专利名称：电光纤维或电光丝的制作方法
电光纤维或电光丝本发明涉及纤维或丝，特别是适合于包含在编织物或服装中的纤 维或丝，该纤维或丝具有一个或多个被引入在其中的指示显示器，以 及涉及具有一个或多个被引入在其中的指示显示器的编织物或服装.制造色彩变化或发光的编织物的各种方法是已知的。转让给Vission IP ILL的美国专利申请No.US 2002/0187697公开了 一种已知的方法和编织物.在其中公开的编织物由第一和第二组纤维 形成，每种纤维具有纵向导电单元。两组纤維形成接点的矩阵结构， 该结构还包括电光活性物质，它至少部分地涂覆在第一组纤维上.在 第一组纤维的纵向导电单元与笫二组纵向导电单元之间存在电压差， 在那里，来自各组的纤维相交而成为一个接点。通过笫一组纤维与第 二组纤维相交叉而形成的接点激活电光活性材料，并产生显示单元。现有的方法和这种类型的纤维的问题在于，仅仅在第一和第二组 纤维的接点处才发生光学效应，这种效应可以是色彩改变效应或发光 效应.这个区域可能相当小，并在很大程度上由形成第一和第二组纤 维的纤维直径的截面决定.该直径典型地在5nm到300inm的范围.在国际专利申请No.WO 03/005775公开的另一种已知的编织物和 方法试图通过在位于纤维之间的单元中填充电光物质而克服发生光学 效应的面积过小的问题。这样的编织物和方法的缺点在于，需要包围纺织的结构的附加导 电层.本发明的目的是提供克服这些问题的电光纤维或丝以及由这样的 纤维或丝形成的编织物。按照本发明的第一方面，提供了一种电光纤维或丝，它包括第一电极；第二电极；以及至少部分地位于第一和第二电极之间的电光活性材料，第二电极 包括多个间隔开的分段，每个分段具有不大于最大长度L鹏x和不小于 最小长度Lmin的长度，至少部分地沿纤维或丝的长度延伸。按照本发明的第二方面，提供了一种包括多个电光纤維或丝的纺
织品或编织物，每个电光纤维或丝包括 第一电极； 笫二电极；以及至少部分地位于第一和笫二电极之间的电光活性材料，第二电极 包括多个间隔开的分段，每个分段具有不大于最大长度L咖x和不小于 最小长度U^的长度，这些分段至少部分地沿纤维或丝的长度延伸， 纺织品或编织物还包括与多个电光纤維或丝交叉编织的多个导电纤 维.因为多个导电纤维与多个电光纤维或丝交织，每个导电纤维将与 多个电光纤维的至少一个电光纤维的一个单独分段接触.因此，有可能通过在与分段接触的导电纤维和电光纤维的第一电 极之间建立一个电压差而对一个单独的分段局部编址，该分段形成电 光纤维或丝之一的一部分.由分段包围的电光活性材料的光学状态可以响应于导电纤维与电 光纤维之间所施加的电压差而改变。在电光纤维的这个部分中，电光 活性材料的光学状态的改变可以是使得电光活性材料发射光。发射光 的纤维的面积将由分段的尺度决定。优选地，各分段在物理上和电气上是互相隔离的，多个分段可以各有基本上相同的长度L，或者一个或更多个分段可 以具有不同于一个或多个其它分段的长度。分段优选地互相间隔开一个距离d。导电纤维优选地互相间隔开一个距离1，它小于形成多个多个纤维 或丝的分段的长度L。当分段的长度变化时，导电纤维优选地互相间隔开一个距离1，它小于分段的最小长度Lmin。导电纤维之间的距离l在纺织编织物内可以是基本上恒定的。替换地，在相邻的导电纤维之间的距离可以在最大距离Lmax和最小距离 Lmfa之间变化。在这样的实施例中，在相邻的导电纤维之间的最大距离L咖x优选 地小于形成多个电光纤维或丝的第二电极的分段的最小长度Lmin。有利地，按照本发明的纺织品或编织物包括一个结合部(connector) 单元，它适合于接触多个导电纤维和多个第一电极。