KR102383716B1 - 전기-유변학적 유체 및 촉각 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 극성 액정 매질에 현탁된 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자를 포함하는 전기-유변학적 유체, 촉각(haptic) 장치에서의 상기 전기-유변학적 유체의 용도, 상기 촉각 장치 자체, 상기 촉각 장치의 제조 방법, 및 전광 장치에서의 상기 촉각 장치의 용도에 관한 것이다.

Description

전기-유변학적 유체 및 촉각 장치{ELECTRO-RHEOLOGICAL FLUID AND HAPTIC DEVICE}
본 발명은, 극성 액정 매질에 현탁된 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자를 포함하는 전기-유변학적 유체, 촉각 장치에서의 상기 전기-유변학적 유체의 용도, 상기 촉각 장치 자체, 상기 촉각 장치의 제조 방법, 및 전광 장치에서의 상기 촉각 장치의 용도에 관한 것이다.
전기-유변학적 효과는 40년 전에 윈슬로우(Winslow)(미국 특허 제 2,417,850 호)에 의해 맨 처음 입증되었으며, 상기 특허는, 비-전도성 액체(예컨대, 경량 변압기유, 변압기 절연 유체, 올리브유 또는 광유)에 분산된 미분된 고체(예컨대, 전분, 석회석 또는 이의 유도체, 석고, 밀가루, 젤라틴 및 탄소로 구성된 특정 현탁액이, 이에 전위차가 적용되는 한, 흐름 저항의 증가를 나타냄을 개시하였다. 이러한 효과(흔히, "윈슬로우 효과"로도 지칭됨)는 원래, 점도의 증가로서 해석되었으며, 상기 물질은 "전기점성(electroviscous) 유체"로서 지칭되었다. 그러나, 후속적인 조사는, 흐름 저항의 증가가, 뉴턴 의미에서의 점도의 증가뿐만 아니라, 적용된 전위에 의해 유도된 빙햄 가소성(Bingham Plasticity)에 의한 것일 수 있음을 보여주었다. 결과적으로, "전기-유변학적 유체"라는 용어를 일반적으로 사용하게 되었다.
예를 들어, 전기-유변학적 유체 또는 ER 유체는, AC 또는 DC 전계의 존재 하에, 이극성 입자 상호작용을 생성하기 위해 유전 상수 또는 전도도가 부정합된 액체에 입자를 현탁시킴으로써 제조된다. ER 유체는, 전극들을 가교하는(bridge) 입자 쇄의 형성으로 인해, 전계에 반응하여 빠르게 고화되거나 적어도 이의 점도가 급격히 증가한다.
전기-유변학적 유체의 분산 상 및 연속 상을 개선할 목적으로 연구가 계속되고 있으며, 이러한 현상이 일어나는 메커니즘이 여전히 잘 이해되지 않기 때문에, 상이한 접근법이 발달하였다. 따라서, 일부 유체는, 분산 상과 관련된 물의 존재에 의존하고(예를 들어, 영국 특허 제 1501635 호 및 제 1570234 호 참조), 다른 유체는 물-독립적이다(예를 들어, 영국 특허 제 2170510 호 참조). 지금까지 사용된 다양한 분산 상 및 연속 상에 대한 검토는, 문헌[Block et al. J. Phys. D. Appl. Phys. 21 (1988), 1661-1677]에서 발견할 수 있다. 영국 특허 제 2208515 호는, 그 자체가 활성 물질로서 작용하고 바람직하게는 액정 물질(예컨대, E7)인 유체를 포함하는 전기-유변학적 유체를 제안한다. 필요한 경우, 건조된 미세 유리 버블을 상기 유체 내에 현탁시킬 수 있으며, 이때 상기 버블의 대다수는 바람직하게는 20 내지 100 마이크론의 직경 및 0.5 내지 2 마이크론의 벽 두께를 가진다. 동일한 액정 물질(예컨대, E7)에 기초한 다른 적합한 전기-유변학적 유체가 영국 특허 제 2259918 호, 제 2249553 호, 제 2199336 호에 개시되어 있다.
그러나, 이러한 ER 유체는 이의 네마틱 상 범위 및 이의 극성에 대해 특히 제한된다. 전술된 바와 같은 저 극성 액정 물질에 기초한 ER 유체에 비해 더 큰 힘을 이용하기 위해서, 대안적 ER 유체가 많이 요구되고 있다.
ER 유체의 밀리초 반응은, 상기 유체를 실제적인 빠른 전기기계 작동기(예컨대, 섬유 방적 클러치 및 능동 충격 흡수기)에 혼입하려고 노력 중인 기술자들의 관심을 자극하고 있다. 다른 용도는, 예를 들어 문헌[P.M. Taylor, D.M. Pollet, A. Hosseini-Sianaki, C.J. Varley, 디스플레이 18 (1998) 135-14]에 기술되어 있거나 영국 특허 제 2265746 호; 미국 특허 제 5,222,895 호 및 제 5,496,174 호; 및 미국 특허 출원 공개 제 2005/0285846 A 호에 개시되어 있는 촉각 장치이다.
테일러(Taylor) 등의 상기 문헌은, ER 유체가 2개의 전도성 기판 사이에 개재되고, 상기 기판들 중 하나가 가요성 전도성 고무 시트인, 장치를 기술하고 있다. 바람직하게는, 직물 층이 ER 유체를 따라 기판들 사이에 배치된다. 상기 저자는, 상기 직물층의 사용으로 인해, 증가된 가동력(actuation force) 및 더 낮은 전력 소모가 달성될 수 있으며, 또한 상기 장치가 사용되는 경우, 기판들 사이의 전기적 접촉 및 단락을 방지할 수 있음을 지적한다.
영국 특허 제 2265746 호가, 상부 및 하부 전극이 전기 절연 메쉬로 분리되는 것을 제외하고는 유사한 구조를 기술하고 있다.
미국 특허 출원 공개 제 2005/0285846 호는, 촉각 디스플레이 상에 생성된 패턴이 하부 전광 디스플레이로부터의 광에 의해 직접 조절될 수 있도록 광전도 층을 포함하는 장치 구조를 기술하고 있다. 터치 스크린을 통한 조절이 또한 제안되었다. 미국 특허 출원 공개 제 2005/0285846 호는 또한, 투명 박막 필름인 상부 및 하부 기판을 제안하고 있지만, 2개의 전극 층들 사이의 단락 문제 또는 가요성 기판 상의 전극의 내구성에 대한 어떠한 해결책도 제시하고 있지 않다. 또한, 미국 특허 출원 공개 제 2005/0285846 호의 장치는, 2개의 전기 전도성 기판을 사용함으로써 유발되는 주요 단점을 유지하고 있다.
미국 특허 제 5,222,895 호는, ER계 촉각 디스플레이의 상당히 상이한 설계를 기술하고 있다. 기술된 장치는, ER 유체로 충전된 강성 보드 중의 구멍들의 어레이를 포함한다. 각각의 구멍은 전극을 구비하며, 가요성 멤브레인으로 캡핑된다. 상기 멤브레인의 변형을 직접 감지함으로써, 또는 촉각 큐로서 작용하는 핀을 상기 멤브레인의 운동이 대체함으로써, 디스플레이로부터 정보가 판독될 수 있다. 작동 시, ER 유체는 이미지 또는 정보를 나타내는 구멍의 부분집합 내로 펌핑되어, 상기 멤브레인이 뒤틀리게 한다. 이어서, 상기 구멍은 활성화된 이의 전극을 가져, ER 효과에 기초한 밸브를 형성하고, 추가의 펌핑 없이 디스플레이 상에 정적 정보를 유지한다. 상기 장치는 가요성 전도성 기판을 사용함으로써, 상기 테일러 등의 문헌에서 발생한 문제를 방지한다. 그러나, 미국 특허 제 5,222,895 호에 개시된 장치의 작동은, 어드레싱될 각각의 구멍 내의 유체에 선택적으로 적용될 수 있는 보조적인 펌핑 메커니즘을 필요로 한다. 이러한 구조는 비교적 복잡하며, 디스플레이 어드레싱의 펌핑 단계를 수행하기 위해 추가적인 전력 및 구조를 필요로 한다. 상기 장치는 몇개의 층 및 광학적으로 불균일 구조를 포함하며, 상기 저자는, 이것이 투명할 수 있다는 것을 암시하지 않았다. 미국 특허 제 5,222,895 호에 기술된 장치의 추가의 단점은 미국 특허 제 5,496,174 호에서 가드너(Garner) 등에 의해 개시되었으며, 이들은, 미국 특허 제 5,222,895 호에서 기술된 전극 구조의 제조가, 어렵고 비싼 비-표준 공정에 기초할 것임을 지적하였다.
미국 특허 제 5,496,174 호는, 가요성 멤브레인으로 캡핑된 보드 내의 구멍들의 어레이에 기초한 촉각 디스플레이를 기술하고 있다. 상기 특허의 명세서에서, ER 유체는 통상의 그라운드 전극과 일련의 어드레싱가능 전극 사이에서 펌핑된다. 이때, 후자의 전극을 적합한 패턴으로 작동시키면, 유동 ER 유체의 점도가 증가되며, 결과적으로 근처 구멍 내로 들어가서 상기 멤브레인을 대체하게 된다. 이러한 대체된 멤브레인은 직접 감지되거나, 이전과 같이 핀을 대체하는데 사용될 수 있다. 따라서, 미국 특허 제 5,496,174 호에 기술된 장치는, 상기 시스템을 통해 ER 유체를 펌핑하기 위한 보조적 수단을 필요로 하여, 상기 장치에 복잡성 및 전력 요건을 부가한다. 미국 특허 제 5,222,895 호에 기술된 장치와 마찬가지로, 상기 장치는 복수개의 광학 불균일 층을 포함하며, 이러한 층이 투명해질 수 있다는 암시는 없었다.
