[发明专利]两性离子掺杂剂在制备基于动态散射模式的液晶材料中的应用

说明书

本发明公开了两性离子化合物在制备基于动态散射模式的液晶材料中的应用。本发明还公开了一种液晶混合物，这种液晶化合物包括主体液晶和掺杂剂，其中掺杂剂为两性离子化合物。本发明也公开了一种包括该液晶化合物的液晶调光器件，同时也公开了这种液晶调光器件的应用。本发明使用两性离子化合物作为掺杂剂稳定液晶材料的动态散射，解决了现有技术中掺杂剂存在具有良好的DSM特性但低阈值电压的问题，延长了DSM基光学器件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及两性离子掺杂剂在制备基于动态散射模式的液晶材料中的应用，属于光电技术领域。

背景技术

动态散射模式(Dynamic scattering mode，DSM)，有文献也称为电流体不稳定性(electrohydrodynamic instabilities，EHDI)，已经在20世纪60年代被发现和报道。它最初是应用于制作基于散射的显示器，通常需要满足以下条件才能产生DSM效应：(1)液晶(liquid crystals，LCs)具有负介电各向异性；(2)液晶最初是同向排列的(液晶垂直于基片)；(3) 液晶中存在离子形式的电荷载流子，可以提高液晶的导电性，降低阈值电压，产生湍流运动。

典型的DSM器件由一个液晶盒组成，该液晶盒可提供各向同性对齐。液晶与离子混合填充在这个液晶盒中。在没有电场的情况下，液晶是各向同性的，具有很高的透光率。当电场作用在液晶盒上时，具有负介电各向异性的液晶向平面方向重新排列。同时，在交流电场产生混沌湍流的影响下，移动电荷载流子开始振荡。因此，液晶会强烈散射光。Helmeier等人是第一次报道了这种现象(Proc.IEEE,vol.56,pp.1162-1171,1968)。在这篇文章中，作者用 APAPA(anisylidene para-aminophenylacetate)演示了DSM效应。这种化合物实际上携带有电荷，因此，在施加电场时会产生散射。

在纯液晶混合物中，需要额外添加掺杂剂。相关研究者在寻找液晶混合物的掺杂剂方面做了许多工作。使用盐类掺杂剂是一种传统的方法。但是，加入盐类掺杂剂会导致驱动电压很高。Baise等人建议使用电荷转移受体降低阈值电压(Appl.Phys.Lett.21.142,1972)。然而，这种方法并没有提高DSM的寿命。另外有研究报道(Appl.Phys.Lett.24,213,1974)，使用带有转移电荷的络合物进行掺杂，可以延长DSM的使用寿命。然而，在传统的工作电流水平上，这种方法导致动态散射效率很低。后来，Lim Hong Sup等在1978年公开的美国专利文献 US4066569A中，公开了使用氧化还原掺杂剂的情况。这种掺杂方法降低了驱动电压，使用寿命相对较长，散射效率可达98％。然而，这种掺杂剂在60℃左右的高温下与液晶混相，大大限制了其在室温下的可行性应用。

现有技术中，需要解决的问题是器件固有的不稳定性。一方面，需要在液晶系统中加入离子，以诱导液晶中场响应不稳定性形成的旋转流动；另一方面，离子是带电的，在连续电场下，离子在电极附近积累，最终使器件失去其功能。永久电场可以诱导器件能保持闭合(散射)的状态。另外，当正离子和负离子聚集在对电极上时，离子本身可以形成永久电位。在液晶系统中，这些离子以盐的形式结合在一起，但很快就会发生相分离，尤其是当电场打开时会进一步加强。

目前已经公开的掺杂惰性染料分子变色调光器件，由于体系中掺杂的染料分子为非离子型分子，器件在电场作用下的透射率变化不超过50％，且响应频率范围窄(50Hz～1000Hz)，染料分子浓度较高时容易与主体液晶发生相分离，导致器件散射度不均匀。

发明内容

由于离子杂质和离子掺杂物的存在，导致器件的不稳定性和寿命短等问题出现，所以20 世纪70年代就停止了基于DSM的显示器相关的研究和应用工作。本发明的目的在于在具有负介电各向异性的液晶材料中提供新的电荷掺杂剂，本发明所提供的这些掺杂剂比现有的掺杂剂具有更长的DSM使用寿命。