CN105143404B

CN105143404B - 含有液晶介质的器件

Info

Publication number: CN105143404B
Application number: CN201480022604.4A
Authority: CN
Inventors: G·阿歇蒂; A·托格贝克
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: KR102202182B1; TWI631208B; US20160060530A1; EP2986689B1; TW201500526A; EP2986689A1; JP6313427B2; JP2016522430A; CN105143404A; WO2014169988A1; KR20150143731A; US10301545B2

Abstract

本发明涉及用于调节光透射的温度反应性器件，其含有液晶介质和式I化合物，该器件能够在给定温度下促进或引发相邻液晶介质的垂面配向。本发明进一步涉及通过液晶介质层来温度依赖性控制光透射的方法。

Description

含有液晶介质的器件

本发明涉及用于调节光透射的温度反应性器件，其含有液晶介质和式I化合物，该器件能够在给定温度下促进或引发相邻液晶介质的垂面配向。本发明还涉及通过液晶介质层来温度依赖性控制光透射的方法。

出于本发明的目的，术语“液晶介质”意指在特定条件下展现液晶性质的材料。特别地，该术语意指在特定条件下形成向列液晶相的材料。液晶介质可包含一种或多种液晶化合物和除此之外的其他物质。

术语“液晶化合物”意指在特定条件下展现液晶性质的化合物，和特别地，在特定条件下形成向列液晶相或在与其他液晶化合物混合后形成向列液晶相的化合物。

出于本申请的目的，“温度反应性器件”意指取决于温度采取各种状态的器件。其的实例是取决于温度展现不同程度的光透射的器件。

术语“配向”或“取向”涉及材料的各向异性单元(例如小分子或大分子的片段)朝共同方向(称作“配向方向”)的配向(取向排序)。在配向的液晶材料层中，该液晶指向矢与该配向方向一致，以使得该配向方向相当于该材料的各向异性轴的方向。

术语“平面取向/配向”(例如在液晶材料层中)意指大比例的液晶分子的长分子轴(在杆状化合物的情况下)或短分子轴(在盘形化合物的情况下)基本上平行(约180°)于该层来取向。

术语“垂直取向/配向”(例如在液晶材料层中)意指较大比例的液晶分子的长分子轴(在杆状化合物的情况下)或短分子轴(在盘形化合物的情况下)以相对于该层平面约80°至90°的角度θ(“倾角”)取向。

此外，如C.Tschierske，G.Pelzl and S.Diele，Angew.Chem. 2004，116，6340-6368中所给定的定义应适用于关于本申请中的液晶材料的未定义术语。

出于本申请的目的，术语光透射意指可见光(VIS)、近红外光(近 -IR，NIR)和UV-A区域中的电磁辐射穿过该器件。本申请中的术语光同样相应地意指光谱的可见光、近红外光和UV-A区域中的电磁辐射。根据常用的物理定义，UV-A光、可见光和近红外光一起意指具有320 至3000nm波长的辐射。

随着建筑物的能量效率越来越重要，越来越需要控制光透射和因此透过窗户或玻璃表面的能量流的器件。特别地，需要可针对特定时间点下盛行的条件(热、冷、高日晒、低日晒)而调适透过玻璃表面的能量流的器件。特别受关注的是在温带气候区提供这样的器件，在温带气候区中，季节变化由结合高日晒的室外暖温转变成结合低日晒的室外冷温。

下文将呈现由日晒所造成的对建筑物中玻璃表面的效应。相当的效应不仅可发生在建筑物的情况中，还发生在车辆或运输集装箱(例如船运集装箱)的情况中。

在暖气候区和在温带气候区的暖季时，建筑物中的玻璃表面在受到日晒影响时导致非期望的内部变热。这是由于玻璃对电磁光谱的 VIS或近-IR区域中的辐射是透射的。内部物体吸收已透过的辐射并由此变暖，这导致室温升高(温室效应)。然而，建筑物中玻璃表面的所述效应并非通常是不期望的：在室外低温的情况下，特别地在冷气候区或在温带气候区的冷季时，由日晒导致的内部变热(因为该效应)可以是有利的，因为由此降低空间供暖的能量需要并可因此节约成本。

本发明的主要技术目标之一是提供调节透过窗户或其他玻璃表面的光透射的器件，优选地，提供针对盛行条件自动适应地调节光透射的器件，如上文所阐释(智能窗户)，更优选地，提供能量有效地工作、可利用最低可能技术投入安装、技术上可靠且符合审美需求的器件。可提及的后一方面的实例是该器件的高度规则切换和颜色或图案效应的避免。

现有技术公开了可在施加电压时自透射状态可逆地切换至低透光状态(例如不透明(光散射)或暗透射状态)的器件(例如C.M.Lampert 等人，Solar Energy Materials&Solar Cel ls，2003，489-499)。

然而，诸如上述器件的电可切换器件的缺点在于它们无法针对环境条件立即自动调适。此外，它们需要电连接，这关系到安装期间的更多投入，和更多维护需求。

US2009/0015902和US2009/0167971公开了温度反应性器件，其在两个偏振器之间的层中包含液晶介质。相对高光透射状态与相对低光透射状态之间的切换是通过该液晶介质自向列态相变至各向同性态而实现。因为该相变，在高光透射状态与相对低透射状态之间发生突然转变。此处可发生的是，在该器件的整个表面上在一些区域被认为是存在高光透射状态，而同时在其他相邻区域中存在低光透射状态。

