TWI575279B - 電子式可切換隱私膜及具有該膜的顯示裝置 - Google Patents

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馬克 詹姆士 普賴瑞
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馬力 安妮特 鮑洛斯
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約翰 詹姆士 史崔丁葛
約翰 派翠克 貝松德
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Description

電子式可切換隱私膜及具有該膜的顯示裝置
本發明係關於一種可與電子顯示裝置一起使用之光學膜，特定言之隱私膜。
隱私膜在電子顯示裝置技術中為已知的。檢視器可施加隱私膜至電子顯示裝置之檢視表面以便可選擇性地檢視影像。通常，當檢視器位於相對於隱私膜表面之法線較小視角範圍內時，所顯示之影像可透過膜檢視。當檢視器之位置改變使得視角相對於法線增加時，穿過隱私膜透射之光的量減少直至達至最大視角且所顯示之影像不再可檢視。
揭示一種電子式可切換隱私膜。當用戶希望限制由電子顯示裝置顯示之資訊的檢視時，可以隱私模式使用該膜。當用戶希望共享所顯示之資訊時，電子式可切換隱私膜可切換至公共模式以便共享。檢視器可在模式之間來回切換而不必實體上自顯示裝置之檢視表面移除該膜。
電子式可切換隱私膜可以不同方式使用。舉例而言，該膜可施加於顯示裝置之檢視表面且藉由USB配接器加上使用內建式變壓器電路來供電。電子式可切換隱私膜亦可在製造顯示裝置期間併入裝置中，例如在顯示面板與裝置之外部檢視表面(諸如觸控式螢幕)之間。當內建至顯示裝置中時，用於隱私膜之電力可自電池或電器插口獲取。該顯示裝置將具有內建式公共及隱私模式，且消費者將不需要 購買並安裝獨立的隱私膜。
電子式可切換隱私膜包含一對相互相對的透明電極及安置於透明電極之間的光學透明微結構化層，微結構化層包含複數個越過其表面延伸之微結構化肋狀物，使得微結構化肋狀物形成交替的一系列肋狀物及通道。該膜包含安置於微結構化層之通道中的電子式可切換材料。當越過透明電極施加電場時，電子式可切換材料能夠在高吸收狀態與低吸收狀態之間調變。電子式可切換隱私膜較佳包含特定透射性質。當不施加電場時，膜在隱私模式中，使得其在30°之視角下光透射率為小於約10%。當施加電場時，膜在共享模式中，使得其光透射率增加，且在約30°至約45°之視角下隱私模式與共享模式之間的透射率差異為至少5%。在0°至約15°之視角下在共享及隱私模式中膜之光透射率為至少約25%。本發明之此等及其他態樣描述於以下[實施方式]中。以上[發明內容]絕不應理解為對所主張之標的物的限制。
結合以下圖式考慮以下[實施方式]可更完全地理解本發明。該等圖式未必按比例繪製。
隱私膜通常作為與電子顯示裝置一起使用的售後商品而已知及購買，特定言之當有人不想要他人看見螢幕之內容時。用戶實體上施加隱私膜至其顯示裝置之檢視表面，且檢視表面上顯示之資訊僅可在本文中稱為「視角」之角度範圍內檢視。視角通常為以垂直於隱私膜之軸為中心的一 些角度範圍，舉例而言，0°+/-30°。許多類型之隱私膜的特徵為具有單一隱私模式之「靜態」隱私膜。若檢視表面由靜態隱私膜覆蓋且用戶想要其他人看到螢幕內容，則隱私膜需要實體上自表面移除且儲存於其不會損壞之位置。
一種類型之靜態隱私膜包含安置於聚合基板上之透明遮板膜，且光吸收材料安置於遮板之間形成之通道中使得交替的透明及光吸收區域得以形成。透明區域與光吸收區域係相對定位以提供受限制視角。此類型之例示性隱私膜描述於US 6,398,370 B1(Chiu等人)中。
本文所揭示之電子式可切換隱私膜不同於習知隱私膜，諸如靜態隱私膜，因為用戶可在不必自其顯示裝置之檢視表面移除膜的狀況下在共享模式與隱私模式之間切換。切換可經由電學上偶合於膜之外部硬體或軟體控制之切換器來進行。在一些實施例中，在存在電場之狀況下，電子式可切換隱私膜在共享模式中，而在不存在電場之狀況下，該膜在隱私模式中。因此，用戶可藉由改變電場強度在兩種模式之間來回切換。
圖1A展示可製造電子式可切換隱私膜之例示性光學膜之示意性橫截面圖。光學膜10包含透明電極11及安置於電極上之光學透明微結構化層12。光學透明微結構化層包含複數個越過該層之表面13延伸的微結構化肋狀物14。圖1B展示光學膜10之實施例，其中微結構化肋狀物14越過光學透明微結構化層之主表面13延伸，使得形成交替的一系列肋狀物14及通道15。
圖2展示說明膜在隱私模式與共享模式之間的電子可切換性的例示性電子式可切換隱私膜之示意性橫截面圖。電子式可切換隱私膜20包含一對相互相對之透明電極21及22及安置於電極之間的光學透明微結構化層23。舉例而言，如圖1B所示，光學透明微結構化層包含複數個越過該層之表面延伸的微結構化肋狀物24，使得形成交替的一系列肋狀物24及包含電子式可切換材料25之通道。當越過透明電極21及22施加電場時，電子式可切換材料能夠在高吸收狀態與低吸收狀態之間調變。對於圖2所示的實施例，電子式可切換材料25示意性地展示為棒狀分子(諸如液晶)，在不存在電場之狀況下其可為隨機取向25a，而在存在電場之狀況下為實質上取向25b。
