CN109868140A - 一种使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于液晶材料技术领域，具体为一种使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法。本发明使用的氟取代偶氮苯具有多波长光响应的特点，能够在不同波长光的照射下发生不同程度的顺反异构反应。本发明将氟取代偶氮苯、手性掺杂剂和液晶基体按照一定比例混合均匀后，灌入液晶盒中；通过改变刺激光源的波长，可以实现液晶盒反射颜色为红、绿、蓝的精准调控。本发明的调控方法利用光稳态来控制液晶反射颜色，突破了传统方法利用过渡态来调控反射颜色的局限。本发明可应用于液晶显示、光逻辑开关、光存储、防伪等众多领域。

Description

一种使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法

技术领域

本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及调控液晶反射颜色的方法。

背景技术

手性向列相液晶是一类性能优异的具有超分子螺旋结构的材料，在外界电场、磁场、热、化学反应或光的刺激下，改变自身分子排列及其各种光学性能。在众多刺激手段中，光刺激因其可提供远程定点调控并且干净清洁无污染等特点而备具优势。光响应的手性向列相液晶在液晶显示、光逻辑开关、光存储、防伪等领域具有广泛应用前景。

偶氮苯类化合物在紫外光的照射下能够从棒状的反式异构体转变为弯曲状的顺式异构体，并且能在可见光的照射下发生回复，是一类性能优异的光敏材料。正是由于这个性质，偶氮苯类化合物常被加入到液晶基体中来改变液晶的性质。反式异构体能够稳定液晶分子的排列而顺式异构体会打乱液晶的排列，因此仅通过改变刺激光源的波长就能达到调控液晶性质的目的。然而，目前液晶反射颜色的控制局限于过渡态，需要同时考虑刺激光波长、光强、照射时间等多种因素，难以实现快速精确的达到红、绿、蓝三原色，这严重阻碍了在液晶材料在各领域中的实际应用。

本发明公开的是一种使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，该方法中使用的氟取代偶氮苯是一类特殊的偶氮苯，能够在不同波长光的照射下发生不同程度的顺反异构反应。将氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体按照一定比例混合均匀后，灌入液晶盒中。通过改变刺激光源的波长，利用光稳态来控制液晶排列，从而实现液晶盒反射颜色为红、绿、蓝的快速精准调控，突破了传统方法利用过渡态来调控反射颜色的局限。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法。该方法利用氟取代偶氮苯精确快速的调控液晶的反射颜色。

本发明提供的使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，是将氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体按照一定比例混合均匀制备成液晶混合物，灌入液晶盒中；使用紫外光、绿光、蓝光分别照射液晶盒，氟取代偶氮苯会根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得液晶混合物的反射颜色在红色、绿色、蓝色之间发生可逆变化。

其中，所述氟取代偶氮苯的结构通式为：

所述的R₁和R₂可以是H，或者是选择于C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、 C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂烃基或烷氧基，或者是具有极性的端基，该端基选自于氰基、异氰基、羟基、卤素、酯基、羧基、硝基、氨基或酰胺基中的一种。

本发明中，使用的氟取代偶氮苯溶解于溶剂或液晶后，会根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得体系中反式异构体和顺式异构体的比例发生变化。涉及的溶剂是有机溶剂中的一种或者几种的混合，可以选择但不局限于二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、1,4-二氧六环，乙酸乙酯，甲醇，乙醇，甲苯或者N,N-二甲基甲酰胺。涉及的液晶是向列相或者近晶相的单晶或者混晶，可以选择但不局限于对戊基联苯氰，对庚基联苯氰或者对辛基联苯氰。

所述氟取代偶氮苯和手性掺杂剂的质量之和在液晶混合物中所占比重小于30％。其中，氟取代偶氮苯占0.1％-20％；手性掺杂剂占0.1％-10％；剩余组成为液晶基体。

作为本发明的一种优选方案，所述手性掺杂剂为联萘衍生物。对于其它手性掺杂剂，只要不破坏液晶光学性质，均满足要求。

作为本发明的另一种优选方案，所述液晶基体为混晶E7。对于其它液晶基体，只要能够充分溶解氟取代偶氮苯和手性掺杂剂，均满足要求。

作为本发明的另一种优选方案，所述刺激光源的波长，分别为300-380纳米波段中的任意一段、390-480纳米波段中的任意一段、500-560纳米波段中的任意一段。

