KR102528695B1 - 광학 스위칭 소자에 사용하기 위한 광학 스위칭 층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 스위칭 상태에서 전방-산란 특성을 갖는, 스위칭 소자에 사용하기 위한 스위칭 층(S)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 상기 스위칭 층(S)을 포함하는 스위칭 소자, 및 상기 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자에 관한 것이다.

Description

광학 스위칭 소자에 사용하기 위한 광학 스위칭 층
본 발명은 스위칭 소자에 사용하기 위한 스위칭 층, 상기 스위칭 층을 포함하는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자에 관한 것이다.
국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/180525 A1 호는, 하나의 영역을 통한 에너지의 통과를 조절하기 위한 장치를 포함하는 윈도우를 기술하고 있으며, 상기 장치는, 하나 이상의 이색성 화합물을 포함하는 액정 매질을 각각 포함하는 2개 이상의 스위칭 층(S(1) 및 S(2))을 포함하고, 상기 장치는 배향 층(O(1), O(2), O(3) 및 O(4))을 포함하고, 여기서 상기 스위칭 층 및 배향 층은 O(1), S(1), O(2), O(3), S(2), 및 O(4)의 시퀀스로 서로 평행한 평면 내에서 상기 장치 내에 존재하고, O(2)에 인접한 S(1)의 액정 매질의 분자의 배향 축(OA(1)*)은 상기 장치의 하나 이상의 스위칭 상태에 존재하고, O(3)에 인접한 S(2)의 액정 매질의 분자의 배향 축(O(2)*)이 존재하고, 상기 배향 축들( OA(1)* 및 OA(2)*)은 평행하지 않고, 상기 스위칭 층의 평면에 대해 평행하다.
문헌[Applied Physics Letters, Volume 74, No. 26 (1999), on pages 3945 to 3947]은 스위칭 층의 제조 방법을 기술하고 있는데, 여기서는 약 30 μm 두께의 셀 내에서, 30 중량%의 네마틱 액정 혼합물 ZLI-4488-000을 CN965라는 명칭 하에 크레이 밸리-토탈(Cray Valley-Total)로부터 입수가능한 70 중량%의 지방족 우레탄 다이아크릴레이트와 혼합한다. 이르가큐어(Irgacure) 651이라는 명칭으로 시바-가이기(Ciba-Geigy)로부터 입수가능한 약 1 중량%의 광개시제를 상기 혼합물에 첨가하여, 광중합가능한 혼합물을 수득하고, 상기 혼합물을 7T의 전계 강도를 갖는 자기장에 놓고 수은 램프로 UV 복사선에 노출시켰다. 약 60 V로부터 시작하여 최대 달성가능한 불투명 상태에 도달하는 스위칭 층이 수득된다.
전술된 실시양태들 중 하나에 따른 스위칭 층은 스위칭 소자로 통합될 수 있다. 상기 스위칭 소자는 윈도우 소자 내에, 즉 윈도우의 광-투과 컴포넌트 내에 설치될 수 있다. 전술된 스위칭 층들 중 하나를 포함하는 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자는 "명(light)" 상태와 "암(dark)" 상태 사이에서 스위칭될 수 있어서, 이로써, "암" 스위칭 상태에서, 이의 외부 벽 내의 윈도우(들)의 광-투과 컴포넌트로서의 윈도우 소자가 달성되며, 이때 차폐(shading) 정도는 스위칭 소자에 인가된 전압에 의해 조절될 수 있다.
그러나, 많은 사람들은 또한, "암" 스위칭 상태에서 윈도우 소자를 통해 공간으로 도입되는 태양광을 불쾌하게 인식하며, 그 이유는, "어두운" 태양광이라도 사람들이 눈이 부시다고 느끼기 때문이다. 더 이상 눈부시지 않도록 하기 위해, 최종적으로 "암" 스위칭 상태에 도달하여 더이상 눈부심을 느끼지 못할 때까지 스위칭 소자를 "더 어두운" 상태로 스위칭할 수 있지만, 사람들은 태양광에 대한 눈부심에 상이한 정도로 민감하다는 것이 관찰되었다. 모든 사람에게 적절하게 "어두운" 스위칭 상태가 궁극적으로 달성되면, 이러한 방식으로 차폐된 공간은 흔히, 작업이 완전히 불가능하지는 않지만 적어도 더 어려워진다. 결과적으로, 인공 조명을 통해 작업에 필요한 밝기를 회복해야 하지만, 이는 에너지 관점에서 바람직하지 않다.
따라서, 본 발명은 명/암 상태에 의한 조절에 더하여, 스위칭 소자를 갖는 윈도우 소자를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이는, 공간 내에서 필요한 밝기를 인공 조명으로 수득할 필요 없이, 공간 내에서 태양광에 의한 눈부심을 개별적으로 제어하게할 수 있다.
본 발명의 또다른 목적은, 스위칭 소자의 투명 상태에서 불투명 상태로의 스위칭을 용이하게 하는, 스위칭 소자에 사용하기 위한 스위칭 층을 제공하는 것이다. 여기에서, 불투명 상태는 스위칭 소자를 통과하는 광이 산란되는 상태이다. 여기에서, 불투명 스위칭 상태는, 전술된 바와 같이 눈부심을 감소시키고 사생활을 확립하는 것으로부터 선택되는 하나 이상의 효과를 유발한다.
상기 목적은, 스위칭 소자에서 사용하기 위한 스위칭 층 S에 의해 달성되며, 이때 스위칭 층(S)은 스위칭 상태를 갖고, 상부 스위칭 층 평면(USLP) 및 하부 스위칭 층 평면(LSLP), 및 USLP와 LSLP 사이에 배치된 액정 매질을 포함하고, 상기 스위칭 상태들 중 하나에서, 상부 스위칭 층 평면(USLP)에 입사 방향 D(=)으로 부딪치는 평행 광선은 스위칭 층(S)을 통과할 때 D(=)를 벗어나 편향되고, 이로써, 원래의 평행 광선은, 하부 스위칭 층 평면(LSLP)을 떠난 후, 하부 스위칭 층 평면(LSLP)으로부터 멀어지게 전방-산란 방향 D(<)으로 산란되고 이에 따라 전방-산란되며, 상기 전방-산란은 확산성 투과율(diffusive transmission)(Td)로서 측정되고, 이때 Td는 20% 초과이고, Td는 하기 수학식 1에 따라 정의된다:
[수학식 1]
Figure 112017117842588-pct00001
상기 식에서,
I≥ 2.5°는 산란 각이 2.5°이상인 광각 산란의 강도를 나타내며,
Itot은 총 투과 강도를 나타낸다.
여기에서, Td 값은 380 nm 내지 780 nm의 스펙트럼 영역에 대한 평균으로 제시된다. 제시된 강도는 작업 실시예에 제시된 바와 같이 결정되고, Td 값은 작업 실시예에 제시된 바와 같이 결정된다.
스위칭 소자로 통합된 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은, 필요한 밝기를 인공 공간 조명으로 수득할 필요 없이, 명/암 상태에 의한 조절에 더하여, 태양광에 의한 눈부심을 개별적으로 조절할 수 있는 능력을 허용한다. 이는, 스위칭 상태 중 하나에서 본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 20% 초과의 확산성 투과율을 통해 가능하게 되며, 그 결과, 외부로부터 스위칭 층을 통해 공간으로 도입되는 광선에 의한 눈부심이 적어도 상당히 감소되고, 동시에, 적절한 밝기가 공간에 존재하므로, 낮 동안 인공 조명 없이 작업하는 것이 가능해진다. 이는, 많은 사람들에 의해 매우 쾌적한 것으로 인식되며, 또한, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)을 포함하는 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자를 갖는 건물의 에너지 요구량을 감소시킨다.
본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 정의에서 사용되는 "강도"라는 용어는, 바람직하게는, 해당 스위칭 층을 통한 (광) 투과 강도 또는 단순히 (광) 투과율을 의미한다. 또한, 상기 강도는 바람직하게는 380 nm 내지 780 nm의 스펙트럼 범위의 광 강도를 의미한다. 상기 강도는 가장 바람직하게는 380 내지 780 nm의 범위에서의 수치-평균화된(numerically averaged) 투과율을 의미한다.
본 발명의 의미에서 "스위칭 상태"라는 용어는, 주로 2진제(binary) 상태를 의미하며, 즉, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은,
- 본 발명에 따른 스위칭 층(S)이 20% 초과의 확산성 투과율을 갖고 사람의 눈에 균일하게 불투명하게 나타나는 스위칭 상태, 및
- 본 발명에 따른 스위칭 층(S)이 20% 이하의 확산성 투과율을 갖고 사람의 눈에 실질적으로 투명하거나 투명하게 보이는 또다른 스위칭 상태
로 존재할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 스위칭 층이 다른 스위칭 상태, 특히 중간 상태를 가질 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은, 스위칭 소자 내의 다른 스위칭 층과 조합되는 경우, 완전한 사적인 상태와 외부에 대한 시야 접촉을 갖는 상태 사이에서의 스위칭을 허용한다. 특히, 외부에 대한 시야 접촉은 차양이나 블라인드가 제공하지 않는 특성이다.
