TWI481943B - 外觀改變裝置及操作此裝置之方法 - Google Patents

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Description

外觀改變裝置及操作此裝置之方法
本發明係關於一種外觀改變裝置及一種用於操作此一外觀改變裝置之方法。
對於諸多類型之產品而言，產品之可定製外觀可係期望的。舉例而言，能夠端視一產品之當前狀態定製該產品之至少一部分之外觀來將關於該產品之該當前狀態之資訊以一直觀及吸引人之方式傳達給一使用者可係吸引人的。能夠變更一產品之外觀以反映使用者之個性或心情等亦可被感覺為對該產品之使用者而言係吸引人的。
根據一個眾所周知之實例，一產品之此可定製外觀係藉由消費者電子產品(例如行動電話)上之可轉換「皮膚」來實現。通常將此類型之「皮膚」提供為可由該產品之使用者轉換之塑膠外殼。
亦已建議使用覆蓋一產品表面之一外觀改變裝置之可電控光學性質來變更該產品之外觀。
美國2004/0189591揭示呈覆蓋一可程式化遠端控制單元之控制按鈕之電泳顯示器裝置形式之此一外觀改變裝置之一個實例。端視欲透過可程式化遠端控制單元控制之組件，調節該等電泳顯示器裝置以顯示與該欲被控制之特定組件相關之設置。
以夾在頂部電極層與底部電極層之間的微囊泡形式提供揭示於美國2004/0189591中之外觀改變裝置。每一微囊泡皆包含懸浮於一清澈懸浮液介質中之帶正電白色顏料片及帶負電黑色顏料片。藉由在美國2004/0189591之外觀改變裝置中形成一適合電場圖案，可形成一黑白影像，因此被認為是由該相應按鈕造成的。
儘管能夠實現對一產品(更具體而言係一可程式化遠端控制)之外觀進行改變，但揭示於美國2004/0189591中之外觀改變裝置並非適合於每一應用。特定而言，當藉此覆蓋之表面自身傳達資訊時，不能使用上述該類型外觀改變裝置。舉例而言，該表面之至少一部分可係一僅有時起作用之顯示器，而彼時對該產品之使用者而言必須清晰可見。此外，美國2004/0189591之外觀改變裝置需要一相對高驅動電壓，通常在5V至15V之間。
鑒於先前技術之上述及其他缺陷，本發明之一一般目標係提供一改良之外觀改變裝置及一種用於操作該外觀改變裝置之方法。
根據本發明之一第一態樣，透過一種用於改變藉此覆蓋之一表面之可見外觀之外觀改變裝置來達成該等及其他目標，該外觀改變裝置包括：一第一基板，其具有一配置於其一第一側上之第一電極；一第二基板，其與該第一基板之該第一側相對地配置，該第二基板具有一配置於其面對該第一基板之一側上之第二電極；一間隔件結構，其以使得將該第一與第二基板之間的一空間劃分成複數個單元的此一方式將該第一與第二基板間隔開；在每一單元中，一光學透明流體具有散佈於其中之複數個粒子，透過施加一電場該等粒子可在該流體中移動，其中以以下此一方式組態該等單元之每一者：使得該等粒子在該單元中之一分佈狀態可藉由在該第一與第二電極之間施加一電壓，自一第一分佈狀態控制為一第二分佈狀態，在該第一分佈狀態中粒子係散佈且藉由該外觀改變裝置所覆蓋之表面之一外觀係由該等粒子之光學性質確定，在該第二分佈狀態中該等粒子集中至一提供於該第一基板上之第一粒子集中位點及一提供於該第二基板上之第二粒子集中位點中之至少一者，該第二粒子集中位點在平行於該外觀改變裝置之一平面中相對於該第一粒子集中位點位移。
在本申請案之上下文中，應將一「流體」理解為係一物質，其回應於任何力而變更其形狀且趨向於流動至該流體可包含於其中之室之輪廓或與該輪廓一致。術語「流體」因此包含氣體、液體、蒸氣及固體與液體之混合物(當該等混合物能夠流動時)。
術語「粒子」並不限於固體粒子，而且亦包含小液滴及充有流體之囊泡。
應將「粒子集中位點」理解為該單元中在第一與第二電極之間施加一電壓之後該等粒子集中之處的一位點。端視該電壓之極性(正或負)，具有一給定極性(正電荷或負電荷)之粒子通常將朝向第一或第二粒子集中位點移動。第一及第二粒子集中位點在單元中之位置係由該單元中由在第一與第二電極之間施加一電壓所產生之電場組態確定。此電場組態可(例如)由電極組態及單元中其他結構之組態等確定。
通常，該第一及第二基板可被提供為薄片，其可或多或少具有撓性。適合基板材料包含(例如)玻璃、聚碳酸酯、聚醯亞胺等。
該第一與第二透明基板兩者中之任一者可係任何光學透明部件。適合基板材料包含(例如)玻璃、聚碳酸酯、聚醯亞胺等。
在本上下文中，一「光學透明」介質意指允許撞在其上之光(可見光譜中之電磁輻射)之至少一分數通過之一介質。
應注意，散佈於流體中之該等粒子可帶電或可不帶電。對於不帶電粒子而言，可回應於施加一電場透過介電電泳致使粒子移動，其詳細闡述於H.A. Pohl撰寫之「Dielectrophoresis;the behavior of neutral matter in non-uniform electric fields」一文中(University Press,Cambridge,1978)。
