电光丝或纤维的制作方法

专利名称：电光丝或纤维的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电光丝或纤维，尤其是涉及适合于包含在织物或服装内以便产生光学可探测效应的电光丝或纤维。
已见最近的三十年对电光显示装置进行了广泛的研究和发展。该工作的应用范围非常广阔，以致于现在这种显示装置在广泛的日常用品中是很平常的，诸如便携式电脑、复印机、打印机、手持设备(诸如“个人数字化助理(PDA)”)、电话、诸如CD播放器和DVD播放器的媒体阅听装置、便携式电视和零售POS(point-of-sale)机。本发明可用在所有这些显示装置中，并且可用在包括但不限于下文所公开的多种其它设备中。
作为最近三十年中一个重要的部分，该研究工作集中在生产出平面的硬质的显示装置，对观察者来说，这种显示装置在使用时看起来基本上是二维的。
过去之所以将重点放在平面硬质显示装置，其一个原因是采自于液晶材料在这些显示装置中的普及。
这种材料的液态导致习惯上是将液晶材料限制在玻璃板之间，以便在制造后保持显示装置的结构完整性。如果用这种方式生产，那么公知的液晶材料显示结构也能以一种可靠的方式来制造。
但是，近来对于柔性显示装置的兴趣正在增长。
这类显示装置有可能是可折叠的，由此例如像便携式电脑设备的显示屏可存放在一个与当前公知的显示装置相比是显著更小的空间内。
而且，柔性的显示装置能适应不规则形状衬底的外形。这开启了将显示装置放置于各种不同场所的可能性，而这些场所之前是不适合于放置显示装置的。
在EP-A-0933752中公开了一种打算用在柔性显示装置的复合显示材料的例子。
在该公开内容中，多个可旋转的微球体以阵列形式悬置在一种柔性介质内，该柔性介质被夹在柔性的透光电极板之间。
该微球体在制造过程中被涂覆以便在其相对的两侧呈现出光学上不同的特性。例如，每个微球体的一侧可以由于涂覆了诸如TiO2的白色色素而具有高的反射率；同时每个微球体相对的一侧可以包括一层可吸收预定波长范围内的光的涂层。
每个微球体的芯因其化学结构而是可极化的。因此，向透明电极板上施加所选择的电位会引起球体相对于支撑介质的旋转，从而显示装置的显示是可变化的。使用适当的寻址软件(addressing software)允许在显示装置的不同部分产生不同的效果，由此而可能产生所选择的图像和图案。
在EP-A-0933752中公开的复合结构是足够薄的以致于是可弯曲的，并且在某些方面类似于纸。
另一种柔性显示装置称为“电子墨水”，它是由E-ink公司(www.eink.com)制造。
在如EP-A-0933752的这种技术中，多个微球体以阵列形式悬置在一种柔性介质中，该柔性介质夹在透明的电极板或电极层之间。
每个微球体中都有多个带电粒子。通常每个微球体内会有正带电粒子和负带电粒子，借助在电极板上加电而产生的电场，正带电粒子漂移到每个微球体的一侧，而负带电粒子漂移到相对的一侧。这些分别成组的粒子被不同地着色(或者是其它的光学差别)。通过控制施加在电极板上的电位，能在显示装置上产生光学效应。
尽管前述显示装置满足了基本的柔性需求，但是将它们合并入某些类型的产品时还是有些不便的。
特别是，将这些显示装置合并到诸如具有复杂形状和/或结构的织物和服装的产品中是困难的。或许，将前述显示装置合并到这些结构中的唯一方法是将显示装置制造成片状并且将它们附着在预先备好的织物上。这会在设计和/或制造这些物品时包含有折衷处理。
因此，本发明的目的是提供一种能成为例如织物或服装的组成部分的电光子部件，该子部件的设计和/或制造比现有技术包含更少的折衷处理。
按照本发明的第一方面，提供有一种电光丝或纤维，包括在可极化材料体内的伸长的芯和覆盖在所述体上的外部元件，其中(i)所述芯和所述外部元件是导电的并且可各自连接到电位以便在它们之间产生场；和
(ii)所述可极化材料在受到所述场和/或所述场的变化的作用时呈现出光学效应，所述光学效应是可视的或者是其它从所述丝或纤维的外部光学上可探测的。
