CN1938640A - 制造具有横向电场的光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造光纤或长纤维(10)的方法，为此要形成具有一个心轴的细长纤心形式的基底(11)。利用具有至少一种电可调制的光学特性的物质(13)直接地或者间接地涂敷所说基底；并且关联所说基底和/或物质，一个电激励装置(12)适合于产生在大体平行于心轴的方向或者在大体绕心轴切方延伸的方向延伸的电场，其中电场按照电的方式引起所说物质的光学特性的变化，借此改变光纤或长纤维的可视外观。

Description

制造具有横向电场的光纤的方法
技术领域
本发明涉及光纤或长纤维的制造，尤其是涉及包括在织物或服装中有助于在其中产生可检测的光效应的光纤或长纤维的制造。
背景技术
产生彩色变化或发光纤维的各种不同的方法都是已知的。
一种已知的方法基于穿孔光纤的外表面，当将光加到光纤的一端时，可以通过所说的孔眼“泄漏”光。
另一种已知的方法基于在光纤的至少两个电极层之间夹持电致发光体(electroluminophor)材料层，这种材料在电极层之间的空间产生的电场的影响下能够发光。在英国专利申请No.GB 2273606和国际专利申请No.WO 97/15939中描述了这样一种方法。
在图1a中表示出一种现有的光纤的典型的安排。光纤1由圆柱形导电纤心2组成，纤心2的外边包着连续的外层3-5。纤心一般由金属丝如铜丝制成，它的作用是内部电极或加热元件。电-光物质3在纤心2的周围形成一层，并且夹在纤心2和外部电极层4之间。如图1a所示，光纤可以任选地包括外护套5，外护套对于光来说至少是部分透明的。
当前的光纤设备的一个问题是，外电极层4在一般情况下是通过薄层淀积工艺形成的，淀积工艺的成功在很大程度上取决于支撑用的电-光物质3的机械性质。需要包括外部电极层4限制了适合于用在光纤里的可能的物质组合的数目。例如，淀积用于覆盖液体或凝胶型的电-光物质层的外电极层4在实际制造中是极其困难的。
电-光物质的光学特性在一般情况下是通过外部刺激如热、电流、或电场改变的。从而现有的光纤电极是分层的，在光纤内的电场6有一个径向的布局，即，场力线在电极层2、4之间通过，垂直于光纤1的纤心2。这种情况表示在图1b中，可以看见，这里的电场线6在相对于纤心2的径向方向穿过电-光物质层3。
已知的光纤存在的另一个问题是，在光纤内的径向电场布局对于在电-光物质内可能发生的电-光切换原理的次数施加了限制。这又制约了在特定的光纤内可实现的光学性质方面发生的变化。因此，当前现有的光纤必须使用越来越复杂的电极层制造才能增加可能发生的切换原理的次数。
本发明具体来说涉及制造耐磨的电子装置的领域。这个领域的目标是集成特定的功能例如检测、驱动、发光、和彩色变化在服装中。特别期望能够集成彩色变化性质在织物内以便形成服装、家俱等。这样一种技术可以用于产生耐磨的显示器、耐磨的指示器，还可以出于审美的理由用于以简单的方式引起织物彩色或图案的变化。
通过交织导电的光纤和包含电-光物质的光纤可以产生耐磨的显示器，这是公知的。这种显示器的一个问题是，发光效应不能集成在单个光纤内。这就是说，在服装或由光纤形成的其它制品中，这种效应是不均匀的。此外，必需使用两组包含导电元件的交织光纤，或者使用淀积在编织结构上的附加的导电层。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种制造光纤或长纤维的方法，其中的光变化功能集成在单个光纤或长纤维内，并且其中可对光纤或长纤维外观的变化进行有效的控制。
本发明的另一个目的是提供一种制造光纤或长纤维的方法，其中通过单个电极层可对光纤或长纤维外观的变化进行有效的控制。
本发明的下一个目的是提供一种制造光纤或长纤维的方法，其中在光纤或长纤维内具有非径向的电场布局。
本发明的下一个目的是由按照本发明制造的光纤或长纤维产生一种织物，这种织物例如可以形成服装或家俱。
通过这里描述的实施例可以实现这些目的中的某一些或者全部。
按照本发明的一个方面，提供一种制造光纤或长纤维的方法，所说方法包括如下步骤：
形成具有一个心轴的细长纤心形式的基底；
利用具有至少一种电可调制的光学特性的物质直接地或者间接地涂敷所说基底；和
使所说基底与一个电激励装置相关联，所说电激励装置适合于产生在大体平行于心轴的方向或者在大体绕心轴切向延伸的方向延伸的电场，其中电场按照电的方式引起所说物质的光学特性的变化，借此改变光纤或长纤维的可视外观。
按照本发明的另一个方面，提供一种制造光纤或长纤维的方法，所说方法包括如下步骤：
形成具有一个心轴的细长纤心形式的基底；
利用具有至少一种电可调制的光学特性的物质直接地或者间接地涂敷所说基底；和
使所说基底与一个电激励装置相关联，所说电激励装置包括第一和第二电极对，第一和第二电极对适合于产生在大体平行于心轴的方向或者在大体横切心轴延伸的方向延伸的电场，其中第一和第二电极设置在同一个离轴平面内，其中的电场按照电的方式引起所说物质的光学特性的变化，借此改变光纤或长纤维的可视外观。
附图说明
