TWI510506B - 聚合性組成物 - Google Patents

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TWI510506B TW102146520A TW102146520A TWI510506B TW I510506 B TWI510506 B TW I510506B TW 102146520 A TW102146520 A TW 102146520A TW 102146520 A TW102146520 A TW 102146520A TW I510506 B TWI510506 B TW I510506B
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吳東炫
閔盛晙
金璟晙
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Description

聚合性組成物
本發明關於一種聚合性組成物、一種製備一液晶裝置之方法、以及一種用以製備該液晶裝置之系統。
液晶顯示器(LCD)透過定向固定排列一向列性(nematic)或近晶液晶化合物(smectic liquid crystal compound)並經由施加電壓以改變配向性而展現圖像。製造LCD的方法係一種需要複雜製程的高成本製程，並且需要大規模的生產線以及設備。
透過於聚合物基質中分散液晶以實現所謂聚合物分散液晶(PDLC，這裡所用的「PDLC」一詞是一上位概念，其包括所謂的聚合物網絡液晶(PNLC)或聚合物穩定液晶(PSLC))裝置是習知的技術。PDLC可經由塗佈液晶溶液而製得，且因此可藉由較傳統LCD簡單的步驟製造。
如專利文獻1所描述，於PDLC中，存在一標準液晶化合物且不配向。因此，當未施加電壓時，PDLC是不透明的，其係一非透明狀態，這樣的模式稱為分散膜式(dispersing mode)。當施加電壓至PDLC時，液晶化合物排 列以成為透明狀態，且因此可在透明及分散模式之間進行切換。
先前技術文獻
專利文獻
(專利文獻1)韓國未經審查專利申請公開號1993-0013794。
本發明提供一種聚合性組成物，一種製備液晶裝置之方法、以及一種用以製備該液晶裝置之系統。
本發明之一態樣在於提供一種聚合性組成物，其可用於形成，譬如，下述液晶裝置之液晶層。該示例性液晶裝置之液晶層包括：由聚合性化合物所形成之液晶層，該聚合性化合物可包括一配向性聚合物網絡以及一液晶化合物。於一實施例中，當該液晶化合物可被分散於液晶層中並由該配向性聚合物網絡被相分離。在此所使用之術語「配向性聚合物網絡」意指一種形成以配向一液晶化合物之聚合物網絡。藉由隨後所述之方法，可形成能夠配向該液晶化合物之聚合性網絡。可被分散於配向性聚合物網絡之液晶化合物可藉由配向性聚合物網絡的作用而定向固定排列。此外，於一方向上定向固定排列之液晶化合物，其排列方向可經由外部操作而改變。在此所使用之術語「外部操作」意指所有進行以改變該液晶化合物之順序之操作，且其中之一代表實例包括施加電壓。在此所使用之術語「初始配向或正常配向」意指：該液晶化合物之配向或排列方 向，或者由液晶化合物於不存在外部操作的狀態下所形成之液晶層之光軸。此外，在此所使用之術語「初始或正常狀態」意指無外部操作之液晶裝置之狀態。於該液晶裝置中，該液晶化合物於初始配向狀態之排列方向可藉由外部操作而改變，且當該外部操作消失時，該液晶化合物可回復至初始排列狀態。
該液晶裝置可進一步包括一配向層。該配向層可為，譬如，設置以相鄰該液晶層。「該配向層係設置以相鄰該液晶層」意指配向層係設置以影響液晶層之配向，且在一實施例中，該配向層係形成以與該液晶層接觸。然而，只要該配向層之設置能影響液晶層之配向，該配向層之設置並不需要與該液晶層接觸。圖1係示例性裝置之結構，其包括一配向層101以及形成於該配向層101之一側之一液晶層102。該液晶層102係包括聚合物網絡1021以及液晶區域1022之液晶裝置之實例。於圖1中，配向層101僅存在於該液晶層102之一表面，但也可存在於該液晶層之兩側。於本發明中，該液晶區域可指一區域，其中該液晶化合物存在於聚合物網絡中，且譬如，作為包括該液晶化合物之區域，意指液晶化合物分散於網絡中且由聚合物網絡中相分離之一區域。於圖1中，於液晶區域1022之液晶化合物可以箭頭表示。
該液晶裝置可包括一偏振層，其係設於該液晶層之一側或兩側。關於該偏振層並無特別的限制，偏振層譬如可由用於傳統LCD的常規材料(譬如聚(乙烯醇)(PVA)) 而組成、或透過塗佈方法(譬如包括一溶致液晶(LLC)、或一反應性介晶(RM)及二色性染料的偏振塗佈層)以實現一偏振層。於本發明中，藉由塗佈方法而實現之偏振層可稱為偏振塗佈層。當該偏振塗佈層包括LLC時，該塗佈層可進一步包括一保護層以保護該LLC層。關於該LLC並無特別限制，可使用習知液晶，且譬如，可使用能夠形成一具有一二色性比約為30至40的LLC層的LLC。同時，當該偏振塗佈層包括RM及二色性染料時，可使用線性染料或盤狀分子染料作為二色性染料。當偏振層存在時，光吸收軸之排列可考量該液晶層之標準配向及裝置之模式而加以選擇，然而本發明並不限於此。譬如，為了實現標準白模式的裝置，可將兩偏振層設置於該液晶層之兩側。在此，偏振層之光吸收軸可設置為80至100度之中的任一角度，譬如，彼此垂直。此外，譬如，為了實現標準黑模式，可將兩偏振層設置於該液晶層之兩側。在此，偏振層之光吸收軸可設置為-10至10度之中的任一角度，譬如，彼此平行。在此狀態下，液晶層的標準配向可被設置為40至50度之中的任一角度，譬如，與該兩偏振層之光吸收軸約夾45度。
該液晶裝置可包括一或至少兩基底層。一般而言，該液晶層可設於該兩彼此相對的基底層之間。於上述結構中，該配向層可設於該基底層之內側，譬如，該液晶層與該基底層之間。譬如，該液晶裝置可進一步包括彼此相對之基底層，且該液晶層可存在於該彼此相對之基底層之間。於某些情況下，該配向層可存在於該液晶層與該基 底層之間。圖2係液晶裝置之示意圖，其中，係存在於彼此以一預定距離分離且相對之基底層201A及201B之間，並且包括配向層101及液晶層102。當存在基底層時，上述之偏振層一般存在於該基底層之外側，但當需要時，亦可存在於該基底層之內側，即，該液晶層與該基底層之間。在此情況下，作為偏振層，較佳使用上述之偏振塗佈層。
關於該基底層，可使用習知材料而無特別限制。譬如，可使用一無機層(譬如一玻璃層、一結晶或非結晶矽膜)、或一石英或氧化銦錫(ITO)膜、或一塑料膜。關於該基底層，可使用一光學各同向性基底層、一光學各向異性基底層或偏振層(譬如一相位差層)、或一濾色器基板。譬如，當該偏振層存在於該基底層之內側時，即，液晶層與基底層之間，雖然利用光學各向異性基底層作為基底層，亦可實現具有適當性能之裝置。
塑料基板可為，但不限於，一基底層包括：三醋酸纖維素(TAC)；降冰片烯衍生物之環烯烴共聚物(COP)；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚乙烯醇(PVA)；二乙醯纖維素(DAC)；聚丙烯酸酯(PAC)；聚醚砜(PES)；聚醚醚酮(PEEK)；聚苯砜(PPS)；聚醚醯亞胺(PEI)；二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚對苯二甲酸乙酯(PET)；聚醯亞胺(PI)；聚砜(PSF)；聚芳酯(PAR)，或非晶氟樹脂。在基底層中，需要時，可存在：矽化合物之塗佈層，如金、銀、二氧化矽或氧化矽；一塗佈層譬如抗反射層。
一電極層可包括於該基底層之一表面，譬如，於該基底層之該液晶層之一表面上(譬如，圖2之配向層101)；或該基底層201A或201B之一表面與該液晶層102接觸。譬如，該電極層可藉由沉積導電性聚合物、導電金屬、導電奈米導線、或如ITO之金屬氧化物而形成。該電極層可形成以具有透明性。在此領域中，用以形成透明電極的各種材料及方法係為習知技術，且上述方法都可以應用。必要時，形成於該基底層之該表面之該電極層可適當地圖案化。
