CN104178179A

CN104178179A - 一种宽温域低粘度的向列相液晶材料

Info

Publication number: CN104178179A
Application number: CN201410342235.9A
Authority: CN
Inventors: 杨槐; 张兰英; 李辰悦; 陈寅杰; 沈文波; 王萌; 于美娜; 王慧慧
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2034-07-17
Also published as: CN104178179B

Abstract

本发明公布一种宽温域低粘度的向列相液晶材料，该材料由35.0～45.0％的具有环己烷酯基苯为骨架结构的系列衍生物作为组分1、35.0～45.0％的具有环己烷苯为骨架结构的系列衍生物作为组分2、10.0～15.0％的具有以中间基团连接环己烷和苯为骨架结构末端为氟基的系列衍生物作为组分3、5.0～10.0％的具有二苯乙炔为骨架结构末端为氟基的系列衍生物作为组分4按总量100.0％熔融混合形成的向列相液晶材料。该液晶材料具有低粘度(≤15mm²·s^-1)，以及较宽的液晶相温度(-40～100℃)的特点，能够制备低工作电压、快速响应的液晶器件，适用于显示、光电器件等广阔的应用领域。

Description

一种宽温域低粘度的向列相液晶材料

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种宽温域低粘度的向列相液晶材料及其作为光电显示器件材料的用途。

背景技术

液晶的电光响应速度对液晶显示器及其他液晶光学器件的性能有着十分重要的影响。目前，越来越多的液晶应用都要求向列相液晶材料具有更短的响应时间，如液晶显示器、应用于自适应光学的液晶空间光调制器、应用于光通讯的液晶光开关、光调制器等。为了有效提高液晶响应速度，需要降低向列相液晶的粘度。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明通过混合4类液晶单体而制备得到一种宽温域低粘度的向列相液晶材料，其温域为-40～100℃、粘度≤15mm²·s^-1，该向列相液晶材料可用于制备性能优异的光电器件，提高其快速响应的速度，在显示器件制造中具有广阔的应用前景。

本发明所采用的技术方案是：

一种宽温域低粘度的向列相液晶材料，该材料由35.0～45.0％的具有环己烷酯基苯为骨架结构的系列衍生物作为组分1、35.0～45.0％的具有环己烷苯为骨架结构的系列衍生物作为组分2、10.0～15.0％的具有以中间基团连接环己烷和苯为骨架结构末端为氟基的系列衍生物作为组分3、5.0～10.0％的具有二苯乙炔为骨架结构末端为氟基的系列衍生物作为组分4按总量100.0％熔融混合形成的向列相液晶材料。

本发明的原理如下：组分1的酯基连接的刚性结构提供了分子的骨架以及部分极性，和其它组分相溶性较好；组分2提供了分子的刚性以及较低的熔点，其极性侧基可降低材料粘度；组分3的分子量小，熔点低，可拓宽向列相温域；组分4增大了分子共轭，增强液晶的介电常数，末端采用含氟基团的液晶不仅粘度大幅降低,而且具有较好的互溶性。由四大类不同链长烷基或烷氧基衍生物混合而成的液晶，可以降低共熔点，增宽向列相温域并有效消除近晶相，最终达到各项性能的均衡和最优，满足实际应用的需求。

本发明提供的宽温域低粘度的向列相液晶材料中，进一步地，组分1的分子结构是由酯基连接的环己环和苯环，端基R₁为含1到9个碳的烷基，端基R₂为含1到9个碳的烷氧基或氰基，组分1由上述衍生物中的任意一种或多种以任意比例混合而成：

进一步地，组分2的分子结构是环己烷和苯环直接相连，端基R₁为含1到9个碳的烷基，端基R₂为含1到9个碳的烷氧基或氰基，组分2由上述衍生物中的任意一种或多种以任意比例混合而成：

进一步地，组分3分子结构是由中间基团连接环己烷和苯环，连接基团X为烷基或环己基，一端基为氟基，端基R₁为含1到9个碳的烷基，另组分3由上述衍生物中的任意一种或多种以任意比例混合而成：

