TW201323983A - 液晶光閥及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種液晶光閥，包括：一第一基板，此第一基板上係形成有一第一聚合物層；一第二基板，此第二基板上係形成有一第二聚合物層，而此第一聚合物層及此第二聚合物層係對面設置；以及一液晶材料層，此液晶材料層係填充於此第一聚合物層及此第二聚合物層之間；其中，此第一聚合物層及此第二聚合物層係具有一粗化表面，且此粗化表面係介於此第一聚合物層與此液晶材料層之間或此第二聚合物層與此液晶材料層之間。

Description

液晶光閥及其製作方法
本發明係關於一種液晶光閥，以及製作該液晶光閥之方法，尤指一種適用於低操作電壓而可大幅節省能源消耗的液晶光閥。
目前市面上常見的PDLC(polymer-dispersed liquid crystal)散射型光閥，其所需之操作電壓約介於60至70伏特之間。就散射型光閥而言，在無外加操作電壓的情況下，液晶光閥維持在散射狀態，藉此阻擋光的通過。而當外加一操作電壓於液晶光閥後，即可將液晶光閥切換至透明狀態，使得光線得以通過。
有關液晶光閥之使用說明，請參閱圖1A-圖1C，圖1A-圖1C係液晶光閥之使用示意圖。如圖1A所示，當一液晶光閥101在無外加操作電壓的情況下，光源無法通過液晶光閥101。因此，無法透過該液晶光閥101看到後方的物體。而當外加一操作電壓後，例如為30伏特之操作電壓，液晶光閥101則開始呈可透光狀態。即如圖1B所示，於此狀態下，已有部分光源可穿透液晶光閥101，而可約略透過液晶光閥101而觀看到後方的物體。
接著，當操作電壓加大至約60-70伏特時，液晶光閥101則對應達到最大透光度。即如圖1C所示，於此狀態下，液晶光閥101允許更多光源通過，而可更清楚的透過液晶光閥101而觀看到後方的物體。
然而，上述之習知之液晶光閥101仍存在著許多缺點。例如，習知之液晶光閥101需要相當高的操作電壓(如前述之60至70伏特的操作電壓)，其係需要消耗極大量的能源來維持習知之液晶光閥101的運作。再者，習知之液晶光閥101之反應時間過高。意即，當外加操作電壓改變時，液晶光閥101之透光度無法立即反應已改變之操作電壓而己變其透光度。除此之外，習知之液晶光閥101亦存在有視角上的問題，並非適用於所有觀看角度。
綜上所述，液晶光閥雖然具有良好的特性可供應用，然而，卻受限於上述之諸多缺點而無法被普及。因此，業界極需一種創新的液晶光閥，以期能改善上述之諸多缺點，而使液晶光閥能更為被廣泛的應用。
本發明之一目的係在提供一種液晶光閥，俾能於低電壓下操作，進而大幅節省能源的消耗。
本發明之另一目的係在提供一種液晶光閥，其係具有製程簡單、不需偏振片、快速反應、與偏振無關、以及高對比度等特性。
本發明之再一目的係在提供一種液晶光閥之製作方法，俾能以簡易之製程製作液晶光閥，進而大幅降低液晶光閥之製作成本。
為達成上述目的，本發明之一種液晶光閥，包括：一第一基板，此第一基板上係形成有一第一聚合物層；一第二基板，此第二基板上係形成有一第二聚合物層，而此第一聚合物層及此第二聚合物層係對面設置；以及一液晶材料層，此液晶材料層係填充於此第一聚合物層及此第二聚合物層之間；其中，此第一聚合物層及此第二聚合物層係具有一粗化表面，且此粗化表面係介於此第一聚合物層與此液晶材料層之間或此第二聚合物層與此液晶材料層之間。
其中，此第一聚合物層及此第二聚合物層較佳係經一加熱程序、並再經一冷卻程序後而形成上述之粗化表面。而值得注意的是的，於上述之加熱程序中，第一聚合物層及第二聚合物層係較佳溶於此液晶材料層，並較佳於此冷卻程序中自此液晶材料層析出而附著於第一聚合物層及第二聚合物層。除此之外，上述之加熱程序較佳係加熱至超過此液晶材料層之相變點。
再者，此液晶材料層之液晶種類並無任何限制，此液晶材料層係較佳為一向列型液晶(Nematic Liquid Crystal)、一層列型液晶(Sematic Liquid Crystal)、或一膽固醇型液晶(Cholesteric Liquid Crystal)，然而，其係更佳為一向列型液晶。
除此之外，上述之第一基板及第二基板亦無限定為何種類之基板。其中，此第一基板較佳係可為一玻璃基板、或一可撓式基板。而此第二基板較佳係可為一玻璃基板、或一可撓式基板。根據上述說明可知，此第一基板及此第二基板可同時選用玻璃基板或可撓式基板，亦可一者選用玻璃基板而另一者選用可撓式基板。再者，前述之玻璃基板之形式並無任何限制，其較佳係為一氧化銦錫(ITO)導電玻璃、一氧化銦鋅(IZO)導電玻璃、一氧化錫(SnO2)導電玻璃、一氧化鋅(ZnO)導電玻璃。