본 발명의 의미에서 "광선"이라는 용어는, 특히 UV-A, VIS 및 NIR 영역의 전자기 광선을 의미한다. 이는 특히, 윈도우(예를 들어, 유리)에 일반적으로 사용되는 물질에는 흡수되지 않거나 무시할 정도로만 흡수되는 파장의 광선을 의미한다. 통상적으로 사용되는 정의에 따라, UV-A 영역은 320 nm 내지 380 nm의 파장을 의미하고, VIS 영역은 380 nm 내지 780 nm의 파장을 의미하고, NIR 영역은 파장은 780 nm 내지 2000 nm의 파장을 의미한다.
본 발명의 의미에서 "액정 매질"이라는 용어는, 특정 조건 하에서 액정 특성을 갖는 물질을 의미한다. 본 발명에 따른 액정 매질은 전형적으로, 분자가 긴 형상을 갖는(즉, 다른 2개의 공간 방향에서보다 하나의 공간 방향(종방향 축)에서 상당히 더 긴 하나 이상의 화합물을 포함한다.
스위칭 층(S)의 액정 매질은 스위칭 층의 하나 이상의 상태에서 전방-산란된다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은, 스위칭 상태 중 하나에서 25% 초과의 확산성 투과율(Td), 특히 바람직하게는 30% 초과의 Td, 매우 특히 바람직하게는 35% 초과의 Td, 가장 바람직하게는 40% 초과의 Td를 가진다.
다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은, 또다른 스위칭 상태에서 5% 미만의 확산성 투과율(Td)을 가지며, 3% 미만의 확산성 투과율(Td)가 특히 바람직하다.
산란 스위칭 상태는 바람직하게는, 비산란 상태가 발생되는 전압보다 낮은 인가 전압에서 발생된다. 특히, 산란 스위칭 상태를 달성하기 위한 인가 전압은 0보다 상당히 크며, 바람직하게는 2 내지 10V, 특히 바람직하게는 3 내지 7V이다. 비-산란 스위칭 상태를 달성하기 위한 인가 전압은 바람직하게는 10 내지 35V, 특히 바람직하게는 15 내지 30V이다. 이는, 액정 매질이 키랄 도판트를 포함하는 스위칭 층(S)의 실시양태에 적용된다. 이와 달리, 액정 매질이 중합체 성분 및 네마틱-배열된 소분자를 포함하는 실시양태에서, 비-산란 상태는 바람직하게는 인가 전압 없이 발생하고, 산란 상태는 바람직하게는 30 내지 300 V, 특히 바람직하게는 40 내지 200 V 범위 전압에서 발생한다.
본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 바람직한 실시양태에서, 액정 매질은 네마틱-배열된 분자 및 중합체 성분을 포함하고, 여기서 중합체 성분은 바람직하게는, 반응성 메소젠의 중합에 의해 수득된 중합체성 네트워크를 포함하며, 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.
이 경우, 네마틱-배열된 분자는 바람직하게는 저분자량 화합물의 의미에서 소분자이다.
본 발명에 따른 반응성 메소젠은 바람직하게는 하기 화학식 (M-1) 또는 (M-2)의 기본 구조를 가진다:
Figure 112017117842588-pct00002
상기 식에서, C 기는 S 기(들)에 결합되는 메소젠 기를 나타낸다. 이는 특히 바람직하게는 하나 이상의 아릴, 헤테로아릴 또는 사이클로헥실 기를 포함한다.
또한, S 기는 임의의 목적하는 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 알킬렌다이옥시를 나타낸다. 메소젠성 기로부터의 경계 결정시, 스페이서 기는, 임의의 공간 방향으로 자유롭게 정렬되고 이동할 수 있는 가요성 기를 나타내고, 메소젠성 기는 전형적으로 제한된 이동성을 가진다.
R 기는, 중부가 반응에서 중합시킬 수 있는 임의의 바람직한 반응성 기, 바람직하게는 아크릴레이트, 비닐 에터 또는 에폭사이드 기, 특히 바람직하게는 아크릴레이트 기를 나타낸다. 지수 n은 2 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4, 특히 바람직하게는 2의 값을 가진다.
하기 2개의 화학식 (M-1-1) 또는 (M-2-1) 중 하나에 따르는 식 (M-1) 또는 식 (M-2)의 반응성 메소젠이 특히 바람직하다:
Figure 112017117842588-pct00003
상기 식에서, C 및 S 기는 상기 정의된 바와 같고, R21은 임의의 바람직한 유기 라디칼, 바람직하게는 H 또는 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알킬 기, 특히 바람직하게는 H를 나타낸다.
반응성 메소젠은 매우 특히 바람직하게는 하기 구조식을 갖는 다이아크릴레이트이다:
Figure 112017117842588-pct00004
.
이는 메르크로부터 RM82라는 명칭으로 입수할 수 있거나, 또는 하기 구조식 R#2 또는 R#3의 모노아크릴레이트이다:
Figure 112017117842588-pct00005
네마틱-배열된 분자 및 중합체성 네트워크는 더욱 바람직하게는 서로 균일하게 분포되어 있다. 이는, 적어도 시각적으로, 네마틱-배열된 분자의 액적 형성이 관찰되지 않음을 의미한다.
네마틱-배열된 분자는 바람직하게는 액정 네마틱 분자들의 혼합물 형태로 사용되며, 여기서 상기 혼합물은 굴절률 이방성(Δn) 및 유전 이방성(Δε)을 가진다. 액정 네마틱 분자들의 혼합물은 바람직하게는 0.03 내지 0.40, 특히 바람직하게는 0.06 내지 0.30의 범위의 굴절률 이방성 및/또는 -50 내지 +100 범위, 특히 바람직하게는 -15 내지 +70의 범위의 유전 이방성을 가진다. 바람직하게는 음의, 특히 바람직하게는 -6 내지 -3의 값을 갖는 액정 혼합물이 제공된다. 다르게는, 바람직하게는 3 내지 50, 특히 바람직하게는 5 내지 20의 값을 갖는 양의 이방성 이방성을 갖는 액정 혼합물이 제공된다.
바람직하게는, 특히 스위칭 층(S) 내의 중합체와 조합으로 사용되는 액정 네마틱 분자들의 혼합물이, 하기 언급되는 기제 혼합물 #1이다.
본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 바람직한 실시양태에서, 네마틱-배열된 분자는 중량 비율(WLC)을 갖고, 중합체성 네트워크는 중량 비율(WPN)을 갖고, 이때 WPN은 WLC + WPN의 중량을 기준으로 60 중량% 미만의 영역, 더욱 바람직하게는 40 중량% 미만의 영역 및 매우 특히 바람직하게는 30 중량% 미만의 영역에 존재한다. 네마틱-배열된 분자는 바람직하게는, 각각의 경우 WLC + WPN의 중량을 기준으로, 40 중량% 내지 98 중량%의 범위의 중량 비율(WLC)를 갖고, 중합체성 네트워크는 각각 60 중량% 내지 2 중량%의 중량 비율(WLC)을 가진다.
이미 언급한 바와 같이, 중합체성 네트워크는 반응성 메소젠의 중합에 의해 수득된다. 이를 위해, 광개시제가 바람직하게 사용되며, 특히 바람직하게는 하기 구조식의 광개시제(이는 현재 이르가큐어 651이라는 명칭으로 BASF로부터 입수할 수 있음):
Figure 112017117842588-pct00006
,
또는 그의 구조가 하기 표에 열거되는 광개시제가 사용된다.
Figure 112017117842588-pct00007
Figure 112017117842588-pct00008
중합 및 본 발명에 따른 스위칭 층(S)에서의 후속 사용을 위해, 상기 혼합물은 바람직하게는, 이의 중량을 기준으로 60 내지 98 중량%의 네마틱-배열된 분자, 40 내지 2 중량% 반응성 메소젠 및 0.01 내지 5 중량%의 광개시제를 함유한다.
반응성 메소젠은 복수개의 성분, 예를 들어, 일작용성 및 다작용성 반응성 메소젠으로 이루어질 수 있다. 다작용성 반응성 메소젠 성분은 일반적으로 가교 결합을 보장한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 광개시제는 생략된다. 사용되는 반응성 메소젠 성분은 340 nm 초과의 광에 의해 중합을 스스로 개시할 수 있는 반응성 메소젠이다. 이와 관련된 예는, 하기 구조식으로 도시되는 쿠마린 시스템에 기초한 메소젠이다:
Figure 112017117842588-pct00009
.
다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은 키랄 도판트를 포함하는 액정 매질을 포함한다.
상기 실시양태에서, 액정 매질의 분자는 바람직하게는, 스위칭 층(S)이 20% 초과의 Td, 즉 불투명 스위칭 상태인 경우, 키랄 네마틱 상이다.
다른 바람직한 실시양태에서, Td가 20% 초과인 하나의 스위칭 상태에서의 키랄 네마틱 상은 다중-도메인으로 정렬된 상이다. 본 발명의 목적을 위해, "다중-도메인으로 정렬된 상"은, 액정 매질의 분자가 균일한 배향 축을 갖지 않고 균일한 공통 선형 나선형 축을 갖지 않는 상태를 의미한다. 스위칭 층(S)에서 다중-도메인으로 정렬된 상은 균일하다는 이점을 갖고, 바람직하게는 전체 영역에 걸쳐 가시적인 결함이 없다. 이는 특히, 기판 층에 대해 균일하게 평행한 나선이 발생되는 상 및/또는 소위 스트립 도메인을 갖는 상보다 유리하다. 다중-도메인으로 정렬된 상의 다른 이점은, 평면 또는 호메오트로픽 방식으로 배향된 통상적인 배향 층이 달성될 수 있다는 것이다(즉, 배향 층의 특수한 추가 처리에 의존할 필요가 없음).
