電子可切換式保密膜和具有電子可切換式保密膜的顯示裝置製造方法

2023-05-17 21:21:46

電子可切換式保密膜和具有電子可切換式保密膜的顯示裝置製造方法
【專利摘要】本發明描述一種適合在顯示裝置中使用的電子可切換式保密膜。所述電子可切換式保密膜包括：一對相互對置的透明電極；設置在所述透明電極之間的光學透明的微結構化層，所述微結構化層包括橫跨其表面延伸的多個微結構化肋，以使得所述微結構化肋形成一系列交替的肋和通道；和設置在所述通道中的電子可切換的材料，所述電子可切換的材料能夠在施加橫跨所述透明電極的電場時在高吸收狀態與低吸收狀態之間進行調製。
【專利說明】電子可切換式保密膜和具有電子可切換式保密膜的顯示裝
【技術領域】
[0001]本發明涉及光學膜、尤其是可與電子顯示裝置一起使用的保密膜。
【背景技術】
[0002]在電子顯示裝置的領域中已知多種保密膜。觀察者可將保密膜施加到電子顯示裝置的觀測表面，以使得圖像可被選擇性地看到。通常，當觀察者相對於所述保密膜的表面法線位於小視角範圍內時，可透過所述膜看到所顯示的圖像。隨著觀察者的位置改變以使得視角相對於法線增加，則透射過保密膜的光的量減少，直到達到最大視角且無法再觀看到所顯示的圖像時。

【發明內容】

[0003]本發明公開一種電子可切換式保密膜。在用戶想要限制觀看正由電子顯示裝置顯示的信息時，可在保密模式下使用所述膜。當用戶想要共享正在顯示的信息時，可將電子可切換式保密膜切換到公共模式以便進行共享。觀察者可在各模式之間來回切換，而無需從顯示裝置的觀測表面物理地移除所述膜。
[0004]可用不同方式使用所述電子可切換式保密膜。例如，可將所述膜施加到顯示裝置的觀測表面，並通過USB適配器使用內置的變壓器電路來為所述膜供電。所述電子可切換式保密膜還可以在顯示裝置的製造期間被結合到所述裝置中，例如在所述裝置的顯示面板和外部觀測表面(例如，觸控螢幕)之間。在內置於顯示裝置中時，用於保密膜的電力可來自電池或電源插座。這種顯示裝置將內置有公共模式和保密模式，且消費者將無需購買和安裝單獨的保密膜。
[0005]所述電子可切換式保密膜包括一對相互對置的透明電極、和設置在所述透明電極之間的光學透明的微結構化層，所述微結構化層包括橫跨其表面延伸的多個微結構化肋，以使得所述微結構化肋形成一系列交替的肋和通道。所述膜包括設置在所述微結構化層的通道中的電子可切換的材料。所述電子可切換的材料能夠在施加跨越所述透明電極施加的電場時在高吸收狀態與低吸收狀態之間進行調製。所述電子可切換式保密膜優選地包括某些透射特性。在不施加電場時，所述膜處於保密模式下，使得在30°的視角處其透光率小於約10%。在施加電場時，所述膜處於共享模式下，使得其透光率增加，且對於約30°到約45°的視角而言，保密模式和共享模式之間的透射率差至少為5%。在0°到約15°的視角處，所述膜在共享模式和保密模式下的透光率為至少約25%。在以下「【具體實施方式】」中將描述本發明的這些方面和其他方面。在任何情況下都不應將以上
【發明內容】
理解為是對受權利要求書保護的主題的限制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]考慮到結合以下附圖的以下【具體實施方式】，可以更加全面地理解本發明。所述附圖未必按比例繪製。
[0007]圖1A和圖1B分別示出了示例性光學膜的示意性剖視圖和透視圖，所述光學膜可製成電子可切換式保密膜。
[0008]圖2示出了示例性電子可切換式保密膜的示意性剖視圖，示出了所述膜在保密模式和共享模式之間的電子式可切換性。
[0009]圖3和圖4示出了示例性光學膜的示意性剖視圖，所述光學膜可製成電子可切換式保密膜。示出了所述膜的選定幾何參數。
[0010]圖5示出了示例性電子可切換式保密膜的示意性剖視圖。
[0011]圖6示出了對於實例I的電子可切換式保密膜而言隨視角連續變化的歸一化透射率。
[0012]圖7示出了與標準視力檢查表一起使用的示例性電子可切換式保密膜的圖像。
[0013]圖8示出了與示例性電子顯示裝置一起使用的示例性電子可切換式保密膜的示意性表示。
[0014]圖9為包括電子可切換式保密膜的電子顯示裝置的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]已知多種保密膜，且通常將其作為二級市場物品來購買以與電子顯示裝置一起使用，尤其是在人們不希望別人看到屏幕的內容時。用戶將保密膜物理地施加到其顯示裝置的觀測表面上，且在觀測表面上顯示的信息可僅在一定的角度範圍內被觀看到，所述角度範圍在本文中稱為「視角」。通常，所述視角是以垂直於保密膜的軸為中心的一些角度範圍，例如0° +/-30°。許多類型的保密膜的特徵可為具有單一保密模式的「靜態」保密膜。如果觀測表面覆蓋有靜態保密膜，且用戶想要讓別人看到屏幕的內容，則需要從表面物理地移除所述保密膜、並將所述保密膜存儲在不會對其造成損壞的位置中。
[0016]一種類型的靜態保密膜包括設置在聚合物基板上的透明百葉窗膜，其中將吸光材料設置在所述百葉窗之間所形成的通道中，使得形成交替的透明區域和吸光區域。所述透明區域和吸光區域相對地定位以提供受限制的視角。在US6，398，370B1 (Chiu等人)中描述了這種類型的示例性保密膜。
