CN113359366A - 可变颜色和透射覆盖物 - Google Patents

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Abstract

本文提供可用于例如控制通过建筑物中窗户的光量的可变透射覆盖***。通过使用可以在第一和第二光学状态之间切换的透射电泳介质，本发明可以用于改变放置在物体前方的一个(或多个)结构的颜色和/或透射率。在一些实施例中，可变透射***可以根据命令改变透射和颜色。

Description

可变颜色和透射覆盖物
本申请是申请号为201680044775.6、发明名称为“可变颜色和透射覆盖物”的专利申请的分案申请。
相关申请
本申请要求2015年10月1日提交的美国临时申请No.62/235772的优先权，其全部内容通过引用被并入本文。
背景技术
本发明涉及被配置为用于覆盖诸如窗户和墙壁的建筑结构的可变透射(transmission)覆盖物和可变颜色覆盖物。本发明可用于实现节能而不必替换现有的结构(例如，窗户)，同时还提供持久的室内设计选项。本发明可采用任何建筑覆盖物的形式，例如水平或垂直百叶窗、可折叠百叶窗、罗马帘或卷帘、以及屏幕，例如，如图1所示。
作为多年来大量研究与开发的主题，一种类型的电光显示器是基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动通过流体。与液晶显示器相比，电泳显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳态以及低功耗的属性。
被转让给麻省理工学院(MIT)和伊英克公司或者以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装的电泳和其他电光介质的各种技术。这种封装介质包含许多小囊体(capsule)，每一个小囊体本身包括内部相和围绕该内部相的囊壁，该内部相包含在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，囊体本身被保持在聚合粘合剂内以形成位于两个电极之间的连贯层。在这些专利和申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利No.5961804；6017584；6120588；6120839；6262706；6262833；6300932；6323989；6377387；6515649；6538801；6580545；6652075；6693620；6721083；6727881；6822782；6870661；7002728；7038655；7170670；7180649；7230750；7230751；7236290；7247379；7312916；7375875；7411720；7532388；7679814；7746544；7848006；7903319；8018640；8115729；8199395；8270064；和8305341；以及美国专利申请公开No.2005/0012980；2008/0266245；2009/0009852；2009/0206499；2009/0225398；2010/0148385；2010/0207073；和2011/0012825；
(b)囊体、粘合剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6922276和No.7411719；
(c)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利No.6982178和No.7839564；
(d)显示器中使用的背板、粘合层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.7116318和No.7535624；
(e)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.7075502和No.7839564；
(f)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7012600和No.7453445；
(g)显示器的应用；参见例如美国专利No.7312784和No.8009348；以及
(h)非电泳显示器，如在美国专利No.6241921；6950220；7420549和8319759以及美国专利申请公开No.2012/0293858中所描述的。
