[发明专利]宽温度范围的近晶型液晶材料

说明书

背景技术

用于显示装置和光阀(light shutters)的液晶材料主要为两类：向列型和近晶型。

向列型材料具有长距离的取向次序，其中分子可在不同方向上自由交互移动，同时保持其长轴(“指向矢”)的基本平行取向。向列相具有高流动性，并且用于显示模式中，诸如扭曲向列型、超扭曲、混合排列模式和双稳态模式，例如ZBD和PABN。向列型聚合物分散液晶(PDLC)用于转换式发光技术中。然而，其需要恒定功率以保持ON状态，并且在宽视角下还表现出不需要的霾。

近晶型液晶具有层结构，并且比向列型材料更加粘稠。分子在层中具有取向和位置次序，但层之间能够相对移动。近晶型材料可以以多种可能的多形体之一存在，这取决于层内分子的排列。例如，近晶型A相中的分子的长轴与层平面基本垂直，且层内分子的横向分布是随机的。近晶型C相中的分子也具有随机的横向分布，但其长轴与该层平面成倾斜角度。

近晶型A材料用于双稳态显示装置(图1)，其通过诱导由直流电或低频交流电场中掺杂带电杂质的运动而产生的高散射结构进行显示。通过较高交流电频率下的介电重取向(dielectric reorientation)进行消除，达到光学的透明状态。

基于具有光学活性的近晶型C材料为铁电性的、反铁电性的或亚铁电性的，并且在使用适当排列的薄(1-2μm)层的情况下能够在两种状态之间快速转换的发现，近晶型C材料得以在快速转换的双稳态显示装置中得到应用。

近晶型材料可在不同的温度下表现出不同的多形体，并且可在较高温度下可逆地转化成向列型材料，随后，可在更高的温度(透明化温度)下变成各向同性液体。

出于贮存和操作的目的，化学配方工程师进行了大量工作以生产在宽温度范围内稳定在向列相的液晶材料混合物，所述宽温度范围包括远高于和远低于室温的温度。现已制备并可由商业途径获得大量宽温度范围的向列型材料，其通常具有性质和比例得到仔细优化以适合具体显示应用的多种成分。然而，在指定范围内表现为单一多形体的宽温度范围的近晶型材料并非广泛可得，并且不可针对不同应用进行优化。

本发明的各方面详列在独立权利要求中。优选特征详列在从属权利要求中。

本发明人意外地发现可通过采用宽温度范围的向列型混合物并使用介晶型含硅材料(mesogenic silicon-containing material)掺杂该混合物，来制备宽温度范围的近晶型液晶材料。可通过多种方式(例如介电和光学各向异性、转换速度等)优化向列型混合物基质(host nematic mixtures)。向列型混合物为非常复杂的配方，其通过平衡方式精确地形成；实际上已知一些混合物可能需要多达20种单个成分以达到必需的特征。这些成分的不当混合或其他添加剂的存在常导致对混合物性质的无法预知的不良影响。因此，向此复杂混合物中添加硅氧烷仍产生实用温度范围的近晶相是非常意外的结果。此外，由于这些近晶型混合物在很大程度上保留了向列型材料基质的其他期望特征(例如，光学各向异性)，因此，它们更加有用。

本发明人发现通过形成有机硅氧烷液晶和非硅氧烷液晶材料的特异混合物，可显著增强整体材料性能，并可根据需要进行调整。此外，还可使用假-LC有机硅氧烷材料作为添加剂。假-材料包含有机硅氧烷部分，并可在混合物中诱导近晶型次序。这些添加剂可包含例如手性试剂、发色团、二向色染料或荧光染料、介电或折射率增强剂或降低剂等。

定义

本文使用的“宽温度范围”是指至少70℃的温度范围。此范围优选为至少-20℃至+50℃。特别优选该范围的下限达到至少-30℃，特别是-40℃，且上限达到至少+60℃，特别是至少+80℃。因此，根据本发明的一个方面，使用介晶型含硅材料掺杂宽范围的向列型混合物(在至少70℃的温度范围表现为向列相)，并将其转化成在相同温度范围内表现为近晶型中间相的材料。应理解，所述向列相或近晶相也可在比指定范围更宽的温度范围内稳定，所述指定范围为最小范围。还应理解，在加热至高于所述指定范围时，近晶相可转化成向列相，或者在加热至高于所述指定范围时，近晶相可直接转化成各向同性液体。