CN114911099A - 偏光变色膜片、镜片及眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种偏光变色膜片、包含该偏光变色膜片或一波长选择结构的镜片及配置该镜片的眼镜。偏光变色膜片包括配向膜，具有复数条平行沟槽，且沟槽朝第一方向延伸；液晶层设置于配向膜，液晶层包括复数个液晶分子，液晶分子容置于沟槽，且液晶分子的长轴平行于第一方向；光致变色材，铺设于液晶分子的表面。偏光变色膜片容许垂直第一方向偏振的偏振光通过且光致变色材吸收光的至少一成分光而可逆地改变颜色，因而具有偏光片般的作用。而波长选择结构包括液晶分子、染料及胶层，液晶分子及染料分布在胶层中。
Description
技术领域
本发明有关于光学膜片的技术领域，特别是有关于一种波长选择结构、偏光变色膜片、包含该偏光变色膜片或波长选择结构的镜片及配置该镜片的眼镜。
背景技术
眼镜是日常生活常用的物品，眼镜除了矫正视力的作用之外，也可以减弱阳光对眼睛造成的不适或伤害。可减弱阳光的眼镜的其中一种方式是配置永久性深色镜片的太阳眼镜，此深色镜片通常还具有在观看镜片的视角不同时，可以看到反射光谱改变所呈现颜色改变的变色效果，实务上例如以模具或电浆制作微结构化表面以获致变色效果。可减弱阳光的眼镜的另外一种方式是现有市售的可遮蔽阳光的眼镜，其包括分别配置掺杂光致变色材料镜片的眼镜(如图1A所示)以及配置偏光片P的眼镜(如图1B所示)。
但是就这些现有的可减弱阳光的眼镜而言，配置永久性深色镜片的太阳眼镜不适合在室内使用，而使用模具或电浆制作微结构化表面的制程繁琐且分别会有模具经时磨损导致品质问题与更换模具的成本增加、产能降低的问题，以及电浆耗费大量电能的成本问题。具有光致变色材镜片的眼镜虽然可以吸收紫外光，但是一旦使用者进入室内，光致变色材在紫外光消失后的逆向反应(回复透明状)需要一段时间才能完成，此时由于镜片仍然呈现深色，会造成光线不足，使用者无法明视的问题。另外，具有偏光镜片的眼镜虽然可以减弱光线强度，但是其无法阻挡有害的紫外光。而将前述偏光片贴合于前述光致变色材料镜片则会增加镜片的厚度与重量，这反而会造成人体鼻梁的负担。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种波长选择结构、一种偏光变色膜片、一种包含该偏光变色膜片或该波长选择结构的镜片、一种配置该镜片的眼镜。本发明提供的波长选择结构基于漫反射机理，随着观看视角的改变会使反射光谱发生改变而呈现颜色改变的变色效果，因此本发明的波长选择结构的表面不需要制作微结构，其制程简单且成本低。本发明的偏光变色膜片于单一膜片即可同时减弱阳光的强度(利用偏光功能)并有效地阻挡阳光中的紫外光(利用光致变色功能)，提供使用者多种防护的功能。由本发明的偏光变色膜片或波长选择结构所制成的镜片及眼镜，也同样地提供使用者多重防护的功能及美观，因而不会增加镜片的厚度与重量，更不会造成人体鼻梁的负担。
本发明所采用的技术手段如下所述。
本发明的一种偏光变色膜片，其包括：一配向膜，具有复数条平行沟槽，且复数条该沟槽朝一第一方向延伸；一液晶层，设置于该配向膜，该液晶层包括复数个液晶分子，复数个该液晶分子容置于复数条该沟槽，且复数个该液晶分子的复数个长轴平行于该第一方向；以及一光致变色材，铺设于复数个该液晶分子的表面并与液晶分子的表面接触。
在另一实施例中，该光致变色材是由复数个光致变色颗粒所构成。
在另一实施例中，该光致变色材形成一光致变色材层且覆盖在复数个该液晶分子的表面。
