JP2014510934A

JP2014510934A - 光透過を制御するための層配列

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Publication number: JP2014510934A
Application number: JP2013550796A
Authority: JP
Inventors: ユンゲ，ミヒャエル; バイエル，アンドレアス
Original assignee: Merck Patent GmbH
Current assignee: Merck Patent GmbH
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-01-04
Also published as: DE102012006231A1; CN103299018B; TW201237514A; WO2012100902A1; US9239476B2; JP6076261B2; TWI589960B; CN103299018A; US20130308069A1; DE102012006231B4

Abstract

本発明は、入射光の透過をその温度に応じて変化させる層配列に関し、該層配列が、第一の偏光層、前記温度に応じて光の偏光特性に影響を与えるスイッチング層および第二の偏光層、さらにＮＩＲ透過防止層を有する。

Description

本発明は、入射光の透過をその温度に応じて変化させる層配列（layer arrangement）であって、該層配列が、第一の偏光層、前記温度に応じて光の偏光特性に影響を与えるスイッチング層および第二の偏光層、さらにＮＩＲ透過防止層を有する層配列に関する。

層配列は、本発明に従って、ウィンドウの中もしくはその上または建物の室内（interior）への相当する開口部、たとえば、ガラス張りのドアの中またはその上において用いることができる。さらに、層配列は、壁もしくは屋根の中またはその上において用いることができる。

本発明の目的のためには、用語室内（interior）は、個人の、公共の、もしくはは商業用の建物の室内、または事務所用途の室内および乗り物の室内の両方を意味するものとする。さらに、所望のいかなる大きなレセプタクル、たとえば運送コンテナーを意味するものとする。さらに、本発明の意味において、用語ウィンドウは、建物または乗り物における、光に対して透過性であり、硬い材料で封鎖された所望のいかなる開口部を意味するものとする。

本発明の意味において、用語入射光は、太陽から放射され、地球に大気を通過して到達し、コーティングされていないガラスシートによって、極めてわずかな量だけ吸収されるか、または全く吸収されず、そのために、太陽からの入射光がガラスシートを通過することができる、電磁放射（electromagnetic radiation）の流れを意味するものとする。短波長ＵＶ放射（ＵＶ−Ｂ光）および遠赤外放射は大気またはガラスシートによって吸収されるため、基本的に長波長ＵＶ放射領域（ＵＶ−Ａ光）、可視領域における電磁放射（ＶＩＳ光）、短波赤外放射領域（ＮＩＲ光）を包含する。

光学分野において通常用いられる定義によれば、ＵＶ−Ａ光は、本願の目的のためには、とくに、３２０〜３８０ｎｍの波長を有する光を意味するものとし、ＶＩＳ光は、とくに、３８０〜７８０ｎｍの波長を有する光を意味するものとし、ＮＩＲ光は、とくに７８０〜３０００ｎｍの波長を有する光を意味するものとする。

本願の目的のためには、ＮＩＲ透過防止層は、それを通過するＮＩＲ光の強度をかなりの量で減少させる層を意味する。好ましくは、ＶＩＳ光と比較してＮＩＲ光への、透過防止の選択性を有する。ＮＩＲ透過防止層のとくに好ましい特性および態様は、以下に記載する。

近代建物は、高い割合のガラス表面により際だっており、このことは、美的理由および建築上の理由の両方および明るさおよび室内の快適さの点から高度に要求される。近年、生活または事務所目的に用いる、および／または公共に利用できる建物が、最も高い可能なエネルギー効率を有すべきことは同じように重要となってきている。このことは、温暖な気候帯において、寒い季節には、できる限り少ないエネルギーを加熱のために用いるべきであって、および暖かい季節では、空調を全く必要としないとすべきか、またはほんのわずかでのみ必要とすべきことを意味する。しかし、広いガラス表面はこれらの目的を達成することにおいては、逆効果である。

一方では、ガラス表面は、電磁スペクトルのＶＩＳ領域およびＮＩＲ領域の放射（radiation）に透過的であるために、暖かい外気温の場合に、さらに強烈な日射が存在するとき、室内の望ましくない加熱をもたらす。室内の物体がそれを通過する放射を吸収し、それ故、暖められ、その結果、室温の上昇をもたらす（温室効果）。

