CN103602338B

CN103602338B - 高分子分散型液晶的制造方法

Info

Publication number: CN103602338B
Application number: CN201310586560.5A
Authority: CN
Inventors: 陈建华; 苏峻纬
Original assignee: CPT Video Wujiang Co Ltd; Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Suzhou Shengze Science And Technology Pioneer Park Development Co ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: CN103602338A

Abstract

一种高分子分散型液晶的制造方法，包含：混合液晶、第一光可聚合材料、第一光起始剂、第二光可聚合材料及第二光起始剂以形成混合物，第一光起始剂用以使第一光可聚合材料在第一紫外光照射下开始进行聚合，第二光起始剂用以使第二光可聚合材料在第二紫外光照射下开始进行聚合，第一紫外光的波长不同于第二紫外光的波长；聚合第一光可聚合材料透过照射第一紫外光，以形成多个第一液晶胞液滴；以及聚合第二光可聚合材料透过照射第二紫外光，以形成多个第二液晶胞液滴散布在第一液晶胞液滴之间。

Description

高分子分散型液晶的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种高分子分散型液晶的制造方法。

背景技术

高分子分散型液晶(PolymerDispersedLiquidCrystal,PDLC)是将液晶与可聚合单体或寡聚物均匀混合，在一定的条件下引发聚合反应而产生微米尺度的液晶胞液滴均匀散布在聚合物内。由于液晶的光电特性，使得高分子分散型液晶可藉由外加电压产生透明态和散射态的调变。此种材料的特性已被广泛运用在透明显示器和软性显示器等领域。

然而现有的高分子分散液晶的液晶胞液滴的分布密度不足，导致散射态的穿透度偏高，进而导致对比度不足。因此，如何改善高分子分散型液晶的对比度成为目前重要的课题之一。

发明内容

本发明的一态样提供一种高分子分散型液晶的制造方法，能够有效提升液晶胞液滴分布密度，进而增强散射态的雾度而可提高对比度。该制造方法包含下列步骤：混合液晶、第一光可聚合材料、第一光起始剂、第二光可聚合材料及第二光起始剂，以形成一混合物，其中第一光起始剂用以使第一光可聚合材料在第一紫外光照射下开始进行聚合，第二光起始剂用以使第二光可聚合材料在第二紫外光照射下开始进行聚合，第一紫外光的波长不同于第二紫外光的波长；聚合混合物的第一光可聚合材料透过照射第一紫外光，以形成多个第一液晶胞液滴；以及聚合混合物的第二光可聚合材料透过照射第二紫外光，以形成多个第二液晶胞液滴散布在第一液晶胞液滴之间。

根据本发明的一实施方式，第二光可聚合材料的黏滞系数小于第一光可聚合材料的黏滞系数。

根据本发明的一实施方式，第一光可聚合材料的黏滞系数介于60mm²S^-1与100mm²S^-1(20^oC)之间，第二光可聚合材料的黏滞系数小于60mm²S^-1(20^oC)。

根据本发明的一实施方式，第一光可聚合材料的黏滞系数介于60mm²S^-1与100mm²S^-1(20^oC)之间，第二光可聚合材料的黏滞系数介于20mm²S^-1与50mm²S^-1(20^oC)之间。

根据本发明的一实施方式，液晶占混合物总重的56至89.8wt%，第一光可聚合材料、第一光起始剂、第二光可聚合材料及第二光起始剂占混合物总重的10.2至44wt%。

根据本发明的一实施方式，第一光可聚合材料占混合物总重的5至20wt%，第一光起始剂占混合物总重的0.1至2wt%，第二光可聚合材料占混合物总重的5至20wt%，第二光起始剂占混合物总重的0.1至2wt%。

根据本发明的一实施方式，第一光可聚合材料为三羟甲基丙烷乙氧酸三丙酰酸(trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate)，第二光可聚合材料为环氧丙烯酸酯寡聚物(epoxyacrylateoligomer)。

根据本发明的一实施方式，第一光起始剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide)，第二光起始剂为2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone)。