다른 바람직한 실시양태에서, 하나의 스위칭 상태에서의 키랄 네마틱 상은 적어도 국부적으로 비틀려 있거나, 다르게는, 이로부터 형성될 수 있은 상위 거시적 구조 배열로 존재한다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 다른 스위칭 상태에서의 상은 비틀리지 않은, 즉 호메오트로픽 또는 평면 방식으로 정렬되거나, 낮은 정도의 비틀림을 가진다. 여기에서, 낮은 정도의 비틀림은, 층 두께에 걸쳐 5°내지 360°, 바람직하게는 45°내지 300°, 특히 바람직하게는 90°, 180°또는 270°의 분자의 비틀림을 의미한다.
키랄 도판트는 바람직하게는 네마틱 상에서 균일하게 분포되어, 액정 매질의 분자 및 키랄 도판트가 서로 균일하게 분포된다.
키랄 도판트는 특히 바람직하게는 네마틱 상에 용해된다.
키랄 네마틱 상은 바람직하게는 네마틱 액정 혼합물의 형태로 사용되며, 여기서 상기 혼합물은 굴절률 이방성(Δn) 및 유전 이방성(Δε)을 가진다. 상기 혼합물은 바람직하게는 0.03 내지 0.40, 특히 바람직하게는 0.07 내지 0.30의 범위의 굴절률 이방성(Δn) 및/또는 -50 내지 + 100, 특히 바람직하게는 -15 내지 +70의 범위의 유전 이방성(Δε)을 가진다. 또한, 유전 이방성(Δε)에 대해 상기 제시된 바람직한 값이 이와 관련하여 적용된다.
상기 액정 혼합물은 바람직하게는 성분 I의 하나 이상의 화합물, 성분 II의 하나 이상의 화합물 및 성분 III의 하나 이상의 화합물을 포함한다.
성분 I의 화합물은, F, CN, 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 10개의 C 원자를 갖는 알케닐 기 및 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알콕시 기로부터 선택되는 하나 이상의 말단 기를 함유하는 이환형 화합물로부터 선택된다.
성분 II의 화합물은, F, CN, 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 10개의 C 원자를 갖는 알케닐 기 및 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알콕시 기로부터 선택되는 하나 이상의 말단기를 함유하는 삼환형 화합물로부터 선택된다.
성분 III의 화합물은 F, CN, 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알킬 기, 2 내지 10개의 C 원자를 갖는 알케닐 기 및 1 내지 10개의 C 원자를 갖는 알콕시 기로부터 선택되는 1 종 이상의 말단기를 함유하는 사환형 화합물로부터 선택된다.
액정 매질 중 성분 I, II 및 III의 화합물의 비율은 바람직하게는 70 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상, 특히 바람직하게는 85 중량% 이상이다.
바람직하게 사용되는 액정 분자들의 혼합물은, 하기 제시되는 분자들의 혼합물(기제 혼합물 #2로서 본원에 지칭됨)이다:
Figure 112017117842588-pct00010
Figure 112017117842588-pct00011
.
바람직하게 사용되는 액정 분자들의 다른 혼합물은, 하기 제시되는 분자들의 혼합물(본원에서 기제 혼합물 #3으로 지칭됨)이다:
Figure 112017117842588-pct00012
Figure 112017117842588-pct00013
Figure 112017117842588-pct00014
.
마찬가지로, 작업 실시예에서 언급되는 기제 혼합물 #4가 또한 바람직하다.
사용되는 키랄 도판트는 바람직하게는 하기 제시되는 분자들 중 하나이며, 여기서 키랄 도판트 S-5011 또는 S-811이 특히 바람직하다.
Figure 112017117842588-pct00015
Figure 112017117842588-pct00016
Figure 112017117842588-pct00017
.
스위칭 층(S)은 바람직하게는 평균 굴절률(n)을 갖고, 상기 분자는 피치(p)를 가지며, 이때 n·p의 곱은 0.8 μm 초과, 특히 바람직하게는 1.0 μm 초과, 매우 특히 바람직하게는 1.2 μm 초과이며, 특히 바람작하게는 50 μm 내지 0.8 μm의 범위, 바람직하게는 25 μm 내지 0.8 μm의 범위이다.
또한, 피치(p)가 0.5 μm 내지 50 μm, 특히 바람직하게는 0.5 μm 내지 30 μm, 매우 특히 바람직하게는 0.5 μm 내지 15 μm 인 것이 바람직하다. p는 가장 바람직하게는 1 μm 내지 5 μm이다. 이에 따라, 낮은 스위칭 전압이 달성될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 낮은 스위칭 전압은, 특히 안전성의 이유로, 스위칭가능한 윈도우에 유리한다.
p 값은 키랄 도판트 및 그의 나선형 비틀림력(β)의 적합한 선택을 통해 및 그 농도를 통해 당업자에 의해 조절될 수 있다.
다른 바람직한 실시양태에서, 키랄 도판트는 액정 매질 내에서 0.1 중량% 내지 30.0 중량%, 바람직하게는 0.1 중량% 내지 10 중량%의 범위의 중량 비율(WD)을 가진다.
키랄 도판트를 갖는 액정 매질을 포함하는 본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 또다른 바람직한 실시양태에서, 바람직하게는 나선형 비틀림력(β = (p·c)-1·μm-1, 여기서 p는 액정 매질의 피치(μm)이고, c는 전체 액정 매질을 기준으로 한 키랄 도판트의 농도(중량%)이고, 이때 β는 5 μm-1 초과이다. 키랄 도판트는 바람직하게는 5 내지 250 μm-1, 특히 바람직하게는 7 내지 150 μm-1의 나선형 비틀림력을 가진다.
또한, d/p 값이 2초과인 것이 바람직하며, 여기서 d는 스위칭 층(S)의 두께이고, p는 액정 매질의 분자의 피치이다. d/p는 특히 바람직하게는 20 미만이다. d/p는 매우 특히 바람직하게는 3 내지 10의 값을 가진다. d/p의 적합한 값은, 특히, 고도로 산란되는 스위칭 층(S), 즉 높은 확산성 투과율(Td) 값을 갖는 스위칭 층을 가능하게 한다.
키랄 도판트를 갖는 액정 매질을 포함하는 본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 바람직한 실시양태에서, 스위칭 소자에 통합된 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은, 액정 매질의 분자가 호메오트로픽 방식으로 배열되어 있는(즉, 스위칭 층 평면 USLP 및 LSLP에 수직으로 배열되어 있는) 상태로부터, 다중-도메인으로 정렬된 상태(이는 사람의 눈에 균질하게 불투명하게 나타남)로 스위칭될 수 있다. 다중-도메인 상태가 현미경 하에서 구조화된다는 사실은, 시각적으로 균일하게 불투명하다는 특성에 악영향을 미치지 않는다.
일반적으로, 상기 액정 매질은 바람직하게는 90℃ 초과, 더욱 바람직하게는 100℃ 초과 또는 105℃초과, 특히 바람직하게는 110℃ 초과의 등명점을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 액정 매질은 일반적으로 1.0×109 ohm·cm 초과, 특히 바람직하게는 1.0×1011 ohm·cm 초과의 비저항을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)이, 하나 이상의 이색성 염료를, 액정 매질의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 25 중량%, 특히 바람직하게는 0.1 중량% 내지 15 중량%의 범위의 염료 농도로 포함하는 것이 바람직하다.
그러나, 이는 스위칭 층(S)이 임의의 염료를 포함하지 않는 실시양태에 대한 특정 조건 하에서도 바람직하다. 이는, 스위칭 소자의 더 단순한 구조 및 명 상태에서의 더 높은 투과율의 이점을 가진다. 또한, 이 경우 스위칭 소자의 광학적 외관은 백색(즉, 무채색)이며, 이는 특정 용도의 경우 바람직하고, 고온 및 광 조사에서의 스위칭 소자의 수명이 바람직하게는 더 길다.
본원에서 "이색성 염료"라는 용어는, 광의 편광 방향에 대한 분자의 배향에 흡수 특성이 의존하는 광 흡수 화합물을 의미한다. 본 발명에 따른 이색성 염료는 전형적으로 긴 형상을 가진다(즉, 염료 분자가 다른 2개의 공간 방향에서보다 하나의 공간 방향(종방향 축)에서 상당히 더 김).
본 발명에 따른 스위칭 층은 바람직하게는 2종, 3종 또는 4종, 특히 바람직하게 3종의 이색성 염료를 포함하고, 이색성 염료들의 흡수 스펙트럼은 바람직하게는, 사람의 눈에 흑색의 인상이 일으키는 방식으로 서로 보완적이다.
