不同厚度PDLC膜电光性质探讨

1、H*名 W :不同厚度PDLC膜言光性探豺(The study of different film thickness to the electro-optical properties of the PDLC film )言十重褊虢：CNAC-91-01 斡行日期：91/1/191/12/31 言十重主持人：萧明建 斡行罩位：嘉南桑理科技大擘酱桑化擘系一、中文摘要本幸艮告主要的目的在探言寸不同厚度璟氧榭脂系高分子分 散液晶膜(PDLC )之形熊擘及雷光性研究。研究内容是以 二椒不同蚩量比的璟氧榭脂偲硬化蒯配法，藉由偏光微箓 (POM隅察PDLC膜鲍成物中液晶相分雕形熊擘，莹言寸液晶 舆榭脂基

2、材之冏的相容性。而废以五椒不同冏距膜厚度配上二 椒不同蚩量比的璟氧榭脂/熟硬化蒯之不同加工方式裂成之 PDLC膜，测量其雷光性(Vth. To仟、Ton)，研究结果畿现， 以璟氧榭脂/熟硬化蒯(蚩量比)舄1:1,冏距膜厚度舄12pm, 莹以室温下冷劄所裂成之PDLC膜，可獴得段理想的KB (Vth )及段佳的室寸比度(C.R. X因此此示膜可J用於雷子 示及光控制元件上。英文摘要We study the effects of different film thickness on the electro-optical properties and morphology of liquid c

3、rystal droplets. In this study, the phase diagram and POM (Polarized Optical Microscopy) are used to understand the miscibility of liquid crystal and epoxy resin, and the phasing out of the liquid crystal in the film as well. UV/Visible photometer is utilized to measure the electro-optical propertie

4、s of the PDLC film obtained through the various processes. It is found that the PDLC film remains opaque when uncharged. As the applied voltage is higher than the threshold voltage, the film is turning into clear. In equivalent weight ratio of Epoxy/curing agent being 1/1, film thickness being 12“m

5、and the PDLC prepared by using room temperature cured method has a low threshold voltage and better contrast ratio. This PDLC film can be utilized in making display and optical devices.H*由舆目的彳楚西元1888年奥地利植物擘家Friedrich Reintzer首先畿现 液晶，液晶的研究舆畿展，至今的有百多年的J史。现陪段液 晶懒然成舄各Mffi型雷子和W品不可或缺的示醴，而 更随著消费者及新典J用市埸室寸示

6、器走品性能提昇的需求越 来越殷切，使得示元件有朝向鞍、薄、短、小、耗雷量低的 趟努畿展。目前市面上的液晶示器以扭向列液晶型(Twisted Nematic, TN )或超扭向列液晶型(Super Twisted Nematic, STN )舄主，其示原理是利用液晶分子的旋光特性，控制 入射光的桎化方向，使入射的光能通遏上下雨片偏光板而 走生示的效果。然而此必加装偏光板，使光的使用效 率降低言午多，且於裂作日寺必做表面配向，使大面稹的示 器不易裂脩，加上盛密封装徐件的限制，因而有亮度灰暗、 尺寸小、视角狡窄及走品良率偏低的瓶堑页，有待突破。椒由液晶形成微滴(LC droplets)均匀分散在高分

7、子基 材(Polymer matrix)的雷光性褪合膜，亦稍高分子分散液晶膜 (Polymer Dispersed Liquid Crystal; PDLC),能克服上述的缺 陷，增加了逼示元件在市埸上的兢事力，PDLC膜的操 作原理是利用外加雷埸改燮膜中液晶分子的排列，使液晶舆 高分子基材的折射率吻合，形成光擘等向性介而建到示 效果。因此原本光散射状的膜快速成透明状熊，而具有明 暗室寸比的示功能。此示元件不需要偏光板、视角大、 光透遏率高、不需表面配向、容易大型化、抗震抗厘、回J 速度快，燮舄其代表的僵黠。本研究探用罩榭脂系统，以熟可硬化的璟氧榭脂 (DER736)及熟硬化膂l(An2143

8、用主醴，加入促逵蒯(PMU)及 液晶(E63)，混合形成一均匀溶液，再以熟硬化的聚合方式硬 化，随著硬化反J的逵行，液晶逐渐析出而以微滴型熊分散 於高分子基材中，形成固熊液晶膜。研究中，舒室寸以高分子 基材配方及加工方式不同所裂脩的PDLC膜，探言寸其室寸雷光 性的影警。三、寅(X就桑及原料熟硬化璟氧榭脂(DER736用美阈Dow Chemical公司走 品，是Polypropylene diepoxide型璟氧榭脂；熟硬化膂IAn2143 舄 Anchor Chemical 公司走品；促逵 (3-phenyl-1,1-dimethylurea,PMU,Omicure94)舄 Omicure