根据本发明的一实施方式，第一紫外光的波长介于360nm与370nm之间，第二紫外光的波长介于310nm与320nm之间。

根据本发明的一实施方式，各第二液晶胞液滴的粒径小于或等于各第一液晶胞液滴的粒径。

附图说明

图1A-图1E是显示依照本发明数种实施方式的高分子分散型液晶的制造方法的各制程阶段剖面示意图；

图2是显示比较例1、比较例2及实验例1的穿透度对外加电压的关系图。

【主要组件符号说明】

100：显示器

102：基板

104：高分子分散型液晶层

110：液晶

120：第一光可聚合材料

120a：第一液晶胞液滴

130：第二光可聚合材料

130a：第二液晶胞液滴

202：第一紫外光

204：第二紫外光。

具体实施方式

以下将以图式公开本发明的复数个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。此外，为简化图式起见，一些公知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示的。

本发明的一态样提供一种高分子分散型液晶的制造方法，其藉由提供两种以上的光可聚合材料并依序聚合，而可形成多种不同尺寸的液晶胞液滴分散于聚合物内，提升液晶胞液滴的分布密度，增强散射态的雾度，进而提高对比度。以下将详述制造高分子分散型液晶的方法。图1A-图1E是显示依照本发明数种实施方式的高分子分散型液晶的制造方法的各制程阶段剖面示意图。

如图1A所示，混合液晶110、第一光可聚合材料120、第一光起始剂、第二光可聚合材料130及第二光起始剂，以形成均质的混合物。可利用任何公知的混合装置混合上述材料以形成混合物。然后，在一实施方式中，将此混合物填充于两基板102之间，再进行下述照射第一紫外光及照射第二紫外光步骤。

以下将举例说明液晶、第一光可聚合材料、第一光起始剂、第二光可聚合材料及第二光起始剂可使用的材料。液晶可例如为向列型液晶(Nematicliquidcrystals)或其他合适的材料。

第一光可聚合材料及第二光可聚合材料为不同种类的光可聚合单体或寡聚物。第一及第二光可聚合材料可例如为含双键化合物、含环氧官能基化合物或其混合物。含双键化合物可例如含丙烯酸基(acrylgroup)或异氰酸酯(isocyanategroup)基，但不限于此。含丙烯酸基的化合物例如为：丙烯酸树脂(acrylicresin)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethaneacrylate)、聚酯丙烯酸酯(polyesteracrylate)、聚醚丙烯酸酯(polyetheracrylate)、环氧丙烯酸酯(epoxyacrylate)或其混合物。含环氧官能基化合物例如为环氧树脂(epoxyresin)、环氧丙烯酸酯或其混合物。

第一光起始剂用以使第一光可聚合材料在第一紫外光照射下开始进行聚合，第二光起始剂用以使第二光可聚合材料在第二紫外光照射下开始进行聚合。为了使第二光可聚合材料在照射第一紫外光时不发生聚合反应，第一紫外光的波长需不同于第二紫外光的波长。第一及第二光起始剂可例如为2,2-乙氧基苯乙酮(2,2-diethoxyacetophenone)、二苯甲酮(benzophenone)、1-羟环己基苯基丙酮(1-hydroxycyclohexylphenylketone)、二乙基塞吨酮(diethylthioxanthone)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-one)、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮(1-(4-isopropylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropane-1-one)、2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4-morpholinobutyrophenone)或2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide)，但不限于此。

在一具体实施例中，第一光可聚合材料为三羟甲基丙烷乙氧酸三丙酰酸(trimethylolpropaneethoxylatetriacrylate)，第一光起始剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷，第一紫外光的波长介于360nm与370nm之间。在本具体实施例中，第二光可聚合材料为环氧丙烯酸酯寡聚物(epoxyacrylateoligomer)，第二光起始剂为2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮，第二紫外光的波长介于310nm与320nm之间。但上述具体实施例仅用于示例，并非用以限定本发明。

如图1B-图1C所示，进行照射第一紫外光202步骤，使混合物中的第一光可聚合材料120受到第一光起始剂的影响而开始聚合，而形成多个第一液晶胞液滴120a。第一紫外光202的波长可根据第一光可聚合材料120和第一光起始剂的材料及反应特性作适当的选择。此步骤可使用紫外光照射器来进行紫外光照射处理。紫外光照射器一般包含光源、照射器、冷却装置和电源装置。光源例如可为高压汞灯、无臭氧汞灯、氙灯、熔化灯或金属卤素灯。