方便地，所述外部元件是透光的和/或光学透射反射的。
在任何情况下，在本发明的优选实施例中所述丝或纤维的子部件是柔性的，由此所述丝或纤维作为一个整体也是柔性的。
按设计者的选择，例如，这种丝或纤维可以与其它的纤维(与本发明的丝或纤维具有相同或不同的结构)进行纺织、针织、钩织、接缝缝合、锁缝、刺绣或其它方式的交织，从而生产出织物和/或服装。
可选择地，按照本发明的丝或纤维可通过任何手段附着到另一结构上，从而生产出例如片状显示装置或者就是简单的附着在一个表面上的电光显示丝或纤维区域。
方便地，所述芯是一柔性条或包括一柔性条，所述柔性条用从下列材料中选取的材料制成，包括导电金属；导电聚合物；涂覆有导电材料的聚酰胺；或前述材料中两种或更多种的组合。
在一种布置中，所述外部元件包括一表面，所述可极化材料体位于邻近该表面的位置。
优选地，所述外部元件围绕所述可极化材料体，为了制造织物或服装，所述丝或纤维是固有地可与其它纤维交织在一起的。
但是，为避免产生疑问，所述外部元件不需要在本发明的所有实施例中都环绕或围绕所述丝或纤维的余部。
在任何情况下，所述外部元件和所述体优选彼此附着，因而在所述丝或纤维上赋予结构强度和完整性。
通过所述丝或纤维具有基本上为圆形的横截面这一优选特征，有益地便于所述丝或纤维与其它纤维的纺织、针织、钩织或交织以及所述丝或纤维的制造。所述芯、所述可极化材料体和所述外部元件优选是基本上互相同轴的并具有圆形横截面。但是，本发明这些子部件的其它配置也是可能的。
方便地，所述可极化材料体包括下述材料的一种或多种
液晶材料；微密封的可极化墨水；或“扭转球”复合材料(“twisting ball”composite)。
另一种可能性是使用聚合物和/或常规的发光二极管。尽管这些不是狭义上的前述材料的“可极化”，但是它们能响应不同极化的脉冲。因此，它们落入本发明范围内的“可极化”的含义。
用“微密封的可极化墨水”表示例如上文中所描述的“电子墨水”。
用“扭转球复合材料”表示在EP-A-0933752中公开的一般类型的显示材料。
方便地，所述可极化材料体包括有色素，特别是无机磷色素、二氧化钛或它们的混合物。
已知这些色素优选地能增强可在电光显示装置中产生的光学效应。
优选地，所述外部元件的阻抗是不均匀的。这有利于允许沿着丝或纤维各处光学效应的变化。特别是，外部元件的这种阻抗不均匀性允许沿着丝或纤维在电可寻址位置进行像素的规定。这些特征便于产生可识别的图像。
外部元件阻抗的这种不均匀性有可能由下述的一种或多种情况来实现(i)在所述外部元件材料中的一处或多处不连续；(ii)所述外部元件厚度的不均匀性；(iii)所述外部元件材料电阻率的不均匀性；或(iv)所述外部元件的组分的不均匀性。
本发明的这些特征制造起来是方便和简单的。
优选地，所述丝或纤维的所述芯和/或所述外部元件可操作地连接到一电位，该电位依赖于传感器的输出或状态而变化。
本发明的这个特征开启了这样的可能性，即例如为工业、家庭或娱乐使用的织物和服装能提醒穿戴者或其它旁观者注意特殊状况的普遍出现。
例如，包含按照本发明的丝或纤维的帽子可被设置成去警告太阳光环境下过量的紫外线照射；或者一种滑雪手套能警告可能导致滑雪道结冰的温度条件。
本发明还存在于一种包括一根或多根丝或纤维的自保持(self-sustaining)结构，每一根丝或纤维都如这里限定的一样。
优选的，在这样的结构中，该纤维或每根所述纤维与其它纤维以这里描述的一种或多种方式交织在一起。
更特殊地，这种结构包括多根丝或纤维，每一根丝或纤维都如这里限定的一样，该丝或纤维被纺织、针织或钩织在一起。
这种结构显然可用常规的织物制造技术和/或诸如织机和针织机的装置来制造。
本发明进一步存在于一种服装，该服装包括一根或多根在这里限定的丝或纤维，和/或如在这里限定的结构。
现在，通过非限制性的示例并参考附图来进行本发明优选实施例的描述。其中

