專利名稱：光學(xué)器件和制造這樣光學(xué)器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包含一個基底的光學(xué)器件，其中該基底設(shè)有包括一種有機聚合物和一種或多種光致變色化合物的層，光學(xué)器件在可見光波長范圍內(nèi)的透射率隨入射光的變化而改變。
本發(fā)明也涉及一種制造這樣光學(xué)器件的方法。
例如，能改變光透射率的光學(xué)器件被用來影響光的透射傳輸和/或(可見)光的反射，如用在燈，后視鏡和汽車的遮陽篷頂，或是建筑物的窗戶(“時尚(smart)窗戶”)，或是眼鏡玻璃中。這樣的光學(xué)器件也被用在(平面)顯示裝置的顯示屏的面向觀察者一側(cè)上，顯示裝置例如是陰極射線管(CRTs)，等離子顯示板(PDPs)，液晶顯示裝置(LCDs，LC-TVs和等離子尋址LCDs)和電致發(fā)光顯示裝置(LED顯示裝置，有機或聚合物L(fēng)ED顯示裝置)以提高顯示圖象的對比度。
根據(jù)周圍環(huán)境光的照明強度改變和優(yōu)化對比度對圖像質(zhì)量是很有利的。這種優(yōu)化不可能利用顯示屏透射率的固定值來實現(xiàn)，該值例如依賴于顯示屏玻璃的組成。上述層影響反射的環(huán)境光和來自一(內(nèi)部)光源的光線的亮度，例如，陰極射線管中的熒光體。入射的環(huán)境光通過該層并在基板上被反射隨后反射光再次通過該層。如果該層的透射率表示為T，反射的環(huán)境光的強度隨系數(shù)T2降低。來自內(nèi)部光源的光線僅僅通過該層一次，使得該光線的強度只隨系數(shù)T而降低。這些效果的結(jié)合使得對比度與T成反比，或換句話說，低透射率在較低的圖像照明下產(chǎn)生一個較好的對比度，反之亦然。
光學(xué)器件用于改變光透射率的例子還包括，尤其是電致變色器件和光致變色器件。
電磁輻射的結(jié)果使得一個配置有包括光致變色化合物的層的光學(xué)器件透射率自動改變，電磁輻射例如是直接或間接入射到該涂層上的光，如太陽光。大量的光致變色材料化合物已被人們所知并被分成不同種類(例如，螺吡喃化合物，螺嗪或俘精酸酐)。這樣一種光學(xué)器件提供一種例如通過使用在顯示裝置的顯示屏上包含光致變色材料化合物的涂層來增加圖像的對比度的可能性。
這樣一個光學(xué)器件可從本申請人的國際專利申請WO98/30923獲知。從該專利中得知的“透明”層包含一個二氧化硅的無機網(wǎng)，其中該層也包含一個通過Si-C鍵化學(xué)地結(jié)合到無機網(wǎng)的有機聚合物。該網(wǎng)絡(luò)結(jié)合有可從鋁，硅，鈦，鋯，銦和錫中選出的金屬氧化物粗粒。通常，由濕化學(xué)的溶膠凝膠方法制成這樣的光學(xué)器件。溶膠凝膠的方法是這樣一種方法，其中由于水的添加被控制，隨后烷氧基硅烷在酒精中的溶液進行水解和縮聚處理，進而形成(二)氧化硅的無機網(wǎng)。由此形成的無機網(wǎng)通過實行熱處理而被濃縮，其中完成了二氧化硅的形成。進而一個三維空間的無機網(wǎng)在溶膠凝膠的過程中形成。
專利申請WO98/30923的中所提及的光學(xué)器件有這樣的缺陷，即它們在好的機械的(耐摩擦)和光學(xué)特性(轉(zhuǎn)變光致變色化合物的性能)之間的構(gòu)成了一個折衷方法。
