KR20150095813A

KR20150095813A - 액정 매질

Info

Publication number: KR20150095813A
Application number: KR1020157018532A
Authority: KR
Inventors: 마이클 준지; 안드레아스 바이에르; 우르슐라 파트발; 페르 키르슈; 수잔 벡; 오오스텐 카스퍼 라우렌스 반; 펠릭스 프리츠 루돌프 슐로써
Original assignee: 메르크 파텐트 게엠베하
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-08-21
Also published as: KR102171901B1; CN104837959B; US9701905B2; JP2016505671A; WO2014090373A1; TW201428092A; EP2931839A1; TWI613280B; JP6527465B2; US20150299577A1; CN104837959A; EP2931839B1

Abstract

본원은 적색 광을 흡수하는 릴렌 구조를 갖는 하나 이상의 이색성 염료를 포함하는 액정 매질에 관한 것이다. 또한, 본원은 액정 매질을 함유하는 장치, 바람직하게는 광-투과 영역에 에너지가 통과하는 것을 조절하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

액정 매질{LIQUID-CRYSTALLINE MEDIUM}

본원은 적색 또는 장-파장 광을 흡수하는 릴렌 구조를 갖는 적어도 하나의 이색성 염료를 포함하는 액정 매질에 관한 것이다. 본원에 따르면 액정 매질은 게스트-호스트 유형의 LC 장치, 바람직하게는 광-투과 영역에 에너지가 통과하는 것을 조절하기 위한 장치에 사용될 수 있다.

본원의 목적을 위해, 이색성 염료(dichroic dye)는, 흡수 특성이 광의 편광 방향에 대한 화합물의 배향에 의존하는 광-흡수성 화합물을 의미한다.

릴렌 구조를 갖는 염료는 하나 이상의 하기 구조 단위를 함유하는 임의의 바람직한 염료를 의미한다:

상기 식에서, n은 정수이고 1 이상이며, 상기 구조 단위는 도시된 결합 및 유리 위치에서 임의의 원하는 라디칼에 의해 치환될 수 있다.

본원의 목적을 위해, 액정 매질이라는 용어는 특정 조건 하에서 액정 특성을 갖는 물질을 의미한다. 상기 물질은 바람직하게는 실온에서 및 실온 상하 소정의 온도 범위에서 액정 특성을 갖는다.

LC 장치는 일반적으로 액정 매질을 포함하는 적어도 하나의 층을 갖는 장치를 의미한다. 상기 층은 바람직하게는 스위칭 가능한 층, 특히 바람직하게는 전기적으로 스위칭 가능한 층이다.

본원의 목적을 위해, 게스트-호스트 유형의 LC 장치는, 이색성 염료를 포함하는 액정 매질을 포함하는 스위칭 가능한 층을 포함하는 스위칭 가능한 장치를 의미한다. 이색성 염료는 바람직하게는 액정 매질에 용해되고, 더욱 바람직하게는 그 배향이 액정 매질의 화합물의 배향에 의해 영향을 받는다. 상기 장치는 바람직하게는 전기적으로 스위칭 가능하다. 상기 장치는 또한 바람직하게는 전압의 인가 또는 스위칭-오프에 의해 장치를 통해 낮은 광 투과율 상태에서 높은 광 투과율 상태로의 변화를 유발한다. 게스트-호스트 유형의 장치는 하일마이어(Heilmeier) 및 자노니(Zanoni)에 의해 처음으로 개발되었고(문헌[G. H. Heilmeier et al., Appl. Phys. Lett.,1968, 13, 91]), 그 이후로 특히 디스플레이 장치에서 여러 번 사용되어왔다.

게스트-호스트 유형의 LC 장치의 경우, 디스플레이 장치에서의 사용뿐만 아니라, 에너지 통과를 조절하기 위한 스위칭 소자에서의 사용이 또한 예를 들어 WO 2009/141295 및 WO 2010/118422로부터 공지되어 있다.

청색 광을 흡수하는 릴렌 염료를 포함하는 액정 매질은 게스트-호스트 유형의 디스플레이 장치 분야로부터 공지되어 있다(EP 0060895 및 EP 0047027). 또한, 적색 광을 흡수하는 하나 이상의 이색성 염료를 포함하는 액정 매질은 게스트-호스트 유형의 디스플레이 장치 분야로부터 공지되어 있다(DE 3307238). 이 출원에 개시된 염료는 안트라퀴논, 나프토퀴논 및 아조 염료이다. 릴렌은 이색성 염료로서 개시되어 있지 않다. DE 3307238에 개시된 이색성 염료는 형광 강도 및 액정 매질 중의 용해성과 관련하여 개선 가능성이 있다. 또한, 상기 이색성 염료를 포함하는 액정 매질은 광, 극한 온도 및 전계에 대한 안정성과 관련하여 개선 가능성이 있다.

에너지 통과를 조절하기 위한 스위칭 장치 분야에서, WO 2009/141295 및 WO 2010/118422는 일반적으로 이러한 스위칭 소자에서 게스트-호스트 유형의 액정 매질을 사용하는 것을 기술하고 있다. 이들 출원은 이색성 염료에 관해 일반적으로 머물러 있거나 또는 적색 광을 흡수하는 이색성 염료를 전혀 개시하고 있지 않다.

적색광 또는 NIR 광을 흡수하는 이색성 염료를 전혀 포함하지 않는 장치는 복사선 에너지의 대부분, 즉 적색 VIS 및 NIR 광의 영역에 있는 광을 제어하지 못하는 단점을 보인다.

따라서, 본 발명의 기술적 목적은 게스트-호스트 유형의 장치에서 적색 VIS 및 NIR 광 영역의 복사선 에너지를 제어, 즉 차단하거나 투과시킬 수 있는 액정 매질을 제공하기 위한 것이다. 이러한 특성은 바람직하게는 에너지 통과를 조절하기 위한 스위칭 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.

따라서, 액정 매질에 대한 또 하나의 기술적 목적은 태양광, 특히 UV 광 및 전기장에 대해 장시간 안정하도록 하는 것이다. 이색성 염료에 대한 또 하나의 기술적 목적은 액정 매질 중에 쉽게 용해되고 장시간에 걸쳐 그 용해도가 유지되도록 하는 것이다.

적색 광을 흡수하는 릴렌 유형의 염료는 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 전자사진 소자에서 염료로서의 용도가 DE 3110960에 개시되어 있다.

놀랍게도, 적색 또는 장-파장 광을 흡수하는 릴렌 구조를 갖는 하나 이상의 이색성 염료를 포함하는 액정 매질이 상술한 기술적 목적을 달성하는 것으로 밝혀졌다.

특히, 상기 염료가 저온 또는 고온에서도 액정 매질에서 가용성이 높으며 장시간에 걸쳐 안정적으로 용해된 상태를 유지하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 상기 액정 매질이 UV 광, 열 및 전기장에 대해 안정한 것으로 밝혀졌다.

따라서, 본원은 최장-파장 흡수 최대치가 600 nm 초과의 파장에서 존재하는 릴렌 구조를 갖는 하나 이상의 이색성 염료 F를 포함하는 액정 매질에 관한 것이다.

본원에서 흡수 최대치는 UV-VIS-NIR 광 영역에서 전체 흡수 적분 값에 대해 10% 이상, 바람직하게는 20% 이상, 특히 바람직하게는 30% 이상, 매우 특히 바람직하게는 40% 이상을 구성하는 흡수 밴드의 최대치를 의미한다.

