TWI658309B - 透射率可變薄膜 - Google Patents

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Abstract

本申請案是有關於一種透射率可變薄膜及其用途，且本 申請案的透射率可變薄膜能夠藉由應用含有斜面取向液晶分子的液晶配向薄膜而控制液晶介面的預傾斜，且能夠根據液晶配向薄膜的平均傾斜角來對液晶層或液晶介面進行垂直及水平取向，以確保驅動均勻性及快速的響應速度。此外，藉由應用液晶配向薄膜，本申請案的透射率可變薄膜能夠以不包括摩擦製程在內的簡單塗佈-乾燥-固化方法藉由控制液晶配向薄膜中的液晶分子的排列而以各種模式實施，而不利用使用傳統摩擦方法的預傾斜控制方法。

Description

透射率可變薄膜
本申請案是有關於一種透射率可變薄膜及其用途。
本申請案主張基於在2016年10月28日提出申請的韓國專利申請案第10-2016-0141785號及在2017年10月18日提出申請的韓國專利申請案第10-2017-0134946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。
透射率可變薄膜可指能夠控制陽光的透射率的功能性薄膜。
液晶分子可依據形式而被劃分成桿狀液晶及碟狀液晶。由於桿狀液晶具有包括均質(homogeneous)配向、垂直(homeotropic)配向、傾斜(tilt)配向、斜面(splay)配向或膽固醇(cholesteric)配向等在內的各種取向圖案，因此其可表現出拉伸薄膜所無法獲得的光學性質。舉例而言，在將可聚合液晶化合物施加至拉伸膜以賦予各種液晶取向特性時，可獲得更多種物理性質。
在專利文獻1(韓國專利公開案第2008-0099412號)中，使用反應性液晶原(reactive mesogen，RM)的液晶配向薄膜可藉 由主要使用A碟(A plate)來對液晶進行水平取向或主要使用C碟(C plate)來對液晶進行垂直取向而對液晶進行水平或垂直取向，因此存在可達成各種液晶模式的優點。
然而，使用此種反應性液晶原的配向薄膜在對液晶進行預傾斜(pretilt)控制以在驅動時表達特定織構(texture)方面存在困難，從而導致例如霧度增大或驅動不均勻等問題。
傳統上，使用摩擦製程經由配向薄膜來控制液晶的預傾斜，但存在在使用摩擦製程時製程複雜的缺點。
本申請案的目的是提供一種透射率可變薄膜及其用途，所述透射率可變薄膜能夠藉由應用包含斜面取向(splay oriented)液晶分子的液晶配向薄膜而控制液晶介面的預傾斜，且能夠根據液晶配向薄膜的平均傾斜角來對液晶層或液晶介面進行垂直及水平取向，以確保驅動均勻性及快速的響應速度。
本申請案的另一目的在於提供一種透射率可變薄膜及其用途，所述透射率可變薄膜能夠以不包括摩擦製程在內的簡單塗佈-乾燥-固化方法藉由控制液晶配向薄膜中的液晶分子的排列來達成各種模式，而不利用使用傳統摩擦方法的預傾斜控制方法。
本申請案是有關於一種透射率可變薄膜。本申請案的示例性透射率可變薄膜可依序包括第一基板(100)、透射率可變液晶層 (300)及第二基板(200)。第一基板(100)及第二基板(200)中的至少一者可包括含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜(圖中未示出)。
本申請案的透射率可變薄膜可在無需使用傳統摩擦製程的情況下藉由應用包含斜面取向液晶分子的液晶配向薄膜而控制液晶介面的預傾斜，且可藉由能夠根據液晶配向薄膜的平均傾斜角而對液晶層或液晶介面進行垂直取向及水平取向而確保驅動均勻性及快速的響應速度。
在本說明書中，液晶配向薄膜是指含有液晶分子的配向薄膜，且非液晶配向薄膜是指不含液晶分子的配向薄膜。非液晶配向薄膜可為例如以下將闡述的光致配向薄膜。
此外，在本說明書中，術語「斜面取向液晶」是指以其中液晶層中存在的液晶分子的傾斜角沿液晶層的厚度方向逐漸變化的取向狀態存在的液晶。
在本說明書中，預傾斜可具有角度(angle)及方向(direction)。預傾斜角可被稱為極角(Polar angle)，其可指液晶的指向矢(director)相對於配向薄膜的水平表面形成時的角度。預傾斜方向可被稱為方位角(Azimuthal angle)，其可指液晶的指向矢投射於配向薄膜的水平表面上時的方向。
在本說明書中，術語「液晶的指向矢」在液晶具有桿狀(rod)時可指長軸，且在液晶具有碟狀(discotic)時可指碟狀平面的法向軸。
在本說明書中，術語「液晶分子的傾斜角」是指經取向的液晶分子中的一者相對於液晶層的平面形成時的角度。此外，本文中的術語「預傾斜角」是指透射率可變液晶層中存在的液晶分子的傾斜角中的最小傾斜角。
