CN103885174A - 光切换模块 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种光切换模块，包含偏光组件，其具有方向可变化的第一光轴的第一图案化相位差层；相位差组件，其具有方向可变化的第二光轴及光散射微结构；以及位移机构连结于相邻设置的偏光组件与相位差组件的至少其中之一，以调控偏光组件与相位差组件的相对位置，而改变光切换模块的雾度。本发明的光切换模块解决了现有光切换模块的液晶分散不均及需要额外能源消耗的技术问题。

Description

光切换模块

技术领域

本发明是有关于一种光切换模块，且特别是有关于一种利用光折射原理所设计，可使通过的光线切换为穿透的透明态或散射的雾态的光切换模块。

背景技术

随着智能型玻璃、窗户的发展，各种光调节装置或光切换装置的应用随之增加。传统电控液晶智能型窗户，其技术原理是在两片玻璃之间夹有高分子分散型液晶，再利用外加电场控制液晶，使液晶的排列方向有序或无序，而调变光线穿透的状态。所谓高分子分散型液晶为将液晶滴均匀分散在高分子基材中，并需要持续供电维持高分子分散型液晶顺向排列，以获得穿透态。然而，此种智能型窗户容易具有液晶分散不均问题，且持续供电亦额外造成能源的消耗。

发明内容

有鉴于上述习知技术的问题，本发明的目的在于提供一种光切换模块，以期克服现有技术中液晶分散不均及需要额外的能源消耗等技术问题。

本发明提供一种光切换模块，该光切换模块包含:偏光组件，该偏光组件包含:偏光层，其具有吸收轴；以及第一图案化相位差层，位于该偏光层的光入射面的相对面，且该第一图案化相位差层具有方向可变化的第一光轴；相位差组件，该相位差组件包含：基材，其具有折射率，且该基材的表面具有复数个光散射微结构；双折射层，其设置于该基材的该复数个光散射微结构之上，且该双折射层具有平行于该双折射层的长轴方向的异常光折射率及平行于该双折射层的短轴方向的寻常光折射率；以及第二图案化相位差层，其位于与该第一图案化相位差层相邻处且位于该第一图案化相位差层与该双折射层之间，使该相位差组件具有方向可变化的第二光轴；其中，该偏光组件与该相位差组件相邻设置，使该偏光组件位于光的入射侧，该相位差组件位于光的出射侧，且该基材的该折射率与该双折射层的该异常光折射率或该寻常光折射率的其一相同；以及位移机构，连结于相邻设置的该偏光组件与该相位差组件的至少其中之一，以调控该偏光组件与该相位差组件的相对位置，而改变该光切换模块的雾度。

作为进一步可选的技术方案，该相位差组件的该基材的该复数个光散射微结构中，具有方向可变化的配向微结构，使该相位差组件具有方向可变化的该第二光轴。

作为进一步可选的技术方案，该第一图案化相位差层的该第一光轴的方向具有连续、不连续或连续与不连续组合的变化。

作为进一步可选的技术方案，该相位差组件的该第二光轴的方向具有连续、不连续或连续与不连续组合的变化。

作为进一步可选的技术方案，该第一图案化相位差层的该第一光轴与该相位差组件的该第二光轴的排列形式为曲线、折线、直线或其组合。

作为进一步可选的技术方案，该第一图案化相位差层与该相位差组件的延迟值为±λ/4，且该第一图案化相位差层的方向可变化的该第一光轴与该偏光层的该吸收轴夹角成45度与135度。

