TWI665492B - 包含液晶膠囊的液晶顯示裝置及其製造方法 - Google Patents

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金慶鎮
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Abstract

一種液晶膠囊，包括：一殼體；以及一液晶分子，位於該殼體中，其中，該殼體的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力。

Description

包含液晶膠囊的液晶顯示裝置及其製造方法
本發明係關於一種液晶顯示裝置，特別係關於一種包含液晶膠囊的液晶層的液晶顯示裝置以及其製造方法。
近來，隨著資訊時代的發展，處理和顯示大量資訊的顯示設備迅速發展。例如，已經研究了具有薄型、輕重量和低功耗的各種平板顯示器(FPD)。
因此，開發了具有優異的色彩再現性和輕薄外形的薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)。LCD裝置利用光學各向異性和液晶分子的偏振特性來顯示影像。
LCD裝置包括：彼此面對並間隔開的第一基板和第二基板、以及在第一基板與第二基板之間的液晶層。由於LCD裝置包括兩個玻璃基板，所以LCD裝置的重量和厚度增加，因而將LCD裝置應用於可撓性顯示裝置並不容易。
為了改善上述缺點，已經提出一種包含液晶膠囊的LCD裝置，其中具有液晶膠囊的液晶層通過塗佈方法形成在基板上。
圖1是顯示根據先前技術之液晶顯示裝置的液晶膠囊的視圖。
在圖1中，根據先前技術之液晶顯示(LCD)裝置的液晶膠囊42包括殼體44和在殼體44中的複數個液晶分子46。當將液晶膠囊42應用於LCD裝置時，液晶層可以通過諸如塗佈和固化的簡單製程來形成，以具有簡單的結構。
當晶膠囊42的尺寸(直徑)小於可見光的波長時，不會發生由於黏合劑與液晶膠囊42之間的折射率差異而引起之諸如散射的光學變化。因此，改善了LCD裝置之諸如透光率的光學特性。
為了將液晶膠囊42應用於LCD裝置，液晶層的驅動電壓可以設定在驅動單元的最大供應電壓內。然而，由於液晶膠囊42中受到錨定能量影響之表面區域大幅地增加，所以用於移動複數個液晶分子46的驅動電壓則過度地增加。例如，驅動電壓可以設定在150V以上。
為了降低驅動電壓，就需要降低圍繞在複數個液晶分子46的殼體44的錨定能量。然而，當樣品與測量方法之間有均勻性偏差時，殼體44的錨定能量的測量非常複雜，且錨定能量的量化是困難的。
因此，本發明係關於一種包含液晶膠囊的LCD裝置及其製造方法，其實質上消除了由於習知技術的限制和缺點而導致的一個或多個問題。
根據本發明，如同在此具體或是廣泛地說明，本發明提供一種液晶膠囊，包括：一殼體；一液晶分子，位於該殼體中，其中，該殼體的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力。
在另一態樣中，本發明提供一種液晶顯示裝置，包括：一基板；一薄膜電晶體，位於該基板上的一像素區域中；一像素電極，與該薄膜電晶體連接；一共同電極，位於該薄膜電晶體之上；以及一液晶層，位於該像素電極和該共同電極之上，該液晶層包括一液晶膠囊，其中，該液晶膠囊包括：一殼體；以及一液晶分子，位該殼體中，其中，該殼體的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力。
在另一態樣中，本發明提供一種液晶膠囊，包括：一殼體；一液晶分子，位於該殼體中；以及一添加物，位於該殼體中，其中，該添加物的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力。
在另一態樣中，本發明提供一種液晶顯示裝置，包括：一基板；一薄膜電晶體，位於該基板上的一像素區域中；一像素電極，與該薄膜電晶體連接；一共同電極，位於該薄膜電晶體之上；以及一液晶層，位於該像素電極和該共同電極之上，該液晶層包括一液晶膠囊，其中，該液晶膠囊包括：一殼體；一液晶分子，位於該殼體中；以及一添加物，位於該殼體中，其中，該添加物的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力。