염료 화합물은 바람직하게는 아조 화합물, 안트라퀴논, 메틴 화합물, 아조메틴 화합물, 메로시아닌 화합물, 나프토퀴논, 테트라진, 릴렌, 벤조티아다이아졸, 파이로메텐, 다이케토피롤로피롤, 티에노티아진 및 말로노나이트릴로부터 선택된다. 이들 중에서, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/090373 호에 개시된 바와 같은 아조 화합물, 안트라퀴논, 릴렌, 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/187529 호에 개시된 바와 같은 벤조티아다이아졸, 다이케토피롤로피롤, 특히 아직 공개되지 않은 유럽 출원 제 14002950.1 호에 개시된 바와 같은 티에노티아졸, 특히 아직 공개되지 않은 유럽 출원 제 14004145.0 호에 개시된 바와 같은 말로노나이트릴이 특히 바람직하다.
하기 염료를 사용하는 것이 특히 바람직하며, 그 구조는 하기에 도시된다.
Figure 112017117842588-pct00018
Figure 112017117842588-pct00019
하나 이상의 이색성 염료를 포함하는 전술된 바람직한 실시양태는, 특히, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)의 액정 매질이 중합체 성분을 함유하지 않지만 대신에 저분자 및 키랄 도판트를 포함하는 경우에 바람직하다.
본 발명에 따른 스위칭 층(S)은 바람직하게는 1 μm 내지 300 μm, 특히 바람직하게는 3 μm 내지 100 μm, 매우 특히 바람직하게는 20 내지 100 μm 범위의 두께를 가진다. 이는, 본 발명에 따른 스위칭 소자가 정확히 하나의 스위칭 층(S)을 갖는 경우에 적용된다. 스위칭 소자가, 차례로 배열된 복수개의 스위칭 층(S)을 갖는 경우, 이들 층의 두께의 합은 바람직하게는 5 내지 200 μm, 특히 바람직하게는 10 내지 100 μm이다.
다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은 3 μm 내지 200 μm 범위의 두께, 바람직하게는 3 내지 75 μm 범위의 두께를 갖고, 불투명 스위칭 상태에서, 550 nm의 광선 파장에서의 총 투과율(Ttotal)은 60% 내지 100% 범위이고, 확산성 투과율 Td는 25% 내지 100% 범위이다.
또다른 바람직한 실시양태에서는, 상기 스위칭 상태들 중 하나에서, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은 바람직하게는 45% 미만, 특히 바람직하게는 20% 미만, 더욱 바람직하게는 10% 미만, 매우 특히 바람직하게는 5% 미만의 평행 광선을 상부 스위칭 층 평면(USLP)으로부터 멀어지게 후방-산란 방향으로 산란시킨다. 이러한 낮은 후방-산란은 특히 바람직하게는 스위칭 층의 모든 스위칭 상태, 특히 스위칭 층의 산란 스위칭 상태에서 존재한다.
또다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)은 0% 내지 80%의 총 투과율 범위 내에서 총 투과율의 제어 범위를 가지며, 이때 상기 제어 범위는 15% 이상이다.
본 발명에 따른 스위칭 층(S)은 액정 매질을 포함하는 다른 스위칭 층과 함께 다중 스위칭 층 소자 내에 존재할 수 있다. 여기서, 추가적인 스위칭 층은 다른 스위칭 층(S)일 수 있고/있거나, 산란 스위칭 상태를 갖지 않고 명에서 암으로 스위칭하는 스위칭 층일 수 있다. 2개, 3개 또는 4개의 스위칭 층을 포함하는 다중 스위칭 층 디바이스, 특히 바람직하게는 2개 또는 3개의 스위칭 층을 포함하는 디바이스가 특히 바람직하다. 바람직하게는, 이들 스위칭 층들 중 적어도 하나는 산란 스위칭 상태를 갖지 않는 스위칭 층이다. 스위칭 상태를 갖지 않는 스위칭 층은, 광에서 암으로 스위칭한다는 점에서, 전체 스위칭 소자를 통한 투과율 및 이에 따른 전체 스위칭 소자의 밝기를 스위칭가능하게 만드는데 이용될 수 있다.
본 발명은 또한, 전술된 유형의 스위칭 층(S)을 포함하는 스위칭 소자를 포함하며, 상기 스위칭 층(S)은 제 1 층 시퀀스로 배열되고, 상기 제 1 층 시퀀스는, 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
- 외부 기판 층,
- 외부 전기 전도성 층,
- 스위칭 층(S),
- 내부 전기 전도성 층 및
- 내부 기판 층
을 포함한다.
외부 및 내부 기판 층은 유리 또는 중합체, 특히 유리, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리비닐부티랄(PVB), 폴리메틸 메타 크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), COP(고리형 올레핀 중합체) 또는 TAC(트라이아세틸 셀룰로오스)를 포함한다.
본 발명에 따른 스위칭 소자는 바람직하게는 UV 광을 차단하는 하나 이상의 층을 포함한다. 이는 특히, 350 nm 미만, 바람직하게는 360 nm 미만, 특히 바람직하게는 380 nm 미만의 파장을 갖는 광의 통과를 허용하지 않거나 단지 적은 정도로만 허용하는 하나 이상의 층을 포함한다. 이러한 유형의 층을 갖는 디바이스가, 재현가능한 방식으로 일정한 특성으로 더 오래 스위칭될 수 있음이 밝혀졌다.
외부 및 내부 전기 전도성 층은 전기 전도성 옥사이드(TCO), 바람직하게는 ITO 또는 SnO2:F; 또는 얇은 투명 금속 및/또는 금속 옥사이드 층, 예컨대 은으로 이루어질 수 있다. 외부 및 내부 전기 전도성 층에는 바람직하게는 전기 접속부가 제공된다. 전압은 바람직하게는 배터리, 충전식 배터리, 수퍼 커패시터 또는 외부 전류원에 의해 공급된다.
본 발명에 따른 스위칭 소자의 바람직한 실시양태에서, 제 1 층 시퀀스에서는, 외부 배향 층은 외부 전기 전도성 층과 스위칭 층 사이에 배치되고, 내부 배향 층은 내부 전기 전도성 층과 스위칭 층 사이에 배치된다.
외부 및 내부 배향 층은 바람직하게는 폴리이미드 층이다. 외부 및 내부 배향 층은 특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 스위칭 층(S)에 인접한 이들의 표면 상에 러빙된 폴리이미드를 가진다. 당업자에게 공지된 특정 방식으로 러빙된 폴리이미드는, 본 발명에 따른 스위칭 층(S) 내의 액정 매질의 분자가 외부 또는 내부 배향 층에 대해 평면 배열되는 경우(수평(homogeneous) 또는 평면 배향), 상기 분자가 러빙 방향으로 우선적으로 정렬되게 한다. 다르게는, 액정 매질의 분자의 수직(호메오트로픽) 배향을 취하는 배향 층을 사용할 수도 있다. 이러한 유형의 배향 층은 바람직하게는 폴리이미드 재료로 이루어지며, 당업자에게 공지되어 있고, 상업적으로 입수가능하다. 또한, 배향 물질의 UV 노출 후에, 이후에 LC의 우선적 방향을 유발하는 배향 층이 바람직하다. 이러한 물질은 기술 용어인 "광 배향"으로 공지되어 있다.
본 발명에 따른 스위칭 소자의 또다른 바람직한 실시양태에서, 스위칭 소자는 제 1 층 시퀀스의 외부 기판 층 상에 및/또는 제 1 층 시퀀스의 내부 기판 층 상에 제 2 층 시퀀스를 갖고, 여기서 제 2 층 시퀀스는, 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
- 기판 층,
- 전기 전도성 층,
- 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
- 전기 전도성 층 및
- 기판 층
을 포함한다.
전술된 제 2 층 시퀀스의 바람직한 실시양태에서, 배향 층은 각각의 경우 전기 전도성 층과 스위칭 층 사이에 존재한다.
제 2 층 시퀀스의 기판 층, 전기 전도성 층 및 배향 층의 바람직한 실시양태에 대해서는, 제 1 층 시퀀스의 대응 층에 대한 설명에서 이미 설명된 것과 같은 것이 대응적으로 적용된다. 제 2 층 시퀀스의 스위칭 층의 액정 매질은 바람직하게는 전방-산란성이 아니다. 대안적으로 및 바람직하게는, 제 2 층 시퀀스의 스위칭 층은 또다른 스위칭 층(S), 즉 산란 상태를 갖는 스위칭 층일 수 있다.
본 발명에 따른 스위칭 소자의 또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 스위칭 소자는 제 1 층 시퀀스의 외부 기판 층 상에 및/또는 제 1 층 시퀀스의 내부 기판 층 상에 제 3 층 시퀀스를 갖고, 여기서 제 3 층 시퀀스는 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
- 기판 층,
- 전기 전도성 층,
- 배향 층,
- 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
- 배향 층,
- 전기 전도성 층,
- 기판 층,
- 하나 이상의 다른 임의적 층, 예를 들면, 저 E 코팅,
- 임의적 공기 층,
- 임의의 기판 층,
- 전기 전도성 층,
- 배향 층,
- 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
- 배향 층,
- 전기 전도성 층 및
- 기판 층
을 포함한다.
제 3 층 시퀀스의 기판 층, 전기 전도성 층 및 배향 층의 바람직한 실시양태에 대해서는, 제 1 층 시퀀스의 대응 층에 대한 설명에서 이미 설명된 것과 같은 것이 대응적으로 적용된다. 제 3 층 시퀀스의 스위칭 층의 액정 매질은 바람직하게는 전방-산란성이 아니다. 대안적으로 및 바람직하게는, 제 2 층 시퀀스의 스위칭 층들 중 하나 또는 둘 다는 바람직하게는 스위칭 층(S), 즉 산란 상태를 갖는 스위칭 층일 수 있다.