本發(fā)明的一個目的是要提供一種當環(huán)境光照明度在一個較寬的范圍和一個短周期內(nèi)變化時，具有充分對比度的最佳顯示的光學(xué)器件。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有非常良好的機械特性的光學(xué)元件，特別是該光學(xué)器件是耐摩擦的。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)器件可以實現(xiàn)該目的，本發(fā)明的特征在于包含光致變色化合物的透明層配有遠離基底側(cè)的一面上的保護層。
原理上，一在光學(xué)器件上的光致變色層必須滿足兩個對立條件a)網(wǎng)絡(luò)必須有良好的機械特性，如一種好的附著能力，抗磨損抵抗力和抗劃能力，其構(gòu)成一個剛硬的網(wǎng)絡(luò)，和b)該網(wǎng)絡(luò)必須允許所使用的光致變色材料具有良好轉(zhuǎn)換性能和對入射光有良好回應(yīng)，這些能夠通過柔軟靈活的基體得到。
通過使用位于包含光致變色化合物的透明層上的保護層，WO98/30293所述的光學(xué)器件的固有缺陷被消除了。由保護層實現(xiàn)所述機械功能并由包含光致變色化合物的透明層實現(xiàn)光學(xué)功能。通過分開機械和光學(xué)功能，獲得滿足上述目的的一個光學(xué)器件。
在本專利申請中的術(shù)語“保護層”應(yīng)當被理解為一個構(gòu)成對包含光致變色化合物的透明層物理保護的層。一個面罩，一個箔片或一個刮磨保護層就是這樣一個保護層的實例。
有許多使用保護層的可能性。一種可能性就是由玻璃等制造并用作保護層的面罩疊層。一在面罩和光學(xué)器件之間設(shè)置的層包含有機聚合物和一個或多個光致變色化合物。
另一種可能性是層疊一個包含有機聚合物和一個或多個光致變色化合物的箔，其中箔片在至少一側(cè)具有堅硬的覆層，如堅硬的二氧化硅覆層。箔片在光學(xué)器件上按照這樣一種方式疊置，即硬涂層形式的保護覆層設(shè)置在遠離基底側(cè)的一面。
層疊箔片或面罩的一個額外的益處就是使得光學(xué)器件具有良好的機械特性。層疊的箔片或面罩和基底的結(jié)合(尤其是陰極管)增加了基底的強度并獲得抗陰極管內(nèi)爆的更好的保護。
特別優(yōu)選地將光學(xué)器件光學(xué)地與基底和保護層耦合。鏡面反射在那附近被抵消，特別是當包含光致變色化合物的涂層和保護層以及襯底之間的折射指數(shù)的差異小于0.1時。
特別優(yōu)選地使用活動地轉(zhuǎn)換的光致變色化合物，也就是，利用波長在320和400nm范圍內(nèi)的入射光可以在從透明狀態(tài)到吸收狀態(tài)變色。如果光學(xué)器件是一個顯示屏，其優(yōu)選為不依賴顯示屏產(chǎn)生的光線來轉(zhuǎn)換光致變色化合物。通常，一個顯示屏主要產(chǎn)生可見光波長范圍的主要在400和800nm之間的光線。為了確保不依賴顯示屏本身產(chǎn)生的光線來轉(zhuǎn)換光致變色化合物，優(yōu)選使用在可見光波長范圍之外的光線影響下轉(zhuǎn)換的光致變色化合物，最好是在波長為320和400nm之間的光線。
根據(jù)本發(fā)明，一種制造如前所述的光學(xué)器件的方法，其特征在于一個或多個光致變色化合物與一個或多個能被聚合的化合物混合，之后獲得的混合體被設(shè)置在由保護層和基底所封閉的空間內(nèi)，并隨后受到聚合處理以形成包含光致變色化合物的透明層。
根據(jù)此實施例光致變色化合物存在于一個聚合基體中的分散區(qū)域，其中該矩陣特別適于包含允許短轉(zhuǎn)換周期的一個或多個光致變色化合物。
保護層優(yōu)選為一個由玻璃制成的面罩。
還可以以這樣一種方式執(zhí)行光學(xué)元件的制造方法，即一個或多個光致變色化合物與一個或多個能被聚合的化合物混合，之后獲得的混合體被設(shè)置在保護層上并隨后進行聚合處理，隨后獲得的保護層和包含光致變色化合物的透明層的組合體被這樣設(shè)置在基底上，即使包含光致變色化合物的透明層接合基底。
