CN103217830A - 一种柔性显示用胶囊化液晶薄膜及其制备方法 - Google Patents

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蔡林君
许军
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Abstract

本发明属于柔性液晶技术领域，具体为一种柔性显示用胶囊化液晶薄膜及其制备方法。本发明的制备步骤为：将液晶、聚合物单体、光引发剂及交联剂均匀混合，将混合物加热到清亮点，再灌入塑料液晶盒中；在塑料液晶盒上方放置光掩模板，紫外光在通过光掩模板情况下照射塑料液晶盒，使在液晶盒中存在于光掩模板可透光部分的预聚物进行聚合，形成与光掩模板图案一致的聚合物墙；其中，液晶被聚合物墙包围形成液晶胶囊。通过此方法可进一步藉由光掩模板图案的设计调控液晶胶囊的形状和排列方式。本发明胶囊化液晶薄膜的胶囊尺寸易于控制，可大批量、大面积生产；薄膜有好的显示对比度，在柔性塑料基板上可成功实现胆甾液晶显示的双稳态驱动。

Description

一种柔性显示用胶囊化液晶薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于柔性液晶技术领域，具体涉及一种胶囊化液晶薄膜的制造方法。
背景技术
胆甾型液晶显示器(CH-LCD)为反射式显示模式，相较传统的透过式液晶显示具有低功耗、双稳态、不需要背光源和偏振膜等优点，成为当今反射式显示器件的研究热点。然而，在柔性显示器的开发中，液晶的流动性使基板在弯曲或受压折叠时易出现压点等问题，这成为当下制造柔性显示器的主要障碍。
面向压点问题的解决，主要的方法是对液晶进行胶囊化包覆。目前的主要途径有两方面，一为以Kodak公司所提出的乳化聚合法，另一种为Kent Displays公司所提出的聚合诱导相分离法（PIPS）。两种方法的关键的区别在于液晶微滴（droplet）的形成方式。在乳化法中的液晶微滴是先利用乳化法形成，后再通过涂布于柔性基板制成显示器件。而相分离法中是将液晶与预聚物的混合物灌入液晶盒后，再利用光聚合制得液晶微滴。相较于乳化法，相分离法的制程较为简单，并且易于控制微滴的尺寸和形态。
   Kent Displays的PIPS法是将液晶和聚合物前体混合后再大范围照射紫外光使聚合物前体聚合。此法利用聚合物交联网络对液晶的锚定作用、以及聚合物增强机械能力来提高液晶显示的稳定性。然而由于所形成的液晶胶囊大小不一，液晶薄膜存在显示和机械能力较差的缺点。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种液晶薄膜显示和机械能力强的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法。
本发明提供的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，具体步骤为：
（1）将液晶、聚合物单体、光引发剂及交联剂均匀混合，将混合物加热到清亮点，再灌入柔性塑料液晶盒中；
（2）在柔性塑料液晶盒上方放置光掩模板，紫外光在通过光掩模板情况下照射液晶盒，使在液晶盒中存在于光掩模板可透光部分的预聚物进行聚合，形成与光掩模板图案一致的聚合物墙；其中，液晶被聚合物墙包围形成液晶胶囊。
通过此方法可进一步藉由光掩模板图案的设计调控液晶胶囊的形状和排列方式。
本发明中，选择适合的聚合单体和交联剂材料，并调配适当的配方比例。交联剂具有适当的光聚合官能团数。此外，选用的聚合物前体各组分之间和聚合物前体与液晶材料之间有适当的兼容性，液晶在混合物中要分散均匀。
本发明中，所述紫外光波长为10-400nm，光强为1~10mw/cm2，曝光时间0.1~5小时，以固定液晶胶囊结构。 
本发明中，以混合物材料总量计，液晶的重量百分含量为20-80wt%，聚合物单体的重量百分含量为10-70wt%，光引发剂的重量百分含量为0.1-10 %，交联剂的重量百分含量为1-30 %，总量为100wt%。
本发明中，所述的液晶为胆甾型液晶、向列型液晶中的至少一种。
本发明中，所述的聚合物单体为甲基丙烯酸β羟乙酯（HEMA）、丙烯酸甲酯（MA）、甲基丙烯酸异冰片酯（IBOMA）、丙烯酸异冰片酯( IBOA)、甲基丙烯酸乙酯（EMA）、2-（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯（EOEOEA）、丙烯酸-3，5，5-三甲基已酯（TMHA）中的一种或几种。
本发明中，所述的交联剂为1，4-丁二醇二丙烯酸酯（BDDA）、新戊二酸二丙烯酸酯（NPGDA）、三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）、1, 6-己二醇二丙烯酸酯( HDDA )、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯 （TMPTA）、三羟甲基丙烷-２-硫氢基乙酸三酯（TMPTMP）、季戊四醇四丙烯酸脂（PET4A）中的一种或几种。
本发明中，所述的光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮（IRG-651）、1-羟环己基苯酮（IRG-184）、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮（IRG-1173）中的至少一种。
本发明中，所述的柔性的塑料液晶材质可为聚碳酸酯（PC）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚醚醚酮（PEEK）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚芳基酸酯（PAR）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）中的一种。
本发明中，液晶胶囊的高度为1-20μm。
本发明中，单个液晶胶囊的面积在10μm ×10μm到500μm ×500μm 之间。即单个液晶胶囊为边长10-500μm的正方形。
本发明所制得的液晶胶囊呈规整的阵列状排列。
本发明克服传统PIPS法的缺点，通过光掩模板的图案设计改善液晶胶囊的结构和排列方式，使胶囊排列规整。此举有利于控制薄膜的机械强度，提高器件的显示对比度，同时降低驱动电压，使其更适合于柔性显示应用。
本发明应适用任何一种塑料液晶盒。
此胶囊化液晶薄膜的工艺制程简单，聚合前混合物仅需将前体和液晶按比例加热混配，采常规方法混合即可。除了光掩模板的使用外，无需太多复杂的步骤。
此胶囊化液晶薄膜的胶囊尺寸易于控制，可大批量、大面积生产。薄膜有5:1-20:1的显示对比度，在柔性塑料基板上可成功实现胆甾液晶显示的双稳态驱动。
附图说明
图1为利用光掩模板进行紫外诱导光聚合制备胶囊化液晶原理示意图。
图2为通过可透光面积400μm×400μm的方形格子阵列光掩模板，并经过光聚合制备的胶囊化液晶薄膜的阵列结构。
图3为实施例1制得的胶囊化液晶薄膜在电压驱动下呈现的反射率变化显示特性。其中，上图为肉眼可视的明暗变化，下图为实际的反射率变化。
图4为实施例2制得的胶囊化液晶薄膜在电压驱动下呈现的反射率变化显示特性。其中，上图为肉眼可视的明暗变化，下图为实际的反射率变化。
具体实施方式
实施例1
选用单体为甲基丙烯酸乙酯（阿拉丁）、胆甾型液晶BN1-12A-460-1（石家庄诚志永华），光引发剂为IRG-651（阿拉丁）、交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（阿拉丁）。将光引发剂/交联剂/单体按质量比为2/12/86混合均匀，其中聚合物前体占液晶总质量的10%-30%。
   将上述胆甾液晶和聚合前体混合物加热到清亮点并混合均匀后，注入盒厚5μm的PET液晶盒中，通过遮蔽部分单位方格子面积为400μm×400μm的方形格子阵列光掩模板，并经过365nm、3mw/cm2紫外光照射0.5小时后，通过光掩模板可曝光部分的聚合物前体发生光聚合形成聚合物墙，单个液晶胶囊的面积为400μm×400μm。反射率的驱动特性结果如图3，出现胆甾液晶的双稳态显示。
实施例2
选用单体为甲基丙烯酸乙酯（阿拉丁）、胆甾型液晶BN1-12A-460-1（石家庄永生华），光引发剂为IRG-651（阿拉丁）、交联剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（阿拉丁）。将光引发剂/交联剂/单体按质量比为2/12/86混合均匀，其中聚合物前体占液晶总质量的10%-30%。
将上述胆甾液晶和聚合前体混合物加热到清亮点并混合均匀后，注入盒厚10μm的PET液晶盒中，通过遮蔽部分单位方格子面积为400μm×400μm的方形格子阵列光掩模板，并经过365nm、3mw/cm2紫外光照射0.5小时后，通过光掩模板可曝光部分的聚合物前体发生光聚合形成聚合物墙，单个液晶胶囊的面积为400μm×400μm。反射率的驱动特性结果如图4，出现胆甾液晶的双稳态显示。

