KR20180100196A - 광 유입 조절 장치 - Google Patents

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KR20180100196A
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liquid crystal
crystal medium
molecules
orientation
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KR1020187022473A
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미하엘 융게
안드레아스 바이에르
밀라 피셔
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메르크 파텐트 게엠베하
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    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13712—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having negative dielectric anisotropy

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Abstract

본원은, 트위스트된 네마틱 액정 매질 및 이색성 화합물을 포함하는 특수 설계된 스위치가능한 층을 포함하는, 실내로의 광 유입을 조절하는 장치에 관한 것이다.

Description

광 유입 조절 장치
본 출원은, 액정 매질 및 이색성(dichroic) 화합물을 포함하는 스위치가능한 층을 포함하는, 실내로의 광 유입을 조절하는 장치로서, 이때 상기 장치의 하나 이상의 스위치 상태에서 상기 액정 매질이 트위스트된 네마틱 상태로 존재하는, 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적을 위해, "광"이라는 용어는, 특히, UV-A, VIS 및 NIR 영역의 전자기 복사선을 의미하는 것이다. 특히, 윈도우에 보통 사용되는 재료(예를 들면 유리)에 의해 미미한 정도로만 흡수되거나 전혀 흡수되지 않는 파장의 광을 의미한다. 보통 사용되는 정의에 따르면, 상기 UV-A 영역은 320 내지 380 nm의 파장을 의미하고, VIS 영역은 380 내지 780 nm의 파장을 의미하고, NIR 영역은 780 내지 2000 nm의 파장을 의미한다.
본 발명의 목적을 위해, "액정 매질"이라는 용어는, 특정 조건 하에 액정 특성을 갖는 물질을 의미하는 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 액정 매질은 전형적으로, 분자가 기다란 형태(즉, 하나의 공간적 방향(장축)에서 다른 두 공간적 방향에서보다 상당히 더 길다)를 갖는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
본 발명의 목적을 위해, 이색성 화합물은, 흡수 특성이 광의 편광 방향에 대한 화합물의 배향에 의존적인 광 흡수성 화합물을 의미한다. 본 발명에 따르면, 이색성 화합물은 전형적으로 기다란 형태를 가져, 상기 화합물은 하나의 공간적 방향(장축)에서 다른 두 공간적 방향에서보다 상당히 더 길다.
트위스트된 네마틱 상태는, 액정 매질의 분자의 배향 축들이 각각의 경우, 스위치가능한 층의 면에 대해 평행한 면 내에서는 서로에 대해 평행하지만 인접 면의 분자의 배향 축들에 대해서는 특정 각도만큼 트위스트된 상태를 의미한다. 하나의 면 내의 배향 축의 또 하나의 면 내의 배향 축에 대한 상대적인 트위스트는, 스위칭가능한 층에 대해 평행한 축 상에서 서로로부터의 상기 면들의 간격에 비례하여, 배향 축은, 스위칭가능한 층의 면에 대해 수직인 나선 축을 가진 나선을 그리게 된다. 이후에 보다 자세히 설명되는 도면의 도 2는 트위스트된 네마틱 상태를 묘사한다.
실내로의 광의 유입을 조절하는 장치(스위치 가능한 윈도우, 스마트 윈도우) 영역에서, 과거에 많은 다른 기술적 해결책들이 제안되어 왔다.
하나의 가능한 해결책은, 트위스트되지 않은 네마틱 상태로 액정 매질을 포함하는 스위칭가능한 층을, 하나 이상의 이색성 화합물과의 혼합물로 사용하는 것이다. 전압 인가에 의해, 이 스위칭가능한 층에서 이색성 화합물의 분자의 공간적 배향에서의 변화가 달성되어, 상기 스위칭가능한 층을 통한 투과도의 변화를 야기한다. 상응하는 장치는 예를 들면 WO　2009/141295에 기술되어 있다. 달리, 이 유형의 투과도의 변화는 또한, 액정 매질의 이소트로픽 상태에서 액정 상태로의 온도-유도된 전이에 의해 전기적 전압 없이 달성될 수도 있으며, 이는 예를 들면 US　2010/0259698에 기술되어 있다.
WO2015055274는 윈도우에서의 수퍼트위스트된 전지(STN 전지)의 사용을 기술한다. 개시된 장치는 양의 유전 이방성을 갖는 액정 매질을 함유하며, 이때 트위스트 각은 30 내지 270 또는 3*360°까지이고, 이의 d*Δn는 2 미만이다. 여기에 개시된 스위칭 층 두께는 12 ㎛ 미만이다. 정확하게는, 이러한 박층 두께의 경우, 디스플레이 제조를 위해 유리는 이미 불리하게 웨이브(wave)를 나타내는 것이 이미 확인되었다. 이러한 기판 웨이브화(waviness)는 층 두께에서의 불리한 변화를 초래하고, 이는 이후 바람직하지 못한 광학적으로 가시적인 결함(예: 스트리크(streak))을 초래한다. 또한, 아키텍쳐 적용례에서, 훨씬 덜 비싼 평탄 유리는 심지어 더 큰 기판 웨이브화를 갖는다. 이러한 이유로, 이런 유형의 매우 얇은 전지의 제조 비용은, 광학적으로 가시적인 결함(예: 스트리크)을 방지하기 위해서는 너무 높다. 또한, 고품질 청정실(clean room)을 사용하는 전통적 LCD 제조 공정의 경우에 대응하지 않는 덜 비싼 제조 공정이 윈도우 적용례에서 바람직하게 사용된다. 이와 관련하여, 생성된 잠재적 입자 결함은 박층 두께의 경우에 특히 명백하다.
이와 관련하여, 관심있는 것은, 최대의 가능한 에너지 조절 용량을 가진, 즉 스위칭시 광 투과율의 가능한 최대의 차이를 갖는, 실내로의 광의 유입을 조절하는 장치를 제공하는 것이다. 이러한 차이는 또한 "스위칭 범위" 또는 "범위"로 불리운다. 최대의 가능한 스위칭 범위는, 상기 장치가, 실내로의 에너지의 유입(따라서, 예를 들면, 그 실내의 온도)을 효율적으로 조절하게 한다. 또한, 흥미있는 것은, 상기 장치가 가능한한 가장 단순한 설계를 갖는 것, 특히, 가능한 최저의 층을 갖는 것이고, 이의 생산 공정은 대량 생산과 호환된다. 또한, 상기 장치는 가능한 최저의 스위칭 작동 전압을 필요로 해야 한다(즉, 에너지-효율적으로 작동되어야 함). 사용되는 액정 혼합물은 -20℃, 바람직하게는 -30℃, 특히 -40℃에서 결정화에 대해 높은 저온 안정성을 가져야 하고, 이는 3개월을 초과하여 지속되는 것이 바람직하다. 또한, 현대 장치는 80℃ 초과, 바람직하게는 90℃ 초과, 바람직하게는 80℃ 초과, 특히 105℃ 초과의 비교적 고온에서 여전이 기능할 수 있어야 한다. 또한, 장치는 면적에 걸쳐 광학적으로 균일한 외형을 가져야 하며, 기판 웨이브화에 기인한 층 두께에서의 변화는, 10 x 10 cm의 면적 하위요소(sub-element)를 기준으로, 관찰된 최소 및 최대 층 두께를 기준으로 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 특히 바람직하게는 1% 미만이다.
