CN105954935B - 液晶装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶装置，其具有较高的穿透度并具有较低的驱动电压且包含：具有第一导电层的第一基板、具有的第二导电层的第二基板、第一配向层以及液晶层，其中，前述第一配向层具有液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基的硅烷，第一配向层配置于第一基板的第一导电层上；前述液晶层包含液晶材料以及双官能基树脂，液晶层配置于配向层上；而前述具有第二导电层的第二基板则配置于液晶层上。藉由第一配向层中具有反应性官能基的硅烷的可反应的官能基与液晶层中的双官能基树脂在经光固化处理后形成化学键结，故可在降低双官能基树脂添加量的状况下维持液晶装置的透明态的稳定光学特性及较高穿透度，同时达成较低驱动电压的效果。

Description

液晶装置
技术领域
本发明有关于一种液晶装置，且特别是有关于一种具有高穿透度且可以低电压驱动的液晶装置。
背景技术
随着对智慧型窗户的需求增加，各种光调节装置或光切换装置的应用因此而随之发展。在现有技术中，已存在利用高分子分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal,PDLC)或高分子网络型液晶(Polymer Network Liquid Crystal,PNLC)的特性的液晶调光装置，其利用液晶分子在电场作用下切换排列状态的特性，使光调节装置切换成液晶分子排列整齐的透明态或液晶分子呈散射状的不透明态。此类液晶调光装置，于具备电极的一对基板间设置有液晶层而构成，藉由外加电压，以控制液晶的排列状态进而切换调光装置的透明态及暗态。此种液晶调光装置具有切换时间快速，隐蔽性佳的优点，且其除了可采用胶合玻璃封装做为建筑材料外，亦可采用可绕性基板封装以形成薄膜型态外贴于现有的窗户、落地窗等采光装置，而不需改变建筑物原本的配置。
以往使用PDLC或PNLC的液晶调光装置中，可依操作方式区分为正常型液晶调光装置以及反向型液晶调光装置。正常型液晶调光装置在无外加电压时会因液晶分子朝向无规方向，成为白浊散乱的暗态或雾态，外加电压时会因液晶于电场方向配列，使光透过而成为透明态。然而，正常型液晶调光装置在使用时，为了维持使光透过的透明外观，需要常常外加电压，故在作为以透明态使用场合较多的应用中，例如作为窗户的使用时，会因耗费较多电力，而增加使用成本。
相对正常型液晶调光装置，反向型液晶调光装置在无外加电压时为透明态，外加电压后则成为白浊散乱状的雾态。由于一般反向型液晶调光装置由两片含配向层的导电铟锡氧化物玻璃(ITO Glass)中间夹6-10微米的液晶与紫外光硬化树脂层所形成，在未施加电压的透明态下，液晶调光装置本身的穿透度会随树脂添加量越高而增加，但树脂添加量增加时使得液晶调光装置切换为雾态的所需驱动电压也会越大。当树脂添加量降低时，又容易因树脂层的粘着不足而影响液晶排列的稳定性，导致透明态穿透度下降的问题。
因此，目前仍需要一种新颖的反向型液晶调光装置，其具有高穿透度且可以低电压驱动，以解决前述问题。
发明内容
本发明提供一种新颖的液晶装置，因其配向层含有反应性官能基，故不仅可以低电压驱动，亦可维持透明态时的穿透度稳定性。
本发明提供一种液晶装置，其包含：具有第一导电层的第一基板、具有第二导电层之第二基板、第一配向层以及液晶层。其中，前述第一配向层配置于前述第一基板的第一导电层上，其包含：液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷。前述液晶层配置于前述第一配向层上，其包含液晶材料以及双官能基树脂。前述具有第二导电层的第二基板配置于前述液晶层上。
在本发明的一实施例中，其中前述具有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷选自由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltriisopropoxysilane)以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltriethoxysilane)所组成的群组。
在本发明的一实施例中，其中相对于100重量份的前述液晶配向处理剂，前述第一配向层包含1至3重量份的该含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷。
在本发明的一实施例中，其中前述液晶配向处理剂选自由丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、酚醛清漆树脂、聚羟基苯乙烯、聚酰亚胺前驱物、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、纤维素、聚硅氧烷及其组合所组成的群组。
在本发明的一实施例中，其中前述双官能基树脂选自由1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、1,9-壬二醇二丙烯酸酯(1,9-NDDA)二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、乙氧化双酚A二丙烯酸酯(BPA4EODA)、羟基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(HPHPDA)、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯(PEG200DA)及其组合所组成的群组。
在本发明的一实施例中，其中相对于100重量份的前述液晶层，前述液晶层包含7至9重量份的前述双官能基树脂。
