CN105723275B - 光学元件 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种光学元件。本申请的示例性光学元件可通过外部信号的施加与否来改变透射率，并且可通过使用对红外区中的光具有低透射率的复合层而施加外部信号。因此，光学元件可通过阻挡热而节能。所述光学元件可有效地用于各种光学装置(例如，天窗)中。

Description

光学元件
技术领域
本申请涉及一种光学元件及其用途。
背景技术
天窗(sunroof)为通常存在于汽车顶棚上的固定或移动(通风或滑动)开口，且使光或新鲜空气进入到汽车内部。所述天窗可手动操作或马达操作，天窗的形状、大小或式样根据其所需用途具有多种种类。例如，根据操作模式，天窗被分类成弹出型天窗、阻流板(瓦片与滑片)型天窗、内置型天窗、折叠型天窗、顶装型天窗、全景顶系统天窗、可移除式面板(t-型顶部或塔尔加顶部)型天窗或太阳能型天窗。另外，对天窗用材料的研究正在积极地进行中，且例如在国际专利公布号2010-098576中公开了一种使用以特定组合的玻璃组合物来制造对紫外线以及太阳能热射线具有极好吸收效果的天窗的技术。
发明内容
技术问题
本申请目的在于提供一种根据外部信号的施加与否而具有可变透射率的光学元件。此外，本申请目的在于提供一种通过利用在红外区中具有低透光率的复合层施加所述外部信号，而获得阻热效应的节能光学元件。
技术方案
本发明的示例性光学元件可包括偏光层、液晶层以及复合层。所述液晶层可形成于所述偏光层上，以及可包括液晶化合物和各向异性染料。在此，所述复合层可与所述液晶层相邻，以及随后可依次包括第一氧化层、金属层和第二氧化层。在此，液晶化合物和/或各向异性染料以取向状态存在，以及所述液晶化合物的取向方向可由所述复合层施加的信号而改变。复合层可存在一层与液晶层的一侧相邻，或复合层可存在两层与液晶层的两侧相邻。图1示出一种包括两层存在于液晶层两侧的复合层的光学元件，例如包括偏光层101、形成于所述偏光层上的液晶层102以及置于所述液晶层两侧的两复合层103A和103B的光学元件。
本申请的示例性光学元件可由外部环境施加的信号而改变透光率。所述由外部环境施加的信号可为，例如由复合层施加的电压。如下所示，复合层对于红外区的光具有低透光率。因此，当使用所述复合层施加电压时，可阻挡热，并因此节能。在下文中，将进一步详细描述光学元件。
本文中所使用的术语“偏光层”可为具有选择性透射和阻挡性质的功能层，例如关于入射光的反射或吸收性质。偏光层可具有透射在来自各方向振动的入射光在一个方向振动的光，以及阻挡其余方向振动的光。偏光层的类型不做特别限制，例如，作为反射型偏光层可使用双重亮度增强膜(DBEF)、溶致液晶(LLC)层或线栅偏振器，以及作为如吸收型偏光层可使用通过沾染具有碘的聚合物拉伸膜如PVA拉伸膜形成的偏光器或使用以取向状态聚合的液晶的宾主型偏振片作为主体以及根据液晶的取向作为客体，但是本申请不限于此。
在本申请中，液晶层可包括液晶化合物和各向异性染料。所述液晶层可为宾主型液晶层。所述宾主型液晶层通过沿着具有各向异性的液晶化合物的取向布置二向色性染料以及吸收平行于染料的取向方向的光以及透射垂直于染料的取向方向的光呈现各向异性光吸收效果。液晶层中的液晶化合物和/或各向异性染料的取向方向可由施加来自外部环境的信号而改变。在该情况下，由外部环境施加的信号可为以改变液晶化合物和/或各向异性染料的取向而实施的任何类型的信号，以及作为典型实例，信号为施加的电压。
作为液晶化合物，可使用任何类型的液晶化合物，条件是液晶化合物的取向方向根据施加的外部信号而改变。例如，作为液晶化合物，可使用近晶液晶化合物、向列液晶化合物或胆甾醇型液晶化合物。另外，液晶化合物可为，例如无可极化或可交联基团以通过施加外部信号而改变取向方向的化合物。
在一个实施例中，作为液晶化合物，可使用向列液晶化合物。作为化合物，例如可使用满足式1的向列液晶化合物。
[式1]
(1.53–b)<{(2no 2+ne 2)/3}0.5<(1.53+b)
在式1中，no为液晶化合物的寻常折射率，例如，短轴方向的向列液晶化合物的折射率，ne为液晶化合物的非寻常折射率，例如，向列液晶化合物在主轴方向的折射率，以及b为满足0.1≤b≤1的数。甚至当未施加电压时，确保具有优异透明度的液晶盒可通过选择满足式1的液晶化合物而制造。在式4中，在另一个实施例中，b可为0.1至0.9、0.1至0.7、0.1至0.5或0.1至0.3。
液晶化合物还可具有非寻常介电各向异性(主轴方向的介电各向异性；εe)与寻常介电各向异性(短轴方向的介电各向异性；εo)之差为3或以上、3.5或以上、4或以上、6或以上、8或以上或10或以上。当液晶化合物具有所述介电各向异性时，可提供具有优异驱动电压性质的元件。当所述介电各向异性差值越大时，元件可具有合适的性质，并因此差值的上限并不受特别限制。例如，作为液晶化合物,可使用具有约6至50的非寻常介电各向异性(主轴方向的介电各向异性；εe)，以及约2.5至7的寻常介电各向异性(短轴方向的介电各向异性；εo)的化合物。