前述许多专利和申请认识到封装的电泳介质中的围绕离散微囊体的壁可以被连续相取代，由此产生所谓的聚合物分散型电泳显示器，其中电泳介质包含电泳流体的多个离散液滴以及聚合物材料的连续相；并且，在这样的聚合物分散型电泳显示器内的电泳流体的离散液滴可以被当作囊体或微囊体，即使没有离散的囊膜与每个单独的液滴相关联；参见例如前述的美国专利No.6866760。因此，出于本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
相关类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体并没有被封装在微囊体内，而是被保持在载体介质(通常为聚合物膜)内所形成的多个空腔内。参见例如美国专利No.6672921和No.6788449。
尽管电泳介质通常是不透明的(因为，例如在许多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光通过显示器的透射)并且以反射模式操作，但是可以使得许多电泳显示器以所谓的“开闭模式”(shutter mode)进行操作，其中一个显示状态是基本不透明的并且一个显示状态是透光的。参见，例如，美国专利No.5872552；6130774；6144361；6172798；6271823；6225971和6184856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以以类似的模式操作；参见美国专利No.4418346。
封装的电泳显示器通常不会受到传统电泳设备的聚集和沉降失败模式的影响，并且提供了进一步的优点，例如，将显示器印刷或涂布在多种柔性和刚性基底上的能力。(使用“印刷”一词意在包括所有形式的印刷和涂布，包括但不限于：预先计量的涂布，诸如贴片压模涂布、狭缝或挤压涂布、滑动或瀑布式涂布、幕式涂布；辊式涂布，诸如刮刀辊涂、正向和逆向辊涂；凹版涂布；浸涂；喷涂；弯月面涂布；旋涂；刷涂；气刀涂布；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热敏印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见美国专利No.7339715)以及其他类似的技术)。因此，产生的显示器可以是柔性的。而且，由于可以(使用各种方法)印刷显示介质，所以显示器本身可被廉价地制造。
开闭模式显示器的一种潜在重要应用是作为光调制器，也就是说，对于可变透射窗口来说，反射镜和类似设备被设计为调制通过其的光或其他电磁辐射的量。例如，可变透射膜可被应用于窗口，以调制红外辐射从而控制建筑物内的温度。这种电子控制可以通过例如使用百叶窗来取代对入射辐射的“机械”控制。在建筑物中有效实施这种电子“可变透射率”(“可变透射”，“VT”)技术预期将提供(1)在炎热天气下减少不需要的加热效应，从而减少了冷却所需的能量；(2)增加使用了自然日光，从而减少用于照明的能量；以及(3)通过提高热舒适度和视觉舒适度来提高居住者的舒适度。其他潜在的包含VT技术的应用包括电子设备中的调光玻璃和防眩光保护装置。
消费者期望具有尽可能宽广的光学透射范围的可变透射窗口，因为这给予消费者改变光照水平的最大的自由度，或者相反地由这种窗口提供的隐私程度。由于提供窗口的足够非透射“关闭”状态通常困难较小(电泳介质可以容易地被配置为在该关闭状态下基本不透明)，因此最大化光学透射范围通常相当于最大化“打开”状态。影响打开状态透射的因素包括：用于形成窗户的材料、显示器构造和生产工艺、以及用于将窗户驱动到其打开和关闭状态的方法。然而，许多可变透射***由于VT膜中的缺陷或者各种聚合物层(例如由于UV曝光)随时间的分解，而难以实现真正的“透明”状态。
除了用于可变透射窗口的改进的膜之外，消费者还期望可以在建造后安装的可变透射材料。这样的设备可以提供可变透射的益处，而不需要替换相关的建筑元件，例如窗户、门等。消费者还期望在颜色和图案方面具有更大的灵活性的覆盖物，例如窗户覆盖物。这种覆盖物可以提高室内装饰的灵活性。
发明内容
