TWI754442B - 包含透光基板及電泳介質的三維變色物件 - Google Patents

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Abstract

一種用於製造非平面(三維)電泳顯示器之方法，所述非平面電泳顯示器包括用作觀看表面之透光前基板。將透光導電層結合至或黏附至透光前基板，隨後將膠囊型電泳介質層附接至其上。在沉積電泳介質之後，附接或沉積後電極。當在透光導電層與後電極之間提供電壓時，切換電泳介質的影像狀態，從而產生變色表面。可以將這樣的變色表面結合至玩具、電器、電子裝置或其它合適的結構中。

Description

包含透光基板及電泳介質的三維變色物件
[相關申請案]
本申請案主張2020年11月4日所提出之美國臨時專利申請案第62/930,545號的優先權。將在此所引用之所有專利及刊物的全部以提及方式併入本文。
本發明係有關於電光顯示器及其生產方法。更具體地，本發明係有關於在不使用如美國專利第6,982,178、7,561,324及7,839,564號所述之前平面層板(front plane laminates)、倒置的前平面層板及雙離型膜(double release films)之情況下生產電光顯示器的方法，以及有關於藉由噴塗沉積膠囊型電泳介質的方法。
一種膠囊型電泳顯示器通常沒有遭遇傳統的電泳裝置之群集(clustering)及沉降(settling)故障模式且提供另外的優點，例如，將顯示器印刷或塗佈在各式各樣撓性及剛性基板上之能力。(文字「印刷」之使用意欲包括所有形式之印刷及塗佈，其包括但不侷限於：預計量式塗佈(pre-metered coatings)(例如：方塊擠壓式塗佈(patch die coating)、狹縫型或擠壓型塗佈(slot or extrusion coating)、斜板式或級聯式塗佈(slide or cascade coating)及淋幕式塗佈(curtain coating))；滾筒式塗佈(roll coating)(例如：輥襯刮刀塗佈(knife over roll coating及正反滾筒式塗佈(forward and reverse roll coating))；凹版塗佈(gravure coating)；浸塗(dip coating)；噴灑式塗佈(spray coating)；彎月形塗佈(meniscus coating)；旋轉塗佈(spin coating)；刷塗式塗佈(brush coating)；氣刀塗佈(air-knife coating)；絲網印刷製程(silk screen printing processes)；靜電印刷製程(electrostatic printing processes)；熱印刷製造(thermal printing processes)；噴墨印刷製程(ink jet printing processes)；電泳沉積(electrophoretic deposition)(參見美國專利第7,339,715號)；以及其它相似的技術)。因此，結果的顯示器可以是可撓性的。再者，因為可(使用各種方法)印刷顯示介質，所以可便宜地製造顯示器本身。
電泳介質通常在非極性液體中包含電泳粒子、電荷控制劑、影像穩定劑及絮凝劑，所述非極性液體通常封裝在諸如明膠/阿拉伯膠凝聚層(gelatin/acacia coacervate)的可撓性有機基質中。為了生產商用顯示器，必須在基板上塗佈膠囊的薄層(較佳的是單層-參見美國專利第6,839,158號)，所述基板可以是帶有電極的前基板(參見上述美國專利第6,982,178號)、背板或脫模片(release sheet)。迄今為止，通常藉由狹縫型塗佈進行膠囊型電泳介質在基板上的塗佈，其中將載體介質(carrier medium)中的膠囊漿液經由狹縫強行推進至相對於狹縫移動的基板上。狹縫型塗佈對被塗佈材料的黏度及其它物理性質強加限制，並且通常需要添加狹縫型塗佈添加劑，以控制被塗佈材料的流變性，進而確保塗層在乾燥之前不會流動及厚度不均勻。因此，在縫隙型塗佈中，電泳膠囊通常以水漿體的形式來提供，所述水漿體包含任選的膠乳黏合劑(latex binder)、流變改質劑(rheology modification agents)、 離子摻雜劑及表面活性劑。 這些添加劑保留在最終的乾燥電泳介質中且可能影響其性能(包括其電光性能)。