优选地，纺织品或编织物包括多个接合部单元，它们互相间隔开 一个大于分段的最大长度L自x的距离入。在本发明的分段长度L变化的一个实施例中各接触结合部间隔开 一个距离X，该距离入大于分段的最大长度L咖x,按照本发明的电光纤维或丝可以是基本上圆柱形，或可以是基本 上平的或"扁带"形当电光纤维或丝基本上是圓柱形时，第一电极优选地包括内部电 极，以及第二电极优选地包括外部电极。当电光纤维或丝基本上是扁平的时，第 一 电极优选地包括内部电 极，以及第二电极优选地包括第一外部电极和第二外部电极.电光活 性材料还包括位于第一电极与第一外部电极之间的第一层和位于第一 电极与第二外部电极之间的第二层.方便地，第二电极是透明的或半透明的.电光活性材料可以是任何合适的材料，它的光学特性可以通过电 激励而改变。优选地，电光活性材料包括电发光材料.优选地，采用大带隙半导体，诸如II-VI化合物(例如，ZnS和SrS，掺杂了例如Mn，Cu，Eu或 Ce)和稀土氧化物和硫氧化物，以及绝缘体.有利地，第二电极包括聚合物材料。有机电极材料的非限制性例 子是导电或半导电的齐(分子量)聚合物或聚合物，诸如聚苯胺衍生物、 聚氮茂(吡咯)衍生物和硫茂(噻吩)衍生物，诸如聚(3，4-次乙二氧基硫 茂):PEDT或PEDOT。替换地，第二电极包括非有机材料，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化铟 锌、或金、铜、银、镇和它们的衍生物的薄层，纤维或丝可包括一个或多个附加层，诸如介质层、垫衬层、保护 或阻挡层、外部彩色层或用于液晶的对准层.例如，当电光材料包括 电发光层时，可以有利地应用介质层。因为高场强，在纤维或丝中的 任何缺陷对于电发光层具有破坏效果。所以，在电发光层的任一側需 要电流限制层(即，绝缘体或介质)，以便造成可靠的器件结构.绝 缘体限制流到电发光层的最大有效电流，任选的部分的或有图案的垫衬层可被用来确定电光材料的明确规 定的层厚度。彩色涂覆可以提供美学效果，而保护层例如可以增加纤维的机械 强度(例如，以便改进加工)，或保护对抗有害的化学或物理环境(例如， 洗涤条件).对准层，诸如磨擦的聚酰乙胺层或光对准层，可任选地用来导致 诸如基于液晶材料那样的各向异性电光材料的所需取向。按照本发明的第三方面，提供了制造电光纤维或丝的方法，该电光纤维或丝包括第一电极；第二电极；以及至少部分位于第一和第二 电极之间的电光活性材料，第二电极包括多个间隔开的分段，它们至 少部分地沿纤维或丝的长度延伸，该方法包括以下步骤(a) 用电光活性材料包围第一电极；(b) 把第二电极材料施加到电光活性材料；(c) 把第二电极形成在多个间隔开的分段中.本发明的第三方面的优选的和有利的特性在从属权利要求20到26 中阐述，按照本发明的第四方面，提供了制造纺织品或编织物的方法，包 括交织多个导电纤維与多个电光纤维，每个电光纤维包括 第一电极； 第二电极；以及至少部分地位于第一和第二电极之间的电光活性材料，笫二电极 包括多个间隔开的分段，每个分段具有不大于最大长度Lmax和不小于 最小长度Lmin的长度，至少部分地沿纤维或丝的长度延伸.现在参照附图，仅仅作为例子描述本发明，其中图l是按照本发明的第二方面的编织物的示意图；图2是按照本发明的第一方面的纤维或丝的示意图，它形成
图1 的编织物的一部分的，并显示导电纤维的位置；图3是按照本发明的第二方面的编织物的第二实施例的示意图， 其中编织物还包括接触接合部；图4是按照本发明的第二方面的编织物的第三实施例的示意图， 其中在导电纤维之间的距离小于形成按照形成织物的本发明的第一方 面的纤维或丝的第二电极的分段的长度；图5是显示按照形成图4的纺织品的一部分的本发明的第一方面 的纤维或丝的示意图，并显示导电纤维的位置；
