TW201316098A - 液晶單元 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種液晶單元、一種液晶層之前驅物、一種液晶單元的製造方法、以及該液晶單元之應用。利用連續滾壓製程(roll-to-roll process)以連續方式可簡單的製造該液晶單元。再者，該液晶單元可實現作為一可撓式裝置，並且具有優異的對比度。這類液晶單元可適用於各種不同的應用，例如，包括智慧窗(smart windows)、視窗保護薄膜、可撓式顯示裝置、用於顯示3D影像的活性阻滯劑(active retarders)、或視角調整薄膜。

Description

液晶單元
本發明係關於一種液晶單元、一種液晶層之前驅物、一種液晶單元的製造方法、以及該液晶單元之應用。
液晶顯示器(LCD)藉由將一向列型或層列型液晶組成物以一特定方向進行配向並且藉由施加電壓來轉換配向而顯影。用於LCD的製程為具有複雜程序的高額製程，因而需要大量的生產線及設備的裝置。
為了解決LCD製程上的問題而出現的方法，也就是所謂的聚合物分散液晶(PDLC，本案說明書中所使用之”PDLC”一詞意旨所謂的上位概念，其包括聚合物網絡液晶(PNLCs)或聚合物穩定化液晶(PSLCs))裝置，其可藉由將液晶分散於一聚合物基質中而實現，已為所屬技術領域中所知。由於PDLCs可藉由塗佈液晶溶液而製造，PDLCs係透過簡單的製程即可獲得。
液晶組成物通常不會配向於PDLCs中。因此，當未施予PDLCs電壓時，PDLCs維持不透明狀態。當施予PDLCs電壓時，液晶組成物會依據PDLCs的配向而進行配向。據此，PDLCs變得透明。上述現象說明了不透明性與透明性之間的轉換是可能發生的。然而，相較於在兩偏振片之間進行黑白轉換之典型的LCDs，PDLCs之對比度大大地降低。
本發明係關於提供一種液晶單元、一種液晶層之前驅物、一種液晶單元的製造方法、以及該液晶單元之應用。
本發明之一態樣在於提供一種液晶單元，其包括一液晶層。如此一來，該液晶層可包括一配向網絡以及一液晶功能區域。該液晶功能區域可包括一液晶組成物，且可包括於該配向網絡中。
“液晶功能區域”一詞意旨一功能區域，其包括一液晶組成物，且該液晶組成物係分離並分散於該配向網絡中。
該配向網絡可為一包括一配向組成物的前驅物網絡。“包括一配向組成物的前驅物網絡”一詞，例如可意旨一包括一前驅物的聚合物網絡，該前驅物包括一配向組成物，或者意旨一包括交聯或聚合之前驅物的聚合物網絡。
“配向組成物”一詞，例如可意旨一組成物，其可藉由光照射而定向排序，且當將該液晶組成物定向排序時，透過像是各向異性交互作用等的交互作用，該組成物能夠以一預定方向將鄰近的液晶組成物配向。該組成物可為一單分子組成物、一單體組成物、一寡聚組成物或一聚合組成物。例如，光配向組成物可用來作為該配向組成物。光配向組成物可意旨一可藉由光(例如，線性偏振光)照射而定向排序以誘發該鄰近液晶組成物之配向的組成物。
該光配向組成物可為一含有光敏部分之組成物。用於該液晶組成物配向之各種不同的光配向組成物已廣為所屬 技術領域所熟知。例如，本發明可使用之光配向組成物可包括一藉由反順光致異構化進行排序的組成物；一可藉由像是鏈切斷或光氧化等的光破壞進行排序的光組成物；一可藉由光交聯、光聚合如[2+2]環化加成、[4+4]環化加成、或光二聚化(photodimerization)進行排序的組成物；一可藉由光弗利斯重排(photo-Fries rearrangement)進行排序的組成物；或一可藉由開環/閉環反應進行排序之組成物。藉由反順光致異構化進行排序之組成物的例子可包括：一偶氮組成物，例如一磺酸化重氮染料(sulfonated diazo dye)或一偶氮(azo)聚合物、或一二苯乙烯(stilbene)組成物。藉由光破壞進行排序之組成物的例子包括：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(aromatic polysilane)或聚酯(polyester)、聚苯乙烯(polystyrene)、或聚醯亞胺(polyimide)。