作为进一步可选的技术方案，该第一图案化相位差层与该相位差组件的延迟值为±λ/2。

作为进一步可选的技术方案，该基材表面的该复数个光散射微结构其排列方式为一维排列或二维排列。

作为进一步可选的技术方案，该复数个光散射微结构包含凸起或凹陷的表面微结构。

作为进一步可选的技术方案，该复数个光散射微结构为球面微透镜、非球面微透镜、微菱镜、粗糙面结构或其组合。

作为进一步可选的技术方案，该复数个光散射微结构的剖面形状为多角形、半圆形、半椭圆形、不规则形或其组合。

作为进一步可选的技术方案，相邻两个光散射微结构之间的间距范围为0μm至1000μm。

作为进一步可选的技术方案，每一光散射微结构的宽度范围为10μm至1000μm。

作为进一步可选的技术方案，每一光散射微结构的高度范围为10μm至1000μm。

作为进一步可选的技术方案，该双折射层包含液晶、双折射晶体或双折射树脂材料。

作为进一步可选的技术方案，该偏光层为吸收型偏光板、反射型偏光板、染色型偏光板、涂布型偏光板、光栅型偏光板或其组合。

本发明还提供一种光切换模块，包含:偏光组件，其包含:偏光层，其具有吸收轴；以及第一图案化相位差层位于该偏光层的光入射面的相对面，且该第一图案化相位差层具有方向可变化的第一光轴；相位差组件，其包含：基材，其具有折射率，且该基材的表面具有复数个光散射微结构；双折射层，其设置于该基材的该复数个光散射微结构之上，且具有平行于该双折射层的长轴方向的异常光折射率及平行于该双折射层的短轴方向的寻常光折射率；以及图案化相位差微结构层，其位于该复数个光散射微结构上且配向方向可变化，使该相位差组件具有方向可变化的第二光轴；其中，该偏光组件与该相位差组件相邻设置且该第一图案化相位差层与该双折射层相邻，使该偏光组件位于光的入射侧，该相位差组件位于光的出射侧，且该基材的折射率与该双折射层的异常光折射率或寻常光折射率的其一相同；以及位移机构，连结于相邻设置的该偏光组件与该相位差组件的至少其中之一，以调控该偏光组件与该相位差组件的相对位置，而改变该光切换模块的雾度。

与现有技术相比，本发明的光切换模块不再需要使用高分子分散型液晶，而是利用偏光组件与相位差组件来实现透明态与雾态的切换，解决了现有电控液晶智能型光切换模块的液晶分散不均及需要额外能源消耗的技术问题。

附图说明

图1为本发明的光切换模块的一实施例的侧视图。

图2a、2b为本发明的光切换模块的一实施例的光路径示意图。

图3a、3b为本发明的光切换模块的另一实施例的光路径示意图。

图4为本发明的光切换模块的相位差组件的光散射微结构的不同剖面形状示意图。

图5为本发明的光切换模块的又一实施例的相位差组件侧视图。

图6为本发明的光切换模块的另一实施例的侧视图。

具体实施方式

为能更了解本发明的发明特征、内容与优点及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的附图，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就附图的比例与配置关解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。

请参看图1所示，其为本发明的一较佳实施例的光切换模块1的侧视图，光切换模块1包含偏光组件2、相位差组件3以及位移机构4。偏光组件2包含偏光层2a以及第一图案化相位差层2b，偏光层2a具有吸收轴，使所通过的入射光L1转换为偏振光；第一图案化相位差层2b位于偏光层2a的光入射面的相对面，且第一图案化相位差层2b具有方向可变化的第一光轴2c。相位差组件3包含基材3a、双折射层3d以及第二图案化相位差层3b，基材3a具有折射率，且基材3a的表面具有复数个光散射微结构3e；双折射层3d设置于基材3a的复数个光散射微结构3e之上，且具有平行于双折射层3d的长轴方向的异常光折射率及平行于双折射层的短轴方向的寻常光折射率；第二图案化相位差层3b位于与第一图案化相位差层2b相邻处且位于第一图案化相位差层2b与双折射层3d之间，使相位差组件3具有方向可变化的第二光轴3c。其中，偏光组件2与相位差组件3相邻设置，使偏光组件2位于光的入射侧，相位差组件3位于光的出射侧，且基材3a的折射率与双折射层3d的异常光折射率或寻常光折射率的其一相同。位移机构4连结于相邻设置的偏光组件2与相位差组件3的至少其中之一，以调控偏光组件2与相位差组件3的相对位置，而改变光切换模块1的雾度。

在一实施例的光切换模块中，第一图案化相位差层的第一光轴的方向具有连续、不连续或连续与不连续组合的变化；相位差组件的第二光轴的方向亦可具有连续、不连续或连续与不连续组合的变化；使光切换模块于透明态与雾态之间切换时，可直接转换或具有渐层变化。

在又一实施例的光切换模块中，第一图案化相位差层的第一光轴与相位差组件的第二光轴的排列形式为曲线、折线、直线或其组合。

请配合参看图2a至2b所示，其为在一实施例的光切换模块中的光路径示意图，偏光组件2的第一图案化相位差层2b与相位差组件3的第二图案化相位差层3b延迟值为±λ/4，且第一图案化相位差层2b的方向可变化的第一光轴2c与偏光层2a的吸收轴2d夹角成45度与135度，第一图案化相位差层2b的第一光轴2c与所对应的第二图案化相位差层3b的第二光轴3c皆为平行，当入射光L1通过吸收轴2d后，转换为与吸收轴2d垂直方向偏振光，通过第一图案化相位差层2b与第二图案化相位差层3b后形成与双折射层3d的长轴3f方向平行的偏振光；当基材3a的折射率等于双折射层3d的寻常光折射率时，与双折射层3d的长轴3f方向平行的入射光L1可感受到双折射层3d的异常光折射率，因此基材3a与双折射层3d对于入射光L1为不同介质，而在其界面上发生折射现象，并且因复数个光散射微结构3e使光线无法直接穿透相位差组件3而产生偏折，形成散射的雾态；当使用位移机构改变偏光组件2与相位差组件3相对位置，如图2b所示，使所对应的第一图案化相位差层2b的第一光轴2c与第二图案化相位差层3b的第二光轴3c皆为垂直时，入射光L1通过吸收轴2d所转换的偏振光，通过第一图案化相位差层2b与第二图案化相位差层3b后形成与双折射层3d的短轴3g方向平行的偏振光，此时与双折射层3d的短轴3g方向平行的入射光L1可感受到双折射层3d的寻常光折射率，而基材3a的折射率等于双折射层3d的寻常光折射率，因此，基材3a与双折射层3d对于入射光L1如同相同折射率的介质，不会于界面发生折射现象，而形成使光线直接穿透的透明态。

