TW201518820A - 高分子分散型液晶的製造方法 - Google Patents

高分子分散型液晶的製造方法 Download PDF

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Abstract

一種高分子分散型液晶的製造方法，包含：混合液晶、第一光可聚合材料、第一光起始劑、第二光可聚合材料及第二光起始劑以形成混合物，第一光起始劑用以使第一光可聚合材料在第一紫外光照射下開始進行聚合，第二光起始劑用以使第二光可聚合材料在第二紫外光照射下開始進行聚合，第一紫外光之波長不同於第二紫外光之波長；聚合第一光可聚合材料透過照射第一紫外光，以形成多個第一液晶胞液滴；以及聚合第二光可聚合材料透過照射第二紫外光，以形成多個第二液晶胞液滴散佈在第一液晶胞液滴之間。

Description

高分子分散型液晶的製造方法
本發明是有關於一種高分子分散型液晶的製造方法。
高分子分散型液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal,PDLC)是將液晶與可聚合單體或寡聚物均勻混合，在一定的條件下引發聚合反應而產生微米尺度的液晶胞液滴均勻散佈在聚合物內。由於液晶的光電特性，使得高分子分散型液晶可藉由外加電壓產生透明態和散射態的調變。此種材料的特性已被廣泛運用在透明顯示器和軟性顯示器等領域。
然而現有的高分子分散液晶的液晶胞液滴的分佈密度不足，導致散射態的穿透度偏高，進而導致對比度不足。因此，如何改善高分子分散型液晶的對比度成為目前重要的課題之一。
本發明之一態樣提供一種高分子分散型液晶的製造方法，能夠有效提昇液晶胞液滴分佈密度，進而增強散射態的霧度而可提高對比度。該製造方法包含下列步驟：混合液晶、第一光可聚合材料、第一光起始劑、第二光可聚合材料及第二光起始劑，以形成一混合物，其中第一光起始劑用以使第一光可聚合材料在第一紫外光照射下開始進行聚合，第二光起始劑用以使第二光可聚合材料在第二紫外光照射下開始進行聚合，第一紫外光之波長不同於第二紫外光之波長；聚合混合物之第一光可聚合材料透過照射第一紫外光，以形成多個第一液晶胞液滴；以及聚合混合物之第二光可聚合材料透過照射第二紫外光，以形成多個第二液晶胞液滴散佈在第一液晶胞液滴之間。
根據本發明之一實施方式，第二光可聚合材料之黏滯係數小於第一光可聚合材料之黏滯係數。
根據本發明之一實施方式，第一光可聚合材料之黏滯係數介於60mm2S-1與100mm2S-1(20℃)之間，第二光可聚合材料之黏滯係數小於60mm2S-1(20℃)。
根據本發明之一實施方式，第一光可聚合材料之黏滯係數介於60mm2S-1與100mm2S-1(20℃)之間，第二光可聚合材料之黏滯係數介於20mm2S-1與50mm2S-1(20℃)之間。
根據本發明之一實施方式，液晶佔混合物總重的56至89.8wt%，第一光可聚合材料、第一光起始劑、第二光可聚合材料及第二光起始劑佔混合物總重的10.2至 44wt%。
根據本發明之一實施方式，第一光可聚合材料佔混合物總重的5至20wt%，第一光起始劑佔混合物總重的0.1至2wt%，第二光可聚合材料佔混合物總重的5至20wt%，第二光起始劑佔混合物總重的0.1至2wt%。
根據本發明之一實施方式，第一光可聚合材料為三羫甲基丙烷乙氧酸三丙醯酸(trimethylolpropane ethoxylate triacrylate)，第二光可聚合材料為環氧丙烯酸酯寡聚物(epoxy acrylate oligomer)。
根據本發明之一實施方式，第一光起始劑為2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化磷(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide)，第二光起始劑為2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone)。
根據本發明之一實施方式，第一紫外光之波長介於360nm與370nm之間，第二紫外光之波長介於310nm與320nm之間。
根據本發明之一實施方式，各第二液晶胞液滴之粒徑小於或等於各第一液晶胞液滴之粒徑。
100‧‧‧顯示器
102‧‧‧基板
104‧‧‧高分子分散型液晶層
110‧‧‧液晶
120‧‧‧第一光可聚合材料
120a‧‧‧第一液晶胞液滴
130‧‧‧第二光可聚合材料
130a‧‧‧第二液晶胞液滴
202‧‧‧第一紫外光
204‧‧‧第二紫外光
第1A-1E圖係顯示依照本發明數種實施方式之高分子分散型液晶的製造方法的各製程階段剖面示意圖。
第2圖係顯示比較例1、比較例2及實驗例1之穿透度對外加電壓的關係圖。
以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
本發明之一態樣提供一種高分子分散型液晶的製造方法，其藉由提供兩種以上的光可聚合材料並依序聚合，而可形成多種不同尺寸的液晶胞液滴分散於聚合物內，提昇液晶胞液滴的分佈密度，增強散射態的霧度，進而提高對比度。以下將詳述製造高分子分散型液晶的方法。第1A-1E圖係顯示依照本發明數種實施方式之高分子分散型液晶的製造方法的各製程階段剖面示意圖。
