JP2010533252A - 温度応答切換式反射型光シャッタ - Google Patents

Abstract

温度応答切換式反射型光シャッタは、自己調節式「切換型ミラー」デバイスであり、このデバイスは、しきい温度より高温であるときに、入射する放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを入射側に反射し、また、しきい温度より低温であるときに、入射する放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射する。放射エネルギーの流れについての制御は、当該デバイスの熱伝導率すなわち断熱特性値から独立して行われ、また、この制御は、入射可視光の像および色の特性を維持しても維持しなくてもよい。当該デバイスは、外部電源を必要とすることも、作業者からの信号を必要とすることもなく、建物、乗物およびその他の構造物の内部温度および照度を効率よく調節するための建材として使用することが可能である。当該デバイスは、従来の窓、天窓、ステンドグラス、照明設備、ガラス製のブロック、ブリックおよび壁のいずれにもない固有の美的光学特性を有する。当該デバイスは、そのデバイスを透過する全エネルギーについての実質的な制御を実現しつつ、透過状態においても反射状態においても透けて見えるように十分な量の可視光を透過させるようにあつらえることが可能である。
【選択図】図１

Description

関連出願の参照

本出願は、２００７年７月１１日に出願された米国仮特許出願第６０/９５９，０９６号であって発明の名称が「温度応答切換式反射型光シャッタ」であるものの優先権の効果を米国特許法第１１９条（ｅ）に従って主張しており、その出願は、引用により全体的に本明細書に合体する。

本明細書に記載されている主題は、選択的な反射によって光および放射熱の流れを制御するデバイスに関する。この技術は、受動型または能動型の光調節と温度調節とを行うフィルム、材料およびデバイスにおいて、特に建材(construction materials)としての特定の用途を有するが、それに限定されない。

建物における太陽熱の利得を調節するという特定の用途および他の用途において放射熱、例えば、光および熱を制御するという問題が、既に、多くの光学的方法を用いて取り上げられている。光黒化材料(photodarkening materials)は、何十年にわたり、例えばサングラスのレンズにおいて、当該材料が紫外（ＵＶ）放射光(radiation)により励起されるときに入射光を選択的に減衰させるために使用されてきた。このような材料は、窓に組み込まれると、明るい太陽光を減衰させるためには黒化(darkning)により、また、人工光または拡散昼光が遮断されることなく通過することを可能にするためには再び透明になることにより、構造物の内部温度を調節するために使用することができる。このようなシステムは、受動型であるとともに自己調節型であり、そのシステムの動作のために、周囲の紫外光を除き、外部信号を必要としない。しかしながら、このようなシステムは、温度よりむしろ紫外光により制御されるため、温度調節という用途においては実用性に限界がある。例えば、それらシステムは、暑い天候時に不要な太陽光を遮断することに加えて、寒い天候時に必要な太陽光を遮断してしまうかもしれない。

電子黒化材料(electrodarkening materials)も、光の透過（transmission,透過量、透過率）を調節するために利用されてきた。最も普及している電子黒化材料は、各々、高効率で吸収を行う２枚のポラライザ（偏光素子、偏波素子）によってサンドイッチされた液晶であり、それらポラライザは、主に吸収作用により、それらポラライザを透過する光のうち５０％より少し多いものを減衰させる。この材料は、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）のように透過性と導電性とを有する材料の被膜によって形成された電界(electric field, 電場）によって制御される。そのような液晶パネルは、一般に、ビデオディスプレイにおいて利用され、それら液晶パネルは、作動状態においては、アイソトロピック（等位相）にならないように設計されるとともに、建材においては、非常に限定された用途においてのみ利用されてきた。この理由の一部は、それら液晶パネルを利用するために、電気配線および電源を含む実質的なインフラストラクチャが必要であるとともに、当該材料の状態を切り換え（制御し）、それにより、当該材料を透過する光、熱および放射エネルギーを調節するために、複雑な制御システム、センサおよびアルゴリズム、またはユーザによる広範な入力が必要であるということである。電子黒化材料（electrodarkening materials）および光黒化材料は、反射よりむしろ主に吸収により入射光を減衰させ、このことは、それら材料に明るい光が照射されると、それら材料の温度が上昇することを意味する。それら材料によって吸収された熱は、また、放射光の透過(radiative transmission)の低下量を補ってしまい、よって、それら材料が温度を調節する能力に実質的な制限を課してしまうかもしれない。

ワイヤ−グリッド・ポラライザ（ＷＧＰ）は、赤外光を吸収するというよりむしろ反射するものであるが、１９６０年代から使用されてきており、それらワイヤ−グリッド・ポラライザは、例えば、Sriramらが発明者である米国特許第４，５１２，６３８号に記載されている。１９９０年代および２０００年代におけるナノスケールのリソグラフィ技術の出現に伴い、可視波長帯域と紫外波長帯域とにおいて反射を行うブロードバンドのワイヤ−グリッド・ポラライザを製作することが、高価ではあるが、可能となり、それらワイヤ−グリッド・ポラライザは、ハイエンド光学機器およびレーザ技術と共に使用され、このことは、例えば、Perkinsらが発明者である米国特許第６，１２２，１０３号に記載されている。

より最近、ポリマ（高分子）層が積層された分布ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ）の特性を延伸ポリマ・ポラライザに組み合わせた低価格の反射型ポラライザ・フィルムが導入された。この種の反射型ポラライザは、ビデオディスプレイ装置において、減衰させられた光を吸収するのではなく反射して当該装置内に戻すことにより、輝度を向上させるために使用され、このことは、例えば、Weberらが発明者である米国特許第７，０３８，７４５号およびVerrallらが発明者である米国特許第６，０９９，７５８号に記載されている。この種の反射型ポラライザは、ミラーにおけるように、一つの偏光を有する光について鏡面反射を示したり、白い塗膜におけるように、一つの偏光を有する光について拡散反射を示したり、それら鏡面反射と拡散反射との双方を示すことが可能である。そのようなポラライザ・フィルムは、特にビデオディスプレイの市場において開発され、それ以外の市場では使用されてこなかった。

さらに、反射型ポラライザは、いくつかの特定種類の液晶から製作することが可能である。ワイヤ−グリッド・ポラライザおよび延伸ポリマ・ポラライザは直線偏光を行うが、液晶ポラライザ（ＬＣＰ）は一般に円偏光を行う。それにより、あるヘリシティ（すなわち、右回りまたは左回り(right- or left-handed)）を有する光は透過するが、反対のヘリシティを有する光は反射する。

サーマルスイッチは、ＯＮ状態すなわち閉じた状態において熱エネルギーの通過を許容するが、ＯＦＦ状態すなわち開いた状態においてその通過を阻止する。しかしながら、そのスイッチは、機械式リレーであって、その機械式リレーは、熱の通過を可能にするために、２つの伝導性表面（一般的には、金属製）間の接触に依存する。それら２つの表面が退避すると、熱エネルギーが、エアギャップの経路を除き、それら表面間を伝わることができない。当該デバイスが真空下に置かれると、それが開いた状態において、熱伝導が全体的に阻止される。別の形式のサーマルスイッチは、チャンバに対する気体または液体の注入および吸引を行う。前記チャンバは、それが満杯になると、熱を伝える。前記チャンバが空であると、そのチャンバを通過する放射性移動(radiative transfer、放射エネルギーの移動)が依存として発生してしまうかもしれないが、熱伝導は行われない。

光は、光フィルタによって遮断することができ、その光フィルタは、ある周波数を有する光を吸収するか反射する一方、他の周波数を有する光を通過させ、それにより、光スイッチのように機能する。また、機械式シャッタを追加すれば、その機械式シャッタがなければ透明である材料（フィルタを含む）を光スイッチに転換することができる。シャッタが開いていると、光が容易に通過する。シャッタが閉じていると、光は通過しない。その機械式シャッタを液晶のような電子黒化材料に置き換えると、このスイッチは、「近−固体(nearly solid state)」となり、光子、電子および液晶分子自体を除き、運動する部分(moving parts)を有しなくなる。他の電子黒化材料が、例えば、Azenzらが発明者である米国特許第７，０９９，０６２号に記載されているが、この材料も、同様な機能を実現し得る。それら光学的フィルタ／スイッチ組合せ体は、受動的なものではなく、外部からの信号、例えば、電気信号によって操作しなければならない。

切換型ミラー(switchable mirror)は、例えば、Richardsonが発明者である米国特許第７，０４２，６１５号に記載されているように、金属ヒドリドと金属リチドとに切換可能なリバーシブルな化学的性質を基礎としている。この種の切換型ミラーは、電界の影響下において障壁を通過するイオンの物理的移動を利用しており、よって、切換速度および製品寿命が制限される。一方、電気的に作動する「光バルブ(light valve)」は、例えば、Bruzzoneらが発明者である米国特許第６，４８６，９９７号に記載されているように、液晶を一つまたは複数の反射型ポラライザに組み合わせる。それらのデバイスにおいては、その液晶が一般にエレクトロトロピック・デポラライザ(electrotropic depolarizer、電気転移デポラライザ、電気転移偏光解消器、電気転移逆偏光器)として、すなわち、自身を通過する光の極性の回転(the roration of the polarity of the light)を、電界（電場）の影響下において、オンとオフとに切り換える構造物として機能する。この種のデバイスのうちのいくつかは、切換型ミラーとして認識してもよいが、それらデバイスの主要な用途がビデオディスプレイおよび高度な（アドバンスド）光学機器にあるため、それらデバイスが切換型ミラーと同じように説明されることはまれである。

本明細書の背景技術の欄に存在する情報であって、本明細書に引用されているすべての文献およびそれら文献についての説明のすべてを含むものは、技術的な参照のみを目的としており、本発明の範囲が拘束されるべき主題として考慮すべきではない。

本明細書に開示されている技術は、窓またはそれと同様な材料もしくは構造物の透過率を、放射エネルギー（例えば、可視光、紫外光および赤外光）であって太陽光スペクトルの全域を含むものに関して、温度に応じて制御することに向けられており、また、その目的は、外部の天候状態と内部温度との一方または双方に基づき、構造物への熱の流れを調節することにある。この技術は、温度応答型光デポラライザ、例えば、自身を通過する光エネルギーを調節するために２枚の偏光（広義の「偏光」をいい、狭義の「偏光」と「偏波」との双方を含む。以下同じ。）フィルタ間にサンドイッチされたサーモトロピック（温度転移）液晶を有するデバイスとして採用することが可能である。このデバイスを通過する入射エネルギーは、使用されるポラライザの反射効率および吸収効率に依存するであろう。例えば、対象となる周波数帯域について放射エネルギーを非常に効率よく反射するポラライザを使用可能である。例えば、当該デバイスがしきい温度より低温であるときには、入射する放射エネルギーのうち、最大でその半分のものが前記デバイスを通過し、また、前記しきい温度より高温であるときには、入射する放射エネルギーのうち、最大で１００％のものが前記デバイスから離れる向きに反射する可能性があり、これにより、温度応答切換式反射型光シャッタ（以下、「ＴＳＲＯＳ」または「シャッタ」という）が提供される。効率が低いポラライザ、または効率が周波数に依存するポラライザを、美観、エネルギー管理または他の目的に好適なしきい温度より高温であるときおよび低温であるときに反射率が段階的に異なる複数の反射(percentages of reflection)を行うために使用してもよい。この効果は、また、ＴＳＲＯＳデバイスが低温状態において反射を行うように逆転させたり、ＴＳＲＯＳデバイスの透過率が透過状態において増加するように増強したり、ＴＳＲＯＳデバイスの反射率が反射状態において低下するように抑制することが可能である。

