CN117083567A - 具有不同不透明度的区域的可切换光调制器 - Google Patents

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Abstract

可切换光调制器，其可以是薄膜，包括填充有电光介质(例如电泳介质)的腔室，其中一些腔室具有不同体积的电光介质，使得当电光介质在“打开”与“关闭”状态之间切换时，具有较大体积腔室的光调制器的一些区域比具有较小体积腔室的区域经历更大的光密度变化。这种可切换光调制器可用于并入挡风玻璃、眼镜、窗户、镜片或遮阳板中，其中期望仅部分观察区域变暗。由于该设计仅需要两个(通常是光透射的)电极，因此与单独可驱动的像素电极相比，操作得以简化并降低了成本。

Description

具有不同不透明度的区域的可切换光调制器
相关申请
本申请要求于2021年3月15日提交的美国临时专利申请No.63/161,432的优先权。本文公开的所有专利和出版物的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及可切换光调制装置，也就是说，涉及旨在调制光或其他电磁辐射通过量的可变的透射薄膜装置。目前市面上有几种不同类型的电子可控光调制装置，例如电致变色装置、悬浮粒子显示器(SPD)装置和电泳装置，它们具有不同的成本和优点，例如能耗、对比度和透明的清晰度(即“打开”状态)。[为方便起见，本文通常使用“光”这一术语，但这一术语应从广义上理解，包括可见和不可见波长的电磁辐射。例如，如下文所述，本发明可应用于基板，以提供可调制红外辐射的表面，用于控制温度、或用于阻止暴露于外部红外辐射]。
更具体地，本发明涉及使用电光材料(例如基于粒子的电泳介质)来控制仅对观察介质的一部分进行光调制的可切换光调制装置。当需要仅在观察平面的特定预定区域减少光透射以阻挡入射光或提供投射图像的暗色背景时，这种装置可能是有益的。可并入本发明的各种实施例的电泳介质的示例包括，例如，美国专利No.10,809,590和10,983,410中描述的电泳介质，这两个专利的内容全部通过引入并入本文。
发明内容
本发明的实施例提供了一种可切换光调制器装置，其电光流体层布置于两个平行并置的基板表面之间。基板的相对表面形成本实施例的观察面。电光流体层对一些实施例的观察区域(观察面)的覆盖并不均匀，导致不同区域的光调制水平随流体层的阶跃变化而不同。在一个实施例中，不同区域之间流体层的阶跃变化是通过压花(或模制)透明聚合物结构的体积的阶跃变化来实现的。压花固体聚合物结构被嵌入观察区域，并且还包含壁特征，该壁特征将装置的流体层划分为与空腔相对应的离散体积的单层。在这些空腔内，压花聚合物结构通过改变固体、透明聚合物以及结合物所占的体积百分比、流体的体积百分比，实现流体层相对于相邻区域或空腔的阶跃变化。在另一个实施例中，可以通过减小空腔的开口宽度来改变空腔的体积，从而使一些空腔只包括空腔之间的薄分隔区域(即壁)，而在其他区域，空腔具有更厚的分隔。
空腔的体积是由其壁结构的内表面和其并列基板的内表面确定的。有两个极端或限制区域，一个是空腔的体积只填充流体(100％流体)，另一个是空腔的体积只填充固体聚合物(0％流体)。在后一种区域，即使该区域可能位于中心观察区域，光调制器也无法调制光透射。然而，为了操作方便和简单，所有这些不同的空腔可以只用两个基板来组装，并且最终的显示器只包括顶部和底部电极层，优选地由光透射材料(如氧化铟锡(ITO))构造。在一些实施例中，大多数空腔介于这两个极端区域之间。因此，一些空腔可具有体积X，一些空腔具有介于2X和3X之间的体积，还有些空腔具有至少为3X的体积。X可以约为1nL，但也可以更大，如在1到10nL之间，或更小，如在0.1到1nL之间。在其他实施例中，观察区域中没有空腔的流体体积为0％。在一些实施例中，至少两个或更多个各自包含流体的相邻空腔之间的流体层的百分比体积、阶跃变化至少为1％，更优选地至少为1.5％，以及最优选地至少为1.75％，并且至少两个或更多个相邻空腔之间的流体层的百分比体积、阶跃变化至少为10％，更优选地至少为15％，最优选地至少为17.5％。为避免疑义，相邻空腔指的是光调制器观察区域内的任意两个空腔，相邻区域指的是任意两个区域，其中每个区域包括多个空腔，每个空腔具有相同的流体体积百分比，但是两个区域的百分比值不同。
在一些实施例中，流体层的体积百分比、阶跃变化与空腔在可选择光透射范围的阶跃变化相一致，并且与延伸区域(具有相同流体体积百分比的空腔)的可选择光透射范围的阶跃变化一致。如前所述，有两种极端或限制情况，一种情况是空腔的体积只填充流体(100％流体)，在这种情况下，本实施例的可切换(即可选择)的光透射范围是从光调制器对任何空腔所能达到的最低最小透射值到最低最大透射值。在另一个极端，流体体积为0％或接近0％的空腔将具有调制器的最大透射值，但切换范围可忽略不计，其最小透射值与最大透射值肉眼无法分辨。
在一些实施例中，光状态是可选择的，并且第一光状态对应于空腔的最大光透射，第二光状态对应于其最小透射。装置的特点是，空腔以及延伸区域在第一和第二光状态下的光透射值各不相同。至少两个或更多个相邻的空腔，每个都含有流体，在相同的光状态下操作，其光透射值至少相差1％，更优选地至少相差1.5％，最优选地至少相差1.75％，以及至少两个或更多个相邻的空腔，每个都含有流体，其光透射值至少相差10％，更优选地至少相差15％，最优选地至少相差17.5％。
在一些实施例中，相同的流体填充至少66％的空腔(尽管不具有相同体积百分比)，并且更优选的是相同的流体100％填充具有流体的空腔。在一些实施例中，流体在层压步骤中填充空腔，该步骤将之前形成在(并粘合到)底部基板上的压花聚合物结构应用到其间具有流体层的顶部基板上。优选地，该层压步骤使用一对NIP辊，该辊被定向为使得基板在辊之间垂直行进，并且流体被保持在NIP点上方的基板之间的池中，并在基板通过NIP点时由辊填充并层压到压花聚合物中的空腔中。当基板通过NIP点时，基板平行面之间的正交距离由聚合物壁结构来确定。优选地，在层压之后或同时，在UV光(或其他辐射)固化阶段将聚合物壁结构的顶部粘合至顶部基板。
在一个方面，本文描述了一种可切换光调制器，包括第一光透射基板、包括多个特征的第二光透射基板，所述特征基本平行于第一光透射基板，并且所述特征中的至少一些特征与第一光透射基板之间具有不同的正交距离，多个壁布置在第一光透射基板与第二光透射基板之间，从而创建多个腔室，布置在多个腔室内的电光介质、耦合到第一光透射基板的第一电极、以及耦合到第二光透射基板的第二电极，其中在第一和第二电极之间施加驱动电压导致电光介质在第一光吸收状态与第二光透射状态之间切换。在一些实施例中，电光介质包括分散在非极性溶剂中的带电颜料粒子，并且电光介质通过在分布粒子状态和聚集粒子状态之间移动而在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。在一些实施例中，电光介质是双稳态的。在一些实施例中，第一光透射基板或第二光透射基板包含聚合物，所述聚合物包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基苯、乙烯基醚或多官能环氧化物。在一些实施例中，第二光透射基板的至少一部分接触第一光透射基板。在一些实施例中，第二光透射基板的特征中的至少一些特征和第一光透射基板之间的正交距离为至少60μm或更大。在一些实施例中，第二光透射基板的特征中的至少一些特征与第一光透射基板之间的正交距离小于60μm。这种可切换光调制器可以被并入挡风玻璃、窗户、眼镜、护目镜或遮阳板中。这种可切换光调制器可以被并入信息显示系统中，该信息显示系统包括透明基板、可切换光调制器以及被配置为将信息投影在可切换光调制器上的投影仪。在一些实施例中，投影仪是近眼投影仪。
