KR20230116055A - 광 투과 조절 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광 투과 조절 장치, 특히 스위칭가능 윈도우에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 윈도우 부재의 작동 온도 내에 있는 투명점을 갖는 액정 매질을 포함하는 스위칭가능 층을 갖는 전기적으로 스위칭가능 광학 셀을 포함하는 윈도우 부재에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 상기 윈도우 부재에 사용하기 위한 액정 매질에 관한 것이다.
Description
본 발명은 광 투과 조절 장치, 특히 스위칭가능 윈도우에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 윈도우 부재의 작동 온도 내에 있는 투명점을 갖는 액정 매질을 포함하는 스위칭가능 층을 갖는 전기적으로 스위칭가능 광학 셀을 포함하는 윈도우 부재에 관한 것이다. 본 발명은 또한 윈도우 부재에 사용하기 위한 액정 매질에 관한 것이다.
광 투과를 제어하거나 조절하는 장치는 통상적으로 디스플레이 용도에 사용되지만, 예를 들어, 소위 스마트 윈도우 용도에도 사용될 수 있다. 문헌[R. Baetens et al. in "Properties, requirements and possibilities of smart windows for dynamic daylight and solar energy control in buildings: A state-of-the-art review", Solar Energy Materials & Solar Cells, 94 (2010)]은, 87 내지 105 페이지에서, 상이한 동적 스마트 윈도우를 논의하고 있다. 여기에 기술된 바와 같이, 스마트 윈도우는 광 투과를 조절하기 위한 몇몇 기술, 예컨대 통전 변색(electrochromism)에 기초한 장치, 액정 장치 및 전기 영동 또는 현탁-입자 장치를 사용할 수 있다.
광 셔터 및 광학 강도 변조기, 특히 액정-기반 광 변조기는 건축, 자동차, 철도, 항공 및 해상 용도의 스위칭가능 윈도우에 사용될 수 있다.
광 변조 또는 조절 장치는 원칙적으로 광의 흡수 또는 광의 산란 또는 이 둘의 조합에 의존할 수 있다.
일부 장치에서 광 투과율은 가역적으로 변경될 수 있으며, 이때 입사광의 강도는 감쇠되거나, 디밍(dimming)되거나, 옅어질(tinted) 수 있다. 따라서, 그러한 장치는 명 상태와 암 상태 사이에서(즉, 상대적으로 더 높은 투과율 상태와 상대적으로 더 낮은 광 투과율 상태 사이에서) 작동되고 스위칭될 수 있다.
원칙적으로, 이러한 가역적 투과율 변화를 제공하기 위해, 몇몇 모드 또는 구성이 사용될 수 있다. 비틀린 네마틱(TN), 초-비틀린 네마틱(STN) 및 수직 정렬(VA) 액정 셀의 경우, 편광자를 통상적으로 사용하여 광 투과를 제어한다. 또한, 이색성 염료 분자로 도핑된 액정 호스트를 기반으로 하는 게스트-호스트 액정 셀을 사용할 수도 있다. 이러한 게스트-호스트 시스템을 임의의 편광자 없이 사용하여, 광 투과율을 변경할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시양태 및 용도에서, 게스트-호스트 액정 셀은 또한 하나 이상의 편광자와 조합으로 사용된다.
다른 경우에, 산란-유형 장치는 투명한 비-산란 상태(즉, 광학적으로 투명하거나 흐릿하지 않은 상태)와 광 산란 상태(즉, 반투명하거나 흐릿한 상태)(이는 흐리거나 혼탁하거나 확산되거나 불투명하게 인식되거나 그렇게 보일 수 있음) 사이를 스위칭함으로써 광의 투과율을 변경하는 데 사용할 수 있다. 산란 모드로 작동하는 장치는 특히 사생활 보호 윈도우에서 사용될 수 있다. 이 경우, 사생활 보호 보호 모드는 원할 때 장치(특히, 윈도우 부재)를 가능한 견시(viewing) 접촉이 있는 투명한 상태에서 시각적 장벽을 제공하는 산란 상태로 스위칭하여 제공될 수 있다.
상전이 온도, 특히 투명점 및 특히 네마틱-등방성 상전이 온도에 걸쳐 온도를 변화시킴으로써, 상 및 광학 상태의 변화에 원칙적으로 기초할 때, 상이한 광학 상태 사이의 액정-기반 장치의 스위칭은 예를 들어 WO 2011/134582 A1에 기재된 바와 같이 열적으로 제어될 수 있다.
대안적 설계에서, 액정-기반 장치는, 전압의 인가가 스위칭을 제어하는 전기 스위칭을 사용하여 다른 광학 상태를 채택할 수 있다. 그러한 액정-기반 장치는 원칙적으로, 예를 들어 WO 2015/090506 A1에 설명된 바와 같이, 투과의 변화를 초래하는 전기장을 인가함으로써 2개의 전도성 전극 사이의 액정(LC) 분자의 배향의 변화를 이용한다.
US 2019/0162989 A1에는 스마트 윈도우용 다층 필터 조립체가 설명되어 있으며, 동적 필터에서 네마틱 액정 층은 열적으로 구동되거나 대안적으로 전기적으로 구동된다.
광의 통과를 조절하기 위한 장치, 특히, 효과적이고 효율적인 스위칭 성능을 제공하는 스위칭가능 윈도우에 대한 요구가 당분야에 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 광의 통과를 조절하기 위한 개선된 장치를 제공하는 것이며, 특히 일반적인 작업 온도에서 안정적이고 균일한 스위칭을 제공하는 동시에 구성의 용이성뿐만 아니라 에너지 효율성 양태에서 이점을 제공하는 광학 셀을 포함하는 윈도우 부재를 제공하는 것이다.
이러한 장치에서 유리하게 유용한 액정 매질을 제공하는 것이 또 다른 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 즉시 자명하다.
상기 목적은 첨부된 청구범위의 독립항에 정의된 요지에 의해 해결되며, 바람직한 실시양태는 각각의 종속항에 개시되고, 하기에 추가로 기술된다.
본 발명은 특히, 주요 양태, 바람직한 실시양태 및 특정 특징을 포함하는 하기 항목을 제공하며, 이들은 각각 단독으로 또는 조합으로, 상기 목적을 해결하고 궁극적으로 추가적인 이점을 제공하는데 기여한다.
본 발명의 제1 양태는 윈도우 부재를 제공하며, 이는, 두 개 이상의 광학 상태 사이에서 전기적으로 스위칭가능하고, 두 개의 대향하는 투명 기판 사이에 개재된 스위칭가능 층을 포함하는 스위칭가능 광학 셀을 포함하고, 이때 각각의 기판에 전극 구조물이 제공되거나, 기판 중 하나에 두 개의 전극이 제공되고 다른 기판에는 전극이 제공되지 않으며, 상기 스위칭가능 층은 윈도우 부재의 작동 온도 내에 있는 투명점(clearing point)을 갖는 액정 매질을 포함하고, 바람직하게는 투명점은 5℃ 내지 65℃, 보다 바람직하게는 15℃ 내지 45℃의 온도 범위에 있다.
바람직하게는 및 유리하게는, 상기 스위칭가능 광학 셀은 명 상태와 암 상태 사이에서 작동가능하고 스위칭가능하다.
본 발명에서, 스위칭이 열적으로(thermally) 및 전압 또는 전기장을 인가함으로써 제어될 수 있는 액정 셀을 기반으로 하는 스위칭가능 윈도우 부재를 제공하는 것이 유리할 수 있음이 인식되었다. 열적 스위칭은, 예를 들어 스위칭 에너지가 외부 공급원으로서 태양에 의해 공급되고 추가 에너지 입력이 필요하지 않을 수 있는 경우, 스위칭이 온도를 기반으로 한다는 점을 고려하면, 에너지 효율에 유리하게 기여할 수 있다. 또한, 투명점보다 충분히 낮거나 높은 온도의 경우, 전기장의 인가 없이 각각의 주어진 광학 상태가 유지될 수 있다. 그러나, 전기적 스위칭은, 제공된 스위칭가능한 층의 투명점보다 낮거나 심지어 훨씬 낮은 온도에서 다른 광학 상태로 스위칭하는 것이 바람직할 때 유용할 수 있다.
또한, 전기적 스위칭 성능으로 보완할 수 있을 때, 투명점 또는 그 주변에서 열적 스위칭의 효율 및 효능이 향상되거나 증강될 수 있는 것으로 인식되었다.
이와 관련하여, 윈도우 부재는 온도 구배가 역할을 할 수 있는 크기를 가질 수 있으며, 이러한 온도 구배는 예를 들어 히트 싱크(heat sink)와 같은 윈도우 프레임, 광원으로부터의 불균일한 조사, 부분적인 음영 등으로부터 발생할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 원하는 균일한 광학 상태가 아닌 특정 조건에서 불균일한 외관을 얻을 수 있다. 특히, 열적 스위칭 제어의 경우, 투명점을 유리하게는 스위칭가능 윈도우의 일반적인 작동 온도 범위에 놓이도록 선택한다는 점을 고려하면, 온도 구배는 윈도우 영역 전체에 걸쳐 고르지 않거나 불균일한 열적 스위칭을 유발할 수 있다. 윈도우 부재의 서로 다른 영역에서는 서로 다른 광학 상태가 존재한다. 서로 다른 광학 상태의 이러한 공존은, 예를 들어 균일한 직사각형 패턴 대신 현창 또는 과녁 모양의 패턴을 제공하는 것과 같이, 의도된 시각적 외관 또는 미학을 손상시킬 수 있으며, 또한 이는 일반적으로 광학 상태의 덜 효과적인 변화, 예를 들어 전체 광 강도의 더 적은 착색 또는 디밍(dimming)을 초래한다.
