，包括： (a)複數個電光單元，其處於並排平鋪配置，該等電光單元中之每一者包括： 一第一透光基板，其具有相對的一內表面及一外表面，該第一透光基板具有在該內表面與該外表面之間延伸的複數個導電介層； 一第一透光導電層，其在該第一透光基板的該內表面上與該第一透光基板的該等導電介層電接觸； 一電光介質層，其與該第一透光導電層接觸；以及 一背板，其包括至少一電極； (b)一第二透光基板，其疊置在該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該外表面上；以及 (c)一第二透光導電層，其位於該第二透光基板與該複數個電光單元之間，該第二透光導電層與該複數個電光單元中之每一者的該第一透光基板之該等導電介層電接觸。
43. 如請求項42之裝置，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質層包括一囊封電泳介質。
44. 如請求項43之裝置，其中該囊封電泳介質包括封裝在微膠囊或微杯中的一電泳介質。
45. 如請求項42之裝置，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質包含分散在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子。
46. 如請求項42之裝置，其中該等電光單元之每一者中的該電光介質係雙穩態的。
47. 如請求項42之裝置，其中該第一或第二透光基板包含聚合物，其包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚、胺甲酸乙酯或多官能環氧化物。
48. 如請求項42之裝置，其中該第二透光基板包含塑膠或玻璃。
49. 如請求項42之裝置，其中該第一或第二透光導電層包含(a)選自由氧化鋁錫、氧化銦錫、聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)及其組合所組成之群組的一材料；(b)一有機材料；(c)一複合材料；或(d)一稀疏網格。
50. 如請求項49之裝置，其中該有機材料包括PEDOT(聚乙烯基二氧噻吩)，該複合材料包括含有石墨烯或碳奈米管的一基質，以及該稀疏網格包括一印刷網格或一奈米線配方。
51. 如請求項42之裝置，其中該第一透光基板中的該等導電介層在其外表面上形成接觸點，其中該等接觸點具有至少0.1微米至至多100微米的平均直徑。
52. 如請求項51之裝置，其中該等接觸點具有至少25微米至至多100微米的平均直徑。
53. 如請求項42之裝置，其中該第一透光基板的外表面具有每平方公分至少10個接觸點至每平方公分至多1000個接觸點的平均密度。
54. 如請求項42之裝置，其中該等導電介層佔據小於該第一透光基板的外表面之表面積的10%。
55. 如請求項42之裝置，其中該等導電介層佔據小於該第一透光基板的外表面之表面積的1%。
56. 如請求項42至55中任一項之裝置，其中該等導電介層包括在該第一透光基板中填充有一導電材料或嵌入有導電粒子的通孔。