外观修改设备、 制造这种设备的方法和操作这种设备的方 法 技术领域 本发明涉及一种用于制造外观修改设备的方法。 本发明还涉及一种外观修改设备 和一种用于操作这种外观修改设备的方法。
背景技术 对于许多类型的产品而言, 产品的可定制外观可能是所希望的。 例如, 可能吸引人 的是, 能够根据其当前状态定制产品的至少一部分的外观、 以直观且吸引人的方式向用户 传递有关产品的当前状态的信息。同样可以被视为对产品的用户有吸引力的是, 能够改变 其外观以反映用户的个性或心情等等。
依照一个公知的实例, 产品的这种可定制外观通过诸如移动电话之类的消费电子 产品上的可交换 “皮肤” 来实现。这种类型的 “皮肤” 典型地作为可由产品的用户交换的塑 料壳而提供。
同样被建议的是, 使用覆盖产品表面的外观修改设备的可电控光学特性来改变产 品的外观。
US2004/0189591 公开了覆盖可编程遥控器的控制按钮的电泳显示设备形式的这 种外观修改设备的一个实例。根据要通过可编程遥控器控制的部件, 调节电泳显示设备以 显示与要控制的特定部件有关的设置。
US2004/0189591 中公开的外观修改设备以夹在顶部电极层与底部电极层之间的 微胶囊的形式提供。 每个微胶囊包含悬浮在透明悬浮介质中的带正电的白色素芯片和带负 电的黑色素芯片。通过在 US2004/0189591 的外观修改设备中形成适当的电场模式, 可以形 成黑白图像, 其因此归因于对应按钮。
尽管允许修改产品 (更特别地, 可编程遥控器) 的外观, 但是 US2004/0189591 中公 开的外观修改设备并不适合于每个应用。 特别地, 当由其覆盖的表面本身传递信息时, 不能 使用上面描述的外观修改设备的类型。 例如, 所述表面的至少一部分可能是这样的显示器, 其只是有时是激活的, 但是此时必须对于产品的用户清晰可见。此外, US2004/0189591 的 外观修改设备需要相对较高的驱动电压, 该驱动电压典型地介于 5V 至 15V 之间。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺陷, 本发明的总体目的是提供一种改进的外观修改 设备、 用于制造这种外观修改设备的方法以及用于操作该外观修改设备的方法。
依照本发明的第一方面, 这些和其他目的是通过一种制造用于修改由其覆盖的表 面的视觉外观的外观修改设备的方法来实现的, 该方法包括步骤 : 提供第一衬底, 该第一衬 底在其第一侧上具有由电介质层覆盖的第一电极层 ; 提供第二衬底, 该第二衬底与第一衬 底的第一侧相对 ; 在第一和第二衬底之间设置隔离结构以形成多个单元 (cell) , 使得由每 个单元占用的区域包括第一电极层的部分 ; 提供至少通过电介质层与第一电极层隔开的第二电极, 在每个单元中在电介质层内形成凹口 ; 以及在每个单元中提供具有散布于其中的 多个颗粒的光学透明流体。
应当指出的是, 依照本发明各个方面的方法中没有一个限于以任何特定顺序执行 其步骤。此外, 一些步骤可以在一个时间点执行并且其他步骤在另一时间点执行。
在本申请中, “流体” 应当被理解为一种物质, 其响应于任何力而改变其形状并且 倾向于流动或者符合流体可能包含于其中的腔室的轮廓。 术语 “流体” 因此包括气体、 液体、 蒸气并且当固体和液体的混合物能够流动时包括这些混合物。
术语 “颗粒” 并不限于固体颗粒, 而是也包括液滴和流体填充胶囊。
第一和第二衬底中的任何一个或者二者典型地可以作为片状物而提供, 其可以是 或多或少柔性的。适当的衬底材料包括例如玻璃、 聚碳酸酯、 聚酰亚胺等等。
此外, 第一和第二衬底中的至少一个应当是透明的, 以使得观看者能够在颗粒散 布于流体中时看见颗粒的光学特性。
在本文中, “光学透明” 介质指的是允许撞击其上的光 (可见光谱中的电磁辐射) 的 至少一定份额通过的介质。
本发明基于以下认识 : 可以通过使用电泳设备的所谓的平面内切换来有利地实现 用于修改由其覆盖的表面的外观的外观修改设备。 本发明人进一步认识到, 可以通过利用电介质层覆盖第一电极层并且然后在电介 质层中形成凹口来有利地制造这种外观修改设备, 这最小化了对于第一电极图案化和对准 的需要。
所述凹口应当这样提供, 使得第一电极层被暴露, 或者至少仅由非常薄的其余电 介质层覆盖, 与单元有关的其余层的厚度条件由以下表达式给出 :
。 以上面的条件被满足的方式在电介质层内提供凹口, 导致单元中的电场配置, 当 在第一和第二电极之间施加电压时, 其有效地使散布在流体中的颗粒集中到由凹口 (典型 地使第一电极层的部分暴露) 构成的第一颗粒集中位点和 / 或由第二电极的配置确定构成 的第二颗粒集中位点。通过这种方式, 无需另外的控制电极将颗粒集中到每个单元的小部 分, 由此可以最大化每个单元中的可控区域与该单元的总区域之间的比值。 此外, 制造被简 化, 因为与现有技术相比, 需要更少的层以及因而更少的对准。
通过在电介质层内提供凹口, 可以通过凹口的位置和配置以及通过电介质层的电 特性 (尤其是电导率) 控制单元中的电场。通过选择具有比单元中的流体的电导率更低的电 导率的电介质层, 当在第一和第二电极之间施加适当的电压时, 可以对电场定形以便有效 地将颗粒引导到由凹口 (典型地使第一电极的部分暴露) 构成的第一颗粒集中位点。