本发提供的上述调控液晶反射颜色方法，可应用于光学领域，特别是液晶显示、光逻辑开关、光存储、防伪等领域。

本发明提供了一种液晶混合物，所述混合物包含氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体；

其中，所述氟取代偶氮苯的结构通式为：

所述的R₁和R₂是H，或者是选自C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、 C₁₁、C₁₂烃基或烷氧基，或者是具有极性的端基，该端基选自氰基、异氰基、羟基、卤素、酯基、羧基、硝基、氨基或酰胺基中的一种。

作为本发明的一种优选方案，所述手性掺杂剂和所述氟取代偶氮苯的质量之和在液晶混合物中所占比重小于30％。

作为本发明的一种优选方案，所述液晶混合物中，各组分质量分数为：氟取代偶氮苯占0.1％-20％；手性掺杂剂占0.1％-10％；剩余组成为液晶基体。

作为本发明的一种优选方案，所述手性掺杂剂为联萘衍生物。

作为本发明的一种优选方案，所述液晶基体为混晶E7。

本发明提供了一种液晶装置，所述液晶装置中含有上述的液晶混合物。

本发提供的液晶混合物或液晶装置，可应用于光学领域，特别是液晶显示、光逻辑开关、光存储、防伪等领域。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例) 中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1为手性掺杂剂联萘衍生物分子式。

图2为混晶E7的分子式。

图3为本发明实施例2中的紫外可见吸收光谱图。

图4为本发明实施例中的液晶反射颜色的偏光显微镜图像。

图5为本发明实施例中的反射光谱图。

具体实施方式

经过长期研究，发明人意外发现一种氟取代偶氮苯，并将该氟取代偶氮苯与手性掺杂剂和液晶基体混合后得到的液晶混合物根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得液晶混合物的反射颜色在红色、绿色、蓝色之间发生可逆变化。在此基础上完成了本发明。

术语

本文所用的“C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂烃基”是指具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个碳原子的一价烃基。

所述烃基包括烷基、烯基、炔基等。

本文所用的“C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂烷氧基”是指具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个碳原子的一价烷基- 氧基。

本文所用的“C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂亚烃基”是指具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个碳原子的二价烃基。

本文所用的“C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂亚烷氧基”是指具有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个碳原子的二价烷基，且该二价烷基中含有一个或多个(例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 或11个)氧原子。

氟取代偶氮苯

本发明的氟取代偶氮苯的结构通式为：

所述的R₁和R₂是H，或者是选自C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、 C₁₁、C₁₂烃基或烷氧基，或者是具有极性的端基，该端基选自氰基、异氰基、羟基、卤素、酯基、羧基、硝基、氨基或酰胺基中的一种。

本发明中，使用的氟取代偶氮苯溶解于溶剂或液晶基体后，会根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得体系中反式异构体和顺式异构体的比例发生变化。

涉及的溶剂是有机溶剂中的一种或者几种的混合，可以选择但不局限于二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、1,4-二氧六环，乙酸乙酯，甲醇，乙醇，甲苯或者N,N-二甲基甲酰胺。

所述刺激光源的波长，分别为300-380纳米波段中的任意一段、390-480纳米波段中的任意一段、500-560纳米波段中的任意一段。

手性掺杂剂

应理解，只要能溶解于液晶基体且不破坏液晶光学性质的手性掺杂剂均可知作为本发明的手性掺杂剂。

优选地，所述手性掺杂剂为联萘或联萘衍生物。

所述联萘衍生物优选为其中R为任意能使得该化合物稳定存在的连接基团。优选地，R选自C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、 C₁₁、C₁₂亚烃基或亚烷氧基。

对于其它手性掺杂剂，只要不破坏液晶光学性质，均满足要求。

液晶基体

所述的液晶基体是向列相或者近晶相的单晶或者混晶。所述液晶基体可以选择但不局限于对戊基联苯氰，对庚基联苯氰或者对辛基联苯氰。所述液晶基体也可为slc1717、E7、slc7011、slc099535和slc1011中的一种；优选为混晶E7。

