CN115667461A - 液晶介质 - Google Patents
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- C09K2219/00—Aspects relating to the form of the liquid crystal [LC] material, or by the technical area in which LC material are used
- C09K2219/13—Aspects relating to the form of the liquid crystal [LC] material, or by the technical area in which LC material are used used in the technical field of thermotropic switches
Abstract
本发明涉及一种液晶介质,其具有负介电各向异性且包含如本文中所指定的离子掺杂剂;涉及自其衍生的客体‑主体液晶介质;以及涉及该介质在诸如光快门、可切换窗口及可切换镜面的装置中的用途。
Description
本发明涉及一种液晶介质,其具有负介电各向异性且包含如本文中所指定的离子掺杂剂;涉及自其衍生的客体-主体液晶介质;以及涉及该介质在诸如光快门、可切换窗口及可切换镜面的装置中的用途。
用于控制或调节光的透射的装置通常用于显示器应用中且其也可用于各种移动装置,诸如眼用佩戴品(eyewear)、眼镜(spectacle)、护目镜(goggle)及面罩(visor)中及可于增强及虚拟现实环境的背景下应用。光强度调制器(诸如光阀或光闸)可基于液晶(LC)。原则上,这样的光阀或光闸可依赖于光吸收或光散射。
于一些装置中,光透射可通常通过电切换可逆地改变,其中该入射光的强度可经衰减、变暗或着色,然而同时在不同操作状态下展示很少或无散射或雾度。因此,这样的装置可在亮状态及暗状态(即,相对较高光透射状态与相对较低光透射状态)中操作及在亮状态与暗状态之间切换,其中两种状态是实质上非雾浊的。
可采用若干模式或构造来提供此可逆透射变化。针对扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)及垂直配向(VA)液晶盒,使用偏振器来控制光透射。也可使用客体-主体液晶盒,其基于掺杂二色性染料分子的液晶主体。可使用这些客体-主体系统而不使用任何偏振器以改变光透射。然而,于一些实施方案及应用中,客体-主体液晶盒与至少一种偏振器组合使用。
基于客体-主体效应的装置首先由G.H.Heilmeier及L.A.Zanoni描述于Appl.Phys.Lett.,1968,13,第91至92页中,且此后被发现广泛使用,主要在LC显示组件中。在客体-主体系统中,液晶介质包含一种或多种除液晶主体材料以外的二色性染料。当混合在一起时,二色性染料通常具有自身与向列液晶分子配向的能力。归因于染料分子吸收的方向性依赖性,当染料与液晶主体分子一起改变其配向时,可调制液晶(LC)对光的透明度。这意指客体-主体LC盒的亮态与暗态之间的最大对比度视二色性染料的配向而定。当将电场施加至此客体-主体LC混合物时,向列液晶主体分子再定向且与电场配向或垂直于电场,以便最小化其从电场遭受的扭矩。二向色染料(客体)分子可能并不直接受外部电场影响,而仍可与液晶主体分子配向。正是其与液晶分子的相互作用迫使其再定向。
归因于从亮态切换至暗态且使用具有负介电各向异性的液晶介质的初始亮态液晶盒在不施加电压时的透明亮态,该初始亮态液晶盒可为期望的。此模式对于通常透明且在相对较短的时段内按需要调暗的装置(诸如光快门及窗口)尤其适用。与在必须主动接通透明状态时消耗能量的模式相比,此配置因此更加节能。其还默认提供透明的故障安全状态,以防断电。
使用具有负介电各向异性的液晶介质使得能够提供液晶盒,其中(i)在盒基板不存在电场的情况下,液晶及染料分子的长轴相对于基板以这样的方式排列,该方式促使染料分子不吸收或仅最低限度地吸收垂直于基板被导引穿过客体-主体液晶混合物的光,而不管由其穿过的光是否偏振,凭此液晶盒在不存在电场的情况下保持处于相对亮态,及
(ii)在盒基板存在电场的情况下,液晶分子及染料分子的长轴相对于基板以这样的方式排列,该方式促使染料分子吸收至少一些垂直于基板被导引穿过客体-主体液晶混合物的光,特别是沿染料分子的长轴偏振的光,凭此液晶盒在存在电场的情况下变暗。
客体-主体竖直配向LC显示器描述于例如JP 2001100253中。
除在LC显示器中的用途之外,此类型的装置还可提供为用于调节光或能量的传递的光快门或切换组件,如例如WO 2009/141295及WO 2010/118422中所描述。此类切换组件可用作或应用于可按需要借助于电场变暗的可切换窗口中。使用客体-主体液晶的可切换镜面(例如,用于汽车应用的后视镜)描述于DE 3340670中。
使用光散射的基于LC的光调制器包括所谓的聚合物分散液晶(PDLC)或经封装或向列型曲线配向的相液晶(NCAP)、聚合物网络液晶(PNLC)、胆甾醇型液晶(CLC)、聚合物稳定的胆甾醇型织构液晶(PSCT)及动态散射液晶装置。这些散射型装置可在透明状态(即,光学澄清或非雾浊状态)与光散射状态(即,半透明或雾浊状态)之间切换。
当此散射型装置从非散射状态(即,光学澄清状态)切换至散射状态时,光透射被改变使得产生半透明外观,其也可被认为混浊、浑浊、漫射或雾浊。基于散射模式的装置特别地可用于当所需时通过将装置从光学澄清状态切换(通常电切换)至散射状态来暂时提供隐私或特征或信息的掩盖。
G.H.Heilmeier等人在Appl.Phys.Lett.,1968,13,第46至47页中描述动态散射模式,其中基于在电场的存在下离子输送的破坏性作用,最初透明的向列液晶散射光。
还有可能借由吸收及借由散射将光调制组合在装置中。以此方式,可获得不透明状态,除得到雾度以外,此还展现减小的总光强度。在特定实施方案中,二色性染料可用于减弱光,且在一些情况下,这些染料可进一步提供着色。在另一实施方案中,在不透明状态下,此装置可阻挡背景影像且提供黑色。此类光快门可因此在透视显示器及智能型窗口中具有潜在应用。
例如,US 2014/0226096描述改变透射的组合,如借由具有切换至不透明状态的能力的客体-主体盒所实现,特别是如在动态散射模式下所获得。特别是,描述一种装置,其中使用进一步含有少量盐的二向色染料掺杂的液晶混合物,该盐诸如十六烷基三甲基溴化铵、导电盐235或十二烷基乙基二甲基-铵-4-己氧基苯甲酸盐。
在本领域中需要具有经改良光学及电光学性能的其他光调制器,特别是光阀,诸如光快门。在本领域中还需要可用于此类可切换装置中的适合的液晶介质。
因此,本发明的一目标为提供可切换装置,特别是光阀及窗口组件,其具有有利的可靠度及稳定性,特别是关于电化学降解及借由光(诸如UV光)进行的降解,及经改良及长期的光学及电光学性能,包括具有高效且足够均一的雾度的切换状态及任选的额外调暗以及有利地低能量消耗。本发明的一特定目标为提供光阀,其具有有利性能,且尤其适用于移动及携带型装置中,以及增强实境或虚拟现实的情形中。另一目标为提供一种高效且便利的制备此类装置的方法。
本发明的另一目标为提供改良的液晶介质,其具有有利的化学、物理及电光学特性,且特别是展现良好的可靠度及稳定性,特别是光稳定性,且尤其UV光稳定性以及电化学稳定性;及宽液晶相,其具有适当高的清亮点,且尤其适用于切换组件及窗口组件中,尤其具有可任选提供额外调暗的散射模式的可切换组件。此外,液晶介质需要具有足够高的光学各向异性以及有利高的电压保持率(VHR)、良好低温稳定性及适合的储存稳定性。根据以下详细描述,本发明的其他目标对于本领域技术人员为立即显而易见的。
该目标由独立权利要求中所限定的主题解决,而优选实施方案阐述于各个从属权利要求中且在下文进一步描述。
本发明特别是提供以下项目,包括主要态样、优选实施方案及特定特征,其分别单独及在组合中促进解决上文的目标,且最终提供额外优点。
本发明的第一方面提供一种液晶介质,其具有负介电各向异性及90℃或更大的清亮点,该液晶介质包含一种或多种式I的离子掺杂剂
A+B-I
其中
A+表示有机阳离子,且
B-表示选自由以下组成的组的阴离子:四氟硼酸根、四氰基硼酸根、六氟磷酸根、六氟锑酸根、甲磺酸根、乙磺酸根及三氟甲磺酸根。
根据本发明,优选的是,液晶介质进一步包含一种或多种二色性染料,优选地两种或更多种二色性染料,且更优选地三种或更多种二色性染料。
在本发明中,应认识到,需要提供一种液晶介质,其可尤其适用于基于动态散射模式的电光学装置中,且就此而言,其可在改良的光学及电光学性能方面提供特定益处。
已出人意料地发现,通过提供根据本发明的液晶介质,可获得关于有利的可靠度及稳定性,特别是关于电化学降解及通过光(诸如UV光)进行的降解,及经改良及长期的光学及电光学性能的显著改良。特别地,提供如目前所指定的特定离子掺杂剂以及具有如所限定的负介电各向异性及高清亮点的液晶主体介质可得到有利及有效的切换介质,甚至在相对较低的离子掺杂剂浓度及相对低的介电各向异性量值下。
