專利名稱：高分子分散型液晶乳液及高分子分散型液晶復合膜的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高分子分散型液晶乳液及其制備方法，且特別涉及一種具有低驅動電壓的高分子分散型液晶復合膜及其制備方法。
背景技術：
高分子分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，簡稱PDLC)主要是由微米(micron size)尺寸大小的液晶顆粒分散在高分子中所組成。PDLC所形成的膜在無電場作用下呈不透明狀，而在電場存在下呈透明狀。在公知技術中，制備PDLC膜片的方法主要可分為乳化法(emulsion)、相分離制備法(phaseseparation)及微膠囊形成(encapsulation)等三大類。
乳化法主要是將液晶乳化并分散在高分子(通常為水溶性)水溶液中，然后涂布在可導電的基材表面(如涂有ITO導電層的PET膜或玻璃)。在加熱去除溶劑后，液晶/高分子水溶液形成固體膜，而液晶則一顆顆分散在高分子中。
相分離制備法主要可分為熱誘導相分離(thermally-induced phase separation，TIPS)、溶劑誘導相分離(solvent-induced phase separation，SIPS)及聚合誘導相分離(polymerization-induced phase separation，PIPS)三種。TIPS方法是在高溫下將液晶與可塑性高分子混合后涂布在可導電的基材表面，冷卻后可塑性高分子回到固體狀態，而液晶則一顆顆析出分散在高分子中。SIPS方法是將液晶及高分子溶入到有機溶劑中形成一均勻相，涂布在基材表面后再加熱去除溶劑，此時液晶一顆顆析出分散在高分子中。PIPS方法則是將液晶與低分子量的單體或寡聚物均均混合在一起，經過加熱或照光后，因液晶在高分子中溶解度降低而析出形成PDLC膜。
微膠囊形成是將液晶與反應單體均勻混合在一起，然后溶在含有表面活性劑及水溶性高分子(通常為PVA)水溶液中而形成直徑大約1～10μm的液晶/反應單體顆粒。接著加入交聯劑并加熱使反應單體聚合形成交聯性高分子，此時液晶被困在高分子中形成液晶膠囊顆粒，然后離心取得粒徑分布較窄的液晶膠囊顆粒。接著將液晶膠囊顆粒分散在水溶性高分子水溶液中，涂布在基材表面后使溶劑揮發掉而形成PDLC膜片。
影響PDLC膜性能的參數極多，包括膜片的厚度、液晶顆粒的形狀或大小或粒徑分布、液晶的種類、高分子的分子量或種類、高分子的聚合或交聯的程度、液晶分子在高分子中的溶解度、高分子及液晶的折射率及相對的重量百分比、添加劑(如表面活性劑)及金屬離子濃度等。
PDLC膜不需搭配偏光膜及配向膜，且應用領域包括大尺寸液晶平面顯示器、廣告看板、以及汽車或建筑物的可調光玻璃。通過選用不同特性的液晶、二色性染料(dichroic dye)、以及改變液晶顆粒的尺寸，可以制備具有不同功能的PDLC膜，并用于制造可調整光波波長的PDLC裝置等。然而，由于一般PDLC的裝置所需驅動電壓較高(約40～60伏特)，因此需要高阻值的液晶材料才能獲得良好的電荷保持特性。故降低驅動電壓不僅可改善電荷保持率，也可使產品具有較長的使用壽命并節省能源。
至目前為止，公知高分子分散型液晶的裝置皆存在對比不佳與驅動電壓高的問題，因此業界亟需一種可以降低驅動電壓的可調光材料及其制造方法。

發明內容
為解決上述問題，本發明通過在高分子分散型液晶中加入添加劑，以達降低驅動電壓目的。降低驅動電壓原理主要降低高分子與液晶間的作用力。也就是說，通過分子間的作用力將添加劑排列于高分子與液晶分子間，此添加劑的一端與高分子之間的作用力較強，而另一端與液晶之間的作用力較弱，故可降低高分子與液晶的表面作用力。
為達上述目的，本發明的一較佳實施例主要提供一種可調光材料，例如高分子分散型液晶乳液(emulsion)，包括液晶、高分子、以及含鹵素的非離子性表面活性劑。在其它實施例中，上述含鹵素的非離子性表面活性劑包括含氟的非離子性表面活性劑。在其它實施例中，上述含鹵素的非離子性表面活性劑的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。在其它實施例中，上述該高分子選自由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯醇共聚物(polyvinyl alcohol copolymer)、聚環氧乙烷(poly(ethylene oxide))、聚甲基乙烯醚/順丁烯二酸酐(polymethyl vinyl ether/maleic anhydride)、聚乙烯基吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone))、纖維素高分子(cellulosicpolymer)、天然橡膠(natural gums)、聚氨酯(polyurethane)、環氧樹脂、光固化的丙烯酸樹脂及聚丙烯酸酯(polyacrylate)所組成的群組。在其它實施例中，上述液晶的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。在其它實施例中，上述高分子的濃度進一步為該高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。
