TW202101074A - 光調控元件 - Google Patents

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Abstract

本申請案是關於一種光調控元件。本申請案的光調控元件可在亮透明模式與暗散射模式之間變化，且改良對比率及混濁度可變特性，而不沈澱二向色染料及增加功率消耗。

Description

光調控元件
本申請案是關於一種光調控元件。
本申請案主張基於2019年3月7日申請的韓國專利申請案第10-2019-0026114號的優先權權益，所述專利申請案的揭露內容以全文引用的方式併入本文中。
光散射元件可意謂在光的透明模式與散射模式之間變化的元件。舉例而言，動態散射模式可藉由將導電材料添加至向列型液晶來實施光散射模式。
當將具有二向色吸收的染料添加至動態散射模式中的液晶組合物時，可實現亮透明模式及暗散射模式，藉此實現透明亮態及不透明暗態。在動態散射模式液晶單元中，由於豎直配向膜的定向力，故液晶分子在不存在電壓的情況下形成均一豎直定向且染料亦視液晶分子的定向而保持豎直地，藉此使光吸收最小化，從而使得可實現透明模式。當將交替電壓施加至液晶單元時，藉由電場使液晶分子極化以形成水平定向，且導電材料在兩個電極之間產生渦旋並且干擾液晶分子的定向。由於染料亦經水平地定向且干擾定向，故使光吸收最大化且產生光散射，從而使得可實現散射模式。
此動態散射元件可用於透明顯示器（諸如有機發光器件（organic light emitting device；OLED））的遮光板或螢幕（諸如投影儀）。然而，在光散射模式中，若透射率為10%或大於10%，則可阻擋後部影像，但黑色的亮度降低至灰色，從而使得第二顯示器的亮度非常低。為了解決此問題，需要努力改良可使得光散射元件的透射率更暗的對比率（contrast ratio；CR）（專利文獻1：韓國早期公開的專利公開案第2014-0070480號）。
技術問題
本申請案提供一種光調控元件，所述光調控元件能夠在亮透明模式與暗散射模式之間變化，且改良對比率及混濁度可變特性，而不沈澱二向色染料及增加功率消耗。技術解決方案
本申請案是關於一種光調控元件。光調控元件可包括光調控層。在本申請案中，術語光調控元件或光調控層可意謂根據外部能量的施加（例如根據是否施加外部能量）而具有阻擋或透射光的功能的元件或層。
光調控元件可根據外部能量的施加在黑色狀態與透射狀態之間切換。黑色狀態意謂其中總透射率相對較低的狀態（在下文中可被稱作暗態）及/或其中混濁度相對較高的狀態（在下文中可被稱作散射狀態）。透射狀態意謂其中總透射率相對較高的狀態（在下文中可被稱作亮態）及/或其中混濁度相對較低的狀態（在下文中可被稱作透明狀態）。
光調控元件可包括第一光調控層及第二光調控層。第一光調控層及第二光調控層可包含於其中所述第一光調控層及所述第二光調控層經安置為彼此交疊的狀態中。因此，經由第一光調控層傳輸的光可入射至第二光調控層上，及相反地，經由第二光調控層傳輸的光亦可入射至第一光調控層上。圖1為示意性地繪示如上文所描述的彼此交疊的第一光調控層（100）及第二光調控層（200）的狀態的圖示。在本說明書中，此類結構可被稱作雙單元結構。
第一光調控層及第二光調控層可各自為混濁度可變層。
在本申請案中，混濁度可變層可根據外部能量的施加在其中混濁度為不同的第一狀態與第二狀態之間切換，且可意謂在第一狀態與第二狀態之間的混濁度的差為10%或大於10%、20%或大於20%、30%或大於30%、40%或大於40%、50%或大於50%、60%或大於60%、70%或大於70%，或80%或大於80%的層。
第一光調控層及第二光調控層可各自為透射率可變層。
在本申請案中，透射率可變層可根據外部能量的施加在其中總透射率為不同的第三狀態與第四狀態之間切換，且可意謂在第三狀態與第四狀態之間的總透射率的差為20%或大於20%、25%或大於25%、30%或大於30%，或40%或大於40%的層。
第一光調控層及第二光調控層可在其中未施加電壓的狀態下各自處於亮態及透明狀態，且可在其中施加電壓的狀態下各自處於暗態及散射狀態。
包括第一光調控層及第二光調控層的光調控元件亦可在其中未施加電壓的狀態下處於亮態及透明狀態，且可在其中施加電壓的狀態下處於暗態及散射狀態。
在一個實例中，第一光調控層及第二光調控層可在其中未施加電壓的狀態下各自具有50%或大於50%的總透射率，以及20%或小於20%、15%或小於15%，或10%或小於10%的混濁度。
在一個實例中，第一光調控層及第二光調控層可在其中施加電壓的狀態下（例如，在其中施加60V的電壓的狀態下）各自具有20%或小於20%的總透射率及80%或大於80%的混濁度。
藉由交疊及安置具有此類電光學特性的第一光調控層及第二光調控層，本申請案可改良對比率及混濁度可變特性，同時提供可在亮透明模式與暗散射模式之間變化的光調控元件。
光調控元件可具有如藉由以下等式1所計算的10或大於10的對比率（CR）。
[等式1]
CR = T (0V)/T (60V)
在等式1中，T (0V)為在其中無電壓施加至第一光調控層及第二光調控層中的每一者的狀態下的光調控元件的總透射率（%），且T (60V)為在其中將60V的電壓施加至第一光調控層及第二光調控層中的每一者的狀態下的光調控元件的總透射率（%）。
