CN101057173B - 抗刮擦和损伤的pdlc调制器 - Google Patents

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Abstract

将至少一种选择的特异配制的UV可固化的有机硬涂层作为聚酯(Mylar)膜暴露侧的保护层来制造PDLC调制器。多种相关类型的硬涂层显示对聚酯膜衬底良好的粘附力、优秀的硬度和韧性，并且具有光滑的顶面，这降低了不必要的磨损。涂覆在调制器表面的该涂层显著降低了测试中由板上意外颗粒造成的对调制器的刮伤。此外，滑动面将降低对颗粒的粘着，并因此也降低了板损坏的可能性。

Description

抗刮擦和损伤的PDLC调制器
发明背景 
本发明涉及液晶调制器，更具体的是涉及聚合物分散液晶(PDLC)调制器结构。(PDLC可以是羟基聚丙烯酸酯和TL系列液晶的混合物，其中所述羟基基团通过聚异氰酸酯交联。) 
在液晶显示器(LCD)工业中PDLC调制器被用于测试薄膜晶体管。调制器寿命的改善是PDLC调制器研发的主要目标之一。由于在测试中组件与板非常接近，所以在正常使用中，PDLC调制器结构会受到损坏，这严重缩短了使用寿命。 
设置在BK-7光学玻璃上的现有131mm2PDLC调制器是已知的，其中通过薄聚酯膜(约6μm)(例如来自Dupont of Wilmington，Delaware的Mylar膜)保护活性表面。由于聚酯膜柔软，其表面易于刺破和刮伤，以致调制器的寿命成了问题。主要的调制器损坏类型包括1)薄膜(pellicle)剥落，2)颗粒穿透，以及3)刮擦。这些损坏类型使得调制器在相对较短的时间后就变得不能使用。由于对PDLC调制器的使用增加，开发更加耐用的调制器结构变得很紧迫。 
已经开发出了现有的解决方案，但是它们被证明是不充分的。感兴趣的两类特定类型是： 
玻璃的机械抛光。该技术涉及将介质镜(dielectric mirror)材料沉积在玻璃衬底(substrate)上。然后将该玻璃层压到NCAP(向列型曲线排列相(nematic curvilinear aligned phase))材料上，使该镜涂层与NCAP材料形成夹层接触。然后在该玻璃的背面进行机械抛光，留下非常薄的结构。当在应用系统中使用制成的调制器时，所得到的薄的膜显示了弱的机械强度(因此容易破裂)。 
直接的介质镜涂层。在该技术中，通过物理气相沉积将介质镜材料直接沉积在NCAP或PDLC材料上。尽管该方法可能在调制器上提供硬而薄的表面，但是没有与调制器耐久性相关的数据可得到。此外，试图制造这样的结构面临着包括低产率在内的技术挑战。 
所需要的是抗损坏的基于电介质的PDLC调制器以及制造方法。 
发明概述 
根据本发明，将至少一种选择的特意配制的UV可固化的有机硬涂层作为聚酯(Mylar)膜暴露侧的保护层来制造PDLC调制器。多种相关类型的硬涂层显示对聚酯膜衬底良好的粘附力、优秀的硬度和韧性，并且具有光滑的顶面，这降低了不必要的磨损。涂覆在调制器表面的该涂层显著降低了测试中由板上意外颗粒造成的对调制器的刮伤。此外，滑动面将降低对颗粒的粘着，并因此也降低了板损坏的可能性。 
借助附图，通过参考下列详细说明将会更好地理解本发明。 
附图简要说明 
图1A和1B是本发明的基于PDLC的调制器头的侧面截面图(并非按比例)。 
图2是本发明制造方法的流程图。 
发明详细说明 
根据本发明，已经配制出了UV可固化的有机硬涂层并将其用作电光调制器表面的保护层。该涂层显示了对塑料(Mylar)衬底良好的粘附性、≥3H的硬度、优秀的韧性和光滑的顶面。 
如图1A所示以及如图1B更详细地显示，有机硬涂层1被置于要不然就制成了的调制器上。该有机硬涂层1包括主硬涂层10，在其上具有薄得多的增滑剂层11。具体地，将涂层1涂到聚酯膜(例如Mylar)2，该聚酯膜2又覆盖并保护易碎的介质镜3，水基粘合层4将该介质镜3保持在PDLC层5的表面上。二氧化硅(SiO2)绝缘层6将PDLC层5和玻璃衬底8上的铟锡氧化物(ITO)透明电极7隔开，所述玻璃衬底8通常是BK-7型光学玻璃。衬底8另一侧上的抗反射涂层9使得到改进的调制器头部的结构得以完成。 
有机硬涂层制剂和方法：
有机硬涂层1的特殊制剂构成本发明的特定实施方案。该有机硬涂层制剂包含(商标和商品名被大写)： 
1)10％～50％环氧丙烯酸酯，例如CN-104型(Sartomer Company，Inc.，Exton，PA)、CN-120型(Sartomer)、CN-124型(Sartomer)、Ebecryl-600型(Surface Specialties，从前是UCB Chemicals of Brussels，Belgium，现在是Cytec Industries of West Patterson，New Jersey)，或类似的环氧丙烯酸酯； 
2)0％～30％多官能聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylate)，例如Ebecryl-4827(Surface Specialties)、CN975(Sartomer)； 
3)10％～50％多官能单体，例如SR-399(Sartomer)； 
4)0％～5％增粘剂，例如Ebecryl-168(Surface Specialties)、Ebecryl-170(Surface Specialties)、CD-9052、SR-9009、SR-9011和SR-9012(Sartomer)； 