电介质的凹口在单元中的哪个位置是最希望的, 取决于外观修改设备的应用。对 于一些应用而言, 可能有利的是使凹口居中地位于每个单元中, 而其他应用可能受益于偏 离中心的定位, 或者一些单元具有中心定位的凹口以及其他单元具有偏离中心的凹口的混 合。
第一电极和电介质层可以是透明的, 从而允许在颗粒集中到所述颗粒集中位点中 的至少一个 (邻近至少一个电极) 时的状态下实现透明单元特性。如果例如由外观修改设备
覆盖的表面传递信息, 那么透明状态会是有益的。
为了实现这样的透明特性, 第一电极可以由诸如透明导电膜 (例如 ITO、 IZO 或类 似物) 之类的透明材料制成, 并且电介质层可以由诸如氧化硅、 氮化硅之类的透明电介质材 料或者本领域中已知的任何其他适当的透明电介质制成。
隔离结构可以作为周期性或非周期性模式而提供。
此外, 为了降低莫尔效应, 隔离结构可以有利地为非矩形的, 例如六边形模式或非 重复性彭罗斯 (Penrose) 平铺, 其形成包含流体的单元。
依照一个实施例, 第二电极可以在第一衬底第一侧的电介质层上提供。 因此, 第二 衬底可以基本上不对准地设置。
依照另一实施例, 第二电极可以包含在隔离结构中并且与隔离结构一起提供。隔 离结构的至少一部分可以构成第二电极。提供导电隔离结构可以有助于制造, 因为隔离结 构和第二电极二者同时被提供。
依照又一个实施例, 第二电极可以预先在第二衬底上形成并且提供第二衬底的步 骤可以包括步骤 : 调整第二电极以便相对于电介质层中的凹口侧向偏移 ; 以及将第二衬底 附接到第一衬底。 尽管典型地需要比第一和第二电极二者设置在第一衬底上时或者提供导电壁时 的情况更精确的对准, 但是可以实现更鲁棒的外观修改设备, 因为在第二衬底上提供第二 电极降低了外观修改设备对于在电介质层中出现针孔或其他缺陷的敏感性。
在该实施例中, 隔离结构可以有利地预先在第二衬底上形成, 这预期会提高提供 第二衬底时的对准公差。
此外, 在电介质层内形成凹口的步骤可以有利地包括步骤 : 将第一材料移除束定 向到这样的方向, 使得隔离结构阻止第一材料移除束撞击单元的第一段之外的电介质层 ; 将第二材料移除束定向到这样的方向, 使得隔离结构阻止第二材料移除束撞击单元的第二 段之外的电介质层, 该第二段与第一段不同并且在与电介质层的所述部分相应的单元区域 中与第一段重叠。
像在干法蚀刻的情况中一样, 第一和第二材料移除束可以例如是轰击电介质材料 以便将材料从电介质层的所述部分移除的离子流, 例如氮或氯的等离子体。通过从至少两 个倾斜角度蚀刻, 隔离结构用作在每个单元内将电介质层的第一部分从第一束遮蔽并且将 电介质层的第二部分从第二束遮蔽的荫罩。因此, 有可能控制单元中第一段和第二段重叠 所在的电介质层的中心部分比电介质层的其余部分被移除得更多。由此, 可以使用隔离结 构作为荫罩借助于自对准使第一电极的可控部分暴露, 并且不需要附加的荫罩对准步骤。 这允许实现简化且成本有效的制造工艺。
应当指出的是, 许多其他类型的材料移除束都可以是可行的, 例如用于激光消融 的激光束、 用于水注切割的水注、 用于机械磨蚀的粒子束等等。
第一材料移除束和第二材料移除束可以同时撞击电介质材料, 其例如来源于两个 不同的源, 或者借助于例如旋转蚀刻器顺序地撞击电介质材料。
而且, 在电介质层内形成凹口的步骤可以在卷到卷工艺中执行。第一衬底和隔离 结构可以在不同的时间相对于单个材料移除束形成不同的角度, 或者两个或更多材料移除 束源可以相对于第一衬底和隔离结构形成不同的角度。
而且, 在与每个单元相应的区域中, 可以在电介质层内形成多个凹口。
在每个单元中具有多个凹口, 这些凹口优选地为在电介质层中形成的使第一电极 的相应部分暴露的开口, 在其中在第二衬底上提供第二电极的应用中是特别有利的。为了 确保当从散布状态转到其中颗粒邻近至少一个电极地集中的状态时颗粒侧向运动, 需要单 元中电场的侧向分量。因此, 第二衬底应当有利地被设置成使得第一衬底上的颗粒集中位 点与第二衬底上的颗粒集中位点之间的重叠被阻止。 颗粒集中位点应当被理解为其中当施 加适当的电压时颗粒集中的位置。
为了阻止这种重叠, 典型地需要对准步骤。通过在覆盖第一电极层的电介质层内 提供若干开口, 在第一衬底上提供了若干颗粒集中位点。因此, 提高了对准公差。