요약하면, 선행 기술의 장치는 하기 단점을 나타낸다:
2개의 전도성 기판이 사용되며, 이는 추가의 비용을 부가함;
상기 2개의 기판은 과도한 압력에 의해 접촉되어, 상기 장치를 단락시키고 이의 적절한 작동을 방해할 수 있음;
기판들의 분리를 유지해야 하는 필요성은 기판들 사이의 큰 분리(2.5 내지 1.3mm)를 필요로 하며, 이에 따라 약 3000V의 높은 작동 전압을 필요로 함;
가요성 전극으로서 사용되는 전도성 고무 층은 강건한 투명 장치를 달성하는 것을 매우 어렵게 만듦;
기판의 분리를 유지하기 위한 직물 층 또는 다른 수단의 필요성은, 장치의 투명성을 추가로 감소시킴; 및
하나의 전극으로서 전도성 고무 층의 사용은, ER 유체에 기반한 액정과 상기 층 간의 상호작용을 유발하여, 이 경우 추가의 전도성 차단물이 사용되어야 하며, 이는, 상기 층의 가요성 및 쉽게 감지될 수 있는 촉각 영역을 감소시킴.
결론적으로, 선행 기술의 장치의 단점을 갖지 않거나 감소된 정도로만 갖는 대안적 ER 유체 및 촉각 장치가 여전히 필요하며, 상기 장치는 특히,
단지 하나의 패턴화된 전도성 기판을 가져야 하고,
최소화된 단락 가능성을 나타내야 하고,
우호적인 ER 유체 층 두께를 가져야 하고,
작동 전압을 감소시키는 최적화된 전극 간격을 이용해야 하고,
우호적이고 박형이며 고도로 투명한 상부 층을 이용해야 하고,
직물 또는 다른 스페이서 층을 필요로 하지 않아야 하고,
ER 유체와 상호작용하지 않는 기판으로서 비싸지 않은 중합체의 폭넓은 선택을 이용해야 하고,
대량 생산에 적합해야 한다.
본 발명의 다른 목적은 하기 명세서로부터 당업자에게 즉시 자명하다.
본 발명자들은, 2개의 기판 사이에 개재된 전기-유변학적 유체를 포함하는 장치에 의해 하나 이상의 전술된 문제가 해결될 수 있음을 발견하였으며, 이때 상기 기판들 중 적어도 하나는 가요성이며, 상기 기판들 중 하나는 상기 전기-유변학적 유체에 인접한 전극 구조를 구비하고, 상기 기판의 주 평면에 대해 평행한 전계의 유의적 성분을 가진다.
따라서, 본 발명은 상기 및 하기에 기술되는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 및 하기 기술되는 전극 구조를 구비한 기판 상에 전기-유변학적 유체의 층을 제공하는 단계를 적어도 포함하는, 상기 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
전체 장치는, 전광 디스플레이에 부착되거나 단독형 유닛으로서 사용될 수 있는 박형의 경량 구조로서 제조될 수 있으며, 이에 따라, 본 발명은 또한, 손끝 또는 스타일러스에 의해 감지될 수 있는 전기기계적 효과를 제공하기 위한 상기 장치의 용도, 특히 전광 장치에서의 용도에 관한 것이다.
따라서, 본 발명은 또한, 상기 및 하기 기술되는 장치를 포함하는 전광 장치, 특히 촉각 디스플레이에 관한 것이다.
요약하면, 본 발명에 따른 장치 구조는 하기와 같은 많은 이점을 가진다.
상기 전극 구조는 잘 확립된 공정(예컨대, 포토리쏘그래픽 에칭)에 의해 기판 상에 용이하게 제조될 수 있으며, 디스플레이 위쪽에 사용하는 것이 필요한 경우, 고도로 투명하게 제조될 수 있다. 전극은 하나의 표면 상에만 필요하여, 장치의 제조 비용을 감소시킨다. 본 발명에 따른 장치의 단순한 구조, 낮은 전력 소모, 경량 및 콤팩트 구성은, 상기 장치가 휴대용 장비(예컨대, 랩탑, 핸드헬드, 휴대폰, 네이게이션 시스템 등)에 사용하기에 특히 이상적이 되도록 한다.
본 발명은 또한, 극성 액정 매질에 현탁된 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자를 적어도 포함하는, 하기 기술되는 바와 같은 특정 ER 유체, 상기 및 하기 기술되는 장치에서의 상기 ER 유체의 용도, 및 상기 ER 유체의 제조 방법에 관한 것이다.
용어 및 정의
용어 "액정(LC)"은, 일부 온도 범위(열방성 LC) 또는 일부 농도 범위(유방성 LC)에서 액정 메조상을 갖는 물질에 관한 것이다. 이는 의무적으로 메소제닉 화합물을 함유한다.
용어 "메소제닉 화합물" 및 "액정 화합물"은, 하나 이상의 칼라미틱(막대- 또는 보드/라스-형태) 또는 디스코틱(디스크-형태) 메소제닉 기를 포함하는 화합물을 의미한다. 용어 "메소제닉 기"는, 액정 상(또는 메조상) 거동을 유발하는 능력을 갖는 기를 의미한다.
메소제닉 기를 포함하는 화합물 자체가 액정 메조상을 나타낼 필요는 없다. 상기 화합물이 다른 화합물과의 혼합물, 메소제닉 화합물 또는 물질과의 혼합물 또는 상기 화합물들의 혼합물 중에서만 액정 메조상을 나타내는 것도 가능하다.
칼라미틱 메소제닉 기는 일반적으로, 서로 직접 또는 연결 기를 통해 연결된 하나 이상의 방향족 또는 비-방향족 환형 기로 이루어진 메소제닉 코어를 포함하며, 임의적으로, 상기 메소제닉 코어의 말단에 부착된 말단 기를 포함하고, 임의적으로, 상기 메소제닉 코어의 장축에 부착된 하나 이상의 측면 기를 포함하며, 이때 상기 말단 기 및 측면 기는 일반적으로, 예를 들어 카빌 또는 하이드로카빌 기, 및 극성 기(예컨대, 할로겐, 나이트로 하이드록시 등)로부터 선택된다.
본 발명의 목적을 위해, 용어 "평면내(in-plane) 전계"는, 실질적으로 기판 및 각각의 ER 유체 층에 실질적으로 평행한 AC 또는 DC 전계를 사용함을 의미한다.
본원 문맥에서 "광"은, 약 400 nm 내지 약 740 nm 범위의 파장을 갖는 전자기 복사선을 의미한다. 자외선(UV) 광은, 약 200 nm 내지 약 450 nm 범위의 파장을 갖는 전자기 복사선이다.
본원 문맥에서 용어 "투명"은, 장치를 통한 광의 투과율이 입사광의 65% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더더욱 바람직하게는 90% 이상임을 의미한다.
모든 온도, 예를 들어, 액적의 융점 T(C,N) 또는 T(C,S), 스멕틱(S) 상에서 네마틱(N) 상으로의 전이 T(S,N), 및 등명점 T(N,I)은 섭씨로 제시된다. 모든 온도차는 ℃ 차이로 제시된다. 용어 "등명점"은, 가장 높은 온도 범위를 갖는 메조 상과 등방성 상 사이의 전이가 일어나는 온도를 의미한다.
본원 전반에 걸쳐, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 모든 농도는 중량%로 제시되며, 각각의 완전한 혼합물에 관한 것이며, 모든 온도는 섭씨(℃)로 제시되며, 모든 온도차는 ℃ 차이로 제시된다. 모든 물리적 특성은 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 제시된다. 광학 이방성(Δn)은 589.3 nm의 파장에서 결정된다.
광학 이방성(Δn)은 하기 수학식 1과 같이 정의된다:
[수학식 1]
Δn = ne -no
상기 식에서,
ne는 이상 굴절률이고,
no는 정상 굴절률이다.
평균 굴절률 n평균은 하기 수학식 2로 제시된다.
n평균 = ((2no 2 + ne 2)/3)1/2
평균 굴절률(n평균) 및 정상 굴절률(no)은, 아베(Abbe) 굴절계를 사용하여 측정될 수 있다. 이어서, Δn은 상기 수학식으로부터 계산될 수 있다.
본원에서 용어 "양의 유전율"은, Δε이 3.0 초과인 화합물 또는 성분을 기술하는 것이고, "중성 유전율"은, Δε이 -1.5 이상 3.0 이하인 화합물 또는 성분을 기술하는 것이고, "음의 유전율"은, Δε이 -1.5 미만인 화합물 또는 성분을 기술하는 것이다. 성분들에 대해서도 동일하게 적용된다. Δε은 1 ㎑ 진동수 및 20℃에서 결정된다. 화합물들의 유전 이방성은 네마틱 호스트 혼합물 중 각각의 개별적인 화합물의 10% 용액의 결과로부터 결정된다. 호스트 혼합물 중의 각각의 화합물의 용해도가 10% 미만인 경우, 상기 농도는 5%로 감소된다. 시험 혼합물의 전기용량(capacitance)은 수직(homeotropic) 배향을 갖는 셀 및 수평(homogeneous) 배향을 갖는 셀 둘 다에서 결정된다. 상기 두 유형의 셀 모두에서 셀의 간격은 약 20 ㎛이다. 인가 전압은 1 ㎑의 주파수를 갖는 방형파(rectangular wave)이며 전형적으로 0.5 V 내지 1.0 V의 실효값이지만, 이는 항상 각각의 시험 혼합물의 전기용량 역치 미만이도록 선택되어야 한다.