如图1D-图1E所示，进行照射第二紫外光204步骤，使混合物中的第二光可聚合材料130受到第二光起始剂的影响而开始聚合，而形成多个第二液晶胞液滴130a散布在第一液晶胞液滴120a之间。上述第二紫外光204的波长可根据第二光可聚合材料130和第二光起始剂的材料及反应特性作适当的选择。此步骤亦可使用紫外光照射器来进行紫外光照射处理。值得注意的是，由于第二液晶胞液滴130a可进一步增加液晶胞液滴的分布密度，而可增加散射态的雾度，进而可提升对比度。此外，第二光可聚合材料130在聚合时受限于第一液晶胞液滴120a的立体结构，故形成的第二液晶胞液滴130a的粒径可能小于或等于第一液晶胞液滴120a的粒径。

在一实施方式中，为了使第二光可聚合材料130在形成第一液晶胞液滴120a之后仍易于聚合，较佳系使第二光可聚合材料130的黏滞系数小于第一光可聚合材料120的黏滞系数。在一实施方式中，第一光可聚合材料120的黏滞系数介于60mm²S^-1与100mm²S^-1(20^oC)之间，第二光可聚合材料130的黏滞系数小于60mm²S^-1(20^oC)。

在一实施方式中，第一光可聚合材料120的黏滞系数介于60mm²S^-1与100mm²S^-1(20^oC)之间，第二光可聚合材料130的黏滞系数介于20mm²S^-1与50mm²S^-1(20^oC)之间。

液晶、第一光可聚合材料、第一光起始剂、第二光可聚合材料及第二光起始剂的比例可作适当的调整。在一实施方式中，液晶占混合物总重的56至89.8wt%，第一光可聚合材料、第一光起始剂、第二光可聚合材料及第二光起始剂占混合物总重的10.2至44wt%。这是因为若液晶占混合物总重的比例小于56wt%，则因液晶含量较少而只能形成较少量的液晶胞液滴；若液晶占混合物总重的比例大于89.8wt%，则因光可聚合材料的含量太少，只能形成极少量的聚合物，而无法有效与液晶发生相分离，形成液晶胞液滴。

另一方面，第一光可聚合材料及第二光可聚合材料的比例可任意调整，以获得良好的液晶胞液滴分布情形及分布密度。第一光起始剂及第二光起始剂的用量可分别根据第一光可聚合材料及第二光可聚合材料的的用量作适当的选择。一般而言，光起始剂的用量通常为光可聚合材料重量的0.5至10wt%。在一实施方式中，第一光可聚合材料占混合物总重的5至20wt%，第一光起始剂占混合物总重的0.1至2wt%，第二光可聚合材料占混合物总重的5至20wt%，第二光起始剂占混合物总重的0.1至2wt%。但上述实施方式仅用于示例，并非用以限定本发明。

此外，如图1E所示，第一液晶胞液滴120a、第二液晶胞液滴130a、第一光可聚合材料120聚合后的产物及第二光可聚合材料130聚合后的产物构成高分子分散型液晶层104。高分子分散型液晶层104与显示面板可构成高对比度的显示器，而可广泛运用于透明显示器(如电控玻璃)和软性显示器(如电子书)等领域。举例而言，图1A-图1E的两基板102可分别为薄膜晶体管阵列基板与彩色滤光片基板，或分别为整合彩色滤光片与薄膜晶体管阵列的基板(colorfilteronarray；COA或arrayoncolorfilter；AOC)与无彩色滤光片的基板。因此，高分子分散型液晶层104与两基板102可构成高分子分散型液晶显示器100。基板102可包含透明电极(未绘示)。可根据不同的电场驱动模式决定透明电极的设置位置。电场驱动模式例如为扭转向列(TwistedNematic；TN)模式及横向电场驱动(In-PlaneSwitching；IPS)模式。上述透明电极的材料可为氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟钛(ITiO)、氧化铟钼(IMO)或其他透明导电材料。由于此类高分子分散型液晶显示器不需使用偏光板，故可表现较高的亮度。

