液晶组合物、液晶透镜以及液晶显示装置的制作方法

1.本技术属于液晶技术领域，具体涉及一种液晶组合物、液晶透镜以及液晶显示装置。


背景技术：

2.液晶显示作为目前最广泛的显示技术被大家熟知，而液晶材料则是液晶显示和液晶光学应用中最为基础且关键的材料，液晶显示元件或液晶光学元件利用液晶的光学各项异性与介电各项异性来实现其功能。在现有变焦显示方式中，通常使用机械变焦、液体变焦和液晶变焦的方案，而液晶变焦由于其电控可调以及小体积等优势，被广泛采用。虽然液晶变焦显示能实现变焦的效果，但该种变焦效果需要进行持续供电，因此，在穿戴式的应用中，一方面带来不必要的电损耗，同时持续供电不符合穿戴应用中安全的要求。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种液晶组合物、液晶透镜以及液晶显示装置，以改善至少部分上述技术问题。
4.第一方面，本技术实施例提供了一种液晶组合物，包括通式(1)化合物的至少一种，以及通式(2)化合物中的至少一种以及通式(3)化合物中的至少一种。
5.所述通式(1)化合物为：
[0006][0007]
其中，y1和y2独立地选自-f，-cl，-cf3，-ocf3，-cn，-ncs和-ch3中的任意一种；z1和z2独立地选自-o-，-coo-或者-中的任意一种；独立地选自独立地选自中的任意一种；m1和m2独立地为小于等于3的自然数，且m1和m2不同时为0；n1和n2为4-15的整数，p为小于等于3的自然数，q为0或1；
[0008]
所述通式(2)化合物为：
[0009][0010]
其中，r选自c原子数为1-12的烷基和烷氧基，c原子数2-12个的烯基，烯氧基和烷氧基烷基，其中r中的任意ch
2-基团中的任意h原子可被f替代；z3选自-，-ocf
2-，-cf2o-，-coo-，-oco-，-ch2ch
2-，-ch＝ch-，-ch≡ch-，-ch2o-和-och
2-中的任意一种；中的任意一种；独立地选自
[0011][0012]
中的任意一种；y3选自-f，-cl，-cf3，-ocf3，-cn，-ncs、碳原子数为1-10的烷基链和碳原子数为1-10的烷氧基链中的任意一种；n3和n4独立地为小于等于3的自然数；
[0013]
所述通式(3)离子化合物为：k
+
a-，其中，k
+
选自n
+
、rh2n
+
、r2hn
+
、r(ph3p)
+
、r3n
+
中的任意一种，r为c原子数为4-20的烷基、烷氧基、烯基、烯氧基，或为上述基团对应的卤代物、苯基中的任意一种；a-选自f-、cl-、br-、(pf6)-、so
4-、clo
4-中的任意一种。
[0014]
在一些实施方式中，通式(1)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比为30％～75％，优选为40％～60％。
[0015]
在一些实施方式中，通式(2)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比为30％～70％，优选为40％～60％。
[0016]
在一些实施方式中，通式(3)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比为0.01％～1％，优选为0.1％～0.5％。
[0017]
在一些实施方式中，所述通式(1)化合物选自下列化合物中的一种或多种：
[0018]
[0019][0020]
第二方面，本技术实施例还提供了一种液晶透镜，液晶透镜由上述的液晶组合物制成。
[0021]
第三方面，本技术实施例还提供了一种液晶显示装置，所述液晶显示装置包括所述液晶透镜。
[0022]
本技术提供的液晶组合物，具有优异的稳态特性，液晶组合物随施加电压的不同表现不同的折射率，当撤去所施加电压后，液晶组合物的折射率保持不变，直至再次施加电压，液晶组合物的折射率发生变化，因此在驱动该液晶化合物变焦时，不需要持续供电，降低了能耗。
[0023]
本技术提供的液晶透镜具有记忆特性，无需持续供电即可保持前一刻的焦距不变。当对液晶透镜施加不同的电压时，液晶组合物呈现不同的排列状态，也即液晶透镜呈现不同的焦距；在撤去施加的电压后，液晶组合物仍可保持当前排列状态(即在零场状态下液晶组合物的结构保持稳定)，也即液晶透镜保持当前焦距不变，直至再次施加合适的驱动电压，液晶组合物才改变排列状态，焦距发生改变，因此能耗更低。
[0024]
