CN105103046A - 用于调节光学能量穿透量的装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于调节通过透光表面的透光量的装置，所述装置包括切换层，所述切换层包含含有至少一种二色性染料的液晶介质，其中以一定方式选择装置的透光度和各向异性度的参数。

Description

用于调节光学能量穿透量的装置
本申请涉及用于调节通过透光表面的透光量的装置，所述装置包括切换层，所述切换层包含含有至少一种二色性染料的液晶介质。所述装置优选用于调节通过窗户和类似的建筑物开口的透光量，从而控制建筑物中的能量输入。
在本发明的范围内，术语光被理解为UV-A-、VIS-以及NIR-范围内的电磁辐射。其中特别可被理解为不被窗户中通常使用的材料(例如玻璃)吸收或者仅以可忽略程度被窗户中通常使用的材料(例如玻璃)吸收的辐射。根据通常使用的定义，UV-A-光辐射被理解为320至380nm波长的辐射，VIS-光辐射被理解为380nm至780nm波长的辐射，NIR-光辐射被理解为780nm至2000nm波长辐射。在本发明的范围内，术语光因此被理解为波长为320至2000nm的辐射。
在本申请的范围内，术语液晶介质被理解为在某些条件下具有液晶性能的材料。优选地，所述材料在室温下和在高于和低于室温的一定温度范围内具有液晶性能。液晶介质可以包含一种单一化合物，或者可以包含多种不同化合物。
在本申请的范围内，二色性染料被理解为吸光化合物，其中吸收性能取决于分子取朝着光的偏振方向的定向。
建筑物的能量效率的重要性随着升高的能量成本而增加。窗户或玻璃幕墙是建筑物部分，在强烈的太阳辐射下大部分能量通过所述建筑物部分输入建筑物内。
在寒季，希望最大量的光和因此传输的能量通过玻璃表面进入建筑物。由此可以节省加热成本和照明成本。
另一方面，在暖季希望尽可能少的能量通过玻璃表面输入建筑物内。由此可以实现更为舒适的室内气候或者可以节省空调成本。此外在该情况下可能希望降低入射的光强度，例如减少由于直接的太阳辐射而造成的炫目。
因此需要控制通过窗户或玻璃表面的透光量而控制能量流的装置。特别地，需要可以使通过玻璃表面的能量流匹配各个时间点的主导条件(热、冷、高太阳辐射、低太阳辐射)的装置。
现有技术中已知原则上适合调节通过窗户表面等的进光量的装置。所述装置包含含有一种或多种二色性染料的液晶介质作为切换层。例如，WO2009/141295中公开了一种切换装置，所述切换装置以电控制的方式运转，并且包括切换层，所述切换层包含含有一种或多种二色性染料的液晶介质。切换层为已知用于显示设备的宾主系统(参见B.Bahadur等人的Mol.Cryst.Liq.Cryst，1991，209，39-61)。
WO2010/118422中可以以温度控制的方式切换的装置也具有切换层，所述切换层为宾主系统。
在本发明的范围内的研究表明，对于用于调节透光量的装置来说，非常希望实现尽可能大的切换区间，即装置的亮态透光性和暗态透光性之间的尽可能大的差别。
关于包括包含一种或多种二色性染料的液晶介质的切换装置，所述技术目的目前为止未受到重视。相反，通常优化所述装置的对比度，即亮态透光性与暗态透光性的比例。然而在用于调节通过透光表面的透光量时对比度的意义不大，因为其主要取决于高的亮态透光性而不太取决于尽可能暗的暗态。
目前在研究用于调节透光量的上述装置的过程中发现，对于切换层的各向异性度R和亮态透光性τν亮的一定的组合，可以实现装置的透光区间的极佳的值。
通过平行于液晶介质的定向分子的取向方向偏振光的吸光度(Extinktion)的测量值E(p)和垂直于液晶介质的定向分子的取向方向偏振光的吸光度的测量值E(s)，根据式R＝[E(p)-E(s)]/[E(p)+2*E(s)]计算出切换层的各向异性度R。在此参照切换层中不包含染料并在其它方面相同的装置。精确方法在实施例B)1)中给出。
切换层的亮态透光度τν亮以百分比的形式给出。作为参考的是具有不包含染料的切换层的装置，通过装置的切换层的亮态透光度的比例计算出所述亮态透光度τν亮。在本申请的范围内，根据欧洲标准EN410,等式(1)(玻璃化的光学技术和辐射物理特征值的确定)通过光谱透射度并同时考虑标准发光体的相对光谱分布和标准观察者的光谱亮度敏感度确定所述亮态透光度τν亮。
