JP6699024B2 - 反射型液晶素子およびその用途 - Google Patents

Description

本出願は、反射型液晶素子およびその用途に関するものである。

本出願は２０１５年０３月２７日付けで出願された大韓民国特許出願１０−２０１５−００４３０９２号に基づいた優先権の利益を主張し、該当大韓民国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

ゲスト−ホスト液晶を利用した表示装置は、液晶層のホスト分子に対して二色性染料をゲスト分子として混合し、液晶に印加される電圧によってホスト分子およびゲスト分子の配列を変化させて液晶層の光吸収率を変化させることができる。

例えば、ゲスト分子として棒状構造の二色性染料を利用すると、二色性染料はホスト分子に対して平行に配向する性質があるため、電界を印加してホスト分子の配向を変化させると、二色性染料の配向方向もホスト分子にしたがって、変化することができる。

このような、ゲスト−ホスト液晶を反射型ミラーを利用した反射型ディスプレイに利用しようとする多様な試みがある。

このような、反射型デバイスは、通常的にゲスト−ホスト液晶内に水平配向されている液晶配列によって、外部電界が印加されない状態で遮断モードを具現しており、透過モードを具現するためには持続的に電界を印加しなければならないため、消費電力が増大するという問題点が存在し、また、水平配向モードから垂直配向モードに液晶の配向が変化する時、無秩序な液晶の整列によってヘイズが発生する問題点が存在する。

韓国公開特許第２００８−００７９５６４号公報

本出願は反射型液晶素子およびその用途を提供する。

本出願は外部電界が印加されない状態で透過モードを具現する通常透過モードの反射型液晶素子およびその用途を提供する。

本出願はまた、外部電界が印加される場合、優秀な光遮断特性を遮断モードでスイッチングできる反射型液晶素子およびその用途を提供する。

本出願はさらに、外部電界が印加され、遮断モードが具現される場合にもヘイズ特性を有さない反射型液晶素子およびその用途を提供する。

以下、本出願についてより具体的に説明する。

本出願は反射型液晶素子およびその用途に関するものである。

本出願の液晶素子は反射特性を有するものであって、液晶を利用した多様な表示装置、例えば液晶ディスプレイに適用されるか、または自動車用ルームミラーまたはサイドミラーなどの液晶を利用したデバイスに適用され得る。

図１は公知の一般的な反射型液晶素子に対する模式図である。図１に図示された通り、反射型液晶素子は偏光板１００、液晶セル２００および反射板３００を含む構造になっている。前記のような偏光板を含む反射型液晶素子の場合、偏光板による反射率および／または遮断率の損失が発生し得、厚さが厚くなって液晶素子の薄型化に呼応できないなどの多様な問題点が存在する。

これに対し、本出願の反射型液晶素子は偏光板をゲスト−ホスト液晶セルに変えることによって、反射時には偏光板による光の損失を防止し、遮断時には偏光および吸収による遮断率の減少などを防止することができる。

また、通常的に、ゲスト−ホスト液晶層を利用する反射型液晶素子の場合、水平配向されている液晶の分子配列によって、外部電界が印加されていない状態で遮断モードが具現され、外部電界の印加によって透過モードが具現されるため、透過モードを具現するためには持続的に電界を印加しなければならない問題点が存在する。

しかし、本出願に係る反射型液晶素子の場合、プレチルト垂直配向膜によって所定角度でプレチルト垂直配向されている液晶化合物を含むゲスト−ホスト液晶層を利用するため、既存の反射型液晶素子が有していた、消費電力の問題点を改善することができる。

本出願はまた、反射型液晶素子に１／４波長板をさらに含むことによって、外部電界の印加によって、遮断モードが具現される時、さらに優秀な光遮断特性を具現することができる利点がある。

本出願はさらに、ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物が一方向に一定に整列されているため、外部電界の印加時に液晶化合物が無秩序に整列されて発生し得るヘイズ増加問題を改善することができる。

このような、本出願の反射型液晶素子はゲスト−ホスト液晶層と、プレチルト垂直配向膜と、１／４波長板とを含む。具体的には、本出願は液晶化合物および二色性染料を含むゲスト−ホスト液晶層と、前記ゲスト−ホスト液晶層のある一面または両面に存在するプレチルト垂直配向膜と、１／４波長板とを含む。

本出願の液晶素子はゲスト−ホスト液晶層を含む。本出願のゲスト−ホスト液晶層はホスト分子である液晶化合物に二色性染料をゲスト分子として混合し、液晶に印加される電圧によってホスト分子およびゲスト分子の配列を変化させて透過モードまたは遮断モードを具現する液晶層を意味し得る。

このような、ゲスト−ホスト液晶層は液晶化合物および二色性染料を含む。すなわち、本出願のゲスト−ホスト液晶層は液晶化合物に二色性染料を混合して形成された層であり得る。

具体的には、本出願のゲスト−ホスト液晶層は一方向に配向された液晶化合物および前記液晶化合物によって配向されている二色性染料を含むことができる。

本出願のゲスト−ホスト液晶層に含まれる二色性染料は前記液晶化合物によって配向され、電圧の印加の有無により液晶層に流入する光を異方的に吸収することができる。

一つの例示において、本出願のゲスト−ホスト液晶層は前記ゲスト−ホスト液晶層に入射される非偏光された光の中で、例えば二色性染料分子の配向方向に対して平行な光を吸収し、二色性染料分子の配向方向に対して垂直である光は通過させることができる。前記過程によってゲスト−ホスト液晶層を通過した光は一方向に偏光された光となり得る。

