可重复加工的液晶膜及其制造方法 【技术领域】
本发明是涉及一种液晶膜，且特别是涉及一种可重复加工的电可调光液晶膜。
背景技术
电可调光玻璃(electrically switchable glass)又称智能型玻璃(smart glass)，属建筑装饰特种玻璃之一，其中间夹有液晶膜，利用液晶的特性，通过电控改变电流的大小调节透光率，可实现玻璃从透明到不透明的转换。电控调光玻璃现已广泛应用于高档办公室、商业、医院、住宅、机房、汽车以及航天等领域，也可作为投影机的屏幕。
电可调光玻璃的调光原理是：在自然状态下(断电不加电场)，它内部液晶的排列是无规则的，使得入射光经过液晶层会发生散射，呈乳白色，即不透明。当加上电场(通电)以后，液晶分子从无序排列变为定向有序排列，入射光可以通过液晶层，形成透明状态。
已知电可调光玻璃所用的液晶膜为一种聚合物分散型液晶膜(Polymerdispersed liquid crystal film；PDLC film)，其扭曲或受压时会有漏光现象，因此不适合应用于曲面(例如车窗玻璃)，其原因可能是因为单体聚合时将液晶排出而产生大小不一的液晶微粒所造成。此外，已知的调光液晶膜无法重复贴合/加工，且无法以成卷式连续制备工艺(Roll-to-Roll process)生产。
为解决上述问题，有必要提出一种可重复加工的电可调光液晶膜，其可以成卷式连续制备工艺生产，且不会因扭曲或受压而有漏光现象。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种可重复加工的电可调光液晶膜，其可以成卷式连续制备工艺生产，且不会因扭曲或受压而有漏光现象。
本发明提供一种可重复加工的液晶膜，包括：一第一基板；一第一导电层，设置于第一基板上；以及，一液晶层，设置于第一导电层上，液晶层包含微胶囊化液晶微粒分散于一热塑性高分子中。
本发明另提供一种可重复加工的液晶膜的制造方法，包括下列步骤：混合微胶囊化液晶微粒与接着剂以形成一液晶涂料，其中接着剂为一热塑性高分子水溶液；将液晶涂料涂布于一覆有导电层的基板；以及，将涂布于该基板上的液晶涂料干燥成膜。
本发明的可重复加工的液晶膜的优点在于其不会因扭曲或受压而有漏光现象，从而使得本发明的电可调光液晶膜可特别应用于具有曲面的对象上，而传统电可调光液晶膜则会因扭曲漏光无法作此类应用；本发明的液晶膜的另一优点是其具有可重复贴合性/加工性。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
【附图说明】
图1显示本发明实施例的液晶膜的制作流程；
图2显示一种用以制作本发明的液晶膜的成卷式连续制备工艺设备；
图3为本发明一实施例的液晶膜的剖面示意图；
图4为本发明另一实施例的液晶膜的剖面示意图；
图5～9为本发明实施例的光电性质测试结果；
图10为使用不同离子含量的聚乙烯醇水溶液制作的电可调光薄膜样品的透光度对电压关系图；
其中，主要组件符号说明：
S100-S130～流程步骤 10、30、50～滚轮
15、25～ITO-PET薄膜 20～液晶涂料
35～电可调光液晶薄膜 40～狭缝涂布头
60～干燥箱 80～热贴合轮
100、200～基板 150、250～导电层
300～液晶层 310～热塑性高分子
320～微胶囊化液晶微粒 320a～液晶分子
320b～微胶囊外壁 400～离型膜
【具体实施方式】
本发明使用微胶囊化液晶与热塑型高分子接着剂均匀混合制作成液晶涂料，可进行大面积生成卷式连续涂布制备工艺，且本发明所制作的可调光液晶薄膜具可重复贴合性/加工性，且不会因扭曲或轻压而有漏光现象，具有高度隐蔽性。
