ES2711555T3 - Filtro óptico conmutado térmicamente que incorpora una arquitectura de huésped-hospedador - Google Patents

Abstract

Ventana que comprende un dispositivo de filtro termocrómico (100, 200, 300, 400), que comprende: un material portador termotrópico, que proporciona orden (102, 202, 302, 402) que define una orientación de director del material portador termotrópico (102, 202, 302, 402), siendo el material portador termotrópico (102, 202, 302, 402) un material de cristal líquido (LC) con un punto de aclaramiento que define una transición entre un estado ordenado y un estado desordenado; y en el que la orientación de director del material portador termotrópico es sensible a los cambios inducidos por la temperatura en el material portador termotrópico, en el que el material portador termotrópico está en el estado ordenado cuando la temperatura del material portador termotrópico está por debajo del punto de aclaramiento y el material portador termotrópico está en el estado desordenado cuando la temperatura del material portador termotrópico está por encima del punto de aclaramiento; y un material colorante (101, 201, 301, 401); caracterizado por que dicho material colorante está incluido dentro del material portador termotrópico, es dependiente de la orientación, y es sensible en orden a la orientación de director; en el que el material colorante dependiente de la orientación (101, 201, 301, 401) está configurado para cambiar la orientación con la orientación de director, variando las propiedades de transmisión de la luz del dispositivo con la temperatura como resultado, de tal manera que una mayor cantidad de luz pueda ser transmitida a través de la ventana cuando el material portador termotrópico está en el estado ordenado que cuando el material portador termotrópico está en el estado desordenado.

Description

DESCRIPCION

Filtro optico conmutado termicamente que incorpora una arquitectura de huesped-hospedador.

Antecedentes

1. Campo de tecnoloaia

Esta tecnoloâ a se refiere a un dispositivo para controlar el flujo de luz y calor radiante a traves de absorcion o reflexion selectiva de luz. La tecnologfa presenta aplicacion particular, pero no exclusiva, en pelfculas, materiales y dispositivos de regulacion de la temperature, regulacion de la luz activa o pasiva, especialmente como material de construccion.

2. Descripcion de la tecnica relacionada

Existen espejos conmutables que se basan en la qmmica de litiuro de metal e hidruro de metal reversible descrita, por ejemplo, en la patente US n° 7.042.615 concedida a Richardson. Estos espejos conmutables, que estan qmmicamente relacionados con batenas recargables, pueden basarse en la migracion ffsica de iones a traves de una barrera bajo la influencia de un campo electrico y, por tanto, presentan velocidades de conmutacion y duraciones de ciclos limitadas. Ademas, se describen “valvulas de luz” accionadas electricamente que combinan cristales lfquidos con uno o mas polarizadores reflectantes, por ejemplo, en la patente U^s n° 6.486.997 concedida a Bruzzone et al. En estos dispositivos, un cristal lfquido sirve normalmente como despolarizador electrotropico, es decir, un medio de alteracion o rotacion variable de la polaridad de la luz que pasa a traves del mismo, bajo la influencia de un campo electrico. Algunos de estos dispositivos pueden concebirse como espejos conmutables, aunque rara vez se describen de ese modo, puesto que su aplicacion primaria es en pantallas de video, proyectores de video y optica avanzada.

Tambien existen valvulas de luz electrica conmutables que no requieren polarizadores, sino que son reflectores difusores o dispersores frontales difusores. Esto se debe a que los cristales lfquidos por sf mismos pueden actuar como reflectores (incluyendo pero sin limitarse a reflectores de Bragg distribuidos o DBR) con diferentes bandas de reflexion en estas aplicaciones, con un modo de reflexion, difusion o dispersion frontal, y un modo mas transmisivo. Estos incluyen la pantalla de cristal lfquido dispersado en polfmero (PDLC), la pantalla de cristal lfquido colesterico (Ch-LCD), la pantalla de Heilmeier y la pantalla de huesped-hospedador (del ingles guesthost). La PDLC es un dispositivo electrocromico en el que el mdice de refraccion de las gotitas de cristal lfquido incrustadas en otro material cambia electricamente, dando como resultado mayor dispersion de la luz en un modo que en otro. La Ch-LCD presenta dos estados estables, la textura plana reflectante y conica focal. La estructura plana reflectante refleja la luz si se cumple la condicion de reflexion de Bragg y, por tanto, actua como reflector de Bragg para una polarizacion circular de la luz, mientras que la conica focal reflectante transmite mas luz.

Una estructura optica denominada pantalla de huesped-hospedador utiliza comunmente tintes dispersados en un cristal lfquido, que absorben mas luz cuando estan en una orientacion que en otra. La orientacion de los tintes depende de la orientacion del cristal lfquido, que se determina utilizando un campo electrico creado por un voltaje, normalmente aplicado por medio de capas conductoras transparentes tales como oxido de estano e indio. Tales dispositivos pueden utilizar tambien uno o mas polarizadores. Hay tintes dicroicos positivos y negativos (pleocroicos y dicroicos negativos), entre otros, que absorben respectivamente luz a lo largo de diferentes ejes de la molecula.

Se crean cristales lfquidos estabilizados con polfmeros cuando se mezclan prepolfmeros y cristales lfquidos y el prepolfmero se polimeriza, para entre otras cosas establecer o reforzar la orientacion de los cristales lfquidos. Se ha descrito en la bibliograffa cristal lfquido mezclado con prepolfmeros que se curan de diversos modos y concentraciones, entre otros terminos, como estabilizados con polfmeros, entrelazados con polfmeros, potenciados con polfmeros y dispersados en polfmeros, entre muchos otros terminos. Esta tecnologfa se describe bien en la tecnica anterior como, por ejemplo, en la patente US n° 7.355.668 concedida a Satyendra et al., que da a conocer dispositivos de cristal lfquido potenciado con polfmeros, espedficamente dispositivos de pantalla accionados electricamente, construidos con sustratos ngidos o flexibles que incluyen “columnas” de polfmero formadas entre pelfculas de sustrato a traves de la separacion de fases de un prepolfmero (por ejemplo, adhesivo optico Norland NOA77 o 78) y un cristal lfquido (por ejemplo, Merck E7, E48 o E31), bajo la influencia de variaciones de temperatura. El prepolfmero y cristal lfquido se mezclan por encima de la temperatura de punto de aclaramiento del Lc , y entonces se enfnan por debajo del punto de aclaramiento con el fin de separar, polimerizar y solidificar la red de polfmeros dentro del material de cristal lfquido.

Mas recientemente, en la solicitud de patente estadounidense n° 12/172.156 a Powers et al., publicada como US 2009/0015902 A1, se han descrito unos obturadores de cristal lfquido termotropico, en los que se coloca un cristal lfquido termotropico entre dos polarizadores cruzados, de manera que en un estado de temperatura el cristal lfquido forma un bloque de ondas nematico trenzado que hace rotar la polaridad de la luz entrante, permitiendo las propiedades de transmision, absorcion y reflexion de luz de un polarizador individual, mientras que en otro estado de temperatura el cristal Kquido esta en un estado isotropico, de manera que no afecta al estado de polarizacion de la luz entrante. El dispositivo presenta las propiedades opticas de dos polarizadores cruzados, permitiendo mucha menor transmision y mucha mayor absorcion o reflexion de la luz incidente. La informacion incluida en esta seccion de antecedentes de la memoria descriptiva, incluyendo cualquier referencia citada en la presente memoria y cualquier descripcion o discusion de la misma, se incluye para fines de referencia tecnica solo y no ha de considerarse como materia a la que esta limitada el alcance de la invencion.