WO2012/100901A1公开了一种用于调节光透射的温度反应性器件，其含有液晶介质和包含倍半硅氧烷的组分(N)，其促进或引发相对基板主平面的垂面配向。本发明还涉及一种通过液晶介质层来温度依赖性控制光透射的方法。然而，未公开且未暗示使用根据本发明式I 的有机化合物以促进这样的垂面配向。

WO2011/004340A1公开了一种具有负或正介电各向异性的包含自配向介晶的液晶介质(LC介质)，该介晶实现了该LC介质在液晶显示器(LC显示器)的表面或盒壁的垂面配向。本发明因此还包括具有垂面配向的液晶介质(LC介质)而无常规的酰亚胺配向层的LC显示器。

然而，可总结出相当需要适用于调节透过窗户或通常透光表面的光透射的温度反应性器件。特别地，需要其中切换方法基于交替原理的器件。还特别地，需要其中切换方法不突然进行而是经由中间透射值逐渐进行的器件。

另外，现代温度反应性器件必须满足诸多要求，尤其是：

-在延长的使用期内的高效率，

-针对太阳照射(尤其UV辐射)的高稳定性，

-针对环境温度条件的透过玻璃表面的能量流的有利适应性，

-在暴露于室外(尤其关于冷和热)的环境中的高持久性，

-制造方法必须成本有效且适用于批量制造方法。

鉴于现有技术和对这样的材料的所有上述要求，相当需要新颖或替代性器件，其优选不显示现有技术的温度反应性器件的缺点或即使显示，优选显示较低程度。

令人惊讶地，发明人已发现包含液晶介质层的温度反应性器件，其特征在于该液晶介质包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物，该器件代表现有技术的已知温度反应性器件的优异替代物，和优选地，改良鉴于现有技术的上述要求中的一或多者，或更优选地，同时满足上述要求。

因此，本发明涉及一种适用于调节光透射的温度反应性器件，其包含液晶介质层，该器件的特征在于该液晶介质包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物，

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-AG I，

其中，

A¹¹和A¹²各自彼此独立地表示任选地被一个或多个相同或不同基团L取代的芳基、杂芳基、杂环基或脂环族基团，

L在各情况中彼此独立地表示卤素、-CN、-NO₂、-NCO、-NCS、-OCN、 -SCN、具有1至5个C原子的直链或支链烷基或烷氧基，其中此外这些基团中一个或多个非末端CH₂基团各可彼此独立地被-C≡C-、 -CF₂O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-以O原子不彼此直接连接的方式替代，且其中此外一个或多个H原子可被卤素替代，

Z¹²在各情况中彼此独立地表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、 -S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR⁰-、-NR⁰-CO-、-NR⁰-CO-NR⁰⁰、 -NR⁰-CO-O-、-O-CO-NR⁰-、-OCH₂-、-CH₂O-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CF₂O-、 -OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、 -CH＝N-、-N＝CH-、-N＝N-、-CH＝CR⁰-、-CY⁰¹＝CY⁰²-、-C≡C-、-CH＝CH-COO-、 -OCO-CH＝CH-、或单键，优选-COO-、-OCO-、-CO-O-、-O-CO-、-OCH₂-、 -CH₂O-、-_、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-C≡C-、 -CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-或单键。

Y⁰¹和Y⁰²各自彼此独立地表示H、F、Cl或CN。

R⁰和R⁰⁰各自彼此独立地表示H或具有1至12个C原子的烷基，

R¹¹表示具有1至15个C原子的烷基或烷氧基，其中此外这些基团中一个或多个非末端CH₂基团各可彼此独立地被-C≡C-、 -CF₂O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-以O原子不彼此直接连接的方式替代，且其中此外一个或多个H原子可被卤素替代，

AG表示-Sp-X¹¹，

Sp表示-(CH₂)_P-，

p表示0、1或2，

X¹¹表示基团-NH₂、-SH、-OH、-(CO)OH或下式基团：

和

m表示0、1或2。

芳基和杂芳基可以是单环或多环，即，它们可具有一个环(例如苯基)或两个或更多个环，其还可被稠合(例如萘基)或共价连接(例如联二苯基)，或包含稠合和连接环的组合。杂芳基包含一个或多个杂原子，优选选自O、N、S和Se。

特别优选的是具有6至25个C原子的单-、双-或三环芳基和具有 2至25个C原子的单-、双-或三环杂芳基，其任选地包含稠合环，并且任选地被取代。此外优选的是5-、6-或7-元芳基和杂芳基，其中此外一个或多个CH基团可被N、S或O以O原子和/或S原子不彼此直接连接的方式替代。

优选的芳基是例如苯基、联二苯基、联三苯基、[1,1':3',1”]联三苯基-2'-基、萘基、蒽、联萘基、菲、芘、二氢芘、、二萘嵌苯、并四苯、并五苯、苯并芘、芴、茚、茚并芴、螺双芴，更优选地，1,4- 亚苯基、4,4’-亚联苯基、1,4-亚联三苯基。

