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KR102726771B1 - 스위칭 소자에 사용하기 위한 액정 매질 - Google Patents

스위칭 소자에 사용하기 위한 액정 매질 Download PDF

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KR102726771B1
KR102726771B1 KR1020207018967A KR20207018967A KR102726771B1 KR 102726771 B1 KR102726771 B1 KR 102726771B1 KR 1020207018967 A KR1020207018967 A KR 1020207018967A KR 20207018967 A KR20207018967 A KR 20207018967A KR 102726771 B1 KR102726771 B1 KR 102726771B1
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medium
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밀라 피셔
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Abstract

본 발명은 본원에 제시되는 하나 이상의 화학식 I의 메소젠 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이되, 상기 하나 이상의 화학식 I의 화합물은 매질의 총 함량을 기준으로 15 중량% 이상의 양으로 매질에 함유된다. 또한, 본 발명은 상기 액정 매질을 함유하는 스위칭(swiching) 층, 스위칭 소자 및 윈도우(window) 소자에 관한 것이다.

Description

스위칭 소자에 사용하기 위한 액정 매질
본 발명은 본원에 이후로 제시되는 하나 이상의 화학식 I의 메소젠 화합물을 포함하는 액정 매질에 관한 것이되, 상기 하나 이상의 화학식 I의 화합물은 매질의 총 함량을 기준으로 15 중량% 이상의 양으로 매질에 함유된다. 또한, 본 발명은 상기 액정 매질을 함유하는 스위칭(swiching) 층, 스위칭 소자 및 윈도우(window) 소자에 관한 것이다.
광학 강도 변조기, 예컨대 광 셔터는 액정(LC)에 기반할 수 있다. 원칙상, 이러한 광 셔터는 광의 산란 또는 광의 흡수에 의존할 수 있다. 광 산란을 사용하는 LC 기반 광 셔터는 이른바 중합체 분산된 액정(PDLC), 중합체 네트워크 액정(PNLC) 및 콜레스테릭 액정(CLC) 장치를 포함한다. 이러한 산란형 장치는 투명 및 반투명 상태들간으로 스위칭될 수 있다.
LC 기반 광 셔터는 자동차 및 건축 적용례를 위한 스위칭가능 윈도우로서 사용될 수 있고, 여기서 산란 방식으로 작동하는 광 셔터가 특히 사생활 보호 윈도우로서 사용될 수 있다. 또한, 광 산란은 직접적인 태양광 복사로부터의 지나치게 환함 또는 눈부심을 감소시키는데 유용할 수 있다.
상태들간의 스위칭은 예컨대 열에 의해 제어될 수 있다. 그러나, 다수의 경우, 전기적 스위칭을 사용하는 것이 적합하고 더 유리할 수 있다. 장치가 비산란 상태에서 산란 상태로 전환될 때, 광의 투과율이 변화되어 반투명한 외관이 생성되고, 이는 흐리거나 혼탁하거나 탁하거나 불투명한 것으로도 인식될 수 있다.
WO 2016/173693 A1에는 전환 소자에 사용하기 위한 액정 매질을 포함하는 스위칭 층이 기재되어 있는데, 이는 스위칭 상태들 중 하나 이상에서 전방-산란 특성을 갖고 투명 상태로부터 반투명 또는 불투명 상태로의 스위칭을 용이하게한다.
특히 스위칭 소자 및 윈도우 소자에 사용하기 위한, 향상된 화학적, 물리적 및 전자 광학적 특성을 갖는 액정 매질이 당업계에 필요하다. 또한, 사생활 보호 적용례를 위한 균일한 외관을 갖는 적합한 산란을 제공할수 있고, 적절히 낮은 전압 및 낮은 에너지 소모로 작동할 수 있고 (예컨대 전기적 분해 및 광 안정성과 관련하여) 적합한 신뢰성 및 안정성을 가질 수 있는 스위칭가능 장치가 당업계에 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 충분히 높은 광학 이방성과 함께 바람직하게 높은 전압 유비 비(VHR)를 나타내고, 스위칭 소자 및 윈도우 소자, 특히 산란 방식을 갖는 스위칭가능 소자에 적합한 액정 매질을 제공하는 것이다. 또한, 액정 매질이 우수한 신뢰성 및 안정성, 특히 광 안정성, 및 적절히 높은 등명점을 갖는 광범위한 액정 상을 갖도록 하는 것이 목적이다. 또한, 액정 매질이 우수한 저온 안정성 및 저장에 적합한 안정성을 갖도록 하는 것이 목적된다.
본 발명의 추가의 목적은 (예컨대 전기적 분해에 대한) 우수한 안정성, 및 바람직하게 낮은 작동 전압 또는 낮은 에너지 소모를 갖고 적절하게 효율적이고 충분히 균일한 산란을 나타낼 수 있는 스위칭가능 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 상기 장치의 효율적이고 용이한 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 추가의 목적은 하기 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확하다.
상기 목적들은 청구범위 독립항들에 정의된 대상에 의해 해결되고, 바람직한 양태는 각각의 종속항들에 제시되고 추가로 후술된다.
특히, 본 발명은 단독 및 조합으로 상기 목적을 해소하고 결과적으로 추가적인 장점을 제공하는 주요 양상, 바람직한 양태 및 특징을 포함한 하기 항목들을 제시한다.
본 발명의 제1 양상은 하나 이상의 하기 화학식 I의 메소젠 화합물(mesogenic compound), 및 임의적으로 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는 액정 매질로서, 상기 액정 매질의 총 함량을 기준으로 15 중량% 이상의 상기 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 함유하는 액정 매질을 제시한다:
Figure 112020068120766-pct00001
상기 식에서,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 F, Cl, CF3 또는 OCF3이거나, 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일이되, 비치환되거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 할로겐으로 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기는 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고;
Figure 112020068120766-pct00002
는
Figure 112020068120766-pct00003
이고;
n은 0 또는 1이고;
는 서로 독립적으로
Figure 112020068120766-pct00005
이되, L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F, Cl 및 Br로부터 선택되는 할로겐, 바람직하게는 F이다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 액정 매질을 제공함으로써 스위칭 소자에 특히 유용한 향상된 특성을 갖는 매질이 수득될 수 있음이 밝혀졌다. 특정된 양의 하나 이상의 화학식 I의 메소젠 화합물을 포함함으로써, 상기 매질은 몇몇 유리하고 유용한 특징의 조합, 특히 적절히 높은 광학 이방성, 바람직하게 높은 VHR, 우수한 광 안정성 및 적절히 높은 등명점을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 중합체 네트워크 액정(PNLC) 및 콜레스테릭 액정(CLC) 장치의 스위칭 소자, 특히 광 산란을 기반으로 하는 스위칭 소자에 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 매질은 바람직하게는 전자기 복사, 바람직하게는 광, 특히 태양광의 통과를 조절하는 장치에 사용된다.
본 발명에 따른 매질은 CLC 산란형 장치에 사용되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 매질이 하나 이상의 키랄 화합물, 특히 하나 이상의 키랄 도펀트(dopant)를 함유하는 것이 바람직하다. 키랄 네마틱 또는 콜레스테릭 액정 매질의 경우, 매질은 바람직하게는 상대적으로 긴 피치(pitch)를 갖도록 제공되고, 매질은 바람직하게는 0.55 μm 이상의 피치를 나타낸다.
매질이 0.13 이상의 광학 이방성 Δn 및/또는 98℃ 이상의 등명점을 나타내는 것이 더욱 바람직하다.
현재, 매질이 상기 매질에 제공되는 하나 이상의 중합성 화합물을 중합함으로써 수득되는 중합체 성분을 추가로 포함할 때, 특히 이른바 중합체 안정화된 콜레스테렉 텍스처(PSCT)가 제공될 때 추가적인 유익함(예컨대 산란 효율성 또는 균일성 및 산란 효과의 외관에 있어서의 유익함)이 제공될 수 있음을 알게 되었다.
본 발명의 또 다른 양상은 본 발명에 따른 매질을 포함하는 스위칭 층에 관한 것이다.
추가의 양상에서, 스위칭 층을 포함하는 스위칭 소자가 제시되되, 상기 스위칭 층은 2개의 기판들 사이에 정렬되고, 상기 스위칭 소자는 광학적 투과 상태 및 산란 상태에서 전기적으로 스위칭가능하고 작동가능하다.
유리하게는, 향상된 스위칭 소자가 스위칭 층에 본 발명에 따른 액정 매질을 포함함으로써 수득될 수 있음을 알게 되었다. 특히, 본 발명에 따라, 사생활 보호 적용례 및/또는 눈부심 감소를 위한 스위칭 소자가 제시되고, 이는 유리하게, (예컨대 전기적 분해 및 광 안정성과 관련하여) 우수한 신뢰성 및 안정성, 및 유리하게 낮은 작동 전압 또는 에너지 소모를 나타낼 수 있고 적합하고 충분하게 균일한 산란을 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상은 층으로서 본원에 제시되는 하나 이상의 중합성 화합물을 함유하는 본 발명에 따른 매질의 제공 및 상기 하나 이상의 중합성 화합물의 중합을 포함하는 스위칭 층 또는 스위칭 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
놀랍게도, 상기 방법은 스위칭 층 및 스위칭 소자의 용이하고 효율적인 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양상에서, 윈도우 소자가 제시되고, 이는 본 발명에 따른 스위칭 층 또는 스위칭 소자를 포함한다.
본 발명에 따라, 유리한 윈도우 소자가 제공되고, 이는 자동차 및 건축 적용례용 스위칭가능 윈도우에 사용될 수 있고, 목적될 때 사생활 보호 방식을 제공하는데 특히 유용하고 효율적인데, 즉 시야 접촉을 갖는 상태로부터 시각적 장벽 제공하는 사생활 보호 상태로의 스위칭가능성, 및 또는 눈부심 방지를 제공한다. 또한, 상기 스위칭은 빠를 수 있고 스위칭 소자는 최소의 공간 요건으로도 설치될 수 있는데, 이는 (예컨대 종래의 어닝(awning) 또는 블라인드에 비해) 현저한 장점을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 윈도우 소자는 광의 통과, 특히 태양광의 통과를 조절하는데 유용하다.
그러나, 본 발명에 따른 스위칭 소자는 건물면(facade)뿐 아니라 방 안쪽, 예컨대 방들 사이를 가르는 벽 및 방들의 개별 구획을 분리하는 요소의 윈도우에도 사용될 수 있다. 이러한 경우, 투명으로부터 산란으로 스위칭 소자를 스위칭함에 의해 성취되는 사생활 보호는 방의 상이한 부분들을 가르는 시각적 장벽을 생성할 수 있다.
본 발명을 한정함 없이, 이에 따라 하기에 본 발명은 양상, 양태 및 특징의 상세한 설명에 의해 예시되고, 특정한 양태가 보다 상세히 기재된다.
본원에서 용어 "액정"은 일부 온도 범위에서 액정 메소상(mesophase)을 갖는 물질 또는 매질에 관한 것이다(열향성 액정). 이는 메소젠 화합물을 함유한다.
용어 "메소젠 화합물" 및 "액정 화합물"은 하나 이상의 칼라미틱(calamitic)(막대형 또는 보드/라스형) 또는 디스코틱(discotic)(디스크형) 메소젠 기, 즉 액정 상 또는 메소상 거동을 유도하는 능력을 갖는 기를 의미한다.
메소젠 기를 포함하는 액정 화합물 또는 물질 및 메소젠 화합물 또는 물질은 그 자체로 액정 상을 나타낼 필요는 없다. 이는 다른 화합물들과의 혼합물로만 액정 상 거동을 나타낼 수도 있다. 이는 저분자량 비반응성 액정 화합물, 반응성 또는 중합성 액정 화합물, 및 액정 중합체를 포함한다.
통상적으로, 칼라미틱 메소젠 화합물은 서로 직접 또는 연결 기를 통해 연결된 하나 이상의 방향족 또는 비방향족 고리 기로 이루어진 메소젠 중심부(core)를 포함하고, 상기 메소젠 중심부의 말단에 부착된 종결 기를 임의적으로 포함하고, 상기 메소젠 중심의 긴 측면에 부착된 하나 이상의 측면 기를 임의적으로 포함하되, 상기 종결 기 및 측면 기는 통상적으로 예컨대 카빌 또는 하이드로카빌 기, 극성 기, 예컨대 할로겐, 니트로, 하이드록시 등, 또는 중합성 기로부터 선택된다.
명료함을 위해, 용어 "액정 물질" 또는 "액정 매질"은 액정 물질 또는 액정 매질 및 메소젠 물질 또는 매질 둘다에 사용되고, 이의 역도 마찬가지이고, 용어 "메소젠"은 물질의 메소젠 기에 사용된다.
용어 "비메소젠 화합물 또는 물질"은 상기 정의된 메소젠 기를 함유하지 않는 화합물 또는 물질을 의미한다.
본원에 사용된 용어 "중합체"는 하나 이상의 구별된 유형의 반복 단위(분자의 최소 구조적 단위)의 골격을 포함하는 분자를 의미하고, 통상적으로 공지되어 있는 용어 "올리고머", "공중합체" 및 "동종중합체" 등을 포괄한다. 또한, 용어 "중합체"는 중합체 그 자체 이외에도 이러한 중합체의 합성에 참여한 개시제, 촉매 및 기타 요소들로부터의 잔사를 포함하되, 이러한 잔사는 이에 공유결합으로 혼입되지 않는 것으로 이해된다. 또한, 이러한 잔사 및 기타 요소들은 중합 후 정제 과정 동안 통상적으로는 제거되지만, 중합체와 전형적으로 혼합되거나 한데 섞여 용기간 또는 용매 또는 분산 매질간 이동될 때 일반적으로 중합체와 함께 잔류하게 된다.