본 발명의 문맥에서, 이제, 상기 언급된 기술적 목적들 중 하나 이상은, 바람직하게는 동시적으로, 12 μm 초과의 비교적 큰 스위칭 층을 갖는 본 발명에 따른 광 유입 조절 장치의 제공에 의해 달성될 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명은, 하나 이상의 이색성 화합물을 포함하는 액정 매질을 포함하며 12 ㎛ 초과의 두께를 갖는 스위치가능한 층 S를 포함하는, 실내로의 광 유입을 조절하는 장치에 관한 것으로서, 이때, 층 S의 두께 d 및 층 S의 액정 매질의 광학 이방성 Δn에 하기 관계식이 적용되며:
d < 1 ㎛ / Δn,
층 S의 액정 매질의 분자는, 전압이 인가되지 않은 상기 장치의 스위칭 상태에서 또는 전압이 인가된 상기 장치의 스위칭 상태에서 트위스트된 네마틱 상태로 있다.
본원에서, 광학적 이방성은, 문헌 ["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 기재된 바와 같이 20℃ 및 589 nm에서 결정된다.
바람직하게는, 층 S의 두께 d 및 층 S의 액정 매질의 광학 이방성 Δn에 하기 관계식이 적용된다:
d < 0.9 ㎛ / Δn 및 d > 0.2 ㎛ / Δn.
특히 바람직하게는, 하기 관계식이 적용된다:
d < 0.75 ㎛ / Δn 및 d > 0.5 ㎛ / Δn.
상기 장치는, 바람직하게는 하나 이상, 특히 바람직하게는 두 개의 배향 층을 포함하며, 이들은 스위칭가능한 층 S에 바로 인접하여 배열된다. 본 발명에 따르면, 스위칭가능한 층 S의 한쪽 측면에 정확히 하나의 배향 층(O1으로 칭함)이 인접하고, 스위칭가능한 층 S의 반대쪽 측면에 정확히 하나의 다른 배향 층(O2으로 칭함)이 인접하는 것이 바람직하다.
상기 배향 층은, 바람직하게는, 상기 배향 층에 인접한 층 S의 액정 매질의 분자의 평면 정렬을 수행한다. 그러나, 본 발명의 대안적 실시양태에 따르면, 이들은 또한, 상기 배향 층에 인접한 층 S의 액정 매질의 분자의 수직 정렬을 수행하는 방식으로 설계될 수도 있다.
또한, 상기 배향 층은, 바람직하게는, 상기 배향 층의 러빙(rubbing) 방향을 따라 각각의 배향 층에 대한 계면에서 층 S의 액정 매질의 분자의 정렬을 수행한다. 배향 층 O1 및 O2가 각각, 액정 매질의 분자의 배향 축이 층 S의 인접 영역에서 다르게 정렬되도록 하는 방식으로 설계되는 것이 바람직하다.
배향 층 O1 및 O2의 러빙 방향은 30 내지 360°의 각도, 특히 바람직하게는 135 내지 360°의 각도, 매우 특히 바람직하게는 160 내지 270°의 각도, 및 가장 바람직하게는 230 내지 255°의 각도를 포함하는 것이 바람직하다.
배향 층은 바람직하게는 폴리이미드 층이다. 배향 층은 특히 바람직하게는, 층 S에 인접한 표면 상에서 러빙된 폴리이미드를 갖는다. 당업자에게 공지된 특정 방식으로 러빙된 폴리이미드는, 러빙 방향으로 액정 매질의 화합물을 우선적으로 배향시킨다(상기 화합물이 배향 층에 대해 평면형인 경우). 또한, 편광된 광에 의한 노출 조작에 의해 수득된 중합체를 배향 층으로 사용하여, 액정 매질의 화합물의 우선적인 방향을 달성할 수 있다(광 정렬).
액정 매질의 분자의 수직 배열을 수행하도록 의도된 배향 층의 경우, 상응하는 실시양태는 당업자에게 공지되어 있다.
또한, 인가 전압이 없는 상태에서의 평행 정렬의 경우, 액정 매질의 분자가 배향 층에 대해 완전히 평면이지 않고 대신에 약간의 선경사 각을 갖는 것이 바람직하다. 인가 전압이 없는 상태에서의 평행 정렬의 경우, 액정 매질의 분자의 배향 축은 바람직하게는, 배향 층 O1 또는 O2의 면과 1 내지 10°의 각도, 특히 바람직하게는 2 내지 9°의 각도, 매우 특히 바람직하게는 3 내지 8°의 각도를 갖는다. 이는, 배향 층의 적합한 설계에 의해 달성될 수 있다. 이 목적을 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면 실험적 방법 및/또는 제조자의 정보에 따라 상업적으로 입수가능한 폴리이미드 출발물질에 대해 적합한 경화 시간 및 경화 온도를 선택하는 것이다. 바람직한 범위로 선경사 각도를 선택하는 것은, 관찰되는 장치의 특히 균일한 외관을 달성할 수 있게 하며, 광학적 간섭이 피해진다.
인가 전압이 없는 상태에서의 액정 매질 분자의 대안적 수직 정렬의 경우, 분자의 배향 축이 배향 층의 면에 대해 완전히 수직이지 않고 대신에 그와 90°에서 약간 차이나는 각도를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에 포함되는, 배향 층 O1 또는 O2의 면과 배향 축의 각도는 바람직하게는 89 내지 70°, 특히 바람직하게는 88 내지 75°, 매우 특히 바람직하게는 87 내지 80°이다.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 장치내의 층 S는 두 개의 기재 층 사이에 배열되거나 그들에 의해 둘러싸인다. 기재 층들은 예를 들면 유리 또는 중합체, 특히 유리, PET, PEN, PVB 또는 PMMA로 이루어질 수 있다.
상기 장치는 바람직하게는, 중합체-계 편광기를 포함하지 않고, 특히 바람직하게는 고체 물질 상(phase)의 편광기를 포함하지 않고, 매우 특히 바람직하게는 편광기를 전혀 포함하지 않음을 특징으로 한다.
그러나, 상기 장치는, 대안적인 실시양태에 따르면, 하나 이상의 편광기를 포함할 수도 있다. 이는 바람직하게는 선형 편광기이다. 하나 이상의 편광기가 존재한다면, 이들은 바람직하게는 층 S에 대해 평행하게 배열된다.
정확히 하나의 편광기가 존재한다면, 이의 흡수 방향은 바람직하게는, 편광기가 위치되는 층 S의 측에서, 본 발명에 따른 장치의 액정 매질의 액정 화합물의 우선적인 정렬에 대해 수직이다.
