EP2915004A1 - Système à diffusion lumineuse variable comprenant une couche pdlc - Google Patents

Système à diffusion lumineuse variable comprenant une couche pdlc

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Publication number
EP2915004A1
EP2915004A1 EP13747476.3A EP13747476A EP2915004A1 EP 2915004 A1 EP2915004 A1 EP 2915004A1 EP 13747476 A EP13747476 A EP 13747476A EP 2915004 A1 EP2915004 A1 EP 2915004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
variable light
light scattering
scattering system
liquid crystal
photopolymerizable composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13747476.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas LE HOUX
Vincent Rachet
Stéphanie MORLENS
Jingwei Zhang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Glass France SAS, Compagnie de Saint Gobain SA filed Critical Saint Gobain Glass France SAS
Publication of EP2915004A1 publication Critical patent/EP2915004A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K19/00—Liquid crystal materials
    • C09K19/52—Liquid crystal materials characterised by components which are not liquid crystals, e.g. additives with special physical aspect: solvents, solid particles
    • C09K19/54—Additives having no specific mesophase characterised by their chemical composition
    • C09K19/542—Macromolecular compounds
    • C09K19/544—Macromolecular compounds as dispersing or encapsulating medium around the liquid crystal
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1334—Constructional arrangements; Manufacturing methods based on polymer dispersed liquid crystals, e.g. microencapsulated liquid crystals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C09K19/18—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain the chain containing carbon-to-carbon triple bonds, e.g. tolans
    • C09K2019/183—Ph-Ph-C≡C-Ph
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    • C09K19/542—Macromolecular compounds
    • C09K2019/546—Macromolecular compounds creating a polymeric network

Definitions

  • the invention relates to the field of electrically controllable glazings with variable optical properties and more particularly to a variable light scattering system comprising a PDLC layer located between two electrodes carried by supports.
  • Glazes are known whose characteristics can be modified under the effect of a suitable power supply, especially the transmission, absorption, reflection in certain wavelengths of electromagnetic radiation, especially in the visible and / or in the infrared, or the light diffusion.
  • the switchable glazings between a transparent state and a currently available diffusing state comprise a functional film consisting of two electrode-carrying supports in the form of plastic sheets enclosing a layer incorporating liquid-crystal droplets, all laminated via spacers or glued on a glass substrate or between two glass substrates.
  • Liquid crystals when the film is switched on (ON state), are oriented along a preferred axis, which allows vision through the functional film.
  • OFF state in the absence of alignment in the liquid crystal droplets, the film becomes diffusive and prevents vision.
  • switchable windows comprising liquid crystals not using functional film technology.
  • These switchable glazings comprise a layer comprising a multitude of liquid crystal droplets without preferential orientations dispersed in a polymer matrix (hereinafter PDLC layer, "Polymer-Dispersed Liquid Crystal”).
  • PDLC layer Polymer-Dispersed Liquid Crystal
  • the PDLC layer is directly encapsulated between two glass substrates.
  • the assembly consisting of the substrates and the PDLC layer is sealed via a sealing gasket or peripheral adhesive bead.
  • Patent applications WO 2012/028823 and WO 2012/045973 describe such glazings. The use of this technique makes it possible to manufacture less expensive glazings by saving on the materials used and more efficient from an electro-optical point of view.
  • the switchable glazings comprising a layer based on liquid crystals incorporated in a functional film or directly encapsulated between two glass substrates have the disadvantage of not requiring significant tensions of use.
  • the effective values of the sinusoidal operating voltages are typically greater than 50 Vrms (rms: "root mean square"). Indeed, in addition to the interest related to the reduction of the electrical consumption and / or the limitation of electrical failures (reduction of the risk of short circuit), the lowering of the operating voltages makes it possible to envisage the use of such systems. for applications requiring greater security such as bathroom applications.
  • the switching voltage corresponds to a minimum operating voltage to have a low blur.
  • Blur haze is the amount of transmitted light that is scattered at angles of more than 2.5 °. Liquid crystals are all the better ordered (so less blurred) than the applied voltage is high. When the applied voltage is insufficient, the PDLC layer remains diffusing and can generate a white haze. This white veil is the main cause of non-transparency printing.
  • the lowering of the switching voltages must therefore not be to the detriment of the optical properties and performances of the systems with variable light diffusion, which are in particular the absence of blur in the transparent state, a good transmission of the light in the state transparent, a transmission of the correct light in the diffusing state and a good hiding power regardless of the angle of view in the diffusing state.
  • the hiding power of a glazing in the diffusing state corresponds to its ability not to allow vision through.
  • the diffusing systems comprising diffusers dispersed in a matrix diffuse the light differently according to the size and density of the diffusers they contain.
  • the variable light scattering systems of the invention in the diffusing state, correspond to diffusing layers comprising as diffusers droplets of liquid crystals dispersed in a volume. These diffusers must have dimensions and a density such that the light passing through the medium constituted by the diffusing layer undergoes Mie diffusion. To observe this phenomenon, the size of the diffusers must be larger than the wavelengths of the visible, typically one or a few micrometers.
  • the spatial distribution of the light scattered in transmission is not isotropic and strongly depends on the shape of the diffusers (sphere, cylinder, plate, etc.), their size. and their density.
  • a given scattering layer determines its transmission diffusion indicator. This consists in illuminating the diffusing layer at normal incidence and measuring in transmission the intensity of the scattered rays as a function of the angle with respect to the initial direction of illumination.
  • This diffusion indicator can be measured using a device measuring the bidirectional transmission distribution function (BTDF) such as the REFLET bench of the STIL company.
  • BTDF bidirectional transmission distribution function
  • This indicator obtained by measuring the light transmitted over a 90 ° -90 ° arc in the hemisphere opposite that of the incident light, constitutes a peak-shaped curve.
  • the information that can be extracted from these scattering indicia results from the height of the peak apex, the shape and width of the peak base.
  • the vertex of the peak centered on 0 ° corresponds to the normal angle of incidence, to which the light that has not been diffused comes out.
  • the diffusion indicatrices have a variable shape.
  • the diffusion indicatrices have a shape close to a quasi-triangular peak.
  • the half-width of the base of the triangle corresponds to the limit angle (in absolute value) beyond which almost no ray is diffused. It is then considered that the transmission diffusion indicator is very pointed forward.
  • the diffusion indicator can be divided into two main parts. A peak is obtained superimposed on a curve that is called "the bottom" having a bell shape. In this case, rays can be scattered at large angles. It is considered that the transmission diffusion indicator is less pointed forward.
  • the transmission scattering indicator analysis makes it possible to demonstrate that when the diffusing layer comprises particles of dimension and density such that the diffusion profile is pointed towards the front, almost no ray is scattered at angles. above a limit value. In this case, the weakness of the average angular deviation of the rays that passes through the scattering layer relative to their initial direction results in a low hiding power. On the other hand, when the scattering layer has a diffusion profile that is not pointed forwardly, the greatest average angular deviation of the rays which passes through the scattering layer relative to their initial direction seems to allow a better hiding power to be obtained.
  • Obtaining good hiding power in the diffusing state requires optimization of the size and density of the liquid crystal droplets as well as the thickness of the scattering layer.
  • variable light scattering systems comprising a PDLC layer are complex systems, each characteristic of which is capable of influencing the decrease or increase of the switching voltages.
  • a number of features affecting hiding power and switching voltages are common. Among the characteristics influencing the switching voltage are:
  • the processes for preparing the PDLC layers comprise a phase separation step for forming the liquid crystal droplets dispersed in the polymer matrix.
  • the lowering of switching voltages of the variable light scattering systems comprising a PDLC layer depends not only on the starting components but also on the method of preparing said PDLC layer. It is not possible to correlate in a simple manner the parameters of the preparation process and / or the characteristics of the PDLC layer with the decrease of the switching voltage and the improvement of the hiding power.
  • variable light diffusion having improved optical properties including good hiding power regardless of the angle of view and better quality in normal vision in the transparent state and at lower cost and with switching voltages lowered.
  • the invention thus relates to a variable light scattering system switching between a transparent state and a translucent state comprising a PDLC layer located between two electrodes, the PDLC layer comprising a mixture of liquid crystals forming microdroplets dispersed in a polymer matrix and satisfying the criteria. following:
  • the polymer matrix is obtained from a photopolymerizable composition comprising vinyl compounds,
  • the proportions by weight of the liquid crystal mixture with respect to the total mass of the liquid crystal and photopolymerizable composition mixture are between 40 and 70%
  • the PDLC layer has a thickness of between 5 and 25 ⁇
  • the average diameter of the droplets of liquid crystals dispersed in the polymer matrix is between 0.25 ⁇ and 2.00 ⁇ .
  • variable light scattering system of the invention combining the claimed characteristics contributes to obtaining the desired properties and in particular exhibits excellent transparency for low applied effective stresses, especially of less than 30 Vrms, and even less than 20 Vrms. or 15 Vrms, and good hiding power in the diffusing state.
  • These advantageous properties are in particular obtained with PDLC layers of approximately 15 ⁇ of thickness.
  • the PDLC layer has, in order of increasing thickness of 10 to 20 ⁇ or 12 to 17 ⁇ .
  • the invention also relates to the use of such a system operating with a switching voltage of less than 30 Vrms.
  • a PDLC layer obtained by phase separation induced by polymerization from a radically photopolymerizable composition makes it possible to reduce the ionic pollution in the final product and therefore to limit the screening of the electric field at the level of the droplets of liquid crystal.
  • the presence of ionic impurities in a PDLC layer requires the application of a larger voltage to switch to the transparent state because these impurities tend to decrease the effective field at each liquid crystal droplet.