本文中所使用的“染料”可意指密集吸收和/或透射在可见光区的至少部分或全部范围(例如400至700nm的波长范围)内的光的材料，且本文中所使用的“各向异性染料”可意指使能够各向异性吸收在可见光区的至少部分或全部范围内的光的材料。可通过使用所述各向异性染料控制光学元件的透光率。各向异性染料不做特别限制，例如，可使用黑色染料或彩色染料。所述各向异性染料可具有二向色性比，换言之，通过使平行于各向异性染料的主轴的偏振光的吸收值除以平行于与所述主轴方向垂直的方向的偏振光的吸收值而获得的为5或以上、6或以上或7或以上的值。所述染料可在可见光区的波长范围内满足二向色性比，例如范围为约380至700nm或400至700nm的至少一部分或某一波长。所述二向色性比的上限可为，例如，约20、18、16或14。各向异性染料的类型并不受特别限制，以及例如，可包含具有上述性质且根据液晶化合物的取向进行取向的所有类型的染料。
在本发明的光学元件中，可通过控制存在于液晶层中的液晶化合物和/或各向异性染料的取向而控制相对于在平行于所述各向异性染料的布置方向的方向上的偏振光和垂直于各向异性染料的布置方向的方向上的偏振光的各向异性的光吸收。例如，液晶层中的液晶化合物和/或各向异性染料的取向可通过施加外部信号控制，并因此在所述液晶层中各向异性的光吸收可通过施加外部信号控制。具有所述性质的液晶层可称为主动偏光器，且如下文中所述，可通过施加外部信号控制所述偏光层的透射轴和/或吸收轴之间的关系而控制光学元件的总透射率。
在一个实施例中，在液晶层中，可通过将液晶化合物和/或各向异性染料的取向状态转换成平面排列状态、倾斜取向状态或垂面取向状态控制偏振性质。
在本说明书中，平面取向可指液晶层的光轴与液晶层的平面的倾斜角为约0至15、0至10或0至5度的情况。另外，在本说明书中，垂面取向可指液晶层的光轴与液晶层平面的倾斜角为约90至85度的情况。另外，在本说明书中，倾斜取向可指液晶层的光轴相对于液晶层的平面具有除针对平面取向或垂面取向的倾斜角之外的倾斜角的情况，以及相对于液晶层平面的倾斜角可为，例如约大于15度至小于85度。在本说明书中，术语“光轴”可为，当入射光穿过相应区域时的慢轴；当液晶化合物以杆状形成时杆的主轴方向；液晶化合物以碟状形状形成时碟表面的法线方向。
另外，在所述液晶层的平面取向、倾斜取向或垂面取向指能够控制所需光学元件的透光率的大致平面取向、倾斜取向或垂面取向，以及在该情况下，液晶层的平面内阻滞和厚度阻滞并不受特别限制。
在另一个实施例中，光学元件可包括偏光层存在于如上所述液晶层的一个表面上的结构，以及液晶层存在于彼此相对的两偏光层之间的结构，以及在该情况下，液晶层可在平面取向状态下具有如下所述的预定范围内的厚度阻滞，条件是适当控制透光率，以及在垂面取向状态下具有预定范围内的平面内阻滞。然而，平面内阻滞和厚度阻滞并不限于以下范围。
在此，当使液晶层中的液晶化合物和/或各向异性染料平面取向时，液晶单元的平面内阻滞(Rin)可为，例如，10nm或以上、20nm或以上、30nm或以上、40nm或以上、50nm或以上、60nm或以上、70nm或以上、80nm或以上、90nm或以上、100nm或以上、110nm或以上、120nm或以上、130nm或以上或140nm或以上。另外，在未施加电压的状态下，液晶层的平面内阻滞的上限可为300nm或以下、290nm或以下、280nm或以下、270nm或以下、260nm或以下、250nm或以下、240nm或以下、230nm或以下、220nm或以下、210nm或以下、200nm或以下、190nm或以下、180nm或以下、170nm或以下或160nm或以下。另外，当通过施加电压而使液晶化合物和/或各向异性染料垂面取向时，液晶层的厚度阻滞(Rth)可为，例如10nm或以上、20nm或以上、30nm或以上、40nm或以上、50nm或以上、60nm或以上、70nm或以上、80nm或以上、90nm或以上、100nm或以上、110nm或以上、120nm或以上、130nm或以上或140nm或以上。另外，当施加电压时，液晶层的厚度阻滞的上限可为约300nm或以下、290nm或以下、280nm或以下、270nm或以下、260nm或以下、250nm或以下、240nm或以下、230nm或以下、220nm或以下、210nm或以下、200nm或以下、190nm或以下、180nm或以下、170nm或以下或160nm或以下。
本文中所使用的术语“平面内阻滞(Rin)”为由通式1所计算的值，以及本文中所使用的术语“厚度阻滞(Rth)”为由通式2所计算的值。
[通式1]
Rin＝(nx-ny)×d
[通式2]
Rth＝(nz-ny)×d