본 발명에 따른 장치에는 흡수성 및 반사성 편광기 둘다가 사용될 수 있다. 얇은 광학 필름 형태인 편광기를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 반사성 편광기의 예는 DRPF(확산형 반사성 편광기 필름, 3M), DBEF(이중 밝기 향상 필름, 3M), DBR(적층 중합체 분포된 브래그(Bragg) 반사기, US　7,038,745 및 US　6,099,758에 기술되어 있음) 및 APF 필름(개선된 편광기 필름, 3M, 문헌[Technical Digest SID 2006, 45.1], US　2011/0043732 및 US　7023602 참조)이다. 또한, 적외선 또는 VIS 광을 반사하는 와이어 그리드에 기초한 편광기(WGP, 와이어-그리드 편광기)를 사용하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 흡수성 편광기의 예는 이토스(Itos) XP38 편광기 필름 및 닛토덴코(Nitto Denko) GU-1220DUN 편광기 필름이다. 본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 원형 편광기의 예는 APNCP37-035-STD 편광기(아메리칸 폴라라이저스(American Polarizers))이다. 추가의 예는 CP42 편광기(ITOS)이다.
본 발명에 따른 장치는 정확히 하나의 스위칭가능한 층을 갖는 것이 바람직하다.
층 S는 바람직하게는 13 내지 50 ㎛, 특히 바람직하게는 14 내지 45 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 15 내지 40 ㎛의 두께를 갖는다. 이는 면적에 걸쳐 광학적으로 균일한 외형을 제공하며, 이때 기판 웨이브화에 기인한 층 두께에서의 변화는, 10 x 10 cm의 면적 하위요소를 기준으로, 관찰된 최소 및 최대 층 두께를 기준으로 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 특히 바람직하게는 1% 미만이다.
층 S는 바람직하게는, 30% 이상, 바람직하게는 35% 이상, 특히 바람직하게는 40% 이상, 및 매우 특히 바람직하게는 50% 이상의, 유럽 표준 EN410의 식 (1)에 따라 산출되는 명(bright) 상태 광 투과율(τν 명)을 갖는다. 스위칭가능한 층의 명 상태 광 투과율(τν 명)은 %로 기재된다. 이는, 기준으로서의 염료 없는 스위칭가능한 층을 갖는 장치에 기초하여, 상기 장치의 명 상태에서의 스위칭가능한 층의 광 투과율의 비로부터 산출된다. 이는, 표준 옵저버의 스펙트럼 응답 인자 및 표준 발광체(illuminant)의 상대적인 스펙트럼 분포를 고려하여, 스펙트럼 투과율로부터 유럽 표준 EN410의 식 (1)에 따라 결정된다(글레이징의 발광 및 태양 특성 결정).
상기 장치는 바람직하게는, 층 S가 2종 이상의 상이한 이색성 화합물, 바람직하게는 정확히 2, 3, 4, 5 또는 6종의 상이한 이색성 화합물, 특히 바람직하게는 정확히 2, 3 또는 4종의 상이한 이색성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이색성 화합물 중 하나 이상이 발광성, 바람직하게는 형광성인 것이 바람직하다.
본원에서 형광은, 화합물이 특정 파장을 갖는 광의 흡수에 의해 전기적으로 여기된 상태로 위치되고 이어서 광 발광으로 기저 상태로 전환됨을 의미한다. 방출된 광은 바람직하게는 흡수된 광보다 더 긴 파장을 갖는다. 여기된 상태에서 기저 상태로의 전이는 또한 바람직하게는 스핀(spin)-허용된다 (즉, 스핀의 변화 없이 일어난다). 형광성 화합물의 여기된 상태의 수명은 또한 바람직하게는 10-5 s 보다 짧고, 특히 바람직하게는 10-6 s 보다 짧고, 매우 특히 바람직하게는 10-9 s 내지 10-7 s 범위이다.
상기 액정 매질 내 이색성 화합물의 흡수 스펙트럼은 바람직하게는, 상기 장치의 흑색 인상(impression)이 눈에 띠는 방식으로 서로 보완(complement)된다. 상기 장치는 특히 바람직하게는, 관찰시 그의 모든 스위칭 상태에서 무색이다(이때 회색 또는 흑색 인상은 유사하게 무색으로 간주된다).
액정 매질 중의 둘 이상의 이색성 화합물은 바람직하게는 가시 스펙트럼의 큰 부분을 커버한다. 이것은 바람직하게는, 적색 광을 흡수하는 하나 이상의 이색성 화합물, 녹색 내지 황색 광을 흡수하는 하나 이상의 화합물, 및 청색 광을 흡수하는 하나 이상의 화합물을 통해 달성된다.
눈에 흑색 또는 회색으로 나타나는 이색성 화합물의 혼합물을 제조할 수 있는 정확한 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면 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 나와 있다.
또한, 상기 이색성 화합물은 바람직하게는, UV-VIS-NIR 영역 내의 광(320 내지 2000 nm 파장 범위)을 주로 흡수한다. UV 광, VIS 광 및 NIR 광은 본원에서 상기에 정의되어 있다. 상기 이색성 화합물은 특히 바람직하게는 400 내지 1300 nm 범위의 흡수 최대치를 갖는다.
모든 이색성 화합물 전체의 액정 매질 중의 비율은 총 0.01 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 7 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.2 내지 7 중량%이다. 개별적인 이색성 화합물의 비율은 0.01 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.05 내지 7 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 7 중량%이다.
액정 매질 내의 상기 이색성 화합물의 바람직한 비율은 층 S의 두께에 의존한다. 액정 매질 내의 상기 이색성 화합물의 비율과 상기 층의 두께의 곱은 특히 바람직하게는 8 내지 40 중량%*㎛, 특히 바람직하게는 10 내지 35 중량%*㎛이다.
상기 이색성 화합물은 또한 바람직하게는, 문헌 [B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11.2.1]에 기재된 화합물 군으로부터, 특히 바람직하게는 거기에 존재하는 표에 주어진 명시 화합물로부터 선택된다.
바람직하게는 하나 이상의 이색성 화합물, 특히 바람직하게는 모든 이색성 화합물은, 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 페릴렌, 테릴렌, 쿼테릴렌, 고급 릴렌(higher rylene), 스쿼레인(squaraine), 벤조티아디아졸, 다이케토피롤로피롤 및 피로메텐으로부터 선택된다.
안트라퀴논 염료는 예를 들면 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 기술되어 있고, 나프토퀴논 염료는 예를 들면 DE　3126108 및 DE　3202761에 기술되어 있고, 아조 염료는 EP 43904, DE　3123519, WO 82/2054, GB 2079770, JP-A 56-57850, JP-A 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 문헌 [H. Seki, C. Shishido, S. Yasui and T. Uchida: Jpn. J. Appl. Phys. 21, 191-192 (1982)]에 기술되어 있고, 페릴렌은 EP　60895, EP 68427 및 WO　82/1191에 기술되어 있다.
