CN1457438A - 光学器件和制造这样光学器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包含基底的光学器件,所述基底设有包含有机聚合物网络和一或多种光致变色化合物的透明层,其中所述光学器件在可见波长范围内的透射率随着入射光的改变而变化,同时包含光致变色化合物的透明层设有位于距基底侧较远侧上的保护层。
Description
本发明涉及一种包含一个基底的光学器件,其中该基底设有包括一种有机聚合物和一种或多种光致变色化合物的层,光学器件在可见光波长范围内的透射率随入射光的变化而改变。
本发明也涉及一种制造这样光学器件的方法。
例如,能改变光透射率的光学器件被用来影响光的透射传输和/或(可见)光的反射,如用在灯,后视镜和汽车的遮阳篷顶,或是建筑物的窗户(“时尚(smart)窗户”),或是眼镜玻璃中。这样的光学器件也被用在(平面)显示装置的显示屏的面向观察者一侧上,显示装置例如是阴极射线管(CRTs),等离子显示板(PDPs),液晶显示装置(LCDs,LC-TVs和等离子寻址LCDs)和电致发光显示装置(LED显示装置,有机或聚合物LED显示装置)以提高显示图象的对比度。
根据周围环境光的照明强度改变和优化对比度对图像质量是很有利的。这种优化不可能利用显示屏透射率的固定值来实现,该值例如依赖于显示屏玻璃的组成。上述层影响反射的环境光和来自一(内部)光源的光线的亮度,例如,阴极射线管中的荧光体。入射的环境光通过该层并在基板上被反射随后反射光再次通过该层。如果该层的透射率表示为T,反射的环境光的强度随系数T2降低。来自内部光源的光线仅仅通过该层一次,使得该光线的强度只随系数T而降低。这些效果的结合使得对比度与T成反比,或换句话说,低透射率在较低的图像照明下产生一个较好的对比度,反之亦然。
光学器件用于改变光透射率的例子还包括,尤其是电致变色器件和光致变色器件。
电磁辐射的结果使得一个配置有包括光致变色化合物的层的光学器件透射率自动改变,电磁辐射例如是直接或间接入射到该涂层上的光,如太阳光。大量的光致变色材料化合物已被人们所知并被分成不同种类(例如,螺吡喃化合物,螺嗪或俘精酸酐)。这样一种光学器件提供一种例如通过使用在显示装置的显示屏上包含光致变色材料化合物的涂层来增加图像的对比度的可能性。
这样一个光学器件可从本申请人的国际专利申请WO98/30923获知。从该专利中得知的“透明”层包含一个二氧化硅的无机网,其中该层也包含一个通过Si-C键化学地结合到无机网的有机聚合物。该网络结合有可从铝,硅,钛,锆,铟和锡中选出的金属氧化物粗粒。通常,由湿化学的溶胶凝胶方法制成这样的光学器件。溶胶凝胶的方法是这样一种方法,其中由于水的添加被控制,随后烷氧基硅烷在酒精中的溶液进行水解和缩聚处理,进而形成(二)氧化硅的无机网。由此形成的无机网通过实行热处理而被浓缩,其中完成了二氧化硅的形成。进而一个三维空间的无机网在溶胶凝胶的过程中形成。
专利申请WO98/30923的中所提及的光学器件有这样的缺陷,即它们在好的机械的(耐摩擦)和光学特性(转变光致变色化合物的性能)之间的构成了一个折衷方法。
本发明的一个目的是要提供一种当环境光照明度在一个较宽的范围和一个短周期内变化时,具有充分对比度的最佳显示的光学器件。
本发明的另一个目的是提供一种具有非常良好的机械特性的光学元件,特别是该光学器件是耐摩擦的。
根据本发明的光学器件可以实现该目的,本发明的特征在于包含光致变色化合物的透明层配有远离基底侧的一面上的保护层。
原理上,一在光学器件上的光致变色层必须满足两个对立条件:a)网络必须有良好的机械特性,如一种好的附着能力,抗磨损抵抗力和抗划能力,其构成一个刚硬的网络,和b)该网络必须允许所使用的光致变色材料具有良好转换性能和对入射光有良好回应,这些能够通过柔软灵活的基体得到。
通过使用位于包含光致变色化合物的透明层上的保护层,WO98/30293所述的光学器件的固有缺陷被消除了。由保护层实现所述机械功能并由包含光致变色化合物的透明层实现光学功能。通过分开机械和光学功能,获得满足上述目的的一个光学器件。
