CN1344379A - 电子－光学光调制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种光调制装置(20),其包括一第一组光纤(22)和一第二组光纤(24),被设置成形成一所述第一组光纤(22)的光纤与所述第二组光纤(24)的光纤之间节点的二维阵列。所述第一和第二组光纤中的每个光纤含有一纵向导电元件(26),而所述第一和第二组光纤至少其一的光纤至少在所述节点处还含有一电子－光学活性物质的涂层(28),它在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。该光调制装置比现有技术的光调制装置具有很多优点,因为它(i)易于以任何所需尺寸制造;(ii)柔韧;(iii)可折叠/可卷起;(iv)制造简单;并且因此(v)成本经济。

Description

电子-光学光调制装置 发明领域和背景
本发明涉及一种电子-光学光调制装置及其制造方法。更具体地说，本发明涉及一种在磁通量或电通量或者磁场或电场的影响下，通过在选定位置可控地改变其光学性能来显示图象用的电子-光学光调制装置。
本文通篇所用术语“图象”指的是任何图画、图形和/或字母数字信息。
本文通篇所用动词“显示”指的是任何类型任何内容的可视展示。
电子-光学光调制装置为被设计成响应于所施加的电或磁的通量或场(例如电势、电压或电流)来改变其光学性能的结构。因此，电子-光学光调制装置包括在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能的电子-光学活性物质，以及用于产生该通量或场的电或磁的通量或场发生器。下面将进一步详细说明，由“高精度方法”实现的仔细设计使得电或磁的通量或场可以应用在所需空间位置，从而形成图象。
本文通篇所用术语“物质”指的是固态、凝胶或液态形式的任何化合物、组合物、分散体、悬浮体或混合物。
电子-光学活性物质可以断裂成电致变色光调制物质和电泳光调制物质。
电致变色光调制物质包括大量化学品和聚合物，能够响应于电化学氧化还原反应可逆地改变其颜色和/或其光学密度。将电致变色光调制物质用在电子-光学光调制装置中的一个例子公开在美国专利US5,585,958中，其在此全文引入作为参考。
电泳光调制物质是悬浮体，含有带磁荷或电荷的有色或不透明颗粒(例如滴珠)和用于悬浮这些颗粒的液体。带电之后，这些颗粒能够响应于所施加的磁或电的通量或场，通过进行运动例如线性运动和/或旋转运动，可逆并且可控地改变其分布。将电泳光调制物质用在电子-光学光调制装置中的例子公开在美国专利US5,057,363、US4,211,668、US3,383,382中，其在此全文引入作为参考。在这些例子中，利用了悬浮在介电液体中的带磁或带电颗粒，它们能够在磁或电的通量或场的影响下改变悬浮体的光学性能。
如果是基于电子-光学光调制装置的电致变色或电泳光调制物质，则所有的电子-光学光调制装置含有磁或电的通量或场发生器。该发生器一般包括至少一对电极，其中至少一个形成为密集图纹(例如，一组直线或栅格)，通过显微光刻技术、多层丝网印刷技术、或者任何其它高精度技术施加在一坚硬的、平面的连续基片上。所用第二电极一般是透明的，由薄导电膜制成，通常淀积在一个与所述电极隔离的透明绝缘基片上。电子-光学光调制物质设置作为电极之间的层。
其结果是，现有技术电子-光学光调制装置在其尺寸、柔韧性和可折叠性方面受到限制。另外，这种现有技术电子-光学光调制装置的制造工艺比较复杂并且成本较高。
因而广泛认识到需要具有不受上述限制的电子-光学光调制物质，并且此装置特别有利，该装置(i)易于以任何所需尺寸制造；(ii)具有柔韧性；(iii)可折叠/可卷起；(iv)制造简单；并且因此(v)成本经济。
发明概述
因而，本发明的目的在于提供一种能够克服上述与现有技术电子-光学光调制装置有关缺陷的电子-光学光调制装置。
本发明的另一个目的在于提供一种具有柔韧性的电子-光学光调制装置。
本发明的再一个目的在于提供一种可折叠/可卷起的电子-光学光调制装置。
本发明的再一个目的在于提供一种制造简单不需要高精度技术例如显微光刻技术或多层丝网印刷技术的电子-光学光调制装置。
