专利名称：高分子分散型液晶乳液及高分子分散型液晶复合膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高分子分散型液晶乳液及其制备方法，且特别涉及一种具有低驱动电压的高分子分散型液晶复合膜及其制备方法。
背景技术：
高分子分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，简称PDLC)主要是由微米(micron size)尺寸大小的液晶颗粒分散在高分子中所组成。PDLC所形成的膜在无电场作用下呈不透明状，而在电场存在下呈透明状。在公知技术中，制备PDLC膜片的方法主要可分为乳化法(emulsion)、相分离制备法(phaseseparation)及微胶囊形成(encapsulation)等三大类。
乳化法主要是将液晶乳化并分散在高分子(通常为水溶性)水溶液中，然后涂布在可导电的基材表面(如涂有ITO导电层的PET膜或玻璃)。在加热去除溶剂后，液晶/高分子水溶液形成固体膜，而液晶则一颗颗分散在高分子中。
相分离制备法主要可分为热诱导相分离(thermally-induced phase separation，TIPS)、溶剂诱导相分离(solvent-induced phase separation，SIPS)及聚合诱导相分离(polymerization-induced phase separation，PIPS)三种。TIPS方法是在高温下将液晶与可塑性高分子混合后涂布在可导电的基材表面，冷却后可塑性高分子回到固体状态，而液晶则一颗颗析出分散在高分子中。SIPS方法是将液晶及高分子溶入到有机溶剂中形成一均匀相，涂布在基材表面后再加热去除溶剂，此时液晶一颗颗析出分散在高分子中。PIPS方法则是将液晶与低分子量的单体或寡聚物均均混合在一起，经过加热或照光后，因液晶在高分子中溶解度降低而析出形成PDLC膜。
微胶囊形成是将液晶与反应单体均匀混合在一起，然后溶在含有表面活性剂及水溶性高分子(通常为PVA)水溶液中而形成直径大约1～10μm的液晶/反应单体颗粒。接着加入交联剂并加热使反应单体聚合形成交联性高分子，此时液晶被困在高分子中形成液晶胶囊颗粒，然后离心取得粒径分布较窄的液晶胶囊颗粒。接着将液晶胶囊颗粒分散在水溶性高分子水溶液中，涂布在基材表面后使溶剂挥发掉而形成PDLC膜片。
影响PDLC膜性能的参数极多，包括膜片的厚度、液晶颗粒的形状或大小或粒径分布、液晶的种类、高分子的分子量或种类、高分子的聚合或交联的程度、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对的重量百分比、添加剂(如表面活性剂)及金属离子浓度等。
PDLC膜不需搭配偏光膜及配向膜，且应用领域包括大尺寸液晶平面显示器、广告看板、以及汽车或建筑物的可调光玻璃。通过选用不同特性的液晶、二色性染料(dichroic dye)、以及改变液晶颗粒的尺寸，可以制备具有不同功能的PDLC膜，并用于制造可调整光波波长的PDLC装置等。然而，由于一般PDLC的装置所需驱动电压较高(约40～60伏特)，因此需要高阻值的液晶材料才能获得良好的电荷保持特性。故降低驱动电压不仅可改善电荷保持率，也可使产品具有较长的使用寿命并节省能源。
至目前为止，公知高分子分散型液晶的装置皆存在对比不佳与驱动电压高的问题，因此业界亟需一种可以降低驱动电压的可调光材料及其制造方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明通过在高分子分散型液晶中加入添加剂，以达降低驱动电压目的。降低驱动电压原理主要降低高分子与液晶间的作用力。也就是说，通过分子间的作用力将添加剂排列于高分子与液晶分子间，此添加剂的一端与高分子之间的作用力较强，而另一端与液晶之间的作用力较弱，故可降低高分子与液晶的表面作用力。
为达上述目的，本发明的一较佳实施例主要提供一种可调光材料，例如高分子分散型液晶乳液(emulsion)，包括液晶、高分子、以及含卤素的非离子性表面活性剂。在其它实施例中，上述含卤素的非离子性表面活性剂包括含氟的非离子性表面活性剂。在其它实施例中，上述含卤素的非离子性表面活性剂的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。在其它实施例中，上述该高分子选自由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚乙烯醇共聚物(polyvinyl alcohol copolymer)、聚环氧乙烷(poly(ethylene oxide))、聚甲基乙烯醚/顺丁烯二酸酐(polymethyl vinyl ether/maleic anhydride)、聚乙烯基吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone))、纤维素高分子(cellulosicpolymer)、天然橡胶(natural gums)、聚氨酯(polyurethane)、环氧树脂、光固化的丙烯酸树脂及聚丙烯酸酯(polyacrylate)所组成的群组。在其它实施例中，上述液晶的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。在其它实施例中，上述高分子的浓度进一步为该高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。
