CN114730112A - 用于调节光透射的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于调节光透射的装置(10)且尤其是可切换窗且涉及其制备方法。本发明尤其涉及电可切换装置(10)，其在一种光学切换状态下能够描绘闭合图案或图像(12)而无需提供复杂电接触。

Description

用于调节光透射的装置
本发明涉及用于调节光透射的装置且尤其是可切换窗，且涉及其制备方法。本发明尤其涉及电可切换装置，其在一种光学状态下能够描绘闭合图案或图像而无需提供复杂电接触。
用于控制或调制光透射的装置常用于显示器应用，但其也可用于例如所谓的智能型窗应用。R.Baetens等人在“Properties,requirements and possibilities of smartwindows for dynamic daylight and solar energy control in buildings:A state-of-the-art review”,Solar Energy Materials&Solar Cells,94(2010)中第87-105页中评述不同动态智能型窗。如此文中所描述，智能型窗可利用用于调制透光率的若干种技术，诸如基于电致变色的装置、液晶装置及电泳或悬浮粒子装置。
光快门及光强度调制器，尤其基于液晶的光调制器，可用于建筑、汽车、铁路、航空电子及航海应用的可切换窗。
光调制或调节装置原则上可依赖于光吸收或光散射或两者的组合。
在一些装置中，光透射可以可逆地改变，其中入射光的强度可经减弱、调暗或着色。因此，此类装置可以亮态及暗态操作，且在亮态与暗态之间切换，即在相对较高光透射的状态与相对较低光透射的状态之间切换。
在其他情况下，可使用散射型装置以通过在以下状态之间切换来改变光透射：透明非散射状态，即光学透明或非模糊状态；及光散射状态，即半透明或模糊状态，其也可能被感知为或呈现浑浊(cloudy)、混浊、漫射或不透明。以散射模式操作的装置可尤其用于隐私窗。在此情况下，隐私模式可在需要时通过将装置(尤其窗组件)从具有可能观看接触的透明状态切换至给予视觉阻挡的散射状态来提供。
装置可适合且有利地使用电切换来采用不同光学状态，其中施加电压控制切换。举例而言，基于液晶的装置原则上通过施加电场来改变两个导电电极之间的液晶分子取向，其引起透射率改变。
由于具有通过在光学状态之间切换来产生对比度的内在能力，除调节光透射之外，装置也可适用于显示信息或标志，诸如本文、符号、标识、商标或简单图形。考虑到可切换性，可按需要进行此类信息显示。特别地，在一种光学状态下装置可在整个区域内看起来均匀，而在另一光学状态下所需图案或图像可见。可取决于装置配置为常规亮/透明抑或常规暗/散射来选择对比度。
可产生此类图像的方式为预先确定不经处理(address)，即不经电接触或电绝缘的图案，使得此绝缘区段保持给定光学状态，而装置的其余部分可经历切换且因此改变光学状态及外观。特别地，通过使电极中的至少一者图案化，可在装置中形成此类无活性(inactive)、非可切换区域。WO 2016/116120 A1描述具有分段结构的可切换装置，其中在电极层之一中，通过空间选择性移除由氧化铟锡制成的电极材料来提供电绝缘部分。
考虑到电绝缘区域无活性且因此保持给定初始状态，在所需电极图案，尤其电绝缘区段包括闭合特征，即完全封闭或嵌入应具活性或可切换的区域的特征的情况下，产生就电接触而言的复杂情况。此类含有闭合空心形状或环的图案，即封闭岛区域的图案的实例包括圆形或多边形轮廓，诸如A、a、B、b、D、d、e、g等的字母，数字0、4、6、8及9，或任何其他规则或不规则形状的闭合图形以及嵌套图案。
为了活化电极层内此类闭合图案的内部岛状区域，通常需要提供电连接件。
就此而言，一种可能性为断裂尤其为电阻性的闭合特征，且提供至少一个导电桥，其将岛区域与电极层的其余部分连接。此程序类似于漏字板(stencil)，即用于绘制或喷涂相同字母、符号、形状或图案的模板的生产，其中切口(cut-outs)内材料部分(漏字板岛)经未切断的狭窄部分(桥)连接至漏字板的其他部分。然而，这可意指所想要的图像设计将不以准确且如实的方式再现，因为桥将在除此以外闭合的图像特征中留下可见间隙。从原始设计进行此种修改可能减损所想要的视觉外观或美观性，例如鉴于营销目的，在更改已知品牌时。
另一可能性为通过分别地接触此区段来处理岛电极区域。然而，此类额外接触需要例如另一导线(lead)及其绝缘材料，或提供通过基板的引线(feedthrough)。
作为一替代方案，WO 2015/095615 A1描述多分区电致变色窗，其中在一个实施方案中，布置四个各自经配置有电阻性分区的单独电致变色灯(lite)，其基本上形成四象限，使得在着色时显示字母“O”。
作为另一替代方案，US 3,588,225描述包含串联布置的两个电光盒的装置，其用于显示由同心圆组成的变化图案，其中各盒具有一个连续电极及一个图案化电极阵列。