在通式1和2中，参考符号“nx、ny、nz和d”分别表示液晶层在平面内慢轴方向上的折射率、液晶层在平面内快轴方向上的折射率、液晶层在厚度方向上的折射率和液晶层的厚度。所述各折射率可为对波长为例如550nm的光所测量的折射率。因此，通过上述可制造当未施加电压时可实现透射模式以及当施加电压时可实现阻挡模式的光学元件。可自由地控制当施加或未施加电压时的取向状态以及根据液晶层中的液晶化合物及/或各向异性染料的取向状态的相位差以展现根据光学元件被应用的用途而合适地控制透光率的效应。
在一个实施例中，在初始状态下，液晶层中的液晶化合物和/或各向异性染料可以取向状态存在，使得液晶层的光轴相对于液晶层的平面具有0至90度的倾斜角。本文中所使用的“初始状态”可指未施加能够影响液晶化合物和/或各向异性染料的取向的外部信号的状态。在一具体实施例中，在初始状态下，液晶化合物和/或各向异性染料可以平面取向或垂面取向状态存在。
另外，在初始状态下，液晶化合物和/或各向异性染料可以取向状态存在，使得液晶层的光轴相对于偏光层的吸收轴具有0至90度的角度。在一个实施例中，即使当液晶层以平面取向状态存在时，仍可通过控制液晶层的光轴的方向与偏光层的吸收轴的方向之间的角度来控制光学元件的透射率。在一个实施例中，当液晶层的光轴的方向与偏光层的吸收轴之间的角度垂直时，可减小光学元件的透射率，且当液晶层的光轴方向与偏光层的吸收轴之间的角度平行时，可增加光学元件的透射率。
在此，液晶化合物和/或各向异性染料可以取向状态存在以相对于偏光板的吸收轴形成一角度，或例如，以取向状态存在以平行于偏光板的吸收轴或扭转状态存在。本文中所使用的“扭转取向状态”可为如下状态：液晶化合物和/或各向异性染料的主轴平行于液晶层的平面，但邻近液晶化合物和/或各向异性染料的主轴方向通过略微改变角度而扭转。另外，液晶层的驱动模式并不受特别限制，条件是具有液晶化合物和/或各向异性染料的上述取向性质。例如，可以电控双折射(ECB)模式、扭曲向列(TN)模式、或超扭曲向列(STN)模式驱动液晶层，但本申请并不限于此。
如上所述，可通过施加外部信号而切换液晶层的液晶化合物和/或各向异性染料在初始状态下的取向。在一个实施例中，当将外部信号施加于初始状态下以平面取向状态而取向的液晶层时，可通过施加外部信号而将液晶层的取向状态切换成垂面取向状态，由此降低透射率，以及当将外部信号施加至初始状态下以垂面取向状态而取向的液晶层时，可将液晶层的取向状态切换成平面取向状态，由此降低透射率。另外，为了将初始垂面取向状态切换成平面取向状态，为了判定液晶化合物和/或各向异性染料的取向方向，可能需要在预定方向上的预倾斜。在此，提供预倾斜的方法并不受特别限制，以及例如，可通过设置合适的取向膜而提供所需要的倾斜。
在此，当液晶层的液晶化合物和/或各向异性染料以垂面取向状态时，各向异性染料的取向方向垂直于下方的偏光层的平面，并因此穿过偏光层的光可不被吸收且可穿过液晶层的各向异性染料，并因此可增加光学元件的透射率。与此相反，当液晶层的液晶化合物和/或各向异性染料处于平面取向状态时，各向异性染料的取向状态平行于下方偏光层的平面。因此，当液晶层的光轴的取向方向设置成相对于偏光层的吸收轴具有预定角度时，穿过偏光层的部分光可被吸收至各向异性染料，并因此可减小光学元件的透射率。
在一个实施例中，可根据是否将外部信号施加至液晶层而在透射模式与阻挡模式之间切换光学元件。例如，光学元件可通过将外部信号施加至夜液晶层而在可见光区中的透射率为20％或以上的透射模式与可见光区中的透射率为3％或以下的阻挡模式之间切换。然而，透射模式和阻挡模式中的透光率并不限于以上值，且如上所述，可通过控制液晶化合物和/或各向异性染料的取向性质而控制透光率的更多各种范围。
在一个实施例中，当液晶层在初始状态下处于平面取向状态时，液晶层的光轴的取向方向形成为相对于偏光层的吸收轴具有预定角度，并因此可实现阻挡模式。当通过施加外部信号而将液晶层转换成垂面取向状态时，可增加光学元件的透射率，并因此可实现透射模式。在另一个实施例中，当液晶层在初始状态下处于垂面取向状态时，光学元件在初始状态下可实现透射模式，以及当通过施加外部信号根据上述预倾斜而将液晶层转换成平面取向状态时，液晶层的光轴的取向方向可相对于偏光层的吸收轴具有预定角度，并因此可实现光学元件的阻挡模式。
光学元件可追加包括邻近于液晶层以控制液晶化合物和/或各向异性染料的初始取向状态的取向膜。作为取向膜，可在无特别限制的情况下使用已知的垂面或平面取向膜。所述取向膜可包含如摩擦取向膜(rubbing alignment film)的触碰型取向膜(touch-typealignment film)，或可使用包括已知为通过非触碰型方法(例如，施加线性偏光(linearpolarized light))而具有取向性质的光取向化合物(photo-alignment compound)的取向膜。
