TWI400535B - 耐刮損的ｐｄｌｃ調節器 - Google Patents

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Description

耐刮損的PDLC調節器
本發明大致係關於液晶調變器，更特定係關於聚合物分散之液晶(polymer dispersed liquid crystal,PDLC)調變器構造。(PDLC可以是一種羥基聚丙烯酸酯(hydroxy polyacrylate)與TL-系列之液晶一起組成的混合物，其中該羥基團係以聚異氰酸酯形成交鏈結構)
PDLC調變器是液晶顯示器(LCD)產業中用來測試薄膜電晶體的工具。在PDLC調變器的研發上，首重如何改善調變器的使用壽命。因為測試中面板組件彼此非常靠近，PDLC調變器的結構即使在正常使用下也非常容易受損，因而嚴重地影響其使用壽命。
目前習知的是建置在BK-7光學玻璃上之131毫米的方形PDLC，其中係以一層聚酯(例如，杜邦公司提供的Mylar膜)薄膜(約6μm厚)來保護活性表面。因為聚酯薄膜非常柔軟，因此其表面容易被刺穿及刮傷，因而使得PDLC調變器的壽命變成一項重要議題。調變器受損的幾個主要模式包括1)薄膜剝離，2)顆粒物滲入，及3)刮傷。這些受損模式使得調變器經過一段相當短的時間後即毫無用途。隨著PDLC調變器的使用日漸廣泛，當務之急即為研發出更耐磨損之調變器。
先前技術所提出的解決方案，經證明均無法有效改善 問題，這兩種方案包括：
機械研磨玻璃. 此技術涉及在一玻璃基板上沉積介電鏡材料。之後將該玻璃層壓至NCAP(向列曲線配向相(nematic curvilinear aligned phase))材料上，使該鏡塗層被夾在NCAP材料之間。之後，機械研磨該玻璃以留下一層相當薄的結構。當完成的調變器被應用在一應用系統時，所得薄膜顯示出極微弱的機械強度(因此非常容易破裂)。
直接介電鏡塗層. 在此技術中，以物理氣相沉積法將介電鏡材料直接沉積在NCAP或PDLC材料上。雖然此技術潛在地具有可在調變器頂部提供一堅硬但薄的表面，但目前並無有關此類調變器之使用壽命的數據可資參考。此外，製造此類調變器的技術也相當困難，且產率極低。
因此，亟需提供一種耐磨損之介電性系的PDLC調變器及其之製造方法。
依據本發明，一PDLC調變器，係以至少一種特定配方之UV可硬化有機硬塗層作為聚酯層(例如，Mylar層)暴露表面之一保護層的方式所製備而成者。各種相關形式之該硬塗層顯示出對一聚酯膜層基板具有良好的黏附性、優異的硬度及強度，且具有一平滑的頂表面，可使不必要的磨損降至最低。將該塗層施加在調變器表面可明顯降低調變器表面因測試時面板上一些預期外的顆粒物所致之刮 損。此外，此平滑表面也可降低其黏附顆粒物的能力因而可降低面板受損的機率。
以下參照附圖及詳細說明來闡述本發明。
依據本發明，配方出一UV可硬化之有機硬塗層並將其作為光電調變器表面上的一種保護塗層。該塗層顯示出對塑膠(Mylar)基板良好的黏附性、硬度3H、優異的堅韌度(toughness)及平滑的頂表面。
如第1A圖所示，更詳細的圖說揭示於第1B圖，在一已完工的調變器上有一有機硬塗層1。該有機硬塗層1包含一主要硬塗層10，其上有一更薄的平滑劑層11。詳言之，將該塗層1施加在一聚酯膜層(例如，Mylar層)2上，其可覆蓋並保護一易受損的介電鏡3，該介電鏡3係以水性黏劑層4固定在一PDLC層5之上。一二氧化矽(SiO2 )絕緣層6可將該PDLC層5與一玻璃基板8(典型為BK-7型光學玻璃)上的一銦錫氧(ITO)透明電極7彼此分隔開來。在該基板8相對面上設置一抗反射塗層9，即完成所欲改良的調變器頭。
有機硬塗層配方及製程：
有機硬塗層1之一特定配方係由本發明一特定實施例組成。該有機硬塗層配方包含(商標及品牌係以大寫字母表示)：1)10%~50%之環氧丙烯酸酯，例如CN-104 (Satromer Company,Inc.,Exton,PA)、CN-120(Sartomer)、CN-124(Sartomer)、Ebecryl-600(表面專業，前身為UCB chemicals of Brussels,Belgium，現在為Cyte Industries of West Patterson,New Jersey)或類似的環氧丙烯酸酯；2)0%~30%之多功能尿烷丙烯酸酯，例如Ebecryl-4827(表面專業)、CN975(Sartomer)；3)10%~50%之多功能單體，例如SR-399(Sartomer)；4)0%~5%之促黏劑，例如Ebecryl-168(表面專業)、Ebecryl-170(表面專業)、CD-9052、SR-9009、SR-9011及SR-9012(Sartomer)；5)0.5%~5%之矽氧樹脂丙烯酸酯平滑劑，例如Ebecryl-350及Ebecryl-13650(表面專業)；6)0%~15%之低黏滯性的二丙烯酸酯單體，例如SR-238(Sartomer)；7)0%~40%之低黏滯性的三丙烯酸酯，例如OTA-480(表面專業)；8)0%~10%之可交聯的堅韌劑，例如Ricacryl 3100、Ricacryl 3500、Ricacryl 3801(Ricon Resins,Inc.,Grand Junction,colorado)、Hycar VTBNX 1300x33及Hycar VTBNX 1300x43(BF Goodrich,Akron,Ohio)等； 9)0.05%~5%之光啟始劑，例如Irgacure-369(Ciba Specialty chemicals,Tarrytown,New York)、Irgacure-500(Ciba)、Irgacure-907(Ciba)、SR-1124(Sartomer)或其之組合。