본원에서 UV-VIS-NIR 광은 320 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광, 바람직하게는 320 내지 1500 nm의 파장을 갖는 광을 의미한다.

이색성 염료 F는 바람직하게는 액정 매질에 용해된다. 그 배향은 바람직하게는 액정 매질의 화합물의 배향에 의해 영향을 받는다.

이색성 염료 F는 바람직하게는 실시예에 기재된 바와 같이 결정되는 양의 이색성 염료, 즉 양의 이방성 정도 R을 갖는 염료이다. 이방성 정도 R은 특히 바람직하게는 0.4 초과, 매우 특히 바람직하게는 0.5 초과, 가장 바람직하게는 0.6 초과이며, 여기서 R은 실시예에 기재된 바와 같이 결정된다.

흡수는 바람직하게는 광의 편광이 분자의 가장 긴 연신 방향에 평행한 경우에 최대치에 도달하고 광의 편광 방향이 분자의 가장 긴 연신 방향에 수직인 경우에 최소치에 도달한다.

본원에 따른 이색성 염료 F는 또한 바람직하게는 스펙트럼의 짙은 적색 내지 NIR 영역, 즉 580 내지 2000 nm, 바람직하게는 590 내지 1500 nm, 특히 바람직하게는 600 내지 1300 nm의 파장 범위의 광을 주로 흡수한다. 염료의 흡수 최대치는 또한 바람직하게는 605 내지 2000 nm, 특히 바람직하게는 610 내지 1300 nm, 매우 특히 바람직하게는 620 내지 1200 nm이다.

본원의 목적을 위해, 염료가 광 스펙트럼의 특정 영역에서 주로 흡수하는 제형은 상기 염료가 UV-VIS-NIR 영역에서 총 흡수치에 대한 적분값의 70% 이상, 특히 80% 이상, 더욱 특히 90% 이상을 갖는 것을 의미한다. 이색성 염료 F는 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.15 내지 7 중량, 매우 특히 바람직하게는 0.2 내지 7 중량%의 농도로 본 발명에 따른 액정 매질에 존재한다.

이색성 염료는 F는 더욱 바람직하게는 형광성 염료이다.

본원에서 형광성은 화합물이 특정 파장을 갖는 광의 흡수에 의해 전자적으로 여기된 상태에 있는 것을 의미하며, 이때 상기 화합물은 연속적으로 발광하면서 기저 상태로 변환된다. 방출된 광은 바람직하게는 흡수된 광보다 긴 파장을 갖는다. 여기 상태로부터 기저 상태로의 전이는 더욱 바람직하게는 스핀-허용, 즉 스핀 변화없이 일어난다. 형광성 화합물의 여기 상태의 수명은 더욱 바람직하게는 10^-5 초보다 짧고, 특히 바람직하게는 10^-6 초보다 짧고, 매우 특히 바람직하게는 10^-9 내지 10^-7 초이다.

본 발명에 따르면, 이색성 염료 F는 단지 하나의 릴렌 발색단(chromophor)을 함유하는 것이 바람직하다. 이는 특히 바람직하게는 단지 하나의 발색단을 함유하는, 즉 모노-발색단 염료이다.

본 발명에 따르면, 이색성 염료 F는, 임의적으로 치환되는 하나 이상의 하기 화학식의 기를 함유한다:

상기 식에서, n은 1 이상이고, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8의 값을 가지며, 특히 바람직하게는 1, 2, 3, 4 또는 5의 값을 갖는다.

이색성 염료 F는 바람직하게는 하기 정의되는 화학식 (F-I) 내지 (F-V)의 화합물로부터 선택된다.

하기 조건은 하기 화학식 (F-I)에 적용된다:

화학식 (F-I)

상기 식에서,

n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8로부터 선택되고;

Z^F1은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 단일 결합, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -C(=O)S-, -SC(=O)- , -CF₂- -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂- 및 -0-로부터 선택되고;

R^F1은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시, 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일 또는 알킨일 기, 또는 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬 기로부터 선택되되, 상기 기들은 하나 이상의 라디칼 R^FA, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FA로 치환될 수 있는 6 내지 30개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있고;

R^F2 및 R^F3은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, H, F, Cl, Br, OR^FA, OCH₂R^FA, SR^FA, SCH₂R^FA, C(=O)OR^FA, 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일 또는 알킨일 기, 또는 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬 기로부터 선택되되, 상기 기들은 하나 이상의 라디칼 R^FA, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FA로 치환될 수 있는 6 내지 30개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 또는 헤테로아릴 기, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FA로 치환될 수 있는 6 내지 30개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴옥시 또는 헤테로아릴옥시 기로 치환될 수 있고;

R^FA는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, F, Cl, Br, -OCF₂R^FB, -CF₂O-R^FB, 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일 또는 알킨일 기, 또는 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬 기로부터 선택되되, 상기 기들은 하나 이상의 라디칼 R^FB, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FB로 치환될 수 있는 6 내지 30개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있고;

R^FB는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, F 또는 탄소수 1 내지 20의 지방족, 방향족 또는 헤테로방향족 유기 라디칼로부터 선택된다.

화학식 F-I의 화합물의 경우, n은 바람직하게는 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택되거나, 또는 특히 바람직하게는 2, 3, 4 또는 5로부터 선택된다.

Z^F1은 더욱 바람직하게는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 단일 결합, -C(=O)O-, -OC(=O)-, -CF₂-, -CF₂-CF₂-, -CF₂O-, -OCF₂- 및 -O-, 특히 바람직하게는 -C(=0)0- 및 -OC(=0)-로부터 선택된다.

R^F1은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기, 또는 사이클로헥실 기로부터 선택되되, 상기 기들은 하나 이상의 라디칼 R^FB, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FB로 치환될 수 있는 6개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 또는 헤테로아릴 기로 치환될 수 있다.

R^F1은 특히 바람직하게는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 하나 이상의 라디칼 R^FB로 치환될 수 있는 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기로부터 선택되거나, 또는 하기 화학식 (R^F1-1) 내지 (R^F1-6)으로부터 선택된다:

상기 식에서,

화학식 (R^F1-1) 내지 (R^F1-6)의 기는 모든 유리 위치에서 하나 이상의 라디칼 R^FA로 치환될 수 있고, 점선은 화학식의 나머지 부분과의 결합을 나타내고;

R^FC는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, H, F, 탄소수 1 내지 10의 알킬 기 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시 기로부터 선택되되, 상기 언급된 기에서 하나 이상의 H 원자는 F로 대체될 수 있고;

Z^RF1은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 단일 결합, -OCF₂- 및 -CF₂0-로부터 선택된다.

R^F2 및 R^F3은 특히 바람직하게는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, H, F, Cl, C(=O)OR^FA, OCF₃, SCF₃, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기로부터 선택되되, 이들 기는 하나 이상의 라디칼, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FA로 치환될 수 있는 6 내지 30개의 방향족 고리 원자를 갖는 아르알킬 기, 또는 하나 이상의 라디칼 R^FA로 치환될 수 있는 6 내지 30개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴옥시 기로 치환될 수 있다.

Z^F1이 -C(=O)0- 또는 -OC(=O) 기인 경우, R^F1은 바람직하게는 Z^F1에 직접적으로 결합되는 기가 비치환된 페닐 기가 아니도록 선택된다.

