TW202332974A - 具有不同不透明度的區域之可切換光調變器 - Google Patents

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Abstract

可切換光調變器，可以是薄膜，包括填充有諸如電泳介質的電光介質的腔室，其中一些腔室具有不同體積的電光介質，使得電光介質在「開啟」和「關閉」狀態之間切換時，光調變器中具有較大體積腔室的一些區域比具有較小體積腔室的區域經歷更大的光密度變化。這樣的可切換的光調變器可用於結合到擋風玻璃、眼鏡、窗戶、鏡片或遮陽板，當中只需要部分觀看區域變暗。因為該設計僅需要兩個(通常是透光的)電極，與可個別驅動的像素電極相比，操作是簡化的並且降低成本。

Description

具有不同不透明度的區域之可切換光調變器
[相關申請案]
本專利申請案主張2021年3月15日申請之美國臨時專利申請案第63/161,432號之優先權。本文揭露的所有專利和出版物全部內容係以引用的方式併入本文中。
本發明係關於可切換的光調變裝置，亦即關於可變透射膜裝置，設計用以調變通過其中之光量或其他電磁輻射量的。幾種不同類型的能以電子方式作動的光調變設備，像是電致變色裝置、懸浮粒子顯示(SPD)裝置和電泳裝置已經商業化，並且具有各種成本和優勢，例如能耗、對比度和透明清晰度，亦即「開啟」的狀態。(為方便起見，術語「光」將在此文正常地使用，但該術語應廣義理解為包括可見和不可見波長的電磁輻射。例如，如下所述，本發明可應用於基板以提供可調節紅外線的表面，為了控制溫度或阻擋暴露於外界的紅外線。)
更具體地說，本發明涉及使用諸如粒子系的電泳介質的電光材料來控制僅一部分觀看介質上的光調變之可切換光調變裝置。需要僅在觀看平面的特定預定區域中減少光透射以阻擋入射光或需要提供暗色背景以在其上投影圖像的情況下，此類裝置可具優勢的。可以結合到本發明的各種實施例中的電泳介質範例包括，例如，美國專利第10,809,590和10,983,410號中描述的電泳介質，這兩個專利的內容以全文引用方式併入本文。
本發明的實施例提供了一種具有電光流體層的可切換光調變器裝置，該電光流體層設置在兩個平行並列的基板的表面之間。基板間的相對表面形成實施例的觀看面。實施例中電光流體層在觀看區域(觀看面的)的覆蓋範圍是不均勻的，導致對不同區域根據流體層的階層變化而有不同程度的光調節。在實施例中，不同區域之間流體層的階層變化透過壓印(或模製的)的透明聚合物結構的體積階層變化來實現。壓印的固態聚合物結構嵌入在觀看區域中，並且還結合了壁狀特徵體，將裝置的流體層分割成對應到空腔的離散體積的單層。在這些空腔內，透過改變固態透明聚合物所佔的體積比例以及相關聯的流體體積比例，壓印聚合物結構達成流體層相對於鄰接區域或空腔的階層變化。在另一個實施例中，可以藉由減小空腔的開口寬度來改變空腔的體積，使得某些空腔只包含空腔間薄的分隔部(即，壁體)，其中在其他區域中，空腔具有較厚的分隔部。
空腔的體積由其壁結構的內表面和其並列基板的內表面所界定。有兩個極端或極限區域，一個是腔體體積僅填充流體(100%流體)，另一個是腔體體積只有固態聚合物(0%流體)。在後者區域中，即使該區域可能在中央觀看區域中，光調變器也不能調節透光率。然而，為了操作的方便和簡單性，所有這些不同的空腔都可以僅由兩個基板組裝而成，而最終的顯示器僅包括頂部和底部電極層，較佳由透光材料構成，例如氧化銦錫(ITO)。在一些實施例中，大多數空腔將介於這兩個極端之間。因此，一些空腔可以具有體積X，一些空腔具有2X和3X之間的體積，並且一些其他空腔將具有至少3X的體積。X可約1納升(nL)，但它也可以更大，例如介於1和10納升(nL)之間，或者更小，例如介於0.1和1納升(nL)之間。在其他實施例中，觀看區域中沒有空腔將有0%體積的流體。在實施例中，至少兩個以上相鄰接並各含有流體的空腔之間的流體層的體積比例之階層變化至少為1%，更佳至少1.5%，最佳至少1.75%，並且至少兩個或多個相鄰近並各含有流體的空腔之間的流體層的體積比例之階層變化至少為10%，更佳至少15%，最佳至少17.5%。為了避免疑義，相鄰近的空腔是指光調變器的觀看區域中的任何兩個空腔，而相鄰近區域是指任意兩個區域，其中每個區域包括各具有相同流體體積比例的多個空腔，但比例值對於這兩個區域是不同的。
在實施例中，流體層的體積比例之階層變化與空腔的可選透光率範圍的階層變化一致，並且延伸到區域(包含具有相同體積比例的流體的空腔)。如前所述，有兩種極端或極限情況，一種是空腔體積僅填充流體(100%流體)，在這種情況下實施例的可切換(即可選擇的)透光率範圍是從該光調變器可以針對任何腔實現的最低之最小透射率值到最低的最大透射率值。在另一個極端，流體體積為或接近0%的空腔將具有調變器的最大透射率值，但有著可忽略不計的切換範圍，其有無法用肉眼區分的一最小透射率值和其最大透射率值。
在實施例中，光狀態是可選擇的，並且第一光狀態對應於空腔的最大透光率，而第二光狀態對應於其最小透射率。裝置的特徵在於空腔及延伸區域，對於第一和第二光狀態中的之每一狀態，具有不同的透光率值。各包含流體的至少兩個以上相鄰的空腔，在相同的光狀態下運作下，具有至少1%、更佳至少1.5%、最佳至少1.75%的透光率值差異，並且包含流體的該至少兩個以上相鄰的空腔之間的差異至少為10%、更佳至少15%、最佳至少17.5%。
在一些實施例中，相同的流體填充至少66%的腔體(儘管不具有相同的體積比例)，並且更佳地，相同的流體填充100%的具有流體的腔體。在一些實施例中，流體在積層步驟中填充到腔體，該積層步驟將先前形成在(並結合到)底部基板上的壓印聚合物結構施加到頂部基板上，而流體層位於其間。較佳，積層步驟使用一對夾輥，該對夾輥定向成基材在輥之間垂直移動，並且流體保持在基板之間位在夾點(NIP point)上方的一個池中，並當基板通過夾點時，由輥填充並積層到壓印聚合物的空腔中。當基板通過夾點時，基板的相互平行面之間的垂直距離由聚合物壁體結構確定。較佳地，聚合物壁體結構的頂部在積層之後或與積層同時在UV光(或其他輻射)固化階段結合到頂部基板。
在一個態樣中，本文描述了一種可切換光調變器，包括第一透光基板、複數個特徵體的第二透光基板，該等特徵體實質上平行於該第一透光基板，並且該等特徵體中的至少一些在該等特徵體與該第一透光基板之間具有不同的垂直距離；複數個壁體，設置在該第一透光基板與該第二透光基板之間，因而形成複數個腔室；電光介質，配置在該複數個腔室內；第一電極，耦接至該第一透光基板；以及第二電極，耦接至該第二透光基板，其中在該第一與該第二電極之間施加驅動電壓導致該電光介質在一第一吸光狀態與一第二透光狀態之間切換。在一些實施例中，該電光介質包括分散在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子，並且該電光介質藉由在分散的粒子狀態和聚集的粒子狀態之間轉移而在第一光吸收狀態和第二光透射狀態之間切換。在一些實施例中，電光介質是雙穩態的。在一些實施例中，第一透光基板或該第二透光基板包含聚合物，包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚或多官能環氧化物。在一些實施例中，其中至少該第二透光基板的一部分接觸該第一透光基板。在一些實施例中，第二透光基體的該等特徵體中的至少一些特徵體與該第一透光基板的之間的垂直距離至少為60微米以上。在一些實施例中，第二透光基板的該等特徵體中的至少一些特徵體與該第一透光基板的之間的垂直距離小於60微米。這種可切換的光調變器可以結合到擋風玻璃、窗戶、眼鏡、護目鏡或遮陽板中。這樣的可切換光調變器可以結合到資訊顯示系統中，該資訊顯示系統包括透明基板、可切換光調變器和以及構造成將資訊投影到該可切換光調變器上的一投影器。在一些實施例中，該投影器是一近眼投影器。