现在参照附图借助于实例描述本发明的实施例，其中：
图1a和1b是现有技术中已知的光纤的透视剖面图；
图2是按照本发明制造的光纤的第一实施例的示意剖面图；
图3a和3b是光纤的透视剖面图，说明按照本发明的优选实施例构造的两种不同的电极布局；
图3c和3d是光纤的透视剖面图，说明按照本发明的优选实施例的电场的布局；
图4a和4b是示意图，说明按照本发明的优选实施例构造的两种不同的电极布局；
图5a、5b和5c是示意图，说明按照本发明的优选实施例构造的三种不同的电极布局；
图6是按照本发明的优选实施例构造的另一种电极布局的示意图；
图7a和7b是按照本发明构造的光纤的第二和第三实施例的示意剖面图；
图8是按照本发明的优选实施例构造电极布局的(+)mCP平行印刷技术的示意图；
图9是一个照片序列，表示按照本发明的优选实施例的电极布局的放大视图。
具体实施方式
首先参照附图2，用参考符号10概括地代表按照本发明制造的光纤。光纤10包括细长纤心形式的基底11，纤心有一个心轴。在优选实施例中，基底11由常规的柔性聚合物纤维形成，基底11的形状大体上是圆柱形的，并且最好由电绝缘材料制成。合适的聚合物纤维的例子包括(但不限于)聚酯、聚酰胺、聚丙烯酸物、聚丙烯、乙烯基聚合物(vinyl-based polymers)、毛、丝、亚麻、大麻、亚麻布、黄麻、人造丝基纤维、乙酸纤维素基纤维(cellulose acetate-based fibres)和棉。
使用常规的聚合物光纤的一个优点是，它们是容易得到的，它们的机械性质可能适合于特殊光纤的要求，例如在强度和柔性方面的要求。这与只有有限的机械性质范围的导电金属是不同的。所用的纤心材料具有可能的机械性质范围较宽是有益的，因为这种情况可以不预先考虑某些电光物质及其组合物是否适合于用在光纤10的制造中。
在优选实施例中，基底11可以直接地(即，在基底的外表面)涂以阻挡层(未示出)，以便在光纤制造方法的随后步骤期间保护纤心11的材料。特别是，可将阻挡层选择成对于化学腐蚀有优选的抵抗能力。在此之后，提到“基底”或“纤心”，将被认为是包括涂敷或者没有涂敷阻挡层的那些基底或纤心。
通过给基底11涂敷所说电-光物质13来处理光纤10的基底11，并且对于所说电-光物质13进行选择，使其最好具有至少一种电可调制的光学特性。基底11优选地或者直接地或者间接地涂敷电-光物质13。
所说物质13响应于所加的电场，并且为了有效控制所说物质13的光学物性，在制造方法中要在光纤10中加入电激励装置12。电激励装置12适合于在物质13上施加电场以便引发光学上可检测的效应。激励装置12可以与基底11和/或物质13相关联，但在所有的实施例中，激励装置12配置成向电-光物质13的一个邻近部分施加电场。
在优选实施例中，将激励装置12安排在一个或多个细长的激励层里，所说激励层沿基本平行于心轴的方向延伸，所说激励层大体上与心轴共轴，并且在各个不同的半径与心轴隔开。优选地，激励装置12进一步还包括一个或多个物质层，每个物质层包括电-光物质13。每一物质层沿基本平行于心轴的方向延伸，物质层大体上与纤心共轴，每个物质层都与至少一个激励层相关联。
在优选实施例中，对于光纤10进行安排，使激励层和物质层包围至少一部分纤心。最为优选地，激励层12夹持在纤心和物质层13之间。
在另外的优选实施例中，物质层可以夹持在纤心和对于光来说至少是部分透明的激励层12之间。
应该认识到，虽然优选实施例涉及的是大体上圆柱形形状的光纤10的制造，但期望这不是限制，可以制造本发明的光纤10，使其包括其它几何形状的横截面和结构。具体来说，本发明的光纤10还可以是平直的或带状的光纤的形式。
因此，在这里提到的任何术语“光纤”、“长纤维”、“层”、或“纤心”都不应该被认为是限制为圆柱形几何形状。而且，平直的或带状的光纤的“纤心”可以看作是包括一个基础层。
在优选实施例中，电-光物质13可主要包括常规的低分子量液晶材料，以及低分子量液晶和聚合物的组合物。这些聚合物可以包括：柔性聚合物、侧链液晶聚合物、主链液晶聚合物、各向同性或各向异性网络、弥散聚合物颗粒、及其组合物。此外，电-光物质13可主要包括任选彩色的球状或柱状形状的颗粒。这些颗粒可以任选地携带一种电荷，并且可以悬浮在一种载体如液体里。进而，每个颗粒都包括附加的子颗粒，例如彩色的聚合物微胶囊，它们任选地悬浮在第二种载体内。在另一个例子中，可以使用彩色颗粒，例如着色剂或染料，将它们分散在含水溶液内，并且，在响应外部刺激时在可逆的体积相变中表现出彩色变化(例如参见“模仿染料盒的聚合物凝胶光调制材料”，Akashi，R等人，Adv.Mater.，14(24)，2002年，第1808页)。
在下一个替换方案中，电-光物质13可以是任何已知的无机或有机电致发光材料，或者是包含电致发光材料的非电致发光载体材料。这样一种材料的非限制性例子包括磷和含磷层。具体来说，磷的例子是大带隙半导体，例如II-VI化合物、稀土氧化物和氧硫化物、绝缘体。优选地，可以使用II-VI材料，例如(但不限于)掺杂有Mn、Cu、Eu、或Ce的ZnS、SrS、以及它们各自的衍生物。另一个替换方案是使用有机的(例如，小分子有机发光二极管材料，或者低聚物的或聚合物的有机发光二极管材料)或者无机的发光二极管材料。
