CN114424300A - 具有定向导电性的透光导体 - Google Patents

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Abstract

透光导体，包括设置在透光聚合物中的定向导体，其体积电阻率在1x1010欧姆‑厘米和1x104欧姆‑厘米之间。定向导体通常沿其长度具有非常高的电导率。本文所述的透光导体非常适合用于电光显示器的前电极，尤其是带状、条状或尺子形状的细长显示器。

Description

具有定向导电性的透光导体
相关申请
本申请要求2020年4月2日提交的美国临时申请No.63/004,430的优先权。本申请还要求2019年9月27日提交的美国专利申请No.16/585,218的优先权。本文公开的所有专利、已公布的申请以及参考文献通过引用整体并入。
背景技术
在反射式显示介质中，大多数图像仅使用反射的环境光创建。因此，重要的是使照明源(例如太阳)和反射介质之间的光路中的光损失最小化。这对于构成前电极的薄膜尤其重要，光在到达观察者之前通过它两次。例如，5密耳厚的商业氧化铟锡(ITO)涂布的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，其电导率为300Ω/sq，单次通过的可见光的透射光谱约为85％。因此，在两次通过薄膜后，透射率实际上将下降(0.85)2，即72％。换句话说，超过四分之一的入射光在从光源到介质再到观察者眼睛的过程中从观察者“消失”。
这种传输损耗对所有类型的反射式电光显示器都是有害的，因为在将显示介质的损耗考虑在内之前，几乎30％的光可能会丢失。因此，在许多情况下，有必要用前灯补充反射介质，该前灯提供在照射反射介质的光中的“增强”。这种前灯在电子阅读器、手表、恒温器等上很常见。
除了有损耗之外，PET-ITO在弯曲时容易开裂，使其不适用于许多需要柔性透明导体的应用。有许多用于电极的新型电极材料正在开发作为ITO的替代品，但到目前为止，许多对于商业制造来说过于昂贵，或者对于消费产品来说不够稳健。这些透光材料中的一些是小导体(银屑或晶须)在聚合物粘结剂中的分散体，其中粘结剂提供导电性的连续性以及柔韧性和机械强度。例如，参见美国专利No.9,529,240，其全部内容通过引用并入本文。在大多数情况下，粘结剂是电子绝缘体，因此导致透光复合电极与系统中的另一个电极(例如背板导体)之间的电场不均匀。当这种透光复合电极与电泳介质(例如由伊英克公司销售)一起使用时，不均匀性会导致通常称为“自擦除”的瞬态切换问题，即更新图像的部分在被更新到显示器之后消失。可以通过增加配方中小导体的数量来改善不均匀性，但是随着分散导体的数量增加，最终透光导电层的透射率会降低。
当导体的形状具有高纵横比时，对合适的透光导体的要求变得更加复杂。即，当长宽比(纵横比)高于10:1时，例如20:1，例如50:1，例如100:1。这样的纵横比在细长的显示段中很常见，例如货架运行标志、色带、纤维或建筑设计元素，例如细条纹。在此类应用中，例如，ITO涂布的PET(300Ω/sq)的最小薄层电阻变得足够重要，足以显著增加驱动显示器所需的功率量。这会导致此类装置中出现更多故障，并且需要更昂贵的电源管理部件。此外，许多高纵横比应用(例如色带)需要更高的柔韧性，而这对于现有的透光导体来说也是难以实现的。
发明内容
因此，本文描述的本发明提供了一种具有定向导电性的透光导体。在优选实施例中，沿材料长度的电导率接近导电材料，例如小于1x10-3欧姆-厘米。(应该理解，引用的体积电阻率是相对于标准相对湿度(50％RH)和温度(20℃)的)。
在第一方面，本发明包括一种透光导体，其包括具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物，以及具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件。在一些实施例中，透光聚合物是柔性的，从而允许透光导体是柔性的。在一些实施例中，透光聚合物掺杂有导电添加剂，例如盐、聚电解质、聚合物电解质或固体电解质。在一些实施例中，定向导电元件是导线或导电纤维。在其他实施例中，定向导电元件包括被定向以实现大于10:1的纵横比的多个导电薄片、线、碎片、晶须、纳米线或纳米管。这样的材料可以包括碳纳米管、银、钨、铁、铜、纳米粒子、金属网格或石墨烯。在一些实施例中，定向导电元件具有大于100:1的纵横比。在一些实施例中，透光聚合物的可见光透射率大于70％。上述所有特征都可以合并到厚度小于500μm的透光薄膜中。
在第二方面，本发明包括一种电光显示器，该显示器包括前电极，该前电极包括本发明的透光导体层、背电极、设置在前电极和背电极之间的电光介质层、以及耦合到前电极和背电极的电压源。透光导体将包括具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物和具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件。在一些实施例中，电光介质层包括在溶剂中的带电颜料粒子。在一些实施例中，带电颜料粒子和溶剂被封装在微囊体中或密封在微单元中。带电颜料粒子可以包括两组带电颜料粒子，其中每组具有不同的电荷极性和不同的光学特性。在一些实施例中，电光显示器包括在前电极和电光介质层之间的光学透明粘合剂。
在第三方面，本发明包括变色纤维，其包括：中央导电元件、围绕中央导电元件的电光介质层、以及本发明的外部透光导体层，即，包括具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物，以及具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件。在一些实施例中，电光介质包括在溶剂中的带电颜料粒子。在一些实施例中，带电颜料粒子被封装在微囊体中并分散在聚合物粘结剂中。