在另一態樣上，本文描述了一種可切換光調變器，包括第一透光基板、第二透光基板，包括複數個井，該等井具有壁體和底板並且當耦接到該第一透光基板時產生複數個腔室，其中該等井具有一開口寬度，並且該等井中的至少一些井的開口寬度小於其他井的一半；電光介質，配置在該等腔室內；第一電極，耦接至該第一透光基板；以及第二電極，耦接至該第二透光基板，其中在該第一與該第二電極之間施加驅動電壓導致該電光介質在一第一吸光狀態與一第二透光狀態之間切換。在一些實施例中，該電光介質包括分散在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子，並且該電光介質藉由在分散的粒子狀態與聚集的粒子狀態之間轉移而在第一光吸收狀態與第二光透射狀態之間切換。在一些實施例中，該電光介質是雙穩態的。在一些實施例中，該第一透光基板或該第二透光基板包含聚合物，包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚或多官能環氧化物。在一些實施例中，至少該第二透光基板的一部分接觸該第一透光基體。在一些實施例中，該等井中的至少一些井的開口寬度為150微米以上。在一些實施例中，該等井中的至少一些井的開口寬度小於150微米。這種可切換的光調變器可以結合到擋風玻璃、窗戶、眼鏡、護目鏡或遮陽板中。這樣的可切換光調變器可以結合到資訊顯示系統中，該資訊顯示系統包括透明基板、可切換光調變器和以及構造成將資訊投影到該可切換光調變器上的一投影器。在一些實施例中，該投影器是一近眼投影器。
基於接下來的描述，本發明的這些態樣和其他態樣將是顯而易見的。
本文詳述了可切換光調變器，其可以是薄膜，但也可以直接併入到一觀看基板，例如窗戶、擋風玻璃或眼鏡。可切換光調變器包含有填充電光介質，像是電泳介質，的許多腔室，其中一些腔室具有不同體積的電光介質，使得當光調變器中所有電光介質在「開啟」和「關閉」狀態下切換時，光調變器的一些區域，即具有較大體積的腔室的區域，與其他區域，即具有較小體積的腔室的區域相比，經歷更大的光密度變化。因為此設計僅需要兩個(通常是透光的)電極，與可個別驅動的像素電極相比，操作是簡化的並且降低成本。本文所述的光調變器響應電子訊號做出光衰減、顏色、鏡面透射率或漫反射中之一者以上，並切換以提供兩種以上的光狀態。較佳地，光狀態包括對可見光呈透明的一個極端狀態(第一光狀態)以及強烈將光衰減的另一個極端狀態(第二光狀態)。這種可切換的光調變器可用於結合到擋風玻璃、眼鏡、窗戶、鏡片或遮陽板，當中只需要部分觀看區域變暗。
本文所述的裝置可以和任何電光介質一起使用，藉由施加電場(即驅動電壓)在介質上能改變介質的透射率。這樣的電光介質可包括電致變色介質、液晶介質、會旋轉的懸浮粒子(SPD)或電泳介質，帶電粒子朝向或遠離特定電極移動以改變一光學狀態。電泳介質尤其受青睞，當結合到顯示器中時，與像是液晶顯示器等其他電光介質相比，所得的顯示器可具有良好的亮度和對比度、廣視角、狀態雙穩定性和低功耗等特性。
術語「雙穩態」和「雙穩定性」是以其在領域中的常規含義使用於本文中，係指包含具有第一和第二顯示狀態的顯示元件的顯示器，該第一和第二顯示狀態係在至少一個光學性質不同，而且在任何給定的元件藉由有限期間的定址脈衝驅動以呈現其第一或第二顯示狀態後，在該定址脈衝結束後，那個狀態會持續一段改變該顯示元件的狀態所需的該定址脈衝的最小期間的至少數倍時間，例如至少四倍時間。美國專利第7,170,670號中指出一些具有灰階功能的粒子系的電泳顯示器不僅在其極端的黑態和白態下是穩定的，在其中間的灰態下也是穩定的，而且一些其他類型的電光顯示器也有同樣的情形。雖然為了方便起見，本文可能使用術語「雙穩態」來涵蓋雙穩態和多穩態這兩種顯示器，但此種顯示器適合稱為「多穩態」而非雙穩態。
大量讓渡給麻省理工學院(MIT)、E Ink公司、E Ink加州股份有限公司和相關公司或是在其名下的專利和申請案描述用於囊封的電泳介質和微胞電泳介質和其他電光介質的各種技術。囊封的電泳介質包括大量的小型膠囊，該等小型膠囊之每一者本身包括內相和圍繞該內相的囊壁，該內相在流體介質中含有可電泳移動的粒子。通常，該等膠囊本身係保持在聚合物的結合劑(binder)中，以形成位於兩電極之間的連貫層(coherent layer)。在微胞電泳顯示器中，該等帶電粒子和該流體未被囊封在微膠囊內，取而代之的是保留在形成在載體介質(一般是聚合物薄膜)內的複數個空腔(cavities)內。記載在這些專利和申請案中的該等技術包含： (a)電泳粒子、流體和流體添加劑；參見例如美國專利第7,002,728以及7,679,814號； (b)膠囊、接著劑和囊封製程；參見例如美國專利第6,922,276和7,411,719號； (c)微胞結構、壁材料、和形成微胞的方法；參見例如美國專利第7,072,095和9,279,906號； (d)用於填充和密封微胞的方法；參見例如美國專利第7,144,942和7,715,088號； (e)含有電光材料的薄膜和子組件；參見例如美國專利第6,982,178和7,839,564號； (f)用於顯示器中的背板、黏著劑層(adhesive layer)和其他輔助層以及方法；參見例如美國專利第7,116,318和7,535,624號； (g)顏色形成和顏色調節；參見例如美國專利第7,075,502和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和7,453,445號； (i)顯示器的應用；參見例如美國專利第7,312,784和8,009,348號；以及 (j)非電泳顯示器，如在美國專利第6,241,921號和美國專利申請案公開第2015/0277160號中所描述的；以及顯示器以外的囊封和微胞技術的應用；參見例如美國專利申請案公開第2015/0005720和2016/0012710號。
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，沒有將帶電粒子及懸浮流體裝入微膠囊中，而是將其保持在載體介質(carrier medium)(一般是聚合物薄膜)內所形成之複數個空腔(cavities)中。參見例如，國際申請案公開第WO 02/01281號及公開的美國專利第6,788,449號，這兩者皆被讓渡給Sipix Imaging, Inc.，現為E Ink California, LLC。
雖然電泳介質經常是不透明的(因為，舉例而言，在許多電泳介質中，粒子實質上阻擋可見光穿透顯示器)且以反射模式操作。然而，可使許多種電泳顯示器以所謂的「快門模式」操作，其中一種顯示器狀態為實質上不透明，且一種為透光的。參見前面所提到的，例如美國專利第6,130,774以及6,172,798號，及第5,872,552、6,144,361、6,271,823、6,225,971以及6,184,856號。類似電泳顯示器但依賴電場強度變化之介電泳顯示器能以類似模式操作；參見美國專利第4,418,346號。當使用電源和控制器(未圖示)透過裝置的電極將直流場施加到介質時，深色或淺色粒子朝著觀看表面移動，因此光學狀態從深色變為淺色。當交流電場施加至該等電極其中一者時，帶電的顏料粒子被驅動到膠囊壁，因此形成貫穿膠囊的孔以透射光，即一開啟狀態。在兩個實施例中，因為溶劑是非極性的並且包含電荷控制劑及/或穩定劑，所以可以長時間(數周)維持光學狀態(黑/白；開啟/關閉)，而無需維持電場。因此，裝置一天也許只有幾次「切換」，並且只消耗很少的電力。