9、Chemical 公司走品；液晶(E63)舄 Merck Industrial Chemical 公司走品；辱雷玻璃(Indium-Tin-Oxide)舄Merck Balzers公司 走品。(二X榭脂系统的配法本*用罩榭脂系统，以熟可硬化的璟氧榭脂 (DER736)及熟硬化膂IJ(An2143)，分别依 1 ： 1 及 1 ： 1.5 二 蚩量比混合，再加入4phr的促逵凯PMU)，形成一均匀溶液， 作舄PDLC膜中之高分子基材。(三X鲍成物之相容性舆型熊擘之察液晶(E63)舆璟氧撕旨(DER736)或熟硬化蒯(An2143)或促逵 蒯(PMU)三或四成份依不同比例混合，其中液晶(E63)估

10、重量 的3070%。取遹量混合溶液置於具有加熟平台的偏光微箓下 察。其遏程舄先将温度升至液晶Nematic相消失，再以2 C/min 的降温速率冷劄测就檬品，於降温的遏程中察液晶的相分雕 行舄，莹言己液晶舆榭脂基材之冏的相分雕温度。(四X高分子分散液晶膜的裂作将配好的榭脂系统舆液晶依遹蚩重量比加熟混合，形成一 均匀溶液，将控制厚度的冏隔膜置於ITOW玻璃上，取遹量的 混合物於冏隔膜中，莹覆瓷上另一片ITO辱雷玻璃，以畏尾夹夹 累，置於烘箱中行熟硬化反鹿 熟硬化反J的徐件探用雨段式(以 70C加熟80分疆废，再以90C加熟60分疆)加熟法，而膜的冷劄 方式亦分别舄室温奥回火二椒(回火是指加M，W

11、品置於烘箱 中不取出，莹立即将雷源掉。)(五X高分子分散液晶膜的雷光性测就(1X穿透率舆雷厘之测量使用穿透式测量之光擘装置(UV/Vis分光光度言十)，入射光菁丁 舄546nm，莹使其入射方向垂直於PDLC薄膜，而外加雷厘以三 用雷表和可ft器来控制，每2 V 次至10 0V舄止，穿透率 可由俵器直接出，言己在不同雷厘下的穿透率。(2)、腿勤及饱和之测量测得不同的穿透率废，可利用HI 1的方法求得腿勤 (Threshold Voltage)及饱和。另外，室寸比度(Contrast Ratio) 定羲如下：Contrast Ratio =offTmax :施加外的最大穿透率Toff ：未施加外的

12、穿透率四、结果典豺(X高分子分散液晶膜鲍成物之相容性及型熊擘(1 ). E63、DER736及An2143三成份冏及E63、PMU、 DER736及An2143四成份冏之相容性将E63、DER736及An2143混合均匀，其中E63的重量估 3070wt%，取遹量置於偏光微箓下，先升温至液晶的 Nemati c消失，再以2C/min的速率降温，察液晶Nematic相 再次出现的温度莹言己之。H 2舄E63、DER736及An2143 三成份冏之相H，其中DER736舆An2143的蚩量比分另懦1 ： 1及1 ： 1.5。由H中可知，随著液晶含量的增加，液晶的相分 雕温度亦随之上升，富DER73

13、6舆An2143非等蚩量日寺，其相 分雕温度皆比等蚩量的鲍成(1 : 1 )低。H 3舄E63、PMU、 DER736及An2143四成份冏之相H，可知再加入第四成份莹 未影警系统，但依然可以看出随著液晶的增加，其相容性均 畲降低。(2 ) . E63、PMU、DER736及An2143四成份冏之型熊 DER736舆An2143分别以1 ： 1及1 ： 1.5的蚩量比混合，再加入PMU及液晶，液晶含量估50wt%，察方法同(一) -(1。混合物在室温下舄乳白色不均溶液，未熟虚理日寺， 所呈现的液晶微滴型熊舄规则而小的颗粒(如H 4所 示)，富温度上升至70C日寺，原来在室温下出现的液晶微滴 消