제 3 층의 시퀀스는 특히 바람직하게는, 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
- 기판 층,
- 전기 전도성 층,
- 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
- 전기 전도성 층,
- 기판 층,
- 전기 전도성 층,
- 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
- 전기 전도성 층 및
- 기판 층
을 포함한다.
전술된 제 3 층 시퀀스의 바람직한 실시양태에서, 배향 층은 각각의 경우 전기 전도성 층과 스위칭 층 사이에 존재한다.
제 2 층 시퀀스의 스위칭 층의 액정 매질 또는 제 3 층 시퀀스의 스위칭 층들 중 하나 또는 둘 다의 액정 매질은 바람직하게는, 하나 이상의 이색성 염료를, 각각의 액정 매질의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 25 중량% 범위의 염료 농도로 포함한다. 액정 매질은 바람직하게는 각각의 경우 2종, 3종 또는 4종, 바람직하게는 3종 이상의 이색성 염료를 포함하고, 이때 이색성 염료의 흡수 스펙트럼은 바람직하게는, 사람의 눈에 흑색의 인상이 일어는 방식으로, 서로에 대해 보완적이며, D1, D2 및 D3 염료가 특히 바람직하게 사용된다. 특정 조건 하에서, 4종, 5종 또는 6종의 상이한 염료가 상기 액정 매질 중에 존재하는 것이 바람직할 수 있다.
본원에 따른 스위칭 소자의 바람직한 실시양태는 하기의 조합된 스위칭 층 또는 하기 개별 스위칭 층을 포함한다:
a) 이색성 염료를 포함하지 않는 스위칭 층(S),
b) 이색성 염료를 포함하는 스위칭 층(S),
c) 둘 다 이색성 염료를 포함하지 않는 2개의 스위칭 층(S),
d) 이색성 염료를 포함하지 않는 스위칭 층(S) 및 이색성 염료를 포함하는 스위칭 층(S),
e) 둘 다 이색성 염료를 포함하는 2개의 스위칭 층(S),
f) 이색성 염료를 포함하지 않는 스위칭 층(S), 및 스위칭 층(S1),
g) 이색성 염료를 포함하지 않는 스위칭 층(S), 및 2개의 스위칭 층(S1),
h) 이색성 염료를 포함하는 스위칭 층(S), 및 스위칭 층(S1),
i) 이색성 염료를 포함하는 스위칭 층(S), 및 2개의 스위칭 층(S1),
j) 둘 다 이색성 염료를 포함하지 않는 2개의 스위칭 층(S), 및 스위칭 층(S1),
k) 이색성 염료를 포함하지 않는 스위칭 층(S), 이색성 염료를 포함하는 스위칭 층(S), 및 스위칭 층(S1),
l) 둘 다 이색성 염료를 포함하는 2개의 스위칭 층(S), 및 스위칭 층(S1)
m) 둘 다 이색성 염료를 포함하지 않는 2개의 스위칭 층(S), 및 2개의 스위칭 층(S1)
n) 이색성 염료를 포함하지 않는 스위칭 층(S), 이색성 염료를 포함하는 스위칭 층(S), 및 2개의 스위칭 층(S1),
o) 둘 다 이색성 염료를 포함하는 2개의 스위칭 층(S), 및 2개의 스위칭 층(S1),
여기서 스위칭 층(S1)은, 산란 상태를 갖지 않고 명 스위칭 상태로부터 암 스위칭 상태로 스위칭하는 스위칭 층이다.
스위칭 층(S1)은 바람직하게는, 액정 매질 및 하나 이상의 이색성 염료를 포함하고 바람직하게는 게스트-호스트 원리에 따라(즉, 액정 매질의 분자의 비틀린 네마틱 배열로부터 호메오트로픽 배열로) 스위칭하는 스위칭 층이다. 이러한 유형의 스위칭 층은 특히 국제 특허 출원 공개 제 WO 2014/135240 호 및 제 WO 2014/180525 호에 상세히 기재되어 있으며, 이들의 개시 내용을 본원에 명백하게 인용한다.
또한, 본 발명은 전술된 유형의 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자를 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, "윈도우 소자"라는 용어는, 윈도우의 광 투과 요소, 즉, 바람직하게는 건물 벽의 일부인 단일 또는 다중 유리창(glazed window)의 판유리(glass pane)를 의미한다. 판유리는, 입사 평행 광선을 향하는 측면(외부)과 입사 평행 광선으로부터 떨어진 측면(내부)을 가진다. 전술된 유형의 스위칭 소자는 본 발명에 따른 윈도우 소자의 바깥쪽 또는 안쪽에 배치될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 스위칭 소자는 윈도우뿐만 아니라, 공간의 내부, 예를 들어 공간의 개별적인 구획을 나누기 위한, 공간과 공간 사이의 분할 벽에 사용될 수 있다. 이 경우, 스위칭 소자를 산란으로부터 투명 상태로 스위칭함으로써 달성되는 사생활이, 공간 부분들 사이에 시각적 장벽을 생성할 수 있다.
또한, 전술된 유형의 스위칭 소자는 프리-헝 파사드(pre-hung facade) 소자에 설치될 수 있으며, 이때 프리-헝 파사드 소자는 윈도우의 바깥쪽 전면에 배치된다. 이에 따라, 입사 평행 광선은, 윈도우의 안쪽에 인접하는 공간에 위치하는 관찰자로부터 더 많이 분리되어 산란된다. 더 많은 분리로 인해, 작은 산란 각도로 산란된 광이 관찰자를 통과하여, 결과적으로 관찰자를 눈부시게 하지 않는다.
측정 방법
본원에 사용된 광 강도 값의 측정은, 150 mm의 적분 구(integration sphere)(울브리히트(Ulbricht) 구)를 갖는 퍼킨 엘머(Perkin Elmer) 람다 1050 UV/VIS/NIR 분광기에서 수행한다. 투과 강도 값은, 각각의 경우에, 380 내지 780 nm의 스펙트럼 범위에 대한 평균으로 결정한다. 여기에서, "평균"은 수치-평균(numerically averaged)을 의미한다.
광각 산란의 투과 강도(I≥ 2.5°)를 측정하기 위해 시료를 적분 구의 시료 홀더 상에 직접 장착한다. 적분 구는 개방된다. 배출된 광은 광 트랩(즉, 비-반사성 흑색 매질, 예를 들어 흑색 비-반사성 천) 내에 수집되어, 2.5°미만의 개구 각을 갖는 광이 구를 떠나, 더 이상 측정에 포함되지 않는다.
측정 내에 존재하는 실제 적분 구의 개구 각은 4.8°이어서, 수행되는 실험에서는, 2.5° 이상의 광각 산란에 대한 Td가 아니라 4.8° 이상의 광학 산란에 대한 Td가 결정되었다. 따라서, 청구범위에 따른, 2.5° 이상의 광각 산란에 대한 Td는, 실시예에서 측정된 4.8° 이상의 광각 산란에 대한 Td보다 다소 크지만 그와 적어도 동등하게 크다.
총 투과 강도(Itot)를 측정하기 위해, 시료를 적분 구의 입구에서 시료 홀더 상에 직접 장착한다. 적분 구(울리브리흐트 구)는 폐쇄되고, 시료를 통과하는 모든 광(즉, 산란되지 않은 광 및 산란된 광 둘다)을 검출기로 보낸다.
투과 강도(Iobserver)는 전술된 두 값 I≥ 2.5°와 Itot로부터 하기 수학식 2에 따라 계산될 수 있다:
[수학식 2]
Iobserver = Itot - I≥ 2.5°.
후방-산란 강도의 측정을 위해, 시료를 적분 구의 개방된 출구 개구에 장착한다. 광 트랩은 시료 뒤의 다른 광 경로 내에 위치한다. 시료(들)에는 케이블 접촉부가 제공되며, 전술된 값의 수준에서 방형파 전압이 공급된다. 시료에 의해 반사된 광은 적분 구를 통해 검출기에 도달하고, 측정된다. 반사되지 않은 광은 검출기에 도달하지 않고 적분 영역을 떠난다.
하기에서 "산란이 없다"는 것은, Td의 값이 3% 미만, 바람직하게는 1% 미만임을 의미한다. 스페이서에 의해 야기되는 폴리이미드의 손상, 및 제작 및 제조의 결과로서, 예를 들어 러빙 중 스크래치로 인한 미세한 손상은, 실제적인 실시양태에서 0%의 Td 값이 결코 완전히 달성될 수 없음을 의미한다.
작업 실시예
본 발명은 하기 (비교) 실시예에서 더 상세하게 설명된다.
(비교) 실시예의 스위칭 층에서, 하기 열거되는 이의 성분, 즉 액정 분자의 중량 비율을 갖는 기제 혼합물 #1, #2, #3 및 #4가 사용된다.
기제 혼합물 #1은 -5.7의 유전 이방성(Δε)을 갖고,
13 중량%의 CCN-33,
10 중량%의 CZY-3-O2,
10 중량%의 CZY-4-O2,
10 중량%의 CZY-5-O2,
4 중량%의 CCZY-3-O2,
14 중량%의 PTY-3-O2,
14 중량%의 PTY-5-O2,
5 중량%의 %CPTY-3-O1,
5 중량%의 CPTY-3-O2,
5 중량%의 CPTY-3-O3,
8 중량%의 CP-3-O1 및
2 중량%의 CGPC-3-3
으로 이루어진다.