매우 특히 바람직한 것은, 예를 들면 JP　2008/268762, JP　2003/104976, WO2004002970, 문헌 [X.　Zhang et al., J. Mater. Chem. 2004, 14, 1901-1904], [X. Zhang et al., J. Mater. Chem., 2006, 16, 736-740], 및 [X. Li et al., Org. Lett. 2008, 10, 17, 3785-3787]에 기술되어 있고 또한 아직 공개되지 않은 출원 EP　13002711.3에 기술되어 있는 바와 같은 벤조티아디아졸 염료이다. 매우 특히 바람직한 것은 또한, 예를 들면 EP　2166040, US　2011/0042651, EP　68427, EP　47027, EP　60895, DE　3110960 및 EP　698649에 기술되어 있는 바와 같은 릴렌 염료이다. 매우 특히 바람직한 것은 또한, 예를 들면 WO 2015/090497에 기술되어 있는 바와 같은 다이케토피롤로피롤이다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 액정 매질은, 벤조티아디아졸 염료, 아조 염료, 다이케토피롤로피롤 염료 및 릴렌 염료의 군으로부터 선택된 이색성 화합물을 전적으로 포함한다.
액정 매질에 존재할 수 있는 바람직한 이색성 화합물의 예가 하기에 기술된다.
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상기 장치의 스위칭가능한 층 S는 액정 매질을 포함한다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 상기 장치의 작동 온도에서 네마틱 액정성이다. 특히 바람직하게는, 이는 상기 장치의 작동 온도에서 ±20℃ 범위, 매우 특히 바람직하게는 ±30℃ 범위에서 네마틱 액정성이다.
본 발명에 따르면, 상기 액정 매질의 분자는, 전압이 인가되지 않은 상기 장치의 스위칭 상태에서 또는 전압이 인가된 상기 장치의 스위칭 상태에서 트위스트된 네마틱 상태로 있다.
상기 액정 매질의 분자는 바람직하게는, 전압이 인가되지 않은 상기 장치의 스위칭 상태에서 트위스트된 네마틱 상태 및 평면 정렬로 존재한다. 이 경우, 또한, 상기 액정 매질의 분자는, 전압이 인가된 상태에서 트위스트되지 않은 네마틱 상태 및 수직(homeotropic) 정렬로 존재하는 것이 바람직하다.
대안적인 실시양태에 따르면, 상기 액정 매질의 분자는, 전압이 인가되지 않은 상기 장치의 스위칭 상태에서 트위스트되지 않은 네마틱 상태 및 수직 정렬로 존재한다. 이 경우, 또한, 상기 액정 매질의 분자는, 전압이 인가된 상태에서 트위스트된 네마틱 상태 및 평면 정렬로 존재하는 것이 바람직하다.
트위스트된 네마틱 상태에서 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축의 트위스트는, 전체 층 두께에 걸쳐 고려할 때, 바람직하게는 1회 미만의 완전 회전, 특히 바람직하게는 30 내지 270°, 매우 특히 바람직하게는 100 내지 260°, 더 더욱 특히 바람직하게는 160 내지 255°, 가장 바람직하게는 230 내지 250°이다.
이는, 상기 장치가 또한 스위칭 층 S의 두께 d가 작은 경우, 바람직하게는 스위칭 층 S의 두께 d가 하기 식에 따를 때, 더욱 증가된 스위칭 범위를 제공한다:
d < 1 ㎛ / Δn,
이때, Δn은 스위칭 층 S의 액정 매질의 광학 이방성이다.
액정 매질의 분자의 배향 축의 그러한 트위스트의 예는 도 2에 도시되어 있다 (하기 부분의 설명 참조).
특정 조건 하에서 바람직한 본 발명의 대안적 실시양태에 따르면, 트위스트된 네마틱 상태에서 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축의 트위스트는 전체 층 두께에 걸쳐 고려할 때 270° 내지 5회의 완전 회전(1800°), 바람직하게는 320° 내지 3회의 완전 회전(1080°), 특히 바람직하게는 340 내지 740°, 매우 바람직하게는 360 내지 720°이다. 그러한 실시양태는, 상기 두 기본 상태 "온" 및 "오프" 간의 중간 상태가 목표가 아니라 상기 두 기본 상태만이 목표인 경우에 특히 바람직하다.
또한, 상기 액정 매질은 바람직하게는, 70 내지 170℃, 바람직하게는 90 내지 160℃, 특히 바람직하게는 95 내지 150℃, 매우 바람직하게는 105 내지 140℃의 등명점(clearing point), 바람직하게는 네마틱 액정 상태에서 이소트로픽 상태로의 상 전이를 갖는다.
상기 액정 매질의 유전 이방성은 -3 미만, 특히 바람직하게는 -7 미만, 매우 특히 바람직하게는 -8 미만이다.
대안적이며 유사하게 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 액정 매질의 Δε는 또한 바람직하게는 3 초과, 특히 바람직하게는 7 초과, 매우 특히 바람직하게는 8 초과이다.
상기 액정 매질은 또한 3 내지 30 종의 상이한 화합물, 바람직하게는 8 내지 20 종, 특히 바람직하게는 10 내지 18 종의 상이한 화합물을 포함한다.
상기 액정 매질은 또한 바람직하게는, 0.075 미만, 특히 바람직하게는 0.06 미만, 특히 0.05 미만의 광학 이방성(Δn) 값을 갖는다.
상기 액정 매질은 또한 바람직하게는, 1010오옴(Ω)*cm 초과의 비(specific) 전기 저항을 갖는다.
상기 액정 매질의 성분으로서 사용될 수 있는 화합물은 당업자에게 공지되어 있으며 자유로이 선택될 수 있다.
또한, 상기 액정 매질은, 1,4-페닐렌 및 1,4-사이클로헥실렌에 기초한 구조 요소를 함유하는 화합물을 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 상기 액정 매질은, 1,4-페닐렌 및 1,4-사이클로헥실렌에 기초한 구조 요소를 2, 3 또는 4 개, 특히 바람직하게는 3 또는 4 개 함유하는 화합물을 1 종 이상 포함하는 것이 바람직하다.
상기 액정 매질은 하나 이상의 키랄 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 이들은 0.01 내지 3 중량%, 특히 바람직하게는 0.05 내지 1 중량%의 총 농도로 존재하는 것이 바람직하다. 높은 트위스트 값을 수득하기 위해서는, 상기 키랄 화합물은 총 농도가 또한 3 중량% 초과, 바람직하게는 최대 10 중량%까지 선택될 수 있다. 상기 액정 매질 중의 키랄 도판트의 사용은 트위스트의 방향이 우선성 또는 좌선성 나선으로 설정되게 한다.
또한, 둘 이상의 상이한 키랄 도판트의 조합을 사용하는 것 또한 가능하다. 이는 장치의 온도 안정성이 개선될 수 있게 한다.
본 발명의 추가 실시양태에 따르면, 상기 키랄 도판트는 또한 광-흡수 특성을 구비한다(즉, 염료이다).
상기 키랄 화합물은 바람직하게는, 하기 식을 따르는 액정 매질의 분자의 나선형 피치(pitch) p를 유도하도록 선택된다:
0.1 < d/p < 0.8, 바람직하게는 0.3 < d/p < 0.75, 특히 바람직하게는 0.4 < d/p < 0.7(이때, d는 층 S의 두께이다).
