背景技术
[0001] 光学各向同性手性液晶(OICLC)具有偏振无关、免对齐(alignment free)和响应时间快的理想性质。可使用
聚合物稳定技术来扩展此类组合物的各向同性
温度范围。然而，由于面内
电场诱导的
各向异性，因此用OICLC制成的光学显示器需要偏振器。
发明内容
[0002] 本发明公开了包含二色性染料化合物的液晶组合物。所述液晶组合物可在聚合物基质中包含至少一种
向列型液晶化合物和至少一种手性剂，其中所述组合物展示出光学各向同性液晶相。使用二色性染料化合物制成的液晶组合物是偏振无关的并且响应时间快。
[0003] 制备液晶组合物的方法包括合并至少一种二色性染料、至少一种手性剂、至少一种向列型液晶化合物、和至少一种
单体以给出混合物；加热所述混合物以给出各向同性相；和然后聚合所述各向同性相的所述混合物。
[0004] 本发明公开了一种器件，其具有设置于一对基体(substrate)之间的至少一个
电极、设置于所述基体对之间的液晶组合物、和用于经由所述电极向所述液晶组合物施加电场的电场施加工具，其中所述液晶组合物包含至少一种二色性染料化合物。
[0005] 所述液晶组合物可进一步在聚合物基质中包含至少一种向列型液晶化合物、至少一种手性剂，其中所述液晶组合物展示出光学各向同性液晶相。
附图说明
[0006] 为了更充分地理解本技术的性质和优点，应参考以下的具体描述并结合附图，在附图中：
[0007] 图1：描绘了均匀排列液晶盒(cell)的
电压调制透射谱。上线为在Vs的电压下的透射谱。下线为在不存在外加电压(0V)下的透射谱。x-轴为
波长(nm)，y-轴为透射率百分数。
[0008] 图2：描绘了UV暴露0分钟、10分钟、25分钟和40分钟过程中二色性染料(2)的UV吸收行为。在452纳米下的吸光度随时间增大，而在365纳米下的吸光度随时间减小。x-轴为波长(nm)，y-轴为吸光度(a.u.)。
[0009] 图3：描绘了随着偏振方向从0°(三
角形)变到45°(圆)、变到90°(正方形)时的电压依赖性
对比度行为。x-轴为外加电压(Vrms)，y-轴为对比度。
[0010] 图4：描绘了具有0.75重量％、1.25重量％和1.75重量％二色性染料(2)的染料掺杂PS-OICLC的滞后。x-轴为外加电压(Vrms)，y-轴为对比度。
[0011] 图5：描绘了具有不同染料含量的染料掺杂PS-OICLC的上升响应时间(圆形符号)和衰减响应时间(正方形符号)。x-轴为染料含量(重量％)，y-轴为响应时间(微秒)。
[0012] 图6：描绘了具有不同染料含量的染料掺杂PS-OICLC的克尔(Kerr)常数(nm/V2)。2
测试在18℃和532nm下进行。x-轴为染料含量(重量％)，y-轴为克尔常数(nm/V)。
具体实施方式
[0013] 在描述本发明的组合物和方法之前，应理解它们不限于所描述的特定组合物、方法或方案，因为这些可改变。还应理解描述中使用的术语仅是出于描述特定形式或实施方案的目的，而非意在限制
权利要求的范围。
[0014] 第一个公开方面为包含至少一种二色性染料的液晶组合物。在某些实施方案中，所述液晶组合物为光学各向同性液晶。
[0015] 二色性染料化合物包括但不限于式(1)的化合物：
[0016] Wd—Ad—Zd，
[0017] (1)
[0018] 其中，Wd为烷基、烷
氧基、羟基取代的烷基、-CN、-NO2、N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基(benzathiazolyl)或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环或羟基取代的烷基；
[0019] Ad为亚蒽醌基(anthraquinolenyl)或
[0020] 其中Xd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-、-O-C(＝O)-、-N＝N-或亚蒽醌基，并且[0021] Yd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-、-O-C(＝O)-、-N＝N-或亚蒽醌基；并且[0022] Zd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN、-NO2、N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环或羟基取代的烷基。