於液晶層中的液晶化合物可以一般狀態存在，譬如，該化合物在未有外部操作(譬如施加電壓)下定向固定排列，且該排列方向可根據外部操作而有所改變，譬如，施加外部電壓。因此，於本發明中，可實現一種能夠在白及黑模式間轉換之裝置。譬如，本發明之裝置在未有外部操作時(即，初始狀態或標準狀態)為白模式，在外部操作下轉換為黑模式，並接著在除去外部操作時轉換為白模式(方便起見，該裝置一般意指白模式裝置)；或在未有外部操作時(即，初始狀態或標準狀態)係為黑模式，在外部操作下轉換為白模式，並接著在除去外部操作時轉換為黑模式(方便起見，該裝置一般意指黑模式裝置)。譬如，如上所述，當液晶層通常設置於與偏振層之光吸收軸夾40至50度之間之任一角度，譬如，45度時，可實現標準白模式裝置，其中，該兩偏振層之間的光吸收軸係配置以使其光吸收軸設置於80至100度之間之一角度，譬如，彼此垂直設置。於另一 實施例中，如上所述，當液晶層通常設置於與偏振層之光吸收軸夾40至50度之間之任一角度，譬如，45度時，可實現標準黑模式裝置，其中，該兩偏振層之間的光吸收軸係配置以使其光吸收軸設置於-10至10度之間之一角度，譬如，彼此平行設置。在此狀態下，可藉由施加電壓以改變該液晶化合物之配向狀態為，譬如，一垂直配向狀態，以實現一黑模式。在此所使用之術語「黑模式」意指於一般PDLC中，一種與稱為「分散模式」區隔之概念，且譬如，黑模式之霧度為10%或以下、8%或以下、6%或以下、或5%或以下。此外，本發明之裝置之白模式之霧度係為10%或以下、8%或以下、6%或以下、或5%或以下。上述霧度可為相對於穿透一待測目標之全部透射光，漫射光之透射率之百分比。該霧度可藉由霧度計(NDH-5000SP)進行測量。該霧度可利用霧度計以下列方式測量。即，光穿透待測目標，並且入射至一積分球(integrating sphere)。在此過程中，光被待測目標分為漫射光(DT)及平行光(PT)，並且該些光係於該積分球反射，並接著於一光接收裝置收集。該霧度可藉由蒐集之光而分析。換言之，藉由上述過程所獲得之總透射光(TT)可為該漫射光(DT)及平行光(PT)的總和(DT+PT)，且該霧度可被定義為該漫射光對該總透射光之一百分比(霧度(%)=漫射光100×DT/TT)。此外，本發明之液晶裝置在傳輸模式中可展現其優異的透明性。譬如，該液晶裝置，在無外部操作之標準狀態下(即，當液晶裝置於標準白模式、未施加電壓時)，可展現80%或 以上、85%或以上、90%或以上、或95%或以上之透光度。此外，在標準黑模式中，存在如施加電壓之外部操作時，可展現如上所述之透光度。該透光度可為對可見光區域中，譬如，約為400至700nm之間任一波長之一透光度。
該液晶裝置可具有一高對比值。在此所使用之術語「對比值」意指於一白模式中之亮度(T)對於一黑模式中之亮度(B)的比例(T/B)。於一實施例中，該液晶裝置包括該液晶層，以及兩偏振層(即，第一與第二偏振層)，設置於該液晶層之兩側。該對比值之最大值可為200以上、250以上、300以上、或350以上。意味著當對比值越高時，則裝置具有越高的性能，且因此該對比值之上限並無特別限制。譬如，對比值可為600、550、500、450、或400或以下。上述對比值可利用前述之配向性聚合物網絡及偏振層以實現該裝置而進行。
該液晶裝置可經由低能量消耗而驅動，譬如，低驅動電壓。舉例來說，該液晶裝置可具有一所需電壓為30V或以下、25V或以下、或20V或以下以表現10%透光度或90%透光度。換言之，在標準白模式下，可藉由施加電壓以改變液晶化合物之配向方向而實現黑模式，且於上述過程中，為了表現10%之透光度所需要的電壓可落在上述之範圍內。另一方面，在標準黑模式下，可藉由施加電壓以改變液晶化合物之配向方向而實現白模式，且於上述過程中，為了表現90%之透光度所需要的電壓可落在上述之範圍內。這意味著電壓越低，該裝置具有越高的性能， 且因此所需電壓之下限並無特別限制。譬如，該所需電壓可為5V或以上。上述低驅動電壓可利用前述之配向性聚合物網絡及偏振層以實現該裝置而獲得。
該液晶裝置之液晶層包括一聚合物網絡及分散於該聚合物網絡之液晶化合物，並因此具有優異的熱穩定度。譬如，在熱處理前後，當該液晶層在70℃維持200小時時可滿足下述方程式A。
於方程式A中，X1 係在熱處理前該液晶層之相位差值，且X2 係在熱處理後該液晶層之相位差值。
換言之，該液晶裝置之液晶層在熱處理前後具有一相位差值變化率之絕對值為10%或以下。當該變化率之絕對值較小時，該液晶層可其有較佳之熱穩定度，且該變化率之絕對值的下限並無特別限制。
該聚合物網絡可為一前驅物之網絡，其包括，譬如，一聚合性化合物。因此，聚合物網絡可包括一聚合狀態之該聚合性化合物。作為該聚合性化合物，可使用不表現出結晶度之一非液晶化合物。必要時，可使用一液晶化合物作為聚合性化合物，然而此時，可考慮下述聚合物網絡之雙折射特性。
對於聚合物網絡之配向性，可控制形成聚合物網絡之聚合性化合物之組成物。譬如，該聚合物網絡或該前驅物可包括至少一雙官能基丙烯酸酯化合物、多官能基 (譬如三或以上官能基)丙烯酸酯化合物、以及單官能丙烯酸酯化合物。該聚合物網絡可包括交聯或聚合狀態之化合物。在此所使用之術語「丙烯酸酯化合物」意指包括丙烯醯基或甲基丙烯醯基之化合物，且該化合物包括一官能基，係一單官能丙烯酸酯化合物、且該化合物包括至少兩官能基，係一多官能基丙烯酸酯化合物。為便於分辨，下文中，包括兩個官能基之化合物意指雙官能基丙烯酸酯化合物，且多官能基，譬如三或以上官能基之丙烯酸酯化合物簡單稱為多官能基丙烯酸酯化合物。該多官能基丙烯酸酯化合物可包括，譬如3至8、3至7、3至6、3至5、或3至4個官能基。
為了實現一適當之配向性聚合物網絡，該聚合物網絡或其前驅物可包括雙官能基、多官能基及單官能基丙烯酸酯化合物之中至少一者以滿足方程式1至3。
於方程式1至3中，A、B、及C係化合物間的重量比，其係透過轉換存在於前驅物或聚合物網絡之該雙官能基丙烯酸酯化合物、該多官能基丙烯酸酯化合物及單官能基丙烯酸酯化合物之總和為100，計算而得。譬如， 當該前驅物或聚合物網絡僅包括雙官能基丙烯酸酯化合物時，於方程式1至3，A係100，B及C分別為0。於另一實施例中，當該前驅物或聚合物網絡僅包括雙官能基丙烯酸酯化合物及單官能基丙烯酸酯化合物時，於方程式1至3，A及C各為50，且B為0。
為了確保適當的配向性，譬如，於方程式1中，藉由從A減去1.3×B所獲得之(A-1.3B)數值可約為0.5至100或1至100。此外，為了確保適當的配向性，譬如，於方程式2中，藉由從A減去C所獲得之(A-C)數值可約為0至100。此外，為了確保適當的配向性，於方程式3中，藉由從A減去0.6×(B+C)所獲得之(A-0.6(B+C))數值可為2至100、3至100、或4至100。
為了確保適當的配向性，該聚合物網絡或其前驅物可包括該雙官能基、多官能基、及單官能基丙烯酸酯化合物中至少一化合物以滿足方程式4至6。
於方程式4至6中，A、B及C係如方程式1至3所述。
於上述範圍中，可確保聚合物網絡內一適當的 配向性。
包括於聚合物網絡或其前驅物之丙烯酸酯化合物種類並無特別限制，且譬如，包括於聚合物網絡或其前驅物之任何種類的丙烯酸酯化合物，其在滿足上述方程式的範圍內可表現配向性者可被使用。
譬如，作為該雙官能基丙烯酸酯化合物，可使用如化學式1所表示之化合物。
於化學式1中，R係各自獨立地為氫或具有1至4個碳原子之烷基，且X係亞烷基(alkylene)或具有1至20個碳原子之烷叉基(alkylidene)。
此外，譬如，作為多官能基丙烯酸酯化合物，可以使用如化學式2所表示之化合物。
於化學式2中，n係一3或以上之範圍之數字，m係一0至5範圍內之數字，R係各自獨立地為氫或具有1至4個碳原子之烷基，X係一(m+n)價基團，且Y係氫或烷基。
此外，譬如，關於該單官能基聚丙烯酸酯化合物，可使用如化學式3所示之化合物。
於化學式3中，R係氫或具有1至4個碳原子之烷基，且X係具有1至20個碳原子之烷基。
