CN103827726A - 电子可切换式保密膜和具有电子可切换式保密膜的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种适合在显示装置中使用的电子可切换式保密膜。所述电子可切换式保密膜包括：一对相互对置的透明电极；设置在所述透明电极之间的光学透明的微结构化层，所述微结构化层包括横跨其表面延伸的多个微结构化肋，以使得所述微结构化肋形成一系列交替的肋和通道；和设置在所述通道中的电子可切换的材料，所述电子可切换的材料能够在施加横跨所述透明电极的电场时在高吸收状态与低吸收状态之间进行调制。

Description

电子可切换式保密膜和具有电子可切换式保密膜的显示装置

技术领域

本发明涉及光学膜、尤其是可与电子显示装置一起使用的保密膜。

背景技术

在电子显示装置的领域中已知多种保密膜。观察者可将保密膜施加到电子显示装置的观测表面，以使得图像可被选择性地看到。通常，当观察者相对于所述保密膜的表面法线位于小视角范围内时，可透过所述膜看到所显示的图像。随着观察者的位置改变以使得视角相对于法线增加，则透射过保密膜的光的量减少，直到达到最大视角且无法再观看到所显示的图像时。

发明内容

本发明公开一种电子可切换式保密膜。在用户想要限制观看正由电子显示装置显示的信息时，可在保密模式下使用所述膜。当用户想要共享正在显示的信息时，可将电子可切换式保密膜切换到公共模式以便进行共享。观察者可在各模式之间来回切换，而无需从显示装置的观测表面物理地移除所述膜。

可用不同方式使用所述电子可切换式保密膜。例如，可将所述膜施加到显示装置的观测表面，并通过USB适配器使用内置的变压器电路来为所述膜供电。所述电子可切换式保密膜还可以在显示装置的制造期间被结合到所述装置中，例如在所述装置的显示面板和外部观测表面（例如，触摸屏）之间。在内置于显示装置中时，用于保密膜的电力可来自电池或电源插座。这种显示装置将内置有公共模式和保密模式，且消费者将无需购买和安装单独的保密膜。

所述电子可切换式保密膜包括一对相互对置的透明电极、和设置在所述透明电极之间的光学透明的微结构化层，所述微结构化层包括横跨其表面延伸的多个微结构化肋，以使得所述微结构化肋形成一系列交替的肋和通道。所述膜包括设置在所述微结构化层的通道中的电子可切换的材料。所述电子可切换的材料能够在施加跨越所述透明电极施加的电场时在高吸收状态与低吸收状态之间进行调制。所述电子可切换式保密膜优选地包括某些透射特性。在不施加电场时，所述膜处于保密模式下，使得在30°的视角处其透光率小于约10%。在施加电场时，所述膜处于共享模式下，使得其透光率增加，且对于约30°到约45°的视角而言，保密模式和共享模式之间的透射率差至少为5%。在0°到约15°的视角处，所述膜在共享模式和保密模式下的透光率为至少约25%。在以下“具体实施方式”中将描述本发明的这些方面和其他方面。在任何情况下都不应将以上发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制。

附图说明

考虑到结合以下附图的以下具体实施方式，可以更加全面地理解本发明。所述附图未必按比例绘制。

图1A和图1B分别示出了示例性光学膜的示意性剖视图和透视图，所述光学膜可制成电子可切换式保密膜。

图2示出了示例性电子可切换式保密膜的示意性剖视图，示出了所述膜在保密模式和共享模式之间的电子式可切换性。

图3和图4示出了示例性光学膜的示意性剖视图，所述光学膜可制成电子可切换式保密膜。示出了所述膜的选定几何参数。

图5示出了示例性电子可切换式保密膜的示意性剖视图。

图6示出了对于实例1的电子可切换式保密膜而言随视角连续变化的归一化透射率。

图7示出了与标准视力检查表一起使用的示例性电子可切换式保密膜的图像。

图8示出了与示例性电子显示装置一起使用的示例性电子可切换式保密膜的示意性表示。

图9为包括电子可切换式保密膜的电子显示装置的剖视图。

具体实施方式

已知多种保密膜，且通常将其作为二级市场物品来购买以与电子显示装置一起使用，尤其是在人们不希望别人看到屏幕的内容时。用户将保密膜物理地施加到其显示装置的观测表面上，且在观测表面上显示的信息可仅在一定的角度范围内被观看到，所述角度范围在本文中称为“视角”。通常，所述视角是以垂直于保密膜的轴为中心的一些角度范围，例如0°+/-30°。许多类型的保密膜的特征可为具有单一保密模式的“静态”保密膜。如果观测表面覆盖有静态保密膜，且用户想要让别人看到屏幕的内容，则需要从表面物理地移除所述保密膜、并将所述保密膜存储在不会对其造成损坏的位置中。

一种类型的静态保密膜包括设置在聚合物基板上的透明百叶窗膜，其中将吸光材料设置在所述百叶窗之间所形成的通道中，使得形成交替的透明区域和吸光区域。所述透明区域和吸光区域相对地定位以提供受限制的视角。在US6,398,370B1（Chiu等人）中描述了这种类型的示例性保密膜。

本文中公开的电子可切换式保密膜不同于常规的保密膜（例如，静态保密膜），因为用户可在共享模式和保密模式之间切换而不必从其显示装置的观测表面移除所述膜。可通过电连接到所述膜的由外部硬件或软件控制的切换器来实施切换。在一些实施例中，在存在电场时，电子可切换式保密膜处在共享模式下，且在不存在电场时，所述膜处在保密模式下。因此，用户可通过改变电场的强度来在两种模式之间来回切换。

