[发明专利]包括双稳态电泳流体的可切换的光准直层

说明书

可切换的光准直膜可以用作计算机监视器或其他显示装置的防窥滤光片。该膜包括具有颜料粒子的多个细长腔室，可以通过施加电场来控制颜料粒子的位置。与颜料粒子在腔室的一侧上聚集相反，颜料粒子的分布遍及细长腔室，使通过膜的光的视角变窄，并为用户提供了观看图像的防窥性。

本申请要求于2018年8月10日提交的美国临时申请No.62/717,124的优先权，其全部内容通过引用包含于此。

背景技术

本发明涉及可切换的光准直膜，其可用于例如控制穿过透明或半透明基板的入射光的方向性。具有这种能力的无源膜已经市售了一段时间，并被广泛销售用作计算机监视器的“防窥滤光片(privacy filters)”。参见，例如，来自明尼苏达州圣保罗(St.Paul,MN)的3M公司的产品，以及各种美国专利，例如US 8,213,082。通常，当用户希望将显示器上的图像限制为仅用户可见的“防窥锥(privacy cone)”时，将防窥滤光片应用于视频显示器的前表面。防窥膜通常采用微加工的塑料通道，该通道回填有具有与塑料基板不同折射率的材料。材料之间的界面会创建折射表面，并且只有以正确方向定向的光才能穿过滤光片，而以不正确方向定向的其他入射光将被后向反射和/或吸收。相同的技术也可以用作窗上用品，以修改例如穿过外窗的阳光的方向性。

几个小组已经尝试制作可以在防窥状态和非防窥状态之间切换的有源介质。例如，美国专利公开2016/0179231(‘231申请)描述了可以与显示装置结合使用的电活性防窥层。‘231申请教导使用电各向异性材料，例如介电聚合物。当施加电场时，各向异性材料与电场对准，使光准直并为用户提供防窥区域。然而，必需向防窥层提供恒定的电势以保持材料对准以维持防窥状态。因为防窥装置需要恒定的电场来维持防窥状态，所以该装置消耗超过监视器所需的典型能量的额外的能量。当与电池供电的装置(例如笔记本电脑)一起使用时，为防窥层供电所需的额外的能量将缩短电池的工作时间。PCT公开WO2013/048846也描述了替代性可切换的防窥膜，其也采用各向异性粒子，该各向异性粒子被保持在与电场对准的位置。与‘231申请类似，‘846公开的装置也需要在防窥状态下提供恒定的能量。

已经描述了其他有源切换防窥装置，其依赖于阻挡通道内粒子的移动而不是各向异性粒子的对准。例如，美国专利公开No.2016/0011441(‘441申请)描述了一种电可切换的电致变色材料，其布置在沿防窥层的长度延伸的微结构化的肋中。在‘441申请中，当电流提供给电致变色材料时，电致变色材料的吸收光谱改变。虽然实际的切换过程需要相当多的能量(约5分钟的直流电流)，但一旦转变完成，‘441申请的防窥层能够维持其状态一段时间。美国专利公开No.2017/0097554中描述了另一种替代方法，其中在透明导电膜之间形成长的光控制通道，并且该通道填充有包括透射性分散剂和遮光粒子的电泳构件。通过使用一组三个整形电极(shaping electrode)来控制遮光粒子在气隙中的分散，使得电泳构件可以在窄视野模式和宽视野模式之间切换。整形电极的制造在技术上可能具有挑战性(且昂贵)，因为需要创建如此多的紧密间隔的、可单独寻址的电极。

发明内容

尽管例如使用各向异性粒子对准可获得可切换的防窥滤光片，但是仍然需要低能耗的廉价防窥膜。因此，本发明描述了一种光准直膜，其包括多个双稳态电泳流体的细长腔室，该双稳态电泳流体包括光散射颜料。通过适当设置细长腔室，该膜可以将穿过膜的光的视角变窄2倍(或更多)。重要的是，因为光准直膜包括双稳态电泳流体，所以光准直膜在宽或窄状态中长期稳定，并且仅需要从一种状态改变至另一种状态的能量。另外，因为双稳态电泳流体被分隔成多个细长腔室，所以当相对于重力以不同的方向施加相同的光准直膜时，电泳材料不易沉降。另外，当双稳态电泳流体被分隔成许多细长腔室时，宽和窄状态之间的转变速度得到了改善，并且整体效果在整个装置上更加一致。