於化學式1至3中，作為能夠出現於R或Y之烷基之實施例，可使用一甲基或一乙基。
於化學式1中，X之亞烷基或烷叉基可為，譬如，具有1至16、1至12、1至10、1至8、2至8、或4至8個碳原子之亞烷基或烷叉基。該亞烷基或烷叉基可為，譬如，直鏈、支鏈、或環狀。
於化學式2中，n係3或以上、3至8、3至7、3至6、3至5、或3至4之任一者。此外，於化學式2中，m係0至5、0至4、0至3、0至2、或0至1之任一者。
於化學式2中，X係(m+n)價基團，譬如，具有2至20、2至16、2至12、2至8、或2至6個碳原子之烴基，譬如，由一直鏈或支鏈烷烴所導入之一(m+n)基團。
同時，化學式3中，X之烷基可為，譬如，具有1至20、1至16、1至12、4至12、或6至12個碳原子之直鏈或支鏈烷基。
經由化學式1至3所定義之取代基，譬如，烷基、亞烷基、烷叉基、或(m+n)價基團，必要時可經至少一取代基所取代，且作為該取代基，可為譬如，烷基、烷氧基、環氧基、氧代基、氧雜環丁烷基、硫醇基、氰基、羧基、或芳基，但本發明並不限定於此。
當上述之化合物有進一步的需要時，該聚合物網絡或其前驅物可進一步包括一添加劑，譬如溶劑、能誘導聚合性液晶化合物聚合之自由基或陽離子起始劑、鹼性物質、能夠形成網絡之反應性化合物、或介面活性劑。
該聚合物網絡或其前驅物可包括一液晶化合物，譬如，一反應性液晶化合物。在此情況下，該液晶化合物之比例係適當地控制於一少許量。於一實施例中，該聚合物網絡可具有30nm或以下或20nm或以下之雙折射率。換言之，該聚合物網絡可為一等張聚合物網絡或具有上述範圍之雙折射率之網絡。因此，當包括該液晶化合物時，該聚合物網絡可被包括於表現上述雙折射率之範圍內。該雙折射率可意指經由方程式6計算而得之一面內相位差，或者由方程式7計算之一厚度方向相位差值，且其下限可為0nm。
[方程式6]Rin=d×(nx-ny)
[方程式7]Rth=d×(nz-ny)
於方程式6及7中，Rin係一面內相位差；Rth 係一厚度方向相位差；d係聚合物網絡之厚度；nx係該聚合物網絡之一表面上，於慢軸方向之折射率；ny係該聚合物網絡之一表面上，於快軸方向之折射率；且nz係該聚合物網絡於厚度方向之折射率。
於液晶區域之聚合物網絡及液晶化合物可滿足方程式B。
於方程式B中，a係0至0.5之任一者，no 係該液晶化合物之一普通折射率(ordinary refractive index)，且該np 係該聚合物網絡之一折射率。
除非另有定義，在此所使用之術語「折射率」意指對於具有550nm之波長之光線之一折射率、相位差或雙折射率。此外，當該聚合物網絡之普通折射率不同於其特殊折射率時，在此所使用之術語「聚合物網絡之折射率」意指該網絡之普通折射率。選擇滿足方程式B之聚合物網絡及液晶化合物，可提供表現優異透明性並在白模式中確保高對比度之裝置。
於方程式B中，a可為，譬如，少於0.4、0.3、0.2、或0.1、或0。
聚合物網絡可具有3以上、3.5以上或4以上之介電各向異性。於上述介電各向異性範圍內，可良好地維持液晶裝置之驅動電壓特性。該介電各向異性的上限可為，但不限於，約20以下、15以下、或10以下。
分散於聚合物網絡中的液晶區域包括液晶化合物。作為液晶化合物，在聚合物網絡中相分離，並藉由聚合物網絡配向的所有種類的化合物。譬如，作為液晶化合物，可使用近晶液晶化合物(smectic liquid crystal compound)、向列型液晶化合物(nematic liquid crystal compound)、或膽固醇液晶化合物(cholesteric liquid crystal compound)。該液晶化合物可相分離，可不與聚合物網絡鍵結，且可在外部操作下(譬如外部電壓)改變其配向性。為此，譬如，該液晶化合物可為一不具有聚合性基團或交聯基團之化合物。
於一實施例中，作為該液晶化合物，可以使用向列型液晶化合物。關於該化合物，譬如，作為滿足方程式C之液晶化合物，舉例可使用一向列型液晶化合物。
於方程式C中，ne 係該液晶化合物之一特殊折射率；no 係該液晶化合物之一普通折射率；且b係0.1至1之任一者。
當選擇滿足方程式C的液晶化合物時，可提供一種在白模式下表現優異透明性並確保高對比度之裝置。
於方程式C中，在另一實施例中，b係0.1至0.9、0.1至0.7、0.1至0.5、或0.1至0.3。
該液晶化合物之特殊介電各向異性(εe ，在一較長軸方向之介電各向異性)以及普通介電各向異性(εo ， 在一較短軸方向之介電各向異性)之間的差值可為4以上、6以上、8以上、或10以上。當介電各向異性的差值高時，該裝置可表現適當的特性，且其上限並無特別限制。譬如，關於該液晶化合物，具有約為6至50之特殊特殊介電各向異性(εe ，在一較長軸方向之介電各向異性)，以及約為2.5至7之普通介電各向異性(εo ，在一較短軸方向之介電各向異性)。
一液晶層或下述聚合性組成物可包括5至50重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及50至95重量份之液晶化合物。於另一實施例中，該液晶層或下述聚合性組成物可包括：5至45重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及55至95重量份之液晶化合物；5至40重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及60至95重量份之液晶化合物；5至35重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及65至95重量份之液晶化合物；5至30重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及70至95重量份之液晶化合物；5至25重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及75至95重量份之液晶化合物；20至50重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及80至95重量份之液晶化合物；或5至15重量份之聚合物網絡(或該下述聚合物網絡前驅物)，以及85至95重量份之液晶化合物。在此所使用之術語「重量份」意指組成物之間的重量比。在該重量比範圍內，聚合物網絡之配向性可適當地保持。
液晶層之相位差(Rc)可透過裝置之模式或結構而確定，但本發明並不限於此。譬如，該液晶層對於550nm波長可具有約240nm至310nm、245nm至305nm、或250nm至300nm之相位差。上述範圍內之相位差可適當地實現，譬如，在兩偏振層之間標準白模式裝置。
該液晶層可滿足，譬如，下述方程式D。
於方程式D中，d係該液晶層之厚度(單位：nm)；ne 係該液晶化合物之一特殊折射率；no 係該液晶化合物之一普通折射率，且A係該液晶化合物之重量(L)對該聚合物網絡及液晶化合物之總重(T)之比值(L/T)，或是該液晶化合物之體積(VL)對該聚合物網絡及液晶化合物之總體積(TV)之比值(VL/TV)。
於方程式D中，由{d×(ne -no )}×A計算而得的數值係該液晶層之理論相位差。該液晶層之理論相位差接近上述液晶層之相位差(測量相位差)。譬如，於方程式D中，經由{d×(ne -no )}×A計算而得的數值以及液晶層所測得之相位差值之間差值得絕對值可約為15nm以下、10nm以下、8nm以下、或5nm以下。滿足方程式D之液晶層可適當地實現，譬如，兩偏振層之間標準白裝置。
於方程式D中，(ne -no )可為，譬如0.05至0.20。於另一實施例中，該(ne -no )可為0.07以上。於又一實施例中，該(ne -no )可為0.18以下或0.15以下。
