一种液晶化合物、液晶组合物及其应用的制作方法

本发明涉及一种新型的液晶化合物及其在液晶材料的应用。

背景技术：

1、液晶器件已在智能手机、平板设备、tv、车用仪表等领域有大量应用。进一步地，在3d显示、光通信、微波天线、可变焦透镜等领域对液晶技术也有广泛的需求。在这一系列新场景中，要求液晶器件可以支撑更大的相位和介电调制，更快的切换速度和更高的分辨率。

2、其中，液晶器件的相位调制量与所使用的液晶材料的双折射率δn和盒厚d的关系如下式所示：

3、

4、可以看到，在盒厚d一定的情况下，材料的双折射率δn越大则器件的相位调制量越大。

5、另一方面，液晶器件的响应时间t与所使用的液晶材料的旋转粘度γ1和弹性系数k11的关系如下式所示：

6、

7、可以看到，器件的响应时间t与材料的旋转粘度γ1成正比，与弹性系数k11成反比。

8、因此，具体到所使用的液晶材料，该类场景要求液晶材料的双折射率δn明显高于普通显示用液晶。同时也要兼顾足够大的介电各向异性δε，较低的旋转粘度，较高的清亮点、低温不易结晶和电压保持率不易降低。

9、peer kirsch等人(参见peer kirsch,matthias bremer,annette kirsch,atsutaka manabe,eike poetsch,volker reiffenrath and kazuaki tarumi,materialsfor liquid crystal displays with reduced power consumption,doi:10.1080/10587250008023878)介绍了一种具有如下结构的液晶分子：

10、

11、该液晶分子具有较大的清亮点和双折射(δn＝0.319)，可以应用于低功耗的全息显示液晶器件，但是不能满足上述新场景对双折射率的要求，尤其是要求混晶体系有更大的双折射率例如0.4以上的对应单体双折射率的场景。

12、而且，液晶器件为了在各类应用场景中支持更多的端口数(空间光调制器)，更大的介电调谐率(微波器件)，更大的可变焦范围(透镜)，更高的分辨率和更快的响应速度，也要求所使用的液晶材料具有大的光学和介电各向异性，以及更宽的向列相温域和良好的稳定性。

13、综上所述，针对液晶显示技术对液晶组合物的需求，需要提供一种双折射率δn高于普通显示用液晶，同时兼顾足够大的介电各向异性δε、较低的旋转粘度、较高的清亮点、低温不易结晶和电压保持率不易降低等性质的化合物，这类化合物可以用于光通信、无线通信、微波扫描天线、可变焦透镜、光栅、激光雷达、光束跟踪、投影、平板显示和全息显示等领域。尤其是，需要开发一种可应用于要求使用高双折射率液晶材料的光学器件的化合物。

技术实现思路

1、在一个方面，本发明提供一种具有通式(i)的液晶化合物：

2、r1-a1-a2-z-a3-r2  (i)

3、其中，r1和r2相同或不相同，各自独立地选自碳原子数为1-20的直链或支链的烷基或烷氧基、碳原子数为2-20的直链或支链的烯基或烯氧基、碳原子数为2-20的直链或支链的炔基或炔氧基，其中所述烷基或烷氧基、所述烯基或烯氧基、所述炔基或炔氧基任选地含有一个或多个杂原子，所述一个或多个杂原子各自独立地选自o、s和n，并且所述烷基或烷氧基、所述烯基或烯氧基、所述炔基或炔氧基中的任意氢原子任选地被氘、氚或卤素原子取代，以及所述烷基或烷氧基、所述烯基或烯氧基、所述炔基或炔氧基中的任意两个不相邻的碳原子任选地连接以形成环状环结构；

4、a1、a2和a3相同或不相同，各自独立地选自含有6至60个碳原子的亚芳基，并且a1、a2和a3中的至少一个为噻吩并噻吩亚基，所述亚芳基和所述噻吩并噻吩亚基中的任意氢原子各自独立地任选地被x所取代，其中每个x相同或不相同，各自独立地选自氘、氚、卤素原子、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为1-7的直链或支链的烷氧基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为2-8的直链或支链的烯基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为2-7的直链或支链的烯氧基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为3-8的环烷基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为3-8的环烯基；

5、z表示选自-ch＝ch-、-cf＝cf-、-ch＝cf-、-cf＝ch-、-c≡c-和-c≡c-c≡c-的连接基。

6、在另一个方面，本发明提供一种液晶组合物，其包含根据本发明的液晶化合物。

7、在又一个方面，本发明提供一种液晶器件，其包含根据本发明的液晶化合物或者包含根据本发明的液晶组合物。

8、在又一个方面，本发明提供根据本发明的液晶化合物或者根据本发明的液晶组合物在制备液晶器件中的用途。

9、本发明通过提供一种新型的液晶化合物为开发高性能液晶器件提供了更多的可能性。具体而言，本发明的液晶化合物能够提供具有以下一个或更多个优点的液晶材料：1)具有更大的双折射率例如0.4以上的双折射率，从而具有较大的光学各向异性；2)具有较大的介电各向异性；3)具有更宽的向列相温域；4)具有良好的稳定性。因此，本发明提供了液晶器件在各类应用场景中支持更多的端口数(空间光调制器)，更大的介电调谐率(微波器件)，更大的可变焦范围(透镜)，更高的分辨率和/或更快的响应速度的可能性。

