CN106479515A - 一种液晶组合物及液晶透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶组合物，其由如下所示的以通式I表示的第一类化合物、以通式Ⅱ表示的第二类化合物、以通式Ⅲ表示的第三类化合物及以通式Ⅳ表示的第四类化合物组成：本发明还提供了一种采用上述液晶组合物的液晶透镜。本发明的液晶组合物具有较宽和优良的液晶态温度范围、较小的粘弹系数比γ₁/K₁₁、较大的光学各向异性以及较大的介电各向异性等特性，能减小液晶透镜盒厚度值并提高其响应速度。

Description

一种液晶组合物及液晶透镜

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别是涉及一种液晶组合物及其液晶透镜。

背景技术

现今3D显示主流的都是需佩戴眼镜的观看方式，对观众会造成一定的不便，特别是对本身已经戴眼镜的观众，而裸眼3D显示无需佩戴眼镜，提供了一种便捷的观看方式，将会是3D显示的发展方向。裸眼3D显示的原理是在显示屏幕上通过一种分光装置对屏幕图像进行分光，使左眼和右眼接收屏幕上有区别的图像信息，让我们“感觉”到3D效果。裸眼3D常用的分光器件有狭缝和光栅等。

3D装置中使用的透镜光栅可以大体分为两种，一种是具有透镜常规的物理形状，比如曲面结构，常使用可聚合各向异性的光学材料通过UV聚合或热聚合等方法制备；另一种为液晶透镜，将液晶材料夹在两层电极基板中间，通过电场梯度作用来实现透镜的效果。

如公式(1)所示，公式(1)f是液晶透镜焦距，r是透镜半径，d是透镜厚度及Δn是液晶材料光学各向异性(即双折射率)，在保持液晶透镜焦距f和透镜半径r不变的情况下，较大的液晶材料光学各向异性Δn可以减小透镜厚度d，从而减小所需要的液晶材料层的厚度。从另外一个角度分析，在保持透镜厚度d不变的情况下，较大的光学各向异性Δn可以减小焦距f。从3D显示领域去理解，由于所设计的光学分光器件，需要与显示屏贴合在一起从而对应于显示器中的像素单元，分光器件中液晶材料所形成液晶透镜焦距f需匹配其与显示器像素点之间的距离，那么液晶透镜焦距f越小，意味着整体的3D显示装置加分光器件可以做的更加轻薄，这与目前电子产品追求轻薄化的大趋势相符合。

此外，液晶分子在外加电压下可以沿电场方向排列，其阈值电压V_th遵循公式(2)其中，Δε为液晶材料的介电各向异性。从公式(2)可知，液晶材料的介电各向异性Δε越大，阈值电压V_th越低。

N型液晶材料的响应时间由其弛豫时间决定，弛豫时间τ_off遵循公式(3)(式3)，其中，γ₁为旋转粘度，d为液晶盒厚，K_eff为有效弹性系数。对于N型液晶，K_eff表现为展曲弹性系数K₁₁。所以，粘弹比γ₁/K₁₁越小，响应时间越快。

N型液晶作为各类液晶中应用最广泛的一种液晶，其分子结构为长棒状，具有较大的长宽比。应用于常规显示领域的N型液晶在经过多年研究后已经非常成熟。然而，在3D显示领域所需要的N型液晶不同于传统的N型液晶，其需要更大的光学各向异性，同时需具有较低的旋转粘度和宽的液晶态温度范围。

目前应用于3D显示的液晶材料主要特性是具备高双折射率Δn，液晶材料的双折射率越大，则显示分光器件的盒厚降得更低，降低盒厚的降低意味着可以更节省液晶材料成本，并且3D显示器件可以做得更加轻薄。

本文所采用的3D分光器件为液晶透镜，其使3D与2D之间的随意切换变为可能，但3D模式下，由于液晶透镜的开启，3D显示器件比起传统显示会有一项不可忽视的功耗增加，这将会比较大的影响液晶透镜在移动端的使用，如3D手机，由于其有限的电池电量，加上了液晶透镜的功耗后，必然导致手机的正常使用时间降低。而液晶透镜的功耗与液晶材料的阈值电压V_th有密切的关系，降低V_th有助于其功耗的降低，根据公式(2)可知，液晶材料的介电各向异性Δε越大，阈值电压V_th越低。