此外，藉由光交聯或光聚合進行排序之組成物的例子可包括：桂皮酸酯(cinnamate)組成物、薰草素(coumarin)組成物、桂皮醯胺(cinnamamide)組成物、四氫酞醯亞胺(tetrahydrophthalimide)組成物、馬來醯亞胺(maleimide)組成物、二苯甲酮(benzophenone)組成物、二苯乙炔(diphenylacetylene)組成物、含有查克酮基部分(chalconyl moiety)作為一光敏部分的組成物(下文中所謂的“查克酮組成物”)、或含有蒽基部分(anthracenyl moiety)的組成物(下文中所謂的“蒽基組成物”)，藉由光弗利斯重排(photo-Fries rearrangement)進行排序的組成物可包括：像是苯甲酸酯組成物等的芳香族組 成物、苯並醯胺(benzoamide)組成物、或(甲基)丙烯醯基醯胺芳基(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylamidoaryl(meth)acrylate)組成物，以及藉由開環/閉環反應進行排序之組成物可包括：像是螺吡喃(spiropyran)組成物等的組成物，螺吡喃(spiropyran)組成物係藉由一[4+2]π-電子系統的開環/閉環反應進行排序，但本發明並不限於此。
上述光配向組成物可為一單分子組成物、一單體組成物、一寡聚組成物、或一聚合組成物、或者可為上述光配向組成物與聚合物之混合的形式。如此一來，該寡聚或聚合組成物可具有上述光敏部分或衍生自上述光配向組成物的部份。就此情形而言，該光配向組成物衍生部分或光敏部分可存在於該寡聚或聚合組成物的主鏈或側鏈中。
該具有光配向組成物衍生部分或光敏部分、或可與該光配向組成物混合之聚合物的例子可包括：聚降冰片烯(polynorbornene)、聚烯烴(polyolefin)、聚芳香酯(polyarylate)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚(甲基)丙烯酸酯(poly(meth)acrylate)、聚醯亞胺(polyimide)、聚醯胺酸(poly(amic acid))、聚馬來醯亞胺(polymaleimide)、聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、聚(甲基)丙烯醯(poly(meth)acrylamide)、聚乙烯醚(polyvinyl ether)、聚乙烯酯(polyvinyl ester)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚矽氧烷(polysiloxane)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、或聚(甲基)丙烯腈(poly(meth)acrylonitrile)，但本發明並不限於此。
上述可包括於該配向組成物中的聚合物之代表性例子可包括：聚降冰片烯桂皮酸酯(polynorbornene cinnamate)、聚降冰片烯烷氧基桂皮酸酯(polynorbornene alkoxy cinnamate)、聚降冰片烯烯丙基醯氧桂皮酸酯(polynorbonene allyloyloxy cinnamate)、聚降冰片烯氟化桂皮酸酯(polynorbornene fluorinated cinnamate)、聚降冰片烯氯化桂皮酸酯(polynorbornene chlorinated cinnamate)或聚降冰片烯二桂皮酸酯(polynorbornene dicinnamate)，但本發明並不限於此。
當該配向組成物為聚合組成物時，該組成物的數量平均分子量可為，例如約10,000 g/mol至500,000 g/mol，但本發明並不限於此。
在該配向網絡中，該配向組成物呈現一定向有序態，且當施予電壓之任何狀態下時，該液晶功能區域的液晶組成物可藉由定向有序網絡來維持配向。
例如，該配向組成物可簡單地包括於該定向有序之配向網絡中，或以一定向有序態進行交聯及/或聚合以形成一配向網絡。
該配向組成物可含有至少一交聯或聚合之官能基團，使該配向組成物可進行交聯或聚合以形成該配向網絡。例如，藉由熱或利用活化能射線(例如UV射線)照射而進行反應的官能基團，可用來作為該交聯或聚合之官能基團。這類官能基團的例子可包括：羥基、羧基、烯基(例如乙烯基或丙烯基)、環氧基、氧雜環丁烷基(oxetanyl group)、乙烯 醚基、氰基、丙烯醯基、(甲基)丙烯醯基、丙烯醯氧基(acryloyloxy group)、或(甲基)丙烯醯氧基，但本發明並不限於此。例如，上述官能基團可包括一官能基團，其參與藉由施予熱或利用活化能射線照射而產生的自由基或陽離子反應、或參與在一基礎環境下所產生之一交聯或聚合反應。這類官能基團可，例如，帶入該配向組成物之主鏈或側鏈中。
上述用於形成該配向網絡的前驅物可更包括一交聯劑。可添加該交聯劑以控制一殘像(incidental image)或賦予液晶單元強度。例如，一藉由施予熱或利用活化能射線照射而可與該配向組成物反應以形成一交聯結構之組成物，可用來作為該交聯劑。根據聚合物組成物的類型可形成一交聯結構的各式交聯劑乃所屬技術領域所習知。例如，該交聯劑的例子可包括：一至少含有兩個官能基團的多價組成物，例如，一異氰酸酯組成物、一環氧基組成物、一異硫氰酸酯組成物、一乙烯醚組成物、一乙醇、一胺類組成物、一硫醇組成物、一羧酸組成物、一氮丙啶(aziridine)組成物、或一金屬螫合劑組成物。