光調控元件可具有如藉由以下等式2所計算的50%或大於50%的混濁度差（ΔH）。混濁度差可為50%或大於50%、60%或大於60%、70%或大於70%、80%或大於80%，或82%或大於82%。
[等式2]
ΔH = H (60V) - H (0V)
在等式2中，H (0V)為在其中無電壓施加至第一光調控層及第二光調控層中的每一者的狀態下的光調控元件的混濁度（%），且H (60V)為在其中將60V的電壓施加至第一光調控層及第二光調控層中的每一者的狀態下的光調控元件的混濁度（%）。
除非在描述光調控層時另外規定，否則其可為可經施加至第一光調控層及第二光調控層兩者的內容。
第一光調控層及第二光調控層可各自為包括向列型液晶的液晶層。在本說明書中，向列型液晶可意謂具有液晶相位（液晶分子的指向矢以預定方向排列，但在無需形成層狀結構或平面結構的情況下進行排列）的液晶。
作為向列型液晶，非反應性液晶化合物可用於藉由施加外部動作（諸如電壓）來使得液晶的定向改變的方面。在本申請案中，非反應性液晶化合物可意謂不具有反應基（例如，可聚合基或可交聯基）的液晶化合物。此處，可聚合基或可交聯基可藉由以下基團例示：丙烯醯基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯基、甲基丙烯醯氧基、羧基、乙烯基、環氧基以及類似基團，但不限於此，且可包含已知為可聚合基或可交聯基的已知反應性官能基。
向列型液晶的介電各向異性可在不損耗本申請案的目標的範圍內進行適當地選擇。在本說明書中，術語「介電常數各向異性（Δε）」意謂液晶的水平介電常數（ε//）與豎直介電常數（ε﬩）之間的差（ε//-ε﬩）。此外，在本說明書中，術語「水平介電常數（ε//）」意謂在其中施加電壓以使得液晶的光軸與所施加電壓的電場方向實質上水平的狀態下沿著電場的方向所測量的介電常數值，且術語「豎直介電常數（ε﬩）」意謂在其中電壓經施加以使得液晶的光軸與所施加電壓的電場方向實質上垂直的狀態下沿著電場的方向所測量的介電常數值。
向列型液晶的介電常數各向異性（Δε）可為負數。在此情況下，向列型液晶的介電常數各向異性（Δε）的絕對值可例如在約1至20的範圍內。向列型液晶的介電常數各向異性的絕對值的下限可為1或大於1、2或大於2，或3或大於3，且向列型液晶的介電常數各向異性（Δε）的絕對值的上限可為20或小於20、18或小於18、16或小於16、14或小於14、12或小於12、10或小於10、8或小於8，或6或小於6。當向列型液晶的介電常數各向異性滿足上述範圍時，實施在透明模式與散射模式之間的液晶單元切換為有利的，此是因為所述液晶單元可藉由低驅動電壓驅動且展現極佳的混濁度特性。
向列型液晶的折射率各向異性可根據光調控元件的所要物理屬性（例如混濁度特性）進行適當地選擇。術語「折射率各向異性」可意謂液晶的非尋常折射率與尋常折射率之間的差值。液晶的折射率各向異性可為例如0.1或大於0.1、0.12或大於0.12，或0.15或大於0.15，且可在0.3或小於0.3、0.25或小於0.25，或0.23或小於0.23的範圍內。舉例而言，當液晶的折射率各向異性滿足上述範圍時，可實施具有極佳混濁度特性的光調控元件。
第一光調控層及第二光調控層可各自更包括二向色染料。二向色染料可允許光調控層或光調控元件根據外部電壓的施加來展現總透射率的可變特性。
在本申請案中，術語「染料」可意謂能夠在可見光區域中的至少部分或整個範圍（例如400奈米至700奈米的波長範圍）內強烈吸收及/或修改光的材料，且術語「各向異性染料」可意謂能夠在可見光區域的至少部分或整個範圍內對光進行各向異性吸收的材料。
舉例而言，已知為具有能夠取決於液晶化合物的配向狀態藉由所謂的主體客體效應而配向的屬性的已知染料可作為二向色染料選擇且使用。舉例而言，可使用黑色染料作為二向色染料。此類染料已知為例如偶氮染料或蒽醌染料以及類似物，但不限於此。
可使用具有為5或大於5、6或大於6，或7或大於7的二向色比率的染料作為二向色染料，所述二向色比率亦即藉由使平行於各向異性染料的長軸方向的偏光的吸收率除以平行於與長軸方向垂直的方向的偏光的吸收率而獲得的值。染料可在可見光區域的波長範圍內（例如在約380奈米至700奈米或約400奈米至700奈米的波長範圍內）的波長的至少一部分或任一波長中滿足二向色比率。二向色比率的上限可為例如20或小於20、18或小於18、16或小於16，或14或小於14左右。
光調控層中的二向色染料的比率可根據所要對比率或透射率的可變特性進行選擇。若二向色染料的濃度增加，則可改良對比率，但當二向色染料的濃度過高時，則與染料的沈澱有關，且當對每一濃度執行透射率曲線時，隨著染料的濃度增加，散射模式中的透射率的縮減寬度趨向於較低。
在確保主體液晶中的二向色染料的適當可溶性方面，可包含二向色染料的比率為5重量%或小於5重量%、4重量%或小於4重量%、3重量%或小於3重量%、2.5重量%或小於2.5重量%、2重量%或小於2重量%，或1.5重量%或小於1.5重量%。二向色染料的含量的下限可為例如0.01重量%或大於0.01重量%，或0.1重量%或大於0.1重量%。當光調控層更包括導電性添加劑時，如下文所描述，二向色染料的濃度（wt%）可為作為二向色染料的重量相對於向列型液晶及導電性添加劑的總重量的百分比所獲得的值。