還可以以這樣一種方式執(zhí)行光學(xué)元件的制造方法，即在實行聚合處理之后，一個中間層被在所獲得的保護層和包含光致變色化合物的組合體上面，其中該中間層接合包含光致變色化合物的透明層，之后獲得的保護層、包含光致變色化合物的層和中間層的組合體被以這樣的方式設(shè)在基底上，即使得中間層接合基底。
在本方法的一個特殊實施例中，可以在包含一個或多個光致變色化合物的溶液中提供一個聚合物膜，光致變色化合物慢慢在聚合物膜中擴散并隨后將聚合物膜從溶液中移出，同時把由此形式的聚合物膜用作包含光致變色化合物的透明層。
本發(fā)明的一個特殊實施例中，以這樣一種方式執(zhí)行制造光學(xué)元件的方法，即一個或多個聚合物與一個或多個光致變色化合物在一個混合裝置中混合以形成包含光致變色化合物的透明層。
以下結(jié)合一些實施例說明本發(fā)明。然而，應(yīng)注意到這些實施例僅僅是用于解釋的目的。
實施例1PEGDMA550占100重量份的一種混合物(聚乙二醇二甲基丙烯酸酯大約有500個單體分子的重量)，占0.5重量份的LTPO(2，4，6-三甲基苯酰基二苯基膦氧化物，市場上稱為BASF光引發(fā)劑)和占0.1重量份的MXP7-114(光致變色萘酚吡喃，工業(yè)上標為PPG)，被灌入由保護層和基底間的封閉空間中。在被填充的封閉空間也為“單元”被密封后，用紫外光(強度3mW/cm2)照射該單元大約10分鐘。在完成光聚合處理之后，獲得一個包含光致變色化合物和具有短轉(zhuǎn)換周期(著色/變色周期＜2分鐘)的系統(tǒng)。根據(jù)這種方法，可制成具有3mm厚的樣本。試驗證明所制成的樣本在15℃和40.5℃用紫外線照射之后分別對波長570nm的光線具有在大約5％和45％之間變化的透射率值。在黑暗的環(huán)境下，樣本在570nm時無論任何溫度都具有大約96％透射率值。
實施例2實施例1中所提及的混合體同樣可通過在一個玻璃保護層上用旋轉(zhuǎn)涂敷法實現(xiàn)。玻璃保護層在氮氣中用紫外線(強度3mW/cm2)照射大約10分鐘。之后光聚合過程已經(jīng)停止，獲得設(shè)有包含光致變色化合物的透明層的保護層。獲得的樣本具有同實施例1中所提及的同樣的透射率值。
實施例3使用與實施例1，2中所用的相同的混合物，除了按重量占0.5份的LTPO被占重量0.5％的AIBN(偶氮二異丁腈，一個市場上稱Aldrich的熱催化劑)。利用旋涂法在一個玻璃保護層上提供如此準備的混合體，其被置于氮氣中的烤爐中。之后用氮氣將烤爐沖刷10分鐘，烤爐內(nèi)的溫度逐漸升至65℃，在爐中停留的時間大約是18個小時左右。聚合處理之后，獲得一個配有包含光致變色化合物的透明層的保護層，其中該保護層具有短的轉(zhuǎn)換周期(＜2分鐘)。樣本進而獲得同實施例1相同的透射率。
實施例4此實施例提供一種將光致變色化合物擴散到聚合膜中的方法。一個聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膜利用乙醇中的光致變色染料Photosol7-14的飽和溶液中漸漸膨脹，并且隨后膜在空氣中干燥。隨后通過將摻雜的PVB膜放置在基底和玻璃板(透明層)之間并在60℃和1000,000Pa條件下壓縮一個小時制成疊層板。
簡要說，本發(fā)明涉及一種包含一個基底的光學(xué)器件，而該基底配有一個包含一個有機聚合物網(wǎng)絡(luò)和一個或多個光致變色化合物的透明層，其中當包含光致變色化合物的透明層配備有遠離基底側(cè)的一側(cè)上的保護層時，光學(xué)器件的透射率根據(jù)入射光變化在可見光波長范圍內(nèi)而改變。
