JP6554091B2 - 光学的エネルギーの通過を調整するための２つの液晶切換層を含むデバイス - Google Patents

光学的エネルギーの通過を調整するための２つの液晶切換層を含むデバイス Download PDF

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Description

エネルギーの通過を調整するためのデバイス
本出願は、エネルギーの通過を調整するためのデバイスであって、少なくとも２つの縦に並んで配置された切換層Ｓ（１）およびＳ（２）を含み、ここで切換層が少なくとも１種の二色性化合物を含む液晶媒体を含み、かつここでデバイスの少なくとも１つの切換状態における液晶媒体の分子の整列が層Ｓ（１）およびＳ（２）において異なることを特徴とする、前記デバイスに関する。
本発明の目的のために、用語エネルギーは、特に、ＵＶ−Ａ、ＶＩＳおよびＮＩＲ領域における電磁放射によるエネルギーを意味するものと解釈される。再び特に、それは、通常窓（例えばガラス）において使用す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放射線によるエネルギーを意味するものと解釈される。通常使用する定義において、ＵＶ−Ａ領域は、３２０〜３８０ｎｍの波長を意味するものと解釈され、ＶＩＳ領域は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの波長を意味するものと解釈され、ＮＩＲ領域は、７８０ｎｍ〜２０００ｎｍの波長を意味するものと解釈される。相応して、用語光は、一般に３２０〜２０００ｎｍの波長を有する電磁放射を意味するものと解釈される。
本出願の目的のために、用語液晶媒体は、ある条件の下で液晶特性を有する材料を意味するものと解釈される。材料は、好ましくは室温で、ならびに室温より高い、および低い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もよいか、またはそれは複数種の異なる化合物を含んでもよい。本発明の液晶媒体は、典型的には、分子が細長い形状を有する、つまり１つの空間的方向において他の２つの空間的方向におけるよりも著しく長い少なくとも１種の化合物を含む。この空間的方向はまた、分子の縦軸と称される。
本出願の目的のために、二色性染料は、吸収特性が光の偏光の方向に相対する化合物の配向に依存する光吸収性化合物を意味するものと解釈される。本出願の二色性化合物は、典型的には細長い形状を有し、つまり当該化合物は、１つの空間的方向において他の２つの空間的方向におけるよりも著しく長い。この空間的方向はまた、分子の縦軸と称される。
表面、例えばガラス表面を通してのエネルギーの通過を調整するための切換デバイスの領域において、多くの種々の技術的解決法は、過去数年のうちに提案されている。
有利な解決法は、１種または２種以上の二色性染料と混合された液晶媒体を含む切換層の使用である。電圧の印加によって、二色性化合物の分子の空間的配向の変化は、これらの切換層において達成され、切換層を通しての透過の変化を引き起こすことができる。対応するデバイスは、例えばWO 2009/141295に記載されている。
あるいはまた、このタイプの透過の変化をまた、例えばUS 2010/0259698に記載されているように、電圧を伴わずに、液晶媒体のアイソトロピック状態から液晶状態への温度によって誘発された転移によって達成することができる。
前記刊行物には、上に記載したように構築され、比較的高い透過を有する状態に、および比較的低い透過を有する状態に（デバイスの明状態および暗状態）切り換えることができる単一の切換層の使用が記載されている。この原理に基づいたデバイスは、それらが明状態と暗状態との間のエネルギーの通過における小さな差異のみを有することを特徴とする。この差異はまた、透過範囲として知られている。
この関連において、エネルギー調整のための最大の可能な容量を有する、つまりそれらの切換によるデバイスを通してのエネルギーの通過において可能な限り大きな差異を達成する、エネルギーの通過を調整するためのデバイスを提供することは、主要な関心事である。それらは、したがって、例えばエネルギーの内部中への流入を調整し、したがってこの内部の温度を有効に調整することができる。望ましいデバイスは、したがって可視光線の形態にあるエネルギーの通過の調整のみならず、不可視の熱放射、特に７８０ｎｍ〜２０００ｎｍの波長を有するＮＩＲ放射線の形態にあるエネルギーの通過の調整もまた達成する。