本领域中仍需要可切换电光装置，其适用于调节光透射且另外适用于显示信息，尤其是含有闭合图像特征的图像，且所述装置基于高效配置。本领域中还需要生产此类可切换装置的适合且稳健的方法。
因此，本发明的一目标为提供改良电可切换装置，尤其是在一种光学状态下能够描绘闭合图案或图像的装置，所述装置展现所需切换及显示能力同时具有就简单盒设计及易于电接触而言的益处。另一目标为提供用于制备所述装置的便捷(facile)且可靠的方法。本领域技术人员从以下具体实施方式立即明了本发明的其他目标。
所述目标由独立权利要求中所界定的主题解决，而优选实施方案阐述于各个从属权利要求中且进一步描述于下文中。
本发明尤其提供以下项目，包括主要方面、优选实施方案及特定特征，其分别单独及以组合的方式促进解决上文的目标且最终提供额外优势。
本发明的第一方面提供一种用于制备光学装置的方法，该光学装置能在至少两种光学状态下操作且能在该至少两种光学状态之间电切换，其中该方法包括以下步骤
-提供支撑第一电极的第一透明基板及支撑第二电极的第二透明基板，其中该第一电极及该第二电极中的每一者是图案化电极，其中至少一个不含任何导电材料的预定电阻性部分布置于透明导电材料的除此以外连续的层中，使得至少一个具有预定形状的电绝缘区段形成于各基板上，及
-对电光盒进行配置，该电光盒包括布置于该第一透明基板上的第一图案化电极及布置于该第二透明基板上的第二图案化电极，且在具有所述电极的所述基板之间安置能够响应于施加电压调制光的介质。
尤其优选各个电绝缘区段具有开放形状，所述形状对应于具有至少一个闭合特征的所需图案的互补部分且其在所述基板上相对于彼此布置，且所述基板相对于彼此对准，其方式为使得具有至少一个闭合特征的图像能由光学装置在一种光学状态下描绘。
已出乎意料地发现，本发明方法可生产具有简单且稳健配置的可切换电光装置，其除调节光透射之外也可用于显示信息，尤其是含有闭合图像特征的图像。该方法提供用于获得改良装置的便捷且高效程序，包括易于电接触。
视施加电压而定，所述装置可适合地采用至少两种不同光学状态，且因此所述装置适用于控制光透射。就此而言，光尤其指在380nm至780nm光谱范围内的电磁辐射。光透射可例如通过将装置由亮态切换成暗态而调制，反之亦然，或由透明状态切换至散射状态而调制，反之亦然。
优选地，在亮态下，根据本发明的装置根据DIN EN410测定的可见光透射度大于30％，更优选大于40％，且甚至更优选大于50％。优选地，在暗态下，根据本发明的装置根据DIN EN410测定的可见光透射度小于25％，更优选小于20％，且甚至更优选小于15％。
优选地，在透明状态下，根据本发明的装置根据ASTM D 1003测定的雾度(haze)小于15％，更优选小于10％且尤其小于5％。优选地，在散射状态下，根据本发明的装置根据ASTM D 1003测定的雾度优选大于75％，更优选大于85％，甚至更优选大于90％。
在根据本发明的方法中，能够响应于施加电压调制光的介质以层的形式插入在两个相对透明基板之间，尤其在电光盒中形成层。因此，电光盒具有包含两个壁，尤其两个透明基板的配置，所述壁间隔开且均具备图案化电极，其中该盒含有光调制材料。
根据本发明的介质为电活性或响应性的，尤其响应于电场存在，或，电场不存在，这形成装置的电可切换性及光透射调节的基础。介质优选可选自液晶介质、尤其二色性染料掺杂液晶介质，电致变色介质及包含悬浮粒子的介质。
目前已认识到，介质仅在包含介质的层的相对侧上提供的电极的重叠区中活化，或至少主要活化。
通过提供图案化电极，尤其是含有预定电阻性部分或分区的电极，有可能预选不管装置区域其余部分的切换状态如何保持无活性且非可切换的装置区。电极图案尤其包括不含任何导电材料的部分，且因此这些电阻性区段区别于具有导电性的电极层其余部分。因此，图案化电极构成不均一结构，这是因为电阻性开口或间隔包括于导电材料的除此以外连续的层中。因此，在本文中，透明导电材料的除此以外连续的层意指不存在所形成的电阻性部分，层将为连续或均一的。
电阻性部分可在基板上产生电绝缘区域，尤其是具有预定形状的电绝缘区段，在电光盒的介质层中引起无法活化且因此保持非可切换的区或分区。
电绝缘区段可排他地由电阻性部分组成，且在此情况下本身绝缘，因为整个区段中不存在导电材料。然而，也有可能通过提供仅作为封闭导电材料的轮廓线的电阻性部分来形成电绝缘区段。在此情况下，经封闭的导电材料也是电绝缘的，因为无电接触且无电压源施加至此经封闭的导电材料。因此，此替代例中的电绝缘区段包括电阻性部分及仍含有导电材料的经封闭的非接触区域。也有可能将具有电阻性轮廓线及经封闭的导电材料的子区域与完全不含导电材料的子区域组合。此外有可能使用电阻性轮廓线，其中另外提供其他电阻性线，其从轮廓线朝内发散至经封闭区域中且其可任选地甚至横穿经封闭区段。
