可变透射电泳装置
阅读说明：本技术 可变透射电泳装置 (Variable transmission electrophoresis device ) 是由 P·C·B·威吉 J·W·安塞斯 R·J·小保利尼 M·B·罗曼诺夫斯基 J·史密斯 S· 于 2018-06-14 设计创作，主要内容包括：可变透射薄膜可以包括具有多个囊体和粘结剂的电泳介质,每个囊体包含多个带电粒子和流体,所述带电粒子可通过施加电场而移动并且能够在打开状态和关闭状态之间切换。所述薄膜可包括以下中的至少一种：包含鱼明胶和聚阴离子的粘结剂；含有一种或多种着色剂的粘结剂；含有电荷控制剂的囊体,所述电荷控制剂例如低聚胺封端的聚烯烃和包含至少8个碳原子的支链脂肪酸；囊体的选择,其中至少60％的直径在50μm至90μm之间并且至少15％的直径在20μm至49μm之间；着色的粘合剂层；以及选自一种或多种非共轭烯烃的流体。(The variable transmission film may include an electrophoretic medium having a plurality of capsules and a binder, each capsule containing a plurality of charged particles that are movable by application of an electric field and switchable between an open state and a closed state, and a fluid. The film may include at least one of: a binder comprising fish gelatin and a polyanion; a binder comprising one or more colorants; capsules containing charge control agents such as oligomeric amine terminated polyolefins and branched fatty acids containing at least 8 carbon atoms; selection of capsules wherein at least 60% have a diameter between 50 μm and 90 μm and at least 15% have a diameter between 20 μm and 49 μm; a pigmented adhesive layer; and a fluid selected from one or more non-conjugated olefins.)
相关申请的交叉引用
本申请要求序列号为62/520,629(于2017年6月16日提交)的美国临时专利申请、序列号为62/520,600(于2017年6月16日提交)的美国临时专利申请、序列号为62/520,731(于2017年6月16日提交)的美国临时专利申请、序列号为62/520,699(于2017年6月16日提交)的美国临时专利申请、序列号为62/563,137(于2017年9月26日提交)的美国临时专利申请、以及序列号为62/673,743(于2018年5月18日提交)的美国临时专利申请的权益和优先权。该申请还涉及美国专利No.7,256,766；7,327,511；7,679,814；和7,999,787。
这些申请、专利以及下面提到的所有其他美国专利以及已公开和共同未决的申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明涉及可变透射装置。更具体地，本发明涉及包含电泳介质的可变透射装置，该电泳介质包括在粘结剂和粘合剂层中的多个囊体，该电泳介质可以改善可变透射装置的光学性能。
背景技术
光调制器代表了电光介质的潜在重要市场。随着建筑物和车辆的能源性能变得越来越重要，可以将电光介质用作窗户(包括采光窗和天窗)上的涂层，以实现经由要通过改变电光介质的光学状态来电子地控制的窗户透射的入射辐射的比例。在建筑物中有效实施这种“可变透射率”(“VT”)技术期望提供(1)减少炎热天气期间不必要的热效应，从而减少冷却所需的能量、空调设备的大小、以及高峰电力需求；(2)增加自然光的利用，从而减少用于照明的能量和高峰电力需求；以及(3)通过增加热和视觉舒适度来增加乘员舒适度。期望在汽车中会获得更大的好处，在汽车中，玻璃表面与封闭体积的比例比在典型建筑物中的大得多。具体而言，在汽车中有效实施VT技术期望不仅提供上述好处，还提供(1)增强的驾驶安全性，(2)减少的眩光，(3)增强的后视镜性能(通过在后视镜上使用电光涂层)，以及(4)使用平视显示器的增强能力。VT技术的其他潜在应用包括电子装置中的隐私玻璃和防眩光罩。
美国专利No.7,327,511描述了可变透射装置，该可变透射装置包括分布在非极性溶剂中并被封装的带电颜料粒子。可以利用交流驱动电压将这些可变透射装置驱动至打开状态，由此将带电颜料粒子驱动至囊体壁。因此，这种可变透射装置可用于需要随意改变透射率的观察表面，例如隐私玻璃、天窗和建筑物上的窗户。
美国专利No.7,327,511也描述了各种因素，这些因素对于使电泳介质适应光调制器的最佳性能很重要。一个重要因素是雾度的最小化。在本申请中，“雾度”指的是漫透射光(透射时散射的光)与总透射光的百分比。当设计可以从打开的透明状态电切换到关闭的不透明状态的光调制器时，期望打开状态的雾度小于10％，更优选地小于2％。另一个重要因素是对比度。包括囊体的可变透射装置的另一个问题是颗粒(grain)。在本申请中，“颗粒”是指由多种因素引起的视觉不均匀性，例如有色粘结剂的簇或囊体的团块/层、囊体包装的可变性、空隙、厚度变化、以及包括针孔的涂层缺陷。当用户在打开状态下查看装置时，这些不均匀性降低可见性。术语“颗粒”起源于胶片摄影，在早期的银胶卷中已知有成团的银，使显影后的照片看起来“颗粒状”。减少可变透射装置中的颗粒的努力通常集中在减小囊体包装密度的变化上。
一种用于减少封装电泳介质中的颗粒量的方法是使用更多的囊体，这些囊体的尺寸较小，例如直径在20至50μm之间。这个小尺寸允许囊体的更紧密包装，并且由于囊体的微观尺寸，单个囊体不太可能被辨别。结果，浏览装置的用户将看到较少的颗粒。然而，已经观察到，由于电光层较薄，所以包括单层“小”囊体(即，直径在20μm至50μm范围内)的可变透射装置在打开状态和关闭状态之间的对比度较小。即，较少的颜料干扰穿过该层的透射，因此关闭状态的透射较高。另外，由于通过可变透射装置观察光源时的干扰，在紧密堆积的单层中许多相似尺寸的囊体的存在导致“晕轮”或“星暴”。这些干扰模式可能会使观察者分心，并减少打开状态下的观察体验。
在美国专利No.7,327,511中描述的可变透射装置的另一个缺点是“反冲”，或者说由于电泳内相与围绕电泳内相的粘结剂之间的阻抗失配而导致的光学显示状态的自擦除。阻抗失配会导致电荷区域在各种材料之间累积，并影响电泳粒子在内相中的位置，从而导致光学状态衰减。显然，自擦除是非常不期望的，因为它会使显示器的期望光学状态反转(或者在灰度显示的情况下以其他方式失真)，或者使透射装置从打开变为关闭。已经发现，自擦除是聚合物分散的电泳介质和显示器中的一个特殊问题，其中囊体基本上从电光介质中移除，在聚合物粘结剂中仅留下内相的气泡。
为减少电泳内相与粘结剂之间的阻抗失配的努力带来了新的挑战。例如，与电泳内相(和封装层，如果存在)电阻匹配的粘结剂配方可能会产生不良的颜色，或引入“雾度”。在这种情况下，当可变透射薄膜处于其最高透射(即，“打开”)状态时，观察者将薄膜感知为具有“色彩”和/或“斑点”，这不利于观察。尽管色彩和斑点在大多数应用中令人讨厌，但在用于汽车或飞机玻璃时可能出现安全问题。
因此，需要可以结合在可变透射装置中的改进的电光介质。
发明内容