而第一聚合物層及第二聚合物層之材料亦無限制。然而，於本發明之一種液晶光閥之製作方法中，此第一聚合物層及第二聚合物層之材料較佳係為聚乙烯咔唑[poly(N-vinyl carbazole)]。
根據本發明所提供之液晶光閥，其操作電壓較佳係介於0V至20V之間，而更佳介於0V至18V之間。此外，其透光度則較佳介於0%至80%之間。由操作電壓之範圍可知，本發明所提供之液晶光閥所需之操作電壓低，因此可進一步節省能源的消耗。
為達成上述目的，本發明之一種液晶光閥之製作方法，包括下列步驟：(A)提供一第一基板及一第二基板，此第一基板及此第二基板上係分別形成有一第一聚合物層以及一第二聚合物層，此第一聚合物層及此第二聚合物層係對面設置，而此第一聚合物層及此第二聚合物層之間係填充有一液晶材料層；(B)進行一加熱程序；以及(C)進行一冷卻程序，使此第一聚合物層及此第二聚合物層形成一粗化表面，且此粗化表面係介於此第一聚合物層與此液晶材料層之間或此第二聚合物層與此液晶材料層之間。
其中，於上述之步驟(A)中，較佳係將此第一基板及此第二基板製成一液晶盒，並將上述之液晶材料層填充於此液晶盒內。再者，此液晶材料層之液晶種類並無任何限制，此液晶材料層係較佳為一向列型液晶(Nematic Liquid Crystal)、一層列型液晶(Sematic Liquid Crystal)、或一膽固醇型液晶(Cholesteric Liquid Crystal)，然而，其係更佳為一向列型液晶。
再者，步驟(B)中之加熱的溫度較佳係介於50℃至150℃之間。而需注意的是的，於此步驟(B)中，此加熱程序較佳係加熱至超過此液晶材料層之相變點。再者，形成於第一基板及第二基板之第一聚合物層及第二聚合物層則較佳於步驟(B)之加熱程序中溶於液晶材料層。此外，溶於液晶材料層之此第一聚合物層及此第二聚合物層則較佳於於步驟(C)中析出並附著於此第一聚合物層及此第二聚合物層。
除此之外，上述之第一基板及第二基板亦無限定為何種類之基板。其中，此第一基板較佳係可為一玻璃基板、或一可撓式基板。而此第二基板較佳係可為一玻璃基板、或一可撓式基板。根據上述說明可知，此第一基板及此第二基板可同時選用玻璃基板或可撓式基板，亦可一者選用玻璃基板而另一者選用可撓式基板。再者，前述之玻璃基板之形式並無任何限制，其較佳係為一氧化銦錫(ITO)導電玻璃、一氧化銦鋅(IZO)導電玻璃、一氧化錫(SnO2)導電玻璃、一氧化鋅(ZnO)導電玻璃。
而第一聚合物層及第二聚合物層之材料亦無限制。然而，於本發明之一種液晶光閥之製作方法中，此第一聚合物層及第二聚合物層之材料較佳係為聚乙烯咔唑[poly(N-vinyl carbazole)]。而如步驟(A)中所述，第一聚合物層及第二聚合物層係形成於第一基板及第二基板上。其中，值得注意的是，形成第一聚合物層及第二聚合物層之方法並無任何限制。然而，此方法較佳係為旋轉塗佈法、浸入塗佈法、噴霧法、噴墨法、滾筒印刷法(Roller Printing)、或狹縫式塗佈(Slit Coating)。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，且本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，而在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
實施例1
有關本發明實施例1之液晶光閥，請參閱圖2，圖2係本發明實施例1之液晶光閥之示意圖。如圖2所示，本發明實施例1之液晶光閥200係包括：一第一基板201、一第二基板202、以及一液晶材料層203。
再者，第一基板201上係形成有一第一聚合物層2011，而第二基板202上係形成有一第二聚合物層2021。其中，第一聚合物層2011及第二聚合物層2021係對面設置。此外，再如圖2所示，液晶材料層203則填充於第一聚合物層2011及第二聚合物層2021之間。
而需注意的是，如圖2所示，第一聚合物層2011及第二聚合物層2021係具有一粗化表面204，且此粗化表面204係介於第一聚合物層2011與液晶材料層203之間或第二聚合物層2021與液晶材料層203之間。