再者，雖然狹縫型塗佈非常適合於將電泳介質施加至連續的網狀物上，但它並不十分適合於塗佈不規則形狀的物件。亦即，狹縫型塗佈通常不適用於非平面的基板，這是不幸的，因為膠囊型電泳介質相當適合於對三維物件提供變色能力。
如本文所述，本發明提供一種用於製造許多不同形狀的變色物件之方法，例如，將較大的物件的次組件放在一起以產生常見的物件，例如，玩具、電器及電子產品。為了理解本發明，這樣的形狀通常稱為「三維」。如本文所用，「三維」意欲排除類似於前平面層板、顯示模組及略微彎曲的物件(例如，可折疊顯示器)之大致平面物件。雖然沒有意欲進行限制，但是「三維」的一種定義可能是在兩個以上垂直方向上具有曲率，例如，碗、圓柱體、三角錐體、球體、圓錐體、螺旋體、橢圓體、半橢圓體等。在本文中，「非平面」可以與「三維」互換使用。
在第一態樣中，本發明提供一種變色物件，其包括一透光(三維)非平面基板、一透光前導體、一膠囊型電泳介質層及一後導體。在一些實施例中，該變色物件額外地包括一個以上的黏著層，以有助於物體的構成。該透光非平面基板通常可以由透明材料構成，但是更可能的選擇是透光聚合物，例如，聚對酞酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯酸或環烯烴共聚物(COC)。該透光導體可以是一個個別的層，或者可以被整合至該透光非平面基板中。該透光前導體可以由金屬薄片、金屬篩網、導電聚合物、碳奈米管或其組合構成。
在第二態樣中，本發明提供一種製造變色物件的方法，其包括提供一透光非平面基板；設置一透光導電材料相鄰於該透光非平面基板的內表面，從而使該透光非平面基板的外表面成為觀看表面；設置一膠囊型電泳介質層相鄰於該透光導電材料；以及設置一後導體相鄰於該膠囊型電泳介質層。其它實施例可以包括提供一電壓源以及耦接該透光導電材料及該後導體至該電壓源。該透光非平面基板經熱成型、鑄造、射出成型或吹模。設置透光導電材料的製程包括噴灑式塗佈、濺鍍、原子層沉積、氣相沉積或浸塗。設置膠囊型電泳介質層相鄰於該透光導電材料的製程可以包括噴灑式塗佈、浸塗、電沉積、粉末塗佈、絲網印刷或刷塗式塗佈。
用該膠囊型電泳介質進行噴灑式塗佈可以包括形成在液體中之膠囊的分散液；經由一第一孔口供給該分散液；以及經由圍繞該第一孔口的一第二環形孔口供給連續氣體流，從而形成膠囊的噴霧。噴灑式塗佈製程可以包括藉由經由相鄰於該噴霧設置之複數個成形孔口供給連續氣體流來使該噴霧成形。如果在通常情況下，膠囊壁是由親水性材料(例如，上述明膠/阿拉伯膠凝聚層)形成，則用於分散膠囊的液體最好是水性的；取決於所使用的具體膠囊及液體而定，液體可以任選地包含pH調節劑、表面活性劑及離子摻雜劑中之任何一種或多種。通過該第二孔口且通過該等成形孔口的氣體通常是空氣，但是在某些情況下，使用惰性氣體(例如，氮氣)可能是有用的。
在噴灑式塗佈實施例中，該方法可以包括使用一遮罩材料覆蓋該基板的部分，使得在移除該遮罩材料之後，膠囊僅保留在該基板之不曾存在該遮罩材料的那些部分上。這樣的技術可以有助於在該透光導電材料與該後導體之間進行電連接。
本發明尤其包括一種用於製造非平面電泳顯示器的方法，所述非平面電泳顯示器包括用作觀看表面的透光前基板。將透光導電層結合至或黏附至透光前基板，隨後將膠囊型電泳介質層附接至其上。在沉積電泳介質之後，附接或沉積後電極。當在透光導電層與後電極之間提供電壓時，切換電泳介質的影像狀態，從而產生變色表面。可以將這樣的變色表面結合至例如玩具、電器(appliance)、電子裝置或其它合適的結構中。
某些電光材料是固態，那就是這些材料具有堅固的外表面，但是這些材料可能而且經常確實具有內部充滿液體或氣體的空間。在下文中，為了方便起見，使用固態電光材料之這樣的顯示器可以稱為「固態電光顯示器」。因此，術語「固態電光顯示器」包括旋轉的雙色構件顯示器(rotating bichromal member displays)、膠囊型電泳顯示器、微單元電泳顯示器及膠囊型液晶顯示器。