一方面，本发明提供了一种可变透射电泳介质，其包括在粘结剂中的多个囊体，每个囊体具有内相，所述内相包括流体中的多个带电粒子，所述带电粒子可通过施加电场而在打开状态和关闭状态之间移动，在打开状态中，囊体对穿过介质的光具有较低的吸光度，而在关闭状态中，囊体对穿过介质的光具有较高的吸光度，以及其中粘结剂的吸光度在关闭状态下为囊体的吸光度的0.5到2.0倍。例如，粘结剂的吸光度在关闭状态下可以是囊体的吸光度的0.75至1.25倍、或0.9至1.1倍。由于所使用的粘结剂通常是聚合物并且至少在电泳介质中通常使用的至少为50μm数量级的厚度中基本上是透明的，以在粘结剂中产生必要的吸光度，因此通常需要使用染料或颜料对粘结剂进行着色，并且当可变透射介质要在会遭受大量紫外线辐射的地方使用时(如在可变透射车辆的天窗或窗户或房屋窗户中使用)，后者通常是优选的，因为染料容易在长期暴露于紫外线辐射时褪色。用于该目的的一种优选的颜料是炭黑，炭黑应具有非常小的粒径(小于100nm的初级聚集体)以使不期望的光散射最小化。在其他实施例中，可以用多种颜料(例如青色、黄色和品红色颜料的组合)获得颜色，这可以提供具有相对低雾度的介质。
出于以下讨论的原因，期望的是，电泳介质中的粘结剂的比例高于大多数现有技术的封装的电泳介质中的粘结剂的比例；对于每15重量份的囊体，至少应有1重量份的粘结剂，并且可选地，对于每4重量份的囊体，则至少应有1重量份的粘结剂。
另一方面，本发明提供了一种电泳介质，其包括多个带电粒子、分散有粒子的液体和电荷控制剂(“CCA”)，该电荷控制剂包括低聚胺封端的聚烯烃和包含至少约8个碳原子的支链脂肪酸。
在本发明的电泳介质中用作电荷控制剂的一部分的聚烯烃可以是低聚胺封端的聚异丁烯。此类共聚物可作为11000(由位于加利福尼亚州圣拉蒙的ChevronOronite Company LLC制造)购买。期望所使用的支链脂肪酸是2-烷基脂肪酸，其可以包含12个或更多个碳原子，特别优选的酸是2-己基癸酸(“2-HDA”)。所使用的脂肪酸应该是一种易溶于用于分散粒子的液体并且抗结晶的脂肪酸。
另一方面，本发明提供了一种电光介质，其包括在粘结剂中的多个囊体，所述粘结剂包含鱼明胶和聚阴离子的混合物。囊体通常由明胶和***胶的凝聚层形成，并且它们封装包含非极性溶剂和带电颜料粒子的混合物的内相。根据本发明的各种实施例的明胶配方，特别是鱼明胶和***胶混合物，适合作为用于封装的电光介质的粘结剂。此外，当与猪明胶/***胶凝聚层一起使用以封装内相时，这些明胶粘结剂例如在结合到透射装置中时提供优异的折射率匹配，因此雾度低。另外，掺入鱼明胶和聚阴离子混合物作为粘结剂的电光介质不会遭受在仅有明胶的粘结剂组合物中观察到的反冲。
在一些实施例中，粘结剂包含重量比为0.5至2.0的鱼明胶与聚阴离子或更优选地，约相等重量份的鱼明胶与聚阴离子。在一些实施例中，所述囊体另外地封装第二带电颜料粒子。第二带电颜料粒子可以与第一带电颜料粒子相反地充电并且具有不同的颜色。在一些实施例中，粘结剂另外地包含颜料或染料。非极性溶剂和第一带电颜料粒子的混合物可以另外地包含电荷控制剂，而非极性溶剂可以是烃或柠檬烯(例如1-柠檬烯)的混合物。本发明的粘结剂可以在550nm和50％相对湿度(RH)下具有1.47至1.57的折射率。
在另一方面，提供了一种电光介质，其包括在聚合物粘结剂中的多个囊体，每个囊体将带电颜料粒子封装在非极性溶剂中，其中多个囊体在直径为50μm至90μm的尺寸范围内包含至少60％，在直径为20μm至49μm的尺寸范围内包含至少15％。在另一方面，提供了一种电光介质，其包括多个囊体和粘结剂，每个囊体将带电颜料粒子封装在非极性溶剂中，其中多个囊体在直径为5μm至50μm的尺寸范围内包含至少90％，并且多个囊体的平均数直径为20μm至30μm。在另一方面，提供了一种电光介质，其包括多个囊体和粘结剂，每个囊体将带电的颜料粒子封装在非极性溶剂中，其中多个囊体在直径为5μm至50μm的尺寸范围内包含小于90％，并且多个囊体的平均数直径为25μm至35μm。
在另一方面，一种形成电光介质的方法可以包括：提供非极性溶剂和带电颜料粒子的内相混合物，将内相混合物的一部分封装在多个囊体中，通过尺寸筛分该多个囊体以分离至少两种尺寸分布，第一尺寸分布的直径在50μm至90μm之间，第二部分的直径在20μm至49之间，以及将2至5重量份的第一尺寸分布与1重量份的第二尺寸分布连同聚合物粘结剂一起混合。
在另一方面，提供了用于可变透射薄膜的粘结剂配方，其可以包括着色粒子的共混物以实现无色的可变透射薄膜(即，中性密度薄膜)。总体上，本发明的可变透射薄膜包括第一透光电极和第二透光电极，电泳层以及聚氨酯丙烯酸酯基粘合剂设置在所述第一透光电极和第二透光电极之间。电泳层可以包括封装的内相，该封装的内相包括在非极性液体中的带电颜料和包括有色粒子的共混物的粘结剂。有色粒子的共混物包括黑色、青色和品红色粒子。在大多数实施例中，有色粒子的共混物中粒子的平均直径为20至100nm。在一些实施例中，黑色与青色粒子的比率可以是10:1至3:2(黑色：青色)。在一些实施例中，黑色与品红色粒子的比率可以是10:1至3:2(黑色：品红色)。在一些实施例中，有色粒子的共混物可以是0.1％和3％(以粘结剂的重量计)。
另一方面，本发明提供了一种可变透射电泳介质，其包括在粘结剂中的多个囊体，每个囊体具有内相，所述内相包括在流体中的多个带电粒子，所述带电粒子可通过施加电场而在打开状态和关闭状态之间移动，其中流体包含一种或多种非共轭烯烃。
另一方面，本发明提供一种可变透射电泳装置，其包括设置在两个透光电极之间的上述可变透射电泳介质层。这种可变透射电泳装置还可以包括在透光电极之一的与电光介质的相对侧上的至少一个透光基板；显然，可以为每个透光电极提供这样的基板。根据本发明的各个实施例的电光介质也可以被结合到其他种类的电光装置中。例如，前平面层压板(FPL)可以包括透光电极层、粘合剂层和本发明的电光介质。在一些实施例中，前平面层压板还将包括释放片或粘合剂层或两者。本发明的电光介质还可以结合到电光显示器中，该电光显示器包括透光电极层、粘合剂层、本发明的电光介质和像素电极阵列。
根据以下描述，本发明的这些和其他方面将是显而易见的。
附图说明
附图仅通过示例而非限制的方式描绘了根据本概念的一个或多个实施方式。在附图中，相似的附图标记指代相同或相似的元件。
附图的图1A-1F是以下的示意性截面图：(i)在粘结剂中没有着色剂的现有技术的可变透射显示器(图1A示意性地示出了关闭状态，图1B示意性地示出了打开状态)；(ii)使用高度着色的非常薄的粘结剂对图1A和1B的现有技术显示器的修改(图1C和1D)；以及(iii)具有相对较厚的有色粘结剂的本发明的可变透射显示器(图1E和1F)。
图2是如图1A所示的现有技术的显示器的关闭状态的显微照片，并且示出了这种显示器的差的对比度。
图3是如图1D所示的显示器的打开状态的显微照片，并且示出了存在的深色多层和所得的颗粒。
图4是类似于图3的显微照片，但是示出了如图1F所示的显示器的打开状态。
图5A-5C是示出针对具有无色粘结剂(如图1A/1B所示)和有色粘结剂(图1E/1F)的显示器的在关闭状态下透射的光量(图5A)、在打开状态下透射的光量(图5B)和所得对比度(图5C)的图。
图6A和6B是示出了根据图1C/1D(图6A)和图1E/1F(图6B)的单像素显示器的关闭和打开状态的照片，并且示出了由本发明提供的颗粒的改进。
附图的图7是示出使用OLOA和各种其他充电剂的组合用封装的电泳介质实现的对比度的图。
图8是类似于图7但显示了使用OLOA和不同比例的2-HDA或控制CCA所获得的对比度的图。
图9是类似于图8但是示出了最小雾度值而不是对比度的图。
图10A-10D是分别示出在变化的驱动电压下使用OLOA/2-HDA和OLOA/Span 85电荷控制剂的封装电泳介质的最小打开状态透射率、最小关闭状态透射率、最小打开状态雾度和对比度的图。
图11是类似于图10D但是显示了通过以可变的比率和在各种驱动电压下使用OLOA/2-HDA和OLOA/油酸电荷控制剂的封装电泳介质获得的对比度的图。
图12A是包括两种类型的带电粒子的电光显示器的图示。可以通过施加电场将粒子朝向(远离)观察者移动。
图12B是包括第一透光电极层和第二透光电极层以及设置在各层之间的电光介质的可变透射装置的图示。可以通过施加电场使粒子靠近囊体壁移动，从而使光穿过介质。
图13A示出了各种鱼明胶粘结剂组合物的可变透射样品的雾度测量。左侧面板样品包含无***胶的粘结剂，中间面板样品包含具有33％(wt./wt.)的***胶的粘结剂，以及右侧面板样品包含等份鱼明胶和***胶的粘结剂。