  • Radical polymerization does not require as starting compounds ionic species. This type of polymerization does not generate ionic species either. Therefore, in the case of radical polymerization no ionic species is likely to dissolve in the liquid crystal and participate in the screening of the electric field.
  • the density of the droplets in the PDLC layer can be estimated indirectly by the average droplet size and the relative mass proportions of the liquid crystal mixture relative to the photopolymerizable composition (assuming very little liquid crystal is dissolved in the matrix). polymer).
  • the average size of the droplets and their homogeneity in terms of size and distribution in the PDLC layer strongly depend on the polymerization conditions.
  • the ratio of size, droplet density, type of porosity (closed, open or semi-open) of the PDLC layer and the switching voltage is complex.
  • the switching voltage for closed porosity spherical droplets is expected to decrease as the size of the droplets increases.
  • the increase in droplet size is to the detriment of obtaining a good hiding state diffusing state.
  • the choice of a particular morphology for the PDLC layers used according to the invention resulting from the choice of the size of the liquid crystal droplets and the proportion ratio between the mixture of liquid crystals and the photopolymerizable composition contributes to the lowering of the voltages of switching and improving optical properties.
  • the morphology of the PDLC layer used according to the invention can be defined by an excellent individualization or non-coalescence of the liquid crystal droplets with each other. These liquid crystal droplets have substantially closed porosity and comprise a lower proportion of liquid crystal at the interface between the liquid crystal mixture and the polymer matrix that can be blocked.
  • the choice of this particular morphology is an excellent compromise to lower the switching voltage without impairing optical properties such as obtaining a good hiding power.
  • variable light diffusion systems of the invention advantageously have a light transmission that varies little between the transparent state and the diffusing state.
  • the variable light scattering system has:
  • the light transmission TL it is at least 75%, preferably at least 80% measured according to ASTM D1003 and the blur in the transmission is H is at most 5%, preferably not more than 3% as measured by ASTM D1003, and / or
  • the light transmission TL 0 ff is at least 50%, preferably at least 60% measured according to the ASTM D1003 standard and the Hoff transmission blur of at least 95%, preferably at least 88% measured by hazemeter HazeGard plus BYK, and / or
  • the luminous reflection RL measured according to the ISO 9050: 2003 standard is strictly less than 30%, preferably less than 25% and better still less than 20% ,
  • a variation of light reflection RL between the transparent state RL on and the translucent state RL 0 ff defined by (RL on -RL 0 ff) less than 15%, preferably less than 10% and better still less than 5%.
  • the blur and transmission values (H and TL) in% are measured by hazemeter Hazegard plus BYK.
  • the RL light reflection is measured according to the ISO 9050: 2003 standard (illuminant D65, 2 ° observer).
  • the light transmission, light reflection and blur values given above in the transparent state, ie in the ON state, are preferably obtained for an applied voltage of 30 Vrms, preferably 20 Vrms. and better than 15 Vrms.
  • a PDLC layer comprising liquid crystals can be obtained by preparing a precursor composition of the PDLC layer comprising a mixture of liquid crystals and a photopolymerizable composition, followed by crosslinking or polymerization of said composition.
  • the photopolymerizable composition comprises monomers, oligomers and / or prepolymers and a polymerization initiator.
  • This precursor composition of the PDLC layer is deposited on a support coated with an electrode in the form of a "layer".
  • a second electrode carried by a support sandwiches said layer.
  • a polymer matrix is formed in which the liquid crystals are incorporated as microdroplets.
  • the PDLC layer is thus obtained by a phase separation step induced by radical photopolymerization.
  • liquid crystals used according to the invention are preferably nematic at room temperature and with positive dielectric anisotropy.
  • Examples of liquid crystals and liquid crystal mixtures suitable according to the invention are described in particular in patents EP 0 564 869 and EP 0 598 086.
  • liquid crystal mixture that is particularly suitable according to the invention, it is possible to use the product marketed by Merck under the reference MDA-00-3506 comprising a mixture of 4 - ((4-ethyl-2,6- difluorophenyl) ethinyl) -4'-propylbiphenyl and 2-fluoro-4,4'-bis (trans-4-propylcyclohexyl) biphenyl.
  • Nematic liquid crystals are birefringent materials.
  • n m 2 1/3 (n e 2 + 2n 0 2 ).
  • the polymer matrix also has a refractive index n p .
  • the PDLC layer satisfies the following conditions:
  • the difference between the ordinary and extraordinary refractive indices of the liquid crystals is between 0.2 and 0.3
  • the liquid crystals or the mixture of liquid crystals and the polymer matrix respectively have an ordinary refractive index and a refractive index that are substantially equal, the difference between the ordinary refractive index of the liquid crystal mixture and the refractive index of the polymer matrix is less than 0.050, better still less than 0.010,
  • the difference between the average refractive index of the liquid crystal mixture and the refractive index of the polymer matrix is greater than 0.100, better still greater than 0.125.
  • Substantially equal refractive indices when the absolute value of the difference between the refractive indices at a wavelength of 550 nm is less than or equal to 0.050, preferably less than 0.015 and better still less than 0.010,
  • the droplets of liquid crystals have, in order of increasing preference, a mean diameter of between 0.25 and 1.80 ⁇ , between 0.60 and 1, 30 ⁇ or between 0.70 and 1.00 ⁇ (limits included). .
  • the proportions by weight of the liquid crystal mixture relative to the total mass of the liquid crystal and photopolymerizable composition mixture are advantageously between 50 and 65%.
  • the photopolymerizable composition corresponds to the precursor composition of the polymer matrix of the PDLC layer.
  • This composition comprises compounds capable of polymerizing or cross-linking by radical means under the action of radiation preferably UV.
  • vinyl compounds or compounds comprising vinyl groups mention may be made of monomers, oligomers, prepolymers and polymers comprising acryloyl or methacryloyl, allyl or vinylbenzene groups. These compounds comprising vinyl groups may be monofunctional or multifunctional. Mention may be made in particular of monoacrylates, diacrylates, N-substituted acrylamides, N-vinylpyrrolidone, styrene and its derivatives, polyester acrylates, epoxy acrylates, polyurethane acrylates and polyether acrylates.
  • various compounds comprising photocurable vinyl groups may be used.
  • compounds comprising (meth) acrylate groups since they allow an excellent phase separation between the polymer matrix and the liquid crystals by irradiation with in particular a high rate of hardening and thus obtaining a stable and homogeneous product.
  • Vinyl compounds that are suitable according to the present invention are for example described in patent EP 0272 585, in particular acrylate oligomers.
  • the vinyl compounds are preferably acrylate compounds or methacrylate or (meth) acrylate compounds.
  • (meth) acrylate is meant an acrylate or a methacrylate.
  • the photopolymerizable composition according to the invention preferably comprises acrylate and / or methacrylate compounds (hereinafter (meth) acrylate).
  • the (meth) acrylate compounds used according to the invention may be chosen from monofunctional and polyfunctional (meth) acrylates such as mono-, di-, tri-, polyfunctional (meth) acrylates. Examples of such monomers are:
  • monofunctional (meth) acrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n- or tert-butyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, phenyloxyethyl (meth) acrylate, hydroxyethylacrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, vinyl (meth) acrylate caprolactone acrylate, isobornyl methacrylate, lauryl methacrylate, polypropylene glycol monomethacrylate,
  • difunctional (meth) acrylates such as 1,4-butanediol di (meth) acrylate, ethylene dimethacrylate, 1,6-hexandiol di (meth) acrylate, bisphenol A di (meth) acrylate, trimethylolpropane diacrylate, pentaerythritol triacrylate, triethylene glycol diacrylate, ethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate,
  • trifunctional (meth) acrylates such as trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol triacrylate, ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, tripropylene glycol triacrylate,
  • the (meth) acrylate of higher functionality such as pentaerythritol tetra (meth) acrylate, ditrimethylpropane tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol penta (meth) acrylate or hexa (meth) acrylate.
  • the photopolymerizable composition comprises at least one monofunctional vinyl compound, preferably an acrylate monomer, at least one difunctional vinyl compound, preferably a diacrylate monomer, and at least one mono-, di- or polyfunctional vinyl oligomer, of preferably an acrylate oligomer.
  • the photopolymerizable composition comprises in mass relative to the total mass of the photopolymerizable composition:
  • the photopolymerizable composition comprises, by weight relative to the total weight of the photopolymerizable composition, in order of increasing preference, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95% of vinyl compounds.
  • the polymer matrix once crosslinked will therefore comprise at least 50% of polymer obtained by polymerization of vinyl compounds.
  • the polymer matrix comprises, in order of increasing preference, in mass relative to the total mass of the polymer matrix, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 92% at least 95% of polymers obtained by polymerization of the vinyl compounds.
  • the photopolymerizable composition comprising vinyl compounds comprises, by weight relative to the total mass of the photopolymerizable composition, in order of increasing preference, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95% of acrylate compounds and / or methacrylate compounds.
  • the photopolymerizable composition may further comprise 0.01 to 5% of a photoinitiator by mass relative to the total weight of the photopolymerizable composition.
  • Suitable photoinitiators according to the invention include 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethanone.
  • the polymerizable composition may comprise other polymerizable comonomers.
  • An example of a photopolymerizable composition is a composition obtained from the product MXM 035 sold by Nematel. This product includes:
  • the PDLC layer may further comprise spacers.
  • the spacers may be glass such as glass beads or hard plastics for example polymethyl methacrylate (PMMA) or divinylbenzene polymer. These spacers are preferably transparent and preferably have an optical index substantially equal to the refractive index of the polymer matrix.
  • the spacers are of non-conductive material.
  • the electrodes are each carried by a support preferably chosen from glass substrates.
  • the supports are attached to each other at their edge by a seal.
  • the electrode-carrying supports are fixed on the edge by a sealing joint.