优选的是,液晶介质具有相对大的光学各向异性。即使在这些条件下,介质还可展现可再现及有利的长期性能。
进一步优选的是,介质包含一种或多种二色性染料。除散射以外,基于客体-主体效应,额外提供总强度降低或调暗因此为可能的。就此而言,液晶介质可有利地给予一种或多种二色性染料以及一种或多种离子掺杂剂足够的溶解度。另外,包括离子掺杂剂及任选的一种或多种二色性染料的液晶介质可有利地在所施加电压下,尤其在额外热或光应力下,特别是在UV负载下在装置内部展现电化学稳定性。
就此而言,应认识到,特别地,离子掺杂剂应在液晶主体中具有足够溶解度以及高电化学稳定性。离子掺杂剂应以足以展示所需效果的量可溶。然而,原则上,此可产生问题,因为盐由于其高极性性质而通常在高亲脂性液晶材料中具有低溶解度,且因为添加盐可在液晶中(尤其在染料掺杂的液晶中)产生可靠度问题,这是由于其可能尤其在热或光应力下触发分解过程。此外,在冷却时,可能出现盐结晶。
已出人意料地发现,如所指定的离子掺杂剂可在液晶主体介质中展示所需溶解度、稳定性及性能。特别地,即使在低浓度及低操作电压下,如所指定的离子掺杂剂还可意外且有利地促使在散射状态下产生足够强且均一的雾度。
因此,本发明的另一方面涉及如本文中所描述的一种或多种式I的离子掺杂剂在液晶介质中的用途。
本发明的另一方面涉及一种切换组件,其可在光学澄清状态及散射状态下操作,且可在光学澄清状态与散射状态之间电切换,该切换组件包含含有根据本发明的液晶介质的切换层,其中该切换层插入于各自具备电极的两个相对透明基板之间。
本文中的切换组件且特别是光阀优选地意指用于调制光的组件,该组件经配置为由两个壁,特别是两个透明基板形成的盒,该两个透明基板间隔开且具备电极,且其中该盒含有光调制材料。
优选地,如本文中所描述的液晶介质经配置且用于切换层中。该切换层因此包含介质,优选由该介质组成。切换层配置于两个基板之间,以便得到在光学透明状态及散射状态下可电切换且可操作的切换组件。优选地,电极经配置为在各基板的内部表面上或在其上方的导电层。
根据本发明,提供有利的切换组件,其可在可切换窗口中使用,该可切换窗口用于汽车应用,例如汽车及商用车辆,及其他运输应用,诸如在火车、飞机、轮船及船中,以及用于建筑应用,例如在外立面的窗口中;且还在房间内部中使用,例如在房间之间的分隔壁中及在用于分离房间或空间的单独隔间的组件中。切换组件尤其适合在移动及携带型装置中以及增强实境或虚拟现实的情形中使用,例如作为透视显示器中的光快门。
基于动态散射模式,根据本发明的切换组件可从澄清切换至散射状态,此可在不同空间或房间的不同部分之间产生视觉屏障。当需要时,切换组件因此在提供隐私模式方面尤其适用且高效,即其在具有观看接触的状态与产生视觉屏障的隐私状态之间提供可切换性。装置可通过施加电压来方便地在状态之间切换。此外,切换可为快速的,特别是大约数秒且甚至降至一秒或甚至更少。
已发现,基于如根据本发明所提供的液晶介质,可提供可切换装置,特别是光阀及窗口组件,其展现有利的可靠度及稳定性,特别是关于电化学降解、通过光(诸如UV光)进行的降解及针对高温或低温的稳定性,及经改良及长期的光学及电光学性能,包括具有高效且足够均一的雾度的切换状态以及有利地低能量消耗。在一优选实施方案中,一种或多种二色性染料包括于介质中,在此情况下,可实现基于客体-主体效应的额外调暗。
根据本发明的切换组件有利地展现有利的低雾度澄清状态及具有足够强且均一的散射的有利混浊状态。特别地,切换组件在光学澄清状态下展现有利地降低的残余雾度或甚至无可辨别的残余雾度,此在该组件形成窗口的一部分时尤其令人期望。
根据本发明的切换组件且特别是窗口组件适用于调节或调制光传递,特别是阳光的传递,以及来自如灯及灯具的人工光源的光传递。
已出人意料地发现,如根据本发明所提供的离子掺杂剂可甚至在相对小的浓度下也适用且有效。此外,即使对于具有相对低的介电各向异性量值的液晶介质,包括离子掺杂剂,特别是呈较低量,已经在低操作电压下可出人意料地产生强散射。这些有益特征转而可产生具有极少或甚至不具有滞后的可再现及稳定的操作、增加的可靠度与减少的发热及增加的寿命以及节能。
如根据本发明所提供的液晶介质的有利的化学、物理及电光学特性可因此在装置性能及特征方面产生显著益处。
本发明的另一方面因此涉及根据本发明的液晶介质或根据本发明的切换组件在电光学装置中,优选地在光阀、光快门、窗口、汽车镜面、天窗、增强或虚拟现实装置、移动装置或携带型装置中的用途。
以下通过详细描述方面、实施方案及特定特征来说明本发明,而不凭此限制本发明,且更详细地描述特定实施方案。
在本文中,卤素表示F、Cl、Br或I,优选为F或Cl,且更优选为F。
在本文中,烷基及/或烷氧基意指直链或支链烷基。其优选为直链,具有2、3、4、5、6或7个C原子,且因此优选地表示乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基或庚氧基,此外为甲基、辛基、壬基、癸基、十一基、十二基、十三基、十四基、十五基、甲氧基、辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十三烷氧基或十四烷氧基。
在本文中,氧杂烷基优选地表示直链2-氧杂丙基(=甲氧基甲基);2-(=乙氧基甲基)或3-氧杂丁基(=2-甲氧基乙基);2-、3-或4-氧杂戊基;2-、3-、4-或5-氧杂己基;2-、3-、4-、5-或6-氧杂庚基;2-、3-、4-、5-、6-或7-氧杂辛基;2-、3-、4-、5-、6-、7-或8-氧杂壬基;2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-或9-氧杂癸基。
在本文中,烯基(即其中一个CH2基团已经-CH=CH-替代的烷基)可为直链或支链。其优选地为直链且具有2至10个C原子。因此,其特别是表示乙烯基;丙-1-或-2-烯基;丁-1-、-2-或-3-烯基;戊-1-、-2-、-3-或-4-烯基;己-1-、-2-、-3-、-4-或-5-烯基;庚-1-、-2-、-3-、-4-、-5-或-6-烯基;辛-1-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-或-7-烯基;壬-1-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-、-7-或-8-烯基;癸-1-、-2-、-3-、-4-、-5-、-6-、-7-、-8-或-9-烯基。
在本文中,经卤素至少单取代的烷基或烯基优选为直链,且卤素优选为F或Cl。在多取代的情况下,卤素优选为F。所得基团也包括全氟化基团。在单取代的情况下,氟或氯取代基可在任何所需位置中,但优选在ω位置中。
在本文中,具有1、2或3个C原子的单氟化或多氟化烷基或烷氧基或具有2或3个C原子的单氟化或多氟化烯基尤其优选为F、Cl、CF3、CHF2、OCF3、OCHF2、OCFHCF3、OCFHCHF2、OCFHCHF2、OCF2CH3、OCF2CHF2、OCF2CHF2、OCF2CF2CHF2、OCF2CF2CHF2、OCFHCF2CF3、OCFHCF2CHF2、OCF2CF2CF3、OCF2CF2CClF2、OCClFCF2CF3、OCH=CF2或CH=CF2,非常尤其优选为F或OCF3,此外为CF3、OCF=CF2、OCHF2或OCH=CF2。
在本文中,1,4-亚环己基环及1,4-亚苯基环描绘如下:
亚环己基环为反式-1,4-亚环己基环。
具有负介电各向异性的液晶介质且特别是所谓的液晶主体广泛用于例如具有竖直配向(VA)模式的显示器中(Song,J.(2014).Vertical alignment Liquid Crystalmode.Handbook of Liquid Crystals(eds J.W.Goodby,C.Tschierske,P.Raynes,H.Gleeson,T.Kato及P.J.Collings)。doi:10.1002/9783527671403.hlc126)。合适的介质充分描述于文献中,诸如(例如)US 20030071244 A1或US 20100134751 A1中。
根据一优选实施方案,液晶介质包含一种或多种二色性染料,优选地两种或更多种二色性染料,且更优选地三种或更多种二色性染料。
在本文中,二向色染料意指具有细长分子结构的化合物,其出于吸收光的目的溶解于主体液晶中,其中染料分子与液晶配向且可在施加电场时通过液晶分子定向。优选地,本文中所使用的二色性染料具有在可见光波长范围内的吸收最大值。二色性染料为本领域技术人员所熟知的且充分描述于文献中,例如Liquid Crystals:Applications and Uses,第1至3卷,由Birenda Bahadur编,World Scientific,1992.第11章:Dichroic LiquidCrystal Displays中。
