CN102618298A

CN102618298A - 一种聚合物分散液晶材料、聚合物分散液晶显示器件及其制备方法

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Publication number: CN102618298A
Application number: CN2012100471246A
Authority: CN
Inventors: 陈海光; 赵冬梅; 杭德余; 姜天孟; 杨春艳; 王广涛; 田会强
Original assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Bayi Space LCD Technology Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明涉及一种聚合物分散液晶材料，由液晶材料、丙烯酸酯低聚物、稀释单体、光引发剂及表面活性剂组成。本发明还提供了由所述聚合物分散液晶材料制备的聚合物分散液晶显示器件以及其制备方法。本发明提供的PDLC材料具有原料来源广泛、制备工艺简便的优点，采用所述PDLC材料制成的PDLC显示器件具有驱动电压低，对比度高的优点。本发明提供的PDLC显示器件制备方法，用固定于基板上的光阻间隔物来控制液晶盒厚度，得到的显示器件不易发生形变，使制备大面积的PDLC显示器件成为可能。

Description

一种聚合物分散液晶材料、聚合物分散液晶显示器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及液晶材料以及液晶显示器件领域，具体涉及一种聚合物分散液晶材料、由所述聚合物分散液晶材料所得的聚合物分散液晶显示器件及其制备方法。

背景技术

聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC)膜是将小分子液晶材料分散到聚合物中形成的一种具有特殊光电性能的复合材料，其中微滴尺寸一般小于10μm。无外电场情况下，不同微滴内液晶的指向矢的指向是随机的，因而复合材料呈现出对光线强烈作用，复合物呈现乳白色的散射状态；若施加的电场比较强，足以使所有为微滴内液晶指向矢都与电场平行时，因液晶的寻常光折射率与聚合物折射率一致，所以复合物呈现出透明的特征。由于其独特的光电性能，并且具有制作工艺简单，成本较低等优点，现在广泛应用于高清电视、光电开关、投影机、智能玻璃、光栅等。聚合物分散液晶膜主要的制备方法是聚合引发相分离(Polymerization-Induced Phase Separation，PIPS)法，引发条件主要为热引发和紫外光(UV)引发。

目前，PDLC膜主要以玻璃为基板基材，由于工艺比较难控制，很难制成大面积的成品，并且其成品不易弯曲，限制了其应用场合。传统用来控制液晶盒厚的珠状间隔物(Bead Spacer)由于并不是固定在基板上，当液晶面板受到挤压时，会有位移的现象，从而带动液晶流动，造成液晶盒厚不均匀，影响显示效果。另外，目前应用显示的PDLC膜还普遍具有电压高、对比度不大等各种缺点。

发明内容

为克服现有PDLC膜的电压高、对比度不大的技术缺陷，本发明的目的是提供一种聚合物分散液晶(PDLC)材料。

本发明提供的聚合物分散液晶材料，按重量份由以下成分组成：

液晶材料：50～80；

丙烯酸酯低聚物：5～20；

稀释单体：10～25；

光引发剂：0.01～1；

表面活性剂：0.1～5。

优选地，所述聚合物分散液晶材料按重量份由以下成分组成：

液晶材料：65～80；

丙烯酸酯低聚物：5～10；

稀释单体：10～20；

光引发剂：0.05～0.5；

表面活性剂：0.5～3。

上述PDLC材料中，所述表面活性剂为吐温、司班、卵磷脂中的一种或多种。其中的吐温、司班包括多种型号，如吐温20、吐温21、吐温40、吐温60、吐温61、吐温80、吐温81、吐温85等等；司班如司班20、司班60、司班80、司班85等等。优选地，所述表面活性剂为吐温80、司班20、卵磷脂的一种或多种。在传统PDLC材料中加入表面活性剂，当材料固化后，表面活性剂附着于液晶微滴与聚合物之间的界面上，从而降低液晶微滴与聚合物之间的锚定作用，从而降低液晶显示器件的驱动电压。

上述PDLC材料中，所述液晶材料为向列相液晶材料，优选向列相联苯氰基类液晶材料。所述液晶材料可选用现有液晶显示领域常见的单晶或混合型液晶。一般来说，所述液晶材料需要有较大的折射率，Δn大于0.2，并且液晶材料的寻常光折射率n_o与预聚物固化后的聚合物的折射率n_p相同。

所述丙烯酸酯低聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯。

所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、N-乙烯基吡咯烷酮、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种。

所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮(IRG184)、安息香双甲醚(IRG651)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(D1173)、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(IRG819)中的一种或多种。

本发明还提供了一种聚合物分散液晶(PDLC)显示器件，包括分别镀有导电层的上、下基板以及位于两基板之间的聚合物分散液晶膜，其中，所述聚合物分散液晶膜为以上任一项技术方案所述的聚合物分散液晶材料固化而得。