용어 "중합"은 다수의 중합성 기 또는 이러한 중합성 기를 함유하는 중합체 전구체(중합성 화합물)를 서로 결합함에 의해 중합체를 형성하는 화학적 과정을 의미한다.
하나의 중합성 기를 갖는 중합성 화합물은 "일반응성 화합물", 2개의 중합성 기를 갖는 화합물은 "이반응성 화합물", 2개 초과의 중합성 기를 갖는 화합물은 "다반응성 화합물"로도 지칭된다. 중합성 기를 갖지 않는 화합물은 "비반응성 화합물" 또는 "비중합성 화합물"로도 지칭된다.
용어 "막" 및 "층"은 더 또는 덜 확연한 역학적 안정성을 갖는 강성 또는 가요성의 자체-지지성 또는 자립성 막 또는 층, 및 지지 기판 상 또는 2개의 기판들 사이의 코팅 또는 층을 포함한다.
일반적으로, 용어 "키랄"은 이의 거울상과 포개지지 않는 대상을 설명하는데 사용된다. 대조적으로, "아키랄(비키랄)" 대상은 이의 거울상과 동일한 대상이다. 본 발명에 따른 매질은 임의적으로 키랄성을 나타낸다. 이는 키랄 네마틱 액정으로도 공지되어 있는 콜레스테릭 액정을 제공함으로써 성취될 수 있다. 명백히 달리 언급되지 않는 한, 용어 "키랄 네마틱" 및 "콜레스테릭"은 본원에서 동의어로 사용된다.
본원에서,
Figure 112020068120766-pct00006
는 트랜스-1,4-사이클로헥실렌이다.
본원에서, 명백히 달리 언급되지 않는 한, 모든 농도는 중량%이고 전체 혼합물을 기준으로 한다.
모든 온도는 백분도(셀시우스, ℃)로 제시되고, 모든 온도차는 백분도로 제시된다. 명백히 달리 언급되지 않는 한, 모든 물리적 특성 및 물리화학적 또는 전자 광학적 매개변수는 일반적으로 공지되어 있는 방법, 특히 문헌["Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germany]에 따라 측정되고, 20 ℃ 온도에 대해 제시된다.
광의 투과 및 산란은 380 내지 780 nm의 스펙트럼 범위에서 전자기 복사의 투과 및 산란을 지칭한다.
바람직하게는, 스위칭은 2원(binary) 상태간의 스위칭을 의미하되, 바람직하게는, 하나의 상태는 비산란성이고 인간의 눈에 실질적으로 투명하거나 무색으로 보이며, 또 다른 상태는 산란성이거나 확산 투과를 갖고 인간의 눈에 반투명 또는 불투명으로 보인다.
그러나, 본 발명에 따른 스위칭 층이 추가의 스위칭 상태, 특히 중간 상태를 갖는 것이 가능할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따라, 바람직하고 유리하게 완전한 사생활 보호 상태와 외부 또는 이웃하는 공간에 시야 접촉을 갖는 상태 사이의 스위칭을 얻을 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 스위칭은 전기적 스위칭을 의미한다. 전형적으로, 전기적 스위칭은 기판, 예컨대 유리 기판에 전극을 제공함으로써 성취될 수 있다. 하나의 양태에서, 전기 전도성 층이 기판에 제공되는데, 여기서 상기 전도성 층은 투명 전도성 물질, 예컨대 투명 전도성 산화물, 바람직하게는 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 SnO2:F, 특히 ITO, 또는 전도성 중합체, 또는 얇은 투명 금속 및/또는 금속 산화물 층, 예컨대 은을 포함하거나 이로 구성된다. 전기 전도성 층은 바람직하게는 전기적 연결에 의해 제공된다. 전압은 바람직하게는 배터리, 재충전가능 배터리, 슈퍼캐퍼시터 또는 외부 전류 공급원에 의해 공급된다.
하나의 양태에서, 배향 층(예컨대 폴리이미드(PI)로 제조됨)이 기판 상에 제공된다. 전기 전도성 층 및 배향층이 상기 기판 상에 함께 제공되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 경우, 배향 층은 상기 배향 층이 액정 매질과 접촉하도록 전도성 층의 상단에 제공된다. 배향 층, 바람직하게는 폴리이미드 층은 특히 계면에서 액정 매질의 분자의 균질 또는 평면 다르게는 호메오트로픽(homeotropic) 배향을 제공하도록 정렬될 수 있다.
다르게는 또 다른 바람직한 양태에 따라, 배향 층을 갖지 않는 기판이 사용된다. 놀랍게도, 배향 층, 예컨대 폴리이미드 층을 추가 층으로서 제공하는 것이 유익하게 회피되는 한편, 효과적이고 효율적인 스위칭 거동이 여전히 실현될 수 있음이 밝혀졌다.
또한, 다르게는, 배향 층 이외에도, 기판 상에 부동 층, 예컨대 규소 산화물 또는 규소 질화물을 포함하는 부동 층, 바람직하게는 규소 산화물 또는 규소 질화물로 이루어진 부동 층을 제공할 수도 있다.
제1 양상에서, 본 발명은 전술되고 후술된 하나 이상의 화학식 I의 메소젠 화합물 및 임의적으로 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하는 액정 매질로서, 상기 액정 매질의 총 함량을 기준으로 15 중량% 이상의 상기 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 함유하는 액정 매질에 관한 것이다.
본 발명에 따른 매질은 적절히 높은 광학 이방성 및 바람직하게 높은 VHR과 조합된 우수한 광 안정성 및 적절히 높은 등명점을 유리하게 나타낼 수 있다.
일반적으로, 상기 매질은 스위칭 소자 및 윈도우 소자에 유용하고 적용가능하다. PNLC 장치를 포함하는 산란형 스위칭 소자가 특히 유용하다.
바람직한 양태에서, 액정 매질은 양의 유전 이방성을 갖는다. 이러한 경우, 3 내지 45, 보다 바람직하게는 5 내지 30의 유전 이방성 Δε을 갖는 액정 혼합물이 바람직하다.
또 다른 양태에서, 액정 매질은 음의 유전 이방성을 갖는다. 이러한 경우, -6 내지 -3의 유전 이방성 Δε을 갖는 액정 혼합물이 바람직하다.
그러나, 상기 매질은 콜레스테릭 또는 키랄 네마틱 매질인 것이 바람직하다.
통상적으로, CLC는 예컨대 초기 상태에서 특정 파장을 갖는 광을 반사하는 평면 구조를 갖고, 이는 전기 교류 전압 펄스에 의해 초점 원뿔형 광 산란 구조로 스위칭될 수 있거나, 이의 역도 마찬가지이다. 더 강한 전압, 특히 더 강한 전압 펄스 인가시, CLC 매질은 호메오트로픽의 투명 상태로 스위칭될 수 있고, 이로부터 전압의 빠른 스위칭-오프(swiching-off) 후 평면형 상태로 완화되거나 느린 스위칭-오프 후 초점 원뿔형으로 완화된다.
평면형 텍스처에서, 브래그 반사가 일어나는데, 여기서 반사광은 콜레스테릭 나선과 동일한 나선 방향을 갖는다.
초점 원뿔형 상태에서, 나선 축은 무작위로 정렬되고 텍스처는 도메인(domain) 경계에서 반사 굴절률의 불연속적인 공간상 변화에 기인하여 광 산란을 나타낸다.
평명 및 초점 원뿔형 배열은 전형적으로 외부 전기장의 부재하에 안정하다. 평면 상태와 초점 원뿔형 상태간의 전기장 구동 텍스처 전이는 CLC 디스플레이의 작동의 기초를 형성하고, 이때 CLC의 텍스처는 평면에서 초점 원뿔형 텍스처로 스위칭되고, 브래그 반사가 사라지고, CLC는 무작위로 분포된 나선축에 기인하여 입사광을 산란시킨다.
그러나, 상태간의 스위칭은 전형적으로 호메오트로픽 상태를 통해서만 성취될 수 있고, 여기서 콜레스테릭 나선은 양의 유전 이방성(Δε이 0 초과임)을 갖는 액정 분자와 수직 전기장간의 유전적 커플링에 의해 완전히 풀리게 된다.
본 발명에 따른 양태에서, 스위칭 층의 산란 상태는 전술된 초점 원뿔형 상태일 수 있다.
다르게는 바람직한 양태에 따라, 본 발명에서, 산란 상태는 다도메인(polydomain) 구조에 의해 형성된다. 바람직하게는, 이러한 다도메인 구조는 충분히 강한 산란에 의해 생성되는 동시에, 브래그형 반사 거동은 여전히 적어도 일정 정도 관찰가능하게 유지될 수 있다. 다도메인을 포함하거나, 바람직하게는 이로 이루어진 이러한 상에서, 나선 축의 배향은 전형적으로 도메인마다 다르고, 전형적으로, 도메인 경계가 나타난다. 그러나, 거시적으로는, 상이 인간의 눈에 균질하게, 특히 균질하게 불투명 또는 뿌옇게 보일 수 있고 전체 층 면적에 걸친 가시적 결점이 부재할 수 있다.
다도메인 구조는 예컨대 평면 또는 균질하게 배향된 통상적인 배향 층을 사용하여 수득가능하고 유리하게는 다도메인 상태로의 전환이 상대적으로 낮은 전압에서 성취될 수 있다. 그러나, 다도메인 구조는 배향 층이 존재하지 않을 때에도 수득가능하다.
바람직한 양태에서, 비산란성 또는 투명 상태는 전술된 호메오트로픽 상태에 의해 형성될 수 있다. 이러한 투명 상태를 사용하는 것은 예컨대 넓은 면적을 갖는 소자가 사용될 때 바람직할 수 있다. 이와 관련하여, 현재 수득가능한 유리하게 높은 VHR은 이러한 상태에서 자체-방전 거동에 대해 소자를 안정화시킴으로써 현저히 더 낮은 갱신(refresh) 속도 및/또는 더 낮은 전력 소모로도 상기 상태를 유지하는데 유용할 수 있다.
다르게는, 비산란성 또는 투명 상태는 전술된 평면 텍스처에 의해 형성될 수 있다.
키랄 네마틱 또는 콜레스테릭 매질의 사용은 상대적으로 안정한 상태 및 심지어 쌍안정성(bistability)에 유익함으로써 상기 매질을 포함하는 장치가 에너지를 덜 소모할 수 있다. 특히, 전기장이 스위칭-오프된 후 각각의 상태가 적어도 상당한 시간 동안 유지될 수 있고, 전압의 덜 빈번한 어드레싱 또는 갱신이 가능할 수 있다.
콜레스테릭 또는 키랄 네마틱 매질이 현재 제공되는 경우, 상기 매질이 상대적으로 긴 피치, 특히 780 nm 초과의 브래그형 반사를 생성하는 피치를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 평면 텍스처가 가시적인 광 스펙트럼에 바람직한 투과도를 부여할 수 있다.
본원에서 "피치"는 콜레스테릭 나선의 피치 p를 의미하되, 상기 피치 p는 CLC의 배향 축(방향자(director))가 2π 회전하는 거리이다. 바람직한 양태에서, 매질은 0.55 μm 이상, 보다 바람직하게는 0.75 μm 이상, 보다 더 바람직하게는 1.00 μm 이상, 특히 1.50 μm 이상의 피치를 나타낸다.
본 발명에 따라, 피치는 특히 20℃에서 선택적 반사 최대치의 파장 λ최대의근적외선 스펙트럼 분석 측정으로부터 측정된다. 피치 p는 식 λ최대 = n(λ최대)*p(n(λ최대)는 λ최대에서의 굴절률임)을 사용하여 λ최대의 측정값으로부터 결정된다:
특히 20℃에서, 당업계에 공지되어 있는 Ÿ‡지 셀(wedge cell) 방법을 사용하여 나선 비틀림력 HTP를 측정하고 피치를 측정된 피치를 검증할 수도 있다.
본 발명의 액정 매질은 임의적으로 하나 이상의 키랄 화합물을 포함하고, 바람직한 양태에 따라, 하나 이상의 키랄 화합물이 매질에 포함됨이 요구된다.
전술된 바와 같이, 매질은 바람직하게는 780 nm 초과의 파장을 갖는 선택적 반사를 나타낸다. 따라서, 매질은 바람직하게는 근적외선 스펙트럼 영역에서 반사한다.
키랄 도펀트 및 이의 농도는 매질의 콜레스테릭 피치가 적절히 설정 또는 조정되도록 제공될 수 있다. CLC 매질은 예컨대 높은 비틀림력을 갖는 도펀트를 함유하는 네마틱 액정 매질을 도핑함으로써 제조될 수 있다. 유도되는 콜레스테릭 나선의 피치 p는 하기 수학식 1에 따라 키랄 도펀트의 농도 c 및 나선 비틀림력 HTP에 의해 제시된다.
[수학식 1]
p = (HTP c)-1
또한, 예컨대 개별 도펀트의 HTP의 온도 의존성을 상쇄하여 CLC 매질의 나선 피치 및 반사 파장의 작은 온도 의존성을 성취하기 위해 2개 이상의 도펀트를 사용할 수도 있다. 대략적으로, 전체 HTP(HTP전체)는 하기 수학식 2로 표현된다:
[수학식 2]
HTP전체 = Σi CiHTP
상기 식에서, ci는 개별 도펀트의 농도이고 HTPi는 개별 도펀트의 나선 비틀림력이다.
