CN103614146B - 聚合物分散液晶材料、含有该材料的显示器件及其制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低电压、宽温型聚合物分散液晶（PDLC）材料，由液晶材料、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯单体、光引发剂及间隙子组成。本发明还提供了由所述聚合物分散液晶材料制备的聚合物分散液晶显示器件及其制备方法。本发明提供的聚合物分散液晶材料具有原料来源广泛、制备工艺简便的优点，采用所述PDLC材料制成的PDLC显示器件具有驱动电压低，工作温度范围宽，不收缩不变形，附着力好的优点。本发明提供的PDLC显示器件制备方法，方法简便，可根据添加的间隙子大小调节显示器件的厚度，得到的显示器件附着力好，不易收缩形变，使制备大面积的PDLC显示器件成为可能。

Description

聚合物分散液晶材料、含有该材料的显示器件及其制备

技术领域

本发明涉及液晶材料以及液晶显示器件领域，具体涉及一种低电压、宽温型聚合物分散液晶材料、由所述聚合物分散液晶材料所得的聚合物分散液晶显示器件及其制备方法。

背景技术

聚合物分散液晶（Polymer Dispersed Liquid Crystal，PDLC）是一种具有特殊光电性能的复合液晶材料，其原理是小分子液晶材料和聚合物混合后，聚合物在外界作用下发生相分离，液晶分子从混合物中分散开形成具有显示或调光作用的。现有的技术引发条件主要为热引发和紫外光（UV）引发。

PDLC显示器件在无外电场情况下，不同微滴内液晶的指向矢的指向是随机的，因而PDLC显示器件呈现出对光线强烈散射作用，呈现乳白色；若施加一定的电场，足以使所有液晶微滴指向矢与电场平行，若液晶的寻常光折射率与聚合物折射率一致，则PDLC呈现出透明状态。PDLC显示器件与传统液晶显示器有许多不同：其结构简单不需要偏振片IC模组，对两基板间距不需严格控制，对生产环境及液晶品质要求较低，其膜厚度可根据间隙子大小自由调节。

目前，PDLC膜主要以玻璃或聚酯薄膜为基板基材，由于其原料来源广泛，独特的光电性能，制作工艺简单，成本较低等优点，被广泛应用于光电开关、投影机、智能玻璃、光栅等。但是这些应用也存在驱动电压偏高、易受环境温度影响、容易开裂脱胶等不足之处，使其在应用方面受到限制。

发明内容

为克服现有PDLC膜的电压高、易受环境温度影响的技术缺陷，本发明的目的是提供一种低电压、宽温型的聚合物分散液晶（PDLC）材料。

实现本发明目的的技术方案为：

一种聚合物分散液晶材料，按重量份由以下成分组成：

液晶材料：30～80份；

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物：5～30份；

丙烯酸酯稀释单体：10～30份；

光引发剂：1～8份；

间隙子：0.1～2份；

其中，所述液晶材料为向列相液晶材料。

优选地，所述的聚合物分散液晶材料按重量份由以下成分组成：

液晶材料：45～65；

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物：15～30；

丙烯酸酯稀释单体：15～30；

光引发剂：1～5；

间隙子：0.1～2；

其中，所述液晶材料为向列相液晶材料，其中液晶材料的结构由以下化合物混合组成：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄分别为1-3个C原子的烷基，L₁、L₂、L₃、L₄分别为-CN或-F。

四种化合物可以为任意配比。优选地，所述液晶材料中，式（I）化合物的重量份为13-32份，式（II）化合物的重量份为6-27份，式（III）化合物重量份为22-48份，式（IV）化合物重量份为6-20份。

优选地，所述向列相液晶材料的光学参数为：清亮点大于100℃，Δε≥12.0，Δn≥0.20，no在1.50～1.52之间。例如八亿时空产BNHR系列液晶材料。

其中，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物粘度为3000～8000cps；所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、甲基丙烯酸β-羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或多种；优选所述单体中的三种或四种。三种或四种单体结合使用可以调节驱动电压和附着力，并且调节比例适应产品的制备工艺，在UV固化后表现出更好的综合性能。

所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮（184）、安息香双甲醚（651）、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮（1173）中的一种或多种。

一种聚合物分散液晶显示器件，包括分别镀有导电层的上、下基板以及位于两基板之间的聚合物分散液晶膜，所述上下基板为聚酯薄膜或玻璃材质，所述聚合物分散液晶膜为本发明所述的聚合物分散液晶材料固化而得。

其中，所述上、下基板之间距离由透光间隙子决定，其大小为12～20μm；上、下基板镀有的导电层选自ITO（氧化铟锡）、FTO（氧化氟锡）、ZTO（氧化锌锡）导电层中的一种。