術語「雙穩態(bistable)」及「雙穩性(bistability)」在本文中以該項技藝中之傳統含義用以提及顯示器包括具有在至少一光學性質方面係不同的第一及第二顯示狀態之顯示元件，以及以便在以有限持續時間之定址脈波驅動任何一給定元件後，呈現其第一或第二顯示狀態，以及在定址脈波終止後，那個狀態將持續至少數次，例如，至少4次；定址脈波需要最短持續時間來改變顯示元件之狀態。美國專利第7,170,670號顯示一些具有灰階能力之以粒子為基礎的電泳顯示器不僅在其極端黑色及白色狀態中，而且在其中間灰色狀態中係穩定的，並且一些其它類型的電光顯示器亦同樣是如此。這種類型的顯示器可適當地稱為多穩態(multi-stable)而不是雙穩態，但是為了方便起見，術語「雙穩態」在此可以用以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器。
一種類型的電光顯示器數年來已成為密集研發的主題，它是以粒子為基礎的電泳顯示器，其中，複數個帶電粒子在電場之影響下經由流體移動。當相較於液晶顯示器時，電泳顯示器可具有良好的亮度及對比、寬視角、狀態雙穩定性及低功率耗損之屬性。然而，關於這些顯示器之長期影像品質的問題已阻礙它們的廣泛使用。例如，構成電泳顯示器之粒子易於沉降，導致這些顯示器的使用壽命不足。
讓渡給Massachusetts Institute of Technology (MIT)及E Ink Corporation或在它們的名義下之許多專利及申請案描述在膠囊型電泳及其它電光介質方面所使用之各種技術。這樣的膠囊型介質包括許多小膠囊，每個膠囊本身包括包含在流體介質中之電泳移動粒子的內相(internal phase)及包圍內相之膠囊壁。通常，膠囊本身係保持在高分子黏合劑中，以形成位於兩個電極之間的黏著層(coherent layer)。在這些專利及申請案中所述之技術包括： (a)電泳粒子、流體及流體添加劑；參見例如美國專利第7,002,728及7,679,814號； (b)膠囊、黏合劑及膠囊化製程；參見例如美國專利第6,922,276及7,411,719號； (c)包含電光材料的薄膜及次組件；參見例如美國專利號6,825,829；6,982,178；7,236,292；7,443,571；7,513,813；7,561,324；7,636,191；7,649,666；7,728,811；7,729,039；7,791,782；7,839,564；7,843,621；7,843,624；8,034,209；8,068,272；8,077,381；8,177,942；8,390,301；8,482,852；8,786,929；8,830,553；8,854,721；及9,075,280號；以及美國專利申請案公開第2009/0109519；2009/0168067；2011/0164301；2014/0027044；2014/0115884；及2014/0340738號； (d)顯示器中使用的背板、黏著層及其它輔助層以及方法；參見例如美國專利第D485,294；6,124,851；6,130,773；6,177,921；6,232,950；6,252,564；6,312,304；6,312,971；6,376,828；6,392,786；6,413,790；6,422,687；6,445,374；6,480,182；6,498,114；6,506,438；6,518,949；6,521,489；6,535,197；6,545,291；6,639,578；6,657,772；6,664,944；6,680,725；6,683,333：6,724,519；6,750,473；6,816,147；6,819,471；6,825,068；6,831,769；6,842,167；6,842,279；6,842,657；6,865,010；6,967,640；6,980,196；7,012,735；7,030,412；7,075,703；7,106,296； 7,110,163；7,116,318；7,148,128；7,167,155；7,173,752；7,176,880；7,190,008；7,206,119；7,223,672；7,230,751；7,256,766；7,259,744；7,280,094；7,327,511；7,349,148；7,352,353；7,365,394；7,365,733；7,382,363：7,388,572；7,442,587；7,492,497；7,535,624；7,551,346；7,554,712；7,583,427；7,598,173；7,605,799；7,636,191；7,649,674；7,667,886；7,672,040；7,688,497；7,733,335