於方程式D中，A係該液晶化合物之重量(L)對該聚合物網絡及液晶化合物之總重(T)之比值(L/T)，或是該液晶化合物之體積(VL)對該聚合物網絡及液晶化合物之總體積(TV)之比值(VL/TV)，其範圍為0.5至0.98之間。該比值(L/T或VL/TV)可為，於另一實施例中，0.6以上或0.7以上。
該液晶層之厚度並無特別限制，只要能夠滿足前文之描述，且可為，譬如，約1μm至10μm之內。
當該液晶裝置包括配向層時，作為該配向層，可使用譬如，包括光配向化合物之配向層。在此所使用之術語「光配向化合物」意指一化合物經由照射光線而定向固定排列，並且藉由交互作用(譬如各向異性交互作用)於一預定的方向配向相鄰的液晶化合物於有序狀態。該光配向化合物可為單分子化合物、單體化合物、低聚光化合物或聚合性化合物。
光配向化合物可為包括感光結構部分(moiety)之化合物。各種可用於配向液晶化合物之光配向化合物係已知的。關於該光配向化合物，可使用譬如：藉由反式-順式光異構化反應而排列之化合物；藉由光破壞(譬如斷鏈或光氧化)而排列之化合物；藉由光交聯或光聚合(譬如[2+2]環加成、[4+4]環加成、或光二聚化反應)而排列之化合物；藉由光弗里斯重排(photo-Fries rearrangement)而排列之化合物；或藉由開環/關環而排列之化合物。關於藉由反式-順式光異構化反應而排列之化合物，舉例可使用偶氮化合物(azo compound)譬如磺化的重氮染料(sulfonated diazo dye)或偶氮聚合物(azo polymer)、或芪(stilbenes)；且關於藉由光破壞而排列之化合物，可使用環丁烷-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而排列之化合物，可使用肉桂酸酯化合物(cinnamate compound)、香豆素(coumarin compound)、肉桂醯胺化合物(cinnamamide compound)、四氫鄰苯二甲醯亞胺化合物(tetrahydrophthalimide compound)、馬來醯亞胺化合物(maleimide compound)、二苯甲酮類化合物(benzophenone compound)或二苯基乙炔化合物(diphenylacetylene compound)或一具有查耳酮殘基(chalconyl residue)作為感光殘基之化合物(下文中，稱為查耳酮化合物)或一具有蒽殘基之化合物(下文中，稱為蒽化合物)；關於藉由光弗里斯重排而排列之化合物，可使用芳族化合物(譬如苯甲酸酯化合物(benzoate compound)、苯並醯胺化合物(benzoamide compound)或甲基丙烯醯胺芳基甲基丙烯酸酯化合物(methacrylamidoarylmethacrylate compound)；且關於藉由開環/關環而排列之化合物，可使用藉由[4+2]π-電子系統之開環/關環而排列之化合物，譬如螺吡喃化合物，但本發明不限於此。
該光配向化合物可為單分子化合物、單體化合物、低聚化合物或聚合性化合物，或者為光配向化合物及 聚合物之共混物。在此，該低聚或聚合性化合物可具有由光配向化合物或主鏈或側鏈上之感光部分所導入的結構部分(moiety)。
關於具有自光配向化合物或感光結構部分所導入之結構部分之聚合物，且可使用與光配向化合物、聚降冰片烯(polynorbornene)、聚烯烴(polyolefin)、聚芳酯(polyarylate)、聚丙烯酸酯(polyacrylate)、聚(甲基)丙烯酸酯(poly(meth)acrylate)、聚醯亞胺(polyimide)、聚(酰胺酸)(poly(amic acid))、聚馬來醯亞胺(polymaleimide)、聚丙烯醯胺(polyacrylamide)、聚甲基丙烯醯胺(polymethacrylamide)、聚乙烯醚(polyvinylether)、聚乙烯基酯(polyvinylester)、聚苯乙烯(polystyrene)、聚矽氧烷(polysiloxane)、聚丙烯腈(polyacrylnitrile)或聚甲基丙烯腈(polymethacrylnitrile)，但本發明不限於此。
包括於該配向化合物之聚合物可為，然並不特別限制，分別是，聚降冰片烯肉桂酸酯(polynorbornene cinnamate)、冰片烯烷氧基肉桂酸酯(polynorbornene alkoxy cinnamate)、冰片烯醯基氧基肉桂酸烯丙酯(polynorbornene allyloyloxy cinnamate)、氟化聚降冰片烯肉桂酸酯(polynorbornene fluorinated cinnamate)、冰片烯氯代肉桂酸酯(polynorbornene chlorinated cinnamate)、或聚降冰片烯二肉桂酸酯(polynorbornene dicinnamate)。
當該配向化合物係一聚合性化合物時，其可具有，但不限於，譬如，約為10,000至500,000g/mol之平均 分子量。
可藉由以下方法形成配向層，譬如，混合所需的添加劑，譬如光起始劑至光配向化合物以塗覆，並且於一所欲方向照射偏振UV光。
本發明另一態樣提供一種聚合性組成物。譬如，該聚合性組成物可用以形成前文描述之液晶裝置之液晶層。換言之，該聚合性組成物可為該液晶層之前驅物組成物。
譬如，該聚合性組成物可包括一前驅物及一定向聚合物網絡之液晶化合物，該聚合物網絡包括至少一雙官能基炳基酸酯化合物、多官能基(譬如三或以上官能基丙烯酸酯化合物)、以及單官能基丙烯酸酯化合物，以滿足方程式1至3，且必要時，滿足方程式1至6。
此外，譬如，該聚合性組成物可包括50至95重量份之前驅物及5至50重量份之配向性聚合物網絡之液晶化合物，該聚合物網絡包括至少一雙官能基炳基酸酯化合物、多官能基(譬如三或以上官能基丙烯酸酯化合物)、以及單官能基丙烯酸酯化合物。
示例性聚合性組成物可包括一前驅物以及一配向性聚合物網絡之一液晶化合物。該前驅物可形成配向性聚合物網絡，譬如，前文所述之配向性聚合物網絡。該前驅物可包括聚合性化合物，譬如，雙官能基、多官能基及/或單官能基丙烯酸酯化合物。該前驅物可包括該丙烯酸酯化合物，且其比例滿足前文所述之方程式1至6，並且其他丙烯酸酯化合物之種類或介電異向性，以其與方程式B 相關之條件亦可以同樣的方式應用。包括於前驅物中的液晶化合物總類也無特別限制，前文所述者均包括在內，譬如，與方程式C相關之條件可被應用。此外，前文所述之前驅物及液晶化合物之比例亦可應用。
必要時，該聚合性組成物可包括一適當比例的球狀隔片以將所形成之液晶層維持在適當的距離。該隔片之尺寸及形狀並無特別限制，且可加以選擇以確保該液晶層所欲之距離。該隔片之比例並無特別限制，且可以，譬如，以總聚合性組成物的約0.1wt%至5wt%之比例被包括在內。
該聚合性組成物，除了所需之前驅物及液晶化合物外，可藉由另外溶解添加劑(譬如，一起始劑)於一適當的溶劑中。作為溶劑，可使用習知的溶劑，譬如可使用，甲苯、二甲苯、環戊酮、及環己酮。
於一實施例中，該聚合性組成物可以無溶劑型組成。該溶劑型聚合性組成物較佳可被應用至下述之擠壓塗敷法(squeeze coating method)。製備該無溶劑型聚合性組成物之方法並無特別限制，且可控制其黏度或其他組成成分的比例，而不利用如前文所述之組成物中的溶劑。
於本發明之另一態樣提供一種製備液晶裝置之方法。該製備方法可包括：藉由聚合一由塗佈聚合性組成物所形成之層而形成液晶層，該液晶層包括分散於聚合物網絡之液晶化合物。在此，作為該聚合性組成物，譬如，可使用如前文所述之液晶層之前驅物。在此，該聚合可藉 由照射適當能量而進行，譬如，光，能夠引起聚合。
形成該包括聚合性組成物之層之方法可為習知的塗佈方法，包括輥塗、印刷、噴墨塗佈、狹縫塗佈、棒塗、逗號塗佈、旋塗、或凹版塗佈而沒有特別限制。於一實施例中，包括聚合性組成物之層可藉由擠壓塗佈法形成。為了應用擠壓塗佈法，前文所述之無溶劑型組成物可用以作為聚合性組成物。經由擠壓塗佈法，可形成更為均勻之液晶層，且該液晶層可直接與基底層堆疊而不需另外黏合層，有利於驅動電壓。