例如，一組成物，其包括至少兩個基團擇自由一烯基(例如一乙烯基或一烯丙基)、一環氧基、一氧雜環丁烷基、一乙烯基醚基、一丙烯醯基、一(甲基)丙烯醯基、一丙烯醯氧基、以及一(甲基)丙烯醯氧基所組成之群組，亦可用來作為該交聯劑，該交聯劑可參與藉由利用活化能射線(例如UV射線)照射而進行的交聯反應。上述可用於本發明之組成物 的代表性例子可包括：一多功能丙烯酸酯。該多功能丙烯酸酯的例子可包括：三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(trimethylolpropane tri(meth)acrylate)、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯(pentaerythritol tri(meth)acrylate)、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯(pentaerythritol tetra(meth)acrylate)、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯(dipentaerythritol penta(meth)acrylate)、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(dipentaerythritol hexa(meth)acrylate)、硬脂酸二(甲基)丙烯酸酯(triglycerol di(meth)acrylate)、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(tripropyleneglycol di(meth)acrylate)、四縮乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(tetraethyleneglycol di(meth)acrylate)、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯(pentaerythritol di(meth)acrylate)、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯(1,6-hexanediol di(meth)acrylate)、丙三醇二(甲基)丙烯酸酯(glycerol di(meth)acrylate)、三[2-(丙烯醯氧基)乙基]三聚異氰酸酯(tris[2-(acryloyloxy)ethyl]isocyanurate)、氨基甲酸酯丙烯酸酯(urethane acrylate)、1,3-二甘油醇酸二丙烯酸甘油酯(glycerol 1,3-diglycerolate di(meth)acrylate)、或三(丙二醇)甘油醇酸二丙烯酸酯(tri(propyleneglycol)glycerolate diacrylate)，但本發明並不限於此。
上述交聯劑的適當比例係考量下列條件而定：一殘像(incidental image)的控制程度以及一強度賦予程度、液晶功能區域及配向網絡之相分離特性及固定特性、光敏性、介電常數、以及折射率。例如，該配向網絡之前驅物的含量 可包括：0.1重量份至100重量份、5重量份至100重量份、10重量份至90重量份、10重量份至80重量份、10重量份至70重量份、10重量份至60重量份、或10重量份至50重量份之交聯劑，其以100重量份的配向網絡為基準。該交聯劑的含量可依據所使用之該交聯劑及配向組成物的種類而改變。除非特地說明，否則本說明書中的單位“重量份”可意旨一組成物之間的重量比。
上述配向網絡之前驅物可視需要包括一添加劑，例如一溶劑、一自由基或陽離子起始劑、一基材、其他可形成一網絡之活性組成物、或一介面活性劑。
當與該液晶功能區域的液晶組成物結合時，上述配向網絡可滿足下列代表式1。
[代表式1](1-a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5<np<(1+a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5
在代表式1中，「np」代表一該配向網絡之折射率、「no」代表一該液晶組成物之普通折射率、「ne」代表一該液晶組成物之異常折射率、以及「a」代表一值，其滿足0a<0.5。