如上所述，本發明的可切換光調變器提供了需要時讓只有一部分觀看區域的變暗的能力。這種可切換光調變器的一個重要應用是擴增實境(AR)和所謂的抬頭顯示器。AR眼鏡101的基本設計如圖1A和1B所示。從外側(即前面)來看，如圖1A所示，AR眼鏡101可以製成看起來相當典型的，包含左鏡片110、右鏡片120和鏡架115。看眼鏡的內側，如圖1B所示，AR眼鏡101還可以包括一微型短焦投影器，即近眼投影器118，構造成將訊息122或影像投影到鏡片表面上，如圖1B所示。合適的近眼投影器可取自於Osram (Sunnyvale, CA)。當可以觀看投影至於鏡片表面上利用例如特殊塗層的一透明表面的訊息122時，整體觀看體驗在投影訊息122背景變暗時會得到改善，如圖1B所示。
在一些商業實施例中，例如谷哥眼鏡(Google Glass™)，影像被投影到鏡片外表面上分離的觀看表面上，然而這將有用的觀看區域限制到只是固定觀看表面的有用觀看區。因為觀看表面處於固定位置，並且基本上是不透光的，所以用戶實際上不能看穿整個觀看表面(即，面對眼睛的整個鏡片具有外部影像觀看表面)。此外，僅在觀看區域的一部分近距離重複觀看也會導致眼睛疲勞，因為只有一隻眼睛在進行幾乎所有的短距離聚焦。對比之下，如本文所述，藉著附加可變透射以及不同的不透明度的區域(或面積)，投影訊息122可以在觀看區域周圍移動，甚至有部分透明性覆蓋在視野中的實際物體上。
然而，本文描述的設計和技術不限於AR眼鏡。如圖2A和2B所示，相同類型的光調變膜也可以併入到交通工具的擋風玻璃中，例如汽車、摩托車、飛機、直升機、輪船、小船、巴士、火車等。在圖2A中，正面觀察噴氣式客機的外部，顯示出擋風玻璃的左側部分210和右側部分220(即駕駛艙窗戶，即擋風玻璃，即座艙罩)。看圖2A的內側，例如取自Epson(Los Alamitos, CA)的短程投影器218可用於向使用者(例如飛行員)顯示訊息。類似的短焦方法已經藉由「抬頭顯示器」在飛機和汽車中使用了一段時間，但是這種抬頭顯示器系統通常需要分離的觀看表面，並且使用者只有在透過觀看那個觀看表面時才具有功能。或者，擋風玻璃的一區域可能具有特殊的部分反射塗層，以提高投影訊息的可視度，但是無法移動該區域，這可能會在擋風玻璃中產生盲點。
總體而言，此文所述的本發明提供了使這種短焦訊息顯示器在標準光學和窗戶材質上成為可能的光調變膜，同時還提供了轉回「正常的」觀看條件的選項。例如，一些實施例可以將光調變膜結合到眼鏡鏡片中。該裝置可以是包含其他作用層或一光導的光學疊層其中的一個作用層。在AR眼鏡實施例中，裝置利用兩種以上的光狀態來選擇性地調整從場景進入眼睛的光量，並因而選擇性地改變AR眼鏡所創建數位影像的感知亮度。為了選擇性地在場景進入眼睛不同程度的光透射之間切換，實施例層必須位於光學疊層中，比形成數位影像的層更靠近場景(或遠離佩戴者的眼睛)。
在一些實施例中，可切換光調變器具有撓性基板，並且完整的組件具有足夠的彈性以吻合並結合到鏡片的彎曲表面。薄膜裝置具有顯著的結構強度並將流體層分隔開於多個空腔中，每個空腔維持著離散的流體體積，該流體體積是自密封的並且與相鄰接的空腔隔離。實施例的結構強度源於對其聚合物結構和聚合物密封材料的選擇。結構強度包括必須禁得起永久積層到鏡片上以及在正常使用中抵抗機械衝擊和極端環境(陽光和室外溫度)。
薄膜的其他實施例包括用作光閘、光衰減器、可變透光率片、可變光吸收率片、可變光反射率片、單向鏡、交通工具內的透明開口或遮陽板。
圖3顯示出了適用於AR眼鏡的實施例101。該裝置包括左手側(LHS)光調變膜10和右手側(RHS)薄膜20。左手側(LHS)薄膜(10)顯示處於第一光狀態，而右手側(RHS)薄膜20處於第二光狀態。裝置101具有四個具有不同透光程度的區域。這些區域由1050、1051、1052和1053表示。在區域1050中，100%的空腔體積填充有透明固態聚合物(60)，而且沒有(或可忽略不計的)流體。透光率在最大值，沒有可切換的範圍。該區域在第一和第二光狀態下具有相同的外觀，分別如薄膜10及20所示。區域1050的透光率在兩種光狀態下都可以高達90%到95%。
在區域1051中，75%的空腔體積被透明固態聚合物60填充並且25%體積被電光流體(50)填充。如薄膜10所示的，透光率範圍偏向於有其第一光狀態的高數值，建立在薄膜20顯示的第二光狀態的透射值(以及切換範圍的寬度)為代價。儘管在透光率上有變化，但此區域在第一和第二光狀態下具有相似的外觀，因為眼睛對輝度(即亮度)的變化相對不敏感。作為範例，區域1051在第一光狀態下透光率可約為80%，在第二光狀態下透光率可約為50%。
在區域1052中，50%的空腔體積被透明固態聚合物(60)填充並且50%體積被電光流體(50)填充。如薄膜10所示的，透光率範圍仍然偏向於有其第一光狀態的高數值，建立在薄膜20顯示的第二光狀態的透射值(以及切換範圍的寬度)為代價，就更低於先前描述的區域1051。關於從第一光狀態切換到第二光狀態，透光率的變化對於AR眼鏡佩戴者的眼睛是明顯的，即場景輝度(即亮度)的變化以及由AR眼鏡產生位於視野中對應區域1052的數位影像上的感知亮度變化。作為示例，區域1052在其第一光狀態下的透光率可約為70%，在第二光狀態下可約為30%。
在區域1053中，空腔有幾乎為零百分比的體積填充有透明固態聚合物(60)以及接近100%的體積百分比填充有電光流體(50)。如薄膜20(RHS)所示，透光率範圍偏向於有其第二光狀態的最小值，建立在薄膜10(LHS)顯示的第一光狀態的透射值為代價，但總體而言，動態範圍(第二對於第一光狀態的透射值之比率)對於區域1053可以是最優的。關於從第一光狀態切換到第二光狀態，透光率的變化對於AR眼鏡佩戴者的眼睛是最明顯的，即場景輝度(即亮度)的變化以及由AR眼鏡產生位於視野中對應區域1053的數位影像上的感知亮度變化。區域1053在數位影像和透過眼鏡觀看到的場景之間產生最佳對比度。作為範例，區域1053的透光率在其第一光狀態下可約為60%，在第二光狀態下可約為5%。
應當理解，在實施例中，透過AR眼鏡看到的場景進入眼睛的光量上的任何減少將提高在佩戴者視野中投影或形成的數位影像對比度。因此，在裝置101中選擇第二光狀態將提高在區域1050的視野中形成的數位影像對比度，即使其透光率在第一和第二光狀態下是相同的。
圖4A顯示出了實施例102並且是一光調變膜的圓形切口或截面的放大圖，分別具有平行的、並列的底部基板82和頂部基板92。兩個基板的內側面都有一個透明電極層(圖4A中未個別顯示；參見圖7)。電光層(32)包含基板內側面之間的所有元件。其微胞間隙是面之間的垂直距離d。層32包括電光流體50和壓印透明的固態聚合物60。流體50被固態聚合物60中的壁狀特徵體65分隔成各離散的空腔，每個空腔具有其預定的體積比例被填充透明固態聚合物結構。該比例在底部基板82上的壓印(或模製)工序中設定。因此，壓印步驟，或更準確地是壓印工具表面決定了後續對於電光流體50的體積填充比例。
圖4A顯示出了空腔42的範例，在壓印工序步驟中，空腔42有約50%體積填充固態聚合物結構60。接著，在薄膜102的組裝和流體積層步驟中，流體50填充剩餘空腔的體積(50%的體積)並且其在圖4A中的垂直尺寸(相對於基板的面)由1042表示。空腔43幾乎沒有固態聚合物結構60。流體50填充空腔體積(100%體積)並且在圖4A中其垂直尺寸(相對於基板的面)由1043表示。在壓印工序步驟中，空腔41有接近100%體積填充固態聚合物結構60。空腔內固態聚合物的最頂部表面與壁65的頂部位於同一水平。接著，在薄膜102的組裝和流體積層步驟中，流體50被夾輥從空腔41佔據的區域排出。由夾輥施加的壓緊力道使底部基板82上的壓印聚合物60的最頂部表面與頂部基板92的內側面緊密接觸，並從這些接觸區域將電光流體50擠壓出。