在此，当以TN或STN模式驱动液晶层时，液晶层还可包含手性试剂。手性试剂可包含液晶化合物和/或各向异性染料的分子取向以具有螺旋形结构。作为手性试剂，可在无特别限制的情况下使用可诱发所要螺旋结构而不损害向列规则性的任何旋光性试剂。用于对液晶诱发螺旋形结构的手性试剂需要至少包含分子结构的手性。例如，作为手性试剂，可使用具有一个或至少两个不对称碳的化合物，如手性胺或手性亚砜的在杂原子上具有不对称点的化合物，或累积多烯(cumulene)或联萘酚(binaphthol)的具有轴向不对称光活性位点的化合物。手性试剂可为，例如，具有1,500或以下的分子量的低分子化合物。作为手性试剂，可使用市售的向列液晶，例如由默克(Merck)制造的手性掺杂剂液晶S-811或由巴斯夫(BASF)所制造的LC756。
液晶层还可包括柱图案。更具体而言，液晶层还可包含经形成以维持存在于液晶上以及液晶下的两个邻近层之间的间隙的柱图案。当液晶层存在于偏光板与复合层之间时，下层和上层可为偏光板和复合层，以及当液晶层存在于两复合层之间时，下层和上层可为两复合层。液晶化合物和/或各向异性染料可存在于不存在柱图案的区中。柱图案可形成于邻近液晶层的上层和下层之一上，且使用粘着剂而粘附至另一层。能够连接柱图案和复合层的粘着剂可存在于柱图案的柱表面上，以及粘着剂的类型并不受特别限制，并因此可使用用于层压光学元件的任何已知粘着剂。
柱图案可包含可固化树脂，可固化树脂的类型不做特别的限制可为，热可固化树脂或光可固化树脂如UV可固化树脂。作为热可固化树脂，例如，可使用硅氧烷树脂、硅树脂、呋喃树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、氨基树脂、酚树脂、尿素树脂、聚酯树脂或三聚氰胺树脂，但本申请并不限于此。作为UV可固化树脂的典型实例，可使用丙烯酸聚合物，例如丙烯酸聚酯聚合物、聚苯乙烯丙烯酸酯聚合物、环氧丙烯酸酯聚合物、聚氨酯丙烯酸酯聚合物或聚丁二烯丙烯酸酯聚合物、硅氧烷丙烯酸酯聚合物或丙烯酸烷酯聚合物，但本申请并不限于此。
可在不损害本申请的目标的情况下适当地设计柱图案的形状和排列类型，例如，以维持两复合层之间的预定间隙。可存在柱图案以将一个或至少两个柱形状彼此隔开，或如隔板一样划分隔开。可在不损害本发明目标的情况下适当地选择柱的宽度、柱之间的间隙、柱的厚度以及液晶层中的柱图案的面积比。例如，柱的宽度可为1μm至500μm，柱之间的间隙可为10μm至5000μm，以及液晶层中的柱图案的面积比相对于100％的液晶层面积可为约0.1％至50％。另外，考虑到液晶层的厚度，在类似于液晶层的厚度的范围内适当地选择柱的高度。
在下文中，将详细地描述复合层。复合层可依序包含第一氧化层、金属层和第二氧化层。所述复合层可作为能够将外部信号如电压施加至液晶层的电极层。由于所述复合层在可见光区中具有高透光率，因此具有优异的透明度，以及由于复合层在红外区中具有低透光率，因此具有耐热效果，而且还具有高导电率以及低薄片电阻值。因此，所述复合层可节能，以及可有效地用作光学元件的电极层。
相对于具有可见光区的波长(例如在约400至700nm范围内)的光或具有550nm波长的光，复合层可具有80％或以上，85％或以上或90％或以上的透射率。复合层可有效地用作满足上述数值范围的光学元件的电极层。然而，复合层在可见光区的透光率并不限于上述数值范围，以及可在可见光区中具有通常作为透明电极而可得到的透光率。
相对于具有红外区中的波长(例如在约700至1000nm范围内)的光或具有780nm或以上波长的光，复合层可具有70％或以下、65％或以下或60％或以下的透射率。由于满足上述数值范围的复合层可在红外区中阻挡热，故可节能。复合层在红外区中的透光率的下限并不受特别限制，但是，例如，当复合层用作智能窗的电极层时，可为0至5％。
复合层的薄片电阻值可为20Ω/□或以下、15Ω/□或以下或10Ω/□或以下，并且下限可为，但不特别限于0.1Ω/□或以上。当将具有上述数值范围内的薄片电阻值的复合层应用于光学元件时，可使功率消耗最小化，并因此可增加光学元件的效率。
复合层的性质，例如可见光区和/或红外区中的透光率以及薄片电阻可由例如第一氧化层、金属层和第二氧化层的折射率、厚度、导电性或材料控制。本文中所使用的“氧化层”可为包含氧化物作为主要成分的层，以及本文中所使用的“金属层”可为包含金属作为主要成分的层。氧化层可为包含约80重量％或以上的氧化物的层，以及金属层可为，例如，包含约80重量％或以上的金属的层。
在一个实施例中，第一氧化层的折射率可比第二氧化层的高，以及金属层的折射率可比第二氧化层的低。
在一个实施例中，相对于具有550nm的波长的光，所述金属层可具有0.1至1.0的折射率。更具体而言，相对于具有550nm的波长的光，金属层可具有的折射率为0.1或以上、0.15或以上、0.2或以上、0.25或以上、0.3或以上、0.35或以上、0.4或以上、0.45或以上或0.5或以上，以及1.0或以下、0.95或以下、0.9或以下、0.85或以下、0.8或以下、0.75或以下、0.7或以下、0.65或以下、0.6或以下或0.55或以下。
