TW202215129A - 包含間質基板的液晶裝置 - Google Patents

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Abstract

揭示一種液晶裝置，包括至少二個液晶層、將液晶層分離的至少一個間質基板、及設置於間質基板的相對表面上的至少二個配向層。亦揭示結合該液晶裝置的液晶窗。

Description

包含間質基板的液晶裝置
本申請案主張2020年4月20日提出申請之美國臨時申請案第63/012543號之優先權權益，其內容藉由引用整體併入本文。
本揭示一般係關於一種包含至少一個間質基板的液晶裝置，並且更特定為一種包含被間質基板隔開的至少二個液晶層的液晶窗。
液晶裝置係用於各種建築及運輸應用（例如，用於建築物及汽車的窗戶、門、空間隔板、及天窗）。對於許多商業應用而言，期望液晶裝置在開啟及關閉狀態之間提供高對比度，同時亦提供良好的能量效率及成本效益。使用大量的液晶材料及/或光吸收添加劑可以實現較高的對比度。然而，隨著液晶層的厚度增加，控制結晶的定向變得越來越困難，這會對整個裝置的光學效果及對比度造成負面影響。因此，至今為止，使用單一液晶細胞格設計來取得高對比度是一項挑戰。
包括雙細胞格結構（例如，二個並排的液晶細胞格單元）的液晶裝置以往係用於取得期望的高對比度。然而，雙細胞格結構亦具有各種缺點（例如，由於存在額外的玻璃層及電極部件，而因此增加單元的整體重量及厚度，並且增加製造成本及複雜性）。額外的玻璃界面亦可能導致雙單元結構的光學損耗。
因此，需要更輕及/或更薄的液晶裝置，以針對商業應用提供可接受的對比度。這亦是有利的，以降低製造這樣的液晶裝置的成本及複雜性。這進一步是有利的，以改善這種液晶裝置的能量效率及光學效率。
本文係揭示一種液晶裝置，包含第一及第二玻璃基板組件、第一及第二液晶層、及用於分離第一及第二液晶層的第三間質基板組件。本文亦揭示一種液晶窗，包含如本文所揭示的液晶裝置以及藉由密封間隙而與液晶裝置分離的附加玻璃基板。
在各種實施例中，本揭示係關於一種液晶裝置，包含：第一基板組件，包含第一玻璃基板、第一配向層、及設置於其間的第一電極層；第二基板組件，包含第二玻璃基板、第二配向層、及設置於其間的第二電極層；第三基板組件，包含第三配向層、第四配向層、第三電極層、第四電極層、及第三基板，其中第三電極層係設置在第三基板與第三配向層之間，且其中第四電極層係設置在第三基板與第四配向層之間；第一液晶層，設置在第一基板組件與第三基板組件之間；以及第二液晶層，設置在第二基板組件與第三基板組件之間。
在非限制性實施例中，第一液晶層可以直接接觸第一配向層及第三配向層，而第二液晶層可以直接接觸第二配向層及第四配向層。第一及第二玻璃基板的厚度的範圍可以獨立地在約0.1mm至約4mm。第一及第二玻璃基板可以獨立地選自鈉鈣矽酸鹽、鋁矽酸鹽、鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、鹼金屬硼矽酸鹽、鋁硼矽酸鹽、及鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃。根據各種實施例，第三基板的厚度的範圍可以是大約0.005mm至約1mm。在某些實施例中，第三基板的厚度可以基本上等於第一液晶層或第二液晶層的厚度。第三基板可以例如包括玻璃、陶瓷、或塑膠材料。
在附加實施例中，第一、第二、第三、及第四電極層的厚度的範圍可以獨立地在約1nm至約100nm。第一、第二、第三、及第四電極層可以獨立地選自透明導電氧化物、石墨烯、金屬奈米線、碳奈米管、及導電墨層。在某些實施例中，第一、第二、第三、及第四電極層中之至少一者可以包含圖案（例如，複數個線段或複數個正方形或矩形像素）。根據非限制性實施例，第一及第二電極層可以連接至功率源，而第三及第四電極層可以彼此電鏈接，但並未連接至功率源。在附加實施例中，第一及第二電極層可以連接至功率源，第一及第四電極層可以彼此電鏈接，而第二及第三電極層可以彼此電鏈接。在進一步實施例中，第一及第二電極層可以連接至第一功率源，而第三及第四電極層可以連接至第二功率源。
本揭示的進一步實施例包括具有獨立地為約0.001mm至約0.2mm的範圍內的厚度的第一及第二液晶層。第一及第二液晶層可以例如包括非對掌性向列型液晶、對掌性向列型液晶、膽固醇型液晶、或層列型液晶。在一些實施例中，液晶層可以任選地進一步包括選自染料、著色劑、對掌性摻雜劑、可聚合的反應性單體、光引發劑、及聚合結構中之至少一個附加成分。
配向層可以存在於液晶裝置中，並且可以直接接觸第一及/或第二液晶層。配向層的厚度的範圍可以獨立地在約1nm至約100nm。用於配向層的示例性材料包括但不限於具有層各向異性的主鏈或側鏈聚醯亞胺、具有表面各向異性的光敏的基於偶氮苯的化合物、及具有週期性表面微觀結構的無機薄膜。
本文亦揭示一種液晶裝置，包含：第一基板組件，包含第一玻璃基板、第一電極層、及可選擇的第一配向層；第二基板組件，包含第二玻璃基板、第二電極層、及可選擇的第二配向層；第三基板組件，包含第三電極層、第四電極層、第三基板、及可選擇的第三配向層及第四配向層中之一或二者；第一液晶層，設置於第一基板組件與第三基板組件之間；第二液晶層，設置於第二基板組件與第三基板組件之間。
本文進一步揭示一種液晶裝置，包含：第一基板組件，包含第一玻璃基板、第一配向層、及設置於其間的第一電極層；第二基板組件，包含第二玻璃基板與第二電極層；第三基板組件，包含第三配向層、第三電極層、第四電極層、及第三基板，其中第三電極層係設置在第三基板與第三配向層之間，且其中第三基板係設置在第三電極層與第四電極層之間；液晶層，設置在第一基板組件與第三基板組件之間；以及電致變色層，設置在第二基板組件與第三基板組件之間。
本文進一步揭示一種液晶窗，包含上述實施例的任何液晶裝置以及藉由密封間隙而與液晶裝置分離的玻璃基板。在各種實施例中，密封間隙可以包含空氣、惰性氣體、或其混合物。
在隨後的具體實施方式中將闡述本揭示的額外特徵及優勢，而該領域具有通常知識者可根據該描述而部分理解額外特徵及優勢，或藉由實踐本文中（包括隨後的具體實施方式、申請專利範圍、及附隨圖式）所描述的實施例而瞭解額外特徵及優勢。
應瞭解，上述一般描述與以下詳細描述二者僅為示例性，並且意欲提供用於理解申請專利範圍之本質及特性之概述或框架。隨附圖式係包括以提供本揭示的進一步瞭解，而且隨附圖式係併入本說明書中並構成本說明書的一部分。圖式圖示本揭示的各種實施例，且連同描述一起說明各種實施例的原理及操作。
本文係揭示一種液晶裝置，包含：第一基板組件，包含第一玻璃基板、第一配向層、及設置於其間的第一電極；第二基板組件，包含第二玻璃基板、第二配向層、及設置於其間的第二電極；第三基板組件，包含第三配向層、第四配向層、第三電極層、第四電極層、及第三基板，其中第三電極層係設置在第三基板與第三配向層之間，且其中第四電極層係設置在第三基板與第四配向層之間；第一液晶層，設置於第一基板組件與第三基板組件之間；以及第二液晶層，設置於第二基板組件與第三基板組件之間。
