TWI781392B - 偏光可變元件 - Google Patents

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Abstract

本申請案是有關於一種偏光可變元件，所述偏光可變元 件包括光致變色層及賓主型液晶層，所述賓主型液晶層包含液晶及各向異性染料，且根據電壓施加在水平定向狀態與垂直定向狀態之間切換。本申請案的偏光可變元件具有快速響應速度及優異的偏光度及透射率可變特性。此種偏光可變元件可應用於各種應用，包括需要透射率可變特性的各種建築或車輛材料，或者例如用於增強現實體驗或運動的護目鏡、太陽鏡等眼鏡或頭盔。

Description

偏光可變元件
本申請案是有關於一種偏光可變元件。
本申請案主張基於日期為2019年4月18日的韓國專利申請案第10-2019-0045486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。
商業化的典型透射率可變裝置是光致變色裝置。由於光致變色裝置是具有優異可變範圍的裝置，但缺點是響應速度慢，並且在因應於特定紫外線(ultraviolet，UV)波長而被著色的光致變色的情況下，由於當使用者需要時光致變色裝置為不可變的缺點，因此其在市場可擴展性方面受到限制，此乃因變色在不存在高於適當能量的對應波長的環境中是不會發生的，且問題是使用者無法調整期望的亮度水準。
此外，目前，戶外眼鏡的主要用途之一主要是用於減少由反射光引起的眩光。反射光具有經偏光的光的特性，且偏光太陽鏡用於減少反射光。然而，在偏光太陽鏡的情況下，存在無法根據情況調整透射率水準的缺點(專利文獻1：韓國專利公開案第2015-0037790號)。
本申請案提供一種具有快速響應速度及優異的偏光度及透射率可變特性的偏光可變元件。
本申請案是有關於一種偏光可變元件。在本說明書中，偏光可變元件可意指能夠根據外部能量的施加(例如，根據是否施加電壓)來調整偏光度的裝置。
偏光可變元件可包括光致變色層及賓主型液晶層。在下文中，賓主型液晶層可被稱為GHLC(guest host liquid crystal layer)層。GHLC層可包含液晶及各向異性染料。GHLC層可根據電壓的施加在水平定向狀態與垂直定向狀態之間切換。
本申請案的偏光可變元件具有快速響應速度及優異的偏光度及透射率可變特性。此種偏光可變元件可應用於各種應用，包括需要透射率可變特性的各種建築或車輛材料，或者例如用於增強現實體驗或運動的護目鏡、太陽鏡等眼鏡或頭盔。
100:光致變色層
101:基板
102:基底層
200:GHLC層
201:第一電極膜
202:第二電極膜
300、301、302:黏合劑
圖1示例性地示出本申請案中的偏光可變元件的結構。
圖2示例性地示出本申請案中的偏光可變元件的結構。
圖3示例性地示出本申請案中的偏光可變元件的結構。
圖4示出光致變色層的透射率光譜。
GHLC裝置可為電性可變的，能夠達成中間漸變，並且具有響應速度快的特性。藉由將光致變色裝置應用於此種GHLC裝置，可提供可變水準對於特定透射率是快速的，且使用者可調整透射率的可變水準的偏光可變元件。此外，藉由將所應用的GHLC裝置的偏光可變水準最大化，可達成偏光度及透射率為可變的裝置。
光致變色層及GHLC層可彼此交疊並且被包括在內。透過光致變色層的光可入射在GHLC層上，而相反，透射過GHLC層的光可入射在光致變色層上。圖1是示意性地示出如上所述彼此交疊的光致變色層100及GHLC層200的狀態的圖。此種結構在本文中可稱為混合偏光可變元件。
在本說明書中，光致變色層可意指具有以下特性的層：其藉由光照射而被著色或變色，並且當光被移除時恢復至原始顏色。例如，光致變色層可根據光照射而改變透射率。光致變色層可達成在未被光照射的狀態下對380奈米至780奈米波長的平均透射率相對高的狀態(透明狀態)，且可達成在被光照射的狀態下對380奈米至780奈米波長的平均透射率相對低的狀態(黑暗狀態)。
在一個實例中，光致變色層可根據紫外射線的照射而改 變透射率。紫外射線可為長波紫外線(UVA)區域中的紫外射線。紫外射線可為波長範圍為200奈米至450奈米、具體而言300奈米至380奈米的紫外射線。為了改變光致變色層的透射率，可能需要照射具有適當強度的紫外射線。紫外射線的強度可例如介於1毫焦/平方公分至200毫焦/平方公分的範圍內，且具體而言可為10毫焦/平方公分或大於10毫焦/平方公分、30毫焦/平方公分或大於30毫焦/平方公分、50毫焦/平方公分或大於50毫焦/平方公分、70毫焦/平方公分或大於70毫焦/平方公分、90毫焦/平方公分或大於90毫焦/平方公分、110毫焦/平方公分或大於110毫焦/平方公分、130毫焦/平方公分或大於130毫焦/平方公分、或150毫焦/平方公分或大於150毫焦/平方公分，並且可為200毫焦/平方公分或小於200毫焦/平方公分。