依照本发明的第二方面, 上述和其他目的是通过一种外观修改设备来实现的, 该 外观修改设备用于修改由其覆盖的表面的外观, 包括 : 第一衬底, 其具有设置在其第一侧上 的第一电极层, 该第一电极层被电介质层覆盖 ; 第二衬底, 其与第一衬底的第一侧相对地设 置; 隔离结构, 其将第一和第二衬底隔开, 使得第一和第二衬底之间的空间被划分成多个单 元; 在每个单元中, 具有其中散布的多个颗粒的光学透明流体, 这些颗粒可通过施加电场而 在流体中运动 ; 以及至少通过电介质层与第一电极层隔开的第二电极, 其中在每个单元中, 电介质层具有在其中形成的凹口以便使第一电极层的相应部分暴露 ; 并且其中每个单元内 的颗粒的分布可通过在所述电极之间施加电压而被控制从第一散布状态到其中邻近电介 质层中的凹口和第二电极中的至少一个地集中颗粒的第二状态。 应当指出的是, 流体中散布的颗粒可以带电或者可以不带电。对于不带电颗 粒, 可以通过介电电泳使得颗粒响应于电场的施加而运动, 所述介电电泳详细地记载于 H.A. Pohl 的 “Dielectrophoresis; the behavior of neutral matter in non-uniform electric fields” , University Press, Cambridge, 1978。
在带电颗粒的情况下, 大多数颗粒有利地可以具有同号电荷, 以便防止相反电荷 的颗粒的聚集。 (流体的电中性由相反电荷的离子的存在保证) 。
然而, 同样可能有利的是提供作为带正电和带负电颗粒的混合物的颗粒。这些颗 粒于是可以根据极性在两个电极处聚集。
此外, 所述颗粒在不存在电场的情况下可以基本上均匀地分布。 当施加场时, 颗粒 可以重新分布。或者颗粒运动, 直到场被移除, 或者进入其中在通过其自身电荷 (在电泳的 情况下) 或偶极子 (在介电电泳的情况下) 和施加的电场施加到颗粒上的力之间存在平衡的 状态。关于电泳的更详细描述, 参见以下文献 : “Principles of Colloid and Surface Chemistry” , P.C. Hiemenz and R. rd Rajagopalan, 3 edition, Marcel Dekker Inc., New York, 1997, pp. 534-574。
第一和第二电极可以被设置成同时控制多个单元。因此, 将外观修改设备控制在 不同的状态之间可以通过使用单个控制电压同时切换多个单元而以容易的方式实现。此 外, 可以由此实现可以清空颗粒的外观修改设备总区域的份额, 因为可以节省空间, 该空间 在其他情况下将需要用来容纳另外的电极, 所述另外的电极在单元之间通过以通往要由其 控制的其他单元。这对于以下应用是特别有利的 : 其中例如当要由外观修改设备覆盖的表 面本身传递信息时, 希望可以将外观修改设备控制到透明状态。例如当要覆盖的设备是显 示设备或类似物时, 情况可能就是这样。
在依照本发明的外观修改设备的一个实施例中, 所述颗粒可以包括第一组带负电 的颗粒和第二组带正电的颗粒。
利用两组带不同电荷的颗粒, 可以实现更多的状态, 这尤其是因为这些不同的颗 粒组有利地具有不同的光学特性。一组颗粒可以例如是一种颜色, 而另一组颗粒可以是另 一种颜色。
在不施加电场的情况下, 带负电和带正电的颗粒可以在整个单元中散布, 从而提 供作为带负电和带正电的颗粒的组合的结果的光学外观。
依照本发明的第三方面, 上述和其他目的是通过一种用于操作外观修改设备的方 法来实现的, 该外观修改设备包括多个单元以及第一和第二电极, 每个单元包含分布在光 学透明流体中的具有第一极性的多个带电颗粒, 所述第一和第二电极用于允许通过在第一 和第二电极之间施加电压而侧向移位颗粒以便将颗粒集中到第一和 / 或第二颗粒集中位 点处, 第一颗粒集中位点比第二颗粒集中位点具有更大的颗粒集中区域, 该方法包括步骤 : 确定第一和第二电极之间的电压, 该电压导致被配置成将颗粒集中到第一颗粒集中位点处 的电场 ; 以及在第一和第二电极之间施加该电压以便将颗粒集中到第一颗粒集中位点处。
“颗粒集中位点” 应当被理解为当在第一和第二电极之间施加电压时颗粒集中所 在的单元中的位点。具有给定极性 (正电荷或负电荷) 的颗粒典型地将根据电压的极性 (正 或负) 而移向第一或第二颗粒集中位点。第一和第二颗粒集中位点在单元中的位置由在第 一和第二电极之间施加电压而引起的单元中的电场配置确定。 该电场配置可以例如由电极 配置和单元中的其他结构的配置等等确定。对于依照本发明第二方面的外观修改设备而 言, 第一颗粒定位位点的位置例如大体上由单元中的流体和电介质层的电特性确定。
“颗粒集中区域” 应当被理解为集中在颗粒集中位点处的颗粒可以跨越其分布的 区域。对于具有小的颗粒集中区域的颗粒集中位点, 可以对于给定数量的颗粒获得以每单 位体积的颗粒数量而言的高的颗粒物理浓度。对于具有大的颗粒集中区域的颗粒集中位 点, 相同数量的颗粒会导致低得多的颗粒物理浓度。
本发明人已经认识到, 第一和第二颗粒集中位点之间的颗粒集中区域的这种非对 称性可以用来实现其中颗粒散布的状态与其中颗粒集中在颗粒集中位点处的状态之间的 快速切换。特别地, 本发明的当前方面基于以下认识 : 可以通过确定和施加电压, 使得朝向 具有较大的颗粒集中区域的第二颗粒集中位点驱动颗粒来实现快速切换。
由于较大的颗粒集中区域的原因, 因而与较小的第一颗粒集中位点处集中的相同 数量的颗粒相比, 第二颗粒集中位点处集中的带电颗粒对邻近第二颗粒集中位点的电场具 有更小 (降低) 的影响。