在另一態樣中，本發明提供一種製造液晶膠囊的方法，包括：藉由將一液晶分子、一殼體單體和一反應性單體型添加物的一混合物分散在奈米尺寸的水中而形成一奈米乳液溶液；藉由對該奈米乳液溶液進行加熱，通過該殼體單體的一聚合反應而形成包圍該液晶分子和該反應性單體型添加物的一殼體；藉由將該奈米乳液溶液混合到一黏合劑中而形成一塗佈溶液；藉由將該塗佈溶液塗佈在一基板上而形成一塗佈溶液層；乾燥該塗佈溶液層；以及藉由照射一紫外線，通過在該殼體的一內表面上層壓該反應性單體型添加物而在該液晶分子與該殼體之間形成一附加層。
在另一態樣中，本發明提供一種製造液晶顯示裝置的方法，包括：在一基板上的一像素區域中形成一薄膜電晶體；形成連接到該薄膜電晶體的一像素電極；在該薄膜電晶體之上形成一共同電極；以及在該像素電極和該共同電極之上形成一液晶層，該液晶層包括一液晶膠囊，其中，形成該液晶層包括：藉由將一液晶分子、一殼體單體和一反應性單體型添加物的一混合物分散在奈米尺寸的水中而形成一奈米乳液溶液；藉由對該奈米乳液溶液進行加熱，通過該殼體單體的一聚合反應而形成包圍該液晶分子和該反應性單體型添加物的一殼體；藉由將該奈米乳液溶液混合到一黏合劑中而形成一塗佈溶液；藉由將該塗佈溶液塗佈在該基板上而形成一塗佈溶液層；乾燥該塗佈溶液層；以及藉由照射一紫外線，通過在該殼體的一內表面上層壓該反應性單體型添加物而在該液晶分子與該殼體之間形成一附加層。
應當被理解的是，如上所述之本發明的概括性說明和以下所述之本發明的詳細說明均是代表性和解釋性的說明，並且是為了進一步揭示本發明的申請專利範圍。
42‧‧‧液晶膠囊
44‧‧‧殼體
46‧‧‧液晶分子
110‧‧‧液晶顯示裝置
120‧‧‧基板
122‧‧‧閘極電極
124‧‧‧閘極絕緣層
126‧‧‧半導體層
128‧‧‧源極電極
130‧‧‧汲極電極
132‧‧‧層間絕緣層
134‧‧‧像素電極
136‧‧‧共同電極
140‧‧‧液晶層
142‧‧‧液晶膠囊
144‧‧‧殼體
146‧‧‧液晶分子
148‧‧‧黏合劑
150‧‧‧第一偏光層
152‧‧‧第二偏光層
160‧‧‧聚合物材料
162‧‧‧低分子滴粒
242‧‧‧液晶膠囊
244‧‧‧殼體
246‧‧‧液晶分子
270‧‧‧添加物
342‧‧‧液晶膠囊
344‧‧‧殼體
346‧‧‧液晶分子
370‧‧‧添加物
372‧‧‧附加層
374‧‧‧調節體
376‧‧‧反應體
378‧‧‧殼體單體
380‧‧‧界面活性劑
P‧‧‧像素區域
T‧‧‧薄膜電晶體
θ‧‧‧接觸角
本說明書包括附圖以提供對本發明的進一步理解，且將附圖併入本說明書中構成本說明書的一部分。附圖說明本發明的實施例，且與說明書一起用於解釋本發明的原理。在該些圖式中：圖1是顯示習知技術之液晶顯示裝置的液晶膠囊的視圖；圖2是顯示根據本發明第一實施例之包含液晶膠囊的液晶顯示裝置的剖視圖； 圖3A是說明在根據本發明第一實施例之包含液晶膠囊的液晶顯示裝置中低分子滴粒相對於聚合物材料的接觸角的測量方法的視圖；圖3B是說明在根據本發明第一實施例之包含液晶膠囊的液晶顯示裝置中聚合物材料的臨界表面張力的計算方法的視圖；圖4是顯示根據本發明第一實施例之液晶膠囊的視圖；圖5是顯示根據本發明第一實施例之液晶膠囊的樣本1和比較例1與比較例2的模式效率曲線；圖6是顯示根據本發明第二實施例之液晶膠囊的視圖；圖7是顯示根據本發明第二實施例之液晶膠囊的樣品2和3和比較例3的模式效率曲線；圖8是顯示根據本發明第四實施例之液晶膠囊的視圖；以及圖9A至圖9C是顯示根據本發明第三實施例之製造液晶膠囊的方法的視圖。
現將對本發明進行更詳細地說明，參考所附圖式詳細描述其實例。
圖2是顯示根據本發明第一實施例之包含液晶膠囊的液晶顯示裝置的剖面圖。
在圖2中，液晶顯示(LCD)裝置110包括：基板120，其中，形成驅動薄膜電晶體(TFT)T、像素電極134、和共同電極136；以及液晶層140。閘極電極122形成在基板120上的各像素區域P中，而且閘極絕緣層124形成在基板120之上的整個閘極電極122上。半導體層126形成在與閘極電極122相對應的閘極絕緣層124上，而且源極電極128和汲極電極130形成在半導體層126的兩個端部上。閘極電極122、半導體層126、源極電極128和汲極電極130構成薄膜電晶體T。
