KR101933248B1 - 액정 매질을 포함하는 스위치 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 투과도를 조절하기 위한 온도-제어식 스위치 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 하나 이상의 액정 화합물, 일작용성 화합물을 나타내는 하나 이상의 단량체 화합물, 및 다작용성 화합물을 나타내는 하나 이상의 단량체 화합물을 포함하는 혼합물에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 스위칭 소자를 제조하기 위한 상기 혼합물의 용도에 관한 것이다.

Description

액정 매질을 포함하는 스위치 소자{SWITCH ELEMENT COMPRISING A LIQUID CRYSTALLINE MEDIUM}
본 발명은 광 투과도를 조절하기 위한 온도-제어식 스위칭 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 액정 화합물 하나 이상, 일작용성 화합물을 나타내는 단량체 화합물 하나 이상, 및 다작용성 화합물을 나타내는 단량체 화합물 하나 이상을 포함하는 혼합물에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 스위칭 소자의 제조를 위한 상기 혼합물의 용도에 관한 것이다.
에너지 비용이 증가함에 따라 건물의 에너지 효율의 중요성이 증가하고 있다. 이와 관련하여, 윈도우 및 유리 파사드(glass facade)는 낮은 외부 온도에서 이들을 통해 건물의 열 에너지의 대부분이 손실되거나 강한 일사량(insolation)의 경우 이들을 통해 건물 내로의 에너지 투입의 대부분이 일어나는 건물의 부재(element)로서 확인되었다.
따라서, 윈도우 또는 유리 영역을 통한 광 투과도 및 이에 따른 에너지 흐름을 제어하는 장치가 요구된다. 특히, 유리 영역을 통한 에너지 흐름을 특정 시기에 우세한 조건(열, 추위, 높은 일사량, 낮은 일사량)과 맞출 수 있는 장치가 요구된다.
특히, 높은 일사량과 조합된 따뜻한 외부 온도(여름)로부터 낮은 일사량과 조합된 차가운 외부 온도(겨울)까지 변하는 기후대 온도에 이러한 장치를 제공하는 것이 특히 관심을 끈다.
예를 들어, 추운 계절에는 광 및 이에 따라 전달된 열 에너지의 최대치가 유리 영역을 통해 건물로 도입되는 것이 바람직하다. 이는, 난방 및 조명 비용이 절약되게 한다.
반면에, 따뜻한 계절에는 유리 영역을 통해 가능한 가장 낮은 에너지 투입이 발생하는 것이 바람직하다. 이는, 더욱 쾌적한 실내 기후가 달성되도록 하거나, 에어-컨디셔닝 비용이 절약되게 한다. 더욱이, 이러한 경우, 직접적인 일사량으로 인한 눈부심을 감소시키기 위해 입사광 강도가 감소되는 것이 바람직하다.
따라서, 윈도우 또는 다른 유리 영역을 통한 광 투과도를 조절하는 스위칭 소자가 요구된다. 특히, 광 투과도의 조절을 전술된 바와 같은 우세한 조건에 자동으로 맞추는 스위칭 소자(스마트 윈도우)가 요구된다. 더욱이, 에너지-효율적으로 작동하고, 가능한 가장 낮은 기술적 복잡성으로 설치될 수 있고, 기술적으로 신뢰할 만하고, 미관상 요구를 만족시키는 스위칭 소자가 요구된다. 추가의 양태는 스위칭 소자의 용이한 가공성, 조작 강건성 및 건물의 기존 유리 영역에 대한 개조 가능성이다.
선행 기술은, 전압의 인가시 투명 상태에서 덜 광-투명(light-transparent) 상태, 예컨대 탁한(광-산란) 상태 또는 암-투명(dark-transparent) 상태로 가역적으로 스위칭될 수 있는 장치를 개시하고 있다(예를 들어, 문헌[C. M. Lampert et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 2003, 489-499] 참고).
그러나, 전기적으로 스위칭가능한 장치, 예컨대 전술된 장치는 즉각적으로 및 자동으로 주위 조건에 맞출 수 없다는 단점을 갖는다. 더욱이, 상기 장치는 설치 동안의 증가된 복잡성 및 증가된 보수관리 필요성이 수반되는 전기 연결을 필요로 한다.
미국 특허 출원 제 2009/0015902 호 및 제　2009/0167971 호는, 2개의 편광기 사이의 층에 액정 매질을 함유하는 온도-반응성 장치를 개시하고 있다. 여기서, 비교적 높은 광 투과도를 갖는 상태와 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 상태 간의 스위칭은 전압의 인가가 필요 없이 네마틱 상태로부터 등방성 상태로의 액정 매질의 상 전이에 의해 달성된다.
그러나, 상기 출원에 개시된 장치는, 액정 매질을 포함하는 층이 액체인 단점을 갖는다. 따라서, 이러한 장치는 손상에 더욱 민감하다.
더욱이, 권취될 수 있고 필름처럼 절단될 수 있고 입수가능하며 유연한 스위칭 소자를 갖는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 액체 층을 함유하는 장치의 경우에는 이것이 덜 용이하게 가능한데, 그 이유는 이 경우 액체의 스퀴징-아웃(squeezing-out) 및 액체 층에서 공기 방울의 형성이 일어날 수 있기 때문이다.
더욱이, 폐쇄 상태에서 장치의 잔류 투과도 및 스위칭 특성을 변화시킬 수 있는 것이 바람직할 것이다.
중합체성 화합물을 포함하는 액정 매질은 선행 기술로부터 공지되어 있다. 예를 들어, 문헌[Appl. Phys. Lett., 84, 1233]은, 액정 화합물 및 중합체(중합체 네트워크 액정, PDLC)를 포함하는 혼합물을 전기적으로 어드레싱된 광 변조기에 사용하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 유형의 혼합물은 많은 경우 탁해지거나 광-산란되는 단점을 갖는다.
도 1은, 각각의 경우 온도의 함수로서, 4개의 혼합물들의 투과도 변화를 도시한 것이다.
도 2는, 각각의 경우 온도의 함수로서, 4개의 혼합물들의 투과도 변화를 도시한 것이다.
도 3은, 각각의 경우 온도의 함수로서, 혼합물들의 투과도 변화를 도시한 것이다.
도 4는, 각각의 경우 온도의 함수로서, 4개의 혼합물들의 투과도 변화를 도시한 것이다.
본 발명은 광 투과도를 조절하기 위한 온도-제어식 스위칭 소자에 관한 것이며, 이는
제 1 편광기,
하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 중합체를 포함하고 편광에 영향을 주는 스위칭 층, 및
제 2 편광기
를 포함하되, 이때
상기 중합체는, 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 하나 이상의 반복 단위를 포함하고,
상기 스위칭 층은 상기 2개의 편광기 사이에 배열된다.
본 발명의 목적상, "광"이라는 용어는, UV-A, VIS 및 NIR 영역에서의 전자기 복사선을 의미한다. 특히, 상기 용어는, 통상적으로 윈도우에 사용되는 재료(예컨대, 유리)에 의해 단지 무시할만한 정도로 흡수되거나 전혀 흡수되지 않는 복사선을 의미한다.
복사선 물리학의 영역에서 통상적으로 사용되는 정의에 따르면, UV-A 광은 320 내지 380　nm의 파장을 갖는 복사선을 의미하고, VIS 광은 380　nm 내지 780　nm의 파장을 갖는 복사선을 의미하고, NIR 광은 780　nm 내지 3000　nm의 파장을 갖는 광을 의미한다. 따라서, 본 발명의 목적상, "광"이라는 용어는, 320 내지 3000　nm의 파장을 갖는 복사선을 의미한다.
본 발명의 목적상, "광 투과도를 조절하기 위한 스위칭 소자"라는 용어는, 정의된 영역을 커버하고, 이러한 영역을 통한 광의 투과도를 이러한 장치가 존재하는 스위칭 상태에 따라 다양한 정도로 감소시키는 장치를 의미한다.
"액정 화합물"이라는 용어는, 특정 조건 하에 액정 특성을 나타내는 화합물, 특히 특정 조건 하에 네마틱 액정 상을 형성하는 화합물을 의미한다.
본 발명의 목적상, "메소젠성 기"는, 심지어 단독으로, 즉, 심지어 추가의 기(예컨대, 스페이서 기 또는 반응성 기; 하기 단량체 화합물에 관한 설명 참고)와의 상호작용 없이 화합물이 액정 특성을 갖도록 하는 구조적 요소를 의미한다. 또한, 메소젠성 기는 전형적으로 저분자량의 비반응성 액정 화합물에서 나타나는 화학 기 또는 단위이다. 특히, 그 예는 비스사이클로헥실, 페닐-사이클로헥실, 바이페닐 및 페닐벤조에이트이다.
본 발명에 따르면, 메소젠성 기는 중합체의 하나 이상의 반복 단위(recurring unit)에 존재한다. 이는 중합체의 측쇄 및/또는 주쇄에 존재할 수 있다. 바람직하게, 이는 측쇄에 존재한다.
"반복 단위"는, 중합체 내에서 여러번, 2회 이상 존재하는 중합체의 단위를 의미한다. 중합체 내에 존재하는 횟수는 바람직하게는, 중합에 사용되는 단량체들 중에 반복 단위를 포함하는 단량체의 비율에 해당한다.
바람직하게, 중합체의 반복 단위의 10% 이상, 특히 바람직하게 30% 이상, 매우 특히 바람직하게 60% 이상, 더더욱 바람직하게 90% 이상이 하나 이상의 메소젠성 기를 함유한다. 가장 바람직하게는, 중합체의 본질적으로 모든 반복 단위가 하나 이상의 메소젠성 기를 함유한다.
본 발명에 따르면, 상기 스위칭 소자의 2개의 스위칭 상태는 상기 스위칭 소자를 통한 비교적 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태(스위칭 상태 I 또는 개방 상태) 및 상기 스위칭 소자를 통한 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태(스위칭 상태 II 또는 폐쇄 상태)이다.
