TWI468731B - 光切換模組 - Google Patents

Description

光切換模組

本發明是有關於一種光切換模組，且特別是有關於一種利用光折射原理所設計，可使通過的光線切換為穿透之透明態或散射之霧態的光切換模組。

隨著智慧型玻璃、窗戶的發展，各種光調節裝置或光切換裝置的應用因此增加。傳統電控液晶型智慧型窗戶，其技術原理是在兩片玻璃之間夾有高分子分散型液晶，再利用外加電場控制液晶排列方向有序或無序，而調變光線穿透的狀態，所謂高分子分散型液晶為將液晶滴均勻分散在高分子基材中，並需要持續供電維持高分子分散型液晶順向排列，以獲得穿透態，然而，此種智慧型窗戶容易具有液晶分散不均問題，且持續供電亦額外造成能源之消耗。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的在於提供一種具備新穎性、進步性及產業利用性等專利要件之光切換模組，以期克服現有產品之難點。

為達到上述目的，本發明提供一種光切換模組，在一較 佳實施態樣中，該光切換模組包含一第一折射元件，其包含一第一基材，該第一基材具有一第一折射率，其一表面具有複數個第一微透鏡結構；以及一第一雙折射層設置於該第一基材之複數個第一微透鏡結構上，該第一雙折射層與該複數個第一微透鏡結構之間，具有一第一圖案化配向微結構，使該第一雙折射層形成一具有一第一光軸之第一光軸區域，及一具有一第二光軸之第二光軸區域，且平行於該第一光軸、第二光軸方向具有異常光折射率(extraordinary refractive index)，垂直於該第一光軸、第二光軸方向具有尋常光折射率(ordinary refractive index)；其中，該第一光軸區域與該第二光軸區域為交錯排列，且該第一光軸與該第二光軸相互垂直；一第二折射元件鄰近於該第一折射元件之一側，其包含一第二基材，具有一第二折射率，其一表面具有複數個第二微透鏡結構；以及一第二雙折射層設置於該第二基材之複數個第二微透鏡結構上，該第二雙折射層與該複數個第二微透鏡結構之間，具有一第二圖案化配向微結構，使該第二雙折射層形成一具有一第三光軸之第三光軸區域，及一具有一第四光軸之第四光軸區域，且平行於該第三光軸、第四光軸方向具有異常光折射率，垂直於該第三光軸、第四光軸方向具有尋常光折射率；其中，該第三光軸區域與該第四光軸區域為交錯排列，且該第三光軸與該第四光軸相互垂直；以及一位移機構連結於該第一折射元件或該第二折射元件，以調控該第一折射元件與該第二折射元件之相對位置；其中，該第一基材之第一折射率與該第一雙折射層之異常光折射率或尋常光折射率之其一相同，該第二基材之第二折射率與該第二雙折射層之異常光折射率或尋常光折射率之其一相同；且該第一雙折射層之第一光軸與第二光軸之一與所對應該第二雙折射層之第三光軸與第四光軸之一相互平行。

在一實施例之光切換模組中，該第一折射元件之複數個第一微透鏡結構與所對應之該第二折射元件之複數個第二微透鏡結構的透鏡曲率為相同。

在又一實施例之光切換模組中，每一該些第一微透鏡結構與第二微透鏡結構為凹透鏡或凸透鏡。

在又一實施例之光切換模組中，該複數個第一微透鏡結構與該複數個第二微透鏡結構呈連續或不連續之一維或二維排列。

在又一實施例之光切換模組中，該第一雙折射層之第一光軸區域、第二光軸區域與該第二雙折射層之第三光軸區域、第四光軸區域面積皆相同。

在又一實施例之光切換模組中，該第一光軸區域之第一光軸、第二光軸區域之第二光軸分別與所對應該第三光軸區域之第三光軸、第四光軸區域之第四光軸方向為平行時，該光切換模組具有透明態；且當該第一光軸區域之第一光軸、第二光軸區域之第二光軸分別與所對應該第三光軸區域之第三光軸、第四光軸區域之第四光軸方向為垂直時，該光切換模組具有不透明霧態。

在又一實施例之光切換模組中，第一基材與第一雙折射層間之每一該些第一微透鏡結構之間距範圍為0μm至1000μm，每一該些第一微透鏡結構之寬度範圍為10μm至1000μm，每一該些第一微透鏡結構之高度範圍為10μm至1000μm；第二基材與第二雙折射層間之每一該些第二微透鏡結構之間距範圍為0μm至1000μm，每一該些第二微透鏡結構之寬度範圍為10μm至1000μm，每一該些第二微透鏡結構之高度範圍為10μm至 1000μm。