於擠壓塗佈法中，包括該聚合性組成物之層可藉由設置聚合性組成物於兩基底層之間而形成，譬如，在如前文所述之基底層之間，並且施予一壓力於該基底層之至少一者上。在此，施加壓力之方法可利用壓力輥而無其他限制。該壓力之施加可以同時地或依序地對該基底層之整個表面進行。圖3係一擠壓塗佈法之示意圖。如圖3所示，首先，聚合性組成物301，譬如，如前文所述之無溶劑型組成物設置於基底層201A之預定部分，並將基底層201B設置在其上方。隨後，壓力輥302設置於該基底層之至少一者上以依序按壓該基底層。雖然沒有顯示於圖3中，前文所述之電極層及/或配向層可設置於該基底層201A及201B之內側，譬如，最終與液晶層接觸之該側上。於擠壓塗佈法中，可同時在加壓的過程中進行聚合，或者在加壓過程之後進行聚合。
為了形成適當排列之聚合物網絡，該聚合可於 配向層上進行。譬如，該液晶層可經由形成包括聚合性組成物之層而形成，或於兩彼此相對之配向層之間形成該層並施加能量以聚合之。
該配向層可包括，譬如，光配向化合物，如前文所述之光配向化合物。該配向層可藉由將該配向層之前驅物塗佈於基板上而形成，譬如，該基底層，暴露該塗佈層，並且配向該光配向化合物。圖4係透過照射光線至該配向層之前驅物以在基底層201A上形成配向層101之步驟之示意圖。
該配向層之前驅物可進一步包括，譬如，一適當量之對光配向化合物之起始劑，且必要時亦可包括其他添加劑，譬如介面活性劑。該配向層之前驅物之層可經由傳統塗佈方法，譬如棒塗、逗號塗佈、噴墨塗佈、或旋塗塗佈以塗佈該前驅物而形成。舉例而言，前文所述之透明電極可形成於基底層形成有前驅物之一表面上。
在前驅物層形成之後，可藉由照射光線至該層而施加能量。當前驅物包括溶劑時，可在適當條件下藉由乾燥所形成之該層使溶劑揮發之後進行照光。乾燥之進行，譬如，於約60至130℃下進行約1至5分鐘，但本發明不限於此。
可進行照光以排列包括於該前驅物層之配向化合物。一般情況下，配向化合物之排列可利用線性偏振光進行。該照射之光線之波長或強度可適當地加以選擇以排列該配向化合物。該經排列的光配向化合物係藉由可見 光或近紫外光範圍的光線進行排列，但必要時，亦可使用遠紫外光或近紅外光之範圍。
在配向層形成之後，可透過前文所述之擠壓塗佈法以形成包括聚合性組成物之層以鄰近該配向層。圖5係形成液晶層102形成於配向層之上之示意圖，但必要時，該液晶層可形成於兩配向層之間，如同前文所描述。
聚合物網絡及液晶區域可根據前文所述之步驟，經由聚合物網絡前驅物的聚合及液晶化合物的相分離而形成。
為了形成適當的配向網絡，該聚合反應可在用於液晶層之前驅物層形成，換言之，上述包括聚合性組成物之層維持於液晶相，譬如，向列相。當該層形成於一非向列相狀態時，譬如，等向相(isotropic phase)時，無法確保適當的配向性。為了維持向列相，可於一少於該前驅物層之向列相溫度(Tni)的溫度下進行聚合，換言之，包括該聚合性組成物之層。在此使用之術語「向列相溫度」意指由向列相變化至等向相之一溫度，且該溫度之範圍可根據該層之組成而決定。只要聚合係在少於該層之向列相溫度下進行，換言之，當該層在向列相狀態時，其溫度並無特別限制。
施加能量以聚合之條件，譬如，照射光線，並無特別限制，只要聚合物網絡藉由聚合該聚合性化合物而形成，且該液晶化合物相分離以形成液晶區域。必要時，為了進一步促使聚合性網絡形成，可在照射光線之前、之 後、或同時施予適當的熱或曝光。
在經由上述方法形成液晶層之後，必要時，可進一步在液晶層之一側或兩側設置偏振層。譬如，在液晶層形成之後，可進一步在液晶層之兩側進行設置偏振層的步驟使吸光軸具有80至100度間任一角度，譬如，彼此垂直，或使得光軸具有-10至10度間任一角度，譬如，彼此平行。
本發明又一態樣提供一種用以製備一液晶裝置之系統，譬如，如前文所述之液晶裝置。
該製備系統包括一聚合誘導裝置，其係裝設以提供能夠誘導該聚合性組成物聚合之能量，譬如，如前文所述之聚合性組成物。在此，對於包括於該液晶層之前驅物之聚合物網絡前驅物以及液晶化合物之詳細描述可與前文所描述的相同。
聚合誘導裝置的種類並無特別限制，可使用一加熱或光照裝置以施加或照射能量(譬如熱或光)至該前驅物。
該製備系統亦可包括一加載裝置，其係裝設以維持用於液晶層之該前驅物層。該液晶層可在該前驅物層由聚合誘導裝置維持時，經聚合而形成。
加載裝置之種類並無特別限制，只要能夠加載該液晶層之前驅物。譬如，該加載裝置可裝設以至少在該聚合性組成物聚合時，維持該聚合物層之一表面為一彎曲狀。該加載裝置之一實施例可為一導輥。
換言之，於一實施例中，該製備系統係所謂的輥對輥製備系統，其包括至少一導輥以傳輸用於液晶層之該前驅物層。可藉由該導輥而傳輸該層，並且可依序製造液晶裝置。此外，該聚合可在當該層的表面維持於彎曲狀時在導輥上進行，且在此情況下，該導輥可用以作為加載裝置。在當液晶層藉由前述之導輥維持在彎曲狀時進行聚合而可形成更均勻的液晶層。該輥對輥製備系統可進一步包括，譬如，一退繞輥(unwinding roll)以鬆開該層或將形成該層之該基底層，並且導入至聚合誘導裝置，或一捲繞輥以捲繞製造完畢(譬如聚合)之該液晶裝置以回收。
該製備裝置可包括一溫度控制裝置，其安裝係至少於聚合反應進行時，維持該聚合性化合物於液晶相之溫度，如上述之向列相，換言之，係當聚合性化合物進行聚合反應時。
該溫度控制裝置並無任何限制，只要能夠形成以維持穩定溫度，且可由，譬如，一溫度控制滾筒及/或惰性氣體吹掃腔而組成。
譬如，若該製備系統係前述之輥對輥系統時，關於該溫度控制滾筒，譬如，一冷卻滾筒，係包括於該導輥中亦可作為加載裝置，以於聚合過程中將溫度維持於一適當範圍內。必要時，可組成該系統以包括於惰性氣體吹掃腔中，譬如在裝載至導輥時發生聚合之區域，並於該氣體吹掃腔中包括一聚合誘導裝置。
圖6係如上文所述實施的該製備系統一預定部 分之示意圖。該系統包括了包括溫度控制裝置(譬如冷卻滾筒)之導輥A；以及惰性氣體吹掃腔B，其係裝設以藉由導輥A導入用於液晶層之前驅物層C。於圖6中，該系統包括：導輥A，且導輥A包括溫度控制裝置並具有腔體B，但只要可以維持在適當的溫度，可省略上述兩組成之任何一者。於該結構中，譬如，可進一步包括如圖6所示之UV燈，裝設以將能量施加於由導輥A轉移所前驅物層中，且可存在，譬如，於腔體B中。
於製備裝置中，除了上述組成之外的特定類型的裝置並無特別限制。譬如，於對應領域中，各種實現輥對輥系統的習知方法，且必要時該些方法可透過適當的改變以應用於裝置中。
譬如，當藉由傳統輸入裝置(譬如捲繞輥)輸入一經至少一導輥所傳輸之基底層(圖2及3中的基底層201A)時，輥對輥系統可配置以依序形成一電極層、形成一配向層、形成一包括聚合性組成物之層(譬如，該聚合性組成物之層可藉由擠出塗佈法形成)，並聚合該層，以在必要時藉由回收裝置(譬如捲繞輥)回收經由堆疊或形成偏振層之步驟所製造之最後產物。
本發明之另一態樣提供一種液晶裝置的使用方法。該示例性液晶裝置可透過，譬如輥對輥步驟，簡單地並持續地製備。該液晶裝置體現為一可撓性裝置，並確保其優異的對比度。
譬如，本發明關於一種包括該液晶裝置的光學 調光器(optical modulator)。關於該光學調光器，可使用一智能視窗、視窗保護膜、可撓性顯示裝置、用以顯示3D圖像之偏光調變器或視角控制膜，但本發明並不限於此。關於配置該光學調光器的方法並無特別限制，只要使用該液晶裝置，傳統的方法皆可應用。
本發明之液晶裝置係一種能夠展現標準白模式或標準黑模式，其可以低電壓驅動並顯示高對比度，且表現出優異的耐久性，如熱穩定度。該液晶裝置可應用於各種光學調節器中，譬如一智能視窗、一視窗保護膜、一可撓性顯示裝置、一用以顯示3D圖像之偏光調變器、以及一視角控制膜。
101‧‧‧配向層
102‧‧‧液晶層
1021‧‧‧聚合物網絡
1022‧‧‧液晶區域
201A、201B‧‧‧基底層
301‧‧‧聚合性組成物
302‧‧‧壓力輥
圖1及圖2係一液晶裝置之示意圖。
圖3及圖5係製備該示例性裝置之製程之示意圖。
圖6係用以製備該示例性裝置之系統之示意圖。
圖7至18係實施例及比較例之液晶裝置之評測結果。