본 발명에 따르면, 상기 2개의 상태 간의 광 투과도 차이가 상기 장치의 스위칭 범위로서 공지된다.
본 발명에 따르면, 상기 스위칭 소자는 온도-제어식이며, 이는, 스위칭 공정이 상기 장치의 온도 변화에 의해 영향을 받을 수 있음을 의미한다. 상기 장치의 2개의 스위칭 상태는 결과적으로 상기 장치의 2개의 상이한 온도 범위와 관련된다. 본 발명에 따르면, 상기 스위칭 소자의 온도 제어는 0℃ 내지 80℃, 바람직하게는 10℃ 내지 70℃, 더욱 특히 바람직하게는 20℃ 내지 60℃의 온도 범위에서 일어난다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따라, 상기 스위칭 소자를 통한 비교적 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태는 상기 스위칭 소자의 비교적 낮은 온도에서 존재하고, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태는 상기 스위칭 소자의 비교적 높은 온도에서 존재한다.
상기 스위칭 소자가 기능하는 방식은 제 1 편광기에 의해 편광되는 입사 광에 기초한다. 이는, 특정 편광 특성을 갖는 광만이 상기 편광기를 통과하도록 허용됨을 의미한다. 상기 2개의 스위칭 상태 중 하나에서, 편광에 영향을 주는 스위칭 층은 제 1 편광기를 떠나 스위칭 층에 도입되는 편광된 광의 편광 특성을 변화시킨다. 이로써, 제 1 편광기의 편광면에 대해 제 2 편광기의 편광면이 어떻게 배열되는지에 따라, 더 많거나 더 적은 비율의 편광된 광이 제 2 편광기를 통과할 수 있다. 상기 2개의 스위칭 상태 중 다른 하나에서, 편광에 영향을 주는 스위칭 층은 이 층을 통과하는 광의 편광 특성을 변화시키지 않거나 단지 적은 정도로만 변화시킨다.
이는 하나의 예를 참고하여 설명될 것이다. 편광기들의 2개의 편광면이 서로에 대해 x 각도만큼 회전하고, 마찬가지로 스위칭 소자의 제 1 스위칭 상태에서 스위칭 층이 x 각도만큼 편광면을 회전시키면, 제 1 편광기를 통과한 광의 대부분이 또한 제 2 편광기 및 이에 따라 전체 스위칭 소자를 통과한다. 스위칭 층의 2개의 스위칭 상태 중 다른 하나에서는, 광의 편광면이 스위칭 층에 의해 회전하지 않거나 단지 약간만 회전하며, 이는, 2개의 편광기의 편광면이 서로에 대해 회전하기 때문에, 제 1 편광기를 통과한 광의 적은 일부만 제 2 편광기를 통과하도록 허용됨을 의미한다. 스위칭 소자의 이러한 상태에서는, 스위칭 소자에 부딪힌 광의 적은 일부만 상기 소자를 통과한다. 따라서, 이러한 예에서, 스위칭 층의 편광에 영향을 주는 상태는 스위칭 상태 I과 관련되며, 편광에 영향을 주지 않는 비활성 상태는 스위칭 상태 II와 관련된다.
그러나, 모든 경우, 스위칭 층의 상태(편광에 영향을 주는 상태 또는 비활성 상태)가 상기 스위칭 소자의 상태(스위칭 상태 I 또는 스위칭 상태 II)를 결정한다. 본 발명에 따르면, 스위칭 층의 편광에 영향을 주는 상태는 액정 스위칭 층의 광학 이방성 상태와 관련되고, 스위칭 층의 비활성 상태는 스위칭 층의 등방성 상태와 관련된다. 그러나, 이방성 중합체로 인해 스위칭 층의 잔류 이방성이 남아있을 수 있다.
일반적으로, 스위칭 층의 등방성 상태는, 실질적인 등방성 상태를 의미한다. 본원에서는, 등방성으로 지칭된 상태에서 잔류 이방성이 존재할 수 있음도 배제되지 않는다. 이는, 예를 들어 상기 장치의 2가지 상태 모두에서 적어도 부분적으로 이방성 특성을 갖는 중합체에 의해 유발될 수 있다.
바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 층은 스위칭 소자의 스위칭 상태 I에서 편광에 영향을 주는 상태이며, 스위칭 상태 II에서 비활성 상태이다.
본 발명에 따르면, 2가지 스위칭 상태 간의 스위칭 공정은, 전술된 2가지 온도 범위를 분리하는 특정 온도에서 갑작스럽게 진행되지 않으며, 대신 온도 폭(temperature span) 이내인 전이 영역에서 점진적으로 진행된다. 전이 영역의 이러한 온도 폭은 바람직하게는 5 내지 100℃의 폭을 가지며, 즉, 예를 들어, 15 내지 110℃에서 진행된다. 상기 온도 폭은 특히 바람직하게는 10 내지 50℃의 폭을 갖는다.
본 발명의 목적상, 2개의 스위칭 상태 사이의 전이 영역은, 비교적 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태의 투과도의 0.8배 미만 및 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태의 투과도의 1.2배 초과가 존재하는 온도 영역을 의미한다.
스위칭 공정의 더 넓은 전이 영역이 온도 변화에 대한 스위칭의 더 낮은 감도와 관련되며, 반대로, 스위칭 공정의 좁은 전이 영역이 온도 변화에 대한 스위칭 공정의 더 높은 감도와 관련된다.
전이 영역의 폭에 걸친 스위칭 공정의 전술된 감도에 대한 설명 대신, 당업자에게 온도(x 축)에 대한 투과도(y 축) 도표의 곡선의 상대적 기울기를 통해 설명하는 것이 대안적으로 및 상호교환적으로 가능하다. 이 경우, 큰 값을 갖는 곡선 기울기는 스위칭 공정의 높은 감도와 관련되고, 작은 값을 갖는 곡선 기울기는 스위칭 공정의 낮은 감도와 관련된다.
본 발명의 가능한 실시양태에 따라, 2개의 스위칭 상태 사이의 전이 영역의 온도 폭은 5 내지 30℃의 폭, 특히 바람직하게는 10 내지 20℃의 폭을 갖는다(스위칭 소자 유형 A'는 스위칭 공정에서 높은 감도를 가짐).
스위칭 공정이 가능한 가장 좁은 온도 범위에서 일어나는 경우(스위칭 공정의 높은 감도, 상기 참조), 이러한 유형의 실시양태가 바람직하다. 본 발명에 따르면, 이는, 예를 들어 스위칭 층에 적은 비율의 중합체를 사용함으로써 또는 중합체를 제공하는 중합 반응에서 적합한 단량체 유형을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 실시양태의 명시적 변형이 하기에 기술된다.
본 발명의 대안적 실시양태에 따라, 2개의 스위칭 상태 사이의 전이 영역의 온도 폭은 30 내지 100℃의 폭, 특히 바람직하게는 50 내지 80℃의 폭을 갖는다(스위칭 소자 유형 B'는 스위칭 공정에서 낮은 감도를 가짐). 스위칭 공정이 연장된 온도 범위에 걸쳐 일어나는 경우(스위칭 공정의 낮은 감도, 상기 참조), 이러한 유형의 실시양태가 바람직하다. 본 발명에 따르면, 이는, 예를 들어 스위칭 층에 비교적 높은 비율의 중합체를 사용함으로써 또는 중합체를 제공하는 중합 반응에서 적합한 단량체 유형을 사용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 실시양태의 명시적 변형이 하기에 기술된다.
본 발명의 가능한 실시양태에 따라, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태는 5% 초과, 바람직하게는 10% 초과, 특히 바람직하게는 15% 초과, 매우 특히 바람직하게는 25% 초과의 VIS 영역의 투과도를 가지며, 이때 이러한 투과는 편광에 영향을 주는 스위칭 층에 의해 영향을 받는다(스위칭 소자 유형 B"는 높은 잔류 투과도를 가짐).
또한, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에서 상당한 투과도를 갖는 스위칭 소자의 실시양태는 어떠한 경우에도 광 투과도의 완전한 차단이 일어나지 않는 용도 유형에 바람직할 수 있다. 예를 들어, 사무실 또는 주거용 빌딩의 윈도우에 상기 스위칭 소자를 사용하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 장치, 예컨대 본 발명에 따른 스위칭 소자의 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에서의 전술된 광 투과도는 원칙적으로 편광기들의 서로에 대한 배열에 의해 영향을 받을 수 있음을 강조해야 한다. 이러한 목적에 대한 가능성이 당업자에게 익숙할 것이다. 예를 들어, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에서 증가된 광 투과도는, 편광기들의 편광 방향이 서로에 대해 90°가 아닌 각도로 회전한 배열에 의해 달성될 수 있다.
그러나, 명시적으로 전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 전술된 실시양태에서 5% 초과, 바람직하게는 10% 초과, 특히 바람직하게는 25% 초과의 투과도가 스위칭 층에 의해 영향을 받으며, 서로에 대한 편광기들의 위치에 의해서는 영향을 받지 않는다.
본 발명에 따르면, 이는, 예를 들어 중합체를 제공하는 중합에서 높은 복굴절률(Δn) 값을 갖는 단량체를 사용함으로써, 특히 스위칭 층에서 중합체와 액정 화합물의 전체 혼합물 중에 높은 비율의 상기 중합체를 사용함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 대안적인 바람직한 실시양태에 따라, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태는 VIS 영역에서 5% 이하, 바람직하게는 4% 이하, 특히 바람직하게는 3% 이하의 투과도를 갖는다(스위칭 소자 유형 A"는 낮은 잔류 투과도를 가짐).
본 발명에 따르면, 이는, 중합체를 제공하는 중합에서 낮은 복굴절률(Δn) 값을 갖는 단량체를 사용함으로써, 특히 낮은 비율의 상기 단량체를 사용하고/하거나, 스위칭 층에서 중합체와 액정 화합물의 전체 혼합물 중에 낮은 비율의 상기 중합체를 사용함으로써 달성될 수 있다.