切换层的透光度的区间以百分比的形式给出。切换层的透光度的区间表示亮态透光度(τν亮)和暗态透光度(τν暗)之间的差别。在此根据上文给出的用于测量τν亮的方法确定值τν暗，其中将装置切换成暗态。
因此本申请的主题是用于调节通过透光表面的透光量的装置，其中所述装置包括至少一个切换层，所述切换层包含含有至少一种二色性染料的液晶介质，并且其中所述切换层具有至少0.65的各向异性度R和根据标准EN410的40％至90％的亮态透光度τv亮。
所述装置的优点在于其具有大的透光区间。对于具有单个切换层的装置，所述透光区间优选大于25％，特别优选大于28％，非常特别优选大于30％，最优选大于35％。
优选地，所述装置的特征在于，所述切换层具有0.7至0.9，优选0.7至0.85，非常特别优选0.75至0.8的各向异性度R。
还优选地，所述装置的特征在于，所述切换层具有60％至85％，优选70％至80％的亮态透光度τv亮。
优选地，所述装置的特征在于，在给定的参数R下,切换层的参数τv亮满足：
τv亮最小<τv亮<τv亮最大和
τv亮最小＝0.8*(67*R+30)和τv亮最大＝1.2*(67*R+30)。
优选地，所述装置的特征在于，在给定的参数τv亮下切换层的参数R满足：
R最小<R<R最大和
R最小＝0.8*(0.015*τv亮-0.45)和R最大＝1.2*(0.015*τv亮-0.45)。
所述装置优选应用在建筑物、容器、交通工具或基本封闭空间的透光表面上。然而所述装置可以用于任意内部空间，特别是当所述内部空间仅与环境具有有限的空气交换并且具有透光界面时，能量可以通过所述透光界面以光能的形式从外部输入。特别相关的是所述装置用于内部空间的用途，所述内部空间透光表面暴露于强烈的太阳辐射下，例如窗户表面。
因此本发明的另一个主题是如上所述的根据本发明的装置用于调节通过透光表面进入内部空间的透光量的用途。
根据本发明的装置还可以用于室内美学设计，例如用于光效果和颜色效果。还可以有信号作用。例如，包括根据本发明的装置的灰色或彩色的门部件和墙壁部件可以切换成透明的。此外所述装置还可以包括调制亮度的白色或彩色平面背光或用蓝色宾主显示器调制其颜色的黄色平面背光。还可以借助于侧面射入的光源例如白色或彩色LED或LED链组合根据本发明的装置产生其它美学效果。在此，根据本发明的装置的玻璃的一个或两个侧面可以设置为粗糙玻璃或结构化玻璃从而耦合光和/或产生光效果。
在一个优选的实施方案中，根据本发明的装置为窗户，特别优选包括至少一个玻璃表面的窗户，非常特别优选包括多片绝缘玻璃的窗户的组件。
根据一个优选的实施方案，根据本发明的装置直接应用在窗户的玻璃表面上，特别优选多片绝缘玻璃的内部空间中。
此外优选的是，所述装置包括至少两个玻璃片。特别优选地，包括所述装置的窗户总共具有至少三个玻璃片。在此优选的是，所述装置设置在窗户的两个玻璃片之间。
根据一个优选的实施方案，所述装置安装在多片绝缘玻璃的内部或所述玻璃的外部。通常优选的是，应用在玻璃片的面对内部空间的侧面上或者在多片绝缘玻璃的情况下应用在两个玻璃片之间的中间空间中。然而其它布置也是可想象的并且在一定情况下是优选的。本领域技术人员可以关于装置的耐久性、光学和美学观点、关于片的清洁以及关于装置对温度变化的反应性的实际观点权衡一定布置的优点和缺点。
特别优选的是如下布置，其中窗户的第一玻璃片由装置的玻璃片形成，使得包括所述装置的窗户的层顺序如下：
1)玻璃层
2)导电层，优选ITO层
3)取向层
4)切换层
5)取向层
6)导电层，优选ITO层
7)玻璃层
8)玻璃层，
其中在玻璃层7)和8)之间存在自由空间，所述自由空间例如可以用绝缘气体(例如稀有气体)填充。
窗户优选这样布置：层1)邻接外部空间而层8)邻接内部空间。然而相反布置也是可能的并且在一定条件下是优选的。
上述层顺序可以通过其它层例如抵抗UV-辐射、抵抗NIR-辐射、抵抗VIS-辐射和/或抵抗物理损坏的额外的玻璃层或保护层，进行补充。
