液晶介质和液晶器件的制作方法

文档序号:9475749阅读:461来源:国知局
液晶介质和液晶器件的制作方法
【专利说明】淑晶介质和淑晶器件
[0001] 本发明设及液晶介质,其包含一种或多种液晶化合物、一种或多种二向色性染料、 和一种或多种选自W下的能在给定溫度下促进或引起与相邻液晶介质垂面配向的化合物: 具有=维结构、大于450Da的分子量、和一个或多个错定基团的化合物(A),或具有一个或 多个环基、和一个或多个错定基团的有机化合物度)。
[0002] 本发明还设及用于调节光透射率的包含运样的液晶介质的溫度反应性器件、和通 过运样的液晶介质层溫度依赖性控制光透射率的方法。
[0003] 出于本发明的目的,术语"液晶介质"意指在特定条件下展现出液晶性质的材料。 特别地,该术语意指在特定条件下形成向列型液晶相的材料。液晶介质可包含一种或多种 液晶化合物和除其之外的其他物质。
[0004] 术语"液晶化合物"意指在特定条件下展现出液晶性质的化合物,和特别地是在特 定条件下形成向列型液晶相或在与其他液晶化合物混合后形成向列型液晶相的化合物。
[0005] 出于本申请的目的,"溫度反应性器件"意指取决于溫度采取各种状态的器件。其 的实例是取决于溫度展现出不同程度的光透射率的器件。
[0006] 术语"配向"或"取向"设及材料的各向异性单元(例如小分子或大分子的片段) 朝共同方向(称作"配向方向")的配向(取向有序化)。在配向的液晶材料层中,该液晶 指向矢与该配向方向一致,W使得该配向方向相当于该材料的各向异性轴的方向。
[0007] 术语"平面取向/配向"(例如在液晶材料层中)意指大比例的液晶分子的长分 子轴(在杆状化合物的情况下)或短分子轴(在盘形化合物的情况下)基本上平行(约 180° )于该层的平面来取向。
[000引术语"垂面取向/配向"(例如在液晶材料层中)意指大比例的液晶分子的长分子 轴(在杆状化合物的情况下)或短分子轴(在盘形化合物的情况下)W相对于该层平面约 80°至90。的角度0 ("倾角")取向。
[0009] 就常见染料来说,"二向色性染料"在暴露于正确波长时会吸收光。二向色性染料 利用二向色性吸收:具有顺着吸收跃迁偶极子的偏振的光被吸收而具有垂直于偶极子的偏 振的光未被吸收。
[0010] 出于本申请的目的,能在给定溫度下促进或引起与相邻液晶介质垂面配向的化合 物也归于术语"自配向分子"或"SAM"下,该化合物选自具有=维结构、大于450Da的分子 量、和一个或多个错定基团的化合物(A),具有一个或多个环基、和一个或多个错定基团的 有机化合物度)。
[0011]此外,如C.Tschierske,G.Pelzl和S.Diele,Angew.Qiem. 2004,116,6340-6368 中 所给出的定义应适用于关于本申请中的液晶材料的未定义术语。
[0012]出于本申请的目的,术语光透射意指可见光(VIS)、近红外光(近-IR,NIR)和 UV-A区域中的电磁福射穿过该器件的通道。本申请中的术语光同样相应地意指光谱的可见 光、近红外光和UV-A区域中的电磁福射。根据常用的物理定义,UV-A光、可见光和近红外 光一起意指具有320至3000皿波长的福射。
[0013] 出于本发明的目的,术语具有=维结构的化合物意指并非主要W线性方式和仅在 一个维度上延伸的化合物,例如聚合物或小的有机分子例如辛-1,7-二烘、正-癸烧或对四 联苯,和另外并非主要W平面方式和仅在两个维度上延伸的化合物,例如苯或巧,而是基本 上相等地沿空间的所有=个维度延伸的化合物。
[0014] 此类型化合物的实例为四苯基甲烧、立方烧、封闭型-碳棚烧例如CzBwHiz、富勒締 和倍半硅氧烷。一般而言,如下文中定义的分子笼型化合物通常为根据上述定义的具有= 维结构的化合物。具有=维结构的化合物可(例如)具有近似球体、立方体、四面体或锥体 的结构。