雖然未顯示，一條閘極線和一條資料線形成在基板120上，並且TFT T連接到閘極線和資料線。閘極線和資料線相互交叉以定義像素區域P。
層間絕緣層132形成在基板120之上的整個TFT T上，並且在層間絕緣層132上的像素區域P中形成彼此間隔開的像素電極134和共同電極136。層間絕緣層132具有暴露出汲極電極130的汲極接觸孔，而且像素電極134通過汲極 接觸孔連接到汲極電極130。像素電極134和共同電極136的每一者可以具有複數個長條的形狀。
儘管在第一實施例中示例性地顯示像素電極134和共同電極136形成在相同層的面內切換(IPS)模式LCD裝置，但在另一個實施例中可以顯示像素電極和共同電極形成在不同層的IPS模式LCD裝置。或者，在另一個實施例中可以顯示複數個長條的形狀(或具有複數個狹縫的薄板的形狀)的像素電極形成在薄板的形狀的共同電極之上的邊緣場切換(FFS)模式LCD裝置、或複數個長條的形狀(或具有複數個狹縫的薄板的形狀)的共同電極形成在薄板的形狀的像素電極之上的FFS模式LCD裝置。
雖然未顯示，彩色濾光層可以形成在TFT T之下、在TFT T與像素電極134之間、或者在TFT T與共同電極136之間。
液晶層140形成在像素電極134和共同電極140上。液晶層140包括複數個液晶膠囊142和黏合劑148，其中複數個液晶囊142分散在該黏合劑中，並且複數個液晶囊142中的每一個包括殼體144和分散在殼體144中的複數個液晶分子146。
例如，液晶層140可以具有約1μm至約4μm的厚度。黏合劑148可以是透明或半透明的，並且黏合劑148可以由水溶性材料、脂溶性材料、或者水溶性材料和脂溶性材料的混合材料形成。複數個液晶膠囊142中的每一個的殼體144可以是具有約1nm至約999nm直徑的聚合物膠囊。例如，殼體144可以具有約1nm至約320nm範圍內的直徑。
複數個液晶分子146可以包括向列型液晶、鐵電液晶和撓曲電液晶中的至少一者。例如，複數個液晶膠囊142與液晶層140的體積比可以在約50%至約80%的範圍內。每一個複數個液晶分子146的折射率向異性可以在約0.18至約0.30的範圍內，並且複數個液晶分子146中的每一個的介電向異性可以在約35至約100的範圍內。第一偏光層150形成在基板120下方，而且第二偏光層152形成在液晶層140上。
在包含根據本發明第一實施例之液晶膠囊的LCD裝置110中，殼體144的臨界表面張力小於複數個液晶分子146的臨界表面張力。因此，液晶膠囊142的錨定能量降低，且液晶層140的驅動電壓降低。
圖3A是說明在根據本發明第一實施例之包含液晶膠囊的液晶顯示裝置中低分子滴粒相對於聚合物材料的接觸角的測量方法的視圖；以及圖3B是說明在根據本發明第一實施例之包含液晶膠囊的液晶顯示裝置中聚合物材料的臨界表面張力的計算方法的視圖。
在圖3A中，在將複數個低分子滴粒162塗佈在聚合物材料160上的狀態下，測量複數個低分子滴粒162中的每一個的邊緣部分的接觸角θ。
在圖3B中，在繪製了複數個低分子滴粒162的接觸角θ的餘弦值(cos θ)相對於聚合物材料160的表面張力的曲線圖之後，當接觸角θ的餘弦值(cos θ)藉由曲線圖的延長而變為1.0時(即，當接觸角θ變為0度時)，其表面張力可以被定義為聚合物材料160的臨界表面張力γc。臨界表面張力γc是每單位面積的力，其單位為erg/cm2=mJ/m2=mN/m=dyn/cm。
圖4是顯示根據本發明第一實施例之液晶膠囊的視圖。
在圖4中，根據本發明第一實施例的液晶膠囊142包括殼體144和分散在殼體144中的複數個液晶分子146。殼體144可以包括一聚合物材料，其臨界表面張力γc小於作為主體之複數個液晶分子146的臨界表面張力γc。因此，液晶膠囊142的錨定能量減小，且液晶層140(圖2)的驅動電壓降低到低於約60V，使得液晶膠囊142可以應用於LCD裝置110。
殼體144包圍包含複數個液晶分子146且在初始狀態下具有球形滴粒的芯材的外表面，以作用為固定芯材的外壁。包含複數個液晶分子146的芯材可以以限制在聚合物材料的殼體144中的狀態存在。