他方で、大きなウィンドウの第二のマイナス効果は、低い外気温の場合に顕著となり、高い放射率を有する。

放射の放射率またはその程度は、電磁放射を放つ材料の特性を意味する。低い放射率を有する材料（たとえば金属表面）は、それに到達する放射の大部分を反射する一方で、高い放射率を有する材料（ガラスおよび、とくに暗い物体）は放射の大部分を吸収および放出する。物理的放射の法則に従うと、吸収または放出された放射は、大部分は、赤外線領域における放射である。

高い放射率を有する標準的なウィンドウガラスは、暖かい室内から来る赤外線の大部分を吸収し、それらの大部分を再放出する。したがって、熱が周囲に放出され、低い外気温の場合には、熱は、寒い周囲に永続的に放たれる。

建物のエネルギー効率の重要性が増加するにつれ、ウィンドウ中のエネルギーの流れを制御するウィンドウ表面上に直接配された特別なデバイスまたはコーティングへの要望の高まりがある。低い製造および動作コストおよび低いスペース要件の点で、適切なコーティングが有利である。とくに、特定の時点の周りの状態（熱、低温、高い放射、低い放射）に、適切な方法でウィンドウを介してエネルギーの流れに適合することができるコーティングに対する要望がある。

先行技術では、エネルギー流れを制限するが、可変的な方法で適用することができない、切り替え可能でないコーティング（層配列）および周りの各状態へのエネルギー流れに適合することができる切り替え可能なコーティングの両方もまた開示されている。切り替え可能デバイスでは、周囲の状態に自動的に適合しないコーティングおよび周囲の状態に自動的に適合するコーティング間の区別ができる。後者のコーティングを有するウィンドウは、インテリジェントウィンドウ（スマートウィンドウ）としてもまた知られている。

ウィンドウの断熱を改善するために、複数のガラス張りのウィンドウユニット（複窓ガラス断熱ガラス、断熱ガラスユニット）が以前から知られてきた。周囲から隔離された１種または２種以上のガスで満たされた空洞を包み込む、２種または３種以上のガラスシートの配列が、単一ガラスの窓ガラスと比較してウィンドウの熱伝導を著しく減少させることができる。

先行技術では、さらに薄い金属または金属酸化物層を有するウィンドウ窓ガラスのコーティングを開示している。この方法でコーティングされたガラスの製造は、たとえばUS 3,990,784およびUS 6,218,018にとりわけ記載されている。多くの場合、この技術は、複窓ガラス断熱ガラスウィンドウに用いられ、これらのウィンドウの断熱特性をさらに改善する。

コーティングは、２つの方法で放射エネルギーの流れを制御することができる。一方で、ガラスの光の透過率および強い日射の場合のガラス張りの部屋の熱を減少させ、他方で、窓ガラスの放射率を減少させ、その結果、加熱される間、外側へより熱が放出されない。

放射エネルギーの流れを現存のコーティング技術で、もっぱら制御できれば、変化する気候または季節の状態へ適合しないことが可能である。たとえば、寒い季節では、加熱のためのエネルギー支出を減少させるために、ウィンドウが、入射する日光に対して、完全に透過的であることは、興味深いことである。逆に、暖かい外気温の場合には、上述の温室効果が増大されるために、ウィンドウの低い放射率は不要または不都合である。

したがって、放射エネルギーの流れを周囲の各状態に適合させることができるコーティングへの要望がある。とくに、周囲の状態に自動的に適合することができるコーティングへの要望がある。
先行技術は、ここでは透明状態からより透明でない状態へ、たとえば、電圧が加えられたときに、不透明または実質的に非透明な状態へ可逆的に切替えることができる、コーティングを開示する。

そのようなコーティングの例は、エレクトロクロミックデバイスであり、とりわけ、Seeboth et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 2000, 263-277に示されている。
さらに、US 7,042,615およびUS 7,099,062ではエレクトロクロミックコーティングが記載され、透明状態および非透明状態間のスイッチングが電圧の印加およびそれによってもたらされるイオン移動に影響される。

さらに、先行技術で知られている放射エネルギーの流れを制御するための電気的に制御可能なコーティングは、懸濁粒子（懸濁粒子デバイス、ＳＰＤ）に基づくものであり、たとえば、電界で整列する有機ポリヨウ化物の粒子である（US 4,919,521）。
さらに、先行技術で知られている電気的に制御可能なコーティングは、電界が加えられたときに液晶媒体の分子の整列に基づくものである。そのようなコーティングは、US 4,268,126、US 4,641,922およびUS 5,940,150にとりわけ、開示されており、液晶媒体の動的光散乱効果にとりわけ基づく（動的光散乱）。

