KR20190010590A - 액정 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입체 장애 N-옥사이드 및 염료를 포함하는 액정 물질에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 태양광 통과의 조절을 위한 광학 전환(switching) 장치에 있어서 상기 액정 물질의 용도에 관한 것이다.

Description

액정 물질
본 발명은 N-옥사이드 기를 함유하는 화합물 및 염료를 포함하는 액정 물질에 관한 것이다. 이의 높은 광 및 열 안정성 덕분에, 상기 액정 물질은 태양광의 통과를 조절하기 위한 광학 전환(switching) 장치에 매우 적합하다. 특히, 이는 건물의 창 또는 투광 지붕, 특히 전동차에 사용될 수 있다.
상기 유형의 전환 장치는 일반적인 용어 "전환성 창(스마트 윈도우(smart window))으로 공지되어 있다. 이는, 예를 들어 저널 문헌[B. Jelle et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 2012, pp. 1 - 28]에 기재되어 있다. 용어 "전환성 창"은 여기서 전환성 투광 지붕, 예를 들어 천창(skylight) 또는 자동차 지붕을 포함한다.
이러한 다양한 전환성 창문은 염료를 포함하는 액정 물질을 사용한다. 상기 염료는 액정 물질의 분자에 의해 영향을 받을 수 있는 정의된 방식으로 공간에 정렬되어 하나의 전환 상태에서 입사광을 더 흡수하고 또 다른 전환 상태에서 입사광을 덜 흡수한다. 액정 물질을 함유하는 전환성 창문의 예는, 특히 WO 2009/141295에 기재되어 있다.
전술된 적용례들을 위한 신규 액정 물질에 대한 필요가 지속되고 있다. 태양광 통과를 조절하기 위한 광학 전환 장치가 열 및 태양광에 의해 고부하(high loading)되고, 이는 상기 전환 장치 내에 존재하는 액정 물질을 포함하는 층의 색 변화 또는 기타 교란을 야기할 수 있음이 밝혀졌다.
따라서, 태양광의 고온 및 강한 입사에 대해 특히 높은 안정성을 갖는 신규 액정 물질이 상당한 관심사가 되고 있다.
이러한 특성들을 성취하기 위한 하나의 가능한 접근법은 가능한 가장 높은 안정성을 갖는 염료를 사용하는 것이다. 상기 접근법은 과거에 수차례 수행되었지만, 염료가 다수의 추가 특성들, 예컨대 우수한 용해도, 높은 정도의 이방성 및 적절한 흡수 파장을 가져야 한다는 단점을 갖는다. 그러나, 이러한 특성들의 최적화는 높은 광 및 온도 안정성과 함께, 사용가능한 화합물의 범주를 제한한다.
따라서, 광 및 온도 안정성 염료를 함유하는 액정 물질이 수득될 수 있는 대체의 접근법이 상당히 필요하다.
놀랍게도, 이와 관련하여, 입체 장애 N-옥사이드 기를 함유하는 화합물을 염료를 함유하는 액정 물질에 첨가하는 것이 이의 광 및 온도 안정성을 크게 향상시키는 것이 발견되었다.
따라서, 본 발명은 하기 화학식 1의 입체 장애 기를 함유하는 화합물 I 및 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 물질에 관한 것이다:
[화학식 1]
Figure pct00001
상기 식에서,
*에 의해 표시된 결합은 이에 의해 화학식 1의 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이다.
화학식 1의 기는 자유 라디칼이되, 산소 원자에서 쌍이 아닌 전자를 점으로 나타낸다.
본 발명에 다른 액정 물질은 광에 매우 안정한 놀라운 특성을 갖는다. 특히, 이는 선테스트(Suntest) CPS+에서 70℃의 샘플 표면 온도로 광에 대한 노출 후, Lab 색상 공간에서 6.0 미만, 바람직하게는 5.0 미만, 특히 바람직하게는 4.0 미만, 매우 특히 바람직하게는 3.0 미만의 색상차 ΔE*을 나타낸다.
Lab 색상 공간 및 색상차 ΔE*의 매개변수는 여기서 하기 실시예에 제시된 바와 같이 정의된다.
또한, 본 발명에 따른 물질은 100℃로 7일 동안 열에 대한 노출 후, 우수한 열 안정성, 특히 Lab 색상 공간에서 6.0 미만, 바람직하게는 5.0 미만의 ΔE*을 나타낸다.
본 발명의 출원의 목적을 위해, 하기 정의를 적용한다.
용어 "액정 물질"은 액정 특성, 특히 네마틱 액정 특성을 적어도 하나의 온도 범위에서 갖는 물질을 의미한다.
"알킬 기", "알켄일 기" 또는 "알킨일 기"는, 특히 라디칼 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 사이클로펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 사이클로헥실, 네오헥실, n-헵틸, 사이클로헵틸, n-옥틸, 사이클로옥틸, 2-에틸헥실, 트라이플루오로메틸, 펜타플루오로에틸, 2,2,2-트라이플루오로에틸, 에텐일, 프로펜일, 부텐일, 펜텐일, 사이클로-펜텐일, 헥센일, 사이클로헥센일, 헵텐일, 사이클로헵텐일, 옥텐일, 사이클로옥텐일, 에틴일, 프로핀일, 부틴일, 펜틴일, 헥신일 또는 옥틴일을 의미한다.
알콕시 또는 티오알콕시 기는, 특히 메톡시, 트라이플루오로메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, n-펜톡시, s-펜톡시, 2-메틸부톡시, n-헥속시, 사이클로헥실옥시, n-헵톡시, 사이클로헵틸옥시, n-옥틸옥시, 사이클로옥틸옥시, 2-에틸헥실옥시, 펜타플루오로에톡시, 2,2,2-트라이플루오로에톡시, 메틸티오, 에틸티오, n-프로필티오, i-프로필티오, n-부틸티오, i-부틸티오, s-부틸티오, t-부틸티오, n-펜틸티오, s-펜틸티오, n-헥실티오, 사이클로헥실티오, n-헵틸티오, 사이클로헵틸티오, n-옥틸티오, 사이클로옥틸티오, 2-에틸헥실티오, 트라이플루오로메틸티오, 펜타플루오로에틸티오, 2,2,2-트라이플루오로에틸티오, 에텐일티오, 프로펜일티오, 부텐일티오, 펜텐일티오, 사이클로펜텐일티오, 헥센일티오, 사이클로헥센일티오, 헵텐일티오, 사이클로헵텐일티오, 옥텐일티오, 사이클로옥텐일티오, 에틴일티오, 프로핀일티오, 부틴일티오, 펜틴일티오, 헥신일티오, 헵틴일티오 또는 옥틴일티오를 의미한다.
