TWI743524B - 光學元件及汽車 - Google Patents

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Abstract

本申請案是有關於一種光學元件及汽車。本申請案的光 學元件可改變透射率並改善外觀缺陷(例如可能隨著液晶組件與外部基板的層壓而出現的褶皺)。此種光學元件可用於例如眼部穿戴物(例如，太陽鏡或者增強實境(AR)或虛擬實境(VR)眼部穿戴物)、建築物外牆或車輛天窗等各種應用。

Description

光學元件及汽車
本申請案主張於基於2018年8月14日提出申請的韓國專利申請案第10-2018-0094738號的優先權的權利，所述韓國專利申請案的揭露內容全文併入本案供參考。
本申請案是有關於一種光學元件。
各種光學元件是已知的，其被設計成可使用液晶化合物改變透射率(transmittance)。
舉例而言，使用應用主體材料(host material)與二色性染料客體(dichroic dye guest)的混合物的所謂客主單元(guest host cell)(GH單元)的透射率可變元件(transmittance-variable device)是已知的，且在所述元件中，主要使用液晶化合物作為主體材料。
此種透射率可變元件被應用於包括眼部穿戴物(例如太陽鏡及眼鏡)、建築物外牆或車輛天窗等在內的各種應用。
本申請案的一目的是提供一種光學元件，所述光學元件能夠改變透射率且具有改善的外觀缺陷（例如可能隨著液晶組件與外部基板的層壓而出現的褶皺）。
本申請案是有關於一種光學元件。所述光學元件包括液晶組件，所述液晶組件具有其中依序層壓第一基底層、液晶層及第二基底層的結構。
圖1示例性地示出根據本申請案一個實例的液晶組件。如圖1中所示，液晶組件10可具有其中依序層壓第一基底層11a、液晶層12及第二基底層11b的結構。另外，表達「第一（first）」及「第二（second）」並不規定基底層的前後關係或上下關係。
作為一個實例，構成液晶組件10的第一基底層11a及第二基底層11b中的一或多者可具有約2.2*10-4 牛頓米（N·m）或大於2.2*10-4 牛頓米的抗撓剛度（flexural rigidity）（D），如由以下方程式1表示。
[方程式1]
Figure 02_image001
在以上方程式1中，D是基底層的抗撓剛度，E是基底層的楊氏模量（Young’s modulus），he 是基底層的厚度，且υ是基底層的帕松比（Poisson’s ratio）。
在另一實例中，以上公式1的抗撓剛度（D）可為約2.2*10-4 牛頓米或大於2.2*10-4 牛頓米、4*10-4 牛頓米或大於4*10-4 牛頓米、6*10-4 牛頓米或大於6*10-4 牛頓米、8*10-4 牛頓米或大於8*10-4 牛頓米、10*10-4 牛頓米或大於10*10-4 牛頓米、20*10-4 牛頓米或大於20*10-4 牛頓米、30*10-4 牛頓米或大於30*10-4 牛頓米、40*10-4 牛頓米或大於40*10-4 牛頓米或者約50*10-4 牛頓米或大於50*10-4 牛頓米，且上限並無特別限制，而是可為約1牛頓米或小於1牛頓米、5*10-1 牛頓米或小於5*10-1 牛頓米、1*10-1 牛頓米或小於1*10-1 牛頓米、5*10-1 牛頓米或小於5*10-1 牛頓米或者約1*10-2 牛頓米或小於1*10-2 牛頓米。
當基底層滿足在以上範圍內的抗撓剛度（D）時，在包括基底層的液晶組件與下文闡述的外部基板進行層壓以製造光學元件時，例如褶皺等外觀缺陷可減少。
作為一個實例，在第一基底層及第二基底層中的每一者中，以上方程式1的抗撓剛度（D）可為約2.2*10-4 牛頓米或大於2.2*10-4 牛頓米。當第一基底層及第二基底層的抗撓剛度滿足以上範圍時，光學元件的外觀缺陷可更高效地減少。
在一個實例中，第一基底層及第二基底層中的每一者可具有約1*109 牛頓/平方米（N/m2 ）至約1*1010 牛頓/平方米的楊氏模量（E）。在另一實例中，基底層的楊氏模量（E）可為約1.2*109 牛頓/平方米或大於1.2*109 牛頓/平方米、1.4*109 牛頓/平方米或大於1.4*109 牛頓/平方米、1.6*109 牛頓/平方米或大於1.6*109 牛頓/平方米或者約1.8*109 牛頓/平方米或大於約1.8*109 牛頓/平方米，且可為約9*109 牛頓/平方米或小於9*109 牛頓/平方米、8*109 牛頓/平方米或小於8*109 牛頓/平方米、7*109 牛頓/平方米或小於7*109 牛頓/平方米、6*109 牛頓/平方米或小於6*109 牛頓/平方米、5*109 牛頓/平方米或小於5*109 牛頓/平方米、4*109 牛頓/平方米或小於4*109 牛頓/平方米或者約3*109 牛頓/平方米或小於3*109 牛頓/平方米。