非常に高いエネルギー透過を有するデバイスの明状態がさらに存在することは、さらに興味のあることである。外部からの低いエネルギー照射の場合において、これが、エネルギー流入がデバイスによって調整される内部における快適な状態を達成するための唯一の方法である。
従来技術には、エネルギーの通過を調整するための切換デバイスの透過範囲を増大させるための偏光子の使用が記載されている(US 2010/0259698)。しかしながら、これによって、デバイスの明るい透過が著しく低減され、それは上に述べたように所望されない。
本発明の文脈において、ここで、前述の技術的な目的を、新規な構造を有するエネルギーの通過を調整するためのデバイスの提供によって達成することができることが見出された。
本発明は、したがって、表面を通してのエネルギーの通過を調整するためのデバイスであって、デバイスが少なくとも２つの切換層Ｓ（１）およびＳ（２）を含み、その各々が１種または２種以上の二色性化合物を含む液晶媒体を含み、かつここでデバイスが配向層Ｏ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）およびＯ（４）を含み、ここで前記切換層および配向層がデバイス中に、順序Ｏ（１）、Ｓ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）、Ｓ（２）、Ｏ（４）の順で相互に平行な平面中に存在し、
ここでＯ（２）に隣接しているＳ（１）の液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（１）*がデバイスの少なくとも１つの切換状態において存在し、Ｏ（３）に隣接しているＳ（２）の液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（２）*が存在し、配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*が互いに対して平行でなく、切換層の平面に対して平行である、前記デバイスに関する。
エネルギーの通過を調整するためのデバイスのための多様な異なる技術的解決法が今日従来技術において知られているが、このタイプの構造は、問題の領域において現在まで提案されていない。
これは、このタイプの構造に対する技術的先入観を克服しなければならないという事実のためであり得る。この先入観は、建造物において使用するデバイス、例えば本発明のデバイスが可能な限り単純な構造を有しなければならないと述べる。高度な複雑さは、より複雑でないコンポーネントと同等に長い寿命が実際に示された場合であっても一般に回避するべきである。
土木工学の領域における当業者のこの見解は、それが技術標準：ＤＩＮ ＩＳＯ １５６８６中に包含されている程度に広範囲である。因子コンポーネント品質内の従属因子複雑さおよびコンポーネントの寿命に関するその推測された効果の討議のために、またF. Ritter, Lebensdauer von Bauteilen und Bauelementen-Modellierung und praxisnahe Prognose [Lifetime of Components and Construction Element Modelling and Practical Prognosis], dissertation, Darmstadt 2011を参照。
結果論になるが、しかしながら、本発明のデバイスの利点（大きな透過範囲が伴った高い明るい透過）によって、複雑な構造の欠点が明白に相殺される。寿命に関するいかなる欠点も、現在まで観察されていない。
本出願の目的のために、ネマチックの液晶媒体の場合において通常である用語配向軸は、空間における液晶媒体の分子の縦軸の平均した整列を示すために使用される。液晶媒体の個々の分子の縦軸の個々の整列は、各々の個々の場合における配向軸に相当する必要はない。
本発明において、デバイスの層Ｏ（２）およびＯ（３）は、互いに直接的に続く必要はない。本発明の好ましい態様において、１つまたは２つ以上の層、例えば１つまたは２つ以上のガラス層は、それらの間に位置する。
デバイスを、好ましくはより大きな二次元構造において開口部に配置し、ここで二次元構造自体は、エネルギーの通過が可能にならないか、または小さな程度に可能になるに過ぎず、かつここで開口は、比較的高いエネルギー透過率を有する。二次元構造は、好ましくは壁または内部の別の外側の限界の設定である。さらに、二次元構造は、好ましくは少なくとも同一のサイズの領域、特に好ましくは本発明のデバイスを配置するそれにおける開口の少なくとも２倍大きな領域を覆う。
