CN115703969A - 一种液晶组合物及包含其的空间光调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液晶组合物及包含其的空间光调制器，所述液晶组合物包含至少一种式I的化合物以及至少一种式II的化合物；通过液晶组分的相互协同，使液晶组合物在维持适当的清亮点、适当的光学各向异性和适当的VHR(UV)的前提下，具有较高的介电各向异性、较大的光学各向异性、较低的流动粘度、较小的低温储存相变点、较小的延迟量和较低的驱动电压，适合用于对温度使用范围、响应速度、功耗要求高的液晶显示器件中，尤其适用于空间光调制器中，使空间光调制器的驱动电压和能耗更低，介电损耗小，适应的温度范围广，光调制能力强，画面显示灵敏，信赖性高，更加节约环保。
Description
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域，具体涉及一种液晶组合物及包含其的空间光调制器。
背景技术
随着液晶显示技术的日益成熟，液晶材料也越来越多的开始应用到其他领域。其中，基于液晶的电光效应制造出的液晶空间光调制器，将入射光的复振幅信息通过加载在其上的一维或二维分布场上以对信息进行有效地重构，对光波前达到实时控制的目的。液晶空间光调制器以可编程、无机械惯性、实时、响应速度快等诸多优点，成为理想的光学波前控制元件。
液晶空间光调制器可以看作是一种可编程DOE，可编程特性避免了普通DOE结构单一，加工工艺要求高的缺点。基于液晶空间光调制器的DOE，无需复杂费时的加工制造过程，只需要通过计算机编程，对生成的灰度图像直接加载，便可灵活实现对入射光波前的实时调制。
液晶空间光调制器根据不同的标准，可以有不同的分类：(1)根据入射光与出射光的方向不同，可以分为透射型和反射型；光通过反射型液晶空间光调制器相当于光在液晶层中受到了两次调制，减小了液晶层的厚度，提高响应速度，但缺点是通常需要使用分光棱镜，以使入射光和出射光在空间上分离开来。(2)根据控制信号的不同，可分为电寻址型和光寻址型。(3)根据调制对象的不同，可以分为振幅型和相位型。振幅型液晶空间光调制器主要通过控制光的透射率调制入射光的强度，广泛应用于投影和液晶显示方面；相位型液晶空间光调制器主要调制入射光的相位分布情况。理论上来说，纯相位液晶空间光调制器对光强无损耗，对远距离传输和减少光损耗有着重要的意义，广泛应用于波前校正系统。在波前控制过程中，相位信息往往比振幅信息包含更多有价值的成分，纯相位调制将相位信息控制在0-2π范围内。在光学信息处理领域，通过纯相位波前实时控制，可以简化工作，满足特殊要求，可以根据实际需要对其进行灵活的设计。
空间光调制器由于其液晶单元不够极致的限制，其延迟量较大，显示画面迟缓，信赖性低；驱动电压高，所需功耗较大；适应的温度范围较小，在较低或较高温度下，液晶单元调制能力就会变弱，大大影响用户的体验。
研究表明，一种具有小的延迟量和低功耗液晶显示器件，尤其是在空间光调制器中，其液晶材料的响应时间是必要的，而响应时间与液晶的粘度、介电、LCD驱动电压、液晶层厚度相关：
开态时间Ton：Ton＝C1η/(εΔεV2-Kπ2/d2)；
关态时间Toff：Toff＝C2ηd2/Kπ2；
其中，C1和C2为常数，△ε为液晶的介电各向异性值，η为粘度，d为液晶层厚度；由此可见，具有低粘度的液晶具有更快的响应时间。另外，减小液晶层厚度也可以加快响应时间，延迟量△n×d是定值，需要更小的液晶层厚度d，这就需要液晶具有更大的折射率各向异性△n。
含有介电各向异性的绝对值大的液晶组合物的液晶显示元件能够降低基础电压值、降低驱动电压，并能进一步降低消耗电功率，但介电各向异性的绝对值大会使液晶的粘度较大和稳定性较差。
含有较低阈值电压的液晶组合物的液晶显示元件能够有效的降低显示的功耗，特别是在消耗品，类似手机，平板电脑等便携式电子产品有更长的续航时间。然而具有较低的阈值电压(一般含有大介电极性基团)的液晶组合物其分子的有序度低，反映液晶分子有序度的Kave值也会降低，从而影响到液晶材料的漏光和对比度，两者通常难以兼顾。
粘度小的液晶组合物可提高液晶显示元件的响应速度。当液晶显示元件的响应速度快时，可适用于动画显示。另外，向液晶显示元件的液晶盒内注入液晶组合物时，可缩短注入时间，能够提高作业性。旋转粘度γ1直接影响液晶加电后的响应时间，上升时间(τon)和下降时间(τoff)都与液晶的旋转粘度γ1成正比关系，上升时间(τon)由于与液晶盒和驱动电压有关，可以通过加大驱动电压的方法与降低液晶盒盒厚来调节；而下降时间(τoff)与驱动电压无关，主要是与液晶的弹性常数与液晶盒的盒厚有关，盒厚趋薄会降低下降时间(τoff)，而不同显示模式下，液晶分子的运动方式不一样，TN、IPS、VA三种模式分别与平均弹性常数K、扭曲弹性常数、弯曲弹性常数成反比关系。
CN102858918A等现有技术公开了较低功耗、较快响应的液晶组合物，但现有技术的液晶组合物存在环保问题(如含氯化合物的使用)、使用寿命短(如UV或热稳定性差)、对比度低(如日光下显示屏幕泛白)等问题，而且无法兼顾不同器件中要求适当的光学各向异性、适当的介电各项异性、高的电压保持率、抗UV稳定及高温稳定的性能均衡问题，不能同时满足各方面指标。从液晶材料的制备角度出发，液晶材料的各项性能是互相牵制影响的，某项性能指标的提升可能会使其他性能发生变化。因此，制备各方面性能都合适的液晶材料往往需要创造性劳动。