图6是按照本发明的笫二方面的编织物的笫四实施例的示意困， 其中在相邻的导电纤维之间的间隔在编织物上有变化；图7是显示按照形成图6的纺织品的本发明的第一方面的纤维或 丝的示意图，并显示导电纤维的位置；图8是按照用来形成图4所示的编织物的本发明的第一方面的纤 维或丝的示意图，其中形成电光纤维或丝的第二电极的分段长度在编 织物内有变化；以及图9是用来形成图6所示的编织物的纤维或丝的示意图，其中在 相邻的导电纤维之间的间隔在编织物上有变化，以及形成电光纤维或 丝的第二电极的分段长度在编织物内有变化。参照图1和2，按照本发明的第二方面纺织品或编织物总体上用标 号2表示.编织物2由按照本发明的第一方面的总体上用标号4表示 的电光纤维形成。纤維4包括具有导电芯的形式的第一电极6和第二 电极8。纤维4还包括至少部分地位于第一电极6与笫二电极8之间的 电光活性材料.电光活性材料可以是一种其光学特性可以由电激励改 变的任何物质。第二电极8包括沿纤维4的长度延伸的多个分段12。每个分段与 每个其它分段在物理上和电气上是分隔开的.每个分段12包括透明的涂覆层.各分段还可包括半透明的涂层或 其它类型的涂层，涂层允许在纤维内发射的光传送出纤维4。相邻的分段12与另一个分段互相相隔距离d。编织物2通过把多个导电纤维14与多个电光纤维4交织而形成。 每根导电纤维具有直径Dc。n。当在一根导电纤维14与第一电极6之间 施加电压时，由与导电纤维14接触的分段12包围的一段纤维4将发 生光学特性的改变。换句话说，由分段12包围的一部分纤维4的光学 状态将会改变。这个部分将形成"像素"16.所以，藉助于本发明得到局部可寻址的编织物，它的"像素尺寸" 由形成电光纤维4的分段12的尺寸所决定。这是一个比在导电纤维14 与光电纤维4之间的接触面积大得多的面积，在包括电光纤维与导电纤维的已知的编织物中，仅仅在电光纤维 和导电纤维的接点处出现光学效应，这可以是色彩改变效应或发光效
应.这个面积A可能是相当小的，并由下式决定其中A是包括光学效应的面积，以及D咖和De。分别是导电纤维和电光纤维的直径。然而，在本发明中，其中发生光学状态改变的面积A由下式决定 假定 Lmin< Li< L max 9其中A是其中发生光学效应改变的面积，De。是电光纤维的直径，Li是一个单独分段12的长度，正如在下面更详细地说明的，它可以在边界L加in和1^虹内变化。当优选地L^Dc。n时，面积A比起现有技术将大大地增加，并且它的精确的尺度主要由Li决定，而且，导电纤维14的直径与面积A的尺 度无关，如果在导电纤維14与分段12之间建立起物理的和电的接触 的话。现在转到困3,按照本发明的第二方面的编织物的笫二实施例总体 上用标号18表示。为了易于参照起见，与编织物2各部分对应的编织 物18的各部分用对应的标号表示.用来形成编织物l8的电光纤維4 与图l所示的电光纤维相同.编织物18还包括接触接合部20.每个接合部单元接触一个以上的 导电纤维14和一个以上的第一电极6。接合部单元互相间隔开一个距 离入。这时编织物18的像素尺寸由每个连接单元20所接触的导电纤维 14与笫一电极6的数目决定，而像素16的强度由在像素22内分段l2 的总面积决定。编织物18适用于指示器型的应用，对于这种应用，较粗的分辨率 就足够，这与例如需要高分辨率显示器的应用不同。在图1到3所示的、每个实施例中，导电纤维14必须与分段12 很好地对准。