상기 지수 d/p의 값이, 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축의 트위스트에 매칭되는 것이 특히 바람직하다. 특히, 180°의 트위스트에 대해 0.1 내지 0.7의 d/p의 값이 선택되는 것이 바람직하고, 220°의 트위스트에 대해 0.23 내지 0.73의 d/p의 값이 선택되고, 240°의 트위스트에 대해 0.28 내지 0.78의 d/p의 값이 선택되고, 270°의 트위스트에 대해 0.33 내지 0.77의 d/p의 값이 선택되는 것이 바람직하다. 중간 트위스트 값에 대해서는 상응하게 내삽되어야 한다.
본 발명에 따르는 장치에 사용하기에 바람직한 키랄 화합물은 하기에 도시된 화합물이다.
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
상기 액정 매질은 바람직하게는 하나 이상의 안정제를 포함한다. 상기 안정제의 총 농도는 전체 혼합물의 0.00001 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.0001 내지 1 중량% 범위이다.
상기 장치는 바람직하게는, 층 S의 액정 매질의 분자를 전기적 전압에 의해 정렬시키는 수단을 갖는다. 이는 바람직하게는 둘 이상의 전극을 가지며, 이들은 층 S의 양쪽 면 상에 배치되거나, 추가의 바람직한 실시양태에서, 단지 층 S 중 하나 상에 배치된다. 상기 전극은 바람직하게는 ITO로 이루어지거나 얇고 바람직하게는 투명한 금속 및/또는 금속 산화물 층(예를 들면 은 또는 이러한 용도로 당업자에게 공지된 대안적인 재료)으로 이루어지고, 스위칭 층에 사용되는 물질의 관점에서, 당업자에게 공지된 방식으로, 상응하게 배열된다. 상기 전극에는 전기적 접속부가 제공된다. 바람직하게는, 전지, 충전식 전지, 수퍼캐패시터 또는 외부적 전기 공급원에 의해 전원이 제공된다.
본 발명에 따르는 장치는 하기 층 순서를 가지며, 이 층들은 바람직하게는 서로 바로 인접하게 위치된다 (또한 도 1 참조):
1) 기재 층, 바람직하게는 유리 층 또는 중합체 층
2) 전기 전도층, 바람직하게는 ITO 층
3) 배향 층 O1
4) 스위칭가능한 층 S
5) 배향 층 O2
6) 전기 전도층, 바람직하게는 ITO 층
7) 기재 층, 바람직하게는 유리 층 또는 중합체 층.
이때, 상기 장치가 추가의 층을 포함하거나 또는 추가의 바람직한 실시양태에서는 보다 적은 층들을 포함하는 것이 배제되지 않는다.
바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따르는 장치는, 스위칭 층을 스위칭하는데 필요한 모든 에너지를 자체 생성하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 장치는 바람직하게는 자율적(autonomous)이며, 외부적으로 공급되는 에너지를 전혀 필요로 하지 않는다. 이를 위해, 상기 장치는 바람직하게는 광 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치, 특히 바람직하게는 태양 전지를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 광 에너지를 전기 에너지로 전화시키는 장치는 본 발명에 따르는 장치의 전기적 스위칭 수단에 전기적으로 접속된다. 상기 태양 전지에 의해 에너지를 제공하는 것은 직접적으로 또는 간접적으로, 즉 중간에 접속된 전지 또는 충전식 전지 또는 다른 에너지 저장 유닛을 통해 일어날 수 있다. 상기 태양 전지는, 예를 들면 WO　2009/141295에 개시되어 있는 것과 같이, 상기 장치의 외측 또는 상기 장치의 내측에 적용된다. 광을 확산시키는 경우에 특히 효과적인 태양전지, 및 투명 태양 전지를 사용하는 것이 바람직하다. 광을 확산시키는 경우에 특히 효과적인 태양 전지, 및 투명 태양 전지를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 발명에 따르는 장치에 규소 태양 전지 또는 유기 태양 전지를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르는 장치는 또한, 바람직하게는, 광을 스위칭가능한 층 S로부터, 광 에너지를 전기 에너지 또는 열 에너지로 전환시키는 유닛으로 전도하는 광-가이드 시스템을 포함한다.
상기 광-가이드 시스템은 바람직하게는, WO　2009/141295에 개시되어 있는 바와 같이 구성된다. 상기 광-가이드 시스템은 상기 장치에 부딪치는 광을 수집하고 집속시킨다. 이는 바람직하게는, 상기 액정 매질을 포함하는 스위칭가능한 층 S 중의 형광성 이색성 화합물에 의해 방출되는 광을 수집하고 집속시킨다. 상기 광-가이드 시스템은, 광 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치(바람직하게는 태양 전지)와 접촉되어 수집된 광이 농축된 형태로 여기에 부딪히도록 한다.
상기 광-가이드 시스템은 바람직하게는, 총 내부 반사에 의해 광을 전달한다. 상기 장치는 바람직하게는, 상기 광-가이드 시스템이 하나 이상의 파장-선택적 미러(이는 바람직하게는 하나 이상의 콜레스테릭 액정 층 중에서 선택된다)를 가짐을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 장치는 바람직하게는, 반사방지 설계를 가진 하나 이상의 유리 층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 반사방지 코팅의 생성은, 박막 기술의 코팅 방법에 의해 수행된다. 이는, 예를 들면, 물리적 기상 침착, 예를 들면 열 증발 및 스퍼터링 침착을 포함한다. 상기 반사방지 수단은 단일 층 시스템 또는 다층 시스템에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따르는 장치는 바람직하게는, 둘 이상의 유리 층을 포함하고, 스위칭가능한 층 S를 제외한 상기 장치의 층 전체에 대한 표준 EN410에 따른 광 반사도 ρv가 35% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 특히 바람직하게는 25% 미만, 매우 특히 바람직하게는 20% 미만인 것을 특징으로 한다.
스위칭가능한 층 S를 제외한 상기 장치의 층 전체에 대한 표준 EN410에 따른 광 반사도 ρv는 특히 바람직하게는 상기에 기재된 바와 같고, 상기 장치는 셋 이상의 유리 층을 포함한다.
상기 장치의 광 반사도 ρv는, 분광 광도계를 사용하여 층 배열의 스펙트럼 반사도를 측정하고, 이로부터, 표준 발광체의 상대적인 스펙트럼 분포 및 표준 옵저버의 스펙스럼 휘도 민감도 정도를 고려하여, 표준 EN410의 식 (4)에 따라 변수 ρv를 계산함으로써 결정된다.
본 발명에 따르는 장치는 임의의 원하는 방, 특히, 외부로부터 에너지의 유입이 광 에너지의 형태로 일어날 수 있는 광-투과성 경계 표면을 가지며 단지 제한된 정도로 공기와 환경의 교환이 일어나는 방에 사용될 수 있다. 상기 장치는 바람직하게는, 빌딩, 콘테이너, 운송 수단 또는 다른 실질적으로 폐쇄된 공간의 개구부에 또는 광 투과성 표면 상에 적재될 수 있다. 상기 장치는 특히 바람직하게는, 광에 대해 투과성인 광-투과성 표면, 예를 들면 윈도우 영역을 통한 강한 일사(insolation)에 처한 방에 사용된다.