대안적인 특히 바람직한 실시양태에 따라, 실시양태 A'(스위칭 소자가 스위칭 공정의 높은 감도를 가짐) 및 A"(스위칭 소자가 낮은 잔류 투과도를 가짐)가 본 발명에 따른 스위칭 소자와 조합되어 수행된다. 전술된 특성을 갖는 이러한 유형의 특히 바람직한 스위칭 소자는 유형 A의 스위칭 소자로 지칭된다.
특히 바람직한 실시양태에 따라, 실시양태 B'(스위칭 소자가 스위칭 공정의 낮은 감도를 가짐) 및 B"(스위칭 소자가 높은 잔류 투과도를 가짐)가 본 발명에 따른 스위칭 소자와 조합되어 수행된다. 전술된 특성을 갖는 이러한 유형의 특히 바람직한 스위칭 소자는 유형 B의 스위칭 소자로 지칭된다.
본 발명에 따르면, 중합체를 제공하는 중합 반응에 사용되는 단량체의 농도와 관련된 특정 매개변수의 설정치, 중합체의 복굴절률(Δn) 및 중합체 내의 반응성 작용기의 개수(일작용성 단량체 대 다작용성 단량체)가 유형 A 또는 유형 B의 스위칭 소자가 수득되게 하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 양태는 하기에서 보다 자세히 논의될 것이다.
본 발명에 따른 스위칭 소자는 바람직하게는, 스위칭 공정의 전기적 제어를 위한 장치를 함유하지 않는 것을 특징으로 한다. 특히 바람직하게, 이는 전기 제어를 위한 장치(예컨대, 전선, 케이블, 전기 연결부 또는 회로)를 전적으로 함유하지 않는다.
본 발명에 따른 스위칭 소자는 바람직하게는, 외부로부터 실질적으로 밀폐된 건물 또는 다른 구획의 임의의 바람직한 구조적 개구부에 설치된다.
상기 스위칭 소자는 특히 바람직하게는 건물의 측벽 또는 천장의 구조적 개구부에 설치된다.
그러나, 광 투과도를 갖는 한, 외부로부터 실질적으로 밀폐된 구획의 모든 유형의 개구부가 원칙상 상기 스위칭 소자를 설치하는데 적합하다.
본 발명의 목적상, "외부로부터 실질적으로 밀폐된 구획"이란, 특히 건물 또는 건물 내의 개별적인 공간을 의미한다. 본원에서 건물은 특히, 사유 건물, 예를 들어 주거용 건물 또는 공공 건물, 또는 상업용 건물, 예를 들어 공장 건물, 창고 또는 회사 건물일 수 있다. 그러나, 다른 실시양태에 따르면, 상기 구획은 차량, 예컨대 자동차 또는 트럭, 또는 컨테이너, 예컨대 수송용 컨테이너일 수도 있다.
0.5 m2 초과, 특히 바람직하게는 1　m2 초과, 매우 특히 바람직하게는 3 m2 초과의 크기를 갖는 구조적 개구부, 예를 들어 윈도우 또는 천장이 바람직하다. 이는, 실내로의 광 투과도 및 이에 따른 에너지 흡수를 감소시키기 위해 선택되는 적합한 수단이 없는 한, 태양에 의해 조사되는 경우 이러한 영역을 통해 실내로의 높은 에너지 흡수가 일어난다는 사실 때문이다. 더욱이, 건물의 공간적 방향 및/또는 지리적 및 기후적 위치로 인해 높은 일사량을 받게 되는 구조적 개구부가 바람직하다.
스위칭 소자는 바람직하게는, 개구부를 통한 광 투과도가 가능한 완벽하게 조절되도록 구조적 개구부의 전체 영역을 커버하여 배열된다. 하나의 가능한 실시양태에서, 단일 스위칭 소자가 커버리지(coverage)를 제공한다. 그러나, 다른 실시양태에서는, 서로 직접 인접하거나 간격을 두고 배열된 복수개의 스위칭 소자가 커버리지를 제공할 수도 있다.
많은 경우, 구조적 개구부는 투명한 재료, 예를 들어 유리 시트 또는 플렉시글라스(Plexiglas) 시트로 커버될 것이다. 바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 스위칭 소자는 이러한 시트에 직접 적용된다.
이러한 유형의 적용은 기존의 배열을 개조하거나 완전히 재-설치함으로써 수행될 수 있다.
단열의 관점에서 유익한 구조적 개구부의 커버의 실시양태는 2개 이상의 유리 시트를 포함하는 배열이며, 이때 유리 시트들 사이의 공간은 특수한 기체 혼합물로 채워진다(다중판(multipane) 절연 유리). 상응하게, 본 발명에 따르면, 이러한 유형의 다중판 절연 유리 시트의 내부 또는 이러한 유형의 시트의 외부 상에 스위칭 소자를 설치하는 것이 바람직하다.
이는 일반적으로, 내부를 향하는 시트 쪽에 또는 다중판 절연 유리의 경우 2개의 유리 시트들 사이의 공간에 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 특정 경우에 바람직한 다른 배열도 생각할 수 있다. 당업자는 스위칭 소자의 내구성, 광학적 및 미적 관점, 시트의 세척과 관련된 실용적 관점, 실내와 외부 환경의 서로에 대한 온도 변화에 대한 스위칭 소자의 반응성 및 본 발명을 위한 최적의 설계를 선택하는 것과 관련된 특정 배열의 장점과 단점의 균형을 맞출 수 있을 것이다.
바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 소자는 0.05　m2 이상, 바람직하게는 0.1　m2 내지 20　m2, 특히 바람직하게는 0.2　m2 내지 5　m2의 영역을 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 소자는 온도의 함수로서 광 투과도에 영향을 주도록, 특히 바람직하게는 태양으로부터 실내로 방사되는 광 투과도에 영향을 주도록 사용된다.
마찬가지로, 본 발명에 따라 사용되는 경우, 전술되고 또한 하기에 제시되는 스위칭 소자의 바람직한 실시양태가 바람직하다.
"주위로부터 실내로의 광 투과도"란, 일반적 물리 법칙으로 인해 실내 온도의 증가를 제공하는, 실내로의 에너지 투입을 의미한다. 따라서, "본 발명에 따른 스위칭 소자에 의해 광 투과도에 영향을 준다"는 것은, 실내로의 특히 가시 광 형태의 광 투입이 조절될 수 있을 뿐만 아니라 입열 및 이에 따른 실내 온도가 조절될 수 있음을 의미한다. 마찬가지로, 본 발명은 이러한 목적을 위한 상기 스위칭 소자의 용도에 관한 것이다.
바람직한 실시양태에 따르면, 전술된 스위칭 소자의 온도 의존성으로 인해, 비교적 낮은 온도에서는 개방 스위칭 상태가 존재하고, 비교적 높은 온도에서는 폐쇄 스위칭 상태가 존재하며, 이에 따라 실내 온도의 자가-조절이 가능할 수 있다. 이때, 낮은 온도에서는 광 투과도 및 이에 따른 입열이 증가되어, 실내 온도가 증가한다. 상응하게, 비교적 높은 온도에서는 광 투과도 및 이에 따른 입열이 감소하여, 실내 온도가 저하된다.
상기 2개의 스위칭 상태 간의 스위칭은 온도-조절된 방식으로 일어난다. 바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 소자는 전기장의 인가에 의해 영향을 받는 스위칭 층 없이 순전히 온도-조절된 방식으로 사용된다.
당업자에게 공지된 바와 같이, 특히 하나 이상의 액정 화합물을 포함하고 편광에 영향을 주는 스위칭 층은 전기장의 인가에 의해 특정 조건 하에 하나의 스위칭 상태에서 다른 스위칭 상태로 변할 수 있다. 이러한 유형의 스위칭 층 및 이에 따른 전체 스위칭 소자가 전기적으로 받는 영향은 특정 조건 하에, 예를 들어 비교적 다수의 스위칭 공정을 수행한 후 스위칭 층의 원래 상태를 복원하는데 바람직할 수 있다. 그러나, 스위칭 소자가 통상적인 용도에서는 순전히 온도-제어된 방식으로 사용되며 스위칭 소자의 본 발명에 따른 용도가 전기장의 인가를 필요로 하지 않음이 본 발명의 특징임에 주목해야 한다.
더욱이, 광 투과도가 특히 NIR 영역에서 영향을 받는 스위칭 소자를 사용하는 것이 바람직하다. NIR 영역의 복사선은 윈도우를 통한 실내로의 에너지 투입에 많은 기여를 한다. 특히 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 장치 설계로 인해, 1000 내지 1500　nm 범위의 파장에서 광 투과도에 영향을 주는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 스위칭 소자의 편광에 영향을 주는 스위칭 층은 2개의 기재 층들 사이에 배열된다.
본 발명에 따르면, 기재 층은 특히, 중합체성 물질, 금속 산화물(예컨대, ITO), 유리 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 이는 바람직하게는 유리, ITO 또는 중합체성 물질로 이루어진다.
상기 제시된 요소에 더하여, 본 발명에 따른 스위칭 소자는 또한 추가의 소자, 예컨대 하나 이상의 배향 층을 포함할 수 있다. 특히 바람직하게는, 정확히 2개의 배향 층이 존재한다. 이들은 바람직하게는 각각 기재 층과 스위칭 층 사이에 배열되다. 배향 층은 또한 기재 층으로도 작용할 수 있으며, 이는, 상기 장치에 기재 층이 필요하지 않다는 의미이다. 본 발명의 바람직한 실시양태에서, 배향 층은 러빙된(rubbed) 폴리이미드 또는 러빙된 폴리아크릴레이트로 이루어진다.
