TWI513801B - 藍相液晶元件及其製造方法 - Google Patents

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藍相液晶元件及其製造方法
本發明係關於一種藍相液晶元件及其製造方法；特別是關於一種可降低元件驅動電壓之藍相液晶元件及其製造方法。
一般的固體在升溫過程中會經過固體與液體之間的中間態，此狀態於某些溫度範圍內具有液體與晶體雙特性的物質，稱為液晶(Liquid Crystal)。在各種液晶相之中，出現在均向相(Isotropic Phase)與膽固醇相(Cholesteric Phase)之間的藍相(Blue Phase)液晶，係為一種自聚集的三維光子晶體結構，且可依溫度而分為BPI、BPII及BPIII(不同材料與比例組成之藍相液晶，其BPI、BPII、BPIII的溫度範圍皆不同)，其中BPIII為帶有局部立方晶格的結構，BPII和BPI則分別為簡單立方與體心立方結構。其中，由於藍相液晶在電場的影響下，可導致晶格或分子的指向改變、晶格的變形或相轉換等變化，且會導致藍相雙折射性效應。因此，適用於製作藍相液晶元件，如：液晶顯示器等，而且，採用藍相液晶的顯示器與其他液晶顯示器相較，具有不需要配向膜以及超高速的反應時間等優點，更可提升液晶元件產品的性能。
習知藍相液晶元件的製造方法(如：US2013/0020023A1、CN102652167A等)，主要係於二玻璃基板(Glass Substrate)的之間設置液晶材料(如：向列型液晶等)、旋性物質(chiral dopant)及聚合物單體 (monomer)的混合物，待將該混合物定溫於藍相液晶存在的溫度範圍後，再以紫外光(UV Irradiation)照射該混合物，使該聚合物單體於該二玻璃基板之間形成聚合反應，而產生一聚合物穩定型結構(polymer stabilized structure)，該結構係為具有數個分支的樹狀結構，該數個分支之間所形成的孔隙相互連通(詳參表一所示文獻)，用以容納該液晶材料與旋性物質，而製成習知藍相液晶元件。其中，該旋性物質雖可輔助液晶材料產生旋光性，惟於該聚合物穩定型結構的孔隙中存在該旋性物質，將會提高習知藍相液晶元件的驅動電壓，進而造成習知藍相液晶元件的耗電量無法降低。
有鑑於此，習知藍相液晶元件的製造方法所製的藍相液晶元件實際應用時，除有「元件驅動電壓無法降低」問題外，更有「耗電量無法降低」疑慮，在實際使用時更衍生諸多限制與缺點，確有不便之處，亟需進一步改良，以提升其實用性。
本發明之主要目的係提供一種可降低元件驅動電壓之藍相液晶元件的製造方法。
本發明之次一目的係提供一種可降低元件驅動電壓之藍相液晶元件。
本發明提出一種藍相液晶元件的製造方法，包含：將液晶材料、旋性物質及聚合物單體混合而成的混合物置於二玻璃基板之間，控制該混合物的溫度於藍相液晶存在的溫度範圍內；以紫外光照射上述混合物，使該混合物中的聚合物單體凝聚而成一聚合結構，該聚合結構中容納上述液晶材料及旋性物質；清除上述聚合結構中的液晶材料及旋性物質；及重新灌注液晶材料至上述聚合結構中。
較佳地，上述聚合結構係浸泡於一溶液中，以清除該聚合結構中的液晶材料及旋性物質。
較佳地，該混合物係由向列型液晶及具有旋性物質的膽固醇液晶混入10~15wt%的聚合物單體，以形成一膽固醇液晶預聚物。
較佳地，該混合物包含87.1wt%之一組合物及12.9wt%之該聚合物單體，該組合物係由該液晶材料及該旋性物質所組成，該液晶材料為JC1041XX及5CB的組成物，該旋性物質為R1011，且該組合物係包含50wt%之JC1041XX、38.5wt%之5CB的組成物及11.5wt%之R1011。
較佳地，該聚合物單體係由RM257、TMPTA及DMPAP所組成，且該混合物係包含7.1wt%之RM257、5.4wt%之TMPTA、0.4wt%之DMPAP及87.1wt%之該組合物。
較佳地，該混合物包含85~91wt%之一組合物及9~15wt%之該聚合物單體，該組合物係由該液晶材料及該旋性物質所組成，該液晶材料為Merck BL038，該旋性物質為CB15及ZLI-4572的組成物，且該組合物係包含65wt%之Merck BL038、25wt%之CB15及10wt%之ZLI-4572。
較佳地，該聚合物單體由RM257、TMPTA及DMPAP混合而成。