"아릴 기" 또는 "헤테로아릴 기"는, 특히 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 다이하이드로피렌, 크리센, 페릴렌, 트리이페닐렌, 플루오란텐, 벤즈안트라센, 벤조페난트렌, 테트라센, 펜타센, 벤조피렌, 퓨란, 벤조퓨란, 이소벤조퓨란, 다이벤조퓨란, 티오펜, 벤조티오펜, 이소벤조티오펜, 다이벤조티오펜, 피롤, 인돌, 이소인돌, 카바졸, 피리딘, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 아크리딘, 페난트리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 페노티아진, 페녹사진, 피라졸, 인다졸, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 나프트이미다졸, 페난트르이미다졸, 피리드이미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 옥사졸, 벤족사졸, 나프톡사졸, 안트록사졸, 페난트록사졸, 이속사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 벤조티아졸, 피리다진, 벤조피리다진, 피리미딘, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 피라진, 페나진, 나프티리딘, 아자카바졸, 벤조카볼린, 페난트롤린, 1,2,3-트라이아졸, 1,2,4-트라이아졸, 벤조트라이아졸, 1,2,3-옥사다이아졸, 1,2,4-옥사다이아졸, 1,2,5-옥사다이아졸, 1,3,4-옥사다이아졸, 1,2,3-티아다이아졸, 1,2,4-티아다이아졸, 1,2,5-티아다이아졸, 1,3,4-티아다이아졸, 1,3,5-트라이아진, 1,2,4-트라이아진, 1,2,3-트라이아진, 테트라졸, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진, 퓨린, 프테리딘, 인돌리진, 벤조티아다이아졸, 바이페닐, 터페닐, 쿼터페닐, 플루오렌, 스피로바이플루오렌, 다이하이드로페난트렌, 다이하이드로피렌, 테트라하이드로피렌, 인데노플루오렌, 트럭센, 이소트럭센, 스피로트럭센, 스피로이소트럭센 및 인데노카바졸을 의미한다.
가독성 향상을 위해, 본원의 문맥에서 고리
Figure pct00002
, 예를 들어
Figure pct00003
는 Ax, 예를 들어 A11로 축약된다.
용어 "
Figure pct00004
"는 본원에서 1,4-사이클로헥실렌을 의미한다.
태양광은 태양으로부터 직접적으로, 또는 간접적으로, 예를 들어 거울을 통해 발산하는 광을 의미한다. 태양광은 바람직하게는 VIS, UV-A 및 NIR 영역 내의 광, 특히 320 내지 2000 nm의 파장을 갖는 광을 의미한다. 이는 바람직하게는 VIS 영역 내의 광을 의미한다. VIS 영역 내의 광은 380 내지 780 nm의 파장을 갖는 광을 의미한다.
본 발명의 목적을 위해, 화학식 1의 기와 관련하여 용어 "입체 장애"는 N-O 단위를 공간적으로 차폐하는 기가 N-O 단위 근처에 존재함을 의미한다. 이는 바람직하게는 N-O 단위의 질소 원자에 직접 결합된 4차 탄소이다. 4차 탄소는 특히바람직하게는 N-O 단위의 질소 원자의 결합들 둘 다에 결합된다. 여기서, 4차 탄소 원자는 바람직하게는 각각이 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 3개의 알킬 기를 보유하는 탄소 원자이다.
화합물 I은 바람직하게는하기 화학식 1-1 또는 1-2의 기를 함유한다:
[화학식 1-1]
Figure pct00005
[화학식 1-2]
Figure pct00006
상기 식에서,
*에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이고;
R1은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 Si(R3)3 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고;
R2는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, F, C(=O)R3, CN, Si(R3)3, N(R3)2, P(=O)(R3)2, OR3, S(=O)R3, S(=O)2R3, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시 기, 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 분지쇄 또는 환형 알킬 또는 알콕시 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일 기, 6 내지 40개 고리 원자를 갖는 아릴 기 또는 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기이되, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기, 및 상기 아릴 기 및 헤테로 아릴 기는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R3으로 대체될 수 있고, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기에서 하나 이상의 CH2 기는 -R3C=CR3-, -C≡C-, Si(R3)2, C=O, C=NR3, -C(=O)O-, -C(=O)NR3-, NR3, P(=O)(R3), -O-, -S-, SO 또는 SO2로 대체될 수 있고;
R3은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, D, F, CN, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일 기, 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기 및 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되되, 2개 이상의 라디칼 R3은 서로 연결될 수 있고 고리를 형성할 수 있고, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기, 아릴 기 및 헤테로아릴 기는 F 또는 CN으로 치환될 수 있다.
R1은 바람직하게는 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택된다. R1은 특히 바람직하게는 메틸이다.
R2는 특히 바람직하게는 H이다.
Si(R3)2 기에서 R3은 바람직하게는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴기로부터 선택된다.
화합물 I은 바람직하게는 화학식 1-1의 기를 함유한다.
화합물 I은 특히 바람직하게는 엄밀히 1개, 엄밀히 2개, 엄밀히 3개 또는 엄밀히 4개의 화학식 1의 기를 함유한다. 이는 매우 특히 바람직하게는 엄밀히 2개의 화학식 1의 기를 함유한다. 화합물 I이 다수의 화학식 1의 기를 함유하는 경우, 이러한 기가 하나 이상의 스페이서 기에 의해 서로 이격되는 것이 바람직하다.
화합물 I은 특히 바람직하게는 하기 화학식 1-1-1의 기를 함유한다:
[화학식 1-1-1]
Figure pct00007
상기 식에서,
*에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이고;
R1은 상기와 같이 정의되고, 바람직하게는 메틸이다.