对于其它液晶基体，只要能够充分溶解氟取代偶氮苯和手性掺杂剂，均满足要求。

液晶混合物

本发明提供了一种液晶混合物，其包含按照一定比例混合的氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体；或由按照一定比例混合的氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体组成。

所述氟取代偶氮苯和手性掺杂剂的质量之和在液晶混合物中所占比重小于30％。优选地，氟取代偶氮苯占0.1％-20％；手性掺杂剂占0.1％-10％；剩余组成为液晶基体。

使用紫外光、绿光、蓝光分别照射本发明的液晶混合物，氟取代偶氮苯会根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得液晶混合物的反射颜色在红色、绿色、蓝色之间发生可逆变化。

所述刺激光源的波长，分别为300-380纳米波段中的任意一段、390-480纳米波段中的任意一段、500-560纳米波段中的任意一段。

液晶装置

本发明提供了一种液晶装置，所述液晶装置中装有本发明的液晶混合物。

所述液晶装置可以是如下装置：液晶盒、如液晶显示器、液晶黑板、电子书、阅读器、手写板等用于液晶显示的装置。

调控液晶反射颜色的方法

本发明提供的使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，是将氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体按照一定比例混合均匀制备成液晶混合物，灌入液晶盒中；使用紫外光、绿光、蓝光分别照射液晶盒，氟取代偶氮苯会根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得液晶混合物的反射颜色在红色、绿色、蓝色之间发生可逆变化。

用途

本发提供的上述液晶混合物，液晶装置或调控液晶反射颜色方法，可应用于光学领域，特别是液晶显示、光逻辑开关、光存储、防伪等领域。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

以下实施例中所用的实验材料和试剂如无特别说明均可从市售渠道获得。

实施例1

制备符合通式结构的氟取代偶氮苯分子，如下式所示：

在500mL圆底烧瓶中加入4-甲氧基-2,6-二氟苯胺(5.0g)，盐酸(15ml) 水溶液(24mL)，冷却至0℃。搅拌下，向体系中缓慢滴加亚硝酸钠(3g) 水溶液(30mL)。随后滴加3,5-二氟苯酚(6g)与氢氧化钠(5g)水溶液(50 mL)。滴加完毕后，继续搅拌3小时。调节pH为4后，将反应液过滤，滤饼用蒸馏水洗涤，得到粗产物，以二氯甲烷为洗脱液进行柱层析后得到橙色固体。得到橙色固体的产物后立刻进行下一步反应。在500mL圆底烧瓶中加入橙色固体、 1-溴戊烷(8g)、碳酸钾(12g)和少量碘化钾，再加入氮氮二甲基甲酰胺(150 mL)搅拌溶解，油浴加热反应液至120℃，反应12小时。反应结束后，蒸去溶剂，用饱和氯化钠溶液和二氯甲烷萃取，取有机层，用无水硫酸镁干燥，以二氯甲烷为洗脱液进行柱层析后得到橙色固体，用甲醇重结晶后得到橙色短针状晶体。

¹H NMR(400MHz,CDCl₃):δ6.58(d,J＝6Hz,2H),6.55(d,J＝6Hz,2H), 3.99(t,J＝13.2Hz,2H),3.86(s,3H),1.81(m,2H),1.48-1.34(m,4H),0.94(t,J＝ 14Hz,3H)

实施例2

将实施例1中制备的氟取代偶氮苯溶解于二氯甲烷溶液中，在室温下，利用紫外可见吸收光谱仪检测其吸收光谱在365纳米的紫外光、530纳米的绿光、405 纳米的蓝光照射下的变化。

测试结果如图3所示，在不同波长光的照射下，吸收光谱曲线各不相同。初始状态时，体系中氟取代偶氮苯均为反式异构体；365纳米的紫外光照射下，350 纳米吸收峰位置最低，此时体系中氟取代偶氮苯反式异构体和顺式异构体的比例为1/4；530纳米的绿光照射下，350纳米吸收峰处于中间位置，此时体系中氟取代偶氮苯反式异构体和顺式异构体的比例为1/1；405纳米的蓝光照射下，350 纳米吸收峰位置较高，此时体系中氟取代偶氮苯反式异构体和顺式异构体的比例为3/1。说明氟取代偶氮苯会根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应。

