CN105247013B

CN105247013B - 液晶盒

Info

Publication number: CN105247013B
Application number: CN201480030145.4A
Authority: CN
Inventors: 林恩政; 金正云; 吴东炫
Original assignee: LG Chemical Co Ltd
Current assignee: LG Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2017-10-03
Anticipated expiration: 2034-07-11
Also published as: US9758726B2; CN105247013A; JP6183674B2; JP2016525222A; KR101601450B1; US20160115389A1; EP3020787A4; WO2015005719A1; EP3020787A1; KR20150007998A; EP3020787B1

Abstract

本发明涉及一种液晶盒及其用途。示例性液晶盒可以实现即使以低的驱动电压也可在霾模式和非霾模式之间转换的双稳态模式。这种液晶盒可用于各种光调制设备如智能窗口、窗口防护膜、柔性显示器元件、3D可视显示的主动减速器或可视角度控制膜。

Description

液晶盒

技术领域

本申请涉及一种液晶盒(liquid crystal cell)及其用途。

背景技术

液晶模式根据稳定状态可分为单稳态(monostable)模式和双稳态 (bistable)模式。单稳态模式是为了维持液晶状态中的任意一种装填而要求持续的外部能量施加的模式；而双稳态模式是只在状态改变时才要求外部能量的模式。

专利文件1(US专利公布第2006-0091538号)公开了一种能够在霾模式(hazemode)与非霾模式(non-haze mode)之间转换的双稳态模式液晶盒。专利文件1中公开的液晶盒，使用了液晶化合物以及能够引发所谓的电流体动力学不稳定性(Electrohydrodynamic instability,EHDI)的离子化合物，并可通过可变频率在霾模式和非霾模式之间进行转换。然而，这种形式的液晶盒，用于转换霾模式和非霾模式之间的驱动电压过高，因而在将其实现至各种显示装置上时存在实践上的限制。为此，近来，在显示装置领域，对于能够以低的驱动电压也可以转换霾模式和非霾模式之间且有优异霾度特性的双稳态液晶盒的研究在不断增加。

发明内容

技术问题

本申请旨在提供一种液晶盒及其用途。

解决方案

示例性的液晶盒，可包括两个相对置的基板和液晶层。液晶层可存在于两个相对置的基板之间。此外，液晶层可包含液晶化合物和离子化合物。液晶化合物可为展示近晶型液晶相的液晶化合物(下文指的是“近晶型液晶化合物”)。在本说明书中，近晶型液晶相可以表示，液晶相的特征在于液晶化合物的导向偶极子(director)在规定方向排列，以及液晶化合物形成层或平面的同时排列。离子化合物可为能够引发所谓的电流体动力学不稳定性(EHDI，Electrohydrodynamic instability)的离子化合物。离子化合物的实例可为具有含有两个以上碘原子的负离子的离子化合物。此种液晶盒可在双稳态模式下实现，该双稳态模式即使以低驱动电压也能够在霾模式和非霾模式之间转换。

图1表示了一种示例性液晶盒，其包括两个相对置的基板101A、101B、和存在于两个相对置的基板之间且含有液晶化合物1021和离子化合物 (未图示)的液晶层102。如下面将要描述，液晶化合物可以以垂直排列的方式包含在液晶层中，如附图1的(a)所示，或者可以以不规则排列的方式包含在液晶层中，如附图1的(b)所示。

可以选择并使用液晶化合物而无任何特殊限制，只要其能够展示近晶相。根据排列方式，液晶型化合物可再次分类为近晶A相至H相，且可被选择并使用而无任何特殊限制。近晶型液晶化合物的实例可使用能够展示近晶A相的液晶化合物(下文指的是“近晶A相液晶化合物”)。在本说明书中，近晶A相可表示一种液晶相，在该液晶相中近晶型液晶相之中的排列的液晶化合物的导向偶极子垂直于近晶层或平面。除了近晶A 相液晶化合物之外，还可使用上述不同种类的近晶型液晶化合物作为近晶型液晶化合物，且如果需要，上述不同种类的近晶型液晶化合物可与将在下面描述的合适的取向膜一起使用。

近晶型液晶化合物的实例可包括由下面化学式2表示的液晶化合物。

[化学式2]

在化学式2中，A代表单键、-COO-或-OCO-，以及R₁至R₁₀各自独立地为氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧基羰基、氰基、硝基或由下面化学式3所示的取代基。

[化学式3]

在化学式3中，B代表单键、-COO-或-OCO-，以及R₁₁至R₁₅各自独立地为氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧基羰基、氰基或硝基。

在化学式3中，B左边的“-”可意指B直接结合至化学式1的苯上。

关于化学式2和3，术语“单键”指的是没有单独的原子处于由A或 B所示的部分中的情况。例如，在化学式2中，当A为单键时，在A两边的苯直接结合而形成联苯(biphenyl)的结构。

在化学式2和3中，卤素的实例可包括氯、溴或碘等。

在本说明书中，除非另有说明，术语“烷基”可意指例如具有1-20 个碳原子、1-16个碳原子、1-12个碳原子、1-8个碳原子或1-4个碳原子的直链或支链烷基，或可意指例如具有3-20个碳原子、3-16个碳原子或 4-12个碳原子的环烷基。烷基可被一个以上取代基任意取代。