根据本发明，在两个基板上，电极图案相对于彼此安置，以产生对应于待显示的所需图像，尤其闭合图像的复合图案。基于作为子特征形成于两个基板上的适合对应经分段或分割电极图案的对准，由本发明方法获得的电光装置因此尤其适用于显示具有岛特征的图像。
就此而言，闭合图案，尤其复合或叠加闭合图案，及具有至少一个闭合特征的图像是指在布置于电光盒中时，尤其在考虑平面观看装置或甚至稍微离轴观看时，看起来不具有间隙的图案及图像。根据本发明，首先将封闭岛区域的闭合图案(诸如圆形或多边形轮廓，诸如A、a、B、b、D、d、e、g等的字母，数字0、4、6、8及9，或任何其他规则或不规则形状的闭合图形以及嵌套图案)的所需设计分解或分割为适合的开放子结构对且分别布置于两个基板上，且随后通过在电光盒中组装且因此叠加支撑各个电极图案的基板，基本上重组(recompose)或配对为复合集(ensemble)。两个基板上图案化电极的此匹配产生一装置，其可描绘在所想要的闭合特征中看起来不具有可见间隙的图像，尽管实际个别电极图案仅以解构或片段化子区段形式存在。
因此，装置可用于描绘闭合图像，即具有闭合空心形状或特征的图像。图像基于预定电极图案形成，其中在各基板上，电极界定对应于所需完整的或复合图像图案的开放部分的图案。各基板上的各个图案在其本身不含有闭合特征的意义上为开放的。因此，在该方法中，提供具有开放形状的电绝缘区段，其对应于所需整体图案的互补部分。
特别地，完整图案结构的第一部分提供于第一基板上，而对应的其余部分提供于第二基板上。所述部分布置于基板上，且所述基板经对准，使得这些图案复合所给出的图像看起来完整，尤其就所需闭合特征而言看起来完全闭合。
基板相对于彼此布置，其方式为使得在操作时，尤其在一种光学状态下时，装置可描绘所需闭合图像。就此而言，基板上的图案经匹配或配合，使得图像中不出现可见间隙。考虑到观看者或用户平面观看装置，即垂直于装置表面或区域，可通过以齐平方式对准对应特征边缘来实现此闭合外观。为了允许离轴观看及/或允许装置规格及组装中的一些较大程度误差范围及/或允许避免可能的边缘场效应，也有可能且在一些情况下优选分段图案略微重叠。以此方式，可进一步确保闭合图像特征看起来无缝。然而，垂直于具有可能图案重叠的此类边缘，对准应经良好匹配，其确保图像轮廓无缝连续。
因此，电光装置可利用装置也活化且因此切换对应封闭特征的能力，描绘闭合图像。特别地，此能力是基于在两个基板上提供图案化电极，其中图案包括具有开放形状的电绝缘区段。因开放形状的缘故，也有可能直接处理且活化闭合图案的内部岛区域，而无需额外电连接件。此意指不管电极的图案化如何，可使用简单电接触，例如通过在一个或多个边缘或与电极层边缘相邻的区域上施加总线。可通过以基板边缘区域不重叠的交错布置对电光盒进行配置，使此类总线施加更便利。因此，可以便捷方式将电极连接至外部电压源，借此容易地提供用于在所需区域中施加通过光调制介质的电场的电气构件。
因此，根据本发明的方法提供就加工以及可获得的产品特性两者而言的益处。
因此，在本发明的另一方面中，提供可切换光学装置，其通过进行根据本发明的方法获得，或能由进行根据本发明的方法获得。
本发明的另一方面涉及一种光学装置，其能在至少两种光学状态下操作且能在该至少两种光学状态之间电切换，该光学装置具有层状结构，该层状结构按以下次序包含
-第一透明基板，
-第一图案化电极，
-包含能够响应于施加电压调制光的介质的切换层，
-第二图案化电极，及
-第二透明基板，
其中所述电极经图案化，使得至少一个具有预定形状的电绝缘区段形成于各基板上，且其中所述基板经对准且所述电绝缘区段经布置，其方式为使得具有至少一个闭合特征的图像由该光学装置在一种光学状态下描绘。
在本发明中，提供一种有利电可切换装置，其除调节光透射之外，还能够在一种光学状态下描绘闭合图像特征。就此而言，可实现所需切换及显示能力，同时实现就简单盒设计及易于电接触而言的有利益处。在装置中，且尤其在电光盒中，两个基板上的电极中的互补图案相对于彼此布置且匹配，以获得在一种切换状态下给出所需图像的叠加复合图案。
包含根据本发明的电光盒的光学装置允许光以受控方式通过该装置。其可有利地用于且包括于以下中：窗；玻璃单元(glazing unit)，包括隔热玻璃单元；立面(facade)组件；房间隔板；分隔墙等。
因此，在本发明的另一方面中，提供包含根据本发明的光学装置的窗。
以下通过方面、实施方案及特定特征的详细描述来说明本发明，而不借此限制本发明，且更详细地描述特定实施方案。
根据本发明，在光学装置中，电光盒经配置，其包括各自支撑图案化电极的两个基板。就此而言，包括电阻性部分或分区，其中断导电材料，优选ITO的除此以外连续的层。导电材料之间的这些电阻性部分所提供的电阻优选大于1MΩ，更优选大于10MΩ，且尤其优选大于50MΩ。这些电阻性部分经布置，以便形成电绝缘区段。原则上，这些区段可以不同方法形成。