本文亦揭示一種液晶裝置，包含：第一基板組件，包含第一玻璃基板、第一電極層、及可選擇的第一配向層；第二基板組件，包含第二玻璃基板、第二電極層、及可選擇的第二配向層；第三基板組件，包含第三電極層、第四電極層、第三基板、及可選擇的第三配向層及第四配向層中之一或二者；第一液晶層，設置於第一基板組件與第三基板組件之間；第二液晶層，設置於第二基板組件與第三基板組件之間。
本文進一步揭示一種液晶裝置，包含：第一基板組件，包含第一玻璃基板、第一配向層、及設置於其間的第一電極層；第二基板組件，包含第二玻璃基板與第二電極層；第三基板組件，包含第三配向層、第三電極層、第四電極層、及第三基板，其中第三電極層係設置在第三基板與第三配向層之間，且其中第三基板係設置在第三電極層與第四電極層之間；液晶層，設置在第一基板組件與第三基板組件之間；以及電致變色層，設置在第二基板組件與第三基板組件之間。本文進一步揭示一種液晶窗，包含本文所揭示的任何液晶裝置以及藉由密封間隙而與液晶裝置分離的玻璃基板。
本揭示的的實施例現在將參照圖示本揭示的各種態樣的第1圖至第6圖進行討論。第1圖至第5圖圖示液晶裝置100（第1圖）、200（第2圖）、300（第3圖）、400（第4圖）、及500（第5圖）的非限制性實施例的橫截面圖。第6圖圖示液晶窗的非限制性實施例的橫截面圖。下列一般描述意欲提供所要求保護的裝置的概述，並且將參照非限制性描繪的實施例而在整個揭示中更具體地討論各種態樣，這些實施例係在本揭示的上下文中可以彼此互換。
參照第1圖，液晶裝置100包括第一及第二基板組件100A、100B。第一基板組件100A包含具有第一表面101A及第二表面101B的第一玻璃基板101。第一電極層103係形成在第一玻璃基板101的第二表面101B上及/或與第一玻璃基板101的第二表面101B直接接觸。第一基板組件100A進一步包括第一配向層106。第一配向層106係形成在第一電極層103上及/或與第一電極層103直接接觸。因此，第一電極層103係設置在第一玻璃基板101與第一配向層106之間（如第1圖所示）。根據各種實施例，第一電極層103與第一基板101之間或第一電極層103與第一配向層106之間不存在附加層。在進一步實施例中，第一基板組件100A係由第一基板101、第一電極103、及第一配向層106所組成。第一基板組件100A在本文中可以互換地指稱為「外」基板組件，第一玻璃基板101在本文中可以指稱為「外」基板，而第一電極層103在本文中可以指稱為「外」電極。
類似地，第二基板組件100B包含具有第一表面102A及第二表面102B的第二玻璃基板102。第二電極層104係形成在第二玻璃基板102的第一表面102A上及/或與第二玻璃基板102的第一表面102A直接接觸。第二基板組件100B進一步包括第二配向層109。第二配向層109係形成在第二電極層104上及/或與第二電極層104直接接觸。因此，第二電極層104係設置在第二玻璃基板102與第二配向層109之間（如第1圖所示）。根據各種實施例，第二電極層104與第二基板102之間或第二電極層104與第二配向層109之間不存在附加層。在進一步實施例中，第二基板組件100B係由第二基板102、第二電極104、及第二配向層109所組成。第二基板組件100B在本文中可以互換地指稱為「外」基板組件，第二玻璃基板102在本文中可以指稱為「外」基板，而第二電極層104在本文中可以指稱為「外」電極。
液晶裝置100亦包括設置在第一與第二基板組件100A、100B之間的第三基板組件100C。第三基板組件100C包含第三電極層123、第四電極層124、第三配向層107、第四配向層108、及第三基板105。第三基板105可以包含玻璃（類似於第一及第二基板101、102），或者可以包含任何其他合適的材料（例如，陶瓷或塑膠）。第三及第四電極層123、124形成在第三基板105的相對表面上及/或與第三基板105的相對表面直接接觸。因此，如第1圖所示，第三基板105係設置在第三電極層123與第四電極層124之間。根據各種實施例，第三基板105與第三電極層123之間或第三基板105與第四電極層124之間不存在附加層。第三及第四配向膜107、108分別形成在第三及第四電極層123、124上及/或分別與第三及第四電極層123、124直接接觸。因此，第三電極層123係設置在第三配向層107與第三基板105之間，而第四電極層124係設置在第四配向層108與第三基板105之間。
在某些實施例中，第三電極層123與第三配向層107之間或第三電極層123與第三基板105之間不存在附加層。在進一步實施例中，第四電極層124與第四配向層108之間或第四電極層124與第三基板105之間不存在附加層。在進一步實施例中，第三基板組件100C係由第三電極層123、第四電極層124、第三配向層107、第四配向層108、及第三基板105所組成。第三基板組件100C在本文中可以互換地指稱為「間質」基板組件，第三基板105在本文中可以指稱為「間質」基板，而第三及第四電極層123、124在本文中可以指稱為「間質」電極。
液晶裝置100進一步包括第一及第二液晶層110、111，第一及第二液晶層110、111係分別設置於第一與第三基板組件100A、100C之間以及第二與第三基板組件100B、100C之間。第一液晶層110可以與第一基板組件100A的第一配向層106直接接觸，並且與第三基板組件100C的第三配向層107直接接觸。根據各種實施例，第一液晶層110與第一配向層106之間或第一液晶層110與第三配向層107之間不存在附加層。類似地，第二液晶層111可以與第二基板組件100B的第二配向層109直接接觸，並且與第三基板組件100C的第四配向層108直接接觸。在某些實施例中，第二液晶層111與第二配向層109之間或第二液晶層111與第四配向層108之間不存在附加層。根據進一步實施例，液晶裝置可以由第一基板組件100A、第二基板組件100B、第三基板組件100C、第一液晶層110、及第二液晶層111所組成。
第2圖圖示液晶裝置200的非限制性配置。類似於第1圖的液晶裝置100，液晶裝置200包括第一基板組件100A、第二基板組件100B、第三基板組件100C、第一液晶層110、及第二液晶層111。這些部件及其子部件在裝置200中相對於彼此的定向可以與上面參照裝置100所討論的相同。第2圖進一步圖示如何使用第一及第二密封件s1、s2來密封液晶裝置200。
舉例而言，可以藉由將第一電極層103塗佈、印刷、或沉積在第一基板101的第二表面101B上以及將第一電極層103塗佈、印刷、或沉積在第一配向層106上來生產第一基板組件100A。類似地，可以藉由將第二電極層104塗佈、印刷、或沉積在第二基板102的第一表面102A上以及將第二電極層104塗佈、印刷、或沉積在第二配向層109上來生產第二基板組件100B。可以藉由將第三及第四電極層123、124塗佈，印刷、或沉積在第三基板105的相對表面上以及藉由將第三及第四配向層107、108塗佈、印刷、或沉積在第三及第四電極層123、124上來生產第三基板組件100C。然後，這些基板組件可以與第三基板組件100C一起佈置在第一與第二基板組件100A及100C之間，以形成二個間隙，二個間隙可以利用液晶材料填充，以形成液晶層110、111。在一些實施例中，間隔物（未圖示）可以用於維持所期望的細胞格間隙以及所得到的液晶層厚度。可以使用任何合適的材料（例如，光學或熱固化樹脂）圍繞所有邊緣將液晶材料密封在細胞格間隙中，以形成第一密封件s1。可以可選擇地施加第二密封件s2，以保護基板及/或電極的暴露邊緣及/或裝置內的任何電連接免於機械衝擊及暴露於液體（例如，水或冷凝物）。