[0017]本文中公開的電子可切換式保密膜不同於常規的保密膜(例如，靜態保密膜)，因為用戶可在共享模式和保密模式之間切換而不必從其顯示裝置的觀測表面移除所述膜。可通過電連接到所述膜的由外部硬體或軟體控制的切換器來實施切換。在一些實施例中，在存在電場時，電子可切換式保密膜處在共享模式下，且在不存在電場時，所述膜處在保密模式下。因此，用戶可通過改變電場的強度來在兩種模式之間來回切換。
[0018]圖1A示出了示例性光學膜的示意性剖視圖，所述光學膜可製成電子可切換式保密膜。光學膜10包括透明電極11和設置在所述電極上的光學透明的微結構化層12。所述光學透明的微結構化層包括橫跨所述層的表面13延伸的多個微結構化肋14。圖1B示出了光學膜10的實施例，其中微結構化肋14橫跨所述光學透明的微結構化層的主表面13延伸，使得形成一系列交替的肋14和通道15。
[0019]圖2示出了示例性電子可切換式保密膜的示意性剖視圖，示出了所述膜在保密模式和共享模式之間的電子式可切換性。電子可切換式保密膜20包括一對相互對置的透明電極21和22，以及設置在所述電極之間的光學透明的微結構化層23。所述光學透明的微結構化層包括橫跨所述層的表面延伸的多個微結構化肋24，例如如圖1B所示，使得形成一系列交替的肋24和包含電子可切換的材料25的通道。所述電子可切換的材料能夠在施加跨越透明電極21和22的電場時在高吸收狀態與低吸收狀態之間進行調製。對於圖2中示出的實施例而言，電子可切換的材料25被示意性地示出為棒狀分子，例如液晶，所述電子可切換的材料在不存在電場時可任意地取向25a，且在存在電場時大致地取向25b。
[0020]已描述影響保密膜性能的幾何參數，例如見US2010/0271721 (Gaides等人);所述專利申請以引用的方式併入本文。因此，僅以保密膜性能為背景提供對這些參數的簡要解釋。在圖3中示出本文所述的幾何參數。圖3示出了示例性保密膜30的示意性剖視圖，所述保密膜包括設置在對置的透明電極31和32之間的光學透明的微結構化層33。所述光學透明的微結構化層包括橫跨所述層的表面延伸的多個微結構化肋34，例如如針對圖1B中的光學膜10所示。通道35形成於相鄰肋之間，且包含電子可切換的材料(未示出)。每個肋/通道的高度為H，每個肋的寬度為W，且間距P指示通道的間距。通道的寬度Y為P-W。光學透明的微結構化層33還包括高度為L的基體36，使得層33的厚度為H+L。肋的間距和形狀確定視角θν。層33的肋縱橫比被定義為H/W，且通道縱橫比為Η/Υ。
[0021]光學透明的微結構化層的參數H、W、P、Y和L可具有任何適合的值，只要所述電子可切換式保密膜可根據需要起作用即可。通常，肋的尺寸被選擇為使得由膜來提供所需的視角。同時，期望的是所述參數被選擇以使得足夠數量的光可通過所述膜並朝向觀察者。較小的通道寬度和較大的間距可導致軸向透射率增加，而較深的通道導致離軸光學散射或吸收增加。
[0022]在一些實施例中，每個肋的高度為約10μπι、15μπι、20μπι*25μπ^?Β^] 150 μ m，且寬度W為約25 μ m到約50 μ m。在一些實施例中，肋縱橫比H/W大於約1.5，例如大於約
`2.0，或大於約3.0。例如，每個肋的高度H可為約25 μ m到約150 μ m，且寬度W為約25 μ m到約50 μ m,使得肋縱橫比H/W大於約1.5。
[0023]在一些實施例中，每個通道的高度H為約25 μ m到約150 μ m，且寬度Y為約Ιμπι到約50μπι。在一些實施例中，通道縱橫比Η/Υ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。當通道縱橫比充分大且通道包含吸光材料(例如二向色染料)時，在不施加電場且所述保密膜在(例如，靜態)保密模式下時，所述膜在30°的視角處表現出低透射率(例如，小於約10%)。在保密模式下，透射率通常隨著角度從30度增加到60度而不斷減小。因此，當保密膜在30°的視角處表現出低透射率(例如，小於約10%)時，所述膜在大於30°的視角處也表現出低透射率，且通常是更低的透射率。
[0024]基體的高度(L)通常被最小化，但前提條件是基體的厚度足以支承大量的肋，且足夠薄以使得其不會干擾保密膜的光學切換和電切換性能。
[0025]所述微結構化肋可具有大致彼此平行的側面或壁，或者所述側面或壁可成角度。圖4示出了示例性保密膜40的示意性剖視圖，所述保密膜包括設置在對置的透明電極41和42之間的光學透明的微結構化層43。所述光學透明的微結構化層包括多個微結構化肋44，和設置在所述肋之間且包含電子可切換的材料(未示出)的通道45。每個微結構化肋具有帶角度的壁46a和46b，且每個壁的壁角度為θ?。所述壁角度可用於使視角發生變化，例如，如US2010/0271721 (Gaides等人)中所述。在一些實施例中，壁角度小於約6°。
[0026]所述光學透明的微結構化層通常為在一定範圍的角度和波長上具有所需的透光率的光學透明的層。所述光學透明的微結構化層在至少一部分可見光譜上(約400nm到約700nm)可具有從約80%到約100%的透光率。在一些實施例中，所述光學透明的微結構化層的霧度值為約0.1%到小於約5%。在一些實施例中，所述光學透明的微結構化層表現出從約80%到約100%的透光率和從約0.1%到小於約5%的霧度值。