可以使用公知的技术例如(但不限于)浸涂、喷涂、蒸气淀积、和溅射，来实现物质13的淀积成层的过程。
在另一个优选实施例中，光纤10可以进一步还涂有一个外护套15，用于保护电-光物质13、对于光纤10提供附加的稳定性和支撑。优选地，外护套15是由非导电材料形成的，并且适应于对于光至少是部分透明的。按照常规，外护套15是从柔性聚合物形成的。
再一次参照图2，优选地，垫块装置14最好附加到光纤10上，用于维持光纤10为预定形状。按照电-光物质13的特性，在光纤或长纤维10中包括垫块14可能是有益的，特别是在物质13为液体或者凝胶形式并且因此不能自动维持形状的情况下可能是有益的。
垫块装置14最好是从非导电材料如玻璃或聚苯乙烯形成的，并且可以是例如长丝、大体圆形的线环、或者大体上球状的珠的形式。
在优选实施例中，每个激励层包括一个电极层。电极层是一层导电材料，在本质上可以是无机的或有机的。例如(但不限于)包括：金属层，如铟锡氧化物、金、银、铂、铜、和它们的衍生物，以及导电的或半导电的低聚物或聚合物，如聚苯胺衍生物和噻吩衍生物，如PEDT或PEDOT。任选地，这些低聚物或聚合物可以包含添加剂，以优化导电和导热的性能，增强寿命。激励层最好进一步还包括一个促进粘结层(未示出)，对于促进金属电极层的粘结特别有益。该粘结层可以是金属的，最好是钛或铬。
最好使用公知的技术来淀积电极和粘结层，例如(但不限于)使用溅射、蒸汽淀积、非电淀积、或者自动成型单层的自动成型工艺。粘结层的厚度范围优选的是1-5nm，最为优选的是2nm。电极层的厚度范围优选的是10-400nm，对于无机层最为优选的是20nm，对于有机层最为优选的是200nm。
在优选实施例中，电极层直接淀积在基底11的外表面上，或者按照另一种方式，电极层淀积在粘结层的上边，而粘结层预先淀积在基底11的外表面上。
在其它的优选实施例中，电极层可以直接地淀积在物质层的外表面上。
电极层最好构造成一个由多个电极对组成的电极16、17的阵列，如图3a和3b所示。对于这些电极进行安排，以便或者在大体平行于纤心的心轴的方向(如图3c所示)或者在大体上围绕心轴的切向延伸的方向(如图3d所示)产生一个横向电场18。在某些安排中，可以安排一个或多个电极阵列，以便产生大体上沿心轴方向并且大体上绕心轴的切向延伸的电场。这与在现有的光纤(参见图1b)内使用的常规的径向的或者垂直的电场是不同的。横向电场18大体上被限制在电极平面，即是一个表面电场，这个电场在圆柱体几何形状的情况下被限制在一个圆柱体的表面。局部有效场强取决于所加的电压、在光纤中使用的物质13的类型和微结构、以及距电极16、17的距离。在一般情况下，对于包含物质层的低分子量液晶，所要求的宏观场强范围是0-50Vmm-1，但典型值是0.5-5Vmm-1。在增加较大分子量液晶的内容时，例如液晶聚合物，宏观场强增加。对于电致发光材料，宏观场强可以明显加大，在0-500Vmm-1范围内，但典型值为10-250Vmm-1。
在这里提到的“横向电场”、“横向场”、或“表面场”被认为是包括其方向大体上平行于光纤纤心的心轴的或者其方向大体上绕心轴切向的任何电场，而不管场的大小或场中是否存在任何梯度。
进而，在平直的或带状的光纤几何形状(未示出)的情况下，对于电极阵列中的多个电极对进行安排，以便或者在大体上平行于纤心11的心轴的方向、或者在大体上横切心轴的方向产生一个横向电场。其中在同一个离轴平面内设置电极对。因此，横向电场基本上被限制在这个离轴平面并且没有任何径向场分量穿过心轴。因此，这里提到的“横向电场”、“横向场”、或“表面场”还认为包括在平直的或带状的光纤几何形状的横向表面电场。
在光纤10内的横向电场18是有益的，因为它们允许原先被认为是不适宜的某些电-光物质及其组合物可以在光纤10内使用。在根据本发明制造的光纤10中的电场方向使得光纤10中的电-光物质13在非径向方向(相对于心轴而言)得到电激励。这对于某些液晶材料以及它们的切换原理和电致发光体可能是特别有益的。具体来说，使用所谓的平面内切换原理的液晶切换原理可以从这种设计中获益，例如参见“利用平面内切换模式的电-光行为的原理和特性”，Oh-e，M.等人，第15次国际显示研究会会议录，日本，1995年，第577页；和“通过光致分层的单基底液晶显示”，Penterman等人，Nature，417，2002年，第55页。
对于用电-光物质层覆盖的电极阵列，电场将被局限在电极阵列的平面，局部有效场强取决于所加的电压、在光纤中所用电-光物质13的类型和微结构、以及距电极16、17的距离。在一般情况下，整个物质的体积都可以进行切换，就像例如在平面内切换的液晶显示器中已经成功地表现出来的那样，在这里切换的是层厚度为0-30mm的液晶层(例如参见“利用平面内切换模式的电-光行为的原理和特性”，Oh-e，M.等人，第15次国际显示研究会会议录，日本，1995，577页；”和“具有25毫秒快速响应速度的18.0英寸对角线的超TFT”，Ohta，M.等人，技术论文学报，SID国际研讨会，San Jose(USA)，1999年，XXX，86页)。