任选用于液晶介质中的一种或多种二向色染料的吸收最大值不受特定限制,但优选在黄色区(Y)、品红色区(M)或青色区(C)中具有吸收最大值。优选地用于本发明的液晶介质中的二向色染料可为单一化合物或多种染料的组合。当混合若干种染料时,优选使用分别在Y区、M区及C区中具有吸收最大值的二色性染料的混合物。二色性染料为本领域技术人员所已知的且评述于例如Cowling,Stephen J.,Liquid Crystal Dyes,in:Handbook ofLiquid Crystals,Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA(2014)中。通过混合黄色染料、品红色染料及青色染料显示全色彩的方法特定描述于“Colour Chemis try”(Sumio Tokita,Maruzen Company,Limited,1982)中。黄色区为430至490nm的范围,品红色区为500至580nm的范围,且青色区为600至700nm的范围。
用于二色性染料中的发色团不受特定限制,但优选使用偶氮染料、薁(azulene)染料、蒽醌染料、苯醌染料、萘醌染料、苯并噻唑染料、苯并噻二唑染料、噻二唑并喹喔啉染料、二硫苯醌、苝染料、部花青素染料、甲亚胺染料、酞苝(phthaloperylene)染料、靛蓝类(indigo)染料、薁染料、二噁嗪染料、四嗪染料、聚噻吩染料、萘咪唑并-4,9-二酮染料及吩噁嗪染料。
液晶介质优选地包含一种、两种、三种、四种、五种、六种、七种、八种、九种或十种不同的二色性染料,尤其优选为两种或三种二色性染料。
根据本发明的优选染料为偶氮染料、苝染料、蒽醌染料、苯并噻唑染料及苯并噻二唑染料,尤其优选为偶氮染料。
偶氮染料可含有任何数目的偶氮基,诸如单偶氮染料、双偶氮染料、三偶氮染料、四偶氮染料及五偶氮染料,且优选为单偶氮染料、双偶氮染料及三偶氮染料。
偶氮染料中所含有的环状结构优选为芳基及/或杂芳基。
优选的杂芳基为例如5元环,诸如吡咯、吡唑、咪唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、呋喃、噻吩、噁唑、异噁唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4-噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑;6元环,诸如吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,3-三嗪、1,2,4,5-四嗪、1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪;或稠合基团,诸如吲哚、苯并咪唑、苯并三唑、嘌呤、萘并咪唑、菲并咪唑、吡啶并咪唑、吡嗪并咪唑、喹喔啉并咪唑、苯并噁唑、萘并噁唑、蒽并噁唑、菲并噁唑、异噁唑、苯并噻唑、苯并呋喃、异苯并呋喃、二苯并呋喃、喹啉、异喹啉、苯并-5,6-喹啉、苯并-6,7-喹啉、苯并-7,8-喹啉、苯并异喹啉、吖啶、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并哒嗪、苯并嘧啶、喹喔啉、吩嗪、萘啶、氮杂咔唑、苯并咔啉、菲啶、菲咯啉、噻吩并[2,3b]噻吩、噻吩并[3,2b]噻吩、二噻吩并噻吩、二氢噻吩并[3,4-b]-1,4-二噁嗪、异苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并噻二唑并噻吩或这些基团的组合。
芳基及杂芳基还可经烷基、环烷基、烷氧基、硫烷基、烷氨基、二烷氨基、氟、氟烷基或其他芳基或杂芳基取代。
在一尤其优选实施方案中,液晶介质包含一种或多种选自式染料-1、染料-2及染料-3的化合物的组的二色性染料:
另外或可替代地,还可优选地使用已知具有与上述染料相同的效果的其他类型的染料。
按整个介质的总重量计,一种或多种二色性染料中的每一者优选地以0.005重量%至12.5重量%,更优选地0.01重量%至10重量%,甚至更优选地0.025重量%至7.5重量%,又甚至更优选地0.05重量%至5重量%,再甚至更优选地0.1重量%至2.5重量%,且尤其优选地0.25重量%至1重量%的比例存在于液晶介质中。
优选地,一种或多种二色性染料以在0.01重量%至30重量%,更优选地0.025重量%至25重量%,甚至更优选地0.05重量%至15重量%,再甚至更优选地0.1重量%至10重量%,且尤其优选地0.5重量%至5重量%的范围内的总浓度存在于总液晶介质中。
优选地选择染料的浓度,使得特别是在所需色彩及/或调暗效果方面确保所获得调制材料的适当性能。
在一实施方案中,介质或可切换层中任选所含有的二色性染料的吸收光谱优选地以使得眼睛产生黑色的印象的方式彼此互补。优选地两种或更多种,更优选地三种或更多种二色性染料用于液晶介质中以优选地覆盖大部分可见光谱。可制备对眼睛呈现黑色或灰色的染料混合物的精确方式为本领域技术人员所已知的且描述于例如M.Richter,Einführung in die Farbmetrik[Introduction to Colorimetry],第2版,1981,ISBN 3 11-008209-8,Walter de Gruyter&Co中。
在另一实施方案中,执行不同色彩的设定,例如红色、绿色或蓝色。
染料混合物的颜色位置的设定描述于比色区中。为此目的,考虑朗伯-比尔定律(Lambert-Beer law)计算各个染料的光谱以得到总光谱,且在相关照射(例如日光光源D65)下根据比色法规则转化成对应颜色位置及亮度值。白点的位置通过各个光源(例如D65)固定且在表中,例如上文参考文献中引述。可通过改变各种染料的比例来设定不同颜色位置。
根据本发明,液晶介质包含一种或多种如本文中所定义的式I的离子掺杂剂。提供离子掺杂剂作为添加剂以诱导或产生所需动态散射效果。特别地,离子掺杂剂为离子化合物或导电盐,其在介质中为足够可溶的,且溶解并解离为阳离子及阴离子组分且具有足够的离子迁移率或离子导电率。
已出人意料地发现,除有利的溶解度以外,如根据本发明所使用的离子掺杂剂还展现高电化学稳定性。此外,离子掺杂剂可特别是对在所施加电场的存在下,甚至在相对低的浓度下及在相对低的操作电压下实现动态散射有效。离子掺杂剂可产生足够的离子迁移率及快速的切换响应时间,其中介质可有利地具有极小或不具有电化学降解及/或非所需发热。
在一优选实施方案中,液晶介质不含有除本式I的离子掺杂剂以外的其他盐。此意指优选地,除潜在痕量的无意离子杂质之外,仅式I的离子化合物存在于介质中且不添加其他离子化合物。
在一优选实施方案中,一种或多种式I的离子掺杂剂分别具有高于100℃,优选高于125℃,且特别是高于150℃的熔点。
式I的离子掺杂剂有利地已经在低浓度下有效。离子掺杂剂有利地以在介质中诱导动态散射(优选地,显著的动态散射),同时还仍允许液晶在不存在电场的情况下维持所需定向的量使用。此可在电场的存在下产生所需雾度,且在不存在电场的情况下仅产生极小或甚至不可辨别的雾度。
在根据本发明的光学澄清状态下,切换组件优选地具有根据ASTM D 1003所测定的小于15%,更优选地小于10%,甚至更优选地小于5%,再更优选地小于3.5%,且特别是小于2.5%的雾度。
在根据本发明的散射状态下,切换组件优选地具有根据ASTM D 1003所测定的超过50%,更优选地超过75%,甚至更优选地超过85%的雾度。尤其优选的是,在散射状态下,根据本发明的切换组件具有根据ASTM D 1003所测定的95%或更大的雾度。
为测量雾度,可使用由BYK-Gardner制造的浊度计。还有可能使用分光光度计,特别是分光光度计及乌布里希球(Ulbricht’s sphere)。
优选地,一种或多种式I的离子掺杂剂,特别是如本文中所指定的优选离子掺杂剂在液晶介质中的总浓度为0.10重量%或更小,更优选地0.05重量%或更小,甚至更优选地0.02%或更小,且特别是0.01重量%或更小。在一优选实施方案中,一种或多种式I的离子掺杂剂在液晶介质中的总浓度在0.001重量%至0.10重量%,优选地0.005重量%至0.05重量%,且尤其优选地0.007重量%至0.025重量%的范围内。
优选地,液晶介质中包含恰好一种式I的离子掺杂剂。在此情况下,离子掺杂剂的相同优选浓度适用。
如本发明中所使用的离子掺杂剂为包含有机阳离子A+及阴离子B-的盐,其选自由以下组成的组:四氟硼酸根、四氰基硼酸根、六氟磷酸根、六氟锑酸根、甲磺酸根、乙磺酸根及三氟甲磺酸根。
优选地,在式I中,阴离子B-为四氟硼酸根或六氟磷酸根,更优选为四氟硼酸根。
本文中的有机阳离子优选地表示含有至少一个碳氢键的分子阳离子。