ウィンドウを介する放射エネルギーの流れの制御のための種々の電気的に制御可能なコーティングのレビューがSeeboth et al.による上述の出版物およびC. M. Lampert, Solar Energy Materials & Solar Cells, 2003, 489-499中にとりわけ記載されている。
しかし、言及したコーティングは、放射エネルギーの流れを調整することを可能にするにもかかわらず、電気的に制御しなければならないという欠点を有する。たとえば、ウィンドウに電力供給デバイスおよび制御デバイスなどの電気的コンポーネントを導入することで、ウィンドウを製造するのにさらなるコストを伴い、このタイプのコーティングの欠陥および低い耐久性を受けやすくなる危険を引き起こす。さらに多くの場合、ウィンドウの電気的接続を得るために、著しい建設努力が必要となる。

US 2009/0015902およびUS 2009/0167971は、２つの偏光層の間にスイッチング層を有する層配列を開示し、ここでは、スイッチング層は、第１の温度で入射光の偏光面を回転させ、第２の温度では入射光の偏光面をわずかにのみまたは全く回転させない。したがって、偏光層の偏光面の互いの永続的な回転を通して、第２の温度よりも第１の温度でより多くの入射光の通過を可能とすることを達成することができる。２つの温度依存性状態は、それぞれ透明状態および非透明状態として以下に記載される。

とくに、これらの２つの出願US 2009/0015902およびUS 2009/0167971は、ねじれネマチックセル（ＴＮセル）を用いる層配列を開示する。この場合、透明状態および非透明状態のスイッチングは、ねじれネマチックセル中に置かれた液晶媒体の、透明点より下の温度でのネマチック状態から透明点より上の等方状態への相転移によって達成する。

ネマチック状態では、スイッチング層の液晶媒体は、定義できるねじれ角で光の偏光面を回転させる。さらに偏光層の偏光面は、互いに定義された角度で回転し、スイッチング動作の間は、変わらないままである。スイッチング層の液晶媒体が、偏光光の偏光面を回転させるその角度が、偏光層の偏光面を互いに回転させる角度に相当するとき、第一の偏光層およびスイッチング層を通過する光もまた第二の偏光層を通過することができる。したがって、層配列の透明状態は、スイッチング層の液晶媒体のネマチック状態が生ずるときに層配列の透明状態が生ずる。透明点より下の温度でネマチック状態が存在するために、層配列の透明状態は、相対的に低い温度で生ずる。

等方状態では、スイッチング層の液晶媒体は、光の偏光面を回転させず、このことは、後者は、その偏光面が互いに回転する２つの偏光層を通過することができないことを意味する。したがってスイッチング層の液晶媒体の等方状態が生ずるときに層配列のより透明でない状態が生ずる。透明点よりも上の温度で存在する等方状態が存在するために、層配列のより透明でない状態が、透明状態に対して、より高い温度で、生ずる。
本発明をもたらした研究により、このタイプの層配列によって達成することができる入射光への影響は、とくに温暖で暖かい気候帯において通常生ずるすべての要件を満たすことができないことがここで示された。

したがって、本発明の目的は、冒頭に記載の一般的なタイプの層配列の熱透過を制御するのに効果的な特性を改善するように設計することであると考えられる。

この目的は、入射光の透過をその温度に応じて変化させる層配列であって、層配列が、
−第一の偏光層、
−温度に応じて光の偏光特性に影響を与えるスイッチング層、
−第二の偏光層
−および、さらに少なくとも１つのＮＩＲ透過防止層
を有する層配列を提供する本発明に従って達成される。

図１は、本発明の層配列の断面図を示す。図２は、ガラスシートの表面に配された本発明の層配列の断面図を示す。図３は、すでに知られた先行技術（反射または吸収偏光子を有するねじれネマチックセル）に従った層配列の透明状態での透過特性のスペクトル測定の結果の図を示し、曲線１は、反射偏光子での透過および曲線２は、吸収偏光子での透過を示す。

図４は、先行技術に従った吸収偏光子の直線的に偏光された光に関する透過特性のスペクトル測定の結果の図を示し、１で示されたスペクトルは、偏光子の偏光面に平行に偏光された光の透過を示し、２で示されたスペクトルは、偏光子の偏光面に垂直に偏光された光の透過を示す。

図５は、熱保護コーティングを有する市販の断熱ガラス窓ガラスを用いた本発明による層配列の透明状態での透過特性のスペクトル測定の結果の図を示し、１で示されたスペクトルは、吸収偏光子を用いての透過を示し、２で示されたスペクトルは、反射偏光子を用いての透過を示す。