於下文中，將透過實施例及比較例更詳細地加以描述，然而本發明之範圍並不僅限於此。
實施例1
形成配向層
藉由在甲苯溶劑中溶解包括化學式A之重複單元之聚降冰片烯(PNBCi，分子量(Mw)：85000，多分散性指數(PDI)：約4.75)以及光起始劑(Irgacure 907)之混合物以作為配向化合物，其具有2wt%之聚降冰片烯之固體含量，進而製備一配向層之前驅物。該配向層係藉由將配向層之前驅物塗佈在一形成有氧化銦錫(ITO)透明電極層之聚碳酸酯(PC)薄膜之透明電極層上，並藉由線柵偏振器(WGP)的方法施予線性偏振UV光(1,200mJ/cm2 )。
製造液晶裝置
藉由混合1.6-己二醇二丙烯酸酯(1.6-hexanediol diacrylate)作為聚合物網絡前驅物以及液晶化合物(Merck,MAT-12-529,ne：1.6092,no：1.4820)，其重量比(聚合物網絡前體：液晶化合物)為1：9，並將上述混合物溶解於甲苯中，添加適當量的起始劑，製備出液晶層之前驅物(聚合性組成物；向列相溫度(TNI)：約為50℃)。隨後，將該液晶層之前驅物塗佈於製得之配向層之表面以 具有最終液晶層厚度為2.5μm。藉由堆疊PC膜之該配向層之表面，其中，形成配向層以與液晶層塗有前驅物之塗佈層接觸，並且藉由照射UV光線(300mW/cm2 )以聚合該聚合物網絡前驅物。於UV照射過程中之溫度維持於約25℃，且因此該液晶層之前驅物可維持於向列相(nematic phase)。經棱鏡耦合測得用於形成液晶層之聚合物網絡之折射率係約1.456，且利用Axostep(Axometrics)裝置，根據使用者手冊，並以550nm之波長為基準，測得該液晶層之相位差值(相位差測定)約為288nm。圖7係該液晶層之光學顯微鏡影像，且圖8係該液晶層之掃描式電子顯微鏡(SEM)影像。
實施例2
除了使用50重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯(1,6-hexanediol diacrylate)及50重量份之丙烯酸2-乙基己酯(2-ethylhexyl acrylate)之混合物作為聚合物前驅物之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為45℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.446，且測得的液晶層相位差約為286.7nm。
實施例3
除了使用40重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯、20重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylolpropane triacrylate)及40重量份之丙烯酸2-乙基己酯之混合物作為聚合物前驅物之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液 晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為45℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.452，且測得的液晶層相位差約為285.3nm。
實施例4
除了使用40重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯、30重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及30重量份之丙烯酸2-乙基己酯之混合物作為聚合物前驅物之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為50℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.455，且測得的液晶層相位差約為286.1nm。
實施例5
除了使用70重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯、30重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯之混合物作為聚合物前驅物之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為50℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.461，且測得的液晶層相位差約為287nm。
比較例1
除了使用40重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯及60重量份之丙烯酸2-乙基己酯之混合物作為聚合物前驅 物，並將該聚合物網絡前驅物與液晶化合物以重量比(聚合物網絡前驅物：液晶化合物)10：90之比例混合之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為45℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.444，且測得的液晶層相位差約為124nm。
比較例2
除了使用30重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯、20重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及50重量份之丙烯酸2-乙基己酯之混合物作為聚合物前驅物，並將該聚合物網絡前驅物與液晶化合物以重量比(聚合物網絡前驅物：液晶化合物)10：90之比例混合之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為45℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.450，且測得的液晶層相位差約為162nm。
比較例3
除了使用30重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯、40重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及30重量份之丙烯酸2-乙基己酯之混合物作為聚合物前驅物，並將該聚合物網絡前驅物與液晶化合物以重量比(聚合物網絡前驅物：液晶化合物)10：90之比例混合之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約 為45℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.457，且測得的液晶層相位差約為166nm。
比較例4
除了使用40重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯、40重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及20重量份之丙烯酸2-乙基己酯之混合物作為聚合物前驅物，並將該聚合物網絡前驅物與液晶化合物以重量比(聚合物網絡前驅物：液晶化合物)10：90之比例混合之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為50℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.459，且測得的液晶層相位差約為157nm。
比較例5