殼體144的聚合物材料可以區分為水溶性聚合物材料和非水溶性(油溶性)聚合物材料。例如，水溶性聚合物材料可以包括聚乙烯醇(PVA)、澱粉、羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、明膠、藻酸鹽、酪蛋白、以及阿拉伯膠中的至少一者。另外，非水溶性聚合物材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚脲、聚氨酯、尿素甲醛樹脂(UF)、以及例如三聚氰胺甲醛(MF)的氨基樹脂中的至少一者。
儘管在第一實施例中殼體144具有單層結構，但在另一實施例中，殼體可以具有雙層結構。例如，殼體可以包括不同聚合物材料的內殼體和外殼體，並且外殼體可以在內殼體形成之後形成。與單層結構的殼體相比，雙層結構的殼體可以具有容易調節的錨定能量和優異的耐溶劑性。例如，內殼體 可以由水溶性聚合物(例如明膠、阿拉伯膠和PVA的單一或混合溶液)形成，並且外殼體可以由不溶於水的聚合物(例如氨基樹脂、聚醯胺環氧氯丙烷樹脂和甲醛樹脂的單一或混合溶液)形成。
黏合劑148(見圖2)限制複數個液晶膠囊142要被分散和固定，並將複數個液晶膠囊142固定到基板120(見圖2)上。黏合劑148的聚合物材料可以區分為水溶性聚合物材料和水分散性聚合物材料。例如，水溶性聚合物材料可以包括聚乙烯醇(PVA)、澱粉、甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸酯蘇打、丙烯醯胺/丙烯酸酯共聚物、丙烯醯胺/丙烯酸酯/甲基丙烯酸三元聚合物、聚丙烯醯胺、藻酸鹽蘇打、聚乙烯吡咯烷酮、明膠、藻酸鹽、酪蛋白、以及阿拉伯膠中的至少一者。此外，水分散性聚合物材料可以包括醇酸樹脂、聚醯胺環氧氯丙烷樹脂、聚氨酯樹脂、尿素甲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、三聚氰胺尿素甲醛樹脂、丙烯酸酯共聚物膠乳、苯乙烯/丁二烯共聚物乳液、苯乙烯/丁二烯/丙烯酸共聚物膠乳、乙酸乙烯酯樹脂乳液、乙酸乙烯酯/丙烯酸酯共聚物乳液、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物乳液、以及丙烯酸酯樹脂乳液中的至少一者。
由於殼體144由各種聚合物材料中臨界表面張力γc小於複數個液晶分子146的臨界表面張力γc的聚合物材料形成，因此，殼體的錨定能量減小，且液晶層140的驅動電壓降低。
表1是顯示根據本發明第一實施例之液晶膠囊的樣本1和比較例1與比較例2的臨界表面張力和驅動電壓的表；以及圖5是顯示根據本發明第一實施例之液晶膠囊的樣本1和比較例1與比較例2的模式效率曲線。
在表1中，透過溶劑蒸發法在比較例1與比較例2以及樣本1中形成包括非水溶性聚合物材料的殼體144(見圖4)的液晶膠囊142(見圖4)。例如，在用於殼體144的聚合物材料溶解於溶劑中之後，將與作為芯材之含氟(F)液晶混合物之向列型液晶混合的該聚合物材料的溶液分散在包含具有奈米尺寸的乳化劑(奈米乳液)的水溶液中。
接著，藉由蒸發溶劑在界面上萃取溶解的聚合物材料以形成殼體144。在此，於比較例1與比較例2以及樣品1中透過溶劑蒸發法之用於殼體144的聚合物材料分別是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸異丙酯(PiBMA)和聚四甲基二矽氧烷(PTMDS)。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸異丙酯(PiBMA)和聚四甲基二矽氧烷(PTMDS)具有優異的耐水性和優異的透光率。
用於殼體144的聚合物材料的溶劑是丙酮、二氯甲烷、氯仿和乙酸乙酯中的一種，其對聚合物具有優異的溶解度並且在相對低的溫度下蒸發。當溶劑的用量低於約5wt%時，聚合物材料溶液的濃度增加，且溶液具有相對高的黏度。由於在如水溶液等分散介質中的分散性降低，因此難以調整分散粒子的大小。當溶劑的用量高於約20wt%時，聚合物材料溶液的濃度降低，並且溶劑完全蒸發的時間增加，從而製程的時間增加。因此，可以使用溶劑，使得聚合物材料的溶液可以具有約5wt%至約20wt%的濃度。