圖4A(以及實施例102)顯示出了圖3的光調變器101是如何構造的。空腔41用於界定圖3中的區域1050(或區域1050包括空腔41)；類似地，空腔42和區域1052，以及空腔43和區域1053。接連的空腔的垂直高度的更多細節可以在圖4B中看到，圖4B顯示出了實施例102沿線A-A的橫向切片。如圖4B所示，實施例102的一些部分在底部基板82和頂部基板92之間沒有電光體積。如圖4A所示，空腔43具有不同深度d 1、d 2、d 3。當然，多於三個不同深度是可能的。通常，頂部基板92和底部基板82的頂部特徵體86之間的垂直距離d小於100微米，並且在一些區域中，頂部基板92和底部基板82之間沒有容積。在頂部基板92和底部基板82的頂部特徵體86之間的垂直距離d介於100微米與5微米之間，例如介於80微米與10微米之間，例如介於60微米與15微米之間，例如介於50微米與20微米之間。
有利地，在實施例101(參見圖3)中，具有最高透光率的區域(1050)位於鏡片面上的中央，並且大致上對應到佩戴結合實施例101中AR眼鏡的觀察者透過其中觀看而有目光接觸的位置。類似地，具有最高第一光狀態透射率的區域(1051)位於中央，並且由觀看者在直視前方(或往側方)看遠處物體時具有最大能見度的需求(或需要)所定義。可以將相同的特徵結合到例如擋風玻璃中，因為中央觀看區域始終提供清晰的觀察路徑，但是會切換透射狀態的區域位於觀看區域的外圍並且是漸變的。在具有區域1050或1051的實施例中，光調變器是有利地優化以在關鍵觀看區域中具有最小的霧度。
相比之下，實施例101中的區域1053對於觀看場景中的遠處物體而言不是關鍵的，並且有利地，即使在第一光狀態下也可以將透光率最小化，以最大化與位於佩戴者視野的此區域中數位物體亮度的對比。區域1052是導引到觀看鄰近的物體，例如在閱讀時。數位物體疊加在附近的物體上以添加訊息背景，而無需佩戴者重新聚焦。在許多情境中，於室內時近處物體的亮度可能類似數位物體的亮度，因此對於該區域1053的第一光狀態透射率針對這些條件進行了優化。在戶外時，第二光狀態可用於降低場景中近處物體的亮度。
在使用中，可以在室內使用第二光狀態，以有利於數位影像的感知，並減少佩戴者視野中來自內部環境的干擾。在戶外使用中，當不需要數位影像時，或者當數位影像被限制在局部區域(例如透過區域1053觀看到)時，可以使用第一光狀態。
在圖3和4A中，實施例101和102顯示在不同區域1050、1051、1052和1053的透光率中有可察覺的差異。在較佳實施例中，從一個區域到另一個區域的過渡不太可察覺，因為在這兩個區域之間實施過渡區域，其中各區域(例如1051和1053)之間的體積比例的階層變化是在例如1～5毫米的漸變階層變化中完成的。例如，在過渡區域中，從一個腔體到另一個腔體體積比例的階層變化可以是各區域之間差異的1/10以下。
在圖4A中，空腔41、42和43顯示為具有相同的形狀(六邊形)和相同的尺寸，然而，一些實施例具有的空腔以一定程度的隨機性成形，例如不同的尺寸、形狀或體積。在實施例中，對於所有的空腔，只有基板的內側面之間的垂直距離是相同的。圖4A中顯示出空腔42內的壓印聚合物60的頂表面平行於基板的面。在其他實施例中，具有與空腔42相似體積比例(即50%)的空腔內的聚合物60是非平面突起的形狀。在這樣的實施例中，相鄰接或相鄰近空腔之間的體積比例的階層變化是透過各突起物體積的差異來實現的。例如，具有錐形突起物的空腔為具有半球形突起物的空腔體積比例的一半(假設相同的半徑以及等於該半徑的垂直高度)。
圖5A和5B顯示出另一種選擇的實施例700，其中空腔72和73具有不同的橫截面面積，如開口寬度w所定義，但所有空腔具有同樣的深度。例如，空腔73具有開口寬度w 1，而空腔72具有開口寬度w 2。在一些區域中，橫跨井73/72的開口寬度w介於500微米與25微米之間，例如介於300微米與40微米之間，例如介於200微米與50微米之間，例如介於150微米與60微米之間。當空腔72和73填充有電泳介質時，例如，如上所述，當處於暗狀態時，光調變裝置在整個裝置上提供不同量的不透明度。中心區域710沒有空腔，只有基底透明聚合物材料，因此當用於AR眼鏡時，中心視野無阻礙的。在一些實施例中，裝置的外圍74被預先上色以配合空腔在暗狀態時的陰影色調，如圖5A和5B所示。因為外圍74較暗，所以當裝置切換到暗狀態時漏光較少。外圍可以用例如塗料、有色薄膜和覆蓋物等上色。
在圖5A和5B的實施例中，使用各種濃度的電泳粒子可以是有益處的，使得在關閉狀態下的光密度在整個視野中變化。例如，朝向視野的中心，電泳介質可以具有較少的顏料載量，而朝向外圍，顏料載量是較大的。還可以使用不同面積和深度的空腔，即結合圖4A、4B、5A和5B中示例的原理。在某些情況下，如果空腔足夠小並且足夠靠近在一起，眼睛不會注意到電泳介質的光學深度的不同，但會察覺到不透明度的梯度，因為進入較小空腔之間的光量增加。
如上面所指示的，本發明提供了一種包含雙穩態電泳流體空腔的光調變膜。因為該光調變膜是可切換的，它能讓使用者在需要時調節入射光的強度。此外，因為介質是雙穩態的，所以光衰減狀態將穩定一段時間，例如數分鐘，例如數小時，例如數天，例如數個月，而不需要向光調變膜提供額外的能量。
此外，本發明能夠利用卷對卷加工以具成本效益製造可切換的光調變膜。因此，生產大片可切換光調變膜是可行的，該膜可以在其他組裝過程中併入到裝置中。這種膜可以包含一輔助光學膠層和離型片，從而讓光調變膜能作為成品運送和配發。光調變膜也可用於售後市場的光控制，例如會議室窗戶、建築物的外窗、車頂天窗和建物天窗。
電泳顯示器通常包含一層電泳材料、及配置在電泳材料相對側上的至少二其他層，此二其他層之一為電極層。在大部分的此種顯示器中，該兩層均為電極層，且該電極層之一或兩者被圖案化以界定顯示器像素。例如可將一電極層圖案化成為長形列電極，及將另一層圖案化成為以相對於列電極呈直角而延伸之長形行電極，該像素由行電極與列電極之交叉點界定。或者且更常為，一電極層具有單一連續電極之形式，及另一電極層被圖案化成為像素電極矩陣，像素電極之每一者界定顯示器之一個像素。在一些實施例中，使用兩個透光電極層，因此讓光能穿過電泳顯示器。
術語「雙穩態」和「雙穩定性」是以其在領域中的常規含義使用於本文中，係指包含具有第一和第二顯示狀態的顯示元件的顯示器，該第一和第二顯示狀態係至少一個光學性質不同，而且在任何給定的元件藉由有限期間的定址脈衝而被驅動以取得其第一或第二顯示狀態後，在該定址脈衝結束後，那個狀態會保留一段改變該顯示元件的狀態所需的該定址脈衝的最小期間的至少數倍時間，例如至少四倍時間。
為了改變膜的光調變性質，第一和第二透光電極層可以耦接到電位電源。該電源可以是例如電池、電源供應器、光伏或一些其他電位電源。電源可以提供簡單的直流電位，或者可以構造為提供時變的電壓，例如，如下所述的「波形」。第一和第二透光電極層可以通過電極、配線或佈線耦接到電源。在一些實施例中，可以用開關來中斷佈線，可例如電晶體開關。第一和第二透光電極層之間的電位通常為至少1伏特，例如至少2伏特，例如至少5伏特，例如至少10伏特，例如至少15伏特，例如至少18伏特，例如至少25伏特，例如至少30伏特，例如至少30伏特，例如至少50伏特。
因為雙穩態電泳流體是雙穩態的，所以電泳粒子將在不施加電場的情況下保持其分佈型態。這一特徵在列於本文中的E Ink Corporation 的專利中得到了很好的描述，但主要是由於在雙穩態電泳流體中具有分佈的聚合物(例如聚異丁烯或聚甲基丙烯酸月桂酯)的特定混合物，使得電泳粒子通過空乏絮凝(depletion flocculation)而穩定化。因此，在第一狀態下，儘管在第一和第二透光電極層之間沒有施加電位勢，但電泳粒子在分散狀態下是穩定的。透過施加適當的電位勢，電泳粒子向被適當施加偏壓的電極層移動，沿空腔的高度產生透光梯度。一旦電泳粒子被驅動到所需的電極層，電源就可以與電極層斷離而關閉電位勢。然而，由於雙穩態電泳液的雙穩性，電泳粒子會長時間處於在第二狀態，例如數分鐘，例如數小時，例如數天。藉由以相反極性電壓驅動聚集的電泳粒子遠離電極，可以使光調變膜的狀態反轉。