그러나, 마찬가지로, 본 발명에 따른 유리한 특정 조건 하에, 스위칭 소자는 스위칭 층에 인접한 배향 층을 포함하지 않을 수도 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 스위칭 소자가 하나 이상의 필터 층, 바람직하게는 하나 이상의 UV 필터 층을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 스위칭 소자가, 300 nm 미만의 파장을 갖는 광, 바람직하게는 320 nm 미만의 파장을 갖는 광, 특히 바람직하게는 340 nm 미만의 파장을 갖는 광, 매우 특히 바람직하게는 360 nm 미만의 파장을 갖는 광을 차단하는 UV 필터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 스위칭 소자는 2개 이상의 편광기를 가지며, 이들 중 하나는 스위칭 층의 한쪽에 배열되고, 다른 하나는 스위칭 층의 다른 쪽에 배열된다. 본원에서, 스위칭 층 및 2개의 편광기는 바람직하게는 서로 평행하게 배열된다.
편광기는 선형 편광기 또는 원형 편광기일 수 있다. 바람직하게는, 정확히 2개의 편광기가 상기 장치에 존재한다. 이 경우, 편광기들이 둘 다 선형 편광기이거나 둘 다 원형 편광기인 것이 더욱 바람직하다.
상기 장치에 2개의 선형 편광기가 존재하는 경우, 본 발명에 따라, 2개의 편광기가 서로에 대해 45° 내지 135°, 특히 바람직하게는 70° 내지 110°, 매우 특히 바람직하게는 80° 내지 100°의 각도로 회전하는 것이 바람직하다.
편광기는 반사형 또는 흡수형 편광기일 수 있다. 본 발명의 의미에서 반사형 편광기는 편광의 하나의 방향의 광 또는 원형-편광된 광의 하나의 유형은 반사하고, 편광의 다른 방향의 광 또는 원형-편광된 광의 다른 유형은 투과한다. 상응하게, 흡수형 편광기는 편광의 하나의 방향의 광 또는 원형-편광된 광의 하나의 유형은 흡수하고, 편광의 다른 방향의 광 또는 원형-편광된 광의 다른 유형은 투과한다.
본 발명의 목적상, 흡수형 편광기 및 반사형 편광기가 둘 다 사용될 수 있다. 얇은 광학 필름 형태인 편광기를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 상기 장치에 사용될 수 있는 반사형 편광기의 예는 DRPF(확산식 반사형 편광기 필름, 3M), DBEF(이중 휘도 향상 필름, 3M), DBR(미국 특허 제 7,038,745 호 및 제 6,099,758 호에 기술된 바와 같은, 층상-중합체가 분포된 브래그(Bragg) 반사판) 및 APF 필름(향상된 편광기 필름, 3M; 문헌[Technical Digest SID 2006, 45.1], 미국 특허 출원 제 2011/0043732 호 및 미국 특허 제 7,023,602 호 참조). 더욱이, 적외선 광을 반사하고 와이어 그리드에 기초한 편광기(WGP, 와이어-그리드 편광기)를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치에 사용할 수 있는 흡수형 편광기의 예는 이토스(Itos) XP38 편광기 필름 및 닛토 덴코(Nitto Denko) GU-1220DUN 편광기 필름이다. 본 발명에 따라 사용할 수 있는 원형 편광기의 예는 APNCP37-035-STD 편광기(아메리칸 폴러라이저스(American Polarizers))이다. 추가의 예는 CP42 편광기(이토스)이다.
편광기는 전형적으로 UV-A, VIS 및 NIR 영역의 스펙트럼에 걸쳐 동일하게 효과적이지는 않다. 바람직한 실시양태에 따르면, 본 발명에 따른 스위칭 소자는, 특히 NIR 영역의 광을 편광하는 편광기를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 제 1 및 제 2 편광기는 각각, 동일하거나 상이하게, 흡수형 선형 편광기 또는 반사형 선형 편광기이다. 특히 바람직하게는, 이들 편광기가 둘 다 흡수형 선형 편광기이거나, 이들 편광기가 둘 다 반사형 선형 편광기이다. 추가의 바람직한 실시양태에 따르면, 바깥쪽을 향하고 있는 편광기, 즉 실내로부터 먼 편광기가 반사형 편광기이다.
본 발명에 따른 가능한 실시양태에서, 이들 2개의 편광기는, 스위칭 층이 사이에 배열된 기재 층들이다(즉, 상기 장치에 추가의 기재 층은 존재하지 않는다).
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 스위칭 층은 유연한 층들(예컨대, 유연한 중합체 필름들) 사이에 위치한다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 형상이 유연하고 구부릴 수 있으며, 예를 들어 권취될 수 있다. 상기 유연한 층은 기재 층, 배향 층 및/또는 편광기일 수 있다. 추가의 층(바람직하게는, 이것도 마찬가지로 유연함)이 추가적으로 존재할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 스위칭 층은 젤라틴성이거나 적어도 점성인 점조도(consistency)를 갖는다. 이는, 상기 장치의 더 큰 강건성의 이점을 갖는다. 더욱이, 젤라틴성 스위칭 층을 포함하는 본 발명에 따른 장치는 절단될 수 있으며, 이는 취급시 이점을 나타낸다.
스위칭 소자가 개방 상태(스위칭 상태 I)에 있는지 또는 폐쇄 상태(스위칭 상태 II)에 있는지를 결정하는 것은 스위칭 층의 상태임을 상기에 기재하였다.
바람직한 실시양태에 따르면, 비교적 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에 있는 스위칭 층은 선형-편광된 광의 편광면을 회전시키는 특성을 갖는다. 바람직한 실시양태에 따르면, 이러한 스위칭 상태에 있는 스위칭 층은 70° 내지 110°의 값으로, 바람직하게는 80° 내지 100°의 값으로, 특히 바람직하게는 85° 내지 95°의 값으로 편광면을 회전시킨다. 상응하게, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에 있는 스위칭 층은 선형-편광된 광의 편광면을 작은 정도로만 회전시키거나 또는 전혀 회전시키지 않는 특성을 갖는다.
그러나, 본 발명에 따르면, 상기 장치의 비틀린 네마틱 상태에서 광의 편광면이 360° 초과로 회전하는, 즉, 편광면이 복수번 완전히 회전하는 스위칭 층의 실시양태도 가능하다.
비교적 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태(스위칭 상태 I)에 있는 스위칭 층의 상태는 특히 바람직하게는 비틀린 네마틱 상태이다. 상응하게, 비교적 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태(스위칭 상태 II)에 있는 스위칭 층의 상태는 등방성 상태이다. 등방성 상태에서 잔류 이방성이 배제되지는 않는다.
본 발명에 따르면, 상기 스위칭 층은 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 중합체를 포함하며, 이때 상기 중합체는, 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 하나 이상의 반복 단위를 포함한다.
바람직하게는, 상이한 액정 화합물들의 혼합물이 상기 스위칭 층에 존재한다. 특히 바람직하게는, 5종 이상 15종 이하의 상이한 액정 화합물들이 상기 스위칭 층에 존재한다.
상기 액정 화합물은 당업자에게 공지된 액정 화합물로부터 원하는 바에 따라 선택될 수 있다. 제한된 크기 및 분자량의 액정 화합물(소분자)이 바람직하다. 1000 Da 이하, 매우 특히 바람직하게는 800 Da 이하, 가장 바람직하게는 600 Da 이하의 분자량을 갖는 액정 화합물이 특히 바람직하다.
상기 액정 화합물들의 혼합물(또는 단지 하나의 액정 화합물만 사용되는 경우에는 개별 액정 화합물)은 바람직하게는 -20℃ 내지 200℃의 등명점, 특히 바람직하게는 10℃ 내지 180℃의 등명점을 갖는다. 또한, 스위칭 층에 존재하는 중합체의 등명점-변화 특성으로 인해, 높은 등명점(예컨대, 80℃ 내지 200℃, 바람직하게는 100℃ 내지 180℃, 특히 바람직하게는 120℃ 내지 160℃)을 갖는 혼합물 또는 화합물이 본 발명에 따른 스위칭 소자에 사용하기에 특히 적합하다.
상기 액정 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 (F-1)에 해당한다:
Figure 112014047566298-pct00001
상기 식에서,
R11 및 R12는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN, NCS, SCN, R13-O-CO-, R13-CO-O-, 탄소수 1 내지 10의 알킬 또는 알콕시 기 또는 탄소수 2 내지 10의 알켄일 또는 알켄일옥시 기를 나타내며, 이때 전술된 기에서 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 하나 이상의 CH2 기는 O 또는 S로 대체될 수 있으며;
R13은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, 탄소수 1 내지 10의 알킬 기를 나타내며, 이때 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 하나 이상의 CH2 기는 O 또는 S로 대체될 수 있으며;
Figure 112014047566298-pct00002
은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게,
Figure 112014047566298-pct00003
Figure 112014047566298-pct00004
로부터 선택되고,
X는, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 알콕시 또는 알킬티오 기로부터 선택되고, 이때 전술된 기에서 하나 이상의 수소 원자는 F 또는 Cl로 대체될 수 있고, 전술된 기에서 하나 이상의 CH2 기는 O 또는 S로 대체될 수 있으며;
Z11은, 각각의 경우 동일하거나 상이하게, -CO-O-, -O-CO-, -CF2-CF2-, -CF2-O-, -O-CF2-, -CH2-CH2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CF=CH-, -CH=CF-, -C≡C-, -OCH2-, -CH2O- 및 단일 결합으로부터 선택되고;
d는 0, 1, 2, 3, 4, 5 또는 6, 바람직하게는 0, 1, 2 또는 3, 특히 바람직하게는 1, 2 또는 3의 값을 취한다.
하위 화학식
Figure 112014047566298-pct00005
의 기는 각각의 경우 동일하거나 상이할 수 있다.
액정 화합물로서 사용하는 경우, 아직 미공개된 영국 특허 출원 제　1007088.6 호, 유럽 특허 출원 제　10005251.3 호, 영국 특허 출원 제　1009488.6 호, 유럽 특허 출원 제　10008779.0 호 및 유럽 특허 출원 제　10013797.5 호에 개시된 액정 화합물들의 혼합물이 특히 바람직하다.