この場合、図１に図示されたような偏光板がないため、優れた光透過効率を表わすことができ、厚さと費用を低減することができる。

本出願で用語「染料」とは、可視光領域、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ波長範囲内で少なくとも一部または全体範囲内の光を集中的に吸収および／または変形させることができる物質を意味し得、用語「二色性染料」は前記可視光領域の少なくとも一部または全体範囲で光の異方性吸収が可能な物質を意味し得る。

二色性染料は、例えば、前記のような特性を有しつつ液晶化合物の配向方向にしたがって、配向され得る特性を有するもので、公知されたすべての種類の染料を使用することができる。

一つの例示において、二色性染料は可視光領域例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍ内で最大吸光度を有する染料であって、アゾ系化合物、アントラキノン系化合物、フタロシアニン系化合物、アゾメチン（ａｚｏｍｅｔｈｉｎｅ）系化合物、インディゴ（ｉｎｄｉｇｏｉｄ）またはチオインディゴ（ｔｈｉｏｉｎｄｉｇｏｉｄ）系化合物、メロシアニン（ｍｅｒｏｃｙａｎｉｎｅ）系化合物、１、３−ビスジシアノメチレンインダン（１、３−ｂｉｓ（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）ｉｎｄａｎ）系化合物、アズレン（ａｚｕｌｅｎｅ）系化合物、キノフタロニック（ｑｕｉｎｏｐｈｔｈａｌｏｎｉｃ）系化合物、トリフェノジオキサジン（ｔｒｉｐｈｅｎｏｄｉｏｘａｚｉｎｅ）系化合物、インドーロ［２、３、ｂ］キノキサリン（ｉｎｄｏｌｏ［２、３、ｂ］ｑｕｉｎｏｘａｌｉｎｅ）系化合物、イミダゾ［１、２−ｂ］−１、２、４トリアジン（ｉｍｉｄａｚｏ［１、２−ｂ］−１、２、４ ｔｒｉａｚｉｎｅｓ）系化合物、テトラジン（ｔｅｔｒａｚｉｎｅｓ）系化合物、ベンゾ（ｂｅｎｚｏ）系化合物、ナフトキノン（ｎａｐｈｔｏｑｕｉｎｏｎｅｓ）系化合物またはこれらの組合せの分子骨格を有する化合物などを使用することができる。

一つの例示において、二色性染料は液晶化合物と溶解度パラメーター（ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）差が約７．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２未満の化合物から選択することができる。前記溶解度パラメーターは二種類以上の化合物の相互作用（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）の程度を表わす数値であり、化合物間の溶解度パラメーター差が少ないほど相互作用が大きいことを意味し、化合物間の溶解度パラメーター差が大きいほど相互作用が小さいことを意味する。

前記溶解度パラメーターは化合物の構造と関連されており、前記範囲の溶解度パラメーター差を有することによって、液晶層内に液晶化合物と二色性染料の相互作用を高めて溶融混合性を高めることができ、二色性染料同士が固まることを防止して優秀な分散性を図ることができる。

前記二色性染料は二色比（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｒａｔｉｏ）が１．５〜１４の範囲内にあり得る。また、前記範囲内で約３〜１２であり得、前記範囲内で約５〜１０であり得る。ここで二色比は液晶層内の液晶化合物の軸に平行な方向の平面偏光吸収をその垂直した方向への偏光吸収で分けた値であり、前記二色性染料が一方向に並んで配列されている程度を表わすことができる。前記範囲の二色比を有することによって前記二色性染料が前記液晶化合物と十分な親和性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を有することができるため、溶融混合が可能であり、液晶化合物の配向にしたがう二色性染料の配向を誘導することができ、偏光特性を改善することができる。

前記二色性染料は液晶層内に適切な範囲で含まれ得る。前記二色性染料の含量により液晶層の反射率および遮断率を変化させることができ、本出願では目的とする反射率および遮断率範囲を考慮して前記含量を調節することができる。

一つの例示において、ゲスト−ホスト液晶層は液晶化合物１００重量部対比二色性染料を０．３〜３重量部の割合で含むことができる。前記範囲内で本出願の液晶素子は目的とする反射率および遮断率範囲を達成することができる。

他の例示において、前記二色性染料は液晶化合物１００重量部対比０．４〜２．８重量部、０．５〜２．５重量部または０．８〜２重量部の範囲でゲスト−ホスト液晶層に含まれ得る。

本出願のゲスト−ホスト液晶層は液晶化合物を含む。

液晶化合物は大きくサーモトロピック液晶（Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）またはリオトロピック液晶（Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）に分類されるが、前記サーモトロピック液晶（Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）は熱によってのみ分子構造が変化するタイプの液晶を意味し、前記リオトロピック液晶（Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）は熱以外の他の要因によっても分子構造が変わる性質を有する液晶を意味し得る。前記サーモトロピック液晶（Ｔｈｅｒｍｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）は温度転移型液晶と呼ぶことができ、前記リオトロピック液晶（Ｌｙｏｔｒｏｐｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）は濃度転移型液晶と呼ぶことができる。

すなわち、本出願の液晶セルに含まれる液晶化合物は温度転移型液晶化合物または濃度転移型液晶化合物であり得る。

前記温度転移型液晶化合物または濃度転移型液晶化合物はその形によって、棒状液晶化合物またはディスコチック液晶化合物などに区分することができる。また、配列方式の差によりスメクティック、ネマティックまたはコレステリック液晶化合物などに区分することができる。

一つの例示において、本出願の液晶層に含まれる液晶化合物はネマティック液晶化合物であり得る。

液晶層に含まれるネマティック液晶化合物は、例えば５５０ｎｍ波長で異常屈折率（Ｎｅ：ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）と正常屈折率（Ｎｏ：ｏｒｄｉｎａｙ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）の差（△ｎ＝Ｎｅ−Ｎｏ）が、約０．０５〜３、約０．０５〜２．５、約０．０５〜２、約０．０５〜１．５または約０．０７〜１．５の範囲内にあり得る。