影響隱私膜之效能的幾何參數已有描述，例如參見US 2010/0271721(Gaides等人)；其以引用之方式併入本文中。因此，僅在隱私膜效能之狀況下對此等參數作出簡單解釋。本文所述之幾何參數說明於圖3中。圖3展示包含安置於相對的透明電極31與32之間的光學透明微結構化層33之例示性隱私膜30的示意性橫截面圖。舉例而言，如圖1B中之光學膜10所示，光學透明微結構化層包含複數個越過該層之表面延伸的微結構化肋狀物34。通道35係在相鄰肋狀物之間形成且包含電子式可切換材料(未圖示)。各肋狀物/通道具有高度H，各肋狀物具有寬度W，且間距P指示通道之間距。通道之寬度Y為P-W。光學透明微結構化層33亦包含具有高度L之焊盤36使得層33之厚度為H+L。肋 狀物之間距及形狀決定視角θV。層33之肋狀物縱橫比定義為H/W，且通道縱橫比為H/Y。
光學透明微結構化層之參數H、W、P、Y及L可具有任何適合值，只要電子式可切換隱私膜可按需要起作用即可。一般而言，選擇肋狀物之尺寸使得膜提供所要視角。同時，需要選擇參數使得充足量之光可穿過膜並朝向檢視器傳遞。較小通道寬度及較大間距可使得軸上透射率增加，而較深通道使得離軸光散射或吸收增加。
在一些實施例中，各肋狀物具有約10、15、20或25至約150 μm之高度H及約25至約50 μm之寬度W。在一些實施例中，肋狀物縱橫比H/W大於約1.5，例如大於約2.0或大於約3.0。舉例而言，各肋狀物可具有約25至約150 μm之高度H及約25至約50 μm之寬度W，使得肋狀物縱橫比H/W大於約1.5。
在一些實施例中，各通道具有約25至約150 μm之高度H及約1至約50 μm之寬度Y。在一些實施例中，通道縱橫比H/Y大於3、4或5。在一些實施例中，通道縱橫比可為至少6、7、8、9或10。通道縱橫比通常不大於50。當通道縱橫比足夠高且通道包含光吸收材料(諸如二色性染料)時，當不施加電場且膜在(例如靜態)隱私模式中時，隱私膜在30°之視角下展現較低透射率(例如小於約10%)。在隱私模式中，隨著角度自30度增加至60度透射率通常降低。因此，當隱私膜在30°之視角下展現低透射率(例如小於約10%)時，膜在大於30°之視角下亦展現較低且通常甚至更低之 透射率。
焊盤之高度(L)通常減到最小，其限制條件為焊盤足夠厚使得其可支撐大量肋狀物，而又足夠薄使得其不干擾隱私膜之光學及電學切換效能。
微結構化肋狀物可具有實質上彼此平行或成角度之側或壁。圖4展示包含安置於相對的透明電極41與42之間的光學透明微結構化層43的例示性隱私膜40之示意性橫截面圖。光學透明微結構化層包含複數個微結構化肋狀物44及安置於肋狀物之間且包含電子式可切換材料(未圖示)的通道45。各微結構化肋狀物具有成角度之壁46a及46b，且各壁具有壁角度θW。如例如在US 2010/0271721(Gaides等人)中所描述，壁角度可用於改變視角。在一些實施例中，壁角度小於約6°。
光學透明微結構化層通常為在一定的角度及波長範圍內具有所要透光率的光學透明層。在至少一部分可見光譜(約400至約700 nm)上，光學透明微結構化層可具有約80%至約100%之透光率。在一些實施例中，光學透明微結構化層之濁度為約0.1%至小於約5%。在一些實施例中，光學透明微結構化層展現約80%至約100%之透光率及約0.1%至小於約5%之濁度。
在一些實施例中，光學透明微結構化層之折射率為約1.48至約1.75或約1.48至約1.51。在一些實施例中，光學透明微結構化層之折射率與在存在電場之狀況下之電子式可切換材料之折射率緊密匹配。舉例而言，在一些實施例 中，當膜在共享模式中時，光學透明微結構化層與電子式可切換材料之間的折射率差異小於約0.05。在一些實施例中，當膜在隱私模式中時，光學透明微結構化層與電子式可切換材料之間的折射率差異大於約0.05。
光學透明微結構化層可包含任何材料，只要獲得所要的光學透明層性質即可。光學透明微結構化層通常大體上由可聚合組合物製造，該可聚合組合物包含使用可以化學或加熱方式引發之光化輻射(例如可見光、紫外光輻射、電子束輻射、熱及其組合)或任何各種習知陰離子、陽離子、自由基或其他聚合技術固化之單體。
適用可聚合組合物包含此項技術中已知之可固化基團，諸如環氧基、烯系不飽和基團、烯丙氧基、(甲基)丙烯酸酯基、(甲基)丙烯醯胺基、氰基酯基、乙烯基醚基、其組合及其類似基團。用於製備光學透明微結構化層之單體可包含可聚合寡聚物或聚合物，諸如US 6,398,370 B1(Chiu等人)、US 2010/0201242(Liu等人)、US 2010/0271721 A1(Gaides等人)及US 2007/0160811 A1(Gaides等人)中所描述之胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸環氧酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯。
圖1A中所示之光學膜可使用如例如US 4,766,023(Lu等人)中所描述之塗佈方法來製造。在此方法中，透明電極係用例如US 2007/0160811 A1(Gaides等人)中所描述之丙烯酸單體組合物塗佈。組合物係用高強度UV輻射聚合，同時在壓印有微結構化圖案之銅工具上按壓。將呈微結構 化層形式之固化組合物自工具上釋放。可藉由使用塗佈於銅工具之表面上的脫模劑促進釋放。亦可藉由如例如US 6,398,370 B1(Chiu等人)中所描述之通道的適合設計來促進釋放，其中通道壁相對於表面法線成幾度之角度。
