CN108700702A - 透射率可变膜 - Google Patents

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Abstract

提供了透射率可变膜及其用途。所述透射率可变膜可以有益于在明态与暗态之间切换并且降低左视角与右视角之间的对比度差异，从而确保优异的两侧对称性。这样的透射率可变膜可以应用于各种应用，包括用于需要控制透射率的建筑物或车辆的各种材料，或者眼部佩戴物例如运动或体验增强现实用护目镜、太阳镜、头盔等。

Description

透射率可变膜
技术领域
本申请要求基于于2016年4月14日提交的韩国专利申请第10-2016-0045629号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本申请涉及透射率可变膜。
背景技术
使用施加有主体材料和二色性染料客体的混合物的所谓的客体-主体单元(GH单元)的透射率可变膜是本领域中已知的。在这种情况下，液晶化合物被用作主体材料。
这样的透射率可变膜已被应用于各种应用，包括眼部佩戴物(例如太阳镜或眼镜)、建筑物的外墙、车辆的天窗等。近年来，透射率可变装置在体验增强现实(AR)用眼部佩戴物上的应用已普遍受到检验。
发明内容
技术问题
本申请旨在提供透射率可变膜。
技术方案
本申请的一个方面提供了透射率可变膜。在本说明书中，术语“透射率可变膜”可以指被设计成在相对高的透射率状态(在下文中称为透射状态或明态)与相对低的透射率状态(在下文中称为切断状态或暗态)之间切换的膜。
根据一个示例性实施方案，透射率可变膜在透射状态下的透射率可以为约30％或更大、约35％或更大、约40％或更大、约45％或更大、或者约50％或更大。此外，透射率可变膜在切断状态下的透射率可以为约20％或更小、约15％或更小、或者约10％或更小。
由于透射状态下的透射率在值较高时是更期望的，并且在切断状态下的透射率在值较低时是更期望的，因此透射状态下的透射率和切断状态下的透射率各自的上限和下限没有特别限制。根据一个示例性实施方案，透射状态下的透射率的上限可以为约100％、约95％、约90％、约85％、约80％、约75％、约70％、约65％、或约60％。切断状态下的透射率的下限可以为约0％、约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约6％、约7％、约8％、约9％、或约10％。
透射率可以为线性光的透射率。术语“线性光的透射率”可以指沿预定方向穿过透射率可变膜的光(线性光)与沿与入射方向相同的方向入射在透射率可变膜上的光的比率。根据一个示例性实施方案，透射率可以为对沿与透射率可变膜的表面的法线平行的方向入射的光测量的值(法线光的透射率)，或者可以为对沿相对于表面法线形成大于0°且小于20°的角度的方向入射的光测量的值(斜射光的透射率)。根据另一个示例性实施方案，入射光的方向与表面法线之间形成的以测量斜射光的透射率的角度可以大于或等于约0.5°、约1°、或约1.5°，或者可以小于或等于约19.5°、约19°、约18.5°、约18°、约17.5°、约17°、约16.5°、约16°、约15.5°、约15°、约14.5°、约14°、约13.5°、约13°、约12.5°、约12°、约11.5°、约11°、约10.5°、约10°、约9.5°、约9°、约8.5°、约8°、约7.5°、约7°、约6.5°、约6°、约5.5°、约5°、约4.5°、约4°、约3.5°、或约3°。
根据一个示例性实施方案，在透射率可变膜的透射状态下的透射率中，斜射光的透射率可以高于法线光的透射率。如下所述，这样的状态可以通过控制预倾斜角等来调节。因此，斜射光的透射率比法线光的透射率更高的透射率可变膜可以特别适用于眼部佩戴物。
在包括至少两个客体-主体液晶层(在下文中称为GHLC层)的结构中，可以通过调节各GHLC层中的二色性染料的取向来在透射状态与切断状态之间切换。
本申请的示例性透射率可变膜可以包括第一液晶单元和第二液晶单元。第一液晶单元可以包括第一GHLC层。第二液晶单元可以包括第二GHLC层。
第一液晶单元与第二液晶单元可以被包括成彼此重叠。因此，穿过第一液晶单元的光可以入射在第二液晶单元上。在另一方面，穿过第二液晶单元的光也可以入射在第一液晶单元上。
图1是示意性示出如上所述彼此重叠的第一液晶单元(10)和第二液晶单元(20)的状态的图。
这样的结构在本说明书中可以称为双单元结构。
第一液晶单元和第二液晶单元各自可以在垂直取向状态与水平取向状态之间切换。根据一个示例性实施方案，在垂直取向状态与水平取向状态之间的切换可以根据向液晶单元施加电压来进行。例如，在未施加电压时处于垂直取向状态的液晶单元可以通过向液晶单元施加电压来切换成水平取向状态。在另一方面，处于水平取向状态的液晶单元可以通过向液晶单元施加电压来切换成垂直取向状态。
在本说明书中，垂直取向状态可以指液晶分子的导向器(director)垂直于液晶层的平面排列的状态，例如，相对于液晶层的平面形成约85°至95°或约90°的角度的排列状态。
在本说明书中，水平取向状态可以指液晶分子的导向器平行于液晶层的平面排列的状态，例如，相对于液晶层的平面形成-5°至5°或约0°的角度的排列状态。
在本说明书中，液晶分子的导向器各自可以指液晶层的光轴或慢轴。当液晶分子呈棒状时，液晶分子的导向器各自可以指长轴方向上的轴，而当液晶分子呈盘状时，可以指盘状平面的法线方向上的轴。