另外，本發明另一較佳實施例還提供一種高分子分散型液晶復合膜，包括上述高分子分散型液晶乳液以及一對基板，其中該高分子分散型液晶乳液夾于該對基板之間。在其它實施例中，上述含鹵素的非離子性表面活性劑包括含氟的非離子性表面活性劑。在其它實施例中，上述含鹵素的非離子性表面活性劑的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。在其它實施例中，上述高分子選自由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯醇共聚物(polyvinyl alcohol copolymer)、聚環氧乙烷(poly(ethyleneoxide))、聚甲基乙烯醚/順丁烯二酸酐(polymethyl vinyl ether/maleic anhydride)、聚乙烯基吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone))、纖維素高分子(cellulosic polymer)、天然橡膠(natural gums)、聚氨酯(polyurethane)、環氧樹脂、光固化的丙烯酸樹脂及聚丙烯酸酯(polyacrylate)所組成的群組。在其它實施例中，上述液晶的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。在其它實施例中，上述高分子的濃度進一步為該高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。在其它實施例中，上述基板包括可撓曲基板或玻璃基板。在其它實施例中，上述可撓曲基板包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板、聚二甲酸乙二脂(PEN)基板、聚醚砜樹脂(PES樹脂)基板。在其它實施例中，上述高分子分散型液晶復合膜還包括一透明導電薄膜，置于該基板與該高分子分散型液晶乳液之間。在其它實施例中，該透明導電薄膜包括銦錫氧化物(ITO)薄膜。
通過在液晶中加入含鹵素的非離子性表面活性劑等添加劑，以降低可調光材料的驅動電壓。因此，本發明可廣泛地應用于手表顯示、自動化顯示、標簽、廣告顯示、隱密性隔板如建筑用窗戶與車用天窗與側窗。


圖1表示PDLC乳液、PDLC膜以及PDLC裝置的制程流程圖。
圖2表示比較例與實施例的驅動電壓比較圖。
圖3表示液晶顆粒40的放大圖。
具體實施例方式
在本說明書中所用的百分比(％)符號均指“重量百分比”。以下的實施例采用乳化法作為PDLC乳液的制備方法。如上所述，主要是將液晶乳化并分散在高分子(通常為水溶性)水溶液中，然后涂布在可導電的基材表面(如涂有ITO導電層的PET膜或玻璃)。在加熱去除溶劑后，液晶/高分子水溶液形成固體膜，而液晶則一顆顆分散在高分子中。
比較例首先，將2g的UCL032液晶配方(財團法人工業技術研究院制造)(或E7(Merck制造))和0.01％～10％添加劑混合物(如低沸點醇類如甲醇、乙醇等)混合。其中，上述UCL032液晶配方主要包含4-(4-烷基環己基)-環己甲酸-4-氟苯基酯(4-(4-alkyl cyclohexy)-cyclohexane carboxylic acid-4-fluoro-phenyl ester)、4-(4-烷基環己基)-苯甲酸-4-氰基-3-氟-苯基酯(4-(4-alkyl cyclohexyl)-benzoic acid-4-cyano-3-fluoro-phenyl ester)、4-(4-烷基環己基)-苯甲酸-4-烷基苯基酯(4-(4-alkyl cyclohexyl)-benzoic acid 4-alkyl phenyl ester)以及4-甲基環己甲酸-4′-氰基-聯苯-4-基-酯(4-methyl cyclohexane carboxylic acid-4′-cyano-biphenyl-4-ylester)。
接著，加入5g的20％的PVA水溶液(長春化工制造)，并以均質機(Homogenizer)攪拌3-5分鐘，使得液晶乳化并分散在PVA水溶液中，而得到液晶乳液。
接著，將制備好的液晶乳液滴到含ITO膜的PET或玻璃基板上，并以方形框涂布器(孔徑可設定在50μm、75μm、或100μm)涂布。然后，將其上涂布有液晶乳液的PET或玻璃基板放置在烘箱中，于100℃的溫度烘烤5分鐘，以去除液晶乳液內所含的溶劑，而形成PDLC膜。
之后，在空白ITO-PET或ITO-玻璃基板上涂布貼合膠，并與含有PDLC膜的ITO-PET或是ITO-玻璃基板互相貼合，即形成可調光裝置。其中，上述貼合膠例如是壓克力光敏膠NOA65、NOA72等、或是PVA、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)等熱感壓膠。
實施例首先，將2g的UCL032液晶配方(財團法人工業技術研究院制造)(或E7(Merck制造))和0.0007g或0.035或0.35g(分別為總高分子分散液晶配方的0.01％、0.5％、5％)含氟的非離子性表面活性劑(如ZONYL FSN(杜邦制造)、ZONYL FSO(杜邦制造)、FC4430(3M制造)、FC4432(3M制造)、BYK340(BKY-ChemieGmbH制造)、344(BKY-Chemie GmbH制造)等)混合，如圖1的步驟1所示。在其它實施例中，也可以使用含其它鹵素的非離子性表面活性劑。
接著，加入5g的20％的PVA水溶液，并以均質機(Homogenizer)攪拌3-5分鐘，使得液晶乳化并分散在PVA水溶液(長春化工制造)中，而得到液晶乳液，如圖1的步驟2所示。
接著，將制備好的液晶乳液滴到含ITO膜的PET或玻璃基板50上，并以方形框涂布器(孔徑可設定在50μm、75μm、或100μm)涂布。然后，將其上涂布有液晶乳液的PET或玻璃基板放置在烘箱中，于100℃的溫度烘烤5分鐘，以去除液晶乳液內所含的溶劑，而形成PDLC膜，如圖1的步驟3所示。
之后，在空白ITO-PET或ITO-玻璃基板上涂布貼合膠，并與含有PDLC膜的ITO-PET或是ITO-玻璃基板50互相貼合，即形成可調光裝置，如圖1的步驟4所示。其中，上述貼合膠例如是壓克力光敏膠NOA65、NOA72等、或是PVA、PVB等熱感壓膠。
