TW575742B - Optical element - Google Patents

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575742 A7 _B7 ____ 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於一種光學元件及供置有該光學元件的畫 面顯示器裝置。 WO 98/30923 (PHN 16165)描述一種光學元件，其中含有 供鍍包含光色材料之透明鍍層的基板，在可見光波長範圍 裡穿於該透明鍍層的光線透射會與局部地入射該透明鍍層 之光線強度相關。選擇性透明鍍層的光線透射會隨著入射 輕射強度增加而自動地降低。 該透明鍍層含有氧化矽質無機網絡以及有機聚合物，此 為透過Si-C鍵而為化學鍵附於該無機網絡。一般說來，這 種含有光色材料的光學元件會經一種稱為濕性化學、溶膠 程序的處理方法所製造。溶膠程序是藉（受控地）加入水 分、烷氧基化物（alkoxysilane)酒精溶液，再（同質地）水解 及（7辰縮’然後構成一（多孔性）（二）氧化石夕質無機網絡 的程序。然後，再進行熱處理，於此會完成構成氧化石夕 質’產生緊密的無機網絡。 在一較佳具體實施例裡，會將該透明鍍層供置於顯示器 裝置的顯示器透窗上。或另者，會將該透明鍍層應用在太 眼鏡上。 這種光色鍵層可提供切換行為與防刮特性之間的協調結 果。不過其缺點是，這種先前技名光學元件並非是對於該 透明鍍層内所用之光色材料的快速彩化/去彩化而為最佳 化。 換言之，本發明目的在於提供一種對於光學元件快速彩 化/去彩化速率而具有經改善效能之光學元件。

575742 A7 ___ B7 五、發明説明（2 ) 為此目的，本發明第一特點在於提供一種光學元件，其 特徵為光色材料係至少部分地為一有機聚合物所環繞，此 聚合物具有低於攝氏40度的玻璃轉變溫度Tg。本發明第二 特點在於提供一種含有此光學元件之晝面顯示裝置。後載 之申請專利範圍内則定義出其優適性具體實施例。 按如WO 98/30923乙文所述，會將眾知光學元件内的聚 色材料容併於一種（純）有機網絡内，而在W〇 98/302923 裡’會將光學元件的聚色材料併入一種含有氧化矽及聚合 物的混合網路内。 一種特殊級數之聚合物，亦即有機聚合物，具有一低於 40 C之Tg，其在當該聚合物係被聚色材料部份環繞時可產 生光學元件之絕佳之切換特性。 本發明的關鍵重點在於光色材料的直接環境會具有足夠 的機動性’俾以確保光色材料的快速彩化/去彩化結果。 一種獲得這種光色材料移動直接環境的方式可如前文所 述。但應注意到光色材料可為散佈於分子層級上之光色染 劑，使得此光色染劑會為至少部分地被具有低於攝氏4〇度 之Tg的有機聚合物所環繞。此外，該有機聚合物可為（純） 有機網絡的一部分，或是可為如WO 98/30923所述之混合 網絡的部分。 _ 玻璃轉變溫度Tg為標示出有機聚合物之玻透狀態與玻膠 狀態間轉變的溫度。低於Tg則聚合物串鏈並不會移動，因 為聚合物串鏈的平均能量現仍過低，無法克服聚合物骨幹 的示性能量障礙，因此實際上是被凍結於眾知為玻透狀態 575742 A7 B7 五、發明説明（3 ) 的固態。然而，隨著逐漸加熱此聚合物，聚合物串鍵的平 均能篁會增加並且會變付足夠南溫’從而克服聚合物骨幹 的示性能量障礙，造成該聚合物自由移動，並發生從玻透 狀態到玻膠狀態的轉變現象。可從因分子移動所造成之體 積顯著增加來標示開始此玻膠狀態。出現此現象的溫度稱 為玻璃轉變溫度。高於Tg，聚合物會屬玻膠狀態，且聚合 物分子的自由度會產生足夠的光色材料移動環境，這會是 散佈於玻膠狀態下的聚合物分子層級上，從而得到光色材 料的快速彩化/去彩化結果。 該有機聚合物最好是為玻璃轉變溫度Tg低於攝氏10度者 為宜。這項測量值可確保該有機聚合物在室溫下會屬玻膠 狀態。咼於1^的有機聚合物串鏈移動自由度會獲得光色材 料的高移動性，並有利於光色材料的快速彩化/去彩化結 果0 在如申請專利範圍第3項中所定義的具體實施例裡，有 機聚合物是一種從（甲基）丙烯酸酯、二（曱基）丙烯酸酯、 苯乙烯衍生物、乙烯醚、氨基甲酸酯及環氧化物之群組中 所選出而構成的聚合物。可按照聚合物骨幹及/或邊側串 鍵的化學成分’來調定該最終光色鍍層的各項性質，像是 Tg者。 在如申請專利範圍第4項所述之具體實施例中，該透明 錢層包含具有含有機聚合物及光色材料之核心，以及具有 一跨鍵聚合物以保護該核心之外殼的核殼粒子。該核心係 經最佳化以藉利用具低於攝氏40度，尤以低於攝氏10度，

