JP2021512209A - 5員複素環を含む液晶組成物、リバースモードポリマー分散液晶素子、および関連する選択的可視化デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
Sazzadur Rahman KhanおよびHiep Luu
本出願は2018年1月24日に出願された米国仮出願第62/621,222号、および2018年2月14日に出願された米国仮出願第62/630,368号の利益を主張し、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示の実施形態は、液晶特性と液晶特性の両方を有する化合物または組成物に関する。また、これらの実施形態は、前述の化合物または組成物を使用する要素およびデバイスを含む。
ウィンドウの分野では、スマートウィンドウが、従来の機械的シャッタ、ブラインド、ドレープ、遮光又は他の窓処理の液圧法に代わる魅力的な代替物である。現在、スマートウィンドウ応用のための3つの主要技術がある:浮遊粒子ディスプレイ(SPD)、高分子分散液晶(PDLC)、およびエレクトロクロミクス(EC)。
A−Z−B、
式中、Aは任意に置換されたヒドロカルビルチオフェン、任意に置換されたヒドロカルビルチアゾール、任意に置換されたヒドロカルビルチアジアゾール、または任意に置換されたシクロペンタンであってもよい;Bは任意に置換されたビフェニル、例えば、1,1’‐ビフェニル‐4‐イルであってもよく、Zは、
式中、R1からR8およびYは、独立して、H、ハロゲン、または別の置換基であり;Aは、チアゾール‐2,4‐ジイル、チアゾール‐2,5‐ジイル、1,2,4‐チアジアゾール‐3,5‐ジイル、1,3,5‐チアジアゾール‐2,5‐ジイル、およびチオフェン‐2‐イルなどの複素環式芳香族環構造であり;Zは、
式中、R1からR8は、独立して、H、F、Cl、Br、−CNまたは−NCSでありえ、Q1およびQ2は、独立して、置換された原子、CH、またはNでありえ、Xは、C3−8のヒドロカルビルまたはC2−7のヒドロカルビルオキシでありえ、Yは、HまたはFでありえ、Zは、
A−B。
任意の適切なポリマーを液晶組成物に使用することができ、ポリマーは1つ以上のポリマー前駆体(例えば、モノマー、オリゴマー、またはそれらの組み合わせ)の重合によるなど、当技術分野において公知の任意の適切なプロセスによって調製することができる。ポリマーおよびポリマー調製方法の選択は、本開示を限定することを意図するものではない。
液晶混合物は、単一の液晶化合物を含有することができ、または第1の液晶化合物を含有することができ、1つ以上の追加の液晶化合物、例えば、第2の液晶化合物、第3の液晶化合物などを追加的に含有することができる。いくつかの実施形態では、液晶混合物がメソゲン液晶相を示すことができる。
任意の適切な液晶性化合物を第1の液晶性化合物として使用することができる。いくつかの実施形態では、第1の液晶化合物が複素環化合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、複素環化合物が複素環5員環を含むことができる。いくつかの実施形態では、複素環化合物が以下のような中心結合を有する二置換部分を含むことができる:
A−Z−B
式中、Aは、任意に置換されたヒドロカルビルチオフェン、任意に置換されたヒドロカルビルチアジアゾール、または任意に置換されたチオフェンであってもよい;Bは、任意に置換されたビフェニル、例えば、1,1’−ビフェニル−4−イルであってもよく、Zは、エチレン(−H2C−CH2−)、エテニレン(−HC=CH−)、エチニレン(
‐CH=N‐は
‐N=CH‐は
‐CH2−NH−は
‐NH−CH2は
‐C(O)O−は
‐OC(O)‐は
‐C(O)−NH−は
‐NH−C(O)−は
‐O−は
−NH−C(O)−NH−は
R1からR8およびYは、独立して、H、F、Cl、Br、−CF3、−CNまたは−NCSであり;Aはチアゾール−2、4−ジイル、チアゾール−2、5−ジイル、1、2、4−チアジアゾール−3、5−ジイル、1、3、5−チアジアゾール−2、5−ジイル、および、チオフェン−2−イルであり;Xは、ヒドロカルビル、たとえば、任意に置換されたC3−8ヒドロカルビルでありまたはC2−7ヒドロカルビルであり;および、Zは、エチレン(−H2C−CH2−)、エテニレン(−HC=CH−)、エチニレン(
式中、R1からR8およびYは、独立して、H、F、Cl、Br、−CF3、−CNまたは−NCSであり;Q1およびQ2は、独立して、置換された炭素原子、CH、またはNであり;Xは、C3−8ヒドロカルビルまたはC2−7ヒドロカルビルオキシであり;Zは、‐CH=N‐、‐N=CH‐、‐CH2‐NH‐、または−NH−CH2−である。
