液晶介質(zhì)和液晶器件的制作方法
【專利說明】淑晶介質(zhì)和淑晶器件
[0001] 本發(fā)明設(shè)及液晶介質(zhì)，其包含一種或多種液晶化合物、一種或多種二向色性染料、 和一種或多種選自W下的能在給定溫度下促進(jìn)或引起與相鄰液晶介質(zhì)垂面配向的化合物： 具有=維結(jié)構(gòu)、大于450Da的分子量、和一個或多個錯定基團(tuán)的化合物（A)，或具有一個或 多個環(huán)基、和一個或多個錯定基團(tuán)的有機(jī)化合物度）。
[0002] 本發(fā)明還設(shè)及用于調(diào)節(jié)光透射率的包含運(yùn)樣的液晶介質(zhì)的溫度反應(yīng)性器件、和通 過運(yùn)樣的液晶介質(zhì)層溫度依賴性控制光透射率的方法。
[0003] 出于本發(fā)明的目的，術(shù)語"液晶介質(zhì)"意指在特定條件下展現(xiàn)出液晶性質(zhì)的材料。 特別地，該術(shù)語意指在特定條件下形成向列型液晶相的材料。液晶介質(zhì)可包含一種或多種 液晶化合物和除其之外的其他物質(zhì)。
[0004] 術(shù)語"液晶化合物"意指在特定條件下展現(xiàn)出液晶性質(zhì)的化合物，和特別地是在特 定條件下形成向列型液晶相或在與其他液晶化合物混合后形成向列型液晶相的化合物。
[0005] 出于本申請的目的，"溫度反應(yīng)性器件"意指取決于溫度采取各種狀態(tài)的器件。其 的實(shí)例是取決于溫度展現(xiàn)出不同程度的光透射率的器件。
[0006] 術(shù)語"配向"或"取向"設(shè)及材料的各向異性單元（例如小分子或大分子的片段） 朝共同方向（稱作"配向方向"）的配向（取向有序化）。在配向的液晶材料層中，該液晶 指向矢與該配向方向一致，W使得該配向方向相當(dāng)于該材料的各向異性軸的方向。
[0007] 術(shù)語"平面取向/配向"（例如在液晶材料層中）意指大比例的液晶分子的長分 子軸（在桿狀化合物的情況下）或短分子軸（在盤形化合物的情況下）基本上平行（約 180° )于該層的平面來取向。
[000引術(shù)語"垂面取向/配向"（例如在液晶材料層中）意指大比例的液晶分子的長分子 軸（在桿狀化合物的情況下）或短分子軸（在盤形化合物的情況下）W相對于該層平面約 80°至90。的角度0 ("傾角"）取向。
[0009] 就常見染料來說，"二向色性染料"在暴露于正確波長時會吸收光。二向色性染料 利用二向色性吸收：具有順著吸收躍遷偶極子的偏振的光被吸收而具有垂直于偶極子的偏 振的光未被吸收。
[0010] 出于本申請的目的，能在給定溫度下促進(jìn)或引起與相鄰液晶介質(zhì)垂面配向的化合 物也歸于術(shù)語"自配向分子"或"SAM"下，該化合物選自具有=維結(jié)構(gòu)、大于450Da的分子 量、和一個或多個錯定基團(tuán)的化合物（A)，具有一個或多個環(huán)基、和一個或多個錯定基團(tuán)的 有機(jī)化合物度）。
[0011]此外，如C.Tschierske,G.Pelzl和S.Diele,Angew.Qiem. 2004,116,6340-6368 中 所給出的定義應(yīng)適用于關(guān)于本申請中的液晶材料的未定義術(shù)語。
[0012]出于本申請的目的，術(shù)語光透射意指可見光（VIS)、近紅外光（近-IR,NIR)和 UV-A區(qū)域中的電磁福射穿過該器件的通道。本申請中的術(shù)語光同樣相應(yīng)地意指光譜的可見 光、近紅外光和UV-A區(qū)域中的電磁福射。根據(jù)常用的物理定義，UV-A光、可見光和近紅外 光一起意指具有320至3000皿波長的福射。