除了使用60重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯及40重量份之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯之混合物作為聚合物前驅物，並將該聚合物網絡前驅物與液晶化合物以重量比(聚合物網絡前驅物：液晶化合物)10：90之比例混合之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為50℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。於所形成的液晶層中，該聚合物網絡之折射率約為1.463，且測得的液晶層相位差約為182nm。
比較例6
除了僅液晶化合物注入具有配向層之PC膜之間以形成液晶層而不使用聚合物網絡前驅物之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，測得的液晶層相位差約為319nm。
比較例7
藉由在兩PC膜之間形成厚度約為25μm之液晶層以形成在分散模式及透明模式之間轉換之液晶層，其中，該PC膜係利用一液晶層之前驅物(將40重量份之聚合物網絡前驅物(PN-393,Merck)及60重量份之液晶化合物混合以作為一前驅物，能夠形成在分散模式及透明模式之間轉換之裝置)製備而不具有配向層。所形成之液晶層中，該層之分散模式之霧度約為92.91%，且其相位差約為65nm。
比較例8
除了混合10重量份之反應性液晶化合物及90重量份之利用反應性液晶化合物(RM257,Merck)之液晶化合物作為聚合物網絡前驅物使用以外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物之向列溫度約為85℃，且在維持前驅物於向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。
比較例9
除了使用20重量份之1,6-己二醇二丙烯酸酯及80重量份之液晶化合物之混合物作為聚合物前驅物之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，該液晶層之前驅物的向列溫度(Tni)約為10℃，且在維持前驅物於 向列相的溫度下進行UV照射，譬如，25℃。利用Axostep(Axometrics)設備，根據使用者說明書於波長550nm下測得該液晶層之相位差約為139nm。
比較例10
除了在維持前驅物於等向相(isotropic phase)的溫度下進行UV照射，譬如，60℃之外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，利用棱鏡耦合器測量所製得的液晶層之聚合物網絡之折射率約為1.456，且利用Axostep(Axometrics)設備，根據使用者說明書於波長550nm下測得該液晶層之相位差約為88nm。圖18係利用Axostep所測得之該液晶層之數據。
比較例11
除了使用不具有光配向層之PC膜外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。在此，利用棱鏡耦合器測量所製得的液晶層之聚合物網絡之折射率約為1.456，且利用Axostep(Axometrics)設備，根據使用者說明書於波長550nm下測得該液晶層之相位差約為46nm。圖18係利用Axostep所測得之該液晶層之數據。
比較例12
除了以重量比(聚合物網絡前驅物：液晶化合物)4：6混合聚合物網絡前驅物及液晶化合物以製備一液晶層之前驅物外，藉由與實施例1相同的方法形成一液晶層。利用Axostep(Axometrics)設備，根據使用者說明書於波長550nm下測得該液晶層之相位差(測量相位差)約為139 nm。
實驗例1：聚合物網絡配向性之評測
於實施例製備之液晶層設置於吸光軸彼此垂直之兩偏振片之間或吸光軸夾45度角的兩偏振片之間，並在旋轉時確認液晶層是否在白模式及黑模式轉換以評測其配向性。當液晶層經由上述步驟在白及黑模式中轉換時，則認為因聚合物網絡之配向性使得液晶化合物配向於液晶層之中。根據評測結果，於實施例1至5中，可確認白及黑模式之間的轉換，但在比較例1至5及比較例9至12中，聚合物網絡並未表現出配向性。圖9係對於實施例1至5的評測結果，且圖10係比較例1至5的評測結果。此外，圖16係實施例1及比較例9之間比較示意圖，且實施例1中，由圖示可確認其液晶層係在前驅物之向列相下形成，當設置液晶層以與偏振軸夾45度角時表現出白模式(左)，且當設置液晶層以與偏振軸夾90度角時表現出黑模式(右)。然而，在比較例9中，當液晶層在前驅物於等向狀態下形成液晶層時，由於在液晶層與偏振軸夾45度及90度角(左及右)狀態時光被阻擋，因此不可能在白狀態及黑狀態下轉換。
實驗例2：液晶層之相位差、霧度、及透射率評測
評測實施例1至5所製備之液晶層之相位差、霧度、及透射率。在此，利用Axostep(Axometrics)設備，根據使用者說明書於波長550nm下測得該液晶層之相位差 (測定波長550nm)，且霧度及透射率係利用霧度計(NDH-5000SP)根據使用者手冊而測得。在此，當不施加電壓於液晶層時評測相位差，並在施加驅動電壓時評測霧度及透射率。圖11係對於實施例所測得之相位差結果示意圖，且圖12係對於實施例測得霧度及透射率之示意圖。圖15係對於實施例1及比較例1以AXO-STEP測得之數據。
實驗例3
藉由施加電壓至實施例及比較例所製備之液晶層，藉由評測亮度以一步一步評測對比度。藉由LCMS-200儀器(Sesim Photonics Technology)測得的轉換數值評測亮度及對比度。於評測過程中，待測物及光吸收部(檢測器)之間的距離維持在約10cm，且該光吸收部(檢測器)之直徑約為1.5mm。圖13係實施例1、比較例1及7之評測結果。為了進行評測，將實施例1及比較例1之液晶層設置於偏振軸彼此垂直之兩偏振片之間，且當比較例7設置以在分散模式及白(透光)模式之間轉換時，在分散模式及白模式之間的對比度測量不需利用偏振片。如圖所示，在實施例1中，對比度之最大值為350以上，於比較例1及7，對比度為100以下。同時，於實施例2至5之最大對比度均為350以上，且比較例2至6、8及9之最大對比度均小於100。
實驗例4
於實施例1至7中，根據驅動電壓以評測透光度。於實施例1中，該裝置藉由將液晶層設置於偏振軸彼此垂直之兩偏振片之間，且液晶層經配向以與偏振片之光 吸收軸夾45度角以表現標準白模式，並接著藉由施加電壓以評測透光度並轉換為黑模式，且在比較例7中，藉由施加電壓於以標準分散模式存在之裝置直到其轉換至透明模式以測得驅動電壓。圖14係測試結果，且由圖14可見，在實施例1中，用以表現10%透光度之驅動電壓為16.5V，且在比較例7中，用以表現90%透光度之驅動電壓為92.4V。同時，當以同樣方式在實施例2至5中進行評測時，用以表現10%透光度之驅動電壓均少於30V，於比較例1至6、8及9中，用以表現10%透光度之驅動電壓均為90V以上。
實驗例5：熱穩定度之評測
評測由實施例1製得之液晶層(測量相位差：288nm)以及由比較例6製得之液晶層(測量相位差：319nm)之熱穩定度。具體而言，在各液晶層維持於70℃烘箱200小時之後，利用測量相位差值評測其熱穩定度。之後，於實施例1中，最大及最小相位差分別為254.4nm及278.9nm，平均相位差為263nm，且相位差變化為8.7%。與比較例6中，最大及最小相位差分別為226.2nm及273.9nm，平均相位差為254.2nm，且相位差變化為20.4%。此外，以同樣的方式評測實施例2至5之熱穩定度，其相位差變化均少於10%。
比較例6：光電二極體之評測
將實施例1及比較例8之液晶層設置於偏振軸彼此垂直之兩偏振片之間，且液晶層經配向以與偏振片之光吸收軸夾45度角，施加電壓至其中之一偏振片之外側， 並且設置光電二極體於另一偏振片之外側。圖16係測試結果。如圖17所示，於實施例1中，在飽和電壓時(電壓以表現最小透光度)，光電二極體之測量電壓(PD飽和度)約為0.007V，且在比較例8中，測量電壓(PD飽和度)約為0.34V。同時，以同樣的方式測量實施例2至5之測量結果，飽和電壓(PD飽和度)均在0.01V以下。