Δε은 (ε∥ - ε⊥)으로서 정의되고, ε평균은 (ε∥ + 2ε⊥)/3이다
양의 유전율을 가진 화합물에 사용되는 호스트 혼합물은 혼합물 ZLI-4792이고, 중성 유전율을 가진 화합물 및 음의 유전율을 가진 화합물에 사용되는 혼합물은 혼합물 ZLI-3086이며, 이들 혼합물은 둘 다 독일 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 입수된다. 상기 화합물들의 유전 상수의 절대값은, 관심 화합물을 첨가할 경우 호스트 혼합물의 각각의 값의 변화로부터 결정된다. 상기 값은 관심 화합물의 100% 농도까지의 외삽법으로 산정된다.
의심되는 경우, 문헌[C. Tschierske, G. Pelzl and S. Diele, Angew. Chem. 2004, 116, 6340-6368]에 제시된 바와 같은 정의가 적용될 것이다.
상세한 설명
바람직한 실시양태에서, 전기-유변학적 유체에 인접하고, 기판의 주 평면에 대해 평행한 전계의 유의적 성분을 갖는 전극 구조는, 평면내 전극 구조에 대응한다. 상기 평면내 전극 구조는, 기판의 주 평면에 대해 실질적으로 평행한 인접한 전기-유변학적 유체 층에 전계가 인가되도록 구성된다.
다른 바람직한 실시양태에서, 상기 평면내 전극 구조는, 상호-교차 전극, IPS 전극, FFS 전극 및 빗형 전극, 바람직하게는 상호-교차 전극 및 빗형 전극으로부터 선택된다. 이와 관련하여, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2008/104533 A1 호는, 전극이 IPS 전극으로서 배열되는 배열, 및 추가적인 기본 전극이 프린지-필드 스위칭(FFS) 전극으로서, 동일한 기판 상에 배치되는 배열을 기술하고 있다.
적합한 전극 물질은 통상적으로 전문가에게 공지되어 있으며, 예를 들어 금속 또는 금속 옥사이드로 제조된 전극, 예컨대 투명한 인듐 주석 옥사이드(이것이 본 발명에 따라 바람직함)이다.
전극들 간의 간격은 바람직하게는 대략 1 μm 내지 대략 1000 μm 범위, 더욱 바람직하게는 대략 10 μm 내지 대략 500 μm 범위, 더더욱 바람직하게는 대략 10 μm 내지 대략 100 μm 범위, 특히 대략 10 μm 내지 대략 50 μm 범위이다.
바람직하게는, 상기 장치의 전극은 스위칭 소자, 예컨대 박막 트랜지스터(TFT) 또는 박막 다이오드(TFD)와 관련된다.
바람직하게는, 구동 전압은 100 내지 800 V 범위, 더욱 바람직하게는 150 내지 600 V 범위, 더더욱 바람직하게는 200 내지 400 V 범위이다.
인가된 전계의 강도는 전형적으로 대략 1 V/μm-1 초과, 바람직하게는 대략 2 V/μm-1 초과, 더욱 바람직하게는 대략 3 V/μm-1 초과이다.
바람직한 실시양태에서, 상기 전극 구조는 바람직하게는 하부 기판 상에 배치되며, 이에 따라 기계적 손상으로부터 보호된다. 전체 디스플레이 어셈블리가 가용성인 것으로 의도되지 않는 한, 바람직하게는 상기 전극은 저가 강성 기판 상에 형성될 수 있으며, 이는 또한 장치의 내구성을 추가로 증가시킬 것이다. 본 발명에 따라, 상기 기판은 금속 옥사이드(예를 들어, ITO) 및 유리의 중합체성 물질, 바람직하게는 유리 또는 ITO, 특히 유리로 이루어질 수 있다.
상부 중합체 커버 시트는, 강건성이지만 고도로 가요성인 중합체, 예컨대 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET), 폴리올레핀, 폴리에스터 또는 다른 저가 중합체를 포함할 수 있다. 상기 시트는 또한 추가의 기능 층, 예를 들면 반사방지 코팅, 자가-세정 또는 먼지 차단(dirt-shedding) 층, 인쇄된 범례 등을 수반할 수 있다. 바람직하게는, 촉각 디스플레이에 사용하기 위해서, 상기 중합체 시트의 적어도 일부 영역이, 촉각 효과를 경험하기에 적합하도록 박형이고 고도로 투명하지만, 착색 또는 산란 필름을 사용할 수도 있되, 단, 이들은, 하부 디스플레이가 보일 수 있도록, 일부 광의 통과를 허용해야 한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 기판들은 서로 대략 10 μm 내지 대략 1000 μm 범위의 분리, 바람직하게는 서로 대략 20 μm 내지 대략 800 μm 범위의 분리, 더욱 바람직하게는 서로 대략 30 μm 내지 대략 500 μm 범위의 분리로 초기에 배열된다. 이에 따라, ER 유체의 층은 이러한 사이공간 내에 위치한다.
상기 기판 층은, 예를 들어 전체 셀 두께 또는 상기 층 내의 돌출 구조를 통해 연장되는 스페이서 또는 전극에 의해 서로 한정된 분리를 유지할 수 있다. 전형적인 스페이서 물질은 통상적으로 기술자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 플라스틱, 실리카, 에폭시 수지 등으로 제조된 스페이서이다.
상기 장치의 단순함은 저가 제조를 가능하게 하며, ER 유체와 디스플레이의 다른 성분들 간의 어떠한 혼화성 문제 없이 ER 유체의 폭넓은 선택을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 장치의 전형적인 제조 방법은 하기 단계를 포함한다:
- 상부에 전극이 배열된 하부 기판을 절단 및 세척하는 단계,
- 상기 기판 상에 ER 유체의 층을 제공하는 단계,
- 상기 기판 상에 상부 가요성 기판을 제공하는 단계, 및
- UV 경화성 접착제를 사용하여 셀을 조립하는 단계.
본 발명의 장치는 단독형 유닛으로서 사용되거나, 다양한 유형의 광학 및 전광 장치에 사용될 수 있다.
상기 광학 및 전광 장치는, 비제한적으로, 전광 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 비선형 광학(NLO) 장치, 및 광학 정보 저장 장치를 포함한다.
그러나, 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 장치는, 고상-액상의 2상 혼합물, 바람직하게는 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자(이는 고상에 대응함) 및 하나 이상의 액정 화합물(이는 액상에 대응함)을 포함하는 혼합물로부터 선택되는 전기-유변학적 유체를 포함한다.
적합한 입자 크기는 1 nm 내지 1000 nm 범위, 더욱 바람직하게는 1 nm 내지 500 nm 범위, 더더욱 바람직하게는 1 nm 내지 250 nm 범위이다.
상기 ER 유체는, 액정 유체 또는 등방성 유전 액체 중의 각종 다양한 미립자 분산액을 포함할 수 있다. 적합하고 바람직한 전기-유변학적 유체는, 극성 액정 매질에 현탁된 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자를 포함한다.
상기 ER 유체 중의 입자로 사용하기에 적합한 물질은, 1 이상, 더욱 바람직하게는 2 이상, 더더욱 바람직하게는 3 이상의 유전율(ε)을 나타내는 물질로부터 선택된다.
물질의 유전율은, 상기 물질 중의 단위 전하 당 얼마나 많은 전기력선이 "생성되는가"를 기술하는 것이다. (단위 전하 당) 고 유전율을 갖는 물질에서는, 분극 효과로 인해, 더 많은 전기력선이 존재한다. 유전율은, 유전체가 전계에 반응하여 얼마나 쉽게 분극화되는가의 척도인 전기 감수율(electric susceptibility)과 직접 관련된다. 따라서, 유전율은, 전계를 전송(또는 "허용")하는 물질의 능력과 관련된다. 유전율(ε)은, SI 단위로, 미터 당 패럿(F/m)으로 측정되며, 전기 감수율 X는 무차원이다. 이들은 서로 하기 수학식 3을 통해 관련된다:
[수학식 3]
ε = εr ε0 = (1+ X) ε0
상기 식에서,
εr은 물질의 상대 유전율이고,
ε0은 8.8541878176 × 10-12 F/m이고, 진공 유전율이다.
바람직한 실시양태에서, 적합한 입자는 무기 물질(예컨대, 비정질 규소 및 TiO2)의 입자로부터 선택된다. 마찬가지로, 바람직한 실시양태에서, 적합한 입자는 유기 물질(예컨대, PMMA, LiPMAC 및 스타이렌)의 입자로부터 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 전기-유변학적 유체 중의 입자의 총량은 5 내지 70 중량% 범위, 더욱 바람직하게는 8 내지 60 중량% 범위, 더더욱 바람직하게는 10 내지 40 중량% 범위이다.
본 발명에 따라 적합한 ER 유체는, ER 유체의 액정 성분을 형성하는 2종 이상, 바람직하게는 3종 이상, 특히 바람직하게는 4종 이상, 매우 특히 바람직하게는 5종 이상의 상이한 액정 화합물을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체는, 상기 전기-유변학적 유체에 대해, 5 내지 90 중량% 범위, 더더욱 바람직하게는 10 내지 80 중량% 범위의 액정 성분의 총량을 포함한다.