Claims (7)

1. 一种柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：
（1）将液晶、聚合物单体、光引发剂及交联剂均匀混合，将混合物加热到清亮点，再灌入塑料液晶盒中；
（2）在塑料液晶盒上方放置光掩模板，紫外光在通过光掩模板情况下照射塑料液晶盒，使在液晶盒中存在于光掩模板可透光部分的预聚物进行聚合，形成与光掩模板图案一致的聚合物墙；其中，液晶被聚合物墙包围形成液晶胶囊； 
其中，所述紫外光波长为10-400nm，光强为1~10mw/cm2，曝光时间0.1~5小时； 
以混合物材料总量计，液晶的重量百分含量为20-80wt%，聚合物单体的重量百分含量为10-70wt%，光引发剂的重量百分含量为0.1-10 %，交联剂的重量百分含量为1-30 %，总量为100wt%。
2. 根据权利要求1所述的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的液晶为胆甾型液晶、向列型液晶中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的聚合物单体为甲基丙烯酸β羟乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸乙酯、2-（2-乙氧基乙氧基）乙基丙烯酸酯、丙烯酸-3，5，5-三甲基已酯中的一种或几种。
4. 根据权利要求1所述的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的交联剂为1，4-丁二醇二丙烯酸酯、新戊二酸二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1, 6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷-２-硫氢基乙酸三酯、季戊四醇四丙烯酸脂中的一种或几种。
5. 根据权利要求1所述的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的光引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、1-羟环己基苯酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的至少一种。
6. 根据权利要求1所述的柔性显示用胶囊化液晶薄膜的制备方法，其特征在于本所述的柔性的塑料液晶盒材质为聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚芳基酸酯、聚醚砜、聚酰亚胺中的一种。
7. 由权利要求1-6之一所述制备方法制备得到的柔性显示用胶囊化液晶薄膜，其中，液晶胶囊呈规整的阵列状排列，单个液晶胶囊的高度为1-20μm，面积在10μm ×10μm到500μm ×500μm 之间。
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