因此，根据本发明的一个方面，提供一种光调制装置，其包括一第一组光纤和一第二组光纤，被设置成形成一所述第一组光纤的光纤与所述第二组光纤的光纤之间节点的二维阵列。所述第一和第二组光纤中的每个光纤含有一纵向导电元件，而所述第一和第二组光纤至少其一的光纤至少在所述节点处还含有电子-光学活性物质的涂层，该电子-光学活性物质在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造光调制装置的方法，该方法包括如下步骤：(a)提供一第一组光纤和一第二组光纤，所述第一组光纤和第二组光纤中的每个光纤含有一纵向导电元件，而所述第一和第二组光纤至少其一的光纤还含有电子-光学活性物质的涂层，与所述导电元件紧密接触，该电子-光学活性物质涂层在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能；并且(b)将所述第一和第二组光纤中的光纤设置成形成一其间节点的二维紧密阵列。可以通过例如挤出、气相淀积、溶液淀积或用于涂覆光纤的任何其它现有技术，进行根据本发明此方面的利用电子-光学活性物质对导电元件的涂覆。
根据本发明的再一个方面，提供一种制造光调制装置的方法，该方法包括如下步骤：(a)提供一第一组光纤和一第二组光纤，所述第一组光纤和第二组光纤中的每个光纤含有一纵向导电元件；(b)将所述第一和第二组光纤中的光纤设置成形成一其间节点的二维紧密阵列；(c)对所述光纤涂覆以电子-光学活性物质以与所述导电元件形成紧密接触，所述电子-光学活性物质在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。可以通过例如浸渍、浸泡、浸沾、层压、利用电子-光学活性油墨印刷、或者任何其它公知技术，进行根据本发明此方面的用电子-光学活性物质对所设置光纤的涂覆。
根据下述本发明优选实施例中的进一步特征，所述光学性能选自如下组中，该组包括反射、透射和吸收。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述光学性能是颜色变化。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述第一和第二组光纤中的光纤都含有电子-光学活性物质的涂层。
根据所述优选实施例的更进一步特征，含有所述电子-光学活性物质涂层的光纤为约10微米至约2厘米宽。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述导电元件含有选自如下组中的材料，该组包括金属、金属氧化物、合金和导电聚合物。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述材料选自如下组中，该组包括铝、氧化锡、金、镁/银合金、氧化铟，以及其组合。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述含有电子-光学活性物质涂层的每个光纤的导电元件为该光纤总厚度的大约50-99％。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述第一组光纤的光纤与所述第二组光纤的光纤基本上彼此正交地设置。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述第一组光纤的光纤与所述第二组光纤的光纤以编织结构互相连结。
根据所述优选实施例的更进一步特征，该装置还包括一电或磁的通量或场发生器，用于在所述第一和第二组光纤的交叉光纤之间形成的所述节点处产生所述电或磁的通量或场。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述电或磁的通量或场具有选自如下组中的方向，该组包括恒定方向和交替方向。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤的导电元件独立地具有选自如下组中的截面，该组包括圆形截面、椭圆形截面、三角形截面、多边形截面、方形截面和矩形截面。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤的导电元件独立地具有1∶1至1∶2,000的厚度宽度比。根据所述优选实施例的更进一步特征，所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤的导电元件还涂覆有选自如下组中的第二涂层，该组包括绝缘涂层、弱导电涂层和抗腐蚀涂层。