以下将配合图1说明本发明电可调光液晶膜的制作流程。首先，微胶囊化液晶与热塑型高分子接着剂均匀混合以形成液晶涂料(步骤S100)。已知聚合物分散型液晶(Polymer dispersed liquid crystal；PDLC)是将液晶直接分散于高分子基质中，而本发明所用的微胶囊化液晶(PDMLC；polymer dispersedmicroencapsulated liquid crystal)则是还包括一微胶囊外壁(capsule wall)包覆液晶材料，使液晶以微胶囊化的方式分散于高分子基质中。上述液晶材料例如是向列相(Nematic)、胆甾相(Cholesteric)、近晶相(Smectic)、或铁电性(ferroelectric)液晶，而微胶囊外壁为一高分子材料，例如聚氨酯(polyurethane)、聚脲(polyurea)、聚丙烯酸、环氧树脂、聚酯等。有关微胶囊化液晶的组成与制备方式可参考美国专利US 6120701。微胶囊化液晶的粒径约1～6μm。应注意的是，通过将含有微胶囊化液晶的分散液进行离心处理可以筛选出大小相近的粒径，此为使用微胶囊化液晶的优点之一。
本发明所使用的热塑型高分子接着剂为一热塑性高分子水溶液，其浓度例如约5～35％，较佳约10～30％(重量百分比)。热塑性高分子接着剂包括(但不限于)：聚乙烯醇(PVA)、聚氨酯(PU)、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、或前述的组合，其中尤以聚乙烯醇较佳。在一实施例中，热塑性高分子的重量平均分子量约27000～32000，平均聚合度约550～650。本发明特征之一是使用低离子含量的热塑性高分子作为接着剂，其离子含量较佳小于100ppm，更佳小于1000ppm。使用的低离子含量热塑性高分子接着剂可以避免造成漏电流，因而改善电可调光液晶膜的性能。
在一实施例中，将微胶囊化液晶与热塑性高分子水溶液以1∶1-3重量比于室温下均匀混合，即可制备出液晶涂料，其固含量约20-60％，较佳约30-50％(重量百分比)，在25℃下的粘度约800-2000cps，较佳约1000-1200cps。
接着，将含有微胶囊化液晶与接着剂的液晶涂料涂布在一覆有导电层的基板上，例如氧化铟锡-聚对苯二甲酸乙二酯(ITO-PET)基板(步骤S110)，并将液晶涂料干燥成膜(步骤S120)，形成一液晶层。最后，再与另一片覆有导电层地基板进行贴合(步骤130)，即可形成本发明的电可调光玻璃。
上述步骤S110～S130较佳是整合于一成卷式连续制备工艺进行，以制作出大面积成卷式的液晶薄膜。如图2所示，以驱动滚轮30将整卷的ITO-PET薄膜展开，例如可用线速约2-4米/分钟的速度展开。当ITO-PET薄膜15通过滚轮10时，将步骤S110所得的液晶涂料20经由一狭缝涂布头(slot die)40涂布至ITO-PET薄膜上，之后经过一干燥箱60进行干燥成膜。干燥箱60例如是具有多段温度区的烘箱，温度范围较佳可从40℃至90℃。成膜后再经由热贴合轮80以例如约90-110℃与另一片ITO-PET薄膜25贴合，即可连续生成电可调光液晶薄膜35，最后并通过卷取滚轮50卷取之。应注意的是，图2所示的装置仅为成卷式连续制备工艺的一种实施方式，但本发明并非以此为限。
请参见图3，其显示本发明实施例的电可调光液晶薄膜的剖面示意图。如图中所示，本发明的电可调光液晶薄膜包括一第一基板100、一第一导电层150设置于第一基板100上、以及一液晶层300设置于第一导电层150上。液晶层300包含多个微胶囊化液晶微粒320分散于一热塑性高分子310中，其中微胶囊化液晶微粒320是由微胶囊外壁320b与内部的液晶分子320a所构成。液晶层300中微胶囊化液晶微粒320与热塑性高分子310的重量比较佳为1∶2，更佳约1∶1.5。在液晶层300之上还包括一第二导电层250与第二基板200。第一导电层150与第二导电层250是作为电极以控制液晶320a的排列方向。在不加电场的情况下，微胶囊化液晶微粒320内部的液晶分子320a排列是无规则的，入射光在液晶层300内发生散射，而呈不透明。当加上电场以后，液晶分子320a从无序排列变为定向有序排列，入射光完全可以通过，形成透明状态。