図６は、金属コーティングを有する市販の熱保護フィルムを含む本発明による層配列の透明状態での透過特性のスペクトル測定の結果の図を示し、１で示されたスペクトルは、吸収偏光子を用いての透過を示し、２で示されたスペクトルは、反射偏光子を用いての透過を示す。

図７は、セラミックコーティングを有する市販の熱保護フィルムを含む本発明による層配列の透明状態での透過特性のスペクトル測定の結果の図を示し、１で示されたスペクトルは、吸収偏光子を用いての透過を示し、２で示されたスペクトルは、反射偏光子を用いての透過を示す。

図８は、ＮＩＲ反射フィルムを含む本発明による層配列の透明状態での透過特性のスペクトル測定の結果の図を示し、１で示されたスペクトルは、吸収偏光子を用いての透過を示し、２で示されたスペクトルは、反射偏光子を用いての透過を示す。

図９は、ＮＩＲ透過防止層としてＮＩＲ偏光子を含む本発明による層配列の透過特性のスペクトル測定の結果の図を示す。１で示されたスペクトルは、デバイスの非透明状態に相当し、２で示されたスペクトルは、デバイスの透明状態に相当する。

好ましい態様では、スイッチング層が、第一の温度範囲でネマチック相を形成し、かつ第二の温度範囲で等方相を形成する液晶媒体を有する。
特に好ましい態様では、層配列のスイッチング層がねじれネマチック液晶層である。さらに直線的に光を偏光する偏光層が好ましい。

さらに好ましい態様によれば、層配列が基板層（５）としてのガラスシートまたはアクリルガラスシートに適用されたものである。
さらに好ましい態様によれば、デバイスが完全に温度で制御され、電気的に切り替え可能なものではないものである。この好ましい態様によれば、デバイスは、いかなる電気的接続、電極および／または導線も有さない。

現在入手でき、経済的に実用にかなう方法で採用することができる偏光層およびスイッチング層の特性のために、相当量のＮＩＲ光が実質的に偏光されないままであり、スイッチング層の状態にもよらず、実質的に妨げられず、層配列を通過することができ、その結果、室内に入り、室内を加熱することが見出された。ＮＩＲ光のスイッチング層のスイッチング作用の拡大またはＮＩＲ領域に作用する偏光層の偏光作用の拡大は、かなりのコストおよび時には厳しい制限が想定される。しかし、大多数の適用にはＮＩＲ領域の入射光の温度依存性の影響は、必要とされないことが見出された。

とくに、ＮＩＲ領域の放射を、少なくとも部分的に反射または吸収し、同時にＶＩＳ領域の放射にできる限り影響しない、適切な層、他のＮＩＲ領域の放射の必要な偏光およびスイッチング層による影響も必要とすることなく、透過の間入射光のＮＩＲ量を減少させることを可能とする。

温度に応じて、日光の全波長範囲にわたって、および／またはとくにＶＩＳ領域の層配列の透過特性を単一の方法で変化させる、先行技術からの示唆とは対照的に、しばしば安価なＮＩＲ透過防止層と組み合わせることによる本発明に従って、入射光のＮＩＲ領域は、とくに一定の方法で影響され、層配列中のＮＩＲ放射の透過は大きく減少される。

かなりの割合の熱が、ＮＩＲ領域の波長を有する光によって透過するために、透明状態の層配列によるＮＩＲ領域による透過の減少が、ＶＩＳ領域での透過の減少よりも２倍、好ましくは２．０８倍、特に好ましくは２．２倍および極めて特に好ましくは２．３倍より大きいことが好適な方法である。ＮＩＲ透過防止層は、基本的には、ＮＩＲ領域の波長を有する光の大部分を反射し、またはそれが層配列を透過するのを妨げ、この割合の光は、室内の望ましくない温度上昇の一因とはなり得ない。この範囲の波長は、視覚的に把握することができないために、層配列の光学的に知覚できる特性への悪影響を心配する必要は全くない。このように効果的で温度依存性の必要のなく、それ故に安価に商業化が可能であるＮＩＲ透過防止層の組み合わせは、層配列の全体的効率が単純な方法でかなり改善され、同時に知覚できる量の入射日光によって影響される室内の心地よさは実質的に変わらないままであることを可能にする。