鉴于液晶组合物各组分的选择和配比决定了液晶组合物的各性能，而现有技术的液晶组合物的性能参数未能实现较理想的组合，因此，有必要对液晶组合物中的单体液晶选择和组分配比做进一步的优化。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种液晶组合物及其液晶透镜，以解决现有技术的液晶组合物的性能参数未能实现较理想组合的问题。

本发明提供了一种液晶组合物，该液晶组合物由以下化合物组成：

a.重量百分比为0％-45％的由通式I表示的第一类化合物：

其中，R₁和R₂彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₁和K₂彼此独立地是H或F，为

b.重量百分比为0-45％的由通式Ⅱ表示的第二类化合物：

其中，R₃和R₄彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₃、K₄、K₅和K₆彼此独立地是H或F，为

c.重量百分比为10％-50％的由通式Ⅲ表示的第三类化合物：

其中，R₅和R₆彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基、具有1-10个碳原子的不饱基和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₇和K₈彼此独立地是H或F，，Z₁为-C≡C-或-CH₂O-；以及

d.重量百分比为0-30％的由通式Ⅳ表示的第四类化合物：

其中，R₇和R₈彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₉和K₁₀彼此独立地是H或F，Z₂为单键或-C≡C-。

进一步的，所述第一类化合物分子结构式为重量百分比为18％-41％，其中，R₁选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₂选自-NCS、-CN、-F，K₁和K₂分别独立地是H或F，为

进一步的，所述第二类化合物的分子结构式为重量百分比为8％-42％，其中，R₃选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₄选自-NCS、-CN、-F，K₃和K₄分别独立地是H或F，为

进一步的，所述第三类化合物的分子结构式为重量百分比为15％-42％，其中，R₅选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₆选自-NCS、-CN、-F，K₇和K₈分别独立地是H或F，Z₁为-C≡C-或-CH²O-。

进一步的，所述第四类化合物的分子结构式为重量百分比为5％-20％，其中，R₇选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₈选自-NCS、-CN、-F，K₉和K₁₀分别独立地是H或F，Z₂为单键或-C≡C-。

进一步的，所述由通式I表示的第一类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

以及

进一步的，所述由通式Ⅱ表示的第二类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

以及

进一步的，所述由通式Ⅲ表示的第三类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

以及

进一步的，所述由通式Ⅳ表示的第四类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

以及

进一步的，所述由通式I表示的第一类化合物的重量百分比为23％-35％。

进一步的，所述由通式Ⅱ表示的第二类化合物的重量百分比为15％-36％。

进一步的，所述由通式Ⅲ表示的第三类化合物的重量百分比为18％-37％。

进一步的，所述由通式Ⅳ表示的第四类化合物的重量百分比为8％-20％。

本发明还提供了一种液晶透镜，该液晶透镜包括本发明的液晶组合物。

本发明的有益效果是：本发明提供一种液晶透镜，其采用具有较高的双折射率、较低的粘弹比，不仅响应速度快，而且能减小液晶透镜的厚度或焦距，有利于实现3D显示装置的轻薄化，同时具有较大介电各向异性，较小阈值电压，降低3D显示装置的功耗。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述液晶组合物和液晶透镜和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

在实施例中需要检测的相关物理性能参数代号及检测条件列举如下：

C.P. 清亮点(向列相—各向同性相转变温度)；

M.P. 近晶相—向列相转变温度；

γ₁ 旋转粘度(mpa.s20℃ 20μm反平行测试盒)；

ε∥ 平行于液晶分子长轴方向上的介电常数(1KHz 20℃ 20μm反平行测试盒)；

ε⊥ 垂直于液晶分子长轴方向上的介电常数(1KHz 20℃ 20μm反平行测试盒)；

△ε 介电各向异性(1KHz 20℃ 20μm反平行测试盒)；

△n 光学各向异性(20℃ 8μm反平行测试盒)；

K₁₁ 展曲弹性常数(20℃ 20μm反平行测试盒)；

K₃₃ 弯曲弹性常数(20℃ 20μm反平行测试盒)；

V_th 起始电压(20℃时液晶分子刚开始转动所需电压)；

γ₁/K₁₁ 粘弹系数比。

本发明提供了一种液晶组合物A，该液晶组合物A由以下化合物组成：

a.重量百分比为0％-45％的由通式I表示的第一类化合物：

其中，R₁和R₂彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₁和K₂彼此独立地是H或F，为

b.重量百分比为0-45％的由通式Ⅱ表示的第二类化合物：

其中，R₃和R₄彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₃、K₄、K₅和K₆彼此独立地是H或F，为

