专利名称：蓝相液晶组合物与形成蓝相液晶的方法
技术领域：
本发明是关于一种蓝相液晶组合物，以及形成蓝相液晶的方法。特定言之，本发明是关于一种使用原本不具蓝相性质的正型液晶成分与负型液晶成分，经过适当的调配混合之后，再使用一手征性掺质(chiral dopant),以诱导出此液晶混合物的蓝相性质，以及提出一种如何调配原本不具蓝相性质的正型液晶成分与负型液晶成分，再加上手征性掺质， 以得到具有蓝相性质的蓝相液晶组合物的方法。
背景技术：
蓝相(blue phase, BP)液晶是一种三维光子晶体结构，这液晶相通常发生在均向相(isotropic phase)与胆固醇相(cholesteric phase)之间。蓝相液晶分子层与层之间堆栈会形成多种不同的堆栈排列，可分成蓝相(I)、蓝相(II)、与蓝相(III)三种晶格排列。例如为体心立方(body center cubic)、简单立方(simple cubic)、与近似等方向 (iso-like)排列。由于其分子晶格经由布拉格绕射后产生的光波长通常都较偏向短波，因此以偏光显微镜观察蓝相纹理图可发现，其外观大多呈现蓝色或蓝紫色色彩的马赛克纹理图，故因此而得名。蓝相液晶材料最令人所称道的特点在于，蓝相条件时在电场作动下的反应速度特别快。所以蓝相液晶材料所制成的液晶显示器应该会具有超高快速应答的特点，最快甚至可到达几百微秒的等级。在早期，蓝相液晶材料所呈现的蓝相温度范围太过狭窄，例如只有 1-2° C，一直是蓝相液晶材料在应用上的重大缺点。可是近几年来的研究后发现，可以经由调配不同比例的反应型单体，在蓝相的温度范围内透过照光聚合的方式，将蓝相温宽拉大到几十度(>60° C)，也因此在理论上暂时解决了蓝相液晶材料的蓝相温宽过窄的问题。一般液晶显示器上下皆有偏光片并呈正交配置(吸收轴角度彼此正交成90度)，此种配置是无法看到光线通过的。而蓝相液晶则是由原本无双折射率的状态改变成有双折射率的状态，这种由无到有现象称为克尔效应(Kerr Effect)。蓝相液晶模式便是利用此一光程差现象获得亮暗(灰阶)的差异。目前蓝相液晶有两个较大的问题点。首先是，蓝相液晶温度范围过窄的问题。虽然已经有人提出了某种宽温型蓝相液晶，但是那是在现存极窄的蓝相液晶温度范围间，进行高分子聚合(polymization)而得的。但是在工业界中，想要在几个凯式温度的范围内， 精确控制温差在极小的温度区间内操作是有难度的。其次，还使用极高的驱动电压(超过 100V)，这并不利于液晶显示器整体的硬件设计。目前 R. J. Miller 与 H. F. Gleeson 在 Liq. Cryst. 14，2001 (1993)的论文中指出，使用六种不同的液晶，添加相同比例的手征性掺质(chiral dopant)，虽然可以调配出六支具蓝相性质的液晶，但是其蓝相温度范围为0. 2 1度，还是太过狭窄。有鉴于目前蓝相液晶的调配方式与操作温度的调整方式，都是透过经验上 (empirical)的试误法(try-and-error)反复尝试而得。所以想要合成或调配具蓝相液晶的材料，通常没有一定的法则可以依循，只能靠着大量的排列组合或大量浪费材料的调配来寻找可适用的材料，不仅延缓了相关显示组件的开发，并浪费许多的财力与人力。所以，如何利用手边液晶既有的物理特性，快速调配出具有宽温范围的蓝相液晶组合物，或是经由蓝相液晶材料的特性，而选择原本不具蓝相性质的正型液晶成分与负型液晶成分，再经过手征性掺质的诱导后，就可以得到具有蓝相性质的蓝相液晶组合物。此等选择方法便成为另一个急需被克服的课题。
发明内容