另外，相对于具有550nm的波长的光，所述第一氧化层可具有的折射率为1.2至2.8或1.9至2.75，以及更具体而言，第一氧化层可具有的折射率为1.2或以上、1.25或以上、1.3或以上、1.35或以上、1.4或以上、1.45或以上、1.5或以上、1.55或以上、1.6或以上、1.65或以上、1.7或以上、1.75或以上、1.8或以上、1.85或以上、1.9或以上、1.95或以上或2.0或以上，以及2.8或以下、2.75或以下、2.7或以下、2.65或以下、2.6或以下、2.55或以下、2.5或以下、2.45或以下、2.4或以下、2.35或以下、2.3或以下、2.25或以下、2.2或以下、2.15或以下、2.1或以下或2.05或以下。
另外，相对于具有550nm的波长的光，所述第二氧化层可具有的折射率为1.5至2.5。更具体而言，第二氧化层可具有的折射率为1.5或以上、1.55或以上、1.6或以上、1.65或以上、1.7或以上、1.75或以上、1.8或以上、1.85或以上、1.9或以上、1.95或以上或2.0或以上，以及2.5或以下、2.45或以下、2.4或以下、2.35或以下、2.3或以下、2.25或以下、2.2或以下、2.15或以下、2.1或以下或2.0或以下。可使用M-2000设备[制造商:J.A.Woollam Co.,Inc.(USA)]测量折射率。
当金属层、第一氧化层和第二氧化层中的每一者满足折射率的范围时，复合层在可见光区域中具有高透光率且在红外区中具有低透光率，并因此可在节能型光学元件中有效地用作透明电极层。
虽然将所述金属层、第一氧化层和第二氧化层的折射率控制在上述范围内的方法并不受特别限制，但上述方法可通过，例如控制各层的厚度或各层的沉积工艺条件而控制。具体而言，结晶度可通过控制各层沉积条件而控制，因此，即使在相同厚度和材料的情况下，折射率仍可彼此不同。沉积工艺可由已知沉积方法(例如，溅射)而进行。更具体而言，第一氧化层和第二氧化层可通过，例如RF溅射而沉积，以及金属层可通过，例如DC溅射而沉积。
在一个实施例中，金属层的厚度可在5nm至20nm范围内。更具体而言，金属层的厚度可为5nm、6nm或以上、7nm或以上、8nm或以上、9nm或以上、10nm或以上、11nm或以上或12nm或以上，以及20nm或以下、19nm或以下、18nm或以下、17nm或以下、16nm或以下、15nm或以下、14nm或以下或13nm或以下。当金属层的厚度在上述范围内时，易于将金属层的折射率控制在上述范围内。另外，当金属层的厚度在上述范围内时，易于形成金属层的连续膜(continuous film)，并因此可实现优异导电性和低电阻，且可增加光学元件在可见光区中的透光率。
金属层还包含薄片电阻值为20Ω/□或以下以及优选10Ω/□或以下的导电金属。当包含于金属层中的导电金属的导电性在上述范围内时，可降低复合层的薄片电阻值，并因此可增加光学元件的效率。
金属层可包含金属如银(Ag)、铝(Al)、铂(Pt)、铜(Cu)或金(Au)。金属层可包含，例如，银。在该情况下，在制造复合层的制程中或使用包含于光学元件中的复合层的制程中，在接触空气或湿气的情况下，部分氧化银可包含于金属层中。当金属层包含银和氧化银时，相对于100重量％的金属层，可包含0.1重量％或以上以及50重量％或以下的氧化银。
在一个实施例中，第一氧化层的厚度可在20nm至60nm或40nm至50nm范围内。更具体而言，第一氧化层的厚度可为20nm或以上、25nm或以上、30nm或以上、35nm或以上或40nm或以上，以及60nm或以下、55nm或以下、50nm或以下或45nm或以下。当第一氧化层的厚度在上述范围内时，易于将第一氧化层的透光率或折射率控制在上述范围内，并因此可降低形成于第一氧化层上的金属层的沉积的缺陷率。
在一个实施例中，第二氧化层的厚度可为10nm至100nm以及优选20nm至60nm。更具体而言，第二氧化层的厚度可为10nm或以上、15nm或以上、20nm或以上、25nm或以上、30nm或以上、35nm或以上、40nm或以上、45nm或以上或50nm或以上，以及100nm或以下、95nm或以下、90nm或以下、85nm或以下、80nm或以下、75nm或以下、70nm或以下、65nm或以下、60nm或以下或55nm或以下。当第二氧化层的厚度在上述范围内时，易于将第二氧化层的透光率或折射率控制在上述范围内，并且可获得优异导电性和低电阻。
例如，第二氧化层可具有的电阻率在1.0x 10-5Ωcm至1.0x 105Ωcm以及优选1.0x10-4Ωcm至1.0x 104Ωcm范围内。当第二氧化层的电阻率在上述范围内时，可降低复合层的薄片电阻，并因此可增加光学元件的效率。
第一氧化层和第二氧化层各自可包含含有至少一种选自锑(Sb)、钡(Ba)、镓(Ga)、锗(Ge)、铪(Hf)、铟(In)、镧(La)、镁(Mg)、硒(Se)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、钒(V)、钇(Y)、锌(Zn)和锆(Zr)的金属的金属氧化物。