本発明の発想の好ましい態様によれば、ＮＩＲ透過防止層は、入射光に面する層配列の外側に配置されるものとする。このようにすると、入射光のＮＩＲ量（content）は、ＮＩＲ透過防止層によって反射され、偏光層およびスイッチング層を再び通過しそれを再び温めることをする前に、初めに偏光層およびスイッチング層を妨げられることなく透過し、その過程でそれらを温めることは避けられる。したがって、層配列の透明状態および非透明状態の温度依存性の変化は、主に、室内の周りの温度に依存し、外側の温度または入射日光の強度への依存はより少ない。

本発明の発想での別の態様によれば、ある用途では、ＮＩＲ透過防止層は、入射光から離れて面する層配列の外側に配置されるようにすることが同様に考えられ、有利である。ＮＩＲ透過防止層によって反射される入射光のＮＩＲ量が、偏光層およびスイッチング層を２回通過し、その過程でそれらを暖めるため、層配列の透明状態および非透明状態の変化が上述の層構造の場合より入射光の強度に依存する。その間に位置する偏光層およびスイッチング層に対してＮＩＲ透過防止層の適する配置は、各用途、または各々の周りの天候状態でも任意に前もって指定することができる。

代わりにまたはさらに、さらなる面を、個々の各ケースにおいて適するＮＩＲ透過防止層の配置に考慮してもよい。したがって、入射光に対し、より光安定性でない偏光層を良好に保護し、それらを退色から保護するために、たとえば、このタイプのより光安定性の層を、入射光に、面する層配列の外側に配置することができる。しかし、用いるＮＩＲ透過防止層が用いる偏光層よりもより安定でないものであるとき、退色から保護するために、入射光よりも離れて面する層配列の外側に配置することができる。

ＮＩＲ透過防止層がコレステリック液晶材料を含む少なくとも一つの層を有することが好適であることが示された。とくに、コレステリック（キラルネマチック）液晶材料をふくむ複数の層を用いるとき、ＮＩＲ放射の高い反射値および同時に良好なＶＩＳ放射の透過が達成される。たとえば、US 6,099,758に原理的に記載されているように、その主な反射は、ＮＩＲ領域に配される広がったバンドのコレステリック反射体が考えられ、好適である。層の方向にわたって増加または減少するらせんピッチを有する層が同様に好適である。

本発明の発想の他の態様によれば、ＮＩＲ透過防止層がセラミック材料を含む少なくとも一つの層を有するものが提供される。セラミックコーティングは、すでに様々な分野の用途で知られており、大量生産に適する確立されたコーティング方法が存在することを意味する。ＮＩＲ放射の増加された反射に加えて、改善された表面コーティングまたは層配列の摩耗耐性を達成することができ、長期にわたって確保される。

ＮＩＲ透過防止層が金属材料を含む少なくとも一つの層を有することが、低い生産コストの点から同様に考えられ有利である。
さらに、本発明の発想の態様によれば、ＮＩＲ透過防止層が色素を含む少なくとも１つの層を有することが提供される。色素含有層は、好ましくは、とくにＮＩＲ領域の光を吸収することができる、１または２以上の色素を含む。

多くの点で有利である、上述の種々の層の組み合わせは、ＮＩＲ透過防止層が金属材料を含む層と色素を含む層との組合せを有することにある。
ＮＩＲ透過防止層は、薄膜法または印刷法を活用して適用することができる。
層の構造および組成に応じて、層がスパッタリングまたは熱分解スプレーにより適用されたものが有利であり得る。スパッタリングまたは熱分解スプレーによって金属または金属酸化物含有層を適用することは、ほかの用途の分野、たとえば、断熱ガラス窓ガラスの生産においてすでに知られている。

金属層および金属酸化物層が適切な方法で配置され適用された複数の層配列がとくに、ＮＩＲ領域で良好な透過防止特性を有することができることが見出された。ＮＩＲ透過防止層が好ましくは、交互に配列された３〜５つの金属酸化物層および金属層の一連からなる。しかし、より多くの層が存在してもまたよい。
ＮＩＲ透過防止層が熱蒸着により適用されたものであることは、同様に本発明の好ましい態様に相当する。

本発明のさらなる態様によれば、ＮＩＲ透過防止層（４）が多層構造を有する、ＮＩＲ反射膜またはホイルからなり、個々の層が、典型的には、異なる屈折率を有する少なくとも２つの材料からなる。このタイプのＮＩＲ反射膜は、たとえば、US 7,236,296 B2に記載され、たとえば、３Ｍから"Prestige PR 70"という名で入手できる。