本发明于是先提出一种蓝相液晶组合物，其具有宽广的蓝相温度范围。本发明的蓝相液晶组合物，包含手征性掺质以及液晶混合物，其中液晶混合物包含正型液晶成分以及负型液晶成分。正型液晶成分不但包含至少一正型液晶材料，而且具有一正介电异方值， 同时还对于此手征性掺质不具有蓝相性质。另外，负型液晶成分不但包含至少一负型液晶材料，而且具有一负介电异方值，同时也对于此手征性掺质不具有蓝相性质。本发明的蓝相液晶组合物具有介于0. 5至14间的介电异方值，与大于3°C的蓝相温宽。另一方面，本发明提出一种形成蓝相液晶的方法，可以将原本不具蓝相性质的正型液晶成分与负型液晶成分，在手征性掺质的诱导下，调配出具有蓝相性质的蓝相液晶组合物。首先，提供一正型液晶成分。此正型液晶成分不但包含至少一正型液晶材料，而且具有一正介电异方值。另外，此正型液晶成分对于一手征性掺质不具有蓝相性质。其次，提供一负型液晶成分。此负型液晶成分不但包含至少一负型液晶材料，而且具有一负介电异方值。另外，此负型液晶成分对于此手征性掺质不具有蓝相性质。接着，混合正型液晶成分与负型液晶成分，以形成一液晶混合物，使得液晶混合物具有介于0. 5至14间的介电异方值。 然后，将此手征性掺质加入液晶混合物中以形成一蓝相液晶，使得此蓝相液晶具有大于3°C 的蓝相温宽。本发明的特点在于，一方面可以利用液晶的物理特性而快速调配出具有宽温范围的蓝相液晶组合物。另一方面，可以提供蓝相液晶合成材料的特性选择，而使得原本不具蓝相性质的正型液晶成分与负型液晶成分，再经过手征性掺质的诱导后，就可以得到具有蓝相性质的蓝相液晶组合物。于是，解决了目前业界蓝相液晶的调配方式与操作温度的调整方式，都是透过经验上(empirical)的试误法(try-and-error)反复尝试而得而没有指引性法则的问题。所以，本发明提出了一种指引性的法则来调配具蓝相性质的液晶材料，所以不再需要大量的排列组合，或大量浪费材料的调配来寻找可适用的材料。
图1例示本发明形成蓝相液晶方法的步骤流程。图2绘示经由本发明方法所制得的蓝相液晶混合物所对应的蓝相温宽图。
具体实施例方式本发明于是先提供一种从对于某一种手征性掺质不具有蓝相性质的液晶成分中， 得到蓝相液晶的方法。图1例示本发明形成蓝相液晶方法的步骤流程。请参考图1，分别提供一正型液晶成分(步骤102)与提供一负型液晶成分(步骤104)。此等正型液晶成分与负型液晶成分皆对于某一种将选用的手征性掺质不具有蓝相性质。正型液晶成分具有一正介电异方值。一般而言，此等正型液晶成分可以具有大于+5的正介电异方值。另一方面，此等正型液晶成分可以是单一种正型液晶，或是包含多个正型液晶材料，例如市面上所贩卖的一般正型液晶产品，所以此等正型液晶成分会包含至少一正型液晶材料。
类似地，负型液晶成分具有一负介电异方值。一般而言，此等负型液晶成分可以具有小于-4的负介电异方值。此等负型液晶成分也可以是单一种负型液晶，或是包含多个负型液晶材料，例如市面上所贩卖的一般负型液晶产品，所以此等负型液晶成分会包含至少一负型液晶材料。以下为市面上一些可见的液晶的商品名，例如E7、K15、EBBA、MBBA、 ZLI4792、MLC 2608、LCT-07-1710与MJ051989…等等。表一例示部分市面上液晶商品在 25°C时的介电异方值。表一
然后，如图1所示，混合正型液晶成分与负型液晶成分，以形成一液晶混合物(步骤 106)。选取适当有正型液晶成分与负型液晶成分的性质，例如介电异方值，与比例，使得所形成的液晶混合物具有介于0. 5至14间的介电异方值。较佳者，液晶混合物的介电异方值会接近0，但是一定不为0。举例而言，可以使用以下的公式，来预测液晶混合物的介电异方性