在水平取向状态下，第一液晶单元的光轴与第二液晶单元的光轴可以以形成约85°至95°的角度，或者可以彼此垂直。根据一个示例性实施方案，在水平取向状态下，第一液晶单元(10)和第二液晶单元(20)中的一者，例如，第一液晶单元(10)可以具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴(WA)在40°至50°的范围内的光轴(OA)，另一液晶单元，例如，第二液晶单元(20)可以具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴(WA)在130°至140°的范围内的光轴(OA)，如图2所示。由于经由第一液晶单元的光轴与第二液晶单元的光轴之间的这样的关系，降低了左视角与右视角之间的对比度差异，因此可以提供具有优异的两侧对称性的透射率可变膜。
上述液晶单元的光轴通常可以在取向膜的取向方向上确定，如下所述。在这种情况下，可以如下测量液晶单元的光轴。首先，可以通过在液晶单元为水平取向的状态下在液晶单元的一个表面上设置吸收性线性起偏振器，并在使起偏振器旋转360°的同时测量透射率来确定第一液晶单元或第二液晶单元的光轴。也就是说，可以在这样的状态下，通过在用光照射液晶单元或吸收性线性起偏振器的一侧的同时，测量液晶单元或吸收性线性起偏振器的另一侧处的亮度(透射率)来确定光轴的方向。例如，在使起偏振器旋转360°的过程中当透射率为最小时，垂直于起偏振器的吸收轴而形成的角度或平行于起偏振器的吸收轴而形成的角度可以限定为光轴的方向。
在本说明书中，液晶单元的宽度轴(WA)可以指与液晶单元的长轴方向平行的方向，或者在液晶单元被应用于眼部佩戴物或显示装置时，与连接佩戴眼部佩戴物的观看者或观看显示装置(例如TV)的观看者的两眼的线平行的方向。
第一GHLC层和第二GHLC层各自可以包含液晶和各向异性染料。在下文中，除非在描述液晶和各向异性染料时另外特别限定，否则液晶和各向异性染料可以共同用作第一GHLC层和第二GHLC层的液晶和各向异性染料。
在本说明书中，术语“GHLC层”可以指这样的功能层，其中各向异性染料随液晶的排列而排列，以相对于各向异性染料的取向方向和垂直于该取向方向的方向的每一者表现出各向异性光吸收特性。例如，各向异性染料是光的吸收度根据偏振方向而变化的材料，因此当染料对在长轴方向上偏振的光具有高的吸收度时可以称为p型染料，并且当染料对在短轴方向上偏振的光具有高的吸收度时可以称为n型染料。根据一个示例性实施方案，当使用p型染料时，可以吸收在染料的长轴方向上振动的偏振光，并且可以透射在染料的短轴方向上振动的偏振光，因为对该偏振光的吸收不良。除非另外特别地限定，否则认为各向异性染料为p型染料。
包括GHLC层的液晶单元可以充当有源起偏振器(active polarizer)。在本说明书中，术语“有源起偏振器”可以指可以根据外部作用的施加来调节各向异性光吸收的功能装置。例如，GHLC层可以调节液晶和各向异性染料的取向，以调节相对于与各向异性染料的取向方向平行的方向上的偏振光和垂直方向上的偏振光的各向异性光吸收。由于液晶和各向异性染料的取向可以通过施加外部作用(例如磁场或电场)来调节，因此GHLC层可以根据外部作用的施加来调节各向异性光吸收。
第一GHLC层和第二GHLC层各自的厚度可以考虑本申请的目的来适当地选择。根据一个示例性实施方案，第一GHLC层或第二GHLC层或者包括该层的液晶单元的厚度可以大于或等于约0.01μm、0.05μm、0.1μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、6.5μm、7μm、7.5μm、8μm、8.5μm、9μm或9.5μm。当如上所述控制厚度时，可以实现透射状态下的透射率与切断状态下的透射率之间的差异高的膜，即，对比度高的膜。随着厚度增加可以实现高的对比度，但是本发明并不特别限于此。通常，第一GHLC层或第二GHLC层的厚度可以小于或等于约30μm、25μm、20μm或15μm。
可以适当地选择排列状态在施加电压时可切换的液晶并用作包含在第一GHLC层和第二GHLC层各自中的液晶。例如，可以使用向列型液晶作为所述液晶。在本说明书中，向列型液晶可以指平行于棒状液晶分子的长轴方向取向(即使在液晶分子相对于其位置不具有规则性时也如此)的液晶。
第一GHLC层和第二GHLC层各自可以具有液晶，所述液晶具有负介电各向异性。可以考虑本申请的目的来适当地选择液晶的介电各向异性的绝对值。在本说明书中，术语“介电各向异性(△ε)”可以指液晶的水平介电常数(ε//)与垂直介电常数(ε)之间的差。在本说明书中，术语“水平介电常数(ε//)”是指在施加有电压使得由所施加的电压形成的电场的方向与液晶分子的导向器的方向基本上平行的状态下在电场的方向上测量的介电常数值，并且术语“垂直介电常数(ε)”是指在施加有电压使得由所施加的电压形成的电场的方向与液晶分子的导向器基本上垂直的电场的方向上测量的介电常数值。
在本说明书中，术语“染料”可以指可以强烈地吸收和/或转换可见光区域中的一些或全部区域(例如，400nm至700nm的波长范围)内的光的材料，并且术语“各向异性染料”可以指可以允许各向异性地吸收可见光区域中的一些或全部区域内的光的材料。
可以例如选择已知具有根据液晶的取向状态取向的特性的染料并用作各向异性染料。例如，可以使用黑色染料作为各向异性染料。这样的染料可以例如包括相关领域中已知的偶氮染料或蒽醌染料，但是本申请不限于此。
各向异性染料的二色性比可以考虑本申请的目的来适当地选择。例如，各向异性染料的二色性比可以为5或更大至20或更小。在本说明书中，术语“二色性比”可以指(例如当染料为p型染料时)通过将与各向异性染料的长轴方向平行的偏振光的吸收率除以与垂直于长轴方向的方向平行的偏振光的吸收率而获得的值。各向异性染料可以在可见光区域的波长范围内例如在约380nm至700nm或约400nm至700nm的波长范围中的至少一些波长或一个波长下具有二色性比。