在又一實施例之光切換模組中，該第一雙折射層與第二雙折射層包含液晶、雙折射晶體或雙折射樹脂材料。

1‧‧‧光切換模組

2‧‧‧第一折射元件

3、31、32、33‧‧‧第一基材

3a、31a、32a、33a‧‧‧第一微透鏡結構

3b‧‧‧第一圖案化配向微結構

4、41、42、43‧‧‧第一雙折射層

4a、41a、42a‧‧‧第一光軸區域

4b、41b、42b‧‧‧第二光軸區域

4c、41c、42c‧‧‧第一光軸

4d、41d、42d‧‧‧第二光軸

5‧‧‧第二折射元件

6、61、62、63‧‧‧第二基材

6a、61a、62a、63a‧‧‧第二微透鏡結構

6b‧‧‧第二圖案化配向微結構

7、71、72、73‧‧‧第二雙折射層

7a、71a、72a‧‧‧第三光軸區域

7b、71b、72b‧‧‧第四光軸區域

7c、71c、72c‧‧‧第三光軸

7d、71d、72d‧‧‧第四光軸

8‧‧‧位移機構

S1、S2‧‧‧間距

W1、W2‧‧‧寬度

H1、H2‧‧‧高度

10a、10b、11a、11b、20a、20b、21a、21b‧‧‧入射光分量

第1圖：係為本發明之光切換模組一實施例之示意圖。

第2-1圖至第2-2圖：係為本發明之光切換模組之又一實施例切換透明態與不透明霧態時之原理示意圖。

第3圖：係為本發明之光切換模組之又一實施例之第一折射元件與第二折射元件之側視圖。

為能更瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之光切換模組之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請配合參看第1圖所示，其為本發明之一較佳實施態樣之光切換模組1側視圖，該光切換模組1包含一第一折射元件2，其包含一第一基材3，該第一基材3具有一第一折射率，其一表面具有複數個第一微透鏡結構3a；以及一第一雙折射層4設置 於該第一基材3之複數個第一微透鏡結構3a上，該第一雙折射層4與該複數個第一微透鏡結構3a之間，具有一第一圖案化配向微結構3b，使該第一雙折射層4形成一具有一第一光軸4c之第一光軸區域4a，及一具有一第二光軸4d之第二光軸區域4b，且平行於該第一光軸4c、第二光軸4d方向具有異常光折射率，垂直於該第一光軸4c、第二光軸4d方向具有尋常光折射率；其中，該第一光軸區域4a與該第二光軸區域4b為交錯排列，且該第一光軸4c與該第二光軸4d相互垂直；一第二折射元件5鄰近於該第一折射元件2之一側，其包含一第二基材6，具有一第二折射率，其一表面具有複數個第二微透鏡結構6a；以及一第二雙折射層7設置於該第二基材6之複數個第二微透鏡結構6a上，該第二雙折射層7與該複數個第二微透鏡結構6a之間，具有一第二圖案化配向微結構6b，使該第二雙折射層7形成一具有一第三光軸7c之第三光軸區域7a，及一具有一第四光軸7d之第四光軸區域7b，且平行於該第三光軸7c、第四光軸7d方向具有異常光折射率，垂直於該第三光軸7c、第四光軸7d方向具有尋常光折射率；其中，該第三光軸區域7a與該第四光軸區域7b為交錯排列，且該第三光軸7c與該第四光軸7d相互垂直；以及一位移機構8連結於該第一折射元件2或該第二折射元件5(在此以連結於該第一折射元件2示意)，以調控該第一折射元件2與該第二折射元件5之相對位置，使該第一雙折射層4之第一光軸區域4a、第二光軸區域4b與該第二雙折射層7之第三光軸區域7a、第四光軸區域7b所對應之光軸可切換為相互皆為平行或皆為垂直；其中，該第一基材3之第一折射率與該第一雙折射層4之異常光折射率或尋常光折射率之其一相同，該第二基材6之第二折射率與該第二雙折射層7之異常光折射率或尋常光折射率之其一相同；且該 第一雙折射層4之第一光軸4c、第二光軸4d之一與所對應該第二雙折射層7之第三光軸7c、第四光軸7d之一相互平行。

在一實施例之光切換模組中，該第一折射元件之複數個第一微透明鏡結構與所對應之該第二折射元件之複數個第二微透鏡結構的透鏡曲率半徑之絕對值相同，因此，每一該些微透鏡結構可為表面曲率相同之凹透鏡或凸透鏡。