在另一方面，本文描述了一种可切换光调制器，包括第一光透射基板、第二光透射基板，所述第二光透射基板包括多个凹槽，所述凹槽具有壁和底，并在耦合到第一光透射基板时形成多个腔室，其中所述凹槽具有开口宽度，并且至少一些凹槽的开口宽度小于其他凹槽宽度的一半，布置在多个腔室中的电光介质、耦合到第一光透射基板的第一电极和耦合到第二光透射基板的第二电极，其中在第一和第二电极之间施加驱动电压导致电光介质在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。在一些实施例中，电光介质包括分散在非极性溶剂中的带电颜料粒子，并且电光介质通过在分布粒子状态和聚集粒子状态之间移动而在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。在一些实施例中，电光介质是双稳态的。在一些实施例中，第一光透射基板或第二光透射基板包含聚合物，所述聚合物包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基苯、乙烯基醚或多官能环氧化物。在一些实施例中，第二光透射基板的至少一部分接触第一光透射基板。在一些实施例中，至少一些凹槽的开口宽度为150μm或更大。在一些实施例中，至少一些凹槽的开口宽度小于150μm。这种可切换光调制器可以被并入挡风玻璃、窗户、眼镜、护目镜或遮阳板上。这种可切换光调制器可被并入信息显示系统中，该系统包括透明基板、可切换光调制器和配置为在可切换光调制器上投射信息的投影仪。在一些实施例中，投影仪是近眼投影仪。
鉴于以下描述，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的。
附图说明
图1A和图1B示出了示例性的增强现实眼镜的前(外)和后(内)视图，包括用于直接在观察镜片的内部平面上显示信息的短焦/近眼投影仪。
图2A和图2B示出了示例性的车辆挡风玻璃(在本例中为客机)的外视图和内视图，其包括用于直接在挡风玻璃的内部平面上显示信息的短焦投影仪。
图3示出了增强现实眼镜实施例101，其具有用于增强现实眼镜的镜片形状的左光调制薄膜10和右调制薄膜20。
图4A示出了通过可切换光调制器实施例的第一实施例的圆形切口或截面的放大图。
图4B示出了从图4A中的线AA截取的横截面，并且详细描述了具有不同深度和相应不同体积的腔室。
图5A和5B示出了通过光调制薄膜实施例的第二实施例的圆形切口或截面的放大图，其中腔室的开口宽度被改变以提供不同体积的电光介质。
图6A和6B示出了用于创建可切换光调制器的压花过程。在一些实施例中，压花结构被热固化或光固化。
图7示出了用于组装具有顶部和底部透明电极的可切换光调制器的方法。
图8A和8B示出了处于暗状态(8A)和亮状态(8B)的单独光调制空腔。
附图仅通过示例而非限制的方式描绘了根据本构思的一种或多种实现方式。
具体实施方式
本文详述的可切换光调制器可以是薄膜，但也可以是直接并入到观察基板中，如窗户、挡风玻璃或眼镜。可切换光调制器包括许多填充有电光介质(如电泳介质)的腔室，其中一些腔室具有不同体积的电光介质，以便当光调制器的所有电光介质在“打开”和“关闭”状态之间切换时，光调制器的一些区域(即具有较大体积的腔室的区域)与其他区域(即具有较小体积的腔室的区域)相比，光密度会发生较大变化。由于这种设计只需要两个(通常是光透射的)电极，因此与可单独启动的像素电极相比，操作更简单，并且成本更低。本文所述的光调制器响应于电信号和开关来改变光衰减、颜色、镜面透射率或漫反射中的一种或多种，以提供两种或多种光状态。优选地，光状态包括一种对可见光是透明的极端状态(第一光状态)和另一种对光有强烈衰减的极端状态(第二光状态)。这种可切换光调制器适用于安装在挡风玻璃、眼镜、窗户、镜片或遮阳板上，这些只有部分观察区域需要变暗。
本文描述的装置可以与任何电光介质一起使用，凭此可以通过在介质上施加电场(即，驱动电压)来改变介质的透射。这样的电光介质可以包括电致变色介质、液晶介质、旋转的悬浮粒子(SPD)或电泳介质，凭此带电粒子朝向或远离特定电极平移以改变光学状态。电泳介质尤其受到青睐，并且当被并入到显示器中时，与其他电光介质(例如液晶显示器)相比，所得到的显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性和低功耗的属性。
术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示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任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续的时间是用于改变该显示元件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显示器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显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“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显示器。
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和微单元电泳以及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，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。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不被封装在微囊体内，而是保持在载体介质(通常是聚合物薄膜)内形成的多个空腔中。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)微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如美国专利No.7,072,095和9,279,906；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利No.7,144,942和7,715,088；
(e)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；
(f)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；
(g)颜色形成和颜色调整；参见例如美国专利No.7,075,502和No.7,839,564；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7,012,600和No.7,453,445；
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和No.8,009,348；以及