本发明提供可用于调制透射和/或反射光的量和颜色的覆盖***。覆盖***可用于室内设计、隐私、装饰和能源效率。覆盖***与房屋、建筑物等中的结构元件分离，从而允许根据需要添加设备以及根据需要移除设备。通常，用于调制光透射的***将包括一个或多个可变透射结构以及控制器，该控制器将具有从第一光学状态改变到第二光学状态的指令的信号发送至可变透射结构。光学状态可以是例如透明、不透明、部分透射或特定颜色。覆盖***还可以包括传感器(例如光传感器)，以协调光学状态。覆盖***可以包括用于在打开状态和关闭状态之间物理地移动可变透射结构的电动机。覆盖***可以从线电压、电池或太阳能电池接收其能量。在一些实施例中，可变透射结构可以用作窗户覆盖物。在一些实施例中，可变透射结构是柔性的，例如滚动屏幕。
尽管本发明主要被描述为被配置为提供可变透射(例如用于窗户)，但是应当理解，除了透射率之外，所描述的结构也可以用于改变覆盖物的颜色。有各种颜色可供选择。在一些实施例中，透射率不会变化，且只有颜色会变化。通常，可变透射结构的颜色仅仅受限于颜色的稳定色素的可用性。例如，消费者可能期望仅从所选的不透明颜色(例如，米色)转换至透明的“简单”实施例。在其他实施例中，可以使用多色可变透射结构，其为本发明提供全面的颜色。这样的设备可以使用一组可寻址的原色来构造，诸如红色、绿色、蓝色或青色、品红色以及黄色。
如下文中更详细描述的那样，本发明的可变透射结构通常包括夹在两个透明(或半透明)电极之间的电光介质，其中电极被配置为产生足以引起可变透射结构的光学状态变化的电场。在优选的实施例中，电光介质将包括电泳材料，该电泳材料包括设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。电泳材料可被封装在囊体(例如，凝胶状的囊体)中，或者，电泳材料可以在预先形成的微单元中被隔离。由于使用电泳介质的可变透射结构重量轻并且使用能量少，因此它们非常适用于建筑覆盖物的一般用途。
在另一方面，本发明包括窗户覆盖***，其包括不接触窗户的多个可变颜色结构、或者可变透射结构、或者可变颜色和透射结构。可变结构包括电光介质(诸如电泳介质)，并且被配置为：在接收到信号时在第一颜色状态和第二颜色状态之间转换，或者在接收到信号时在第一和第二透射状态之间转换，或者其一些组合。该***还包括控制器，该控制器被配置为将信号发送至多个可变颜色/透射结构，从而使得多个可变透射结构在第一颜色状态和第二颜色状态之间转换，或者在第一和第二透射状态之间转换，或者其一些组合。
附图说明
图1示出示例性的现有技术的窗户覆盖物。除了其他的以外，本发明可以包含在这些覆盖物中；
图2描绘了被配置为改变颜色和透射率的本发明的垂直百叶窗；
图3描绘了本发明的垂直百叶窗的各种透射状态。由于可以打开百叶窗，就像传统的垂直百叶窗一样，因此用户可以通过窗户享受完全畅通无阻的视野，而不会看不清；
图4描绘了本发明的实施例，其结合传统和电光材料以创建可变透射窗户覆盖物；
图5描绘了本发明的卷帘，其除了透射率的变化之外还包括变化的消息；
图6描绘了用于教室的滚动屏幕，其被配置为在第一配置下显示地图并且在第二配置下提供反射屏幕；
图7A描绘了第一功率和控制配置，其中，控制器接收标准线路电流并且经由直接功率和信号布线向多个可变透射结构提供功率和控制；
图7B描绘了第二功率和控制配置，其中，可变透射结构从电池供电，同时它们从控制器无线地接收信号以改变状态；
图7C描绘了第三功率和控制配置，其中，可变透射结构从光伏电池供电，同时它们从控制器无线地接收信号以改变状态；
图8A示出了本发明的电泳介质的实施例的第一(着色)状态。在图8A的实施例中，可变透射结构的前表面和后表面是不同的颜色；
图8B示出了本发明的电泳介质的实施例的第二(透明)状态；
图8C示出了本发明的电泳介质的实施例的第三(透明)状态；
图9A示出了本发明的电泳介质的实施例的第一(透明)状态。在图9A的实施例中，色素已被收集在节点处，从而允许大部分的光通过该介质；
图9B示出了本发明的电泳介质的实施例的第二(着色)状态。在图9B的实施例中，色素分布在可变透射结构的前表面上，呈现纯色的外观；
图10A示出了电泳介质的可选配置，包括预先形成的微单元，其隔离色素的部分以避免重力沉降；
图10B示出了在图10A的微单元填充有电泳介质之后，将前面和背面透明电极连接到图10A的微单元。
具体实施方式
如上所述，本发明提供可用于例如控制通过窗户的光量的覆盖***。如图2所示，本发明的这种覆盖***可以用于改变放置在物体前方的一种(或多种)可变透射结构的颜色和透射率。因此，本发明允许用户修改设计元素的外观(例如，如图2所示的垂直百叶窗)，同时也调节了通过窗户的光量。