每个单元可以有利地通过第一和第二衬底以及夹在第一和第二衬底之间的隔离 结构限定 ; 第一电极作为在第一衬底上形成的第一电极层而提供, 第一颗粒集中位点由电 介质层内形成的使第一电极层的部分暴露的开口限定 ; 并且第二电极至少通过电介质层与 第一电极层分开, 第二颗粒集中位点由第二电极确定。
通过以这种方式配置外观修改设备, 可以通过依照本发明第一方面的制造方法以 有利的方式实现关于各颗粒集中位点的颗粒集中区域的希望的非对称性配置。
本发明的第三方面的另外的变型和效果大体上与上面描述的第一和第二方面的 变型和效果类似。依照本发明的第四方面, 上述和其他目的是通过一种用于操作外观修改设备的方 法来实现的, 该外观修改设备包括多个单元以及第一和第二电极, 每个单元包含多个颗粒, 这些颗粒包括具有第一颜色和第一极性的第一组带电颗粒以及具有第二颜色和与第一极 性相反的第二极性的第二组带电颗粒, 其分布于光学透明流体中, 所述第一和第二电极用 于允许通过在第一和第二电极之间施加电压而侧向移位颗粒以便将颗粒集中到第一和 / 或第二颗粒集中位点处, 其中单元被配置成使得在第一和第二电极之间施加给定电压导致 邻近第一颗粒集中位点的第一电场和邻近第二颗粒集中位点的第二电场, 第一电场具有比 第二电场更高的场强, 该方法包括步骤 : 确定第一和第二电极之间的电压的极性和幅度, 其 导致第一电场足够强以便将第一组带电颗粒集中到第一电极, 并且第二电场如此弱, 使得 第二组颗粒基本上保持在散布状态 ; 以及在第一和第二电极之间施加确定的电压, 从而控 制单元到具有基本上第二颜色的状态。
本发明人进一步认识到, 单元配置中的非对称性可以用来通过在每个单元中仅仅 使用单个电极配对实现若干颜色状态。通过选择第一和第二电极之间的电压的特性 (极性 和幅度) , 这些特性导致能够朝第一颗粒集中位点驱动一种极性的颗粒, 但是基本上不能朝 第二颗粒集中位点驱动相反极性的颗粒的电场配置, 可以通过仅仅使用第一和第二电极选 择性地控制单组颗粒。 基于这种认识, 可以将外观修改设备中包含的单元控制到四种不同的颜色状态 : 第一状态, 其中所有颗粒散布在流体中 ; 第二状态, 其中第一组颗粒集中在第一颗粒集中位 点处并且第二组颗粒散布在流体中 ; 第三状态, 其中第二组颗粒集中在第一颗粒集中位点 处并且第一组颗粒散布在流体中 ; 以及最后第四状态, 其中第一组颗粒集中在第一颗粒集 中位点处并且第二组颗粒集中在第二颗粒集中位点处, 或者反之亦然。
每个单元可以有利地通过第一和第二衬底以及夹在第一和第二衬底之间的隔离 结构限定 ; 第一电极作为在第一衬底上形成的第一电极层而提供, 第一颗粒集中位点由电 介质层内形成的凹口限定 ; 并且第二电极至少通过电介质层与第一电极层分开, 第二颗粒 集中位点由第二电极确定。
通过以这种方式配置外观修改设备, 可以通过依照本发明第一方面的制造方法以 有利的方式实现希望的非对称性电场配置。
本发明第四方面的另外的变型和效果大体上与上面描述的第一、 第二和第三方面 的变型和效果类似。
附图说明 现在, 将参照附图更详细地描述本发明的这些和其他方面, 所述附图示出了本发 明的当前优选的实施例, 其中 : 图 1a-g 示意性地示出了依照本发明的外观修改设备的实施例的各种不同的应用 ; 图 2a-c 为依照本发明实施例的示例性外观修改设备的透视图 ; 图 3a-b 为沿着直线 A-A 截取的图 2 的外观修改设备的截面图, 其示出了外观修改设备 的配置 ; 图 4a-b 为沿着直线 A-A 截取的图 2 的外观修改设备的截面图, 其示出了外观修改设备 的第一示例性配置 ;
图 5a-b 为沿着直线 A-A 截取的图 2 的外观修改设备的截面图, 其示出了外观修改设备 的第二示例性配置 ; 图 6 为示意性地示出了制造依照本发明实施例的外观修改设备的第一示例性方法的 流程图 ; 图 7a-f 示意性地示出了依照图 6 方法制造的处于遵照相应方法步骤的状态下的外观 修改设备 ; 图 8a-c 示意性地示出了图 6 中所示方法的移除电介质层的部分的步骤 ; 图 9 为示意性地示出了制造依照本发明实施例的外观修改设备的第二示例性方法的 流程图 ; 图 10a-f 示意性地示出了依照图 9 方法制造的处于遵照相应方法步骤的状态下的外观 修改设备 ; 图 11 为示出依照本发明实施例的外观修改设备的单元中的电场的示意性截面图 ; 图 12a-c 为示出依照本发明实施例的外观修改设备的状态之间的快速切换的截面图 ; 以及 图 13a-e 示意性地示出了依照本发明另一实施例的外观修改设备的不同颜色状态。 具体实施方式 在下文中, 将主要参照平面内电泳外观修改设备描述本发明, 该平面内电泳外观 修改设备具有在每个单元的电介质层的开口中暴露的第一电极以及作为形成单元的隔离 结构的一部分的第二电极, 这些单元同时被控制。
应当指出的是, 这绝没有限制本发明的范围, 本发明同样可应用到具有其他电极 配置的平面内电泳外观修改设备, 所述其他电极配置例如在每个单元中具有使第一电极暴 露的多个开口, 第二电极与隔离结构和 / 或允许单独地控制每个单元的结构分开地提供。
