一种液晶组合物及应用其的双稳态液晶调光器件

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种液晶组合物及应用其的双稳态液晶调光器件。

背景技术

随着建筑理念的提高，传统玻璃功能相对单一，已无法满足现代建筑在资源利用、节能环保、智能控制、有益健康等方面提出来的前所未有的新要求。智能液晶调光玻璃，通过电场的作用，使玻璃光线的透过率及视物的清晰度发生改变，从而有效的控制紫外线、红外线的进入，清晰和雾态的切换，从而起到节能环保和保护隐私的作用，引起业内的广泛研究。

目前液晶调光玻璃的种类主要有PDLC智能调光玻璃、染料液晶调光玻璃和双稳态液晶调光玻璃。PDLC智能调光玻璃在不加电状态下呈现雾态，加电状态下呈现透明态，从而实现电控调光的作用。但是由于PDLC智能调光玻璃断电状态呈现雾态，因此更适合应用于隐私状态较多的场景，否则会相当耗电；另一方面PDLC智能调光玻璃的透明态依然雾度较大，存在视角问题。染料液晶调光玻璃可以实现光的明暗调节，但是应用于染料液晶调光玻璃的染料液晶成本很高且光稳定性较差；另一方面染料液晶是单稳态，维持另一态需要持续通电，电力成本较高。双稳态液晶调光玻璃包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，通过选取合适的驱动方式驱动双稳态液晶调光玻璃，可使其在透过态和雾态之间转换，从而实现调光的目的。既节能环保，也能减小触电等安全隐患，因此在幕墙、隔断、智能车窗等领域广泛应用。

但是双稳态液晶调光玻璃仍具有某些尚未克服的缺点，如工作温宽窄的问题等，因而使其应用场景受限，而影响双稳态液晶调光玻璃性能的因素主要有P态雾度、N-TB相的螺旋结构、N-TB相变温度、清亮点等，因此，我们需要选择合适的单体、双体和手性剂材料，充分考虑各组分之间的相容性，选择合适的比例，才能得到高性能宽温双稳态液晶组合物。

发明内容

本申请的主要目的是解决当前双稳态液晶调光器件工作温宽窄，限制了其在室外场景应用的问题，提供了一种液晶组合物及应用其的双稳态液晶调光器件。

为实现上述目的，本申请提供了一种液晶组合物，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；

上述通式Ⅰ为R1-MG1-X-MG2-R2；

上述通式Ⅱ为

上述通式Ⅲ为

上述通式Ⅳ为

其中：R1和R2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS或者任意一种C原子数为1-25的链烷基；

MG1和MG2各自独立地表示介晶基元；

X为C原子数为1、3或5至40的直链或支链亚烷基基团；

H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9各自独立地表示第一环状结构，所述第一环状结构由

A

R

进一步的，所述C原子数为1-25的链烷基中的一个或多个H原子可以各自独立地被卤素或-CN取代，所述链烷基中的一个或多个不相邻的-CH

进一步的，所述直链或支链亚烷基基团中的一个或多个不相邻的-CH

进一步的，所述第一环状结构中的一个或多个H原子可以各自独立地被卤素、C原子数为1-10的链烷基或酯基取代。

进一步的，所述具有1-25个C原子的链烷基中的一个或多个不相邻的-CH

进一步的，所述介晶基元选自至少一种通式Ⅴ的化合物；

上述通式Ⅴ为

其中：H

A

p为0或1；q为0或1；r为0或1。

进一步的，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或者任意一种C原子数为1-7的链烷基取代。

进一步的，所述通式Ⅰ中的X选自至少一种通式Ⅵ的化合物，

上述通式Ⅵ为

其中：Y

进一步的，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的10%～50%。

进一步的，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的20%～40%。

进一步的，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的25%～35%。

进一步的，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总质量的10%～34.5%。

进一步的，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总质量的15%～34.5%。

进一步的，所述通式Ⅲ的化合物和所述通式Ⅳ的化合物质量和占所述液晶组合物总质量的20%～50%。

进一步的，所述通式Ⅲ的化合物和所述通式Ⅳ的化合物质量和占所述液晶组合物总质量的20%～40%。

进一步的，所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总质量的0～20%。

进一步的，所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总质量的1%～20%。

进一步的，所述手性化合物为R01、R02、R03、R04、R05、R06、L01、L02、L03、L04、L05中的至少一种。

进一步的，所述手性化合物占所述液晶组合物总质量的5%～20%。

进一步的，所述液晶组合物还包括至少一种可聚合单体。

进一步的，所述液晶组合物还包括至少一种可聚合引发剂。

为实现上述目的，本申请还提供了一种双稳态液晶调光器件，所述双稳态液晶调光器件包括第一透明导电基板和第二透明导电基板，所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板彼此平行且相对设置以形成液晶盒；填充于所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间的所述液晶盒中的液晶层，所述液晶层包括上述所述的液晶组合物；所述双稳态液晶调光器件包括两个稳定状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，所述透过态和所述雾态之间的转换可通过施加外部电场实现。