  • the seal is chosen from a material of the same nature as the polymer matrix forming the PDLC layer, that is to say based on a vinyl compound, preferably (meth) acrylate.
  • the invention also relates to an electrically controllable glazing comprising a variable light diffusion system switching between a transparent state and a translucent state comprising a PDLC layer comprising liquid crystals forming microdroplets dispersed in a polymer matrix located between two electrodes each carried by a support.
  • Said supports may be sheets of glass, preferably of mineral glass, maintained at their edges on the side of the electrodes by a sealing gasket, preferably based on crosslinked polymer.
  • the invention relates to the use of a variable light scattering system switching between a transparent state and a translucent state as defined above, characterized in that a lower switching voltage is applied to 30 Vrms, preferably less than 20 Vrms and better still less than 15 Vrms.
  • the PDLC layer is framed by two electrodes, the electrodes being in contact with the diffusing layer.
  • the electrodes each comprise at least one electroconductive layer.
  • the electroconductive layer may comprise transparent conductive oxides (TCO), that is, materials that are both good conductors and transparent in the visible, such as indium oxide doped with tin. (ITO), antimony or fluorine doped tin oxide (SnO 2 : F) or aluminum doped zinc oxide (ZnO: Al).
  • TCO transparent conductive oxides
  • ITO indium oxide doped with tin.
  • SnO 2 antimony or fluorine doped tin oxide
  • ZnO aluminum doped zinc oxide
  • An electroconductive layer based on ITO has a surface resistance of 50 to 200 ohms per square.
  • electroconductive layers based on oxides are preferably deposited on thicknesses of the order of 50 to 100 nm, directly on a substrate or on an intermediate layer, by a large number of known techniques such as cathodic sputtering assisted by Magnetic field, evaporation, sol-gel technique, as well as vapor deposition techniques (CVD).
  • CVD vapor deposition techniques
  • the electroconductive layer may also be a metal layer, preferably a thin layer or a stack of thin layers, called TCC (for "transparent conductive coating” in English) for example Ag, Al, Pd, Cu, Pd, Pt In, Mo, Au and typically of thickness between 2 and 50 nm.
  • TCC transparent conductive coating
  • the electrodes comprising an electrically conductive layer are connected to a power supply.
  • the electrodes comprise for example a transparent electrically conductive layer with a thickness of about 20 to 400 nm made of indium tin oxide (ITO) for example.
  • ITO layers have a surface electrical resistance of between 5 ⁇ / ⁇ and 300 ⁇ / ⁇ .
  • the layers made of ITO it is also possible to use for the same purpose for the first and / or the second electrode other layers of electrically conductive oxide or silver stacks whose surface resistance is comparable.
  • the electroconductive layers of the electrodes can then be deposited directly on a face of a substrate and thus form the electrode-carrying substrates.
  • the substrates may be glass substrates, for example flat float glass sheets.
  • the electrode support is a glass substrate, it may be chosen from among the glass substrates sold by Saint-Gobain Glass in the DIAMANT® or Planilux® range.
  • the glass substrates preferably have a thickness of between 0.4 and 12 mm, preferably 0.7 and 6 mm.
  • the invention also relates to an electrically controllable glazing comprising a variable light diffusion system according to the invention and two supports each carrying an electrode of the variable light scattering system.
  • the electrically controllable liquid crystal glazing can be used everywhere, both in the construction sector and in the automotive sector, whenever the view through the glazing must be prevented at given times and in particular:
  • the glazing according to the invention can form all or part of a partition and other window (transom type).
  • the electrically controllable glazings comprising a variable light diffusion system according to the invention have low switching voltages while keeping good optical properties. The power consumption is then low enough to allow the use of a less bulky power supply.
  • the electrically controllable glazing according to the invention can thus be integrated into "ready-to-use" devices. The installation of said glazings is simplified and costs are reduced.
  • the invention therefore also relates to a device comprising a glazing unit as defined above, a frame and a power supply.
  • the power supply is included in the frame.
  • the power supply corresponds to the system which transfers the electric current of an electrical network to supply it, under the appropriate parameters (power, voltage), in a stable and constant manner to the variable light scattering system. Due to its small size, the power supply can be placed inside the frame, for example in an amount.
  • the power supply is connected to a power cord comprising an electrical outlet that can be connected to the electrical network. The device is ready to use in that it can be easily installed and switched on with only the connection of the electrical outlet to the mains.
  • Power supplies can be small enough to fit inside the frame and run on batteries rather than being connected to a power supply. Having battery power allows direct use after installation.
  • the power supply is a battery powered.
  • the device further comprises a compartment for receiving the batteries.
  • the compartment is located on the frame and may for example include a flap openable and closable, accessible on the amount of the frame. The valve allows access to the battery compartment and change them when necessary.
  • the integration of the power supply in the device makes it more robust for handling during installation as well as for transport.
  • the device can easily be removed and replaced to examine the causes, regardless of whether the fault is due to power or electrically controllable glazing.
  • the device may further comprise a switch mounted on the frame.
  • the switch can be connected to the socket and the power supply.
  • the power supply can be a push button or an infrared receiver that can be remotely controlled.
  • Structures of large dimensions can be realized by putting side by side several devices.
  • each device comprises an infrared receiver
  • the same remote control can individually control these infrared receivers either by ordering them at once, or in a rhythmic program over time.
  • the choice of frame is based on the use of glazing, as a glass door, window or partition for example.
  • FIG. 4 illustrates a device according to the invention integrated in a glazed door or window element 6.
  • the device comprises an electrically controllable glazing unit 1, a frame 2, a power supply 3, a switch 4 fixed on a frame post 2 and a power cord comprising a power outlet 5 located side to which the door or window opens.
  • FIG. 5 illustrates a device according to the invention integrated in a glazed door or window element 6.
  • the device comprises an electrically controllable glazing unit 1, a frame 2, a power supply 3, a switch 4 fixed on a frame upright 2 and a compartment to hold the batteries 7.
  • the transparent substrates used are Planilux® glasses marketed by Saint-Gobain.
  • the electrodes consist of a layer of ITO (tin doped indium oxide) with a surface resistance of about 50 to 200 ohms per square.
  • liquid crystal mixture used corresponds to the product marketed by Merck under the reference MDA-00-3506 comprising:
  • This liquid crystal mixture has the following properties:
  • the photopolymerizable composition is obtained from the product MXM 035 sold by Nematel.
  • This two-part product A and B includes:
  • the polymer matrix resulting from the crosslinking of such a photopolymerizable composition has a refractive index of 1.482 (without liquid crystal droplets).
  • the spacers are beads marketed under the name Sekisui Micropearl of 15 ⁇ average diameter.
  • the seal is composed of a photo-crosslinkable acrylate glue.
  • the photopolymerizable composition is prepared from product MXM35 by mixing 13.5% by weight of Part A with 86.5% by weight of Part B relative to the total weight of Parts A and B,
  • Sekisui micropearl spacers are added relative to the total mass of the liquid crystal mixture and photopolymerizable composition.
  • a layer of ITO is deposited by magnetron process on Planilux® glass.
  • the acrylate adhesive used as a seal is applied at the edge of the support
  • the precursor composition of the PDLC layer is deposited on an electrode carried by a support
  • a second support coated with an electrode is deposited on the first with the two conductive layers facing each other separated by the precursor composition layer of the PDLC layer,
  • the insolation conditions ie the insolation power and the duration of the UV exposure, are varied.
  • FIG. 1 shows the three images A, B and C taken under the scanning electron microscope of the SDLV1, SDLV2 and SDLV3 variable light scattering systems.
  • Figures 2 and 3 are graphs showing the evolution of the blur (in%) for the variable light scattering systems SDLV1, SDLV2 and SDLV3 as a function of the applied voltage (in Vrms).
  • the optimal variable light scattering system is SDLV1 with spherical droplets and a switching voltage of 15 Vrms.
  • SDLV3 has smaller droplet sizes which results in some increase in switching voltage. This may be due to the increase in the interface area / volume ratio.
  • Electrically controllable glazing comprising a variable luminous diffusion system of SDLV1 type laminated with 4 mm glass weighs 35 kg / m 2 .
  • the electrical consumption per m 2 of glazing at 30 Vrms is 1 W / m 2 .
  • the power consumption per m 2 of glazing at 12 Vrms is 0.16 W / m 2 .
  • a glazing of square form of dimensions 20x20 cm 2 below glazing pane has the following characteristics: - weight 1, 4 kg,
  • a device comprising a battery power supply and an active glazing tile of 1 m 2 has an autonomy of 3 days.

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Abstract

L'invention concerne un système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide comprenant une couche PDLC située entre deux électrodes. La couche PDLC comprend un mélange de cristaux liquides formant des micro-gouttelettes dispersées dans une matrice polymère obtenue à partir d'une composition photopolymérisable comprenant des composés vinyliques. L'invention concerne également l'utilisation d'un système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide fonctionnant avec une tension de commutation inférieure à 30 Vrms.

Description

SYSTEME A DIFFUSION LUMINEUSE VARIABLE COMPRENANT
UNE COUCHE PDLC
L'invention concerne le domaine des vitrages électrocommandables à propriétés optiques variables et plus particulièrement un système à diffusion lumineuse variable comprenant une couche PDLC située entre deux électrodes portées par des supports.
On connaît des vitrages dont certaines caractéristiques peuvent être modifiées sous l'effet d'une alimentation électrique appropriée, tout particulièrement la transmission, l'absorption, la réflexion dans certaines longueurs d'ondes du rayonnement électromagnétique, notamment dans le visible et/ou dans l'infrarouge, ou encore la diffusion lumineuse.