在第四方面，本发明包括一种制造本发明的透光导体的方法，该方法包括提供具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物，以及将具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件设置到透光聚合物中。在一些实施例中，该方法进一步包括将多个定向导电元件设置在透光聚合物中，用外部刺激定向多个定向导电元件，以及固化透光聚合物。外部刺激可以是磁场、电场、光或机械驱动。在一些实施例中，所得到的透光导体沿多个定向导电元件被定向的方向具有小于1×10-3欧姆-厘米的电导率。
本发明的这些和其他方面将通过以下描述而变得明显。
附图说明
附图仅作为示例而不是作为限制描绘了根据本概念的一个或多个实施方式。附图未按比例绘制。在图中，相同的附图标记指代相同或相似的元件。
图1是本发明的第一实施例的电光纤维的横截面视图。
图2是本发明的第二实施例的电光纤维的俯视透视图。
图3是沿轴I-I的图2所示的第二实施例的横截面视图。
图4是根据本发明的第三实施例的电光纤维的俯视透视图。
图5是沿轴II-II的图5所示的第三实施例的横截面视图。
图6A是处于第一光学状态的图2所示的第二实施例的横截面视图。
图6B是处于第二光学状态的图2所示的第二实施例的横截面视图。
图7A示出了具有定向导电性的示例性透光导体。
图7B示出了具有定向导电性的示例性透光导体。
图7C示出了具有定向导电性的示例性透光导体。
图7D示出了具有定向导电性的示例性透光导体。
图8示出了用于制造具有定向导电性的透光导体的流程图。
图9是穿过电光显示器的基本前平面层压板(80)的示意性横截面图，该电光显示器具有作为顶部电极的具有定向导电性的透光导体。
具体实施方式
本文所述的透光导体在较长方向上具有与“正常”金属导电性相似的导电性，但在横向上通常不导电。因此，本发明的透光导体避免了在电光显示器中导致自擦除和其他不想要的现象的电瞬变。这些特征是通过在具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物中包括定向导体来实现的。定向导体通常具有非常高的导电性，类似金属，并且它们可以是不透明的，因此在导体之间需要80％或更大的开放空间以允许透明导体的宏观外观。示例性材料包括碳纳米管、金属纳米线(如银、钨、不锈钢或铜)、印刷金属纳米粒子、金属网格、石墨烯。该布置可以是仅在纤维方向上定向的简单导线，或者它们可以在纤维方向上具有连续导电性并且还具有一些横向导电性。
透光聚合物(也称为聚合物起霜粘结剂层)是一种掺杂聚合物层，它填充在复合透明电极的导体区域之间的空间中。该层是透明的。通常，所得的透光导体的厚度在5到50微米之间。透光聚合物的功能是使各个定向导体的间距足够宽，以使所得的透光导体接近80％以上的可见光透射率，同时允许导线中的电驱动信号共享定向导体之间的一些量的导电性，但既不是完全导电的，也不是完全绝缘的。
本发明的这种定向复合透明电极可以用作电泳显示器的观察电极。电极可以使用先前伊英克专利中描述的各种标准程序将电泳介质涂布或层压到电极上，以创建多种结构，包括但不限于以下图中所示的以下简单的油墨叠层。
在以下详细描述中，通过示例的方式阐述了许多具体细节，以便提供对相关教导的透彻理解。然而，本领域的技术人员应该明白，可以在没有这些细节的情况下实践本教导。
作为应用于材料的术语“电光”，其在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是具有第一和第二显示状态的材料，该第一和第二显示状态的至少一个光学性质不同，通过向所述材料施加电场使该材料从其第一显示状态改变到其第二显示状态。尽管光学性质通常是人眼可感知的颜色，但它可以是另一种光学性质，例如光透射、反射或发光。
透光聚合物材料可以是满足最终用途应用的特定需要的任何聚合物材料。合适的聚合物材料的示例包括聚氨酯、醋酸乙烯酯、醋酸乙烯酯乙烯、环氧树脂、基于聚丙烯酸的粘合剂或它们的组合。这些粘合剂材料可以是溶剂基或水基的。在2008年3月11日授权的美国专利No.7,342,068中描述了可以使用的特定聚氨酯的示例，该专利通过引用整体并入本文并转让给Air Products and Chemicals公司。
透光聚合物材料本身可以是复合材料，例如离子导电聚合物，其中一种离子可以迁移通过聚合物材料而另一种不能。这种类型的离子材料防止离子从聚合物材料中扩散出来并可能损坏离子扩散到的其他层(例如，有机半导体层)。
理想的是选择离子材料，使得干燥后的最终聚合物材料的电导率可以通过改变聚氨酯的羧酸含量以及使用的阳离子来修改和调节。例如，聚氨酯上的羧基可以用季铵氢氧化物中和，在给定的羧酸含量下，预计电导率会按以下顺序增加：四甲基铵<四乙基铵<四丁基铵等。也可以使用磷盐，并且由于中心原子的尺寸较大，因此应该比含氮类似物更具导电性。其他阳离子物质(例如金属的络合离子)也可用于此目的。在这种方法中，离子材料在聚合物材料中的溶解度不是问题，因为离子是介质的固有部分，因此不能作为单独的结晶相进行相分离。
聚合物材料的酸性组分也可以通过用具有更高解离常数的基团代替羧酸组分来变得酸性更强，所述基团例如为硫酸单酯、磺酸、亚磺酸、膦酸、次膦酸基团或磷酸酯，只要存在至少一个可解离的质子。仍预计季盐和其他大阳离子作为抗衡离子最有用，因为它们尺寸大，并且在低极性的干燥粘合剂介质中的离子解离度相对较高。如果附接到足够的吸电子官能团(例如，RSO2-NH-SO2R)，也可以使用氮基酸。在这种情况下，几乎任何移动离子都可以使用，包括叔铵，因为即使在干燥的粘合剂中，移动离子也会以质子化形式存在。然而，基于较大胺(即具有较长烷基尾的胺)的移动离子可能仍然是优选的，因为它们实际上尺寸更大，因此包含它们的离子对将更易解离。可替代地，聚合物上的羧酸根基团可以与不是强布朗斯台德酸的移动离子(即不具有酸性质子，例如上面讨论的季盐阳离子)一起使用。
阳离子为固定离子的聚合物材料可以通过在聚合物主链中或作为侧链使用季铵基团来构建，并且优选使用大阴离子(例如，六氟磷酸盐、硼酸四丁酯、硼酸四苯酯等)作为移动离子。季铵基团可以被磷、锍或其他不含可离解氢的阳离子基团取代，包括通过与金属阳离子络合形成的那些。后者的示例包括聚醚/锂离子包合络合物，尤其是环聚醚(例如18-冠醚-6)或具有过渡金属离子的聚胺络合物。在这种情况下，阴离子移动离子可以包括上面列出的那些类型的离子，以及更强的碱性物质，例如羧酸盐甚至酚盐。