在第一实施方案中，电阻性部分仅形成为电绝缘区段的轮廓，尤其是轮廓线或边缘。因此，这些轮廓封闭仍可包含导电材料的区域。然而，考虑到不存在任何额外电接触，提供电阻性部分引起整个区段的电绝缘。以此方式，可界定开放图案，然而通过在图案边缘处形成闭合轮廓，该图案电绝缘或未经接触。
在此类情况下，典型线宽在10μm至2mm，优选100μm至1mm范围内，而电极，尤其ITO的典型层厚度在5nm至250nm范围内。
在另一实施方案中，电绝缘区段的所需图案完全不含任何导电材料。这意指在此情况下，电阻性部分对应于整个电绝缘区段。此种图案化可施加至仅一个基板或亦施加至两个基板。举例而言，一个基板可具有绝缘区段完全不具有导电材料的电极，而在第二基板上仅提供电阻性轮廓，其因此界定绝缘区段。
在另一实施方案中，在基板中的至少一者上，优选在两个基板上，提供电阻性部分，其在不同部分中包含轮廓以及较大电阻性分区。优选地，具有电阻性的这些较大分区尤其形成于边缘或两个基板的电极图案叠加的区域处。因此，在基板中的至少一者，优选两个基板的电绝缘区段中，边缘处的延伸子区段不含任何导电材料。然而，在进一步从重叠区移除的图案其他部分中，仅使用轮廓可能更高效或经济。
在另一实施方案中，尤其在使用激光烧蚀来产生电阻性部分的情况下，有可能将电阻性轮廓线与从轮廓线发散且行进至封闭区域中的其他线组合。可应用不同线结构或图案。举例而言，发散线可在封闭区域中中断，形成例如交错接合(interdigitation)图案。也有可能施加电阻性线，其以连续方式横穿或穿过封闭区域，使得其从轮廓线发散且在另一端再次连接至轮廓线。适合或优选的图案可包括非交叉线组及网目状或栅格状线结构阵列。
基板经对准，使得各个电绝缘区段的互补边缘经匹配或略微重叠，且尤其当垂直于装置表面观看时，所需闭合图案特征及所得图像看起来不具有间隙。叠合中的略微重叠可就误差范围而言提供一些简易性，且就可能的离轴观看装置而言也可能有益。在此类重叠的情况下，优选绝缘区段中的至少一者，更优选两个绝缘区段在此重叠分区中及与此重叠分区相邻的区域中完全不含任何导电材料。
根据本发明的电切换通过提供具有电极的透明基板，例如玻璃基板或塑料基板来实现。特别地，在基板上提供导电层，其中导电层包含透明导电材料或由透明导电材料形成，透明导电材料例如透明导电氧化物，优选氧化铟锡(ITO)、SnO2:F或掺杂的氧化锌，尤其是ITO；或导电聚合物，诸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)或聚(4,4-二辛基环戊二噻吩)；或薄透明金属及/或金属氧化物层，例如银。优选地，透明导电材料为透明导电氧化物，更优选氧化铟锡。另外，如上文及下文所描述，电极经图案化以在两个基板上也提供电阻性部分或分区。
导电层具备电连接件，尤其总线。电压优选由电池、可充电电池、超级电容器或外部电流源，更优选由外部电流源供应。就此而言，可通过焊接、熔接或使用导电粘合剂或导电膜来实现端子与总线的结合。特别地，可使用各向异性导电膜结合来将作为端子线的扁平电缆结合至各个总线。端子可用于提供与控制器或驱动器的连接，控制器或驱动器产生用于控制位于电光盒内部的可切换介质的状态的驱动信号。端子可例如经配置为端子线或用于附接线的连接器。
优选地，可切换光学装置的两个基板经布置，使得基板中的每一者具有与另一基板不重叠的至少一个区。因此，这些非重叠区可提供对各个透明电极的近接，且总线可方便地放置于这些非重叠区中。非重叠区优选为第一基板与第二基板之间的偏移，其在1mm至20mm范围内，优选2mm至10mm且例如约4mm。
优选将光调制、电响应性介质布置为切换层。优选地，此切换层具备预定层厚度。
优选地，能够响应于施加电压调制光的介质为液晶介质、更优选二色性染料掺杂液晶介质，电致变色介质或包含悬浮粒子的介质。
视介质而定，电压可提供为直流(DC)电压或提供为交流(AC)电压。对于液晶介质，优选使用AC电场，例如使用50Hz或60Hz的频率。因此，可通过将AC驱动电压施加至两个透明电极来控制LC介质的状态。
透明电极为允许可见光至少部分透射通过材料的导电层。透明度可为波长相关的，使得仅某些波长或波长范围的光透射通过透明电极。在此情况下，通过透明电极的光将具有彩色外观。通过透明电极的光透射也可在可见光波长范围内均一，使得通过透明电极的光具有灰色或白色外观。优选地，通过透明电极的可见光未经散射。优选通过涂布方法将透明电极施加至基板。举例而言，可溅镀ITO，以通常获得在5nm至250nm范围内的层厚度，或在5Ω/□至500Ω/□范围内的薄层电阻。
在一优选实施方案中，可切换光学装置为液晶(LC)装置，优选选自基于LC-染料混合物/不含染料的LC的模式，及由以下几何布置描述的模式：扭曲向列、超扭曲向列、平面或垂直ECB向列、Heilmeier、垂直配向、扭曲垂直配向、高度扭曲向列、聚合物稳定胆甾醇型织构(PSCT)、聚合物网络化液晶(PNLC)或聚合物分散液晶(PDLC)。
