KR20110105819A - 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질의 제조방법은 넓은 온도 범위의 네마틱 혼합물을 취하는 단계, 및 상기 혼합물을 메소겐 실리콘-함유 물질로 도핑시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 형태는 넓은 온도 범위의 스멕틱 물질 및 상기 스멕틱 물질을 사용한 장치를 제공한다.

Description

넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질{WIDE TEMPERATURE-RANGE SMECTIC LIQUID CRYSTAL MATERIALS}
본 발명은 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질에 관한 것이다.
디스플레이 장치 및 광셔터용 액정 물질은 2개의 형태: 네마틱 및 스멕틱이 광범위하게 사용되고 있다.
네마틱 물질은 긴 방향질서를 갖고, 장축('디렉터')에 통계적으로 평행한 방향을 유지하면서 다른 방향으로 서로 통과하지 않는 분자를 갖는다. 네마틱상은 매우 유동적이고 디스플레이 모드, 예를 들면 트위스트 네마틱, 슈퍼트위스트, 하이브리드 배열 모드, 및 쌍안정 모드, 예를 들면 ZBD 및 PABN에서 사용된다. 네마틱 폴리머-분산 액정(PDLC)은 전환가능한 글레이징 방법(switchable glazing technology)에서 사용된다. 그러나, 이들은 온-상태로 유지하기 위해서 일정한 전력이 필요하고, 또한 넓은 시야각에서 바람직하지 않은 헤이즈를 나타낸다.
스멕틱 액정은 층구조를 갖고 네마틱 물질보다 큰 점성을 갖는다. 분자는 층 내에서 방향질서 및 위치질서를 갖지만 층은 서로에 대해서 이동할 수 있다. 스멕틱 물질은 층내에 분자의 배열에 따라서 가능한 많은 동질 이형 중 하나로서 존재할 수 있다. 예를 들면, 스멕틱 A상 내의 분자는 상기 층의 면에 통계적으로 수직한 장축을 갖고, 층 내에서 분자의 횡분포는 랜덤하다. 스멕틱 C상 내의 분자는 랜덤 횡분포를 갖지만 층의 면에 대해서 경사진 장축을 갖는다.
스멕틱 A 물질은 dc 또는 저주파 ac 전기장에서 도프된 대전된 불순물의 움직임에 기인하는 높은 산란 조직을 유발함으로써 기록된 쌍안정 디스플레이(도 1)에서 사용되고 있다. 제거는 높은 ac 주파수에서 광학적으로 투명한 상태까지 유전 재배향에 의한 것이다.
스멕틱 C 물질은 광학적으로 활성 스멕틱 C 물질이 강유전성, 반강유전성 및 준강유전성을 가지며, 적당히 배열된 박층(1-2㎛)이 사용되면 2개의 상태 사이에서 빠르게 변환될 수 있는 발견에 기초한 고속 변환 쌍안정 디스플레이에서 사용되는 것을 발견하였다.
스멕틱 물질은 다른 온도에서 다른 온도에서 다른 동질 이형을 나타내고, 높은 온도에서 네마틱 물질로 가역적으로 변환된 후 더욱 높은 온도에서 등방성 액체가 된다(소거온도).
저장 및 작동 목적으로, 실온보다 실질적으로 높은 온도 및 실질적으로 낮은 온도를 포함하는 넓은 온도 범위에 걸쳐서 네마틱 상에서 안정한 액정 물질의 혼합물을 제조하기 위해서 화학자(formulation chemist)에 의해서 많은 연구가 행해져 왔다. 많은 넓은 온도 범위의 네마틱 물질이 제조되고, 일반적으로 많은 성분과 함께 시판되고, 그 특성 및 비율을 특별한 디스플레이 적용을 위해서 신중히 최적화시킨다. 그러나, 넓은 온도 범위의 스멕틱 물질은 특정한 영역에서 하나의 동질 이형을 나타내므로 널리 이용될 수 없고 다른 적용을 위해서 최적화될 수 없다.
본 발명의 형태는 독립항에서 명기된다. 바람직한 부재는 종속항에 명기된다.
넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질은 넓은 온도범위의 네마틱 혼합물을 취하고 메소겐 실리콘-함유 물질을 도핑하여 제조될 수 있다. 호스트 네마틱 혼합물은 다양한 방법으로 (예를 들면, 유전율 및 광학이방성, 변환속도 등)으로 최적화될 수 있었다. 네마틱 혼합물은 매우 복잡한 제형으로, 엄격히 밸런스 있게 형성된다; 즉 일부 혼합물은 필요한 특징을 달성하기 위해서 20개 이하의 성분을 필요로 한다. 이들 성분의 부적절한 혼합 또는 다른 첨가물의 존재는 일반적으로 혼합물의 성능에 대해 예기치 못한, 부정적인 효과를 발생시킨다. 따라서 이러한 착체 혼합물에 실록산의 첨가에 의해 실제 온도 범위의 스멕틱 상을 발생시키는 매우 놀라운 결과이다. 또한, 이들 스멕틱 혼합물은 이들이 호스트 네마틱 물질의 다른 소망의 특성(예를 들면 광학이방성)을 큰 정도로 유지하기 때문에 더욱 유용하다.
본 발명자들은 오가노실록산 액정과 비실록산 액정 물질의 구체적인 혼합물을 형성함으로써, 전체의 물질 성능이 현저히 향상되고 필요에 따라서 조정될 수 있다. 또한, 슈도-LC 오가노실록산 물질을 첨가제로서 사용할 수 있다. 슈도 물질은 오가노실록산 부분을 포함하고 상기 혼합물 내에서 배향하는 스멕틱을 유발할 수 있다. 이들 첨가제는 키랄제, 발색단, 2색성 또는 형광 염료, 유전율 또는 굴절률 향상제 또는 환원제 등을 함유할 수 있다.
정의
본원에 사용된 "넓은 온도 범위"는 적어도 70℃의 온도 범위를 나타낸다. 이 범위는 적어도 -20℃ 내지 +50℃인 것이 바람직하다. 특히 이 범위가 하한에서 적어도 -30℃, 특히 -40℃로 확장되고 상한에서 적어도 +60℃, 특히 적어도 +80℃까지 확장된다. 따라서, 본 발명의 형태에 따라서, 넓은 범위의 네마틱 혼합물(적어도 70℃에 걸쳐서 네마틱 상을 나타내는)은 메소겐 실리콘-함유 물질을 도핑하고 동일한 온도 범위에서 스멕틱 중간상을 나타내는 물질로 변환한다. 네마틱 또는 스멕틱상은 최소한의 범위인 특정한 범위보다 더 넓은 온도 범위에서 안정한 것으로 이해될 것이다. 특정한 범위를 초과해서 가열될 때 스멕틱상은 네마틱상으로 변환될 수 있고, 또는 스멕틱상이 특정한 범위를 초과해서 가열될 때 등방성 액체로 직접 변환될 수 있다.
본원에서 사용된 "메소겐 물질"은 로드상 또는 보드상 메소겐 부분, 즉 상기 부분을 포함하는 화합물에서 중간상(액정) 거동을 유발하는 능력을 갖는 부분을 갖는 물질을 나타낸다. 이러한 물질이 반드시 중간상 거동을 나타낼 필요는 없다. 이들 화합물은 이들 화합물 또는 그 혼합물이 중합하는 경우 다른 화합물과의 혼합물 또는 중합성 화합물의 경우에 중간상 거동을 나타낸다. 메소겐 실리콘-함유 물질은 바람직하게 실록산(즉, Si-O 연결기, 일반적으로 Si-O-Si 연결기를 함유한다)이지만, 4개의 탄소에 결합된 하나의 Si원자 또는 실란(Si-Si) 연결기를 함유한다. 편의상, 본 발명은 메소겐 실록산 물질에 대해서 기재될 것이다.
본 발명의 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질의 제조방법은 넓은 온도 범위의 네마틱 혼합물을 취하는 단계, 및 상기 혼합물을 메소겐 실리콘-함유 물질로 도핑시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 형태는 넓은 온도 범위의 스멕틱 물질 및 상기 스멕틱 물질을 사용한 장치를 제공한다.