第一光調控層及第二光調控層可各自更包括導電性添加劑。導電性添加劑可允許光調控層或光調控元件根據外部電壓的施加展現混濁度的可變特性。
導電性添加劑可用以藉由增加液晶層的導電性來實現液晶層中的電動流體力學不穩定性（electro hydro dynamic instability；EHDI）特性。當在豎直方向上將交替電壓施加至包括導電性添加劑及向列型液晶的液晶層時可發生散射。特定而言，當在垂直於液晶層的基板的方向上施加電場時，液晶分子由於負介電常數各向異性而水平地鋪設，且亦鋪設了導電性添加劑及二向色染料。此時，由於導電性添加劑的高導電性，故不純離子對交替電壓的遷移率較大，藉此對鋪設的液晶分子施予強力震盪。分子的實體震盪意謂光的折射率的震盪，藉此可發生光散射。以此方式的散射模式可被稱作動態散射模式。
導電性添加劑可為高導電性化合物。導電性添加劑的電導率可例如在2×10-4 μS/cm至5×10-3 μS/cm的範圍內。電導率的此範圍可適用於動態散射模式的實施。
舉例而言，可使用液晶單體或液晶單分子作為導電性添加劑。在本說明書中，術語「液晶單體」可意謂含有能夠展現液體結晶度的位點（例如液晶原基構架）及至少一個反應性官能基的化合物。此液晶單體可被稱作如下文所描述的反應性液晶原基。在本說明書中，術語「液晶單分子」可意謂含有能夠展現液體結晶度（例如液晶原基構架）的位點但沒有反應性官能基的化合物。
除了液晶單體或液晶單分子為已知的實現動態散射模式的導電性添加劑的種類外，亦可使用例如離子雜質、離子液體、鹽、起始劑以及類似物。舉例而言，可使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基（TEMPO）及類似基團作為離子雜質；舉例而言，可使用[1-丁基-3-甲基醯亞胺偶氮鎓]BF4（BMIN-BF4）及類似基團作為離子液體；舉例而言，可使用溴化十六烷基三甲基銨（cetrimonium bromide；CTAB）、碘化十六烷基三甲基銨（cetrimonium iodide；CTAI）或三碘化十六烷基三甲基銨（CTAI3 ）以及類似基團作為鹽；以及舉例而言，可使用2,4,6-三甲基苯甲醯基-二苯基-氧化膦（TPO）及類似基團作為起始劑。
在一個實例中，可使用反應性液晶原基作為導電性添加劑以形成在主體液晶中具有極佳可溶性且具有極佳物理屬性的液晶層，同時減小分散特性的差。由於作為導電性添加劑的反應性液晶原基可在保證向列型液晶介質中的可溶性，故相較於用作習知添加劑的離子化合物，可根據需要自由使用較大量的反應性液晶原基從而可增加生產液晶單元的自由度。
如上文所描述，反應性液晶原基可為包括液晶原基構架及至少一個反應性官能基的化合物。舉例而言，可聚合官能基或可交聯官能基可例示為反應性官能基。反應性液晶原基可以未反應狀態（即其中液晶層中未執行聚合的狀態）存在，且若必要，亦可聚合至少一部分。
反應性液晶原基可包含多官能反應性液晶原基或單官能反應性液晶原基。在本說明書中，術語「多官能反應性液晶原基」可意謂含有兩個或大於兩個的液晶原基的反應性官能基的化合物。在一個實例中，多官能反應性液晶原基可包括2至10個反應性官能基、2至8個反應性官能基、2至6個反應性官能基、2至5個反應性官能基、2至4個反應性官能基、2至3個反應性官能基或2個反應性官能基。另外，術語「單官能反應性液晶原基」可意謂含有液晶原基的一個反應性官能基的化合物。
反應性液晶原基可為例如由以下式1表示的化合物。
[式1]
Figure 02_image001
在式1中，P為(甲基)丙烯酸酯基、羧基、羥基、乙烯基、環氧基或硝基，
X為單鍵、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷基或具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷氧基，
L為單鍵、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烯基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸炔基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷氧基、-O-或-COO-，以及
Y為氫、鹵素、氰基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的烷基或具有1至10個碳原子的烷氧基，所述烷氧基未經取代或經選自由以下組成的群組的一或多個取代基取代：氰基、鹵素以及烯基。
在一個實例中，可包含導電性添加劑或反應性液晶原基的比率為相對於向列型液晶的100重量份的0.1重量份至30重量份。特定而言，可包含導電性添加劑或反應性液晶原基的比率為0.1重量份或大於0.1重量份、1重量份或大於1重量份、2重量份或大於2重量份、3重量份或大於3重量份、4重量份或大於4重量份、5重量份或大於5重量份、6重量份或大於6重量份、7重量份或大於7重量份、8重量份或大於8重量份、9重量份或大於9重量份、或10重量份或大於10重量份，且比率為相對於向列型液晶的100重量份的30重量份或小於30重量份、28重量份或小於28重量份、26重量份或小於26重量份、24重量份或小於24重量份、22重量份或小於22重量份、20重量份或小於20重量份、18重量份或小於18重量份，16重量份或小於16重量份、14重量份或小於14重量份、或12重量份或小於12重量份。當導電性添加劑或反應性液晶原基比率滿足上述範圍時，可有效地實施所要物理屬性以提供具有極佳驅動電壓特性及混濁度特性的液晶單元。