在一些實施例中，如第2圖所示，第一及第二電極層103、104可以是至少部分暴露（例如，延伸於密封件s1及s2的外側），以讓功率源（未圖示）能夠進行電連接。第2圖進一步圖示用於電連接液晶裝置200內的電極的非限制性配置。在所示實施例中，第三及第四電極層123、124經由連接125彼此電鏈接或「短路」。因此，間質（例如，第三及第四）電極層123、124並未鏈接至功率源，而外（例如，第一及第二）電極層103、104進行供電。不希望受到理論的束縛，認為此實施例可以減少液晶裝置200所需的驅動電壓。
第3圖圖示液晶裝置300的非限制性配置。類似於第1圖至第2圖的液晶裝置100、200，液晶裝置300包括第一基板組件100A、第二基板組件100B、第三基板組件100C、第一液晶層110、及第二液晶層111。這些部件及其子部件在裝置300中相對於彼此的定向可以與上面參照裝置100所討論的相同。第3圖進一步圖示用於電連接液晶裝置300內的電極層的不同配置。在所示實施例中，第三及第四電極層123、124經由連接126A、126B而電鏈接至第一及第二電極層。第一電極層103可以經由連接126A鏈接至第四電極層124，而第二電極層104可以經由連接126B鏈接至第三電極層123。因此，間質（例如，第三及第四）電極層123，124係鏈接至相對的外（例如，第一及第二）電極層103、104（連接至功率源（未圖示））。
第4圖圖示液晶裝置400的非限制性配置。類似於第1圖至第3圖的液晶裝置100、200、300，液晶裝置400包括第一基板組件100A、第二基板組件100B、第三基板組件100C、第一液晶層110、及第二液晶層111。這些部件及其子部件在裝置400中相對於彼此的定向可以與上面參照裝置100所討論的相同。第4圖進一步圖示用於電連接液晶裝置300的電極層的不同配置。在所示實施例中，第一及第二電極層103、104電鏈接至第一功率源（未圖示），而第三及第四電極層123、124單獨鏈接至第二功率源（未圖示）。因此，間質（例如，第三及第四）電極層123，124以及外（例如，第一及第二）電極層103、104並未彼此電鏈接，而可以彼此獨立地進行操作。
第5圖圖示液晶裝置500的可替代配置。類似於第1圖的液晶裝置100，液晶裝置500包括第一基板組件100A、第二基板組件100F、第三基板組件100G、及第一液晶層110。在所示實施例中，第二與第三基板組件100F、100G之間存在電致變色層131（而不是第二液晶層）。當裝置500包含代替液晶層的電致變色層131時，可以從裝置500移除第二及第四配向層108、109。當然，所示配置並非限制性，而電致變色層131可以插入裝置500內的其他位置（例如，取代第一液晶層110（以及相應移除第一及第三配向膜106、107））。電致變色層131可以由第三及第四電極123、124進行控制，以改變通過此層的光透射率的程度。
在電致變色層131中可以使用任何合適的電致變色材料（包括鋰離子、電致變色染料、及奈米晶體等）。在施加影響光的衰減的電壓之後，電致變色材料可能會發生化學及/或物理變化。舉例而言，在施加電壓之後，鋰離子可以通過分隔物而從第三電極（例如，包含LiCoO 2）遷移至第四電極（例如，包含WO 3）。鋰離子與第四電極的相互作用會導致反射光，而有效地使電極變陰暗/不透明。鋰離子將保持在該位置，直到電壓反轉來移動返回到第三電極並恢復成明亮/清澈狀態。電致變色染料可以在施加電壓之後改變顏色，而藉此在接通與關閉狀態之間改變光的衰減。奈米晶體可以類似地取決於所施加的電壓來允許更多或更少的光通過電致變色層。亦可以不受限地在電致變色層131中使用其他電致變色材料、塗佈、及/或組件。
現在將更詳細地討論液晶裝置100、200、300、400、及500的各種部件。根據非限制性實施例，外（例如，第一及第二）基板、間質（例如，第三及第四）基板、電極層、及配向層中之至少一者可以包含光學透明材料。本文所使用的術語「光學透明」意欲表示部件及/或層係在光譜的可見光區域（約400至700nm）中具有大於約80％的透射率。舉例而言，示例性部件或層在可見光範圍中可以具有大於約85％的透射率（例如，大於約90％或大於約95％，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在某些實施例中，所有玻璃基板、間質基板、電極層、及配向層都包含光學透明材料。
在非限制性實施例中，第一及第二玻璃基板101、102可以包含光學透明玻璃片材。第一及第二玻璃基板101、102可以具有任何形狀及/或尺寸（例如，矩形、正方形、或任何其他合適的形狀，並包括規則及不規則的形狀以及具有一或更多個曲線邊緣的形狀）。根據各種實施例，第一及第二玻璃基板101、102的厚度可以少於或等於約4mm（例如，範圍從約0.1mm至約4mm、約0.2mm至約3mm、約0.3mm至約2mm、約0.5mm至約1.5mm、或約0.7mm至約1mm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在某些實施例中，玻璃基板的厚度可以少於或等於0.5mm（例如，0.4mm、0.3mm、0.2mm、或0.1mm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在非限制性實施例中，玻璃基板的厚度的範圍可以是約1mm至約3mm（例如，約1.5至約2mm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在一些實施例中，第一及第二玻璃基板101、102可以包含相同厚度，或者可以具有不同厚度。
第一及第二玻璃基板101，102可以包含該領域已知的任何玻璃（例如，鈉鈣矽酸鹽、矽鋁酸鹽、鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽，鹼金屬硼矽酸鹽、鋁硼矽酸鹽、鹼金屬鋁硼矽酸鹽、及其他合適的顯示玻璃）。在一些實施例中，第一及第二玻璃基板101、102可以包含相同玻璃，或者可以是不同玻璃。在各種實施例中，玻璃片材可以進行化學強化及/或熱回火。合適的商業可取得玻璃的非限制性實例包含Corning Incorporated的EAGLEXG®、LotusTM、Willow®、及Gorilla®玻璃等。舉例而言，可以根據美國專利7,666,511、4,483,700、及5,674,790來提供化學強化玻璃，其全部內容藉由引用併入本文。