본 발명은 하기 도면에 대해서 예로서 설명될 것이다:
도 1은 종래의 스멕틱 A 장치의 다른 광학 상태를 나타내는 개략도이다;
도 2는 본 발명의 실시형태에 따라서 장치의 광학 조직의 현미경사진을 나타낸다;
도 3은 본 발명의 형태에 따라서 오가노실록산 스멕틱 A 액정 물질의 분자 배열을 개략적으로 나타낸다;
도 4-8은 본 발명의 실시형태에 따라서 다양한 장치의 투과곡선을 나타낸다.
도 1의 종래의 장치(1)에서, 스멕틱 A 액정 물질(4)은 2개의 투명한, 떨어진 셀 벽(2) 사이에 개재되어 있다. 각각의 셀 벽(2)의 내면에는 전극(3), 본원에는 투명한 전극, 예를 들면 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 제공한다. 상부 도면(a)에 도시된 "기록(write)" 상태에서, 스멕틱 A 물질(4)은 전극(3)을 통해서 인가된 낮은 ac 주파수(예를 들면 100Hz 이하)에서 대전된 불순물의 이동 때문에 매우 산란된 포컬 코닉(focal conic) 조직이다. 일반적으로, 산란 조직의 부재(도메인) 크기는 약 1㎛의 치수이다. 하부 도면(b)에서 도시된 "제거(erase)" 상태에서 광학적으로 투명한 상태는 고주파수 ac 필드(예를 들면 1kHz)에 의해서 액정(4)의 유전체 재배향에 의해서 유발된다. 각각의 상태는 인가된 필드 또는 외력이 없을 때에 안정하다. 스멕틱 A 상의 고비점에 의해서, 2개의 유발된 상태는 무제한으로 보존될 수 있다. 도메인 또는 부재 크기는 당업자에 의해서 흔적량(3중량% 미만)의 높은 트위스팅 파워 키랄 첨가제, 예를 들면 Merck NB-C로부터 제조된 BDH 1281 또는 1305의 혼입에 의해서 조절되거나 변경될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 전극(3) 중 하나가 패터닝되거나 서로 맞물려서 사용될 수 있는 면내 필드의 적용으로 산란 또는 투명 조직을 생성할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 다른 전극(3)은 필요하지 않고, 면내 전극은 선택적으로 불투명할 수 있고, 예를 들면 금속, 예를 들면 크롬으로 형성될 수 있다. 서로 맞물리거나 패터닝된 크롬 전극을 이용하여 불투명한 상태에 의해서 광 블리드를 감소시키거나 방지하는 것을 알 수 있었다.
최근에, 스멕틱 A 장치가 갖는 상당한 문제점은 구동 전압, 특히 산란(불투명) 조직을 유발하는 구동전압이 너무 높다는 것이다. 또한, 산란 조직(예를 들면, 수천 사이클동안)을 유발하기 위해서 프리폼 장치("burn in)" 가 필요로 된다. 또한 바람직하지 않은 특징은 산란 조직을 관찰하기 위해서 비교적 높은 전도도(> 5 x 10-8 Ω cm -1)를 필요로 한다. 높은 전도도는 전력 소비를 증가시키고 장치 수명이 감소하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 조성물은 다음과 같다:
1. 투명 및 산란 조직을 위한 낮은 전압. 임의의 전압을 선택하는 능력
2. 프리폼 장치에 대한 필요성 제거
3. 산란 조직을 얻기 위한 낮은 전도도
4. 색소 물질을 사용한 색
새로운 혼합물은 지금껏 가능하지 않았던 장치, 예를 들면 산란 및 투명한 전압이 동일하거나 서로 일정한 비율인 장치를 제조할 수 있다. 또 다른 이점은 투명 및 산란, 또는 산란 및 투명 사이에서 변환하는 능력, 일정한 주파수로부터 모드, 가변 전압 서플라이이다. 색은 실록산 및 비-실록산 발색단 또는 색 반사 물질을 사용하여 유사하게 제조할 수 있다.
혼합물은 호스트 네마틱 액정 혼합물에 1 내지 99%의 가변양의 오가노실록산 물질을 도핑하여 제조한다. 바람직한 도펀트 수준은 20-80%, 특히 30-60%이다. 호스트 네마틱 혼합물은 시판되고 있다(예를 들면 Merck, Germany로부터 제조). 오가노실록산 스멕틱 A 액정 물질에 대한 분자 배열은 도 3에 개략적으로 도시된다. 알킬렌 사슬(8)은 메소겐 부분(9) 및 실록산 부분(10)에 결합된다. 스멕틱 A 물질은 층(11)에 존재하고 여기서, 실록산 부분(10)은 메소겐 부분(9)으로부터 별개의 서브층으로 분리된다.
도펀트로서 일반구조(a), (b) 또는 (c)의 실록산 물질이 사용되었다.
Figure pct00001
(a)
일련의 화합물은 "A/2"로서 칭하고, 여기서 A는 실록산 부분을 4'-시아노비페닐-4-일 메소겐 유닛과 연결하는 스페이서에서 알킬렌 사슬의 탄소원자의 수이고, 2는 실록산 부분에서 실리콘 원자의 수이다.
Figure pct00002
(b)
일련의 화합물은 "A/2/A"로 칭하고, A 및 2는 상기 (a)와 동일한 의미를 갖는다.
Figure pct00003
(c)
일련의 화합물은 "A/5/A"로 칭하고, A는 상기 (a)와 동일한 의미를 갖고, 5는 실록산 부분에서 실리콘 원자의 수이다.
일련의 화합물의 특성은 본 발명자에 의해서 J. Appl. Phys. 100, 124903 (2006)에 기재되어 있다.
표 1에서, 하나의 오가노실록산 액정을 8/2 농도로 시판 BL006 (Merck Chemicals GMbH) 에 도핑한 효과가 도시되어 있다. 60% w/w BL006보다 높은 농도까지, 이러한 혼합물은 넓은 온도 범위의 스멕틱 A 상을 갖는다. 온도 하한은 이와 같이 기재되어 있지 않지만, 40% 8/2 -60% BL006 혼합물은 -50℃까지 냉각했고 결정화는 존재하지 않는다. 본원에 도시된 조작의 온도 상한은 실제의 적용에 매우 적합하다.
호스트 BL006에서 오가노실록산 농도의 효과
8/2 농도 (% w/w) Phase sequence (I - N - S A - Cr *) 유전율 이방성 복굴절률 전도도비
0% 107℃ - XX℃ - (-25℃) 17 0.286 > 1
20% 90℃ - XX℃ 10.5 - >1
40% 78℃ - 74℃ 7.2 0.227 0.58
60% XX℃ - 83℃ 3.7 - 0.42
80% XX℃ - 77℃ 2.5 - 0.07
100% XX℃ - 63℃ 0.8 0.14 0.01
천연 오가노실록산 도펀트의 변경 효과는 표 2에 도시되어 있다. 호스트 네마틱 BL006에서 40% w/w 도펀트의 농도가 사용되었다. 도펀트는 3개의 모노메소겐을 포함하고, 동일한 실록산기 및 방향족 코어를 갖지만 다른 알킬렌 사슬길이, 즉 5/2, 8/2 및 10/2이다. 또한, 동일한 알킬렌 사슬길이를 갖지만, 다른 실록산 함량:8/2/8 및 8/5/8을 갖는 2개의 비메소겐(bimesogen) 액정이 포함되어 있다.
다른 오가노실록산 도펀트의 물질 특성에 대한 효과
오가노실록산 네마틱
호스트 		Phase sequence (I - N - S A - Cr *) 유전율 이방성 전도도비
5/2* BL006 79℃ - 58℃ - -
8/2 BL006 78℃ - 74℃ - (-50℃) 7.2 0.58
10/2* BL006 88℃ - 73℃ - -
8/2/8* BL006 103℃ - 73℃ - -
8/5/8 BL006 96℃ - 88℃ 5.6 0.67
이들 데이터는 넓은 온도 스멕틱 A상이 다른 종류의 오가노실록산 도펀트로 발생될 수 있는 것을 나타낸다. 일반적인 경향은 상대량의 실록산의 증가는 스멕틱 A 상 안정성을 증가시키는 것으로 나타난다.