하기에서는 본 발명의 바람직한 실시양태에 따른 액정 성분을 위한 조건이 제시된다. 이러한 바람직한 조건은 개별적으로, 또는 바람직하게는 서로 조합으로 성취될 수 있다. 이의 2가지 조합이 바람직하며, 이의 3가지 또는 그 이상의 조합이 특히 바람직하다.
본 발명에 따라, 상기 액정 성분은 바람직하게는 양의 유전 이방성(Δε) 값을 나타낸다. 이 경우, Δε은 바람직하게는 5 이상, 더욱 바람직하게는 10 이상, 더더욱 바람직하게는 25 이상, 특히 100 이상, 특히 200 이상의 값을 가진다.
본 발명에 따른 액정 성분은 바람직하게는 대략 55℃ 이상, 더욱 바람직하게는 대략 60℃ 이상, 더더욱 바람직하게는 65℃ 이상, 특히 바람직하게는 대략 70℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 대략 75℃ 이상의 등명점을 가진다.
본 발명에 따른 액정 성분은 바람직하게는 네마틱 상을 나타낸다. 상기 네마틱 상은 바람직하게는 적어도 대략 0℃ 이하 내지 대략 65℃ 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 대략 -20℃ 이하 내지 대략 70℃ 이상, 매우 바람직하게는 적어도 대략 -30℃ 이하 내지 대략 70℃ 이상, 특히 적어도 대략 -40℃ 이하 내지 대략 90℃ 이상으로 연장된다. 개별적인 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 매질의 네마틱 상이 대략 100℃ 이상, 심지어 대략 110℃ 이상의 온도까지 연장되는 것이 필요할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 성분은, 하기 화학식 I 및/또는 I*의 화합물의 군으로부터 선택되는 메소제닉 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00001
상기 식에서,
L11 내지 L16은, 서로 독립적으로, H 또는 F이고,
Figure 112016099632280-pct00002
및
Figure 112016099632280-pct00003
는, 서로 독립적으로,
Figure 112016099632280-pct00004
또는
Figure 112016099632280-pct00005
, 바람직하게는
Figure 112016099632280-pct00006
또는
Figure 112016099632280-pct00007
이고,
R11은, 비치환되거나 F, Cl 또는 CN, 바람직하게는 F로 일치환 또는 다중치환되는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, 임의적으로 -O-, -S-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02- 또는 -C≡C-로 대체되고,
Y01 및 Y02는, 서로 독립적으로, F, Cl, 또는 CN이고, 다르게는 이들 중 하나가 H일 수 있고,
R01 및 R02는, 서로 독립적으로, H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
X11은 할로겐, CN, 탄소수 1 내지 6의 일할로겐화, 이할로겐화 또는 다중할로겐화된 알킬-, 또는 알콕시 기 또는 탄소수 2 내지 6의 일할로겐화, 이할로겐화 또는 다중할로겐화된 알켄일 기, 바람직하게는 F, Cl, CN, CF3, CHF2, OCF3, OCFHCF3, OCFHCHF2, OCF2CH3, OCF2CHF2, OCF2CF2CHF2, OCFHCF2CF3, OCFHCF2CHF2, OCF2CF2CF3, OCF2CF2CClF2, OCClFCF2CF3 또는 CH=CF2이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 하기 하위-화학식 I-1 및 I-2, 바람직하게는 화학식　I-2의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 I의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00008
상기 식에서, R11은 상기 화학식 I 하에 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 n-알킬, 가장 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, 또는 n-헥실이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 바람직하게는 하기 하위-화학식 I*-1 내지 I*-8의 군으로부터 선택되는 화학식 I*의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00009
Figure 112016099632280-pct00010
Figure 112016099632280-pct00011
상기 식에서,
R11은 상기 화학식 I 하에 제시된 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 n-알킬, 가장 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, 또는 n-헥실이고,
X11은 상기 화학식 I 하에 제시된 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 F, CN, CF3 OCHF2 또는 OCF3이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은 하기 화학식 II의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00012
[상기 식에서,
L21 내지 L24는, 서로 독립적으로, H 또는 F이고,
R21은 상기 화학식 I에서 R11 하에 제시된 의미 중 하나를 갖고,
Figure 112016099632280-pct00013
은, 하기 그룹으로부터 선택되는 2가 라디칼 기를 나타낸다:
(a) 트랜스-1,4-사이클로헥실렌, 1,4-사이클로헥센일렌 및 1,4'-바이사이클로헥실렌으로 이루어진 그룹(이때 또한, 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F로 대체될 수 있음),
(b) 1,4-페닐렌 및 1,3-페닐렌으로 이루어진 그룹(이때 또한, 1 또는 2개의 CH 기는 N으로 대체될 수 있고, 또한 하나 이상의 H 원자는 F로 대체될 수 있음],
Z21은 -COO-, -OCO- 또는 -CF2O-이고,
X21은 할로겐, CN, 탄소수 1 내지 6의 일할로겐화 또는 다중할로겐화된 알킬-, 또는 알콕시 기 또는 탄소수 2 내지 6의 일할로겐화 또는 다중할로겐화된 알켄일 기, 바람직하게는 F, Cl, CN, CF3, CHF2, OCF3, OCFHCF3, OCFHCHF2, OCF2CH3, OCF2CHF2, OCF2CF2CHF2, OCFHCF2CF3, OCFHCF2CHF2, OCF2CF2CF3, OCF2CF2CClF2, OCClFCF2CF3 또는 CH=CF2, 특히 바람직하게는 F, CN 또는 CF3이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 하기 화학식 II-1 내지 II-5의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 II의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00014
Figure 112016099632280-pct00015
상기 식에서, 매개변수들은 화학식 II 하에 제시된 의미 중 하나를 가진다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분인 화학식 II-1 내지 II-5의 화합물은 바람직하게는 하기 하위-화학식 II-1a 내지 II-1c, II-2a 내지 II-2f, II-3a 내지 II-3c, II-4a 내지 II-4f, 및 II-5a 내지 II-5f의 화합물의 군, 더욱 바람직하게는 하기 화학식 II-3-c 및/또는 II-2f의 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure 112016099632280-pct00016
Figure 112016099632280-pct00017
Figure 112016099632280-pct00018
Figure 112016099632280-pct00019
Figure 112016099632280-pct00020
상기 식에서, R21은 상기 화학식 II 하에 제시된 의미 중 하나를 갖고, 바람직하게는 n-알킬, 가장 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸 또는 n-헥실이다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은 하기 화학식 III의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00021
상기 식에서,
L31 내지 L33은, 서로 독립적으로, H 또는 F이고,
Z31은 -COO- 또는 -CF2O-이고,
R31은, 비치환되거나 F, Cl 또는 CN, 바람직하게는 F로 일치환 또는 다중치환되는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, 임의적으로 -O-, -S-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02- 또는 -C≡C-로 대체되고,
Y01 및 Y02는, 서로 독립적으로, F, Cl 또는 CN이고, 다르게는 이들 중 하나가 H일 수 있고,
R01 및 R02는, 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
X31은 할로겐, CN, 탄소수 1 내지 6의 일할로겐화 또는 다중할로겐화된 알킬-, 또는 알콕시 기 또는 탄소수 2 내지 6의 일할로겐화 또는 다중할로겐화된 알켄일 기, 바람직하게는 F, Cl, CN, CF3, CHF2, OCF3, OCFHCF3, OCFHCHF2, OCF2CH3, OCF2CHF2, OCF2CF2CHF2, OCFHCF2CF3, OCFHCF2CHF2, OCF2CF2CF3, OCF2CF2CClF2, OCClFCF2CF3 또는 CH=CF2, 특히 바람직하게는 F, CN 또는 CF3이다.