图1A示出了示例性光学膜的示意性剖视图，所述光学膜可制成电子可切换式保密膜。光学膜10包括透明电极11和设置在所述电极上的光学透明的微结构化层12。所述光学透明的微结构化层包括横跨所述层的表面13延伸的多个微结构化肋14。图1B示出了光学膜10的实施例，其中微结构化肋14横跨所述光学透明的微结构化层的主表面13延伸，使得形成一系列交替的肋14和通道15。

图2示出了示例性电子可切换式保密膜的示意性剖视图，示出了所述膜在保密模式和共享模式之间的电子式可切换性。电子可切换式保密膜20包括一对相互对置的透明电极21和22，以及设置在所述电极之间的光学透明的微结构化层23。所述光学透明的微结构化层包括横跨所述层的表面延伸的多个微结构化肋24，例如如图1B所示，使得形成一系列交替的肋24和包含电子可切换的材料25的通道。所述电子可切换的材料能够在施加跨越透明电极21和22的电场时在高吸收状态与低吸收状态之间进行调制。对于图2中示出的实施例而言，电子可切换的材料25被示意性地示出为棒状分子，例如液晶，所述电子可切换的材料在不存在电场时可任意地取向25a，且在存在电场时大致地取向25b。

已描述影响保密膜性能的几何参数，例如见US2010/0271721（Gaides等人）；所述专利申请以引用的方式并入本文。因此，仅以保密膜性能为背景提供对这些参数的简要解释。在图3中示出本文所述的几何参数。图3示出了示例性保密膜30的示意性剖视图，所述保密膜包括设置在对置的透明电极31和32之间的光学透明的微结构化层33。所述光学透明的微结构化层包括横跨所述层的表面延伸的多个微结构化肋34，例如如针对图1B中的光学膜10所示。通道35形成于相邻肋之间，且包含电子可切换的材料（未示出）。每个肋/通道的高度为H，每个肋的宽度为W，且间距P指示通道的间距。通道的宽度Y为P-W。光学透明的微结构化层33还包括高度为L的基体36，使得层33的厚度为H+L。肋的间距和形状确定视角θV。层33的肋纵横比被定义为H/W，且通道纵横比为H/Y。

光学透明的微结构化层的参数H、W、P、Y和L可具有任何适合的值，只要所述电子可切换式保密膜可根据需要起作用即可。通常，肋的尺寸被选择为使得由膜来提供所需的视角。同时，期望的是所述参数被选择以使得足够数量的光可通过所述膜并朝向观察者。较小的通道宽度和较大的间距可导致轴向透射率增加，而较深的通道导致离轴光学散射或吸收增加。

在一些实施例中，每个肋的高度为约10μm、15μm、20μm或25μm到约150μm，且宽度W为约25μm到约50μm。在一些实施例中，肋纵横比H/W大于约1.5，例如大于约2.0，或大于约3.0。例如，每个肋的高度H可为约25μm到约150μm，且宽度W为约25μm到约50μm，使得肋纵横比H/W大于约1.5。

在一些实施例中，每个通道的高度H为约25μm到约150μm，且宽度Y为约1μm到约50μm。在一些实施例中，通道纵横比H/Y大于3、4或5。在一些实施例中，通道纵横比可为至少6、7、8、9或10。通道纵横比通常不大于50。当通道纵横比充分大且通道包含吸光材料（例如二向色染料）时，在不施加电场且所述保密膜在（例如，静态）保密模式下时，所述膜在30°的视角处表现出低透射率（例如，小于约10%）。在保密模式下，透射率通常随着角度从30度增加到60度而不断减小。因此，当保密膜在30°的视角处表现出低透射率（例如，小于约10%）时，所述膜在大于30°的视角处也表现出低透射率，且通常是更低的透射率。

基体的高度（L）通常被最小化，但前提条件是基体的厚度足以支承大量的肋，且足够薄以使得其不会干扰保密膜的光学切换和电切换性能。

所述微结构化肋可具有大致彼此平行的侧面或壁，或者所述侧面或壁可成角度。图4示出了示例性保密膜40的示意性剖视图，所述保密膜包括设置在对置的透明电极41和42之间的光学透明的微结构化层43。所述光学透明的微结构化层包括多个微结构化肋44，和设置在所述肋之间且包含电子可切换的材料（未示出）的通道45。每个微结构化肋具有带角度的壁46a和46b，且每个壁的壁角度为θ_W。所述壁角度可用于使视角发生变化，例如，如US2010/0271721（Gaides等人）中所述。在一些实施例中，壁角度小于约6°。

所述光学透明的微结构化层通常为在一定范围的角度和波长上具有所需的透光率的光学透明的层。所述光学透明的微结构化层在至少一部分可见光谱上（约400nm到约700nm）可具有从约80%到约100%的透光率。在一些实施例中，所述光学透明的微结构化层的雾度值为约0.1%到小于约5%。在一些实施例中，所述光学透明的微结构化层表现出从约80%到约100%的透光率和从约0.1%到小于约5%的雾度值。

在一些实施例中，所述光学透明的微结构化层的折射率为约1.48到约1.75、或者从约1.48到约1.51。在一些实施例中，在存在电场时，所述光学透明的微结构化层的折射率与电子可切换的材料的折射率密切匹配。例如，在一些实施例中，在所述膜处于共享模式下时，所述光学透明的微结构化层与所述电子可切换的材料之间的折射率差小于约0.05。在一些实施例中，在所述膜处于保密模式下时，所述光学透明的微结构化层与所述电子可切换的材料之间的折射率差大于约0.05。

所述光学透明的微结构化层可包含任何材料，只要能获得所述光学透明的层的所需特性即可。通常，所述光学透明的微结构化层大体由包含单体的可聚合组合物形成，所述单体是使用光化辐射（如，可见光、紫外线辐射、电子束辐射、热、以及它们的组合）或者多种常规阴离子、阳离子、自由基、或其他聚合技术（可为化学引发或热引发的）中的任何一种进行固化的。