舉例而言，楊氏模量（E）可以美國材料試驗學會（American Society for Testing Material，ASTM）D882中規定的方式測量，其可藉由以由相關標準提供的形式切割膜並使用例如萬能試驗機（universal testing machine，UTM）等用於測量應力-應變曲線（stress-strain curve）的設備（能夠同時測量力與長度）來測量。
當基底層的楊氏模量（E）滿足以上範圍時，以上方程式1的抗撓剛度（D）具有2.2*10-4 牛頓米或大於2.2*10-4 牛頓米的範圍是有利的。因此，當液晶組件與下文闡述的外部基板進行層壓以製造光學元件時，例如褶皺等外觀缺陷可減少。
作為一個實例，第一基底層及第二基底層可各自具有約10微米（μm）至約1,000微米的厚度（he ）。在另一實例中，基底層可各自具有約20微米或大於20微米、40微米或大於40微米、60微米或大於60微米、80微米或大於80微米、100微米或大於100微米、120微米或大於120微米、140微米或大於140微米、160微米或大於160微米或者為約180微米或大於180微米的厚度（he ），且可為約900微米或小於900微米、800微米或小於800微米、700微米或小於700微米、600微米或小於600微米、500微米或小於500微米或者約400微米或小於400微米。
當基底層的厚度（he ）對應於約100微米至約1,000微米時，以上方程式1的抗撓剛度（D）具有2.2*10-4 牛頓米或大於2.2*10-4 牛頓米的範圍是有利的，且因此，當液晶組件與下文闡述的外部基板進行層壓以製造光學元件時，例如褶皺等外觀缺陷可減少。
在一個實例中，第一基底層及第二基底層可各自具有約0.25至約0.45的帕松比（υ）。作為另一實例，帕松比可為約0.25或大於0.25、0.26或大於0.26、0.27或大於0.27、0.28或大於0.28、0.29或大於0.29或者約0.30或大於0.30，且可為約0.44或小於0.44、0.43或小於0.43、0.42或小於0.42、0.41或小於0.41或者約0.40或小於0.40。
帕松比（υ）是橫向變形比（lateral deformation ratio）（y方向，εy）對軸向變形比（axial deformation ratio）（x方向，εx）的負比，帕松比可由公式「帕松比= -εy/εx」來表達。帕松比可藉由各種眾所習知的方法來測量。舉例而言，帕松比可根據ASTM-D638中規定的方式使用標準大小樣品來測量。亦即，帕松比可藉由執行由兩個伸長計（extensometer）提供的樣品拉伸試驗來測量。一個伸長計與所施加拉伸應力平行配向，而第二伸長計與拉伸應力垂直配向，其中拉伸應力是在x方向上施加。
當滿足以上範圍的帕松比（v）時，以上方程式1的抗撓剛度（D）具有2.2*10-4 牛頓米或大於2.2*10-4 牛頓米的範圍。
作為一個實例，第一基底層及第二基底層並無特別限制，只要其具有以上方程式1的滿足2.2*10-4 牛頓米或大於2.2*10-4 牛頓米的抗撓剛度（D）即可，且其可用作本申請案的基底層。在一個實施例中，第一基底層及第二基底層可各自獨立地由聚萘二甲酸乙二酯（polyethylene-naphthalate，PEN）膜、聚醯亞胺（polyimide，PI）膜、環烯聚合物（cyclo-olefin polymer，COP）膜、三乙醯纖維素（tri-acetyl-cellulose，TAC）膜、聚對苯二甲酸乙二酯（polyethyleneterephthalate，PET）膜或聚碳酸酯（polycarbonate，PC）膜等使用，且並非僅限於此。
液晶組件可包括至少含有液晶化合物的液晶層。在一個實例中，液晶層是所謂的客主液晶層（guest host liquid crystal layer），所述客主液晶層可為包含液晶化合物及二色性染料客體的液晶層。
液晶層是使用所謂的客主效應的液晶層，使用客主效應的液晶層是一種其中二色性染料客體根據液晶化合物的配向方向（alignment direction）進行配向的液晶層（在下文中，可稱為液晶主體）。
定向（orientation）意指光軸的定向，且舉例而言，在液晶化合物呈棒形狀（rod shape）的情形中，光軸可意指長軸方向，而在液晶化合物呈盤形狀（discotic shape）的情形中，光軸可意指盤狀平面的法線方向。另一方面，在包含在任何定向狀態下具有不同光軸方向的多種液晶化合物的情形中，光軸可被定義為平均光軸（average optical axis），且在此種情形中，平均光軸可意指液晶化合物的光軸的向量和（vector sum）。配向方向可藉由施加下文欲闡述的能量來調節。
液晶層中所使用的液晶主體的類型並無特別限制，且可使用為達成客主效應而施加的一般類型的液晶化合物。