다른 바람직한 실시양태에서, 화학식 III의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 III-1 및/또는 III-2의 화합물로부터 선택된다:
Figure 112016099632280-pct00022
Figure 112016099632280-pct00023
상기 식에서, 매개변수 R31, L31 내지 L33 및 X31은 화학식 III에서 상기 제시된 대응 의미 중 하나를 가진다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 하기 하위-화학식 III-1a 내지 III-1d의 화합물, 더욱 바람직하게는 화학식 III-1a의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00024
상기 식에서, R31 및 X31은 상기 화학식 III 하에 제시된 의미 중 하나를 가진다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체 매질의 액정 성분은, 바람직하게는 하기 하위-화학식 III-1a-1 내지 III-1a-3, III-1b-1 내지 III-1b-3, III-1c-1 내지 III-1c-3 및 III-1d-1 내지 III-1d-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-1a 내지 III-1d의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00025
Figure 112016099632280-pct00026
Figure 112016099632280-pct00027
상기 식에서, R31은 상기 화학식 III 하에 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 n-알킬, 가장 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸 또는 n-헥실이다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은 하기 하위-화학식 III-2a 내지 III-2d의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-2의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00028
상기 식에서, R31 및 X31은 상기 화학식 III 하에 제시된 의미 중 하나를 가진다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 바람직하게는 하기 하위-화학식 III-2a-1 내지 III-2a-3, III-2b-1 내지 III-2b-3, III-2c-1 내지 III-2c-3 및 III-2d-1 내지 III-2d-3의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 III-2a 내지 III-2d의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00029
Figure 112016099632280-pct00030
상기 식에서, R31은 상기 화학식 III 하에 제시된 의미를 갖고, 바람직하게는 is n-알킬, 가장 바람직하게는 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸 또는 n-헥실이다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분은 하기 화학식 IV의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00031
상기 식에서,
R41은, 상기 화학식 I 하에 R11에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
Figure 112016099632280-pct00032
및
Figure 112016099632280-pct00033
는, 서로 독립적으로,
Figure 112016099632280-pct00034
Figure 112016099632280-pct00035
또는
Figure 112016099632280-pct00036
이거나, 바람직하게는
Figure 112016099632280-pct00037
은
Figure 112016099632280-pct00038
또는
Figure 112016099632280-pct00039
이고,
Figure 112016099632280-pct00040
는
Figure 112016099632280-pct00041
또는
Figure 112016099632280-pct00042
이고,
X41은 F 또는 CF3, 바람직하게는 F를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 바람직하게는 하기 하위-화학식 IV-1 내지 IV-4의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 IV의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00043
상기 식에서,
R41은, 상기 화학식 I 하에 R11에 대해 제시된 의미 중 하나를 갖고,
X41은 F 또는 CF3를 나타내고, IV-1, IV-3 및 IV-4에서는 바람직하게는 F이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은 하기 화학식 V의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00044
상기 식에서,
L51 내지 L53은, 서로 독립적으로, H 또는 F이고,
R51은, 바람직하게는 탄소수 1 내지 20의 비치환되거나 F, Cl 또는 CN, 바람직하게는 F로 일치환 또는 다중치환되는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기(이때, 하나 이상의 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, 임의적으로 -O-, -S-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02- 또는 -C≡C-로 대체됨), 바람직하게는 탄소수 1 내지 9, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 n-알킬, n-알콕시, 탄소수 2 내지 9, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬, 또는 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알켄일 또는 할로겐화된 알콕시, 바람직하게는 일불화되거나, 이불화되거나 또는 올리고불화된 알킬, 알켄일 또는 알콕시, 가장 바람직하게는 n-알킬, n-알콕시, 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬이고,
Y01 및 Y02는, 서로 독립적으로, F, Cl, 또는 CN이고, 다르게는 이들 중 하나가 H일 수 있고,
R01 및 R02는, 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
X51은 F 또는 CF3, 또는 R51을 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 바람직하게는 하기 하위-화학식 V-1 내지 V-9의 화합물의 군으로부터 선택되는 화학식 V의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00045
Figure 112016099632280-pct00046
상기 식에서, R51은 상기 화학식 II 하에 제시된 의미를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분은 하기 화학식 VI의 화합물을 하나 이상 포함한다:
Figure 112016099632280-pct00047
상기 식에서,
R61은, 탄소수 1 내지 20의 비치환되거나 F, Cl 또는 CN, 바람직하게는 F로 일치환 또는 다중치환된 직쇄 또는 분지쇄 알킬(이때, 하나 이상의 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, 임의적으로 -O-, -S-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02- 또는 -C≡C-로 대체됨), 바람직하게는 탄소수 1 내지 9, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 n-알킬 또는 n-알콕시, 탄소수 2 내지 9, 바람직하게는 탄소수 2 내지 5의 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬, 또는 바람직하게는 탄소수 9 이하의 할로겐화된 알킬, 할로겐화된 알켄일 또는 할로겐화된 알콕시, 바람직하게는 탄소수 9 이하의 일불화되거나, 이불화되거나 또는 올리고불화된 알킬, 알켄일 또는 알콕시, 가장 바람직하게는 탄소수 9 이하의 n-알킬, n-알콕시, 알켄일, 알켄일옥시 또는 알콕시알킬이고,
L61 및 L62는, 서로 독립적으로, H 또는 F이고, 바람직하게는, 하나는 F이고, 다른 하나는 H 또는 F이고, 가장 바람직하게는 이들 둘 다 F이고,
Y01 및 Y02는, 서로 독립적으로, F, Cl 또는 CN이고, 다르게는 이들 중 하나가 H일 수 있고,
R01 및 R02는, 서로 독립적으로, H 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이다.
바람직하게는, 화학식 VI의 화합물은 하기 화학식 VI-1 및 VI-2, 바람직하게는 화학식 VI-2의 화합물로부터 선택된다:
Figure 112016099632280-pct00048
상기 식에서, R61은 상기 화학식 VI 하에 제시된 의미를 갖는다.
본원에서 알킬 기 또는 알콕시 기(즉, 말단 CH2 기가 -O-로 대체된 알킬 기)는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 탄소 원자를 갖고, 따라서 예를 들어, 바람직하게는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시, 헵톡시, 또는 옥톡시, 또한 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트라이데실, 테트라데실, 펜타데실, 노녹시, 데콕시, 운데콕시, 도데콕시, 트라이데콕시 또는 테트라데콕시이다.
옥사알킬(즉, 하나의 비말단 CH2 기가 -O-로 대체된 알킬기)는 바람직하게는, 예컨대 직쇄 2-옥사프로필(=메톡시-메틸), 2-(=에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(=2-메톡시에틸), 2-, 3- 또는 4-옥사펜틸, 2-, 3-, 4- 또는 5-옥사헥실, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 6-옥사헵틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 7-옥사옥틸, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 8-옥사논일 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-,7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.
알켄일 기(즉, 하나 이상의 CH2 기가 -CH=CH-로 대체된 알킬 기)는 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 10개의 탄소 원자를 가지며, 따라서 바람직하게는 비닐, 프로프-1- 또는 프로프-2-엔일, 부트-1-, 2- 또는 부트-3-엔일, 펜트-1-, 2-, 3- 또는 펜트-4-엔일, 헥스-1-, 2-, 3-, 4- 또는 헥스-5-엔일, 헵트-1-, 2-, 3-, 4-, 5- 또는 헵트-6-엔일, 옥트-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- 또는 옥트-7-엔일, 논-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- 또는 논-8-엔일, 데크-1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 데크-9-엔일이다.
특히 바람직한 알켄일 기는, C2-C7-1E-알켄일, C4-C7-3E-알켄일, C5-C7-4-알켄일, C6-C7-5-알켄일 및 C7-6-알켄일, 특히 C2-C7-1E-알켄일, C4-C7-3E-알켄일 및 C5-C7-4-알켄일이다. 특히 바람직한 알켄일 기의 예는, 비닐, 1E-프로펜일, 1E-부텐일, 1E-펜텐일, 1E-헥센일, 1E-헵텐일, 3-부텐일, 3E-펜텐일, 3E-헥센일, 3E-헵텐일, 4-펜텐일, 4Z-헥센일, 4E-헥센일, 4Z-헵텐일, 5-헥센일, 6-헵텐일 등이 있다. 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
하나의 CH2 기가 -O-로 치환되고 하나는 -CO-로 치환된 알킬기에서, 이들 라디칼은 바람직하게는 인접된다. 따라서, 이들 라디칼은 함께 카본일옥시 기 -CO-O- 또는 옥시카본일 기 -O-CO-를 형성한다. 바람직하게는 이러한 알킬기는 직쇄이고 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다.
따라서, 바람직하게는 아세틸옥시, 프로피온일옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세틸옥시메틸, 프로피온일옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세틸옥시에틸, 2-프로피온일옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 3-아세틸옥시프로필, 3-프로피온일옥시프로필, 4-아세틸옥시부틸, 메톡시카본일, 에톡시카본일, 프로폭시카본일, 부톡시카본일, 펜톡시카본일, 메톡시카본일메틸, 에톡시카본일메틸, 프로폭시카본일메틸, 부톡시카본일메틸, 2-(메톡시카본일)에틸, 2-(에톡시카본일)에틸, 2-(프로폭시카본일)에틸, 3-(메톡시카본일)프로필, 3-(에톡시카본일)프로필 또는 4-(메톡시카본일)-부틸이다.
2개 이상의 CH2 기가 -O- 및/또는 -COO-로 치환된 알킬기는 직쇄 또는 분지형일 수 있다. 이는, 바람직하게는 직쇄이고 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 바람직하게는 비스-카복시-메틸, 2,2-비스-카복시-에틸, 3,3-비스-카복시-프로필, 4,4-비스-카복시-부틸, 5,5-비스-카복시-펜틸, 6,6-비스-카복시-헥실, 7,7-비스-카복시-헵틸, 8,8-비스-카복시-옥틸, 9,9-비스-카복시-논일, 10,10-비스-카복시-데실, 비스-(메톡시카본일)-메틸, 2,2-비스-(메톡시카본일)-에틸, 3,3-비스-(메톡시카본일)-프로필, 4,4-비스-(메톡시카본일)-부틸, 5,5-비스-(메톡시카본일)-펜틸, 6,6-비스-(메톡시카본일)-헥실, 7,7-비스-(메톡시카본일)-헵틸, 8,8-비스-(메톡시카본일)-옥틸, 비스-(에톡시카본일)-메틸, 2,2-비스-(에톡시카본일)-에틸, 3,3-비스-(에톡시카본일)-프로필, 4,4-비스-(에톡시카본일)-부틸, 5,5-비스-(에톡시카본일)-헥실이다.
CN 또는 CF3로 단일치환된 알킬 또는 알켄일 기는 바람직하게는 직쇄이다. CN 또는 CF3에 의한 치환은 임의의 원하는 위치에 존재할 수 있다.
할로겐으로 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 기는 바람직하게는 직쇄이다. 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl이고, 다치환인 경우 바람직하게는 F이다. 또한, 생성기는 퍼플루오르화된 기를 포함한다. 일치환인 경우, F 또는 Cl 치환체는 임의의 목적하는 위치에 존재할 수 있지만 바람직하게는 ω-위치에 존재한다. 말단 F 치환체를 갖는 특히 바람직한 직쇄 기의 예는 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸이다. 그러나, F의 다른 위치가 배제되지는 않는다.
