一种液晶组合物及包含其的空间光调制器制造技术

本发明专利技术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。更加节约环保。更加节约环保。

【技术实现步骤摘要】
一种液晶组合物及包含其的空间光调制器


[0001]本专利技术属于液晶材料
，具体涉及一种液晶组合物及包含其的空间光调制器。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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：
[0007]开态时间T
on
：T
on
＝C1η/(εΔεV2‑
Kπ2/d2)；
[0008]关态时间T
off
：T
off
＝C2ηd2/Kπ2；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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K
ave
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。
[0012]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(τ
on
)和下降时间(τ
off
)都与液晶的旋转粘度γ1成正比关系，上升时间(τ
on
)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(τ
off
)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(τ
off
)，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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。

技术实现思路

[0016]针对现有技术的不足，本专利技术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。
[0017]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0018]第一方面，本专利技术提供一种液晶组合物，所述液晶组合物包含：
[0019]至少一种式I的化合物：
[0020]以及
[0021]至少一种式II的化合物：
[0022][0023]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
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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：以及至少一种式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：
以及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：
以及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，R
M1
和R
M2
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；Z
M1
和Z
M2
各自独立地表示单键、
‑
CO
‑
O
‑
、
‑
O
‑
CO
‑
、
‑
CH2O
‑
、
‑
OCH2‑
、
‑
C≡C
‑
、
‑
CH＝CH
‑
、
‑
CH2CH2‑
或
‑
(CH2)4‑
；n
M
表示0、1或2；当n
M
表示2时，环相同或不同，Z
M2
相同或不同，且Z
M2
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：
以及优选地，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：2的化合物：
其中，R
A1
和R
A2
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所述中的一个或不相邻的至少两个
‑
CH2‑
可被
‑
O
‑
替代，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建芳，马文阳，
申请(专利权)人：江苏和成显示科技有限公司，
类型：发明
国别省市：