优选的杂芳基是例如5元环，例如吡咯、吡唑、咪唑、1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、四唑、呋喃、噻吩、硒吩、噁唑、异噁唑、1,2-噻唑、1,3-噻唑、1,2,3-噁二唑、1,2,4-噁二唑、1,2,5-噁二唑、1,3,4- 噁二唑、1,2,3-噻二唑、1,2,4-噻二唑、1,2,5-噻二唑、1,3,4-噻二唑；6元环，例如吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、1,3,5-三嗪、1,2,4-三嗪、1,2,3-三嗪、1,2,4,5-四嗪、1,2,3,4-四嗪、1,2,3,5-四嗪；或稠合基团，例如吲哚、异吲哚、吲嗪、吲唑、苯并咪唑、苯并三唑、嘌呤、萘并咪唑、菲并咪唑、吡啶并咪唑、吡嗪并咪唑、喹喔啉并咪唑、苯并噁唑、萘并噁唑、蒽并噁唑、菲并噁唑、异噁唑、苯并噻唑、苯并呋喃、异苯并呋喃、二苯并呋喃、喹啉、异喹啉、蝶啶、苯并-5,6- 喹啉、苯并-6,7-喹啉、苯并-7,8-喹啉、苯并异喹啉、吖啶、吩噻嗪、吩噁嗪、苯并哒嗪、苯并嘧啶、喹喔啉、吩嗪、萘啶、氮杂咔唑、苯并咔啉、菲啶、菲咯啉、噻吩并[2,3b]噻吩、噻吩并[3,2b]噻吩、二噻吩并噻吩、异苯并噻吩、二苯并噻吩、苯并噻二唑噻吩或这些基团的组合。这些杂芳基还可被烷基、烷氧基、硫代烷基、氟、氟烷基或其它芳基或杂芳基取代。

(非芳族)脂环族和杂环基团包括饱和环，即，只包含单键的那些，和部分饱和环，即还可包含多键的那些。杂环包含一个或多个杂原子，优选选自Si、O、N、S和Se。

(非芳族)脂环族和杂环基团可以是单环的，即仅包含一个环(例如环己烷)，或多环的，即包含多个环(例如十氢萘或双环辛烷)。特别优选的是饱和基团。另外优选的是具有3至25个C原子的单-、双-或三环基团，其任选地包含稠合环和任选地被取代。另外优选的是5-、6-、 7-或8-元碳环基团，其中此外一个或多个C原子可被Si替代和/或一个或多个CH基团可被N替代和/或一个或多个不相邻的CH₂基团可被 -O-和/或-S-替代。

优选的脂环族和杂环基团是例如5元环，例如环戊烷、四氢呋喃、四氢噻吩、吡咯烷；6元环，例如环己烷、硅杂环己烷(silinane)、环己烯、四氢吡喃、四氢噻喃、1,3-二噁烷、1,3-二噻烷、哌啶；7 元环，例如环庚烷；和稠合基团，例如四氢萘、十氢萘、茚满、双环[1.1.1]戊烷-1,3-二基、双环[2.2.2]辛烷-1,4-二基、螺[3.3]庚烷 -2,6-二基、八氢-4,7-桥亚甲基茚满-2,5-二基，更优选地，1,4-亚环己基、4,4’-双亚环己基、3,17-十六氢-环戊[a]菲，它们任选地被一个或多个相同或不同基团L取代。

尤其优选的芳基、杂芳基、脂环族基和杂环基是1,4-亚苯基、4,4’- 亚联苯基、1,4-联三亚苯基、1,4-亚环己基、4,4’-双亚环己基和3,17- 十六氢-环戊[a]菲，它们任选地被一个或多个相同或不同基团L取代。

上述芳基、杂芳基、脂环族基和杂环基的优选取代基是例如溶解度促进基团(例如烷基或烷氧基)和吸电子基团(例如氟、硝基或腈)。

特别优选的取代基是例如F、Cl、CN、NO₂、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、 COCH₃、COC₂H₅、COOCH₃、COOC₂H₅、CF₃、OCF₃、OCHF₂或OC₂F₅。

在上下文中，“卤素”表示F、Cl、Br或I。

在上下文中，术语“烷基”、“芳基”、“杂芳基”等还包括多价基团，例如亚烷基、亚芳基、亚杂芳基等。术语“芳基”表示芳族碳基或由其衍生的基团。术语“杂芳基”表示根据上文所定义的包含一个或多个杂原子的“芳基”。

优选的烷基是例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、2-甲基丁基、正戊基、仲戊基、环戊基、正己基、环己基、2-乙基己基、正庚基、环庚基、正辛基、环辛基、正壬基、正癸基、正十一烷基、正十二烷基、十二烷基、三氟甲基、全氟正丁基、2,2,2-三氟乙基、全氟辛基、全氟己基等。

优选的烷氧基是例如甲氧基、乙氧基、2-甲氧基乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、2-甲基丁氧基、正戊氧基、正己氧基、正庚氧基、正辛氧基、正壬氧基、正癸氧基、正十一烷氧基、正十二烷氧基。

优选的烯基是例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、戊烯基、环戊烯基、己烯基、环己烯基、庚烯基、环庚烯基、辛烯基、环辛烯基。