c.重量百分比为10-50％的由通式Ⅲ表示的第三类化合物：

其中，R₅和R₆彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基、具有1-10个碳原子的不饱基和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₇和K₈彼此独立地是H或F，，Z₁为-C≡C-或-CH²O-；以及

d.重量百分比为0-30％的由通式Ⅳ表示的第四类化合物：

其中，R₇和R₈彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₉和K₁₀彼此独立地是H或F，Z₂为单键或-C≡C-。

优选的，由通式I表示的第一类化合物分子结构式为其中，R₁选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₂选自-NCS、-CN、-F，K₁和K₂分别独立地是H或F，为 第一类化合物优选重量百分比为18％-41％。

更优选的，第一类化合物优选重量百分比为23％-35％。

由通式I表示的第一类化合物有极低的粘度，可有效降低液晶组合物的总体粘度并提高其响应速度。

由通式I表示的第一类化合物特别优选自下列化合物中的一种或多种：

优选的，由通式Ⅱ表示的第二类化合物的分子结构式为其中，R₃选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₄选自-NCS、-CN、-F，K₃和K₄分别独立地是H或F，为第二类化合物的优选重量百分比为8％-42％。

更优选的，第二类化合物的重量百分比为15％-36％。

由通式Ⅱ表示的第二类化合物具有较高的清亮点，降低的粘度，同时具有较大的双折射率，能有效地改善液晶组合物的△n，并且能较大提升液晶组合物的K₁₁值，从而减小液晶盒的盒厚，提高响应速度。

由通式Ⅱ表示的第二类化合物特别优选自下列化合物中的一种或多种：

优选的，由通式Ⅲ表示的第三类化合物的分子结构式为其中，R₅选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₆选自-NCS、-CN、-F，K₇和K₈分别独立地是H或F，Z₁为-C≡C-或-CH₂O-。第三类化合物优选重量百分比为15％-42％。

更优选的，第三类化合物优选重量百分比为18％-37％。

由通式Ⅲ表示的第三类化合物具有适中的双折射率，相对较低的旋转粘度，相对较低的相变温度，同时具有一定的△ε值，可降低起始电压。

由通式Ⅲ表示的第三类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

由通式Ⅳ表示的第四类化合物的分子结构式为其中，R₇选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₈选自-NCS、-CN、-F，K₉和K₁₀分别独立地是H或F，Z₂为单键或-C≡C-。第四类化合物优选重量百分比为5％-20％。

更优选的，第四类化合物优选重量百分比为8％-20％。

由通式Ⅳ表示的第四类化合物比第二类化合物具有更大的双折射率、更大的清亮点、适中的起始电压，尤其更重要的是有相对较高的弹性常数K₁₁，能够有效地降低液晶组合物粘弹系数，缩短其响应时间。

由通式Ⅳ表示的第四类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

实施例1至实施例10的液晶组合物的化合物组成请参见表1，其中百分数代表重量百分比。

表1：实施例1至实施例10的液晶组合物的化合物组成

实施例1至实施例10的液晶组合物的性能参数请参见表2。

表2：实施例1至实施例10的液晶组合物的性能参数

如表2所示，实施例1至实施例10的液晶组合物的双折射率Δn分别为0.351、0.347、0.381、0.402、0.414、0.364、0.383、0.426、0.397、0.378，都在0.34以上，属于较大的双折射率，甚至达到了0.42；具有较低的粘弹比γ₁/K₁₁，大部分数值在10-13范围内；以及较宽和优良的液晶态温度范围，90℃以上的清凉点，-20℃以下的低温稳定性；另外，还有较大的介电各向异性△ε，均在18以上，使其有较低的阈值电压V_th，全都低于0.7，甚至达到0.537。而且化学稳定性及光稳定性都很高。