所述应用可以通过改装现有的窗户或者通过完全重新安装实现。
优选地，所述装置的特征在于，所述装置具有至少0.05m2，优选至少0.1m2，特别优选至少0.5m2，非常特别优选至少0.8m2的面积尺寸。
所述装置为可切换装置。装置的切换在此被理解为装置的透光性的改变。根据本发明可以利用装置的切换从而调节通过装置的透光量并且因此调节进入空间的光。
根据本发明的装置优选为电切换的。其也可以为纯热切换的，例如在WO2010/18422中针对用于调节透光量的装置所述。
在后一种情况下，优选通过包括根据本发明的液晶介质的切换层的温度变化通过从向列态至各向同性态的过渡进行切换。
在向列态下液晶介质的分子有序存在，因此例如由于取向层的作用而平行于装置表面定向的二色性化合物也有序存在。在各向同性态下，分子无序存在。液晶介质的分子的排序造成二色性染料的排序。根据二色性染料分子按照关于光的振动平面的取向具有更高或更低的吸收系数的原理，二色性染料的有序和无序存在之间的差别在它那方面造成根据本发明的装置的透光性的差别。
当装置为电切换的时，所述装置包括通过电压定向切换层的液晶介质的分子的装置。优选地，所述装置在该情况下具有两个或更多个电极，所述电极安装在包括液晶介质的切换层的两侧。电极优选由ITO组成或者由薄的、优选透明的金属和/或金属氧化物层组成，例如银或本领域技术人员对于该用途已知的替代性材料。电极优选拥有电连接件。优选通过电池、蓄电池、超级电容或者通过外部供电实现供电。
在电切换的情况下，通过在定向液晶介质的分子上施加电压进行切换过程。正如上文所解释的，至少一种二色性染料因此同样定向，从而造成装置的透光性的差别。
在一个优选的实施方案中，所述装置从具有高吸收性(即低透光性)的以无电压形式存在的状态转换成具有更低吸收性(即更高透光性)的状态。优选地，液晶介质在两种状态下为向列的。无电压状态优选地特征在于，液晶介质的分子并且因此二色性染料以平行于装置的表面定向的形式存在(沿面取向)。这优选通过相应选择的取向层得以实现。有电压状态优选地特征在于，液晶介质的分子并且因此二色性染料垂直于装置的表面存在。
在一个替代上述实施方案的实施方案中，所述装置从具有低吸收性(即高透光性)的以无电压形式存在的状态转换成具有更高吸收性(即更低透光性)的状态。优选地，液晶介质在两种状态下为向列的。无电压状态优选地特征在于，液晶介质的分子并且因此二色性染料以垂直于装置的表面定向的形式存在(垂面定向)。这优选通过相应选择的取向层得以实现。因此有电压状态优选地特征在于，液晶介质的分子并且因此二色性染料平行于装置的表面存在。
根据一个优选的实施方案，根据本发明的装置的特征在于，所述装置自身产生切换层进行切换所需的所有能量。所述装置还优选为自发的并且不需要外部供应的能量。为此，所述装置优选包括用于将光能转换成电能的装置，特别优选太阳能电池。
在本发明的一个优选的实施方案中，用于将光能转换成电能的装置与用于根据本发明的装置的电切换的装置电连接。通过太阳能电池提供能量可以直接或间接(即通过连接在之间的电池或蓄电池或用于储存能量的其它单元)进行。优选地，太阳能电池安装在装置的外部或者安装在装置的内部，例如WO2009/141295中所公开的。优选使用在漫射光下特别有效的太阳能电池以及透明太阳能电池。在根据本发明的装置中可以例如使用硅太阳能电池或有机太阳能电池。
所述装置优选具有如下层结构，其中所述层优选彼此直接邻接：
1)玻璃层或聚合物层
2)导电层，优选ITO层
3)取向层
4)切换层
5)取向层
6)导电层，优选ITO层
7)玻璃层或聚合物层。
优选地，所述装置包括一个或多个，特别优选两个取向层，所述取向层直接邻接切换层布置。取向层和电极可以存在于双层中，例如用聚酰亚胺涂覆的ITO-层。优选地，取向层为聚酰亚胺层，特别优选摩擦聚酰亚胺的层。当分子平面于取向层存在时(沿面定向)，以本领域技术人员已知的一定方式摩擦的聚酰亚胺造成液晶介质的分子在摩擦方向上的优选定向。为了实现液晶介质的分子相对于取向层的表面的垂直定向(垂面定向)，优选使用以一定方式处理过的聚酰亚胺作为取向层的材料(有极高预倾角的聚酰亚胺)。此外，还可以使用通过暴露于偏振光获得的聚合物作为取向层，从而获得液晶介质的分子的优选方向(光控配向)。