可選擇用於形成固化聚合層之單體的特定組合，使得層之模數足夠低以能夠自工具進行釋放，但又具有足夠的黏合強度而在捲對捲加工期間不破裂。若固化聚合層過軟，則其將黏合失效，但若其過脆，則其將斷裂或不能自工具拉出。可選擇單體之組合使得固化聚合層充分黏著於上面形成該固化聚合層之透明電極。
一般而言，電子式可切換材料可包含當在透明電極之間施加電場時能夠在高吸收狀態與低吸收狀態之間調變的任何電子式可切換材料。各種電子式可切換材料為已知的，諸如液晶及電致變色系統。
電子式可切換材料可包含任何適合之液晶，諸如對掌性液晶、向列型液晶或對掌性與向列型液晶之組合。在大多數狀況下，需要液晶在存在電場之狀況下展示實質上一致對準。例示性液晶可具有基於芳族或環脂族基團之核心的化學結構，其可藉由鍵聯基團連接且藉由側鏈及末端基團封端。環脂族組分包括飽和環己烷，且芳族組分包括呈各種組合形式之苯基、聯苯及三聯苯單元。側鏈及末端基團之實例為烷基(CnH2n+1)、烷氧基(CnH2n+1O)及其他基團，諸如氟烷氧基、醯氧基、烷基碳酸酯、烷氧羰基、硝基及氰基。鍵聯基團可含有單鍵(-C-C-)雙鍵(-CH=CH-)、三鍵 (-C≡C-)或其任何組合，或可含有酯基(O-C=O)、偶氮基(-N=N-)或希夫鹼(-CH=N-)基團。可適用之其他液晶包括雜環化合物、有機金屬化合物、固醇及一些有機脂肪酸鹽。
在液晶(LC)之狀況下，電子式可切換材料通常展現介電及光學各向異性。液晶之介電行為與分子對電場之回應有關。介電電容率為描述電場如何影響該介質之物理量且由介質回應於所施加電場而極化的能力來決定。介質反應，使得材料內部之場部分抵消。介電各向異性(△ε)定義為LC分子平行於長軸指向矢之介電電容率(ε∥)與垂直於LC指向矢之介電電容率(ε⊥)的差異，或△ε=ε∥-ε⊥。因此，介電各向異性之值可為正的或負的。具有正介電各向異性之LC分子將平行於電場之方向對準，而具有負介電各向異性之LC分子將垂直於所施加電場對準。介電各向異性之量值(亦即介電各向異性之絕對值)定義分子能夠對電場作出回應之敏感度，以致介電各向異性之量值愈大，切換所需之電壓就愈低。
存在亦與液晶分子之不同取向有關的特定光學性質。由於通常液晶分子為棒狀形狀，故該等分子之特徵可為具有長軸及短軸。光之折射率沿液晶分子之各軸不同，使得液晶被稱為展示光學各向異性。舉例而言，隨機取向液晶分子具有有效折射率neff。有效折射率為液晶之特徵尋常折射率(no，指向矢平行於分子之長軸)與非常折射率(ne，指向矢平行於分子之短軸)的總體平均值，其中(neff=(no+ne)/2)。在一些實施例中，液晶具有約1.52(no)至 約1.75(ne)之折射率範圍。因此，在一些實施例中，neff為約1.64。當如在隱私模式中無電場施加於液晶時，有效折射率發揮作用。當液晶之折射率實質上與微結構化肋狀物不同時，在界面之間可發生光散射，從而增加濁度而降低光穿過膜之透射率。當電場施加於液晶(例如共享模式)時，液晶分子之長軸平行於電場線對準，且尋常折射率(no)發揮作用。目前，微結構化肋狀物之折射率與液晶緊密匹配，且光穿過隱私膜。此操作原理描繪於圖2中。
當不施加電場時，膜處於隱私模式中，使得其光透射率在30°之視角下小於約10%。當施加電場時，膜處於共享模式中，使得其光透射率增加且在約30°至約45°之視角下隱私模式與共享模式之間的透射率差異為至少5%。在共享及隱私模式中，膜之光透射率在0°至約15°之視角下為至少約25%。與共享模式相比，在隱私模式中電子式可切換隱私膜濁度之間的差異在30度之視角下通常為至少-15%(亦即降低15%)或-20%。在一些實施例中，與共享模式相比，在隱私模式中電子式可切換隱私膜濁度之間的差異在30度之視角下為至少-30%或-35%。在30度下，隱私模式與共享模式之間的濁度差異通常不大於-50%。
當使用液晶作為電子式可切換材料時，電子式可切換材料所回應之電場可由透明電極之間的距離(其可為約50至約150 μm)及施加於電極之電壓(其可為約220 V或小於220 V)決定。提供必需電場所必需之電壓可由透明電極之間的距離及通道之尺寸決定。
可選擇電子式可切換材料，使得當施加電場時電子式可切換隱私膜處於共享模式中，使得其光透射率增加且隱私模式與共享模式之間的透射率差異在約30°至約45°之視角下為至少5%。對於一些實施例，差異為至少6%、7%、8%、9%或10%。當在共享模式中時，在30度至45度範圍內之角度下透射率通常為至少10%至15%。在一些實施例中，在共享模式中對於30度至45度之角度，隱私膜之透射率不大於40%或35%或30%或25%。
電子式可切換材料可包含在使用隱私膜之顯示裝置的操作條件下穩定之任何適合材料。因此，適合之電子式可切換材料可在連續暴露於UV及可見光以及輻射熱下穩定。
液晶可以相對於電子式可切換材料之總重量的任何量使用，只要可獲得所要之材料性質即可。舉例而言，電子式可切換材料可包含相對於材料之總重量為約90至約99 wt%之量的液晶。
在一些實施例中，電子式可切換材料包含「客體-主體」混合物，即二色性染料混合於液晶中。在此等系統中，液晶之長軸指向矢在電激活期間在場力線方向上對準。染料分子在電激活期間與液晶之指向矢一起旋轉，從而將打開與關閉狀態之間的透射率變化之效應放大。
適合之二色性染料包括彼等由於存在強軸上偶極矩而具有較大介電各向異性之二色性染料。舉例而言，二色性染料之介電各向異性可為至少液晶之介電各向異性。適合用於電子式可切換材料中之二色性染料的其他所需性質包括 對連續暴露於UV及可見光具穩定性、在液晶介質中具有高二色性比率、良好溶解度且具有高消光係數之彼等性質。適合之二色性染料包含黑色染料或提供黑色染料之吸收特徵的紅色、黃色、綠色等染料之任何組合。二色性染料可以任何量使用，只要電子式可切換材料可展示所要性質即可，例如相對於電子式可切換材料之總重量為約0.1至約10 wt%。