[0023] 在一些实施方案中，Xd和Yd为-N＝N-。在其它实施方案中，Xd和Yd中之一为-N＝N-。在另一个实施方案中，Xd为-N＝N-，Yd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-或-O-C(＝O)-。在又一个实施方案中，Xd为亚蒽醌基，Yd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-或-O-C(＝O)-。在还另一个实施方案中，Xd和Yd独立地为-C(＝O)-、-C(＝O)-O-或-O-C(＝O)-。双偶氮染料的一个非限制性实例具有结构(2)：
[0024]
[0025] 在一些实施方案中，Xd和Yd为亚蒽醌基。在其它实施方案中，Xd和Yd中之一为亚蒽醌基。所述亚蒽醌基可独立地通过1,5、1,6、1,7、1,8、2,5、2,6、2,7或2,8位连接。
[0026] 在一些实施方案中，Wd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN或-NO2。在其它实施方案中，Wd为N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环。在各种实施方案中，Zd为N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环。在其它实施方案中，Zd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN或-NO2。
[0027] 液晶组合物可还在聚合物基质中包含至少一种向列型液晶化合物；和至少一种手性剂，其中所述液晶组合物展示出光学各向同性液晶相。
[0028] 在一些实施方案中，聚合物基质可为聚
氨酯。在这样的实施方案中，聚合物基质包含至少一种氨酯单体单元。在其它实施方案中，聚合物基质可为聚
丙烯酸酯。
[0029] 聚合物基质可包含第一单体单元。在一些实施方案中，第一单体单元可为丙烯酸2-乙基己酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二
甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯或它们的组合。在其它实施方案中，聚合物基质可包含第一单体单元和至少一种不同于第一单体单元的第二单体单元。在
选定的实施方案中，第一单体单元可为丙烯酸2-乙基己酯。在选定的实施方案中，第二单体单元可为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯或它们的组合。
[0030] 所述至少一种第二单体单元可为式(3)的化合物：
[0031]
[0032] 其中，n为2、3、4、5或6。在一个实施方案中，n为3(“PTPTP3”)。在另一个实施方案中，n为6(“PTPTP6”)。在又一个实施方案中，所述至少一种第二单体单元包含约1:1重量比的PTPTP3和PTPTP6。在再一个实施方案中，聚合物基质包含约20-50重量％的丙烯酸2-乙基己酯、约25-40重量％的PTPTP3和约25-40重量％的PTPTP6。在另一个实施方案中，丙烯酸2-乙基己酯、PTPTP3和PTPTP6为约1:1:1的重量比。
[0033] 在一些实施方案中，液晶组合物可以是可光聚合或可热聚合的。液晶组合物可包含至少一种光引发剂。光引发剂为在暴露于光
辐射时将从非活性形式转换为活性形式的任何材料，所述光辐射包括但不限于可见或
紫外辐射。这样的光引发剂可用来引发自由基聚合。光引发剂可包括但不限于如下式中的化合物：
[0034]
[0035] 系列光引发剂，包括上面示出的那些，是本领域已知的并可得自BASF。
[0036] 液晶组合物可包括但不限于任何具有
向列相的液晶化合物。市售的液晶化合物是本领域已知的，并包括例如来自Xianhua Chemical的XH-07X，其含四种液晶化合物。本领域已知的其它液晶化合物有来自Xianhua Chemical的E或BL系列。还其它的液晶化合物包括式(4)的那些：
[0037]
[0038] 其中L1为烷基、烯基、烷氧基、-CN、-SCN、-CH2F、-CHF2或-CF3；
[0039] M1为键、亚苯基、-C≡C-、-CH＝CH-、-C(O)-O-、-O-C(O)-、-CH＝N-、-N＝CH-、-N＝N-、-N(O)＝N-或-N＝N(O)-；
[0040] N1为
[0041] 其中X1为氢或氟，并且
[0042] X2为氢或氟；
[0043] R1为烷基、环烷基、烯基、烷氧基、-CN、-SCN、-CH2F、-CHF2、-CF3、烷基取代的环烷基或烷基取代的芳基；
[0044] X3为氢或氟；并且