还优选的是，液晶介质的分子在沿面定向的情况下不完全平坦于取向层存在，而是具有小的倾斜角(预倾)。
根据本发明优选的是，存在两个或更多个取向层，所述取向层造成切换层的两侧上的液晶介质的分子的平行或扭转90°的优选方向。
特别优选地，所述装置包括恰好两个取向层，其中一个取向层邻接切换层的一侧，而另一个取向层邻接切换层的相对侧，其中两个取向层造成切换层的两侧上的液晶介质的分子的平行或扭转90°的优先方向。
在平行布置的情况下，包括液晶介质的切换层的两侧上的和包括液晶介质的切换层内的液晶介质的分子彼此平行存在。在扭转90°布置的情况下，切换层的一侧上的液晶介质的分子相对于切换层的另一侧上的分子以90°的角度存在。在切换层内，分子以中间角存在，使得在切换层的一侧上的优选定向和在切换层的另一侧上的优选方向之间存在平稳过渡。
还优选的是，在无电压状态下存在液晶介质的分子的沿面定向，其中切换层两侧上的分子彼此平行的定向。
然而，取向层和由此造成的液晶介质的分子的定向的替代性实施方案也是可能的，包括液晶介质的装置的领域的技术人员知晓所述实施方案并且在需要时可以使用所述实施方案。
还优选地，在根据本发明的装置中切换层设置在两个基材层之间或者被两个基材层包围。基材层可以由例如玻璃或聚合物，特别是玻璃、PET、PEN、PVB或PMMA组成。
所述装置优选的特征在于，所述装置不包括基于聚合物的偏振器，特别优选不包括存在于固体材料相中的偏振器，非常特别优选完全不包括偏振器。
然而根据一个替代性实施方案，所述装置也可以包括一个或多个偏振器。优选为线性偏振器。当存在一个或多个偏振器时，所述偏振器优选平行于切换层设置的。
当存在恰好一个偏振器时，所述偏振器的吸收方向优选垂直于根据本发明的装置的存在偏振器的侧面上的液晶介质的分子的优选定向。在根据本发明的装置中不仅可以使用吸收性偏振器，而且可以使用反射性偏振器。优选地，使用以光学薄膜形式存在的偏振器。可以用在根据本发明的装置中的反射性偏振器的示例为DRPF-膜(漫反射性偏振器膜，3M)、DBEF-膜(双重亮度增强膜，3M)、DBR-膜(分层聚合物分布的Bragg反射器，如在US7,038,745和US6,099,758中所述)和APF-膜(改进的偏振器膜，3M，参考TechnicalDigestSID2006，45.1，US2011/0043732和US7023602)。还可以使用基于线栅的反射红外线的偏振器(WGP、线栅偏振器)。可以用在根据本发明的装置中的吸收性偏振器的示例为ItosXP38-偏振器膜和NittoDenkoGU-1220DUN-偏振器膜。根据本发明可以使用的圆形偏振器的一个示例为偏振器APNCP37-035-STD(美国偏振器)。另一个示例为偏振器CP42(ITOS)。
优选的是，根据本发明的装置包括恰好一个切换层。
优选地，切换层具有在1和100μm之间，特别优选在5和50μm之间的厚度。
所述装置优选的特征在于，切换层包含三种或更多种不同的二色性染料。
还优选的是，至少一种二色性染料为发光的，优选为荧光的。
在此，荧光被理解为化合物通过吸收一定波长的光进入电子激发态，其中化合物随后通过发出光转化成基态。优选地，发出的光具有比吸收的光更长的波长。还优选地，从激发态至基态的过渡允许自旋，即结果没有自旋变化。还优选地，荧光化合物的激发态的寿命小于10-5s，特别优选小于10-6s，非常特别优选在10-9和10-7s之间。
液晶介质中的二色性染料的吸收光谱优选彼此补充，从而对肉眼产生黑色印象。优选地，液晶介质的两种或更多种二色性染料覆盖可见光谱的大部分。这点优选地通过如下实现：至少一种二色性染料吸收红光，至少一种二色性染料吸收绿光至黄光，并且至少一种二色性染料吸收蓝光。
本领域技术人员知晓如何精确地制备对于肉眼呈现黑色或灰色的染料混合物，例如在ManfredRichter，EinführungindieFarbmetrik，第2版，1981，ISBN3-11-008209-8，VerlagWalterdeGruyter&Co.出版社中所述。