图1是按照本发明的丝或纤维的一个实施例的立体图；图2示出了通过增加干涉层得到的穿过形成本发明一部分的外层材料的光透射性的改进；图3示出了按照本发明一个方面的自保持结构的一个示例；图4示出了按照本发明的一种服装；图5示出了按照本发明的电光装置的另一个实施例。
参考附图，一种伸长的电光丝或纤维10包括一个伸长的芯11，该芯11位于一个可极化材料的伸长的圆筒体12内。外部元件13也是一个伸长的圆筒，它覆盖在体12上并且在该示出的实施例中是环绕着体12。
芯11和外部元件13是导电的并且各自可连接至电位以便在它们之间产生径向延伸的电场或磁场。
外部元件13在该示出的实施例中是光学透明的和/或光学透射反射(transflective)的。一类适合用于制造外部元件13的材料是诸如氧化铟锡(ITO)的透明导电材料。其它适合的材料包括氧化铟锌(IZO)、诸如聚乙基二氧噻吩(polyethylene dioxithiophene，PEDOT)的有机导电涂层、或诸如薄银层的薄金属层，薄银层具有与ITO类似的导电性。这些层是足够透明的了。
通过施加薄的干涉层(优选在双面)可以提高这些层的透射性。一个例子是在银(Ag)上施加硫化锌(ZnS)。
该透明的涂层(干涉层)应当具有高的折射率。该透明涂层可以施加在薄金属层的一面上(衬底-金属-涂层)，或者施加在薄金属层的两面上(衬底-涂层-金属-涂层)。也可能进一步通过施加高折射率和低折射率交替的不同透明层的涂层来改变透射性能。优选地，这些层的排列顺序总是以金属上高折射率的层作为开始。更优选地，折射率的值n＞1.8。
所提及的薄金属层具有可在室温下制备的优点。这与ITO层不同，ITO层的制备需要超过180C的温度。
当要求制备连续的涂层或层时，需要也许是15nm厚的材料。这种厚度的ITO能透射入射光的约90％。如图2所示，它画出了光的透射率随波长的变化，外部元件13上200埃厚的银层最大是在395nm波长附近透射入射光能量的约60％。作为对比，相同厚度的银涂覆上300埃厚的硫化锌(ZnS)干涉层后，允许在560nm波长附近达到将近70％的透射率。
可极化材料12在如本文限定的场的作用下或者在这种场的变化的作用下能呈现出一种光学效应。
这里所说的“光学效应”包括但不限于反射率、光学透射率、极化和/或吸收的变化。该光学效应优选是可视的，或者其它的由于外部元件的性质而使得该光学效应是光学上可探测的。但是，在本发明的一些实施例中不需要是如此。例如，该外部元件可以具有高的反射率；或者可以吸收所有的或基本上所有的可见光波长以便获得特别的光学效应。
该纤维的所有子部件在所示的优选实施例中都是柔性的，由此，该丝或纤维10作为一个整体也是柔性的。因此，丝或纤维13可与其它的丝或纤维交织在一起，而这些其它的丝或纤维可按照使用者的选择而与图示的丝或纤维具有相同或者不同的结构。
适合于芯11的材料包括但不限于导电金属；导电聚合物；涂覆有导电材料的聚酰胺；或前述材料的组合。
特别适合的材料例如包括实心柔性铜丝；绞合的多根铜丝；铜包线和多丝结构；镀有或用其它方式涂覆有诸如铜的金属的其它纤维或线；其上带有无电敷镀的铜的聚酰胺纤维；和钢制多丝纤维。在被涂覆或被镀的纤维或线中，该涂层和该镀层不需要是连续的。
前述的每一种芯11的结构都提供了在柔性、均匀性和传导性方面不同的优点。因此，按照本发明的产品的设计者对于纤维特性可以有非常多的选择。
如附图所示，外部元件13和体12相互附着。实现这种附着的一种方式是将该外部元件作为纤维上的涂层。原则上这可通过浸渍过程来实现，但是也可能是在挤压纤维之前施加该涂层；或者通过无电敷镀来实现。
可选择地，施加外套的方法可使用弹力来保持接触，或者像带一样缠绕在一外表面上。在这些例子中，例如带有银的环氧化物的导电粘合剂是有用的。
还有可能整个纤维被套在一个绝缘保护层内。
如所示，丝或纤维10的横截面是圆形的，芯11是伸长的条；并且体12和外部元件13是伸长的圆筒。该丝或纤维部件优选是同轴的，因为这有助于制造。这也有助于产生均匀的径向电场或磁场14。