而且，横向电场18还允许与光纤10的电-光物质13一道使用原来被认为是不适宜使用的切换原理，于是可以使光纤10的可视外观得到可能全新的美学效果和富于创造性的效果。
进而，按照常规的切换原理，精确地确定电极距离或单元间隙具有特别重要的意义，因为单元间隙的调谐精度有时需要0.1mm才能得到最佳的光调制。通过在光纤10内使用横向电场18，电极16、17只需安排在单个相当薄的层内(即，激励层内)，并且因此不再需要使所制造的光纤的内部(纤心)电极和外部电极层在光纤内保持间隔开的关系。这就意味着，不需要外部电极层，并且可使光纤10中所用的电-光物质有一个较宽的选择范围。
激励层12使电-光物质13的光学特性可以只通过单个电极层进行控制，并且在制造期间使光学变化功能完全集中在光纤10内，与常规的切换原理通常所要求的相比，对于电极之间的距离的规定的要求更加宽松一些。
可以使用自动装配方法、淀积技术、光刻方法、X射线光刻术、粒子束方法、和非光刻方法来制造电极阵列16、18。无机基的和有机基的电极材料都可以包括纳米棒、纳米管、纳米线或片这些形式的材料，或者这些材料可以是或者通过溶解、混合、复合、吸附到粘结剂上、蒸汽淀积、超声处理、分散加入无机的、有机的、或混合基质中的混合物，或者这些材料能通过外部刺激如紫外照射现场产生。
在一个优选实施例中，电极阵列16、18是用光刻技术构成的，先用一个粘结层(最好是2nm厚的钛)直接覆盖基底11，然后在上面叠加一个电极层(最好是20nm厚的金)。这种光纤最好浸涂光致抗蚀物质，例如(但不限于)分散在酚基质树脂中的重氮萘酚醌(DNQ)基(diazonaphtoquinone(DHQ)-based)的光刻胶。应该理解，可以使用任何合适的光致抗蚀物质。然后用一个单独的照明掩膜(这个掩膜确定了电极阵列的图案)覆盖经过涂敷的光纤的外表面。然后最好用紫外辐射照射加有掩膜的光纤，并且将其浸入显影溶液中，例如浸入水性的氢氧化四甲铵溶液中。随后通过化学蚀刻剂大体除掉受到照射的未加掩膜的光纤部分，从而在基底11的外表面上分离出期望的电极阵列结构。这里给出的例子是一种正的抗蚀剂，随后通过适当的溶剂除掉受到照射的区域。当然，原则上也可以使用负的抗蚀剂，在这里随后除掉未经照射的区域。
在另一个优选实施例中，电极阵列是通过根据微接触印刷(mCP)的软光刻技术构成的。如在前边的实施例中描述的，基底11涂有粘结层，最好是2nm厚的钛，然后在上边叠置一个电极层，最好是20nm厚的金。向具有与电极阵列图案对应的凹凸图案的表面的柔性模具涂以链烷硫赶(例如在乙醇中的6-或8-decanethiol，或其它合适的墨分子)的溶液，并且使其与金层的外表面实现保形接触。只在接触区的外表面上形成墨分子的自动成型单层(SAM)，这个单层可以用作抗蚀膜。当将光纤浸入化学腐蚀剂中时，可选择性地除掉未加保护的金的部分。最好再涂敷第二种化学腐蚀剂，以便除掉它下边的钛粘结层的外露部分。这就是负的微接触印刷(-)mCP的一个例子。
此外，可以修改上述实施例，使其成为正的微接触印刷(+)mCP的技术，为此通过涂敷第二种(SAM)单层，最好来自液相或气相，或者通过应用第二模具。最好对于第二单层的分子进行选择，使其对于化学腐蚀剂具有比第一单层更大的稳定性，因此在腐蚀过程中可以除掉涂敷有第一单层的金的部分。这样就在基底11的外表面上产生了一个正的电极阵列图案(相对于原来的模具而言)。取决于电极阵列图案的填充比(即，接触区与非接触区的表面比)，这个正的mCP的第二种方法优于负的mCP方法，它可以避免出现诸如在低的外加压力下模具挤压或垮塌之类的问题。
在以上两个实施例中，最好至少相对于光纤夹持柔性模具，光纤本身可以移动，与模具接触，从而可以启动电极层外表面的涂墨。还有，电极层最好可以在带有图案的模具上滚动，这对于圆柱形光纤是特别有益的。对于(+)mCP方法，可以在一个工艺步骤涂敷第一和第二SAM，两个要涂墨的并列的模具30在最好相反的方向移动，每个模具涂敷两种墨分子之一，并且使模具依次与光纤接触，如图8所示。不同的光纤在单个大模具的不同区域并行滚动的并行加工对于这种处理方法来说是可能的，并且有可能连续加工成批的光纤，以此代替对于单个光纤依次制作图案。
应该认识到，还可以使用其它的微接触印刷技术构造按照本发明的制造的光纤或长纤维的电极阵列。
在图9中表示出使用诸如微接触印刷之类的软光刻技术构成的电极阵列的一个例子。图9的每一个部分都表示在不同的放大系数下并按比例包括的电极阵列，电极阵列是大小为10mm×10mm的正方形。在图9所示的例子中，在3×10-7毫巴压力下使用蒸汽淀积，用2nm的钛促进粘结层和20nm金电极层覆盖聚酯基底。使用硫醇墨将电极阵列的图案转印到金的外表面上，并且在随后的腐蚀步骤中将金除掉留下如图所示的电极阵列。
在用第二腐蚀剂除掉钛层以后，可用电-光物质覆盖电极阵列，以保护按照本发明的光纤10。