本発明の発想のさらなる態様によれば、ＮＩＲ透過防止層（４）がＮＩＲ偏光子、好ましくはＮＩＲ偏光ホイルである。ＮＩＲ偏光子はスペクトルのＮＩＲ部分を部分的に偏光できる。公知のいかなるＮＩＲ偏光ホイルを用いることができ、たとえば、US 5882774 Aに記載された偏光子である。

いくつかの具体例を以下に詳細に説明し、図中に示す。
図１および図２は、本発明の層配列（１）の可能な態様について図示および例として示す。

図１に示された層配列（１）は、温度に応じて光の偏光特性に影響を与えるスイッチング層（２）を有する。スイッチング層（２）は、好ましくは、第１の温度範囲でネマチック層を形成し、第２の温度範囲で等方相を形成する液晶媒体を含む。２つの偏光層（３ａ）および（３ｂ）およびスイッチング層（２）を含む配列は、とくに好ましくは、ねじれネマチックセルである。

スイッチング層を通過する光線の偏光特性は、温度に応じて異なる方法で影響される。光の偏光特性がスイッチング層（２）によって変化する第１の、より低い温度範囲が、スイッチング層（２）の組成および構造に応じて存在し、光の偏光特性がわずかにのみ変化または全く変化しない第２の、より高い温度範囲が存在する。

偏光層（３ａ）または（３ｂ）は、スイッチング層（２）の両側のそれぞれに配置され、前もって指定された偏光を有する光のみを基本的に透過し、異なる偏光を有する光を反射（反射偏光層）または吸収（吸収偏光層）する。２つの偏光層（３ａ）および（３ｂ）の偏光面は、好ましい態様に従って、互いにある角度で回転し、第１の偏光層（３ａ）によって前もって指定された光の偏光面が、第１の温度でスイッチング層（２）によって回転し、その結果、光が続いて第２の偏光層（３ｂ）を基本的に妨げられることなく通過することができる（透明状態）一方で、スイッチング層（２）は、第２の温度で光の偏光面を変化させることなく、それ故、光は、第２の偏光層（３ｂ）をほとんどまたは全く通過できない（非透明状態）。

好ましい態様に従って、スイッチング層に存在する液晶媒体の液晶状態は、とくに好ましくは、ネマチック状態は、第１の温度で存在する。好ましい態様に従って、スイッチング層に存在する液晶媒体の等方状態は、第２の温度で存在する。
偏光層（３ａ）および（３ｂ）およびスイッチング層（２）に加えて、図１および２に例として示された層配列（１）はＮＩＲ透過防止層（４）を有する。ＮＩＲ透過防止層（４）は、好ましくは、２つの示された例示的態様では、いずれも偏光層（３ａ）、スイッチング層（２）および偏光層（３ｂ）の層配列の外側に配されるが、時には、層配列（１）内にもまた位置することもできる。

図２に示された例示的態様では、層配列（１）は、窓ガラス（５）上に配される。窓ガラス（５）は、建物または乗り物の開口を覆う、単一ガラス窓ガラスでもよい。しかし、断熱ガラス窓ガラスからなる複ガラス窓ガラスを含む窓ガラスもまた有利によい。そのような場合、層配列（１）は、極めて強い光および高い外側温度において、この外側窓ガラスが、外側温度に熱的に接触し、偏光層（３ａ）および（３ｂ）間のスイッチング層（２）の迅速なスイッチング作用に有利に働くために、断熱窓ガラスは、入射光に面する外側窓ガラスの内側に有利に配される。層配列（１）が室内に面する窓ガラス上に配されるときは、スイッチング層（２）は、室内温度に応じて入射光に決定的に影響を与え、温度依存性遮光は、外側温度ではなく、室内温度によって支配される。３またはそれ以上の窓ガラスの配列では、層配列（１）は、入射光の面するまたは離れて面する表面上に内側窓ガラスに配されてもまたよい。さらに、本発明の目的のためには、ガラス層は、いかなる所望のほかの透明な支持層、たとえば、プラスチック層によって置き換えられることもできる。

市販の偏光層（３ａ）および（３ｂ）は、たとえば、図４の例で示された測定値に従った透過特性を有する。２つの測定曲線は、直線的に偏光された光での測定の吸収偏光層の従来の透過特性を示す。同様な結果が反射偏光層でも得られる。偏光層（３ａ）および（３ｂ）が、非偏光光では、４００ｎｍおよび約８００ｎｍ間の領域で約半分、すなわち、偏光層（３ａ）または（３ｂ）によって前もって指定された偏光面を有する割合の光を透過させるのみであるにもかかわらず、高い波長、とくにＮＩＲ領域での効率は、低い。たとえば、１００％透過のような理想的な値から外れた測定値は、周辺効果および実際には避けられない、理想的な１００％の層の透過の機能障害によるものである。