[0013] 出于本發(fā)明的目的，術(shù)語具有=維結(jié)構(gòu)的化合物意指并非主要W線性方式和僅在 一個維度上延伸的化合物，例如聚合物或小的有機(jī)分子例如辛-1，7-二烘、正-癸燒或?qū)λ?聯(lián)苯，和另外并非主要W平面方式和僅在兩個維度上延伸的化合物，例如苯或巧，而是基本 上相等地沿空間的所有=個維度延伸的化合物。
[0014] 此類型化合物的實(shí)例為四苯基甲燒、立方燒、封閉型-碳棚燒例如CzBwHiz、富勒締 和倍半硅氧烷。一般而言，如下文中定義的分子籠型化合物通常為根據(jù)上述定義的具有= 維結(jié)構(gòu)的化合物。具有=維結(jié)構(gòu)的化合物可（例如）具有近似球體、立方體、四面體或錐體 的結(jié)構(gòu)。
[0015] 此類型化合物優(yōu)選具有長度尺寸dm。、和另一長度尺寸dmi。，其中dm。、定義為最大尺 寸和心。定義為最小尺寸，和其中dmi。具有dmJ直的至少30%，特別優(yōu)選dmJ直的至少50%， 再次特別優(yōu)選至少70%和非常特別優(yōu)選至少80%。
[0016] 可由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的模擬方法來確定化合物空間結(jié)構(gòu)的所述結(jié)構(gòu)參數(shù)。運(yùn) 些結(jié)構(gòu)參數(shù)通常具有足W使本領(lǐng)域技術(shù)人員可依照上述定義將化合物歸類為具有=維結(jié) 構(gòu)的化合物的準(zhǔn)確度。另外，尤其就新穎和/或鮮為人知的結(jié)構(gòu)類別而言，本領(lǐng)域技術(shù)人員 借助于結(jié)晶學(xué)或光譜方法確定結(jié)構(gòu)。
[0017] 隨著建筑物的能量效率越來越重要，越來越需要控制光透射率和因此透過窗戶或 玻璃表面的能量流的器件。特別地，需要可針對特定時間點(diǎn)下盛行的條件（熱、冷、高日曬、 低日曬）而調(diào)適透過玻璃表面的能量流的器件。特別受關(guān)注的是在溫帶氣候區(qū)提供運(yùn)樣的 器件，在溫帶氣候區(qū)中發(fā)生由結(jié)合高日曬的外部暖溫轉(zhuǎn)變成結(jié)合低日曬的外部冷溫的季節(jié) 性變化。
[0018]下文將呈現(xiàn)由日曬所造成的對建筑物中玻璃表面的效應(yīng)。相當(dāng)?shù)男?yīng)不僅可發(fā)生 在建筑物的情況中，還發(fā)生在車輛或運(yùn)輸集裝箱（例如船運(yùn)集裝箱）的情況中。
[0019] 在暖氣候區(qū)和在溫帶氣候區(qū)的暖季時，建筑物中的玻璃表面在受到日曬影響時導(dǎo) 致非期望的內(nèi)部變熱。運(yùn)是由于玻璃對電磁光譜的VIS或近-IR區(qū)域中的福射是透射的。 內(nèi)部物體吸收已透過的福射并由此變暖，運(yùn)導(dǎo)致室溫升高（溫室效應(yīng)）。然而，建筑物中玻 璃表面的所述效應(yīng)并非通常是不期望的：在外部低溫的情況下，特別地在冷氣候區(qū)或在溫 帶氣候區(qū)的冷季時，由日曬導(dǎo)致的內(nèi)部變熱（由于該效應(yīng)的結(jié)果）可W是有利的，因?yàn)橛纱?降低空間供暖的能量需要并可因此節(jié)約成本。
[0020] 本發(fā)明的主要技術(shù)目標(biāo)之一是提供調(diào)節(jié)穿過窗戶或其他玻璃表面的光透射的器 件，優(yōu)選地，提供針對盛行條件自動適應(yīng)地調(diào)節(jié)光透射的器件，如上文所闡釋（智能窗戶）， 更優(yōu)選地，提供能量有效地工作、可利用最低可能的技術(shù)投入來安裝、技術(shù)上可靠且符合審 美需求的器件?？商峒暗暮笠环矫娴膶?shí)例是該器件的高度規(guī)則切換和顏色或圖案效應(yīng)的避 免。