在此，第二氧化层还可包含至少一种选自镓(Ga)、铝(Al)、锆(Zr)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、铟(In)和钒(V)的第二金属。
包含于第二氧化层中的金属可为掺杂材料。由于第二氧化层还可包含第二金属，故当用作光学元件中的电极层时，可改进电子迁移率。由于第二氧化层具有类似于第一氧化层的高折射性质，故可增加复合层的可见光区中的透光率，以及可通过光学设计降低复合层的红外区中的透光率。另外，由于第二氧化层具有导电性，故未抑制金属层的导电性，以及复合层可用作各自光学元件中具有低发射率(Low-E)功能的透明电极。
第二氧化层中的第二金属的含量可为0.1重量％或以上以及10重量％或以下。第二氧化层的折射率可因例如第二金属的含量而改变。因此，为了实现复合层的可见光区中的透光率最大化，有必要控制第二氧化层中的第二金属的含量。另外，包含于第二氧化层中的第二金属影响第二氧化层的导电性。当第二氧化层中的第二金属的含量满足上述范围时，第二氧化层可实现最佳折射率和导电性。
可在不损害本申请的目的的情况下适当地选择复合层的厚度。可将复合层的厚度控制在例如50nm至300nm或70nm至200nm范围内，以具有可见光区中的高透光率、在红外区中的低透光率、优异的导电性和低电阻性质。
复合层还可包含基底层，并且例如，第一氧化层可与基底层相邻。作为基底层，可无特别限制地使用已知材料。例如，可使用无机膜如玻璃模、结晶或非晶硅膜、石英或铟锡氧化物(ITO)膜或塑料膜。作为基底层，可使用光学各向同性基底层或偏光板如阻滞层，或滤色镜基板。例如，当偏光板存在于基底层的内表面上时，换言之，存在于液晶层与基底层之间时，尽管将各向异性的基底层用作基底层，但可实现具有合适效能的装置。
作为塑料基底层，可使用包含以下物质的基底层：三乙酰基纤维素(TAC)；环状烯烃聚合物(COP)如降冰片烯衍生物；聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚乙烯醇(PVA)；二乙酰基纤维素(DAC)；聚丙烯酸酯(Pac)；聚醚砜(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯砜(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚酰亚胺(PI)；聚砜(PSF)；聚芳酯(PAR)或非晶含氟树脂，但本申请并不限于此。当需要时，基底层上可存在金、银或硅化合物如二氧化硅或一氧化硅的涂层，或存在防反射层的涂层。
在本申请中，第二氧化层比第一氧化层更接近液晶层而存在。另外，复合层可存在于液晶层两侧上。换言之，液晶层可置于彼此相对的两复合层之间。在该情况下，存在于液晶层两侧上的复合层可具有相同折射率、厚度或薄片电阻的结构，或具有不同折射率、厚度或薄片电阻的独立结构。
另外，本申请的目的在于提供光学元件的用途。本申请的光学元件可根据施加的外部信号改变透光率。另外，由于光学元件可通过使用对在红外区中的光具有低透射率的复合层而施加外部信号，故光学元件可阻挡热且节能。所述光学元件可应用于各种光学装置。本应用发明的光学元件可应用于例如天窗中。
本文中所使用的“天窗”可为存在于汽车顶上的固定或操作(通风或滑动)开口，且包含用来将光或新鲜空气输入至汽车中的所有类型的装置。在本申请中，天窗的操作类型并不受特别限制。例如，天窗可手动操作或由马达操作，且可根据所需用途而适当地选择天窗的形状、大小或试样。例如，根据操作模式，天窗可为，但不限于，弹出型天窗、阻流板(瓦片与滑片)型天窗、内置型天窗、折叠型天窗、顶装型天窗、全景顶系统天窗、可移除式面板(t-型顶部或塔尔加顶部)型天窗或太阳能型天窗。
本申请的示例性天窗可包括所述光学元件，且在该情况下，光学元件的详情可与所述光学元件的零件的描述相同。
天窗还可包括UV阻挡层。本文中所使用的“UV阻挡层”可为具有UV阻挡功能的已知功能层。UV阻挡层可形成于偏光层、液晶层或复合层的一个或两个表面上。例如UV阻挡层201A或201B可存在于如图2中所示的天窗的最外表面上，所述UV阻挡层可为，例如，UV阻挡压敏粘着剂或UV阻挡膜。作为UV阻挡压敏粘着剂，可使用一种通过将具有UV阻挡功能的已知添加剂添加到已知压敏粘着剂的成分中而制备的UV阻挡压敏粘着剂。作为UV阻挡膜，例如，可使用一种通过在已知压敏粘着剂的一个表面上形成含具有UV阻挡功能的已知添加剂而制备的UV阻挡膜。作为UV阻挡压敏粘着剂，可使用，例如由大王制纸(DAIO Paper)制造的EW1501-D1-UV、EW1502-D1-UV或EW1504-D1-UV，但本申请并不限于此。
有益效果
本发明的光学元件根据外部信号的施加与否具有可变透射率。另外，由于光学元件可通过使用对在红外区中的光具有低透射率的复合层而施加外部信号，因此光学元件可阻挡热且节能。所述光学元件可有效地用于各种光学装置，例如天窗中。
