[發(fā)明專利]用于液晶應(yīng)用的生物可獲得的手性摻雜劑

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201980091510.5
• 申請(qǐng)日: 2019-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113454187A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·薩菲爾;S·拉賈;A·佐姆貝爾特;R·J·特威格;P·尼泊爾;A·維迪奇-費(fèi)爾南多;P·巴爾菲-穆霍勞伊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 齊默爾根公司;肯特州立大學(xué)
• 主分類號(hào): C09K19/58
• 分類號(hào): C09K19/58;G02B5/20;G02F1/137
• 代理公司: 北京北翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11285
• 代理人: 楊月;鐘守期

本公開(kāi)內(nèi)容討論了用于液晶材料的手性摻雜劑。手性摻雜劑可為生物可獲得的化合物，即由微生物通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生的化合物。手性摻雜劑還可包括通過(guò)化學(xué)合成步驟進(jìn)一步修飾的生物可獲得的材料。本文所討論的手性摻雜劑可包括生物分子，例如甘草次酸(1)、S?柚皮素(2)、莽草酸(3)、α?水芹烯(4)、樺木醇(5)、蘋(píng)果酸(6)、瓦倫烯(7)或諾卡酮(8)，及其任何立體異構(gòu)體或化學(xué)修飾的衍生物。本公開(kāi)內(nèi)容進(jìn)一步示出了此類化合物在液晶材料中的光學(xué)特性。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2018年12月7日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/776,957號(hào)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，所述美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用納入本文。

關(guān)于在聯(lián)邦資助的研發(fā)下進(jìn)行的發(fā)明的權(quán)利的聲明

本發(fā)明在政府的支持下依據(jù)由DARPA授予的第HR0011-15-9-0014號(hào)協(xié)議進(jìn)行。政府對(duì)本發(fā)明享有一定的權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及光學(xué)活性摻雜劑領(lǐng)域，更具體而言，涉及源自生物資源的手性摻雜劑。

背景技術(shù)

電磁(EM)輻射無(wú)處不在，包括通過(guò)紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、射頻和低頻波的X射線。保護(hù)人員和設(shè)備免受有害輻射是一項(xiàng)必不可少的任務(wù)。在光學(xué)頻率下，為此目的使用光學(xué)濾光片。光學(xué)濾光片有兩種類型：(i)吸收濾光片，其吸收有害輻射，和(ii)干涉濾光片，其反射而不是吸收。干涉濾光片在許多應(yīng)用中是優(yōu)選的，因?yàn)槲蛰椛鋾?huì)導(dǎo)致?lián)p壞和故障。干涉濾光片通常是分層結(jié)構(gòu)，以如下方式反射來(lái)自每個(gè)界面的光：使得傳播波相消干涉并抵消，而反射波相長(zhǎng)干涉，并且基本上所有入射光都被反射，而不會(huì)損壞濾光片。

干涉濾光片之所以昂貴，主要是由于構(gòu)建精確分層結(jié)構(gòu)所需的復(fù)雜處理。膽甾型液晶是自組裝成這種周期性結(jié)構(gòu)的手性液體。

此外，自組裝結(jié)構(gòu)的層間距和光學(xué)特性可由外場(chǎng)控制。因此，膽甾型液晶非常適合光學(xué)濾光片應(yīng)用。它們用于顯示器、化妝品、油漆、涂料、化學(xué)傳感器、激光腔和其他光子器件。

由于巨大的內(nèi)在潛力，目前正在開(kāi)發(fā)用于眼睛和其他傳感器保護(hù)的膽甾型濾光片。然而，在實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)用器件之前，需要進(jìn)行材料改進(jìn)。濾光片可以是靜態(tài)的，具有固定的光學(xué)特性；或可以是靈活的(agile)，其中濾光片可以接通或切斷，或者其中可以將濾光片調(diào)諧到不同的波長(zhǎng)。靜態(tài)濾光片需要非常高的對(duì)比度、非常低的插入損耗以及對(duì)溫度變化的相對(duì)不敏感性。此外，靈活濾光片還需要可開(kāi)關(guān)性和/或可調(diào)諧性。這些特性在膽甾型液晶中已經(jīng)存在，但它們需要達(dá)到更高的性能水平，例如響應(yīng)速度、消除效率。這些性能水平可以通過(guò)有效設(shè)計(jì)和生產(chǎn)改進(jìn)的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。

手性向列型，也稱為膽甾型液晶材料可用于多種應(yīng)用，包括各種液晶(例如：LC)顯示器、電子寫(xiě)入器或平板電腦、電子皮膚、反射膜、光學(xué)濾光片、偏振器、涂料和墨水等。已經(jīng)很好地建立了制備此類材料的方法。參見(jiàn)例如：G.Gottarelli and G.Spada,Mol.Cyst.Liq.Cryst.,123,377(1985)；G.Spada and G.Proni,Enantiomer,3,301(1998)；E.Montbach et al,Proceedings of SPIE,7232,723203,(2009)。然而，仍然需要改進(jìn)。雖然手性向列型組合物的早期使用依賴于主要由手性組分組成的混合物，但最近這類材料由向列型液晶(LC)混合物與少量手性摻雜劑組成。在這類新組合物中，通過(guò)改變向列型混合物的化學(xué)組成，可將向列型主體材料的特性(例如：尤其是粘度、雙折射、電各向異性和磁各向異性)調(diào)整至適合所需應(yīng)用，然后混入手性摻雜劑以引起螺旋扭曲，從而提供所需的手性向列螺距。很明顯，這種手性向列型組合物的特性因此是向列型主體的特性加上摻雜劑的特性的組合。