替代的固定阳离子聚合物材料包括含有衍生自碱性单体的重复单元的聚合物，例如聚(乙烯基吡啶)、聚(β-二甲基氨基乙基丙烯酸酯)等，以及与不是好的布朗斯台德受体的移动阴离子(例如磺酸盐、硫酸盐、六氟磷酸盐、四氟硼酸盐、双(甲磺酰基)亚胺酸盐、磷酸盐、膦酸盐等)结合的含有这些基团的共聚物。也可以使用衍生自这些氨基单体的季盐，例如聚(N-甲基或苄基(乙烯基吡啶))、聚(N-烷基(或烷芳基)-N'-乙烯基咪唑)和聚(β-三甲基铵乙基)丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)盐，以及包含这些离子基团的乙烯基共聚物。如前所述，较大的移动离子是优选的。
这些化学改性技术不限于聚氨酯，而是可以应用于任何具有合适结构的聚合物。例如，乙烯基聚合物可以包含阴离子或阳离子固定离子。在本发明的另一种形式中，聚合物材料可以包含选自PEDOT-PSS、聚乙炔、聚苯硫醚、聚对苯乙炔及其组合的一种或多种导电聚合物。
透光聚合物可以可替代地或额外地包括离子添加剂，例如，(a)盐、聚电解质、聚合物电解质、固体电解质及其组合；或(b)非反应性溶剂、导电有机化合物或它们的组合。
在一种形式中，添加剂可以是盐，例如无机盐、有机盐或其组合，如转让给伊英克公司的2004年3月26日提交的美国专利No.7,012,735中所述。示例性的盐包括乙酸钾和四烷基铵盐，尤其是四丁基铵盐，诸如氯化物。盐的其他示例包括诸如RCF3SOF3、RClO4、LiPF6、RBF4、RAsF6、RB(Ar)4和RN(CF3SO2)3的盐，其中R可以是任何阳离子，例如Li+、Na+、H+或K+。可替代地，R可以包括N+R1R2R3R4形式的铵基。优选的盐是四丁基铵六氟磷酸盐。
在另一种形式中，添加剂可以是具有包含至少三个氟原子的阴离子的盐，如转让给伊英克公司的2011年4月4日提交的美国专利No.8,446,664中所述。例如，该盐可以具有六氟磷酸根阴离子。该盐还可以具有咪唑阳离子。示例性的盐包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(以下简称“BMIHFP”)、1-丁基-3-甲基哌啶六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基吡啶六氟磷酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、六氟磷酸钠、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。优选的盐是BMIHFP。这种优选的盐在25℃是液体，并且可以直接分散在水性聚合物分散体或胶乳中，无需使用任何溶剂。可替代地，由于优选的盐在25℃下以约1％的量溶于水，这种盐可以以稀水溶液的形式添加。以水溶液形式添加盐避免了将任何不希望的有机溶剂引入粘结剂中。
可替代地，含氟盐可以具有四氟硼酸根阴离子、四苯基硼酸根阴离子、双(三氟甲烷)磺酰胺阴离子(“triflimide”)、四(五氟苯基)硼酸根阴离子、四(3,5-双(三氟甲基)苯基)硼酸根阴离子或三氟甲磺酸根阴离子(“triflate”)，例如1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐或1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐。基于聚合物材料的固体含量，含氟盐的存在量可为约50至约10,000ppm，通常为约100至约1000ppm。
在其他实施例中，聚合物电解质是聚电解质。聚电解质通常是聚合物，其中约10％或更多的分子由能够电离形成带电物质的官能团组成。聚电解质中的某些官能团的示例包括但不限于羧酸、磺酸、磷酸和季铵化合物。这些聚合物可以与有机或无机盐结合使用或单独使用。聚电解质的示例包括但不限于聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸盐、聚(2-乙烯基吡啶)、聚(4-乙烯基吡啶)、聚(二甲基氯化铵)、聚(甲基丙烯酸二甲氨基乙酯)、聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯)并且可以包括多元酸的盐，例如但不限于聚丙烯酸的碱金属盐。优选的聚电解质是聚丙烯酸的钠盐。
聚合物添加剂的最佳用量当然会随着基础聚合物材料和所使用的确切添加剂以及最终混合物的所需体积电阻率而有很大差异。然而，作为一般指导，可以指出，已发现每克聚合物材料约10-5至约10-4摩尔的添加剂浓度可产生有用的结果。当添加剂为盐时，该范围适用于四丁基氯化铵、四丁基六氟磷酸铵、乙酸钾等1:1的盐；如果使用1:2的盐，例如碳酸钠或氯化钙，则较低的浓度(每克聚合物材料10-6摩尔盐)可能就足够了。聚合物材料的体积电阻率通常以可预测的方式随着添加剂的浓度而变化，因此可以容易地凭经验确定应添加多少添加剂以实现所需体积电阻率的最终选择。
尽管在现有技术的电光显示器中已将少量盐添加到用作粘结剂和层压粘合剂的聚合物中，例如作为杀菌剂以保护聚合物在延长存储期间免于生物降解，但这些盐通常在存储期间用完，因为它们执行其杀菌或类似功能。相反，本发明中使用的添加剂旨在成为聚合物材料的永久成分，因为它们旨在实现对其电导率的永久调节。此外，所使用的添加剂的最佳量通常显著大于用作杀菌剂等的盐的量。
图1-6B示出了包括本发明的透光导体的纤维的示例。现在具体参考图1，示出了根据第一实施例的电光纤维的横截面视图。该纤维包括呈纤维或导线形式的中央导电芯10。中央导电纤维10优选地具有大的纵横比，例如10:1，例如100:1，以使纤维在涂布有各种层之后将保持柔韧性。例如，中央导电纤维的长度可以大于或等于纤维厚度的100倍。由于这种大的纵横比，纤维应该有足够的强度来承受编织过程。此外，由于纵横比大，纤维的电导率优选地高，以适当地用作电极以切换施加到其表面的电光介质。例如，任何金属、金属合金、导电聚合物和细丝、或包含本领域已知的具有足够导电性的这些材料的复合材料都可以用于本发明的各种实施例中。可用于形成中央导电纤维的导电材料包括但不限于铜、钨、铝、镍、不锈钢、金、银、碳纤维及其组合。上述导电金属的合金也可以结合在中央导电纤维中。例如，可以将导电金属镀到芯纤维的表面上以形成导电纤维。