上述PDLC显示器件中，所述上、下基板之间由光阻间隔物(Photo Spacer)支撑，所述光阻间隔物固定于上基板之上，所述光阻间隔物的厚度为5～15μm。

所述上、下基板相对的一面各自镀有导电层，所述导电层为ITO导电层。

优选地，所述上、下基板的基材材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯的柔性基材。

此外，本发明还提供了所述PDLC显示器件的制备方法，包括以下步骤：

(1)将液晶材料、丙烯酸酯低聚物、稀释单体、光引发剂及表面活性剂混合搅拌至其为透明溶液；

(2)将步骤(1)所得的透明溶液涂覆在下基板镀有导电层的一面；

(3)将经步骤(2)处理后的下基板与固定有光阻间隔物的上基板进行压合得到压合基板；

(4)将所得压合基板进行紫外光固化，得到所述聚合物分散液晶显示器件。

其中，步骤(3)所述上基板的制备方法为：将光阻材料均匀涂覆在上基板镀有导电层的一面，通过黄光微影制程得到固定有光阻间隔物的上基板。

所述黄光微影制程(Lithography Process Technology)采用现有常规工艺即可，即包括软烤(soft bake)、曝光、显影(development)和硬烤(hard bake)等工艺过程。

优选地，所述光阻材料为正性光阻材料，涂覆方法为旋涂法；所述黄光微影制程的软烤温度为90～110℃，软烤时间为5～10分钟，曝光过程中的曝光强为200～300mW/s，硬烤温度为140～180℃，硬烤时间为10～20分钟。

制得的上基板光阻间隔物的密度与现有非固定型的珠状间隔物密度相同或相近。

所述的光阻材料为液晶显示领域常见的正性光阻材料，包括树脂、溶剂、光敏材料等成分。

步骤(2)所述透明溶液采用辊涂法或刮涂法涂覆于下基板。

步骤(4)所述紫外光固化的紫外光波长为250～380nm、强度为0.5～30mW/cm²；固化的时间为5～30分钟、温度为20～40℃。

上述制备方法中，所述压合、紫外光固化采用本领域现有的技术及设备即可实现，如常规压合机、紫外固化灯等。

本发明提供的PDLC材料具有原料来源广泛、制备工艺简便，采用所述PDLC材料制成的PDLC显示器件具有驱动电压低、对比度高的优点。

本发明提供的PDLC显示器件，采用了柔性基材，并且采用了固定的光阻间隔物来控制PDLC膜的厚度，液晶盒厚度均匀且不易变形，使制备大面积的PDLC显示器件成为可能。

本发明提供的PDLC显示器件制备方法，步骤简单、工艺简便，具有大规模工业化应用前景。

附图说明

图1为PDLC显示器件垂直于基板方向的剖面结构图(PDLC材料未画出)，其中，1、上基板基材；2、(上基板)导电层；3、光阻间隔物；4、(下基板)导电层；5、下基板基材；6、上基板；7、下基板；

图2为PDLC显示器件的制备流程图；

图3为实施例1材料制作的PDLC显示器件的V-T曲线，其中，横坐标为电压(V)、纵坐标为透过率(％)。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所使用的原料如下：低聚物为烟台云开化工责任有限公司的YKDBA-01系列的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(分子量：800-1000；粘度(60℃)：2500-4500；官能度：2)；液晶材料使用八亿时空液晶科技有限公司提供的BHR系列向列相联苯氰类混合液晶产品(BHR40100、BHR40200、BHR40300及BHR40400)；光阻材料使用台湾永光化学产品EPG-510；其余均为常见市售试剂。但不限于此。

除特殊说明外，实施例中各组分的含量均表示质量百分比。

实施例1

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表1。

表1

实施例2

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表2。

表2

实施例3

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表3。

表3

实施例4

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表4。

表4

实施例5

聚合物分散液晶材料采用实施例1中的材料及配方，一共称取10g PDLC材料。

PDLC显示器件的制备过程包括以下步骤：

步骤1：取干净的50ml烧杯一个，在烧杯中依次加入0.01g光引发剂IRG819、0.1g吐温80、0.2g 1，6-己二醇二丙烯酸酯、0.2g季戊四醇三丙烯酸酯、0.8g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、1.49g 2-乙基己基丙烯酸酯和7.2g液晶材料BHR40400。然后在混合物中加入搅拌磁子，将烧杯放入磁力搅拌器上，室温搅拌15-20分钟，至混合液为透明溶液。称量、搅拌过程中注意避光。