Sumario

La presente invencion define una ventana que comprende un dispositivo de filtro termocromico que comprende las caractensticas mencionadas en la reivindicacion 1.

La tecnologfa divulgada en la presente memoria se refiere al control basado en la temperatura sobre la transmisibilidad, reflectividad o absortividad con respecto a la energfa radiante (por ejemplo, luz visible, UV e infrarroja), incluyendo hasta el intervalo completo del espectro solar, para el fin de regular el flujo de calor al interior de una estructura (por ejemplo, una ventana, un edificio o un vetuculo) basandose en las condiciones meteorologicas externas, la temperatura interna o cualquier combinacion de las dos, respondiendo a lo largo de una gama de temperaturas, lo que la hace util para estos fines. Esta tecnologfa es un dispositivo que presenta transmision, absorcion o reflexion de energfa luminosa sensible a la temperatura, efectuada por cambios inducidos por la temperatura en, entre otras cosas, la estructura, la fase o el orden de un material portador termotropico (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico), que proporciona orden dependiente de la temperatura (o induce orden dependiente de la temperatura) a uno o mas componentes incluidos que interactuan con la luz (por ejemplo, marcadores inorganicos, polfmeros o tintes absorbentes o reflectantes), que, para los fines de este documento, se denominaran “colorantes dependientes de la orientacion” (ODC). Similares a la utilizacion con dispositivos de cristal lfquido generalmente, las caractensticas de orientacion espacial local particular del material portador termotropico en un estado de temperatura dado se conoceran como “director”. Debe entenderse que un material portador termotropico particular (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico), cuando se utiliza como componente de una forma de realizacion descrita en la presente memoria, puede presentar dos o mas directores diferenciados, o una gama analoga de directores, a diferentes estados de temperatura.

Por ejemplo, a una temperatura el material portador termotropico puede inducir un orden significativo en uno o mas ODC incluidos (que incluyen potencialmente moleculas, tintes, partfculas, varillas, cadenas de polfmero absorbentes, reflectantes o fluorescentes, o cualquier combinacion de los mismos) suspendidos o disueltos dentro del material portador termotropico, mientras que a una segunda temperatura puede proporcionar poco o nada de director preferido para estos ODC. Si el director asociado con la primera temperatura se elige de manera que los componentes incluidos interactuan menos con la luz a la primera temperatura que a la segunda temperatura, las propiedades opticas tales como transmision, absorcion y fluorescencia seran diferentes a las dos temperaturas. La eficiencia de absorcion, reflexion o transmision puede variarse a traves de la seleccion de los materiales de ODC incluidos, como tambien las eficiencias dependientes de la frecuencia. La eleccion de materiales de ODC puede utilizarse para afectar a los porcentajes e intervalos de longitudes de onda de reflexion, absorcion y transmision por encima y por debajo de una temperatura umbral, o a lo largo de un intervalo seleccionado de temperaturas, que son deseables por estetica, gestion de la energfa u otros motivos. Adicionalmente, si los materiales de ODC incluidos son reflectantes, el dispositivo puede ser reflectante de manera difusa debido a la distribucion de orientaciones de los materiales incluidos. Esta tecnologfa presenta aplicacion particular, pero no exclusiva, como un metodo de reduccion del deslumbramiento para superficies de edificios. La eficiencia, distribucion espacial, anchura de banda, y longitud de onda central de la reflexion pueden variarse a medida que cambia la orientacion de los cambios de ODC bajo la influencia del material portador termotropico. Los ejemplos de materiales de ODC reflectantes incluyen copos, hilos, varillas, partfculas o filamentos. Estos pueden estar compuestos por metales; por polfmeros o materiales de tipo ceramica inorganica que son blancos o reflectantes del color por lo demas; por polfmeros o materiales de tipo ceramica inorganica que son transparentes que presentan indices de refraccion significativamente no coincidentes con los del material portador termotropico; por cadenas de polfmero (por ejemplo, poliacetileno) que presentan reflectividades inherentes debido a una naturaleza electricamente conductora; o por materiales relacionados o cualquier combinacion de los mismos.

Esta tecnologfa tambien puede emplearse como parte de un dispositivo que funciona de manera similar en cuanto a la funcion a un despolarizador optico sensible a la temperatura (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico) que funciona con uno o mas filtros polarizantes para regular el paso de energfa luminosa. El orden proporcionado o inducido en los materiales incluidos puede ser polarizante (en transmision o reflexion) a una temperatura, y menos polarizante o incluso no polarizante en otra. Las energfas incidentes que pasan a traves de este dispositivo dependeran, por tanto, de las eficacias de reflexion y absorcion de tanto los ODC como de los polarizadores utilizados. Por ejemplo, cuando el ODC se induce a una temperatura para que sea un polarizador funcionalmente eficaz, y se aparea con un segundo polarizador eficaz que transmite luz de esta misma polarizacion, entonces la mitad de la energfa radiante incidente pasa a traves del dispositivo. Sin embargo, si un cambio de temperatura reduce el orden del ODC de manera que el ODC bloqueara la transmision de luz de ambas polarizaciones, entonces la cantidad de luz transmitida a traves del dispositivo puede, por tanto, cambiar tambien. Pueden seleccionarse polarizadores de eficiencia inferior, u ODC y polarizadores con eficiencias dependientes de la frecuencia, para afectar a los porcentajes de reflexion, absorcion y transmision por encima y por debajo de una temperatura umbral o a lo largo de un intervalo seleccionado de temperaturas que son deseables por estetica, gestion de la energfa u otros motivos. Este efecto puede ser tal que el dispositivo es menos transmisivo en su estado o bien caliente o bien frio, o se expande de manera que la transmisibilidad del dispositivo es superior en el estado transparente. Tambien pueden existir efectos opticos dependientes del angulo.

El material portador termotropico tambien puede inducir diferentes cantidades de orden en uno o mas ODC incluidos (ya sean moleculas, tintes, partoulas, varillas, polfmeros absorbentes, reflectantes o fluorescentes, o cualquier combinacion de los mismos) suspendidos o disueltos dentro del portador material a diferentes temperaturas. Por ejemplo, el material portador termotropico, y cualquier estructura o capa de alineacion asociada, puede seleccionarse de manera que la cantidad de orden proporcionada puede disminuir con las temperaturas crecientes. Si el director asociado con el ODC se elige de manera que los componentes incluidos interaction mas con la luz a medida que la temperatura aumenta, las propiedades opticas tales como transmision, absorcion y fluorescencia variaran, por tanto, a medida que la temperatura aumenta. Alternativamente, entre otras posibilidades, el director puede elegirse de manera que los ODC incluidos interaction mas con la luz a temperaturas inferiores que a temperaturas superiores, o el orden proporcionado puede aumentar con la temperatura creciente. Tales dispositivos se describen, por ejemplo, en “Dichroic Dyes for Liquid Crystal Displays” por Alexander V. Ivashenko y “Liquid Crystals” (segunda edicion) por S. Chandrasekhar. Estos efectos tambien pueden combinarse con otros efectos, tales como los descritos anteriormente, en donde el orden esta presente a una temperatura y no a una segunda, o en donde el orden cambia precipitadamente a una temperatura dada o a traves de un intervalo de temperatura, o con otros efectos tales como presentar diferentes ordenes para una temperatura dada basandose en la historia de temperatura (por ejemplo, efectos de histeresis y superenfriamiento). La eficiencia de la respuesta de absorcion, reflexion o transmision para diferentes directores puede variarse a traves de la seleccion de materiales de ODC, como tambien las eficiencias dependientes de la longitud de onda. La eleccion de materiales puede utilizarse para afectar a los porcentajes y las longitudes de onda de reflexion, absorcion y transmision por encima y por debajo de una temperatura umbral, o a lo largo de un intervalo seleccionado de temperaturas, que son deseables por estetica, gestion de energfa u otros motivos.