还优选地，二色性染料主要吸收UV-VIS-NIR-范围内，即波长范围为320至2000nm的光。在此，UV-光、VIS-光和NIR-光如上定义。特别优选地，二色性染料具有在400至1300nm范围内的吸收峰。
液晶介质中所有二色性染料的含量优选总共为0.01至10重量％，特别优选0.1至7重量％，非常特别优选0.2至7重量％。单种二色性染料的含量优选为0.01至10重量％，优选0.05至7重量％，非常特别优选0.1至7重量％。
还优选地，二色性染料选自B.Bahadur，LiquidCrystals-ApplicationsandUses，第3卷，1992，世界科学出版社，第11.2.1章中给出的染料类别，特别优选选自该文献中存在的表中列出的明确化合物。
优选地，至少一种二色性染料，特别优选所有二色性染料选自偶氮化合物、蒽醌、次甲基化合物、甲亚胺化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、二萘嵌苯、三萘嵌苯、四萘嵌苯、更高级萘嵌苯和吡咯甲川。
蒽醌染料例如描述于EP34832、EP44893、EP48583、EP54217、EP56492、EP59036、GB2065158、GB2065695、GB2081736、GB2082196、GB2094822、GB2094825、JP-OS55-123673、DE3017877、DE3040102、DE3115147、DE3115762、DE3150803和DE3201120，萘醌染料例如描述于DE3126108和DE3202761，含氮染料描述于EP43904、DE3123519、WO82/2054、GB2079770、JP-OS56-57850、JP-OS56-104984、US4308161、US4308162、US4340973、T.Uchida，C.Shishido，H.Seki和M.Wada：Mol.Cryst.Lig.Cryst.39，39-52(1977)和H.Seki，C.Shishido，S.Yasui和T.Uchida：Jpn.J.Appl.Phys.21，191-192(1982)，苝描述于EP60895、EP68427和WO82/1191。
非常特别优选例如EP2166040、US2011/0042651、EP68427、EP47027、EP60895、DE3110960和EP698649中公开的萘嵌苯染料。
根据一个优选的实施方案，液晶介质仅包含选自萘嵌苯染料类别的二色性染料。
可以包含在液晶介质中的优选的二色性染料的实例列于下表中。
根据本发明，所述装置的切换层包含液晶介质。
优选地，液晶介质在装置的操作温度下为向列液晶。特别优选地，液晶介质在装置的操作温度正负20℃，非常特别优选正负30℃的范围内为向列液晶。
替代性地，液晶介质可以在根据本发明的装置的操作温度下为胆甾醇液晶。
还优选地，液晶介质在70℃至170℃，优选90℃至160℃，特别优选95℃至150℃，非常特别优选105℃至140℃的温度范围内具有清亮点，优选从向列液晶态至各向同性态的相变。
还优选地，液晶介质的介电各向异性Δε大于3，特别优选大于7。
替代性优选地，液晶介质的介电各向异性Δε小于-2，优选小于-3。
还优选地，液晶介质包含3至20种不同的化合物，优选8至18种，特别优选10至16种不同的化合物。
还优选地，液晶介质具有0.01至0.3，特别优选0.04至0.27的光学各向异性(Δn)。
还优选地，液晶介质具有大于1010Ohm*cm的电阻率。
本领域技术人员知晓并且可以任意选择可以作为液晶介质成分使用的化合物。
还优选的是，液晶介质包含至少一种拥有一个或多个基于1,4-亚苯基和1,4-亚环己基的结构单元的化合物。还优选地是，液晶介质包含至少一种拥有2,3或者4个，特别优选拥有3或4个基于1,4-亚苯基和1,4-亚环己基的结构单元的化合物。
液晶介质可以包含一种或多种手性掺杂剂。所述手性掺杂剂因此优选以0.01至3重量％，特别优选0.05至1重量％的总浓度存在。为了获得高的扭转值，手性掺杂剂的总浓度也可以高于3重量％，优选最多10重量％。