(j)非电泳显示器，如在美国专利No.6,241,921和美国专利申请公开No.2015/0277160中所述；以及除了显示器以外的封装和微单元技术的应用；参见例如美国专利申请公开No.2015/0005720和2016/0012710。
一种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，带电粒子和悬浮流体不被封装在微囊体内，而是保持在载体介质(通常为聚合物薄膜)内形成的多个空腔中。参见例如国际申请公开No.WO 02/01281和公开的美国专利No.6,788,449，这两项专利均转让给达意图像公司(Sipix Imaging，Lnc)，现为伊英克加利福尼亚有限责任公司(E Ink California，LLC)。
电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下操作。然而，电泳装置也可以制成在所谓的“快门模式(shutter mode)”下操作，在该模式下，一种显示状态是基本上不透明的，而一种显示状态是光透射的。参见例如前述美国专利No.6,130,774和6,172,798以及美国专利No.5,872,552；6,144,361；6,271,823；6,225,971；和6,184,856。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在类似的模式下操作；参见美国专利No.4,418,346。当通过使用电源和控制器(未示出)的装置的电极将DC场施加到介质时，暗粒子或亮粒子向观察表面移动，从而将光学状态从暗改变为亮。当将交变电场施加到其中一个电极时，带电颜料粒子被驱动到囊体的壁，从而在囊体中形成用于透射光的孔，即打开状态。在两个实施例中，因为溶剂是非极性的并且包含电荷控制剂和/或稳定剂，所以光学状态(黑/白；打开/关闭)可以维持很长一段时间(几周)而不需要维持电场。因此，这些装置每天可能只“切换”几次，并且消耗的电量非常少。
如上所述，本发明的可切换光调制器提供了根据需要仅使一部分观察区域变暗的能力。这种可切换光调制器的一个重要应用是增强现实(AR)和所谓的平视显示器。图1A和1B中示出了用于AR眼镜101的基本设计。从外侧(即正面)看，如图1A所示，AR眼镜101可以做得看起来相当典型，包括左镜片110、右镜片120和镜框115。如图1B所示，观看眼镜的内部，AR眼镜101可以另外包括微型短焦投影仪，即，被配置为将消息122或图像投影到镜片的表面上的近眼投影仪118，如图1B所示。欧司朗公司(Osram)(加利福尼亚州桑尼维尔)可提供合适的近眼投影仪。虽然可以使用例如镜片表面上的特殊涂层来观察投影到透明表面上的消息122，但是当投影的消息122的背景变暗时，总体观察体验得到改善，如图1B所示。
在一些商业实施例中，例如谷歌眼镜TM(Google GlassTM)，图像被投射到镜片外表面的单独的观察表面上，然而，这将有用的观察区域限制为仅固定观察表面的区域。因为观察表面处于固定位置，并且或多或少是光学不透明的，所以用户实际上不能看穿整个观察表面(即，面向具有外部图像观察表面的眼睛的完整镜片)。此外，仅在观察区域的一部分近距离重复观察也会导致眼睛疲劳，因为几乎所有的短距离聚焦都只有一只眼睛进行观察。相反，如本文所述，通过添加可变透射率和不同不透明度的区(或区域)，投影的消息122可以在观察区域周围移动并且甚至以部分透明度覆盖在视图中的实际对象上。
然而，本文描述的设计和技术不限于AR眼镜。如图2A和图2B所示，相同类型的光调制薄膜也可以被并入到车辆的挡风玻璃中，例如汽车、摩托车、飞机、直升机、轮船、小船、公共汽车、火车等。在图2A中，喷气客机的外部俯视图显示了挡风玻璃(即驾驶舱窗户、即挡风玻璃、即座舱盖)的左部分210和右部分220。观看图2A中的内部，可使用短程投影仪218(例如，如加利福尼亚州洛斯阿拉米托斯市的爱普生公司(Epson)提供的投影仪)向用户(如飞行员)显示信息。类似的短投方法已经通过“平视显示器”在飞机和汽车中使用了一段时间，但是这种平视显示器系统通常需要单独的观察表面，并且用户仅在通过该观察表面观察时才具有功能性。可替代地，挡风玻璃的某个区域可以具有特殊的部分反射涂层，以提高投影信息的可见度，但是无法移动该区域，这可能会在挡风玻璃中产生盲点。
总体而言，本文描述的本发明提供了光调制薄膜，其使得在标准光学和窗口材料上的这种短投程信息显示成为可能，同时还提供了返回到“正常”观察条件的选项。例如，一些实施例可以将光调制薄膜结合到眼镜的镜片中。该装置可以是包括其他有源层或光导的光学叠层的一个有源层。在AR眼镜的实施例中，装置使用两种或更多种光状态来选择性地调节从场景进入眼睛的光量，从而选择性地改变由AR眼镜创建的数字图像的感知亮度。为了在从场景进入眼睛的不同光透射水平之间有选择性地切换，实施例层必须位于光学叠层中，比负责形成数字图像的层更靠近场景(或远离佩戴者的眼睛)。
在一些实施例中，可切换光调制器具有柔性基板，并且完成的组件足够柔性以符合并结合到镜片的弯曲表面。该薄膜装置具有显著的结构强度，并将流体层划分在空腔中，每个空腔容纳离散的流体体积，该流体体积是自密封的并与相邻空腔隔离。一些实施例的结构强度源自其聚合物结构和聚合物密封材料的选择。结构强度包括承受永久层压到镜片上以及正常使用时具有抵抗机械冲击和极端环境(阳光和室外温度)所必需的强度。
薄膜的其他实施例包括用作光快门、光衰减器、可变光透射率片、可变光吸收率片、可变光反射率片、单向镜、车辆内的透明开口或遮阳板。
图3示出了适合在AR眼镜中使用的实施例101。该装置包括左手侧(LHS)光调制薄膜10和右手侧(RHS)薄膜20。LHS薄膜(10)示出了处于第一光状态，而RHS膜(20)处于第二光状态。装置101具有四个具有不同光透射范围的区域。这些区域由1050、1051、1052和1053指示。在区域1050中，空腔100％(按体积)由透明固体聚合物(60)填充以及没有(或可忽略不计)流体。光透射达到最大且无切换范围。如分别由膜10和20所示，该区域在第一和第二光状态下具有相同的外观。区域1050的光透射在两种光状态下都可以高达90％至95％。
在区域1051中，空腔75％(按体积)填充有透明固体聚合物(60)，并且25％(按体积)填充有电光流体(50)。光透射范围有利于具有如薄膜10所示的第一光状态的高值，但以牺牲薄膜20中所示的第二光状态的透射值(和切换范围的宽度)为代价。尽管光透射变化，但该区域在第一光状态和第二光状态下具有相似的外观，因为眼睛对明度(即亮度)的变化相对不敏感。作为示例，区域1051在第一光状态下的光透射约为80％，在第二光状态下的光透射约为50％。
在区域1052中，空腔中50％(按体积)填充有透明固体聚合物(60)，并且50％(按体积)填充有电光流体(50)。光透射范围仍然有利于具有如薄膜10所示的第一光状态的高值，但以牺牲薄膜20中所示的第二光状态的透射值(和切换范围的宽度)为代价，只是比之前针对区域1051描述的要少。在从第一光状态切换到第二光状态时，随着场景的明度(即亮度)的变化以及AR眼镜创建的、位于与区域1052相对应的视野中的数字图像的感知亮度的变化，光透射的变化对于AR眼镜的佩戴者的眼睛来说将是明显的。作为示例，区域1052在第一光状态下的光透射约为70％，在第二光状态下的光透射约为30％。