표 3에서, 네마틱 호스트 혼합물을 변경시킨 효과가 기재된다. 2개의 다른 공급자-Huarui (China, "PDLC 004" 및 "TK6915") 및 Merck chemicals (remainder)로부터 다양한 혼합물을 시험했다. 각각의 경우에, 달리 기재되어 있지 않으면 40중량% 도펀트를 사용했다. 유사한 거동, 즉 물질에서 스멕틱 A상의 유발을 알 수 있다.
네마틱 호스트의 혼합물 특성에 대한 효과. *는 단안정(monostable) 스멕틱 A상을 나타낸다.
오가노실록산 네마틱 호스트 Phase sequence (I - N - S A - Cr *) 유전율 이방성 복굴절률 전도도비
8/2 BL006 78℃ - 74℃ 7.2 0.227 0.58
8/2 TK6915 50℃ - 35℃ 10.2 - 0.8
5/2 E49 (50%) XX℃ - 57℃ 4.4 - 0.13
8/2 MLC-6023* 65℃ - 41℃ - - -
5/2 MLC-6828 (80%) XX℃ - 54℃ 2.3 - 0.26
8/2 ZLI-1840 (50%) XX℃- 66℃ 5.9 0.146 0.8
8/2 PDLC004 71℃- 65℃ 5.4 - 0.34
　 　
5/2 8CB XX - 42℃ 5.4 - 0.28
데이터로부터, 복굴절률이 변경될 수 있다. 특정한 적용에서 사용할 수 있는 매우 낮은 복굴절률(예를 들면 0.05 내지 0.1)을 갖는 혼합물이 존재한다.
표 4에서 시판되는 네마틱 호스트의 특성이 제공된다. 높은 유전체 이방성(예를 들면,TK6915) 또는 낮은 복굴절률 (ZLI-1840)을 갖도록 설계된 네마틱 호스트에 대해서, 이들 특성은 얻어진 스멕틱 A 혼합물에서 실질적으로 존재한다.
네마틱 호스트 혼합물의 특성
네마틱 호스트 공급자 온도 범위 De 복굴절률 성분 형태
BL006 Merck 113C - (-20℃) 17.3 0.286 시아노비페닐, 시아노터페닐
TK-6915-000 Huarui 88℃ - (-40℃) 29.3 0.15 플루오로화 에스테르-결합 비페닐
E49 Merck 100℃ 17 0.25 시아노비페닐, 터페닐,
MLC-6023-100 Merck 100℃ 4.5 0.0835 트리플루오로벤젠, 에스테르 결합 PCH
MLC-6828 Merck 92.5℃ - 0.142 　트리플루오로벤젠, 에스테르 결합 PCH
ZLI-1840 Merck 90℃ 10 0.146 시아노비페닐, 시아노터페닐
PDLC004 Huarui 109℃ - (-30℃) 11.4 0.225 　
본 발명의 실시형태의 이들 스멕틱 A 물질의 중요한 사용은 스멕틱 A 액정 상에서 쌍안정성 현상을 사용해서 전자-광 장치로 고안된다. 주요물질 특성은 다음과 같다:
1. 조작 온도 범위
2. 유전율 이방성
3. 전도도 이방성
4. 복굴절률
본 발명자들은 일반적으로 낮은 조작 전압에 대해서 높은 ㅿε 및 높은 전도도 이방성을 필요로 하는 것이 상술되었다. 그러나, 이것은 네마틱 LC의 양이 증가함에 따라서 유전율 이방성이 증가하지만 전도도 이방성을 희생시키기 때문에 트레이드 오프이다.
표 5는 본 발명의 실시형태에 따른 혼합물을 종래의 전류 상태와 비교한다. 이들 물질은 낮은 전압 조작에 대해서 최적화되었다. Polydisplay로 개발된 물질은 20년에 걸쳐서 최적화된 결과이고 10년에 걸친 Dow Corning("DC")의 최적화된 결과이다. 본원에 보고된 혼합물에 대해서, 상당한 개선이 더욱 기대될 가능성이 있다.
Figure pct00004
일부 물질 조작 특성. 데이터는 약 14-16㎛의 두께를 갖는 셀에 대한 것이다.
비교로서, BL006 네마틱 호스트에서 40%w/w의 10OCB를 포함하는 혼합물을 제조했다. 10OCB는 실록산 부분 없는 유사한 스멕틱 A 카르보비페닐 액정물질이다. 이러한 혼합물은 네마틱 상만을 갖고 실온에서 네마틱상으로부터 직접 결정화한다.
표 6에는 스멕틱 A 물질의 일부의 온도 범위에 대한 정보가 요약되어 있다. 본 발명의 실시형태에 따른 혼합물에서, 70℃를 초과한 네마틱 상 범위를 갖는 혼합물은 70℃를 초과한 스멕틱 A 상 범위를 갖는 혼합물로 변환한다.
물질 상전이
조성* N SA Kr SA Phase Width
8/2 BL006 78℃ 74℃ <-50℃ >124℃
8/2/8 BL006 103℃ 73℃ -35℃ 108℃
8/5/8 BL006 96℃ 88℃ <-40℃ >128℃
8/2 TK6915 50℃ 35℃ <-40℃ >75℃
5/2 E49 (50%) - 57℃ <-40℃ >97℃
　 　 　
　 BL006 113℃ - -20℃ -
　 TK6915-000 88℃ - -40℃ -
　 E49 100℃ - - -
　 　 　
　 5/2 - 52.4℃ 32.4℃ 20℃
　 8/2 - 62.1℃ 42.1℃ 20℃
　 8/2/8 - 102.1℃ 87.7℃ 14.4℃
　 8/5/8 - 72.5℃ 16℃ 56.5℃
*조성물은 달리 기재되어 있지 않으면 40% 실록산 내지 60% 네마틱이다. BL006 화합물에서 8/2는 분리시스템에서 더 빠르게 시험되고, 하한은 -50℃미만이었다. 다른 화합물에 대해서, 하한은 -40℃이었다.
구동 전압의 감소는 시판 또는 표준 디스플레이 드라이버를 사용할 수 있다. 예를 들면, 전자발광 패널의 드라이버는 125Vrms까지 이용가능하고 주파수는 50 Hz 내지 1000Hz이다. 종래의 스멕틱 A 디스플레이 실현에는 고가의 특별한 디자인 회로를 필요로 한다. 따라서, 이들 금속의 이용은 상당히 용이한 장치 전자 디자인이 상당히 용이하다. 상기 표에 제공된 전압 정보는 14-16㎛ 두께의 셀에 대한 것을 유의한다. 특히 하나는 장치에 훨씬 더 얇은 셀(예를 들면 7㎛)을 사용할 수 있다, 이것은 구동전압을 상당히 감소시키고(약 14㎛ 전압의 대략 절반), 반응시간을 줄일 수 있다.
'기록'상태에 대해서, 쓰레스홀드는 층의 두께 d, 디렉터에 평행한 유전체 유전율
Figure pct00005
, 및 전도도 비율에 의존하고, 하첨자는 디렉터에 평행하고 수직하는 것이다. 명백하게 이것은 다음과 같이 제공된다:
Figure pct00006
전압 V기록는 매우 산란된 조직에 상응한다. 한편, '제거' 상태에서 쓰레스홀드는 유전체 이방성,
Figure pct00007
및 층 두께에 의존한다. 이것은 다음과 같이 기재된다:
Figure pct00008
여기서 V제거는 산란으로부터 투명 상태까지의 전이를 말한다.
실험
실험의 광셔터 장치는 BL006에서 40% 8/2을 사용하여 제조했다(시료 A). 산란 공정을 용이하게 하기 위해서, 이온 첨가제 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB, Aldrich)는 0.1ww에서 첨가되었다. 또 다른 광셔터 장치는 시료 A에 4% w/w의 시판 블랙 염료(시료 B)를 도핑하여 제조했다.
도 2에는 시료를 사용하여 장치의 현미경사진을 나타낸다. 활성(전극)영역은 각각의 사진의 우측에 있고, 잘 전개된 포컬 코닉 팬(5)은 비활성 영역에 위치한다. 상부 이미지는 보존된 기록 모드(6)를 나타내고 하부 이미지는 보존된 제거 모드(7)를 나타낸다. 현미경사진의 거리는 약 500㎛이다.