液晶材料是液晶显示器的重要组成部分，而目前全球液晶显示器具有很大的市场需求，多用于电子电器产品中，但其生命周期较短。较短的生命周期自然存在废弃污染等问题，在如今绿色环保问题日益受到社会各界的重视的情况下，如若能从源头控制，即在液晶材料的调制过程中选择环保绿色的材质，就能极大降低处理废弃液晶显示器时所付出的环境代价。因此，制备各方面性能都合适，又经济、绿色环保的液晶材料存在很大的难度，尤其是在空间光调制器应用中，对液晶向列相稳定范围以及更低的驱动电压需求越为明显。
基于此，本领域亟待开发具有更低的驱动电压、更小的延迟量、更宽的液晶向列相稳定范围、更好的光学各向异性和介电各向异性、且绿色环保的液晶材料，以满足空间光调制器的性能需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种液晶组合物及包含其的空间光调制器，所述液晶组合物在具有良好的介电各向异性的基础上，还具有更低的粘度、更大的光学各向异性、更好的低温互溶性、更低的延迟量、更低的驱动电压，使包含其的空间光调制器的驱动电压和功耗低，介电损耗低，适应的温度范围广，光调制能力强，信赖度高。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含：
至少一种式I的化合物：
至少一种式II的化合物：
其中，R1、R2和R3各自独立地表示含有1-10个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个)碳原子的直链或支链烷基，所述含有1-10个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代。
X1、X2、X3和X4各自独立地表示卤素、-CH3或-C2H5。
Z1表示单键、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2CH2-或-CF2CF2-。
n表示1-3的整数，例如可以为1、2或3；当n表示2或3时，Z1相同或不同，环
相同或不同。
m、p、r和s各自独立地表示0-4的整数，例如可以为0、1、2、3或4。
其中，当m表示2、3或4时，X1相同或不同；当p表示2、3或4时，X2相同或不同；当r表示2、3或4时，X3相同或不同；当s表示2、3或4时，X4相同或不同。
本发明中，“可分别独立地被……替代”指的是可以被替代，也可以不被替代，即，替代或不被替代，均属于本发明的保护范围之内；“可分别独立地被……取代”同理；而且，“替代”和“取代”的位置是任意的。
本发明中，基团一侧或两侧的短直线均代表接入键，不代表甲基；例如
两侧的短直线。
本发明中，所述卤素包括氟、氯、溴或碘等；下文涉及到相同描述时，均具有相同的含义。
本发明提供的液晶组合物是一种正性液晶组合物，式I的化合物与式II的化合物的相互协同，使液晶组合物具有更高的介电常数、更大的折射率、更低的流动粘度、更好的低温互溶性、更大的光学各向异性、更小的延迟量、更低的驱动电压、更高的VHR(UV，UV光照射后的电压保持率)，适合用于对延迟量要求高和光学各向异性较高的液晶显示器件中，尤其适用于空间光调制器中，使空间光调制器的驱动电压和能耗更低，介电损耗小，适应的温度范围广，光调制能力强，画面显示灵敏，信赖性高，而且更加节约环保。
在一个优选技术方案中，所述m和p各自独立地表示0、1或2。
在一个优选技术方案中，所述X1和X2各自独立地表示-F或-CH3。
在一个优选技术方案中，所述Z1表示单键或-C≡C-。
在一个优选技术方案中，所述式I的化合物选自由如下化合物组成的组：
在一个优选技术方案中，所述R1表示含有1-10个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个)碳原子的直链或支链烷基、含有2-10个(例如2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个)碳原子的直链或支链烯基、含有1-9个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或9个)碳原子的直链或支链烷氧基。
在一个优选技术方案中，所述R1表示含有1-8个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链烷基。
在一个优选技术方案中，为了获得更大的光学各向异性、更低的粘度、更好的低温互溶性、更低的驱动电压和更小的延迟量，所述液晶组合物中包含至少一种Z1表示单键的式I的化合物和/或至少一种Z1表示-C≡C-的式I的化合物。
在一个优选技术方案中，为了获得更大的光学各向异性、更低的粘度、更好的低温互溶性、更低的驱动电压和更小的延迟量，所述液晶组合物中包含至少一种式I-1的化合物和/或至少一种式I-4的化合物。
在一个优选技术方案中，为了获得更大的光学各向异性、更低的粘度、更好的低温互溶性、更低的驱动电压和更小的延迟量，所述液晶组合物中包含至少一种式I-2的化合物和/或至少一种式I-8的化合物。
在一个优选技术方案中，所述X3和X4各自独立地表示-F或-CH3。
在一个优选技术方案中，所述r和s各自独立地表示0、1或2。
