CN102443402B - 一种宽温蓝相液晶复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，该方法是将弯曲型的液晶分子如噁二唑类、噻吩类等，按一定比例添加到小分子向列相混晶中，再添加适量的一种或几种螺旋扭曲力（HTP）为8μm-1～100μm-1的手性化合物，以诱导并拓宽蓝相液晶的温域，温度范围可达5℃～30℃。此发明不仅制备简单，效果显著，而且所制备的体系稳定性好、粘度低、对电场响应速度快。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料与显示领域，涉及一种宽温蓝相液晶复合材料的制备方法。
背景技术
液晶自1888年被发现以来，在上个世纪六十年代开始应用于显示领域。随着技术的不断更新，液晶显示器先后经历了TN、STN、TFT等模式，解决了液晶显示中存在的稳定性差、分辨率低、对比度低和视角窄等问题，如今在显示市场中占据了绝对的优势。然而，随着人们生活水平的提高，大尺寸、高清晰液晶显示器成为了时代的主流，迫切需要提高液晶显示器的响应速度。蓝相液晶材料由于具有微秒级的电场响应速度、且蓝相液晶显示器视角广、无需液晶取向层、驱动电压低(仅为TFT液晶显示器的1/3)等，被认为是最具发展前途的下一代快速光电响应液晶显示材料。
蓝相(Liquid crystalline Blue Phases，BPs)是宏观上介于各向同性态和胆甾相之间的一种特殊相态，常出现在高手性液晶体系之中。微观上，蓝相是一种无双折射现象的晶格缺陷相，其晶格参数大小与可见光波长的数量级相当(几百纳米)，从晶体结构上可以分为三个子相蓝相I(BPI)、蓝相II(BPII)和蓝相III(BPIII)，分别为简单立方结构、面心立方结构以及无定形态。然而，蓝相液晶稳定存在的温度范围特别窄，通常只有1℃左右，这就大大地限制了蓝相材料在显示、激光、通讯以及微电子等领域的应用。因此，拓宽蓝相的温域成为国内外研究人员急需解决的问题，对宽温域蓝相液晶材料的研究也具有重要的理论意义和应用价值。
液晶的分子结构对液晶相态稳定性有重要影响，理论研究表明双轴性分子有利于拓宽蓝相温域。【D.C.Wright and N.D.Mermin，Rev.Mod.Phys.，1989，61，385.】本发明将一系列弯曲状液晶分子按一定比例加入到联苯腈类混晶中，再添加适量的一种或几种手性化合物，可获得较宽温域的蓝相。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
本发明是一种宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，尤其涉及一种快速显示用宽温域蓝相液晶材料的制备方法，本发明旨在将特殊结构的弯曲型液晶分子引入到小分子联苯腈类向列相混晶中，再添加适量的一种或几种手性化合物，以诱导并拓宽蓝相液晶的温域；可得较宽温域蓝相，温度范围可达5℃～30℃。
一种宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，是将弯曲型的液晶分子按一定比例添加到小分子向列相混晶中，再添加适量的一种或几种螺旋扭曲力(HTP)为8μm-1～100μm-1的手性化合物，以诱导并拓宽蓝相液晶的温域，该体系的组分按重量比分别为：
小分子向列相混晶 50～90％
手性化合物 5～50％
弯曲型液晶分子 2～30％。
所述弯曲型的液晶分子为噻吩类液晶分子和噁二唑类液晶分子。
所述弯曲型的液晶分子结构如下：
其中，五元环中X可为O或S，Y和Z可为C或N；六元环A’、B’、C’和D’可为 
环的个数m、n、g和h取值为0、1或2。桥键A1、A2、B1和B2可为单键、双键、三键、-COO-、-OCO-、-(CH2)2-、-CH2O-或-N＝N-；R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12为H、F、Cl、-CN、-NO2、-OCN、-CnH2n+1、-OCnH2n+1、-SCnH2n+1、-CnH2n-1、-OCnH2n-1、CF3O-或CHF2O-。
所述弯曲型的液晶分子中当Y或Z为氮(N)时，没有R1、R2取代。
所述的小分子向列相混晶的主要成分(小分子母体液晶)为联苯腈类液晶，即CB类、OCB类及含氟小分子液晶的低粘度向列型混合物，粘度要求小于50mPa，液晶材料熔点低于-10℃，清亮点在30～200℃。
由于蓝相只存在于高手性手性含量的液晶体系中，手性的引入是诱导蓝相的关键。本发明用到的手性化合物螺旋扭曲力(HTP)为8μm-1～100μm-1，添加量在5wt％～50wt％之间。
进一步的，所涉及的手性化合物螺旋扭曲力(HTP)为30-100μm-1时，添加量在5wt％～15wt％；所涉及的手性化合物螺旋扭曲力(HTP)为8-30μm-1时，添加量为10wt％～50wt％。
所述手性化合物的结构式如下所示，其中R代表末端烷基或烷氧基长链，碳原子的个数为1～10；
优选碳原子个数为4～6。
本发明的优点在于：将一系列弯曲型液晶分子按一定比例加入到联苯腈类混晶中，再添加适量高螺旋扭曲力的手性化合物，可得较宽温域蓝相，不仅制备简单，效果显著，而且该体系稳定性好、粘度低、对电场响应速度快。
附图说明
图1是噁二唑类弯曲分子结构及其相变温度示意图；
图2是噁二唑体系样品B2降温时的偏光织构示意图；
图3是噻吩类弯曲分子结构及其相变温度示意图；
图4是蓝相液晶混合物IPS电光测试装置示意图。
具体实施方式
实施例1