此外，在本說明書中，術語「液晶配向薄膜的平均傾斜角」是指液晶配向薄膜中含有的斜面取向液晶分子的傾斜角的平均值，術語「液晶配向薄膜的最小傾斜角」是指液晶配向薄膜中含有的斜面取向液晶分子的傾斜角的最小傾斜角，且術語「液晶配向薄膜的最大傾斜角」是指液晶配向薄膜中含有的斜面取向液晶分子的最大傾斜角。
可藉由利用阿克索梅特裏克斯(Axometrics)公司生產的阿克索斯堪(Axoscan)根據製造商手冊量測每一角度下的相位差值、然後根據所量測的相位差值進行計算來獲得所述傾斜角，其中阿克索斯堪是能夠量測相位差的儀器。
在本說明書中，在定義角度時使用的例如垂直、水平、正交或平行等術語是指在不會有損於所需效果的情況下實質上垂直、水平、正交或平行，其包括例如將生產誤差(error)或偏差(變化；variation)等考量在內的誤差。舉例而言，上述每一情形可包括在約±15度內的誤差、在約±10度內的誤差、或在約±5度內的誤差。
第一基板及第二基板是自外部對其施加電壓以便改變透射率可變液晶層中的液晶分子的排列的部分。
第一基板可包括第一電極薄膜及形成於所述第一電極薄膜上的第一非液晶配向薄膜，且所述第二基板可包括第二電極薄膜及形成於所述第二電極薄膜上的第二非液晶配向薄膜。具體而言，第一電極薄膜可具有形成於第一基底薄膜(base film)上的第一電極層，且第二電極薄膜可具有形成於第二基底薄膜上的第二電極層。
此外，第一基板及第二基板中的至少一者可具有液晶配向薄膜，且具體而言，液晶配向薄膜可形成於第一基板的第一非液晶配向薄膜及第二基板的第二非液晶配向薄膜中的至少一者上。
在一個實例中，液晶配向薄膜可形成於第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜中的任一者上，且在一個實施例中，液晶配向薄膜可形成於第二非液晶配向薄膜上。
在另一實例中，液晶配向薄膜可形成於第一非液晶配向薄膜與第二非液晶配向薄膜二者上。
可使用具有光學透明性者作為第一基底薄膜及第二基底薄膜。舉例而言，可使用光學透明塑膠薄膜或片材或可使用玻璃作為第一基底薄膜及第二基底薄膜。具體而言，所述塑膠薄膜或片材可由以下進行例示：纖維素薄膜或片材，例如二乙醯纖維素(diacetyl cellulose；DAC)、或三乙醯纖維素(triacetyl cellulose；TAC)薄膜或片材；環烯烴共聚物(cycloolefin copolymer；COP)薄膜或片材，例如降冰片烯衍生物樹脂薄膜或片材；丙烯酸薄膜 或片材，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methyl methacrylate)；PMMA)薄膜或片材；聚碳酸酯(polycarbonate；PC)薄膜或片材；烯烴薄膜或片材，例如聚乙烯(polyethylene；PE)或聚丙烯(polypropylene；PP)薄膜或片材；聚乙烯醇(polyvinyl alcohol；PVA)薄膜或片材；聚醚碸(polyethersulfone；PES)薄膜或片材；聚醚醚酮(polyetheretherketone；PEEK)薄膜或片材；聚醚醯亞胺(polyetherimide；PEI)薄膜或片材；聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate；PEN)薄膜或片材；聚酯薄膜或片材，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate；PET)薄膜或片材；聚醯亞胺(polyimide；PI)薄膜或片材；聚碸(polysulfone；PSF)薄膜或片材；聚芳酯(polyarylate；PAR)薄膜或片材；或氟樹脂薄膜或片材等，且一般而言，可使用纖維素薄膜或片材、聚酯薄膜或片材、或丙烯酸薄膜或片材等，且較佳地，可使用TAC薄膜或片材，但其可考量到本申請案的目的而進行適當地選擇。
可使用透明導電層作為第一電極層及第二電極層。舉例而言，可使用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))等而形成者作為第一電極層及第二電極層。在一個實施例中，可使用氧化銦錫(ITO)作為第一電極層及第二電極層。
在本說明書中，術語「透射率可變液晶層」是指其中液晶分子的取向狀態由自外部施加的電壓改變的層。
透射率可變液晶層可藉由控制液晶配向薄膜中所包含的斜面取向液晶分子的傾斜角來控制在未施加電壓時(即，在初始狀態下)透射率可變液晶層中所包含的液晶分子的預傾斜，以控制取向狀態。可根據在生產下部中存在的第一非液晶配向薄膜及/或第二非液晶配向薄膜時的固化溫度而將液晶配向薄膜的傾斜角控制成所需大小。