可用的可聚合组合物包含本领域中已知的可固化基团，例如环氧基团、烯键式不饱和基团、烯丙氧基基团、(甲基)丙烯酸酯基团、(甲基)丙烯酰胺基团、氰酯基团、乙烯醚基团、这些基团的组合和类似基团。用于制备光学透明的微结构化层的单体可包含可聚合的低聚物或聚合物，例如氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、环氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯，如US6,398,370B1（Chiu等人）、US2010/0201242（Liu等人）、US2010/0271721A1（Gaides等人）和US2007/0160811A1（Gaides等人）中所述。

图1A中示出的光学膜可使用如（例如）US4,766,023（Lu等人）中所述的涂布工艺来制作。在这种工艺中，用丙烯酸单体组合物涂布透明电极，例如，如US2007/0160811A1（Gaides等人）中所述。所述组合物通过高强度紫外线辐射而聚合，同时被压贴到装饰有微结构化图案的铜工具上。将呈微结构化层形式的固化组合物与所述工具分离。可通过使用涂布在所述铜工具的表面上的隔离剂来促成分离。还可以通过适合的通道设计来促成分离，例如，如US6,398,370B1（Chiu等人）中所述，其中通道壁相对于表面法线成几度的角度。

用于形成固化聚合物层的单体的特定组合可被选择为使得所述层的模量足够低以实现与工具分离，但具有足够的粘合强度以免在卷对卷处理期间破裂。如果固化聚合物层太软，则其将粘合失效，但如果所述固化聚合物层太易碎，则其将断裂或不能与工具分开。单体的组合可被选择为使得固化聚合物层充分地附着到透明电极，其中所述固化聚合物层形成在所述透明电极上。

通常，所述电子可切换的材料可包含任何能够在施加电场到所述透明电极之间时在高吸收状态与低吸收状态之间进行调制的电子可切换的材料。已知多种电子可切换的材料，例如液晶和电致变色系统。

所述电子可切换的材料可包含任何适合的液晶，例如手性液晶、向列型液晶或手性液晶和向列型液晶的组合。在多数情况下，期望的是在存在电场时液晶表现出大致一致的对准。示例性液晶可具有基于芳香族或脂环族基团的核心的化学结构，所述芳香族或脂环族基团可通过键合基团连接并以侧链和端基来封端。脂环族组分包括饱和环己烷，且芳香族组分包括苯基、联苯和三联苯单元的各种组合。侧链和端基的例子为烷基(C_nH_2n+1)、烷氧基(C_nH_2n+1O)和其他，例如氟烷氧基、酰氧基、烷基碳酸酯、烷氧基羰基、硝基和氰基基团。键合基团可包括单键(-C-C-)、双键(-CH=CH-)、三键(-C≡C-)或它们的任何组合，或者可含有酯基团(O-C=O)、偶氮(-N=N-)或席夫碱(-CH=N-)基团。可用的其他液晶包括杂环化合物、金属有机化合物、固醇、和脂肪酸的一些有机盐。

通常，就液晶（LC）而言，电子可切换的材料表现出介电各向异性和光学各向异性。液晶的介电行为与分子对电场的响应有关。介电常数是描述电场如何影响所述介质的物理量，且由介质响应所施加电场而极化的能力确定。所述介质起反应以使得材料内部的场被部分地抵消。介电各向异性（Δε）被定义为平行于长轴指向矢的LC分子的介电常数（ε）与垂直于LC指向矢的介电常数（ε┴）的差，或者Δε=ε-ε┴。因此，介电各向异性的值可为正的或负的。具有正的介电各向异性的LC分子将平行于电场的方向对准，而具有负的介电各向异性的LC分子将垂直于所施加电场对准。所述介电各向异性的量值（即，介电各向异性的绝对值）定义分子能够响应电场的敏感度，因此介电各向异性的量值越大，切换所需要的电压越低。

还存在某些也和液晶分子的不同取向相关的光学特性。由于液晶分子通常为棒状形状，因此这些分子的特征可为具有长轴和短轴。光的折射率沿着液晶分子的每个轴而不同，使得液晶被认为表现出光学各向异性。例如，随机取向的液晶分子具有有效折射率n_eff。所述有效折射率是液晶的正常折射率（n_o，平行于分子长轴的指向矢）和反常折射率（n_e，平行于分子短轴的指向矢）的特性统计均值，其中（n_eff=(n_o+n_e)/2）。在一些实施例中，液晶的折射率范围为约1.52（n_o）到约1.75（n_e）。因此，在一些实施例中，n_eff约为1.64。在并未将任何电场施加到液晶时，如在保密模式下，有效折射率开始起作用。当液晶的折射率大致不同于微结构化肋的折射率时，可在界面之间发生光学散射，从而增加雾度并降低光通过所述膜的透射率。在将电场施加到液晶（例如，共享模式）时，液晶分子的长轴平行于电场线对准，且正常折射率（n_o）开始生效。现在，微结构化肋的折射率与液晶的折射率密切地匹配，且光通过所述保密膜。在图2中描绘此操作原理。

在不施加电场时，所述膜处于保密模式下，使得在30°的视角处所述膜的透光率小于约10%。在施加电场时，所述膜处于共享模式下，使得其透光率增加，且对于约30°到约45°的视角而言，保密模式与共享模式之间的透射率差为至少5%。在0°到约15°的视角处，所述膜在共享模式和保密模式下的透光率为至少约25%。在保密模式下与在共享模式下相比，在30度的视角处，电子可切换式保密膜的雾度之间的差通常为至少-15%（即，减少15%）或-20%。在一些实施例中，在保密模式下与在共享模式下相比，在30度的视角处，电子可切换式保密膜的雾度之间的差为至少-30%或-35%。在30度处、在保密模式与共享模式之间的雾度差通常不大于-50%。