合成一系列噁二唑类弯曲分子，其分子结构及相变温度如图1所示。小分子胆甾相液晶(N*LC)的成分为83.0wt％混晶SLC-X(Yongsheng Huatsing Liquid Crystal Co.，Ltd，Δn＝0.235，Δε＝29.6 at 298K)，10.0wt％ R811和7.0wt％ Iso-(6OBA)2，将上述合成的噁二唑类分子按不同比例添加到其中，用偏光显微镜观察蓝相液晶织构及其相变温度，该蓝相液晶复合材料的组成及相变温域如表1所示，降温时的偏光显微镜照片如图2所示。
表1蓝相液晶复合体系组成及其相变温度
表中：XX-OXD：噁二唑类弯曲分子；N*LC：小分子胆甾相液晶；BP-N*：蓝相到胆甾相的相转变温度；I-BP：各项同性态到蓝相的转变温度；ΔT：蓝相温度区间。
从表1中可以看出，添加噁二唑类弯曲分子后，蓝相液晶的温域均有所拓宽。C5-OXD添加量在2wt％～10wt％时，温域逐渐增加；但此时继续添加，温域反而变窄，可能的原因是C5-OXD不具备液晶性。C5H-OXD和C5P-OXD掺杂体系中，蓝相液晶温域分别拓宽至24.5和27.2℃，但二者在添加量为8wt％时，均出现相分离。C5T-OXD掺杂体系溶解性较差，拓宽效果也不明显。总之，噁二唑类弯曲分子对蓝相温域的稳定效果显著，但其缺点是在混晶中的溶解性较差，且该体系在高温和电场下不稳定。
实施例2
合成一系列噻吩类弯曲分子，其分子结构及相变温度如图3所示。小分子胆甾相液晶(N*LC)的成分为83.0wt％混晶SLC-X(Yongsheng Huatsing Liquid Crystal Co.，Ltd，Δn＝0.235，Δε＝29.6at 298K)，10.0wt％ R811和7.0wt％ Iso-(6OBA)2，将上述合成的噻吩类分子按不同比例添加到其中，用偏光显微镜观察蓝相液晶织构及其相变温度，该蓝相液晶复合材料的组成及相变温域如表2所示。
噻吩类弯曲分子，在混晶中具有较好的溶解性，且稳定性好，响应速度快，稳定蓝相温域效果显著。
表2蓝相液晶复合体系组成及其相变温度
表中：XX-Th：噻吩类弯曲分子；N*LC：小分子胆甾相液晶；BP-N*：蓝相到胆甾相的相转变温度；I-BP：各项同性态到蓝相的转变温度；ΔT：蓝相温度区间。
从表2中可以看出，噻吩类弯曲分子对蓝相液晶的温域也有明显的拓宽效应，且噻吩类分子在液晶中溶解性较好，添加量可达到30wt％以上。其中，C5-Th掺杂体系拓宽效果最为明显，可能是该分子的分子间作用力更强，而且粘度较大。
实验结果表明：按实施例1的配方可以混配得到较宽的蓝相液晶，其中最宽的一个配比温度区间为41.8℃～69.0℃，蓝相稳定存在温度达27.2℃。按实施例2的配方也可以混配得到较宽的蓝相液晶，其中最宽的一个配比温度区间为44.1℃～70.0℃，蓝相稳定存在温度达25.9℃。观察蓝相液晶的相行为是在降温进行，降温速度为0.1℃/min。
蓝相液晶复合材料的电光性能测试示意图如图4所示，将上述所得蓝相液晶材料注入IPS液晶盒，测量得到其响应速度均小于1ms。
Claims (7)
1.一种宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法是将弯曲型的液晶分子按一定比例添加到小分子向列相混晶中，再添加适量的两种或两种以上的螺旋扭曲力（HTP）为8μm-1～100μm-1的手性化合物，以诱导并拓宽蓝相液晶的温域，该体系的组分按重量比分别为：
小分子向列相混晶 50～90%
手性化合物 5～50%
弯曲型液晶分子 2～30%；
所述弯曲型的液晶分子为噻吩类液晶分子和噁二唑类液晶分子；所述的小分子向列相混晶的主要成分为联苯腈类液晶，即CB类、OCB类及含氟小分子液晶的低粘度向列型混合物，粘度要求小于50mPa.s，液晶材料熔点低于-10℃，清亮点在30～200℃。
2.根据权利要求1所述的宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述弯曲型的液晶分子结构如下：
其中，五元环中X可为O或S，Y和Z可为C或N；六元环A’、B’、C’和D’可为
或环的个数m、n、g和h取值为0、1或2；桥键A1、A2、B1和B2可为单键、双键、三键、-COO-、-OCO-、-(CH2)2-、-CH2O-或-N=N-;R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和R12为H、F、Cl、-CN、-NO2、-OCN、-CnH2n+1、-OCnH2n+1、-SCnH2n+1、-CnH2n-1、-OCnH2n-1、CF3O-或CHF2O-。
3.根据权利要求2所述的宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述弯曲型的液晶分子中当Y或Z为氮（N）时，没有R1、R2取代。
4.根据权利要求1所述的宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所涉及的手性化合物螺旋扭曲力（HTP）为30-100μm-1时，添加量在5wt%～15wt%。
5.根据权利要求1所述的宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所涉及的手性化合物螺旋扭曲力（HTP）为8-30μm-1时，添加量为10wt%～50wt%。
6.根据权利要求1所述的宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述手性化合物的结构式如下所示：
其中R代表末端烷基或烷氧基长链，碳原子的个数为1～10。
7.根据权利要求6所述的宽温蓝相液晶复合材料的制备方法，其特征在于：所述手性化合物结构中R的碳原子个数为4～6。
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