在可能的情況下，光調控層可不包括離子化合物，例如如上文所描述的離子液體或鹽。此離子化合物廣泛地已知為用於控制液晶層的導電性的添加劑，但此離子化合物在主體液晶中具有不良可溶性從而使得其可使液晶層的物理屬性劣化。因此，光調控層中的離子化合物的比率可為2重量%或小於2重量%、1.5重量%或小於1.5重量%、1重量%或小於1重量%，或約0.7重量%或小於0.7重量%。由於離子化合物為視情況選用的組份，故比率的下限為0重量%。
液晶層可具有導電性，例如1.0×10-4 μS/cm或大於1.0×10-4 μS/cm的水平導電性。若液晶層經調整以展現此範圍內的水平導電性，則所述液晶層可適用於實施動態散射模式。在另一實例中，液晶層的水平導電性可為2.0×10-4 μS/cm或大於2.0×10-4 μS/cm、3.0×10-4 μS/cm或大於3.0×10-4 μS/cm、4.0×10-4 μS/cm或大於4.0×10-4 μS/cm、5.0×10-4 μS/cm或大於5.0×10-4 μS/cm、6.0×10-4 μS/cm或大於6.0×10-4 μS/cm、7.0×10-4 μS/cm或大於7.0×10-4 μS/cm、8.0×10-4 μS/cm或大於8.0×10-4 μS/cm、9.0×10-4 μS/cm或大於9.0×10-4 μS/cm，或1.0×10-3 μS/cm或大於1.0×10-3 μS/cm。在另一實例中，水平導電性可為5.0×10-2 μS/cm或小於5.0×10-2 μS/cm、3.0×10-2 μS/cm或小於3.0×10-2 μS/cm、1.0×10-2 μS/cm或小於1.0×10-2 μS/cm、9.0×10-3 μS/cm或小於9.0×10-3 μS/cm、7.0×10-3 μS/cm或小於7.0×10-3 μS/cm、5.0×10-3 μS/cm或小於5.0×10-3 μS/cm、3.0×10-3 μS/cm或小於3.0×10-3 μS/cm，或2.5×10-3 μS/cm或小於2.5×10-3 μS/cm。
同時，下文所描述的豎直導電性為將電壓施加至液晶層時所測量的導電性，所述導電性可為在其中電壓經施加以使得藉由所施加電壓的電場方向實質上垂直於液晶層的光軸的狀態下沿著電場方向測量的值。此處，所施加電壓的測量頻率可為60赫茲，且測量電壓可為0.5V。
液晶層的光軸可根據液晶化合物的類型來判定。舉例而言，若液晶化合物呈桿狀，則液晶層的光軸可意謂在液晶化合物包含於經定向的液晶層中的狀態下的長軸方向。舉例而言，若液晶層中的液晶化合物處於豎直定向與液晶層的厚度方向平行的狀態，則水平導電性可為在其中施加電壓以使得電場沿著液晶層的厚度方向形成的狀態下沿著厚度方向測量的導電性。另外，若液晶層中的液晶化合物呈桿狀且液晶化合物處於水平地定向於液晶層中的狀態，則豎直導電性可為在施加電壓以使得電場形成於液晶層的厚度方向上時在厚度方向上測量的導電性。
同時，除非另外規定，否則在本申請案中，豎直導電性或水平導電性可為藉由在將施加至液晶層的電壓的測量頻率設定為60赫茲且將電壓設定為0.5V的狀態下，根據方法中的每一者將在室溫下測量的導電性轉換成由如上文所描述的具有1平方公分（寬度：1公分，長度：1公分）面積及1公分厚度的液晶層表示的數值而獲得的值。
應用於轉換的等式如以下等式1至等式3中所示。
[等式1]
C=1/ρ
[等式2]
R=1/CR
[等式3]
R=ρ×D/A
在等式1至等式3中，C為水平導電性或豎直導電性，ρ為液晶層的比電阻，CR為水平導電性或豎直導電性的實際測量值，R為液晶層的電阻，D為液晶層的厚度，且A為液晶層的面積。
舉例而言，在藉由將對具有預定厚度及面積的液晶層測量的導電性的實際測量值（CR）代入至等式2中而獲得電阻（R）之後，豎直導電性或水平導電性可藉由使用電阻（R）及等式3，以及將比電阻代入至等式1中獲得液晶層（面積：1平方公分（=寬度：1公分，長度：1公分）及厚度：1公分）的比電阻（ρ）來獲得。
另外，除非另外規定，否則在本申請案中，導電性為藉由在60赫茲的測量頻率及0.5V的測量電壓條件下在室溫下將測量的導電性轉換成由如上文所描述的具有1平方公分面積（寬度：1公分，長度：1公分）及1公分厚度的液晶層表示的數值，其中導電性可根據製造商的手冊使用測量儀器（由安捷倫（Aglient）有限公司製造的LCR計器，E4980A）進行測量。同時，在本文中所描述的物理屬性中，當所測量溫度影響值時，除非另外規定，否則相關物理屬性為在室溫下測量的值。此處，術語室溫為在不加熱或冷卻的情況下的自然溫度，其可意謂在約10℃至30℃的範圍內的任一個溫度，例如約23℃或約25℃左右的溫度。