；7,785,988；7,843,626；7,859,637；7,893,435；7,898,717；7,957,053；7,986,450；8,009,344；8,027,081；8,049,947；8,077,141；8,089,453；8,208,193；8,373,211；8,389,381；8,498,042；8,610,988；8,728,266；8,754,859；8,830,560；8,891,155；8,989,886；9,152,003；及9,152,004；以及美國專利申請案公開第2002/0060321；2004/0105036；2005/0122306；2005/0122563；2007/0052757；2007/0097489；2007/0109219；2009/0122389；2009/0315044；2011/0026101：2011/0140744：2011/0187683：2011/0187689：2011/0292319：2013/0278900；2014/0078024：2014/0139501：2014/0300837：2015/0171112：2015/0205178：2015/0226986；2015/0227018：2015/0228666：及2015/0261057號；以及國際申請案公開第WO 00/38000號；歐洲專利第1,099,207 B1及1,145,072 B1號； (e)顏色形成及顏色調整；參見例如美國專利第7,075,502及7,839,564號； (f)用於驅動顯示器之方法；參見例如美國專利第7,012,600及7,453,445號； (g)顯示器之應用；參見例如美國專利第7,312,784及8,009,348號；以及 (h)非電泳顯示器，其如美國專利第6,241,921；6,950,220；7,420,549；8,319,759；及8,994,705號；以及美國專利申請案公開第2012/0293858號所述。
許多上述專利及申請案認識到在膠囊型電泳介質中包圍離散微膠囊的壁可以由連續相來取代，從而產生所謂的聚合物分散型電泳顯示器，其中電泳介質包含複數個離散小滴的電泳流體及連續相的聚合材料，並且即使沒有離散的膠囊膜與每個個別小滴相關聯，在這樣的聚合物分散型電泳顯示器內之離散小滴的電泳流體可以被視為膠囊或微膠囊；參見例如前述美國專利第6,866,760號。於是，基於本申請案的目的，這樣的聚合物分散型電泳介質被視為膠囊型電泳介質的亞種。
雖然電泳介質可能是不透光的(因為，例如，在許多電泳介質中，粒子大致阻擋通過顯示器之可見光的傳輸)且在反射模式中操作，但是可使一些電泳顯示器在所謂「光柵模式(shutter mode)」中操作，在該光柵模式中，一顯示狀態係大致不透光的，而一顯示狀態係透光的。參見例如美國專利第5,872,552；6,130,774；6,144,361；6,172,798；6,271,823；6,225,971；以及6,184,856號。介電泳顯示器(dielectrophoretic displays)(其相似於電泳顯示器，但是依賴電場強度之變化)可在相似模式中操作；參見美國專利第4,418,346號。其它類型之電光顯示器亦能夠在光柵模式中操作。在全彩色顯示器的多層結構中，以光柵模式操作的電光介質可能是有用的。在這樣的結構中，與顯示器的觀看表面相鄰之至少一層以光柵模式操作，以暴露或隱藏距離觀看表面更遠的第二層。
術語「透光的」在本專利及本文中用於意指如此表示的層透射足夠的光，以使觀察者能夠看透此層，以觀察電光介質的顯示狀態之變化，所述變化通常可以透過導電層及相鄰基板(如果存在)來觀看；在電光介質在不可見波長下顯示反射率變化之情況下，術語「透光的」當然應該解釋為意指相關不可見波長的透射。基板通常是聚合物膜，並且通常具有約1至約25密耳(25至634μm)，較佳地，約2至約10密耳(51至254μm)的厚度。透光導電材料可以是例如薄金屬或金屬氧化層，例如，鋁或ITO，或者可以是導電聚合物。塗佈有鋁或ITO的聚(對酞酸乙二酯)(PET)薄膜在市場上係可購得的，例如，來自E.I. du Pont de Nemours & Company, Wilmington DE的「鋁化Mylar」(「Mylar」是註冊商標)，以及這樣的商品材料可以使用在前平面層板中且具有良好的結果。透光導電材料亦可以包括金屬薄片、金屬篩網(metal screen)、導電聚合物、碳奈米管、石墨烯或其組合。