技术特征：

1.一种具有通式(i)的液晶化合物：

2.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于a1、a2和a3相同或不相同，各自独立地选自式(ii)和式(iii)，并且a1、a2和a3中的至少一个选自式(iii)：

3.根据权利要求2所述的液晶化合物，其特征在于式(ii)具有选自如下的结构：

4.根据权利要求2所述的液晶化合物，其特征在于式(ii)具有选自如下的结构：

5.根据权利要求2所述的液晶化合物，其特征在于，在式(iii)中，x5和x6相同或不相同，各自独立地选自氢、氘、氚、氟、氯、碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、碳原子数为1-7的直链或支链的烷氧基、碳原子数为2-8的直链或支链的烯基、碳原子数为2-7的直链或支链的烯氧基、碳原子数为3-8的环烷基、碳原子数为3-8的环烯基。

6.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于z表示-c≡c-。

7.根据权利要求1所述的液晶化合物，其特征在于式(i)具有选自如下的结构：

8.根据权利要求7所述的液晶化合物，其特征在于x11-x18相同或不相同，各自独立地选自氢、氘、氚、氟、氯、溴、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为1-7的直链或支链的烷氧基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为2-8的直链或支链的烯基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为2-7的直链或支链的烯氧基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为3-8的环烷基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为3-8的环烯基。

9.根据权利要求7所述的液晶化合物，其特征在于x11-x18相同或不相同，各自独立地选自氢、氘、氚、氟、氯、碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、碳原子数为1-7的直链或支链的烷氧基、碳原子数为2-8的直链或支链的烯基、碳原子数为2-7的直链或支链的烯氧基、碳原子数为3-8的环烷基、碳原子数为3-8的环烯基。

10.根据权利要求7所述的液晶化合物，其特征在于x19-x20相同或不相同，各自独立地选自氢、氘、氚、氟、氯、溴、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为1-7的直链或支链的烷氧基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为2-8的直链或支链的烯基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为2-7的直链或支链的烯氧基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为3-8的环烷基、任意氢原子任选地被氟原子取代的碳原子数为3-8的环烯基。

11.根据权利要求7所述的液晶化合物，其特征在于x19-x20相同或不相同，各自独立地选自氢、氘、氚、氟、氯、碳原子数为1-8的直链或支链的烷基、碳原子数为1-7的直链或支链的烷氧基、碳原子数为2-8的直链或支链的烯基、碳原子数为2-7的直链或支链的烯氧基、碳原子数为3-8的环烷基、碳原子数为3-8的环烯基。

12.根据权利要求7所述的液晶化合物，其特征在于式(i)具有选自如下的结构：

13.一种液晶组合物，其包含根据权利要求1-12中任一项所述的液晶化合物。

14.根据权利要求13所述的液晶组合物，其特征在于所述液晶化合物占液晶组合物总重量的1-100重量％。

15.根据权利要求13所述的液晶组合物，其特征在于所述液晶组合物还包含选自以下的一种或多种成分：

16.根据权利要求13所述的液晶组合物，其特征在于所述液晶组合物包含两种或更多种根据权利要求1-12中任一项所述的液晶化合物。

17.一种液晶器件，其包含根据权利要求1-12中任一项所述的液晶化合物或者包含根据权利要求13-16中任一项所述的液晶组合物。

18.根据权利要求17所述的液晶器件，其中所述液晶器件是选自以下的一种或多种：光通信设备、无线通信设备、微波扫描天线、可变焦透镜器件、光栅元件、激光雷达元件、光束跟踪器、投影器、全息高分子分散液晶器件、平板显示器和全息显示器。

19.根据权利要求1-12中任一项所述的液晶化合物或者根据权利要求13-16中任一项所述的液晶组合物在制备液晶器件中的用途。

20.根据权利要求19所述的用途，其中所述液晶器件是选自以下的一种或多种：光通信设备、无线通信设备、微波扫描天线、可变焦透镜器件、光栅元件、激光雷达元件、光束跟踪器、投影器、全息高分子分散液晶器件、平板显示器和全息显示器。

技术总结本发明提供了一种具有通式(I)的液晶化合物：R<supgt;1</supgt;‑A<supgt;1</supgt;‑A<supgt;2</supgt;‑Z‑A<supgt;3</supgt;‑R<supgt;2</supgt;(I)其中，R<supgt;1</supgt;和R<supgt;2</supgt;相同或不相同，各自独立地选自碳原子数为1‑20的直链或支链的烷基或烷氧基、碳原子数为2‑20的直链或支链的烯基或烯氧基、碳原子数为2‑20的直链或支链的炔基或炔氧基；A<supgt;1</supgt;、A<supgt;2</supgt;和A<supgt;3</supgt;相同或不相同，各自独立地选自含有6至60个碳原子的亚芳基，并且A<supgt;1</supgt;、A<supgt;2</supgt;和A<supgt;3</supgt;中的至少一个为噻吩并噻吩亚基；Z表示选自‑CH＝CH‑、‑CF＝CF‑、‑CH＝CF‑、‑CF＝CH‑、‑C≡C‑和‑C≡C‑C≡C‑的连接基。本发明还提供了包含该液晶化合物的液晶组合物及其应用。技术研发人员：陈全,思晓佳,陈平安,莫何莉受保护的技术使用者：华为技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/16