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液晶器件.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380072911.9

申請日:

2013.12.16

公開號:

CN104995554A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G02F 1/1337申請日:20131216|||公開
IPC分類號: G02F1/1337; G02F1/1334 主分類號: G02F1/1337
申請人: 株式會社LG化學
發明人: 閔盛晙; 柳正善; 吳東炫
地址: 韓國首爾
優先權: 10-2012-0146671 2012.12.14 KR; 10-2013-0156784 2013.12.16 KR; 10-2013-0156787 2013.12.16 KR; 10-2013-0156788 2013.12.16 KR; 10-2013-0156789 2013.12.16 KR
專利代理機構: 北京北翔知識產權代理有限公司11285 代理人: 王媛; 鐘守期
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380072911.9

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.01|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本申請涉及一種液晶器件、一種可聚合組合物、一種液晶器件的制造方法、一種液晶器件的制造裝置及液晶器件的用途。本申請的液晶器件可例如提供常規透明模式或常規黑暗模式,其可實現高對比度,且可借助于低驅動電壓驅動,并具有優異的耐久性如熱穩定性。這種液晶器件可用在各種光調制器上,如智能窗、視窗保護膜、柔性顯示器、用于3D影像的主動式延遲器或視角調整膜。

權利要求書

權利要求書
1.  一種液晶器件,其包括:包含取向型聚合物網絡和液晶化合物的液晶層,其中,所述液晶化合物在所述聚合物網絡中以在一個方向上排序的狀態存在,且排序方向可通過外部作用而改變,所述液晶器件形成為可根據所述液晶化合物的所述排序方向在透光模式和阻光模式之間進行轉換。

2.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,霧度在透光模式和阻光模式下為10%以下。

3.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,透光模式下的亮度(T)和阻光模式下的亮度(B)的比值(T/B)的最大值是200以上。

4.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,將其設置為保持常規透明模式或常規黑暗模式。

5.  根據權利要求4所述的液晶器件,其中,在常規透明模式下實現10%的透光率或在常規黑暗模式下實現90%的透光率的所需電壓為30V以下。

6.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,所述液晶層在70℃下保持200小時的熱處理之后滿足下述式A:
[式A]
┃100×(X2-X1/X1)┃≤10%
在式A中,X1為所述熱處理之前的所述液晶層的相位差,X2為所述熱處理之后的所述液晶層的相位差。

7.  根據權利要求1所述的液晶器件,其滿足下述式B:
[式B]
(1–a)×{(2no2+ne2)/3}0.5≤np≤(1+a)×ne
在式B中,a是0至0.5范圍內的任一數值,no是液晶化合物的尋常折射率,ne是液晶化合物的非常折射率,np是聚合物網絡的折射率。

8.  根據權利要求1所述的液晶器件,其滿足下述式C:
[式C]
(ne+no)/2-b≤{(2no2+ne2)/3}0.5≤(ne+no)/2+b
在式C中,ne為液晶化合物的非常折射率,no為液晶化合物的尋 常折射率,b為0.1至1范圍內的任一數值。

9.  根據權利要求1所述的液晶器件,還包括與所述液晶層相鄰配置的取向膜。

10.  根據權利要求1所述的液晶器件,還包括在所述液晶層的兩側配置的偏振層。

11.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,所述聚合物網絡為以滿足式1至3的方式包括至少一種選自以下化合物的前驅體網絡:雙官能團丙烯酸酯化合物、三官能團以上的多官能團丙烯酸酯化合物及單官能團丙烯酸酯化合物:
[式4]
A≥1.3×B
[式5]
A≥C
[式6]
A≥0.6×(B+C)
在式1-3中,A、B及C分別表示以在前驅體中所存在的雙官能團丙烯酸酯化合物、三官能團以上的多官能團丙烯酸酯化合物和單官能團丙烯酸酯化合物的總重量為100換算所得的各化合物之間的重量比。

12.  根據權利要求11所述的液晶器件,其中,所述聚合物網絡以進一步滿足式4至6的方式包含至少一種選自以下的化合物:雙官能團丙烯酸酯化合物、三官能團以上的多官能團丙烯酸酯化合物及單官能團丙烯酸酯化合物:
[式4]
A≥40
[式5]
B≤30
[式6]
C≤50
在式4-6中,A、B及C分別表示以在前驅體中所存在的雙官能團丙烯酸酯化合物、三官能團以上的多官能團丙烯酸酯化合物和單官 能團丙烯酸酯化合物的總重量為100換算所得的各化合物之間的重量比。