在区域1053中，空腔被透明固体聚合物(60)按体积填充的百分比几乎为零，并且被电光流体(50)按体积填充的百分比接近100％。光透射范围有利于使其第二光状态具有如薄膜20(RHS)中所示的最小值，但以牺牲薄膜10(LHS)中所示的第一光状态的透射值为代价，但总体动态范围(第二光状态相对于第一光状态的透射值的比)对于区域1053来说可能是最佳的。在从第一光状态切换到第二光状态时，随着场景明度(即亮度)的变化以及由AR眼镜创建的、位于与区域1053相对应的视野中的数字图像的感知亮度的变化，光透射的变化对于AR眼镜佩戴者的眼睛来说将是最明显的。区域1053在数字图像和通过眼镜看到的场景之间形成最佳对比度。作为示例，区域1053的光透射在其第一光状态下可以是大约60％并且在第二光状态下可以是大约5％。
应当理解的是，从通过实施例的AR眼镜观察的场景进入眼睛的光量的任何减少都将提高与在佩戴者视野中投影或形成的数字图像的对比度。因此，在装置101中选择第二光状态将提高在区域1050的视场中形成的数字图像的对比度，即使其光透射在第一和第二光状态下是相同的。
图4A示出了实施例102并且是分别具有平行并列的底部基板82和顶部基板92的光调制薄膜的圆形切口或截面的放大视图。两个基板的内面都有透明电极层(图4A中未单独示出；参见图7)。电光层(32)包括基板内面之间的所有元件。其单元间隙是面之间的正交距离(d)。层32包括电光流体50和压花的透明固体聚合物60。流体50被固体聚合物60中的壁特征65分成离散的空腔，每个空腔具有被透明固体聚合物结构填充的预定义百分比的体积。该百分比在底部基板82上的压花(或模制)工艺步骤中设定。因此，压花步骤，或者更正确地压花工具表面，确定了随后电光流体(50)的体积填充百分比。
图4A示出了在压花工艺步骤中被固体聚合物结构60按体积填充约50％的空腔42的示例。随后在薄膜102的组装和流体层压步骤中，流体50填充剩余空腔的体积(按体积50％)并且其在图4A中的正交尺寸(相对于基板的面)用1042指示。空腔43几乎没有固体聚合物结构60。流体50填充空腔的体积(按体积100％)，并且其在图4A中的正交尺寸(相对于基板的面)用1043指示。在压花工艺步骤中，空腔41几乎按体积100％地被固体聚合物结构60填充。空腔内的固体聚合物的最顶部表面与壁65的顶部处于同一水平。随后，在薄膜102的组装和流体层压步骤中，流体50被NIP辊从由空腔41占据的区域排出。由NIP辊施加的压缩力使底部基板(82)上的压花聚合物(60)的最顶部表面与顶部基板92的内表面紧密接触，并从这些接触区域挤压电光流体50。
图4A(和实施例102)示出了图3的光调制器101是如何被构造的。空腔41用于限定图3中的区域1050(或者区域1050包括空腔41)；类似地，空腔42和区域1052，以及空腔43和区域1053。连续空腔的正交高度的更多细节可以在图4B中看到，图4B示出了实施例102沿线A-A的横向切片。从图4B中可以看出，实施例102的一些部分在底部基板82和顶部基板92之间不具有电光体积。从图4A中可以看出，空腔43具有变化的深度d1、d2、d3。当然，多于三个不同的深度是可能的。通常，顶部基板92和底部基板82的顶部特征86之间的正交距离d小于100μm，并且在一些区域中，顶部基板92和底部基板82之间不存在体积。在一些区域中，顶部基板92与底部基板82的顶部特征86之间的正交距离d在100μm与5μm之间，例如在80μm与10μm之间、例如在60μm与15μm之间、例如在50μm和20μm之间。
有利地，在实施例101(参见图3)中，光透射最高的区域(1050)位于镜片表面的中心位置，通常对应于佩戴包含实施例101的AR眼镜的人的观察者会透过其进行目光交流的位置。类似地，具有最高第一光状态透射的区域(1051)位于中心位置，并且是根据观察者在直视(或侧视)远处物体时需要(或希望)获得最大能见度而确定的。相同的特征可以被并入到例如挡风玻璃中，因为中央观察区域总是提供清晰的观察路径，但是将切换透射状态的区域位于观察区域的外围并且是分级的。在具有区域1050或1051的实施例中，光调制器被有利地优化以在关键观察区域中具有最小的雾度。
相反，实施例101中的区域1053对于在场景中观察远处物体并不重要，并且有利的是，即使在第一光状态下也可以最小化光透射，以最大化位于佩戴者视场的该区域中的数字物体的亮度的对比度。区域1052用于观察附近的物体，例如阅读时。数字物体叠加在附近的物体上以添加上下文，而无需佩戴者重新聚焦。在许多场景下，附件物体的亮度可以与数字物体在室内时的亮度相似，因此针对这些条件优化了该区域1053的第一光状态透射。当在户外时，第二光状态可用于降低场景中附近物体的亮度。
在使用中，第二光状态可以在室内使用以有利于数字图像的感知并减少对佩戴者视野中的内部环境的干扰。在室外使用时，当不需要数字图像时，或者当数字图像被限制在诸如通过1053观察的局部区域时，可以使用第一光状态。
在图3和图4A中，实施例101和102被示出在不同区域1050、1051、1052和1053的光透射方面具有可感知的差异。在优选的实施例中，从一个区域到另一个区域的过渡不太可感知，因为在两个区域之间设置了一个过渡区域，其中各个区域(例如1051和1053)之间的体积百分比的阶跃变化是通过例如1至5毫米的渐变阶跃变化来实现的。在该过渡区域中，从一个空腔到另一个空腔的体积百分比的阶跃变化可以是各个区域之间的差异的1/10或更小。
在图4A中，空腔41、42和43被示出为具有相同的形状(六边形)和相同的尺寸，然而，一些实施例具有以一定程度的随机性成形的空腔，例如不同的尺寸、或形状、或体积。在一些实施例中，对于所有空腔而言，仅基板的内表面之间的正交距离是相同的。图4A示出的空腔42内压花聚合物60的顶面与基板面平行。在其他实施例中，具有与空腔42类似的体积百分比(即50％)的空腔内的聚合物60呈非平面突起的形式。在这样的实施例中，相邻或邻近空腔之间的体积百分比的阶跃变化通过相应突起的体积差异来实现。例如，具有圆锥形突起的空腔的体积百分比是具有半球形突起的空腔的体积百分比的一半(假设半径相同且正交高度等于半径)。
图5A和5B示出了可替代的实施例700，其中空腔72和73具有不同的横截面积，如由开口宽度w限定，但所有空腔具有相同的深度。例如，空腔73具有开口宽度w1，而空腔72具有开口宽度w2。在一些区域中，横跨凹槽73/72的开口宽度w在500μm与25μm之间，例如在300μm与40μm之间、例如在200μm与50μm之间、例如在150μm与60μm之间。当空腔72和73填充有电泳介质时，例如如上所述，当处于暗状态时，光调制装置在整个装置上提供不同程度的不透明度。中心区域710无空腔，并且仅为基底透明聚合物材料，因此当用于AR眼镜时，中心视场无遮挡。在一些实施例中，如图5A和5B所示，装置的外围74被预着色，以匹配空腔处于暗状态下的色调。因为外围74越暗，所以当装置切换到暗状态时漏光越少。外围可以用例如涂料、彩色膜和覆盖层等进行着色。
在图5A和5B的实施例中，使用多种浓度的电泳粒子可能是有益的，使得关闭状态下的光密度在整个视场中变化。例如，朝向视场的中心，电泳介质可以具有较小的颜料负载，而朝向外围，颜料负载较大。另外，还可以使用不同面积和深度的空腔，即，结合图4A、4B、5A和5B中示例的原理。在某些情况下，如果空腔足够小且相距足够近，眼睛不会注意到电泳介质的光学深度的不同，但会感知到不透明度的梯度，因为进入较小空腔之间的光量增加了。