在帶電粒子之情況下，大多數粒子可有利地具有相同符號電荷以防止帶相反電荷之粒子之集聚。(流體之電中性係藉由具有相反電荷之離子之存在來確保的)。
然而，將該等粒子提供為帶正電粒子與帶負電粒子之一混合亦可係有利的。端視極性，該等粒子然後可聚集在兩個電極處。
此外，在不存在一電場之情況下，該等粒子可基本上係均勻分佈。當施加一電場時，可使該等粒子重新分佈。該等粒子移動直至移除該場為止，或者進入一狀態，其中在透過其自身電荷(在電泳之情況下)或偶極子(在介電電泳之情況下)及所施加之電場施加於該等粒子之力之間存在一平衡。關於電泳之一更詳細說明，參見以下文檔：P.C. Hiemenz and R. Rajagopalan撰寫之「Principles of Colloid and Surface Chemistry」一文(第三版，Marcel Dekker Inc，紐約，1977，第534-574頁)。
本發明係基於以下認識：藉由使用所謂的對一電泳裝置之平面內切換可有利地達成用於改變藉此覆蓋之一表面之外觀之一外觀改變裝置。
本發明者已進一步認識到，此一外觀改變裝置可有利地具有提供於第一基板上之第一電極及提供於第二基板上之第二電極。儘管通常比在第一與第二電極兩者皆配置於第一基板上時之情況下需要一更準確對準，但可達成該等單元中之電場之一更有利組態，藉此可完成在其中粒子係散佈之第一分佈狀態與其中粒子集中至一個或兩個粒子集中位點之第二分佈狀態之間的一更快切換。而且，可改良該外觀改變裝置之穩健性，此乃因在第二基板上提供第二電極確保該第一電極與第二必須補充電極之間的電隔離而不完全依賴於一絕緣介電層無針孔或其他缺陷。
在根據本發明之外觀改變裝置中，以使得第二粒子集中位點在平行於該外觀改變裝置之一平面中相對於第一粒子集中位點位移(或者，換言之，以使得防止第一基板上之第一粒子集中位點與第二基板上之第二粒子集中位點之間的一重疊)之此一方式組態每一單元。此確保在由粒子之光學性質所確定之至少一個外觀改變狀態與由該裝置中之其他結構(例如流體、基板、電極、任何濾片等)所確定之至少一個外觀改變狀態之間對每一單元進行控制。
為最大化該外觀改變裝置改變由該外觀改變裝置所覆蓋之一表面之外觀之能力，可有利地以透過在該第一與第二電極之間施加電壓在複數個單元中可同時控制分佈狀態之此一方式配置該第一及第二電極。
在一電泳顯示器裝置(例如揭示於美國2003/0214479中之電泳顯示器裝置)中，每一單元對應於一影像像素且需要係可個別控制的，此通常透過提供額外定址電極來實現。此等額外電極一般佔據毗鄰單元之間的空間或需要一額外電極層且亦吸收及/或反射光。該等效應兩者皆限制一通常不需要對極精細特徵進行控制之外觀改變裝置之有效性。
為進一步改良有效地改變藉此覆蓋之一表面之外觀之能力，可有利地以使得針對每一單元以藉由第一及第二電極可在第一與第二粒子分佈狀態之間控制之區域與該單元之總區域之間的一比率大於70%之此一方式來組態根據本發明之外觀改變裝置。
如熟習此項技術者所理解，可透過根據本發明之外觀改變裝置之各種組態獲得此一比率。
舉例而言，第一與第二電極中之任一者或兩者可由一透明材料形成，例如ITO(銦錫氧化物)、IZO(銦鋅氧化物)、足夠薄的金屬電極或類似眾所周知之材料。
此外，增加每一單元之總區域通常亦將增加上述可控制區域與總區域之間的比率。假設該等電極及間隔件結構之典型最小橫向尺寸為大約10至30μm(在當前製造技術條件下此係一合理假設)，則對於每一單元之大於0.01mm2 之一總區域而言可易於獲得大於70%之所需比率。
有助於實現每一單元之可控制區域與總區域之間的一大比率之另一因素係可同時藉由第一與第二電極控制之單元之數目。舉例而言，藉由配置第一與第二電極來同時控制至少一百個單元，可節省否則將需要用以容納在其途中之單元至欲藉此被控制之其他單元之間通過之其他電極之一大量空間。
根據一個實施例，可藉由一介電層覆蓋第一電極且可將第一粒子集中位點提供為該介電層中曝露第一電極之一部分之一開口。
由此，可透過該開口之位置及組態以及透過該介電層之電性質(明顯地係導電率)來控制單元中之電場。藉由選擇一具有低於單元中之流體之導電率之一導電率之介電層，可定型該電場以在於第一與第二電極之間施加一適合電壓時有效地將粒子朝向第一粒子集中位點(第一電極之經曝露部分)引導。
電介質中之開口在單元中之何種位置係最期望的取決於外觀改變裝置之應用。對於某些應用，使開口位於每一單元中之中心位置可係有利的，而其他應用可得益於偏離中心之位置或某些單元具有位於中心之開口而其他單元具有偏離中心之開口的混合。
而且，在每一單元中，該介電層可具有形成於其中以曝露第一電極之對應部分之複數個開口，藉此提供複數個第一粒子集中位點。
透過提供複數個開口，或更一般而言，透過在每一單元中提供複數個第一粒子集中位點及/或複數個第二粒子集中位點，可在無需在外觀改變裝置之製造中對第一與第二基板之對準強加嚴格要求之情況下，第一與第二粒子集中位點相對於彼此位移。