該折射率可為，例如，以550 nm波長的光線所測量之折射率。此外，當該普通折射率及該異常該配向網絡之折射率相異時，用於本說明書中之該配向網絡的“折射率”一詞意旨一該配向網絡之普通折射率。上述配向網絡及液晶組成物可經選擇而使該配向網絡及液晶組成物能夠滿足代表式1。就此情形而言，在外加電壓不存在下，可提供一具有優異透明度與高對比度的裝置。
在代表式1中，「a」係例如，小於0.4、小於0.3、小於0.2、或小於0.1，或可為0。
再者，上述配向網絡的電常數為3以上、3.5以上、或4以上。在此介電常數範圍內，可維持該液晶單元之優異的驅動電壓特性。該介電常數的上限沒有特別限制，並且可為，例如，約20以下、15以下、或10以下。
上述分散於該配向網絡中的液晶功能區域包括一液晶組成物。可使用各種的液晶組成物而沒有特別限制，只要其可在該配向網絡中進行相分離並且藉由該配向網絡維持配向即可。例如，一層列型液晶組成物、一向列型液晶組成物、或一膽固醇狀液晶組成物可使用來作為該液晶組成物。該液晶組成物呈現相分離且未連接至該配向網絡。因此，當施予一外來電壓時，可改變該液晶組成物的配向。為此，該液晶組成物可為，例如，不具有聚合或交聯基團的組成物。
於一示範型實施例，一向列型液晶組成物可用來作為該液晶組成物。例如，一向列型液晶組成物滿足下列代表式2可用來作為該液晶組成物。
[代表式2](1.53-b)<{(2no 2+ne 2)/3}0.5<(1.53+b)
在代表式2中，「no」代表一如代表式1中所定義之該液晶組成物的普通折射率，例如，在短軸方向之向列型液晶組成物的折射率；「ne」代表一如代表式1中所定義之該液晶組成物之異常折射率，例如，在長軸方向之向列型液晶組成物的折射率；以及「b」代表一值，其滿足0.1b1。
滿足代表式2的該液晶組成物可經選擇以製造一當外加電壓不存在時具有優異透明度的液晶單元。
依據本發明之另一示範型實施例，代表式2中「b」的範圍可由0.1至0.9、由0.1至0.7、由0.1至0.5、或由0.1至0.3。
再者，該液晶組成物在異常介電常數(εe；在長軸方向的介電常數)與普通介電常數(εo；在短軸方向的介電常數)之間的差值為3以上、3.5以上、4以上、6以上、8以上、或10以上。當該液晶組成物具有此一介電常數時，可提供具有優異驅動電壓特性的裝置。當介電常數之間的差值變得越高時，可提供具有更合適特性的裝置。在本發明中，介電常數的差值上限沒有特別限制。例如，一具有異常介電常數(εe；在長軸方向的介電常數)約為6至50且普通介電常數(εo；在短軸方向的介電常數)約為2.5至7的裝置可用來作為該液晶組成物。
在該液晶單元，該液晶功能區域的液晶組成物之含量可為100重量份至2,500重量份、100重量份至2,000重量份、100重量份至1,900重量份、100重量份至1,800重量份、100重量份至1,700重量份、100重量份至1,600重量份、100重量份至1,500重量份、100重量份至1,400重量份、100重量份至1,300重量份、100重量份至1,200重量份、100重量份至1,100重量份、100重量份至1,000重量份、100重量份至900重量份、100重量份至800重量份、100重量份至700重量份、100重量份至600重量份、100重量份至500重量份、100重量份至400 重量份、100重量份至300重量份、或150重量份至250重量份，相對於100重量份的該配向網絡。該液晶組成物的含量可視需要而變化。例如，當未施與電壓時，該液晶單元可呈現優異的透明度。例如，當不存在外加電壓時，上述液晶單元之透光率可為80%以上、85%以上、90%以上、或95%以上。該透光率可為可見範圍的透光率。例如，波長約為400 nm至700 nm。
上述液晶單元可更包括一或兩個以上之基材層。該液晶層可形成於該基材層的表面上，或形成於兩個以上的基材層之間。例如，該液晶單元可更包括彼此面對面的基材層，且該液晶層可存在於該面對面的基材層之間。圖1係依據本發明之一示範型實施例之一液晶單元，其包括一存在於基材層101A及101B之間並且包括一配向網絡1021及一液晶功能區域1022的一液晶層102，其中基材層101A及101B彼此間隔一預定距離而面對面。在該液晶功能區域1022中，如圖1所示以箭號標示該液晶組成物。