舉例而言，作為液晶主體，可使用碟狀液晶化合物（smectic liquid crystal compound）、向列液晶化合物（nematic liquid crystal compound）或膽固醇型液晶化合物（cholesteric liquid crystal compound）。一般而言，可使用向列液晶化合物。用語「向列液晶化合物」意指一種液晶化合物，所述液晶化合物的液晶分子在位置上不具有規律性，但皆可沿分子軸方向按次序排列。此種液晶化合物可呈棒形式或者可呈盤形式。
作為此種向列液晶化合物，可選擇具有例如約40℃或大於40℃、50℃或大於50℃、60℃或大於60℃、70℃或大於70℃、80℃或大於80℃、90℃或大於90℃、100℃或大於100℃或者約110℃或大於110℃的清亮點（clearing point）或者具有處於以上範圍內的相變點（phase transition point）（即等向性相（isotropic phase）到向列相的相變點）的液晶化合物。在一個實例中，清亮點或相變點可為約160℃或小於160℃、150℃或小於150℃或者約140℃或小於140℃。
液晶化合物可具有為負數或正數的介電常數異向性（dielectric constant anisotropy）。介電常數異向性的絕對值可慮及對象來適宜地選擇。舉例而言，介電常數異向性可大於約3或大於約7，或者可小於約-2或小於約-3。
液晶化合物亦可具有約0.01或大於0.01或者約0.04或大於0.04的光學異向性（∆n）。在另一實例中，液晶化合物的光學異向性可為約0.3或小於0.3或者約0.27或小於0.27。
可用作客主液晶層的液晶主體的液晶化合物對於熟習此項技術者而言是眾所習知的，且液晶化合物可自所述液晶化合物中自由地選擇。
液晶層包含二色性染料客體以及液晶主體。用語「染料」可意指一種能夠強烈吸收及/或修改處於可見光區域中的至少部分或整個範圍（例如380奈米至780奈米的波長範圍）內的光的材料，且用語「二色性染料客體」可意指一種能夠吸收處於可見光區域的至少部分或整個範圍內的光的材料。
作為二色性染料客體，舉例而言，可選擇並使用已知具有可根據液晶主體的定向狀態進行配向的性質的已知染料。在一個實施例中，可使用偶氮染料（azo dye）或蒽醌染料（anthraquinone dye）等作為二色性染料客體，且液晶層亦可包含一或兩種或更多種染料，以達成寬波長範圍的光吸收。
二色性染料客體的二色性比（dichroic ratio）可慮及二色性染料客體的使用目的來適宜地選擇。舉例而言，二色性染料客體可具有約5或大於5至約20或小於20的二色性比。在p型染料的情形中，用語「二色性比」可意指藉由將平行於染料長軸方向的偏振光的吸收除以平行於與長軸方向垂直的方向的偏振光的吸收而獲得的值。二色性染料客體可具有處於可見光區域的波長範圍內的至少一個波長、一些波長範圍或全部波長範圍內（例如處於約380奈米至約780奈米或者約400奈米至約700奈米的波長範圍內）的二色性比。
液晶層中的二色性染料客體的含量可慮及二色性染料客體的使用目的來適宜地選擇。舉例而言，以液晶主體及二色性染料客體的總重量計，二色性染料客體的含量可在約0.1重量%（wt%）至約10重量%的範圍內選擇。二色性染料客體的比可慮及下文欲闡述的液晶組件的透射率以及二色性染料客體在液晶主體中的溶解度（solubility）等來改變。
液晶層基本上包含液晶主體及二色性染料客體，且若有必要，則可根據已知形式更包含其他可選添加劑。作為添加劑的實例，可例舉手性摻雜劑（chiral dopant）或穩定劑（stabilizer），且並非僅限於此。
液晶組件可更包括用於維持第一基底層與第二基底層之間的基底層間隙的間隔壁（spacer）及/或能夠在維持第一基底層與第二基底層的間隙的狀態下對第一基底層及第二基底層進行貼合的密封劑（sealant）。作為間隔壁及/或密封劑的材料，可使用已知的材料，且並無任何特別限制。
液晶組件可更包括導電層及/或配向膜。圖2示例性地示出根據一個實例的液晶組件，所述液晶組件包括導電層及配向膜。如圖2中所示，液晶組件10可具有依序層壓第一基底層11a、導電層13、配向膜14、液晶層12、配向膜14、導電層13及第二基底層11b的結構。
導電層13可形成於第一基底層及第二基底層11a、11b中的每一者上。另外，導電層13可形成於面對液晶層12的表面上。存在於基底層的表面上的導電層13是用於對液晶層12施加電壓的構造，已知的導電層可應用於導電層13且並無特別限制。作為導電層，舉例而言，可應用導電聚合物、導電金屬、導電奈米線或例如氧化銦錫（indium tin oxide，ITO）等金屬氧化物。可在本申請案中應用的導電層的實例不限於以上材料，且可使用此領域中已知可應用於液晶組件的所有種類的導電層。
配向膜14可存在於第一基底層及第二基底層11a、11b的表面上。舉例而言，導電層13可首先形成於基底層的一側上，且配向膜14可形成於導電層13上。