在一个优选技术方案中，所述式II的化合物选自由如下化合物组成的组：
在一个优选技术方案中，所述R2和R3各自独立地表示含有1-10个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个)碳原子的直链或支链烷基、含有2-10个(例如2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或10个)碳原子的直链或支链烯基、含有1-9个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个或9个)碳原子的直链或支链烷氧基。
在一个优选技术方案中，所述R2和R3各自独立地表示含有1-8个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链烷基。
在一个优选技术方案中，为了获得更大的光学各向异性、更低的粘度、更好的低温互溶性、更低的驱动电压、更小的延迟量、更高的VHR(UV)，所述液晶组合物中包含至少一种式II-1的化合物和/或至少一种式II-2的化合物。
在一个优选技术方案中，调整式I的化合物的含量以使包含其的液晶组合物具有较大的折射率和光学各向异性、较大的介电常数、较小的粘度、较低的延迟量、较小的驱动电压、较好的低温互溶性。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中式I的化合物的质量百分含量为0.1-90％，例如可以为0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值，进一步优选为20-90％。
在一个优选技术方案中，调整式II的化合物的含量以使包含其的液晶组合物具有较大的折射率和光学各向异性、较大的介电常数、较小的粘度、较低的延迟量、较小的驱动电压、较好的低温互溶性。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中式II的化合物的质量百分含量为0.1-50％，例如可以为0.3％、0.5％、0.8％、1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％、45％或48％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中还包含至少一种式M的化合物：
其中，RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个或12个)碳原子的直链或支链烷基、
所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代。
环
环
和环
各自独立地表示
所述
中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述
中的一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代，至多一个-H可被卤素取代。
ZM1和ZM2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CH2CH2-或-(CH2)4-。
nM表示0、1或2。
当nM表示2时，环
相同或不同，ZM2相同或不同，且ZM2不同时为-C≡C-。
在一个优选技术方案中，所述式M的化合物选自由如下化合物组成的组：
在一个优选技术方案中，所述式M的化合物包含式M-1的化合物、式M-2的化合物、式M-6的化合物、式M-10的化合物、式M-12的化合物、式M-16的化合物、式M-19的化合物、式M-21的化合物、式M-25的化合物、式M-28的化合物、式M-30的化合物、式M-31的化合物或式M-32的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
在一个优选技术方案中，所述RM1和RM2各自独立地表示含有1-8个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链烷基、含有1-8个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链烷氧基、含有2-8个(例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链烯基。
在一个优选技术方案中，调整式M的化合物的含量以使包含其的液晶组合物具有更好的低温互溶性、较大的光学各向异性、较大的介电常数、较小的粘度、较低的延迟量、较小的驱动电压。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中式M的化合物的质量百分含量为0.1-40％，例如可以为0.3％、0.5％、0.8％、1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％或38％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中还包含至少一种式A-1和/或式A-2的化合物：
其中，RA1和RA2各自独立地表示含有1-12个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、11个或12个)碳原子的直链或支链烷基、