在所屬技術領域中已知的材料皆可用來作為該基材層而沒有限制。例如，可使用一無機薄膜(例如玻璃薄膜、晶矽或非晶矽薄膜、或石英或氧化銦錫(ITO)薄膜、或塑膠薄膜)來作為該基材層。可使用一光學等向性基材層、一光學各向異性基材層(例如一阻滯層、一偏振片)、或一彩色濾光片基板來作為該基材層。可用於本發明之該塑膠基材層的例子可包括：一包括三乙醯纖維素(TAC)的基材層；一像是原冰片烯衍生物等的環烯烴共聚物(COP)；聚(甲基丙烯酸 甲酯(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙二醇(PP)；聚乙烯基乙醇(PVA)；二乙醯纖維素(DAC)；聚丙烯酸酯(polyacrylate，Pac)；聚醚碸(PES)；聚二醚酮(PEEK)；聚苯碸(PPS)；聚醚醯亞胺(PEI)；聚乙烯萘二甲酸酯(PEN)；聚對苯二甲酸乙二酯(PET)；聚醯亞胺(PI)；聚碸(PSF)；聚芳香酯(polyarylate，PAR)；或一非晶質氟樹脂，但本發明並不限於此。上述基材層可視需要包括一由金、銀、或矽組成物(例如二氧化矽或一氧化矽)所構成的塗層、或一像是抗反射層等的塗層。
該基材層的表面可包括一電極層。例如，在該液晶層一側之基材層表面(例如，如圖1所示，與該液晶層102相接觸的基材層101A或101B之一表面)。例如，藉由沉積一導電聚合物、一導電金屬、導電奈米導線、或一像是ITO等的金屬氧化物，可形成該電極層。所形成之該電極層可呈現透明度。在所屬技術領域中，用以形成透明電極層之各種不同的材料及方法已廣為所知。這些方法皆可應用。該形成於基材層之一表面上的電極層可視需要適當地進行圖案化。
再者，該液晶單元可更包括一配置於該液晶層之一或兩側的偏振片。用於傳統LCDs的傳統材料可用於該偏振片而沒有限制。當將該偏振片配置於液晶單元一或兩側時，例如，配置該偏振片使得該偏振片的光吸收軸可互相垂直。
再者，本發明係提供一種能夠形成前述之液晶層的前驅物。依據本發明之一示範型實施例，該前驅物可包括依該配向網絡之前驅物以及一液晶組成物。該配向網絡之前驅物可包括一配向組成物，例如，光配向組成物。上述前驅物可形成一配向網絡，且在該網絡形成期間，該液晶組成物可與該配向網路之間呈現相分離，以形成該液晶功能區域。
上述組成物，例如，可形成該光配向組成物之一光配向組成物、或一前驅物組成物，可用來作為該配向組成物。再者，前述組成物可用來作為該液晶組成物。該前驅物係一可視需要更與該配向組成物結合而形成該配向網絡之組成物，且可選擇性地包括前述交聯劑。該配向組成物、交聯劑、以及液晶組成物可以相同種類及如前述含量的比例來應用。
例如，上述配向網絡及液晶組成物之前驅物可滿足下列代表式1。
[代表式1](1-a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5<np<(1+a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5
在代表式1中，「np」代表一由該前驅物所形成之該配向網絡的折射率、「no」代表一該液晶組成物之普通折射率、ne代表一該液晶組成物之異常折射率、以及「a」代表一值，其滿足0a<0.5。
在代表式1中，「a」的範圍可為，例如，小於0.4、小於0.3、小於0.2、或小於0.1、或可為0。
再者，該配向網絡之前驅物可經選擇而使得該前驅物可形成一介電常數為3以上、3.5以上、或4以上之網絡。
此外，該液晶組成物可為一向列型液晶組成物，並且可為，例如，一滿足下列代表式2的向列型液晶組成物。
[代表式2](1.53-b)<{(2no 2+ne 2)/3}0.5<(1.53+b)
在代表式2中，「no」代表一該液晶組成物之普通折射率、例如，一在短軸方向上之該向列型液晶組成物的折射率、「ne」代表一該液晶組成物之異常折射率，例如，一在長軸方向上之該向列型液晶組成物的折射率、以及「b」代表一值，其滿足0.1b1。
於本發明之另一示範型實施例中，b於代表式2中，其範圍可為0.1至0.9、0.1至0.7、0.1至0.5或0.1至0.3。
再者，該液晶組成物在異常介電常數(εe；在長軸方向的介電常數)與普通介電常數(εo；在短軸方向的介電常數)之間的偏差值為3以上、3.5以上、4以上、6以上、8以上、或10以上。當該液晶組成物具有此一介電常數時，可提供具有優異驅動電壓特性的裝置。當介電常數之間的偏差值變得越高時，可提供具有更合適特性的裝置。在本發明中，介電常數的偏差值上限沒有特別限制。例如，一具有異常介電常數(εe；在長軸方向的介電常數)約為6至50且普通介電常數(εo；在短軸方向的介電常數)約為2.5至7的裝置可用來作為該液晶組成物。
在該前驅物中的液晶組成物之含量相對於100重量份之該前驅物可為100重量份至2,500重量份、100重量份至 2,000重量份、100重量份至1,900重量份、100重量份至1,800重量份、100重量份至1,700重量份、100重量份至1,600重量份、100重量份至1,500重量份、100重量份至1,400重量份、100重量份至1,300重量份、100重量份至1,200重量份、100重量份至1,100重量份、100重量份至1,000重量份、100重量份至900重量份、100重量份至800重量份、100重量份至700重量份、100重量份至600重量份、100重量份至500重量份、100重量份至400重量份、100重量份至300重量份、或150重量份至250重量份。該液晶組成物可視需要適當的變化。
