JP2016510907A - エネルギーの通過を調節するためのデバイス - Google Patents

Abstract

本願は、少なくとも１種の二色性色素を含む液晶媒体を含む切り替え層を含む、光透過性領域を通る光の通過を調節するためのデバイスであって、光透過性のパラメーターの程度およびデバイスの異方性の程度が一定の様式で選択される、該デバイスに関する。

Description

本発明は、少なくとも１種の二色性色素を含む液晶媒体を含む切り替え層を含む、光透過性領域を通る光の通過を調節するためのデバイスに関する。かかるデバイスは好ましくは、窓または類似の建造物開口部を通る光の通過を調節し、建造物へのエネルギーの進入を制御するために用いられる。

本発明の目的に対し、光という用語は、ＵＶ−Ａ、ＶＩＳおよびＮＩＲ域における電磁放射を意味するものとする。特にそれは、窓（例えばガラス）に通常用いられる材料により吸収されないか、またはごく僅かな程度に吸収されるのみである、放射を意味するものとする。通常用いられる定義によると、ＵＶ−Ａ光は３２０〜３８０ｎｍの波長を有する放射を意味するものとし、ＶＩＳ光は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長を有する放射を意味するものとし、およびＮＩＲ光は７８０ｎｍ〜２０００ｎｍの波長を有する放射を意味するものとする。それゆえ本発明の目的に対し、光という用語は、３２０〜２０００ｎｍの波長を有する放射を意味するものとする。

本願の目的に対し、液晶媒体という用語は、ある条件下で液晶特性を有する材料を意味するものとする。かかる材料は好ましくは、室温において、および室温の上下におけるある温度範囲において、液晶特性を有する。液晶媒体は単一の化合物を含んでいてもよく、または複数の異なる化合物を含んでいてもよい。

本願の目的に対し、二色性色素は、吸収特性が、光の偏向の方向に対する分子の配列に依存する、光吸収性化合物を意味するものとする。

建造物のエネルギー効率は、増加しつつあるエネルギーコストに伴い、重要性を増しつつある。窓およびガラス外観は、建造物への大部分のエネルギー侵入が強い日射の場合において通過して生じる、建造物の部分を占める。

寒い季節においては、最大の光、ひいてはガラス領域を通して建造物に進入する、搬送されたエネルギーが所望される。これにより、暖房および照明コストを節約することができる。

一方で暖かい季節においては、ガラス領域を通る、建造物への可能な限り最小のエネルギー進入が生じるのが所望される。これにより、より快適な室内機構を達成することができるか、または空調コストを節約することができる。さらに、入射光強度の低減がこれらの場合において、例えば直接的日射のためのまぶしさを低減させるために、所望され得る。

それゆえ、光の通過、ひいては窓またはガラス領域を通るエネルギーの流れを制御するデバイスに対する要求が存在する。特に、ガラス領域を通るエネルギーの流れを、特有な基準時間において広がる条件（熱、寒さ、高日射、低日射）に適合することができる、デバイスに対する要求が存在する。

従来技術は、窓領域などを通る光の進入を調節するのに原理上好適である、デバイスを開示している。これらは切り替え層として、１種または２種以上の二色性色素を含む液晶媒体を含む。例えばWO 2009/141295は、電気的制御とともに機能し、１種または２種以上の二色性色素を含む液晶媒体を含む切り替え層を含む、切り替えデバイスを開示している。かかる切り替え層は、ディスプレイデバイスにおける使用に関して公知の、ゲスト／ホスト系を表す（B. Bahadur et al., Mol. Cryst. Liq. Cryst., 1991, 209, 39-61を参照されたい）。

WO 2010/118422からのデバイスは、温度制御下で切り替え可能であり、ゲスト／ホスト系を表す切り替え層もまた有する。

本発明の過程における調査により、デバイスの、最大限可能な切り替え範囲、つまり明状態における光透過と暗状態における光透過との間の最大限可能な差異の達成が、光の通過を調節するためのデバイスに対し、非常に所望されることが示された。

現在までの技術的課題は、１種または２種以上の二色性色素を含む液晶媒体を含む切り替えデバイスに関連し、いかなる注意をも払われてきていない。代わりに、かかるデバイスは通常は、コントラストに関し、つまり明状態における光透過の、暗状態における光透過に対する比率に関し、最適化されてきている。しかし、重要なのは、明状態における原理的に高い光透過であり、可能な限り暗い暗状態はあまり重要でないため、光透過性領域を通る光の通過を調節するための使用の場合においては、コントラストは重要ではない。

光の通過を調節するための上述のデバイスに対する調査の過程において、デバイスの光透過の範囲に対する優れた値が、切り替え層のパラメーター、異方性Ｒおよび明状態における光透過τ_{ｖ 明}のある組み合わせに対し、達成されることが今、見出された。

切り替え層の異方性Ｒの程度は、液晶媒体の配列分子の配列方向に平行に偏向した光の吸収に関する測定値Ｅ（ｐ）および液晶媒体の配列分子の配列方向に対し垂直に偏向した光の吸収に関する測定値Ｅ（ｓ）から、式Ｒ ＝ ［Ｅ（ｐ）−Ｅ（ｓ）］／［Ｅ（ｐ）＋２^＊Ｅ（ｓ）］に従って、計算される。ここで用いられる基準は、切り替え層において色素を含まない以外は同一なデバイスである。正確な方法は、Ｂ）１）のもとの実施例において示されている。