13.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,所述取向型聚合物網絡的雙折射是20nm以下。

14.  根據權利要求1所述的液晶器件,其中,還包括彼此對置配置的兩個基底層,所述液晶層形成在所述基底層之間。

15.  根據權利要求14所述的液晶器件,其中,在至少一個基底層的液晶層側的表面上形成電極層。

16.  一種光調制器,其包括權利要求1所述的液晶器件。

說明書

說明書液晶器件
技術領域
本申請涉及一種液晶器件、一種可聚合的組合物、一種液晶器件的制造方法、一種液晶器件的制造裝置及液晶器件的用途。
背景技術
液晶顯示器(LCD)通過如下方式顯示圖像:使向列型或近晶型液晶化合物在一定方向上取向,并通過施加電壓來轉換取向。制造LCD的方法需要復雜的工序因而是高成本的方法,并且需要大規模的生產線和設備。
通過使液晶分散于聚合物基質內而實現的所謂的聚合物分散液晶(PDLC;polymer dispersed liquid crystal,本說明書中使用的術語“PDLC”是包括所謂的聚合物網絡液晶(polymer network liquid crystal)(PNLC)或聚合物穩定型液晶(polymer stabilized liquid crystal)(PSLC)的上位概念)器件是已知的。PDLC可通過涂覆液晶溶液來制造,因此可通過比傳統LCD更簡單的方法來制造。
如專利文獻1所述,常規液晶化合物以未取向的狀態存在于PDLC中。因此,PDLC在不施加電壓時呈渾濁的不透明狀態,這種狀態稱為散射模式。當對PDLC施加電壓時,液晶化合物隨之定向排列并轉變為透明狀態,因此可進行透明模式和散射模式之間的轉換。
現有技術文獻:
專利文獻
(專利文獻1)韓國公開專利第1993-0013794號
發明內容
技術問題
本申請提供一種液晶器件、一種可聚合的化合物、一種液晶器件的制造方法、一種液晶器件的制造裝置及液晶器件的用途。
技術方案
例示的液晶器件包括:包含取向型聚合物網絡和液晶化合物的液晶層。在一個實施方案中,所述液晶化合物可以以與所述取向型聚合物網絡相分離的狀態分散在所述液晶層中。本文中使用的術語“取向型聚合物網絡”指的是能夠使液晶化合物取向的聚合物網絡。能夠使液晶化合物取向的聚合物網絡可以下述方法形成。可分散于取向型聚合物網絡中的液晶化合物可通過取向型聚合物網絡等的作用在一個方向上有序排列。此外,這種在一個方向上有序排列的液晶化合物的排列方向可通過外部作用發生改變。本申請中使用的術語“外部作用”指的是能夠改變液晶化合物的排序而實施的所有類型的作用,其典型實例為施加電壓。本申請中使用的術語“初始取向”或“一般取向”指的是不存在外部作用的狀態下的所述液晶化合物的取向方向或排序方向或者由所述液晶化合物形成的液晶層的光軸。另外,本申請中使用的的術語“初始狀態”或“一般狀態”指的是沒有外部作用時的液晶器件的狀態。在所述液晶器件中,液晶化合物在初始取向狀態下的排序方向可通過外部作用而改變,并且當外部作用消失時,液晶化合物可恢復到初始取向狀態。
液晶器件還可包括取向膜。取向膜可例如置于與液晶層相鄰的位置。語句“取向膜置于與液晶層相鄰的位置”意指取向膜置于可對液晶層的取向產生影響的位置。在一個實施方案中,可意指與液晶層接觸而形成的取向膜,然而,取向膜未必要置于與液晶層接觸的位置,只要被置于影響液晶層的取向的位置即可。圖1為所示器件的結構,其包括取向膜101及在所述取向膜101的一面形成的液晶層102。所述液晶層102是包括聚合物網絡1021和液晶區域1022的液晶器件的示例。在圖1中,取向膜101僅存在于液晶層102的一面上,但其也可存在于液晶層的兩面。在本申請中,液晶區域指的是在聚合物網絡中液晶化合物所存在的區域,例如,作為包括液晶化合物的區域,還可以指液晶化合物以與聚合物網絡相分離的狀態在所述網絡中分散的區域。在圖1中,液晶區域1022中的液晶化合物用箭頭表示。
液晶器件可包括置于所述液晶層的一側或兩側的偏振層。作為偏振層,沒有特別限制,例如,在現有LCD中使用的常規材料(如聚(乙烯醇)(PVA))形成的偏振層等,或者通過涂覆法實現的偏振層如包括溶致型液晶(LLC:Lyotropic Liquid Cystal)、或反應性液晶元(RM: Reactive Mesogen)和二色性染料(dichroic dye)的偏振涂覆層。在本說明書中,上述通過涂覆法實現的偏振層可稱為偏振涂覆層。當偏振涂覆層包括LLC時,所述涂覆層還可包括用于保護所述LLC層的保護層。作為LLC,沒有特別限制,可使用已知的液晶,例如,可使用能夠形成二色向性比(dichroic ratio)為30至40的LLC層的LLC。同時,當偏振涂覆層包括反應性液晶元和二色性染料時,可使用線性染料或盤形染料(discotic dye)作為二色性染料。存在偏振層時,光吸收軸的排列等并無特別限制,可考慮到例如液晶層的一般取向等和器件的類型來進行選擇。例如,為了形成常規透明模式(normally transparent mode)的器件,兩個偏振層被置于液晶層的兩側,而各偏振層的光吸收軸可以互相成80度至100度范圍內的任一角度,例如以互相垂直的方式配置。此外,例如,為實現常規黑暗模式(normally black mode),兩個偏振層被置于液晶層的兩側,而各偏振層的光吸收軸可以互相成-10度至10度范圍內的任一角度,例如以互相水平的方式配置。在該狀態下,液晶層的一般取向可通過將所述兩個偏振層的光吸收軸置于在40度至50度范圍內的任一角度(例如約45度)而設置。
液晶器件可包括一個或至少兩個基底層。一般地,液晶層可置于對置配置的兩個基底層之間。在該結構中,所述取向膜可置于基底層的內側,例如液晶層和基底層之間。例如,液晶器件還可包括彼此對置的基底層,且所述液晶層還可存在于所述對置的基底層之間。根據具體情況,取向層可存在于所述液晶層和基底層之間。圖2示例性示出液晶器件,其位于以規定間隔互相分隔且對置配置的基底層201A和201B之間,并且包括取向膜101和液晶層102。在存在基底層的情況下,上述偏振層一般可位于基底層的外側,但根據需要,偏振層也可位于基底層的內側,即液晶層與基底層之間。在該情況下,作為偏振層,優選使用上述偏振涂覆層。
作為基底層,可使用已知的材料并無特別限制。例如,可使用無機膜,如玻璃膜、結晶或非結晶硅膜、石英或銦錫氧化物(ITO)膜等,或者塑料膜。作為基底層,可使用光學各向同性的基底層、光學各向異性的基底層如相位差層、偏振板或彩色濾光基板。例如,當偏振層置于基底層的內側,即,液晶層與基底層之間時,即使使用各向 異性基底層作為基底層,也可形成具有合適性能的器件。
塑料基底層可為,但不限于包含以下物質的基底層:三乙酰纖維素(TAC,triacetyl cellulose)、環烯烴共聚物(COP,cyclo olefin copolymer)如降冰片烯衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,poly(methyl methacrylate)、聚碳酸酯(PC,polycarbonate)、聚乙烯(PE,polyethylene)、聚丙烯(PP,polypropylene)、聚乙烯醇(PVA,polyvinyl alcohol)、二乙酰纖維素(DAC,diacetyl cellulose)、聚丙烯酸酯(Pac,Polyacrylate)、聚醚砜(PES,poly ether sulfone)、聚醚醚酮(PEEK,polyetheretherketon)、聚苯砜(PPS,polyphenylsulfone)、聚醚酰亞胺(PEI,polyetherimide)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN,polyethylenemaphthatlate)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET,polyethyleneterephtalate)、聚酰亞胺(PI,polyimide)、聚砜(PSF,polysulfone)、聚芳酯(PAR,polyarylate)或非晶體氟樹脂。根據需要,在基底層可具有金、銀、硅化合物如二氧化硅或一氧化硅的涂覆層,或涂覆層如反射防止層。