기제 혼합물 #2는 + 41.8의 유전 이방성(Δε), 0.2574의 굴절률 이방성(Δn), 및 92℃의 등명점을 가지며,
- 9 중량%의 PZG-2-N,
- 10 중량%의 PZG-3-N,
- 14 중량%의 PZG-4-N,
- 2 중량%의 PZG-5-N,
- 2 중량%의 CP-3-N,
- 20 중량%의 PPTUI-3-2,
- 28 중량%의 PPTUI-3-4 및
- 3 중량%의 CGPC-3-3
을 포함한다.
기제 혼합물 #3은 +11.3의 유전 이방성(Δε), 0.1349의 굴절률 이방성(Δn), 및 114.5℃의 등명점을 갖고,
- 16 중량%의 CP-3-N,
- 16 중량%의 CP-5-N,
- 5 중량%의 CPG-3-F,
- 5 중량%의 CPG-5-F,
- 15 중량%의 CPU-3-F,
- 15 중량%의 CPU-5-F,
- 7 중량%의 CCGU-3-F,
- 4 중량%의 CGPC-3-3,
- 4 중량%의 CGPC-5-3,
- 4 중량%의 CGPC-5-5,
- 3 중량%의 CCZPC-3-3,
- 3 중량%의 CCZPC-3-4 및
- 3 중량%의 CCZPC-3-5
으로 이루어진다.
기제 혼합물 #4는 -5.0의 유전 이방성(Δε), 0.1531의 굴절률 이방성(Δn) 및 81℃의 등명점을 갖고,
- 25 중량%의 CY-3-O4,
- 9 중량%의 CY-5-O2,
- 7 중량%의 CCY-3-O2,
- 4.5 중량%의 CCY-3-O3,
- 10 중량%의 CPY-2-O2,
- 10 중량%의 CPY-3-O2,
- 15 중량%의 PYP-2-3,
- 10 중량%의 PYP-2-4,
- 3 중량%의 CCP-V-1,
- 2 중량%의 CPP-3-2,
- 3.5 중량%의 PP-1-2V1,
- 2 중량%의 PGP-2-3,
- 3.5 중량%의 PP-1-2V1 및
- 2 중량%의 PGP-2-3
을 포함한다.
기제 혼합물 #2 및 #3의 성분의 화학 구조는 이미 명시적으로 제시되었다. 기제 혼합물 #1 및 #4의 성분의 화학 구조는 약어의 형태로 제시되며, 그 의미는 국제 특허 출원 공개 제 WO 2012/052100 호의 3 페이지 24 행 내지 67 페이지 12 행에 기술되어있다.
비교예 1
도시된 층 시퀀스를 갖는 비교용 스위칭 소자(1)를 제조하였다.
Figure 112017117842588-pct00020
배향 층(3 및 6) 및 배향 층(5a 및 8)은 액정 분자를 동일한 방향으로 정렬시키고, 배향 층(5a)은 배향 층(3)에 대해 90° 회전되고, 배향 층(8)은 배향 층(6)에 대해 90° 회전된다.
스위칭 층(4, 7)은 각각 24.5 μm의 두께를 가진다. 스위칭 층(4, 7)에 존재하는 액정 분자의 배향 축은,
- 각각의 스위칭 층 평면을 지시하고 각각의 인접 배향 층의 러빙 방향에 대해 평행한 작은 선경사각(예를 들어, 1°의 선경사각)을 갖는 평면인 스위칭-오프 상태(U = 0V), 및
- 각각의 배향 층에 수직인 스위칭-온 상태(U = 20V)
에 놓인다.
비교용 스위칭 소자(1)는 스위칭 층(4 및 7)의 전극에서 20V의 전압에서 "명" 스위칭 상태에서 73%의 투과 강도를 가진다. 여기서, 스위칭 층(4 및 7) 내의 액정 분자는 호메오트로픽 배향 상태이다.
비교용 스위칭 소자(1)는 스위칭 층(4 및 7)의 전극에서 0V의 전압에서 "암" 스위칭 상태에서 15%의 투과 강도(Iobserver)를 가진다. 여기서, 스위칭 층(4 및 7) 내의 액정 분자는 평면 배향 상태이다.
비교용 스위칭 소자(1)는 명 스위칭 상태 및 암 스위칭 상태 둘 다 및 중간 상태에서 산란이 없다(1% 미만).
비교예 2
하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스를 갖는 비교용 스위칭 소자(2)를 제조하였다.
Figure 112017117842588-pct00021
배향 층(13)은 배향 층(15)에 대하여 90° 회전된다.
스위칭 층(14)은 24.5 μm의 두께를 가진다. 스위칭 층(14)에 존재하는 분자의 배향 축은,
- 스위칭 층 평면(14)을 지시하고 배향 층(13 및 15)의 러빙 방향에 대해 평행한 1°의 선경사각을 갖는 평면인 스위칭-오프 상태(U = 0V), 및
- 배향 층(13 및 15)에 수직인 스위칭-온 상태(U = 20V)
에 놓인다.
비교용 스위칭 소자(2)는 스위칭 층(14)의 전극에서 20V의 전압에서 "명" 스위칭 상태에서 73%의 투과 강도를 가진다. 여기서, 스위칭 층(14)의 액정 분자는 호메오트로픽 배향 상태이다.
비교용 스위칭 소자(2)는 스위칭 층(14)의 전극에서 0V의 전압에서 "암" 스위칭 상태에서 측정시 42%의 투과 강도(Iobserver)를 가진다. 여기서, 스위칭 층(14) 내의 분자는 평면 배향 상태이다.
비교용 스위칭 소자(2)는 명 스위칭 상태 및 암 스위칭 상태 둘 다 및 중간 상태에서 산란이 없다(1% 미만).
비교예 3
하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스를 갖는 비교용 스위칭 소자(3)를 제조하였다.
Figure 112017117842588-pct00022
스위칭 층(14')은 5 μm의 두께를 가진다. 스위칭 층(14')에 존재하는 액정 분자의 배향 축은,
- 스위칭 층 평면(14')을 지시하고 배향 층(13' 및 15')의 러빙 방향에 대해 평행한 5°의 선경사각을 갖는 평면인 스위칭-오프 상태(U = 0V), 및
- 배향 층(13', 14')에 수직인 스위칭-온 상태(U = 12V)
에 놓인다.
비교용 스위칭 소자(3)는 "명" 스위칭 상태에서 74%의 투과 강도를 가진다. 여기서, 스위칭 층(14') 내의 액정 분자는 수직 배향 상태이다.
비교용 스위칭 소자(3)는 "암" 스위칭 상태에서 22%의 투과 강도(Iobserver)를 가진다. 여기서, 스위칭 층(14') 내의 액정 분자는 평면 배향 상태이다.
비교용 스위칭 소자(3)는 명 스위칭 상태 및 암 스위칭 상태 둘 다 및 중간 상태에서 산란이 없다(1% 미만).
실시예 1
본 발명에 따른 스위칭 소자(1)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스를 갖고, 하기 표 1에 도시된 실시양태 a), b) 또는 c)의 본 발명에 따른 스위칭 층(S1)을 포함하고, 이때
- "BM#2"및 "BM#3"은 각각 기제 혼합물 #2 및 기제 혼합물 #3을 나타내며,
- "S-5011"은 키랄 도판트 S-5011을 나타내고,
- "람다"는 예상 반사 파장을 나타내고,
- "러빙된 역평행, 평면"은, 작은 경사각을 갖는 평면 배향을 나타내고, 스위칭 층(S1)에 인접한 배향 층(20 및 21)의 배향을 의미하고, 배향 층(20 및 21)에 대한 경사각은 서로 180° 회전되고,
- "전압"은, 투명 또는 불투명 상태에서 스위칭 층(S1)의 스위칭 전압을 나타내며, "투명"는 "명" 스위칭 상태를 의미하고 "불투명"은 "암" 스위칭 상태를 의미하고, "불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S1)의 액정 분자는, 균일한 시각적 외관을 갖는 다중-도메인(polydomain)으로 정렬된 상태에 있지만, 현미경 하에서는 상이한 구조를 가질 수 있다.
하기 표 1-1은, 스위칭 층(S4 및 S7)이 "명" 또는 "암" 상태이고 스위칭 층(S1)이 "투명" 또는 "불투명" 상태인 실시양태 a), b) 및 c)의 스위칭 소자에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압을 나타낸다.
표 1: 스위칭 층(S1 )의 실시양태
Figure 112017117842588-pct00023
표 1-1: 스위칭 소자 1에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압
Figure 112017117842588-pct00024
스위칭 소자 1의 층 시퀀스
Figure 112017117842588-pct00025
실시양태 c)의 스위칭 소자(1)는
- 스위칭 상태 1에서 78%의 투과 강도,
- 스위칭 상태 4에서 9%의 투과 강도(Iobserver), 및
- 스위칭 상태 4에서 14%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
스위칭 소자(1)는 기판 층(1)에 평행한 광선으로 조사된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(1)에서, {1 - (9/14)} × 100 = 36%의 광선이 2.5° 초과의 산란에 의해 원래의 평행 방향으로부터 편향된다. "불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S1)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
대응 조사를, 스위칭 층의 버전 a) 및 b)에 대해서도 수행하였다. 작은 편차로, 명시적으로 전술된 버전 c)와 동일한 값이 산란 상태의 확산성 투과율에 대해 측정되었다.
