CN104531164B - 高分子增强负性胆甾相混合液晶材料及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种高分子增强负性胆甾相混合液晶材料包括按质量配比为90～98%的负介电各向异性向列相液晶、2～5%的手性添加剂、2～8%的含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、添加量为500～2000ppm的光引发剂以及添加量为300～800ppm的十六烷基三甲基溴化铵。本发明通过对配方的改善，使其具在双稳态现实的基础上，具有更低的转换频率，更高的雾态遮蔽性和更高的开态穿透度。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，特别涉及双稳态液晶材料以及其应用方法。
背景技术
液晶显示(LCD)作为液晶—这一特殊材料的一项重要应用，从液晶特性发现不久就一直得到人们的广泛关注。近几十年，特别是近十几年来信息技术的飞速发展以及人们对信息显示方式的不断追求，液晶显示得到了最迅猛的发展。今天，液晶显示正以多姿多彩的形态展示在人们面前，它的许多产品由于其优异的特性使其正成为时尚的追求，以及商场里炙手可得的商品。
液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场(或磁场)作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应(GH)模式。1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。1971年M.F.Schiekel提出电控双折射(ECB)模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相(Twisted Nematic：TN)模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式(FLC)，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super Twisred Nematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。1986年Nagata提出用双层盒(DSTN)实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术(FSTN)。1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN(RTN)及反射式STN(RSTN)模式。
根据控制手段及原理的异同，调光玻璃可藉由电控、温控、光控、压控等等各种方式实现玻璃之透明与不透明状态的切换。其中温控、光控和压控技术制作出的调光玻璃受环境的伊苏影响非常大，不是完全意义上的自主控制的调光玻璃。
公知的韩国人发明的可悬浮粒子类调光玻璃是一种使用电致变色技术制作的调光玻璃。该种玻璃是在调光玻璃的两层玻璃之间，通过控制悬浮粒子数量来调整光线的透射和散射程度的，该调光玻璃的缺点是造价非常高，且为了防止粒子泄露，对操作和使用环境的要求非常高。除了使用电致变色技术制作调光玻璃外，还可通过机械方法来完成调光(例如中国实用新型专利ZL200320116206.8)。这种机械方法主要是在中空的夹层玻璃的两端放置两个卷轴，卷轴上面裹有多种彩色薄膜来实现，需要遮光时，将一种颜色的薄膜旋转出来遮光，而需要透光的时候，可以利用控制卷轴的电机把遮光的彩色薄膜收起来，这种机械方式最大的缺点是需要手动操作，结构笨重，且可靠性差，使用寿命短。
另外，公知的一种电致调光玻璃是采用聚合物分散液晶(PDLC)技术实现的。该技术由肯特大学的Joseph W Doane博士领导的的小组于1984年发明,美国专利US4688900。这项技术使用不溶于水的聚合物单体，如环氧树脂和固化剂，与液晶混合而形成一个透明的溶液。当固化发生时，由于溶解度减小，液晶微粒会自动析出来，并悬浮在高分子相中。该工艺包括(1)配制液晶，环氧树脂和固化剂的溶液，(2)在固化之前，将该溶液复合在两层导电薄膜之间，(3)加热固化复合好的薄膜。PDLC工艺只能生产出正型产品。正型PDLC产品在不通电时是乳白色的，通电后变为透明。
PDLC技术具有良好的开关态光电效果，但是需要持续的供电来维持透明状态。另外由于技术本身的缺陷，存在明显的视角问题，即虽然通电后变为透明态，但从侧视角方向观察，仍然显示一定程度的雾态。
为此美国专利US20090290078发明了一种基于高分子增强负性胆甾相液晶显示。但是该驱动需要高达100kHz的驱动频率不利于大规模推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高分子增强负性胆甾相液晶显示用的混合液晶材料，解决现有技术中视角不良以及驱动频率过高的技术问题。
本发明中为解决上述技术问题而提供的高分子增强负性胆甾相混合液晶材料包括按质量配比为90～98％的负介电各向异性向列相液晶、2～5％的手性添加剂、2～8％的含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、添加量为500～2000ppm的光引发剂以及添加量为300～800ppm的十六烷基三甲基溴化铵。
所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第一化合物：
其中R1、R2分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基。
所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第二化合物：
其中R3、R4分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，m＝0或1，n＝0或1,和不同，分别独立的是或
所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第三化合物：
其中R7、R8分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基。
所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第四化合物：
其中R9、R10分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，p＝0或1，q＝0或1,和不同，分别独立的是或
所述负介电各向异性向列相液晶中第一化合物、第二化合物、第三化合物以及第四化合物之间按质量比的比例为5～30％的第一化合物；10～40％的第二化合物；10～30％的第三化合物以及20～40％的第四化合物。