根据所述优选实施例的更进一步特征，该装置还包括一个盖，用于装载所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述盖是至少部分透明的。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述盖是柔韧的。
根据所述优选实施例的更进一步特征，所述电子-光学活性物质为电致变色光调制物质，在受到由所述电或磁的通量或场引致的电化学氧化还原反应时能够可逆地改变其光学性能。
根据所述优选实施例的进一步特征，所述电子-光学活性物质为电泳光调制物质，含有带磁荷或电荷的颗粒以及用于悬浮所述颗粒的液体，所述颗粒在受到所述电或磁的通量或场的作用时可以电泳位移。
根据本发明的另一个方面，提供一种信息显示器，用于与电子信息处理系统一起使用，其包括至少一个在此陈述的光调制装置。
根据本发明的另一个方面，提供一种装饰屏幕，包括至少一个在此陈述的光调制装置。
通过提供如下的电子-光学光调制装置，该装置(i)易于以任何所需尺寸制造；(ii)具有柔韧性；(iii)可折叠/可卷起；(iv)制造简单；并且因此(v)成本经济，本发明成功地解决了当前已知结构的缺陷。
附图的简要说明
此处本发明只是以例示方式说明，并结合附图加以说明，附图中：
图1-2为根据本发明的电子-光学光调制装置的透视图；以及
图3-5为用于制造根据本发明的电子-光学光调制装置的单个光纤的平面图。
优选实施例的说明
本发明为一种电子-光学光调制装置，可以通过在磁或电的通量或场的影响下在选定位置可控地改变其光学性能来显示图象的电子-光学光调制装置。具体地说，本发明可以用于提供如下电子-光学光调制装置，该装置(i)易于以任何所需尺寸制造；(ii)具有柔韧性；(iii)可折叠/可卷起；(iv)制造简单；并且因此(v)成本经济。
参照附图和所附说明可以更好地理解根据本发明的电子-光学光调制装置的原理和操作。
在详细说明本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明并不限于下面说明或附图所示给出的结构细节和部件设置。本发明能够以其它实施例实施，或者可以以不同方式实施或实现。而且，应当理解，此处所用措词和术语是为了描述的目的，不应认为是限制性的。
下面参照附图，图1-5表示根据本发明的电子-光学光调制装置的几个优选实施例，该装置以下称作装置20。
装置20包括第一组光纤22和第二组光纤24。光纤22和24设置成构成一个其间节点的二维阵列，最好使得单个光纤22与单个光纤24仅交叉一次(形成节点)，并且反之亦然。根据本发明的一个优选实施例，在图1-2中具体例示，第一组光纤22与第二组光纤24以编织结构互相连结。该编织结构目前是优选的，因为它使装置20一方面具有强度和自支承，另一方面保持其柔韧性和可折叠性/收缩性。然而，本领域普通技术人员应当理解，可以设想其它的结构，例如光纤22与光纤24基本上互相垂直，并且粘合在一个柔韧性介电支承体上。
根据本发明的光纤22和24各包括纵向导电元件26。第一和第二组光纤22、24至少其一的光纤上，以及至少在其间形成的节点上，进一步包括由电子-光学活性物质制成的涂层28，在受到或者恒定方向或者交替方向的电或磁的通量或场的作用时，该电子-光学活性物质能够可逆地改变其光学性能例如反射、透射、吸收或颜色变化，但不限于此。
在图1和3-5所示的实施例中，涂层28为沿长度方向涂覆光纤22(图4)或光纤22和24(图1、3和5)的电致变色光调制物质的固体涂层。可以设想其它的实施例，例如其中固体涂层28只设在光纤22、24之间形成的节点处。所述电致变色光调制物质在受到由电或磁的通量或场引致的电化学氧化还原反应时能够可逆地改变其光学性能。
