KR102202182B1

KR102202182B1 - 액정 매질을 함유하는 장치

Info

Publication number: KR102202182B1
Application number: KR1020157032577A
Authority: KR
Inventors: 그라지아노 아체티; 안드레아스 타우거벡
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2021-01-13
Also published as: TW201500526A; EP2986689B1; US10301545B2; EP2986689A1; JP2016522430A; JP6313427B2; US20160060530A1; CN105143404B; WO2014169988A1; TWI631208B; CN105143404A; KR20150143731A

Abstract

본 발명은, 소정의 온도에서 인접한 액정 매질에 수직 정렬을 촉진하거나 유도할 수 있는, 액정 매질 및 화학식 (I)의 화합물을 함유하는, 광 투과율의 조절을 위한 온도-반응성 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액정 매질의 층을 통한 광 투과율의 온도-의존성 제어 방법에 관한 것이다.

Description

액정 매질을 함유하는 장치{DEVICE CONTAINING A LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본 발명은, 소정의 온도에서 인접하는 액정 매질에 수직(homeotropic) 정렬을 촉진하거나 유도할 수 있는, 액정 매질 및 화학식 I의 화합물을 함유하는, 광 투과율의 조절을 위한 온도-반응성 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액정 매질의 층을 통한 광 투과율의 온도-의존성 제어 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 위해, 용어 "액정 매질"은 특정 조건 하에서 액정 특성을 나타내는 물질을 의미한다. 특히, 이 용어는 특정 조건 하에서 네마틱 액정 상을 형성하는 물질을 의미한다. 액정 매질은 하나 이상의 액정 화합물 및 또한 추가적인 물질을 포함할 수 있다.

용어 "액정 화합물"은 특정 조건 하에서 액정 특성을 나타내는 화합물, 특히 특정 조건 하에서 네마틱 액정 상을 형성하거나 또는 다른 액정 화합물과의 혼합시에 네마틱 액정 상을 형성하는 화합물을 의미한다.

본원의 목적을 위해, "온도-반응성 장치"는 온도에 따라 다양한 상태를 채택하는 장치를 의미한다. 이의 예는 온도에 따라 다양한 광 투과율을 나타내는 장치이다.

용어 "정렬" 또는 "배향"은, "정렬 방향"이라 불리는 공통의 방향으로 작은 분자 또는 큰 분자의 단편들과 같은 물질의 이방성 단위의 정렬(배향 순서)에 관한 것이다. 액정 물질의 정렬된 층에서, 액정 방향자(director)는 정렬 방향이 상기 물질의 이방성 축의 방향에 대응되도록 상기 정렬 방향과 일치한다.

예를 들어 액정 물질의 층에서 "평면 배향/정렬"이라는 용어는 액정 분자의 큰 비율의 긴 분자 축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 짧은 분자 축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 실질적으로 평행하게(약 180°) 배향되는 것을 의미한다.

예를 들어 액정 물질의 층에서 "수직 배향/정렬"이라는 용어는 액정 분자의 큰 비율의 긴 분자 축(칼라미틱 화합물의 경우) 또는 짧은 분자 축(디스코틱 화합물의 경우)이 상기 층의 평면에 대해 약 80°내지 90°사이의 각 θ("경사각")로 배향되는 것을 의미한다.

또한, 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 주어진 정의는 본원의 액정 물질과 관련하여 정의되지 않은 용어들에 적용된다.

본원의 목적을 위해, 용어 "광 투과"는 장치를 통해 가시(VIS), 근 적외선(NIR) 및 UV-A 영역에서의 전자기 복사선의 통과를 의미한다. 본원에서 용어 "광(light)"은 마찬가지로 대응되게 스펙트럼의 가시, 근 적외선 및 UV-A 영역의 전자기 복사선을 의미한다. 통상 사용되는 물리적 정의에 따르면, UV-A 광, 가시광 및 근 적외선 광은 함께 320 내지 3000 nm의 파장을 갖는 복사선을 의미한다.

건물의 에너지 효율의 중요성이 증가함에 따라, 광의 투과를 조절하고, 따라서 창 또는 유리 표면을 통한 에너지 흐름을 조절하는 장치에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 특정 시점에서 우세한 조건(열, 추위, 높은 일사량, 낮은 일사량)에서 유리 표면을 통한 에너지 흐름을 적응시킬 수 있는 장치가 요구된다. 특히 높은 일사량과 조합된 따뜻한 외부 온도로부터 낮은 일사량과 조합된 차가운 외부 온도까지 계절의 변화가 일어나는 온대 기후 지역에서 이러한 장치를 제공하는 데 관심이 있다.

건물의 유리 표면상의 절연에 의한 효과는 하기에 제시된다. 대등한 효과가 건물의 경우뿐만 아니라 자동차 또는 수송 컨테이너 예를 들어 선박 컨테이너의 경우에 발생할 수 있다.

따뜻한 기후 지역 및 따뜻한 계절의 온도 기후 지역에서, 건물의 유리 표면은 일사량의 영향을 받는 경우 내부의 불필요한 난방을 초래한다. 이는 유리가 전자기 스펙트럼의 가시 또는 근-적외선 영역에서 복사선에 투명하기 때문이다.

내부의 물체는 통과가 허용된 복사선을 흡수하여 따뜻하게 되고, 이는 실내 온도의 증가로 이어진다(온실 효과). 그러나, 건물의 유리 표면의 이러한 효과는 일반적으로 바람직하지 않은 것은 아니다: 낮은 외부 온도의 경우, 특히, 추운 기후 지역 또는 온화한 기후 지역의 추운 계절에서, 이러한 효과의 결과로 일사량으로 인한 내부의 가열은 유리할 수 있으며, 이에 따라 공간 난방에 대한 에너지 수요는 감소하고 따라서 비용을 절약할 수 있기 때문이다.

본 발명의 주요 기술적 목적 중 하나는, 창 또는 다른 유리 표면을 통해 광 투과율을 조절하여, 바람직하게는 광 투과율이 전술한 바와 같은 우세한 조건에 자동으로 조절되도록 적용되는 장치(스마트 윈도우), 더 바람직하게는 에너지-효율적으로 작동하고 가능한 최소의 기술적 노력으로 설치할 수 있으며 기술적으로 신뢰할 수 있고 미적 요구를 충족시킬 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 언급될 수 있는 후자의 양태의 예는 장치의 매우 규칙적인 스위칭, 및 색상 또는 패턴 효과의 방지이다.

종래 기술은 전기 전압의 인가시 투명한 상태로부터 보다 적은 광-투명 상태 예를 들어 불투명(광-산란) 또는 어두운-투명 상태로 가역적으로 스위칭될 수 있는 장치를 개시하고 있다(예컨대 문헌[C. M. Lampert et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 2003, 489-499] 참조).

그러나, 상술한 장치와 같은 전기적으로 스위칭가능한 장치는 주위 조건에 즉시로 그리고 자동으로 적응할 수 없는 단점을 가지고 있다. 또한, 이는 설치 동안 증가된 노력 및 유지보수에 대한 증가된 요구와 관련된 전기적 접속을 필요로 한다.