此外，可改良外觀改變裝置與一其外觀欲被改變之不平表面一致的能力，此乃因存在以下一極高可能性：將總是存在相對於彼此偏移之至少一個第一粒子集中位點及至少一個第二粒子集中位點，以使得在於第一與第二電極之間施加一電壓時產生一橫向電場分量。
此外，第一基板可係透明，從而能夠在其中粒子集中至該等粒子集中位點之至少一者之第二分佈狀態中實現透明單元性質。若(例如)由外觀改變裝置覆蓋之表面傳達資訊，則一透明狀態可係有益的。
為達成此等透明性質，第一與第二電極之一者或兩者可係由一透明材料製成，例如一透明導電膜(例如ITO、IZO或類似物)，且任何介電層可係由一透明介電材料製成，例如氧化矽、氮化矽或此項技術中已知之任何其他適合透明電介質。
而且，有利地，可以由該複數個單元形成一非週期性單元圖案之此一方式來組態間隔件結構。
對於顯示應用而言，一由一週期性單元圖案組成之矩陣係有利的，但相反，對於外觀改變裝置之應用而言，本發明者已認識到，一非週期性單元圖案可係有利的。藉由以形成一非週期性單元圖案之此一方式來組態間隔件結構，可減少波紋效應(effect)，且因此可使外觀改變裝置看起來更自然且令人愉悅。
該單元圖案可係一準晶體圖案且較佳地係一潘羅斯(Penrose)圖案。
藉由提供具有不同形狀、不規則形狀、不同大小及/或不同定向之單元，可提供一允許預補償欲被外觀改變裝置覆蓋之彎曲表面之非週期性單元圖案。舉例而言，可以將較小單元特意放置在當將外觀改變裝置施加至一物件之一彎曲表面上時該等單元將因應力及變形而變大之位置處之此一方式來提供一具有較小及較大單元之一組合之非週期性單元圖案。以此方式，在將外觀改變裝置施加至該彎曲物件上時，該等較小單元將伸展且擴大以使得在將外觀改變裝置施加至該彎曲表面之後，所有單元可具有相同或幾乎相同之大小。此外，提供一具有較小單元與較大單元之一組合之單元圖案可允許「水印」，此乃因較小單元一般在分佈狀態之間轉變得比較大單元更快。例如，提供較大單元被較小單元圍繞之一單元圖案允許該等較大單元在自一個狀態至另一狀態之一切換步驟期間變得可見，此乃因當施加一電場時該等較大單元比該等較小單元轉變或切換較慢。
為減少波紋效應(effect)，本發明者已發現，一呈一潘羅斯(Penrose)圖案或潘羅斯(Penrose)瓦片圖案形式之單元圖案可係尤其適合。莫瑞圖案(pattern)係可在上覆兩個週期性圖案時發生之干涉圖案。此適合於其中將外觀改變裝置施加至一具有一週期性結構(例如一具有一週期性像素結構之平面螢幕TV)之物件上之特定應用。若外觀改變裝置包括一非週期性圖案，則可減少莫瑞假像(artifact)。一潘羅斯(Penrose)圖案係有序的(由兩個菱形形狀元件之一重複組成)，但係非週期性的。潘羅斯(Penrose)圖案係為既有序又非週期性之結構形式之准晶體之一具體實施例。
在根據本發明之外觀改變裝置之一個實施例中，該等粒子可包括一第一組帶負電粒子及一第二組帶正電粒子。
藉助兩組帶不同電之粒子，可達成更多狀態，特別自從不同組粒子可有利地具有不同光學性質以來。一組粒子可(例如)係一種色彩，而另一組粒子可係另一種色彩。
在不施加電場之情況下，帶負電粒子與帶正電粒子兩者可散佈於整個單元中，從而提供係帶負電粒子與帶正電粒子兩者之組合之結果之一光學外觀。
在各種應用中，達成根據本發明之外觀改變裝置之不對稱控制特性可係有利的。可藉由以使第二粒子集中位點具有一比第一粒子集中位點大的粒子集中區域之此一方式組態該等單元來達成可(例如)用於達成快速切換及/或多色彩狀態之此不對稱。
應將「粒子集中區域」理解為集中在一粒子集中位點處之粒子可跨越其分佈之區域。對於具有一小的粒子集中區域之一粒子集中位點而言，針對一給定數目之粒子，可獲得一高的粒子物理濃度(就每單位容積之粒子數目而言)。對於具有一大的粒子集中區域之一粒子集中位點而言，相同數目之粒子可產生一低得多之粒子物理濃度。
根據本發明之一第二態樣，藉由一種用於操作根據本發明一實施例之一外觀改變裝置之方法來達成上述及其他目標，在該外觀改變裝置中以使第二粒子集中位點具有一比第一粒子集中位點大之粒子集中區域之此一方式來組態該等單元，其中該方法包括以下步驟：確定第一與第二電極之間的一電壓產生一經組態以將粒子集中於第二粒子集中位點處之電場；及在該第一與第二電極之間施加該電壓以將粒子集中於第二粒子集中位點處。
端視電壓之極性(正或負)，具有一給定極性(正電荷或負電荷)之粒子通常將朝向第一或第二粒子集中位點移動。第一及第二粒子集中位點在單元中之位置係由該單元中由在第一與第二電極之間施加一電壓所產生之電場組態確定。此電場組態可係(例如)由該電極組態及該單元中其他結構之組態等確定。
本發明者已認識到第一與第二粒子集中位點之間的粒子集中區域之此不對稱可用來達成在粒子係散佈的一狀態與粒子集中於一粒子集中位點處之一狀態之間進行快速切換。特定而言，本發明之本態樣係基於以下認識：快速切換可藉由確定並施加係如此以使得朝向具有較大粒子集中區域之第二粒子集中位點驅動該等粒子之一電壓來達成。
由於較大粒子集中區域，集中於第二粒子集中位點處之帶電粒子對毗鄰於第二粒子集中位點之電場比對於相同數目之集中於較小的第一粒子集中位點處之粒子將具有一較小影響。