第一GHLC层和第二GHLC层各自中的各向异性染料的含量可以考虑本申请的目的来适当地选择。例如，第一GHLC层和第二GHLC层各自中的各向异性染料的含量可以在0.1重量％至10重量％的范围内。各向异性染料的比率可以考虑期望的透射率等而改变。
第一GHLC层和/或第二GHLC层或者包括第一GHLC层和/或第二GHLC层的第一液晶单元和/或第二液晶单元的各向异性度(R)可以分别或同时为约0.5或更大。
根据以下方程式，由平行于液晶主体的取向方向偏振的光束的吸收度(E(p))和垂直于液晶主体的取向方向偏振的光束的吸收度(E(s))测量各向异性度(R)。
<各向异性度的测量>
各向异性度(R)＝[E(p)-E(s)]/[E(p)+2*E(s)]
以上使用的标准适用于GHLC层中不具有染料的其他相同装置。
具体地，可以由其中染料分子水平取向的液晶单元的吸收度的值(E(p))和其中染料分子垂直取向的同一液晶单元的吸收度的值(E(s))测量各向异性度(R)。与完全不含染料但具有另外的相同配置的液晶单元相比来测量吸收度。这样的测量可以使用当存在一个振动平面时在平行于取向方向的方向上振动(E(p))并且在随后测量时在垂直于取向方向的方向上振动(E(s))的偏振光束来进行。液晶单元在测量期间不切换或旋转，因此E(p)和E(s)的测量可以通过使偏振入射光的振动平面旋转来进行。
详细过程的一个示例性实施方案如下所述。使用Perkin Elmer Lambda1050UV光谱仪记录用于测量E(p)和E(s)的光谱。该光谱仪设置有Glan-Thompson起偏振器以用于250nm至2500nm的波长范围内的测量光束和参考光束二者。两个起偏振器通过步进电机控制，并且设置在同一方向上。起偏振器的起偏振器方向的改变(例如，0°至90°的改变)始终相对于测量光束和参考光束在同一方向上同步进行。各起偏振器的取向可以使用1973年维尔茨堡大学的T.Karstens在博士论文中公开的方法来测量。
在该方法中，起偏振器相对于取向二色性样品以5°逐步旋转，并且优选地在最大吸收区域中的固定波长下记录吸收度。相对于起偏振器各自的位置执行新的零线。为了测量两个二色性光谱E(p)和E(s)，将涂覆有来自JSR的聚酰亚胺AL-1054的经反平行摩擦的测试单元设置在测量光束和参考光束二者中。可以选择具有相同层厚度的两个测试单元。将包含纯主体(液晶)的测试单元设置在参考光束中。将包含染料在液晶中的溶液的测试单元设置在测量光束中。对于测量光束和参考光束，将两个测试单元以相同的取向方向安装在射线路径内。为了确保光谱仪的最大可能的精确度，E(p)可以基本上处于其最大吸收波长范围例如0.5至1.5的波长范围内。这对应于30％至5％的透射率。这通过相应地调节层厚度和/或染料浓度来实现。
各向异性度(R)可以根据参考文献[参见:“Polarized Light in Optics andSpectroscopy”,D.S.Kliger等,Academic Press,1990]中描述的方程式由针对E(p)和E(s)所测量的值来计算。
根据另一个示例性实施方案，各向异性度(R)可以大于或等于约0.55、0.6或0.65。例如，各向异性度(R)可以小于或等于约0.9、约0.85、约0.8、约0.75或约0.7。
这样的各向异性度(R)可以通过控制液晶单元的类型例如液晶化合物(主体)的类型、各向异性染料的类型和比率、液晶单元的厚度等来获得。
当由于各向异性度(R)在该范围内而使用较低能量时，可以提供对比度随着透射状态与切断状态之间的透射率差异增加而提高的膜。
第一液晶单元和第二液晶单元各自还可以包括设置在第一GHLC层和第二GHLC层的两侧的两片取向膜。根据一个示例性实施方案，第一液晶单元可以顺序包括第一垂直取向膜、第一GHLC层和第二垂直取向膜，并且第二液晶单元可以顺序包括第三垂直取向膜、第二GHLC层和第四垂直取向膜。
根据本申请的透射率可变膜的透射率可以在未施加电压时和/或在施加电压时通过调节第一GHLC层和第二GHLC层的取向方向来调节。取向方向可以通过调节第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的预倾斜角和预倾斜方向来调节。
在本说明书中，预倾斜可以具有预倾斜角和预倾斜方向。预倾斜角可以称为极角，预倾斜方向可以称为方位角。
预倾斜角可以指液晶分子的导向器相对于与取向膜平行的平面形成的角度或液晶分子的导向器相对于液晶单元的表面的法线方向形成的角度。垂直取向膜的预倾斜角在未向液晶单元施加电压时可以引导垂直取向状态。
根据一个示例性实施方案，第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的预倾斜角可以在70°至89°的范围内。当预倾斜角落入该范围内时，可以提供具有优异初始透射率的透射率可变膜。根据一个示例性实施方案，预倾斜角可以大于或等于约71°、约72°、约73°或约74°，或者可以小于或等于约88.5°或约88°。
根据一个示例性实施方案，第一垂直取向膜的预倾斜角可以为在顺时针方向或逆时针方向上相对于与取向膜平行的平面测量的角度，以及第二垂直取向膜的预倾斜角可以为在与第一垂直取向膜的方向相反的方向上测量的角度，即当在顺时针方向上测量第一垂直取向膜的预倾斜角时在逆时针方向上测量的角度，或当在逆时针方向上测量第一垂直取向膜的预倾斜角时在顺时针方向上测量的角度。