ネマティック液晶化合物はまた、異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）と正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）の差（△ε＝εｅ−εｏ）が負の値を表わす、業界でいわゆるＮ型液晶と呼ばれる化合物であり得る。

一つの例示において、本出願の液晶層に含まれる液晶化合物はＮ型ネマティック液晶化合物であり得る。

具体的には、ネマティック液晶化合物は前記異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）と正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）の差（△ε＝εｅ−εｏ）が約−４０以上、約−３５以上、約−３０以上または約−２５以上であり得る。また、前記誘電率差（△ε＝εｅ−εｏ）の上限は特に制限されず、約−１５以下、約−１０以下、約−８以下、約−６以下、約−４以下、約−３．５以下または約−３以下であり得る。液晶化合物の誘電率の範囲は前記の通りに差（△ε＝εｅ−εｏ）を表わすのであれば特に制限されず、例えば異常誘電率（εｅ、ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）が１〜５程度であり、正常誘電率（εｏ、ｏｒｄｉｎａｒｙ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）が４〜４０程度の範囲内にあり得る。

本出願の液晶層は前述した液晶化合物をホスト分子として利用し、二色性染料をゲスト分子で混合して後述する配向膜上に形成することによって、所定方向に配向された液晶化合物および二色性染料を含むゲスト−ホスト液晶層を形成することができる。

具体的には、本出願のゲスト−ホスト液晶層を形成する方法は例えば、液晶化合物および前記液晶化合物対比所定含量で含まれた二色性染料とその他の添加剤を適切に混合して液晶層形成用組成物を製造した後、互いに離隔して配置され配向膜および透明電極が形成された基材層間に前記液晶層形成用組成物を注入し、熱または光を適切に印加する方式を利用することができるがこれに制限されるものではない。

前記方法によって形成されたゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物はプレチルト垂直配向膜によって所定方向に配向されている状態であり得る。

一つの例示において、本出願のゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物はプレチルト垂直配向膜によって液晶層基材面に対して所定角度でプレチルト配向され得る。液晶化合物がプレチルト垂直配向されているということは、ゲスト−ホスト液晶層の面と前記液晶層内の液晶化合物の光軸が所定角度、例えば７０°〜９０°をなすように配向されている状態を意味し得る。前記光軸は遅相軸（ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）または進相軸（ｆａｓｔ ａｘｉｓ）を意味し得るが、好ましくは、遅相軸を意味し得る。

具体的には、外部電界が印加されていない状態で、ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物のプレチルト角は７０°〜９０°の範囲内にあり得る。

前記の通りに、プレチルト垂直配向された液晶化合物を含む液晶層をゲスト−ホスト液晶層に利用する場合、通常透過モードの液晶素子を提供することができ、電圧の印加時に液晶化合物が無秩序に配向されてヘイズが発生することを防止することができる。

他の例示において、前記ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物のプレチルト角は７５°〜８８°または７８°〜８５°の範囲内にあり得る。

ゲスト−ホスト液晶層の厚さは、例えば３μｍ〜３０μｍの範囲内にあり得る。前記のような範囲内で液晶素子の薄型化および目的とする光遮断率および反射率を具現することができ、視野角による品位低下問題を克服することができ、コントラスト比を向上させることができる。他の例示において、前記液晶層は５μｍ〜２５μｍまたは８μｍ〜２０μｍの厚さ範囲を有することができる。

本出願の反射型液晶素子はプレチルト垂直配向膜を含む。前記プレチルト垂直配向膜はゲスト−ホスト液晶層内の液晶化合物を配向させることができるように、ゲスト−ホスト液晶層のある一面または両面に存在し、例えばゲスト−ホスト液晶層の両面に存在することができる。

プレチルト垂直配向膜は、ゲスト−ホスト液晶層をプレチルト垂直配向させることができ、電圧の印加時に液晶化合物が無秩序に配列されることを防止することができる。

一つの例示において、本出願のプレチルト垂直配向膜は７０°〜９０°範囲内のプレチルト角を有することができる。前記プレチルト角は配向膜平面に垂直である表面法線と配向膜に含まれている化合物、例えば液晶化合物の光軸方向がなす角度を意味し得る。他の例示において、前記プレチルト垂直配向膜は７５°〜８８°または７８°〜８５°の範囲内のプレチルト角を有することができる。

本出願のプレチルト垂直配向膜は、例えば光配向膜またはラビング配向膜であり得る。

一つの例示において、プレチルト垂直配向膜は垂直配向膜形成用組成物、例えば、垂直配向性極性官能基を含む光配向性化合物を利用して垂直配向膜を形成した後、所定のプレチルト角を付与するラビング工程によって形成され得るがこれに制限されるものではない。

前記光配向性化合物は、光の照射などを通して所定方向に整列（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｌｙ ｏｒｄｅｒｅｄ）され、前記整列された状態で異方性相互作用（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）などの相互作用を通じて隣接する液晶層内の液晶化合物を所定方向に配向させることができる化合物を意味し得る。

具体的には、配向膜は光配向性化合物を含むことができる。前記光配向性化合物は例えば、単分子化合物、単量体化合物、オリゴマー化合物または高分子化合物であり得る。また、光配向性化合物は、光感応性残基（ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｍｏｉｅｔｙ）を含む化合物であり得る。