可以理解的，由通式I表示的第一类化合物还可以选自下列化合物的一种或多种：

以及

由通式Ⅱ表示的第二类化合物还可以选自下列化合物中的一种或多种：

以及

由通式Ⅲ表示的第三类化合物还可以选自下列化合物中的一种或多种：

以及

由通式Ⅳ表示的第四类化合物还可以选自下列化合物中的一种或多种：

以及

本发明还提供了一种液晶透镜，该液晶透镜包括如本发明所述的任一液晶组合物。

该液晶透镜包括两层电极基板以及夹设于两层电极基板之间的上述液晶组合

本发明的液晶组合物可采用常规方法将两种或多种液晶化合物混合生产，例如通过在高温下将不同化合物混合并彼此溶解的方法制备而得。综上所述，本发明的液晶组合物具有较宽和优良的液晶态温度范围、较小的粘弹系数比γ₁/K₁₁、较大的光学各向异性以及较大的介电各向异性等特性，能减小液晶透镜盒厚度值并提高其响应速度，使液晶显示产品更轻薄。

本发明液晶组合物可用于TN显示、STN显示、PDLC显示、多稳态显示、相位调制器及相机、手机相机、液晶快门3D眼镜、3D立体显示液晶夹缝光栅、3D立体影像显示用可变焦液晶透镜(Liquid Crystallens)等领域。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物由以下化合物组成：

a.重量百分比为0％-45％的由通式I表示的第一类化合物：

其中，R₁和R₂彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₁和K₂彼此独立地是H或F，

b.重量百分比为0-45％的由通式Ⅱ表示的第二类化合物：

其中，R₃和R₄彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₃、K₄、K₅和K₆彼此独立地是H或F，

c.重量百分比为10％-50％的由通式Ⅲ表示的第三类化合物：

其中，R₅和R₆彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基、具有1-10个碳原子的不饱基和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₇和K₈彼此独立地是H或F，，Z₁为-C≡C-或-CH₂O-；以及

d.重量百分比为0-30％的由通式Ⅳ表示的第四类化合物：

其中，R₇和R₈彼此独立地是-NCS、-CN、-F、具有1-10个碳原子的烷基，具有1-10个碳原子的不饱和烃基或具有1-10个碳原子的烷氧基，K₉和K₁₀彼此独立地是H或F，Z₂为单键或-C≡C-。

2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述第一类化合物分子结构式为重量百分比为18％-41％，其中，R₁选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₂选自-NCS、-CN、-F，K₁和K₂分别独立地是H或F，

3.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述第二类化合物的分子结构式为重量百分比为8％-42％，其中，R₃选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₄选自-NCS、-CN、-F，K₃和K₄分别独立地是H或F，

4.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述第三类化合物的分子结构式为重量百分比为15％-42％，其中，R₅选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₆选自-NCS、-CN、-F，K₇和K₈分别独立地是H或F，Z₁为-C≡C-或-CH₂O-。

5.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述第四类化合物的分子结构式为重量百分比为5％-20％，其中，R₇选自具有3-7个碳原子的烷基，具有3-7个碳原子的不饱和烃基或具有3-7个碳原子的烷氧基，R₈选自-NCS、-CN、-F，K₉和K₁₀分别独立地是H或F，Z₂为单键或-C≡C-。

6.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式I表示的第一类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

7.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式Ⅱ表示的第二类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

8.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式Ⅲ表示的第三类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

9.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式Ⅳ表示的第四类化合物选自下列化合物中的一种或多种：

10.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式I表示的第一类化合物的重量百分比为23％-35％。

11.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式Ⅱ表示的第二类化合物的重量百分比为15％-36％。

12.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式Ⅲ表示的第三类化合物的重量百分比为18％-37％。

13.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述由通式Ⅳ表示的第四类化合物的重量百分比为8％-20％。

14.一种液晶透镜，其特征在于，所述液晶透镜包括如权利要求1-13任一项所述的液晶组合物。