CHOLESTERIC LIQUID CRYSTAL COMPOSITION, LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL, AND PREPARATION METHODS THEREFOR

本发明的实施例涉及一种胆甾相液晶组合物和包含该胆甾相液晶组合物的液晶显示面板，及其制备方法。

近年来随着液晶显示技术的不断完善，液晶显示产品逐渐进入各种应用领域。液晶显示器以能耗低、平板化、轻薄结构、高效显示、以及节能环保等优势，占据了显示领域非常重要的地位。

随着液晶显示技术的不断进步，人们提出了一种新型的、更轻薄、低功耗且便携的胆甾液晶(Cholesteric Liquid Crystal，CLC)显示技术。胆甾相液晶显示，如双稳态液晶显示，是利用胆甾相液晶两种稳定状态(即焦锥织构态和平面织构态)的一种显示模式。胆甾相液晶在焦锥织构态和平面织构态两种稳定状态时，在无外电场的情况下，可持续保持以上两种状态，从而在显示时无需外电场驱动。在外电场驱动下，两种状态间可发生相互转化，提供有效显示。胆甾相液晶显示器具有反射亮度高、视角宽、功耗小等特点，可以在柔性基底上实现显示。胆甾相液晶显示器是反射模式的，从而可以省去背光源，降低电子显示设备的功耗和体积。反射式胆甾相液晶显示器可以广泛的应用在需要显示但不需要频繁刷新的场合，比如电子书、电子窗帘、物价牌和户外广告等领域。

发明内容

本发明的实施例提供一种胆甾相液晶组合物，包括嵌段共聚物和胆甾液晶，其中所述嵌段共聚物包括嵌段A和嵌段B，其中所述嵌段A含有手性基团M₁，所述嵌段B含有手性基团M₂，其中所述胆甾液晶具有至少两种不同的螺距。

在一些实施方式中，嵌段A的旋光性不同于嵌段B的旋光性，当将该嵌段共聚物与液晶分子混合时，能够形成具有至少两种螺距的胆甾相液晶，这种胆甾相液晶能够反射至少两种可见光。这里，嵌段A的旋光性不同于嵌段B的旋光性可以通过选自以下的方式实现：手性基团M₁不同于手性基团 M₂，手性基团M₁在嵌段A中的含量不同于手性基团M₂在嵌段B中的含量，及其组合。

本发明的实施例还提供一种显示面板，其包括对盒设置的阵列基板和对置基板，和设置在该阵列基板和对置基板之间的液晶层，其中所述液晶层包含如上所述的胆甾相液晶组合物。

在所述显示面板的一些实施方式中，所述阵列基板具有多个像素区域；所述胆甾相液晶组合物在每个像素区域中均匀分布，并且其能够反射可见光区域中的至少两个波长的光。

在所述显示面板中，利用在双稳态液晶中掺杂带有不同手性剂的嵌段共聚物，实现局部胆甾相液晶不同的螺距，从而使得在平面织构态时液晶层可以反射不同波长的可见光，实现高亮度和高对比度的显示，例如黑白显示。

本发明的实施例还提供制备所述胆甾相液晶组合物的方法，包括以下步骤：提供所述嵌段共聚物；将所述嵌段共聚物混合于初始液晶分子中从而形成所述胆甾相液晶组合物。在一些实施方式中，所述嵌段共聚物溶解于初始液晶分子中，从而使得该嵌段共聚物均匀分布于所述胆甾相液晶组合物中。

在制备所述胆甾相液晶组合物的方法的实施方式中，可以顺序形成所述嵌段共聚物中的嵌段A和嵌段B(例如先形成嵌段共聚物的嵌段A，再接着形成嵌段B，或者先形成嵌段共聚物的嵌段B，再接着形成嵌段A)；或者先分别形成包含嵌段A的聚合物A和包含嵌段B的聚合物B，再将聚合物A和聚合物B连接形成所述嵌段共聚物。

本发明的实施例还提供制备上述显示面板的方法，包括：提供阵列基板和对置基板，将上述胆甾相液晶组合物形成为位于所述阵列基板和所述对置基板之间的液晶层。

由所述胆甾相液晶组合物形成的液晶层也可以在显示面板中原位形成。因此，本发明的实施例还提供制备上述显示面板的方法，包括：提供包含嵌段A的聚合物A和包含嵌段B的聚合物B；将聚合物A和聚合物B混合(例如溶解)于初始液晶分子中得到初始液晶组合物；将初始液晶组合物提供到对盒设置的阵列基板和对置基板之间(例如通过灌注或者滴注进行)；和使初始液晶组合物中的所述聚合物A和聚合物B连接形成所述嵌段共聚物，从而形成所述胆甾相液晶组合物。