如第1A圖所示，混合液晶110、第一光可聚合材料120、第一光起始劑、第二光可聚合材料130及第二光起始劑，以形成均質的混合物。可利用任何習知的混合裝置混合上述材料以形成混合物。然後，在一實施方式中，將此混合物填充於兩基板102之間，再進行下述照射第一紫外光及照射第二紫外光步驟。
以下將舉例說明液晶、第一光可聚合材料、第一光起始劑、第二光可聚合材料及第二光起始劑可使用的材 料。液晶可例如為向列型液晶(Nematic liquid crystals)或其他合適的材料。
第一光可聚合材料及第二光可聚合材料為不同種類的光可聚合單體或寡聚物。第一及第二光可聚合材料可例如為含雙鍵化合物、含環氧官能基化合物或其混合物。含雙鍵化合物可例如含丙烯酸基(acryl group)或異氰酸酯(isocyanate group)基，但不限於此。含丙烯酸基的化合物例如為：丙烯酸樹脂(acrylic resin)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate)、聚醚丙烯酸酯(polyether acrylate)、環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)或其混合物。含環氧官能基化合物例如為環氧樹脂(epoxy resin)、環氧丙烯酸酯或其混合物。
第一光起始劑用以使第一光可聚合材料在第一紫外光照射下開始進行聚合，第二光起始劑用以使第二光可聚合材料在第二紫外光照射下開始進行聚合。為了使第二光可聚合材料在照射第一紫外光時不發生聚合反應，第一紫外光的波長需不同於第二紫外光的波長。第一及第二光起始劑可例如為2,2-乙氧基苯乙酮(2,2-diethoxyacetophenone)、二苯甲酮(benzophenone)、1-羥環己基苯基丙酮(1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone)、二乙基塞吨酮(diethyl thioxanthone)、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-one)、1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮(1-(4-isopropylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropane-1-one) 、2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone)或2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化磷(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide)，但不限於此。
在一具體實施例中，第一光可聚合材料為三羫甲基丙烷乙氧酸三丙醯酸(trimethylolpropane ethoxylate triacrylate)，第一光起始劑為2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化磷，第一紫外光的波長介於360nm與370nm之間。在本具體實施例中，第二光可聚合材料為環氧丙烯酸酯寡聚物(epoxy acrylate oligomer)，第二光起始劑為2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮，第二紫外光的波長介於310nm與320nm之間。但上述具體實施例僅用於示例，並非用以限定本發明。
如第1B-1C圖所示，進行照射第一紫外光202步驟，使混合物中的第一光可聚合材料120受到第一光起始劑的影響而開始聚合，而形成多個第一液晶胞液滴120a。第一紫外光202的波長可根據第一光可聚合材料120和第一光起始劑的材料及反應特性作適當的選擇。此步驟可使用紫外光照射器來進行紫外光照射處理。紫外光照射器一般包含光源、照射器、冷卻裝置和電源裝置。光源例如可為高壓汞燈、無臭氧汞燈、氙燈、熔化燈或金屬鹵素燈。
如第1D-1E圖所示，進行照射第二紫外光204步驟，使混合物中的第二光可聚合材料130受到第二光起始 劑的影響而開始聚合，而形成多個第二液晶胞液滴130a散佈在第一液晶胞液滴120a之間。上述第二紫外光204的波長可根據第二光可聚合材料130和第二光起始劑的材料及反應特性作適當的選擇。此步驟亦可使用紫外光照射器來進行紫外光照射處理。值得注意的是，由於第二液晶胞液滴130a可進一步增加液晶胞液滴的分佈密度，而可增加散射態的霧度，進而可提昇對比度。此外，第二光可聚合材料130在聚合時受限於第一液晶胞液滴120a的立體結構，故形成的第二液晶胞液滴130a的粒徑可能小於或等於第一液晶胞液滴120a的粒徑。
在一實施方式中，為了使第二光可聚合材料130在形成第一液晶胞液滴120a之後仍易於聚合，較佳係使第二光可聚合材料130的黏滯係數小於第一光可聚合材料120的黏滯係數。在一實施方式中，第一光可聚合材料120的黏滯係數介於60mm2S-1與100mm2S-1(20℃)之間，第二光可聚合材料130的黏滯係數小於60mm2S-1(20℃)。