本技术提供的液晶显示装置具有稳态显示及较低电损耗的特性，撤去电压无需持续供电即可保持画面显示。当所述液晶透镜的焦距在满足用户视觉时，不需要再持续供电，也能保持变焦的稳定状态；当需要再次调节焦距时，给液晶透镜施加合适的驱动电压，可让其改变达到需要的变焦状态。
[0025]
本技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
[0026]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]
图1是本技术实施例提供的一种液晶透镜的结构示意图。
[0028]
图2是本技术实施例获得的光程差-电压曲线图。
[0029]
图3是本技术实施例获得的光程差-位置曲线图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0031]
液晶透镜通常主要由液晶化合物形成，目前的变焦液晶透镜的工作原理是：当无施加电压时，液晶透镜内的液晶分子在表面取向锚定力的作用下整齐排列，当被施加电压驱动时，液晶透镜内的液晶分子随着驱动电压的不同呈现不同的排列状态。通过改变驱动电压进而改变液晶透镜的焦距，当需要维持焦距不变时，需要持续提供对应的电压。该种液晶变焦透镜应用于穿戴式设备中，一方面持续供电不符合穿戴应用中安全的要求，同时会带来不必要的电损耗，因此无法很好满足现有的穿戴式设备的使用需求。
[0032]
本技术提出一种液晶组合物，其包括通式(1)化合物的至少一种，以及通式(2)化合物中的至少一种以及通式(3)化合物中的至少一种。
[0033]
即，液晶组合物中同时包括通式(1)化合物、通式(2)化合物以及通式(3)化合物。需要说明的是，液晶组合物中包括的通式(1)化合物可以是一种、两种或多种，同样的，通式(2)化合物可以是一种、两种或多种；通式(3)化合物可以是一种、两种或多种。
[0034]
通式(1)化合物为：
[0035][0036]
其中，y1和y2独立地选自-f，-cl，-cf3，-ocf3，-cn，-ncs和-ch3中的任意一种；z1和z2独立地选自-o-，-coo-或者-中的任意一种；独立地选自独立地选自中的任意一种；m1和m2独立地为小于等于3的自然数，例如可以是0，1，2，3等，且m1和m2不同时为0；n1和n2为4-15的整数，p为小于等于3的自然数，例如可以是0，1，2，3，q为0或1。
[0037]
通式(1)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比例如可以是30％-75％，例如通式(1)化合物占液晶组合物的质量比可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％等。优选地，可以将通式(1)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比为控制为40％-60％，例如44％、48％、52％、56％等，在此不做限定。在其他的一些实施方式中，通式(1)化合物占液晶组合物的质量比还可以是35％-45％，60％-75％，45％-55％等，在此不做限定。
[0038]
示例性的，如下所示，本技术示出了一些通式(1)化合物的具体分子结构，通式(1)化合物可以选自下列化合物中的一种或多种，其中多种是指两种或两种以上：
[0039]
[0040]
[0041][0042]
上述化合物中，通式(1-1)至通式(1-4)为同系物，通式(1-5)和通式(1-6)为同系物，通式(1-7)至通式(1-10)为同系物，通式(1-11)和通式(1-12)为同系物，通式(1-13)和通式(1-14)为同系物，通式(1-15)和通式(1-16)为同系物，通式(1-17)和通式(1-18)为同系物，通式(1-19)和通式(1-20)为同系物，通式(1-21)至通式(1-23)为同系物，同系物具有较为相似的化学性质。因此在一些实施方式中，通式(1)化合物可以选择上述的任意同系物进行组合，使得液晶化合物保持相似的性质，因此在选用上述化合物时，同系物之间可以互相替换、或者混用。当然，通式(1)化合物也可以采用其他的同系物，在此不做限定。
[0043]
可以理解的是，上述的各种化合物仅为示例性的，不应理解为对通式(1)化合物的限定。
[0044]
通式(2)化合物为：
[0045][0046]