[0027]在一些實施例中，所述光學透明的微結構化層的折射率為約1.48到約1.75、或者從約1.48到約1.51。在一些實施例中，在存在電場時，所述光學透明的微結構化層的折射率與電子可切換的材料的折射率密切匹配。例如，在一些實施例中，在所述膜處於共享模式下時，所述光學透明的微結構化層與所述電子可切換的材料之間的折射率差小於約0.05。在一些實施例中，在所述膜處於保密模式下時，所述光學透明的微結構化層與所述電子可切換的材料之間的折射率差大於約0.05。
[0028]所述光學透明的微結構化層可包含任何材料，只要能獲得所述光學透明的層的所需特性即可。通常，所述光學透明的微結構化層大體由包含單體的可聚合組合物形成，所述單體是使用光化輻射(如，可見光、紫外線輻射、電子束輻射、熱、以及它們的組合)或者多種常規陰離子、陽離子、自由基、或其他聚合技術(可為化學引發或熱引發的)中的任何一種進行固化的。
[0029]可用的可聚合組合物包含本領域中已知的可固化基團，例如環氧基團、烯鍵式不飽和基團、烯丙氧基基團、(甲基)丙烯酸酯基團、(甲基)丙烯醯胺基團、氰酯基團、乙烯醚基團、這些基團的組合和類似基團。用於製備光學透明的微結構化層的單體可包含可聚合的低聚物或聚合物，例如氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、環氧(甲基)丙烯酸酯、聚酯(甲基)丙烯酸酯，如 US6，398，370B1 (Chiu 等人)、US2010/0201242 (Liu 等人)、US2010/0271721A1 (Gaides 等人)和 US2007/0160811A1 (Gaides 等人)中所述。
[0030]圖1A中示出的光學膜可使用如(例如)US4，766，023 (Lu等人)中所述的塗布工藝來製作。在這種工藝中，用丙烯酸單體組合物塗布透明電極，例如，如US2007/0160811A1(Gaides等人)中所述。所述組合物通過高強度紫外線輻射而聚合，同時被壓貼到裝飾有微結構化圖案的銅工具上。將呈微結構化層形式的固化組合物與所述工具分離。可通過使用塗布在所述銅工具的表面上的隔離劑來促成分離。還可以通過適合的通道設計來促成分離，例如，如US6，398，370B1 (Chiu等人)中所述，其中通道壁相對於表面法線成幾度的角度。
[0031]用於形成固化聚合物層的單體的特定組合可被選擇為使得所述層的模量足夠低以實現與工具分離，但具有足夠的粘合強度以免在卷對卷處理期間破裂。如果固化聚合物層太軟，則其將粘合失效，但如果所述固化聚合物層太易碎，則其將斷裂或不能與工具分開。單體的組合可被選擇為使得固化聚合物層充分地附著到透明電極，其中所述固化聚合物層形成在所述透明電極上。
[0032]通常，所述電子可切換的材料可包含任何能夠在施加電場到所述透明電極之間時在高吸收狀態與低吸收狀態之間進行調製的電子可切換的材料。已知多種電子可切換的材料，例如液晶和電致變色系統。
[0033]所述電子可切換的材料可包含任何適合的液晶，例如手性液晶、向列型液晶或手性液晶和向列型液晶的組合。在多數情況下，期望的是在存在電場時液晶表現出大致一致的對準。示例性液晶可具有基於芳香族或脂環族基團的核心的化學結構，所述芳香族或脂環族基團可通過鍵合基團連接並以側鏈和端基來封端。脂環族組分包括飽和環己烷，且芳香族組分包括苯基、聯苯和三聯苯單元的各種組合。側鏈和端基的例子為烷基(CnH2n+1)、烷氧基(CnH2n+10)和其他，例如氣烷氧基、酸氧基、烷基碳酸酷、烷氧基擬基、硝基和氛基基團。鍵合基團可包括單鍵(-C-C-)、雙鍵(-CH=CH-)、三鍵(-C = C-)或它們的任何組合，或者可含有酯基團(O-C=O)、偶氮(-N=N-)或席夫鹼(-CH=N-)基團。可用的其他液晶包括雜環化合物、金屬有機化合物、固醇、和脂肪酸的一些有機鹽。
[0034]通常，就液晶(LC)而言，電子可切換的材料表現出介電各向異性和光學各向異性。液晶的介電行為與分子對電場的響應有關。介電常數是描述電場如何影響所述介質的物理量，且由介質響應所施加電場而極化的能力確定。所述介質起反應以使得材料內部的場被部分地抵消。介電各向異性(Λ ε )被定義為平行於長軸指向矢的LC分子的介電常數(ε )與垂直於LC指向矢的介電常數(ε I)的差，或者Λ ε = ε - ε I。因此，介電各向異性的值可為正的或負的。具有正的介電各向異性的LC分子將平行於電場的方向對準，而具有負的介電各向異性的LC分子將垂直於所施加電場對準。所述介電各向異性的量值(即，介電各向異性的絕對值)定義分子能夠響應電場的敏感度，因此介電各向異性的量值越大，切換所需要的電壓越低。