在另一个优选实施例中，使用另外一种称之为微转印制图(mTP)的软光刻技术。这种技术用一种墨溶液涂敷已有图案的模具，所说墨溶液包含处在悬浮状态的金属母体(precursor)。金属母体最好采用金属的微米或纳米颗粒或金属串(metal clusters)的形式。模具的抬高区域由墨覆盖，并且，在与基底11的外表面直接接触时，墨从这些墨区转移到基底11上。然后，对于带有墨的基底进行热处理，将这个母体转换成按照电极阵列图案安排的金属电极。转换温度在一般情况下为100℃左右。如果使用热敏光纤纤心，在mCP工艺中可以涂敷具有完全预制图案的电极阵列，柔性模具仅在表面凹凸图案的抬高区域提供薄金属层。在开始时使模具与金属层接触，金属层由基本上平直的表面支撑。预先选择模具材料和支撑表面的材料，以使金属到模具的粘结力可以克服金属到支撑表面的粘结力，从而使金属可以有选择地只粘结到所说抬高的区域。然后将准备好的模具加到基底的外表面上，产生出电极阵列图案的电极。
现在再一次回到图3a和3b，其中表示用在按照本发明制造的光纤10中的电极阵列16、17的两种优选的安排。在图3a中，电极阵列16有两组(分别表示为黑色和白色)交替相邻排列的导电电极指，即多个电极对。电极阵列16围绕光纤10的纤心11按切向和纵向排列。在图3b的一种可替换的安排中，两组电极指缠绕在一起(当然，要相互电绝缘)并且沿中心轴的方向安排成螺旋。
在图4a和4b中，说明电极阵列16a、16b的两种优选的安排。为清楚起见，表示为二维的平直示意图，应该理解，根据需要，可以使电极阵列16a、16b包围圆柱形的或者其它几何形状表面。在图4a的优选安排中，两组电极16a1、16a2的电极指的典型横向尺寸为5-20mm，它们以相等的间隔分开，间隔的典型值为5-50mmnm，两组电极16a1、16a2的电极指具有相等的长度，通常差不多等于光纤直径，典型值为20mm到几个mm，电极的中心“隆起(spines)”相互分开的距离至少是电极指的长度。在图4b的可替换安排中，与图3a中所示的电极阵列16相对应，最好将电极16a1和16b1的隆起安排成背靠背。在原理上，任何电极的最小尺寸只由加工方法如光刻法决定，以此方式产生横向尺寸例如为50nm的电极也是实际可行的，但在实践中最好产生具有以上所述尺寸的电极，因为加工更加容易，并且更加成本有效。
应该理解，例子中所示的电极安排16a、16b是非限制性的，在按照本发明制造的光纤中可以使用能够产生横向电场的其它合适的电极结构。
优选地，电极16、17可以具有称之为叉指式电极的形式，这种电极是已知的，在某些平直的二维液晶显示器使用，用于改进视角(例如参见“具有平面内切换模式的电-光行为的原理和特性”Oh-e，M.等人，第十五次国际显示研讨会会议录，日本，1995年，第577页)。
在优选实施例中，电极阵列16、17可以覆基底11的外表面的几乎全部，或者只覆盖这个表面的一部分。再一次参照图3c、3d，横向电场18主要限制在电极层，在优选实施例中，横向电场18对应于基本上覆盖纤心的外表面的表面场。这个表面场基本上没有径向场分量。
在优选实施例中，电极层可以任选地覆盖有叠置的涂层(未示出)。涂层的主要功能最好是能够保护电极，因为这些电极在本质上是很精细和脆弱的。然而，这个涂层还实现第二个功能，第二个功能包括(但不限于)：间隔层、粘结层、阻挡层、密封或覆盖层、紫外屏蔽层、极化层、亮度加强或者感觉改善层、着色层、导电或半导电层、沟道层(channelling layer)、附加电极层、电介质层、及其组合。
由电极阵列16、17产生的横向电场18在电极附近的部分电-光物质13上施加电的影响。这一部分物质在电-光物质13中确定了一个可切换的体积，这个体积对应于物质13的外表面上的一个可切换的面积。因此，通过选择不同大小的阵列16、17，就可以切换光纤10的一部分或者全部，以便在纤维外观上产生可检测的光学效应。
通过优选安排如图5a、5b、和5c中所示的电极阵列16c、16d、16e，可以在光纤10中产生带有图案的切换效应。在图5a中，使构成的电极的长度沿阵列16c有所不同。优选地，可以对于长度的差进行选择，使其可以是随机分布的，或者按照另一种方式，在整个阵列16c上循环重复。通过构造电极使其具有不同的长度，有可能在阵列16c内产生横向电场18的变化，这样就可以在电极附近的部分物质中产生可变的切换效应。
通过构造电极使其具有不同的电极顺序和/或不同的电极之间的间距，可以实现更加复杂的带有图案的切换效应。在图5b中，表示出一个优选的安排，从电极的图案中省去一个或多个电极。通过省去电极，沿阵列16d产生横向电场18的不连续性，这将使电-光物质13的对应部分在这些不连续性的位置是不可切换的。因此，通过在电极的制造期间选择哪些电极将要省略，就可以在光纤10的可视外观上产生可变的光学效应。
如果按照图5c所示不同地构成相邻电极指之间的间距，就可以沿阵列16e产生强度梯度切换效应。以此方式，有可能沿平行于心轴的方向或者沿绕心轴的切向、或者既沿平行于心轴的方向又沿绕心轴的切向在电-光物质13内产生灰度和光梯度效应。利用展示强度梯度的能力制造的光纤10对于纺织工业有相当大的益处，尤其是对于试图将电-光光纤加入纺织花样中的时尚设计师更有益处。