본 발명에 따르면, 상기 액정 화합물 또는 상기 액정 화합물들의 혼합물이 50% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 특히 바람직하게는 70% 이상, 매우 특히 바람직하게는 80% 이상의 비율로 스위칭 층에 존재하는 것이 바람직하다.
스위칭 층은 바람직하게는 하나의 유형의 중합체, 즉, 정확히 하나의 중합 반응에서 대응 단량체로부터 수득된 중합체를 포함한다. 그러나, 복수개의 상이한 중합체(즉, 복수개의 상이한 중합 반응에서 임의적으로 상이한 단량체를 사용하여 수득된 중합체)를 스위칭 층에 사용하는 것도 마찬가지로 가능하다.
본 발명에 따르면, 상기 중합체는 50% 이하, 바람직하게는 40% 이하, 특히 바람직하게는 30% 이하, 매우 특히 바람직하게는 20% 이하의 비율로 스위칭 층에 존재하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 상기 액정 화합물 및 상기 중합체는 스위칭 층에서 균질 혼합물 형태로 존재한다. "균질 혼합물"이란, 특히, 육안으로 관찰시 투명하게 나타나는 혼합물을 의미한다. 바람직하게, 이는, 현미경을 사용하여 관찰시 20 μm 초과, 특히 바람직하게는 10 μm 초과, 매우 특히 바람직하게는 1 μm 초과의 크기를 갖는 함유물, 입자 또는 다른 비균질물을 갖지 않는 혼합물을 의미한다.
스위칭 층에 존재하는 혼합물의 균질성이 스위칭 소자의 외관에 중요하다. 특히, 스위칭 층의 혼합물의 가능한 최고의 균질성이, 관찰시 투명하게 나타나고 가능한 가장 낮은 헤이즈 및 산란을 갖는 스위칭 소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 스위칭 층은 상기 액정 화합물 및 상기 중합체에 더하여 하나 이상의 키랄 도판트를 포함하는 것이 바람직하다.
키랄 도판트는 바람직하게는 스위칭 층의 전체 혼합물 중에 0.01% 내지 3%, 특히 바람직하게는 0.05% 내지 1%의 농도로 사용된다. 비틀림(twist)에 대한 높은 값을 수득하기 위해서, 키랄 도판트의 총 농도는 또한 3% 초과, 바람직하게는 최대 10% 이하로부터 선택될 수 있다.
비교적 소량으로 존재하는 상기 화합물 및 다른 성분들의 농도는, 상기 액정 화합물 및 상기 중합체의 농도를 명시할 때 무시된다.
바람직한 도판트는 하기 표에 도시된 화합물이다.
Figure 112014047566298-pct00006
Figure 112014047566298-pct00007
더욱이 바람직하게, 스위칭 층은 하나 이상의 안정화제를 포함한다. 안정화제의 총 농도는 바람직하게는 전체 혼합물의 0.00001% 내지 10%, 특히 바람직하게는 0.0001% 내지 1%이다. 비교적 소량으로 존재하는 상기 화합물 및 다른 성분들의 농도는, 상기 액정 화합물 및 상기 중합체의 농도를 명시할 때 무시된다.
바람직한 안정화제 화합물은 하기 표에 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00008
Figure 112014047566298-pct00009
Figure 112014047566298-pct00010
Figure 112014047566298-pct00011
Figure 112014047566298-pct00012
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 층은 1 중량% 미만의 이색성 염료 분자, 특히 바람직하게는 0.1 중량% 미만의 이색성 염료 분자, 매우 특히 바람직하게는 0.01 중량% 미만의 이색성 염료 분자를 포함한다.
특히, 소위 게스트/호스트 시스템(여기서는 이색성 염료 분자가 액정 물질 내로 도핑됨)은 본 발명의 바람직한 실시양태를 나타내지 않는다.
상기 중합체는 바람직하게는, 동일하거나 상이한 대응 단량체로부터 중부가 반응에 의해 형성된다. 이러한 중합 반응은 바람직하게는 광화학적으로 개시된 반응을 통해 일어나지만, 본 발명에 따르면, 열로 개시될 수도 있다. 상기 중합체는 특히 바람직하게는 UV 광-유도된 중부가 반응에 의해 형성된다. 이러한 중합 유형은 다른 중합 유형에 비해 더 높은 순도의 중합체를 달성할 수 있는 이점을 갖는다. 더욱이, UV 광-유도된 중합 반응은 매우 잘 제어될 수 있으며, 매우 신속히 진행된다. 더욱이, 혼합물 성분들의 바람직하지 않은 부반응, 예컨대 분해 또는 산화 역시 방지된다.
상기 중합체는 바람직하게는, 아크릴레이트 기, 비닐 에터 기 및 에폭사이드 기로부터 선택되는 하나 이상의 기를 각각 함유하는 단량체 화합물들로부터 형성된다. 1개, 2개, 3개 또는 4개의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체 화합물이 특히 바람직하며, 1개 또는 2개의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체 화합물(소위 모노아크릴레이트 또는 다이아크릴레이트)이 매우 특히 바람직하다.
본 발명에 따르면, 단지 하나의 유형의 반응성 기, 예컨대 독점적으로 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체가 바람직하다. 그러나, 혼합된 작용기를 갖는 단량체, 즉, 하나의 유형의 반응성 기 하나 이상 및 다른 유형의 반응성 기 하나 이상(예컨대, 하나의 아크릴레이트 기 및 하나의 에폭사이드 기)를 함유하는 단량체를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 목적상, 아크릴레이트 기란, 바람직하게는 하기 화학식 (A-1)의 기를 의미한다:
Figure 112014047566298-pct00013
상기 식에서,
대시(---) 기호로 된 결합은 단량체의 잔부에 대한 결합을 나타내고,
R21은 임의의 바람직한 유기 라디칼, 바람직하게는 H 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬 기, 특히 바람직하게는 H를 나타낸다.
대응하는 상황이 2개 이상의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체에 적용된다.
더욱이, 상기 중합체가 2개 이상의 상이한 단량체 화합물로부터 형성되는 것이 바람직하며, 이때 하나 이상의 단량체 화합물은 일작용성 화합물, 바람직하게는 모노아크릴레이트를 나타내고, 하나 이상의 다른 단량체 화합물은 다작용성 화합물, 바람직하게는 다이아크릴레이트를 나타낸다.
본원에서 다작용성 화합물은 바람직하게는 전체 단량체 화합물의 80% 이하의 비율로, 특히 바람직하게는 70% 이하의 비율로, 매우 특히 바람직하게는 60% 이하의 비율로 존재한다. 이러한 조건은 바람직하게는 다이아크릴레이트 단량체에 적용된다.
상기 혼합물에서 다이아크릴레이트 대 모노아크릴레이트의 비율은 바람직하게는 1:20 내지 2:1, 특히 바람직하게는 1:15 내지 3:2, 매우 특히 바람직하게는 1:10 내지 1:1이다.
본 발명에 따른 스위칭 소자의 스위칭 층의 중합체가 형성되는 중합 반응에서 하나 이상의 단량체가 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 중합체가 형성되는 중합 반응에서 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 단량체의 비율은 바람직하게는, 사용되는 단량체의 총량을 기준으로 10% 이상이다. 특히 바람직하게는 30% 이상, 매우 특히 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다.
상기 중합체를 제조하기 위한 본질적으로 모든 단량체가 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 것이 특히 바람직하다.
메소젠성 기를 함유하는 단량체를 사용하는 이점은, 사용되는 단량체의 넓은 농도 범위에 걸쳐 액정 상이 안정하다는데 있다. 더욱이, 메소젠성 기를 함유하는 단량체를 사용하면 생성 혼합물의 균질성을 개선하고 광 산란을 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
중합 반응에 2종 이상의 상이한 단량체가 사용되는 경우, 하나 이상의 단량체는 메소젠성 기를 함유하지 않고, 하나 이상의 다른 단량체는 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 단량체 화합물은 바람직하게는 하기 화학식 (M-1) 또는 (M-2)의 기본 구조를 갖는다:
Figure 112014047566298-pct00014
상기 식에서, C 기는, S 기(들)에 결합된 메소젠성 기를 나타낸다.
이는 특히 바람직하게는 하나 이상의 아릴, 헤테로아릴 또는 사이클로헥실 기를 함유한다.
더욱이, S 기는 임의의 바람직한 스페이서 기를 나타낸다. 이는 단일 결합, 단일 원자 또는 2 내지 20개의 원자 길이를 갖는 쇄를 나타낼 수 있다. 이는 바람직하게는, 2 내지 10개의 원자 길이를 갖는 쇄, 특히 바람직하게는 알킬렌, 알킬렌옥시 또는 알킬렌다이옥시 기를 나타낸다. 메소젠성 기로부터 한정될 때, 스페이서 기는 모든 공간 방향으로 향할 수 있고 자유롭게 움직일 수 있는 유연한 기를 나타내지만, 메소젠성 기는 전형적으로 제한된 이동성을 갖는다.
R 기는, 중부가 반응에서 중합될 수 있는 임의의 바람직한 반응성 기, 바람직하게는 아크릴레이트, 비닐 에터 또는 에폭사이드 기를 나타낸다. 지수 n은 2 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4, 특히 바람직하게는 2의 값을 갖는다.
하기 2개의 화학식 (M-1-1) 및 (M-2-1) 중 하나에 해당하는 화학식 (M-1) 또는 화학식 (M-2)의 단량체 화합물이 특히 바람직하다:
Figure 112014047566298-pct00015
상기 식에서,
C-1 기는 높은 복굴절률(Δn)을 갖는 메소젠성 기를 나타내고,
S 기는 상기 정의된 바와 같고,
R21은 상기 정의된 바와 같다.
더욱이, 하기 2개의 화학식 (M-1-2) 또는 (M-2-2) 중 하나에 해당하는 화학식 (M-1) 또는 화학식 (M-2)의 단량체 화합물이 특히 바람직하다:
Figure 112014047566298-pct00016
상기 식에서,
C-2 기는 낮은 복굴절률(Δn)을 갖는 메소젠성 기를 나타내고,
S 기는 상기 정의된 바와 같고,
R21은 상기 정의된 바와 같다.