此外, 主要参照可控制到透明状态的外观修改设备来描述本发明, 尽管本发明的 范围也包括不可控制到透明状态的外观修改设备, 例如具有不透明第一或第二衬底的外观 修改设备, 其本身可以具有其他的诸如颜色之类的光学特性或结构。
对于依照本发明的外观修改设备的各个不同的实施例, 存在大量的应用, 其中一 些示意性地示于图 1a-g。
在图 1a-c 中, 平坦屏幕电视设备 1 设有至少覆盖电视设备 1 的显示器 3 的外观修 改设备 2。
图 1a 示出了正常全屏工作的电视设备 2, 其中整个显示器用于显示图像内容, 外 观修改设备 2 处于其透明状态。因此, 电视设备 1 的整个显示器 3 对于观看者可见。
图 1b 示出了宽屏幕工作的电视设备 1, 外观修改设备 2 处于部分透明状态, 使得显 示器 3 的一部分的外观被外观修改设备 2 修改。在当前实例中, 外观修改设备 2 将没有用 来显示图像内容的显示器 3 部分修改成具有与包围显示器 3 的框架 4 基本上相同的外观。
最后, 图 1c 示出了关闭时的电视设备 1, 外观修改设备 2 处于其中它将整个显示器 3 修改成具有与包围显示器 3 的框架 4 基本上相同的外观的状态。
图 1d-e 中示意性地示出了热水器 5 形式的另一应用。 通过用外观修改设备 6 覆盖 热水器 5, 可以使得热水器可视地向用户示出它处于哪种状态。例如, 可以控制外观修改设
备 6 处于指示热水器中的水是冷的第一颜色 (例如蓝色) 和指示水 (以及因而热水器 6) 是热 的第二颜色 (例如红色) 之间。可替换地, 依照本发明的另一实施例, 可以将热水器 6 控制在 比如透明状态与三种不同的颜色之间以便指示热水器 6 的四种不同状态, 例如透明、 蓝色、 红色以及最后当水煮沸时的黑色。
在图 1f-g 中的音乐播放器 8 形式的另一应用中, 音乐播放器 8 可以由外观修改设 备 9 覆盖以便使得用户能够依照她 / 他的心情或个人偏好控制音乐播放器的外观, 例如颜 色。可替换地, 依照本发明的另一实施例, 音乐播放器 8 可以由可控制在诸如四种不同颜色 之类的四种不同外观之间的外观修改设备 9 覆盖。
在现在说明了外观修改设备的众多应用中的一些应用之后, 下面将参照图 2a-c 描述依照本发明的外观修改设备的示例性实施例。
图 2a 示意性地示出了一种包括第一 11 和第二 12 相对设置的透明衬底的外观修 改设备 10。衬底 11、 12 由隔离结构 13 隔开, 使得第一衬底 11 和第二衬底 12 之间的空间被 划分成形成六边形图案的多个单元 15、 16。 (在图 2a 中只有两个单元用附图标记表示) 。
参照图 2b, 每个单元 15、 16 填充有光学透明流体 19 和多个颗粒 20(在图 2b 中只 表示了一个代表性颗粒) 。此外, 为了控制单元 15、 16, 第一电极层 17 (图 2a-c 中未示出) 设 置在第一衬底 11 上, 并且第二电极 18 包含在隔离结构 13 中 (在图 2a-c 所示的示例性实施 例中, 隔离结构 13 是导电的) 。除了在电介质层 21 内形成的开口中暴露外, 第一电极层 17 被电介质层覆盖, 如图 2b-c 中所示。每个这样的开口构成第一颗粒集中位点 45, 当在第一 电极 17 与第二电极 18 之间施加适当的电压时, 颗粒 20 可以集中到第一颗粒集中位点 45。 在图 2b 中, 单元 15、 16 处于其中颗粒 20 散布在流体 19 中的状态, 使得由单元 15、 16 覆盖的表面的外观由颗粒 20 的光学特性确定。典型地, 当第一电极 17 与第二电极 18 之 间不存在电压差时, 颗粒 20 处于散布状态。
现在转向图 2c, 单元 15、 16 中的颗粒 20 通过在第一电极 17 与第二电极 18 之间施 加适当的电压而集中到由第二电极 18 确定的第二颗粒集中位点 46 (即单元的壁) 。通过单 元 15、 16 中颗粒 20 的集中, 单元 15、 16 切换到其中外观修改设备 10 的光学特性不是由颗 粒确定, 而是由第一衬底 11 和第二衬底 12、 可以包含在外观修改设备 10 中 (尽管未包含在 图 2a-c 中) 的诸如第一电极层 17、 电介质层 21 和 / 或滤色器等等之类的任何另外的层确 定的状态。在当前所示的示例性情况中, 单元 15、 16 在图 2c 中处于透明状态并且因而不修 改由其覆盖的表面的外观 (而不是吸收和 / 或反射一些光, 导致下面的表面的亮度降低) 。
图 2a-c 中的外观修改设备 10 可以以各种不同的方式配置, 一些方式将在下面参 照图 3a-b 到图 5a-b 加以描述。
在图 3a-b 到图 5a-b 中, 使用了与图 2b-c 相同的附图标记, 因为沿着直线 A-A 的 相应单元由与图 2b-c 的单元相同的电极控制并且处于与图 2b-c 的单元相同的状态。
在作为图 2a 中沿着直线 A-A 截取的外观修改设备 10 的示意性截面图的图 3a 中, 示意性地示出了单元 15 的第一示例性配置。
由图 3a 可见, 单元 15 中的颗粒 20 被控制成处于其中它们散布在流体 19 中的状 态。在图 3b 中, 单元 15 中的颗粒 20 被控制成处于其中它们邻近第二电极 18 地集中的状 态。图 3a-b 的配置与图 2a-c 中所示相应。