電泳介質的內相包括懸浮液中的帶電顏料粒子。在本發明的可變透射介質中所使用之流體通常將具有低介電常數(較佳的是小於10，並且期望是小於3)。特別較佳的溶劑包括：脂族烴類，諸如庚烷、辛烷及石油餾出物(諸如Isopar®(Exxon Mobil)或Isane®(Total))；萜烯類，諸如薴(例如l-薴)；以及芳香烴類，諸如甲苯。特佳的溶劑是薴，因為它結合了低介電常數(2.3)與相對高的折射率(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，該折射率匹配劑例如可取自Cargille-Sacher Laboratories Inc.(Cedar Grove,NJ)之Cargille®折射率匹配流體。在本發明的囊封介質中，較佳的是，粒子分散的折射率與囊封材料的折射率盡可能接近地一致，以減少霧度。當溶劑的折射率接近囊封劑的折射率時，最佳地達到這樣折射率匹配(當使用普遍可用的聚合物囊封劑時)。在大多數情況下，有利的是，內相在550nm下具介於1.51至1.57之間的折射率，較佳地在550nm下具有約1.54的折射率。
帶電顏料粒子可具多種顏色及成分。此外，帶電顏料粒子可用表面聚合物經官能化以改善狀態穩定性。此類顏料述如美國專利第 9,921,451號，以參照方式將其全文併入本文。例如若帶電粒子具白色，其可能由一無機顏料形成，像是TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4、PbSO4等。他們也可能為具高折射率(＞1.5)及特定大小(＞100nm)之聚合物粒子以顯現白色，或為經工程設計具有所要折射率之複合粒子。黑色帶電粒子可由CI pigment black 26或28等(例如錳鐵氧體黑尖晶石或亞鉻酸銅黑尖晶石)或碳黑所形成。其他顏色(非白及非黑)可由有機顏料如CI pigment PR 254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15：3、PY83、PY138、PY150、PY155或PY20所形成。其他範例包含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 酞青藍、酞青綠、二芳基黃或二芳基AAOT 黃。彩色粒子亦可自無機顏料如CI pigment blue 28、CI pigment green 50、CI pigment yellow 227等形成。可基於電荷極性與所需粒子的電荷位準而由已知技術改質帶電粒子表面，述如美國專利第6,822,782、7,002,728、9,366,935及9,372,380號，以及美國公開第2014-0011913號，以參照方式將其等所有內容併入本文。
粒子可顯現自然電荷或可利用電荷控制劑呈現帶電，或可在溶劑或溶劑混合物中懸浮時取得電荷。適當的電荷控制劑係此技術中所熟知，在本質上可為聚合物或非聚合物，或可為離子的或非離子的。電荷控制劑的範例可包含但不限於Solsperse 17000(活性聚合物分散劑)、Solsperse 9000(活性聚合物分散劑)、OLOA 11000(丁二醯亞胺無灰分散劑)、Unithox 750(乙氧基化物)、Span 85(脫水山梨糖醇三油酸酯)、Petronate L(磺酸鈉)、Alcolec LV30(大豆卵磷脂)、Petrostep B100(石油磺酸鹽)或B70(磺酸鋇)、Aerosol OT、聚異丁烯衍生物或聚(乙烯共丁烯)衍生物等。除懸浮流體與帶電顏料粒子外，內相可包含穩定劑、表面活性劑及電荷控制劑。穩定化材料在帶電顏料粒子分散於溶劑中時可被吸附在帶電顏料粒子上。此穩定化材料使粒子保持彼此分離，使得可變透射介質在粒子處於分散狀態時實質上不透射。如該領域所習知的，可利用表面活性劑協助在低介電常數的溶劑中的分散帶電粒子(一般係碳黑，如上述)。這種表面活性劑通常包含極性“頭基”和非極性“尾基”，其與溶劑相容或可溶於溶劑。在本發明中，較佳者的是非極性尾基為飽和或未飽和烴部分，或另一基可溶於烴溶劑中，例如聚(二烷基矽氧烷)。極性基可係任何極性有機官能基，包含離子材料如銨、磺酸鹽或磷酸鹽、或酸或鹼基。尤其較佳之頭基係羧酸或羧酸酯基。適合用於本發明之穩定劑包含聚異丁烯及聚苯乙烯。在一些實施例中，添加分散劑如聚異丁烯丁二醯亞胺及/或脫水山梨糖醇三油酸酯及/或2-己基癸酸。
本發明之雙穩態電泳介質通常包含一電荷控制劑(CCA)，以及可能包含一電荷導向器。這些電泳介質成分通常包括低分子量界面活性劑、聚合物劑或一種以上成分之混合物，且作用成穩定或修改電荷在電泳粒子上之符號及/或大小。該CCA通常是一包括離子的或其它極性基團(以下，稱為頭部基)的分子。較佳地，使該等正或負離子性頭部基中之至少一者附著至一在下面稱為尾部基之非極性鏈(通常是一烴鏈)。一般認為該CCA在內相中形成逆微胞(reverse micelle)，以及就是小總數之帶電逆微胞在通常用做電泳流體之完全非極性流體中導致導電性。
可用於本發明之介質中的非限定種類之電荷控制劑包括有機硫酸鹽或磺酸鹽(organic sulfates or sulfonates)、金屬皂(metal soap)、嵌段或梳狀共聚物(block or comb copolymers)、有機醯胺(organic amides)、有機兩性離子(organic zwitterions)、以及有機磷酸鹽及膦酸鹽(organic phosphates and phosphonates)。有用的有機硫酸鹽或磺酸鹽包括但不侷限於雙(2-乙基己基)磺酸基琥珀酸鈉(sodium bis(2-ethylhexyl)sulfosuccinate)、十二烷基苯磺酸鈣(calcium dodecylbenzenesulfonate)、石油磺酸鈣(calcium petroleum sulfonate)、中性或鹼性二壬基萘磺酸鋇(neutral or basic barium dinonylnaphthalene sulfonate)、中性或鹼性二壬基萘磺酸鈣(neutral or basic calcium dinonylnaphthalene sulfonate)、十二烷基苯磺酸鈉鹽(dodecylbenzenesulfonic acid sodium salt)、及月桂基硫酸銨(ammonium lauryl sulfate)。有用的金屬皂包括但不侷限於鹼性或中性石油磺酸鋇(basic or neutral barium petronate)、石油磺酸鈣(calcium petronate)、羧酸(例如，環烷酸(naphthenic acid)、辛酸(octanoic acid)、油酸(oleic acid)、棕櫚酸(palmitic acid)、硬脂酸(stearic acid)、肉豆蔻酸(myristic acid))之鈷、鈣、銅、錳、鎂、鎳、鋅、鋁及鐵的鹽、及其類似物。有用的嵌段或梳狀共聚物包括但不侷限於(A)用對甲苯磺酸甲酯(methyl p-toluenesulfonate)來四級化之2-(N,N-二甲基胺基)甲基丙烯酸乙酯(2-(N,N-dimethylamino)ethyl methacrylate)的聚合物、與(B)聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)(poly(2-ethylhexyl methacrylate))之AB二嵌段共聚物，以及以具有約1800之分子量的聚(12-羥基硬脂酸)(poly(12-hydroxystearic acid))之油溶性尾部基懸在聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)(poly(methyl methacrylate-methacrylic acid))之油溶性錨定基團上的梳狀接枝共聚物。