所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代。
环
环
环
和环
各自独立地表示
所述
中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述
中的一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；前述基团中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl或-CN取代。
ZA11、ZA21和ZA22各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-。
LA11、LA12、LA13、LA21和LA22各自独立地表示-H、卤素、未取代或卤代的含有1-3个(例如1个、2个或3个)碳原子的直链烷基。
XA1和XA2各自独立地表示卤素、-CN、含有1-5个(例如1个、2个、3个、4个或5个)碳原子的卤代烷基、含有1-5个(例如1个、2个、3个、4个或5个)碳原子的卤代烷氧基、含有2-5个(例如2个、3个、4个或5个)碳原子的卤代烯基或含有2-5个(例如2个、3个、4个或5个)碳原子的卤代烯氧基。
nA11和nA2各自独立地表示0、1、2或3；当nA11表示2或3时，环
相同或不同，ZA11相同或不同；当nA2表示2或3时，环
相同或不同，ZA21相同或不同。
nA12表示1或2；当nA12表示2时，环
相同或不同。
在一个优选技术方案中，所述式A-1的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，RA1表示含有1-8个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链或支链烷基；所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代。
Rv和Rw各自独立地表示-CH2-或-O-。
LA11、LA12、LA11'、LA12'、LA14、LA15和LA16各自独立地表示-H或-F。
LA13和LA13'各自独立地表示-H或-CH3。
XA1表示-F、-CF3或-OCF3。
v和w各自独立地表示0或1。
在一个优选技术方案中，所述式A-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，RA2表示含有1-8个(例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个)碳原子的直链或支链烷基；所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代。
LA21、LA22、LA23、LA24和LA25各自独立地表示-H或-F。
XA2表示-F、-CN、-CF3、-OCF3或-CH2CH2CH＝CF2。
在一个优选技术方案中，所述式A-2的化合物包括式A-2-3的化合物、式A-2-4的化合物或式A-2-10的化合物中的任意一种或至少两种的组合。
在一个优选技术方案中，调整式A-1的化合物的含量以使包含其的液晶组合物具有较大的介电各向异性、较长的低温储存时间、较低的流动粘度。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中式A-1的化合物的质量百分含量为0.1-30％，例如可以为0.3％、0.5％、0.8％、1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％或28％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
在一个优选技术方案中，调整式A-2的化合物的含量以使包含其的液晶组合物具有较大的介电各向异性、较长的低温储存时间、较低的流动粘度。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中式A-2的化合物的质量百分含量为0.1-30％，例如可以为0.3％、0.5％、0.8％、1％、3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％、22％、25％或28％，以及上述点值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
除上述化合物以外，本发明的液晶组合物也可通常的向列型液晶、近晶型液晶、胆固醇型液晶、聚合性单体或添加剂等。
在一个优选技术方案中，所述液晶组合物中还包括至少一种添加剂。
在一个优选技术方案中，所述添加剂包括掺杂剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、红外线吸收剂或光稳定剂中的任意一种或至少两种的组合。
如下显示优选加入到本发明的液晶组合物中的可能的掺杂剂：
在本发明的一些实施方案中，掺杂剂占液晶组合物的重量百分比为0％-5％；优选地，掺杂剂占液晶组合物的重量百分比为0.01％-1％。
另外，本发明的液晶组合物中所使用的抗氧化剂、光稳定剂等添加剂优选以下物质：