さらに、ねじれネマチック層との組み合わせた吸収または反射偏光子で得られた、図３の測定結果から、互いに９０°で回転する偏光子の面を有する、２つの偏光層（３ａ）および（３ｂ）は、少ない量で約８００ｎｍより大きい波長を有する入射光のみ偏光し、これは図３に従ったデバイスは、約８００ｎｍより大きい波長を有する光にわずかなスイッチング効果を与えることのみできることを意味する。

このことは図４に示された測定結果によって説明される。図４の（３ａ）および（３ｂ）などの偏光層は、Glan-Thompsonプリズムを用いてすでに偏光された偏光光に所望の効果を示し、約８００ｎｍより低い波長である、関連する波長範囲全体にわたって、実質的に理想的な偏光特性を有し、これは、入射光が遮断されたか、または偏光子に応じて、実質的に通過するのを許されたことを意味する。しかし、これに対して、とくにＮＩＲ領域の波長、約８００ｎｍより大きい波長で、実質的に入射光の偏光は、全く起こらない。

層配列の上述の作用原理によれば、先行技術から知られている２つの偏光層（３ａ）および（３ｂ）間の、とくにスイッチング層である、スイッチング層（２）の配列が実質的にまったくＮＩＲ領域でのスイッチング効果を有さない。

先行技術から知られているように、約２５０ｎｍと約１５００ｎｍとの間の関連する波長全体にわたって適する偏光特性を有し、関連する波長領域全体にわたって透過への所望のスイッチング効果を促進する、層配列のための現在市販の偏光層は、全く知られていない。とくにこのタイプの偏光層は、数平方センチメートルより大きい表面を有する層配列には、現在技術的に達成できない。

ＶＩＳ領域だけでなくとくにＮＩＲ領域で所望の特性を有する、層配列（１）の安価な製造を可能とするために、スイッチング層（２）を囲む、２つの偏光層（３ａ）および（３ｂ）を、本発明に従って、透過防止特性を有する、ＮＩＲ透過防止層（４）と組み合わせる。ＮＩＲ領域の波長を有する光は、視覚的に把握することができないために、層（４）は視覚的に把握される光の入射を著しく損なわない。適する層（４）は、種々の組成物および種々の特性ですでに知られており、頻繁に商業的に安価に入手できる。

図５は、本発明による層配列（１）の透明状態でのスペクトルの透過測定の結果を示す。ここでのＮＩＲ透過防止層（４）は熱保護コーティングを有する市販の断熱窓ガラスである。反射偏光層（３ａ）および（３ｂ）の場合と吸収偏光層（３ａ）および（３ｂ）の場合との両方で、透明状態のＶＩＳ領域の透過が約２０％〜約３０％に減少される一方、ＮＩＲ透過防止層（４）との組み合わせは、ＮＩＲ領域の入射光を実質的に完全に妨害する。非透明状態（示されていない）では、透過は、層（４）との組み合わせた偏光層（３ａ）および（３ｂ）によって実質的に完全に妨げられる。ヒトの目は、光の強度に比例的でなく対数的な知覚力を有するために、透明状態でここに存在する２０％〜３０％までのＶＩＳ領域の透過の減少もまた、それでもまだ、許容されると考えられる。

図６は、本発明による層配列（１）のスペクトル透過測定の量と考えられる比較できる結果を示し、ここで、使用した層（４）は、金属ホイルである。このタイプの金属ホイルは、たとえば、US 4,973,511に記載され、たとえば、V-KOOL, Inc. (www.v-kool.com)から金属ホイル"V-Kool 70"として入手できる。この金属ホイルは、約７０％のＶＩＳ領域の透過を有する一方で、ＮＩＲ領域での透過は比較的低い。他の市販の金属ホイルもまた７７％までの、ＶＩＳ領域のいくぶんより低いまたはいくぶんより高い透過を有してもよい。