光致變色層可包含光致變色材料。當光致變色材料被暴露於具有特定波長的光時，化合物材料的結合狀態會改變，由此在產生具有不同吸收光譜或透射光譜的異構體的同時，材料的顏色可被改變。光致變色現象為化學物種藉由吸收電磁輻射在兩種形式之間的可逆轉變。光致變色材料吸收特定波長範圍內的光以引起化學變化，從而改變吸收或透射光譜。吸收或透射光譜的變化可根據光致變色材料而變化，但光照射(光吸收)之前及之後的透射率或吸收率主要在300奈米至800奈米範圍內的波長下變化。
在一個實例中，光致變色層可滿足方程式1。當光致變色 層滿足方程式1時，可有利於達成具有優異的偏光度及透射率可變特性的偏光裝置。
Figure 109112965-A0305-02-0007-1
在方程式中，A是在ΔTmax波長下進行紫外線照射之前所述光致變色層的透射率(%)，B是在ΔTmax波長下進行紫外線照射之後所述光致變色層的透射率(%)，且所述ΔTmax波長意指在鉻層上進行紫外線照射之前及之後的透射率差異最大的點處的波長。
具體而言，A-B值可為55%或大於55%、或者60%或大於60%，且A-B值的上限不受特別限制，但可為例如100%或小於100%、或者99%或小於99%。
ΔTmax波長可根據光致變色材料而變化，但例如，ΔTmax波長可介於300奈米至800奈米、380奈米至780奈米、400奈米至700奈米或500奈米至600奈米的範圍內。
光致變色材料可包含有機染料分子。光致變色材料可包括選自由以下組成的群組中的一種化合物或二或更多種化合物的混合物：例如螺環吡喃化合物、螺環噁嗪化合物、俘精酸酐(fulgide)化合物、色烯化合物、萘吡喃化合物、雙咪唑化合物、偶氮苯化合物、三芳基甲烷化合物、二苯乙烯化合物、氮雜二苯乙烯化合物、硝酮化合物、醌化合物及二芳基乙烯化合物。作為光致變色材料，可根據期望的著色或變色來適當選擇及使用所述 化合物。
所述偏光可變元件可更包括設置在所述光致變色層的一側上的基板。基板可設置在光致變色層的面向賓主型液晶層的相對的側上。基板可具有例如介於0.3T至1.0T範圍內的厚度。偏光可變元件可更包括設置在光致變色層的另一側上的基底層。光致變色層的另一側可意指與光致變色層的設置有基板的一側相對的一側。
在一個實例中，光致變色層可直接塗覆在基板的一側上並形成。在此種情況下，光致變色層可接觸基板的一側(結構1)。圖2示例性示出結構1的偏光裝置。光致變色層100直接形成在基板101的一側上。GHLC層200設置在第一電極膜201與第二電極膜202之間以形成GHLC單元，其中光致變色層100與第一電極膜201可藉由黏合劑300結合。如下所述，可在第一電極膜及第二電極膜面對GHLC層的側上分別形成第一配向膜及第二配向膜。
在另一實例中，光致變色層可直接塗覆在基底層的一側上並形成，然後藉由黏合劑貼附至基板。在此種情況下，光致變色層的一側可接觸基底層的一側，而另一側可接觸黏合劑的一側(結構2)。圖3示例性示出結構2的偏光裝置。光致變色層100直接形成在基底層102的一側上，其中基板101與光致變色層100可藉由黏合劑301結合。GHLC層200設置在第一電極膜201與第二電極膜202之間以形成GHLC單元，其中基底層102與第一 電極膜201可藉由黏合劑302結合。如下所述，可在第一電極膜及第二電極膜面對GHLC層的側上分別形成第一配向膜及第二配向膜。
可使用包含以下者的基底層或基板作為所述基底層或基板：三乙醯基纖維素(triacetyl cellulose，TAC)；環烯烴共聚物(cyclo olefin copolymer，COP)，例如降冰片烯衍生物；聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methyl methacrylate)，PMMA)；聚碳酸酯(polycarbonate，PC)；聚乙烯(polyethylene，PE)；聚丙烯(polypropylene，PP)；聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)；二乙醯基纖維素(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)；聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthatlate，PEN)；聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephtalate，PET)；聚醯亞胺(polyimide，PI)；聚碸(polysulfone，PSF)；聚芳酯(polyarylate，PAR)或非晶氟樹脂等，但不限於此。
在具有結構2的偏光可變元件中，基板可包含例如聚碳酸酯，且基底層可包含例如TAC。TAC基底層可具有阻擋紫外線波長的功能。在具有結構2的偏光裝置的情況下，就確保耐久性而言，其可為較佳的，此乃因光致變色層的變色所需的紫外線可到達光致變色層，且易受紫外線影響的二色性染料(包含於GHLC 層中)被TAC基底層阻擋紫外線。