화합물 I은 바람직하게는 하기 화학식 I의 화합물이다:
[화학식 I]
Figure pct00008
상기 식에서, 하기 사항이 나타낸 변수에 적용된다.
U는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 -CH2-, -O-, -S- 및 -NH-로부터 선택되고;
Sp는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알켄일렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킨일렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기, 및 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되고;
R1은 상기와 같이 정의되고;
R4는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, D, F, CN, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일 기, 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기 및 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되되, 2개 이상의 R4는 서로 연결될 수 있고 고리를 형성할 수 있고, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기, 아릴 기 및 헤테로아릴 기는 F 또는 CN으로 치환될 수 있고;
i는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 0 또는 1이고;
p는 2, 3 또는 4이다.
화학식 I의 R1은 바람직하게는 메틸이다. 또한, i는 바람직하게는 1이다. 또한, p는 바람직하게는 2이다. 또한, U는 바람직하게는 -0-이다. 또한, Sp는 바람직하게는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌으로부터 선택된다.
화합물 I은 특히 바람직하게는 하기 화학식 I-1의 화합물이다:
[화학식 I-1]
Figure pct00009
상기 식에서, 하기 사항이 나타나는 변수에 적용된다:
Sp는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알켄일렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킨일렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기, 및 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되고;
R4는 상기 정의된 바와 같다.
화학식 I의 R4는 특히 바람직하게는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기로부터 선택된다.
바람직한 구체적인 화합물 I을 하기 표에 나타냈다.
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
화합물 I은 바람직하게는 액정 물질 중에 0.01 내지 1 중량%, 특히 바람직하게는 0.02 내지 0.8 중량%의 비율로 존재한다.
액정 물질은 통상적인 주위 온도에서 바람직하게는 네마틱 액정이다. ±20℃, 특히 ±30℃ 범위 내의 네마틱 액정이 특히 바람직하다. 또한, 액정 물질은 바람직하게는 80℃ 이상, 특히 바람직하게는 100℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 120℃ 이상, 가장 바람직하게는 130℃ 이상의 투명점, 바람직하게는 네마틱 액정 상태로부터 등방성 상태로의 상 전이를 갖는다.
액정 물질은 바람직하게는 막대형 구조를 갖는 90 중량% 초과의 비율의 유기 화합물로 구성된다. 액정 물질은 바람직하게는 3개 초과 내지 20개 미만의 전술된 상이한 유기 화합물을 포함한다.
액정 물질의 구성성분으로서 사용될 수 있는 화합물은 당업자에게 공지되어 있고 원칙적으로는 필요에 따라 선택된다. 액정 물질은 바람직하게는 1,4-페닐렌 및 1,4-사이클로헥실렌을 기반으로 하는 구조적 요소를 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함한다. 액정 물질은 특히 바람직하게는 1,4-페닐렌 및 1,4-사이클로헥실렌을 기반으로 하는 2, 3 또는 4개, 특히 바람직하게는 3 또는 4개의 구조적 요소를 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
액정 물질은 바람직하게는 하나 이상의 메소젠 화합물을 포함하고, 이는 각각의 경우 -Cyc-, -Phe-, -Cyc-Cyc-, -Cyc-Phe-, -Phe-Cyc-, -Phe-Phe-, -Cyc-Z-Cyc-, -Cyc-Z-Phe-, -Phe-Z-Cyc- 및 -Phe-Z-Phe-로부터 선택되는 기를 함유하되, Cyc는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이고, 여기서 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수도 있고, 하나 이상의 H 원자는 F로 대체될 수도 있고, Phe는 1,3-페닐렌 또는 1,4-페닐렌, 바람직하게는 1,4-페닐렌이되, 여기서 1 또는 2개의 비인접 CH 기는 N으로 대체될 수도 있고, 하나 이상의 H 원자는 L로 대체될 수도 있고;
Z는 CH2-, -CF2-, -CO-, -O-, -NH-, -NH-(CO)-, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -COO-, -OCO-, -C2F4- 또는 -CF=CF-이고;
L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F, Cl, CN 또는 1 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄, 각각의 경우 임의적으로 불화된 알킬, 알콕시 또는 알릴알킬 또는 알킬아릴알킬이되, 여기서 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O- 및/또는 -S-로 대체될 수 있다.
또한, 액정 물질은 바람직하게는 하기 화학식의 기로부터 선택되는 하나 이상의 기를 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00013
Figure pct00014
상기 식에서,
*에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이다.
액정 물질은 특히 바람직하게는 하기 화학식의 기로부터 선택되는 하나 이상의 기를 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함한다:
Figure pct00015
상기 식에서,
*에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이다.
액정 물질은 바람직하게는 입체 장애 하이드록시 페닐 기를 함유하는 화합물 II를 추가로 포함한다. 이는 특히 광 안정성이고 온도 안정성인 액정 물질이 수득될 수 있는 기술적 효과를 갖는다.
용어 "입체 장애 하이드록시 페닐 기"는 본 발명에 있어서 하이드록시페닐 기를 차폐하는 화학 기가 상기 하이드록시페닐 기의 하이드록시 기에 인접하게 존재함을 의미한다. 이러한 화학 기는 바람직하게는 상기 하이드록시 기에 대해 오르토인 벤젠 고리 상의 위치 중 하나 또는 둘 다에 결합한다. 이러한 화학 기는 특히 바람직하게는 상기 하이드록시 기에 대해 오르토인 벤젠 고리 상의 위치 중 둘 다에 결합한다. 이러한 화학 기는 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기로부터, 특히 바람직하게는 3 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 분지쇄 알킬 기로부터, 매우 특히 바람직하게는 3차-부틸 기 또는 네오펜틸 기로부터 선택되는 라디칼을 보유하는 실릴 기 및 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택된다.
화합물 II는 바람직하게는 하기 화학식 2의 기를 함유한다:
[화학식 2]
Figure pct00016
상기 식에서,
*에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이고;
R21은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H; 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기로부터 선택되는 라디칼을 보유하는 실릴 기; 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고, 하나 이상의 R21은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기로부터 선택되는 라디칼을 보유하는 실릴 기; 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고;
R22는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있다.