这是因为在相邻的导电纤维14之间的间隔基本上等价于 每个分段12的长度加上用于分隔每个分段12的距离d.现在转到图4和5，按照本发明的编织物的另一个实施例总体上用 标号24表示.为了易于参照起见，与编织物2各部分对应的编织物24 的各部分用对应的标号表示.在形成编织物24的各个导电纤维14之间的距离被安排成小于每 个分段12的长度.这意味着，不必使导电纤维14与电光纤维4对准。 这因而放松了在制造编织物24时的容差。在这样的实施例中，优选地，连接单元20互相间隔得足够远，以避免会导致线路故障的短路.换句话说，人被安排成大于L.现在转到图6和7，按照本发明的编织物的另一个实施例总体上用标号26表示。为了易于参照起见，与编织物2各部分对应的编织物26的各部分用对应的标号表示。形成编织物26的导电纤维14不需要规則地间隔开。在相邻的导电纤维18之间的距离可以是散布的，使得在相邻导电纤维18之间的给定的间隔li大于Imin和小于Imax，其中Um小于L，以保证出现与所有的现有分段12的适当的连接。为了保证接触接合部互相间隔得足够远，以避免会导致线路故障的短路，在相邻的连接单元20之间的间隔应当大于分段12的长度。现在转到图8和9，显示按照本发明的纤维或丝的另一个实施例. 纤維用标号28表示，以及为了易于参照起见，与图1和2所示的编织 物和纤维各部分对应的编织物和纤维的各部分用对应的标号表示.导 电纤维14不需要相对于电光纤维或丝4进行对准。电光纤维4的分段不一定有相同的尺寸.分段12的长度在Lmin〈 Li< Lm虹的边界之内变化，其中Li是单个分段12的长度。导电纤维14不需要互相对准。在这些环境下，适用以下条件 1-在导电纤維14之间的最大距离ln^必须小于纤维4的分段12的最小长度Lmta，即，lmax小于Lmin。2.像素16由在电光纤维4与导电纤维14之间的几个接点形成， 如由第一电极6和与连接单元20所接触的导电纤维14的数目所决定。 这样形成的像素16明显地大于分别在导电纤维14与电光纤维4之间 的平均距离。另外，优选地，连接单元20互相间隔得足够远，以避免 会导致线路故障的短路。换句话说，在接触接合部之间的间隔X大于Lmax。另外，电光纤维4不需要是等间隔的。最终得到的编织物是具有相对较高的制造容差的编织物，因为它 不再必须使导电纤维14，电光纤维4精确定位或精确地给分段12定尺 寸. 另外，最终得到的编织物由于分离的分段12而将是更牢固和柔顺的。在上述任何实施例中形成分段12的材料可以是有机或无机材料。 无机透明的导电材料的例子是氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌、或金、铜和 它们的衍生物的半透明薄层。导电的有机材料的例子是导电或半导电 的齐(分子量)聚合物或聚合物，诸如聚苯胺衍生物、聚氮茂(吡咯) 衍生物和硫茂(噻吩)衍生物，诸如聚(3，4-次乙二氧基硫茂):PEDT或 PEDOT。如果分段12是要用有机材料形成，则这些分段可以通过一开始把 聚合物材料薄膜作为连续层加到电光活性材料而形成，薄膜可以使用 诸如溅射、蒸发、浸涂、纤维涂覆等等的熟知技术进行沉积。另外，聚合物材料的薄膜可以以预定的间隔非连续地施加，因此 在最终得到的薄膜上导致物理上和电气上的非连续性.材料可以通过使用光刻法在分段12上做成图案。光刻法表征为多 种用于在基片上复制预定的主图案(例如，使用掩膜)的方法.实现图案 的复制通常通过首先在基片上涂覆以对辐射敏感的聚合物薄膜(保护 层)，然后把薄膜以加上图案的方式暴露在辐射下。辐射化学导致薄膜上受到曝光的区域改变其物理或化学特性，以使得在以后的图像显 影阶段它们是可区分的。