Les vitrages commutables entre un état transparent et un état diffusant actuellement disponibles dans le commerce comprennent un film fonctionnel constitué de deux supports porteurs d'électrode sous forme de feuilles plastiques encadrant une couche incorporant des gouttelettes cristaux liquides, le tout feuilleté par l'intermédiaire d'intercalaires ou collé sur un substrat de verre ou entre deux substrats de verre. Les cristaux liquides, quand le film est mis sous tension (Etat ON), s'orientent selon un axe privilégié, ce qui autorise la vision à travers le film fonctionnel. Hors tension (Etat OFF), en l'absence d'alignement dans les gouttelettes de cristaux liquides, le film devient diffusant et empêche la vision.
Le demandeur a développé de nouveaux vitrages commutables comprenant des cristaux liquides n'utilisant pas la technologie des films fonctionnels. Ces vitrages commutables comprennent une couche comprenant une multitude de gouttelettes de cristaux liquides sans orientations préférentielles entre elles dispersées dans une matrice polymère (ci-après couche PDLC, « Polymer-Dispersed Liquid Cristal »). La couche PDLC est directement encapsulée entre deux substrats verriers. L'ensemble constitué par les substrats et la couche PDLC est scellé par l'intermédiaire d'un joint de scellement ou cordon de colle périphérique. Les demandes de brevet WO 2012/028823 et WO 2012/045973 décrivent de tels vitrages. L'utilisation de cette technique permet de fabriquer des vitrages moins chers en économisant sur les matériaux employés et plus performants d'un point de vue électro-optique.
Les vitrages commutables comprenant une couche à base de cristaux liquides incorporée dans un film fonctionnel ou directement encapsulée entre deux substrats verriers présentent pour inconvénient non négligeable de nécessiter des tensions d'utilisation élevées. Les valeurs efficaces des tensions d'utilisation sous forme sinusoïdale sont typiquement supérieures à 50 Vrms (rms : « root mean square »). En effet, outre l'intérêt lié à la diminution de la consommation électrique et/ou à la limitation des défaillances électriques (diminution du risque de court-circuit), l'abaissement des tensions d'utilisation rend envisageable l'emploi de tels systèmes pour des applications nécessitant une plus grande sécurité telles que des applications pour salle de bain.
Selon l'invention, on entend par :
- tension de commutation, la tension efficace d'un signal sinusoïdal à partir de laquelle on obtient des valeurs de flou mesurées selon la norme ASTM D 1003 inférieures à 5%,
- tension d'utilisation, la tension efficace d'un signal sinusoïdal recommandée par les fournisseurs de film fonctionnel pour obtenir l'état transparent sans spécification des valeurs de flou obtenues.
La tension de commutation correspond donc à une tension minimale d'utilisation pour avoir un faible flou. Le flou (« haze ») correspond à la quantité de la lumière transmise qui est diffusée à des angles de plus de 2,5°. Les cristaux liquides sont d'autant mieux ordonnés (donc moins flou) que la tension appliquée est élevée. Lorsque la tension appliquée est insuffisante, la couche PDLC demeure diffusante et peut générer un voile blanc. Ce voile blanc est la principale cause d'impression de non transparence.
L'abaissement des tensions de commutation ne doit donc pas se faire au détriment des propriétés et performances optiques des systèmes à diffusion lumineuse variable qui sont notamment l'absence de flou à l'état transparent, une bonne transmission de la lumière à l'état transparent, une transmission de la lumière correcte à l'état diffusant et un bon pouvoir cachant peu importe l'angle de vue à l'état diffusant. Le pouvoir cachant d'un vitrage à l'état diffusant correspond à sa capacité à ne pas permettre la vision au travers.
Par conséquent, afin d'améliorer les propriétés optiques des systèmes à diffusion lumineuse variable tout en abaissant les tensions de commutation, le demandeur s'est intéressé aux mécanismes régissant ces systèmes complexes.
Les systèmes diffusants comprenant des diffuseurs dispersés dans une matrice diffusent différemment la lumière selon la taille et la densité des diffuseurs qu'ils contiennent. Les systèmes à diffusion lumineuse variable de l'invention, à l'état diffusant, correspondent à des couches diffusantes comprenant comme diffuseurs des gouttelettes de cristaux liquides dispersées dans un volume. Ces diffuseurs doivent présenter des dimensions et une densité telles que la lumière traversant le milieu constitué par la couche diffusante subit une diffusion de Mie. Pour observer ce phénomène, la taille des diffuseurs doit être plus grande que les longueurs d'onde du visible, typiquement d'un ou de quelques micromètres.
Lorsque l'on éclaire en incidence normale ce type de couche diffusante, la répartition spatiale de la lumière diffusée en transmission n'est pas isotrope et dépend fortement de la forme des diffuseurs (sphère, cylindre, plaquette,..), de leur taille et de leur densité.
II est possible pour une couche diffusante donnée de déterminer son indicatrice de diffusion en transmission. Cela consiste à éclairer la couche diffusante en incidence normale et à mesurer en transmission l'intensité des rayons diffusés en fonction de l'angle par rapport à la direction initiale de l'éclairement. Cette indicatrice de diffusion peut être mesurée grâce un appareil mesurant la distribution de transmission bi- directionnelle ou BTDF (« Bidirectional transmission distribution function ») tel que le banc REFLET de la société STIL. Cette indicatrice obtenue en mesurant la lumière transmise sur un arc de -90° à 90° dans l'hémisphère opposé à celui de la lumière incidente, constitue une courbe en forme de pic. Les informations que l'on peut extraire de ces indicatrices de diffusion résultent de la hauteur du sommet du pic, de la forme et de la largeur de la base du pic. Le sommet du pic centré sur 0° correspond à l'angle d'incidence normal, auquel sort la lumière qui n'a pas été diffusée.
Parmi les couches diffusantes dont la diffusion s'explique par la diffusion de Mie, une distinction doit être faite. Selon la taille et la densité des diffuseurs ainsi que selon l'épaisseur de la couche PDLC, les indicatrices de diffusion ont une forme variable.
Lorsque la couche diffusante comprend des diffuseurs de taille importante ou une densité faible de diffuseurs, les indicatrices de diffusion ont une forme proche d'un pic quasi-triangulaire. La demi-largeur de la base du triangle correspond à l'angle limite (en valeur absolue) au-delà duquel quasiment aucun rayon n'est diffusé. On considère alors que l'indicatrice de diffusion en transmission est très pointée vers l'avant.
Par opposition, lorsque la couche diffusante comprend des particules plus petites. L'indicatrice de diffusion peut se découper en deux parties principales. On obtient un pic se superposant à une courbe que l'on appelle « le fond » présentant une forme de cloche. Dans ce cas, des rayons peuvent être diffusés aux grands angles. On considère alors que l'indicatrice de diffusion en transmission est moins pointée vers l'avant.
L'analyse des indicatrices de diffusion en transmission permet de mettre en évidence que lorsque la couche diffusante comprend des particules de dimension et de densité telles que le profil de diffusion est pointé vers l'avant, quasiment aucun rayon n'est diffusé à des angles supérieurs à une valeur limite. Dans ce cas, la faiblesse de la déviation angulaire moyenne des rayons qui traverse la couche diffusante par rapport à leur direction initiale se traduit par un faible pouvoir cachant. A contrario, lorsque la couche diffusante présente un profil de diffusion peu pointé vers l'avant, la plus grande déviation angulaire moyenne des rayons qui traverse la couche diffusante par rapport à leur direction initiale semble permettre l'obtention d'un meilleur pouvoir cachant.
L'obtention d'un bon pouvoir cachant à l'état diffusant nécessite une optimisation de la taille et de la densité des gouttelettes de cristaux liquides ainsi que de l'épaisseur de la couche diffusante.
Dans le cas des systèmes à diffusion lumineuse variable, l'obtention d'un état transparent satisfaisant avec des tensions d'utilisation faibles ne doit pas se faire au détriment de l'amélioration du pouvoir cachant à l'état diffusant. Or, les systèmes à diffusion lumineuse variable comprenant une couche PDLC sont des systèmes complexes dont chaque caractéristique est susceptible d'influer sur la diminution ou l'augmentation des tensions de commutation. Un certain nombre de caractéristiques influant sur le pouvoir cachant et les tensions de commutation sont communes. Parmi les caractéristiques influant sur la tension de commutation, on peut citer :
- la taille, la densité et la morphologie de gouttelettes des cristaux liquides,
- la qualité des gouttelettes de cristaux liquides et de la matrice polymère avec notamment l'absence des composants de l'un dans l'autre,
- la présence d'impuretés résiduelles issues du procédé de préparation de la couche PDLC telles que des espèces ioniques,
- l'épaisseur de la couche PDLC,
- la nature des cristaux liquides.
Parmi ces caractéristiques, certaines dépendent du procédé de préparation de la couche PDLC, du choix des matériaux de départ ou des deux.
Les procédés de préparation des couches PDLC comprennent une étape de séparation de phase pour former les gouttelettes de cristaux liquides dispersées dans la matrice polymère. La nature, la concentration des composants dans la composition précurseur de la couche PDLC, la température et les conditions opératoires notamment la cinétique de polymérisation influent sur la morphologie des microgouttelettes obtenues et détermine notamment leur taille, leur forme, leur pureté et éventuellement leur interconnexion (porosité ouverte ou fermée).
Par conséquent, l'abaissement de tensions de commutation des systèmes à diffusion lumineuse variable comprenant une couche PDLC dépend non seulement des composants de départ mais également du procédé de préparation de ladite couche PDLC. Il n'est pas possible de corréler de manière simple les paramètres du procédé de préparation et/ou les caractéristiques de la couche PDLC avec la diminution de la tension de commutation et l'amélioration du pouvoir cachant.