其中，n表示1-12的正整数。
优选地，光稳定剂选自如下所示的光稳定剂：
在本发明的一些实施方案中，光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0％-5％；优选地，光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01％-1％；更优选地，光稳定剂占液晶组合物的总重量百分比为0.01％-0.1％。
第二方面，本发明提供一种空间光调制器，所述空间光调制器包括设有电路的基板和光调制元件，所述光调制元件包括液晶层，所述液晶层的材料包括如第一方面所述的液晶组合物。
在一个优选技术方案中，所述基板包括单晶硅基板。
在一个优选技术方案中，所述光调制元件包括依次设置的铝电极层、第一取向层、液晶层、第二取向层、透明电极和透明层；所述铝电极层设置于靠近基板的一侧。
示例性地，所述空间光调制器的结构示意图如图1所示，包括设有电路的基板10(电路设于基板中，图1中未示出)和光调制元件20；所述光调制元件20包括依次设置的铝电极层21、第一取向层22、液晶层23、第二取向层24、透明电极25和透明层26；其中，所述液晶层23中包含如第一方面所述的液晶组合物。
在一个优选技术方案中，所述铝电极层21包括由铝电极单元211构成的阵列，任意相邻的2个铝电极单元211之间通过空隙212隔开。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的液晶组合物中，通过液晶组分的相互协同，使液晶组合物在清亮点适宜的前提下，具有更高的介电各向异性、更大的折射率和光学各向异性、更低的流动粘度、更好的低温互溶性、更小的延迟量和更低的驱动电压，适合用于对延迟量要求高和光学各向异性较高的液晶显示器件中，尤其适用于空间光调制器中，使空间光调制器的驱动电压和能耗更低，介电损耗小，适应的温度范围广，光调制能力强，画面显示灵敏，信赖性高，更加节约环保。
附图说明
图1为本发明提供的空间光调制器的结构示意图；
其中，10-设有电路的基板10，20-光调制元件，21-铝电极层，211-铝电极单元，212-空隙，22-第一取向层，23-液晶层，24-第二取向层，25-透明电极，26-透明层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
为便于表达，以下各实施例及对比例中，液晶组合物中各组分的基团结构用表1所列的代码表示：
表1
以如下结构式的化合物为例：
以下实施例及对比例中测试项目的简写代号如下：
Cp 清亮点(向列相-各向同性相转变温度，℃)
Δn 光学各向异性(589nm，25℃)
Δε 介电各向异性(1kHz，25℃)
Tc 低温存储相变点(即向列相下限温度，℃)
η 流动粘度(mm2·s-1，25℃)
Vth 驱动电压(V，25℃)
γ 延迟量(ms，25℃)
VHR(UV) UV光照射后的电压保持率(％，25℃)
其中，
Cp：通过MP70熔点仪测得；
Δn：使用阿贝折光仪在钠光灯(589nm)光源下、25℃测试得到；
Δε：Δε＝ε∥-ε⊥，其中，ε∥为平行于分子轴的介电常数，ε⊥为垂直于分子轴的介电常数，测试条件：25℃、1kHz，测试盒为TN型、盒厚7μm；
Tc：将具有向列相的液晶放在玻璃瓶中，分别在0℃、-10℃、-20℃、-25℃、-30℃、-35℃、-40℃的温度下保存在冰箱中，然后观察10天的低温情况；如：当样品在-20℃呈向列相而在-25℃变为晶体或近晶状态，则Tc＜-20℃；当样品在-10℃变为晶体或近晶状态，则Tc＞10℃；
η：使用Brookfield椎板粘度计测试得到，测试温度为25℃；
Vth：使用DMS 505测试仪测试得到，测试条件：TN液晶盒，盒厚7μm，测试频率为60Hz，测试波形为方形；
γ：使用DMS 505液晶显示屏光学测量系统测试得到，测试条件：TN型测试盒，25℃，盒厚7.0μm；
VHR(UV)：使用TOY06254型液晶物性评价系统测试得；使用波长为365nm、能量为6000mJ/cm2的光照射液晶后测试，测试温度65℃，测试电压为5V，测试频率为6Hz。
以下的实施例中所采用的化合物，均可以通过公知的方法进行合成，或者通过商业途径获得。这些合成技术是常规的，所得到各液晶组合物经测试符合电子类化合物标准。
按照以下实施例中各液晶组合物的配比制备液晶组合物。液晶组合物的制备是按照本领域的常规方法进行的，如采取加热、超声波、悬浮等方式按照规定比例混合制得。
实施例1
一种液晶组合物，组分及性能参数如表2所示：
表2
本实施例还提供一种空间光调制器，结构示意图如图1所示，包括设有电路的基板10(电路设于基板中，图1中未示出，基板为单晶硅基板)和光调制元件20；所述光调制元件20包括依次设置的铝电极层21、第一取向层22、液晶层23、第二取向层24、透明电极25和透明层26，铝电极层21包括由铝电极单元211构成的阵列，任意相邻的2个铝电极单元211之间通过空隙212隔开；所述液晶层23的材料为本实施例提供的液晶组合物。
对比例1
一种液晶组合物，组分及性能参数如表3所示：
表3
本对比例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本对比例提供的液晶组合物。
对比例2