특히 바람직한 화학식 (M-1-1)의 단량체 화합물이 하기 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00017
Figure 112014047566298-pct00018
Figure 112014047566298-pct00019
Figure 112014047566298-pct00020
Figure 112014047566298-pct00021
Figure 112014047566298-pct00022
Figure 112014047566298-pct00023
Figure 112014047566298-pct00024
Figure 112014047566298-pct00025
Figure 112014047566298-pct00026
Figure 112014047566298-pct00027
Figure 112014047566298-pct00028
Figure 112014047566298-pct00029
Figure 112014047566298-pct00030
특히 바람직한 화학식 (M-2-1)의 단량체 화합물이 하기 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00031
Figure 112014047566298-pct00032
Figure 112014047566298-pct00033
Figure 112014047566298-pct00034
Figure 112014047566298-pct00035
Figure 112014047566298-pct00036
Figure 112014047566298-pct00037
Figure 112014047566298-pct00038
Figure 112014047566298-pct00039
특히 바람직한 화학식 (M-1-2)의 단량체 화합물이 하기 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00040
Figure 112014047566298-pct00041
Figure 112014047566298-pct00042
Figure 112014047566298-pct00043
Figure 112014047566298-pct00044
특히 바람직한 화학식 (M-2-2)의 단량체 화합물이 하기 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00045
Figure 112014047566298-pct00046
Figure 112014047566298-pct00047
Figure 112014047566298-pct00048
Figure 112014047566298-pct00049
Figure 112014047566298-pct00050
또한, 화학식 (M-1) 또는 (M-2)의 전술된 단량체 외에 메소젠성 기를 함유하지 않는 단량체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 단량체는 하나 이상의 반응성 기, 바람직하게는 아크릴레이트 기, 비닐 에터 기 또는 에폭사이드 기를 함유할 수 있다. 이는 특히 바람직하게는 1개, 2개, 3개 또는 4개의 아크릴레이트 기를 함유한다. 이러한 유형의 바람직한 단량체 화합물이 하기 표에 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00051
Figure 112014047566298-pct00052
Figure 112014047566298-pct00053
Figure 112014047566298-pct00054
전술된 유형 A의 본 발명에 따른 스위칭 소자를 제조하는 경우, 바람직하게는 일작용성 단량체, 특히 바람직하게는 정확히 1개의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체가 우세한 비율로 사용된다. 이러한 바람직한 단량체의 비율은 사용되는 단량체의 총량의 바람직하게는 60% 초과, 특히 바람직하게는 단량체의 총량의 80% 초과, 매우 특히 바람직하게는 단량체의 총량의 95% 초과이다.
매우 특히 바람직하게는, 전술된 화학식 (M-1-2)의 단량체가 우세한 비율로 사용되며, 더더욱 바람직하게는 상기 표에 따른 화학식 (M-1-2)의 단량체가 우세한 비율로 사용된다.
전술된 유형 B의 본 발명에 따른 스위칭 소자를 제조하는 경우, 바람직하게는 다작용성 단량체, 특히 바람직하게는 정확히 2개의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체가 우세한 비율로 사용된다. 이러한 바람직한 단량체의 비율은 사용되는 단량체의 총량의 바람직하게는 40% 초과, 특히 바람직하게는 사용되는 단량체의 60% 초과, 매우 특히 바람직하게는 사용되는 단량체의 80% 초과이다.
매우 특히 바람직하게는, 전술된 화학식 (M-2-1) 또는 (M-2-2)의 단량체가 우세한 비율로 사용되며, 더더욱 바람직하게는 상기 표에 따른 화학식 (M-2-1)의 단량체가 우세한 비율로 사용된다.
하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 중합체를 포함하는, 스위칭 층의 혼합물은 다양한 방식으로 제조할 수 있다.
상기 중합체가 상기 액정 화합물의 존재 하에 하나 이상의 단량체 화합물을 중합 반응시켜 제조되는 실시양태가 바람직하다 (동일 반응계 내 공정).
본원에서 "액정 화합물의 존재 하의 중합"이란, 특히, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 단량체 화합물을 포함하는 혼합물을 제조하고, 하나 이상의 단량체 화합물을 반응시켜 중합체를 형성하는 중합 반응을 후속적으로 수행함을 의미한다. 이 경우, 상기 중합체는 상기 중합 반응이 완료된 후 하나 이상의 액정 화합물과 함께 상기 혼합물 중에 존재한다. 생성 혼합물은 스위칭 층의 제조에 직접 사용되거나, 추가의 공정 단계로 처리될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 스위칭 소자의 제조를 위한, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 단량체 화합물을 포함하는 혼합물의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스위칭 소자의 제조를 위한, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 단량체 화합물을 포함하는 혼합물의 용도가 바람직하며, 이때 상기 혼합물은, 모노아크릴레이트를 나타내는 단량체 화합물 하나 이상, 및 다이아크릴레이트를 나타내는 단량체 화합물 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원에서, 모노아크릴레이트를 나타내는 단량체 화합물은 바람직하게는 상기 도시된 화학식 (M-1)의 화합물, 특히 바람직하게는 상기 도시된 화학식 (M-1-1) 및 (M-1-2)의 화합물로부터 선택된다. 상기 도시된 화학식 (M-1-1) 및 (M-1-2)의 명시적 화합물이 매우 특히 바람직하다.
본원에서, 다이아크릴레이트를 나타내는 단량체 화합물은 바람직하게는 상기 도시된 화학식 (M-2)의 화합물, 특히 바람직하게는 상기 도시된 화학식 (M-2-1) 및 (M-2-2)의 화합물로부터 선택된다. 상기 도시된 화학식 (M-2-1) 및 (M-2-2)의 명시적 화합물이 매우 특히 바람직하다.
하나 이상의 단량체 화합물의 중합 반응(여기서, 하나 이상의 중합체가 하나 이상의 액정 화합물과의 혼합물에서 수득됨)은 바람직하게는 UV 광-유도된 중부가이다.
하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 단량체 화합물을 포함하는 전술된 혼합물은 바람직하게는 추가적으로 하나 이상의 광개시제 화합물을 포함한다. 하나 이상의 광개시제 화합물은 바람직하게는 0.01% 내지 2%의 농도로, 특히 바람직하게는 0.1% 내지 1%의 농도로 존재한다.
본 발명에 따른 바람직한 광개시제 화합물이 하기 표에 도시된다.
Figure 112014047566298-pct00055
Figure 112014047566298-pct00056
상기 단량체의 중합 반응의 개시를 위한 바람직한 조사(illumination) 시스템은 수은계 조사 시스템, 예를 들어 H, F 및 G 에미터(emitter)이다. F 에미터, 또는 낮은 UV-B 함량 및 높은 UV-A 함량을 갖는 다른 조사 시스템이 특히 바람직하다. 320 nm 미만, 바람직하게는 340 nm 미만, 특히 바람직하게는 360 nm 미만의 파장을 갖는 광을 차단하는 필터를 사용하는 것이 바람직하다.
더욱이, 하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 단량체 화합물을 포함하는 전술된 혼합물은 추가적으로, 쇄 전달제로서 작용하는 화합물을 하나 이상 포함한다. 쇄 전달제는 상기 중합 반응에서 중합체 자유 라디칼과 반응하여, 자유 라디칼 및 포화된 중합체(이는 더이상 반응하지 못함)를 제공한다. 형성된 쇄 전달제 자유 라디칼은 새로운 중합 반응을 개시할 수 있다. 쇄 전달제의 사용은 특히, 중합 반응에서 수득되는 중합체의 분자량을 제어할 수 있게 한다.
쇄 전달제는 바람직하게는 상기 혼합물 중에 0.1% 내지 10%, 특히 바람직하게는 1% 내지 8%의 농도로 존재한다. 비교적 소량으로 존재하는 상기 화합물 및 다른 성분들의 농도는, 상기 액정 화합물 및 상기 중합체의 농도를 명시할 때 무시된다.
바람직하게, 본 발명에 사용되는 쇄 전달제는 하나 이상의 C-할로겐, S-H, Si-H 또는 S-S 결합을 함유한다. 특히 바람직한 쇄 전달제는, 하기 화합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된다:
Figure 112014047566298-pct00057
및 2-(도데실티오카보노티오일티오)-2-메틸프로피온산, 2-시아노-2-프로필 4-시아노벤조다이티오에이트, 2-시아노-2-프로필 벤조다이티오에이트, 2-시아노-2-프로필 도데실트라이티오카보네이트, 2-시아노프로판-2-일 N-메틸-N-(피리딘-4-일)카바모다이티오에이트, 2-페닐-2-프로필 벤조다이티오에이트, 4,4'-티오비스-벤젠-티올, 4-시아노-4-(페닐카보노티오일티오)펜탄산, 4-시아노-4-[(도데실설판일티오카보닐)설판일]펜탄산, 비스(도데실-설판일티오카보닐) 다이설파이드, 비스(티오벤조일) 다이설파이드, 브로모트라이클로로-메탄, 시아노메틸 도데실트라이티오카보네이트, 시아노메틸 메틸-(페닐)카바모다이티오에이트, 아이소옥틸 3-머캅토프로피오네이트, 메틸 2-(도데실티오카보노티오일티오)-2-메틸프로피오네이트, 메틸 2-프로피오네이트 메틸(4-피리딘일)카바모다이티오에이트, N,N'-다이메틸-N,N'-다이(4-피리딘일)-티우람 다이설파이드, 펜타에리트리톨 테트라키스(2-머캅토아세테이트), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-머캅토프로피오네이트) 및 트라이메틸올프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트).