바람직한 양태에서, 액정 매질은 하나 이상의 키랄 도펀트를 함유한다. 키랄 도펀트는 바람직하게는 높은 절대값의 HTP를 갖고 일반적으로는 상대적으로 낮은 농도로 메소젠 베이스 혼합물에 첨가될 수 있고 키랄 성분 중 우수한 용해도를 갖는다. 2개 이상의 키랄 화합물이 사용되는 경우, 이는 동일하거나 상반된 방향의 회전 및 비틀림의 동일하거나 방향의 온도 의존성을 가질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 하나 이상의 키랄 화합물은 바람직하게는 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 시판되는 액정 혼합물 MLC-6828 중 5 μm-1 이상, 바람직하게는 10 μm-1 이상, 보다 바람직하게는 15 μm-1 이상의 절대값의 나선 비틀림력을 갖는다. 바람직하게는 메르크 카게아아로부터 시판되는 액정 혼합물 MLC-6828 중 20 μm-1 이상, 보다 바람직하게는 40 μm-1 이상, 보다 더 바람직하게는 60 μm-1 이상, 가장 바람직하게는 80 μm-1 이상 내지 260 μm-1 이하의 절대값의 HTP를 갖는 키랄 화합물이 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 키랄 성분은 모두 동일한 부호의 HTP를 갖는 2개 이상의 키랄 화합물로 이루어진다. 개별 화합물의 HTP의 온도 의존성은 높거나 낮을 수 있다. 매질의 피치의 온도 의존성은 HTP의 상이한 온도 의존성을 갖는 혼합물을 상응하는 비로 혼합함으로써 상쇄될 수 있다.
적합한 키랄 도펀트는 당업계에 공지되어 있고, 이중 일부는 예컨대 시판되는 콜레스테릴 노나노에이트, R/S-811, R/S-1011, R/S-2011, R/S-3011, R/S-4011, B(OC)2C*H-C-3 또는 CB15(모두 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 시판됨)이다.
특히 적합한 키랄 도펀트는 하나 이상의 키랄 라디칼, 및 하나 이상의 메소젠 기 또는 상기 키랄 라디칼과 메소젠 기를 형성하는 하나 이상의 방향족 또는 지방족고리 기를 함유하는 화합물이다.
적합한 키랄 라디칼은 예컨대 키랄 분지 탄화수소 라디칼, 키랄 에탄다이올, 바이나프톨 또는 다이옥솔란, 또는 당 유도체, 당 알코올, 당 산, 젖산, 키랄 치환된 글리콜, 스테로이드 유도체, 터펜 유도체, 아미노산 및 아미노산의 몇개의 서열, 바람직하게는 1 내지 5개의 서열로 이루어진 군으로부터 선택되는 1가 또는 다가 키랄 라디칼이다.
바람직한 키랄 라디칼은 당 유도체, 예컨대 글루코스, 만노스, 갈락토스, 프럭토스, 아라비노스 및 덱스트로스; 당 알코올, 예컨대 소르비톨, 만니톨, 이디톨, 갈락티톨 또는 이의 무수 유도체, 특히 다이무수헥시톨, 예컨대 다이무수소르바이드(1,4:3,6-다이무수-D-소르바이드, 이소소르바이드), 다이무수만니톨(이소소르비톨) 또는 다이무수다이톨(이소이디톨); 당 산, 예컨대 글루콘산, 글루콘산 및 케토글루콘산; 키랄 치환된 글리콜 라디칼, 예컨대 모노에틸렌 글리콜, 올리고에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜(여기서 하나 이상의 CH2 기는 알킬 또는 알콕시로 치환될 수 있음); 아미노산, 예컨대 알라닌, 바닐린, 페닐글리신 또는 페닐알라닌, 또는 상기 아미노산의 2 내지 5개 서열; 스테로이드 유도체, 예컨대 콜레스테릴 또는 콜산 라디칼; 터펜 유도체, 예컨대 멘틸, 네오멘틸, 캄페일, 파인일(pineyl), 터핀일, 이소롱기폴일, 펜치일, 카레일, 미르텐일, 노필, 제라니일, 리난로일, 네릴, 시트로넬릴 또는 다이하이드로시트로넬릴이다.
적합한 키랄 라디칼 및 메소젠 키랄 화합물은 예컨대 DE　34　25　503, DE　35　34　777, DE　35　34　778, DE　35　34　779, DE　35　34　780, DE　43　42　280, EP　01　038　941 및 DE　195　41　820에 기재되어 있다.
본 발명에 따라 사용되는 바람직한 키랄 화합물은 하기 화합물 군으로부터 선택된다.
하나의 양태에서, 하기 화학식 A-I 내지 A-III의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 도펀트가 바람직하다:
Figure 112020068120766-pct00007
상기 식에서,
Ra11 및 Ra12는 서로 독립적으로 2 내지 9개, 바람직하게는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 옥사알킬 또는 알켄일이고, 다르게는 Ra11은 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 메틸 또는 알콕시이거나, 바람직하게는 Ra11 및 Ra12는 둘다 알킬, 바람직하게는 n-알킬이고;
Ra21 및 Ra22는 서로 독립적으로 1 내지 9개, 바람직하게는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 9개, 바람직하게는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 옥사알킬, 알켄일 또는 알켄일옥시이거나, 바람직하게는 Ra21 및 Ra22는 둘다 알킬, 바람직하게는 n-알킬이고;
Ra31 및 Ra32는 서로 독립적으로 2 내지 9개, 바람직하게는 7개 이하의 탄소 원자를 갖는 알킬, 옥사알킬 또는 알켄일이고, 다르게는 Ra31은 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 메틸 또는 알콕시이고, 바람직하게는 Ra31 및 Ra32는 둘다 알킬, 바람직하게는 n-알킬이다.
하기 화학식의 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 키랄 도펀트가 특히 바람직하다.
Figure 112020068120766-pct00008
추가로 바람직한 도펀트는 하기 화학식 A-IV의 이소소르바이드, 이소만니톨 또는 이소이디톨의 유도체 및 키랄 에탄다이올, 예컨대 다이페닐에탄다이올(하이드로벤조인), 특히 하기 화학식 A-V의 메소젠 하이드로벤조인 유도체이다(나타내지 않은 (R,S), (S,R), (R,R) 및 (S,S) 거울상 이성질체 포함):
Figure 112020068120766-pct00009
[상기 식에서,
기
Figure 112020068120766-pct00010
는
바람직하게는 다이무수소르비톨임]
[상기 식에서,
Figure 112020068120766-pct00013
는 각각 서로 독립적으로, L로 일치환, 이치환 또는 3치환될 수 있는 1,4-페닐렌, 또는 1,4-사이클로헥실렌이고;
L은 H, F, Cl 또는 CN이거나, 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 임의적으로 할로겐화된 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 알콕시카보닐옥시이고;
c는 0 또는 1이고;
Z0은 -COO-, -OCO-, -CH2CH2- 또는 단일 결합이고;
R0은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 알킬카보닐옥시이다.
화학식 A-IV의 화합물은 WO　98/00428에 기재되어 있다. 화학식 A-V의 화합물은 GB-A-2,328,207에 기재되어 있다.
또 다른 양태에서, 특히 바람직한 키랄 도펀트는 키랄 바이나프틸 유도체(WO 02/94805에 기재되어 있음), 키랄 바이나프톨 아세탈 유도체(WO　02/34739에 기재되어 있음), 키랄 타돌(TADDOL) 유도체(WO　02/06265) 및 하나 이상의 불화된 가교 기, 및 종결 키랄 기 또는 중심 키랄 기를 갖는 키랄 도펀트(WO　02/06196 및 WO　02/06195에 기재되어 있음)이다.
하기 화학식 A-VI의 키랄 도펀트가 특히 바람직하다:
Figure 112020068120766-pct00014
상기 식에서,
X1, X2, Y1 및 Y2는 각각 서로 독립적으로 F, Cl, Br, I, CN, SCN 또는 SF5이거나, 1 내지 25개의 직쇄 또는 분지쇄 알킬(F, Cl, Br, I 또는 CN으로 일치환되거나 다치환될 수 있고, 하나 이상의 비인접 CH2 기는 각각 서로 독립적으로 O 및/또는 S 원자가 서로 적접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -NH-, NR0-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH- 또는 -C≡C-으로 대체될 수 있음), 중합성 기, 20개 이하의 탄소 원자를 갖는 사이클로알킬 또는 아릴(할로겐, 바람직하게는 F, 또는 중합성 기로 임의적으로 일치환 또는 다치환될 수 있음)이고;
x1 및 x2는 각각 서로 독립적으로 0, 1 또는 2이고;
y1 및 y2는 각각 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고;
B1 및 B2는 각각 서로 독립적으로 하나 이상의 CH 기가 N 원자로 대체될 수 있고 하나 이상의 비인접 CH2 기가 O 및/또는 S로 대체될 수 있는 방향족, 또는 부분 또는 완전 불화된 지방족 6-원 고리이고;
W1 및 W2는 각각 서로 독립적으로 -Z1-A1-(Z2-A2)m-R이고, 다르게는 둘 중 하나는 R1 또는 A3이되, 둘다 동시에 H는 아니거나;
Figure 112020068120766-pct00015
는
Figure 112020068120766-pct00016
또는
Figure 112020068120766-pct00017
이고;
U1 및 U2는 각각 서로 독립적으로 CH2, O, S, CO 또는 CS이고;
V1 및 V2는 각각 독립적으로 (CH2)n이되, 여기서 하나 이상의 비인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있고, V1 및 V2 중 하나는
Figure 112020068120766-pct00018
가
Figure 112020068120766-pct00019
인 경우에는 둘다 단일 결합이고;
Z1 및 Z2는 각각의 경우 서로 독립적으로 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -CO-NR0-, -NR0-CO-, -O-CH2-, -CH2-O-, -S-CH2-, -CH2-S-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CF2-S-, -S-CF2-, -CH2-CH2-, -CF2-CH2-, -CH2-CF2-, -CF2-CF2-, -CH=N-, -N=CH-, -N=N-, -CH=CH-, -CF=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, -C≡C- 또는 상기 기들의 중 2개의 조합(2개의 O 및/또는 S 및/또는 N 원자가 서로 직접 연결되지 않음), 바람직하게는 -CH=CH-COO- 또는 -COO-CH=CH-이거나, 단일 결합이고;
A1, A2 및 A3는 각각 서로 독립적으로 1,4-페닐렌(1개 또는 2개의 비인접 CH 기는 N으로 대체될 수 있음), 1,4-사이클로헥실렌(1개 또는 2개의 비인접 CH2 기는 O 및/또는 S로 대체될 수 있음), 1,3-다이옥솔란-4,5-다이일, 1,4-사이클로헥센일렌, 1,4-바이사이클로[2.2.2]옥텐일렌, 피페리딘-1,4-다이일, 나프탈렌-2,6-다이일, 데카하이드로나프탈렌-2,6-다이일 또는 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌-2,6-다이일(각각의 상기 기들은 L로 일치환 또는 다치환될 수 있음)이고, 추가적으로, A1은 단일 결합이고;
L은 할로겐 원자, 바람직하게는 F, CN 또는 NO2이거나, 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 알콕시카보닐옥시(여기서 하나 이상의 H 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있음)이고;
m은 각각의 경우 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고;
R 및 R1은 각각 서로 독립적으로 H, F, Cl, Br, I, CN, SCN 또는 SF5이거나, 1개 또는 3 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬(이는 F, Cl, Br, I 또는 CN으로 임의적으로 일치환 또는 다치환될 수 있고, 하나 이상의 비인접 CH2 기는 -O-, -S-, -NH-, -NR0-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-COO-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고, 2개의 O 및/또는 S 원자는 서로 직접 결합되지 않음), 또는 중합성 기이다.
하기 화학식 A-VI-1의 키랄 바이나프틸 유도체, 특히 하기 화학식 A-VI-1a 내지 A-VI-1c의 화합물로부터 선택되는 키랄 바이나프틸 유도체가 특히 바람직하다:
Figure 112020068120766-pct00020
Figure 112020068120766-pct00021
Figure 112020068120766-pct00022
상기 식에서,
B 및 Z0은 A-IV에 정의된 바와 같고, Z0은 보다 바람직하게는 -OCO- 또는 단일 결합이고;
R0은 A-IV에 정의된 바와 같거나, H이거나 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킥이고;
b는 0, 1 또는 2이다.
또한, 하기 화학식 A-VI-2의 키랄 바이나프틸 유도체, 특히 하기 화학식 A-VI-2a 내지 A-VI-2f의 화합물로부터 선택되는 키랄 바이나프틸 유도체가 특히 바람직하다:
Figure 112020068120766-pct00023
Figure 112020068120766-pct00024
상기 식에서,
R0은 화학식 A-VI에 정의된 바와 같고;
X는 H, F, Cl, CN 또는 R0, 바람직하게는 F이다.
특히 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 키랄 매질은 하기 표 F에 나타낸 하나 이상의 화학식 R-5011 및 S-5011의 화합물을 포함한다. 하나의 양태에서, 매질은 R-5011을 함유한다. 또다른 양태에서, 매질은 S-5011을 함유한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 매질은 적절히 높은 광학 이방성 Δn(복굴절률로도 공지되어 있음)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 매질은 20℃ 및 589 nm에서 측정된 0.13 이상, 보다 바람직하게는 0.16 이상, 보다 더 바람직하게는 0.20 이상의 광학 이방성 Δn을 나타낸다.
상기 및 하기에서, Δn은 광학 이방성을 나타내고(Δn = ne - no), Δε은 유전 이방성을 나타낸다(Δε = ε∥ - ε⊥). 유전 이방성 Δε은 20℃ 및 1kHz에서 측정된다. 광학 이방성 Δn은 20℃ 및 589.3 nm의 파장에서 측정된다.