配向膜14是用於控制液晶層12中所包含的液晶主體的定向的構造，且可應用已知的配向膜且並無特別限制。作為行業中已知的配向膜，存在摩擦配向膜（rubbing alignment film）或光致配向膜（photo alignment film）等，且可在本申請案中使用的配向膜是已知的配向膜，已知的配向膜並無特別限制。
為達成如上所述的光軸的定向，可控制配向膜14的配向方向。舉例而言，形成於彼此相對設置的第一基底層的相應表面與第二基底層的相應表面上的所述兩個配向膜的配向方向可彼此形成處於約-10度至約10度範圍內的角度、處於約-7度至約7度範圍內的角度、處於約-5度至約5度範圍內的角度或處於約-3度至約3度範圍內的角度，或者可彼此近似平行。在另一實例中，所述兩個配向膜的配向方向可形成處於約80度至約100度範圍內的角度、處於約83度至約97度範圍內的角度、處於約85度至約95度範圍內的角度或處於約87度至約92度範圍內的角度，或者可彼此近似垂直。
由於液晶層的光軸的方向是根據此種配向方向而確定，因此可藉由檢查液晶層的光軸的方向知曉配向方向。確認液晶層的光軸在液晶層的定向狀態下的形成方向的方法是已知的。舉例而言，液晶層的光軸的方向可使用另一偏光板（其光軸方向是已知的）來測量，所述偏光板的光軸方向可使用已知的測量儀器（舉例而言，例如來自日本分光（Jasco）的P-2000等偏振計）來測量。
具有此種結構的液晶組件的形狀並無特別限制（所述形狀可根據光學元件的應用來確定），且一般呈膜或片材（sheet）形式。
液晶組件可在至少兩種或更多種光軸定向狀態（例如，第一定向狀態與第二定向狀態）之間切換。此種液晶組件中的定向狀態可藉由施加能量（例如藉由施加電壓）來改變。亦即，液晶組件在無電壓施加的狀態下可具有第一定向狀態及第二定向狀態中的任一者，且當施加電壓時可切換到另一定向狀態。另一方面，透射率可根據液晶組件的定向狀態來調節。在一個實例中，在第一定向狀態及第二定向狀態中的任一者中可實施黑色模式（black mode），且在另一定向狀態中可實施透明模式（transparent mode）。
透明模式是液晶組件表現出相對高的透射率的狀態，且黑色模式是液晶組件表現出相對低的透射率的狀態。
在一個實例中，液晶組件在透明模式下可具有約20%、25%、30%或大於30%、35%或大於35%、40%或大於40%、45%或大於45%或者約50%或大於50%的透射率。此外，光學元件在黑色模式下可具有小於約20%、小於15%或小於約10%的透射率。
透明模式下的透射率越高則越有利，而黑色模式下的透射率越低則越有利，因此上限及下限中的每一者均無特別限制。在一個實例中，透明模式下的透射率的上限可為約100%、95%、90%、85%、80%、75%、70%、65%或約60%。黑色模式下的透射率的下限可為約0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或約10%。
透射率可為線性透光率（linear light transmittance）。用語「線性透光率」可為在與入射方向相同的方向上經由液晶組件透射的光（線性光）相對於在預定方向入射於液晶組件上的光的比。在一個實例中，透射率可為關於在平行於液晶組件的表面法線（surface normal）的方向上入射的光的測量結果（法線透光率（normal light transmittance））。
在本申請案的液晶組件中，透射率受控的光可為A類紫外線（ultra violet-A，UV-A）區域紫外光、可見光或近紅外光。根據常用定義，UV-A區域紫外光用於指具有處於320奈米至380奈米範圍內的波長的輻射，可見光用於指具有處於380奈米至780奈米範圍內的波長的輻射，且近紅外光用於指具有處於780奈米至2000奈米範圍內的波長的輻射。
若為期望的，則液晶組件亦可被設計成能夠實施除透明模式及黑色模式以外的其他模式。舉例而言，液晶組件亦可被設計成能夠實施第三模式，所述第三模式可代表透明模式的透射率與黑色模式的透射率之間的任何透射率。
本申請案的光學元件可包括第一外部基板及第二外部基板。表達「第一」及「第二」並不規定前後關係或上下關係。在一個實例中，液晶組件可位於第一外部基板與第二外部基板之間。舉例而言，如圖3中所示，液晶組件10可位於彼此相對設置的第一外部基板與第二外部基板20之間。
作為第一外部基板及第二外部基板20，舉例而言，可各自獨立地使用無機基板（例如玻璃）或塑膠基板。作為塑膠基板，可使用以下材料且不限於此：纖維素膜，例如三乙醯纖維素（TAC）或二乙醯纖維素（diacetyl cellulose，DAC）；環烯共聚物（cycloolefin copolymer，COP）膜，例如降冰片烯衍生物；丙烯酸膜，例如聚丙烯酸鹽（polyacrylate，PAR）或聚(甲基丙烯酸甲酯)（poly(methyl methacrylate)，PMMA）；聚碳酸酯（PC）膜；聚烯烴膜，例如聚乙烯（polyethylene，PE）或聚丙烯（polypropylene，PP）；聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）膜；聚醯亞胺（PI）膜；聚碸（polysulfone，PSF）膜；聚苯碸（polyphenylsulfone，PPS）膜；聚醚碸（polyether sulfone，PES）膜；聚醚醚酮（polyetheretherketone，PEEK）膜；聚醚醯亞胺（polyetherimide，PEI）膜；聚萘二甲酸乙二酯（PEN）膜；聚對苯二甲酸乙二酯（PET）膜；或者氟樹脂膜等。若有必要，則在第一外部基板及第二外部基板20上亦可存在金塗層、銀塗層或者例如二氧化矽或一氧化矽等矽化合物的塗層或者例如減反射層等功能層。