优选地,一种或多种式I的离子掺杂剂包含选自由以下组成的组的阳离子A+:铵,特别是有机铵、吡咯烷鎓、咪唑鎓、吡啶鎓及胍鎓。尤其优选地,阳离子A+为铵,特别是有机铵。
在一优选实施方案中,阳离子A+为季铵。
在本文中,季铵特别是表示具有连接至氮原子的四个有机基团且不含键结至氮原子的氢原子的铵阳离子。
优选地,A+为NR4 +,其中R相同或不同地表示任选经取代的芳基或杂芳基,或任选经取代的烷基或烯基,特别是具有6至20个碳原子的任选经取代的芳基,或具有1至20个碳原子的直链或支链烷基,或具有2至20个碳原子的烯基,其中一个或多个氢原子还可经卤素替代。
甚至更优选地,阳离子A+为四烷基铵。
在一实施方案中,在四烷基铵阳离子中,烷基可相同或不同且为直链或支链,优选具有1至15个C原子,更优选2至10个C原子,其中优选地,烷基未经取代,但任选且可替代地还可特别是经卤素单取代或多取代,其中卤素优选地表示F或Cl,更优选为F。更优选地,烷基为直链且具有1、2、3、4、5、6或7个C原子。
尤其优选地,阳离子A+为四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、四己基铵或四庚基铵,甚至更优选为四丙基铵、四丁基铵或四戊基铵,且特别是四丁基铵。
优选地,一种或多种式I的离子掺杂剂为四氟硼酸铵盐,优选为四烷基四氟硼酸铵。
尤其优选的是根据本发明的液晶介质包含由以下结构表示的四丁基四氟硼酸铵Bu4NBF4:
优选地,四丁基四氟硼酸铵以0.001重量%至0.100重量%,优选0.005重量%至0.050重量%的范围内的量含于液晶介质中。
尤其优选地,液晶介质包含四丁基四氟硼酸铵作为唯一的离子掺杂剂。
然而,在一替代实施方案中,还有可能包含四丁基四氟硼酸铵以及其他盐。
在一优选实施方案中,液晶介质,特别是向列主体包含一种或多种选自式IIA、IIB及IIC的化合物的组的化合物
其中
R2A、R2B及R2C各自彼此独立地表示H;具有至多15个C原子的烷基或烯基,该烷基或该烯基未经取代、经CN或CF3单取代或经卤素至少单取代,其中另外,这些基团中的一个或多个CH2基团可以使得O原子彼此不直接连接的方式经 -O-、-S-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、-OC-O-或-O-CO-替代;或具有3至6个C原子的环烷基环,
L1-4各自彼此独立地表示F、Cl、CF3或CHF2,
Z2及Z2’各自彼此独立地表示单键、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-C(O)O-、-OC(O)-、-C2F4-、-CF=CF-或-CH=CHCH2O-,
p表示1或2,
q表示0或1,且
v表示1至6。
在式IIA及IIB的化合物中,Z2可具有相同或不同的含义。在式IIB的化合物中,Z2及Z2’可具有相同或不同的含义。
在式IIA、IIB及IIC的化合物中,R2A、R2B及R2C各自优选地表示具有1至6个C原子的烷基,特别是CH3、C2H5、正C3H7、正C4H9、正C5H11。
在式IIA及IIB的化合物中,L1、L2、L3及L4优选地表示L1=L2=F且L3=L4=F,此外为L1=F且L2=Cl、L1=Cl且L2=F、L3=F且L4=Cl、L3=Cl且L4=F。式IIA及IIB中的Z2及Z2’优选地各自彼此独立地表示单键,此外为-C2H4-或-CH2O-桥键。
若在式IIB中,Z2表示-C2H4-或-CH2O-,则Z2’优选为单键,或若Z2’表示-C2H4-或-CH2O-,则Z2优选为单键。在式IIA及IIB的化合物中,(O)CvH2v+1优选地表示OCvH2v+1,此外为CvH2v+1。在式IIC的化合物中,(O)CvH2v+1优选地表示CvH2v+1。在式IIC的化合物中,L3及L4优选地各自表示F。
下文指示优选的式IIA、IIB及IIC的化合物:
其中alkyl及alkyl*各自彼此独立地表示具有1至7个C原子的直链烷基,
alkenyl表示具有2至7个C原子的直链烯基,且(O)表示-O-或单键。
尤其优选的根据本发明的混合物包含一种或多种式IIA-2、IIA-8、IIA-14、IIA-26、IIA-28、IIA-33、IIA-39、IIA-45、IIA-46、IIA-47、IIB-2、IIB-11、IIB-16、IIB-17、IIB-18及IIC-1的化合物。
式IIA及/或式IIB的化合物在混合物整体中的比例优选为至少20重量%。
尤其优选的根据本发明的介质包含至少一种式IIC-1化合物,
其中alkyl及alkyl*具有上文所指示的含义,优选地呈>3重量%,特别是>5重量%,优选地在10重量%至40重量%,尤其优选地20重量%至30重量%的范围内的量。
优选地,根据本发明的液晶介质包含一种或多种式N化合物,
其中
RN表示具有至多12个C原子的烷基或烯基,其中一个或多个不相邻的CH2基团可经-O-及/或具有3至5个C原子的环烷基环替代,且其中一个或多个H原子可经F替代,
AN在每次出现时,相同或不同地表示
(a)反式-1,4-亚环己基,其中一个或多个不相邻的CH2基团可经-O-及/或-S-替代,
(b)1,4-亚苯基,其中一个或两个CH基团可经N替代,
(c)反式-1,4-亚环己烯基,
(d)来自由以下组成的组的基团:1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基,
其中该基团(a)至(d)可经一个或两个氟原子取代,
ZN在每次出现时彼此独立地表示-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-、-OCF2-、-CF2O-、-CF2CF2-或单键,
LN1、LN2、LN3及LN4各自彼此独立地表示H、Cl或F,
n为1、2或3。
优选的式N化合物选自由式N-1及N-2的化合物组成的组:
其中
RN表示具有至多7个C原子的烷基或烯基,
AN1及AN2相同或不同地表示
LN1及LN2彼此独立地表示H或F,且
ZN表示-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-OCF2-、-CF2O-或单键,优选为单键。
尤其优选的式N化合物选自由式N-1至N-8的化合物组成的组,非常尤其优选为式N-1化合物:
在一优选实施方案中,液晶介质包含一种或多种其他添加剂,优选为稳定剂及/或手性掺杂剂。
在本发明的一尤其优选实施方案中,液晶介质包含一种或多种稳定剂,优选地选自由式ST-1至ST-18的化合物组成的组
其中
RST表示H、具有1至15个C原子的烷基或烷氧基,其中另外,这些基团中的一个或多个CH2基团可以使得O原子彼此不直接连接的方式各自彼此独立地经-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、-CH=CH-、-O-、-CO-O-或-O-CO-替代,且其中另外,一个或多个H原子可各自经卤素替代,
ZST各自彼此独立地表示-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2-、-CH2CH2-、-(CH2)4-、-CH=CH-CH2O-、-C2F4-、-CH2CF2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CH=CF-、-CF=CH-、-CH=CH-、-C≡C-或单键,
L1及L2各自彼此独立地表示F、Cl、CF3或CHF2,
p表示1或2,
q表示1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在式ST-1至ST-18的化合物中,特别优选的是下列式的化合物
其中n=1、2、3、4、5、6或7,优选地,n=1或7
其中n=1、2、3、4、5、6或7,优选地,n=3
其中n=1、2、3、4、5、6或7,优选地,n=3
在式ST-3a及ST-3b的化合物中,n优选地表示3。在式ST-2a的化合物中,n优选地表示7。
非常尤其优选的根据本发明的液晶混合物包含一种或多种来自式ST-2a-1、ST-3a-1、ST-3b-1、ST-8-1、ST-9-1及ST-12的化合物的组的稳定剂:
按混合物计,一种或多种选自式ST-1至ST-18的化合物的化合物优选地各自以0.005重量%至0.5重量%的量存在于根据本发明的液晶混合物中。
若根据本发明的混合物包含两种或更多种来自式ST-1至ST-18的化合物的组的化合物,则按混合物计,这些化合物的总浓度优选地在0.01重量%至2.5重量%的范围内,更优选地在0.05重量%至1.0重量%的范围内。
然而,按根据本发明的混合物计,式ST-1至ST-18的化合物的总比例应优选地不超过3重量%。
在一优选实施方案中,根据本发明的介质包含一种或多种手性掺杂剂且因此展示胆甾醇相。