在一個實例中，當液晶配向薄膜的平均傾斜角處於0.2度至20度的範圍內時，透射率可變液晶層在未施加電壓時可具有水平取向。具體而言，使透射率可變液晶層在未施加電壓時具有水平取向的液晶配向薄膜的平均傾斜角可為0.6度至18.3度、1.0度至16.6度、1.4度至14.9度、或1.8度至13.2度。當透射率可變液晶層具有水平取向時，液晶配向薄膜的平均傾斜角滿足上述範圍，使得在透射率可變液晶層中產生小的反向傾斜域(reverse tilt domain)，藉此可確保驅動均勻性。
此時，使透射率可變液晶層在未施加電壓時具有垂直取向的第一非液晶配向薄膜及/或第二非液晶配向薄膜的固化溫度可為20℃至70℃、具體而言30℃至65℃或40℃至60℃。藉由將非液晶配向薄膜的固化溫度控制在上述範圍內，在透射率可變液晶層中產生了小的反向傾斜域，使得可確保驅動均勻性。
此外，為了使得透射率可變液晶層在未施加電壓時具有垂直取向，液晶配向薄膜的最小傾斜角可為0度至0.4度，且液晶配向薄膜的最大傾斜角可為0.2度至45度，且具體而言，液晶配 向薄膜的最小傾斜角可為0度至0.3度、0度至0.2度、或0度至0.1度，且液晶配向薄膜的最大傾斜角可為1度至45度、10度至45度、或自20度至45度。
在另一實例中，當液晶配向薄膜的平均傾斜角為30度至90度時，透射率可變液晶層在未施加電壓時可具有垂直取向。具體而言，使透射率可變液晶層在未施加電壓時具有垂直取向的液晶配向薄膜的平均傾斜角可為35度至75度、40度至60度、或44度至45度。當透射率可變液晶層具有垂直取向時，液晶配向薄膜的平均傾斜角滿足上述範圍，使得在透射率可變液晶層中產生小的反向傾斜域，藉此可確保驅動均勻性。
此時，使透射率可變液晶層在未施加電壓時具有垂直取向的第一非液晶配向薄膜及/或第二非液晶配向薄膜的固化溫度可為大於70℃至90℃、具體而言75℃至85℃或78℃至82℃。藉由將第一非液晶配向薄膜及/或第二非液晶配向薄膜的固化溫度控制在上述範圍內，在透射率可變液晶層具有垂直取向時產生了小的反向傾斜域，使得可確保驅動均勻性。
此外，為了使得透射率可變液晶層在未施加電壓時具有垂直取向，液晶配向薄膜的最小傾斜角可為0度至88度，且液晶配向薄膜的最大傾斜角可為0度至90度，且具體而言，液晶配向薄膜的最小傾斜角可為10度至80度、20度至70度、30度至60度、或40度至50度，且最大傾斜角可為10度至80度、20度至70度、30度至60度、或40度至50度。
透射率可變液晶層可包含非反應性液晶及二向色性染料。非反應性液晶可指不具有可聚合基團的液晶化合物。此處，可聚合基團可由丙烯醯基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯基、甲基丙烯醯氧基、羧基、羥基、乙烯基或環氧基等進行例示，但其並非僅限於此，且可包含被稱為可聚合基團的習知官能基團。舉例而言，可使用層列型(smectic)液晶化合物、向列型(nematic)液晶化合物或膽固醇(cholesteric)液晶化合物等作為非反應性液晶。
透射率可變液晶層可包含具有負的或正的介電常數各向異性的非反應性液晶。液晶的介電常數各向異性可根據以下將闡述的驅動模式進行恰當地選擇。在本說明書中，術語「介電常數各向異性(△ε)」可指液晶的水平介電常數(ε//)與垂直介電常數(εv)之間的差(ε//-εv)。本文中的術語「水平介電常數(ε//)」是指在其中施加電壓以使得液晶分子的指向矢與由所施加的電壓產生的電場的方向實質上水平的狀態下沿電場的方向量測的介電常數值，且「垂直介電常數(εv)」是指在其中施加電壓以使得液晶分子的指向矢與由所施加的電壓產生的電場的方向實質上垂直的狀態下沿電場的方向量測的介電常數值。
二向色性染料可提高透射率可變薄膜的遮光率，以有助於透射率變化。在本說明書中，術語「染料」可指能夠在可見光區域內的至少某些範圍中或在整個範圍中(例如，在400奈米至700奈米的波長範圍內)強烈地吸收及/或修改光的材料。此外，在本說明書中，術語「二向色性染料」可指能夠在可見光區域的 至少某些範圍或整個範圍中進行光的各向異性吸收的材料。舉例而言，可選擇並使用以具有可根據液晶的配向狀態進行配向的性質而著稱的習知染料、例如可使用黑色染料(black dye)作為二向色性染料。此種染料例如被稱為偶氮染料或蒽醌染料，但並非僅限於此。
液晶配向薄膜中含有的斜面取向液晶可為反應性液晶。反應性液晶可指具有至少一個可聚合官能基團的液晶化合物。反應性液晶並非僅限於但可包括例如氰基聯苯丙烯酸酯、氰基苯基環己烷丙烯酸酯、氰基苯基酯丙烯酸酯、苯甲酸苯基酯丙烯酸酯、或苯基嘧啶丙烯酸酯等中的一者或二者或更多者的混合物，只要所述反應性液晶是在透射率可變液晶層中具有上述可聚合官能基團的液晶化合物即可。