其中，上述之第一基板201及第二基板202並無限制為何種基板，然而於本發明實施例1之液晶光閥中，第一基板201以及第二基板202係可選用玻璃基板、或可撓式基板。其中，玻璃基板係可例如為一氧化銦錫(ITO)導電玻璃、一氧化銦鋅(IZO)導電玻璃、一氧化錫(SnO2)導電玻璃、一氧化鋅(ZnO)導電玻璃。而於本發明實施例1之液晶光閥中，第一基板201以及第二基板202係為一玻璃基板，且此玻璃基板係為氧化銦錫導電玻璃。
除此之外，液晶材料層203的種類並無任何限制，液晶材料層203可例如為向列型液晶(Nematic Liquid Crystal)、一層列型液晶(Sematic Liquid Crystal)、或一膽固醇型液晶(Cholesteric Liquid Crystal)。而於本發明實施例1之液晶光閥中，液晶材料層203係為向列型液晶。
此外，上述之第一聚合物層2011及第二聚合物層2021係選用聚乙烯咔唑[poly(N-vinyl carbazole)]。而由上述說明可知，第一聚合物層1011及第二聚合物層2021係分別形成於第一基板201及第二基板202。其中，形成第一聚合物層2011及第二聚合物層2021之方法例如可為旋轉塗佈法、浸入塗佈法、噴霧法、噴墨法、滾筒印刷法(Roller Printing)、或狹縫式塗佈(Slit Coating)。而於本發明實施例1之液晶光閥中，係以旋轉塗佈法形成第一聚合物層2011及第二聚合物層2021。
根據本發明實施例1所提供之液晶光閥，其操作電壓較佳係介於0V至20V之間，而更佳介於0V至18V之間。此外，其透光度則較佳介於0%至80%之間，而於本發明實施例1之液晶光閥中，液晶光閥之透光率係為76.7%。而由操作電壓之範圍可知，本發明實施例1所提供之液晶光閥，其所需之操作電壓相較於習知液晶光閥所需的操作電壓要低為許多，因此可進一步節省能源的消耗。
實施例2
有關本發明實施例2之液晶光閥之製作方法，請參閱圖3，圖3係本發明實施例2之液晶光閥之製作方法之流程圖，其係包含下列步驟：(A)提供一第一基板及一第二基板，此第一基板及此第二基板上係分別形成有一第一聚合物層以及一第二聚合物層，此第一聚合物層及此第二聚合物層係對面設置，而此第一聚合物層及此第二聚合物層之間係填充有一液晶材料層；(B)進行一加熱程序；以及(C)進行一冷卻程序，使此第一聚合物層及此第二聚合物層形成一粗化表面，且此粗化表面係介於此第一聚合物層與此液晶材料層之間或此第二聚合物層與此液晶材料層之間。
以下，將更詳細說明本發明之一種液晶光閥之製作方法。
請再參閱圖4A-圖4C，圖4A-圖4C係本發明實施例2之液晶光閥之製作方法示意圖。請先參閱圖4A，首先，提供一第一基板401，及一第二基板402。而於本發明實施例2之液晶光閥之製作方法中，第一基板401係為一玻璃基板，且為一氧化銦鋅導電玻璃，而第二基板402則為一可撓式基板。再者，第一基板401及第二基板402上則分別形成有一第一聚合物層4011以及一第二聚合物層4021，且第一聚合物層4011及第二聚合物層4021係對面設置。
而需注意的是，第一聚合物層4011及第二聚合物層4021之材料係為聚乙烯咔唑[poly(N-vinyl carbazole)]，且第一聚合物層4011及第二聚合物層4021係由浸入塗佈法分別形成於第一基板401及第二基板402上。此外，第一聚合物層4011及第二聚合物層4021之間則填充有一液晶材料層403。再者，液晶材料層403之液晶種類係為向列型液晶。
而另一值得注意的是，於本發明實施例2之液晶光閥之製作方法中，係將第一基板401及第二基板402先製成一液晶盒，並於此液晶盒內填充上述之液晶材料層403。然而，此一步驟並非為實施本發明所必要之步驟。
接著，對上述之液晶盒進行一加熱程序。請配合參閱圖4B，當對液晶盒進行加熱程序時，而此加熱程序係較佳加熱至超過液晶材料層403之相變點，使液晶材料達各向同性態(isotropic)。藉此，第一聚合物層4011及第二聚合物層4021則會溶於達各向同性態之液晶材料層403中。請注意，圖4B中之圓圈即為聚乙烯咔唑。再者，此加熱程序之溫度係可介於50℃至150℃之間，而於本發明實施例2之液晶光閥之製作方法中，加熱程序之溫度係為60℃。
隨後，即對液晶盒進行一冷卻程序，並將此液晶盒降溫至室溫。當液晶盒降溫至室溫時，溶於液晶材料層403中之聚乙烯咔唑係自液晶材料層403析出，並再附著於第一聚合物層4011及第二聚合物層4021上。藉此，第一聚合物層4011及第二聚合物層4021即形成如圖4C所示之粗化表面。