优选的炔基是例如乙炔基、丙炔基、丁炔基、戊炔基、己炔基、辛炔基。

优选的氨基是例如二甲基氨基、甲基氨基、甲基苯基氨基、苯基氨基。

在本发明的另一优选实施方式中，等式I化合物选自其中式I中的锚定基团AG表示-NH₂、-SH、-OH或-(CO)OH的化合物。

更优选地，等式I化合物选自下式化合物，

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-Sp-NH₂ Ia

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-Sp-SH Ib

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-Sp-OH Ic

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-Sp-(CO)OH Id

其中，基团R¹¹、A¹¹、A¹²、Z¹²、Sp和参数m具有如式I下所指示的定义之一。

甚至更优选的是选自其中m表示0的化合物的式I化合物。

因此，优选的化合物选自式Ia和Ic的式I化合物，例如

其中R¹¹是具有1-25个C原子的直链或支链烷基。

尤其优选的是其中不存在Sp的化合物，例如式Ia-l至Ia-5、 Ia-10、Ic-1至Ic-5和Ic-10化合物，和特别地式Ic-4和Ic-5化合物。

通常，式I化合物的总浓度是大约0.01至大约10重量％，优选大约0.01至大约5重量％，和更优选大约0.01至大约3重量％。

在本发明的一优选实施方式中，该液晶介质层设置于两个基板层之间。

根据本发明，两个基板层可尤其各自彼此独立地由聚合物材料组成、由金属氧化物(例如ITO)组成、由玻璃和/或由金属组成，优选各彼此独立地由玻璃和/或ITO组成，特别是玻璃/玻璃、玻璃/ITO或 ITO/ITO。

在一优选实施方式中，基板以彼此至少1μm，优选至少2μm，和更优选至少3μm的间隔设置，其中该液晶介质层位于该间隔中。该基板层可通过例如间隔物或层中的突出结构而彼此保持限定间隔。典型的间隔物材料通常为熟练者所知，例如由塑料、二氧化硅、环氧树脂等组成的间隔物。

根据本发明，该器件不包含与该液晶介质层相邻的配向层。

在本发明的一优选实施方式中，该器件具有两个或更多个偏振器，其中至少一个被设置在该液晶介质层的一侧和其中至少一个被设置在该液晶介质层的相对侧。此处的液晶介质层和偏振器优选相互平行设置。

该偏振器可为线形偏振器或圆形偏振器。优选地，该器件中正好存在两个偏振器。在此情况下，另外优选的是该偏振器均为线形偏振器或均为圆形偏振器。然而，根据本发明的一可能实施方式，线形偏振器还可与圆形偏振器一起使用。

若该器件中存在两个线形偏振器，则根据本发明优选两个偏振器的偏振方向相同或彼此之间仅偏转小角度。

在其中该器件中存在两个圆形偏振器的情况中，另外优选的是使这些具有相同偏振方向，即，均为右旋圆形偏振或均为左旋圆形偏振。

该偏振器可为反射或吸收偏振器。本申请意义中的反射偏振器反射具有一个偏振方向的光或一种类型的圆形偏振光，而对具有另一偏振方向的光或另一种类型的圆形偏振光透射。相应地，吸收偏振器吸收具有一个偏振方向的光或一种类型的圆形偏振光，而对具有另一偏振方向的光或另一种类型的圆形偏振光透射。该反射或吸收通常不定量，意指不发生光穿过该偏振器的完全偏振。

出于本发明的目的，可使用吸收和反射偏振器两者。优选使用呈薄光学膜形式的偏振器。可用于根据本发明的器件中的反射偏振器的实例是DRPF(漫反射偏振器膜，3M)、DBEF(双亮度增强膜，3M)、DBR(层状聚合物分布布拉格反射器，如US7,038,745和US6,099,758中所述) 和APF(高级偏振器膜，3M)。此外，可使用基于线栅的偏振器(WGP，线栅偏振器)，其反射红外光。可用于根据本发明的器件中的吸收偏振器的实例是Itos XP38偏振器薄膜和Nitto Denko GU-1220DUN偏振器薄膜。可根据本发明使用的圆形偏振器的实例是APNCP37-035-STD 偏振器(American Polarizers)。另一实例是CP42偏振器(ITOS)。

在根据本发明的另一实施方式中，该偏振器表示其间设置该液晶介质的基板层，即，该器件中不存在额外的基板层。

在本发明的另一优选实施方式中，该液晶介质层位于两个挠性层 (例如挠性聚合物膜)之间。根据本发明的器件因此例如是挠性的和可弯曲和可卷起。该挠性层可表示基板层、配向层、和/或偏振器。还可存在优选挠性的其他层。就其中该液晶介质层位于挠性层之间的优选实施方式的更详细公开内容而言，参考申请US2010/0045924。

如文中所使用，将理解术语“聚合物”意指包括具有一个或多个不同类型的重复单元(该分子的最小组成单元)的主链的分子并包括熟知术语“低聚物”、“共聚物”、“均聚物”及类似术语。另外，将理解术语聚合物除该聚合物本身以外还包括来自引发剂、催化剂的残余物和伴随这样的聚合物的合成的其他元素，其中应理解这样的残余物非共价结合至其上。另外，这样的残余物和其他元素(同时在聚合后纯化过程期间经正常移除)通常与该聚合物混合或共混合，使得它们在聚合物在容器之间或在溶剂或分散介质之间转移时通常保持与该聚合物一起。

在本发明的另一优选实施方式中，该液晶介质具有固体或凝胶状稠度。术语“凝胶状”是指具有果冻性质或类似果冻的稠度。根据本发明的器件因此较不容易破坏。此外，若除该液晶介质层以外仅存在挠性、可弯曲和可切割的层，则该器件不仅可卷起，且还可切割出各情况下所需的区域片段。