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的玻璃轉變溫度丁8之有機聚合物來改善光色材料移動性。 該外隔的主要功能是為維持粒子的完整性，以保護該光色 材料防於或會出現於該透明鑛層内的反應物種，特別是在 該透明鍍層的處理過程中，以及讓粒子能夠與該透明鍍層 相容。該外殼最好是含有具有高丁§的聚合物。也最好是利 用核心-外殼膠乳。該核心-外殼晶態可如D· j 著 作，Polymer Science and Engineering 出版（Prentice_Hall Inc， Englewood Cliffs，New Jersey，1971)乙文所描述。 本具體實施例之關鍵點在於，在一剛型基質裡（例如一 種具Tg高於攝氏50度的聚合物），創作出一種光色材料微 型環境，此微型環境具有足夠的移動性以確保光色材料的 快速彩化/去彩化效果。可供置這些微型環境，同時利用 到上述的核心-外殼粒子，而這些粒子是散佈於一剛型基 質内。 該透明鍍層對於紫外線（UV)及可見光（VIS)波長範圍内 的光線必須是屬非散射性。因此這些粒子應為微小（小於 約300奈米，最好是小於100奈米為佳），或者是具有與透 明鍍層之其他材料相近的折射指數（這些粒子與該透明鑛 層其他材料間之折射指數的差值需低於0.1，最好是低於 0.01)。 — 此外，這些粒子應能夠與透明鍍層其他的材料相容，這 意味著當利用溶膠型式的系統時，製造該透明鍍層這些粒 子的表面應具相當極性，而當利用有機反應單體物時，像 是（甲）丙烯酸酯，製造該透明鍍層則應為具相當a極性。 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 χ 297公釐） 575742 A7 B7 五、發明説明（5 ) 另外一種確保光色材料在另一剛性基質内之局部移動性 的方式是，在與單體物混合物相互混合以及後續的聚化作 用前，先將該光色材料併入於晶枝體或超分支聚合物的孔 洞内，即如申請專利範圍第5項内所定義者。晶枝體及超 分支聚合物的分支在約攝氏-10度以上的實際溫度下，會 具有移動的自由度，並因此晶枝體及超分支聚合物會具有 彈性，這可比擬於在玻膠狀態下之聚合物的情況。其細節 可如Jansen等人在Science出版之著作所詳述（J.F.G.A. Jansen， E.M.M. de Brabander-van den Berg, E.W. Meijer, Science, VoL266 18 November 1994，”Encapsulation of Guest Molecules into a Dendritic Box")。在所產得的聚合物裡（或為剛性），該光色 材料會是屬移動環境，而這是因此者被彈性晶枝體或超分 支聚合物所包封的事實之故。 如申請專利範圍第6項所定義之光學元件，可於該基板 與用以保護該透明鍍層不受刮傷之保護層間排置出該透明 鍍層。對於某些光學元件應用，其中該透明鍍層會受到環 境因素影響，例如摩擦、刮痕或削跡，因此必須要保護本 發明透明鍍層。尤其是當大部分的透明鍍層是由有機聚合 物所組成時，對於硬度、磨蝕阻抗及刮蝕阻抗來說，該透 明鍍層或會具有不佳的機械強度_。該保護層最好是含有氧 化矽鍍層或玻璃平板為佳。 或另者，該透明鍍層可進一步包含氧化矽質的無機網 絡，即如申請專利範圍第8項所定義者。至少部分地被本 發明有機聚合物所環繞的光色材料，會在該透明鍍層裡被 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 575742 A7 ___—__B7 五、發明説明（6 ) ' "" 併入於一無機網絡中。或另者，該氧化矽質無機網絡可與 如W0 98/30923所述之有機聚合物構成一種經合併無機/有 機網絡。這會產得一種能夠展現出良好切換行為，並且屬 抗摩擦與刮痕之透明鍍層的光學元件。 如申請專利範圍第9項所定義之畫面顯示器裝置利用如 申請專利範圍第1項所定義之光學元件，其中該光學元件 透射會隨著入射輻射強度增加而減少，藉此改善所生影像 的對比性。本發明光學元件會影響所反射之環境光線，以 及發自於該畫面顯示器裝置内部（各）光源之光線，例如來 自陰極射線管（CRT)内之磷質、來自電漿顯示器面板（Pdp) 内電槳放電或是來自於LED顯示器面板内電子螢光材料， 兩者的強度。該入射環境光線會通過該光學元件並反射， 例如在CRT磷質或彩色濾光鏡處，之後反射光線會再度地 穿過該光學元件。如該光學元件透射為T，反射環境光線 的強度會按照T2的因數而減少。不過，來自内部（各）光源 的光線會只行經該光學元件一次，因此這個光線的強度會 只按照T的因數而減少。這些效應的組合就會造成對比性 按T1的因數而增加。 可按照如「國際申請案」PCT/IB00/11385 (PHN 17.765)所 述之疊層程序方法的方式製作J如上述之畫面顯示器裝 置，產生一顯示透窗以及，在該顯示透窗的前端，一輔助 性透明平板（最好是玻璃平板為佳），這些顯示透窗與輔助 性平板是藉由可熱固性材料而彼此接附。可藉由將光色材 料與疊層程序方法中所需要之樹脂相互混合而獲得各種光 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 575742 A7 ____B7 五、發明説明（7 ) 色性質。該疊層程序方法中的樹脂最好是一種具低於攝氏 40度之玻璃轉變溫度Tg的有機聚合物，尤以低於攝氏1〇度 為宜。或另者，例如利用前述核心-外殼粒子、晶枝體或 超分支聚合物，該疊層程序方法中的樹脂可構成一種含有 微型環境的剛性基質，此微型環境具有足夠的移動性以確 保光色材料的快速彩化/去彩化效果。由於該輔助性平 板，此顯示透窗具有極佳的抗刮能力。而如顯示器裝置為 陰極射線管（CRT) ’當利用此疊層程序方法時，可獲致一 種内含性的防内爆CRT管。 如申請專利範圍第10項所定義之晝面顯示器裝置具有一 光學元件，其中透射係按入射輻射而定，而該入射輻射的 波長是在該顯示器面板的發射衝波之外。因此，該光學元 件透射不會受到該晝面顯示器裝置本身所穿透之光線影 響。 參照於後載各具體實施例，本發明該等及其他特點可為 顯所易見並將分文述釋。 圖示簡單說明 、 圖1顯示一其上供鑛有根據本發明之透明鍍層的光學元 件，可將該光學元件供置於顯示面板之觀視側， 圖2顯示封閉（CF)形式及開放_ (PF)形式之2,2-二笨-2H-笨 并[h]色烯的轉化作用’其中該開放形式可被表示成兩個 中介性結構；一具局部電荷之雙極兩性離子形式，以及一 較低的極性polyenic或五離子形式， 圖3顯示開放形式萘酚吡喃在切換開啟關閉時的時間解 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 575742 A7 B7 五、發明説明（8 ) 析吸收圖譜， 圖4顯示聚二苯氧基乙烷二曱基丙烯酸酯化學結構， 圖5顯示核心-外殼粒子， 圖6顯示第五代聚（丙烯）晶枝體物， 圖7顯示一本發明具體實施例，其中該透明鍍層供置有 一保護層，