R21은 바람직하게는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 입체 거대(sterically bulky) 알킬 기로부터, 특히 바람직하게는 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 분지쇄 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있다. R21은 매우 특히 바람직하게는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 3차-부틸 및 네오펜틸로부터 선택되고, R21은 가장 바람직하게는 3차-부틸이다.
R22는 바람직하게는 H이다.
화합물 II는 바람직하게는 엄밀히 1개, 엄밀히 2개 또는 엄밀히 3개의 화학식 2의 기, 특히 바람직하게는 엄밀히 1개의 화학식 2의 기를 함유한다.
화합물 II는 바람직하게는 하기 화학식 II의 화합물이다:
[화학식 II]
Figure pct00017
R21 및 R22는 상기 정의된 바와 같고;
R23은 H, F, Cl, CN, NCS, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기, 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 티오알킬 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 기, 및 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일옥시 기로부터 선택되되, 상기 알킬, 알콕시, 티오알킬, 알켄일 및 알켄일옥시 기에서 하나 이상의 H 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고;
A21은 각각의 경우 동일하거나 상기하게 하기 화학식으로부터 선택되고:
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
;
X는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F, Cl, CN, N3, -NCS, NO2, -C≡C-RX, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기, 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알콕시 기 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 티오알킬 기로부터 선택되되, 상기 알킬, 알콕시 및 티오알킬 기에서 하나 이상의 수소 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고, 상기 알킬, 알콕시 및 티오알킬 기에서 하나 이상의 CH2 기는 O 또는 S로 대체될 수 있고;
Rx는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, CN, 및 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, 상기 알킬 기에서 하나 이상의 탄소 원자는 F, Cl 또는 CN으로 대체될 수 있고;
Z21은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기, 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알켄일렌 기, 2 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킨일렌 기, -O-, -S-, -NH-, -(C=O)-O-, -O-(C=O)-, -CF2-O-, -O-CF2-, -O-CH2- 및 -CH2-O-로부터 선택되고;
k는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 0, 1 또는 2이고;
m은 0, 1, 2 또는 3이고;
n은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 0, 1 또는 2이다.
화학식 II에서, R23은 바람직하게는 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 기로부터, 특히 바람직하게는 1 내지 12 개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택된다. 또한, 바람직한 양태가 기 R21 및 R22에 적용된다.
또한, A21은 바람직하게는 각각의 경우 동일하거나 상이하게
Figure pct00021
로부터 선택된다.
또한, k, m 및 n은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 0 또는 1로부터 선택된다.
또한, 바람직하게는 k는 1 또는 2이고, m은 1, 2 또는 3이다. 가장 바람직하게는, k는 1이고, m은 1이고, n은 0인 하기 화학식 IIA의 화합물이 바람직하다:
[화학식 IIA]
Figure pct00022
상기 식에서, 나타나는 변수는 상기 정의된 바와 같다. 변수 R21, R22, R23 및 A21은 바람직하게는 상기 제시된 바람직한 양태에 상응한다.
화학식 II의 특히 바람직한 양태는 하기 화학식의 화합물과 같다:
[화학식 II-1]
Figure pct00023
상기 식에서, n은 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7, 바람직하게는 1, 4 또는 7이고;
[화학식 II-2]
Figure pct00024
상기 식에서, n은 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7, 바람직하게는 3이고;
[화학식 II-3]
Figure pct00025
상기 식에서, n은 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7, 바람직하게는 3이다.
바람직한 특정 화합물 II를 하기 표에 나타냈다.
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
액정 물질은 특히 바람직하게는 화학식 I-1의 화합물 I과 화학식 II의 화합물 II의 조합을 포함한다. 하기 화학식의 화합물로부터 선택되는 화합물 I:
Figure pct00030
과 하기 화학식의 화합물로부터 선택되는 화학식 II의 화합물의 조합이 매우 특히 바람직하다.
Figure pct00031
화합물 II는 바람직하게는 액정 물질 중에 0.01 내지 1 중량%, 특히 바람직하게는 0.02 내지 0.8 중량%의 비율로 존재한다.
액정 물질 중에 존재하는 염료는 바람직하게는 유기 화합물, 특히 바람직하게는 하나 이상의 축합된 아릴 또는 헤테로아릴 기를 함유하는 유기 화합물이다. 축합된 아릴 또는 헤테로아릴 기는 여기서 서로 하나 이상의 모서리를 공유하는 2개 이상의 단일 방향족 또는 헤테로방향족 고리, 특히 5원 또는 6원 고리를 의미한다. 축합된 아릴 기 및 헤테로아릴 기의 예는 나프틸, 안트라센일, 피렌일, 페릴렌일, 카바졸일, 아크리딘일 및 퀴놀린일이다.
액정 물질은 바람직하게는 2개 이상, 특히 바람직하게는 3개 이상, 매우 특히 바람직하게는 3 또는 4개의 상이한 염료를 포함한다. 2개 이상의 염료가 바람직하게는 광 스펙트럼의 상이한 영역을 각각 다룬다.
2개 이상의 염료가 액정 물질 중에 존재하는 경우, 상기 염료의 흡수 스펙트럼은 바람직하게는 필연적으로 전체 가시광선 스펙트럼의 광이 흡수되도록 서로 상보적이다. 따라서, 인간의 눈에는 흑색으로 인지된다. 이는 바람직하게는 적어도 하나가 청색광을 흡수하고, 적어도 하나가 녹색 내지 황색광을 흡수하고, 적어도 하나가 적색광을 흡수하는 3개 이상의 상이한 염료를 사용함으로써 성취된다. 광의 색은 여기서 문헌[B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, section 11.2.1]에 따라 정의된다.
액정 물질 중에 염료의 총 비율은 바람직하게는 0.01 내지 20 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 15 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.2 내지 12 중량%이다. 하나 이상의 염료 중 각각의 개별적인 하나의 비율은 바람직하게는 0.01 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 12 중량%, 매우 특히 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%이다.
액정 물질 중에 존재하는 염료는 바람직하게는 상기 액정 물질에 용해된다. 염료는 바람직하게는 액정 상태의 액정 물질의 분자의 정렬에 의해 이의 정렬에 영향을 받는다.