在一個實例中，液晶配向薄膜可具有300奈米(nm)至3000奈米的厚度。具體而言，液晶配向薄膜的厚度可為400奈米至2500奈米、500奈米至2000奈米、600奈米至1500奈米、或700奈米至1000奈米。若液晶配向薄膜的厚度太薄，則可發生塗佈性及平面內均勻性問題，而若液晶配向薄膜的厚度太厚，則透射率可變液晶層的液晶分子對液晶配向薄膜可能具有微弱影響從而表現出混亂的取向狀態。
透射率可變液晶層可設置在第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜中的至少一者中所包含的液晶配向薄膜上。舉例而言，在液晶配向薄膜中，具有最大傾斜角的液晶分子較具有最 小傾斜角的液晶分子可更靠近透射率可變液晶層設置，具有最小傾斜角的液晶分子較具有最大傾斜角的液晶分子可更靠近透射率可變液晶層設置，且具有中等傾斜角的液晶分子較具有最小傾斜角及最大傾斜角的液晶分子亦可更靠近透射率可變液晶層設置。由於液晶配向薄膜如上所述進行設置，因此其可控制在與透射率可變液晶層的液晶介面處的液晶預傾斜，藉此控制透射率可變液晶層中的液晶分子的初始配向狀態。
第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜為用於沿預定方向對與每一配向薄膜相鄰的液晶分子(例如，液晶配向薄膜或透射率可變液晶層中所包含的液晶分子)進行取向的薄膜。第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜可分別包括在第一基板及第二基板中，且具體而言，第一非液晶配向薄膜可形成在第一電極薄膜上，且第二非液晶配向薄膜可形成在第二電極薄膜上。
在不有損於本申請案的目的的情況下，可恰當地選擇第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜的厚度，並將所述厚度控制於一定範圍內。舉例而言，第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜可以約1微米(μm)或小於1微米的厚度範圍進行塗佈，並以適當地誘導液晶配向薄膜及透射率可變液晶層中含有的液晶分子的取向的方式進行使用，其可視需要進行恰當調整。
可使用例如光致配向薄膜等非接觸型配向薄膜作為第一非液晶配向薄膜及第二非液晶配向薄膜。光致配向薄膜可包含可光取向(photo-orientable)的材料。在本申請案中，可光取向材料 可指能夠經由光輻照沿預定方向配向(在取向上有序；orientationally ordered)、且在配向狀態下亦能夠沿所述預定方向對相鄰的液晶化合物等進行取向的材料。舉例而言，可使用藉由偏振紫外線輻照經由光異構化反應、光解反應或光二聚反應展現出液晶取向的可光取向化合物作為可光取向材料。
可光取向化合物可為例如含有光敏部分(photosensitive moiety)的化合物。已知各種能夠用於液晶化合物的取向的可光取向化合物。可使用例如以下化合物作為可光取向化合物：藉由反式-順式光異構化配向(trans-cis photoisomerization)的化合物；藉由光裂解(photo-destruction)(例如，斷鏈(chain scission)或光氧化(photo-oxidation))配向的化合物；藉由光交聯或光聚合(例如，[2+2]環加成(cycloaddition)、[4+4]環加成或光二聚作用(photodimerization))配向的化合物；藉由光弗利斯重排(photo-Fries rearrangement)配向的化合物或藉由開環/閉環(ring opening/closure)反應配向的化合物等。藉由反式-順式光異構化配向的化合物可由偶氮化合物(例如，磺化重氮染料(sulfonated diazo dye))或偶氮聚合物(azo polymer)或二苯基乙烯(stilbenes)化合物等進行例示，且藉由光裂解配向的化合物可由環丁烷四羧酸二酐(環丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐；cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride)、芳香族聚矽烷或聚酯、聚苯乙烯或聚醯亞胺等進行例示。此外，藉由光交聯或光聚合配向的化合物可由肉桂酸酯(cinnamate)化合物、香豆素 (coumarin)化合物、肉桂醯胺(cinnamamide)化合物、四氫酞醯亞胺(tetrahydrophthalimide)化合物、馬來醯亞胺(maleimide)化合物、苯甲酮化合物或二苯乙炔(diphenylacetylene)化合物、或具有查耳酮殘基(chalconyl)作為光敏部分的化合物(以下稱為查耳酮化合物)或具有蒽殘基(anthracenyl)作為光敏部分的化合物(以下稱為蒽基化合物)等進行例示，藉由光弗利斯重排配向的化合物可由芳香族化合物(例如，苯甲酸(benzoate)化合物)、苯並醯胺(benzoamide)化合物及甲基丙烯酸胺基芳基(甲基)丙烯酸酯(methacrylamidoaryl methacrylate)化合物進行例示，且藉由開環/閉環反應配向的化合物可由藉由[4+2]π電子系統(electronic system)的開環/閉環反應配向的化合物(例如，螺吡喃化合物等)進行例示，但並非僅限於此。