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了双稳态液晶显示原理。

图2示出了两种双稳态液晶显示的示意图。

图3示出了包含胆甾相液晶组合物的显示面板的示意图及其显示原理。

图4示出了形成本发明的实施例提供的嵌段共聚物的一种方案。

图5示出了形成本发明的实施例提供的嵌段共聚物的一种方案。

图6示出了包含具有至少两种螺距的胆甾相液晶的显示面板和包含仅具有一种螺距的胆甾相液晶的显示面板的反射光谱对比。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了双稳态液晶显示原理，其中图1的左侧为显示区域的反射示意图，图1的右侧为非显示区域的透射示意图。

图1的左侧示出了平面织构的胆甾相液晶对特定波长进行反射的原理。由于图1中胆甾相液晶螺距固定，根据布拉格反射定律，平面织构的胆甾相液晶只能反射某一特定波长的光，其它波长的光经液晶层而透射，从而可用于显示特定波长的单色光。图1的右侧示出了焦锥织构的胆甾相液晶透射所有的入射光，从而显示为黑色。

一般而言，胆甾相液晶的螺距约为300至400nm，例如约为300nm，而折射率约为1至2，例如为1.60，因此，胆甾相液晶可反射波长为300至800nm的光。在实际的实施例中，反射波长可以为380至780nm，刚好覆盖可见光的波长。然而，由于胆甾相液晶具有选择反射的特性，具有单一螺距的胆甾相液晶仅反射单一波长的光，因此也就显示单一色彩。

图2示出了黑底黄字(左侧)和黑底红字(右侧)的双稳态液晶显示原 理。

图1和图2中所示的双稳态液晶显示是通过低分子手性剂或者具有单一旋光性的聚合物掺杂到液晶中，形成具有固定螺距的胆甾相液晶。这种胆甾相液晶具有两种稳定状态，平面织构可以反射固定波长的入射光，反射光波长符合布拉格公式λ＝n*p(其中λ为反射光波长，p为胆甾相液晶螺距)。螺距决定于掺入的手性剂中手性碳的数量和结构。焦锥织构结构混乱，入射光能够穿透液晶，被背景吸收，显示为黑色。由于低分子手性剂或者具有单一旋光性的聚合物在液晶中分布非常均匀，整体胆甾相液晶螺距固定，因此该液晶在平面织构时只能反射固定波长的一种单色光，其他波长的光被背景吸收。此时反射效率低且只能显示某一种颜色，显示效果有限，大大限制了双稳态液晶显示的应用。如图2中所示，左侧的显示面板仅能反射570至600nm的光，因此显示黑底黄字，而右侧的显示面板仅能反射630至750nm的光，因此显示黑底红字，它们的显示对比度低，显示效果较差。

本发明的实施例提供一种胆甾相液晶组合物，包括嵌段共聚物和胆甾液晶，其中所述嵌段共聚物包括嵌段A和嵌段B，其中所述嵌段A含有手性基团M₁，所述嵌段B含有手性基团M₂，其中所述胆甾液晶具有至少两种不同的螺距。

在所述胆甾相液晶组合物的一些实施方式中，嵌段A包含选自以下式(I)的重复单元：其中R₁各自独立地选自氢、C_1-20烷基等，n₁为整数，表示重复单元的数量。

在一些实施方式中，嵌段B包含选自以下式(II)的重复单元： 其中R₂各自独立地选自氢、C_1-20烷基等，n₂为整数，表示重复单元的数量。

在本申请中术语C_1-20烷基表示具有1至20个碳原子的烷基，其可包括C₁烷基、C₂烷基、C₃烷基、C₄烷基、C₅烷基、C₆烷基、C₇烷基、C₈烷基、C₉烷基、C₁₀烷基、C₁₁烷基、C₁₂烷基、C₁₃烷基、C₁₄烷基、C₁₅烷基、C₁₆烷基、C₁₇烷基、C₁₈烷基、C₁₉烷基、C₂₀烷基。整数n₁或n₂可以为10至100000，例如100至10000，例如500至5000。需要说明的是，n₁或n₂表示嵌段A或者嵌段B中式(I)或式(II)的重复单元的出现次数，然而并不表示相邻的两个式(I)或式(II)的重复单元之间没有其他的重复单元，也即相邻的两个式(I)或式(II)的重复单元之间还可以存在其他的重复单元。