하기 조건은 화학식 (F-II)에 적용된다:

화학식 (F-II)

상기 식에서,

n은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고;

R^F4는 상기 R^F2와 같이 정의되고;

다른 라디칼은 상기 정의된 것과 동일한 의미를 갖는다.

화학식 (F-II)의 화합물의 경우, n은 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택된다. n은 특히 바람직하게는 2, 3, 4 또는 5로부터 선택된다.

R^F1, R^F2 및 R^F3의 경우, 화학식 (F-I)에 대해 전술한 실시양태가 마찬가지로 바람직하다.

하기 조건은 화학식 (F-III)에 적용된다:

화학식 (F-III)

상기 식에서,

n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고;

R^F5는 상기 R^F2와 같이 정의되고;

다른 라디칼은 상기 정의와 동일한 의미를 갖는다.

화학식 (F-III)의 화합물의 경우, n은 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택된다. n은 특히 바람직하게는 1, 2, 3, 4 또는 5로부터 선택된다.

더욱 바람직하게는 n이 0인 경우, 화학식 (F-III)에서 R^F3은 아릴옥시 기가 아니다.

하기 조건은 화학식 (F-IV)에 적용된다:

화학식 (F-IV)

상기 식에서,

n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고;

R^F6은 상기 R^F2와 같이 정의되고;

다른 라디칼은 상기 정의와 동일한 의미를 갖는다.

화학식 (F-IV)의 화합물의 경우, n은 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택된다. n은 특히 바람직하게는 1, 2, 3, 4 또는 5로부터 선택된다.

하기 조건은 화학식 (F-V)에 적용된다:

화학식 (F-V)

상기 식에서,

n은 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고;

다른 라디칼은 상기 정의와 동일한 의미를 갖는다.

화학식 (F-V)의 화합물의 경우, n은 바람직하게는 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택된다. n은 특히 바람직하게는 1, 2, 3, 4 또는 5로부터 선택된다.

더욱 바람직하게는 n이 0인 경우, 화학식 (F-V)에서 R^F3은 아릴옥시 기가 아니다.

화학적 기에 대해 하기와 같은 정의가 적용된다.

본원의 관점에서 아릴 기는 6 내지 60개의 방향족 고리 원자를 함유하고; 본 발명의 의미에서 헤테로아릴 기는 적어도 하나가 헤테로원자를 나타내는 5 내지 60개의 방향족 고리 원자를 함유한다. 헤테로 원자는 바람직하게는 N, O 및 S로부터 선택된다. 이는 기본적인 정의를 나타낸다. 다른 바람직한 정의가 예를 들어 방향족 고리 원자 또는 헤테로원자의 존재 개수와 관련하여 본 발명의 설명에서 기재되는 경우, 이것이 적용된다.

본원에서 아릴 기 또는 헤테로아릴 기는 간단한 방향족 고리, 즉 벤젠 또는 간단한 헤테로방향족 고리 예를 들어 피리딘, 피리미딘 또는 티오펜, 또는 축합된(어닐링된) 방향족 또는 헤테로방향족 폴리사이클 예를 들어 나프탈렌, 페난트렌, 퀴놀린 또는 카바졸을 의미한다. 본원의 관점에서 축합된(어닐링된) 방향족 또는 헤테로방향족 폴리사이클은 서로 축합된 둘 이상의 간단한 방향족 또는 헤테로방향족 고리로 구성된다.

본 발명의 의미에서 아르알킬 기는 아릴 기로 치환된 알킬 기이며, 여기서 용어 아릴 기는 상기 정의된 바와 같고, 알킬 기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 가지며, 알킬 기에서 개개의 H 원자 및/또는 CH₂ 기는 또한 알킬 기의 정의에서 언급된 기들로 대체될 수 있고, 상기 알킬 기는 화합물의 나머지 부분에 결합되는 기를 나타낸다. 상응하는 상황이 아릴이 헤테로아릴로 대체된 헤테로아르알킬 기에도 적용된다.

본 발명의 정의에 따른 아릴옥시 기는 산소 원자를 통해 결합된 상기 정의 된 바와 같은 아릴 기를 의미한다. 유사한 정의가 헤테로아릴옥시 기에도 적용된다.

본 발명은 또한 최장-파장 흡수 최대치가 600 nm 초과의 파장에서 존재하는 릴렌 구조를 갖는 이색성 염료 F의 게스트-호스트 유형의 LC 장치에서의 용도에 관한 것이다.

게스트-호스트 유형의 LC 장치의 경우, 본원의 다른 곳에 기재된 바람직한 실시양태들이 또한 여기에 바람직하다.

이색성 염료 F의 경우, 본원의 다른 곳에 기재된 바람직한 실시양태들이 또한 여기에 바람직하다.

본 발명에 따른 액정 매질은 이색성 염료 F 외에 추가의 이색성 염료를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는 1, 2, 3 또는 4개의 추가의 염료, 매우 특히 바람직하게는 2 또는 3개의 추가의 염료, 및 가장 바람직하게는 3개의 추가의 염료를 포함한다.

이색성과 관련하여, 이색성 염료 F에 대해 기재된 바람직한 특성은 또한 임의적으로 존재하는 추가의 이색성 염료에 대해서도 바람직하다.

액정 매질에서의 이색성 염료의 흡수 스펙트럼은 바람직하게는 눈에 대해 검은 색의 느낌이 발생하는 방식으로 서로를 보완한다. 본 발명에 따른 액정 매질의 둘 이상의 이색성 염료는 바람직하게는 가시 광선 스펙트럼의 대부분을 차지한다. 이는 바람직하게는 이색성 염료 F 외에도 두 개 또는 세 개의 추가의 이색성 염료를 통해 달성되고, 이때 상기 추가의 이색성 염료 중 적어도 하나는 녹색 내지 황색 광을 흡수하고 적어도 하는 청색 광을 흡수한다.

본원에서 광 색상은 문헌[B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11.2.1]에 따라 결정된다. 각 경우에 인지되는 염료의 색상은 흡수된 색상에 대한 보색을 나타낸다는 점, 즉 청색 광을 흡수하는 염료는 황색을 갖는다는 점이다.

상기 추가의 이색성 염료는 더욱 바람직하게는 주로 UV-VIS-NIR 영역, 즉 320 내지 2000 nm 파장 범위의 광을 흡수한다. 여기서 UV 광은 320 내지 380 nm의 파장을 갖는 광을 나타내고, VIS 광은 380 내지 780 nm의 파장을 갖는 광을 나타내고, NIR은 780 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광을 나타낸다. 이들은 특히 바람직하게는 400 내지 1300 nm 범위에서 흡수 최대치를 갖는다.

염료 중 하나 이상이 난용성인 경우, 유사한 흡수 최대치를 갖는 추가의 염료를 첨가하는 것, 예를 들어 청색 광을 흡수하는 염료의 용해도가 낮은 경우에 청색 광을 흡수하는 추가의 염료를 첨가하는 것이 유리할 수 있다.

눈에 검은 색 또는 회색으로 나타나는 염료의 혼합물을 제조할 수 있는 정밀한 방법은 당해 분야 숙련자에게 공지되어 있으며 예를 들어 문헌[Manfred Richter, Einfuhrung in die Farbmetrik [Introduction to Colorimetry], 2nd Edition, 1981, ISBN 3-11-008209-8, Ver-lag Walter de Gruyter & Co.]에 기재되어 있다.