此外，第三垂直取向膜的预倾斜角可以为在顺时针方向或逆时针方向上相对于与取向膜平行的平面测量的角度，以及第四垂直取向膜的预倾斜角可以为在与第三垂直取向膜的方向相反的方向上测量的角度，即当在顺时针方向上测量第三垂直取向膜的预倾斜角时在逆时针方向上测量的角度，或当在逆时针方向上测量第三垂直取向膜的预倾斜角时在顺时针方向上测量的角度。
预倾斜方向可以指液晶分子的导向器投影至与取向膜平行的平面的方向。根据一个示例性实施方案，预倾斜方向可以为投影方向与宽度轴WA之间形成的角度。垂直取向膜的预倾斜方向在向液晶单元施加电压时可以引导水平取向状态的取向方向。
第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的预倾斜方向与第三垂直取向膜和第四垂直取向膜的预倾斜方向可以彼此相交。根据一个示例性实施方案，第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的预倾斜方向与第三垂直取向膜和第四垂直取向膜的预倾斜方向可以彼此垂直，例如形成85°至95°或约90°的角度。当预倾斜方向满足要求时，可以提供在施加电压时具有优异屏蔽率的透射率可变膜。
此外，根据一个示例性实施方案，第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的预倾斜方向与第三垂直取向膜和第四垂直取向膜的预倾斜方向的一者例如第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的预倾斜方向可以具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴WA在40°至50°的范围内的光轴OA，另一预倾斜方向例如第三垂直取向膜和第四垂直取向膜的预倾斜方向可以具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴WA在130°至140°的范围内的光轴OA。由于经由这样的关系降低了左视角与右视角之间的对比度差异，因此可以提供具有优异的两侧对称性的透射率可变膜。
根据一个示例性实施方案，上述预倾斜角和预倾斜方向可以是当液晶单元各自的GHLC层处于垂直取向状态时对各GHLC层测量的预倾斜角和预倾斜方向。
第一垂直取向膜至第四垂直取向膜可以为摩擦取向膜或光学取向膜。取向方向在摩擦取向膜的情况下由摩擦方向确定，而在光学取向膜的情况下由照射光等的偏振方向确定。垂直取向膜的预倾斜角和预倾斜方向可以通过适当地调节取向条件(例如摩擦条件或摩擦取向时的压力条件，或者光学取向条件如光的偏振状态、光照射角度、光照射强度等)来实现。
例如，当垂直取向膜为摩擦取向膜时，可以通过控制摩擦取向膜的摩擦强度等来实现预倾斜角，并且可以通过控制摩擦取向膜的摩擦方向来实现预倾斜方向。这样的用于实现此的方法是已知的方法。此外，当垂直取向膜为光学取向膜时，可以通过用于取向膜的材料，应用于取向的偏振光的方向、状态和强度等来实现预倾斜角。
根据一个示例性实施方案，第一垂直取向膜至第四垂直取向膜各自可以为摩擦取向膜。第一垂直取向膜至第四垂直取向膜各自可以具有特定取向方向。
例如，第一垂直取向膜的摩擦方向与第二垂直取向膜的摩擦方向彼此相反，因此可以形成约170°至190°的角度。此外，第三垂直取向膜的摩擦方向与第四垂直取向膜的摩擦方向彼此相反，因此可以形成约170°至190°的角度。
摩擦方向可以通过测量预倾斜角来确定。通常，由于预倾斜角在液晶沿摩擦方向平躺时形成，因此可以通过以以下实施例中所描述的方式测量预倾斜角来测量摩擦方向。
根据一个示例性实施方案，如图3所示，第一垂直取向膜(12)的摩擦(取向)方向(RA)可以在40°至50°的范围内，第二垂直取向膜(14)的摩擦(取向)方向(RA)可以在220°至230°的范围，第三垂直取向膜(22)的摩擦(取向)方向(RA)可以在130°至140°的范围内，以及第四垂直取向膜(24)的摩擦(取向)方向(RA)可以在310°至320°的范围内。可以提供这样的透射率可变膜，其中经由第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的摩擦取向方向之间的这样的关系可以有效地实现垂直取向状态与水平取向状态之间的切换。摩擦(取向)方向(RA)各自是在顺时针方向或逆时针方向上相对于宽度轴(WA)测量的角度。然而，仅从顺时针方向或逆时针方向中选择一种方向用于测量各摩擦(取向)方向(RA)，然后进行测量。
根据一个示例性实施方案，如图3所示，第一垂直取向膜(12)的摩擦(取向)方向(RA)与宽度轴(WA)之间形成的角度和第二垂直取向膜(14)的摩擦方向(RA)与宽度轴(WA)之间形成的角度二者在在顺时针方向上相对于宽度轴(WA)测量时可以在40°至50°的范围内。在这种情况下，第一垂直取向膜(12)的摩擦(取向)方向(RA)与第二垂直取向膜(14)的摩擦方向(RA)可以彼此相反。
此外，如图3所示，第三垂直取向膜(22)的摩擦(取向)方向(RA)与宽度轴(WA)之间形成的角度和第四垂直取向膜(24)的摩擦方向(RA)与宽度轴(WA)之间形成的角度二者在在顺时针方向上相对于宽度轴(WA)测量时可以在130°至140°的范围内。在这种情况下，第三垂直取向膜(22)的摩擦(取向)方向(RA)与第四垂直取向膜(24)的摩擦方向(RA)可以彼此相反。
即使在使用光学取向膜作为第一垂直取向膜至第四垂直取向膜时，也可以控制条件以实现上述预倾斜角和预倾斜方向。
示例性透射率可变膜还可以包括设置在第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的外部的电极膜。在本说明书中，任何配置的外部可以指与其上存在有液晶层的一侧相对的一侧。设置在第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的外部的电极膜可以分别称为第一电极膜至第四电极膜。