光配向性化合物は、例えばトランス−シス光異性化（ｔｒａｎｓ−ｃｉｓ ｐｈｏｔｏｉｓｏｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）により整列される化合物；鎖切断（ｃｈａｉｎ ｓｃｉｓｓｉｏｎ）または光酸化（ｐｈｏｔｏ−ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）などのような光分解（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）により整列される化合物；［２＋２］付加環化（［２＋２］ ｃｙｃｌｏａｄｄｉｔｉｏｎ）、［４＋４］付加環化または光二量化（ｐｈｏｔｏｄｉｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ）などのような光架橋または光重合によって整列される化合物；光フリーズ再配列（ｐｈｏｔｏ−Ｆｒｉｅｓ ｒｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により整列される化合物；または開環／閉環（ｒｉｎｇ ｏｐｅｎｉｎｇ／ｃｌｏｓｕｒｅ）反応によって整列される化合物；などを使用することができる。

前記トランス−シス光異性化によって整列される化合物としては、例えば、スルホン化ジアゾ染料（ｓｕｌｆｏｎａｔｅｄ ｄｉａｚｏ ｄｙｅ）またはアゾ高分子（ａｚｏ ｐｏｌｙｍｅｒ）などのアゾ化合物やスチルベン化合物（ｓｔｉｌｂｅｎｅｓ）などを挙げることができる。

前記光分解によって整列される化合物としては、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物（ｃｙｃｌｏｂｕｔａｎｅ−１、２、３、４−ｔｅｔｒａｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ｄｉａｎｈｙｄｒｉｄｅ）；芳香族ポリシランまたはポリエステル；ポリスチレン；またはポリイミド；などを挙げることができる。

前記光架橋または光重合によって整列される化合物としては、シンナメート（ｃｉｎｎａｍａｔｅ）化合物、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）化合物、シンナムアミド（ｃｉｎｎａｍａｍｉｄｅ）化合物、テトラヒドロフタルイミド（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｈｔｈａｌｉｍｉｄｅ）化合物、マレイミド（ｍａｌｅｉｍｉｄｅ）化合物、ベンゾフェノン化合物、ジフェニルアセチレン（ｄｉｐｈｅｎｙｌａｃｅｔｙｌｅｎｅ）化合物、光感応性残基としてカルコニル（ｃｈａｌｃｏｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、カルコン化合物）またはアントラセニル（ａｎｔｈｒａｃｅｎｙｌ）残基を有する化合物（以下、アントラセニル化合物）などを挙げることができる。

また、光配向性化合物は、単分子化合物、単量体化合物、オリゴマー化合物または高分子化合物や、前記光配向性化合物と高分子のブレンド（ｂｌｅｎｄ）形態であり得る。前記オリゴマーまたは高分子化合物は、前述した光配向性化合物から誘導された残基または前述した光感応性残基を主鎖内または測鎖に有することができる。

光配向性化合物から誘導された残基または光感応性残基を有するか、前記光配向性化合物と混合され得る高分子としては、ポリノルボルネン、ポリオレフィン、ポリアリレート、ポリアクリレート、ポリ（メタ）アクリレート、ポリイミド、ポリアミック酸（ｐｏｌｙ（ａｍｉｃ ａｃｉｄ））、ポリマレインイミド、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリビニルエステル、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリアクリルニトリルまたはポリメタクリルニトリルなどを例示できるが、これに制限されるものではない。

配向性化合物に含まれ得る高分子としては、代表的にはポリノルボルネンシンナメート、ポリノルボルネンアルコキシシンナメート、ポリノルボルネンアリロイルオキシシンナメート、ポリノルボルネンフッ素化シンナメート、ポリノルボルネン塩素化シンナメートまたはポリノルボルネンジシンナメートなどを挙げることができるが、これに制限されるものではない。

配向性化合物が高分子性化合物である場合に前記化合物は、例えば、約１０，０００ｇ／ｍｏｌ〜５００，０００ｇ／ｍｏｌ程度の数平均分子量を有することができるが、これに制限されるものではない。

前記光配向性化合物は配向膜に垂直配向特性を付与するために、垂直配向性極性官能基を含むことができる。用語、垂直配向性極性官能基の範囲には、例えば、液晶化合物との相互作用を通じて前記液晶化合物を垂直配向させることができる垂直配向力を配向膜に付与できるすべての種類の官能基が含まれ得る。このような官能基としてはアクリロイル基またはメタクリロイル基などを挙げることができる。

前記の通りに、垂直配向性極性官能基を含む光配向性化合物を利用し、垂直配向された配向膜を形成した後ラビング工程を行うと、垂直配向膜にプレチルト角を付与することができる。前記ラビング工程は垂直配向膜を繊維質の布でこする工程を含むことができる。

一つの例示において、本出願に係る反射型液晶素子が一対のプレチルト垂直配向膜を含む場合、ラビング工程は前記一対の配向膜のラビング方向が交差するように遂行されるものであり得る。前記の通りにラビング方向を交差させることによって、一対の配向膜の間の液晶層内の液晶化合物を一方向に整列させることができ、電圧の印加時に液晶整列が乱れてヘイズが発生する現象を減少させることができる。

本出願の液晶素子は１／４波長板を含む。本出願の１／４波長板は線偏光された光を左円偏光または右円偏光させるか、左円偏光または右円偏光された光を線偏光させる光学異方性層を意味する。

一つの例示において、本出願の１／４波長板は液晶化合物を含むコート層、光学異方性を有する高分子フィルム、または液晶化合物を含むコート層と高分子フィルムの積層構造を含むことができる。

前記液晶化合物は、例えば反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）が重合されて形成されたものであり得る。本出願で用語「反応性メソゲン」とは、光または熱によって重合を誘導できる反応基、例えば、重合性官能基を含むメソゲンを意味し得る。本出願で用語メソゲンは前記反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）のような重合性液晶化合物が重合されて層を形成する時、前記層が液晶上の挙動を表わすようにすることができるメソ相（Ｍｅｓｏ ｐｈａｓｅ）の化合物を意味し得る。