本發明之第二態樣之其他變化及效果很大程度上類似於上述第一態樣之彼等變化及效果。
根據本發明之一第三態樣，藉由一種用於操作一外觀改變裝置之方法來達成上述及其他目標，該裝置包括：複數個單元，每一單元包括分佈於一光學透明流體中之複數個粒子，該等粒子包含一第一組具有一第一色彩及一第一極性之帶電粒子以及一第二組帶具有一第二色彩及一與該第一極性相反之第二極性之電粒子；及第一及第二電極，其用於透過在該第一與第二電極之間施加一電壓來使該等粒子能夠橫向位移以使該等粒子集中於一第一及/或一第二粒子集中位點處，其中以使得在該第一與第二電極之間施加一給定電壓產生毗鄰於該第一粒子集中位點之一第一電場及毗鄰於該第二粒子集中位點之一第二電場的此一方式組態該單元，該第一電場具有一比該第二電場高之場強度，該方法包括以下步驟：確定第一與第二電極之間的電壓之一極性及一幅值導致該第一電場足夠強以使該第一組帶電粒子集中至該第一電極，且導致該第二電場係如此弱以使得該第二組粒子大致保持在一散佈狀態中；及在該第一與第二電極之間施加所確定電壓以藉此將該單元控制為一大致具有該第二色彩之狀態。
本發明者進一步認識到，單元組態之一不對稱可用來在每一單元中僅使用單一對電極便達成若干色彩狀態。藉由選擇第一與第二電極之間的產生以下一電場組態之一電壓之性質(極性及幅值)：其能夠朝向第一粒子集中位點驅動具有一個極性之粒子，但大致不能夠朝向第二粒子集中位點驅動具有相反極性之粒子，可僅使用該第一及第二電極選擇性地控制單一組粒子。
基於此認識，可將包括在該外觀改變裝置中之該等單元控制為四種不同色彩狀態：所有粒子散佈於該流體中之一第一狀態；第一組粒子集中於該第一粒子集中位點處而第二組粒子散佈於該流體中之一第二狀態；第二組粒子集中於該第一粒子集中位點處而該第一組粒子散佈於該流體中之一第三狀態；及最後，該第一組粒子集中於該第一粒子集中位點處而該第二組粒子集中於該第二粒子集中位點處之一第四狀態，或反之亦然。
本發明之第三態樣之其他變化及效果很大程度上類似於上述第一及第二態樣之彼等變化及效果。
後文將主要參照一可控制為一透明狀態之平面內電泳外觀改變裝置來闡述本發明。
應注意，此決非限制本發明之範圍，其同樣適用於不可控制為一透明狀態之平面內電泳外觀改變裝置，例如(舉例而言)具有一非透明第一基板之外觀改變裝置，其自身可具有其他光學性質，例如色彩或結構。
存在用於根據本發明之外觀改變裝置之各種實施例之大量應用，圖1a-g中示意性圖解說明了其中之某些應用。
在圖1a-c中，一平面螢幕電視機裝置1具有一至少覆蓋電視機裝置1之顯示器3之外觀改變裝置2。
圖1a顯示處於其中使用整個顯示器來顯示影像內容之正常、全螢幕作業中之電視機裝置2，其中外觀改變裝置2處於其透明狀態中。因此，電視機裝置1之整個顯示器3對一觀看者而言可見。
圖1b顯示處於寬螢幕作業中之電視機裝置1，其中外觀改變裝置2處於一部分透明狀態中以使得顯示器3之一部分已使其外觀被外觀改變裝置2改變。在本實例中，外觀改變裝置2已改變顯示器3之不用來顯示影像內容之部分以具有基本上與圍繞顯示器3之框架4相同之外觀。
最後，圖1c顯示關閉時之電視機裝置1，其中外觀改變裝置2處於其中其改變整個顯示器3以具有基本上與圍繞顯示器3之框架4相同之外觀之一狀態中。
在圖1d-e中示意性圖解說明呈一熱水壺5形式之另一應用。藉由用一外觀改變裝置6覆蓋熱水壺5，可使該熱水壺從視覺上向一使用者說明其所處之狀態。舉例而言，可在指示熱水壺中之水係冷的一第一色彩(例如藍色)與指示水係熱的(且因此熱水壺6亦係熱的)一第二色彩(例如紅色)之間控制外觀改變裝置6。另一選擇為，根據本發明之另一實施例，可在(例如)一透明狀態與三種不同色彩之間控制熱水壺6以指示煮水時熱水壺6之四種不同狀態，例如透明、藍色、紅色及最後黑色。
在呈圖1f-g中之音樂播放器8之形式之另一應用中，音樂播放器8可由一外觀改變裝置9覆蓋以使一使用者能夠根據其心情或個人偏好控制該音樂播放器之外觀，例如色彩。另一選擇為，根據本發明另一實施例，音樂播放器8可由一外觀改變裝置9覆蓋，該外觀改變裝置在四種不同外觀(例如四種不同色彩)之間係可控制的。
現在已指示一外觀改變裝置之眾多應用中之某些應用，下文將參照圖2a-b闡述根據本發明之外觀改變裝置之一實例性實施例。
圖2a示意性圖解說明包括相對配置之第一11及第二12透明基板之一外觀改變裝置10。基板11、12以使得第一11與第二12基板之間的空間被劃分成複數個單元15、16的此一方式藉由一間隔件結構13間隔開(在圖2a中僅藉由參考編號指示兩個單元)。
參照圖2b，每一單元15、16填充有一光學透明流體19及複數個粒子20(在圖2b中僅指示一個代表性粒子)。此外，為控制單元15、16，提供複數個電極對17a-b、18a-b(圖2b中僅藉由參考編號指示兩個對)，其中第一電極17a、18a配置於第一基板11上且第二電極17b、18b配置於第二基板12上。