在电极的另一个优选的安排中，如图6所示，构造电极，使其分段成组16f1......16f4。这种安排的一个优点是可以逐个地寻址和切换这些组16f1......16f4，借此可以对光纤10中的带有图案的切换进行更加强有力的控制。逐个寻址电极组16f1......16f4对于产生感兴趣的美观的光学效应提供了更多的机会。然而，应当说明的是，虽然举例说明的是4个组16f1......16f4，每一组都有4个电极指，但这不是限制，应该理解，分段电极的另外的安排也是可能的。
参照附图7a，说明按照本发明的另一个优选实施例。在这个例子中，电极层构造成多个分开的电极阵列，每个电极阵列覆盖基底11的外表面的对应的一部分。这些对应的部分的面积可以基本上相等，或者按照另一种方式，它们的大小是不同的。优选的作法是，基底11的外表面的某些部分或者基本上全部都可以由多个电极阵列覆盖。
按照另一种方式，多个分开的电极阵列可以留在电-光物质13的顶部，物质13基本上包围光纤10的纤心。
多个电极阵列构造成相互之间是电绝缘的，并且每个电极阵列最好能够切换电-光物质13的一个对应的部分。优选的作法是，多个电极阵列都可以独立地切换，或者按照另一种方式，与一个或多个另外的电极阵列联合起来切换。
优选地，多个电极阵列是叉指式电极阵列。
在图7a所示的实施例中，光纤上进一步还可以附加一个外护套15，以便保护电-光物质13和在光纤10内提供附加的稳定性和支撑。优选地，外护套15是从非导电材料形成的，并且对于光至少是部分透明的。按习惯，外护套15是从柔性聚合物形成的。附加外护套的方法是例如用合适的柔性聚合物材料浸涂光纤。
再一次参照附图7a，在光纤上进一步还可以附加垫块线14。垫块线14可以保证对电-光物质13这一层的一个完全确定的厚度。这可能是必要的，因为物质13具有液体或凝胶的性质，并且因此没有任何固定的形状。垫块线最好缠绕纤心11(在多个电极阵列之上)，它的线径大约为20-200微米。此外，垫块线还可以是分开的大体上圆形的线环的形式，沿纤心的长度或者随机地设置或者按照预定的间隔设置。垫块线14最好是从不导电的材料形成，以便防止电极阵列的短路。
此外，垫块14是采用定位在电-光物质13中的大体上球状的垫珠的形式。每个珠14的直径大体上等于物质13的期望的厚度，在此例中珠14的直径约为50-50微米。间隔珠14最好是由非导材料形成，以便防止电极阵列的短路。这些珠或者加入物质13内，或者与多个电极阵列一起直接设置在纤心11的外表面上。
现在参照附图7b，说明按照本发明的另一个优选实施例。在此例中，对于光纤10进行安排，以便在光纤10内的不同深度包括两个物质层131、132和两个激励层121、122。所有这些全都设置在非导电纤心11之上。
优选地，一个或多个电极阵列设置在电极层内，电极层与纤心11的外表面接触。然后这些电极阵列上设置第一电-光物质。与纤心11接触的电极阵列控制第一物质层131中的物质的切换。在光纤10上还附加一个中心护套151，以提供光纤10中的结构支撑和稳定性。中心护套1 51最好是从不导电的材料形成，并且对于光至少是部分透明的。按习惯，中心护套151是从柔性聚合物形成的。
中心护套151的外表面最好用作对于一个或多个另外的电极阵列的基底，第二电-光物质设置在该一个或多个另外的电极阵列上。与中心护套151接触的电极阵列最好可以控制在第二物质层132中物质的切换。光纤10上进一步还附加外护套152，以便在光纤10中提供另外的结构支撑和稳定性。外护套最好是从不导电的材料形成，并且对于光至少是部分透明的。按习惯，外护套152是从柔性聚合物形成的。
第一和第二物质层131、132最好可包括相同的电-光物质，或者按照另一种方式，包括不同的电-光物质。然而，要对于每种电-光物质进行选择，使其具有至少一种可电调制的光特性。层131、132中的物质可以同时切换，或者按照另一种方式，可以独立地进行切换。
在光纤10内不同深度具有两种或多种物质层131、132的一个优点是，在光纤10的外观中可以产生感兴趣的和美观的光学效应，例如改变颜色的效应。在实践中，在分层结构中切换一种或多种物质可使光纤10产生三维的“感觉”。
此外，可以省去中心护套151，并且将一个或多个另外的电极阵列构造在第一物质层131的外表面上。在这种安排中，在第一物质层131中的物质的切换可以通过它的外表面上的电极进行，或者通过纤心11上的电极进行，或者既通过它的外表面上的电极进行又通过纤心11上的电极进行。外部的电极阵列最好对光是至少部分透明的。
在图7b所示的实施例中，重要的是要认识到，在光纤10中产生的横向电场18基本上限制在它们的对应的激励层上，即表面场，并不容易在光纤10的不同层之间径向穿过。
再一次参照附图7b，光纤上进一步还可以附加采用在第一和/或第二物质层131、132中的垫块线形式的垫块14。垫块线最好缠绕至物质层131、132的前一层，它的线径大约为20-200微米。此外，垫块线还可以是分开的大体上圆形的线环的形式，沿前边层的长度方向或者随机地设置，或者按照预定的间隔设置。垫块线最好是从不导电的材料形成的，以便防止电极阵列的短路。