根據各種實施例，玻璃基板可以選自藉由熔融拉伸處理所生產的玻璃片材。不希望受到理論的束縛，認為熔融拉伸處理可以提供具有相對較低的波紋度（或較高的平坦度）的玻璃片材，這對於各種液晶應用可能是有益的。因此，在某些實施例中，示例性玻璃基板可以包含利用接觸輪廓儀所測量的少於約100nm的表面波紋度（例如，約80nm或更少、約50nm或更少、約40nm或更少、或約30nm或更少，並包括其間的所有範圍及子範圍）。SEMI D15-1296的「Glass Substrate Surface Waviness Measurement Method」概述一種使用接觸輪廓儀來測量波紋度（0.8至8mm）的示例性標準技術。參照第1圖至第2圖，在一些實施例中，第一玻璃基板101的第一及第二表面101A、101B中之至少一者及/或第二玻璃基板102的第一及第二表面102A、102B中之至少一者可以包含如上所述的表面波紋度（例如，少於約100nm）。類似地，在非限制性實施例中，第三基板105的相對主表面中之至少一者（未標記）亦可以包含少於約100nm的表面波紋度。
第三基板105以及可能存在於液晶裝置的任何其他間質基板可以包含如上參照第一及第二玻璃基板101、102所述的玻璃材料。在一些實施例中，外（例如，第一及第二）基板與間質（例如，第三）基板可以都包含玻璃材料（可以是相同或不同的玻璃材料）。根據其他實施例，間質基板（例如，第三基板105）可以包含不同於玻璃的材料（例如，塑膠及陶瓷，並包括玻璃陶瓷）。合適的塑膠材料包括但不限於聚碳酸酯、聚丙烯酸酯（例如，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA））、及聚乙烯（例如，聚對苯二甲酸乙二酯（PET））。若存在附加間質基板，則可以包含與第三基板105相同的材料，或者可以包含不同材料。
第三基板105以及可能存在於液晶裝置的任何其他間質基板可以具有任何形狀及/或大小（例如，矩形、正方形、或任何其他合適的形狀，並包括規則及不規則的形狀以及具有一或更多個曲線邊緣的形狀）。根據各種實施例，第三基板105的厚度可以少於或等於約4mm（例如，範圍從約0.005mm至約4mm、約0.01mm至約3mm、約0.02mm至約2mm、約0.05mm至約1.5mm、約0.1mm至約1mm、約0.2mm至約0.7mm、或約0.3mm至約0.5mm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在某些實施例中，間質基板的厚度可以少於或等於0.5mm（例如，0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.05mm、0.02mm、0.01mm、或更少，並包括其間的所有範圍及子範圍）。若存在附加間質基板，則可以包含與第三基板105相同的厚度，或者可以包含不同厚度。
根據各種實施例，在液晶裝置的操作期間，間質基板（例如，第三基板105）的相對表面可以位於相同或基本上相同的電位。不希望受到理論的束縛，認為在整個間質基板上維持基本上恆定的電位可以減少整個液晶細胞格的電壓降，而藉此改善整體裝置的能量效率。在某些實施例中，間質基板所包含的材料的介電常數可以基本上等於或大於液晶材料的介電常數。在一些實施例中，液晶介電常數的範圍可以是約1至約100（例如，約5至約90、約10至約80、約15至約70、約20至約60、約25至約50、或約30至約40，並包括其間的所有範圍及子範圍）。作為非限制性實例，第三基板105以及可能存在於裝置的任何其他間質基板的介電常數可以大於或等於約1（例如，大於或等於約5、大於或等於約10、大於等於約20、大於或等於約50、或大於或等於約100，例如，範圍從約1至約100（例如，約5至約90、約10至約80、約15至約70、約20至約60、約25至約50、或約30至約40），並包括其間的所有範圍及子範圍）。在各種實施例中，第三基板105以及可能存在於裝置的任何其他間質基板的介電常數可以大於或等於約10。
根據進一步實施例，間質基板可以包含高導電材料（例如，材料的電導率係為至少約10 -5S/m、至少約10 -4S/m、至少約10 -3S/m、至少約10 -2S/m、至少約0.1S/m、至少約1S/m、至少約10S/m、或至少約100S/m（例如，範圍從0.0001S/m至約1000S/m），並包括其間的所有範圍及子範圍）。亦可以經由液晶裝置內的配置改變來實現整個間質基板的基本上恆定的電位（例如，在上面詳細地討論的藉由在間質基板的任一側上提供短路的電極層（如第2圖所示））。
液晶材料的定向可以藉由單位向量來描述，單位向量在本文中係指稱為「指向器」，用於表示液晶分子的長分子軸的平均局部定向。液晶裝置中的基板可以具有表面能量，而在沒有施加電壓的情況下在接地或「截止」狀態下促進液晶指向器的期望配向。當液晶指向器具有相對於基板的平面的直立或基本上直立的配向時，實現垂直或垂直排列配向。當液晶指向器具有相對於基板的平面的平行或基本上平行的配向時，實現平面或水平配向。當液晶方向具有相對於基板的平面的基本上不同於平面或垂直排列的較大角度時，實現傾斜配向（例如，範圍從約20˚至約70˚（例如，約30˚至約60˚、或約40˚至約50˚），並包括其間的所有範圍及子範圍）。
可以藉由利用配向層（例如，第1圖至第5圖的配向層106、107、108、及109）塗佈基板及/或電極的表面來實現液晶的具體配向。配向層可以包含具有用於促進與其表面直接接觸的液晶的所期望配向的表面能量及各向異性的材料的薄膜。示例性材料包含但不限於：主鏈或側鏈聚醯亞胺，可以進行機械摩擦，以產生層各向異性；光敏聚合物（例如，基於偶氮苯的化合物），可以暴露於線性偏振光，以產生表面各向異性的；無機薄膜（例如，二氧化矽），可以使用熱蒸發技術沉積，以在表面上形成週期性微觀結構。用於促進液晶分子的垂直或垂直排列定向的有機配向層可以進行摩擦，以相對於基板的平面建立不同於90˚的預傾斜角度。相對於基板表面的液晶分子的預傾斜角度將在從垂直定向切換期間破壞對稱性，並且可以定義液晶切換的方位角方向。
舉例而言，可以藉由將溶液旋塗至所期望表面或使用印刷技術來沉積有機配向層。可以使用熱蒸發技術來沉積無機配向層。根據各種實施例，第一、第二、第三、及第四配向膜106、107、108、109以及裝置中可能存在的任何附加配向層的厚度可以少於或等於約100nm（例如，約1nm至約100nm、約5nm至約90nm、約10nm至約80nm、約20nm至約70nm、約30nm至約60nm、或約40nm至約50nm，並包括其間的所有的範圍及子範圍）。在一些實施例中，配向層106、107、108、109以及任何其他附加配向層包含相同的厚度，或者可以具有不同的厚度。
儘管可以透過使用配向層來實現改善的液晶配向，但是這種配向層並非本文所揭示的液晶裝置所需的部件。儘管第1圖至第5圖圖示與液晶層110、111的兩側接觸的配向層，亦可能移除配向層的一或更多者，而使得沒有配向層與液晶層接觸，或僅一個配向層與液晶層接觸。因此，參照第1圖，可以從裝置100移除配向層106、107、108、及109中之一或更多者，而不會悖離本揭示的範疇。第一基板組件100A可以包含第一基板101及第一電極103，或者由第一基板101及第一電極103所組成（亦即，不存在第一配向層106）。類似地，第二基板組件100B可以包含第二基板102及第二電極104，或者由第二基板102及第二電極104所組成。第三基板組件100C可以單獨包含第三基板105、第三電極123、及第四電極124，或者單獨由第三基板105、第三電極123、及第四電極124所組成，或是與第三或第四配向層107、108中之僅一者組合。同樣地，可以從第2圖至第5圖所示的裝置200、300、400、500移除配向層106、107、108、及109中之一或更多者。可以相應地修改液晶窗600，以移除一或更多個配向層。