液晶介质优选包含一种或更多种稳定剂。稳定剂的总浓度优选在整个混合物的0.00001和10重量％之间，特别优选在0.0001和1重量％之间。
还优选地，根据本发明的装置包括光导系统，所述光导系统将来自切换层的光传导至将光能转换成电能或热能的单元。优选的是如WO2009/141295中所述构造的光导系统。光导系统收集并集中射在装置上的光。优选收集并集中射向包含液晶介质的切换层的，由荧光二色性染料发出的光。光导系统与用于将光能转化成电能的装置(优选太阳能电池)接触，从而集中射在所述装置上的所有光。
优选地，光导系统通过内部全反射传导光。所述装置优选的特征在于，光导系统包括至少一个波长选择性镜片，所述波长选择性镜片优选地选自一个或多个胆甾醇液晶层。
根据本发明的装置优选的特征在于，所述装置包括一个或多个以防反射设计存在的玻璃层。通过薄层技术涂覆方法进行防反射涂层的制备。其中包括例如物理气相沉积，例如热蒸发和溅射沉积。可以通过单层系统或者通过多层系统实现防反射。
根据本发明的装置优选的特征在于，所述装置包括两个或更多个玻璃层，并且所述装置除了切换层之外的所有层的根据标准EN410的光反射度ρv小于35％，优选小于30％，特别优选小于25％，非常特别优选小于20％。
特别优选地，存在如上所述的装置除了切换层之外的所有层的根据标准EN410的光反射度ρv，并且所述装置包括三个或更多个玻璃层。
通过如下方式确定装置的光反射度ρv，使用分光光度计测量层布置的光谱反射度，并且根据标准EN410等式(4)通过所述光谱反射度，同时考虑标准发光体的相对光谱分布和标准观察者的光谱亮度敏感度，计算参数ρv。
实施例
在本申请中通过简称(首字母缩略词)再现液晶化合物的结构。所述简称在WO2012/052100中明确提出并解释(第63-89页)，因此参考所述公开申请用于解释本申请中的简称。所有物理性能根据“MerckLiquidCrystals，PhysicalPropertiesofLiquidCrystals”(状态1997年11月，MerckKGaA，德国)进行确定，并应用于20℃的温度。如果没有另外明确说明，Δn的值在589nm下确定，Δε的值在1kHz下确定。ne和n0分别为非寻常光束和寻常光束在上述条件下的折射率。
A)装置的制造
1)构造装置的步骤
制备根据本发明的装置E-1至E-6以及对比装置V-1至V-9。
根据本发明的装置具有如下层顺序：
a)包含来自Corning的经抛光1.1mm钠钙玻璃的玻璃层
b)ITO层，200埃
c)包含来自JSR的聚酰亚胺AL-1054的取向层，300埃
d)液晶层(组成在2)中给出)，24.3μm
e)如c)
f)如b)
g)如a)
取向层被反平行摩擦。
ITO层相应地接触，从而可以电切换。
如根据本发明的装置的构造方法一样构造对比装置，区别在于，通过选择切换层中的主体和/或染料和/或染料浓度使得一个或两个参数τν亮(亮态透光度)和R(各向异性度)在根据本发明的范围之外。
2)装置的宾主混合物的组成(E：根据本发明，V:对比)
3)主体混合物的组成：
4)染料的结构：
染料Lumogen305从BASFSE市售获得。
B)参数τν亮(亮态透光度)和R(各向异性度)和H(区间)的确定
1)在550nm下，通过包括两个具有取向层的玻璃片和设置在其间的具有二色性染料(染料分子平行定向E(p))的液晶介质的装置的吸光度的值和同一装置在染料分子的垂直定向E(s)情况下的吸光度的值确定各向异性度R。
通过取向层实现染料分子的平行定向。相对于不包含染料但是其它方面相同构造的装置来测量装置的吸光度。使用偏振光进行测量，所述偏振光的振动平面开始时平行于取向方向振动(E(p))，并且在之后的测量中垂直于取向方向振动(E(s))。在此，样本不切换或扭转。通过射入的偏振光的振动平面的扭转进行E(p)和E(s)的测量。