대안적이고 또한 바람직한 실시양태는, 상기 중합체를 하나 이상의 단량체 화합물의 중합 반응으로 제조하고, 후속적으로, 상기 중합체 및 상기 액정 화합물을 혼합함으로써 상기 액정 화합물 및 상기 중합체를 포함하는 스위칭 층을 제조하는 것이다(2단계 공정).
따라서, 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 스위칭 소자의 제조를 위한, 중부가 반응에 의해 수득된 하나 이상의 중합체 및 하나 이상의 액정 화합물을 포함하는 혼합물의 용도에 관한 것이다.
이러한 실시양태(2단계 공정)에 따르면, 하나 이상의 단량체 화합물의 중합 반응은, 전술된 바와 같이, 상기 혼합물 중에 하나 이상의 액정 화합물이 동시에 존재하지 않는 상태로 수행된다. 상기 중합은 바람직하게는, 중합 반응에 전형적으로 사용되는 용매 중에서, 특히 바람직하게는 THF, 톨루엔, 부티로락톤 또는 NMP 중에서 수행된다. 상기 중합 이후, 용매를 제거하고, 상기 중합체를 하나 이상의 액정 화합물과 혼합한다. 생성 혼합물은 스위칭 층의 제조에 직접 사용되거나, 추가의 공정 단계로 처리될 수 있다.
상기 중합체를 제조하는 경우, 상기 동일 반응계 내 공정의 경우와 유사한 공정, 예를 들어 UV 광-유도된 중부가 반응을 상기 2단계 공정에 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 공정의 상이한 경계 조건으로 인해, 상기 중합체를 위한 다른 제조 공정을 사용하는 것도 가능하다.
액정 화합물 하나 이상, 일작용성 화합물(바람직하게는, 모노아크릴레이트 화합물)을 나타내는 단량체 화합물 하나 이상, 및 다작용성 화합물(바람직하게는, 다이아크릴레이트 화합물)을 나타내는 단량체 화합물 하나 이상을 포함하는 혼합물이 본 발명에 따른 스위칭 소자의 제조에 특히 적합하고 맞으며, 이때 하나 이상의 단량체 화합물은 하나 이상의 메소젠성 기를 함유한다. 따라서, 본 발명은 또한 이러한 유형의 혼합물에 관한 것이다.
본원에서, 상기 단량체 화합물은 높은 복굴절률(Δn) 값을 갖거나, 낮은 복굴절률(Δn) 값을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 혼합물은 후속 공정 단계에서 중합 반응으로 처리된다.
따라서, 본 발명은 또한, 전술된 혼합물의 중합 반응으로부터 생성된 혼합물에 관한 것이다.
전술된 혼합물 중의 액정 화합물, 일작용성 단량체 화합물, 다작용성 단량체 화합물, 모노아크릴레이트 화합물 및 다이아크릴레이트 화합물의 바람직한 실시양태는 전술된 바와 같다.
본 발명의 과정에서, 높은 복굴절률 값을 갖는 단량체 화합물을 고농도로 사용하는 것이 잔류 투과도의 증가 및 스위칭 공정의 감도의 감소를 제공하는 것으로 밝혀졌다(유형 B의 스위칭 소자, 상기 참조).
반대로, 낮은 복굴절률 값을 갖는 단량체 화합물을 사용하고/하거나 저농도의 단량체 화합물을 사용하는 것은 낮은 잔류 투과도 및 스위칭 공정의 높은 감도가 달성되게 한다(유형 A의 스위칭 소자, 상기 참조).
따라서, 본 발명은, 스위칭 소자의 특성이 상기 유형 A와 B 사이에서 가변적으로 조절되게 한다.
특히, 본 발명의 과정에서, 다작용성 단량체 대 일작용성 단량체의 비율이 스위칭 소자의 특성에 큰 영향을 주는 것으로 밝혀졌다. 이러한 비율의 변화가, 스위칭 소자의 특성이 상기 유형 A와 B 사이에서 가변적으로 조절되게 한다.
또한, 특히, 2개 이상의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체 화합물이 하나의 아크릴레이트 기를 함유하는 단량체 화합물에 비해 잔류 투과도 및 스위칭 공정의 감도에 더 큰 영향을 주는 것으로 밝혀졌다.
2개 이상의 아크릴레이트 기를 함유하고 높은 복굴절률(Δn)을 갖는 단량체 화합물을 사용하면, 특히 이러한 단량체 화합물을 고농도로 사용하는 경우, 유형 B의 스위칭 소자를 제공한다.
반면에, 하나의 아크릴레이트 기를 함유하고 높은 복굴절률(Δn)을 갖는 단량체 화합물만 사용하면, 심지어 고농도에서도 유형 B의 스위칭 소자를 제공하지 않으며, 즉, 잔류 투과도의 증가 및 스위칭 공정의 감도의 관련된 감소를 유발하지 않는다.
따라서, 유형 B의 전술된 스위칭 소자에, 하나 이상의 액정 화합물, 하나 이상의 모노아크릴레이트 화합물 및 하나 이상의 다이아크릴레이트 화합물을 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하며, 이때 다이아크릴레이트 화합물은 0.1 초과, 바람직하게는 0.12 초과, 특히 바람직하게는 0.15 초과의 복굴절률(Δn)을 가지며, 4% 초과, 바람직하게는 6% 초과, 매우 특히 바람직하게는 8% 초과의 농도로 사용된다.
따라서, 유형 A의 전술된 스위칭 소자에, 하나 이상의 액정 화합물, 하나 이상의 모노아크릴레이트 화합물 및 하나 이상의 다이아크릴레이트 화합물을 포함하는 혼합물을 사용하는 것이 특히 바람직하며, 이때 다이아크릴레이트 화합물은 0.15 미만, 바람직하게는 0.12 미만, 특히 바람직하게는 0.1 미만의 복굴절률(Δn)을 갖고/갖거나, 4% 미만, 특히 바람직하게는 3% 미만, 매우 특히 바람직하게는 2% 미만의 농도로 사용된다.
하기 실시예는 본 발명을 더 자세히 기술하고 설명하기 위한 것으로 의도된다. 하기 실시예는 본 발명의 범주에 대해 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
실시예
실시예 1
혼합물 1, 2, 3 및 4를 제조하였다. 이들은 각각 하기 조성을 갖는 LC 혼합물 A를 포함한다.
Figure 112014047566298-pct00058
Figure 112014047566298-pct00059
S-811은 키랄 도판트(구조는 명세서 참조)이다. 약어 RM으로 도시된 화합물들은 단량체이다. 이들의 구조는 상기 표에 도시되어 있다. 혼합물 2 및 4는 각각 혼합물 1 및 3에 해당하며, 차이점은 개시제 화합물 이르가큐어(Irgacure)(구조는 명세서 참조)가 첨가되고 중합이 수행된다는 것이다.
혼합물 1: LC 혼합물 A + 0.1%의 S-811 + 1.8%의 RM-D1 (다이아크릴레이트) + 18.2%의 RM-M1 (모노아크릴레이트).
혼합물 2: LC 혼합물 A + 0.1%의 S-811 + 1.8%의 RM-D1 (다이아크릴레이트) + 18.2%의 RM-M1 (모노아크릴레이트) + 0.2%의 이르가큐어 907. 중합된 상태.
혼합물 3: LC 혼합물 A + 0.1%의 S-811 + 10%의 RM-D1 (다이아크릴레이트) + 10%의 RM-M1 (모노아크릴레이트).
혼합물 4: LC 혼합물 A + 0.1%의 S-811 + 10%의 RM-D1 (다이아크릴레이트) + 10%의 RM-M1 (모노아크릴레이트) + 0.2%의 이르가큐어 907. 중합된 상태.
상기 혼합물(이는 스위칭 층을 나타냄)을 본 발명에 따른 스위칭 소자에 도입하였다. TN 셀의 실시양태에서 스위칭 층은 4 μm의 층 두께로 존재한다. 스위칭 소자의 편광기들은 교차된 위치에(90°) 존재한다.
심지어 중합 후에도, 온도의 함수로서 투과도에 대해 S-형상의 곡선이 수득됨이 확실히 자명하다(즉, 등명점 온도보다 상당히 더 높은 온도 또는 상당히 더 낮은 온도를 갖는 2개의 영역에서 실질적으로 일정한 투과도 및 등명점 온도 근처의 온도에서 급속한 투과도 변화). 곡선 1에 비해 곡선 2에서는 등명점이 더 높은 온도로 상당히 이동하고, 곡선 3에 비해 곡선 4에서는 등명점이 더 낮은 온도로 상당히 이동하였다. 곡선 2 및 4는 "폐쇄 상태"의 잔류 투과도 및 온도의 함수로서 스위칭 공정의 감소된 감소를 가졌다(등명점 영역에서 덜 가파른 곡선). 곡선 2 및 4는 특히 비교적 높은 온도에서의 잔류 투과도 면에서 서로 상이하다. 이는 곡선 2의 경우보다 곡선 4의 경우에 상당히 더 높았다.
더욱이, 혼합물 2 및 4가 균질한 외관을 가지며 가시광 산란을 갖지 않음을 강조해야 한다.
실시예 2
혼합물 1, 2, 3 및 4를 제조하고, 중합시켰다(3분 동안 경화, 360　nm 에지 필터, 37　mW/cm2).
이들은 모두 하기 기재 혼합물을 포함한다:
59.7%의 LC 혼합물 A + 5%의 CGPC-3-3 + 5%의 CPZG-3-N + 0.1%의 S-811 + 0.2%의 이르가큐어 651.
Figure 112014047566298-pct00060
추가로, 혼합물 1은 다음을 포함한다:
15%의 RM-M2 (모노아크릴레이트, 낮은 Δn) + 15%의 RM-D2 (다이아크릴레이트, 낮은 Δn).
추가로, 혼합물 2는 다음을 포함한다:
15%의 RM-M1 (모노아크릴레이트, 높은 Δn) + 15%의 RM-D2 (다이아크릴레이트, 낮은 Δn).
추가로, 혼합물 3은 다음을 포함한다:
15%의 RM-M2 (모노아크릴레이트, 낮은 Δn) + 15%의 RM-D1 (다이아크릴레이트, 높은 Δn).