可光取向的化合物可為單分子化合物、單體化合物、寡聚化合物或聚合化合物、或為可光取向化合物與聚合物的混合(blend)形式。此處，寡聚化合物或聚合化合物可具有衍生自主鏈或側鏈中的上述可光取向材料或上述光敏部分的殘基。
具有衍生自可光取向化合物或光敏部分的殘基或能夠與可光取向化合物混合的聚合物可由以下進行例示但並非僅限於此：聚降冰片烯、聚烯烴、聚芳酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚醯亞胺、聚(醯胺酸)(poly(amic acid))、聚馬來醯亞胺、聚丙烯醯胺、聚甲基丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚苯乙烯、聚矽氧烷、聚丙烯腈、或聚甲基丙烯腈等。
可包含於可光取向化合物中的聚合物可通常由以下進行例示但並非僅限於此：聚降冰片烯肉桂酸酯、聚降冰片烯烷氧基肉桂酸酯、烯丙基醯氧基肉桂酸酯、聚降冰片烯氟化肉桂酸酯、聚降冰片烯氯化肉桂酸酯或聚降冰片烯二肉桂酸酯等。
光配向薄膜可具有恰當的表面粗糙度，用於均勻應用及固定以下將闡述的球間隔件。所述表面粗糙度(例如，表面粗糙度(Ra))可為3奈米至100奈米。可例如藉由以下製程來實施表面粗糙度：a)用於在基底材料上塗佈包含奈米顆粒、可固化樹脂及溶劑的組成物、然後進行乾燥及固化的製程；b)以模具對基底材料進行衝壓的製程；c)以部分侵蝕溶劑對平坦基底材料進行侵蝕的製程；以及d)對平坦基底材料施加物理力的製程。
透射率可變薄膜可更包含作為單元間隙保持構件(cell gap holding member)的球間隔件(ball spacer)，用於維持第一基板與第二基板之間的單元間隙。
在一個實施例中，可以固定至第一基板的第一非液晶配向薄膜的狀態包含球間隔件。在本說明書中，球間隔件固定至第一非液晶配向薄膜這一事實指球間隔件穩固地黏貼至第一非液晶配向薄膜。具體而言，在本說明書中，球間隔件固定至第一非液晶配向薄膜這一事實與球間隔件僅接觸配向薄膜的意思不同，其可指其中球間隔件固定至配向薄膜的一側的狀態，因此不會因外部力量或壓力而發生移動。可例如藉由判斷在液晶單元分解時間隔件存留於哪一配向薄膜上來確認間隔件是否固定至配向薄膜。 在一個實例中，球間隔件的底部可經由形成於第一非液晶配向薄膜的頂部上的固化產物而固定至第一非液晶配向薄膜。在一個實例中，所述固化產物可在第一非液晶配向薄膜上存在於多個彼此間隔開的區域中。
固化產物可在所述一側上具有傾斜表面。固化產物的上表面可具有與球間隔件的下表面的凸出部分對應的凹陷部分。固化產物的上表面的凹陷部分與球間隔件的下表面的凸出部分可彼此緊密接觸。
固化產物可包含可固化材料。可使用可熱固化材料或可光固化材料作為可固化材料。可使用可紫外線固化材料作為可光固化材料。舉例而言，可使用矽酮樹脂、矽樹脂、呋喃樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、環氧樹脂、胺基樹脂、酚樹脂、脲樹脂、聚酯樹脂或三聚氰胺樹脂等作為可熱固化材料。通常可使用例如以下丙烯酸聚合物作為可紫外線固化材料：聚酯丙烯酸酯聚合物、聚苯乙烯丙烯酸酯聚合物、環氧丙烯酸酯聚合物、聚胺基甲酸酯丙烯酸酯聚合物、或聚丁二烯甲基丙烯酸酯聚合物、矽酮丙烯酸酯聚合物、或烷基丙烯酸酯聚合物等。
球間隔件的頂部可接觸液晶配向薄膜。球間隔件可維持間隔以使得透射率可變液晶層可形成於第一非液晶配向薄膜與液晶配向薄膜之間。
可考量到本申請案的目的而恰當地選擇球間隔件的直徑。舉例而言，球間隔件可具有2微米至100微米、具體而言8 微米至30微米的直徑。當球間隔件的直徑處於上述範圍內時，可維持適當的間隔以使得液晶層可形成於第一基板與第二基板之間。
可考量到本申請案的目的而恰當地選擇構成球間隔件的材料。舉例而言，球間隔件(301)可包括選自由以下組成的群組中的至少一者：基於碳的材料、基於金屬的材料、基於氧化物的材料、及其複合材料。當球間隔件(301)是由上述材料製成時，其可適於達成透射率可變薄膜。
作為一種形成球間隔件的方法，在一個實例中，可藉由在將透射率可變液晶層的組成物施加至基板上之前施加球間隔件組成物來形成球間隔件。在此種情形中，當球間隔件組成物更包含可固化化合物時，可達成其中球間隔件經由固化產物固定至第一基板的結構。在另一實例中，可藉由使球間隔件與透射率可變液晶層的組成物混合並將所述二者同時施加至基板上來形成球間隔件。圖2說明性地示出根據本申請案一個實施例的透射率可變薄膜。如圖2所示，根據本申請案一個實施例的透射率可變薄膜經由用於保持第一基板(100)與第二基板(200)之間的單元間隙的球間隔件(301)來形成透射率可變液晶層(300)。