图13B示出了各种鱼明胶粘结剂组合物的可变透射样品的对比度测量。左侧面板样品包含无***胶的粘结剂，中间面板样品包含具有33％(wt./wt.)的***胶的粘结剂；以及右侧面板样品包含等份鱼明胶和***胶的粘结剂。
图13C示出了各种鱼明胶粘结剂组合物的可变透射样品的反冲测量。左侧面板样品包含无***胶的粘结剂，中间面板样品包含具有33％(wt./wt.)的***胶的粘结剂；以及右侧面板样品包含等份鱼明胶和***胶的粘结剂。
图14示出了与具有等份鱼明胶和***胶的样品相比，仅具有鱼明胶作为粘结剂的样品的关闭状态的衰减。在测试中，鱼明胶和***胶的1:1混合物的具有明显减少的反冲，从而导致打开和关闭状态稳定了数周。
图15是描述用于制造具有囊体尺寸的预定分布的电光介质的方法的流程图。
图16A示出了对于仅具有小囊体的可变透射装置的样品(左)和对于具有大囊体和小囊体的共混物的可变透射装置(右)的打开状态透射率的差异。
图16B示出了对于仅具有小囊体的可变透射装置的样品(左)和对于具有大和小囊体的共混物的可变透射装置(右)的关闭状态透射率的差异。
图16C示出了对于仅具有小囊体的可变透射装置的样品(左)和对于具有大和小囊体的共混物的可变透射装置(右)的打开状态雾度的差异。
图16D示出了对于仅具有小囊体的可变透射装置的样品(左)和对于具有大和小囊体的共混物的可变透射装置(右)的对比度(打开透射/关闭透射)。大和小囊体的共混物在打开和关闭状态之间具有大得多的对比度。
图17示出了包括仅小囊体(左)和大和小囊体的共混物(右)的可变透射装置的图像。图17表明在两种不同的囊体尺寸分布之间的颗粒几乎没有变化。
图18显示了各种粘结剂-颜料配方的可见吸收光谱。如图18所示，3份青色、3份品红色、14份黑色的组合产生了相对均匀的可见光吸收光谱。
图19示出了对于具有3份青色、3份品红色、14份黑色的粘结剂(左)和仅具有炭黑着色剂的粘结剂(右)的对比度测量。尽管仅黑色粘结剂的对比度更好，但对于大多数可变透射应用而言，与有色共混物粘结剂的对比度就足够了。
图20示出了对于具有3份青色、3份品红色、13份黑色的粘结剂(左)和仅具有炭黑着色剂的粘结剂(右)的雾度测量。两种配方的雾度都非常低。
图21是具有透明粘合剂层的可变透射薄膜的截面侧视图。
图22A和22B分别是在关闭和打开状态下与透明粘合剂组合的电泳介质的截面侧视图。
图23A和23B分别是在关闭和打开状态下与着色粘合剂组合的电泳介质的截面侧视图。
图24A是处于打开状态的包括透明粘合剂层的可变透射组件的照片。
图24B是根据本发明的实施例的处于打开状态的包括着色的粘合剂层的可变透射组件的照片。
图25A至25D是分别示出根据本发明的各种实施例的封装电泳介质的最小关闭状态透射率、最小打开状态透射率、对比度和最小打开状态雾度的图。
图26A至图26L是示出根据本发明的各种实施例的包含各种尺寸的囊体的封装电泳介质的最小关闭状态透射率、最小打开状态透射率、对比度和最小打开状态雾度的图。
具体实施方式
电泳显示器(例如电子阅读器)通常是不透明的，并且以反射模式操作。该功能在图12A中示出，其中通过以合适的电压将黑色或白色带电粒子朝向观察表面移动来调制撞击表面的光的反射率。然而，也可以使电泳装置以图12B所示的所谓的“快门模式”进行操作，其中一个操作状态基本上是不透明的，而另一操作状态是透光的。当该“快门模式”电泳装置被构造在透明基板上时，可以调节光通过该装置的透射。快门模式电泳介质的一种潜在用途是具有可变光透射的窗口。
图12A和12B的装置包括由在聚合物粘结剂中的囊体组成的电光介质。囊体包含带电的颜料粒子，该粒子响应于电场而移动。囊体通常由以下更详细描述的明胶材料形成。电光介质分布在第一和第二电极层之间，其可以由已知材料制成，例如氧化铟锡(ITO)涂布的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。可替代地，电极层可以包括金属电极，其可以被布置为像素。像素可以作为有源矩阵可控制，从而允许显示文本和图片。通常在电光介质和电极层之一之间存在附加的粘合剂层。粘合剂层可以是紫外线可固化的，并且通常通过“填充”由囊体产生的偏差来改善最终装置的平面度。合适的粘合剂配方描述于美国专利2017/0022403中，其通过引用并入本文。
当DC场被施加到图12A的装置时，暗或亮粒子朝着观察表面移动，从而将光学状态从暗改变为亮。在图12B中，当向电极之一施加交变电场时，带电的颜料粒子被驱动到囊体的壁上，从而形成穿过囊体的用于光透射的孔，即打开状态。在两个实施例中，因为溶剂是非极性的并且包含电荷控制剂和/或稳定剂，所以可以长时间(几周)维持光学状态(黑/白；打开/关闭)，而无需维持电场。结果，一天仅可以几次“切换”装置，并且仅消耗很少的功率。
术语“灰色状态”在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白转变。例如，以上所涉及的几个伊英克专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，其中，该极端状态为白色和深蓝色，以使得中间的“灰色状态”实际上为淡蓝色。实际上，如已经提到的，光学状态的改变可能根本不是颜色改变。术语“黑色”和“白色”或“关闭”和“打开”在下文中可用于指代显示器的两个极端光学状态，并且应理解为通常包括并非严格黑白的极端光学状态，例如上述白色和深蓝色状态。在下文中可以使用术语“单色”来表示驱动方案，该驱动方案仅将像素驱动到其两个极端光学状态而没有中间的灰色状态。(在以下讨论的快门模式显示器的情况下，两个极端光学状态可以被称为“暗”和“清晰”或“打开”和“关闭”。)
术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态的至少一个光学性质不同，从而在利用具有有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续的时间是用于改变该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少几倍(例如至少4倍)。在美国专利No.7,170,670中示出，支持灰度的一些基于粒子的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰色状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，在此可使用术语“双稳态的”以同时涵盖双稳态的和多稳态的显示器。
多年来一直是密集研究和开发的主题的一种类型的电光显示器是基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动通过流体。与液晶显示器相比，电泳显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗的属性。然而，这些显示器的长期图像质量的问题阻止了它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子往往会沉降，从而导致这些显示器的使用寿命不足。
如上所述，电泳介质需要流体的存在。在大多数现有技术的电泳介质中，该流体是液体，但是电泳介质可以使用气态流体来产生；参见例如Kitamura，T.等,“Electronictoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS 1-1，和Yamaguchi，Y.等,“Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically”,IDW Japan,2001,Paper AMD4-4)。也参见美国专利No.7,321,459和7,236,291。当这种基于气体的电泳介质在允许粒子沉降的方向中使用时，例如用在介质在垂直平面内布置的指示牌中时，由于与基于液体的电泳介质相同的粒子沉降，这种基于气体的电泳介质容易遭受同样的问题。实际上，在基于气体的电泳介质中的粒子沉降问题比基于液体的电泳介质更严重，因为与液体相比，气态悬浮流体的粘度更低，从而使电泳粒子的沉降更快。