一种液晶组合物，组分及性能参数如表4所示：
表4
本对比例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本对比例提供的液晶组合物。
对比例3
一种液晶组合物，组分及性能参数如表5所示：
表5
本对比例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本对比例提供的液晶组合物。
由实施例1与对比例1-3的比较可知，本发明的液晶组合物在维持适当的光学各向异性、适当的清亮点和适当的VHR(UV)的情况下，具有较高的介电各向异性、较低的驱动电压、较小的延迟量、较低的流动粘度以及较好的低温存储相变点。使得包含其的空间光调制器件具有较宽的温度使用范围、较快的响应速度和较低的能耗。
实施例2
一种液晶组合物，组分及性能参数如表6所示：
表6
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例3
一种液晶组合物，组分及性能参数如表7所示：
表7
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例4
一种液晶组合物，组分及性能参数如表8所示：
表8
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例5
一种液晶组合物，组分及性能参数如表9所示：
表9
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例6
一种液晶组合物，组分及性能参数如表10所示：
表10
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例7
一种液晶组合物，组分及性能参数如表11所示：
表11
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例8
一种液晶组合物，组分及性能参数如表12所示：
表12
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例9
一种液晶组合物，组分及性能参数如表13所示：
表13
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例10
一种液晶组合物，组分及性能参数如表14所示：
表14
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例11
一种液晶组合物，组分及性能参数如表15所示：
表15
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
实施例12
一种液晶组合物，组分及性能参数如表16所示：
表16
本实施例还提供一种空间光调制器，其与实施例1中的空间光调制器的区别仅在于，液晶层的材料为本实施例提供的液晶组合物。
结合上述实施例及其性能测试可知，本发明提供的液晶组合物中，通过液晶组分的相互协同，使液晶组合物具有适宜的清亮点，Cp为105-126℃，适宜的光学各向异性，Δn为0.34-0.42，适宜的VHR(UV)，VHR(UV)为96.33-97.11，更高的介电各向异性，Δε为8.5-15.8，更低的流动粘度，η为23-41mm2/s，更小的低温存储相变点，可在-25℃至-35℃的低温下稳定储存10天以上，延迟量更小，γ为6.5-9.3ms，驱动电压低，Vth低至1.32-2.1V。所述液晶组合物适合用于对温度使用范围、响应速度、功耗有较高要求的液晶显示器件中，尤其适用于空间光调制器中，使空间光调制器的驱动电压和能耗更低，介电损耗小，适应的温度范围广，光调制能力强，画面显示灵敏，信赖性高，更加节约环保。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种液晶组合物及包含其的空间光调制器，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物包含：
至少一种式I的化合物：
至少一种式II的化合物：
其中，R1、R2和R3各自独立地表示含有1-10个碳原子的直链或支链烷基，所述含有1-10个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；
X1、X2、X3和X4各自独立地表示卤素、-CH3或-C2H5；
Z1表示单键、-C≡C-、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2CH2-或-CF2CF2-；
n表示1-3的整数；当n表示2或3时，Z1相同或不同，环
相同或不同；
m、p、r和s各自独立地表示0-4的整数；当m表示2、3或4时，X1相同或不同；当p表示2、3或4时，X2相同或不同；当r表示2、3或4时，X3相同或不同；当s表示2、3或4时，X4相同或不同。
2.根据权利要求1所述的液晶组合物，其特征在于，所述式I的化合物选自由如下化合物组成的组：
3.根据权利要求1或2所述的液晶组合物，其特征在于，所述式II的化合物选自由如下化合物组成的组：
4.根据权利要求1-3任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中式I的化合物的质量百分含量为0.1-90％，优选为20-90％；