염료는 바람직하게는 이색성 염료, 특히 바람직하게는 양의 이색성 염료이다. 양의 이색성 염료는 염료가 양의 값의 이방성 R을 갖는 것을 의미한다. 이방성 R의 값은 바람직하게는 0.4 초과, 매우 특히 바람직하게는 0.5 초과, 가장 바람직하게는 0.6 초과이다. 이방성 R의 값은 출원서 WO 2015/154848의 실시예에 제시된 바와 같이 측정된다.
다른 양태에서, 염료가 음의 이색성 염료인 것도 바람직할 수 있다. 음의 이색성 염료는 염료가 음의 값의 이방성 R을 가짐을 의미한다.
액정 물질 중에 존재하는 염료는 바람직하게는 모두 양의 이색성이거나, 모두 음의 이색성이다.
추가로 바람직하게는, 본 발명에 따른 염료는 UV-VIS-NIR 영역, 즉 320 내지 1500 nm 파장의 광을 주로 흡수한다. 염료는 특히 바람직하게는 VIS 영역, 즉 380 내지 780 nm 파장의 광을 주로 흡수한다. 염료는 특히 바람직하게는 상기 정의된 UV-VIS-NIR 영역에서, 바람직하게는 VIS 영역, 즉 380 내지 780 nm 파장에서 하나 이상의 흡광 최대치를 갖는다. 전환성 창문의 적용례에 있어서, 염료가 NIR 영역, 특히 780 내지 1500 nm의 파장에서 하나 이상의 흡광 최대치를 갖는 것이 마찬가지로 바람직할 것이다.
또한, 염료는 바람직하게는 문헌[Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, section 11.2.1]에 제시된 염료 부류로부터, 특히 바람직하게는 표에 제시된 명백한 화합물로부터 선택된다.
염료는 바람직하게는 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 릴렌, 특히 페릴렌 및 테릴렌, 벤조티아다이아졸, 피로메텐 및 다이케토피롤로피롤로부터 선택된다. 이 중에서, 특히 WO　2014/187529에 개시된 아조 화합물, 안트라퀴논, 벤조티아다이아졸, 특히 WO 2015/090497에 개시된 다이케토피롤로피롤, 특히 WO 2014/090373에 개시된 릴렌이 특히 바람직하다. 염료는 가장 바람직하게는 아조 염료, 아미노 기를 함유하는 안트라퀴논, 및 아미노 기를 갖지 않는 안트라퀴논으로부터 선택된다.
하기 화합물은 전술된 염료의 예이다.
Figure pct00032
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액정 물질은 바람직하게는 키랄 도판트를 포함한다. 키랄 도판트는 바람직하게는 0.01 내지 3 중량%, 특히 바람직하게는 0.05 내지 1 중량%의 총 농도로 사용된다. 액정 물질의 분자의 뒤틀림(twisting)에 대한 높은 수치를 수득하기 위해, 키랄 도판트의 총 농도는 3 중량% 초과, 바람직하게는 15 중량%의 최대치까지 선택되어야 한다.
바람직한 키랄 도판트는 하기 표에 나타낸 화합물이다.
Figure pct00058
Figure pct00059
상기 정의된 바와 같이, 액정 물질은 원칙적으로 임의의 목적되는 광학 전환 장치에 사용될 수 있다. 광학 전환 장치는 디스플레이 장치 또는 전환성 창문에 사용될 수 있다. 전환성 창문, 특히 본 발명에 따른 액정 물질을 포함하는 전환층을 함유하는 전환성 창문에 사용하는 것이 바람직하다.
액정 물질은 바람직하게는 태양광 통과를 조절하기 위한 장치에 사용된다.
따라서, 본 발명은 액정 물질의 층을 함유하는 태양광 통과 조절을 위한 광학 전환 장치에 관한 것으로서, 액정 물질이 상기 정의된 화합물 I 및 염료를 포함하는 것으로 특징지어진다. 광학 전환 장치는 바람직하게는 면적 요소를 통해 광 통과를 조절한다. 또한, 광 통과는 바람직하게는 면적 요소의 면적에 걸쳐 균질하게 조절된다. 균질한 조절은 여기서 투광도가 상기 면적 요소 내의 모든 점들에서 실질적으로 동일함을 의미한다.
면적 요소는 바람직하게는 0.05 m2 이상, 특히 바람직하게는 0.1 m2 이상, 특별히 바람직하게는 0.5 m2 이상, 매우 특히 바람직하게는 0.8 m2 이상의 치수를 갖는다.
액정 물질은 바람직하게는 상기 장치 내에 층의 형태로 존재한다. 상기 층은 바람직하게는 전환성, 즉 이의 광 투과도가 조정가능하고, 이에 따라 전환층으로서도 지칭된다. 상기 층은 바람직하게는 12 내지 40 ㎛, 특히 바람직하게는 14 내지 30 ㎛, 매우 특히 바람직하게는 15 내지 25 ㎛의 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 환경으로부터 공간으로의 태양광 형태의 광 통과의 조절에 적합하다. 상기 공간은 여기서 상기 환경으로부터 완전히 밀폐된 임의의 목적되는 공간, 예를 들어 빌딩, 차 또는 컨테이너일 수 있다. 상기 장치는 일반적으로 임의의 목적되는 공간에, 특히 상기 공간이 환경과 단지 제한된 공기 교환만을 하고, 광 에너지 형태의 외부로부터의 에너지의 유입이 일어날 수 있는 광 투과 경계 표면을 갖는 경우에 사용될 수 있다. 상기 장치는 특히 바람직하게는 투광 면적, 예를 들어 창문 면적을 통해 강한 일광을 받는 공간에 사용된다. 이의 예는 전동차, 특히 자동차의 내부 및 외부에 대해 큰 창문 면적을 갖는 공간이다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 비교적 큰 2차원 구조의 개구(opening)에 정렬되되, 상기 2차원 구조는 그 자체로는 단지 광 통과를 거의 또는 전혀 허용하지 않고, 상기 개구는 광을 비교적 훨씬 큰 정도로 투과시킨다. 상기 2차원 구조는 바람직하게는 외부에 대한 공간의 벽 또는 또 다른 경계이다.