进一步地，组分4分子结构是以二苯乙炔为骨架，一端基为氟基，端基R₁为含1到9个碳的烷基，组分4由上述衍生物中的任意一种或多种以任意比例混合而成：

上述具有宽温域低粘度的向列相液晶材料的温域为-40～100℃；粘度≤15mm²·s^-1。

本发明提供的宽温域低粘度的向列相液晶材料作为光电显示器件的材料的用途。该向列相液晶材料可用于制备性能优异、快速响应的光电显示器件。

本发明的有益效果在于：

本发明通过混合多种单体组分而制备得到一种宽温域低粘度的向列相液晶材料，其中，组分1的酯基连接的刚性结构提供了分子的骨架以及部分极性，和其它组分相溶性较好；组分2提供了分子的刚性以及较低的熔点，其极性侧基可降低材料粘度；组分3的分子量小，熔点低，可拓宽向列相温域；组分4增大了分子共轭，增强液晶的介电各向异性，末端采用含氟基团的液晶不仅粘度大幅降低,而且具有较好的互溶性。由四大类不同链长烷基或烷氧基衍生物混合而成的液晶，可以降低共熔点，增宽向列相温域并有效消除近晶相，最终达到各项性能的均衡和最优，满足实际应用的需求。

该液晶材料具有低粘度(≤15mm²·s^-1)，以及较宽的液晶相温度(-40～100℃)的特点，适用范围广，能够制备低工作电压、快速响应的液晶器件。

附图说明

图1为本发明实施例用平氏粘度计对液晶材料进行运动粘度测试的示意图，

其中：1—主管；2—宽管；3—弯管；A—测定球；B—储器；C—缓冲器；E—毛细管；F—支管；m₁、m₂—环形测定线。

具体实施方式

下面通过具体实施对本发明做进一步详细的描述，但不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中，宽温域低粘度的向列相液晶材料由35.0～45.0％的具有环己烷酯基苯为骨架结构的系列衍生物作为组分1、35.0～45.0％的具有环己烷苯为骨架结构的系列衍生物作为组分2、10.0～15.0％的具有以中间基团连接环己烷和苯为骨架结构末端为氟基的系列衍生物作为组分3、5.0～10.0％的具有二苯乙炔为骨架结构末端为氟基的系列衍生物作为组分4按总量100.0％熔融混合形成的向列相液晶材料。本发明实施例中液晶材料各组分化合物的分子结构式及比例如下，其中n为1～9的整数；端基R1为含1到9个碳的烷基；端基R2为含1到9个碳的烷氧基或氰基：

为测试本发明实施例得到的液晶材料的粘度(运动粘度)，采用如图1所示的平氏粘度计进行测试。测试方法如下：

取黏度计，在支管F上连接一橡皮管，用手指堵住管口2，倒置黏度计，将管口1插入供试品(或供试溶液)中，自橡皮管的另一端抽气，使供试品充满球C与A并达到测定线m₂处，提出黏度计并迅速倒转，抹去黏附于管外的供试品，取下橡皮管接于管口1上，将黏度计垂直固定于恒温水浴中，并使水浴的液面高于球C的中部，放置15min后，自橡皮管的另一端抽气，使供试品充满球A并超过测定线m₁，开放橡皮管口，使供试品在管内自然下落，用秒表准确记录液面自测定线m₁下降至测定线m₂处的流出时间；依法重复测定3次以上，每次测定值与平均值的差值不得超过平均值的±5％。采用式5计算其黏度：

ν＝Κt式5

式5中，ν为运动黏度；K为用已知黏度标准液测得的粘度计数(mm²·s^-2)；t为测得的平均流出时间(s)。

实施例一：

宽温域低粘度的向列相液晶材料由40.56％的组分1(其中，1-1：R1＝C5H11，R2＝OC2H5占17.56％；1-2：R1＝C5H11，R2＝CN占14.06％；1-3：R1＝C3H7，R2＝OC2H5占8.94％；)、40.35％的组分2(其中，2-1：R1＝C3H7，R2＝CN占14.58％；2-2：R1＝C3H7，R2＝OC2H5 占9.85％；2-3：R1＝C3H7，R2＝OCH3占8.54％；2-4：R1＝C5H11，R2＝CN占7.38％)、12.32％的组分3(其中，3-1：R1＝C3H7，X＝CH2占3.35％；3-2：R1＝C5H11，X＝CH2占3.15％；3-3：R1＝C3H7，X＝C6H12占3.08％；3-4：R1＝C5H11，X＝C6H12占2.74％)、6.77％的组分4(其中，4-1：R1＝C3H7占3.58％；4-2：R1＝C5H11占3.19％)熔融混合形成。各组分的化合物分子结构式及比例见表1。