Esta tecnologfa puede emplear efectos opticos tanto especulares como difusivos tal como se describio anteriormente, para crear ventanas o filtros de ventana que presentan modos de tipo privacidad tanto transparentes como opacos, e impiden la concentracion de la energfa solar reflejada en las bandas de UV, visible o IR de diferentes modos. Esta tecnologfa tambien puede utilizarse para absorber, reflejar o transmitir, de manera difusa o especular, diversas polarizaciones e intervalos de longitudes de onda de la luz de diferentes modos a diferentes temperaturas, para lograr propiedades esteticas, de privacidad, de deslumbramiento o ganancia de calor solar particulares.

Otras caractensticas, detalles, utilidades y ventajas de la presente invencion pueden resultar evidentes a partir de la siguiente descripcion escrita mas particular de diversas formas de realizacion de la invencion tal como se ilustra adicionalmente en los dibujos adjuntos y se define en las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista esquematica de una implementacion a modo de ejemplo de un filtro termocromico que presenta materiales de ODC suspendidos o disueltos en un material portador termotropico (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico que presenta moleculas alineadas perpendicularmente al sustrato) que proporciona o induce orden para los materiales de ODC a una temperatura inferior y no a una temperatura superior.

La figura 2 es una vista esquematica de una implementacion ejemplificativa de un filtro termocromico utilizado en combinacion con un polarizador. El filtro termocromico presenta materiales de ODC suspendidos o disueltos en un material portador termotropico (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico que presenta moleculas alineadas en paralelo al sustrato) que proporciona o induce orden para los materiales de ODC a una temperatura inferior y no a una temperatura superior.

La figura 3 es una vista esquematica de otra implementacion ejemplificativa de un filtro termocromico que presenta materiales de ODC suspendidos o disueltos en un material portador termotropico (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico alineado verticalmente) que proporciona o induce mas orden en los materiales de ODC a una temperatura inferior que el que proporciona a una temperatura superior.

La figura 4 es una vista esquematica de una implementacion ejemplificativa adicional de un filtro termocromico que presenta materiales de ODC suspendidos o disueltos en un material portador termotropico (por ejemplo, un cristal Ifquido termotropico alineado verticalmente) en donde se utilizan las propiedades polarizantes direccionales de una o mas capas de polarizador termotropico para variar las propiedades de transmision (incluyendo efectos polarizantes) del filtro basandose en la direccion de la luz que esta transmitiendose.

Descripcion detallada

Para los fines de esta memoria descriptiva, el termino “termorreflectante” se referira a cualquier objeto, dispositivo o material que presente una reflectividad que vana en funcion de la temperatura. De manera similar, “termoabsorbente” y “termoflourescente” se referiran a cualquier objeto, dispositivo o material que presente una absortividad o fluorescencia, respectivamente, que vana en funcion de la temperatura. Puesto que la transmision de luz es una funcion de la reflexion, absorcion y rerradiacion de luz, cualquiera de estos objetos, dispositivos o materiales tambien puede describirse apropiadamente mediante el termino mas generico “termocromico”.

La figura 1 es una vista esquematica, en seccion transversal de una forma a modo de ejemplo de un dispositivo de filtro termocromico 100. El dispositivo de filtro 100 puede estar compuesto por “colorante dependiente de la orientacion” incluido o materiales de ODC 101 dentro de un material portador transmisivo, termotropico, que proporciona orden 102. A una temperatura inferior, suponiendo que las moleculas de ODC interaction mas fuertemente con la luz entrante perpendicular a su eje largo, un porcentaje significativo de la luz entrante pasa a traves del material portador que proporciona orden 102 asf como los materiales de ODC incluidos 101 debido a su orientacion ordenada con respecto a la luz entrante. Como con un obturador o estor veneciano en el estado “abierto”, los materiales de ODC son esencialmente paralelos a la luz entrante y, por tanto, no la absorben o reflejan sustancialmente. A una temperatura superior, se bloquea mas de la luz entrante debido a la orientacion no ordenada de los materiales de ODC incluidos, una gran fraccion de los cuales ya no son paralelos a la luz entrante y pueden, por tanto, absorber, reflejar o interactuar de otro modo con la misma. Es notable que cuando los materiales de ODC incluidos estan en el estado ordenado, el dispositivo de filtro 100 puede polarizar la luz que entra en el dispositivo de filtro 100 desde direcciones distintas de la indicada en la figura, y por tanto, puede considerarse un “polarizador termotropico” para algunos fines.

Tambien pueden anadirse polarizadores adicionales u otros elementos opticos para producir diferentes efectos opticos sin afectar a la naturaleza esencial del dispositivo de filtro termocromico 100.

El material portador termotropico 102 puede adoptar una variedad de diferentes formas para su utilizacion dentro del dispositivo de filtro termocromico 100. Muchos materiales que son transparentes a al menos algunas longitudes de onda de luz tambien experimentan cambios de la cantidad de orden de sus moleculas (o cambios en su director o directores) con los cambios en la temperatura. En particular, muchos cristales lfquidos termotropicos son opticamente transparentes con un orden alto (casi cristalino) en el estado cristalino lfquido (es decir, estado nematico), mientras que son opticamente transparentes con un orden bajo (por ejemplo, un estado orientado aleatoriamente o semialeatoriamente) en el estado isotropico.

El director de moleculas de cristal lfquido en un estado de cristal lfquido (tal como los estados nematico o esmectico) cerca de una superficie puede verse influido a traves de la utilizacion de capas de alineacion. Son comunes alineaciones tanto verticales (homeotropicas) como paralelas (homogeneas), en donde el director del lfquido presenta, respectivamente, un director normal o paralelo con respecto a la superficie. El director puede verse afectado por la energfa de superficie y qmmica de la superficie. En general, una alta energfa de superficie promueve una alineacion paralela y una baja energfa de superficie promueve una alineacion vertical. En la tecnica anterior se utilizan comunmente polidimetilsiloxanos, por ejemplo, para promover la alineacion vertical y se utilizan poliimidas frotadas, por ejemplo, para promover alineaciones paralelas. Metodos para promover diversas alineaciones y angulos de preinclinacion, sus productos intermedios, hnbridos, combinaciones y las estructuras utiles resultantes cuando se colocan moleculas de cristal lfquido cerca de una, dos o mas superficies, se conocen generalmente, se han descrito bien en la tecnica anterior y seran familiares para un experto habitual en la materia. Tambien existen estados de orientacion mas complejos y tambien se han descrito. Por ejemplo; en el cristal lfquido “fase azul”, el director de la molecula de cristal lfquido rota de un modo helicoidal alrededor de cualquier eje perpendicular a una lrnea.

Si el material portador termotropico es un material de cristal lfquido (LC), puede requerirse que cumpla especificaciones de tolerancia ambiental que son consecuentes con el entorno en el que va a utilizarse el dispositivo. Por ejemplo, en una aplicacion de ventaja termocromica a modo de ejemplo, el LC puede requerir un punto de aclaramiento de entre 20°C y 35°C, un punto de congelacion por debajo de -40°C, un punto de ebullicion por encima de 90°C y suficiente resistencia a UV para sobrevivir a 30 anos de exposicion diaria a la luz solar (posiblemente atenuada por vidrio, polarizadores, adhesivos bloqueantes de UV y otros materiales inherentes en la estructura de la ventana termocromica). Pueden existir tambien otros requisitos, tal como una birrefringencia suficiente para producir el retardo deseado a traves de un hueco de celula particular. En particular puede ser deseable que el dispositivo presente un hueco de celula pequeno con el fin de minimizar la cantidad de cristal lfquido requerida. Esto implicana a su vez una birrefringencia minima para la mezcla de LC, con el fin de lograr los efectos opticos deseados.