液晶與染料分子之間偶合的強度稱為秩序參數。液晶與染料分子之間的完全偶合係由秩序參數1來指示，且通常需要秩序參數儘可能接近於1使得在共享模式中染料分子之光吸收最少。秩序參數可為約0.6至1.0或約0.7至約0.9。電子式可切換材料之一個實例包含向列型液晶與二色性黑色染料之混合物，其可以「ZLI-4727」自Merck KGaA(Darmstadt，Germany)購得。
電子式可切換材料可包含對掌性摻雜物，其降低需要依序在透明電極之間施加以便在隱私模式與共享模式之間切換的電壓的臨限值。對掌性摻雜物可包含對掌性添加物與向列型液晶之混合物。適用對掌性摻雜劑包括介電各向異性大於約30或為約30至約80之彼等摻雜劑。用於電子式可切換材料中之對掌性摻雜物之量取決於材料之特定性質；對掌性摻雜物之量通常相對於電子式可切換材料之總重量可達至約40 wt%。
對掌性液晶分子產生分子垂直於指向矢扭轉且分子軸平行於指向矢之相。對掌性節距(p)係指液晶分子經歷完全 360°扭轉所經的距離。當溫度改變時或當添加其他分子(諸如非對掌性材料)至液晶主體中時節距改變，因此使節距得以調節。在可切換隱私膜之一些實施例中，液晶組合物之節距長度可大於約800 nm(例如為約800至約1500 nm)，其使在所有視角下在不存在電場之狀況下吸收增加。
在一些實施例中，如在1 KHz及20℃下所量測，電子式可切換材料之介電各向異性之量值大於約20，大於約25或大於約30。在一個實施例中，如先前所述，電子式可切換材料包含具有相對較低介電各向異性之第一電子式可切換(例如液晶)材料與具有較高介電各向異性之第二電子式可切換(例如對掌性摻雜物)材料之混合物，使得混合物之介電各向異性的量值大於約20，大於約25或大於約30。如在1 KHz及20℃下所量測，第一電子式可切換(例如液晶)材料可具有小於15或10之介電各向異性且第二電子式可切換(例如對掌性摻雜物液晶)材料可具有至少30、40、50或60之介電各向異性。舉例而言，在一些實施例中，高介電各向異性材料(諸如「MDA-04-927」(Merck KGaA))用於較低介電各向異性二色性向列型液晶組分(諸如「ZLI-4727」)之基質。然而，當施加電場時ZLI-4727材料本身並不提供顯著光學切換。
電子式可切換材料亦可包含聚合物分散液晶(PDLC)組合物。PDLC構造使得可切換隱私膜之耐久性及操作簡易性提高。在PDLC構造中，將液晶材料溶解於可聚合單體/交 聯劑/光引發劑組合中之混合物裝載入膜之通道中並使用UV輻射固化。固化時聚合物分子量之增加誘發反混和，使分散於聚合物基質中之液晶形成『液滴』。通常選擇具有與液晶之尋常軸類似之折射率(np)特徵(no=np)的聚合物基質以便使共享模式中之濁度減到最小。液晶液滴之尺寸可基於單體官能性及用於固化之輻射強度來控制。若恰當設計，則較小液滴尺寸產生隨機取向液晶之許多多晶區域、較高之光學散射及較低之切換電壓。然而，一些聚合物可施加強「錨定」力於液滴內部之液晶上，此舉可使完全切換所需的臨限電壓增加。在一些實施例中，用於PDLC材料中之聚合物的折射率為約1.52至約1.75，以匹配共享模式中之液晶的折射率。
適用於可切換隱私膜之另一類電子式可切換材料為電致變色系統。電致變色系統包含由於出現了涉及在透明電極之間的層中所存在之發色團的可逆氧化-還原反應在所施加電場下經歷顏色改變之材料。該等材料可在透明或相對較低吸收狀態與高著色高吸收狀態之間切換。通常用於電致變色系統之材料包括表面結合紫原染料、吩噻嗪、二芳基乙烯及導電聚合物，諸如聚噻吩。一般而言，施加外部電場產生持續的顏色變化直至移除電場，此時系統回至零場狀態。許多電致變色材料在不存在電場之狀況下為無色的且當施加場時切換至高著色狀態，但已知一些系統展示相反行為。光致/電致變色系統亦為已知的，其材料當暴露於UV輻射時可在透明狀態與高著色狀態之間切換，接 著藉由施加電場切換回透明狀態。例示性電致變色系統描述於US 6,301,038、US 6,870,657、US 2010/0315693及Y.Ding等人，J.Mater.Chem.2011,21,11873中。
使本文所揭示之隱私膜能夠切換之電子刺激起源於相對的透明電極對。透明電極為實質上光學透明的，使得當透過透明電極檢視目標時，觀測到極少或無目標失真，或觀測到一些可接受程度之失真。在一些實施例中，適合之透明電極展現極少或無濁度，意謂其可能具有不大於約10%、不大於約5%或不大於約2%之濁度。在一些實施例中，透明基板在至少一部分可見光譜(約400至約700 nm)上具有約80%至約100%之高透光率。兩個相對的透明電極之間的距離通常為約25至約150 μm。
在一些實施例中，一個或兩個透明電極包含安置於透明基板上之導電層。圖5展示例示性電子式可切換隱私膜50之示意性橫截面圖，其包含安置於相對的透明電極52之間的光學透明微結構化層53。光學透明微結構化層包含複數個微結構化肋狀物54及安置於肋狀物之間且包含電子式可切換材料55之通道。各透明電極52包含安置於透明基板57上之導電層58，其中導電層與光學透明微結構化層53鄰接。