추가적으로 또는 다르게는, 본 발명에 따른 매질은 적절히 높은 등명점, 바람직하게는 98℃ 이상, 보다 바람직하게는 105℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 115℃ 이상의 등명점을 가질 수 있다. 매질이 98 내지 160℃, 보다 바람직하게는 105 내지 150℃의 등명점을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하고 유리하게 높은 신뢰성 및 높은 전기 저항을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하고 유리하게 높은 전압 유지 비(VHR)를 나타낸다(문헌[S.　Matsumoto et　al., Liquid Crystals 5, 1320 (1989)]; 문헌[K.　Niwa et al., Proc. SID Conference, San Francisco, June 1984, p.　304 (1984)]; 및 문헌[T. Jacob and U. Finkenzeller in "Merck Liquid Crystals - Physical Properties of Liquid Crystals", 1997] 참고). 본 발명에 따른 액정 매질의 VHR은 바람직하게는 85% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 보다 더 바람직하게는 95% 이상, 특히 바람직하게는 98% 이상이다. 달리 기재되지 않는 한, VHR의 측정은 문헌[T. Jacob, U. Finkenzeller in "Merck Liquid Crystals - Physical Properties of Liquid Crystals", 1997]에 기재된 바와 같이 수행된다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 매질은 하나 이상의 중합성 화합물을 추가로 포함한다.
바람직하게는, 하나 이상의 중합성 화합물은 매질의 총 함량을 기준으로 10 중량% 이하, 보다 바람직하게는 5 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 특히 바람직하게는 1.25 중량% 이하의 양으로 상기 매질에 함유된다.
바람직하게는, 하나 이상의 중합성 화합물은 매질의 총 함량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 양으로 상기 매질에 함유된다.
본 발명에 따른 매질에서, 바람직하게는 하나 이상의 중합성, 경화성 또는 경질화성 화합물, 바람직하게는 하나 이상의 광경화성 단량체가 제공되고, 이는 바람직하게는 매질 중 중합체 성분에 대한 전구체로서 작용한다.
중합성 화합물은 하나 이상의 중합성 기를 갖는다. 중합성 기는 바람직하게는 CH2=CW1-COO-,
Figure 112020068120766-pct00025
, CH2=CW2-(O)k1-, CH3-CH=CH-O-, (CH2=CH)2CH-OCO-, (CH2=CH-CH2)2CH-OCO-, (CH2=CH)2CH-O-, (CH2=CH-CH2)2N-, HO-CW2W3-, HS-CW2W3-, HW2N-, HO-CW2W3-NH-, CH2=CW1-CO-NH-, CH2=CH-(COO)k1-Phe-(O)k2-, Phe-CH=CH-, HOOC- 및 OCN-으로부터 선택되되, W1은 H, Cl, CN 또는 페닐이거나, 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬, 특히 H, Cl 또는 CH3이고, W2 및 W3은 서로 독립적으로 H이거나 1 내지 5개의 C 원자를 갖는 알킬, 특히 H, 메틸, 에틸 또는 n-프로필이고, Phe는 1,4-페닐렌이고, k1 및 k2는 서로 독립적으로 0 또는 1이다.
하나의 양태에서, 하나 이상의 중합성 화합물은 1 또는 2개 이상의 아크릴레이트 및/또는 메트아크릴레이트 기를 포함한다.
중합성 또는 반응성 기는 바람직하게는 비닐 기, 아크릴레이트 기, 메트아크릴레이트 기, 플루오로아크릴레이트 기, 옥세탄 기 또는 에폭시 기, 특히 바람직하게는 아크릴레이트 기 또는 메트아크릴레이트이다.
바람직하게는, 하나 이상의 중합성 화합물은 아크릴레이트, 메트아크릴레이트, 플루오로아크릴레이트 및 비닐 아세테이트로부터 선택되되, 상기 조성물은 보다 바람직하게는 하나 이상의 2반응성 및/또는 3반응성 중합성 화합물, 바람직하게는 다이아크릴레이트, 다이메트아크릴레이트, 트라이아크릴레이트 및 트라이메트아크릴레이트로부터 선택되는 것을 추가로 포함한다.
하나의 양태에서, 하나 이상의 중합성 화합물은 1 또는 2개 이상의 아크릴레이트, 메트아크릴레이트 및 비닐 아세테이트 기, 보다 바람직하게는 1 또는 2개 이상의 아크릴레이트 및/또는 메트아크릴레이트 기로부터 선택되는 중합성 기를 포함하되, 상기 화합물은 하나의 양태에서 비메소젠 화합물이다.
바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 매질은 하나 이상의 모노아크릴레이트를 포함한다. 특히 바람직한 1반응성 화합물은 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 펜틸 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 아크릴레이트 및 이소보르닐 아크릴레이트로부터 선택된다.
추가적으로 또는 다르게는, 본 발명에 따른 매질은 하나 이상의 모노메트아크릴레이트를 포함한다. 특히 바람직한 1반응성 화합물은 메틸 메트아크릴레이트, 에틸 메트아크릴레이트, 프로필 메트아크릴레이트, 이소프로필 메트아크릴레이트, 부틸 메트아크릴레이트, t-부틸 메트아크릴레이트, 펜틸 메트아크릴레이트, 헥실 메트아크릴레이트, 노닐 메트아크릴레이트, 도데실 메트아크릴레이트, 2-에틸헥실 메트아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메트아크릴레이트, 2-하이드록시부틸 메트아크릴레이트, 이소보르닐 메트아크릴레이트 및 1-아다만틸 메트아크릴레이트로부터 선택된다.
다르게는 또는 추가적으로, 반응성 메소젠(RM) 또는 메소젠 단량체가 사용될 수 있다. 이러한 화합물은 메소젠 기 및 하나 이상의 중합성 기, 즉 중합에 적합한 작용기를 함유한다.
특히 바람직한 양태에서, 본 발명에 따른 중합성 화합물은 단지 1개의 반응성 메소젠만을 포함하는데, 즉 모든 반응성 단량체가 메소젠이다. 다르게는, RM은 하나 이상의 비메소젠 중합성 화합물과의 조합으로 제공될 수 있다. RM은 1반응성 및/또는 2반응성 또는 다반응성일 수 있다.
하나 이상의 가교결합제, 즉 2개 이상의 중합성 기를 함유하는 중합성 화합물이 매질에 첨가되는 것이 특히 바람직하다. 이와 관련하여, 2반응성 및 다반응성 화합물은 이 자체의 중합체 네트워크를 형성하고/거나 1반응성 화합물을 중합함으로써 주로 형성된 중합체 쇄를 가교결합하는데 작용할 수 있다.
당업계에 공지되어 있는 통상적인 가교결합제가 사용될 수 있다. 1반응성 또는 다반응성 아크릴레이트 및/또는 메트아크릴레이트가 추가적으로 제공되는 것이 특히 바람직하다. 특히 바람직한 화합물은 에틸렌 다이아크릴레이트, 프로필렌 다이아크릴레이트, 부틸렌 다이아크릴레이트, 펜틸렌 다이아크릴레이트, 헥실렌 다이아크릴레이트, 글리콜 다이아크릴레이트, 글리세롤 다이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 에틸렌 다이메트아크릴레이트(에틸렌글리콜 다이메트아크릴레이트로도 공지되어 있음), 프로필렌 다이메트아크릴레이트, 부틸렌 다이메트아크릴레이트, 펜틸렌 다이메트아크릴레이트, 헥실렌 다이메트아크릴레이트, 트라이프로필렌 글리콜 다이아크릴레이트, 글리콜 다이메트아크릴레이트, 글리세롤 다이메트아크릴레이트, 트라이메틸프로판 트라이메틸아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트로부터 선택된다.
다르게는 또는 추가적으로, 2반응성 또는 다반응성 RM이 사용될 수 있다.
1반응성 단량체 및 2반응성 또는 다반응성 단량체의 비는 형성될 중합체 성분의 특성에 영향을 주도록 바람직하게 설정 및 조정될 수 있다.
하나의 양태에서, 하나 이상의 중합성 화합물 중 하나 이상은 중합성 메소젠 화합물이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 양태에서, 중합성 화합물은 하기 화학식 M의 화합물로부터 선택된다:
RMa-AM1-(ZM1-AM2)m1-RMb M
상기 식에서 개별 라디칼은 하기와 같이 정의된다:
RMa 및 RMb는 각각 독립적으로 P, P-Sp-, H, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN 또는 SF5이거나, 1 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬이되, 여기서 하나 이상의 비인접 CH2 기는 각각 독립적으로 산소 및/또는 황 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R00)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 수소 원자는 F, Cl, Br, I, CN, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있되, RMa 및 RMb 중 하나 이상은 P 또는 P-Sp- 기이거나 이를 갖고, 바람직하게는 RMa 및 RMb는 각각 독립적으로 P, P-Sp-, H, 할로겐, SF5, NO2, 알킬, 알킬렌 또는 알킨일 기이되, 바람직하게는 RMa 및 RMb 중 하나 이상은 P 또는 P-Sp- 기이거나 이를 갖고;
P는 중합성 기이고;
Sp는 스페이서 기 또는 단일 결합이고;
AM1 및 AM2는 각각 독립적으로 바람직하게는 4 내지 25개의 고리 원자를 갖는 방향족, 헤테로방향족, 지방족고리 또는 헤테로고리 기이되, 융합된 고리를 가질 수 있고, 임의적으로 L로 일치환 또는 다치환될 수 있고;
L은 P, P-Sp-, OH, CH2OH, F, Cl, Br, I, -CN, -NO2, -NCO, -NCS, -OCN, -SCN, -C(=O)N(Rx)2, -C(=O)Y1, -C(=O)Rx, -N(Rx)2 또는 임의적으로 치환된 실릴이거나, 6 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 임의적으로 치환된 아릴이거나, 1 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 알콕시, 알킬카보닐, 알콕시카보닐, 알킬카보닐 옥시 또는 알콕시카보닐이거나, 2 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 알켄일 또는 알킨일이되, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있고, L은 바람직하게는 P, P-Sp-, H, OH, CH2OH, 할로겐, SF5, NO2, 알킬, 알켄일 또는 알킨일 기이고;
Y1은 할로겐, 바람직하게는 F이고;
ZM1은 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -SCH2-, -CH2S-, -CF2O-, -OCF2-, -CF2S-, -SCF2-, -(CH2)n1-, -CF2CH2-, -CH2CF2-, -(CF2)n1-, -CH=CH-, -CF=CF-, -C≡C-, -CH=CH-, -COO-, -OCO-CH=CH-, CR0R00 또는 단일 결합이고;
R0 및 R00은 각각 독립적으로 H이거나 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬이고;
Rx는 P, P-Sp-, H 또는 할로겐이거나, 1 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 고리 알킬이되, 하나 이상의 비인접 CH2 기는 산소 및/또는 황 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 F, Cl, P 또는 P-Sp-로 대체될 수 있거나, Rx는 6 내지 40개의 탄소 원자를 갖는 임의적으로 치환된 아릴 또는 아릴옥시 기이거나, 2 내지 40개의 탄소 원자를 갖는 임의적으로 치환된 헤테로아릴 또는 헤테로아릴옥시 기이고;
m1은 0, 1, 2, 3 또는 4이고;
m2는 1, 2, 3 또는 4이되,
존재하는 RMa, RMb 및 치환기 L로부터의 하나 이상, 바람직하게는 1, 2 또는 3개의 치환기, 보다 바람직하게는 1 또는 2개의 치환기는 P 또는 P-Sp- 기이거나 하나 이상의 P 또는 P-Sp- 기를 갖는다.
Rma 및 Rmb 중 하나 또는 둘다가 P 또는 P-Sp-인 화학식 M의 화합물이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 액정 매질에 사용하기에 적합하고 바람직한 RM은 예컨대 하기 화학식의 화합물로부터 선택된다:
Figure 112020068120766-pct00026
Figure 112020068120766-pct00027
Figure 112020068120766-pct00028
Figure 112020068120766-pct00029
Figure 112020068120766-pct00030
상기 식에서, 개별 라디칼은 하기 정의된다:
P1 내지 P3은 각각 독립적으로 중합성 기, 바람직하게는 상기 및 하기 P에 대해 특정된 정의 중 하나를 갖는 중합성 기, 보다 바람직하게는 아크릴레이트, 메트아크릴레이트, 플루오로아크릴레이트, 옥세탄, 비닐옥시 또는 에폭시 기이고;
Sp1 내지 Sp3은 각각 독립적으로 단일 결합 또는 스페이서 기이되, 바람직하게는 상기 및 하기 제시된 Sp의 정의 중 하나를 갖고, 보다 바람직하게는 -(CH2)p1-, -(CH2)p1-O-, -(CH2)p1-CO-O- 또는 -(CH2)p1-O-CO-O-이되, 여기서 p1은 1 내지 12의 정수이고, 상기 후자의 기에서 인접 고리에 대한 결합은 산소 원자를 통해 일어나고, 여기서 P1-Sp1-, P2-Sp2- 및 P3-Sp3- 라디칼 중 하나는 Raa일 수 있고;
Raa는 H, F, Cl 또는 CN이거나, 1 내지 25개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬이되, 하나 이상의 비인접 CH2 기는 각각 독립적으로 산소 및/또는 황 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 C(R0)=C(R00)-, -C≡C-, -N(R0)-, -O-, -S-, -CO-, -CO-O-, -O-CO- 또는 -O-CO-O-로 대체될 수 있고, 하나 이상의 수소 원자는 F, Cl, CN 또는 P1-Sp1-이거나, Raa는 보다 바람직하게는 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄인 임의적으로 일불화 또는 다불화된 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 알킬카보닐옥시이고(여기서 상기 알켄일 및 알킨일 라디칼은 2개 이상의 탄소 원자를 갖고, 분지쇄 라디칼은 3개 이상의 원자를 가짐);
R0 및 R00은 동일하거나 상이하게 각각의 경우 각각 독립적으로 H이거나 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 알킬이고;
Ry 및 Rz는 독립적으로 H, F, CH3 또는 CF3이고;
Z1는 -O-, -CO-, -C(RyRz)- 또는 -CF2CF2-이고;
Z2 및 Z3은 각각 독립적으로 -CO-O-, -O-CO-, -CH2O-, -OCH2-, -CF2O-, -OCF2- 또는 -(CH2)n-이되, n은 2, 3 또는 4이고;
L은 각각의 경우 동일하거나 상이하고 상기 화학식 M에 정의된 의미를 갖고, 바람직하게는 F, Cl 또는 CN이거나, 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄인 임의적으로 일불화 또는 다불화된 알킬, 알콕시, 알켄일, 알킨일, 알킬카보닐, 알콕시카보닐 또는 알킬카보닐옥시, 바람직하게는 F이고;
L' 및 L"은 각각 독립적으로 H, F 또는 Cl이고;
X1 내지 X3은 서로 독립적으로 -CO-O-, -O-CO- 또는 단일 결합이고;
r은 0, 1, 2, 3 또는 4이고;
s는 0, 1, 2 또는 3이고;
t는 0, 1 또는 2이고;
x는 0 또는 1이다.