若干模式或配置可用以提供从明至暗的可逆透射变化。举例而言，对于扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)及垂直配向(VA)液晶盒，偏振器用于控制光透射。也有可能使用客体-主体液晶盒，其基于掺杂有二色性染料分子的液晶主体。这些客体-主体系统可在无任何偏振器的情况下使用以更改光透射。然而，在一些实施方案及应用中，客体-主体液晶盒与至少一个偏振器组合使用。
当使用二色性染料掺杂液晶介质时，视染料组成而定，有可能产生图像及包括故意利用色彩及色彩效应的图像对比度。
二色性染料可优选地选自例如偶氮染料、蒽醌、次甲基化合物、甲亚胺化合物、部花青素化合物、萘醌、四嗪、吡咯亚甲基染料、丙二腈染料、萘嵌苯(rylene)(尤其苝及三萘嵌苯(terylene))、噻二唑染料、噻吩并噻二唑染料、苯并噻二唑、噻二唑并喹喔啉(thiadiazoloquinoxaline)、吡咯亚甲基及二酮基吡咯并吡咯。
使用光散射的基于LC的光学装置包括所谓的聚合物分散液晶(PDLC)或囊封或向列曲线配向相液晶(NCAP)、聚合物网络液晶(PNLC)、胆甾醇型液晶(CLC)、聚合物稳定胆甾醇型织构液晶(PSCT)及动态散射液晶装置。这些散射型装置可在透明状态，即光学透明或非模糊状态与光散射状态，即半透明或模糊状态之间切换。
液晶介质可以适合的方式包括于电光盒中，例如使用真空注入或滴下式注入。通常，提供边缘密封剂以闭合盒或容纳介质。用于密封盒的适合材料的实例包括基于环氧树脂的密封剂、聚氨基甲酸酯、热熔密封剂及丙烯酸酯。
基板可包含以下，优选由以下组成：玻璃或聚合物，尤其玻璃；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、COP(环状烯烃聚合物)或TAC(三乙酰纤维素)。在一尤其优选实施方案中，使用玻璃基板。
可切换光学装置可包括其他功能层，例如UV阻挡层、滤色器、配向层及/或偏振器。在一实施方案中，在光学装置中提供至少一个偏光层及任选的至少一个延迟层。
对于基于LC的电光盒，任选地进一步提供与液晶介质直接接触的配向层。此类配向层或定向层优选由聚酰亚胺(PI)制成。因此，尤其优选导电层及定向层一起提供于基板上。在此情况下，配向层提供于导电层顶部上，使得配向层接触LC介质。配向层，优选聚酰亚胺层，可经布置以使得其尤其在接口处提供液晶介质分子的沿面或平面定向，或替代地，垂面定向。在一特定实施方案中，在如在所谓扭曲向列(TN)几何结构中所使用的具有90°的方向差异的基板上使用经摩擦聚酰亚胺。
在一特定实施方案中，使用具有预倾角的配向层，例如对于TN几何结构预倾角在0°至20°范围内，或对于垂直配向(VA)几何结构预倾角在80°至90°范围内。
优选地，电光盒经配置，使得布置于基板上的电极均面向内，即其各自面向介质。电极布置为透明导电层且支撑于基板上。替代地以及除定向层之外，也有可能在基板上提供钝化层或障壁层，例如包含氧化硅或氮化硅，优选由氧化硅或氮化硅组成的钝化层。在钝化层及定向层均提供于基板上的情况下，它们经布置以使得定向层在最顶部，即接触LC介质。
优选地，透明导电层分别嵌入在两个透明电介质层之间。因此，根据一尤其优选实施方案，在光学装置中，液晶介质提供于切换层中，其中切换层包夹于第一配向层与第二配向层之间且与所述第一配向层和第二配向层直接接触，且其中优选电极分别布置于钝化层上且尤其嵌入在两个透明电介质层之间。
在光学装置中，尤其在基于LC的光学装置的情况下，如在根据本发明的方法中所提供的介质层及在根据本发明的装置中所使用的切换层的厚度优选在1μm至100μm范围内，更优选2μm至50μm，甚至更优选4μm至40μm，且尤其10μm至25μm。
为维持切换层的适当厚度，可在切换层的盒间隙内包括间隔物。通常，间隔物具有直径在盒间隙范围内的球形。举例而言，可使用由聚合物或玻璃制成的具有预定直径的球形的非导电间隔物。在一些实施方案中，提供粘性间隔物，即具有某种内在粘合特征以较好粘附于表面的间隔物可能是适用的。使用黑色间隔物也可能适用，例如以避免非所需漏光或使非所需漏光减至最少。使用黑色且粘性的间隔物可以是尤其有益的。替代地，可通过其他适合手段，例如通过使用柱间隔物来设定或维持盒厚度。也可形成柱间隔物以得到区室，由此任选地允许可自由切割的结构。
原则上可通过任何适合的方法进行电极材料，优选透明导电氧化物且尤其ITO的图案化，及提供电阻性部分。
在一实施方案中，使用减成法制备图案化电极。在此方法中，从导电材料连续层选择性移除导电材料，尤其是ITO的一部分，其中层在前一步骤中沉积于基板上。此选择性移除引起预定电阻性部分的形成。可以机械方式(例如通过研磨)、物理方式或化学方式移除导电材料。优选使用激光烧蚀、湿式蚀刻或干式蚀刻。在一尤其优选实施方案中，使用准分子激光的激光烧蚀，其尤其适用于界定且形成绝缘区段的电阻性轮廓。
在另一实施方案中，使用加成法制备图案化电极。在此方法中，以形成包含预定电阻性部分的图案的方式选择性沉积导电材料。用于此类选择性沉积的优选方法包括使用物理气相沉积、尤其溅镀，或使用掩模的化学气相沉积，旋涂或印刷、尤其喷墨印刷。