１／４波長板に含まれる反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）は、例えば前記重合性官能基を２つ以上または３つ以上有するメソゲンであり得、例えば、下記の式１または式２の構造を有するものであり得る。

［式１］
Ｐ−Ｓｐ−Ａ−Ｓｐ−Ｐ

［式２］
Ｐ−Ａ−Ｓｐ−Ａ−Ｐ

前記式１および式２で、Ｐは重合性官能基を意味し得、Ａはメソゲン基を意味し、Ｓｐは連結基を意味し得る。本出願で用語連結基は前記重合性官能基と前記メソゲン基を連結させる役割をし、液晶化合物が重合されて光学異方性層を形成する時、光学異方性層の柔軟性を付与する役割をするものを意味し得る。

前記重合性官能基の一例は、（メタ）アクリレート、（メタ）アクリルアミド、アクリロニトリル、スチレン、アルキル基、シアノ基、アルコキシ基またはビニル基などであり得るがこれに制限されず、液晶化合物の重合を誘導できる熱または光に対する反応性を有する官能基であれば制限なく利用することができる。本出願で用語（メタ）アクリレートはアクリレートまたはメタクリレートを意味し得、本出願で用語（メタ）アクリルアミドはアクリルアミドまたはメタクリルアミドを意味し得る。

前記メソゲン基はカラミチック（ｃａｌａｍｉｔｉｃ）メソゲン基またはディスコチック（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）メソゲン基であり得る。

前記カラミチック（ｃａｌａｍｉｔｉｃ）メソゲン基は一方向に連結された一つまたはそれ以上の芳香族または脂肪族環を含む棒状の模様であって、重合されて棒状液晶構造を形成できるメソゲン基を意味し得る。また、カラミチック（ｃａｌａｍｉｔｉｃ）メソゲン基は前記棒状模様の末端または側面に一つ以上の官能基が含まれ得る。

前記カラミチック（ｃａｌａｍｉｔｉｃ）メソゲン基の一例は下記の式３で表現され得る。

［式３］
−（Ａ^２−Ｚ）_ｎ−Ａ^３−

前記式３でＡ^２およびＡ^３はそれぞれ独立的に、窒素、酸素または硫黄原子から選択されるヘテロ原子を含むか含まない芳香族または脂肪族環基を意味し、前記Ｚは−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、ＯＣＯ−、−Ｓ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｓ−、−Ｏ−ＣＯＯ−、−ＣＯ−ＮＲ^０−、−ＮＲ^０−ＣＯ−、−ＮＲ^０−ＣＯ−ＮＲ^００、−ＮＲ^０−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−ＮＲ^０、−ＯＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＳＣＨ_２−、−ＣＨ_２Ｓ−、ＣＦ_２Ｏ−、ＯＣＦ_２−、−ＣＦ_２Ｓ−、−ＳＣＦ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−（ＣＨ_２）_４−、−ＣＦ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨＦ_２−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ＝ＣＨ−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝ＣＲ^０−、−ＣＹ^１＝ＣＹ^２、−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＨ＝ＣＨ−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ−または単一結合を意味し得、前記Ｒ^０およびＲ^００はそれぞれ独立的に水素または炭素数１〜１２のアルキル基を意味し得、前記Ｙ^１およびＹ^２はそれぞれ独立的に水素、フッ素、塩素またはシアンであり得、ｎは１〜４の数であり得る。

前記ディスコチック（ｄｉｓｃｏｔｉｃ）メソゲン基は一つ以上の芳香族または脂肪族環を含む平面形態のコア構造を有するメソゲン基であって、重合されてディスコチック液晶構造を形成できるメソゲン基を意味し得、例えば、トリフェニレンなどがあり得るがこれに制限されるものではない。

本出願で前記式１および式２に含まれる連結基は、例えば、−（Ａ^４−Ｂ）_ｍ−の形態であり得、前記Ａ^４は炭素数１〜１２の線形または分枝型のアルキレン基であり得、Ｂは酸素または硫黄であり得、ｍは１〜５の数であり得る。

本出願の１／４波長板が高分子フィルムの場合、前記高分子フィルムの種類は前記高分子に光学異方性を付与できるものであれば制限なく利用することができる。一つの例示において、前記高分子フィルムはポリエチレン、ポリプロピレンまたはノルボルネン系ポリマーなどのポリオレフィン、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸エステル、ポリアクリル酸エステルまたはセルロースエステルなどを挙げることができる。また、高分子フィルムはこれら高分子の共重合体あるいは高分子の混合物を利用することもできる。

光学異方性層が高分子フィルムの場合、高分子フィルムの光学異方性は延伸によって得ることができる。延伸は１軸または２軸延伸であり得る。

一つの例示において、高分子フィルムに光学異方性を付与するための一軸延伸は２以上のロールの速度差を利用した縦一軸延伸または高分子フィルムの両側を引張り幅方向に延伸するテンター延伸が好ましい。

本出願の１／４波長板は、反射型液晶素子に外部電界が印加され、ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物が水平配向されることによって、光が遮断される場合、反射率が１５％以下である遮断モードを効果的に具現させる役割を遂行することができる。

１／４波長板の光軸は外部電界の印加によって、水平配向されているゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物の光軸と４０°〜５０°の角度を形成することができる。前記のような角度範囲内で、目的とする線偏光と円偏光のスイッチング特性を有する１／４波長板を具現することができ、反射型液晶素子の優秀な光遮断特性を表わすことができる。前記で１／４波長板の光軸は、例えば１／４波長板が液晶化合物を含むコート層である場合、前記液晶化合物の光軸を意味し得る。