圖8顯示一顯示器裝置，此例中係一 CRT，而在該顯示 器裝置光線路徑上載置有個別的本發明光學元件， 圖9顯示一顯示器裝置，此例中係一 CRT，其中將本發 明光學元件疊置於該顯示面板上， 圖10係一疊層CRT螢幕的略圖表示；其中，因該CRT螢 幕的非平坦性之故，該聚合物層的厚度並非固定， 圖11顯示一疊層的吸收圖譜，含有兩個1 mm厚度玻璃 平板，以及一個含有重量0.11%之Photosol 7-114的1mm厚度 聚（2-乙基己基甲基丙烯酸酯）（聚（EHMA))層，

圖12顯示在100% EHMA基質（I)内，以及在含重量20% MAA與重量80% EHMA之共聚合物基質（II)内的Photosol 7_ 114吸收圖譜，和 圖13顯示在100% EHMA基質（A )内，以及在EHMA /雙酚 -A (90/10)基質（B )内的 Photosol 74 14 吸收圖譜。 該等圖示僅屬略圖且未按比例繪製。而尤為簡潔易懂， 部分維度或屬強烈誇示。在該等圖示中，凡屬可能者，其 相仿參考編號皆參指於類似部分。 發明詳細說明 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 575742 A7 B7 五、發明説明

用以改變光線透射的光學元件可用在影響（可見）光線的 透射及/或反射，例如汽車的後視鏡及天窗，或是建築物 的窗戶（「智慧型窗戶」）或景觀透鏡。 該些光學元件也可用於（平面）顯示器裝置之顯示透窗的 觀視側，像是陰極射線管（CRT)、電漿顯示器面板（pDp)、 像是有機LED顯示器面板的電子螢光顯示器面板，以及液 晶顯示器面板（LCD、LC-TV或是電漿定址式LCD)，以改 善所生影像的對比性。 圖1顯示一光學元件，其中供置有根據本發明之透明鍍 層2的基板1，該光學元件可為供置於一顯示器面板之觀 視侧。來自該顯示器裝置週遭的光點3會入射於該光學元 件某部分。造成該光點3的輻射Ls可源於例如來自陽光， 且直接地進入或間接地經過一或更多另外的透窗玻璃，並 入射於該光學元件的某部分。該光點3也可來自於該光學 元件附近的另一輻射源’例如一光燈。圖1裡顯示一圓形 光點3。然而該光點3可具任意外形，且可入射於該光學 元件的某部分或整個光學元件上。該光點3亦可含有數個 光點。特別是，該光點3的強度在該光學元件的不同位置 處可為互異。 在該光學元件係經供置於一顯^示器面板之觀視側的情況 下，於該顯示器裝置之顯示器透窗上所生製影像的對比性 在該光點3的位置處會大幅降低，這是因為該光點3強度 所造成的。該透明鍍層2各項性質之一，就是當該光點3 的光線強度增加時，該鍍層的透射在該光點3的位置處會 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)

裝

575742 A7 _ B7 五、發明説明（10 ) 自動地降低，使得在該光點3的位置處的顯示器裝置對比 性會增加。該透明鍍層2的另一項性質，就是當該光點3 的光線強度（再度地）減少或者當顯示器透窗上的光點消失 時，在該光點3位置處該鍍層的透射就會（再度地）自動增 加。一般說來，此透明鍍層會對入射於該鍍層上之（環境） 光線的光線強度變異性出現可逆方式的反應結果。 對於將本光學元件應用在顯示器面板之觀視側的情況， 該光學元件的動態性玻璃透射範圍應該最好是依據日光照 明的量值而定，設定於30%與70%之間。通常，會將顯示 器面板置放在其中提供有該光學元件或多或少均勻照明之 環境下’以獲整個光學元件彩化/去彩化結果而產生高品 質影像。 最好是以低於10分鐘的切換時間為宜。光色材料應最好 是僅回應於具320奈米及400奈米間之波長的光線為佳。這 些邊界是因為該前端玻璃面板在低於32〇奈米時非屬透 明’且該光學元件應不對該顯示器面板發射之綠光所散發 的光線（〜400奈米）反應等事實所產生。就以敏感度而言， 該等光學元件應最好是能夠回應於具照明水準超過3〇〇来· 燭光之曰光。該光學元件最好是會變成中性彩化，尤以灰 色為宜，因為灰膜不會改變該雙示器裝置發出的光線色 彩。此外，該光學元件應具有長使用壽命。在室内照明條 件下’其服務壽命應最好是超導5年。 該光學元件的色彩極為重要，因為這會影響到該顯示器 裝置晝面的色彩。可用兩個座標x&y來表示該光學元件 -14- 575742