一実施態様においては、２枚の反射型偏光フィルタであって、各々、自身に平行な偏光（偏光面）を有する光を透過するとともに、直角な偏光を有する光を反射する（吸収しない）ものが、互いに連続して並んでいる。それら反射型ポラライザが互いに平行に配置されているときには、入射する放射エネルギーのうち、最大で５０％のものが反射してもよい。実用的には、同時に、少量の光が吸収され、その結果、一般的には、互いに平行な２個のポラライザを通過する光の透過率が３０ないし４０％である。それら反射型ポラライザの向きが互いに直角であるときには、光のうち、最大で５０％のものが一方のポラライザによって遮断され、最大でも、残りの５０％の光であって前段の反射型ポラライザを透過するものが、後段の反射型ポラライザによって遮断される。この場合、双方の反射型ポラライザを透過する光の透過量は非常に少なく（しばしば、１％より少ない）、その光のうちの大部分（しばしば、１００％に近い）が、入射方向に戻るように反射する。

別の実施態様においては、切換型デポラライザであって、自身を通過する光の偏光状態を変化させるものが、２つ以上のポラライザに関連付けて設計される。一具体例においては、その切換型デポラライザは、ポリマでコーティングされたガラスのような、透過性を有しかつ微細構造を有する(microtextured、マイクロ構造を有する)材料から成る２枚のシート間にサンドイッチされた液晶としてよい。その切換型デポラライザは、サーモトロピック、すなわち、それの偏光状態が設定温度において転移するという性質を有するように特に選択したり設計してもよい。「オフ」状態においては、入射光の偏光状態は、そのデポラライザによる影響を主として受けないが、「オン」状態においては、特定の偏光を有する光であって第１のポラライザを通過したものが、設定量だけ回転させられる。このことは、一般に、その光の向きを第２ポラライザの向きに対して、要求される光学的効果に応じて平行状態かまたは直交状態になるように、合わせるために行われる。このように、２枚の反射型偏光フィルタと液晶との組合せにより、その液晶の状態に応じて、入射光のうち、最大で５０％のものを反射するかまたは最大で１００％のものを反射する切換型ミラーが形成される。

本発明の他の特徴、詳細、実用性および効果は、添付した図面において図示されるとともに後続するクレームにおいて定義されているように、本発明の種々の実施形態についての、後述の、より具体的な文章による説明から明らかとなるであろう。

すべての図面において、互いに密接に関係する複数の要素に、同一または同様な符号が付されていることに注意されたい。

図１は、ＴＳＲＯＳデバイスの一実施形態を概略的に示す断面図であり、この断面図は、２枚の偏光フィルタ間にサンドイッチされるとともに透過性基板に装着された温度応答型デポラライザ材料の層（サーモトロピック・デポラライザ）を示している。入射光の挙動が、当該シャッタ（ＴＳＲＯＳデバイス）の低温状態について示されている。

図２は、図１に示す実施形態についての概略的な断面図であるが、入射光の挙動は、当該ＴＳＲＯＳデバイスの高温状態について示されている。

図３は、ＴＳＲＯＳデバイスの別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、前記ポラライザ（偏光フィルタ）に開口部または透過部が形成され、その開口部または透過部により、外部光源からの、偏光されていない光が、変調なしで、当該ＴＳＲＯＳデバイスを透過することが可能となる。

図４は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、任意に選択可能な(optional)色フィルタが、美観または他の目的のために追加されている。

図５は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、前記サーモトロピック・デポラライザが、エレクトロトロピック・デポラライザに置換されるかまたはエレクトロトロピック・デポラライザとしても追加的に機能し、そのために、２個の透明電極と制御システムとが追加されている。

図６は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、前記サーモトロピック・デポラライザが省略され、複数の反射型ポラライザ自体がサーモトロピックである。入射光の挙動が、当該シャッタ（ＴＳＲＯＳデバイス）の低温状態について示されている。

図７は、図６に示す実施形態についての概略的な図であるが、入射光の挙動は、当該ＴＳＲＯＳデバイスの高温状態について示されている。

図８は、サーモトロピック反射型ポラライザの一例を高温状態と低温状態との双方について概略的に示す図である。

図９は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、このＴＳＲＯＳデバイスにおいては、第１のポラライザが極性回転型ポラライザである。

図１０は、極性回転型ポラライザの一例を低温状態について概略的に示す図である。

図１１は、光起電性ポラライザの一例を概略的に示す図である。

温度応答切換式反射型光シャッタ（ＴＳＲＯＳ）を製作するために、サーモトロピック光デポラライザを２個の反射型ポラライザに関連付けて使用することが可能であり、そのＴＳＲＯＳデバイスにより、光および放射エネルギーが、低温時には当該シャッタを通過し、高温時には、光および放射エネルギーが反対向きに反射される。前記デポラライザは、サーモトロピック、すなわち、それの偏光状態が設定温度において転移するという性質を有するように特に選択されるかまたは設計されている。このＴＳＲＯＳデバイスは、建物、乗物または他の構造物の温度をそれらが吸収する太陽放射の量を制御することによって調節するという特定の用途を有するが、それに限定されない。

液晶、ポラライザおよび反射型ポラライザについての構造、組成、製法および機能は、よく文書化されているが、後述の詳細な説明がよりよい理解のために提供される。多くの材料がサーモトロピック特性を示し、そのような材料は、液晶を含み、その液晶は、秩序（規則）配列状態すなわち「オン」（例えば、結晶、ネマティクまたはスメティック）状態から、無秩序（不規則）配列状態すなわち「オフ」（液体、アイソトロピックまたは無偏光）状態への転移が、「クリアリング・ポイント」として知られている温度で起こる。例えば、４−ブチルシアノビフェニル（ＣＢ）液晶は、約１６．５℃のクリアリング・ポイントを有し、一方、６ＣＢ液晶は、約２９．０℃のクリアリング・ポイントを有しており、それにより、室温に近い条件（温度）のもとで「メルト」化する（すなわち、アイソトロピックになる）。４ＣＢと６ＣＢの混合物は、それら２つの温度値間のクリアリング・ポイントであって、各成分の、当該混合物における比率に直接的に（ほぼリニアに）比例するものを有する。「オフ」状態においては、入射光の偏光状態が、デポラライザの影響を主として受けないが、「オン」状態においては、特定の偏光を有する光であって第１のポラライザを通過したものが、設定量（例えば、４５度もしくは９０度であるが、１８０度もしくは２７０度、または４５で割り切れない他の値）だけ回転させられる。

いくつかの実施態様においては、前記ＴＳＲＯＳデバイスが、低温（例えば、結晶、ネマティクまたはスネマティック）状態において、当該ＴＳＲＯＳデバイスに入射する光または他の放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射するとともに、約４０％を透過させる。高温（アイソトロピック）状態においては、前記ＴＳＲＯＳデバイスが、入射光のうち、最大で１００％のものを反射する。それにより、このＴＳＲＯＳデバイスが、温度に応答して切り換わる反射型光シャッタを構成する。ポラライザの層およびデポラライザの層の実際の配置に依存し、反対の転移（低温状態で反射性を示し、高温状態で透過性を示すシャッタ）も可能であることを理解することが可能である。

この技術は、窓、天窓および他の透明材料を通過する放射エネルギー（可視光、紫外光および赤外光を含む）の流れを温度に基づいて調節し、それにより、高温時における放射エネルギー（例えば、太陽光）の進入を制限するための建材(building or construction material)としての特定の用途を有するが、それに限定されない。このように、この技術は、建物および他の構造物が吸収する太陽放射の量を制御することによってそれら建物および他の構造物の内部温度を調節するために使用することが可能である。

この書類の解釈上、「サーモレフレクティブ(thermoreflective)」という用語は、本明細書において、温度と共に変化するかまたは温度によって直接的に制御される可変の反射率を有するデバイスまたは材料を説明するために用いられる。「放射エネルギー」という用語は、可視光、赤外線、紫外線、ラジオ波、マイクロ波、および、光学の法則に従う電磁放射（電磁波）のうち、他の波長を有するものを意味するために用いられる。同様に、「光または光の(light or optical)」という用語が本明細書において用いられるときはいつでも、その用語が、放射エネルギーのいなかる形態も包含することを意図する。「光の(optical)」という用語は、本明細書においては、材料またはデバイスが放射エネルギーに与える効果、例えば、吸収、反射、透過、ポラライゼーション（偏光）、デポラライゼーション（偏光解消、偏光状態偏光、逆偏光）または拡散を意味する。

この書類の解釈上、「サーモトロピック・デポラライザ(thermotropic depolarizer)」という用語は、デポラライゼーション（偏光角変更、偏光解消、逆偏光）、例えば、偏光の回転(rotation of polarization、旋光）が温度と共に変化するか、または温度によって直接的に制御される材料を意味する。サーモトロピック・デポラライザを形成する一つの方法は、サーモトロピック液晶を２枚のアライメント（alignment、位置合わせ）層間に保持することである。サーモトロピック液晶の分子の配向は、アライメント層、例えば、それらの化学的性質および構造と、温度または温度勾配との双方によって変化する。ネマティック状態を有するサーモトロピック液晶においては、このような構造を、種々の周波数および帯域を有する光の回転偏光が温度に依存するウエーブブロック(waveblock、波遮断器）であって、このウエーブブロックの、結晶に似た構造が、しきい温度より高温であるときに、崩壊するものとして利用することが可能である。サーモトロピック液晶についてのこのような説明は、例示であって、前記ＴＳＲＯＳデバイスの範囲を限定するものであると考えるべきではない。

この書類の解釈上、「スイッチ」という用語は、エネルギーの流れを選択的に遮断または許可するための固体デバイスおよび機械的デバイスの双方を含み、さらに、デジタルスイッチ（例えば、トランジスタおよびリレー）およびアナログ・レギュレータ（例えば、チューブ（tube、真空管）およびレオスタット）の双方を含む。さらに、気体または流体の流れを選択的に遮断または調節するためのバルブ(valve)は、スイッチに類似するものと考えることができ、その結果、原則として、それら二つの用語は、相互に置換して使用することができる。この定義によれば、前記ＴＳＲＯＳデバイスは、 当該ＴＳＲＯＳデバイスの温度に基づき、「開いた」状態、すなわち、透過状態から、「閉じた」状態、すなわち、反射状態に移行する固体光スイッチである。

この書類の解釈上、「受動的な」という用語は、対象物またはデバイスであって、環境条件に応答するが、外部信号またはオペレータからの指示から独立して動作するものを意味する。したがって、デバイスは、多数の複合部品（運動する部品である場合もある）を含んでもよく、また、この書類の解釈上、このようなデバイスを依然として、「受動的な」ものとして考えてもよい。同様に、ユーザのオーバーライド（優先）モードが存在する可能性があるが、その存在は、いかなる本質的な方法によっても、このようなデバイスが受動的であるという性質を変更しない。これに対し、能動的なデバイスは、それの通常の機能を実現するために、ユーザによる入力を必要とするものである。それら定義の例として、光に反応するサングラスは、受動的なデバイスであり、一方、壁のスイッチまたは調光スイッチ(dimmer switch)によって動作する標準的な電球は、能動的なデバイスである。