在图 4a-b 中, 示出了与图 3a-b 中相同的状态。在示意性地示出单元 15 的第二示
例性配置的图 4a-b 中, 可以看出, 第二电极 18 沿着单元 15 的周界被隔离结构 13 覆盖。通 过该配置, 颗粒 20 可以靠近与第一衬底靠近的单元壁部分集中, 如图 4b 中所示。
现在转向图 5a-b, 示出了与图 3a-b 中相同的状态, 但是示意性地示出了其中在第 二衬底 12 上形成第二电极 17 的第三示例性配置。第二电极 18 具有基本上与隔离结构 13 的模式相应的模式并且基本上与隔离结构 13 对准。在这里, 第二电极 18 仅仅部分地被壁 遮蔽。通过该配置, 颗粒 20 可以靠近与第二衬底 12 靠近的单元壁部分集中, 如图 5b 中所 示。
现在将参照图 6 和图 7a-f 描述依照本发明的外观修改设备的实例以及用于制造 这种外观修改设备的方法, 图 6 为示意性地示出这种方法的流程图, 图 7a-f 示意性地示出 了处于遵照图 6 的相应方法步骤的状态下的外观修改设备。在图 6 中, 使用了与图 2b-c 相 同的附图标记。
在第一步骤 701 中, 提供在其第一侧上具有被电介质层 21 覆盖的第一电极层 17 的第一衬底 11。
在后续的步骤 702 中, 在电介质层 21 上提供导电隔离材料 13。
在下一步骤 703 中, 例如通过模压 (embossing) 结构化隔离材料 13 以便在第一衬 底 11 的第一侧上形成多个单元。同时, 第二电极 18 以隔离结构 13 的形式提供。
隔离材料可以例如通过使用任何常规的制造技术来提供, 例如通过能够形成薄层 的卷到卷 (reel-to-reel) 涂敷技术来提供。这样的技术的实例包括 : 槽模 (slot-die) , 其 中涂敷液体通过重力或在压力下通过槽受力离开储存器并且转移到运动衬底 ; 以及凹版涂 敷, 其中压花辊子在利用涂敷材料填充辊子的压印的点或线的镀槽 (coating bath) 中运 行, 随后辊子上过多的涂层通过刮刀移除并且涂层在其穿过压花辊子和压力辊子时沉积到 衬底上。隔离材料的结构化可以例如通过模压来执行, 其典型地利用加热和材料上的压力 的组合来完成。 这是通过使用组装在一起且实际上由材料挤压纤维的通常由黄铜制成的金 属模 (metal die) 和底模 (counter die) 实现的。压力和热组合在提高结构的水平的同时 “熨平” 。其他结构化技术可以是光刻、 微成型或者激光消融。可替换地, 隔离结构可以直接 通过各种不同的印刷技术来提供, 例如凹版印刷、 柔版印刷、 胶版印刷、 丝网印刷或者喷墨 印刷。
之后, 在步骤 704 中, 移除居中地位于每个单元中的电介质层 21 的部分以便使第 一电极 17 的相应部分暴露。电介质层 21 的移除可以通过使用本领域中已知的任何适当方 法来实现。然而, 一种用于移除电介质层的部分的优选方法将在下面结合图 8 加以描述。
在接下来的步骤 705 中, 向每个单元 15、 16 填充包含悬浮在光学透明流体 19 中的 多个颗粒 20 的流体颗粒悬浮物。
作为最后的步骤 706, 将第二光学透明衬底 12 设置在隔离结构 13 的远离第一衬底 11 的相对侧以便封闭单元。
在图 8 中, 示出了用于移除每个单元 15-16 中的电介质层 21 的部分的优选方法的 步骤。
如图 8a 所示, 第一材料移除束 91a 在图 8a 中箭头所示的第一方向上定向到单元 15、 16。第一材料移除束 91a 撞击单元中的电介质层 21 的第一部分 92a, 因为隔离结构 13 充当阻止第一材料移除束 91a 撞击电介质层的其余部分的掩模。随后, 如图 8b 所示, 第二材料移除束 91b 在图 8b 中箭头所示的第二方向上定向到 单元 15、 16。第二材料移除束 91b 撞击单元中的电介质层 21 的第二部分 92b, 因为隔离结 构 13 充当阻止第二材料移除束 91b 撞击电介质层的其余部分的掩模。在图 8a-b 中, 两个 束 91a-b 被示为顺序地撞击单元 15、 16, 但是它们也可以同时撞击单元 15、 16。
通过这种方式, 其中第一材料移除束 91a 和第二材料移除束 91b 二者都撞击电介 质层 21, 换言之其中部分 92a 和 92b 重合所在的电介质层的部分 93, 电介质层 21 移除得比 单元的其余区域更多, 从而在电介质层 21 中产生使第一电极 17 暴露的开口。
结果示于图 8c 中, 其中产生了使第一电极 17 暴露的电介质层 21 中的开口 45。
有利的是, 上述用于移除电介质层 21 的部分的方法可以通过使用干法蚀刻来执 行, 在该情况下, 材料移除束 91a-b 是离子束。可替换地, 电介质层 21 的部分可以通过使用 激光消融或类似方法来移除, 在这种情况下, 材料移除束 91a-b 是激光束。