電極層可包括在基底層的表面,例如,基底層的液晶層側的表面(例如,圖2中與取向膜101或液晶層102接觸的基底層201A或201B的表面)。電極層可通過沉積例如導電聚合物、導電金屬、導電納米線或金屬氧化物如銦錫氧化物而形成。電極層可以以具有透明度的方式形成。在該領域中,已知用于形成透明電極層的各種材料和方法,這些方法均適用于本申請。必要時,在基底層的表面上形成的電極層可適當地形成圖案。
在液晶層中的液晶化合物可以一般狀態存在,例如以化合物未經外部作用(如施加電壓)而在一個方向上排序的狀態存在,這種排序方向可通過外部作用(如施加外部電壓)改變。因此,本申請中可形成能夠在透明模式(white mode)與黑暗模式(black mode)之間相互轉換的器件。例如,本申請的器件為下述器件:在沒有外部作用(即,初始狀態或一般狀態)下為透明模式,而在外部作用下可轉換為黑暗模式,當解除外部作用時重新轉換為透明模式(為方便起見,將這種器件稱為常規透明模式器件);或者在沒有外部作用(即,初始狀態或一般狀態)下為黑暗模式,而在外部作用下轉換為透明模式,當解 除外部作用時重新轉換為黑暗模式(為方便起見,這種器件稱為常規黑暗模式器件)。例如,如上所述,在兩個偏振層之間的光吸收軸以互相成80度至100度范圍內的任一角度,例如相互垂直地配置的情況下,當液晶層以一般取向為該液晶層與兩個偏振層之間的偏振層的光吸收軸構成40度至50度范圍內的任一角度(如45度)的方式配置時,可形成常規透明模式器件(normally transparent mode)。在另一實施例中,如上所述,在兩個偏振層之間的光吸收軸以互相成-10度至10度范圍內的任一角度,例如相互水平地配置的情況下,當液晶層以一般取向為該液晶層與兩個偏振層之間的偏振層的光吸收軸構成40度至50度范圍內的任一角度(如45度)的方式配置時,可形成常規黑暗模式器件(normally black mode)。在這種狀態下,黑暗模式可通過對液晶化合物施加電壓來改變取向狀態,例如改變為垂直取向狀態。本文所用術語“黑暗模式”是與標準PDLC中的所謂的分散模式不同的概念,例如,黑暗模式中的霧度為10%以下、8%以下、6%以下或5%以下。此外,本申請的器件的透明模式中的霧度也為10%以下、8%以下、6%以下或5%以下。所述霧度是散射光的透射率相對于穿透測量目標的全部透射光的透射率的百分比。所述霧度可使用霧度計(hazemeter,NDH-5000SP)來評估。霧度可通過下述方法并使用霧度計來評估。即,使光透過測量目標,入射到積分球中。在該過程中,通過測量目標將光分為散射光(DT)和平行光(PT),這些光在積分球中被反射后聚集到光接收器件中,霧度可通過所聚集的光來測量。即,通過上述方法獲得的全部透射光(TT)是所述散射光(DT)和平行光(PT)之和(DT+PT),霧度可被定義為散射光與全部透射光的百分比(Haze(%)=100×DT/TT)。另外,本申請的液晶器件可在透明模式下具有優異的透明度。例如,當液晶器件為常規透明模式時,所述液晶器件處于一般取向狀態下而沒有被施加外部作用(如未施加電壓)時可具有80%以上、85%以上、90%以上或95%以上的透光率。另外,在常規黑暗模式中,當存在外部作用如施加電壓時,可具有上述透光率。所述透光率可為相對于可見光區域如約400nm至700nm范圍內的任一波長的透光率。
液晶器件可具有高對比度。本文中所用的術語“對比度”指的是透明模式下的亮度(T)與黑暗模式下的亮度(B)的比率(T/B)。在一個實 施方案中,液晶器件包括液晶層、及置于液晶層的兩側的兩個偏振層,即第一偏振層和第二偏振層。所述對比度的最大值可為200以上、250以上、300以上或350以上。對比度越高,表示器件的性能越優異,因此所述對比度的上限值沒有特別限定。例如,對比度可為600以下、550以下、500以下、450以下或400以下。所述對比度可通過使用上述取向型聚合物網絡和偏振層等形成器件而獲得。
液晶器件可通過低耗能,例如低驅動電壓來驅動。例如,為實現10%的透光率或90%的透光率,液晶器件所需電壓可為30V以下、25V以下或20V以下。換言之,在常規透明模式器件的情況下,可通過施加電壓來改變液晶化合物的排序方向而實現黑暗模式,在該過程中,具有的透光率為10%的所需電壓可在上述范圍內。相反地,在常規黑暗模式器件的情況下,可通過施加電壓來改變液晶化合物的排序方向而實現透明模式,在該過程中,具有的透光率為90%的所需電壓可在上述范圍內。所需電壓越低,表示器件的性能越優異,因此,所需電壓的下限值沒有特別限定。例如,所需電壓可為5V以上。如上所述,所述低驅動電壓可通過使用上述取向型聚合物網絡和偏振層等形成器件而獲得。
液晶器件的液晶層包括聚合物網絡和分散于該聚合物網絡內部的液晶化合物,因此具有優異的熱穩定性。例如,當在70℃下保持200小時的熱處理之前和之后,液晶層可滿足下述式A。
[式A]
┃100×(X2-X1/X1)┃≤10%
在式A中,X1為所述熱處理之前的液晶層的相位差,X2為所述熱處理之后的液晶層的相位差。
換言之,液晶器件的液晶層在所述熱處理前后的相位差的變化率的絕對值可為10%以下。該變化率的絕對值越小,液晶層就具有越好的熱穩定性,因此其下限值沒有特別限制。
聚合物網絡可為包括例如可聚合化合物的前驅體的網絡。因此,聚合物網絡可包括聚合狀態的可聚合化合物。作為可聚合化合物,可使用不顯示結晶性的非液晶化合物。作為可聚合化合物,必要時也可使用液晶化合物,但在這種情況下,可考慮下述聚合物網絡的雙折射。
為使聚合物網絡顯示取向性,可控制用于形成聚合物網絡的所述可聚合化合物的組成。例如,聚合物網絡或前驅體可包括雙官能團丙烯酸酯化合物、多官能團(例如三以上)丙烯酸酯化合物及單官能團丙烯酸酯化合物中的至少一種。聚合物網絡可包括交聯或聚合狀態的化合物。本文所用的術語“丙烯酸酯化合物”指的是包含丙烯酰基或甲基丙烯酰基的化合物,包含一個所述官能團的化合物為單官能團丙烯酸酯化合物,包含至少兩個所述官能團的化合物為多官能團丙烯酸酯化合物。為了便于區分,在下文中,將包含兩個官能團的化合物稱為雙官能團丙烯酸酯化合物,包含多個官能團(例如三個以上官能團)的化合物被簡稱為多官能團丙烯酸酯化合物。多官能團丙烯酸酯化合物可包括,例如3個至8個、3個至7個、3個至6個、3個至5個或3個至4個官能團。
為實現適當的取向型聚合物網絡,所述聚合物網絡或其前驅體可包括滿足式1至3的雙官能團、多官能團及單官能團丙烯酸酯化合物中的至少一種化合物。
[式1]
A≥1.3×B
[式2]
A≥C
[式3]
A≥0.6×(B+C)
在式1至3中,A、B及C為通過將前驅體或聚合物網絡中所存在的雙官能團丙烯酸酯化合物、多官能團丙烯酸酯化合物及單官能團丙烯酸酯化合物的重量總和轉換為100而算出的各化合物之間的重量比。例如,若前驅體或聚合物網絡中僅包括雙官能團丙烯酸酯化合物,則在式1至3中,A為100,而B和C分別為0。在另一實施例中,若前驅體或聚合物網絡中僅包括雙官能團和單官能團丙烯酸酯化合物,則在式1至3中,A和C分別為50,B為0。
為確保適當的取向性,例如,在式1中,A減去1.3×B得到的值(A-1.3B)可為約0.5至100或約1至100。此外,為確保適當的取向性,例如,在式2中,A減去C得到的值(A-C)可為0至100。另 外,為確保適當的取向性,在式3中,A減去0.6×(B+C)得到的值(A-0.6(B+C))可為2至100、3至100或4至100。
為確保適當的取向性,所述聚合物網絡或其前驅體可包括滿足式4至6的雙官能團、多官能團及單官能團丙烯酸酯化合物中的至少一種化合物。
[式4]
A≥40
[式5]
B≤30
[式6]
C≤50
在式4至6中,A、B及C為如式1至3所定義的含義。
在上述范圍內,可確保聚合物網絡具有適當的取向性。
聚合物網絡或其前驅體中所包含的丙烯酸酯化合物的類型并沒有特別的限定,例如,可使用具有滿足上述式范圍內的取向性的任意類型的丙烯酸酯化合物。
例如,作為雙官能團丙烯酸酯化合物,可使用由下述化學式1表示的化合物。
[化學式1]