液晶層140(見圖2)的黏合劑148(見圖2)與複數個液晶膠囊142(見圖2)具有極好的分散性。另外，黏合劑148對基板120(見圖2)具有優異的黏合性和優異的電絕緣性。黏合劑148具有等向性的折射率特性和相對高的透光率。例如，黏合劑148可以具有類似於複數個液晶分子146的平均折射率的折射率。儘管黏合劑148可以使用具有優異耐水性的樹脂，但是黏合劑148使用具有優異分散性的PVA來驗證每一個液晶膠囊142的驅動電壓。
如表1所示，複數個液晶分子146由具有約30mN/m的臨界表面張力的向列型液晶形成。圍繞複數個液晶分子146的殼體144在比較例1中由具有約39mN/m的臨界表面張力的PMMA形成，在比較例2中由具有約30mN/m的臨界表面張力的聚甲基丙烯酸異丙酯(PiBMA)形成，在樣本1中由具有約17.3mN/m的臨界表面張力的聚四甲基二矽氧烷(PTMDS)形成。
在比較例1中，殼體144的臨界表面張力大於液晶分子146的臨界表面張力。在比較例2中，殼體144的臨界表面張力與液晶分子146的臨界表面張力相同。在樣本1中，殼體144的臨界表面張力小於液晶分子146的臨界表面張力。
如表1和圖5所示，比較例1與比較例2以及樣本1的液晶膠囊142的驅動電壓分別為約150V、約80V、和約60V。在比較例1中，其中殼體144的臨界表面張力大於液晶分子146的臨界表面張力，在比較例2中，殼體144的臨界表面張力與液晶分子146的臨界表面張力相同，驅動電壓大於約60V的目標值，且不容易將液晶膠囊142應用於LCD裝置110(見圖2)。在樣本1中，殼體144的臨界表面張力小於液晶分子146的臨界表面張力，驅動電壓等於或小於約60V的目標值，且很容易將液晶膠囊142應用於LCD裝置110。在此，模式效率是與液晶層140的透光率成比例的值，驅動電壓可以藉由最大模式效率的90%左右的電壓來定義。
在根據本發明第一實施例的LCD裝置110中，由於殼體144包含具有臨界表面張力小於複數個液晶分子146的臨界表面張力的聚合物材料，所以液晶膠囊142的錨定能量減小，且液晶層140的驅動電壓降低。因此，液晶膠囊142可以容易地應用於LCD裝置110。此外，由於包含液晶膠囊142的液晶層140透過塗佈、固化等簡單的製程形成為薄膜型式，因此，可以簡化製程。
在另一個實施例中，藉由在液晶膠囊的殼體中加入臨界表面張力小於液晶分子臨界表面張力的聚合物材料的添加物，可以進一步降低驅動電壓。
圖6是顯示根據本發明第二實施例之液晶膠囊的視圖，將省略與第一實施例相同部分的說明。
在圖6中，根據本發明第二實施例的液晶膠囊242包括：殼體244和分散在殼體244中的複數個液晶分子246、以及與複數個液晶分子246混合的添加物270。添加物270可以包括一聚合物材料，其臨界表面張力γ c小於作為主體之複數個液晶分子246的臨界表面張力γc。因此，液晶膠囊242的錨定能量減小，且包括液膠囊242的液晶層的驅動電壓降低到約60V以下，使得液晶膠囊242可以應用於LCD裝置。
殼體244包圍包含複數個液晶分子246與添加物270且在初始狀態下具有球形滴粒的芯材的外表面，以作用為固定芯材的外壁。包含複數個液晶分子246和添加物270的芯材可以以限制在聚合物材料的殼體244中的狀態存在。
殼體244的聚合物材料可以區分為水溶性聚合物材料和非水溶性(油溶性)聚合物材料。
由於具有臨界表面張力γc小於複數個液晶分子246的臨界表面張力γc的聚合物材料的添加物270混合到複數個液晶分子246，因此，殼體244的錨定能量減小，且液晶膠囊242的驅動電壓降低。
表2是顯示根據本發明第二實施例的液晶膠囊的樣本2和樣本3以及比較例3的臨界表面張力和驅動電壓的表；以及圖7是顯示根據本發明第二實施例之液晶膠囊的樣本2和樣本3以及比較例3的模式效率曲線。
在表2中，透過凝聚法在比較例3以及樣本2與3中形成包含水溶性聚合物材料的殼體244(見圖6)的液晶膠囊242(見圖6)。例如，在用於殼體244的親水性聚合物材料溶解於水溶液之後，將與作為芯材之含氟(F)液晶混合物的向列型液晶、以及用於乳化和調節臨界表面張力的添加物(添加物1、添加物2和添加物3)混合之親水性聚合物材料的溶液分散在包含具有奈米尺寸的乳化劑(奈米乳液)的水溶液中。