此處，液晶層的水平導電性（horizontal conductivity；PC）與液晶層的豎直導電性（vertical conductivity；VC）的比率（PC/VC）可為約0.2或大於0.2、約0.25或大於0.25、約0.3或大於0.3、約0.35或大於0.35、約0.4或大於0.4、約0.45或大於0.45、約0.5或大於0.5、約0.55或大於0.55、約0.6或大於0.6、約0.65或大於0.65，或約0.7或大於0.7。另外，比率（PC/VC）可為約2.5或小於2.5、約2.0或小於2.0、約1.5或小於1.5，或約1.0或小於1.0。此處，液晶層的豎直導電性（VC）與液晶層的水平導電性（PC）的比率（VC/PC）可為約2.0或小於2.0、約1.9或小於1.9、約1.8或小於1.8、約1.7或小於1.7、約1.6或小於1.6、約1.5或小於1.5、約1.4或小於1.4、約1.3或小於1.3、約1.2或小於1.2、約1.1或小於1.1，或約1.0或小於1.0。另外，比率（VC/PC）可為約0.5或大於0.5、約0.3或大於0.3、約0.2或大於0.2，或約0.1或大於0.1。此類導電性（PC，VC）亦可藉由適當添加以上提及的添加劑來調整。若如上所述調整導電性的比率（VC/PC及/或PC/VC），則其在驅動液晶元件的效率方面可為有利的。
第一光調控層及第二光調控層可各自具有厚度為4微米或大於4微米、6微米或大於6微米、8微米或大於8微米，或10微米或大於10微米。若二向色染料的濃度為常數，則光調控層愈厚，對比率愈高。然而，當厚度過厚時，可存在消耗的功率隨著所施加電壓的明顯增加而增加的問題，且即使根據增加的單元間隙來減少染料，可變速率仍可受限。考慮到此問題，厚度可為例如約25微米或小於25微米。
第一光調控層及第二光調控層可根據外部能量的施加在單軸定向狀態與任意定向狀態之間切換。單軸定向狀態可為例如豎直定向的狀態。
第一光調控層及第二光調控層可包括在其中未施加電壓的狀態下沿一個方向上配向的狀態中的向列型液晶及二向色染料。在一個實例中，第一光調控層及第二光調控層可各自包括在其中未施加電壓的狀態下處於豎直定向狀態的向列型液晶及二向色染料。
在本申請案中，豎直定向狀態可意謂其中藉由相對於與平面水平的液晶層的液晶分子的光軸形成的角度為約70度至90度、75度至90度、80度至90度，或85度至90度的狀態。在本申請案中，水平定向狀態可意謂其中由相對於與液晶層平面水平而形成的角度為約0度至20度、0度至15度、0度至10度，或0度至5度的狀態。
光調控元件可更包括與第一光調控層的兩側相對安置的第一基板及第二基板，及與第二光調控層的兩側相對安置的第三基板及第四基板。第一基板、第二基板、第三基板以及第四基板可各自依序地包括基底層、電極層以及配向膜。第一光調控層可鄰近於第一基板的配向膜及第二基板的配向膜。第二光調控層可鄰近於第三基板的配向膜及第四基板的配向膜。
包括第一基板、第一光調控層以及第二基板的結構可被稱作第一液晶單元，且包括第三基板、第二光調控層以及第四基板的結構可被稱作第二液晶單元。以此方式，具有兩個液晶單元的光調控元件可被稱作具有雙單元結構的光調控元件。
第一液晶單元及第二液晶單元可經由壓敏黏著劑或黏著劑附著。特定而言，第一液晶單元的第二基板及第二液晶單元的第三基板可經由壓敏黏著劑或黏著劑附著。
可使用已知的用於附接光學元件的透明黏著劑作為黏著劑或壓敏黏著劑，且例如可使用光學澄清黏著劑（optically clear adhesive；OCA）或光學澄清黏著劑（optically clear adhesive；OCR），但不限於此。可使用丙烯酸類、矽酮類、環氧類壓敏黏著劑或黏著劑作為壓敏黏著劑或黏著劑，但不限於此。
可在無特定限制的情況下使用已知材料作為基底層。舉例而言，可使用玻璃基底材料、矽酮基底材料或塑膠膜基底材料。基底材料可為具有相位差值的光學各向同性基底材料或光學各向異性基底材料。視需要，基底層上亦可存在金、銀或諸如二氧化矽或一氧化矽的矽化合物的塗層，或諸如抗反射層的塗層。
可使用包括以下的膜基底材料作為塑膠膜基底材料：三乙醯纖維素（triacetyl cellulose；TAC）；諸如降冰片烯衍生物的環烯烴共聚物（cyclo olefin copolymer；COP）；聚(甲基丙烯酸甲酯)（poly(methyl methacrylate)；PMMA）；聚碳酸酯（polycarbonate；PC）；聚伸乙基（polyethylene；PE）；聚丙烯（polypropylene；PP）；聚乙烯醇（polyvinyl alcohol；PVA）；雙乙醯纖維素（diacetyl cellulose；DAC）；聚丙烯酸酯（polyacrylate；Pac）；聚醚碸（poly ether sulfone；PES）聚醚醚酮（polyetheretherketon；PEEK）；聚苯碸（polyphenylsulfone；PPS）；聚醚醯亞胺（polyetherimide；PEI）；聚萘二甲酸乙二酯（polyethylenenaphthatlate；PEN）；聚對苯二甲酸乙二酯（polyethyleneterephtalate；PET）；聚醯亞胺（polyimide；PI）；聚碸（polysulfone；PSF）；聚芳酯（polyarylate；PAR）或非晶型氟樹脂及類似物，但不限於此。
第一基板、第二基板、第三基板以及第四基板中所包含的基底層可各自獨立地為玻璃基底材料或塑膠膜基底材料。第一基板、第二基板、第三基板以及第四基板中所包含的基底層可分別地被稱作第一基底層、第二基底層、第三基底層以及第四基底層。