此外，该器件可包含阻断特定波长的光的滤光器，例如UV滤光器。根据本发明，还可存在其他功能层，例如保护性膜、热绝缘膜或金属氧化物层。

此外，根据本发明的器件中可存在电极和其他电气组件和连接件，以促进该器件的电切换，其相当于LC显示器的切换。然而，在本发明的一优选实施方式中，不存在电极和其他电气组件和连接件。

此外，通常优选使用该器件用于通过温度改变(并非通过施加电场) 而实现切换。该切换操作的优选温度范围指示于以下段落中。

根据本发明的液晶介质包含一种或多种(优选至少3种，特别优选至少4种和非常特别优选至少5种)不同的液晶化合物。若仅使用一种液晶化合物，则典型浓度范围为该总混合物的约80至99重量％。

根据本发明的液晶介质任选地包含其他化合物，例如稳定剂和/ 或手性掺杂剂。此类型的化合物是本领域技术人员已知的。它们优选以0％至30％，特别优选以0.1％至20％和非常特别优选以0.1％至10％的浓度使用。

根据本发明，该液晶介质可具有正介电各向异性Δε。在此情况下， Δε优选具有≥1.5的值。

根据本发明，该液晶介质可具有负介电各向异性Δε。在此情况下， Δε优选具有≤-1.5的值。

根据本发明，该液晶介质另外可具有低正或负介电各向异性Δε。在此情况下，以下优选适用于Δε:-1.5<Δε<1.5。本发明同样涉及此类型的液晶介质。在此情况下，以下特别优选适用：-1.0<Δε<l.0。

Δε是在1kHz频率和20℃下测定。各化合物的介电各向异性是由在向列主体混合物中的各个化合物的10％溶液的结果测得。若各化合物在该主体混合物中的溶解度小于10％，则浓度减小至5％。该测试混合物的电容是在具有垂面配向的盒和具有沿面配向的盒中测定。两种类型盒的盒厚度是大约20μm。所施加的电压是频率为1kHz且有效值通常是0.5V至1.0V的矩形波，但其经常经选择为低于各测试混合物的电容阈值。

Δε被定义为(ε_||-ε_⊥),而ε_ave.为(ε_||+2ε_⊥)/3。

用于介电正性化合物的主体混合物是混合物ZLI-4792且用于介电中性及介电负性化合物的是混合物ZLI-3086，两者均来自Merck KGaA，Germany。该化合物的介电常数的绝对值是由在添加受关注化合物后该主体混合物的各值的变化测得。将该值外推至100％的受关注化合物的浓度。

该液晶介质优选具有温度范围为O℃至50℃的向列相。该液晶介质特别优选具有温度范围-20℃至80℃，甚至更优选-40℃至100℃的向列相。

根据本发明，该液晶介质可包含任何期望的液晶化合物，条件是排除式I化合物。

该液晶介质优选包含至少一种或多种式I I化合物，其必须不同于式I化合物，

其中

R²¹、R²²在每次出现时相同或不同地表示F、Cl、-CN、-NCS、-SCN、 R²³-O-CO-、R²³-CO-O-或具有1至10个C原子的烷基或烷氧基或具有2 至10个C原子的烯基或烯氧基，其中上述基团中的一个或多个氢原子可被F或Cl替代，和一个或多个非末端CH₂基团可被O或S替代；和

R²³在每次出现时相同或不同地表示具有1至10个C原子的烷基，其中一个或多个氢原子可被F或Cl替代，和其中一个或多个非末端 CH₂基团可被O或S替代；和

在每次出现时相同或不同地选自

其中

X在每次出现时相同或不同地选自F、Cl、CN或具有1至10个C 原子的烷基、烷氧基或烷硫基，其中上述基团中的一个或多个氢原子可被F或Cl替代，和其中上述基团中的一个或多个CH₂基团可被O或 S替代；和

Z²¹在每次出现时相同或不同地选自-CO-O-、-O-CO-、-CF₂-CF₂-、 -CF₂-O-、-O-CF₂-、-CH₂-CH₂-、-CH＝CH-、-CF＝CF-、-CF＝CH-、-CH＝CF-、 -C≡C-、-OCH₂-、-CH₂O-和单键；和