在图3中，第一导电层150与第二导电层250例如是氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)等透明导电层。第一基板100与第二基板200除了PET外，也可以是其它透明高分子材料，例如聚碳酸酯(PC)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚醚砜(PES)等。此外，如果是应用在非连续制备工艺，也可使用硬质透明基材，例如玻璃。液晶层300的厚度约从10-20μm，可视所需要的性质是高透光(薄膜)或高遮蔽(厚膜)而定。通过调控液晶涂料的粘度、狭缝涂布头的宽度、基材移动的线速，即可随意控制液晶层的厚度。
本发明的电可调光液晶膜的优点之一是不会因扭曲或受压而有漏光现象，其原因可能是所使用的微胶囊化液晶可筛选微粒大小的分布，并使液晶微滴可固定于液晶薄膜中不易受外界压力而有流动或变形现象。此特性使得本发明的电可调光液晶膜可特别应用于具有曲面的对象上(例如车窗玻璃、或具有曲面的造型玻璃)，而传统电可调光液晶膜则会因扭曲漏光无法作此类应用。
本发明的电可调光液晶膜的另一优点是具有可重复贴合性/加工性。由于本发明所用的接着剂为热塑性高分子，因此液晶层300上的第二基材200(含第二导电层250)可重复多次撕开、再贴合而不影响其光电性质，具有可重工性，而传统使用热固性接着剂(如环氧树脂)的电可调光液晶膜一旦与另一基材贴合后即无法撕开，对于后续的加工较为不利。
图4显示本发明另一实施例的电可调光液晶薄膜的剖面示意图。在此实施例中，是于液晶层300干燥后改用一离型膜400贴合于液晶层300表面，以取代图3中的第二基材200与第二导电层250。离型膜400的材质例如是PET、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、硅氧树脂(silicone)等，厚度可从10～100μm。通过将图2的ITO-PET薄膜25取代成离型膜，本发明可制作出成卷且具有离型膜的液晶薄膜。此具有离型膜的产品可视实际电可调光玻璃的尺寸的决定后再裁切成适当尺寸，取下离型膜后即可与另一片具有预定尺寸的ITO-PET薄膜或其它类型的导电基板(例如ITO-玻璃基板)贴合，具有制程上可调性。
【合成例：微胶囊化液晶微粒】
将2.5克聚氨酯(Desmodur N-3200，Bayer Corp.)与40克液晶(DH-032，工研院自制；Δn＝0.19、Tc＝89℃)于60℃下均匀混合。将上述混合溶液加入200克的10％聚乙烯醇水溶液进行搅拌，然后于50-55℃下以3000rpm，3分钟进行乳化得到粒径1-10μm的颗粒。之后加入25克的10％三乙烯二胺(TriethyleneDiamine)与25克的10％三乙醇胺(Triethanolamine)于55℃下反应10小时。反应完毕后，加入20克的10％氢氧化铵，静置过夜。最后将所得浆料以5000rpm转速进行离心，得到粒径分布1-5μm的微胶囊化液晶微粒。
【实施例1】
将合成例的微胶囊化液晶微粒与20％聚乙烯醇水溶液依照1∶1.5(重量比)在室温下比例均匀混合，即可配制出液晶涂料，涂料的粘度为1000～1100cps(25℃)、固含量约为42％。上述所用的聚乙烯醇的重均分子量为27000-32000，聚合度为550-650，钠离子含量低于60ppm。