另外，本发明另一较佳实施例还提供一种高分子分散型液晶复合膜，包括上述高分子分散型液晶乳液以及一对基板，其中该高分子分散型液晶乳液夹于该对基板之间。在其它实施例中，上述含卤素的非离子性表面活性剂包括含氟的非离子性表面活性剂。在其它实施例中，上述含卤素的非离子性表面活性剂的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。在其它实施例中，上述高分子选自由聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、聚乙烯醇共聚物(polyvinyl alcohol copolymer)、聚环氧乙烷(poly(ethyleneoxide))、聚甲基乙烯醚/顺丁烯二酸酐(polymethyl vinyl ether/maleic anhydride)、聚乙烯基吡咯烷酮(poly(vinyl pyrrolidone))、纤维素高分子(cellulosic polymer)、天然橡胶(natural gums)、聚氨酯(polyurethane)、环氧树脂、光固化的丙烯酸树脂及聚丙烯酸酯(polyacrylate)所组成的群组。在其它实施例中，上述液晶的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。在其它实施例中，上述高分子的浓度进一步为该高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。在其它实施例中，上述基板包括可挠曲基板或玻璃基板。在其它实施例中，上述可挠曲基板包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基板、聚二甲酸乙二脂(PEN)基板、聚醚砜树脂(PES树脂)基板。在其它实施例中，上述高分子分散型液晶复合膜还包括一透明导电薄膜，置于该基板与该高分子分散型液晶乳液之间。在其它实施例中，该透明导电薄膜包括铟锡氧化物(ITO)薄膜。
通过在液晶中加入含卤素的非离子性表面活性剂等添加剂，以降低可调光材料的驱动电压。因此，本发明可广泛地应用于手表显示、自动化显示、标签、广告显示、隐密性隔板如建筑用窗户与车用天窗与侧窗。
图1表示PDLC乳液、PDLC膜以及PDLC装置的制程流程图。
图2表示比较例与实施例的驱动电压比较图。
图3表示液晶颗粒40的放大图。
具体实施例方式
在本说明书中所用的百分比(％)符号均指“重量百分比”。以下的实施例采用乳化法作为PDLC乳液的制备方法。如上所述，主要是将液晶乳化并分散在高分子(通常为水溶性)水溶液中，然后涂布在可导电的基材表面(如涂有ITO导电层的PET膜或玻璃)。在加热去除溶剂后，液晶/高分子水溶液形成固体膜，而液晶则一颗颗分散在高分子中。
比较例首先，将2g的UCL032液晶配方(财团法人工业技术研究院制造)(或E7(Merck制造))和0.01％～10％添加剂混合物(如低沸点醇类如甲醇、乙醇等)混合。其中，上述UCL032液晶配方主要包含4-(4-烷基环己基)-环己甲酸-4-氟苯基酯(4-(4-alkyl cyclohexy)-cyclohexane carboxylic acid-4-fluoro-phenyl ester)、4-(4-烷基环己基)-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-烷基环己基)-苯甲酸-4-烷基苯基酯(4-(4-alkyl cyclohexyl)-benzoic acid 4-alkyl phenyl ester)以及4-甲基环己甲酸-4′-氰基-联苯-4-基-酯(4-methyl cyclohexane carboxylic acid-4′-cyano-biphenyl-4-ylester)。
接着，加入5g的20％的PVA水溶液(长春化工制造)，并以均质机(Homogenizer)搅拌3-5分钟，使得液晶乳化并分散在PVA水溶液中，而得到液晶乳液。
接着，将制备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(孔径可设定在50μm、75μm、或100μm)涂布。然后，将其上涂布有液晶乳液的PET或玻璃基板放置在烘箱中，于100℃的温度烘烤5分钟，以去除液晶乳液内所含的溶剂，而形成PDLC膜。
之后，在空白ITO-PET或ITO-玻璃基板上涂布贴合胶，并与含有PDLC膜的ITO-PET或是ITO-玻璃基板互相贴合，即形成可调光装置。其中，上述贴合胶例如是压克力光敏胶NOA65、NOA72等、或是PVA、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)等热感压胶。
实施例首先，将2g的UCL032液晶配方(财团法人工业技术研究院制造)(或E7(Merck制造))和0.0007g或0.035或0.35g(分别为总高分子分散液晶配方的0.01％、0.5％、5％)含氟的非离子性表面活性剂(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，如图1的步骤1所示。在其它实施例中，也可以使用含其它卤素的非离子性表面活性剂。
接着，加入5g的20％的PVA水溶液，并以均质机(Homogenizer)搅拌3-5分钟，使得液晶乳化并分散在PVA水溶液(长春化工制造)中，而得到液晶乳液，如图1的步骤2所示。
接着，将制备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(孔径可设定在50μm、75μm、或100μm)涂布。然后，将其上涂布有液晶乳液的PET或玻璃基板放置在烘箱中，于100℃的温度烘烤5分钟，以去除液晶乳液内所含的溶剂，而形成PDLC膜，如图1的步骤3所示。