此外，垫块14是大体上球状的垫珠的形式，垫珠或者加入电-光物质131、132中，或者直接沉积在对应的电-光物质131、132前边的层的外表面上。每个珠14的直径大体上等于物质层131、132的期望的厚度，在此例中珠14的直径约为5-50微米。间隔珠最好是从非导电的材料形成的，以便防止电极阵列的短路。
应该理解，其它的光纤组合是可能的，例如多个物质层和多个激励层，它们在光纤10中安排在各种不同的分层结构中。
期望其它的实施例均落在所附的权利要求书的范围内。

Claims (44)

1、一种制造光纤或长纤维的方法，所说方法包括如下步骤：
形成具有一个心轴的细长纤心形式的基底；
利用具有至少一种电可调制的光学特性的物质直接地或者间接地涂敷所说基底；和
使一个电激励装置与所说基底相关联，所说电激励装置适合于产生在大体平行于心轴的方向上或者在大体绕心轴切向延伸的方向上延伸的电场，其中电场按照电的方式引起所说物质的光学特性的变化，借此改变光纤或长纤维的可视外观。
2、权利要求1的方法，其中：基底是由适应为电绝缘的材料形成的。
3、权利要求1或2的方法，其中：形成步骤包括选择基底的机械性质。
4、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中：细长纤心形成为基本上圆柱体。
5、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，进一步还包括多个相关联的步骤，每个相关联的步骤使所说的基底与另一个电激励装置相关联，所说电激励装置适合于产生沿基本上平行于心轴的方向或者沿基本上绕心轴切向延伸的方向延伸的电场，其中的电场按电的方式引发所说物质的光学特性的变化，借此可改变光纤或长纤维的可视外观。
6、权利要求5的方法，其中：所说相关联的步骤或者每个相关联的步骤都包括如下步骤：对于激励装置进行安排，使其可以形成一个细长的激励层，所说的激励层沿基本上平行于心轴的方向延伸，激励层与纤心基本上是共轴的。
7、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，进一步还包括多个涂敷步骤，每个涂敷步骤都用一种物质直接地或者间接地涂敷基底，所说物质具有至少一种电可调制的光学特性。
8、权利要求7的方法，其中：所说涂敷步骤或者每一个涂敷步骤都将所述物质安排在一个细长的物质层中，所说的物质层沿基本上平行于心轴的方向延伸，并且与纤心基本上是共轴的。
9、权利要求7或8的方法，进一步还包括如下步骤：使每个物质层与至少一个激励层相关联。
10、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中：涂敷步骤包括通过下述技术中的任何一个淀积所说物质：浸涂、喷涂、蒸汽淀积、和溅射。
11、权利要求6的方法，其中：所说激励层或者每个激励层都包括一个电极层，所说相关联的步骤或者每个相关联的步骤都使基底的外表面与电极层相关联。
12、权利要求6的方法，其中：所说激励层或者每个激励层都包括一个粘结层和一个电极层，所说相关联的步骤都使基底的外表面与粘结层相关联，粘结层的后面是电极层。
13、权利要求12的方法，其中：所说粘结层或者每个粘结层都是通过溅射或蒸汽淀积淀积的，它的厚度范围是1-5nm。
14、权利要求13的方法，其中：所说粘结层或者每个粘结层都是从钛、钼、或铬、或它们的合金形成的。
15、权利要求8的方法，其中：基底的外表面涂敷物质层，相并联的步骤使物质层与包括电极层在内的激励层相关联。
16、一种制造光纤或长纤维的方法，所说方法包括如下步骤：
形成具有一个心轴的细长纤心形式的基底；
利用具有至少一种电可调制的光学特性的物质直接地或者间接地涂敷所说基底；和
关联所说基底与一个电激励装置，所说装置包括第一和第二电极对，第一和第二电极对适合于产生在大体平行于心轴的方向延伸的、或者在大体横切心轴延伸的方向延伸的电场，其中第一和第二电极设置在同一个离轴平面内，其中的电场按照电的方式引起所说物质的光学特性的变化，借此改变光纤或长纤维的可视外观。
17、权利要求16的方法，其中：激励装置进一步还包括其中包含第一和第二电极对的电极层，电极层具有对应于所说离轴平面的平面。
18、权利要求11、或权利要求12、或权利要求17、或者从属它们的任何权利要求的方法，其中：电极层是通过溅射、或蒸汽淀积淀积的，它们的厚度范围是10-400nm。
19、权利要求11、或权利要求12、或权利要求17、或者从属它们的任何权利要求的方法，其中：将电极层选择成以下金属之一：金、银、铂、铜、或包含相当大比例的任何这些金属的合金，例如铟锡氧化物，或者是下述的至少部分导电的低聚物或聚合物之一：聚苯胺，聚(3，4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)及其衍生物。
20、权利要求11-15或权利要求17-19中的任何一个所述的方法，还包括如下步骤：将电极层构造成一个电极阵列，所说构造步骤在淀积电极层之后。