この書類の解釈上、「デポラライザ」という用語は、対象物、デバイスまたは物質であって、減衰以外の方法により、自身を通過する光の偏光ベクトルを回転させるかまたは他の方法で変更するものを意味する。これとは別に、「ポラライザ」という用語は、対象物、デバイスまたは物質であって、ある極性を有する光を遮断する一方、それと直交する極性、すなわち、円偏光である場合には、反対のヘリシティを有する光を透過させるものを意味する。より一般的には、このような遮断は、吸収によって起こる。この書類の解釈上、「反射型ポラライザ」という用語は、吸収によってではなく反射により、ある極性を有する光を遮断するポラライザを特に意味する。この定義によれば、標準的な反射フィルタまたは半反射フィルタに隣接する標準的な吸収型偏光フィルタは、反射型ポラライザに該当せず、これと混同すべきではない。

さらに理解すべきことは、ある程度の反射が吸収型ポラライザにおいて起こるのと同じように、反射型ポラライザにおいてある程度の吸収が起こるが、反射型ポラライザと吸収型ポラライザとは、それぞれ互いに異なる動作原理を利用するとともに、量的に互いに異なる光学的効果を実現するから、それら２種類の違いは重大であるということである。反射型ポラライザを論じるとき、例示的な説明のために好都合なことは、反射型ポラライザは、ある極性を有する光を１００％の効率で（または、約１００％の効率で）反射し、他の極性を有する光を１００％の効率で（または、約１００％の効率で）透過させると仮定することである。しかし、実際には、それらポラライザは、１００％より低い効率を有しており（例えば、設計上の選択や、設計上および製作上の限界を理由とする）、部分的な吸収性を有し、また、反射、吸収および透過という複数の特性に関し、周波数依存性および空間依存性を有するが（例えば、設計上の選択や、設計上および製作上の限界を理由とする）、このことは、本発明の範囲を限定するものであると解釈すべきではない。

図１は、ＴＳＲＯＳデバイスの一実施形態を概略的に示す断面図であり、この断面図は、温度応答型デポラライザ層１０２であって、２枚の偏光フィルタ１０１および１０３間にサンドイッチされるとともに任意に選択可能な透過性基板１０４に装着されたものを示している。最も一般的な場合には、外部光源は、偏光されていない白色光（すなわち、可視領域、近紫外領域および近赤外領域のスペクトルを有する実質的な（広い）帯域全体にわたり、実質的な（大きな）強度を有する光）であろう。このデバイスの一使用例においては、外部光源は太陽である。しかし、このデバイスは、例えば、街灯または青空の拡散放射エネルギーのように、外部光源が白色ではない場合にも、機能するであろう。

入射光は、最初に、外側の反射型ポラライザ１０１を通過する。その反射型ポラライザ１０１の形式の一例としては、顕微鏡でないと見えない金属線の列であって透過性基板に装着されるかまたは透過性基板内に埋設されるものによって構成されるワイヤグリッド・ポラライザがあり、前記透過性基板は、例えば、ガラスもしくは合成樹脂、ポリマ系反射型偏光フィルム、または液晶ポラライザ（ＬＣＰ）であるが、反射型ポラライザ１０１は、他の形式を採用してもよい。注目されたいことは、ワイヤ・グリッド・ポラライザが、極めて広い範囲の波長であってラジオ波の波長、マイクロ波の波長およびレーダの波長を含むものの全体にわたって偏光を行うという性質を有しており、このことは、いくつかの用途において特に有用であるかもしれない。

入射光のうち、約５０％は、ポラライザ１０１の向きに直角である偏光を有するであろうとともに、ポラライザ１０１から離れる向きに反射する可能性があるであろう。これに対し、通常の吸収型ポラライザは、直角な偏光を有する光を、反射するのではなく、吸収するであろうとともに、その結果として温度が上昇するであろう。残りの光であって反射型ポラライザ１０１の向きに平行である偏光を有するもののうち、ある部分は反射型ポラライザ１０１に吸収され、それ以外の部分は反射型ポラライザ１０１を透過する。

入射光（例えば、太陽光）は、外側の反射型偏光フィルタ１０１を通過すると、サーモトロピック・デポラライザ１０２に入射し、そのサーモトロピック・デポラライザ１０２は、互いに異なる２つの偏光状態を示すことが可能なデバイスまたは材料である。それの高温状態、アイソトロピック状態または液体状態においては、サーモトロピック・デポラライザ１０２を通過する、偏光された光は、影響を受けない。低温状態（例えば、ネマテック状態または結晶状態）においては、サーモトロピック・デポラライザ１０２は、入射光の偏光ベクトルを、固定量だけ回転させる。望ましい実施態様においては、デポラライザ１０２は、ねじれネマテッック結晶であって、光の偏光ベクトルを９０度だけ回転させるものである。しかし、種々の他のデバイスおよび材料も同様に機能し、そのようなデバイスおよび材料としては、ねじれネマテック液晶であって、外側の反射型ポラライザ１０１に対して４５度または他の角度を有する向きに配置されているものがある。

残りの光であって偏光されているものは、サーモトロピック・デポラライザ１０２を通過すると、内側の反射型ポラライザ１０３に入射し、そのポラライザ１０３は、「アナライザ」としても知られており、ここでは、前記光が、それの偏光状態に応じて、反射するか透過する。内側の反射型ポラライザ１０３は、それの偏光が、外側の反射型ポラライザ１０１に対して直交する向きに配置されている。それにより、当該デバイスの高温状態においては、光の偏光ベクトルが回転していないと、その光の極性が内側の反射型ポラライザ１０３の極性に対して直交しており、その光のうち、最大で１００％のものが、反射する。しかし、低温状態においては、光の偏光ベクトルが９０度回転していて、内側の反射型ポラライザ１０３に対して平行であるとき、前記光のうちの一部は、そのポラライジング材料（内側の反射型ポラライザ１０３）によって吸収され、残りは、そのポラライジング材料（内側の反射型ポラライザ１０３）を透過する。

入射光の挙動が当該デバイスの低温状態について図示されており、外側の反射型ポラライザ１０１は、最大で５０％の入射光を反射する。残りの光は、サーモトロピック・デポラライザ１０２を透過し、このサーモトロピック・デポラライザ１０２においては、前記光の偏光ベクトルが回転させられ、そして、内側の反射型ポラライザ１０３すなわちアナライザを透過し、このポラライザ１０３においては、前記残りの光が、ほとんど影響を受けない。前記光は、その後、任意に選択可能な透過性基板１０４を透過し、最後に、当該デバイスから出射する。このように、当該デバイスの低温状態においては、当該デバイスは、「ハーフミラー」として機能し、そのハーフミラーは、それの外面に入射する光のうち、最大で５０％を入射側に反射し、少量の光を吸収し、そして、残りの光を透過させて内面に到達させる。

図２は、図１に示す実施形態についての概略的な断面図であるが、入射光の挙動は、前記シャッタ（当該ＴＳＲＯＳデバイス）の高温状態について示されている。 サーモトロピック・デポラライザ１０２は、それを通過する光の偏光ベクトルを変化させない。これにより、内側の反射型ポラライザ１０３に入射するすべての光は、そのポラライザ１０３に直交する極性を有し、そして、前記光のうち、最大で１００％が、逆向きに反射する。よって、当該ＴＳＲＯＳデバイスは、それの外面に入射する光のうち、最大で１００％を逆向きに反射する「フルミラー（全反射ミラー）」として機能する。

よって、低温状態においては、当該シャッタは、それの外面に入射した光エネルギーの半分より少し少ないものを透過させるが、高温状態においては、当該シャッタは、前記光エネルギーのうち、実質的に１％より少ないものを透過させる。その結果、当該シャッタは、それの温度に基づき、構造物に入射する光または放射熱の流れを調節するために使用することが可能である。

上述の説明から、当業者であれば、本実施形態においては、透過性基板１０４が、構造的な支持および便宜のためにのみ存在することが分かる。この部品は、当該シャッタの機能を実質的に変更することなく、削除することが可能である。これに対し、当該シャッタの機能を実質的に変更することなく、透過性基板１０４を、当該シャッタの内面ではなく、当該シャッタの外面上に配置することが可能であり、または、当該シャッタの機能を実質的に変更することなく、透過性基板１０４を、当該シャッタの両面上に配置するか、もしくは、当該シャッタにおける一つまたは複数の機能層間に挿入することも可能である。さらに、透過性基板１０４が、図１および図２に示すように、当該シャッタの内面上に配置されている場合には、透過性基板１０４は、すべての波長において透過性を示すことが必要ではなく、実際、透過した波長が熱エネルギー、照明または他の目的のために有用である限り、ロングパスフィルタ、ショートパスフィルタまたはバンドバスフィルタとすることが可能である。しかし、利便性およびコストの都合上、ガラスまたはアクリルのような通常の透過性材料を透過性基板１０４として用いることが一般的には望ましい。

人間の眼は、対数スケールで機能するため、予備的な証拠(preliminary evidence)は、入射光の５０％減衰は、主観的には、減衰していないもとの光の明るさの約８４％であるように視認されることを示しているが、異なるかもしれない。美観というファクタ、人間というファクタおよびエネルギー管理というファクタのバランスとして、予備的な証拠は、窓という用途にとっては、高温状態においては、入射した太陽エネルギーの約１０−約２０％が望ましく、また、低温状態においては、入射した太陽エネルギーの約５０−約７０％が望ましいことを示している。このように、異なる複数の透過率レベルが、当該ＴＳＲＯＳデバイスについての異なる複数の用途および異なる複数の具体例にとって望ましいかもしれない。

ＴＳＲＯＳデバイスを製作する方法の一例においては、第１ステップが、液晶（ＬＣ）セルすなわち「ボトル(bottle)」を製作するために存在する。二酸化珪素ＳｉＯ_２でコーティングされた（不動態化された、passivated)ガラス製の２枚のシートが、予め定められた大きさに、けがき（スクライブ）されるとともに、基板ホルダ内に置かれる。インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）の低放射性被膜が前記ガラス上に存在する場合には、そのガラスが、前記二酸化珪素を適切な位置に残しつつ、エッチングによって除去される。前記２枚のシートは、その後、４８ＫＨｚの超音波洗浄器（例えば、パワーレベルが８にセットされたクレスト・ツルースイープ(Crest Truesweep)内に１５分間、Ｐｈが中性である石けんを、脱イオン化（ＤＩ）水（２８オームの純度であるかまたはそれより純粋な水）を１ガロン当たり１オンスの割合で混合した状態で用いて、置かれる。ポイリイミド（ＰＩ）の湿潤化（コーティング）に関する問題がある場合には、前記シートは、米国デトレックス(Detrex)社の石けんを用いて再度、洗浄してもよい。より大型のシートの場合には、それに代えて、商用ガラス・ウオッシャ（例えば、ビルコ社のシリーズ６００(Billco Series 600))を用いて洗浄してもよい。前記シートは、湿気なしの保管およびステージングのために、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を用いて乾燥するとともに、乾燥オーブン内に８０−８５℃で１２０分間以上置いてもよく、その後、オゾン洗浄器内に１５分間置かれる。ＰＩアライメント層（ＰＩ製のアライメント層）は、ソルベント内に熔解されているが、その後、スピンコーティング法を、５００ＲＰＭで１０秒間行い、その後、２０００ＲＰＭで４５秒間行うことにより、前記ＰＩアライメント層を前記シートに蒸着（被着）してもよい。一様なコーティングをするためには、シートのうちの１平方インチ当たり約１ｍｌのＰＩ溶液（ＰＩがソルベントに溶解したもの）が必要である。スピンコートできないほどに大型のシートについては、前述のＰＩ溶液がインクジェットプリンタによって蒸着（被着）される。コーティング後、前記基板（２枚のシート）は、残存するソルベントを落とすために、５分間、８５℃に加熱され、その後、前記ＰＩ（ＰＩ溶液からソルベントが蒸発したもの）を硬化させるために、１８０−１９０℃で１時間焼成（ベーク）される。前記オーブンの扉は、内部温度が８５℃またはそれ以下になるまで、開くべきではない。