如上所述的第一外部基板及第二外部基板20的厚度並無特別限制，且各自可為例如約0.3毫米（mm）或大於0.3毫米。在另一實例中，厚度可為約0.5毫米或大於0.5毫米、1毫米或大於1毫米、1.5毫米或大於1.5毫米或者約2毫米或大於2毫米，且亦可為約10毫米或小於10毫米、9毫米或小於9毫米、8毫米或小於8毫米、7毫米或小於7毫米、6毫米或小於6毫米、5毫米或小於5毫米、4毫米或小於4毫米或者約3毫米或小於3毫米。
第一外部基板及第二外部基板20可為平的基板或者可為具有曲面形狀（curved surface shape）的基板。舉例而言，第一外部基板及第二外部基板可同時為平的基板、同時具有曲面形狀或者任一者可為平的基板而另一者可為具有曲面形狀的基板。
此處，在同時具有曲面形狀的情形中，相應的曲率（curvature）或曲率半徑（curvature radii）亦可為相同或不同。
在本說明書中，曲率或曲率半徑可以行業中已知的方式來測量，且舉例而言，可使用例如二維（2-dimensional，2D）輪廓雷射感測器（2D profile laser sensor）、色散共焦線感測器（chromatic confocal line sensor）或三維（3-dimensional，3D）測量共焦顯微鏡（3D measuring confocal microscopy）等無觸點裝置來測量。使用此種裝置測量曲率或曲率半徑的方法是已知的。
另外，就第一外部基板及第二外部基板而言，舉例而言，當前表面處的曲率或曲率半徑與背表面處的曲率或曲率半徑彼此不同時，相應面對表面的曲率或曲率半徑（即在第一外部基板的情形中面對第二外部基板的表面的曲率或曲率半徑及在第二外部基板的情形中面對第一外部基板的表面的曲率或曲率半徑）可作為參考。此外，當相關表面具有曲率或曲率半徑不恆定且不同的部分時，最大曲率或曲率半徑可作為參考，最小曲率或曲率半徑可作為參考，或者平均曲率或曲率半徑可作為參考。
第一外部基板與第二外部基板兩者的曲率或曲率半徑差可在約10%內、9%內、8%內、7%內、6%內、5%內、4%內、3%內、2%內或約1%內。當大的曲率或曲率半徑為CL 且小的曲率或曲率半徑為CS 時，曲率或曲率半徑差是藉由100 × （CL -CS ）/CS 計算的值。另外，曲率或曲率半徑差的下限並無特別限制。由於第一外部基板的曲率或曲率半徑與第二外部基板的曲率或曲率半徑的差可為相同，因此曲率或曲率半徑差可為約0%或大於0%，或者可大於約0%。
當第一外部基板與第二外部基板兩者均為曲面時，兩個曲率可具有相同的符號。換言之，第一外部基板與第二外部基板可在相同方向上彎曲。亦即，在以上情形中，第一外部基板的曲率中心與第二外部基板的曲率中心兩者均存在於第一外部基板與第二外部基板的上部部分及下部部分的相同部分中。
第一外部基板及第二外部基板的每一曲率或曲率半徑的具體範圍並無特別限制。在一個實例中，第一外部基板與第二外部基板各自具有約100R或大於100R、200R或大於200R、300R或大於300R、400R或大於400R、500R或大於500R、600R或大於600R、700R或大於700R、800R或大於800R或者約900R或大於900R的曲率半徑，或者所述曲率半徑可為約10,000R或小於10,000R、9,000R或小於9,000R、8,000R或小於8,000R、7,000R或小於7,000R、6,000R或小於6,000R、5,000R或小於5,000R、4,000R或小於4,000R、3,000R或小於3,000R、2,000R或小於2,000R、1,900R或小於1,900R、1,800R或小於1,800R、1,700R或小於1,700R、1,600R或小於1,600R、1,500R或小於1,500R、1,400R或小於1,400R、1,300R或小於1,300R、1,200R或小於1,200R、1,100R或小於1,100R或者約1,050R或小於1,050R。此處，R表示具有1毫米的半徑的圓的曲率度（degree of curvature）。因此，此處，舉例而言，100R是半徑為100毫米的圓的曲率度或此種圓的曲率半徑。當然，在平的表面的情形中，曲率為零且曲率半徑為無窮大。