在本发明的一实施例中，其中前述双官能基树脂的重量平均分子量(Mw)小于400。
在本发明的一实施例中，其中前述双官能基树脂还混合有光起始剂。
在本发明的一实施例中，其中前述第一基板以及前述第二基板各自独立为玻璃基板或塑胶基板。
在本发明的一实施例中，前述液晶装置还包含第二配向层，第二配向层配置于前述第二基板以及前述液晶层之间。
与现有技术相比，本发明藉由使第一配向层含有具有反应性官能基的硅烷，使第一配向层不仅具备使液晶分子配向的能力，同时利用具有反应性官能基的硅烷的可反应的官能基与液晶层中的双官能基树脂在经光固化处理后形成化学键结，故可在降低双官能基树脂添加量的状况下维持液晶装置的透明态的稳定光学特性及较高穿透度，且因双官能基树脂的添加量较习知技术低，故可达成较低驱动电压的效果。
附图说明
图1A与图1B分别为本发明的一实施例的液晶装置在通电前与通电后的剖面示意图。
图2A与图2B分别为本发明的另一实施例的液晶装置在通电前与通电后的剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所揭露的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使本领域的技术人员能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化图式，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
本发明之一目的提供一种液晶装置，且特别是一种具有高穿透度且可以低电压驱动的液晶装置。
请参照图1A与图1B，分别绘示根据本发明一实施例的液晶装置在通电前与通电后的剖面示意图。在此揭露的液晶装置具有透明态的穿透度高且驱动电压低等优点，适合作为反向型液晶调光装置。如图1A所示，本实施例的液晶装置，其包含：具有第一电极层110的第一基板100、具有第二电极层410的第二基板400、第一配向层200以及液晶层300。
适合作为本发明的液晶装置的第一基板100以及第二基板400可以是透明性高的习知材料，并无特别的限制，例如可以各自独立是玻璃基板或塑胶基板。适合的塑胶基板材料可以例如是三醋酸纤维素(TAC)、降冰片烯衍生物(norbornene derivative)的环烯烃共聚合物(COP)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、二乙酰基纤维素(DAC)、聚丙烯酸酯(Pac)、聚乙醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯砜(PPSU)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚亚酰胺(PI)、聚砜(PSF)、聚芳香酯(PAR)或非晶(amorphous)氟树酯，但不限于此。
第一基板100的第一导电层110以及第二基板400的第二导电层410可藉由沉积法而形成，例如，沉积导电高分子、导电金属、导电纳米线、或铟锡氧化物(Indium Tin Oxid,ITO)于第一基板100或者第二基板400上所形成，第一导电层110与第二导电层410可用以驱动液晶装置中的液晶作动。在本发明的一实施例中，第一基板100以及第二基板400为具有铟锡氧化物作为第一导电层110、第二导电层410的玻璃基板。
在本发明的一实施例中，第一基板100的第一导电层110上设有第一配向层200。第一配向层200包含液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷。
液晶配向处理剂可藉由光照射而定向排序，且当将液晶化合物定向排序时，透过例如各向异性交互作用等的交互作用，故第一配向层200能够以预定方向将邻近的液晶化合物进行配向。液晶配向处理剂可包含单分子化合物、单体化合物、寡聚化合物或聚合化合物。适合的液晶配向处理剂可包含但不限于丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、酚醛清漆树脂、聚羟基苯乙烯、聚酰亚胺前驱物、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、纤维素、聚硅氧烷或前述材料的组合。
添加具有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷，可使第一配向层200不仅是具有使液晶配向的性质，且藉由具有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷中的可反应官能基与液晶层300中的树脂反应形成化学键结，可更降低液晶装置的驱动电压并维持液晶装置的高穿透度。适合的具有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷可以是一端含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)官能基，另一端含有硅氧官能基的硅烷，例如可以是γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltriisopropoxysilane)或是γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltriethoxysilane)。