在本說明書中，術語「GHLC層」可意指各向異性染料可根據液晶分子的排列而排列在一起，以分別相對於各向異性染料的定向方向及垂直於定向方向的方向而表現出各向異性光吸收特性的功能層。例如，各向異性染料是光的吸收率隨著偏光方向而變化的物質，其中若在長軸方向上偏光的光的吸收率大，則可將其稱為p型染料，而若在短軸方向上偏光的光的吸收率大，則可將其稱為n型染料。在一個實例中，當使用p型染料時，在染料的長軸方向上振動的經偏光的光可被吸收，而在染料的短軸方向上振動的經偏光的光可較少地被吸收而透射。在下文中，除非另有說明，否則各向異性染料被假定為p型染料。
GHLC層可用作主動偏光器。在本說明書中，術語「主動偏光器」可意指能夠根據外部作用的施加來控制各向異性光吸收的功能裝置。例如，藉由控制液晶化合物及各向異性染料的排列，GHLC層可控制對在與各向異性染料的排列方向平行的方向上偏光的光及在垂直方向上偏光的光的各向異性光吸收。由於液晶及各向異性染料的排列可藉由施加例如磁場或電場等外部作用來控制，因此GHLC層可根據外部作用的施加來控制各向異性光吸收。
慮及本申請案的目的，可適當選擇液晶分子的類型及物理性質。
在一個實例中，液晶分子可為向列型液晶或近晶型液 晶。向列型液晶可意指其中棒狀液晶分子關於位置沒有規則性但平行於液晶分子的長軸方向排列的液晶，而近晶型液晶可意指其中棒狀液晶分子規則地排列以形成層狀結構並在長軸方向上平行於規則性配向的液晶。根據本申請案的一個實例，向列型液晶可用作液晶分子。
在一個實例中，液晶分子可為非反應性液晶分子。非反應性液晶分子可意指不具有可聚合基團的液晶分子。可聚合基團可藉由丙烯醯基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯基、甲基丙烯醯氧基、羧基、羥基、乙烯基或環氧基等來例示，但不限於此，且可包括已知的稱為可聚合基團的官能基。
慮及目標物理性質(例如偏光度或可變透射率特性)，可適當地選擇液晶分子的折射率各向異性。在本說明書中，術語「折射率各向異性」可意指液晶分子的非常折射率(extraordinary refractive index)與正常折射率(ordinary refractive index)之間的差異。液晶分子的折射率各向異性可為例如0.01至0.3。折射率各向異性可為0.01或大於0.01、0.05或大於0.05、或0.07或大於0.07，且可為0.3或小於0.3、0.2或小於0.2、0.15或小於0.15、或0.13或小於0.13。當液晶分子的折射率各向異性處於上述範圍內時，可提供具有優異偏光度或可變透射率特性的偏光裝置。在一個實例中，在上述範圍內，液晶分子的折射率越低，可提供具有更優異的透射率可變特性的偏光裝置。
慮及目標液晶單元的驅動方法，液晶分子的介電常數各 向異性可具有正介電常數各向異性或負介電常數各向異性。在本說明書中，術語「介電常數各向異性」可意指液晶分子的非常介電常數(εe)與正常介電常數(εo)之間的差異。液晶分子的介電常數各向異性可例如介於±40以內、±30以內、±10以內、±7以內、±5以內或±3以內的範圍內。當液晶分子的介電常數各向異性被控制處於上述範圍內時，就光調變裝置的驅動效率而言可為有利的。
各向異性染料可作為客體材料包含在GHLC層中。各向異性染料可用於例如根據主體材料(液晶分子)的定向來控制偏光裝置的透射率。在本說明書中，術語「染料」可意指能夠在可見光區域內的至少一部分或全部範圍內，例如在400奈米至700奈米的波長範圍內強烈吸收光及/或使光變形的材料，而術語「各向異性染料」可意指能夠在可見光區域的至少一部分或全部範圍內各向異性吸收光的材料。
作為各向異性染料，例如，可選擇及使用已知的具有可藉由所謂的賓主型效應根據液晶分子的定向狀態而配向的性質的染料。此種各向異性染料的實例包括所謂的偶氮染料、蒽醌染料、次甲基染料、偶氮次甲基染料、部花青染料、萘醌染料、四嗪染料、伸苯基染料、四萘嵌三苯(quaterrylene)染料、苯並噻二唑染料、二酮吡咯並吡咯染料、方酸染料或吡咯亞甲基(pyromethene)染料等，但適用於本申請案的染料不限於此。作為各向異性染料，例如，可使用黑色染料。此種染料例如被稱為偶氮染料或蒽醌染料等，但不限於此。
作為各向異性染料，可使用二色性比，即藉由將平行於各向異性染料的長軸方向而被偏光的光的吸收除以平行於與長軸方向垂直的方向而被偏光的光的吸收所獲得的值為5或大於5、6或大於6、或7或大於7的染料。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至少一部分波長或任一個波長中滿足二色性比。二色性比的上限可為例如20或小於20、18或小於18、16或小於16、或14或小於14左右。
