TWI598669B - 液晶裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種液晶裝置,且特別是有關於一種具有高穿透度且可以低電壓驅動的液晶裝置。
隨著對智慧型窗戶的需求增加,各種光調節裝置或光切換裝置的應用因此而隨之發展。在現有技術中,已存在利用高分子分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal,PDLC)或高分子網絡型液晶(Polymer Network Liquid Crystal,PNLC)之特性之液晶調光裝置,其利用液晶分子在電場作用下切換排列狀態之特性,使光調節裝置切換成液晶分子排列整齊之透明態或液晶分子呈散射狀之不透明態。此類液晶調光裝置,係於具備電極的一對基板間設置有液晶層而構成,藉由外加電壓,以控制液晶的排列狀態進而切換調光裝置之透態及暗態。此種液晶調光裝置具有切換時間快速,隱蔽性佳的優點,且其除了可採膠合玻璃封裝做為建材外,亦可採可繞性基板封裝以形成薄膜型態外貼於現有之窗戶、落地窗等採光裝置,而不需改變建築物原本之配置。
以往使用PDLC或PNLC的液晶調光裝置中,可依操作方式區分為正常型液晶調光裝置以及反向型液晶調光裝置。正常型液晶調光裝置在無外加電壓時會因液晶分子朝向無規方向,成為白濁散亂的暗態
或霧態,外加電壓時會因液晶於電場方向配列,使光透過而成為透態。然而,正常型液晶調光裝置在使用時,為了維持使光透過的透明外觀,需要常常外加電壓,故在作為以透態使用場合較多的應用中,例如作為窗戶之使用時,會因耗費較多電力,而增加使用成本。
相對正常型液晶調光裝置,反向型液晶調光裝置在無外加電壓時為透態,外加電壓後則成為白濁散亂狀的霧態。由於一般反向型液晶調光裝置系由兩片含配向層的導電銦錫氧化物玻璃(ITO Glass)中間夾6-10微米的液晶與紫外光硬化樹脂層所形成,在未施加電壓的透態下,液晶調光裝置本身之穿透度會隨樹脂添加量越高而增加,但樹脂添加量增加時其切換為霧態之所需驅動電壓也會越大。當樹脂添加量降低時,又容易因黏著不足而影響液晶排列的穩定性,導致透態穿透度下降的問題。
因此,目前仍需要一種新穎的反向型液晶調光裝置,其具有高穿透度且可以低電壓驅動,以解決前述問題。
本發明提供一種新穎的液晶裝置,因其配向層含有反應性官能基,故不僅可以低電壓驅動,亦可維持透態時的穿透度穩定性。
本發明提供一種液晶裝置,其包含:一具有一第一導電層之第一基板、一具有一第二導電層之第二基板、一第一配向層以及一液晶層。其中,前述第一配向層係配置於前述第一基板的第一導電層上,其包含:一液晶配向處理劑以及一含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷。前述液晶層係配置於前述第一配向層上,其
包含一液晶材料以及一雙官能基樹脂。前述具有一第二導電層之第二基板係配置於前述液晶層上。
在本發明之一實施例中,其中前述具有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷係選自由γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)、γ-甲基丙烯醯氧丙基三異丙氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltriisopropoxysilane)以及γ-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltriethoxysilane)所組成之群組。
在本發明之一實施例中,其中相對於100重量份之前述液晶配向處理劑,前述配向層包含1至3重量份之該含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷。
在本發明之一實施例中,其中前述液晶配向處理劑係選自由丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、酚醛清漆樹脂、聚羥基苯乙烯、聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺、聚酯、纖維素、聚矽氧烷及其組合所組成之群組。
在本發明之一實施例中,其中前述雙官能基樹脂係選自由1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、1,9-壬二醇二丙烯酸酯(1,9-NDDA)二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA4EODA)、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(HPHPDA)、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯(PEG200DA)及其組合所組成之群組。
在本發明之一實施例中,其中相對於100重量份之前述液晶層,前述液晶層包含7至9重量份之前述雙官能基樹脂。
在本發明之一實施例中,其中前述雙官能基樹脂之重量平
均分子量(Mw)小於400。
在本發明之一實施例中,其中前述雙官能基樹脂更摻混有一光起始劑。
在本發明之一實施例中,其中前述第一基板以及前述第二基板各自獨立為玻璃基板或塑膠基板。
在本發明之一實施例中,前述液晶裝置更包含一第二配向層,其係配置於前述第二基板以及前述液晶層之間。
100‧‧‧第一基板
110‧‧‧第一導電層
200‧‧‧第一配向層
300‧‧‧液晶層
400‧‧‧第二基板
410‧‧‧第二導電層
500‧‧‧第二配向層
第1A~1B圖係為本發明之一實施例之液晶裝置在通電前與通電後的剖面示意圖。