附图的简要说明
图1示出一种示例性光学元件。
图2示出一种天窗的示例性结构。
图3示出一种实施例1的光学元件的示例性结构。
图4示出根据实施例1的驱动电压的光学元件的透射率。
图5示出实施例1的光学元件的透射率和反射率。
图6示出对比实施例1的光学元件的透射率和反射率。
图7示出根据实施例1和对比实施例2的波长的金属层的性质。
图8示出根据第一金属氧化层和第二金属氧化层的折射率的透光率的评估结果。
示例性实施方案的详细说明
在下文中，将参照实施例和对比实施例详细描述上述内容。然而，本申请的范围并不限于以下描述。
实施例1
复合层的制造
第一金属氧化层通过使用RF溅射在玻璃基板上沉积CeO2至35nm的厚度而形成。通过以下操作制造复合层：使用DC溅射方法在1.5W/cm2和3毫托的条件下在第一金属氧化层上沉积由Ag构成的金属层至10nm的厚度，以及在金属层上沉积Ga-掺杂的氧化锌(GZO)层作为第二金属氧化层至45nm的厚度。
在该情况下，通过使用M-2000装置[制造商:J.A.Woollam Co.,Inc.(USA)]测量各层的折射率而获得的结果，第一氧化层在550nm的波长下的折射率为2.34，金属层在550nm的波长下的折射率为0.19，以及氧化锌层在550nm的波长下的折射率为1.94。
另外，通过使用UV-可见光谱仪测量复合层的可见光线透射率而获得的结果，在550nm的波长下的透射率为87.2％。
此外，使用薄片电阻计测量的复合层的薄片电阻小于10Ω/□。
天窗用光学元件的制造
一种根据以下方法制造具有图3中所示的天窗用光学元件。通过以下操作而制造光学元件：使用OCA层301(EW1501-D1-UV，大王制纸)将通过与上文所描述的方法相同的方法而制造的第一复合层103A堆叠于已知吸收型线性偏光层101上，使得所制造的复合层的第一氧化层接触OCA的表面，形成含有相对于复合层的第二氧化层上的100重量份的液晶化合物计1:3重量份的比例的液晶化合物(HPC21600,HCCH)和各向异性染料(X12,BASF)的液晶层102；以及堆叠通过如上所述方法相同的方法所制造的第二复合层103B，使得复合层的第二氧化层与液晶层接触。在此，形成液晶层，使得液晶层的光轴相对于液晶层的平面具有约0至15度，换言之，使液晶化合物和/或各向异性染料平面取向。另外，形成液晶层使得液晶层的光轴相对于偏光层的吸收型线性的吸收轴具有约90度的角度。
实施例2
实施例2的天窗通过与实施例1中所述的方法相同的方法所制造，不同之处在于由以下方法制造的复合层用作复合层。
复合层的制造
第一金属氧化层通过使用RF溅射在玻璃基板上沉积CeO2至30nm的厚度而形成。复合层通过DC溅射在1.5W/cm2和3毫托的条件下在第一金属氧化层上沉积由Ag构成的金属层至10nm的厚度，以及在金属层上沉积Al-掺杂的氧化锌(AZO)层作为第二金属氧化层至50nm的厚度而制造。
在该情况下，第一氧化层在550nm的波长下的折射率为2.34，金属层在550nm的波长下的折射率为0.19，以及第二金属氧化层在550nm的波长下的折射率为1.89。另外，通过使用UV-可见光谱仪测量复合层的可见光线透射率而获得的结果，在550nm的波长下的透射率为85.5％。另外，使用薄片电阻计测量的复合层的薄片电阻小于10Ω/□。
对比实施例1
对比实施例1的天窗通过与实施例1中所述的方法相同的方法制造，不同之处在于ITO透明电极层用作复合层。
对比实施例2
对比实施例2的天窗通过与实施例1中所述的方法相同的方法制造，不同之处在于由以下方法制造的复合层用作复合层。
复合层的制造
第一金属氧化层通过使用RF溅射在玻璃基板上沉积CeO2至35nm的厚度而形成。复合层通过DC溅射在0.5W/cm2和15毫托的条件下在第一金属氧化层上沉积由Ag构成的金属层至10nm的厚度，以及在金属层上沉积Ga-掺杂的氧化锌(GZO)层作为第二金属氧化层至45nm的厚度而制造。
在该情况下，第一氧化层在550nm的波长下的折射率为2.34，金属层在550nm的波长下的折射率为1.95，以及氧化锌层在550nm的波长下的折射率为1.94。
另外，通过薄片电阻计所测量的金属层的薄片电阻大于10Ω/□，使用UV-可见光谱仪在550nm的波长下的金属层的可见光线透射率为46.8％，并且折射率为1.95。另外，使用紫外线-可见光光谱仪在550nm的波长下的复合层的可见光线透射率为79.1％，以及使用薄片电阻计测量的复合层的薄片电阻大于10Ω/□。
对比实施例3
对比实施例3的天窗通过与实施例2中所述的方法相同方法制造，不同之处在于在复合层的制造中形成厚度为10nm的第一金属氧化层以及形成80nm的厚度的第二金属氧化层。
使用紫外线-可见光光谱仪在550nm的波长下的复合层的可见光线透射率为72.6％。
另外，通过薄片电阻计所测量的复合层的薄片电阻大于10Ω/□。
评估实施例1