本发明所述聚合物分散液晶显示器件的制备方法，包括以下步骤：

（1）将液晶材料、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯稀释单体、光引发剂及间隙子混合搅拌至其为透明溶液；

（2）将步骤（1）所得的透明溶液涂覆在镀有导电层两基板之间；

（3）将经步骤（2）处理后的两基板经辊轮压合得到固定膜厚的压合基板；

（4）将所得压合基板进行紫外光固化，得到所述聚合物分散液晶显示器件。

其中，步骤（2）所述透明溶液采用辊涂法、刮涂法或淋涂法涂覆于两基板之间，所用基板材质为玻璃材质时选用辊涂或刮涂，所用基板材质为聚酯薄膜时选用辊涂或淋涂。

镀有导电层的上、下基板，要求所述玻璃或聚酯薄膜基材电阻为130～400Ω,透过率≥85，雾度＜3，其中聚酯薄膜的厚度为125～200μm，硬度为≥3。

其中，步骤（4）所述紫外光固化的紫外光波长为250～380nm、强度为10～30mW/cm²；固化的时间为2～10分钟、温度为40～70℃。

上述制备方法中，所述压合、紫外光固化采用本领域现有的技术及设备即可实现，如常规压合机、紫外固化灯等。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的PDLC材料具有原料来源广泛、制备工艺简便，采用所述PDLC材料制成的PDLC显示器件具有驱动电压低、工作温度范围宽、不收缩不变形性能稳定的优点。

本发明提供的PDLC显示器件可通过拼接制成大面积显示器，应用于车站、机场、学校、剧院等公共场合以及在家装、办公及仪器仪表等领域发挥作用，具有大规模工业化应用前景。

附图说明

图1为PDLC显示器件垂直于基板方向的剖面结构图；

图2为PDLC显示器件的制备流程图；

图3为实施例1材料制作的PDLC显示器件的V-T曲线，其中，横坐标为电压（V）、纵坐标为透过率（%）。

图4为实施例1材料制作的PDLC显示器件的温度-对比度和温度-电压曲线，其中，横坐标为温度（T）、纵坐标分别为对比度和电压（V）。

图中，1、上基板基材；2、上基板导电层；3、间隙子；4、下基板导电层；5、下基板基材。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所使用的原料如下：低聚物为烟台云开化工责任有限公司的YKDBA-01系列的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯（粘度（60℃）：3000-8000cps）。

液晶材料使用北京八亿时空液晶科技有限公司提供的BNHR系列混合液晶产品，其中式（I）化合物的重量份13-32份，式（II）化合物的重量份6-27份，式（III）化合物重量份22-48份，式（IV）化合物重量份6-20份，混合而成。其参数为：清亮点>100℃，Δε≥12.0，Δn≥0.20，no在1.50～1.52之间。

镀有ITO导电层的基板购自深圳市昱兴玻璃材料有限公司。

间隙子为深圳纳微科技有限公司的12～20μm不同规格的产品。

丙烯酸酯稀释单体均为常见市售试剂，但不限于此。

除特殊说明外，实施例中各组分的含量均表示质量百分比。

实施例1

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表1。

表1：实施例1组分

实施例2

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表2。

表2：实施例2组分

实施例3

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表3。

表3：实施例3组分

实施例4

本实施例所述的聚合物分散液晶材料组分及配方见表4。

表4：实施例4组分

实施例5

聚合物分散液晶材料采用实施例1中的材料及配方，一共称取10g PDLC材料。

PDLC显示器件的制备过程包括以下步骤（参见图2）：

步骤1：取干净的50ml烧杯一个，在烧杯中依次加入2.00g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯YKDBA-01-Ⅲ、1.00g三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、0.50g1,6-己二醇二丙烯酸酯、0.45g2-乙基己基丙烯酸酯、1.00g甲基丙烯酸β-羟乙酯、4.70g BNHR40600液晶材料、0.30g光引发剂和0.05g间隙子（20μm）。然后在混合物中加入搅拌磁子，将烧杯放入磁力搅拌器上，室温搅拌15-20分钟，至混合液为透明溶液。称量、搅拌过程中注意避光。