在本说明书中，除非另有说明，术语“烷氧基”可意指例如具有1-20 个碳原子、1-16个碳原子、1-12个碳原子、1-8个碳原子或1-4个碳原子的烷氧基。烷氧基可为直链、支链或环状。此外，烷氧基可被一个以上取代基任意取代。

在本说明书中，能够在特定官能团中被取代的取代基的实例可包括烷基、烷氧基、链烯基、环氧基、桥氧基、氧杂环丁基(oxetanyl group)、巯基、氰基、羧基、芳基或包含硅的取代基，但本发明不限于此。

在化学式2和3中，R₁至R₁₅的任意一个可为具有5个以上碳原子、 6个以上碳原子、7个以上碳原子、8个以上碳原子、9个以上碳原子或 10个以上碳原子的烷基、烷氧基或烷氧基羰基。当例如在低于展示向列相(nematic phase)时的温度的温度和凝固温度之间以典型的层的形状排列时，液晶化合物可展示近晶相。液晶化合物的实例可包括4-氰基-4'- 庚基联苯、4-氰基-4'-庚基氧联苯、4-氰基-4'-辛基联苯、4-氰基-4'-辛基氧联苯、4-氰基-4'-壬基联苯、4-氰基-4'-壬基氧联苯、4-氰基-4'-癸基联苯或 4-氰基-4'-癸基氧联苯，但本发明并不限于此。作为液晶化合物的一个具体的实例，可使用由HCCH公司制造的HJA1512000-000，但本发明不限于此。

近晶型液晶化合物可在不规则排列的状态和垂直排列的状态或水平排列的状态之间相互转换。在不规则排列的状态中，液晶化合物可通过由离子化合物引发的EHDI进行不规则排列，在垂直或水平排列的状态中，当根据近晶型液晶化合物的特性在液晶层中形成层时液晶化合物可垂直地或水平地排列。在附图1中，(a)示例性地说明了液晶化合物的垂直排列的状态，以及(b)示例性地说明了液晶化合物的不规则排列的状态。

在本说明书中，术语“垂直排列”可指的是，液晶化合物的光轴对液晶层的平面的倾角为约90°至65°、约90°至75°、约90°至80°、约90°至 85°或约90°的情况，以及术语“水平排列”可指的是，液晶化合物的光轴对液晶层的平面的倾角为约0°至25°、约0°至15°、约0°至10°、约0°至 5°或约0°的情况。在本说明书中，术语“光轴”可指的是，当液晶化合物为棒(rod)状时的长轴方向的轴，以及当液晶化合物为碟(discotic)形时的法线方向的轴。

液晶化合物可具有正介电常数各向异性或负介电常数各向异性。在本说明书中，术语“介电常数各向异性”指的是，液晶化合物的非常介电各向异性(extraordinarydielectric anisotropy)(ε_e，长轴方向的介电常数) 和寻常介电各向异性(ordinarydielectric anisotropy)(ε_o，短轴方向的介电常数)之差。如下面将要描述的，根据液晶化合物的介电常数各向异性可合适地实现垂直电场和水平电场。液晶化合物的介电常数各向异性可为例如在3-20范围之内。当液晶化合物的介电常数各向异性处于上述范围内时，例如，即使以低的驱动电压也可转换液晶盒的各个模式。

考虑到期望的物理性质、例如不规则排列的状态和垂直或水平排列的状态之间的相互转换特性，液晶化合物的弹性模量可合适地选择。在本说明书中，术语“液晶化合物的弹性模量”指的是，通过弹性恢复力从被外部作用(如电压)改变的液晶化合物的均匀分子排列的状态恢复到最初状态要求的力的强度被定量化的值。作为一个实例，液晶化合物的弹性模量可为5-30的范围之内。当液晶化合物的弹性模量满足上述范围之内时，例如，通过与离子化合物的相互作用来稳定地实现双稳态模式。

考虑到期望的物理性质(如液晶盒的霾度或透射性质)，可适宜地选择液晶化合物的折射率各向异性。在本说明书中，术语“折射率各向异性”可意指液晶化合物的寻常折射率(ordinary refractive index)和非常折射率(extraordinary refractive index)之差。作为一个实例，液晶化合物的折射率各向异性可处于0.1-0.25的范围之内。可适宜地选择液晶化合物的寻常折射率和非常折射率，只要其间的差值处于上述范围内，例如，液晶化合物的寻常折射率可处于1.4-1.6的范围内，且其非常折射率可处于1.5-1.8的范围内。当液晶化合物的折射率各向异性处于上述范围内时，例如，可实现能够在具有优异霾度性质的霾模式和非霾模式之间转换的液晶盒。

离子化合物可为具有由下面化学式1表示的负离子的离子化合物。

[化学式1]

I_n ^-

在化学式1中，n可为2以上的数值。I指的是碘元素。考虑到期望的离子化合物的物理性质—例如，通过此特性可引发近晶型液晶化合物的不规则排列状态的特性—n可适宜地选自2以上的数值。n例如可为2-30、 2-25、2-20、2-15、3-10、3-8或3-5范围内的数值。作为一个具体的实例， n可代表3-5范围内的数值，但本发明不限于此。在使用这样的离子化合物的情况下，例如，可实现能够即使以低的驱动电压转换优异霾度性质的霾模式和非霾模式之间的双稳态液晶盒。

离子化合物的实例可为包含正离子和由上述化学式1所示的负离子的盐型化合物。只要可与由上述化学式1所示的负离子一起通过电特性来形成盐型化合物，就可使用正离子而无任何限制。离子化合物的实例可包括含氮鎓盐、含硫鎓盐或含磷鎓盐，但本发明不限于此。