[0045] X4为氢或氟。
[0046] 在各种实施方案中，液晶化合物中L1为-CN；
[0047] M1为键；
[0048] N1为 其中
[0049] X1为氢或氟，并且
[0050] X2为氢或氟；
[0051] X3为氢或氟；
[0052] X4为氢或氟；并且
[0053] R1为烷基、烷氧基、环烷基、烷基取代的环烷基或烷基取代的芳基。
[0054] 在某些实施方案中，当掺杂至少一种光学活性手性剂时，非手性液晶化合物可形成手性向列型液晶。光学活性手性剂可包括但不限于任何光学活性的手性化合物。在一些实施方案中，光学活性手性剂是对映体增强的。在其它实施方案中，光学活性的手性剂是光学纯的。市售的光学活性手性化合物包括本领域已知的化合物，例如来自Merck的以下化合物：
[0055] R811/S811；
[0056] C15/CB15；
[0057] ZLI-4572/ZLI-4571；S-1082、ZLI-811/ZLI-3786；和MLC-6247/MLC-6248。市售的光学活性手性化合物包括本领域已知的化合物，例如Chisso生产的 系列的化合物。其它手性剂包括式(5)的对映体增强化合物：
[0058]
[0059] 其中，Lc为烷氧基；
[0060] Mc为键、-CH＝N-、-C(O)-O-或-O-C(O)-；
[0061] Nc为亚苯基、-CH＝CH-、-C(O)-O-或-O-；并且
[0062] Rc为-CH2-CH*(CH3)(CnH2n+1)，其中n为2-6，*指手性中心。
[0063] 液晶组合物包括其中二色性染料相对于液晶组合物的总重量的重量百分数为约0.25％至约10％的那些。在一些实施方案中，二色性染料的相对重量百分数为约0.25％、约0.5％、约0.75％、约1.0％、约1.25％、约1.5％、约1.75％、约2％、约5％、约10％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0064] 液晶组合物包括其中手性剂相对于液晶组合物的总重量的重量百分数为约2％至约50％的那些。在一些实施方案中，手性剂的相对重量百分数为约2％、约3％、约4％、约5％、约10％、约15％、约20％、约22％、约23％、约25％、约30％、约50％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0065] 液晶组合物包括其中聚合物基质相对于液晶组合物的总重量为约1％至约50％的那些。在一些实施方案中，聚合物基质的相对重量百分数为约1％、约2％、约3％、约4％、约5％、约10％、约15％、约20％、约25％、约30％、约40％、约50％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0066] 液晶组合物包括其中所述至少一种向列型液晶化合物相对于液晶组合物的总重量为约30％至约97％的那些。在一些实施方案中，所述至少一种向列型液晶化合物的相对重量百分数为约30％、约40％、约50％、约60％、约65％、约70％、约80％、约90％、约95％、约96％、约97％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0067] 液晶组合物可包括其中光引发剂相对于液晶组合物的总重量的重量百分数为约0.1％至约2％的那些。在一些实施方案中，光引发剂的相对重量百分数为约0.1％、约0.25％、约0.4％、约0.5％、约0.6％、约0.75％、约1.0％、约1.25％、约1.5％、约1.75％、约2％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0068] 在一些实施方案中，液晶组合物可具有约2:1至约20:1的对比度。在其它实施方案中，对比度为约2:1、约7:1、约9:1、约10:1、约11:1、约12:1、约14:1、约16:1、约18:1、约20:1及所述值中的任何两者之间的范围，包括端点。在各种实施方案中，聚合物-液晶复合-2 -2 -2
材料可具有约10nmV 至约20nmV 的克尔常数。在其它实施方案中，克尔常数为约8nmV 、-2 -2 -2 -2 -2 -2
约10nmV 、约12nmV 、约14nmV 、约16nmV 、约18nmV 、约20nmV 及所述值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0069] 液晶组合物可为偏振无关的电-光组合物。