본 발명에 따른 장치는 전환성이다. 전환은 여기서 상기 장치를 통한 광 통과의 변화를 의미한다. 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 전기에 의해 전환성이다. 이러한 경우, 이는 바람직하게는 액정 물질을 포함하는 층의 양쪽면 모두에 설치된 2개 이상의 전극을 포함한다. 상기 전극은 바람직하게는 ITO 또는 얇은, 바람직하게는 투광성 금속 및/또는 금속 옥사이드 층, 예를 들어 은 또는 FTO(불소로 도핑된 주석 옥사이드), 또는 이러한 용도에 대해 당업자에게 공지된 대체 물질로 이루어진다. ITO 전극은, 예를 들어 SiO2를 포함하는 부동층에 의해 제공될 수 있다. 전극은 바람직하게는 전기 연결에 의해 제공된다. 전압은 바람직하게는 전지, 충전가능한 전지 또는 외부 전력 공급에 의해 제공된다.
전기 전환의 경우, 전환 작동은 전압의 인가에 의한 액정 상태의 액정 물질의 분자의 정렬을 통해 수행된다.
바람직한 양태에서, 상기 장치는 전압 없이 존재하는 높은 흡광도, 즉 낮은 투광도를 갖는 상태로부터 전압에 의한 낮은 흡광도, 즉 높은 투광도를 갖는 상태로 전환된다. 상기 장치 내의 층의 액정 물질은 바람직하게는 상기 2개의 상태에서 모두 네마틱 액정이다. 전압-부재 상태는 바람직하게는 액정 상태의 액정 물질의 분자, 및 이에 따른 염료의 분자가 전환층의 평면에 평행하게 정렬되는 것으로 특징지어진다. 이는 바람직하게는 상응하게 선택된 정렬층에 의해 성취된다. 이러한 경우, 분자는 바람직하게는 뒤틀리지 않고, 전환층의 평면에 평행하게 정렬된다. 전압하의 상태는 바람직하게는 액정 물질의 분자, 및 이에 따른 염료의 분자가 전환층의 평면에 수직한 것으로 특징지어진다.
특정 조건하에 바람직한 양태에 따라, 전압-부재 상태의 액정 물질의 분자는 튀틀린 네마틱 형태이고, 전환층의 평면에 평행하다. 전압하의 상태에서, 이는 전환층의 평면에 수직하다.
특정 조건하에 마찬가지로 바람직한 다른 양태에 따라, 전압-부재 상태의 분자는 전환층의 평면에 수직하다. 이는 바람직하게는 상응하게 설계된 정렬층에 의해 성취된다. 전압하의 상태에서, 이는 전환층의 평면에 평행한 경우이다. 이는 여기서 뒤틀리거나 뒤틀리지 않은 형태일 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따라, 상기 장치는 외부 전력 공급 없이 상기 장치에 연결된 광 및/또는 열 에너지를 전기 에너지로 전환하기 위한 태양 전지 또는 다른 장치에 의해 필요한 에너지를 공급함으로써 작동될 수 있다. 태양 전기에 의한 에너지의 공급은 직접 또는 간접적으로, 즉 전지 또는 충전가능한 전지, 또는 서로간에 연통되는 에너지의 저장을 위한 단위를 통해 수행될 수 있다. WO　2009/141295에 개시된 바와 같이, 태양 전지는 바람직하게는 상기 장치의 외부에 설치되거나, 상기 장치의 내부 부품이다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 하기 층 순서를 갖되, 추가의 층이 추가로 존재할 수 있다. 하기 제시된 층은 바람직하게는 장치 내에서 서로 직접적으로 인접한다:
- 기판층, 바람직하게는 유리 또는 중합체를 포함하는 기판층;
- 전기 전도성 투광층, 바람직하게는 ITO;
- 정렬층;
- 본 발명에 따른 물질을 포함하는 전환층;
- 정렬층;
- 전기 전도성 투광층, 바람직하게는 ITO; 및
- 기판층, 바람직하게는 유리 또는 중합체를 포함하는 기판층.
상기 제시된 층 순서에서 순차적으로 정렬된 2개의 액정 셀을 포함하는, 특히 WO 2014/180525에 개시된 양태가 바람직하다.
개별적인 층의 바람직한 양태가 후술된다.
본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 하나 이상, 특히 바람직하게는 2개의 정렬층을 포함한다. 정렬층은 바람직하게는 액정 물질을 포함하는 층의 양면에 직접적으로 인접한다.
본 발명에 따른 장치에 사용되는 정렬층은 상기 목적에 대해 당업자에게 공지된 임의의 목적되는 층일 수 있다. 폴리이미드 층, 특히 바람직하게는 러빙(rubbing)된 폴리이미드를 포함하는 층이 바람직하다. 당업자에게 공지된 특정 방식으로 러빙된 폴리이미드는 분자가 정렬층에 평행(평면 정렬)한 경우의 러빙된 방향으로 액정 상태의 액정 물질의 분자의 정렬을 야기한다. 여기서, 액정 상태의 액정 물질의 분자가 정렬층에 완전히 평행하진 않고, 오히려 약간의 선경사 각을 갖는 것이 바람직하다. 정렬층의 표면에 대한 분자의 수직 정렬(호메오트로픽(homeotropic) 정렬)을 성취하기 위해, 특정 방식으로 처리된 폴리이미드가 정렬층을 위한 물질(매우 큰 선경사 각을 위한 폴리이미드)로서 바람직하게 사용된다. 또한, 편광된 광에 노출 처리에 의해 수득된 중합체는 정렬 축에 따른 분자의 정렬을 성취하기 위해 정렬층으로서 사용될 수 있다(광정렬).
액정 물질이 뒤틀리고, 적어도 하나의 전환 상태인 경우, 본 발명에 따른 장치에서 액정 물질을 포함하는 전환층을 둘러싸는 2개의 정렬층의 러빙 방향은 바람직하게는 30 내지 270°의 각을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 액정 물질을 포함하는 층은 바람직하게는 2개의 기판층 사이에 정렬되거나 이에 의해 봉입된다. 기판층은, 예를 들어 유리 또는 중합체, 바람직하게는 투광성 중합체로 이루어질 수 있다.
상기 장치는 바람직하게는 엄밀히 하나의 편광기를 함유하는 것으로 특징지어진다. 이는 바람직하게는 선형 편광기이다.