第一基板(100)包括第一電極薄膜(110)及第一非液晶配向薄膜(120)，且第二基板(200)包括第二電極薄膜(210)、第二非液晶配向薄膜(220)及含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜(230)。
根據本發明的一個實施例的透射率可變薄膜包括一個含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜(230)，以使得透射率可變液晶層(300)中所包含的液晶分子(302)在未施加電壓時可展現出水平取向。
圖3亦說明性地示出根據本申請案另一個實施例的透射率可變薄膜。如圖3所示，根據本發明的另一個實施例的透射率可變薄膜經由用於保持第一基板(100)與第二基板(200)之間的單元間隙的球間隔件(301)來形成透射率可變液晶層(300)。
第一基板(100)包括第一電極薄膜(110)、第一非液晶配向薄膜(120)及含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜(130)，且第二基板(200)包括第二電極薄膜(210)、第二非液晶配向薄膜(220)及含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜(230)。
根據本發明的另一個實施例的透射率可變薄膜包括二個含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜(230)，以使得液晶層(300)中所包含的液晶分子(302)在未施加電壓時可展現出垂直取向。
在一個實例中，透射率可變液晶層(300)可具有80微米或小於80微米的反向傾斜域大小。具體而言，透射率可變液晶層(300)的反向傾斜域大小的上限可為60微米或小於60微米、或40微米或小於40微米，且對透射率可變液晶層(300)的反向傾斜域大小的下限無特別限制，但其可為例如10微米或大於10微米。由於透射率可變液晶層(300)具有處於上述範圍內的小的反向傾斜域大小，因此可確保驅動均勻性。
本申請案的透射率可變薄膜可藉由根據是否對透射率可變液晶層施加電壓來控制取向方向而改變透射率。在一個實例中，透射率可變液晶層可根據是否施加電壓而切換垂直取向與水平取向。在一個實例中，透射率可變薄膜可在水平取向時達成亮狀態(clear state)並可在垂直取向時達成暗狀態(dark state)。在本說明書中，亮狀態可指高透射率狀態，而暗狀態可指低透射率狀態。在一個實例中，在亮狀態下的透射率可為40%或大於40%、45%或大於45%、或50%或大於50%，且在暗狀態下的透射率可為5%或小於5%、4%或小於4%、或3%或小於3%。
可藉由以液晶配向薄膜控制預傾斜而以各種模式驅動透射率可變薄膜。在一個實例中，透射率可變薄膜可以垂直配向((vertically alignment，VA)模式實施。在此種情形中，透射率可變液晶層可包含具有負介電常數各向異性的液晶。在以VA模式驅動的情形中，透射率可變液晶層在未施加電壓時可處於垂直取向狀態，且在施加電壓時可處於水平取向狀態。在另一實例中，透射率可變薄膜可以電控雙折射(electrically controlled birefringence，ECB)模式實施。在此種情形中，透射率可變液晶層可包含具有正介電常數各向異性的液晶。在以ECB模式驅動的情形中，透射率可變液晶層在未施加電壓時可處於水平取向狀態，且在施加電壓時可處於垂直取向狀態。藉由使用含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜來控制與透射率可變液晶層的介面處的液晶預傾斜，本申請案可控制在開-關(on-off)驅動時具有負的或 正的介電常數各向異性的液晶的取向方向，以使得可確保驅動均勻性。透射率可變薄膜可更以扭曲向列(twisted nematic，TN)模式驅動。
本申請案亦有關於透射率可變薄膜的用途。本申請案的透射率可變薄膜可應用於可應用透射率變化的所有裝置。舉例而言，本申請案的透射率可變薄膜可應用於遮陽頂、護目鏡、太陽鏡或頭盔等以提供透射率可變裝置。對透射率可變裝置的其他部分、結構等無特別限制且可恰當地應用此領域中已知的所有內容，只要所述透射率可變裝置包括本申請案的透射率可變薄膜即可。