慮及本申請案的目的，可適當選擇GHLC層中的各向異性染料的含量。例如，GHLC層中的各向異性染料的含量可為0.1重量%或大於0.1重量%、0.25重量%或大於0.25重量%、0.5重量%或大於0.5重量%、0.75重量%或大於0.75重量%、1重量%或大於1重量%、1.25重量%或大於1.25重量%、或1.5重量%或大於1.5重量%。GHLC層中的各向異性染料的含量的上限可為例如5.0重量%或小於5.0重量%、4.0重量%或小於4.0重量%、3.0重量%或小於3.0重量%、2.75重量%或小於2.75重量%、2.5重量%或小於2.5重量%、2.25重量%或小於2.25重量%、2.0重量%或小於2.0重量%、1.75重量%或小於1.75重量%、或1.5重量%或小於1.5重量%。當GHLC層中的各向異性染料的含量滿足上述範圍時，可提供具有優異的可變透射率或偏光度特性的偏光裝置。
在GHLC層中，液晶分子及各向異性染料的總重量可為例如約60重量%或大於60重量%、65重量%或大於65重量%、 70重量%或大於70重量%、75重量%或大於75重量%、80重量%或大於80重量%、85重量%或大於85重量%、90重量%或大於90重量%、或95重量%或大於95重量%，並且在另一實例中，其可小於約100重量%、98重量%或小於98重量%、或96重量%或小於96重量%。
GHLC層可根據是否施加電壓來切換定向狀態。GHLC層可根據電壓的施加在水平定向狀態與垂直定向狀態之間切換。電壓可在垂直於GHLC層的方向上施加。在一個實例中，GHLC層當沒有施加電壓時，可以垂直定向狀態存在，而當施加電壓時，可以水平定向狀態存在。此種液晶單元可被稱為垂直配向(vertical alignment，VA)模式液晶單元。在另一實例中，GHLC層當沒有施加電壓時，可以水平定向存在，而當施加電壓時，可以垂直定向存在。此種液晶單元可被稱為電控雙折射(electrically controlled birefringence，ECB)模式液晶單元。
垂直定向的GHLC層中的液晶分子可以其中光軸相對於液晶層的平面在垂直方向上排列的狀態存在。例如，液晶分子的光軸可相對於GHLC層的平面形成介於約70至90度、75至90度、80至90度或85至90度範圍內或約90度的角度。垂直定向的GHLC層中的多個液晶分子的光軸可彼此平行，並且可形成介於例如0至10度或0至5度範圍內或約0度的角度。
水平定向的GHLC層中的液晶分子可以其中光軸相對於液晶層的平面在水平方向上排列的狀態存在。例如，液晶分子的 光軸可相對於GHLC層的平面形成介於約0至20度、0至15度、0至10度或0至5度範圍內或約0度的角度。水平定向的GHLC層中的液晶分子的光軸可彼此平行，並且可形成例如介於0至10度、0至5度範圍內或約0度的角度。
慮及本申請案的目的，可適當選擇GHLC層的厚度。GHLC層的厚度可為例如約0.01微米或大於0.01微米、0.1微米或大於0.1微米、1微米或大於1微米、2微米或大於2微米、3微米或大於3微米、4微米或大於4微米、5微米或大於5微米、6微米或大於6微米、7微米或大於7微米、8微米或大於8微米、9微米或大於9微米、或10微米或大於10微米。GHLC層的厚度的上限可為例如約30微米或小於30微米、25微米或小於25微米、20微米或小於20微米、或15微米或小於15微米。當GHLC層的厚度滿足上述範圍時，可提供具有優異的透射率可變特性的偏光可變元件。
偏光可變元件可包括位於GHLC層的兩側上的第一配向膜及第二配向膜。第一配向膜及/或第二配向膜可為垂直配向膜或水平配向膜。
在一個實例中，當GHLC單元以VA模式被驅動時，第一配向膜及第二配向膜可各自是垂直配向膜。在另一實例中，當GHLC單元以ECB模式被驅動時，第一配向膜及第二配向膜可各自是水平配向膜。
偏光可變元件可藉由根據是否施加電壓來調整GHLC層 的定向狀態，從而調整透射率或偏光度。GHLC層的定向狀態可藉由配向膜的預傾斜(pretilt)來調整。
在本說明書中，預傾斜可具有角度及方向。預傾角(pretilt angle)可被稱為極角，且預傾斜方向亦可被稱為方位角(azimuthal angle)。
預傾角可意指液晶分子的光軸相對於配向膜的水平面形成的角度。在一個實例中，垂直配向膜可具有約70度至90度、75度至90度、80度至90度或85度至90度的預傾角。在一個實例中，水平配向膜的預傾角可為約0至20度、0至15度、0至10度或0至5度。
預傾斜方向可意指液晶分子的光軸投射在配向膜的水平面上的方向。預傾斜方向可為由投影方向與GHLC層的水平軸(WA)形成的角度。在本說明書中，GHLC層的水平軸(WA)可意指平行於GHLC層的長軸方向的方向，或者當偏光可變元件被應用於眼鏡或例如電視(television，TV)等顯示器件時平行於對佩戴眼鏡的觀察者或觀察顯示器件的觀察者的雙眼進行連接的線的方向。