14、失，彳楚偏光照片中看不到任何结晶型熊(H 5 )，即表示E63 舆高分子基材互溶成均相。接著以2C/min的速率降温，富 温度降至49.9C日寺，始有代表液晶微滴的亮黠出现(H6)。随著温度持i下降，有愈来愈多的的E63走生相分雕， 逐渐形成液晶微滴(IH 6 ),此日寺高分子基材仍具流勤性，液 晶微滴因而相互接蠲凝集而成畏，形成不规则且大小不一之 液晶微滴。蚩DER736舆An2143非等蚩量日寺，其液晶微滴 的形成、成畏及其型熊亦同於1 ： 1的情况。然而降温遏程 中所形成的液晶微滴均比1 ： 1的系统不规则，而且所凝聚 的液晶微滴亦段大(in 7m 8)(二X高分子分散液晶膜之雷光性(1

15、).冏距膜厚度不同室寸PDLC膜之雷光性之影警n 9舄不同冏距膜厚度下，璟氧榭脂/硬化蒯(蚩量比) 1 : 1.5，以70C加熟80分疆，再以90C加熟60分疆，室温 下冷劄之雷厘室寸穿透率之n，可看出，富冏距膜厚度增加 日寺，其KB( Vth)及饱和B( Vsat )有上升的趟努， 而穿透率(Toff、Ton )有下降的趟努，其原因是蚩冏距膜之 厚度增加日寺，使璟氧榭脂舆胺硬化蒯有更加足多旬的空冏行 交速作用，使得材料段舄坚硬，另一可能是有段多的榭脂材 料必通遏。参考文献1.松本正一，角田世良著，黄瑞祥旨睾，液晶之基磴舆J用， 阈立 W，1996.2.S. T. Wu, Liquid Cry

16、stals Display，1995 in National Chiao Tung University.3.K. Takizawa, K. Kodama andK. Ksihi, Appl. Opt. Vol.37, p3181, 1998.4.G.H. Heilmeier,IA Zanoni,and L.A. Barton,Proc.IEEE 56, 1162, 1968.陈速春，彩色液晶示器一原理舆技荷，建典出版 社，1995年。G Chidichimo, G Arabia,J.W. Doane, and A.Golemme, Liquid Crystals, Vol 5,Iss 5,

17、p1443, 1989.E.Shimada and T.Uchida,Jap J.Appl.Phys., Vol131,p352,1992.LC(wt%)(2).蚩量比室寸PDLC膜之雷光性之影警n 10舄不同蚩量比，相同12呻之冏距膜，以70C加熟 80分疆，再以90C加熟60分疆，室温下冷劄所得之雷厘室寸穿 透率之n，可畿现蚩硬化蒯遏量日寺，其k( vth)奥室寸比 度(C.R.)均有升高的趟努，而穿透率(Toff、Ton)均有下降的 趟努，其原因舄蚩胺硬化蒯遏量日寺，畲行1级胺的加成反J， 畲形成性结情，且由於上述系统的硬化反J段完全，造成硬 化废的高分子基材M*，而促使雷阻值上升，致使

18、微 滴中液晶分子段不易感受雷埸，故其K高，相室寸的其 穿透率(Toff、Ton)亦因而降低。(3).冷劄方式不同室寸PDLC膜之光性之影警n 11舄冷劄方式不同，相同蚩量比，相同12呻之冏距膜， 以70C加熟80分疆，再以90C加熟60分疆所得之室寸穿透 率之n，可畿现蚩硬化蒯含量段大日寺，以回火方式冷劄形成的 膜，其腿K( Vth)及室寸比度(C.R.)均有偏高的趟努，而 穿透率(Toff、Ton )亦有偏高的趟努。以回火方式冷劄，可能 增加榭脂硬化程度，而使榭脂段舄坚硬，辱致PDLC膜的腿K 上升。9383706053轮筑2310。 (枢 i)u-esue 目V*:KBV#溜和雷厘mi腿勤雷厘舆饱和雷厘之量测HI 2 DER736、An2143舆E63三者混合之相HIHI 3 E63舆蚩量比1 ： 1之DER736和An2143之相H(DER736/An2143 ( 1 : 1 )蚩量比，E63 含量舄 50wt% )（a）室温（偏光下）室温（偏光下）HI 4室温下基材舆液晶冏的偏光照片（倍率800 ） （DER736/An2143 （ 1 : 1 ）蚩量比，E63 含量舄 50wt%）70.0侦偏光下）H 5加熟日寺