추가로, 혼합물 4는 다음을 포함한다:
15%의 RM-M1 (모노아크릴레이트, 높은 Δn) + 15%의 RM-D1 (다이아크릴레이트, 높은 Δn).
단량체 RM-M2, RM-M1, RM-D2 및 RM-D1의 물질 특성이 하기 표에 도시된다(구조는 상기 표 참조).
Figure 112017092061583-pct00066
상기 혼합물(이는 스위칭 층을 나타냄)을 본 발명에 따른 스위칭 소자에 도입하였다. TN 셀의 실시양태에서 스위칭 층은 4 μm의 층 두께로 존재한다. 스위칭 소자의 편광기들은 교차된 위치에(90°) 존재한다.
역시, 상기 혼합물은 균질한 외관을 가지며, 가시광 산란은 갖지 않았다.
혼합물 1로부터 혼합물 2 및 혼합물 3을 거쳐 혼합물 4로 변화시 잔류 투과도가 증가함이 확실히 자명하다. 더욱이, 스위칭 공정의 감도는 혼합물 1로부터 혼합물 2 및 혼합물 3을 거쳐 혼합물 4로 갈수록 떨어진다.
혼합물 1을 함유하는 스위칭 소자는 유형 A의 스위칭 소자를 나타내고(낮은 잔류 투과도 및 스위칭 공정의 높은 감도), 혼합물 4를 함유하는 스위칭 소자는 유형 B의 스위칭 소자를 나타낸다(높은 잔류 투과도 및 스위칭 공정의 낮은 감도). 혼합물 2 또는 혼합물 3을 함유하는 스위칭 소자는 전이 형태를 나타낸다.
따라서, 본 실시예는, 상이한 복굴절률 값을 갖는 모노아크릴레이트 및 다이아크릴레이트의 적절한 선택을 통해, 명세서에서 전술된 본 발명에 따른 유형 A 및 유형 B의 스위칭 소자에 대응하는 스위칭 소자들의 상이한 투과도 곡선이 어떻게 수득될 수 있는지를 보여주는 것이다.
실시예 3
10개의 혼합물을 제조하였으며, 이들은 모두 LC 혼합물 A, CPZG-3-N, CGPC-3-3, 이르가큐어 651 및 S-811 성분을 포함하였다. 추가로, 단량체 화합물 RM-M2 및 RM-D1(상기 참조)은 증가하는 비율(4% 내지 40%)에서 1:1의 비로 존재한다.
상기 혼합물의 정확한 농도는 다음과 같다:
LC 혼합물 A (89.7-x%) + CPZG-3-N (5%) + CGPC-3-3 (5%) + 이르가큐어 651 (0.2%) + S-811 (0.1%) + x/2%의 RM-M2 + x/2%의 RM-D1, 이때
x = 4%(혼합물 1의 경우),
x = 6%(혼합물 2의 경우),
x = 8%(혼합물 3의 경우),
x = 10%(혼합물 4의 경우),
x = 12%(혼합물 5의 경우),
x = 15%(혼합물 6의 경우),
x = 17%(혼합물 7의 경우),
x = 20%(혼합물 8의 경우),
x = 30%(혼합물 9의 경우),
x = 40%(혼합물 10의 경우).
상기 단량체는 각각의 경우, 낮은 복굴절률을 갖는 모노아크릴레이트(RM-M2) 및 높은 복굴절률을 갖는 다이아크릴레이트(RM-D1)를 나타낸다.
상기 혼합물(이는 스위칭 층을 나타냄)을 본 발명에 따른 스위칭 소자에 도입하였다. TN 셀의 실시양태에서 스위칭 층은 4 μm의 층 두께로 존재한다. 스위칭 소자의 편광기들은 교차된 위치에(90°) 존재한다.
본 실시예는, 실시예 2에서와 같이, 혼합물 중의 단량체의 농도를 증가시킴으로써, 이때 유형 A의 스위칭 소자에서 유형 B의 스위칭 소자로의 전이가 달성될 수 있음을 보여준다.
또한, 실시예 2와 달리, 여기서는 매우 낮은 농도의 단량체를 갖는 혼합물이 사용된 것도 도시된다. 이러한 경우, 매우 낮은 잔류 투과도 및 스위칭 공정의 매우 높은 감도가 달성될 수 있다.
실시예 4
혼합물 1 내지 4를 제조하고, 중합하였다.
이들은 모두 동일한 기재 혼합물을 포함한다:
LC 혼합물 A (99.7-x%), 0.1%의 S-811 및 0.2%의 이르가큐어 907.
추가로, 혼합물 1은 다음을 포함한다:
x= RM-M1(모노아크릴레이트):RM-D1(다이아크릴레이트)(10:1)을 포함하는 10%의 단량체.
추가로, 혼합물 2는 다음을 포함한다:
x= RM-M1(모노아크릴레이트):RM-D1(다이아크릴레이트)(10:1)을 포함하는 20%의 단량체.
추가로, 혼합물 3은 다음을 포함한다:
x= RM-M1(모노아크릴레이트):RM-D1(다이아크릴레이트)(1:1)을 포함하는 10%의 단량체.
추가로, 혼합물 4는 다음을 포함한다:
x= RM-M1(모노아크릴레이트):RM-D1(다이아크릴레이트)(1:1)을 포함하는 20%의 단량체.
상기 혼합물(이는 스위칭 층을 나타냄)을 본 발명에 따른 스위칭 소자에 도입하였다. TN 셀의 실시양태에서 스위칭 층은 4 μm의 층 두께로 존재한다. 스위칭 소자의 편광기들은 교차된 위치에(90°) 존재한다.
역시, 상기 혼합물은 균질한 외관을 가지며, 가시광 산란은 갖지 않았다.
2가지 경우 모두(혼합물 1에 비해 혼합물 2, 혼합물 3에 비해 혼합물 4), 사용된 단량체의 양이 증가할수록 잔류 투과도가 증가하고 스위칭 공정의 감도가 감소함이 분명해졌다.
그러나, 잔류 투과도에 대해 혼합물 4와 혼합물 2 사이에는 상당한 차이점이 존재한다. 높은 비율의 다이아크릴레이트(1:1 비)를 포함하는 혼합물 4의 경우, 단량체의 동일한 전체 농도에 대해 낮은 함량의 다이아크릴레이트(다이아크릴레이트 대 모노아크릴레이트의 비 = 1:10)를 갖는 혼합물 2보다 잔류 투과도가 상당히 더 높았다.
그러나, 스위칭 공정의 감도는 두 혼합물의 경우 유사했다.
따라서, 잔류 투과도 수준은 단량체의 동일한 전체 농도에 대한 다이아크릴레이트 함량의 변화에 의해 영향을 받을 수 있으며, 스위칭 공정의 감도와는 실질적으로 독립적이다.

Claims (15)

  1. 광 투과도(light transmission)를 조절하기 위한 온도-제어식 스위칭 소자로서,
    제 1 편광기,
    하나 이상의 액정 화합물 및 하나 이상의 중합체를 포함하는, 편광에 영향을 주는 스위칭 층으로서, 상기 중합체가 하나 이상의 메소젠성 기를 함유하는 하나 이상의 반복 단위(recurring unit)를 포함하고, 상기 중합체가 하나 이상의 메소젠성 모노아크릴레이트 화합물 및 하나 이상의 메소젠성 다이아크릴레이트 화합물을 포함하는 혼합물로부터 형성되고, 상기 다이아크릴레이트 화합물이 0.1 초과의 복굴절률 (Δn)을 갖는, 스위칭 층, 및
    제 2 편광기
    를 포함하되,
    상기 스위칭 층이 상기 2개의 편광기 사이에 배열된, 스위칭 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    스위칭 상태로서, 상기 스위칭 소자를 통한 상대적으로 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태 및 상기 스위칭 소자를 통한 상대적으로 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태를 갖는 것을 특징으로 하는, 스위칭 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자를 통한 상대적으로 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태가 상기 스위칭 소자의 상대적으로 낮은 온도에서 존재하고,
    상대적으로 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태가 상기 스위칭 소자의 상대적으로 높은 온도에서 존재하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상대적으로 높은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에서 상기 스위칭 층의 상태가 비틀린 네마틱 상태이고, 상대적으로 낮은 광 투과도를 갖는 스위칭 상태에서 상기 스위칭 층의 상태가 등방성 상태인 것을 특징으로 하는, 스위칭 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    외부로부터 밀폐된 건물 또는 다른 구획의 구조적 개구부에 설치된 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    0.05　m2 이상의 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    형상이 유연하고 구부릴 수 있는 것임을 특징으로 하는 스위칭 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체가 30% 이하의 비율로 상기 스위칭 층에 존재하는 것을 특징으로 하는, 스위칭 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체가 UV 광-유도된 중부가(polyaddition)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 스위칭 소자.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 소자를 사용하는 것을 포함하는, 온도의 함수로서 실내로의 광 투과도 및/또는 입열(heat input)에 영향을 주기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    광 투과도가 1000 내지 1500　nm 범위의 파장에서 상기 스위칭 소자에 의해 영향을 받는, 방법.
  14. 하나 이상의 액정 화합물, 하나 이상의 메소젠성 모노아크릴레이트 화합물 및 하나 이상의 메소젠성 다이아크릴레이트 화합물을 포함하는 혼합물을 사용하는 것을 포함하되, 상기 다이아크릴레이트 화합물이 0.1 초과의 복굴절률 (Δn)을 갖는 것인, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 스위칭 소자를 제조하기 위한 방법.
  15. 하나 이상의 액정 화합물, 하나 이상의 메소젠성 모노아크릴레이트 화합물 및 하나 이상의 메소젠성 다이아크릴레이트 화합물을 포함하는 혼합물로서, 상기 다이아크릴레이트 화합물이 0.1 초과의 복굴절률 (Δn)을 갖는, 혼합물.
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