적합한 중합성 화합물은 예컨대 하기 표 G에 제시되어 있다. 특히 바람직한 반응성 메소젠은 화학식 RM-A RM-B, RM-C, RM-D, RM-E 및 RM-F의 화합물이고 하기 실시예 15, 16 및 22에 각각 제시되어 있다.
적합하고 통상적으로 사용되는 열개시제 또는 광개시제, 예컨대 아조 화합물 또는 유기 과산화물, 예컨대 루퍼록스(Luperox)형 개시제가 반응을 용이하게 하기 위해 매질에 첨가될 수 있다. 또한, 중합에 적합한 조건 및 개시제의 적합한 유형 및 양은 당업계에 공지되어 있고 문헌에 기재되어 있다.
예컨대, 자외선 광으로 중합시, 광개시제는 자외선 복사하에 분해되어 중합 반응을 개시하는 유리 라디칼 또는 이온을 생성한다. 아크릴레이트 또는 메트아크릴레이트 기를 중합하기 위해, 바람직하게는 라디칼 광개시제가 사용된다. 비닐, 에폭사이드 또는 옥세탄 기를 중합하기 위해, 바람직하게는 양이온성 광개시제가 사용된다. 또한, 가열시 분해되어 중합 반응을 개시하는 유리 라다칼 또는 이온을 생성하는 열 중합 개시제가 사용될 수도 있다. 전형적인 라디칼 광개시제는 예컨대 시판되는 이르가큐어(Irgacure: 등록상표), 예컨대 이르가큐어651(바스프(BASF)로부터 이용가능, 2,2-다이메톡시-1,2-다이페닐 에탄-1-온을 함유함), 또는 다로큐어(Darocure: 등록상표)(스위스 바젤 소재의 치바 가이기 아게(Ciba Geigy AG))이다. 전형적인 양이온성 광개시제는 예컨대 UVI 6974(유니언 카바이드(Union Carbide))이다. 추가로 유용한 광개시제는 α-아미노케톤, 예컨대 이르가큐어 907, 쿼마린, 산화 포스핀, 예컨대 이르가큐어 2100, 아실 포스핀, 예컨대 이르가큐어 819를 포함한다.
특정한 양태에서, 첨가되는 중합 개시제, 바람직하게는 광개시제는 하나 이상의 메소젠 중합 개시제, 바람직하게는 하나 이상의 메소젠 광시제, 즉 중합을 개시할 수 있고 자체적으로 이방성 및 메소젠 특성을 갖는 하나 이상의 반응성 화합물을 포함하거나 바람직하게는 이로 이루어진다.
그러나, 특정한 바람직한 양태에 따라, 중합 개시제, 특히 광개시제가 사용되지 않는다. 특정 경우, 이는 VHR을 향상시키고 스위칭 층에서 이온이 생성되는 경향성을 감소시킨다.
우수한 VHR을 유지하고 성취하기 위해, 바람직하게는, 중합의 반응 생성물 중 불순물은 최소로 유지되거나 실질적으로 회피된다. 특히, 잔류하는 바응성 종 및 하전된 오염물은 적절하고 바람직하게는 최소로 유지된다. 예컨대, 자외선 중합이 수행되는 경우, 바람직한 양태에서, 가시광선 스펙트럼에 근접하는 비교적 긴 파장을 갖는 광, 바람직하게는 360 내지 380 nm의 자외선 광이 사용되고, 보다 더 바람직하게는 360 내지 380 nm의 자외선 광이 사용된다. 이러한 방법으로, 성분의 원치않는 광분해 또는 분해가 회피되거나 적어도 최소화될 수 있다. 광개시제가 사용되는 경우, 복사 파장 및 광개시제는 적절히 조화되거나 조정될 수 있다. 광개시제가 사용되지 않는 다른 경우, 이는 일부 양태에서 바람직한데, 파장 범위는 적어도 일부의 중합성 화합물이 광반응을 겪고 이들 자체에 의한 중합 반응을 개시할 수 있는 한편, 또한 액정 매질의 비반응성 성분의 열화 또는 분해가 회피되거나 적어도 최소화될 수 있도록 조정될 수 있다. 목적 파장 범위를 얻고 설정하는 것은 통상적인 방법에 의해, 예컨대 광학 필터, 특히 엣지(edge) 필터를 사용함으로써 성취될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 매질은 상기 매질에 상기 및 하기 제시되는 하나 이상의 중합성 화합물을 제공함으로써 동일반응계(in situ)에 중합체 구조를 생성하는데 바람직하게 사용될 수 있음이 밝혀졌다.
매질 중 중합성 화합물은 중합 후 안정한 계가 수득되도록, 예컨대 추가의 가공 단계, 예컨대 가열 단계에서 안정하여 우수한 VHR이 유지될 수 있도록 선택될 수 있다.
하나의 양태에서, 본 발명에 따른 매질은 중합체 성분, 특히 중합체 네트워크를 추가로 포함할 수 있고, 여기서 바람직하게는 중합체 성분은 상기 및 하기 제시된 하나 이상의 중합성 화합물을 중합함으로써 수득되거나 수득가능하다.
중합체 성분의 제공은 액정 매질의 하나 이상의 상태 또는 상을 안정화시키는데 유용할 수 있다.
바람직하게는, 중합체 성분은 매질의 총 함량을 기준으로 10 중량% 이하, 보다 바람직하게는 5 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 2.5 중량% 이하, 특히 바람직하게는 1.25 중량% 이하의 양으로 매질에 함유된다.
바람직하게는, 중합체 성분은 매질의 총 함량을 기준으로 0.1 내지 10 중량%의 양으로 매질에 함유된다.
매질에서, 특히 본 발명에 따른 CLC 매질에서, 중합체 성분은 유리한 특성에 기여할 수 있다. 예컨대, 중합체 성분은 상당히 더 안정한 분산 특성, 예컨대 다도메인 상태에 기여함으로써, 이러한 산란 상태가 전압의 갱신 또는 재인가 없이 더 연장된 시간 동안, 특히 수일까지 유지될 수 있게 한다. 또한, CLC 매질에서, 본 발명에 따라 바람직하게 제공되는 중합체 성분은 산란 효율 및 외관, 예컨대 균일성 및 시야각 의존성에 바람직하게 영향을 줄 수 있다. 이에 의해, 사선 시야각하에 발생하는 색상 효과가 현저히 감소될 수 있다.
특히 바람직한 양태에서, 액정 매질은 중합체 성분을 포함하되, 여기서 중합체 성분은 반응성 메소젠의 중합에 의해 수득되는 중합체 네트워크를 포함하고, 상기 반응성 메소젠은 바람직하게는 아크릴레이트 기, 특히 바람직하게는 모노아크릴레이트 기, 다이아크릴레이트 기 또는 트라이아크릴레이트 기, 비닐 에터 기 및 에폭사이드 기로부터 선택되는 하나 이상의 기를 함유한다. 본원에 사용되는 아크릴레이트 기를 함유하는 화합물은 아크릴산 단량체, 메트아크릴산 단량체 및 상기 단량체들의 혼합물을 포함한다.
중합은 통상적인 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 중합은 하나 이상의 단계로 수행될 수 있다. 특히, 중합성 화합물의 중합은 바람직하게는 열 또는 화학선 복사에 대한 노출에 의해 성취되는데, 상기 화학선 복사는 광, 예컨대 자외선 광, 가시광 또는 적외선 광에 의한 복사, X-선 또는 감마 선에 의한 복사 또는 고에너지 입자, 예컨대 이온 또는 전자에 의한 복사를 의미한다. 바람직한 양태에서, 유리 라디칼 중합이 수행된다.
중합은 적합한 온도에서 수행될 수 있다. 하나의 양태에서, 중합은 메소젠 혼합물의 등명점 미만의 온도에서 수행된다. 그러나, 다른 양태에서, 등명점에서 또는 등명점 초과에서 중합을 수행할 수 있다.
하나의 양태에서, 중합은 광복사, 즉 광, 바람직하게는 자외선 광에 의해 수행된다. 화학선 복사의 공급원으로서 예컨대 자외선 램프 또는 자외선 램프 세트가 사용될 수 있다. 고출력 램프를 사용할 때, 경화 시간이 감소될 수 있다. 광복사를 위한 또 다른 공급원은 레이저, 예컨대 자외선 레이저, 가시광 레이저 또는 적외선 레이저이다.
바람직한 양태에서, 중합은 키랄 액정 호스트 혼합물, 바람직하게는 적합한 광개시제와 함께 1반응성 및 2반응성 화합물을 포함하는 혼합물에 하나 이상의 중합성 화합물을 첨가하고, 상기 중합성 화합물을 예컨대 자외선 복사에 노출시킴으로써 중합함에 의해 수행된다.
바람직하게는, 중합은 키랄 액정 호트 혼합물의 선결된 상태에서 유지된 전자 광학 셀에서 수행된다. 바람직한 양태에서, 중합, 바람직하게는 자외선 광을 사용하는 중합은 매질이 호메오트로픽 상태일 때 수행되고, 여기서 전형적으로 및 바람직하게는 전기장이 인가된다.
매질은 추가적인 화합물, 예컨대 하나 이상의 다색성 염료, 특히 하나 이상의 2색성 염료, 및/또는 기타 통상적이고 적합한 첨가제를 바람직하게는 0.01 내지 25 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%의 양으로 함유할 수 있다.
다색성 염료는 바람직하게는 이색성 염료이고, 예컨대 아조 염료, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 피로메텐 염료, 말로논니트릴 염료, 릴렌(rylene), 특히 페릴렌 및 테릴렌, 티아다이아졸 염료, 티에노티아다이아졸 염료, 벤조티아다이아졸, 피로메텐 및 다이케토피롤로피롤로부터 선택된다. 아조 화합물, 안트라퀴논, 벤조티아다이아졸, 특히 WO　2014/187529에 기재된 것, 다이케토피롤로피롤, 특히 WO 2015/090497에 기재된 것, 및 릴렌, 특히 WO 2014/090373에 기재된 것이 특히 바람직하다.
그러나, 바람직하게는 스위칭 층은 어떠한 염료도 포함하지 않는데, 이는 투명 상태에서 더 높은 투과도를 제공하고 무색 또는 백색의 외관을 제공한다.
또한, 특정 양태에서, 본 발명에 따른 스위칭 층은 윈도우 소자에서 게스트-호스트 액정 매질을 포함하는 또다른 스위층 층과 조합되어 광의 통과를 제어하고 조절한다. 각각의 스위칭 층은 예컨대 하나 이상의 상호 인접하는 기판 또는 시트(sheet), 창유리 또는 패널을 사용하여 적절히 분리될 수 있다.
본 발명에 따라, 액정 매질은 상기 및 하기 제시된 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 상기 매질의 총 함량을 기준으로 15 중량% 이상, 바람직하게는 20 중량% 이상, 보다 바람직하게는 25 중량% 이상, 보다 더 바람직하게는 30 중량% 이상, 특히 35 중량% 이상의 양으로 함유한다.
하나의 양태에서, 하나 이상의 화학식 I의 화합물은 매질의 총 함량을 기준으로 15 내지 75 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 65 중량%, 보다 더 바람직하게는 20 내지 55 중량%, 특히 25 내지 50 중량%의 양으로 상기 매질에 함유된다.
따라서, 본 발명에 따른 매질은 하나 이상의 화학식 I의 화합물을 포함한다. 그러나, 다수의 경우, 2 또는 3개 이상의 화학식 I의 화합물이 매질에 함유되는 것이 유익할 수 있다.
바람직하게는, 화학식 I에 정의된 기
Figure 112020068120766-pct00031
는
Figure 112020068120766-pct00032
이다.
또다른 양태에서, 화학식 I에 정의된 n은 0이다.
바람직한 양태에서, 하나 이상의 화학식 I의 화합물은 하기 화학식 Ia, Ib 및 Ic, 보다 바람직하게는 하기 화학식 Ia 및 Ib의 화합물로부터 선택된다:
Figure 112020068120766-pct00033
상기 식에서,
R1 및 R2는 서로 독립적으로 F, Cl, CF3 또는 OCF3이거나, 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일(비치환되거나 CN 또는 CF3으로 일치환되거나 할로겐으로 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기는 각각의 경우 서로 독립적으로 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있음)이고, 바람직하게는 F, CF3 또는 OCF3이거나, 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일이고;
L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H이거나, F, Cl 및 Br, 바람직하게는 F 및 Cl로부터 선택되는 할로겐이고, 보다 바람직하게는 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F이다.