在一實施方式中，第一光可聚合材料120的黏滯係數介於60mm2S-1與100mm2S-1(20℃)之間，第二光可聚合材料130的黏滯係數介於20mm2S-1與50mm2S-1(20℃)之間。
液晶、第一光可聚合材料、第一光起始劑、第二光可聚合材料及第二光起始劑的比例可作適當的調整。在一實施方式中，液晶佔混合物總重的56至89.8wt%，第一光可聚合材料、第一光起始劑、第二光可聚合材料及第二光起始劑佔混合物總重的10.2至44wt%。這是因為若液晶佔 混合物總重的比例小於56wt%，則因液晶含量較少而只能形成較少量的液晶胞液滴；若液晶佔混合物總重的比例大於89.8wt%，則因光可聚合材料的含量太少，只能形成極少量的聚合物，而無法有效與液晶發生相分離，形成液晶胞液滴。
另一方面，第一光可聚合材料及第二光可聚合材料的比例可任意調整，以獲得良好的液晶胞液滴分佈情形及分佈密度。第一光起始劑及第二光起始劑的用量可分別根據第一光可聚合材料及第二光可聚合材料的的用量作適當的選擇。一般而言，光起始劑的用量通常為光可聚合材料重量的0.5至10wt%。在一實施方式中，第一光可聚合材料佔混合物總重的5至20wt%，第一光起始劑佔混合物總重的0.1至2wt%，第二光可聚合材料佔混合物總重的5至20wt%，第二光起始劑佔混合物總重的0.1至2wt%。但上述實施方式僅用於示例，並非用以限定本發明。此外，如第1E圖所示，第一液晶胞液滴120a、第二液晶胞液滴130a、第一光可聚合材料120聚合後的產物及第二光可聚合材料130聚合後的產物構成高分子分散型液晶層104。高分子分散型液晶層104與顯示面板可構成高對比度的顯示器，而可廣泛運用於透明顯示器(如電控玻璃)和軟性顯示器(如電子書)等領域。舉例而言，第1A-1E圖的兩基板102可分別為薄膜電晶體陣列基板與彩色濾光片基板，或分別為整合彩色濾光片與薄膜電晶體陣列之基板(color filter on array；COA或array on color filter；AOC)與無彩 色濾光片之基板。因此，高分子分散型液晶層104與兩基板102可構成高分子分散型液晶顯示器100。基板102可包含透明電極(未繪示)。可根據不同的電場驅動模式決定透明電極的設置位置。電場驅動模式例如為扭轉向列(Twisted Nematic；TN)模式及橫向電場驅動(In-Plane Switching；IPS)模式。上述透明電極的材料可為氧化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋁錫(ATO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鉬(IMO)或其他透明導電材料。由於此類高分子分散型液晶顯示器不需使用偏光板，故可表現較高的亮度。
實例
以下列舉數個實例(即比較例1、比較例2及實驗例1)以更詳盡闡述本發明之方法，然其僅為例示說明之用，並非用以限定本發明，本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
比較例1
提供向列型液晶、三羫甲基丙烷乙氧酸三丙醯酸及2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化磷，其重量百分比為56-89.8：10-40：0.2-4。在經過混合及照射365 nm的紫外光波長之後，形成一種高分子分散型液晶。然後，將此高分子分散型液晶進行測試，得到如第2圖所示的光電特性曲線202。此高分子分散型液晶之散射態的穿透度約為17%，透明態的穿透度約為78%。
比較例2
提供向列型液晶、三羫甲基丙烷乙氧酸三丙醯酸、2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化磷、環氧丙烯酸酯寡聚物及2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮，其重量百分比為56-89.8：5-20：0.1-2：5-20：0.1-2。在經過混合及照射波長約為365 nm的紫外光之後，形成一種高分子分散型液晶。然後，將此高分子分散型液晶進行測試，而得到如第2圖所示的光電特性曲線204。此高分子分散型液晶之散射態的穿透度約為16%，透明態的穿透度約為78%。
實驗例1
提供與比較例2相同的組成物。在依序經過混合、照射波長約為365 nm的紫外光及照射波長約為313 nm的紫外光之後，形成一種高分子分散型液晶。然後，將此高分子分散型液晶進行測試，而得到如第2圖所示的光電特性曲線206。此高分子分散型液晶之散射態的穿透度約為3%，透明態的穿透度約為80%。
由比較例1、2與實驗例1的結果可以瞭解，照射波長為313 nm的紫外光程序可使液晶析出更多液晶胞液滴，使散射態的穿透度約可從16-17%降至3%。由此可證明以本發明的高分子分散型液晶的製造方法所製得的高分子分散型液晶的散射態確實具有相當低的穿透度(即具有高霧度)，因此可大幅提昇對比度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧顯示器
102‧‧‧基板
104‧‧‧高分子分散型液晶層
120a‧‧‧第一液晶胞液滴
130a‧‧‧第二液晶胞液滴

