CN106675578A - 一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及液晶显示器技术领域，特别涉及一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶及其制备方法。本发明提供一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV类的化合物。本发明还提供一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶制备方法和一种使用负介电各向异性染料液晶的后视镜。本发明通过开发一种性能优越的负介电各向异性的染料液晶，来进一步降低响应时间特别是提升染料液晶吸收度以降低防眩后视镜的暗态反射率，同时该材料需要有适合车载应用的高信赖性要求。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器技术领域，特别涉及一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶及其制备方法。
背景技术
液晶显示(LCD)作为液晶—这一特殊材料的一项重要应用，从液晶特性发现不久就一直得到人们的广泛关注。近几十年，特别是近十几年来信息技术的飞速发展以及人们对信息显示方式的不断追求，液晶显示得到了最迅猛的发展。今天，液晶显示正以多姿多彩的形态展示在人们面前，它的许多产品由于其优异的特性使其正成为时尚的追求，以及商场里炙手可得的商品。
液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场(或磁场)作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应(GH)模式(染料液晶)。1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。1971年M.F.Schiekel提出电控双折射(ECB)模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相(Twisted Nematic：TN)模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式(FLC)，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super TwisredNematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。1986年Nagata提出用双层盒(DSTN)实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术(FSTN)。1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN(RTN)及反射式STN(RSTN)模式。
汽车后视镜经过近一个半世纪的发展，现如今已不是一面简单的镜子，而是成为确保司机安全驾驶的关键设备。近代的汽车工业，各部组健都随着科技的进步不断更新。
汽车的后视镜的防眩光效果也不断获得进步，驾驶员在驾驶过程中通过内后视镜和外后视镜的影像获取后方车辆的信息。镜子里的影像清晰度明显和影像的相对光强度有直接关系，例如白天的影像，各个部分光强均匀，成像源没有强光发出，成像非常清晰。而夜间的影像，后方的汽车的车灯有强光发出，车灯影像的光强度远远大于其他部分的影像强度，当驾驶员观察后方车的情况时，车灯会很刺眼，干扰驾驶员的视线，而且镜子里的成像模糊，容易发生交通事故，这就是通常所说的炫目问题。为了解决这个问题，许多科学家进行了许多研究，也取得了很大的进展，电致变色和液晶是提出方案最多的两类防炫目后视镜。Stark效应，又叫电致变色效应，是电致变色的防炫目汽车后视镜的物理原理。电致变色后视镜是在两个透明电极之间加入一层电致变色介质。当外界强光照射到光敏传感器时，驱动电路做出反应，通过透明电极把电压施加于电致变色介质，整个镜子的颜色会变暗，过滤掉强光，使成像清晰。电致变色的防炫目后视镜国内已获得了广泛的应用，但是其最大的缺陷是响应速度非常慢，一般大于2秒钟，远远超过了人眼的反应时间。为了避免这种后视镜的缺陷，制造响应速度快的防炫目汽车后视镜，许多利用液晶和染料液晶的防炫目汽车后视镜的专利被相继提出来。例如US4660937，US4589735和US4200361以及中国专利CN1539677A和CN2710970等。
液晶后视镜通常是在玻璃基板表面溅射一层透明导电电极，并且在两个玻璃基板间夹一层数微米到十数微米的液晶层或染料液晶层，在液晶开车时，通过事假电压改变液晶分子或通过液晶分子带动染料分子的排列状态，实现镜面由强到弱的转变。这个转变一般小于0.1秒即100毫秒。
染料是一种吸收特定波长光的物质，因而使得从它反射或通过它透射的光呈彩色。如果光是沿着分子一个轴偏振的话，某些染料的分子可以更好的吸收一个特定波长的光，这种染料就叫做二向色性染料(dichroic dye)。在液晶中加入二向色性染料后，形成GH型液晶显示用混合液晶材料。由于液晶分子本身的结构特点，沿分子轴与垂直于分子轴方向上对光的吸收是不同的。溶于液晶中的染料分子在电场作用下，随分子取向的不同，呈现不同彩色。