的色彩’稱之為C.I.E·彩度圖的色彩點。對於給定光源， 可從該光學元件的透射圖譜計算出該色彩點。對在顯示器 面板上明亮區段的觀察到色彩，從顯示器面板内之光源所 發出的光線’例如CRT上的碌質，必須只能通過該光學元 件一次。而對在「暗黑」區段的色彩，光源是必須只能通 過該光學元件兩次的環境光線。因此，對於明亮區段的色 彩’光學元件的單次透射色彩點會極為重要，然而對暗黑 區段的色彩，光學元件的雙次透射色彩點會極為重要。而 對在顯示器面板的觀視側使用該光學元件，該光學元件的 所欲色彩會約為灰色，意即該光學元件或多或少地等量吸 收j80到780奈米之間的光線。這種灰性光學元件的色彩點 對於X和y會是在〇·30到〇·37之間，且最好是對於白色E光 為X和y ’以及對於單次及雙次透射，是在〇 31到〇 35為 佳。具此色彩點的鍍層對於顯示於顯示器面板上之圖像的 色彩不會具有太大的影響性。 光色材料屬複合性，而當輻射照射時，可（逆性地）從一 狀態改變至另一具有顯著不同之吸收譜圖的狀態。傳統 上’光色材料的初始狀態會在比起該光學產品為短的波長 處吸收光線。由於引入輻射以及吸收譜圖的變化經常是在 UV-VIS區域内，隨著該複合物的_色彩變化其光色性通常是 可見。即以本應用項目而言，對於光色材料會感到興趣是 因為可從無色轉返成有色狀態。然而，前向反應（彩化）按 定義是由光線所引發，而反向反應（去彩化）則是可由光線 或熱性，或兩者組合，所引發。 -15- 本紙張尺度適用巾g a家標準(CNS) A4規格(21QX297公爱)

裝 -訂

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從文獻中·可知大量的光色材料 ’而可將該等歸分為多種

別中選出的光色材料之範例可為三甲基 -硝基-8-曱氧基_ 丨哚。從螺噁嗪類 二甲基-螺[4丨嗓- -[jH]奈齡[2，l-b][l，4] σ惡嗪]。而從茶驗峨痛類別中選出 的光色材料之範例可為2,2-聯笨-2Η-苯[h]色晞，即如圖2 所繪。由於其較高的光穩性，螺噁嗪和莕酚吡喃會比起螺 叶匕σ南較適合於像是光色鏡層的實際應用。 溶液中的茶齡π比喃分子對於UV光線的吸收結果會造成 所注示之碳氧鍵的裂離。在此開放形式裡，會有可能在兩 種先前隔離之7Γ系統間產生共軛性。這會導致在可見區域 裡出現寬廣的吸收頻帶結果（除了在UV區域中的吸收頻帶 以外）’以及相隨的分子色彩變化。所謂的開放形式（〇F) 之結構是類似於穩變花青：y：，並因此將此開放形式稱為光 穩變花青苷。此開放形式可按兩種中介形式所表示··具局 部電荷之雙極兩性離子形式，和較低的極性polyenic或五 離子形式。因此該莕齡TT比喃的開放形式具有高度的溶劑化 顯色性，意即吸收圖譜係根據瀋_劑的極性而定，其實並不 令人意外。由於封閉形式比起開放形式而言更為熱動態性 地穩定，環狀封閉反應為熱性啟動程序並且會同時地進 行。後圖3中即繪示輸出一種開放形式的時間解析吸收圖 譜範例，以及一描述此彩化/去彩化程序之模型。封閉形 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 575742

式的審盼吨喃會被u v光線所激發（CF*)，而這或會引起碳 氧鍵斷裂而產生開放形式（0F)，或是一回返至靜地狀態 (CF)的競爭關閉程序。因為同時地發生逆向反應之故，所 以會在某個時段後達到無色封閉與有色開放形式之間的平 衡狀恶’這稱為光靜狀態。在此平衡狀態下，環狀開放速 率會等於壞狀封閉速率。當再度關閉輻射作用後，光穩變 化青菩會開始去彩化。〇F可按不同構造及組態的異構物 而存在。據信出現有不同的開放形式異構物就是相當寬廣 的吸收頻帶之原因。 為獲得根據本發明之光學元件，必須在施用透明鍍層的 過程中保留光色材料的光物理性質。該光色材料最好是至 >部分由一有機聚合物所環繞。在一特定具體實施例裡， 該有機聚合物為該透明鍍層的主要成分。既已發現隨著該 有機聚合物的Tg增高，並因此增加該有機聚合物的硬度， 該光色材料的彩化/去彩化反應會變得較慢。如此，環繞 於該光色材料的有機聚合物物理性質，尤其是Tg，對光色 材料光物理性質而言極為重要。、 例如’在聚（聚（乙二醇）二甲基丙烯酸酯）330 (該單體物 PEGDMA 330具有330 g/m〇l平均分子重量）裡之Ph〇t〇s〇17_ 114去彩化作用的對半時間，此:走具有攝氏123度的八，會 超過10分鐘。相對地，在聚（聚（乙二醇）二甲基丙烯酸酯） 550 (該單體物PEGDMA 550具有550 g/mol平均分子重量）裡 之Photosol7-114去彩化作用的對半時間，此者具有攝氏13 度的Tg ’會少於2分鐘。該單體物PEgdmA的化學結構可 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 575742