图4为示意性示出包括GHLC层、电极膜和垂直取向膜的第一液晶单元的图。如图4所示，第一液晶单元(10)可以顺序包括第一电极膜(11)、第一垂直取向膜(12)、第一GHLC层(13)、第二垂直取向膜(14)和第二电极膜(15)。第一电极膜和第二电极膜以及第一垂直取向膜和第二垂直取向膜的厚度可以考虑本申请的目的来适当地选择。
图5为示意性示出包括GHLC层、电极膜和垂直取向膜的第二液晶单元的图。如图5所示，第二液晶单元(20)可以顺序包括第三电极膜(21)、第三垂直取向膜(22)、第二GHLC层(23)、第四垂直取向膜(24)和第四电极膜(25)。第三电极膜和第四电极膜以及第三垂直取向膜和第四垂直取向膜的厚度可以考虑本申请的目的来适当地选择。
电极膜各自可以包括基础膜和形成在基础膜上的透明导电层。电极膜可以向第一液晶单元和第二液晶单元施加适当的电场以使液晶和各向异性染料的取向状态切换。电场的方向可以是垂直方向，例如第一液晶单元和第二液晶单元的厚度方向。
可以使用塑料膜等作为基础膜。塑料膜的实例可以包括包含以下的膜：三乙酰纤维素(TAC)；环烯烃共聚物(COP)，例如降冰片烯衍生物；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)；或聚芳酯(PAR)。
根据一个示例性实施方案，第一电极膜和/或第四电极膜可以包括光学各向同性基础膜或光学各向异性基础膜。根据一个示例性实施方案，第二电极膜和/或第三电极膜可以包括光学各向同性基础膜，例如聚碳酸酯(PC)膜、环烯烃共聚物(COP)膜或聚酰亚胺(PI)膜。
作为透明导电层，例如，可以使用通过沉积导电聚合物、导电金属、导电纳米线或金属氧化物(例如铟锡氧化物(ITO))而形成导电层。此外，能够形成透明导电层的各种材料以及形成透明导电层的方法是相关领域中已知的，并且可以没有限制地应用。
根据本申请的透射率可变膜还可以包括压敏粘合剂。第一液晶单元和第二液晶单元可以用压敏粘合剂以彼此粘附的状态存在。可以适当地选择用于附接光学膜的压敏粘合层并用作压敏粘合剂。压敏粘合剂的厚度可以考虑本申请的目的来适当地选择。
本申请的透射率可变膜还可以包含硬涂膜。硬涂膜可以包括基础膜和形成在基础膜上的硬涂层。可以考虑本申请的目的来适当地选择已知的硬涂膜并将用作硬涂膜。硬涂膜的厚度可以考虑本申请的目的来适当地选择。
硬涂膜可以用压敏粘合剂在第一液晶单元和/或第二液晶单元的外部形成。例如，硬涂膜可以用压敏粘合剂附接至第一电极膜和/或第四电极膜的外部。可以适当地选择用于附接光学膜的压敏粘合剂并用作压敏粘合剂。
本申请的透射率可变膜还可以包括抗反射膜。抗反射膜可以包括基础膜和形成在基膜上的抗反射层。可以考虑本申请的目的来适当地选择已知的抗反射膜并用作抗反射膜。抗反射膜的厚度可以考虑本申请的目的来适当地选择。
抗反射膜可以用压敏粘合剂在第一液晶单元和/或第二液晶单元的外部形成。例如，抗反射膜可以用压敏粘合剂附接至第一电极膜和/或第四电极膜。可以适当地选择用于附接光学膜的压敏粘合剂并用作压敏粘合剂。
如上所述，根据本申请的透射率可变膜的透射率可以根据电压的施加通过在未施加电压和/或对第一液晶单元和第二液单元施加电压时调节取向状态来调节。液晶和各向异性染料可以根据取向方向来取向。因此，取向方向可以与液晶的光轴方向和/或各向异性染料的吸收轴方向平行。
根据一个示例性实施方案，透射率可变膜在第一液晶单元和第二液晶单元各自处于垂直取向状态时可以实现明态，并且在第一液晶单元和第二液晶单元各自处于水平取向状态时可以实现暗态。在本说明书中，明态可以指透射率高的状态，暗态可以指透射率低的状态。
根据一个示例性实施方案，明态下的透射率可以大于或等于40％、45％或50％，并且暗态下的透射率可以小于或等于5％、4％或3％。
在本说明书中，透射率可以指线性光相对于垂直光的透射率。因此，垂直光是沿与透射率可变膜的表面的法线方向并排的方向入射的光，并且垂直光的线性光透射率是沿与法线方向并排的方向透射的光相对于入射在透射率可变膜的表面上的垂直光的百分比。
图6是示意性示出调节根据本申请的透射率可变膜的透射率的原理的图。图6的左图示出了未施加电压的状态，右图示出了施加有电压的状态。灰色箭头的区域是指透射光的量。在左图和右图中，上层表示第一液晶单元，下层表示第二液晶单元，蓝色椭圆表示具有负介电各向异性的液晶，以及黑色椭圆表示各向异性染料。
如图6所示，由于在未施加电压时，第一液晶单元和第二液晶单元各自以垂直取向状态存在并且透射光的量相对增加，因此本申请的透射率可变膜可以实现明态。在未施加电压时，透射率可变膜可以实现透射率大于或等于约40％的明态。与在对透射率可变膜应用基于PVA的偏光板和包括GHLC层的有源起偏振器的组合时透射率可变膜具有小于约40％的初始透射率的情况相比，本申请的透射率可变膜在未施加电压时具有优异的初始透射率。
如图6所示，在本申请的透射率可变膜中，当施加电压时，第一液晶单元和第二液晶单元各自可以以水平取向状态存在。第一液晶单元的单轴取向方向和第二液晶单元的单轴取向方向可以是正交的。在这种情况下，由于第一液晶单元的吸收轴与第二液晶单元的吸收轴可以是正交的，透射光的量由于交叉极效应而相对较低，从而实现暗态。透射率可变膜在施加电压时可以实现透射率小于或等于约5％的暗态。透射率可变膜在切断电压时可以切换成明态。