液晶防炫目后视镜虽然具有响应速度快的优点，但是它存在亮态不够亮，或暗态不够暗的缺点。亮态的反射率越高，暗态的反射率越低，防炫目反射镜的性能越好。一般不加染料的防炫目后视镜，由于必须需要使用偏光片，亮态反射率低于50％。使用染料液晶型的防炫目后视镜，亮态的反射率能达到65-75％以上，但是暗态的反射率却高达16％以上，这么高的反射率还是会对视线造成一定程度的干扰，防眩效果有限。
发明内容
本发明提供一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶及其制备方法，旨在解决汽车后视镜眩光的问题。
本发明提供一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV类的化合物，各类化合物结构结构式如下：
其中，R1、R2、R3、R4分别独立为2到9个碳原子的烷基或烷氧基；
m为0或1，n为0或1；
分别独立的是
分别独立的是
本发明还提供一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶制备方法，包括以下步骤：
S1：将负介电各向异性染料液晶中的成分A、成分B按照上述的配比称量、混合备用；
S2：将S1得到的混合物加热搅拌2h，加热温度为60-80℃，将加热后的混合物灌注到两内表面涂有ITO的液晶盒中；
S3：给液晶盒施加5-10伏的方波。
本发明还提供一种使用负介电各向异性染料液晶的后视镜，包括液晶盒和感光电路，所述液晶盒包括边框、两片内表面涂有ITO的ITO玻璃，所述边框和两片ITO玻璃连接形成液晶腔体，所述液晶腔体填充有负介电各向异性染料液晶，所述其中一片ITO玻璃外侧表面连接有反光材料，所述液晶盒通过引线与感光电路连接。
本发明的有益效果是：本发明通过开发一种性能优越的负介电各向异性的染料液晶，来进一步降低响应时间特别是提升染料液晶吸收度以降低防眩后视镜的暗态反射率，同时该材料需要有适合车载应用的高信赖性要求。
附图说明
图1是本发明一种使用负介电各向异性染料液晶的后视镜的结构示意图；
图2是本发明后视镜在不通电情况下的工作原理图；
图3是本发明后视镜在通电情况下的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV类的化合物，各类化合物结构结构式如下：
其中，R1、R2、R3、R4分别独立为2到9个碳原子的烷基或烷氧基；
m为0或1，n为0或1；
分别独立的是
分别独立的是
其中成分B为B-1～B-5的一种或多种二向色性染料：
结构式I化合物具有较大的负介电各向异性，同时光和热稳定性好，适于车载需求；结构式II化合物具有高至0.33的折射率各向异性，有利于提升染料的吸收度，从而降低暗态透过率；结构式III、IV具有非常低的旋转粘度，从而使液晶获得非常快的响应时间。
负介电各向异性染料液晶中成分A的含量为整个染料液晶混合物质量含量的95.0～99.5％，成分B的含量为整个染料液晶混合物质量含量的0.5～5.0％。
更优选的，成分A的含量为整个染料液晶混合物质量含量的97.5～99.0％，成分B的含量为整个染料液晶混合物质量含量的1.0～2.5％。
其中，成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式Ⅰ化合物30～70％，结构式Ⅱ化合物5～30％，结构式Ⅲ化合物10～30％，结构式Ⅳ化合物10～20％。
更优选的成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式Ⅰ化合物40～50％，结构式Ⅱ化合物10～20％，结构式Ⅲ化合物15～25％，结构式Ⅳ化合物10～15％。
成分A中，结构式I的化合物为结构式I-1～I-16中的一种或多种化合物：
结构式II的化合物为结构式II-1～II-4中的一种或多种化合物：
本发明的成分A优选以下组分，并按一定比例进行混合：
| 组分 | 重量百分比(％) |
| I-1 | 10 |
| I-3 | 10 |
| I-8 | 7 |
| I-11 | 8 |
| I-14 | 5 |
| I-15 | 5 |
| II-1 | 7 |
| II-3 | 8 |
| III | 25 |
| IV | 15 |
按此配比得到的负介电各向异性向列相液晶A1的性能参数如下：
本发明的含有二向色性染料的负性液晶优选以下组分，并按一定比例进行混合：
| 组分 | 重量百分比(％) |
| A | 98.4 |
| B-1 | 0.4 |
| B-3 | 0.6 |
| B-4 | 0.3 |
| B-5 | 0.3 |
按此配比得到的负介电各向异性染料液晶的性能参数如下：
| 性能参数 | 参数值 |
| 颜色 | 黑色 |
| 亮态反射率 | >70％ |
| 暗态反射率 | <2％ |
| 响应速度 | 30ms |
之所以采用负介电各向异性的染料液晶，是因为当没有电压驱动时，负性液晶垂直取向，二向色性染料也随之垂直取向，此时染料吸光轴方向与光振动方向垂直，不吸光，这样后视镜亮态透过率达到最高；而当有驱动电压作用到负性液晶分子时，液晶分子在电场作用下平行取向，二向色性染料也随之平行取向，染料吸光轴方向与光振动方向平行，从而吸收光线，使暗态透过率达到最低。