选择中央导电纤维的厚度，以便提供足够大的外表面积以促进电光介质的涂布，但又不能太大以致于导致难以用于织物编织的硬纤维，如上所述。中央导电纤维的较大厚度也将促进纤维的强力清洁，以便暴露用于例如电源和/或控制器的电连接的导线。优选地，中央导电纤维具有大于或等于约20微米且小于或等于约250微米的厚度。
本发明的各种实施例允许人们通过编织电光线来制造具有内在透气性和柔韧性的织物。根据本发明的各种实施例的电光纤维可以用在标准织机上，并且用于生产纤维的制造工艺易于扩展。此外，线有可能被独立寻址，并且应用于每根线的电光介质可以包含不同的配方。结果，使用本文所述的电光纤维制成的织物可以使用多种不同的纤维。例如，一组纤维可以包括含有白色和红色颜料的封装的电泳介质，第二组可以包括含有白色和绿色颜料的介质，并且第三组可以包括白色和蓝色颜料。织物可以用三组线编织，使得编织的最终配置将允许四种颜色中的任何一种以各种可切换的比例和图案组合，从而为织物实现宽光谱的可选择颜色。电泳介质不限于两种颜料。封装的电泳介质可以可替代地包括三种或更多种颜料和/或有色分散流体以允许织物内潜在的无限数量的光学组合，例如美国专利No.9,921,451中公开的电泳介质。通过使用双稳态电光介质，切换材料需要低功率，并且用于切换材料的电子控制装置可以是可拆卸的。
再次参考图1，中央导电纤维10优选地通过用至少一层介电层12a、12b涂布纤维10来钝化。介电层12a、12b在施加电光介质层14之前和/或之后施加。通过用介电层钝化纤维10导线，可以防止在用另一层导电材料16外涂布电光介质14时可能发生的电短路故障。该电光介质层14中的间隙可能导致短路故障；因此，加入额外的介电材料层可以降低这种情况发生的可能性。
介电层12a、12b可以包括材料，该材料包括但不限于聚氨酯或100％固体、UV-可固化的单体，例如由Sartomer USA,LLC制造的诸如CN3108的丙烯酸酯产品。可施加介电层12a、12b，以围绕导电纤维10的外表面形成环形涂层。环形涂层的厚度优选尽可能薄而没有针孔缺陷，使得介电层呈现出例如1e6到1e8欧姆每平方的电阻。介电材料优选为亲水性的，优选为非水溶性的的，使得介电层在施加可作为含水浆料施加的电光介质期间不被溶解或移除。
如上所述，电光纤维进一步包括在中央导电纤维10上的电光介质层14。电光介质优选地是固体电光材料。一些电光材料在材料具有固体外表面的意义上是固体的，尽管这些材料可能并且经常确实具有内部充满液体或气体的空间。因此，术语“固体电光材料”可以包括旋转双色元件、封装的电泳介质和封装的液晶介质。
旋转双色构件类型的电光介质例如在美国专利No.5,808,783、5,777,782、5,760,761、6,054,071、6,055,091、6,097,531、6,128,124、6,137,467以及6,147,791中所述(尽管这种类型的介质通常被称为“旋转双色球”，但术语“旋转双色构件”优选为更精确，因为在以上提到的一些专利中，旋转构件不是球形的)。这种介质使用许多小的主体(通常球形或圆柱形的)和内部偶极子，主体包括具有不同光学特性的两个或更多个部分。这些主体悬浮在基质内的填充有液体的液泡内，液泡填充有液体以使得主体自由旋转。材料的外观通过以下而改变：将电场施加至材料，由此将主体旋转至各个位置并改变通过观察表面看到的主体的哪部分。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是其在本领域中的传统含义，指的是具有第一和第二状态的电光材料，所述第一和第二状态的至少一个光学特性不同，从而在利用有限持续时间的寻址脉冲驱动电光材料以呈现其第一或第二状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续的时间是用于改变电光材料的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少几倍(例如至少4倍)。在美国专利No.7,170,670中示出，支持灰度的一些基于粒子的电泳材料不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰色状态，以及一些其它类型的电光介质也是如此。这种类型的介质被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，在此可使用术语“双稳态的”以同时涵盖双稳态的和多稳态的介质。
术语“灰色状态”在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是介于两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白转变。例如，下文中所涉及的伊英克公司的几个专利和公开申请描述了这样的电泳材料，其中，该极端状态为白色和深蓝色，使得中间的“灰色状态”实际上为淡蓝色。实际上，如已经提到的，光学状态的改变可以根本不是颜色改变。下文可使用术语“黑色”和“白色”来指代材料的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括并非严格的黑色和白色的极端光学状态，例如上面提到的白色和深蓝色状态。下文可使用术语“单色的”来表示仅将电光介质驱动至其两个极端光学状态，而没有中间灰色状态的驱动方案。
另一类型的电光介质使用电致变色介质，例如采用纳米致变色(nanochromic)薄膜形式的电致变色介质，该薄膜包括至少部分由半导体金属氧化物形成的电极和附着到电极的能够反向颜色改变的多个染料分子；参见例如O'Regan,B.等,Nature 1991,353,737；以及Wood,D.,Information Display,18(3),24(2002年3月)。还参见Bach,U.等,Adv.Mater.,2002,14(11),845。这种类型的纳米致变色薄膜例如在美国专利No.6,301,038；6,870,657；和6,950,220中也有描述。这种类型的介质也通常是双稳态的。
另一类型的电光介质可以在由飞利浦开发的电润湿显示器中找到，其在Hayes,R.A.等人的“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”,Nature,425,383-385(2003)中描述。在美国专利No.7,420,549中示出这样的电润湿介质可被制造成双稳态的。