如前面论述的，本发明的控制***包括一个或多个可变透射结构以及控制器，以控制可变透射结构的状态。接下来，可变透射结构又包括两个或更多个透明电极以及可在光学状态之间切换的电光介质。如图3所示，可变透射结构可用于调节经由窗户进入房间的光量。例如，该结构可以包括在打开状态(图3-最大透射)和关闭状态之间物理地移动各个可变透射结构的电动机。可变透射结构的光学状态也可以从例如不透明状态(图3-最大阻挡)改变为将允许较少的光经由窗口进入的透射的中间状态，和/或向用户提供隐私。
本发明的可变透射结构可以包括电光和传统(例如织物，聚合物)材料。例如，如图4所示，电光可变透射结构(水平)可以与织物部分(垂直)交织，以产生不完全透明的可变透射结构，但是可以根据需要改变以增加或减少通过结构透射的光量。电光材料和传统材料的混合物不需要采用1:1的比例(如图4所示)。例如，可变透射结构可以包括比传统材料多10倍的电光材料表面积。可替换地，可变透射结构可以包括比电光材料多10倍的传统材料的表面积。当然，中间比例也是可能的，例如5:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:5等等。在其它实施例中，可变透射结构可以包括交织的两种不同类型的电光材料，类似于4。
本发明的***的可变透射结构还可以包括单个柔性介质，诸如图5和图6所示。这种可变透射结构可以采用能够在窗户(图5)或墙壁(图6)上打开和关闭的卷帘的形式。由于可变透射结构是柔性的，因此，例如如下文所描述的那样，透明电极和电光介质也必须是柔性的。像图2和图3的垂直百叶窗实施例一样，卷帘可以改变覆盖物的透射率和/或颜色。另外，对于某些应用，可变透射结构将被嵌入单词或指令，例如图5，或者被嵌入图像，如图6所示。图6描绘了可以从地图模式切换到反射模式的教室地图，其允许使用屏幕来投影演示。
在图7A-7C中详细示出了本发明的***的各个实施例。本发明的***包括多个可变透射结构，其包括电光介质和用于控制电光介质的电极。电光介质通常会包括电泳材料，该电泳材料包括多个带电粒子，带电粒子被布置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体。电泳材料可被选择为使得可变透射结构实现期望的第一和第二状态，例如透明和不透明，或者颜色1和颜色2，或者透明和颜色1及颜色2。电泳材料还可以被控制为实现可变状态，例如，如上文关于图3所论述的那样。尽管在本说明书全文中将结构描述为“可变透射结构”，但应理解的是“可变颜色结构”是使用相同的材料制造的(如下文所述)，但被配置为仅在颜色状态之间变化。
本发明的可变透射和可变颜色***将典型地使用被配置为控制可变透射结构620的状态的控制器610。控制器610可以具有不同的复杂度；例如，控制器可以简单地包括用于“打开”和“关闭”状态的电压，并且用户可以对可变透射结构620应该处于每个状态的当日时间简单地进行编程。另一方面，控制器610可以包括用于基于来自传感器(例如，确定外部光照水平的传感器)的输入来改变可变透射结构620的状态的算法。控制器610还能够改变特定可变透射结构620的状态以形成图案。典型地，控制器610向每个可变透射结构发送信号，以切换状态或者改变为特定的灰度级。
在简单的设计中，例如图7A，控制器610可以将经由导线630发送的电压提供给电极，从而使得所有可变透射结构620改变状态。这样的控制器还可以包括例如耦合至电力线(例如，120V，60Hz)的电源640。可替换地，由控制器610产生的信号可以是熟悉网络或互联网技术的任何人都将熟悉的简单的命令字符串，即，控制器发送一系列信息包，每个包包含：标识信号预期到达的可变透射结构620的地址部分，以及指定该可变透射结构620将要采用的状态的数据部分。
在其它实施例中，可变透射结构620可以例如经由WiFi、ZIGBEE、蓝牙、无线电控制等与控制器610无线地通信，如图7B和7C所示。所使用的具体协议并不是关键的，但诸如ZIGBEE和BLUETOOTH等低功率选项足以进行近距离控制。(当然，尽管图7A-7C为每“组”可变透射结构620提出了单个控制器，但是对于单个控制器610来说，能够控制多“组”可变透射结构以提供透明度和/或颜色的协调转换)。在一种无线配置中，每个可变透射结构620“侦听”所有的包，使得仅响应于承载其自身地址的包而行动。每个包的地址部分可以是特定图块(tile)的序列号或类似的唯一标识符；这允许相对容易地更换损坏的、破坏的或故障的结构。