デバイスは、好ましくは、それが少なくとも０．０５ｍ２、好ましくは少なくとも０．１ｍ２、特に好ましくは少なくとも０．５ｍ２および非常に特に好ましくは少なくとも０．８ｍ２の面積を有することを特徴とする。
デバイスを、好ましくは、建物、コンテナ、乗り物または他の実質的に閉鎖された空間の開口部に設置する。それを、特に好ましくは、建物、コンテナ、乗り物または他の実質的に閉鎖された空間において比較的高いエネルギー透過率を有する上に記載した開口部に設置する。しかしながら、デバイスを、任意の所望の内部空間のために、特にこれらが環境との限定された空気交換を有するに過ぎず、光エネルギーの形態にある外側からのエネルギーの流入が起こり得る光透過境界面を有する場合には使用することができる。デバイスの使用は、光透過領域を通って、例えば窓領域を通って強力な日射にさらされる内部空間のために特に適切である。
本発明は、したがってさらに、本質的にエネルギー透過領域を通しての内部空間中へのエネルギーの通過、好ましくは太陽光の形態にあるエネルギーの通過を調整するための、上に記載した本発明のデバイスの使用に関する。
しかしながら、本発明のデバイスをまた、審美的な部屋設計のために、例えば光および色効果のために使用することができる。そのシグナル作用がまた、生じ得る。例えば、灰色における、または色における本発明のデバイスを含むドアおよび壁の要素を、透明に切り換えることができる。さらに、デバイスはまた、明るさにおいて変調される白色の、もしくは着色された平坦な背面照射、または着色された平坦な背面照射、例えば黄色を含んでもよく、それは、別の色、例えば青色のゲスト／ホストディスプレイを使用して変調される。
さらなる審美的な結果をまた、側面から光る光源、例えば本発明のデバイスと組み合わせた白色または着色ＬＥＤまたはＬＥＤ鎖の補助によって生じさせることができる。この場合において、本発明のデバイスの一方または両方のガラス側面は、平坦であるか、または光の結合のために、および／もしくは光効果の発生のために粗くされたかもしくは構造化されたガラスを含む表面要素を備えることができる。
同様に本発明の主題である別の代替の使用は、例えば防護眼鏡、バイザーまたはサングラスにおける目に対する光の入射の調整のための使用であり、ここでデバイスは、１つの切換状態において目に対する光の入射を低く保持し、別の切換状態において光の入射をより低く低減する。
デバイスは、切換可能なデバイスを表す。ここでのデバイスの切換は、デバイスを通してのエネルギーの通過の変化を意味するものと解釈される。これを、本発明において、デバイスを通してその後方に位置する空間中へのエネルギーの流入を調整するために利用することができる。
本発明のデバイスは、好ましくは電気的に切換可能である。しかしながら、それはまた、例えばWO2010/118422に記載されているように、エネルギーの通過を調整するためのデバイスについて純粋に熱的に切換可能であり得る。
後者の場合において、切換は、好ましくは、液晶媒体を含む切換可能な層の温度の変化のために、液晶媒体のネマチック状態からアイソトロピック状態への転移を通じて起こる。
ネマチック状態において、液晶媒体の分子およびしたがってまた二色性化合物は、秩序づけられ、例えば整列層の作用のためにデバイスの表面に対して平行に整列する。アイソトロピック状態において、分子は無秩序の形態にある。液晶媒体の分子の秩序づけによって、二色性染料の秩序づけが生じる。二色性染料自体の秩序づけられた存在と無秩序の存在との間の差異によって、二色性染料分子が光の振動の平面に関しての整列に依存してより高いかまたはより低い吸収係数を有するという原理に従って、本発明のデバイスを通してのエネルギーの通過における差異が生じる。
デバイスが電気的に切換可能である場合、それは、電圧の手段による切換層の液晶媒体の分子の整列のための手段を含む。この場合、それは好ましくは４つの電極を含み、その１つは切換層Ｓ（１）の２つの側面の各々上に設置され、その１つは切換層Ｓ（２）の２つの側面の各々上に設置される。電極は、好ましくは、ＩＴＯまたは薄い、好ましくは透明な金属および／もしくは金属酸化物層、例えば銀もしくはＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）またはこの使用のために当業者に知られている代替の物質からなる。電極は、好ましくは電気的接続を備えている。電力供給は、好ましくは電池、充電式電池、スーパーキャパシタ(supercapacitor)によって、または外部の電力供給によって提供される。
