电-流变流体和触觉器件制造技术

发明专利技术涉及包含悬浮于极性液晶介质中的至少一种无机或有机材料的颗粒的电‑流变流体、这样的电‑流变流体在触觉器件中的用途、触觉器件本身、生产这样的触觉器件的方法和这样的触觉器件在电光学器件中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及包含悬浮于极性液晶介质中的至少一种无机或有机材料的颗粒的电-流变流体、这样的电-流变流体在触觉器件中的用途、触觉器件本身、生产这样的触觉器件的方法和这样的触觉器件在电光学器件中的用途。四十多年前Winslow(美国专利号2417850)首次证实电-流变效应，Winslow公开了只要将电位差施加至分散于非导电液体(例如轻质变压器油、变压器绝缘流体、橄榄油或矿物油)中由细微分散的固体(例如淀粉、石灰石或其衍生物、石膏、面粉、明胶和碳)构成的某些悬浮液，该悬浮液会展现出流阻的增加。该效应(经常称作“温斯洛效应”)，最初被解释为粘度的增加且这样的材料称作“电黏滞性(electroviscous)流体”。然而，后续调查已显示流阻的增加可能不仅仅归因于牛顿意义(Newtonian sense)下的粘度的增加，还归因于所施加电场诱导的宾汉塑性。因此，已开始普遍使用术语“电-流变流体”。例如，电-流变流体或ER流体是通过以下方式制得：将颗粒悬浮于介电常数或导电率不匹配的液体中以在AC或DC电场存在下产生偶极颗粒相互作用。由于形成桥接电极的颗粒链，因此ER流体响应于电场而快速凝固，或至少急剧增加它们的粘度。已着眼于改良电-流变流体的分散相和连续相继续研究，且由于仍尚未充分了解该现象发生的机制，故已发展出不同的方法。因此，一些流体依赖与分散相相关的水的存在-例如参见GB1501635和GB1570234，而其他流体为水独立性的-例如参见GB2170510。迄今所采用的各种分散相和连续相的综述参见Block等人的综述文章J.Phys.D.Appl.Phys.21(1988)，1661-1677。GB2208515提出包含本身充当活性材料且优选地是液晶材料(例如E7)的流体的电-流变流体。若期望，可将干燥微观玻璃气泡悬浮于流体内，大多数气泡优选地具有20微米至100微米的直径和0.5微米至2微米的壁厚度。基于相同液晶材料(例如E7)的其他适宜电-流变流体公开于GB2259918、GB2249553、GB2199336中。然而，这些ER流体在它们的向列相范围和它们的极性方面尤其受限。为利用比基于如上文所描述的低极性液晶材料的ER流体更大的力，替代性ER流体的需求很大。ER流体的毫秒响应已激起工程师的兴趣，该工程师现正尝试将这些流体并入实用快速机电致动器(例如纤维纺丝离合器和主动(active)减震器)中。其他应用为例如触觉器件，其是由P.M.Taylor,D.M.Pollet,A.Hosseini-Sianaki,C.J.Varley，Displays 18(1998)135-14中描述或公开于GB2265746；US5,222,895；US5,496,174和US2005/0285846A中。Taylor等人描述了其中ER流体夹于两个导电基板(其中一个基板是挠性导电橡胶薄片)之间的器件。优选地，将织物层连同ER流体一起放置于基板之间；作者指示当使用器件时，可通过使用也可有助于防止基板间的电接触和短路的织物层实现增加的致动力和较低的功率消耗。GB2265746描述了类似结构，除了上部电极和下部电极是通过电绝缘网分离。US2005/0285846描述了器件结构，其包括光导层从而使得可通过来自下伏电光显示器的光直接调节生成于触觉显示器上的图案。也提出了经由触控屏幕的调节。US2005/0285846进一步提出透明薄膜上部和下部基板的使用，但未提供解决介于两个电极层间的短路或挠性基板上电极的耐久性问题的任何方案。另外，US2005/0285846的器件保留通过使用两个导电基板带来的关键缺点。US5,222,895描述了基于ER的触觉显示器的相当不同的设计。所描述的器件在刚性板中包含填充有ER流体的大量空穴。每个空穴配备有电极且覆盖有挠性膜。可通过直接感测此膜的变形或通过使膜移动以替代用作触感提示的针(pin)而从显示器阅读信息。在操作中，应将ER流体泵送至代表图像或信息的一部分(subset)空穴中，以由此扭曲膜。然后，这些空穴将使它们的电极活化，从而产生基于ER效应的阀并使信息在显示器上保持静态而无需进一步泵送。此器件避免了Taylor等人因使用挠性导电基板引起的问题。然而，公开于US5,222,895中的器件的操作需要辅助泵送机构，可将该机构选择性地施加至每个待寻址的空穴中的流体。