在使用液晶作为电子可切换的材料时，所述电子可切换的材料响应的电场可由透明电极之间的距离确定，所述距离可为约50μm到约150μm，且施加到所述电极的电压可为约220V或更小。为了提供必要的电场所必需的电压可由透明电极之间的距离和通道的尺寸确定。

所述电子可切换的材料可被选择为使得在施加电场时，所述电子可切换式保密膜在共享模式下，使得其透光率增加，且对于约30°到约45°的视角而言，保密模式与共享模式之间的透射率差为至少5%。对于一些实施例而言，所述差为至少6%、7%、8%、9%或10%。当在共享模式下时，对于介于从30度到45度之间的角度而言，所述透射率通常为至少10%到15%。在一些实施例中，对于从30度到45度的角度而言，保密膜在共享模式下的透射率不大于40%、或35%、或30%、或25%。

所述电子可切换的材料可包含任何在其中使用所述保密膜的显示装置的操作条件下保持稳定的适合材料。因此，适合的电子可切换的材料可在连续暴露到紫外线和可见光以及辐射热的情况下保持稳定。

相对于电子可切换的材料的总重量，可使用任何数量的液晶，只要可获得所需的材料特性即可。例如，所述电子可切换的材料所包含的液晶的数量相对于所述材料的总重量可为约90wt.%到约99wt.%。

在一些实施例中，所述电子可切换的材料包含二向色染料与液晶混合的“宾-主”混合物。在这些系统中，在电触发期间，液晶的长轴指向矢在电场线的方向上对准。在电触发期间，染料分子与液晶的指向矢一起旋转，从而放大了开状态和关状态之间的透射率改变的效果。

适合的二向色染料包含具有由于存在强的轴向偶极矩所致的大介电各向异性的二向色染料。例如，二向色染料的介电各向异性可至少为液晶的介电各向异性。适合用于所述电子可切换的材料中的二向色染料的其他所需特性包含以下特性：在连续暴露到紫外线和可见光时保持稳定、具有高的二向色比率、在液晶介质中的良好溶解度、以及具有高的消光系数。适合的二向色染料包括黑色染料，或者提供黑色染料的吸收特性的红色、黄色、绿色等染料的任何组合。可使用任何数量的二向色染料，只要电子可切换的材料可表现出所需特性即可，例如相对于电子可切换的材料的总重量从约0.1wt-%到约10wt-%。

液晶分子和染料分子之间的偶联强度称为有序参数（orderparameter）。液晶分子与染料分子之间的优选偶联由有序参数1表示，且通常所需有序参数尽可能地接近1，使得在共享模式下由染料分子对光的吸收是最小的。有序参数可为约0.6到1.0，或为约0.7到约0.9。电子可切换的材料的一个例子包括向列型液晶和二向色黑色染料的混合物，所述混合物以商品名“ZLI-4727”得自默克集团（Merck KGaA）公司（达姆施塔特,德国（Darmstadt,Germany））。

所述电子可切换的材料可包含手性掺杂物，所述手性掺杂物降低需要施加在透明电极之间以便在保密模式和共享模式之间切换的电压的阈值。所述手性掺杂物可包含手性添加剂和向列型液晶的混合物。可用的手性掺杂物包括具有大于约30、或者从约30到约80的介电各向异性的手性掺杂物。所述电子可切换的材料中使用的手性掺杂物的数量取决于材料的具体性质；通常，手性掺杂物的数量相对于电子可切换的材料的总重量可最多至约40wt.%。

手性液晶分子产生以下相位：其中分子垂直于指向矢扭转，且分子轴平行于指向矢。手性间距（p）是指液晶分子在其上经历完全360°扭转的距离。当温度发生改变时，或者当将其他分子（例如非手性材料）添加到液晶宿主时，所述间距改变，从而允许相应地调节所述间距。在可切换保密膜的一些实施例中，液晶组合物的间距长度可大于约800nm，例如从约800nm到约1500nm，这会增加在不存在电场时在所有视角下的吸收。

在一些实施例中，如在1KHz和20℃处所测量，电子可切换的材料的介电各向异性的量值大于约20、大于约25或大于约30。在一个实施例中，电子可切换的材料包含第一电子式可切换（例如，液晶）材料和第二电子式可切换（例如，手性掺杂物）材料的混合物，所述第一电子可切换的材料具有相对低的介电各向异性，所述第二电子可切换的材料具有高的介电各向异性，使得如先前所述，所述混合物的介电各向异性的量值大于约20、大于约25、或大于约30。如在1KHz和20℃处所测量，所述第一电子式可切换（例如，液晶）材料的介电各向异性小于15或10，且第二电子式可切换（例如，手性掺杂物液晶）材料的介电各向异性可为至少30、40、50或60。例如，在一些实施例中，在较低介电各向异性的二向色向列型液晶组分的基质（例如，“ZLI-4727”）中使用高介电各向异性材料（例如“MDA-04-927”（Merck KGaA））。然而，在施加电场时，所述ZLI-4727材料本身并不提供显著的光学切换。

所述电子可切换的材料还可以包含分散有聚合物的液晶（PDLC）组合物。PDLC构造增强所述可切换保密膜的耐用性和易于处理性。在PDLC构造中，将溶解于可聚合单体/交联剂/光引发剂组合物中的液晶材料的混合物装载到膜的通道中，并使用紫外线辐射来固化。在固化时聚合物的分子量的增加引起混合物分层，从而形成分散在聚合物基质中的液晶“液滴”。通常，选择折射率（n_p）类似于液晶的正常轴的折射率（n_o=n_p）的聚合物基质以便最小化在共享模式下的雾度。可基于单体功能性和用于固化的辐射强度来控制所述液晶液滴的尺寸。如果被正确地设计，则较小的液滴尺寸会导致随机取向液晶的许多多晶区域、较高的光学散射和较低的切换电压。然而，一些聚合物可对液滴内部的液晶施加强的“锚固”力，这会增加完全切换所需的阈值电压。在一些实施例中，在共享模式下，在PDLC材料中使用的聚合物的折射率为约1.52到约1.75，以匹配液晶的折射率。

可用于可切换保密膜的另一种电子可切换的材料是电致变色系统。电致变色系统包含在所施加电场下由于出现可逆的氧化还原反应而经历色彩改变的材料，其中所述可逆的氧化还原反应涉及存在于所述透明电极之间的层中的发色团。这些材料可在澄清或相对低吸收状态与高着色高吸收状态之间切换。通常在电致变色系统中使用的材料包含表面结合紫罗碱染料、吩噻嗪类、二芳基乙烯和导电聚合物（例如聚噻吩）。通常，施加外部电场会产生色彩改变，所述色彩改变会持续到移除电场时为止，此时系统回复到零电场状态。许多电致变色材料在不存在电场时是无色的，且在施加电场时切换到高着色状态，但还已知展示相反行为的一些系统。还已知光/电致变色系统，其中在暴露到紫外线辐射下时材料可在澄清状态和高着色状态之间切换，然后通过施加电场而切换回到澄清状态。在US6,301,038、US6,870,657、US2010/0315693和Y.Ding等人的J.Mater.Chem.（2011年，21，11873）中描述示例性电致变色系统。

实现本文公开的保密膜的切换的电子刺激源于一对对置的透明电极。透明电极是大致光学透明的，使得在透过所述透明电极观看物体时，观察到物体有极少的失真或者没有失真，或者观察到某个可接受程度的失真。在一些实施例中，适合的透明电极表现出极小的雾度或者没有雾度，这意味着，它可能具有不大于约10%、不大于约5%或不大于约2%的雾度值。在一些实施例中，透明基板在至少一部分可见光谱（约400nm至约700nm）内具有从约80%到约100%的高透光率。两个对置的透明电极之间的距离通常为约25μm到约150μm。

在一些实施例中，所述透明电极中的一个或两个包括设置在透明基板上的导电层。图5示出了示例性电子可切换式保密膜50的示意性剖视图，所述电子可切换式保密膜包括设置在对置的透明电极52之间的光学透明的微结构化层53。所述光学透明的微结构化层包括多个微结构化肋54，和设置在所述肋之间且包含电子可切换的材料55的通道。每个透明电极52包括设置在透明基板57上的导电层58，其中所述导电层与光学透明的微结构化层53相邻。

所述导电层可包含导电金属氧化物，例如氧化铟锡（ITO）、掺铟的氧化锌、掺氟的氧化锡、导电聚合物（例如聚苯胺或聚(乙烯二氧噻吩)/聚磺苯乙烯、纳米碳（例如碳纳米管或石墨烯）、印刷金属网格或自组装金属网格、或金属纳米线、或它们的组合物。在一些实施例中，所述导电层包括银纳米导线。导电层的厚度可小于约500nm。在一些实施例中，导电层以一些不连续形式横跨透明基板的表面设置，从而形成包括透明导电区域和透明非导电区域的图案。

在一些实施例中，透明电极包括设置在透明基板上的金属纳米线，且聚合物保护层设置在与透明基板对置的金属纳米线上。在Pellerite等人的提交于2011年4月15日的美国专利序列号第61/475860号中描述了这些透明电极。例如，所述透明电极可包括表现出50到150Ω/平方的片材电阻的银纳米导线层，所述银纳米导线层外敷有聚合物层以保护银免受氧化，且增强随后施加的光学透明的层的附着力。另外，与其他导电材料相比，基于银纳米导线的透明电极可在较低的片材电阻下提供高的透射水平。

所述聚合物保护层可包含多官能(甲基)丙烯酸酯的反应产物，例如多官能(甲基)丙烯酸酯和氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯低聚物的反应产物。在一些实施例中，所述聚合物保护层包含聚合物，例如(甲基)丙烯酸甲酯聚合物和多官能(甲基)丙烯酸酯的反应产物。可用于所述聚合物保护层中的材料的具体例子包含季戊四醇三丙烯酸酯（来自沙多玛公司（Sartomer Co.）的SR444C）、己二醇二丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物（来自沙多玛公司（Sartomer Co.）的CN981B88）、来自氰特工业公司（CytecIndustries）的

7655和7689、聚甲基丙烯酸甲酯（例如，可得自璐彩特国际公司（Lucite International,Inc.）的2041）、聚苯乙烯和聚乙烯醇缩丁醛（例如，可得自首诺公司（Solutia Inc.）的

聚合物）。所述聚合物保护层可包含直径为约10nm到约500nm的纳米粒子，得到重量比为约85:15到约25:75的聚合物纳米粒子。通常，聚合物保护层的厚度为约50nm到约1μm。

如Pellerite等人所述，聚合物保护层可包含选自氧化锑锡、氧化锌和氧化铟锡的纳米粒子；且设置在不带有导电层的透明基板上的聚合物保护层的片材电阻大于约10⁷Ω/sq。

所述透明基板可以包含任何可用的材料，例如聚合物、玻璃、陶瓷、金属、金属氧化物、或它们的组合物。可用作透明基板的聚合物的例子包括热塑性聚合物，诸如聚烯烃、聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酯以及联苯基或萘基液晶聚合物。可用的热塑性塑料的其他例子包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、双酚A聚碳酸酯、聚(氯乙烯)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、醋酸纤维素和聚(偏二氟乙烯)。这些聚合物中的一些还具有光学性质（例如，透明性），这样的光学性质使得它们特别适合于某些显示器应用，其中，它们将会支持图案化导体，例如聚碳酸酯和/或聚酯。所述透明基板可具有任何可用的厚度，介于从约5μm到约1000μm之间的范围内。