시료 A 및 B의 전자-광 성능을 측정하기 위해서, 2개의 실험을 실시했다. 투과 전압 및 투과 주파수 측정은 시료로부터 200mm 거리에서 빠른 포토다이오드를 동일한 직선상에 위치시킨, He-Ne레이저(파장 632nm)를 사용하는 셋업에서 기록했다. 넓은 탐침 시야를 확보하기 위해서, 빔직경은 5mm로 확장했다. 전압 증폭 시스템은 스퀘어 파장 신호를 10kHz까지 공급할 수 있고 최대 진폭은 120Vrms이다. 쓰레스홀드 전압 측정의 재현성은 ±1V이었다.
분광광도 반응은 보정된 백색광원을 사용하여 반구 투과를 기록하는 Ocean Optics HR 2000 분광계에 연결된 적분구((FOIS-1, Ocean Optics, Inc)에서 측정했다. 실험 조절 및 데이터수집은 국가 기관 LabVIEW 소프트웨어를 사용하여 자동화했다. 시료를 ITO 코팅 시험 셀에 모세관 주입했고, 활성전극 영역 1cm2 및 전극 간격 10㎛이다. 셀의 내부 기판은 임의의 배열층을 함유하지 않는다.
결과
도 4에는 시료 A의 투과 전압 곡선이 도시된다. 이것은 전자-광 장치의 핵심 조작 변수이다. 기록 변환(투명에서 불투명)에 대해서, 100Hz에서 쓰레스홀드 전압은 66Vrms이었다. 한편, 장치를 제거 모드(불투명에서 투명)로 변경하기 위해서, 1KHz에서 낮은 전압 36Vrms을 필요로 했다. 종래의 PDLC와의 비교는 스멕틱 A 시료가 훨씬 샤프한 투과 전압 곡선을 나타낸다. 액적 크기의 다분산성에 기인해서, PDLC는 일반적으로 훨씬 더 넓은 반응을 나타낸다. 전압 크기에 대해서, 작동전압은 PDLC 시료에 사용된 것과 동일하다. 따라서, PDLC 스마트 윈도우에서 이미 실시된 최신 전압 드라이버는 스멕틱 A 장치에서 쉽게 적용될 수 있다.
주파수를 변수(즉, 일정한 전압)로서 사용한 장치의 투과의 제어성을 나타내기 위한 결과는 도5에 나타낸다. 이러한 실험에 대해서, 주파수는 일정한 인가 전압 66Vrms를 사용하여 10Hz씩 증가시켰다. 낮은 주파수에서, 시료가 광을 강하게 산란시킨다. 주파수를 200 Hz를 초과해서 증가시키면 시료 투과가 증가하고 투과 전압 곡선에 대해서 유사한 반응을 제공한다. 충분한 투과는 약 400Hz에서 발생한다. 이온 움직임이 한정된 임계주파수는 대략 하기를 제공한다:
Figure pct00009
.
여기서 σ는 전도도; ε0 및εr은 프리 공간의 유전체 유전율 및 상대 유전율이다. 따라서, 작동 주파수는 충분한 물질 디자인을 통해서 선택될 수 있다.
도 6에서 인가된 주파수 300Hz동안 전압에 대한 투과의 그래프는, 즉 도 5의 투과-주파수 곡선의 중간 영역을 도시한다. 이러한 그래프로부터 측정된 쓰레스홀드 전압은 기록 및 제거 모드에서 주파수 영향 때문에 약간 변경된다. 그러나, 도면은 장치가 하나의 일정한 주파수에서 가역적으로 작동하는 것을 나타낸다. 따라서, 요약컨대, 장치가 고정된 전압 또는 고정된 주파수 모드 또는, 실제로 가변 주파수 및 전압에서 조작할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 물질은 50 또는 60 Hz의 일정한 주요한 서플라이에서 기록 및 제거 모드를 나타내는 것으로 디자인될 것이다.
놀랍게도, 본 발명자는 장치가 멀티안정성(즉, 2개를 초과한 안정한 상태가 유발될 수 있다)을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 기록(불투명) 및 제거(투명) 사이에서 임의의 그레이 스케일 값은 스멕틱 A상의 적층된 상 때문에 인가된 필드 제거 후에 독립적으로 보존된다; 전기적으로 유발된 조직은 여러 해 동안 성공적으로 보존되었다.
장치의 반응시간은 "10-90" 기준을 사용하여 측정되었다. 이것은 "제거" 변경에 대한 총투과율의 10%로부터 90%로의 증가 또는 "기록" 변경에 대해 투과율의 90%로부터 10%로 감소하는 시료의 투과율에 대해서 취한 반응시간으로서 정의된다. 66 Vrms(1kHz)의 인가 전압에 대해서, 제거 반응 시간은 120V에서 44ms에서 5ms까지 감소한다. 기록 모드에서, 반응시간은 120V(100Hz)에서 62ms이었다. 반응시간 전압에 강하게 의존하지만, 이들 시간은 슬로우 업데이트 대면적 윈도우 및 광 장치에서 충분히 빠르다.
개인의 윈도우형 적용에 대해, 표준 조작 모드, 즉 기록(불투명) 내지 제거(투명)이 적절하다. 그러나, 본 발명자는 영역에 입사하는 광량은 큰 정도로 제어하기를 희망하는 적용에 대해서, 불투명 상태의 흡수를 향상시킬 필요가 있다. 이것은 흡수의 바람직한 축을 갖는 이색 염료 첨가에 의해서 달성될 수 있다. 이러한 염료는 일반적으로 액정 디렉터에 평행하게 배열된 더 큰 흡수를 갖는 축에 배열한다. 본 연구에서, 4%w/w의 농도에서 시판 블랙 이색성 염료를 첨가하는 효과를 조사했다(시료 B)
염색되지 않은 시료 A의 분광광도 반응 및 블랙 염료-도프된 시료 B는 도 7 및 8에 각각 도시된다. 데이터는 셀의 반구 투과를 측정하는 적분구를 사용하여 기록되었다. 500nm에서 염색되지 않은 시료의 투과는 제거(투명) 및 기록(불투명)모드에서 약 90% 및 70%이었다. 염색되지 않은 시료의 데이터는 유사한 실험에서 측정된 PDLC 투과에 대해서 얻어진 것과 매우 유사한 성능을 나타낸다; 이 경우에 20㎛의 셀두께-본 발명의 셀에 비해서 2배의 두께에 대해서 온 및 오프에 대한 값이 약 70% 및 50%이었다. 염료 도프된 시료에 대해서, 49 nm에서 불투명 조직에서 투과는 약 11%인 반면, 투명모드에서 값은 65%이다. 따라서, 장치는 우수한 콘트래스트를 나타낸다. 시료 A 및 B의 변환 거동은 매우 유사하지만(실험적 불확실성); 염료는 이들 특성에 대한 최소의 효과를 갖는다.
도 7 및 8에서 나타낸 투과 데이터는 보정된 백색 광원을 사용하여 측정되었기 때문에, 태양 스펙트럼의 가시 부분의 투과를 포함하는, 장치의 가시 성능의 정확한 측정을 제공한다.
특정한 적용, 예를 들면 외부 표면의 스마트 글레이징(smart glazing)에 대해서, 액정 물질은 자외선(UV) 파장에 대해서 안정한 것이 중요하다. UV 안정성을 검사하기 위해서, 시료는 리소그래픽 UV 오븐에 배치되었다. 램프의 세기는 스펙트럼의 UV-A 부분(315-400nm)에서 총노출 에너지 200J(5시간 연속적인 노출)와 함께 11 mW/cm2이었다. "기록" 및 "제거" 모드의 쓰레스홀드 전압은 실험적 불확실성 +/-1V 내에서 노광후 대전되지 않은 채로 유지되었다. 오가노실록산 스멕틱 A 액정의 UV 안정성은 기초 화학(예를 들면, 방향족 코어 그룹의 존재)은 이들 물질에서 거의 동일하기 때문에 PDLC에서 사용된 네막틱 액정과 유사하거나 우수한 것으로 기대된다. 그러나, 오가노실록산 액정으로부터 제형된 혼합물은 더욱 간단한 조성, 즉 작동 온도 범위를 향상시키기 위해서 필요로 되는 더 적은 성분 때문에 환경적으로(UV 포함) 더욱 안정하다.
열안정성에 대해서, 특히 장치가 직접 태양광을 받는 적용에서, 조작의 상한은 물질의 스멕틱 A 전이온도에 의해서 결정된다. 본연구에서 사용된 혼합물에서, 상한은 74℃이다. 이러한 온도 상한은 혼합물의 최적화에 따라서 상승할 것이 기대된다.