如上所述，本发明提供了一种包括双稳态电泳流体的空腔的光调制薄膜。由于光调制薄膜是可切换的，因此用户可以根据需要调节入射光的强度。另外，因为介质是双稳态的，所以光衰减状态将稳定一段时间，例如几分钟、例如几小时、例如几天、例如几个月，而不需要向光调制薄膜提供额外的能量。
此外，本发明能够使用卷对卷加工以成本有效的方式制造可切换光调制薄膜。因此，生产大片可切换光调制薄膜是可行的，这些薄膜可以在其他组装过程中被并入装置中。此类薄膜可包括辅助光学透明粘合剂层和释放片，从而允许光调制薄膜作为成品来运输和分销。光调制薄膜还可用于售后市场光控制，例如用于会议室窗户、建筑物的外窗、以及遮阳蓬和天窗。
电泳显示器通常包括电泳材料层和设置在电泳材料的相对侧上的至少两个其他层，这两层中的其中一个是电极层。在大多数此类显示器中，这两层都是电极层，并且电极层中的一个或两个被图案化以限定显示器的像素。例如，一个电极层可被图案化为细长的行电极，而另一电极层可被图案化为与行电极成直角延伸的细长的列电极，像素由行电极和列电极的交叉点限定。可替代地，以及更常见的是，一个电极层具有单个连续电极的形式，并且另一电极层被图案化为像素电极矩阵，每个像素电极限定显示器的一个像素。在一些实施例中，使用两个光透射电极层，从而允许光穿过电泳显示器。
术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述该第一和第二显示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任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续的时间是用于改变该显示元件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)。
为了改变薄膜的光调制特性，第一和第二光透射电极层可以耦合到电势的源。该源可以是例如电池、电源、光伏或一些其他电势的源。该源可以提供简单的直流电势，或者它可以被配置为提供随时间变化的电压，例如，如下所述的“波形”。第一光透射电极层和第二光透射电极层可以经由电极、导线或迹线耦合到源。在一些实施例中，迹线可以用开关来中断，该开关可以是例如晶体管开关。第一光透射电极层和第二光透射电极层之间的电势通常为至少1伏、例如至少2伏、例如至少5伏、例如至少10伏、例如至少15伏、例如至少18伏、例如至少25伏、例如至少30伏、例如至少30伏、例如至少50伏。
因为双稳态电泳流体是双稳态的，所以电泳粒子将在不施加电场的情况下保持其分布。此特征在本文列出的伊英克公司的专利中得到了很好的描述，但主要是由于双稳态电泳液中具有分布式聚合物(例如，聚异丁烯或聚甲基丙烯酸月桂酯)的特定混合物，使得电泳粒子通过耗尽絮凝而稳定。因此，在第一状态下，尽管没有在第一光透射电极层和第二光透射电极层之间施加电势，电泳粒子仍稳定地处于分散状态。通过施加合适的电势，电泳粒子向适当偏置的电极层移动，沿空腔的高度创建光透射梯度。一旦电泳粒子被驱动到所需的电极层，源就可以与电极层解耦，从而关闭电势。然而，由于双稳态电泳流体的双稳定性，电泳粒子将在很长一段时间内保持在第二状态，例如几分钟、例如几小时、例如几天。通过用反极性电压驱动所收集的电泳粒子远离电极，可以反转光调光薄膜的状态。
电泳介质的内相包括悬浮流体中的带电颜料粒子。本发明的可变透射介质中使用的流体通常具有低介电常数(优选小于10并且理想地小于3)。特别优选的溶剂包括脂族烃，诸如庚烷、辛烷和石油馏出物，诸如Exxon Mobil的或Total的/>萜烯，诸如柠檬烯，例如L-柠檬烯；以及芳香烃，诸如甲苯。特别优选的溶剂是柠檬烯，因为它结合了低介电常数(2.3)和相对高的折射率(1.47)。内相的折射率可以通过添加折射率匹配剂来修改，诸如可从新泽西州雪松林市的Cargille-Sacher Laboratories Inc.获得的折射率匹配流体。在本发明的封装介质中，优选的是，粒子分散体的折射率尽可能接近地匹配封装材料的折射率，以减少雾度。当溶剂的折射率接近密封剂的折射率时，可以最好地实现这种折射率匹配(当使用常用的聚合物密封剂时)。在大多数情况下，具有折射率在550nm处在1.51和1.57之间、优选在550nm处约1.54的内相是有益的。
带电颜料粒子可以具有多种颜色和组成。此外，带电颜料粒子可以用表面聚合物官能化以改善状态稳定性。此类颜料描述于美国专利No.9,921,451中，所述专利的全部内容通过引用并入本文。例如，如果带电粒子是白色的，则它们可以由诸如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4、PbSO4等无机颜料形成。它们还可以是具有高折射率(>1.5)和一定尺寸(>100nm)以呈现白色的聚合物粒子，或者被设计为具有所需折射率的复合粒子。黑色带电粒子可以由CI颜料黑26或28等(例如，锰铁氧体黑尖晶石或铜铬铁矿黑尖晶石)或炭黑形成。其他颜色(非白色和非黑色)可以由有机颜料形成，诸如CI颜料PR 254、PR 122、PR 149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15:3、PY138、PY150、PY155或PY20。其他示例包括ClariantHostaperm Red D3G 70-EDS、Hostaperm Pink E-EDS、PV fast red D3G、Hostaperm redD3G 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 4100HD、以及Irgazin Red L 3660HD；太阳化学公司的酞菁蓝、酞菁绿、二芳基黄或二芳基AAOT黄。颜色粒子还可以由诸如CI颜料蓝28、CI颜料绿50、CI颜料黄227等无机颜料形成。带电粒子的表面可以基于所需粒子的电荷极性和电荷水平通过已知技术进行改性，如在美国专利No.6,822,782、7,002,728、9,366,935和9,372,380以及美国公开2014-0011913中所描述的，其全部内容通过引用并入本文。
粒子可以表现出固有电荷，或者它们可以使用电荷控制剂明确地带电，或者可以在悬浮在溶剂或溶剂混合物中时获得电荷。合适的电荷控制剂是本领域众所周知的；它们本质上可以是聚合的或非聚合的，或者可以是离子的或非离子的。电荷控制剂的示例可包括但不限于Solsperse17000(活性聚合物分散剂)、Solsperse 9000(活性聚合物分散剂)、OLOA 11000(琥珀酰亚胺无灰分散剂)、Unithox 750(乙氧基化物)、Span 85(脱水山梨糖醇三油酸酯)、Petronate L(磺酸钠)、Alcolec LV30(大豆卵磷脂)、Petrostep B100(石油磺酸盐)或B70(磺酸钡)、Aerosol OT、聚异丁烯衍生物或聚(乙烯共丁烯)衍生物等。除了悬浮流体和带电颜料粒子之外，内相还可包括稳定剂、表面活性剂和电荷控制剂。当带电颜料粒子分散在溶剂中时，稳定材料可以吸附在带电颜料粒子上。这种稳定材料使粒子保持彼此分离，使得当粒子处于分散状态时可变透射介质基本上不透射。如本领域已知的，可通过使用表面活性剂来辅助将带电粒子(通常为炭黑，如上所述)分散在低介电常数的溶剂中。这种表面活性剂通常包含极性“头基”和与溶剂相容或可溶于溶剂的非极性“尾基”。在本发明中，优选非极性尾基是饱和或不饱和烃部分，或可溶于烃溶剂的另一基团，例如聚(二烷基硅氧烷)。极性基团可以是任何极性有机官能团，包括离子材料，诸如铵、磺酸盐或膦酸盐，或者酸性或碱性基团。特别优选的头基是羧酸或羧酸盐基团。适用于本发明的稳定剂包括聚异丁烯和聚苯乙烯。在一些实施例中，添加分散剂，诸如聚异丁烯琥珀酰亚胺和/或脱水山梨糖醇三油酸酯，和/或2-己基癸酸。