圖2表示比較例與實施例的驅動電壓比較圖。其中縱座標代表透光率(light transmittance)；橫座標代表驅動電壓。如圖2所示，在相同透光率(約50％左右)下，實施例的驅動電壓(低于10伏特)明顯低于比較例的驅動電壓(約40伏特)。
因此，通過在高分子分散型液晶中加入適當比例的含氟的非離子性表面活性劑，可以達到降低驅動電壓的目的。如圖3所示，降低驅動電壓原理主要降低高分子與液晶間的作用力。也就是說，通過分子間的作用力將含氟的非離子性表面活性劑20排列于高分子30與液晶分子10間，此含氟的非離子性表面活性劑20的一端與高分子30之間的作用力較強，而另一端與液晶10之間的作用力較弱，故可降低高分子30與液晶分子10的界面作用力。
本發明可廣泛地應用于手表顯示、自動化顯示、標簽、廣告顯示、隱密性隔板如建筑用窗戶與車用天窗與側窗。
以上所述僅為本發明較佳實施例，然其并非用以限定本發明的范圍，任何熟悉本項技術的人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，可在此基礎上做進一步的改進和變化，因此本發明的保護范圍當以本申請的權利要求書所界定的范圍為準。
附圖中符號的簡單說明如下1、2、3、4步驟。
權利要求
1.一種高分子分散型液晶乳液，包括液晶；高分子；以及含鹵素的非離子性表面活性劑。
2.根據權利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中該含鹵素的非離子性表面活性劑包括含氟的非離子性表面活性劑。
3.根據權利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中該含鹵素的非離子性表面活性劑的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。
4.根據權利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中該高分子選自由聚乙烯醇、聚乙烯醇共聚物、聚環氧乙烷、聚甲基乙烯醚/順丁烯二酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、纖維素高分子、天然橡膠、聚氨酯、環氧樹脂、光固化的丙烯酸樹脂及聚丙烯酸酯所組成的群組。
5.根據權利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中該液晶的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。
6.根據權利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中該高分子的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。
7.一種高分子分散型液晶復合膜，包括根據權利要求1所述的高分子分散型液晶乳液；以及一對基板，其中該高分子分散型液晶乳液夾于該對基板之間。
8.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該含鹵素的非離子性表面活性劑包括含氟的非離子性表面活性劑。
9.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該含鹵素的非離子性表面活性劑的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。
10.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該高分子選自由聚乙烯醇、聚乙烯醇共聚物、聚環氧乙烷、聚甲基乙烯醚/順丁烯二酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、纖維素高分子、天然橡膠、聚氨酯、環氧樹脂、光固化的丙烯酸樹脂及聚丙烯酸酯所組成的群組。
11.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該液晶的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。
12.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該高分子的濃度為該高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。
13.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該基板包括可撓曲基板或玻璃基板。
14.根據權利要求13所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該可撓曲基板包括聚對苯二甲酸乙二醇酯基板、聚二甲酸乙二脂基板、聚醚砜樹脂基板。
15.根據權利要求7所述的高分子分散型液晶復合膜，其中還包括一透明導電薄膜，置于該基板與該高分子分散型液晶乳液之間。
16.根據權利要求15所述的高分子分散型液晶復合膜，其中該透明導電薄膜包括銦錫氧化物薄膜。
全文摘要
本發明涉及高分子分散型液晶乳液及高分子分散型液晶復合膜。即，本發明提供一種可調光材料，例如高分子分散型液晶乳液，包括液晶、高分子、以及含鹵素的非離子性表面活性劑。另外，本發明也提供一種高分子分散型液晶復合膜，包括上述高分子分散型液晶乳液以及一對基板，其中該高分子分散型液晶乳液夾于該對基板之間。通過在液晶中加入可降低驅動電壓的添加劑，降低可調光材料的驅動電壓。
文檔編號C09K19/38GK1990823SQ20051013741
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月30日 優先權日2005年12月30日
發明者李靜觀, 陳青佑, 林洋鉅, 鄭功龍, 曾育南 申請人:財團法人工業技術研究院