在一些实施方式中，嵌段A中手性基团M₁的含量为5至100mol％，优选5mol％至30mol％。该含量没有特别限制，例如为8mol％，10mol％，12mol％，15mol％，18mol％，20mol％，22mol％，25mol％，28mol％，30mol％，40mol％，50mol％，60mol％，70mol％，80mol％等。此处的mol％是指嵌段A中带有手性基团M₁的重复单元的摩尔数除以嵌段A中重复单元的总摩尔数。一般而言，嵌段A中手性基团M₁的含量取决于形成嵌段A的单体原料中含有手性基团M₁的单体的比例，例如与含有手性基团M₁的单体的比例一致。

在一些实施方式中，嵌段B中手性基团M₂的含量为5至100mol％，优选5％至30％。该含量没有特别限制，例如为8mol％，10mol％，12mol％，15mol％，18mol％，20mol％，22mol％，25mol％，28mol％，30mol％，40mol％，50mol％，60mol％，70mol％，80mol％等。此处的mol％是指嵌段B中带有手性基团M₂的重复单元的摩尔数除以嵌段B中重复单元的总摩尔数。一般而言，嵌段B中手性基团M₂的含量取决于形成嵌段B的单体原料中含有手性基团M₂的单体的比例，例如与含有手性基团M₂的单体的比例一致。

在一些实施方式中，手性基团M₁不同于手性基团M₂；在另一些实施例中，手性基团M₁与手性基团M₂相同。

在一些实施方式中，手性基团M₁在嵌段A中的含量和手性基团M₂在嵌段B中的含量相同或者不同。

在一些实施方式中，所述嵌段A的旋光性不同于所述嵌段B的旋光性。嵌段A的旋光性不同于嵌段B的旋光性可以通过选自以下的方式实现：手性基团M₁不同于手性基团M₂，手性基团M₁在嵌段A中的含量不同于手性基团M2在嵌段B中的含量，及其组合。也即，可以通过选择手性基团M₁和手性基团M₂的类型和含量中的至少一个来使得所述嵌段A的旋光性不同于所述嵌段B的旋光性。

在一些实施方式中，所述嵌段共聚物的分子量为1000至300000道尔顿。该嵌段共聚物的分子量没有特别限制，只要能够满足能够溶解于后续使用的液晶分子中即可。一般而言，该分子量在该范围内可以为3000，5000，8000，10000，12000，15000，18000，20000和25000道尔顿等。

在一些实施方式中，手性基团M₁和手性基团M₂各自独立地选自以下基团：

本发明的实施例还提供一种显示面板，其包括对盒设置的阵列基板和对置基板，和设置在该阵列基板和对置基板之间的液晶层，其中所述液晶层包含如上所述的胆甾相液晶组合物。

本发明实施例的阵列基板可以包括多条栅线和多条数据线，这些栅线和数据线彼此交叉由此限定了排列为矩阵的像素单元，每个像素单元包括作为开关元件的薄膜晶体管和用于施加电场的像素电极和公共电极。例如，每个像素的薄膜晶体管的栅极与相应的栅线电连接或一体形成，源极与相应的数据线电连接或一体形成，漏极与相应的像素电极电连接或一体形成。该阵列基板与对置基板彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料。

本发明的显示面板可以是反射型的，为了使非显示区域显示出黑色，可以在非显示侧形成由吸光材料例如黑色材料构成的背景。例如在阵列基板或者对置基板的面向液晶层的一侧上形成由吸光材料例如黑色材料构成的背景。

在显示面板的一些实施方式中，所述阵列基板具有多个像素区域；所述胆甾相液晶组合物在每个像素区域中均匀分布，并且其能够反射可见光区域中的至少两个波长的光。

在显示面板的一些实施方式中，所述嵌段共聚物在液晶层中均匀分布。在液晶层中均匀分布的所述嵌段共聚物使得胆甾相液晶均匀地都具有至少两种螺距，从而使得液晶层处于平面织构态的均匀地都能够反射至少两种颜色的可见光，从而提高显示面板的亮度和对比度。在该实施方式中，在该液晶层的每个像素区域中，所述具有至少两种螺距的胆甾相液晶和所述嵌段共聚物均匀分布。需要说明的是，该反射的至少两种颜色的光能够对于人眼来说显示出合成的颜色，例如白色。在一些实施方式中，该两种颜色的光的波长之差大于50nm，例如大于100nm，或者大于120nm。例如，如果反射的至少两种颜色的光分别是两种互补色光，例如蓝光(或者蓝紫色光)和黄光，或者青光和橙光，那么人眼看见的是白光(或接近白光)。如果反射的至少两种颜色的光包括红光、绿光和蓝光，那么人眼看见的是白光。如果反射的光的光谱能够涵盖整个可见光区，那么人眼看见的也是白光。