之后，在空白ITO-PET或ITO-玻璃基板上涂布贴合胶，并与含有PDLC膜的ITO-PET或是ITO-玻璃基板50互相贴合，即形成可调光装置，如图1的步骤4所示。其中，上述贴合胶例如是压克力光敏胶NOA65、NOA72等、或是PVA、PVB等热感压胶。
图2表示比较例与实施例的驱动电压比较图。其中纵座标代表透光率(light transmittance)；横座标代表驱动电压。如图2所示，在相同透光率(约50％左右)下，实施例的驱动电压(低于10伏特)明显低于比较例的驱动电压(约40伏特)。
因此，通过在高分子分散型液晶中加入适当比例的含氟的非离子性表面活性剂，可以达到降低驱动电压的目的。如图3所示，降低驱动电压原理主要降低高分子与液晶间的作用力。也就是说，通过分子间的作用力将含氟的非离子性表面活性剂20排列于高分子30与液晶分子10间，此含氟的非离子性表面活性剂20的一端与高分子30之间的作用力较强，而另一端与液晶10之间的作用力较弱，故可降低高分子30与液晶分子10的界面作用力。
本发明可广泛地应用于手表显示、自动化显示、标签、广告显示、隐密性隔板如建筑用窗户与车用天窗与侧窗。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下1、2、3、4步骤。
权利要求
1.一种高分子分散型液晶乳液，包括液晶；高分子；以及含卤素的非离子性表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中该含卤素的非离子性表面活性剂包括含氟的非离子性表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中该含卤素的非离子性表面活性剂的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。
4.根据权利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中该高分子选自由聚乙烯醇、聚乙烯醇共聚物、聚环氧乙烷、聚甲基乙烯醚/顺丁烯二酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素高分子、天然橡胶、聚氨酯、环氧树脂、光固化的丙烯酸树脂及聚丙烯酸酯所组成的群组。
5.根据权利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中该液晶的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。
6.根据权利要求1所述的高分子分散型液晶乳液，其中该高分子的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。
7.一种高分子分散型液晶复合膜，包括根据权利要求1所述的高分子分散型液晶乳液；以及一对基板，其中该高分子分散型液晶乳液夹于该对基板之间。
8.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该含卤素的非离子性表面活性剂包括含氟的非离子性表面活性剂。
9.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该含卤素的非离子性表面活性剂的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的0.01～5％。
10.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该高分子选自由聚乙烯醇、聚乙烯醇共聚物、聚环氧乙烷、聚甲基乙烯醚/顺丁烯二酸酐、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素高分子、天然橡胶、聚氨酯、环氧树脂、光固化的丙烯酸树脂及聚丙烯酸酯所组成的群组。
11.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该液晶的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的1～90％。
12.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该高分子的浓度为该高分子分散型液晶乳液重量的1～50％。
13.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该基板包括可挠曲基板或玻璃基板。
14.根据权利要求13所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该可挠曲基板包括聚对苯二甲酸乙二醇酯基板、聚二甲酸乙二脂基板、聚醚砜树脂基板。
15.根据权利要求7所述的高分子分散型液晶复合膜，其中还包括一透明导电薄膜，置于该基板与该高分子分散型液晶乳液之间。
16.根据权利要求15所述的高分子分散型液晶复合膜，其中该透明导电薄膜包括铟锡氧化物薄膜。
全文摘要
本发明涉及高分子分散型液晶乳液及高分子分散型液晶复合膜。即，本发明提供一种可调光材料，例如高分子分散型液晶乳液，包括液晶、高分子、以及含卤素的非离子性表面活性剂。另外，本发明也提供一种高分子分散型液晶复合膜，包括上述高分子分散型液晶乳液以及一对基板，其中该高分子分散型液晶乳液夹于该对基板之间。通过在液晶中加入可降低驱动电压的添加剂，降低可调光材料的驱动电压。
文档编号C09K19/38GK1990823SQ20051013741
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者李静观, 陈青佑, 林洋钜, 郑功龙, 曾育南 申请人:财团法人工业技术研究院