TWI595079B - 液晶組合物、應用此組合物的酸鹼值感測裝置 - Google Patents

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Description

液晶組合物、應用此組合物的酸鹼值感測裝置
本發明是關於一種酸鹼值感測技術，特別是一種利用液晶組合物進行酸鹼值感測的感測裝置。
感測器是具有辨識能力且只與特定物質進行反應的辨識元件，當待測物與感測器內的辨識元件發生作用時會產生化合物或能量，再經由傳感器將此轉換成物理訊號(電學、力學、光學或聲學)，最後經由電腦處理這些物理訊號而以此為概念設計出感測器，如電化學感測器、壓電材料感測器、溫度感測器等等。目前利用液晶的感測器可檢測的項目有金屬離子、基因、酵素、細菌、葡萄糖、農藥。利用液晶之感測器的優勢相較一般所使用的檢測方式在於體積較小容易攜帶，且不需要額外的設備就可以快速地取得感測器的光學訊號而得知檢測的結果。一般液晶感測器的檢測機制為觀察偏振光通過液晶的不同相態後受到液晶的偏轉而成為不同方向的光，以得到不同的光學訊號。
以酸鹼度的檢測方法來說，除了傳統的酸鹼滴定外，目前最常使用的方式為酸鹼度計及廣用試紙。酸鹼度計主要是利用參考電極與指示電極所組成的複合式電極。當電極置於不同的氫離子濃度的溶液 中，藉由測量的電位所產生的變化以測得溶液的酸鹼度。廣用試紙能夠在不同的酸鹼度下經由試劑分子的解離或質子化而使試紙的顏色產生變化，藉由不同的試紙顏色而得知環境的酸鹼度。
在一實施例中，一種液晶組合物，包括向列型液晶及如式(I)所示的化合物。式(I)中的R為具有6至30個碳原子的烷基、芳基、芳烷基或雜芳基。其中，化合物佔液晶組合物的比例為0.3%至0.6%。
在一實施例中，一種感測裝置，包括基板、框體、配向膜、前述液晶組合物及二偏光片。框體連接於基板且形成具有開口的容置空間，且配向膜及液晶組合物均位於容置空間。此二偏光片之一偏光片係對應開口設置以與框體之間具有通道，且此二偏光片之另一偏光片位於基板的一側。此外，此二偏光片的偏光方向為相互交錯。
本發明的液晶組合物及感測裝置適用於量測流動物質的酸鹼值。藉由液晶組合物中的化合物與流動物質發生化學反應而改變液晶的排列方向，以致使感測裝置產生光學變化。於此，可使用肉眼或儀器對感測裝置的光學變化進行觀察，以量測流動物質的酸鹼值。
10‧‧‧基板
20‧‧‧框體
21‧‧‧容置空間
30‧‧‧液晶組合物
31‧‧‧液晶
32‧‧‧摻雜劑
40‧‧‧第一偏光片
41‧‧‧第二偏光片
42‧‧‧通道
50‧‧‧配向膜
60‧‧‧殼體
61‧‧‧入口
62‧‧‧出口
70‧‧‧光源
71‧‧‧光感測器
A‧‧‧光線
圖1為本發明一實施例的感測裝置的立體結構示意圖。
圖2為本發明一實施例的感測裝置置於具有較摻雜劑的酸解離常數為高的酸鹼值的流動物質時的側視圖。
圖3為本發明一實施例的感測裝置置於具有較摻雜劑的酸解離常數為低的酸鹼值的流動物質時的側視圖。
圖4為本發明一實施例的具有多個容置空間的感測裝置的立體結構示意圖。
圖5為本發明一實施例的具有多個容置空間的感測裝置置於流動物質中的示意圖。
圖6為本發明一實施例的具有殼體的感測裝置的結構示意圖。
圖7為本發明一實施例的具有光源及光感測器的感測裝置的結構示意圖。
圖8(a)至圖8(g)、圖9(a)至圖9(g)、圖10(a)至圖10(g)及圖11(a)至圖11(g)分別為將使用特定比例的不同摻雜劑摻雜於液晶組合物中所製得的感測裝置置於不同酸鹼值的溶液中產生的光學訊號的結果圖。
圖12(a)至圖12(f)、圖13(a)至圖13(f)、圖14(a)至圖14(f)及圖15(a)至圖15(f)分別為將使用不同比例的特定摻雜劑摻雜於液晶組合物中所製得的感測裝置置於不同酸鹼值的溶液中產生的光學訊號的結果圖。
圖16(a)至圖16(f)為將四種使用特定比例的不同摻雜劑摻雜於液晶組合物中所製得的感測裝置同時置於不同酸鹼值的溶液中產生的光學訊號的結果圖。
圖17(a)至圖17(g)為將四種使用不同比例的特定摻雜劑摻雜於液晶組合物中所製得的感測裝置同時置於不同酸鹼值的溶液中產生的光學訊號的結果圖。
在一些實施例中，液晶組合物可包括液晶以及摻雜劑，且摻雜劑為如式(I)所示的化合物。式(I)中的R可為具有6至30個碳原子的烷基、芳基、芳烷基或雜芳基。此化合物在液晶組合物中所佔的比例(即，重量百分比)為0.3%至0.6%。