101‧‧‧配向層
102‧‧‧液晶層
1021‧‧‧聚合物網絡
1022‧‧‧液晶區域

Claims (21)

  1. 一種聚合性組成物，其滿足下列方程式B，且該聚合性組成物包括：一液晶化合物；以及一配向性聚合物網絡之一前驅物，其包括至少一選自由：一雙官能丙烯酸酯化合物；一多官能丙烯酸酯化合物，其係一三官能基或以上官能基之丙烯酸酯化合物；以及一單官能基丙烯酸酯化合物所組成之群組，並滿足方程式1至3如下： 其中，該「A」為在該前驅物中之該雙官能丙烯酸酯化合物之重量比，該「B」為在該前驅物中之該多官能丙烯酸酯化合物之重量比及「C」為在該前驅物中之該單官能丙烯酸酯化合物之重量比，且其中係藉由將在該前驅物中之該雙官能丙烯酸酯化合物、該多官能丙烯酸酯化合物及該單官能丙烯酸酯化合物之總重量轉換成100後計算該些重量比： 其中，「a」係0至0.5範圍內之一數字，「no 」係該液晶 化合物之一普通折射率(ordinary refractive index)，「ne 」係該液晶化合物之一特殊折射率(extraordinary refractive index)，且該「np 」係該聚合物網絡之一折射率。
  2. 一種聚合性組成物，其滿足下列方程式B，且該聚合性組成物包括：5至50重量份之一配向性聚合物網絡之一前驅物，其包括至少一選自由：一雙官能丙烯酸酯化合物；一多官能丙烯酸酯化合物，其係一三官能基或以上官能基之丙烯酸酯化合物；以及一單官能基丙烯酸酯化合物所組成之群組；以及50至95重量份之一液晶化合物： 其中，「a」係0至0.5範圍內之一數字，「no 」係該液晶化合物之一普通折射率(ordinary refractive index)，「ne 」係該液晶化合物之一特殊折射率(extraordinary refractive index)，且該「np 」係該聚合物網絡之一折射率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之聚合性組成物，其中，該前驅物包括至少一選自由：該雙官能丙烯酸酯化合物；該多官能丙烯酸酯化合物，其係一三官能基或以上官能基之丙烯酸酯化合物；以及該單官能基丙烯酸酯化合物所組成之群組，且更滿足下列方程式4至6： [方程式5] 其中，該「A」為在該前驅物中之該雙官能丙烯酸酯化合物之重量比，該「B」為在該前驅物中之該多官能丙烯酸酯化合物之重量比及「C」為在該前驅物中之該單官能丙烯酸酯化合物之重量比，且其中係藉由將在該前驅物中之該雙官能丙烯酸酯化合物、該多官能丙烯酸酯化合物及該單官能丙烯酸酯化合物之總重量轉換成100後計算該些重量比。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之聚合性組成物，其中，該雙官能丙烯酸酯化合物係如化學式1所表示： 其中，「R」係各自獨立地為氫或具有1至4個碳原子之烷基，且「X」係亞烷基(alkylene)或具有1至20個碳原子之烷叉基(alkylidene)。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之聚合性組成物，其中，該多官能丙烯酸酯化合物係如化學式2所表示： 其中，「n」係一3以上之數字，「m」係0至5範圍內之一數字，「R」係各自獨立地為氫或具有1至4個碳原子之烷基，「X」係一(m+n)價基團，且「Y」係氫或烷基。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之聚合性組成物，其中，化學式2之「X」係由具有2至20個碳原子之烴基所衍生之一(m+n)價基團。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之聚合性組成物，其中，該單官能丙烯酸酯化合物係如化學式3所表示： 其中，「R」係氫或具有1至4個碳原子之烷基，且「X」係具有1至20個碳原子之烷基。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之聚合性組成物，其滿足方程式C： 其中，「ne 」係液晶化合物之一特殊折射率，「no 」係該液晶化合物之一普通折射率，且該「b」係0.1至1範圍內之一數字。
  9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之聚合性組成物，其係一無溶劑型。
  10. 一種製備液晶裝置之方法，包括： 藉由聚合包括一聚合性組成物之一層，以形成一液晶層，其包括一配向性聚合物網絡以及於該配向性聚合物網絡中之一液晶化合物，其中該聚合性組成物包括：該配向性聚合物網絡之一前驅物，其包括至少一選自由：一雙官能丙烯酸酯化合物；一多官能丙烯酸酯化合物，其係一三官能基或以上官能基之丙烯酸酯化合物；以及一單官能基丙烯酸酯化合物所組成之群組，並滿足以下方程式1至3，或者該聚合性組成物包括：5至50重量份之該配向性聚合物網絡之一前驅物，其包括至少一選自由：一雙官能丙烯酸酯化合物；一多官能丙烯酸酯化合物，其係一三官能基或以上官能基之丙烯酸酯化合物；以及一單官能基丙烯酸酯化合物所組成之群組；以及50至95重量份之該液晶化合物： 其中，該「A」為在該前驅物中之該雙官能丙烯酸酯化合物之重量比，該「B」為在該前驅物中之該多官能丙烯酸酯化合物之重量比及「C」為在該前驅物中之該單官能丙烯 酸酯化合物之重量比，且其中係藉由將在該前驅物中之該雙官能丙烯酸酯化合物、該多官能丙烯酸酯化合物及該單官能丙烯酸酯化合物之總重量轉換成100後計算該些重量比。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，包括該聚合性組成物之該層係透過輥塗法、印刷法、噴墨塗佈、狹縫噴嘴、棒塗、逗號塗佈、旋塗、凹版塗佈、或擠壓塗佈而形成。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，包括該聚合性組成物之該層係透過於兩基底層之間設置該聚合性組成物，並對該基底層之至少一層施加一壓力而形成。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，一無溶劑組成物係用以作為該聚合性組成物。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該聚合係當包括該聚合性組成物之該層與一配向層接觸時進行。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中，該聚合係當該聚合性組成物維持於一向列相(nematic phase)時進行。
  16. 一種用以製備一液晶裝置之系統，包括：一加載裝置，其係裝設以維持一聚合性組成物之一層，該聚合性組成物包括一配向性聚合物網絡之一前驅物以及一液晶化合物；以及一聚合誘導裝置，其係裝設以提供能夠誘導該聚合性組成物聚合之能量。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之系統，其中該加載裝 置係一導輥，其裝設以至少在該聚合性組成物聚合時，維持該包括聚合物之該層之一表.面於一彎曲狀。
  18. 如申請專利範圍第16項所述之系統，更包括一溫度控制裝置，其係裝設以在該聚合性組成物聚合時控制該聚合性組成物之一溫度。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中，該導輥包括一溫度控制滾筒。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之系統，更包括：一惰性氣體吹掃腔，其裝設係包括將該聚合性組成物加載至該導輥時行聚合反應之區域。
  21. 如申請專利第16項所述之系統，其中，該聚合誘導裝置係一紫外線照射裝置。
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