특히 외관의 불균일성이 잠재적으로 발생할 수 있는 이러한 상황에서, 적어도 일시적으로, 원하는 균일한 외관을 갖는 지정된 상태 또는 원하는 투과 수준으로의 스위칭을 제공하거나 가속화하기 위해, 전기적 스위칭을 사용할 수 있는 능력을 갖는 것이 유익할 수 있는 것으로 현재 밝혀졌다. 따라서, 전기장을 인가하거나 제거하는 이러한 대안적 또는 추가적 광학적 스위칭은, 원하는 무-결함성의 균일한 광학 상태로의 스위칭의 신뢰성 및 견고성에 유리하게 기여할 수 있다.
단지 열 전이에 의한 인한 스위칭과 달리, 전기적 스위칭으로 열적 스위칭을 지원하거나 보완하면, 하나의 투과 상태에서 다른 투과 상태로의 스위칭을 가속화할 수 있다. 이러한 제공은 또한, LC 재료의 투명점이 덜 타이트하게 제어될 수 있고 전이 온도 범위가 열적 스위칭 단독의 경우에 비해 다소 더 넓을 수 있다는 점에서 유익할 수 있다.
상이한 온도 및 특히 가장 일반적인 작업 온도에서 유리한 스위칭 성능을 제공하는 것 외에도, 본 발명에 따른 윈도우 부재의 구성은, 열적 및 전기적 스위칭 제어를 모두 가능하게 하면서도 유리하게도 단일 스위칭 층의 사용만으로 충분할 수 있다. 이는, 재료 및 부품의 경제적 사용 및 장치 조립의 용이성 측면에서 추가적인 이점을 제공할 수 있다.
제시된 구성은 또한 이색성 염료를 사용하여 향상된 성능을 가진 게스트-호스트 시스템을 제공할 수 있는 가능성을 유리하게 제공한다.
또한, 특히 명 상태뿐만 아니라 암 상태에서도 적절한 투과율을 유지함으로써 스위칭 상태 간에 충분히 높은 콘트라스트를 제공할 수 있다는 점에서 적절하게 효율적이고 유리한 광학 성능이 얻어질 수 있다.
스위칭가능 광학 셀의 유리한 광학 및 전광 성능을 기반으로, 본 발명의 장치는 여러 상이한 윈도우 및 셔터 용도에 유리하게 사용될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명에 따른 윈도우 부재는 건물 또는 차량의 윈도우에 사용된다. 차량은, 예를 들어 도로용 차량, 예컨대 자동차, 버스 및 트럭뿐만 아니라, 기차, 보트, 선박 및 비행기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 윈도우 부재에 바람직하게 사용될 수 있는 액정 매질, 특히 5℃ 내지 65℃의 온도 범위에서 투명점을 갖는 액정 매질이 제공되며, 이는 화학식 CY, PY 및 AC의 화합물 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
상기 식에서,
a는 1 또는 2를 나타내고,
b는 0 또는 1을 나타내고,
c는 0, 1 또는 2를 나타내고,
d는 0 또는 1을 나타내고,
는 를 나타내고,
는
를 나타내고,
는 를 나타내고,
R1, R2, RAC1 및 RAC2는 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬(이때 또한, 1 또는 2개의 비인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, , -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체됨), 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
Zx, Zy 및 ZAC는 각각, 서로 독립적으로, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CH=CH-CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
L1 내지 L4는 각각, 서로 독립적으로, F, Cl, CN, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2, 바람직하게는 F를 나타낸다.
하기에서, 본 발명은 양태, 실시양태 및 특정 특징의 상세한 설명에 의해 예시되며, 특정 실시양태가 더 자세히 기술되지만, 이로써 본 발명이 제한되지는 않는다.
작동 온도, 특히 윈도우 부재의 작동 온도는, 본원에서, 윈도우 부재가 작동하고 상기 부재가 영향을 받고 작동되는 주변 또는 환경 온도를 의미한다. 따라서, 작동 온도는, 태양 복사를 포함한 자연 환경의 일반적인 주변 또는 환경 온도 범위 내, 예를 들어 -25℃와 80℃ 사이, 보다 일반적으로 -15℃와 70℃ 사이, 특히 -5℃와 55℃ 사이 범위이다.
상기 액정 매질의 투명점은 특히 바람직하게는 건물 및 주택과 같은 내부 공간에서 일반적으로 흔한 온도 범위 내에 있다. 본 발명에 따라 사용되는 액정 매질은 5℃ 내지 65℃, 보다 바람직하게는 15℃ 내지 45℃, 특히 30℃ 내지 40℃의 온도 범위에서 투명점을 갖는 것이 바람직하다.
액정 매질의 투명점은 네마틱 액정 상태 또는 각각 키랄 네마틱 액정 상태에서 등방성 상태로의 상전이가 일어나는 온도를 표시한다.
이와 관련하여, 몇몇 상이한 화합물을 포함하는 전형적인 액정 혼합물의 경우, 네마틱 및 등방성 상 또는 도메인이 공존하는 투명점 범위, 예를 들어 몇몇 섭씨 온도 범위가 관찰될 수 있다. 그러한 경우, 액정 매질의 투명점은, 완전히 균질한 네마틱 또는 키랄 네마틱 상이 처음에, 하나 이상의 등방성 도메인을 포함하는 혼합상 시스템으로 전이되는 온도 지점이다.
투명점, 특히 네마틱 또는 각각 키랄 네마틱 상 및 등방성 상 사이의 상전이 온도는, 일반적으로 알려진 방법으로, 예를 들어 메틀러(Mettler) 오븐 또는 편광 현미경 하의 핫 스테이지를 사용하여, 바람직하게는 메틀러 오븐을 사용하여 측정하고 결정할 수 있다.
현재 액정 매질, 특히 다성분 시스템, 특히 예를 들어 -20℃ 이하 또는 심지어 40℃ 이하까지의 넓은 액정상을 갖는 다성분 시스템의 경우, 급격한 상전이 대신 몇몇 섭씨 온도 이하의 투명점 온도 범위가 관찰될 수 있다. 특히, 이 투명점 온도 범위에서, 상이한 도메인을 갖는 혼합상 시스템이 발생할 수 있으며, 이는 이 온도 범위에 걸쳐 윈도우 부재의 바람직하지 않은 불균일한 외관을 초래할 수 있다.
온도 변화는 어떤 경우에는 점진적이거나 느릴 수 있으며, 이 경우, 단지 섭씨 몇 도의 변화가 몇 분 또는 최대 몇 시간 동안에 걸쳐서 발생할 수 있음이 인식되었다. 이 경우, 네마틱 상태에서 등방성 상태로 또는 그 반대로 열적으로 제어되는 전이는 비교적 오랜 시간이 걸려서, 윈도우 부재의 시각적으로 비균질한 외관이 잠재적으로 연장된 기간 동안 지속되어 장치 성능을 손상시킬 정도가 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 온도에 부가하여 또는 대안적으로, 윈도우 부재의 광학 셀은 전기적으로 스위칭될 수 있다. 따라서, 균질한 투과 상태로의 상 전이를 가속화하고 전체 부재 영역에 걸쳐 균일한 장치 외관을 보다 신속하게 달성하기 위해, 특히 액정 매질의 투명점 또는 그 부근의 온도에서 전기적 스위칭이 유리하게 사용될 수 있다.
또한, 광학 셀을 전기적으로 스위칭하는 능력은, 이것이 윈도우 부재의 스위칭 능력을 제공하고 이에 따라 특히 투명점 훨씬 아래에서 완전히 균일한 네마틱 위상에서 광학 상태를 제어한다는 점에서 유리하다.
이 추가적인 선택적 스위칭은, 예를 들어 일시적인 눈부심(glare)을 줄이기 위해, 광 투과를 신속하게 또는 단지 간단히 조절해야 하는 경우에 유용할 수 있다.
더욱이, 예를 들어 건물의 파사드(facade)에서와 같이 복수의 윈도우 부재가 사용되는 경우, 전기 스위칭은, 예를 들어 건물의 단지 일부에서만 광의 디밍 또는 감쇠가 필요한 경우, 단일 윈도우 부재 또는 윈도우 부재의 하위 세트만을 특별히 처리하는 데 적절하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상이한 광학 상태에서 작동가능하고 전기적으로 및 열적으로 스위칭될 수 있고 작동될 수 있는 광학 셀을 제공하기 위해, 2개의 기판 사이에 스위칭가능 층이 배열된다.
상기 제 1 및 제 2 기판은 유리 또는 중합체, 특히 유리, 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), COP(환형 올레핀 중합체) 또는 TAC(트리아세틸셀룰로스)를 포함할 수 있고, 바람직하게는 이들로 이루어질 수 있다. 특히 바람직한 실시양태에서, 유리 기판이 사용된다.
본 발명에 따른 전기적 스위칭성은, 각각의 기판에 전극 구조를 제공하거나 또는 기판 중 하나에 2개의 전극 구조를 제공하고 다른 기판에는 전극을 제공하지 않음으로써 달성된다. 각각의 기판에는 전극 구조물이 제공되는 것이 바람직하다.