在另一实施例中，偏光变色膜片更包括一第一保护层以及一第二保护层，该配向膜、该液晶层以及该光致变色材夹设于该第一保护层与该第二保护层之间。
在另一实施例中，该第一保护层与该第二保护层为三醋酸纤维素薄膜(Triacetate Cellulose Film，TAC)。
在另一实施例中，第一保护层与第二保护层为三醋酸纤维素薄膜(TriacetateCellulose Film，TAC)。
在另一实施例中，该偏光变色膜片更包括一第一胶层以及一第二胶层，该第一胶层接合该第一保护层与该液晶层，该第二胶层接合该第二保护层与该配向膜。
在另一实施例中，当一光通过该偏光变色膜片后产生沿该第一方向偏振的偏振光，且该光致变色材吸收该光的至少一成分光而可逆地改变该光致变色材的颜色。
在另一实施例中，该配向膜、该液晶层以及该光致变色材形成一光栅。
本发明也提供一种波长选择结构，其包括：复数个液晶分子、一染料及一胶层，复数个该液晶分子及该染料分布在该胶层中。
在另一实施例中，呈椭球状的复数个该液晶分子的复数个长轴成无方向性分布。
在另一实施例中，所述无方向性分布指将该波长选择结构投影于一个二维平面，而复数个该液晶分子的复数个该长轴于该二维平面上的投影杂乱或随机地以各方向延伸。
在另一实施例中，该波长选择结构更包含一底色层设置于该胶层的下方或下表面。
本发明也提供一种镜片，其包括一透明基材以及前述的偏光变色膜片或波长选择结构。偏光变色膜片或波长选择结构以曲率贴合的方式接合于透明基材。
本发明也提供一种眼镜，其包括一镜架以及至少一前述的镜片，镜片安装于镜架。
附图说明
图1A为一种现有的眼镜的立体图。
图1B为另一种现有的眼镜的立体图。
图2为本发明的偏光变色膜片的一实施例的示意图。
图3为液晶分子改变光的偏振方向的示意图。
图4A为本发明的偏光变色膜片的光致变色材与液晶分子配置的一实施例。
图4B为本发明的配向膜、液晶层及光致变色材形成光栅的示意图。
图5为本发明的偏光变色膜片的制造方法的流程图。
图6为本发明的偏光变色膜片与透明基材进行曲率贴合而制作镜片的示意图。
图7为本发明的波长选择结构的结构示意图。
图8为本发明的波长选择结构基于漫反射机理的入射光与反射光路径图。
图号说明：
10：配向膜
11：沟槽
20：液晶层
21：液晶分子
211：下表面
212：上表面
30：光致变色材
40：第一保护层
50：第二保护层
60：第一胶层
70：第二胶层
80：染料
90：胶层
100：偏光变色膜片
200：透明基材
300：波长选择结构
M1、M2：模具
A：黏胶材
B：底色层
D：第一方向
d：长轴
G：光栅
L：光
P：偏光片
PL：偏振光
θ：视角
S1~S5：步骤。
具体实施方式
请参阅图2，其表示本发明的偏光变色膜片的一实施例。本发明的偏光变色膜片100的一实施例包括一配向膜10、一液晶层20以及一光致变色材30。配向膜10具有复数条平行沟槽11，且复数条该沟槽11朝一第一方向D延伸。液晶层20设置于配向膜10，液晶层20包括复数个液晶分子21，复数个该液晶分子21容置于复数条该沟槽，且复数个该液晶分子21的长轴d(图4A)平行于第一方向D。光致变色材30邻接于复数个该液晶分子21设置。光L通过偏光变色膜片100后产生大部分垂直第一方向D偏振的偏振光PL且光致变色材30吸收光的至少一成分光而可逆地改变颜色；更详细地说，光L通过偏光变色膜片100后让大部分垂直第一方向D偏振的偏振光PL通过，以及少部分沿第一方向D偏振的偏振光PL通过，而其他方向的偏振光则不会通过(参见图3)。换言之，本发明的偏光变色膜片100设置一配向膜10，在配向膜10上形成复数条平行沟槽11，液晶分子21设置在配向膜10上，而且液晶分子21成椭球状，其长轴d平行于沟槽11的延伸方向(第一方向D)排列。