藉由組合上述有機硬塗層與70%(依據總固體量)之無機充填物(例如，MEK-ST及MIBK-ST(Nissan Chemical Industries,Tokyo,Japan))可進一步改善硬度及耐刮損力。並可添加0.5%~5%之矽烷(例如，Silquest A-174、A-1120(GE silicones-OSI Specialities,Paris,France))來促進有機樹脂與無機充填物介面間的黏附力。
可添加諸如甲異丁酮之類的溶劑使固體含量介於30%~60%間。
之後，以可調式塗膜器(doctor blade)、捲線桿(wire wound rod)或塗佈機(spinner)或類似裝置，將上述配方塗佈在調變器頂部之聚酯(例如，杜邦公司提供的Mylar膜)表面。較佳係採旋塗方式，因其可產生厚度較均勻的塗層。以配方的固體含量和/或旋塗速度將塗層厚度控制在3~15微米間。在完成溶劑揮發後，以UV光照射將塗層固化。
有機硬塗層之性質：
依據本發明之有機硬塗層的性質如下：
改善表面硬度及耐污損力. 高度交聯之有機塗層如果塗佈在諸如玻璃之類的堅硬表面上，可以很容易地達到5H鉛筆硬度，在Mylar層上可達到3H鉛筆硬度，而 Mylar層本身則僅有約HB鉛筆硬度而已。該塗層較薄膜電晶體(TFT)面板來得柔軟，因此當該調變器碰觸到面板時，並不會因此使得面板受損。
改善耐刮損力. 藉由在最頂面施加一可交聯的平滑劑，可顯著降低其與預期外顆粒物質間的磨擦。此潛在地可降低其夾帶入顆粒的機會。
薄塗層. 較厚的塗層具有較佳的耐刮損及耐髒污力。但是，厚度將會影響調變器的敏感性和/或空氣間隙。 目前本發明較佳厚度係為1~20μm，更佳是3~10μm厚度的硬塗層。但是，該調變器的敏感性或空氣間隙的損失係可忽略的。
在Mylar層上的良好黏附性. 本發明該UV可硬化的塗層在Mylar層上具有較強的黏附性。可藉由添加促黏劑來進一步改善該黏性。
堅韌性. 藉由添加可產生交聯的堅韌添加劑，該高度交聯的有機塗層顯示優異的堅韌性及耐彎曲性。
低介電常數. 有機及有機/無機混合物硬塗層的介電常數係介於2.5~5，其對空間解析度的影響極小。
耐溶劑性. 由於有機塗層係高度交聯，因此其對諸如丙酮、異丙烷及甲乙酮等一般用來清潔調變器的溶劑表現出優異的抗性。
一塗層之「二-層」結構. 本發明配方包括一平滑劑。在塗佈之後，該平滑劑因為表面張力較低之故，會保留在頂表面上，如第1圖所示。
具備有機硬塗層之PDLC調變器的製造方法：
參照第2圖，其係包含如下步驟之製程的部分流程圖，
步驟A：PDLC調變器. 將7.54克的Paraloid AU1033(Rohm and Haas Coatings of Philadelphia,Pennsylvania)、8.10克的TL-205液晶、5.30克甲異丁酮及0.66克的Desmodur N-75(Bayer AG,Munich,Germany)加到一玻璃瓶中並攪拌隔夜。之後，加入0.1%的Metacure T-12催化劑(Air Products and Chemicals,Lehigh Valley,Pennsylvania)(依據總配方)到該均質混合物中，並繼續攪拌10分鐘。
步驟B：PDLC/黏劑旋塗塗層及薄膜真空層壓. 將步驟A中所製備而得的該混合物以1微米孔隙的聚四氟乙烯(PTFE)過濾器加以過濾並旋塗在135.5 x 135.5毫米的方形ITO玻璃基板上。將該PDLC塗層的厚度控制在~17-18微米間。在該PDLC塗層頂部塗佈一薄層(~1微米)的Neorez R-967黏劑(Neoresins,Inc.,of Waalwijk,The Netherlands)，並將此兩層塗層與介電鏡(位在一6微米的Mylar層支撐物(薄膜)上)層壓在一起。
步驟C：製備硬塗層配方. 在一黃色玻璃瓶中加入並混合各組成。配方實例示於下表1。
步驟D：有機硬塗層製程. 以5微米孔隙的過濾器過濾步驟C所得的配方，之後在700 rpm速度將其旋塗在調變器頂部膜層上約90秒，之後以UV光將其完全硬化。硬塗層乾燥後的厚度約5-6微米。
具有機硬塗層之調變器顯示出堅硬/平坦/滑溜的表面，顯著改善其之耐用性，且幾乎不會損及偵測敏感性。
雖然本發明已用本發明之實施例被明確地示出及說明，但熟習此技藝者將可瞭解的是上述在形式及細節上之 其它形式與細節上的改變可在不偏離本發明的範圍及精神下被達成。因此，本發明並不侷限於所示及所說明的特定形式與細節，而是落在由以下的申請專利範圍所界定的範圍內。
1‧‧‧有機硬塗層
2‧‧‧聚酯膜層
3‧‧‧介電鏡
4‧‧‧水性黏劑層
5‧‧‧PDLC層
6‧‧‧二氧化矽(SiO2 )絕緣層
7‧‧‧銦錫氧(ITO)透明電極
8‧‧‧玻璃基板
9‧‧‧抗反射塗層
10‧‧‧主要硬塗層
11‧‧‧平滑劑層
第1A及1B圖係依據本發明之一PDLC-系調變器頭的側面剖面圖(未成比例示出)；第2圖係依據本發明之製造過程的流程圖。