較佳地，該混合物係包含87.1wt%之一組合物及12.9wt%之該聚合物單體，該組合物係由液晶材料及旋性物質所組成，該液晶材料為E48，該旋性物質為S811，且該組合物係包含60wt%之E48及40wt%之S811。
較佳地，該混合物係包含91.5wt%之一組合物及8.5wt%之該聚合物單體，該組合物係由該液晶材料及該旋性物質所組成，該液晶材料為HCBP-006，該旋性物質為R5011，且該組合物係包含95.5wt%之HCBP-006及4.5wt%之R5011。
較佳地，該二玻璃基板的其中一個置於一控溫裝置上，以控制該混合物的溫度於藍相液晶存在的溫度範圍內。
較佳地，該二玻璃基板分別具有一透明導電膜，供該混合物設置於該二透明導電膜之間。
本發明另提出一種藍相液晶元件，包含：二玻璃基板；及一聚合結構，設置於該二玻璃基板之間，該聚合結構中容納藍相液晶材料，且該聚合結構中無旋性物質。
較佳地，該聚合結構係為具有數個分支的樹狀結構，該數個分支之間所形成的孔隙相互連通，以容納該藍相液晶材料。
較佳地，該藍相液晶元件設有至少一夾合件，該夾合件夾持該二玻璃基板。
〔本發明〕
1‧‧‧玻璃基板
11‧‧‧透明導電膜
2‧‧‧聚合結構
3‧‧‧夾合件
A1~A7‧‧‧驅動電壓曲線
C,C’‧‧‧液晶材料
H‧‧‧控溫裝置
L‧‧‧紫外光
M‧‧‧混合物
P1~P3‧‧‧聚合物單體
Q‧‧‧溶液
S1‧‧‧控溫步驟
S2‧‧‧聚合步驟
S3‧‧‧清除步驟
S4‧‧‧注晶步驟
第1圖係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之製造流程圖。
第2圖係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之流程示意圖(一)。
第3圖係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之流程示意圖(二)。
第4圖係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之流程示意圖(三)。
第5圖係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之流程示意圖(四)。
第6圖係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之流程示意圖(五)。
第7圖係本發明之藍相液晶元件實施例之剖視圖。
第8圖係本發明之藍相液晶元件實施例的驅動電壓關係曲線圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之「旋性物質」(chiral dopant)，又稱手性物質，係指用以輔助液晶材料(如：向列型液晶)產生旋光性的物質，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「JC1041XX」，係指一種液晶，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「5CB」，係指一種液晶，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「RM257」，係指一種聚合物單體，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「TMPTA」，係指一種聚合物單體，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「DMPAP」，係指一種光啟始劑，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「Merck BL038」，係指一種液晶，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「CB15」，係指一種旋性物質，係本發明 所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「ZLI-4572」，係指一種旋性物質，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「E48」，係指一種液晶，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「S811」，係指一種旋性物質，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「HCBP-006」，係指一種液晶，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