다른 양태에 따라, 상기 장치는 중합체를 기반으로 하는 편광기를 함유하지 않고, 특히 바람직하게는 고체 물질 상태의 편광기를 함유하지 않고, 매우 특히 바람직하게는 편광기를 전혀 포함하지 않는다.
또한, 바람직하게는 WO　2009/141295에 기재된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 광 및/또는 열 에너지의 전기 에너지로의 전환을 위해 태양 전지 또는 또 다른 장치로 광을 전송하는 광도파로 시스템(optical waveguide system)을 함유한다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 장치는 투광성이 전환될 수 있는 창문, 특히 바람직하게는 적어도 하나의 유리 면적을 함유하는 창문, 매우 특히 바람직하게는 다중창 단열 유리를 함유하는 창문의 부품이다.
창문은 여기서, 특히 빌딩에서 프레임 및 상기 프레임에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 창유리를 포함하는 구조를 의미한다. 이는 바람직하게는 단열 프레임 및 2개 이상의 창유리(다중창 단열 유리)를 포함한다.
바람직한 양태에 따라, 본 발명에 따른 장치는 창문의 유리 면적에, 특히 바람직하게는 다중창 단열 유리의 2개의 창유리 사이의 공간에 직접적으로 적용된다.
또한, 상기 장치는 바람직하게는 전환성 자동차 천장 또는 전환성 자동차 창문의 능동적인 부분적 투광의 전환 부품으로서 사용된다.
여기서, 상기 층 순서는 바람직하게는 하기와 같되, 편광층은 바깥, 즉 광원, 특히 태양을 향한다:
- 편광층;
- 기판층, 바람직하게는 유리 또는 중합체를 포함하는 기판층;
- 전기 전도성 투광층, 바람직하게는 ITO를 포함하는 전기 전도성 투광층;
- 정렬층;
- 본 발명에 따른 물질을 포함하는 전환층;
- 정렬층;
- 전기 전도성 투광층, 바람직하게는 ITO를 포함하는 전기 전도성 투광층; 및
- 기판층, 바람직하게는 유리 또는 중합체를 포함하는 기판층.
하나 이상의 추가 층이 편광기와 기판층 사이에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 층은 바람직하게는 편광층 및 기판층의 열팽창의 상이한 계수를 보정한다. 접착층 및 접착 필름, 예를 들어 3M의 광투명 접착물(Optically Clear Adhesive)로부터 선택되는 층이 이러한 목적에 바람직하다.
다르게는, 편광층은 2개의 기판층 사이, 또는 태양을 등지는 장치의 면을 상에 위치할 수도 있다. 이러한 경우, 전환층의 외부에 위치하는 층이 UV 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 기판층이 UV-흡수성 첨가제를 포함하거나, UV 필터가 기판층에 적용되는 것이 특히 바람직하다.
기판층은 바람직하게는 광학 이방성이다. 특히, 이는 복굴절성이 아니거나 단지 약간만 복굴절성이다. 이는 바람직하게는 전압 볼굴절을 전혀 갖지 않거나, 단지 낮은 전압 복굴절을 갖는다. 특히, 이는 중합체 기판층에 의해 성취될 수 있다.
또한, 전환성 자동차 천장 또는 자동차 창문에서 상기 장치가 사용되는 경우, 상기 장치는 공간적으로 편평하지 않고, 오히려 곡선형이다. 이는 바람직하게는 곡선형 기판층을 사용함으로써 성취된다.
실시예
1. 액정 혼합물의 제조
베이스 혼합물(base mixture)로 하기 혼합물 M1을 사용하였다.
Figure pct00060
염료 F1, F2 및 F3을 하기 제시된 중량 비율로 혼합물 M1에 첨가함으로써, 혼합물 M1-F를 수득하였다.
Figure pct00061
염료의 구조
Figure pct00062
첨가제 A1 및/또는 A2를 첨가함으로써 혼합물 M1-F로부터 하기 액정 혼합물을 제조하였다.
Figure pct00063
또한, 하기 액정 혼합물을 참조로서 제조하였다.
Figure pct00064
첨가제 A1, A2, A3 및 A4는 하기 구조를 갖는다.
Figure pct00065
상기 혼합물을 폴리이미드 정렬층(역평행으로 러빙됨, 평면 정렬을 위한 폴리이미드 AL-1054)을 갖는 액정 셀에 도입하였다. 상기 혼합물을 포함하는 층의 층 두께는 25 ㎛이다. 상기 셀을 UV 접착제(노르랜드(Norland))를 사용하여 밀폐하였다.
상기 셀에서, 광 노출 시험을 하기와 같이 수행하였다:
셀을 스펙트럼 분석으로 측정하였다(초기값). 이어서, 이를 광에 16주 동안 흑색 표준 온도(Black Standard Temperature) 70℃(샘플의 표면 온도) 설정에 의해 MTS 아틀라스(Atlas)로부터의 선테스트(Suntest) CPS+에서, 단파장 UV 광에 대해 샘플을 밀폐식으로 차폐하는 쇼트(Schott) GG400 UV 엣지 필터(edge filter)를 사용하여 노출하였다.
상기 셀에서, 열 노출 시험을 하기와 같이 수행하였다.
셀을 스펙트럼 분석으로 측정한 후(초기값), 오븐에 100℃로 7시간 동안 저장하였다. 이어서, 스펙트럼을 실온에서 재측정하였다.
색상값 및 색분해 ΔE*의 측정:
x, y 및 z값을 문헌[M. Richter, Einfuhrung in die Farbmetrik [Introduction into Colorimetry] (Sammlung Goschen, Volume 2608)]에 기재된 방법에 의해 각각의 스펙트럼의 투광 곡선으로부터 측정하였다. x, y 및 z값을은 사용하여 L*, a* 및 b*을 측정하고, 이로부터 상응하는 차이 ΔL*, Δa* 및 Δb*을 문헌[M. Richter, Einfuhrung in die Farbmetrik [Introduction into Colorimetry]]에 의해 기재된 방법에 의해 측정하였다. 사용된 스펙트럼계는 퍼킨 엘머 람다 1050(Perkin Elmer Lambda 1050)이었다.
최종적으로, 색분해(색상차) ΔE*을 Lab 색상 공간에서 하기 수학식 1과 같이 계산하였다.