所述手性添加剂为：
结构式的R/S811；或者结构式的
R/S1011。
所述含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体为：
结构式的二乙烯基苯。
所述光引发剂为：
结构式的Irgacure 819。
这种高分子增强负性胆甾相混合液晶材料的应用方法包括以下步骤：
A.用电子天平按比例准确称量负介电各向异性向列相液晶、手性添加剂、含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、光引发剂以及十六烷基三甲基溴化铵，并混合；
B.在常温下采用遮光搅拌的方式将上述材料搅拌100～130分钟；
C.将步骤B搅拌后的混合液晶材料灌入液晶盒中；
D.在灌晶口点胶后，用UV灯照射固化。
本发明通过对配方的改善，使其具在双稳态现实的基础上，具有更低的转换频率，更高的雾态遮蔽性和更高的开态穿透度。
附图说明
图1是本发明实际应用的示意图。
图中标记：1—液晶及隔离子；2—边框；3—ITO玻璃。
具体实施方式
以下具体说明本发明的具体实施例。
本发明高分子增强负性胆甾相混合液晶材料包括按质量配比为90～98％的负介电各向异性向列相液晶、2～5％的手性添加剂、2～8％的含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、添加量为500～2000ppm的光引发剂以及添加量为300～800ppm的十六烷基三甲基溴化铵。本发明通过材料配比的调整，用以提高液晶的互溶性、遮蔽态的雾度、开态的穿透度以及降低驱动频率。
本发明中更加优选的混合液晶材料配比(按质量比)为93～95％的负介电各向异性向列相液晶、2～3％的手性添加剂、4～6％的含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、添加量为800～1200ppm的光引发剂以及添加量为450～550ppm的十六烷基三甲基溴化铵。
本发明具体的材料选择方案如下：所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第一化合物：
标记为Ⅰ；
其中R1、R2分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，本发明中采用上述结构式的化合物用于降低驱动频率。
而第一化合物的优选方案是以下结构式中的一种或几种的组合：
标记为Ⅰ—1；
标记为Ⅰ—2；
标记为Ⅰ—3；
标记为Ⅰ—4。
所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第二化合物：
标记为Ⅱ，
其中R3、R4分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，m＝0或1，n＝0或1,和不同，分别独立的是或采用上述结构式的化合物，用于提高开态的透过率。
本发明中第二化合物优选是以下结构式的一种或几种的组合：
标记为Ⅱ—1；
标记为Ⅱ—2；
标记为Ⅱ—3；
标记为Ⅱ—4；
标记为Ⅱ—5；
标记为Ⅱ—6；
标记为Ⅱ—7；
标记为Ⅱ—8；
标记为Ⅱ—9；
标记为Ⅱ—10；
标记为Ⅱ—11；
标记为Ⅱ—12。
本发明所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第三化合物：标记为Ⅲ；
其中R7、R8分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，采用上述结构式的化合物，用于提供遮蔽态的雾度。
本发明中第三化合物优选是以下结构式的一种或几种的组合：
标记为Ⅲ—1；
标记为Ⅲ—2；
标记为Ⅲ—3；
标记为Ⅲ—4。
本发明所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第四化合物：标记为Ⅳ；
其中R9、R10分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，p＝0或1，q＝0或1,和不同，分别独立的是或以用来改善这个混合体系的互溶性(防止低温析晶)，同时也有利于提高开态的穿透度。
本发明中第四化合物优选是以下结构式的一种或几种的组合：
标记为Ⅳ—1；
标记为Ⅳ—2；
标记为Ⅳ—3；
标记为Ⅳ—4；
标记为Ⅳ—5；
标记为Ⅳ—6；
标记为Ⅳ—7；
标记为Ⅳ—8；
标记为Ⅳ—9；
标记为Ⅳ—10；
标记为Ⅳ—11；
标记为Ⅳ—12。
本发明中所述负介电各向异性向列相液晶中第一化合物、第二化合物、第三化合物以及第四化合物之间按质量比的比例为5～30％的第一化合物；10～40％的第二化合物；10～30％的第三化合物以及20～40％的第四化合物。其中优选的方案是所述负介电各向异性向列相液晶中第一化合物、第二化合物、第三化合物以及第四化合物之间按质量比的比例为10～20％的第一化合物；20～40％的第二化合物；15～25％的第三化合物以及30～40％的第四化合物。
本发明中所述手性添加剂为：
结构式的R/S811；或者结构式的R/S1011。
所述含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体为：
结构式的二乙烯基苯。
所述光引发剂为：
结构式的Irgacure 819。
本发明中混合液晶材料在实际配合中的实例如下：
负介电各向异性向列相液晶配比实例一，标记为方案A1：
| 组分 | 重量百分比(％) | 性能参数 | 参数值 |
| Ⅰ-1 | 5 | Cp | 89 |
| Ⅰ-3 | 5 | Δε | -7.7 |
| Ⅱ-2 | 12 | Δn | 0.158 |
| Ⅱ-7 | 13 | ||
| Ⅱ-12 | 5 | ||
| Ⅲ-1 | 7 | ||
| Ⅲ-4 | 8 | ||
| Ⅳ-4 | 20 | ||
| Ⅳ-6 | 10 | ||
| Ⅳ-9 | 5 |
负介电各向异性向列相液晶的配比实例二，标记为方案A2：
| 组分 | 重量百分比(％) | 性能参数 | 参数值 |
| Ⅰ-2 | 10 | Cp | 91 |
| Ⅰ-4 | 10 | Δε | -8.6 |
| Ⅱ-3 | 12 | Δn | 0.163 |
| Ⅱ-6 | 13 | ||
| Ⅱ-11 | 10 | ||
| Ⅲ-1 | 7 | ||
| Ⅲ-3 | 8 | ||
| Ⅳ-3 | 15 | ||
| Ⅳ-5 | 6 | ||
| Ⅳ-6 | 6 | ||
| Ⅳ-10 | 3 |
混合液晶配比及液晶应用方案1：
| 组分 | 重量百分比 | UV强度 | 100mw/cm2 |
| A1 | 93％ | UV照射时间 | 10min |
| R1011 | 2％ | 透过态驱动条件 | 50V，8KHz |
| C | 5％ | 遮蔽态驱动条件 | 50V，50Hz |
| D | 500ppm | 开态透过率 | 91％ |