할로겐은 F, Cl, Br 및 I를 의미하며, 바람직하게는 F 또는 Cl, 가장 바람직하게는 F이다. R1 내지 R5 및 R0은 각각 극성 또는 비극성 기일 수 있다. 극성기인 경우, 바람직하게는 CN, SF5, 할로겐, OCH3, SCN, COR5, COOR5 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 단일-, 올리고- 또는 폴리플루오르화된 알킬 또는 알콕시 기로부터 선택된다. R5는 임의적으로 1 내지 4개, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소 원자를 갖는 플루오르화된 알킬이다. 특히 바람직한 극성기는 F, Cl, CN, OCH3, COCH3, COC2H5, COOCH3, COOC2H5, CF3, CHF2, CH2F, OCF3, OCHF2, OCH2F, C2F5 및 OC2F5, 특히 F, Cl, CN, CF3, OCHF2 및 OCF3로부터 선택된다. 비극성 기인 경우, 바람직하게는 15개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 알콕시이다.
또한, 비키랄 알킬기를 함유하는 화합물은 때때로 결정화 경향의 감소로 인해 중요할 수 있다. 이러한 유형의 분지형 기는 일반적으로 하나 초과의 분지쇄를 함유한다. 바람직한 비키랄 분지기는 이소프로필, 이소부틸(=메틸프로필), 이소펜틸(=3-메틸부틸), 이소프로폭시, 2-메틸-프로폭시 및 3-메틸부톡시이다.
본원에 언급된 화합물은, 전문가에게 공지된 일반적인 방법에 의해 이용가능하다. 출발 물질은 시판되거나 공개된 방법, 예를 들어 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of Orgaic Chemistry], Thieme-Verlag, Stuttgart]에 의해 이용가능하다.
본원에서 "포함하는"이라는 용어는, 조성물 문맥에서 지칭된 개체, 예컨대 매질 또는 성분이 해당 화합물(들)을 바람직하게는 10% 이상, 가장 바람직하게는 20% 이상의 총 농도로 함유하는 것을 의미한다.
본원에서 "주로 이루어지는"이라는 표현은, 지칭된 개체가 해당 화합물을 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상 및 가장 바람직하게는 95% 이상으로 함유하는 것을 의미한다.
본원에서 "완전히 이루어지는"이라는 표현은, 지칭된 모든 개체가 해당 화합물을 98% 이상, 바람직하게는 99% 이상 및 가장 바람직하게는 100.0%로 함유하는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분에 함유된 화학식 I 및/또는 I*의 화합물, 바람직하게는 화학식 I-1 및/또는 I-2 및/또는 I*-2 및/또는 I*-5 및/또는 I*-6 및/또는 I*-8의 화합물로부터 선택되는 화합물의 농도는 바람직하게는 0.5 % 이상 90 % 이하 범위, 더욱 바람직하게는 1 % 이상 80 % 이하 범위, 가장 바람직하게는 10 % 이상 75 % 이하 범위이다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분은,
- 바람직하게는 1 % 내지 40 중량%의 총 농도, 더욱 바람직하게는 1 % 내지 35 중량%의 농도, 가장 바람직하게는, 존재하는 각각의 단일 화합물에 대해 1 % 내지 10 중량%의 농도의, 화학식 II의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상, 또는
- 바람직하게는 1 % 내지 40 중량%의 총 농도, 더욱 바람직하게는 1 % 내지 30 중량%의 농도, 가장 바람직하게는, 존재하는 각각의 단일 화합물에 대해 1 % 내지 20 중량%의 농도의, 화학식 III-1의 화합물 하나 이상, 및/또는
- 바람직하게는 1 % 내지 25 중량%의 총 농도, 더욱 바람직하게는 1 % 내지 10 중량%의 농도, 가장 바람직하게는, 존재하는 각각의 단일 화합물에 대해 1 % 내지 15 중량%의 농도의, 화학식 III-2의 화합물 하나 이상, 및/또는
- 바람직하게는 1 % 내지 25 중량%의 농도의, 화학식 IV의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상, 및/또는
- 임의적으로, 바람직하게는 의무적으로, 1 % 내지 25 중량%의 농도의, 화학식 V의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상, 및/또는
- 임의적으로, 바람직하게는 의무적으로, 바람직하게는 1 % 내지 25 중량%의 농도의, 화학식 VI의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물 하나 이상.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분은 하기를 포함한다.
상기 ER 유체의 적합한 액정 성분은 바람직하게는, 바람직하게는 5 % 이상 99 % 이하, 바람직하게는 10 % 이상 95 % 이하, 가장 바람직하게는 12 % 이상 90 % 이하의 총 농도의, 화학식 I 및/또는 I* 및 II, 및 임의적으로 III의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 하나 이상 포함한다.
특히, 상기 ER 유체의 액정 성분은 바람직하게는 40 % 이상 80 % 이하, 바람직하게는 45 % 이상 75 % 이하, 가장 바람직하게는 50 % 이상 70 % 이하 범위의, 화학식 I 및/또는 I*의 화합물을 하나 이상 포함한다.
상기 ER 유체의 액정 성분이 화학식 II의 화합물을 하나 이상 포함하는 경우, 이들 화합물의 총 농도는 바람직하게는 1 % 이상 35 % 이하, 바람직하게는 2 % 이상 20 % 이하, 가장 바람직하게는 4 % 이상 17 % 이하 범위이다.
상기 ER 유체의 액정 성분이 화학식 III의 화합물을 하나 이상 포함하는 경우, 이들 화합물의 총 농도는 바람직하게는 1 % 이상 75 % 이하, 바람직하게는 2 % 이상 50 % 이하, 가장 바람직하게는 3 % 이상 30 % 이하 범위이다.
상기 ER 유체의 액정 성분이 화학식 IV의 화합물을 하나 이상 포함하는 경우, 이들 화합물의 총 농도는 바람직하게는 1 % 이상 20 % 이하, 바람직하게는 2 % 이상 15 % 이하, 가장 바람직하게는 5 % 이상 10 % 이하 범위이다.
상기 ER 유체의 액정 성분이 화학식 V의 화합물을 하나 이상 포함하는 경우, 이들 화합물의 총 농도는 바람직하게는 3 % 이상 45 % 이하, 바람직하게는 5 % 이상 40 % 이하, 가장 바람직하게는 7 % 이상 35 % 이하 범위이다.
상기 ER 유체의 액정 성분이 화학식 VII의 화합물을 하나 이상 포함하는 경우, 이들 화합물의 총 농도는 바람직하게는 1 % 이상 15 % 이하, 바람직하게는 3 % 이상 12 % 이하, 가장 바람직하게는 5 % 이상 10 % 이하 범위이다.
바람직한 실시양태는 하기 제시된다:
- 상기 매질은 화학식 I 및/또는 I*의 화합물, 바람직하게는 화학식 I-1, I-2, 및/또는 I*-2, I*-5, I*-6, I*-8의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 1종, 2종, 3종, 4종 또는 그 이상 포함하고/하거나,
- 상기 매질은 화학식 II, 바람직하게는 화학식 II-3 및 II-4, 더욱 바람직하게는 화학식 II-3a, II-3c 및 II-4d의 화합물을 1종, 2종 또는 그 이상 포함하고/하거나,
- 상기 매질은 화학식 III, 바람직하게는 화학식 III-1 및 III-2, 더욱 바람직하게는 화학식 III-1b 및 III-2a의 화합물을 하나 이상 포함하고/하거나,
- 상기 매질은 화학식 IV의 화합물을 1종, 2종 또는 그 이상 포함하고/하거나,
- 상기 매질은 임의적으로 화학식 V의 화합물을 1종, 2종, 3종 또는 그 이상 포함하고/하거나,
- 상기 매질은 임의적으로 화학식 VI, 바람직하게는 화학식 VI-2의 화합물을 1종, 2종, 3종 또는 그 이상 포함한다.
특히, 상기 ER 유체의 액정 성분은, 화학식 I 및/또는 I*의 화합물 하나 이상 이외에, 화학식 III의 화합물 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
화학식 I 내지 VI의 화합물은 무색이고, 안정하며, 서로 및 다른 액정 물질과 용이하게 혼화성이다.
화학식 I 및/또는 I* 및 II 및 III의 화합물의 최적 혼합 비는 실질적으로, 화학식 I 및/또는 I*, II 및/또는 III의 성분의 선택, 및 존재할 수 있는 임의의 다른 성분의 선택에 따라, 목적하는 특성에 의존한다. 전술된 범위 이내의 적합한 혼합 비는 경우에 따라 용이하게 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분 중의 화학식 I 및 II 및 임의적으로 III의 화합물의 총량은 대다수의 경우 중요하지 않다. 따라서, 상기 혼합물은 다양한 특성의 최적화를 위한 추가의 성분을 하나 이상 포함할 수 있다. 그러나, 작동 전압 및 작동 온도 범위에 대해 관찰되는 효과가 일반적으로 크면, 화학식 I 및 II 및 임의적으로 III의 화합물의 총 농도가 더 높다.
특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분은 화학식 I 및 II 및 임의적으로 III의 화합물을 각각 하나 이상 포함한다. 화학식 I의 화합물을 사용한 양호한 상승 효과는 특히 유리한 특성을 제공한다.
본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분에 사용될 수 있는 화학식 I, I*, II 내지 VI의 개별적인 화합물은 공지되어 있거나, 공지된 화합물과 유사하게 제조될 수 있다.