各基板上的电极可分别地图案化，且优选在图案化步骤之后组装电光盒。
光学装置可用作窗的组件，由此提供电可切换窗。优选地，窗恰好含有一个光学装置。此外优选地，光学装置恰好含有一个切换层。替代地，也有可能使用所谓的双盒配置，其中使用两个切换层。然而，在此情况下，也正是如本文所描述的单一盒的布置产生具有闭合特征的图像。
光学装置可包含结合至第一及/或第二基板的另外薄片，尤其玻璃薄片。可使用例如层压或诸如光学透明粘合剂的粘合剂来实现结合。
在一优选实施方案中，如本发明中所用的液晶介质的正介电各向异性Δε≥1.5，优选在1.5至50范围内，更优选3至40，且甚至更优选3至30。
根据另一实施方案，如本发明中所用的液晶介质具有负介电各向异性，优选在-2至-8范围内，更优选在-3至-6范围内，且尤其优选-3.5至-5。
除非另外明确陈述，否则所有物理特性根据“Merck Liquid Crystals,PhysicalProperties of Liquid Crystals”,Status1997年11月,Merck KGaA,Germany测定，且针对20℃的温度引用。在1kHz频率下测定介电各向异性(Δε)。在589.3nm波长下测定光学各向异性(Δn)。
如本发明中所用的液晶介质优选具有清亮点，优选从向列型液晶状态至各向同性状态的相变，该清亮点在70℃至170℃范围内，更优选80℃至160℃，甚至更优选90℃至150℃且尤其100℃至140℃。
可切换光学装置的大小优选大于0.1m2，更优选大于0.5m2，甚至更优选大于1m2，且再更优选大于3m2。在一实施方案中，光学装置的面积在0.25m2至15m2范围内，且更优选在0.5m2至10m2范围内。
装置且尤其窗可具有不同形状，例如正方形、长方形、三角形或多角形。
在下文中，描述进一步说明本发明的图。
图的简要说明
图展示：
图1展示可切换光学装置的剖面图，
图2a展示两个基板上的电极图案的平面图，其中一个图案以面向上展示且另一图案以面向下展示，
图2b展示使用图2a中所展示的基板组装的光学装置的平面图，该光学装置在亮态下显示具有闭合特征的图像，
图3a展示两个基板上的另外电极图案的平面图，其中一个图案以面向上展示且另一图案以面向下展示，
图3b展示使用图3a中所展示的基板组装的光学装置的平面图，该光学装置在暗态下显示具有闭合特征的图像，
图4a展示两个基板上的再另外电极图案的平面图，其中一个图案以面向上展示且另一图案以面向下展示，且
图4b展示使用图4a中所展示的基板组装的光学装置的平面图，该光学装置在亮态下显示具有闭合特征的图像。
图1展示光学装置10的剖面，该光学装置能在至少两种光学状态下操作且能在该至少两种光学状态之间电切换，其中该装置具有第一透明基板20及第二透明基板30。能够响应于施加电压调制光的介质40，尤其是染料掺杂液晶介质包夹于两个基板20、30之间。介质层由密封件41、42密封。第一透明基板20，尤其是玻璃基板支撑第一图案化电极22，且第二透明基板30，尤其是玻璃基板支撑第二图案化电极32，其中电极22、32分别面向内。两个基板20、30以交错或偏移方式布置，使得第一基板20的区与第二基板30不重叠，且第二基板30的区与第一基板20不重叠。
在一实施方案中，也有可能在基板上进一步提供钝化层及配向层。
图2a以俯视图展示两个基板20、30，其上沉积有透明导电材料24、34，尤其是ITO作为电极材料。基板20、30携载互补开放形状图案，所述图案在复合时表示字母“O”，其中在第一基板20上，电阻性部分26形成为包括电绝缘区段28的第一半圆状图案的闭合轮廓，且在第二基板30上，电阻性部分36形成为包括电绝缘区段38的对应第二半圆状图案的闭合轮廓。第一基板20以电极层面向下展示且第二基板30以电极层面向上展示，这对应于电极面向内且面朝彼此的顶部基板及底部基板的所想要的布置。
图2b展示光学装置10的平面图，该光学装置使用图2a中所展示的基板20、30组装，且该光学装置包夹介质40，尤其是染料掺杂液晶介质。可切换装置10能在亮态与暗态之间电切换，其中不供电故障安全模式配置为常规暗的。在明亮切换状态下，电活化或响应性区域具有高透射率，而由电极图案界定的装置非活性区保持未切换且因此是黑暗的。以此方式，在亮态下，可见具有至少一个闭合特征的图像12，尤其是黑暗字母“O”，其中图像看起来不具有任何间隙或桥。这是通过图案的匹配及对应对准来实现。然而，在暗态下，图像，即字母“O”不可辨别，且装置看起来均匀黑暗。因基板20、30的交错或偏移布置的缘故，装置10可方便地具备电触点，例如总线。
图3a以俯视图展示两个基板20、30，其上沉积有透明导电材料24、34，尤其是ITO作为电极材料。第一基板20以电极层面向下展示且第二基板30以电极层面向上展示。电阻性部分26、36形成于各基板上，所述部分通过所想要的匹配及叠合产生给出字母“D”的图像的复合电极图案。在此情况下，第二基板30上的电阻性部分36形成为包括电绝缘区段38的半圆状图案的闭合轮廓，该电阻性部分因此具有拱状区域，而形成于第一基板20上的电阻性部分26布置为两种相异实施的组合。特别地，竖直条结构仅形成为包括仍包含导电材料的电绝缘区段28的轮廓，而两个短水平条完全不含任何导电材料。这些水平条形成边缘区域，在所述区域处，另一基板30上的互补半圆状图案将配合或甚至重叠。
在一实施方案中，也有可能在形成半圆图案的最末端的子区域中不存在导电材料，所述子区域形成与水平条的对应匹配边缘。
图3b展示光学装置10的平面图，该光学装置使用图3a中所展示的基板20、30布置，且该光学装置包夹介质40，尤其是染料掺杂的液晶介质。可切换装置10能在亮态与暗态之间电切换，其中故障安全模式配置为常规亮。在如所展示的黑暗切换状态下，电活化或响应性区域具有低透射率，而由对应电极图案界定的装置非活性区保持未切换且因此明亮。以此方式，在暗态下，可见具有至少一个闭合特征的图像12，尤其是字母“D”的明亮或透明图像，其中图像看起来不具有任何间隙或缝。这是通过图案的匹配及对应对准来实现。然而，在亮态下，图像，即字母“D”不可辨别，且装置看起来均匀明亮且不具有任何图像特征。因基板20、30的交错或偏移布置的缘故，装置10可方便地具备电触点，诸如总线。
图4a以平面图展示两个基板20、30，其上沉积有透明导电材料24、34，尤其是ITO作为电极材料。第一基板20以电极层面向下展示且第二基板30以电极层面向上展示。两个电阻性部分26、36分别形成于各基板上，所述部分形成两个长方形的左右半部，其中较小长方形嵌套于较大长方形中。在此情况下，两个基板20、30上的电阻性部分26、36完全不含任何导电材料。这意指电绝缘的区段完全对应于电阻性部分26、36或分别与所述部分相同。
在一实施方案中，也有可能在一个基板或而且两个基板上形成电阻性部分26、36，其仅为轮廓线或为轮廓化区段与完全不含导电材料的子区域的组合。
图4b展示光学装置10的平面图，该光学装置使用图4a中所展示的基板20、30组装，且该光学装置包夹介质40，尤其是染料掺杂液晶介质。可切换装置10能在亮态与暗态之间电切换，其中故障安全模式配置为是常规暗的。在如所展示的明亮切换状态下，电活化或响应性区域具有高透射率，而由电极图案界定的装置非活性区保持未切换且因此黑暗。以此方式，在亮态下，可见具有至少一个闭合特征的图像12，尤其是两个长方形，其中较小长方形嵌套于较大长方形中，其中图像看起来不具有任何间隙或缝。这是通过开放形状图案的匹配及对应对准来实现。然而，在暗态下，图像不可辨别，且装置看起来均匀黑暗而不具有任何图像。因基板20、30的交错或偏移布置的缘故，装置10可方便地具备电触点，例如总线。
尽管在图2b、图3b及图4b中仅示例性使用简单图像，但在其他实施方案中，有可能且在许多情况下优选显示包含若干字母、数字、字符或标志，例如词语、商标或本文等的图像，其中优选这些标志中的至少一者具有闭合特征。如本文所描述的导电层的图案化也可容易地且以直接方式提供此类多个形状。
以下实施例仅说明本发明且其不应视为以任何方式限制本发明的范围。
根据本发明，该实施例及其修改或其其他等同物将对本领域技术人员变得显而易见。
实施例
商业获得两个ITO涂布玻璃薄片(400mm×400mm×4mm，ITO层厚度为25nm)。通过如下激光烧蚀处理ITO涂层以便获得图案化电极，尤其是界定电绝缘区段的电阻性部分。
准分子激光(Coherent，LPXpro 240)以400mJ/cm2的强度使用，光斑大小为100μm×100μm。在两个基板上烧蚀各个线，形成正方形的对应左右半部的轮廓线，绝缘区段的特征宽度为20mm，其中竖直条部分各自具有200mm的长度且水平条部分各自具有105mm的长度，允许水平方向上的10mm重叠区。
在用去离子水洗涤两个薄片之后，在ITO涂层上施加聚酰亚胺(JSR，经摩擦，TN配置)。随后，使用间隔物将两个基板布置为盒间隙为25μm的单盒，且除注入口之外，周界经密封，其中基板在两侧偏移5mm且其中图案化ITO涂层及聚酰亚胺层分别面向内。参考基板的边缘及边角进行各个图案的放置及对准，且在基板配对时提供在沿对准边缘方向上的10mm重叠。
通过真空注入用二色性染料掺杂液晶介质注入盒，其中LC主体混合物的清亮点为114.5℃，介电各向异性Δε为10.5且光学各向异性Δn为0.134(对应于如WO 2014/135240A2中第28页中所描述的混合物H-2)，且其中将三种不同偶氮染料添加至LC主体混合物中，尤其是0.11重量％染料D1、0.15重量％染料D2及0.23重量％染料D3，其中染料D1、D2及D3如WO 2014/135240 A2的第29页中所展示。随后密封注入口。
将总线焊接在各基板上的偏移区域上且由电线连接至外部电源。