繼續參照圖2b，圖2b中左邊的單元15處於其中粒子20散佈於流體19中之一狀態中以使得單元15所覆蓋之表面之外觀由粒子20之光學性質確定。通常，當第一17a與第二17b電極之間不存在電壓差時粒子20處於圖2b中之左邊單元15中所顯示之散佈狀態中。
現在轉至圖2b中右邊的單元16，透過在第一18a與第二18b電極之間施加一適合電壓，粒子20已集中至第一電極18a。透過右邊單元16中之粒子20之集中，單元16切換至其透明狀態，且因此不改變藉此覆蓋之一表面之外觀(除了吸收及/或反射某些光導致下伏表面之一降低亮度)。
可以各種方式組態圖2a-b中之外觀改變裝置10，下文將參照圖3a-b闡述該等方式中之某些方式。
在係沿線A-A截取圖2a中之外觀改變裝置10之一示意性剖視圖之圖3a中，示意性圖解說明單元15、16(使用與用於圖2a-b之參考編號相同之參考編號，此乃因沿線A-A之對應單元係藉由相同電極對控制且處於與圖2a-b之單元15、16之狀態相同之狀態中)之一第一實例性組態。
如可在圖3a中看到，左邊單元15中之粒子20被控制為處於其中該等粒子散佈於流體19中之一狀態中，且右邊單元16中之粒子20被控制為處於其中該等粒子集中於由第一電極18a界定之第一粒子集中位點處之一狀態中。圖3a之組態對應於圖2b中所顯示之組態。
在示意性顯示單元15、16之一第二實例性組態之圖3b中，第一及第二電極17a-b、18a-b由相應介電層21、22覆蓋。藉由介電層覆蓋第一及第二電極17a-b、18a-b可改良外觀改變裝置之長期可靠性，此乃因介電層21使該等電極鈍化以便防止法拉第(Faradyic)電流透過該等電極。
參照圖4a-b，現在將闡述根據本發明之外觀改變裝置之另一實施例。
圖4a係處於其透明狀態中之一外觀改變裝置30之一示意性平面圖，且圖4b係處於其外觀改變狀態中之相同外觀改變裝置30之一示意性平面圖。
外觀改變裝置30具有被一間隔件結構32分離之複數個六邊形單元31a-c(為圖式之清晰起見，僅藉由參考編號指示三個單元)。
在係圖解說明外觀改變裝置30之單元31a-c之一第一實例性組態之示意性剖視圖之圖5a-b中，可看到，此處以覆蓋第一基板11之一透明電極層33之形式提供第一電極。而第一電極33又被一介電層34部分地覆蓋，從而分離間隔件結構32與第一電極33。第二電極35具有一圖案，其大致對應於間隔件結構32之圖案且基本上對準於間隔件結構32。此處，第二電極35僅由壁部分地遮蔽。此外，每一單元包含分佈於一光學透明流體19中之複數個粒子20。
類似於先前所闡述組態，如圖5a中所示意性圖解說明，當在第一33與第二35電極之間施加一適合電壓時粒子20集中至由第二電極35及間隔件結構32界定之第二粒子集中位點46，且如圖5b中所示意性圖解說明，當在第一33與第二電極35之間不存在電壓時，該等粒子散佈於單元31a中。
參照圖6a-b，現在將闡述圖4a-b中之外觀改變裝置30之單元31a-c之一第二實例性組態。圖6a-b中所顯示之單元組態與圖5a-b中所顯示之單元組態之不同之處在於，如同第一粒子集中位點45一般，第二粒子集中位點46由覆蓋第二電極35之一介電層36中之一開口界定。在圖6a-b中所顯示之該實例性單元組態中，第二基板12上之介電層36中之該開口基本上與間隔件結構32重合。應注意，此並非必需如此，且該開口可完全提供於單元31a內部或僅部分地與間隔件結構32重合。
現在轉至圖7a-b，其顯示一第三實例性單元組態，該單元組態與圖5a-b中所圖解說明之單元組態之不同之處在於每一單元31a具有呈覆蓋第一電極33之介電層34中之若干開口形式之複數個第一粒子集中位點45a-c。
透過提供數個第一粒子集中位點45a-c，可防止第一基板11上之(所有)第一粒子集中位點與第二基板12上之第二粒子集中位點之間的一重疊。因此，可促進外觀改變裝置之製造，此乃因關於對準容限之要求減少。
此外，可藉由在每一單元之介電層中提供數個開口來改良外觀改變裝置30之彎曲及變形之容限。此容限係一外觀改變裝置30之一重要特徵，其應有利地能夠與藉此覆蓋之裝置或物件之形狀一致。
圖8a-b係示意性圖解說明具有一非週期性單元結構之一實例性外觀改變裝置之兩種分佈狀態。
在圖8a-b中所圖解說明之外觀改變裝置80中，已以使由間隔件結構32界定之單元81a-c形成一非週期性單元結構(在此特定情況下，一所謂潘羅斯(Penrose)結構)之此一方式來組態間隔件結構32。如在結合圖4a-b所闡述之外觀改變裝置30中，圖8a-b中之外觀改變裝置80具有以一介電層83中曝露提供於第一基板上之第一電極之若干部分之若干開口之形式提供之第一粒子集中位點82(為圖式之清清晰起見，此處僅藉助一參考編號指示一個此第一粒子集中位點)。