具体地，如下所述进行：使用PerkinElmer公司的Lambda1050型UV-光谱仪记录用于E(s)和E(p)的测量的光谱。光谱仪配备有用于测量光束和参考光束中的波长范围为250nm-2500nm的Glan-Thompson-偏振器。两个偏振器受步进马达控制，并且以相同方向定向。偏振器的偏振方向的变化(例如从0°变成90°)始终同步进行，并且对于测量光束和参考光束具有相同定向。可以使用T.Karstens的博士论文(维尔茨堡大学，1973)中描述的方法确定单个偏振器的定向。在此，偏振器相对于定向的二色性样本以5°梯级扭转，并且记录固定波长下，优选最大吸收范围内的吸光度。对于每个偏振器位置运行新的基准线。为了测量两个二色性光谱E(p)和E(s)，用JSR公司的聚酰亚胺AL-1054涂覆的反平行摩擦的测试单元分别位于测量光束和参考光束中。两个测试单元选择相同的层厚度，通常为15-25μm。具有纯主体(液晶)的测试单元位于参考光束中。具有染料在液晶中的溶液的测试单元位于测量光束中。测量光束和参考光束的两个测试单元以相同的取向方向安装在光束路径中。为了保证光谱仪的尽可能最大的准确度，注意E(p)在其最大吸收的波长范围内，优选在0.5和1.5之间。所述E(p)对应于30％-5％的透射。通过相应地调节层厚度和/或染料浓度设定所述E(p)。
通过E(p)和E(s)的测量值，根据下式计算各向异性度R
R＝[E(p)-E(s)]/[E(p)+2*E(s)]
正如“PolarizedLightinOpticsandSpectroscopy”(D.S.Kliger等人，学术出版社，1990)中所述。
2)亮态透光度τν亮以百分比的形式给出。基于作为参考的在其它方面相同但是液晶介质中不含有染料的装置，通过包括两个具有取向层的玻璃片和设置在其间的具有二色性染料的液晶介质的装置的亮态光谱透射度计算出亮态透光度τν亮。测量构建与各向异性度的吸光度的测量相同。
根据欧洲标准EN410等式(1)(玻璃化的光学技术和辐射物理特征值的确定)通过测量的光谱透射度并同时考虑标准发光体的相对光谱分布和标准观察者的光谱亮度敏感度确定透光度τν亮。
3)区间H以百分比的形式给出。区间H表示装置的切换层的亮态透光度(τν亮)和装置的切换层的暗态透光度(τν暗)之间的差别。在此根据上文给出的用于测量τν亮的方法确定值τν暗，同时装置切换成暗态。
4)装置E-1至E-6和V-1至V-9的获得的值
实施例表明，根据参数τν亮和R的选择，获得具有非常不同的区间H(在7.9％和35.2％之间)的装置。
只有当合适地选择参数τν亮和R时，才实现在25％和更高的范围内的希望区间H(装置E-1至E-6)。R必须具有至少0.65的值，τν亮必须在40和90％之间。
当选择一个或两个在所述范围之外的参数时，将得到显著低于20％，有时低于10％的过低的区间H(对比装置V-1至V-9)。
测量表明，在选择过低的各向异性度R时获得基本上较低的区间(V-6至V-8)。在此，无论选择的τν亮的值是高(如实施例V-6)还是低(如实施例V-8)，情况都不会变化。
然而当各向异性度足够高时(E-1至E-6和V-9)，有可能实现合适的区间H，但是只有结合合适的τν亮值，如实施例V-9所示，尽管在合适的R值下，由于过高的τν亮，仍无法获得令人满意的区间H的值。
测量还表明，在过低的亮态透射值τν亮下，基本上仅得到低的区间，无论是否存在合适的R值(V-5)。
测量还表明，在过高的τν亮值的情况下(V-1、V-2和V-9)，不能实现令人满意的区间H的值，无论各向异性度R的值是高还是低。
因此试验整体表明如下出人意料的结果：只有在结合合适的各向异性度值和合适的亮态透射值τν亮时，才可以实现高的透光区间。
具体显示的实施例用于解释和说明本发明。本领域技术人员可以在权利要求的范围内通过制备具有合适的各向异性度的液晶介质从而制造其它装置。这可以通过使用它们的一般专业知识和一般基本关联(例如染料的分子结构和各向异性度之间的关联以及液晶介质的其它化合物对所述参数的影响)得以实现。可以通过合适地选择染料的吸光度及其在切换层中的浓度从而制造具有合适的亮态透射的装置。

Claims (20)