En general para mezclas de LC, propiedades tales como birrefringencia y punto de aclaramiento estan proximas al promedio ponderado de los componentes individuales, mientras que propiedades como resistencia a UV o resistencia qmmica pueden estar limitadas por, o depender mas fuertemente de la resistencia del componente menos resistente. Adicionalmente, propiedades tales como punto de congelacion dependen de las interacciones de moleculas individuales, que se vuelven menos favorables para la cristalizacion a medida que las moleculas se vuelven mas distintas entre sr Por tanto, cuando dos componentes de LC se mezclan entre sf, la mezcla resultante puede presentar un punto de congelacion significativamente inferior a cualquier componente por sf mismo. Ademas, mientras que la solubilidad de diferentes componentes de LC difiere significativamente dependiendo de su estructura molecular, la solubilidad puede mejorarse cuando estan presentes diferentes componentes en la mezcla, es decir, la solubilidad de dos componentes mezclados en un tercer componente puede ser mayor que la solubilidad de cualquier componente por separado.

Por ejemplo, aunque el cristal lfquido 7CB presenta un punto de congelacion de aproximadamente 30°C y un punto de aclaramiento de aproximadamente 41°C, cuando se mezclan en proporciones iguales con cristal lfquido 5CB, que presenta un punto de congelacion de aproximadamente 23°C y un punto de aclaramiento de aproximadamente 34°C, la mezcla de LC producida presenta un punto de aclaramiento de aproximadamente 37°C y un punto de congelacion muy por debajo de -70°C. Sin embargo, esta mezcla puede no ser mas estable a UV que cualquiera de sus componentes, y las susceptibilidades qmmicas de ambos componentes todavfa existen en la mezcla, ya que ambas moleculas puede actuar como disolventes organicos, especialmente a alta temperatura, y por tanto, pueden atacar a determinados materiales de sustrato organicos.

Se conocen mezclas de componentes de LC variados, que se combinan para producir propiedades termicas, ffsicas, qmmicas y opticas particulares (incluyendo mezclas “eutecticas”). Quiza la mezcla de LC comercial mejor conocida sea E7, que se utiliza comunmente en pantallas de video y es una mezcla de 5 componentes de L^c diferentes. El componente dominante es 5CB (que presenta un punto de aclaramiento bajo, buena solubilidad y poca birrefringencia), pero la mezcla tambien contiene cantidades significativas de 7CB, 8OCB, 5OCB y 5CT (que presenta un alto punto de aclaramiento, mala solubilidad y gran birrefringencia). La mezcla se disena para que presente un amplio intervalo nematico, un alto punto de aclaramiento y un bajo punto de congelacion, y la alta solubilidad del 5CB ayuda a superar la baja solubilidad del 5CT. Los principios y las reglas de diseno de mezclas de LC tales como estas se han descrito bien en la tecnica.

En la tecnica anterior, algunas veces se han incluido moleculas de tinte en cristales lfquidos en dispositivos electrocromicos tal como se describe, por ejemplo, en “Dichroic Dyes for Liquid Crystal Displays” por Alexander V. Ivashchenko. Tales sistemas se denominan a menudo sistemas de huesped-hospedador y los dispositivos se denominan dispositivos dicroicos. Con la seleccion apropiada de los componentes de huesped (es decir, ODC) y los componentes de hospedador (es decir, materiales portadores electrotropicos), las moleculas de tinte asumen (aproximadamente) el director de la molecula de cristal lfquido. Se producen a menudo absorcion y otros efectos opticos relacionados a lo largo de un angulo “cerca” del director de la molecula de ODC, y pueden presentar una ligera diferencia (por ejemplo, 5-10 grados) entre el director y el angulo de absorcion maxima. Hay tintes dicroicos positivos (pleocroicos) y negativos que absorben respectivamente luz a lo largo de diferentes ejes de la molecula. Por tanto, puede entenderse que algunas formas de realizacion dadas a conocer en la presente memoria se asemejan a un sistemas de huesped-hospedador electrocromico, excepto porque el material portador se ha disenado de manera que es termotropico (tal como se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente US n° 12/172.156 concedida a Powers et al. titulada “Thermally switched reflective optical shutter”), en vez de electrotropico.

Los materiales de colorante dependiente de la orientacion (ODC) tambien pueden adoptar varias formas. Por ejemplo, los sistemas de tinte pleocroico presentan generalmente razones dicroicas y parametros de orden superiores a los sistemas de tinte dicroico negativo. Pueden construirse formas de realizacion que utilizan tinten dicroicos o bien positivos o bien negativos, o una combinacion de los mismos, para afectar a diferentes propiedades de transmision a lo largo de intervalos de temperatura (por ejemplo, desplazamiento del equilibro de color o tono). El rendimiento de los tintes y el sistema se ve afectado por la estabilidad a la luz ultravioleta (UV), la solubilidad y el parametro de orden del/de los tinte(s) dentro del sistema. El rendimiento del sistema tambien se ve afectado por los parametros de hospedador del cristal lfquido, la viscosidad, el parametro de orden, el intervalo de temperatura de estados ffsicos, la estabilidad y la birrefringencia. Observese que sistemas de huesped-hospedador para cristales lfquidos y tintes dicroicos son a menudo tales que multiples tintes de una clase son mejores en la solvatacion, es decir, una mezcla de tintes similares puede presentar una mayor concentracion total que la que sena posible para cualquiera de los tintes componentes. El “andamiaje” qmmico de los tintes tambien puede aumentar su solubilidad (por ejemplo, uniendo una molecula de cristal lfquido qmmicamente a la molecula de tinte).

Estas diversas propiedades pueden utilizarse para disenar un dispositivo con propiedades de transmision deseables. Por ejemplo, si un tinte particular presenta propiedades por lo demas deseables (por ejemplo, alta estabilidad a UV) pero baja solubilidad en el hospedador deseado, puede aumentarse el grosor del sistema de huesped-hospedador para aumentar la atenuacion de la luz transmitida. Debe entenderse tambien que muchos tintes que no son adecuados para dispositivos de huesped-hospedador electrocromicos (por ejemplo, tintes de ropa) pueden ser adecuados para dispositivos termotropicos porque el funcionamiento del dispositivo no depende de campos electricos.

Tambien pueden anadirse moleculas quirales (dopantes) a sistemas de huesped-hospedador para cambiar o mejorar la absorcion o reflexion del/de los huesped(es). Por ejemplo, puede construirse un sistema de cristal lfquido nematico con multiples giros utilizando tales moleculas con el fin de afectar a la razon de contraste u otras propiedades opticas. Tambien pueden utilizarse moleculas opticamente activas como huespedes en sistemas de huesped-hospedador, y pueden utilizarse para construir sistemas que interactuan (por ejemplo, de manera reflectante) con polarizaciones circulares de luz.

Tambien pueden utilizarse materiales semiconductores como huespedes para proporcionar sistemas de huesped-hospedador que reflejan y absorben en el infrarrojo.