[0070] 第二个方面为制备液晶组合物的方法，所述方法包括步骤：合并至少一种二色性染料、至少一种手性剂、至少一种向列型液晶化合物和至少一种单体以给出混合物；加热所述混合物以给出各向同性相；和聚合所述各向同性相的所述混合物。所述聚合可形成交联结构。
[0071] 当混合物为各向同性相时，可进行所述聚合。在一些实施方案中，混合物还包含至少一种光引发剂。在一些实施方案中，所述聚合热引发。在其它实施方案中，所述聚合通过暴露于UV光或其它
电磁辐射来引发。暴露于UV光可为任何合适的持续时间，如约20秒至2 2
约1小时。在其它实施方案中，暴露于UV光可为任何合适的强度，如约3mW/cm至约3W/cm 。
2 2
在还其它的实施方案中，暴露于UV光约20秒至约1小时，以及约3mW/cm至约3W/cm 。
[0072] 在一个实施方案中，液晶组合物的重量百分数为50-99％而单体的重量百分数为1至50％。在实施方案中，单体的重量百分数为约1％、约2％、约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。在各种实施方案中，所述至少一种二色性染料的重量百分数为约0.25％、约0.5％、约0.75％、约1.75％、约
2％、约3％、约5％、约10％及这些值中的任何两者之间的范围，包括端点。
[0073] 还公开了一种器件，其包括至少两个基体、设置于基体对中之一或二者的表面上的至少一个电极、设置于基体对之间的液晶组合物和用于经由所述电极向所述液晶组合物施加电场的电场施加工具，其中所述液晶组合物包含至少一种二色性染料化合物。
[0074] 此类器件的各向同性相可在低于0℃的温度下较好地保持。此类器件的电-光性能展示出大的克尔常数、快的响应时间和大的对比度。器件的功率消耗和成本可由于免对齐和免偏振器特性而大大降低。
[0075] 在一个实施方案中，所述至少一种二色性染料化合物可由式(1)表示：
[0076] Wd—Ad—Zd，
[0077] (1)
[0078] 其中，Wd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN、-NO2、N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环或羟基取代的烷基；
[0079] Ad为亚蒽醌基或
[0080] 其中Xd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-、-O-C(＝O)-、-N＝N-或亚蒽醌基，并且[0081] Yd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-、-O-C(＝O)-、-N＝N-或亚蒽
[0082] 醌基；并且
[0083] Zd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN、-NO2、N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环或羟基取代的烷基。
[0084] 在一些实施方案中，Xd和Yd为-N＝N-。在其它实施方案中，Xd和Yd中之一为-N＝N-。在另一个实施方案中，Xd为-N＝N-，Yd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-或-O-C(＝O)-。在又一个实施方案中，Xd为亚蒽醌基，Yd为键、-C(＝O)-、-C(＝O)-O-或-O-C(＝O)-。在还另一个实施方案中，Xd和Yd独立地为-C(＝O)-、-C(＝O)-O-或-O-C(＝O)-。双偶氮染料的一个非限制性实例具有结构(2)：
[0085]
[0086] 在一些实施方案中，Xd和Yd为亚蒽醌基。在其它实施方案中，Xd和Yd中之一为亚蒽醌基。所述亚蒽醌基可独立地通过1,5、1,6、1,7、1,8、2,5、2,6、2,7或2,8位连接。
[0087] 在一些实施方案中，Wd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN或-NO2。在其它实施方案中，Wd为N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环。在各种实施方案中，Zd为N-哌啶基、N-吡咯烷基、N-苯并噻唑基或-NR1R2，其中R1和R2独立地为烷基、烷氧基、亚烷基环。在其它实施方案中，Zd为烷基、烷氧基、羟基取代的烷基、-CN或-NO2。