在化學式1中,R分別獨立地為氫或具有1至4個碳原子的烷基,X是具有1至20個碳原子的亞烷基(alkylene group)或亞烷基(alkylidene group)。
另外,例如,作為多官能團丙烯酸酯化合物,可使用由下述化學式2表示的化合物。
[化學式2]

在化學式2中,n是3以上的數值,m是0至5的數值,R各自 獨立地是氫或具有1至4個碳原子的烷基,X是(m+n)價的自由基,Y是氫或烷基。
另外,例如,作為單官能團丙烯酸酯化合物,可使用烷基化學式3表示的化合物。
[化學式3]

在化學式3中,R是氫或具有1至4個碳原子的烷基,X是具有1至20個碳原子的烷基。
在化學式1至3中,作為可存在于R或Y中的烷基,可使用甲基或乙基。
在化學式1中,X的亞烷基(alkylene group)或亞烷基(alkylidene group)可為,例如,具有1至16個、1至12個、1至10個、1至8個、2至8個或4至8個碳原子的亞烷基(alkylene group)或亞烷基(alkylidene group)。所述亞烷基(alkylene group)或亞烷基(alkylidene group)可以是例如直鏈、支鏈或環狀的。
在化學式2中,n是3以上、3至8、3至7、3至6、3至5或3至4范圍內的任一數值。另外,在化學式2中,m是0至5、0至4、0至3、0至2或0至1范圍內的任一數值。
在化學式2中,X是(m+n)價的自由基,例如,具有為2至20、2至16、2至12、2至8或2至6個碳原子的烴,例如可以為直鏈或支鏈的烷烴引發的(m+n)價自由基。
同時,在化學式3中,X的烷基可以是,例如具有1至20、1至16、1至12、4至12或6至12個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
由化學式1至3定義的取代基,例如,烷基、亞烷基(alkylene group)、亞烷基(alkylidene group)或(m+n)價的自由基可根據需要被至少一個取代基取代,作為取代基,例如可使用烷基、烷氧基、環氧基、氧代基、氧雜環丁烷基、巰基、氰基、羧基或芳基,但并不限于此。
當上述化合物還需要其他物質時,聚合物網絡或其前驅體還可包括添加劑,如溶劑、可引發可聚合液晶化合物聚合的自由基或陽離子 引發劑、堿性物質、可形成網絡的其他反應性化合物、或表面活性劑。
聚合物網絡或其前驅體可包括液晶化合物,例如反應性液晶化合物。在該情況下,所述液晶化合物的比例被適當地控制為較低。在一個實施方案中,聚合物網絡的雙折射可以是30nm以下或20nm以下。也就是說,所述聚合物網絡可為各向同性的聚合物網絡,或雙折射在上述范圍內的網絡。因此,在包含液晶化合物的情況下,聚合物網絡可在具有上述雙折射的范圍內被包括。所述雙折射可指用式6計算的表面相位差、或用式7計算的厚度方向的相位差,其下限值可以是0nm。
[式6]
Rin=d×(nx-ny)
[式7]
Rth=d×(nz-ny)
在式6和7中,Rin是表面相位差,Rth是厚度方向相位差,d是聚合物網絡的厚度,nx是聚合物網絡的表面上的慢軸方向的折射率,ny是聚合物網絡的表面上的快軸方向的折射率,nz是聚合物網絡在厚度方向上的折射率。
聚合物網絡與液晶區域的液晶化合物能夠滿足式B。
[式B]
(1–a)×{(2no2+ne2)/3}0.5≤np≤(1–+a)×ne
在式B中,a是0至0.5范圍內的任一數值,no是液晶化合物的尋常折射率(ordinary refractive index),ne是液晶化合物的非常折射率(extraordinary refractive index),np是聚合物網絡的折射率。
除非另有特別說明,本文中使用的術語“折射率”、“相位差”或“雙折射”可以是對于550nm波長的光所測得的折射率、相位差或雙折射。另外,在聚合物網絡的尋常折射率和非常折射率不同的情況下,術語“聚合物網絡的折射率”指的是所述網絡的尋常折射率。選擇聚合物網絡和液晶化合物以滿足式B,由此可提供透明模式下具有優異透明度且確保高對比度的器件。
在式B中,a可為例如小于0.4、小于0.3、小于0.2或小于0.1,或者為0。
聚合物網絡可具有3以上、3.5以上或4以上的介電各向異性(dielectric anisotropy)。在該介電各向異性的范圍內,可保持液晶器件的優異的驅動電壓特性。所述介電各向異性的上限沒有特別的限制,例如,可為約20以下、15以下或10以下。
分散于聚合物網絡中的液晶區域包括液晶化合物。作為液晶化合物,只要是在聚合物網絡中相分離且由聚合物網絡以取向狀態存在,則可使用所有類型的化合物。例如,作為液晶化合物,可使用近晶型(smectic)液晶化合物、向列型(nematic)液晶化合物、膽甾型(cholesteric)液晶化合物。液晶化合物為相分離的而不與聚合物網絡結合,且可在外部作用(如外部施加電壓)下改變取向。為此,例如,液晶化合物可為沒有可聚合基團或交聯基團的化合物。
在一個實施方案中,作為液晶化合物,可使用向列型液晶化合物。作為化合物,例如作為滿足式C的液晶化合物,例如可使用向列型液晶化合物。
[式C]
(ne+no)/2-b≤{(2no2+ne2)/3}0.5≤(ne+no)/2+b
在式C中,ne為液晶化合物的非常折射率,no為液晶化合物的尋常折射率,b為0.1至1范圍內的任一數值。
選擇滿足式B的液晶化合物,可提供透明模式下具有優異透明度且確保高對比度的器件。
在式2中,在另一實施例中,b為0.1至0.9、0.1至0.7、0.1至0.5或0.1至0.3的值。
在液晶化合物中,非常介電各向異性(εe,長軸方向的介電各向異性)和尋常介電各向異性(εo,短軸方向的介電各向異性)之差可為4以上、6以上、8以上或10以上。若具有這種介電各向異性,則能夠提供具有優異的驅動電壓特性的器件。所述介電各向異性的差值越大,器件越能表現出適當的特性,其上限沒有特別的限制。例如,作為液晶化合物,可使用非常介電各向異性(εe,長軸方向的介電各向異性)為約6至50,尋常介電各向異性(εo,短軸方向的介電各向異性)為約2.5至7的化合物。