導電層可包含導電金屬氧化物，諸如氧化銦錫(ITO)、銦摻雜氧化鋅、氟摻雜氧化錫；導電聚合物，諸如聚苯胺或聚(伸乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸酯；奈米碳，諸如碳奈米管或石墨烯；印刷或自組合金屬柵或金屬奈米線或其 組合。在一些實施例中，導電層包含銀奈米線。導電層之厚度可小於約500 nm。在一些實施例中，導電層係以某一不連續形式越過透明基板之表面安置，從而形成包含透明導電區域及透明非導電區域之圖案。
在一些實施例中，透明電極包含安置於透明基板上之金屬奈米線，且在金屬奈米線上相對透明基板安置聚合外塗層。該等透明電極描述於Pellerite等人於2011年4月15日申請之US第61/475860號中。舉例而言，透明電極可包含銀奈米線層，其展示每平方50-150 Ω之薄層電阻，外部塗佈有聚合物層以保護銀以免氧化並使隨後施加之光學透明層的黏著增強。另外，基於銀奈米線之透明電極可在比其他導電材料低之薄層電阻下提供高透射位準。
聚合外塗層可包含多官能性(甲基)丙烯酸酯之反應產物，諸如多官能性(甲基)丙烯酸酯與胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯寡聚物之反應產物。在一些實施例中，聚合外塗層包含諸如(甲基)丙烯酸甲酯聚合物之聚合物及多官能性(甲基)丙烯酸酯之反應產物。可用於聚合外塗層中之材料的特定實例包括異戊四醇三丙烯酸酯(SR 444C，來自Sartomer Co.)、己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸胺基甲酸酯寡聚物(CN 981 B88，來自Sartomer Co.)、來自Cytec Industries之Ucecoat® 7655及7689、聚甲基丙烯酸甲酯(例如Elvacite® 2041，購自Lucite International,Inc.)、聚苯乙烯及聚乙烯醇縮丁醛(例如Butvar®聚合物，購自Solutia Inc.)。聚合外塗層可包含直徑為約10至約500 nm之奈米粒 子，聚合物與奈米粒子之重量比為約85：15至約25：75。一般而言，聚合外塗層之厚度為約50 nm至約1 μm。
如Pellerite等人所述，聚合外塗層可包含選自由以下組成之群的奈米粒子：氧化銻錫、氧化鋅及氧化銦錫；且安置於不具有導電層之透明基板上的聚合外塗層之薄層電阻大於約每平方107 Ω。
透明基板可包含任何適用材料，諸如聚合物、玻璃、陶瓷、金屬、金屬氧化物或其組合。可用作透明基板之聚合物之實例包括熱塑性聚合物，諸如聚烯烴、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯及基於聯苯或萘之液晶聚合物。適用熱塑膠之其他實例包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、雙酚A聚碳酸酯、聚(氯乙烯)、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、乙酸纖維素及聚(偏二氟乙烯)。諸如聚碳酸酯及/或聚酯之一些該等聚合物亦具有使其尤其充分適於某些顯示應用之光學性質(例如透明度)，其中其將支撐經圖案化之導體。透明基板可具有約5 μm至約1000 μm範圍內之任何適用厚度。
電子式可切換隱私膜在膜之頂部與底部上包含暴露之導電材料，使得能夠經由銀漿料或另一適合導體材料與透明電極電接觸。施加正偏壓於一個導體，同時施加負偏壓(或接地端子)於另一導體，或反之亦然。兩個透明電極之間的電位差能夠產生用於對電子式可切換材料給予能量以便在隱私模式與共享模式之間切換的電場。
本文亦揭示一種電子式可切換隱私膜裝置，其包含電子式可切換隱私膜及用於供應電場之電路。電路可包括變壓器、放大器、整流器、二極體、電阻器、電容器、電晶體及其類似物。
本文亦揭示一種包含如本文中所述之電子式可切換隱私膜的顯示裝置。一般而言，顯示裝置包含一些類型之透光性顯示面板，諸如液晶顯示(LCD)面板。LCD裝置通常包含鄰接透光性顯示面板且提供檢視表面之外部基板或光輸出基板。
在一些實施例中，電子式可切換隱私膜例如當由消費者施加時係安置於檢視表面上。舉例而言，裝置可使用另外的帶有操作裝置所需之內建式電路的帶槽框懸掛於顯示器正面上。帶槽框可包括如操作裝置所需之內建式電路。或者，帶槽框可簡單地提供用於將電子式可切換隱私膜附接至顯示裝置之手段。在此實施例中，操作電子式可切換隱私膜所需之電路可為與顯示裝置之USB埠嚙合之軟線上之捺跳開關。或者，顯示裝置之軟體例如借助於鍵擊或滑鼠點擊可控制隱私模式與共享模式之間的電壓。在另一實施例中，電子式可切換隱私膜20可使用諸如圖9所示之光學透明黏著劑55附接至顯示器。
電路為裝置構造之組成部分。在任何上述實施例中，有可能將來自電腦監視器之AC插座的「熱引線(hot lead)」正偏壓分至兩條電線中，一條進入顯示器，而另一條到達電子式可切換隱私膜之正接點。負偏壓電極可附接至金屬 接地。或者，可自電池或額定為5 V、500毫安之USB埠獲取電力。可適當地使用變壓器電路升壓轉換以產生足夠的高電壓、低電流切換波形，其將能夠使電子式可切換材料完全切換。在「打開」狀態(共享模式)下，用於操作顯示裝置之電流可極低，約1-3毫安。因此，若共享模式保持打開，則使用等於120 V之電壓，所消耗的總電力將為約數百毫瓦。
可使用方波頻率模式且可在切換行為中提供最高效率。此係因為方波電源幾乎瞬時反轉其極性，以致液晶沒有時間在變形與對準狀態之間切換，且在所施加場之每一循環期間維持no與np之間的匹配；參見例如US 5,156,452 (Drzaic等人)。