第一、第二、第三、及第四電極層103、104、123、124可以包含一或更多個透明導電氧化物（TCO）（例如，銦錫氧化物（ITO）、銦鋅氧化物（IZO）、鎵鋅氧化物（GZO）、鋁鋅氧化物（AZO）、及其他類似材料）。可替代地，電極層103、104、123、124可以包含其他透明材料（例如，導電網格（例如，包含金屬（例如，銀奈米線）或其他奈米材料（例如，石墨烯或碳奈米管）））。亦可以使用可印刷的導電墨層（例如，C3Nano Inc.的ActiveGrid TM）。根據各種實施例，電極層103、104、123、124的片材電阻的範圍可以是約10Ω/□（歐姆/平方）至約1000Ω/□（例如，約50Ω/□至約900Ω/□、約100Ω/□至約800Ω/□、約200Ω/□至約700Ω/□、約300Ω/□至約600Ω/□、或約400Ω/□至約500Ω/□，並包括其間的所有範圍及子範圍）。
第一、第二、第三、及第四電極層103、104、123、124可以使用該領域已知的任何技術（例如，真空濺鍍、膜疊層、或印刷技術）來製造。參照第1圖至第5圖，第一及第二電極層103、104可以分別沉積在第一玻璃基板的101的第二表面101B與第二玻璃基板102的第一表面102A上。第三及第四電極層123、124可以沉積在第三基板105的相對表面上。舉例而言，每一電極層的厚度的範圍可以獨立地在約1nm至約1000nm（例如，約5nm至約500nm、約10nm至約300nm、約20nm至約200nm、約30nm至約150nm、或約50nm至約100nm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。
根據非限制性實施例，第一及第二電極層103、104及/或第三及第四電極層123、124可以包括叉指電極層。叉指電極層包含利用不同電壓進行供電的單一表面上的一對電極。可以使用平面內開關（IPS）來藉由叉指電極控制液晶層。電場從高電壓叉指電極開始，行進通過任何周圍介質（例如，相鄰液晶層），並且終止於低電壓叉指電極。參照第1圖，電極層103可以包含第一基板101的第二表面101B上的叉指電極。然後，所施加的電場可以從第二表面101B上的高電壓叉指電極開始行進，巡迴通過第一液晶層110，並且終止於表面101B上的低電壓叉指電極。電極層104可以類似地包含第二基板102的第一表面102A上的叉指電極，而可以施加電場來控制第二液晶層111的配向。在這樣的實施例中，可以移除第三及第四電極層123、124，這從製造成本及/或複雜性的觀點來看可以是有利的。叉指電極層的位置可以不僅限於外基板組件。叉指電極層亦可以是間質基板組件的一部分。舉例而言，第三及第四電極層123、124可以包含叉指電極，並且可以移除第一及第二電極層103、104。
在非限制性實施例中，第一、第二、第三、及第四電極層103、104、123、124可以包含圖案，而生產所期望的區或像素，以允許整個液晶裝置的切換或是僅裝置的所期望部分的切換。舉例而言，可以針對電極層103、104、123、124進行圖案化，以形成具有垂直或水平定向的複數個線段或條帶。這樣的圖案可以用於藉由接通交替的條帶或藉由將相鄰電極條帶設定成不同透射強度來配置例如類似於機械陰影的窗口透射。可能具有替代圖案（例如，正方形或矩形像素的矩陣），並且可以設想為落入本揭示的範圍內，替代圖案可以用於配置例如窗口透射，以提供任意圖案。在各種實施例中，圖案化的線段及/或像素的寬度的範圍可以是約1mm至約500mm（例如，約2mm至約400mm、約3mm至約300mm、約5mm至約200mm、約10mm至約100mm、或約20mm至約50mm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。
如上面相對於第1圖至第4圖所討論，電極層103、104、123、124可以電鏈接或利用各種配置配對。在供電「接通」狀態中，施加於整個電極對的一或二者的外部電壓產生可以用於重新配向裝置中的液晶的定向的裝置內的一或更多個電場。溶解在液晶混合物中或與液晶組合的添加劑分子通常遵循與液晶相同的定向。在「關閉」狀態中，液晶及細胞格內的任何添加劑分子將以最小量的自由能量進行定向。這種狀態可以由作用在液晶上的錨定力來定義（例如，藉由一或更多個配向層）。因此，施加至電極的電壓允許使用者改變液晶及添加劑分子的定向來控制穿過液晶層的光的衰減程度。在明亮/清澈狀態中，可以選擇液晶的幾何形狀及選擇，以針對入射到細胞格上的所有偏振光提供相等或基本上相等的透射率。類似地，在陰暗/不透明狀態中，液晶的幾何形狀及選擇可以針對入射到細胞格上的所有偏振光提供相等或基本上相等的衰減。
液晶裝置100、200、300、及400可以包括二或更多個液晶層（例如，第一液晶層110及第二液晶層111）。在裝置中亦可以存在附加液晶層。液晶層可以包含液晶以及一或更多種附加成分（例如，染料或其他著色劑、對掌性摻雜劑、可聚合的反應性單體、光引發劑、聚合結構、或其任何組合）。液晶可以具有任何液晶相（例如，非對掌性向列型液晶（NLC）、對掌性向列型液晶、膽固醇型液晶（CLC）、或層列型液晶），而可以在很寬的溫度範圍內操作（例如，約-40℃至約100℃）。
根據各種實施例，液晶層110、111可以包含利用液晶材料填充的細胞格間隙或空腔。可以藉由分散在液晶層中的顆粒間隔物及/或柱狀間隔物來維持液晶層的厚度或細胞格間隙距離。第一及第二液晶層110、111以及任何附加液晶層的厚度可以少於或等於約0.2mm（例如，範圍從約0.001mm至約0.1mm、約0.002mm至約0.05mm、約0.003mm至約0.04mm、約0.004mm至約0.03mm、約0.005mm至約0.02mm、或約0.01mm至約0.015mm，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在一些實施例中，第一及第二液晶層110、111以及裝置中存在的任何其他液晶層可以包含相同的厚度，或者可以具有不同的厚度。
可以使用該領域已知的任何液晶切換模式（例如，TN（扭曲向列）模式、VA（垂直配向）模式、IPS（平面切換）模式、BP（藍相）模式、FFS（邊緣場切換）模式、及ADS（進階超尺寸切換）模式等）。在某些實施例中，可能期望類比切換模式，其中施加至電極的電壓的量值的逐漸改變允許透射光強度等級的變化，以實現灰度效果。液晶裝置亦可以在僅具有二個可取得的光強度透射等級（明亮/清澈（高光透射率）以及陰暗/不透明（低光透射率））的二元切換模式下作用。二元模式切換的一個潛在優點是能夠以雙穩態方式作用，而僅在打開及關閉狀態之間進行切換期間才消耗電功率，而一旦達到這些狀態則不會消耗電功率。