如可在圖8a-b中看到，第一粒子集中位點82具有比每單元81a-c一個第一粒子集中位點高之一密度。因此，每一單元81a-c或至少大多數單元具有複數個第一粒子集中位點82。因此，甚至在發生大的變形或錯位時(例如，若欲將外觀改變裝置施加至一彎曲物件上)，具有複數個第一粒子集中位點82增加在將該外觀改變裝置施加至該彎曲表面上之後使至少第一粒子集中位點位於每一單元內及相對於提供於第二基板上之第二粒子集中位點84偏移之可能性。因此，每一單元81a-c允許粒子20在一足夠短時間週期內集中於第一82及/或第二84粒子集中位點處。因此，藉由具有形成於介電層中之數個開口，可預先預補償錯位及變形且可使該外觀改變裝置更穩健。
在下文中，將參照圖9a-c闡述一種用於快速切換根據本發明一實施例之一外觀改變裝置之單元31a-c之方法，圖9a-c示意性圖解說明處於三種不同外觀改變狀態中之一個實例性單元31a。
在圖9a-c中所圖解說明之實例中，該外觀改變裝置對應於上文結合圖5a-b所闡述之外觀改變裝置。在當前所圖解說明之實例中，粒子20係帶負電。
在圖9a中所圖解說明之狀態中，不存在施加於第一33與第二35電極之間的電壓，且因此在單元31a中不存在電場。因此，粒子20散佈於單元31a內，且由外觀改變裝置之至少此部分所覆蓋之表面之光學性質係由粒子20之光學性質來確定。
當需要將圖9a中之單元31a自圖中所圖解說明之分佈狀態切換為以下一分佈狀態時：其中由該外觀改變裝置覆蓋之表面之光學性質不再由粒子20確定，而係端視應用由該表面自身之性質或由單元31a中之其他結構(例如，第一基板11、第一電極33、介電層34及/或任何濾色片或彩色反射器(在圖9a-c中未顯示))之性質確定，至少可使用以下選項：
1.使粒子20集中至第一粒子集中位點45；或
2.使粒子20集中至第二粒子集中位點46。
在示意性圖解說明上文第一選項之圖9b中，已施加一負電壓-V(其意指第一電極33之電位高於第二電極35之電位)。由於此負電壓，在單元31a中形成一電場，其使粒子20集中至第一粒子集中位點45。由於第一粒子集中位點45之顯著較小粒子集中區域(介電層34中之開口與沿單元31a之整個周邊圍繞第二電極35之區域相比)，粒子20於第一粒子集中位點45處之物理濃度變高，從而導致帶負電粒子於彼處集聚。此集聚遮蔽第一電極33且抵消電場，從而導致粒子20朝向第一粒子集中位點45移動之一顯著減小速率，如圖9b中藉由遷移速率vmig1 所示意性圖解說明。
現在將將圖9b中所圖解說明之情況與在圖9c中所示意性圖解說明之上文選項2相比較。
在圖9c中所圖解說明之單元31a中，已替代地施加一正電壓+V(相對於圖9b中之-V具有相同幅值但為相反極性)，其導致帶負電粒子20朝向沿著單元31a之周邊之第二粒子集中位點46遷移。由於第二粒子集中位點46之較大粒子集中區域，因此粒子在第二粒子集中位點46處之物理濃度變得顯著低於圖9b中之情況。一段時間後，此導致粒子20朝向第二粒子集中位點46移動之遷移速率vmig2 之一小得多的減小。
對於熟悉此項技術者係明顯的，粒子20分別朝向第一45與第二46粒子集中位點移動之遷移速率vmig1 、vmig2 並非恆定，而係由例如電場強度、粒子電荷及粒子20在流體19中之遷移率等因素確定。在圖9b-c中所圖解說明之情況下，最初遷移速率在粒子20朝向第一粒子集中位點45移動時(如圖9b中)將比在粒子20朝向第二粒子集中位點46移動時(如圖9c中)高，此乃因圖9b中在第一粒子集中位點45附近之電場最初高於圖12c中在第二粒子集中位點46附近之電場。然而，當一充分數目之粒子20已集中至相應粒子集中位點45、46時，圖9c中之遷移速率vmig2 將高於圖9b中之遷移速率vmig1 。
除了上文結合圖9a-c所闡述之用於快速切換之方法之外，外觀改變裝置中單元31a-c之不對稱組態可用於僅使用第一33及第二35電極來達成四種不同色彩狀態。
為達成該等額外狀態，可在一外觀改變裝置中使用由圖4a-b中所圖解說明之外觀改變裝置30之組態產生之不對稱電場，於該外觀改變裝置中，該複數個粒子20包含一第一組20a具有一第一極性及一第一色彩之帶電粒子以及一第二組20b具有一第二相反極性及一第二色彩之帶電粒子。
現在將參照圖10a-e闡述此一多色彩外觀改變裝置100之一實例性實施例，圖10a-e顯示一單元101之平面圖及剖視圖。圖10a-e中之外觀改變裝置100類似於圖4a-b之外觀改變裝置，除了此處將粒子20提供為帶正電20a與帶負電20b粒子之一混合，該等帶正電粒子20a具有一種色彩，例如藍綠色，且該等帶負電粒子20b具有另一種色彩，例如橙色。用相同編號表明與圖4a-b中之彼等部分對等之部分。
圖10a中圖解說明一第一混合色彩狀態。當不在第一電極33與第二電極35之間施加電場時，所有粒子散佈於單元內。此處，光學外觀係兩種粒子20a、20b之一組合，在此實例中為綠色(作為藍綠色與橙色之一混合)。
在圖10b中圖解說明一第二色彩狀態。當將一充分正電位差施加於第一電極33與第二電極35之間時，帶正電粒子毗鄰於第一粒子集中位點45而集中，同時帶負電粒子被吸引至第二粒子集中位點46。第二粒子集中位點46(單元31a之周邊)處之電場強度小於第一電極粒子集中位點45(介電層21中曝露第一電極33之開口)處電場強度，從而導致帶負電粒子20b不同樣多地受該電場影響而保持散佈於該單元中。因此，帶負電粒子20b將影響外觀改變裝置30之光學外觀，此處為橙色。