在此，根據溫度或酸鹼值(pH)在水溶液中的溶解度變化很大的聚合物可以透過凝聚法被使用作為用於殼體244的親水性聚合物材料。在室溫下溶解度較高且在約50℃的溫度下急劇降低的聚乙烯醇(PVA)被使用作為親 水性聚合物材料，且殼體244在約50℃至約60℃的溫度下藉由奈米乳液的相分離來形成。
為了根據溫度增強殼體244的穩定性，需要透過與PVA的氫氧化物反應進行交聯。因此，在形成殼體244之後，加入作為交聯劑的戊二醛以增強穩定性。
具有臨界表面張力小於液晶分子246的臨界表面張力的添加物270存在於殼體244中，並且膠囊化殼體244的PVA和殘留的PVA存在於水溶液中。因此，可以將水溶液塗佈在基板上，而不需要額外的黏合劑。
如表2所示，殼體244由具有約37mN/m的臨界表面張力的PVA形成，並且複數個液晶分子246由具有約30mN/m的臨界表面張力的向列型液晶形成。在比較例3中，混合到複數個液晶分子246的添加物1是以下中的一種：由化學式1表示並具有約32.1mN/m的臨界表面張力的2-[2-(烯丙氧基)乙氧基]乙醇、由化學式2表示並具有約31.7mN/m的臨界表面張力的2,5,8,11,14,17-六氧雜十九烷、以及由化學式3表示並具有約36.2mN/m的臨界表面張力的乙炔乙二醇104(surfynol 104)。
在樣本2中，混合到複數個液晶分子246的添加物2是以下中的一種：由化學式4表示並具有約25.2mN/m的臨界表面張力的1,5,5-三甲基-6-乙醯甲基-環己烯、以及由化學式5表示並具有約26.0mN/m的臨界表面張力的5-丁基二甲基矽氧基-2,6-二甲基壬-1-烯-3-炔。
在樣本3中，混合到複數個液晶分子246的添加物3是以下中的一種：由化學式6表示並具有約14.8mN/m的臨界表面張力的八甲基三矽氧烷、以及由化學式7表示並具有約16.6mN/m的臨界表面張力的三(三甲基矽基)硼酸鹽。
[化學式7]
在比較例3中，添加物1的臨界表面張力大於液晶分子246的臨界表面張力，在樣本2和3中，添加物2和添加物3(270)的臨界表面張力小於液晶分子246的臨界表面張力。
如表2和圖7所示，比較例3以及樣本2和3的液晶膠囊242的驅動電壓分別為約80V、約30V和約15V。在比較例3中，添加物1的臨界表面張力大於液晶分子246的臨界表面張力，驅動電壓大於約60V的目標值，且不容易將液晶膠囊242應用於LCD裝置。在樣本2與3中，添加物2和3(270)的臨界表面張力小於液晶分子246的臨界表面張力，驅動電壓等於或小於約60V的目標值，且很容易將液晶膠囊242應用於LCD裝置。在此，模式效率是與液晶層的透光率成比例的值，且驅動電壓可以藉由最大模式效率的90%左右的電壓來定義。
在根據本發明第二實施例的LCD裝置中，由於殼體244的核心藉由將具有臨界表面張力小於複數個液晶分子246的臨界表面張力的聚合物材料的添加物混合到複數個液晶分子246來形成，所以液晶膠囊242的錨定能量減小，且液晶層的驅動電壓降低。因此，液晶膠囊242可以容易地應用於LCD裝置。此外，由於包含液晶膠囊242的液晶層透過塗佈、固化等簡單的製程形成為薄膜型式，因此，可以簡化製程。
在另一個實施例中，藉由在液晶膠囊的殼體中形成具有臨界表面張力小於液晶分子臨界表面張力的聚合物材料的附加層，可以進一步降低驅動電壓。
圖8是顯示根據本發明第三實施例之液晶膠囊的視圖，將省略與第一實施例和第二實施例相同部分的說明。
在圖8中，根據本發明第三實施例的液晶膠囊342包括：殼體344和分散在殼體344中的複數個液晶分子346、以及在殼體344與複數個液晶分子 346之間的附加層372。附加層372可以包括一聚合物材料，其臨界表面張力γc小於作為主體的複數個液晶分子346的臨界表面張力γc。因此，液晶膠囊342的錨定能量減小，且包括液膠囊342的液晶層的驅動電壓降低到低於約60V，使得液晶膠囊342可以應用於LCD裝置。
殼體344包圍包含複數個液晶分子346及添加物370(見圖9B)且在初始狀態下具有球形滴粒的芯材的外表面，以作用為固定芯材的外壁。包含複數個液晶分子346及添加物370的芯材可以以限制在聚合物材料的殼體344中的狀態存在。
殼體344的聚合物材料可以區分為水溶性聚合物材料和非水溶性(油溶性)聚合物材料。
圖9A至圖9C是顯示根據本發明第三實施例之製造液晶膠囊的方法的視圖，將省略與第一實施例和第二實施例相同部分的說明。