[0035]還存在某些也和液晶分子的不同取向相關的光學特性。由於液晶分子通常為棒狀形狀，因此這些分子的特徵可為具有長軸和短軸。光的折射率沿著液晶分子的每個軸而不同，使得液晶被認為表現出光學各向異性。例如，隨機取向的液晶分子具有有效折射率IWf。所述有效折射率是液晶的正常折射率(η。，平行於分子長軸的指向矢)和反常折射率(?，平行於分子短軸的指向矢)的特性統計均值，其中Ueff=OiJrO/2)。在一些實施例中，液晶的折射率範圍為約1.52 (η。)到約1.75 (ne)。因此，在一些實施例中，neff約為1.64。在並未將任何電場施加到液晶時，如在保密模式下，有效折射率開始起作用。當液晶的折射率大致不同於微結構化肋的折射率時，可在界面之間發生光學散射，從而增加霧度並降低光通過所述膜的透射率。在將電場施加到液晶(例如，共享模式)時，液晶分子的長軸平行於電場線對準，且正常折射率(η。)開始生效。現在，微結構化肋的折射率與液晶的折射率密切地匹配，且光通過所述保密膜。在圖2中描`繪此操作原理。
[0036]在不施加電場時，所述膜處於保密模式下，使得在30°的視角處所述膜的透光率小於約10%。在施加電場時，所述膜處於共享模式下，使得其透光率增加，且對於約30°到約45°的視角而言，保密模式與共享模式之間的透射率差為至少5%。在0°到約15°的視角處，所述膜在共享模式和保密模式下的透光率為至少約25%。在保密模式下與在共享模式下相比，在30度的視角處，電子可切換式保密膜的霧度之間的差通常為至少_15%(g卩，減少15%)或-20%。在一些實施例中，在保密模式下與在共享模式下相比，在30度的視角處，電子可切換式保密膜的霧度之間的差為至少-30%或-35%。在30度處、在保密模式與共享模式之間的霧度差通常不大於_50%。
[0037]在使用液晶作為電子可切換的材料時，所述電子可切換的材料響應的電場可由透明電極之間的距離確定，所述距離可為約50 μ m到約150 μ m,且施加到所述電極的電壓可為約220V或更小。為了提供必要的電場所必需的電壓可由透明電極之間的距離和通道的尺寸確定。
[0038]所述電子可切換的材料可被選擇為使得在施加電場時，所述電子可切換式保密膜在共享模式下，使得其透光率增加，且對於約30°到約45°的視角而言，保密模式與共享模式之間的透射率差為至少5%。對於一些實施例而言，所述差為至少6%、7%、8%、9%或10%。當在共享模式下時，對於介於從30度到45度之間的角度而言，所述透射率通常為至少10%到15%。在一些實施例中，對於從30度到45度的角度而言，保密膜在共享模式下的透射率不大於40%、或35%、或30%、或25%。
[0039]所述電子可切換的材料可包含任何在其中使用所述保密膜的顯示裝置的操作條件下保持穩定的適合材料。因此，適合的電子可切換的材料可在連續暴露到紫外線和可見光以及輻射熱的情況下保持穩定。
[0040]相對於電子可切換的材料的總重量，可使用任何數量的液晶，只要可獲得所需的材料特性即可。例如，所述電子可切換的材料所包含的液晶的數量相對於所述材料的總重量可為約90wt.%到約99wt.%。
[0041]在一些實施例中，所述電子可切換的材料包含二向色染料與液晶混合的「賓-主」混合物。在這些系統中，在電觸發期間，液晶的長軸指向矢在電場線的方向上對準。在電觸發期間，染料分子與液晶的指向矢一起旋轉，從而放大了開狀態和關狀態之間的透射率改變的效果。
[0042]適合的二向色染料包含具有由於存在強的軸向偶極矩所致的大介電各向異性的二向色染料。例如，二向色染料的介電各向異性可至少為液晶的介電各向異性。適合用於所述電子可切換的材料中的二向色染料的其他所需特性包含以下特性:在連續暴露到紫外線和可見光時保持穩定、具有聞的二向色比率、在液晶介質中的良好溶解度、以及具有聞的消光係數。適合的二向色染料包括黑色染料，或者提供黑色染料的吸收特性的紅色、黃色、綠色等染料的任何組合。可使用任何數量的二向色染料，只要電子可切換的材料可表現出所需特性即可，例如相對於電子可切換的材料的總重量從約0.lwt-%到約10wt-%。
[0043]液晶分子和染料分子之間的偶聯強度稱為有序參數(order parameter)0液晶分子與染料分子之間的優選偶聯由有序參數I表示，且通常所需有序參數儘可能地接近1，使得在共享模式下由染料分子對光的吸收是最小的。有序參數可為約0.6到1.0，或為約
0.7到約0.9。電子可切換的材料的一個例子包括向列型液晶和二向色黑色染料的混合物，所述混合物以商品名「ZL1-4727」得自默克集團(Merck KGaA)公司(達姆施塔特，德國(Darmstadt, Germany))。
[0044]所述電子可切換的材料可包含手性摻雜物，所述手性摻雜物降低需要施加在透明電極之間以便在保密模式和共享模式之間切換的電壓的閾值。所述手性摻雜物可包含手性添加劑和向列型液晶的混合物。可用的手性摻雜物包括具有大於約30、或者從約30到約80的介電各向異性的手性摻雜物。所述電子可切換的材料中使用的手性摻雜物的數量取決於材料的具體性質；通常，手性摻雜物的數量相對於電子可切換的材料的總重量可最多至約 40wt.%。
[0045]手性液晶分子產生以下相位:其中分子垂直於指向矢扭轉，且分子軸平行於指向矢。手性間距(P)是指液晶分子在其上經歷完全360°扭轉的距離。當溫度發生改變時，或者當將其他分子(例如非手性材料)添加到液晶宿主時，所述間距改變，從而允許相應地調節所述間距。在可切換保密膜的一些實施例中，液晶組合物的間距長度可大於約800nm，例如從約800nm到約1500nm，這會增加在不存在電場時在所有視角下的吸收。