d采用0、1、2、3、4、5或6的值，优选为0、1、2或3，特别优选为1、2或3。

为清晰起见，应注意基团

在每次出现时可为相同或不同。

用于根据本发明的器件的液晶化合物的特别优选实施方式符合下表A和B中所公开的式。

在另一优选实施方式中，该器件包含液晶介质，其包含：

·式II化合物(优选选自表A和B中所公开的化合物)的混合物，其包含：

-1至40％，优选5至20％式CY-n-(O)m化合物，和/或

-1至40％，优选10至30％式CCY-n-(O)m化合物，和/或

-1至40％，优选10至30％式CPY-n-(O)m化合物，和/或

-1至50％，优选20至40％式CCH-n-m化合物，和/或

-1至30％，优选5至20％式PCH-n-m化合物，

-更优选同时具有所有上述化合物，

和

·0.01至10％的至少一种式I化合物，优选选自式Ic-4或Ic-5 化合物，

然而，总量≤100％。

在另一优选实施方式中，该器件包含液晶介质，其包含：

-1至40％，优选5至30％式CC-n(V)-(O)m化合物，和/或

-1至20％，优选5至15％式PGU-n-F化合物，和/或

-1至40％，优选10至30％式ACQU-n-F化合物，和/或

-1至30％，优选5至20％式PUQU-n-F化合物，和/或

-1至30％，优选5至20％式CCP-n-m化合物，和/或

-1至25％，优选5至15％式APUQU-n-F化合物，和/或

-1至25％，优选5至20％式APUQU-n-F化合物，和/或

-1至25％，优选3至15％式PGUQU-n-F化合物，和/或

-1至25％，优选5至20％式CPGU-n-OT化合物，

-更优选同时具有所有上述化合物，

和

然而，总量≤100％。

制造根据本发明的器件的方式是包含液晶介质的器件领域的技术人员已知的。

适用于制造根据本发明的器件的方法包括至少将该液晶介质层提供至基板上的步骤，该液晶介质包含至少一种式II液晶化合物和至少一种式I化合物。在层中的施加优选在两个基板层之间进行。还可根据本发明使用替代性方法，例如流动填充、印刷等，它们通常为本领域技术人员已知。

根据本发明，可必要地进行加热和/或冷却步骤以获得该液晶化合物的初始垂面配向。

就制备该液晶介质而言，使一种或多种式I化合物溶解或分散于该液晶化合物或包含该液晶化合物的混合物中。

根据本发明的器件的功能原理将详细地阐释于下文中。应注意，本发明的范围的限制(不存在于权利要求中)并不可由设想作用方式的评述来推导。

根据本发明的器件的光透射依赖于温度。在一优选实施方式中，该器件的光透射在低温下较高和在高温下较低。

在一优选实施方式中，根据本发明的器件具有边界状态A和边界状态B。出于本申请的目的，术语边界状态意指其中该透射达到最大或最小值并在温度进一步减小或增加时不再或实质上不再变化的状态。然而，这并不排除在温度显著减小或增加超出边界状态温度的情况下发生的透射的进一步变化。

该器件优选具有在低于边界温度θ_A的温度下具有透射率T_A的边界状态A，和具有在高于边界温度θ_B的温度下具有透射率T_B的边界状态 B，其中：

θ_A<θ_B且

T_A>T_B。

θ_A优选为-15至+25℃，特别优选为-5至+10℃。

θ_B优选为+60至+100℃，特别优选为+70至+90℃。

两个边界温度θ_A和θ_B之间的温度跨度表示其中该器件对温度变化反应并产生透射变化的范围(该器件的工作范围或切换范围)。该器件优选在此范围内的温度下使用。然而，其还可在此范围之外的温度下 (优选在低于θ_A的温度下)使用。

根据本发明，该器件的工作范围可通过改变式I化合物的浓度和/ 或该液晶混合物的组成来设定和改变。根据本发明，该器件的工作范围可另外通过改变基板材料来设定和改变。

该器件的切换范围优选在大于等于室温下。用于边界温度θ_A和θ_B之间的跨度和因此用于该器件的切换范围的特别优选值是：

0℃至100℃；

更优选5℃至80℃；

甚至更优选20℃至60℃。

根据本发明，随温度增加的两个边界状态A与B之间的转变和随温度减小的两个边界状态B与A之间的转变经由透射率T的中间值逐渐进行。优选地，T的中间值在冷却和加热时不一定相等。

根据本发明，大比例的该液晶化合物在低温下垂直配向于基板表面(垂面配向)。伴随着温度增加，垂直配向化合物的比例减小。就特定温度(其值取决于所用的式I化合物和该液晶介质的组成和基板材料的类型)而言，该化合物平面配向于基板表面。该切换元件的呈状态 A的液晶化合物优选主要垂面配向，和该切换元件的呈状态B的液晶化合物优选主要呈平面设置形式配向。

可利用该液晶化合物的自垂面至平面配向的变化以达成该器件透射的温度依赖性变化。

本发明因此还涉及一种通过包含液晶介质层的器件来温度依赖性控制光透射的方法，该液晶介质包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物，该方法特征在于至少该液晶介质的液晶化合物作为温度的函数由垂面配向改变至平面配向。

在此方法中，偏振器优选存在于该液晶介质层的一侧和该液晶介质的相对侧。偏振器的优选实施方式描述在前面的部分中。

利用一个实例，将说明如何进行此类型方法。同时，该实例还显示根据本发明的器件的优选实施方式。在此实例中，线形偏振器存在于该液晶介质层的一侧。偏振面的配向方式与第一线形偏振器的偏振面相同的另一线形偏振器存在于该液晶介质层的相对侧。在该液晶介质层中的液晶化合物的垂面配向的情况下，穿过该第一偏振器的光因此还穿过该第二偏振器。这对应于具有高透射率T_A的边界状态A，如上文所述。在该液晶介质层中的液晶化合物的平面配向的情况下，然而，穿过该第一偏振器的光的偏振性质在穿过该液晶介质层时改变。这导致光部分或完全被该第二偏振器阻断，即，被吸收或反射。该状态对应于具有低透射率T_B的边界状态B，如上文所述。在边界状态A 与B的温度之间的温度的中间值下，实现处于边界状态A和B下的透射值之间的透射值。

根据本发明的器件可安装在窗户、建筑物正面、门或屋顶上。

本发明因此还涉及根据本发明的器件在调节光进人和/或能量输入至内部的用途。

本发明另外涉及如上下文所述的包含液晶介质层的器件在温度依赖性调节从环境至封闭空间中的光透射的用途，该液晶介质层包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物。