在本专利申请中的术语“保护层”应当被理解为一个构成对包含光致变色化合物的透明层物理保护的层。一个面罩,一个箔片或一个刮磨保护层就是这样一个保护层的实例。
有许多使用保护层的可能性。一种可能性就是由玻璃等制造并用作保护层的面罩叠层。一在面罩和光学器件之间设置的层包含有机聚合物和一个或多个光致变色化合物。
另一种可能性是层叠一个包含有机聚合物和一个或多个光致变色化合物的箔,其中箔片在至少一侧具有坚硬的覆层,如坚硬的二氧化硅覆层。箔片在光学器件上按照这样一种方式叠置,即硬涂层形式的保护覆层设置在远离基底侧的一面。
层叠箔片或面罩的一个额外的益处就是使得光学器件具有良好的机械特性。层叠的箔片或面罩和基底的结合(尤其是阴极管)增加了基底的强度并获得抗阴极管内爆的更好的保护。
特别优选地将光学器件光学地与基底和保护层耦合。镜面反射在那附近被抵消,特别是当包含光致变色化合物的涂层和保护层以及衬底之间的折射指数的差异小于0.1时。
特别优选地使用活动地转换的光致变色化合物,也就是,利用波长在320和400nm范围内的入射光可以在从透明状态到吸收状态变色。如果光学器件是一个显示屏,其优选为不依赖显示屏产生的光线来转换光致变色化合物。通常,一个显示屏主要产生可见光波长范围的主要在400和800nm之间的光线。为了确保不依赖显示屏本身产生的光线来转换光致变色化合物,优选使用在可见光波长范围之外的光线影响下转换的光致变色化合物,最好是在波长为320和400nm之间的光线。
根据本发明,一种制造如前所述的光学器件的方法,其特征在于一个或多个光致变色化合物与一个或多个能被聚合的化合物混合,之后获得的混合体被设置在由保护层和基底所封闭的空间内,并随后受到聚合处理以形成包含光致变色化合物的透明层。
根据此实施例光致变色化合物存在于一个聚合基体中的分散区域,其中该矩阵特别适于包含允许短转换周期的一个或多个光致变色化合物。
保护层优选为一个由玻璃制成的面罩。
还可以以这样一种方式执行光学元件的制造方法,即一个或多个光致变色化合物与一个或多个能被聚合的化合物混合,之后获得的混合体被设置在保护层上并随后进行聚合处理,随后获得的保护层和包含光致变色化合物的透明层的组合体被这样设置在基底上,即使包含光致变色化合物的透明层接合基底。
还可以以这样一种方式执行光学元件的制造方法,即在实行聚合处理之后,一个中间层被在所获得的保护层和包含光致变色化合物的组合体上面,其中该中间层接合包含光致变色化合物的透明层,之后获得的保护层、包含光致变色化合物的层和中间层的组合体被以这样的方式设在基底上,即使得中间层接合基底。
在本方法的一个特殊实施例中,可以在包含一个或多个光致变色化合物的溶液中提供一个聚合物膜,光致变色化合物慢慢在聚合物膜中扩散并随后将聚合物膜从溶液中移出,同时把由此形式的聚合物膜用作包含光致变色化合物的透明层。
本发明的一个特殊实施例中,以这样一种方式执行制造光学元件的方法,即一个或多个聚合物与一个或多个光致变色化合物在一个混合装置中混合以形成包含光致变色化合物的透明层。
以下结合一些实施例说明本发明。然而,应注意到这些实施例仅仅是用于解释的目的。
实施例1
PEGDMA550占100重量份的一种混合物
(聚乙二醇二甲基丙烯酸酯大约有500个单体分子的重量),占0.5重量份的LTPO(2,4,6-三甲基苯酰基二苯基膦氧化物,市场上称为BASF光引发剂)和占0.1重量份的MXP7-114(光致变色萘酚吡喃,工业上标为PPG),被灌入由保护层和基底间的封闭空间中。在被填充的封闭空间也为“单元”被密封后,用紫外光(强度:3mW/cm2)照射该单元大约10分钟。在完成光聚合处理之后,获得一个包含光致变色化合物和具有短转换周期(着色/变色周期<2分钟)的系统。根据这种方法,可制成具有3mm厚的样本。试验证明所制成的样本在15℃和40.5℃用紫外线照射之后分别对波长570nm的光线具有在大约5%和45%之间变化的透射率值。在黑暗的环境下,样本在570nm时无论任何温度都具有大约96%透射率值。