除了具有被无线控制的能力之外，一些实施例将经由电池650或从太阳660被独立地供电。如图7C所示，在一些实施例中，可变透射结构620将利用太阳能电池供电，该太阳能电池从入射阳光接收能量。在大多数实施例中，太阳能电池将是不透明的，而是在可变透射结构620的顶部或底部出现黑色部分。太阳能电池优选为柔性太阳能电池，例如功率膜MP3-37柔性A-Si电池，其在低光照条件下提供高效率。取决于可变透射结构620的尺寸和形状，可以使用许多其他尺寸和形状的太阳能电池。除了柔性太阳能电池，还有许多商业太阳能选项可供选择。可替换地，可以使用其他能量采集选项，例如RF采集。
如下文详细描述的，可以使用多种方法来响应于施加的电场而开闭色素。如已经提到的那样，本发明的可变透射结构可以利用由微囊体形成的电光层，所述电光层可以以卷对卷(roll-to-roll)工艺进行涂布。可替换地，电光层可以使用诸如本领域公知的微单元、微单元或阱。尽管下文将主要关于使用微囊体的电光层来描述本发明，但应相信电光显示器技术领域的技术人员将毫不困难地将所描述的基于微囊体的结构适用于其它方法，以用于空间地分离包含相的色素。下文将分别描述这几种方法，但是应该理解的是，本发明的单个可变透射结构可以利用不只一个这样的构造，或者同时利用或者作为在不同时间的替代操作方法而利用。
美国专利No.7116466、7304787和7999787描述了包括电泳介质和设置在该电泳介质的相对侧上的两个电极的电泳显示器的实施例，该电泳介质具有悬浮在悬浮流体中的多个带电粒子，至少一个电极是透光的并且并形成观察者能够通过其观察显示器的观察表面，该显示器具有：关闭光学状态，其中带电粒子基本遍布整个观察表面，使得光不能通过电泳介质；以及打开光学状态，其中电泳粒子形成在电极之间延伸的链，使得光可以通过电泳介质；该显示器还包括设置在电极和电泳介质之间的绝缘层。显示器可以包括电压源和用于向两个电极施加电压的控制器。通常使用高频(交流)电压将显示器驱动到其打开光学状态，而使用低频(直流)电压将显示器驱动到其关闭光学状态。在进一步的实施例中，电压源和控制器还可以在高频和低频极值之间提供中频电压，以有效地将显示器驱动到在显示器的打开和关闭光学状态中间的灰色状态。可以使用相同的原理来控制下文描述的可变透视结构。
美国专利7999787也描述了一种用于操作电泳显示器的方法，该方法包括：提供包含流体和流体内的多个至少一种类型的粒子的电泳介质；向介质施加具有第一频率的电场，从而使得粒子进行电泳运动并且产生第一光学状态；以及，向介质施加具有比第一频率高的第二频率的电场，从而使得粒子进行电泳运动并且产生不同于第一光学状态的第二光学状态。这种方法被称为“变化频率”方法。在这样的方法中，第一频率可以不大于约10Hz，并且第二频率可以为至少约100Hz。便利地，电场基本具有方波或正弦波的形式，然而显然可以使用其他波形。第二频率电场具有比第一频率电场更大的幅度可能是有利的。
在上述专利中，提到“灰色”和“黑色”状态是常见的。术语“灰色状态”在本文中以其在成像领域中的常规含义用来指示像素的两个极端光学状态中间的状态，并且不一定意味着在这两个极端状态之间的黑-白转换。例如，使用电光显示器作为可变透射窗口是已知的，其中极端状态是基本透明以及基本不透明，因此中间“灰色状态”可以是部分透射的，但实际在颜色上可能不是灰色的。事实上，如果所使用的粒子是光散射的，则部分透射的“灰色状态”可能实际上被染成白色。在下文中可以使用术语“单色”来表示仅将像素驱动到其两个极端光学状态而没有介入中间的灰色状态的驱动方案。如本文所使用的，“黑色”状态是指最大不透明度，然而“黑色”状态可以实际上对应于由色素(例如红色素)提供的最大颜色。
术语“双稳态的”和“双稳态”在本文中也以其在本领域中的常规含义用来指代包括显示元件的显示器，该显示元件具有在至少一个光学特性方面不同的第一和第二显示状态，并且使得任何给定元件通过有限持续时间的寻址脉冲被驱动之后呈现其第一或第二显示状态，在寻址脉冲结束之后，该状态将持续改变显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少数倍，例如，至少四倍。在美国专利No.7170670中示出，一些具有灰阶能力的基于粒子的电泳显示器不仅在其极端的黑白状态下是稳定的，在其中间灰色状态下也是稳定的，上述情况也适用于一些其他类型的电光显示器。这种类型的显示器被适当地称为“多稳态的”而不是双稳态的，然而为了方便起见，术语“双稳态的”在此可以用于涵盖双稳态和多稳态显示器。