本发明的双稳态电泳介质通常包含电荷控制剂(CCA)，并且可以包含电荷引导剂。这些电泳介质组分通常包含低分子量表面活性剂、聚合物试剂或一种或多种组分的共混物，并且用于稳定或以其他方式修改电泳粒子上的电荷的符号和/或大小。CCA通常是包含离子基团或其他极性基团(下文中称为头基)的分子。正离子头基或负离子头基中的至少一个优选地附接至非极性链(通常为烃链)，其在下文中称为尾基。据认为，CCA在内相中形成反胶束，并且它是一小部分带电反胶束，导致通常用作电泳流体的非极性流体具有导电性。
可用于本发明的介质的电荷控制剂的非限制性类别包括有机硫酸盐或磺酸盐、金属皂、嵌段或梳状共聚物、有机酰胺、有机两性离子以及有机磷酸盐和膦酸盐。有用的有机硫酸盐和磺酸盐包括但不限于双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠、十二烷基苯磺酸钙、石油磺酸钙、中性或碱性二壬基萘磺酸钡、中性或碱性二壬基萘磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠盐和铵月桂基硫酸盐。有用的金属皂包括但不限于碱性或中性的石油磺酸钡、石油磺酸钙、钴、钙、铜、锰、镁、镍、锌、铝和铁等羧酸盐，诸如环烷酸、辛酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸和肉豆蔻酸等。有用的嵌段或组合共聚物包括但不限于：(A)用甲基对甲苯磺酸盐季铵化的2-(N,N-二甲基氨基)甲基丙烯酸乙酯的聚合物和(B)聚(2-乙基己基甲基丙烯酸酯)的AB二嵌段共聚物、以及具有聚(12-羟基硬脂酸)的油溶性尾端的分子量约为1800的梳状接枝共聚物，所述油溶性尾端悬垂在聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)的油溶性锚基上。有用的有机酰胺/胺包括但不限于聚异丁烯琥珀酰亚胺，诸如OLOA 371或1200(可从德克萨斯州休斯顿的雪佛龙奥伦耐有限责任公司(Chevron Oronite Company LLC)获得)或Solsperse 17000(可从俄亥俄州威克利夫的路博润公司(Lubrizol)获得：Solsperse是注册商标)，以及N-乙烯基吡咯烷酮聚合物。有用的有机两性离子包括(但不限于)卵磷脂。有用的有机磷酸盐和膦酸盐包括(但不限于)具有饱和酸和不饱和酸取代基的磷化单甘油酯和双甘油酯的钠盐。对于CCA有用的尾基包括烯烃聚合物，诸如分子量在200-10,000范围内的聚(异丁烯)。头基可以是磺酸、磷酸或羧酸或酰胺，或者可替代地氨基，诸如伯、仲、叔或季铵基团。
本发明的介质中使用的电荷辅助剂可以使电泳粒子表面上的电荷偏置，如下文更详细地描述的。这种电荷辅助剂可以是布朗斯特或路易斯酸或碱。
可以添加粒子分散稳定剂以防止粒子絮凝或附着到囊体或其他壁或表面。对于在电泳显示器中用作流体的典型高电阻率液体，可以使用非水表面活性剂。这些包括但不限于二醇醚、炔二醇、链烷醇酰胺、山梨糖醇衍生物、烷基胺、季胺、咪唑啉、二烷基氧化物和磺基琥珀酸酯。
如美国专利No.7,170,670中所描述，可以通过在流体中包含数均分子量超过约20,000的聚合物来改善电泳介质的双稳定性，该聚合物在电泳粒子上基本上是非吸收性的；聚(异丁烯)是用于此目的的优选聚合物。
此外，如例如美国专利No.6,693,620中所述，其表面上具有固定电荷的粒子在周围流体中建立相反电荷的双电层。CCA的离子头基可以与电泳粒子表面上的带电基团离子配对，形成固定或部分固定的带电物质层。该层之外有一个扩散层，该扩散层包含带电(反向)胶束，该胶束包含流体中的CCA分子。在传统的直流电泳中，所施加的电场对固定表面电荷施加力，并对移动反电荷施加相反的力，使得扩散层内发生滑移并且粒子相对于流体移动。滑移面处的电势称为电动电势。
在本发明的光调制器中，透明状态是通过电泳粒子的场依赖性聚集而产生的；这种场依赖性聚集可以采取电泳粒子向液滴侧壁的介电泳运动的形式(参见图8A和8B)，或“链接”，即，在液滴内形成电泳粒子链或可能以其他方法。无论实现的聚集的确切类型如何，当在垂直于观察表面(观察者通过观察表面观察电泳介质)的方向观察时，电泳粒子的这种场依赖性聚集会导致粒子只占每个液滴的可观察区域的一小部分。在光透射或打开状态下，每个液滴的可观察区域的主要部分没有电泳粒子并且光可以自由地穿过其中。相反，在非光透射或关闭状态下，电泳粒子分布在每个液滴的整个可观察区域中(粒子可以均匀地分布在悬浮流体的整个体积中或集中在邻近电泳层的一个主表面的层中)，使得没有光可以通过其中。
可以通过常规理论示出，通过向电泳介质施加高频场(通常至少10Hz)以及通过使用不规则形状的液滴、高导电性电泳粒子和低电导率、低介电常数悬浮流体，来促进电泳粒子的场依赖性聚集/组装，并因此促进打开状态的形成。相反，通过对电泳介质施加低频场(通常小于10赫兹)，以及通过使用高电荷电泳粒子、高导电性、高介电常数的悬浮流体和带电液滴壁，来促进电泳粒子分散到悬浮流体中或集中到电泳层的一个主要表面附近，从而形成关闭状态。
换句话说，为了减少介电泳显示器(即，从介电泳迁移中恢复)或绞合显示器(即，其中粒子如在电流变流体中那样聚集的显示器)中的关闭时间，有利的是通过使用高频、高压波形来打开调制器，使用低频、低压波形来关闭调制器，来改变工作电压和波形。这些波形变化可以与图案化电极或各种导电粒子材料(例如掺杂的金属或半导体材料，如美国专利7,327,511中描述的那些材料)耦合，以优化两个方向的响应。
本发明的光调制薄膜可以使用多种方法形成，包括压花、光刻或烧蚀。在一个实施例中，整个叠层，例如包括一个或多个基板，可以用边缘密封件来密封。边缘密封件可包括下述密封组合物中的任一种。边缘密封件可以在光-光调制层和基板周围是连续的，或者边缘密封件可以仅覆盖堆叠的一部分，例如仅覆盖光-光调制层的外边缘。在一些实施例中，边缘密封件可包括额外的保护层，例如不透水的层，例如透明聚乙烯。保护层可以提供湿气或气体阻隔性能。保护层和/或边缘密封件的边缘可以用提供湿气或气体阻隔性能的热或UV可固化或热活化边缘密封材料密封。在一个实施例中，边缘密封件被两个保护基板夹在中间。在一些实施例中，边缘密封件实际上将包裹整个叠层，从而形成密封组件。虽然未示出，但应当理解，一个或多个电连接可能必须穿过边缘密封件以提供到第一和第二电极的电连接。这种连接可以由柔性带状连接器提供。
图6A和6B示出了利用压花工具(611)的压花过程，在其表面上具有三维微结构(圆圈)。如图6A和6B所示，在将压花工具(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厚、例如至少200μm厚、例如至少250μm厚的压花组合物(612)上之后。在压花组合物固化(例如，通过辐射)，或可热压花材料通过热和压力压花后，压花材料从压花工具释放(参见图6B)，留下必要的尺寸的后凹槽(细长腔室)，例如，其中凹槽的高度等于或小于光调制层(压花组合物)的厚度，并且其中凹槽的深度在5μm至150μm之间，并且腔室的开口宽度为在50μm至5mm之间。