有用的有機醯胺/胺包括但不侷限於像OLOA 371或1200(可取自Chevron Oronite Company LLC,Houston,Tex.)或Solsperse 17000(可取自Lubrizol,Wickliffe，OH：Solsperse為註冊商標)的聚異丁烯丁二醯亞胺以及N-乙烯吡咯啶酮聚合物(N-vinylpyrrolidone polymers)。有用的有機兩性離子包括但不侷限於卵磷脂(lecithin)。有用的有機磷酸鹽及膦酸鹽包括但不侷限於具有飽和及不飽和酸取代基(saturated and unsaturated acid substituents)之磷酸鹽化的單甘油酯及二甘油酯(phosphated mono-and di-glycerides)的鈉鹽。CCA之有用的尾部基包括像在200-10,000範圍內之分子量的聚異丁烯(poly(isobutylene))之烯烴聚合物。該等頭部基可以是磺酸、磷酸或羧酸(sulfonic,phosphoric or carboxylic acids)或醯胺(amides)，或者像一級、二級、三級或四級銨基(primary,secondary,tertiary or quaternary ammonium groups)之胺基(amino groups)。
如下面所更詳述描述，用於本發明之介質中的電荷佐劑可以使電泳粒子表面上的電荷偏置。這樣的電荷佐劑可以是布忍斯特或路易士酸或鹼(Bronsted or Lewis acids or bases)。
可以添加粒子分散穩定劑，以防止粒子凝聚或附著至膠囊或其他壁或表面。對於用做電泳顯示器中之流體的典型高電阻率液體，可以使用非水性界面活性劑。這些包括但不侷限於乙二醇醚(glycol ethers)、炔屬乙二醇(acetylenic glycols)、烷醇醯胺(alkanolamides)、山梨醇衍生物(sorbitol derivatives)、烷基胺(alkyl amines)、四級胺(quaternary amines)、咪唑啉(imidazolines)、二烷基氧化物(dialkyl oxides)及磺基丁二酸酯(sulfosuccinates)。
如美國專利第7,170,670號所述，可藉由在該流體中包含一具有超過約20,000之數目平均分子量的聚合物，改善電泳介質之雙穩態性，此聚合物實質上不吸附在電泳粒子上；為此目的，聚異丁烯(poly(isobutylene))為一較佳聚合物。
並且，如例如美國專利第6,693,620號所述，一在它的表面上具有固定電荷之粒子在一周圍流體中建立一具有相反電荷之電雙層(electrical double layer)。該CCA之離子性頭部基可與在電泳粒子表面上之帶電基團成離子對，以形成一層固定或部分固定帶電物種。在此層外面為一包括帶電(逆)微胞之擴散層，該等帶電(逆)微胞包含在流體中之CCA分子。在傳統DC電泳中，所施加的電場在固定的表面電荷上施加一力及在移動的相對電荷上施加一相反力，以致於在擴散層內發生滑動，並且粒子相對於流體移動。在滑動面上的電位稱為ζ電位(zeta potential)。
在本發明的光調變器中，透明狀態是由電泳粒子的場相關聚集(field dependent aggregation)引起的；這種場相關聚集的形式可以為電泳粒子向液滴側壁(參照圖8A及8B)的介電泳運動，或「鏈式」，即液滴內形成電泳粒子的串，或可能以其他方式。不管達成的聚集確切類型是如何，當沿著垂直於觀看者通過其觀看電泳介質的觀看表面的方向上觀看時，電泳粒子的這種場相關聚集都將導致粒子僅佔據每個液滴的可視區域的一小部分。在透光或打開狀態下，每個液滴的可視區域的大部分沒有電泳粒子，並且光可以自由地通過。對比之下，在非透光或關閉狀態下，電泳粒子遍佈在每個液滴的整個可視區域中(粒子可以均勻地分佈在懸浮流體的整個體積中，或集中在鄰近於電泳層之一主表面的層中)，使得沒有光可以穿過。
從傳統理論可顯示，藉著將高頻場(通常至少10赫茲(Hz))施加到電泳介質，並藉由使用不規則形狀的液滴、高導電的電泳粒子、低導電率和低介電常數的懸浮流體，促進了電泳粒子的場相關凝聚/聚集，並因此形成開啟狀態。相反，藉著將低頻場(通常小於10赫茲(Hz))施加到電泳介質，並藉著使用高電荷的電泳粒子、較高的電導率和較高介電常數的懸浮流體、帶電的液滴壁，促進了電泳粒子進入懸浮流體中的分散或它們在電泳層的一個主表面附近的聚集，並因此形成關閉狀態。
換句話說，為了減少介電泳顯示器(即，從介電泳遷移中回復)或絞合顯示器(stranding display) (即，粒子如在電流變流體中一樣聚集的顯示器)的關閉時間，有利的是改變工作電壓和波形兩者，使用高頻高電壓波形來打開調變器，並使用低頻低電壓波形來關閉它。這些波形的變化可以與圖案化的電極或各種導電粒子材料(例如摻雜的、含金屬的或半導體的材料)耦合，如美國專利第7,327,511號中所述，以優化兩個方向上的響應。
本發明的光調變膜可以使用多種方法形成，包括壓印、微影技術或削磨。在一個實施例中，整個疊層，例如，包括一個以上的基板，可以用邊緣密封元件來密封。邊緣密封元件可以包括下述任何密封組成物。邊緣密封元件在光調變層及基板周圍可以是連續的，或者邊緣密封元件可以僅覆蓋疊層的一部分，例如，僅覆蓋光調變層的外邊緣。在一些實施例中，邊緣密封元件可以包含額外的保護層，例如，不透水的層，例如，透明聚乙烯。保護層可以提供濕氣或氣體阻隔體特性。保護層及/或邊緣密封元件的邊緣可用提供濕氣或氣體阻隔體特性之可熱固化或紫外線固化或熱活化邊緣密封材料來密封。在一實施例中，邊緣密封元件被兩個保護基板夾在中間。在一些實施例中，邊緣密封元件實際上將圍住整個疊層，從而形成一個密封組件。雖然未顯示，但是理解到，一個以上的電氣連接可能必須穿過邊緣密封元件，以提供與第一電極及第二電極的電氣連接。這樣的連接可以由可撓性帶狀連接器提供。
圖6A及6B例示用壓印工具(611)來說明壓印製程(#工序)，其中在壓印工具的表面上具有三維微結構(被圈起來)。如圖6A及6B所示，將壓印工具(611)施加到至少20μm厚，例如至少40μm厚，例如至少50μm厚，例如至少60μm厚，例如至少80μm厚，例如至少100μm厚，例如至少150μm，例如至少200μm厚，例如至少250μm厚的壓印組成物(612)。在使壓印組成物固化(例如，藉由輻射)之後，或使可熱壓印材料在熱及壓力下壓印之後，已壓印的材料從壓印工具中鬆脫出來(參見圖6B)，因而在後面留下所需尺寸的井(長形腔室)，例如，其中井的高度等於或小於光調變膜(壓印組成物)的厚度，並且其中井的深度在5μm至150μm之間，而腔室的開口寬度在50μm至5mm之間。
使用傳統的壓印工具，由於已固化或已熱壓印的材料與壓印工具的表面之間非所要的強黏著力，所以已固化或已熱壓印的材料有時無法從工具中完整鬆脫。在這種情況下，可能有一些已固化的或已壓印的材料轉移至或黏附在壓印工具的表面上，因而在由此製程所形成的物件上留下不平坦的表面。
當已固化的壓印組成物或已熱壓印的材料不能很好地黏附至某些支撐層時，上述問題特別令人關注。例如，如果支撐層係聚合物層，則在聚合物層與已固化的或已熱壓印的壓印組成物之間的黏著力在它們中之一者是親水而另一者是疏水的情況下是很弱的。因此，較佳的是，壓印組成物與支撐層皆是疏水的或兩者皆是親水的。