염료 혼합물의 색의 위치 조정은 색체계(colorimetry) 영역에 기재되어 있다. 이를 위해, 각각의 염료의 스펙트럼은 전체 스펙트럼을 제공하기 위해 램버트-비어(Lambert-Beer) 법칙을 고려하여 계산하고, 색체계의 규칙에 따른 관련 조명 예를 들어 일광에 대해서는 발광체 D65 하에 그 상응하는 색의 위치 및 휘도 값으로 변환한다. 백색점의 위치는 각각의 발광체 예를 들어 D65에 의해 고정하고 표에 인용된다(예컨대 상기 문헌 참조). 다른 색의 위치는 다양한 염료의 비율을 변경하여 설정할 수 있다.

바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 액정 매질은 적색 및 NIR 영역, 즉 600 내지 2000 nm의 파장, 바람직하게는 650 내지 1800 nm의 범위, 특히 바람직하게는 650 내지 1300 nm의 범위에서 광을 흡수하는 하나 이상의 이색성 염료를 포함한다. 이러한 이색성 염료는 더욱 바람직하게는 릴렌 구조를 갖는 화합물이다.

본 발명에 따른 액정 매질 중의 이색성 염료의 비율은 바람직하게는 총 0.01 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 7 중량% 및 매우 특히 바람직하게는 0.2 내지 7 중량%이다. 개별 이색성 염료의 비율은 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 7 중량% 및 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 7 중량%이다.

추가의 이색성 염료는 더욱 바람직하게는 문헌[B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11.2.1]에 기재된 염료 부류로부터 선택되고, 특히 바람직하게는 이의 표에 주어진 명시된 화합물들로부터 선택된다.

추가의 이색성 염료는 바람직하게는 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로-시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 페릴렌, 테릴렌, 쿼터릴렌, 고급 릴렌 및 피로메텐으로부터 선택된다. 이들 중에서, 특히 바람직하게는 페릴렌, 터릴렌, 쿼터릴렌, 펜타릴렌 및 헥사릴렌이다.

상기 염료들은 당업자에게 공지되어 있고 문헌에서 여러 번 설명되고 있는 이색성 염료 부류에 속한다.

따라서, 예를 들면, 안트라퀴논 염료는 EP 34832, EP　44893, EP 48583, EP 54217, EP 56492, EP 59036, GB 2065158, GB　2065695, GB 2081736, GB 2082196, GB 2094822, GB 2094825, JP-A　55-123673, DE 3017877, DE 3040102, DE 3115147, DE 3115762, DE 3150803 및 DE 3201120에 기재되어 있고, 나프토퀴논은 DE　3126108 및 DE　3202761에 기재되어 있고, 아조 염료는 EP 43904, DE　3123519, WO 82/2054, GB 2079770, JP-A 56-57850, JP-OS 56-104984, US 4308161, US 4308162, US 4340973, 문헌[T. Uchida, C. Shishido, H. Seki and M. Wada: Mol. Cryst. Lig. Cryst. 39, 39-52 (1977)] 및 [H. Seki, C. Shishido, S. Yasui and T. Uchida: Jpn. J. Appl. Phys. 21, 191-192 (1982)]에 기재되어 있으며, 페릴렌은 EP　60895, EP 68427 및 WO　82/1191에 기재되어 있다.

또한, 매우 특히 바람직하게는 예를 들어 EP　2166040, US　2011/0042651, EP　68427, EP　47027, EP　60895, DE　3110960 및 EP　698649에 개시되어 있는 릴렌 염료이다.

바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 액정 매질은 단지 릴렌 염료 부류로부터 선택되는 이색성 염료만을 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질에 존재할 수 있는 바람직한 이색성 염료의 예는 하기 표에 도시되어 있다:

특히 다음 세 가지 염료를 본 발명에 따른 액정 매질에 서로 조합하여 사용하는 것이 바람직하다:

다르게는 다음 세 가지 염료를 본 발명에 따른 액정 매질에 서로 조합하여 사용하는 것이 바람직하다:

상술한 경우에, 추가의 염료가 액정으로 존재하거나, 또는 상기 기재된 염료가 본 발명에 따른 액정 매질의 유일한 염료일 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 먼저 이색성 염료를 첨가하지 않고 액정 매질의 추가의 성분들을 혼합함으로써 제조된다. 이어서, 이색성 염료를 액정 매질에 첨가하여 바람직하게는 실온보다 높은 온도, 특히 바람직하게는 40℃ 초과, 매우 특히 바람직하게는 50℃ 초과의 온도에서 용해시킨다.

본 발명은 또한 본 발명에 따른 액정 매질의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 작동 온도에서 네마틱 액정이다. 특히 바람직하게는 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 작동 온도에 대해 상하로 ±20℃ 범위, 매우 특히 바람직하게는 상하로 ±30℃ 범위에서 네마틱 액정이다.

다르게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 작동 온도에서 콜레스테릭 액정일 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 또한 바람직하게는 70 내지 170℃, 바람직하게는 90 내지 160℃, 특히 바람직하게는 95 내지 150℃, 및 매우 특히 바람직하게는 105 내지 140℃의 온도 범위에서 등명점, 바람직하게는 네마틱 액정 상태로부터 등방성 상태로의 상 전이를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 액정 매질의 유전 이방성은 바람직하게는 3 초과, 특히 바람직하게는 7 초과이다.

다르게는, 본 발명에 따른 액정 매질의 유전 이방성은 -2 미만, 바람직하게는 -3 미만인 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 또한 바람직하게는 3 내지 20개의 상이한 액정 화합물, 바람직하게는 8 내지 18개, 특히 바람직하게는 12 내지 16개의 상이한 액정 화합물을 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 또한 바람직하게는 니트릴 기를 포함하는 하나 이상의 화합물을 포함한다.

특히 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 (I)의 화합물을 포함한다:

화학식 (I)

상기 식에서,

R¹¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, H, F, Cl, CN, NCS, R¹-O-CO-, R¹-CO-O-, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 알콕시 또는 티오알콕시 기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일, 알켄일옥시 또는 티오알켄일옥시 기이고, 이때 상기 언급된 기에서 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 상기 언급된 기에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O, S, -O-CO- 또는 -CO-O-로 대체될 수 있고,

R¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 탄소수 1 내지 10의 알킬 기이고, 여기서 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 하나 이상의 CH₂ 기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,

Z¹¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, -CO-O-, -O-CO-, -CF₂-CF₂-, -CF₂-O-, -O-CF₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -OCH₂-, -CH₂O- 및 단일 결합으로부터 선택되고,

A¹¹은

으로부터 선택되고,

X는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 알콕시 또는 알킬티오 기로부터 선택되며, 이때 상기 언급된 기에서 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 상기 언급된 기에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O 또는 S로 대체될 수 있다.

가독성을 향상시키기 위해 본원에서 고리

예를 들어

는 줄여서 "A^XX" 예를 들어 "A¹¹"이라 한다.