Cristales lfquidos de cadena lateral, cristales lfquidos nematicos de polfmero y polfmeros de cadena lateral nematicos, y otros sistemas de hospedador de este tipo pueden presentar tiempos de respuesta electrocromica mas lentos (o no presentar respuesta electrocromica) cuando se utilizan en dispositivos de huesped-hospedador electrocromicos, pero pueden ser particularmente adecuados para sistemas termotropicos. Pueden emplearse copolfmeros de tinte con cristal lfquido para mejorar la solubilidad eficaz. Puede emplearse cristal lfquido de polfmero cristalino con tintes incrustados o de copolfmero para proporcionar una transicion de orden sin un estado nematico u otro de este tipo. Un dispositivo de este tipo no funcionana electrocromicamente, sino que puede actuar mediante un portador termotropico. Copolfmeros de poliacetileno dopados y/o cadenas laterales con cristal lfquido son tambien formas de realizacion alternativas de sistemas dados a conocer en la presente memoria.

El orden(o parametro de orden) del sistema de hospedador generalmente vana con la temperatura (tal como se describe, por ejemplo, en “Liquid Crystals Second Edition” por S. Chandrasekar) y el orden (o parametro de orden) del huesped u ODC vana con el mismo. En general, para clases de mezclas o qmmicas de hospedador de cristal lfquido, a medida que el punto de aclaramiento aumenta, tambien lo hace el parametro de orden de un huesped particular. Ademas, en general, a medida que el punto de aclaramiento del sistema resultante se aproxima, el parametro de orden desciende. Estas variaciones en el orden (o parametro de orden) pueden ser continuas o discretas, o ambas, dependiendo del sistema e intervalo de temperatura. Por ejemplo, en sistemas de cristal lfquido nematico de huesped-hospedador, el parametro de orden de los materiales de hospedador puede reducirse por aumentos en la temperatura hasta el punto de aclaramiento, en donde el cristal lfquido se vuelve entonces isotropico, y entonces el orden de tanto el huesped como el hospedador puede eliminarse eficazmente.

Debe entenderse que el director del orden en tales sistemas puede determinarse utilizando materiales y tecnicas de alineacion apropiados. Ademas, la cantidad de orden (parametro de orden) para un material de huesped dado (es decir, el material de ODC incluido) es una funcion del material de hospedador elegido asf como de la temperatura, y que a traves de una seleccion de materiales y un diseno del sistema adecuados, es posible lograr muchas relaciones diferentes de temperatura frente a orden. Una propiedad deseable en una relacion de temperatura es hacer que el parametro de orden del huesped vane de manera monotonica con la temperatura a lo largo del intervalo de diseno de temperatura del dispositivo. Otra propiedad deseable es incorporar histeresis en la relacion de temperatura. Por ejemplo, en un dispositivo de huesped-hospedador de cristal lfquido termotropico, nematico que utiliza la transicion de los estados nematico a isotropico, puede ser deseable por motivos esteticos hacer que la temperatura de “transicion” sea varios grados mayor cuando el dispositivo esta en la transicion de nematico a isotropico que cuando esta en la transicion de isotropico a nematico, ya que esto reducira la probabilidad de que el dispositivo cambie rapidamente las caractensticas de transmision hacia atras y hacia delante cuando esta cerca de la temperatura de transicion.

El poliacetileno es un polfmero que puede modificarse qmmicamente para convertirlo en altamente conductor electricamente. Estos y otros polfmeros altamente conductores pueden interaccionar fuertemente con la luz de manera reflectante, como en un polarizador de rejilla metalica, y la interaccion puede ser dependiente de la orientacion de la molecula. Los polfmeros conductores tambien pueden interactuar con la luz de manera absorbente, dependiendo la interaccion tambien de la orientacion de la molecula. Tanto los polfmeros como las moleculas de tinte pueden integrarse en estructuras nematicas trenzadas estabilizadas con polfmero (PSTN), asf como otros sistemas de polfmero/cristal lfquido. Eligiendo el parametro de orden del poliacetileno dopado apropiadamente, sera posible seleccionar la razon de dispersion frontal y trasera de dispositivos que utilizan poliacetileno conductor, asf como fabricados con otros huespedes de ODC similares. Las moleculas de poliacetileno tambien pueden presentar moleculas de “andamiaje” qmmico unidas a las mismas para aumentar su solubilidad.

Puede fabricarse polfmero de poliacetileno para dar un polarizador reflectante utilizandolo como huesped con cristal lfquido de polfmero como hospedador, y luego enfriando el sistema hasta que los polfmeros se fijan en su sitio. Tambien puede fabricarse poliacetileno para dar polarizadores reflectantes en procedimientos como los utilizados para fabricar polarizadores de PVA-yodo.

El ojo humano responde a las cantidades relativas de varios intervalos de luz visible. Por tanto, muchas distribuciones espectrales diferentes pueden parecer identicas al ojo humano. El metamerismo es la coincidencia del color aparente de objetos con diferentes distribuciones de potencia espectrales, y los colores que coinciden de este modo se denominan metameros. La absorcion, transmision, fluorescencia y reflexion de la luz por moleculas (tales como moleculas de tinte) presentan un componente espectral (frecuencia) para la misma. Seleccionando apropiadamente los componentes (por ejemplo, combinaciones de tintes), es posible seleccionar el tono percibido de la transmision o reflexion, o seleccionar el espectro espedfico, o cantidad de energfa, que se transmite o se refleja, incluyendo luz UV, visible o IR.

Son posibles y pueden emplearse otras numerosas combinaciones de portador termotropico (“hospedador”) y materiales colorantes dependientes de la orientacion (“huesped”) mas alla de los comentados o enumerados en la presente memoria sin apartarse del espmtu de esta forma de realizacion.

La figura 2 es una vista esquematica, en seccion transversal de otra realizacion a modo de ejemplo de un dispositivo de filtro termocromico 200. Como en la realizacion anterior de la figura 1, los materiales de ODC incluidos 201 estan dentro de un material portador termotropico que proporciona orden 202. Se coloca una pelfcula 203 polarizante entre la luz incidente y el material portador termotropico 202 que contiene los materiales de ODC incluidos 201. Sin embargo, suponiendo que las moleculas de ODC interaction mas fuertemente con la luz a lo largo de su eje largo, el orden proporcionado es ahora tal que los materiales incluidos 201 interaction preferentemente con una polarizacion de la luz. El polarizador 203 tambien interacciona con esta misma polarizacion de la luz. Por tanto, en el estado de temperatura inferior, si conjuntamente el “polarizador termotropico” creado por el estado ordenado de los materiales incluidos 201 y el polarizador 203 polarizan eficazmente la luz, entonces aproximadamente el 50% de la luz se transmite por el dispositivo. En el estado de temperatura superior, el “polarizador termotropico” creado por el estado ordenado de los materiales incluidos 201 ya no existe. El polarizador 203 todavfa interacciona con una polarizacion de la luz, pero ahora los materiales incluidos interactuan con ambas polarizaciones de la luz, reduciendo la cantidad de luz transmitida hasta por debajo del 50%.

Esta disposicion puede ser ventajosa para aumentar la razon de contraste de un sistema de huespedhospedador, o para producir otros efectos opticos deseables (por ejemplo, combinaciones particulares de absorcion y reflexion a longitudes de onda particulares) que podnan ser diffciles de lograr con los materiales de huesped (ODC) y hospedador (portador) solos. La disposicion exacta de la capa puede desviarse de la representacion en la figura 2 sin afectar significativamente al funcionamiento del dispositivo. Desde el punto de vista optico, presenta pocas consecuencias que los fotones pasen a traves del polarizador y luego por el sistema de huesped-hospedador, o vice-versa. Pueden utilizarse diversos tipos de polarizadores, incluyendo polarizadores absorbentes, reflectantes, difusores y difractivos. Ademas, puede emplearse mas de un polarizador, y pueden anadirse diversos componentes opcionales tales como sustratos, adhesivos, sellantes, promotores de la solubilidad, filtros de bloque de banda, filtros de paso largo, filtros de paso corto y tintas fijadas en cualquier combinacion sin apartarse del espmtu de esta forma de realizacion.