通常将本发明中使用的电泳介质夹在透明电极之间，该透明电极提供触发状态之间的转换的电场，从而生成期望的透射和颜色效果，例如，如下所述。如上文所述，电极经由导线连接至信号线，该信号线可以与(例如，经由线缆)直接连接到每个透明电极的控制器通信，或者，透明电极最终可以经由无线信号与控制器通信。透明电极通常使用氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)或者其他透明导电材料来制造。其他透明的导体(例如PEDOT、CNT，石墨烯和纳米线)可被用于制造透明电极。可以使用本领域公知的光学透明层压粘合剂将透明电极粘附至各个其他层，例如，封装的电泳介质层。在其它实施例中，例如，如美国专利No.8446664中所描述的，粘合剂是定制的聚氨酯乳胶粘合剂(例如，掺杂有咪唑鎓六氟磷酸盐掺杂剂的聚氨酯)，以控制电学性能。
图8A-10B示出封装的电泳介质的若干实施例。可以使用微囊体的涂层的自组装形成图8A-8C、9A和9B所示的囊体。正如在上述多个伊英克的专利和申请中所论述的那样，并且特别是在美国专利No.6067185、6392785、7109968和7391555中，可以通过形成乳剂来制备这种封装介质，其中不连续相包括电泳内部相的液滴，该电泳内部相包括至少一种色素和流体(其通常是低极性、基本与水不混溶的碳氢化合物)，通常外加电荷控制剂。乳剂的连续相包含聚合物的水溶液，通常为明胶。通过例如形成明胶和第二聚合物(通常为***树胶)的凝聚层将聚合材料沉积到液滴表面上，以形成薄囊壁，该薄囊壁可以可选择地与例如乙醛交联。产生的可变形微囊体是直径为约20-100μm的球体。当这种微囊体以受控覆盖范围被涂布在平坦表面上时，它们基本形成单层的囊体。当该单层干燥时，囊体趋向于垂直收缩(即，垂直于它们被涂布的表面)并横向扩展，以形成扁球体。最后，随着囊体横向扩展，它们的侧壁相互接触，并且该囊体变形为与泡沫中的单元所形成的形状类似的多面体棱镜。
图7A和图7B描绘了包括电泳材料的本发明的实施例，该电泳材料包括设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。图8A是穿过双粒子封装的电泳可变透射结构(通常标记为100)的高度示意性截面图。该可变透射结构100包括夹在后电极104和前平面电极106之间的薄膜形式的电泳介质(通常标记为102)。电泳介质100本身包括多个囊体，每个囊体具有其中保存流体110的囊壁108、黑色电泳粒子112和白色电泳粒子114，其中粒子112和114承载相反极性的电荷。为了说明起见，下面将假设黑色粒子112承载正电荷并且白色粒子114承载负电荷，然而这些电荷显然可以互换。电泳介质100还包括聚合物粘合剂116，其围绕囊体并且将其形成为机械粘结层。
从图8A中可以看出，当电极104和106之间存在电压差时，电泳介质102所经受的电场明显正交于该介质的平面。因此，由该电场引起的电泳粒子112和114上的电泳力驱使电泳粒子垂直于介质102的平面，朝向或远离前电极106。例如，如图8A所示，如果向前电极106施加正电位并且向后电极104施加负电位，则带负电荷的白色粒子114被驱动至前电极106的附近，并且带正电荷的黑色粒子被驱动至后电极104的附近，使得通过前电极106观察可变透射结构的观察者看到白色粒子114。反转电极104和106上的电位交换了粒子112和114的位置，使得观察者现在看到黑色颗粒112。通过控制向电极施加电位，也可以向观察者显示中间灰色状态。
在图8B和8C中示出了可以实现的开闭电泳粒子配置的两个示例。由于粒子、流体和聚合物粘合剂和/或囊壁的介电常数和电导率之间的差异，可吸引粒子朝向或远离囊体的侧壁。例如，如果电泳粒子比流体更具极化性，由于粒子具有比流体更大的介电常数或更大的电导率，并且如果外部组件(囊壁和/或粘合剂)也比流体更具极化性，那么电泳力将驱使粒子朝向囊体的侧壁，在那里囊体的垂直厚度小于在囊体中间的垂直厚度并且电场幅度较大。图8B示出了由电泳力单独产生的粒子配置，其示出了将这种电泳力施加到图8A所示的封装的可变透射结构的结果。
图8C示出由电场相互作用产生的粒子配置的第二个示例。由于粒子和流体的极化性不同，粒子周围的电场被扭曲。这种扭曲与其场梯度相关联，场梯度通过介电泳力吸引和排斥其周围环境中的其他粒子。这种介电泳力通常被称为“偶极-偶极”相互作用。如图8C所示，电场中的这种粒子的集群将倾向于主要沿所施加场的方向形成链。这种链接可以强烈地影响可变透射结构的光学状态。例如，如果在电场下链接的粒子是白色的散射粒子，则链接将降低它们的散射能力。可变透射结构将显得更加透明，或者，如果采用黑色或者光吸收背景，则当粒子相链接时可变透射结构将显示较少的白色。可替换地，如果粒子吸收光，例如如果粒子是如图8C所示的黑色，则链形成将使得可变透射结构更透明，或者，如果采用白色背景，则可变透射结构将显得更亮。这些效应的发生是因为粒子的链接使它们进入更“聚集”的状态，其中观察表面的大部分没有粒子，并且因此更透光。