用於形成壓印層或支撐層之合適的親水組成物可以包含極性寡聚物或聚合物材料。如美國專利第7,880,958號所述，這樣的極性寡聚物或聚合物材料可以選自於由具有下列中之至少一者的寡聚物或聚合物所組成之群組：例如硝基(-NO 2)、羥基(-OH)、羧基(-COO)、烷氧基(-OR，其中R是烷基)、鹵基(例如，氟基、氯基、溴基或碘基)、氰基(-CN)、磺酸鹽基(sulfonate)(-SO 3)等。極性聚合物材料的玻璃轉移溫度較佳地低於約100℃，更佳地，低於約60℃。合適的極性寡聚物或聚合物材料的具體範例可以包括但不限於聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚(甲基丙烯酸2-羥乙酯)、多羥基官能化的聚酯丙烯酸酯(例如，BDE 1025，Bomar Specialties Co，Winsted，CT)或烷氧基化的丙烯酸酯，例如，乙氧基化的壬基苯酚丙烯酸酯(例如，SR504，Sartomer公司)、乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，SR9035，Sartomer 公司)或乙氧基化的新戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，來自Sartomer公司)。
壓印工具(611)可以直接用於壓印組成物(612)。更典型地，壓印工具(611)安裝在光面滾筒(plain drum)上，以允許壓印套筒在壓印組成物(612)上旋轉。壓印滾筒或套筒通常由導電材料形成，例如，金屬(例如，鋁、銅、鋅、鎳、鉻、鐵、鈦、鈷等)、由上述金屬中之任一者所衍生的合金或不銹鋼。可以使用不同的材料來形成滾筒或套筒。例如，滾筒或套筒的中心可以由不銹鋼形成，而鎳層被夾在不銹鋼與最外層之間，所述最外層可以是銅層。
在組成物中用於形成光調變層的成份的範例可包含但不限於熱可塑性或熱可固性材料或其之前驅物，諸如多官能基乙烯類，其包含但不限於丙烯酸酯、丙烯酸甲酯、烯丙基、苯乙烯、乙烯基醚、多官能基環氧化物和其之低聚物或聚合物等。多官能基丙烯酸酯和其之低聚物是時常被使用。多官能基環氧化物和多官能基丙烯酸酯之組合亦是可用以達到期望的光調變層之物理-機械性能。賦予可撓性之低Tg(玻璃轉化溫度)的接著劑或可交聯的低聚物，諸如胺基甲酸酯丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯，亦可被加入以改善壓印隱私層的曲折抗性。
用於光調變層的組合物的其他例子可以包含極性寡聚物或聚合物材料。這樣的極性寡聚物或聚合物材料可以選自於由具有下列中之至少一者的寡聚物或聚合物所組成之群組：例如硝基(-NO 2)、羥基(-OH)、羧基(-COO)、烷氧基(-OR，其中R是烷基)、鹵基(例如，氟基、氯基、溴基或碘基)、氰基(-CN)、磺酸鹽基(sulfonate)(-SO 3)等。極性聚合物材料的玻璃轉移溫度較佳地低於約100℃，更佳地，低於約60℃。合適的極性寡聚物或聚合物材料的具體實例可以包括但不限於多羥基官能化的聚酯丙烯酸酯(例如，BDE 1025，Bomar Specialties Co，Winsted，CT)或烷氧基化的丙烯酸酯，例如，乙氧基化的壬基苯酚丙烯酸酯(例如，SR504，Sartomer公司)、乙氧基化的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，SR9035，Sartomer公司)或乙氧基化的新戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，來自Sartomer公司)。
或者，光調變層組成物可包含(a)至少一雙官能性的UV可固化成分、(b)至少一光起始劑及(c)至少一脫膜劑。合適的雙官能性成分可具有高於大約200的分子量。較佳的是使用雙官能性的丙烯酸酯，特別佳的是使用具有胺甲酸乙酯或乙氧基化的主鏈的雙官能性的丙烯酸酯。更具體的，合適的雙官能性成分可包含(但不限於)：二甘醇二丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的SR230)、三甘醇二丙烯酸酯(例如來自Sartomer的SR272)、四甘醇二丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的SR268)、聚乙二醇二丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的SR295、SR344或SR610)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的SR603、SR644、SR252或SR740)、乙氧基化雙酚A二丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的CD9038、SR349、SR601或SR602)、乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的CD540、CD542、SR101、SR150、SR348、SR480或SR541)和氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯(例如來自Sartomer公司的CN959、CN961、CN964、CN965、CN980或CN981；來自Cytec的Ebecryl 230、Ebecryl 270、Ebecryl 8402、Ebecryl 8804、Ebecryl 8807或Ebecryl 8808)。合適的光起始劑可包含但不限於：雙醯基-膦氧化物、2-芐基-2-(二甲胺基)-1-[4-(4-嗎啉基)苯基]-1-丁酮、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基膦氧化物、2-異丙基-9H-硫雜蒽基-9-酮、4-苯甲醯基-4'-二甲基二苯硫醚和1-羥基-環己基-苯基-酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、1-[4-(2-羥基乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮或2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-嗎啉-1-酮。合適的脫膜劑可包含但不限)有機改質的矽氧烷共聚物，諸如矽氧烷丙烯酸酯(例如來自Cytec的Ebercryl 1360或Ebercyl 350)、矽氧烷聚醚(例如，來自Momentive的Silwet 7200、Silwet 7210、Silwet 7220、Silwet 7230、Silwet 7500、Silwet 7600或Silwet 7607)。選擇性地，組合物可進一步選包含以下一種以上的成分：共起始劑、單官能性的UV可固化成分、多官能性的UV可固化成分或穩定劑。
應當理解，可切換光調變器可以以其他方式形成。在圖7所示的實施例中，空腔900單獨製造，然後定位在透明電極之間，例如，如圖7所示。例如，微胞結構可以通過壓印基板920來製造，如上所述。一旦形成，微胞將填入顏料粒子、流體和聚合物接著劑。然後被填充的微胞由頂部基板930或由一合適的密封層密封，該合適的密封層然後被第一基板930覆蓋，並且夾在中間的空腔900設置在透明電極940/950之間，如圖7所示。在一些情況下例如，頂部基板930和頂部電極950被整合到單一膜中，例如商業用的PET-ITO，例如可取自法國聖戈班集團(Saint Gobain (Courbevoie, France))。以電泳材料填充微胞和黏緊電極的其他方法可用於建構本發明的可變透射結構。例如可以將第一透明電極黏附到微胞的底部，並且可以將導電透明密封材料鋪展在填充的微胞上以形成第二透明電極。在替代的構造中，可以形成開放的蜂窩狀壁體結構，並且可以密封壁體的頂部和底部以形成填充有電光介質的腔室。