該前驅物可視需要更包括一溶劑。上述可用於本發明的溶劑沒有特別限制。例如，可從已知的溶劑種類(例如甲苯、二甲苯、環戊酮及環己酮)中適當地選擇該前驅物。
為了加速該配向組成物及/或交聯劑的網絡形成，該前驅物亦可視需要更包括一合適的添加劑，例如一自由基或陽離子起始劑、一催化劑，例如一胺類、或其他可形成網絡的活性組成物或介面活性劑。
本發明亦關於一種液晶單元的製造方法。例如，該液晶單元的製造方法可包括利用光照射該前驅物之一膜層。藉由利用光照射該前驅物之膜層可誘導上述的配向、交聯、及/或聚合所導致的網絡形成，以及該液晶組成物的相分離。
藉由利用該前驅物塗佈一合適的基板(例如該基材層)可形成該前驅物之膜層。例如，當該前驅物呈現液態時，利用傳統的塗佈法(例如棒塗、點塗、噴塗、或旋塗)可形成 該前驅物之膜層。例如，上述透明電極層可形成於具有該前驅物之膜層形成於其上之該基材層的一表面上。
在該前驅物之膜層形成之後，可利用光照射該前驅物之膜層。當該前驅物中包括該溶劑時，例如，在所形成之膜層於適當的條件下將該溶劑揮發掉以進行乾燥之後，可進行光照射。這類的乾燥反應可進行於，例如，溫度約80℃至130℃維持約1至10分鐘的條件下，但本發明並不限於此。
可進行光照射將該包括於該前驅物之膜層中的配向組成物進行配向。一般而言，可利用線性偏振光將配向組成物進行配向。選擇待照射之光的波長與強度以提供該配向組成物合適的配向。通常，利用在可見光或近紫外光範圍的光線來配向該配向組成物，例如，該光配向組成物。可視需要利用遠紫外光或近紫外光範圍的光線來配向該配向組成物。
當該液晶組成物呈現一等向性狀態時，可進行光照射。圖2顯示該前驅物之一膜層201的製程示意圖，其利用光形成於該基材層1011之上，並且包括一等向性狀態的液晶組成物(箭號所標示)。為了維持該液晶組成物的等向性狀態，例如，可於該液晶組成物的等向轉變溫度(等向性轉移溫度)(TNI)或高於該等向轉變溫度(等向性轉移溫度)(TNI)下進行光照射。
藉由光照射可使該配向組成物呈現定向有序狀態，且分散於該配向組成物中的液晶組成物可沿著該配向組成物 的配向方向來進行配向。圖3顯示一包括配向網絡1021及液晶功能區域1022之液晶層102的示意圖，在光照射之後，全部的液晶層102皆形成於基材層1011之上。
為了加速該配向網絡的形成，可視需要在光照射之前或之後、或者與光照射同時，進行適當的熱處理或曝光。
在透過上述製程而形成該液晶層之後，可視需要將一額外的基材層(例如，一具有透明電極層形成其一表面的基材層)貼附至該形成之液晶層，以形成一具有如圖1中所示之結構的裝置。
上述液晶單元的製造方法可以連續方式進行，例如，利用一連續滾壓製程(roll-to-roll process)。
再者，本發明係關於該液晶單元之應用。例如，依據本發明之一示範型實施例，以連續方式利用連續滾壓製程(roll-to-roll process)可簡單的製造該液晶單元。再者，該液晶單元可實現作為一可撓式裝置，並且具有優異的對比度。
這類液晶單元可適用於各種不同的應用，例如，包括智慧窗(smart windows)、視窗保護薄膜、可撓式顯示裝置、用於顯示3D影像的活性阻滯劑(active retarders)、或視角調整薄膜。
本發明的液晶單元可利用簡單的連續滾壓製程製造。此外，本發明液晶單元可應用於可撓性裝置，且具有優異的對比度，就此，此液晶單元可應用於例如像智慧型手機、 玻璃保護膜、可撓顯示裝置、顯示3D影像的主動式緩速器或視角調整膜等之各種裝置。
下文中，將進一步詳細描述本發明之實施例的液晶單元。雖然本發明已詳細描述並參照其具體實施例，然可瞭解的是，該液晶單元之範疇並不僅限於下列實施例。
實施例 前驅物之製備
將7 g之液晶組成物(ZGS-8017，JNC，異常折射率：約1.597，以及普通折射率：約1.487)，3 g之具有一如下式1所示之重複單元的聚降冰片烯-氟化桂皮酸酯組成物(PNBCi，重量平均分子量：85,000，以及聚合度分佈性指數(PDI)：約4.75)作為該配向組成物，以及1 g的紫外光固化組成物(NOA-65，Norland Optical Adhesive 65)與100 g的甲苯進行混合。接著，將適當劑量的起始劑與所得之混合物進行混合以製備一前驅物。
[式1]
液晶單元之製備