在又一實施例之光切換模組中，該複數個第一微透鏡結構與該複數個第二微透鏡結構呈連續或不連續之一維或二維排列。

在又一實施例之光切換模組中，該第一雙折射層之第一光軸區域、第二光軸區域與該第二雙折射層之第三光軸區域、第四光軸區域面積皆相同。

請配合參看第2-1圖與第2-2圖，其為本發明之光切換模組之又一實施例切換透明態與不透明霧態時之原理示意圖，如第2-1圖所示，藉由第一圖案化配向微結構(未繪示)，可使第一雙折射層41具有第一光軸區域41a與第二光軸區域41b，以及藉由第二圖案化配向微結構(未繪示)，可使第二雙折射層71具有第三光軸區域71a與第四光軸區域71b；因入射光可視為具有二種方向分量組合的光，在此分別以垂直第一雙折射層41之第一光軸區域41a之第一光軸41c之入射光分量10a、平行該第一雙折射層41之第一光軸區域41a之第一光軸41c之入射光分量10b，以及垂直第一雙折射層41之第二光軸區域41b之第二光軸41d之入射光分量11a、平行該第一雙折射層41之第二光軸區域41b之第二光軸41d之入射光分量11b示意，當第一基材31之第 一折射率與該第一雙折射層41之尋常光折射率相同，第二基材61之第二折射率與第二雙折射層71之尋常光折射率相同情況下，且以位移機構(未繪示)調整使該第一光軸區域41a之第一光軸41c、第二光軸區域41b之第二光軸41d與所對應該第三光軸區域71a之第三光軸71c、第四光軸區域71b之第四光軸方向71d皆為平行時，入射光分量10a、11a對於第一雙折射層41與第二雙折射層71所感受到的折射率亦皆為尋常光折射率，因此入射光分量10a、11a於穿過該光切換模組時，等同於相同折射率介質中傳輸，不會於不同層之介面發生折射，而可直接通過，而入射光分量10b、11b對於第一雙折射層41與第二雙折射層71所感受到的折射率皆為異常光折射率，但入射光分量10b、11b於穿過該光切換模組時，因為第一微透鏡結構31a與第二微透鏡結構61a曲率相同，經過折射後仍可調整方向為原入射光之方向，使該光切換模組具有透明態。

如第2-2圖所示，藉由第一圖案化配向微結構(未繪示)，可使第一雙折射層42具有第一光軸區域42a與第二光軸區域42b，以及第二圖案化配向微結構(未繪示)，可使第二雙折射層72具有第三光軸區域72a與第四光軸區域72b；入射光仍可視為具有二種方向分量組合的光，在此以垂直第一雙折射層42之第一光軸區域42a之第一光軸42c之入射光分量20a、平行該第一雙折射層42之第一光軸區域42a之第一光軸42c之入射光分量20b，以及垂直第一雙折射層42之第二光軸區域42b之第二光軸42d之入射光分量21a、平行該第一雙折射層42之第二光軸區域42b之第二光軸42d之入射光分量21b示意，當第一基材32之第一折射率與該第一雙折射層42之尋常光折射率相同，第二基材 62之第二折射率與第二雙折射層72之尋常光折射率相同情況下，且以位移機構(未繪示)調整使該第一光軸區域42a之第一光軸42c、第二光軸區域42b之第二光軸42d與所對應該第四光軸區域72b之第四光軸方向72d、該第三光軸區域72a之第三光軸72c皆為垂直時，入射光分量20a、21a對於第一雙折射層42所感受到的折射率為尋常光折射率，對第二雙折射層72所感受到的折射率為異常光折射率，因此入射光分量20a、21a於穿過該光切換模組時，會於第二基材62與第二雙折射層72之不同折射率介面發生折射，而偏移原入射方向，而入射光分量20b、21b對於第一雙折射層42所感受到的折射率為異常光折射率，對第二雙折射層72所感受到的折射率為尋常光折射率，因此入射光分量20a、21a於穿過該光切換模組時，亦於第一基材32與第一雙折射層42之不同折射率介面發生折射，而偏移原入射方向，使該光切換模組具有不透明霧態。

請配合參看第3圖，在又一實施例之光切換模組中，第一基材33與第一雙折射層43間之每一該些第一微透鏡結構33a之間距S1範圍為0μm至1000μm，每一該些第一微透鏡結構33a之寬度W1範圍為10μm至1000μm，每一該些第一微透鏡結構33a之高度H1範圍為10μm至1000μm；第二基材63與第二雙折射層73間之每一該些第二微透鏡結構63a之間距S2範圍為0μm至1000μm，每一該些第二微透鏡結構63a之寬度W2範圍為10μm至1000μm，每一該些第二微透鏡結構63a之高度H2範圍為10μm至1000μm。