可以在用電泳流體填充空腔之後在上面覆蓋密封組成物。接著，藉由例如用紫外線輻射或者藉由熱或濕氣硬化密封組成物來密封被填充的空腔。在一些實施例中，將密封的長形空腔積層至第二透明導電膜，該第二透明導電膜可以預先塗有光學膠層，光學膠層可以是壓敏黏著劑、熱熔黏著劑及熱、濕氣或輻射固化型黏著劑。(用於光學膠的較佳材料包括丙烯酸、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯丁醛、醋酸丁酸纖維素、聚乙烯吡咯啶酮、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、環氧化物、多官能丙烯酸酯、乙烯基化合物、乙烯醚及其寡聚物、聚合物及共聚物。)。可以例如用刀緣或用雷射切割機切割完成的可切換光調變膜片。可以使用另外的光學膠將切割的片材積層到基板例如鏡片上，並且可以在完成的可切換光調變膜上執行離型片，以致於當膜要用於併入例如顯示器、窗戶或其它裝置/基板中時，膜可以以區段片材或卷的方式來運輸並切割成一定尺寸。
電泳粒子在開啟和關閉狀態之間的運動如圖8A和8B所示。如上所述，空腔901可由撓性聚合物構成，例如多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、多官能乙烯基醚、多官能環氧化物、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETE)或其他高密度聚乙烯、聚丙烯或改質聚氯乙烯(PVC)。可以使用壓印、微影技術、接觸印刷、真空成形或者其他合適的方法來製造空腔901。在這種構造中，空腔901夾在由透明材料製成的前電極和後電極之間。帶電顏料粒子可以在電泳粒子903遍佈於空腔的關閉狀態(圖8A)以及在電泳粒子903聚集以增加讓光穿過微胞的自由路徑的開啟狀態(圖8B)之間被電場驅動。粒子可以聚集成團塊或鏈，粒子被驅趕到空腔的壁，使得電泳粒子903不會阻擋入射光，或者粒子可以聚集到捕獲區域中，例如，在微胞的底部(圖8A和8B中未顯示)。雖然空腔901在圖8A和8B中顯示為正方形，但是應當理解，腔901可以形成為其他形狀，例如六邊形、圓錐、半球、正方形或其他多面體。如圖8A和8B所示，空腔901可形成有不同的深度，因此對於具有較短深度(1042)的空腔，關閉(圖8A)和開啟(圖8B)狀態之間衰減的總變化將不太明顯，因此在關閉狀態下看到較少量的顏料。
10:左手側(LHS)光調變膜 20:右手側(RHS)薄膜 32:電光層 41,42,43,72,73,900,901:空腔 50:電光流體 60:固態聚合物 65:壁狀特徵體 74:外圍 82:底部基板 86:頂部特徵體 92:頂部基板 101:AR眼鏡 102:光調變膜 110:左鏡片 115:鏡架 118:近眼投影器 120:右鏡片 122:訊息 210:左側部分 218:短程投影器 220:右側部分 611:壓印工具 612:壓印組成物 700:實施例 710:中心區域 903:電泳粒子 920:基板 930:頂部基板 940,950:透明電極 1042,1043:垂直尺寸 1050,1051,1052,1053:區域 d:垂直距離 d 1,d 2,d 3:深度 w,w 1,w 2:開口寬度
圖1A和1B顯示出示範性的擴增實境眼鏡的前(外側)視圖和後(內側)視圖，包括直接在觀看鏡片的內平面上顯示資訊的短焦/近眼投影器。 圖2A和2B顯示出示範性的交通工具擋風玻璃(在本例中為客機)的外側視圖和內側視圖，包括直接在擋風玻璃的內平面上顯示資訊的短焦投影器。 圖3顯示出擴增實境眼鏡實施例101，其具有鏡片形狀的左光調變膜10和右調變膜20用於擴增實境眼鏡。 圖4A顯示出穿過可切換光調變器實施例的第一實施例的圓形切口或截面放大圖。 圖4B顯示出沿圖4A中線段AA而截取的橫截面，並詳細圖解具有不同深度和因此具有不同體積的腔室。 圖5A和5B顯示穿過可切換光調變器實施例的第二實施例的圓形切口或截面的放大圖，其中腔室的開口寬度改變以提供不同體積的電光介質； 圖6A和6B例示用於產生可切換光調變器的壓印工序。在一些實施例中，壓印結構是熱固化或光固化的。 圖7例示一種組裝具有頂部和底部透明電極的可切換光調變器的方法。 圖8A和8B例示處於暗態(8A)和亮態(8B)的個別光調變腔體。 附圖僅以範例的方式而非以限制的方式描繪了根據本概念的一個或多個實施例。
10:左手側(LHS)光調變膜
20:右手側(RHS)薄膜
50:電光流體
60:固態聚合物
101:AR眼鏡
1050,1051,1052,1053:區域

Claims (13)

  1. 一種可切換光調變器，包括： 一第一透光基板； 一第二透光基板，包括多個特徵體，該等特徵體實質平行於該第一透光基板，並且該等特徵體中的至少一些特徵體在該等特徵體與該第一透光基板之間具有不同的垂直距離； 複數個壁體，設置在該第一透光基板與該第二透光基板之間，因而形成複數個腔室； 具有各種濃度的電泳粒子之複數個電光介質，配置在該複數個腔室內，使得一些腔室與其他腔室相比具有不同的光密度； 一第一電極，耦接至該第一透光基板；以及 一第二電極，耦接至該第二透光基板； 其中在該第一與該第二電極之間施加驅動電壓導致該等電光介質在一第一吸光狀態與一第二透光狀態之間切換，其中至少該第二透光基板的一部分接觸該第一透光基板。
  2. 如請求項1之可切換光調變器，其中該等電光介質包括分散在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子，並且該等電光介質藉由在分散的粒子狀態和聚集的粒子狀態之間轉移而在第一光吸收狀態和第二光透射狀態之間切換。
  3. 如請求項2之可切換光調變器，其中該等電光介質是雙穩態的。
  4. 如請求項1之可切換光調變器，其中該第一透光基板或該第二透光基板包含聚合物，包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚或多官能環氧化物。
  5. 如請求項1之可切換光調變器，其中該第二透光基板的該等特徵體中的至少一些特徵體與該第一透光基板的之間的垂直距離至少為60微米以上。
  6. 如請求項5之可切換光調變器，其中該第二透光基板的該等特徵體中的至少一些特徵體與該第一透光基板的之間的垂直距離小於60微米。
  7. 一種擋風玻璃、窗戶、眼鏡、護目鏡或遮陽板，包含如請求項1之可切換光調變器。
  8. 一種資訊顯示系統，包含一透明基板、如請求項1之可切換光調變器、以及構造成將資訊投影到該可切換光調變器上的一投影器。
  9. 如請求項8之資訊顯示系統，其中該投影器是一近眼投影器。
  10. 一種形成可切換光調變器的方法，包括： 提供一壓印層，其包括具有底板及壁體的井，該等井的深度在5μm至150μm之間且開口寬度在50μm至5mm之間； 以包括在一非極性溶劑中的帶電顏料粒子的電光介質填充該等井； 以頂部基板或密封層密封該等井；及 在第一與第二透明電極之間配置已填充且已密封的該壓印層， 其中在該第一與該第二透明電極之間施加驅動電壓導致該等電光介質在一第一吸光狀態與一第二透光狀態之間切換。
  11. 如請求項10之方法，其中該壓印層是藉由在一壓印組成物上滾動一壓印滾筒或套筒而形成。
  12. 如請求項11之方法，還包括以壓印滾筒或套筒在該壓印組成物上滾動之後固化該壓印組成物。
  13. 如請求項11之方法，其中該壓印組成物包括聚合物，該等聚合物包含丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯醚或多官能環氧化物。
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