5)0.5％～5％硅酮丙烯酸酯增滑剂，例如Ebecryl-350和Ebecryl-1360(Surface Specialties)； 
6)0％～15％低粘度二丙烯酸酯单体，例如SR-238(Sartomer)； 
7)0～40％低粘度三丙烯酸酯，例如OTA-480(Surface Specialties)； 
8)0～10％可交联的增韧剂，例如Ricacryl 3100、Ricacryl 3500、Ricacryl 3801(Ricon Resins，Inc.，Grand Junction，Colorado)、HycarVTBNX 1300×33和Hycar VTBNX 1300×43(BF Goodrich，Akron，Ohio) 等； 
9)0.05～5％光引发剂，例如Irgacure-369(Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，New York)、Irgacure-500(Ciba)、Irgacure-907(Ciba)、SR-1124(Sartomer)或者它们的组合。 
通过将上述有机硬涂层与高达70％(基于总固体)的无机填料混合进一步改善硬度和抗刮擦/损伤，所述无机填料例如为MEK-ST和MIBK-ST(Nissan Chemical Industries，Tokyo，Japan)。加入0.5～5％的硅烷，例如Silquest A-174、A-1120(GE Silicones-OSI Specialties，Paris，France)，以提高有机树脂和无机填料之间的粘着力。 
加入诸如甲基异丁基甲酮的溶剂以使固体含量为30～60％。 
然后通过使用刮刀、绕线棒或旋转器等将上述制剂涂覆到调制器上的聚酯(例如来自Dupont of Wilmington，Delaware的Mylar)表面上。优选旋涂，因为其产生良好的涂层厚度均一性。通过调整制剂的固体含量和/或旋转速率将涂层厚度控制在3-15微米。在溶剂完全蒸发后，在UV照射下使所述涂层固化。 
有机硬涂层的性能：
本发明的有机硬涂层的性能如下： 
改善的表面硬度和抗损伤。如果将高度交联的有机涂层涂覆在诸如玻璃等的硬衬底上，那么该高度交联的有机涂层可以容易地达到5H铅笔硬度。可以在Mylar上实现≥3H铅笔硬度，Mylar自身只具有约HB铅笔硬度。该涂层比薄膜晶体管(TFT)板软，以致于在调制器接触到板时，调制器也不会损坏板。 
改善的抗刮擦性。通过在最顶面的可交联的增滑剂进行的改善，显著降低了其与意外的颗粒的摩擦。这还将潜在地降低聚集颗粒的可能性。 
薄涂层。较厚的涂层具有更好的抗刮擦性和抗损伤性。然而，厚度将影响调制器的灵敏度和/或气隙。本发明优选使用1～20μm，更优选使用3～10μm厚的硬涂层。调制器灵敏度或气隙的损失(tradeoff)可以忽略。 
对Mylar良好的粘合性。本发明的UV可固化的涂层对Mylar表面具有强粘合性。可以通过加入增粘剂来进一步改善粘合性。 
韧性。通过加入可交联的增韧添加剂，高度交联的有机涂层显示了优秀的韧性和抗弯曲性。 
低介电常数。有机和有机/无机混合物硬涂层的介电常数是2.5～5，其对空间分辨率的影响可以忽略。 
抗溶剂性。因为该有机涂层是高度交联的，所以其对用于调制器清洁的普通溶剂显示优秀的抵抗力，所述溶剂例如丙酮、异丙醇和甲基乙基甲酮等。 
1涂层，“2-层”结构。该制剂包含增滑剂。涂覆后，如图1所示，由于其低表面张力，增滑剂停留在顶面。 
具有有机硬涂层的PDLC调制器的制造过程：
参考部分过程的流程图图2，制造过程如下： 
步骤A：PDLC制剂。在玻璃瓶中加入7.54g Paraloid AU1033(Rohm and Haas Coatings of Philadelphia，Pennsylvania)、8.10g TL-205液晶、5.30g甲基异丁基甲酮和0.66g Desmodur N-75(Bayer AG，Munich，Germany)并搅拌过夜。然后向均匀混合物中加入0.1％Metacure T-12催化剂(Air Products and Chemicals，Lehigh Valley，Pennsylvania)(基于总制剂)并再搅拌10分钟。 
步骤B：PDLC/粘合剂旋涂和薄膜真空层压。使用1微米聚四氟乙烯(PTFE)滤器过滤步骤1中制备的混合物并将其旋涂在135.5×135.5mm2ITO玻璃衬底上。通过旋压法将PDLC的厚度控制在约17-18微米。在PDLC涂层上涂覆薄层的(约1微米)Neorez R-967粘合剂(Neoresins，Inc.，of Waalwijk，The Netherlands)，将该两层涂层以介质镜(在6μm Mylar支撑物一“薄膜”上)层压。 
步骤C：硬涂层制剂制备。向棕色玻璃瓶中加入组分并均匀混合。 
制剂实例如表1所示。 
表1UV可固化的硬涂层制剂实例(以克计) 
步骤D：有机硬涂层工艺。然后使用5μm滤器过滤来自步骤3的制剂，以700RPM在调制器薄膜上旋涂90秒，然后使用UV照射充分固化。硬涂层的干燥膜厚度约为5～6μm。 
具有有机硬涂层的调制器显示较硬/平坦/光滑的表面，显著改善的耐久性以及可以忽略的缺陷探测灵敏度损失。 
参考具体实施方案已经解释了本发明。其它实施方案对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明旨在仅受所附权利要求的限制。 