在装置亮态下，显示空心黑色正方形，其看起来在闭合特征中不具有任何可见间隙，而暗态给出均一黑色外观。
参考数字
10:光学装置
12:具有至少一个闭合特征的图像
20:第一透明基板
22:第一图案化电极
24:透明导电材料
26:电阻性部分
28:电绝缘区段
30:第二透明基板
32:第二图案化电极
34:透明导电材料
36:电阻性部分
38:电绝缘区段
40:能够响应于施加电压调制光的介质
41:密封件
42:密封件

Claims (16)

1.一种用于制备光学装置(10)的方法，该光学装置能在至少两种光学状态下操作且能在该至少两种光学状态之间电切换，该方法包括
-提供支撑第一电极(22)的第一透明基板(20)及支撑第二电极(32)的第二透明基板(30)，
其中该第一电极(22)及该第二电极(32)中的每一者是图案化电极，其中至少一个不含任何导电材料的预定电阻性部分(26，36)布置于透明导电材料(24，34)的除此以外连续的层中，使得至少一个具有预定形状的电绝缘区段(28，38)形成于各基板(20，30)上，及
-对电光盒进行配置，该电光盒包括布置于该第一透明基板(20)上的第一图案化电极(22)及布置于该第二透明基板(30)上的第二图案化电极(32)，且在具有所述电极(22，32)的所述基板(20，30)之间安置能够响应于施加电压调制光的介质(40)。
2.根据权利要求1的方法，其中各个电绝缘区段(28，38)具有开放形状，其对应于具有至少一个闭合特征的所需图案的互补部分且其在所述基板(20，30)上相对于彼此布置，且其中所述基板(20，30)相对于彼此对准，其方式为使得具有至少一个闭合特征的图像(12)能由该光学装置(10)在所述光学状态中之一下描绘。
3.根据权利要求2的方法，其中所述基板(20，30)经对准，使得所述各个电绝缘区段(28，38)的互补边缘经匹配或略微重叠，且所需闭合图案特征看起来不具有间隙。
4.根据权利要求1至3中一项或多项的方法，其中所述电阻性部分(26，36)仅形成为所述电绝缘区段(28，38)的轮廓线。
5.根据权利要求3的方法，其中在所述基板(20，30)中的至少一者中的该电绝缘区段(28，38)中，该互补边缘处的延伸子区段不含任何导电材料，或其中所述电绝缘区段(28，38)完全不含任何导电材料。
6.根据权利要求1至5中一项或多项的方法，其中该透明导电材料(24，34)是透明导电氧化物，优选氧化铟锡。
7.根据权利要求1至6中一项或多项的方法，其中该介质(40)经布置为切换层，优选具有预定层厚度。
8.根据权利要求1至7中一项或多项的方法，其中该介质(40)是液晶介质、优选二色性染料掺杂液晶介质，电致变色介质或包含悬浮粒子的介质。
9.根据权利要求1至8中一项或多项的方法，其中所述图案化电极(22，32)是使用减成法制备，其中由透明导电材料的连续层选择性移除材料以形成所述预定电阻性部分(26，36)，优选使用激光烧蚀、湿式蚀刻或干式蚀刻，尤其使用准分子激光的激光烧蚀进行移除。
10.根据权利要求1至8中一项或多项的方法，其中所述图案化电极(22，32)是使用加成法制备，其中选择性沉积该导电材料(24，34)以便形成包含所述预定电阻性部分(26，36)的图案，优选使用物理气相沉积、尤其溅镀，或使用掩模的化学气相沉积，或印刷、尤其喷墨印刷进行沉积。
11.根据权利要求1至10中一项或多项的方法，其中该电光盒经配置，使得布置于所述基板(20，30)上的所述电极(22，32)均面向内。
12.一种可切换光学装置(10)，其通过进行根据权利要求1至11中一项或多项的方法获得，或能由进行根据权利要求1至11中一项或多项的方法获得。
13.一种光学装置(10)，其能在至少两种光学状态下操作且能在该至少两种光学状态之间电切换，该光学装置具有层状结构，该层状结构按以下次序包含
-第一透明基板(20)，
-第一图案化电极(22)，
-包含能够响应于施加电压调制光的介质(40)的切换层，
-第二图案化电极(32)，及
-第二透明基板(30)，
其中所述电极(22，32)经图案化，使得至少一个具有预定形状的电绝缘区段(28，38)形成于各基板(20，30)上，且
其中所述基板(20，30)经对准且所述电绝缘区段(28，38)经布置，其方式为使得具有至少一个闭合特征的图像(12)由该光学装置(10)在所述光学状态中之一下描绘。
14.根据权利要求13的光学装置(10)，其中该介质(40)是液晶介质且其中任选地该切换层包夹于第一配向层与第二配向层之间且与所述第一配向层及第二配向层直接接触，且其中优选所述电极(22，32)分别嵌入在两个透明电介质层之间。
15.一种窗，其包含根据权利要求12至14中一项或多项的光学装置(10)。
16.根据权利要求15的窗，其中该窗恰好含有一个光学装置(10)，且该光学装置(10)恰好含有一个切换层。
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