作為一個實例，第一基底層、第二基底層、第三基底層以及第四基底層皆可為玻璃基底材料。作為另一實例，第一基底層、第二基底層、第三基底層以及第四基底層皆可為塑膠膜基底材料。作為另一實例，第一基底層及第二基底層可為玻璃基底材料，且第三基底層及第四基底層可為塑膠膜基底材料。或者，第一基底層及第二基底層可為塑膠膜基底材料，且第三基底層及第四基底層可為玻璃基底材料。
第一基板、第二基板、第三基板以及第四基板中所包含的電極層可各自將電場施加至液晶層以使得液晶層中的液晶分子的配向狀態可經切換。電極層可藉由沈積導電聚合物、導電金屬、導電奈米線或諸如氧化銦錫（indium tin oxide；ITO）的金屬氧化物以及類似物來形成。電極層可形成為具有透明度。本領域中，能夠形成透明電極層的各種材料及方法已為吾人所知，且這些方法皆可應用。若需要，則亦可恰當地圖案化形成於基底的表面上的電極層。
第一基板、第二基板、第三基板以及第四基板中所包含的配向膜可各自為豎直配向膜。可在無特定限制的情況下選擇及使用相對於鄰近液晶層中的液晶分子具有豎直定向能力的任何配向膜作為豎直配向膜。舉例而言，可使用諸如摩擦配向膜的接觸配向膜，或可包含光配向膜化合物以藉由非接觸式方法（諸如經線性偏振光的照射）展現定向特性的已知的配向膜作為此類配向膜。
光調控元件可應用於需要光調控功能的各種應用，其可應用於例如智慧窗口的應用、窗口保護膜、可撓式顯示器元件、透明顯示器的遮光板或螢幕（諸如投影儀）。透明顯示器可為例如OLED。有利影響
本申請案的光調控元件可在亮透明模式與暗散射模式之間變化，且改良對比率及混濁度可變特性，而不沈澱二向色染料及增加功率消耗。
在下文中，將經由根據本申請案的實例及並非根據本申請案的比較實例詳細地描述本申請案，但本申請案的範疇不限於以下實例。
測量實例 1. 測量電光學特性
對於實例及比較例中製造的光調控元件，根據ASTM D1003標準使用測霧計（NDH-5000SP）測量視電壓施加而定的混濁度及透射率。來自NF的EC1000S模型設備用於電壓施加，其中AC功率與上部及下部ITO層連接，且方波電壓以60赫茲的頻率及0均方根至70均方根的尺寸進行施加。
特定而言，光傳輸穿過測量物件且入射至累計球中，其中在此製程中，光經劃分成擴散光（DT，其意謂所有擴散光及發射光的總和）及平行光（PT，此意謂前方向射出光不包含擴散光），且這些光聚焦於累計球中的光接收元件上，藉此可經由聚焦的光測量混濁度。藉由上述製程的總透射光（TT）為擴散光（DT）與平行光（PT）的總和（DT+PT），其中混濁度可定義為擴散光與總透射光的百分比（混濁度（%）=100XDT/TT）。在以下測試實例中，總透射率意謂總透射光（TT）。
比較實例 1 ：製造單個單元
氧化銦錫（ITO）層形成於聚對苯二甲酸伸乙酯（PET）膜上以製備具有50微米厚度的PET-ITO膜（漢城（Hansung）有限公司）。PET材料的離型膜作為保護膜附接至PET-ITO膜的PET側。藉由使用3#桿在膜的ITO層上塗覆用於形成豎直配向膜的組合物（RN-3954，尼桑（Nissan））製造第一基板，且接著在150℃下維持20分鐘使所述第一基板固化以形成具有約200奈米厚度的豎直配向膜。
在與PET-ITO膜相同的PET-ITO膜的ITO層上，以250微米的間隔安置具有8微米高度及15微米直徑的塔間隔器。接著，以與第一基板相同的方法藉由形成豎直配向膜來製備第二基板。
在10毫升的瓶中，投放3.6克的向列型液晶（HNG726200-100，HCCH，介電常數各向異性：-4.0，折射率各向異性：0.225）、0.4克的以下式A的導電性添加劑以及0.06克的二向色染料（X12，BASF）且接著在100℃下攪拌24小時以製備液晶組合物。二向色染料的濃度可為二向色染料的重量與向列型液晶及導電性添加劑的總重量的百分比，其中二向色染料的濃度為1.5重量%。
使用密封施配器在第二基板的配向膜表面的邊緣上抽取密封劑。在將液晶組合物施加至第二基板的配向膜上之後，第一基板經層壓以製造具有單個單元結構（其具有8微米的單元間隙及寬度×長度=4.0cm×2.2cm的面積）的光調控元件。
[式A]
Figure 02_image003
比較實例 2 至比較實例 14
具有單個單元結構的光調控元件以與比較實例1中相同的方法製造，不同之處在於，單元間隙尺寸及染料濃度如以下表1至表4中所示變化。
對於比較實例1至比較實例14，測量在其中未施加電壓的狀態下的總透射率（T (0V)）及在其中施加60V電壓的狀態下的總透射率（T (0V)），且結果描述於以下的表1至表4中。在表1至表4中，對比率（CR）為T (0V)/T (60V)的比率。圖2、圖3、圖4以及圖5分別地為表1、表2、表3以及表4的實驗結果的曲線圖。在實驗結果曲線圖中，Y軸表示總透射率（T.T）（%），且X軸表示二向色染料的濃度（%）。
[表1]
  單元間隙 染料濃度（重量%） T(0V) (%) T(60V) (%) CR
比較實例 1 8微米 1.5 68.52 30.2 2.27
2 8微米 2 62.84 21.83 2.88
3 8微米 2.55 57.94 16.73 3.46
[表2]
  單元間隙 染料濃度（重量%） T(0V) (%) T(60V) (%) CR
比較實例 4 10微米 1 71.39 35.09 2.03
5 10微米 1.5 66.17 25.91 2.55
