一种蓝相液晶复合材料的制作方法

本发明属于光学材料领域，具体涉及一种蓝相液晶复合材料。

背景技术：

蓝相液晶是液晶向列相和各向同性相之间的一种特殊相态，是reinitzer在1888年首次发现的，由于其观察到的颜色为蓝色，故得名蓝相液晶。由于蓝相液晶亚毫秒的响应时间(比传统向列相快十倍)、无需定向层、固有的宽视角等特点，使其很有可能成为下一代液晶显示器的材料，特别是大屏显示器的制作。蓝相液晶是高度扭曲的双螺旋结构。依据蓝相液晶的结构不同，可以将其分为三类：bpⅰ、bpⅱ和bpⅲ，bpⅰ为体心立方结构，bpⅱ为简单立方结构，bpⅲ接近于各向同性相。

由于蓝相液晶中存在向错线，进而导致蓝相液晶温域过窄。而解决蓝相液晶温域过窄的关键就是将向错线进行填充，以稳定蓝相液晶。通过引入聚合物和低分子量液晶的复合物可以扩展蓝相液晶的温度范围。在蓝相液晶中加入少量的可光诱导聚合的小分子单体(～8wt％)，在适当温度进行紫外光诱导聚合，使得其在向错线中形成交联的聚合物网络，因此稳定蓝相液晶。上述体系成功将蓝相液晶的温度扩展了很大范围(>60℃)，其中就包括室温，并且快速光电转换的性质得以保留。这开辟了一条稳定蓝相液晶的新道路。

虽然蓝相液晶有许多的优点，但还存在一些问题需要解决，例如：①高达数十伏的操作电压，限制了薄膜晶体管的应用；②为了切换电压而使用条状电极，进而引起低口径比和低透过率；③残留双折射引起的黑态减弱，对比度下降；④手性或者聚合物网络引起的迟滞现象，均匀的灰度难以达到。

阻碍蓝相液晶应用于生活的关键因素就在温度区间和电压，通过前人的努力，温度区间现在已经可以适用于日常生活所处的温度，但是电压却一直没有很好的降低。为了降低电压，主要有两种方式：一是寻找大kerr系数的液晶复合材料；二是设计制作新型的电极。新型的电极主要为突出电极，其产生的电场能比较深的穿透液晶层，从而电压降低。但由于电极设计比较困难，价格昂贵，所以寻找新的蓝相液晶复合材料显得尤为重要。

技术实现要素：

针对本领域存在的不足之处，本发明提出一种新型的可光诱导的聚合物稳定的蓝相液晶复合材料。

本发明的另一目的是提出所述蓝相液晶复合材料的制备方法。

本发明的第三个目的是提出所述蓝相液晶复合材料的应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种蓝相液晶复合材料，包括液晶主体、手性掺杂剂、可光诱导聚合的单体以及光引发剂，

所述可光诱导聚合的单体中包括kh，kh的结构通式为：

其中，r1为ch3或者h；

r2为oh或者och3、oc2h5、oc3h7、osi(oh)3、osi(ch3)3、osi(c2h5)3；

r3为oh或者och3、oc2h5、oc3h7、osi(oh)3、osi(ch3)3、osi(c2h5)3；

r4为oh或者och3、oc2h5、oc3h7、osi(oh)3、osi(ch3)3、osi(c2h5)3；

a表示烷基的碳原子数目，a为2-8的整数。

其中，所述液晶主体为htg135200-100、slc7011、scl1717中的一种，所述手性掺杂剂为r5011、r811、s811中的一种或多种。

其中，所述可光诱导聚合的单体还包括rm257、c12a、c12m中的一种或多种，所述光引发剂为irg184、二苯乙酮、安息香、安息香甲醚、安息香乙醚中的一种或多种。

本发明的一种优选技术方案为，所述的蓝相液晶复合材料中，可光诱导聚合单体质量分数为0％～50％，手性掺杂剂的质量分数为1％～10％，光引发剂的质量分数为0～5％，液晶主体的质量分数为50％～90％。

更优选地，所述的蓝相液晶复合材料中，可光诱导聚合单体质量分数为1％～20％，手性掺杂剂的质量分数为1％～6％，光引发剂的质量分数为1～3％，液晶主体的质量分数为75％～90％。

其中，所述的蓝相液晶复合材料中，可光诱导聚合单体由1-10质量份kh和0-10质量份rm257组成。

本发明所述的蓝相液晶复合材料的制备方法，包括以下操作：

将所述的蓝相液晶复合材料的各个组分调配到一起，加入溶剂充分溶解之后将溶剂挥发干，灌入到液晶盒中，利用冷热台控制温度逐渐降低，利用偏光显微镜观察复合材料织构变化，并在蓝相温度范围内进行紫外光诱导聚合。

上述溶剂为有机溶剂，如丙酮、氯仿或甲醇等，采用本领域公知的溶解方式。

更优选地，所述冷热台在光照前降温速度为0.2～0.5℃/min，所述冷热台在光照后降温速度为1～3℃/min。

其中，所述紫外光强度为5～10mw/cm²，诱导聚合时间为1-10min。

本发明所述的蓝相液晶复合材料组成的液晶器件。

本发明提供的温度范围较宽的蓝相液晶复合材料，该复合材料包含蓝相液晶响应速度快、无需定向层等一般优点，同时温度范围较大，包括日常使用温度范围，甚至高于目前的日常使用温度范围。

在本发明的配方中所述的含有硅氧烷的丙烯酸酯类或者含有硅氧烷的甲基丙烯酸酯类的可光诱导聚合单体，是作为一种全新的可光诱导聚合的单体，能够与另外一种可光诱导聚合单体rm257形成聚合物网络，从而填充蓝相液晶的向错线，使蓝相液晶的温度范围得以扩展，在室温条件下能够长期稳定存在，并且电压得以降低，为蓝相液晶复合材料的多元化提供了思路。