所述电子可切换式保密膜包含在所述膜的顶部和底部两者上的暴露导电材料，以实现通过银膏或另一适合的导体材料与透明电极的电接触。将正偏压施加到一个导体上，同时将负偏压（或接地端子）施加到另一导体上，或者反之亦然。所述两个透明电极之间的位势差实现了电场，所述电场用于使所述电子可切换的材料通电以便在保密模式和共享模式之间切换。

本文还公开了一种电子可切换式保密膜装置，所述电子可切换式保密膜装置包括电子可切换式保密膜和用于提供所述电场的电路。电路可包括变压器、放大器、整流器、二极管、电阻、电容器、晶体管等。

本文还公开了一种显示装置，所述显示装置包括如本文所述的电子可切换式保密膜。通常，所述显示装置包括一些类型的透光性显示面板，例如液晶显示器（LCD）面板。LCD装置通常包括与所述透光性显示面板相邻并提供观测表面的外部基板或光输出基板。

在一些实施例中，所述电子可切换式保密膜设置在所述观测表面上，例如，在由消费者施加时。例如，可使用另外的镶条将所述装置挂在显示器前面，其中所述镶条具有操作所述装置所需的内置电路。所述镶条可包括如操作所述装置所需的内置电路。作为另外一种选择，所述镶条可仅提供一种用于将电子可切换式保密膜附接到所述显示装置的装置。在这个实施例中，操作所述电子可切换式保密膜所需的电路可以是与所述显示装置的USB端口接合的绳索上的双态切换开关。作为另外一种选择，所述显示装置的软件（例如使用击键或鼠标点击）可控制保密模式与共享模式之间的电压。在另一个实施例中，可使用光学透明的粘合剂55将电子式可切换保密膜20附接到显示器，例如图9所示。

所述电路是装置构造的组成部分。在任何前述实施例中，能够将来自计算机监视器的交流插座的“热引线”正偏压分流到两条导线中，一条导线进入显示器，且另一条导线进入到电子可切换式保密膜的正触点。负偏压电极可被附接到金属接地。作为另外一个选择，电力可来自电池或额定值为5V、500毫安的USB端口。可使用变压器电路将电压适当地升频以产生足够高的电压、将实现电子可切换的材料的完全切换的低电流切换波形。在“开”状态（共享模式）下，用于操作显示装置的电流可以是极低的，约为1到3毫安。因此，在使用等于120V的电压时，如果保持打开共享模式，则所消耗的总功率将约为数百毫瓦。

可使用方波频率图案，且所述方波频率图案可在切换行为中提供最高效率。这是因为，方波电源几乎在瞬间就反转其极性，因此液晶没有时间在畸变状态和对准状态之间切换并在所施加电场的每个周期期间维持no和np之间的匹配；例如，见US5,156,452（Drzaic等人）。

图7示出了与标准视力检查表一起使用的示例性电子可切换式保密膜的图像。在保密模式下，如左上象限中所示，相对于保密膜的法线以某一离轴角度定位的观察者不能观看到膜后面的字母。触发电子切换使得将保密膜电子切换到共享模式，且如右面所示，可看到膜后面的字母。从轴向位置（相对于膜的法线为零度角），无论所述保密膜是否已被电子切换，在保密模式和共享模式下都可以看到膜后面的字母。

图8示出了结合电子显示装置使用的示例性电子可切换式保密膜的示意性表示。在这个表示中，保密膜被设置在装置的观测表面上，或者其被容纳在装置内，例如在液晶显示面板和形成外部观测表面的基板之间。在保密模式下，如所述表示的左上象限中所示，相对于观测表面的法线以一定的离轴角度定位的观察者不能观看到所显示的内容。装置的用户触发电子切换，使得将保密膜电子切换到右面示出的共享模式，且观察者能够在无需重新定位其自身的情况下观看到所显示的内容。所述用户是轴向定位的，或相对于观测表面的法线以零度角定位，且无论所述保密膜是否已被电子切换，在保密模式和共享模式下都可以观看到由装置显示的内容。

实例

透明电极的制备

如Pellerite等人的提交于2011年4月15日的美国专利序列号第61/475860号的实例15到18中所述来制备透明电极。使用在送料速度为15英尺/分钟、油墨流速为15.5cc/分钟、干燥炉空气流为19.7米/秒且干燥炉温度为105℉（区1）和175℉（区2）和250℉（区3）的情况下操作的9英寸模具涂布机，将使用WO2008/046058（Allemand等人）中的实例5中公开的方法制备的银纳米导线油墨涂布在5密耳的PET膜（得自杜邦帝人薄膜（DuPont Teijin Films）的

618）上。使用非接触式探针（得自Delcom产品公司（Delcom Products Inc.）的Delcom717R非接触式电导系数监测器）测得所得涂层的片材电阻是60-100Ω/sq，且发现在Haze-GardPlus雾度计（美国BYK-Gardner公司）上测得的透射率和雾度分别是90-92%和1.4-1.6%。

聚合物外敷溶液的制备如下。通过以下方式来制备浓缩液：将季戊四醇三丙烯酸酯（来自沙多玛公司（Sartomer Co.）的SR444）和甲基丙烯酸甲酯聚合物（来自璐彩特国际公司（Lucite International,Inc.）的

2041）的85:15（w:w）混合物溶解到丙酮中达10wt%的总固体量。以0.2wt%的总固体量添加光引发剂（来自汽巴精化（Ciba SpecialtyChemicals）的

651）。通过以下方式来制备聚合物外敷溶液：组合ATO溶胶（IPA中的标称30wt.%氧化锑锡（ATO）纳米粒子，得自韩国先进纳米产品公司（Advanced Nano Products））和上述10wt.%的浓缩液，在数量上给出ATO：有机固体的重量比为25:75，并使用1:1的IPA：