第2A~2B圖係為本發明之另一實施例之液晶裝置在通電前與通電後的剖面示意圖。
為了使本發明揭示內容的敘述更加詳盡與完備,下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述;但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例,在有益的情形下可相互組合或取代,也可在一實施例中附加其他的實施例,而無須進一步的記載或說明。
在以下描述中,將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而,可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下,為簡化圖式,熟知的結構與裝置僅示意性地
繪示於圖中。
本發明之一目的係提供一種液晶裝置,且特別是一種具有高穿透度且可以低電壓驅動的液晶裝置。
請參照第1A~1B圖,係繪示根據本發明一實施例之液晶裝置在通電前與通電後之剖面示意圖。在此揭露之液晶裝置具有透態穿透度高且驅動電壓低等優點,適合作為反向型液晶調光裝置。如第1A圖所示,本實施例之液晶裝置,其包含:具有一第一電極層110之第一基板100、具有一第二電極層410之第二基板400、一第一配向層200以及一液晶層300。
適合作為本發明之液晶裝置的第一基板100以及第二基板400可以是透明性高的習知材料,並無特別的限制,例如可以各自獨立是玻璃基板或塑膠基板。適合之塑膠基板材料可以例如是三醋酸纖維素(TAC)、降冰片烯衍生物(norbornene derivative)之環烯烴共聚合物(COP)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)、二乙醯基纖維素(DAC)、聚丙烯酸酯(Pac)、聚乙醚碸(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯碸(PPSU)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚亞醯胺(PI)、聚碸(PSF)、聚芳香酯(PAR)或非晶(amorphous)氟樹酯,但不限於此。
第一基板100之第一導電層110以及第二基板400之第二導電層410可藉由沉積法而形成,例如,沉積一導電高分子、一導電金屬、一導電奈米線、或銦錫氧化物(Indium Tin Oxid,ITO)於基板上所形成,其可用以驅動液晶裝置中的液晶作動。在本發明之一實施例中,第一基板100以及第二基板400為具有銦錫氧化物作為第一、第二導電層110、410之玻璃基板。
在本發明之一實施例中,第一基板100的第一導電層110上設有一第一配向層200。第一配向層200包含液晶配向處理劑以及一含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷。
液晶配向處理劑可藉由光照射而定向排序,且當將液晶化合物定向排序時,透過例如各向異性交互作用等的交互作用,故能夠以一預定方向將鄰近的液晶化合物進行配向。液晶配向處理劑可包含一單分子化合物、一單體化合物、一寡聚化合物或一聚合化合物。適合的液晶配向處理劑可包含但不限於丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、酚醛清漆樹脂、聚羥基苯乙烯、聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺、聚酯、纖維素、聚矽氧烷或前述材料之組合。
藉由添加具有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷,可使第一配向層200不僅是具有使液晶配向的性質,藉由具有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷中的可反應官能基與液晶層300中的樹脂反應形成化學鍵結,可更降低液晶裝置之驅動電壓並維持高穿透度。適合的具有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷可以是一端含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)官能基,另一端含有矽氧官能基之矽烷,例如可以是γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)、γ-甲基丙烯醯氧丙基三異丙氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltriisopropoxysilane)或是γ-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltriethoxysilane)。
在本發明之一實施例中,相對於每100重量份之液晶配向處理劑,第一配向層200包含1至3重量份之含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷。含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽
烷添加量太少時無法維持液晶裝置透態之穿透度,然而含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷添加量過多時會影響液晶配向處理劑之配向效果。