[0015] 此类型化合物优选具有长度尺寸dm。、和另一长度尺寸dmi。,其中dm。、定义为最大尺 寸和心。定义为最小尺寸,和其中dmi。具有dmJ直的至少30%,特别优选dmJ直的至少50%, 再次特别优选至少70%和非常特别优选至少80%。
[0016] 可由本领域技术人员已知的模拟方法来确定化合物空间结构的所述结构参数。运 些结构参数通常具有足W使本领域技术人员可依照上述定义将化合物归类为具有=维结 构的化合物的准确度。另外,尤其就新颖和/或鲜为人知的结构类别而言,本领域技术人员 借助于结晶学或光谱方法确定结构。
[0017] 随着建筑物的能量效率越来越重要,越来越需要控制光透射率和因此透过窗户或 玻璃表面的能量流的器件。特别地,需要可针对特定时间点下盛行的条件(热、冷、高日晒、 低日晒)而调适透过玻璃表面的能量流的器件。特别受关注的是在溫带气候区提供运样的 器件,在溫带气候区中发生由结合高日晒的外部暖溫转变成结合低日晒的外部冷溫的季节 性变化。
[0018]下文将呈现由日晒所造成的对建筑物中玻璃表面的效应。相当的效应不仅可发生 在建筑物的情况中,还发生在车辆或运输集装箱(例如船运集装箱)的情况中。
[0019] 在暖气候区和在溫带气候区的暖季时,建筑物中的玻璃表面在受到日晒影响时导 致非期望的内部变热。运是由于玻璃对电磁光谱的VIS或近-IR区域中的福射是透射的。 内部物体吸收已透过的福射并由此变暖,运导致室溫升高(溫室效应)。然而,建筑物中玻 璃表面的所述效应并非通常是不期望的:在外部低溫的情况下,特别地在冷气候区或在溫 带气候区的冷季时,由日晒导致的内部变热(由于该效应的结果)可W是有利的,因为由此 降低空间供暖的能量需要并可因此节约成本。
[0020] 本发明的主要技术目标之一是提供调节穿过窗户或其他玻璃表面的光透射的器 件,优选地,提供针对盛行条件自动适应地调节光透射的器件,如上文所阐释(智能窗户), 更优选地,提供能量有效地工作、可利用最低可能的技术投入来安装、技术上可靠且符合审 美需求的器件。可提及的后一方面的实例是该器件的高度规则切换和颜色或图案效应的避 免。
[0021] 现有技术公开了可在施加电压时从透射状态可逆地切换至低透光状态(例 如不透明(光散射)或暗透射状态)的器件(例如C.M.Lamport等人,Solar化ergy Materials&SolarCells,2003,489-499)〇
[0022] 然而,诸如上述器件的电可切换器件的缺点在于它们无法针对环境条件立即和自 动地调适。此外,它们需要电连接,运关系到安装期间的更多投入,和更多维护需求。
[0023]US2009/0015902和US2009/0167971公开了溫度反应性器件,其在两个偏振器之 间的层中包含液晶介质。相对高光透射状态与相对低光透射状态之间的切换是通过该液晶 介质从向列态相变至各向同性态而实现。因为该相变,在高光透射状态与相对低透射状态 之间发生突然转变。此处可发生的是,在该器件的整个表面上(在一些区域中考虑)是存 在高光透射状态,而同时在其他相邻区域中存在低光透射状态。
[0024]W02012/100901A1公开了一种用于调节光透射的溫度反应性器件,其含有液晶介 质和包含倍半硅氧烷的组分(脚,其促进或引起相对基板主平面的垂直配向。本发明也设及 通过液晶介质层来溫度依赖性控制光透射的方法。然而,既没有公开也没有暗示使用有机 化合物W促进根据本发明的运样的垂面配向。
[002引W02011/004340A1公开了一种具有负性或正性介电各向异性的包含自配向介晶的 液晶介质化C介质),该介晶实现了该LC介质在液晶显示器化C显示器)的表面或盒壁的 垂面(垂直)配向。本发明因此也包括具有液晶介质(LC介质)在无常规的酷亚胺配向层 的情况下垂面配向的LC显示器。