步骤2：将步骤1得到的PDLC材料用辊涂的方法均匀涂覆在镀有ITO导电层两基板之间。

步骤3：将所得的涂有PDLC材料的两基板用压合机压合。

步骤4：将压合后的基板放入UV灯箱中固化，固化波长主要为365nm，固化强度为20mW/cm²，固化温度为50℃，固化时间为3min。

由以上步骤即可得到PDLC显示器件，如图1所示，（其中PDLC材料未画出）其PDLC材料层的厚度为20μm。镀有ITO导电层2、4的上、下基板1、5为玻璃基材，ITO基板的电阻（方阻）为130～400Ω,透过率≥85，雾度＜3。上、下基板之间距离由透光间隙子决定，其大小为20μm。该PDLC显示器件透过率-电压（V-T）曲线（室温）如图3所示，其温度与对比度、电压的曲线如图4所示。由图3可以看出，PDLC显示器件的驱动电压较低，当透过率为70%时的驱动电压只有15v左右。由图4可以看出，PDLC显示器件的温度依赖性较好，随着温度变化对比度变化较小，而电压随温度变化也在一个小的范围内。

实施例6

聚合物分散液晶材料采用实施例2中的材料及配方，一共称取10g PDLC材料。

PDLC显示器件的制备过程包括以下步骤：

步骤1：取干净的50ml烧杯一个，在烧杯中依次加入1.80g脂肪族聚氨酯丙烯酸酯YKDBA-01-Ⅵ、0.30g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.80g甲基丙烯酸羟丙酯、0.20g甲基丙烯酸异冰片酯、1.15g乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、5.40g BNHR40500液晶材料、0.30g光引发剂D1173和0.05g间隙子（14μm）。然后在混合物中加入搅拌磁子，将烧杯放入磁力搅拌器上，室温搅拌15-20分钟，至混合液为透明溶液。称量、搅拌过程中注意避光。

步骤2：将步骤1得到的PDLC材料用淋涂的方法均匀涂覆在镀有ITO导电层两基板之间。

步骤3：将所得的涂有PDLC材料的两基板用压合机压合。

步骤4：将压合后的基板放入UV灯箱中固化，固化波长主要为365nm，固化强度为30mW/cm²，固化温度为55℃，固化时间为2min。

其中，步骤2和步骤3可以同时进行。

由以上步骤即可得到PDLC显示器件，其PDLC材料层的厚度为14μm，驱动电压低，当透过率为70%时的驱动电压在10v左右，并且对比度良好。

实施例7

镀有ITO导电层的基板为聚酯薄膜材质，电阻为200～300Ω,透过率≥85，雾度＜3，厚度为125～200μm，硬度为≥3。其他材料分别采用实施例3、4的材料及配方，以及本发明所述制备方法制备显示器件。其结果与实施例5、6类似，PDLC显示器件的驱动电压较低，当透过率为70%时的驱动电压在10-20v之间，并且对比度良好。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种聚合物分散液晶显示器件，包括分别镀有导电层的上、下基板以及位于两基板之间的聚合物分散液晶膜，所述上下基板为聚酯薄膜或玻璃材质，所述聚合物分散液晶膜为聚合物分散液晶材料固化而得，其特征在于，

所述上、下基板之间距离为12～20μm；上、下基板镀有的导电层选自ITO、FTO、ZTO导电层中的一种；

所述的聚合物分散液晶材料，按重量份由以下成分组成：

液晶材料：45～65；

脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物：15～30；

丙烯酸酯稀释单体：24.5～29.5；

光引发剂：1～5；

间隙子：0.1～2；

其中液晶材料的结构由以下化合物混合组成：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄分别为1-3个C原子的烷基，L₁、L₂、L₃、L₄分别为-CN或-F；

所述液晶材料中，式(I)化合物的重量份为13-32份，式(II)化合物的重量份为6-27份，式(III)化合物重量份为22-48份，式(IV)化合物重量份为6-20份；

其中，所述脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物粘度为3000～8000cps；所述稀释单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、甲基丙烯酸β-羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四丙烯酸酯中的一种或多种；所述光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮(184)、安息香双甲醚(651)、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述聚合物分散液晶显示器件，其特征在于，通过以下制备方法制得：

(1)将液晶材料、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯低聚物、丙烯酸酯稀释单体、光引发剂及间隙子混合搅拌至其为透明溶液；

(2)将步骤(1)所得的透明溶液涂覆在镀有导电层两基板之间；

(3)将经步骤(2)处理后的两基板经辊轮压合得到固定膜厚的压合基板；

(4)将所得压合基板进行紫外光固化，得到所述聚合物分散液晶显示器件。

3.根据权利要求2所述的聚合物分散液晶显示器件，其特征在于，制备方法的步骤(2)所述透明溶液采用辊涂法、刮涂法或淋涂法涂覆于两基板之间，所用基板材质为玻璃材质时选用辊涂或刮涂，所用基板材质为聚酯薄膜时选用辊涂或淋涂。

4.根据权利要求2或3所述的聚合物分散液晶显示器件，其特征在于，制备方法的步骤(4)所述紫外光固化的紫外光波长为250～380nm、强度为10～30mW/cm²；固化的时间为2～10分钟、温度为40～70℃。