表1 实施例一的液晶材料中各组分化合物的分子结构式及比例

实际测试液晶的物理性质如下表2：

表2 实施例一中的向列相液晶混晶测试得到的相关参数

实施例二：

混晶材料由41.02％的组分1(1-1：R₁＝C₅H₁₁，R₂＝OC₂H₅占15.31％；1-2：R₁＝C₅H₁₁，R₂＝CN占15.22％；1-3：R₁＝C₃H₇，R₂＝OC₂H₅占10.49％；)、41.79％的组分2(2-1：R₁＝C₃H₇，R₂＝CN占13.73％；2-2：R₁＝C₃H₇，R₂＝OC₂H₅占9.78％；2-3：R₁＝C₃H₇，R₂＝OCH₃占8.64％； 2-4：R₁＝C₅H₁₁，R₂＝CN占8.53％)、11.76％的组分3(3-1：R₁＝C₃H₇，X＝CH₂占3.45％；3-2：R₁＝C₅H₁₁，X＝CH₂占3.01％；3-3：R₁＝C₃H₇，X＝C₆H₁₂占2.97％；3-4：R₁＝C₅H₁₁，X＝C₆H₁₂占2.33％)、5.43％的组分4(4-1：R₁＝C₃H₇占2.68％；4-2：R₁＝C₅H₁₁占2.75％)熔融混合形成。各组分化合物分子结构式及比例如下表3。

表3 实施例二中液晶材料各组分化合物的分子结构式及比例

实际测试液晶的物理性质如下表4：

表4 实施例二中的向列相液晶混晶测试得到的相关参数

实施例三：

混晶材料由38.28％的组分1(1-1：R₁＝C₅H₁₁，R₂＝OC₂H₅占14.89％；1-2：R₁＝C₅H₁₁，R₂＝CN占13.64％；1-3：R₁＝C₃H₇，R₂＝OC₂H₅占9.75％；)、37.91％的组分2(2-1：R₁＝C₃H₇，R₂＝CN占13.85％；2-2：R₁＝C₃H₇，R₂＝OC₂H₅占8.66％；2-3：R₁＝C₃H₇，R₂＝OCH₃占7.21％；2-4：R₁＝C₅H₁₁，R₂＝CN占7.52％)、14.98％的组分3(3-1：R₁＝C₃H₇，X＝CH₂占4.42％；3-2： R₁＝C₅H₁₁，X＝CH₂占3.26％；3-3：R₁＝C₃H₇，X＝C₆H₁₂占3.88％；3-4：R₁＝C₅H₁₁，X＝C₆H₁₂占3.42％)、8.83％的组分4(4-1：R₁＝C₃H₇占4.36％；4-2：R₁＝C₅H₁₁占4.47％)熔融混合形成。各组分化合物分子结构式及比例如下表3。

表5 实施例二中液晶材料各组分化合物的分子结构式及比例

实际测试液晶的物理性质如下表6：

表6 实施例三中的向列相液晶混晶测试得到的相关参数

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种宽温域低粘度的向列相液晶材料，其特征在于，由35.0～45.0％的组分1、35.0～45.0％的组分2、10.0～15.0％的组分3和5.0～10.0％的组分4按总量100.0％熔融混合而形成；所述组分1是具有环己烷酯基苯为骨架结构的系列衍生物；所述组分2是具有环己烷苯为骨架结构的系列衍生物；所述组分3是具有以中间基团连接环己烷和苯为骨架结构的末端为氟基的系列衍生物；所述组分4是具有二苯乙炔为骨架结构的末端为氟基的系列衍生物。

2.根据权利要求1所述的宽温域低粘度的向列相液晶材料，其特征在于，所述组分1的分子结构式为式1：

其中端基R₁为烷基，端基R₂为烷氧基或氰基，n为1～9的整数；所述组分1由分子结构式为式1的一种衍生物或多种衍生物以任意比例混合而成。

3.根据权利要求1所述的宽温域低粘度的向列相液晶材料，其特征在于，所述组分2的分子结构式为式2：

其中端基R₁为烷基，端基R₂为烷氧基或氰基，n为1～9的整数；所述组分2由分子结构式为式2的一种衍生物或多种衍生物以任意比例混合而成。

4.根据权利要求1所述的宽温域低粘度的向列相液晶材料，其特征在于，所述组分3的分子结构式为式3：

其中端基R₁为烷基，n为1～9的整数，连接基团X为烷基或环己基；所述组分3由分子结构式为式3的一种衍生物或多种衍生物以任意比例混合而成。

5.根据权利要求1所述的宽温域低粘度的向列相液晶材料，其特征在于，所述组分4的分子结构式为式4：

其中端基R₁为烷基，n为1～9的整数；所述组分4由分子结构式为式4的一种衍生物或多种衍生物以任意比例混合而成。

6.根据权利要求1～5任一所述的宽温域低粘度的向列相液晶材料，其特征在于，所述向列相液晶材料的温域为-40～100℃；粘度≤15mm²·s^-1。

7.权利要求1～6任一所述的宽温域低粘度的向列相液晶材料作为光电显示器件的材料的用途。