双丙酮醇将所得混合物稀释为5wt%的总固体量。

将所述聚合物外敷溶液涂布到导体层的顶部上。使用上述干燥炉和空气流设置，在送料速度为20英尺/分钟、溶液流速为18cc/分钟、紫外线板温度为70℉、氮气气氛和100%紫外线灯功率的情况下，对用于进行油墨涂布的9英寸模具涂布机执行涂布。使用BYK-Gardner HazeGard Plus，透射率和雾度分别测得为87.5%和1.17%。使用上述Delcom系统，测得片材电阻为72.3Ω/sq。

光学透明的微结构化层

在表1中示出所述实例中采用的光学透明的微结构化层的特性。

表1.光学透明的微结构化层的特性

电子可切换的材料

在表2中示出所述实例中采用的电子可切换的材料的特性。

表2.电子可切换的材料的特性

特性	MDA-04-927	ZLI-4727	1:2混合物表2的GHLC	BLO-36，用于比较例3中
					Δε*	68.2	6.00	26.7	16.6
ε*	78.8	9.60	32.6	21.7
					ε┴*	10.6	3.60	5.93	5.06
ne**	1.75	1.63	1.67	1.79
					no**	1.52	1.50	1.51	1.52
Δn**	0.23	0.13	0.16	0.27

*在1kHz和20℃处测量

**在589nm和20℃处测量

实例1

使用卷对卷卷绕涂布工艺，通过将丙烯酸酯树脂制剂模制并紫外线固化在第一透明电极上来制备微结构化膜。在US 2007/0160811 A1（Gaides等人）中描述所述丙烯酸酯树脂。如上文所述来制备第一透明电极，并将微结构化膜形成在聚合物保护层上。所使用的送料速度为10英尺/分钟，压印工具在110℉处操作，使用以100%功率运作的两排Fusion高强度紫外线汞灯进行固化。将退火烘箱设定为200℉，长度为4英尺。如表1中所述，固化丙烯酸酯的所得结构由各自具有标称矩形剖面的规则间隔通道组成。所述通道填充有如表3所述的电子可切换的材料GHLC-1，将所述电子可切换的材料加热到90℃以便降低粘度。

表3.宾-主液晶组合物（GHLC-1）

材料	重量%
		MDA-04-927（Merck KGaA）	35
ZLI-4727（Merck KGaA）	65

使用以0.167英寸/分钟操作、且压区压力为25psi的平板层压机，将第二透明电极层压到被填充的通道的顶部上。顶部片材（第二透明电极）相对于底部片材（第一透明电极）横跨卷绕方向偏移，以便能够更容易地触及电接触垫。在层压的开始和结束时留下过量的可切换材料，以防止空气排放并最大化通道的毛细填充。将银粒子的胶态分散质（特德佩拉公司(Ted Pella Inc.)）施加到暴露的电极垫上，以允许电接触到透明导体。将所述膜构造留在室温下达到平衡，然后进行光学测试。通过以下方式执行测试：经由两个弹簧夹，将来自电源的带正电和带负电的偏压施加到干燥的银膏接触点。

使用Eldim80锥光镜（Eldim公司（Eldim Corp.），法国），针对所述膜构造测量随视角而变的透光率。将膜置于漫透射中空灯箱的顶部。测量具有所述膜的所述灯箱的明亮度（cd/m²或“尼特”，即亮度）分布。灯箱的漫透射可描述为朗伯曲线。所述灯箱为六面中空立方体，尺寸为大约12.5cm×12.5cm×11.5cm（L×W×H），由厚度约6mm的聚四氟乙烯（PTFE）漫射板制成。灯箱的一面被选择为样本表面。所述中空灯箱的样本表面处的漫反射率测得为约0.83（例如在400nm到700nm波长范围内平均为约83%）。在测试期间，通过位于所述灯箱底部（与样本表面对置，其中从内部朝向样本表面引导光）的约1cm的圆孔从灯箱内部照亮所述灯箱。使用稳定的宽频带白炽灯光源提供照明，其中所述光源附接到用于引导光的光纤束（带有1cm直径的光纤束伸出部的Fostec DCF-II，得自Schott-Fostec有限责任公司（Schott-Fostec LLC）（马萨诸塞州马尔伯勒市（Marlborough,MA）和纽约州奥本市（Auburn,NY））上。使用Eldim80锥光镜测量漫射光源在具有或不具有控光滤波器的情况下的明亮度（亮度）分布。沿着锥光镜图像的经线的一部分示出了随着视角连续变化的透射率，且在图6中示出此数据。

在保密模式和共享模式两者中，对于以百叶窗面朝上的方式取向（最接近于锥光镜测量）的可切换保密滤波器而言，随视角而变地确定透光率。使用市售的控光膜（Vikuiti^TM高级控光膜，可得自3M公司）作为参考以与所述可切换控光滤波器的保密模式进行比较。通过将每种模式下的控光膜的明亮度除以中空灯箱的明亮度，测得归一化透射率。

使用Haze-Gard Plus器具来测量透射率和雾度数据，其中测量区域为18mm。所述Haze-Gard Plus透射率测量是在380nm到720nm范围的光的总透射率的平均值，根据CIE Illuminant标准“C”加权。将所述膜构造夹牢到可旋转台，并置于光源和检测器之间的中部。以15度的间隔、最多到60度来获取数据，并记录于表4中。

表4.实例1的可切换保密膜的光学特性

*正弦波60Hz交流电

比较例1

如实例1所述来制备电子可切换式保密膜，但所述微结构化膜由如表1中所述的规则间隔的通道组成。所使用的液晶材料为ZLI-4727，无手性掺杂物MDA-04-927。使用如实例1所述的Haze-Gard Plus雾度计来实施测试。数据记录在表5中。在保密模式下，在30°和40°的视角处透射率高于实例1。另外，在这些角度处，保密模式和共享模式之间的透射率差比实例1低得多。