在圖9A中，在混合液晶分子346、殼體單體378、反應性單體型添加物370和界面活性劑380以形成混合物之後，將混合物分散在具有奈米尺寸(奈米乳液)之諸如水的溶液中。因此，將液晶分子346、殼體單體378、反應性單體型添加物370和界面活性劑380混合以形成奈米尺寸的球形滴粒，並且將界面活性劑380設置在球形滴粒的外表面上。
反應性單體型添加物370可以包括：調節錨定能量的調節體374和對紫外線(UV)射線起反應的反應體376，且由於調節體374，反應性單體型添加物370的臨界表面張力可能小於液晶分子346的臨界表面張力。
在圖9B中，當向球形滴粒的水溶液加熱時，殼體單體378聚合以在球形滴粒的外表面上形成殼體344。反應性單體型添加物370維持在反應性單體型添加物370與液晶分子346在殼體344中混合的狀態。由於殼體344被水包圍，所以外部紫外線(UV)的影響被最小化，且反應性單體型添加物370的反應體376的反應被抑制。
在圖9C中，在藉由將殼體344的水溶液與黏合劑混合而形成塗佈溶液之後，藉由將塗佈溶液塗佈在基板上來形成塗佈溶液層，並且藉由加熱塗佈溶液層來去除水(乾燥步驟)。因此，基板上的塗佈溶液層包括黏合劑和分散在黏合劑中的殼體344。
接下來，由於水從殼體344的外部被去除，所以當UV射線照射到殼體344上時，反應性單體型添加物370的反應體376與UV射線反應而被固定到殼體344的內表面。因此，將反應性單體型添加物370層壓在殼體344的內表面上以形成附加層372。
在根據本發明第三實施例的LCD裝置中，由於在殼體344的內表面上形成具有臨界表面張力小於複數個液晶分子346的臨界表面張力的聚合物材料的附加層372，所以液晶膠囊342的錨定能量減小，且液晶層的驅動電壓降低。因此，液晶膠囊342可以容易地應用於LCD裝置。此外，由於藉由液晶分子346與殼體344之間的附加層372來調節液晶膠囊342的錨定能量，所以防止了由於添加物所引起之液晶分子346的物理性質變化，且相對於殼體344的聚合物材料的選擇自由度增加。此外，由於包含液晶膠囊342的液晶層藉由塗佈、固化等簡單的製程形成為薄膜型式，因此，可以簡化製程。
因此，在根據本發明實施例的LCD裝置中，由於藉由調節殼體和液晶分子的臨界表面張力來減少液晶膠囊的錨定能量，所以簡化了製程且降低了液晶層的驅動電壓。此外，由於藉由調節添加物的臨界表面張力來降低液晶膠囊的錨定能量，所以簡化了製程，且降低了液晶層的驅動電壓。
對於本技術領域的技術人員顯而易見的是，在不脫離本發明的精神或範疇的情況下，可對包含液晶膠囊的LCD裝置及其製造方法作出各種修改和變化。因此，本發明旨在涵蓋對本發明或落入所附申請專利範圍及其均等範疇內所作的修改與變化。
本申請案主張於2017年4月13日提交的韓國專利申請第10-2017-0048060號的優先權權益，該專利申請的全部內容在此通過引用併入本文中。

Claims (9)

  1. 一種液晶膠囊，包括：一殼體；以及一液晶分子，位於該殼體中，其中，該殼體的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力，其中，該液晶分子包括向列型液晶、鐵電液晶和撓曲電液晶中的至少一者，以及其中，該殼體包括聚乙烯醇(PVA)、澱粉、羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、明膠、藻酸鹽、酪蛋白、阿拉伯膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚脲、聚氨酯、尿素甲醛樹脂(UF)、氨基樹脂、聚甲基丙烯酸異丙酯(PiBMA)以及聚四甲基二矽氧烷中的至少一者。
  2. 一種液晶顯示裝置，包括：一基板；一薄膜電晶體，位於該基板上的一像素區域中；一像素電極，與該薄膜電晶體連接；一共同電極，位於該薄膜電晶體之上；以及一液晶層，位於該像素電極和該共同電極之上，該液晶層包括一液晶膠囊，其中，該液晶膠囊包括：一殼體；以及一液晶分子，位於該殼體中，其中，該殼體的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力，其中，該液晶分子包括向列型液晶、鐵電液晶和撓曲電液晶中的至少一者，以及其中，該殼體包括聚乙烯醇(PVA)、澱粉、羧甲基纖維素(CMC)、甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、明膠、藻酸鹽、酪蛋白、阿拉伯膠、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚脲、聚氨酯、尿素甲醛樹脂(UF)、氨基樹脂、聚甲基丙烯酸異丙酯(PiBMA)以及聚四甲基二矽氧烷中的至少一者。