在電泳顯示器中，在層堆疊中通常具有一個以上的黏著層。例如，在電泳層與電極之間可能具有黏著層，並且這種黏著層繼續存在最終顯示器中。當然，這種黏著層對顯示器的電光特性具有顯著影響。不可避免地，電極之間的一些電壓降會發生在黏著層內，從而降低可用於驅動電泳層的電壓。黏著劑的影響在較低溫度下傾向於變得更大，並且黏著劑的影響隨溫度的變化使顯示器的驅動複雜化。如美國專利第7,012,735及7,173,752號所述，藉由增加黏著層的電導率，例如，藉由用六氟磷酸四丁銨(tetrabutylammonium hexafluorophosphate)或其它材料摻雜此層，可以減少黏著劑中之電壓降，並且改善顯示器的低溫操作。
在圖1中可以看到示例性變色物件100的剖面，其中觀看表面與觀看者105相對。變色物件100由透光非平面基板120構成，然後添加透光前導體130作為一個個別層或將其整合至透光非平面基板120中。在整合透光非平面基板120與透光前導體130之後，將膠囊型電泳介質層140設置在整合層120及130上。最後，將後導體150設置在膠囊型電泳介質層140上，從而完成變色物件100。在完成之後，用電連接器170(例如，導線或走線(trace))將透光前導體130及後導體150連接至電壓源160。當在透光前導體130與後導體150之間施加電壓時，在膠囊型電泳介質中之電泳粒子將朝(或遠離)觀看者105移動，從而在變色物件100中產生顏色變化的效果。膠囊型電泳介質層可以包含多於一種類型的帶電顏料粒子，例如，如以上專利所述。於是，變色物件100可以在例如白色與黑色之間交替。可選地，膠囊型電泳介質層140可以包括三種粒子，其中第一組帶電顏料粒子為紅色，第二組帶電顏料粒子為綠色，而第三組帶電顏料粒子為藍色。或者，膠囊型電泳介質層140可以包括三種粒子，其中第一組帶電顏料粒子為紅色，第二組帶電顏料粒子為黑色，而第三組帶電顏料粒子為白色。可選地，膠囊型電泳介質層140可以包括四種粒子，其中第一組帶電顏料粒子為白色，第二組帶電顏料粒子為青色(cyan)，第三組帶電顏料粒子為黃色，而第四組帶電顏料粒子為洋紅色。某些組的帶電顏料粒子可以主要是光散射的(例如，反射的)，其它組可以是減色的(例如，吸收的)，而其餘組可以是透光的。或者，膠囊型電泳介質層140可以包括四種粒子，其中第一組帶電顏料粒子為紅色，第二組帶電顏料粒子為綠色，第三組帶電顏料粒子為藍色，而第四組帶電顏料粒子為黑色。可選地，膠囊型電泳介質層140可以包括四種粒子，其中第一組帶電顏料粒子為紅色，第二組帶電顏料粒子為黃色，第三組帶電顏料粒子為藍色，而第四組帶電顏料粒子為黑色。或者，膠囊型電泳介質層140可以包括五組帶電粒子，其中第一組帶電顏料粒子為紅色，第二組帶電顏料粒子為黃色，第三組帶電顏料粒子為藍色，第四組帶電顏料粒子中為黑色，而第五組帶電顏料粒子為白色。
應當理解，變色物件100不需要是剛性的，並且可以具有一定程度的可撓性，使得彎曲不會引起膠囊型電泳介質層內之膠囊破裂，亦不會導致透光前導體130或後導體150的連接失敗。例如，透光非平面基板120可以包括透明聚合物，例如，聚對酞酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯酸或環烯烴共聚物(COC)。透光非平面基板120僅是部分透光的(例如，半透明和/或著色)係合適的。這樣的透光非平面基板120可以產生如圖2所示之變色玩具200。因為電泳介質只需要少量的電力，並且因為電泳狀態係雙穩態的，所以可以用隱藏在變色物件100中之小能源(例如，一次性電池)來實現這樣的變色特徵。
參考圖3中的流程圖來描述製造變色物件100的方法。從步驟310開始，提供透光非平面基板。如上所述，透光非平面基板可以包括透明聚合物。然而，其它透光材料(例如，玻璃)亦是合適的。可以在製程開始於諸如熱成型(thermoform)、鑄造、射出成型、吹模、研磨、蝕刻或切割之前，使透光非平面基板成形。在步驟310中提供透光基板之後，在步驟320中將前(透光)導體耦接至或整合至透光基板中。在將前導體材料(front conductor material)整合至透光非平面基板中之情況下，可以例如用熱成型、吹模等使透光非平面基板與前導體的組合一起成形。通常，前(透光)導體材料包括金屬薄片、金屬篩網、導電聚合物、碳奈米管、石墨烯或其組合。