따라서, 바람직한 실시양태에서 기판, 예를 들어 유리 기판 또는 플라스틱 기판에 제1 및 제2 전극이 제공된다. 바람직하게는, 전기 전도성 층이 기판 상에 제공되며, 전도성 층은 투명 전도성 물질, 예를 들어 바람직하게는, 전기 전도성 층이 상기 기판 상에 제공되며, 상기 전도성 층은 투명한 전도성 물질, 예컨대 투명한 전도성 산화물, 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드(ITO), SnO2:F 또는 도핑된 아연 옥사이드, 특히 ITO, 또는 전도성 중합체, 예컨대 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜) 폴리스타이렌 설포네이트(PEDOT:PSS) 또는 폴리(4,4-다이옥틸사이클로펜타다이티오펜) 또는 박형의 투명 금속 및/또는 금속 옥사이드 층(예컨대, 은)을 포함하거나 이로 형성된다. 상기 투명한 전도성 물질이 투명한 전도성 산화물, 더욱 바람직하게는 인듐 주석 옥사이드인 것이 바람직하다. 상기 투명 전극은 바람직하게는 코팅 공정에 의해 상기 기판에 적용된다. 예를 들어, ITO를 스퍼터링하여, 5 nm 내지 250 nm 범위의 층 두께 또는 5 Ω/□ 내지 500 Ω/□ 범위의 시트 저항을 전형적으로 수득할 수 있다.
상기 전기 전도성 층에는 바람직하게는 전기 연결부, 특히 버스바(busbar)가 제공된다. 전압은 바람직하게 배터리, 충전식(rechargeable) 배터리, 슈퍼 커패시터 또는 외부 전류 공급원, 더욱 바람직하게는 외부 전류 공급원에 의해 공급된다. 이와 관련하여, 버스바에 단자를 접합하는 것은 납땜, 용접 또는 전도성 접착제 또는 전도성 필름의 사용에 의해 달성될 수 있다. 특히, 이방성 전도성 필름 접합을 사용하여, 각각의 버스바에 플랫 케이블을 단자 와이어로서 접합할 수 있다. 상기 단자를 사용하여, 전광 셀 내부에 위치한 스위칭가능 매질의 상태를 제어하기 위한 구동 신호를 생성하는 제어기 또는 구동기에 대한 연결을 제공할 수 있다. 상기 단자는, 예를 들어 단자 와이어 또는 와이어 부착용 커넥터로서 구성될 수 있다.
스위칭가능 광학 셀은 적어도 두 가지 광학 상태를 갖는다. 광학적 상태는 예를 들어 명 상태와 암 상태, 투명한 또는 투과성 상태와 흐릿한 상태, 또는 이들 상태의 혼합을 포함할 수 있다.
윈도우 부재는 바람직하게는 명 상태와 암 상태 사이에서 스위칭가능 광학 셀을 포함한다. 이와 관련하여, 명 상태는 암 상태에 비해 광투과율이 더 크다.
하나의 실시양태에서, 명 상태는 상대적으로 낮은 온도에 존재하고 암 상태는 상대적으로 높은 온도에 존재하는 것이 특히 바람직하다.
명 상태에서, 본 발명에 따른 윈도우 부재는 바람직하게는 DIN EN410에 따라 결정된 40% 이상, 보다 바람직하게는 50% 이상, 보다 더 바람직하게는 65% 이상의 가시광선 투과율을 갖는다.
암 상태에서, 본 발명에 따른 윈도우 부재는 바람직하게는 DIN EN410에 따라 결정된 35% 미만, 더 바람직하게는 30% 미만, 더욱 더 바람직하게는 20% 미만의 가시광선 투과율을 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 암 상태에서, 윈도우 부재는 DIN EN410에 따라 결정된 1% 내지 35% 범위, 더 바람직하게는 2% 내지 30% 범위, 특히 5% 내지 20% 범위의 가시광선 투과율을 갖는다.
본원에서, 가시 스펙트럼은 380nm 내지 780nm의 파장을 갖는 광으로 정의된다.
본 발명에 따라 사용되는 액정 매질은 양의 유전 이방성 또는 음의 유전 이방성을 가질 수 있다 .
효과적인 전기 스위칭을 가능하게 하기 위해 액정 매질의 유전 이방성의 절대값 또는 크기는 바람직하게는 2.5 이상, 더 바람직하게는 3.0 이상, 특히 4.0 이상이다.
상기 및 하기에서, Δε은 유전 이방성을 나타내며, 이때 Δε = ε∥ - ε⊥이다. 유전 이방성(Δε)은 바람직하게는 20℃ 및 1kHz에서 결정된다.
바람직한 실시양태에서 액정 매질은 하나 이상의 이색성 염료를 함유한다.
본원에서 "이색성 염료"는, 광의 편광 방향에 대한 화합물의 배향에 따라 흡수 특성이 좌우되는 광-흡수성 화합물을 의미하는 것으로 간주된다. 본 발명에 따르면, 이색성 화합물은 전형적으로 긴 형태를 가진다(즉, 상기 화합물은 하나의 공간 방향으로(즉, 세로 축을 따라) 나머지 두 공간 방향보다 상당히 더 길다). 이색성 염료는 하나의 배향에서 광을 흡수하거나 각각 우선적으로 흡수하므로, 이색성 염료의 배향을 변경하여 광 투과율을 조절할 수 있다.
따라서, 이색성 염료 분자로 도핑된 액정 호스트에 기초한 게스트-호스트 액정 셀이 사용될 수 있으며, 상기 게스트-호스트 시스템은 광 투과율을 변경하기 위한 임의의 편광자(polarizer) 없이 사용될 수 있다.
각각의 하나 이상의 이색성 염료는 바람직하게는, 전체 매질의 총 중량을 기준으로, 0.005 중량% 내지 12.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.01 중량% 내지 10 중량%, 보다 더 바람직하게는 0.025 내지 7.5 중량%, 보다 더 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%, 더욱 더 바람직하게는 0.1 내지 2.5 중량%, 특히 바람직하게는 0.25 내지 1 중량%의 비율로 액정 매질에 존재한다.
바람직하게는, 하나 이상의 이색성 염료는 전체 매질의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 30 중량%, 더욱 바람직하게는 0.025 중량% 내지 25 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.05 중량% 내지 15 중량%, 더더욱 바람직하게는 0.1 중량% 내지 10 중량%, 특히 바람직하게는 0.5 중량% 내지 5 중량% 범위의 총 농도로 상기 액정 매질에 존재한다.
염료(들)의 농도는 바람직하게는, 특히, 바람직한 색상 및/또는 디밍 효과 면에서, 수득된 변조 물질의 적절한 성능이 보장되도록 선택된다.
이색성 염료는 바람직하게는, 예를 들어 아조 염료, 안트라퀴논, 티오페놀안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 파이로메텐 염료, 말로노니트릴 염료, 니켈 다이티올렌, (금속) 프탈로시아닌, (금속) 나프탈로시아닌 및 (금속) 포피린, 릴렌(rylene), 특히 페릴렌 및 테릴렌, 티아다이아졸 염료, 티에노티아다이아졸 염료, 벤조티아다이아졸, 티아다이아졸로퀸옥살린 및 다이케토피롤로피롤로부터 선택될 수 있다. 특히, 국제 특허 출원 공개 WO 2014/187529호에 기술된 아조 화합물, 안트라퀴논, 티오페놀안트라다이퀴논, 벤조티아다이아졸, 특히 국제 특허 출원 공개 WO 2015/090497호에 기술된 다이케토피롤로피롤, 특히 국제 특허 출원 공개 WO 2016/177449호에 기술된 티아다이아졸로퀸옥살린, 및 특히 국제 특허 출원 공개 WO 2014/090373호에 기술된 릴렌이 특히 바람직하다.
상기 액정 매질은 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10개의 상이한 이색성 염료, 특히 바람직하게는 2 또는 3개의 이색성 염료를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 매질 또는 각각의 스위칭가능 층에 임의적으로 함유된 이색성 염료의 흡수 스펙트럼은 바람직하게는, 흑색의 인상(impression)이 눈에 나타나는 방식으로 서로 보완된다. 바람직하게는, 가시광 스펙트럼의 대부분을 커버하기 위해, 바람직하게는 2개 이상, 더욱 바람직하게는 3개 이상의 이색성 염료가 상기 액정 매질에 사용되어, 바람직하게는 가시 스펙트럼의 주요 부분을 커버한다. 눈에 흑색 또는 회색으로 나타나는 염료 혼합물을 제조할 수 있는 정확한 방법은 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 문헌[M. Richter, Einfuhrung in die Farbmetrik [Introduction to Colorimetry], 2nd Edition, 1981, ISBN 3-11-008209-8, Walter de Gruyter & Co]에 기술되어 있다.
또다른 실시양태에서, 상이한 색상(예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색)의 설정이 수행된다.
염료 혼합물의 색상 위치 설정은 비색법(colorimetry) 분야에 기술되어 있다. 이를 위해, 람베르트-비어(Lambert-Beer) 법칙을 고려하여, 개별적인 염료의 스펙트럼을 계산하여 전체 스펙트럼을 수득하고, 비색법 규칙에 따라, 관련 조명(예컨대, 일광용 조명 D65) 하에 해당 색상 위치 및 휘도(luminance) 값으로 스위칭한다. 백색 점의 위치는 각각의 조명(예컨대, D65)에 의해 고정되며, 이는, 예를 들어 상기 참고문헌의 표에 인용되어 있다. 다양한 염료들의 비율을 변경하여, 상이한 색상 위치를 설정할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 3개 이상의 상이한 이색성 염료가 상기 액정 매질에 포함된다.