慮及GHLC層的定向，可適當調整第一配向膜及第二配向膜的預傾斜方向。在一個實例中，當沒有施加電壓時，第一配向膜的預傾斜方向及第二配向膜的預傾斜方向對於垂直或水平定向可彼此平行。當第一配向膜的預傾斜方向與第二配向膜的預傾斜方向彼此平行時，第一配向膜的預傾斜方向與第二配向膜的預 傾斜方向可彼此反平行，並且例如可彼此形成170度至190度、175度至185度，較佳為180度。
配向膜可被選擇及使用而不受特別限制，只要其具有相對於相鄰液晶層的定向能力即可。作為配向膜，例如，可使用接觸型配向膜(例如摩擦配向膜)或已知能夠藉由非接觸方法(例如藉由包含光配向膜化合物來照射線偏光的光)表現出定向性質的光配向膜。
已知調整摩擦配向膜或光配向膜的預傾斜方向及角度。在摩擦配向膜的情況下，預傾斜方向可平行於摩擦方向，並且預傾角可藉由控制摩擦條件(例如摩擦時的壓力條件、摩擦強度等)來達成。在光配向膜的情況下，預傾斜方向可藉由要照射的經偏光的光的方向等控制，且預傾角可藉由光照射的角度、光照射的強度等控制。
在一個實例中，第一配向膜及第二配向膜可各自是摩擦配向膜。由第一配向膜的定向軸與第二配向膜的定向軸形成的角度可為10度或小於10度。當第一配向膜的摩擦方向與第二配向膜的摩擦方向被設置為彼此平行時，第一配向膜的摩擦方向與第二配向膜的摩擦方向可彼此反平行，並且例如可彼此形成170度至190度、175度至185度，較佳為180度。摩擦方向可藉由量測預傾角來確認，並且由於液晶一般沿著摩擦方向並且同時產生預傾角，因此可藉由測量預傾角來量測摩擦方向。
偏光可變元件可更包括位於GHLC層的兩側上的第一電 極膜及第二電極膜。當偏光可變元件包括位於GHLC層的兩側上的第一配向膜及第二配向膜時，第一電極膜及第二電極膜可存在於第一配向膜及第二配向膜外部。
第一電極膜及第二電極膜可各自包括基底層及位於基底層上的電極層。
作為基底層，可使用已知的材料，而不受特別限制。例如，可使用玻璃基材、矽酮基材或塑膠膜基材。基材可為光學各向同性基材或具有相位差值的光學各向異性基材。若需要，則金、銀或矽化合物(例如二氧化矽或一氧化矽)的塗層或例如抗反射層等塗層亦可存在於基底層中。
可使用包含以下者的膜基材作為所述塑膠膜基材：三乙醯基纖維素(TAC)；環烯烴共聚物(COP)，例如降冰片烯衍生物；聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚乙烯醇(PVA)；二乙醯基纖維素(DAC)；聚丙烯酸酯(Pac)；聚醚碸(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯碸(PPS)；聚醚醯亞胺(PEI)；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚醯亞胺(PI)；聚碸(PSF)；聚芳酯(PAR)或非晶氟樹脂等，但不限於此。
電極層可向GHLC層施加電場，使得可切換GHLC層中的液晶分子的配向狀態。電極層可藉由沈積導電聚合物、導電金屬、導電奈米線或金屬氧化物(例如氧化銦錫(indium tin oxide，ITO))等來形成。電極層可被形成為具有透明度。在本領域中， 能夠形成透明電極層的各種材料及方法是已知的，並且該些方法皆可應用。若需要，則在基板的表面上形成的電極層亦可被適當地圖案化。
偏光可變元件可更包括抗反射層。抗反射層可設置在GHLC層的一側上，並且例如，抗反射層可設置在GHLC層的設置有光致變色層的一側的相對的側上。抗反射層可藉由黏合劑貼附至GHLC層。當第一電極膜及第二電極膜設置在GHLC層的兩側上時，抗反射層可藉由黏合劑貼附至第二電極膜。
作為抗反射層，慮及本申請案的目的，可使用已知的抗反射層，且例如，可使用丙烯酸酯層。抗反射層可具有例如200奈米或小於200奈米、或者100奈米或小於100奈米的厚度。
偏光可變元件可具有優異的偏光可變特性。由於在戶外活動期間被路面或水面反射的光具有偏光分量，因此當在戶外活動期間阻擋偏光源時，本申請案的偏光可變元件可為有效的。
偏光可變元件可在偏光度介於45%至95%、55%至95%、65%至95%、75%至95%或85%至95%範圍內的偏光狀態與偏光度為0%至10%的非偏光狀態之間切換。非偏光狀態下的偏光度的下限可為例如大於0%，而上限可為例如9%或小於9%、8%或小於8%、7%或小於7%、6%或小於6%、或5%或小於5%。
當偏光可變元件處於偏光狀態下時，光致變色層可處於被光照射的狀態下，且GHLC層可處於水平定向狀態下。光致變色層在偏光狀態下的透射率可為60%或小於60%。偏光狀態下的 光致變色層的透射率下限可大於0%、1%或大於1%、或10%或大於10%。
當偏光可變元件處於非偏光狀態下時，光致變色層可處於不被光照射的狀態下，且GHLC層可處於垂直定向狀態下。光致變色層在非偏光狀態下的透射率可為80%或大於80%。光致變色層在非偏光狀態下的透射率上限可為100%或小於100%、或者小於100%。