切り替え層の、明状態における光透過τ_{ｖ 明}の程度は、％で示される。それは、かかるデバイスの基準としての、色素なしの切り替え層を有するデバイスに対する、明状態における切り替え層の光透過の程度の比率から計算される。それは、本願の目的に対し、標準発光の相対的スペクトル分布を考慮に入れた、透過のスペクトル的程度、および標準観察者の明度感度のスペクトル程度からの、欧州ＥＮ４１０規格、式（１）（ガラスの発光および日光特性の決定）に従い、決定される。

切り替え層の光透過の程度の範囲は、％で示される。それは、明状態における光透過（τ_{ｖ 明}）の程度と暗状態における光透過（τ_{ｖ 暗}）の程度との間の差異を表す。ここで値τ_{ｖ 暗}は、τ_{ｖ 明}の測定に対する上述の方法に従い、暗状態へと切り替えられたデバイスで、決定される。

それゆえ本願は、光透過性領域を通る光の通過を調節するためのデバイスであって、ここで該デバイスは、少なくとも１種の二色性色素を含む液晶媒体を含む少なくとも１つの切り替え層を含み、およびここで該切り替え層は、少なくとも０．６５の異方性Ｒの程度、および４０％〜９０、ＥＮ４１０規格による、明状態における光透過τ_{ｖ 明}の程度のを有する、該デバイスに関する。

このタイプのデバイスは、大きな範囲の光透過を有するという有利を有する。これは、単一の切り替え層を有するデバイスに対し、好ましくは２５％よりも大きく、特に好ましくは２８％よりも大きく、非常に特に好ましくは３０％よりも大きく、および最も好ましくは３５％よりも大きい。

かかるデバイスは好ましくは、切り替え層が０．７〜０．９の、好ましくは０．７〜０．８５の、非常に特に好ましくは０．７５〜０．８の異方性Ｒの程度を有することを特徴とする。

デバイスはさらに好ましくは、切り替え層が６０％〜８５％の、好ましくは７０％〜８０％の、明状態における光透過τ_{ｖ 明}の程度を有することを特徴とする。

デバイスは好ましくは、以下の式が、与えられたパラメーターＲに対し、切り替え層のパラメーターτ_{ｖ 明}に適用されることを特徴とする：

τ_{明 最小} ＜ τ_{ｖ 明} ＜ τ_{ｖ 明 最大} および
τ_{明 最小} ＝ ０．８^＊（６７^＊Ｒ＋３０） および τ_{ｖ 明 最大} ＝ １．２^＊（６７^＊Ｒ＋３０）

デバイスは好ましくは、以下が、与えられたパラメーターτ_{ｖ 明}に対する、切り替え層のパラメーターＲに適用されることを特徴とする：

Ｒ_最小 ＜ Ｒ ＜Ｒ_最大 および
Ｒ_最小 ＝ ０．８^＊（０．０１５^＊τ_{ｖ 明}−０．４５） および Ｒ_最大 ＝ １．２^＊（０．０１５^＊τ_{ｖ 明}−０．４５）。

かかるデバイスは好ましくは、建造物、コンテナ、乗り物または他の実質的に閉鎖された空間の光透過性領域に適用する。しかし、かかるデバイスは、特に周囲との限られた空気交換のみを有する場合、および光エネルギーでの形態での、外部からのエネルギーの進入が生じ得る、光透過性境界表面を有する場合、任意の所望の内部空間に対して用いることができる。デバイスの使用は、光透過性領域を通る、例えば窓領域を通る、強い日射にさらされる内部空間に、特にふさわしい。

それゆえさらに本発明は、上に記載される本発明によるデバイスの、光透過性領域を通って内部空間への光の通過を調節するための、使用に関する。

本発明によるデバイスはまた、審美的な部屋設計のために、例えば照明および色彩効果のために、用いることができる。そのシグナリング効果もまた、生じ得る。例えば、グレー色のまたは色を有する、本発明によるデバイスを含む扉または壁要素は、透明へと切り替えることができる。さらに、デバイスはまたは、明るく変調される、白色の、または彩色された平坦なバックライト、または青色ゲスト／ホストディスプレイを用いて色を有するように変調される、黄色の平坦なバックライトを、含み得る。さらなる審美的効果もまた、側方から差し込む光源、例えば白色または彩色ＬＥＤまたはＬＥＤチェーンなどを用いて、作り出すこともできる。この場合において、本発明によるデバイスのガラスの片側または両側に、光抽出のための、および／または光効果を作り出すための、粗面または構造化ガラスを備えてもよい。

好ましい態様において、本発明によるデバイスは、窓、特に好ましくは少なくとも１つのガラス領域を含む窓、非常に特に好ましくは多数ペイン絶縁ガラスを含む窓の、コンポーネントである。

好ましい態様によると、本発明によるデバイスを、特に好ましくは多数ペイン絶縁ガラスの内部における窓のガラス領域へと、直接的に適用する。

さらには、デバイスが少なくとも２つのガラスペインを有することが、好ましい。かかるデバイスを含む窓は特に好ましくは、合計で少なくとも３つのガラスペインを有する。ここで、デバイスが、窓の２つのガラスペインの間に配置されることが、好ましい。

好ましい態様によると、かかるデバイスは、多数ペイン絶縁ガラスの内部に、またはこのタイプのガラスの外部に、適用される。好ましいのは一般的には、内部空間へと向くペインの側における、または多数ペイン絶縁ガラスの場合においては２つのガラスペインの間の内部空間における使用である。しかし、他の配置もまた想定可能であり、ある場合おいては好ましい。当業者は、ある配置の、デバイスの耐久性、光学的および審美的観点、ガラス窓の洗浄に関する実質的観点に関しておよび温度における変化に対するデバイスの反応性に関する、有利不利を量ることができるであろう。

特に好ましいのは、窓の第１ガラスペインがデバイスのガラスペインにより形成されている配置であり、そのため、デバイスを含む窓の層順序は以下のとおりである：
１）ガラス層
２）導電性層、好ましくはＩＴＯ層
３）配列層
４）切り替え層
５）配列層
６）導電性層、好ましくはＩＴＯ層
７）ガラス層
８）ガラス層
ここで、フリースペースがガラス層７）および８）の間に存在し、これは、例えば、絶縁ガス、例えば希ガスなどで充填され得る。

窓は好ましくは、層１）が外部に隣接し、および層８）が内部に隣接するように、配置される。しかし、逆の配置もまた可能であり、ある条件下においては好ましい。

上述の相順序は、さらなる層、例えば、追加のガラス層または、例えばＵＶ放射に対する、ＮＩＲ放射に対する、ＶＩＳ放射に対する、および／または物理的損傷に対する、保護層で、補ってもよい。

このタイプの適用は、既存の窓の改造により、または完全に新しい取り付けにより、実行することができる。

デバイスは好ましくは、少なくとも０．０５ｍ^２、好ましくは少なくとも０．１ｍ^２、特に好ましくは少なくも０．５ｍ^２および非常に特に好ましくは少なくとも０．８ｍ^２の領域を有することを特徴とする。

デバイスは、切り替え可能なデバイスである。デバイスの切り替えはここでは、デバイスの光透過における変化を意味するものとする。これを本発明により、デバイスを通る光の通過、ひいては空間への光の進入を調節するために使用することができる。

本発明によるデバイスは好ましくは、電気的に切り替え可能である。しかし、光の通過を調節するデバイスに対しては、例えばWO 2010/118422に記載されるように、純粋に熱的に切り替え可能であってもよい。

後者の場合において、切り替えは好ましくは、本発明による液晶媒体を含む切り替え層の温度における変化に起因する、ネマチック相から等方相への遷移により、起こる。

ネマチック状態において、液晶媒体の分子は秩序形態にあり、それゆえ二色性化合物はそのようにあり、例えば配列層の作用に起因してデバイスの表面に対して平行に配列している。等方状態において、分子は非秩序形態にある。液晶媒体の分子の秩序化は、二色性色素の秩序化を引き起こす。二色性色素自体の秩序性または非秩序性存在の間の差異により、二色性色素が、光の振動面に対する配列に依存して、二色性色素分子が、より高いまたはより低い吸収係数を有するという原理に従い、本発明によるデバイスの光透過の差異を引き起こす。

デバイスが電気的に切り替え可能である場合、それは、切り替え層の液晶媒体の分子の、電圧による配列のための手段を含む。この場合において、それは好ましくは、液晶媒体を含む切り替え層の両側に組み込まれる、２つまたは３つ以上の電極を含む。電極は好ましくは、ＩＴＯまたは薄い、好ましくは透明な、例えば銀または当業者にこの使用に対し公知の代替の金属である、金属および／または金属酸化物層からなる。電極には好ましくは、電気的接続が備えられる。電力供給は好ましくは、電池、充電池、スーパーキャパシタにより、または外部電力供給により提供される。

液晶媒体の分子の配列による、電気的切り替えの場合における切り替え操作は、電圧の印加により起こる。それゆえ、かかる少なくとも１種の二色性色素は、上に説明したように、同様に配列し、そのためデバイスの光透過に差異が引き起こされる。

好ましい態様において、デバイスは、電圧なしで存在する、高い吸収、つまり低い光透過を有する状態から、より低い吸収、つまりより高い光透過を有する状態へと、変換される。液晶媒体は好ましくは、両方の状態において、ネマチックである。電圧なし状態は好ましくは、液晶の分子および、ひいては二色性色素が、デバイスの表面に平行に配列する（ホモジニアス配列）ことを特徴とする。これは好ましくは、適切に選択された配列層により達成される。電圧下の状態は好ましくは、液晶分子および、ひいては二色性色素が、デバイスの表面に対して垂直であることを特徴とする。

上述の態様の代替の態様において、デバイスは、電圧なしで存在する、低い吸収、つまり高い光透過を有する状態から、より高い吸収、つまりより低い光透過を有する状態へと変換される。液晶媒体は好ましくは、両方の状態においてネマチックである。電圧なし状態は好ましくは、液晶分子および、ひいては二色性色素が、デバイスの表面に対して垂直に配列する（ホメオトロピック配列）ことを特徴とする。これは好ましくは、適切に選択された配列層により達成される。そして電圧下の状態は好ましくは、液晶媒体に分子および、ひいては二色性色素が、デバイスの表面に対して平行であることを特徴とする。

好ましい態様によると、本発明によるデバイスは、それが切り替え層自体の切替のために必要な全てのエネルギーを作り出すことを特徴とする。それゆえデバイスは好ましくは自立性であり、いかなる外部的に供給されたエネルギーをも必要としない。この目的のために、それは光エネルギーの電気エネルギーへのデバイス、特に好ましくは太陽電池を含む。

本発明に好ましい態様において、光エネルギーの電気エネルギーへの変換のためのデバイスは、本発明によるデバイスの電気的切り替えのための手段に、電気的に接続されている。太陽電池によるエネルギーの提供は、直接的にまたは間接的に、つまり電池または充電池またはその間に接続される、エネルギーの貯蔵のための他のユニットを介して、引き起こすことができる。太陽電池は好ましくは、例えばWO 2009/141295に開示されるように、デバイスの外部に、またはデバイスの内部に提供される。好ましいのは、散光の場合において特に効率的である太陽電池、および透明太陽電池の使用である。例えば、本発明によるデバイスにおいて、シリコン太陽電池または有機太陽電池を使用することが可能である。