本申請案的透射率可變薄膜能夠藉由應用含有斜面取向液晶分子的液晶配向薄膜而控制液晶介面的預傾斜，且能夠根據液晶配向薄膜的平均傾斜角來對液晶層或液晶介面進行垂直及水平取向，以確保驅動均勻性及快速的響應速度。此外，藉由應用液晶配向薄膜，本申請案的透射率可變薄膜能夠以不包括摩擦製程在內的簡單塗佈-乾燥-固化方法藉由控制液晶配向薄膜中的液晶分子的排列來以各種模式實施，而不利用使用傳統摩擦方法的預傾斜控制方法。
100‧‧‧第一基板
110‧‧‧第一電極薄膜
120‧‧‧第一非液晶配向薄膜
121‧‧‧固化產物
130‧‧‧液晶配向薄膜
200‧‧‧第二基板
210‧‧‧第二電極薄膜
220‧‧‧第二非液晶配向薄膜
230‧‧‧液晶配向薄膜
300‧‧‧透射率可變液晶層
301‧‧‧球間隔件
302‧‧‧液晶分子
圖1是說明性地示出根據本申請案的一個實施例的透射率可變薄膜的圖式。
圖2是示出實例1及實例2的透射率可變薄膜的圖式。
圖3是示出實例3的透射率可變薄膜的圖式。
圖4是實例1的驅動影像。
圖5是實例2的驅動影像。
圖6是比較例1的驅動影像。
圖7是實例3的曲線圖，其示出對根據驅動電壓而變化的透射率的評估結果。
圖8是實例3的曲線圖，其示出對根據視角而變化的透射率的評估結果。
以下，將藉由以下實例來詳細闡述本申請案，但本申請案的範圍不受以下實例的限制。
實例1
製備第一非液晶配向薄膜組成物
將9.675克溶劑(環己酮)、0.325克可光取向材料(5-降冰片烯-2-甲基-4-甲氧基肉桂酸酯)以及0.01克奈米顆粒(PMMA，日本積水株式會社(SEKISUI)，平均粒徑：370奈米)添加至20毫升小瓶(vial)中並混合以製備第一非液晶配向薄膜組成物。
製備球間隔件組成物
將9.675克溶劑(環己酮)、0.065克可光取向材料(5-降冰片烯-2-甲基-4-甲氧基肉桂酸酯)以及0.1克球間隔件 (KBN-510，日本積水株式會社，平均粒徑：10微米)添加至20毫升小瓶(vial)中並混合以製備球間隔件組成物。
製作第一基板
使用邁耶棒(mayer bar)(#4)將第一非液晶配向薄膜組成物塗佈於第一電極薄膜(PC/ITO薄膜，寬×長=100毫米×100毫米)的ITO層上塗佈至約300奈米的厚度。在約80℃下將所塗佈的組成物乾燥約2分鐘。在室溫(25℃±5℃)下以強度為200毫瓦/平方公分(mW/cm2)的偏振紫外線垂直(0°)輻照經乾燥的組成物10秒鐘，並使所述組成物固化以形成第一非液晶配向薄膜。隨後，使用邁耶棒(#10)將球間隔件組成物塗佈於第一非液晶配向薄膜上塗佈至乾燥後約60奈米的厚度。在約100℃下將所塗佈的組成物乾燥約2分鐘。以強度為約200毫瓦/平方公分的偏振紫外線垂直(0°)輻照經乾燥的組成物10秒鐘，並將球間隔件固定於第一非液晶配向薄膜上以製作第一基板。
製備第二非液晶配向薄膜組成物
將9.675克溶劑(環己酮)及0.325克可光取向材料(5-降冰片烯-2-甲基-4-甲氧基肉桂酸酯)添加至20毫升小瓶(vial)中並混合以製備第二非液晶配向薄膜組成物。
製作第二基板
使用邁耶棒(#4)將第二非液晶配向薄膜組成物塗佈於第二電極薄膜(PC/ITO薄膜，寬×長=100毫米×100毫米)的ITO層上塗佈至乾燥後約300奈米的厚度。在約80℃下將所塗佈的組 成物乾燥約2分鐘。在室溫(25℃±5℃)下以強度為200毫瓦/平方公分的偏振紫外線垂直(0°)輻照經乾燥的組成物10秒鐘，並使所述組成物固化以形成第二非液晶配向薄膜。隨後，使用邁耶棒(#4)將以25重量%溶解於甲苯中的可斜面取向的液晶混合物(商標名稱：RMM667，製造商：默克公司(MERCK))施加於第二非液晶配向薄膜上，以形成液晶配向薄膜。然後，在烘箱中在80℃下將液晶配向薄膜乾燥2分鐘。在乾燥之後，在40℃下以強度為300毫瓦/平方公分的偏振紫外線輻照配向薄膜約10秒鐘，並使所述配向薄膜固化以製作上面形成有厚度為1000奈米的液晶配向薄膜的第二基板。
單元層壓
在將1克含有正型(positive)液晶的透射率可變液晶層的組成物(MDA-14-4145，默克公司)及基於偶氮的染料施加於第一基板的第一非液晶配向薄膜上之後，層壓第二基板以使得第二非液晶配向薄膜接觸球間隔件，從而製作如圖2所示的液晶單元。
實例2
除在塗佈第二非液晶配向薄膜組成物時將乾燥後的固化溫度改變為60℃以外，以與實例1相同的方式製作液晶單元。
實例3
製作第一基板
除在塗佈第二非液晶配向薄膜組成物時將乾燥後的固化 溫度改變為80℃以外，以與實例1相同的方式製作第一基板。
製作第二基板
除在塗佈第二非液晶配向薄膜組成物時將乾燥後的固化溫度改變為80℃以外，以與實例1相同的方式製作第二基板。
單元生產
在第一基板的第二非液晶配向薄膜上，施加其中混合有100毫克基於偶氮的染料(X12，巴斯夫公司(BASF))及1克負型(negative)液晶組成物(MAT-13-1422，默克公司)的透射率可變液晶層的溶液、以及球間隔件(KBN-510，日本積水株式會社)，然後使第一基板與第二基板層壓以生產如圖3所示的液晶單元。