圖7展示例示性電子式可切換隱私膜與標準視力檢查表一起使用之影像。在隱私模式中，如左手上方部分所示，位於相對於隱私膜之法線某一離軸角度之觀察者不能檢視膜後字母。激活電子切換使得隱私膜電子式切換至共享模式，且如右側所示，可看到膜後字母。自軸上位置(相對於膜之法線零度角)，在隱私模式與共享模式中皆可看到膜後字母，無論隱私膜是否已電子式切換。
圖8展示與電子顯示裝置結合使用之例示性電子式可切換隱私膜之示意性圖式。在此圖式中，隱私膜安置於裝置之檢視表面上或其包含於裝置內，例如在液晶顯示面板與形成外部檢視表面之基板之間。在隱私模式中，如圖式之左手上方部分所示，位於相對於檢視表面之法線某一離軸 角度之觀察者不能檢視所顯示之內容。裝置之用戶激活電子切換，使得隱私膜電子式切換至共享模式(如右側所示)，觀察者在不必改變其位置的狀況下即能夠檢視所顯示之內容。用戶位於相對於檢視表面之法線軸上角度或零度角度，裝置所顯示之內容在隱私模式與共享模式中皆可檢視，無論隱私膜是否已電子式切換。
實例 透明電極之製備
如Pellerite等人於2011年4月15日申請之US第61/475860號之實例15-18中所述製備透明電極。使用9吋模塗機將使用WO 2008/046058(Allemand等人)之實例5中所揭示之方法製備的銀奈米線墨水塗佈於5密耳PET膜(Melinex® 618，來自DuPont Teijin Films)上，該9吋模塗機係在以下條件操作：薄膜速度15呎/分鐘，墨水流速15.5立方公分/分鐘，乾燥烘箱空氣流速19.7米/秒，且乾燥烘箱溫度105℉(區域1)及175℉(區域2)及250℉(區域3)。使用不接觸探針(Delcom 717R Non-Contact Conductance Monitor，來自Delcom Products Inc.)量測所得塗層之薄層電阻為每平方60-100 Ω，且在Haze-Gard Plus濁度計(BYK-Gardner USA)上量測發現透射率及濁度分別為90-92%及1.4-1.6%。
聚合外塗層溶液製備如下。藉由將異戊四醇三丙烯酸酯(SR 444，來自Sartomer Co.)與甲基丙烯酸甲酯聚合物(Elvacite® 2041，來自Lucite International,Inc.)之85：15(w：w)混合物溶解於丙酮中製備濃縮物，得到10 wt%總固體。按 0.2 wt%總固體添加光引發劑(Irgacure® 651，來自Ciba Specialty Chemicals)。藉由將ATO溶膠(標稱30 wt%氧化銻錫(ATO)奈米粒子於IPA中，來自Advanced Nano Products，Korea)與上述10 wt%濃縮物以一定量合併，以獲得25：75重量比之ATO：有機固體，且使用1：1 IPA：雙丙酮醇稀釋所得混合物至5 wt%總固體來製備聚合外塗層溶液。
塗佈聚合外塗層溶液於導體層之頂部上。塗佈係在用於墨水塗佈之9吋模塗機上進行，使用上述烘箱及空氣流量設定值，薄膜速度20呎/分鐘，溶液流速18立方公分/分鐘，UV板溫度70℉，氮氣氣氛，及100% UV燈電源。使用BYK-Gardner HazeGard Plus量測透射率及濁度分別為87.5%及1.17%。使用上述Delcom系統量測薄層電阻為每平方72.3 Ω。
光學透明微結構化層
實例中所採用之光學透明微結構化層的性質展示於表1中。
電子式可切換材料
實例中所採用之電子式可切換材料的性質展示於表2 中。
實例1
藉由使用捲軸式腹板塗佈方法模製及UV固化在第一透明電極上之丙烯酸酯樹脂調配物來製備微結構化膜。丙烯酸酯樹脂描述於US 2007/0160811 A1(Gaides等人)中。如上文所述製備第一透明電極，且在聚合外塗層上形成微結構化膜。所用薄膜速度為10呎/分鐘，且壓印工具在110℉下操作，使用以100%電源操作之兩排Fusion高強度UV D-燈泡進行固化。退火烘箱設定為200℉，長度四呎。固化丙烯酸酯之所得結構由如表1中所述之規則間隔通道組成，該等規則間隔通道各自具有標稱矩形橫截面。通道填充有表3中所述之電子式可切換材料GHLC-1，其經加熱至90℃以便降低黏度。
使用在0.167吋/分鐘且夾持壓力25 psi下操作之平板層壓機將第二透明電極層壓於填充通道之頂部上方。頂部薄片(第二透明電極)為與底部薄片(第一透明電極)偏位交叉之薄膜，以能夠較容易地接近電接觸襯墊。在層壓起始及結束時留下過量可切換材料以防止漏氣且使通道之毛細填充最大化。將銀粒子(Ted Pella,Inc.)之膠態分散液施加於暴露電極極板上以允許與透明導體電接觸。在光學測試之前使膜構造與室溫平衡。藉由經由兩個鱷魚夾施加帶正電及帶負電偏壓電壓於電源之乾燥銀漿料接點進行測試。
使用Eldim 80 Conoscope(Eldim Corp.，France)量測膜構造中光透射率隨視角之變化。將膜置於漫射透射性中空燈光箱之頂部上。量測具有膜之燈光箱的明度(坎德拉/平方米，或「尼特」，亦即亮度)概況。燈光箱之漫透射可描述為朗伯(Lambertian)。燈光箱為由約6 mm厚度之漫射聚四氟乙烯(PTFE)板製成之經量測約12.5 cm×12.5 cm×11.5 cm(L×W×H)之六面中空立方體。將燈光箱之一個面選擇為樣品表面。中空燈光箱之漫反射率在樣品表面處量測為約0.83(例如約83%，在400-700 nm波長範圍內平均)。在測試期間，燈光箱係經由燈光箱底部之約1 cm圓形孔(與樣品表面相對，且光自內部導引至樣品表面)由內照明。使用附接至用於導引光之光纖維束的穩定寬頻帶白熾光源(Fostec DCF-II，具有1 cm直徑纖維束延長，來自Schott-Fostec LLC(Marlborough,MA及Auburn,NY))提供照明。使用Eldim 80 Conoscope量測漫射光源在存在及不 存在光控濾光器之狀況下的明度(亮度)概況。沿錐光鏡影像之經線的薄片展示透射率隨視角連續變化且此數據展示於圖6中。