[수학식 1]
ΔE* = [ (ΔL*)2 + (Δa*)2 + (Δb*)2 ] 0.5
상기 제조된 셀에 대해 하기 결과를 수득하였다.
Figure pct00066
참조 혼합물을 함유하는 장치에 대해 하기 결과를 수득하였다.
Figure pct00067
수득된 결과는 색상차 ΔE*에 있어서 우수한 값이 첨가제 A1을 포함하는 혼합물을 함유하는 장치(LC1 내지 LC5)에 대한 광 노출 시험에서 수득됨을 나타낸다.
색상차 ΔE*에 있어서 비교적 우수한 값은 첨가제 A1에 의한 열 안정성 시험에서도 수득되었다.
대조적으로, 색상차 ΔE*에 있어서 매우 불량하고 허용불가한 값이 첨가제 A2, A3 또는 A4를 포함하는 혼합물(V-LC1 내지 V-LC4)을 함유하는 참조 장치에 대한 광 노출 시험에서 수득되었다. 이는 안정화 첨가제를 함유하지 않는 혼합물 M1-F에 있어서도 동일하였다.
광 안정성 시험 및 열 안정성 시험 둘 다에서, 색상차 ΔE*에 있어서 매우 우수한 값은 첨가제 A1 및 A2 둘 다를 함유하는 장치(LC6 내지 LC10)에 의해 수득되었다. 이는 첨가제 A1 단독에 의해 수득된 우수한 값을 능가하였다.

Claims (15)

  1. 염료 및 하기 화학식 1의 입체 장애 기를 함유하는 화합물 I을 포함하는 액정 물질:
    [화학식 1]
    Figure pct00068

    상기 식에서,
    *에 의해 표시된 결합은 이에 의해 화학식 1의 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이다.
  2. 제1항에 있어서,
    4차 탄소 원자가 화학식 I의 N-O 단위의 질소 원자의 결합들 둘 다에 결합되는, 액정 물질.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    화합물 I이 하기 화학식 1-1 또는 1-2의 기를 함유하는, 액정 물질:
    [화학식 1-1]
    Figure pct00069

    [화학식 1-2]
    Figure pct00070

    상기 식에서,
    *에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이고;
    R1은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 Si(R3)3 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고;
    R2는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, F, C(=O)R3, CN, Si(R3)3, N(R3)2, P(=O)(R3)2, OR3, S(=O)R3, S(=O)2R3, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시 기, 3 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 분지쇄 또는 환형 알킬 또는 알콕시 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일 기, 6 내지 40개 고리 원자를 갖는 아릴 기 또는 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기이되, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기, 및 상기 아릴 기 및 헤테로 아릴 기는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R3으로 대체될 수 있고, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기에서 하나 이상의 CH2 기는 -R3C=CR3-, -C≡C-, Si(R3)2, C=O, C=NR3, -C(=O)O-, -C(=O)NR3-, NR3, P(=O)(R3), -O-, -S-, SO 또는 SO2로 대체될 수 있고;
    R3은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, D, F, CN, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일 기, 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기 및 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되되, 2개 이상의 라디칼 R3은 서로 연결될 수 있고 고리를 형성할 수 있고, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기, 아릴 기 및 헤테로아릴 기는 F 또는 CN으로 치환될 수 있다.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    화합물 I이 하기 화학식 I의 화합물인, 액정 물질:
    [화학식 I]
    Figure pct00071

    상기 식에서,
    U는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 -CH2-, -O-, -S- 및 -NH-로부터 선택되고;
    Sp는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알켄일렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킨일렌 기, 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기, 및 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R4로 치환될 수 있는 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되고;
    R1은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 Si(R3)3 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고;
    R4는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, D, F, CN, 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시 기, 2 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일 기, 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기 및 5 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 헤테로아릴 기로부터 선택되되, 2개 이상의 R4는 서로 연결될 수 있고 고리를 형성할 수 있고, 상기 알킬, 알콕시, 알켄일 및 알킨일 기, 아릴 기 및 헤테로아릴 기는 F 또는 CN으로 치환될 수 있고;
    i는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 0 또는 1이고;
    p는 2, 3 또는 4이다.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    화합물 I이 액정 물질 중에 0.01 내지 1 중량%의 비율로 존재하는, 액정 물질.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 화학식의 기로부터 선택되는 하나 이상의 기를 함유하는 하나 이상의 화합물을 포함하는, 액정 물질:
    Figure pct00072

    Figure pct00073

    상기 식에서,
    *에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이다.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    입체 장애 하이록시페닐 기를 함유하는 화합물 II를 추가로 포함하는 액정 물질.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    화합물 II가 하기 화학식 2의 기를 함유하는, 액정 물질:
    [화학식 2]
    Figure pct00074

    상기 식에서,
    *에 의해 표시된 결합은 이에 의해 상기 기가 상기 화합물의 나머지 부분에 연결되는 결합이고;
    R21은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H; 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기로부터 선택되는 라디칼을 보유하는 실릴 기; 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고, 하나 이상의 R21은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기 및 6 내지 40개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴 기로부터 선택되는 라디칼을 보유하는 실릴 기; 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있고;
    R22는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H, 및 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기로부터 선택되되, F, Cl 및 CN으로부터 선택되는 하나 이상의 라디칼로 치환될 수 있다.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    화합물 II가 액정 물질 중에 0.01 내지 1 중량%의 비율로 존재하는, 액정 물질.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    염료가 이색성 염료인, 액정 물질.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    3개 이상의 상이한 염료를 포함하는 액정 물질.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    염료가 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 릴렌, 벤조티아다이아졸, 피로메텐 및 다이케토피롤로피롤로부터 선택되는, 액정 물질.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 액정 물질의 전환성 창(switchable window) 층에서의 용도.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 액정 물질을 포함하는 층을 함유하는, 태양광 통과를 조절하기 위한 광학 전환 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    태양을 향하는 편광층;
    기판층;
    전기 전도성 투광층;
    정렬층;
    액정 물질을 포함하는 전환층;
    정렬층;
    전기 전도성 투광층; 및
    기판층
    의 층 순서를 포함하는, 광학 전환 장치.
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