偏光可變元件在偏光狀態及非偏光狀態下亦可具有優異的透射率可變特性。偏光可變元件在偏光狀態下可具有15%或小於15%或者10%或小於10%的透射率。偏光可變元件在非偏光狀態下可具有35%或大於35%、40%或大於40%、45%或大於45%、50%或大於50%、55%或大於55%、或60%或大於60%的透射率。
藉由光致變色層及GHLC層的混合結構，偏光可變元件可具有如上所述優異的偏光度及透射率可變特性。
偏光可變元件在偏光狀態及非偏光狀態中的每一者中可具有10%或小於10%、8%或小於8%、6%或小於6%、或4%或小於4%的霧度。因此，偏光可變元件可在透明狀態下改變偏光度及透射率。此外，光致變色層及GHLC層在偏光狀態及非偏光狀態中的每一者中亦可具有處於上述範圍內的霧度。
偏光可變元件可應用於各種應用，包括需要透射率可變特性的各種建築或車輛材料，或者例如用於增強現實體驗或運動的護目鏡、太陽鏡等眼鏡或頭盔。
在下文中，將藉由根據本申請案的實例及不根據本申請案的比較例來詳細闡述本申請案，但本申請案的範圍不限於以下實例。
量測例1. 量測透射率及霧度
根據美國測試與材料協會(American Society For Testing And Materials，ASTM)D1003標準，使用霧度計(NDH-5000SP)量測了霧度及透射率。具體而言，光透射過量測對象並入射至積分球中，其中在此過程中，光被分成漫射光(DT，其意指所有漫射及發射的光的總和)及平行光(PT，其意指除漫射光之外的在前方向上的出射光)，並且該些光被聚焦在積分球中的光接收裝置上，由此可藉由聚焦的光來量測霧度。藉由上述過程的總透射光(TT)是漫射光(DT)及平行光(PT)的總和(DT+PT)，其中霧度可被定義為漫射光佔總透射光的百分比(霧度(%)=100×DT/TT)。在以下測試實例中，總透射率意指總透射光(TT)。
量測例2. 量測偏光度
使用紫外線-可見光光譜儀(V-7100，日本分光公司(JASCO))量測了550奈米波長的偏光度。偏光度(P)是根據以下方程式A計算的值。
[方程式A]偏光度(P)(%)={(Tp-Tc)/(Tp+Tc)}1/2×100
在方程式A中，Tp是偏光裝置的最大透射率，且Tc是偏光裝置的最小透射率。在方程式A中，最大透射率(Tp)是在 兩個偏光裝置交疊的狀態下，當在針對每一角度掃描交疊狀態、使得每一偏光裝置的光吸收軸形成介於0至360度範圍內的角度的同時已量測了透射率時顯示出最大值的時間點處的透射率，且最小透射率(Tc)是在顯示出最小值的時間點處的透射率。上述透射率(Tc，Tp)是對約550奈米的光量測的值。
實例1. 偏光可變元件(A)
VA模式GHLC單元(A)
製備了在PC(聚碳酸酯聚合物)膜上形成有氧化銦錫(ITO)層的基底膜(來自特金公司(Tejin)的產品)。藉由棒塗將垂直配向膜(SE-5661，來自尼桑公司(Nissan)的產品)塗覆在基底膜的氧化銦錫層側上，然後在120℃的溫度下煅燒1小時，以獲得厚度為300奈米的配向膜。使用摩擦布在一個方向上摩擦配向膜，以製備第一基板。
在與第一基板相同的膜的ITO層上，以250微米的間隔排列高度為9微米且直徑為15微米的柱間隔件。接下來，以與第一基板相同的方式形成了垂直配向膜，然後使用摩擦布在一個方向上摩擦所述垂直配向膜以製備第二基板。
作為GHLC組成物，使用包含折射率各向異性(Δn)為0.13且具有負介電常數各向異性的液晶及各向異性染料的組成物(MAT-16-568，默克公司(Merck))。
用密封分配器在第二基板的配向膜表面上的邊緣處拉製密封劑。在將GHLC組成物施加在第二基板的配向膜上之後，層 疊第一基板以生產液晶單元。此時，進行層疊，使得第一基板的配向膜的摩擦方向與第二基板的配向膜的摩擦方向反平行。所生產的液晶單元是具有9微米單元間隙的VA模式液晶單元。藉由光學透明黏合劑(Optical Clear Adhesive，OCA)(LGC公司，V310)將抗反射層貼附至VA模式液晶單元中的第二基板的一側。
光致變色層
製備了光致變色材料層被塗覆在厚度為0.8T的PC板上的產物(奧迪那氏(ORDINA’s)眼鏡鏡片部件，來自OGK公司的產品)。圖4示出光致變色層的透射率光譜。如圖4所示，光致變色層在不照射紫外線時，在可見光區域中表現出高透射率，而在照射紫外線時，在預定波長區域中具有較低的透射率。
藉由OCA(LGC公司，V310)黏合劑來貼附VA模式GHLC單元(A)及光致變色層。此時，將光致變色層及VA模式GHLC單元(A)的第一電極膜貼附成接觸彼此。
實例2. 偏光可變元件(B)
除了單元間隙改變為15微米之外，以與實例1的VA模式GHLC單元(A)相同的方式生產了VA模式GHLC單元(B)。藉由OCA(LGC公司，V310)黏合劑來貼附VA模式GHLC單元(B)及在實例1中使用的光致變色層。此時，將光致變色層及VA模式GHLC單元(B)的第一電極膜貼附成接觸彼此。
實例3. 偏光可變元件(C)