[0088] 液晶组合物可进一步在聚合物基质中包含至少一种向列型液晶化合物、至少一种手性剂，其中所述液晶组合物展示出光学各向同性液晶相。所述聚合物基质可包含第一单体单元。在一些实施方案中，第一单体单元为丙烯酸2-乙基己酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯或它们的组合。在其它实施方案中，聚合物基质可包含第一单体单元和至少一种不同于第一单体单元的第二单体单元。在选定的实施方案中，第一单体单元为丙烯酸2-乙基己酯。在选定的实施方案中，第二单体单元为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、邻苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯或它们的组合。在一些实施方案中，所述至少一种第一单体单元为丙烯酸2-乙基己酯，所述至少一种第二单体单元为由式(3)表示的一种或多种丙烯酸酯单体：
[0089]
[0090] 其中，n为2、3、4、5或6。在一些实施方案中，液晶组合物还包含至少一种光引发剂。器件的各种实施方案还包括但不限于以第一方面液晶组合物的描述中提供的比例使用二色性染料、引发剂、向列型液晶化合物、手性剂和聚合物基质中的任何组分的液晶组合物。
[0091] 在各种实施方案中，所述至少一个电极为梳状电极。在其它实施方案中，所述至少一个电极以矩阵形式设置以形成
像素电极，并且每一个像素具有为
薄膜晶体管的有源器件。在还其它的实施方案中，所述至少一个电极以矩阵形式设置以形成像素电极，并且每一个像素具有由电场驱动的有源器件，并形成
有源矩阵显示器。
[0092] 器件包括但不限于
电子书阅读器、便携式
游戏机、移动设备屏幕、计算机屏幕、电视机屏幕、广告屏幕、遥控器、信息显示器、电子标识牌、非
柔性显示器或柔性显示器。
[0093] 结合下面的非限制性
实施例，这些技术及说明所用方法和材料的实施方案可得到进一步的理解。
[0094] 实施例1：二色性染料掺杂PS-OICLC混合物的制备
[0095] 从非手性液晶单体、手性剂、二色性染料和单体制备二色性染料掺杂混合物。非手性液晶单体、手性剂、二色性染料相对于可光聚合单体的重量百分比为93:7。将532nm下折射率Δn＝0.169、清亮点为62.4℃的手性向列型液晶XH-07X(中国Xianhua Chemical Co.,Ltd.)与手性剂R811(Merck)以3:1的重量比混合。加入重量比为约1:1:1的丙烯酸酯单体：丙烯酸2-乙基己酯(2-EHA)、PTPTP3和PTPTP6的混合物。对五个不同等分的混合物以重量百分数浓度0.75％、1.0％、1.25％、1.5％和1.75％掺杂式(2)二色性染料。
[0096]
[0097] 染料浓度不同的样品允许研究可能随浓度改变的性质，如对比度和响应时间。向五个等分试样中的每一个加入约0.5重量％的光引发剂Irgacure 184(1-羟基环己基)-(苯基)甲
酮，BASF)。五个等分试样的组成汇总在表1中。
[0098] 表1
[0099] 五种染料掺杂光学各向同性液晶混合物的内容物(重量％)
[0100]
[0101] 实施例2：使用二色性染料掺杂PS-OICLC的器件
[0102] 将来自实施例1的样品A于60℃下搅拌。然后将该混合物注入到在内表面上具有平面ITO电极的15μm厚液晶盒中。使温度保持约65℃约一小时。通过使用强度调节至约2
2.0mW/cm的紫外光在365纳米灯下活化光引发剂约40分钟来制备使用样品A的器件。
[0103] 以相似的方式使用实施例1的样品B-E制备其它器件。
[0104] 实施例3：二色性染料掺杂PS-OICLC的测试程序
[0105] 使用约0.5℃/分钟的受控冷却速率评价来自实施例2的各向同性相材料的温度范围。通过光纤连接的
显微镜测试样品的光学和电学可调性。于室温(约18℃)下测试置于显微镜载物台上的样品。使用显微镜的
背光作为白
光源。透射通过样品的光撞击在双通道光纤适配器上。该适配器将入射光分成两束，一束被分光仪接收以进行
光谱分析，另一束被连接示波器的光电转换器所接收以进行响应时间分析。通过
信号发生器施加1kHz的电压信号以测试电性能。通过在托架上设置偏振器并旋转其以改变入射光的偏振方向来测试偏振无关性。
[0106] 实施例4：二色性染料掺杂PS-OICLC的温度范围
[0107] 通过缓慢加热测试二色性染料的性质。二色性染料(2)在低于约249℃的温度下具有结晶相。在249℃和约273℃之间，晶体变为具有丝状向错线的
流体向列相。在清亮点273℃下，向列
相变为各向同性相。
[0108] 向向列型液晶中掺入少量二色性染料(2)(约1.75重量％)并注入平行排列液晶盒中以形成均匀的取向。如实施例3中所述测试