[0046]在一些實施例中，如在IKHz和20°C處所測量，電子可切換的材料的介電各向異性的量值大於約20、大於約25或大於約30。在一個實施例中，電子可切換的材料包含第一電子式可切換(例如，液晶)材料和第二電子式可切換(例如，手性摻雜物)材料的混合物，所述第一電子可切換的材料具有相對低的介電各向異性，所述第二電子可切換的材料具有高的介電各向異性，使得如先前所述，所述混合物的介電各向異性的量值大於約20、大於約25、或大於約30。如在IKHz和20°C處所測量，所述第一電子式可切換(例如，液晶)材料的介電各向異性小於15或10，且第二電子式可切換(例如，手性摻雜物液晶)材料的介電各向異性可為至少30、40、50或60。例如，在一些實施例中，在較低介電各向異性的二向色向列型液晶組分的基質(例如，「ZL1-4727」)中使用高介電各向異性材料(例如「MDA-04-927」 (MerckKGaA))。然而，在施加電場時，所述ZL1-4727材料本身並不提供顯著的光學切換。
[0047]所述電子可切換的材料還可以包含分散有聚合物的液晶(PDLC)組合物。TOLC構造增強所述可切換保密膜的耐用性和易於處理性。在I3DLC構造中，將溶解於可聚合單體/交聯劑/光引發劑組合物中的液晶材料的混合物裝載到膜的通道中，並使用紫外線輻射來固化。在固化時聚合物的分子量的增加引起混合物分層，從而形成分散在聚合物基質中的液晶「液滴」。通常，選擇折射率(np)類似於液晶的正常軸的折射率(?=?)的聚合物基質以便最小化在共享模式下的霧度。可基於單體功能性和用於固化的輻射強度來控制所述液晶液滴的尺寸。如果被正確地設計，則較小的液滴尺寸會導致隨機取向液晶的許多多晶區域、較高的光學散射和較低的切換電壓。然而，一些聚合物可對液滴內部的液晶施加強的「錨固」力，這會增加完全切換所需的閾值電壓。在一些實施例中，在共享模式下，在TOLC材料中使用的聚合物的折射率為約1.52到約1.75，以匹配液晶的折射率。
[0048]可用於可切換保密膜的另一種電子可切換的材料是電致變色系統。電致變色系統包含在所施加電場下由於出現可逆的氧化還原反應而經歷色彩改變的材料，其中所述可逆的氧化還原反應涉及存在於所述透明電極之間的層中的發色團。這些材料可在澄清或相對低吸收狀態與高著色高吸收狀態之間切換。通常在電致變色系統中使用的材料包含表面結合紫羅鹼染料、吩噻嗪類、二芳基乙烯和導電聚合物(例如聚噻吩)。通常，施加外部電場會產生色彩改變，所述色彩改變會持續到移除電場時為止，此時系統回復到零電場狀態。許多電致變色材料在不存在電場時是無色的，且在施加電場時切換到高著色狀態，但還已知展示相反行為的一些系統。還已知光/電致變色系統，其中在暴露到紫外線輻射下時材料可在澄清狀態和高著色狀態之間切換，然後通過施加電場而切換回到澄清狀態。在US6, 301，038、US6, 870，657、US2010/0315693 和 Y.Ding 等人的 J.Mater.Chem.(2011 年，21，11873)中描述示例性電致變色系統。
[0049]實現本文 公開的保密膜的切換的電子刺激源於一對對置的透明電極。透明電極是大致光學透明的，使得在透過所述透明電極觀看物體時，觀察到物體有極少的失真或者沒有失真，或者觀察到某個可接受程度的失真。在一些實施例中，適合的透明電極表現出極小的霧度或者沒有霧度，這意味著，它可能具有不大於約10%、不大於約5%或不大於約2%的霧度值。在一些實施例中，透明基板在至少一部分可見光譜(約400nm至約700nm)內具有從約80%到約100%的高透光率。兩個對置的透明電極之間的距離通常為約25 μ m到約150 μ m。[0050]在一些實施例中，所述透明電極中的一個或兩個包括設置在透明基板上的導電層。圖5示出了示例性電子可切換式保密膜50的示意性剖視圖，所述電子可切換式保密膜包括設置在對置的透明電極52之間的光學透明的微結構化層53。所述光學透明的微結構化層包括多個微結構化肋54，和設置在所述肋之間且包含電子可切換的材料55的通道。每個透明電極52包括設置在透明基板57上的導電層58，其中所述導電層與光學透明的微結構化層53相鄰。
[0051]所述導電層可包含導電金屬氧化物，例如氧化銦錫(ΙΤ0)、摻銦的氧化鋅、摻氟的氧化錫、導電聚合物(例如聚苯胺或聚(乙烯二氧噻吩)/聚磺苯乙烯、納米碳(例如碳納米管或石墨烯)、印刷金屬網格或自組裝金屬網格、或金屬納米線、或它們的組合物。在一些實施例中，所述導電層包括銀納米導線。導電層的厚度可小於約500nm。在一些實施例中，導電層以一些不連續形式橫跨透明基板的表面設置，從而形成包括透明導電區域和透明非導電區域的圖案。
[0052]在一些實施例中，透明電極包括設置在透明基板上的金屬納米線，且聚合物保護層設置在與透明基板對置的金屬納米線上。在Pellerite等人的提交於2011年4月15日的美國專利序列號第61/475860號中描述了這些透明電極。例如，所述透明電極可包括表現出50到150Ω/平方的片材電阻的銀納米導線層，所述銀納米導線層外敷有聚合物層以保護銀免受氧化，且增強隨後施加的光學透明的層的附著力。另外，與其他導電材料相比，基於銀納米導線的透明電極可在較低的片材電阻下提供高的透射水平。