上述の測定において、ＶＩＳ領域の透過は、反射偏光層（３ａ）および（３ｂ）の場合および吸収偏光層（３ａ）および（３ｂ）の場合の両方で、透明状態で約２０％、３０％まで減少されている一方で、金属ホイルとの組み合わせは、ＮＩＲ領域の入射光を実質的に完全に妨害する。非透明状態では、透過は、ＶＩＳ領域およびＮＩＲ領域の両方で、ＮＩＲ透過防止層（４）との組み合わせた偏光層（３ａ）および（３ｂ）によって、実質的に完全に妨げられる。

セラミック成分を有するフィルムもまたＮＩＲ透過防止層（４）としてまた用いることができる。図７の例によって示された透過測定は、Madico, Inc. (www.madico.com) からのMAC 6000フィルムを用いて行った。約８００ｎｍより小さい波長の透過が上述の層（４）の透過と同程度である一方、約８００ｎｍより大きい透過は、より減少が少ないが、関連する波長領域全体にわたって５０％よりもかなり低く、これは層（４）なしの層配列と比較してＮＩＲ領域の入射熱放射のかなりの減少を示す。

ＮＩＲ透過防止層（４）として多層コーティングを有するフィルムまたはホイルを用いることもまた可能である。このタイプの層（４）は、基本的に、多層構造を有するＮＩＲ反射フィルムまたはホイルからなり、ここで、個々の層は、典型的には、少なくとも２つの異なる屈折率を有する材料からなる。

図８は、ＮＩＲ透過防止層としてＮＩＲ反射フィルム（3M Prestige 70 太陽光保護フィルム）を用いる本発明の層配列（１）の透過特性のスペクトル測定の結果を示し、ここで、測定は、どの場合も層配列の透明状態で行った。とくに８５０ｎｍと１１５０ｎｍと間の領域において、ＮＩＲ反射フィルムは、高い効果的な光の透過の妨害をもたらす。１１５０ｎｍの波長からのＮＩＲ減少は、８５０−１１５０ｎｍの領域ほど大きくないが、にもかかわらず、ＮＩＲ透過防止層なしでの配列（図３）と比較してそれでもなお明らかに明白である。

図９は、ＮＩＲ透過防止層としてＮＩＲ偏光ホイルを有する本発明の層配列の透明状態（線２）および非透明状態（線１）での透過特性のスペクトル測定の結果を示す。層配列のセットアップは、以下である：第１の偏光層−スイッチング層−第２の偏光層であり、スイッチング層と偏光層の１つとの間か、または１つの偏光層の外側のいずれかに位置するＮＩＲ偏光ホイルを有する。用いるＮＩＲ偏光ホイルは、US5882774 Aに記載されたものである。図９の層配列では、透明状態および非透明状態の両方で、ＮＩＲ範囲の全体の透過は、かなり減少する。

図３〜８の測定は、Perkin Elmer Lambda 1050 UV / VIS / NIR分光計を用いて室温（２０℃）で行った。

Claims

入射光の透過をその温度に応じて変化させる層配列であって、該層配列が、第一の偏光層（３ａ）、前記温度に応じて光の偏光特性に影響を与えるスイッチング層（２）および第二の偏光層（３ｂ）を有し、前記層配列（１）が、少なくとも１つのＮＩＲ透過防止層（４）をさらに有することを特徴とする、前記層配列。
スイッチング層が、第一の温度範囲でネマチック相を形成し、かつ第二の温度範囲で等方相を形成する液晶媒体を有することを特徴とする、請求項１に記載の層配列。
層配列のスイッチング層が、ねじれネマチック液晶層であることを特徴とする、請求項１または２に記載の層配列。
ＮＩＲ領域での層配列（１）による透明状態の透過の減少が、ＶＩＳ領域での透過の減少よりも２倍、好ましくは２．０８倍、特に好ましくは２．２倍および極めて特に好ましくは２．３倍より大きいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、コレステリック液晶材料を含む少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、セラミック材料を含む少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、金属材料を含む少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、交互に配置された３〜５つの金属酸化物層および金属層の一連からなることを特徴とする、請求項７に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、色素を含む少なくとも１つの層を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、金属材料を含む層と色素を含む層との組合せを有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、多層構造を有するＮＩＲ反射膜またはホイルからなり、その個々の層が、典型的には、異なる屈折率を有する少なくとも２つの材料からなることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、薄膜法または印刷法を活用して適用されたものであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、スパッタリングまたは熱分解スプレーにより適用されたものであることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の層配列。
ＮＩＲ透過防止層（４）が、熱蒸着により適用されたものであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の層配列。
層配列（１）が、基板層（５）として、ガラスシートまたはアクリルガラスシートに適用されたものであることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の層配列。