デバイスは好ましくは以下の層構造を有し、ここで層は好ましくは、互いにへと直接的に隣接する：
１）ガラス層またはポリマー層
２）導電性層、好ましくはＩＴＯ層
３）配列層
４）切り替え層
５）配列層
６）導電性層、好ましくはＩＴＯ層
７）ガラス層またはポリマー層。

デバイスは好ましくは、切り替え層に直接的に隣接して配置される、１つまたは２つ以上の、特に好ましくは２つの、配列層を含む。配列層および電極は、二重層で、例えばポリイミド被覆ＩＴＯ層で存在し得る。配列層は好ましくは、ポリイミド層、特に好ましくはラビングされたポリイミドを含む層である。当業者に公知の、ある様式でのポリイミドラビングにより、分子が配列層に平面状である場合、ラビング方向における液晶媒体の分子の優先配列が引き起こされる（ホモジニアス配列）。配列層の表面に対する、液晶媒体の分子の垂直な配列（ホメオトロピック配列）を達成するために、ある様式におけるポリイミド処理が、配列層のための材料として好ましく用いられる（非常に高度なプレティルト角のためのポリイミド）。さらに、偏光での照射プロセスにより得られるポリマーは、液晶媒体の分子の優先方向を達成するための配列層として用いることができる（光配列）。

液晶媒体の分子が、ホモジニアス配列の場合において、配列層に対して完全に平面状ではなく、しかし代わりにわずかなティルト角を有すること（プレティルト）が、さらに好ましい。

本発明によると、切り替え層の両側の液晶媒体の分子の、平行な、または９０°回転した優先方向を引き起こさせる、２つまたは３つ以上の配列層が存在することが好ましい。

デバイスは特に好ましくはちょうど２つの配列層を含み、この一方は切り替え層の一側に隣接し、および他方は切り替え層の他側に隣接し、ここで該２つの配列層は、切り替え層の両側の液晶媒体の分子の平行な、または９０°回転した優先方向を引き起こさせる。

平行な配置の場合において、液晶媒体を含む切り替え層の両側の、および液晶媒体を含む切り替え層内の、液晶媒体の分子は、互いに平行である。９０°ねじれ配置の場合において、切り替え層の一側の液晶媒体の分子は、切り替え層の他側における分子に対して９０°の角度にある。切り替え層内において、分子は中間角度にあり、そのため円滑な移行が、切り替え層の一側上の優先配列と切り替え層の他側の優先方向との間に存在する。

液晶媒体の分子のホモジニアス配列が電圧なし状態において存在し、ここで該分子が切り替え層の両側において互いに平行に配列することが、さらに好ましい。

しかし、液晶媒体を含むデバイスの分野の当業者が熟知し、必要ならば用いることができる、配列層および液晶媒体の分子の結果的な配列の代替の態様が、想定できる。

さらに好ましくは、本発明によるデバイスにおける切り替え層は、２つの基板層の間に配置されるか、またはそれらにより包囲される。基板層は、例えば、ガラスまたはポリマーから、特にはガラス、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＶＢまたはＰＭＭＡからなり得る。

デバイスは好ましくは、ポリマーベースの偏光板を含まないこと、特に好ましくは固形材料相の偏光板を含まないこと、および非常に特に好ましくは偏光板を全く含まないことを特徴とする。

しかし代替の態様によると、デバイスはまた、１つまたは２つ以上の偏光板を含んでもよい。これらは好ましくは、直線偏光板である。１つまたは２つ以上の偏光板が存在する場合、これらは好ましくは、切り替え層に平行に配置される。

ちょうど１つの偏光板が存在する場合、その吸収方向は好ましくは、偏光板が配置される切り替え層の側において、本発明によるデバイスの液晶媒体の分子の優先配列に対して垂直である。

本発明によるデバイスにおいて、吸収偏光板ならびにまた反射偏光板の両方を用いることができる。好ましいのは、光学的薄膜の形態にある、偏光板の使用である。本発明によるデバイスにおいて用いることができる反射偏光板の例は、ＤＲＰＦ（拡散反射偏光板膜（diffusive reflective polariser film）、３Ｍ）、ＤＢＥＦ（二重明度増強膜（dual brightness enhanced film）、３Ｍ）、ＤＢＲ（層化ポリマー分散ブラッグ反射板（layered-polymer distributed Bragg reflectors）、US 7,038,745およびUS 6,099,758に記載される）およびＡＰＦ膜（進化型偏光膜（advanced polariser film）、３Ｍ、Technical Digest SID 2006, 45.1、US 2011/0043732およびUS 7023602を参照されたい）である。赤外線を反射する、ワイヤグリッドに基づく偏光板（ＷＧＰｓ、ワイヤグリッド偏光板（wire-grid polarisers））を用いることも、さらに可能である。本発明によるデバイスにおいて用いることができる吸収変更板の例は、Ｉｔｏｓ ＸＰ３８偏光膜およびＮｉｔｔｏ Ｄｅｎｋｏ ＧＵ−１２２０ＤＵＮ偏向膜である。本発明により用いることができる円偏光板の例は、ＡＰＮＣＰ３７−０３５−ＳＴＤ偏光板（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒｓ）である。さらなる例は、ＣＰ４２偏光板（ＩＴＯＳ）である。

本発明によるデバイスが、ちょうど１つの切り替え層を有することが、好ましい。

切り替え層は好ましくは、１〜１００μｍの、特に好ましくは５〜５０μｍの厚さを有する。

デバイスは好ましくは、切り替え層が３種または４種以上の異なる二色性色素を有することを特徴とする。

二色性色素の少なくとも１つが発光性、好ましくは蛍光性であることが、さらに好ましい。

蛍光性はここでは、ある波長を有する光の吸収により、化合物が電気な励起状態に置かれ、ここで該化合物は次いで、光の発光を以って基底状態へと変換されることを意味する。発せられた光は好ましくは、吸収した光よりも長い波長を有する。励起状態から基底状態への遷移は、さらに好ましくは、スピン認容性であり、つまりスピンにおける変化なしで起こる。蛍光化合物の励起状態の寿命は、さらに好ましくは、１０^−５ｓよりも短く、特に好ましくは１０^−６ｓよりも短く、非常に特に好ましくは１０^−９〜１０^−７ｓである。

液晶媒体における二色性色素の吸収スペクトルは好ましくは、眼への黒色の印象が生じるように、互いに補完する。液晶媒体の２つまたは３つ以上の二色性色素は好ましくは、可視スペクトルの大部分をカバーする。これは好ましくは、赤色光を吸収する少なくとも１種の二色性色素、緑色〜黄色光を吸収する少なくとも１種のものおよび青色光を吸収する少なくとも１種のものにより、達成される。

眼に黒色またはグレー色に見える、色素の混合物を調製することができる正確なやり方は、当業者に公知であり、例えば、Manfred Richter, Einfuehrung in die Farbmetrik [測色の概要], 2nd Edition, 1981, ISBN 3 11-008209-8, Verlag Walter de Gruyter & Coに記載されている。

二色性色素はさらに好ましくは、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ領域における、つまり３２０〜２０００ｎｍの範囲の波長範囲における光を、主に吸収する。ＵＶ光、ＶＩＳ光およびＮＩＲ光はここでは、上に定義されるとおりである。二色性色素は特に好ましくは、４００〜１３００ｎｍの範囲に、吸収極大を有する。

液晶媒体においてのまとめての、全ての二色性色素の比率は、好ましくは合計で０．０１〜１０重量％、特に好ましくは０．１〜７重量％および非常に特に好ましくは０．２〜７重量％である。個々の二色性色素の比率は好ましくは０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０５〜７重量％および非常に特に好ましくは０．１〜７重量％である。

二色性色素はさらに好ましくは、B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses, Vol. 3, 1992, World Scientific Publishing, Section 11.2.1に示される色素クラスから、および特に好ましくは本明細書に存在する表において与えられる明示的な化合物から選択される。

好ましくは二色性色素の少なくとも１種は、特に好ましくは全ての二色性色素は、アゾ化合物類、アントラキノン類、メチン化合物類、アゾメチン化合物類、メロシアン化合物類、ナフトキノン類、テトラジン類、ペリレン類、テリレン類、クアテリレン類、高級リレン類およびピロメテン類から選択される。

アントラキノン類色素は、例えば、EP 34832、EP 44893、EP 48583、EP 54217、EP 56492、EP 59036、GB 2065158、GB 2065695、GB 2081736、GB 2082196、GB 2094822、GB 2094825、JP A 55-123673、DE 3017877、DE 3040102、DE 3115147、DE 3115762、DE 3150803およびDE 3201120に記載されおり、ナフトキノン類色素は、例えば、DE 3126108およびDE 3202761に、アゾ色素類は、EP 43904、DE 3123519、WO 82/2054、GB 2079770、JP-A 56-57850、JP-A 56-104984、US 4308161、US 4308162、US 4340973、T. Uchida, C. Shishido, H. Seki and M. Wada: Mol. Cryst. Lig. Cryst. 39, 39-52 (1977)、およびH. Seki, C. Shishido, S. Yasui and T. Uchida: Jpn. J. Appl. Phys. 21, 191-192 (1982)に、ならびにペリレン類は、EP 60895、EP 68427およびWO 82/1191に記載されている。

非常に特に好ましいのは、例えば、EP 2166040、US 2011/0042651、EP 68427、EP 47027、EP 60895、DE 3110960およびEP 698649において開示される、リレン色素類である。

好ましい態様によると、液晶媒体は、リレン色素類のクラスから選択される二色性色素を、専ら含む。

液晶媒体に存在してもよい、好ましい二色性色素の例を、以下の表に描く：

本発明によると、デバイスの切り替え層は、液晶媒体を含む。

液晶媒体は好ましくは、デバイスの動作温度において、ネマチックな液晶性である。それは特に好ましくは、デバイスの動作温度の上下±２０℃の範囲において、非常に特に好ましくは±３０℃の範囲において、ネマチックな液晶性である。

代わりに、液晶媒体は、本発明によるデバイスの動作温度において、コレステリックな液晶性であり得る。

液晶媒体はさらに好ましくは、７０℃〜１７０℃の、好ましくは９０℃〜１６０℃の、特に好ましくは９５℃〜１５０℃のおよび非常に特に好ましくは１０５℃〜１４０℃の温度範囲において、透明点を、好ましくはネマチックな液晶状態から等方状態への相転移を有する。

さらには、液晶媒体の誘電異方性Δεは、好ましくは３よりも大きく、特に好ましくは７よりも大きい。

代替的に、液晶媒体の誘電異方性Δεが−２よりも小さい、好ましくは−３よりも小さいのが、好ましくあり得る。

液晶媒体はさらに好ましくは３〜２０種の異なる化合物、好ましくは８〜１８種、特に好ましくは１０〜１６種の異なる化合物を含む。

液晶媒体はさらに好ましくは、０．０１〜０．３、特に好ましくは０．０４〜０．２７の光学異方性（Δｎ）を有する。

液晶媒体はさらに好ましくは、１０^１０Ω^＊ｃｍよりも大きな電気比抵抗を有する。

液晶媒体の構成要素として用いることができる化合物は、当業者に公知であり、そのままで自由に選択することができる。

液晶媒体が、１，４−フェニレンおよび１，４−シクロヘキシレンに基づく１つまたは２つ以上の構造的要素を含有する、少なくとも１種の化合物を含むことが、さらに好ましい。液晶媒体が、１，４−フェニレンおよび１，４−シクロヘキシレンに基づく、２、３または４個の、特に好ましくは３または４個の構造的要素を含有する、少なくとも１種の化合物を含むことが、特に好ましい。

液晶媒体は、１種または２種以上のキラルドーパントを含んでもよい。そしてこれらは好ましくは、０．０１〜３重量％、特に好ましくは０．０５〜１重量％の合計濃度で存在する。高値のねじれを得るために、キラルドーパントの合計濃度はまた、３重量％よりも高く、好ましくは１０重量％の最大にまで、選択し得る。

液晶媒体は好ましくは、１種または２種以上の安定剤を含む。安定剤の合計濃度は好ましくは、全体の混合物の、０．００００１〜１０重量％の間、特に好ましくは０．０００１〜１重量％の間である。

本発明によるデバイスはさらに好ましくは、光を、切り替え層から、光エネルギーを電気エネルギーまたは熱エネルギーへと変換するユニットへと導く、導光システムを含む。
導光システムは好ましくは、WO 2009/141295に記載されるように構築される。導光システムは、デバイスに衝突する光を収集し、濃縮する。それは好ましくは、液晶媒体を含む切り替え層における蛍光性二色性色素により発せられる光を、収集し、濃縮する。導光システムは、光エネルギーの電気エネルギーへの変換のためのデバイス、好ましくは太陽電池と接触し、そのため収集された光は濃縮された形態でこれに衝突する。

導光システムは好ましくは、全内部反射により光を伝導する。デバイスは好ましくは、導光システムが少なくとも１つの波長選択ミラーを有することを特徴とし、これは好ましくは、１種または２種以上のコレステリック液晶層から選択される。

本発明によるデバイスは好ましくは、抗反射設計を有する、１つまたは２つ以上のガラス層を含むことを特徴とする。抗反射コーティングの製造は、薄膜技術のコーティング法により実行される。これらは、例えば、物理的ガス相沈着、例えば熱的蒸散およびスパッタリング沈着を含む。抗反射手段は、単層系により、または多層系により、達成することができる。

本発明によるデバイスは好ましくは、２つまたは３つ以上のガラス層を含むこと、ならびに切り替え層を除いた、デバイスの全体の層の、ＥＮ４１０規格による、光反射ρ_ｖの程度が３５％未満、好ましくは３０％未満、特に好ましくは２５％未満および非常に特に好ましくは２０％未満であることを特徴とする。

切り替え層を除いた、デバイスの全体の層のＥＮ４１０規格による光反射ρ_ｖの程度は、特に好ましくは上に示されるとおりであり、およびデバイスは３つまたは４つ以上のガラス層を含む。

デバイスの光反射ρ_ｖの程度は、分光光度計を用いた、層配置の反射のスペクトル程度を測定することにより、ならびに標準発光および標準観察者の明度感度のスペクトル程度の相対的スペクトル分布を考慮に入れた、ＥＮ４１０規格、式（４）により、そこからのパラメーターρ_ｖを計算することにより、決定される。

実施例
本願において、液晶化合物の構造は、略号（頭文字）により再現される。これらの略号は、WO 2012/052100（６３〜８９頁）において明示的に提示され、かつ説明されており、そのため、本願における略号の説明のために、該公開出願への参照がなされる。

全ての物性は、Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germanyに従って決定され、２０℃の温度に対して適用する。それぞれの場合において他に明示的に示されていなければ、Δｎの値は５８９ｎｍにおいて決定され、Δεの値は１ｋＨｚにおいて決定される。ｎ_ｅおよびｎ_ｏはそれぞれの場合において、上に示される条件下での、異常光線および常光線の屈折率である。

Ａ）デバイスの製造
１）デバイスの構築のための手順
本発明によるデバイスＥ−１〜Ｅ−６および比較デバイスＶ−１〜Ｖ−９を製造する。
本発明によるデバイスは、以下の層順序を有する：
ａ） ガラス層、研磨した１．１ｍｍソーダライムガラスを含む、Corningから
ｂ） ＩＴＯ層、２００Å
ｃ） 配列層、ＪＳＲからのポリイミドＡＬ−１０５４を含む、３００Å
ｄ） 液晶層（２のもとで示される組成）、２４．３μｍ
ｅ） ｃ）に同じ
ｆ） ｂ）に同じ
ｇ） ａ）に同じ
配列層を逆平行にラビングする。
ＩＴＯ層を適切な接触で提供し、電気的に切り替え可能にする。
比較デバイスを、切り替え層におけるホストおよび／または色素および／または色素濃度の選択に起因して、パラメーターτ_{ｖ 明}（明状態における光透過の程度）およびＲ（異方性の程度）の一方または両方が、本発明による範囲外にあるという差異を有するように、本発明によるデバイスのようにして構築する。

２）デバイスのゲスト／ホスト混合物の組成（Ｅ：本発明による、Ｖ：比較）

３）ホスト混合物の組成

４）色素の構造：
色素Lumogen 305は、BASF SEから商業的に利用可能である。

Ｂ）パラメーターτ_{ｖ 明}（明状態における光透過の程度）およびＲ（異方性の程度）およびＨ（範囲）の決定
１） 異方性Ｒの程度は、５５０ｎｍにおいて、２つのガラスシートを、配列層およびその間に二色性色素を含む液晶媒体とともに含み、色素分子が平行に配列したデバイスの、吸光度に関する値Ｅ（ｐ）、および色素分子が垂直に配列した、同一のデバイスの吸光度に関する値Ｅ（ｓ）から、決定する。色素分子の平行配列は、配列層により達成される。デバイスの吸光度は、色素を含まないが、それ以外は同一の構築を有するデバイスに対して測定される。測定は、その振動面が１つの場合においては、配列方向に対して平行に振動し（Ｅ（ｐ））、および後続の測定においては配列方向に対して垂直に振動する（Ｅ（ｓ））、偏光を用いて実行する。サンプルは、測定の間は、切り替えも回転もしない。それゆえＥ（ｐ）およびＥ（ｓ）の測定は、入射偏光の振動面の回転により実行される。