| E | 300ppm | 开态雾度 | 3％ |
| 遮蔽态透过率 | 5％ | ||
| 遮蔽态雾度 | 87％ |
混合液晶配比及液晶应用方案2：
| 组分 | 重量百分比 | UV强度 | 80mw/cm2 |
| A2 | 92.5％ | UV照射时间 | 12min |
| S011 | 3％ | 透过态驱动条件 | 50V，1KHz |
| C | 4.5％ | 遮蔽态驱动条件 | 50V，50Hz |
| D | 600ppm | 开态透过率 | 93％ |
| E | 400ppm | 开态雾度 | 3.5％ |
| 遮蔽态透过率 | 4％ | ||
| 遮蔽态雾度 | 85％ |
本发明高分子增强负性胆甾相混合液晶材料的应用方法包括以下步骤：
A.用电子天平按比例准确称量负介电各向异性向列相液晶、手性添加剂、含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、光引发剂以及十六烷基三甲基溴化铵，并混合；
B.在常温下采用遮光搅拌的方式将上述材料搅拌100～130分钟；
C.将步骤B搅拌后的混合液晶材料灌入液晶盒中(见图1)；
D.在灌晶口点胶后，用UV灯照射固化。
其中步骤B中的搅拌时间优选为115～125分钟，步骤D中UV灯的光照指标为10～160mw/cm2,光照时间为1～15分钟。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：该混合液晶材料包括按质量配比为90～98％的负介电各向异性向列相液晶、2～5％的手性添加剂、2～8％的含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、添加量为500～2000ppm的光引发剂以及添加量为300～800ppm的十六烷基三甲基溴化铵，所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第一化合物：
其中R1、R2分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基。
2.根据权利要求1所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：该混合液晶材料的配比按质量比为93～95％的负介电各向异性向列相液晶、2～3％的手性添加剂、4～6％的含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、添加量为800～1200ppm的光引发剂以及添加量为450～550ppm的十六烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求1所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述第一化合物包括以下结构式中的一种或几种的组合：
4.根据权利要求1所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第二化合物：
其中R3、R4分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，m＝0或1，n＝0或1,不同，分别独立的是
5.根据权利要求4所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述第二化合物包括以下结构式的一种或几种的组合：
6.根据权利要求4所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第三化合物：
其中R7、R8分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基。
7.根据权利要求6所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述第三化合物包括以下结构式的一种或几种的组合：
8.根据权利要求6所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述负介电各向异性向列相液晶包括以下结构式的第四化合物：
其中R9、R10分别独立的是2到9个碳原子的烷基或烷氧基，p＝0或1，q＝0或1,不同，分别独立的是
9.根据权利要求8所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述第四化合物包括以下结构式的一种或几种的组合：
10.根据权利要求8所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述负介电各向异性向列相液晶中第一化合物、第二化合物、第三化合物以及第四化合物之间按质量比的比例为5～30％的第一化合物；10～40％的第二化合物；10～30％的第三化合物以及20～40％的第四化合物。
11.根据权利要求8所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述负介电各向异性向列相液晶中第一化合物、第二化合物、第三化合物以及第四化合物之间按质量比的比例为10～20％的第一化合物；20～40％的第二化合物；15～25％的第三化合物以及30～40％的第四化合物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述手性添加剂为：
结构式的R/S811；
或者结构式的R/S1011。
13.根据权利要求1至11中任一项所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体为：
结构式的二乙烯基苯。
14.根据权利要求1至11中任一项所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料，其特征在于：所述光引发剂为：
结构式的Irgacure 819。
15.一种如权利要求1至14中任一项所述高分子增强负性胆甾相混合液晶材料的应用方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
A.用电子天平按比例准确称量负介电各向异性向列相液晶、手性添加剂、含有可聚合端基的高分子材料预聚物或单体、光引发剂以及十六烷基三甲基溴化铵，并混合；
B.在常温下采用遮光搅拌的方式将上述材料搅拌100～130分钟；
C.将步骤B搅拌后的混合液晶材料灌入液晶盒中；
D.在灌晶口点胶后，用UV灯照射固化。
16.根据权利要求15所述的应用方法，其特征在于：步骤B中的搅拌时间为115～125分钟，步骤D中UV灯的光照指标为10～160mw/cm2,光照时间为1～15分钟。
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