在一些实施方式中，所述阵列基板具有多个像素区域；所述胆甾相液晶组合物在每个像素区域中均匀分布，并且包含具有至少三种螺距的胆甾相液晶，其能够反射可见光区域中的至少三个波长的光。与反射两种波长的光的情况相比，在反射至少三种波长的光的情况下，反射的光在视觉上更接近于白色，并且亮度和对比度能够得到进一步的提高。

图3以一个像素区域为例示出了包含所述胆甾相液晶组合物的显示面板的显示原理。在图3中，显示面板包括对盒设置的阵列基板100和对置基板200，和包括设置在该阵列基板100和对置基板200之间的液晶层300。所述液晶层300包含具有嵌段A和嵌段B的嵌段共聚物400和胆甾液晶500。在图3所示的显示面板中，嵌段共聚物400具有嵌段A和嵌段B，与其对应的形成了具有螺距p1的胆甾相液晶和具有螺距p2的胆甾相液晶，因此，胆甾相液晶组合物包含具有嵌段A和嵌段B的嵌段共聚物400和具有螺距p1和p2的胆甾相液晶。具有螺距p1的胆甾相液晶在平面织构状态能够反射波长λ1为n*p1的光，具有螺距p2的胆甾相液晶在平面织构状态能够反射波长λ2为n*p2的光，此处n为该胆甾相液晶组合物在平面织构状态(即反射状态)的折射率。

如图3所示，通过在液晶性中引入嵌段共聚物，该嵌段共聚物中不同嵌段具有不同的旋光性(其通过在不同的嵌段中引入不同数量的手性碳原子和/或不同类型的手性碳原子而达到)，将该共聚物溶解于液晶中，可以将液晶在不同微区域范围内实现不同螺距(例如在对应于一个子像素的区域实现不同螺距)，从而达到反射不同波段可见光的作用，大大提高环境光的利用率，实现高对比度和高亮度的双稳态显示，例如黑白显示。在本申请中，通过引入如上所述的嵌段共聚物进入液晶中，使得局部液晶的螺距发生变化，从而使得该液晶可以反射不同波段的光，混合成白光，达到高对比度白色显示的效果。需要说明的是，在图3中，阵列基板100同时作为显示面板的背景，因此在阵列基板100面向液晶层的一侧上形成有由吸光材料例如黑色材料构成的背景。

本发明的实施例还提供制备上述胆甾相液晶组合物的方法，包括以下步骤：提供所述嵌段共聚物和将所述嵌段共聚物混合(例如溶解)于初始液晶分子中。

在制备上述胆甾相液晶组合物的方法中，可顺序形成所述嵌段共聚物中的嵌段A和嵌段B；或者先分别形成包含嵌段A的聚合物A和包含嵌段B的聚合物B，再将聚合物A和聚合物B连接形成所述嵌段共聚物。

在制备上述胆甾相液晶组合物的方法中，形成嵌段A可包括：将含有手性基团M₁的接枝单体A接枝到嵌段共聚中形成嵌段A，或者利用含有手性基团M₁的可聚合单体A形成嵌段A。

在制备上述胆甾相液晶组合物的方法中，形成嵌段B可包括：将含有手性基团M₂的接枝单体B接枝到所述嵌段共聚物中形成嵌段B，或者利用含有手性基团M₂的可聚合单体B形成嵌段B。

本发明的实施例还提供制备具有嵌段A和嵌段B的嵌段共聚物的方法，包括以下步骤：形成含有嵌段A的聚合物A，形成含有嵌段B的聚合物B，使含有嵌段A的聚合物A和含有嵌段B的聚合物B之间形成键从而形成所述嵌段共聚物。

图4示出了制备上述嵌段共聚物的一种方案。如图4所示，采用带有手性基团的聚合单体，利用阴离子聚合实现嵌段共聚物，通过控制带有手性基团的聚合单体的比例和结构决定不同嵌段的旋光性。然后，将合成的嵌段共聚物溶解到液晶中，用来形成具有不同螺距的胆甾相液晶，从而形成所述胆 甾相液晶组合物。

因此，本发明的实施例还提供了一种制备显示面板的方法，包括：提供阵列基板和对置基板，使用上述胆甾相液晶组合物形成为位于所述阵列基板和所述对置基板之间的液晶层。

图5示出了制备上述嵌段共聚物的一种方案。如图5所示，采用带有手性基团的聚合单体合成含有不同数量和结构手性碳原子的低分子量聚合物短链，并在聚合物端基中留下可共聚的官能团M(如环氧基、光敏基团等)，将该多种聚合物溶解于初始液晶分子中，灌入液晶盒内后，利用热引发或光引发形成嵌段共聚物，从而在液晶盒中原位形成所述胆甾相液晶组合物(或者液晶层)。