在本实施例中，配向膜10可以是以有机材料聚亚酰胺形成具有多个平行沟槽的配向膜10。液晶分子21可由配向膜10的沟槽11限定其排列方向，借此使液晶分子21的排列方向整齐一致，一般是使液晶分子21的长轴d沿配向膜10的沟槽的延伸方向(第一方向D)排列，如图3及图4A所示。
光致变色材30是可以吸收一定波长的成分光而产生变色，最常见的是从原本透明而在吸收紫外光后变成深色。本发明的光致变色材可以是有机或无机材料，无机的光致变色材例如卤化银(AgX)，有机的光致变色材例如螺毗喃类、俘精酸醉类或二芳基乙烯类。而由于光致变色材30可以吸收紫外光，可以阻挡紫外光对眼睛产生伤害。本发明的光致变色材30设置在液晶层20。如图4A所示，光致变色材30呈复数个光致变色颗粒所构成的粉末状且与复数个该液晶分子21一起设置在平行地复数条该沟槽11中。即两相邻的液晶分子21间配置有光致变色材30，或光致变色材30设置在配向膜10的沟槽11中且围绕液晶分子21，或光致变色材30呈粉末状且铺设于液晶分子21的表面上并与液晶分子21的表面接触，即粉末状的光致变色材30形成一光致变色材层且覆盖在液晶分子21的表面上并与液晶分子21的表面接触。
请再度参阅图3，当光L由下往上通过偏光变色膜片100时，位于液晶分子21的下表面211(图4A，液晶分子靠近沟槽底部的表面)的光致变色材30会先吸收光而变成深色(例如黑色)，接着这使得沿配向膜10的沟槽的延伸方向(第一方向D)排列的同一沟槽中相邻的两个液晶分子21形成光栅，光L大部分无法从两个液晶分子21穿过，因此光大部分只能以垂直第一方向D偏振的偏振光从相邻的两个液晶分子21之间通过，而仍然有少部分沿第一方向D偏振的偏振光通过，而其他方向的偏振光则不会通过。即使有少部分的光穿过液晶分子21的下表面211而抵达液晶分子21的上表面212(图4A，液晶分子远离沟槽底部的表面)，则位于液晶分子21的上表面212的光致变色材30也会吸收此少部分的光而也变成深色(例如黑色)，这更确保后续的光不会穿过液晶分子21而抵达偏光变色膜片100的上方。如此，光L由下往上通过偏光变色膜片100之后，大部分呈现以垂直第一方向D偏振的偏振光。换言之，由于配向膜10具有复数条平行沟槽11，且液晶层20的复数个该液晶分子21容置于复数条该沟槽，复数条该沟槽11朝第一方向D延伸，且复数个该液晶分子21的长轴d平行于第一方向D，复数个该液晶分子21由配向膜10的沟槽11限定其排列方向，复数个该液晶分子21的排列方向整齐一致，因此当光L由下往上通过偏光变色膜片100时，光致变色材30会吸收光而变成深色，以使得复数个该液晶分子21形成光栅G(图4B)，造成通过偏光变色膜片100的光为偏振光。也就是说，配向膜10、液晶层20以及光致变色材30形成光栅G。
另外，请回到图2，本发明的偏光变色膜片100更包括一第一保护层40以及一第二保护层50，配向膜10、液晶层20以及光致变色材30夹设于第一保护层40与第二保护层50之间。在本实施例中，第一保护层40覆盖在液晶层20以及光致变色材30上，第二保护层50设置在配向膜10的底部。如此配向膜10、液晶层20以及光致变色材30夹设于第一保护层40与第二保护层50之间，除了保护配向膜10、液晶层20以及光致变色材30之外，也可以将液晶层20以及光致变色材30封装在第一保护层40与第二保护层50之间。在本实施例中，第一保护层40与第二保护层50为三醋酸纤维素薄膜(Triacetate Cellulose Film，TAC)。