1‧‧‧有機硬塗層
2‧‧‧聚酯膜層
3‧‧‧介電鏡
4‧‧‧水性黏劑層
5‧‧‧PDLC層
6‧‧‧二氧化矽(SiO2 )絕緣層
7‧‧‧銦錫氧(ITO)透明電極
8‧‧‧玻璃基板
9‧‧‧抗反射塗層
10‧‧‧主要硬塗層
11‧‧‧平滑劑層

Claims (14)

  1. 一種製備一聚合物分散之液晶(PDLC)-系調變器的方法，包含：將PDLC材料直接塗佈於一光學基板上；在該PDLC材料上方塗佈一水性(water-borne)黏劑；層壓一介電鏡/薄膜在該PDLC材料與該黏劑上；以一紫外光(UV光)可硬化之有機塗層塗佈該薄膜上；及UV硬化該可硬化有機塗層成為一有機硬塗層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該UV可硬化之有機塗層調配成一種包含多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯及光啟始劑之混合物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該UV光可硬化之有機塗層調配成一種包含多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一可交聯之促黏劑及光啟始劑之混合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該UV可硬化之有機塗層調配成一種包含多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一可交聯之促黏劑、一終端為(甲基)丙烯酸酯之堅韌劑及光啟始劑之混合物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該UV可硬化之有機塗層調配成一種包含多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一終端為(甲基)丙烯酸酯之堅韌劑、作為無機充填物之奈米等級的二氧化矽及光啟始劑之混合物。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該UV可硬化之有機塗層調配成一種包含多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一終端為(甲基)丙烯酸酯之堅韌劑、作為無機充填物之奈米等級的二氧化矽、一矽烷耦合劑及光啟始劑之混合物。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含將該PDLC調配成一種具有一TL-系列液晶之羥基聚丙烯酸酯的混合物，其中該羥基團係與聚異氰酸酯相交聯。
  8. 一種具有一保護性塗層之PDLC-系調變器，該調變器包含：一直接塗覆在一光學基板上之PDLC材料塗層；一塗佈在該PDLC材料層上的水性黏劑層；一層壓在該黏劑層頂部的介電鏡/薄膜；及 一於該薄膜上之經硬化的UV可硬化的有機硬塗層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之調變器，其中該UV光可硬化的有機塗層是一種由多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯及光啟始劑所組成之混合物。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之調變器，其中該UV可硬化的有機塗層是一種由多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一可交聯的促黏劑及光啟始劑所組成之混合物。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之調變器，其中該UV可硬化的有機塗層是一種由多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一可交聯的促黏劑、一終端為(甲基)丙烯酸酯之堅韌劑及光啟始劑所組成之混合物。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之調變器，其中該UV可硬化的有機塗層是一種由多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一終端為(甲基)丙烯酸酯之堅韌劑、作為無機充填物之奈米等級的二氧化矽及光啟始劑所組成之混合物。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之調變器，其中該UV 可硬化的有機塗層是一種由多功能丙烯酸酯、作為平滑劑之矽氧丙烯酸酯、一終端為(甲基)丙烯酸酯之堅韌劑、作為無機充填物之奈米等級的二氧化矽、一矽烷耦合劑及光啟始劑所組成之混合物。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之調變器，其中該PDLC為一種具有一TL-系列液晶之羥基聚丙烯酸酯之混合物，其中該羥基團係與聚異氰酸酯相交聯。
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