바람직한 실시양태에 따르면, 상기 매질 및 스위칭가능 층은, 적색 및 NIR 영역에서(즉, 600 nm 내지 2000 nm, 바람직하게는 600 nm 내지 1800 nm 범위, 특히 바람직하게는 650 nm 내지 1300 nm 범위의 파장에서) 광을 흡수하는 하나 이상의 이색성 염료를 포함한다.
하나의 실시양태에서, 상기 매질 및 상기 스위칭가능 층에 제공될 수 있는 이색성 염료는 바람직하게는, 문헌[B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11.2.1]에 제시된 염료 부류, 특히 바람직하게는 상기 문헌의 표에 제시진 명시적 화합물로부터 선택된다.
상기 염료는, 당분야에 공지되어 있고 문헌에 기술된 이색성 염료의 부류에 속한다. 따라서, 예를 들어, 안트라퀴논 염료는 유럽 특허 제 34832 호, 유럽 특허 제 44893 호, 유럽 특허 제 48583 호, 유럽 특허 제 54217 호, 유럽 특허 제 56492 호, 유럽 특허 제 59036 호, 영국 특허 제 2065158 호, 영국 특허 제 2065695 호, 영국 특허 제 2081736 호, 영국 특허 제 2082196 호, 영국 특허 제 2094822 호, 영국 특허 제 2094825 호, 일본 특허 출원 제 55-123673 호, 독일 특허 제 3017877 호, 독일 특허 제 3040102 호, 독일 특허 제 3115147 호, 독일 특허 제 3115762 호, 독일 특허 제 3150803 및 독일 특허 제 3201120 호에 기술되어 있고, 나프토퀴논 염료는 독일 특허 제 3126108 호 및 독일 특허 제 3202761 호에 기술되어 있고, 아조 염료는 유럽 특허 제 43904 호, 독일 특허 제 3123519 호, 국제 특허 출원 공개 WO 82/2054 호, 영국 특허 제 2079770 호, 일본 특허 출원 제 56-57850 호, 일본 특허 출원 제 56-104984 호, 미국 특허 제 4308161 호, 미국 특허 제 4308162 호, 미국 특허 제 4340973 호, 문헌[T. Uchida, C. Shishido, H. Seki and M. Wada: Mol. Cryst. Liq. Cryst. 39, 39-52 (1977)] 및 문헌[H. Seki, C. Shi-shido, S. Yasui and T. Uchida: Jpn. J. Appl. Phys. 21, 191-192 (1982)]에 기술되어 있고, 페릴렌은 유럽 특허 제 60895 호, 유럽 특허 제 68427 호 및 국제 특허 출원 공개 WO 82/1191 호에 기술되어 있다. 릴렌 염료는, 예를 들어 유럽 특허 제 2166040 호, 미국 특허 출원 공개 제 2011/0042651 호, 유럽 특허 제 68427 호, 유럽 특허 제 47027 호, 유럽 특허 제 60895 호, 독일 특허 제 3110960 호 및 유럽 특허 제 698649 호에 기술되어 있다.
일부 실시양태에서, 광학 상태 중 하나에서, 특히 전기장이 존재하는 경우, 스위칭가능 층이 트위스트 또는 초트위스트 구성을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 액정 매질은 선택적으로 하나 이상의 키랄 화합물, 특히 하나 이상의 키랄 도판트를 추가로 포함할 수 있다.
키랄 화합물 및 특히 키랄 도판트 및 이의 농도는, 상기 액정 매질의 콜레스테릭 피치(cholesteric pitch)가 적합하게 설정되거나 조절될 수 있도록 제공될 수 있다. 본원에서 "피치"는, 콜레스테릭 나선의 피치(p)를 의미하며, 상기 피치(p)는 콜레스테릭 액정의 배향 축(방향자)이 2π 회전을 겪는 거리이다. 바람직한 실시양태에서, 콜레스테릭 매질은, 네마틱 액정 매질을 고 나선형 비틀림력(HTP)을 갖는 키랄 도판트로 도핑하여 제조된다. 또한, 예를 들어, 개별적인 도판트의 HTP의 온도 의존성을 보상하고 이에 따라 나선형 피치의 작은 온도 의존성을 달성하기 위해, 2개 이상의 키랄 도판트를 사용하는 것도 가능하다.
따라서, 상기 스위칭 층의 액정 매질은 바람직하게는 하나 이상의 키랄 화합물 및 특히 키랄 도판트를 함유한다. 상기 키랄 도판트는 바람직하게는 높은 HTP 절대 값을 갖고, 일반적으로 비교적 낮은 농도로 메소젠성 기재 혼합물에 첨가될 수 있으며, 비-키랄 성분에서의 우수한 용해도를 가질 수 있다. 2개 이상의 키랄 화합물이 사용되는 경우, 이들은, 동일하거나 반대의 회전 방향 및 동일하거나 반대의 비틀림 온도 의존성을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 액정 매질에 임의적으로 함유된 하나 이상의 키랄 화합물은, 바람직하게는 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터의 시판 액정 혼합물인 MLC 6828에서 5 μm-1 이상, 더욱 바람직하게는 10 μm-1 이상, 더더욱 바람직하게는 15 μm-1 이상의 나선형 비틀림력 절대값을 가진다. 바람직하게는 메르크 카게아아로부터의 시판 액정 혼합물인 MLC 6828에서, 20 μm-1 이상, 더욱 바람직하게는 40 μm-1 이상, 더더욱 바람직하게는 60 μm-1 이상, 가장 바람직하게는 80 μm-1 이상 260 μm-1 이하 범위의 나선형 비틀림력 절대값을 갖는 키랄 화합물이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 하나 이상의 키랄 화합물이, 상기 매질의 총 함량을 기준으로 2 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 1 중량% 이하의 양으로 상기 액정 매질에 함유된다.
적합한 키랄 도판트는 당분야에 공지되어 있고, 이들 중 몇몇은 시판되며, 예를 들어 콜레스테릴 노나노에이트, R/S-811, R/S-1011, R/S-2011, R/S-3011, R/S-4011, R/S-5011, B(OC)2C*H-C-3 또는 CB15(모두, 독일 다름스타트의 메르크 카게아아로부터 입수가능)이다.
특히 적합한 키랄 도판트는, 하나 이상의 키랄 라디칼 및 하나 이상의 메소젠성 기 또는 하나 이상의 방향족 또는 지환족 기(이는 키랄 라디칼과 함께 메소젠성 기를 형성함)를 함유하는 화합물이다. 본 발명의 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 액정 매질은, 하기 표 F에 제시되는 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다.
몇몇 실시양태에서, 상기 스위칭가능 층의 층 두께(d)는 상기 매질의 피치(p)와 관련하여 의도적으로 설정되며, 여기서 d/p 비는 0 내지 1의 범위이고, 특히 바람직하게는 0.25 또는 대략 0.25이다. 몇몇 경우에, d/p 비가 0.66 또는 대략 0.66인 것이 특히 바람직하다.
다른 실시양태에서, 비율 d/p는 1 내지 50의 범위로 설정된다.
바람직한 경우, 전기장의 존재 하의 광학 상태는 90°의 비틀림을 갖는 비틀린 네마틱(TN) 기하구조를 가진다. 또다른 바람직한 경우, 예를 들어 240°의 비틀림을 갖는 초비틀린(STN) 구성이 설정될 수 있고, 이 경우, 바람직하게는 상기 윈도우 부재에 단일 광학 셀만 사용된다.
바람직한 실시양태에서, 음의 유전 이방성을 갖는 액정 매질이 제공되어 스위칭가능 층에 사용된다. -7 내지 -2.5 범위, 보다 바람직하게는 -6 내지 -3 범위의 유전 이방성 Δε를 갖는 액정 혼합물이 바람직하다.
셀 벽 또는 기판 표면에서 액정 분자를 배향 또는 정렬하기 위해, 정렬 층(배향 층으로도 공지됨)을 사용하여, 사전결정된 또는 바람직한 분자 배향을 특이적으로 야기 또는 유발하는 계면을 제공할 수 있다. 다수의 경우, 상기 계면 또는 그 근처의 액정 분자는, 심지어 및 특히, 인가된 전압의 부재 하에도 평균적으로 경사져 있다. 이와 관련하여, 셀 벽 평면 또는 각각의 계면 평면으로부터 측정된 액정 분자의 평균 경사각은 선경사각(pretilt angle)으로 불린다.
바람직한 실시양태에서, 윈도우 부재의 스위칭가능 광학 셀은
- 제1 기판,
- 제1 전극층,
- 제1정렬층,
- 스위칭가능한 층,
- 제2 정렬층,
- 제2 전극층, 및
- 제2 기판
을 이 순서로 포함하는 층 구조를 갖는다.
제1 정렬층 및/또는 제2 정렬층이 수직(homeotropic) 정렬층인 것이 특히 바람직하다.
따라서, 광학 상태 중 하나에서, 스위칭가능 층 내의 액정 매질은, 특히 전기장이 없을 때, 수직으로 정렬되는 것이 바람직하다.