액정 매질은 바람직하게는 또한 하나 이상의 하기 화학식 (II)의 화합물을 포함한다:

화학식 (II)

상기 식에서,

R²¹ 및 R²²는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, H, F, Cl, CN, NCS, R¹-O-CO-, R¹-CO-O-, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 알콕시 또는 티오알콕시 기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일, 알켄일옥시 또는 티오알켄일옥시 기로부터 선택되며, 이때 상기 언급된 기에서 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 상기 언급된 기에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O, S, -O-CO- 또는 -CO-O-로 대체될 수 있고,

R¹은 상기 정의된 바와 같고,

Z¹¹ 및 Z²²는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, -CO-O-, -O-CO-, -CF₂-CF₂-, -CF₂-O-, -O-CF₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -OCH₂-, -CH₂O- 및 단일 결합으로부터 선택되고,

A²¹, A²² 및 A²³은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게,

로부터 선택되고,

X는 상기와 같이 정의되며, 여기서 화학식 (II)의 화합물은 2개 이상의 플루오린-치환체를 갖는다.

액정 매질은 또한 바람직하게는 하나 이상의 하기 화학식 (III)의 화합물을 포함한다:

화학식 (III)

상기 식에서,

R¹은 상기 정의된 바와 같고,

Z³¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, -CO-O-, -O-CO-, -CF₂-CF₂-, -CF₂-O-, -O-CF₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -OCH₂-, -CH₂O- 및 단일 결합으로부터 선택되고,

A³¹ 및 A³²는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게,

로부터 선택되고,

X는 상기와 같이 정의되며,

k는 3, 4 또는 5이다.

본원에서 단위

는 각각의 경우에 동일하거나 상이할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 화학식 (I)의 화합물 및 추가로 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 화학식 (II)의 화합물, 및 추가로 상기 정의된 바와 같은 하나 이상의 화학식 (III)의 화합물을 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 10 내지 60 중량%, 특히 바람직하게는 20 내지 50 중량%, 매우 특히 바람직하게는 25 내지 40 중량%의 화학식 (I)의 화합물을 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 더욱 바람직하게는, 바람직하게는 상기 언급된 바람직한 비율의 화학식 (I)의 화합물과 조합하여, 20 내지 60 중량%, 바람직하게는 30 내지 50 중량%의 화학식 (II)의 화합물을 포함한다.

본 발명에 따른 액정 매질은 또한 바람직하게는, 바람직하게는 상기 언급된 바람직한 비율의 화학식 (I) 및/또는 화학식 (II)의 화합물과 조합하여, 15 내지 45 중량%, 바람직하게는 25 내지 35 중량%의 화학식 (III)의 화합물을 포함한다.

화학식 (III)의 화합물은 바람직하게는 6 중량% 이상, 바람직하게는 9 중량% 이상, 특히 바람직하게는 12 중량% 이상의 비율로 액정 매질에 존재한다.

액정 매질에 대해 더욱 바람직하게는 화학식 (I)의 화합물 대 화학식 (II)의 화합물의 비율은 1:0.9 내지 1:5, 특히 바람직하게는 1:1 내지 1:2, 매우 특히 바람직하게는 1:1.05 내지 1:1.6이고, 이들 비율은 중량%로 표시된다.

액정 매질에 사용될 수 있는 화학식 (I), (II) 또는 (III)의 화합물의 예는 하기 표에 표시되어 있다.

하기 화합물들은 화학식 (I)의 화합물의 예이다:

하기 화합물들은 화학식 (II)의 화합물의 예이다:

하기 화합물들은 화학식 (III)의 화합물의 예이다:

본 발명에 따르면, 바람직하게는 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 키랄 도판트를 포함한다. 이 경우, 액정 매질의 분자는 바람직하게는 게스트-호스트 유형의 LC 장치, 특히 TN 모드의 디스플레이로부터 공지된 바와 같이 서로에 대해 비틀려(twisted) 있다.

키랄 도판트는 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%, 특히 바람직하게는 0.05 내지 1 중량%의 총 농도로 본 발명에 따른 액정 매질에 사용된다. 높은 값의 비틀림을 얻기 위해, 키랄 도판트의 총 농도는 바람직하게는 3% 초과, 바람직하게는 최대 10%까지 선택될 수 있다.

다른 마찬가지로 바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 액정 매질은 키랄 도판트를 포함하지 않는다. 이 경우, 액정 매질의 분자는 바람직하게는 게스트-호스트 유형의 LC 장치에서 서로에 대해 비틀려 있지 않다. 이 경우, LC 장치는 특히 바람직하게는 역-평행 모드이다.

이들 화합물 및 소량의 다른 성분들의 존재 비율은 액정 화합물과 이색성 염료의 비율을 설정할 때 무시한다.

바람직한 도판트는 하기 표에 도시된 화합물들이다:

본 발명에 따른 액정 매질은 또한 바람직하게는 하나 이상의 안정화제를 포함한다. 안정 화제의 총 농도는 전체 혼합물 중에 바람직하게는 0.00001% 내지 10%, 특히 바람직하게는 0.0001% 내지 1%이다. 이들 화합물과 다른 소량의 성분들의 존재 비율은 액정 화합물과 이색성 염료의 비율을 설정할 때 무시한다.

바람직한 안정화제 화합물들은 하기 표와 같다:

본 발명은 또한 본 발명에 따른 액정 매질의 게스트-호스트 유형의 LC 장치에서의 용도에 관한 것이다.

이색성 화합물 F의 바람직한 실시양태는 유사하게 본 발명에 따른 액정 매질과 관련하여 전술한 다른 바람직한 실시양태에서와 같이 본원에서 선호된다.

본 발명은 또한 최장-파장 흡수 최대치가 600 nm 초과의 파장에서 존재하는 릴렌 구조를 갖는 하나 이상의 이색성 염료 F를 포함하는 액정 매질을 함유하는, 게스트-호스트 유형의 LC 장치에 관한 것이다.

게스트-호스트 유형의 LC 소자를 이하에서 더욱 상세히 설명한다.

이는 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 스위칭 가능한 층을 함유하는 스위칭 가능한 장치를 나타낸다. 여기서 상기 장치의 스위칭은 상기 장치의 광 투과율의 변화를 의미한다. 이는 정보(디스플레이 장치, 디스플레이)의 표시 또는 장치를 통한 에너지의 통과, 바람직하게는 광의 통과(스위칭 가능한 창, 에너지 절약 창)를 조절하는 데 이용될 수 있다.

게스트-호스트 유형의 LC 장치는 바람직하게는 전기적으로 스위칭 가능하다. 그러나, 이는 예를 들어 WO 2010/118422에 기재된 바와 같이 열적으로도 스위칭 가능할 수 있다. 이 경우, 상기 스위칭은 바람직하게는 본 발명에 따른 액정 매질을 포함하는 스위칭 가능한 층의 온도 변화를 통해 네마틱 상태에서 등방성 상태로의 전이를 통해 일어난다. 네마틱 상태에서, 액정 매질의 분자는 정렬된 형태로 존재하고, 따라서 이색성 화합물도 예를 들어 상기 정렬 층의 작용으로 인해 표면에 평행하게 정렬된다. 등방성 상태에서, 분자들은 비-배향된 형태로 존재하고, 따라서 이색성 염료로 마찬가지이다. 배향 및 비-배향된 이색성 염료 존재 간의 차이는 이색성 염료 분자들이 광의 진동 평면에 대한 정렬에 따라 더 높거나 낮은 흡광 계수를 갖는, 상기 설명한 원리에 따른, 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 광 투과율의 차이를 발생시킨다.