如上所述，水平取向状态下的第一液晶单元可以具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴在40°至50°的范围内的光轴，并且第二液晶单元可以具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴在130°至140°的范围内的光轴。由于经由第一液晶单元的光轴与第二液晶单元的光轴之间的这样的关系降低了左视角与右视角之间的对比度差异，因此可以提供具有优异的两侧对称性的透射率可变膜。
上述透射率可变膜可以应用于各种应用。透射率可变膜适用的应用的实例可以包括封闭空间(包括建筑物、容器或车辆)的开口(例如窗或天窗)或眼部佩戴物等。因此，形成为允许观看者通过镜片观看外部的所有类型的眼部佩戴物(例如，普通眼镜、太阳镜、护目镜和运动用头盔，或体验增强现实用装置)可以包括在眼部佩戴物的类别中。
本申请的透射率可变膜适用的代表性应用为眼部佩戴物。近年来，设置有镜片使得太阳镜、运动用护目镜、体验增强现实用装置等相对于观看者的正面视线倾斜的眼部佩戴物类型可在市场上获得。本申请的透射率可变膜也可以有效地应用于具有上述配置的眼部佩戴物，因为当如上所述沿倾斜方向观看时，左倾斜角与右倾斜角之间的对比度差异降低，从而确保优异的两侧对称性。
当将本申请的透射率可变膜应用于眼部佩戴物时，眼部佩戴物的结构没有特别限制。即，可以将透射率可变膜应用成安装在具有这样的已知眼部佩戴物结构的左眼和/或右眼镜片中。
例如，眼部佩戴物可以包括左眼镜片、右眼镜片以及被配置成支撑左眼和右眼镜片的框架。
图10是眼部佩戴物的示意图。在此，眼部佩戴物包括框架(12)以及左眼和右眼镜片(14)。然而，本申请的透射率可变膜适用的眼部佩戴物的结构不限于如图10所示的结构。
在眼部佩戴物中，左眼镜片和右眼镜片各自可以包括透射率可变膜。这样的镜片可以仅包括透射率可变膜，或者还可以包括其他配置。
眼部佩戴物可以具有各种设计。例如，框架可以倾斜地形成，使得在观看者佩戴该眼部佩戴物时，观看者的正视方向与透射率可变膜的表面的法线之间形成的角度在15°至40°的范围内。这样的眼部佩戴物的实例可以包括运动用护目镜、体验增强现实用装置等。当透射率可变膜倾斜于眼部佩戴物而形成时，通过调节第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的预倾斜角，也可以改善第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的倾斜角处的对比度。
有益效果
本申请的透射率可变膜可以有益于在明态与暗态之间切换并且降低左视角与右视角之间的对比度差异，从而确保优异的两侧对称性。这样的透射率可变膜可以应用于各种应用，包括用于需要控制透射率的建筑物或车辆的各种材料，或者眼部佩戴物，例如运动或体验增强现实用护目镜、太阳镜、头盔等。
附图说明
图1为示意性示出根据本申请的透射率可变膜的图；
图2为示出第一液晶单元和第二液晶单元在水平取向状态下的光轴的图；
图3为示出第一垂直取向膜至第四垂直取向膜的预倾斜方向的图；
图4为示意性示出第一液晶单元的图；
图5为示意性示出第二液晶单元的图；
图6为示出调节根据本申请的透射率可变膜的透射率的原理的图；
图7为对实施例1绘制的电压-透射率图；
图8为对实施例1绘制的视角-透射率图；
图9为对实施例4根据电压绘制的波长-透射率图；
图10为示意性示出眼部佩戴物的图；以及
图11和12示出了测量预倾斜角的方法的实施方案。
附图标记
10：第一液晶单元
20：第二液晶单元
11：第一电极膜
12：第一垂直取向膜
13：第一GHLC层
14：第二垂直取向膜
15：第二电极膜
21：第三电极膜
22：第三垂直取向膜
23：第二GHLC层
24：第四垂直取向膜
25：第四电极膜
14：左眼或右眼镜片
12：框架
具体实施方式
在下文中，将通过下面公开的实施例和比较例详细地描述本申请。然而，本申请不限于下面公开的实施例。
测量预倾斜角的方法
可以如下测量液晶单元的预倾斜角。使用测量单液晶单元的预倾斜角的方法和测量其中彼此重叠有两个液晶单元的双单元的预倾斜角的方法来测量液晶单元的预倾斜角。在此，将对每一种方法进行描述。因此，在测量双单元的预倾斜角的方法的情况下，期望全部第一垂直取向膜至第四垂直取向膜具有相似的预倾斜角。同时，可以通过在各液晶单元水平取向的状态下在液晶单元的一个表面上设置吸收性线性起偏振器，并在使起偏振器旋转360°的同时测量透射率来确定预倾斜方向。例如，在使起偏振器旋转360°的过程中当透射率为最小时，可以将垂直于起偏振器的吸收轴形成的角度或平行于起偏振器的吸收轴形成的角度限定为预倾斜方向。
1.单液晶单元的预倾斜角的测量
首先，如图11所示，将液晶单元设置在光源与透射率测量传感器(例如，LCMS-200)之间。在该配置中，将连接测量传感器与光源之间的最短距离的方向限定为Y轴，并将垂直于Y轴的方向限定为X轴，如图中以虚线所示的。其后，如图11所示，通过在使液晶单元旋转的同时用光源的光照射液晶单元来使用测量传感器评估透射率。在该过程中，可以将液晶单元的取向状态保持在垂直取向状态。在经由上述过程测量透射率时，由透射率最大的点处液晶单元的表面的法线(由图中实线表示)与Y轴之间形成的角度测量预倾斜角。例如，当Y轴和表面法线形成如图11所示的A度的角度时，实现最高的透射率。在这种情况下，可以将预倾斜角限定为通过从90°减去A度而获得的值。因此，A是在顺时针或逆时针方向上测量的正数。
2.双单元的预倾斜角的测量