스위칭가능 광학 셀이 명 상태와 암 상태 사이에서 스위칭가능하고, 이때 투명점 아래에서 전기장이 없는 경우 상기 스위칭가능 층이 수직으로 정렬되는 것이 특히 바람직하다.
상기 스위칭가능 광학 셀의 2개의 기판은, 각각의 기판이 나머지 기판과 중첩되지 않는 하나 이상의 영역을 갖도록 배열되는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 비-중첩 영역은 각각의 투명 전극에 대한 접근을 제공할 수 있으며, 버스바는 상기 비-중첩 영역에 편리하게 배치될 수 있다. 상기 비-중첩 영역은 바람직하게는 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이의 오프셋이고, 이는 1 mm 내지 20 mm의 범위, 바람직하게는 2 mm 내지 10 mm, 예를 들어 약 4 mm이다.
상기 액정 매질은 적합한 방식으로, 예를 들어 진공 충전 또는 원 드롭 충전(one drop filling)를 사용하여 상기 전광 셀에 포함될 수 있다. 전형적으로, 셀을 밀봉하거나 각각 매질을 포함하기 위해 엣지 밀봉제가 제공된다. 셀 밀봉에 적합한 물질의 예는 에폭시계 밀봉제, 폴리우레탄, 핫멜트 밀봉제 및 아크릴레이트를 포함한다.
상기 윈도우 부재 및 특히 상기 스위칭가능 광학 셀에서, 상기 스위칭가능 층은 바람직하게는 5 μm 이상, 더욱 바람직하게는 7 μm 이상, 더더욱 바람직하게는 10 μm 이상, 더더욱 바람직하게는 15 μm 이상, 특히 바람직하게는 20 μm 이상의 두께를 가진다. 하나의 실시양태에서, 상기 액정 매질을 포함하는 스위칭가능 층은 5 μm 내지 100 μm, 더욱 바람직하게는 10 μm 내지 50 μm, 특히 15 μm 내지 25 μm 범위의 두께를 가진다.
상기 스위칭 층의 적절한 두께를 유지하기 위해, 스페이서가 상기 스위칭 층의 셀 간격 내에 포함된다. 전형적으로, 스페이서는 셀 간격 범위 내의 직경을 갖는 구 형태를 가진다. 예를 들어, 중합체 또는 유리로 제조된 사전결정된 직경을 갖는 구형의 비-전도성 스페이서가 사용될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 점착성 스페이서(즉, 표면에 더 잘 부착되도록 몇몇 고유한 접착 특성을 갖는 스페이서)를 제공하는 것이 유용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 바람직하지 않은 광 누출을 피하거나 최소화하기 위해, 흑색 스페이서를 사용하는 것도 유용할 수 있다. 흑색의 점착성 스페이서를 사용하는 것이 특히 유용할 수 있다. 다르게는, 다른 적합한 수단에 의해, 예를 들어 칼럼 스페이서를 사용하여, 셀 두께를 설정하거나 유지할 수 있다. 또한, 칼럼 스페이서를 형성하여 구획을 제공할 수 있으며, 이에 따라, 임의적으로, 자유-절단가능 구조를 허용할 수 있다.
본원에서 용어 "필름" 및 "층"은, 다소 현저한 기계적 안정성을 갖는 강성 또는 가요성, 자가-지지형 또는 자립형 필름 또는 층뿐만 아니라, 지지 기판 상의 또는 두 기판 사이의 코팅 또는 층을 포함한다.
또한, 상기 기판 상에 부동태화 또는 장벽 층, 예를 들어, 규소 산화물 또는 규소 질화물을 포함하고 바람직하게는 규소 산화물 또는 규소 질화물로 이루어진 부동태화 층을 제공할 수 있다. 이 경우, 부동태화 층이 상기 기판 상에 배열되어, 상기 정렬 층이 최상부(topmost)에 존재하게 된다 (즉, LC 매질과 접촉하게 된다).
상기 투명한 전도성 전극 층들은 각각 2개의 투명한 유전체 층 사이에 함입되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 광학 장치의 특히 바람직한 실시양태에 따르면, 상기 액정 매질이 상기 스위칭가능 층에 제공되고, 상기 스위칭가능 층은 상기 제 1 정렬 층과 상기 제 2 정렬 층 사이에 개재되어 이들과 직접 접촉하고, 상기 전극들은 각각 부동태화 층 상에 배열되고, 특히 2개의 투명한 유전체 층 사이에 함입된다.
바람직한 실시양태에서, 윈도우 부재는 단지 하나의 스위칭가능 광학 셀만을 포함한다. 스위칭가능 광학 셀이 단일 스위칭가능 층만을 포함하는 것이 또한 바람직하다. 따라서, 윈도우 부재가, 단일 스위칭가능 층만을 포함하는 단일 스위칭가능 광학 셀만을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 윈도우 부재에 단지 단일의 스위칭가능 층을 제공하는 것이 효율적인 열적 및 전기적 스위칭성을 모두 제공(즉, 전기적으로 및 열적으로 제어되거나 구동되는 스위칭을 제공)하기에 충분할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는, 개선되고 단순화된 장치 구성 및 조립 측면에서 이점을 제공할 수 있다.
그러나, 대안적인 실시양태에서, (예를 들어, 소위 이중 셀 구성으로) 2개 이상의 스위칭가능 층을 제공하는 것이 가능하며, 여기서, 예를 들어 본 발명에 따른 2개의 스위칭가능한 층 또는 2개의 스위칭가능한 광학 셀이 윈도우 부재에 포함된다.
윈도우 부재는 예를 들어 UV 차단층, 저(low)-E층 및/또는 컬러 필터와 같은 추가 기능층을 포함할 수 있다.
상기 광학 셀 및 윈도우 부재는 바람직하게는 중합체-기반 편광자를 포함하지 않고, 특히 바람직하게는 고체 물질 상의 편광자를 포함하지 않고, 매우 바람직하게는 편광자를 전혀 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 따라서, 특히 바람직한 실시양태에서, 상기 장치, 특히 상기 윈도우 부재는 편광자를 포함하지 않는다.
그러나, 대안적 실시양태에 따르면, 상기 장치는 또한 하나 이상의 편광자를 포함할 수도 있다. 따라서, 하나의 실시양태에서, 하나 이상의 편광 층, 및 임의적으로, 하나 이상의 위상차 층이 상기 광학 장치에 제공된다. 이 경우, 편광자는 바람직하게는 선형 편광자이다. 흡수 편광자 및 반사 편광자 둘 다가 임의적으로 사용될 수 있다. 광학 박막(thin film) 형태인 편광자를 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 액정 매질에 하나 이상의 이색성 염료를 제공하는 것에 더하여 또는 대안으로, 상기 스위칭가능 광학 셀이 하나 이상의 편광자 층, 및 임의적으로, 하나 이상의 광학 위상차 층을 추가로 포함하는, 윈도우 부재를 제공할 수 있다.
특정 대안에서, 상기 장치가 편광자를 하나만 포함하는 것이 바람직하다. 정확히 하나의 편광자가 존재하는 경우, 하일마이어(Heilmeier) 유형의 게스트-호스트 배열이 바람직하게 사용된다. 또다른 대안으로, 2개의 편광자를 갖는 액정 셀이, 바람직하게는 액정 매질 중 임의의 이색성 염료의 부재 하에, 광 투과를 제어하는데 사용된다.
일 실시양태에서 윈도우 부재는 절연된 글레이징 유닛, 바람직하게는 이중 글레이징 또는 삼중 글레이징 유닛으로 구성되거나 각각 포함된다.
스위칭가능 광학 셀은 라미네이트(laminate)로 배열되는 것이 바람직하고, 바람직하게는 UV 차단성인 라미네이션 층이 제공되고, 바람직하게는 라미네이트는 광원을 향한다.
이러한 배열은 광, 특히 UV 광에 의한 열화(degradation)에 대해 스위칭가능 층 내의 활성 물질을 보호하거나 안정화시키는 데 기여할 수 있다.
바람직하게는, 윈도우 부재의 최외측 판유리 또는 글레이징과 광학 셀의 충분한 열적 접촉이 제공되며, 여기서 최외측 층은 상기 부재의 에너지-입사면이다. 이는 외부 또는 외부 광원 및/또는 열원이 장치의 열적 스위칭 거동에 보다 효과적으로 영향을 미치고 영향을 줄 수 있도록 하는 데 유용할 수 있다.
바람직하게는, 광학 셀은 제1 및 제2 정렬층을 포함한다. 원칙적으로, 상기 제 1 정렬 층 및 상기 제 2 정렬 층은 통상적인 물질 및 방법에 기초하여 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 정렬 층 및 상기 제 2 정렬 층은 유기 물질을 포함하고, 더욱 바람직하게는 유기 물질로 이루어지며, 특히 상기 유기 물질은 러빙되거나, 특히 기계적으로 러빙되거나, 광처리되고, 특히 광정렬된다. 예를 들어, 유기 물질, 예컨대 레시틴(lecithin) 및 특히 폴리이미드가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 정렬 층 및 상기 제 2 정렬 층은 폴리이미드계 층이다. 따라서, 바람직한 실시양태에서, 이들 정렬 층은 폴리이미드를 포함하고, 더욱 바람직하게는 폴리이미드로 이루어진다. 또한, 화학적으로 개질되거나 강화된 폴리이미드, 예컨대 아조벤젠-함유 폴리이미드를 사용하거나 포함하는 것도 가능하다. 폴리이미드를 포함하는 정렬 층은 바람직하게는 또한 러빙될 수 있거나, 광정렬 방법에 의해 제조될 수 있다.