离子化合物的实例可包含由下面化学式4-7所示的正离子。

[化学式4]

在化学式4中，R_a可为具有4-20个碳原子的烃基，并且可包含杂原子，以及R_b和R_c各自可为氢或具有1-16个碳原子的烃基，并且可包含杂原子。然而，当氮原子具有双键时，不存在R_c。

[化学式5]

在化学式5中，R_d可为具有2-20个碳原子的烃基，并且可包含杂原子，以及R_e、R_f和R_g各自可为氢和具有1-16个碳原子的烃基，并可包含杂原子。

[化学式6]

在化学式6中，R_h可为具有2-20个碳原子的烃基，并且可包含杂原子，以及R_i、R_j和R_k各自可为氢和具有1-16个碳原子的烃基，且可包含杂原子。

[化学式7]

在化学式7中，Z可为氮原子、硫原子或磷原子，以及R₁、R_m、R_n和R_o各自可为具有1-20个碳原子的烃基，并可包含杂原子。然而，当Z 为硫原子时，不存在有R_o。

由化学式4表示的正离子的实例，可包括吡啶正离子、哌啶鎓正离子、吡咯烷鎓正离子、具有吡咯啉框架的正离子、具有吡咯框架的正离子等。这些正离子的实例，可包括1-乙基吡啶正离子、1-丁基吡啶正离子、1- 己基吡啶正离子、1-丁基-3-甲基吡啶正离子、1-丁基-4-甲基吡啶正离子、 1-己基-3-甲基吡啶正离子、1-丁基-3,4-二甲基吡啶正离子、1,1-二甲基吡咯烷鎓正离子、1-乙基-1-甲基吡咯烷鎓正离子、1-甲基-1-丙基吡咯烷鎓正离子、2-甲基-1-吡咯啉正离子、1-乙基-2-苯基吲哚正离子、1,2-二甲基吲哚正离子、1-乙基咔唑正离子等，但本发明不限于此。

由化学式5表示的正离子的实例可包括咪唑鎓正离子、四氢嘧啶鎓(p yrimidium)正离子、二氢嘧啶鎓正离子等。这些正离子的实例，可包括 1,3-二甲基咪唑鎓正离子、1,3-二乙基咪唑鎓正离子、1-乙基-3-甲基咪唑鎓正离子、1-丁基-3-甲基咪唑鎓正离子、1-己基-3-甲基咪唑鎓正离子、1 -辛基-3-甲基咪唑鎓正离子、1-癸基-3-甲基咪唑鎓正离子、1-十二烷基-3- 甲基咪唑鎓正离子、1-四癸基-3-甲基咪唑鎓正离子、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓正离子、1-乙基-2,3-二甲基咪唑鎓正离子、1-丁基-2,3-二甲基咪唑鎓正离子、1-己基-2,3-二甲基咪唑鎓正离子、1,3-二甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶鎓正离子、1,2,3-三甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶鎓正离子、1,2,3,4-四甲基-1,4,5,6- 四氢嘧啶鎓正离子、1,2,3,5-四甲基-1,4,5,6-四氢嘧啶鎓正离子、1,3-二甲基-1,4-二氢嘧啶鎓正离子、1,3-二甲基-1,6-二氢嘧啶鎓正离子、1,2,3-三甲基-1,4-二氢嘧啶鎓正离子、1,2,3-三乙基-1,6-二氢嘧啶鎓正离子、1,2,3,4- 四甲基-1,4-二氢嘧啶鎓正离子、1,2,3,4-四甲基-1,6-二氢嘧啶鎓正离子等，但本发明不限于此。

由化学式6表示的实例可包括吡唑鎓(pyrazolium)正离子、吡唑啉鎓(pyrazolinium)正离子等。这些正离子的实例，可包括1-甲基吡唑啉鎓正离子、3-甲基吡唑啉鎓正离子、1-乙基-2-甲基吡唑啉鎓正离子等，但本发明不限于此。