利用一棒塗機將所製備的前驅物塗佈一具有ITO透明電極層形成於其表面上之透明聚碳酸酯基材層，並且將一溶劑(甲苯)揮發以形成厚度為約7 μm之該前驅物之膜層。之後，將該前驅物之膜層置於一具有線柵偏光器(WGP)配置於其上的熱板上，將該熱板的溫度設定於90℃。維持該熱板的溫度直到藉由線柵偏光器(WGP)利用線性偏振UV射線(1,200 mJ/cm2)照射該前驅物的透明膜層，以形成一包括一配向網絡及一液晶功能區域的液晶層為止。利用稜鏡耦合儀(prism coupler)所測量該形成之配向網絡的折射率為約1.573。接著，將一具有ITO透明電極層形成於其表面上之透明聚碳酸酯薄膜的ITO透明電極層之一表面貼附至所形成之液晶層，以製備一液晶單元。
實驗例1
將實施例1中所製備的液晶單元配置於兩偏振片(上部及下部偏振片)之間，該偏振片經排列而使得該偏振片的光吸收軸互相垂直。當將該液晶單元的液晶配置成可讓該 液晶的配向方向與該上部偏振片之透光軸之間形成45度或90度角時，利用光照射該下部偏振片來估算該液晶單元的亮度。圖4顯示該估算結果之影像。在本發明中，圖4的左邊版面顯示該液晶的配向方向係與該上部偏振片之透光軸之間形成45度角，以及圖4的右邊版面顯示該液晶的配向方向係與該上部偏振片之透光軸之間形成90°角。
實驗例2
除了替換光的照射強度來製備該液晶單元以外，液晶單元係由與實施例1中相同的方法所製備。因此，測量該液晶單元之透光率。該測量結果顯示於圖5中。如圖5中所示，可觀察到該液晶單元的透明度依據該配向網絡的排序程度而變化。
實驗例3
除了替換光的照射強度來製備該液晶單元以外，液晶單元係由與實施例1中相同的方法所製備。因此，利用Axostep系統依據曝光來測量依據偏振光旋轉之相位差。該測量結果顯示於圖6中。
實驗例4
將實施例1中所製備的液晶單元配置於兩偏振片(上部及下部偏振片)之間，該偏振片經排列而使得該偏振片的光吸收軸互相垂直。將該液晶單元經配置使其配向方向與該兩偏振片任一之透光軸間形成45°角。接著，將一交流電 源連接至上部及下部基材層(聚碳酸酯薄膜)之ITO透明電極層，並且利用光二極體雷射依據驅動電壓來測量該液晶單元的透光率。該測量結果顯示於圖7中。如圖7中所示，可確認實施例1中所製備之液晶單元於電壓約為43V下呈現出的對比度為約400：1。
101A‧‧‧基材層
101B‧‧‧基材層
1011‧‧‧基材層
102‧‧‧液晶層
1021‧‧‧配向網絡
1022‧‧‧液晶功能區域
201‧‧‧前驅物之膜層
圖1係依據本發明之一示範型實施例之液晶單元示意圖。
圖2及3係依據本發明之一示範型實施例之液晶單元之製程示意圖。
圖4顯示一實施例中所製備之液晶單元的兩偏振片之間的亮度變化之示意圖。
圖5顯示一實施例中所製備之液晶單元的透光率之曲線圖。
圖6顯示在一實施例中依據偏振可見光的旋轉所製備之液晶單元的相位差。
圖7顯示藉由測量一實施例中所製備之液晶單元的對比度所獲得之曲線圖。
101A‧‧‧基材層
101B‧‧‧基材層
102‧‧‧液晶層
1021‧‧‧配向網絡
1022‧‧‧液晶功能區域

Claims (20)

  1. 一種液晶單元包括：一液晶層，其中該液晶層包括一配向網絡；以及存在於該配向網絡中並且包括一液晶組成物的一液晶功能區域。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，其中該配向網絡係包括一光配向組成物之一前驅物的網絡。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶單元，其中在該配向網絡中的該光配向組成物係一定向有序態，且該液晶功能區域的該液晶組成物係由該配向網絡所配向。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶單元，其中該光配向組成物係一偶氮(azo)組成物、一二苯乙烯(stilbene)組成物、一環丁烷四羧酸二酐(cyclobutane tetracarboxylic dianhydride)、一芳香族聚矽烷(aromatic polysilane)、一芳香族聚酯(aromatic polyester)、一聚苯乙烯(polystyrene)、一桂皮酸酯(cinnamate)組成物、一薰草素(coumarin)組成物、一桂皮醯胺(cinnamamide)組成物、一四氫酞醯亞胺(tetrahydrophthalimide)組成物、一馬來醯亞胺(maleimide)組成物、一二苯甲酮(benzophenone)組成物、一二苯乙炔(diphenylacetylene)組成物、一查克酮(chalcone)組成物、一蒽基(anthracenyl)組成物、一苯甲酸酯(benzoate)組成物、一苯並醯胺(benzoamide)組成物、一(甲基)丙烯醯基醯胺芳基(甲基)丙烯酸酯((meth)acrylamidoaryl(meth)acrylate)組成