该结构相对复杂且需要额外功率和结构以实施显示器寻址的泵送阶段。该器件含有若干层和光学不均匀的结构，且该作者并未暗示可将其制成透明的。描述于US5,222,895中的器件的其他缺陷是通过Garner等人在US5,496,174中公开，他们指出描述于US5,222,895中的电极结构的制造将依赖困难且昂贵的非标准工艺。US5,496,174描述了基于板中覆盖有挠性膜的一排(an array of)空穴的触觉显示器。在此公开内容中，将ER流体泵送介于常见接地电极与一系列可寻址电极之间。以适宜的图案致动这些之后的电极使得流动ER流体的粘度增加，该流体因此迫使进入附近空穴中，从而替代膜。可直接感测经替代的膜或如以前使用其来替代针。因此，描述于US5,496，174中的器件需要辅助装置以通过系统泵送ER流体，从而给器件增添复杂性和功率需求。如描述于US5,222,895中的器件，其包含多个光学不均匀层且并未表明可将其制成透明的。总之，现有技术的器件展现出以下缺点·使用两个导电基板，这增加了额外成本；·可通过过度压力推进以使两个基板接触，从而使器件短路并阻止其适当操作；·对维持基板分离的需求需要基板间的大的间隔(2.5-1.3mm)，且因此需要约3000V的高操作电压；·用作挠性电极的导电橡胶层使得其极其难以实现稳健(robust)、透明的器件；·对用于维持基板分离的织物层或其他装置的需求进一步降低器件的透明度；和·使用导电橡胶层作为一个电极，在此层与基于液晶的ER流体之间引起相互作用，由此在此情形中必须使用另一导电障壁(barrier)，从而降低层的挠性和可感测触感区的便利性。因此，仍需要替代性ER流体和触觉器件，且其不具有现有技术器件的缺点或在较小程度上具有所述缺点，且其特别应·仅具有一个图案化导电基板，·展现出最小化的短路可能性，·具有有利的ER流体层厚度，·利用优化的电极间距，这降低了操作电压，·利用有利的薄的、高度透明的上层，·不需要织物或其他间隔层，·利用广泛选择的便宜的聚合物作为基板，其不与ER流体相互作用，并且其·适于大量产生。本领域技术人员可从下列详细说明即刻明了本专利技术的其他目的。专利技术概述令人惊奇地，专利技术人已发现一个或多个上述问题可通过包含夹于两个基板间的电-流变流体的器件解决，所述基板中的至少一个是挠性的，且所述基板中的一个装备有毗邻电-流变流体且具有相对于基板主平面平行的电场显著(significant)分量的电极结构。因此，本专利技术涉及如上下文所描述的器件。另外，本专利技术涉及生产这样的器件的方法，其包括至少将电-流变流体的层提供至装备有如上下文所描述的电极结构的基板上的步骤。可将整个器件制作为可附接至电光显示器或用作独立式单元的薄和轻质的结构，因此，本专利技术还涉及器件用于提供可通过指尖或笔尖(stylus)感测的机本文档来自技高网...

【技术保护点】
器件，其包含夹于两个基板之间的电‑流变流体，所述基板中的至少一个是挠性的，并且所述基板中的一个装备有毗邻该电‑流变流体、具有平行于基板主平面的电场显著分量的电极结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.14 EP 14000967.11.器件，其包含夹于两个基板之间的电-流变流体，所述基板中的至少一个是挠性的，并且所述基板中的一个装备有毗邻该电-流变流体、具有平行于基板主平面的电场显著分量的电极结构。2.根据权利要求1的器件，其特征在于其对光是透明的。3.根据权利要求1或2的器件，其特征在于该电极结构选自叉指电极、IPS电极、FFS电极或梳状电极。4.根据权利要求1或2的器件，其特征在于相反极性的电极的侧向间距在10μm至2000μm的范围内。5.根据权利要求1至4中一项或多项的器件，其特征在于驱动电压在100V至800V的范围内。6.根据权利要求1至5中一项或多项的器件，其特征在于该电-流变流体的层厚度在10μm至1000μm的范围内。7.根据权利要求1至6中一项或多项的器件，其特征在于该电-流变流体选自二元固-液相混合物。8.根据权利要求1至7中一项或多项的器件，其特征在于该电-流变流体包含悬浮于极性液晶介质中的至少一种无机或有机材料的颗粒。9.生产根据权利要求1至8中一项或多项的器件的方法，其至少包括将电-流变流...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·希米安诺斯基，R·图芬，R·坎普，I·C·萨格，
申请(专利权)人：默克专利股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE