JP2015509206A - 光透過性表面を通してのエネルギーの通過の温度依存性調節のためのデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、エネルギーの光透過領域の通過を調節するためのデバイス（Ｉ）であって、第１の偏光層（３ａ）、第２の偏光層（３ｂ）、および２つの偏光層の間に配置されており、偏光の偏光特性を温度に依存して修正する切換層（２）を含み、ここで２つの偏光層が、７０％〜１００％の範囲における通過方向におけるその透過および２０％〜８５％の範囲内のその偏光度の好適な選択によって特徴づけられる、前記デバイスに関する。本発明はさらに、本発明のデバイスを製造する方法ならびに当該デバイスの、内部への光透過およびエネルギーの通過の温度依存性影響のための使用に関する。

Description

本発明は、第１の偏光層、第２の偏光層および２つの偏光層の間に配置され、偏光の偏光特性を温度の関数として変化させる切換層を含み、ここで２つの偏光層が、透過方向におけるそれらの透過およびそれらの偏光度の好適な選択によって特徴づけられる、エネルギーの光透過領域の通過を調節するためのデバイスに関する。本発明はさらに、本発明のデバイスの製造のためのプロセスならびに光透過および／またはエネルギーの内部への通過に温度の関数として影響するためのデバイスの使用に関する。

建物のエネルギー効率は、上昇するエネルギーコストと共に重要性が増加している。窓およびガラスのファサードは、低い外側の温度のとき大部分の建物の熱エネルギーがそこを通して失われるか、または強度の日射の場合に建物への大部分のエネルギー進入がそこを通して起こる、建物の重大な部分である。
したがって、窓またはガラス領域を通しての光透過およびしたがってエネルギーのフローを制御するデバイスについての需要がある。特に、ガラス領域を通ってのエネルギーフローを、特定の時点で支配的な条件（暑さ、寒さ、高日射、低日射）に適合させることができるデバイスについての需要がある。

本発明の目的のために、用語「光」は、ＵＶ−Ａ、ＶＩＳおよびＮＩＲ領域における電磁放射を意味するものと解釈される。特に、窓に通常使用される材料（例えばガラス）によって吸収されないか、または無視できる程度に吸収されるに過ぎない放射線を意味するものと解釈される。放射線物理学の領域において通常使用される定義において、ＵＶ−Ａ光は、３２０〜３８０ｎｍの波長を有する放射線を意味するものと解釈され、ＶＩＳ光は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長を有する放射線を意味するものと解釈され、ＮＩＲ光は、７８０ｎｍ〜３０００ｎｍの波長を有する放射線を意味するものと解釈される。本発明の目的のために、用語「光」は、したがって３２０〜３０００ｎｍの波長を有する放射線を意味するものと解釈される。

寒冷な季節には、最大限の光ひいては輸送されたエネルギーが、ガラス領域を通って建物に進入することが所望される。これによって、光熱費を節約することが可能になる。

他方、温暖な季節には、可能な限り低い、ガラス領域を通っての建物中へのエネルギーの進入が起こることが所望される。これによって、より快適な室内気候を達成するかまたは冷暖房費を節約することが可能になる。さらに、入射光線強度の低減が、これらの場合において、例えば直接の日射によるまぶしさを低減するために所望され得る。

したがって、例えば窓または他のガラス領域を通した光の形態でのエネルギーの内部への進入を調節する切換素子についての需要がある。特に、上に記載したように、光透過の調節を支配的な条件に対して自動的に適合させる切換素子についての需要がある（高性能の窓）。さらに、エネルギー効率を操作し、可能な限り低い技術的な複雑さを伴って設置することができ、技術的に信頼可能であり、審美的な要求を満たす切換素子についての需要がある。さらなる観点は、切換素子の容易な加工可能性、操作におけるロバスト性および建物の既存のガラス領域に組み込む可能性である。

US 2009/0015902およびUS 2009/0167971には、液晶媒体を２つの高度に効率的な偏光子間の層中に含む温度反応性デバイスが開示されている。比較的高い光透過を有する状態と比較的低い光透過を有する状態との間の切換は、ここでは必要になる電圧の印加を伴わないネマチック状態からアイソトロピック状態への液晶媒体の相転移によって達成される。

しかしながら、このタイプのデバイスは、比較的高い光透過を有する状態においても、理論的には最大５０％、実際には高々３０〜４０％の光透過を有するという欠点を有する。さらに、比較的低い光透過を有する状態における透過は、事実上０に等しく、つまりデバイスは完全に暗くなる。

しかしながら、例えば建物または車両における実際のデバイスの使用のためには、比較的高い光透過を有する状態（＝開状態）において５０〜７０％の透過を有するのが望ましい。さもなければ、窓の著しい遮光の印象が、デバイスの開状態において発生する。

さらに、デバイスの実施においては、比較的低い透過を有する状態（＝閉状態）において完全には暗くなく、代わりに残存透過を有するのが望ましい。窓の場合において、７％の最小の透過は主観的に尚心地良いとされている。

US 2011/0102878には、US 2009/0015902およびUS 2009/0167971のデバイスにおける高度に効率的なな偏光子の代わりに、増加した透過率を有する比較的薄い偏光子を用いることができることが開示されている。前記出願の開示によれば、これは、デバイスの開状態における透過が増加するという効果を有する。しかしながら、デバイスの切換範囲、つまり開状態と閉状態との間の光透過の差は、このタイプの態様によってより小さくなる。

エネルギーの通過を調節するためのデバイスの場合において、デバイスの明るい状態における透過および切換範囲の両方を所要に応じてあらかじめ決定することができることが望ましい。例えば、ある適用についてデバイスが非常に大きい切換範囲を有するのが有利であり得る。他の適用について、比較的大きい切換範囲を比較的高い光透過と組み合わせるのが有利であり得る。

本発明において、これを、偏光子のパラメーターＰ（偏光度）およびＴ１（透過方向における透過）の好適な選択を通じて達成することができることが見出された。

図１は、層の基本的な配置を記載し、例えばさらなる機能層、例えば１つもしくは２つ以上の配向層および／または外部の影響またはある波長の光を防ぐ１つもしくは２つ以上の保護層など、が層の間または層配置の外側に位置することを除外することを意図しない。 図２は、層配置のさらなる好ましい構造を描写し、ここで切換層および２つの偏光層を含む配置は、基板層（４）上に配置される。 図３は、本発明のデバイスＥ−１についての透過スペクトルを示す。 図４は、本発明のデバイスＥ−２についての透過スペクトルを示す。 図５は、本発明のデバイスＥ−３についての透過スペクトルを示す。 図６は、本発明のデバイスＥ−４についての透過スペクトルを示す。 図７は、比較のデバイスＶ−１についての透過スペクトルを示す。 図８は、比較のデバイスＶ−２についての透過スペクトルを示す。

本発明は、したがってエネルギーの光透過領域の通過を調節するためのデバイスであって、デバイスが以下の層：
− 第１の偏光層、
− 第２の偏光層、および
− ２つの偏光層の間に配置されており、偏光の偏光特性を温度の関数として変化させる切換層、
を含み、

ここで、２つの偏光層が、同一にまたは異なって、５５０ｎｍの波長で決定される、２０〜８５％の範囲内の偏光度Ｐおよび７０〜１００％の範囲内の透過方向における透過Ｔ１を有する、前記デバイスに関する。

前記偏光度Ｐおよびまた前記透過方向における透過Ｔ１の両方を有する偏光層の使用によって、少なくとも７．５％の満足な暗い透過を有するデバイスが得られる。少なくとも３０％、好ましくは少なくとも４０％の満足な明るい透過が、さらに存在する。少なくとも５％、好ましくは少なくとも７．５％の切換範囲が、さらに存在する。

さらに、前記範囲からの２つのパラメーターＰおよびＴ１の好適な選択によって、明るい透過および切換範囲についての値を互いに独立して設定することができるデバイスの製造が可能になる。

パラメーターＰおよびＴ１は、偏光層を含むデバイスの領域における当業者に一般的に知られているように、以下のように定義される：

Ｐは、方程式
Ｐ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）
によって、Ｔ１およびＴ２についての値から得られる。Ｔ１は、５５０ｎｍの波長での透過方向における偏光子の透過を表す。透過方向は、偏光子を通しての最も高い透過が生じる入射する偏光の向きを意味するものと解釈される。Ｔ２は、５５０ｎｍの波長での遮断方向における偏光子の透過を表す。遮断方向は、偏光子を通しての最も低い透過が生じる入射する偏光の向きを意味するものと解釈される。

上に示したデバイスの明るい透過は、比較的高い光透過を有する切換状態において生じるデバイスを通しての透過を意味するものと解釈される。準じて、デバイスの暗い透過は、比較的低い光透過を有する切換状態において生じるデバイスを通しての透過を意味するものと解釈される。透過を、再び５５０ｎｍの光波長について定義する。

最後に、デバイスの切換範囲は、明るい透過および暗い透過についての値の間の差異を意味するものと解釈される。
光学的値Ｔ１、Ｔ２、Ｐおよび明るい透過、暗い透過および切換範囲を、他に明確に示さない限り、基本的に本出願中で５５０ｎｍの波長について決定したことを注記する。

本発明の目的のために、用語「エネルギー」は、ＵＶ−Ａ、ＶＩＳおよびＮＩＲ領域における電磁放射線のエネルギー（光エネルギー）を意味するものと解釈される。特に、それは、窓（例えばガラス）において通常使用される材料によって吸収されないか、または無視できる程度に吸収されるに過ぎない光エネルギーを意味するものと解釈される。

本発明において、デバイスの２つの切換状態は、デバイスを通しての比較的高い光透過を有する切換状態（明るい状態）、およびデバイスを通しての比較的低い光透過を有する切換状態（暗い状態）である。

物理学の一般的に知られている法則によれば、デバイスを通しての高い光透過によって、デバイスを光透過領域に適用した内部への高いエネルギー進入がもたらされる。準じて、デバイスを通しての低い光透過によって、内部への低いエネルギー進入がもたらされる。したがって、デバイスは、エネルギーの内部への進入をその光透過の切換によって調節する。

デバイスは、比較的高い光透過を有する切換状態から比較的低い光透過を有する切換状態に温度の関数として切り換わる。デバイスの切換状態は、したがってデバイスの種々の温度範囲と関連する。デバイスの切換は、好ましくは、０℃〜８０℃、好ましくは１０℃〜７０℃および非常に特に好ましくは２０℃〜６０℃の温度範囲において徐々に起こる。

本発明の好ましい態様において、比較的高い光透過を有する切換状態は、デバイスの比較的低い温度で存在し、比較的低い光透過を有する切換状態は、デバイスの比較的高い温度で存在する。準じて、デバイスの明るい状態は、好ましくは、０℃より低い、特に好ましくは１０℃より低い、および非常に特に好ましくは２０℃より低い温度で生じる。デバイスの暗い状態は、好ましくは、８０℃より高い、特に好ましくは７０℃より高い、および特に非常に好ましくは６０℃より高い温度で生じる。

デバイスの機能は、入射光が第１の偏光層によって偏光されるという事実に基づく。これは、ある偏光特性を有する光が主に透過することを意味する。切換層は、第１の偏光層の後方に配置される。第１の状態において、これは、それを通過する光の偏光特性に影響しない。光はその後、切換層の後方に配置された第２の偏光層に当たる。互いの偏光層の透過方向の配置に対応して、ある割合の光は、ここでまた第２の偏光層を通過することができる。

２つの切換状態の他方において、偏光に影響する切換層は、それを通過する光の偏光特性を変化させる。より大きいかまたはより小さい割合の偏光は、それゆえ、光の偏光特性が切換層によって変化した方法に依存して第２の偏光子を通過することができる。いずれの場合においても、その第２の状態における切換層による光の偏光特性の変化によって、それが光の偏光特性に影響しない切換層の第１の状態と比較して、デバイスの光透過の変化が生じる。

本発明の好ましい態様において、２つの偏光層は、偏光の優先的方向が互いに関して６０〜１２０°、好ましくは７５〜１０５°および特に好ましくは８０〜１００°の角度で回転する直線偏光子である。２つの状態の一方において、切換層は、光の偏光面を回転させないか、または非常にわずかに回転させるに過ぎない。２つの状態の他方において、それは、光の偏光面を、偏光子の偏光の優先的方向が互いに関して回転する角度に相当する角度で回転させるか、またはこの角度からわずかにのみ、例えば１〜１０°逸脱する。

この形態において、第１の偏光子を通過する光は、切換層が光の偏光面を回転させる状態にある場合において、第２の偏光子をまた通過する。切換層のアクティブ状態は、したがってデバイスの明るい状態に相当する。対照的に、切換層がそのアクティブでない状態、つまりそれが光の偏光面を回転させない状態にある場合において、第２の偏光子に当たる光は、２つの偏光子の偏光の優先的方向が互いに関して回転するので、それを通過することができない。切換層のアクティブでない状態は、したがってこの態様におけるデバイスの暗い状態に相当する。

切換層のアクティブ状態は、切換層の光学的にアニソトロピックな状態、好ましくは液晶状態と関係し、切換層のアクティブでない状態は、切換層の実質的にアイソトロピックな状態と関係する。

光学的にアニソトロピックな状態における切換層は、好ましくは直線偏光した光の偏光面を１０°またはそれ以上の角度で回転させ、一方アイソトロピックな状態において、それは、直線偏光した光の偏光面を回転させないかまたは無視できる程度に回転させるに過ぎない。それは、特に好ましくは、直線偏光した光の偏光面を４０°より大きい角度で、非常に特に好ましくは７０°より大きい角度で回転させる。最高に好ましいのは、７０〜１１０°の回転の角度、さらによりよくは８０〜１００°の角度である。しかしながら、好ましい回転の角度より１８０°の倍数大きい回転の角度もまた可能である。

本発明において、２つの切換状態の間の切換操作は、ある温度で突如起こらず、代わりにある温度範囲内にある遷移領域において徐々に生じる。遷移領域のこの温度範囲は、好ましくは摂氏５〜１００度の幅を有し、つまり、例えば１５〜１１０℃で生じる。温度範囲は、特に好ましくは摂氏１０〜５０度の幅を有する。遷移領域の温度範囲内で、デバイスの透過は、デバイスの明るい透過についての値から暗い透過についての値まで、透過の中間値を経て徐々に変化する。

デバイスは、好ましくは、専ら温度制御の下で切り換えられる。したがって好ましくは、切換操作を電気的に誘発するためのデバイスを含まない。特に好ましくはワイヤー、ケーブル、電気的接続または回路を含まない。さらに好ましくは、外側から電気的に誘発されず、または電流を供給されず、つまりそれ自体自律性の系を表す。

好ましくは、エネルギーの通過が光透過領域を通って内部へ起こる。内部は、好ましくは建物、例えば居住用建物、オフィスビル、商業的目的のために使用される建物の内部である。あるいは、内部はまた、車両、例えば自動車の内部または輸送容器、例えば運送用コンテナの内部であり得る。これらが周辺環境との空気の限定された交換を有するに過ぎず、光エネルギーの形態にある外部からのエネルギーの進入が起こり得る光透過制限表面を有する限り、本発明のデバイスを、任意の所望の内部のために使用することができる。本発明は、光透過領域を通って、例えば窓領域を通って強い日射にさらされる内部に特に関連する。

好ましいのは、０．５ｍ^２より大きい、特に好ましくは１ｍ^２より大きい、非常に特に好ましくは３ｍ^２より大きいサイズを有する光透過領域、例えば窓または天井である。これは、それらが太陽によって照射される場合、内部への高いエネルギー取り込みが、かかる領域を通って起こり得るという事実のためである。好ましいのは、さらにそれらの空間的配向ならびに／または建物の地理的および気候的位置に起因する高度な日射にさらされる光透過領域である。

デバイスは、好ましくは光透過領域の全領域にわたり配置され、したがって当該領域を通っての光透過を、可能な限り完全に調節することができる。可能な態様において、カバーは、単一のデバイスによって行われる。しかしながら、他の態様において、カバーはまた、複数のデバイスによって行われ得、それは互いに直接隣接しているか、または空間が残存するように配置される。

好ましい態様において、光透過領域は、ガラスペーンまたはプレキシガラス(Plexiglas)ペーンである。窓(window panes)の場合において、マルチペーン(multipane)絶縁ガラスが好ましい。好ましい態様において、本発明のデバイスを、このペーンに直接適用する。
このタイプの適用を、既存の配置を改造することにより、または完全な再設置により行うことができる。

好ましい態様において、デバイスを、マルチペーン絶縁ガラスの内部にはめ込むか、またはこのタイプのガラス上に外部にはめ込む。好ましいのは、一般的に内部に面するペーン側上での、またはマルチペーン絶縁ガラスの場合においては２つのガラスペーンの間の空間における使用である。しかしながら、他の配置もまた、ある場合においては考えられ、好ましい。当業者は、それぞれのある配置の利点および欠点を、デバイスの耐久性、光学的および審美的視点、ペーンの清掃に関する実際的見地に関して、ならびに温度変化に対するデバイスの反応性に関して比較検討し、問題の場合のための最適の設計を選択することができる。

好ましい態様において、デバイスは、それが少なくとも０．０５ｍ^２、好ましくは０．１ｍ^２〜２０ｍ^２および特に好ましくは０．２ｍ^２〜５ｍ^２の領域拡張を有することを特徴とする。

本発明において、デバイスの偏光層が同一に、または異なって、５５０ｎｍの波長で決定される、３０〜８５％の範囲内の偏光度Ｐおよび７５〜１００％の範囲内の透過方向における透過Ｔ１を有するのが好ましい。３５〜８０％の範囲内の偏光度Ｐおよび７５〜１００％の範囲内の透過Ｔ１は、偏光層のために特に好ましい。

ＰおよびＴ１についての本発明の範囲内で、特有のデバイスパラメーター、明るい透過および切換範囲のある特性が生じるＰおよびＴ１についての値の範囲のある組み合わせが見出された。ここでの暗い透過は、７％の最小値より依然高い。

可能な限り大きい切換範囲を有するデバイスは、偏光子についてのＰが同一にまたは異なって４５〜８５％の範囲から選択され、Ｔ１が７５〜１００％の範囲から選択される場合に得られる。好ましくは、Ｐは、５５〜８５％の範囲から選択され、Ｔ１は、８０〜１００％の範囲から選択される。非常に特に好ましくは、Ｐは、６５〜８５％の範囲から選択され、Ｔ１は、８５〜１００％の範囲から選択される。
明るい透過および暗い透過について上に示した最小値は、ここで観察される。

中程度の切換範囲を中程度の明るい透過と組み合わせて有するデバイスは、偏光子についてのＰが同一にまたは異なって３０〜８５％の範囲から選択され、Ｔ１が８０〜１００％の範囲から選択される場合に得られる。好ましくは、Ｐは、４０〜７５％の範囲から選択され、Ｔ１は、９０〜１００％の範囲から選択される。暗い透過について上に示した最小値は、ここで観察される。

可能な限り高い明るい透過を有するデバイスは、偏光子についてのＰが同一にまたは異なって２５〜６０％の範囲から選択され、Ｔ１が９０〜１００％の範囲から選択される場合に得られる。好ましくは、Ｐは、３０〜４０％の範囲から選択され、Ｔ１は、９５〜１００％の範囲から選択される。暗い透過および切換範囲について上に示した最小値は、ここで観察される。

偏光層のためのＰおよびＴ１についての値を、互いに独立して設定することができる。この目的のための方法は、当業者に知られている。これらは、例えば偏光層の層の厚さを変化させること、偏光層の配向の程度を変化させることおよび偏光層中の光吸収種の濃度を変化させることを含む。

ヨウ素−ポリビニルアルコール偏光子の場合において、パラメーターＰおよびＴ１を、互いに独立して、例えばポリマーの伸長の程度を変化させることにより、または取り込みヨウ素の量を変化させることにより変化させることができる。

液晶媒体および二色性染料を含む偏光子の場合において、パラメーターＰおよびＴ１を、互いに独立して、例えば液晶媒体を変更し、二色性染料の濃度を変化させることにより変化させることができる。この点における明示的な作業例を、以下の章において示す。

多くの場合において、上に示した製造パラメーターの変化を有する比較的多数の異なる偏光子を製造し、それらの値ＰおよびＴ１を測定することが必要である。製造パラメーター（例えば伸長の程度および染料の濃度）と、値の対Ｔ１およびＰとの間の経験的な相関性を、そこから認識することができ、特に当業者のための根拠を特定的に形成して、任意の所望の値Ｔ１およびＰを有する偏光子を製造することができるようにすることができる。

本発明は、したがってさらに、光透過領域を通ってのエネルギーの通過を調節するためのデバイスの製造方法であって、デバイスが以下の層：
− 第１の偏光層、
− 第２の偏光層、
− ２つの偏光層の間に配置され、偏光の偏光特性を温度の関数として変化させる、切換層、
を含み、

２つのパラメーター、偏光層についての偏光度Ｐおよび透過方向における透過Ｔ１を、互いに独立して、層の厚さ、偏光層の配向の程度、取り込み物質の濃度、取り込み物質の配向の程度、取り込み物質の吸収特性、取り込み物質の構造、取り込み物質の二色性および取り込み物質の凝集特性から選択された１つまたは２つ以上の製造パラメーターを変化させることによって選択することを特徴とする、前記方法に関する。

取り込み物質の構造は、その分子構造、特にその長さ対幅比を意味するものと解釈される。物質の長さ対幅比が大きくなるに伴って、一般的に配向の程度は大きくなる。
取り込み物質の凝集特性は、特に、物質の個々の分子または個々の原子の鎖を形成する能力を意味するものと解釈される。

プロセスにおいて、偏光度Ｐは、好ましくは２０〜８５％の範囲から選択され、透過方向における透過は、好ましくは７０〜１００％の範囲から選択される。特に好ましくは、Ｐは３０〜８５％の範囲から選択され、Ｔ１は７５〜１００％の範囲から選択される。

本発明のデバイスについて示す偏光層および切換層の好ましい態様は、プロセスについても同様に好ましい。

本発明はさらに、エネルギーの光透過領域の通過に温度の関数として影響するための本発明のデバイスの使用に関する。好ましいのは、光透過領域を通っての内部へのエネルギーの進入に温度の関数として影響するための使用である。

エネルギーの通過は、本発明の使用において、比較的高い光透過を有する切換状態（明るい状態）と比較的低い光透過を有する切換状態（暗い状態）との間で光の透過を変化させるデバイスによって影響される。切換操作は、ここでは温度制御され、上に示した切換操作のための好ましい範囲において行う。

本発明の使用を、電圧の印加を伴わずに行う。当該使用は、したがってエネルギーを必要とせず、特に電気的エネルギーを必要としない。

本発明において、デバイスは、２つまたは３つ以上の偏光層を有し、その１つは切換層の一方の側上に配置され、他のものは切換層の反対側上に配置される。ここでの切換層および２つの偏光層は、好ましくは互いに平行に配置される。偏光層は、本発明として上に示したパラメーターＰおよびＴ１についての値を有し、好ましくは、好ましいとして上に示したパラメーターＰおよびＴ１についての値を有する。

偏光層は、直線偏光子または円偏光子であり得る。好ましくはちょうど２つの偏光層がデバイス中に存在する。この場合において、偏光層が、共に直線偏光子であるかまたは共に円偏光子であるのがさらに好ましい。
特に好ましくは、２つの偏光層は、各々、同一にまたは異なって吸収性の、または反射性の直線偏光子である。非常に特に好ましくは、２つの偏光層は、吸収性の直線偏光子である。

本出願の意味における反射性偏光子は、一つの偏光方向を有する光または１つのタイプの円偏光を反射し、一方で他の偏光方向を有する光または別のタイプの円偏光に対して透明である。準じて、吸収性偏光子は、一つの偏光方向を有する光または１つのタイプの円偏光を吸収し、一方で他の偏光方向を有する光または別のタイプの円偏光に対して透明である。

２つの直線偏光子がデバイス中に存在する場合には、本発明において、２つの偏光子の偏光面が互いに関して７０°〜１１０°、特に好ましくは８０°〜１００°および非常に特に好ましくは８５°〜９５°の角度で回転するのが好ましい。

本発明の好ましい態様において、偏光層の一方または両方は、液晶媒体および１種または２種以上の二色性染料を含む層から形成される。ここでの液晶媒体は、好ましくは２種または３種以上、特に好ましくは５種または６種以上、特に非常に好ましくは７種または８種以上の異なる液晶化合物を含む。

本出願の目的のために、用語「液晶化合物」は、ある条件の下で液晶特性を示す化合物、および特にある条件の下でネマチック液晶相を形成する化合物を意味するものと解釈される。

液晶化合物を、当業者に知られている液晶化合物から所望されるように選択することができる。好ましいのは、限定されたサイズおよび分子量の液晶化合物（小分子）である。液晶化合物は、特に好ましくは１０００Ｄａより大きくない、特に非常に好ましくは８００Ｄａより大きくない、および最も好ましくは６００Ｄａより大きくない分子量を有する。

偏光層において使用するための好適な液晶媒体は、高い温度安定度を有し、光安定性である媒体である。それらは、好ましくは、５０℃より高い、特に好ましくは７０℃より高い、および非常に特に好ましくは９０℃より高い透明点を有する。

本発明の好ましい態様において、液晶媒体は、１種または２種以上の高分子化合物を含む。好ましい態様において、ポリマーは、ポリマーネットワーク中の連続相（ポリマーネットワーク系）の形態にある。ポリマーネットワークは、好ましくは液晶媒体によって充満され、および／または液晶媒体に溶解し、したがって光学的に均一な外観が存在する。それは、好ましくはモノまたはジアクリレートモノマーの重合によって形成し、それは、液晶媒体に加えられる。液晶媒体は、好ましくは高分子化合物との混合物中に、６０％より高い、特に好ましくは７０〜９５％の割合で存在する。このタイプの系は、例えばEP452460、EP313053およびEP359146に詳細に記載されている。

使用することができる二色性染料は、Liquid Crystals, Applications and Uses, 1992, World Scientific Publishing、編者B. Bahadur、７３〜８１頁に開示されている化合物である。好ましいのは、アントラキノン、ナフトキノン、ベンゾキノン、ペリレンおよびテトラジン染料ならびに１つもしくは２つ以上のアゾ基または１種もしくは２種以上のシッフ塩基を含む化合物である。

二色性染料は、好ましくは以下の化合物から選択される：

染料は、好ましくは０．０１重量％〜５重量％、特に好ましくは０．０５重量％〜１重量％の濃度において混合物中に存在する。それらを、好ましくは液晶媒体に溶解する。

２種または３種以上の染料を一緒に使用するのがさらに好ましい。ちょうど２種または３種の染料を使用するのが特に好ましい。好ましくは、それらの吸収スペクトルが互いに補足して、ヒトの目についての無彩色の、つまり着色されていない印象を形成するように使用する染料を選択する。ある態様のために、しかしながら、一緒になって着色された印象を生じる１種または２種以上の染料を使用するのも好適であり得る。

代替の好ましい態様において、偏光層の一方または両方は、配向ポリマーを含む層から形成される。このポリマーは、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリメチルビニルエーテル、ポリヒドロキシエチルアクリレート、セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチルセルロース、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンオキシド、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニルまたは前述のポリマーのコポリマーであり得る。ポリマーは、好ましくは透明なフィルムの形態にある。

ポリマーの配向を、好ましくはポリマーフィルムを伸長させることにより達成する。この目的のための方法は当業者に知られており、例えばUS 7820080に記載されている。
配向ポリマーは、好ましくは１種または２種以上の光吸収性化合物を含む。この目的のために適している化合物は、特に有機染料およびヨウ素である。有機色素の使用の例は、Thulstrup et al., Spectrochimica Acta 1988, 8, 767-782に開示されている。ヨウ素の使用の例は、US 7820080に示されている。

偏光層の一方または両方は、特に好ましくは透明であり、伸長させた取り込みヨウ素入りポリマーフィルムを含む層から形成される。ここでのポリマーフィルムは、好ましくはポリビニルアルコールフィルムである。
本発明のデバイスの切換層は、好ましくは少なくとも１種の液晶化合物を含む液晶媒体を含む。切換層は、好ましくは様々な液晶化合物の混合物を含む。切換層は、特に好ましくは少なくとも５種および多くとも１５種の異なる液晶化合物を含む。

液晶化合物を、当業者に知られている液晶化合物から所望されるように選択することができる。好ましいのは、限定されたサイズおよび分子量の液晶化合物（小分子）である。液晶化合物は、特に好ましくは１０００Ｄａより大きくない、特に非常に好ましくは８００Ｄａより大きくない、および最も好ましくは６００Ｄａより大きくない分子量を有する。

液晶化合物の混合物（または１種のみの液晶化合物を使用する場合においては単一の液晶化合物）は、好ましくは−２０℃〜２００℃の透明点、特に好ましくは１０℃〜１８０℃の透明点を有する。

液晶媒体として使用するために、特に好ましいのは、WO 2011/134582、WO 2011/144299、WO 2011/154077に開示されている液晶化合物の混合物、ならびに未だ公開されていない出願EP10008779.0およびEP10013797.5に開示されているものである。

切換層の液晶媒体は、好ましくは上昇する温度に伴って切換操作の間にネマチック状態からアイソトロピック状態に変化する。ここでのネマチック状態は、好ましくは比較的高い光透過を有するデバイスの状態と関係し、アイソトロピック状態は、比較的低い光透過を有するデバイスの状態と関係する。

液晶媒体は、さらに１種または２種以上の高分子化合物を含んでもよい。ここでの媒体は、特に好ましくは、未だ公開されていない出願EP11008518.0に記載されている高分子化合物を含む液晶媒体の１種である。ポリマーネットワーク系についての尚さらなる情報については、出願EP 452460、EP 313053およびEP 359146の開示内容を参照する。

本発明の好ましい態様において、切換層は、ねじれネマチック層を含む。液晶化合物の優先的方向のねじれは、好ましくは、ここで２つまたは３つ以上の配向層によって行われ、その少なくとも１つは切換層の一方の側上に配置され、その少なくとも１つは切換層の反対側上に配置される。

本発明のデバイスは、好ましくは少なくとも１つの基板層を含み、好ましくはガラス、ポリマーまたはＩＴＯから形成される。基板層は、好ましくは剛性である。

さらに、偏光層および切換層に加えて１つまたは２つ以上のさらなる機能層を有してもよい。以下に示す個々の機能層タイプまたはすべてのタイプは、デバイス中に存在してもよい。層は、好ましくはパッシブであり、つまりそれらの作用において変化させることができない。

さらなる機能層は、好ましくは風化の影響、固い物体の作用による損傷、経年劣化およびＵＶ光に対する保護層から選択される。このタイプの保護層、それらの効果および適用のための方法ならびにその使用は、当業者に知られている。

さらに好ましい層を、ある波長を有する光、例えばＮＩＲ光または可視領域中の波長（色）を有する光を遮断するかまたはその透過を低減させる層から選択する。好ましいのは、例えばコレステリック液晶材料、セラミックス材料、金属または金属酸化物を含むＮＩＲ透過防止層である。

さらに好ましい機能層は、当業者に知られている配向層から液晶化合物のために選択される。少なくとも２つの配向層が好ましくは存在し、ここで少なくとも１つの配向層は切換層の一方の側上に配置され、少なくとも１つの配向層は切換層の反対側上に配置される。配向層はまた基板層として作用し得、それは基板層がデバイスにおいて必要ではないことを意味する。本発明の好ましい態様において、配向層は、ラビングしたポリイミドまたはラビングしたポリアクリレートからなる。

デバイスは、好ましくは図１に示した構造を有する。（１）はここでデバイスを示し、（２）は切換層を示し、（３ａ）および（３ｂ）は偏光層を示す。図１は、層の基本的な配置を記載し、例えばさらなる機能層、例えば１つもしくは２つ以上の配向層および／または外部の影響またはある波長の光を防ぐ１つもしくは２つ以上の保護層など、が層の間または層配置の外側に位置することを除外することを意図しない。

図２は、層配置のさらなる好ましい構造を描写し、ここで切換層および２つの偏光層を含む配置は、基板層（４）上に配置される。

以下の作業例は、本発明のデバイスの好ましい態様を記載する。当業者は、本発明の機能原理を、例を参照して認識し、それを明示的に記載していないさらなる態様に対して適用することができる。当該例は、直接記載したものへの本発明のいかなる限定をも暗示しない。

作業例
１． 偏光層の製造
以下のコンポーネントを、偏光層の製造のために使用する：

以下の偏光層ＥＰ−１〜ＥＰ−４を、示したコンポーネントから製造する：

さらに、以下の偏光層ＶＰ−１〜ＶＰ−３を、製造するかまたは比較のために商業的に購入する（ＶＰ−３）：

以下の値Ｔ１、Ｔ２およびＰを、偏光層について得る（５５０ｎｍで決定した）：
Ｔ１：透過方向における偏光子層の透過
Ｔ２：遮断方向における偏光子層の透過
Ｐ：偏光度、以下の方程式から決定することができる：
Ｐ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２）

種々の方法において製造した比較的多数の偏光層の製造および測定の後、経験的な相関関係を、製造パラメーターと、得られた値の対Ｔ１およびＰとの間で観察することができる。本例において、Ｐの増加およびＴ１の減少が同一のＬＣ混合物についての染料濃度の増加に伴って生じることを、理解することができる。混合物Ａから混合物Ｂに変更すると（ＥＰ−３およびＥＰ−４参照）、Ｐについての著しく低減した値を、一定のＴ１と共に達成することができる。

対応する偏光層を、あらゆる所望の値の対Ｔ１およびＰについて、種々の濃度の染料混合物の使用および種々のＬＣ混合物の使用によって、記載した方法において製造することができる。

２． デバイスの製造
デバイスＥ−１〜Ｅ−４および比較のデバイスＶ−１〜Ｖ−３を、上に記載した偏光層を各場合においてネマチックねじれセルの最上部側および下側に適用することにより製造する。
ネマチックねじれセルは、配向層および液晶媒体の層を含み、当業者に一般的に知られているプロセスによって製造する。

得られたデバイスについて、比較的高い光透過を有する状態における透過（明るい透過）および比較的低い光透過を有する状態における透過（暗い透過）を、各場合において決定する。切換範囲は、２つの値の間の差から生じる。すべての値を、再び５５０ｎｍで決定した。

表から、本発明のデバイスがすべて許容し得る暗い透過（約７％またはそれ以上）を有することが明らかである。明るい透過および切換範囲についての値を、互いに独立して設定することができる（例えばＥ−３およびＥ−４を参照）。これは、大きい切換範囲の利点および高い明るい透過の利点をこのように互いに対して比較検討することができ、２つの値の所望の組み合わせを設定することができるので、意図した使用のために高く所望される。

デバイスＥ−１〜Ｅ−４について選択するパラメーターＰ（２０〜８５％）およびＴ１（７０〜１００％）の範囲内で、有利な値は、明るい透過およびまた切換範囲の両方について得られる（上記の表を参照）。

これらの範囲の外側のパラメーターＰおよびＴ１についての値を示す従来技術による比較のデバイス（Ｖ−１〜Ｖ−３）は、窓におけるデバイスの使用についての好ましくなく低い暗い透過を有する。

図３〜８は、各場合において明るい状態（曲線１）および暗い状態（曲線２）における、４００〜９００ｎｍの範囲内のデバイスＥ−１〜Ｅ−４ならびにＶ−１およびＶ−２について得られた透過スペクトルを示す。

図３は、本発明のデバイスＥ−１についての透過スペクトルを示す。
図４は、本発明のデバイスＥ−２についての透過スペクトルを示す。
図５は、本発明のデバイスＥ−３についての透過スペクトルを示す。
図６は、本発明のデバイスＥ−４についての透過スペクトルを示す。
図７は、比較のデバイスＶ−１についての透過スペクトルを示す。
図８は、比較のデバイスＶ−２についての透過スペクトルを示す。

３． 偏光層のための代替の製造プロセス
さらなる例に従って、偏光層を、ＬＣ混合物および染料混合物に加えて重合性モノマーを混合することにより製造する。これらは、例えばアクリレート、例えばモノアクリレート、ジアクリレートおよび多官能性アクリレート、またはエポキシドもしくはビニルエーテルである。モノマーの混合物、例えばモノおよびジアクリレートの混合物またはエポキシドおよびビニルエーテルの混合物を使用することが可能である。モノマーは、メソゲン性基を含んでいてもよい。液晶媒体、染料およびモノマーを含む混合物を、その後層の形態において重合する。重合を、例えばＵＶ光での誘導によって行うことができる。

上に記載したプロセスによって、特に丈夫であり、温度安定性である偏光層を、本発明のデバイスのために製造することが可能になる。
さらなる例において、偏光層を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含むポリマーフィルムを伸長させることにより製造する。ヨウ素を、その後フィルム中に取り込ませる。

ＰＶＡフィルムの種々の程度の伸長、種々のヨウ素濃度および種々の厚さを有する偏光層を製造する。透過方向における透過（Ｔ１）および偏光度についての値を、得られた偏光層について決定する。種々の方法において製造した比較的多数の偏光層の製造および測定の後、経験的な相関関係を、製造パラメーターと、得られた値の対Ｔ１およびＰとの間で観察することができる。このようにして、対応する偏光層を、あらゆる所望の値の対Ｔ１およびＰについて製造することができる。

Claims (15)

1. エネルギーの光透過領域の通過を調節するためのデバイスであって、デバイスが以下の層：
   − 第１の偏光層、
   − 第２の偏光層、および
   − ２つの偏光層の間に配置されており、偏光の偏光特性を温度の関数として変化させる切換層、
   を含み、
   ここで、２つの偏光層が、同一にまたは異なって、５５０ｎｍの波長で決定される、２０〜８５％の範囲内の偏光度Ｐおよび７０〜１００％の範囲内の透過方向における透過Ｔ１を有する、前記デバイス。
2. エネルギーの通過が、好ましくは建物、車両または輸送コンテナの内部から選択される内部へと起こることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 比較的高い光透過を有する切換状態から比較的低い光透過を有する切換状態に、温度の関数として切り換わることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 比較的高い光透過を有する切換状態から比較的低い光透過を有する切換状態への切換が０℃〜８０℃の温度範囲において徐々に起こることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイス。
5. ２つの偏光層が、同一にまたは異なって、５５０ｎｍの波長で決定される、３０％〜８５％の範囲内の偏光度Ｐおよび７５％〜１００％の範囲内の透過方向における透過Ｔ１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デバイス。
6. ２つの偏光層が、偏光面が互いに対して７０°〜１１０°の角度で回転する直線偏光子であ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デバイス。
7. 偏光層の一方または両方が、液晶媒体および１種または２種以上の二色性染料を含む層から形成され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デバイス。
8. 偏光層の一方または両方が配向ポリマーを含む層から形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 切換層が、切換操作の間の温度上昇に伴ってネマチック状態からアイソトロピック状態に変化する液晶媒体を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 光学的にアニソトロピック状な態における切換層が、直線偏光した光の偏光面を１０°またはそれ以上の角度で回転させ、アイソトロピックな状態においては直線偏光した光の偏光面を回転させないか、または無視できる程度に回転させるに過ぎないことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. さらに基板層を含み、それがガラス、ポリマーまたはＩＴＯから形成され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デバイス。
12. エネルギーの光透過領域の通過を調節するためのデバイスの製造方法であって、デバイスが以下の層：
    − 第１の偏光層、
    − 第２の偏光層、
    − ２つの偏光層の間に配置され、偏光の偏光特性を温度の関数として変化させる、切換層、
    を含み、
    ２つのパラメーター、偏光層についての偏光度Ｐおよび透過方向における透過Ｔ１を、互いに独立して、層の厚さ、偏光層の配向の程度、取り込み物質の濃度、取り込み物質の配向の程度、取り込み物質の吸収特性、取り込み物質の構造、取り込み物質の二色性および取り込み物質の凝集特性から選択された１つまたは２つ以上の製造パラメーターを変化させることによって選択することを特徴とする、前記方法。
13. 偏光度Ｐが２０〜８５％の範囲から選択され、透過方向における透過が７０〜１００％の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. エネルギーの光透過領域を通しての通過に温度の関数として影響するための、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイスの使用。
15. デバイスが、比較的高い光透過を有する状態から比較的低い光透過を有する状態に電気的な電圧の印加を伴わずに切り換わることを特徴とする、請求項１４に記載の使用。