其中，r选自c原子数为1-12的烷基和烷氧基，c原子数2-12个的烯基，烯氧基和烷氧基烷基，其中r中的任意ch
2-基团的任意h原子可被f替代。在一些实施方式中，r还可以选自c原子数为1-6的烷基和烷氧基，c原子数2-6个的烯基，烯氧基和烷氧基烷基，以减小链长，降低位阻。
[0047]
z3选自-，-ocf
2-，-cf2o-，-coo-，-oco-，-ch2ch
2-，-ch＝ch-，-ch≡ch-，-ch2o-和-och
2-中的任意一种；
[0048]
独立地选自独立地选自独立地选自中的任意一种；y3选自-f，-cl，-cf3，-ocf3，-cn，-ncs、碳原子数为1-10的烷基链和碳原子数为1-10的烷氧基链中的任意一种；n3和n4独立地为小于等于3的自然数。
[0049]
通式(2)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比例如可以是30％-70％，例如通式(2)化合物占液晶组合物的质量比可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％等。优选地，可以将通式(2)化合物质量在所述液晶组合物总质
量中的质量百分比为控制为40％-60％，例如44％、48％、52％、56％等，在此不做限定。在其他的一些实施方式中，通式(2)化合物占液晶组合物的质量比还可以是35％-45％，60％-75％，45％-55％等，在此不做限定。
[0050]
通式(3)化合物为：
[0051]k+
a-，其中，k
+
选自n
+
、rh2n
+
、r2hn
+
、r(ph3p)
+
、r3n
+
中的任意一种，r为c原子数为4-20的烷基、烷氧基、烯基、烯氧基，或为上述基团对应的卤代物、苯基中的任意一种；a-选自f-、cl-、br-、(pf6)-、so
4-、clo
4-中的任意一种。
[0052]
通式(3)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比例如可以是0.01％-1％，例如通式(3)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比为可以是0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、0.95％、1％等。优选地，可以将通式(3)化合物质量在所述液晶组合物总质量中的质量百分比控制为0.1％-0.5％，例如0.15％、0.25％、0.35％等，在此不做限定。
[0053]
在一些更为具体的实施例中，通式(1)化合物和通式(2)化合物的质量份数比例可以为(1-3)：(1-3)等，当然，在其他的一些实施方式中，通式(1)化合物和通式(2)化合物的质量份数比例也可以是其他数值，在此不做限定。
[0054]
在一些实施方式中，液晶组合物中还可以包括其他的添加剂，添加剂例如可以是抗紫外剂、抗静电剂、抗氧化剂以及消泡剂等，在此不做限定。其中抗紫外计例如可以是如二苯甲酮类、苯并三唑类化合物，抗静电剂例如可以是乙氧基化脂肪族烷基胺、烷基磺酸钠等。抗氧化剂例如可以是bha(丁基羟基茴香醚)、bht(丁羟甲苯)、tbhq(叔丁基氢醌)等。消泡剂例如可以是聚硅氧烷消泡剂、环氧乙烷、环氧丙烷等。
[0055]
添加剂的添加量占液晶组合物总质量的质量百分比优选小于等于0.5％，添加剂的添加量以及添加种类不影响液晶组合物的性质。
[0056]
下面通过实施例具体介绍本技术提出的液晶组合物。
[0057]
本发明提供的液晶组合物采用本领域公知技术即可制备，例如可以通过下列方法进行制备：通过搅拌或超声波混合的方式将液晶组合物中的各组分混合均匀即可。下述实施例中的液晶组合物是通过搅拌混合得到均相组合物后，对其物化性能进行测试。为了便于说明，以下各实施例以及对比例中的液晶组合物的基团结构用表1所示的代码表示：
[0058][0059]
表1各基团结构的代码对照表
[0060]
以如下结构式的化合物为例：
[0061]
以上述代码计，表示为pp-5-n，其中，“5”和“n”表示连接于“pp”的左端和右端的基团。
[0062]
再比如：以上述代码计，表示为pptp-3-3。
[0063]
如表2所示，以下具体示出各实施例中的液晶组合物的代码及成分配比：
[0064][0065]
表2各实施例中液晶组合物的成分组成表
[0066]
其中，需要说明的是，表2中，通式(ⅲ)离子化合物的质量分数为占通式(i)化合物和通式(ii)化合物总重量的百分比。