在图5中示意性地示出的本发明另一个实施例中，该外部元件13没有整个地环绕或包围住体12。
在这个实施例中，该外部元件13可被构成为例如透射或透射反射片(例如涂ITO的透明聚合物片)或其它形状的导体材料，包含有芯11的体12与该外部元件相邻。
该体12可以附着到这种片上，或者是简单地邻近这种形式的外部元件13而被支撑(例如利用与其它纤维的交织)。
如图5示意性的图示，有多个体12以多种方式和方向附着或者邻近外部元件13而被支撑在外部元件13上。
图5还表明在必要的时候可以用不同于元件13的套12a环绕该体12。这种套的需求和特性源于所采用的精细纤维结构和形成体12所需的材料。
如这里注意到的，可极化材料体12可包括一种或多种液晶材料(可以是按顺序的任何几种类型)；微密封的可极化墨水；或扭转球复合材料。
该可极化材料可包括色素，例如但不限于无机磷色素(例如BAM:Eu Ba，MgAl10O17:EuYAG:Ce Y3Al5O12:Ce
ZnS:Ag ZnS:Ag，Al，ClZnA:Cu，Au ZnS:Cu，Au，Al)它用于作为增光剂(brighter)来转换环境光，和/或用于给予丝所希望的颜色；和/或用于作为例如TiO2的增白剂或类似功能的色素在本发明的范围内，色素的混合是有可能的。
在本发明的任何实施例中，外部元件电阻的阻抗可以是不均匀的。
注意到，这优选地允许沿着伸长的丝或纤维进行像素的规定和/或产生特别的光学效应。
这种不均匀性可以是在外部元件13的材料中不连续的结果，如图1中在13a处示意性的图示；或者是外部元件厚度不均匀的结果，如图1中在13b处示意性的图示。
另一种可能性是，外部元件13的材料电阻率的沿其处处不同。
还有另一种可能性是，外部元件13的材料化学组分如前述一样处处不同。
芯电极11和外部元件电极13在本发明的一个优选实施例中可连接到电位，该电位依赖于前述传感器的输出或状态而变化。
在图1中示出了示意性连接的一个传感器T。参考数字16示意性地表示影响该传感器T的输出或状态的驱动输入和系统变量。
按照本发明的一种自保持结构包括一根或多根纤维或丝，每一根都如这里所描述的一样，这些纤维或丝与其它纤维或其它部件交织在一起。每一个其它纤维可以是如这里所描述的一样，或者可以是不同的设计。
以这种方式处理本发明的丝或纤维的一个优点是能使用诸如织布机和针织机的常规纺织制造机械来将纤维纺织、针织或钩织或用其它方式交织在一起。
图3以放大的方式示出了一种按照本发明用相应的纤维10交织形成的平纹纺织(plain weave)结构17。平纹纺织只是本发明范围内众多方式中最人所共知的一种，其中它有可能将纤维交织在一起以产生自保持结构。
在图3的实施例中，用数字10a表示经丝纤维而用数字10b表示纬丝纤维。经丝纤维10a和纬丝纤维10b不是都必须要与本发明相一致。例如，如果例如纬丝纤维10b不同于本发明，那么有可能使得结构17作为一个整体而具有某种特性。
但是，为避免产生疑问，在本发明的范围内同样有可能制备所有纤维都如这里描述的一样的结构17。
图4中示出的结构17形成服装18的一部分，该服装在这个例子中是用于说明性的目的以表明这是一个滑雪帽。当适当地连接到驱动电路和传感器时，该结构17可以提供例如简单警告标识的光学效应或者大量更复杂的效应。
该结构17可以与服装18一体成形；或者可以单独存在，因而需要固定(例如通过缝合或胶合)到服装上。
用结构17举例说明的结构可以在本发明的范围内构成或形成下述产品的部分，例如柔软服饰、车辆内饰、绷带、伤口敷料、包装、帆、降落伞以及实际上任何有可能使用纺织品元件的产品。
权利要求
1.一种电光丝或纤维(10)，包括在可极化材料体(12)内的伸长的芯(11)和覆盖在所述体(12)上的外部元件(13)，其中(i)所述芯(11)和所述外部元件(13)是导电的并且可各自连接到电位以便在它们之间产生场(14)；和(ii)所述可极化材料(12)在受到所述场(14)和/或所述场内变化的作用时呈现出光学效应，所述光学效应是可视的或者是其它从所述丝或纤维(10)的外部光学上可探测的。
