全球暖化已成為當前最重要的環保議題，為因應節能減碳，智慧型玻璃將成為不可或缺的建材，因此落實高分子分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal; PDLC)智慧綠色材料於生活上將刻不容緩。
智慧型玻璃為綠色建築中相當重要的建材，目前仍以應用在汽車後視鏡等小面積產品為主，但其具有隔離太陽輻射熱源與紫外線等功能，可隨個人需求控制電開關調控光線透光量，因此除了提供充足光線，同時具有防曬隔熱功能，有效降低照明與空調的使用，進而達到節能減碳的目的，也因其可取代窗簾，而能有效降低塵蟎、提升健康生活品質。另外，智慧型玻璃也可做為室內隔間隔屏，具有顯示功能，甚至可直接當作投影布幕，既能美化環境又使空間無限制，未來將廣泛應用在建築大樓窗戶與室內裝潢。
PDLC技術原理
高分子分散液晶薄膜(Polymer-dispersed Liquid Crystal Film; PDLC Film)為具異方性的液晶微滴均勻分散於高分子中之複合膜，藉由外加電場可調控液晶與高分子間的折射率關係，造成光散射與光穿透狀態，以達到薄膜顯示功能。典型的液晶為正介電異方性，其分子種類主要有Nematic、Smetic、ChCLC、Ferroelectric Smetic、Antiferroelectric Smetic及Guest-Host等型態。當無外加電壓時，液晶的有效折射率neff和高分子的折射率np不匹配，入射光線感受到很多界面存在，光線被嚴重散射，薄膜因而形成散射態（不透明態，OffState）；一旦產生電場時，液晶會垂直基材表面排列，因液晶的折射率no與高分子np相同，垂直入射的光線無介面存在可讓光線透過，薄膜因而形成透明態(On State)，此種顯示模式稱為Normal Mode PDLC（圖二），反之則為Reverse Mode PDLC。
圖二、PDLC技術顯示原理
PDLC製作方法
這種以液晶與另一介質混成材料做為光閥的構想早在1976年由C. Hilsum 提出，但未能實用，直到1985年J. L. Fergason利用乳化法成功開發固態薄膜液晶顯示器，促使PDLC技術開始被廣泛研究及開發。目前製作PDLC Film主要有滲透(Permeation)、NCAP(Nematic Curvilinear Aligned Phase Method)及相分離(Phase Separation)等三種方法，其中以相分離法為PDLC之主流技術。
滲透法係將液晶滲透於一含有微孔性高分子薄膜中，但因穩定性不佳且無法突破基材限制，使其發展受限；NCAP法又稱乳化法(Emulsification)，係將液晶乳化分散在水溶性可聚合高分子之溶液中，然後塗佈在導電基材上，當溶劑蒸發後，再覆蓋另一層導電基材，此時液晶微滴即被高分子包圍一顆顆分散在其中。美國Raychem即是發展NCAP技術的龍頭，並已將此技術移轉給日本板硝子NSG、法國Saint-Fobain及義大利Isoclima，代表產品為UmuTM，目前最大製作尺寸為0.9×2.75 m2（圖三）。
圖三、NSG 利用NCAP 技術製作之PDLC 薄膜UmuTM
PDLC的相分離法與乳化法不同之處為相分離法一開始所使用的材料為均相混合物，可藉由冷卻、溶劑揮發或聚合等方式產生相分離，因此可得較均勻且可調控的液晶微滴大小，基材選擇性較廣且製程較簡單。均勻的液晶微滴大小調控是相分離法製作PDLC Film之主要關鍵，其與PDLC Film表現的光電性能息息相關，原材料因含有高成分比例的液晶，往往在相分離的過程中會產生粒徑很大的液晶滴，甚至顆粒分布不均，而無法達到液晶滴小且多的目的。相分離法主要由三種方式產生，分述如下。
1. 熱引發相分離(Thermally Induced Phase Separation; TIPS)
此法係在高溫下將液晶與熱塑性高分子，如Poly(methyl mathacrylate)、Polystyrene等混合成均相(Homogeneous)溶液塗佈於導電基材上，並覆蓋第二層導電基材後，將此溶液冷卻到相分離的溫度，此時液晶與高分子漸漸變為不相容，液滴狀液晶在高分子連續相中慢慢形成。液晶滴的大小可以用降溫的速度來控制，也可以用電場整合液晶滴的排列與其內的分子方向，製造出橢圓球形的液晶滴。但利用此方法的液晶使用量較大，且在製備時的溫度範圍不大，必須注意高溫時會使薄膜重新成形。
3. 聚合引發相分離(Polymerization Induced Phase Separation; PIPS)
此法係將低分子量之高分子單體或寡聚物與液晶混合成一均相溶液，經由熱或光聚合（亦即縮合或自由基反應）後，液晶溶解度降低而與高分子產生相分離，逐漸形成液晶微滴均勻分散於高分子中。此方法在材料的選擇上彈性較大，為一般PDLC Film 製作最廣泛運用的方法。美國Polytronix（即台灣的寶創科技）開發的『奇美玻璃』Polyvision PrivacyTM Glass 即利用液晶、Epoxy 單體、交聯劑及間隙子(Spacer)混合後，在兩片透明導電薄膜中以熱聚合技術製作而成之產品，但仍以片式生產為主，最大僅能做到60×120 inches，其薄膜架構如圖五所示……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：謝依萍/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌282期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8613