在本发明的一实施例中，相对于每100重量份的液晶配向处理剂，第一配向层200包含1至3重量份的含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷。含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷添加量太少时无法维持液晶装置透明态的穿透度，然而含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷添加量过多时会影响液晶配向处理剂的配向效果。
在本发明的一实施例中，第一配向层200藉由涂布液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷于第一基板100上后固化所形成。在涂布液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷前可将液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷先溶于溶剂中，溶剂可使涂布液晶配向处理剂后的涂膜性或表面平滑性提高。适合的溶剂为使特定液晶配向处理剂溶解的溶剂，可以包含例如1-己醇、环己醇、1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、丙二醇单丁基醚、乙二醇丁醚、二丙二醇二甲基醚、环己酮、环戊酮、N-甲基-吡咯烷酮、N-乙基-吡咯烷酮、γ-丁内酯或前述材料的组合。在本发明的一实施例中，溶剂可以是乙二醇丁醚与N-甲基-吡咯烷酮，液晶配向处理剂可以是聚酰亚胺，且所涂布至第一基板100上的溶剂与液晶配向处理剂的重量比例约为94:6。
液晶层300配置于第一配向层200上，其包含液晶材料以及双官能基树脂。适合的液晶材料并没有特别限制，只要其可在双官能基树脂中维持配向方向即可。适合的液晶材料可以包含层列型液晶化合物、向列型液晶化合物、或胆固醇状液晶化合物。当施予外来电压时，可改变液晶分子的配向方向，并据此切换液晶装置的模式。
双官能基树脂可溶解于液晶，双官能基树脂还可以任何反应形式进行聚合以形成硬化性树脂。双官能基树脂可增加未施加电压时液晶装置的穿透度。在本发明的一实施例中，双官能基树脂的重量平均分子量(Mw)小于400，较佳地，双官能基树脂的重量平均分子量约为200至400，若双官能基树脂的重量平均分子量太大可能会使液晶装置在透明态时因分散性不佳而有白点。双官能基树脂可以是1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、1,9-壬二醇二丙烯酸酯(1,9-NDDA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、乙氧化双酚A二丙烯酸酯(BPA4EODA)、羟基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(HPHPDA)、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯(PEG200DA)或前述材料的组合。在本发明的一实施例中，相对于100重量份的液晶层300，液晶层300包含7至9重量份的双官能基树脂。在本发明的一实施例中，双官能基树脂可更混合有光起始剂，光起始剂可以是习知的光起始剂，不特别限定。
当未施加电压时，液晶装置中的液晶层300内的液晶分子经由第一配向层200垂直配向而呈相同方向，故入射光可透过液晶装置，在外观上呈现透明态，如图1A所示。在施加一定电压后，液晶层300内的液晶分子成散乱排列，入射光发生强烈的散射，入射光不能透过液晶装置，于是呈雾态，如图1B所示。
在本发明的另一实施例中，图2A所绘示的液晶装置，除如前述实施例般包含具有第一电极层110的第一基板100、具有第二电极层410的第二基板400、第一配向层200以及液晶层300外，更包含第二配向层500，其配置于第二基板400以及液晶层300之间。第二配向层500藉由涂布液晶配向处理剂于第二基板400上后固化所形成。在本发明的一较佳实施例中，第二配向层500藉由涂布液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷于第二基板400上后固化所形成。
当未施加电压时，本实施例的液晶装置中的液晶层300内的液晶分子经由第一配向层200及第二配向层500垂直配向而呈相同方向，故入射光可透过液晶装置，在外观上呈现透明态，如图2A所示。在施加一定电压后，液晶层300内的液晶分子成散乱排列，入射光发生强烈的散射，入射光不能透过液晶装置，于是呈雾态，如图2B所示。
本发明藉由使第一配向层200及/或第二配向层500含有具有反应性官能基的硅烷，使第一配向层200及/或第二配向层500不仅具备使液晶分子配向的能力，同时利用具有反应性官能基的硅烷的可反应的官能基与液晶层300中的双官能基树脂在经光固化处理后形成化学键结，故可在降低双官能基树脂添加量的状况下维持液晶装置的透明态的稳定光学特性及较高穿透度，且因双官能基树脂的添加量较习知技术低，故可达成较低驱动电压的效果。
综上所述，利用本发明的液晶装置，因不需藉由增加液晶层300中的双官能基树脂的添加量来维持透明态时的穿透度，故可以低电压驱动。本发明的液晶装置为一种能够呈现透明态模式或雾态模式的装置，其可以低电压驱动并在透明态时具有较高穿透度，故可作为光学调光器(optical modulator)而作为智慧窗户、视窗保护装置或可挠性显示装置，但本发明并不受限于此。
下述实施例用来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。
实施例1-4：液晶装置的制备
将聚酰亚胺(Polyimide)溶液(DA-9003，固含量约6％，溶剂为乙二醇丁醚与N-甲基-吡咯烷酮，购于达兴材料，台湾)以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane,A-174NT,购于Momentive performance materials，美国)以下列表1所示比例混合搅拌后，涂布在形成有氧化铟锡(ITO)透明电极层的玻璃的透明电极层上，并加热至70℃，维持10分钟后，再加热至180℃，维持30分钟，以制备形成配向层。