US 2009/0015902 및 US 2009/067971호는 2개의 편광자들 사이의 층에 액정 매질을 함유하는 온도-반응성 장치를 개시하고 있다. 비교적 높은 광 투과율 상태와 비교적 낮은 광 투과율 상태 사이에서의 스위칭은 액정 매질의 네마틱 상태로부터 등방성 상태로의 상 전이에 의해 달성된다. 상 전이로 인해, 갑작스런 전이가 높은 광 투과율 상태와 비교적 낮은 광 투과율 상태 사이에서 일어난다. 여기서 이는 높은 광 투과율 상태가 일부 영역에서 간주되는 장치의 전체 표면에 걸쳐 존재하는 반면 낮은 광 투과율 상태가 동시에 다른 인접한 영역에 존재하는 것으로 발생할 수 있다.

WO 2012/100901 A1은 기재 주 평면에 대해 수직 정렬을 촉진하거나 유도하는, 액정 매질 및 실세스퀴옥산 함유 성분(N)을 함유하는, 광 투과율의 조절을 위한 온도-반응성 장치를 개시하고 있다. 이 발명은 또한 액정 매질의 층을 통한 광 투과율의 온도-의존성 제어 방법에 관한 것이다. 그러나, 본원에 따른 화학식 I의 유기 화합물의 수직 정렬을 촉진하기 위한 용도는 개시되거나 암시되어 있지 않다.

WO 2011/004340 A1은 액정 디스플레이(LC 디스플레이)의 표면 또는 셀 벽에서 액정 매질의 호메오트로픽(수직) 정렬을 갖는, 자기-정렬 메소젠을 포함하는 음 또는 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질(LC 매질)을 개시하고 있다. 따라서, 이 발명은 또한 통상의 이미드 정렬 층 없이 액정 매질(LC 매질)의 호메오트로픽 정렬을 갖는 LC 디스플레이를 포함한다.

그러나, 윈도우 또는 일반적으로 광-투과성 표면을 통해 광 투과율을 조절하기에 적합한 온도-의존성 장치에 대한 상당한 요구가 있다고 정리할 수 있다. 특히, 스위칭 과정이 대안의 원칙을 기초로 한 장치에 대한 요구가 있다. 또한 특히, 스위칭 과정은 급격히 진행되지 않지만 대신에 투과율의 중간 값을 거쳐 서서히 진행되는 장치가 필요하다.

또한, 현대의 온도-반응성 장치는 특히 다음과 같은 다수의 요건을 충족해야 한다:

- 장기간 사용에 대한 높은 효율,

- 태양 복사선, 특히 UV 복사선에 대한 높은 안정성,

- 주위 온도 조건에서 유리 표면을 통한 에너지 흐름의 우수한 적응력,

- 특히 고온 및 저온과 관련하여 외부로 노출된 환경에서의 높은 내구성,

- 제조 방법은 비용 효율적이고 대량 생산 공정에 적합해야 한다.

종래 기술 및 상기 물질에 대한 모든 전술한 요건의 관점에서, 종래 기술의 온도-반응성 장치의 단점을 나타내지 않거나, 설사 그렇다 하더라도, 바람직하게는 적은 정도로 나타내는 신규 또는 대체 장치가 상당히 요구된다.

놀랍게도, 본 발명자들은 액정 매질이 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질의 층을 포함하는, 온도-반응성 장치가, 종래 기술의 이미 공지된 온도-반응성 장치에 대해 우수한 대안을 나타내고, 바람직하게는 종래 기술의 관점에서 상술한 요건들 하나 이상을 개선하거나 또는 더 바람직하게는 상술한 요건들을 동시에 만족시키는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 액정 매질의 층을 포함하는, 광 투과율의 조절에 적합한 온도-반응성 장치로서, 상기 액정 매질이 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다:

R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-AG (I)

상기 식에서,

A¹¹ 및 A¹²는 각각, 서로 독립적으로, 하나 이상의 동일하거나 상이한 기 L로 임의적으로 치환되는 아릴-, 헤테로아릴-, 헤테로사이클릭- 또는 지환족 기를 나타내고,

L은 각각의 경우에, 서로 독립적으로, 할로겐, -CN, -NO₂, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 또는 알콕시를 나타내고, 여기서 또한 상기 라디칼 중 하나 이상의 비-말단 CH₂ 기는 각각, 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,

, -O-, -CO-O-, -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있으며,

Z¹²는 각각의 경우에, 서로 독립적으로, -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -0-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-, 또는 단일 결합, 바람직하게는 -COO-, -OCO-, -CO-O-, -O-CO-, -OCH₂-, -CH₂O-, -CH₂CH₂-, -(CH₂)₄-, -CF₂CH₂-, -CH₂CF₂-, -CF₂CF₂-, -C≡C-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, 또는 단일 결합을 나타내고,

Y⁰¹ 및 Y⁰²는 각각, 서로 독립적으로, H, F, Cl 또는 CN을 나타내고,

R⁰ 및 R⁰⁰은 각각, 서로 독립적으로, H 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고,

R¹¹은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 여기서 또한 상기 라디칼 중 하나 이상의 비-말단 CH₂ 기는 각각, 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,

, -O-, -CO-O-, -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,

AG는 -Sp-X¹¹을 나타내고,

Sp는 -(CH₂)_p-를 나타내고,

p는 0, 1 또는 2를 나타내고,

X¹¹은 기 -NH₂, -SH, -OH, -(CO)OH 또는 하기 화학식의 기를 나타내고:

또는

,

m은 0, 1 또는 2를 나타낸다.

아릴 및 헤테로아릴 기는 단환형 또는 다환형일 수 있으며, 즉 이들은 하나의 고리(예컨대, 페닐)를 갖거나, 또는 융합되거나(예컨대, 나프틸) 공유적으로 연결되거나(예컨대, 바이페닐), 또는 융합된 및 연결된 고리의 조합을 함유할 수 있는 2개 이상의 고리를 가질 수 있다. 헤테로아릴 기는 바람직하게는 O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 함유한다.

특히 바람직하게는, 임의적으로 융합 고리를 함유하고 임의적으로 치환되는, 탄소수 6 내지 25의 1환형, 2환형 또는 3환형 아릴 기 및 탄소수 2 내지 25의 1환형, 2환형 또는 3환형 헤테로아릴 기이다. 또한 바람직하게는 O 원자 및/또는 S 원자가 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 하나 이상의 CH 기가 또한 N, S 또는 O로 대체될 수 있는 5원, 6원 또는 7원 아릴 및 헤테로아릴 기이다.

바람직한 아릴 기는, 예를 들어, 페닐, 바이페닐, 터페닐, [1,1':3',1"]터페닐-2'-일, 나프틸, 안트라센, 바이나프틸, 페난트렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 플루오렌, 인덴, 인데노플루오렌, 스피로바이플루오렌, 더 바람직하게는 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌이다.