1.用于调节通过透光表面的透光量的装置，其中所述装置包括至少一个切换层，所述切换层包含含有至少一种二色性染料的液晶介质，并且其中所述切换层具有至少0.65的各向异性度R和根据标准EN410的40％至90％的亮态透光度τv亮。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个取向层，所述取向层直接邻接切换层布置。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置包括恰好两个取向层，其中一个取向层邻接切换层的一侧而另一个取向层邻接切换层的相对侧，并且其中两个取向层导致切换层的两侧上的液晶介质的分子的平行或扭转90°的优先方向。
4.根据权利要求1至3一项或多项所述的装置，其特征在于，液晶介质的分子的沿面定向以无电压状态存在，其中切换层的两侧上的分子彼此平行地定向。
5.根据权利要求1至4一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置具有通过电压定向切换层的液晶介质的分子的机构。
6.根据权利要求1至5一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置包括光导系统，所述光导系统将来自切换层的光传导至将光能转化成电能或热能的单元。
7.根据权利要求1至6一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于将光能转化成电能的装置，所述用于将光能转化成电能的装置与用于切换根据本发明的装置的机构电连接。
8.根据权利要求1至7一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置包括一个或多个玻璃层，所述玻璃层以防反射实施方式存在。
9.根据权利要求1至8一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置包括恰好一个切换层。
10.根据权利要求1至9一项或多项所述的装置，其特征在于，所述切换层包含三种或更多种不同的二色性染料。
11.根据权利要求1至10一项或多项所述的装置，其特征在于，至少一种二色性染料为发光的。
12.根据权利要求1至11一项或多项所述的装置，其特征在于，至少一种二色性染料选自偶氮化合物、蒽醌、次甲基化合物、甲亚胺化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、二萘嵌苯、三萘嵌苯、四萘嵌苯、更高级萘嵌苯和吡咯甲川。
13.根据权利要求1至12一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少0.05m2的面积尺寸。
14.根据权利要求1至13一项或多项所述的装置，其特征在于，所述切换层具有0.7至0.9的各向异性度R。
15.根据权利要求1至14一项或多项所述的装置，其特征在于，所述切换层具有60％至85％的亮态透光度τv亮。
16.根据权利要求1至15一项或多项所述的装置，其特征在于，在切换层的给定的参数R下，切换层的参数τv亮满足：
τv亮最小<τv亮<τv亮最大和
τv亮最小＝0.8*(67*R+30)和τv亮最大＝1.2*(67*R+30)。
17.根据权利要求1至15一项或多项所述的装置，其特征在于，在给定的参数τv亮下，切换层的参数R满足：
R最小<R<R最大和
R最小＝0.8*(0.015*τv亮-0.45)和R最大＝1.2*(0.015*τv亮-0.45)。
18.根据权利要求1至17一项或多项所述的装置，其特征在于，所述装置包括两个或更多个玻璃层，并且所述装置除了切换层之外的所有层的根据标准EN410的光反射度ρv小于35％，优选小于30％，特别优选小于25％，非常特别优选小于20％。
19.具有多片绝缘玻璃的窗户，其包括至少一个根据权利要求1至18一项或多项所述的装置。
20.根据权利要求1至18一项或多项所述的装置用于调节通过透光表面进入内部空间的透光量的用途。
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CN107526197B (zh) 光学切换器件

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