상기 장치가 전기적으로 스위칭 가능한 경우, 이는 바람직하게는 액정 매질을 포함하는 층의 양면에 부착된 2개 이상의 전극을 포함한다. 이들 전극은 바람직하게는 전기 접속되어 있다. 전압은 바람직하게는 배터리, 축전지 또는 외부 전원에 의해 제공된다.

전기 스위칭의 경우에 스위칭 동작은 전압의 인가에 의해 액정 매질의 분자들의 배향을 통해 이루어진다.

바람직한 실시양태에서, 상기 장치는 전압 없이 존재하는 높은 흡광 상태, 즉 낮은 광 투과율로부터 낮은 흡광 상태, 즉 높은 광 투과율로 변환된다. 액정 매질은 바람직하게는 상기 두 상태에서 네마틱이다. 무-전압 상태는 바람직하게는 액정 매질의 분자들, 따라서 이색성 염료가 장치의 표면에 평행하게 정렬되는 것을 특징으로 한다. 이는 바람직하게는 상응하게 선택된 정렬 층에 의해 달성된다. 전압 하의 상태는 바람직하게는 액정 매질의 분자들, 따라서 이색성 염료가 장치의 표면에 수직인 것을 특징으로 한다.

상술한 실시양태와 다른 실시양태에서, 상기 장치는 전압 없이 존재하는 낮은 흡광 상태, 즉 높은 광 투과율로부터 높은 흡광 상태, 즉 낮은 광 투과율로 변환된다. 액정 매질은 바람직하게는 상기 두 상태에서 네마틱이다. 무-전압 상태는 바람직하게는 액정 매질의 분자들, 따라서 이색성 염료가 장치의 표면에 수직으로 정렬되는 것을 특징으로 한다. 이는 바람직하게는 상응하게 선택된 정렬 층에 의해 달성된다. 전압 하의 상태는 바람직하게는 액정 매질의 분자들, 따라서 이색성 염료가 장치의 표면에 평행한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 게스트-호스트 유형의 LC 장치는 태양 전지 또는 광 및/또는 열 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 다른 장치에 의해 필요한 에너지를 제공함으로써 외부 전원 없이 작동할 수 있다. 태양 전지에 의한 에너지 제공은 직접적으로 또는 간접적으로 즉 중간 배터리 또는 축전지 또는 다른 에너지 저장 유닛을 통해 이루어질 수 있다. 태양 전지는 바람직하게는 장치 외부에 장착되거나 또는 예를 들어 WO 2009/141295에 개시된 바와 같이 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 내부 구성이다. 본원에서 특히 바람직하게는 산란 광의 경우에 특히 효과적인 태양 전지 및 투명한 태양 전지이다. 유기 태양 전지가 본 발명에 따른 장치에 이용될 수 있다.

상기 장치는 또한 바람직하게는 하나 이상, 특히 바람직하게는 2개의 정렬 층을 포함한다. 정렬 층과 전극의 기능은 하나의 층 예를 들어 폴리이미드 층에 합치될 수 있다. 정렬 층은 바람직하게는 폴리이미드 층, 특히 바람직하게는 러빙된 폴리이미드를 포함하는 층이다. 러빙된 폴리이미드는 액정 화합물이 정렬 층에 대해 평면인 경우에 액정 화합물의 러빙 방향의 정렬을 선호한다.

스위칭 가능한 층은 또한 바람직하게는 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 2개 기판 사이에 정렬되거나 또는 이들로 둘러싸여 있다. 기판 층은 예를 들어 유리 또는 중합체, 바람직하게 광-투과성 중합체로 구성될 수 있다.

하나의 바람직한 실시양태에 따르면, 게스트-호스트 유형의 LC 장치는 편광판을 함유하지 않는다.

다른 바람직한 실시양태에 따르면, 게스트-호스트 유형의 LC 장치는 하나 이상의 편광판을 함유한다. 이들은 바람직하게는 선형 편광판이다. 바람직하게는, 정확히 1개의 편광판 또는 정확히 2개의 편광판이 존재한다. 1개 이상의 편광판이 존재하는 경우, 이들은 바람직하게는 상기 장치의 표면에 평행하게 배치된다.

정확히 1개의 편광판이 존재하는 경우, 그 흡광 방향은 평광판 측 상의 LC 장치의 액정 매질의 액정 화합물의 우선 배향에 수직인 것이 바람직하다.

정확히 2개의 편광판이 존재하는 경우, 소위 염료-도핑된 TN 모드가 존재하는 것이 바람직하다. 이 경우, 액정 매질을 포함하는 층의 양면 위 LC 장치에서의 액정 매질의 액정 화합물의 우선 배향은 서로에 대해 바람직하게는 약 90°의 각도로 비틀려 있다. 이 경우, 편광판의 흡광 방향은 또한 바람직하게는 각 경우에 각 편광판 측 상의 LC 장치에서의 액정 화합물의 우선 배향에 평행하다.

게스트-호스트 유형의 LC 장치에서, 흡수성 및 반사성 편광판이 모두 사용될 수 있다. 얇은 광학 필름 형태인 편광판을 사용하는 것이 바람직하다. 선형 편광판을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 반사성 편광판의 예는 DRPF(확산 반사성 편광판 필름, 3M), DBEF(이중 휘도 개선 필름, 3M) DBR(US 7,038,745 및 US 6,099,758에 기재된 층상 중합체 분배된 브래그(Bragg) 반사판) 및 APF 필름(고급 편광판 필름, 3M, 문헌[Technical Digest SID 2006, 45.1], US 2011/0043732 및 US 7023602 참조)이다. 또한, 적외선을 반사하는 와이어 그리드(WGP, 와이어-그리드 편광판)에 기초한 편광판을 사용할 수도 있다. 본 발명에 따른 장치에 이용될 수 있는 흡수성 편광판의 예는 이토스(Itos) XP38 편광판 필름 및 닛토 덴코(Nitto Denko) GU-1220DUN 편광판 필름이다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 원형 편광판의 예는 APNCP37-035-STD 편광판(아메리칸 폴라라이저스(American Polarizers))이다. 추가의 예는 CP42 편광판(ITOS)이다.

게스트-호스트 유형의 LC 장치는 더욱 바람직하게는 WO 2009/141295에 기재된 바와 같은 도광 시스템을 함유한다. 도광 시스템은 장치를 타격하는 광을 수집하고 집광시킨다. 이는 바람직하게는 액정 매질을 포함하는 스위칭 가능한 층의 형광성 이색성 염료에 의해 방출되는 광을 수집하고 집광시킨다. 도광 시스템은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치, 바람직하게는 태양 전지와 접촉하여, 그 수집된 광이 집광된 형태로 이를 타격하게 한다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 광 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 장치는 장치의 가장자리에 탑재되어, 그에 통합되며, 게스트-호스트 유형의 LC 장치의 전기 스위칭을 위한 장치에 전기적으로 연결된다.

게스트-호스트 유형의 LC 소자는 바람직하게는 디스플레이로서 사용될 수 있다. 이러한 장치의 특정 실시양태는 종래 기술에 여러 번 기재되어 있다(문헌[B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11] 참조).

그러나, 이는 마찬가지로 광 투과 영역을 통한 에너지의 통과를 조절하기 위한 장치로서 사용될 수 있다. 이 경우에, 상기 장치는 바람직하게는 WO　2009/141295 및 WO　2010/118422에 기재된 바와 같이 그 외부 구조로 설계된다. 또한, 이 경우에, 이는 내부 공간, 바람직하게는 빌딩의 내부 공간의 온도 조절을 위해 주로 사용된다.