바람직한 헤테로아릴 기는, 예를 들어, 5원 고리 예컨대 피롤, 피라졸, 이미다졸, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 테트라졸, 푸란, 티오펜, 셀레노펜, 옥사졸, 이속사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 1,2,3-옥사다이아졸, 1,2,4-옥사다이아졸, 1,2,5-옥사다이아졸, 1,3,4-옥사다이아졸, 1,2,3-티아다이아졸, 1,2,4-티아다이아졸, 1,2,5-티아다이아졸, 1,3,4-티아다이아졸, 6원 고리 예컨대 피리딘, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 1,3,5-트라이아진, 1,2,4-트라이아진, 1,2,3-트라이아진, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진 또는 축합 기 예컨대 인돌, 이소인돌, 인돌리진, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트라이아졸, 퓨린, 나프티이미다졸, 페난트리이미다졸, 피리디이미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 벤족사졸, 나프톡사졸, 안트록사졸, 페난트록사졸, 이속사졸, 벤조티아졸, 벤조푸란, 이소벤조푸란, 다이벤조푸란, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프테리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 벤조이소퀴놀린, 아크리딘, 페노티아진, 페녹사진, 벤조피리다진, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 페나진, 나프티리딘, 자자카바졸, 벤조카볼린, 페난트리딘, 페난트롤린, 티에노[2.3b]티오펜, 다이티에노티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 벤조티아다이아조티오펜 또는 이들 기의 조합이다. 헤테로아릴 기는 또한 알킬, 알콕시, 티오알킬, 플루오린, 플루오로알킬 또는 추가적인 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.

(비-방향족) 지환족 및 헤테로사이클릭 기는 포화 고리(즉, 독점적으로 단일 결합을 함유하는 고리) 및 부분적으로 불포화 고리(즉, 다중 결합을 함유할 수도 있는 고리)를 모두 포함한다.

헤테로사이클릭 고리는 바람직하게는 Si, O, N, S 및 Se로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자를 함유한다.

(비-방향족) 지환족 및 헤테로사이클릭 기는 1환형, 즉 단지 하나의 고리(예컨대, 사이클로헥산)를 함유하거나 또는 다환형, 즉 복수 개의 고리(예컨대, 데카하이드로나프탈렌 또는 바이사이클로옥탄)를 함유할 수 있다. 특히 바람직하게는 포화된 기이다.

더욱 바람직하게는, 임의적으로 융합된 고리를 함유하고 임의적으로 치환되는 탄소수 3 내지 25의 1환형, 2환형 또는 3환형 기이다. 더욱 바람직하게는 하나 이상의 C 원자가 또한 Si로 대체되고/되거나 하나 이상의 CH 기가 N으로 대체되고/되거나 하나 이상의 비-인접한 CH₂ 기가 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있는 5-, 6-, 7- 또는 8원 카보사이클릭 기이다.

바람직한 지환족 및 헤테로사이클릭 기는, 예를 들어, 5원 기 예컨대 사이클로펜탄, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로티오푸란, 피롤리딘, 6원 기 예컨대 사이클로헥산, 실리난, 사이클로헥센, 테트라하이드로피란, 테트라하이드로티오피란, 1,3-다이옥산, 1-다이티안, 피페리딘, 7원 기 예컨대 사이클로헵탄, 및 융합된 기 예컨대 테트라하이드로나프탈렌, 데카하이드로나프탈렌, 인단, 바이사이클로[1.1.1]-펜탄-1,3-다이일, 바이사이클로[2.2.2]옥탄-1,4-다이일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-다이일, 옥타하이드로-4,7-메타노인단-2,5-다이일, 더 바람직하게는 1,4-사이클로헥실렌 4,4'-바이사이클로헥실렌, 3,17-헥사데카하이드로-사이클로펜타[a]페난트렌(이들은 임의적으로 하나 이상의 동일하거나 상이한 기 L로 치환된다)이다.

특히 바람직한 아릴-, 헤테로아릴-, 지환족- 및 헤테로사이클릭 기는, 임의적으로 하나 이상의 동일하거나 상이한 기 L로 치환되는, 1,4-페닐렌, 4,4'-바이페닐렌, 1,4-터페닐렌, 1,4-사이클로헥실렌, 4,4'-바이사이클로헥실렌 및 3,17-헥사데카하이드로-사이클로펜타[a]페난트렌이다.

상술된 아릴-, 헤테로아릴-, 지환족- 및 헤테로사이클릭 기의 바람직한 치환기는 예를 들어 용해도-촉진 기 예컨대 알킬 또는 알콕시 및 전자-회수(electron-withdrawing) 기 예컨대 플루오린, 니트로 또는 니트릴이다.

특히 바람직한 치환체는 예를 들어 F, Cl, CN, NO₂, CH₃, C₂H₅, OCH₃, OC₂H₅, COCH₃, COC₂H₅, COOCH₃, COOC₂H₅, CF₃, OCF₃, OCHF₂ 또는 OC₂F₅이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 매질 및 기재 물질 조합 유리/유리를 함유하는 장치의 스위칭 과정의 예를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매질 및 기재 물질 조합 ITO/ITO를 함유하는 셀의 스위칭 과정을 도시하고 있다.

본원에서 "할로겐"은 F, Cl, Br 또는 I를 나타낸다.

본원에서 용어 "알킬", "아릴", "헤테로아릴" 등은 또한 다가 기 예를 들어 알킬렌, 아릴렌, 헤테로아릴렌 등을 포함한다. 용어 "아릴"은 방향족 탄소 기 또는 이로부터 유도된 기를 나타낸다. 용어 "헤테로아릴"은 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 상기 정의에 따른 "아릴"을 나타낸다.

바람직한 알킬 기는 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 사이클로-펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, 2-에틸헥실, n-헵틸, 사이클로헵틸, n-옥틸, 사이클로옥틸, n-노닐, n-데실, n-운데실, n-도데실, 도데카닐, 트라이플루오로-메틸, 퍼플루오로-n-부틸, 2,2,2-트라이플루오로에틸, 퍼플루오로옥틸, 퍼플루오로헥실 등이다.

바람직한 알콕시 기는 예를 들어 메톡시, 에톡시, 2-메톡시-에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 2-메틸부톡시, n-펜톡시, n-헥속시, n-헵톡시, n-옥톡시, n-논옥시, n-데콕시, n-운데콕시, n-도데콕시이다.

바람직한 알케닐 기는 예를 들어 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 사이클로펜테닐, 헥세닐, 사이클로헥세닐, 헵테닐, 사이클로헵테닐, 옥테닐, 사이클로옥테닐이다.

바람직한 알키닐 기는 예를 들어 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐, 헥시닐, 옥티닐이다.

바람직한 아미노기는 예를 들어 다이메틸아미노, 메틸아미노, 메틸페닐아미노, 페닐아미노이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시양태에서, 화학식 I의 화합물은 화학식 I의 앵커(anchor) 기 AG가 -NH₂, -SH, -OH 또는 -(CO)OH를 나타내는 화합물 군으로부터 선택된다.

더 바람직하게는, 화학식 I의 화합물은 하기 화학식의 화합물의 군으로부터 선택된다:

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

상기 식에서,

기 R¹¹, A¹¹, A¹², Z¹², Sp 및 파라미터 m은 화학식 I에 나타낸 의미들 중 하나를 갖는다.

더욱 바람직하게는 m이 0을 나타내는 화합물의 군으로부터 선택된 화학식 Id의 화합물이다.