前(透光)導體材料可以由導電聚合物形成，例如，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))(「PEDOT」)(其通常以其聚苯乙烯磺酸鹽(poly(styrenesulfonate) salt)(PEDOT/PSS)的形式來使用或聚苯胺(polyaniline)，或者可以由導體網路(例如，碳奈米管或奈米線)形成。如果前(透光)導體材料未整合至透光非平面基板中，則可以使用諸如噴灑式塗佈、濺鍍、原子層沉積、氣相沉積、刷塗或浸塗(dip coating)的製程，將其個別添加至透光非平面基板中。
一旦已經整合透光非平面基板與前導體，則在步驟330中將膠囊型電泳介質層塗佈在所獲得的結構上。此步驟可以使用諸如噴灑式塗佈、浸塗、電沉積、粉末塗佈、絲網印刷或刷塗式塗佈的製程來完成。膠囊型電泳介質可以以膠囊漿液及聚胺基甲酸酯黏合劑形式運送，或者膠囊型電泳介質可以以「冷凍乾燥」形式(亦即，在冷凍乾燥後)運送。為了在電泳介質上提供電壓，以啟動光學狀態，接下來在步驟340中在膠囊型電泳介質層上形成後導體。後導體不必是透光的。然而，它可以是透光的。後導體可以包括例如金屬薄片、金屬篩網、金屬箔、金屬塗料、導電聚合物、碳奈米管、石墨烯、石墨或其組合。最後，一旦存在前導體及後導體，就可以在步驟350中將它們連接至電壓源。在某些情況下，在用膠囊型介質及後導體塗佈非平面物件之前，用例如遮罩膠帶(masking tape)遮蔽前導體的一部分是有用的。於是，一旦移除遮罩，就可以清楚地接近前導體，以允許將前導體及後導體輕易耦接至電壓源。或者，遮罩層可以由簡單的聚合膜形成，所述聚合膜因其自身的物理特性或借助於黏著劑塗層而黏附至背板，但是希望厚度不超過約75μm。已發現可用作遮罩層之聚合膜包括Kapton膠帶(可從du Pont de Nemours & Company, Wilmington, DE購得的聚醯亞胺膠帶)及RP301膜(可從Nitto America, Inc., Fremont CA購得的丙烯酸膜)。固態電光層通常是膠囊型電泳層，但是亦可以是聚合物分散型電泳層或旋轉雙色構件或電致變色層。用於形成前電極及黏著劑的材料可以是為此目的在習知技藝中使用之任何材料。
對於前(透光)導體及後導體，分別在膠囊型電泳介質層的上方及下方設置導電層。如在上述美國專利第6,982,178號中所論述，塗有銦錫氧化物(ITO)的聚合膜可以在市場上取得，並且適合於提供前導體及後導體。在一些實施例中，可以例如在透光非平面基板與前(透光)導體之間或在前(透光)導體與膠囊型電泳介質層之間或在膠囊型電泳介質層與後導體之間施加黏著層(未顯示在圖中)。可以例如用熱及/或壓力來對這樣的黏著劑進行固化，或者可以用紫外線輻射來對黏著劑進行輻射固化。
前電極層312可以由導電聚合物形成，例如，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(「PEDOT」)(其通常以其聚苯乙烯磺酸鹽(PEDOT/PSS)的形式來使用)或聚苯胺，或者可以由導體網路(例如，碳奈米管或奈米線)形成。本發明人已經成功地將PEDOT及碳奈米管前電極直接塗佈在膠囊型電泳層上。
噴灑式塗佈製程
如已經提到的，本發明可以藉由將電泳介質的膠囊噴灑至基板上來構造。此製程包括形成在液體中之膠囊的分散液；然後經由第一孔口供給分散液；以及經由圍繞第一孔口的第二環形孔口供給連續氣體流，從而形成膠囊的噴霧。噴灑式塗佈製程勝過狹縫型塗佈具有的優勢在於：噴灑式塗佈通常不需要在噴灑的液體中使用流變改質劑，以致於最終塗層不含這種流變改質劑，因此沒有這種流變改質劑可能對狹縫型塗佈電泳介質的性能產生的影響。通常，在噴灑式塗佈中，僅需要將最終產品中實際所需的添加劑添加至噴灑的液體中。
圖4係通過可用於本發明的噴灑式塗佈製程中之簡單噴灑式塗佈噴嘴(通常標記為600)的示意性剖面圖。噴嘴600包括具有中心軸向孔604的大致圓筒形主體602，經由中心軸向孔604泵送分散在液體(亦未顯示)中之電泳膠囊(未顯示)。中心孔604被環形孔606圍繞，其中將連續空氣流強行推進通過環形孔606。中心孔604的下端終止於孔口608，而環形孔606的下端終止於環形孔口610，其中環形孔口610圍繞孔口608。圓筒形擋板612圍繞環形孔口610。被擋板612限制之通過環形孔口610的空氣流使通過孔口608的膠囊分散，以形成噴霧或噴流614。