또한, 상기 구체적으로 언급되지 않은 다른 메소제닉 화합물이, 임의적으로 및 유리하게, 60 % 이상, 바람직하게는 55 % 이상, 더더욱 바람직하게는 55 % 이상의 양으로 본 발명에 따른 매질에 사용될 수 있다. 상기 화합물은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어, 하기 화학식 A, B, C, D, E, 및 F를 특징으로 하는 화합물의 군으로부터 선택된다:
Figure 112016099632280-pct00049
상기 식에서,
L 및 E는, 각각 독립적으로, -Phe-, -Cyc-, -Phe-Phe-, -Cyc-Phe-, -Cyc-Cyc-, -Dio-, -G-Phe-, 및 -G-Cyc-뿐만 아니라, 전술된 기들의 거울상 이미지로 이루어진 군으로부터 선택되고, 이때 Phe은 비치환된 1,4-페닐렌이고, Cyc는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌 또는 1,4-사이클로-헥센일렌이고, Dio는 1,3-다이옥산-2,5-다이일이고, G는 2-(트랜스-1,4-사이클로헥실)-에틸, 피리미딘-2,5-다이일, 피리딘-2,5-다이일, 또는 1,3-다이옥산-2,5-다이일이고;
바람직하게는 L 및 E 기 중 적어도 하나가 Cyc, 또는 Phe이고; 더욱 바람직하게는 E는 Cyc, Phe 또는 Phe-Cyc이다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명의 액정 조성물은, 화학식 A, B, C, D, E, 및 F로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분 하나 이상(이때, L 및 E는 Cyc, 및 Phe로 이루어진 군으로부터 선택됨), 및 동시에, 화학식 A, B, C, D, 및 E의 화합물로부터 선택되는 성분 하나 이상(이때, L 및 E 기 중 하나는 Cyc, 및 Phe로 이루어진 군으로부터 선택되고, 나머지 하나는 -Phe-Phe, -Cyc-Phe-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe-, 및 -G-Cyc로 이루어진 군으로부터 선택됨), 및 임의적으로, 화학식 A, B, C, D, E, 및 F의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분 하나 이상(이때 L 및 E 기는 -Cyc-Phe-, -Cyc-Cyc-, -G-Phe-, 및 -G-Cyc로 이루어진 군으로부터 선택됨)을 포함한다.
R' 및 R＂는, 각각 서로 독립적으로, 탄소수 1 내지 8의 알킬, 알켄일, 알콕시, 알켄일옥시 또는 알카노일옥시이고, 바람직하게는 R' 및 R＂는 상이하고, R' 및 R＂ 중 적어도 하나는 알킬 또는 알켄일이다.
다른 실시양태에서, R'는 탄소수 1 내지 8의 알킬, 알켄일, 알콕시, 알켄일옥시, 또는 알카노일옥시, 바람직하게는 알킬 또는 알켄일이다.
본 발명의 화합물은 시판되거나, 그 자체로 공지되고 유기 화학의 표준 작업(예를 들어, 문헌[Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme-Verlag, Stuttgart])에 기술된 방법에 따라 또는 이와 유사하게 합성될 수 있다.
본원 명세서 및 특허청구범위 전방에 걸쳐, 용어 "포함하다" 및 "함유하다" 및 이들 용어의 변형, 예컨대 "포함하는"은, "포함하지만 이에 한정되지 않는"을 의미하며, 다른 성분의 배제하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 용어 "포함하다"는 또한, 용어 "~로 이루어지는"을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에 따른 ER 유체의 액정 성분은 그 자체로 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 보다 소량으로 사용되는 화합물의 목적하는 양이, 주요 구성요소를 구성하는 성분에, 바람직하게는 승온에서 용해된다. 유기 용매(예컨대, 아세톤, 클로로폼 또는 메탄올) 중의 상기 성분의 용액을 혼합하고, 완전히 혼합한 후, 예를 들어 증류에 의해, 유기 용매를 다시 제거하는 것도 가능하다. 또한, 다른 통상적으로 방식으로, 예를 들어 예비혼합물(예컨대, 균일 혼합물)을 사용하거나 소위 멀티용기(multi-bottle) 시스템을 사용하여 상기 혼합물을 제조하는 것도 가능하다.
상기 및 하기 기술되는 전기-유변학적 유체는 상기 및 하기 기술되는 본 발명에 따른 장치에 사용하기에 특히 적합하다.
본 발명에 따른 장치의 작동 원리는 하기에서 자세히 설명될 것이다. 이는, 첨부된 특허청구범위에서 청구되는 본 발명의 범주를 제한하지 않으면서, 가정된 방식의 기능에 대한 설명으로부터 유도될 수 있음에 주목한다.
조작시, 사용자는 상기 장치의 가요성 커버 기판을 터치할 것으로 예상된다. 이로써, 손가락 터치가 바람직하지만, 연필 또는 스타일러스를 사용한 간접 터치도 가능하다. 터치 지점이 상기 장치에 걸쳐 움직이기 때문에, 특정 영역의 전극의 활성화는, 전계에 반응하여, 전극을 가교하는 입자 쇄의 형성으로 인해, ER 유체의 자발적 고화를 유발하거나, 이의 급격한 점도 증가를 유발한다. 따라서, 움직임, 명백한 표면 릴리프 또는 표면 텍스타일에 저항하는 감지가능한 변화가 제공된다. ER 유체를 대체하기 위한 다른 수단은 필요하지 않다.
본 발명의 범주 내에 드는, 본 발명의 전술된 실시양태에 대한 변형이 수행될 수 있음이 이해될 것이다. 달리 언급되지 않는 한, 동일하거나, 동등하거나 또는 유사한 목적을 위한 대안적 특징이 본원 명세서에 개시된 각각의 특징을 대체할 수 있다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 일련의 포괄적인 동등하거나 유사한 특징의 단지 하나의 예인 것이다.
본원 명세서에 개시된 모든 특징은 임의의 조합으로 조합될 수 있되, 상기 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부가 상호 배타적인 조합은 제외한다. 특히, 본 발명의 바람직한 특징은 본 발명의 모든 양태에 적용가능하며, 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 기술된 비-필수적 조합의 특징은 개별적으로(조합이 아니라) 사용될 수 있다.
전술된 특징, 특히 바람직한 실시양태 중 다수는 그 자체로 발명성이 있으며, 본 발명의 실시양태의 단지 일부가 아님을 이해할 것이다. 청구되는 본 발명의 이러한 특징 및 대안에 대한 독립적 보호를 요구할 수 있다.
본원에서 제시되는 매개변수 범위는 모두, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 한계 값을 포함한다.
서로 조합된 다양한 범위의 특징에 대해 제시되는 상이한 상한 및 하한 값은 추가적인 바람직한 범위를 제공한다.
비닐 말단 기를 함유하는 화합물 및 메틸 말단 기를 함유하는 화합물은 낮은 회전 점도를 가진다.
본원 및 특히 하기 실시예에서, 메소젠성 화합물의 구조는 두문자라고도 불리우는 약어로 표시된다. 이러한 두문자에서, 화학식은 하기 표 A 내지 C를 사용하여 간략화된다. CnH2n +1, CmH2m +1 및 ClH2l +1 또는 CnH2n -1, CmH2m -1 및 ClH2l -1 기는 모두, 각각의 경우 n, m 및 l개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알켄일, 바람직하게는 1E-알켄일이다. 표 A는 화합물의 중심 구조의 고리 요소에 대해 사용되는 코드를 나열한 것이고, 표 B는 연결 기를 나타낸 것이다. 표 C는 좌측 및 우측 말단 기에 대한 코드의 의미를 제시한다. 표 D는 각각의 약어를 갖는 화합물의 예시적 구조를 도시한다. 표 E는 안정화제의 예시적 구조를 도시한다.
표 A: 고리 요소
Figure 112016099632280-pct00050
Figure 112016099632280-pct00051
표 B: 연결 기
Figure 112016099632280-pct00052
표 C: 말단 기
Figure 112016099632280-pct00053
상기 식들에서, n 및 m은 각각 정수를 나타내고, 3점 표시 "..."은 상기 표로부터의 다른 약어들에 대한 이격 표시이다.
하기 표는 예시적 구조를 이들의 개별적 약어와 함께 도시하는 것이다. 이는, 상기 약어들에 대한 규칙의 의미를 설명하기 위해 도시된다. 이는 또한, 바람직하게 사용되는 화합물들을 제시한다.
표 D: 예시적 구조
Figure 112016099632280-pct00054
Figure 112016099632280-pct00055
Figure 112016099632280-pct00056
Figure 112016099632280-pct00057
Figure 112016099632280-pct00058
상기 식에서, n(m 및 l)은 바람직하게는, 서로 독립적으로, 1 내지 7, 바람직하게는 2 내지 6의 정수를 나타낸다.
하기 표 E는, 본 발명에 따른 메소젠성 매질에서 안정화제로서 사용될 수 있는 있는 예시적 화합물을 도시하는 것이다.
표 E
Figure 112016099632280-pct00059
Figure 112016099632280-pct00060
Figure 112016099632280-pct00061
Figure 112016099632280-pct00062
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 상기 ER 유체의 액정 성분은 표 E로부터의 화합물의 군으로부터 선택되는 화합물을 하나 이상 포함한다.
본 발명에 따른 매질은 전술된 표로부터의 화합물로 이루어진 군으로부터의 화합물을 2종 이상, 바람직하게는 4종 이상 포함한다.