优选地,这些手性掺杂剂具有在1μm-1至150μm-1的范围内,优选地在10μm-1至100μm-1的范围内的螺旋扭曲力(HTP)绝对值。在介质包含两种或更多种手性掺杂剂的情况下,这些可具有与其HTP值相反的符号。此条件对于一些特定实施方案为优选的,因为其允许以某一程度补偿各个化合物的手性,且因此可用于补偿装置中所得介质的各种温度依赖性特性。然而,一般而言,优选的是,大多数,优选地所有任选于根据本发明的介质中的手性化合物具有与其HTP值相同的符号。
优选地,存在于根据本发明的介质中的手性掺杂剂为介晶化合物,且最优选地,其独自展现中介相。
各个化合物的HTP的温度依赖性可高或可低。可通过以对应比率混合具有不同HTP温度依赖性的化合物来补偿介质的节距的温度依赖性。
对于光学活性组分,可使用多种本领域中已知的手性掺杂剂,诸如(例如)壬酸胆甾醇酯、R-及S-811、R-及S-1011、R-及S-2011、R-及S-3011、R-及S-4011、R-及S-5011、B(OC)2C*H-C-3或CB15(全部均来自Merck KGaA,Darmstadt)。
特别适合的掺杂剂是含有一个或多个手性基团和一个或多个介晶基团、或一个或多个与手性基团形成介晶基团的芳香族或脂环族基团的化合物。
适合的手性基团是例如手性支链烃基团、手性乙二醇、联萘酚或二氧戊环,此外是选自以下的单-或多价手性基团:糖衍生物、糖醇、糖酸、乳酸、手性经取代的二醇、类固醇衍生物、萜类衍生物、氨基酸或几个(优选1至5个)氨基酸的序列。
优选的手性基团是糖衍生物,例如葡萄糖、甘露糖、半乳糖、果糖、阿拉伯糖和右旋糖;糖醇,例如,山梨醇、甘露醇、艾杜糖醇、半乳糖醇或其脱水衍生物,特别是二脱水己糖醇,例如二脱水山梨糖醇(1,4:3,6-二脱水-D-山梨糖醇、异山梨醇)、二脱水甘露醇(异山梨醇)或二脱水艾杜糖醇(异艾杜糖醇);糖酸,例如,葡萄糖酸、古洛糖酸和酮古洛糖酸;手性取代的二醇基团,例如,单-或低聚乙二醇或丙二醇,其中一个或多个CH2基团被烷基或烷氧基取代;氨基酸,例如,丙氨酸、缬氨酸、苯基甘氨酸或苯丙氨酸或这些氨基酸中的1至5个的序列;类固醇衍生物,例如,胆甾醇基或胆酸基团;萜衍生物,例如,薄荷基、新薄荷基、莰烯基(campheyl)、蒎烯基(pineyl)、萜品烯基(terpineyl)、异长叶基(isolongifolyl)、葑基、甲叉二氯基(carreyl)、桃金娘烯基(myrthenyl)、诺卜基(nopyl)、香叶基(geraniyl)、芳樟醇基(linaloyl)、橙花基(neryl)、香茅基(citronellyl)或二氢香茅基。
适合的手性基团及介晶手性化合物描述于例如DE 34 25 503、DE 35 34 777、DE35 34 778、DE 35 34 779及DE 35 34 780、DE 43 42 280、EP 01 038 941及DE 195 41820中。实例也为下表B中所列的化合物。
尤其优选的为选自由下式A-I至A-III及A-Ch的化合物组成的组的手性掺杂剂:
其中
Ra11、Ra12及Rb12彼此独立地表示具有1至15个C原子的烷基,其中另外,一个或多个不相邻的CH2基团可以使得O及/或S原子彼此不直接连接的方式各自彼此独立地经-C(Rz)=C(Rz)-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-替代,且其中另外,一个或多个H原子可经F、Cl、Br、I或CN替代,
优选为烷基,更优选为正烷基,其限制条件为Ra12与Rb12不同,
Ra21及Ra22彼此独立地表示具有1至15个C原子的烷基,其中另外,一个或多个不相邻的CH2基团可以使得O及/或S原子彼此不直接连接的方式各自彼此独立地经-C(Rz)=C(Rz)-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-替代,且其中另外,一个或多个H原子可经F、Cl、Br、I或CN替代,优选均为烷基,更优选为正烷基,
Ra31、Ra32及Rb32彼此独立地表示具有1至15个C原子的直链或支链烷基,其中另外,一个或多个不相邻的CH2基团可以使得O及/或S原子彼此不直接连接的方式各自彼此独立地经-C(Rz)=C(Rz)-、-C≡C-、-O-、-S-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-或-O-CO-O-替代,且其中另外,一个或多个H原子可经F、Cl、Br、I或CN替代,优选为烷基,更优选为正烷基,其限制条件为Ra32与Rb32不同;
Rz表示H、CH3、F、Cl或CN,优选为H或F,
R8具有上文所给出的Ra11的含义之一,优选为烷基,更优选为具有1至15个C原子的正烷基,
Z8表示-C(O)O-、CH2O、CF2O或单键,优选为-C(O)O-,
A11如下文A12所定义,或可替代地表示
A12表示
其中
r为0、1、2、3或4,
L及L11在每次出现时彼此独立地表示具有至多12个C原子的烷基、烯基或烷氧基,其中一个或多个H原子任选经卤素替代;卤素;SF5;或CN,
优选为Me(甲基)、Et(乙基)、Cl或F,尤其优选为F,
A21表示
A22具有针对A12所给出的含义
A31具有针对A11所给出的含义,或
A32具有针对A12所给出的含义,
n2在每次出现时相同或不同地为0、1或2,且
n3为1、2或3。
尤其优选的为选自由下列式的化合物组成的组的手性掺杂剂:
其中
m在每次出现时相同或不同地为1至9的整数,且
n在每次出现时相同或不同地为2至9的整数。
尤其优选的式A化合物为式A-III化合物。
其他优选的掺杂剂为下式A-IV的异山梨糖醇、异甘露醇或异艾杜糖醇的衍生物:
优选为二脱水山梨糖醇。
其他优选的掺杂剂为手性乙二醇,诸如(例如)二苯基乙二醇(氢化安息香(hydrobenzoin)),特别是下式A-V的介晶氢化安息香衍生物:
包括未展示的(R,S)、(S,R)、(R,R)及(S,S)对映异构体,
其中
及
L为H、F、Cl、CN或具有1至7个碳原子的任选卤化烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基或烷氧基羰氧基,
c为0或1,
X为CH2或-C(O)-,
Z0为-COO-、-OCO-、-CH2CH2-或单键,且
R0为具有1至12个碳原子的烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧羰基或烷基羰氧基。
优选地根据本发明使用的手性化合物选自由下文所展示的式组成的组。
式A-IV化合物的实例为:
式A-V化合物描述于GB-A-2,328,207中。
非常尤其优选的掺杂剂为手性联萘衍生物,如WO 02/94805中所描述;手性联萘酚缩醛衍生物,如WO 02/34739中所描述;手性TADDOL衍生物,如WO 02/06265中所描述;及具有至少一个氟化桥基及末端或中心手性基团的手性掺杂剂,如WO 02/06196及WO 02/06195中所描述。
尤其优选的为式A-VI的手性化合物
其中
X1、X2、Y1及Y2各自彼此独立地为F、Cl、Br、I、CN、SCN、SF5;具有1至25个碳原子的直链或支链烷基,其未经取代或经F、Cl、Br、I或CN单取代或多取代,且其中另外,一个或多个不相邻的CH2基团可以使得O及/或S原子彼此不直接连接的方式各自彼此独立地经-O-、-S-、-NH-、NR0-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCOO-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-或-C≡C-替代;具有至多20个碳原子的可聚合基团或环烷基或芳基,其可任选经卤素,优选F或经可聚合基团单取代或多取代,
R0为H或具有1至12个C原子的烷基,
x1及x2各自彼此独立地为0、1或2,
y1及y2各自彼此独立地为0、1、2、3或4,
B1及B2各自彼此独立地为芳族或部分或完全饱和的脂族六元环,其中一个或多个CH基团可各自经N替代,且一个或多个不相邻的CH2基团可各自经O或S替代,
W1及W2各自彼此独立地为-Z1-A1-(Z2-A2)m-R,且两者之一可替代地为R1或A3,但两者并不同时为H,或
U1及U2各自彼此独立地为CH2、O、S、CO或CS,
V1及V2各自彼此独立地为(CH2)n,其中一至四个不相邻的CH2基团可各自经O或S替代,且V1及V2之一在其中
n为1、2或3,
Z1及Z2各自彼此独立地为-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-NR0-、-NR0-CO-、-O-CH2-、-CH2-O-、-S-CH2-、-CH2-S-、-CF2-O-、-O-CF2-、-CF2-S-、-S-CF2-、-CH2-CH2-、-CF2-CH2-、-CH2-CF2-、-CF2-CF2-、-CH=N-、-N=CH-、-N=N-、-CH=CH-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-C≡C-、这些基团中的两者的组合,其中没有两个O及/或S及/或N原子直接彼此键结(优选为-CH=CH-COO-或-COO-CH=CH-);或单键,