由化学式7表示的实例，可包括四烷基铵正离子、三烷基锍正离子、四烷基磷正离子或其中某些烷基被链烯基、烷氧基或环氧基取代的正离子。这些正离子的实例，可包括四甲基铵正离子、四乙基铵正离子、四丙铵正离子、四丁基铵正离子、四戊基铵正离子、四己基铵正离子、四庚基铵正离子、三乙基甲基铵正离子、三丁基乙基铵正离子、三甲基癸基铵正离子、三辛基甲基铵正离子、三戊基丁基铵正离子、三己基甲基铵正离子、三己基戊基铵正离子、三庚基铵正离子、三庚基己基铵正离子、N,N-二乙基- N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵正离子、缩水甘油基三甲基铵正离子、二烯丙基二甲基铵正离子、N,N-二甲基-N,N-二丙基铵正离子、N,N-二甲基-N,N- 二己基铵正离子、N,N-二丙基-N,N-二己基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基 -N-丙铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-丁基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-戊基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-己基铵正离子、N,N-二甲基- N-乙基-N-庚基铵正离子、N,N-二甲基-N-丙基-N-丁基铵正离子、N,N-二甲基-N-丙基-N-戊基铵正离子、N,N-二甲基-N-丙基-N-己基铵正离子、N, N-二甲基-N-丙基-N-庚基铵正离子、N,N-二甲基-N-丁基-N-己基铵正离子、 N,N-二甲基-N-丁基-N-庚基铵正离子、N,N-二甲基-N-戊基-N-己基铵正离子、N,N-二甲基-N-己基-N-庚基铵正离子、三甲基庚基铵正离子、N,N- 二乙基-N-甲基-N-丙铵正离子、N,N-二乙基-N-甲基-N-戊基铵正离子、N, N-二乙基-N-甲基-N-庚基铵正离子、N,N-二乙基-N-丙基-N-戊基铵正离子、三乙基甲基铵正离子、三乙基丙铵正离子、三乙基戊基铵正离子、三乙基庚基铵正离子、N,N-二丙基-N-甲基-N-乙基铵正离子、N,N-二丙基-N-甲基-N-戊基铵正离子、N,N-二丙基-N-丁基-N-己基铵正离子、N,N-二丁基- N-甲基-N-戊基铵正离子、N,N-二丁基-N-甲基-N-己基铵正离子、三辛基甲基铵正离子、N-甲基-N-乙基-N-丙基-N-戊基铵正离子、三甲基锍正离子、三乙基锍正离子、三丁基锍正离子、三己基锍正离子、二乙基甲基锍正离子、二丁基乙基锍正离子、二甲基癸基锍正离子、四甲基磷正离子、四乙基磷正离子、四丁基磷正离子、四戊基磷正离子、四己基磷正离子、四庚基磷正离子、四辛基磷正离子、三乙基甲基磷正离子、三丁基乙基磷正离子、三甲基癸基磷正离子等，但本发明不限于此。

具体而言，作为正离子，四烷基铵正离子，如三乙基甲基铵正离子、三丁基乙基铵正离子、三甲基癸基铵正离子、三辛基甲基铵正离子、三戊基丁基铵正离子、三己基甲基铵正离子、三己基戊基铵正离子、三庚基甲基铵正离子、三庚基己基铵正离子、N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基) 铵正离子、缩水甘油基三甲基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-丙铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-丁基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-戊基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-己基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-庚基铵正离子、N,N-二甲基-N-乙基-N-壬基铵正离子、N,N-二甲基-N-丙基 -N-丁基铵正离子、N,N-二甲基-N-丙基-N-戊基铵正离子、N,N-二甲基-N- 丙基-N-己基铵正离子、N,N-二甲基-N-丙基-N-庚基铵正离子、N,N-二甲基-N-丁基-N-己基铵正离子、N,N-二甲基-N-丁基-N-庚基铵正离子、N,N- 二甲基-N-戊基-N-己基铵正离子、N,N-二甲基-N-己基-N-庚基铵正离子、 N,N-二甲基-N,N-二己基铵正离子、三甲基庚基铵正离子、N,N-二乙基-N- 甲基-N-丙铵正离子、N,N-二乙基-N-甲基-N-戊基铵正离子、N,N-二乙基 -N-甲基-N-庚基正离子、N,N-二乙基-N-丙基-N-戊基铵正离子、三乙基丙铵正离子、三乙基戊基铵正离子、三乙基庚基铵正离子、N,N-二丙基-N- 甲基-N-乙基铵正离子、N,N-二丙基-N-甲基-N-戊基铵正离子、N,N-二丙基-N-丁基-N-己基铵正离子、N,N-二丙基-N,N-二己基铵正离子、N,N-二丁基-N-甲基-N-戊基铵正离子、N,N-二丁基-N-甲基-N-己基铵正离子，和 N-甲基-N-乙基-N-丙基-N-戊基铵正离子，三烷基锍正离子，如三甲基锍正离子、三乙基锍正离子、三丁基锍正离子、三己基锍正离子、二乙基甲基锍正离子、二丁基乙基锍正离子和二甲基癸基锍正离子，四烷基磷正离子，如四甲基磷正离子、四乙基磷正离子、四丁基磷正离子、四戊基磷正离子、四己基磷正离子、四庚基磷正离子、四辛基磷正离子、三乙基甲基磷正离子、三丁基乙基磷正离子和三甲基癸基磷正离子等可选择然后使用，但是本发明不限于此。

考虑到期望的物理性质、如能够引发近晶型液晶化合物的不规则排列状态的特性，可适宜地选择离子化合物在液晶层中的比例。可包括在液晶层中的离子化合物的比例为，例如，0.005重量％以上、0.006重量％以上、 0.007重量％以上、0.008重量％以上、0.009重量％以上、0.01重量％以上、0.02重量％以上、0.04重量％以上、0.06重量％以上、0.08重量％以上、0.10重量％以上、0.12重量％以上、0.14重量％以上、0.16重量％以上、0.18重量％以上、0.20重量％以上、0.22重量％以上或0.24重量％以上。离子化合物在液晶层中的比例上限可为例如0.5重量％以下、0.48 重量％以下、0.46重量％以下、0.44重量％以下、0.42重量％以下、0.40 重量％以下、0.38重量％以下、0.36重量％以下、0.34重量％以下、0.32 重量％以下、0.30重量％以下、0.28重量％以下或0.26重量％以下。当离子化合物在液晶层中的比例处于上述范围内时，例如，可实现能够可以以低的驱动电压也转换具有优异霾度特性的霾模式和透射模式之间的双稳态液晶盒。