상기 정렬 층, 바람직하게는 폴리이미드 층은, 특히 계면에서, 액정 매질의 분자의 수직 배향을 제공하도록 배열되는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 실시양태에서는, 러빙된 폴리이미드 층이 상기 기판 둘 다에 사용된다.
또한, 정렬 표면의 광-유도된 배향적 배치를 이용하는 광정렬에 의해 제조된 폴리이미드 층을 사용하는 것도 가능하다. 이는, 편광된 광에 의한 광분해, 광이량체화 또는 광이성질체화를 통해 달성될 수 있다.
바람직한 실시양태에서 상기 스위칭가능 층은 수직 또는 수직방향 정렬된 액정 층이다. 상기 액정 매질은 바람직하게는 음의 유전 이방성(Δε)(즉, 전기장에 대해 수직임)을 가진다. 따라서, 상기 층 구조의 평면에 수직인 전기장을 인가하여, 상기 매질을 상기 평면에 평행한 방향으로 스위칭할 수 있다.
음의 유전 이방성을 갖는 액정 매질의 예는 유럽 특허 제 1 378 558 A1 호에 제시되어 있다.
상기 액정 매질은 첨가제를 포함할 수 있다. 특히, 상기 액정 매질은 바람직하게는 산화방지제 또는 안정화제를 5 ppm 이상의 농도로 포함한다.
바람직한 실시양태에서 LC 매질은 0 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 5 ppm 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 10 ppm 내지 1 중량%의 안정화제를 포함한다.
상기 및 하기에서, Δn은 광학 이방성을 나타내며, 이때 Δn = ne - no이다. 광학 이방성(Δn)은 바람직하게는 20℃ 및 589.3 nm에서 결정된다. 상기 액정 매질은 바람직하게는 0.03 내지 0.30, 바람직하게는 0.04 내지 0.27, 더욱 더 바람직하게는 0.06 내지 0.21, 특히 0.09 내지 0.16 범위의 광학 이방성(Δn)을 가진다.
모든 물리적 특성 및 물리화학적 또는 전광 매개변수는 일반적으로 공지된 방법, 특히 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 결정되며, 달리 명시적으로 언급되지 않으면 20℃의 온도에 대해 제공된다.
본원에서, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 모든 농도는 중량%로 제공되며, 각각의 완전한 혼합물에 대한 것이다.
광의 투과 및 산란은 바람직하게는 380 nm 내지 780 nm의 스펙트럼 범위 내의 전자기 복사선의 투과 및 산란을 의미한다.
또한, 상기 액정 매질은 바람직하게는, 가시적인 결정화 또는 분해 없이, 유리한 저온 안정성, 특히 -40℃에서 벌크로 측정시 200 시간 초과의 긴 저장 수명을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 상기 액정 매질은, 하기 화학식 CY, PY 및 AC의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함한다:
상기 식에서,
a는 1 또는 2를 나타내고,
b는 0 또는 1을 나타내고,
c는 0, 1 또는 2를 나타내고,
d는 0 또는 1을 나타내고,
는 를 나타내고,
는
를 나타내고,
는 를 나타내고,
R1, R2, RAC1 및 RAC2는 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬(이때 또한, 1 또는 2개의 비인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, , -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체됨), 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
Zx, Zy 및 ZAC는 각각, 서로 독립적으로, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CH=CH-CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
L1 내지 L4는 각각, 서로 독립적으로, F, Cl, CN, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2, 바람직하게는 F를 나타낸다.
바람직하게는, L1 및 L2 둘 다가 F를 나타내거나, L1 및 L2 중 하나는 F를 나타내고 나머지 하나는 Cl을 나타내고, L3 및 L4 둘 다가 F를 나타내거나, L3 및 L4 중 하나는 F를 나타내고 나머지 하나는 Cl을 나타낸다.
본원에서, 는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌을 나타낸다.
본 발명에 따라 사용되는 액정 매질이, 화학식 CY, PY 및 AC의 화합물로부터 선택된 하나 이상의 화합물을, 상기 매질의 총 함량을 기준으로 20 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 25 중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 30 중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 35 중량% 이상, 더더욱 바람직하게는 40 중량% 이상, 특히 바람직하게는 50 중량% 이상의 양으로 함유하는 것이 특히 바람직하다.
화학식 CY의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식의 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
a는 1 또는 2를 나타내고,
알킬 및 알킬*는 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고,
알켄일은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
(O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH-(CH2)2-를 나타낸다.
화학식 PY의 화합물은 바람직하게는 하기 화학식의 화합물 군으로부터 선택된다:
상기 식에서,
알킬 및 알킬*는 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 라디칼을 나타내고,
알켄일은 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알켄일 라디칼을 나타내고,
(O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
알켄일은 바람직하게는 CH2=CH-, CH2=CHCH2CH2-, CH3-CH=CH-, CH3-CH2-CH=CH-, CH3-(CH2)2-CH=CH-, CH3-(CH2)3-CH=CH- 또는 CH3-CH=CH-(CH2)2-를 나타낸다.
화학식 AC의 화합물은 하기 화학식의 화합물의 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, R3 및 R4는 전술된 바와 같은 RAC1 및 RAC2의 의미를 가진다.
액정 매질은 하기 화학식 CY-a 및 AC-a의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것이 특히 바람직하다:
상기 식에서,
R3, R4, R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내며, 이때 추가로 1개 또는 2개의 인접하지 않은 CH2 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO- 로 대체될 수 있고,
바람직하게는 R3, R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, 바람직하게는 R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다.
하나의 실시양태에서, 화학식 AC-a에서, 기 R5 및 R6 중 하나 또는 둘 모두는 환형 알킬, 특히 시클로프로필, 시클로부틸 및 시클로펜틸로부터 선택된다.
바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 액정 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 추가로 포함한다.
(I)
상기 식에서,
R41 및 R42 각각은 서로 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내며, 추가로 1개 또는 2개의 인접하지 않은 CH2 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO- 로 대체될 수 있다.
화학식 I의 화합물은 바람직하게는 하기 군으로부터 선택된다:
상기 식에서, 알킬 및 알킬*은 각각 서로 독립적으로 1-6개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 라디칼을 나타내고, (O)는 산소 원자 또는 단일 결합을 나타낸다.
상기 및 하기 기술되는 메소젠성 화합물은 공지되어 있거나, 문헌(예를 들어, 문헌[Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart]과 같은 표준 연구)에 기술된 바와 같이 그 자체로 공지된 방법에 의해, 공지되고 적합한 반응 조건 하에 정확하게 제조될 수 있다. 또한, 그 자체로 공지된 변형을 본원에서 사용할 수 있지만, 여기서 더 자세히 언급하지는 않는다. 본 발명에 따른 매질은, 그 자체로 통상적인 방식으로 제조된다. 일반적으로, 성분들은, 바람직하게는 고온에서 서로 용해된다. 유전 이방성, 점도 및/또는 액정 상의 정렬을 개질하기 위해, 적합한 첨가제 또는 성분을 첨가할 수 있다.
본 발명에 따른 용어 "알킬"은, 바람직하게는 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지쇄 기, 특히 직쇄 기인 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포함한다. 2 내지 5개의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
알콕시는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 바람직하게는 직쇄이고 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 가지며, 따라서, 바람직하게는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 헥속시 또는 헵톡시이다.
본 발명에 따른 용어 "알켄일"은, 바람직하게는 2 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지쇄 알켄일 기, 특히 직쇄 기를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 알켄일 기는 C2-C7-1E-알켄일, C4-C7-3E-알켄일, C5-C7-4E-알켄일, C6-C7-5E-알켄일 및 C7-6E-알켄일, 특히 C2-C7-1E-알켄일, C4-C7-3E-알켄일 및 C5-C7-4E-알켄일이다. 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 및 6-헵텐일이다. 5개 이하의 탄소 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
불화된 알킬 또는 알콕시는 바람직하게는 CF3, OCF3, CFH2, OCFH2, CF2H, OCF2H, C2F5, OC2F5, CFHCF3, CFHCF2H, CFHCFH2, CH2CF3, CH2CF2H, CH2CFH2, CF2CF2H, CF2CFH2, OCFHCF3, OCFHCF2H, OCFHCFH2, OCH2CF3, OCH2CF2H, OCH2CFH2, OCF2CF2H, OCF2CFH2, C3F7 또는 OC3F7, 특히 CF3, OCF3, CF2H, OCF2H, C2F5, OC2F5, CFHCF3, CFHCF2H, CFHCFH2, CF2CF2H, CF2CFH2, OCFHCF3, OCFHCF2H, OCFHCFH2, OCF2CF2H, OCF2CFH2, C3F7 또는 OC3F7, 특히 바람직하게는 OCF3 또는 OCF2H를 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 플루오로알킬은, 말단 불소를 갖는 직쇄 기, 즉, 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포함한다. 그러나, 불소의 다른 위치가 배제되지는 않는다.
옥사알킬은 바람직하게는 구조식 CnH2n+1-O-(CH2)m의 직쇄 기를 포함하고, 이때 n 및 m은 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 6이다. 바람직하게는, n은 1이고, m은 1 내지 6이다.