실시예 2a)
본 발명에 따른 스위칭 소자(2a)는, 하기 도시되는 층 시퀀스로 24.5 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 스위칭 층(S2a)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00026
하기 표 1-2는, 스위칭 소자(2a)에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압을 제시하며, 이때 스위칭 층(S7)은 "명" 또는 "암" 상태이고, 스위칭 층(S2a)는 "명-투명"또는 "암-불투명" 상태이다.
표 1-2: 스위칭 소자 2a에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압
Figure 112017117842588-pct00027
스위칭 소자(2a)는 기판 층(1)에 평행한 광선으로 조사되고,
- 스위칭 상태 1에서 75%의 투과 강도,
- 스위칭 상태 4에서 16%의 투과 강도(Iobserver), 및
- 스위칭 상태 4에서, 울브리히트 구 상에서 측정시 28%의 투과 강도(Itot)(즉, 산란광)
을 가진다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭 상태의 스위칭 소자(2a)에서, {1 - (16/28)} × 100 = 43%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다. "암-불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S2a)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 2b)
본 발명에 따른 스위칭 소자(2b)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 25 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 스위칭 층(S2b)을 포함한다.
하기 표 1-3은 스위칭 소자(S4)에서의 스위칭 상태와 스위칭 전압을 나타내며, 스위칭 층(S4)는 "명" 또는 "암" 상태이고, 스위칭 층(S2b)은 "명-투명"또는 "암-불투명" 상태이다.
표 1-3: 스위칭 소자 2b에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압
Figure 112017117842588-pct00028
Figure 112017117842588-pct00029
스위칭 소자(2b)는 기판 층(1)에 평행한 광선으로 조사되고,
- 스위칭 상태 1에서 75%의 투과 강도,
- 스위칭 상태 4에서 16%의 투과 강도(Iobserver), 및
- 스위칭 상태 4에서 28%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(2b)에서, {1 - (16/28)} × 100 = 43%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
"암-불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S2b)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 2c)
본 발명에 따른 스위칭 소자(2c)는, 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 각각 25 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 2개의 스위칭 층(S2c1 및 S2c2)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00030
스위칭 소자(2c)는 기판 층(1) 상에 수직으로 입사하는 평행 광선으로 조사된다.
하기 스위칭 상태가 스위칭된다:
스위칭 상태 1: 2개의 스위칭 층(S2c1, S2c2) 각각에 25V의 전압이 존재한다. 이 스위칭 상태에서의 투과 강도는 76%이다. 두 스위칭 층는 "명-투명" 상태이다.
스위칭 상태 2: 스위칭 층(S2c1 또는 S2c2) 중 하나에 25V의 전압이 존재하고 나머지 스위칭 층(S2c1 또는 S2c2)에 5V의 전압이 존재한다. 이 스위칭 상태에서의 투과 강도는 산란광 없이 27%이다. 이 상태에서, 두 스위칭 층들 중 하나는 "명-투명" 상태이고 나머지 하나는 "암-불투명" 상태이다.
스위칭 상태 3: 2개의 스위칭 층(S2c1, S2c2) 각각에 5V의 전압이 존재한다. 이 스위칭 상태에서의 투과 강도(Iobserver)는 11%이다. 두 스위칭 층는 모두 "암-불투명" 상태이다.
스위칭 상태 3의 경우, 16%의 Itot이 측정된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(2c)에서, {1- (11/16)} × 100 = 31%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
"암-불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S2c1 및 S2c2)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 2d)
본 발명에 따른 스위칭 소자(2d)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 각각 25 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 2개의 스위칭 층(S2d1, S2d2)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00031
스위칭 소자(2d)는 기판 층(1) 상에 수직으로 입사하는 평행 광선으로 조사된다.
스위칭 상태 1: 2개의 스위칭 층(S2d1, S2d2) 각각에 25V의 전압이 존재한다. 이 스위칭 상태에서의 투과 강도는 79%이다. 두 스위칭 층는 모두 "명-투명" 상태이다.
스위칭 상태 2: 2개의 스위칭 층(S2d1, S2d2) 각각에 5V의 전압이 존재한다. 이 스위칭 상태에서의 투과 강도(Iobserver)는 59%이다. 두 스위칭 층는 "암-불투명" 상태이다.
스위칭 상태 3의 경우, 79%의 Itot가 측정된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(2d)에서, {1- (59/79)} × 100 = 25%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다. "암-불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S2d1 및 S2d2)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 3
본 발명에 따른 스위칭 소자(3)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 하기 표 2에 도시되는 실시양태 a), b) 및 c)에서 본 발명에 따른 스위칭 층(S3)을 포함하고,
- "BM#2"및 "BM#3"은 각각 기제 혼합물 #2 및 기제 혼합물 #3을 나타내며,
- "S-5011"은 키랄 도판트 S-5011을 나타내며,
- "람다"는 예상 반사 파장을 나타내고
- "러빙된 역평행, 평면"은 작은 경사각을 갖는 평면 배향을 나타내며, 스위칭 층(S3)에 인접한 배향 층(20 및 21)의 배향을 의미하고, 배향 층(20 및 21)에 대한 경사각은 서로 180° 회전된다.
- "전압"은, 투명 또는 불투명 상태에서 스위칭 층(S3)의 스위칭 전압을 나타내며, "불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S3)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
하기 표 1-4는, 실시양태 a), b) 및 c)의 스위칭 소자에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압을 나타내며, 이때 스위칭 층(14)은 "명" 또는 "암" 상태이고, 스위칭 층(S3)은 "투명" 또는 "불투명" 상태이다.
표 2
Figure 112017117842588-pct00032
표 1-4: 스위칭 소자 3에서의 스위칭 상태 및 스위칭 전압
Figure 112017117842588-pct00033
스위칭 소자 3의 층 시퀀스
Figure 112017117842588-pct00034
실시양태 c)의 스위칭 소자(3)는
- 스위칭 상태 1에서 74%의 투과 강도,
- 스위칭 상태 4에서 23%의 투과 강도(Iobserver), 및
- 스위칭 상태 4에서 41%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
여기서, 스위칭 소자(3)는 기판 층(11)에 평행한 광선으로 조사된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(3)에서, {1 - (23/41)} × 100 = 44%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
"불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S3)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
대응 조사를 스위칭 층의 버전 a) 및 b)에 대해서도 수행하였다. 작은 편차로, 명시적으로 전술된 버전 c)와 동일한 값이 산란 상태의 확산성 투과율에 대해 측정되었다.
실시예 3a
본 발명에 따른 스위칭 소자(3a)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 본 발명에 따른 스위칭 층(14 및 S3)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00035
하기 스위칭 상태가 스위칭된다.
Figure 112017117842588-pct00036
실시양태 c)의 스위칭 소자(3a)는
- 스위칭 상태 1에서 88%의 투과 강도,
- 스위칭 상태 4에서 18%의 투과 강도(Iobserver), 및
- 스위칭 상태 4에서 53%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
여기서, 스위칭 소자(3a)는 기판 층(11)에 평행한 광선으로 조사된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(3a)에서, {1 - (18/53)} × 100 = 66%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
"암-불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(14 및 S3)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
대응 조사를 스위칭 층의 버전 a) 및 b)에 대해서도 수행하였다. 작은 편차로, 명시적으로 전술된 버전 c)와 동일한 값이 산란 상태의 확산성 투과율에 대해 측정되었다.
실시예 4
본 발명에 따른 스위칭 소자(4)는 하기에 도시되는 층 시퀀스로 24.5 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 스위칭 층(S4)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00037
스위칭 소자(4)는
- "명-투명" 스위칭 상태에서 74%의 투과 강도(전압 = 25V),
- "암-불투명" 스위칭 상태에서 15% 투과 강도(Iobserver)(전압 = 5V), 및
- "암-불투명" 스위칭 상태에서 21%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
여기서, 스위칭 소자(4)는 기판 층(11)에 평행한 광선으로 조사된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭 상태에서의 스위칭 소자(4)에서, {1 - (15/21)} × 100 = 29%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행 방향으로부터 편향된다.
"암-불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S4)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 4b
본 발명에 따른 스위칭 소자(4b)는 하기에 도시되는 층 시퀀스로 24.5 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 스위칭 층(S4b)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00038
스위칭 소자(4b)는
- "투명" 스위칭 상태에서 90%의 투과 강도(전압 = 25V),
- "불투명" 스위칭 상태에서 42%의 투과 강도(Iobserver)(전압 = 5V), 및
- "불투명" 스위칭 상태에서 90%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
여기서, 스위칭 소자(4b)에는 기판 층(11) 상에 평행한 광선이 조사된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(4b)에서, {1 - (42/90)} × 100 = 53%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
"불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S4b)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 5
본 발명에 따른 스위칭 소자(5)는 본 발명에 따른 스위칭 층(S5)을 하기 층 시퀀스로 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00039
여기서 스위칭 층(14 ')은 5 μm의 층 두께를 갖는다.
하기 스위칭 상태가 스위칭된다.