더욱이, 상기 장치는 미적 실내 디자인용으로 예를 들어 빛과 색상 효과를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 회색 또는 유색의 본 발명에 따른 게스트-호스트 유형의 LC 장치를 포함하는 문 및 벽 요소를 투명하게 전환시킬 수 있다. 더욱이, 상기 장치는 또한 휘도를 변조시키는 백색 또는 유색의 전-영역 백라이트, 또는 청색 게스트-호스트 디스플레이에 의해 색상을 변조시키는 황색의 전-영역 백라이트를 함유할 수 있다. 또한, 측면에서 빛나는 광원 예를 들어 백색 또는 유색 LED 또는 LED 체인을 본 발명에 따른 장치와 조합하여 추가의 미적인 효과를 생성할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 장치의 한쪽 또는 양쪽 유리면에는 광의 커플링-아웃(coupling-out) 효과 및/또는 광 생성 효과를 위해 가공되거나 구조화된 유리가 제공될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 게스트-호스트 유형의 LC 소자는 창 또는 유사한 광-투과성 개구부의 구성요소이다. 창 또는 개구부는 바람직하게는 건물에 위치해 있다. 그러나, 이는 또한 임의의 원하는 다른 밀폐 공간 예를 들어 용기 또는 차량의 벽에 위치할 수도 있다. 본 발명에 따른 장치의 대체 용도는 예를 들어 공간 예를 들어 회의실의 내부 벽의 구성요소로서의 문, 룸 파티션 및/또는 장식 요소이다.

실시예

하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다.

본원에서, 액정 화합물의 구조는 약어(두문자)로 재생성된다. 이들 약어는 WO 2012/052100(63 내지 89면)에 명시적으로 제시되고 설명되어 있어서, 본원의 약어에 대한 설명은 상기 공개 공보를 참조하도록 한다.

하기 액정 매질(M-1 내지 M-13)은 기재된 성분들을 혼합함으로써 제조된다. 파라미터 등명점, 델타-n, n_e, n_o, 다양한 염료의 용해도, 용액의 안정성 및 염료의 해당 액정 매질에서의 이방성 정도는 상기 혼합물에 대해 결정되고 이하에 기재된다.

모든 물리적 특성은 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되고, 20℃의 온도의 경우에 적용된다. 각각의 경우에 달리 언급하지 않는 한, Δn의 값은 589 nm에서 결정되고, Δε의 값은 1 kHz에서 결정된다. n_e 및 n_o는 각각의 경우에 상기 기재된 조건 하에서 광선의 이상 굴절률 및 정상 굴절률이다.

이방성의 정도 R은, 각 경우에 해당 염료의 흡수 밴드의 최대의 파장에서, 흡광 계수 E(p)(광의 편광 방향에 대한 분자들의 평행 배향의 경우에 혼합물의 흡광 계수)에 대한 값 및 혼합물의 흡광 계수 E(s)(광의 편광 방향에 대한 분자들의 수직 배향의 경우에 혼합물의 흡광 계수)에 대한 값으로부터 결정된다. 염료가 복수의 흡수 밴드를 갖는 경우, 가장 강한 흡수 밴드가 선택된다. 혼합물의 분자들의 배향은 LC 디스플레이 기술 분야의 당업자에게 공지된 바와 같이 정렬 층에 의해 달성된다. 액정 매질, 다른 흡수 및/또는 반사에 의한 영향을 제거하기 위해, 각각의 측정은 염료를 포함하지 않는 동일한 혼합물에 대해 수행되고, 얻어진 값을 뺀다.

상기 측정은 그 진동 방향이 배향 방향에 평행하거나(E(p) 측정) 배향 방향에 수직인(E(s) 측정) 선형 편광된 광을 사용하여 수행된다. 이는 선형 편광판에 의해 달성되며, 여기서 상기 편광판은 상기 2개의 상이한 진동 방향을 달성하기 위해 상기 장치에 대해 회전되어 있다. 따라서, E(p) 및 E(s)의 측정은 입사 편광된 광의 진동 방향의 회전을 통해 수행된다.

이방성의 정도 R은 특히 문헌["Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D.　S. Kliger et al., Academic Press, 1990]에 기재된 바와 같이 하기 식에 따른 E(p) 및 E(s)에 대해 얻어진 값으로부터 계산한다:

R=[E(p)-E(s)] / [E(p) + 2*E(s)]

이색성 염료를 포함하는 액정 매질의 이방성의 정도를 결정하기 위한 방법의 상세한 설명은 또한 문헌[B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11.4.2]에 기재되어 있다.

A) 사용된 혼합물

하기에 나타낸 액정 매질 M-1 내지 M-13을 본 발명에 따른 릴렌 염료와 혼합한다. 혼합물의 우수한 용해성 및 높은 안정성은 본원에서 명백하다.

B) 사용된 이색성 염료

하기 염료는 공지의 방법에 의해 제조하거나 상업적으로 구입할 수 있다.

염료의 경우, 액정 매질 M-1에서의 흡수 최대치, 이방성의 정도 R 및 용해도를 결정한다.

염료의 구조:

C) 복수의 이색성 염료를 포함하는 혼합물의 제조 및 게스트 -호스트 유형의 LC 장치에서의 용도

본 발명에 따른 혼합물의 제조를 위해, 모든 경우에, 각각의 경우에 표시된 2개, 3개 또는 4개의 상이한 이색성 염료의 혼합물을 액정 매질 M-1에 가한다(상기 표 참조).

상기 액정 혼합물을 디스플레이에 도입한다. 이러한 구성의 액정 층은 역-평행 프리틸트(pretilt) 각도의 평면 배향을 갖는다. 이러한 배향은, 액정 층의 상하에 위치한, 하부 디스플레이에서 고려되는, 서로에 대해 역-평행하게 러빙된 2개의 폴리이미드 층에 의해 달성된다. 폴리이미드 배향 층은 인듐 주석 산화물(ITO)의 전기 전도성 투명 층에 의해, 보는 방향에서, 외부에 위치한다. 액정 층의 두께는 스페이서에 의해 조절된다. 사용되는 디스플레이는, 스페이서의 선택에 따라, 20, 25 또는 50 미크론 범위의 층 두께를 갖는다. 다른 층 두께는 상응하는 스페이서의 선택을 통해 가능하다.

상기 측정은 측정 빔에서 게스트-호스트 셀 및 기준 빔에서 상기 호스트를 함유하는 동일한 디자인의 셀에 의해 수행된다. 이는 상기 셀의 반사 및 흡수 손실을 제거한다.

광 투과도(τ_v) 및 직접 복사선 투과도(τ_e)에 대한 값을 상기 장치의 어둡고 밝은 스위칭 상태 모두에 대해 측정하고 하기에 나타내었다. 또한, 상기 장치의 어둡고 밝은 상태의 색상 위치를 측정하고 그 값을 CIE 좌표에 표시하였다.

값 τ_e 및 τ_v 그리고 CIE 좌표는 하기와 같이 정의된다:

τ_v = DIN EN410에 따른 광 투과도

τ_e = DIN EN410에 따른 직접 복사선 투과도(태양광의 직접 투과도)

본원에서 기준이 되는 표준 발광체 D65의 색상 위치(백색, 회백색의 경우)는 x = 0.3127이고 y = 0.3290이다(문헌[Manfred Richter, Ein-fuhrung in die Farbmetrik [Introduction to Colorimetry], second edition 1991, ISBN 3-11-008209-8]). 표시된 색상 위치(x,y)는 모두 표준 발광체 D65 및 CIE 1931에 따른 2°표준 관찰자에 관한 것이다.