前記ＰＩ（前記アライメント層）の表面の汚染を防止するために、複数枚のシートは、その後、真空オーブン内に５０℃で必要時間、置かれる。それらシートは、その後、適切な位置に保持するため、真空治具(vacuum fixture、真空固定具)内に置かれ、ポリプロピレン製またはアルミニウム製のブロックであって擦り布材料で包囲されるようにそれらブロックと擦り布材料とが両面テープで固着されたものによって擦られる（ラビングされる）。その擦りブロックは、前記ＰＩの表面を横切るように、２５回、同じ向きに、かつ、自重を除き、下向きの圧力を加えることなく、押される。その擦り方向は、その後、前記２枚のシートのうちコーティングされていない側の面上にマークされる（例えば、シャーピィペン(Sharpie pen)を用いて）。７．５ミクロンの複数のスペーサ・ビーズが、その後、１枚目のシートのうち、擦られた面に、エアパフ機を用いて塗布され、２枚目のシートであって、１枚目のシートに対して９０度を成す角度を有する擦り方向を有するものが、それの擦り面を下向きにして、１枚目のシートの上に置かれる。それらシートの端は、まず、光接着剤（例えば、ノーリン６８）であって液晶と反応しないものを用い、次に、防水シーラ（例えば、ロックタイト３４９）を用い、かつ、各々約１ｃｍの幅を有する少なくとも２個のポートが開口状態でが残るように、シールされる。前記ノーリン６８は、その後、少なくとも４０００ｍＪ／ｃｍ^２の放射線量を有する状態で、紫外線によって硬化されるとともに、５０℃で１２時間焼成されるかまたは室温でまる一週間かけて硬化することが許される。

前記ボトルは、その後、真空充填器（ローダ）内に、２０ミリＴｏｒｒ以下の圧力で、しかも、前記液晶のクリアリング・ポイントより低いが凝固点より高い温度で置かれるとともに、前記液晶（例えば、３５℃のクリアリング・ポイントを有して、６ＣＢが５、Ｅ７が１．２５、８１１が０．００８の割合で存在する混合物）を収容するスロット内に降下させられる。前記液晶は、毛管現象により、前記ボトル内に引き込まれる。充填が完了すると、前記液晶混合物が紫外光に不必要に曝されることがないように注意しつつ、前記ボトルが、前記真空室から取り出され、前記ポートが、ノーリン６８とロックタイト３４９とによってシールされ、そして、前記硬化工程が反復される。以上で、前記ボトルが完成する。

ボトルは、製作されると、その後、さらに加工されて、最終品としての（仕上げられた）ＴＳＲＯＳデバイスとなり得る。ＴＳＲＯＳデバイスの例は、単体の（独立した、スタンドアローンの）サーモレフレクティブ・フィルタ（例えば、一つのＬＣボトル、複数のポラライザおよび紫外線保護部のみ）と、断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）すなわち「二重ガラス」であって前記サーモレフレクティブ・フィルタが一方のガラス板に積層されたものとである。サーモレフレクティブ・フィルタを製作するために、前記ＬＣボトルの積層化が、光学的に透明であるシート接着剤（例えば、スリーエム社の８１４１および８１４２という光学的に透明である接着剤）の複数の層と、反射型偏光フィルム（例えば、スリーエム社の高度（アドバンスド）偏光フィルム（ＡＰＦ）または拡散式反射型偏光フィルム（ＤＲＰＦ）とを用いて、数回行われる。紫外線シールド（例えば、ガムカラー社の１５１０紫外線フィルム）がその後、塗布される。粒子が前記複数の接着層のうちのいずれにも気泡を発生させないようにするために、すべての積層化工程が、１，０００等級の下降気流フード（覆い）を有する１０，０００等級のクリーンルーム環境において実行される。

この製法は、前記ボトルに接着剤を塗布することを開始するために、６フィートの自動／手動式のロール型積層化器（ラミネータ）を用いて開始される。それの高さ調節ノブ上の設定増分刻みを用いることにより、前記ボトルが損傷しないように、前記積層化器上の高さが設定される。前記ボトルには、まず、スリーエム社の８１４１という接着剤の一つの層が塗布され、続いて、ＡＰＦまたはＤＲＰＦという偏光フィルムの層が塗布される。この方法はその後、前記ボトルのうち反対側の面について反復され、それの偏光フィルムが、最初の層に対して９０度回転した向きを有するようにされる。スリーエム社の８１４１という接着剤の別の層が、前記ボトルの両面のうちの一方に塗布され、その後、紫外線シールド層の塗布が、最後の工程として行われる。このとき、前記ボトルが、サーモレフレクティブ・フィルタとなる。

前記ＬＣボトルから断熱ガラスユニット（ＩＧＵ）を製作するために、さらなる積層化が必要である。前記サーモレフレクティブ・フィルタには、スリーエム社の８１４２という接着剤の、互いに連続した２つの層が前記紫外線シールドを覆うように与えられる。その後、一般的に前記ボトルより１ないし２インチだけ大きい強化ガラス(tempered glass)にも、スリーエム社の８１４２という接着剤の、互いに連続した２つの層が与えられる。スリーエム社の８１４２という接着剤が完全に前記強化ガラスを覆うことがないように、その強化ガラス上の前記複数の層は、境界面直下のテープにより、積層化される。その接着剤のバッキング（裏張り）は、その後、前記ＬＣボトルからも前記強化ガラスの板からも除去される。それらＬＣボトルと強化ガラスとのそれぞれの接着面は、互いに対向するように配置され、その後、それらＬＣボトルと強化ガラスとが、最終の積層化工程として、前記ロール型積層化器を通過させられ、そのロール型積層化器からの高さは、積層化に適し、かつ、前記ボトルを損傷しない高さに再設定される。その組立体（ボトルと強化ガラス板との組立体）は、今、標準的な断熱ガラスユニットの一部品として使用される。複数の標準的なアルミニウム製スペーサであって乾燥剤を有するものが、ＩＧＵガラスの２枚の板を互いに分離するために使用されるとともに、それらスペーサは、前記ガラスに、ＰＩＢボンディンデイング・ビーズを用いて装着され、さらに、それらスペーサは、それらの縁の周りを、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）製のホットメルト型シーラントを用いてシールされる。そのＩＧＵは、今、出荷および設置が行われる準備が整っている。

図３は、ＴＳＲＯＳデバイスの別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、ポラライザ１０１と１０３との一方または双方に複数のギャップ１０５が存在し、それらギャップ１０５により、外部光源からの、偏光されていない光が、変調なしで、当該シャッタを透過することが可能である。それらギャップ１０５は、穴またはストライプという形状を有してもよく、また、これに代えて、前記ポラライザ材料自体を、ストライプ(stripes)またはスポット（spots）という形状を成すように塗布してもよい。しかし、当業者であれば、ギャップ１０５を形成するための多くの別の方法であって本明細書での詳述を必要とはしないものが存在することを理解するであろう。本実施形態は、例えば、比較的に透明で、暗くならない眺望を実現することを要求される窓において、有用であるかもしれない。この場合、反射状態におけるポラライザ１０１および１０３の減衰または遮蔽が、通常の窓のスクリーンを通した眺望と同じになるであろう。

ギャップ１０５を有するポラライザ１０１および１０３を一様な(uniform)ポラライザに代えて使用すると、当該シャッタを透過するエネルギーの透過量がすべての状態において増加し、それにより、当該シャッタが、高温状態において、光および放射エネルギーを反射する能力が低下する。しかし、この態様は、高温状態での反射率より低温状態での透過率が重要である状況の下で有利であるかもしれない。

注目してもよいことは、同様の効果は、前記２つのポラライザを相対的に、０度より大きく９０度より小さい角度を成すに至るように、回転させることによって達成され得るが、この方法は、当該シャッタの高温状態における透過率を増加させることのみが可能であり、（当該シャッタの実際の幾何学的特徴および前記デポラライザの実際の特性に依存して）低温状態においては透過率が実際に減少するかもしれないということである。前記ポラライザが効率よく作用していると仮定すると、低温状態における透過率は、決して５０％より大きくなり得ず、この状態は、２つの理想的なポラライザが互いに平行に配置されているときに起こる。しかし、それの偏光効率が１００％より低い場合には、高温状態での反射率を犠牲にして、低温状態での透過率を向上させることが可能である。

さらに、注目することは、前記液晶アライメント層における複数のギャップ、またはその液晶アライメント層に対する他の変更箇所により、前記ポラライザ内に複数のギャップが存在することと同じ効果を奏することが可能であるとともに、ある状況においては、このことが、より容易であるか、そうでなくてもより望ましいかもしれないということである。さらに、いかなる種類の複数のギャップ１０５であっても、間接光のみが当該シャッタを透過するように構成することが可能である。

図４は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、任意に選択可能な(optional)色フィルタ１０６が追加されている。その色フィルタ１０６は、例えば、バンドリフレクタ（例えば、分布ブラッグリフレクタ(ＤＢＲ)またはルゲートフィルタ）であって、狭い波長帯域内においては反射を行い、残りの波長帯域においては透過を行うように設計されるもの、または、バンドパスフィルタ（例えば、着色ガラスのシートまたは着色プラスチック製のシート）であって、ある波長帯域内においては透過を行い、残りの波長帯域においては反射または吸収を行うように設計されるものとすることが可能である。

色フィルタ１０６は、当該シャッタの外面上に存在するものとして図示されている。しかし、当業者であれば、色フィルタ１０６を当該シャッタ内において他の層の背後に配置することにより、美観または光に関する様々な効果を実現し得ることを理解するであろう。例えば、色フィルタ１０６を当該シャッタの内面上に配置したとしたら、当該シャッタが高温状態すなわち１００％の反射状態にあるときに、その色（色フィルタ１０６の色）は、外観を観察する人に見えなくなるであろう。

色フィルタというものを使用すると、低温状態すなわち５０％の反射状態において当該シャッタを透過する光および放射エネルギーの量が減少するであろう。しかし、この態様は、美観、重要な波長の遮断または高温状態での反射率が低温状態での透過率より重要であると考えられる状況において有利であるかもしれない。