[0053]所述聚合物保護層可包含多官能(甲基)丙烯酸酯的反應產物，例如多官能(甲基)丙烯酸酯和氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯低聚物的反應產物。在一些實施例中，所述聚合物保護層包含聚合物，例如(甲基)丙烯酸甲酯聚合物和多官能(甲基)丙烯酸酯的反應產物。可用於所述聚合物保護層中的材料的具體例子包含季戊四醇三丙烯酸酯(來自沙多瑪公司(Sartomer C0.)的SR444C)、己二醇二丙烯酸酯、氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(來自沙多瑪公司(Sartomer C0.)的CN981B88)、來自氰特工業公司(Cytec Industries)
的UcecOLUΦ 7655和7689、聚甲基丙烯酸甲酯(例如，可得自璐彩特國際公司(Lucite
International, Inc.)的Elvacite 2041)、聚苯乙烯和聚乙烯醇縮丁醒(例如,可得自首諾
公司(Solutia Inc.)的Butvar+K—'聚合物)。所述聚合物保護層可包含直徑為約IOnm到約500nm的納米粒子，得到重量比為約85:15到約25:75的聚合物納米粒子。通常，聚合物保護層的厚度為約50nm到約I μ m。
[0054]如Pellerite等人所述，聚合物保護層可包含選自氧化銻錫、氧化鋅和氧化銦錫的納米粒子；且設置在不帶有導電層的透明基板上的聚合物保護層的片材電阻大於約IO7Ω/sq。
[0055]所述透明基板可以包含任何可用的材料，例如聚合物、玻璃、陶瓷、金屬、金屬氧化物、或它們的組合物。可用作透明基板的聚合物的例子包括熱塑性聚合物，諸如聚烯烴、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碳酸酯、聚酯以及聯苯基或萘基液晶聚合物。可用的熱塑性塑料的其他例子包括聚乙烯、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)、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、醋酸纖維素和聚(偏二氟乙烯)。這些聚合物中的一些還具有光學性質(例如，透明性)，這樣的光學性質使得它們特別適合於某些顯示器應用，其中，它們將會支持圖案化導體，例如聚碳酸酯和/或聚酯。所述透明基板可具有任何可用的厚度，介於從約5μπι到約ΙΟΟΟμπι之間的範圍內。
[0056]所述電子可切換式保密膜包含在所述膜的頂部和底部兩者上的暴露導電材料，以實現通過銀膏或另一適合的導體材料與透明電極的電接觸。將正偏壓施加到一個導體上，同時將負偏壓(或接地端子)施加到另一導體上，或者反之亦然。所述兩個透明電極之間的位勢差實現了電場，所述電場用於使所述電子可切換的材料通電以便在保密模式和共享模式之間切換。
[0057]本文還公開了一種電子可切換式保密膜裝置，所述電子可切換式保密膜裝置包括電子可切換式保密膜和用於提供所述電場的電路。電路可包括變壓器、放大器、整流器、二極體、電阻、電容器、電晶體等。
[0058]本文還公開了一種顯示裝置，所述顯示裝置包括如本文所述的電子可切換式保密膜。通常，所述顯示裝置包括一些類型的透光性顯示面板，例如液晶顯示器(LCD)面板。LCD裝置通常包括與所述透光性顯示面板相鄰並提供觀測表面的外部基板或光輸出基板。
[0059]在一些實施例中，所述電子可切換式保密膜設置在所述觀測表面上，例如，在由消費者施加時。例如，可使用另外的鑲條將所述裝置掛在顯示器前面，其中所述鑲條具有操作所述裝置所需的內置電路。所述鑲條可包括如操作所述裝置所需的內置電路。作為另外一種選擇，所述鑲條可僅提供一種用於將電子可切換式保密膜附接到所述顯示裝置的裝置。在這個實施例中，操作所述電子可切換式保密膜所需的電路可以是與所述顯示裝置的USB埠接合的繩索上的雙態切換開關。作為另外一種選擇，所述顯示裝置的軟體(例如使用擊鍵或滑鼠點擊)可控制保密模式與共享模式之間的電壓。在另一個實施例中，可使用光學透明的粘合劑55將電子式可切換保密膜20附接到顯示器，例如圖9所示。
[0060]所述電路是裝置構造的組成部分。在任何前述實施例中，能夠將來自計算機監視器的交流插座的「熱引線」正偏壓分流到兩條導線中，一條導線進入顯示器，且另一條導線進入到電子可切換式保密膜的正觸點。負偏壓電極可被附接到金屬接地。作為另外一個選擇，電力可來自電池或額定值為5V、500毫安的USB埠。可使用變壓器電路將電壓適當地升頻以產生足夠高的電壓、將實現電子可切換的材料的完全切換的低電流切換波形。在「開」狀態(共享模式)下，用於操作顯示裝置的電流可以是極低的，約為I到3毫安。因此，在使用等於120V的電壓時，如果保持打開共享模式，則所消耗的總功率將約為數百毫瓦。
[0061]可使用方波頻率圖案，且所述方波頻率圖案可在切換行為中提供最聞效率。這是因為，方波電源幾乎在瞬間就反轉其極性，因此液晶沒有時間在畸變狀態和對準狀態之間切換並在所施加電場的每個周期期間維持no和np之間的匹配；例如，見US5，156，452(Drzaic 等人)。