在一些實施例中，液晶可為向列型液晶。向列型液晶可為4-氰基-4'-戊基聯苯(4-cyano-4’-pentylbiphenyl,5CB)、4-氰基-4'-庚基聯苯(4-cyano-4’-heptylbiphenyl,7CB)、4-氰基-4'-辛基聯苯(4-cyano-4’-octylbiphenyl,8CB)、4-氰基-4'-辛氧基聯苯(4-cyano-4’-oxyoctylbiphenyl)、4-氰基-4'-庚基三聯苯(4-cyano-4’-heptylterpheny)、其它可替代使用的液晶、或其組合。
在一些實施例中，摻雜劑的酸解離常數(acid dissociation constant,pKa)可為介於3.0及10.0之間，且更佳地可為介於6.0及10.0之間。在一些實施例中，摻雜劑可為苯甲酸類化合物。在一些實施例中，摻雜劑可為下列結構所示的化合物中的其中一種：
參照圖1至圖3，在一些實施例中，一種感測裝置，其可適用於量測流動物質的酸鹼值(pH value)，且所量測的酸鹼值可以介於6.0及9.0之間。此感測裝置包括基板10、框體20、前述液晶組合物30、第一偏光片40及第二偏光片41。框體20連接於基板10，且形成具有開口的容置空間21。具有液晶31及摻雜劑32的液晶組合物30位於容置空間21內。第一偏光片40係對應於開口設置以與框體20之間具有通道42，且此通道42可供流動物質通過。第二偏光片41位於基板10的一側，且與第一偏光片40相互平行。
在一實施例中，第一偏光片40與第二偏光片41的偏光方向可為相互交錯(例如：垂直)。液晶組合物30的排列方向與此二偏光片40、41可互為垂直、或非垂直(例如：平行)。在一些實施例中，基板10的材質為透光材料。舉例來說，基板10可為可供可見光穿透的材料(例如：玻璃)、或可供紅外光、紫外光及/或其他非可見光穿透的材質。此外，在一些實施例中，框體20的材質可為金屬，且框體20還可具有多個貫穿設置的網孔以供輔助固定液晶的位置。
在一些實施例中，感測裝置還可包括配向膜50。配向膜50 可設置於基板10的表面。部分的配向膜50位於容置空間21內以與液晶組合物30相接。在一些實施例中，配向膜50可只位於容置空間21內的基板10表面。配向膜50的材質通常可為二甲基十八烷基[3-(三甲氧基甲矽烷基)丙基]氯化銨(dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammoniumchloride,DMOAP)、辛基三氯矽烷(octyltrichlorosilane,OTS)、聚醯亞胺(polyimide,PI)、其他可替代使用的材料、或其組合。
參照圖4及圖5，在一些實施例中，基板10與框體20可形成複數個具有開口的容置空間21，且液晶組合物30可位於這些容置空間21中。舉例來說，基板10與框體20可形成二個或二個以上具有開口的容置空間21。此外，基板10可設置有一片或複數片。換句話說，各容置空間21可分別位於對應的基板10上或均位於同一基板10上。並且，框體20可個別分離設置或為一體成型。在一實施例中，在各容置空間21中的液晶組合物30的摻雜劑32可為相同，且各摻雜劑32在其對應的液晶組合物30中所佔的比例互為不同。在一實施例中，在各容置空間21中的液晶組合物30的摻雜劑32可為不同，且各摻雜劑32在其對應的液晶組合物30中所佔的比例互為相同。在一實施例中，在其中至少二個容置空間21中的液晶組合物30的摻雜劑32可為相同且在其對應的液晶組合物30中所佔的比例互為不同。在一實施例中，在各容置空間21中的其中至少二容置空間21中的液晶組合物30的摻雜劑32可為不同且在其對應的液晶組合物30中所佔的比例互為相同。
請參照回圖2及圖3，在一些實施例中，流動物質會經由通 道42流通於感測裝置內，且流入容置空間21中以與液晶組合物30接觸。當液晶組合物30與流動物質相互接觸時，摻雜劑32會依據流動物質的酸鹼值而產生化學變化。舉例來說，當流動物質的酸鹼值高於摻雜劑32的酸解離常數時，摻雜劑32的羧基解離其氫離子而形成帶有負電荷的羧酸根，且於液晶31與流動物質的介面誘導液晶31沿著垂直於第一偏光片40及第二偏光片41的方向有序地排列，藉以使通過第一偏光片40的光線的方向維持不變而無法通過第二偏光片41，以致使感測裝置具有低透光率。當流動物質的酸鹼值低於摻雜劑32的酸解離常數時，摻雜劑32的羧基不會產生解離作用而維持其疏水性，因此使液晶31難以有序地排列，而得以改變行經第一偏光片40的光線的方向，使部分的光線得以通過第二偏光片41而使感測裝置具有高透光率。
參照圖6，在一些實施例中，感測裝置更可包括殼體60。此殼體60可用以容置基板10、框體20、第一偏光片40及第二偏光片41，且殼體60可具有供流動物質進出的入口61及出口62。殼體60的材質可為透明且具有彈性的高分子材料，例如：聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)。