[0026]S. -C.Jeng等人,OpticsLetters2009, 34、455-457 公开了 自发地在多面体低聚 倍半硅氧烷(倍半硅氧烷JS巧的存在下垂面(垂直)配向的某些液晶化合物。垂直配向 的程度在此会受到倍半硅氧烷浓度的影响。另外,公开了基于VA技术(VA技术=垂直配 向)将包含液晶化合物和倍半硅氧烷的混合物用于LC显示器中,其中通过施加电场发生 液晶化合物可逆地旋转成不为垂直布置。相当的应用另外公开在US2008/0198301和S,C. Jeng等人,Appl.Phys.Lett. 2007,91,0611121-0611123 中。
[0027] 另外,US2010/0259698A1公开了热致变色滤光片,其是利用吸收性、反射性、或巧 光染料、分子、聚合物、颗粒、杆状物、或其他取向依赖性着色剂(它们的取向、有序化、或指 向矢受到本身受溫度影响的载体材料的影响)来建构成。运些影响有序化的载体材料包括 热致型液晶,其在较低溫度下提供液晶状态中的宾主系统中的染料和聚合物的取向,但在 较高溫度下不提供各向同性状态中的运样的有序化。可利用在两种状态中吸收性、反射性、 或巧光颗粒与光相互作用的可变程度来制造许多种热致变色滤光片。所公开的热致变色滤 光片适于通过选择性反射、透射、吸收、和/或再发射来控制光和福射热量的流动。该滤光 片在无源或有源光调节和溫度调节膜、材料、和器件中具有特定应用,并尤其用为建筑材料 和建筑及车辆表面。
[0028] 然而,可总结出相当需要适用于调节透过窗户或大体透光表面的光透射的溫度反 应性器件。特别地,需要其中切换方法基于交替原理的器件。还特别地,需要其中切换方法 不突然进行而是经由透射中间值逐渐进行的器件。
[0029] 另外,现代溫度反应性器件必须满足诸多要求,尤其是:
[0030] ?在延长的使用期内的高效率,
[00如 ?针对太阳照射(尤其是UV福射)的高稳定性,
[0032] ?针对环境溫度条件的透过玻璃表面的能量流的有利适应性,
[0033] ?在暴露于外部(尤其关于冷和热)的环境中的高持久性,
[0034] ?制造方法必须成本有效且适用于批量制造方法。
[0035] 鉴于现有技术和对运样的材料的所有上述要求,相当需要新颖或替代性器件,其 优选不表现出现有技术的溫度反应性器件的缺点或即使表现,优选W较低程度表现。
[0036] 令人惊奇地,发明人已发现包含液晶介质层的溫度反应性器件代表已经知晓的现 有技术的溫度反应性器件的优异替代品,并且优选地,改良鉴于现有技术的一种或多种上 述要求,或更优选地,同时满足所有上述要求,该液晶介质包含一种或多种液晶化合物、一 种或多种二向色性染料、和一种或多种具有=维结构、大于450Da的分子量、和一或多个错 定基团的化合物(A)、或一种或多种具有一个或多个环基、和一或多个错定基团的有机化合 物度)。
[0037] 因此,本发明设及液晶介质,其包含一种或多种液晶化合物、一种或多种二向色性 染料、和
[0038] 一种或多种具有=维结构、大于450Da的分子量、和一个或多个错定基团的化合 物(A)或
[0039] 一种或多种具有一个或多个环基、和一个或多个错定基团的有机化合物度)。
[0040] 根据本发明,该液晶介质包含一种或多种具有=维结构和大于450Da的分子量的 化合物(A)。
[0041] 根据本发明,将该化合物(A)溶解或分散于液晶介质中。化合物(A)优选分散于 液晶介质中。
[0042] 化合物(A)优选是化学情性、抗老化性和亲油性的并且与存于液晶介质中的液晶 化合物相容。出于本发明的目的,相容性尤其意指化合物(A)不进行损害器件功能的与化 合物的任何化学反应。
[0043] 在本发明的一个优选实施方式中,化合物(A)选自纳米颗粒。该纳米颗粒可为(例 如)金属纳米颗粒
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