在其他实施例中，电泳介质可以包括如图9A和9B所示的封装粒子的堆叠层。理想地，单层囊体将形成六边形棱镜的“蜂巢”(二维六边形网格)，如投影所示，其侧壁以120度角相交，如图9A和9B所示(以理想化形式)。此外，如图9A和图9B所示，与其上涂布有囊体的平面基质接触的囊体的面将与平坦表面相符，而每个囊体的暴露面将采用弯曲的“圆顶”形状。
当在第一层微囊体的顶部上涂布第二层时，导致表面能最小化的表面张力趋于使得第一层中的囊体的圆顶上表面变形为泡沫状的几何结构，如图9A和9B示意性示出的那样。在该几何结构中，第一层中每个囊体的上部具有基本上为角锥的形状，其中角锥部分基本上是平坦的，并且介于中间的边缘基本上是直线，其中四条在每个顶点处以109.5度的四面体角度相交。在理想的几何结构中，第二层中的每个囊体的下部也具有基本上为角锥的形状，使得第一和第二层的角锥部分与第二层中的每个角锥部分的最低顶点组合在一起，该最低顶点填充至第二层中三个角锥部分之间的凹部，如图9A和9B所示。
图9A示出了可变透射结构的开闭光学状态，其使用前导电层和后导电层将色素粒子朝角锥形状的顶点驱动从而允许大部分入射光通过该结构。可以通过使用多于一层的、其壁材比其内部相的导电性更好的囊体来自然地实现几何的/囊壁开闭。此外，一层囊体的囊壁可以作为第二层囊体的集中器“电极”。另外，如上所述，可以由囊体能够采用的角锥形状来提供几何开闭装置。在其它实施例中，如美国专利No.6130774和No.6172798所述，可以通过将囊体的涂料沉积到例如V形凹槽上来实现几何开闭装置。几何开闭装置也可以使用光刻或压印的方法或者本领域公知的其他方法来制造。
如图9B所示，当施加到电极的电位反转时，即当色素粒子被吸引为朝向相对的电极时，色素在圆顶部分的整个区域上扩展，阻挡了大部分的入射光。用于开闭的其它方法，例如使用各向异性粒子(例如，可以根据其主轴垂直于或平行于可变透射结构的平面而定向的针或板)、或者颜色变化的色素、或者凝胶的膨胀和消溶胀，或者本领域公知的其它类似方法也可用于本发明的可变透射结构中。
在一些实施例中，囊壁也可以被充电。因此，在一些实施例中，色素粒子和囊壁承载相反极性的电荷。(显然地，本发明的这一方面通常不能应用于包含承载两种极性电荷的粒子的囊体，并且最适合于仅包含一种类型粒子的囊体或者相同极性的双粒子囊体，例如，如在美国专利No.6870661中所描述的那样)。通过在色素粒子和囊壁之间提供吸引力，可以将垂直分量添加到施加在粒子的电力，并且使得粒子从它们在开闭位置占据的小区域横向地扩散。必要的吸引力可以是静电式的。例如，如果使用明胶/***树胶来形成囊壁，并且使用诸如(可从Lubrizol获得的)Solsperse 17000的带电剂，则囊壁可以获得负电荷，并且使用相同的带电剂获得正电荷的色素是优选的。可以在色素粒子和囊壁之间提供吸引力的其他方法包括使用絮凝剂，尤其是损耗絮凝剂。使用这种囊壁吸引力的结果是，色素在DC脉冲的任何一个极端将是基本不可见的，但是在从一个集中状态(在囊体的顶部)到另一个集中状态(在囊体的底部)的转换期间可见，反之亦然。在一个实施例中，通过使用(具有约30和50Hz之间的频率的)AC进行驱动，并且将DC偏移施加到AC驱动，可以使色素处于可能是简单DC驱动中的转换状态。当然，本发明并不局限于使用可移动带电色素与承载相反极性电荷的囊壁，而是延伸至使用该色素与承载相反极性电荷的任意固定表面。固定表面的作用是约束色素在施加场中的运动。另外，包含色素和表面的介质不需要被封装。
如已经关于图8A-8C所提到的，上述开闭机构可以与使用DC寻址的传统色素切换相结合，以引起与施加场平行的囊体内的粒子运动。在这种情况下，期望不会出现几何/囊壁开闭，并且这可以在多层囊体构造中通过将更多的色素结合到囊中而不是集中在凹槽或缝隙中而得到保障。此外，如前述伊英克的专利和申请中所描述的，取决于最终应用，传统的电泳切换可以涉及移动通过染色液体的单一色素、相同或相反电荷的双色素或者多种色素和染色液体的组合。在期望当电光介质被驱动为透明时可变透射结构具有特定颜色的色调的情况下，使用染色液体可能是合适的。