比較例
除在製作第二基板時使用可水平取向的液晶混合物(RMM1290，默克公司)代替可斜面取向的液晶混合物以外，以與實例1相同的方式生產液晶單元。
量測實例1：量測平均傾斜角
量測實例1至實例3以及比較例中的第二基板的第二非液晶配向薄膜的傾斜角(tilt angle)，並將其平均值闡述於以下表1中。可藉由利用阿克索梅特裏克斯公司生產的阿克索斯堪設備量測並模擬每一角度下的相位差值來量測第二基板的第二非液晶配向薄膜的傾斜角，並計算其平均值。具體而言，在製作第二基板的第二非液晶配向薄膜之後，在60°至-60°之間以1°的間隔量測相 位差，然後經由擬合模擬(fitting simulation)量測傾斜角，並計算平均值。
評估實例1：域大小評估(顯微鏡觀察)
評估實例1及實例2以及比較例的液晶單元是否被均勻地驅動。具體而言，藉由以顯微鏡進行量測的方法來評估其中液晶以3伏特的低電壓驅動表達的反向傾斜域(reverse tilt domain)(亦即，其中液晶分子在傾斜時具有不同方向的區域)的大小。
圖4至圖6是其中實例1、實例2及比較例的液晶單元分別以3伏特(AC)的驅動電壓量測的顯微圖(50放大倍率)。自圖4可見，在實例1中觀察到大小為約30微米至80微米的反向傾斜域，自圖5可見，在實例2中觀察到大小為約10微米至30微米的反向傾斜域，且自圖6可見，在比較例中觀察到大小為約150微米至500微米的反向傾斜域。亦即，表1所示的平均傾斜角越大，所產生的反向傾斜域越小，且可見實例較比較例被更均勻地驅動。
評估實例2：評估根據電壓變化的透射率
對於示出初始垂直取向的實例3所示的液晶單元，量測在400奈米至700奈米波長下根據驅動電壓施加而變化的平均透射率，並將結果示出於以下表2及圖7中。液晶單元在未施加電壓(0伏特)時展現出透射率為約26.6%的亮模式，並在施加約20伏特的電壓時切換至透射率為約4.52%的暗模式。因此，當第二非液晶配向薄膜的平均傾斜角增大約45°時，可見垂直取向是有可能的。
評估實例3：評估根據視角變化的透射率
對於實例3所示的液晶單元，量測在400奈米至700奈米波長下根據視角而變化的平均透射率，並將結果示出於圖8中。具體而言，在未施加電壓(0伏特)時根據90°的方位角下的視角(極角)而變化的透射率。作為量測的結果，可確認很好地執行了垂直取向。

Claims (9)

  1. 一種透射率可變薄膜，依序包括第一基板、透射率可變液晶層及第二基板，其中所述第一基板及所述第二基板中的至少一者包括含有斜面取向液晶的液晶配向薄膜，其中所述液晶配向薄膜具有300奈米至3000奈米的厚度，所述液晶配向薄膜具有0.2度至20度的平均傾斜角時，所述透射率可變液晶層在未施加電壓時具有水平取向；或者所述液晶配向薄膜具有30度至90度的平均傾斜角時，所述透射率可變液晶層在未施加電壓時具有垂直取向，所述平均傾斜角是所述液晶配向薄膜中所含的斜面取向液晶分子的傾斜角的平均值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，其中所述第一基板及所述第二基板中的任一者具有所述液晶配向薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，其中所述第一基板及所述第二基板二者皆具有所述液晶配向薄膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，其中所述透射率可變液晶層包含非反應性液晶及二向色性染料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，其中所述斜面取向液晶是反應性液晶。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，其中所述第一基板包括第一電極薄膜及形成於所述第一電極薄膜上的第一非液晶配向薄膜，且所述第二基板包括第二電極薄膜及形成於所述第二電極薄膜上的第二非液晶配向薄膜。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的透射率可變薄膜，其中所述第一非液晶配向薄膜及所述第二非液晶配向薄膜各自為光致配向薄膜。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，更包括位於所述第一基板與所述第二基板之間的球間隔件。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的透射率可變薄膜，其中所述透射率可變液晶層具有80微米或小於80微米的反向傾斜域大小。
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