Il existe donc un besoin de développer de nouveaux systèmes à diffusion lumineuse variable présentant des propriétés optiques améliorées notamment un bon pouvoir cachant peu importe l'angle de vue ainsi qu'une meilleure qualité en vision normale à l'état transparent et ce à moindre coût et avec des tensions de commutation abaissée.
L'invention concerne donc un système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide comprenant une couche PDLC située entre deux électrodes, la couche PDLC comprenant un mélange de cristaux liquides formant des microgouttelettes dispersées dans une matrice polymère et satisfaisant les critères suivants :
- la matrice polymère est obtenue à partir d'une composition photopolymérisable comprenant des composés vinyliques,
- les proportions en masse du mélange de cristaux liquides par rapport à la masse totale du mélange de cristaux liquides et de composition photopolymérisable sont comprises entre 40 et 70 %,
- la couche PDLC a une épaisseur comprise entre 5 et 25 μηη,
- le diamètre moyen des gouttelettes de cristaux liquides dispersées dans la matrice polymère est compris entre 0,25 μηη et 2,00 μηη.
De manière surprenante, le système à diffusion lumineuse variable de l'invention combinant les caractéristiques revendiquées concourt à l'obtention des propriétés recherchées et présente notamment une excellente transparence pour des tensions efficaces appliquées faibles notamment inférieures à 30 Vrms, et même inférieures à 20 Vrms ou 15 Vrms, et un bon pouvoir cachant à l'état diffusant. Ces propriétés avantageuses sont notamment obtenues avec des couches PDLC d'environ 15 μηη d'épaisseur. La couche PDLC a, par ordre de préférence croissant, une épaisseur de 10 à 20 μηι ou de 12 à 17 μηι.
L'invention concerne également l'utilisation d'un tel système fonctionnant avec une tension de commutation inférieure à 30 Vrms.
Le choix d'une couche PDLC obtenue par séparation de phase induite par polymérisation à partir d'une composition photopolymérisable par voie radicalaire permet de réduire la pollution ionique dans le produit final et donc de limiter l'écrantage du champ électrique au niveau des gouttelettes de cristaux liquides. La présence d'impuretés ioniques dans une couche PDLC nécessite l'application d'une tension plus importante pour commuter à l'état transparent car ces impuretés ont tendance à diminuer le champ effectif au niveau de chaque gouttelette de cristaux liquides. Une polymérisation radicalaire ne nécessite pas comme composés de départ d'espèces ioniques. Ce type de polymérisation ne génère pas non plus d'espèces ioniques. Par conséquent, dans le cas d'une polymérisation radicalaire aucune espèce ionique n'est susceptible de se dissoudre dans les cristaux liquides et de participer à l'écrantage du champ électrique.
La densité des gouttelettes dans la couche PDLC peut être estimée indirectement par la dimension moyenne des gouttelettes et par les proportions relatives en masse du mélange de cristaux liquides par rapport à la composition photopolymérisable (en admettant que très peu de cristaux liquides sont dissous dans la matrice polymère). La dimension moyenne des gouttelettes et leur homogénéité en termes de taille et de répartition dans la couche PDLC dépendent fortement des conditions de polymérisation.
Le rapport entre la taille, la densité des gouttelettes, le type de porosité (fermée, ouverte ou semi-ouverte) de la couche PDLC et la tension de commutation est complexe.
La tension de commutation pour des gouttelettes sphériques à porosité fermée est censée diminuer lorsque la taille des gouttelettes augmente.
Cependant, l'augmentation de la taille des gouttelettes se fait au détriment de l'obtention d'un bon pouvoir cachant à état diffusant.
L'augmentation de la densité des gouttelettes améliore le pouvoir cachant.
Cependant, l'augmentation de la densité des gouttelettes augmente également le risque d'interconnexion entre lesdites gouttelettes (porosité ouverte ou semi ouverte). L'expérience semble montrer qu'une porosité ouverte conduit à une augmentation des tensions de commutation. Ceci semble s'expliquer par le fait qu'une porosité fermée donne un rapport de surface d'interface matrice polymère / mélange de cristaux liquides par rapport au volume de la couche PDLC nettement plus faible que dans le cas d'une porosité ouverte. Or, les cristaux liquides précisément situés à cette interface sont dans une certaine mesure « bloqués » par la matrice polymère et commutent moins facilement.
Le choix d'une morphologie particulière pour les couches PDLC utilisées selon l'invention résultant du choix de la taille des gouttelettes de cristaux liquides et du rapport de proportions entre le mélange de cristaux liquides et la composition photopolymérisable concourt à l'abaissement des tensions de commutation et à l'amélioration des propriétés optiques. La morphologie de la couche PDLC utilisée selon l'invention peut être définie par une excellente individualisation ou non- coalescence des gouttelettes de cristaux liquides entre-elles. Ces gouttelettes de cristaux liquides présentent essentiellement une porosité fermée et comprennent une plus faible proportion de cristaux liquides à l'interface entre le mélange de cristaux liquides et la matrice polymère susceptibles d'être bloqués. Le choix de cette morphologie particulière constitue un excellent compromis permettant d'abaisser la tension de commutation sans nuire aux propriétés optiques telles que l'obtention d'un bon pouvoir cachant.
Le choix particulier de composés vinyliques comme monomères, oligomères ou prépolymères constitutifs de la matrice polymère parmi les différents composés envisageables permet d'obtenir une excellente séparation de phase lors de la réticulation pour les densités de gouttelettes de cristaux liquides visées. Cela conduit à une couche PDLC présentant des gouttelettes dont les dimensions sont uniformes même pour des dimensions faibles notamment de l'ordre du micromètre et dont la densité est élevée. Les cristaux liquides sont bien répartis dans les gouttelettes et non dispersés isolément dans la matrice polymère.
On retrouve donc peu de cristaux liquides dilués dans la matrice polymère ainsi que peu de monomère ou prépolymère dans les gouttelettes de cristaux liquides. On prévient ainsi la présence de monomères ou prépolymères résiduels au sein des gouttelettes de cristaux liquides susceptibles de diminuer l'anisotropie diélectrique des cristaux liquides et donc d'impliquer l'utilisation d'une tension plus élevée pour ordonner les cristaux liquides. On prévient ainsi également la présence de cristaux liquides dissous dans la matrice polymère n'appartenant pas à des gouttelettes qui ne peuvent pas commuter lors de la mise sous tension.
La combinaison du choix d'un procédé de préparation pour la couche PDLC comprenant une polymérisation radicalaire, de la nature et des proportions particulières des composés de départ et des conditions de polymérisation conduit à l'obtention d'une couche PDLC présentant une épaisseur, une densité de gouttelettes et une morphologie optimales permettant l'abaissement de la tension de commutation sans nuire aux propriétés et performances optiques du système.
Les systèmes à diffusion lumineuse variable de l'invention présentent avantageusement une transmission lumineuse qui varie peu entre l'état transparent et l'état diffusant. De préférence, le système à diffusion lumineuse variable présente :
- une variation de transmission lumineuse entre l'état transparent TLon et l'état translucide TL0ff définie par (TLon - TL0ff) inférieure à 35 %, de préférence inférieure à 30 % et mieux inférieure à 25 %, et/ou
- une variation du flou entre l'état transparent Hon et l'état translucide Hoff définie par (H0ff - Hon) supérieure à 90%, de préférence supérieure à 95% et mieux supérieure à 97%, et/ou
- à l'état transparent la transmission lumineuse TLon est d'au moins 75 %, de préférence d'au moins 80 % mesurée selon la norme ASTM D1003 et le flou en transmission Hon est d'au plus 5 %, de préférence d'au plus 3 % mesurés selon la norme ASTM D1003, et/ou
- à l'état diffusant la transmission lumineuse TL0ff est d'au moins 50 %, de préférence d'au moins 60 % mesurée selon la norme ASTM D1003 et le flou en transmission Hoff d'au moins 95 %, de préférence d'au moins 88 % mesuré grâce au hazemeter HazeGard plus de BYK, et/ou
- à l'état diffusant et à l'état transparent la réflexion lumineuse RL mesurée selon la norme ISO 9050 : 2003 (illuminant D65, 2° observateur) est strictement inférieure à 30 %, de préférence inférieure 25 % et mieux inférieure à 20 %,
- une variation de réflexion lumineuse RL entre l'état transparent RLon et l'état translucide RL0ff définie par (RLon - RL0ff) inférieure à 15 %, de préférence inférieure à 10 % et mieux inférieure à 5 %.
Les valeurs de flou et de transmission (H et TL) en %, sont mesurées au hazemeter Hazegard plus de BYK. La réflexion lumineuse RL est mesurée selon la norme ISO 9050 : 2003 (illuminant D65, 2° observateur). Les valeurs de transmission lumineuse, de réflexion lumineuse et de flou données ci-dessus à l'état transparent, c'est à dire à l'état ON, sont de préférence obtenues pour une tension appliquée de 30 Vrms, de préférence de 20 Vrms et mieux de 15 Vrms.
A l'état diffusant la majeure partie de la lumière incidente est transmise de manière diffuse et seule une très faible partie de la lumière incidente est réfléchie ou rétrodiffusée par les gouttelettes de cristaux liquides.
Une couche PDLC comprenant des cristaux liquides peut être obtenue par préparation d'une composition précurseur de la couche PDLC comprenant un mélange de cristaux liquides et une composition photopolymérisable, suivie de la réticulation ou polymérisation de ladite composition. La composition photopolymérisable comprend des monomères, oligomères et/ou prépolymères et un initiateur de polymérisation. Cette composition précurseur de la couche PDLC est déposée sur un support revêtu d'une électrode sous forme de « couche ». Une deuxième électrode portée par un support vient prendre en sandwich ladite couche. Pendant le durcissement par irradiation à la lumière UV, il se forme une matrice polymère dans laquelle les cristaux liquides sont incorporés sous formes de microgouttelettes. La couche PDLC est donc obtenue par une étape de séparation de phase induite par photopolymérisation radicalaire.