五、發明説明（μ ) PEGDMA 330 與 pEGDMA 55〇 之間

C /分鐘的加熱速率，以 如圖4所緣。參照於圖4，PEGDM/ 的差異在於該單體物的串鏈長度： 均為4 ;而對於PEGDMA 550，n平 UMTA)」測量作業所獲的最高機械 在此，最好是依3點彎曲模式，按2 以1 HZ的頻率來執行此等測量作業 為佳。樣本維度係40 X 1 〇 X 1毫米。· 該有機聚合物最好是光學潔淨聚合物材料，像是聚（曱 基）丙烯酸酯、聚（二（甲基）丙烯酸酯）、聚（苯乙烯）衍生 物、聚（二乙烯醚）、聚（氨基甲酸酯）、聚（環氧化物）^可 藉一游離基聚合程序來進行聚合作用，其中會以光化學、 熱性或藉電子射束的方式來構成各游離基物種。 由於其快速性及靈活性，故光聚合作用的方式可為較 佳。對於出現光色材料染劑的光聚合作用，該聚合物系統 及聚合作用條件需與該染劑相容，否則會（部分地）喪失各 種光色材料性質。其一範例可為出現有萘酚峨喃ph〇t〇s〇1 7-114的丙烯酸酯光聚合作用，該者可由ppG工業公司所供 售。既已發現一般說來丙烯酸酯的光聚合作用條件並不與 莕酚吡喃Photosol 7-114相容：聚金作用程序中所產生的丙 烯酸酯游離基會極具流動性，並因此過度反應而在聚合作 用過程中會損毁光色材料。此外，既已發現開放形式 Photosol 7-114會比起封閉形式更易受到游離基的攻擊。利 用波長低於380奈米的UV光線來引發產生游離基通常會造 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 575742

成損失所欲之光色性質。因此，應採用具有高於波長4〇〇 奈米之滅絕係數的光引發劑。而利用曱基丙烯酸酯的光聚 合作用，且當利用一將光色材料保留於其（更為穩定之）封 閉形式的輻射波長時，已確可獲得更佳結果，意即光色作 用性損失較低。例如，對於Photosol 7-114來說，這會是高 於405奈米波長。 即如前述，對於快速切換時間，會要求具適於低之聚 合物系統。然而，既已發現當光致合作用時，相較於高& 系統，在低八系統中通常會失去更多的光色作用性。這是 因為比起在尚Tg系統裡，於低Tg系統中所產生之游離基的 較高流動性所造成。 藉由在聚合作用處理程序前，將光色染劑併入於晶枝體 或超分支聚合物或核心_外殼粒子内，光色染劑會被隔離 於此聚合作用處理程序所產生之游離基物種，這會造成光 色性質交轉。 或另者，可將至少部分地被一有機聚合物所環繞的光色 材料，按聚合物粒子的形式而引入於透明鍍層内。聚合物 粒子可按如大小、黏滯度及化學組成等性質上加予微調， 將k些聚合物粒子和一或更多像是光色材料、光學材料 (以微調像是色彩、折射指數、:輝度等性質）及光穩定劑之 功此性質的材料併同載入。如此，可藉由利用聚合物粒子 作為該功能性材料的載體，而將所獲材料引入於該透明鑛 層内。可將這些複合物的環境最佳化而為對該透明鍍層性 質的最小干擾。從而，即可實作出各項動態程序，且即使 ____ -19- 本紙I尺度_ 时辟χ挪公爱τ--- 575742