[0067]
上述各实施例提供的液晶组合物具有优异的稳态特性，液晶组合物随施加电压的不同表现不同的折射率，当撤去所施加电压后，液晶组合物的折射率保持不变，直至再次施加电压，液晶组合物的折射率发生变化。
[0068]
上述的液晶组合物的用途之一是用于制作液晶透镜，以提供液晶透镜良好电控特性，液晶组合物还可以用于制作显示器件、移相器等光学元件等其他用途，在此不做限定。
[0069]
实施例5
[0070]
参阅本实施例提供一种液晶透镜100，液晶透镜100包括第一基板10与第二基板20，在此需要说明的是，第一基板10和第二基板20可以是玻璃基板，也可以是柔性显示基板，第一基板10靠近第二基板20的一侧表面设置有ito电极层30，第二基板20靠近第一基板10的一侧表面设置有公用电极50，公用电极50与ito电极层30之间设置有液晶盒层40，液晶盒层40内包括上述任意实施例提供的液晶化合物，本实施例中，采用实施例3中的液晶化合物作为液晶盒层40的材料。ito电极层30设置有多个第一电极，且任意相邻的两个第一电极彼此电性绝缘，多个第一电极在平行于第一基板10的平面内的投影为同心圆环。将ito电极层30内的多个第一电极通过一一对应的电极引线引出至外部驱动电路。在公用电极50和
ito电极层30之间制作液晶盒层40，液晶盒层包括取向层(pi)，取向层包括液晶化合物，保持盒厚的空间间隔球(spacer)，液晶盒的边框胶以及边框支撑纤维棒(fiber)。
[0071]
上述的液晶透镜的工作原理是：
[0072]
在外加电场的作用下，在液晶层内形成折射率非均匀的梯度分布。其对应的焦距f为：
[0073][0074]
其中：公式中的r是液晶透镜的半径；δn是液晶化合物的双折射系数；d是液晶层的厚度。
[0075]
保持液晶透镜的半径r和液晶透镜的厚度d不变的情况下，改变液晶化合物的双折射系数δn可以改变液晶透镜的焦距f。
[0076]
将上述的液晶透镜100进行电压-光程差测试，测试方式为：首先在液晶透镜100上的同一位置处加载适当电压，然后撤去电压测试该位置处的光程差；重复上述过程，在液晶透镜100上的同一位置处加载不同的电压，撤去电压测试该位置处的光程差，将上述电压及对应的光程差数据制成曲线，曲线如图2所示，其中横坐标表示电压，纵坐标表示光程差。从图2的曲线图表明：改变电压，同一个位置的光程差是可变化的；加压后撤去电压，同一个位置的光程差保持不变。
[0077]
将上述的液晶透镜100进行电压-位置测试，测试方式为：首先在液晶透镜100上施加适当的工作电压，然后撤去电压，测试从液晶透镜中心位置到边缘的光程差，将上述测试位置及对应位置处的光程差数据制成曲线，曲线如图3所示，其中横坐标表示位置坐标，0点即为液晶透镜100的中心，纵坐标表示光程差。从图3的曲线图表明：加压后撤去电压，整个液晶透镜上(从液晶透镜100中心到边缘)的光程差呈现菲涅尔透镜的排列方式。
[0078]
结合图2和图3，可知：(1)在对液晶透镜100施加不同的电压时，液晶分子表现出不同的折射率，折射率变化形成光程差变化，进而实现液晶透镜100不同焦距的变化。
[0079]
(2)在液晶透镜100上加载电压，改变液晶分子的排列，折射率改变，呈现一定的焦距，同时在撤去电压不供电时，液晶分子还保持稳定的排列方式，呈现前一刻的焦距。
[0080]
(3)在液晶透镜100上施加适当的工作电压，就能使液晶层的折射率改变，呈现菲涅尔透镜的排列方式。
[0081]
因此，本技术提供的液晶透镜100，具有记忆特性，撤掉电压负载无需持续供电即可保持前一刻的焦距不变。当对液晶透镜100施加不同的电压时，液晶分子呈现不同的排列状态，折射率发生相应改变，液晶透镜100呈现不同的焦距；在撤去施加的电压后，液晶分子仍可保持当前排列状态(也即在零场状态下液晶组合物的结构稳定)，液晶透镜100保持当前焦距不变，直至再次施加合适的驱动电压，液晶分子才改变排列状态，焦距发生改变。
[0082]
本实施例还提供一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括上述的液晶透镜100，此外该液晶显示装置还可以包括外壳、电源等元件，在此不再赘述。并且液晶显示装置可以被配置为可穿戴设备，例如ar眼镜、智能手表、头戴式显示器等，在此不做限定。
[0083]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。