參照圖7，根據本發明任一實施例的感測裝置，其還可包括具有預定透光率的材質。例如，基板10與框體20可形成複數個具有開口的容置空間，且其中一容置空間未容納液晶組合物30。其餘容置空間則個別容納有液晶組合物30。於此，由於不受液晶組合物30排列方向變化的影響，光線通過此未容納液晶組合物30的容置空間的透光率可為一定值。將感測裝置放置於待測的流動物質中且使流動物質與感測裝置的 液晶組合物30相互接觸，以使液晶組合物30的摻雜劑32隨著流動物質的酸鹼值變化而誘導液晶31改變排列方向，進而改變感測裝置的透光率。
在一實施例中，感測裝置還可包括分別位於第一偏光片40及第二偏光片41的相對二側的光源70以及光感測器71。光感測器71分別對應未容納液晶組合物30的容置空間以及其餘容納有液晶組合物30的容置空間，且光源70可朝向光感測器71的方向發出光線A。當光線A通過感測裝置時，藉由比較未容納液晶組合物30的容置空間以及其餘容納有液晶組合物30的容置空間的透光率，而偵測流動物質的酸鹼值。
舉例來說，感測裝置的製作方法可包括以下流程：
1.基板的製備：
將載玻片(即，基板)浸泡於Decon-90溶液中，且浸泡時間為12小時。並且，以去離子水沖洗載玻片5次。每次沖洗載玻片後，將載玻片置於水中進行超音波震盪15分鐘。之後，以去離子水沖洗載玻片2次，且利用氮氣風乾載玻片。接著，將載玻片浸泡於0.1%(v/v)的二甲基十八烷基[3-(三甲氧基甲矽烷基)丙基]氯化銨(DMOAP)溶液中，且浸泡時間為8分鐘。最後，將浸泡後的載玻片以去離子水沖洗並且以氮氣風乾。置於溫度為100℃的真空烘箱內烘烤15分鐘，以獲得具有二甲基十八烷基[3-(三甲氧基甲矽烷基)丙基]氯化銨作為配向膜的載玻片(以下稱之為「DMOAP基板」)。
2.框體的製備：
將銅網依序浸泡於盛裝有甲醇、乙醇及丙酮等溶劑的容器中。在每次浸泡時，將容器置於水中進行超音波震盪15分鐘。超音波震 盪完成後倒乾溶劑且置於溫度為100℃的烘箱中烘乾，以獲得框體。此外，框體具有多個貫穿設置的網格，以用於加強固定液晶的位置。
3.液晶組合物的製備：
將式(I-1)、式(I-2)、式(I-3)及式(I-4)等化合物的粉末分別溶解於4-氰基-4'-戊基聯苯(即，液晶)中，以形成液晶組合物。化合物在液晶組合物中作為摻雜劑，且在液晶組合物中所佔的重量百分比為0.3%至0.6%。式(I-1)化合物、式(I-2)化合物、式(I-3)化合物及式(I-4)化合物的酸解離常數(acid dissociation constant,pKa)分別為7.6789、7.6609、9.7711及8.73525。
4.感測裝置的製備：
將DMOAP基板裁切成0.5公分×0.5公分的大小，且將框體放置於DMOAP基板上。以微量吸管吸取所製備的液晶組合物(約0.25微升)且將液晶組合物填充於框體的網格中。準備由聚二甲基矽氧烷所構成的殼體，且殼體內具有約為10毫米×25毫米×5毫米的空間。殼體設置有一入口及一出口以供流動物質通過。將所製得的基板及填充有液晶組合物的框體置於殼體的空間內，再以二個偏光片設置於固定於殼體的 二側，以得到感測裝置。並且，此二偏光片的偏光方向為相互垂直。液晶組合物中的液晶可沿著垂直於此二偏光片的方向有序地排列。
參照圖8(a)至圖8(g)、圖9(a)至圖9(g)、圖10(a)至圖10(g)及圖11(a)至圖11(g)，將具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物、0.3%的式(I-2)化合物、0.3%的式(I-3)化合物與0.3%的式(I-4)化合物的液晶組合物的感測裝置分別置於不同酸鹼值的溶液中。利用顯微鏡觀察在不同酸鹼值的溶液中各感測裝置的透光程度，以獲得對應的光學訊號。其中，圖8(a)至圖8(g)分別為具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.8、pH7.0、pH7.2、pH7.4、pH7.6、pH8.0及pH8.2的溶液中所獲得的光學訊號。圖9(a)至圖9(g)分別為具有摻雜0.3%的式(I-2)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.8、pH7.0、pH7.2、pH7.4、pH7.6、pH8.0及pH8.2的溶液中所獲得的光學訊號。圖10(a)至圖10(g)分別為具有摻雜0.3%的式(I-3)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.8、pH7.0、pH7.2、pH7.4、pH7.6、pH8.0及pH8.2的溶液中所獲得的光學訊號。圖11(a)至圖11(g)為具有摻雜0.3%的式(I-4)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.8、pH7.0、pH7.2、pH7.4、pH7.6、pH8.0及pH8.2的溶液中所獲得的光學訊號。