第一外部基板與第二外部基板可具有處於以上範圍內的相同或不同的曲率半徑。在一個實例中，當第一外部基板的曲率與第二外部基板的曲率彼此不同時，第一外部基板及第二外部基板中具有大的曲率的基板的曲率半徑可處於以上範圍內。
在一個實例中，當第一外部基板的曲率與第二外部基板的曲率彼此不同時，第一外部基板及第二外部基板中具有大的曲率的基板可為在使用光學元件時在重力方向上設置的基板。
當如上所述控制第一外部基板及第二外部基板的曲率或曲率半徑時，作為回復力與重力之和的淨力（net force）可起到防止加寬的作用，且在即使由下文闡述的黏合膜提供的黏合力降低的情況下，亦可承受與高壓釜（autoclave）相同的製程壓力。
本申請案的光學元件可更包括偏振片及/或黏合膜。圖4示例性地示出根據一個實例的包括偏振片及黏合膜的光學元件。如圖4中所示，光學元件100可具有依序層壓第一外部基板20、黏合膜40、液晶組件10、黏合膜40、偏振片30、黏合膜40及第二外部基板20的結構。
作為偏振片30，舉例而言，可使用吸收線性偏振片（absorbing linear polarizer），即具有在一個方向上形成的光吸收軸（light absorption axis）及近似垂直於所述光吸收軸而形成的透光軸（light transmission axis）的偏振片。
假設阻擋狀態是在液晶組件10的第一定向狀態下實施，則偏振片30可以使得由為第一定向狀態的平均光軸（光軸的向量和）與偏振片的光吸收軸形成的角度為約80度至約100度或約85度至約95度或使得所述角度為近似直角的方式設置於光學元件中，或者可以使得所述角度為約35度到約55度或約40度到約50度或者近似45度的方式設置於光學元件中。
當使用配向膜的配向方向作為參考時，如上所述形成於第一基底層及第二基底層的每一側上的配向膜的配向方向可彼此形成處於約-10度至約10度範圍內的角度、處於約-7度至約7度範圍內的角度、處於約-5度至約5度範圍內的角度或處於約-3度至約3度範圍內的角度，或者在彼此近似平行的情形中，由所述兩個配向膜中的任一者的配向方向與偏振片的光吸收軸形成的角度可為約80度至約100度或約85度至約95度或者可為近似直角。
在另一實例中，所述兩個配向膜的配向方向可形成處於約80度至約100度範圍內的角度、處於約83度至約97度範圍內的角度、處於約85度至約95度範圍內的角度或處於約87度至約92度範圍內的角度，或者在彼此近似垂直的情形中，由靠近所述兩個配向膜的偏振片設置的配向膜的配向方向與偏振片的光吸收軸形成的角度可為約80度至約100度或約85度至約95度或者可為近似直角。
可在本申請案的光學元件中應用的偏振片的種類並無特別限制。舉例而言，作為偏振片，可使用傳統液晶顯示器（liquid crystal display，LCD）等中所使用的傳統材料（例如聚(乙烯醇)（PVA）偏振片）或者藉由塗佈方法實施的偏振片（例如包含溶致性液晶（lyotropic liquid crystal，LLC）或反應性介晶（reactive mesogen，RM）及二色性染料的偏振塗層）。在本說明書中，藉由如上所述的塗佈方法實施的偏振片可被稱為偏振塗層（polarizing coating layer）。作為溶致性液晶，可使用已知的液晶而無任何特別限制，且舉例而言，可使用能夠形成具有約30至約40左右的二色性比的溶致性液晶層的溶致性液晶。另一方面，當偏振塗層含有反應性介晶（RM）及二色性染料時，作為所述二色性染料，可使用線性染料，或者亦可使用盤狀染料。
本申請案的光學元件可僅包括如上所述的液晶組件及偏振片中的每一者。因此，光學元件可包括僅一個液晶組件，且可包括僅一個偏振片。
如圖4中所示，黏合膜40可存在於例如外部基板20與液晶組件10之間、液晶組件10與偏振片30之間以及偏振片30與外部基板20之間，且可存在於液晶組件10及偏振片30的側上，且適合地存在於所有側上。
另一方面，位於外部基板20與液晶組件10之間、液晶組件10與偏振片30之間、偏振片30與外部基板20之間及/或液晶組件10與偏振片30的側上的黏合膜可為相同或不同的黏合膜。
黏合膜40可密封液晶組件10及偏振片30，同時將外部基板20與液晶組件10、液晶組件10與偏振片30以及偏振片30與外部基板20彼此黏合。在本申請案中，用語「密封（或包封）」可意指以黏合膜覆蓋液晶組件及/或偏振片的頂表面。舉例而言，所述結構可藉由根據所期望結構層壓外部基板、液晶組件、偏振片及黏合膜並接著在真空狀態下對其進行壓縮的方法來實施。
作為黏合膜40，可使用已知的材料且並無特別限制，且黏合膜40可選自例如已知的熱塑性聚氨基甲酸酯（thermoplastic polyurethane，TPU）黏合膜（TPU：熱塑性聚氨基甲酸酯）、熱塑性澱粉（thermoplastic starch，TPS）、聚醯胺黏合膜、聚酯黏合膜、乙烯乙酸乙烯酯（ethylene vinyl acetate，EVA）黏合膜、聚烯烴黏合膜（例如聚乙烯或聚丙烯）或者聚烯烴彈性體（polyolefin elastomer，POE）膜（POE膜）等。