詳細には、手順を以下のとおり記載する：Ｅ（ｓ）およびＥ（ｐ）の測定のためのスペクトルは、Perkin Elmer Lambda 1050 UV分光光度計を用いて記録する。分光光度計を両方の測定および参照ビームにおいて、２５０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲に対してGlan-Thompson偏光板で適合させる。２つの偏光板をステッピングモーターにより制御し、同一の方向に配列させる。たとえば０°〜９０°にわたって変化する、偏光板の偏向方向における変化は、常に同調して、測定および参照ビームに対して同一の方向で実行する。個々の偏光板の配列は、T. Karstens, University of Wuerzburg, 1973による論文において記載される方法を用いて、決定することができる。この方法において、偏光板は配列した二色性試料に対して、５°ステップで回転し、吸光度を固定波長において、好ましくは最大吸収の領域において、記録する。それぞれの偏光板位置に対し、新たなゼロ線を実行する。２つの二色性スペクトルＥ（ｐ）およびＥ（ｓ）の測定のために、ＪＳＲからのポリイミドＡＬ−１０５４で被覆した、逆平行にラビングしたテストセルを、測定および参照ビームの両方に配置する。２つのテストセルは、同一の層厚さ、典型的には１５〜２５μｍを選択すべきである。純粋なホスト（液晶）を含有するテストセルを、参照ビームに配置する。色素の液晶中の溶液を含有するテストセルを、測定ビームに配置する。測定および参照ビームのための２つのテストセルは、同一の配列方向における光線経路に配置する。分光光度計の最大限可能な正確さを保障するために、Ｅ（ｐ）がその最大吸収の波長範囲に、好ましくは０．５〜１．５にあることが確保される。これは、３０％〜５％の透過に対応する。これを、層厚さおよび／または色素濃度の対応する調整により、設定する。

異方性Ｒの程度は、Ｅ（ｐ）およびＥ（ｓ）に対する測定値から、"Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990に示されるように、式
Ｒ ＝ ［Ｅ（ｐ）−Ｅ（ｓ）］ ／ ［Ｅ（ｐ）＋２^＊Ｅ（ｓ）］
に従って計算される。

２） 明状態における光透過τ_{ｖ 明}の程度は、％で示す。それは、２つのガラスシートを、その間に配置された、配列層および、二色性色素を含む液晶媒体とともに含むデバイスの、参照としての、液晶媒体において色素を有しない以外は同一のデバイスに対する、明状態における透過のスペクトル程度から、計算する。測定セットアップは、異方性の程度に対する、吸光度の測定の場合においてと、同じである。
光透過τ_{ｖ 明}の程度は、透過の測定スペクトル的程度から、標準発光の相対的スペクトル分布および標準観察者の明度感度のスペクトル程度を考慮に入れて、欧州ＥＮ４１０規格、式（１）（ガラスの発光および日光特性の決定）に従い、決定する。

３） 範囲Ｈは、％で示される。それは、デバイスの明状態における切り替え層の光透過（τ_{ｖ 明}）の程度とデバイスの暗状態における切り替え層の光透過（τ_{ｖ 暗}）の程度との間の差異を表す。値τ_{ｖ 暗}はここでは、τ_{ｖ 明}の測定のための上述の方法に従うが、デバイスは暗状態へと切り替えて、決定する。

４） デバイスＥ−１〜Ｅ−９およびＶ−１〜Ｖ９に対して得られた値

例は、非常に異なる範囲Ｈ、７．９％〜３５．２％を有するデバイスが、パラメーターτ_{ｖ 明}およびＲの選択に依存して得られることを示す。

２５％以上の範囲の所望の範囲Ｈ（デバイスＥ−１〜Ｅ−６）は、パラメーターτ_{Ｖ 明}およびＲが好適に選択される場合においてのみ、達成される：Ｒは少なくとも０．６５の値を有しなければならず、およびτ_{ｖ 明}は、４０〜９０％でなければならない。

パラメーターの一方または両方がこの範囲外で選択される場合、２０％よりも顕著に低い、ある場合においては１０％未満である、不適切な範囲Ｈが達成される（比較例デバイスＶ−１〜Ｖ−９）。

測定により、異方性Ｒの程度があまりにも低く選択される場合において、基本的に低い範囲が達成されることが示されている（Ｖ−６〜Ｖ−８）。これは、τ_{ｖ 明}に対する値が、例Ｖ−６のように高く、または例Ｖ−８のように低く選択されるかどうかには、無関係である。

しかし、異方性の程度が十分に高い場合（Ｅ−１〜Ｅ−６およびＶ−９）、好適な範囲Ｈを達成することができるのは、τ_{ｖ 明}に対する好適な値と組み合わせてのみであるが、Ｖ−９の例により示されるように、Ｒに対しては好適な値であるにもかかわらず、過剰に高いτ_{ｖ 明}のために、範囲Ｈに対する満足な値が得られていない。

さらには、測定により、Ｒに対する好適な値が存在するかどうかには無関係に、不適切な明透過τ_{ｖ 明}の場合において、基本的に低い範囲のみが達成されることが、示されている（Ｖ−５）。