由圖中可知，當感測裝置的液晶組合物摻雜有0.3%的式(I-1)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為7以上的溶液中會產生暗的光學訊號。當感測裝置的液晶組合物摻雜有0.3%的式(I-2)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為7.2以上的溶液中會產生暗的光學訊號。當感測 裝置的液晶組合物摻雜有0.3%的式(I-3)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為7.6以上的溶液中會產生暗的光學訊號。當感測裝置的液晶組合物摻雜有0.3%的式(I-4)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為8.2以上的溶液中會產生暗的光學訊號。
於此，當溶液的酸鹼值低於液晶組合物中的化合物(即，摻雜劑)的酸解離常數時，由於化合物的酸基不會解離成帶負電的酸根而維持疏水性，因而液晶的排列方向受到疏水性的摻雜劑干擾而改變。由於液晶的排列方向改變，使光線得以通過感測裝置而產生亮的光學訊號。當溶液的酸鹼值高於化合物的酸解離常數時，化合物的酸基會解離成帶負電的酸根而使化合物形成帶有親水端的兩親性分子。化合物藉由其兩親性而可誘使液晶在溶液中穩定地有序排列，使通過其中一偏光片的光線無法接著通過另一偏光片，進而使感測裝置產生暗的光學訊號。
參照圖12(a)至圖12(f)、圖13(a)至圖13(f)、圖14(a)至圖14(f)及圖15(a)至圖15(f)，將具有摻雜0.3%、0.4%、0.5%及0.6%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置分別置於不同酸鹼值的溶液中，且利用顯微鏡觀察感測裝置在不同酸鹼值的溶液中各感測裝置的透光程度，以獲得對應的光學訊號。其中，圖12(a)至圖12(f)為當具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.0、pH6.2、pH6.4、pH6.6、pH6.8及pH7.0的溶液中時所獲得的光學訊號。圖13(a)至圖13(f)為當具有摻雜0.4%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.0、pH6.2、pH6.4、pH6.6、pH6.8及pH7.0的溶液中時所獲得的光學訊號。圖14(a)至圖14(f)為當具 有摻雜0.5%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.0、pH6.2、pH6.4、pH6.6、pH6.8及pH7.0的溶液中時所獲得的光學訊號。圖15(a)至圖15(f)為當具有摻雜0.6%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置置於pH6.0、pH6.2、pH6.4、pH6.6、pH6.8及pH7.0的溶液中時所獲得的光學訊號。
由圖中可知，當感測裝置的液晶組合物摻雜有0.3%的式(I-1)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為6.8以上的溶液中會產生暗的光學訊號。當感測裝置的液晶組合物摻雜有0.4%的式(I-1)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為6.8以上的溶液中會產生暗的光學訊號。當感測裝置的液晶組合物摻雜有0.5%的式(I-1)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為6.6以上的溶液中會產生暗的光學訊號。當感測裝置的液晶組合物具有0.6%的式(I-1)化合物時，此感測裝置在酸鹼值為6.4以上的溶液中會產生暗的光學訊號。
於此，當化合物在液晶組合物中所佔的比例愈高時，可使感測裝置產生光學訊號變化的酸鹼值愈低。換句話說，當液晶組合物中所摻雜的化合物的比例愈高時，可辨識出溶液中更低的酸鹼值的變化。由於隨著化合物所摻雜的比例不同，因此在不同的酸鹼值溶液中將酸基解離成酸根的化合物的數量亦會不同，以致使液晶成分的排列方向的變化以及透光率有所差異，進而使感測裝置可針對溶液中不同的酸鹼值產生對應的光學訊號。