附图说明

图1为实施例2所得蓝相液晶复合材料的光电性质曲线。

图2为实施例2所得蓝相液晶复合材料中聚合物的sem图像。

图3为对比例1所得蓝相液晶复合材料的光电性质曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如无特别说明，实施例中采用的手段均为本领域已知的技术手段。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中采用的液晶主体(htg135200-100)、手性掺杂剂(r5011)、两类可光诱导聚合的单体(rm257和kh)以及光引发剂(irg184)结构如下：

以上材料均为市购。

实施例1

本发明中蓝相液晶复合材料的液晶主体htg135200-100(质量分数87％)、手性掺杂剂r5011(质量分数5％)、可光诱导聚合单体rm257(质量分数3％)和kh(质量分数3％)、光引发剂irg1184(质量分数2％)依次混合，并且加入溶剂进行溶解。充分溶解后，将溶剂除去。kh中，r1为ch3，r2为och3，r3为oh，r4为oh，a＝5。

将得到的蓝相液晶复合材料加热到各向同性，灌入到带电极的ips液晶盒中，利用冷热台控温，并且在蓝相范围内进行紫外光诱导聚合。上述方法步骤中，复合材料各项同性的温度需要事先确认。本实施例的复合材料的清亮点温度为75.4℃；冷热台在光照前降温速度为0.3℃/min，所述冷热台在光照后降温速度为2℃/min。紫外光强度为8mw/cm²，波长为365nm，时长为5min。

得到的蓝相液晶复合材料进行降温以测试其最低温度。

由于设备限制，最低温只能降到零下30℃，在此温度下仍能保持蓝相。最高温升到80℃，在此温度下仍能保持蓝相。

实施例2

本实施例中蓝相液晶复合材料的液晶主体htg135200-100(质量分数85％)、手性掺杂剂r5011(质量分数5％)、可光诱导聚合单体rm257(质量分数4％)和kh(质量分数4％)、光引发剂irg1184(质量分数2％)依次混合，并且加入溶剂进行溶解。充分溶解后，将溶剂除去。kh中，r1为ch3，r2为och3，r3为oh，r4为oh，a＝3。

将得到的蓝相液晶复合材料加热到各向同性，灌入到带电极的ips液晶盒中，利用冷热台控温，并且在蓝相范围内进行紫外光诱导聚合。操作方式同实施例1。

得到的蓝相液晶复合材料进行降温以测试其最低温度。由于设备限制，最低温只能降到零下30℃，在此温度下仍能保持蓝相。最高温升到80℃，在此温度下仍能保持蓝相。

图2为实施例2所得蓝相液晶复合材料中聚合物的sem图像。由图2所示的聚合物sem图像可知，所述的蓝相液晶复合材料中聚合物网络结构致密，可以很好地稳定此蓝相液晶。

实施例3

由实施例2所得的蓝相液晶复合材料，接通到光电性质测试通路中进行光电性质测试，详见附图1。图1示出了本材料在411nm，458nm，552nm和642nm波长下的光电性质曲线(透射率值)，得到最低电压为43v。本实施例得到的复合材料性能参数：在相对透过率改变10％时的特征电压(v，25℃)为22v；在相对透过率改变90％时的特征电压(v，25℃)为36v。

由实施例2所得的蓝相液晶复合材料，放在电子显微镜下观察，详见附图2。得到紧密sem图像。

上文中，采用含有硅氧烷的新型蓝相液晶复合材料的温度范围都超过110℃，满足日常生活的需求。最低电压为43v，相对比我们其他可光诱导的蓝相液晶复合材料最低电压60v，降低了17v，为蓝相液晶复合材料开辟了新的思路。

对比例1

本例中蓝相液晶复合材料的液晶主体htg135200-100(质量分数85％)、手性掺杂剂r5011(质量分数5％)、可光诱导聚合单体rm257(质量分数4％)和甲基丙烯酸月桂酯(质量分数4％)、光引发剂irg1184(质量分数2％)依次混合，并且加入溶剂进行溶解。充分溶解后，将溶剂除去。

本对比例所得的蓝相液晶复合材料，接通到光电性质测试通路中进行光电性质测试，详见附图3。图3示出了本材料在411nm，458nm，552nm和642nm波长下的光电性质曲线(透射率值)，得到最低电压为60v。

实施例4

本发明中蓝相液晶复合材料的液晶主体htg135200-100(质量分数87％)、手性掺杂剂r5011(质量分数5％)、可光诱导聚合单体kh(质量分数5％)、光引发剂irg1184(质量分数3％)依次混合，并且加入溶剂进行溶解。充分溶解后，将溶剂除去。kh中，其中，r1为ch3，r2为och3，r3为oh，r4为oh，a＝5。

制备方法同实施例1。

得到的蓝相液晶复合材料进行降温以测试其最低温度。由于设备限制，最低温只能降到零下30℃，在此温度下仍能保持蓝相。最高温升到80℃，在此温度下仍能保持蓝相。

实施例5

本发明中蓝相液晶复合材料的液晶主体htg135200-100(质量分数85％)、手性掺杂剂r5011(质量分数5％)、可光诱导聚合单体rm257(质量分数5％)和kh(质量分数5％)，并且加入溶剂进行溶解。充分溶解后，将溶剂除去。kh中，其中，r1为ch3，r2为och3，r3为oh，r4为oh，a＝5。

制备方法同实施例1。

得到的蓝相液晶复合材料在光照之前保持蓝相(温度范围72.4℃-59.6℃)，光照之后无明显变化。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应当涵盖在本发明的权利要求范围当中。