これに対し、色フィルタ層を追加することに代えて、当該シャッタは、前記反射型ポラライザのうちの１つの代わりに、１つまたはそれより多い着色ポラライザ（すなわち、可視スペクトル全域にわたり吸収も反射も行わないもの）と共に使用することが可能である。着色ポラライザの一例は、スリーエム社のＤＢＥＦ反射型偏光フィルムであり、そのＤＢＥＦ反射型偏光フィルムは、高温状態すなわち反射状態において、マゼンタ色（赤と青のの混色）を生成する。

図５は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、前記サーモトロピック・デポラライザ１０２が、エレクトロトロピック・デポラライザに置換されるかまたはエレクトロトロピック・デポラライザとしても追加的に機能するとともに、同じ機能を共同で実現する２個の透明電極１０７と制御システム１０８とが追加されている。

前記透明電極の形式の一例は、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）の薄い層である。制御システム１０８は、温度センサ、電源およびコントローラハードウェアを有している。制御システム１０８の形式の一例は、サーモスタットおよびＬＣＤコントローラであり、それは、プログラミング可能なマイクロコントローラに接続された熱電対によって構成されるとともに、小さな電池または光起電性セルによって電力を供給される。検出された温度がしきい値より低い場合には、制御システム１０８は、エレクトロトロピック・デポラライザ１０２’の偏光特性が変更される（例えば、液晶分子の配向を変更することにより）ように、エレクトロトロピック・デポラライザ１０２’を横切る交流または直流の電場を形成する透明電極１０７間に交流または直流の電圧を加える。このような制御システム１０８の設計は、従来技術においてはありふれたことであり、本明細書における詳述を必要とはしない。本実施形態の作用および用途は、その他の点では、図１および図２において示された実施形態の作用および用途と同一である。

図６は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、当該ＴＳＲＯＳデバイスにおいては、サーモトロピック・デポラライザ１０２が省略されるとともに、複数の反射型ポラライザ１０１’および１０３’がサーモトロピックである。反射型ポラライザ１０１’および１０３’は、それらポラライザ１０１’および１０３’が、高温状態においては、通常の仕方で偏光を行い、低温状態においては、わずかに偏光を行うかまたは全く偏光を行わないように設計されている。したがって、低温状態においては、当該シャッタに入射する、偏光されていない光が、非偏光状態にある外側のポラライザ１０１’に当たるとともに、外側のポラライザ１０１’によって実質的に変化させられず、その後、その光は、非偏光状態にある内側のサーモトロピック反射型ポラライザ１０３’に当たり、そして、サーモトロピック反射型ポラライザ１０３’によって実質的に変化させられることもない。したがって、前記透過性基板ならびに非偏光状態にある反射型ポラライザ１０１’および１０３’の透過に付随するあるわずかな吸収、反射および拡散を除き、入射光のうち、実質的に１００％のものが当該シャッタを透過する。

図７は、図６に示す実施形態についての高温状態における概略的な図である。この場合、サーモトロピック反射型ポラライザ１０１’および１０３’はいずれも、完全な偏光を行うように構成されており、それらポラライザ１０１’および１０３’の間にデポラライザを有しない。したがって、偏光されていない光が外側のサーモトロピック反射型ポラライザ１０１’に当たるときには、他の実施形態と同様にして、その偏光されていない光のうち、最大で５０％のものが反射される。透過する光は、反対の極性を有しており、よって、その光のうち、最大で１００％のものが反射される。よって、低温状態においては、当該シャッタは、最大で１００％で透過を行い、高温状態においては、最大で１００％で反射を行う。他の実施形態におけるように、この理想的な反射は、２つのサーモトロピック反射型ポラライザ１０１’および１０３’の向きが互いに９０度ずれるときに起こる。高温状態における透過量および反射量は、サーモトロピック反射型ポラライザ１０１’および１０３’の向きを互いに異ならせることによって調整してもよく、また、低温状態における透過量および反射量は、２つのサーモトロピック反射型ポラライザ１０１’および１０３’の間にデポラライザを配置することによって調整してもよい。

図８は、サーモトロピック反射型ポラライザ１０１の一例を高温状態と低温状態との双方について概略的に示す図である。この例示的な実施形態においては、ポラライザ１０１が、平行に並んだ複数本の金属製のワイヤ１０９により構成されるワイヤグリッド・ポラライザである。しかし、標準的なワイヤグリッド・ポラライザとは異なり、本実施形態におけるポラライザは、ＭＥＭＳ（microelectrical-mechanical systems)デバイスであって、そのデバイスは、複数本のワイヤ１０９を有し、それらワイヤ１０９は、伝導性サーモトロピック材料で製作された複数本のワイヤセグメント１１０から構成されており、前記伝導性サーモトロピック材料は、それの物理的形状が温度に応じて変化するものである。そのような材料の例は、銅アルミニウムニッケル合金のような形状記憶合金を含むが、これに限定されない。この例示的な本実施形態においては、ワイヤセグメント１１０が、高温では平らに横たわっているが、低温では、表面（ポラライザ１０１の表面）から離れる向きに立ち上がるように形成されている。したがって、あるしきい温度より高温であるときには、それぞれのワイヤセグメント１１０は、互いに物理的に接触して、複数本の、連続したワイヤ１０９を形成するほどに平らに横たわり、それらワイヤ１０９は、全体として、１つのワイヤグリッド・ポラライザ１０１または１０３を形成する。しかし、サーモトロピック反射型ポラライザの別の形式も採用することが可能であり、それら形式は、液晶またはナノ加工された光学およびフォトニック材料、すなわち、いわゆる「メタ材料（metamaterials）」を含むということを理解することが可能であり、さらに、それらサーモトロピック反射型ポラライザまたは他の形式のサーモトロピック反射型ポラライザは、図８に示す設計構造に代えて、かつ、本実施形態の基本的な性質も目的も機能も変更することなく、採用することが可能であるということを理解することが可能である。

図９は、ＴＳＲＯＳデバイスのさらに別の実施形態を概略的に示す図であり、このＴＳＲＯＳデバイスにおいては、外側の反射型ポラライザ１０１が「極性回転型ポラライザ」に置換されている。吸収型ポラライザは、自身とは反対の極性を有する光を吸収し、反射型ポラライザは、自身とは反対の極性を有する光を反射するが、極性回転型ポラライザは、反対の極性を有する光を、自身と一致する極性を有する光に変換する。したがって、ポラライザ１０１は、最大で１００％の透過を行い、そのポラライザ１０１を出射するすべての光は、自身と一致する極性を有する。この図においては、一致する極性を有する入射光は、外側のポラライザ１０１に入射し、そのポラライザ１０１を透過する。反対の極性を有する光は、外側のポラライザ１０１に入射し、その光の極性が、ポラライザ１０１の極性と同じになるように「回転」させられる。

図９は、低温状態における本実施形態の作用を示しており、前記偏光された光は、その後、デポラライザ１０２に入射し、そのデポラライザ１０２は、低温状態にあるとともに秩序状態(organized state)（例えば、ねじれネマティク状態）にあり、よって、第２のポラライザすなわちアナライザ１０３の極性に一致するように、デポラライザ１０２を透過するすべての光の極性を回転させるように機能し、第２のポラライザ１０３は、前述の他の実施形態におけるような標準的な反射型ポラライザである。その極性が回転させられた光(depolarized light、デポラライズされた光、逆偏光された光）は、第２のポラライザ１０３の極性に一致しているため、その光は、その第２のポラライザ１０３を透過する。したがって、本実施形態においては、当該ＴＳＲＯＳデバイスは、低温状態において、最大で１００％の透過を行う。高温状態において、デポラライザ１０２は、無秩序状態(disorganized state)（すなわち、液晶状態または等位相状態）となり、そのデポラライザ１０２を透過する光の極性を変化させない。したがって、前記光は、第２のポラライザ１０３とは反対の極性を有するという理由により、その光のうち、最大で１００％のものが逆向きに反射する。このように、当該ＴＳＲＯＳデバイスは、高温状態において、最大で１００％の反射を行う。

図１０は、極性回転型ポラライザ・デバイスの形式の一例を概略的に示す図であり、その極性回転型ポラライザ・デバイスは、ワイヤグリッド・ポラライザ１１１とミラー１１２とデポラライザ１１３とによって構成されている。ポラライザ１１１と一致する極性を有する光がそのポラライザ１１１に入射すると、その光は、そのポラライザ１１１を透過する。しかし、反対の極性を有する光がポラライザ１１１に入射すると、その光は、ミラー１１２に対して４５度を成すように反射され、そのミラー１１２は、さらに、前記光を、最初の方向と同じ方向に再度進行するように、４５度の角度で反射する。この時点においては、前記反射された光は、変化しない(permanent、永久的な）デポラライザ（ウエーブブロックまたはウエーブプレートとしても知られている）を透過し、そのデポラライザは、前記反射された光の極性を特定量（通常は、９０度）だけ回転させる。よって、前記反射された光の極性が、このときには、前記透過した光の極性と一致する。したがって、前記極性回転型ポラライザに入射する光のうち、最大で１００％のものを透過させ、これと同時に、前記光のすべてが同じ偏光を有することを確保する。

同じ効果を達成し得る光学部品の他の構成が無数に存在することと、他の形式の極性回転型ポラライザも存在し得ることを理解すべきであり、そのような極性回転型ポラライザとしては、ナノ構造を有する光学またはフォトニック材料、いわゆる「メタ材料（metamaterials）」を基礎とするポラライザ材料と、異なる原理に基づいて作用する他の材料とがある。しかし、本実施形態の基本的な機能、目的および性能は、採用される極性回転型ポラライザの実際の性質によって変化しない。

図１１は、さらに別の形式の反射型ポラライザ、すなわち、光起電性ポラライザを概略的に示す図であり、その光起電性（photovoltaic)ポラライザにおいては、ワイヤ−グリッド・ポラライザ１１１の前記複数本の伝導ワイヤ１０９が、（photovoltaic)複数の光起電性ストリップに置き換えられている。この望ましい実施形態においては、それらストリップ１０９が、複数のショットキー型ダイオードであり、各ダイオードは、半導体（例えば、シリコン）の薄膜の上面上にある金属（例えば、アルミニウム）の薄膜により構成されている。しかし、ＴＳＲＯＳデバイスについての本実施形態の性質も機能も本質的に変えることなく、他の光起電性の材料またはデバイスで置き換えることが可能である。この態様においては、通常のワイヤ−グリッド・ポラライザと同様に、光起電性ストリップ１０９が、反対の極性を有してその光起電性ストリップ１０９に入射する光のうちの大部分を反射するが、この光のうちの実質的な部分はまた、電流を生成するために取り入れられ得る電位という形で吸収される。光起電性デバイスの設計構造および機能は、従来技術においてよく説明されるため、本明細書においてはさらに詳細な説明を必要とはしない。

しかし、一つまたは複数の光起電性ポラライザを、本実施形態において、そのポラライザによって遮断される光のうちの一部分が電力という形で利用され得るように、採用し得ることを理解すべきである。このことは、当該シャッタの通常のサーモレフレクティブ挙動に加えて発生する。