液晶層或下列可聚合的組合物可包括:5重量份至50重量份的聚 合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和50重量份至95重量份的液晶化合物。在另一實施例中,液晶層或下述可聚合的組合物可包括:5重量份至45重量份的聚合物網絡(或下述聚合物網絡前驅體)和55重量份至95重量份的液晶化合物;5重量份至40重量份的聚合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和60重量份至95重量份的液晶化合物;5重量份至35重量份的聚合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和65重量份至95重量份的液晶化合物;5重量份至30重量份的聚合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和70重量份至95重量份的液晶化合物;5重量份至25重量份的聚合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和75重量份至95重量份的液晶化合物;20重量份至50重量份的聚合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和80重量份至95重量份的液晶化合物;或者5重量份至15重量份的聚合物網絡(或下述的聚合物網絡前驅體)和85重量份至95重量份的液晶化合物。本申請中使用的術語“重量份”指的是各組份間的重量比。在該重量比的范圍內,聚合物網絡的取向性可被適當地保持。
液晶層的相位差(Rc)可由所需器件的模式或結構決定,但本申請并不特別地限于此。例如,液晶層對于550nm的波長可具有約240nm至310nm、245nm至305nm、250nm至300nm的相位差。該范圍內的相位差,例如,適用于在兩個偏振層之間實現常規透明模式的器件。
液晶層可滿足,例如下述式D。
[式D]
247nm≤{d×(ne-no)}×A≤302nm
在式D中,d是液晶層的厚度(單位:nm),ne是液晶化合物的非常折射率,no是液晶化合物的尋常折射率,A是液晶化合物的重量(L)與聚合物網絡和液晶化合物的總重量(T)之比(L/T)、或液晶化合物所占的體積(VL)與液晶層的總體積(TV)之比(VL/TV)。
在式D中,用{d×(ne-no)}×A計算的值是液晶層的理論相位差。液晶層的理論相位差越接近上述液晶層的相位差(實測相位差)則越恰當。例如,在式D中,用{d×(ne-no)}×A計算的值與液晶層的實測相位差之差的絕對值可以為約15nm以下、10nm以下、8nm以下 或5nm以下。滿足式D的液晶層可適用于實現例如兩個偏振層之間的常規透明模式器件。
在式D中,(ne-no)可以是例如0.05至0.20。在另一實例中,(ne-no)可以是0.07以上。又一實例中,(ne-no)可以是0.18以下或0.15以下。
在式D中,A是液晶化合物的重量(L)與聚合物網絡和液晶化合物的總重量(T)之比(L/T)、或液晶化合物所占的體積(VL)與液晶層的總體積(TV)之比(VL/TV),其可在0.5至0.98的范圍內。所述比例(L/T或VL/TV)在另一實例中可以是0.6以上或0.7以上。
液晶層的厚度沒有特別限定,只要其滿足上述描述即可,其可為例如在約1μm至10μm范圍內的值。
在液晶器件包括取向膜的情況下,作為取向膜,例如可使用包含光取向化合物的取向膜。本申請所用的術語“光取向化合物”指的是,通過光照射而定向排序(orientationally ordered),且在定向排序的狀態下通過相互作用(如各向異性相互作用(anisotropic interaction))能夠使鄰近的液晶化合物在預定方向取向的化合物。在取向膜中,光取向化合物可處于具有方向性的排序狀態。所述光取向化合物可以是單分子化合物、單體化合物、低聚化合物或聚合物化合物。
光取向化合物可以是包括光敏殘基(photosensitive moiety)的化合物。已知多種可用于液晶化合物的取向的光取向化合物。作為光取向化合物,例如可使用:由順反光異構化(trans-cis photoisomerization)排序的化合物;由斷鏈(chain scission)或光分解(photo-destruction)如光氧化(photo-oxidation)排序的化合物;由[2+2]環加成([2+2]cycloaddition)、[4+4]環加成或光交聯或光聚合如光二聚(photodimerization)排序的化合物;由光弗賴斯重排(photo-Fries rearrangement)排序的化合物;或由開環/閉環(ring opening/closure)反應排序的化合物。作為由順反光異構化排序的化合物,可使用,例如偶氮類化合物如磺化偶氮染料(sulfonated diazo dye)或偶氮聚合物(azo polymer)、或二苯乙烯(stilbenes);作為由光分解排序的化合物,例如,可使用環丁烷-1,2,3,4-四羧酸二酐(cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride)、芳香族聚硅烷、聚酯、聚苯乙烯或聚酰亞胺。另外,作為由光交聯或光聚合排序的化 合物,可使用肉桂酸(cinnamate)化合物、香豆素(coumarin)化合物、肉桂酰胺(cinnamamide)化合物、四氫酞酰亞胺(tetrahydrophthalimide)化合物、馬來酰亞胺(maleimide)化合物、苯甲酮化合物或二苯乙炔(diphenylacetylene)化合物、具有查耳酮(chalconyl)殘基的化合物(以下為查爾酮化合物)或具有蒽基(anthracenyl)殘基的化合物(以下為蒽基化合物)作為感光殘基的化合物殘基;作為由光弗賴斯重排排序的化合物,例如可使用芳族化合物,如苯甲酸(benzoate)化合物、苯甲酰胺(benzoamide)化合物、甲基丙烯酸甲基丙烯酰胺基芳酯(methacrylamidoaryl methacrylate)化合物;作為由開環/閉環反應排序的化合物,可使用由[4+2]π-電子系統([4+2]π-electronic system)的開環/閉環反應排序的化合物如螺吡喃化合物,但并不限定于此。
光取向化合物可以是單分子化合物、單體化合物、低聚化合物或聚合物化合物,或所述光取向化合物與聚合物的共混物。在此,低聚化合物或聚合物化合物在其主鏈或側鏈上可具有光取向化合物引發的殘基或上述光敏殘基。