A1、A2及A3各自彼此独立地为1,4-亚苯基,其中一个或两个不相邻的CH基团可各自经N替代;1,4-亚环己基,其中一个或两个不相邻的CH2基团可各自经O或S替代;1,3-二氧杂环戊烷-4,5-二基;1,4-亚环己烯基;1,4-双环[2.2.2]亚辛基;哌啶-1,4-二基;萘-2,6-二基;十氢萘-2,6-二基;或1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基,其中这些基团中的每一者可经L单取代或多取代,且另外,A1可为单键,
L为卤素原子,优选为F、CN、NO2,具有1至7个碳原子的烷基、烷氧基、烷基羰基、烷氧基羰基或烷氧基羰氧基,其中一个或多个H原子可各自经F或Cl替代,
m在各情况下独立地为0、1、2或3,且
R及R1各自彼此独立地为H、F、Cl、Br、I、CN、SCN、SF5;分别具有1个或3至25个碳原子的直链或支链烷基,其可任选经F、Cl、Br、I或CN单取代或多取代,且其中一个或多个不相邻的CH2基团可各自经-O-、-S-、-NH-、-NR0-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-或-C≡C-替代,其中没有两个O及/或S原子彼此直接键结;或可聚合基团。
尤其优选的为式A-VI-1的手性联萘衍生物
其中环B、R0及Z0如针对式A-IV及A-V所定义,且b为0、1或2,特别是选自下式A-VI-1a至A-VI-1c的那些:
其中环B、R0及Z0如针对式A-VI-1所定义,且
R0如针对式A-IV或H或具有1至4个碳原子的烷基所定义,且b为0、1或2,
且Z0特别是-OCO-或单键。
此外,尤其优选的为式A-VI-2的手性联萘衍生物
特别是选自下式A-VI-2a至A-VI-2f的那些:
其中R0如针对式A-VI所定义,且X为H、F、Cl、CN或R0,优选为F。
液晶介质中任选包含的一种或多种手性掺杂剂的浓度优选在0.001重量%至20重量%,更优选0.05重量%至5重量%,甚至更优选0.1重量%至2重量%,且特别是0.5重量%至1.5重量%的范围内。这些优选浓度范围特别是对于手性掺杂剂S-4011或R-4011及S-5011或R-5011(全部均来自Merck KGaA)且对于具有相同或类似HTP的手性掺杂剂适用。
优选地,液晶介质另外包含一种或多种式III的化合物,
其中
Z3表示单键、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-C4H8-或-CF=CF-。
优选的式III化合物选自以下子式的化合物的组:
其中alkyl及alkyl*各自彼此独立地表示具有1至6个C原子的直链烷基,且alkenyl表示具有2至6个C原子的直链烯基。alkenyl优选地表示CH2=CH-、CH2=CHCH2CH2-、CH3-CH=CH-、CH3-CH2-CH=CH-、CH3-(CH2)2-CH=CH-、CH3-(CH2)3-CH=CH-或CH3-CH=CH-(CH2)2-。
尤其优选的为式III-1及III-3的化合物。
式III的化合物在混合物整体中的比例优选为至少5重量%。
尤其优选的式III-1化合物为以下:
尤其优选的式III-3化合物为以下:
优选地,液晶介质包含一种或多种下式的四环化合物
其中
R7-10各自彼此独立地具有针对式IIA的R2A所指示的含义之一,且w及x各自彼此独立地表示1至6。
尤其优选的为包含至少一种式V-9化合物的混合物。
优选地,液晶介质包含一种或多种式Y-1至Y-6的化合物
其中R14至R19各自彼此独立地表示具有1至6个C原子的烷基或烷氧基;z及m各自彼此独立地表示1至6;x表示0、1、2或3。
根据本发明的介质尤其优选地包含呈5重量%或更大的量的一种或多种式Y-1至Y-6的化合物。
优选地,液晶介质包含一种或多种式T-1至T-21的氟化联三苯
其中
R表示具有1至7个C原子的直链烷基或烷氧基,或具有2至7个C原子的烯基,优选为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基,且m=0、1、2、3、4、5或6,且n表示0、1、2、3或4。
根据本发明的介质优选地包含呈2重量%至30重量%,特别是5重量%至20重量%的量的式T-1至T-21的联三苯。
尤其优选的为式T-1、T-2、T-20及T-21,非常尤其式T-1的化合物。在这些化合物中,R优选地表示各自具有1至5个C原子的烷基,此外为烷氧基。在式T-20的化合物中,R优选地表示烷基或烯基,特别是烷基。在式T-21的化合物中,R优选地表示烷基。
若混合物的Δn值≥0.1,则联三苯优选地用于根据本发明的混合物中。优选的混合物包含2重量%至20重量%的选自化合物T-1至T-21的组的一种或多种联三苯化合物。
在一尤其优选实施方案中,根据本发明的液晶介质包含一种或多种式T-1化合物,优选地其总浓度在3重量%至15重量%,更优选地5重量%至10重量%的范围内。
优选地,液晶介质另外包含一种或多种式B-1至B-6的联苯
其中
alkyl及alkyl*各自彼此独立地表示具有1至6个C原子的直链烷基,
alkenyl及alkenyl*各自彼此独立地表示具有2至6个C原子的直链烯基,且
alkoxy表示具有1至6个C原子的直链烷氧基。
式B-1至B-6,优选式B-5的联苯在混合物整体中的比例优选为至少3重量%,特别是5重量%或更大,优选地在7重量%至15重量%的范围内。
在式B-1至B-4的化合物中,式B-2的化合物为尤其优选的。
非常尤其优选的联苯为
其中alkyl*表示具有1至6个C原子的烷基。根据本发明的介质尤其优选地包含一种或多种式B-1a及/或B-2c的化合物。
优选地,液晶介质包含至少一种式Z-1至Z-7的化合物
其中
R表示具有1至7个C原子的直链烷基或烷氧基,或具有2至7个C原子的烯基,
alkyl表示具有1至6个C原子的烷基,且
(O)alkyl表示烷基或O烷基(烷氧基)。
优选地,液晶介质包含至少一种式O-1至O-16的化合物
其中R1及R2具有针对R2A所指示的含义。R1及R2优选地各自独立地表示具有1至6个C原子的直链烷基,或R1表示具有1至6个C原子的直链烷基,且R2表示具有2至6个C原子的烯基。
优选的介质包含一种或多种式O-1、O-3、O-4、O-5、O-9、O-12、O-14、O-15及/或O-16的化合物。
根据本发明的混合物非常尤其优选地包含特别是呈5重量%至30重量%的量的式O-9、O-12及/或O-16的化合物。
优选的式O-9化合物如下文所指示:
优选地,液晶介质包含一种或多种式BA化合物
其中
alkenyl及alkenyl*各自彼此独立地表示具有2至12个C原子的直链烯基,
Z3表示单键、-CH2CH2-、-CH=CH-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-COO-、-OCO-、-C2F4-、-C4H8-、-CF=CF-。
优选的式BA化合物如下文所指示:
优选的混合物包含一种或多种式In的茚满化合物,
其中
R11、R12、R13各自彼此独立地表示分别具有1至6个C原子或2至6个C原子的直链烷基、烷氧基、烷氧基烷基或烯基,
R12及R13另外表示卤素,优选为F,
i表示0、1或2。
优选的式In化合物为下文所指示的式In-1至In-16的化合物:
尤其优选的为式In-1、In-2、In-3及In-4的化合物。
式In及子式In-1至In-16的化合物优选地以≥5重量%,特别是5重量%至30重量%,且非常尤其优选地5重量%至25重量%的浓度用于根据本发明的混合物中。
优选地,介质另外包含一种或多种选自下列式的化合物:
在式Q-1至Q-9的化合物中,RQ及XQ各自彼此独立地具有如针对式IIA所定义的R2A的含义。RQ及XQ优选地表示具有1至6个C原子,特别是具有2至5个C原子的直链烷基。
尤其优选的混合物概念指示于以下中,其中所用首字母缩略词解释于下文表1至3及表A中。此处,n及m各自彼此独立地为1至9,优选为1至6的整数。
根据本发明的液晶混合物优选地包含
-式N的化合物以及一种或多种式IIB,优选为CPY-n-Om,特别是CPY-2-O2、CPY-3-O2及/或CPY-5-O2的化合物,优选地其浓度>5%,更优选地在20%至60%,极特别是30%至50%的范围内,
及/或
-CY-n-Om,优选为CY-3-O2、CY-3-O4、CY-5-O2及/或CY-5-O4,优选地其浓度>5%,更优选地在5%至25%,特别是10%至15%的范围内,
及/或