본 발명에 따르는 장치는 바람직하게는, 표면을 통한 광의 실내로의 유입을 균일하게 조절하는데 적합하다. 본원에서 "균일한"은, 표면을 통한 광의 유입이 상대적으로 큰 면적에 걸쳐 동일한 강도를 가짐을 의미한다. 상기 면적은 바람직하게는 0.01 m2 이상, 특히 바람직하게는 0.1 m2 이상, 매우 특히 바람직하게는 0.5 m2 이상, 및 가장 바람직하게는 1 m2 이상이다. "균일한"(즉, 고른)은, 차별화하기 위해 패턴화되거나 또는 도메인으로 분할되는(픽셀화되는) 것으로 고려되며, 디스플레이 장치에 사용되는 광학적 스위칭 장치의 경우이다. 균일성으로부터 약간 차이나는 것은, 특히 이것이 결함에 의해 야기되는 경우, 이 정의에서 무시된다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따르는 장치의, 광-투과성 표면을 통한 광의 실내로의 유입을 균일하게 조절하는 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 장치는 또한 추가적으로, 예를 들면 광 및 색 효과를 생성함으로써, 미관적 방 설계에 사용될 수 있다. 또한, 이는 시그날 생성에 사용될 수도 있다. 예를 들면, 본 발명에 따르는 장치를 함유하는 문 및 벽 부재는 불투명 상태(예를 들면 회색 또는 유색 상태)에서 투명 상태로 스위치될 수 있다. 상기 장치는 또한 백색 또는 유색 전-영역 백라이팅(휘도 면에서 조절됨), 또는 황색 전-영역 백라이팅(청색 게스트/호스트 디스플레이 수단에 의해 색상 면에서 조절됨)을 포함할 수도 있다. 추가의 미관적 효과는, 본 발명에 따르는 장치와 조합되는, 측면으로부터 입사되는 광원, 예를 들면 백색 또는 유색 LED에 의해 생성될 수 있다. 본 발명에 따르는 장치의 한 쪽 또는 양쪽 유리 면에, 광 효과의 발생 또는 광의 커플링 아웃을 위해 조면화되거나 구조화된 유리를 제공하는 것이 또한 가능하다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따르는 장치는 윈도우, 특히 바람직하게는 다층(multipane) 단열 판유리를 가진 윈도우의 일부이다. 여기서, 상기 장치의 임의적인 기재 층의 하나 또는 둘다는 상기 윈도우의 층을 나타낼 수 있다.
상기 장치를 함유하는 윈도우는 바람직하게는, 총 3개 이상의 판유리를 포함한다. 이때 상기 장치가 상기 윈도우의 두 유리 층 사이에 배열되는 것이 바람직하다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 장치는, 이 유형의 유리의 외측에 또는 다층 단열 판유리의 내부에 적용된다. 일반적으로, 다층 단열 판유리의 경우 두 개의 판유리 사이의 내부 공간에 또는 내측 공간을 향하는 판유리 면 상에 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 배열 또한 고려될 수 있으며, 특정 경우 바람직하다. 당업자들은 장치의 내구성, 광학적 및 미관적 측면, 판유리의 세척과 관련된 실용적 측면, 및 온도 변화에 대한 장치의 반응성과 관련하여 특정 배열의 이점 및 단점을 잘 추량할 수 있을 것이다.
윈도우의 제 1 층이 상기 장치의 판유리로 형성되어 상기 장치를 포함하는 윈도우의 순서가 하기와 같이 되는 배열이 특히 바람직하다:
1) 유리 층
2) 전기 전도층, 바람직하게는 ITO 층
3) 정렬 층 O1
4) 스위칭가능한 층 S
5) 배향 층 O2
6) 전기 전도층, 바람직하게는 ITO 층
7) 유리 층
8) 유리 층,
이때, 상기 유리 층 7) 및 8) 사이에 자유 공간이 존재하며, 이것은 예를 들면 단열 유리, 예를 들면 비활성 기체로 채워질 수 있다.
상기 윈도우는 바람직하게는, 층 1)이 외부에 인접하고 층 8)이 내부에 인접하는 방식으로 배열된다. 그러나, 역 배열 또한 가능하고 특정 조건하에서 바람직하다.
상술된 층 순서는, 추가의 층, 예를 들면 추가적인 유리 층 또는 보호 층, 예를 들면 UV 선에 대한, NIR 선에 대한, VIS 선에 대한 및/또는 물리적 손상에 대한 보호 층에 의해 보충될 수 있다.
본 발명에 따르는 장치를 함유하는 윈도우는, 종래 기술에 따른 기존 윈도우의 개조 또는 완전히 새로운 생산에 의해 수득될 수 있다.
상기 장치는 바람직하게는, 0.05 m2 이상, 바람직하게는 0.1 m2 이상, 특히 바람직하게는 0.5 m2 이상, 매우 특히 바람직하게는 0.8 m2 이상의 면적을 갖는다.
상기 장치는 스위치가능한 장치를 나타낸다. 여기서 장치의 스위칭은, 상기 장치의 광 투과율의 변화를 의미하는 것이다. 이는 본 발명에 따르면 상기 장치를 통한 광의 통과를 조절하는데 이용될 수 있다. 상기 장치는 바람직하게는 전기적으로 스위치가능하다.
전기적 스위칭의 경우, 스위칭 조작은, 전압 인가에 의해 액정 매질의 분자의 정렬을 통해 일어난다. 이에 의해 유사하게 상기 하나 이상의 이색성 화합물이 정렬되고, 이는 상기 장치의 광 투과율의 차이를 야기한다.
바람직한 실시양태에서, 상기 장치는, 전압 비인가시 존재하는 높은 흡수율, 즉 낮은 광 투과율을 가진 상태로부터, 전압 인가에 의해 더 낮은 흡수율, 즉 더 높은 투과율을 가진 상태로 스위치된다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 둘다의 상태에서 네마틱이다. 전압이 인가되지 않은 상태는 바람직하게는, 액정 매질의 분자 및 따라서 이색성 화합물이 상기 장치의 표면에 평행하게 정렬(평행 배향)됨을 특징으로 한다. 이는 바람직하게는, 상응하게 선택된 배향 층에 의해 달성된다. 전압 하의 상태는 바람직하게는, 액정 매질의 분자 및 따라서 이색성 화합물이 상기 장치의 표면에 대해 수직임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 층 S의 액정 매질의 분자의 적어도 주된 부분은 전기적 전압이 인가된 상태에서 층 S의 면에 대해 수직으로 정렬된다.
유사하게 가능하며 특정의 경우 바람직한 대안적 실시양태에서, 상기 장치는, 전압 없이 존재하는 낮은 흡수율(즉 높은 광 투과율)을 가진 상태로부터 전압 인가에 의해 더 낮은 흡수율(즉 더 높은 투과율)을 가진 상태로 스위치된다.