Sin embargo, debe indicarse que si se emplea un retardador, bloque de ondas o pelfcula o capa de compensacion de la birrefringencia, entonces el ordenamiento de las capas sf importa. Por ejemplo, el eje de polarizacion de una pelfcula de polarizacion lineal es normalmente paralelo a la direccion de traccion de la pelfcula. Sin embargo, si la luz pasa a traves del polarizador y luego por una capa de bloque de ondas, la luz polarizada resultante puede “rotar” de manera que su eje de polarizacion se produce a 45 grados (o algun otro angulo deseable) con respecto a la direccion de traccion. Esto puede ser util porque en algunos casos un eje de polarizacion de 45 grados permite un procedimiento de fabricacion mas sencillo, tal como se describe en la solicitud de patente US n° 12/545.051 por Powers et al. Alternativamente, la compensacion a algun angulo ligeramente mayor o menor de 45 grados puede ayudar a “abrir” la transmision de luz del filtro alineando erroneamente de manera eficaz los polarizadores, de manera que la razon de contraste del dispositivo se reduce y la transmision de luz en el estado de bloqueo se aumenta, tal como se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente US n° 2009/0015902 concedida a Powers et al.

Puede ser deseable en algunas circunstancias colocar bloques de ondas en ambos polarizadores en un dispositivo de dos polarizadores, o en todos los polarizadores en un dispositivo de multiples polarizadores. Tambien puede ser deseable en otras circunstancias colocar tales pelfculas opticas sobre solo un polarizador. Por ejemplo, dos polarizadores “con una rotacion” de 45 grados cada uno pueden ser comparables a un polarizador “con una rotacion” de 90 grados y un polarizador sin rotacion en absoluto. La reduccion del numero de bloques de ondas puede reducir el coste del producto final al tiempo que se mantiene la misma funcionalidad. Por tanto, puede reconocerse que pueden combinarse bloques de ondas, retardadores, pelfculas de compensacion de la birrefringencia, materiales birrefringentes de grosor particular, u otros materiales o dispositivos de rotacion de la polaridad relacionados de una gran variedad de modos en diversas implementaciones de esta tecnologfa.

La cantidad de rotacion de la polaridad proporcionada por un retardador/bloque de ondas o recubrimiento o pelmula de compensacion de la birrefringencia es proporciona a tanto la birrefringencia como al grosor del material de bloque de ondas. Por tanto, es sencillo idear una pelmula o recubrimiento para lograr cantidades muy precisas de rotacion de la polaridad, y los metodos para hacerlo no requieren una elaboracion adicional en la presente memoria, excepto indicar que placas de ondas acromaticas introduciran generalmente menos anomalfas de color que placas de ondas no acromaticas. La implementacion tambien abarca versiones en las que un polarizador convencional y polarizador termotropico presentan ejes de polarizacion perpendiculares o por lo demas no paralelos, dicroicos negativos con alineacion paralela, con y sin un polarizador habitual (no termotropico), y versiones en las que el dispositivo se vuelve mas reflectante, absorbente o fluorescente cuando esta caliente.

La figura 3 es una vista esquematica, en seccion transversal de otra forma de realizacion a modo de ejemplo de un dispositivo de filtro termocromico 300. Como en las formas de realizacion previas de las figuras 1 y 2, los materiales de ODC incluidos 301 estan dentro de un material portador termotropico, que proporciona orden 302. A una temperatura inferior, un porcentaje dado de la luz entrante pasa a traves del material que proporciona orden 302 asf como por los materiales incluidos 301 debido a su orientacion ordenada con respecto a la luz entrante. A una temperatura superior, el orden de los materiales incluidos se reduce (pero el parametro de orden no es cero), de modo que se absorbe o refleja mas de la luz entrante debido a la orientacion no ordenada de los materiales incluidos. Por tanto, para este dispositivo, la reduccion en la luz transmitida puede ser mas gradual que para la realizacion de la figura 1. Observese que este dispositivo puede polarizar la luz procedente de direcciones distintas de la indicada en la figura a temperaturas tanto inferiores como superiores, ya que los materiales de ODC incluidos estan en orientaciones ordenadas a ambas temperaturas, y por tanto, puede considerarse un “polarizador termotropico” para algunos fines.

Debena entenderse que la estructura y las orientaciones representadas en la figura 3 pueden existir como o bien los unicos estados posibles del dispositivo, o bien como estados intermedios. Por ejemplo, una disposicion particular de los materiales de ODC y materiales portadores termotropicos puede producir las orientaciones de la figura 1 a temperaturas extremas y las orientaciones de la figura 3 a temperaturas mas modestas, sin apartarse del espmtu de la forma de realizacion o de la presente divulgacion en su conjunto.

La figura 4 es una vista esquematica, en seccion transversal de una forma de realizacion a modo de ejemplo adicional de un dispositivo de filtro termocromico 400. Como en las formas de realizacion anteriores de las figuras 1, 2 y 3, los materiales de ODC incluidos 401 estan dentro de un material portador termotropico, que proporciona orden 402. Sin embargo, a una temperatura inferior, un porcentaje dado de la luz entrante pasa a traves del material que proporciona orden 402 asf como por los materiales de ODC incluidos 401 debido a su orientacion ordenada con respecto a la luz entrante. Ademas, a una temperatura superior, el orden de los materiales de ODC incluidos 401 se reduce (pero el parametro de orden no es cero), de modo que se absorbe o refleja mas de la luz entrante debido a la orientacion no ordenada de los materiales de ODC incluidos 401. Por tanto, para este dispositivo de filtro termocromico 400, la reduccion en la luz transmitida puede ser mas gradual que para la forma de realizacion de la figura 1. De nuevo, este dispositivo de filtro termocromatico 400 polariza la luz procedente de direcciones distintas de la indicada en la figura 4 a temperaturas tanto inferiores como superiores. Sin embargo, el director de los materiales de ODC incluidos 401 (determinado por el sistema) se elige segun interacciones deseables del dispositivo de filtro termocromatico 400 con la luz que vana en la direccion entrante (por ejemplo, tal como con energfa solar, que vana en la direccion entrante tanto debido a la rotacion del planeta como tambien debido a la estacion).

La estructura y las orientaciones representadas en la figura 4 pueden existir como o bien los unicos estados posibles del dispositivo, o bien como estados intermedios. Por ejemplo, una disposicion particular de materiales de ODC y materiales portadores termotropicos puede producir las orientaciones de la figura 1 a temperaturas extremas y las orientaciones de la figura 4 a temperaturas mas moderadas, sin apartarse del espmtu de la forma de realizacion o de la presente divulgacion en su conjunto.