噴嘴600亦設置有成形空氣孔616，其數量可以是六個或八個。如圖4所示，孔616所穿過之噴嘴600的外圍部分向下延伸至孔口608及610以及擋板612下方，並且孔616的下部筆直地向下且向內。迫使成形空氣連續地強行推進通過孔616，使得其撞擊噴流(jet)614，從而使噴流張開成張大(wide)的噴霧618，張大的噴霧618撞擊設置在噴嘴600下方之基板620上。
膠囊塗層的品質根據其再現性粒度、平均塗層重量、均勻性及缺陷密度進行評估；缺陷密度藉由標準顯示結構中每單位顯示面積的非切換膠囊的數量來量化，將用於本用途之所述標準顯示結構定義為背板(backplane bearing)，背板依次在25µm的聚對酞酸乙二酯膜上帶有25µm的積層黏著層、20µm的膠囊層及包括ITO層的前基板。較佳地，霧化空氣出口剖面與膠囊分散液出口剖面之比不大於約8.5，並且較佳地在約5.0與約7.0之間。膠囊分散液孔口直徑較佳地在約1.0-1.40mm的範圍內。膠囊分散液可以包含重量分率較佳地為約38.0至約40.5wt%的膠囊；此分散液可以任選地包含濃度高達約4.0wt%的1-丁醇及濃度高達約0.04wt%的表面活性劑(例如，Triton X100)。
在本發明的噴灑式塗佈製程中可以使用多種膠囊分散液進料速率及霧化空氣進料速率。通常，膠囊分散液進料速率MF 不小於約30g/min且不大於約70g/min，最佳化主要根據在霧化區(亦即，從第一個孔口出來的膠囊分散柱分裂成流體片的區域，流體片隨後分裂成帶狀，最後變成液滴)中之適當滯留時間來決定。理想地，液滴尺寸分佈使得每個液滴的平均膠囊計數小於約5.0，並且標準偏差小於每個液滴約3.0個膠囊。霧化空氣進料速率係根據在第二孔口處測得之臨界空氣速度v*來設定，通常約為100m/sec。在較佳的製程中，在沒有成形空氣的情況下，使用約150至200g/min的總空氣進料速率MA (包括霧化空氣及成形空氣)，而在有成形空氣的情況下，使用高達300g/min的總空氣進料速率MA 。
根據經驗，已經發現，在MA /MF 與MF 的關係方面，用於HVLP霧化的操作窗具有圖5所示的形式，但是所涉及的數值將隨所使用的特定噴嘴設計而變化。圖5曲線圖的非陰影區域代表理想的操作窗。陰影區域代表缺陷區域，這些缺陷區域會導致不良的噴灑形態，例如，過大的流體速度(「噴射」)、非常不規則及瞬態的噴霧(spray)結構以及粗的液滴分佈。
在本發明的噴灑式塗佈製程中，應該小心控制空氣進料速率及噴嘴至基板的距離，以免損壞膠囊。通常，最佳的噴嘴至基板的距離為200至320mm，並且此距離應該大約與霧化空氣速度的平方成反比來進行調整。
亦發現噴塗之膠囊塗層的品質及均勻性會受到基板的預處理及添加至膠囊分散液中之添加劑強烈的影響。有用的預處理及添加劑包括但不限於： 1)膠囊分散液包含表面活性劑(例如，Triton X-100、丁醇等)，以改善基板表面的潤濕性； 2)用包含表面活性劑(例如，Triton X-100、1-丁醇及其它具有去污劑結構的)及任選的聚胺基甲酸酯膠乳(polyurethane latex)之子層對基板表面進行預塗佈； 3)用大氣式電漿或電暈放電處理對基板進行預處理；以及 4)膠囊分散液可以包含聚合物黏合劑，例如，聚胺基甲酸酯膠乳。
如已經提到的，本發明之噴灑式塗佈製程可以包括使用遮罩材材料來覆蓋基板的部分，使得在移除遮罩材料之後，膠囊僅保留在基板之不曾存在遮罩材料的那些部分上。用於覆蓋基板的部分之遮罩材料不應該是多孔的，或者至少應該具有足夠低的孔隙率，以確保不會發生膠囊沉積至基板的遮蔽區域上之情況。遮罩材料不應該顯著吸收分散有膠囊的液體(通常是水性的)，並且應該放置成足夠靠近基板表面，以便不會發生膠囊在遮罩材料下方從基板的未遮蔽區域至遮蔽區域的橫向吸入。在將膠囊沉積在基板上之後，可以在遮罩材料仍在原位的情況下使膠囊乾燥(或以其它方式處理，以形成黏著層，例如，藉由暴露於輻射)，或者可以先移除遮罩材料，然後再使膠囊乾燥或進行其它處理。在這兩種情況下，都應該選擇遮罩材料及膠囊分散液的物理性質，以便在移除遮罩材料期間，不會將膠囊引入基板之先前遮蔽區域，亦不會將膠囊從未遮蔽區域移出(例如，藉由不規則地撕裂膠囊的乾燥黏著層)。
遮罩膜可以包括預層壓在要沉積膠囊的表面上之黏著劑以及暴露於噴霧的離型膜。在膠囊沉積之後，移除離型膜，隨後進行其它處理。然後，可以將所獲得的噴塗印刷膜層壓至背板，背板可以是透明或不透明的。