토의
PDLC 및 스멕틱 A 방법이 액정에서 전자-광 효과에 기초하더라도, 여러 중요한 차이점이 있다. PDLC에서 산란 효과는 액정 액적과 이들을 현탁시킨 주위의 폴리머 기질 사이의 굴절률에 기인한다. 온-상태(투명)에서 넓은 각도에서 보면, 필름은 헤이즈를 나타낸다. 또한, 산란을 최대화하는 액적 크기의 적절한 선택을 위한 상당한 관심이 필요하다. 이것은 액적 직경을 감소시킴으로써 행해질 수 있다. 그러나, 액적 직경 감소는 구동 전압을 증가시키는 트레이드 오프가 되어야 한다(대략 V 내지 1/d, 여기서 d는 액적 직경). 또한, 평균 액적 크기가 감소함에 따라서 PDLC 필름은 청색 및 녹색광을 효율적으로 산란시키는 반면, 상당한 산란 없이 적색광을 전달한다(레드 블리드쓰로우).
스멕틱 A 장치에 대해서, 투명한 상태에서, 굴절률은 균일하고 장치는 모든 각도에서 동일하게 투명하다. 스킴사이의 주요한 다른 차이점은 스멕틱 A 경우에 2개의 모드는 필드를 제거한 후 영구적으로 보존된다; PDLC에 대해서, 액적 내의 회복력은 필드 부재시에 액정 모듈을 배향되지 않은 상태로 돌아간다. 스멕틱 A상의 산란 효과는 액적 내의 액정을 캡슐화하는 데에 의존하지 않기 때문에 다른 문제점, 예를 들면 파장 의존 산란 및 가변 구동전압이 제거된다.
스멕틱 A 액정의 쌍안정성 효과가 알려져 있었지만, 지금껏 흡착을 억제하는 데에는 여러 요소가 있었다. 특히, 산란(불투명) 조직을 발생시키기 위한 구동전압이 너무 높았다. 즉, 일반적으로 이러한 조직을 얻기 위해서는 프리폼 장치를 필요로 한다. 또한, 충분히 넓은 온도 범위의 시판 물질은 제조되지 않았다.
다른 중요한 요소는 이들 시스템에서 고도의 전도도 이방성이다. 이것은 지금껏 사용된 물질보다 큰 수 십배의 크기를 갖는다 (알킬시아노비페닐). 식 1로부터, 평행한 유전체 유전율에 따라서, 이 변수는 기록(불투명) 쓰레스홀드 전압을 조절한다. 별도로, 전도도와 유전성의 조작에 의해서 기록 및 제거 쓰레스홀드 전압의 상대적인 크기를 조절할 수 있는 것이 도시되었다. 예를 들면, 산란 전압은 전도도 비율,
Figure pct00010
을 저하시킴으로써 투명 전압보다 낮은 시료를 가질 수 있거나, 또는 쓰레스홀드 전압이 동일한 시료를 가질 수 있다. 이것은 다른 적용에 대한 특주 드라이버를 디자인할 때에 필요에 따라서 실질적인 유연성을 갖게 한다.
이들 시스템의 실시형태에서 핵심 분자 특성으로부터, 넓은 온도 범위 및 높은 전도도 이방성의 유용한 특성을 일으키는데, 이는 구성하는 분자 부분, 즉 메소겐 코어(예를 들면 비페닐, 알킬렌 사슬 및 실록산기에 기초한)를 분자층 내의 개별 영역으로 자체조립한 것이다. 이러한 특성은 네마틱 액정상에 대해서 스멕틱 A상을 안정화시키고 전도도 이방성을 증가시킨다.
적용
본 발명을 제한하는 일없이, 본 발명의 실시형태는 하기의 분야에서 특별한 용도가 고려된다.
1. 스마트 윈도우. 현재의 시장은 폴리머-분산 액정 기술(PDLC)에 의존한다. 구동 전압 감소 및 프리폼 장치에 대한 필요성 제거 때문에 스멕틱 A 물질은 매력적이고 PDLC 물질에 대한 대안으로 자리잡고 있다; 주요한 이점은 쌍안정 조작을 통해서 전력 소비를 훨씬 감소시킨 것이다. 현재의 PDLC 스크린은 투명한 상태를 유지하기 위해서 전압이 지속적으로 인가되는 것을 필요로 한다. 본 발명자들은 1시간의 조작(온 상태에서 장치)에 대해서 스멕틱 A 장치가 PDLC의 전력소비의 약 8%를 갖는 것을 산출하고; 이것은 이러한 온-상태 시간과 함께 감소한다. 또 다른 이점은 간단한 구동방법이다. 본 발명의 실시형태에 따른 스멕틱 A 장치는 직접적인 주요 서플라이, 예를 들면 110V 또는 240V에서 구동될 수 있다. 장치는 온(투명)상태에서 시야각 의존 헤이즈를 갖지 않는 넓은 시야각에서 우수한 광학 성능을 제공한다. 또한, 투명과 산란 사이의 투과의 임의의 중간값이 영구적으로 보존될 수 있다.
2. 슬로우 업데이트 및 저장 디스플레이, 예를 들면 낮은 비용의 휴대용 장치를 포함하는, 전자 포스터 보드(예를 들면 염료 도핑에 의해), 전자 신문형 적용 또는 간단한 디스플레이 장치(예를 들면, 반사, 염료 도프, 등).
하이브리드 시스템
일부 실제의 적용에서, 폴리머 시스템에서 스멕틱 액정 물질을 예를 들면, 에멀젼법, 용매 유발 상분리, 온도 유발 상분리, 광유발 상분리에 의해서 분산시키는 것이 유용하다. 이것은 전자-광 장치의 플렉서블 디스플레이 또는 상기 물질 및 장치의 기능을 잃지 않는 디스플레이의 제조비용을 감소시킨다. 이러한 장치의 기능성은 이색성(또는 다른 발색단) 염료를 첨가하여 증가될 수 있다.
전체의 혼합물의 기능은 소위 나노입자를 첨가함으로써 더욱 향상될 수 있다. 이들은 탄소계(예를 들면 나노튜브, C60형 구조 및 가용 유도체 등)일 수 있지만 다른 소망의 특성을 도입할 수 있는 강유전성 입자(예를 들면, BaTiO3, LiNbO3, SBN, KNbO3)일 수 있다. 추가된 특성은 인가된 필드에 더 큰 유전체 커플링을 포함하여 작동 전압을 감소시키거나 산란 조직의 발생을 용이하게 하는 것이다.
기존에 한정된 디스플레이 수명이 상술되어 있었고, 이것은 일반적으로 산란모드와 투명 모드 사이의 콘트래스트의 점진적인 손실을 통해서 나타나거나 셀내의 열화물의 존재로 나타나다. 수명은 또 다른 구동 스킴을 이용하거나 환원 및 산화 도펀트를 이용하여 향상될 수 있다. 이들 도펀트는 가역 전하 전달에 의해서 시간경과에 따라서 콘트래스트가 일정하게 유지되도록 한다. 환원 및 산화 도펀트는 일반적으로 10% w/w 미만의 낮은 농도로 존재하고 액정 또는 비액정이고(금속계 액정 및 물질을 포함) 및 실록산 또는 비실록산-함유일 수 있다. 또한, 전기발색 물질(예를 들면, 비올로겐 화합물 또는 전기발색 액정 유도체)가 포함되어 색을 전기화학적으로 유발된 색화에 의해서 디스플레이에 제공할 수 있다.
스멕틱 C 혼합물
많은 실리콘-함유 메소겐 물질은 스멕틱 A상을 넓은 온도 범위의 네마틱 혼합물에서 유발시키더라도, 본 발명자들은 적합한 실리콘-함유 물질이 넓은 온도 범위에 의해서 다른 동일 이형을 유발시킬 수 있다. 특히, BL006에서 40% w/w의 화합물(e)의 혼합물은 매우 넓은 온도 범위의 키랄 스멕틱 C상을 제조했다.
Figure pct00011
스멕틱 C* 전이에 대한 등방성은 86℃에서 발생하고, 실온으로 초냉각시킨다. 순수한 실록산의 스멕틱상 폭은 결합된 혼합물보다 상당히 낮은 59℃이하이다.
넓은 온도 범위의 스멕틱 C물질의 주요한 적용은 강유전성 및 반강유전성 장치에서 있는 것으로 기대된다. 특성이 변경된 영역에서 키랄 스멕틱 C 물질을 생성하는 능력은 필요에 따라서 선택적인 네마틱상을 포함하여 소망의 배열을 달성시킬 수 있고, 이는 혼합물의 영역이 특별한 적용을 위해서 미세 조절될 수 있는 것으로 기대된다. 예를 들면, 본 발명자들은 e)의 키랄 비메소겐 구조의 변형물을 사용하고 -Si-O-Si-O-Si-그룹을 포함하는 실리콘 부분에 의해 반강유전체상이 쉽게 발생될 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims (32)