[0062]圖7示出了與標準視力檢查表一起使用的示例性電子可切換式保密膜的圖像。在保密模式下，如左上象限中所示，相對於保密膜的法線以某一離軸角度定位的觀察者不能觀看到膜後面的字母。觸發電子切換使得將保密膜電子切換到共享模式，且如右面所示，可看到膜後面的字母。從軸向位置(相對於膜的法線為零度角)，無論所述保密膜是否已被電子切換，在保密模式和共享模式下都可以看到膜後面的字母。
[0063]圖8示出了結合電子顯示裝置使用的示例性電子可切換式保密膜的示意性表示。在這個表示中，保密膜被設置在裝置的觀測表面上，或者其被容納在裝置內，例如在液晶顯示面板和形成外部觀測表面的基板之間。在保密模式下，如所述表示的左上象限中所示，相對於觀測表面的法線以一定的離軸角度定位的觀察者不能觀看到所顯示的內容。裝置的用戶觸發電子切換，使得將保密膜電子切換到右面示出的共享模式，且觀察者能夠在無需重新定位其自身的情況下觀看到所顯示的內容。所述用戶是軸向定位的，或相對於觀測表面的法線以零度角定位，且無論所述保密膜是否已被電子切換，在保密模式和共享模式下都可以觀看到由裝置顯示的內容。
[0064]SM
[0065]誘明電極的制各
[0066]如Pellerite等人的提交於2011年4月15日的美國專利序列號第61/475860號的實例15到18中所述來製備透明電極。使用在送料速度為15英尺/分鐘、油墨流速為
15.5cc/分鐘、乾燥爐空氣流為19.7米/秒且乾燥爐溫度為105 0F (區I)和175 0F (區2)和250 0F (區3)的情況下操作的9英寸模具塗布機，將使用W02008/046058 (Allemand等人)中的實例5中公開的方法製備的銀納米導線油墨塗布在5密耳的PET膜(得自杜邦帝人薄膜(DuPont Teijin Fi Ims )的Melinex? 618)上。使用非接觸式探針(得自Delcom產品
公司(Delcom Products Inc.)的Delcom717R非接觸式電導係數監測器)測得所得塗層的片材電阻是60-100 Ω/sq，且發現在Haze-Gard Plus霧度計(美國ΒΥΚ-Gardner公司)上測得的透射率和霧度分別是90-92%和1.4-1.6%。
[0067]聚合物外敷溶液的製備如下。通過以下方式來製備濃縮液:將季戊四醇三丙烯酸酯(來自沙多瑪公司(Sartomer C0.)的SR444)和甲基丙烯酸甲酯聚合物(來自貓彩特國
際公司(Lucite International, Inc.)的 Flvacitc9 2041)的 85:15 (w:w)混合物溶解
到丙酮中達10wt%的總固體量。以0.2wt%的總固體量添加光引發劑(來自汽巴精化(Ciba
Specialty Chemicals)的Irgaeure? 651 )。通過以下方式來製備聚合物外敷溶液:組
合ATO溶膠(IPA中的標稱30wt.%氧化銻錫(ATO)納米粒子，得自韓國先進納米產品公司(Advanced Nano Products))和上述IOwt.%的濃縮液,在數量上給出ATO:有機固體的重量比為25:75，並使用1:1的IPA:
[0068]雙丙酮醇將所得混合物稀釋為5wt%的總固體量。
[0069]將所述聚合物外敷溶液塗布到導體層的頂部上。使用上述乾燥爐和空氣流設置，在送料速度為20英尺/分鐘、溶液流速為IScc/分鐘、紫外線板溫度為70 °F、氮氣氣氛和100%紫外線燈功率的情況下，對用於進行油墨塗布的9英寸模具塗布機執行塗布。使用BYK-Gardner HazeGard Plus，透射率和霧度分別測得為87.5%和1.17%。使用上述Delcom系統，測得片材電阻為72.3 Ω/sq。
[0070]光學透明的微結構化層
[0071]在表I中示出所述實例中採用的光學透明的微結構化層的特性。
[0072]表1.光學透明的微結構化層的特性
[0073]
【權利要求】
1.一種電子可切換式保密膜，包括: 一對相互對置的透明電極； 設置在所述透明電極之間的光學透明的微結構化層，所述微結構化層包括橫跨其表面延伸的多個微結構化肋，使得所述微結構化肋形成一系列交替的肋和通道； 設置在所述通道中的電子可切換的材料，所述電子可切換的材料能夠在施加橫跨所述透明電極的電場時在高吸收狀態與低吸收狀態之間進行調製； 其中: 當不施加所述電場時，所述膜處於保密模式下，使得在30°的視角處所述膜的透光率小於10% ； 當施加所述電場時，所述膜處於共享模式下，使得其透光率增加，並且對於30°到45°的視角而言，所述保密模式與所述共享模式之間的透射率差為至少5%， 在0°到15°的視角處，所述膜在共享模式和保密模式下的透光率為至少25%。
2.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包含液晶材料或電致變色材料。
3.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包含液晶和二向色染料的混合物。
4.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包含手性液晶和二向色染料的混合物。·