發明説明 是在具良好抗刮性的鍍層裡，像是「硬」溶膠基礎式鍍層 亦然。此外’這可例如藉保護不受像是出現於聚合作用反 應内之游離基的反應性物種，以及像是由光性或熱性處理 程序所產生之游離基的反應性物種的影響，來改善功能性 材料的穩定性，而這是在當將光色材料引入反應單體物混 合物内時所必要的。在本發明較佳具體實施例中，該透明 錢層含有核心-外殼粒子，這是由含有機聚合物及光色材 料的核心’和含交互鏈結聚合物以保護該核心之外殼所組 成的（參見圖5 )。尤其是，會以對於該核心—外殼膠乳之 摻入物的方式來施用該光色材料。 例如’以像是PS-PEO成塊共聚物的非離子表面活化劑來 備置聚（2-甲基己基丙烯酸酯）（PEHA) ^將此膠乳加以過濾 及滲析，以移除所有堆結膠乳粒子及過量的表面活化劑。 然後’以膨脹程序來將該光色材料併入此核心内。為此， 將該光色材料溶入適當的有機溶劑裡（含或無須表面活化 劑）’再將此溶劑加入該膠乳。將所獲混合物予以攪拌數 曰。接著，將該膠乳予以過濾、滲析並再度過濾，以移除 所有的沉澱光色材料、堆結膠乳粒子及過量的表面活化劑 (倘確出現）。在將光色材料併入此核心後，將按適當pH 值且無需額外的表面活化劑L備置交互鏈結聚苯乙烯 (PS)外殼。將按此方式所備置出含有該光色材料的核心一 外殼粒子再度加以過濾並冷凍乾燥。經冷凍乾燥後，按攝 氏50度於較低壓力下藉烘爐將此核心-外殼粒子予以乾 化。¥將非離子表面活化劑加入該核心-外殼膠乳，且予 •20- 本紙張尺度適财a s家辟(CNS) M規格(請.公爱) 575742 A7 B7 五、發明説明（l7 ) 以適當pH調整後，即可簡易地將此核心-外殼粒子重新 溶佈於有機溶劑或液態（曱基）丙烯酸酯單體物内。 裝 在另款具體實施例中，以像是PS-PEO成塊共聚物的非離 子表面活化劑來備置PEHA核心。將此核心-膠乳加以過 濾及滲析，以移除堆結膠乳粒子及過量的表面活化劑。然 後，再按適當pH值且無需任何額外表面活化劑，來備置 交互鏈結PS外殼。之後，以膨脹程序來將該光色材料併入 此核心内。為此，將該光色材料溶入適當有機溶劑裡，可 含或無須表面活化劑，並將此溶劑加入該膠乳。將所獲混 合物予以攪拌數日。將如此備製出且含有光色材料之核 心-外殼粒子再度過濾並且冷凍乾燥。經冷凍乾燥後，按 攝氏50度於較低壓力下藉烘爐將此核心-外殼粒子予以乾 化。同樣地，當將非離子表面活化劑加入該核心-外殼膠 乳，並予以適當pH調整後，即可簡易地將此核心-外殼 粒子重新溶佈於有機溶劑或液態（甲基）丙烯酸酯單體物 内。 線 另一種對於以一有機聚合物環繞該光色材料的替代方 式，就是將該光色染劑包封於具有彈性且可確保染劑局部 移動性的晶枝體或超分支聚合物之内。晶枝體之一範例可 如圖6所繪。將染劑併入於晶-枝體内之一範例可參照如 J.F.G.A. Jansen 等人著作（"Encapsulation of guest molecules into a dendritic box”，Science，第 266 冊，1994 年 11 月 18 日，第 1226 - 1229頁）所描述。至於將染劑併入於超分支聚合物内 之一範例，可參照如Schmaljohann等人著作（’’ Blends of -21- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 575742 A7 B7 五、發明説明（18 ) amphiphilic，hyperbrached polyesters and different polyolefins”， Macromolecules，第 32 冊，1999 年，第 6333 - 6339 頁）。 本發明的光學元件製造方法係為利用一種反應性混合 物，其中包含具有兩種以上功能性之單體物，例如像是 (曱基）丙烯酸酯樹脂、苯乙烯衍生物及乙烯醚，以及光色 材料（按此方式，或併入於核心-外殼粒子或於超分支聚 合物内。以薄膜覆層（數微米的厚度）的方式將此混合物施 用於基板上，例如玻璃面板，之後可藉利用光色處理、熱 性處理或是藉電子射束等方式來進行聚合作用。 或另者，例如藉由膨脹程序，而將該光色材料併入一聚 合物箔層内。該聚合物箔層之適當材料的範例可如PET、 聚（碳酸鹽）、聚（丙烯酸酯）或聚（乙烯醇縮丁醛）。然後再 利用壓敏黏著劑、UV固性樹脂或熱固性樹脂，將該箔層 施用於該基板表面上。 例如，利用Photosol 7-114酒精飽和溶液，將一聚（乙烯 醇縮丁醛）（PVB)箔層膨脹。然後，將此箔層風乾。可利用 如美國專利申請2001-0006732-A1 (PHN 17854)所述方法，將 含有該光色材料的聚合物箔層疊覆於該基板上。或另者， 將該箔層疊置於玻璃基板1和玻璃保護層4之間。後續會 以1 bar的壓力，並按攝氏60度:的溫度來壓併將此堆疊（參 見圖7 )維持一個小時。 在利用光學元件於顯示器面板之觀視側的情況下，該光 學元件可構成個別面板，將其排置於該顯示器螢幕外側的 光線路徑，即如圖8所示。或另者，可該光學元件疊置於 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） A7 B7 575742 彡、發明説明（19 ) 顯示器面板上，或利用該顯示器面板本身來作為該光學元 件的基板，即如圖9所示。 在一特定具體實施例中，會將一玻璃平板疊置於該顯示 器螢幕上，即如該「國際申請案」PCT/IB00/11385 (PHN 17765)所描述。為此，該玻璃平板4會放在距該顯示器螢 幕1某個距離，且將該顯示器螢幕1與該玻璃平板4之間的 空間（透過聚合作用及/或交互鏈結方式）填滿一可固性材 料，而此可固性材料在固化後會產獲透明鍍層2。 如此，前文中所述之玻璃平板可供置一含有光色材料之 透明鍍層，或可將該光色材料併入於用於疊層處理程序之 樹脂内（即如像是核心-外殼粒子或於超分支聚合物内）。 可例如透過利用游離基聚合作用，將像是（曱基）丙烯酸 酯、苯乙烯衍生物或乙烯醚的樹脂，按現場方式進行聚合 化。 