對於熟悉該項技藝者將顯而易見的是，在不脫離本發明的範圍之情況下，可以對上述本發明的特定實施例進行許多改變及修改。於是，整個前述描述將以說明性而非限制性的意義來解釋。
100:變色物件 105:觀看者 120:透光非平面基板 130:透光前導體 140:膠囊型電泳介質層 150:後導體 160:電壓源 170:電連接器 200:變色玩具 600:噴灑式塗佈噴嘴 602:大致圓筒形主體 604:中心軸向孔 606:環形孔 608:孔口 610:環形孔口 612:圓筒形擋板 614:噴液或噴流 616:成形空氣孔 618:張大的噴液 620:基板
圖1顯示本發明的電泳顯示器之一個實施例的剖面圖，其包括透光非平面基板，透光非平面基板包括耦接至電壓源的透光導體。電壓源亦耦接至後導體。膠囊型電泳介質層設置在透光導體與後導體之間。亦可以存在一個以上的黏著層。
圖2說明可以藉由模製透光基板並添加前導體、電泳介質層及後導體來使各種常見物件變色。
圖3說明用於製造本發明的變色非平面顯示器的方法。
圖4說明適合於以膠囊型電泳介質進行噴灑式塗佈之噴嘴的一個實施例。
圖5顯示本發明的噴灑式塗佈之較佳操作範圍。
無。

Claims (19)

  1. 一種變色物件，包括：一透光非平面成型基板；一透光前導體，其係設置成相鄰於該透光非平面成型基板；一膠囊型電泳介質層，其係設置成相鄰於該透光前導體；以及一後導體，其係設置成相鄰於該膠囊型電泳介質層。
  2. 如請求項1之變色物件，進一步包括至少一黏著層，其施加於該透光非平面成型基板與該透光前導體之間、該透光前導體與該膠囊型電泳介質層之間以及該膠囊型電泳介質層與該後導體之間中至少一者。
  3. 如請求項1之變色物件，其中該後導體係透光的。
  4. 如請求項1之變色物件，其中該透光非平面成型基板包括聚對酞酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯、聚丙烯、丙烯酸或環烯烴共聚物(COC)。
  5. 如請求項1之變色物件，其中該透光前導體包括金屬薄片、金屬篩網、導電聚合物、碳奈米管或其組合。
  6. 如請求項1之變色物件，其中該透光前電極被整合至該透光非平面成型基板中。
  7. 如請求項1之變色物件，其中該膠囊型電泳介質層包括分散在溶劑中之帶電顏料粒子。
  8. 如請求項7之變色物件，其中該等帶電顏料粒子包括帶有相反電荷之兩組顏料粒子。
  9. 如請求項8之變色物件，其中該第一組帶電顏料粒子為黑色，以及該第二組帶電顏料粒子為白色。
  10. 如請求項7之變色物件，其中該等帶電顏料粒子包括三組顏料粒子。
  11. 如請求項10之變色物件，其中該第一組帶電顏料粒子為紅色，該第二組帶電顏料粒子為綠色，以及該第三組帶電顏料粒子為藍色。
  12. 如請求項7之變色物件，其中該等帶電顏料粒子包括四組顏料粒子。
  13. 如請求項12之變色物件，其中該第一組帶電顏料粒子為白色，該第二組帶電顏料粒子為青色，該第三組帶電顏料粒子為黃色，以及該第四組帶電顏料粒子為洋紅色，或者該第一組帶電顏料粒子為黑色，該第二組帶電顏料粒子為紅色，該第三組帶電顏料粒子為黃色，以及該第四組帶電顏料粒子為藍色。
  14. 一種製造變色物件之方法，包括：提供一透光非平面成型基板；設置一透光導電材料相鄰於該透光非平面成型基板的內表面，從而使該透光非平面成型基板的外表面成為觀看表面；設置一膠囊型電泳介質層相鄰於該透光導電材料；以及 設置一後導體相鄰於該膠囊型電泳介質層。
  15. 如請求項14之方法，進一步包括：提供一電壓源；以及耦接該透光導電材料及該後導體至該電壓源。
  16. 如請求項14之方法，其中該透光非平面成型基板經熱成型、鑄造、射出成型或吹模。
  17. 如請求項14之方法，其中設置透光導電材料包括噴灑式塗佈、濺鍍、原子層沉積、氣相沉積或浸塗。
  18. 如請求項14之方法，其中設置膠囊型電泳介質層包括噴灑式塗佈、浸塗、電沉積、粉末塗佈、絲網印刷或刷塗式塗佈(brush-painting)。
  19. 如請求項14之方法，進一步包括：遮蔽該透光導電材料的一部分；在設置膠囊型電泳介質之後，移除遮罩；以及連接該透光導電材料至一電壓源。
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