2.根据权利要求1所述的丝或纤维，其中，所述外部元件(13)是透光的和/或光学透射反射的。
3.根据在前任一权利要求所述的丝或纤维，所述丝或纤维的子部件是柔性的，由此所述丝或纤维(10)是柔性的。
4.根据在前任一权利要求所述的丝或纤维，其中，所述芯(11)是一柔性条或包括一柔性条，所述柔性条用从下列材料中选取的材料制成，包括导电金属；导电聚合物；涂覆有导电材料的聚酰胺；或前述材料中两种或更多种的组合。
5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的丝或纤维，其中，所述外部元件包括一表面，所述体位于邻近该表面的位置。
6.根据在前任一权利要求所述的丝或纤维，其中，所述外部元件围绕所述体。
7.根据权利要求5或6所述的丝或纤维，其中，所述外部元件与所述体彼此附着。
8.根据权利要求6或从属于权利要求6的任一权利要求所述的丝或纤维，所述丝或纤维具有基本上为圆形的横截面，其中，所述芯、所述体和所述外部元件基本上是互相同轴的。
9.根据在前任一权利要求所述的丝或纤维，其中，所述可极化材料体(12)包括下述材料的一种或多种液晶材料；微密封的可极化墨水；或“扭转球”复合材料。
10.根据权利要求9所述的丝或纤维，其中，所述可极化材料体(12)包括有色素。
11.根据权利要求10所述的丝或纤维，其中，所述色素是无机磷色素、二氧化钛或它们的混合物。
12.根据在前任一权利要求所述的丝或纤维，其中，所述外部元件(13)的阻抗是不均匀的。
13.根据权利要求11所述的丝或纤维，其中，所述外部元件(13)的阻抗不均匀性由下述的一种或多种情况产生(i)在所述外部元件(13)的材料中的一处或多处不连续(13a)；(ii)所述外部元件(13)厚度(13b)的不均匀性；(iii)所述外部元件(13)材料电阻率的不均匀性；或(iv)所述外部元件(13)的组分的不均匀性。
14.根据在前任一权利要求所述的丝或纤维，其中，所述芯(11)和/或所述外部元件(13)可操作地连接到一电位，该电位依赖于传感器(T)的输出或状态而变化。
15.一种自保持结构，包括一根或多根丝或纤维(10)，每一根都是按照在前任一权利要求的丝或纤维。
16.根据权利要求15所述的结构，其中，所述纤维(10)或每根所述纤维(10)与其它纤维交织在一起。
17.根据权利要求15或16所述的结构，包括多根纤维(10)，按照权利要求1～13中任一权利要求的每一根纤维(10)都被纺织、针织或钩织在一起。
18.一种服装，包括一根或多根丝或纤维，每根都是按照权利要求1～14中任一权利要求的丝或纤维；和/或按照权利要求15～17中任一权利要求的结构。
全文摘要
在柔性显示装置领域需要有一种能被纺织、针织或钩织的电光丝。一种电光丝或纤维(10)包括在可极化材料体(12)内纵向延伸的伸长的芯(11)；和覆盖在所述体(12)上的外部元件(13)。所述芯(11)和所述外部元件(13)是导电的并且可连接到电位以便在可极化材料内产生径向场。所述外部元件(13)是透光的和/或光学透射反射的。所述可极化材料(12)在受到所述场和/或所述场内变化的作用时呈现出诸如颜色变化、极化变化或反射率变化的光学效应。使用常规的织物加工机械，所述丝或纤维可容易地被织成例如织物或服装。
文档编号D02G3/22GK1726419SQ200380106352
公开日2006年1月25日 申请日期2003年12月8日 优先权日2002年12月17日
发明者D·A·埃弗斯, J·A·查普曼, H·-H·贝希特尔, P·C·瓦纳, Y·马蒂诺夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司