被转让给麻省理工学院(MIT)、伊英克公司、伊英克加利福尼亚有限责任公司和相关公司或以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装的和微单元电泳和其他电光介质的各种技术。封装的电泳介质包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内相以及包围内相的囊壁，其中所述内相含有在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，囊体本身保持在聚合物粘结剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不封装在微囊体内，而是保留在形成于载体介质(通常是聚合物薄膜)内的多个腔体内。在这些专利和申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利No.5,961,804；6,017,584；6,120,588；6,120,839；6,262,706；6,262,833；6,300,932；6,323,989；6,377,387；6,515,649；6,538,801；6,580,545；6,652,075；6,693,620；6,721,083；6,727,881；6,822,782；6,831,771；6,870,661；6,927,892；6,956,690；6,958,849；7,002,728；7,038,655；7,052,766；7,110,162；7,113,323；7,141,688；7,142,351；7,170,670；7,180,649；7,226,550；7,230,750；7,230,751；7,236,290；7,247,379；7,277,218；7,286,279；7,312,916；7,375,875；7,382,514；7,390,901；7,411,720；7,473,782；7,532,388；7,532,389；7,572,394；7,576,904；7,580,180；7,679,814；7,746,544；7,767,112；7,848,006；7,903,319；7,951,938；8,018,640；8,115,729；8,119,802；8,199,395；8,257,614；8,270,064；8,305,341；8,361,620；8,363,306；8,390,918；8,582,196；8,593,718；8,654,436；8,902,491；8,961,831；9,052,564；9,114,663；9,158,174；9,341,915；9,348,193；9,361,836；9,366,935；9,372,380；9,382,427；和9,423,666；以及美国专利申请公开No.2003/0048522；2003/0151029；2003/0164480；2003/0169227；2003/0197916；2004/0030125；2005/0012980；2005/0136347；2006/0132896；2006/0281924；2007/0268567；2009/0009852；2009/0206499；2009/0225398；2010/0148385；2011/0217639；2012/0049125；2012/0112131；2013/0161565；2013/0193385；2013/0244149；2014/0011913；2014/0078024；2014/0078573；2014/0078576；2014/0078857；2014/0104674；2014/0231728；2014/0339481；2014/0347718；2015/0015932；2015/0177589；2015/0177590；2015/0185509；2015/0218384；2015/0241754；2015/0248045；2015/0301425；2015/0378236；2016/0139483；和2016/0170106；
(b)囊体、粘结剂和封装工艺；参见例如美国专利No.5,930,026；6,067,185；6,130,774；6,172,798；6,249,271；6,327,072；6,392,785；6,392,786；6,459,418；6,839,158；6,866,760；6,922,276；6,958,848；6,987,603；7,061,663；7,071,913；7,079,305；7,109,968；7,110,164；7,184,197；7,202,991；7,242,513；7,304,634；7,339,715；7,391,555；7,411,719；7,477,444；7,561,324；7,848,007；7,910,175；7,952,790；7,955,532；8,035,886；8,129,655；8,446,664；和9,005,494；以及美国专利申请公开No.2005/0156340；2007/0091417；2008/0130092；2009/0122389；和2011/0286081；
(c)微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如美国专利No.7,072,095和9,279,906；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利No.7,144,942和7,715,088；
(e)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；
(f)用于显示器中的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.7,116,318和7,535,624；
(g)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.7,075,502和7,839,564；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7,012,600和7,453,445；以及
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348。
许多前述专利和申请认识到在封装的电泳介质中围绕离散的微囊体的壁可以由连续相替代，由此产生所谓的“聚合物分散型的电泳显示器”，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的液滴和聚合物材料的连续相，并且在这种聚合物分散型的电泳显示器内的离散的电泳流体的液滴可以被认为是囊体或微囊体，即使没有离散的囊体薄膜与每个单独的液滴相关联；参见例如前述美国专利No.6,866,760和7,079,305。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下操作，但许多电泳显示器可以制成在所谓的“快门模式(shutter mode)”下操作，在该模式下，一种显示状态实质上是不透明的，而一种显示状态是光透射的。参见例如美国专利No.5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971和6,184,856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以在类似的模式下操作；参见美国专利No.4,418,346。其他类型的电光显示器也能够在快门模式下操作。在快门模式下操作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在该结构中，邻近显示器的观察表面的至少一层在快门模式下操作，以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