ＴＳＲＯＳデバイスは、受動的、かつ、自己調節型、すなわち、機能するために外部信号もユーザによる入力操作も必要とせず、よって、いわゆる「スマート材料」であると考えてもよい。このＴＳＲＯＳデバイスは、近−固体素子光スイッチとして理解してもよい。いくつかの実施態様においては、液晶分子の薄膜はさておき、そのスイッチは、陽子および電子を除き、運動する部品を有しない。当該ＴＳＲＯＳデバイスは、温度に基づき、当該デバイスを透過する光および放射エネルギーの量を調節する。それにより、当該シャッタは、建物、乗物および他の構造物の内部温度を、太陽光エネルギーまたは他の入射光エネルギーの反射および吸収を制御することにより、調節することを助けるために使用することが可能である。

当該ＴＳＲＯＳデバイスは、複数の構成態様を有することが可能である。例えば、当該ＴＳＲＯＳデバイスが散乱可視光を透過させるとともに反射するように構成されている場合には、当該デバイスは、ガラス製ブロック、プライバシーガラス(privacy glass)およびテクスチャ付きポリマ（textured polymers)のような半透明な建材にとっての代替品であって、見た目がよく、しかも、エネルギーを調節するものとして機能することが可能である。これに対し、当該ＴＳＲＯＳデバイスが平行可視光を、ほとんど拡散することなく、透過させるとともに反射するように構成されている場合には、当該デバイスは、ガラス製またはポリマ製の窓のような透明な建材にとっての代替品であって、見た目がよく、しかも、エネルギーを調節するものとして機能することが可能である。さらに、当該ＴＳＲＯＳデバイスが可視スペクトルにおいて反射率または透過率のピークを示すように構成されている場合には、当該デバイスは、ステンドグラス、着色窓（tinted windows)もしくは窓のアップリケおよびフィルム(window appliques and coatings)、または着色された人工光の光源にとっての代替品であって、見た目がよく、しかも、エネルギーを調節するものとして機能することが可能である。ＴＳＲＯＳデバイスの物理的な構成は、それの基本的な機能を実質的な方法で変更することなく、厚くしたり薄くしたり、強くしたり弱くしたり、硬質性としたり軟質体としたり、一体品としたり複数部品の結合体としたりすることが可能である。

本明細書においては、複数の具体例が図示されるとともに文章によって説明されているが、本発明がそれら具体的な構成態様に限定されることはないと理解すべきである。反射防止膜またはフィルムのような任意に選択可能な部品は、特定の用途または特定の製法の必要性を満たすように、追加したり位置を変更することが可能であるとともに、ある部品を省略したり置換することにより、いくつかの具体例の低級版を提供してもよい。例えば、前記２つの反射型ポラライザのうちの一方（両方ではない）を、通常の吸収型ポラライザに置換すると、ＴＳＲＯＳデバイスは、低温状態においては、最大で５０％の反射率、最大で４０％の透過率、および最大で１０％の吸収率を示す一方、高温状態においては、最大で５０％の反射率、最大で５０％の吸収率および１％より低い透過率を示すようになる。そのようなＴＳＲＯＳデバイスは、高温状態において熱を吸収し、それにより、熱を効率よく遮断する。それにもかかわらず、この態様は、例えば、当該ＴＳＲＯＳデバイスのコストがそれの性能より重要であると考えられる場合に、有利であるかもしれない。

一方、ＴＳＲＯＳデバイスの性能を、それの低温状態での光の透過率(transmission)、反射率または吸収率を増加させることにより、または、それの熱伝導率および／または熱容量(thermal capacity)を増加または減少させることにより、向上させることが可能である。さらに、低温状態と高温状態との双方における前記ＴＳＲＯＳデバイスの透過率(transparency)を、２つの偏光層の一方または双方の構造を調節することにより（例えば、ポラライジング材料のストライプまたはスポットを透過性材料に変更することにより）、増加させることが可能である。低温状態においてではないが、高温状態における前記ＴＳＲＯＳデバイスの透過率を、前記複数のポラライザ間の相対的な向き（すなわち、９０度より小さい角度は、高温状態において、１００％より低い反射率を実現する）を調節することにより、増加または減少させることが可能である。低温状態における前記ＴＳＲＯＳデバイスの透過率を、前記デポラライザによって生成された、偏光された光の角度を調節することにより、増加または減少させることも可能である。前記ＴＳＲＯＳデバイスは、また、反射防止膜、低放射膜、集光レンズ、エアギャップもしくは真空ギャップ、相変化材料(phase change materials、相転移材料）、または半透明断熱材（気泡ガラスまたはシリカエアロゲルを含むがそれらに限定されない）を追加することにより、特定の用途において、機能的に強化される。

本発明の主旨からの基本的な逸脱なく、本明細書に記載された効果と類似する効果を達成するために、種々のポラライザ形式（ワイヤグリッド・ポラライザ、延伸ポリマ・ポラライザ、液晶ポラライザ、吸収型ポラライザ、鏡面反射型ポラライザ、拡散反射型ポラライザ、温度と共に機能が変化するサーモトロピック・ポラライザ、および極性回転型ポラライザを含むが、それらに限定されない）を、多数の様々な態様において組み合わせることが可能である。例えば、複数の反射型ポラライザは、それぞれが互いに異なる偏光特性を有するように、例えば、それらの偏光特性が、ある周波数においては鏡面的であり、別の周波数においては拡散的であるか、または、ある周波数においては反射的であり、別の周波数においては吸収的であるというように、互いに異なるように選択することが可能である。

当該ＴＳＲＯＳデバイスについてのエネルギー輸送に対する制御は、反射した光の波長の帯域ができる限り広いときに、最大の効果を示すが、色フィルタ層を追加することにより、美観または他の目的のために、当該ＴＳＲＯＳデバイスを透過する光の透過スペクトル（例えば、その光の色）を変更することが可能である。さらに、特定の波長を有する光を反射する一つまたは複数のバンドブロックフィルタを追加することにより、前記ＴＳＲＯＳデバイスの効率に対する影響を最小にしつつ、当該ＴＳＲＯＳデバイスの表面に、反射する「色」を追加することが可能である。その結果生じるいくつかの光学的特性は、他のいかなる建材の光学的特性にも近似しないが、それら光学的特性は、偶然にも、特定の種類のサングラスに近似しているかもしれない。特定の波長帯域（または、複数の波長帯域）にわたり、異なる偏光効率と、異なる吸収度および反射度とを有するポラライザと同様に、特定の波長帯域（または、複数の波長帯域）にわたってのみ作用するスペクトル選択的(spectrally selective)ポラライザを、美観、熱および光の管理または他の目的のために使用することも可能である。

ＴＳＲＯＳデバイスの材料および構造は、硬質のものでよいが、そのＴＳＲＯＳデバイスが本明細書に記載された機能を実現するために硬質であることは要求されない。さらに、当該ＴＳＲＯＳデバイスのうちの種々の部品が、互いに接着（結合）されるか、または、直に物理的に互いに接触するように、図示されるとともに文章によって説明されているが、当該ＴＳＲＯＳデバイスは、それら部品が互いに隣接しているのみで、物理的には互いに分離していても、機能する。したがって、当該ＴＳＲＯＳデバイスは、１個の固体物（例えば、窓、ガラス製ブロック、スパンドレルまたは可動パネル）または複数の固体物の集まり（例えば、光ワークベンチに取り付けられる複数の部品）として具体化することが可能であるが、当該ＴＳＲＯＳデバイスは、例えば、テント材、毛布、カーテン、またはアップリケ・フィルムであって、ガラス窓、スパンドレルまたはガラス製ブロック建材の表面に付着され得るもののような軟質物として具体化することも可能である。

さらに、当該ＴＳＲＯＳデバイスを製作するために、広範囲にわたる他の材料を使用することが可能であり、それら材料は、金属、セラミック、半導体、ガラス、ポリマ、ナノ構造フォトニック材料およびマイクロ構造フォトニック材料、メタ材料ならびに液晶を含み、さらに、氷、液体および蒸気さえ含む。当該デバイスは、それの断熱特性を向上させるように設計された特徴構造を有することが可能であり、そのような特徴構造は、エアギャップ、真空ギャップ、泡、ビーズ、ファイバ・パッドまたはエアロゲルを含むが、それらに限定されない。当該デバイスは、また、熱感度、応答性、および転移温度正確化性(accuracy capabilities)を向上させるように設計された特徴構造を有することも可能であり、そのような特徴構造には、例えば、導電性接着剤、大きいかまたは小さい熱容量(thermal masses)を有する材料、および相変化材料がある。当該デバイスは、乗物についての構造部品または建物の壁についての構造部品として機能するのに十分な厚さおよび硬さを有するものとすることが可能である。当該デバイスは、また、複合表面によって包囲したり、複合表面上に形成することが可能である。当該デバイスは、美観を増すために色で強調したり、より一般的な建材に近似するように偽装(camouflage、カムフラージュ)してもよい。サーモクロミック（熱変色性）顔料を特定の表面に添加してもよく、そうすれば、低温時であるか高温時であるかを色で示すことができる。

偏光された光についての望ましい回転方向を設定するために、添加剤、例えば、カイラル(chiral)液晶を前記サーモトロピック・デポラライザに追加してもよい。このことにより、状態間転移の速度および光学的特性が向上するかもしれない。複数の液晶の混合物を生成するために、ソルベント（例えば、メリック社の液晶ソルベント ＺＬＩ１１３２）を主成分(base)として用いることが可能である。さらに、例えば、転移における温度安定性を向上させるという目的、特定の波長または特定の波長帯域を有する光またはエネルギーに対する前記デポラライザの敏感度を低下させるという目的、紫外光による破壊に対する化学的な敏感度を低下させるという目的、特定の波長を有する光の吸収およびその光の熱への変換を防止するという目的、または他の部品の化学的破壊によって転移温度が変動することを緩和するという目的のために、添加剤を前記デポラライザに添加してもよい。例えば、凝固温度を調節したり、粘性を低下させたりするために、ヘキサンおよびクロロホルムを添加してもよい。入射光に対向するかその入射光から退避するように部品の向きを変更したり、部品の波長応答性もしくはみかけの板厚を変更するために、機械的な補助部品(mechanical enhancements)を追加することが可能である。

前述の種々の層についての具体的な構成態様は、本明細書に記載されているものとは異なるものとすることが可能であり、ＴＳＲＯＳデバイスの本質的な構造および機能を変更することなく、（選択された材料および波長に応じて）互いに異なる複数の層(different layers)を、複数の合体層(single layers)、複数の合体対象物(single objects)、複数の合体デバイス(single devices)または複数の合体材料(single materials)に結合することが可能である。上述の説明においては、多くの具体的事項が存在するが、それら具体的事項は、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではなく、むしろ、本発明のいくつかの例示的な実施形態についての説明を提供するにすぎないと解釈すべきである。それら具体的事項は、当該ＴＳＲＯＳデバイスを、別の材料を用い、かつ、別の構成態様を有するように製作する種々の可能性である。例えば、その構造は、膨張可能であるものとすることが可能であり、また、通常の空気中ではなく、水中または宇宙空間内での使用に最適化することが可能である。