作為具有光取向化合物引發的殘基或光敏殘基,或者與光取向化合物混合的聚合物,可使用聚降冰片烯、聚烯烴、聚芳酯、聚丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚酰亞胺、聚(酰胺酸)(poly(amic acid))、聚馬來酰亞胺、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、聚乙烯醚、聚乙烯酯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、聚丙烯腈或聚甲基丙烯腈,但并不限于此。
包含于可取向的化合物的聚合物的典型實例可為,但不限于聚降冰片烯肉桂酸酯、聚降冰片烷氧基肉桂酸酯、聚降冰片烯丙酰氧基肉桂酸酯、聚降冰片烯氟化肉桂酸酯、聚降冰片烯氯化肉桂酸酯或聚降冰片烯二肉桂酸酯,但并不限于此。
當所述取向性化合物為聚合物化合物時,所述化合物可具有,例如約10,000g/mol至500,000g/mol的數均分子量,但并不限于此。
取向膜可通過如下方法形成,例如,混合所需添加劑如光引發劑與所述光取向化合物之后將用其包覆光取向化合物,并且在所需方向上用偏振紫外線照射。
本申請的另一方面提供一種可聚合組合物。例如,可使用可聚合 組合物以形成上述液晶器件的液晶層。也就是說,所述可聚合組合物可以是所述液晶層的前驅體組合物。
例如,可聚合組合物可包括取向型聚合物網絡的前驅體及液晶化合物,其中取向型聚合物網絡包括雙官能團丙烯酸酯化合物、多官能團(三官能團以上)丙烯酸酯化合物及單官能團丙烯酸酯化合物中的至少一種以滿足化學式1至3,必要時滿足化學式1至6。
另外,例如,可聚合組合物可包括50重量份至95重量份的取向型聚合物網絡的前驅體和5重量份至50重量份的液晶化合物,所述取向型聚合物網絡包括雙官能團丙烯酸酯化合物、多官能團丙烯酸酯化合物及單官能團丙烯酸酯化合物中的至少一種。
示例性可聚合組合物可包括取向型聚合物網絡前驅體和液晶化合物。可組成所述前驅體以形成例如上述取向型聚合物網絡。前驅體可包括可聚合化合物,如雙官能團、多官能團和/或單官能團丙烯酸酯化合物。前驅體可包括以滿足上述式1至6的比例的丙烯酸酯化合物,其他丙烯酸酯化合物的種類或介電各向異性以及與式B相關的事項也可以相同的方式適用。包含于前驅體的液晶化合物的種類沒有特別限定,例如,可應用上述包括對式C的事項的描述內容。另外,還可以相同的方式應用對于前驅體和液晶化合物的比例的上述描述。
根據需要,可聚合組合物可以適當比例包括球形墊片以適當保持液晶層的間隔。墊片的形狀和大小沒有特別限定,可以確保所需液晶層的間隔的方式來選擇。墊片的比例沒有特別限定,例如,在整個可聚合組合物中可包含約0.1重量%至5重量%。
可聚合組合物可通過在合適的溶劑中將額外所需的添加劑(例如引發劑等)溶解在所述前驅體和液晶化合物中而制備。作為溶劑,可使用已知溶劑,如甲苯、二甲苯、環戊酮和環己酮。
在一個實施方案中,所述可聚合組合物可由無溶劑型組成。無溶劑型可聚合組合物優選以下述擠壓涂覆(squeeze coating)法施用。制造無溶劑型可聚合化合物的方法沒有特別限定,且可控制其他組分的粘性或比例而不使用來自上述組合物的組分的溶劑。
本申請的又一方面提供了一種液晶器件的制造方法。所述制造方法可包括通過聚合通過涂布可聚合組合物形成的層來形成含有在聚 合物網絡中分散的液晶化合物的液晶層。在此,作為可聚合組合物,例如,可使用上述液晶層的前驅體組合物。在此,聚合可通過用適當的能量如光照射以引發聚合來進行。
形成包含可聚合組合物的層的方法可為已知的涂覆法,如輥涂法、印刷法、噴墨涂覆法、狹縫噴嘴法(slit nozzling)、棒涂法、逗點涂覆法(comma coating)、旋涂法或凹面涂布,而沒有特別限制。在一個實施方案中,包含可聚合組合物的層可通過擠壓涂覆法形成。為了應用擠壓涂覆法,可使用上述無溶劑型組合物作為可聚合組合物。通過應用擠壓涂覆法,可形成更加均勻的液晶層,所述液晶層可與基層層壓而不使用額外的粘合層,并且可實現直接層壓。對于驅動電壓而言,其可為優選的。
在擠壓涂覆法中,包含可聚合組合物的層可通過如下方式形成:例如,使位于兩個基底層(如上述基底層)的可聚合組合物置于,并對至少一層所述基底層施加壓力。在此,施加壓力的方法可使用例如壓力輥,但無特別限定。對基底層的整個表面可同時或依次施加壓力。圖3為示意性示出擠壓涂覆法的圖。如圖3所示,首先,將可聚合組合物301(例如上述無溶劑型組合物)置于基底層201A的規定部位,然后將基底層201B置于其上。之后,將壓力輥302置于基底層中的至少一層以依次對基底層加壓。雖然在圖中沒有示出,但可將電極層和/或取向膜置于基底層201A和201B的內側,例如最終與液晶層接觸的一側。在擠壓涂覆法中,聚合可與加壓過程同時進行,或在加壓過程結束之后進行。
為形成適當的取向型聚合物網絡,所述聚合可在取向膜上進行。例如,液晶層可通過下述方法形成:在取向膜上形成包含所述可聚合組合物的層,或者在對置配置的兩個取向膜之間形成所述層并施加能量以實現聚合。
取向膜可包括,例如光取向化合物如上述光取向化合物。這種取向膜可通過如下方式形成:將取向膜的前驅體涂覆到適當的基板(如所述基底層)上,然后曝光該涂覆層并使光取向化合物排序。圖4是示意性地示出通過對在基底層201A上形成的取向膜的前驅體照射光而形成取向膜101的過程。
取向膜的前驅體還包括,例如,引發光取向化合物的適當量的引發劑,根據需要,還可包括其他添加劑如表面活性劑。取向膜的前驅體層可通過涂覆采用常規涂覆法如棒涂法、逗點涂覆法、噴墨涂布法或旋涂法進行涂覆的前驅體而形成。例如,上述透明電極層可在形成前驅體層的基底層的表面上形成。
在前驅體層形成之后,可通過光照射將能量施加到層上。當前驅體包括溶劑時,光照射可在通過在合適條件下干燥所形成的層而揮發溶劑之后進行。干燥可在例如約60℃至130℃的溫度下進行約1分鐘至5分鐘,但本申請并不限于此。
可進行光照射以使前驅體層中所包含的可取向化合物排序。一般地,可取向化合物的排序可使用線性偏振光進行。可選自照射光的波長或強度以適當地排序可取向化合物。代表性地,光取向化合物通過可見光或近紫外線(near ultraviolet)范圍內的光來排序,但根據需要,也可以使用遠紫外線(far ultraviolet)或近紅外線(near Infrared)范圍內的光。
包含可聚合組合物的層可通過在取向膜形成之后用擠壓涂覆的方式與所述取向膜相鄰地形成。圖5示意性地示出通過對包括在圖4所示的取向膜101表面上的可聚合組合物的層進行光照射而形成液晶層102的過程。圖5示出了在一個取向膜上形成液晶層的情況,但必要時,所述液晶層也可如上所述,在兩個取向膜之間形成。