在本發明之一實施例中,第一配向層200係藉由塗佈液晶配向處理劑以及含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷於第一基板100上後固化所形成。在塗佈液晶配向處理劑以及含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷前可將液晶配向處理劑以及含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷先溶於一溶劑中,溶劑可使塗佈液晶配向處理劑後之塗膜性或表面平滑性提高。適合的溶劑為使特定液晶配向處理劑溶解的溶劑,可以包含例如1-己醇、環己醇、1,2-乙二醇、1,2-丙二醇、丙二醇單丁基醚、乙二醇丁醚、二丙二醇二甲基醚、環己酮、環戊酮、N-甲基-吡咯烷酮、N-乙基-吡咯烷酮、γ-丁內酯或前述材料之組合。在本發明之一實施例中,溶劑可以是乙二醇丁醚與N-甲基-吡咯烷酮,液晶配向處理劑可以是聚醯亞胺,且所塗佈至第一基板100上之溶劑與液晶配向處理劑之重量比例約為94:6。
液晶層300係配置於第一配向層200上,其包含一液晶材料以及一雙官能基樹脂。適合之液晶材料並沒有特別限制,只要其可在雙官能基樹脂中維持配向方向即可。適合之液晶材料可以包含一層列型液晶化合物、一向列型液晶化合物、或一膽固醇狀液晶化合物。當施予一外來電壓時,可改變液晶分子的配向方向,並據此切換液晶裝置之模式。
雙官能基樹脂可溶解於液晶,又可以任何反應形式進行聚合以形成硬化性樹脂。雙官能基樹脂可增加未施加電壓時液晶裝置之穿透度。在本發明之一實施例中,雙官能基樹脂之重量平均分子量(Mw)
小於400,較佳地,雙官能基樹脂之重量平均分子量約介於200至400之間,分子量太大可能會使液晶裝置在透態時因分散性不佳而有白點。雙官能基樹脂可以是1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、1,9-壬二醇二丙烯酸酯(1,9-NDDA)二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA4EODA)、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(HPHPDA)、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯(PEG200DA)或前述材料之組合。在本發明之一實施例中,相對於100重量份之液晶層300,液晶層300包含7至9重量份之雙官能基樹脂。在本發明之一實施例中,雙官能基樹脂可更摻混有一光起始劑,光起始劑可以是習知的光起始劑,不特別限定。
當未施加電壓時,液晶裝置中的液晶層300內的液晶分子經由第一配向層200垂直配向而呈相同方向,故入射光可透過液晶裝置,在外觀上呈現透態,如第1A圖所示。在施加一定電壓後,液晶層300內的液晶分子成散亂排列,入射光發生強烈的散射,入射光不能透過液晶裝置,於是呈霧態,如第1B圖所示。
在本發明之另一實施例中,第2A圖所繪示的液晶裝置,除如前述實施例般包含具有一第一電極層110之第一基板100、具有一第二電極層410之第二基板400、一第一配向層200以及一液晶層300外,更包含一第二配向層500,其係配置於第二基板400以及液晶層300之間。第二配向層500係藉由塗佈液晶配向處理劑於第二基板400上後固化所形成。在本發明之一較佳實施例中,第二配向層500係藉由塗佈液晶配向處理劑以及含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷於第二基板400上後固化所形成。
當未施加電壓時,本實施例之液晶裝置中的液晶層300內
的液晶分子經由第一配向層200及第二配向層500垂直配向而呈相同方向,故入射光可透過液晶裝置,在外觀上呈現透態,如第2A圖所示。在施加一定電壓後,液晶層300內的液晶分子成散亂排列,入射光發生強烈的散射,入射光不能透過液晶裝置,於是呈霧態,如第2B圖所示。
本發明藉由使第一配向層200及/或第二配向層500含有具反應性官能基的矽烷,使第一配向層200及/或第二配向層500不僅具備使液晶分子配向的能力,同時利用可反應的官能基與液晶層300中的雙官能基樹脂在經光固化處理後形成化學鍵結,故可在降低樹脂添加量的狀況下維持透態的穩定光學特性及較高穿透度,且因樹脂添加量較習知技術低,故可達成較低驅動電壓之效果。
綜上所述,利用本發明之液晶裝置,因不需藉由增加液晶層300中的樹脂來維持透態時的穿透度,故可以低電壓驅動。本發明之液晶裝置係一種能夠呈現透態模式或霧態模式之裝置,其可以低電壓驅動並在透態時具有較高穿透度,故可作為光學調光器(optical modulator)而作為一智慧窗戶、一視窗保護裝置或一可撓性顯示裝置,但本發明並不受限於此。
下述實施例係用來進一步說明本發明,但本發明並不受其限制。
實施例1-4:液晶裝置之製備
將聚烯亞胺溶液(DA-9003,固含量約6%,溶劑為乙二醇丁醚與N-甲基-吡咯烷酮,購於達興材料,台灣)以及γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane,A-174NT,購於Momentive performance materials,美國)以下列表1所示比例混合攪拌後,塗佈在一形成有氧化銦錫(ITO)透明電極層之玻璃
的透明電極層上,並加熱至70℃ 10分鐘後,再加熱至180℃ 30分鐘,以製備一配向層。
接著將摻混有一光起始劑之1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA,重量平均分子量約為226,內摻混一光起始劑0.18%)以及液晶化合物(MJT510200購於江蘇合成,中國)以下列表1所示比例混合後形成液晶層組成物。再準備2片具有前述配向層的ITO玻璃,其中一ITO玻璃之配向層上塗佈間隔物,然後使用滴下式注入法將前述液晶組成物滴下至塗佈有間隔物的配向層上,接著,將另一ITO玻璃之配向層界面相對向貼合至具有液晶組成物之ITO玻璃上,得到處理前的液晶裝置。