如上所述的黏合膜的厚度並無特別限制，所述厚度可為例如處於約200微米至約600微米左右的範圍內。此處，黏合膜的厚度是外部基板20與液晶組件10之間的黏合膜的厚度，例如外部基板20與液晶組件10之間的間隙；液晶組件10與偏振片30之間的黏合膜的厚度，例如液晶組件10與偏振片30之間的間隙；以及偏振片30與外部基板20之間的黏合膜的厚度，例如偏振片30與外部基板20之間的間隙。
光學元件可更包括除以上配置以外的任何必要配置，且例如包括例如位於恰當位置中的緩衝層（buff layer）、延遲層（retardation layer）、光學補償層、減反射層或硬塗層等已知配置。
製造本申請案的光學元件的方法並無特別限制。在一個實例中，可藉由用於上述包封的高壓釜製程來製造光學元件。
舉例而言，製造光學元件的方法可包括藉由高壓釜製程使用黏合膜將液晶組件及/或偏振片包封於彼此相對設置的第一外部基板與第二外部基板之間的步驟。
高壓釜製程可藉由根據外部基板之間所期望包封結構對黏合膜以及液晶組件及/或偏振片進行排列並對其進行加熱/按壓來執行。
舉例而言，在高壓釜製程中，可藉由對層壓體（laminate）進行加熱/按壓來形成如圖5中所示的光學元件，在層壓體中，外部基板20、黏合膜40、液晶組件10、黏合膜40、偏振片30、黏合膜40及外部基板20以此次序排列，且在液晶組件10及偏振片30的側上亦設置有黏合膜40。
高壓釜製程的條件並無特別限制，且舉例而言，所述製程可依據所施加黏合劑膜的種類在適宜的溫度及壓力下執行。典型高壓釜製程的溫度為約80℃或大於80℃、90℃或大於90℃或者約100℃或大於100℃，且壓力為2大氣壓（atm）或大於2大氣壓，且並非僅限於此。製程溫度的上限可為約200℃或小於200℃、190℃或小於190℃、180℃或小於180℃或者約170℃或小於170℃左右，且製程壓力的上限可為約10大氣壓或小於10大氣壓、9大氣壓或小於9大氣壓、8大氣壓或小於8大氣壓、7大氣壓或小於7大氣壓或者約6大氣壓或小於6大氣壓左右。
此種光學元件可用於各種應用，且例如可用於眼部穿戴物（例如太陽鏡或者增強實境（augmented reality，AR）或虛擬實境（virtual reality，VR）眼部穿戴物）、建築物外牆或車輛天窗等。
在一個實例中，光學元件本身可為車輛天窗。
舉例而言，在包括其中形成有至少一個開口的車身的汽車中，可安裝並使用貼合至開口的光學元件或車輛天窗。
本申請案可提供一種光學元件，所述光學元件能夠改變透射率且具有改善的外觀缺陷（例如可能隨著液晶組件及外部基板的層壓而出現的褶皺）。此種光學元件可用於各種應用，例如眼部穿戴物（例如太陽鏡或者增強實境（AR）或虛擬實境（VR）眼部穿戴物）、建築物外牆或車輛天窗。
在下文中，將藉由實例及比較例詳細闡述本申請案，但本申請案的範圍不受以下實例所限制。
測量外觀缺陷的方法
在其中實例1、實例2及比較例中製造的液晶組件在高壓釜製程之後包封於第一外部基板與第二外部基板之間的狀態下測量了外觀缺陷。當包封於第一外部基板與第二外部基板之間的液晶組件被應用於高溫長期耐久性試驗（在100℃的溫度下維持達約168小時）並置於室溫下達24小時或24小時以上時，藉由確認光學元件的外觀上是否產生褶皺測量了光學元件的外觀缺陷。
實例 1
液晶組件
作為第一基底層及第二基底層，使用了具有約5.73*10-3 牛頓米的抗撓剛度（D）的聚碳酸酯膜（厚度：300微米，製造商：惠和公司（Keiwa Corporation）），並在第一基底層及第二基底層中的每一者上沈積了厚度為200奈米的氧化銦錫（ITO）以形成導電層。在導電層上將水平配向膜（SE-7492，日產化學有限公司（Nissan Chemical Co., Ltd.））塗佈至100至300奈米的厚度，並對水平配向膜進行固化以形成第一配向膜及第二配向膜。
對第一配向膜的外圓周施加了密封劑，對密封劑的內部區域施加了液晶（由默克（Merck）製造的MDA 14-4145），且對第二配向膜進行了層壓以製造液晶組件。所製造的液晶組件的面積為600毫米×300毫米，且單元間隙為12微米。
光學元件
第一外部基板、黏合膜、液晶組件、黏合膜、偏振板、黏合膜及第二外部基板以此依序進行了層壓，且黏合膜亦設置於液晶組件的所有側上以生產層壓體（相較於第一外部基板而言，第二外部基板在重力方向上排列）。
作為第一外部基板及第二外部基板，使用了具有約3毫米左右的厚度的玻璃基板，其中使用了具有約2,470R的曲率半徑的基板（第一外部基板）及具有約2,400R的曲率半徑的基板（第二外部基板）。另一方面，作為黏合膜，使用了熱塑性聚氨基甲酸酯黏合膜（厚度：約0.38毫米，製造商：阿戈科技（Argotec），產品名稱：阿戈撓性膜（ArgoFlex））。
層壓體在約105℃的溫度及約2大氣壓的壓力下經歷了高壓釜製程，以生產光學元件。
實例 2