透射光谱特性。如图1中所示，在400～500nm观察到发色团的明显吸收带。随着电压向液晶盒的施加，因液晶在电场中的旋转，二色性染料分子再取向而造成吸收逐渐减少。图1示出，随着电压达到饱和电压，透射率从约
2.2-2.5％增至约42-45％。
[0109] 因此，使用二色性染料掺杂PS-OICLC，可在零电压状态和饱和电压状态之间在宽的波长范围上获得透射率的实质性差异。此二色性染料掺杂PS-OICLC是偏振无关的。
[0110] 实施例5：确定二色性染料(2)的吸收系数
[0111] 与图1中示出的透射光谱相结合，光强度可以计算为400至500nm的光谱的积分面积；在方程(2)中，c和l可直接代入。在关断状态(图1中的0V光谱)下，染料分子与液晶对齐，因此吸收系数为a‖；在饱和电压(图1中的Vs光谱)下，染料分子与液晶盒的基-1 -1体垂直排列，吸收系数为a⊥。如此，计算出的吸收系数为a‖＝34.4μm ，a⊥＝9.1μm ，-1
染料的二色性为Δa＝25.3μm 。测定二色性染料(2)的UV-可见吸收光谱，并如图2中所示观察到在365和452nm下的两个主峰，其对应于反式到顺式和顺式到反式的重氮异构化。
[0112] 随着暴露时间延长，365nm的峰下降而452nm的另一峰上升。如图2中所示，变化相对于总吸收率而言是小的，这表明聚合时的UV暴露对染料异构化具有小的影响。
[0113] 实施例6：二色性染料掺杂PS-OICLC的对比度
[0114] 测试实施例2的器件的电压依赖性对比度以研究电-光性能和比较二色性染料(2)的浓度所引起的电-光行为的变化。以开通和关断状态电压下400至500nm范围的透射光谱带的面积积分的比率算出对比度。使用显微镜的背光作为非偏振源。如图3中所示，由于染料随液晶的旋转，故对比度随外加电压的增大而增大并且对比度随电压达到约70Vrms而饱和。饱和对比度随染料浓度的增大而上升。随着浓度从0.75重量％增至1.75重量％，对比度从2.2上升至8.9。随着二色性染料的含量超过约2重量％，对比度不再有显著上升，这可能是由于通过显微镜可观察到的未溶解红色颗粒。
[0115] 因此，可通过二色性染料掺杂PS-OICLC获得高对比度，染料
水平越高将产生越高的对比度。
[0116] 实施例7：二色性染料掺杂PS-OICLC的滞后
[0117] 图4示出了实施例2中制备的五个样品的滞后行为。滞后随染料浓度增大而增大。这样的结果可能与二色性染料分子之间增大的相互作用有关，这导致了液晶使二色性染料随电场再取向所需的更长取向时间。
[0118] 聚合物稳定的液晶材料表现出滞后。大的滞后可在电调制过程中导致问题。滞后最小化是一种期望的特征。二色性染料掺杂PS-OICLC在低的染料浓度下展示出最小的滞后，从而允许快的上升和衰减时间。
[0119] 实施例8：二色性染料掺杂PS-OICLC的响应时间
[0120] 在约20℃下通过施加80伏的电压来测试实施例2的器件的响应时间。图5显示了各种染料浓度的上升和衰减响应时间。结果表明增大的浓度伴随着延长的上升和衰减时间。采用0.75重量％的二色性染料(2)浓度，上升和衰减响应时间分别为324和480微秒。具有1.75重量％二色性染料(2)的样品具有分别为600和750微秒的上升和衰减响应时间。
[0121] 系统的粘弹性系数(γ/K)随染料含量的增大而线性增大。因此，发现响应时间和衰减时间近似线性依赖于二色性染料浓度。较低的染料浓度导致较快的响应时间。
[0122] 实施例9：二色性染料掺杂PS-OICLC的克尔常数
[0123] 克尔效应反映器件的电-光行为。通过如实施例3中所述的方法测试实施例2的-2样品的克尔常数。图6表明，克尔常数从约10.1nmV (约0.75重量％的二色性染料(2))-2
线性地增大至约11.6nmV (约1.75重量％的二色性染料(2))。较大的克尔常数可归因于手性液晶畴在电场下的容易的再取向。聚合物网络可能已抑制从各向同性到液晶相的电场诱导的相变。
[0124] 因此，二色性染料掺杂PS-OICLC对于显示器技术来说具有优异的性质，如偏振无关、亚微秒响应时间和高的克尔常数，这导致低的功率消耗。
[0125] 实施例10：具有二色性染料掺杂PS-OICLC的器件
[0126] 光学显示器包括封闭在相对的载体板之间的二色性染料掺杂PS-OICLC材料的层。液晶材料(二色性染料掺杂PS-OICLC)插入在一对由玻璃或合适的聚合物构造的基体之间。基体的内表面涂覆有氧化铟
锡的
透明导电膜。可为聚合物膜或玻璃珠粒的间隔体限定载体板之间的液晶盒厚度。基体之间的距离为约3微米。基体的周缘提供有密封以避免液晶材料的损失。电极以矩阵形式设置以形成像素电极。每一个像素可由电场驱动以形成有源矩阵显示器。