따라서, 바람직한 화합물은 화학식 Ia 및 Ic 예를 들어 하기 화학식들로부터 선택되는 화학식 I의 화합물이다:

상기 식에서,

R¹¹은 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분지형 알킬이다.

특히 바람직하게는 기 Sp가 존재하지 않는 화합물 예를 들어 화학식 Ia-1 내지 Ia-5, Ia-10, Ic-1 내지 Ic-5 및 Ic-10의 화합물, 특히 화학식 Ic-4 및 Ic-5의 화합물이다.

전형적으로, 화학식 I의 화합물의 총 농도는 약 0.01 내지 약 10 중량%, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 5 중량%, 더 바람직하게는 약 0.01 내지 약 3 중량%의 범위이다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 액정 매질의 층은 2개의 기재 층들 사이에 배치된다.

본 발명에 따르면, 2개의 기재 층은 특히 각각 서로 독립적으로 중합체성 물질, 금속 옥사이드 예를 들어 ITO, 유리 및/또는 금속, 바람직하게는 각각 서로 독립적으로 유리 및/또는 ITO, 특히 유리/유리, 유리/ITO 또는 ITO/ITO로 구성될 수 있다.

바람직한 실시양태에서, 기재들은 서로 1 ㎛ 이상, 바람직하게는 서로 2 ㎛ 이상, 더 바람직하게는 서로 3 ㎛ 이상의 간격으로 배치되며, 이때 액정 매질의 층은 그 사이 공간에 위치된다. 기재 층들은 예를 들어 스페이서에 의해 서로 소정의 간격으로 유지되거나 층에서 돌출 구조로 유지될 수 있다. 전형적인 스페이서 물질은 통상적으로 예를 들어 플라스틱, 실리카, 에폭시 수지 등으로 이루어진 스페이서로서 숙련자들에게 공지되어 있다.

본 발명에 따르면, 장치는 액정 매질의 층에 인접한 정렬 층을 포함하지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 장치는 2개 이상의 편광자(polarizer)를 가지며, 이들 중 적어도 하는 액정 매질의 층의 한쪽 면에 배치되고, 이들 중 적어도 하나는 액정 매질의 층의 반대쪽 면에 배치된다. 여기서 액정 매질 및 편광자는 바람직하게는 서로 평행하게 배열된다.

편광자는 선형 편광자 또는 원형 편광자일 수 있다. 바람직하게는, 정확히 2개의 편광자가 장치에 존재한다. 이 경우, 상기 편광자는 선형 편광자는 둘 다 선형 편광자이거나 둘 다 원형 편광자인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 가능한 실시양태에 따르면, 선형 편광자는 또한 원형 편광자와 함께 사용될 수도 있다.

2개의 선형 편광자가 장치에 존재하는 경우, 본 발명에 따르면, 2개의 편광자의 편광 방향은 동일하거나 또는 단지 서로 작은 각도로만 회전되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 2개의 원형 편광자가 장치에 존재하는 경우, 이들은 동일한 편광 방향, 즉 둘 다 오른쪽 원형 편광 또는 둘 다 왼쪽 원형 편광된 방향을 갖는 것이 바람직하다.

편광자는 반사성 또는 흡수성 편광자일 수 있다. 본원의 관점에서 반사성 편광자는 하나의 편광 방향 또는 원형 편광의 한 유형을 갖는 광을 반사하면서, 다른 편광 방향 또는 원형 편광의 다른 유형을 갖는 광에 투명하다. 이에 대응하여, 흡수성 편광기는 하나의 편광 방향 또는 원형 편광의 한 유형을 갖는 광을 흡수하면서, 다른 편광 방향 또는 원형 편광의 다른 유형을 갖는 광에 투명하다. 이러한 반사 또는 흡수는 일반적으로 정량적이지 않으며, 이는 편광자를 통과하는 광의 완전한 편광이 발생하지 않음을 의미한다.

본 발명의 목적을 위해, 흡수성 및 반사성 편광자를 모두 사용할 수 있다. 바람직하게는 얇은 광학 필름의 형태로 존재하는 편광자의 사용이다. 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 반사성 편광자의 예로는 DRPF(확산 반사성 편광자 필름, 3M), DBEF(이중 휘도 개선 필름, 3M), DBR(US 7,038,745 및 US 6,099,758에 기재되어 있는 적층 중합체 분포된 브래그 반사기) 및 APF(고급 편광자 필름, 3M)이다.

또한, 적외선을 반사하는 와이어 그리드에 기초한 편광자(WGP, 와이어 그리드 편광자)를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 흡수성 편광자의 예는 이토스(Itos) XP38 편광자 필름 및 닛토 덴코(Nitto Denko) GU-1220DUN 편광자 필름이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 원형 편광자의 예는 APNCP37-035-STD 편광자(아메리칸 폴라라이저스(American Polarizers))이다. 추가의 예는 CP42 편광자(이토스)이다.

본 발명에 따른 다른 실시양태에서, 편광자는 기재 층들을 나타내고 이들 사이에는 액정 매질이 배치되며, 즉 추가의 기재 층들은 장치에 존재하지 않는다.

본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 액정 매질의 층은 2개의 가요성 층, 예를 들어 가요성 중합체 필름 사이에 위치한다. 본 발명에 따른 장치는 결과적으로 유연하고 굽힘 가능하며 예를 들면 말 수 있다(rolled up). 가요성 층은 기재 층, 정렬 층 및/또는 편광자를 나타낼 수 있다. 바람직하게는 가요성인 추가의 층이 또한 존재할 수 있다. 액정 매질의 층이 가요성 층들 사이에 위치하는 바람직한 실시양태의 보다 상세한 개시내용을 위해서는 US 2010/0045924를 참조한다.

본원에 사용된 용어 "중합체"는 하나 이상의 별개 유형의 반복 단위(분자의 최소 구성 단위)의 골격을 포함하고 통상적으로 공지된 용어 "올리고머", "공중합체", "단독중합체" 등을 포함하는 분자를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 또한, "중합체"라는 용어는 중합체 그 자체 외에 개시제, 촉매, 및 상기 중합체의 합성에 참여하는 다른 요소들로부터의 잔기를 포함하는 것으로 이해되며, 여기서 이러한 잔기는 그것에 공유적으로 혼입되지 않는 것으로 이해된다. 또한, 이러한 잔기 및 다른 요소들은, 통상 중합후 정제 공정 중에 제거되면서, 전형적으로 중합체와 혼합되거나 혼용되어 용기들 사이에 또는 용매 또는 분산 매질 사이에 이송되는 경우에 중합체와 함께 잔류하게 된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시양태에서, 액정 매질은 고체 또는 젤라틴성 일관성을 갖는다. "젤라틴성"이라는 용어는 젤리의 특성을 갖거나 또는 젤리와 유사한 일관성을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 손상에 덜 민감하다. 또한, 배타적으로 유연한, 굽힘가능한 및 절단가능한 층이 액정 매질의 층 이외에 존재하는 경우, 상기 장치는 롤링가능할 뿐만 아니라 각각의 경우에 필요한 영역의 조각을 또한 절단할 수 있다.