现在将参照图 9 和图 10a-f 描述依照本发明的外观修改设备 10 的另一实例以及 用于制造这种外观修改设备 10 的方法, 图 9 为示意性地示出这种方法的流程图, 图 10a-f 示意性地示出了处于遵照图 9 的相应方法步骤的状态下的外观修改设备。
在第一步骤 1001 中, 提供在其第一侧上具有被电介质层 21 覆盖的第一电极层 17 的第一衬底 11。
在后续的步骤 1002 中, 在电介质层 21 上提供隔离材料 13。
在下一步骤 1003 中, 例如通过模压结构化隔离材料以便在第一衬底 11 的第一侧 上形成多个单元 15、 16。
之后, 在步骤 1004 中, 移除单元 15、 16 中的电介质层 21 的多个部分 41a-b、 42a-b 以便使第一电极 17 的相应部分暴露。电介质层 21 的移除可以例如通过激光消融来实现。 尽管图 10d-f 的截面图中每单元 15、 16 仅仅示出了两个部分 41a-b、 42a-b, 但是应当理解的 是, 每个单元可以包括第一电极层 17 的另外的暴露部分。
在接下来的步骤 1005 中, 向单元 15、 16 填充包含悬浮在光学透明流体 19 中的多 个颗粒 20 的流体颗粒悬浮物。
作为最后的步骤 1006, 将具有其上形成的第二电极 18 的第二光学透明衬底 12 设 置在隔离结构 13 的远离第一衬底 11 的相对侧以便封闭单元。
由图 10f 可见, 第二电极 18 可能与隔离结构 13 并不完美地对准。通过在覆盖第 一电极层 17 的电介质层 21 中提供若干开口, 提供了若干颗粒集中位点。这阻止了第一衬 底 11 上的颗粒集中位点与第二衬底 12 上的颗粒集中位点之间的重叠。因此, 可以提高对 准公差。
此外, 外观修改设备 10 的弯曲和变形的公差可以通过在第二衬底上提供第二电 极以及在每个单元的电介质层中提供若干开口的措施中的每一个来提高。 这是有利地应当 能够符合由其覆盖的设备或对象的形状的外观修改设备 10 的重要特征。
在图 11 中, 示出了具有使第一电极 17 暴露的电介质层 21 中的一个开口的单元中 的电场。在当前示出的实例中, 第二电极 18 包含在隔离结构 13 中。由图 11 可见, 取决于 单元 15 中的颗粒 20 的极性以及第一电极 17 与第二电极 18 之间施加的电压的极性, 颗粒 20 将集中到电介质层 21 的开口处的第一颗粒集中位点 45 处和 / 或由隔离结构 13 形成的 单元壁处的第二颗粒集中位点 46 处。根据图 11 同样显然的是, 第一颗粒集中位点 45 的颗粒集中区域远小于第二颗粒 集中位点 46 的颗粒集中区域。
此外, 研究图 11 中的电场线, 技术人员将认识到, 对于第一电极 17 与第二电极 18 之间的给定电压, 邻近第一颗粒集中位点 45 的电场将大大强于邻近第二颗粒集中位点 46 的电场。
应当指出的是, 图 11 中的单元 15 没有按比例绘制, 而是出于说明的目的让其竖直 比例夸大。使用图 11 中的标记, 典型的尺寸和电位将是 : w 单元 = 150 µm ; h 单元 = 10 µm ; h 电介质层 = 100 nm ; w 开口 = 10 µm ; V 第一电极 = 0V ; V 第二电极 = 5 V。
在下文中, 将参照图 12a-c 描述用于快速切换依照本发明实施例的外观修改设备 的单元 15、 16 的方法, 图 12a-c 示意性地示出了两种不同外观修改状态下的一个示例性单 元 15。 在图 12a-c 所示的实例中, 外观修改设备与上面结合图 5a-b 所述的外观修改设备 相应, 其中在第二衬底 12 上形成第二电极 18。在当前示出的实例中, 颗粒 20 是带负电的。
在图 12a 所示的状态中, 第一电极 17 和第二电极 18 之间没有施加电压, 并且因而 在单元 15 中不存在电场。因此, 颗粒 20 散布在单元 15 中, 并且至少由外观修改设备的这 个部分覆盖的表面的光学特性由颗粒 20 的光学特性确定。
当希望将图 12a 中的单元 15 从其中示出的状态切换到其中由外观修改设备覆盖 的表面的光学特性不再由颗粒 20 确定, 而是由该表面本身的特性确定或者根据应用由单 元 15 中的诸如第一衬底 11、 第一电极 17、 电介质层 21 和 / 或任何滤色器或彩色反射器 (图 12a-b 中未示出) 之类的其他结构的特性确定的状态时, 至少以下选项是可用的 : 1. 将颗粒 20 集中到第一颗粒集中位点 45 ; 或者 2. 将颗粒 20 集中到第二颗粒集中位点 46。
在示意性地上面第一选项的图 12b 中, 施加了负电压 -V (这意味着第一电极 17 的 电位高于第二电极 18 的电位) 。由于该负电压, 在单元 15 中形成电场, 其将颗粒 20 集中到 第一颗粒集中位点 45。由于第一颗粒集中位点 45 的小得多的颗粒集中区域 (与沿着单元 15 的整个周界的第二电极 18 周围的区域相比的电介质层 21 中的开口) , 第一颗粒集中位点 45 处颗粒 20 的物理浓度变得较高, 导致带负电的颗粒在那里聚集。 该聚集屏蔽了第一电极 17 并且抵消了电场, 导致颗粒 20 移向第一颗粒集中位点 45 的速度显著降低, 如图 12b 中由 迁移速度 vmig1 示意性所示。