상기 액정 매질은 바람직하게는, 둘다의 상태에서 네마틱이다. 전압이 인가되지 않은 상태는 바람직하게는, 액정 매질의 분자 및 따라서 이색성 화합물이 상기 장치의 표면에 수직으로 정렬(수직 배향)됨을 특징으로 한다. 이는 바람직하게는, 상응하게 선택된 배향 층에 의해 달성된다. 전압 하의 상태는 바람직하게는, 액정 매질의 분자 및 따라서 이색성 화합물이 상기 장치의 표면에 대해 평행함을 특징으로 한다. 바람직하게는, 층 S의 액정 매질의 분자의 적어도 주된 부분은 전기적 전압이 인가된 상태에서 층 S의 면에 대해 평행하게 정렬된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 층 순서를 도시한다. 여기서, 기재 층 (1), 전기 전도층 (2), 배향 층 O1 (3a), 스위칭가능한 층 S (4), 배향 층 O2 (3b), 추가의 전기 전도층 (2), 및 추가의 기재층 (1)이, 하나가 다른 것의 뒤에 서로 바로 인접하여 배열된다.
도 2는 배향 층 O1 (3a) 및 O2 (3b)의 수직 도를 보여준다. 관찰자 쪽에서 볼 때 O2는 O1의 뒤에 있다. 화살표 (5)는 배향 층 O1의 러빙 방향을 보여준다. 화살표 (6)은 배향 층 O2의 러빙 방향을 보여준다. 부호 (7)은 배향 층 O1과 O2 간의 스위칭가능한 층의 액정 화합물의 트위스트를 보여준다. 이 경우, 액정 화합물은, O1에 대한 계면에서 O1의 러빙 방향에 평행하게 정렬되고 O2에 대한 계면에서 O2의 러빙 방향에 평행하게 정렬되므로, 배향 층 O1과 O2 간의 270°의 회전 각도를 가진 좌선성 나선을 나타낸다.
* 도면 부호에 대한 설명
1: 기재 층(바람직하게는 유리 또는 중합체를 포함함)
2: 전기 전도층
3a: 배향 층 O1
4: 스위칭가능한 층 S
3b: 배향 층 O2
5: 배향 층 O1에서의 러빙 방향
6: 배향 층 O2에서의 러빙 방향
7: 스위칭가능한 층의 액정 화합물의 트위스트 각도(O2가 O1의 뒤에 있는 경우 좌선성 나선).
실시예
하기에서는, 액정 화합물의 구조를 약어(두문자)로 나타낸다. 이 약어는 명시적으로 제시된 것이며 WO　2012/052100 (pp. 63 - 89)에 설명되어 있으며, 본원에서 약어의 설명에 대해서는 상기 공개 공보를 참조한다. 또한, 하기 두문자가 사용된다:
Figure pct00022
모든 물리적 특성은 문헌 ["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되며, 20℃의 온도에 대해 적용된다. Δn의 값은 589 nm에서 결정된다.
A) 장치의 제조
사용되는 장치들을 제조하고, 이들은 하기의 층 순서를 갖는다:
a) 코닝(Corning)으로부터의 연마된 1.1 mm 소다라임 유리를 포함하는 유리 층
b) ITO 층(200 옹스트롬)
c) JSR로부터의 폴리이미드 JALS-2096-R1(러빙됨)을 포함하는 배향 층 O1
d) 액정 매질을 포함하는 스위칭가능한 층 (상응하는 실시예의 경우, 이하에 기재된 조성 및 두께)
e) 상기 c)와 유사하게 제조된 배향 층 O2 (상기 층 c)의 러빙 방향에 대해 이하에 기재된 각도로 러빙됨)
f) 상기 b)와 같음
g) 상기 a)와 같음
상기 ITO 층은, 전기적으로 스위치가능하도록 하기 위해 접점을 구비하고 있다.
B) 사용되는 액정 혼합물
하기 혼합물을 제조한다:
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
C) 사용된 염료
Figure pct00026
Figure pct00027
D) 사용된 키랄 도판트
Figure pct00028
E) 투과율 측정 방법
개별 STN 전지에 의한 스펙트럼은 퍼킨 엘머 람다(Perkin Elmer Lambda) 1050 분광계에서 기준에 대해 측정된다(즉, 계면에서의 반사에 기인한 광학 손실이 명확해짐).
측정은 오트로닉(Autronic) DMS-301에서 80℃까지 수행되었다.
모든 경우에서, 장치는 전극들 사이에 전압을 인가하여 암 상태로부터 명 상태로 스위칭되었다. 두 상태 모두에서, 광 투과율은 EN 410 표준 식 (1)에 따라 각 경우에서 결정되었다.
비교예 1
0.5%의 D1, 0.9%의 D2 및 1.1%의 D3를 97.5%의 혼합물 M-1에 첨가하였다. 0.78%의 키랄 도판트를 98.26%의 이 혼합물에 첨가하였다. 피치는 12.7 ㎛이었다.
상기 혼합물을, 8.5 ㎛의 층 두께를 갖는 전술된 장치에 도입하였다. 전지의 경사 각은 기판 평면에 대해 87.3°이었다. 트위스트(O1 및 O2의 러빙 방향 사이의 각)은 240°이었다.
상기 장치의 투과율 값은 하기 E에 기재된 바와 같이 결정된다:
Figure pct00029
비교예 1의 장치는 유리 웨이브화로부터의 뚜렷한 가시적 스트리크 또는 가시적 입자 결함을 보였다.
비교예 2
0.278%의 D1, 0.500%의 D2 및 0.611%의 D3를 98.611%의 혼합물 M-1에 첨가하였다. 0.43%의 키랄 도판트를 99.57%의 이 혼합물에 첨가하였다. 피치는 23.1 ㎛이었다.
상기 혼합물을, 15.5 ㎛의 층 두께를 갖는 전술된 장치에 도입하였다. 전지의 경사 각은 기판 평면에 대해 87.3°이었다. 트위스트(O1 및 O2의 러빙 방향 사이의 각)은 240°이었다.
상기 장치의 투과율 값은 하기 E에 기재된 바와 같이 결정된다:
Figure pct00030
비교예 1과 비교예 2의 비교에서, 층 두께가 8.5 ㎛에서 15.5 ㎛로 증가한 것은 5.5%의 20℃에서의 상당한 투과율 범위(Δτν) 손실을 초래함을 알 수 있다. 그러나, 비교예 1의 장치는 비교예 2의 장치에 비해 유리 웨이브화로부터의 뚜렷한 가시적 스트리크 또는 가시적 입자 결함을 보였다.
실시예 1
0.33%의 D1, 0.50%의 D2 및 0.60%의 D3를 98.57%의 혼합물 M-2에 첨가하였다. 1.18%의 키랄 도판트를 98.82%의 이 혼합물에 첨가하였다. 피치는 10.32 ㎛이었다.
상기 혼합물을, 15.4 ㎛의 층 두께를 갖는 전술된 장치에 도입하였다. 전지의 경사 각은 기판 평면에 대해 88.5°이었다. 트위스트(O1 및 O2의 러빙 방향 사이의 각)은 240°이었다.