모든 실시예는 본 발명에 따른 액정 매질의 우수한 안정성 및 상기 액정 매질 중의 염료의 적절한 용해도를 나타낸다. 본 발명에 따른 장치는 상당히 감소된 광 투과율을 갖는 어두운 상태로부터 상당히 증가된 광 투과율을 갖는 밝은 상태로 스위칭될 수 있다.

1) 실시예 장치 B-1:

염료: 0.26%의 D-2, 0.43%의 D-3, 0.63%의 D-11

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.308, y = 0.327;

τ_v = 34%, τ_e = 70%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.316, y = 0.336;

τ_v = 60%, τ_e = 80%

2) 실시예 장치 B-2:

염료: 0.44%의 D-2, 0.33%의 D-3, 0.22%의 D-11, 0.17%의 D-20

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.311, y = 0.325;

τ_v = 34%, τ_e = 69%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.317, y = 0.335;

τ_v = 63%, τ_e = 82%

3) 실시예 장치 B-3:

염료: 0.34%의 D-13, 0.43%의 D-3, 0.44%의 D-11

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.313, y = 0.328;

τ_v = 35%, τ_e = 71%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.316, y = 0.340;

τ_v = 61%, τ_e = 81%

4) 실시예 장치 B-4:

염료: 0.34%의 D-13, 0.43%의 D-3, 0.44%의 D-11

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.313, y = 0.328;

τ_v = 35%, τ_e = 71%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.316, y = 0.340;

τ_v = 61%, τ_e = 81%

5) 실시예 장치 B-5:

염료: 0.40%의 D-14, 0.42%의 D-3, 0.60%의 D-11

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.31, y = 0.329;

τ_v = 34%, τ_e = 68%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.318, y = 0.341;

τ_v = 61%, τ_e = 79%

6) 실시예 장치 B-6:

염료: 0.40%의 D-14, 0.42%의 D-3, 0.60%의 D-11

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.313, y = 0.326;

τ_v = 35%, τ_e = 67%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 25 미크론

색상 위치 x = 0.320, y = 0.336;

τ_v = 63%, τ_e = 78%

7) 실시예 장치 B-7:

염료: 0.40%의 D-2, 0.15%의 D-11

어두운 스위칭 상태: 청색. 층 두께: 50 미크론

색상 위치 x = 0.247, y = 0.246;

τ_v = 38%, τ_e = 74%

밝은 스위칭 상태: 청색. 층 두께: 50 미크론

색상 위치 x = 0.286, y = 0.305;

τ_v = 64%, τ_e = 84%

이 실시예(B-7)에서, 단지 2개의 상이한 이색성 염료만이 혼합물에 존재한다. 따라서, 상기 혼합물은 회색 또는 흑색이 아니고 대신에 청색이다.

CIE 좌표는 스위칭 시 크게 변하지만, 색상 유형은 색상 유형 17로 일정하게 유지된다.

8) 실시예 장치 B-8:

염료: 0.45%의 D-3, 0.5%의 D-11, 0.25%의 D-2, 0.08%의 D-15, 0.20%의 D-16, 0.20%의 D-17

어두운 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 20 미크론, 역-평행 또는 TN 정렬

색상 위치 x = 0.304, y = 0.327;

τ_v = 33%, τ_e = 54%

밝은 스위칭 상태: 회색. 층 두께: 20 미크론, 역-평행 또는 TN 정렬

색상 위치 x = 0.312, y = 0.329;

τ_v = 53%, τ_e = 69%

이 실시예(B-8)는 쿼터릴렌, 펜타릴렌 및 헥사릴렌과 같은 고급 릴렌의 사용이 직접 복사선 투과도를 현저히 감소시킴(본 실시예에서는 τ_e = 54%)을 보여준다.

Claims

최장-파장 흡수 최대치(longest-wave absorption maximum)가 600 nm를 초과한 파장에서 존재하는 릴렌(rylene) 구조를 갖는 하나 이상의 이색성(dichroic) 염료 F를 포함하는 액정 매질.
제 1 항에 있어서,
상기 염료 F의 이방성(anisotropy)의 정도 R이 0.4보다 큰 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 이색성 염료 F가 580 내지 2000 nm 파장 범위의 광을 주로 흡수하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이색성 염료 F가 0.1 중량% 내지 10 중량%의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이색성 염료 F가 형광성 염료인 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이색성 염료 F가 단지 하나의 릴렌 발색단(chromophore)을 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이색성 염료 F가 단지 하나의 발색단을 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이색성 염료 F가, 임의적으로 치환되는 하나 이상의 하기 화학식의 기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질:

상기 식에서,
n은 1, 2, 3, 4 또는 5의 값을 갖는다.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 매질이, 상기 이색성 염료 F 외에, 2개 이상의 추가의 이색성 염료를 포함하되, 상기 2개 이상의 이색성 염료 중 적어도 하나가 녹색 내지 적색 광을 흡수하고, 상기 2개 이상의 추가의 이색성 염료 중 다른 적어도 하나는 청색 광을 흡수하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정 매질이, 상기 이색성 염료 F 외에, 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 페릴렌, 터릴렌, 쿼터릴렌, 고급 릴렌 및 피로메텐으로부터 선택되는 하나 이상의 추가의 이색성 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액정 매질.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 릴렌 염료의 부류로부터 선택되는 이색성 염료를 전적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
3 초과의 유전 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 매질.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 하기 화학식 (I)의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 매질:
화학식 (I)

상기 식에서,
R¹¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, H, F, Cl, CN, NCS, R¹-O-CO-, R¹-CO-O-, 탄소수 1 내지 10의 알킬, 알콕시 또는 티오알콕시 기, 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일, 알켄일옥시 또는 티오알켄일옥시 기이고, 이때 상기 언급된 기에서 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 상기 언급된 기에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O, S, -O-CO- 또는 -CO-O-로 대체될 수 있고,
R¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, 탄소수 1 내지 10의 알킬 기이고, 여기서 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 하나 이상의 CH₂ 기는 O 또는 S로 대체될 수 있고,
Z¹¹은 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, -CO-O-, -O-CO-, -CF₂-CF₂-, -CF₂-O-, -O-CF₂-, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -OCH₂-, -CH₂O- 및 단일 결합으로부터 선택되고,
A¹¹은

으로부터 선택되고,
X는 각각의 경우에, 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 알콕시 또는 알킬티오 기로부터 선택되며, 이때 상기 언급된 기에서 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 상기 언급된 기에서 하나 이상의 CH₂ 기는 O 또는 S로 대체될 수 있다.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 게스트-호스트 유형의 액정(LC) 장치에서의 용도.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 액정 매질의 제조 방법으로서,
먼저, 이색성 염료 없이 액정 매질의 추가의 성분들을 혼합하고, 이어서 상기 액정 매질에 이색성 염료를 첨가하고 용해시키는 것을 특징으로 하는, 방법.
스위칭 층에 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 액정 매질을 함유하는, 게스트-호스트 유형의 전기적으로 스위칭 가능한 LC 장치.