參照圖16(a)至圖16(f)，將具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物、0.3%的式(I-2)化合物、0.3%的式(I-3)化合物與0.3%的 式(I-4)化合物的液晶組合物的四種感測裝置(由右至左)放置於不同酸鹼值的溶液中，且利用顯微鏡觀察感測裝置在不同酸鹼值的溶液中各感測裝置的透光程度，以獲得對應的光學訊號。其中，圖16(a)為上述四種感測裝置放置於pH6.8的溶液中所獲得的光學訊號。圖16(b)為上述四種感測裝置放置於pH7.0的溶液中所獲得的光學訊號。圖16(c)為上述四種感測裝置放置於pH7.2的溶液中所獲得的光學訊號。圖16(d)為上述四種感測裝置放置於pH7.4的溶液中所獲得的光學訊號。圖16(e)為上述四種感測裝置放置於pH7.6的溶液中所獲得的光學訊號。圖16(f)為上述四種感測裝置放置於pH7.8的溶液中所獲得的光學訊號。
由圖中可知，在酸鹼值為6.8的溶液中，此四種感測裝置皆產生亮的光學訊號。在酸鹼值為7.0的溶液中，具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置產生暗的光學訊號，其餘三種感測裝置則皆產生亮的光學訊號。在酸鹼值為7.2的溶液中，具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物的液晶組合物以及具有摻雜0.3%的式(I-2)化合物的液晶組合物的二種感測裝置均產生暗的光學訊號，其餘二種感測裝置則均產生亮的光學訊號。在酸鹼值分別為7.4及7.6的溶液中，具有摻雜0.3%的式(I-4)化合物的液晶組合物的感測裝置產生亮的光學訊號，其餘三種感測裝置則皆產生暗的光學訊號。在酸鹼值為7.8的溶液中，此四種感測裝置皆產生暗的光學訊號。於此，可將具有不同化合物的液晶組合物的感測裝置置於流動物質中，並且藉由各感測裝置的光學訊號的差異，以判定流動物質的酸鹼值。
參照圖17(a)至圖17(g)，將分別具有摻雜0.3%、0.4%、 0.5%與0.6%的式(I-1)化合物的液晶組合物的四種感測裝置(由右至左)同時放置於pH6.0、pH6.2、pH6.4、pH6.6、pH6.8、pH7.0及pH7.2的溶液中，且利用顯微鏡觀察感測裝置在不同酸鹼值的溶液中各感測裝置的透光程度，以獲得對應的光學訊號。其中，圖17(a)為上述四種感測裝置同時放置於pH6.0的溶液中所獲得的光學訊號。圖17(b)為上述四種感測裝置同時放置於pH6.2的溶液中所獲得的光學訊號。圖17(c)為上述四種感測裝置同時放置於pH6.4的溶液中所獲得的光學訊號。圖17(d)為上述四種感測裝置同時放置於pH6.6的溶液中所獲得的光學訊號。圖17(e)為上述四種感測裝置同時放置於pH6.8的溶液中所獲得的光學訊號。圖17(f)為上述四種感測裝置同時放置於pH7.0的溶液中所獲得的光學訊號。圖17(g)為上述四種感測裝置同時放置於pH7.2的溶液中所獲得的光學訊號。
由圖中可知，在酸鹼值為6.0的溶液中，此四種感測裝置皆產生亮的光學訊號。在酸鹼值為6.2的溶液中，具有摻雜0.6%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置產生暗的光學訊號，其餘三種感測裝置則皆產生亮的光學訊號。在酸鹼值為6.4及6.6的溶液中，具有摻雜0.6%的式(I-1)化合物的液晶組合物以及具有摻雜0.5%的式(I-1)化合物的液晶組合物的二種感測裝置均產生暗的光學訊號，其餘二種感測裝置則均產生亮的光學訊號。在酸鹼值分別為6.8及7.0的溶液中，具有摻雜0.3%的式(I-1)化合物的液晶組合物的感測裝置產生亮的光學訊號，其餘三種感測裝置則皆產生暗的光學訊號。在酸鹼值為7.2的溶液中，此四種感測裝置皆產生暗的光學訊號。於此，可將具有相同化合物但不 同摻雜比例的液晶組合物的感測裝置置於流動物質中，並且藉由各感測裝置的光學訊號的差異，以判定流動物質的酸鹼值。
綜上，本發明的液晶組合物及感測裝置適用於量測流動物質的酸鹼值。藉由液晶組合物中的化合物與流動物質發生化學反應而改變液晶的排列方向，以致使感測裝置產生光學變化。於此，可使用肉眼或儀器對感測裝置的光學變化進行觀察，以量測流動物質的酸鹼值。此外，由於化合物的羧基解離成羧酸根後還可再經由質子化作用而再度形成羧基，而使感測裝置可反覆產生亮或暗的光學訊號。藉此，感測裝置可隨時反應流動物質的酸鹼值變化，而可用於長時間地監測流動物質的酸鹼值。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧基板