在双单元的情况下，可以以与上述相同的方式测量预倾斜角。首先，如图12所示，将双单元设置在光源与透射率测量传感器(例如，LCMS-200)之间。即，如图12所示，将光源设置在第一液晶单元(10)的前部(图中的离开方向)和后部(图中的进入方向)中的一侧，并将测量传感器设置在另一侧。其后，在使双单元沿图中所示的旋转方向旋转的同时，在透射率最大的点处测量Y轴(以最短距离连接光源与测量传感器的方向的轴)与双单元的表面的法线之间形成的角度(A度)。然后，可以将通过从90°减去该角度的绝对值而获得的值限定为预倾斜角。在这种情况下，可以将液晶单元(10)和(20)的取向保持在垂直取向状态。
实施例1
准备其中在宽度为约300mm且高度为约200mm的聚碳酸酯(PC)膜的一个表面上形成有氧化铟锡(ITO)层的膜作为透明导电膜。在该膜的ITO层的表面上形成可从HanChemCo.Ltd商购的PVM-11聚酰亚胺层作为垂直取向膜，准备可从HCCH商购的HNG730200(ne：1.551，no：1.476，ε||：9.6，ε9.6，TNI：100℃，△n：0.075，△ε：-5.7)作为液晶，并准备可从BASF商购的X12作为各向异性染料。
通过棒涂用垂直取向膜涂覆透明导电膜的ITO层，然后在120℃的温度下煅烧1小时以获得厚度为300nm的取向膜。用摩擦布摩擦取向膜，使得摩擦方向在顺时针方向上相对于宽度轴形成45°的角度，由此制备第一上基底。其后，在相同透明导电膜的ITO层上以250μm的间隔设置高度为10μm且直径为15μm的柱状间隔件，并以相同的方式通过棒涂用垂直取向膜涂覆ITO层，并摩擦使得摩擦方向在顺时针方向上相对于宽度轴形成约225°的角度，由此制备第一下基底。将28mg各向异性染料溶解在2g液晶中，然后通过由聚丙烯(PP)制成的孔径为0.2μm的注射器过滤器除去漂浮物。使用密封分配器将密封剂施涂在第一下基底的取向膜的表面的上边缘。将液晶-染料混合溶液喷洒在第一下基底的取向膜上，覆盖并层合第一上基底，然后使用UV曝光系统以1J(基于UV-B辐射)的剂量将其暴露于紫外(UV)线以制备第一液晶单元。在这种情况下，第一上基底和第一下基底被层合成使得第一上基底的摩擦方向与第一下基底的摩擦方向形成180°的角度。
以相同的方式制备第二上基底，不同之处在于，在制备第一上基底期间改变摩擦方向，使得摩擦方向在顺时针方向上相对于宽度轴形成约135°的角度。以相同的方式制备第二下基底，不同之处在于，在制备第一下基底期间改变摩擦方向，使得摩擦方向在顺时针方向上相对于宽度轴形成约315°的角度。以与第一液晶单元的制备相同的方式制备第二液晶单元。
第一液晶单元和第二液晶单元各自的单元间隙为12μm，并且第一上基底、第一下基底、第二上基底和第二下基底的各垂直取向膜的预倾斜角为88°。用OCA压敏粘合剂将由此制备的第一液晶单元和第二液晶单元层合，使得第一上基底的摩擦方向与第二上基底的摩擦方向以90°的角度彼此垂直。由此制备实施例1的透射率可变膜。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制备透射率可变膜，不同之处在于，在制备实施例1的透射率可变膜期间，将第一上基底、第一下基底、第二上基底和第二下基底的各垂直取向膜的预倾斜角改变为82°。因此，为了控制预倾斜角，将摩擦期间摩擦布的旋转速度(rpm)控制为约1000rpm，将阶段移动速度控制为约1.16m/分钟，并将摩擦深度控制为约280μm。
实施例3
以与实施例1中相同的方式制备透射率可变膜，不同之处在于，在制备实施例1的透射率可变膜期间，将第一上基底、第一下基底、第二上基底和第二下基底的各垂直取向膜的预倾斜角改变为75°。因此，为了控制预倾斜角，将摩擦期间摩擦布的旋转速度(rpm)控制为约1000rpm，将阶段移动速度控制为约1.16m/分钟，并将摩擦深度控制为约380μm。
实施例4
以与实施例1中相同的方式制备透射率可变膜，不同之处在于，在制备实施例1的透射率可变膜期间，改变间隔件的尺寸使得第一液晶单元和第二液晶单元各自的单元间隙为8μm。
比较例1
以与实施例1中相同的方式制备透射率可变膜，不同之处在于，在制备实施例1的透射率可变膜期间，用OCA压敏粘合剂将第一液晶单元和第二液晶单元层合，使得上基底的摩擦方向与上基底的摩擦方向之间形成约45°的角度。
比较例2
以与实施例1的第一液晶单元的制备相同的方式制备反向TN型液晶-染料膜单元，不同之处在于，在制备实施例1的第一液晶单元期间，将第一上基底和第一下基底彼此层合，使得第一上基底的摩擦方向与第一下基底的摩擦方向形成90°而不是180°的角度，并向液晶中添加左旋手性掺杂剂直至间距达到100μm，从而制备透射率可变膜。
比较例3
在比较例2的透射率可变膜的上基底的摩擦方向与吸收轴一致的方向上用OCA压敏粘合剂层合偏光板，由此制备比较例3的透射率可变膜。
比较例4
以与实施例1中相同的方式制备透射率可变膜，不同之处在于，在制备实施例1的透射率可变膜期间，通过摩擦使第一上基底、第一下基底、第二上基底和第二下基底取向，使得第一上基底、第一下基底、第二上基底和第二下基底的摩擦方向分别在顺时针方向上相对于宽度轴形成0°、180°、90°和270°的角度。
评估例1：电光特性的评估
将透射率可变膜的液晶单元中的上基底和下基底的取向膜的端部用洗涤溶液(通过将2％氢氧化四甲基铵(TMAH)水溶液和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)以1:9的比率混合而获得)洗涤，用银膏涂覆，在100℃的温度下加热15分钟，然后连接至电极胶带以准备施加电压。在这种情况下，在透射率可变膜具有双单元结构的情况下准备四个电极，即，将第一上基底的电极胶带和第二上基底的电极胶带连接以形成一个端，并将第一下基底的电极胶带和第二下基底的电极胶带连接以形成一个端。将所制备的各样品放在背光上，将两个电极连接至函数发生器的端子，并通过施加0Vrms至15Vrms范围的电压来使用光电二极管测量亮度值，由此确定透射率。在这种情况下，测量背光的初始亮度值，然后转换成百分比以记录透射率值。对比度为未施加电压状态下的透射率(Tc)与施加15V电压时的透射率(T)的比率(Tc/T)。