带电颜料粒子可以具有多种颜色和组成。另外，带电颜料粒子可以用表面聚合物官能化以改善状态稳定性。这样的颜料在美国专利公开No.2016/0085132中描述，其通过引用整体并入本文。例如，如果带电粒子为白色，则它们可以由诸如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4、PbSO4等的无机颜料形成。它们也可以是具有高折射率(>1.5)且具有一定大小(>100nm)以显示白色的聚合物粒子，或者是经过工程改造以具有期望折射率的复合粒子。黑色带电粒子可以由CI颜料黑26或28或类似物(例如铁锰黑或铜铬黑)或炭黑形成。其他颜色(非白色和非黑色)可以由有机颜料形成，例如CI颜料PR 254,PR122,PR149,PG36,PG58,PG7,PB28,PB15:3,PY83,PY138,PY150,PY155或PY20。其他示例包括科莱恩(Clariant)Hostaperm Red D3G 70-EDS,Hostaperm Pink E-EDS,PV fast red D3G,Hostaperm redD3G 70,Hostaperm Blue B2G-EDS,Hostaperm Yellow H4G-EDS,Novoperm Yellow HR-70-EDS,Hostaperm Green GNX,BASF Irgazine red L 3630,Cinquasia Red L 4100 HD,和Irgazin Red L 3660 HD；Sun Chemical酞菁蓝、酞菁绿、苯胺黄或AAOT苯胺黄。有色粒子也可以由无机颜料形成，例如CI颜料蓝28、CI颜料绿50、CI颜料黄227等。带电粒子的表面可以通过已知技术基于所需粒子的电荷极性和电荷水平进行修改，如美国专利No.6,822,782、7,002,728、9,366,935和9,372,380以及美国公开No.2014-0011913中所述，其全部内容通过引用整体并入本文。
粒子可以表现出天然电荷，或者可以使用电荷控制剂明确地充电，或者当悬浮在溶剂或溶剂混合物中时可以获取电荷。合适的电荷控制剂在本领域中是众所周知的；它们本质上可以是聚合的或非聚合的，或者可以是离子的或非离子的。电荷控制剂的示例可包括但不限于Solsperse 17000(活性聚合物分散剂)、Solsperse 9000(活性聚合物分散剂)、
如本领域中已知的，可以通过使用表面活性剂来辅助将带电粒子(如上所述，通常为炭黑)分散在低介电常数的溶剂中。这样的表面活性剂通常包含与溶剂相容或可溶于溶剂的极性“头基”和非极性“尾基”。在本发明中，优选非极性尾基是饱和或不饱和烃部分，或可溶于烃溶剂的另一基团，例如聚(二烷基硅氧烷)。极性基团可以是任何极性有机官能团，包括离子材料，例如铵盐、磺酸盐或膦酸盐、或酸性或碱性基团。特别优选的头基是羧酸或羧酸根基团。适用于本发明的稳定剂包括聚异丁烯和聚苯乙烯。在一些实施例中，添加分散剂，例如聚异丁烯丁二酰亚胺和/或脱水山梨糖醇三油酸酯和/或2-己基癸酸。
在本发明的可变透射介质中使用的流体通常将具有低介电常数(优选小于10，并且期望小于3)。流体优选是具有低粘度、相对高的折射率、低成本、低反应性和低蒸气压/高沸点的溶剂。溶剂的示例包括但不限于脂族烃，例如庚烷、辛烷，和石油馏出物，例如
在本发明的优选实施例中，封装的流体可包含一种或多种非共轭的烯烃，优选为环状烃。非共轭烯烃的示例包括但不限于萜烯，例如柠檬烯；苯基环己烷；苯甲酸己酯；环十二碳三烯；1,5-二甲基四氢萘；部分氢化的三联苯，例如
以前曾有人提出，可变透射电泳介质的最佳方法是具有宽尺寸分布的液滴的聚合物分散电泳介质；由于电泳介质层的良好均匀性以及用于填充较大液滴之间的间隙的非常小的液滴(通常称为“细粒”)的存在，如此宽的尺寸分布应产生低颗粒。先前在可变透射装置中使用微囊体介质的尝试遭受了过多的颗粒(光密度的局部变化)和较高的最小透射值(即，相对泄漏的封闭状态)的困扰，从而使得该介质在诸如汽车天窗的某些商业应用中将无用。然而，聚合物分散的电泳介质有其自身的问题，包括具有剪切力和温度等参数的连续相发生不可预测的凝胶化(这使介质的生产过程大大复杂化)，并且使用除表层(skimcoat)来降低液滴破裂的可能性。囊体比聚合物分散介质中的液滴更耐破裂，这使基于囊体的介质可以使用某些涂层技术(例如喷涂)，而聚合物分散介质则无法使用。基于囊体的介质不需要除表层以防止囊体破裂，并且可以通过诸如筛分等技术将囊体进行大小分离，从而以聚合物分散介质难以或不可能的方式生产出具有受限范围的囊体尺寸的介质。
然而，如前所述，基于囊体的电泳介质趋于受到不希望的在关闭状态下的高透光率和/或过多的颗粒的影响。例如，在低涂层重量下，基于囊体的介质通过针孔或空隙(相邻的囊体之间的间隙)具有较高的透光率，而在较高涂层重量下，过多的颗粒和差的对比度会成为严重的问题。即使使用不分大小的囊体，囊体壁(尤其是那些小囊体的囊体壁)在关闭状态下也会增加透射率，并降低基于囊体的可变透射装置中可能的对比度。即使在高工作电压(例如120V)下，基于囊体的介质也可能遭受对比度不足(最大打开透射与最小关闭透射的比率)的影响。现在发现，基于囊体的可变透射装置的上述缺点可以通过利用根据本发明的各种实施例制成的可变透射电泳介质减少，甚至基本上消除。
根据本发明的第一实施例，通过提供包括多个囊体和粘结剂的可变透射电泳介质，可以减少或基本上消除不期望的高透光率和/或过多的颗粒，其中粘结剂(连续相)的吸光率大约等于关闭状态下囊体内内相的吸光率。基于囊体的电泳介质中使用的粘结剂通常是聚合的并且基本上是透明的，在这种介质中通常使用的厚度至少为50μm的量级。为了在粘结剂中产生必要的吸光率，可以使用染料或颜料(统称为“着色剂”)将颜色添加到粘结剂中。为了使雾度最小化，应使用染料或极细分散的颜料作为着色剂。然而，由于诸如窗户和汽车天窗的可变透射装置长时间暴露于具有相当比例的近紫外辐射的阳光下，因此颜料通常优选作为着色剂，因为染料容易受到光或热漂白的影响。目前优选的颜料是炭黑，其具有期望的中性色调和优异的光稳定性。然而，炭黑确实具有很强的聚集趋势(几乎所有的商业炭黑都是小粒子的聚集体)，因此有必要向炭黑中添加一种分散剂或表面活性剂，以将其保持在不会过度散射光的粒径。此外，保持炭黑在电泳介质中的良好分散是至关重要的，因为炭黑具有很高的导电性，并且粒子的聚集体或细丝的形成可能会在电极之间造成电短路，或者至少将粘结剂的电导率提高到不期望的程度。最后，必须将粘结剂中炭黑的浓度保持在较低水平，以防止大部分电极之间的的电场穿过粘结剂以及囊体周围，从而降低囊体的电光性能。尽管可以使用低分子量表面活性剂来辅助炭黑的分散，但是这种表面活性剂倾向于迁移除炭黑与周围相之间的界面以外的界面，并且这种表面活性剂的迁移可能引起各种问题。因此，优选使用聚合物表面活性剂，例如已发现诸如Kolliphor P188(可得自BASF)的泊洛沙姆分散剂与Cabot Corporation以Emperor 2000炭黑商业出售的优选炭黑在液体明胶(诸如Norland Products销售的Hipure液态明胶)或液态明胶与***胶的共混物中工作得很好。
在本发明的优选实施例中，着色剂可包含有色粒子的共混物。有色粒子的共混物可包括黑色、青色和品红色粒子。在大多数实施例中，有色粒子的共混物中粒子的平均直径可以在20至100nm之间。在一些实施例中，黑色与青色粒子的比率可以在10:1至3:2之间(黑色：青色)。在一些实施例中，黑色与品红色粒子的比率可以在10:1至3:2之间(黑色：品红色)。在一些实施例中，有色粒子的共混物可以以0.1％至3％(以粘结剂的重量计)存在。在一些实施例中，粘结剂包括约3份青色、3份品红色、14份炭黑，总颜色混合物占粘结剂质量的约2％。当内相被封装在(猪)明胶和***胶的凝聚层中时，发现该粘结剂混合物十分适合使用。所得的电光介质在透射装置中使用时雾度低，并且反冲较少，因此具有更高的长期状态稳定性。
出于下面参考附图解释的原因，不期望本发明的可变透射介质包含着色较重的粘结剂的薄层；相对较厚的着色较浅的粘结剂层可获得最佳效果。实际上，已经发现期望本发明的介质比大多数现有技术的封装的电泳介质包含更高比例的粘结剂；对于每15重量份的囊体，至少应有1重量份的粘结剂，对于每4重量份的囊体，可选地最多应有1重量份的粘结剂。粘结剂的这种相对较高的比例使光通过囊体层中的针孔和空隙的透射最小化。此外，所使用的涂层重量应使得至少单层的囊体或稍微更多的囊体沉积在用于涂布的基板上。
图1A和1B分别是通过现有技术的基于囊体的电泳介质的关闭和打开状态的示意性横截面，其中粘结剂没有被着色。可以看到，由于存在针孔(如图所示)或空隙，介质在关闭状态下的透射率增加了，在此即使在关闭状态下也基本上没有阻挡光通过介质的透射。通过介质的关闭状态而产生的光“泄漏”会大大降低其对比度。在实践中，即使涂层重量从标准的20g/m2增加到约24g/m2，存在这样的空隙和小孔也是有问题的，因为它们将关闭状态下的最小透射率限制为3％以上，这对于汽车天窗来说太高了。