除了將單元間隙改變為15微米，且使用含有1重量%的 各向異性染料(X12，巴斯夫公司(BASF))及液晶(LC_ZGS8017，JNC公司)的組成物作為GHLC組成物之外，以與實例1的VA模式GHLC單元(A)相同的方式生產了VA模式GHLC單元(C)。藉由OCA(LGC，V310)黏合劑來貼附VA模式GHLC單元(C)及在實例1中使用的光致變色層。此時，將光致變色層及VA模式GHLC單元(C)的第一電極膜貼附成接觸彼此。
實例4. 偏光可變元件(D)
ECB模式GHLC單元(D)
製備了在PC(聚碳酸酯聚合物)膜上形成有氧化銦錫(ITO)層的基底膜(來自特金公司的產品)。藉由棒塗將水平配向膜(SE-7492，來自尼桑公司的產品)塗覆在基底膜的氧化銦錫層側上，然後在120℃的溫度下煅燒1小時，以獲得厚度為300奈米的配向膜。使用摩擦布在一個方向上摩擦配向膜，以製備第一基板。
在與第一基板相同的膜的ITO層上，以250微米的間隔排列高度為9微米且直徑為15微米的柱間隔件。接下來，以與第一基板相同的方式形成水平配向膜，然後使用摩擦布在一個方向上摩擦所述水平配向膜以製備第二基板。
作為GHLC組成物，使用含有1重量%的各向異性染料(X12，巴斯夫公司)及液晶(HPC2180，HCCH公司)的組成物。
用密封分配器在第二基板的配向膜表面上的邊緣處拉製密封劑。在將GHLC組成物施加在第二基板的配向膜上之後，層 疊第一基板以生產液晶單元。此時，進行層疊，使得第一基板的配向膜的摩擦方向與第二基板的配向膜的摩擦方向反平行。所生產的液晶單元是具有9微米單元間隙的ECB模式液晶單元。藉由OCA(LGC公司，V310)將抗反射層貼附至ECB模式液晶單元中的第二基板的一側。
藉由OCA(LGC公司，V310)黏合劑來貼附ECB模式GHLC單元(D)及在實例1中使用的光致變色層。此時，將光致變色層及ECB模式GHLC單元(D)的第一電極膜貼附成接觸彼此。
比較例1. VA模式GHLC單元(A)
製備了在實例1中生產的VA模式GHLC單元(A)作為比較例1。
比較例2. VA模式GHLC單元(B)
製備了在實例2中生產的VA模式GHLC單元(B)作為比較例2。
比較例3. VA模式GHLC單元(C)
製備了在實例3中生產的VA模式GHLC單元(C)作為比較例3。
比較例4. ECB模式GHLC單元(D)
製備了在實例4中生產的ECB模式GHLC單元(D)作為比較例4。
比較例5. 超扭曲向列型(Super Twisted Nematic，STN) 模式GHLC單元(E)
製備了在PC(聚碳酸酯聚合物)膜上形成有氧化銦錫(ITO)層的基底膜(來自特金公司的產品)。藉由棒塗將水平配向膜(SE-7492，來自尼桑公司的產品)塗覆在基底膜的氧化銦錫層側上，然後在120℃的溫度下煅燒1小時，以獲得厚度為300奈米的配向膜。使用摩擦布在一個方向上摩擦配向膜，以製備第一基板。
在與第一基板相同的膜的ITO層上，以250微米的間隔排列高度為6微米且直徑為15微米的柱間隔件。接下來，以與第一基板相同的方式形成水平配向膜，然後使用摩擦布在一個方向上摩擦所述水平配向膜以製備第二基板。
作為GHLC組成物，使用將0.519重量%的手性摻雜劑(S811，默克公司)添加至包含折射率各向異性(Δn)為0.1且具有正介電常數各向異性的液晶(MDA-17-595，默克公司)以及各向異性染料(默克公司)的GHLC組成物中的液晶組成物。
用密封分配器在第二基板的配向膜表面上的邊緣處拉製密封劑。在將GHLC組成物施加在第二基板的配向膜上之後，層疊第一基板以生產液晶單元。此時，進行層疊，使得第一基板的配向膜的摩擦方向與第二基板的配向膜的摩擦方向反平行。所生產的液晶單元是具有6微米單元間隙的360度STN模式液晶單元。藉由OCA(LGC公司，V310)將抗反射層貼附至STN模式液晶單元中的第二基板的一側。
比較例6. 光致變色層
製備了在實例1中使用的光致變色層作為比較例6。
比較例7. 偏光可變元件(E)
藉由OCA(LGC公司，V310)黏合劑來貼附比較例5的STN模式GHLC單元(E)及在實例1中使用的光致變色層。此時，將光致變色層及STN模式GHLC單元(E)的第一電極膜貼附成接觸彼此。
評價例1. 評價電光學特性
評價了比較例1至7及實例1至4的電光學特性，且結果在下表1至11中闡述。
對於比較例1至5的GHLC單元，量測了取決於電壓施加的透射率、霧度及偏光度。具體而言，當交流(alternating current，AC)電源連接至第一ITO層及第二ITO層並被驅動時，量測了取決於是否施加電壓的透射率、霧度及偏光度，且結果在下表1至5中闡述。
對於比較例6的光致變色裝置，量測了取決於長波紫外線(UVA)(波長為300至380奈米)的照射能量的透射率及霧度，且結果在下表6中闡述。
對於比較例7及實例1至4的偏光可變元件，量測了取決於對GHLC單元的電壓施加及向光致變色層照射150毫焦/平方公分的UVA的透射率、霧度及偏光度，且結果在下表7至11中闡述。
使用霧度計(NDH5000SP，由喜可仕公司(Secos)製造)量測了透射率及霧度。透射率及霧度是對波長為380奈米至780奈米的光的平均透射率。