  1. 넓은 온도 범위의 네마틱 혼합물을 취하는 단계, 및 상기 혼합물을 메소겐 실리콘-함유 물질로 도핑시키는 단계를 포함하는 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 하기 화학식(1)으로 표시된 화합물 및/또는 하기 화학식(2)으로 표시된 화합물인 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure pct00012

    여기서,
    R1, R2, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 치환되지 않거나, 할로겐 또는 CN으로 1개 또는 여러 개 치환될 수 있는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분기형 알킬기이고, 하나 이상의 비인접 CH2기는 산소 원자가 서로 직접 결합되지 않도록 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, 또는 -C=C-으로 치환될 수 있고,
    n은 0 내지 10의 정수이며,
    X는 메소겐 부분이고,
    Sp는 탄소수 0 내지 40을 갖는 선택적인 스페이서 그룹이고, 여기서 하나 이상의 비인접 CH2기가 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH(할로겐)-, -CH(CN)-, -CH=CH-, 또는 -C=C-로 치환될 수 있으며;
    Z는 -O-, -S-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -CO-NH-, -NH-CO-, -CH2CH2-,
    -OCH2-, -SCH2-, -CH2S-, -CH=CH-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C=C- 또는 단결합이고;
    Y는 F, Cl, CN, NCS, 또는 치환되지 않거나, 할로겐 또는 CN으로 1개 또는 여러 개 치환될 수 있는 탄소수 1 내지 25의 직쇄 또는 분기형 알킬기이고, 하나 이상의 비인접 CH2기는 산소 원자가 서로 직접 결합되지 않도록 각각의 경우에 서로 독립적으로 -O-, -S-, -NH-, -N(CH3)-, -CO-, -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -S-CO-, -CO-S-, -CH=CH-, -CH=CF-, -CF=CF-, 또는 -C=C-으로 치환될 수 있다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 하기 화학식(3)으로 표시된 화합물 및/또는 하기 화학식(4)으로 표시된 화합물인 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure pct00013