实例

以下列举数个实例(即比较例1、比较例2及实验例1)以更详尽阐述本发明的方法，然其仅为例示说明之用，并非用以限定本发明，本发明的保护范围当以前述的申请专利范围所界定者为准。

比较例1

提供向列型液晶、三羟甲基丙烷乙氧酸三丙酰酸及2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷，其重量百分比为56-89.8：10-40：0.2-4。在经过混合及照射365nm的紫外光波长之后，形成一种高分子分散型液晶。然后，将此高分子分散型液晶进行测试，得到如图2所示的光电特性曲线202。此高分子分散型液晶的散射态的穿透度约为17%，透明态的穿透度约为78%。

比较例2

提供向列型液晶、三羟甲基丙烷乙氧酸三丙酰酸、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷、环氧丙烯酸酯寡聚物及2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮，其重量百分比为56-89.8：5-20：0.1-2：5-20：0.1-2。在经过混合及照射波长约为365nm的紫外光之后，形成一种高分子分散型液晶。然后，将此高分子分散型液晶进行测试，而得到如图2所示的光电特性曲线204。此高分子分散型液晶的散射态的穿透度约为16%，透明态的穿透度约为78%。

实验例1

提供与比较例2相同的组成物。在依序经过混合、照射波长约为365nm的紫外光及照射波长约为313nm的紫外光之后，形成一种高分子分散型液晶。然后，将此高分子分散型液晶进行测试，而得到如图2所示的光电特性曲线206。此高分子分散型液晶的散射态的穿透度约为3%，透明态的穿透度约为80%。

由比较例1、2与实验例1的结果可以了解，照射波长为313nm的紫外光程序可使液晶析出更多液晶胞液滴，使散射态的穿透度约可从16-17%降至3%。由此可证明以本发明的高分子分散型液晶的制造方法所制得的高分子分散型液晶的散射态确实具有相当低的穿透度(即具有高雾度)，因此可大幅提升对比度。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视前述的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种高分子分散型液晶的制造方法，包含下列步骤：

混合一液晶、一第一光可聚合材料、一第一光起始剂、一第二光可聚合材料及一第二光起始剂，以形成一混合物，其中该第一光起始剂用以使该第一光可聚合材料在一第一紫外光照射下开始进行聚合，该第二光起始剂用以使该第二光可聚合材料在一第二紫外光照射下开始进行聚合，该第一紫外光的波长不同于该第二紫外光的波长；该第二光可聚合材料的黏滞系数小于该第一光可聚合材料的黏滞系数；

聚合该混合物的该第一光可聚合材料透过照射该第一紫外光，以形成多个第一液晶胞液滴；以及

聚合该混合物的该第二光可聚合材料透过照射该第二紫外光，以形成多个第二液晶胞液滴散布在该些第一液晶胞液滴之间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一光可聚合材料在20℃时的黏滞系数介于60mm²S^-1与100mm²S^-1之间，该第二光可聚合材料在20℃时的黏滞系数小于60mm²S^-1。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一光可聚合材料在20℃时的黏滞系数介于60mm²S^-1与100mm²S^-1之间，该第二光可聚合材料在20℃时的黏滞系数介于20mm²S^-1与50mm²S^-1之间。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该液晶占该混合物总重的56至89.8wt％，该第一光可聚合材料、该第一光起始剂、该第二光可聚合材料及该第二光起始剂占该混合物总重的10.2至44wt％。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该第一光可聚合材料占该混合物总重的5至20wt％，该第一光起始剂占该混合物总重的0.1至2wt％，该第二光可聚合材料占该混合物总重的5至20wt％，该第二光起始剂占该混合物总重的0.1至2wt％。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一光可聚合材料为三羟甲基丙烷乙氧酸三丙酰酸，该第二光可聚合材料为环氧丙烯酸酯寡聚物。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该第一光起始剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化磷，该第二光起始剂为2-芐基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1-丁酮。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该第一紫外光的该波长介于360nm与370nm之间，该第二紫外光的该波长介于310nm与320nm之间。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各该第二液晶胞液滴的粒径小于或等于各该第一液晶胞液滴的粒径。