本发明的偏光变色膜片100更包括一第一胶层60以及一第二胶层70，第一胶层60接合第一保护层40与液晶层20，第二胶层70接合第二保护层50与配向膜10。第一胶层60与第二胶层70可预先分别涂布于第一保护层40与第二保护层50，然后将第一保护层40及第一胶层60贴合于液晶层20，将第二保护层50与第二胶层70贴合于配向膜10，然后再以例如照射光线的方式使第一胶层60与第二胶层70固化。
请参阅图5，其表示本发明的偏光变色膜片100的制造方法。
在步骤S1中，先将液晶分子21与光致变色材30的粉末混合，或者将是光致变色材30的粉末铺设在液晶分子21上。接着进入步骤S2。
在步骤S2中，将混合后的液晶分子21与光致变色材30的粉末涂布在配向膜10上。接着进入步骤S3。
在步骤S3中，在第一保护层40上涂布第一胶层60，在第二保护层50上涂布第二胶层70，然后将第一保护层40及第一胶层60贴合于液晶层20，将第二保护层50与第二胶层70贴合于配向膜10，然后再以例如加热或照射光线的方式使第一胶层60与第二胶层70固化。即形成本发明的偏光变色膜片100。接着进入步骤S4。
在步骤S4中，将偏光变色膜片100裁切成镜片的形状，例如符合眼镜的镜架的特定镜框形状，接着进入步骤S5。
在步骤S5中，将偏光变色膜片100与一透明基材进行曲率贴合的制程。曲率贴合的制程如下：将偏光变色膜片100及透明基材利用塑形制程形成曲面，接着使透明基材的表面形成一微结构，接着如图6所示，将偏光变色膜片100及透明基材200放置在一模具M1中，在偏光变色膜片100与透明基材200之间放置黏胶材A，利用模具M1、M2将偏光变色膜片100与透明基材200压合，最后以例如加热或照光的方式使黏胶材A固化，而使偏光变色膜片100与透明基材200接合而得到本发明的镜片。
在另一实施例中，也可以省略步骤S4，直接从步骤S3进入步骤S5，即不将偏光变色膜片100裁切成镜片的形状。
请参阅图7，本发明还提供一种波长选择结构300，波长选择结构300包含前述复数个液晶分子21、染料80及胶层90，复数个液晶分子21及染料80分布在胶层90中，呈椭球状的复数个液晶分子21的复数个长轴d成无方向性分布，所述无方向性分布指将波长选择结构300投影于一个二维平面(图未绘出)，而复数个液晶分子21的复数个长轴d于二维平面上的投影杂乱或随机地以各方向延伸。波长选择结构300更可以包含一底色层B设置于胶层90的下方或下表面，底色层B的颜色为深色，例如黑色或蓝色，底色层B也可以是透明。波长选择结构300可以被裁切成镜片的形状，例如符合眼镜的镜架的特定镜框形状，接着使波长选择结构300与透明基材200以前述曲率贴合的方式接合而得到本发明的镜片。请参阅图8，波长选择结构300具有如下性质：基于漫反射机理，所发生的反射为角度相关(angle-dependent)的，也就是说，视角θ发生改变会使反射光谱发生改变。视角θ是反射光与法线所形成的夹角，法线则是垂直于胶层90的虚拟线。
本发明的偏光变色膜片同时设置液晶层及光致变色材。液晶层可以如偏光片般容许大部分垂直第一方向或液晶分子长轴偏振的偏振光通过，以及少部分沿第一方向或液晶分子长轴偏振的偏振光通过，而其他方向的偏振光则不会通过，因而其具有偏光片般的作用。另外，光致变色材可吸收某些特定波长的光而产生变色的效果，例如吸收紫外光，这样光致变色材可以阻挡紫外光避免伤害人体。因此使用本发明的偏光变色膜片制成的镜片及眼镜可以对人体提供多重的防护作用。本发明提供的波长选择结构基于漫反射机理，随着观看视角的改变会使反射光谱发生改变而呈现颜色改变的变色效果，因此本发明的波长选择结构的表面不需要制作微结构，其制程简单且成本低。