本發明全文所述之「R5011」，係指一種旋性物質，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。
請參閱第1圖所示，其係本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例之製造流程圖。其中，該藍相液晶元件的製造方法包含一控溫步驟S1、一聚合步驟S2、一清除步驟S3及一注晶步驟S4，詳如後述。
該控溫步驟S1，係將液晶材料(liquid crystal)、旋性物質(chiral dopant)及聚合物單體(monomer)混合而成的混合物置於二玻璃基板之間，控制該混合物的溫度於藍相液晶存在的溫度範圍內。詳言之，請參閱第2圖所示，其中，可於二玻璃基板(Glass Substrate)1的之間灌入液晶材料C(如：向列型液晶等)、旋性物質(圖未繪示)及聚合物單體P1~P3的混合物M。其中，該混合物M可由向列型液晶及具有旋性物質的膽固醇液晶混入約10~15wt%的聚合物單體，以形成間距(pitch)為200至350奈米(nm)膽固醇液晶預聚物，其中該液晶材料、旋性物質及聚合物單體的混合物之實施態樣舉例如後，惟不以此為限。第一種態樣：該液晶材料可選為JC1041XX(50wt%)及5CB(38.5wt%)的組成物，該旋性物質可選為R1011(11.5wt%)，以形成JC1041XX、5CB及R1011的組 合物，取出該JC1041XX、5CB及R1011的組合物作為上述混合物M的87.1%，加入聚合物單體作為上述混合物M的12.9%，如：RM257(7.1wt%)、TMPTA(5.4wt%)及DMPAP(0.4wt%)的組成物，以混成該液晶材料、旋性物質及聚合物單體的混合物M。第二種態樣：該液晶材料可選為Merck BL038(65wt%)，該旋性物質可選為CB15(25wt%)及ZLI-4572(10wt%)的組成物，以形成Merck BL038、CB15及ZLI-4572的組合物，取出該Merck BL038、CB15及ZLI-4572的組合物作為上述混合物M的85~91%，加入聚合物單體作為上述混合物M的9~15%，如：RM257、TMPTA及DMPAP混成9~15wt%的組成物，以混成液晶材料、旋性物質及聚合物單體的混合物M。第三種態樣：該液晶材料可選為E48(60wt%)，該旋性物質可選為S811(40wt%)，以形成E48及S811的組合物，取出該E48及S811的組合物作為上述混合物M(即液旋聚混合物)的87.1%，加入聚合物單體作為上述混合物M(即液旋聚混合物)的12.9%，如：RM257、TMPTA及DMPAP混成12.9wt%的組成物，以混成液晶材料、旋性物質及聚合物單體的混合物M。第四種態樣：該液晶材料可選為HCBP-006(95.5wt%)，該旋性物質可選為R5011(4.5wt%)，以形成HCBP-006及R5011的混合物，取出該HCBP-006及R5011的混合物作為上述混合物M的91.5%，加入該聚合物單體作為上述混合物M的8.5%，如：RM257、TMPTA及DMPAP混成8.5wt%的組成物，以混成液晶材料、旋性物質及聚合物單體的混合物M。在此實施例中，該液晶材料為JC1041XX(50wt%)與5CB(38.5wt%)的組成物；該旋性物質為R1011(11.5wt%)；待取出該液晶材料和旋性物質混合物87.1%後，加入聚合物單體12.9%，其可選為RM257(7.1wt%)、TMPTA(5.4wt%)與DMPAP(0.4wt%)的組成物，惟不以此為限。另，該二玻璃基板1具有一透明導電膜(ITO)11，供該混合物M設置該二透明導電膜11之間。接著，再將其中一玻璃基板1置於一控溫 裝置(如：Hot Stage等)H上，使該混合物M定溫於藍相液晶(如：BPI、BPII或BPIII)存在的溫度範圍，用以製作藍相液晶元件，其中溫度控制方式係熟知該項技藝者可以理解，在此容不贅述。