6 10微米 2 58.98 17.73 3.33
7 10微米 2.55 52.17 12.12 4.30
[表3]
  單元間隙 染料濃度（重量%） T(0V) (%) T(60V) (%) CR
比較實例 8 12微米 1 59.3 19.56 3.03
9 12微米 2 53.08 12.97 4.09
10 12微米 2.55 45.3 7.99 5.70
[表4]
  單元間隙 染料濃度（重量%） T(0V) (%) T(60V) (%) CR
比較實例 11 15微米 1 50.28 14.85 3.39
12 15微米 1.5 43.08 8.32 5.18
13 15微米 2 30.79 3.58 8.60
14 15微米 2.55 21.53 2.26 9.53
比較實例 15 至比較實例 18
利用圖2、圖3、圖4以及圖5中的實驗結果曲線圖的趨勢線，獲得其中未施加電壓的狀態（0V）下總透射率為40%的每一單元間隙中的二向色染料的濃度，且獲得在施加60V的電壓時的濃度下的總透射率且描述於下表5中。在圖2至圖5的指數y=ae-bx 中，y意謂總透射率（T.T）（%），且x意謂二向色染料的濃度（%）。
[表5]
  單元間隙 染料濃度（重量%） T(0V) (%) T(60V) (%) CR
比較實例 15 8微米 4.845 40 4.56 8.77
16 10微米 3.88 40 4.85 8.25
17 12微米 3.46 40 5.17 7.74
18 15微米 1.503 40 7.80 5.13
根據上述表5，單元間隙愈低，則CR值增加愈多，但可看出無法獲得10或大於10的CR。為了將CR值設定為10或大於10，二向色染料的濃度應為5重量%或大於5重量%，且單元間隙應降低至8微米或小於8微米。然而，此可導致染料沈澱（染料的飽和濃度為約主體液晶的3重量%）的問題，且可導致由於單元間隙減小引起的可處理性問題。
比較實例 19
以與比較實例1中相同的方法製造具有單個單元結構的光調控元件，不同之處在於單元間隙的尺寸經設定為10微米且二向色染料的濃度改變為1.71重量%。
比較實例 20
以與比較實例1相同的方法製造具有單個單元結構的光調控元件，不同之處在於單元間隙的尺寸經設定為8微米且二向色染料的濃度改變為2.2重量%。
實例 1
第一液晶單元及第二液晶單元各自以與比較實例1中相同的方法製造，不同之處在於單元間隙經設定為10微米且二向色染料的濃度改變為1.71重量%。第一液晶單元及第二液晶單元經由OCA（LGC，V310）黏著劑附著以製造具有雙單元結構的光調控元件。
實例 2
第一液晶單元及第二液晶單元各自以與比較實例1中相同的方法製造，不同之處在於單元間隙經設定為8微米且二向色染料的濃度改變為2.2重量%。第一液晶單元及第二液晶單元經由OCA（LGC，V310）黏著劑附著以製造具有雙單元結構的光調控元件。
實例 3
以與比較實例1相同的方法製造第一液晶單元，不同之處在於單元間隙經設定為10微米且二向色染料的濃度改變為1.71重量%。以與比較實例1相同的方法製造第二液晶單元，不同之處在於單元間隙經設定為8微米且二向色染料的濃度改變為2.2重量%。第一液晶單元及第二液晶單元經由OCA（LGC，V310）黏著劑附著以製造具有雙單元結構的光調控元件。
實例 4
以與比較實例1相同的方法製造第一液晶單元，不同之處在於單元間隙經設定為10微米且二向色染料的濃度改變為1.71重量%。以與比較實例1相同的方法製造第二液晶單元，不同之處在於單元間隙經設定為12微米且二向色染料的濃度改變為1重量%。第一液晶單元及第二液晶單元經由OCA（LGC，V310）黏著劑附著以製造具有雙單元結構的光調控元件。
對於比較實例19及比較實例20，以及實例1至實例4，測量在其中未施加電壓的狀態下的總透射率T (0V)及混濁度H (0V)，及在其中施加電壓的狀態下的總透射率T (60V)及混濁度H (0V)，且結果描述於以下表6至表11中。
[表6]
  總透射率（%） 混濁度（%）
比較實例19 （單個單元） T(0V) 60.4 H(0V) 6.84
T(60V) 18,86 H(60V) 87.56
CR [T(0V)/T(60V)] 3.20 ΔH [H(60V)-H(0V)] 80.81
[表7]
  總透射率（%） 混濁度（%）
實例1 （雙單元） T(0V) 39.6 H(0V) 9.32
T(60V) 3.62 H(60V) 93.92
CR [T(0V)/T(60V)] 10.94 ΔH [H(60V)-H(0V)] 84.6
[表8]
  總透射率（%） 混濁度（%）
比較實例20 （單個單元） T(0V) 59.7 H(0V) 6.71
T(60V) 17.67 H(60V) 87.15
CR [T(0V)/T(60V)] 3.4 ΔH [H(60V)-H(0V] 80.44
[表9]
  總透射率（%） 混濁度（%）
實例2 （雙單元） T(0V) 41.32 H(0V) 9.51
T(60V) 3.61 H(60V) 94.01
CR [T(0V)/T(60V)] 11.45 ΔH [H(60V)-H(0V] 84.5
[表10]
  總透射率（%） 混濁度（%）
實例3 （雙單元） T(0V) 40.12 H(0V) 9.17