表5.比较例1的可切换保密膜的光学特性

*正弦波60Hz交流电

比较例2

如实例1所述来制备对比膜，但所述微结构化膜由如表1中所述的规则间隔的通道组成。将ZLI-4727装载到所述通道中，无手性掺杂物“MDA-04-927”。在这里，通道的高度不允许充分装载液晶，以便在保密模式下有效地隐藏显示。在共享模式下，观察到液晶材料的一些切换，但由于保密模式是低效的而使得效果不显著。

比较例3

如实例1所述来制备对比膜，但所述电子可切换的材料不具有二向色染料，或者所述电子可切换的材料的介电各向异性不如GHLC-1高。所述可切换材料是可以商品名“BLO-36”得自亦模工业有限公司（EMIndustries）（纽约州霍桑市（Hawthorne,NY））的液晶材料，具有如表2中所示的电子式可切换的特性。微结构化膜由如表1所述的规则间隔的通道组成。使用如实例1所述的Haze-Gard Plus雾度计来实施测试。数据记录在表6中。尽管透射率的切换是高的（15%），但在保密模式下的透射率在45°的视角处更高（39%）。因此，此实例表现出不期望的光学特性，且消除了对包含二向色染料以在保密模式下阻挡更多光的需要。

表6.比较例3的可切换保密膜的光学特性

*正弦波60Hz交流电

表7概述了根据实例1和比较例1到3制备的保密膜的特性和性能。

表7.保密膜的特性和性能

*未测得-未观察到保密模式

实例2

如实例1所述来制备电子可切换式保密膜，但用表8中记录的可紫外线固化的宾-主液晶混合物GHLC-2替换由表2描述的GHLC-1，其中以3mW/cm²在定制的紫外线辐射室中进行后续固化达30分钟，以形成分散有聚合物的液晶制剂。如针对实例1所述来实施测试；Haze-Gard Plus数据记录在表9中。性能类似于实例1，但在45°视角处的稍微小的透射率共享模式除外。

表8.宾-主液晶组合物（GHLC-2）

表9.实例2的可切换保密膜的光学特性

*正弦波60Hz交流电

尽管本文已示出并描述了具体实施例，但本领域的技术人员将能够了解，可将各种替代和/或等效实施方案作为替代，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (26)

1.一种电子可切换式保密膜，包括：

一对相互对置的透明电极；

设置在所述透明电极之间的光学透明的微结构化层，所述微结构化层包括横跨其表面延伸的多个微结构化肋，使得所述微结构化肋形成一系列交替的肋和通道；

设置在所述通道中的电子可切换的材料，所述电子可切换的材料能够在施加横跨所述透明电极的电场时在高吸收状态与低吸收状态之间进行调制；

其中：

当不施加所述电场时，所述膜处于保密模式下，使得在30°的视角处所述膜的透光率小于10%；

当施加所述电场时，所述膜处于共享模式下，使得其透光率增加，并且对于30°到45°的视角而言，所述保密模式与所述共享模式之间的透射率差为至少5%，

在0°到15°的视角处，所述膜在共享模式和保密模式下的透光率为至少25%。

2.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包含液晶材料或电致变色材料。

3.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包含液晶和二向色染料的混合物。

4.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包含手性液晶和二向色染料的混合物。

5.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包含向列型液晶和二向色染料的混合物。

6.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包含手性液晶、向列型液晶和二向色染料的混合物。

7.根据权利要求6所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料具有800nm到1500nm的间距长度。

8.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包含分散在聚合物基质中的液晶和二向色染料。

9.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料的介电各向异性的量值大于20。

10.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料包括介电各向异性为至少20、30、40、50或60的电子可切换的材料。

11.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述电子可切换的材料具有1.52到1.75的折射率。

12.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述光学透明的微结构化层的每个肋具有25μm到150μm的高度以及25μm到50μm的宽度。

13.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中每个肋具有高度H、宽度W以及大于1.5的肋纵横比H/W。

14.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述光学透明的微结构化层的每个通道具有25μm到150μm的高度以及1μm到50μm的宽度。

15.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中每个通道具有高度H、宽度Y以及大于5的通道纵横比H/Y。

16.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述光学透明的微结构化层具有1.48到1.75的折射率。

17.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中当所述保密膜处于所述共享模式下时，所述电子可切换的材料和所述光学透明的微结构化层的折射率之间的差小于0.05。

18.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中当所述保密膜处于所述保密模式下时，所述电子可切换的材料和所述光学透明的微结构化层的折射率之间的差大于0.05。

19.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中所述两个对置的透明电极之间的距离为25μm到150μm。

20.根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，其中每个透明电极包括设置在透明基板上的导电层，并且每个导电层与所述光学透明的微结构化层的对置主表面相邻。

21.根据权利要求20所述的电子可切换式保密膜，其中所述导电层中的至少一个包含金属纳米线、导电金属氧化物、导电聚合物、石墨烯或碳纳米管。

22.根据权利要求20所述的电子可切换式保密膜，其中所述导电层中的至少一个包含金属纳米线和设置在与所述透明基板对置的所述导电层上的聚合物保护层。

23.一种电子可切换式保密膜装置，包括：

根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜，和

用于提供所述电场的电路。

24.一种显示装置，包括：

透光性显示面板，

与所述透光性显示面板相邻的光输出基板，所述光输出基板包括与所述透光性显示面板对置的观测表面，和

设置在所述观测表面上的根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜。

25.一种显示装置，包括：

透光性显示面板，

与所述透光性显示面板相邻的光输出基板，所述光输出基板包括与所述透光性显示面板对置的观测表面，和

设置在所述透光性显示面板和所述光输出基板之间的根据权利要求1所述的电子可切换式保密膜。

26.根据权利要求25所述的显示装置，其中所述光输出基板包括触摸屏。

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