Los materiales de ODC incluidos pueden ser cualquier numero de materiales incluyendo tintes, varillas, partmulas o polfmeros en un material portador de cristal lfquido termotropico (por ejemplo, nematico). Los materiales de huesped de ODC seleccionados apropiadamente asumiran el orden y director del cristal lfquido mientras que el cristal lfquido esta en el estado nematico (u otros estados cristalinos lfquidos tales como esmectico), y pierden parcial o completamente su orden mientras que el cristal lfquido esta en el estado isotropico. Entonces, si el cristal lfquido esta en un estado cristalino lfquido (por ejemplo, nematico) y alineado verticalmente entre dos superficies paralelas transparentes, la luz que se desplaza a traves del dispositivo perpendicular a las superficies no interactuara significativamente con el material de ODC incluido (por ejemplo, tintes dicroicos positivos). Sin embargo, a medida que la temperatura aumenta (es decir, por encima de la temperatura isotropica), el cristal lfquido termotropico no presentara un orden alineado. Por tanto, el cristal lfquido estara orientado mas aleatoriamente y no conferira orden a los materiales incluidos, que tambien estaran orientados aleatoriamente y, por tanto, interactuaran significativamente mas con la luz que se desplaza a traves del dispositivo perpendicular a las superficies. Observese de nuevo en la presente memoria que no es necesario que el material de huesped sea un cristal lfquido.

En una implementacion adicional de esta forma de realizacion, el material de ODC incluido puede ser un polfmero electricamente conductor. Esta seleccion no se hace por motivos electricos per se, sino por las propiedades opticas deseables (absorcion y reflexion) que son tfpicas de materiales electricamente conductores. Por tanto, las interacciones con la luz pueden seleccionarse para que sean reflectantes o absorbentes, o cualquier combinacion de las mismas. En el estado orientado aleatoriamente, las reflexiones pueden no ser especulares, sino mas bien reflectantes de manera difusa, lo que es deseable en muchas aplicaciones.

En algunas implementaciones de esta forma de realizacion, los materiales de ODC incluidos pueden estar dentro de un material portador termotropico (por ejemplo, cristal lfquido termotropico), que proporciona un director paralelo a las superficies (es decir, esta alineado en paralelo) y, por tanto, la luz que se desplaza a traves del dispositivo perpendicular a las superficies interactuara con el material de ODC incluido (por ejemplo, tintes dicroicos positivos) como polarizador. Uno o mas polarizadores que son parte del dispositivo pueden estar orientados de manera que no interaccionen con la luz que se transmite a traves del polarizador formado por los materiales incluidos. Sin embargo, a medida que la temperatura aumenta (es decir, se eleva por encima de la temperatura isotropica), el material (por ejemplo, un cristal lfquido termotropico) no presentara un orden alineado, sino que estara orientado mas aleatoriamente, y por tanto, no conferira orden a los materiales incluidos. Por tanto, los materiales incluidos tambien estaran orientados aleatoriamente e interactuaran significativamente mas con la luz de la polarizacion transmitida por el/los polarizador(es), si hay, y cambiaran la cantidad de luz que se transmite.

En otras implementaciones, los materiales de ODC incluidos interaction con la luz de manera que cuando su director es perpendicular a las superficies, los materiales incluidos interaction con la luz (por ejemplo, absorben, reflejan o fluorescen la luz) mas fuertemente que cuando su director es paralelo a las superficies (es decir, dicroicos negativos).

Aunque se representan y describen varias formas de realizacion a modo de ejemplo en la presente memoria, debe entenderse que la presente invencion no se limita a estas configuraciones particulares. Por ejemplo, los polarizadores (si hay) empleados en la estructura pueden ser lineales o circulares, absorbentes o reflectantes, difusores o especulares, y/o de naturaleza fija o termotropica. Uno o mas polarizadores utilizados en el dispositivo pueden ser espectralmente selectivos o pueden seleccionarse para que presenten una eficiencia de polarizacion alta o baja. Los materiales que proporcionan orden pueden ser cristales lfquidos termotropicos, hielo/agua, materiales de cambio de fase, estructuras cristalinas, o cualquiera de muchas formas de materia que pueden proporcionar orden a los materiales de ODC incluidos. Los polarizadores, incluyendo polarizadores termotropicos, pueden estar en cualquier relacion entre sf Los dispositivos pueden configurarse para que se hagan mas transmisivos con los aumentos en la temperatura. Tambien pueden combinarse ^o D^c dicroicos positivos y negativos.

Ademas, debe entenderse que en algunos casos el orden y director puede proporcionarlos el propio material de ODC (por ejemplo, materiales cristalinos), de manera que las funciones de “huesped” y “hospedador” se combinan en un unico material construido o seleccionado cuidadosamente. Por ejemplo, cadenas moleculares de poliacetileno pueden actuar como “cables” electricos y puede ser un excelente candidato a material de “huesped” de ODC. Sin embargo, las cadenas de poliacetileno tambien muestran propiedades de cristal lfquido, y por tanto, pueden considerarse un candidato a “hospedador” tambien, o un componente del hospedador.

Alternativamente o ademas, los materiales de “huesped” de ODC incluidos y o el portador termotropico o materiales de “hospedador” pueden estar unidos a o constrenidos por un polfmero o red de polfmeros que es parte del material de sustrato, o pueden estar unidos a una o mas de las superficies del sustrato.

En otra variante de las formas de realizacion anteriores, el orden del material de hospedador, y por tanto, del material de ODC incluido, puede cambiarse tambien mediante un “sobremando” (del ingles, “override”) electrico. Puede estar presente un “sobremando” electrico para el material que proporciona orden, por ejemplo, cambiando el orden y director de un cristal lfquido nematico a traves de la utilizacion de campos electricos de torsion. Alternativamente, el material de huesped puede ser la ubicacion del “sobremando” electrico (por ejemplo, como en un dispositivo de partoulas suspendidas). Esto puede ser particularmente eficaz en casos en los que el “huesped” de ODC u “hospedador” termotropico consiste en, o incluye, un polfmero electricamente conductor tal como se describio anteriormente.

Los materiales incluidos pueden seleccionarse para proporcionar las caractensticas de transmision, reflexion, fluorescencia y absorcion, espectros, tonos o estetica deseados, o para proporcionar las caractensticas de transmision, absorcion y reflexion de energfa deseables. Ademas, pueden combinarse multiples dispositivos termocromicos, o bien del mismo tipo o bien de diferentes tipos, para producir propiedades esteticas, opticas, termicas, de privacidad, de contraste visual o de ganancia de calor solar diferentes. La cantidad de orden puede aumentar local o globalmente con la temperatura en vez de disminuir, o el dispositivo puede construirse de manera que la transmision de luz aumenta con la temperatura creciente. La mezcla de huespedes puede ser monocromica o negra; tintada, fluorescente y/o metamerica.

En otra posible implementacion, el dispositivo puede ser adicionalmente un dispositivo de cristal lfquido dispersado en polfmero termotropico. Para este fin, el sistema de huesped-hospedador puede seleccionarse por su baja solubilidad en el polfmero, o un hospedador de baja birrefringencia (por ejemplo, cristal lfquido) puede hacerse coincidir con el mdice optico del polfmero para mejorar el rendimiento del dispositivo y la claridad optica.

Debe entenderse tambien que cualquiera de las formas de realizacion y variantes descritas anteriormente puede aparearse con varios componentes opcionales sin alterar su naturaleza o funcion esencial. Estos pueden incluir, pero no se limitan a, sustratos, tintas fijadas, adhesivos, sellantes, placas de ondas, reflectores, reflectores parciales, transrreflectores, materiales de baja emisividad, materiales absorbentes o reflectantes de UV y/o materiales absorbentes o reflectantes de IR.