用于根据本发明的光调制装置的适宜电致变色光调制物质可以选自多种已知的无机和有机电致变色光调制物质，例如含有过渡金属氧化物比如WO3、MoO3、TiO2、V2O5、Bi2O3、Ni(OH)2、IrO2的电致变色光调制物质，以及紫精(viologen)、普鲁士蓝、电活性聚合物，例如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、或其它有机材料及其组合。
如图3具体显示，涂层28可以在外部涂覆一层电解质最好是固体或凝胶电解质的附加涂层40，构成在一对光纤22、24之间形成的电化学单元，其中光纤至少其一涂覆有涂层28。这种电解质众所周知并且公开在现有技术中。参见例如美国专利US5,446,577，其在此全文引入作为参考。
在本发明的一个特别实施例中，光纤组之一例如光纤22，包括阴极染色物质例如聚噻吩衍生物的涂层28，而另一组光纤例如光纤24，包括阳极染色物质例如聚咔唑衍生物的涂层28，涂覆以凝胶电解质涂层40。这种组合提供了较高的对比度以及多种颜色的快速变换电致变色。其进一步细节参见例如佛罗里达大学(University of Florida)在线出版物，日期1996年8月5日，网址http：//www.chem.ufl.edu。
在本发明的后一实施例的改进中，光纤22包括能够通过电化学氧化从无色到有色状态过渡的电致变色材料的涂层28，而光纤24包括能够通过电化学还原从无色到有色状态过渡的电致变色材料的涂层28。这种材料在现有技术中众所周知，并且在例如美国专利US5,818,636中有描述，其在此全文引入作为参考。
在图2所示的实施例中，涂层28为液体涂层，用于涂覆光纤22和24，且为液体，并且存在于光纤之间形成的间隙中。在此情况下，装置20还包括一个紧固盖30，用于装载光纤22、24和液体涂层28。盖30至少是局部透明的并且最好是柔韧性的，以便保持装置20的光纤结构的固有柔韧性。因此，根据本发明的优选实施例，盖30的至少一侧是透明的，而其另一侧是透明的、不透明的，与电泳活性物质相比为有色的，或者反光的。
本领域普通技术人员应当理解，也可以采用固体的或微胶囊型液体电子-光学活性物质的单个点斑粘结至光纤22、24在其间节点处形成的结构，用作不连续盖28，其作用也如上所述。
液体涂层28可以是液体形式的电致变色光调制物质，或者是具有带有磁荷或电荷的不透明或有色颗粒以及用于悬浮该颗粒的液体的电泳光调制物质。所述颗粒在受到电或磁的通量或场的作用时可以电泳位移以改变涂层28的光学性能。
在图2的实施例中，光纤22和/或24的导电元件26可以进一步涂覆以绝缘涂层29，以避免其导电元件26之间的“串扰”。附加或替代涂层例如弱导电涂层或抗腐蚀涂层可以根据需要用在本发明的各实施例中。
根据本发明的一个优选实施例，涂覆有涂层28的光纤22和/或24为约10微米至约2厘米宽。光纤的厚度在很大程度上取决于装置20所需应用的场合。在从远处观看的很大装置的情况下选择较厚的光纤，而在需要较高分辨率的较小装置中采用较薄的光纤。
因此，由光纤22和24之间形成的节点所提供的所需分辨率在很大程度上取决于装置的具体应用场合。例如，每30-100微米一个节点对于计算机或TV屏幕应用的精细分辨率是足够的，而对于从较远处观看的较大屏幕例如街道广告牌、装饰板等，例如每几个毫米一个节点的较低的分辨率是足够的。这意味着对于某些较高分辨率的应用场合，将光纤22、24的宽度选得较小，例如10-100微米，而对于其它采用较大屏幕的应用场合，将光纤22、24的宽度选得较大，例如从100微米至2厘米。
光纤22和24的导电元件26可以是金属、金属氧化物、合金或导电聚合物：例如铝、氧化锡、金、镁/银合金、氧化铟，以及其组合。导电元件26也可以是金属、金属氧化物、合金或导电聚合物在适宜基质最好是透明基质中的分散体，其浓度使得可以有适当的导电率。涂覆以涂层28的光纤22和/或24每个的导电元件26最好选择为光纤总厚度的50-99％。
装置20还包括一个电或磁的通量或场发生器(例如电源)。发生器32用于分别在第一和第二组光纤的交叉光纤22、24之间形成的节点处产生电或磁的通量或场。实际上，每对交叉光纤22、24用作一对电极，其中在其间的交叉点或节点处产生有充分的电或磁的通量或场，用以激励电子-光学活性物质可逆地改变其光学性能。最好还设有一个控制器34与光纤22、24和发生器32联接，用以在任何给定时间控制活性节点并从而控制装置20所显示的图象。