最通常地，通过辐射化学改变了薄膜的溶解 度，或者增加了曝光区域的溶解度(在显影后产生掩膜的正片图像) 或者降低了溶解度，以产生掩膜的负片图像。这导致在分段12上形成 了刻出图案的第二电极。如果分段12是要从诸如1TO那样的脆性导电材料形成，则可以使 用材料的脆性来制作轮廓分明的规定分段12的、裂紋图案。为了制作 轮廓分明的裂紋困案，把脆性材料施加在较顺从的基片上，并且使基 片和薄膜系统以在适当的方向加上均勻的单轴张力的栽荷。这将使得 在脆性薄膜上在垂直于张力方向的方向上出现裂紋。在裂紋之间的距 离是相当恒定的，它由薄膜的断裂特性、薄膜的厚度、在薄膜与基片 之间的粘结性、薄膜的弹性/塑性、和特别是施加的应力/应变决定。这意味着，当纤维4的第一电极4和电光材料10比起ITO更顺从 时，垂直于纤維方向4的裂紋的有规律的图案可以通过在给纤维加上 张力栽荷而得到，并形成纵向分段。在裂紋之间的距离确定分段12的 长度，该距离可以通过适当地选择材料和几何形状以及通过控制施加的张力而被调节。为了避免在张力去除后裂紋闭合，在加栽期间电极6 必须有塑性变形，这可以通过适当的材料选择和通过适当地选择电极6 的厚度/直径而被控制.在第二电极作为流体涂覆被施加时，可以使用流体的不稳定性。 如所已知，覆盖圃柱形表面的流体薄膜是不稳定的，这样的薄膜在一 定的时间后将纵向地破裂为液滴.这种不稳定度被流体表面张力推 动。在纤维的长度上将形成具有某种周期性的液滴，以及其中点滴形 成的周期性和时间尺度可以通过调节流体特性(表面张力，粘滞度)以及 通过调节处理过程条件(涂覆速度、温度)而被控制.在液滴形成后， 流体的固化将形成一个分段的导电涂层.可用的其它技术是微接触印刷或其它软光刻术方法。把图案转移 到基片可以借助于使用一种或多种适当的"墨水"利用带有图案的印记 的微接触印刷和以后的显影步骤，从而把印刷的图案经由蚀刻处理转 移到基片材料上。显影处理的结果可以是印记的正片或负片图像，这 取决于所使用的墨水的类型.导电纤维14之间的距离不必是规则的，只要纤维14之间的平均 距离等于或小于分段12的长度。
权利要求
1.一种电光纤维(4)或电光丝，包括第一电极(6)；第二电极(8)；以及位于第一和第二电极之间的电光活性材料(10)，第二电极包括多个间隔开的分段(12)，每个分段具有不大于最大长度Lmax和不小于最小长度Lmin的长度，至少部分地沿纤维或丝的长度延伸。
2. 按照权利要求1的电光纤维(4)或电光丝，其中分段(12)在物理 上和电气上是互相隔离的。
3. 按照权利要求1的电光纤维(4)或电光丝，其中各分段(12)互相 间隔开一个距离d.
4. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中第二 电极(8)是透明的。
5. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中第一 电极(6)包括内部电极，以及第二电极(8)包括外部电极。
6. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，它基本上 是圆柱形的。
7. 按照前述权利要求l-5的任一项的电光纤维(4)或电光丝，它基 本上是平的。
8. 按照权利要求7的电光纤维(4)或电光丝，其中第一电极(6包括 内部电极，第二电极(8)包括第一外部电极和第二外部电极，以及电光 活性材料(IO)包括位于笫 一电极与第 一外部电极之间的第 一层和位于 第一电极与第二外部电极之间的第二层.
9. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中电光 活性材料(10)包括电发光材料。
10. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中电 光活性材料(10)包括大带隙半导体。
11. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中第 二电极(8)包括聚合物材料。
12. 按照前述权利要求的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中第 二电极(8)包括导电或半导电的齐(分子量)聚合物或聚合物。
13. 按照权利要求l到10的任一项的电光纤维(4)或电光丝，其中 第二电极(8)包括氣化铟锡，
14. 一种包括按照权利要求1到13的任一項的电光纤维或丝的纺 织品或编织物(2)，还包括与多条电光纤维或丝交织的多条导电纤维 (")。
15. 按照权利要求14的纺织品或编织物(2)，其中多根导电纤维(14) 互相间隔开一个小于分段的最小长度L她的距离1。
16. 按照权利要求12或权利要求15的纺织品或编织物(2)，还包 括接合部单元(20)，该接合部单元接触多根导电纤维(14)和多个第 一电 极(6)。
17. 按照权利要求16的纺织品或编织物(2)，还包括多个接合部单 元(20),它们互相间隔开一个距离人，每个接合部单元接触多根导电纤 维(14)和多个第一电极(6).
18. 按照权利要求17的纺织品或编织物(2)，其中接合部单元(20) 互相间隔开一个大于分段的最大长度Lm虹的距离入.
19. 一种制造电光纤维(4)或丝的方法，电光纤维或电光丝包括第 一电极(6);第二电极(8);以及至少部分位于第一和第二电极之间的电 光活性材料(IO)，第二电极包括至少部分地沿纤维或丝的长度延伸的多 个间隔开的分段(12)，该方法包括以下步骤(a) 用电光活性材料围绕第一电极；(b) 把第二电极材料施加到电光活性材料上；(c) 把第二电极形成在多个间隔开的分段。
20. 按照权利要求19的方法，其中第二电极材料是有机材料，以 及步骤b)包括以下操作之一溅射；蒸发；浸涂；或流体涂覆。
21. 按照权利要求20的方法，其中第二电极材料是非连续地施加的。
22. 按照权利要求20或权利要求21的方法，其中步骤c)包括以 下子步骤d) 以基本上连续的薄膜的形式把保护层加到第二电极(8)上；e) 透过掩膜照射保护层，以局部改变薄膜的受曝光区域的物理或 化学特性，从而留下未覆盖的电极区域；f) 蚀刻电极材料；以及g) 去除保护层。
23. 按照权利要求19的方法，其中第二电极材料包括氧化铟锡 (ITO)。
24. 按照权利要求19的方法，包括从塑性变形材料形成第一电极 (6)的初始步骤，以及步骤c)包括以下子步骤h)以张力对电光纤维(4)或丝加栽荷，以便形成多个分段(12)。
25. 按照权利要求19的方法，其中第二电极材料包括流体。
26. —种制造纺织品或编织物(2)的方法，包括交织多个导电纤维 (14)与多个电光纤维(4)的步骤，每个电光纤维包括笫一电极(6); 第二电极(8);以及至少部分位于第一和第二电极之间的电光活性材料(IO)，第二电极 包括多个间隔开的分段(12)，每个分段具有不大于最大长度L鹏x和不 小于最小长度Lmin的长度，至少部分地沿纤维或丝的长度延伸。
27. 基本上如前面参照附图描述的纤维(4)或丝。
28. 基本上如前面参照附图描述的方法。
29. 基本上如前面参照附图描述的编织物(2)或纺织品'
全文摘要
电光纤维(4)或电光丝包括第一电极(6)；第二电极(8)；以及至少部分地位于第一和第二电极之间的电光活性材料(10)，第二电极包括多个隔开的分段(12)，每个分段具有不大于最大长度和不小于最小长度的长度，该长度至少部分地沿纤维或丝的长度延伸。
文档编号H01L51/50GK101133496SQ200580030927
公开日2008年2月27日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年9月14日
发明者J·M·J·登图恩德, J·M·克兰斯, J·T·A·威尔德比克, M·P·B·范布鲁根 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司