[0021] 現(xiàn)有技術(shù)公開了可在施加電壓時從透射狀態(tài)可逆地切換至低透光狀態(tài)（例 如不透明（光散射）或暗透射狀態(tài)）的器件（例如C.M.Lamport等人，Solar化ergy Materials&SolarCells,2003,489-499)〇
[0022] 然而，諸如上述器件的電可切換器件的缺點(diǎn)在于它們無法針對環(huán)境條件立即和自 動地調(diào)適。此外，它們需要電連接，運(yùn)關(guān)系到安裝期間的更多投入，和更多維護(hù)需求。
[0023]US2009/0015902和US2009/0167971公開了溫度反應(yīng)性器件，其在兩個偏振器之 間的層中包含液晶介質(zhì)。相對高光透射狀態(tài)與相對低光透射狀態(tài)之間的切換是通過該液晶 介質(zhì)從向列態(tài)相變至各向同性態(tài)而實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵撓嘧?，在高光透射狀態(tài)與相對低透射狀態(tài) 之間發(fā)生突然轉(zhuǎn)變。此處可發(fā)生的是，在該器件的整個表面上（在一些區(qū)域中考慮）是存 在高光透射狀態(tài)，而同時在其他相鄰區(qū)域中存在低光透射狀態(tài)。
[0024]W02012/100901A1公開了一種用于調(diào)節(jié)光透射的溫度反應(yīng)性器件，其含有液晶介 質(zhì)和包含倍半硅氧烷的組分（腳，其促進(jìn)或引起相對基板主平面的垂直配向。本發(fā)明也設(shè)及 通過液晶介質(zhì)層來溫度依賴性控制光透射的方法。然而，既沒有公開也沒有暗示使用有機(jī) 化合物W促進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)樣的垂面配向。
[002引W02011/004340A1公開了一種具有負(fù)性或正性介電各向異性的包含自配向介晶的 液晶介質(zhì)化C介質(zhì)），該介晶實(shí)現(xiàn)了該LC介質(zhì)在液晶顯示器化C顯示器）的表面或盒壁的 垂面（垂直）配向。本發(fā)明因此也包括具有液晶介質(zhì)（LC介質(zhì)）在無常規(guī)的酷亞胺配向?qū)?的情況下垂面配向的LC顯示器。
[0026]S. -C.Jeng等人，OpticsLetters2009, 34、455-457 公開了 自發(fā)地在多面體低聚 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 的程度在此會受到倍半硅氧烷濃度的影響。另外，公開了基于VA技術(shù)（VA技術(shù)=垂直配 向）將包含液晶化合物和倍半硅氧烷的混合物用于LC顯示器中，其中通過施加電場發(fā)生 液晶化合物可逆地旋轉(zhuǎn)成不為垂直布置。相當(dāng)?shù)膽?yīng)用另外公開在US2008/0198301和S，C. Jeng等人，Appl.Phys.Lett. 2007,91，0611121-0611123 中。
[0027] 另外，US2010/0259698A1公開了熱致變色濾光片，其是利用吸收性、反射性、或巧 光染料、分子、聚合物、顆粒、桿狀物、或其他取向依賴性著色劑（它們的取向、有序化、或指 向矢受到本身受溫度影響的載體材料的影響）來建構(gòu)成。運(yùn)些影響有序化的載體材料包括 熱致型液晶，其在較低溫度下提供液晶狀態(tài)中的賓主系統(tǒng)中的染料和聚合物的取向，但在 較高溫度下不提供各向同性狀態(tài)中的運(yùn)樣的有序化?？衫迷趦煞N狀態(tài)中吸收性、反射性、 或巧光顆粒與光相互作用的可變程度來制造許多種熱致變色濾光片。所公開的熱致變色濾 光片適于通過選擇性反射、透射、吸收、和/或再發(fā)射來控制光和福射熱量的流動。該濾光 片在無源或有源光調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)膜、材料、和器件中具有特定應(yīng)用，并尤其用為建筑材料 和建筑及車輛表面。