优选地，所述液晶组合物中式II的化合物的质量百分含量为0.1-50％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中还包含至少一种式M的化合物：
其中，RM1和RM2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、
所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；
环
环
和环
各自独立地表示
所述
中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述
中的一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代，至多一个-H可被卤素取代；
ZM1和ZM2各自独立地表示单键、-CO-O-、-O-CO-、-CH2O-、-OCH2-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CH2CH2-或-(CH2)4-；
nM表示0、1或2；
当nM表示2时，环
相同或不同，ZM2相同或不同，且ZM2不同时为-C≡C-。
6.根据权利要求5所述的液晶组合物，其特征在于，所述式M的化合物选自由如下化合物组成的组：
优选地，所述液晶组合物中式M的化合物的质量百分含量为0.1-40％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的液晶组合物，其特征在于，所述液晶组合物中还包含至少一种式A-1和/或式A-2的化合物：
其中，RA1和RA2各自独立地表示含有1-12个碳原子的直链或支链烷基、
所述含有1-12个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
环
环
环
和环
各自独立地表示
所述
中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可被-O-替代，一个或至少两个环中单键可被双键替代；所述
中的一个或至少两个环中-CH＝可被-N＝替代；前述基团中的一个或至少两个-H可被-F、-Cl或-CN取代；
ZA11、ZA21和ZA22各自独立地表示单键、-CH2CH2-、-CF2CF2-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-C≡C-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CH2O-或-OCH2-；
LA11、LA12、LA13、LA21和LA22各自独立地表示-H、卤素、未取代或卤代的含有1-3个碳原子的直链烷基；
XA1和XA2各自独立地表示卤素、-CN、含有1-5个碳原子的卤代烷基、含有1-5个碳原子的卤代烷氧基、含有2-5个碳原子的卤代烯基或含有2-5个碳原子的卤代烯氧基；
nA11和nA2各自独立地表示0、1、2或3；当nA11表示2或3时，环
相同或不同，ZA11相同或不同；当nA2表示2或3时，环
相同或不同，ZA21相同或不同；
nA12表示1或2；当nA12表示2时，环
相同或不同。
8.根据权利要求7所述的液晶组合物，其特征在于，所述式A-1的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，RA1表示含有1-8个碳原子的直链或支链烷基；所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
Rv和Rw各自独立地表示-CH2-或-O-；
LA11、LA12、LA11'、LA12'、LA14、LA15和LA16各自独立地表示-H或-F；
LA13和LA13'各自独立地表示-H或-CH3；
XA1表示-F、-CF3或-OCF3；
v和w各自独立地表示0或1；
优选地，所述式A-2的化合物选自由如下化合物组成的组：
其中，RA2表示含有1-8个碳原子的直链或支链烷基；所述含有1-8个碳原子的直链或支链烷基中的一个或不相邻的至少两个-CH2-可分别独立地被-CH＝CH-、-C≡C-、-O-、-CO-、-CO-O-或-O-CO-替代；前述基团中的一个或至少两个-H可分别独立地被-F或-Cl取代；
LA21、LA22、LA23、LA24和LA25各自独立地表示-H或-F；
XA2表示-F、-CN、-CF3、-OCF3或-CH2CH2CH＝CF2；
优选地，所述液晶组合物中式A-1的化合物的质量百分含量为0.1-30％；
优选地，所述液晶组合物中式A-2的化合物的质量百分含量为0.1-30％。
9.一种空间光调制器，其特征在于，所述空间光调制器包括设有电路的基板和光调制元件，所述光调制元件包括液晶层，所述液晶层的材料包括如权利要求1～8任一项所述的液晶组合物。
10.根据权利要求9所述的空间光调制器，其特征在于，所述基板包括单晶硅基板；
优选地，所述光调制元件包括依次设置的铝电极层、第一取向层、液晶层、第二取向层、透明电极层和透明层；所述铝电极层设置于靠近基板的一侧。
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