多年来一直是密集研究和开发的主题的一种类型的电光介质是基于粒子的电泳介质，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，电泳介质可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗的属性。
如上所述，电泳介质需要流体的存在。在大多数现有技术的电泳介质中，该流体是液体，但是电泳介质可以使用气态流体来产生；参见例如Kitamura，T.等,“Electronictoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS 1-1，和Yamaguchi，Y.等,“Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically”,IDW Japan,2001,Paper AMD4-4)。也参见美国专利No.7,321,459和7,236,291。
被转让给麻省理工学院(MIT)、伊英克公司、伊英克加利福尼亚有限责任公司和相关公司或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。封装的电泳介质包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内相以及包围内相的囊壁，其中所述内相含有在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保持在聚合物粘结剂中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.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘结剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6,922,276和7,411,719；
(c)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；
(d)用于显示器中的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.7,116,318和7,535,624；
(e)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.7,075,502和7,839,564；
(f)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7,012,600和7,453,445；以及
(g)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348。
许多前述专利和申请认识到在封装的电泳介质中围绕离散的微囊体的壁可以由连续相替代，由此产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的液滴和聚合物材料的连续相，并且在这种聚合物分散型的电泳显示器内的离散的电泳流体的液滴可以被认为是囊体或微囊体，即使没有离散的囊体薄膜与每个单独的液滴相关联；参见例如前述的美国专利No.6,866,760。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型的电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
封装的电泳介质通常不受聚集和沉降故障的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基板上印刷或涂布介质的能力。(使用词“印刷”意于包括印刷和涂布的所有形式，包括但不限于：诸如修补模具涂布、狭缝或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布；诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布；凹面涂布；浸渍涂布；喷涂；弯月面涂布；旋转涂布；刷涂；气刀涂布；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见美国专利No.7,339,715)；以及其他类似技术。)另外，因为介质可以(使用多种方法)被印刷，所以利用介质的应用可以被便宜地制造。
优选地，在本发明的各个实施例中使用的电光介质以微封装的电泳介质的形式提供。例如，再次参考图1，例如，可以将一层微封装的电泳介质14涂布为围绕中央导电纤维10的环形涂层。环形涂层的厚度可以大于或等于约10微米，优选约15微米，更优选约20微米，并且小于或等于约250微米，优选约100微米，更优选约75微米，并且最优选约50微米。如上所述，介电材料层12a、12b可以施加在电泳介质层14的下方和/或上方。微囊体涂层可以例如以包含电泳粒子和粘结剂的微封装的分散体的水性涂层浆料配方的形式提供。粘结剂材料可包括但不限于水性聚合物胶乳分散体或水溶性聚合物溶液(例如聚乙烯醇，例如Kuraray
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CM-318、鱼明胶和藻酸盐)。浆料配方还可包含一种或多种添加剂，例如羟丙基甲基纤维素、表面活性剂(例如Triton X-100)和助溶剂(例如丁醇)。
在施加浆料配方之后，可以在施加透光导体16之前干燥电泳介质层14。透光导体16可以是例如围绕电光介质层14的环形涂层。透光导体16包括具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物和具有大于10:1的纵横比的定向导电元件，如前面描述。术语“透光”在本文中用于表示这样指定的层透射足够的光以使观察者能够通过该层观察到电光介质的光学状态的变化，其通常通过导电层观察；在电光介质在不可见波长处显示反射率变化的情况下，术语“透光”当然应该解释为是指相关不可见波长的透射。