さらに、当該ＴＳＲＯＳデバイス内の様々な位置における光の偏光状態を変更するために、当該ＴＳＲＯＳデバイスに一つまたは複数の別のポラライザを、それら別のポラライザ同士が互いに平行であり、かつ、もとの２つのポラライザに対しても平行であるか、それら別のポラライザ同士がある角度を成すように回転位置がずれており、かつ、もとの２つのポラライザに対しても回転位置がずれているかを問わず、組み込むことが可能である。複数のポラライザを組み込んだ具体例においては、すべてのポラライザが反射型ポラライザであることは必ずしも必要ではないが、少なくとも一つは反射型ポラライザであることが必要である。ポラライザ角度と液晶分子配向角度との多数の組合せを、様々な光学的効果（例えば、高温状態において反射的であることに代えて、低温状態において反射的であるとか、透過状態における様々な色とか、など）を実現するために用いることが可能である。前記デポラライザは、ポリマ安定化コレステリック(polymer stabiliazed cholesterics)のような別の液晶技術、およびホスト・ゲスト液晶セル(guest-host cells)に加えて、ネマテック、ねじれネマテック、スネマテック、固体／結晶、ディスコティック(discotic)、カイラルおよび他の物理／分子状態から得られる広範囲の様々な組合せを、電場、テクスチャ付き表面、内部ガイドワイヤ、または、部品の分子の向きを変更するための他の手段を有するかまたは有しない状態で採用することが可能である。

低温状態においては拡散的であるが高温状態においては鏡面的である（および、これとは逆の関係を有する）デポラライザであって、それら２つの状態のうちの一方または双方において乳白色であり、かつ、温度が変化するにつれて、透過した光と反射した光との間における色バランスが異なるように変化し、かつ、同様に、高温状態と低温状態とで異なる色バランスを有するものを製作することが可能である。レンズ、プリズム集光フィルム(prismatic films)、方向感度ポラライザ(directionally sensitive polarizers)、または反射する複数の部品の非平行配置の採用により、当該ＴＳＲＯＳデバイスからの反射光をいずれの向きにも送ることができるか、または、大きい鏡面近傍に時々発生する、眩しい「第２の太陽」という効果を制限するために拡散させることが可能である。さらに、様々な偏光を有する光（例えば、円形状、長円状および直線状の）のうちのいずれかの偏光について作用するポラライザを使用することが可能である。そのような実施形態は、本発明に属するものとして特許請求の範囲に明示的に記載されている。

本発明の本質的原理を損なわない多数の他の変形例が存在する。例えば、前述のデポララザまたは一つもしくは複数のポラライザは、本質的には機械的であり、温度変化に応答して、物理的に９０度だけ（または他の角度だけ）回転するものとすることができる。これに対して、前記サーモトロピック・デポラライザは、それの温度により、デポラライズ(depolaraize)する能力が変化するではなく（または、その変化に追加して）、当該デポラライザが作動する波長帯域が変化するように、設計することが可能である。この特性は、例えば、非常に大きい熱膨張係数を有する材料から構成されるウエーブブロックが有する。当該デバイスにおける複数の層のいずれかまたはすべては、ドーピングされた材料、ナノ構造材料またはマイクロ構造材料によって構成することが可能であり、それら材料は、カスタム・メイド(custom)のフォトニック結晶を含むが、これに限定されない。様々な角度からの入射光の集光、拡散またはその他の変化を支援するために、一つまたは複数の層は、非平面形状（例えば、反射型ポラライザから形成される放物線状ミラー）としたり、または、他の形状を有するリフレクタもしくは同様なデバイスを組み込むことが可能である。

ＴＳＲＯＳデバイスを温度調整型建材として使用することを、当該デバイスを慎重に配置することにより、例えば、そのデバイスを、家の南面上のひさしの下方に配置し、それにより、当該デバイスが、冬の日々には、完全に太陽光に照らされ、また、太陽がより高く空に位置する夏の日々には、前記ひさしによって日陰となるようにすることにより、改善してもよい。これに対し、当該デバイスを、従来の天窓に代えて使用したり、一般的なガラス窓またはガラス製ブロックに付着されるパネルまたはアップリケとして使用することが可能である。いくつかの場合には、低温（透過）状態における熱エネルギーの吸収を最大化するために、不透明であるエネルギー吸収材をサーモレフレクティブな材料またはデバイスの背後に配置することも望ましい。

本明細書に開示されているＴＳＲＯＳデバイスは、特に、太陽光に曝される構造物の外面について、建材という特定の用途を有するが、当該デバイスは、無数にある他の方法で使用することも可能である。例えば、サーモレフレクティブな材料またはデバイスは、シャワー室のドアに組み込んで、温水または蒸気が存在するとそのドアが反射性を有するものとなって、中に居る人のプライバシーを保証するようにすることが可能である。同様に、コーヒーを入れるポット（魔法瓶）をサーモレフレクティブなものにして、そのポットに熱いコーヒーが入っていることが、そのポットを見る人なら誰にでもすぐに分かるようにすることが可能である。

さらに、ＴＳＲＯＳデバイスを、温度によって制御される反射像（反射光によって表される像）を表示するために使用することが可能である。そのような像は、文書、線画、会社のロゴおよびモノクロ写真を含むが、そのような像は、いくつかの方法によって形成することが可能であり、それら方法としては、サーモレフレクティブな材料を所望の像の形を有するように構成するという方法、前記像が特定の温度または特定の温度範囲において出現するように、前記サーモレフレクティブな材料の温度応答性を特定のエリアにおいて選択的に異ならせるという方法、前記材料のサーモレフレクティブな応答性が、前記像を形成するために、特定のエリアについて増加ままたは減少するように、液晶アライメント層または他の分子アライメント・プロセスを操作するという方法、または、前記像の本質も基礎的な技術も基本的に変更しない他の方法がある。それら像は、ミラー、ハーフミラー、回折格子、グリッドおよびフレネルレンズのような反射型光学部品を、前記サーモレフレクティブな材料またはデバイスが、低温時とは顕著に異なる光学的特性を高温時に示すように、用いることが可能である。

以上、本発明の種々の実施形態を、ある程度の具体性を有するか、または、少なくとも一つの個別の実施例を参照しながら、説明してきたが、当業者であれば、本発明の主旨からも範囲からも逸脱することなく、前述の開示された実施形態に対して多くの変更を加えることが可能である。上述の説明に含まれるか本明細書に添付された添付図面に図示されたすべての事項は、具体的な複数の実施形態のみについての説明であると解釈すべきであって、限定するものでないと解釈すべきである。方向についてのすべての言及、例えば、近位、遠位、上側、下側、内側、外側、上方向、下方向、左方向、右方向、横方向、前側、後側、上端、下端、上方に、下方に、垂直、水平、時計方向および反時計方向は、読者が本発明を理解することを助けるために、区別という目的においてのみ使用され、本発明を、特に、位置、向きまたは使用法に関して本発明を限定することはない。接続に関する言及、例えば、装着、連結、接続および接合は、広く解釈すべきであり、特記されない限り、集まった複数の要素間に介在する中間部材、および複数の要素間の相対運動を含むことが可能である。したがって、接続に関する言及は、２つの要素が直接的に接続されるとともに互いに一体的であることを必ずしも意味しない。光の透過、吸収および反射について述べられた比率は、説明としてのみ解釈すべきであり、本発明を限定するものとして理解すべきではない。文章による前述の説明に含まれるか、または本明細書に添付された図面中に図示されたすべての事項は、本発明の説明のみを目的としており、本発明の範囲を限定しないものと解釈すべきであることが意図される。後続する特許請求の範囲において定義される本発明のうちの基本的な要素から逸脱することなく、細部または構造を変更することが可能である。

Claims (54)