使用常规压花工具，由于固化或热压花材料与压花工具表面之间不期望的强粘附，固化或热压花材料有时不能完全从工具上释放。在这种情况下，可能有一些固化或热压花材料转移到或粘附在压花工具的表面上，从而在由该过程形成的物体上留下不平坦的表面。
当固化的压花组合物或热压花材料不能很好地粘附到某些支撑层时，上述问题尤其令人担忧。例如，如果支撑层是聚合物层，则在聚合物层和固化的或热压花的压花组合物之一是亲水性的而另一个是疏水性的情况下，它们之间的粘合力很弱。因此，优选压花组合物和支撑层两者都是疏水性的或者两者都是亲水性的。
用于形成压花层或支撑层的合适的亲水性组合物可包含极性低聚或聚合材料。如美国专利No.7,880,958中所描述，这种极性低聚或聚合材料可以选自由具有以下基团中的至少一种的低聚物或聚合物组成的组：硝基(-NO2)、羟基(-OH)、羧基(-COO)、烷氧基(-OR，其中R是烷基)、卤素(例如氟、氯、溴或碘)、氰基(-CN)、磺酸根(-SO3)等。极性聚合物材料的玻璃化转变温度优选地低于约100℃，以及更优选地低于约60℃。合适的极性低聚或聚合材料的具体示例可包括但不限于聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)、多羟基官能化聚酯丙烯酸酯(诸如BDE 1025，康涅狄格州温斯特德市的博玛特种材料公司(BomarSpecialties Co))或烷氧基化丙烯酸酯，诸如乙氧基化壬基酚丙烯酸酯(例如，SR504，沙多玛公司(Sartomer Company))、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，SR9035，沙多玛公司)或乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，来自沙多玛公司)。
压花工具(611)可以直接用于压花所述组合物(612)。更典型地，压花工具(611)安装在普通滚筒上以允许压花套筒在压花组合物(612)上旋转。压花滚筒或压花套筒通常由导电材料形成，例如金属(例如，铝、铜、锌、镍、铬、铁、钛、钴等)、衍生自任何前述金属的合金或不锈钢。可以使用不同的材料来形成滚筒或套筒。例如，滚筒或套筒的中心可以由不锈钢形成，并且镍层夹在不锈钢和最外层之间，最外层可以是铜层。
用于形成光调制层的组合物中的组分的示例可以包括但不限于热塑性或热固性材料或其前体，例如多官能乙烯基，包括但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烯丙基、乙烯基苯、乙烯基醚、多官能环氧化物及其低聚物或聚合物等。通常使用多官能丙烯酸酯及其低聚物。多官能环氧化物和多官能丙烯酸酯的组合也可用于实现光调制层的期望的物理机械性质。还可以添加低Tg(玻璃化转变温度)粘结剂或赋予柔性的可交联低聚物，例如聚氨酯丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯，以改善压花保密层的抗弯曲性。
用于光调制层的组合物的进一步示例可包含极性低聚或聚合材料。这种极性低聚或聚合材料可以选自由具有以下基团中的至少一种的低聚物或聚合物组成的组：硝基(-NO2)、羟基(-OH)、羧基(-COO)、烷氧基(-OR，其中R是烷基)、卤素(例如氟、氯、溴或碘)、氰基(-CN)、磺酸根(-SO3)等。极性聚合物材料的玻璃化转变温度优选地低于约100℃，以及更优选地低于约60℃。合适的极性低聚或聚合材料的具体示例可包括但不限于多羟基官能化聚酯丙烯酸酯(诸如BDE 1025，康涅狄格州温斯特德市的博玛特种材料公司)或烷氧基化丙烯酸酯，诸如乙氧基化壬基酚丙烯酸酯(例如，SR504，沙多玛公司)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如，SR9035，沙多玛公司)或乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如，SR494，来自沙多玛公司)。
可替代地，光调制层组合物可包含(a)至少一种双官能UV可固化组分，(b)至少一种光引发剂，以及(c)至少一种脱模剂。合适的双官能组分可具有高于约200的分子量。优选的是双官能丙烯酸酯，并且特别优选具有氨基甲酸酯或乙氧基化主链的双官能丙烯酸酯。更具体地，合适的双官能组分可包括但不限于二丙烯酸二甘醇酯(例如，来自沙多玛公司的SR230)、二丙烯酸三甘醇酯(例如，来自沙多玛公司的SR272)、二丙烯酸四甘醇酯(例如，来自沙多玛公司的SR268)、聚乙二醇二丙烯酸酯(例如，来自沙多玛公司的SR295、SR344或SR610)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(例如，来自沙多玛的SR603、SR644、SR252或SR740)、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯(例如，来自沙多玛的CD9038、SR349、SR601或SR602)、乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯(例如，来自沙多玛公司的CD540、CD542、SR101、SR150、SR348、SR480或SR541)和氨基甲酸酯二丙烯酸酯(例如，来自沙多玛公司的CN959、CN961、CN964、CN965、CN980或CN981；来自氰特公司(Cytec)的Ebecryl 230、Ebecryl 270、Ebecryl 8402、Ebecryl 8804、Ebecryl 8807或Ebecryl 8808)。合适的光引发剂可包括但不限于双酰基氧化膦、2-苄基-2-(二甲基氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-异丙基-9H-噻吨-9-酮、4-苯甲酰基-4'-甲基二苯基硫醚和1-羟基-环己基-苯基-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、1-[4-(2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-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-吗啉代丙-1-酮。合适的脱模剂可包括但不限于有机改性的有机硅共聚物，例如有机硅丙烯酸酯(例如，来自氰特公司的Ebercryl 1360或Ebercyl 350)、有机硅聚醚(例如，来自迈图公司(Momentive)的Silwet 7200、Silwet 7210、Silwet 7220、Silwet 7230、Silwet7500、Silwet 7600或Silwet 7607)。该组合物还可以可选地包含以下组分中的一种或多种：共引发剂、单官能UV可固化组分、多官能UV可固化组分或稳定剂。
应当理解，可切换光调制器可以以其他方式形成。在图7所示的实施例中，空腔900被单独地制造，并且然后定位在透明电极之间，例如，如图7中所示。例如，微单元结构可以通过压花基板920来制造，如上所述。一旦形成，微单元就会填充有颜料粒子、液体和聚合物粘结剂。然后用顶部基板930或之后用第一基板930覆盖的合适的密封层来密封填充的微单元，并且将夹层空腔900布置在透明电极940和950之间，如图7所示。在某种情况下，顶部基板930和顶部电极950被集成到单个薄膜中，例如商用PET-ITO，例如可从法国库尔布瓦的Saint Gobain获得。用电泳材料填充微单元并固定电极的其他方法可以用于构造本发明的可变透射结构。例如，第一透明电极可以粘附到微单元的底部，并且导电透明密封材料可以散布在填充的微单元上以形成第二透明电极。在可替代的构造中，可以形成开放的蜂窝状壁结构，并且可以密封壁的顶部和底部以创建填充有电光介质的腔室。