Les cristaux liquides utilisés selon l'invention sont de préférence nématiques à température ambiante et à anisotropie diélectrique positive. Des exemples de cristaux liquides et de mélange de cristaux liquides convenant selon l'invention sont décrits notamment dans les brevets EP 0 564 869 et EP 0 598 086.
A titre de mélange de cristaux liquides convenant tout particulièrement selon l'invention, on peut utiliser le produit commercialisé par la société Merck sous la référence MDA-00-3506 comprenant un mélange de de 4-((4-éthyl-2,6-difluorophényl)- éthinyl)-4'-propylbiphényle et de 2-fluoro-4,4'-bis(trans-4-propylcyclohexyl)-biphényle.
Les cristaux liquides nématiques sont des matériaux biréfringents. La biréfringence Δη des cristaux liquides ou du mélange de cristaux liquides correspond à la variation entre les deux indices principaux du matériau, l'indice ordinaire n0 et l'indice extraordinaire ne (Δη =ne-n0).
Les cristaux liquides sont orientés de manière aléatoire dans les gouttelettes. En l'absence de champ appliqué, on peut donc calculer l'indice de réfraction moyen des gouttelettes de cristaux liquides défini par la relation suivante : nm 2=1/3(ne 2+2n0 2).
La matrice polymère présente également un indice de réfraction np.
De préférence, la couche PDLC satisfait les conditions suivantes :
- la différence entre les indices de réfraction ordinaire et extraordinaire des cristaux liquides est comprise entre 0,2 et 0,3,
- les cristaux liquides ou le mélange de cristaux liquides et la matrice polymère présentent respectivement un indice de réfraction ordinaire et un indice de réfraction sensiblement égaux, - la différence entre l'indice de réfraction ordinaire du mélange de cristaux liquides et l'indice de réfraction de la matrice polymère est inférieure à 0,050, mieux inférieure à 0,010,
- la différence entre l'indice de réfraction moyen du mélange de cristaux liquides et l'indice de réfraction de la matrice polymère est supérieure à 0, 100, mieux supérieure à 0,125.
Selon l'invention, on entend par :
- « indices de réfraction sensiblement égaux », lorsque la valeur absolue de la différence entre les indices de réfraction à une longueur d'onde de 550 nm est inférieure ou égale à 0,050, de préférence inférieure à 0,015 et mieux inférieure à 0,010,
- « indices de réfraction différents », lorsque la valeur absolue de la différence entre leurs indices de réfraction à une longueur d'onde de 550 nm est strictement supérieure à 0,050, de préférence supérieure ou égale à 0,100 et mieux supérieure à 0, 125.
Les gouttelettes de cristaux liquides présentent, par ordre de préférence croissant, un diamètre moyen compris entre 0,25 et 1 ,80 μηη, entre 0,60 et 1 ,30 μηη ou entre 0,70 et 1 ,00 μηη (bornes incluses).
Les proportions en masse du mélange de cristaux liquides par rapport à la masse totale du mélange de cristaux liquides et de composition photopolymérisable sont avantageusement comprises entre 50 et 65 %.
La composition photopolymérisable correspond à la composition précurseur de la matrice polymère de la couche PDLC. Cette composition comprend des composés susceptibles de polymériser ou de réticuler par voie radicalaire sous l'action d'un rayonnement de préférence UV.
Par « composé vinylique », on entend au sens de la présente invention un monomère, un oligomère, un pré-polymère, un polymère comprenant au moins une fonction vinyle (CH2=CR)- qui, lorsqu'il est soumis aux conditions de photopolymérisation, donne un réseau polymère doté d'une structure solide. Selon l'invention, le terme composé vinylique inclut les composés acryliques et méthacryliques comprenant au moins une fonction (CH2=CH-CO-0-) ou (CH2=C(CH3)-CO-0-).
Comme composés vinyliques ou composés comprenant des groupes vinyliques, on peut donc citer les monomères, oligomères, prépolymères et polymères comprenant des groupes acryloyle ou méthacryloyle, allyle ou vinylbenzène. Ces composés comprenant des groupes vinyliques peuvent être monofonctionnels ou polyfonctionnels. On peut notamment citer les monoacrylates, les diacrylates, les acrylamides N-substituées, les N-vinylpyrrolidone, le styrène et ses dérivés, les polyester-acrylates, les époxy-acrylates, les polyuréthane-acrylates, les polyéther-acrylates.
Selon la présente invention, différents composés comprenant des groupes vinyliques photodurcissables peuvent être utilisés. Toutefois, il est préférable d'utiliser des composés comprenant des groupes (méth)acrylate, car ils permettent une excellente séparation de phase entre la matrice polymère et les cristaux liquides par irradiation avec notamment une vitesse de durcissement élevée et donc l'obtention d'un produit stable et homogène.
Des composés vinyliques convenant selon la présente invention sont par exemple décrits dans le brevet EP 0272 585 notamment des oligomères acrylates. Les composés vinyliques sont de préférence des composés acrylates ou des composés méthacrylates ou (méth)acrylate. Par (méth)acrylate, on entend un acrylate ou un méthacrylate.
La composition photopolymérisable selon l'invention comprend de préférence des composés acrylate et/ou méthacrylate (ci-après (méth)acrylate). Les composées (méth)acrylate utilisés selon l'invention peuvent être choisis parmi les (méth)acrylates monofonctionnels et polyfonctionnels tels que les (méth)acrylates mono-, di-, tri-, poly- fonctionnels. Des exemples de tels monomères sont :
les (méth)acrylates monofonctionnels tels que le méthyl(méth)acrylate, éthyl(méth)acrylate, n- ou ter-butyl(méth)acrylate, hexyl(méth)acrylate, cyclohexyl(méth)acrylate, 2-éthylhexyl(méth)acrylate, benzyl(méth)acrylate, 2-éthoxyethyl(méth)acrylate, phenyloxyethyl(méth)acrylate, hydroxyethylacrylate, hydroxypropyl(méth)acrylate, vinyl(méth)acrylate caprolactone acrylate, isobornyl méthacrylate, lauryl méthacrylate, polypropylène glycol monométhacrylate,
- les (méth)acrylates difonctionnels tels que 1 ,4-butanediol di(méth)acrylate, éthylène diméthacrylate, 1 ,6-hexandiol di(méth)acrylate, bisphénol A di(méth)acrylate, triméthylolpropane diacrylate, pentaérythritol triacrylate, triéthylène glycol diacrylate, éthylène glycol di(méth)acrylate, polyéthylène glycol di(méth)acrylate,
- les (méth)acrylates trifonctionnels tels que triméthylolpropane triméthacrylate, triméthylolpropane triacrylate, pentaérythritol triacrylate, ethoxylated trimethylolpropane triacrylate, trimethylolpropane triméthacrylate, tripropylène glycol triacrylate,
- les (méth)acrylate de fonctionnalité supérieure tels que pentaérythritol tétra(méth)acrylate, ditriméthylpropane tétra(méth)acrylate, dipentaérythritol penta(méth)acrylate ou hexa(méth)acrylate.
De préférence, la composition photopolymérisable comprend au moins un composé vinylique monofonctionnel, de préférence un monomère acrylate, au moins un composé vinylique difonctionnel, de préférence un monomère diacrylate, et au moins un oligomère mono-, di- ou poly-fonctionnel vinylique, de préférence un oligomère acrylate.
La composition photopolymérisable comprend en masse par rapport à la masse totale de la composition photopolymérisable:
- 30 à 95 %, de préférence 35 à 60 % et mieux 40 à 55 % de composé vinylique monofonctionnel,
- 1 à 35 %, de préférence 10 à 25 % et mieux 5 à 25 % de composé vinylique difonctionnel,
- 1 à 50 %, de préférence 20 à 40 % et mieux 25 à 35 % d'oligomère mono-, di- ou poly-fonctionnel vinylique.
- 0 à 15 %, de préférence 5 à 10 % d'au moins un composé mercaptan.
Selon un mode de réalisation, la composition photopolymérisable comprend, en masse par rapport à la masse totale de la composition photopolymérisable, par ordre de préférence croissant, au moins 50 %, au moins 60 %, au moins 70 %, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 95 % de composés vinyliques.
Dans la mesure où aucun solvant n'est utilisé, la matrice polymère une fois réticulée comprendra donc au moins 50 % de polymère obtenu par polymérisation des composés vinyliques. De préférence, la matrice polymère comprend par ordre de préférence croissant, en masse par rapport à la masse totale de la matrice polymère, au moins 60 %, au moins 70 %, au moins 80 %, au moins 90 %, au moins 92 %, au moins 95 % de polymères obtenus par polymérisation des composés vinylique.
Selon un mode de réalisation avantageux, la composition photopolymérisable comprenant des composés vinyliques comprend, en masse par rapport à la masse totale de la composition photopolymérisable, par ordre de préférence croissant, au moins 50%, au moins 60%, au moins 70%, au moins 80%, au moins 90%, au moins 95% de composés acrylates et/ou de composés méthacrylates.
La composition photopolymérisable peut comprendre en outre 0,01 à 5% d'un photoinitateur en masse par rapport à la masse totale de la composition photopolymérisable. A titre de photoinitiateurs convenant selon l'invention, on peut citer 2,2-Dimethoxy-1 ,2-diphénylethanone. La composition polymérisable peut comporter d'autres co-monomères polymérisables.
On peut citer comme exemple de composition photopolymérisable, une composition obtenue à partir du produit MXM 035 vendu par Nematel. Ce produit comprend :
- un mélange de deux monomères acrylates, l'éthylhexylacrylate et l'hexanediol diacrylate et d'oligomères acrylates,
- un mercaptan,
- un photoinitiateur pour sa polymérisation aux UV.