對於經定向遮板朝上(最接近錐光鏡量測)之可切換隱私濾光器而言，在隱私模式與共享模式中光透射率經測定皆隨視角變化。使用市售光控膜(VikuitiTM高級光控膜，購自3M公司)作為參考，以與可切換光控濾光器之隱私模式進行比較。藉由用各模式中之光控膜的明度除以中空燈光箱之明度來量測正規化透射率。
使用Haze-Gard Plus儀器量測透射率及濁度數據，其中量測區域為18 mm。Haze-Gard Plus透射率量測值為根據CIE施照體「C」加權之越過380-720 nm之光的總透射率之平均值。膜構造夾至旋轉階段且置放於光源與偵測器之間的中間位置。以15度為間隔直至60度取得數據且報導於表4中。
比較實例1
除了微結構化膜由如表1中所述之規則間隔通道組成 外，如針對實例1所述製備電子式可切換隱私膜。所用液晶材料為ZLI-4727，不具有對掌性摻雜物MDA-04-927。使用如針對實例1所述之Haze-Gard Plus濁度計進行測試；數據報導於表5中。在隱私模式中，透射率在30°及40°之視角下高於實例1。另外，在此等角度下隱私模式與共享模式之間的透射率差異與實例1相比低得多。
比較實例2
除了微結構化膜由如表1中所述之規則間隔通道組成外，如針對實例1所述製備比較膜。在不具有對掌性摻雜物「MDA-04-927」的狀況下將ZLI-4727裝載入通道中。此時，通道之高度不允許充分地裝載液晶來在隱私模式中有效隱藏顯示內容。在共享模式中，觀測到一定液晶材料之切換，但效果不顯著，因為隱私模式為無效的。
比較實例3
除了電子式可切換材料不具有二色性染料，其亦不具有與GHLC-1一樣高之介電各向異性外，如針對實例1所述製備比較膜。可切換材料為液晶材料(來自EM Industries， Hawthorne，NY，可以商標名「BLO-36」購得)，其具有如表2中所述之電子式可切換性。微結構化膜由如表1中所述之規則間隔通道組成。使用如針對實例1所述之Haze-Gard Plus濁度計進行測試；數據報導於表6中。雖然在隱私模式中透射率之切換在45°之視角下較高(15%)，但透射率亦較高(39%)。因此，此實例展示不合需要的光學性質且避免對包括在隱私模式中阻斷更多光之二色性染料的需要。
表7概述根據實例1及比較實例1-3所製備之隱私膜的性質及效能
實例2
除了用表8中所報導之UV可固化客體-主體液晶混合物GHLC-2替換表2所述之GHLC-1，且在常規建構UV輻射室中在3 mW/cm2後續固化30分鐘以形成聚合物分散液晶調配物外，如針對實例1所述製備電子式可切換隱私膜。如針對實例1所述進行測試；Haze-Gard Plus數據報導於表9中。除了在45°視角下透射性稍微較小之共享模式外，效能與實例1類似。
雖然本文中已說明並描述特定實施例，但一般技術者應瞭解在不脫離本發明之範疇的狀況下可替換各種替代及/或等效實施例。
10‧‧‧光學膜
11‧‧‧透明電極
12‧‧‧光學透明微結構化層
13‧‧‧光學透明微結構化層之主表面
14‧‧‧微結構化肋狀物
15‧‧‧通道
20‧‧‧電子式可切換隱私膜
21‧‧‧透明電極
22‧‧‧透明電極
23‧‧‧光學透明微結構化層
24‧‧‧微結構化肋狀物
25a‧‧‧隨機取向
25b‧‧‧實質上取向
30‧‧‧例示性隱私膜
31‧‧‧透明電極
32‧‧‧透明電極
33‧‧‧光學透明微結構化層
34‧‧‧微結構化肋狀物
35‧‧‧通道
36‧‧‧焊盤
40‧‧‧例示性隱私膜
41‧‧‧透明電極
42‧‧‧透明電極
43‧‧‧光學透明微結構化層
44‧‧‧微結構化肋狀物
45‧‧‧通道
46a‧‧‧壁
46b‧‧‧壁
50‧‧‧例示性電子式可切換隱私膜
52‧‧‧透明電極
53‧‧‧光學透明微結構化層
54‧‧‧微結構化肋狀物
55‧‧‧電子式可切換材料(圖5)
55‧‧‧光學透明黏著劑(圖9)
57‧‧‧透明基板
58‧‧‧導電層
圖1A及圖1B分別展示可製造電子式可切換隱私膜之例示性光學膜之示意性橫截面圖及透視圖。
圖2展示說明膜在隱私模式與共享模式之間的電子可切換性之例示性電子式可切換隱私膜的示意性橫截面圖。
圖3及圖4展示可製造電子式可切換隱私膜之例示性光學膜的示意性橫截面圖。展示膜之所選幾何參數。
圖5展示例示性電子式可切換隱私膜之示意性橫截面圖。
圖6展示實例1之電子式可切換隱私膜的正規化透射率隨視角之連續變化。
圖7展示例示性電子式可切換隱私膜與標準視力檢查表一起使用之影像。
圖8展示例示性電子式可切換隱私膜與例示性電子顯示裝置一起使用之示意性圖式。
圖9為包含電子式可切換隱私膜之電子顯示裝置之橫截面圖。
20‧‧‧電子式可切換隱私膜
21‧‧‧透明電極
22‧‧‧透明電極
23‧‧‧光學透明微結構化層
24‧‧‧微結構化肋狀物
25a‧‧‧隨機取向
25b‧‧‧實質上取向

Claims (26)