1. 入射した放射エネルギーの反射を調節する切換型シャッタデバイスであって、
   第１の反射型ポラライザと、
   第２のポラライザと、
   それら第１の反射型ポラライザと第２のポラライザとの間に配置されたサーモトロピック・デポラライザと
   を含む切換型シャッタデバイス。
2. 第１温度において、前記入射した放射エネルギーのうち、第１の部分(percentage)が、当該デバイスから反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、第２の部分(percentage)が、当該デバイスを透過し、
   第２温度において、前記入射した放射エネルギーのうち、第３の部分(percentage)が、当該デバイスから反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、第４の部分(percentage)が、当該デバイスを透過する請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
3. 前記サーモトロピック・デポラライザは、しきい温度より低温であるときに、入射光の偏光状態を調節し、
   前記しきい温度より高温であるときに、入射光のうち、最大で１００％のものが当該デバイスによって反射し、
   前記しきい温度より低温であるときに、入射光のうち、最大で５０％のものが当該デバイスによって反射する請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
4. 前記第２のポラライザは、反射型ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
5. 第１温度において、前記入射した放射エネルギーのうち、第１の部分(percentage)が、当該デバイスから反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、第２の部分(percentage)が、当該デバイスを透過し、
   第２温度において、前記入射した放射エネルギーのうち、第３の部分(percentage)が、当該デバイスから反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、第４の部分(percentage)が、当該デバイスを透過する請求項４に記載の切換型シャッタデバイス。
6. 前記第１の反射型ポラライザは、前記入射した放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち反射しないもののうちの大部分を透過させ、
   前記第２のポラライザは、前記サーモトロピック・デポラライザがしきい温度より高温であるときに、前記第１の反射型ポラライザを透過した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを反射し、前記サーモトロピック・デポラライザが前記しきい温度より低温であるときに、前記第１の反射型ポラライザを透過した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを透過させる請求項４に記載の切換型シャッタデバイス。
7. 前記第２のポラライザは、部分反射型ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
8. 前記第２のポラライザは、吸収型ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
9. 前記第２のポラライザは、前記放射エネルギーの偏光に関し、周波数選択的である請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
10. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、拡散反射型(diffuse reflective)ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
11. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、鏡面反射型(specular reflective)ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
12. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、サーモトロピック反射型ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
13. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、光起電性(photovoltaic)反射型ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
14. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、極性回転型(polarity-rotating)ポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
15. しきい温度より高温であるときに、前記入射した放射エネルギーのうち、最小で０％のものが、当該デバイスを透過し、
    前記しきい温度より低温であるときに、前記入射した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものが、当該デバイスを透過する請求項１４に記載の切換型シャッタデバイス。
16. 当該デバイスは、薄い軟質フィルムとして構成されている請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
17. さらに、透過性基板を含み、
    その透過性基板は、前記第１の反射型ポラライザ、前記第２のポラライザおよび前記サーモトロピック・デポラライザを支持する請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
18. 前記透過性基板は、硬質プレートである請求項１７に記載の切換型シャッタデバイス。
19. 前記透過性基板は、長波長透過(longpass)フィルタ、短波長透過(shortpass)フィルタまたはバンドパスフィルタを含むとともに、前記放射エネルギーのうち、特定の波長を有するものについてのみ透過性を有する請求項１７に記載の切換型シャッタデバイス。
20. 当該デバイスは、建材への入射光の流れを調節し、それにより、建物、乗物または他の構造物の内部温度を調節するために、前記建材に組み込まれる請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
21. 前記建材は、断熱ガラスユニットである請求項２０に記載の切換型シャッタデバイス。
22. さらに、外部リフレクタと、色フィルタと、紫外線または有害な放射線をカットするフィルタと、透過性基板と、断熱性を有する中実または中空の空間と、反射防止膜と、当該デバイスの温度応答知能力を向上させるための、熱伝達性または断熱性を有する接着剤または層と、相変化材料と、低放射膜または低放射デバイスとのうちの一つまたは複数を部品として含む請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
23. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとはそれぞれ、偏光されていない放射エネルギーが当該デバイスを透過することを可能にする透過性領域を有する請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
24. さらに、しきい温度において前記サーモトロピック・デポラライザを補助して作動させるためのエレクトロトロピック制御システムを含む請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
25. 前記エレクトロトロピック制御システムは、さらに、
    コントローラと、
    そのコントローラに接続された電源と、
    前記コントローラに接続された温度センサと
    を含む請求項２４に記載の切換型シャッタデバイス。
26. 当該デバイスによって調節される放射エネルギーの波長帯域は、可視波長と、赤外波長と、紫外波長と、ラジオ波の波長と、レーダの波長と、マイクロ波の波長とのうちの一つまたは複数を含む請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
27. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、スペクトル選択的なポラライザである請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
28. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとはそれぞれ、互いに異なる周波数において、互いに異なる偏光効率と、互いに異なる偏光応答性との一方または双方を有する請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
29. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとはそれぞれ、互いに異なる周波数において、互いに異なる偏光特性を有する請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
30. 前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとのうちの一方または双方は、複数のポラライザの組合せを含む請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
31. 前記サーモトロピック・デポラライザは、液晶を含む請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
32. 前記液晶は、その液晶の光学的特性と、その液晶の複数の物理的状態間における転移速度との一方または双方を変化させるために前記液晶に混合される添加剤を含む請求項３１に記載の切換型シャッタデバイス。
33. 前記添加剤は、前記液晶に混合される、その液晶とは別の種類の液晶を含む請求項３２に記載の切換型シャッタデバイス。
34. 前記液晶と前記添加剤との一方または双方は、前記サーモトロピック・デポラライザの凝固温度と融解温度との差と、ネマチック相からアイソトロピック相に転移する際の転移温度およびアイソトロピック相からネマティック相に転移する際の転移温度と、一対の相変化もしくは状態変化間の差とのうちの一つまたは複数を決定するように選択される請求項３２に記載の切換型シャッタデバイス。
35. 前記添加剤は、当該デバイスの機能の、環境条件に対する応答の安定度が向上するように選択される請求項３２に記載の切換型シャッタデバイス。
36. 前記サーモトロピック・デポラライザは、当該デバイスの、美観と、色特性と、光もしくはエネルギーの透過特性と、光もしくはエネルギーの吸収特性と、光もしくはエネルギーの反射特性とのうちの一つまたは複数に関し、前記サーモトロピック・デポラライザの周波数依存特性に基づいて設計ないしは選択される請求項１に記載の切換型シャッタデバイス。
37. 光の反射を調節する切換型光シャッタデバイスであって、
    入射光のうち、最大で５０％のものを反射し、前記入射光のうち、最大で５０％のものを透過させる第１の反射型ポラライザと、
    第２の反射型ポラライザと、
    それら第１の反射型ポラライザと第２のポラライザとの間に配置されたサーモトロピック・デポラライザであって、しきい温度より低温であるときに、入射光の偏光を調節するものと
    を含み、
    前記しきい温度より高温であるときに、入射光のうち、最大で１００％のものが当該デバイスによって反射され、
    前記しきい温度より低温であるときに、入射光のうち、最大で５０％のものが当該デバイスによって反射される切換型光シャッタデバイス。
38. さらに、透過性基板を含み、
    その透過性基板は、前記第１の反射型ポラライザ、前記第２のポラライザおよび前記サーモトロピック・デポラライザを支持する請求項３７に記載の切換型光シャッタデバイス。
39. 前記透過性基板は、硬質プレートである請求項３８に記載の切換型光シャッタデバイス。
40. 当該デバイスは、薄い軟質フィルムとして構成されている請求項３７に記載の切換型光シャッタデバイス。
41. 断熱ガラスユニットであって、
    第1のガラス製プレートと、
    第２のガラス製プレートと、
    前記第１のガラス製プレートと前記第２のガラス製プレートとの間に配置され、入射した放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射し、前記入射した放射エネルギーのうち反射しないもののうちの大部分を透過させる第１の反射型ポラライザと、
    前記第１のガラス製プレートと前記第２のガラス製プレートとの間に配置された第２の反射型ポラライザと、
    前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとの間に配置されたサーモトロピック・デポラライザであって、しきい温度より低温であるときに、入射光の偏光を調節するものと
    を含み、
    前記しきい温度より高温であるときに、入射光のうち、最大で１００％のものが当該デバイスによって反射され、
    前記しきい温度より低温であるときに、入射光のうち、最大で５０％のものが当該デバイスによって反射され、
    前記第２のポラライザは、前記サーモトロピック・デポラライザが前記しきい温度より高温であるときに、前記第１の反射型ポラライザによって透過させられた放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを反射し、前記サーモトロピック・デポラライザが前記しきい温度より低温であるときに、前記第１の反射型ポラライザによって透過させられた放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを透過させる断熱ガラスユニット。
42. 入射した放射エネルギーの反射を調節する切換型シャッタデバイスであって、
    第１のサーモトロピック・ポラライザと、
    第２のサーモトロピック・ポラライザと
    を含み、
    しきい温度より高温であるときに、入射した放射エネルギーのうち、最小で０％のものが当該デバイスによって透過させられ、
    前記しきい温度より低温であるときに、前記入射した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものが当該デバイスによって透過させられ、
    第１温度において、前記入射した放射エネルギーのうち、第１の部分(percentage)が、当該デバイスから反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、第２の部分(percentage)が、当該デバイスを透過し、
    第２温度において、前記入射した放射エネルギーのうち、第３の部分(percentage)が、当該デバイスから反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、第４の部分(percentage)が、当該デバイスを透過する切換型シャッタデバイス。
43. 入射した放射エネルギーの反射および透過を調節する方法であって、
    温度応答切換式反射型光シャッタ（ＴＳＲＯＳ）デバイスを提供する工程であって、前記ＴＳＲＯＳデバイスは、第１の反射型ポラライザと、第２のポラライザと、それら第１の反射型ポラライザと第２のポラライザとの間に配置されたサーモトロピック・デポラライザとを含み、前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとは、互いに交差するように配置されているものと、
    前記ＴＳＲＯＳデバイスを、そのデバイスに放射エネルギーが入射するように位置決めする工程と、
    第１温度において、前記放射エネルギーのうち、第１の部分(percentage)を、前記ＴＳＲＯＳデバイスから反射するとともに、前記放射エネルギーのうち、第２の部分(percentage)を、前記ＴＳＲＯＳデバイスを透過させる工程と、
    第２温度において、前記放射エネルギーのうち、第３の部分(percentage)を、前記ＴＳＲＯＳデバイスから反射するとともに、前記放射エネルギーのうち、第４の部分(percentage)を、前記ＴＳＲＯＳデバイスを透過させる工程と
    を含む方法。
44. 前記第１の温度がしきい温度より高温であるときに、前記放射エネルギーのうち前記第１の部分を反射する工程は、
    前記第１の反射型ポラライザおよび前記第２のポラライザを用いて、放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを反射する工程
    を含み、
    前記第２の温度が前記しきい温度より低温であるときに、当該方法は、さらに、
    前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとの間を透過する放射エネルギーのうちの一部をデポラライズ（偏光状態を変化させる）する工程と、
    前記放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを前記ＴＳＲＯＳデバイスを透過させる工程と、
    前記放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射する工程と
    を含む請求項４３に記載の方法。
45. さらに、
    前記第１の反射型ポラライザを、前記第２のポラライザに対して、前記入射した放射エネルギーの透過量を増加させるために非直交状態で交差するように配置する工程を含む請求項４４に記載の方法。
46. 放射エネルギーの反射および透過を調節する方法であって、
    第１の反射型ポラライザを、第２のポラライザに対して、交差するように配置する配置工程と、
    しきい温度より高温であるときに、前記第１の反射型ポラライザおよび前記第２のポラライザを用いて、入射した放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射するとともに、前記入射した放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを吸収する工程と、
    前記しきい温度より低温であるときに、（ａ）前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとの間を透過させられる、前記入射した放射エネルギーのうちの一部をデポラライズし（偏光状態を変化させ）、（ｂ）前記入射した放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを、前記第１の反射型ポラライザと前記第２のポラライザとを透過させ、（ｃ）前記入射した放射エネルギーのうち、最大で５０％のものを反射する工程と
    を含む方法。
47. 前記配置工程は、さらに、前記第１の反射型ポラライザを、前記第２のポラライザに対して、前記入射した放射エネルギーの透過量を増加させるために非直交状態で交差するように配置する工程を含む請求項４６に記載の方法。
48. 放射エネルギーの反射および透過を調節する方法であって、
    第１のサーモトロピック・ポラライザを、第２のサーモトロピック・ポラライザに対して、交差するように配置する工程と、
    しきい温度より高温であるときに、前記第１のサーモトロピック・ポラライザおよび前記第２のサーモトロピック・ポラライザを用いて、入射した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを反射する工程であって、前記しきい温度より低温であるときに、前記第１のサーモトロピック・ポラライザと前記第２のサーモトロピック・ポラライザとは、偏光作用を停止するものと、
    前記入射した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを透過させる工程と
    を含む方法。
49. 放射エネルギーの反射および透過を調節する方法であって、
    反射型ポラライザを、極性回転型ポラライザに対して、交差するように配置する工程と、
    前記反射型ポラライザと前記極性回転型ポラライザとの間にサーモトロピック・デポラライザを介在させる工程と、
    前記サーモトロピック・デポラライザがしきい温度より高温であるときに、前記反射型ポラライザおよび前記極性回転型ポラライザを用いて、入射した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを反射する工程と、
    前記しきい温度より低温であるときに、前記入射した放射エネルギーのうち、最大で１００％のものを、前記反射型ポラライザと前記サーモトロピック・デポラライザと前記極性回転型ポラライザとを透過させる工程と
    を含む方法。
50. 反射像を表示する方法であって、
    サーモリフレクティブ材料を、表面上に、目標像を形成するように配置するか、または前記サーモリフレクティブ材料を、ある領域内において、像エリアを形成するように除去する工程と、
    しきい温度またはしきい温度範囲より高温であるかまたは低温であるときに、入射光を、前記サーモリフレクティブ材料から反射する工程であって、前記反射像は、可視化されるものと
    を含む方法。
51. さらに、
    反射型光学素子を前記サーモリフレクティブ材料に組み込む工程と、
    前記サーモリフレクティブ材料の作用時に、そのサーモリフレクティブ材料の光応答特性を変更する工程と
    を含む請求項５０に記載の方法。
52. さらに、
    前記サーモリフレクティブ材料におけるデポラライザの回転角を空間に依存させるか、または、前記サーモリフレクティブ材料における一つまたは複数のポラライザの偏光効率を空間に依存させる工程を含む請求項５０に記載の方法。
53. 建物、乗物または他の構造物の内部温度を調節する方法であって、
    構造物の外面上にサーモリフレクティブ材料を配置する工程と、
    そのサーモリフレクティブ材料の温度応答特性を、そのサーモリフレクティブ材料が、高温時には、入射した放射エネルギーの反射を主体的に行う一方、低温時には、入射した放射エネルギーの透過と吸収との一方または双方を比較的に強く行うように、逆転させる工程と
    を含む方法。
54. さらに、
    前記サーモリフレクティブ材料を、入射する放射エネルギーが低温時または冬季において最大となるとともに、入射する放射エネルギーが高温時または夏期において最小となるように、前記構造物上に配置する工程を含む請求項５３に記載の方法。

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