如上文所述，本发明不限于建筑物，但还可用于运输集装箱，例如船运集装箱或车辆。特别优选地，将该器件安装于窗户的玻璃窗格上或用作多窗格中空玻璃的组件。根据本发明的器件可安装在外部、内部或，在多窗格玻璃的情况下，安装在两个玻璃窗格之间的空腔中，其中内部意指玻璃表面的面向内部的一侧。在多窗格中空玻璃的情况下，优选用在内部或两个玻璃窗格之间的空腔中。

根据本发明的器件可完全覆盖其上安装该器件的各玻璃表面或仅部分覆盖。在完全覆盖的情况下，对透过玻璃表面的光透射的影响最大。相比之下，在部分覆盖的情况下，一定量的光经由未覆盖部分透过玻璃表面，甚至在器件处于低透射的状态下。例如，可通过将该器件以条状或某些图案的形式安装在玻璃表面上来实现部分覆盖。

在本发明的一优选实施方式中，该器件自动调节透过玻璃表面进入内部的光透射，这仅仅归因于其温度反应性。此处无需人工调节。

根据此优选实施方式，该器件不包含经利用可发生该器件的电切换的任何电极或其他电子组件。

在本发明的一替代性实施方式中，该器件除其温度可切换性以外，还具有电可切换性。特别地，在此情况下的器件中存在电极，和该液晶介质具有正或负介电各向异性Δε。此处优选使Δε≥l.5或Δε≤-1.5。在本发明的此实施方式中，可将该器件自高透射人工、电促进切换至低透射并且反之亦然。其中可实现液晶介质自垂面状态转变成另一状态的电切换方式是包含液晶介质的器件领域技术人员已知的。

本申请中指示的参数范围都包括极限值，包括最大可允许误差，如熟练者所知。针对各种性质范围指定的不同上限和下限值在相互组合时产生其他优选范围。

在整篇本申请中，除非另外明确说明，否则以下条件和定义是适用的。所有浓度是以重量百分比表示并且涉及各个完整混合物，所有温度是以摄氏度表示且所有温差是以度数差表示。除非另外明确说明，否则所有物理性质是根据“Merck Liquid Crystals，Physical Properties of Liquid Crystals”，Status Nov.1997，Merck KGaA， Germany测定并且在20℃的温度下提供。光学各向异性(Δn)是在 589.3nm波长下测定。介电各向异性(Δε)是在1kHz频率或若明确指出是在19GHz频率下测定。阈值电压以及所有其他电光性质是使用 Merck KGaA，Germany制备的测试盒测定。用于测定Δε的测试盒具有大约20μm的盒厚度。该电极是具有1.13cm²的面积和护环的圆形ITO 电极。取向层是来自日本NissanChemicals的SE-1211(用于垂面取向(ε_||))和来自日本Japan Synthetic Rubber的聚酰亚胺AL-1054(用于延面取向(ε_⊥))。电容是通过使用电压为0.3V_rms的正弦波的频率响应分析仪Solatron 1260测得。电光测量中所使用的光是白光。在本发明中，利用使用商购自德国Autronic-Melchers的DMS仪器的器件。

在本发明整个说明书和权利要求中，措辞“包含”及“含有”和该措辞的变体(例如“包括”)意指“包括但不限于”，并且不旨在(并不)排除其他组分。另一方面，措辞“包含”还包括术语“由其组成” 但不限于其。

将理解，可在仍落在本发明的范围内的同时对本发明的前述实施方式进行改变。除非另有说明，否则用于相同、等效或类似目的之替代性特征可替代本说明书中公开的各特征。因此，除非另有说明，否则公开的各特征仅为通用系列的等效或类似特征中的一个实例。

本说明书中所公开的全部特征可以任何组合形式组合，其中这样的特征和/或步骤中的至少一些相互排斥的组合除外。特别地，本发明的优选特征适用于本发明的所有方面并且可以任何组合形式使用。同样地，非必要组合中所述的特征可单独使用(不呈组合形式)。

将理解，许多上述特征(特别是优选实施方式中所述的)本身是创造性的并且不只是作为本发明的实施方式的一部分。可为除当前所要求保护的任何发明以外或替代当前所要求保护的任何发明的这些特征寻求独立保护。

优选的根据本发明的液晶化合物显示于下表A和B中。

下文通过缩写的形式指示液晶化合物的结构，且根据下表A和B 出现向化学式的转换。所有基团C_nH_2n+1和C_mH_2m+1各具有n和m个C原子的直链烷基；n、m、z和k是整数并且优选表示1、2、3、4、5、6、7、 8、9、10、11或12。

表A仅显示母体结构的缩写。在个别情况下，母体结构的缩写后续接(经短线隔开)取代基R^1*、R^2*、L^1*和L^2*的编码：

表A

表B

n、m、z优选彼此独立地表示1、2、3、4、5或6。

下表C显示稳定剂，其优选用于根据本发明的液晶介质中。

表C

注意：此表中的n代表1至12的整数。

除非另有指示，否则本申请中的所有浓度均以重量百分比表示并且基于相应的整体混合物，其包含所有固体或液晶组分，而无溶剂。

使用以下缩写和符号：

Δn:在20℃和589nm下的光学各向异性，

Δε:在20℃和1kHz下的介电各向异性，

cl.p.，T(N,I):清亮点[℃]。

以下实施例阐释本发明，且无意限制自其衍生的本发明的主题。

实施例

1)制造本发明器件的一般程序

将该液晶介质(组成根据以下实施例而变化)引入具有约4μm厚的电光盒中。该盒的基板材料根据以下实施例而变化(ITO、玻璃或其组合)。该盒提供有偏振面平行配向的2个线形偏振器，它们位于该盒的正面和背面。最终，进行该盒的光透射的温度依赖性测量。