T(60V) 3.65 H(60V) 93.43
CR [T(0V)/T(60V)] 10.99 ΔH [H(60V)-H(0V] 84.26
[表11]
  總透射率（%） 混濁度（%）
實例4 （雙單元） T(0V) 41.31 H(0V) 9.43
T(60V) 4.03 H(60V) 93.66
CR [T(0V)/T(60V)] 10.25 ΔH [H(60V)-H(0V] 84.23
比較實例19及比較實例20的具有單個單元結構的光調控元件及實例1至實例4的具有雙單元結構的光調控元件皆沒有染料沈澱及可處理性問題，但可看出，與比較實例1及比較實例2相比，實例1至實例4具有顯著極佳的對比率（CR）及混濁度可變特性。
100:第一光調控層 200:第二光調控層
圖1例示性地繪示本申請案的光調控元件。 圖2為表1中的實驗結果的曲線圖。 圖3為表2中的實驗結果的曲線圖。 圖4為表3中的實驗結果的曲線圖。 圖5為表4中的實驗結果的曲線圖。
100:第一光調控層
200:第二光調控層

Claims (14)

  1. 一種光調控元件，包括： 第一光調控層，所述第一光調控層包括向列型液晶及二向色染料，且在其中施加電壓的狀態下實施散射模式，以及 第二光調控層，包括向列型液晶及二向色染料，且在其中施加電壓的狀態下實施散射模式， 其中所述第一光調控層及所述第二光調控層經安置為彼此交疊。
  2. 如請求項1之光調控元件，其中所述光調控元件具有如藉由以下等式1所計算的10或大於10的對比率（CR）： [等式1] CR = T (0V)/T (60V) 其中，T (0V)為在其中無電壓施加至所述第一光調控層及所述第二光調控層中的每一者的狀態下的所述光調控元件的總透射率（%），且T (60V)為在其中將60V的電壓施加至所述第一光調控層及所述第二光調控層中的每一者的狀態下的所述光調控元件的總透射率（%）。
  3. 如請求項1之光調控元件，其中所述光調控元件具有如藉由以下等式2所計算的50%或大於50%的混濁度差（ΔH）： [等式2] ΔH = H (60V) - H (0V) 其中，H (0V)為在其中無電壓施加至所述第一光調控層及所述第二光調控層中的每一者的狀態下的所述光調控元件的混濁度（%），且H (60V)為在其中將60V的電壓施加至所述第一光調控層及所述第二光調控層中的每一者的狀態下的所述光調控元件的混濁度（%）。
  4. 如請求項1之光調控元件，其中所述第一光調控層及所述第二光調控層各自包括在其中未施加電壓的狀態下處於豎直定向狀態的所述向列型液晶及所述二向色染料。
  5. 如請求項1之光調控元件，其中所述第一光調控層及所述第二光調控層中的每一者中所包含的所述向列型液晶具有負介電常數各向異性。
  6. 如請求項1之光調控元件，其中所述第一光調控層及所述第二光調控層各自更包括導電性添加劑。
  7. 如請求項6之光調控元件，其中所述導電性添加劑的電導率在2×10-4 μS/cm至5×10-3 μS/cm的範圍內。
  8. 如請求項6之光調控元件，其中所述導電性添加劑包括反應性液晶原基。
  9. 如請求項6之光調控元件，其中所述導電性添加劑為由以下式1表示的化合物： [式1]
    Figure 03_image001
    其中，P為(甲基)丙烯酸酯基、羧基、羥基、乙烯基、環氧基或硝基， X為單鍵、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷基或具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷氧基， L為單鍵、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烯基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸炔基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的伸烷氧基、-O-或-COO-，以及 Y為氫、鹵素、氰基、具有1至10個碳原子的經取代或未經取代的烷基或具有1至10個碳原子的烷氧基，所述烷氧基未經取代或經選自由以下組成的群組的一或多個取代基取代：氰基、鹵素以及烯基。
  10. 如請求項1之光調控元件，其中所述第一光調控層及所述第二光調控層中的每一者中所包含的所述二向色染料的濃度在0.01重量%至5重量%的範圍內。
  11. 如請求項1之光調控元件，其中所述第一光調控層及所述第二光調控層各自具有在4微米至25微米範圍內的厚度。
  12. 如請求項1之光調控元件，更包括與所述第一光調控層的兩側相對安置的第一基板及第二基板，以及與所述第二光調控層的兩側相對安置的第三基板及第四基板，其中所述第一基板、所述第二基板、所述第三基板以及所述第四基板各自依序地包括基底層、電極層以及豎直配向膜。
  13. 如請求項12之光調控元件，其中所述第二基板及所述第三基板經由壓敏黏著劑或黏著劑附著。
  14. 如請求項12之光調控元件，其中所述第一基板、所述第二基板、所述第三基板以及所述第四基板中所包含的所述基底層各自獨立地為玻璃基底材料或塑膠膜基底材料。
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