液晶盒可通过控制液晶化合物的排列状态且外部作用(如电压)的施加等来在霾模式和非霾模式之间转换。例如，当液晶化合物不规则地排列时，液晶盒可展示霾模式，当液晶化合物以排列状态存在时，液晶盒可展示非霾模式。在本说明书中，术语“霾模式”可意指液晶盒展示在预设的特定水平以上的霾度的模式，以及术语“非霾模式”可意指光可穿透的状态或展示在预设的特定水平以下的霾度的模式。

例如，霾模式中的液晶盒的霾度可为10％以上、15％以上、20％以上、25％以上、30％以上、35％以上、40％以上、45％以上、50％以上、 55％以上、60％以上、65％以上、70％以上、75％以上、80％以上、85 ％以上、90％以上或95％以上。非霾模式中的液晶盒的霾度可为10％以下、8％以下、6％以下或5％以下。霾度可为，漫射光相对于穿透测量对象的整体透射光的穿透率的百分数。霾度可使用霾度测量仪(hazemeter， NDH-5000SP)评估。霾度可使用霾度测量仪以下面的方式评估。换言之，将光穿透测量对象并入射至积分球内。在此方法中，光通过被测量对象分离成漫射光(DT)和平行光(PT)。该光在积分球内反射并在受光单元中集中。通过所集中起来的光可以测量霾度。换言之，基于上述过程的总透射光(TT)为漫射光(DT)和平行光(PT)的总量(DT+PT)，霾度可定义为漫射光相对于总透射光的百分数(霾度(％)＝100×DT/TT)。

例如，当施加适宜频率的电场时液晶盒可在霾模式和非霾模式之间转换。例如，从非霾模式转换到霾模式要求的电场频可为范围为1-500Hz 的低频且从霾模式转换到非霾模式要求的电场频可为1kHz以上的高频。液晶盒模式之间转换要求的电场频的范围不限于上述范围，且考虑到期望的物理性质(例如，相关模式的霾度和透射特性)可适宜地改变。

对于液晶盒而言，即便以低的驱动电压也可以在霾模式和非霾模式之间转换。例如，对于液晶盒，用于在具有霾度80％以上的霾模式和具有霾度10％以下的非霾模式之间转换的电压，可为120V以下、118V以下、116V以下、114V以下、112V以下、110V以下、108V以下、 106V以下、104V以下、102V以下、100V以下、98V以下、96V 以下、94V以下、92V以下、90V以下、88V以下、86V以下、84 V以下、82V以下或80V以下。例如，通过使用具有上述化学式1的负离子的离子化合物作为离子化合物，从而液晶盒即便以如此低的驱动电压也可以在霾模式和非霾模式之间进行转换。

液晶盒可具有透射比可变特性。液晶盒透射比可变特性的程度不特殊限制，但是例如，可实现液晶盒以便在透射比差为约2-3％的范围内在两种模式之间转换，但本发明不限于此。作为一个实例，液晶盒可实现在具有透射比为85％以上的透射模式(transmissionmode)和透射比为83％以下的常白模式(white mode)之间转换。当液晶盒实现在透射模式和常白模式之间的转换时，液晶化合物例如可在透射模式中以排列的状态存在，而常白模式中以不规则的排列状态存在。例如，这些透射比可变特性，可通过向液晶盒施加合适频率的电场而控制液晶化合物的排列状态来获得。

对于液晶盒而言，液晶层中还可以包含各向异性染料。各向异性染料的实例可提高液晶盒的透射比可变特性。在本说明书中，术语“染料”意指，能够集中吸收和/或改变在可见射线的波长范围内(如，400nm-700n m)的至少部分或全部范围内的光的物质，术语“各向异性染料”可意指，能够各向异性地吸收在所述可见射线的至少部分或全部范围中的光。

作为各向异性染料，例如，可选择并使用已知的具有可根据液晶化合物的排列状态而排列的特性的染料。例如，可使用黑色染料作为各向异性染料。作为这些染料，例如，偶氮染料或蒽醌染料是已知的，但本发明不限于此。

作为各向异性染料，可使用其中二色性比(dichroic ratio)——平行于各向异性染料的长轴方向的偏振光的吸收除以平行于垂直于长轴方向的方向的偏振光的吸收得到的值——为5以上、6以上或7以上的染料。所述染料在某一波长或可见射线(例如，约380nm至700nm或约400 nm至700nm)的波长范围内的至少一部分波长可满足上述二色性比。二色性比的上限可为，例如，约20以下、18以下、16以下或14以下。

各向异性染料在液晶层中的比例，可根据所期望的物理性质、例如液晶盒所期望的透射比可变特性适当地进行选择。例如，可包括的各向异性染料在液晶层中的比例为0.01重量％以上、0.1重量％以上、0.2重量％以上、0.3重量％以上、0.4重量％以上、0.5重量％以上、0.6重量％以上、 0.7重量％以上、0.8重量％以上、0.9重量％以上或1.0重量％以上。各向异性染料在液晶层中的比例上限可为例如2重量％以下、1.9重量％以下、1.8重量％以下、1.7重量％以下、1.6重量％以下、1.5重量％以下、 1.4重量％以下、1.3重量％以下、1.2重量％以下或1.1重量％以下。当液晶层中的各向异性染料的比例处于上述范围内时，例如，与不包含各向异性染料的情况相比，液晶盒的透射比可变特性可改善约10％以上。