層の液晶媒体の分子の共通の空間的整列による電気的切換の場合における切換操作は、電圧の印加によって行われる。二色性化合物の分子は、上に説明したようにそれによって同様に整列し、したがって差異は、デバイスを通してのエネルギーの通過において達成される。
本発明において、切換層が、代替的にＳ（１）のみ、もしくはＳ（２）のみ、もしくは両方が電場に曝露され得るか、またはいずれも電場に曝露され得ないように別個に電気的に切換可能であるのが、好ましい。
電場の印加によって、好ましくは液晶媒体の分子の垂直の整列が生じ、ここで垂直は、切換層の平面に相対すると理解されるべきである。しかしながら、整列が切換層の平面に対して平行に起こるのが、同様に可能であり、ある場合においてはまた好ましい。いかにして当該場を設計しなければならないか、または電場による分子の所望の整列が起こるためにいかにして液晶媒体の分子を設計しなければならないかは、液晶媒体の領域における当業者に知られている。
好ましい態様において、切換層は、高い吸収を有する状態、つまり電圧を伴わずに存在するエネルギーの低い通過からより低い吸収を有する状態、つまりエネルギーのより高い通過に変換される。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。無電圧切換状態は、好ましくは、液晶媒体の分子およびしたがって二色性化合物の分子が切換層の表面に対して平行に整列する（平面状配向）ことを特徴とする。これは、好ましくは相応して選択された配向層によって達成される。電圧の下の切換状態は、好ましくは、液晶媒体の分子およびしたがって二色性化合物の分子が切換層の表面に対して垂直である（ホメオトロピック配向）ことを特徴とする。
代替の同様に好ましい態様において、切換層は、低い吸収を有する切換状態、つまり電圧を伴わずに存在するエネルギーの高い通過からより高い吸収を有する切換状態、つまりエネルギーのより低い通過に変換される。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。無電圧切換状態は、好ましくは、液晶媒体の分子およびしたがって二色性化合物の分子が切換層の表面に対して垂直に整列する（ホメオトロピック配向）ことを特徴とする。これは、好ましくは相応して選択された配向層によって達成される。電圧の下の切換状態は、好ましくは、液晶媒体の分子およびしたがって二色性化合物の分子が切換層の表面に対して平行である（平面状配向）ことを特徴とする。
デバイスの好ましい態様において、切換層Ｓ（１）およびＳ（２）は、無電圧切換状態におけるそれらの整列に関して同一である。以下の２つの場合が、ここで考えられる：１つの場合において、デバイスは、無電圧切換状態において両方の切換層中で平面状整列を有することができ、または別の場合において、デバイスは、無電圧切換状態において両方の切換層中でホメオトロピック整列を有することができる。
同様にある場合においては好ましい代替の態様において、切換層Ｓ（１）およびＳ（２）は、無電圧切換状態におけるそれらの整列に関して、例えば液晶媒体の分子が無電圧切換状態において切換層の１つ中でホメオトロピック的に整列し、無電圧切換状態において２つの切換層の他方中で平面状整列を有するように異なる。
さらに、切換層が電圧下の切換状態におけるそれらの整列に関して、例えば液晶媒体の分子が電圧下の切換状態における切換層の１つ中でホメオトロピック的に整列し、電圧下の切換状態において２つの切換層の他方中で平面状整列を有するように異なることがまた可能であり、ある場合においては好ましい。この場合は、好ましくは、切換層Ｓ（１）およびＳ（２）が無電圧切換状態においてそれらの整列に関して異なるという前述の場合と組み合わされる。
以下の場合が好ましい：
態様Ａ−１：
無電圧暗状態：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） 平面状
Ｓ（１）についてのみ電圧：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） 平面状
Ｓ（２）についてのみ電圧：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） ホメオトロピック
電圧を伴う明状態：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） ホメオトロピック
態様Ａ−２：
無電圧明状態：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） ホメオトロピック
Ｓ（１）についてのみ電圧：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） 平面状