Δ ε mix = A Δ ε + (I-A) Δ ε 2
其中，
Δ ε mix为液晶混合物的介电异方值， Δ ε工为第一液晶成分的介电异方值， Δ ε 2为第二液晶成分的介电异方值， A为两者的重量比比例。表二例示液晶混合物的组成与对应的介电异方值。表二
权利要求
1.一种形成蓝相液晶的方法，其特征在于，包含提供一正型液晶成分，其包含至少一正型液晶材料，该正型液晶成分具有一正介电异方值，并对于一手征性掺质不具有蓝相性质；提供一负型液晶成分，其包含至少一负型液晶材料，该负型液晶成分具有一负介电异方值，并对于该手征性掺质不具有蓝相性质；混合该正型液晶成分与该负型液晶成分，以形成一液晶混合物，该液晶混合物具有介于0. 5至14间的一介电异方值；以及将该手征性掺质加入该液晶混合物中以形成该蓝相液晶，使得该蓝相液晶具有大于 3 °C的一蓝相温宽。
2.如权利要求1所述的形成蓝相液晶的方法，其特征在于，该正型液晶成分具有大于 +5的该正介电异方值。
3.如权利要求1所述的形成蓝相液晶的方法，其特征在于，使用以下公式预测该液晶混合物的该介电异方值Δ ε mix = A Δ ε + (I-A) Δ ε 2 其中，Δ ^mix为该液晶混合物的介电异方值， Δ ε工为该第一液晶成分的介电异方值， Δ ε 2为该第二液晶成分的介电异方值， A为两者的重量比比例。
4.如权利要求1所述的形成蓝相液晶的方法，其特征在于，该负型液晶成分具有小于-4的该负介电异方值。
5.如权利要求1所述的形成蓝相液晶的方法，其特征在于，该液晶混合物的该介电异方值介于0.61至13. 6之间。
6.一种蓝相液晶组合物，其特征在于，包含一手征性掺质，其具有5-50的重量百分比；以及一液晶混合物，包含一正型液晶成分，其具有25% -75%的重量百分比并包含至少一正型液晶材料，该正型液晶成分具有一正介电异方值，并对于该手征性掺质不具有蓝相性质；以及一负型液晶成分，其具有25% -75%的重量百分比并包含至少一负型液晶材料，该负型液晶成分具有一负介电异方值，并对于该手征性掺质不具有蓝相性质；其中该蓝相液晶组合物具有介于0. 5至14间的一介电异方值与大于3°C的一蓝相温觅ο
7.如权利要求6所述的蓝相液晶组合物，其特征在于，该正型液晶成分具有大于+5的该正介电异方值。
8.如权利要求6所述的蓝相液晶组合物，其特征在于，使用以下公式预测该液晶混合物的该介电异方值Δ ε mix = A Δ ε + (I-A) Δ ε 2 其中，Δ ^mix为该液晶混合物的介电异方值，Λ ε工为该第一液晶成分的介电异方值， Δ ε 2为该第二液晶成分的介电异方值， A为两者的重量比比例。
9.如权利要求6所述的蓝相液晶组合物，其特征在于，该负型液晶成分具有小于-4的该负介电异方值。
10.如权利要求6所述的蓝相液晶组合物，其特征在于，该液晶混合物的介电异方值介于0.61至13. 6之间。
全文摘要
一种蓝相液晶组合物与形成蓝相液晶的方法，包含手征性掺质、正型液晶成分以及负型液晶成分。正型液晶成分，包含至少一正型液晶材料、具有一正介电异方值，并对于此手征性掺质不具有蓝相性质。另外，负型液晶成分包含至少一负型液晶材料、具有一负介电异方值，并对于此手征性掺质不具有蓝相性质，而使得本蓝相液晶组合物具有介于0.5至14间的介电异方值与大于3℃的一蓝相温宽。
文档编号C09K19/58GK102260504SQ20111011913
公开日2011年11月30日 申请日期2011年5月10日 优先权日2011年5月10日
发明者刘信宏, 李怀安, 赖佳良, 邱继毅, 陈惠玉, 陈玉仙 申请人:中华映管股份有限公司, 华映视讯(吴江)有限公司