화학식 I의 페닐렌 고리가 치환기가 F인 것으로 치환되고 말단 기 R1 및 R2가 Cl을 갖지 않는 경우가 특히 바람직하다.
바람직한 양태에서, 매질에 포함된 Cl-함유 화합물의 양은 제한되는데 상기 매질의 총 함량을 기준으로 바람직하게는 55 중량% 이하, 보다 바람직하게는 40 중량% 이하, 보다 바람직하게는 25 중량% 이하로 제한된다. 특히 바람직한 양태에서, 액정 매질은 Cl-함유 화합물을 함유하지 않는다.
따라서, 하기 및 상기 제시된 화학식 I의 화합물로 이루어진 액정 매질의 성분 중 Cl-함유 화합물의 양은 화학식 I의 화합물의 총 함량을 기준으로 55 중량% 이하, 보다 바람직하게는 40 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 25 중량% 이하로 제한된다. 특히 바람직한 양태에서, 하나 이상의 화학식 I의 화합물은 Cl을 함유하지 않는 화합물로부터 선택된다.
또한, 바람직한 양태에서, 매질에 포함된 -C≡C-함유 화합물, 특히 톨란 화합물의 양은 상기 매질의 총 함량을 기준으로 50 중량% 이하, 보다 바람직하게는 25 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 10 중량% 이하이다.
화학식 I에 따른 고리 A21, A31 및 A41이 하나 이상의 F 치환기를 갖는 것이 더욱 특히 바람직하다. 화학식 I에 따른 고리 A21, A31 및 A41이 합으로 2개 이상의 F를 갖는 것이 더욱 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 매질에서, CN-함유 화합물의 용도는 바람직하게는 75 중량% 이하, 보다 바람직하게는 50 중량% 이하, 보다 더 바람직하게는 25 중량% 이하, 특히 5 중량% 이하로 바람직하고 유리하게 제한되고, 특히 바람직한 양태에서는 완전히 회피된다.
하나 이상의 화학식 I의 화합물 이외에도, 본 발명에 따른 액정 매질은 바람직하게는 하나 이상의 추가의 메소젠 화합물을 함유한다. 이러한 추가적인 화합물은 매질의 바람직한 특성, 예컨대 우수한 VHR 및 바람직한 안정성에 기여하고 이를 유지하는 관점에서 첨가된다.
하나의 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 하기 화학식 II의 화합물을 포함한다:
Figure 112020068120766-pct00034
상기 식에서,
R3 및 R4는 서로 독립적으로 F, CF3, OCF3 또는 CN이거나, 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일(비치환되거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 할로겐으로 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기는 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있음)이고, 바람직하게는 F, CF3, OCF3 또는 CN이거나, 1 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 2 내지 9개의 탄소 원자를 갖는 알켄일이고;
L1, L2 및 L3은 서로 독립적으로 H 또는 F이다.
추가의 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 하기 화학식 III의 화합물을 추가로 포함한다:
Figure 112020068120766-pct00035
상기 식에서,
R5 및 R6은 상기 화학식 II의 R3과 같이 정의되고;
L4 및 L5는 상기 화학식 II의 L1과 같이 정의된다.
매질이 상기 제시된 하나 이상의 화학식 II의 화합물 및 하나 이상의 화학식 III의 화합물을 추가로 포함하는 것이 특히 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 액정 매질은 하나 이상의 하기 화학식 IV의 화합물을 포함한다:
Figure 112020068120766-pct00036
상기 식에서,
R7은 1 내지 15개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일(비치환되거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 할로겐으로 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기는 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있음)이고;
i는 0, 1 또는 2이고;
L6 및 L7은 서로 독립적으로 H 또는 F이고;
X1은 F, CF3, OCF3 또는 CN이다.
화학식 II의 화합물은 바람직하게는 1 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 총 농도로 매질에 사용된다.
화학식 III의 화합물은 바람직하게는 1 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 총 농도로 매질에 사용된다.
화학식 IV의 화합물은 바람직하게는 1 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 25 중량%의 총 농도로 매질에 사용된다.
매질이 상기 및 하기 제시된 하나 이상의 화학식 I의 화합물, 하나 이상의 화학식 II의 화합물, 하나 이상의 화학식 III의 화합물 및 하나 이상의 화학식 IV의 화합물을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
특히 바람직한 양태에서, 하나 이상의 화학식 I의 화합물 중 하나 이상은 하기 화학식 I-1 및 I-2의 화합물로부터 선택된다:
Figure 112020068120766-pct00037
상기 식에서,
R1 및 R2는 상기 화학식 Ia에 대해 정의된 바와 같고;
L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 H 또는 F이다.
임의적으로, 본 발명에 따른 매질은 물리적 특성을 조정하기 위한 추가의 액정 화합물을 포함할 수 있다. 이러한 화합물은 당업계에 공지되어 있다. 본 발명에 따른 매질 중 액정 화합물에 임의적으로 추가로 포함되는 이러한 화합물의 농도는 바람직하게는 0 내지 30 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 20 중량%, 가장 바람직하게는 1 내지 15 중량%이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 매질은
- PGP-n-m, PGP-n-mV, PGU-n-F, PGIGI-n-F, GGP-n-F, GGP-n-Cl, 특히 GGP-5-Cl, CPGP-n-m, CPGP-n-OT, CPGU-n-OT, DPGU-n-F; 및/또는
- CPP-n-m, CPG-n-F, CGU-n-F, BCH.n.F.F.F., 특히 BCH.7.F.F.F; 및/또는
- CP-n-m, CP-n-N; 및/또는
- 하나 이상의 화학식 R-5011 또는 S-5011의 화합물; 및/또는
- 하나 이상의 반응성 중합성 화합물; 및/또는
- 하나 이상의 중합 개시제
중 하나 이상의 화합물을 포함하되, 각각의 약어 또는 두문자어(acronym)의 의미 및 구조는 하기 표에 설명되고 예시된다.
본 발명에 따른 액정 매질은 추가의 첨가제를 통상적인 농도로 함유할 수 있다. 이러한 추가의 성분의 총 농도는 전체 혼합물을 기준으로 0 내지 10%, 바람직하게는 0.1 내지 6%이다. 각각 사용되는 개별 화합물의 농도는 0.1 내지 3%이다. 상기 및 이와 유사한 첨가제의 농도는 본원에서 액정 매질의 액정 성분 및 화합물의 농도 값 및 범위로 고려되지 않는다. 또한, 이는 혼합물이 임의적으로 사용되는 이색성 염료의 농도를 포괄하고, 이는 호스트 혼합물의 화합물 또는 성분의 농도가 특정될 때에는 계수되지 않는다. 각각의 첨가제의 농도는 항상 최종의 도핑된 혼합물을 기준으로 제시된다.
본 발명에 따른 액정 매질은 수개, 바람직하게는 3 내지 30개, 보다 바람직하게는 4 내지 20개, 가장 바람직하게는 4 내지 16개의 화합물로 이루어진다. 이러한 화합물은 통상적인 방법으로 혼합된다. 원칙적으로, 더 소량으로 사용되는 양의 화합물이 더 다량으로 사용되는 화합물에 용해된다. 온도가 더 고농도로 사용되는 화합물의 등명점보다 높은 경우, 용해 과정의 완결을 관찰하는 것이 특히 용이하다. 그러나, 다른 통상적인 방법에 의해, 예컨대 이른바 예비-혼합물(pre-mixture)(예컨대 화합물의 동종 또는 공융 혼합물)을 사용하거나 이른바 멀티-보틀(multi-bottle) 시스템(이의 성분은 그 자체로 즉석 사용가능한 혼합물임) 을 사용하여 제조될 수 있다.
전술 및 후술된 메소젠 화합물 또는 혼합물 중 다수는 시판된다. 이러한 화합물은 공지되어 있거나, 문헌(예컨대 표준서, 예컨대 문헌[Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie [Methods of Organic Chemistry], Georg-Thieme-Verlag, Stuttgart])에 자체적으로 공지되어 있는 방법에 의해, 반응에 대해 공지되어 있고 적합한 반응 조건하에 정밀하게 제조될 수 있다. 또한, 자체적으로 공지되어 있는 변형도 수행될 수 있지만, 본원에서 더 자세한 언급은 생략한다. 본 발명에 따른 매질은 자체적으로 통상적인 방법으로 제조된다. 일반적으로, 성분은 또다른 성분에 바람직하게는 승온에서 용해된다. 적합한 첨가제 또는 물질이 유전 이방성, 점도 및/또는 액정 상의 정렬을 개질하기 위해 첨가될 수 있다.
매질은 통상적인 첨가제, 예컨대 안정화제, 항산화제, 유리 라디칼 소거제, 연쇄 이동제, 예컨대 티오에터, 및/또는 가소제를 추가로 포함할 수 있다.
특히 중합 또는 중합체 안정화 후 상태에서, 수득되는 제품 또는 장치의 균질한 외관을 추가로 향상시키고, 상대적으로 대형의 장치, 예컨대 대형 윈도우에서의 사용을 위해, 거시적 규모, 즉 육안으로 볼 수 있는 규모에서 균질한 중합에 기여하는 첨가제를 첨가하는 것이 유익할 수 있다. 따라서, 바람직한 양태에서, 하기 표 E에 제시된 하나 이상의 안정화제 및/또는 하나 이상의 계면활성제, 특히 하기 표 H에 제시된 하나 이상의 계면활성 화합물이 액정 매질에 바람직하게는 5 내지 100,000 ppm의 농도로 첨가된다.
이와 관련하여, 당업계에 공지되어 있는 계면활성제, 예컨대 음이온성 계면활성제(예를 들어 나트륨 라우릴 설페이트, 설포네이트, 포스페이트 및 카복실레이트 계면활성제), 양이온성 계면활성제(예를 들어 2차 또는 3차 아민 및 4차 암모늄염 계면활성제), 양쪽이온성 계면활성제(예를 들어 베타인, 설타인 및 인지질 계면활성제), 및 비이온성 계면활성제(예를 들어 장쇄 알코올 및 페놀, 에터 또는 아미드 비이온성 계면활성제, 특히 알킬 폴리에스터 및 폴리에톡시 알코올)가 사용될 수 있다. 음이온성 계면활성제를 사용함이 바람직하다. 특히 바람직한 계면활성제는 폴리에톡시화된 비이온성 계면활성제, 유기실리콘, 예컨대 폴리에터실록산 및 폴리에터 실록산 공중합체, 개질된 폴리다이메틸실록산, 예컨대 BYK-310(BYK), 실리콘 아크릴레이트, 예컨대 테고 라드(TEGO Rad) 2500(에보닉(Evonik)), 폴록사머 공중합체, 바람직하게는 폴리에틸렌 산화물과 폴리프로필렌 산화물의 단위를 포함하는 공중합체, 및 불소계 계면활성제로부터 선택된다.
본 발명에 따른 "알킬"은 바람직하게는 1 내지 7개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 및 분지쇄 알킬 기, 특히 직쇄 기 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실 및 헵틸을 포괄한다. 2 내지 5개의 C 원자를 갖는 기가 일반적으로 바람직하다.
"알콕시"는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 바람직하게는 직쇄이고 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 7개의 탄소 원자를 갖고, 이에 따라 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, 특히 직쇄 기 알켄일 기를 포괄한다. 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 "불화된 알콕시"는 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 및 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 양태에서 플루오로알킬은 말단 불소를 갖는 직쇄 기, 즉 플루오로메틸, 2-플루오로에틸, 3-플루오로프로필, 4-플루오로부틸, 5-플루오로펜틸, 6-플루오로헥실 및 7-플루오로헵틸을 포괄한다. 그러나, 불소의 다른 위치가 불가능한 것은 아니다.
"옥사알킬"은 화학식 CnH2n+1-O-(CH2)m(상기 식에서, n 및 m은 각각 서로 독립적으로 1 내지 6이고, 바람직하게는 n은 1이고 m은 1 내지 6임)의 직쇄 기를 포괄한다.
"옥사알킬"은 바람직하게는 직쇄 2-옥사프로필(즉 메톡시메틸), 2-(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 기 중 하나가 알킬 기(하나의 CH2 기가 -CH=CH-로 대체됨)인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 10개의 탄소 원자를 갖는다. 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, 데크-1-, -2-, -3-, -4-, -5-, -6-, -7-, -8- 또는 데크-9-엔일이다.
전술된 기 중 하나가 알킬 기(하나의 CH2 기가 -O-로 대체되고 하나가 -CO-로 대체됨)인 경우, 이느 바람직하게는 인접한다. 따라서, 이는 아실옥시 기 -CO-O- 또는 옥시카보닐 기 -O-CO-를 갖는다. 이는 바람직하게는 직쇄이고 2 내지 6개의 탄소 원자를 갖는다.
따라서, 이는 특히 아세틸옥시, 프로피오닐옥시, 부티릴옥시, 펜타노일옥시, 헥사노일옥시, 아세틸옥시메틸, 프로피오닐옥시메틸, 부티릴옥시메틸, 펜타노옥시메틸, 2-아세틸옥시에틸, 2-프로피오닐옥시에틸, 2-부티릴옥시에틸, 3-아세틸옥시프로필, 3-프로피오닐옥시프로필, 4-아시틸옥시부틸, 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 기 중 하나가 알킬 기(하나의 CH2 기가 비치환되거나 -CH=CH-로 치환되고 인접한 CH2 기가 CO, CO-O 또는 O-CO로 대체됨)인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 직쇄이고 4 내지 13개의 탄소 원자를 갖는다. 따라서, 이는 특히 아크릴로일옥시메틸, 2-아크릴로일옥시에틸, 3-아크릴로일옥시프로필, 4-아크릴로일옥시부틸, 5-아크릴로일옥시펜틸, 6-아크릴로일옥시헥실, 7-아크릴로일옥시헵틸, 8-아크릴로일옥시옥틸, 9-아크릴로일옥시노닐, 10-아크릴로일옥시데실, 메트아크릴로일옥시메틸, 2-메트아크릴로일옥시에틸, 3-메트아크릴로일옥시프로필, 4-메트아크릴로일옥시부틸, 5-메트아크릴로일옥시펜틸, 6-메트아크릴로일옥시헥실, 7-메트아크릴로일옥시헵틸, 8-메트아크릴로일옥시옥틸 또는 9-메트아크릴로일옥시노닐이다.