他の例示において、１／４波長板の光軸は外部電界の印加によって、水平配向されているゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物の光軸と４２°〜４８°、４３°〜４７°、４４°〜４６°または約４５°の角度を形成することができる。

１／４波長板がコート層である場合、その製造方法は反応性メソゲン（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｍｅｓｏｇｅｎ）、開始剤およびその他の添加剤を含む混合物を任意の基材上に公知のコート方法を利用してコーティングした後、硬化させる工程などを例示できるがこれに制限されるものではない。１／４波長板が高分子フィルムの場合、その製造方法は、溶媒キャスト法などを例示できるがこれに制限されず、公知の多様な製造方法が制限なく利用することができる。

本出願の反射型液晶素子はゲスト−ホスト液晶層のある一面または両面に形成された基材層をさらに含むことができる。

一つの例示において、本出願の反射型液晶素子は一対の基材層を含むことができ、前記基材層間にゲスト−ホスト液晶層および配向膜を含む構造を有することができる。

具体的には、図２に図示された通り、本出願の反射型液晶素子は一対の基材層４０１ａ、４０１ｂの間に存在するゲスト−ホスト液晶層６００を含み、前記一対の基材層４０１ａ、４０１ｂ中のいずれか一つの基材層４０１ｂのゲスト−ホスト液晶層６００が存在する面の反対面に位置する１／４波長板７００を含む構造を有することができる。この場合、一対の基材層４０１ａ、４０１ｂの間にはゲスト−ホスト液晶層６００の両面に順次形成されている一対の配向膜５００および一対の電極層４０２を含む構造をさらに有することができる。

他の例示において、図３に図示された通り、本出願の反射型液晶素子は基材層４０１ａ、前記基材層４０１ａ上に形成されているゲスト−ホスト液晶層６００および１／４波長板７００を含む構造を有することができる。この場合、反射型液晶素子はゲスト−ホスト液晶層６００の両面に順次形成されている一対の配向膜５００および一対の電極層４０２を含む構造をさらに有することができる。

前記基材層は特に制限されず、公知の素材を使用することができる。例えば、ガラスフィルム、結晶性または非結晶性シリコンフィルムまたは石英などの無機系フィルムやプラスチックフィルムなどを使用することができる。

前記基材層は、光学的に等方性である基材層や、位相差層のように光学的に異方性である基材層などを使用することができる。

一つの例示において、プラスチック基材層としては、トリアセチルセルロース、環状オレフィン共重合体、ポリメチル（メタ）アクリレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアリレート、ポリスルホンおよびアモルファスフッ素樹脂からなる群から選択されるいずれか一つ以上であり得るがこれに制限されるものではない。基材層には必要に応じて金、銀、二酸化ケイ素または一酸化ケイ素などのケイ素化合物のコート層や、反射防止層などのコート層が存在し得る。

本出願の反射型液晶素子はゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物の配向を変更させる一対の電極層をさらに含むことができる。

すなわち、図２に図示された通り、本出願の反射型液晶素子は一対の基材層４０１ａ、４０１ｂの間に存在するゲスト−ホスト液晶層６００と前記ゲスト−ホスト液晶層６００の両面に順次的に位置する一対の配向膜５００および一対の電極層４０２を含み、前記一対の基材層４０１ａ、４０１ｂ中のいずれか一つの基材層４０１ｂのゲスト−ホスト液晶層６００が存在する面の反対面に位置する１／４波長板７００を含む構造を有することができる。

前記電極層は、例えば透明電極であり得る。前記透明電極は、例えば、伝導性高分子、伝導性金属、伝導性ナノワイヤーまたはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの金属酸化物などを蒸着して形成することができる。

前記透明電極のうちいずれか一つの電極は外部にある物体が反射板に映って観察される現象を防止できるようにパターンを形成したものであり得る。一つの例示において、透明電極のうち反射板が近く位置した透明電極はパターン化されていることもある。

電極層の厚さは、例えば５０μｍ〜２００μｍの範囲内にあり得る。前記厚さは後述するゲスト−ホスト液晶層の厚さを考慮して適切に調節することができる。

本出願の反射型液晶素子は、例えば下記の数式１を満足するように、液晶層および基材層と電極層の厚さ範囲が設定され得る。

［数式１］
０．０１５＜ｂ／ａ＜０．６

前記数式１で、ｂはゲスト−ホスト液晶層の厚さ、ａは基材層および電極層の厚さの合計である。

本出願のゲスト−ホスト液晶層は前記数式１を満足するように厚さ範囲が設定されることによって、視野角による品位低下問題を克服することができ、コントラスト比を向上させることができ、目的とする反射率および透過率を達成することができる。前記数式１の他の数値範囲は、例えば前記数式１のｂ／ａが０．０２〜０．５または０．０４〜０．４の範囲内にあるように基材層と電極層の厚さおよびゲスト−ホスト液晶層の厚さ範囲が調節され得るがこれに制限されるものではない。

本出願の反射型液晶素子は反射板をさらに含むことができる。また、前記反射板は１／４波長板のゲスト−ホスト液晶層が存在する面の反対面に位置することができる。

具体的には、本出願の反射型液晶素子が一対の基材層を含む構造の場合、そのような反射型液晶素子は図２に図示された通り、ゲスト−ホスト液晶層６００の両面に順次的に一対の配向膜５００、一対の電極層４０２および一対の基材層４０１ａ、４０１ｂを含み、前記一対の基材層４０１ａ、４０１ｂのうち光が入射される方向からより遠くに位置している基材層４０１ｂのゲスト−ホスト液晶層６００が存在する面の反対面に順次的に位置する１／４波長板７００および反射板３００を含む構造を有することができる。このような構造によって、目的とする反射型液晶素子を具現することができる。