根据本发明的一个实施例，当一对交叉光纤24、22连接至发生器32时，电流由之通过并通过其间所形成节点处的电致变色光调制物质。根据另一实施例，当一对交叉光纤24、22连接至发生器32时，电流由之通过，并且由其间所形成节点处的电泳光调制物质产生磁或电的通量或场。在这两种情况下，其结果是，在节点处可以显示光学变化。
光纤22和/或24可以具有任意所需的截面，例如圆形截面、椭圆形截面、三角形截面、多边形截面、方形截面和矩形截面。光纤22和/或24的各导电元件26最好具有约1∶1至1∶2,000的厚度宽度比。
装置20可以集成于多种系统中用于显示图象。例子包括但不限于，电子信息处理系统，设有信息显示器，其中含有至少一个此处所述的光调制装置；装饰(例如广告用的)屏幕，含有至少一个此处所述的光调制装置；等等。因此，显示器、屏幕、反射镜、窗户、装饰板、动态墙纸等都是可以享有本发明电子-光学光调制装置特性的产品。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造光调制装置的方法。根据本发明此方面的方法通过采用如下方法步骤实现，其中，在第一步，设置第一组光纤和第二组光纤，每组光纤包括纵向导电元件，至少第一和第二组光纤之一的光纤进一步包括与导电元件紧密接触的电子-光学活性物质涂层。该电子-光学活性物质涂层在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。在根据本发明此方面的方法的第二步，将光纤设置成形成其间节点的二维紧密阵列。
可以通过例如挤出、气相淀积、溶液淀积或用于涂覆光纤的任何其它现有技术，进行根据本发明此方面的用电子-光学活性物质对导电元件的涂覆。应当理解，这些技术都不属于“高精度技术”，因为它们只是用于施加均匀的涂层，而不是精密定位的应用场合。
根据本发明的再一个方面，提供了一种制造光调制装置的方法。根据本发明此方面的方法通过采用如下方法步骤实现，其中，在第一步，设置第一组光纤和第二组光纤，每组光纤包括纵向导电元件。在该方法的第二步，将第一和第二组光纤设置成形成其间节点的二维紧密阵列。最后，对光纤涂覆以电子-光学活性物质以形成与导电元件的紧密接触。该电子-光学活性物质在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。可以通过例如浸渍、浸泡、浸沾、层压、用电子-光学活性油墨印刷、或者任何其它公知技术，进行根据本发明此方面的用电子-光学活性物质对所设置光纤的涂覆。同前述一样，应当理解，这些技术都不属于“高精度技术”，因为它们只是用于施加均匀的涂层，而不是精密定位的应用场合。
该装置比现有技术的光调制装置具有很多优点，因为它(i)易于以任何所需尺寸制造；(ii)具有柔韧性；(iii)可折叠/可卷起；(iv)制造简单；并且因此(v)成本经济。
尽管本发明是结合其具体实施例加以说明的，但是显然本领域技术人员易于作出多种替代、变型和变化。因此，本发明意在包含落入所附权利要求的精神和较宽范围的所有这些替代、变型和变化。

Claims (24)

1.一种光调制装置，包括一第一组光纤和一第二组光纤，被设置成形成一个所述第一组光纤的光纤与所述第二组光纤的光纤之间节点的二维阵列，其中所述第一和第二组光纤中的所述每个光纤含有一纵向导电元件，而所述第一和第二组光纤至少其一的光纤至少在所述节点处还含有电子-光学活性物质的涂层，该电子一光学活性物质在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。
2.如权利要求1所述的光调制装置，其中所述光学性能选自如下组中，该组包括反射、透射和吸收。
3.如权利要求1所述的光调制装置，其中所述光学性能是颜色变化。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二组光纤的光纤都含有所述电子-光学活性物质的所述涂层。