Claims (14)

1.制造液晶调制器的方法，其包括：
在光学部件衬底上涂覆液晶材料；
在所述液晶材料上涂覆水基粘合剂；
在所述水基粘合剂上层压介质镜/薄膜，所述层压介质镜/薄膜具有聚酯表面；以及
使用UV可固化的有机涂料涂覆聚酯表面；以及
使用UV将所述可固化的有机涂料在所述聚酯表面固化为有机硬涂层；
其中所述UV可固化的有机涂料由多官能丙烯酸酯类、0.5％-5％硅酮丙烯酸酯增滑剂和0.05-5％光引发剂的混合物配制；并且
其中所述多官能丙烯酸酯包含10％-50％环氧丙烯酸酯、0％-30％多官能聚氨酯丙烯酸酯和10％-50％多官能单体。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述液晶材料直接涂覆在所述光学部件衬底上。
3.如权利要求1所述的方法，其还包括将多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、增粘剂和光引发剂的混合物配制成所述UV可固化的有机涂料。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括将多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、增粘剂、可交联的增韧剂和光引发剂的混合物配制成所述UV可固化的有机涂料。
5.如权利要求1所述的方法，其还包括将多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、可交联的增韧剂、无机填料和光引发剂的混合物配制成所述UV可固化的有机涂料。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括将多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、可交联的增韧剂、无机填料、硅烷偶联剂和光引发剂的混合物配制成所述UV可固化的有机涂料。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述液晶材料包括聚合物和液晶的制剂。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括在所述液晶材料上涂覆水基粘合剂，并且在所述水基粘合剂上层压所述镜/薄膜。
9.具有保护涂层的液晶调制器，所述调制器包括
在光学部件衬底上的液晶材料；
涂覆在所述液晶材料上的水基粘合剂；
层压在粘合层上的介质镜/薄膜；以及
在所述介质镜/薄膜上的固化的UV可固化的有机硬涂层；
其中所述UV可固化的有机涂料由多官能丙烯酸酯类、0.5％-5％硅酮丙烯酸酯增滑剂和0.05-5％光引发剂的混合物配制；并且
其中所述多官能丙烯酸酯包含10％-50％环氧丙烯酸酯、0％-30％多官能聚氨酯丙烯酸酯和10％-50％多官能单体。
10.如权利要求9所述的调制器，其中所述UV可固化的有机涂层是多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、增粘剂和光引发剂的混合物。
11.如权利要求9所述的调制器，其中所述UV可固化的有机涂层是多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、增粘剂、可交联的增韧剂和光引发剂的混合物。
12.如权利要求9所述的调制器，其中所述UV可固化的有机涂层是多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、可交联的增韧剂、无机填料和光引发剂的混合物。
13.如权利要求9所述的调制器，其中所述UV可固化的有机涂层是多官能丙烯酸酯类、作为增滑剂的硅酮丙烯酸酯、可交联的增韧剂、无机填料、硅烷偶联剂和光引发剂的混合物。
14.如权利要求9所述的调制器，其中所述液晶材料包括聚合物和液晶的制剂。
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