상기 장치의 투과율 값은 하기 E에 기재된 바와 같이 결정된다:
Figure pct00031
실시예 1의 장치는, 비교예 2에 비해 15.4 ㎛에서 2.4%의 투과율 범위(Δτν) 개선을 나타내었다. 보다 두꺼운 층 두께의 경우에서의 투과율 범위 개선이 뚜렷하게 명확하였다. 또한, 비교예 1에 비해 거의 2배의 층 두께는, 보다 적은 유리 웨이브화로부터의 가시적 스트리크 또는 보다 적은 가시적 입자 결함이 명확함을 의미한다.
실시예 2
2.0%의 D4, 0.33%의 D5, 0.26%의 D6 및 0.70%의 D7을 96.71%의 혼합물 M-2에 첨가하였다. 1.18%의 키랄 도판트를 98.82%의 이 혼합물에 첨가하였다. 피치는 10.32 ㎛이었다.
상기 혼합물을, 15.4 ㎛의 층 두께를 갖는 전술된 장치에 도입하였다. 전지의 경사 각은 기판 평면에 대해 88.5°이었다. 트위스트(O1 및 O2의 러빙 방향 사이의 각)은 240°이었다.
상기 장치의 투과율 값은 하기 E에 기재된 바와 같이 결정된다:
Figure pct00032
실시예 2의 장치는, 비교예 2에 비해 15.4 ㎛에서 1.8%의 투과율 범위(Δτν) 개선을 나타내었다. 보다 두꺼운 층 두께의 경우에서의 투과율 범위 개선이 뚜렷하게 명확하였다. 또한, 비교예 1에 비해 거의 2배의 층 두께는, 보다 적은 유리 웨이브화로부터의 가시적 스트리크 또는 보다 적은 가시적 입자 결함이 명확함을 의미한다.
실시예 3
0.33%의 D1, 0.50%의 D2 및 0.60%의 D3를 98.57%의 혼합물 M-3에 첨가하였다. 0.524%의 키랄 도판트를 99.476%의 이 혼합물에 첨가하였다. 피치는 23.1 ㎛이었다.
상기 혼합물을, 15.4 ㎛의 층 두께를 갖는 전술된 장치에 도입하였다. 전지의 경사 각은 기판 평면에 대해 88.5°이었다. 트위스트(O1 및 O2의 러빙 방향 사이의 각)은 240°이었다.
상기 장치의 투과율 값은 하기 E에 기재된 바와 같이 결정된다:
Figure pct00033
실시예 3의 장치는, 비교예 2에 비해 15.4 ㎛에서 4.8%의 투과율 범위(Δτν)에서의 뚜렷한 개선을 나타내었다. 비교예 1 및 2 사이의 보다 큰 층 두께에 기인한 투과율 범위(Δτν) 감소는 실시예 3에서 보상되었다. 또한, 비교예 1에 비해 거의 2배의 층 두께는, 보다 적은 유리 웨이브화로부터의 가시적 스트리크 또는 보다 적은 가시적 입자 결함이 명확함을 의미한다.

Claims (24)

  1. 하나 이상의 이색성(dichroic) 화합물을 포함하는 액정 매질을 포함하며 12 ㎛ 초과의 두께를 갖는 스위치가능한 층 S를 포함하는, 실내로의 광 유입을 조절하는 장치로서, 이때
    층 S의 두께 d 및 층 S의 액정 매질의 광학 이방성 Δn에 하기 관계식이 적용되며:
    d < 1 ㎛ / Δn,
    층 S의 액정 매질의 분자는, 전압이 인가되지 않은 상기 장치의 스위칭 상태에서 또는 전압이 인가된 상기 장치의 스위칭 상태에서, 트위스트된 네마틱(twisted nematic) 상태로 존재하는, 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    층 S의 두께 d 및 층 S의 액정 매질의 광학 이방성 Δn에 하기 관계식이 적용되는 것을 특징으로 하는, 장치:
    d < 0.9 ㎛ / Δn 및
    d > 0.2 ㎛ / Δn.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    스위칭가능한 층 S의 한쪽 측면에 정확히 하나의 배향 층(O1으로 칭함)이 인접하고, 스위칭가능한 층 S의 반대쪽 측면에 정확히 하나의 다른 배향 층(O2로 칭함)이 인접하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    배향 층 O1 및 O2가 각각, 액정 매질의 분자의 배향 축이 층 S의 인접 영역에서 다르게 정렬되도록 하는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    배향 층 O1 및 O2의 러빙(rubbing) 방향이 30 내지 270°의 각도를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배향 층 O1 및 O2가, 상기 배향 층에 인접한 층 S의 액정 매질의 분자의 평행 배열(homogeneous arrangement)을 수행하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배향 층 O1 및 O2가, 층 S에 인접한 이들의 표면 상에 러빙된 폴리이미드를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인가 전압이 없는 상태에서의 평행 정렬의 경우, 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축이, 배향 층 O1 또는 O2의 면(plane)과 1 내지 10°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는, 장치.
  9. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인가 전압이 없는 상태에서의 수직(homeotropic) 정렬의 경우, 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축이, 배향 층 O1 또는 O2의 면과 89 내지 70°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는, 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치가 편광기(polariser)를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층 S가 13 내지 50 ㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    층 S는, 30% 이상의, 유럽 표준 EN410의 식 (1)에 따라 산출되는 명(bright) 상태 광 투과율(τν 명)을 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    층 S가 둘 이상의 상이한 이색성 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치가 모든 스위칭 상태에서 볼 때 무색인 것을 특징으로 하는, 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이색성 화합물 중 하나 이상이, 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 페릴렌, 테릴렌, 쿼테릴렌, 고급 릴렌(higher rylene), 스쿼레인(squaraine), 벤조티아디아졸, 다이케토피롤로피롤 및 피로메텐으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 매질의 분자가, 전압이 인가되지 않은 상기 장치의 스위칭 상태에서 트위스트된 네마틱 상태 및 평행 정렬로 존재하고, 전압이 인가된 상기 장치의 스위칭 상태에서 트위스트되지 않은 네마틱 상태 및 수직 정렬로 존재하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    트위스트된 네마틱 상태에서 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축의 트위스트가, 전체 층 두께에 걸쳐 고려할 때, 135 내지 270°인 것을 특징으로 하는, 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    트위스트된 네마틱 상태에서 층 S의 액정 매질의 분자의 배향 축의 트위스트가, 전체 층 두께에 걸쳐 고려할 때, 320° 내지 3회의 완전 회전인 것을 특징으로 하는, 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 매질의 유전 이방성(Δε)이 -3 미만인 것을 특징으로 하는, 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 매질의 광학 이방성(Δν)이 0.075 미만인 것을 특징으로 하는, 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 매질이 하나 이상의 키랄 화합물을 0.01 내지 3 중량%의 총 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 광 에너지를 전기 에너지로 전환시키는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 함유하는 윈도우(window).
  24. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 장치의, 광-투과성 표면을 통한 광의 실내로의 통과를 균일하게 조절하기 위한 용도.
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