    여기서, n은 0 내지 10의 정수이고, A는 0 내지 15의 정수이며, X는 메소겐 부분이고, Y는 시아노기, 할로겐, 알킬기, 알콕시기, 또는 에스테르이며, 선택적으로 할로겐 치환기를 갖는 알킬기, 알콕시기 또는 에스테르이다.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서, X는 화학식(5)의 부분인 것을 특징으로 하는 방법:
    -B1-(M-B2)m- (5)
    여기서, M은 -COO-, -OCO-, -O-CO-O-, -OCH2-, -CH2O-, -CH2CH2-, -(CH2)4-, -CF2CF2-, -CH=CH-, -CF=CF-, -CH=CH-COO-, -OCO-CH=CH-, -C=C- 또는 단결합이고,
    B1 및 B2 는 각각 독립적으로 1,4-페닐렌이고, 하나 이상의 CH기는 N, trans-1,4-시클로헥실렌으로 치환될 수 있고, 또한 1개 또는 2개의 비인접 CH2기는 O 및/또는 S, 1,4-시클로헥실렌으로 치환될 수 있고, 또한, 1개 또는 2개의 비인접 CH2기는 O 및/또는 S, 1,4-시클로헥세닐렌, 1,4-비시클로(2,2,2)-옥틸렌, 피페리딘-1,4-디일, 나프탈렌-2,6-디일, 데카히드로-나프탈렌-2,6-디일, 1,2,3,4-테트라히드로-나프탈렌-2,6-디일, 시클로부탄-1,3-디일, 스피로[3.3]헵탄-2,6-디일 또는 디스피로[3.1.3.1]데칸-2,8-디일로 치환될 수 있고, 모든 이들 기는 치환되지 않거나, F, Cl, CN 또는 탄소수 1 내지 7의 알킬, 알콕시, 알킬카르보닐 또는 알콕시카르보닐기로 1, 2, 3, 또는 4개 치환될 수 있고, 여기서 하나 이상의 H원자는 F 또는 Cl로 치환될 수 있으며;
    m은 0, 1, 2, 또는 3이다.
  5. 청구항 4에 있어서, X는 하기 화학식으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure pct00014