さらには、測定により、異方性Ｒに対する値が高いかまたは低いかどうかには無関係に、τ_{ｖ 明}に対する過剰に高い値の場合において、範囲Ｈに対する満足な値を達成することができないことが、示されている（Ｖ−１、Ｖ−２およびＶ−９）。

それゆえ概略すると、実験により、高い範囲の光透過は、異方性に対する値の、明透過に対する適切な値τ_{ｖ 明}との組み合わせにおいてのみ達成することができるという、驚くべき結果が示された。

具体的に示された実施例は、本発明の説明および概説に役立つものである。当業者は、好適な程度の異方性を有する液晶媒体を調製することにより、特許請求の範囲の範囲内のさらなるデバイスを製造することができるであろう。これは、一般的な専門知識および一般的な基本相関、例えば色素の分子構造と異方性の程度との間の相関など、およびこれらのパラメーターに対する液晶媒体の他の化合物の影響を、利用することを以って、成功を収める。好適な明透過を有するデバイスは、色素の吸光度の好適な選択および切り替え層におけるその濃度の好適な選択により、製造することができる。

Claims (20)

1. 光透過性領域を通る光の通過を調節するためのデバイスであって、該デバイスは、少なくとも１種の二色性色素を含む液晶媒体を含む少なくとも１つの切り替え層を含み、ならびに該切り替え層は、少なくとも０．６５の程度の異方性Ｒ、および４０％〜９０％の程度の、ＥＮ４１０規格による明状態における光透過τ_{ｖ 明}を有する、前記デバイス。
2. 請求項１に記載のデバイスであって、切り替え層に直接的に隣接して配置される、１つまたは２つ以上の配列層を含むことを特徴とする、前記デバイス。
3. 請求項１または２に記載のデバイスであって、ちょうど２つの配列層を含み、その一方が切り替え層の一側に隣接し、かつ他方が該切り替え層の反対側に隣接することを特徴とし、およびここで該２つの配列層が、該切り替え層の両側において、液晶媒体の分子の、平行な、または９０°回転した優先方向を引き起こす、前記デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のデバイスであって、液晶媒体の分子のホモジニアス配列が電界なし状態において存在することを特徴とし、ここで該分子が切り替え層の両側において互いに平行に配列する、前記デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のデバイスであって、電圧による、切り替え層の液晶媒体の分子の配列のための手段を含むことを特徴とする、前記デバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のデバイスであって、切り替え層からの光を、光エネルギーを電気エネルギーまたは熱エネルギーへと変換するユニットへと伝導する、導光システムを含むことを特徴とする、前記デバイス。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のデバイスであって、本発明によるデバイスの、切り替えのための手段へと電気的に接続された、光エネルギーを電気エネルギーへと変換するためのデバイスを含むことを特徴とする、前記デバイス。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のデバイスであって、抗反射設計を有する、１つまたは２つ以上のガラス層を含むことを特徴とする、前記デバイス。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のデバイスであって、ちょうど１つの切り替え層を含むことを特徴とする、前記デバイス。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載のデバイスであって、切り替え層が３種または４種以上の異なる二色性色素を含むことを特徴とする、前記デバイス。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のデバイスであって、二色性色素の少なくとも１種が発光性であることを特徴とする、前記デバイス。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載のデバイスであって、二色性色素の少なくとも１種が、アゾ化合物類、アントラキノン類、メチン化合物類、アゾメチン化合物類、メロシアニン化合物類、ナフトキノン類、テトラジン類、ペリレン類、テリレン類、クアテリレン類、高級リレン類およびピロメテン類から選択されることを特徴とする、前記デバイス。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のデバイスであって、少なくとも０．０５ｍ^２の面積を有することを特徴とする、前記デバイス。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のデバイスであって、切り替え層が０．７〜０．９の程度の異方性Ｒを有することを特徴とする、前記デバイス。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載のデバイスであって、切り替え層が６０％〜８５％の、明状態における光透過性τ_{ｖ 明}の程度を有することを特徴とする、前記デバイス。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載のデバイスであって、切り替え層の、与えられたパラメーターＲに対する、切り替え層のパラメーターτ_{ｖ 明}に、以下が適用されることを特徴とする、前記デバイス：
    
    τ_{ｖ 明 最小} ＜ τ_{ｖ 明} ＜ τ_{ｖ 明 最大} および
    τ_{ｖ 明 最小} ＝ ０．８^＊（６７^＊Ｒ ＋ ３０） および τ_{ｖ 明 最大} ＝ １．２^＊（６７^＊Ｒ ＋ ３０）。
17. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載のデバイスであって、与えられたパラメーターτ_{ｖ 明}に対する切り替え層のパラメーターＲに、以下が適用されることを特徴とする、前記デバイス：
    
    Ｒ_最小 ＜ Ｒ ＜ Ｒ_最大 および
    Ｒ_最小 ＝ ０．８^＊（０．０１５^＊τ_{ｖ 明} − ０．４５） および Ｒ_最大 ＝ １．２^＊（０．０１５^＊τ_{ｖ 明} − ０．４５）。
18. 請求項１〜１７のいずれか一項に記載のデバイスであって、該デバイスが２つまたは３つ以上のガラス層を含むこと、ならびに切り替え層を除くデバイスの、全体の層の、ＥＮ４１０規格による光反射ρ_ｖの程度が、３５％未満、好ましくは３０％未満、特に好ましくは２５％未満および非常に特に好ましくは２０％未満であることを特徴とする、前記デバイス。
19. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の少なくとも１つのデバイスを含む、多数枚の絶縁ガラスを含む、窓。
20. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載のデバイスの、光透過性領域を通る内部空間への光の通過を調節するための、使用。