Ｓ（２）についてのみ電圧：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） 平面状
電圧を伴う暗状態：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） 平面状
態様Ａ−３：
無電圧状態：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） 平面状
Ｓ（１）についてのみ電圧を伴う暗状態：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） 平面状
Ｓ（２）についてのみ電圧を伴う明状態：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） ホメオトロピック
態様Ａ−４：
無電圧状態：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） ホメオトロピック
Ｓ（１）についてのみ電圧を伴う明状態：Ｓ（１） ホメオトロピック、Ｓ（２） ホメオトロピック
Ｓ（２）についてのみ電圧を伴う暗状態：Ｓ（１） 平面状、Ｓ（２） 平面状
態様Ａ−３およびＡ−４において、層Ｓ（１）およびＳ（２）は、互いに独立して電気的に切換可能である。これらの態様は、媒体透過の状態が電圧を伴わずに存在し、それから高い透過の切換状態に、または低い透過の切換状態に、各場合において２つの切換層の一方についてのみ電圧の印加によって切り換えることが可能であるという利点を有する。
層Ｓ（１）およびＳ（２）の個別の切換がまた態様Ａ−１およびＡ−２について可能であるのが、好ましい。これらの態様において、媒体透過の切換状態は、各場合において２つの層Ｓ（１）およびＳ（２）の１つから切り換えることにより可能である。
好ましい態様において、本発明のデバイスは、それがそれ自体切換層を切り換えるのに必要であるすべてのエネルギーを発生することを特徴とする。デバイスは、したがって好ましくは自律性であり、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。このために、それは、好ましくは光エネルギーの電気的エネルギーへの変換のためのデバイス、特に好ましくは太陽電池を含む。
本発明の好ましい態様において、光エネルギーの電気的エネルギーへの変換のための前記デバイスは、本発明のデバイスの電気的な切換のための手段に電気的に接続される。太陽電池によるエネルギーの提供を、直接または間接的に、つまり電池もしくは充電式電池または中間に接続されたエネルギーの蓄積のための他のユニットを介して行うことができる。太陽電池を、好ましくは、例えばWO2009/141295に開示されているようにデバイスの外側に、またはデバイスの内側に適用する。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、および透明な太陽電池の使用である。例えば、本発明の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。
本発明のデバイスが光エネルギーの電気的エネルギーへの変換のためのデバイスを含む場合、これが、光を切換層から光エネルギーを電気的エネルギーに変換するユニットに導く光導波路システムを含むのが、好ましい。
このタイプの光導波路システムは、好ましくはWO 2009/141295に記載されているように構築される。光導波路システムは、デバイスに達する光を採集し、集中させる。それは、好ましくは、蛍光性二色性染料によって発せられた光を液晶媒体を含む切換可能な層において採集し、集中させる。光導波路システムは、光エネルギーの電気的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ており、したがって採集された光は、後者に集中された形態において達する。光導波路システムは、好ましくは全内部反射を通じて光を導く。デバイスは、好ましくは、光導波路システムが少なくとも１つの波長選択性の鏡を有し、それが好ましくは１つまたは２つ以上のコレステリック液晶層から選択されることを特徴とする。
本発明のデバイスは、複数の層から構成され、それは、順に重ねて平坦である。それは、好ましくは以下の順序における層構造を有し、ここで層は、特に好ましくは互いに直接隣接している：
− 好ましくはガラスまたはポリマーを含む基板層
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 配向層Ｏ（１）
− 切換層Ｓ（１）
− 配向層Ｏ（２）