D'autres exemples de compositions à base d'acrylate et de mercaptan sont décrits dans les brevets US 4,891 , 152, EP 0564869 et EP 0 598 086.
La couche PDLC peut comprendre en outre des espaceurs. Les espaceurs peuvent être en verre tels que des billes de verre ou en matière plastique dure par exemple en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou en polymère de divinylbenzène. Ces espaceurs sont de préférence transparents et de préférence présentent un indice optique sensiblement égal à l'indice de réfraction de la matrice polymère. Les espaceurs sont en matériau non-conducteur.
Les électrodes sont chacune portées par un support choisi de préférence parmi les substrats en verre. Les supports sont fixés l'un à l'autre au niveau de leur bord par un joint de scellement.
Les supports porteurs d'électrodes sont fixés sur le bord par un joint de scellement. De préférence, le joint de scellement est choisi dans un matériau de même nature que la matrice polymère formant la couche PDLC, c'est à dire à base de composé vinylique de préférence (méth)acrylate.
L'invention a également pour objet un vitrage électrocommandable comprenant un système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide comprenant une couche PDLC comprenant des cristaux liquides formant des microgouttelettes dispersées dans une matrice polymère située entre deux électrodes chacune portées par un support. Lesdits supports peuvent être des feuilles de verre, de préférence de verre minéral, maintenues en bordure sur leurs faces situées du côté des électrodes par un joint de scellement, de préférence à base de polymère réticulé.
Enfin, l'invention concerne l'utilisation d'un système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide tel que défini ci- dessus caractérisé en ce que l'on applique une tension de commutation inférieure à 30 Vrms, de préférence inférieure à 20 Vrms et mieux inférieure à 15 Vrms.
La couche PDLC est encadrée par deux électrodes, les électrodes étant en contact avec la couche diffusante. Les électrodes comprennent chacune au moins une couche électroconductrice. La couche électro-conductrice peut comprendre des oxydes conducteurs transparents (TCO), c'est-à-dire des matériaux qui sont à la fois bon conducteurs et transparents dans le visible, tels que l'oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO), l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine ou au fluor (Sn02 : F) ou l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium (ZnO: Al). Une couche électroconductrice à base d'ITO présente une résistance surfacique de 50 à 200 ohms par carré.
Ces couches électroconductrices à base d'oxydes sont de préférence déposées sur des épaisseurs de l'ordre de 50 à 100 nm, directement sur un substrat ou sur une couche intermédiaire, par un grand nombre de techniques connues telles que la pulvérisation cathodique assistée par un champ magnétique, l'évaporation, la technique sol-gel, ainsi que des techniques de dépôt en phase vapeur (CVD).
La couche électroconductrice peut également être une couche métallique, de préférence une couche mince ou un empilement de couches minces, dites TCC (pour « Transparent conductive coating » en anglais) par exemple en Ag, Al, Pd, Cu, Pd, Pt In, Mo, Au et typiquement d'épaisseur entre 2 et 50 nm.
Les électrodes comprenant une couche électriquement conductrice sont connectées à une alimentation en énergie.
Les électrodes comprennent par exemple une couche électriquement conductrice transparente d'une épaisseur d'environ 20 à 400 nm réalisée en oxyde d'indium et d'étain (ITO) par exemple. Les couches d'ITO ont une résistance électrique de surface comprise entre 5 Ω/Ώ et 300 Ω/Ώ. Au lieu des couches réalisées en ITO, on peut également utiliser dans le même but pour la première et/ou la deuxième électrode d'autres couches d'oxyde électriquement conducteur ou des empilements à l'argent dont la résistance de surface est comparable.
Les couches électroconductrices des électrodes peuvent alors être déposées directement sur une face d'un substrat et ainsi former les substrats porteurs d'électrode. Les substrats peuvent être des substrats en verre, par exemple des feuilles de verre plat flotté. Lorsque le support d'électrode est un substrat en verre, il peut être choisi parmi les substrats en verre commercialisés par la société Saint- Gobain Glass dans la gamme DIAMANT® ou Planilux®. Les substrats en verre ont de préférence une épaisseur comprise entre 0,4 et 12 mm, de préférence 0,7 et 6 mm. L'invention concerne également un vitrage électrocommandable comprenant un système à diffusion lumineuse variable selon l'invention et deux supports portant chacun une électrode du système à diffusion lumineuse variable.
Le vitrage électrocommandable à cristaux liquides peut être utilisé partout, tant dans le secteur de la construction que dans le secteur de l'automobile, chaque fois que la vue à travers le vitrage doit être empêchée à des moments donnés et notamment :
- comme cloison interne (entre deux pièces ou dans un espace) dans un bâtiment, dans un moyen de locomotion terrestre, aérien, aquatique (entre deux compartiments ou dans un taxi),
- comme porte vitrée, fenêtre, plafond, dallage (sol, plafond),
- comme vitrage latéral ou toit d'un moyen de locomotion terrestre, aérien, aquatique,
- comme écran de projection,
- comme façade de magasin, vitrine notamment d'un guichet.
Le vitrage selon l'invention peut former tout ou partie d'une cloison et autre fenêtre (type imposte).
L'installation de vitrages électrocommandables nécessite en général :
- l'installation du vitrage dans un cadre et
- l'installation d'une alimentation électrique spécifique au vitrage.
Ces installations sont traditionnellement faites séparément par des personnes habilitées pour chaque domaine, un vitrier et un électricien.
Les vitrages électrocommandables comprenant un système à diffusion lumineuse variable selon l'invention présentent des tensions de commutation basses tout en gardant de bonnes propriétés optiques. La consommation électrique est alors suffisamment basse pour permettre l'utilisation d'une alimentation électrique moins encombrante. Le vitrage électrocommandable selon l'invention peut ainsi être intégré dans des dispositifs « prêt à l'emploi ». L'installation desdits vitrages est simplifiée et les coûts sont réduits.
L'invention concerne donc également un dispositif comprenant un vitrage tel que défini ci-dessus, un cadre et une alimentation électrique. L'alimentation électrique est comprise dans le cadre.
L'alimentation électrique correspond au système qui assure le transfert du courant électrique d'un réseau électrique pour le fournir, sous les paramètres appropriés (puissance, tension) de façon stable et constante au système à diffusion lumineuse variable. De par sa taille réduite, l'alimentation peut être placée à l'intérieur du cadre, par exemple dans un montant. Selon une première variante, l'alimentation électrique est reliée à un cordon d'alimentation comprenant une prise électrique pouvant être branchée sur le réseau électrique. Le dispositif est prêt à l'emploi en ce qu'il peut être facilement installé et mis en marche avec seulement le branchement de la prise électrique au secteur.
Les alimentations électriques peuvent être suffisamment petites pour être installées à l'intérieur du cadre et fonctionner avec des piles plutôt que d'être reliées à une alimentation secteur. Le fait d'avoir une alimentation à piles permet une utilisation directe après installation.
Selon une deuxième variante, l'alimentation électrique est une alimentation à piles. Le dispositif comprend en outre un compartiment destiné à recevoir les piles. Le compartiment est situé sur le cadre et peut par exemple comprendre un clapet ouvrable et refermable, accessible sur le montant du cadre. Le clapet permet d'accéder au compartiment à piles et de les changer quand c'est nécessaire.
Lors de l'installation, il n'est plus nécessaire de faire appel à un électricien puisque l'alimentation est déjà comprise au sein du dispositif. Avantageusement, l'intégration de l'alimentation dans le dispositif le rend plus robuste pour la manipulation pendant l'installation ainsi que pour le transport. Enfin, en cas de panne, le dispositif peut facilement être retiré et remplacé en vue d'examiner les causes, peu importe que la panne soit due à l'alimentation ou au vitrage électrocommandable.
Le dispositif peut comporter en outre un interrupteur monté sur le cadre. L'interrupteur peut être connecté à la prise et à l'alimentation électrique. L'alimentation L'interrupteur peut être un bouton poussoir ou un récepteur infrarouge pouvant être télécommandé.
Des structures de dimensions importantes peuvent être réalisées en mettant côte à côte plusieurs dispositifs. Lorsque chaque dispositif comprend un récepteur infrarouge, une même télécommande peut contrôler individuellement ces récepteurs infrarouges soit en les commander d'un coup, ou soit selon un programme rythmé dans le temps.
Le choix du cadre se fait en fonction de l'utilisation du vitrage, en tant que porte vitrée, fenêtre ou cloison par exemple.
La figure 4 illustre un dispositif selon l'invention intégré dans un élément de type porte vitrée ou fenêtre 6. Le dispositif comprend un vitrage électrocommandable 1 , un cadre 2, une alimentation électrique 3, un interrupteur 4 fixé sur un montant du cadre 2 et un cordon d'alimentation comprenant une prise secteur 5 se trouvant du côté vers lequel la porte ou la fenêtre s'ouvre.
La figure 5 illustre un dispositif selon l'invention intégré dans un élément de type porte vitrée ou fenêtre 6. Le dispositif comprend un vitrage électrocommandable 1 , un cadre 2, une alimentation électrique 3, un interrupteur 4 fixé sur un montant du cadre 2 et un compartiment destiné à recevoir les piles 7.
Exemple
I. Matériaux utilisés
Les substrats transparents utilisés sont des verres Planilux® commercialisés par la société Saint-Gobain.
Ces substrats ont une épaisseur de 3,85 mm. Les électrodes sont constituées d'une couche d'ITO (oxyde d'indium dopé à l'étain) de résistance surfacique d'environ 50 à 200 ohms par carré.