进一步的，所述透过态的雾度不大于10%。

进一步的，所述雾态的雾度不小于85%。

本申请的有益效果在于，本申请提供了一种液晶组合物，通过优化混晶中各组分含量，即液晶组合物中各组分的含量，在降低N-TB相变点的同时提高清亮点，并提供了一种应用上述液晶组合物制备的双稳态液晶调光器件，拓宽了双稳态液晶调光器件的工作温宽，提高了双稳态液晶调光器件在实际应用中的价值。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，不用来限制本发明的范围。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

双介晶化合物（指分子中包含两个介晶基元的液晶化合物）作为双稳态液晶调光玻璃的重要组分，由于其具有的特殊结构，可以诱导第二向列相（扭曲-弯曲向列相，即N-TB相），加入手性向列相液晶后，可获得相对高的展曲弹性常数K11、相对低的弯曲弹性常数K33和相对低的挠曲弹性系数K22。当K33≈K22时，液晶分子可以直接从P态恢复到H态，达到完美的平面态，具有极小的雾度。因此P态的雾度与双介晶化合物的含量有直接关系，双体含量较低时P态通常具有高的雾度。另外，当K11/K22大于2时，N-TB相的螺旋结构相对稳定，因此通过调节K值可以实现透过态和雾态的双稳态。然而，当温度接近或低于N-TB相温度时，液晶会发生相变，液晶分子很难从H态恢复到P态，无法变透明。由专利CN109825309A和CN112130362A可知，向正介电常数向列相液晶中加入手性剂得到胆甾相液晶，再加入双介晶化合物，可实现P态雾度小于10%，雾态雾度大于85%。然而按照上述两个专利的组分及步骤进行操作测试时又发现清亮点均较低（＜90℃），N-TB点高（＞-15℃），此时当温度降低到-10℃时，H态很难恢复到P态，一直保持雾态状态，此外，清亮点较低时，也会导致高温工作中雾态雾度低且无法保持。

根据MichaelR. Tuchband和Min Shuai等人的文献（Double-helical Tiledchain structure the twist-bend liquid crystal phase in CB7CB）公开的研究结论发现随着双体的减少清亮点和N-TB点温度单调下降。因此虽然通过减少双体含量可以来降低N-TB相变温度，但是也会引起P态雾度升高以及清亮点下降，增加三环和四环液晶单体的含量来有效提高清亮点温度，但是在一定程度上也会提高N-TB点的温度、改变N-TB相的螺旋结构且对P态的雾度和FC态雾度稳定性也有一定影响。

由上述液晶组合物中各组分对双稳态液晶调光器件性能的影响，本申请为解决现有双稳态液晶调光器件工作温宽窄的问题，即：当工作温度低于-10℃时，双稳态液晶调光器件中的液晶分子在H态断电后很难回到P态，即断电后无法回到透明态；当工作温度较高且与清亮点相差小于20℃时，雾态雾度保持差，雾度低，继续升高温度雾态难以保持。本申请提供了一种液晶组合物，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；

上述通式Ⅰ为R1-MG1-X-MG2-R2；其中：R1和R2各自独立地表示-H、-F、-Cl、-CN、-NCS或者任意一种C原子数为1-25的链烷基，作为优选的实施方案，所述C原子数为1-25的链烷基中的一个或多个H原子可以各自独立地被卤素或-CN取代，所述链烷基中的一个或多个不相邻的-CH

上述通式Ⅱ为

上述通式Ⅲ为

上述通式Ⅳ为

其中：H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8、H9各自独立地表示第一环状结构，所述第一环状结构由

A

R

本申请中，作为优选的实施方案，所述介晶基元选自至少一种通式Ⅴ的化合物；

上述通式Ⅴ为

其中： H

A

p为0或1；q为0或1；r为0或1。

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式Ⅰ中的X选自至少一种通式Ⅵ的化合物，

上述通式Ⅵ为

其中：Y

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的10%～50%。作为进一步优选的实施方案，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的20%～40%。作为更进一步优选的实施方案，所述通式Ⅰ的化合物占所述液晶组合物总质量的25%～35%。

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总质量的10%～34.5%。作为进一步优选的实施方案，所述通式Ⅱ的化合物占所述液晶组合物总质量的15%～34.5%。作为优选的实施方案，所述通式Ⅲ的化合物和所述通式Ⅳ的化合物质量和占所述液晶组合物总质量的20%～50%。作为进一步优选的实施方案，所述通式Ⅲ的化合物和所述通式Ⅳ的化合物质量和占所述液晶组合物总质量的20%～40%。作为优选的实施方案，所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总质量的0～20%。作为进一步优选的实施方案，所述通式Ⅳ的化合物占所述液晶组合物总质量的1%～20%。