  3. 一種液晶膠囊，包括：一殼體；一液晶分子，位於該殼體中；以及一添加物，位於該殼體中，其中，該添加物的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力，其中，該液晶分子包括向列型液晶、鐵電液晶和撓曲電液晶中的至少一者，以及其中，該添加物包括2-[2-(烯丙氧基)乙氧基]乙醇、2,5,8,11,14,17-六氧雜十九烷、乙炔乙二醇104、1,5,5-三甲基-6-乙醯甲基-環己烯、5-丁基二甲基矽氧基-2,6-二甲基壬-1-烯-3-炔、八甲基三矽氧烷、以及三(三甲基矽基)硼酸鹽中的至少一者。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之液晶膠囊，其中，該添加物形成為在該液晶分子與該殼體之間的一附加層。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之液晶膠囊，其中，該添加物包括：調節一錨定能量的一調節體以及對一紫外線起反應的一反應體。
  6. 一種液晶顯示裝置，包括：一基板；一薄膜電晶體，位於該基板上的一像素區域中；一像素電極，與該薄膜電晶體連接；一共同電極，位於該薄膜電晶體之上；以及一液晶層，位於該像素電極和該共同電極之上，該液晶層包括一液晶膠囊，其中，該液晶膠囊包括：一殼體；一液晶分子，位於該殼體中；以及一添加物，位於該殼體中，其中，該添加物的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力，其中，該液晶分子包括向列型液晶、鐵電液晶和撓曲電液晶中的至少一者，以及其中，該添加物包括2-[2-(烯丙氧基)乙氧基]乙醇、2,5,8,11,14,17-六氧雜十九烷、乙炔乙二醇104、1,5,5-三甲基-6-乙醯甲基-環己烯、5-丁基二甲基矽氧基-2,6-二甲基壬-1-烯-3-炔、八甲基三矽氧烷、以及三(三甲基矽基)硼酸鹽中的至少一者。
  7. 一種製造液晶膠囊的方法，包括：藉由將一液晶分子、一殼體單體和一反應性單體型添加物的一混合物分散在具有奈米尺寸的水中而形成一奈米乳液溶液；藉由對該奈米乳液溶液進行加熱，通過該殼體單體的一聚合反應而形成包圍該液晶分子和該反應性單體型添加物的一殼體；藉由將該奈米乳液溶液混合到一黏合劑中而形成一塗佈溶液；藉由將該塗佈溶液塗佈在一基板上而形成一塗佈溶液層；乾燥該塗佈溶液層；以及藉由照射一紫外線，通過在該殼體的一內表面上層壓該反應性單體型添加物而在該液晶分子與該殼體之間形成一附加層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製造液晶膠囊的方法，其中，該反應性單體型添加物的一臨界表面張力小於該液晶分子的一臨界表面張力。
  9. 一種製造液晶顯示裝置的方法，包括：在一基板上的一像素區域中形成一薄膜電晶體；形成連接到該薄膜電晶體的一像素電極；在該薄膜電晶體之上形成一共同電極；以及在該像素電極和該共同電極之上形成一液晶層，該液晶層包括一液晶膠囊，其中，形成該液晶層包括：藉由將一液晶分子、一殼體單體和一反應性單體型添加物的一混合物分散在奈米尺寸的水中而形成一奈米乳液溶液；藉由對該奈米乳液溶液進行加熱，通過該殼體單體的一聚合反應而形成包圍該液晶分子和該反應性單體型添加物的一殼體；藉由將該奈米乳液溶液混合到一黏合劑中而形成一塗佈溶液；藉由將該塗佈溶液塗佈在該基板上而形成一塗佈溶液層；乾燥該塗佈溶液層；以及藉由照射一紫外線，通過在該殼體的一內表面上層壓該反應性單體型添加物而在該液晶分子與該殼體之間形成一附加層。
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