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 好ましくはガラスまたはポリマーを含む基板層（単数または複数）
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 配向層Ｏ（３）
− 切換層Ｓ（２）
− 配向層Ｏ（４）
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 好ましくはガラスまたはポリマーを含む基板層。
このタイプの層構造を、図１に示す。２つまたは３つ以上の基板層がまた、層Ｏ（２）とＯ（３）との間に存在し得、または正確に２つの基板層が、空間によって分離される。
層Ｏ（１）、Ｓ（１）およびＯ（２）が、好ましくは互いに直接続く。さらに、層Ｏ（３）、Ｓ（２）およびＯ（４）が、好ましくは互いに直接続く。
好ましい態様において、本発明のデバイスは、窓、特に好ましくは少なくとも１つのガラス表面を含む窓、非常に特に好ましくはマルチペーン(multipane) 絶縁ガラスを含む窓の構成要素である。
窓はここで、特に、フレームおよびこのフレームによって包囲された少なくとも１つのガラス枠を含む建物における構造を意味するものと解釈される。それは、好ましくは、断熱フレームおよび２つまたは３つ以上のガラス枠（マルチペーン絶縁ガラス）を含む。
好ましい態様において、本発明のデバイスは、窓のガラス表面に直接、特に好ましくはマルチペーン絶縁ガラスの２つのガラス枠の間の空間中に適用される。
本発明のデバイスが窓または相当するデバイスの構成要素である場合、窓の第１のガラス枠がデバイスのガラス枠によって形成されるのが好ましく、したがってデバイスを含む窓の層順序は、以下のとおりである：
− ガラス層
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 配向層Ｏ（１）
− 切換層Ｓ（１）
− 配向層Ｏ（２）
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 好ましくはガラスまたはポリマーを含む基板層
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− 配向層Ｏ（３）
− 切換層Ｓ（２）
− 配向層Ｏ（４）
− 電気的に伝導性の透明な層、好ましくはＩＴＯ層
− ガラス層
− 絶縁ガス、例えば希ガスで満たされた密封された空間
− ガラス層。
窓は、好ましくは最初に述べた層が外部に隣接するように配置され、最後に述べた層は、内部に隣接している。しかしながら、逆の配置がまた可能であり、ある条件の下で好ましい場合がある。
窓の前述の層順序を、さらなる層、例えば追加のガラス層または保護層、例えばＵＶ放射線に対する、ＮＩＲ放射線に対する、ＶＩＳ放射線に対する、および／もしくは物理的な損傷に対する保護層、または例えばＮＩＲ光に対する反射機能を有する層によって補足してもよい。これらの層の個々の機能をまた、１つの層において組み合わせてもよい。したがって、例えば、電気伝導性およびＮＩＲ反射の機能を、１つの、および同一の層によって達成することができる。
本発明のデバイスを含む窓を、基本的にまた既存の窓を改良することにより得ることができる。
本出願はさらに、好ましくは上に示した好ましい特徴を有する窓に関する。
本発明において、少なくとも１つの切換状態における液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*は、互いに対して平行に配置されていない。配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*について、それらは、好ましくは、この少なくとも１つの切換状態において互いに対して５０〜９０°の角度、特に好ましくは７０〜９０°の角度、および非常に特に好ましくは８５〜９０°の角度を形成する。
好ましい態様において、液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（１）*は、切換層Ｓ（１）の全体にわたって均一に存在する。類似して、好ましい態様において、液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（２）*は、切換層Ｓ（２）の全体にわたって均一に存在する。しかしながら、配向軸ＯＡ（１）*が配向層Ｏ（２）に隣接する切換層Ｓ（１）の領域中に存在するに過ぎず、かつ／または配向軸ＯＡ（２）*が配向層Ｏ（３）に隣接する切換層Ｓ（２）の領域中に存在するに過ぎないという場合がまた、生じ得る。この場合において、配向軸のねじれた配置は、好ましくは切換層内に存在する。