對於疊置以聚合物層或一含有光色材料之透明鍍層及前 端玻璃面板的CRT，該聚合物層的厚度或無法為常數值， 這是因為CRT螢幕的非平坦性（參見圖1〇)。當光色材料係 按彩色形式時，這項聚合物層厚度的變異性或會導致變動 吸收結果（當膜層較厚時會吸收較多），而這是不可接受 的。對此問題，一種解決方式是一併入大量的光色材料於該 聚合物層内，而令在320 - 400奈米間之UV光線的穿透深度 (意即90%的UV光線會被該光色分子所吸收的深度），將會 少於該聚合物層的厚度。藉由併入適量的染劑，9〇〇/0的 UV光線會在像是該聚合物層的前〇 5毫米處所吸收，而該 -23- 本紙張尺度適财國國豕標罕(CNS) A4規格(21巧297公爱) 575742 A7 B7 五、發明説明（2〇 ) 聚合物層厚度為1毫米到3毫米。按此方式，僅在此「作 用」層内的光色分子會在UV輻射時變為彩化，產生均勻 彩化的光色疊層。 範例：一種以Photosol7-l 14及聚（EHMA)為基礎的光色疊 層。圖11中繪示一含有兩個1毫米厚度玻璃平板，以及一 含重量0.11%之Photosol7-114之1毫米聚（EHMA)層的光色疊 層吸收譜圖。藉併輸入重量0.11%的光色材料Photosol7-l 14 於該聚（EHMA)層内，90%的具波長360奈米之光線會在前 〇·5毫米處所吸收，而90%的具波長400奈米之光線會在該 聚合物層前1毫米處所吸收（此吸收結果具有波長相關性， 這是因為吸收該染劑的譜圖並非均勻之事實）。換言之， 在該聚合物層裡，320 - 400奈米間之UV光線的穿透深度會 是0.5毫米到1毫米之間。對於CRT上的光色疊層，這種特 定的染劑穿透性即已足夠，只要在該疊層内的聚合物層超 過1毫米。 從目前廣泛範圍的可用光色材料中，可以選取出或多或 少具有適合色彩的光色材料。然而，當併入於本發明有機 聚合物裡時，經彩化、低透射形式之光色材料的色彩或會 無法完全令人滿意。既已發現當改變該有機聚合物極性 時’即可微調該光學元件的色彩一點。例如，可將紫色透明 錢層透射轉進藍/灰色性透明鍍層。此外，可藉由利用一 更具極性的環境’來增長光色材料的壽命。可藉下述兩種 方式其中一者來改變極性： A.將該有機聚合物的單體物與另一具不同極性之單體物 •24- 本紙張尺度適财g g家標準(CNS) A4規格(21GX 297公董了 575742 A7 _____B7 五、發明説明（21 ~Γ~ — 共聚化。這種方式其一範例可如2-乙基己基-甲基丙烯酸 酯（ΕΗΜΑ)(構成該有機聚合物）與曱基丙烯酸的共聚作 用。 Β.將一種具不同極性之可溶、非揮發性、低分子重、非 反應性複合物加入該有機聚合物的單體物内。例如，將雙 酚Α加入2-乙基己基-甲基丙烯酸酯内。 方式A的其一範例可為如下：將重量佔80部分的2·乙基 己基-曱基丙烯酸酯（EHMA)、重量佔20部分的甲基丙烯酸 (MAA)、重量佔0·5部分的LTPO，以及重量佔〇·1部分的 Photosol7-l 14，倒入顯示器螢幕及玻璃平板之間的體積内 ，即如「國際申請案」PCT/IBOO/11385 (PHN 17765)所描述 。然後，藉由波長436奈米之輻射並利用輻射強度10毫瓦/ 平方公分而維持80分鐘，將該混合物固化。 在光聚合作用程序後，可獲得具快速切換時間之光色疊 層（以短於5分鐘的彩化/去彩化）。當以UV光線照明時， 根據照明強度與溫度而定，這種如具0.75毫米厚度之透明 疊層’將會在570奈米處具有甚低至5%的透射結果。而無 U V光線照明時，無關於溫度高低，該透明疊層在570奈米 處會具有約96%的透射結果。而與僅由EHMA所製作的透 明疊層相比較，此透明疊層的色_彩確已改變（參見圖12 )。 圖12中的曲線I顯示Photosol7-n4在1〇〇%聚（EHMA)内的吸 收圖譜’而曲線II則顯示Phptosol7-114在一含重量20% MAA及重量80% EHMA之共聚物内的吸收圖譜。因為顯存 有MAA從而造成吸收圖譜的位移，導致該光學元件色彩點 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ 297公釐) 575742 A7 B7 五、發明説明（22 ) 的位移。 這種無MAA的可比較透明疊層可按如下方式製作：將重 量100份的EHMA、重量0.5份的LTPO以及重量0.1份的 Photosol7-114的混合物倒入顯示器螢幕及玻璃平板間的體 積空間内，即如「國際申請案」PCT/IB00/11385 (PHN 17765)所描述方式。 方式B之一範例可為如下：將重量90份的EHMA、重量 10份的雙酚-A、重量0.5份的Lucirine 2,4,6_三曱基苯醯二 苯瞵化氧（LTPO，此為BASF公司所供應之光引發劑）以及 重量0· 1份的Photosol7-l 14混合物倒入顯示器螢幕及玻璃平 板間的體積空間内，即如「國際申請案」PCT/IB00/11385 (PHN 17765)所描述方式。然後，藉由具波長436奈米之光 線’利用輻射密度10毫瓦/平方公分維持80分鐘，以輻射 將該混合物固化。在光聚合作用程序後，即可獲得具快速 切換時間（以短於5分鐘的方式彩化/去彩化）的光色疊層。 當以UV光線照明時，根據照明強度與溫度而定，這種如 具* 〇·75毫米厚度之透明疊層，將會在57〇奈米處具有甚低 至5%的透射結果。而無UV光線照明時，無關於溫度高 低’該透明疊層在570奈米處會具有約96%的透射結果。 當相較於未利用雙酚-Α所製#之透明疊層，此透明疊 層的色彩確已位移。圖13顯示在1〇〇% EHMA基質（A)和 EHMA /雙酚·Α (90/10)基質（B)裡，按彩色形式的Ph〇tosol7- 114及收圖譜。無雙紛-A，彩色形式的Photosol7-114會在 435 太、| π米及565奈米處具有吸收最大值。加入重量1〇份的雙 — -26 - &通用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公爱） 575742 A7