參照第4圖，包含二個液晶層110、111以及二個可獨立操作的電極對（例如，103、104與123、124）的液晶裝置400可以允許三個穩定光學狀態。每一雙穩態液晶層可以獨立地切換成明亮/清澈狀態或陰暗/不透明狀態。在第一光學狀態中，第一及第二液晶層110、111被切換成明亮/清澈狀態。在第二光學狀態中，第一及第二液晶層110、111被切換成陰暗/不透明狀態。在第三光學狀態中，第一或第二電極層110、111中之一者被切換成清澈狀態，而另一者切換成陰暗/不透明狀態。
在一些實施例中，染料或其他著色劑（例如，二色性染料）可以添加到一或更多個液晶層110、111，以吸收透射通過液晶層的光。二色性染料通常沿著與染料分子中的躍遷偶極矩的方向平行的方向更強地吸收光，該方向通常是染料分子的較長分子軸。具有定向成直立於光偏振的方向的長軸的染料分子將提供較低的光衰減，而具有定向成與光偏振的方向平行的長軸的染料分子將提供較強的光衰減。
在各種實施例中，可以藉由使用垂直排列配向以及包含具有負介電各向異性的液晶及添加劑染料分子的液晶層來實現在「關閉」狀態下具有最高光透射率的正常明亮/清澈的液晶裝置。在此配置中，染料分子將在供電「關閉」狀態下以低吸收的直立定向進行配向，而在供電「接通」狀態下與液晶一起旋轉至高吸收的平行定向。類似地，在某些實施例中，可以藉由使用平面配向以及包含具有正介電各向異性的液晶及添加劑染料分子的液晶層來實現在「接通」狀態下具有最高光透射率的正常陰暗/不透明的液晶裝置。在此配置中，染料分子將在供電「關閉」狀態下以高吸收的平行定向進行配向，而在供電「接通」狀態下與液晶一起旋轉至低吸收的直立定向。
通常，正常明亮/清澈與正常陰暗/不透明的液晶裝置均以無霧度或低霧度的方式作用，而使得觀察者可以幾乎沒有失真地看見液晶裝置。然而，在某些情況下，可能期望針對液晶裝置提供「隱私」模式，而使得觀察者可以透過液晶設備看到的圖像變暗或擴散。舉例而言，可以藉由提供光散射效果以將光捕獲在液晶層內，而增加染料所吸收的光量來實現這種隱私模式。
可以利用促進或增強液晶的隨機配向的幾種不同方式來實現液晶層內的光散射效果。一或更多個對掌性摻雜劑可以添加到液晶混合物，以形成高度扭曲的膽固醇型液晶（CLC），而可以具有用於提供光散射效果的隨機配向（在本文中指稱為焦點錐體結構）。亦可以藉由在液晶層的基質中包括聚合物結構（例如，聚合物纖維），來促進或輔助隨機液晶配向（在本文中指稱為聚合物穩定的膽固醇型紋理（PSCT））。隨機液晶配向亦可以使用隨機分散在固體聚合物層或聚合物纖維（或聚合物壁）的密集網路中的較小液滴來實現向列型液晶（沒有對掌性摻雜劑）（在本文中指稱為聚合物分散的液晶（PDLC））。
根據各種實施例，聚合物可以分散在液晶層的基質中或者在玻璃與間質基板的內表面上。可以藉由使溶解在液晶混合物中的單體聚合來形成這樣的聚合物。在某些實施例中，可以在外基板及/或間質基板的內表面上形成聚合物突起或其他聚合結構（例如，在具有垂直排列配向層的正常清澈液晶裝置中），以定義方位角切換方向。並改善電光切換速度。
如上所述，可以將對掌性摻雜劑添加到液晶混合物中，以實現液晶分子的扭曲超分子結構（在本文中指稱為膽固醇型液晶（CLC））。CLC中的扭曲量係藉由螺旋節距描述，螺旋節距代表整個細胞格間隙厚度上的局部液晶指向器的360度旋轉角度。亦可以藉由細胞格間隙厚度（d）與CLC螺旋節距（p）的比率（d/p）來量化CLC扭曲。對於液晶應用而言，可以控制溶解於液晶混合物中的對掌性摻雜劑的量，以在整個給定的細胞格間隙距離上實現所期望的扭曲量。選擇合適的摻雜劑及其用量以實現所期望的扭曲效果係在該領域具有通常知識者的能力範圍內。
在各種實施例中，本文所揭示的液晶層的扭曲量的範圍可以是約0˚至約25x360˚（或d/P的範圍從約0至約25.0）（例如，範圍從約45˚至約1080˚（d/p為約0.125至約3）、約90˚至約720˚（d/p為約0.25至約2）、約180˚至約540˚（d/p為約0.5至約1.5）、或約270˚至約360˚（d/p從約0.5至約1），並包括其間的所有範圍及子範圍）。本文所使用的不包含對掌性摻雜劑的液晶混合物係指稱為向列型液晶（NLC）。包含對掌性摻雜劑且具有較小節距及較大扭曲的液晶係指稱d/p大於1的CLC混合物。包含對掌性摻雜劑且具有較大節距及較小扭曲的液晶係指稱d/p小於或等於1的CLC混合物。
如上所述，當染料分子的長軸平行於偏振光的方向進行定向時，二色性染料更強地吸收光。因此，在光只有一種線性偏振的情況下，包含向列型液晶層的裝置表現最佳。然而，在某些商業應用中（例如，汽車玻璃），穿過液晶裝置的光是非偏振的。在這樣的情況下，可能有利的是提供一種包含具有向列型液晶的二或更多個液晶層的液晶裝置，並將具有正交定向（例如，旋轉90˚）的液晶層相對於彼此進行定位，以有效地衰減非偏振光。可替代地，可以使用包含具有扭曲CLC液晶的二或更多個液晶層的液晶裝置來實現非偏振光的衰減。舉例而言，當CLC在整個單元間隙厚度上提供至少90˚的扭曲時，染料分子可以吸收非偏振光的基本上所有線性偏振成分。
在平面或水平配向的情況下，在「關閉」狀態下，扭曲CLC結構將使染料分子在平行或水平定向上配向，而藉此建立具有最小光透射率的陰暗/不透明狀態。在「接通」狀態下，液晶層將藉由所施加的電場重新配向成直立或垂直定向，而藉此建立具有最大光透射率的明亮/清澈狀態。類似地，在垂直或垂直排列配向的情況下，在「關閉」狀態下，扭曲CLC結構將被液晶層兩側的配向層抑制，而導致染料分子在直立/垂直定向上進行配向，而藉此建立具有最大光透射率的明亮/清晰狀態。在「接通」狀態下，液晶層將藉由所施加的電場重新配向成平行/水平定向，而藉此建立具有最小光透射率的陰暗/不透明狀態。
應理解，本揭示的範圍並不僅限於第1圖至第5圖所示的實施例。本文所揭示的液晶裝置可以包含附加液晶層、附加間質基板、附加配向層、及/或附加電極層（可以相同或不同，並且可以利用任何合適的方式組合，而不受限制）。裝置中的單獨液晶層可以包含相同或不同的液晶材料及/或添加劑、相同或不同的厚度、相同或不同的切換模式、及相對於彼此相同或不同的定向。若在裝置中存在一個以上的間質基板，則間質基板可以包含相同或不同的材料以及相同或不同的厚度。類似地，裝置中的單獨配向層可以包含相同或不同的材料、相同或不同的厚度、及相對於彼此相同或不同的定向。同樣地，裝置中的單獨電極層可以包含相同或不同的材料、相同或不同的厚度、及相同或不同的圖案。
在某些實施例中，藉由將液晶裝置與配向層相對於彼此以具體定向組裝在一起，可以放大來自液晶結構的光學效應。舉例而言，不同的配向層（可以例如藉由摩擦的方向定義）的軸線可以彼此平行、彼此反平行，相對於彼此旋轉90°，或相對於彼此旋轉另一角度。參照第1圖至第4圖，第一及第三配向層106、107以及第一液晶層110可以產生「關閉」狀態中的第一液晶指向器，而第四及第二配向層108、109以及第二液晶層111可以產生「關閉」狀態中的與第一液晶指向器不同的第二液晶指向器。