Claims (10)

  1. 一種高分子分散型液晶的製造方法，包含下列步驟：混合一液晶、一第一光可聚合材料、一第一光起始劑、一第二光可聚合材料及一第二光起始劑，以形成一混合物，其中該第一光起始劑用以使該第一光可聚合材料在一第一紫外光照射下開始進行聚合，該第二光起始劑用以使該第二光可聚合材料在一第二紫外光照射下開始進行聚合，該第一紫外光之波長不同於該第二紫外光之波長；聚合該混合物之該第一光可聚合材料透過照射該第一紫外光，以形成多個第一液晶胞液滴；以及聚合該混合物之該第二光可聚合材料透過照射該第二紫外光，以形成多個第二液晶胞液滴散佈在該些第一液晶胞液滴之間。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第二光可聚合材料之黏滯係數小於該第一光可聚合材料之黏滯係數。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第一光可聚合材料之黏滯係數介於60mm2S-1與100mm2S-1(20℃)之間，該第二光可聚合材料之黏滯係數小於60mm2S-1(20℃)。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該第一光可聚合材料之黏滯係數介於60mm2S-1與100mm2S-1(20℃)之間，該第二光可聚合材料之黏滯係數介於20mm2S-1與50mm2S-1(20℃)之間。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該液晶佔該混合物總重的56至89.8wt%，該第一光可聚合材料、該第一光起始劑、該第二光可聚合材料及該第二光起始劑佔該混合物總重的10.2至44wt%。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該第一光可聚合材料佔該混合物總重的5至20wt%，該第一光起始劑佔該混合物總重的0.1至2wt%，該第二光可聚合材料佔該混合物總重的5至20wt%，該第二光起始劑佔該混合物總重的0.1至2wt%。
  7. 如請求項1所述之方法，其中該第一光可聚合材料為三控甲基丙烷乙氧酸三丙醯酸(trimethylolpropane ethoxylate triacrylate)，該第二光可聚合材料為環氧丙烯酸酯寡聚物(epoxy acrylate oligomer)。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該第一光起始劑為2,4,6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化磷(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide)，該第二光起始劑為2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-嗎啉代苯基)-1-丁酮(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone)。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該第一紫外光之該波長介於360nm與370nm之間，該第二紫外光之該波長介於310nm與320nm之間。
  10. 如請求項1所述之方法，其中各該第二液晶胞液滴之粒徑小於或等於各該第一液晶胞液滴之粒徑。
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