如上所述，当包含各向异性染料时，液晶盒可展示优异的透射比可变特性。例如，液晶盒可实现能够在透光率为50％以上、55％以上、60％以上、65％以上、70％以上、75％以上、80％以上、85％以上、90％以上或95％以上的透射模式和透光率为40％以下、35％以下、30％以下、25 ％以下、20％以下、15％以下、10％以下或5％以下的常黑模式(black mode)之间转换。当液晶盒实现可在透射模式和常黑模式之间转换时，液晶化合物可在透射模式中以排列的状态存在，在常黑模式中以不规则的排列状态存在。这些优异的透射比可变特性，例如可通过进一步将各向异性染料加入至液晶盒中并施加合适频率的电场而控制液晶化合物的排列状态来达到。此外，可通过适宜地选择各向异性染料在液晶层中的比例或吸收波长或各向异性染料的吸收系数来控制透光率的范围。

对于液晶盒而言，在液晶层中还可以包括聚合物网络。例如，还可包括聚合物网络以便于控制液晶盒的霾度或透射比特性。此外，聚合物网络可以以与液晶化合物相分离的状态存在。例如，如图2所示，聚合物网络 201可被包括在液晶层102的结构中，在该结构中聚合物网络201分布于连续相的液晶化合物1021中，其被称为所谓的聚合物网络液晶(PNLC， Polymer Network Liquid Crystal)结构；或如图3所示，聚合物网络3 01可被包括在液晶层102的结构中，在该结构中含有液晶化合物1021的液晶区域302分散于聚合物网络301中，其被称为所谓的聚合物分散液晶 (PDLC，Polymer Dispersed Liquid Crystal)结构。

例如，聚合物网络可为包含聚合化合物的前驱体的网络。因此，聚合物网络包含聚合状态的聚合化合物。作为聚合化合物，可使用不展示液晶性质的非液晶化合物。作为聚合化合物，可使用已知能够形成所谓的 PDLC或PNLC元件的聚合物网络的具有一种以上聚合官能团的化合物，或如果需要，可使用不含聚合官能团的非聚合化合物。可包括在前驱体中的聚合化合物的实例可包括丙烯酸酯化合物，但本发明不限于此。

聚合物网络在液晶盒中的比例，考虑到期望的物理性质、例如液晶盒的霾度或透射比特性可适宜地进行选择。例如，可包括聚合物网络在液晶层中的比例为40重量％以下、38重量％以下、36重量％以下、34重量％以下、32重量％以下或30重量％以下。聚合物网络在液晶层中的比例下限可为，0.1重量％以上、1重量％、2重量％以上、3重量％以上、4 重量％以上、5重量％以上、6重量％以上、7重量％以上、8重量％以上、 9重量％以上或10重量％以上，但并不限于此。

液晶盒可包括两个相对置的基板，液晶层可存在于两个相对置的基板之间。作为基板，可无任何特殊限制使用已知的材料。其实例可包括如玻璃膜、晶体或无定形硅膜，石英或氧化铟锡膜(ITO，Indium Tim Oxide) 等的无机膜或塑料膜。作为基板，可使用光学各向同性基板、如相衬层的光学各向异性基板、起偏板或滤色基板等。

塑料基板的实例可包括包含三乙酰基纤维素(TAC)；环烯烃聚合物(COP)，如降冰片烯衍生物；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；聚乙烯(PE)；聚丙烯(PP)；聚乙烯醇(PVA)；二乙酰基纤维素(DAC)；聚丙烯酸酯(Pac)；聚醚砜(PES)；聚醚醚酮 (PEEK)；聚苯基砜(PPS)，聚醚酰亚胺(PEI)；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚对苯二甲酸乙二酯(PET)；聚酰亚胺(PI)；聚砜(PSF)；聚芳酯(PAR)或无定形氟树脂的基板，但本发明不限于此。如果需要，在基板可存在有金、银、如二氧化硅或一氧化硅等硅化合物的涂层，或如反射防止层等的涂层。

液晶盒还包括取向层。取向层可以邻近液晶层而排列。如图6和7 所示，例如，取向层可存在于两个相对置的基板101A、101B的液晶层102的一侧(以601A、601B、701A和702B图示)。在本说明书中，取向层邻近液晶层而排列，是指取向层的排列能够对液晶层中的液晶化合物的排列产生影响。

可根据包括在液晶层中的近晶型液晶化合物的类型，适宜地选择取向层的类型。作为一个实例，当包括在液晶层中的近晶型液晶化合物为近晶 A相液晶化合物时，取向层对于液晶器件的驱动不是必须的，但是还可被使用以控制液晶化合物的排列状态。这样的取向层可为例如垂直或水平的取向层。可选择并使用垂直的或水平的取向层而无特殊限制，只要其具有对其邻近的液晶层的液晶化合物具有垂直或水平取向能力。取向层的实例可包括已知通过非接触方法(如平面偏振的辐射)展示的取向性质的取向层，包括光取向层或接触取向层化合物，例如摩擦取向层。

液晶盒还可包括电极层。电极层可邻近液晶层而排列。例如，如图4 和5所示，电极层可存在于两个相对置的基板101A、101B的液晶层102 的侧面(以401A、401B、501A和501B图示)。这样的电极层可向液晶层施加垂直或水平电场以使液晶层中液晶化合物的排列状态可被转化。电极层可通过沉积例如金属氧化物(如导电聚合物、导电金属、导电纳米线(nanowires)或ITO(氧化铟锡，Indium Tin Oxide)等)形成。电极层可形成为透明的。用于形成透明电极层的各种材料和形成方法在此领域中是已知的，且所有这些方法皆可适用。如有需要，在基板的表面所形成的电极层可适宜地图案化。