在圖10c中圖解說明一第三色彩狀態。當將一充分負電位差施加於第一電極33與第二電極35之間時，由於靠近第一粒子集中位點45之較強電場，帶負電粒子20b集中在第一粒子集中位點45處，同時帶正電粒子20a被吸引至第二粒子集中位點46。如上文結合圖10b所闡述，第二粒子集中位點46附近之電場強度小於第一粒子集中位點45處之電場強度，從而導致帶正電粒子20a不同樣多地受影響而保持散佈於該單元中。因此，帶正電粒子20a將影響外觀改變裝置30之光學外觀，此處為藍綠色。
圖10d-e中圖解說明將外觀改變裝置30控制為其中粒子端視極性而集中於不同電極處之若干狀態，從而導致一色彩狀態不係由粒子確定而係由外觀改變裝置30之其他部分確定。特定而言，若單元本身具有透明性質，則圖10d-e中所圖解說明之狀態將係一透明狀態。
在圖10d中，當將一足夠高正電位差施加於第一電極33與第二電極35之間以使帶正電粒子20a集中在第一粒子集中位點45處且使帶負電粒子20b集中在第二粒子集中位點46處時達成透明狀態。
在圖10e中，當將一足夠高負電位差施加於第一電極33與第二電極35之間以使帶負電粒子20b集中在第一粒子集中位點45處且使帶正電粒子20a集中在第二粒子集中位點46處時達成透明狀態。
熟習此項技術者認識到，本發明決不限定於該等較佳實施例。舉例而言，可實施諸多其他單元圖案及電極組態。例如，可在第一與第二基板兩者上提供複數個粒子集中位點。
1．．．平面螢幕電視機裝置
2．．．外觀改變裝置
3．．．顯示器
4．．．框架
5．．．熱水壺
6．．．外觀改變裝置
8．．．音樂播放器
9．．．外觀改變裝置
10．．．外觀改變裝置
11．．．第一基板
12．．．第二基板
13．．．間隔件結構
15．．．單元
16．．．單元
17．．．第一電極
17a．．．第一電極
17b．．．第二電極
18．．．第二電極
18a．．．第一電極
18b．．．第二電極
19．．．流體
20．．．粒子
20a．．．帶正電粒子
20b．．．帶負電粒子
21．．．介電層
22．．．介電層
30．．．外觀改變裝置
31a．．．單元
31b．．．單元
31c．．．單元
32．．．間隔件結構
33．．．第一電極
34．．．介電層
35．．．第二電極
36．．．介電層
45．．．第一粒子集中位點
45a．．．第一粒子集中位點
45b．．．第一粒子集中位點
45c．．．第一粒子集中位點
46．．．第二粒子集中位點
80．．．外觀改變裝置
81a．．．單元
81b．．．單元
81c．．．單元
82．．．第一粒子集中位點
84．．．第二粒子集中位點
100．．．外觀改變裝置
101．．．單元
現在將參照顯示本發明當前較佳實施例之隨附圖式更詳細地闡述本發明之該等及其他態樣，於該等圖式中：
圖1a-g示意性圖解說明根據本發明之外觀改變裝置若干實施例之各種應用；
圖2a-b係根據本發明一實施例之一實例性外觀改變裝置之透視圖；
圖3a-b係圖2之外觀改變裝置沿線A-A截取之剖視圖，其圖解說明該外觀改變裝置之實例性組態；
圖4a-b係根據本發明另一實施例之一實例性外觀改變裝置處於該裝置之兩種不同狀態中之俯視圖；
圖5a-b係圖4a-b之外觀改變裝置之部分剖視圖，其圖解說明該外觀改變裝置之一第一實例性組態；
圖6a-b係圖4a-b之外觀改變裝置之部分剖視圖，其圖解說明該外觀改變裝置之一第二實例性組態；
圖7a-b係圖4a-b之外觀改變裝置之部分剖視圖，其圖解說明該外觀改變裝置之一第三實例性組態；
圖8a-b示意性圖解說明具有一非週期性單元結構之一實例性外觀改變裝置之兩種狀態；
圖9a-c係圖解說明在根據本發明一實施例之一外觀改變裝置之若干狀態之間進行快速切換之剖視圖；及
圖10a-e示意性圖解說明根據本發明另一實施例之一外觀改變裝置之不同色彩狀態。
10．．．外觀改變裝置
11．．．第一基板
12．．．第二基板
13．．．間隔件結構
15．．．單元
16．．．單元

Claims (13)

  1. 一種用於改變藉此所覆蓋之一表面之可見外觀之外觀改變裝置(10；30；80；100)，該外觀改變裝置包括：一第一基板(11)，其具有一配置於其一第一側上之第一電極(17a、18a；33)；一第二基板(12)，其與該第一基板(11)之該第一側相對地配置，該第二基板(12)具有一配置於其面對該第一基板(11)之一側上之第二電極(18a、18b；35)；一間隔件結構(13；32)，其以將該第一(11)與第二(12)基板之間的一空間劃分成複數個單元(15、16；31a-c；81a-c；101)之此一方式使該第一(11)與第二(12)基板間隔開；在每一單元(15、16；31a-c；81a-c)中，一光學透明流體(19)具有散佈於其中之複數個粒子(20；20a、20b)，該等粒子可透過施加一電場而在該流體(19)中移動，其中以以下此一方式組態該等單元(15、16；31a-c；81a-c)中之每一者：使得該等粒子(20；20a、20b)在該單元(15、16；31a-c；81a-c)內之一分佈狀態可藉由在該第一(17a、18a；33)與第二(18a、18b；35)電極之間施加一電壓，自一第一分佈狀態控制為一第二分佈狀態，在該第一分佈狀態中該等粒子(20；20a、20b)係散佈且由該外觀改變裝置(10；30；80)所覆蓋之該表面之一外觀係由該等粒子(20；20a、20b)之光學性質確定，在該第二分佈狀態中該等粒子(20；20a、20b)集中至一提供於該 