在下表1至表5及表7至表11中，響應時間藉由光二極體來量測、歸一化，並且藉由對對應於10%至90%的透射率的過渡部分的時間進行轉換來量測。
Figure 109112965-A0305-02-0028-2
Figure 109112965-A0305-02-0028-3
Figure 109112965-A0305-02-0028-4
Figure 109112965-A0305-02-0028-5
Figure 109112965-A0305-02-0028-6
Figure 109112965-A0305-02-0029-7
Figure 109112965-A0305-02-0029-8
Figure 109112965-A0305-02-0029-9
Figure 109112965-A0305-02-0029-10
Figure 109112965-A0305-02-0029-11
Figure 109112965-A0305-02-0029-12
Figure 109112965-A0305-02-0029-13
Figure 109112965-A0305-02-0030-14
100:光致變色層
200:GHLC層

Claims (12)

  1. 一種偏光可變元件，包括光致變色層；及賓主型液晶層，其包含液晶及各向異性染料，且根據電壓施加在水平定向狀態與垂直定向狀態之間切換，其中當沒有施加電壓時，所述賓主型液晶層以垂直定向狀態存在，且當施加電壓時，所述賓主型液晶層以水平定向狀態存在；或者當沒有施加電壓時，所述賓主型液晶層以水平定向狀態存在，且當施加電壓時，所述賓主型液晶層以垂直定向狀態存在，且其中所述偏光可變元件在對於具有550奈米的波長的光的偏光度介於45%至95%範圍內的偏光狀態與對於具有550奈米的波長的光的偏光度為0%至10%的非偏光狀態之間切換，其中當所述偏光可變元件處於所述偏光狀態下時，所述光致變色層處於被光照射的狀態下，且所述賓主型液晶層處於所述水平定向狀態下，其中當所述偏光可變元件處於所述非偏光狀態下時，所述光致變色層處於不被光照射的狀態下，且所述賓主型液晶層處於所述垂直定向狀態下，其中所述光致變色層滿足方程式1：
    Figure 109112965-A0305-02-0031-16
     其中，A是在ΔTmax波長下進行紫外線照射之前所述光致變色層的透射率(%)，B是在ΔTmax波長下進行紫外線照射之後所述光致變色層的透射率(%)，且所述ΔTmax波長意指在鉻層上進行紫外線照射之前及之後的透射率差異最大的點處的波長，其中所述ΔTmax波長介於500奈米至600奈米的範圍內，其中所述光致變色層包含透射率根據紫外線照射而可變的光致變色材料。
  2. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中所述偏光可變元件在所述偏光狀態下具有15%或小於15%的透射率，而在所述非偏光狀態下具有35%或大於35%的透射率。
  3. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中所述偏光可變元件在所述偏光狀態及所述非偏光狀態中的每一者中具有10%或小於10%的霧度。
  4. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中所述光致變色層在所述偏光狀態下具有60%或小於60%的透射率。
  5. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中所述光致變色層在所述非偏光狀態下具有80%或大於80%的透射率。
  6. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中所述液晶及所述各向異性染料在所述偏光狀態下以水平定向狀態存在。
  7. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中所述液晶及所述各向異性染料在所述非偏光狀態下以垂直定向狀態存在。
  8. 如請求項1所述的偏光可變元件，其中在所述賓主 型液晶層的兩側上包括第一配向膜及第二配向膜，且由所述第一配向膜的定向軸與所述第二配向膜的定向軸形成的角度為10度或小於10度。
  9. 如請求項1所述的偏光可變元件，更包括位於所述賓主型液晶層的兩側上的第一電極膜及第二電極膜。
  10. 如請求項1所述的偏光可變元件，更包括設置在所述光致變色層的一側上的基板。
  11. 如請求項10所述的偏光可變元件，更包括設置在所述光致變色層的另一側上的基底層。
  12. 如請求項1所述的偏光可變元件，更包括位於所述賓主型液晶層的一側上的抗反射層。
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