以图2所示的装置，将PET-ITO薄膜经狭缝涂布头涂上液晶涂料后(涂幅宽为1.1米)，进入五段式烘箱(温度40～90℃)干燥，以线速约为4米/分钟移动速度移动，最后经过约100℃热贴合轮与另一片PET-ITO薄膜贴合，连续生成电可调光液晶薄膜，厚度控制为15μm。
【实施例2】
同实施例1，但其中液晶涂料改由微胶囊化液晶微粒与20％聚乙烯醇水溶液、20％聚氨酯(PU)水溶液依照1∶1.29∶0.21(重量比)在室温下均匀混合，涂料的粘度为800～900cps(25℃)、固含量约为42％。
【电可调光液晶膜的光电性分析】
将实施例1、2成卷的电可调光液晶膜裁切后经玻璃胶合加工制备工艺制作出的电可调光玻璃，尺寸为宽1.1米、长3米。以明晰度仪(EDTM公司的仪器)测量其光电性质，其结果如图5所示，其中实施例1的电可调光液晶膜具有高透光度(T％＝65％@45V)已优于Polytronix公司的市售商品PolyvisionTM(T％＝54％@45V)。
【不同膜厚的电可调光液晶膜的光电性分析】
依照实施例1的制备工艺，但控制不同狭缝头至基材的间距，可涂布出不同的湿膜厚度，再进行干燥、贴合等制备工艺后可分别制作干膜厚度为10μm与17μm(此厚度未包含PET-ITO基材的厚度)的电可调光液晶膜，测量其透光度。结果如表1与图6所示：膜厚大(17μm)的透光度差(7％～66％)，即遮蔽力好；膜厚小(10μm)的透光度好(10％～70％)，即遮蔽力差。
表1
【可重复加工/贴合测试】
测量实施例1的电可调光薄膜样品未撕开及撕开-贴合3次的透光度对电压关系图，撕开-贴合实验为将撕开的样品经过护贝机(贴合温度为100℃)后测量其光电性，其结果如图7所示，未撕开前与撕开-贴合3次后样品的光电性质差异不大。
【扭曲不透光测试】
将长21cm、宽8cm的Polytronix公司的市售商品PolyvisionTM折出直径为6cm的中空圆柱状，测量此薄膜在不同电压下的穿透度，其结果如图8所示，Polytronix商品经测量后当V＝0时，未扭曲时穿透度为3％；扭曲后穿透度提升至为15％，相差12％。
同样地，将长21cm、宽8cm的实施例1电可调光薄膜样品折出直径为6cm的中空圆柱状，测量此薄膜在不同电压下的穿透度，其结果如图9所示，当V＝0时，未扭曲时穿透度为6％；扭曲后穿透度提升至为7％，仅相差1％，证实本发明的电可调光薄膜在扭曲时具有不会漏光，可贴合至曲面玻璃上仍具备高隐蔽性。
【实施例3】
同实施例1，但其中分别使用离子含量低于60ppm和离子含量高于3600ppm两种20％聚乙烯醇水溶液来制备成涂料，并利用刮刀于PET-ITO薄膜上进行涂布，随后进入烘箱(温度80～90℃)干燥7分钟，最后经过约100℃热贴合机与另一片PET-ITO薄膜贴合，即制作出电可调光液晶薄膜，厚度控制为8μm及15μm。
【不同离子含量20％PVA水溶液制作的电可调光液晶膜的光电性分析】
测量实施例3的使用低离子含量(≤60ppm)和高离子含量(≥3600ppm)20％聚乙烯醇水溶液制作的电可调光薄膜样品的透光度对电压关系图，其结果如图10所示，使用低离子含量20％聚乙烯醇水溶液制作的电可调光薄膜(厚度为8μm及15μm)测量的透光度都高于高离子含量20％聚乙烯醇水溶液制作的电可调光薄膜(厚度为8μm及15μm)，其中使用高离子含量20％聚乙烯醇水溶液制作的电可调光薄膜的膜厚高于15μm时，通电数次后既会烧坏且无法再以电压来驱动电可调光薄膜。
虽然本发明已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。