液晶盒可以以双稳态模式(bistable)驱动。例如，液晶盒可在霾模式和非霾模式之间转换，且只有在这些模式之间的转换时，需要如电压的外部能量的施加。这种液晶盒可根据液晶化合物的排列状态而在霾模式和非霾模式之间转换，并且在改变液晶化合物的排列状态时要求外部能量 (如电压)。

图1表示了一种示例性双稳态液晶盒。如图1所示，当液晶层102 中的近晶型液晶化合物1021具有一种夹层排列程度，并且在各层长轴与层面垂直的方向上排列时，该示例性液晶盒可实现非霾模式(a)；当通过因离子化合物(未图示)而引发的EHDI来呈现出不规则排列的状态时，这些液晶化合物可转化为霾模式(b)。可通过施加低频的电场来进行霾模式的转换，在转换之后，即使去除电场也可维持霾模式的状态。此外，当将高频电磁施加在处于所述霾模式的液晶盒上时，其可被转化成非霾模式，然后，在转化之后，即使去除了电场也可维持非霾模式的状态。

这种液晶盒可以以各种方式驱动。图4-7表示了使用具有正介电常数各向异性的近晶型液晶化合物来驱动液晶盒的方式(离子化合物未图示)。图4示例性地表示了驱动液晶盒的驱动方式，其通过电极层401A、401B 来在垂直排列状态(a)和不规则排列状态(b)之间转换，如此垂直电场被施加在两个相对置的基板101A、101B的液晶层102的侧面。图5示例性地表示了液晶盒的驱动方式，其通过电极层501A、501B在水平排列的状态(a)和不规则排列的状态(b)之间转换，如此水平电场被施加在两个相对置的基板101A、101B的液晶层102的侧面。图4和5中表示的示例性液晶化合物可通过施加低频电场而从垂直或水平排列状态转化为不规则排列状态，并可通过施加高频电场而从不规则排列状态转化为垂直或水平排列状态。当液晶化合物展示负介电常数各向异性时，如图4 所示，为了垂直排列可施加水平电场；如图5所示，为了水平排列可施加垂直电磁。

如上所述，液晶盒还可包括位于两个相对置的基板的液晶层侧面的取向膜以便控制液晶化合物的排列状态。图6示例性地表示了图4的液晶盒的驱动方式，其中液晶盒还包括取向膜601A、601B，图7示例性地表示了图5的液晶盒的驱动方式，其中液晶盒还包括取向膜701A、701B。

此外，本申请涉及液晶盒的用途。示例性液晶盒可以实现即使以低的驱动电压也可在霾模式和非霾模式之间转换的双稳态模式。这种液晶盒可用于光调制设备中。光调制设备可包括智能窗口、窗口保护膜、柔性显示元件、3D可视显示的主动减速器(activeretarder)或可视角度控制膜 (viewing angle-controlling film)等，但本发明不限于此。如上所述作为构建光调制设备的方法，可施用一般的方法而无任何特殊限制，只要使用上述液晶盒即可。

[有益效果]

示例性液晶盒可以实现即使以低的驱动电压也可在霾模式和非霾模式之间转换的双稳态模式。所述液晶盒可应用于光调制设备中，如智能窗口、窗口保护膜、柔性显示元件、3D可视显示的主动减速器或可视角度控制膜等。

[附图说明]

图1至3示例性表示了液晶盒。

图4至7示例性地表示了液晶盒的驱动方式。

图8表示了实施例1的液晶盒的非霾模式下的状态。

图9表示了实施例1的液晶盒的霾模式下的状态。

[实施方式]

下文中，将参考实施例和比较实施例来详细说明上面的内容。然而，本申请不限于下面描述的示例性实施方案。

1.透光率和霾度的检测

使用混霾度测量仪(NDH-5000SP)来ASTM的方式测量了以实施例和比较实施例中制备的液晶盒的透光率和霾度。

实施例1

通过下述步骤制备了液晶盒：彼此隔开距离而排列两个聚碳酸酯(PC) 膜并在该膜上顺序地形成铟锡氧化物(ITO)透明电极层和已知的垂直取向膜以使该取向膜彼此相对且其间的距离为约9μm；在两个彼此远离排列的PC膜之间注入液晶组合物；然后封闭边缘。通过以99.2：0.7：0.1 (液晶化合物：各向异性染料：离子化合物)的重量比混合了展示近晶A 相的液晶化合物(由HCCH公司制备的HJA151200-000)、各向异性染料(由BASF公司制备的X12)和包括由下面的化学式A表示的正离子和由下面的化学式B表示的负离子的离子化合物而制备了液晶组合物，然后使用该液晶组合物。对于制备的液晶盒，在未施加电压的情况下(此状态在下文中可称为非霾模式)透光率和霾度分别为约62.39％和约 1.36％。

[化学式A]

[化学式B]

I₃ ^-

实施例2

以与实施例1相同的方法制备了液晶盒，不同之处在于，在电极层的表面使用了不包括取向膜的PC膜。对于制备的液晶盒，在未施加电压的情况下(此状态在下文中可称为非霾模式)透光率和霾度分别为约36.31％和约90.28％。

比较实施例1

以与实施例2相同的方法制备了液晶盒，不同之处在于，将包含由上述化学式A表示的正离子和由下述化学式C表示的负离子的化合物用作离子化合物。对于制备的液晶盒，在未施加电压的情况下(此状态在下文中可称为非霾模式)，透光率和霾度分别为约35.80％和约88.28％。