20‧‧‧框體
30‧‧‧液晶組合物
31‧‧‧液晶
32‧‧‧摻雜劑
40‧‧‧第一偏光片
41‧‧‧第二偏光片
42‧‧‧通道
50‧‧‧配向膜

Claims (13)

  1. 一種液晶組合物，包括：向列型液晶；及如式(I)所示的化合物，其中R為具有6至30個碳原子的烷基、芳基、芳烷基或雜芳基； 其中，該化合物佔該液晶組合物的比例為0.3%至0.6%，該化合物的酸解離常數介於3.0及10.0之間。
  2. 一種液晶組合物，包括：向列型液晶；及如式(I)所示的化合物，其中R為具有6至30個碳原子的烷基、芳基、芳烷基或雜芳基； 其中，該化合物佔該液晶組合物的比例為0.3%至0.6%，該化合物的酸解離常數介於6.0至10.0之間。
  3. 如請求項1或2所述的液晶組合物，其中該化合物為苯甲酸類化合物。
  4. 如請求項1或2所述的液晶組合物，其中該化合物為選自於由下列化合物所組成的群組中的其中一種：
  5. 如請求項1或2所述的液晶組合物，其中該向列型液晶為選自於由4-氰基-4'-戊基聯苯、4-氰基-4'-庚基聯苯、4-氰基-4'-辛基聯苯、4-氰基-4'-辛氧基聯苯及4-氰基-4'-庚基三聯苯所組成的群組中至少一種。
  6. 一種酸鹼值感測裝置，包括：一基板；一框體，連接於該基板並且形成一具有一開口的容置空間；一配向膜，位於該容置空間內；一如請求項1至5中任一項所述的液晶組合物，位於該容置空間；及二偏光片，該些偏光片之一偏光片對應該開口設置以與該框體之間具有一通道，該些偏光片之另一偏光片位於該基板的一側，且該些偏光片的偏光方向為相互交錯。
  7. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，另包括：一殼體，用以容置該基板、該框體及該些偏光片，且該殼體具有一出口及一入口。
  8. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，其中該框體與該基板形成複數個該具開口的容置空間，該液晶組合物係個別位於該些容置空間， 且位於各該容置空間的該液晶組合物的該化合物為相同且佔對應的各該液晶組合物的比例互為不同。
  9. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，其中該框體與該基板形成複數個該具開口的容置空間，該液晶組合物係個別位於該些容置空間，且位於各該容置空間的該液晶組合物的該化合物為不同且佔對應的各該液晶組合物的比例互為相同。
  10. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，其中該框體與該基板形成複數個該具開口的容置空間，該液晶組合物係個別位於該些容置空間，且其中至少二位於各該容置空間的該液晶組合物的該化合物為相同且佔對應的各該液晶組合物的比例互為不同。
  11. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，其中該框體與該基板形成複數個該具開口的容置空間，該液晶組合物係個別位於該些容置空間，且其中至少二位於各該容置空間的該液晶組合物的該化合物為不同且佔對應的各該液晶組合物的比例為相同。
  12. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，其中該框體與該基板形成複數個該具開口的容置空間，該些容置空間之一係未容納該液晶組合物，其餘該容置空間係個別容納有該液晶組合物，該基板之材質為透光材料，該酸鹼值感測裝置另包括一光源及二光感測器，該光源及該些光感測器係分別位於該些偏光片的相對兩側，該些光感測器係分別對應該未容納該液晶組合物之容置空間及有容納該液晶組合物之該容置空間，該光源係朝該些光感測器方向發出光線。
  13. 如請求項6所述的酸鹼值感測裝置，其中該殼體由高分子材料所構成。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI668444B (zh) * 2018-07-17 2019-08-11 淡江大學 檢測裝置及檢測系統