상기 장치는 또한 특정 파장의 광을 차단하는 필터 예를 들어 UV 필터를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 추가의 기능성 층 예를 들어 보호 필름, 단열 필름 또는 금속-옥사이드 층이 또한 존재할 수 있다.

또한, 전극 및 추가의 전기적 구성요소 및 연결이, LC 디스플레이의 스위칭와 유사하게, 상기 장치의 전기적 스위칭을 용이하게 하기 위해 본 발명에 따른 장치에 존재할 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 전극 및 추가의 전기적 구성요소 및 연결은 존재하지 않는다.

또한, 일반적으로 상기 스위칭이 (전기장의 인가에 의해서가 아니라) 온도 변화에 의해 수행될 수 있도록 하는 상기 장치의 용도가 바람직하다. 스위칭 동작의 바람직한 온도 범위는 하기 섹션에 기재된다.

본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상, 바람직하게는 3개 이상, 특히 바람직하게는 4개 이상, 매우 특히 바람직하게는 5개 이상의 상이한 액정 화합물을 포함한다. 단지 하나의 액정 화합물이 사용되는 경우, 통상적인 농도는 전체 혼합물의 중량을 기준으로 약 80 내지 99%의 범위이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 임의로 추가의 화합물 예를 들어 안정화제 및/또는 키랄 도판트를 포함한다. 이러한 유형의 화합물은 당업자에게 공지되어 있다. 이들은 바람직하게는 0% 내지 30%, 특히 바람직하게는 0.1% 내지 20%, 매우 특히 바람직하게는 0.1% 내지 10%의 농도로 사용된다.

본 발명에 따르면, 액정 매질은 양의 유전 이방성 Δε을 가질 수 있다. 이 경우, Δε은 바람직하게는 1.5 초과의 값을 갖는다.

본 발명에 따르면, 액정 매질은 음의 유전 이방성 Δε을 가질 수 있다. 이 경우, Δε은 바람직하게는 -1.5 미만의 값을 갖는다.

본 발명에 따르면, 액정 매질은 또한 낮은 양 또는 음의 유전 이방성 Δε을 가질 수 있다. 이 경우, Δε에 -1.5 < Δε < 1.5이 적용된다. 본 발명은 마찬가지로 이러한 유형의 액정 매질에 관한 것이다. 이 경우, 특히 바람직하게는 -1.0 < Δε < 1.0이 적용된다.

Δε는 1 kHz의 주파수 및 20℃에서 결정된다. 각각의 화합물의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중의 각각의 개별적인 화합물의 10% 용액의 결과로부터 결정된다. 호스트 혼합물 중의 각각의 화합물의 용해도가 10% 미만이면, 농도는 5%로 감소된다. 시험 혼합물의 용량은 수직 정렬을 갖는 셀과 수평 정렬을 갖는 셀 모두에서 결정된다. 이러한 2가지 유형의 셀의 셀 두께는 대략 20 ㎛이다. 인가 전압은 1 kHz의 주파수 및 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V의 실효 값을 갖는 직사각형 파이지만, 각각의 시험 혼합물의 용량 임계값 이하가 되도록 선택된다.

Δε는 (ε_∥-ε_⊥)로 정의되는 반면, ε_평균은 (ε_∥+ 2ε_⊥)/3으로 정의된다.

유전체적으로 양성인 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-4792이고, 유전체적으로 중성이고 유전체적으로 음성인 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-3086이다(모두 독일 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 입수가능하다). 화합물의 유전 상수의 절대 값은 해당 화합물의 첨가시 호스트 혼합물의 각각의 값의 변화로부터 결정된다. 상기 값은 100%의 해당 화합물의 농도로 외삽된다.

액정 매질은 바람직하게는 0℃ 내지 50℃의 온도 범위에서 네마틱 상을 갖는다. 액정 매질은 특히 바람직하게는 -20℃ 내지 80℃, 더욱 바람직하게는 -40℃ 내지 100℃ 범위에서 네마틱 상을 갖는다.

본 발명에 따르면, 액정 매질은 임의의 원하는 액정 화합물을 포함할 수 있으나, 화학식 I의 화합물은 제외된다.

액정 매질은 바람직하게는, 화학식 I의 화합물과 필수적으로 다른 하나 이상의 화학식 II의 화합물을 포함한다:

상기 식에서,

R²¹ 및 R²²는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, F, Cl, -CN, -NCS, -SCN, R²³-0-CO-, R²³-CO-0- 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알케닐 또는 알케닐옥시 기를 나타내며, 이때 상기 언급된 기들 중 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 비-말단 CH₂ 기는 O 또는 S에 의해 대체될 수 있고,

R²³은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 탄소수 1 내지 10의 알킬 기를 나타내고, 이때 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 비-말단 CH₂ 기는 O 또는 S에 의해 대체될 수 있고,

는

각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 하기 화학식으로부터 선택되며:

상기 식에서,

X는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN, 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시 또는 알킬티오 기로부터 선택되며, 이때 상기 언급된 기들 중 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl에 의해 대체될 수 있고, 상기 언급된 기들 중 하나 이상의 CH₂ 기는 O 또는 S에 의해 대체될 수 있고,

Z²¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, -CO-O-, -O-CO-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -O-CF₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -OCH₂-, -CH₂O- 및 단일 결합이고,

d는 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6, 바람직하게는 0, 1, 2 또는 3, 특히 바람직하게는 1, 2 또는 3의 값을 나타낸다.

명확화를 위해, 하기의 기는 각각의 경우에 따라 동일하거나 상이할 수 있다:

.

본 발명에 따른 장치에 사용하기 위한 액정 화합물의 특히 바람직한 실시양태는 하기 표 A 및 B에 개시된 화학식에 따른다.

다른 바람직한 실시양태에서, 상기 장치는 하기를 포함하는 액정 매질을 포함한다:

● 하기를 포함하는, 바람직하게는 표 A 및 B에 개시된 화합물로부터 선택되는 화학식 II의 화합물들의 혼합물:

- 화학식 CY-n-(O)m의 화합물 1 내지 40%, 바람직하게는 5 내지 20%, 및/또는

- 화학식 CCY-n-(O)m의 화합물 1 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 30%, 및/또는

- 화학식 CPY-n-(O)m의 화합물 1 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 30%, 및/또는

- 화학식 CCH-n-m의 화합물 1 내지 50%, 바람직하게는 20 내지 40%, 및/또는

- 화학식 PCH-n-m의 화합물 1 내지 30%, 바람직하게는 5 내지 20%

(더 바람직하게는 상기 언급된 화합물 모두를 동시에 포함한다), 및

● 바람직하게는 화학식 Ic-4 또는 Ic-5의 화합물 군으로부터 선택되는, 하나 이상의 화학식 I의 화합물 0.01 내지 10%

(단, 총량은 100% 이하이다).