图1C和1D是基于囊体的电泳介质的示意性横截面，分别类似于图1A和1B，所述基于囊体的电泳介质包括少量的重着色的粘结剂。这种着色粘结剂的存在极大地降低了关闭状态下针孔和空隙的影响(图1C)，因此与图1A和1B的介质相比，改善了介质的对比度。然而，在打开状态(图1D)中，重着色的粘结剂会导致不期望的高颗粒，因为重着色的粘结剂趋向于在显示器的多层部分中过度强调囊体壁，参考图1D。
图1E和1F是本发明的优选的基于囊体的电泳介质的示意性截面图，其分别类似于图1A和1B，所述基于囊体的电泳介质使用比图1C和1D中的粘结剂着色更浅但以更大量存在的粘结剂，因此在关闭状态下粘结剂的吸光度基本上与内相的吸光度匹配。可以看出，这种浅着色的粘结剂的存在在减少关闭状态下的针孔和空隙的影响方面具有基本相同的效果(图1E)，从而与图1A和图1B的介质相比改善了介质的对比度，如图1C中的重着色但较薄的粘结剂一样。然而，与图1D相比，处于打开状态的颗粒(图1F)大大减少了，因为在参考图1F的显示器的多层部分中没有过度强调囊体壁。
根据本发明的第二实施例，可通过包括电荷控制剂来改善可变透射电泳介质的对比度不足，所述电荷控制剂包含具有至少约8个碳原子的支链脂肪酸和低聚胺封端的聚烯烃，例如
根据本发明的第三实施例，提供了一种改进的电光介质，其包括封装的颜料粒子和粘结剂。特别地，已经发现鱼明胶和聚阴离子(例如***胶)的混合物是与由(猪)明胶和***胶的凝聚层形成的囊体一起使用的极好的粘结剂。可以与鱼明胶一起包含在粘结剂中的聚阴离子包括但不限于碳水化合物聚合物，例如淀粉和纤维素衍生物、植物提取物(例如***胶)和多糖(例如藻酸盐)；蛋白质，例如明胶或乳清蛋白；脂质，例如蜡或磷脂；及其组合。该结果是令人惊讶的，因为鱼明胶和聚阴离子(例如***胶)都不能单独用作电光介质的粘结剂材料。如下所述，单独的鱼明胶具有不可接受的反冲，而单独的聚阴离子(例如***胶)在涂布后进行调节时会收缩和破裂。所得的电光介质在透射装置中使用时雾度低，并且反冲较少，因此具有更高的长期状态稳定性。可以将电光介质涂布在较大的表面上并与电极等进行层压，以创建各种电光装置，包括日光可读显示器和智能窗户。
在上述许多E Ink和MIT专利和申请中已经描述了在可变透射装置中使用的基于明胶的囊体壁。明胶可从各种商业供应商那里获得，例如Sigma Aldrich或Gelitia USA。可以根据应用需要以各种等级和纯度获得它。明胶主要包含已从动物产品(牛、猪、家禽、鱼)中收集并水解的胶原蛋白。它包含肽和蛋白质的混合物。在本文所述的许多实施例中，明胶与源自金合欢树的硬化树液的***胶(***树胶)组合。***胶是糖蛋白和多糖的复杂混合物，并且经常用作食品中的稳定剂。可以调节***胶和明胶的水溶液的pH值，以形成可以封装非极性内相的液滴的富含聚合物的凝聚层相，如下所述。
包含明胶/***胶的囊体可以如下制备；参见例如美国专利No.7,170,670，其通过引用整体并入。在该工艺中，将明胶和/或***胶的水溶性混合物与烃内相(或期望封装的其他与水不混溶的相)一起乳化以封装该内相。乳化前可将溶液加热至40℃，以溶解明胶。在达到期望的液滴尺寸分布之后，通常降低pH以形成凝聚层。囊体是在乳液的受控冷却和混合(通常至室温或更低的温度)下形成的。如果润湿和扩散条件正确(这在很大程度上取决于内相组成)，则可以实现适当混合和某些封装配方(例如明胶、***胶浓度和pH)，来以均匀的方式离散地凝胶化内相液滴周围的凝聚层。该工艺产生的囊体为20-100μm，通常将超过50％的原始材料合并至可用的囊体中。然后通过筛分或其他尺寸排除分选将产生的囊体按尺寸分离。通常会排除大于100μm的囊体，因为它们是肉眼可见的，并且较大的囊体会增大电极之间的间隙，从而增加必要的驱动电压。
令人惊讶地，根据本发明的第四实施例，已经发现，添加较大的囊体可以通过可变透射装置中的打开状态来改善观察体验。该结果是预料之外的，因为传统上由于囊体包装不一致，具有占主导地位的直径在50μm和90μm范围内的囊体的可变透射装置是“颗粒状的”。已经发现，通过在电光介质的制造期间按尺寸有意地对囊体进行分类，然后有意地组合选择的尺寸分布以获得特定的尺寸分布比，可以获得具有良好对比度和低颗粒的可变透射装置。当通过该装置观察光源时，所得的可变透射装置具有低颗粒、良好的对比度和减小的衍射图案。
根据本发明的第四实施例的用于制备本发明的电光介质的工艺可见于图15，其中该工艺从制备包括电荷颜料粒子的囊体开始，如上所述。然后使用两筛工艺(通常是图15中的筛A和筛B)根据尺寸筛分所得的封装的电泳介质。虽然示出了三种不同的尺寸排阻，但是应当理解，可以执行附加的尺寸排阻，但是，可能仅需要将囊体分成两种尺寸分布。然后将尺寸分布与期望的比例(按重量)与聚合物粘结剂(例如明胶)重新组合，以形成可涂布在透光电极层上的电光介质。对于每一个重量份的较小囊体，本发明的装置可包括在二至五重量份之间的较大囊体。在一些实施例中，每一个重量份的较小囊体可以有大约三重量份的较大囊体。
在尺寸分选之后，将囊体与粘结剂混合以产生用于涂布(例如使用狭缝涂布、刮刀涂布、旋涂等)的浆液。在本发明的实施例中，粘结剂包括明胶，通常为鱼明胶。在优选的实施例中，将明胶与***胶混合，但是已经发现，不应将混合物络合成凝聚层，因为保持浆液均匀性更加困难。另外，已经发现可以通过改变添加到粘结剂混合物中的***胶的量来改善透射介质的雾度。
根据本发明的各个实施例，为了改善包括电光介质层的显示器的轴外透明度，保持该层尽可能薄可能是有利的，从而减小贯穿电泳层厚度的任何粒子结构的尺寸；然而，如上所述，薄的电泳层需要电泳粒子的体积分数的相应增加，以在显示器的关闭状态下实现足够的不透明度。因此，对于用于光调制器的材料的任何给定选择，电泳层都可能具有最佳厚度。通过控制粒子结构，使其不占据液滴的整个侧壁，也可以改善轴外透明度。特别地，集中粒子是有利的，使得粒子结构仅占据与电泳介质层的一个主表面相邻的侧壁的一部分。这样的粒子结构可以根据本发明的DC/AC驱动方法通过以下方式产生：首先通过将DC场施加到电泳层上，将所有粒子置于与电泳层的一个主表面相邻的液滴内，然后使用适当频率的AC场将粒子驱动到侧壁。
如前所述，本发明的可变透射薄膜可包括第一透光电极和第二透光电极，其中电泳层和UV固化粘合剂(例如聚氨酯丙烯酸酯共混物)设置在第一透光电极和第二透光电极之间，诸如图21中所示的可变透射薄膜。根据本发明的又一个实施例，可变透射薄膜的粘结剂层中可以包含非散射着色剂。对薄膜的粘合剂进行着色可以进一步减小颗粒和针孔。将非散射着色剂(例如染料或非常小(<100nm)的分散良好的颜料)添加到UV固化粘合剂中可能会填充囊体层的针孔，结果会降低通过针孔的光透射。着色的UV粘合剂还可显著改善可变透射薄膜的颗粒。着色剂的示例包括但不限于Macrolex Black 2B,Keyplast Black AN,Macrolex Violet 3R,Macrolex Blue 3R,Orasol Black X51和Orasol Black X55。
根据本发明的各种实施例的粘合剂组合物优选包含0.25至0.5phr的一种或多种着色剂。粘合剂不限于用单一材料着色。颜料和/或染料的共混物可用于改善耐光性和耐高温性。取决于可变透射薄膜的应用，可以通过选择有色染料/颜料来调节粘合剂的颜色，而不必改变下面的囊体层。
虽然不希望受到理论的束缚，但可能是由于囊体层的厚度变化以及使用100％固体含量且对平面化有效的UV固化粘合剂而造成了一定的颗粒，着色粘合剂层的可变厚度可以有效地补充囊体层的形状。例如，着色粘合剂的最厚部分将位于囊体层中针孔的位置附近，从而在最需要的位置提供最大着色(参见图22A、22B、23A和23B)。例如，添加诸如Keyplast Black AN之类的可溶于粘合剂的黑色染料，可以降低打开状态的颗粒(cqi得分)和关闭状态的针孔，而不会增加打开状态的雾度。因为UV可固化的粘合剂层在装置切换期间不能改变其透射率，所以优选选择着色剂负载，使得粘合剂层的透射率在囊体层的打开和关闭状态的透射率之间。例如，如果具有约1mil囊体层的装置的关闭状态透射率为约1％，打开状态的透射率为约30％，则应着色厚度为约1mil的粘合剂层，以使透射率介于1和30％之间以补充活性囊体层。