실시예
본 발명은, 하기 작업 실시예를 참고로 더욱 자세히 기술될 것이며, 하기 실시예는 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.
혼합물 실시예
하기 혼합물을 제조하였다.
Figure 112016099632280-pct00063
Figure 112016099632280-pct00064
Figure 112016099632280-pct00065
Figure 112016099632280-pct00066
Figure 112016099632280-pct00067
Figure 112016099632280-pct00068
조성물
본원에 보고된 모든 실시예에서, 조성물에 대해 하기 절차를 따른다.
고체 물질을 칭량하였다. 모든 성분들을 바이알에 가하고, 자석 교반 막대를 동일한 바이알 내에 위치시켰다. 이어서, 시료를 12시간 동안 혼합하여, 액정 성분의 입자의 완전한 분산을 보장하였다. 이어서, 이 조성물을 진공 오븐에 두어, 시험 이전에 완전히 탈기시켰다.
실시예
실시예 1:
시판 다공성 PMMA 입자(0.1494g, ε = 3.0)를 전술된 방법에 따라 M1(0.3633g, Δε = 11.5)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지(Force Gauge) 측정에 기술된 방법에 따라 시험하였다.
실시예 2:
시판 다공성 PMMA 입자(0.1456g, ε = 3.0)를 전술된 방법에 따라 M2(0.3543g, Δε = 55)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 3:
시판 다공성 PMMA 입자(0.1462g, ε = 3.0)를 전술된 방법에 따라 M3(0.3541g, Δε = 200)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 4:
시판 다공성 PMMA 입자(0.1480g, ε = 3.0)를 전술된 방법에 따라 M4(0.3579g, Δε = 360)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 5:
시판 다공성 PMMA 입자(0.1444g, ε = 3.0)를 전술된 방법에 따라 M5(0.3641g, Δε = 500)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 6:
시판 리튬 폴리메타크릴레이트(LiPMAC, 0.1490g)를 전술된 방법에 따라 M6(0.3529g, Δε = 400)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 7:
시판 다공성 리튬 폴리메타크릴레이트(LiPMAC, 0.0846g)를, 전술된 방법에 따라 분산제 테고라드(Tegorad) 2800(0.0014g)과 함께 M7(0.2017g, Δε = 400)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 8:
시판 스타이렌 입자(0.0353g, ε = 2.5)를 전술된 방법에 따라 M4(0.2258g, Δε = 360)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 9:
시판 비정질 Si 입자(0.0371g, ε = 3.9)를 전술된 방법에 따라 M4(0.2198g, Δε = 360)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
실시예 10:
시판 티타늄 다이옥사이드 입자(0.0362g, ε = 110)를 전술된 방법에 따라 M4(0.2258g, Δε = 360)에 분산시켰다. 배합된 후, 이어서 이 시료를 포스 게이지 측정법에 기술된 방법에 따라 시험하였다
포스 게이지 측정
시판 시험 스탠드 상에 장착된 사우터(Sauter) FH-2 포스 게이지를 사용하여 포스 게이지 측정을 수행하였다. 이는, 특별히 제조된(purpose built) 고전압 시료 챔버 내로 포스 게이지를 낮추는 것을 가능하게 한다. 상기 시료 챔버를, 마이크로미터의 정확도로 시료를 옮기기 위한 수단을 제공하는 전동(motorized) 랩잭(labjack)(L490MZ/M) 상에 장착하였다.
시험할 시료를, 상호-교차 ITO 전극을 갖는 유리 기판(고전압 시료 챔버 내에 유지됨) 상에 놓았다. 시료가 침착되면, 박형 플라스틱 기판을 상부에 두어, 포스 게이지 프로브의 오염을 방지하였다.
데이터를 수집하는 과정은 다음과 같다:
1. 프로브가 플라스틱 기판과 접촉하도록 프로브를 낮춘다.
2. 내부 프로그램을 개시하여, 포스 게이지에 의해 제공된 데이터를 기록한다.
3. 전동 랩잭을 10 마이크론 스텝으로 총 100 마이크론 올리되, 이때 각각의 스텝 사이에 10초의 지연이 있었다.
4. 10번째 스텝 이후, 포스 게이지를 100 초 동안 그대로 방치하여, 평형 거동을 기록한다.
5. 데이터 기록을 중지한다.
6. 포스 게이지를 올린다.
7. 무질서한 평형 상태로 되돌아가는 것을 보장하기 위해, 절연된 뭉툭한 막대를 사용하여 시료를 탐색하였다(probed).
상기 과정을 총 6회 반복하였다(전압을 인가하지 않고 3회, 고전압을 인가하고 3회).
전압이 인가된 경우, 상기 조성물은 3.75 V mm-1의 전계하에 있었다.
포스 게이지 데이터
하기 표는 포스 게이지 측정법의 수집된 데이터를 도시한다.
Figure 112016099632280-pct00069

Claims (19)

  1. 2개의 기판 사이에 개재된 전기-유변학적 유체(electro-rheological fluid)를 포함하는 장치로서,
    상기 기판들 중 적어도 하나가 가요성이고,
    상기 기판들 중 하나가 전극 구조를 구비하고,
    상기 전극 구조는 상기 전기-유변학적 유체와 인접하고, 전극 구조를 구비한 상기 기판들 중 하나의 주 평면에 평행한 전계의 유의적 성분을 가지며,
    상기 전기-유변학적 유체는 극성 액정 매질에 현탁된 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자를 포함하고, 하기 화학식 I 또는 I*의 화합물의 하나 이상을 포함하는, 장치:
    Figure 112021119450535-pct00070

    상기 화학식 I 또는 I*에서,
    L11 내지 L16은, 서로 독립적으로, H 또는 F이고,
    Figure 112021119450535-pct00071
    및
    Figure 112021119450535-pct00072
    는, 서로 독립적으로,
    Figure 112021119450535-pct00073
    또는
    Figure 112021119450535-pct00074
    이고,
    R11은, 비치환되거나 F, Cl 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환되는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, 임의적으로 -O-, -S-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02- 또는 -C≡C-로 대체되고,
    Y01 및 Y02는, 서로 독립적으로, F, Cl, 또는 CN이고, 다르게는 이들 중 하나가 H일 수 있고,
    R01 및 R02는, 서로 독립적으로, H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
    X11은 할로겐; CN; 탄소수 1 내지 6의 일할로겐화, 이할로겐화 또는 다중할로겐화된 알킬- 또는 알콕시 기; 또는 탄소수 2 내지 6의 일할로겐화, 이할로겐화 또는 다중할로겐화된 알켄일 기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치가 광에 투명한 것을 특징으로 하는, 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 구조가, 상호-교차(interdigitated) 전극, IPS 전극, FFS 전극 및 빗형 전극으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    전극들 간의 간격이 10 μm 내지 1000 μm 범위인 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    구동 전압이 100 내지 800 V 범위인 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-유변학적 유체의 층-두께가 10 μm 내지 1000 μm 범위인 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-유변학적 유체가 고상-액상의 2상 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 삭제
  9. 평면내(in-plane) 전극 구조를 구비한 기판 상에 전기-유변학적 유체의 층을 제공하는 단계를 적어도 포함하는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    손끝 또는 스타일러스(stylus)에 의해 감지될 수 있는 전기기계적 효과를 제공하는데 사용되는 장치.
  11. 삭제
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 전광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전광 장치가 디스플레이로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 전광 장치.
  14. 5 이상의 유전 이방성을 나타내는 극성 액정 매질에 현탁된 하나 이상의 무기 또는 유기 물질의 입자, 및
    하기 화학식 I 또는 I*의 화합물의 하나 이상
    을 포함하는 전기-유변학적 유체:
    Figure 112021119450535-pct00075

    상기 화학식 I 또는 I*에서,
    L11 내지 L16은, 서로 독립적으로, H 또는 F이고,
    Figure 112021119450535-pct00076
    및
    Figure 112021119450535-pct00077
    는, 서로 독립적으로,
    Figure 112021119450535-pct00078
    또는
    Figure 112021119450535-pct00079
    이고,
    R11은, 비치환되거나 F, Cl 또는 CN으로 일치환 또는 다중치환되는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 기이고, 이때 하나 이상의 CH2 기는, 각각의 경우 서로 독립적으로, O 및/또는 S 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, 임의적으로 -O-, -S-, -NR01-, -SiR01R02-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CY01=CY02- 또는 -C≡C-로 대체되고,
    Y01 및 Y02는, 서로 독립적으로, F, Cl, 또는 CN이고, 다르게는 이들 중 하나가 H일 수 있고,
    R01 및 R02는, 서로 독립적으로, H, 또는 탄소수 1 내지 12의 알킬이고,
    X11은 할로겐; CN; 탄소수 1 내지 6의 일할로겐화, 이할로겐화 또는 다중할로겐화된 알킬- 또는 알콕시 기; 또는 탄소수 2 내지 6의 일할로겐화, 이할로겐화 또는 다중할로겐화된 알켄일 기이다.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기-유변학적 유체 중의 상기 무기 또는 유기 물질의 입자의 총량이 5 내지 70 중량% 범위인 것을 특징으로 하는, 전기-유변학적 유체.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 무기 또는 유기 물질의 입자의 크기가 1 nm 내지 1000 nm 범위인 것을 특징으로 하는, 전기-유변학적 유체.
  17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 무기 물질이 비정질 규소 및 TiO2로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 전기-유변학적 유체.
  18. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 물질이 다공성 PMMA, LiPMAC 및 스타이렌으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 전기-유변학적 유체.
  19. 삭제
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