전술된 기 중 하나가 CN 또는 CF3으로 일치환된 알킬 또는 알켄일 기인 경우, 상기 기는 바람직하게는 직쇄이다. CN 또는 CF3으로의 치환은 임의의 위치이다.
전술된 기 중 하나가 할로겐으로 적어도 일치환된 알킬 또는 알켄일 기인 경우, 상기 기는 바람직하게는 직쇄이고 바람직하게는 F 또는 Cl, 보다 바람직하게는 F이다. 다치환의 경우, 할로겐은 바람직하게는 F이다. 또한, 생성되는 기는 과불화된 기를 포함한다. 일치환의 경우, 플루오로 또는 클로로 치환기는 임의의 목적하는 위치일 수 있되, 바람직하게는 ω-위치이다.
분지쇄 기를 갖는 화합물은 일부 통상적인 액정 매질 베이스 물질 중 더 우수한 용해도에 기인하여 빈번히 중요할 수 있다. 그러나, 이는 광학적으로 활성인 경우에 키랄 도펀트로서 특히 적합하다.
일반적으로, 이러한 유형의 분지쇄 기는 하나 초과의 분지를 갖지 않는다. 바람직한 분지쇄 기는 이소프로필, 2-부틸(즉 1-메틸프로필), 이소부틸(즉 2-메틸프로필), 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 2개 이상의 CH2 기가 -O- 및/또는 -CO-O-로 대체된 알킬 기인 경우, 이는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 이는 바람직하게는 분지쇄이고 3 내지 12개의 탄소 원자를 갖는다. 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.
본 발명의 또다른 양상에서, 스위칭 층이 제공되고, 이는 본 발명에 따른 매질을 포함한다.
본 발명에 따른 스위칭 층은 바람직하게는 0.5 내지 100 μm, 보다 바람직하게는 1 내지 50 μm, 보다 더 바람직하게는 2 내지 25 μm, 특히 4 내지 15 μm의 두께를 갖는다.
또한, 조합된 2개 이상의 층을 예컨대 윈도우 소자에 제공할 수 있고, 여기서 상기 층은 기판 또는 적합한 시트, 창유리 또는 패널에 의해 분리된다.
본 발명에 따라, 또한, 스위칭 소자가 제공되고, 이는 본 발명에 따른 스위층 층을 포함한다. 특히, 상기 스위칭 층은 2개의 기판들 사이에 정렬된다.
기판은 유리 또는 중합체, 특히 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리비닐부틸렌(PVB), 폴리메틸 메트아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), COP(고리 올레핀 중합체) 또는 TAC(트라이아세틸셀룰로스)를 포함하거나, 바람직하게는 이로 이루어질 수 있다.
스위칭 소자는 특히 스위칭 층을 광학적 투과성 또는 투명 상태와 분산 상태간 스위칭함으로써 광의 통과에 영향을 줄 수 있다.
본 발명에 따른 광학적 투과 상태에서, 스위칭 소자는 ASTM D 1003에 따라 측정된 바람직하게는 20% 미만, 보다 바람직하게는 15% 미만, 보다 바람직하게는 10% 미만, 특히 5% 미만의 탁도를 갖는다.
본 발명에 따른 산란 상태에서, 스위칭 소자는 ASTM D 1003에 따라 측정된 75% 초과, 보다 바람직하게는 85% 초과, 보다 더 바람직하게는 90% 초과의 탁도를 갖는다. 산란 상태에서, 본 발명에 따른 스위칭 소자가 ASTM D 1003에 따라 측정된 95% 이상의 탁도를 갖는 것이 특히 바람직하다.
탁도 측정을 위해, BYK-가드너(BYK-Gardner)에 의해 제조된 탁도계가 사용될 수 있다. 또한, 스펙트럼 광 측정기를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 소자는 자외선 광을 차단하는 바람직하게는 하나 이상의 층을 포함한다. 특히, 이는 350 nm 미만, 바람직하게는 360 nm 미만에 이르고, 특히 바람직하게는 380 nm 미만에 이르는 파장을 갖는 광의 통과를 허용하지 않거나 매우 작은 비율로만 허용하는 하나 이상의 층을 바람직하게 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 스위칭 층 또는 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자에 관한 것이다. 윈도우 소자는 몇몇 윈도우 적용례에서 예컨대 사생활 보호 또는 눈부심 방지를 제공하는데 유용할 수 있다. 윈도우 소자는 예컨대 스위칭가능한 글레이징(glazing) 단위로서 정렬될 수 있다. 이는 절연된 글레이징 단위에 혼입될 수 있다.
본 발명 및 특히 하기 실시예에서, 메소젠 화합물의 구조는 이른바 두문자어로도 지칭되는 약어에 의해 표시된다. 이러한 두문자어에서, 화학식은 하기 표 A 내지 C를 사용하여 약어화된다. 모든 기 CnH2n+1, CmH2m+1 및 ClH2l+1, 또는 CnH2n-1, CmH2m-1 및 ClH2l-1은 각각 n, m 및 l개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알켄일, 바람직하게는 1-E-알켄일이다. 하기 표 A는 화합물의 중심 구조의 고리 요소에 사용되는 코드를 제시하고, 하기 표 B는 연결 기를 나타낸다. 하기 표 C는 좌측 또는 우측 말단 기의 의미를 제시한다. 두문자어는 임의적인 연결 기를 갖는 고리 요소에 대한 코드 이어서, 제1 하이픈 및 좌측 말단 기에 대한 코드, 및 제2 하이픈 및 우측 말단 기에 대한 코드로 구성된다. 하기 표 D는 화합물의 예시적인 구조를 이의 각각의 약어와 함께 나타낸다.
[표 A]
고리 요소
Figure 112020068120766-pct00038
Figure 112020068120766-pct00039
Figure 112020068120766-pct00040
[표 B]
연결 기
Figure 112020068120766-pct00041
[표 C]
말단 기
Figure 112020068120766-pct00042
상기 표에서, n 및 m은 정수이고, 3개의 점 "..."은 상기 표의 다른 약어를 위한 자리이다.
하기 표 D는 예시적인 구조를 이의 각각의 약어와 함께 나타낸다. 이는 약어에 대한 규칙의 의미를 예시하기 위해 나타낸 것이다. 또한, 이는 바람직하게 사용될 수 있는 화합물을 대표한다.
[표 D]
예시적인 구조
Figure 112020068120766-pct00043
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Figure 112020068120766-pct00060
Figure 112020068120766-pct00061
상기 표에서, n, m 및 l은 바람직하게는 서로 독립적으로 1 내지 7이다.
하기 표 E는 본 발명에 따른 매질에 안정화제로서 사용될 수 있는 예시적인 화합물을 나타낸 것이다.
하기 표 E는 본 발명에 따른 액정 매질에 첨가될 수 있는 안정화제를 나타낸 것이고, 여기서 n은 1 내지 12, 바람직하게는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8이고, 말단 메틸 기는 나타내지 않았다.
[표 E]
Figure 112020068120766-pct00062
Figure 112020068120766-pct00063
Figure 112020068120766-pct00064
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액정 매질은 바람직하게는 0 내지 10 중량%, 특히 1 ppm 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 1 ppm 내지 1 중량%의 안정화제를 포함한다.
하기 표 F는 본 발명에 따른 메소젠 매질에 키랄 도펀트로서 바람직하게 사용될 수 있는 예시적인 화합물을 나타낸 것이다.
[표 F]
Figure 112020068120766-pct00068
Figure 112020068120766-pct00069
Figure 112020068120766-pct00070
Figure 112020068120766-pct00071
본 발명에 따른 바람직한 양태에서, 메소젠 매질은 상기 표 F에 나타낸 화합물로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 메소젠 매질은 상기 표 D 내지 F에 나타낸 화합물로부터 선택되는 2개 이상, 바람직하게는 4개 이상의 화합물을 포함한다.
하나의 양태에서, 본 발명에 따른 액정 매질은 표 D에 나타낸 바람직하게는 3개 이상, 보다 바람직하게는 5개 이상의 화합물을 포함한다.
하기 표 G는 본 발명에 따른 액정 매질에 바람직하게는 반응성 메소젠 화합물로서 사용될 수 있는 나열한 것이다. 바람직하게는, 개시제 또는 2개 이상의 개시제의 혼합물이 중합을 위해 첨가된다. 개시제 또는 개시제 혼합물은 혼합물을 기준으로 바람직하게는 0.001 내지 2 중량%의 양으로 첨가된다. 적합한 개시제는, 예컨대 이르가큐어(등록상표) 651(바스프)이다.
[표 G]
Figure 112020068120766-pct00072
Figure 112020068120766-pct00073
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본 발명의 바람직한 양태에서, 메소젠 매질은 상기 표 G로부터의 화합물 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
본 발명에 따른 액정 매질은 표 D의 화합물 군, 보다 바람직하게는 표 D의 화합물 군으로부터 선택되는 3개 이상의 상이한 화학식의 화합물로부터 선택되는 바람직하게는 4개 이상, 보다 바람직하게는 6개 이상, 보다 더 바람직하게는 7개 이상, 특히 바람직하게는 8개 이상의 화합물을 포함한다. 매질이 표 E의 화합물 군으로부터 선택되는 1 또는 2개 이상의 화합물을 추가적으로 함유하는 것이 특히 바람직하다. 보다 더 바람직하게는, 매질은 표 G의 화합물 군으로부터 선택되는 1 또는 2개 이상의 화합물을 함유한다.
하기 표 H는 본 발명에 따른 메소젠 매질에 추가 또는 대체 첨가제로서 바람직하게 사용될 수 있는 예시적인 화합물을 나타낸 것이다.
[표 H]
Figure 112020068120766-pct00090
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상기 표에서, Ra는 앵커 기(anchor group), 바람직하게는 화학식
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의 기이되, 여기서 R22는 H, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, tert-부틸, CH2CH2-tert-부틸 또는 n-펜틸, 바람직하게는 H이고, R1은 1 내지 8개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시, 바람직하게는 C2H5, n-C3H7, n-C4H9, n-C5H11, n-C6H13 또는 n-C7H15, 가장 바람직하게는 n-C5H11이다.
하기 실시예는 단지 본 발명의 예시일 뿐이고, 본 발명의 범주를 어떻게든 한정하는 것으로 여겨져서는 안된다. 실시예 및 변형 또는 이의 등가물은 본 개시에 비추어 당업자에게 자명해질 것이다.
그러나, 하기 나타낸 물리적 특성 및 조성은 성취될 수 있는 특성 및 이들이 개질될 수 있는 범위를 예시한 것이다. 특히, 이에 따라 바람직하게 성취될 수 있는 다양한 특성의 조합이 잘 정의된다.
실시예
액정 혼합물 및 복합체 시스템을 하기 제시된 조성 및 특성에 의해 실시하였다. 이의 특성 및 광학적 성능을 조사하였다.
비교 실시예 1
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 비교용 액정 베이스 혼합물 CB-1을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00114
0.9 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아(Merck KGaA)로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 비교용 베이스 혼합물 CB-1에 첨가하여 비교용 콜레스테릭 혼합물 CC-1을 제조하였고, CC-1은 99.08%의 혼합물 CB-1 및 0.92%의 R-5011을 함유하였다.
비교 실시예 2
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 비교용 액정 베이스 혼합물 CB-2를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00115
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 비교용 베이스 혼합물 CB-2에 첨가하여 비교용 콜레스테릭 혼합물 CC-2를 제조하였고, CC-2는 99.57%의 혼합물 CB-2 및 0.43%의 R-5011을 함유하였다.
비교 실시예 3
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 비교용 액정 베이스 혼합물 CB-3을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00116
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 비교용 베이스 혼합물 CB-3에 첨가하여 비교용 콜레스테릭 혼합물 CC-3을 제조하였고, CC-3은 99.46%의 혼합물 CB-3 및 0.54%의 R-5011을 함유하였다.
비교 실시예 4
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 비교용 액정 베이스 혼합물 CB-4를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00117
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 비교용 베이스 혼합물 CB-4에 첨가하여 비교용 콜레스테릭 혼합물 CC-4를 제조하였고, CC-4는 99.62%의 혼합물 CB-3 및 0.38%의 R-5011을 함유하였다.
각각의 비교용 콜레스테릭 혼합물에 대해, VHR을 각각 측정하였다. 또한, 비교용 콜레스테릭 혼합물에 대해, 전술한 근적외선 스펙트럼 측정 방법을 사용하여 20℃에서 선택적 반사 최대 λ최대의 파장을 측정함으로써 피치를 확인하였다.
혼합물을 배향 층(재팬 신테틱 러버(Japan Synthetic Rubber)역평행 러빙(rubbing)된 폴리이미드 AL-1054)이 제공된 전자 광학 셀에 위치시켰다(여기서 액정 혼합물은 23.2 μm의 두께를 가짐). 스펙트럼 광 측정기(람다 1050(Lamda 1050), 퍼킨 엘머(Perkin Elmer)) 및 150 mm 울브리히트 구(Ulbricht's sphere)를 사용하여 ASTM 1003-92에 따라 산란 상태에서 각각의 셀의 탁도를 측정하였다.