如前所述，溶於液晶材料中的聚乙烯咔唑係析出並附著於第一基板及第二基板兩端而形成如圖4C所示之粗糙不平整結構，該結構係使得液晶材料排列雜亂而使光線散射。藉此，依據本發明之製作方法而製得的液晶光閥，當無外加操作電壓時，光線無法通過液晶光閥。而當外加一操作電壓於該液晶光閥後，光閥內之液晶係因應電場而有排列方向上的改變，使得光線得以通過光閥。
外加操作電壓後，光閥之透光度增加，故可由操作電壓來切換光閥之透光與散射。請一併配合參閱圖5，圖5係本發明所提供之液晶光閥的外加電壓與穿透度關係圖。如圖5所示，依據本發明之製作方法而製得的液晶光閥，其效能可達到對比度300，操作電壓約為18伏特，最大穿透度(transmittance)接近80%。由此可知，相較於習知之液晶光閥，本發明所提供之液晶光閥之操作電壓係大幅降低至僅約20伏特，其所消耗的能源亦大幅的降低。
請再參閱圖6A及圖6B，圖6A及圖6B係本發明所提供之液晶光閥的反應時間示意圖。其中，圖6A係圖示當外加操作電壓由0伏特上升至20伏特時，液晶光閥的穿透度反應時間；而圖6B係圖示當外加操作電壓由20伏特下降至0伏特時，液晶光閥的穿透度反應時間。
由圖6A可看出，當外加操作電壓由0伏特上升至20伏特時，液晶光閥的穿透度由其最大穿透度的10%上升至最大穿透度的90%僅需約1.26ms(如圖6A中所示之穿透度反應時間為1.26ms)，而由由圖6B可看出，當外加操作電壓由20伏特下降至0伏特時，液晶光閥的穿透度由其最大穿透度的90%下降至最大穿透度的10%則僅需約5.7ms(即圖6B中所示之穿透度反應時間為5.7ms)。
除此之外，本發明所提供之液晶光閥之製作方簡易，無需複雜的製程，無需使用高溫度加熱。如此一來，更可大幅降低製作液晶光閥的相關成本，相當有利大量生產。
實施例3
本發明實施例3之液晶光閥之製作方法係與實施例2中所述之方法相似，其差別係在於：於本發明實施例3之液晶光閥之製作方法中，第一基板係為一玻璃基板，且為一氧化錫鋅導電玻璃。此外，而液晶材料層之液晶種類係為膽固醇型液晶。再者，第一聚合物層及第二聚合物層之材料係為一膽固醇型液晶，且此膽固醇型液晶係由一E7型向列型液晶混合一旋性物質(chiral material)而構成。其中此旋性物質之種類並無限定，而於本發明實施例3之液晶光閥之製作方法中，此旋性物質係為一CB15。除此之外，加熱程序之溫度係為80℃。
而其他與本發明實施例2之液晶光閥之製作方法相同之處，在此便不再贅述。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
101、200．．．液晶光閥
201、401．．．第一基板
202、402．．．第二基板
203、403．．．液晶材料層
2011、4011．．．第一聚合物層
2021、4021．．．第二聚合物層
204．．．粗化表面
圖1A-圖1C係液晶光閥之使用示意圖。
圖2係本發明實施例1之液晶光閥之示意圖。
圖3係本發明實施例2之液晶光閥之製作方法之流程圖。
圖4A-圖4C係本發明實施例2之液晶光閥之製作方法示意圖。
圖5係本發明所提供之液晶光閥的外加電壓與穿透度關係圖。
圖6A及圖6B係本發明所提供之液晶光閥的反應時間示意圖。
200．．．液晶光閥
201．．．第一基板
202．．．第二基板
203．．．液晶材料層
204．．．粗化表面
2011．．．第一聚合物層
2021．．．第二聚合物層

Claims (20)

  1. 一種液晶光閥，包括：一第一基板，該第一基板上係形成有一第一聚合物層；一第二基板，該第二基板上係形成有一第二聚合物層，而該第一聚合物層及該第二聚合物層係對面設置；以及一液晶材料層，該液晶材料層係填充於該第一聚合物層及該第二聚合物層之間；其中，該第一聚合物層及該第二聚合物層係具有一粗化表面，且該粗化表面係介於該第一聚合物層與該液晶材料層之間或該第二聚合物層與該液晶材料層之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光閥，其中，該第一聚合物層及該第二聚合物層係經一加熱程序，並再經一冷卻程序後而形成該粗化表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之液晶光閥，其中，該第一聚合物層及該第二聚合物層經該加熱程序後係溶於該液晶材料層，並再經該冷卻程序後自該液晶材料層析出而附著於該第一聚合物層及該第二聚合物層。