옥사알킬은 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(즉, 메톡시메틸), 2-옥사부틸(즉, 에톡시메틸) 또는 3-옥사부틸(즉, 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-옥사노닐, 또는 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- 또는 9-옥사데실이다.
할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl, 특히 F이다.
전술된 기들 중 하나가 알킬 기이고, 이때 하나의 CH2 기가 -CH=CH-로 대체된 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 2 내지 10개의 탄소 원자를 가진다. 따라서, 이는 특히 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, 데스-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 데스-9-엔일이다.
전술된 기들 중 하나가 알킬 기이고, 이때 하나의 CH2 기가 -O-로 대체되고 하나가 -CO-로 대체된 경우, 이들은 바람직하게는 인접한다. 따라서, 이는 아실옥시 기(-CO-O-) 또는 옥시카보닐 기 -O-CO-를 함유한다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 2 내지 6개의 탄소 원자를 함유한다.
따라서, 이는 특히 아세틸옥시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세틸옥시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노일옥시메틸, 2-아세틸옥시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 3-아세틸옥시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아세틸옥시부틸, 메톡시카보닐, 에톡시카보닐, 프로폭시카보닐, 부톡시카보닐, 펜톡시카보닐, 메톡시카보닐메틸, 에톡시카보닐메틸, 프로폭시카보닐메틸, 부톡시카보닐메틸, 2-(메톡시카보닐)에틸, 2-(에톡시카보닐)에틸, 2-(프로폭시카보닐)에틸, 3-(메톡시카보닐)프로필, 3-(에톡시카보닐)프로필 또는 4-(메톡시카보닐)부틸이다.
전술된 기들 중 하나가 알킬 기이고, 이때 하나의 CH2 기가, 비치환된 또는 치환된 -CH=CH-로 대체되고, 인접한 CH2 기가 CO, CO-O 또는 O-CO로 대체된 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고, 4 내지 13개의 탄소 원자를 가진다. 따라서, 이는 특히 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시부틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 10-아크릴로일옥시데실, 메타크릴로일옥시메틸, 2-메타크릴로일옥시에틸, 3-메타크릴로일옥시프로필, 4-메타크릴로일옥시부틸, 5-메타크릴로일옥시펜틸, 6-메타크릴로일옥시헥실, 7-메타크릴로일옥시헵틸, 8-메타크릴로일옥시옥틸 또는 9-메타크릴로일옥시노닐이다.
전술된 기 중 하나가, CN 또는 CF3로 일치환된 알킬 또는 알켄일 기인 경우, 상기 기는 바람직하게는 직쇄이다. CN 또는 CF3에 의한 치환은 임의의 위치에 존재한다.
전술된 기 중 하나가, 할로겐으로 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 기인 경우, 상기 기는 바람직하게는 직쇄이고, 할로겐은 바람직하게는 F 또는 Cl, 더욱 바람직하게는 F이다. 다중치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 생성된 기는 또한 과불화된 기를 포함한다. 일치환의 경우, 플루오로 또는 클로로 치환기는 임의의 바람직한 위치에 있을 수 있으나, 바람직하게는 ω-위치에 있다.
분지 기를 함유하는 화합물이 몇몇 통상적인 액정 기재 물질에서의 더 우수한 용해도로 인해 일반적으로 중요할 수 있다. 그러나, 상기 화합물이 광학 활성인 경우에는 키랄 도판트로서 특히 적합하다.
이러한 유형의 분지 기는 일반적으로 1개 이하의 쇄 분지를 함유한다. 바람직한 분지 기는 이소프로필, 2-부틸(즉, 1-메틸프로필), 이소부틸(즉, 2-메틸-프로필), 2-메틸부틸, 이소펜틸(즉, 3-메틸부틸), 2-메틸펜틸, 3-메틸펜틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, 이소프로폭시, 2-메틸프로폭시, 2-메틸부톡시, 3-메틸부톡시, 2-메틸펜톡시, 3-메틸펜톡시, 2-에틸헥속시, 1-메틸헥속시 또는 1-메틸헵톡시이다.
전술된 기 중 하나가 알킬 기이고, 이때 2개 이상의 CH2 기가 -O- 및/또는 -CO-O-로 대체된 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 분지쇄이고, 3 내지 12개의 탄소 원자를 가진다. 따라서, 이는 특히 비스카복시메틸, 2,2-비스카복시에틸, 3,3-비스카복시프로필, 4,4-비스카복시부틸, 5,5-비스카복시펜틸, 6,6-비스카복시헥실, 7,7-비스카복시헵틸, 8,8-비스카복시옥틸, 9,9-비스카복시노닐, 10,10-비스카복시데실, 비스(메톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(메톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(메톡시카보닐)프로필, 4,4-비스(메톡시카보닐)부틸, 5,5-비스(메톡시카보닐)펜틸, 6,6-비스(메톡시카보닐)헥실, 7,7-비스(메톡시카보닐)헵틸, 8,8-비스(메톡시카보닐)옥틸, 비스(에톡시카보닐)메틸, 2,2-비스(에톡시카보닐)에틸, 3,3-비스(에톡시카보닐)프로필, 4,4-비스(에톡시카보닐)부틸 또는 5,5-비스(에톡시카보닐)펜틸이다.
적합하게 높은 광학 이방성에 더하여, 상기 스위칭가능 층에 포함된 액정 매질은 유리하게는, 우수한 광 안정성과 함께 양호하게 높은 전압 보전율(voltage holding ratio, VHR)을 나타낼 수 있다.
특정 실시양태에서, 상기 스위칭가능 층은 중합체 안정화된다. 놀랍게도, 중합체 안정화가, 바람직한 정렬 및 구성을 갖는 광학 상태를 수득하고 시간에 따라 유지하는데 유리하게 기여할 수 있음이 확인되었다.
이와 관련하여, 바람직하게는 하나 이상의 중합가능, 경화가능(curable) 또는 강화가능(hardenable) 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 광경화가능 단량체가, 중합체 안정화에 사용되는 중합체 성분을 위한 전구체로서 상기 액정 매질에 제공되고, 이들 반응 성분은 후속적으로 동일 반응계 내에서 중합된다.
따라서, 하나의 실시양태에서, 하나 이상의 중합가능 화합물이, 중합체-안정화에 사용되는 중합체의 전구체로서 상기 액정 매질에 포함된다. 하나의 실시양태에서, 중합가능 메소젠성 또는 액정 화합물(반응성 메소젠(RM) 또는 메소젠성 단량체로도 공지됨)이 사용된다.
상기 광학 셀 및 상기 윈도우 부재는, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 삼각형 또는 다각형과 같은 상이한 모양을 가질 수 있다. 상기 윈도우 부재는, 예를 들어 이중 판유리(glazing) 유닛 또는 삼중 판유리 유닛, 특히, 절연된 판유리 유닛에 포함되거나 배열될 수 있다. 상기 윈도우 부재는 건물 또는 차량에서 적합하고 유리하게 사용될 수 있다.
상기 스위칭가능 광학 셀은 단일 스위칭 층만을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 윈도우 부재는 정확히 하나의 스위칭가능 광학 셀을 포함한다.
그러나, 대안적인 실시양태에서, 상기 윈도우 부재는 추가적인 스위칭가능 광학 셀을 포함한다. 후자의 경우, 2개의 스위칭 층이 상기 광학 셀에 별도로 또는 개별적으로 제공되고, 이어서 이들이 조합되고, 특히, 예를 들어 라미네이션 또는 접착제를 사용한 접합에 의해, 소위 이중 셀로서 구성된다.
상기 윈도우 부재는 적어도 100 cm2 이상, 더욱 바람직하게는 1,600 cm2 이상, 더더욱 바람직하게는 10,000 cm2 이상의 면적을 가진다. 또한, 상기 스위칭가능 층이 구획으로 분할되지 않는 것이 바람직하거나, 상기 스위칭 층이 구획들로 분할되는 대안적인 경우, 상기 구획들은 각각 1 cm2 이상, 더욱 바람직하게는 10 cm2 이상, 더더욱 바람직하게는 50 cm2 이상의 면적을 가진다. 다수의 미시적으로 작은 픽셀을 나타내는 통상적인 액정 디스플레이에 비해, 상기 윈도우 부재는 전형적으로, 연장된 연속 LC 물질 영역 및 마찬가지로 연장된 균일한 전극 영역을 포함한다.
하기 실시예는 단지 본 발명의 예시일 뿐이며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 하기 실시예 및 이의 변형 또는 기타 균등물은 본 발명의 개시내용에 비추어 당업자에게 자명해질 것이다.
그러나, 하기에 제시되는 물리적 특성 및 조성은, 어떤 특성이 달성될 수 있는지 및 이것이 어떤 범위로 변경될 수 있는지를 예시한다. 따라서, 특히, 바람직하게 달성될 수 있는 다양한 특성들의 조합이 잘 정의된다.
실시예
다음 액정 혼합물을 제조하고 조사한다.
실시예 1
하기 조성을 갖는 혼합물 M-1을 제조한다.
혼합물 M-1의 투명점(clearing point)은 36.0℃이다.
실시예 2
99.70%의 혼합물 M-1을 0.30%의 화학식의 화합물과 혼합하여 혼합물 M-2를 제조하였다.