5.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包含向列型液晶和二向色染料的混合物。
6.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包含手性液晶、向列型液晶和二向色染料的混合物。
7.根據權利要求6所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料具有800nm到1500nm的間距長度。
8.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包含分散在聚合物基質中的液晶和二向色染料。
9.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料的介電各向異性的量值大於20。
10.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料包括介電各向異性為至少20、30、40、50或60的電子可切換的材料。
11.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述電子可切換的材料具有1.52到1.75的折射率。
12.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述光學透明的微結構化層的每個肋具有25μπι到150μπι的高度以及25μπι到50 μ m的寬度。
13.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中每個肋具有高度H、寬度W以及大於1.5的肋縱橫比H/W。
14.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述光學透明的微結構化層的每個通道具有25 μ m到150 μ m的高度以及I μ m到50 μ m的寬度。
15.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中每個通道具有高度H、寬度Y以及大於5的通道縱橫比H/Y。
16.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述光學透明的微結構化層具有1.48到1.75的折射率。
17.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中當所述保密膜處於所述共享模式下時，所述電子可切換的材料和所述光學透明的微結構化層的折射率之間的差小於0.05。
18.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中當所述保密膜處於所述保密模式下時，所述電子可切換的材料和所述光學透明的微結構化層的折射率之間的差大於0.05。
19.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中所述兩個對置的透明電極之間的距離為25 μ m到150 μ m。
20.根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，其中每個透明電極包括設置在透明基板上的導電層，並且每個導電層與所述光學透明的微結構化層的對置主表面相鄰。
21.根據權利要求20所述的電子可切換式保密膜，其中所述導電層中的至少一個包含金屬納米線、導電金屬氧化物、導電聚合物、石墨烯或碳納米管。
22.根據權利要求20所述的電子可切換式保密膜，其中所述導電層中的至少一個包含金屬納米線和設置在與所述透明基板對置的所述導電層上的聚合物保護層。
23.一種電子可切換式保密膜裝置，包括: 根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜，和 用於提供所述電場的電路。`
24.—種顯示裝置，包括: 透光性顯示面板， 與所述透光性顯示面板相鄰的光輸出基板，所述光輸出基板包括與所述透光性顯示面板對置的觀測表面，和 設置在所述觀測表面上的根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜。
25.—種顯示裝置，包括: 透光性顯示面板， 與所述透光性顯示面板相鄰的光輸出基板，所述光輸出基板包括與所述透光性顯示面板對置的觀測表面，和 設置在所述透光性顯示面板和所述光輸出基板之間的根據權利要求1所述的電子可切換式保密膜。
26.根據權利要求25所述的顯示裝置，其中所述光輸出基板包括觸控螢幕。
【文檔編號】G02F1/00GK103827726SQ201280047848
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月20日 優先權日:2011年9月30日
【發明者】埃文·L·施瓦茨, 馬克·J·佩萊裡蒂, 丹尼爾·W·亨嫩, 馬克·D·拉德克利夫, 麥可·L·斯坦納, 馬裡·A·布洛斯, 麥可·E·勞特斯, 加裡·T·博伊德, 約翰·P·貝茨爾德, 約翰·J·斯特拉丁格, 維維安·W·瓊斯 申請人:3M創新有限公司