該聚合步驟S2，係以紫外光(UV Irradiation)照射上述混合物，使該混合物中的聚合物單體凝聚而成一聚合結構，該聚合結構中容納上述液晶材料及旋性物質。詳言之，請參閱第3圖所示，其中，該混合物M中所含的聚合物P1~P3受到紫外光L照射後，將會產生聚合反應而硬化，形成該聚合結構2，該聚合結構2係為具有數個分支的樹狀結構，該數個分支之間所形成的孔隙相互連通(詳參表一所示文獻)，以容納該液晶材料C及旋性物質(圖未繪示)。其中，紫外光的照射時間係熟知該項技藝者可以理解，在此容不贅述。
該清除步驟S3，係清除上述聚合結構中的液晶材料及旋性物質。詳言之，首先，請參閱第4圖所示，其中，可將其中一玻璃基板1掀起，使該聚合結構2與其上方玻璃基板1分離；接著，將該聚合結構2中容納的液晶材料C及旋性物質(圖未繪示)清除，例如：將該聚合結構2浸泡於一溶液Q中(如第5圖所示)，如：丙酮或正己烷等，因應不同聚合物材料及玻璃基板大小，可使用不同濃度及浸泡時間搭配，使該聚合結構2中的液晶材料C及旋性物質由孔隙中完全清除，以保留藍相液晶的三維架構(3D structure)。
該注晶步驟S4，係重新灌注液晶材料至上述聚合結構中。詳言之，請參閱第6圖所示，其中，由於該聚合結構2的孔隙中完全不存在上述旋性物質及液晶材料，因此，可在上述控溫裝置H輔助控制溫度於藍相液晶溫度範圍的情況下，將另一液晶材料C’(其成分與上述液晶材料C大致相同)灌注於該聚合結構2的孔隙中，使該聚合結構2的孔隙僅有藍相液晶材料C’，且該聚合結構2中不存在上述旋性物質。接著，可將在 該清除步驟S3中掀起的玻璃基板1覆蓋該聚合結構2，使該僅有液晶材料C’的聚合結構2與該二玻璃基板1共同構成一藍相液晶元件(如第7圖所示)。此外，該藍相液晶元件較佳設有至少一夾合件3，該夾合件3可夾持該二玻璃基板1，以將該聚合結構2固定於該二玻璃基板1之間(如第7圖所示)，以避免該液晶材料C從該聚合結構2中洩出。
請參閱第8圖所示，其係本發明之藍相液晶元件實施例的驅動電壓關係曲線圖。其中，A1~A7分別為採用R1011(22.0wt%)、R1011(18.0wt%)、R1011(11.5wt%)、R1011(5.0wt%)、w/o Ch-D(無任何旋性物質之液晶)、S1011(2.0wt%)及S1011(4.0wt%)作為上述旋性物質所製成的藍相液晶元件的驅動電壓曲線。由圖可知，隨著旋性物質的濃度越高，藍相液晶元件的驅動電壓越高，而本發明之藍相液晶元件係將上述聚合結構中的旋性物質完全排除，使該聚合結構的孔隙中僅僅含有上述液晶材料，相較於習知具有旋性物質的藍相液晶元件，本發明之藍相液晶元件的驅動電壓可以大幅降低。
藉由前揭之技術手段，本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例的主要特點列舉如下：首先，將液晶材料、旋性物質及聚合物單體混合而成的混合物置於二玻璃基板之間，控制該混合物的溫度於藍相液晶存在的溫度範圍內；接著，以紫外光照射該混合物，使該混合物中的聚合物單體凝聚而成一聚合結構，該聚合結構中容納該液晶材料及旋性物質；之後，清除該聚合結構中的液晶材料及旋性物質；最後，重新灌注液晶材料至該聚合結構中，以形成本發明之藍相液晶元件實施例。其中，該藍相液晶元件包含：二玻璃基板；及一聚合結構，設置於該二基板之間，該聚合結構係為具有數個分支的樹狀結構，該數個分支之間所形成的孔隙相互連通，用以容納藍相液晶材料，且該聚合結構中無旋性物質。又，該藍相液晶元件較佳設有至少一夾合件，該夾合件可夾持該二玻璃基板，以將該聚 合結構固定於該二玻璃基板之間。藉此，可將會提高元件驅動電壓的旋性物質清除，以降低藍相液晶元件的驅動電壓。
本發明之藍相液晶元件的製造方法實施例，可以製造具有低驅動電壓的藍相液晶元件，進而利用該藍相液晶元件製作藍相液晶顯示器，達成「降低耗電量」、「不需配向膜」及「反應時間快」等功效。
雖然本發明已利用上述實施例揭示，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之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，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。
S1‧‧‧控溫步驟
S2‧‧‧聚合步驟
S3‧‧‧清除步驟
S4‧‧‧注晶步驟

Claims (16)