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式Ⅰ的化合物可选自如下化合物中的任意一种：

作为进一步优选的实施方案，所述通式I的化合物进一步选自通式I-1到通式I-10组成的化合物。

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式Ⅱ的化合物可选自如下化合物中的任意一种：

作为进一步优选的实施方案，所述通式Ⅱ的化合物进一步选自通式Ⅱ-1到通式Ⅱ-9组成的化合物。

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式Ⅲ的化合物可选自如下化合物中的任意一种：

作为进一步优选的实施方案，所述通式Ⅲ的化合物进一步选自通式Ⅲ-1到通式Ⅲ-10组成的化合物。

本申请中，作为优选的实施方案，所述通式IV的化合物可选自如下化合物中的任意一种：

作为进一步优选的实施方案，所述通式IV的化合物进一步选自通式IV-1到通式IV-4组成的化合物。

本申请中，作为优选的实施方案，所述手性化合物为R01、R02、R03、R04、R05、R06、L01、L02、L03、L04、L05中的至少一种。优选的，所述手性化合物占所述液晶组合物总质量的5%～20%。

本申请中，作为优选的实施方案，所述液晶组合物还包括至少一种可聚合单体；作为进一步优选的实施方案，所述可聚合单体可以为但不仅仅限于光聚合单体、热聚合单体等，所述光聚合单体可以为但不仅仅限于丙烯酸酯类单体、乙烯基醚类单体等，如PM001、市售的紫外固化胶NOA65等，所述热聚合单体可以为但不仅仅限于环氧树脂。作为进一步优选的实施方案，所述液晶组合物还包括至少一种可聚合引发剂。所述可聚合引发剂可以为下述光引发剂中的任意一种：

光引发剂184（

TPO(

为实现制备出高性能宽温度双稳态液晶组合物的目的，本申请还提供了一种双稳态液晶调光器件，所述双稳态液晶调光器件包括第一透明导电基板和第二透明导电基板，所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板彼此平行且相对设置以形成液晶盒；填充于所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间的所述液晶盒中的液晶层，所述液晶层包括上述所述的液晶组合物；所述双稳态液晶调光器件包括两个稳定状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，所述透过态和所述雾态之间的转换可通过施加外部电场实现。优选的，所述透过态的雾度不大于10%；进一步的，所述透过态的雾度不大于5%；更进一步的，所述透过态的雾度不大于3%。优选的，所述雾态的雾度不小于85%；进一步的，所述雾态的雾度不小于90%。

本申请中，还将液晶化合物中的基团结构进行了代码标识，如表一所示。

表一：液晶化合物基团结构代码

其中，如n或m为3，即表示为烷基-C

本申请中，还提供了添加到液晶化合物中的手性剂及其它添加化合物的结构分子式及代码，且结构分子式仅为本申请中手性剂及其它添加化合物的部分分子式，结构分子式及相应的代码标识如表二所示。

表二：添加到液晶化合物中的手性剂及其它添加化合物的结构分子式及相应的代码

为验证本申请提供的技术方案具有优异的技术效果，本申请还提供了4组液晶化合物作为对比例、7组液晶化合物作为实施例，并将这些液晶化合物制作成相应的双稳态液晶调光器件，并对其性能进行了测试。

1）混晶清亮点和N-TB点的测试方法

将样品放置到MK2000控温台，常温快速升温到60℃后，稳定3min，改为5℃/min加热速率继续加热，当液晶完全清亮时记为清亮点；使温度快速下降到-30℃，稳定5min后，改为5℃/min加热速率加热升温，将发生相变（液晶颜色发生显著变化，从黑棕色变成棕黄色）的温度记为N-TB点，若降温到-30℃未有相变发生，说明N-TB点小于-30℃。

2）调光器件结构

所述双稳态液晶调光器件包括第一透明导电基板和第二透明导电基板，所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板彼此平行且相对设置以形成液晶盒；填充于所述第一透明导电基板和所述第二透明导电基板之间的所述液晶盒中的液晶层，所述液晶层包括上述所述的液晶组合物；所述双稳态调光器件的盒厚可根据雾度需求选择。其中，将液晶组合物灌注到所述液晶盒中后，应用365nm的UV低压汞灯在10mw/cm

3）雾度测试方法

将本申请中上述实施例中的液晶组合物分别真空灌注到20μmVA液晶盒中，完成封口后，准备测试。首先，打开WGT-S型雾度仪，光源稳定30min后开始测试。通过加一个合适的高电压，使液晶分子驱动到H态，断电50s后，点击测试按钮进行测试并读数记录透过态雾度；通过施加一个合适的低电压，使液晶分子从P态驱动到FC态，点击测试按钮进行测试并读数记录雾态的雾度。

对比例1

对比例2

对比例3

对比例4

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

实施例6

本实施例中增加了最优通式Ⅳ的单体含量为10%

实施例7

综上所述，本申请提供了一种液晶组合物，该液晶组合物包括四种结构式不同的化合物及手性化合物，其中四种结构式不同的化合物分别为至少一种选自通式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；通过优化液晶组合物中各组分的含量，在降低N-TB相变点的同时提高清亮点，并提供了一种应用上述液晶组合物制备的双稳态液晶调光器件，拓宽了双稳态液晶调光器件的工作温宽，提高了双稳态液晶调光器件在实际应用中的价值。本申请的双稳态液晶调光器件可应用于室外幕墙、室内隔断、智能眼镜、车窗、智能家居等。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。