请配合参看图3a至图3b所示，其为在另一实施例的光切换模块中的光路径示意图，偏光组件5的第一图案化相位差层5b与相位差组件6的第二图案化相位差层6b延迟值为±λ/2，且第一图案化相位差层5b的方向可变化的第一光轴5c与偏光层5a的吸收轴5d夹角成45度与90度，第一图案化相位差层5b的第一光轴5c与所对应的第二图案化相位差层6b的第二光轴6c皆为平行，当入射光L2通过吸收轴5d后，转换为与吸收轴5d垂直方向偏振光，通过第一图案化相位差层5b与第二图案化相位差层6b后形成与双折射层6d的短轴6g方向平行的偏振光；当基材6a的折射率等于双折射层6d的寻常光折射率时，与双折射层6d的短轴6g方向平行的入射光L2可感受到双折射层6d的寻常光折射率，因此，基材6a与双折射层6d对于入射光L2如同相同折射率的介质，不会于界面发生折射现象，而形成使光线直接穿透的透明态；当使用位移机构改变偏光组件5与相位差组件6相对位置，使所对应的第一图案化相位差层5b的第一光轴5c与第二图案化相位差层6b的第二光轴6c皆成45度时，如图3b所示，入射光L2通过吸收轴5d所转换的偏振光，通过第一图案化相位差层5b与第二图案化相位差层6b后形成与双折射层6d的长轴6f方向平行的偏振光，此时与双折射层6d的长轴6f方向平行的入射光L2可感受到双折射层6d的异常光折射率，而基材6a的折射率等于双折射层6d的寻常光折射率，因此，基材6a与双折射层6d对于入射光L2为不同介质，而在其界面上发生折射现象，并且因复数个光散射微结构6e使光线无法直接穿透相位差组件6而产生偏折，形成散射的雾态。

在又一实施例的光切换模块中，基材表面的复数个光散射微结构其排列方式为一维排列或二维排列，且复数个光散射微结构包含凸起或凹陷的表面微结构，使不同方向入射光切换模块的光线，皆可于复数个光散射微结构处发生散射，而增加光切换模块雾态时的雾度及均匀性。

在又一实施例的光切换模块中，复数个光散射微结构为球面微透镜、非球面微透镜、微菱镜、粗糙面结构或其组合。

请参考图4，图4为本发明的光切换模块的相位差组件的光散射微结构的不同剖面形状示意图，在本实施例的光切换模块中，复数个光散射微结构的剖面形状为多边形7a、半圆形7b、半椭圆形7c、不规则形7d或其组合。

请参考图5，其为又一实施例的光切换模块的相位差组件8的侧视图，基材8a与双折射层8d之间的相邻的光散射微结构8e之间的间距S范围为0μm至1000μm；每个光散射微结构8e的宽度W范围为10μm至1000μm；每个光散射微结构8e的高度H范围为10μm至1000μm。

在又一实施例的光切换模块中，双折射层包含液晶、双折射晶体或双折射树脂材料。

在又一实施例的光切换模块中，偏光层为吸收型偏光板、反射型偏光板、染色型偏光板、涂布型偏光板、光栅型偏光板或其组合。

请配合参看图6所示，其为本发明的光切换模块61的另一实施例的侧视图，光切换模块61包含偏光组件21、相位差组件31以及位移机构41，偏光组件21包含偏光层21a以及第一图案化相位差层21b，偏光层21a具有吸收轴使所通过的入射光L3转换为偏振光；第一图案化相位差层21b位于偏光层21a的光入射面的相对面，且第一图案化相位差层21b具有方向可变化的第一光轴21c。相位差组件31包含基材31a、双折射层31d以及图案化相位差微结构层32，基材31a具有折射率，且基材31a的表面具有复数个光散射微结构31e；双折射层31d设置于基材31a的复数个光散射微结构31e之上，且具有平行于双折射层31d的长轴方向的异常光折射率及平行于双折射层的短轴方向的寻常光折射率；图案化相位差微结构层32位于复数个光散射微结构31e上且配向方向可变化，使相位差组件31具有方向可变化的第二光轴31c；其中，偏光组件21与相位差组件31相邻设置且第一图案化相位差层21b与双折射层31d相邻，使偏光组件21位于光的入射侧，相位差组件位于光的出射侧，且基材31a的折射率与双折射层31d的异常光折射率或寻常光折射率的其一相同。位移机构41连结于相邻设置的偏光组件21与相位差组件31的至少其中之一，以调控偏光组件21与相位差组件31的相对位置，而改变光切换模块61的雾度。