  1. 一種電子式可切換隱私膜，其包含：一對相互相對的透明電極；安置於該等透明電極之間的光學透明微結構化層，該微結構化層包含複數個越過其表面延伸的微結構化肋狀物，使得該等微結構化肋狀物形成交替的一系列肋狀物及通道；安置於該等通道中之電子式可切換材料，當越過該等透明電極施加電場時，該電子式可切換材料能夠在高吸收狀態與低吸收狀態之間調變；其中：當不施加該電場時，該膜係處於隱私模式中，使得其光透射率在30°之視角下為小於約10%；當施加該電場時，該膜係處於共享模式中，使得其光透射率增加且該隱私模式與該共享模式之間的透射率差異在約30°至約45°之視角下為至少5%，在0°至約15°之視角下在共享及隱私模式中該膜之光透射率為至少約25%。
  2. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含液晶或電致變色材料。
  3. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含液晶與二色性染料之混合物。
  4. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含對掌性液晶與二色性染料之混合物。
  5. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含向列型液晶與二色性染料之混合物。
  6. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含對掌性液晶、向列型液晶及二色性染料之混合物。
  7. 如請求項6之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料之節距長度為約800至約1500 nm。
  8. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含分散於聚合物基質中之液晶及二色性染料。
  9. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料之介電各向異性的量值係大於約20。
  10. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料包含介電各向異性為至少20、30、40、50或60之電子式可切換材料。
  11. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該電子式可切換材料之折射率為約1.52至約1.75。
  12. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該光學透明微結構化層之各肋狀物的高度為約25至約150 μm且寬度為約25至約50 μm。
  13. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中各肋狀物具有高度H、寬度W且肋狀物縱橫比H/W大於約1.5。
  14. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該光學透明微結構化層之各通道之高度為約25至約150 μm且寬度為約1至約50 μm。
  15. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中各通道具有高度H、寬度Y且通道縱橫比H/Y大於5。
  16. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該光學透明微結構化層之折射率為約1.48至約1.75。
  17. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中當該隱私膜係處於該共享模式中時，該電子式可切換材料與該光學透明微結構化層之折射率之間的差異係小於約0.05。
  18. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中當該隱私膜係處於該隱私模式中時，該電子式可切換材料與該光學透明微結構化層之折射率之間的差異係大於約0.05。
  19. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中該兩個相對的透明電極之間的距離為約25至約150 μm。
  20. 如請求項1之電子式可切換隱私膜，其中各透明電極包含安置於透明基板上之導電層，且各導電層與該光學透明微結構化層之相對主表面鄰接。
  21. 如請求項20之電子式可切換隱私膜，其中至少一個該等導電層包含金屬奈米線、導電金屬氧化物、導電聚合物、石墨烯或碳奈米管。
  22. 如請求項20之電子式可切換隱私膜，其中至少一個該等導電層包含金屬奈米線及安置於與該透明基板相對之導電層上的聚合外塗層。
  23. 一種電子式可切換隱私膜裝置，其包含：如請求項1之電子式可切換隱私膜，及用於供應電場之電路。
  24. 一種顯示裝置，其包含：透光性顯示面板，與該透光性顯示面板鄰接之光輸出基板，該光輸出基板包含與該透光性顯示面板相對之檢視表面，及安置於該檢視表面上之如請求項1之電子式可切換隱私膜。
  25. 一種顯示裝置，其包含：透光性顯示面板，與該透光性顯示面板鄰接之光輸出基板，該光輸出基板包含與該透光性顯示面板相對之檢視表面，及安置於該透光性顯示面板與該光輸出基板之間的如請求項1之電子式可切換隱私膜。
  26. 如請求項25之顯示裝置，其中該光輸出基板包含觸控式螢幕。
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