图7是对实施例1绘制的电压-透射率图。透射率是400nm至700nm的波长下的平均透射率。如图7所示，实施例1的透射率可变膜在未施加电压(0V)时处于透射率为约51.5±0.5％的明态，而在施加约15V的电压时切换至透射率为约2.7±0.1％的暗态。在切断电压时，透射率可变膜再次切换至透射率为约51.5±0.5％的明态。没有出现滞后现象。
图8为对实施例1绘制的视角-透射率图。透射率是400nm至700nm的波长下的平均透射率。如图8所示，可以看出，实施例1的透射率可变膜在左视角和右视角具有优异的透射率对称性。
图9为对实施例4根据电压绘制的波长-透射率图。如图9所示，可以看出，与最大电压下的透射率相比，本申请的透射率可变膜被配置成在中等电压下确保高的透射率(法线光的透射率)。
下表1列出了实施例1至3和比较例1至3的透射率可变膜的未施加电压时的初始透射率、施加15V电压时的初始透射率和对比度。由下表1中列出的结果，可以看出，实施例1至3的透射率可变膜表现出优异的初始透射率并且还具有高的对比度。
[表1]
初始透射率(0V) 光屏蔽透射率(15V) CR
实施例1 51.5％ 2.7％ 19.1
实施例2 47.3％ 2.6％ 18.2
实施例3 42.5％ 2.6％ 16.3
比较例1 51.5％ 9.4％ 5.5
比较例2 70.2％ 32.1％ 2.2
比较例3 24.5％ 1.3％ 18.8
下表2列出了对实施例1和比较例4的透射率可变膜在正面和30°的左/右视角下测量的透射率。由下表2中列出的结果，可以看出，与比较例4的透射率可变膜相比，实施例1的透射率可变膜具有更优的两侧对称性，因为实施例1的透射率可变膜的左视角与右视角之间的透射率差异微小。
[表2]
下表3列出了通过用背光的入射光照射实施例1至3的透射率可变膜使得入射光相对于透射率可变膜各自的表面法线形成约30°的角度并测量初始透射率、光屏蔽透射率和对比度而获得的结果。由下表3中列出的结果，可以看出，当将透射率可变薄膜以倾斜角度安装在眼部佩戴物中时，通过调节垂直取向膜的预倾斜角能够改善该倾斜角度下的对比度。
[表3]

Claims (11)

1.一种透射率可变膜，包括第一液晶单元，所述第一液晶单元包括第一客体-主体液晶层；和第二液晶单元，所述第二液晶单元包括第二客体-主体液晶层，
其中所述第一液晶单元和所述第二液晶单元被包括成彼此重叠，
所述第一液晶单元和所述第二液晶单元各自可以在垂直取向状态与水平取向状态之间切换，以及
在所述水平取向状态下，所述第一液晶单元具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴在40°至50°的范围内的光轴，以及所述第二液晶单元具有在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴在130°至140°的范围内的光轴。
2.根据权利要求1所述的透射率可变膜，其中所述第一客体-主体液晶层和所述第二客体-主体液晶层各自包含液晶和各向异性染料。
3.根据权利要求2所述的透射率可变膜，其中所述液晶具有负介电各向异性。
4.根据权利要求1所述的透射率可变膜，其中所述第一客体-主体液晶层或所述第二客体-主体液晶层的各向异性度(R)为0.5或更大。
5.根据权利要求1所述的透射率可变膜，其中所述第一液晶单元顺序包括第一垂直取向膜、所述第一客体-主体液晶层和第二垂直取向膜，以及所述第二液晶单元顺序包括第三垂直取向膜、所述第二客体-主体液晶层和第四垂直取向膜。
6.根据权利要求5所述的透射率可变膜，其中所述第一垂直取向膜至所述第四垂直取向膜的预倾斜角在70°至89°的范围内，所述第一垂直取向膜和所述第二垂直取向膜各自的预倾斜方向在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴方向在40°至50°的范围内，以及所述第三垂直取向膜和所述第四垂直取向膜各自的预倾斜方向在顺时针方向上相对于液晶单元的宽度轴方向在130°至140°的范围内。
7.根据权利要求6所述的透射率可变膜，其中所述第一垂直取向膜的预倾斜角和所述第二垂直取向膜的预倾斜角中的一者是在顺时针方向上相对于与取向膜平行的方向测量的角度，以及另一预倾斜角是在逆时针方向上相对于与取向膜平行的方向测量的角度，以及所述第三垂直取向膜的预倾斜角和所述第四垂直取向膜的预倾斜角中的一者是在顺时针方向上相对于与取向膜平行的方向测量的角度，以及另一预倾斜角是在逆时针方向上相对于与取向膜平行的方向测量的角度。
8.根据权利要求5所述的透射率可变膜，还包括设置在所述第一垂直取向膜至所述第四垂直取向膜的外侧上的电极膜。
9.根据权利要求1所述的透射率可变膜，其中所述第一液晶单元和所述第二液晶单元以彼此层合的状态存在。
10.一种眼部佩戴物，包括左眼镜片；右眼镜片；以及被配置成支撑所述左眼镜片和所述右眼镜片的框架，
其中所述左眼镜片和所述右眼镜片各自包括权利要求1中限定的透射率可变膜，
所述框架形成为使得当观看者佩戴所述眼部佩戴物时，所述观看者的正视方向与所述透射率可变膜的表面的法线之间形成的角度在15°至40°的范围内。
11.根据权利要求10所述的眼部佩戴物，其中所述眼部佩戴物是体验增强现实用装置。
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