式中、R1からR8は、HまたはFであることができ;Q1およびQ2は、独立して、置換された炭素原子、CHまたはNであることができ;Yは、F、Cl、−CNまたはHであることができ;Xは、以下のようなC3−8ヒドロカルビルであることができる。
式中、R1からR6は、HまたはFであることができ;Q1およびQ2は、独立して、置換された炭素原子、CHまたはNであることができ;Xは、C3−8アルキルであることができ;Yは、F、Cl、−CNまたはHであることができ;Xは、以下のようなC3−8のヒドロカルビルであることができる。
式中、R1からR8は、HまたはFであることができ;Q1およびQ2は、独立して、置換された炭素原子、CHまたはNであることができ;Yは、F、Cl、−CNまたはHであることができ;Xは、以下のようなC3−8ヒドロカルビルであることができる。
液晶混合物中のさらなる液晶化合物は、第2の液晶化合物、第3の液晶化合物、第4の液晶化合物、第5の液晶化合物など、またはそれらの任意の組み合わせとして指定され得る。
式中、R9は、置換されたフェニル、置換されたシクロヘキサン、置換されたビフェニル、または置換されたシクロヘキシル−ベンゼン;および、R10は、C1−6ヒドロカルビル、C1−6ヒドロカルビルオキシ、‐CN、‐NCS、F、Cl、OH、NO2、−NRaRb、−NHCORa、−NHSO2Ra、−OCORa、または、−SO2Ra;−C(O)Ra、−C(O)ORa、−C(O)NHRa、または、−C(O)NRaRbであり;RaおよびRbは、独立して、Hまたは任意に置換されたC1−6ヒドロカルビルであり得る。
液晶混合物は、キラルドーパントを含有してもよい。キラルドーパントは、散乱中心を生成することによってヘイズを高めるのに有用であり得る。キラル剤は、印加電圧下で液晶のフォーカルコニックタイプ配向を与え、これがより高いヘイズを生じさせるらせん構造を作り出すことができる。より高いヘイズは、プライバシーの適用に役立ち得る。
典型的には、透明変化層(透明層とも呼ばれる)と、第1の配向層および第2の配向層などの少なくとも2つの配向層とを含む液晶素子である。透明層は、本明細書に記載の液晶組成物をさらに含むことができ、透明層は、透明層の両側に第1の対向面および第2の対向面を有することができる。いくつかの実施態様において、第1の配向層が第1の対向する表面に最も近く、第2の配向層が第2の対向する表面に最も近くなるように、透明層を第1の配向層と第2の配向層との間に配置することができる。いくつかの実施形態では、透明度変更層の対向する表面が最大表面積を有する透明度変更層の表面でもある。
選択的に調光可能なデバイスは、第1の導電性基板と第2の導電性基板との間に配置される、本明細書に記載される液晶素子を備えることができる。また、選択的に調光可能なデバイスは電圧源を含み、電圧源によって電圧が印加されたときに、電界が素子を横切って印加されるように、基板、素子、および電圧源がすべて電気通信状態にあるように構成することができる。
組成偏光観測
合成された組成物は、交差偏光照明条件下で光学顕微鏡で検査して、それらの液晶挙動を特徴付け、組成物の複屈折、または異方性液晶分子の高屈折率と低屈折率との間の差を研究することができる。
最適なPDLC機能性のためには、液晶システムが物理的特性の特定の組み合わせを有することが有用である。1つの特に有用な特性は、広いネマチック温度範囲である。スマートウィンドウフィルムの目標ネマチック範囲は‐20℃〜+80℃であった。歴史的に、単一の液晶がこのような広いネマチック範囲を達成することは困難であった。その結果、種々の異なる液晶を使用して、所望のネマチック温度範囲を達成した。このような配合を達成するために、低融点を有する液晶を、高融点、良好な混和性、および溶解性を有する液晶と混合した。本実施形態では、混合化合物が2つまたは3つの6員環状コアに基づく低融点化合物であった。
実施例5.1では、キャピラリー法を用いて、正の誘電率異方性を有する複素環系液晶化合物に基づく選択的調光デバイスを作製した。キャピラリー法では、均一型液晶試験セル(KSRO‐15/B107M1NSS05,E.H.C Co.,Ltd.,Tokyo,Japan)を用いてデバイスを作製した。試験セルは2つの基板からなり、2つの基板の間に活性整列領域を画定する支持体を有する。ガラス/ITO基板のサイズはシート抵抗約100Ω/sqで20mm×25mmであり、活性アラインメント領域はセルギャップ15μmで約10mm×10mmであった。セルは、ポリアミド配向層(LX‐1400,Hitachi‐Kasei Shoji Co.,Ltd.,Tokyo,Japan)で予めコーティングされた状態で調達され、配向層の塗布は不要であった。また、セルギャップの保存を確実にするためにセルの幾何学的形状が支持体を含んでいたので、液晶混合物を塗布する前に別個のスペーサをセルに挿入する必要がなかった。