또 다른 바람직한 실시양태에서, 상기 장치는 하기 포함하는 액정 매질을 포함한다:

● 하기를 포함하는, 바람직하게는 표 A 및 B엑 개시된 화합물로부터 선택되는, 화학식 II의 화합물들의 혼합물:

- 화학식 CC-n(V)-(O)m의 화합물 1 내지 40%, 바람직하게는 5 내지 30%, 및/또는

- 화학식 PGU-n-F의 화합물 1 내지 20%, 바람직하게는 5 내지 15%, 및/또는

- 화학식 ACQU-n-F의 화합물 1 내지 40%, 바람직하게는 10 내지 30%, 및/또는

- 화학식 PUQU-n-F의 화합물 1 내지 30%, 바람직하게는 5 내지 20%, 및/또는

- 화학식 CCP-n-m의 화합물 1 내지 30%, 바람직하게는 5 내지 20%, 및/또는

- 화학식 APUQU-n-F의 화합물 1 내지 25%, 바람직하게는 5 내지 15%, 및/또는

- 화학식 APUQU-n-F의 화합물 1 내지 25%, 바람직하게는 5 내지 20%, 및/또는

- 화학식 PGUQU-n-F의 화합물 1 내지 25%, 바람직하게는 3 내지 15%, 및/또는

- 화학식 CPGU-n-OT의 화합물 1 내지 25%, 바람직하게는 5 내지 20%

(단, 총량은 100% 이하이다).

본 발명에 따른 장치를 제조하는 방법은 액정 매질을 함유하는 장치 분야에서 당업자에게 공지되어 있다.

본 발명에 따른 장치를 제조하는 적절한 방법은 하나 이상의 화학식 II의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질의 층을 기재 상으로 제공하는 단계를 포함한다. 층의 적용은 바람직하게는 2개의 기재 층 사이에서 수행된다. 일반적으로 숙련자에게 공지된 유동-충전, 인쇄 등의 다른 방법을 또한 본 발명에 따라 사용할 수 있다.

액정 화합물의 초기 수직 정렬을 얻기 위해, 가열 및/또는 냉각 단계를 수행하는 것이 본 발명에 따라 필요할 수 있다.

액정 매질의 제조를 위해, 하나 이상의 화학식 I의 화합물이 액정 화합물 또는 액정 화합물을 포함하는 혼합물에 용해되거나 분산된다.

본 발명에 따른 장치의 기능적 원리를 이하에서 상세히 설명한다. 청구범위에 없는 청구된 발명의 범위 제한은 기능의 추정 방법에 대한 의견으로부터 유도될 수 없음에 유의한다.

본 발명에 따른 장치의 광 투과율은 온도에 의존한다. 바람직한 실시양태에서, 상기 장치의 광 투과율은 저온에서 높고 고온에서 낮다.

바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 장치는 경계 상태 A 및 경계 상태 B를 갖는다. 본원의 목적을 위해, "경계 상태"라는 용어는 투과율이 최대 또는 최소 값에 도달하고 더 이상 변화가 없거나 또는 사실상 온도에서 더 이상의 감소 또는 증가가 없는 상태를 의미한다. 그러나, 이는 경계 상태의 온도 이상으로 온도가 상당히 감소 또는 증가한 경우에 발생하는 추가적인 투과율 변화를 배제하지 않는다.

상기 장치는 바람직하게는 경계 온도 θ_A 이하의 온도에서 투과율 T_A를 갖는 경계 상태 A 및 경계 온도 θ_B 이상의 온도에서 투과율 T_B를 갖는 경계 상태 B를 가지며, 이때 θ_A < θ_B이고, T_A > T_B이다.

θ_A는 바람직하게는 -15 내지 +25℃, 특히 바람직하게는 -5 내지 +10℃이다.

θ_B는 바람직하게는 +60 내지 +100℃, 특히 바람직하게는 +70 내지 +90℃이다.

두 경계 온도 θ_A와 θ_B 사이의 온도 범위는 장치가 투과율 변화에 따른 온도 변화에 반응하는 범위(장치의 작동 범위 또는 스위칭 범위)를 나타낸다. 상기 장치는 바람직하게는 상기 범위 내의 온도에서 사용된다. 그러나, 이는 또한 이 범위 밖의 온도, 바람직하게는 θ_A 이하의 온도에서 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 장치의 작동 범위는 화학식 I의 화합물의 농도 및/또는 액정 혼합물의 조성을 변화시킴으로써 설정되고 변할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 장치의 작동 범위는 또한 기재 물질을 변화시킴으로써 설정되고 변할 수 있다.

상기 장치의 스위칭 범위는 바람직하게 실온 이상이다. 특히 경계 온도 θ_A와 θ_B 사이의 범위, 따라서 상기 장치의 스위칭 범위에 대한 바람직한 값은 0℃ 내지 100℃, 더 바람직하게는 5℃ 내지 80℃, 더욱더 바람직하게는 20℃ 내지 60℃이다.

본 발명에 따르면, 온도 증가에 따른 두 경계 상태 A와 B 사이의 전이 및 온도 감소에 따른 두 경계 상태 A와 B 사이의 전이는 투과율 T의 중간 값을 거쳐 서서히 진행한다. 바람직하게는, T의 중간 값은 냉각 및 가열시 반드시 동일한 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 액정 화합물의 상당수는 저온에서 기재 표면에 대해 수직으로 정렬된다(수직 정렬). 온도 증가에 따라, 수직 정렬된 화합물의 비율은 감소한다. 사용되는 화학식 I의 화합물 및 액정 매질의 조성 및 기재 재료의 유형에 따라 값이 달라지는 소정의 온도로부터, 화합물은 기재 표면에 평면으로 정렬된다. 스위칭 요소의 상태 A에서의 액정 화합물은 바람직하게는 주로 수직 정렬되고, 스위칭 요소의 상태 B에서의 액정 화합물은 바람직하게는 주로 평면 정렬로 정렬된다.

액정 화합물의 수직 정렬로부터 평면 정렬로의 변화는 장치의 투과율의 온도-의존성 변화를 달성하기 위해 사용될 수 있다.

따라서 본 발명은 또한 적어도 액정 매질의 액정 화합물이 온도의 함수로서 수직 정렬로부터 평면 정렬로 변하는 것을 특징으로 하는, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질의 층을 포함하는 장치를 통해 광 투과율의 온도-의존성 제어 방법에 관한 것이다.

이 방법에서, 편광자는 바람직하게는 액정 매질 층의 한쪽 면 및 액정 매질의 반대쪽 면에 존재한다. 편광자의 바람직한 실시양태는 앞선 섹션에서 설명되었다.

실시예를 사용하여, 이러한 종류의 공정을 수행할 수 있는 방법을 설명한다. 동시에, 실시예는 또한 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 선형 편광자는 액정 매질의 층의 한쪽 면에 존재한다. 편광 면이 제 1 선형 편광자의 편광 면과 같은 방식으로 정렬된 또 하나의 선형 편광자는 액정 매질의 층의 반대쪽 면에 존재한다. 액정 매질의 층에서의 액정 화합물의 수직 정렬의 경우, 제 1 편광자를 통과한 광은 또한 제 2 편광자를 통과한다. 이는 상기 정의된 바와 같이 높은 투과율 T_A를 갖는 경계 상태 A에 해당한다. 그러나, 액정 매질의 층에서의 액정 화합물의 평면 정렬의 경우, 제 1 편광자를 통과한 광의 편광 특성은 액정 매질의 층을 통과할 때 변한다. 이는 제 2 편광자에 의해 부분적으로 또는 완전히 차단, 즉 흡수 또는 반사되는 광을 초래한다. 이러한 상태는 상기 정의된 바와 같이 낮은 투과율 T_B를 갖는 경계 상태 B에 해당한다. 경계 상태 A와 B 사이 온도의 중간 값에서, 경계 상태 A와 B의 투과율 값들 사이에 있는 투과율 값이 달성된다.