现在, 将图 12b 中所示的情形与图 12c 中示意性示出的上面的选项 2 进行比较。
在图 12c 所示的单元 15 中, 改为施加正电压 +V(相同幅度, 但是相对于图 12b 中 的 -V 极性相反) , 这导致带负电的颗粒 20 迁移到沿着单元 15 的周界的第二颗粒集中位点 46。由于第二颗粒集中位点 46 的较大的颗粒集中区域, 第二颗粒集中位点 46 处颗粒的物 理浓度变得远小于图 12b 中的情况。不久, 这导致移向第二颗粒集中位点 46 的颗粒 20 的
迁移速度 vmig2 的降低小得多。
对于本领域技术人员显然的是, 颗粒 20 分别移向第一颗粒集中位点 45 和第二颗 粒集中位点 46 的迁移速度 vmig1、 vmig2 不是恒定的, 而是由诸如电场强度、 颗粒电荷和流 体 19 中颗粒 20 的迁移率之类的因素确定。在图 12b-c 所示情形中, 迁移速度最初在颗粒 20 移向第一颗粒集中位点 45 时 (如在图 12b 中) 比在颗粒 20 移向第二颗粒集中位点 46 时 (如在图 12c 中) 更高, 因为图 12b 中第一颗粒集中位点 45 附近的电场最初高于图 12c 中第 二颗粒集中位点 46 附近的电场。然而, 当相当数量的颗粒 20 集中到对应的颗粒集中位点 45、 46 时, 图 12c 中的迁移速度 vmig2 将高于图 12b 中的迁移速度 vmig1。
除了上面结合图 12a-c 所描述的用于快速切换的方法之外, 外观修改设备中的单 元 15、 16 的非对称性电极配置可以用来通过仅仅使用第一电极 17 和第二电极 18 实现四种 不同的状态。
为了实现这些附加的状态, 上面结合图 11 所描述的非对称性电场配置可以用于 这样的外观修改设备, 其中所述多个颗粒 20 包括具有第一极性和第一颜色的第一组带电 颗粒 20a 以及具有第二相反极性和第二颜色的第二组带电颗粒 20b。
现在, 将参照图 13a-e 描述这种多色外观修改设备 30 的示例性实施例, 图 13a-e 示出了单元 31 的平面图和截面图。图 13a-e 中的外观修改设备 30 类似于图 2a-c 的外观 修改设备, 只是颗粒 20 在这里提供为带正电颗粒 20a 和带负电颗粒 20b 的混合物, 带正电 颗粒 20a 具有一种颜色 (例如青色) 并且带负电颗粒 20b 具有另一种颜色 (例如橙色) 。与图 2 中的部分等效的部分用相同的附图标记表示。 图 13a 中示出了混合颜色状态。当第一电极 17 与第二电极 18 之间没有施加电场 时, 所有的颗粒散布在单元中。光学外观在这里是两种颗粒 20a、 20b 的组合, 在这个实例中 作为青色和橙色的混合物的绿色。
图 13b 中示出了第一颜色状态。当在第一电极 17 与第二电极 18 之间施加充分的 正电位差时, 带正电颗粒邻近靠近第一颗粒集中位点 45 的更强电场 (也参见图 11) 地集中, 而带负电颗粒被吸引到第二颗粒集中位点 46。第二颗粒集中位点 46(单元 31 的周界) 处 的电场强度比第一电极颗粒集中位点 45(使第一电极 17 暴露的电介质层 21 中的开口) 处 小, 导致带负电颗粒 20b 受场的影响没有那么多并且保持散布在单元中。因此, 带负电颗粒 20b 将影响外观修改设备 30 的光学外观, 在这里为橙色。
图 13c 中示出了第二颜色状态。当在第一电极 17 与第二电极 18 之间施加充分的 负电位差时, 由于较强的电场靠近第一颗粒集中位点 45 而引起带负电颗粒 20b 集中在第一 颗粒集中位点 45 处, 而带正电颗粒 20a 被吸引到第二颗粒集中位点 46。如上面结合图 13a 所述, 第二颗粒集中位点 46 附近的电场强度比在第一颗粒集中位点 45 处小, 导致带正电颗 粒 20a 受影响没有那么多并且保持散布在单元中。因此, 带正电颗粒 20a 将影响外观修改 设备 30 的光学外观, 在这里为青色。
将外观修改设备 30 控制到其中颗粒根据极性集中在不同的电极处的状态, 被示 于图 13d-e, 导致不由颗粒确定, 而是由外观修改设备 30 的其他部分确定的颜色状态。 特别 地, 如果单元本身具有透明特性, 那么图 13d-e 中所示的状态将是透明状态。
在图 13d 中, 当在第一电极 17 与第二电极 18 之间施加充分高的正电位差以便带 正电颗粒 20a 集中在第一颗粒集中位点 45 处并且带负电颗粒 20b 集中在第二颗粒集中位
点 46 处时, 实现了透明状态。
在图 13e 中, 当在第一电极 17 与第二电极 18 之间施加充分高的负电位差以便带 负电颗粒 20b 集中在第一颗粒集中位点 45 处并且带正电颗粒 20a 集中在第二颗粒集中位 点 46 处时, 实现了透明状态。
本领域技术人员应当认识到, 本发明绝不限于所述优选实施例。 例如, 不同于本文 描述的许多其他电极配置是可行的, 例如电极或其他控制装置在不同衬底上提供。 此外, 隔 离结构可以有利地预先在第二衬底上形成。