21、权利要求20的方法，其中：将电极层构造成多个电极阵列，每个电极阵列与其它的电极阵列都是电独立的。
22、权利要求20或21的方法，其中：从以下任何一个选择所说的构造步骤：逐个原子的淀积技术、包括软光刻方法在内的光刻方法、X射线光刻、和粒子束技术。
23、权利要求20或21的方法，其中：所说的构造步骤还包括如下步骤：
用光致抗蚀物质涂敷电极层的外表面；
用照射掩膜覆盖经过涂敷的电极层的外表面，照射掩膜确定了电极阵列的图案；
通过照射掩膜照射光致抗蚀物质；
将经过涂敷的电极层浸入显影溶液中；
其中在正抗蚀剂的情况下，通过腐蚀剂除掉光致抗蚀物质的外露部分，从而产生电极阵列，并且其中在负抗蚀剂的情况下，通过腐蚀剂除掉光致抗蚀物质的遮盖部分，从而产生电极阵列。
24、权利要求23的方法，其中：将光致抗蚀物质选择为分散在酚基质树脂中的重氮萘酚醌(DNQ)基的光刻胶，并且将显影液选择为水性的碱溶液，例如金属的氢氧化物溶液，如氢氧化钾和氢氧化钠，以及包含非金属的溶液，如氢氧化四甲铵溶液。
25、权利要求20或21的方法，其中：所说的构造步骤还包括如下步骤：
给柔性模具涂敷墨，所说模具具有确定电极阵列图案的表面凹凸图案；
将所说模具加到电极层的外表面以便按照电极阵列的图案淀积墨层，包括单层；
将电极层浸入腐蚀剂中以便除掉电极层的未加墨的部分。
26、权利要求25的方法，还包括如下的另外步骤：
将电极层浸入另外一种腐蚀剂中，以便在将电极浸入这种腐蚀剂后除掉粘结层的外露部分。
27、权利要求20或21的方法，其中：所说的构造步骤包括如下步骤：
使用第一墨给柔性模具涂敷墨，所说模具具有确定电极阵列图案的表面凹凸图案；
将所说模具施加到电极层的外表面以便按照电极阵列的图案淀积第一墨层；
将第二墨沉积到电极层的外表面的没有涂有第一墨的部分；
将电极层浸入腐蚀剂中以便除掉电极层的涂有第一墨的部分。
28、权利要求27的方法，其中：淀积步骤可以包括以下所述的任何一个：从溶液中淀积、从气相淀积、施加模具。
29、根据权利要求25-28中任何一个所述的方法，其中：所说施加步骤包括：夹持模具不动并且滚动在电极阵列图案上的电极层的外表面。
30、权利要求11的方法，还包括如下步骤：将电极层构造成一个电极阵列，其中的构造步骤包括如下步骤：
给柔性模具涂敷墨，所说模具具有确定电极阵列图案的表面凹凸图案，所说墨由金属母体的悬浮液构成；
将所说模具加到基底的外表面以便按照电极阵列的图案淀积墨层；
对于淀积的墨进行热处理，以便把保持在悬浮液中的金属母体转变成按照电极阵列图案安排的多个金属电极。
31、权利要求30的方法，其中：金属母体是从以下所述之一选择的：金属微米颗粒、金属纳米颗粒、和金属串。
32、权利要求11的方法，还包括如下步骤：将电极层构造成一个电极阵列，其中的构造步骤包括如下步骤：
使具有表面凹凸图案的柔性模具与支撑金属层的支撑面接触，其中对于柔性模具的材料和支撑面的材料进行预选择，以使金属到模具的粘结力能够克服金属到支撑面的粘结力，从而使金属选择性地只粘结到模具的凹凸图案的抬高区域；和
施加准备好的模具到基底的外表面上，以便按照电极阵列的图案淀积金属层。
33、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中：形成步骤包括给基底的外表面直接涂敷一个保护层。
34、权利要求33的方法，其中：通过下述技术中的任何一个淀积保护层：浸涂、喷涂、蒸汽淀积、和溅射。
35、权利要求33或34的方法，其中：保护层适合于抵抗化学腐蚀。
36、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，进一步还包括如下步骤：附加垫块装置。
37、权利要求36的方法，其中：垫块装置包括多个大体球状的珠和/或沿大体上平行于心轴方向延伸的一个或多个垫块线。
38、权利要求37的方法，其中：所说物质适合于大体上包含所说球状的珠。
39、权利要求36的方法，其中：附加步骤包括将垫块装置附着到电极层的外表面。
40、权利要求7或权利要求8或从属于它们的任何一个权利要求所述的方法，进一步还包括如下步骤：用一个或多个外层覆盖所说物质层。
41、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中：所说基底是从柔性的聚合物纤维制造的。
42、权利要求41的方法，其中：合适的聚合物纤维是从以下所述中的任何一个选择出来的：聚酯、聚酰胺、丙烯酸物、聚丙烯、乙烯基聚合物、毛、丝、亚麻、大麻、亚麻布、黄麻、人造纤维、乙酸纤维素和棉纤维。
43、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中：对于电可调制物质进行选择，使其为无机的或有机的电致发光材料或液晶材料。
44、根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其中：将物质的光学特性选择为颜色。
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