第一基板(11)上之第一粒子集中位點(45；82)及一提供於該第二基板(12)上之第二粒子集中位點(46；84)中之至少一者，該第二粒子集中位點(46；84)在平行於該外觀改變裝置之一平面中相對於該第一粒子集中位點(45；82)位移，其中該第一(33)電極被一介電層(34；83)所覆蓋且該第一粒子集中位點(45；82)被提供為該介電層(34；83)中曝露該第一電極(33)之一部分之一開口。
  2. 如請求項1之外觀改變裝置(10；30；80；100)，其中該第一(17a、18a；33)及第二(18a、18b；35)電極係以使得透過在該第一與第二電極之間施加該電壓可在複數個該等單元(15、16；31a-c；81a-c；100)中同時控制該分佈狀態之此一方式來配置。
  3. 如請求項1或2之外觀改變裝置(10；30；80；100)，其係以使得針對每一單元(15、16；31a-c；81a-c：101)，一可由該第一(17a、18a；33)及第二(18a、18b；35)電極在該第一與第二分佈狀態之間控制之區域與該單元之該總區域之間的一比率大於70%之此一方式來組態。
  4. 如請求項1之外觀改變裝置(10；30；80；100)，其中每一單元之該總區域係大於0.01mm2 。
  5. 如請求項2之外觀改變裝置(10；30；80；100)，其中該第一(17a、18a；33)及第二(18a、18b；35)電極經配置以同時控制至少100個單元。
  6. 如請求項1之外觀改變裝置(30；80)，其中在每一單元(31a-c；81a-c)中，該介電層(34；83)具有複數個曝露該第一電極(33)之對應部分之開口，藉此提供複數個第一粒子集中位點(45；82)。
  7. 如請求項1之外觀改變裝置(30)，其中該第二電極(35)被一介電層覆蓋且該第二粒子集中位點(46)被提供為該介電層中曝露該第二電極之一部分之一開口。
  8. 如請求項1之外觀改變裝置(10；30；80)，其中該單元(15、16；31a-c；81a-c)在該第二分佈狀態中係光學透明的以藉此使該外觀改變裝置所覆蓋之該表面變為透過該單元可見。
  9. 如請求項1之外觀改變裝置(80)，其中該間隔件結構係以使得該複數個單元(81a-c)形成一非週期性單元圖案之此一方式來組態。
  10. 如請求項1之外觀改變裝置(30)，其中該複數個粒子包括一第一組帶負電粒子(20b)及一第二組帶正電粒子(20a)。
  11. 如請求項1之外觀改變裝置(30)，其中該第二粒子集中位點(46；84)具有一比該第一粒子集中位點(45；82)大之粒子集中區域。
  12. 一種用於操作一如請求項11之外觀改變裝置(30)之方法，該方法包括以下步驟：確定該第一(33)與第二(35)電極之間的一電壓產生一經組態以使該等粒子(20)集中在該第二粒子集中位點(46)處之電場；及 在該第一(32)與第二(35)電極之間施加該電壓以使該等粒子(20)集中在該第二粒子集中位點(46)處。
  13. 一種用於操作一外觀改變裝置(100)之方法，該外觀改變裝置(100)包括複數個單元(101)，每一單元包括：分佈於一光學透明流體(19)中之複數個粒子，該等粒子包含一第一組具有一第一色彩及一第一極性之帶電粒子(20a)及一第二組具有一第二色彩及一與該第一極性相反之第二極性之帶電粒子(20b)；及第一(17)及第二(18)電極，其用於透過在該第一(17)與第二(18)電極之間施加一電壓來使該等粒子能夠橫向位移以使該等粒子集中在一第一及/或一第二粒子集中位點處，其中以使得在該第一(17)與第二(18)電極之間施加一給定電壓產生毗鄰於該第一粒子集中位點(45)之一第一電場及毗鄰該第二粒子集中位點(46)之一第二電場的此一方式來組態該單元(101)，該第一電場具有一比該第二電場高之場強度，該方法包括以下步驟：確定該第一(17)與第二(18)電極之間的該電壓之一極性及一幅值導致該第一電場足夠強以使該第一組帶電粒子(20a)集中至該第一電極且該第二電場係如此弱以使得該第二組粒子(20b)大致保持在一散佈狀態中；及在該第一(17)與第二(18)電極之間施加該所確定電壓以藉此將該單元(101)控制為具有大致該第二色彩之一狀態。
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