Claims (15)
1.一种偏光变色膜片，其特征在于，包括：
一配向膜(10)，具有复数条平行沟槽(11)，且复数条该沟槽(11)朝一第一方向(D)延伸；
一液晶层(20)，设置于该配向膜(10)，该液晶层(20)包括复数个液晶分子(21)，复数个该液晶分子(21)容置于复数条该沟槽(11)，且复数个该液晶分子(21)的复数个长轴(d)平行于该第一方向(D)；以及
一光致变色材(30)，铺设于复数个该液晶分子(21)的表面并与复数个该液晶分子(21)的表面接触。
2.如权利要求1所述的偏光变色膜片，其特征在于，该光致变色材(30)是由复数个光致变色颗粒所构成。
3.如权利要求2所述的偏光变色膜片，其特征在于，该光致变色材(30)形成一光致变色材层且覆盖在复数个该液晶分子(21)的表面。
4.如权利要求3所述的偏光变色膜片，其特征在于，该偏光变色膜片(100)包括一第一保护层(40)以及一第二保护层(50)，该配向膜(10)、该液晶层(20)以及该光致变色材(30)夹设于该第一保护层(40)与该第二保护层(50)之间。
5.如权利要求4所述的偏光变色膜片，其特征在于，该第一保护层(40)与该第二保护层(50)为三醋酸纤维素薄膜。
6.如权利要求4所述的偏光变色膜片，其特征在于，该偏光变色膜片(100)包括一第一胶层(60)以及一第二胶层(70)，该第一胶层(60)接合该第一保护层(40)与该液晶层(20)，该第二胶层(70)接合该第二保护层(50)与该配向膜(10)。
7.如权利要求1所述的偏光变色膜片，其特征在于，当一光(L)通过该偏光变色膜片(100)后产生沿该第一方向(D)偏振的偏振光(PL)，且该光致变色材(30)吸收该光(L)的至少一成分光而可逆地改变该光致变色材(30)的颜色。
8.如权利要求7所述的偏光变色膜片，其特征在于，该配向膜(10)、该液晶层(20)以及该光致变色材(30)形成一光栅(G)。
9. 一种镜片，其特征在于，包括：
一透明基材(200)；以及
一如权利要求1所述的偏光变色膜片(100)；
其中，该偏光变色膜片(100)以曲率贴合的方式接合于该透明基材(200)。
10. 一种眼镜，其特征在于，包括：
一镜架；以及
至少一如权利要求9所述的镜片，该镜片安装于该镜架。
11.一种镜片，其特征在于，包括：一透明基材(200)及一波长选择结构(300)，该波长选择结构(300)接合于该透明基材(200)，该波长选择结构(300)包括：复数个液晶分子(21)、一染料(80)及一胶层(90)，复数个该液晶分子(21)及该染料(80)分布在该胶层(90)中。
12.如权利要求11所述的镜片，其特征在于，呈椭球状的复数个该液晶分子(21)的复数个长轴(d)成无方向性分布。
13.如权利要求12所述的镜片，其特征在于，所述无方向性分布指将该波长选择结构(300)投影于一个二维平面，而复数个该液晶分子(21)的复数个该长轴(d)于该二维平面上的投影杂乱或随机地以各方向延伸。
14.如权利要求11所述的镜片，其特征在于，该波长选择结构(300)包含一底色层(B)设置于该胶层(90)的下方或下表面。
15. 一种眼镜，其特征在于，包括：
一镜架；以及
至少一如权利要求11所述的镜片，该镜片安装于该镜架。
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