  1. 一種藍相液晶元件的製造方法，包含：將液晶材料、旋性物質及聚合物單體混合而成的混合物置於二玻璃基板之間，控制該混合物的溫度於藍相液晶存在的溫度範圍內；以紫外光照射上述混合物，使該混合物中的聚合物單體凝聚而成一聚合結構，該聚合結構中容納上述液晶材料及上述旋性物質；清除上述聚合結構中的液晶材料及旋性物質；及重新灌注液晶材料至上述聚合結構中。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中上述聚合結構係浸泡於一溶液中，以清除該聚合結構中的液晶材料及旋性物質。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中該混合物係由向列型液晶及具有旋性物質的膽固醇液晶混入10~15wt%的聚合物單體，以形成一膽固醇液晶預聚物。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中，該混合物包含87.1wt%之一組合物及12.9wt%之該聚合物單體，該組合物係由該液晶材料及該旋性物質所組成，該液晶材料為JC1041XX及5CB的組成物，該旋性物質為R1011，且該組合物係包含50wt%之JC1041XX、38.5wt%之5CB的組成物及11.5wt%之R1011。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中，該聚合物單體係由RM257、TMPTA及DMPAP所組成，且該混合物係包含7.1wt%之RM257、5.4wt%之TMPTA、0.4wt%之DMPAP及如申請專利範圍第4項所述之87.1wt%之該組合物。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中， 該混合物包含85~91wt%之一組合物及9~15wt%之該聚合物單體，該組合物係由該液晶材料及該旋性物質所組成，該液晶材料為Merck BL038，該旋性物質為CB15及ZLI-4572的組成物，且該組合物係包含65wt%之Merck BL038、25wt%之CB15及10wt%之ZLI-4572。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中，該聚合物單體由RM257、TMPTA及DMPAP混合而成。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中，該混合物係包含87.1wt%之一組合物及12.9wt%之該聚合物單體，該組合物係由液晶材料及旋性物質所組成，該液晶材料為E48，該旋性物質為S811，且該組合物係包含60wt%之E48及40wt%之S811。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中，該聚合物單體由RM257、TMPTA及DMPAP混合而成。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中，該混合物係包含91.5wt%之一組合物及8.5wt%之該聚合物單體，該組合物係由該液晶材料及該旋性物質所組成，該液晶材料為HCBP-006，該旋性物質為R5011，且該組合物係包含95.5wt%之HCBP-006及4.5wt%之R5011。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中該聚合物單體由RM257、TMPTA及DMPAP混合而成。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中該二玻璃基板的其中一個置於一控溫裝置上，以控制該混合物的溫度於藍相液晶存在的溫度範圍內。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述之藍相液晶元件的製造方法，其中 該二玻璃基板分別具有一透明導電膜，供該混合物設置於該二透明導電膜之間。
  14. 一種藍相液晶元件，包含：二玻璃基板；及一聚合結構，設置於該二玻璃基板之間，該聚合結構中容納藍相液晶材料，且該聚合結構中無旋性物質。
  15. 根據申請專利範圍第14項所述之藍相液晶元件，其中該聚合結構係為具有數個分支的樹狀結構，該數個分支之間所形成的孔隙相互連通，以容納該藍相液晶材料。
  16. 根據申請專利範圍第14項所述之藍相液晶元件，其中該藍相液晶元件設有至少一夾合件，該夾合件夾持該二玻璃基板。
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