实施例3

将实施例1中制备的氟取代偶氮苯、手性掺杂剂联萘衍生物(结构如图1所示) 与混合液晶E7(结构如图2所示)按照质量比12％/7％/81％混合均匀后灌入平行取向的液晶盒中，在室温下，用405纳米的蓝光、530纳米的绿光、365纳米的紫外光对液晶盒进行照射达到稳定状态，使用偏光显微镜观察液晶反射颜色，并用反射光谱仪测量反射峰位置。

测试结果如图4和图5所示，在不同波长光的照射下，液晶反射颜色各不相同。365纳米的紫外光照射下，液晶反射颜色为红色，反射峰位于650纳米；530纳米的绿光照射下，液晶反射颜色为绿色，反射峰位于550纳米；405纳米的蓝光照射下，液晶反射颜色为蓝色，反射峰位于440纳米。说明所发明的方法可以精准的调控液晶的反射颜色。

实施例4

将实施例1中制备的氟取代偶氮苯、手性掺杂剂联萘衍生物与混合液晶E7按照质量比12％/10％/78％混合均匀后灌入平行取向的液晶盒中，在室温下，用405纳米的蓝光、530纳米的绿光、365纳米的紫外光对液晶盒进行照射达到稳定状态，使用偏光显微镜观察液晶反射颜色，并用反射光谱仪测量反射峰位置。

测试结果基本与图4和图5相同。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (11)

1.一种使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，其特征在于，具体步骤为：

首先，将氟取代偶氮苯、手性掺杂剂和液晶基体混合均匀，制备成液晶混合物，灌入液晶盒中；

然后，使用紫外光、绿光、蓝光分别照射液晶盒，氟取代偶氮苯根据光照波长的不同发生相应程度的顺反异构反应，使得液晶混合物的反射颜色在红色、绿色、蓝色之间发生可逆变化；

其中，所述氟取代偶氮苯的结构通式为：

所述的R₁和R₂是H，或者是选自C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂烃基或烷氧基，或者是具有极性的端基，该端基选自氰基、异氰基、羟基、卤素、酯基、羧基、硝基、氨基或酰胺基中的一种。

2.根据权利要求1所述的使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，其特征在于，所述手性掺杂剂和所述氟取代偶氮苯的质量之和在液晶混合物中所占比重小于30％。

3.根据权利要求1所述的使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，其特征在于，所述液晶混合物中，各组分质量分数为：氟取代偶氮苯占0.1％-20％；手性掺杂剂占0.1％-10％；剩余组成为液晶基体。

4.根据权利要求1所述的使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，其特征在于，所述刺激光源的波长分别为：300-380纳米波段中的任意一段，390-480纳米波段中的任意一段，500-560纳米波段中的任意一段。

5.如权利要求1-4之一所述的使用氟取代偶氮苯调控液晶反射颜色的方法，在液晶显示、光逻辑开关、光存储、防伪领域中的应用。

6.一种液晶混合物，其特征在于，所述混合物包含氟取代偶氮苯，手性掺杂剂和液晶基体；

其中，所述氟取代偶氮苯的结构通式为：

所述的R₁和R₂是H，或者是选自C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂烃基或烷氧基，或者是具有极性的端基，该端基选自氰基、异氰基、羟基、卤素、酯基、羧基、硝基、氨基或酰胺基中的一种。

7.如权利要求6所述的液晶混合物，其特征在于，所述手性掺杂剂和所述氟取代偶氮苯的质量之和在液晶混合物中所占比重小于30％。

8.如权利要求6所述的液晶混合物，其特征在于，所述液晶混合物中，各组分质量分数为：氟取代偶氮苯占0.1％-20％；手性掺杂剂占0.1％-10％；剩余组成为液晶基体。

9.如权利要求6所述的液晶混合物，其特征在于，所述手性掺杂剂为联萘衍生物。

10.如权利要求6所述的液晶混合物，其特征在于，所述液晶基体为混晶E7。

11.一种液晶装置，其特征在于，所述液晶装置中含有权利要求6所述的液晶混合物。