此外，如图9A和9B所示，本发明的电泳介质可被封装在微单元900中。微囊体可由柔性聚合物构造而成，该柔性聚合物诸如多功能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、多功能乙烯基醚、多功能环氧化物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETE)或其它高密度聚乙烯、聚丙烯或者改性聚氯乙烯(PVC)。可以使用压印、光刻、接触印刷、真空成形或者其他合适的方法来制造微单元。在这种构造中，微单元900夹在由透明材料制成的前电极和后电极之间，例如如图10B所示。以相同的方式，如上文关于图8A-9B所描述的那样，带电的色素粒子可被电场驱动以使用合适的电场聚集在色素不会阻挡入射光的指定位置处，或者聚集到色素将阻挡入射光的不同位置处。尽管在图10A中微单元900显示为角锥形，可以理解的是，微单元900可以形成为采用其他形状，例如圆锥体、半球体、正方形或其他多面体。
在一个实施例中，微单元900被单独地制造，然后被定位在透明电极之间，例如，如图10B所示。例如，可以通过压印来制造微单元结构。压印通常由形式可以是辊、板或带的阳模来完成。压印的组合物可以包括热塑性塑料、热固性塑料或其前体。压印工艺通常在高于微单元材料的玻璃转换温度的温度下执行。可以使用加热的阳模或者加热的(被模具抵住的)壳体基质来控制压印温度和压力。阳模通常由诸如镍之类的金属形成。一旦形成，微单元就被填充有色素粒子、流体和聚合物粘合剂。随后，已填充的微单元被密封，并且密封的微单元被压在透明电极之间，如图10B所示。使用电泳材料填充微单元并且粘贴电极的其他方法可用于构造本发明的可变透射结构。例如，可以将第一透明电极粘附至微单元的底部，并且可以将导电的透明密封材料覆盖在已填充的微单元上以形成第二透明电极。
除了上述在封装的电泳介质中包括离散微囊体的实施例之外，本发明的电泳介质可以包括连续的电泳相，例如聚合物分散型电泳介质(图中未示出)。在聚合物分散型介质中，电泳流体的多个离散液滴和聚合材料的连续相被分散在聚合物中，并且电泳流体的离散液滴可以被当作囊体或微囊体，即使没有离散的囊膜与每个单独的液滴相关联，参见例如前述的美国专利No.6866760。因此，出于本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的具体实施例进行许多改变和修改。因此，前面的全部描述将被解释为说明性的而不是限制性的。

Claims (9)

1.一种由多个单独的电泳材料条带制成的编织材料，其中，每个单独的电泳材料条带具有第一光学透射状态和第二光学透射状态，其中，所述第一光学透射状态和所述第二光学透射状态的不透明度不同，并且其中，每个单独的电泳材料条带包括：
第一柔性透光电极，
第二柔性透光电极，以及
设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过所述流体的多个带电粒子，其中，所述多个带电粒子设置在所述第一柔性透光电极和所述第二柔性透光电极之间，当在所述第一柔性透光电极和所述第二柔性透光电极之间施加电场时，在所述第一光学透射状态和所述第二光学透射状态之间驱动所述带电粒子。
2.根据权利要求1所述的编织材料，其中，所述第一光学透射状态或所述第二光学透射状态允许通过电泳材料透射大于50％的入射可见光。
3.根据权利要求1所述的编织材料，其中，设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过所述流体的所述带电粒子包含在多个囊体中。
4.根据权利要求1所述的编织材料，其中，设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过所述流体的所述带电粒子作为多个离散液滴分散在聚合物粘合剂中。
5.根据权利要求1所述的编织材料，其中，所述编织材料还包括织物条带。
6.根据权利要求5所述的编织材料，其中，所述单独的电泳材料条带在第一方向上编织，并且所述织物条带在第二方向上编织。
7.根据权利要求5所述的编织材料，其中，所述编织材料包括比电泳材料的表面积多三倍的织物表面积。
8.根据权利要求5所述的编织材料，其中，所述编织材料包括相等的织物和电泳材料的表面积。
9.根据权利要求1所述的编织材料，其中，所述带电粒子的一部分具有选自红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色和白色的颜色。
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