2)所用的液晶介质的实施例

所用的式I化合物：

所用的液晶混合物：

3)根据本发明的器件的实施例和它们的切换范围

下表显示根据本发明的器件中介质1至13与不同基板材料ITO 和玻璃的组合的结果。就各器件而言，切换窗口(即边界状态A与B 之间的范围)是以摄氏度表示。

4)根据本发明的器件的切换方法

根据本发明的器件显示出透射随着整个其切换范围(“切换窗口”) 的温度的规则渐变。

图1以举例的方式显示出包含根据项目2的介质和基板材料组合玻璃/玻璃的器件的切换方法。

可见根据本发明的器件随着温度增加自高透射至低透射的逐渐转变发生在约48°至约60℃的工作范围内。

此外，图2显示了包含根据项目3的介质和基板材料组合ITO/ITO 的盒的切换方法。

可见根据本发明的器件随着温度增加自高透射至低透射的逐渐转变发生在约-10°至约8℃的工作范围内。

Claims

1.适用于调节光透射的温度反应性器件，其包含液晶介质层，该器件的特征在于该液晶介质包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物，

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-AG (I),

其中，

A¹¹和A¹²各自彼此独立地表示任选地被一个或多个相同或不同的基团L取代的芳基、杂芳基、杂环基或脂环族基团，

L在各情况中彼此独立地表示F、Cl、CN、NO₂、CH₃、C₂H₅、OCH₃、OC₂H₅、COCH₃、COC₂H₅、COOCH₃、COOC₂H₅、CF₃、OCF₃、OCHF₂或OC₂F₅，

Z¹²在各情况中彼此独立地表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-S-CO-、-CO-S-、-O-COO-、-CO-NR⁰-、-NR⁰-CO-、-NR⁰-CO-NR⁰⁰、-NR⁰-CO-O-、-O-CO-NR⁰-、-OCH₂-、-CH₂O-、-SCH₂-、-CH₂S-、-CF₂O-、-OCF₂-、-CF₂S-、-SCF₂-、-CH₂CH₂-、-(CH₂)₄-、-CF₂CH₂-、-CH₂CF₂-、-CF₂CF₂-、-CH＝N-、-N＝CH-、-N＝N-、-CH＝CR⁰-、-CY⁰¹＝CY⁰²-、-C≡C-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-、或单键，

Y⁰¹和Y⁰²各自彼此独立地表示H、F、Cl或CN，

R⁰和R⁰⁰各自彼此独立地表示H或具有1至12个C原子的烷基，

R¹¹各自彼此独立地表示具有1至15个C原子的烷基或烷氧基，其中此外这些基团中的一个或多个非末端CH₂基团各可彼此独立地被-C≡C-、-CF₂O-、-CH＝CH-、-O-、-CO-O-、-O-CO-以O原子不彼此直接连接的方式替代，且其中此外一个或多个H原子可被卤素替代，

AG表示-Sp-X¹¹，

Sp表示-(CH₂)_p-，

p表示0、1或2，

X¹¹表示基团-NH₂、-SH、-OH、-(CO)OH或下式基团：

m表示0、1或2，

其特征在于该器件具有在低于边界温度θ_A的温度下具有透射率T_A的边界状态A，和在高于边界温度θ_B的温度下具有透射率T_B的边界状态B，其中：

θ_A<θ_B并且

T_A>T_B。

2.根据权利要求1的器件，其特征在于式I中的锚定基团AG表示-NH₂、-SH、-OH或-(CO)OH。

3.根据权利要求1或2的器件，其特征在于式I中的m表示0。

4.根据权利要求1或2的器件，其特征在于该液晶介质层被设置在两个基板层之间。

5.根据权利要求1或2的器件，其特征在于式I化合物的总浓度为整体混合物的0.01至10重量％。

6.根据权利要求1或2的器件，其特征在于其具有两个或更多个偏振器，其中至少一个被设置在该液晶介质层的一侧和其中至少一个被设置在该液晶介质层的相对侧。

7.根据权利要求1或2的器件，其特征在于该器件不包含与该液晶介质层相邻的配向层。

8.根据权利要求1或2的器件，其特征在于该液晶介质直接相邻于两个基板层设置。

9.根据权利要求1或2的器件，其特征在于随温度增加的两个边界状态A与B之间的转变和随温度降低的两个边界状态B与A之间的转变经由透射率T的中间值逐渐进行。

10.根据权利要求1或2的器件，其特征在于呈边界状态A的液晶介质层中的液晶化合物是垂面配向的。

11.根据权利要求1至10中任一项的器件用于调节光进入和/或能量输入至内部的用途。

12.生产根据权利要求1至10中任一项的器件的方法，其包括至少将该液晶介质层提供至基板上的步骤，该液晶介质包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物。

13.通过根据权利要求1至10中任一项的器件来温度依赖性控制光透射的方法，该器件包括包含至少一种液晶化合物和至少一种式I化合物的液晶介质层，该方法的特征在于至少该液晶介质的液晶化合物作为温度的函数从垂面配向改变至平面配向。