岛A會使得該吸收最大值分別地位移到44〇奈米及575奈 米處。可從圖13中清晰看出將重量10份的雙酚- a加入 EHMA會改變吸收最大值的位置，並因此改變光色疊層的 色彩點位置。 對於熟諳本項技藝之人士而言，確可顯知各種歸落本發 明範圍内之變化方式皆屬可能。 例如’可藉具抗反射或抗閃光效果之各膜層，或是具抗 靜電效果的膜層來擴增該光色層/也可將穩定劑加置於環 繞該光色材料的有機聚合物，以改善該光色材料防抗於游 離基或其他反應性物種。此外，可施加所欲之光色材料混 合物以例如微調該光學元件的各項光學性質，像是色彩純 度或該光學元件的切換速度。 總體而論，本發明係有關於一種光學元件，其中包含供 鍍含有光色材料之透明鍍層的基板，其中在可見波長範圍 内該光學元件的透射會相應於局部地入射在該透明鍍層上 之光線的變異性而改變。為對於光學元件快速彩化/去彩 化而獲致具有經改良效能的光學元件，該光色材料會至少 部分地由有機聚合物所環繞，此者具有低於攝氏4〇度的玻 璃轉變溫度。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)

裝

Claims (1)

1. 575742 第091119253號專利申請案 中文申請專利範圍替換頁（92年1〇月） A8 B8 C8

   1. -種光學元件’包含含有光色材料之透明鍍層⑺的基 板⑴，其中在可見波長範圍内該光學元件的透射會相 應於局部地入射在該透明鍍層⑺上之光線的變異性而 改變，其中該光色材料係至少部分地由一有機聚合物 所環繞’該有機聚合物具有低於攝氏4〇度的玻璃轉變 溫度。 2·如申請專利範圍第1頊 伞 图昂貝之光學几件，其中該有機聚合物 具有低於攝氏10度的玻璃轉變溫度丁。 3. 如申請專利範圍第…項之光學元件，其中該有機聚 合物具有機聚合物是一種從（曱基）丙烯酸酯、二（甲 基）丙稀酸醋、苯乙烯衍生物、乙_、氨基甲酸醋及 環氧化物之群組中所選出而構成的聚合物。 4. 如申請專利範圍第13戈2項之光學元件，其中該透明鍍 層（2)含有核心_外殼粒子，此者包含有機聚合物及光 材料之核u，以及一父互鏈結聚合物以保護該核心 之外殼。 5. 如申請專利範圍第丨或2項之光學元件，其中該有機聚 合物係一超分支聚合物。 6. 如申凊專利範圍第丨或2項之光學元件，其中該透明鍍 層（2)係經供置於該基板⑴及該保護層⑷之間，以保 護該透明鑛層不受磨損。 7·如申請專利範圍第6項之光學元件，其中該保護層（4) 包含一氧化矽質鍍層或一玻璃平板。 8·如申請專利範圍第1或2項之光學元件，其中該透明鍍 O:\80\80278-921009.doc λ 本紙張尺度適财關家鮮(CNS) A4ft^10X297^)

   玎

   申請專利範園 層（2)進一步包含_ 虱化矽質無機網絡。 9.如申§月專利範 合物包含一 、j或2項之光學元件，其中該有機聚 _ 用X °周適5亥有機聚合物極性，俾以改變光 學兀件色彩點之裝置。 10·如申請專利範圍 r _ 貞之先學几件，其中該有機聚合物 單體物以及具有與該第一單體物不同極性之 弟一早體物的共聚物。 11 ·如申睛專利鈴圖穿 .^ 弟9項之光學元件，其中該有機聚合物 __ _ Jr* 又-j 7 " 〃、有與该有機聚合物不同極性之可溶、 非揮發性、低分+ i κ ^ • 重及非反應性複合物。 12. —種含有顯示器 奴 < 畺面顯不斋裝置，該面板具一 ,、/員不出晝面之作用部分，*中該晝面顯示器裝 广J 光學兀件，大小對應於該顯示器面板之作用 #刀的大小’該光學元件包含含有光色材料之透明鍍 ()勺基板（1)，其中在可見波長範圍内該光學元件的 f射會相應於局部地人射在該透明鍍層⑺上之光線的 變=性而改變，其中該光色材料係至少部分地H 機水口物所銥繞’該有機聚合物具有低於攝氏4〇度的 玻璃轉變溫度。 13·如申請專利範圍第12項之晝面顯示器裝置，其中該光 :兀件透射結果會是根據對一位於該顯示器面板發射 辜巳圍外之波長，而入射於該鍍層之輻射而定。 O:\80\80278-921009.doc -2 -