在又一實施例之光切換模組中，該第一雙折射層與第二雙折射層包含液晶、雙折射晶體或雙折射樹脂材料。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧光切換模組

2‧‧‧第一折射元件

3‧‧‧第一基材

3a‧‧‧第一微透鏡結構

3b‧‧‧第一圖案化配向微結構

4‧‧‧第一雙折射層

4a‧‧‧第一光軸區域

4b‧‧‧第二光軸區域

4c‧‧‧第一光軸

4d‧‧‧第二光軸

5‧‧‧第二折射元件

6‧‧‧第二基材

6a‧‧‧第二微透鏡結構

6b‧‧‧第二圖案化配向微結構

7‧‧‧第二雙折射層

7a‧‧‧第三光軸區域

7b‧‧‧第四光軸區域

7c‧‧‧第三光軸

7d‧‧‧第四光軸

8‧‧‧位移機構

Claims (10)

1. 一種光切換模組，其包含：一第一折射元件，其包含：一第一基材，具有一第一折射率，其一表面具有複數個第一微透鏡結構；以及一第一雙折射層設置於該第一基材之複數個第一微透鏡結構上，該第一雙折射層與該複數個第一微透鏡結構之間，具有一第一圖案化配向微結構，使該第一雙折射層形成一具有一第一光軸之第一光軸區域，及一具有一第二光軸之第二光軸區域，且平行於該第一光軸、該第二光軸方向具有異常光折射率，垂直於該第一光軸、該第二光軸方向具有尋常光折射率；其中，該第一光軸區域與該第二光軸區域為交錯排列，且該第一光軸與該第二光軸相互垂直；一第二折射元件鄰近於該第一折射元件之一側，其包含：一第二基材，具有一第二折射率，其一表面具有複數個第二微透鏡結構；以及一第二雙折射層設置於該第二基材之複數個第二微透鏡結構上，該第二雙折射層與該複數個第二微透鏡結構之間，具有一第二圖案化配向微結構，使該第二雙折射層形成一具有一第三光軸之第三光軸區 域，及一具有一第四光軸之第四光軸區域，且平行於該第三光軸、該第四光軸方向具有異常光折射率，垂直於該第三光軸、該第四光軸方向具有尋常光折射率；其中，該第三光軸區域與該第四光軸區域為交錯排列，且該第三光軸與該第四光軸相互垂直；以及一位移機構連結於該第一折射元件或該第二折射元件，以調控該第一折射元件與該第二折射元件之相對位置；其中，該第一基材之該第一折射率與該第一雙折射層之異常光折射率或尋常光折射率之其一相同，該第二基材之第二折射率與該第二雙折射層之異常光折射率或尋常光折射率之其一相同；且該第一雙折射層之該第一光軸與該第二光軸之一與所對應該第二雙折射層之該第三光軸與該第四光軸之一相互平行。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中該第一折射元件之複數個第一微透鏡結構與所對應之該第二折射元件之複數個第二微透鏡結構的透鏡曲率為相同。
3. 如申請專利範圍第2項所述之光切換模組，其中每一該些第一微透鏡結構與該些第二微透鏡結構為凹透鏡或凸透鏡。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中該複 數個第一微透鏡結構與該複數個第二微透鏡結構呈連續或不連續之一維或二維排列。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中該第一雙折射層之該第一光軸區域、該第二光軸區域與該第二雙折射層之該第三光軸區域、該第四光軸區域面積皆相同。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光切換模組，其中該第一光軸區域之該第一光軸、該第二光軸區域之該第二光軸與所對應該第三光軸區域之該第三光軸、該第四光軸區域之該第四光軸方向皆為平行時，該光切換模組具有透明態；且當該第一光軸區域之該第一光軸、該第二光軸區域之該第二光軸與所對應該第三光軸區域之該第三光軸、該第四光軸區域之該第四光軸方向皆為垂直時，該光切換模組具有不透明霧態。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中每一該些第一微透鏡結構之間距範圍為0μm至1000μm，以及每一該些第二微透鏡結構之間距範圍為0μm至1000μm。
8. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中每一該些第一微透鏡結構之寬度範圍為10μm至1000μm，每一該些第二微透鏡結構之寬度範圍為10μm至1000μm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中每一該些第一微透鏡結構之高度範圍為10μm至1000μm， 每一該些第二微透鏡結構之高度範圍為10μm至1000μm。
10. 如申請專利範圍第1項所述之光切換模組，其中該第一雙折射層與該第二雙折射層包含液晶、雙折射晶體或雙折射樹脂材料。