[0127] 该显示器被组装到电子标签、书、告示牌或光学
滤波器及其它
光子器件中。由于其偏振无关和快的响应时间，这些材料在宽范围的显示器中的应用可节省50％或更多的功率消耗。
[0128] 必须指出，如本文及附随的权利要求书中所用，单数形式“一个(a)”“一种(an)”和“该(the)”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的相同的意义。虽然可在所公开的实施方案的实施或测试中使用与本文描述的那些相似或等效的任何方法和材料，但现在描述的是优选的方法、器件和材料。
[0129] 术语“烷基”或“烷基基团”指1至16个
碳原子的支链或非支链
烃或基团，例如但不限于甲基、乙基、正-丙基、正-丁基、正-己基、正-辛基、正-癸基、正-十二烷基、正-十四烷基、正-十六烷基、异丙基、异丁基、叔-丁基等。术语“烯基”或“烯基基团”指具有一个或多个不
饱和度的1至16个碳原子的支链或非支链烃或基团，例如但不限于乙烯基、丙烯基、丁烯基、丁二烯基、异丁烯基等。“环烷基”或“环烷基基团”为其中全部或一些碳布置在环中的支链或非支链烃，例如但不限于环戊基、环己基、甲基环己基等。术语“烷氧基”指-O-烷基。烷基、烯基、环烷基和烷氧基基团可被一个或多个羟基基团或者一个或多个卤素原子所取代。
[0130] 术语“芳基”或“芳基基团”指由一个或多个稠环组成的芳族烃原子团或基团，其中至少一个环在性质上是芳族的。芳基可包括但不限于苯基、
萘基、联苯基环系等。“亚苯基”指其为具有两个连接点的苯基的芳基。“亚蒽醌基”指其为具有两个或更多个连接点的蒽醌的芳基。所述两个连接点可在1,5、1,6、1,7、1,8、2,5、2,6、2,7或2,8位处。一些亚蒽醌基染料在1、4、5和8位处具有四个连接点。在选定的实施方案中，亚蒽醌基通过1,5位连接。
[0131] 本公开不限于本
申请中描述的特定实施方案，这些特定实施方案意为各种方面的说明。可进行许多
修改和变型而不偏离其精神和范围，这对于本领域技术人员将是显而易见的。通过前面的描述，本发明的范围内除本文列举的那些之外的功能上等效的方法和装置对于本领域技术人员将是显而易见的。这样的修改和变型意在落入附随的权利要求书的范围内。本公开仅受随附的权利要求书项，以及此类权利要求的等价的全部范围的限制。应理解，本公开不限于特定的方法、
试剂、化合物、组合物或
生物体系，这些当然是可变的。还应理解，本文使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，而非意在限制。
[0132] 虽然已用“包含”各种组分或步骤(理解为指“包括但不限于”)描述了各种组合物和方法，但所述组合物和方法也可“基本上由所述各种组分和步骤组成”或者“由所述各种组分和步骤组成”，并且这样的术语应理解为限定基本封闭的成员组。
[0133] 关于本文中基本任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员可视上下文和/或应用的情况从复数翻译为单数和/或从单数翻译为复数。为清楚起见，各种单数/复数变换可在本文中明确规定。
[0134] 本领域技术人员应理解，通常，本文中且尤其是随附的权利要求书(如随附的权利要求书的主体)中使用的术语一般意为“开放式”术语(例如，术语“包括”应理解为“包括但不限于”，术语“具有”应理解为“具有至少”，术语“包含”应理解为“包含但不限于”等)。本领域技术人员还应理解，如果引导的权利要求叙述意在特定的数，则这样的意图将在权利要求书中明确叙述，在不存在这样的叙述的情况下，将不存在这样的意图。例如，为帮助理解，以下随附的权利要求书可含有使用引导性表述“至少一种”和“一种或多种”来引导权利要求叙述。然而，这样的表述的使用不应理解为暗示由不定冠词“a”或“an”引导的权利要求叙述将含有这样引导的权利要求叙述的任何特定权利要求限定为仅含一种这样的叙述的实施方案，甚至当同一权利要求包含引导性表述“一个或多个”或“至少一个”和不定冠词如“a”或“an”时(如“a”和/或“an”应理解为指“至少一个”或“一个或多个”)；对于使用用来引导权利要求叙述的定冠词，这同样适用。