權(quán)利要求
1.一種包含基底的光學(xué)器件，所述基底配有包含有機聚合物和一個或多個光致變色化合物的透明層，其中光學(xué)器件的透射率在可見波長范圍內(nèi)根據(jù)入射光的變化而改變，其特征在于包含光致變色化合物的透明層在遠離基底側(cè)的一側(cè)上配置有一個保護層。
2.一種如權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，其特征在于包含光致變色化合物的透明層和保護層之間的折射率之差小于0.1。
3.一種如權(quán)利要求1和2所述的光學(xué)器件，其特征在于包含光致變色化合物的透明層和基底之間的折射率之差小于0.1。
4.一種如權(quán)利要求1至3所述的光學(xué)器件，其特征在于光致變色化合物利用320與400nm波長范圍內(nèi)的入射光活動地轉(zhuǎn)換。
5.一種制造如權(quán)利要求1至4中所述的光學(xué)器件的方法，其特征在于一種或多種光致變色化合物與一種或多種能夠聚合的化合物混合，隨后把獲得的混合物設(shè)置在由保護層和基底所封閉的空間內(nèi)，并隨后進行聚合處理，以形成包含光致變色化合物的透明層。
6.一種制造如權(quán)利要求1至4中所述的光學(xué)器件的方法，其特征在于一種或多種光致變色化合物與一種或多種能夠聚合的化合物混合，之后把獲得的混合物設(shè)置在保護層上并隨后進行聚合處理，之后將得到的保護層和包含光致變色化合物的透明層的組合體設(shè)置到基底上，這樣使包含光致變色化合物的透明層與基底接合。
7.一種如權(quán)利要求6中所述的制造光學(xué)器件的方法，其特征在于，在完成聚合處理后，在所得到的保護層和包含光致變色化合物的透明層的組合體上設(shè)置一個中間層，所述中間層與包含光致變色化合物的透明層接合，之后所獲得的保護層、包含光致變色化合物的層及中間層的組合體被設(shè)置在基底上，這樣使中間層與基底接合。
8.一種如權(quán)利要求1至4所述的制造光學(xué)器件的方法，其特征在于一種聚合物膜被設(shè)置在存在一種或多種光致變色化合物的溶液中，光致變色化合物在聚合物膜中擴散并隨后將聚合物膜從溶液中移出，同時把如此形成的聚合物膜用作包含光致變色化合物的透明層。
9.一種如權(quán)利要求1至4所述的制造光學(xué)器件的方法，其特征在于一種或多種聚合物和一種或多種光致變色化合物在一種混合裝置中混合，以形成包含光致變色化合物的透明層。
10.一種顯示器件的顯示屏，所述顯示屏包含一種如權(quán)利要求1，2，3或4中所述的光學(xué)器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含基底的光學(xué)器件，所述基底設(shè)有包含有機聚合物網(wǎng)絡(luò)和一或多種光致變色化合物的透明層，其中所述光學(xué)器件在可見波長范圍內(nèi)的透射率隨著入射光的改變而變化，同時包含光致變色化合物的透明層設(shè)有位于距基底側(cè)較遠側(cè)上的保護層。
文檔編號G03C1/73GK1457438SQ02800329
公開日2003年11月19日 申請日期2002年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月19日
發(fā)明者G·H·里特延斯, T·N·M·貝納達斯, M·P·J·皮特爾斯, G·C·德弗里斯, P·J·沃克曼, J·M·A·A·孔彭 申請人:皇家菲利浦電子有限公司