ＯＡ（１）*とＯＡ（２）*との間の角度、つまりそれらの非並列(non-parallelism)は、好ましくは、デバイスの無電圧切換状態において、つまり電場の印加を伴わずに存在する。この場合において、層Ｓ（１）およびＳ（２）における液晶媒体の分子の配向軸によって互いに形成される角度は、好ましくは層に隣接する配向層によって、つまりＳ（１）およびしたがってＯＡ（１）*に対してＯ（１）およびＯ（２）によって、ならびにＳ（２）およびしたがってＯＡ（２）*に対してＯ（３）およびＯ（４）によって達成される。
しかしながら、当該角度はまた、デバイスの電圧下の、つまり電場の作用の下の切換状態において存在してもよい。この場合において、電場によって、切換層の平面に対して平面状の液晶媒体の分子の整列が生じる。この目的のために、それを、本発明において、無電圧切換状態におけるＳ（２）に対しての配向層Ｏ（３）およびＯ（４）と比較して、Ｓ（１）に対しての配向層Ｏ（１）およびＯ（２）の定義され、異なって設定されたプレティルト角によって達成し、液晶媒体の分子は、切換層の平面に対して完全には垂直ではなく、代わりにわずかな角度（プレティルト角）を有する。
切換層の平面に対する平行な整列が次に電場の印加によって強制される場合、整列は、配向軸が配向軸を有する平面中に、プレティルト角の存在下でホメオトロピック状態において存在したように引き続き存在するように起こる。Ｓ（１）に対しての配向層Ｏ（１）およびＯ（２）ならびにＳ（２）に対しての配向層Ｏ（３）およびＯ（４）は、したがって、この態様においても配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*をそれぞれ間接的に特定する。
さらなる選択肢において、ＯＡ（１）*とＯＡ（２）*との間の角度が切換状態において存在し、ここで２つの切換層の一方が無電圧切換状態にあり、２つの切換層の他方が電圧の下の切換状態にあることが可能である。
デバイス中の配向層Ｏ（２）およびＯ（３）は、好ましくは、それらが配向層に隣接する液晶媒体の分子の異なる配向軸を各々達成するように設計されている。
それらは、好ましくは、この配向を、正確に２つの可能な切換状態の１つにおいて達成する。この切換状態は、好ましくはデバイスの無電圧切換状態である。さらに、この状態における液晶媒体は、好ましくは液晶相、好ましくはネマチック液晶相において存在する。
無電圧切換状態における層Ｏ（２）およびＯ（３）は、好ましくは隣接する液晶媒体の分子の平面状整列を達成する。当該分野における一般的な定義に従って、平面状整列は、液晶媒体の分子の最長の軸が配向層の平面に対して平行であることを意味するものと解釈される。
あるいはまた、しかしながら、無電圧切換状態における層Ｏ（２）およびＯ（３）が隣接する液晶媒体の分子のホメオトロピック配向を達成することがまた、可能である。当該分野における一般的な定義に従って、ホメオトロピック配向は、液晶媒体の分子の最長の軸が配向層の平面に対して垂直であることを意味するものと解釈される。
さらに、２つの配向層Ｏ（２）およびＯ（３）の１つが隣接する液晶媒体の分子のホメオトロピック整列を達成し、２つの配向層Ｏ（２）およびＯ（３）の他方が隣接する液晶媒体の分子の平面状整列を達成するという場合がまた、可能である。
上に提示した態様Ａ−１の特に好ましい変形を、より詳細に以下に記載する：
好ましいのは、層Ｏ（２）およびＯ（３）によって、対応する層に隣接している液晶媒体の分子の配向軸が各場合において互いに関して５０〜９０°の角度によって、特に好ましくは７０〜９０°の角度によって、および非常に特に好ましくは８５〜９０°の角度によってねじれているように達成される整列である。このタイプの特に好ましい配置を図２に示し、ここで配向層に隣接しているそれぞれの液晶媒体の分子の配向軸を二重の矢印によって示す。
二重の矢印は、配向軸が方向を有しない状況を考慮する。したがって、９０°より大きな角度は、９０°より小さな角度においてそれらの等価な対応するものを有する。
配向軸間の９０°より大きな角度は、１つの縦軸と２つの横軸との間で区別されるに過ぎない液晶媒体の分子の場合における状況に対応して、矢印の２つの端部間で区別されないので、定義に従って可能ではない。
本発明の好ましい態様、Ａ−１−１において、同一の切換層に隣接する２つの配向層は、各々、それらが本質的に切換層の液晶媒体の分子の同一の配向軸を達成するように設計されている。このタイプの好ましい配置は、したがってＯ（１）について０°で開始して配向軸の以下の近似の角度を達成する：