본 발명에 따른 장치는 윈도우, 파사드(facade), 문 또는 지붕에 설치될 수 있다.

따라서 본 발명은 또한 내부에 광 유입 및/또는 에너지 유입을 조절하기 위한 본 발명에 따른 장치의 용도에 관한 것이다.

본 발명은 또한 환경으로부터 밀폐된 공간으로의 광 투과율의 온도-의존성 조절을 위한, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질의 층을 포함하는 상기 및 하기 기재되는 바와 같은 장치의 용도에 관한 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 건물에 한정되지 않고, 또한 운송 컨테이너 예를 들어 선박 컨테이너 또는 차량에 사용될 수 있다. 이는 특히 상기 장치를 윈도우의 유리 면에 설치하거나 다면 단열 유리의 구성요소로 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 장치는 외측, 내측, 또는 다면 유리의 경우에는 2개의 유리 면 사이의 공동(cavity)에 설치될 수 있으며, 이때 상기 내측은 내부와 마주하는 유리면 측을 의미한다. 바람직하게는 내측에 또는 다면 단열 유리의 경우에는 2개의 유리면 사이의 공동에 사용하는 것이다.

본 발명에 따른 장치는 설치되는 각각의 유리면을 완전히 커버하거나 또는 단지 부분적으로 커버할 수 있다. 완전 커버의 경우, 유리면을 통한 광 투과율에 대한 영향은 최대가 된다. 부분 커버의 경우, 대조적으로, 낮은 투과율을 갖는 장치의 상태에서도, 커버되지 않은 부분을 통해 일정량의 광이 유리면에 의해 투과된다.

부분 커버는 예를 들어 상기 장치를 스트립 또는 특정 패턴의 형태로 유리면에 설치함으로써 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 장치는 단지 그 온도 반응성만으로 유리 표면을 통한 내부로의 광 투과율을 자동으로 조절한다. 수동 조절은 여기서 필요가 없다.

이러한 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 장치는 이러한 장치의 전기적 스위칭이 일어날 수 있는 임의의 전극 또는 다른 전자적 구성요소를 포함하지 않는다.

본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 장치는 또한 이의 온도 스위칭 기능 이외에 전기 스위칭 기능을 갖는다. 특히, 전극이 이 경우에 상기 장치에 존재하며, 액정 매질은 양 또는 음의 유전 이방성 Δε을 갖는다. 여기서 Δε은 1.5 이상 또는 Δε은 -1.5 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 이러한 실시양태에서, 높은 투과율에서 낮은 투과율로 그리고 그 반대로 상기 장치의 수동 전기적 스위칭을 촉진시키는 것이 가능하다. 액정 매질을 호메오트로픽 상태에서 또 다른 상태로 전기적 스위칭시키는 방식은 액정 매질을 함유하는 장치의 분야에서 당해 분야 숙련자에게 공지되어 있다.

본원에 기재된 모든 파라미터 범위는 모두 숙련자가 알 수 있는 바와 같이 최대 허용 오차를 포함하는 한계 값을 포함한다. 서로 조합된 다양한 특성 범위에 대해 기재된 서로 다른 상한 및 하한값은 추가적인 바람직한 범위를 생성한다.

본원 전반에 걸쳐, 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 다음과 같은 조건과 정의가 적용된다. 모든 농도는 중량 퍼센트로 인용되고 전체적으로 각각의 혼합물에 관한 것이며, 모든 온도는 섭씨 온도로 인용되고 모든 온도 차이는 차분 온도로 인용된다. 모든 물성은 문헌[Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되며, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 20℃의 온도에 대해 인용된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 측정된다. 유전 이방성(Δε)은 1 kHz의 주파수에서 측정되거나, 또는 명시적으로 언급되는 경우에는 19 GHz의 주파수에서 측정된다. 임계 전압뿐만 아니라 다른 모든 전기 광학 특성은 독일 메르크 카게아아에서 제조된 시험 셀을 사용하여 결정된다. Δε의 측정을 위한 시험 셀은 대략 20 ㎛의 셀 두께를 갖는다. 전극은 1.13 ㎠의 면적 및 가드 링(guard ring)을 갖는 원형 ITO 전극이다. 배향 층은 수직 배향(ε_∥)에 대해서는 일본 닛산 케미칼스(Nissan Chemicals)의 SE-1211이고, 수평 배향(ε_⊥)에 대해서는 일본 저팬 신쎄틱 러버(Japan Synthetic Rubber)의 폴리이미드 AL-1054이다. 커패시턴스는 0.3 V_rms의 전압을 갖는 사인파를 사용하여 솔라트론(Solatron) 1260 주파수 응답 분석기를 사용하여 측정하였다. 전기-광학 측정에 사용된 광은 백색광이다. 상업적으로 시판되는 독일 오트로닉-멜처스(Autronic-Melchers)의 DMS 기기를 사용한 설정을 본원에 사용하였다.

본원의 상세한 설명과 청구항 전체에서, 용어 "포함한다" 및 "함유한다" 및 이들의 변형 예를 들어 "포함하는"은 "을 포함하지만 이에 국한되지 않음"을 의미하며 다른 구성요소를 배제하려거나 배제하는 것은 아니다. 반면에, 용어 "포함하는"은 또한 "으로 이루어지지만 이에 국한되는 것은 아님"이라는 용어를 포함한다.

본 발명의 상술한 실시양태에 대한 변형이 여전히 본 발명의 범위 내에서 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 같은, 동등 또는 유사한 목적을 제공하는 대체 특징이, 달리 명시하지 않는 한, 본원에 개시된 각각의 특징을 대체할 수 있다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 동등하거나 유사한 특징들의 일반적 시리즈의 단지 한 예이다.

본원에 개시된 모든 특징들은, 이러한 특징들 및/또는 단계들의 적어도 일부가 상호 배타적인 조합을 제외하고는, 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징들은 본 발명의 모든 양태에 적용되며 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 비-본질적인 조합으로 기재된 특징들은 별도로(조합되지 않고) 사용될 수 있다.

상술한 특징들, 특히 바람직한 실시양태들의 대부분은 단지 본 발명의 실시양태의 일부로서가 아니라 그 자체로 진보성이 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본원에서 특허청구되고 있는 임의의 발명에 더하여 또는 이를 대체하여 이들 특징에 대한 독립적인 보호를 모색할 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 액정 화합물은 하기 표 A 및 B에 도시되어 있다.

액정 화합물의 구조를 약어에 의해 하기에 나타내었고 또한 하기 표 A 및 B에 따라 생성되는 화학식으로 변환하였다. 모든 라디칼 C_nH_2n ₊₁ 및 C_mH_2m ₊₁은 각각 n 및 m개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼이고; n, m, z 및 k는 정수이고, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12를 나타낸다.