另外，即便明确叙述引导的权利要求叙述的特定的数，本领域技术人员也应认识，这样的叙述应理解为指至少所述及的数(如，无其它修饰的“两个叙述”的裸陈述指至少两个叙述或者两个或更多个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B和C中的至少之一等”的惯例的那些情况下，通常，这样的构造旨在本领域技术人员将理解该惯例(如，“具有A、B和C中的至少之一的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统等)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少之一等”的惯例的那些情况下，通常，这样的构造旨在本领域技术人员将理解该惯例(如，“具有A、B或C中的至少之一的系统”将包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、一起具有A和B、一起具有A和C、一起具有B和C和/或一起具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员还应理解，事实上表示两个或更多个替代项的任何转折词语和/或表述，无论在
说明书中、权利要求书中还是附图中，均应理解为涵盖包括所述项中之一、所述项中任一或全部两项的可能性。例如，表述“A或B”应理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
[0135] 另外，在用
马库什组描述本公开的特征或实施方案时，本领域技术人员应认识到，本公开还因此用马库什组的任何单独的成员或成员亚组描述。
[0136] 如本领域技术人员将理解，出于任何及所有目的，如就提供书面说明而言，本文公开的所有范围还涵盖任何及所有可能的子范围以及它们的子范围的组合。任何所列范围可易于认识为充分描述和允许同一范围被分解成至少相等的两半、三分之一、四分之一、五分之一、十分之一等。作为非限制性实例，本文讨论的每一个范围可容易地分解成下三分之一、中三分之一和上三分之一等。本领域技术人员还应理解，所有语言如“至多”“至少”等包括所述及的数并指可如上所讨论随后分解成子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解，范围包括每一个单独的成员。因此，例如，具有1-3个单元的组指具有1、2或3个单元的组。类似地，具有1-5个单元的组指具有1、2、3、4或5个单元的组，以此类推。
[0137] 术语“手性”指以一对对映体存在。对映体或立体异构体被
指定为R和S异构体，并为彼此的非重叠的镜像。手性材料可含等量的R和S异构体，在这种情况下，其被称为外消旋体，或者其可含不等量的R和S异构体，在这种情况下，其被称为“光学活性的”或非外消旋体。
[0138] “对映体过量”指光学活性化合物的R对映异构体的百分数和S对映异构体的百分数的绝对差。例如，含有75％的S对映异构体和25％的R对映异构体的化合物具有S-对映异构体50％的对映异构体过量。本文所用的“对映异构体增强”指对映异构体过量大于80％。本文所用的术语“光学纯”指对映异构体过量大于98％。
[0139] 如本文所用，“对比度”为暗态和亮态下材料的透光率的比率。例如，材料在暗态下可允许约10％的可见光透射(10％VLT)而在褪色状态(faded state)下允许约60％的可见光透射(60％VLT)，从而提供6:1的对比度。
[0140] 光学各向同性材料的克尔常数(K)可用以下理论表达式量度：
[0141] Δn＝λKE2 (1)
[0142] 当光源的波长(λ)恒定时，样品的双折射率(Δn)与电场(E)的平方成正比。K2
可通过计算线(Δn～E)的斜率获得。由于面内切换驱动总是导致液晶盒中电场的不均匀分布，故采用在两个平面电极之间生成的均匀电场来进行测试。在测试过程中，可以不同的入射角改变液晶盒上的光束(入射角定义为θ)，如此可测量Δn在外加电场下的变化。
2
可获得在某个入射角(θ)下的Δn～E曲线，并使用扩展克尔方程来拟合该曲线；因此计算出入射角相关克尔常数Kθ。θ对K的方程可通过θ-K数据拟合。在将项θ＝90°代入方程中时，可独立于电场的分布获得克尔常数。
[0143] 二色性染料的吸收系数(a‖和a⊥)和二色性(Δa＝a‖-a⊥)可通过比尔定律(Beer’s law)计算，在其中，I0和IT表示光透射通过样品之前和之后的强度
[0144] IT＝I0e-cal (2)；
[0145] c和a分别为二色性染料的含量和吸收系数；l为液晶盒厚度(cell-gap)。
[0146] 样品的响应时间可表达为方程4，
[0147]
[0148] 其中系统的间距(pitch)与染料含量无关，故响应时间(τ)可由γ/K算出，并显示出类似的线性趋势。
[0149] 上文公开的各种及其它特征和功能或它们的替代物可组合成许多其它不同的系统或应用。本领域技术人员可随后在其中作出各种目前未预见到的或未预料到的替代、修改、变型或改进，它们中的每一个也意在由所公开的实施方案所涵盖。