实施例2
实施例1中所提及的混合体同样可通过在一个玻璃保护层上用旋转涂敷法实现。玻璃保护层在氮气中用紫外线(强度:3mW/cm2)照射大约10分钟。之后光聚合过程已经停止,获得设有包含光致变色化合物的透明层的保护层。获得的样本具有同实施例1中所提及的同样的透射率值。
实施例3
使用与实施例1,2中所用的相同的混合物,除了按重量占0.5份的LTPO被占重量0.5%的AIBN(偶氮二异丁腈,一个市场上称Aldrich的热催化剂)。利用旋涂法在一个玻璃保护层上提供如此准备的混合体,其被置于氮气中的烤炉中。之后用氮气将烤炉冲刷10分钟,烤炉内的温度逐渐升至65℃,在炉中停留的时间大约是18个小时左右。聚合处理之后,获得一个配有包含光致变色化合物的透明层的保护层,其中该保护层具有短的转换周期(<2分钟)。样本进而获得同实施例1相同的透射率。
实施例4
此实施例提供一种将光致变色化合物扩散到聚合膜中的方法。一个聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜利用乙醇中的光致变色染料Photosol7-14的饱和溶液中渐渐膨胀,并且随后膜在空气中干燥。随后通过将掺杂的PVB膜放置在基底和玻璃板(透明层)之间并在60℃和1000,000Pa条件下压缩一个小时制成叠层板。
简要说,本发明涉及一种包含一个基底的光学器件,而该基底配有一个包含一个有机聚合物网络和一个或多个光致变色化合物的透明层,其中当包含光致变色化合物的透明层配备有远离基底侧的一侧上的保护层时,光学器件的透射率根据入射光变化在可见光波长范围内而改变。
Claims (10)
1.一种包含基底的光学器件,所述基底配有包含有机聚合物和一个或多个光致变色化合物的透明层,其中光学器件的透射率在可见波长范围内根据入射光的变化而改变,其特征在于包含光致变色化合物的透明层在远离基底侧的一侧上配置有一个保护层。
2.一种如权利要求1所述的光学器件,其特征在于包含光致变色化合物的透明层和保护层之间的折射率之差小于0.1。
3.一种如权利要求1和2所述的光学器件,其特征在于包含光致变色化合物的透明层和基底之间的折射率之差小于0.1。
4.一种如权利要求1至3所述的光学器件,其特征在于光致变色化合物利用320与400nm波长范围内的入射光活动地转换。
5.一种制造如权利要求1至4中所述的光学器件的方法,其特征在于一种或多种光致变色化合物与一种或多种能够聚合的化合物混合,随后把获得的混合物设置在由保护层和基底所封闭的空间内,并随后进行聚合处理,以形成包含光致变色化合物的透明层。
6.一种制造如权利要求1至4中所述的光学器件的方法,其特征在于一种或多种光致变色化合物与一种或多种能够聚合的化合物混合,之后把获得的混合物设置在保护层上并随后进行聚合处理,之后将得到的保护层和包含光致变色化合物的透明层的组合体设置到基底上,这样使包含光致变色化合物的透明层与基底接合。
7.一种如权利要求6中所述的制造光学器件的方法,其特征在于,在完成聚合处理后,在所得到的保护层和包含光致变色化合物的透明层的组合体上设置一个中间层,所述中间层与包含光致变色化合物的透明层接合,之后所获得的保护层、包含光致变色化合物的层及中间层的组合体被设置在基底上,这样使中间层与基底接合。
8.一种如权利要求1至4所述的制造光学器件的方法,其特征在于一种聚合物膜被设置在存在一种或多种光致变色化合物的溶液中,光致变色化合物在聚合物膜中扩散并随后将聚合物膜从溶液中移出,同时把如此形成的聚合物膜用作包含光致变色化合物的透明层。
9.一种如权利要求1至4所述的制造光学器件的方法,其特征在于一种或多种聚合物和一种或多种光致变色化合物在一种混合装置中混合,以形成包含光致变色化合物的透明层。
10.一种显示器件的显示屏,所述显示屏包含一种如权利要求1,2,3或4中所述的光学器件。
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