一种低粘度、高双折射率液晶组合物的制作方法

本发明属于液晶材料，具体涉及一种具有低粘度、高双折射率的液晶组合物。

背景技术：

1、液晶材料在液晶光学元件如光电显示器件中得到了广泛应用，例如在各种液晶电视、桌面液晶显示器、移动显示终端等。

2、近年来，随着微波及太赫兹通讯、光通信、激光相控阵等技术的不断发展，对具有低粘度、高双折射率的液晶材料提出迫切需求。在微波工作(1-100ghz)波段，液晶的双折射率(δn)越高，其在微波频段的介电可调性也越大。液晶的响应时间是影响器件性能的关键指标，希望响应时间越短越好。

3、在光通信和激光相控阵等液晶光学元件中，应用高双折射率(δn)的液晶材料，可以降低液晶层厚度，缩短响应时间。另一个有效方案是采用尽可能低粘度及低粘弹系数的液晶材料。液晶的响应速度主要取决与液晶器件的盒厚(d)、液晶材料的旋转粘度(γ1)和弹性常数(k11)，如下所示：

4、

5、

6、其中：ton为开态(加电)响应时间，toff为关态(撤电)响应时间；vth为液晶的阈值电压，v为外加驱动电压；在盒厚d固定的情况下，要提升液晶器件的响应速度，必须要求液晶材料具备低旋转粘度(γ1)、大弹性常数(k11)，即低的粘弹系数(γ1/k11)。

7、因此，迫切需要开发同时具有低粘度、高双折射率特性、低粘弹系数的液晶材料。

8、含有异硫氰酸酯基(-ncs)的液晶分子，较含氰基(-cn)的分子具有更高的双折射率、更低的粘度、更高的电阻率等优点，具有更好的应用前景。含有异硫氰酸酯基(-ncs)的液晶，易于产生近晶相。而目前光电器件所应用的液晶材料大都是向列相液晶材料。因此，为改善异硫氰酸酯类(-ncs)液晶相属性、获得向列液晶相特性，可以在分子短轴方向引入侧向取代基。尤其是在分子侧向引入氟原子的异硫氰酸酯液晶化合物，获得了较宽的向列相液晶温区。现有文献公开的氟取代异硫氰酸酯液晶化合物及其组合物，都是基于在苯环上异硫氰酸酯基的邻位引入1个或2个氟原子的液晶化合物。例如，在下述文献中公开的液晶化合物及组合物：

9、catanescu co,wu st,chien lc.tailoring the physical properties of somehigh birefringence isothiocyanato-based liquid crystals.liq cryst.2004；31:541-555.

10、parish a,gauza s,wu s.t,dziaduszek j,dabrowski r.new fluorinatedterphenyl isothiocyanate liquid crystals.liq cryst.2008；35:79-86.

11、song q,gauza s,xianyu h,wu st,liao ym,chang cy,hsu c s.highbirefringence lateral difluoro phenyl tolane liquid crystals.liq cryst.2010；37:139–147.

12、r,kula p,herman j.high birefringence liquidcrystals.crystals.2013；3(3):443-482.

13、cn105368465a、cn107955630a等公开了包含邻位氟取代异硫氰酸酯基(-ncs)的液晶组合物，以及其在微波频段的应用。

14、但基于现有的邻位氟取代异硫氰酸酯基(-ncs)的液晶组合物，仍然存在旋转粘度相对较高、粘弹系数高等问题。

15、为进一步满足液晶光学、微波等元器件的工作性能要求，迫切需要研究开发具有低粘度、高双折射率、低粘弹系数、较宽的向列相温区的新型液晶组合物。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中存在的缺陷或不足，本发明提供一种新型具有低粘度、高双折射率、低粘弹系数的液晶组合物。

2、为了实现上述任务，本发明液晶组合物包含结构通式ⅰ所示化合物作为第一组分：

3、

4、其中：r为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或3-丁烯基；

5、所述的液晶组合物中第一组分质量百分比为60～100％。

6、进一步，优选第一组分质量百分比为70～90％。

7、可选的方案是，本发明的液晶组合物还包含结构通式ⅱ所示的化合物作为第二组分：

8、

9、其中：r1为碳原子数为1～7的烷基、碳原子数为1～7的烷氧基或碳原子数为2～5的烯基；

10、本发明的液晶组合物中第二组分质量百分比含量为0～30％。进一步，优选第二组分质量百分比为5～25％。

11、可选的方案是，本发明的液晶组合物中还包含结构通式ⅲ所示的化合物作为第三组分：

12、

13、其中：r2为碳原子数为1～7的烷基或碳原子数为1～7的烷氧基；环a为环己烷或苯环。

14、所述第三组分质量百分比为0～30％。

15、进一步，优选第三组分质量百分比为5～25％。

16、可选的方案是，本发明的液晶组合物还包含结构通式ⅳ所示的化合物作为第四组分：

17、

18、其中：r3为碳原子数为1～7的烷基或碳原子数为1～7的烷氧基；环a为环己烷或苯环；n＝0或1；所述第四组分质量百分比为0～30％。进一步，优选第四组分质量百分比为5～25％。

19、进一步，本发明第四组分优选自以下组分：

20、

21、百分比为0～30％。

22、进一步的方案中，本发明的液晶组合物还可包含0.001％～1％的添加剂，所述添加剂选自受阻酚类抗氧化剂或/和受阻胺类光稳定剂等。其中受阻酚类抗氧化剂优选自以下结构：

23、

24、其中r＇为碳原子数1～9的烷基或碳原子数1～9的烷氧基。

25、所述的受阻胺类光稳定剂优选自以下结构：

26、

27、优选的方案中，添加剂在液晶组合物中的质量百分比添加量为0.01％～0.5％，更优选0.02％～0.2％。

28、还有些进一步的方案中，本发明液晶组合物还可包含一种或多种手性添加剂，含量为0.01％～1％；优选0.1％～0.5％。所述手性添加剂优选自以下结构：

29、

30、其中r″为：碳原子数1～9的烷基或烷氧基。

31、本发明的液晶组合物在25℃和589nm下双折射率大于0.39。旋转粘度小于180mpa·s，进一步优选小于160mpa·s。粘弹系数小于14，进一步优选小于13。

32、本发明所述的液晶组合物，第一组分和第二组分采用了间位氟取代异硫氰酸酯类液晶；与现有技术公开或已经应用的邻位氟取代的异硫氰酸酯类液晶相比，获得令人惊讶的结果：(1)更低的旋转粘度；(2)更高的双折射率；(3)低粘弹系数；(4)更高的清亮点。

33、本发明所述的液晶化合物和组合物可用于液晶光学器件，如工作在近红外波段的相位调制器、光学相控阵、波长选择开关等。本发明所述的液晶化合物和组合物还可用于液晶高频微波组件，例如全息液晶相控阵天线。