现在参考图2和图3，提供了根据本发明另一实施例的电光纤维20。电光纤维20包括与根据前述第一实施例制造的纤维相同的多个层。例如，电光纤维20包括包含导电纤维30的类似芯，并且可以将类似的电光材料层32涂布到导电纤维30的外表面上。之前描述的介电材料层在第二实施例中是可选的。
电光纤维20与前述第一实施例的不同之处在于，透光导体包括设置在透光聚合物材料层34中的导线36，其体积电阻率在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间。导线36可以以线圈或螺旋线的形式缠绕，例如，围绕电光纤维的内芯和涂布在导线上的透光聚合物材料34，例如，用浸涂、喷涂、狭缝涂布等。在一些实施例中，可以使用多个导线。应该注意的是，为了达到要求的纵横比，例如10:1或更大，导线不需要是直的。
透光聚合物材料层34可以以厚度为约5微米至约200微米，优选至约50微米的环形涂层的形式提供，其中厚度优选在导线和电光介质之间测量。透光聚合物材料34可以包括如前所述的掺杂聚合物材料。选择透光聚合物材料34的组分和厚度，使得透光聚合物材料34是透光的，并且导线36的单独缠绕可以间隔开以基本上不遮蔽下面的电光介质同时仍然允许电驱动信号横跨导线之间的整个区域。这种现象也被称为“起霜(blooming)”，即响应于电压变化而改变光学状态的电光层的面积大于电极的面积，在该示例中，导线与透光聚合物材料接触的面积。盘绕的外部导线的缠绕之间的距离可以小于5mm，更优选约1mm或更小，最优选约500微米或更小。
可用于半导体聚合物材料层的掺杂聚合物材料可包括但不限于脂肪族或芳香族聚氨酯胶乳、聚丙烯酸酯和含有掺杂剂的聚(甲基)丙烯酸酯，例如四丁基铵六氟磷酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、聚乙烯醇、离子改性聚乙烯醇、明胶、聚乙烯吡咯烷酮及其组合。不太优选含有芳香族异氰酸酯的聚合物共混物。在美国专利申请公开No.2017/0088758和美国专利No.7,012,735、7,173,752和9,777,201中描述了可以包括在半导体聚合物材料层中的配方的示例。
施加到半导电聚合物材料表面的导线优选地比中央芯导线更柔顺且厚度更小，以使得外部导线可以反复缠绕在半导电聚合物材料的外表面周围。外部导线优选地具有约10至约100微米的厚度并且由诸如金属的高导电材料制成。因此，类似于电光纤维的中央导电芯，外部导线可以由金属制成，例如铜或钨。
在图4和5所示的本发明的第三实施例中，电光纤维40包括与前述第二实施例相同的特征。电光纤维40可以包括中央导电芯50、施加到芯50的外表面的电光介质层52、以及施加到电光介质52外表面的透光导体层56。
第三实施例与第二实施例的不同之处在于，多个外部导线52嵌入透光导体层56的外表面。外部导线52不是绕在外表面上，而是被施加以使得它们基本上平行于内导电芯50。外部导线可以添加有平行于纤维展开的多个线轴。纤维可以被推进通过线轴，并且随着纤维被推进，线轴在轻张力下展开导线。线轴不需要围绕纤维旋转。
本发明的所有各种实施例可以进一步包括外部透光保护层，例如图3中的层38或图5中的层58。保护材料层可以被配置为作为底层材料的机械和环境保护层。保护材料可包括聚合物材料，例如聚乙烯醇、交联明胶、丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯共聚物及其混合物。为了提供更防水的保护层，聚合物材料可以包括100％固体辐射固化的硬涂层材料，例如由PPG Industries Inc.制造的溶剂型硬涂层材料，如DCU2002，一种溶剂型高固体聚氨酯汽车透明硬涂层材料。
本发明的各个实施例中的涂层，例如介电材料层、电光介质层、外部导电材料层、半导电聚合物材料层和保护材料层，可以通过多种印刷方法施加，例如上面提到的那些，包括但不限于浸涂、电沉积、粉末涂布、喷涂或挤出。
为了切换电光纤维的电光介质的光学状态，在中央导电芯和纤维的外部导体之间施加电压。如果电光介质包括电泳介质，则施加的电场导致封装的分散体内的电泳粒子朝向或远离中央导电芯移动。例如，图6A和6B示出了根据本发明第二实施例的处于两种不同光学状态的电光纤维20。例如，电光介质层32可以填充有电泳分散体，该电泳分散体包含白色流体和带正电的黑色粒子。如图6A所示，当施加到中央导电芯纤维30和外部导线36的电压使得中央导电芯纤维30相对于外部导线36为正时，带正电的黑色粒子将被驱离中央导电芯纤维30，即朝向纤维的外周观察侧，导致纤维20的光学状态为暗。当极性反转时，如图6B所示，带电的黑色粒子被驱向中央导电芯纤维30，使得黑色粒子被白色分散流体遮蔽，导致纤维30的白色光学状态。
虽然具有定向导电性的透光导体可用于制造细长圆柱形制品，例如纤维，但透光导体也可用于形成具有高纵横比的各种结构，例如丝带、矩形和条纹。
透光导体70的多种结构示于图7A-7D中。在一个简单的实施例中，如图7A所示，透光导体70包括具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物72，以及穿过透光导体70的长度的多个导线74。导线可以是银、铜、铝、镍、锌、金、钢或它们的任何组合。因为纵向电阻率主要由导线的电导率决定，所以沿透光导体长度的总电导率小于1x10-3欧姆-厘米，例如小于1x10-6欧姆-厘米。然而，横向电导率主要由透光聚合物的体积电阻率决定，因此横向电导率通常也在1x1010欧姆-厘米到1x104欧姆-厘米的数量级。根据掺杂量等，透光聚合物的体积电阻率可能接近1x107欧姆-厘米至1x105欧姆-厘米，这在经验上似乎足以最小化电泳显示器中的自擦除，即，如下面在图9中讨论的。
替代构造可以包括细长的多边形结构75，例如六边形，如图7B所示，前提是细长的多边形结构具有优先的导电方向。细长的多边形结构的规模不受限制，因为对于大型装置，小的鸡笼网状结构可能适用于单原子片，例如石墨烯。同样，多边形结构可以包括银、铜、铝、镍、锌、金、钢或它们的任何组合。在一些实施例中，细长的多边形结构75可以包括多种类型的材料，其中导电性更高的材料在透光导体70的长度上延伸，而不同的、导电性更低的材料在宽度上延伸。以类似的方式，通过为网格76的不同部分选择具有不同电导率的材料，可以将网格76用作定向导体。多边形结构75和网格76在透光导体70中提供更高的结构稳定性，从而允许它们在多个方向上弯曲。