示例
现在给出示例，尽管仅是举例说明，以显示根据本发明的各种实施例制备的电泳介质的细节。
I.包含着色粘结剂的可变透射介质
示例1
通过组合
然后将所得的囊体与鱼明胶的水性粘结剂(Norland HiPure液体明胶)以1重量份的粘结剂与7重量份的囊体的比例混合，并混合水性着色剂分散体，其包括10重量％的Emperor 2000炭黑与5重量％的Kolliphor P188，比例为1份着色剂分散体与49份粘结剂。将所得混合物棒涂在125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上(囊体沉积在ITO涂布的表面上)，干燥该涂布的薄膜以产生约25μm厚的电泳介质，其基本上包含单层囊体。
然后，将电泳介质的暴露表面用可辐射固化的基于聚氨酯丙烯酸酯的粘合剂涂布。当施加粘合剂层时，施加125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于紫外光下固化所得的组件。
以类似方式制备第二基于囊体的电泳显示器，除了省略着色剂分散体。
图2是类似于图1A和1B所示的基于囊体的电泳介质的显微照片，其中未着色的粘结剂处于其关闭状态(实际上，图2是图1A的介质的俯视图)。可以看出，在介质的各个区域(参见图2中带圆圈的区域和中心左侧)中，存在大量的针孔和空隙，即使在关闭状态下，这些区域的颜色也比其余区域要浅得多，由此产生高的最小透射率和较差的对比度。
图3是类似于图1C和1D所示的基于囊体的电泳介质的显微照片，其处于打开状态时具有重度着色的粘结剂(实际上，图3是图1D的介质的俯视图)。可以看出，在介质的各个区域(尤其是圆圈区域)中存在多层囊体，并且这些区域看起来比周围的单层区域更暗，从而导致过多的颗粒。
图4是类似于图3但是是类似于图1E和1F所示的基于囊体的电泳介质的显微照片，其中增加比例的粘结剂比图3所示的着色少，介质被示出为处于其打开状态(实际上，图3是图1F的介质的俯视图)。可以看出，在介质的各个区域(尤其是圆圈区域)都存在多层囊体，但是这些区域与周围的单层区域没有太多的反差，从而导致颗粒比图3的介质低得多。
图5A、5B和5C分别显示了关闭状态下的最小透射率，打开状态下的最小透射率，以及使用带有未着色粘结剂的基于囊体的电泳介质(如图1A和1B所示)和具有最佳着色粘结剂的类似介质(如图1E和1F所示)制备的单像素显示器的对比度。从图5A-5C中可以看出，粘结剂的着色将关闭状态下的最小透射率从约7.5％降低到约2％，而在打开状态下的透射率仅从约21％降低到约19％，因此对比度从约9增加到约23。
图6A和6B是显示了具有高度着色的粘结剂(如图1C和1D—图6A所示)和具有最佳着色的粘结剂(如图1E和1F—图6B所示)的基于囊体的电泳介质的打开和关闭状态的照片。可以看出，高度着色的粘结剂介质比最佳着色的粘结剂介质具有更多的颗粒。
示例2
通过组合
将囊体浆液离心，然后以1重量份粘结剂与4重量份囊体的比例与50:50鱼明胶(Norland HiPure液体明胶)：***胶(AEP胶体)的水性粘结剂混合。着色剂(7重量％的Emperor 2000炭黑与3.5重量％的Kolliphor P188(Sigma-Aldrich 15759)，1.5重量％的Cab-o-jet 265M(Cabot Corp)和1.5重量％的Cab-o-jet 250C(Cabot Corp))的溶液在水中制备，然后以1份着色剂对52.3份粘结剂的比例添加到水性粘结剂中。将所得的粘结剂和封装的内相的混合物棒涂在125μm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上。将涂布薄膜干燥以产生约33μm厚的电泳介质，该电泳介质基本上包含单层囊体。
然后，用聚氨酯丙烯酸酯基粘合剂在涂布的薄膜的囊体涂布表面上涂布。当添加粘合剂层时，施加125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于来自CSun UV灯的UV光中固化所得组件。
通过使用上述技术，用粘结剂建立中性密度窗口像素(即顶部和底部透光电极)，该粘结剂着色有Emperor 2000炭黑、Cab-o-jet 265M品红色颜料和Cab-o-jet 250C青色颜料的混合物。作为对照，使用相同的技术构造相似的窗口像素，不同的是用Emperor 2000炭黑代替同等重量的有色颜料混合物。使用光学评估测试台，评估样品的对比度和雾度。如图19和20所示，颜色混合物的对比度和雾度几乎与对照品一样好。
虽然光学性能几乎等价，但是在打开状态下两个样品之间的颜色差异对于肉眼是显而易见的。为了量化颜色差异，在白色打印纸背景下对双透射电极测试盒进行了反射率测量。如表1所示，在其粘结剂中具有颜料共混物的样品具有更中性的颜色(a*和b*值更接近零)和更大的总反射率。
表1.通过相同内相的双窗口测试像素的反射率测量，其中粘结剂包括：A)仅Emperor 2000炭黑，着色剂重量约为2％；以及B)着色剂混合物重量约为2％的着色剂的混合物(14份Emperor 2000炭黑、3份Cab-o-jet 265M品红色和3份Cab-o-jet 250C青色)。
样品
L*
a*
b*
白纸
94.6
3.99
-11.45
A)仅碳黑窗口
37.5
1.64
6.38
B)中性颜色窗口
40.75
-0.05
3.38
II.包含CCA共混物的可变透射介质
通过组合11000、1-柠檬烯、5040浸渍液、炭黑、聚苯乙烯和2-己基癸酸制备非水内相。然后通过将混合物添加至明胶/***胶水溶液中，将混合物乳化，并添加Emperor 2000炭黑与5重量百分比的Kolliphor P 188的分散体，将所得混合物封装。在混合、加热和pH调节之后，将所得的囊体冷却并筛分至20-60μm的范围，平均尺寸为30-40μm。
将囊体离心，然后与鱼明胶的水性粘结剂(Norland HiPure液体明胶)以1重量份的粘结剂与7重量份的囊体的比例混合，并混合水性着色剂分散体，其包括10重量％的Emperor 2000炭黑与5重量％的Kolliphor P188，比例为1份着色剂分散体与49份粘结剂。将所得混合物棒涂在125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上(囊体沉积在ITO涂布的表面上)，干燥该涂布的薄膜以产生约25μm厚的电泳介质，其基本上包含单层囊体。
然后，将电泳介质的暴露表面用可辐射固化的基于聚氨酯丙烯酸酯的粘合剂涂布。当施加粘合剂层时，施加125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于紫外光下固化所得的组件。
将如上所述生产的基于囊体的电泳介质与其他类似的基于囊体的电泳介质的电光性能进行了比较，不同的是，比较样品中使用的电荷控制剂单独是
从图7中可以看出，仅包含
示例2
以与以上示例1中所述相同的方式制备了各种实验显示器，但是2-HDA：
从图8和9可以看出，2-HDA显示器的对比度随2-HDA的比例和驱动电压而单调增加，在0.2:1的2-HAD比率和90V的驱动电压下达到远远超过30的值，其实质上大于Span 85显示器的相应值。最小雾度值不会随2-HAD的比例变化很大，但是会随着驱动电压的增加而降低。因此，11000重量比为0.2:1的显示器具有最佳的整体性能。
示例3
在45、60、90和120V的驱动电压下，对上述示例2中制备的显示器进行进一步的测试，其包含重量比为0.2:1的2-HDA和以及重量比为0.825:1的Span 85和
从图10A-10D中可以看出，在与包含Span 85的显示器相同的条件下，包含2-HDA的显示器显示出更高的最大打开透射率、更低的最小关闭透射率、更低的打开雾度以及实质上更高的对比度。特别地，Span 85显示器在任何测试条件下均无法达到30的理想对比度，而2-HDA显示器在至少60V的驱动电压下始终达到该对比度。
示例4
如以上示例1所述制备显示器，其包含重量比为0.2:1的2-HDA和以及重量比为0.4:1的油酸和
从图11中可以看出，包含2-HDA的显示器在与包含油酸的显示器相同的条件下始终表现出明显更高的对比度。
III.包含鱼明胶的可变透射介质：***胶粘结剂
通过组合