本发明的光切换模块不再需要使用高分子分散型液晶，而是利用偏光组件与相位差组件来实现透明态与雾态的切换，解决了现有电控液晶智能型光切换模块的液晶分散不均及需要额外能源消耗的技术问题。

以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (17)

1.一种光切换模块，其特征在于该光切换模块包含:

偏光组件，该偏光组件包含:

偏光层，其具有吸收轴；以及

第一图案化相位差层，位于该偏光层的光入射面的相对面，且该第一图案化相位差层具有方向可变化的第一光轴；

相位差组件，该相位差组件包含：

基材，其具有折射率，且该基材的表面具有复数个光散射微结构；

双折射层，其设置于该基材的该复数个光散射微结构之上，且该双折射层具有平行于该双折射层的长轴方向的异常光折射率及平行于该双折射层的短轴方向的寻常光折射率；以及

第二图案化相位差层，其位于与该第一图案化相位差层相邻处且位于该第一图案化相位差层与该双折射层之间，使该相位差组件具有方向可变化的第二光轴；

其中，该偏光组件与该相位差组件相邻设置，使该偏光组件位于光的入射侧，该相位差组件位于光的出射侧，且该基材的该折射率与该双折射层的该异常光折射率或该寻常光折射率的其一相同；以及

位移机构，连结于相邻设置的该偏光组件与该相位差组件的至少其中之一，以调控该偏光组件与该相位差组件的相对位置，而改变该光切换模块的雾度。

2.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该相位差组件的该基材的该复数个光散射微结构中，具有方向可变化的配向微结构，使该相位差组件具有方向可变化的该第二光轴。

3.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该第一图案化相位差层的该第一光轴的方向具有连续、不连续或连续与不连续组合的变化。

4.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该相位差组件的该第二光轴的方向具有连续、不连续或连续与不连续组合的变化。

5.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该第一图案化相位差层的该第一光轴与该相位差组件的该第二光轴的排列形式为曲线、折线、直线或其组合。

6.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该第一图案化相位差层与该相位差组件的延迟值为±λ/4，且该第一图案化相位差层的方向可变化的该第一光轴与该偏光层的该吸收轴夹角成45度与135度。

7.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该第一图案化相位差层与该相位差组件的延迟值为±λ/2。

8.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该基材表面的该复数个光散射微结构其排列方式为一维排列或二维排列。

9.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该复数个光散射微结构包含凸起或凹陷的表面微结构。

10.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该复数个光散射微结构为球面微透镜、非球面微透镜、微菱镜、粗糙面结构或其组合。

11.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该复数个光散射微结构的剖面形状为多角形、半圆形、半椭圆形、不规则形或其组合。

12.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于相邻两个光散射微结构之间的间距范围为0μm至1000μm。

13.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于每一光散射微结构的宽度范围为10μm至1000μm。

14.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于每一光散射微结构的高度范围为10μm至1000μm。

15.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该双折射层包含液晶、双折射晶体或双折射树脂材料。

16.如权利要求1所述的光切换模块，其特征在于该偏光层为吸收型偏光板、反射型偏光板、染色型偏光板、涂布型偏光板、光栅型偏光板或其组合。

17.一种光切换模块，其特征在于该光切换模块包含:

偏光组件，其包含:

偏光层，其具有吸收轴；以及

第一图案化相位差层，位于该偏光层的光入射面的相对面，且该第一图案化相位差层具有方向可变化的第一光轴；

相位差组件，其包含：

基材，其具有折射率，且该基材的表面具有复数个光散射微结构；

双折射层，其设置于该基材的该复数个光散射微结构之上，且具有平行于该双折射层的长轴方向的异常光折射率及平行于该双折射层的短轴方向的寻常光折射率；以及

图案化相位差微结构层，其位于该复数个光散射微结构上且配向方向可变化，使该相位差组件具有方向可变化的第二光轴；

其中，该偏光组件与该相位差组件相邻设置且该第一图案化相位差层与该双折射层相邻，使该偏光组件位于光的入射侧，该相位差组件位于光的出射侧，且该基材的折射率与该双折射层的异常光折射率或寻常光折射率的其一相同；以及

位移机构，连结于相邻设置的该偏光组件与该相位差组件的至少其中之一，以调控该偏光组件与该相位差组件的相对位置，而改变该光切换模块的雾度。

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