步骤2：将光阻材料EPG-510用旋涂的方法均匀涂覆在上基板镀有ITO导电层的一面，经过黄光微影制程，即软烤、曝光、显影和硬烤等常规工艺，得到附有光阻间隔物的上基板。其中，软烤温度为100℃，时间为5分钟，曝光强度为200mW/s，硬烤温度为140℃，时间为10分钟。步骤3：将步骤1得到的PDLC材料用辊涂的方法均匀涂覆在下基板镀有ITO导电层的一面。

步骤4：将所得的上基板与下基板用压合机压合。上、下基板在压合之前要清洗干净，清洗过程为依次使用甲醇、去离子水清洗，并用***吹去多余水分，放于100℃烘箱中烘干，冷却后使用。

步骤5：将压合后的基板放入UV灯箱中固化，固化波长为365nm，固化强度为2mW/cm²，固化温度为30℃，固化时间为10min。

其中，步骤2和步骤3可以调换顺序，或者可以同时进行。

由以上步骤即可得到PDLC显示器件，其PDLC材料层的厚度为8μm。其透过率-电压(V-T)曲线如图3所示。由图3可以看出，PDLC显示器件的驱动电压较低，当透过率为70％时的驱动电压只有5v左右，并且对比度良好。

实施例6

聚合物分散液晶材料采用实施例2中的材料及配方，一共称取10g PDLC材料。

PDLC显示器件的制备过程包括以下步骤：

步骤1：取干净的50ml烧杯一个，在烧杯中依次加入0.01g光引发剂D1173、0.1g吐温80、0.2g丙烯酸异冰片酯、0.3g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1.19g乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、0.8g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和7.5g液晶材料BHR40200。然后在混合物中加入搅拌磁子，将烧杯放入磁力搅拌器上，室温搅拌15-20分钟，至混合液为透明溶液。称量、搅拌过程中注意避光。

步骤2：将步骤1得到的PDLC材料用刮涂的方法均匀涂覆在下基板镀有ITO导电层的一面。步骤3：将光阻材料EPG-510用旋涂的方法均匀涂覆在上基板镀有ITO导电层的一面，经过黄光微影制程，即软烤、曝光、显影和硬烤等常规工艺，得到附有光阻间隔物的上基板。其中，软烤温度为105℃，时间为7分钟，曝光强度为250mW/s，硬烤温度为160℃，时间为10分钟。

步骤5：将压合后的基板放入UV灯箱中固化，固化波长为365nm，固化强度为5mW/cm²，固化温度为25℃，固化时间为20min。

其中，步骤2和步骤3可以调换顺序，或者可以同时进行。

由以上步骤即可得到PDLC显示器件，其PDLC材料层的厚度为10μm，驱动电压低，当透过率为70％时的驱动电压在5v左右，并且对比度良好。

实施例7

分别采用实施例3、4的材料及配方，以及本发明所述制备方法制备显示器件。其结果与实施例5、6类似，PDLC显示器件的驱动电压较低，当透过率为70％时的驱动电压在4.5-5.2v之间，并且对比度良好。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种聚合物分散液晶材料，其特征在于，按重量份由以下成分组成：

液晶材料：50～80；

丙烯酸酯低聚物：5～20；

稀释单体：10～25；

光引发剂：0.01～1；

表面活性剂：0.1～5。

2.根据权利要求1所述的聚合物分散液晶材料，其特征在于，所述表面活性剂为吐温、司班、卵磷脂中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的聚合物分散液晶材料，其特征在于，所述液晶材料为向列相液晶材料，优选向列相联苯氰基类液晶材料；所述丙烯酸酯低聚物为脂肪族聚氨酯丙烯酸酯；所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、丙烯酸异冰片酯、N-乙烯基吡咯烷酮、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或多种；所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮、安息香双甲醚、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、苯基双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种或多种。

4.一种聚合物分散液晶显示器件，包括分别镀有导电层的上、下基板以及位于两基板之间的聚合物分散液晶膜，其特征在于，所述聚合物分散液晶膜为权利要求1-3任一项所述的聚合物分散液晶材料固化而得。

5.根据权利要求4所述的液晶显示器件，其特征在于，所述上、下基板之间由光阻间隔物支撑，所述光阻间隔物固定于所述上基板之上。

6.权利要求4或5所述聚合物分散液晶显示器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述上基板的制备方法为：将光阻材料均匀涂覆在上基板镀有导电层的一面，通过黄光微影制程得到固定有光阻间隔物的上基板。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述光阻材料为正性光阻材料，涂覆方法为旋涂法；所述黄光微影制程的软烤温度为90～110℃，软烤时间为5～10分钟，曝光过程中的曝光强为200～300mW/s，硬烤温度为140～180℃，硬烤时间为10～20分钟。

9.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述透明溶液采用辊涂法或刮涂法涂覆于下基板。

10.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述紫外光固化的紫外光波长为250～380nm、强度为0.5～30mW/cm²；固化的时间为5～30分钟、温度为20～40℃。