聚合物網絡和液晶區域可通過經過上述過程之后的聚合物網絡前驅體的聚合和液晶化合物的相分離而形成。
為形成適當的可取向網絡,聚合可在將液晶層的前驅體層,即包含可聚合組合物的上述層以液晶相如向列相(nematic phase)保持的狀態下進行。當所述層在非向列相的狀態(例如各向同性相)中形成時,可能無法確保適當的取向性。為保持向列相,聚合可在低于液晶層的前驅體層(即包含所述可聚合組合物的層)的向列溫度(Tni)的溫度下進行。本文中使用的術語“向列溫度”指的是所述層在向列狀態下轉換為各向同性狀態的溫度,該溫度的范圍根據所述層的組分確定。所述聚合只要是在低于所述層的向列溫度即所述層在向列相的狀態的溫度下進行即可,并無特別限定。
施加用于聚合的能量(例如光照射)的條件沒有特別限制,只要聚合物網絡通過聚合可聚合化合物形成且液晶化合物被相分離而形成液晶區域即可。必要時,為了進一步促進聚合物網絡的形成,可在光照射之前或之后或與其同時進行適當的熱或曝光的施加。
液晶層通過上述過程形成之后,必要時,可進一步進行在所形成的液晶層的一側或兩側配置偏振層的過程。例如,在形成液晶層之后,在所述液晶層的兩側配置偏振層的過程還可以如下方式進行:使得光吸收軸互相成80度至100度范圍內的任一角度(例如互相垂直),或光吸收軸互相成-10度至10度范圍內的任一角度(例如互相平行)。
本申請的又一個方面提供一種用于制造液晶器件(例如上述液晶器件)的裝置。
所述制造裝置可包括以提供能夠引發液晶層的前驅體(例如上述可聚合組合物)聚合的能量的方式安裝的引發聚合單元。在此,在包含在液晶層的前驅體的聚合物網絡前驅體和液晶化合物的具體事項可適用上述描述內容。
引發聚合單元的類型沒有特別限定,可使用加熱或光照射單元,以對前驅體施加或照射能量如熱或光。
所述制造裝置還可包括以保持所述液晶層的前驅體層的方式安裝的裝載單元。液晶層可通過在所述裝載單元保持前驅體層的狀態下,聚合前驅體層而形成。
裝載單元的類型沒有特別限制,只要其能夠裝載液晶層的前驅體即可。例如,可以使晶層表面至少在液晶層的前驅體的聚合過程中保持曲面的方式安裝裝載單元。這種裝載單元的實例可為輥(roll)。
即,在一個實施方案中,所述制造裝置為所謂的卷裝制造裝置,其包括至少一個成形的導輥以使液晶層的前驅體層移動。由于所述導輥,因此可移動所述層,且可連續地制造液晶器件。另外,當所述層的表面保持彎曲形狀時,聚合可在導輥上進行,在該情況下,所述導輥可用作裝載單元。當液晶層的表面通過上述導輥保持彎曲形狀時,可通過聚合形成更加均勻的液晶層。卷裝裝置還可包括,例如,可將所述層或用于形成所述層的基底層解旋且將其引入引發聚合單元的退繞輥,或者可將結束制造工序如聚合的液晶器件卷繞并回收的卷繞 輥。
所述制造裝置可包括溫度調節單元,其以使可聚合化合物至少在聚合(即可聚合化合物被聚合)期間保持液晶相(如上述向列相)的溫度的方式安裝。
溫度調節單元沒有特別限制,只要其能夠保持適當溫度即可,例如其可由溫度調節鼓和/或惰性氣體凈化室構成。
例如,如果所述制造裝置為上述卷裝裝置,則在還可用作裝載單元的導輥中包括溫度調節輥如冷卻輥,以在所述聚合過程中使溫度保持在適當范圍內。必要時,使以被這種導輥裝載的狀態聚合的區域包含于惰性凈化室中,并在所述凈化室中包含引發聚合單元,從而構成上述制造裝置。
圖6是示出以如上方式呈現的制造裝置的規定部位的示意圖,其中該裝置包括導輥A和惰性氣體凈化室B,其中,所述導輥A包括溫度調節單元如冷卻輥,所述惰性氣體凈化室B以通過導輥A的移動引入液晶層的前驅體層C的方式安裝。在圖6中,示出在所述裝置中,導輥A包括溫度調節單元,且具有腔室B,但可省略上述兩個中的任一個,只要保持適當溫度即可。在這種結構中,還可包括引發聚合單元(例如如圖6所示的紫外燈),以對通過導輥A移動的前驅體層施加能量的方式安裝,例如,可存在于所述腔室B內。
在制造裝置中,除了上述構成外,其他單元的具體類型沒有特別限制。例如,在相應的領域中,實現卷裝裝置的各種方法是已知的,根據需要,這種方法可通過適當地改變以適用于上述裝置。
例如,卷裝裝置可以以如下方式構成:由常規輸入單元如卷繞輥輸入的基底層(例如,圖2及3中的基底層201A)利用一個以上的導輥而移動,并依次實施電極層的形成、取向膜的形成、包含聚合化合物的層的形成(例如,可通過所述擠壓涂覆法形成可聚合組合物的層)及將上述層的聚合過程,根據需要,經過偏振層的層壓以及形成工序,最終被制造的產品被回收單元如卷繞輥回收。
本申請的又一個方面涉及所述液晶器件的用途。示意性的液晶器件例如可通過卷裝法簡單地且連續地制造。液晶器件還可使用柔性器件,從而確保優異的對比度。
例如,本申請涉及一種包括所述液晶器件的光調制器。作為光調制器,可使用智能窗、視窗保護膜、柔性顯示器、用于3D影像的主動式延遲器(active retarder)或視角調整膜,但本發明并不限定于此。構成上述光調制器的方法沒有特別限定,可采用常規方法,只要使用的是液晶器件即可。
發明效果
本申請的液晶器件為能夠顯示出常規透明模式或常規黑暗模式的器件,具有高對比度且用低驅動電壓驅動,并能夠顯示出優異的耐久性如熱穩定性。這種液晶器件可用于各種光調制器如智能窗、視窗保護膜、柔性顯示器、用于3D影像的主動式延遲器或視角調整膜。
附圖說明
圖1和2示出一種示例性的液晶器件。
圖3至5為示例性的器件的制造過程的圖。
圖6為示出示例性液晶器件的制造裝置的圖。
圖7至17示出實施例和比較例中的液晶器件的評估結果。
附圖標記說明
101:取向膜
102:液晶層
1021:聚合物網絡
1022:液晶區域
201A、201B:基底層
301:可聚合組合物
302:壓力輥
具體實施方式
在下文中,將通過實施例和比較例來更詳細地說明上述內容,但本申請的范圍并不限于下述內容。
實施例1.
取向膜的形成
取向膜的前驅體通過下述方法制備:將包含化學式A的重復單元 的聚降冰片烯(PNBCi,分子量(Mw):85,000,多分散指數(PDI):約4.75)和光引發劑(Igacure907)的混合物(聚降冰片烯:光引發劑=2:0.25(重量比))溶解于甲苯溶劑中直至聚降冰片烯的固體含量為2重量%。取向膜通過下述方法形成:在表面上形成有銦錫氧化物(ITO)透明電極層的聚碳酸脂(PC)膜的透明電極層上涂布所述取向膜前驅體,并借助于線柵型偏振器(wire grid polarizer(WGP))照射線性偏振的紫外線(1,200mJ/cm2)。
[化學式A]