-CCY-n-Om,优选为CCY-4-O2、CCY-3-O2、CCY-3-O3、CCY-3-O1及/或CCY-5-O2,优选地其浓度>5%,更优选地在10%至30%的范围内,
及/或
-CPY-n-Om及另外任选的PTY-n-Om,优选地其总浓度在5%至50%,更优选地10%至40%,尤其优选地20%至30%的范围内,
及/或
-CPY-n-Om及PY-n-Om,优选为CPY-2-O2及/或CPY-3-O2及PY-3-O2,优选地其浓度为10%至40%,
及/或
-CBC-nm及/或CBC-nmF,优选地其总浓度为2%至10%,
及/或
-PGIY-n-Om,优选地其总浓度在3%至15%的范围内,
及/或
-PGIGI-n-F,优选地其总浓度在3%至15%的范围内,
及/或
-PTP-n-Om,优选地其总浓度在5%至15%的范围内。
除一种或多种式I化合物之外,介质优选地包含4至15种,特别是5至12种,且尤其优选地<10种式IIA、IIB及/或IIC的化合物。
除式I化合物及式IIA、IIB及/或IIC的化合物之外,其他成分还可以例如混合物整体的至多45%,但优选地至多35%,特别是至多10%的量存在。
另外,这些液晶相还可包含超过18种组分,优选为18至25种组分。
可聚合化合物(非介晶或介晶,后者称为反应性介晶(RM))可另外优选地以0.1重量%至40重量%的浓度添加至根据本发明的混合物中。
根据本发明的混合物可另外包含常规添加剂,诸如(例如)稳定剂、抗氧化剂、UV吸收剂、纳米粒子、微米粒子等。
在一尤其优选实施方案中,液晶介质不含有二苯乙炔。在本文中,二苯乙炔是指包含其中未经取代或经取代的亚苯基连接至碳-碳三键的两端的部分的化合物。
在另一优选实施方案中,液晶介质不含有具有-C≡C-键的化合物。
根据本发明的液晶介质具有90℃或更高的清亮点。
清亮点标志发生从向列液晶状态至各向同性状态的相变的温度。清亮点,特别是向列相与各向同性相之间的相变温度可通过通常已知的方法,例如使用梅特勒烘箱(Mettler oven)或在偏光显微镜下的热台来测量及测定,且本文中优选地使用梅特勒烘箱来测定。
液晶介质优选地具有高于95℃,更优选地高于100℃,尤其优选地高于105℃,非常尤其优选地高于110℃,且最优选地高于115℃的清亮点,优选为从向列液晶状态至各向同性状态的相变。在一实施方案中,如本发明中所使用的液晶介质优选地具有在90℃至170℃,更优选地100℃至160℃,甚至更优选地105℃至150℃,且特别是110℃至140℃的温度范围内的清亮点。
根据本发明的液晶介质或向列主体优选地展现非常广的向列相范围。特别地,如切换组件中所使用的液晶介质优选地在切换组件的操作温度下具有向列相。尤其优选地,在高于及低于切换组件的操作温度的+/-20℃的范围内,非常尤其优选地在+/-30℃的范围内的向列液晶。优选地,液晶介质具有有利的电容阈值、相对高的电压保持率值,且同时在-20℃及-30℃下的非常良好的低温稳定性,以及低旋转粘度及短响应时间,且另外优选地在旋转粘度γ1方面展现改良。
除非另外明确陈述,否则所有物理特性及物理化学或电光学参数是通过一般已知的方法,特别是根据“Merck Liquid Crystals,Physical Properties of LiquidCrystals”,Status 1997年11月,Merck KGaA,Germany来测定,且针对20℃的温度给出。
在本文中,除非另外明确陈述,否则所有浓度以重量百分比给出,即百分比数据表示百分比重量,且与各个完整混合物有关,且所指示的所有温度值以℃为单位。
光的透射及散射优选地是指在范围介于380nm至780nm的光谱内的电磁辐射的透射及散射。
根据本发明的液晶介质具有负介电各向异性Δε,即垂直于电场。
在上文及下文中,Δε表示介电各向异性,其中Δε=ε||-ε⊥。优选地在20℃及1kHz下测定介电各向异性Δε。液晶介质优选地具有在-0.5至-20,优选地-1.0至-10的范围内的介电各向异性Δε。
尤其优选地,液晶介质展现在-5.0至-1.0的范围内的介电各向异性Δε。已出人意料地发现,即使在相对小的介电各向异性量值下,还可获得有效调制介质,除所需高效动态散射以外,此还可例如在操作可靠度及稳定性方面提供其他益处。
在上文及下文中,Δn表示光学各向异性,其中Δn=ne-no,且其中优选地,在20℃及589.3nm的波长下测定光学各向异性Δn。液晶介质优选地具有至少0.15,更优选地在0.15至0.30,甚至更优选地0.18至0.27,且特别是0.20至0.25的范围内的光学各向异性Δn。
提供液晶介质的相对大的光学各向异性可有利促使获得高效且有效的调制材料。
对于本发明,除非另外明确指示,否则术语“阈值电压”涉及电容阈值(V0),还称为Freedericks阈值。
另外,根据本发明的液晶介质在液晶盒中具有高电压保持率值。
在根据本发明的切换组件中,包含液晶介质的切换层优选地具有在1μm至100μm,更优选地2μm至50μm,甚至更优选地4μm至40μm,且特别是10μm至25μm的范围内的厚度。
为维持切换层的适当厚度,在切换层的盒间隙内可包括间隔物。通常,间隔物具有直径在盒间隙的范围内的球形形状。例如,可使用由聚合物或玻璃制成的具有预定直径的球形形状的非导电间隔物。在一些实施方案中,提供粘性间隔物(即具有一些固有粘附特征以更好地粘附于表面的间隔物)可为适用的。使用黑色间隔物例如以避免或最小化非所需漏光还可为适用的。使用黑色及粘性的间隔物可为尤其有益的。可替代地,可通过其他适合的构件,例如通过使用柱状间隔物来设定或维持盒厚度。还可形成柱状间隔物以得到隔室,由此任选允许自由可切割的结构。
切换组件的基板可包含以下、优选由以下组成:玻璃或聚合物,特别是玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、COP(环状烯烃聚合物)或TAC(三乙酰纤维素)。在一尤其优选实施方案中,使用玻璃基板。
根据本发明的电切换通过为基板(例如玻璃基板或塑料基板)提供电极来实现。优选地,将导电层设置于基板上,其中导电层包含以下或由以下形成:透明导电材料,例如透明导电氧化物,优选为氧化铟锡(ITO)、SnO2:F或经掺杂的氧化锌,特别是ITO;或导电聚合物,诸如聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)或聚(4,4-二辛基环戊二噻吩),或薄透明金属及/或金属氧化物层,例如银。优选地,透明导电材料为透明导电氧化物,更优选为氧化铟锡。优选地通过涂布方法将透明电极施加至基板。例如,ITO可经溅镀以通常获得在5nm至250nm的范围内的层厚度或在5Ω/□至500Ω/□的范围内的薄层电阻。
在一优选实施方案中,切换组件可从具有低雾度的第一透明状态切换至具有低雾度且在第一电压下透射率低于第一透明状态的第二透明状态,且另外,切换组件可切换至在高于第一电压的第二电压下具有高雾度的不透明状态。
在下文中描述图,该图进一步说明本发明。
附图说明
图展示:
图1展示包含比较液晶介质的测试盒的总透射率随所施加电压的变化。
图2展示包含比较液晶介质的测试盒的雾度随所施加电压的变化。
图3展示包含根据本发明的液晶介质的测试盒的总透射率随所施加电压的变化。
图4展示包含根据本发明的液晶介质的测试盒的雾度随所施加电压的变化。
在本文及工作实施例中,液晶化合物的结构是借助于首字母缩略词来指示。除非另外指示,否则根据表1至3来进行向化学式的转化。所有基团CnH2n+1、CmH2m+1及Cm’H2m’+1或CnH2n及CmH2m均为在各情况下分别具有n、m、m’或z个C原子的直链烷基或亚烷基。n、m、m’及z各自彼此独立地表示1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12,优选为1、2、3、4、5或6。在表1中,将各个化合物的环要素编码,在表2中,列出桥接成员,且在表3中,指示化合物的左侧或右侧侧链的符号的含义。
表1:环要素
表2:桥接成员
表3:侧链
在式IIA及/或IIB及/或IIC的化合物及一种或多种式I化合物当中及/或除此以外,根据本发明的混合物优选地包含来自下文所指示的表A的化合物中的一种或多种。
表A
使用以下缩写:
n、m、m’、z各自彼此独立地表示1、2、3、4、5、6、7、8或9,优选为1、2、3、4、5或6;
(O)CmH2m+1意指OCmH2m+1或CmH2m+1
以本身常规的方式来制备可根据本发明使用的液晶混合物。一般而言,有利地在高温下将以较少量使用的所需量的组分溶解于构成主要成分的组分中。还有可能混合组分于有机溶剂中(例如,于丙酮、氯仿或甲醇中)的溶液,且在充分混合之后例如通过蒸馏再次移除溶剂。
混合物还可包含本领域技术人员所已知及文献中所描述的其他添加剂,诸如(例如)UV吸收剂、抗氧化剂、纳米粒子及自由基清除剂。例如,可添加稳定剂或手性掺杂剂。用于根据本发明的混合物的适合稳定剂特别是表C中所列的那些稳定剂。