本出願の反射型液晶素子は、前述した通り、外部電界が印加されていない状態で、通常透過モードを具現する。

本出願で用語「通常透過モード」は、外部電界が印加されていない状態で、液晶素子の反射率が３０％以上であるモードを意味する。前記反射率は、例えばコリカミノルタ社分光測色計（ＣＭ−２５００ｄ）を利用し、反射板対比サンプルの反射率をＤ６５光源を利用して測定したものであり得る。

すなわち、本出願の反射型液晶素子は外部電界が印加されていない状態で、３０％以上の反射率を表わす透過モードを維持することができる。他の例示において、本出願の反射型液晶素子は外部電界が印加されていない状態で、４０％以上、５０％以上または６０％以上の反射率を表わす透過モードを維持することができる。

本出願の反射型液晶素子に含まれる電極層によって外部電界が印加される場合、ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物の配向が変更され得、これに伴い、液晶素子の反射率が変更され得る。

一つの例示において、本出願の反射型液晶素子は下記の数式２を満足することができる。

［数式２］
Ａ−Ｂ＞４０％

数式２で、Ａは外部電界が印加されていない状態での反射率を表わし、Ｂは外部電界が印加された状態での反射率を表わす。

すなわち、本出願の反射型液晶素子は外部電界の印加の有無により、約４０％を超過する反射率差を表わすものであり得る。他の例示において、前記反射率差は４１％超過、４２％超過、４３％超過、４４％超過または４５％超過であり得る。

このような、反射型液晶素子は外部電界の印加の有無により、透過モードおよび遮断モードをスイッチングすることができる。

一つの例示において、本出願の反射型液晶素子は外部電界が印加される状態で遮断モードを維持することができる。

本出願で用語「遮断モード」は液晶素子の反射率が３０％未満である状態を意味する。

一つの例示において、反射型液晶素子は外部電界が印加される状態で、２５％以下の反射率を表わす遮断モードを維持することができる。他の例示において、反射型液晶素子は外部電界が印加される状態で、２０％以下、１５％以下、１４％以下、または１３％以下の反射率を表わす遮断モードを維持することができる。

本出願の反射型液晶素子はまた、一方向に整列された液晶層内の液晶化合物の配列によって、外部電界の印加により遮断モードが具現される場合にも、ヘイズ値が低い透明モードを具現することができる。

一つの例示において、本出願の反射型液晶素子は外部電界が印加される状態で、透明モードを維持することができる。

本出願で用語「透明モード」は液晶素子のヘイズが１０％未満である状態を意味する。すなわち、反射型液晶素子は外部電界が印加される状態で、ヘイズが１０％未満である透明モードを維持することができる。

すなわち、本出願の反射型液晶素子は外部電界が印加される状態で、３０％未満の反射率を表わす遮断モードおよびヘイズが１０％未満である透明モードを同時に具現することができる。このように、本出願の反射型液晶素子は一方向に整列されている液晶層内の液晶化合物に起因して、外部電界が印加される状態でも、遮断モードでありながら同時に透明モードを駆動することができる。

以下、反射板を含む液晶素子の動作原理について説明する。

本出願の反射型液晶素子のゲスト−ホスト液晶層６００内の液晶化合物６０１は図４に図示された通り、電界の無印加時に液晶層６００は７０°〜９０°のプレチルト角を有してプレチルト垂直配向されており、二色性染料６０２は前記液晶化合物６０１の配向にしたがって配向されている。このとき、下部基板側へ入射した光８００は前記垂直配向されている液晶層６００を非偏光された状態で透過し、液晶層６００を通過した非偏光された光は、同じく１／４波長板７００を非偏光された状態で透過した後、反射板３００により反射され、反射された光は再び１／４波長板７００および液晶層６００を通じて出射するため、反射型液晶素子は全体的に透明モードを具現することができるようになる。

一方、図５に図示された通り、電界の印加時に液晶層６００内の液晶化合物６０１はプレチルト配向されている方向に水平配向され、二色性染料６０２は前記液晶化合物６０１の配向にしたがって配向されている。このとき、下部基板側へ入射する光８００中の二色性染料６０２の配向方向と平行な光８０１は吸収され、二色性染料の配向方向と垂直である光８０２は液晶層６００を通過する。液晶層６００を通過した線偏光された光は１／４波長板７００により円偏光された後、反射板３００により反射されて逆回転の円偏光となる。前記逆回転された円偏光は再び１／４波長板７００を通過することによって、二色性染料６０２の配向方向と平行な方向の線偏光となって二色性染料６０２により吸収されるため、入射した光は出射せず、反射型液晶素子は遮断モードを具現することができる。

前記のような動作原理によって本出願の反射型液晶素子を反射型液晶ディスプレイに適用する場合、通常透過モードが具現され得る。

本出願はまた、反射型液晶素子を含むミラーに関するものである。前記ミラーは自動車用ルームミラーまたはＥＣＭミラーを代替できるサイドミラーなどに利用されるがこれに制限されるものではない。

本出願は外部電界が印加されていない状態で透過モードを具現する通常透過モードの反射型液晶素子およびその用途を提供することができる。

本出願はまた、外部電界が印加される場合、優秀な光遮断特性を遮断モードでスイッチングできる反射型液晶素子およびその用途を提供することができる。

本出願はさらに、外部電界が印加され、遮断モードが具現される場合にもヘイズ特性を有さない反射型液晶素子およびその用途を提供することができる。

既存の反射型液晶素子の模式図である。 本出願の液晶素子の模式図である。 本出願の液晶素子の模式図である。 本出願の液晶素子の動作原理を図示した図面である。 本出願の液晶素子の動作原理を図示した図面である。