実施例5.2では、重量比および添加剤を表3にしたがって変化させたことを除いて、実施例5.1と同じ方法を用いて、さらなるデバイスを処方することができる。3つ以上の液晶成分を有するデバイスについては成分(例えば、5CB、7CB、8OCB、5CT、5CCB、および6CHBT)は中国、Qingdao、ChengyangのQY Liquid Crystal Co.,Ltd.から入手した。混合物を透明なサンプルボトル中で混合し、シェーカー(VWR Advanced Digital Shaker,Model−3500 ADV 120V)上に置き、一晩振盪して、液晶化合物を十分に混合した。次いで、サンプルボトルをホットプレート上で120℃で加熱して、残りの成分を溶解し、続いて透明な溶液が現れるまで1〜2分間手で穏やかに振盪した。次に、混合物をホットプレート上にさらに2分間保持した。得られた透明溶液を、濁った液体外観を有するまで室温に冷却し、液晶配合物を得た。液晶混合物を表2にしたがって変化させ、使用した追加の化合物は、IgracureOB651(BASF Corporation,Florham Park,NJ,USA)およびR−811(Merck KGaA,Darmstadt,Germany)およびLC−242(BASF)であった。
実施例6.1では、作製した調光可能デバイスの光学特性を、電場が存在する場合と存在しない場合の両方で、それぞれを通過させる光を測定することによって特徴付けた。デバイスはインジウムショットと細いCuワイヤにより二つのITO端で配線した。試料の光透過率データはヘイズメーター(NDH‐7000;日本電北(株)、東京、日本)を用いて測定し、それぞれの試料を装置内に配置した。家庭で作られた自動ヘイズ測定システムが構築され、それによって使用された。ヘイズは、5Vの増分で0〜100Vで測定した。
Claims (24)
- Zは、−CH=N−、−N=CH−、−CH2−NH−、−NH−CH2−、または結合である、請求項1に記載の液晶組成物。
- Zは、−C(O)O−または−OC(O)−である、請求項1に記載の液晶組成物。
- Zは、−NH−C(O)−または−C(O)−NH−である、請求項1に記載の液晶組成物。
- Zは、−NH−C(O)−NH−である、請求項1に記載の液晶組成物。
- Zは、−O−である、請求項1に記載の液晶組成物。
- Zは、結合である、請求項1に記載の液晶組成物。
- 請求項14に記載の液晶混合物とポリマーとを含むポリマー分散液晶(PDLC)組成物。
- ポリマーは、ポリマー前駆体、キラルドーパント、および光開始剤を含む混合物の反応生成物である、請求項15に記載のPDLC組成物。
- 元素は、以下の重量%を有する、請求項15または16に記載のPDLC組成物:
液晶混合物の88%;
ポリマー前駆体は、LC−242であるポリマー前駆体の10%;
キラルドーパントの1%(ここで、キラルドーパントはR−811である);および
光開始剤の1%(ここで、光開始剤はIgracure651である)。 - 請求項15または16に記載のPDLC組成物を調製する方法であって、以下の工程を含む、方法:
a)液晶混合物とポリマー前駆体LC−242、キラルドーパント、および光開始剤とを混合する;
b)得られた組成物を超音波ホモジナイザーで混合する;
c)得られた混合物をホットプレート上で100℃で5分間加温する。 - 第1の配向層と第2の配向層との間に配置された、請求項15、16、または17に記載のPDLC組成物を含む、透明性変化層を含む、液晶素子。
- 以下を含む、選択的調光可能な装置:
第1の導電性基板間に配置された、請求項18に記載の液晶素子;および、
電圧源;
前記第1の導電性基板、前記第2の導電性基板、および前記素子は前記電圧源から電圧が印加されると、前記液晶素子を横切って電界が生成されるように、前記電圧源と電気的に連通している。 - 電圧が印加されていないときに最大10%のヘイズを有するが、40ボルトの電圧が装置の両端に印加されたときに少なくとも35%のヘイズを有する、請求項20に記載の装置。
- 前記デバイスは、電圧が印加されていないときに最大10%のヘイズを有するが、40ボルトの電圧が前記デバイスの両端に印加されたときに少なくとも65%のヘイズを有する、請求項20に記載のデバイス。
- 前記基板は、前記デバイスが可撓性シートを形成するように可撓性である、請求項20、21、または22に記載のデバイス。
- 取り外し可能なバッキングをさらに含む、請求項20、21、または22に記載のデバイス。
Applications Claiming Priority (5)
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