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110031429A (zh) * 2019-05-17 2019-07-19 京东方科技集团股份有限公司 一种pH测试仪和测试方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3972589A (en) * 1972-06-23 1976-08-03 General Electric Company Nematic liquid crystal mixtures with stable homeotropic boundary conditions and methods of making the same
JPH04312546A (ja) * 1991-04-11 1992-11-04 Seiko Epson Corp ビフェニル誘導体及びそれを含有する液晶組成物及びそれを用いた時分割駆動液晶表示素子
JPH0959639A (ja) * 1995-08-23 1997-03-04 Chisso Corp 液晶組成物および液晶表示素子

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017416A (en) * 1974-10-11 1977-04-12 Chisso Corporation P-cyanophenyl 4-alkyl-4'-biphenylcarboxylate, method for preparing same and liquid crystal compositions using same
JPS6275418A (ja) * 1985-09-27 1987-04-07 Alps Electric Co Ltd 液晶素子
JPH07107011B2 (ja) * 1987-02-05 1995-11-15 チッソ株式会社 光学活性−２−置換プロピルエ−テル類および液晶組成物
JP2926244B2 (ja) * 1989-07-21 1999-07-28 チッソ株式会社 α―ヒドロキシケトン誘導体、該誘導体を含有する液晶組成物および該液晶組成物を用いた液晶素子
JPH07278059A (ja) * 1994-04-08 1995-10-24 Nippon Soken Inc 反強誘電性液晶化合物
US7666661B2 (en) * 2001-08-27 2010-02-23 Platypus Technologies, Llc Substrates, devices, and methods for quantitative liquid crystal assays
TW585898B (en) * 2002-12-26 2004-05-01 Ind Tech Res Inst Liquid crystal compounds with optical activities having high helical twisting power, method for preparing the same, and liquid crystal composition containing the compounds
TWI560242B (en) * 2014-11-05 2016-12-01 Chi Mei Corp Liquid crystal alignment agent, liquid crystal alignment film, and liquid crystal display element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3972589A (en) * 1972-06-23 1976-08-03 General Electric Company Nematic liquid crystal mixtures with stable homeotropic boundary conditions and methods of making the same
JPH04312546A (ja) * 1991-04-11 1992-11-04 Seiko Epson Corp ビフェニル誘導体及びそれを含有する液晶組成物及びそれを用いた時分割駆動液晶表示素子
JPH0959639A (ja) * 1995-08-23 1997-03-04 Chisso Corp 液晶組成物および液晶表示素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI668444B (zh) * 2018-07-17 2019-08-11 淡江大學 檢測裝置及檢測系統

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