[发明专利]液晶染料混合物

说明书

本发明涉及客体-主体液晶混合物，其中客体为二向色荧光染料。

液晶(LC)是本领域技术人员熟知的并可定义为具有中间或介晶态的一类物质，其中这些物质在机械上表现为液体，但显示出晶体的许多光学性能。介晶态或液晶相通过将为固相的液晶加热或者通过将为液相的液晶冷却而得到。液晶物质可以以胆甾醇状态、近晶态或向列状态中的一种存在。胆甾醇状态不同于向列状态之处在于它明显不同的光学性能。例如，胆甾醇型材料是负光性的，而向列型材料是正光性的。正光性液晶垂直于分子层比平行于分子层更慢地透射光。向列型液晶将一束普通光定向为两个偏振部分，它们的横向振动彼此呈直角。然而，力场如电场的施加使分子排列起来，从而改变它们的光学性能。

在过去，已开发出液晶“客体-主体”显示器件。术语“主体”指液晶材料，术语“客体”指可由于主体而排列从而响应于可选择性活化的外部刺激而产生对比光吸收状态的试剂。例如，Taylor等人的美国专利No.3,833,287公开了与多色客体材料一起使用的主体向列型液晶，所述多色客体材料在混合物中相当于向列型液晶材料的螺旋分子排序。在螺旋排序中，客体材料吸收入射光，而当在施加电场的影响下由于向列型晶体而排列时，客体材料不吸收光。因此，当电场施加于显示器件中的混合物薄层上时，入射光穿过混合物并反射离开背板，因此呈现背板的颜色。

近年来，已使用二向色染料发展出有效的客体-主体体系的细化。二色性是一种性能，通过这种性能染料分子的定向装配显示出在一种取向状态下对给定波长的光相对低吸收和在相对于光源的另一取向状态下对相同波长的相对高吸收。取向可通过将染料溶于液晶溶剂中或者通过将染料嵌入拉伸的塑料中而产生。

二向色荧光染料具有在许多领域中的应用，例如在显示器[Chen andSwager：Org.Lett.，第9卷，No.6，2007]、照明[US2007/0273265]、激光器[JP1994318766]和透过率可调玻璃(Switchable Glazing)[WO2009141295]中。为获得在有用温度范围内的液晶染料混合物，通常将这些二向色染料与热致液晶混合。这些液晶-染料混合物称为客体-主体LC体系，因为染料(客体)的排列受液晶(主体)的排列支配。

这些LC染料混合物的目的是能够控制染料对光的吸收或荧光发射(或二者)。可以如何好地控制吸收的量度是LC混合物中染料的二色性比。二色性比为与分子的吸收轴平行进入的光(A_||)的吸收与垂直于吸收轴行进的光(A_{_|_})的吸收之比：DR=A_||/A_{_|_}。表示同一性能的另一方法是序参数(S)，其定义为对完全有序而言序参数为1，对完全各向同性体系而言为0。高的二色性比或序参数容许吸收或发射的高对比度，这在许多应用中是理想的。

同时，理想的是二向色染料在液晶中具有高溶解度。染料的溶解度越高，需要越少的液晶作为主体材料，从而提供节约材料的可能。

作为第三个要求，染料的高光稳定性是理想的。高光稳定性容许器件在高功率条件如日光、激光或内部照明下的长寿命。

作为第四个要求，荧光二向色染料应具有高量子效率。量子效率为染料发射的光子与吸收的光子之比。染料的量子效率越高，染料发荧光越好。良好的荧光染料具有至少0.5，但优选接近1的量子效率。

已提出过许多荧光且二向色的染料类型。二向色染料的一般性介绍可例如在Liquid crystals：applications and uses，第3卷，Birenda Bahadur(编辑)，World Scientific Publishing，1992中找到。

荧光二向色蒽醌染料已用于显示器应用中，其中光强度是中等的。例如，Iwanaga在Materials2009，2，1636-1661中给出了优异的报道，该报道是关于寻找在氟化液晶中的荧光二向色染料；呈现出至多10的二色性比与在氟化液晶LIXON5052XX中1-2重量%的溶解度。

然而，蒽醌在高光强度下寿命有限，且具有中等量子效率。

良好排列的荧光二向色染料为Chen and Swager报道的Acenequinones类型：Org.Lett.，第9卷，No.6，2007。这里，量子产率也是有限的(0.30或更低)。