Figure 112017117842588-pct00040
스위칭 소자(5)는
- 스위칭 상태 1에서 74%의 투과 강도,
- 스위칭 상태 4에서 14%의 투과 강도(Iobserver), 및
- 스위칭 상태 4에서 23%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
여기서, 스위칭 소자(5)는 기판 층(11)에 평행한 광선으로 조사된다.
따라서, 산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(5)에 있어서, {1 - (14/23)} × 100 = 39%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
"불투명" 스위칭 상태에서, 스위칭 층(S5)의 분자는 다중-도메인으로 정렬된 상태이다.
실시예 6
본 발명에 따른 스위칭 소자(6)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 25 μm의 두께를 갖는 본 발명에 따른 스위칭 층(S6)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00041
스위칭 층(S6)의 제조를 위해, 기제 혼합물 #1, 반응성 메소젠 RM82 및 광개시제 이르가큐어 651을 상기 언급된 중량비로 혼합하고 3분 동안 광중합시켰다.
스위칭 소자(6)는
- "투명" 스위칭 상태에서 90%의 투과 강도,
- "불투명" 스위칭 상태에서 45%의 투과 강도(Iobserver), 및
- "불투명" 스위칭 상태에서 87%의 투과 강도(Itot)
를 가진다.
"불투명" 스위칭 상태의 스위칭 전압은 150V이다.
여기서, 스위칭 소자(6)는 기판 층(28)에 평행 광선으로 조사된다.
산란 스위칭 층의 스위칭된 상태의 스위칭 소자(6)에서, {1 - (45/87)} × 100 = 48%의 광선이 2.5°보다 큰 산란에 의해 이의 원래의 평행한 방향으로부터 편향된다.
실시예 7
본 발명에 따른 스위칭 소자(7)는 본 발명에 따른 스위칭 층(S7)을 하기 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00042
스위칭 층(S7), 기제 혼합물 #4(등명점: 81℃, 광학 이방성: 0.1531, 유전 이방성: -5.0), 반응성 메소젠 R#1(메르크에서 RM82라는 명칭 하에 입수가능) 및 광개시제 이르가큐어 651을 상기 언급된 중량비로 혼합하고, 3분 동안 광중합시켰다.
스위칭 소자(7)은
- 0 V의 전압에서 0.3%의 확산성 투과율 및 13%의 후방-산란, 및
- 60 V의 전압에서 75.5%의 확산성 투과율 및 13%의 후방-산란
을 나타낸다.
실시양태 8
본 발명에 따른 스위칭 소자(8)는 하기에 개략적으로 도시되는 층 시퀀스로 본 발명에 따른 스위칭 층(S8)을 포함한다.
Figure 112017117842588-pct00043
스위칭 층(S8), 기제 혼합물 #4 (등명점 81℃, 광학 이방성 0.1531, 유전 이방성 -5.0), 반응성 메소젠 R#1, R#2 및 R#3 및 광개시제 이르가큐어 651을 상기 언급된 중량비로 혼합하고, 3분 동안 광중합시켰다.
스위칭 소자(8)는
- 0 V의 전압에서 1.1%의 확산성 투과율 및 14%의 후방-산란.
- 50 V의 전압에서 82.5%의 확산성 투과율 및 13%의 후방-산란
을 가진다.

Claims (22)

  1. 스위칭 층(S)을 포함하는 스위칭 소자를 포함하는 윈도우 소자로서,
    상기 스위칭 층(S)은 스위칭 상태들을 갖고,
    상기 스위칭 층(S)은 상부 스위칭 층 평면(USLP) 및 하부 스위칭 층 평면(LSLP), 및 USLP와 LSLP 사이에 배치된 액정 매질을 포함하고,
    상기 스위칭 상태들 중 하나에서, 상부 스위칭 층 평면(USLP)에 입사 방향 D(=)으로 부딪치는 평행 광선은 스위칭 층(S)을 통과할 때 D(=)를 벗어나 편향되고, 이로써, 원래의 평행 광선은, 하부 스위칭 층 평면(LSLP)을 떠난 후, 하부 스위칭 층 평면(LSLP)으로부터 멀어지게 전방-산란 방향 D(<)으로 산란되고 이에 따라 전방-산란되며, 상기 전방-산란은 하기 수학식 1에 따라 정의되는 확산성 투과율(diffusive transmission)(Td)로서 측정되며, 이때 Td는 20% 초과이고,
    [수학식 1]
    Figure 112022138025513-pct00044

    [상기 식에서,
    I≥ 2.5°는 산란 각이 2.5°이상인 광각 산란의 강도를 나타내며,
    Itot은 총 투과의 강도를 나타낸다]
    상기 스위칭 층(S)이, 키랄 도판트를 포함하는 액정 매질을 포함하고, 키랄 도판트는 액정 매질 내에서 0.1 중량% 내지 10 중량%의 범위의 중량 비율을 가지고, 상기 액정 매질이 90℃ 초과의 등명점을 갖고,
    상기 스위칭 층(S)이 제 1 층 시퀀스(layer sequence)로 배열되고,
    상기 제 1 층 시퀀스는 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
    - 외부 기판 층,
    - 외부 전기 전도성 층,
    - 스위칭 층(S),
    - 내부 전기 전도성 층 및
    - 내부 기판 층
    을 포함하는, 윈도우 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다른 스위칭 상태에서 확산성 투과율(Td)이 5% 미만인, 윈도우 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 매질이 네마틱-배열된 분자 및 중합체 성분을 포함하는, 윈도우 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중합체 성분이, 반응성 메소젠의 중합에 의해 수득되는 중합체성 네트워크를 포함하는, 윈도우 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 네마틱-배열된 분자 및 상기 중합체성 네트워크가 서로 균일하게 분포되어 있는, 윈도우 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 네마틱-배열된 분자가 중량 비율(WLC)을 갖고,
    상기 중합체성 네트워크가 중량 비율(WPN)을 갖고,
    WPN은, 중량 WLC + WPN을 기준으로 60 중량% 미만 범위인, 윈도우 소자.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    Td가 20% 초과인 스위칭 상태에서 상기 액정 매질의 분자가 키랄 네마틱 상으로 존재하는, 윈도우 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 키랄 네마틱 상이 다중-도메인(polydomain)으로 정렬된 상인, 윈도우 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 층(S)이 평균 굴절률(n)을 갖고,
    상기 액정 매질의 분자가 피치(p)(μm)를 갖고,
    n과 p의 곱(n·p)이 0.8 μm 초과인, 윈도우 소자.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 키랄 도판트가 나선형 비틀림력(β = (p·c)-1·μm-1)을 갖고, 이때 p는 액정 매질의 분자의 피치(μm)이고, c는 전체 액정 매질을 기준으로 하는 키랄 도판트의 농도(중량%)이고, β는 5 μm-1 초과인, 윈도우 소자.
  13. 삭제
  14. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 층(S)이, 하나 이상의 이색성 염료를, 상기 액정 매질의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 25 중량% 범위의 염료 농도로 포함하는, 윈도우 소자.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스위칭 층(S)이 3 μm 내지 200 μm의 두께를 갖고,
    하나의 스위칭 상태에서, 550 nm의 광선 파장에서 총 투과율(Ttotal)이 60% 내지 100%이고, 확산성 투과율(Td)이 25% 내지 100%인, 윈도우 소자.
  16. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 층(S)이, 이의 모든 스위칭 상태에서, 평행 광선의 45% 미만을 상부 스위칭 층 평면(USLP)으로부터 멀어지게 후방-산란 방향 D(>)으로 산란시키는, 윈도우 소자.
  17. 삭제
  18. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스위칭 소자가 UV 광을 차단하는 하나 이상의 층을 포함하는, 윈도우 소자.
  19. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자가 상기 제 1 층 시퀀스의 상기 외부 기판 층 상에 및/또는 상기 제 1 층 시퀀스의 상기 내부 기판 층 상에 제 2 층 시퀀스를 갖고,
    상기 제 2 층 시퀀스는 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
    - 기판 층,
    - 전기 전도성 층,
    - 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
    - 전기 전도성 층 및
    - 기판 층
    을 포함하는, 윈도우 소자.
  20. 제 1 항 내지 제 6 항, 제 8 항 내지 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자가 상기 제 1 층 시퀀스의 상기 외부 기판 층 상에 및/또는 상기 제 1 층 시퀀스의 상기 내부 기판 층 상에 제 3 층 시퀀스를 갖고, 상기 제 3 층 시퀀스는 바깥쪽으로부터 안쪽으로,
    - 기판 층,
    - 전기 전도성 층,
    - 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
    - 전기 전도성 층,
    - 기판 층,
    - 전기 전도성 층,
    - 액정 매질을 포함하는 스위칭 층,
    - 전기 전도성 층 및
    - 기판 층
    을 포함하는, 윈도우 소자.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 층 시퀀스의 스위칭 층의 액정 매질이, 하나 이상의 이색성 염료를, 각각의 액정 매질의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 25 중량% 범위의 염료 농도로 포함하는, 윈도우 소자.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 3 층 시퀀스의 스위칭 층들 중 하나 또는 둘 다의 액정 매질이, 하나 이상의 이색성 염료를, 각각의 액정 매질의 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 25 중량% 범위의 염료 농도로 포함하는, 윈도우 소자.
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