5.如权利要求1所述的装置，其中含有所述电子-光学活性物质涂层的光纤为约10微米至约2厘米宽。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述导电元件含有选自如下组中的材料，该组包括金属、金属氧化物、合金和导电聚合物。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述材料选自如下组中，该组包括铝、氧化锡、金、镁/银合金、氧化铟，以及其组合。
8.如权利要求1所述的装置，其中含有所述电子-光学活性物质涂层的每个光纤的所述导电元件为该光纤总厚度的大约50-99％。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述第一组光纤的光纤与所述第二组光纤的光纤基本上彼此正交地设置。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述第一组光纤的光纤与所述第二组光纤的光纤以编织结构互相连结。
11.如权利要求1所述的装置，还包括一电或磁的通量或场发生器，用于在所述第一和第二组光纤的交叉光纤之间形成的所述节点处产生所述电或磁的通量或场。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述电或磁的通量或场具有选自如下组中的方向，该组包括恒定方向和交替方向。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤的所述导电元件独立地具有选自如下组中的截面，该组包括圆形截面、椭圆形截面、三角形截面、多边形截面、方形截面和矩形截面。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤的所述导电元件独立地具有1∶1至1∶2,000的厚度宽度比。
15.如权利要求1所述的装置，其中所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤的所述导电元件还涂覆有选自如下组中的第二涂层，该组包括绝缘涂层、弱导电涂层和抗腐蚀涂层。
16.如权利要求1所述的装置，还包括一个盖，用于装载所述第一组光纤的光纤和所述第二组光纤的光纤。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述盖是至少部分透明的。
18.如权利要求16所述的装置，其中所述盖是柔韧的。
19.如权利要求1所述的装置，其中所述电子-光学活性物质为电致变色光调制物质，在受到由所述电或磁的通量或场引致的电化学氧化还原反应时能够可逆地改变其光学性能。
20.如权利要求1所述的装置，其中所述电子-光学活性物质为电泳光调制物质，含有带磁荷或电荷的颗粒以及用于悬浮所述颗粒的液体，所述颗粒在受到所述电或磁的通量或场的作用时可以电泳位移。
21.一种信息显示器，用于与电子信息处理系统一起使用，其包括至少一个如权利要求1所述的光调制装置。
22.一种装饰屏幕，包括至少一个如权利要求1所述的光调制装置。
23.一种制造光调制装置的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供一第一组光纤和一第二组光纤，所述第一组光纤和
第二组光纤中的所述每个光纤含有一纵向导电元件，而所述第一
和第二组光纤至少其一的光纤还含有电子-光学活性物质的涂
层，与所述导电元件紧密接触，所述电子-光学活性物质的涂层在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能；并且
(b)将所述第一和第二组光纤中的所述光纤设置成形成一其间节点的二维紧密阵列。
24.一种制造光调制装置的方法，该方法包括如下步骤：
(a)提供一第一组光纤和一第二组光纤，所述第一组光纤和第二组光纤中的所述每个光纤含有一纵向导电元件；
(b)将所述第一和第二组光纤中的所述光纤设置成形成一其间节点的二维紧密阵列；
(c)对所述光纤涂覆以电子-光学活性物质以与所述导电元件形成紧密接触，所述电子-光学活性物质在受到电或磁的通量或场的作用时能够可逆地改变其光学性能。
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