本文所揭示的液晶裝置可以用於各種建築及運輸應用中。舉例而言，液晶裝置可以作為液晶窗，液晶窗可以包括在門、空間隔板、天窗、及用於建築物、汽車、及其他運輸工具（例如，火車、飛機、船、及類似者）的窗戶中。參照第6圖，在一些實施例中，液晶窗600可以包含藉由間隙602與液晶裝置100間隔開的附加玻璃基板601。附加玻璃基板601可以包含具有任何期望的厚度的任何合適的玻璃材料（包括上面所討論的第一及第二玻璃基板101、102）。間隙602可以例如藉由第三密封件s3密封，並利用空氣、惰性氣體、或其混合物填充，而可以改善液晶窗的熱效能。合適的惰性玻璃包括但不限於氬氣、氪氣、氙氣、及其組合。亦可以使用惰性氣體的混合物或是一或更多種惰性氣體與空氣的混合物。示例性的非限制性惰性氣體混合物包含90/10或95/5的氬氣/空氣、95/5的氪氣/空氣、或22/66/12的氬氣/氪氣/空氣混合物。取決於所期望的熱效能及/或液晶窗的最終用途，亦可以使用惰性氣體或是惰性氣體與空氣的其他比率。
在各種實施例中，玻璃基板601係為內部窗格（例如，面向建築物或車輛的內部），但是也可以是相反的定向，其中玻璃601面向外部。用於建築應用的液晶窗裝置可以具有任何期望的尺寸，包括但不限於2'x4'（寬度x高度）、3'x5'、5'x8'、6'x8'、7x10'、或7'x12'。亦可以設想更大及更小的液晶窗，而意欲落入本揭示的範圍內。儘管未圖示，但應理解，液晶裝置600可以包含一或更多個附加部件（例如，框架或其他結構部件、功率源、及/或控制裝置或系統）。亦應理解，儘管第6圖圖示包含第1圖的液晶裝置100的液晶窗600，但是本文所圖示及/或所描述的任何液晶裝置亦可以用於液晶窗應用。
相較於現有技術的裝置，本文所揭示的液晶裝置及窗可以具有各種優點。舉例而言，液晶裝置可以具有與傳統雙細胞格裝置相當的高對比度，但是由於在整個結構中使用較少的玻璃而具有更薄及/或更輕的輪廓。在某些實施例中，本文所揭示的液晶裝置的對比度可以大於或等於1：20（例如，大於1：30、大於1：40、或大於1：50，並包括其間的所有範圍及子範圍）。在陰暗/不透明狀態下的可見光透射率可以是約3％或更少（例如，約2％或更少、或約1％或更少，並包括其間的所有範圍或子範圍），而在明亮/清澈狀態下的光透射率可以是約70％或更大（例如，約80％或更大、或約90％或更大，並包括其間的所有範圍及子範圍）。由於裝置內的玻璃界面的減少，光學損失亦可以最小化。根據各種實施例，本文所揭示的液晶裝置可以具有低霧度值（例如，少於約1％、少於約0.5％、或少於約0.1％，並包括其間的所有範圍及子範圍）。
儘管傳統雙細胞格裝置包含四個玻璃窗格（每一液晶細胞格有兩個），但是本文所揭示的液晶裝置可以包含少至三個基板（例如，第一及第二（外）玻璃基板以及第三（間質）玻璃基板）。此外，因為間質基板在整個裝置的結構穩定性方面並非關鍵，所以在一些實施例中，相較於外基板，此基板可以具有相對低的厚度。因此，即使在存在一個以上的間質基板的實施例中，裝置的整體厚度及/或重量仍可能比雙細胞格裝置的整體厚度及/或重量低很多。由於部件（例如，玻璃基板）的數量的降低，亦可以減少製造複雜性及/或成本。
應理解，各種所揭示實施例可以涉及組合該特定實施例所描述的特定特徵、元件、或步驟。亦應理解，儘管關於一個特定實施例描述特定特徵、元件、或步驟，但是可利用各種未圖示的組合或排列的替代實施例互換或組合。
儘管可以使用過渡短語「包含」以揭示特定實施例的各種特徵、元件、或步驟，但應理解亦暗示包括可能使用過渡短語「由其組成」或「基本上由其組成」揭示的替代實施例。因此，舉例而言，包含A+B+C的裝置的隱含替代實施例亦包括裝置由A+B+C組成的實施例以及裝置基本上由A+B+C組成的實施例。
對於該領域具有通常知識者而言顯而易見的是，在不偏離本揭示的精神及範疇下，可以對本揭示進行各種修改和變化。由於該技術領域具有通常知識者可以思及包含本揭示之精神及實體的揭示實施例之修改組合、子組合及變型，本揭示應解讀為包括在所附申請專利範圍及其均等物的範疇內的所有內容。
100:液晶裝置 100A:第一基板組件 100B:第二基板組件 100C:第三基板組件 100F:第二基板組件 100G:第三基板組件 101:第一玻璃基板 101A:第一表面 101B:第二表面 102:第二玻璃基板 102A:第一表面 102B:第二表面 103:第一電極層 104:第二電極層 105:第三基板 106:第一配向層 107:第三配向層 108:第四配向層 109:第二配向層 110:第一液晶層 111:第二液晶層 123:第三電極層 124:第四電極層 126A:連接 126B:連接 131:電致變色層 200:液晶裝置 300:液晶裝置 400:液晶裝置 500:液晶裝置 600:液晶窗 601:附加玻璃基板 602:間隙
當結合下列圖式閱讀時，可以進一步理解下列詳細描述。只要可能，相同的元件符號將在整個圖式中用於指稱相同或相似的部分。應理解，圖式並未按照比例繪製，而所描繪的每一部件的大小或一個部件與另一者的相對大小並非意欲限制。
第1圖圖示根據本揭示的各種實施例的液晶裝置的橫截面圖；
第2圖圖示根據本揭示的附加實施例的液晶裝置的橫截面圖；
第3圖圖示根據本揭示的進一步實施例的液晶裝置的橫截面圖；
第4圖圖示根據本揭示的進一步實施例的液晶裝置的橫截面圖；
第5圖圖示根據本揭示的某些實施例的液晶裝置的橫截面圖；以及
第6圖圖示根據本揭示的非限制性實施例的液晶窗的橫截面圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:液晶裝置
100A:第一基板組件
100B:第二基板組件
100C:第三基板組件
101:第一玻璃基板
101A:第一表面
101B:第二表面
102:第二玻璃基板
102A:第一表面
102B:第二表面
103:第一電極層
104:第二電極層
105:第三基板
106:第一配向層
107:第三配向層
108:第四配向層
109:第二配向層
110:第一液晶層
111:第二液晶層
123:第三電極層
124:第四電極層

Claims (23)

  1. 一種液晶裝置，包含： （a）一第一基板組件，包含一第一玻璃基板、一第一配向層、及設置於其間的一第一電極層； （b）一第二基板組件，包含一第二玻璃基板、一第二配向層、及設置於其間的一第二電極層； （c）一第三基板組件，包含一第三配向層、一第四配向層、一第三電極層、一第四電極層、及一第三基板，其中該第三電極層係設置於該第三基板與該第三配向層之間，且其中該第四電極層係設置於該第三基板與該第四配向層之間。 （d）一第一液晶層，設置於該第一基板組件與該第三基板組件之間；以及 （e）一第二液晶層，設置於該第二基板組件與該第三基板組件之間。
  2. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一液晶層直接接觸該第一配向層及該第三配向層，且其中該第二液晶層直接接觸該第二配向層及該第四配向層。
  3. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二玻璃基板的一厚度的範圍係獨立地在約0.1mm至約4mm。
