[發明專利]一種小角∧形鐵電性液晶化合物及其合成方法

無效

• 申請號: 201010138097.4
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101830838A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 詹茂盛;李曉東;王凱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C07C323/36
• 分類號: C07C323/36;C07C319/20;C09K19/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種小角∧形鐵電性液晶化合物及其合成方法。

背景技術

新型顯示器的研制作為中國重大高新技術產業化專項的第一項，連續出現在2008年與2009年的《政府工作報告》中。作為新型顯示器的核心技術，鐵電性液晶材料與液晶顯示技術的研究顯得極為迫切。目前市場上的鐵電性液晶顯示器普遍存在響應速度慢與視角窄的缺點，解決措施主要是從工藝方面改進顯示器內液晶材料配向膜的性能并增加光補償作用，而關于鐵電性液晶材料的研究較少。

鐵電性液晶材料研究可追溯到1975年，法國物理學家Meyer在液晶相結構的理論研究中，獨創地利用對稱性破缺的觀點預測出手性分子構成的傾斜層狀(構成C₂點陣結構)液晶相具有鐵電性(Meyer?et?al.，J.Phys.Lett.，36，69(1975))。Meyer認為實現液晶材料鐵電性的必要條件是分子中必須含有手性中心，外加電場下，鐵電性液晶材料響應時間與自發極化值成反比，要獲得更高的響應速度，從分子設計角度，應在手性中心導入大的永久雙偶極矩。這一思想一直持續了十幾年，期間雖有五萬余種鐵電性液晶材料被合成出來，但所有的分子結構中都含有手性中心，其合成方法的復雜性以及高成本等問題，是制約此類材料發展與應用的一大因素。

1996年，日本Watanabe研究小組合成了世界上第一例非手性鐵電性液晶材料(Niori?et?al.，J.Mater.Chem.，6，1231(1996))。該材料與經典的棒狀鐵電性液晶不同，由彎曲剛硬的中心核、兩剛性側鏈及末端柔性端基3部分組成，不存在手性中心，卻顯示優良的鐵電性能，被稱為香蕉形液晶。由于此類液晶分子具有特殊的自組裝行為(B1-B7相)、大自發極化值Ps(200nC/cm²～1000nC/cm²)、短的電場響應時間，以及方便低廉的合成路線等特點，立即在液晶界興起了一股香蕉形液晶熱，被認為是“更高級、更快速”新一代液晶顯示器的發展方向。然而迄今未止，此類液晶的鐵電性能與分子結構間的本構關系尚未闡明，分子結構設計具有隨機性。

研究最多的是以120°角的1，3-二取代苯作為中心環結構的一類分子，同時研究者在中心苯環的2-，4-，5-或6-位引入各種取代基團如甲基、鹵素原子或硝基等，研究材料相行為和電光性能；其次，120°角的2，7-二取代萘和3，4′-二取代聯苯也是一類常采用的中心環結構；少數研究者也采用略小于120°角的吡啶雜環如噁二唑合成出具備雙軸向列相的香蕉形液晶分子。盡管中心環上取代基與側鏈基團不同會導致香蕉形液晶分子中心環角度略有差別，但該差異較小。目前普遍認為：當分子中心環角度中心環角度處于105°到140°之間時，典型的鐵電性香蕉形液晶相(B2或B7)才會出現。然而，此結論僅基于對歷史數據的歸納總結，其分子模型構建和鐵電性理論均基于120°的中心環結構，關于小角度中心環(小于105°)的香蕉形鐵電性液晶研究鮮有人涉及。

本申請者在從事鐵電性液晶研究的基礎上，首先提出：國際上“香蕉形液晶”的名稱不準確，因為(1)香蕉的形狀為弧形，不能反映此類液晶分子中心環的角度；(2)香蕉為多瓣多層次從根部相連的立體結構，而此類液晶分子結構為兩側鏈連接到中心環，單分子呈∧形，且其基本白組裝形式為肩并肩，相鄰分子頭尾并不相連。因此申請者將“香蕉形液晶”(Banana-shaped?liquid?crystals)改為“∧形液晶”(∧-shaped?liquid?crystals)。

其次，液晶分子的自組裝行為是決定鐵電性能的關鍵因素。只有液晶分子形成緊密排列，且表現出宏觀的不對稱性，才能使液晶材料具備鐵電性。本申請者在對∧形液晶分子進行動力學和熱力學模擬的基礎上，得出：中心環角度和二級苯環間距兩個因素對∧形液晶的鐵電性有重要影響。分子中心環角度越小，單分子自發極化值越大，對電場的響應速度也越快，但由于側鏈間體積變小，液晶分子間更難形成緊密堆砌，其自組裝特性更趨于普通棒狀非手性分子。選擇合適的二級苯環間距，則可能使分子兩剛性側鏈間能容納相鄰分子的主體結構，形成緊密排列，在小電場驅動下更易實現分子轉動。從而提高材料的鐵電性能。