接着将混合有光起始剂的1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA，重量平均分子量约为226，1,6-己二醇二丙烯酸酯中混合有重量份为0.18％的光起始剂)以及液晶化合物(MJT510200购于江苏合成，中国)以下列表1中所示重量比例混合，以形成液晶层组成物。再准备2片具有前述配向层的ITO玻璃，于其中一ITO玻璃的配向层上涂布间隔物，然后使用滴下式注入法将前述液晶组成物滴下至涂布有间隔物的配向层上，接着，将另一ITO玻璃的配向层界面朝向前一ITO玻璃的液晶层组合物的界面，并将两片ITO玻璃进行贴合，得到处理前的液晶装置。
最后以紫外线照射装置(TL-K 40W，购于Philips，德国)照射上述处理前的液晶装置进行配向及固化，其中，紫外线照射装置的光源的波长为350-400nm，照射时间为300秒。
比较例1-3：液晶装置的制备
除了配向层组成及液晶层组成，比较例1-3的液晶装置的制备方法与实施例1-4相同。
表1：实施例1-4及比较例1-3之详细成分
成膜性及配向性测试方法
外加两片直交偏光片于液晶装置外侧，以目视观察液晶装置的外观是否呈透明态，若呈透明态表示配向性良好，若成非透明态表示配向性不佳。
光学特性测试方法
以穿透度测量装置(SD2400，购于EDTM，美国)测量液晶装置无外加电压时的穿透度。
驱动电压测试方式
以穿透度测量装置(SD2400，购于EDTM，美国)分别测量液晶装置以外加直流电压48V驱动以及60V驱动时的穿透度，穿透度越低表示所需的驱动电压越低。
实施例1-4以及比较例1-3的测试结果如下列表2所示。
表2实施例与比较例之测试结果
由实施例1-4与比较例1-3的测试结果可知，实施例1-4在未施加电压时，液晶装置的穿透度优于比较例1-2，然而在外加相同电压后，液晶装置的穿透度则小于比较例1-2。此外，实施例1及实施例2在外加48V电压时，液晶装置的的穿透度为12％，比较例1以及比较例2则需外加60V电压穿透度才可降低为11％，显见本发明的液晶装置确实可以较低电压驱动达成切换为雾态的效果。而比较例3则因在配向层中添加过多的硅烷而影响液晶装置的配向效果。由比较结果得知，本发明的液晶装置具有较低的驱动电压，且在未施加电压的透明态时亦可维持较高穿透度。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种液晶装置，其特征在于，该液晶装置包含：
具有第一导电层的第一基板；
第一配向层，其配置于该第一基板的该第一导电层上，该第一配向层包含：液晶配向处理剂以及含有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷，该含有甲基丙烯酰氧基的硅烷选自由γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三异丙氧基硅烷以及γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷所组成的群组，其中，相对于100重量份的该液晶配向处理剂，该配向层包含1至3重量份的该含有甲基丙烯酰氧基的硅烷；
液晶层，其配置于该第一配向层上，该液晶层包含液晶材料以及双官能基树脂，该具有甲基丙烯酰氧基(Methacryloyloxy)的硅烷中的可反应官能基与该液晶层中的该双官能基树脂反应形成化学键结；其中，相对于100重量份的该液晶层，该液晶层包含7至9重量份的该双官能基树脂；以及
具有第二导电层的第二基板，其配置于该液晶层上。
2.如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，该液晶配向处理剂选自由丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、酚醛清漆树脂、聚羟基苯乙烯、聚酰亚胺前驱物、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酯、纤维素、聚硅氧烷及其组合所组成的群组。
3.如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，该双官能基树脂选自由1,6-己二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、1,9-壬二醇二丙烯酸酯二丙二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、羟基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯及其组合所组成的群组。
4.如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，该双官能基树脂的重量平均分子量小于400。
5.如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，该双官能基树脂还混合有光起始剂。
6.如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，该第一基板为玻璃基板或塑胶基板，第二基板为玻璃基板或塑胶基板。
7.如权利要求1所述的液晶装置，其特征在于，还包含第二配向层，该第二配向层配置于该第二基板以及该液晶层之间。
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