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶光閥，其中，該加熱程序係加熱至超過該液晶材料層之相變點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光閥，其中，該液晶材料層係為一向列型液晶(Nematic Liquid Crystal)、一層列型液晶(Sematic Liquid Crystal)、或一膽固醇型液晶(Cholesteric Liquid Crystal)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光閥，其中，該第一基板及該第二基板係各自獨立地為一玻璃基板、或一可撓式基板。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之液晶光閥，其中，該玻璃基板係為一氧化銦錫(ITO)導電玻璃、一氧化銦鋅(IZO)導電玻璃、一氧化錫(SnO2)導電玻璃、或一氧化鋅(ZnO)導電玻璃。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光閥，其中，該第一聚合物層及該第二聚合物層之材料係為聚乙烯咔唑poly(N-vinyl carbazole)。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光閥，其中，該液晶光閥之操作電壓係介於0V至18V之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光閥，其中，該液晶光閥之透光度係介於0%至80%之間。
  11. 一種液晶光閥之製作方法，包括下列步驟：(A)提供一第一基板及一第二基板，該第一基板及該第二基板上係分別形成有一第一聚合物層以及一第二聚合物層，該第一聚合物層及該第二聚合物層係對面設置，而該第一聚合物層及該第二聚合物層之間係填充有一液晶材料層；(B)進行一加熱程序；以及(C)進行一冷卻程序，使該第一聚合物層及該第二聚合物層形成一粗化表面，且該粗化表面係介於該第一聚合物層與該液晶材料層之間或該第二聚合物層與該液晶材料層之間。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(A)中，係將該第一基板及該第二基板製成一液晶盒，並於該液晶盒內填充該液晶材料層。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(A)中，該液晶材料層係為一向列型液晶(Nematic Liquid Crystal)、一層列型液晶(Sematic Liquid Crystal)、或一膽固醇型液晶(Cholesteric Liquid Crystal)。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(A)中，該第一基板及該第二基板係各自獨立地為一玻璃基板、或一可撓式基板。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(A)中，該第一聚合物層及該第二聚合物層之材料係為聚乙烯咔唑[poly(N-vinyl carbazole)]。
  16. 如申請專利範圍第11所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(A)中，形成該聚合物層之方法係為旋轉塗佈法、浸入塗佈法、噴霧法、噴墨法、滾筒印刷法(Roller Printing)、或狹縫式塗佈(Slit Coating)。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(B)中，該加熱之溫度係介於50℃至150℃之間。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(B)中，該加熱程序係加熱至超過該液晶材料層之相變點。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(B)中，該第一聚合物層及該第二聚合物層係溶於該液晶材料層。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之液晶光閥之製作方法，其中於步驟(C)中，溶於該液晶材料層之該第一聚合物層及該第二聚合物層係析出並附著於該第一聚合物層及該第二聚合物層。
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