表B
表B展示可任选添加至根据本发明的混合物的可能的手性掺杂剂。混合物优选地包含0重量%至10重量%,特别是0.01重量%至5重量%,且尤其优选地0.01重量%至3重量%的手性掺杂剂。若混合物仅包含一种手性掺杂剂,则该手性掺杂剂以0.01重量%至4重量%,优选地0.1重量%至1.0重量%的量使用。
表C
可优选地以0重量%至10重量%,优选地0.01重量%至3重量%的量添加至根据本发明的混合物中的稳定剂展示如下。
可用于根据本发明的液晶介质中的优选其他二色性染料的实例列于表D中。
表D
以下实施例仅为本发明的说明,且其不应被视为以任何方式限制本发明的范围。鉴于本公开内容,实施例及其修改或其他等效物对于本领域技术人员将变得显而易见。
然而,下文中所展示的物理特性及组成说明可实现哪些特性以及可在哪些范围内对其进行修改。因此,充分限定可优选实现的尤其各种特性的组合。
工作实施例
除非另外指示,否则份数或百分比数据表示按混合物整体计的重量份或重量百分比。
符号及缩写具有以下含义:
Vo在20℃下的阈值电压,电容[V]
Δn在20℃及589nm下测量的光学各向异性
Δε在20℃及1kHz下的介电各向异性
cl.p.清亮点[℃]
K1弹性常数,在20℃下的“展曲”变形[pN]
K3弹性常数,在20℃下的“弯曲”变形[pN]
γ1在20℃下测量的旋转粘度[mPa·s],其通过磁场中的旋转方法来测定
LTS低温稳定性(向列相),其在测试盒中测定。
除非另外明确指示,否则本发明的术语“阈值电压”涉及电容阈值(V0)。在实施例中,如一般常见,还可指示例如10%相对对比度(V10)的光学阈值。
参考混合物实施例
向列主体混合物H1至H5制备如下:
参考混合物H1
参考混合物H2
参考混合物H3
参考混合物H4
参考混合物H5
比较混合物实施例1
通过将98.60%的参考混合物H1与以下混合来制备染料掺杂的混合物D1:
0.26%的染料-1
0.40%的染料-2
及0.74%的染料-3
染料的吸收特征共同产生黑色。
通过将99.90%的混合物D1与0.10%的1-己基-3-甲基咪唑鎓三(五氟乙基)-三氟磷酸盐混合来制备比较混合物CM1。
混合物实施例1
通过将如上文比较混合物实施例1中所描述的99.99%的混合物D1与0.01%的四丁基四氟硼酸铵混合来制备混合物M1。
混合物实施例2至5
如在上文比较混合物实施例1中针对混合物D1所描述来制备染料掺杂的混合物D2、D3、D4及D5,其中分别使用参考混合物H2、H3、H4及H5代替参考混合物H1。
通过将99.99%的混合物D2、D3、D4及D5分别与0.01%的四丁基四氟硼酸铵混合来制备混合物M2、M3、M4及M5。
使用实施例
比较使用实施例1
制备测试盒,其使用涂布有ITO的玻璃基板而具有35mm×35mm的盒大小且使用间隔物而具有10μm的盒间隙,其中施加用于垂直定向的定向层(JALS 2096-R1,来自JSR(Japan Synthetic Rubber),Japan)。用比较混合物CM1填充测试盒。
视所施加电压(方波,60Hz,rms)使用市售浊度计(Model NDH7000SP II,NipponDenshoku Industries Co.,Ltd.,Tokyo,Japan)来测量透射率及雾度。
结果展示于图1及图2中。
观测到,需要60V的操作电压来实现95%的雾度。
使用实施例1
如上文比较使用实施例1中所描述来制备测试盒。用混合物M1填充测试盒。
视所施加电压(方波,60Hz,rms)使用市售浊度计(Model NDH7000SP II,NipponDenshoku Industries Co.,Ltd.,Tokyo,Japan)来测量透射率及雾度。
结果展示于图3及图4中。
尽管使用相对较小量的离子掺杂剂,特别是0.01%四丁基四氟硼酸铵,但已在40V的操作电压下观测到95%的雾度。另外,透射率降低的开始发生在有利地较低的电压下。
装置在电光学性能方面,特别是在效率及能量节省、可靠度、稳定性及再现性方面展现益处。
Claims (15)
1.一种液晶介质,其具有负介电各向异性及90℃或更高的清亮点,该液晶介质包含一种或多种式I的离子掺杂剂
A+B- I
其中
A+表示有机阳离子,且
B-表示选自由以下组成的组的阴离子:四氟硼酸根、四氰基硼酸根、六氟磷酸根、六氟锑酸根、甲磺酸根、乙磺酸根及三氟甲磺酸根。
2.根据权利要求1的液晶介质,其中该介质进一步包含一种或多种二色性染料,优选地两种或更多种二色性染料,且更优选地三种或更多种二色性染料。
3.根据权利要求1或2的液晶介质,其中该液晶介质展现在-5.0至-1.0的范围内的介电各向异性Δε及至少0.15的光学各向异性Δn。
4.根据权利要求1至3中一项或多项的液晶介质,其中该一种或多种式I的离子掺杂剂在该介质中的总浓度为0.10重量%或更小,优选为0.05重量%或更小。
5.根据权利要求1至4中一项或多项的液晶介质,其中该一种或多种式I的离子掺杂剂包含选自由以下组成的组的阳离子A+:铵、吡咯烷鎓、咪唑鎓、吡啶鎓及胍鎓,其中优选地,该阳离子A+为季铵,更优选为四烷基铵,且特别是四丁基铵。
6.根据权利要求1至5中一项或多项的液晶介质,其中该阴离子B-为四氟硼酸根。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的液晶介质,其中该介质包含一种或多种选自式IIA、IIB及IIC的化合物的组的化合物,
其中
R2A、R2B及R2C各自彼此独立地表示H;具有至多15个C原子的烷基或烯基,该烷基或该烯基未经取代、经CN或CF3单取代或经卤素至少单取代,其中另外,这些基团中的一个或多个CH2基团可以使得O原子彼此不直接连接的方式经 -O-、-S-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、-OC-O-或-O-CO-替代;或具有3至6个C原子的环烷基环,
L1-4各自彼此独立地表示F、Cl、CF3或CHF2,
Z2及Z2’各自彼此独立地表示单键、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2O-、-OCH2-、-C(O)O-、-OC(O)-、-C2F4-、-CF=CF-或-CH=CHCH2O-,
p表示1或2,
q表示0或1,且
v表示1至6。
8.根据权利要求1至7中一项或多项的液晶介质,其中该介质包含一种或多种式N及T-1的化合物,
其中
RN及R各自彼此独立地表示具有至多12个C原子的烷基或烯基,其中一个或多个不相邻的CH2基团可经-O-及/或具有3至5个C原子的环烷基环替代,且其中一个或多个H原子可经F替代,
AN在每次出现时,相同或不同地表示
(a)反式-1,4-亚环己基,其中一个或多个不相邻的CH2基团可经-O-及/或-S-替代,
(b)1,4-亚苯基,其中一个或两个CH基团可经N替代,
(c)反式-1,4-亚环己烯基,或
(d)来自由以下组成的组的基团:1,4-双环[2.2.2]亚辛基、萘-2,6-二基、十氢萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氢萘-2,6-二基,
其中基团(a)至(d)可经一个或两个氟原子取代,
ZN在每次出现时彼此独立地表示-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CH2CH2-、-CH=CH-、-C≡C-、-(CH2)4-、-OCF2-、-CF2O-、-CF2CF2-或单键,
LN1、LN2、LN3及LN4各自彼此独立地表示H、Cl或F,且
n为1、2或3。
10.根据权利要求1至9中一项或多项的液晶介质,其中该介质包含一种或多种其他添加剂,优选为稳定剂及/或手性掺杂剂。
11.根据权利要求1至10中一项或多项的液晶介质,其中该介质不含有二苯乙炔。
12.一种切换组件,其可在光学澄清状态及散射状态下操作,且可在该光学澄清状态与该散射状态之间电切换,该切换组件包含含有根据权利要求1至11中一项或多项的液晶介质的切换层,其中该切换层插入于各自具备电极的两个相对透明基板之间。
13.根据权利要求12的切换组件,其中该切换组件可从具有低雾度的第一透明状态切换至具有低雾度且在第一电压下透射率低于该第一透明状态的第二透明状态,且其中该切换组件可切换至在高于该第一电压的第二电压下具有高雾度的不透明状态。
14.一种根据权利要求1至11中一项或多项的液晶介质或根据权利要求12或13的切换组件的用途,其用于电光学装置中,优选地用于光阀、光快门、窗口、汽车镜面、天窗、增强或虚拟现实装置、移动装置或携带型装置中。
15.一种根据权利要求1、5及6中一项或多项中所阐述的一种或多种式I的离子掺杂剂的用途,其用于液晶介质中。
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