[化学式C]

Br^-

测试实施例1.驱动电压的评估

将电源连接于在实施例和比较实施例中制备的各液晶盒中的ITO透明电极层，之后施加驱动电压的同时转换模式，由此评估了进行转换所需要的电压。换言之，在如实施例1的非霾模式中，测量了将该非霾模式转换为透光率为40％以下且霾度为90％以上的霾模式所需要的电压；以及在比较实施例1或实施例2的霾模式中，测量了将霾模式转换为透光率为 60％以上且霾度为2％以上的非霾模式所需要的电压。图8表示了实施例 1的液晶盒的非霾模式下的状态，图9表示了实施例1的液晶盒的霾模式下的状态。

如下表1中所示，在实施例1的液晶盒的情况下，为了将非霾模式转换为透光率为约37.37％和霾度为约92.37％的霾模式需要施加60Hz频率下的80V电压，且即使在转换为霾模式之后去除外部电压，也能够将霾模式稳定地维持了约240小时以上。此外，为了将霾模式转换为最初的非霾模式需要施加6kHz频率下的80V电压。此外，在实施例2的液晶盒的情况下，将霾模式转换为透光率为约62.54％和霾度为约1.39％的非霾模式需要施加6kHz下的80V电压，且即使在将霾模式转换为非霾模式之后去除外部电压，也能够将霾模式稳定地维持约240小时以上。此外，将非霾模式转换为最初的霾模式需要施加60Hz频率下的80V电压。另一方面，在比较实施例1的情况下，为了在类似的霾模式和非霾模式之间进行转换需要施加相同频率下的约120V的高驱动电压。

[表1]

[附图标记说明]

101A、101B：基板

102：液晶层

1021：近晶型液晶化合物

201、301：聚合物网络

302：液晶区域

401A、401B、501A、501B：电极层

601A、601B、701A、701B：取向层

Claims

1.一种双稳态液晶盒，其包括：两个相对置的基板；以及液晶层，其存在于所述两个基板之间，并且包含近晶型液晶化合物和具有由化学式1表示的负离子的离子化合物：

[化学式1]

I_n ^-

在所述化学式1中，n为2以上的数值，

其中所述双稳态液晶盒能够在80V以下的电压下、在霾度为80％以上的霾模式和霾度为10％以下的非霾模式之间转换，并且

其中离子化合物在液晶层中的比例为0.005重量％至5.0重量％的范围内。

2.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

液晶化合物为近晶A相液晶化合物。

3.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

近晶型液晶化合物为由以下化学式2表示的化合物：

[化学式2]

在所述化学式2中，A为单键、-COO-或-OCO-，以及R₁至R₁₀各自独立地为氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧基羰基、氰基、硝基或由以下化学式3表示的取代基，其中，在所述化学式2和3中，R₁至R₁₅的任意一个为具有5个以上碳原子的烷基、烷氧基或烷氧基羰基，

[化学式3]

在所述化学式3中，B为单键、-COO-或-OCO-，以及R₁₁至R₁₅各自独立地为氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧基羰基、氰基或硝基。

4.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

在所述化学式1中，n为3-10的范围内的数值。

5.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

离子化合物为含氮鎓盐、含硫鎓盐或含磷鎓盐。

6.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

离子化合物包含由以下化学式4-7的任意一个表示的阳离子：

[化学式4]

在所述化学式4中，R_a为具有4-20个碳原子的烃基并且可包含杂原子，以及R_b和R_c各自为氢或具有1-16个碳原子的烃基且可包含杂原子，其中，当氮原子具有双键时，不存在有R_c，

[化学式5]

在所述化学式5中，R_d为具有2-20个碳原子的烃基并且可包含杂原子，以及R_e、R_f和R_g各自为氢和具有1-16个碳原子的烃基且可包含杂原子，

[化学式6]

在所述化学式6中，R_h为具有2-20个碳原子的烃基并且可包含杂原子，以及R_i、R_j和R_k各自为氢和具有1-16个碳原子的烃基，且可包含杂原子，

[化学式7]

在所述化学式7中，Z为氮原子、硫原子或磷原子，以及R_l、R_m、R_n和R_o各自为具有1-20个碳原子的烃基且包括可杂原子，其中，当Z为硫原子时，不存在有R_o。

7.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

形成双稳态液晶盒，以使双稳态液晶盒在透射比为85％以上的透射模式和透射比为83％以下的常白模式之间转换。

8.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

液晶层还包括各向异性染料。

9.权利要求8所述的双稳态液晶盒，其中：

各向异性染料以0.01重量％至2重量％的范围内的比例包含在液晶层中。

10.权利要求8所述的双稳态液晶盒，其中：

形成双稳态液晶盒，以使双稳态液晶盒在透射比为50％以上的透射模式和透射比为40％以下的常黑模式之间转换。

11.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其中：

液晶层还包括聚合物网络。

12.权利要求11所述的双稳态液晶盒，其中：

聚合物网络以40重量％以下的比例包含在液晶层中。

13.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其还包括存在于基板的液晶层侧面的取向层。

14.权利要求1所述的双稳态液晶盒，其还包括存在于基板的液晶层侧面的电极层。

15.一种光调制设备，其包括权利要求1所述的液晶盒。

16.一种智能窗口，其包括权利要求1所述的液晶盒。