本发明的一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶制备方法，包括以下步骤：
S1：将负介电各向异性染料液晶中的成分A、成分B按照上述的配比称量、混合备用；
S2：将S1得到的混合物加热搅拌2h，加热温度为60-80℃，将加热后的混合物灌注到两内表面涂有ITO的液晶盒中；
S3：给液晶盒施加5-10伏的方波。
步骤S1的搅拌方式可以采用机械搅拌，磁力搅拌，超声波混合等方式；步骤S1中的称量可以采用电子天平进行称量；步骤S2中的灌注可以采用真空注入，ODF，inkjet等方式。
步骤S2中搅拌2h是出于溶解充分的情况下提高生产效率的考虑，搅拌时间过长影响生产效率，搅拌时间过短溶解不充分；加热温度采用60-80℃，如果温度过低材料难以溶解，温度过高会造成材料分解。
如图1所示，本发明的一种使用负介电各向异性染料液晶的后视镜，包括液晶盒1和感光电路，液晶盒1包括边框11、两片内表面涂有ITO的ITO玻璃12，边框11和两片ITO玻璃12连接形成液晶腔体13，液晶腔体13填充有负介电各向异性染料液晶，其中一片ITO玻璃12外侧表面连接有反光材料，构成液晶盒1的一个反光层14，在液晶盒1的内部还设置有两个Spacer定距垫15，液晶盒1通过引线23与感光电路连接，感光电路包括控制电路21和感光二极管22，感光二极管22与控制电路21连接，控制电路21通过引线23连接到液晶盒1，根据感光二极管22的感光情况，控制电路21控制电场的启动或关闭，从而给液晶盒1内的负介电各向异性染料液晶施加或断开电场，即可实现后视镜在亮态和暗态间的切换。
为了实现自动工作，还要给该器件配备感光电路。如图3所示，当感光二极管感受到来自汽车后方的强光照射时，立即启动电路，给液晶施加电场，液晶随电场平行排列并带动染料平行排列，染料吸光轴方向与光振动方向平行，从而吸收光线，降低光线反射率，从而起到防眩晕目的；如图2所示，当来自后方的强光照射消失时，感光二极管感受不到强光线，关闭液晶驱动电路，液晶恢复垂直排列，并带动染料分子垂直排列，染料吸光轴方向与光振动方向垂直，不吸光，恢复后视镜反光功能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV类的化合物，各类化合物结构结构式如下：
其中，R1、R2、R3、R4分别独立为2到9个碳原子的烷基或烷氧基；
m为0或1，n为0或1；
分别独立的是
分别独立的是
2.根据权利要求1所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式Ⅰ化合物30～70％，结构式Ⅱ化合物5～30％，结构式Ⅲ化合物10～30％，结构式Ⅳ化合物10～20％。
3.根据权利要求1所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式Ⅰ化合物40～50％，结构式Ⅱ化合物10～20％，结构式Ⅲ化合物15～25％，结构式Ⅳ化合物10～15％。
4.根据权利要求1所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分B为B-1～B-5的一种或多种二向色性染料：
5.根据权利要求1所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分A的含量为整个染料液晶混合物质量含量的95.0～99.5％，所述成分B的含量为整个染料液晶混合物质量含量的0.5～5.0％。
6.根据权利要求1所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分A的含量为整个染料液晶混合物质量含量的97.5～99.0％，所述成分B的含量为整个染料液晶混合物质量含量的1.0～2.5％。
7.根据权利要求1所述的用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述结构式I的化合物为结构式I-1～I-16中的一种或多种化合物：
8.根据权利要求1所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述结构式II的化合物为结构式II-1～II-4中的一种或多种化合物：
9.一种用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将负介电各向异性染料液晶中的成分A、成分B按照权利要求5或6的配比称量、混合备用；
S2：将S1得到的混合物加热搅拌2h，加热温度为60-80℃，将加热后的混合物灌注到两内表面涂有ITO的液晶盒中；
S3：给液晶盒施加5-10伏的方波。
10.一种使用权利要求1-8任一项所述负介电各向异性染料液晶的后视镜，其特征在于，包括液晶盒和感光电路，所述液晶盒包括边框、两片内表面涂有ITO的ITO玻璃，所述边框和两片ITO玻璃连接形成液晶腔体，所述液晶腔体填充有权利要求1-8任一项所述负介电各向异性染料液晶，所述其中一片ITO玻璃外侧表面连接有反光材料，所述液晶盒通过引线与感光电路连接。
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