一种液晶组合物及其调光器件的制作方法

本发明涉及液晶领域，具体涉及一种液晶组合物及其调光器件。

背景技术：

1、调光技术主要包括电致变色、悬浮粒子技术、液晶调光技术三大类。电致变色切换速度较慢，一般为几分钟至数十分钟，最低光透过率或者着色态在外界环境光比较暗的时候无法对于室内场景起到隐私保护的作用，严苛的器件均匀性与纯度要求导致产品成品率低下与产品寿命变短。悬浮粒子(spd)的太阳能动态调节范围较小，且断电状态为高着色态的遮光态，不满足断电转为安全的透明态，目前仅有少数公司开发spd调光技术，生产成本高昂、技术产业化推进缓慢。

2、液晶调光技术主要包括聚合物分散液晶(pdlc)、双稳态液晶、染料液晶等，pdlc、反式pdlc、多稳态液晶均具有散射态，能够起到隐私遮蔽效果，染料液晶调光技术由于是利用其分子二向色性吸光的特性的缘故，单个染料液晶器件仅对于一种偏振光起到调节作用，导致需要偏振方向垂直的双片染料液晶，或者一片偏振片加一个染料液晶器件才能对于自然光进行深度调节。同时，染料液晶调光玻璃与ec、spd调光技术类似，不能在环境光比较暗的夜晚对于室内的场景起到隐私保护的作用。

3、能够起到隐私遮蔽效果的pdlc是单稳态，一态维持需要持续供电，且视角较大，双稳态是指具有至少两个零电场下稳定存在的状态，节能安全，更加适用于调光市场要求。

4、现有双稳态调光技术响应较慢，尤其随温度降低响应显著变慢，限制了在低温应用场景的应用。

5、因此，需要提供一种液晶组合物及其调光器件，以解决上述限制。

技术实现思路

1、本发明通过对双介晶化合物结构进行优选，选用至少一种双端基氟的双介晶化合物、和至少一种手性化合物组成液晶组合物，然后将液晶组合物配合特定的界面条件制成了快响应的双稳态调光器件。

2、本发明提供一种液晶组合物，该液晶组合物包括：

3、至少一种通式i的化合物

4、f-mg1-x-mg2-f           i；

5、至少一种通式ii的化合物

6、

7、至少一种通式iii的化合物

8、

9、至少一种通式iv的化合物

10、

11、以及至少一种手性化合物；

12、其中：

13、x为碳原子数为1、3或5至40的直链或支链亚烷基基团；直链或支链亚烷基基团中的一个或更多个不相邻的-ch2-可以各自独立地-o-、-s-、-nh-、-n(ch3)-、-co-、-coo-、-oco-、-ocoo-、-sco-、-cos-、-ch＝ch-、-ch＝cf-、-cf＝cf-、-c≡c-或-ch(cn)-替代，条件是两个-o-彼此不相邻或者两个选自由-oco-、-sco-、-ocoo-、-cos-、-coo-和-ch＝ch-组成的基团彼此不相邻；

14、mg1和mg2各自独立地表示介晶基元；

15、r1-r6各自独立地表示-cn、-cl、-ncs或具有1-25个碳原子的链烷基；具有1-25个碳原子的链烷基中的一个或不相邻的两个以上的-ch2-可以各自独立地被-o-、-s-、-nh-、-n(ch3)-、-co-、-coo-、-oco-、-ocoo-、-sco-、-cos-、-ch＝ch-、-ch＝cf-、-cf＝cf-或-c≡c-替代；具有1-25个碳原子的链烷基中的一个或更多个h原子可以各自独立地被-cn或-ch3取代；

16、h1-h9各自独立地表示第一环状结构，第一环状结构由中的至少一个组成；第一环状结构中的一个或更多个h原子可以各自独立地被卤素、碳原子数为1-10的链烷基或酯基取代；

17、a1-a4各自独立地表示-coo-、-oco-、-ocoo-、-och2-、-ch2o-、-cf2o-、-(ch2)2-、-c≡c-、-ch＝ch-、-cf2cf2-、-cf＝cf-、-ch＝ch-coo-、-oco-ch＝ch-或单键；

18、介晶基元具有通式v的结构：

19、

20、其中：h10-h13各自独立地表示第二环状结构，所述第二环状结构选自由组成的组；所述第二环状结构中的1-4个h原子可以各自独立地被卤素、cn、或碳原子数为1-7的链烷基取代；

21、b1、b2和b3各自独立地表示-coo-、-oco-、-ocoo-、-och2-、-ch2o-、-cf2o-、-(ch2)2-、-(ch2)4-、-c≡c-、-ch＝ch-、-cf2cf2-、-cf＝cf-、-ch＝ch-coo-、-oco-ch＝ch-或单键；

22、p、q、r各自独立地为0或1。

23、进一步地，作为优选的实施例，通式i的化合物选自以下化合物组成的组中一种或多种化合物：

24、f-mg3-(ch2)n-mg4-f                                     i-1；

25、f-mg5-o-(ch2)m-o-mg6-f                                i-2；

26、其中：

27、n和m各自独立地表示为3～15的奇数；

28、mg3-mg6各自独立地表示介晶基元；

29、在本发明的一些实施方案中，mg3-mg6所表述的介晶基元选自由通式vi的介晶基元组成的组

30、

31、其中：

32、h14-h17各自独立的表示第三环状结构，第三环状结构选自由

33、组成的组；其中第三环状结构中的1-4个h原子可以各自独立地被卤素、cn、或碳原子数为1-7的链烷基取代，碳原子数为1-7的链烷基中的至少一个-ch2-可以被-cho-、-co-、-coo-或-oco-替代，碳原子数为1-7的链烷基中的至少一个h原子可以被f或cl取代；