실시예 3
96.914%의 M-1을, 0.544%의 하기 화학식의 화합물
,
1.152%의 하기 화학식의 화합물
, 및
1.390%의 하기 화학식의 화합물
과 혼합하여 혼합물 M-3을 제조한다.
혼합물 M-3의 투명점은 41.6℃이다.
혼합물 M-3을, ITO 전극을 갖는 유리 기판 및 수직 정렬을 제공하는 폴리이미드 정렬 층을 갖는 전기 광학 셀에 충전하며, 여기서 셀 갭은 25㎛이다.
가열 판 및 분광광도계뿐 아니라 현미경 핫 스테이지 시스템을 사용하여 열 및 전기 스위칭 성능을 조사한다.
전기장 부재(absence) 하에 실온에서 전기 광학 셀의 액정 매질은 장치의 균일한 명 상태 외관을 제공하는 네마틱 상을 갖는다. 투명점은 41.6℃에서 관찰된다. 이 온도에서, 네마틱 상은, 등방성 매질의 어두운 액적이 밝은 네마틱 도메인에 함입되는 다상 시스템으로 스위칭되기 시작한다. 이러한 네마틱 및 등방성 도메인이 공존하는 투명점 영역은 41.6℃ 내지 44℃에서 존재하며, 상기 장치의 불균일한 시각적 외관이 관찰된다.
상기 셀은 41.6℃ 내지 44℃의 이 온도 영역에서 전기적으로 스위칭(30V)되고 네마틱 도메인은 상기 장치 전체가 균일한 어두운 외관을 제공하도록 암 상태로 빠르게 스위칭된다.
특히 개선된 스위칭 성능 및 심미적으로 유리한 외관을 제공하기 위해, 전기적 스위칭은 투명점 바로 아래의 온도, 특히 40.5℃ 내지 41.5℃에서 수행된다.
또한, 실온에서의 전기적 스위칭은 콘트라스트와 균일성이 뛰어난 명 상태와 암 상태 사이의 빠른 스위칭이 가능하다.
혼합물 M-3으로 채워진 전기 광학 셀은 라미네이션에 의해 윈도우 부재에 포함된다.
실시예 4
실시예 3과 유사하게 염료-도핑된 혼합물 M-4를 제조하며, 여기서는 혼합물 M-1 대신에 혼합물 M-2가 사용된다.
실시예 5
하기 조성을 갖는 혼합물 M-5를 제조한다.
99.70%의 혼합물 M-5를, 0.03%의 하기 화학식의 화합물
과 혼합하여, 혼합물 M-5-1을 제조한다. 99.51%의 혼합물 M-5와 0.49%의 키랄 도판트 S-811(Merck KGaA, Darmstadt, Germany)을 혼합하여 혼합물 M-5-2를 제조한다.
실시예 6
96.914%의 혼합물 M-5, 0.544%의 하기 화학식의 화합물
,
1.152%의 하기 화학식의 화합물
, 및
1.390%의 하기 화학식의 화합물
을 혼합하여 혼합물 M-6을 제조한다.
혼합물 M-6의 투명점은 50.5℃이다.
혼합물 M-6을, ITO 전극을 갖는 유리 기판 및 수직 정렬을 제공하는 폴리이미드 정렬 층을 갖는 전기-광학 셀에 충전하고, 여기서 셀 갭은 25㎛이다.
열 및 전기 스위칭 성능을, 열 판 및 분광광도계뿐 아니라 현미경 핫 스테이지 시스템을 사용하여 조사한다.
전기장 부재 하에 실온에서 상기 전기 광학 셀의 액정 매질은 상기 장치의 균일한 명 상태 외관을 제공하는 네마틱 상을 갖는다. 투명점은 50.5℃에서 관찰된다. 이 온도에서, 네마틱 상은, 등방성 매질의 어두운 액적이 밝은 네마틱 도메인에 함입되는 다상 시스템으로 스위칭되기 시작한다. 네마틱과 등방성 도메인이 공존하는 투명점 영역은 50.5℃ 내지 53℃에서 존재하며, 이때 상기 장치의 불균일한 시각적 외관이 관찰된다.
상기 셀은 50.5℃ 내지 53℃의 이 온도 영역에서 전기적으로 스위칭(30V)되고, 네마틱 도메인은 장치 전체가 균일한 어두운 외관을 제공하도록 암 상태로 빠르게 스위칭된다.
특히 개선된 스위칭 성능 및 심미적으로 유리한 외관을 제공하기 위해, 전기적 스위칭은 투명점 바로 아래의 온도, 특히 49.4℃ 내지 50.4℃에서 수행된다.
또한, 실온에서 전기적 스위칭을 통해 콘트라스트와 균일성이 뛰어난 명 상태와 암 상태 사이의 빠른 스위칭이 가능하다.
혼합물 M-6으로 채워진 전기 광학 셀은 라미네이션에 의해 윈도우 부재에 포함된다.
실시예 7 및 8
실시예 6과 유사하게 염료-도핑된 혼합물 M-7 및 M-8을 제조하며, 여기서는 혼합물 M-5 대신에 혼합물 M-5-1 및 M-5-2가 각각 사용된다.
Claims (15)
- 적어도 2개의 광학 상태(optical state) 사이에서 전기적으로 스위칭가능하고 2개의 대향하는(opposing) 투명 기판 사이에 개재된 스위칭가능 층을 포함하는 스위칭가능 광학 셀(switchable optical cell)을 포함하는 윈도우 부재(window element)로서,
각각의 기판에 전극 구조물이 제공되거나, 또는 기판 중 하나에 2개의 전극 구조물이 제공되고 다른 기판에는 전극이 제공되지 않으며,
상기 스위칭가능 층은, 상기 윈도우 부재의 작동 온도 내에 있는 투명점(clearing point)을 갖는 액정 매질을 포함하는, 윈도우 부재. - 제1항에 있어서, 액정 매질의 유전 이방성(dielectric anisotropy)의 절대값이 2.5 이상인, 윈도우 부재.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 액정 매질은 5℃ 내지 65℃, 바람직하게는 15℃ 내지 45℃의 온도 범위에서 투명점을 갖는, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 매질이 하나 이상의 이색성(dichroic) 염료를 포함하는, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 매질이 키랄 도펀트(chiral dopant)를 포함하는, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 매질이 음의(negative) 유전 이방성을 갖는, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭가능한 광 셀은
- 제1 기판,
- 제1 전극층,
- 제1 정렬층(alignment layer),
- 스위칭가능 층,
- 제2 정렬층,
- 제2 전극층, 및
- 제2 기판
을 이 순서로 포함하는 층 구조물을 갖는, 윈도우 부재. - 제7항에 있어서, 제1 정렬층 및/또는 상기 제2 정렬층은 수직(homeotropic) 정렬층인, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭가능 광학 셀은 명(bright) 상태와 암(dark) 상태 사이에서 스위칭가능하고, 투명점 아래에서 전기장 부재 하에 스위칭가능 층은 수직 정렬되는, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 절연된 글레이징 유닛(insulated glazing unit), 바람직하게는 이중 글레이징 또는 삼중 글레이징으로 구성되는 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭가능 광학 셀은 라미네이트(laminate)로 배열되고, 바람직하게는 UV 차단성(blocking) 라미네이션 층이 제공되고, 바람직하게는 상기 라미네이트는 광원(light source)과 대면(facing)하는, 윈도우 부재.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 매질이 하기 화학식 CY, PY 및 AC의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는, 윈도우 부재:
상기 식에서,
a는 1 또는 2를 나타내고,
b는 0 또는 1을 나타내고,
c는 0, 1 또는 2를 나타내고,
d는 0 또는 1을 나타내고,
는 를 나타내고,
는
를 나타내고,
는 를 나타내고,
R1, R2, RAC1 및 RAC2는 각각, 서로 독립적으로, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬(이때 또한, 1 또는 2개의 비인접 CH2 기는, O 원자들이 서로 직접 연결되지 않는 방식으로, , -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO-로 대체됨), 바람직하게는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시를 나타내고,
Zx, Zy 및 ZAC는 각각, 서로 독립적으로, -CH2CH2-, -CH=CH-, -CF2O-, -OCF2-, -CH2O-, -OCH2-, -CO-O-, -O-CO-, -C2F4-, -CF=CF-, -CH=CH-CH2O- 또는 단일 결합, 바람직하게는 단일 결합을 나타내고,
L1 내지 L4는 각각, 서로 독립적으로, F, Cl, CN, OCF3, CF3, CH3, CH2F 또는 CHF2, 바람직하게는 F를 나타낸다. - 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 매질은 하기 화학식 CY-a 및 AC-a의 화합물의 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는, 윈도우 부재:
상기 식에서,
R3, R4, R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내며, 이때 추가로 1개 또는 2개의 인접하지 않은 CH2 기는 O 원자가 서로 직접 연결되지 않는 방식으로 -O-, -CH=CH-, -CO-, -OCO- 또는 -COO- 로 대체될 수 있고,
바람직하게는 R3, R5 및 R6은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬을 나타내고, 바람직하게는 R4는 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알콕시를 나타낸다. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 윈도우 부재의, 건물 또는 차량의 윈도우에서의 용도.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 윈도우 부재에 사용하기 위한 액정 매질로서, 상기 액정 매질은 5℃ 내지 65℃의 온도 범위에서 투명점을 갖고 제12항에 기재된 바와 같은 화학식 CY, PY 및 AC의 화합물의 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는, 액정 매질.
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