하기 표는 얻은 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00118
실시예 1
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-1을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00119
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-1에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-1을 제조하였고, C-1은 99.65%의 혼합물 B-1 및 0.35%의 R-5011을 함유하였다.
VHR, 피치 및 탁도를 상기 비교 실시예에 기재된 바와 같이 측정하고, 하기 값을 얻었다:
VHR: 90%, 피치: 2 μm, 탁한 상태에 대한 전압: 7 V, 탁도: 62%.
상기 혼합물은 저온에서 긴 제품 수명을 나타냈다. 제품 수명은 각각의 온도에서 각각의 샘플을 저장하고 가시적인 결정화 또는 분해가 일어나지 않는 기간을 측정함으로써 측정된다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나태낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00120
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 2
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-2를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00121
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-2에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-2를 제조하였고, C-2는 99.54%의 혼합물 B-2 및 0.46%의 R-5011을 함유하였다.
피치 및 탁도를 상기 비교 실시예에 기재된 바와 같이 측정하고, 하기 값을 얻었다:
피치: 2 μm, 탁한 상태에 대한 전압: 21 V, 탁도: 73%.
상기 혼합물은 셀에 위치될 때 -20℃ 및 심지어 더 저온에서도 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00122
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 3
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-3을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00123
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-3에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-3을 제조하였다.
상기 혼합물은 셀에 위치될 때 -20℃, -30℃, 및 심지어 더 저온에서도 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00124
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 4
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-4를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00125
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-4에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-4을 제조하였고, C-4는 99.65%의 혼합물 B-4 및 0.35%의 R-5011을 함유하였다.
상기 혼합물은 저온에서 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00126
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 5
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-5를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00127
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-5에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-5를 제조하였고, C-5는 99.62%의 혼합물 B-5 및 0.38%의 R-5011을 함유하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 6
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-6을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00128
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-6에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-6을 제조하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 7
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-7을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00129
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-7에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-7을 제조하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 8
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-8을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00130
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-8에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-8을 제조하였고, C-8은 99.51%의 혼합물 B-8 및 0.49%의 R-5011을 함유하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 9
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-9를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00131
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-9에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-9를 제조하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 10
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-10을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00132
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-10에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-10을 제조하였고, C-10은 99.71%의 혼합물 B-10 및 0.29%의 R-5011을 함유하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 11
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-11을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00133
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-11에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-11을 제조하였다.
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 12
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-12를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00134
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-12에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-12를 제조하였다.
상기 혼합물은 셀에 위치될 때 -20℃ 및 심지어 더 저온에서도 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00135
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 13
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-13을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00136
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-13에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-13을 제조하였다.
상기 혼합물은 셀에 위치될 때 -20℃ 및 심지어 더 저온에서도 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00137
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 14
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-14를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00138
2 μm의 피치가 수득되도록, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능한 키랄 도펀트 R-5011을 베이스 혼합물 B-14에 첨가하여 콜레스테릭 혼합물 C-14를 제조하였다.
상기 혼합물은 셀에 위치될 때 -20℃, -30℃, 및 심지어 더 저온에서도 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명 값을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00139
상기 혼합물은 바람직한 전자 광학 성능 및 안정성을 나타냈다.
실시예 15
혼합물 B-1(97.01%, 실시예 1에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.42%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 하기 화학식 RM-A의 화합물(1.25%), 하기 화학식 RM-B의 화합물(0.62%), 하기 화학식 RM-C의 화합물(0.62%)과 하기 화학식 IRG의 광개시제 이르가큐어(등록상표) 651(0.08%, 스위스 소재의 치바로부터 이용가능, 이후 IRG-651로 약칭)을 혼합함으로써, 콜레스테릭 혼합물 C-15를 제조하였다.
Figure 112020068120766-pct00140
Figure 112020068120766-pct00141
Figure 112020068120766-pct00142
Figure 112021139865458-pct00143
IRG-651
혼합물 C-15의 수득된 피치는 1.84 μm였다.
혼합물 C-15를 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 97.9%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 5.4%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 16
혼합물 B-1(98.28%, 실시예 1에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.42%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 하기 화학식 RM-D의 화합물(0.63%), 하기 화학식 RM-E의 화합물(0.63%), IRG-651(0.04%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-16을 제조하였다.
Figure 112020068120766-pct00144
Figure 112020068120766-pct00145
혼합물 C-16의 수득된 피치는 1.84 μm였다.
혼합물 C-16을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 98%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 4%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 17
혼합물 B-12(98.28%, 실시예 12에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.42%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 화학식 RM-D의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것), 화학식 RM-E의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것)과 IRG-651(0.04%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-17을 제조하였다.
혼합물 C-17의 수득된 피치는 1.84 μm였다.
혼합물 C-17을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 94.4%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 2.3%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 18
혼합물 B-4(98.28%, 실시예 4에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.42%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 화학식 RM-D의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것), 화학식 RM-E의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것)과 IRG-651(0.04%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-18을 제조하였다.
혼합물 C-18의 수득된 피치는 1.84 μm였다.
혼합물 C-18을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 95.7%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 2.6%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 19
혼합물 B-14(98.28%, 실시예 14에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.42%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 화학식 RM-D의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것), 화학식 RM-E의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것)과 IRG-651(0.04%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-19를 제조하였다.
혼합물 C-19의 수득된 피치는 1.84 μm였다.
혼합물 C-19를 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 96.7%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 3.3%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 20
혼합물 B-13(98.28%, 실시예 13에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.42%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 화학식 RM-D의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것), 화학식 RM-E의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것)과 IRG-651(0.04%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-20을 제조하였다.
혼합물 C-20의 수득된 피치는 1.84 μm였다.
혼합물 C-20을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 96.7%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 2.5%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 21
혼합물 B-1(91.12%, 실시예 13에 기재된 것), 키랄 도펀트 CB 15(6.49%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능), 에틸렌글리콜(2.37%), 화학식 RM-E의 화합물(0.63%, 실시예 16에 나타낸 것)과 IRG-651(0.02%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-21을 제조하였다.
혼합물 C-21을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 25 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 95.1%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 4.3%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 22
혼합물 B-4(98.61%, 실시예 4에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.64%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 하기 화학식 RM-F의 화합물(0.75%)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-22를 제조하였다.
Figure 112020068120766-pct00146
광개시제는 첨가하지 않았다. 혼합물 C-22의 수득된 피치는 1.1 μm였다.
혼합물 C-22를 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 15 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프(cut-off) 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 95%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 2.1%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 23
혼합물 B-4(98.68%, 실시예 4에 기재된 것), 키랄 도펀트 R-5011(0.57%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-23을 제조하였다.
광개시제는 첨가하지 않았다. 혼합물 C-23의 수득된 피치는 1.24 μm였다.
혼합물 C-23을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 18 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 97%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 3.5%의 탁도 값을 수득하였다.
실시예 24
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-24를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00147
혼합물 B-24(98.61%), 키랄 도펀트 R-5011(0.64%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-24를 제조하였다.
혼합물 C-24를 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 20 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다.
실시예 25
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-25를 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00148
상기 혼합물은 셀에 위치될 때 -20℃, -30℃, 및 심지어 더 저온에서도 긴 제품 수명을 나타냈다. 하기 표는 측정된 제품 수명을 나타낸 것이다.
Figure 112020068120766-pct00149
혼합물 B-25(98.884%), 키랄 도펀트 R-5011(0.366%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-25를 제조하였다.
혼합물 C-25를 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 22.5 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 94.9%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 6.7%의 탁도 값을 수득하였다.
25 mm x 30 mm의 시험 셀은 31.5 V에서 완전히 스위칭되었다.
실시예 26
하기 표에 제시된 조성 및 특성을 갖는 액정 베이스 혼합물 B-26을 제조하고 이의 일반적인 물리적 특성에 대해 특성규명하였다.
Figure 112020068120766-pct00150
혼합물 B-26(98.884%), 키랄 도펀트 R-5011(0.366%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-26을 제조하였다.
혼합물 C-26을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 22.5 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다.
25 mm x 30 mm의 시험 셀은 30.0 V에서 완전히 스위칭되었다.
실시예 27
혼합물 B-4(98.89%), 키랄 도펀트 R-5011(0.36%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-27을 제조하였다.
혼합물 C-27을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 22.5 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 95.4%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 5.5%의 탁도 값을 수득하였다.
25 mm x 30 mm의 시험 셀은 29.0 V에서 완전히 스위칭되었다.
실시예 28
혼합물 B-4(98.92%), 키랄 도펀트 R-5011(0.33%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-28을 제조하였다.
혼합물 C-28을 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 22.5 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 95.0%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 5.2%의 탁도 값을 수득하였다.
25 mm x 30 mm의 시험 셀은 26.0 V에서 완전히 스위칭되었다.
실시예 29
혼합물 B-4(98.95%), 키랄 도펀트 R-5011(0.30%, 독일 다름슈타트 소재의 메르크 카게아아로부터 이용가능)과 화학식 RM-F의 화합물(0.75%, 실시예 22에 나타낸 것)을 혼합함으로써 콜레스테릭 혼합물 C-29를 제조하였다.
혼합물 C-29를 ITO 전극 및 폴리이미드 정렬 층(재팬 신테틱 러버로부터의 AL-1054, 평면형, TN)을 갖는 유리 기판을 갖는 시험 셀(셀 간격 22.5 μm)에 충전하였다.
이어서, 시험 셀을 자외선 광(UVACUBE 2000, 횐레, 9 mW/cm2 광도, 340 nm 컷-오프 필터)으로 10분 동안 조사하는 동안 방형파 전압(70 V, 60 Hz)을 인가함으로써 중합을 수행하였다.
중합 후, 탁도를 측정하였다. 산란(탁한) 상태에서, 94.4%의 탁도 값을 수득하였다. 투명 상태에서, 5.5%의 탁도 값을 수득하였다.
25 mm x 30 mm의 시험 셀은 24.2 V에서 완전히 스위칭되었다.

Claims (16)

  1. 광학적 투과 상태 및 산란 상태로 전기적으로 스위칭가능하고 작동가능한 스위칭 소자를 포함하는 윈도우(window) 소자로서, 상기 스위칭 소자가 2개의 기판 사이에 정렬된 스위칭 층을 포함하고, 상기 스위칭 층이 액정 매질을 포함하며,
    상기 액정 매질이 하나 이상의 하기 화학식 I의 메소젠 화합물(mesogenic compound); 하나 이상의 키랄 화합물; 및 하나 이상의 중합성 화합물을 포함하되,
    상기 하나 이상의 화학식 I의 화합물은 액정 매질의 총 함량을 기준으로 15 중량% 이상의 양으로 액정 매질에 포함되고,
    상기 하나 이상의 중합성 화합물은 액정 매질의 총 함량을 기준으로 10 중량% 이하의 양으로 액정 매질에 포함되는, 윈도우 소자:
    Figure 112024038926424-pct00151

    상기 식에서,
    R1 및 R2는 서로 독립적으로 F, Cl, CF3 또는 OCF3이거나, 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일이되, 비치환되거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 할로겐으로 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기는 각각의 경우 서로 독립적으로 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고;
    Figure 112024038926424-pct00152
    는
    Figure 112024038926424-pct00153

    이고;
    n은 0 또는 1이고;
    Figure 112024038926424-pct00154

    는 서로 독립적으로
    Figure 112024038926424-pct00155

    이되, L은 각각의 경우 동일하거나 상이하게 F, Cl 및 Br로부터 선택되는 할로겐이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정 매질이 0.55 μm 이상의 피치(pitch)를 나타내는, 윈도우 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액정 매질이
    (i) 20℃ 및 589 nm에서 측정된 0.13 이상의 광학 이방성 Δn; 및/또는
    (ii) 98℃ 이상의 등명점
    을 나타내는 윈도우 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 액정 매질이 하기 화학식 II 및 III의 화합물 군으로부터 선택되는 하나 이상의 메소젠 화합물을 추가로 포함하는, 윈도우 소자:
    Figure 112024038926424-pct00156

    상기 식에서,
    R3, R4, R5 및 R6은 서로 독립적으로 F, CF3, OCF3 또는 CN이거나, 1 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 또는 알콕시이거나, 2 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알켄일이되, 비치환되거나, CN 또는 CF3으로 일치환되거나, 할로겐으로 일치환 또는 다치환되고, 하나 이상의 CH2 기는 각각의 경우 서로 독립적으로 산소 원자가 서로 직접 연결되지 않도록 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -OCOO- 또는 -C≡C-로 대체될 수 있고;
    L1, L2, L3, L4 및 L5는 서로 독립적으로 H 또는 F이다.
  5. 제1항에 있어서,
    화학식 I의 L이 F이고;
    화학식 I의 R1 및 R2가 둘다 Cl을 배제하는,
    윈도우 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 키랄 화합물이 5 μm-1 이상의 나선 비틀림력(helical twisting power) 절대값을 갖는, 윈도우 소자.
  7. 제1항 있어서,
    하나 이상의 중합성 화합물이 1 또는 2개 이상의 아크릴레이트 기 및/또는 메트아크릴레이트 기를 포함하는, 윈도우 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 중합성 화합물 중 하나 이상이 중합성 메소젠 화합물인, 윈도우 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액정 매질이 액정 매질 중에 형성된 중합체 성분을 추가로 포함하되, 상기 중합체 성분이 액정 매질의 총 함량을 기준으로 10 중량% 이하로 액정 매질 중에 함유된, 윈도우 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중합체 성분이 제1항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 제시된 하나 이상의 중합성 화합물을 중합함으로써 수득되는, 윈도우 소자.
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