    (Va)
    Figure pct00015

    (Vb)
    Figure pct00016

    (Vc)
    Figure pct00017

    (Vd)
    Figure pct00018

    (Ve)

    Figure pct00019

    (Vf)
    Figure pct00020

    (Vg)

    Figure pct00021

    (Vh)

    Figure pct00022

    (Vi)

    Figure pct00023

    (Vj)


    Figure pct00024

    (Vk)
    Figure pct00025

    (Vm)

    Figure pct00026

    (Vn)
    여기서, L은 F, Cl, CN, OH, NO2 또는 선택적으로 탄소수 1 내지 7의 플루오로화 알킬, 알콕시, 또는 알카노일기이고, r은 0, 1 또는 2이다.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 스멕틱 액정 물질 20~80중량%을 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 2 또는 3에 있어서, X는 4-비페닐-4'-일 부분인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 2 또는 3에 있어서, X는 4'-페닐-4-벤조에이트 부분인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 A 물질이고, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 하기 화학식(a)으로 표시된 화합물 및/또는 하기 화학식(b)으로 표시된 화합물 및/또는 하기 화학식(c)으로 표시된 화합물인 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure pct00027

    여기서, A는 0 내지 15의 정수이다.
  10. 청구항 3 또는 9에 있어서, A는 5 내지 11의 정수인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스멕틱 액정은 스멕틱 C 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 광학적으로 활성되고, 스멕틱 C 물질은 강유전성인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 하기 화학식(d)인 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure pct00028
    (d)
    여기서 R1은 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬기 또는 하기의 기이고:
    Figure pct00029

    R2, R3, R4 및 R5 는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기이며;
    T는 -OCO- 또는 -COO-이고;
    W는 적어도 하나의 키랄 중심을 갖는 알킬 또는 할로겐 치환 알킬기이며;
    D는 불소원자이고, q는 0, 1 또는 2이며;
    A는 10, 11 또는 12이다.
  14. 청구항 2, 3 또는 13에 있어서, R2, R3, R4 및 R5 는 서로 같으며, 바람직하게 메틸기인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 메소겐 실리콘-함유 물질은 식(e)의 화합물인 것을 특징으로 하는 방법:
    Figure pct00030
  16. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네마틱 혼합물은 적어도 -20℃ 내지 +50℃에 걸쳐서 네마틱상을 나타내고, 얻어진 스멕틱 물질은 적어도 동일한 온도 범위에 걸쳐서 스멕틱 상을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네마틱 혼합물은 -30℃ 이하까지 감소된 네마틱상을 나타내고, 얻어진 스멕틱 물질은 적어도 동일한 온도까지 감소된 스멕틱상을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 네마틱 혼합물은 적어도 80℃이하의 네마틱상을 나타내고, 상기 얻어진 스멕틱 물질은 적어도 동일한 온도 이하의 스멕틱상을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 방법은 상기 혼합물에 키랄 첨가제를 첨가하여 키랄 첨가제 농도가 3중량% 미만인 조성물을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 메소겐 실리콘-함유 물질을 호스트 혼합물에 포함하고; 상기 호스트 혼합물은 실리콘-함유 물질 부재시에 넓은 온도 범위의 네마틱 물질이며; 상기 실리콘-함유 물질은 청구항 2 및 3에 정의된 화학식(1), (2), (3) 또는 (4)를 갖는 적어도 하나의 화합물을 포함하는 넓은 온도 범위의 스멕틱 액정 물질.
  21. 청구항 20에 따른 스멕틱 물질을 포함하는 층을 둘러싼 제 1 및 제 2 셀 벽 및 상기 층의 적어도 일부에 전기장을 인가하기 위한 전극을 포함하는 쌍안정성 디스플레이 장치 또는 광셔터.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 층은 폴리머 기질 내에 분산된 스멕틱 물질을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 광셔터.
  23. 청구항 21 또는 22에 있어서, 상기 물질은 스멕틱 A상을 나타내고, 각각의 셀벽은 반투명하고 각각의 셀벽의 내면은 실질적으로 셀벽의 전체 영역에서 광-투과 상태 및 광-산란 또는 광-흡수 상태 사이에서 쌍안정 스위칭이 가능하도록 반투명 전극을 갖는 것을 특징으로 하는 광셔터.
  24. 청구항 21 내지 23 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스멕틱 물질은 환원/산화 도펀트를 0.01% 내지 5중량%의 농도로 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치 또는 광셔터.
  25. 실질적으로 일정한 전압에서 전기장을 층 전체에 인가하고 스멕틱 물질의 광학 상태를 변화시키는 주파수를 변경하는 청구항 21 또는 22에 따른 디스플레이 장치 또는 광셔터의 처리 방법.
  26. 일정한 주파수에서 전기장을 층 전체에 인가하고, 스멕틱 물질의 광학상태를 변화시키는 전압을 변경하는 청구항 21 또는 22에 따른 디스플레이 장치 또는 광셔터의 처리 방법.
  27. 스멕틱 A상을 나타내는 청구항 20에 기재된 스멕틱 물질을 포함하는 복합구조를 둘러싼 제 1 및 제 2 셀벽, 광-방출 물질, 및 복합 구조의 적어도 일부에 전기장을 인가하기 위한 전극을 포함하는 쌍안정 디스플레이 장치 또는 광-방출 장치.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 스멕틱 물질 및 광-방출 물질은 전극에 의해서 접근가능한 별개의 층으로서 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 청구항 27에 있어서, 상기 스멕틱 물질 및 광-방출물질은 하나의 복합층에서 혼합물로서 존재하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 청구항 27 내지 29 중 어느 한 항에 있어서, 광-방출 물질은 전장발광층, 바람직하게 유기 또는 무기 광방출 다이오드 물질, 폴리머 광방출 다이오드 물질 또는 무기 형광체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 청구항 21에 있어서, 상기 물질은 강유전성 또는 반강유전체성 스멕틱 상을 나타내고, 각각의 셀벽의 내면은 2개의 광학적으로 구별가능한 상태에서 쌍안정 스위칭이 가능하도록 하는 전극을 가지며; 상기 장치는 상기 상태 사이의 구별 수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  32. 청구항 31에 있어서, 상기 상태 사이의 구별 수단은 셀벽에 고정된 적어도 하나의 편광자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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