将得到的水性囊体浆液离心，然后混合到三种不同的鱼明胶基水性粘结剂中；A)没有***胶，B)***胶与鱼明胶的1:2混合物，以及C)***胶与鱼明胶的1:1混合物。鱼明胶是从Norland购买的HiPure液体明胶，而***胶是从AEP胶体获得的。每种明胶粘结剂以1重量份的粘结剂与7重量份的囊体的比例混合，并混合着色剂溶液，其在水中包括10重量％的Emperor 2000炭黑与5重量％的Kolliphor P188(Aldrich 15759)，比例为1份碳黑着色剂与49份粘结剂。将所得混合物棒涂在125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上。干燥该涂布的薄膜以产生约25μm厚的电泳介质，其基本上包含单层囊体。
然后，用聚氨酯丙烯酸酯基粘合剂在涂布的薄膜的囊体涂布表面上涂布。当添加粘合剂层时，施加125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于来自CSun UV灯的UV光中固化所得组件。
针对每种粘结剂配方制备了可变透射测试薄膜的几种样品。然后使用美国专利No.7,679,814中描述的光学评估装置评估样品的打开和关闭透射率以及雾度。简而言之，将每个样品放置在校准光源的前面，在样品的另一侧具有集成检测器。将每个样品驱动到打开和关闭状态，并评估其透射率。另外，使用校准的斩波轮来测量漫射与透射光之间的关系，以评估雾度。还通过比较打开状态下随时间变化的衰减来评估反冲量(参见图14)。所得到的数据在图13A-13C中示出。
通过评估三种粘结剂配方之间的差异，很明显的是，鱼明胶和***胶的1:1混合物产生了具有良好对比度(打开和关闭状态之间的差异；图13B)和低雾度(图13A)的电光介质。另外，两种含有***胶的粘结剂混合物几乎没有反冲，导致在打开和关闭状态下具有非常长的稳定性。参见图14。
IV.包含囊体的可变透射介质
示例1
通过组合
在混合、加热和pH调节之后，将所得的囊体冷却并分类为两种尺寸分布，一种尺寸分布范围从约20μm到约50μm，平均尺寸约为35μm，另一种尺寸分布的范围为约50μm至约90μm，平均尺寸为约60μm。对于以下详述的一些实验，将三重量份的第二部分与一重量份的第一部分组合。
将得到的囊体浆液离心，然后与50:50鱼明胶(Norland HiPure液体明胶)：***胶(AEP胶体)的水性粘结剂以1重量份的粘结剂与7重量份的囊体的比例混合，并混合着色剂溶液，其在水中包括10重量％的Emperor 2000炭黑与5重量％的Kolliphor P188，比例为1份碳黑着色剂与49份粘结剂。将所得混合物棒涂在125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上。涂布的薄膜被允许被烤炉干燥以产生约25μm厚的电泳介质，其基本上包含单层囊体。
然后，用聚氨酯丙烯酸酯基粘合剂在涂布的薄膜的囊体涂布表面上涂布。当添加粘合剂层时，施加125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于来自CSun UV灯的UV光中固化所得组件。
制备了两组样品。通过仅使用约20μm至约50μm的囊体来制备第一组样品(图16A-16D中的“仅小样品”)。通过将三重量份的约50μm至约90μm的囊体与一重量份的20μm至约50μm的囊体混合来制备第二组样品(图16A-16D中的“混合”)。
然后使用美国专利No.7,679,814中描述的光学评估装置评估样品的打开和关闭透射率以及雾度。简而言之，将每个样品放置在校准光源的前面，在样品的另一侧具有集成检测器。将每个样品驱动到打开和关闭状态，并评估其透射率。另外，使用校准的斩波轮来测量漫射与透射光之间的关系，以评估雾度。所得到的数据在图16A-16D中示出。图17示出了处于打开状态的仅小样品和混合囊体样品的样品的并排图像。从图17中可以看出，仅小囊体配方和混合囊体配方之间的颗粒几乎没有变化。
通过评估仅小样品和混合样品之间的差异，很明显的是，大囊体和小囊体的混合物产生的电光介质具有出色的对比度(打开和关闭状态之间的差异)以及较低的雾度。与仅小样品相比，在混合样品中也观察到明显更少的光晕(干涉图案)。
示例2
除了将囊体筛分为三类尺寸和两种共混物外，与上述示例1中的程序类似地制备囊体。共混物包括一小组，其尺寸分布为约5μm至约50μm，平均数直径为约20μm；中等组，其尺寸分布为约20μm至约90μm，平均数直径为约35μm；以及一大组，其尺寸分布为约20μm至约90μm，平均数直径为约40μm。两种共混物包括中等共混物和大共混物，中等共混物中的中等尺寸的囊体与小尺寸囊体的重量比为2:1，导致平均数直径约为25μm，大共混物的大尺寸囊体与小尺寸囊体的重量比为7:1，导致平均数直径约为30μm。
测试了小、中等、大、中等共混物和大共混物囊体的电光特性，以确定颗粒的外观、雾度和透射率。结果在图26A至26L中提供。从结果可以看出，小囊体的加入减少了关闭状态下的颗粒，而大囊体则更好地减少了打开状态下的颗粒并减少雾度。因此，数据表明电光特性可以根据哪种特性对特定应用最为重要是可调的。
V.包含着色粘合剂的可变透射薄膜
样品1：通过组合
将得到的囊体离心，然后与50:50鱼明胶(Norland HiPure液体明胶)：***胶的水性粘结剂以1重量份的粘结剂与7重量份的囊体的比例混合，并混合水性着色剂分散体，其包括10重量％的Emperor 2000炭黑与5重量％的Kolliphor P188，比例为1份着色剂分散体与54份粘结剂。将所得混合物棒涂在125μm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上(囊体沉积在ITO涂布的表面上)，并且该涂布的薄膜被烤炉干燥以产生约27μm厚的电泳介质，其基本上包含单层囊体。
然后，用可辐射固化的聚氨酯丙烯酸酯基粘合剂组合物在电泳介质的暴露表面上涂布。当施加粘合剂层时，施加125μm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于紫外线固化所得的组件。
样品2：进行与样品1相同的程序，但是可UV固化的粘合剂还包含0.5phr的Keyplast Black AN。具有着色粘合剂共混物的固化的1mil单元的透射率为21.5％，雾度为0.7％。表2提供了样品1和样品2的电光性能。
表2.具有和不具有着色粘合剂的电泳介质的EO性能。
基于样品1和样品2的比较结果，包含着色的UV可固化粘合剂的可变透射薄膜提供较少的颗粒和减少的针孔，并且使用可溶于粘合剂的染料不会增加雾度。在图24A中提供了处于打开状态的样品1的照片，并且在图24B中提供了处于打开状态的样品2的照片。
VI.包含封装的非共轭烯烃的可变透射薄膜
示例1
通过组合
将得到的囊体离心，然后与鱼明胶的水性粘结剂(Norland HiPure液体明胶)以1重量份的粘结剂与7重量份的囊体的比例混合，并混合水性着色剂分散体，其包括10重量％的Emperor 2000炭黑与5重量％的Kolliphor P188，比例为1份着色剂分散体与49份粘结剂。将所得混合物棒涂在125μm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜上(囊体沉积在ITO涂布的表面上)，干燥该涂布的薄膜以产生约22μm厚的电泳介质，其基本上包含单层囊体。
然后，将电泳介质的暴露表面用可辐射固化的基于聚氨酯丙烯酸酯的粘合剂涂布。当施加粘合剂层时，施加125mm厚的氧化铟锡涂布的聚酯薄膜的丝网印刷片。然后通过暴露于紫外光下固化所得的组件。
示例2
根据上述示例的第III部分中提供的程序，制备了包含封装的1-柠檬烯和5040的比较组件。在图25A至25D中提供了示例1和示例2的组件的电光性能。
如上所述，本发明提供了改进的可变透射电泳介质，其非常适合用于例如可变透射窗和车辆天窗。本发明的介质可以使用常规工艺容易地生产，并且可以比狭缝型挤压式涂布更容易沉积在玻璃或其他刚性基板上。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的特定实施例进行许多改变和修改。因此，整个前述描述将以说明性而非限制性的意义来解释。
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