以除使用了具有約8.17*10-4 牛頓米左右的抗撓剛度（D）的聚對苯二甲酸乙二酯（厚度：145微米，製造商：SKC公司（SKC Company））膜作為液晶組件的第一基底層及第二基底層以外與實例1中相同的方式生產了液晶組件及光學元件。
比較例
以除使用了具有約2.12*10-4 牛頓米的抗撓剛度（D）的聚碳酸酯膜（厚度：100微米，製造商：惠和有限公司（Keiwa Co., Ltd.））作為液晶組件的第一基底層及第二基底層以外與實例1中相同的方式生產了液晶組件及光學元件。
圖6至圖8是耐久性測試之後的光學元件的照片，其中圖6是實例1的元件照片，圖7是實例2的元件照片，且圖8是比較例的元件照片。自實例1及2的光學元件可確認所述光學元件已被穩定地製造出且無例如褶皺等外觀缺陷，而相反，自比較例的元件可確認已產生例如褶皺等外觀缺陷。
10‧‧‧液晶組件 11a‧‧‧第一基底層 11b‧‧‧第二基底層 12‧‧‧液晶層 13‧‧‧導電層 14‧‧‧配向膜 20‧‧‧外部基板/第一外部基板/第二外部基板 30‧‧‧偏振片 40‧‧‧黏合膜 100‧‧‧光學元件
圖1至圖2是可在本申請案的光學元件中使用的液晶組件的示例性剖面圖。
圖3至圖5是示出本申請案的示例性光學元件的示例性剖面圖。
圖6至圖8是在將根據實例1、實例2及比較例製造的光學元件應用於高溫長期耐久性試驗（high temperature long-term durability test）之後使用數位照相機拍攝的影像。
10:液晶組件
11a:第一基底層
11b:第二基底層
12:液晶層

Claims (13)

  1. 一種光學元件，包括：第一外部基板及第二外部基板；液晶組件，位於所述第一外部基板與所述第二外部基板之間，且具有其中依序層壓第一基底層、液晶層及第二基底層的結構；以及黏合膜，位於所述第一外部基板與所述液晶組件之間以及所述第二外部基板與所述液晶組件之間，其中所述第一基底層及所述第二基底層中的一或多者具有如由方程式1表示的2.2*10-4牛頓米至1牛頓米的抗撓剛度D，
    Figure 108126518-A0305-02-0028-1
     其中，D是基底層的抗撓剛度，E是基底層的楊氏模量，he是基底層的厚度，且υ是基底層的帕松比。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述第一基底層及所述第二基底層各自具有如由方程式1表示的2.2*10-4牛頓米至1牛頓米的抗撓剛度D。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述第一基底層及所述第二基底層各自具有1*109牛頓/平方米至1*1010牛頓/平方米的楊氏模量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述第一 基底層及所述第二基底層各自具有10微米至1,000微米的厚度he。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述第一基底層及所述第二基底層各自具有0.25至0.45的帕松比υ。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述第一基底層及所述第二基底層各自獨立地是聚萘二甲酸乙二酯膜、聚醯亞胺膜、環烯聚合物膜、三乙醯纖維素膜、聚對苯二甲酸乙二酯膜或聚碳酸酯膜。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述液晶層包含二色性染料客體。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述液晶組件包括形成於所述第一基底層及所述第二基底層中的每一者上的導電層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的光學元件，其中所述液晶組件包括形成於所述導電層上的配向膜。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，其中所述液晶組件能夠切換第一定向狀態與第二定向狀態。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的光學元件，更包括位於所述第一外部基板與所述第二外部基板之間的偏振片。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的光學元件，其中所述黏合膜位於所述第一外部基板與所述液晶組件之間、所述液晶組件與所述偏振片之間以及所述第二外部基板與所述偏振片之間。
  13. 一種汽車，包括上面形成有一或多個開口的本體；以 及安裝於所述開口上的如申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述的光學元件。
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