本发明的实施例还提供一种制备上述显示面板的方法，包括：提供包含嵌段A的聚合物A和包含嵌段B的聚合物B；将聚合物A和聚合物B混合(例如溶解)于初始液晶分子中得到初始液晶组合物；将初始液晶组合物提供到对盒设置的阵列基板和对置基板之间；和使初始液晶组合物中的所述聚合物A和聚合物B连接形成所述嵌段共聚物，从而形成所述胆甾相液晶组合物。

在一些实施方式中，所述初始液晶分子包括向列相液晶分子。

实施例1

在本实施例中使用以下物质(本申请中使用的原料都是常规的，可以从市场上购得，或者可以通过常规的方法制备)：

引发剂：丁基锂(P)；

单体1：

单体2：

单体3：

步骤1：组建阴离子活性聚合体系，其中P：R1＝1：10(摩尔比)，通过加热引发聚合反应。

步骤2：反应3～5小时(h)后(单体基本反应完毕)，加入单体1与单体2的混合物1，其中混合物1的物质的量与步骤1中R1的物质的量相等；混合物1中R1：R2＝10：1(摩尔比)；

步骤3：反应3～5h后(单体基本反应完毕)，加入单体1与单体3的混合物2，混合物2的物质的量与步骤1中单体1的物质的量相等；混合物2中R1：R3＝10：1(摩尔比)；

步骤4：反应3～5h后(单体基本反应完毕)，加入终止剂结束反应。

反应过程如图4所示，得到如图所示的聚合物。

在本实施例中，手性基团M₁为手性基团M₂为

实施例2

将实施例1中得到的聚合物加入到向列相液晶母体(折射率n＝1.43，购自北京八亿时空公司的BHR-93500液晶)中，通过加热和离心震荡的方法进行混合，得到胆甾相液晶组合物1。

对比例

将小分子光活性手性掺杂剂：

加入到向列相液晶母体(折射率n＝1.43，购自北京八亿时空公司的BHR-93500液晶)中，通过加热和离心震荡的方法进行混合，得到胆甾相液晶组合物2。

实施例3

采用注入的方式将实施例2和对比例中得到的胆甾相液晶组合物灌注到对盒的阵列基板和对置基板之间形成双稳态液晶显示面板1和2，通过在600尼特(nit)的环境光条件下测试得到反射光谱及亮度数据(如下表1和图6所示)。

表1

如图6和表1所示，双稳态液晶显示面板2仅反射约450nm的蓝色光，从而显示蓝色，而双稳态液晶显示面板1反射的光包括约570nm的黄色光和约450nm的蓝色光，视觉上观察到的是显示白光，并且双稳态液晶显示面板1比双稳态液晶显示面板2的显示亮度高，从而相应地对比度也高。

实施例4

本实施例中首先采用实施例1中相同的原料合成共聚物，所不同的是采用如下步骤进行，获得具有三个不同旋光性的嵌段的嵌段共聚物。

步骤1：组建阴离子活性聚合体系，其中P：R1＝1：10(摩尔比)，通过加热引发聚合反应。

步骤2：反应3～5h后(单体基本反应完毕)，在反应条件下，逐步加入单体1、单体2和单体3的混合物3，其中混合物3中单体的比例从R1：R2：R3＝10：1：0(摩尔比)，变化至R1：R2：R3＝10：0.5：0.5(摩尔比)，然后R1：R2：R3＝10：0：1(摩尔比)，历时6-10小时。

步骤3：加入终止剂结束反应，得到具有三个不同旋光性的嵌段的嵌段共聚物。

将得到的具有三个不同旋光性的嵌段的嵌段共聚物加入到向列相液晶母体(n＝1.43，购自北京八亿时空公司的BHR-93500液晶)中，通过加热和离心震荡的方法进行混合，得到胆甾相液晶组合物3。

采用注入的方式将得到的胆甾相液晶组合物3灌注到对盒的阵列基板和 对置基板之间形成双稳态液晶显示面板3，通过在600尼特(nit)的环境光条件下测试得到反射光谱及亮度数据(如下表2所示)。

表2

如表2所示，双稳态液晶显示面板3反射的光包括约570nm的黄色光、520nm纳米的绿色光和约450nm的蓝色光，视觉上观察到的是显示白光，与双稳态液晶显示面板1不同的是，其显示的亮度更高，从而相应地对比度也更高。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

本申请要求于2016年3月4日递交的中国专利申请第201610124736.9号的优先权，在此全文引用上述中国专利申请公开的内容以作为本申请的一部分。