在又一个实施例中，如图7D所示，定向导电元件可以由导电薄片、线、碎片、晶须、纳米线、纳米管或它们的组合构成，其中附带导体被定向以实现大于10:1的纵横比。例如，透光聚合物72可以装载有银晶须77，并且混合物被机械驱动以使银晶须77大致沿透光导体70的轴对齐，从而产生导电性的方向性。在导体77已经被定向之后，透光聚合物72可以固化或交联以将导体锁定到它们的优选定向。导体可以包括碳纳米管、银、钨、铁、铜、纳米粒子、金属网格或石墨烯。用于创建图7D的透光导体70的方法显示在图8中，包括在步骤62提供透光聚合物72、在步骤64将导体77设置在透光聚合物72中、在步骤66用外部刺激定向导体77、以及在步骤68任选地固化透光聚合物72。对齐组件导体的其他方法可以包括施加电场或磁场以刺激对齐。磁场特别适用于对齐磁性或顺磁性材料，例如铁、钨和铝。在一些情况下，可以使用复合材料，例如用铁纺成的银线，以使导体77更容易对齐。在一些实施例中，较大的导体77可以涂有例如铁粉，以促进在优选方向上的对齐，例如，使用磁场。透光聚合物72可以用热或压力固化，或者透光聚合物72可以包括例如用热或UV光活化的交联剂。
本发明的透光导体可用作电光显示器中的顶部电极，如图9所示。图9是穿过具有本发明的透光导电层的电光显示器的基本前平面层压板80的示意性截面图。通常，透光导电层84将承载在透光基板82上，该基板82优选是柔性的，在某种意义上，基板可以手动缠绕在直径为10英寸(254毫米)的鼓(例如)上，而没有永久变形。基板82通常是聚合物薄膜，并且通常具有约1至约25密耳(25至634微米)，优选约2至约10密耳(51至254微米)的厚度。基板82形成最终显示器的观察表面并且可以具有一个或多个附加层，例如吸收紫外线辐射的保护层、防止水分进入的阻挡层或抗反射涂层。
透光导电层84包括具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物和具有大于10:1的纵横比的定向导电元件，如上所述。电光介质层86与透光导电层84电接触。然而，在一些实施例中，在透光导电层84和电光介质层86之间还存在一层光学透明粘合剂(未示出)。图9所示的电光介质86是具有多个微囊体的带相反电荷的双粒子封装的电泳介质，每个微囊体包括含有烃基液体90的囊壁88，在烃基液体90中悬浮有带负电的白色粒子92和带正电的黑色粒子94。微囊体被保持在粘结剂95中。在跨电光层86施加电场时，白色粒子92移动到正极并且黑色粒子94移动到负极，以使得根据跨电光层84的电场在最终显示器内的任意点相对于背板是正还是负，电光层86对于通过基板82观看显示器的观察者来说看起来是白色还是黑色。
如图9所示的前平面层压板80还包括与电光介质层86相邻的层压粘合剂层96和覆盖粘合剂层96的释放片98。释放层98从粘合剂层96剥离并且粘合剂层被层压到背板上以形成最终的电光显示器。本发明的两相导电层可以是电光显示器的前电极，即位于最靠近观察表面一侧的电极。在完全透光或具有两个观察表面的电光显示器中，本发明的两相导电层可以是前电极和背电极。背板可以是例如单电极材料，例如石墨电极、金属箔或导电膜(例如PET-ITO)。背板可以是分段显示器、无源矩阵显示器或有源矩阵显示器。在一些情况下，背板将包括薄膜晶体管的有源矩阵以控制多个像素电极上的电压。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是应当理解，这些实施例仅作为示例提供。在不背离本发明的精神的情况下，本领域技术人员将想到许多变化、改变和替换。因此，所附权利要求意在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有这些变化。
上述专利和申请的所有内容通过引用以其整体并入本文。

Claims (22)

1.一种透光导体，包括：
具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物；以及
具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件。
2.根据权利要求1所述的透光导体，其中，所述透光聚合物是柔性的。
3.根据权利要求2所述的透光导体，其中，所述透光聚合物掺杂有导电添加剂。
4.根据权利要求3所述的透光导体，其中，掺杂剂是盐、聚电解质、聚合物电解质或固体电解质。
5.根据权利要求1所述的透光导体，其中，所述定向导电元件是导线或导电纤维。
6.根据权利要求1所述的透光导体，其中，所述定向导电元件包括被定向以实现大于10:1的纵横比的多个导电薄片、线、碎片、晶须、纳米线或纳米管。
7.根据权利要求6所述的透光导体，其中，所述定向导电元件包括碳纳米管、银、钨、铁、铜、纳米粒子、金属网格或石墨烯。
8.根据权利要求1所述的透光导体，其中，所述定向导电元件具有大于100:1的纵横比。
9.根据权利要求1所述的透光导体，其中，所述透光聚合物的可见光透射率大于70％。
10.一种包括根据权利要求1所述的透光导体的厚度小于500μm的薄膜。
11.一种电光显示器，包括：
前电极，包括透光导体层，所述透光导体包括：
具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物，以及
具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件；
背电极；
电光介质层，设置在所述前电极和所述背电极之间；以及
电压源，耦合到所述前电极和所述背电极。
12.根据权利要求11所述的电光显示器，其中，所述电光介质层包括在溶剂中的带电颜料粒子。
13.根据权利要求12所述的电光显示器，其中，所述带电颜料粒子和溶剂被封装在微囊体中或密封在微单元中。
14.根据权利要求12所述的电光显示器，其中，所述带电颜料粒子包括两组带电颜料粒子，每组具有不同的电荷极性和不同的光学特性。
15.根据权利要求11所述的电光显示器，还包括在所述前电极和所述电光介质层之间的光学透明粘合剂。
16.一种变色纤维，包括：
中央导电元件；