物、或一螺吡喃(spiropyran)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，其中該配向網絡以及該液晶組成物滿足下列代表式1：[代表式1](1-a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5<np<(1+a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5其中「np」代表代表一該配向網絡之折射率，「no」代表一該液晶組成物之普通折射率，「ne」代表一該液晶組成物之異常折射率，以及「a」代表一值，其滿足0a<0.5。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，其中該配向網絡的介電常數為3或以上。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，其中該液晶組成物係一向列型液晶組成物，其滿足下列代表式2：[代表式2](1.53-b)<{(2no 2+ne 2)/3}0.5<(1.53+b)其中「no」代表一該液晶組成物之普通折射率，「ne」代表一該液晶組成物之異常折射率，以及「b」代表一值，其滿足0.1b1。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，其中介於該液晶組成物的一異常介電常數(εe)以及一普通介電常數(εo)之間的差值(εe-εo)為3以上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，其中相對於100重量份的該配向網絡，該液晶層包括100重量份至2500重量份之液晶組成物。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，在未施加電壓狀態下，其透光率為80%以上。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，更包括兩個基材層彼此相對地配置，其中該液晶層形成於該基材層之間。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶單元，其中一電極層係形成於該形成於面對該基材層之間的該液晶層。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之液晶單元，更包括配置於該液晶層兩側的偏振片。
  14. 一種如申請專利範圍第1項所定義之該液晶層的前驅物，包括：一包括一配向組成物的一配向網絡之前驅物；以及一液晶組成物。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之該液晶層的前驅物，其中該配向網絡以及該液晶組成物滿足下列代表式1：[代表式1](1-a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5<np<(1+a)×{(2no 2+ne 2)/3}0.5其中「np」代表一形成自該配向網絡之該前驅物的該配向網絡之折射率，「no」代表一該液晶組成物之普通折射率，「ne」代表一該液晶組成物之異常折射率，以及「a」代表一值，其滿足0a<0.5。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之該液晶層的前驅物，其中該液晶組成物係一向列型液晶組成物，其滿足下列代表式2：[代表式2](1.53-b)<{(2no 2+ne 2)/3}0.5<(1.53+b) 其中「no」代表一該液晶組成物之普通折射率，「ne」代表一該液晶組成物之異常折射率，以及「b」代表一值，其滿足0.1b1。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之該液晶層的前驅物，其中介於該液晶組成物的一異常介電常數(εe)以及一普通介電常數(εo)之間的差值(εe-εo)為3以上。
  18. 一種液晶單元的製造方法，包括：利用光照射如申請專利範圍第17項之前驅物的一膜層。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之製造方法，其中該照射光為線性偏振光。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之製造方法，其中利用光照射該前驅物之該膜層係於一該液晶組成物之等向轉變溫度(等向性轉移溫度)或大於該等向轉變溫度下進行。
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