液晶器件的制造
液晶層的前驅體(可聚合組合物;向列相溫度(Tni):約50℃)通過下述方法制備:將作為聚合物網絡前驅體的1,6-己二醇二丙烯酸酯與液晶化合物(Merck,MAT-12-529,ne:1.6092,no:1.4820)以1:9的重量比(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)混合,并將該混合物與適當量的引發劑一同溶解于甲苯中。以與形成所述取向膜時所用的相同的方法,在經涂覆的液晶層前驅體上層疊在一個表面上形成有取向膜的PC膜的取向膜表面以使層疊PC膜的取向膜表面與所述涂覆層接觸,之后照射紫外線(300mW/cm2),使聚合物網絡前驅體聚合,從而形成液晶層。照射紫外線時,將溫度保持在約25℃左右,以使液晶層前驅體保持向列相。使用棱鏡耦合儀測量的用于形成液晶層的聚合物網絡的折射率為約1.456,使用Axostep(Axometrics公司)裝置根據制造商的說明書在550nm波長下測量的液晶層的相位差(實測相位差)為約288nm。圖7是液晶層的光學顯微鏡圖像,圖8是所述液晶層的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
實施例2.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將50重量 份的1,6-己二醇二丙烯酸酯和50重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體。在此,液晶層的前驅體的向列溫度(Tni)為約45℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率為約1.446,液晶層的實測相位差為約286.7nm。
實施例3.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將40重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯、20重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及40重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體。在此,液晶層的前驅體的向列溫度(Tni)為約45℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率約為1.452,液晶層的實測相位差為約285.3nm。
實施例4.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將40重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯、30重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及30重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約50℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率約為1.455,液晶層的實測相位差為約286.1nm。
實施例5.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將70重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯及30重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯的混合物用作聚合物網絡前驅體。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約50℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率約為1.461,液晶層的實測相位差為約287nm。
比較例1.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將40重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯和60重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體,所述聚合物網絡前驅體和液晶化合物以10:90(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)的重量比混合。在此,液 晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約45℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率為約1.444,液晶層的實測相位差為約124nm。
比較例2.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將30重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯、20重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及50重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體,所述聚合物網絡前驅體和液晶化合物以10:90(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)的重量比混合。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約45℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率為約1.450,液晶層的實測相位差為約162nm。
比較例3.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將30重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯、40重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及30重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體,所述聚合物網絡前驅體和液晶化合物以10:90(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)的重量比混合。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約45℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率約為1.457,液晶層的實測相位差為約166nm。
比較例4.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將40重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯、40重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及20重量份的丙烯酸-2-乙基己酯的混合物用作聚合物網絡前驅體,所述聚合物網絡前驅體和液晶化合物以10:90(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)的重量比混合。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約50℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率為約1.459,液晶層的實測相位差為約157nm。
比較例5.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是將60重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯及40重量份的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯混合的混合物用作聚合物網絡前驅體,所述聚合物網絡前驅體和液晶化合物以10:90(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)的重量比混合。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約50℃,紫外線照射在前驅體可保持向列相的溫度(例如25℃)下進行。聚合物網絡在所形成的液晶層中的折射率為約1.463,液晶層的實測相位差為約182nm。
比較例6.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是僅將液晶化合物注入到具有取向膜的PC膜之間以形成液晶層而不使用聚合物網絡前驅體。在此,所述液晶層的實測相位差為約319nm。
比較例7.
作為能夠形成在散射模式和透明模式之間轉換的器件的前驅體,可在散射模式和透明模式之間轉換的液晶層通過下述方法形成:使用將40重量份的聚合物網絡前驅體(PN-393,Merck公司制)和60重量份的液晶化合物混合制備的液晶層前驅體,從而在不具有取向膜的兩個PC膜之間形成厚度為約25μm的液晶層。以如上方式形成的液晶層的散射模式的霧度為約92.91%,其相位差為約65nm。
比較例9.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是作為聚合物網絡前驅體使用將20重量份的1,6-己二醇二丙烯酸酯和80重量份的液晶化合物的混合的液晶層前驅體。在此,液晶層前驅體的向列溫度(Tni)為約10℃,紫外線照射在前驅體可保持各向同性的溫度(例如25℃)下進行。使用Axostep(Axometrics公司)裝置根據制造商的說明書在550nm波長下測量的液晶層的相位差(實測相位差)為約139nm。
比較例10.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是紫外線照射在液晶層前驅體可保持各向同性的溫度(例如約60℃)下進行。在此,使用棱鏡耦合儀測量的聚合物網絡在所制造的液晶層中的折射率為約1.456,使用Axostep(Axometrics公司)裝置根據制造商的說明 書在550nm波長下測量的液晶層的相位差(實測相位差)為約88nm。圖17示出所述液晶層的通過Axostep測量的數據。
比較例11.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是使用不具有光取向膜的PC膜。在此,使用棱鏡耦合儀測量的聚合物網絡在所制造的液晶層中的折射率為約1.456,使用Axostep(Axometrics公司)裝置根據制造商的說明書在550nm波長下測量的液晶層的相位差(實測相位差)為約46nm。圖17示出所述液晶層的通過Axostep測量的數據。
比較例12.
以與實施例1描述的相同方法形成液晶層,不同的是液晶層前驅體通過以4:6(聚合物網絡前驅體:液晶化合物)的重量比混合聚合物網絡前驅體和液晶化合物來制備。使用Axostep(Axometrics公司)裝置根據制造商的說明書在550nm波長下測量的液晶層的相位差(實測相位差)為約139nm。
實驗例1.聚合物網絡的取向性的評估
將在實施例中制造的液晶層置于光吸收軸互相垂直相交地配置的兩個偏振板之間、或光吸收軸以互相成45度的方式配置的兩個偏振板之間,取向性通過確認當旋轉液晶層時是否能在透明模式和黑暗模式之間轉換來評估。當液晶層通過上述方法在透明模式和黑暗模式之間轉換時,可評估為通過聚合物網絡的取向性,液晶化合物在液晶層中是取向的。根據評估結果,在實施例1至5中,確認了透明模式和黑暗模式之間的轉換,但在比較例1至5和比較例9至12中,聚合物網絡沒有表現出取向性。圖9示出實施例1至5的評估結果,圖10示出比較例1至5的評估結果。另外,圖16為實施例1和比較例9進行比較的圖,如圖中所確認的,在實施例1中,液晶層的形成在前驅體為向列相的狀態下進行,當液晶層與偏振軸構成45度時顯示透明模式(左側),當液晶層與偏振軸構成90度時顯示黑暗模式(右側);然而,在實施例9中,液晶層的形成在前驅體處于各向同性的狀態下進行,可知,由于光在液晶層與偏振軸成45度和90度的狀態時(左側和右側)均被阻隔,因此透明模式和黑暗模式之間的轉換是 不可能的。
實驗例2.液晶層的相位差、霧度及透光率的評估
對在實施例1至5中制造的液晶層的相位差、霧度及透射率進行評估。在此,相位差(測量波長:550nm)使用Axostep(Axometrics公司)裝置根據制造商的說明書在550nm波長下進行測量,霧度和透射率使用霧度計(hazemeter,NDH-5000SP)也是根據制造商的說明書進行測量。在此,相位差是在未對液晶層施加電壓的狀態下評估的,霧度和透射率是在施加驅動電壓時評估的。圖11是示出通過評估實施例的相位差獲得的結果的圖,圖12是示出通過評估實施例的霧度和透射率獲得的結果的圖。圖15示出實施例1和比較例1的AXO-STEP測量數據。
實驗例3.
對比度通過評價通過對在實施例和比較例中制造的液晶層階段性地施加電壓而評估亮度來進行。亮度和對比度通過使用LCMS-200設備(Sesim Photonics Technology)測量的值進行換算后來評估。評估過程中,測量目標和光接受部件(探測器)的間距保持為約10cm,光接受部件(探測器)的直徑為約1.5mm。圖13示出實施例1、比較例1和比較例7的評估結果。對于評估而言,將實施例1和比較例1的液晶層置于光吸收軸互相垂直相交地設置的兩個偏振板之間,在以散射模式和透明模式之間切換的方式構成的比較例7中,散射模式和透明模式之間的對比度通過未使用偏振板的方式進行評估。從圖中可知,在實施例1中,最大對比度為350以上,但在比較例1和比較例7中,對比度為100以下。同時,實施例2至5中的最大對比度均為350以上,比較例2至6、9中的最大對比度均小于100。
實驗例4.
在實施例1和比較例7中,透射率根據驅動電壓進行評估。在實施例1中,具有常規透明模式的器件通過下述方式配置:在光吸收軸互相垂直相交地配置的兩個偏振板之間的液晶層的取向方向為與偏振板的光吸收軸成45度,然后通過施加電壓而轉換為黑暗模式來評估透射率;在比較例7中,驅動電壓通過對散射模式的器件施加電壓而將其轉換為透明模式且不使用偏振板的方式來測量。圖14示出測 量結果,如圖14所示,在實施例1中,透射率為10%的驅動電壓為16.5V;在比較例7中,透射率為90%的驅動電壓為92.4V。同時,在實施例2至5中以相同方式進行評估,其中透射率為10%的驅動電壓均不足30V;在比較例1至6、9中,透射率為10%的驅動電壓均為90V以上。
實驗例5.熱穩定性的評估
對在實施例1中制造的液晶層(實測相位差:288nm)和在比較例6中制造的液晶層(實測相位差:319nm)的熱穩定性進行評估。具體而言,熱穩定性通過使各液晶層在70℃的烘箱中保持200小時之后評估相位差而進行評估。離開烤箱后,在實施例1中,最小相位差和最大相位差分別為254.4nm和278.9nm,平均相位差是263nm,相位差變化率為8.7%。在比較例6中,最小相位差和最大相位差分別是226.2nm和273.9nm,平均相位差是254.2nm,相位差變化率為20.4%。另外,對實施例2至5以相同方式評估熱穩定性的結果為,相位差變化率均不足10%。

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