最後以紫外線照射裝置(TL-K 40W,購於Philips,德國)照射上述處理前之液晶裝置進行配向及固化,其中光源的波長為350-400nm,照射時間為300秒。
比較例1-3:液晶裝置之製備
除了配向層組成及液晶層組成,比較例1-3之液晶裝置之製備方法與實施例1-4相同。
成膜性及配向性測試方法
外加兩片直交偏光片於液晶裝置外側,以目視觀察液晶裝置之外觀是否呈透明態,若呈透明態表示配向性良好,若成非透明態表示配向性不佳。
光學特性測試方法
以穿透度測量裝置(SD2400,購於EDTM,美國)測量液晶裝置無外加電壓時之穿透度。
驅動電壓測試方式
以穿透度測量裝置(SD2400,購於EDTM,美國)分別測量液晶裝置以外加直流電壓48V驅動以及60V驅動時之穿透度,穿透度越低表示所需之驅動電壓越低。
實施例1-4以及比較例1-3之測試結果如下列表2所示。
由實施例1-4與比較例1-3之測試結果可知,實施例1-4在未施加電壓時之穿透度優於比較例1-2,然而在外加相同電壓後之穿透度則小於比較例1-2。此外,實施例1及實施例2在外加48V電壓時之穿透度為12,比較例1以及比較例2則需外加60V電壓穿透度才可降低為11,顯見本發明之液晶裝置確實可以較低電壓驅動達成切換為霧態之效果。而比較例3則因在配向層中添加過多的矽烷而影響成品之配向效果。由比較結果得知,本發明之液晶裝置具有較低的驅動電壓,且在未施加電壓之透態時亦可維持較高穿透度。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧第一基板
110‧‧‧第一導電層
200‧‧‧第一配向層
300‧‧‧液晶層
400‧‧‧第二基板
410‧‧‧第二導電層
Claims (10)
- 一種液晶裝置,其包含: 一具有一第一導電層之第一基板; 一第一配向層,配置於該第一基板的該第一導電層上,其包含:一液晶配向處理劑以及一含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷; 一液晶層,配置於該第一配向層上,其包含一液晶材料以及一雙官能基樹脂;以及 一具有一第二導電層之第二基板,配置於該液晶層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中該具有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷係選自由γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilane)、γ-甲基丙烯醯氧丙基三異丙氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyl triisopropoxysilane)以及γ-甲基丙烯醯氧基丙基三乙氧基矽烷(gamma-Methacryloxypropyltriethoxysilane)所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中相對於100重量份之該液晶配向處理劑,該配向層包含1至3重量份之該含有甲基丙烯醯氧基(Methacryloyloxy)之矽烷。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中該液晶配向處理劑係選自由丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物、酚醛清漆樹脂、聚羥基苯乙烯、聚醯亞胺前驅物、聚醯亞胺、聚醯胺、聚酯、纖維素、聚矽氧烷及其組合所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中該雙官能基樹脂係選自由1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三乙二醇二丙烯酸酯(TEGDA)、1,9-壬二醇二丙烯酸酯(1,9-NDDA)二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)、乙氧化雙酚A二丙烯酸酯(BPA4EODA)、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(HPHPDA)、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯(PEG200DA)及其組合所組成之群組。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中相對於100重量份之該液晶層,該液晶層包含7至9重量份之該雙官能基樹脂。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中該雙官能基樹脂之重量平均分子量(Mw)小於400。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中該雙官能基樹脂更摻混有一光起始劑。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,其中該第一基板及第二基板係分別獨立為玻璃基板或塑膠基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之液晶裝置,更包含一第二配向層,配置於該第二基板以及該液晶層之間。
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