[0028] 然而，可總結(jié)出相當(dāng)需要適用于調(diào)節(jié)透過窗戶或大體透光表面的光透射的溫度反 應(yīng)性器件。特別地，需要其中切換方法基于交替原理的器件。還特別地，需要其中切換方法 不突然進(jìn)行而是經(jīng)由透射中間值逐漸進(jìn)行的器件。
[0029] 另外，現(xiàn)代溫度反應(yīng)性器件必須滿足諸多要求，尤其是：
[0030] ?在延長的使用期內(nèi)的高效率，
[00如 ?針對太陽照射（尤其是UV福射）的高穩(wěn)定性，
[0032] ?針對環(huán)境溫度條件的透過玻璃表面的能量流的有利適應(yīng)性，
[0033] ?在暴露于外部（尤其關(guān)于冷和熱）的環(huán)境中的高持久性，
[0034] ?制造方法必須成本有效且適用于批量制造方法。
[0035] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)和對運(yùn)樣的材料的所有上述要求，相當(dāng)需要新穎或替代性器件，其 優(yōu)選不表現(xiàn)出現(xiàn)有技術(shù)的溫度反應(yīng)性器件的缺點(diǎn)或即使表現(xiàn)，優(yōu)選W較低程度表現(xiàn)。
[0036] 令人驚奇地，發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)包含液晶介質(zhì)層的溫度反應(yīng)性器件代表已經(jīng)知曉的現(xiàn) 有技術(shù)的溫度反應(yīng)性器件的優(yōu)異替代品，并且優(yōu)選地，改良鑒于現(xiàn)有技術(shù)的一種或多種上 述要求，或更優(yōu)選地，同時滿足所有上述要求，該液晶介質(zhì)包含一種或多種液晶化合物、一 種或多種二向色性染料、和一種或多種具有=維結(jié)構(gòu)、大于450Da的分子量、和一或多個錯 定基團(tuán)的化合物（A)、或一種或多種具有一個或多個環(huán)基、和一或多個錯定基團(tuán)的有機(jī)化合 物度）。
[0037] 因此，本發(fā)明設(shè)及液晶介質(zhì)，其包含一種或多種液晶化合物、一種或多種二向色性 染料、和
[0038] 一種或多種具有=維結(jié)構(gòu)、大于450Da的分子量、和一個或多個錯定基團(tuán)的化合 物（A)或
[0039] 一種或多種具有一個或多個環(huán)基、和一個或多個錯定基團(tuán)的有機(jī)化合物度）。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明，該液晶介質(zhì)包含一種或多種具有=維結(jié)構(gòu)和大于450Da的分子量的 化合物（A)。
[0041] 根據(jù)本發(fā)明，將該化合物（A)溶解或分散于液晶介質(zhì)中。化合物（A)優(yōu)選分散于 液晶介質(zhì)中。
[0042] 化合物（A)優(yōu)選是化學(xué)情性、抗老化性和親油性的并且與存于液晶介質(zhì)中的液晶 化合物相容。出于本發(fā)明的目的，相容性尤其意指化合物（A)不進(jìn)行損害器件功能的與化 合物的任何化學(xué)反應(yīng)。
[0043] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施方式中，化合物（A)選自納米顆粒。該納米顆?？蔀椋ɡ?如）金屬納米顆粒