  4. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二玻璃基板獨立地選自鈉鈣矽酸鹽、鋁矽酸鹽、鹼金屬鋁矽酸鹽、硼矽酸鹽、鹼金屬硼矽酸鹽、鋁硼矽酸鹽玻璃、及鹼金屬鋁硼矽酸鹽玻璃。
  5. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第三基板選自玻璃、陶瓷、或塑膠基板。
  6. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第三基板的一厚度的範圍係在約0.005mm至約1mm。
  7. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第三基板的一厚度基本上等於該第一或第二液晶層的一厚度。
  8. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一、第二、第三、及第四電極層的一厚度的範圍係獨立地在約1nm至約100nm。
  9. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一、第二、第三、及第四電極層係獨立地選自透明導電氧化物、石墨烯、金屬奈米線、碳奈米管、及導電墨層。
  10. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一、第二、第三、及第四電極層中之至少一者包含一圖案。
  11. 如請求項10所述的液晶裝置，其中該圖案包含複數個線段、複數個正方形像素、或複數個矩形像素。
  12. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二電極層係連接至一功率源，其中該第三及第四電極層並未連接至一功率源，且其中該第三電極層係電連接至該第四電極層。
  13. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二電極層係連接至一功率源，其中該第一電極層係電連接至該第四電極層，且其中該第二電極層係電連接至該第三電極層。
  14. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二電極層係連接至一第一功率源，且其中該第三及第四電極層係連接至一第二功率源。
  15. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二液晶層的一厚度的範圍係獨立地在約0.001mm至約0.2mm。
  16. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二液晶層係獨立地選自非對掌性向列型液晶、對掌性向列型液晶、膽固醇型液晶、層列型液晶。
  17. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一及第二液晶層進一步包含選自染料、著色劑、對掌性摻雜劑、可聚合的反應性單體、光引發劑、及聚合結構中之至少一個附加成分。
  18. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一、第二、第三、及第四配向層的一厚度的範圍係獨立地在約1nm至約100nm。
  19. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該第一、第二、第三、及第四配向層包含選自具有層各向異性的主鏈或側鏈聚醯亞胺、具有表面各向異性的光敏的基於偶氮苯的化合物、及具有週期性表面微觀結構的無機薄膜。
  20. 如請求項1所述的液晶裝置，其中該裝置的一霧度值係少於約1％。
  21. 一種液晶裝置，包含： （a）一第一基板組件，包含一第一玻璃基板、一第一電極層、及可選擇的一第一配向層； （b）一第二基板組件，包含一第二玻璃基板、一第二電極層、及可選擇的一第二配向層； （c）一第三基板組件，包含一第三電極層、一第四電極層、一第三基板、及可選選的一第三配向層及一第四配向層中之一或二者； （d）一第一液晶層，設置於該第一基板組件與該第三基板組件之間；以及 （e）一第二液晶層，設置於該第二基板組件與該第三基板組件之間。
  22. 一種液晶裝置，包含： （a）一第一基板組件，包含一第一玻璃基板、一第一配向層、及設置於其間的一第一電極層； （b）一第二基板組件，包含一第二玻璃基板及一第二電極層； （c）一第三基板組件，包含一第三配向層、一第三電極層、一第四電極層、及一第三基板，其中該第三電極層係設置於該第三基板與該第三配向層之間，且其中該第三基板係設置於該第三電極層與該第四電極層之間。 （d）一液晶層，設置於該第一基板組件與該第三基板組件之間；以及 （e）一電致變色層，設置於該第二基板組件與該第三基板組件之間。
  23. 一種液晶窗，包含： （a）請求項1所述的液晶裝置；以及 （b）藉由密封間隙而與該液晶裝置分離的一玻璃基板。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115698837A (zh) * 2021-05-21 2023-02-03 京东方科技集团股份有限公司 阵列基板、对向基板、显示面板
WO2023129370A1 (en) * 2021-12-30 2023-07-06 Corning Incorporated Cholesteric liquid crystal window having multiple stable states and methods for use

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004151575A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Fuji Television Network Inc 調光ガラス及び調光ガラスの製造方法
JP2009139623A (ja) * 2007-12-06 2009-06-25 Citizen Electronics Co Ltd 液晶レンズ
KR101900372B1 (ko) * 2011-07-19 2018-11-05 삼성디스플레이 주식회사 표시장치 및 이의 제조방법
CN106154661B (zh) * 2016-09-21 2019-05-14 京东方科技集团股份有限公司 一种透明显示面板及其制作方法、透明显示装置
KR20180110873A (ko) * 2017-03-30 2018-10-11 현대자동차주식회사 디밍 기능을 갖는 스마트 윈도우
JP2020027210A (ja) * 2018-08-15 2020-02-20 大日本印刷株式会社 意匠材及びこれに用いられる積層型高分子分散型液晶素子の製造方法

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