围绕所述中央导电元件的电光介质层；以及
外部透光导体层，所述透光导体包括：
具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物，以及
具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件。
17.根据权利要求16所述的变色纤维，其中，所述电光介质包括在溶剂中的带电颜料粒子。
18.根据权利要求17所述的电光显示器，其中，所述带电颜料粒子被封装在微囊体中并分散在聚合物粘结剂中。
19.一种制造透光导体的方法，包括：
提供具有在1x1010欧姆-厘米和1x104欧姆-厘米之间的体积电阻率的透光聚合物；以及
将具有大于10:1(长:宽)的纵横比的定向导电元件设置到所述透光聚合物中。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
将多个定向导电元件设置在所述透光聚合物中；
用外部刺激来定向所述多个定向导电元件；以及
固化所述透光聚合物。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述外部刺激是磁场、电场、光或机械驱动。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述透光导体沿所述多个定向导电元件被定向的方向具有小于1×10-3欧姆-厘米的电导率。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070195546A1 (en) * 2003-12-20 2007-08-23 Koninklijke Philips Electronic, N.V. Fibre or filament
US20080143906A1 (en) * 2006-10-12 2008-06-19 Cambrios Technologies Corporation Nanowire-based transparent conductors and applications thereof
US20140085573A1 (en) * 2011-04-15 2014-03-27 Mark J. Pellerite Transparent electrode for electronic displays
CN105917265A (zh) * 2014-01-17 2016-08-31 伊英克公司 具有双相电极层的电光显示器
US20170130053A1 (en) * 2015-11-11 2017-05-11 E Ink Corporation Functionalized quinacridone pigments
US20180363173A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Apple Inc. Fabric Items Having Strands of Adjustable Appearance
CN110214379A (zh) * 2016-12-23 2019-09-06 沙特基础工业全球技术公司 导电性共聚酯碳酸酯基材料

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102369478A (zh) * 2009-03-31 2012-03-07 康涅狄格大学 柔性电致变色装置、其电极及制造方法
JP5311255B2 (ja) * 2009-03-31 2013-10-09 国立大学法人 千葉大学 透明導電性ポリマー材料及び導電性膜、導電性膜の製造方法
TWI657539B (zh) * 2012-08-31 2019-04-21 日商半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置
CN105261423B (zh) * 2015-10-30 2017-08-29 中山大学 一种卷对卷制备高性能柔性透明导电膜的装备和方法
US11656525B2 (en) * 2018-10-01 2023-05-23 E Ink Corporation Electro-optic fiber and methods of making the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070195546A1 (en) * 2003-12-20 2007-08-23 Koninklijke Philips Electronic, N.V. Fibre or filament
US20080143906A1 (en) * 2006-10-12 2008-06-19 Cambrios Technologies Corporation Nanowire-based transparent conductors and applications thereof
US20140085573A1 (en) * 2011-04-15 2014-03-27 Mark J. Pellerite Transparent electrode for electronic displays
CN105917265A (zh) * 2014-01-17 2016-08-31 伊英克公司 具有双相电极层的电光显示器
US20170130053A1 (en) * 2015-11-11 2017-05-11 E Ink Corporation Functionalized quinacridone pigments
CN110214379A (zh) * 2016-12-23 2019-09-06 沙特基础工业全球技术公司 导电性共聚酯碳酸酯基材料
US20180363173A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Apple Inc. Fabric Items Having Strands of Adjustable Appearance

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