하기 표 A는 모(parent) 구조에 대한 약어를 나타낸다. 개개의 경우, 모 구조에 대한 약어에는, 치환체 R¹ ^*, R² ^*, L¹ ^* 및 L² ^*에 대한 코드가, 대시로 구분되어 뒤따른다.

표 A

표 B

n, m, z는 바람직하게는, 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6을 나타낸다.

하기 표 C는 바람직하게는 본 발명에 따른 액정 매질에 사용되는 안정화제를 나타낸다.

표 C

참고: 이 표에서 n은 1 내지 12의 정수를 의미한다.

달리 명시하지 않으면, 본원에서 모든 농도는 중량 퍼센트로 기재되고, 용매 없이, 모든 고체 또는 액체-결정 성분을 포함하는, 전체적으로 해당 혼합물에 기초한다.

다음과 같은 약어 및 기호가 사용된다:

Δn은 20℃ 및 589 nm에서의 광학 이방성을 나타내고,

Δε은 20℃ 및 1 kHz에서의 유전 이방성을 나타내고,

cl.p., T(N,I)는 등명점[℃]을 나타낸다.

하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 이로부터 도출되는 발명의 내용을 제한하려고 하는 것은 아니다.

실시예

1) 본 발명에 따른 장치의 일반적 제조 절차

액정 매질(조성은 하기 실시예에 따라 다름)을 약 4 ㎛의 두께를 갖는 전기-광학 셀에 도입한다. 셀의 기재 물질은 하기 실시예에 따라 변한다(ITO, 유리 또는 이의 조합). 셀의 앞뒤에 편광 면의 평행 정렬을 갖는 2개의 선형 편광자를 셀에 제공한다. 마지막으로, 셀의 광 투과율의 온도-의존성 측정을 수행한다.

2) 사용된 액정 매질의 예

사용된 화학식 I의 화합물:

사용된 액정 혼합물:

3) 본 발명에 따른 장치의 실시예 및 이들의 스위칭 범위

하기 표는 본 발명에 따른 장치에서 매질 1 내지 13과 서로 다른 기재 물질 ITO 및 유리를 조합한 결과를 나타낸다. 각각의 장치에 대해, 스위칭 윈도우, 즉 경계 상태 A와 B 사이의 범위는 섭씨 온도로 나타내었다.

4) 본 발명에 따른 장치의 스위칭 과정

본 발명에 따른 장치는 스위칭 범위("스위칭 윈도우")에 걸쳐 온도에 따른 규칙적이고 점진적인 변화를 보여준다.

도 1은 번호 2에 따른 매질 및 기재 물질 조합 유리/유리를 함유하는 장치의 스위칭 과정의 예를 도시하고 있다.

온도 증가에 따라 높은 투과율에서 낮은 투과율로의 점진적인 전이가 본 발명에 따른 장치에 대해 약 48 내지 약 60℃의 작동 범위에서 발생함을 알 수 있다.

또한, 도 2는 번호 3에 따른 매질 및 기재 물질 조합 ITO/ITO를 함유하는 셀의 스위칭 과정을 도시하고 있다.

온도 증가에 따라 높은 투과율에서 낮은 투과율로의 점진적인 전이가 본 발명에 따른 장치에 대해 약 -10 내지 약 8℃의 작동 범위에서 발생함을 알 수 있다.

Claims

액정 매질의 층을 포함하는, 광 투과율 조절용 온도-반응성 장치로서,
상기 액정 매질이 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 하기 화학식 I의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치:
R¹¹-A¹¹-(Z¹²-A¹²)_m-AG (I)
상기 식에서,
A¹¹ 및 A¹²는 각각, 서로 독립적으로, 하나 이상의 동일하거나 상이한 기 L로 임의적으로 치환되는 아릴-, 헤테로아릴-, 헤테로사이클릭- 또는 지환족 기를 나타내고,
L은 각각의 경우에, 서로 독립적으로, 할로겐, -CN, -NO₂, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지형 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 여기서 또한 상기 라디칼 중 하나 이상의 비-말단 CH₂ 기는 각각, 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O- 또는 -O-CO-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있으며,
Z¹²는 각각의 경우에, 서로 독립적으로, -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -S-CO-, -CO-S-, -0-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-, 또는 단일 결합을 나타내고,
Y⁰¹ 및 Y⁰²는 각각, 서로 독립적으로, H, F, Cl 또는 CN을 나타내고,
R⁰ 및 R⁰⁰은 각각, 서로 독립적으로, H 또는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고,
R¹¹은 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 라디칼을 나타내고, 여기서 또한 상기 라디칼 중 하나 이상의 비-말단 CH₂ 기는 각각, 서로 독립적으로, O 원자들이 서로 직접적으로 연결되지 않는 방식으로 -C≡C-, -CF₂O-, -CH=CH-,
, -O-, -CO-O-, -O-CO-로 대체될 수 있으며, 또한 하나 이상의 H 원자는 할로겐으로 대체될 수 있고,
AG는 -NH₂, -SH, -OH 또는 -(CO)OH를 나타내고,
m은 0, 1 또는 2를 나타낸다.
삭제
제 1 항에 있어서,
화학식 I에서 m은 0을 나타내는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질의 층이 2개의 기재 층들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
화학식 I의 화합물의 총 농도가 전체 혼합물에 대해 0.01 내지 10 중량%의 범위인 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
2개 이상의 편광자를 가지며, 이들 중 적어도 하나는 상기 액정 매질의 층의 한쪽 면에 배치되고, 이들 중 적어도 하나는 상기 액정 매질의 반대쪽 면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치가 상기 액정 매질의 층에 인접한 정렬(alignment) 층을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 액정 매질이 2개의 기재 층들에 직접적으로 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치가, 경계(boundary) 온도 θ_A 이하의 온도에서 투과율 T_A를 갖는 경계 상태 A 및 경계 온도 θ_B 이상의 온도에서 투과율 T_B를 갖는 경계 상태 B를 가지되, 이때 θ_A < θ_B이고 T_A > T_B인 것을 특징으로 하는, 장치.
제 9 항에 있어서,
온도 증가에 따른 두 경계 상태 A와 B 사이의 전이 및 온도 감소에 따른 두 경계 상태 B와 A 사이의 전이가 투과율 T의 중간 값을 거쳐 서서히 진행되는 것을 특징으로 하는, 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 경계 상태 A에서의 액정 매질의 층 내의 액정 화합물이 수직 정렬되는(homeotropically aligned) 것을 특징으로 하는, 장치.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
내부로의 광 유입 및/또는 에너지 유입의 조절에 사용하기 위한 장치.
제 1 항 및 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 제조 방법으로서,
적어도, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질의 층을 기재 상으로 제공하는 단계를 포함하는 방법.
하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함하는 액정 매질의 층을 포함하는 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 통한 광 투과율의 온도-의존성 제어 방법으로서,
적어도, 상기 액정 매질의 액정 화합물이 온도의 함수로서 수직 정렬로부터 평면 정렬로 변하는 것을 특징으로 하는, 방법.