Le mélange de cristaux liquides utilisé correspond au produit commercialisé par la société Merck sous la référence MDA-00-3506 comprenant du :
- 4-((4-éthyl-2,6-difluorophényl)-éthinyl)-4'-propylbiphényle et
- 2-Fluoro-4,4'-bis(trans-4-propylcyclohexyl)-biphényle.
Ce mélange de cristaux liquides présente les propriétés suivantes :
- indices de réfraction ordinaire : 1 ,5164,
- indices de réfraction extraordinaire : 1 ,7738,
- biréfringence : 0,2574.
La composition photopolymérisable est obtenue à partir du produit MXM 035 vendu par Nematel. Ce produit en deux parties A et B comprend :
- un mélange de deux monomères acrylates, l'éthylhexylacrylate et l'hexanediol diacrylate et d'oligomères acrylates (partie B),
- un mercaptan (partie A),
- un photoinitiateur pour sa polymérisation aux UV (partie A).
La matrice polymère résultant de la réticulation d'une telle composition photopolymérisable présente un indice de réfraction de 1 ,482 (sans gouttelettes de cristaux liquides).
Les espaceurs sont des billes commercialisés sous la dénomination Sekisui Micropearl de 15 μηη de diamètre moyen.
Le joint de scellement est composé d'une colle acrylate photoréticulable. II. Préparation des systèmes à diffusion lumineuse variable
Préparation de la composition précurseur de la couche PDLC :
- on prépare la composition photopolymérisable à partir du produit MXM35 en mélangeant 13,5% en masse de partie A avec 86,5% en masse de partie B par rapport à la masse totale des parties A et B,
- on mélange 47,5% en masse de composition photopolymérisable et 52,5% en masse du mélange des cristaux liquides MDA 00-3506 par rapport à la masse totale du mélange de cristaux liquides et de composition photopolymérisable,
- on ajoute 0,3% en masse d'espaceurs Sekisui micropearl par rapport à la masse totale du mélange de cristaux liquides et de composition photopolymérisable.
Préparation des supports revêtus d'une électrode : une couche d'ITO est déposée par procédé magnétron sur du verre Planilux®.
Préparation des systèmes à diffusion lumineuse variable :
- la colle acrylate utilisée comme joint de scellement est appliquée en bordure du support,
- la composition précurseur de la couche PDLC est déposée sur une électrode portée par un support,
- un deuxième support revêtu d'une électrode est déposé sur le premier avec les deux couches conductrices se faisant face séparée par la couche de composition précurseur de la couche PDLC,
- les deux verres sont pressés ensembles,
- l'ensemble est insolé avec des rayons UV.
Pour plus de détail sur l'encapsulation de la couche précurseur entre les substrats de verre porteur d'électrode, on peut se référer aux demandes de brevet WO 2012/028823 et WO 2012/045973 décrivant précisément ces procédé de préparation. III. Caractérisation des systèmes à diffusion lumineuse variable
* A l'état ON, les mesures ont été réalisée avec une tension efficace appliquée de 30 Vrms.
Pour faire varier les dimensions moyennes des gouttelettes et la densité des gouttelettes, on fait varier les conditions d'insolation, c'est à dire la puissance d'insolation et la durée d'exposition aux UV.
La figure 1 représente les trois images A, B et C prises au microscope électronique à balayage des systèmes à diffusion lumineuse variable SDLV1 , SDLV2 et SDLV3.
Les figures 2 et 3 sont des graphiques montrant l'évolution du flou (en %) pour les systèmes à diffusion lumineuse variable SDLV1 , SDLV2 et SDLV3 en fonction de la tension efficace appliquée (en Vrms).
Le système à diffusion lumineuse variable optimal est le SDLV1 présentant des gouttelettes sphériques et une tension de commutation de 15 Vrms. Le SDLV3 présente des gouttelettes de plus petites dimensions ce qui se traduit par une certaine augmentation de la tension de commutation. Cela peut être dû à l'augmentation du rapport surface d'interface/volume.
IV. Dispositifs prêt à l'emploi
Un vitrage électrocommandable comprenant un système à diffusion lumineuse variable de type SDLV1 feuilleté avec du verre 4 mm pèse 35 kg/m2. La consommation électrique par m2 de vitrage à 30 Vrms est de 1 W/m2. La consommation électrique par m2 de vitrage à 12 Vrms est de 0, 16 W/m2. Un vitrage de forme carré de dimensions 20x20 cm2 ci-après carreau de vitrage présente les caractéristiques suivantes : - poids 1 ,4 kg,
- consommation électrique : 6,4 mW soit un courant 0,53 mA.
Par conséquent, un dispositif comprenant un carreau de vitrage alimenté par une alimentation électrique à pile de type AA (capacité de l'ordre de 1 A) avec un courant de 0,53 mA à 12 Vrms présente une autonomie de plus de 78 jours 24h/24h (1000 mAh/0,53 mA=1875 h).
Dans les mêmes conditions, un dispositif comprenant une alimentation à pile et un carreau de vitrage actif de 1 m2 présente une autonomie de 3 jours.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide comprenant une couche PDLC située entre deux électrodes, la couche PDLC comprenant un mélange de cristaux liquides formant des microgouttelettes dispersées dans une matrice polymère et satisfaisant les critères suivants :
- la matrice polymère est obtenue à partir d'une composition photopolymérisable comprenant des composés vinyliques,
- les proportions en masse du mélange de cristaux liquides par rapport à la masse totale du mélange de cristaux liquides et de composition photopolymérisable sont comprises entre 40 et 70%,
- la couche PDLC a une épaisseur comprise entre 5 et 25 μηη,
- le diamètre moyen des gouttelettes de cristaux liquides dispersées dans la matrice polymère est compris entre 0,25 μηη et 2,00 μηη.
2. Système à diffusion lumineuse variable selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche PDLC à une épaisseur comprise entre 10 et 20 μηη.
3. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le mélange de cristaux liquides comprend un mélange de 4-((4-éthyl-2,6-difluorophényl)-éthinyl)-4'-propylbiphényle et de 2-fluoro-4,4'-bis(trans-4-propylcyclohexyl)-biphényle.
4. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la différence entre l'indice de réfraction ordinaire du mélange de cristaux liquides et l'indice de réfraction de la matrice polymère est inférieure à 0,050.
5. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la différence entre l'indice de réfraction moyen du mélange de cristaux liquides et l'indice de réfraction de la matrice polymère est supérieure à 0,100.
6. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le diamètre moyen des gouttelettes de cristaux liquides est compris entre 0,70 et 1 ,00 μηη.
7. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque de revendications précédentes caractérisé en ce que les proportions en masse du mélange de cristaux liquides par rapport à la masse totale du mélange de cristaux liquides et de composition photopolymérisable sont comprises entre 50 et 65 %.
8. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les composés vinyliques sont des composés acrylates ou des composés méthacrylates.
9. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la composition photopolymérisable comprend :
- au moins un composé vinylique monofonctionnel, de préférence un monomère acrylate,
- au moins un composé vinylique difonctionnel, de préférence un monomère diacrylate,
- au moins un oligomère mono-, di- ou poly-fonctionnel vinylique, de préférence un oligomère acrylate.
10. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la composition photopolymérisable comprend en masse par rapport à la masse totale de la composition photopolymérisable:
- 30 à 95 % de composé vinylique monofonctionnel,
- 1 à 35 % de composé vinylique difonctionnel,
- 1 à 50 % d'oligomère mono-, di- ou poly-fonctionnel vinylique,
- 0 à 15 % d'au moins un composé mercaptan.
1 1 . Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la composition photopolymérisable comprenant des composés vinyliques comprend, en masse par rapport à la masse totale de la composition photopolymérisable, au moins 50% de composés acrylates et/ou de composés méthacrylates.
12. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche PDLC comprend en outre des espaceurs.
13. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les électrodes sont chacune portées par un support choisi parmi les substrats en verre.
14. Système à diffusion lumineuse variable selon la revendication 13 caractérisé en ce que les supports sont fixés l'un à l'autre au niveau de leur bord par un joint de scellement.
15. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la variation de transmission lumineuse entre l'état transparent TLon et l'état translucide TL0ff définie par (TLon - TL0ff) est inférieure à 35%.
16. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la variation du flou entre l'état transparent Hon et l'état translucide H définie par (H0ff - Hon) est supérieure à 90 %.
17. Système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il présente :
- à l'état transparent une transmission lumineuse TLon d'au moins 75 % et un flou en transmission Hon d'au plus 5 % mesurés selon la norme ASTM D1003, et/ou
- à l'état diffusant une transmission lumineuse TLoff d'au moins 50 % mesurée selon la norme ASTM D1003 et un flou en transmission Hoff d'au moins 95 % mesuré au hazemeter Hazegard plus de BYK, et/ou
- à l'état diffusant et à l'état transparent une réflexion lumineuse RL mesurée selon la norme ISO 9050 : 2003 strictement inférieure à 30 %.
18. Utilisation d'un système à diffusion lumineuse variable commutant entre un état transparent et un état translucide selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 caractérisé en ce que l'on applique une tension de commutation inférieure à 30 Vrms.
19. Vitrage électrocommandable comprenant un système à diffusion lumineuse variable selon l'une quelconque des revendications 1 à 17 et deux supports portant chacun une électrode du système à diffusion lumineuse variable.
20. Dispositif comprenant un vitrage électrocommandable selon la revendication 19, un cadre et une alimentation électrique comprise dans le cadre.
21. Dispositif selon la revendication 20 caractérisé en ce que l'alimentation électrique est reliée à un cordon d'alimentation comprenant une prise électrique.
22. Dispositif selon la revendication 20 caractérisé en ce que l'alimentation électrique est une alimentation à piles.
23. Dispositif selon la revendication 22 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un compartiment destiné à recevoir les piles.
24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 20 à 23 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un interrupteur monté sur le cadre.
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