34、c1和c2各自独立地表示-coo-、-oco-、-ocoo-、-och2-、-ch2o-、-cf2o-、-(ch2)2-、-(ch2)4-、-c≡c-、-ch＝ch-、-cf2cf2-、-cf＝cf-、-ch＝ch-coo-、-oco-ch＝ch-或单键；

35、s和t各自独立的为0或1。

36、在本发明的一些实施方案中，通式i的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：

37、

38、

39、

40、

41、在本发明的一些实施方案中，通式i的化合物占液晶组合物总质量的3％～40％。

42、在本发明的一些实施方案中，通式ii的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：

43、

44、在本发明的一些实施方案中，通式iii的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：

45、

46、

47、

48、在本发明的一些实施方案中，通式iv的化合物选自由如下化合物组成的组中一种或更多种化合物：

49、

50、

51、在本发明的一些实施方案中，通式ii的化合物占液晶组合物总质量的5％～40％。

52、在本发明的一些实施方案中，通式iii的化合物占液晶组合物总质量的5％～40％。

53、在本发明的一些实施方案中，通式iv的化合物占液晶组合物总质量的5％～35％。

54、在本发明的一些实施方案中，手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～20％。

55、在本发明的一些实施方案中，手性化合物选自以下化合物组成的组中的一种或更多种：

56、

57、

58、在本发明的一些实施方案中，液晶组合物还包括至少一种二向色性染料。

59、在另一方面，为实现本发明目的，本技术还提供一种液晶调光器件，包括第一透明导电基层、第二透明导电基层以及设于第一透明导电基层与第二透明导电基层之间的液晶层，第一透明导电基层包括第一透明基材和临近液晶层一侧设置的第一透明导电层，第二透明导电基层包括第二透明基材和临近液晶层一侧设置的第二透明导电层，液晶层包括液晶组合物，液晶组合物包括至少一种选自通式i的化合物、至少一种选自通式ii的化合物、至少一种选自通式iii的化合物、至少一种选自通式iv的化合物以及至少一种手性化合物；液晶层受到第一透明导电基层与第二透明导电基层之间施加的电压而改变液晶层中液晶分子的排列状态，液晶层中液晶分子排列的改变导致入射于液晶层的光的包括透过、散射、反射等传播特性的改变，液晶分子排列状态存在至少两个在电压撤离后仍然保持基本稳定的稳定态，稳定态中至少一个是平面态，平面态对于入射于液晶层的光透过，稳定态中至少一个是焦锥态，焦锥态对于入射于液晶层的光能够散射。

60、在本发明的一些实施方案中，调光器件具有至少两个稳定存在的状态，其中至少一个使入射光基本透过的平面态，至少一个使入射光基本散射的焦锥态，平面态和焦锥态能够通过外部电场实现切换，无需持续的通电维持，平面态清晰高透，焦锥态隐私遮蔽。平面态需通过第一电压进行切换，焦锥态需通过第二电压进行切换。

61、在本发明的一些实施方案中，液晶调光器件的平面态雾度不大于10％，焦锥态雾度不低于80％，焦锥态稳定性绝对变化不超过10％。

62、双稳态液晶组合物制成的调光器件从任意态切换至垂直态时液晶分子需要进行解螺旋，此过程的响应时间与粘度、弹性常数密切相关，当粘度增大时，响应时间变长，从垂直态断电弛豫回平面态的响应时间分为两个阶段，阶段一液晶分子从垂直态到过渡平面态的转变，其响应时间遵循：thp≈γp02/k22(引自杨登科著《液晶器件基础》第10章)，第二阶段是从过渡平面态到自然平面态的转变，这个过程也是螺旋距从诱导螺旋距恢复至自然螺旋距的过程，此时过渡平面态的螺旋距p＝k33/k22*p0，当k33≈k22时，可以缩短过渡平面态恢复至自然平面态的时间。但是弹性常数和粘度都是温度函数，随温度降低，响应时间将显著增加。双介晶化合物作为弹性常数调节剂，其加入能有效改善垂直态断电弛豫回平面态的响应时间，但是由于双介晶化合物一般分子链较长、分子量较大，该组分加入易引起液晶组合物粘度显著增加，研究发现，随双介晶化合物含量增加，液晶组合物粘度呈现抛物线式增加，由于双介晶化合物的k33已经趋近于0，几乎没有下降的空间，为满足弹性常数调节需要，双介晶化合物含量一般不宜低于15％，因此设计、优选低粘的双介晶化合物结构是非常可行的方案。

63、除此以外，由于双介晶化合物熔点较高，使得液晶组合物低共熔点也较高，低温工作温宽较窄，为拓展低温工作温度，我们需优先降低液晶组合物的低共熔点。当双介晶化合物末端采用-f封端时，较-cn封端类降低了共轭程度，f的引入因其强电负性，有利于增加介电各向异性值，降低粘度，因此能够有效缩短响应时间，同时增加液晶分子的光和热稳定性。将f引入到双介晶末端时也可使其自身熔点降低，进而显著降低液晶组合物的低共熔点，实现将工作温度扩展至≤-20℃。氟封端双介晶化合物在本发明的液晶组合物中具有较烷基链封端双介晶化合物良好的溶解度。

64、有益效果：

65、本技术的有益效果在于，本技术提供了一种液晶组合物及其液晶调光器件，通过对双介晶化合物结构及含量进行优选，包含至少一种双端基氟的双介晶化合物的液晶组合物，然后将液晶组合物配合特定的界面条件制成了快响应的双稳态调光器件。