在一些实施例中，在用电泳流体填充空腔之后，可以外涂密封组合物，随后通过例如利用UV辐射、或通过热或湿气硬化所述密封组合物来密封所填充的空腔。在一些实施例中，将密封的细长空腔层压到第二透明导电薄膜，该第二透明导电薄膜可以预先涂布有光学透明的粘合剂层，该粘合剂层可以是压敏粘合剂、热熔性粘合剂、热、湿气或辐射可固化粘合剂。[用于光学透明的粘合剂的优选材料包括丙烯酸树脂、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-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、乙酸丁酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚酰胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、环氧化物、多官能丙烯酸酯、乙烯基、乙烯基醚及其低聚物、聚合物和共聚物]。可切换光调制薄膜的成品片可以例如用刀刃或激光切割机进行切割。可以使用另一种光学透明的粘合剂将切割的片层压至基板，例如镜片，并且可以在成品的可切换光调制薄膜上来执行释放片，使得该薄膜可以以切片或卷的形式运输，并在使用时切割成适当的尺寸，例如，用于并入显示器、窗户或其他装置/基板中。
电泳粒子在打开状态和关闭状态之间的运动在图8A和8B中示出。如上所述，空腔901可以由诸如多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、多官能乙烯基醚、多官能环氧化物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETE)或其他高密度聚乙烯、聚丙烯或改性聚氯乙烯(PVC)等柔性聚合物构成。空腔901可以利用压花、光刻、接触印刷、真空成型或其他合适的方法来制造。在该构造中，空腔901夹在由透明材料制成的前电极和后电极之间。带电颜料粒子可以由电场在关闭状态(图8A)和打开状态(图8B)之间驱动，在关闭状态中，电泳粒子903分布在整个空腔中，在打开状态中，电泳粒子903被组装以增加光穿过单元的自由路径。粒子可被组装成块或链，粒子可被驱动抵靠空腔的壁，以便电泳粒子903不阻挡入射光，或者粒子可被收集到捕获区域中，例如，在单元的底部中(图8A和8B中未示出)。虽然空腔901在图8A和图8B中被示出为正方形，但是应当理解，空腔901可以采用其他形状来形成，例如六边形、圆锥体、半球形、正方形或其他多面体。如图8A和图8B所示，空腔901可以形成不同的深度，因此，对于深度(1042)较短的空腔来说，关闭状态(图8A)和打开状态(图8B)之间的总衰减变化将不太明显，因此在关闭状态下可透过的颜料量较少。

Claims (20)

1.一种可切换光调制器，包括：
第一光透射基板；
包括多个特征的第二光透射基板，所述特征与所述第一光透射基板基本上平行，并且所述特征中的至少一些在所述特征与所述第一光透射基板之间具有不同的正交距离；
多个壁，布置在所述第一光透射基板和所述第二光透射基板之间，从而创建多个腔室；
布置在所述多个腔室内的电光介质；
耦合到所述第一光透射基板的第一电极；以及
耦合到所述第二光透射基板的第二电极，其中在所述第一电极和所述第二电极之间施加驱动电压使得所述电光介质在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。
2.根据权利要求1所述的可切换光调制器，其中，所述电光介质包括分散在非极性溶剂中的带电颜料粒子，并且所述电光介质通过在分布粒子状态和组装粒子状态之间移动而在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。
3.根据权利要求2所述的可切换光调制器，其中，所述电光介质是双稳态的。
4.根据权利要求1所述的可切换光调制器，其中，所述第一光透射基板或所述第二光透射基板包括聚合物，所述聚合物包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基苯、乙烯基醚或多官能环氧化物。
5.根据权利要求1所述的可切换光调制器，其中，所述第二光透射基板的至少一部分接触所述第一光透射基板。
6.根据权利要求1所述的可切换光调制器，其中，所述第二光透射基板的所述特征中的至少一些特征与所述第一光透射基板之间的所述正交距离为至少60微米或更大。
7.根据权利要求6所述的可切换光调制器，其中，所述第二光透射基板的所述特征中的至少一些特征与所述第一光透射基板之间的所述正交距离小于60微米。
8.一种包括根据权利要求1所述的可切换光调制器的挡风玻璃、窗户、眼镜、护目镜或遮阳板。
9.一种信息显示系统，包括透明基板、根据权利要求1所述的可切换光调制器以及投影仪，所述投影仪被配置为将信息投影在所述可切换光调制器上。
10.根据权利要求9所述的信息显示系统，其中，所述投影仪是近眼投影仪。
11.一种可切换光调制器，包括：
第一光透射基板；
包括多个凹槽的第二光透射基板，所述凹槽具有壁和底，并且当耦合到所述第一光透射基板时创建多个腔室，其中所述凹槽具有开口宽度，并且所述凹槽中的至少一些具有小于其它凹槽宽度一半的开口宽度；
布置在所述多个腔室内的电光介质；
耦合到所述第一光透射基板的第一电极；以及
耦合到所述第二光透射基板的第二电极，其中在所述第一电极和所述第二电极之间施加驱动电压使得所述电光介质在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。
12.根据权利要求11所述的可切换光调制器，其中，所述电光介质包括分散在非极性溶剂中的带电颜料粒子，并且所述电光介质通过在分布粒子状态和组装粒子状态之间移动而在第一光吸收状态和第二光透射状态之间切换。
13.根据权利要求12所述的可切换光调制器，其中，所述电光介质是双稳态的。
14.根据权利要求11所述的可切换光调制器，其中，所述第一光透射基板或所述第二光透射基板包括聚合物，所述聚合物包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基苯、乙烯基醚或多官能环氧化物。
15.根据权利要求11所述的可切换光调制器，其中，所述第二光透射基板的至少一部分接触所述第一光透射基板。
16.根据权利要求11所述的可切换光调制器，其中，所述凹槽的至少一些的开口宽度为150微米或更大。
17.根据权利要求16所述的可切换光调制器，其中，所述凹槽的至少一些的开口宽度小于150微米。
18.一种包括根据权利要求11所述的可切换光调制器的挡风玻璃、窗户、眼镜、护目镜或遮阳板。
19.一种信息显示系统，包括透明基板、根据权利要求1所述的可切换光调制器以及投影仪，所述投影仪被配置为将信息投影在所述可切换光调制器上。
20.根据权利要求19所述的信息显示系统，其中，所述投影仪是近眼投影仪。
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