Adicionalmente, hay materiales que proporcionan mas orden a temperaturas superiores, o diferentes cantidades de orden a diferentes temperaturas, tal como el cambio en el orden y director con los cambios en las temperaturas que se produce en cristales lfquidos termotropicos que presentan estados tanto nematico como esmectico. Los dispositivos pueden basarse, por tanto, en cambios en el director o el orden con la temperatura en vez de simplemente en una perdida de orden con los cambios en la temperatura. Adicionalmente, el material de ODC incluido puede estar, de hecho, simplemente en proximidad al material portador que proporciona orden en vez de disuelto o suspendido completamente dentro del mismo, o puede inducir cambios en la cantidad de orden que proporciona el material que proporciona orden a diversas temperaturas.

Pueden anadirse componentes opcionales tales como recubrimientos, pelfculas, espaciadores, cargas o estructuras de soporte para adecuarse a las necesidades de una aplicacion particular o un metodo de fabricacion particular, y pueden producirse formas degradadas de algunas formas de realizacion eliminando o sustituyendo determinados componentes. La disposicion exacta de las diversas capas puede ser diferente de la representada en la presente memoria y, dependiendo de los materiales y las longitudes de onda seleccionados, pueden combinarse diferentes capas como capas, objetos, dispositivos o materiales individuales, sin alterar la estructura y funcion esenciales de la invencion.

Aunque la descripcion anterior contiene muchas especificidades, y referencia a una o mas formas de realizacion individuales, estas no deben interpretarse como limitativas del alcance de la invencion sino mas bien debe interpretarse que simplemente proporcionan ilustraciones de determinadas formas de realizacion a modo de ejemplo de esta invencion. Hay diversas posibilidades para la implementacion de diferentes materiales y en diferentes configuraciones y los expertos en la materia podnan hacer numerosas alteraciones en las formas de realizacion divulgadas, sin apartarse del espmtu o alcance de esta invencion.

Ademas, aunque se han descrito anteriormente diversas formas de realizacion de esta invencion con un determinado grado de particularidad, todas las referencias de direccion, por ejemplo, dentro, proximal, distal, superior, inferior, interno, externo, hacia arriba, hacia abajo, izquierda, derecha, lateral, frontal, trasera, parte superior, parte inferior, por encima, por debajo, vertical, horizontal, sentido horario, sentido antihorario, circular izquierdo y circular derecho se utilizan solo para fines de identificacion para ayudar a la comprension de la presente invencion por parte del lector, y no crean limitaciones, particularmente en cuanto a la posicion, orientacion o utilizacion de la invencion. Las referencias a conexion, por ejemplo, unido, acoplado, conectado y enganchado deben interpretarse de manera amplia y pueden incluir miembros intermedios entre una coleccion de elementos y movimiento relativo entre elementos a menos que se indique otra cosa. Como tales, las referencias de conexion no implican necesariamente que dos elementos esten conectados directamente y en relacion fija entre sf. Los valores espedficos mencionados en este texto, tales como temperaturas de transicion, puntos de aclaramiento, porcentajes de reflexion, transmision o absorcion son ilustrativos y no seran limitativos. Mas generalmente, se pretende que toda la materia contenida en la descripcion anterior o mostrada en los dibujos adjuntos se interprete como ilustrativa solo y no limitativa. Pueden hacerse cambios en los detalles o las estructuras sin apartarse de los elementos basicos de la invencion tal como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Ventana que comprende un dispositivo de filtro termocromico (100, 200, 300, 400), que comprende:

un material portador termotropico, que proporciona orden (102, 202, 302, 402) que define una orientacion de director del material portador termotropico (102, 202, 302, 402), siendo el material portador termotropico (102, 202, 302, 402) un material de cristal lfquido (LC) con un punto de aclaramiento que define una transicion entre un estado ordenado y un estado desordenado; y en el que

la orientacion de director del material portador termotropico es sensible a los cambios inducidos por la temperatura en el material portador termotropico, en el que

el material portador termotropico esta en el estado ordenado cuando la temperatura del material portador termotropico esta por debajo del punto de aclaramiento y el material portador termotropico esta en el estado desordenado cuando la temperatura del material portador termotropico esta por encima del punto de aclaramiento; y un material colorante (101, 201, 301, 401);

caracterizado por que dicho material colorante esta incluido dentro del material portador termotropico, es dependiente de la orientacion, y es sensible en orden a la orientacion de director; en el que el material colorante dependiente de la orientacion (101, 201, 301, 401) esta configurado para cambiar la orientacion con la orientacion de director, variando las propiedades de transmision de la luz del dispositivo con la temperatura como resultado, de tal manera que una mayor cantidad de luz pueda ser transmitida a traves de la ventana cuando el material portador termotropico esta en el estado ordenado que cuando el material portador termotropico esta en el estado desordenado.

2. Ventana segun la reivindicacion 1, en la que el material colorante dependiente de la orientacion es uno de entre los siguientes: materiales reflectantes; absorbentes; fluorescentes; una combinacion de materiales reflectantes, absorbentes y/o fluorescentes; un tinte; electricamente conductores o un polfmero electricamente conductor.

3. Ventana segun la reivindicacion 2, en la que una reflectividad del material colorante dependiente de la orientacion es parcial o completamente difusa.

4. Ventana segun la reivindicacion 3, en la que el dispositivo de filtro termocromico transmite la luz especularmente y refleja la luz de manera parcial o completamente difusa.

5. Ventana segun la reivindicacion 1, que ademas comprende un sistema de sobremando electrico que actua sobre el material colorante dependiente de la orientacion o sobre el material portador termotropico, que proporciona orden.

6. Ventana segun la reivindicacion 1, que ademas comprende un polfmero o una red de polfmeros, y en el que: los materiales colorantes dependientes de la orientacion estan unidos a, constrenidos por, o la orientacion de director se ve influida por el polfmero o la red de polfmeros.

7. Ventana segun la reivindicacion 1, en la que un sustrato, o productos qmmicos, materiales o caractensticas sobre una superficie del sustrato, influyen en la orientacion de director del material portador termotropico que proporciona orden.

8. Ventana segun la reivindicacion 1 o 7, en la que el material portador termotropico, que proporciona orden esta contenido en, o unido a un sustrato flexible.

9. Ventana segun la reivindicacion 8, en la que el sustrato es un polfmero.

10. Ventana segun la reivindicacion 1, en la que el material colorante dependiente de la orientacion esta configurado para para polarizar la luz incidente.

11. Ventana segun la reivindicacion 1 o 10, en la que una temperatura de transicion desde un estado ordenado (polarizante o mas polarizante o transmisivo) hasta un estado menos ordenado (no polarizante o menos polarizante o bloqueante) se produce o bien por encima, dentro o por debajo de un intervalo de temperatura de funcionamiento normal de una ventana, pared o componente relacionado en un edificio, un vehuculo u otra estructura.

12. Ventana segun la reivindicacion 1, que ademas comprende un polarizador o un polarizador de rotacion de polaridad.

13. Ventana segun la reivindicacion 1, en la que el material colorante dependiente de la orientacion funciona en una o mas longitudes de onda visibles, longitudes de onda infrarrojas, o longitudes de onda ultravioletas.

14. Ventana segun la reivindicacion 12, en la que las propiedades de transmision, reflexion y absorcion visible, ultravioleta e infrarroja del material colorante dependiente de la orientacion se seleccionan para un control dinamico de ganancia de calor solar.

15. Ventana segun la reivindicacion 1, en la que el material portador termotropico, que proporciona orden y el material dependiente de la orientacion se seleccionan para dar como resultado una diferencia en el mdice optico entre el material portador termotropico, que proporciona orden y el material dependiente de la orientacion para afectar, de ese modo, a las propiedades de transmision de luz del dispositivo.