在实施例1中制造的光学元件中，分别形成10μm和15μm的厚度的液晶层，以及在连接能够将垂直电场施加至复合层的电源之后，使用浊度计[NDH 5000SP；Nippon Denshoku(Japan)]测量光学元件根据驱动电压对具有约550nm的波长的光的透射率。结果示出于图4中。如图4中所示，可看出，当未施加电压时，呈低透射率，以及当施加电压时，将液晶化合物和各向异性染料转换成垂面取向状态，且透射率增加。
评估实施例2：透射率和反射率的评估
在未施加电压的状态下测量在实施例和对比实施例中所制造的光学元件的透射率和反射率。具体而言，使用Solid Spec-3700[制造商:Shimadzu(Japan)]测量透射率和反射率，且示出于图5(实施例1)和图6(对比实施例1)中。如图5和6中所示，证实与使用ITO透明电极层的对比实施例1中的光学元件相比，使用本申请的复合层作为透明电极层的实例的光学元件呈类似于在可见光区中的透光率，但呈相当低的在红外区中的透光率。
评估实施例3：根据波长评估金属层的折射率和吸收系数
根据波长评估实施例1和对比实施例2中的金属层的折射率和吸收系数，且示出于图7中。在图7中，n意指金属层根据光的波长的折射率，λ意指光的波长，以及k意指金属层根据光的波长的吸收系数。如图7所示，证实尽管形成相同厚度的金属层，折射率和吸收系数根据形成金属层的条件而有所不同。
评估实施例4：根据第一和第二金属氧化层的透射率评估复合层的透射率
通过与实施例1和2相同方法制造光学元件，以及通过改变第一和第二金属氧化层的折射率而评估根据第一和第二金属氧化层的折射率相对于具有550nm的波长的光的复合层的透射率，且示出于图8中。如图8中所示，证实复合层的透光率受第一和第二金属氧化层的折射率影响，且具体而言，当第一金属氧化层合第二金属氧化层的折射率包含在本申请的上述范围内时，确定相对于具有550nm的波长的光呈现约80％或以上的优异透光率。
[图中主要零件的简要说明]
101：偏光层
102：液晶层
103A、103B：复合层
201A、201B：UV阻挡层
301：OCA层

Claims (12)

1.一种光学元件，包括：
偏光层；
液晶层，其形成于所述偏光层上，并包含液晶化合物和各向异性染料；以及
复合层，其与所述液晶层相邻，包含依序形成的第一氧化层、金属层和第二氧化层；所述液晶层的液晶化合物的取向方向由所述复合层所施加的信号而改变，
其中所述复合层相对于具有550nm波长的光具有80％或以上的透射率，相对于具有780nm或以上波长的光具有70％或以下的透射率，
其中第一氧化层具有比第二氧化层更高的折射率，以及金属层具有比第二氧化层更低的折射率，
其中相对于具有550nm的波长的光，金属层具有在0.1至1的范围内的折射率，第一氧化层具有2.0至2.8的范围内的折射率，且第二氧化层具有在1.5至2.0的范围内的折射率，
其中金属层具有在5至20nm范围内的厚度，第一氧化层具有在20nm至60nm的范围内的厚度，且第二氧化层具有在10nm至75nm的范围内的厚度，
其中所述复合层具有10Ω/□或以下的薄片电阻，
其中第二氧化层比第一氧化层更接近液晶层。
2.根据权利要求1的元件，其中，在初始状态下，所述液晶层以液晶层的光轴相对于液晶层的平面具有0至90度的倾斜角的取向状态存在。
3.根据权利要求1的元件，其中，在初始状态下，所述液晶层以液晶层的光轴相对于偏光板的吸收轴的方向具有0至90度的角度取向状态存在。
4.根据权利要求1的元件，其中所述液晶化合物和所述各向异性染料存在于液晶层中，使得通过施加外部信号而切换取向。
5.根据权利要求1的元件，进一步包括：
取向层，其邻近于所述液晶层。
6.根据权利要求1的元件，其中所述液晶层根据施加的外部信号在可见光区中的透射率为20％或以上的透射模式与可见光区中的透射率为3％或以下的阻挡模式之间进行切换。
7.根据权利要求1的元件，其中所述各向异性染料具有5至20的二向色性比。
8.根据权利要求1的元件，其中金属层具有10Ω/□或以下的薄片电阻。
9.根据权利要求1的元件，其中第二氧化层具有在1.0×10-5Ωcm至1.0×105Ωcm的范围内的电阻率。
10.根据权利要求1的元件，其中第一氧化层和第二氧化层各自为包含至少一种选自锑(Sb)、钡(Ba)、镓(Ga)、锗(Ge)、铪(Hf)、铟(In)、镧(La)、镁(Mg)、硒(Se)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、钒(V)、钇(Y)、锌(Zn)和锆(Zr)的金属的金属氧化层。
11.根据权利要求10的元件，其中第二氧化层还包含至少一种选自镓(Ga)、铝(Al)、锆(Zr)、钛(Ti)、铌(Nb)、钽(Ta)、铟(In)和钒(V)的第二金属。
12.一种天窗，包括：
权利要求1的光学元件。
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