以下、本出願について実施例を通じてより詳細に説明するが、これは本出願の要旨に限定されたものに過ぎない。一方、本出願は以下の実施例で提示される工程条件に制限されず、本出願の目的を達成するために必要な条件範囲の中で任意に選択できることはこの技術分野の通常の知識を有した者に自明である。

実施例１−反射型液晶素子（Ａ１）の製造
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）透明電極層が蒸着された一対のＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）フィルム上にプレチルト角が８６°であるプレチルト垂直配向膜を形成した後、ゲスト−ホスト液晶層形成用組成物（液晶化合物（ＨＣＭ００９、ＨＣＣＨ社）：異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社）＝１００：１（重量比率））をコーティングしてゲスト−ホスト液晶層を形成した。引き続き、ＰＥＴフィルムの透明電極層が形成されていない面に外部電界の印加によって水平配向されている液晶層内の液晶化合物の光軸と約４５°の角度の光軸を有する１／４波長板を形成し、前記１／４波長板のゲスト−ホスト液晶層が存在する面の反対面に反射板を追加で位置させて、図２に図示された構造のような反射型液晶素子（Ａ１）を製作した。

実施例２−反射型液晶素子（Ａ２）の製造
ゲスト−ホスト液晶組成物（液晶化合物（ＨＣＭ００９、ＨＣＣＨ社）：異方性染料（Ｘ１２、ＢＡＳＦ社）＝１００：０．７（重量比率））を利用してゲスト−ホスト液晶層を形成したことを除いては実施例１と同じ方式で反射型液晶素子（Ａ２）を製作した。

実施例３−反射型液晶素子（Ａ３）の製造
ＰＥＴフィルムを一つだけ利用して図３のような構造の反射型液晶素子を製作したことを除いては実施例１と同じ方式で反射型液晶素子（Ａ３）を製作した。

比較例１−１／４波長板が除外された反射型液晶素子（Ｂ１）
図２のような構造で、１／４波長板が除外された構造を有する反射型液晶素子を形成したことを除いては実施例１と同じ方式で反射型液晶素子（Ｂ１）を製作した。

比較例２−１／４波長板の角度調節された反射型液晶素子（Ｂ２）
外部電界の印加によって水平配向されている液晶層内の液晶化合物の光軸と約２０°の角度の光軸を有する１／４波長板を形成したことを除いては実施例１と同じ方式で反射型液晶素子（Ｂ２）を製作した。

実験例−反射度測定
実施例および比較例に係る液晶素子の反射率を電界が印加されていない場合と電界を印加した場合にそれぞれ測定した。

具体的には、コリカミノルタ社分光測色計（ＣＭ−２５００ｄ）を利用して、Ｄ６５光源に対して、反射板の反射率対比実施例および比較例に係る液晶素子の反射率を電界が印加されていない場合と電界を印加した場合にそれぞれ測定してこれを百分率で表わした。このとき、外部電界は３０Ｖを印加した。

１００：偏光板
２００：液晶セル
３００：反射板
４０１ａ、４０１ｂ：基材層
４０２：電極層
５００：配向膜
６００：ゲスト−ホスト液晶層
７００：１／４波長板
８００：下部基板側へ入射する光
８０１：二色性染料の配向方向と平行な光
８０２：二色性染料の配向方向と垂直である光

Claims (9)

1. 液晶化合物および二色性染料を含むゲスト−ホスト液晶層と、
   前記ゲスト−ホスト液晶層の両面に存在する一対のプレチルト垂直配向膜と、
   一対のプレチルト垂直配向膜のそれぞれに形成され、ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物の配向を変更させる一対の電極層と、
   一対の電極層のそれぞれに形成された基材層と、
   いずれか一つの基材層に形成された１／４波長板を含み、
   ゲスト−ホスト液晶層は液晶化合物１００重量部対比１〜３重量部の二色性染料を含み、
   １／４波長板の光軸は外部電界の印加によって、水平配向されているゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物の光軸と４０°〜５０°の角度を形成し、
   下記の数式１を満足するように、液晶層および基材層と電極層の厚さ範囲が設定され、
   外部電界が印加される状態で、ヘイズが１０％未満である透明モードを具現する、
   反射型液晶素子：
   ［数式１］
   ０．０１５＜ｂ／ａ＜０．６
   前記数式１で、ｂはゲスト−ホスト液晶層の厚さ、ａは基材層および電極層の厚さの合計である。
2. 液晶化合物はＮ型ネマティック液晶化合物である、請求項１に記載の反射型液晶素子。
3. 外部電界が印加されていない状態で、ゲスト−ホスト液晶層に含まれる液晶化合物のプレチルト角は７０°〜９０°の範囲内にある、請求項１または２に記載の反射型液晶素子。
4. ゲスト−ホスト液晶層は３μｍ〜３０μｍの厚さ範囲を有する、請求項１から３の何れか一項に記載の反射型液晶素子。
5. プレチルト垂直配向膜はラビング配向膜または光配向膜である、請求項１から４の何れか一項に記載の反射型液晶素子。
6. 反射板をさらに含み、前記反射板は１／４波長板のゲスト−ホスト液晶層が存在する面の反対面に位置する、請求項１から５の何れか一項に記載の反射型液晶素子。
7. 外部電界が印加されていない状態で、３０％以上の反射率を表わす透過モードを維持する、請求項１から６の何れか一項に記載の反射型液晶素子。
8. 外部電界が印加される状態で、３０％未満の反射率を表わす遮断モードが維持される、請求項１から７の何れか一項に記載の反射型液晶素子。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の反射型液晶素子を含む、ミラー。

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