Ｏ（１）：０°
Ｏ（２）：０°
Ｏ（３）：９０°
Ｏ（４）：９０°
このタイプの配置を、図２と類似的に図３に図式的に示す。示した場合において、ＯＡ（１）*の角度は０°であり、ＯＡ（２）の角度は９０°であり、したがってそれらは９０°の角度を包囲する。
本発明の代替の同様に好ましい態様において、同一の切換層に隣接する２つの配向層は、液晶媒体の分子のそれらによって達成された配向軸が互いに関してねじれているように設計されている。それらは、好ましくは、互いに対して５０〜９０°の角度、特に好ましくは７０〜９０°の角度、および非常に特に好ましくは８５〜９０°の角度を形成する。
これは、特に好ましくは、Ｏ（２）およびＯ（３）によって達成された配向軸の角度に関する前述の好ましいものと組み合わせられる。このタイプ、Ａ−１−２の好ましい配置は、したがってＯ（１）について０°で開始して配向軸の以下の近似の角度を達成する：
Ｏ（１）：０°
Ｏ（２）：９０°
Ｏ（３）：０°
Ｏ（４）：９０°
このタイプの配置を、図２と類似的に図４に図式的に示す。示した場合において、ＯＡ（１）*の角度は９０°であり、ＯＡ（２）の角度は０°であり、したがってそれらは９０°の角度を包囲する。
同様のサイズの角度、例えば８０°をまた９０°のねじれ角度の代わりに使用することができることを、指摘する。
さらに、Ｏ（１）およびＯ（２）が９０°のねじれを達成するがＯ（３）およびＯ（４）がねじれを達成しない態様がまた、可能であり、好ましい。このタイプ、Ａ−１−３の好ましい配置は、したがってＯ（１）について０°で開始して配向軸の以下の近似の角度を達成する：
Ｏ（１）：０°
Ｏ（２）：９０°
Ｏ（３）：０°
Ｏ（４）：０°
このタイプの配置を、図２と類似的に図５に図式的に示す。示した場合において、ＯＡ（１）*の角度は９０°であり、ＯＡ（２）の角度は０°であり、したがってそれらは９０°の角度を包囲する。
同様のサイズの角度、例えば８０°をまた９０°のねじれ角度の代わりに使用することができることを、指摘する。
最後に、Ｏ（３）およびＯ（４）が９０°のねじれを達成するがＯ（１）およびＯ（２）がねじれを達成しない態様がまた、可能であり、好ましい。このタイプ、Ａ−１−４の好ましい配置は、したがってＯ（１）について０°で開始して配向軸の以下の近似の角度を達成する：
Ｏ（１）：０°
Ｏ（２）：０°
Ｏ（３）：９０°
Ｏ（４）：０°
このタイプの配置を、図２と類似的に図６に図式的に示す。示した場合において、ＯＡ（１）*の角度は０°であり、ＯＡ（２）の角度は９０°であり、したがってそれらは９０°の角度を包囲する。
同様のサイズの角度、例えば８０°をまた９０°のねじれ角度の代わりに使用することができることを、指摘する。
切換層中の１種または２種以上の二色性化合物の分子は、好ましくは、基本的に液晶媒体の分子と同一の方法で整列する。当業者は、この同一の整列が起こるためにいかにして液晶媒体および二色性化合物を選択するかを知っている。
電圧の印加を伴う切換状態において、液晶媒体の分子は、好ましくは、層の平面に対して実質的に垂直に整列する。当業者は、これを達成するために選択した液晶媒体に依存していかにして電圧を印加するかを知っている。
また、例えばUS 2010/0259698に記載されているように、上に記載したデバイスの暗状態から開始して、比較的より明るい切換状態を切換層の液晶媒体の分子のアイソトロピック状態への転移によって達成することがまた、可能である。電圧の印加は、ここで必要ではない。
配向層Ｏ（１）およびＯ（２）の対について、両方の配向層が液晶媒体の分子の平面状整列を達成するか、または両方が液晶媒体の分子のホメオトロピック整列を達成するのが、好ましい。特に好ましくは、両方の配向層は、配向層に隣接する層Ｓ（１）の液晶媒体の分子の正確に同一の配向軸を達成する。しかしながら、両方の配向層が異なる配向軸を達成するという場合がまた、起こり得る。これによって、切換層Ｓ（１）内の配向軸のねじれた配置の形成が生じる。
配向層Ｏ（３）およびＯ（４）の対について、両方の配向層が液晶媒体の分子の平面状整列を達成するか、または両方が液晶媒体の分子のホメオトロピック整列を達成するのが、好ましい。特に好ましくは、両方の配向層は、配向層に隣接する層Ｓ（２）の液晶媒体の分子の正確に同一の配向軸を達成する。しかしながら、両方の配向層が異なる配向軸を達成するという場合がまた、起こり得る。これによって、切換層Ｓ（２）内の配向軸のねじれた配置の形成が生じる。
本発明のデバイスにおいて使用する配向層は、この目的のために当業者に知られている任意の所望の層であり得る。好ましいのは、ポリイミド層、特に好ましくはラビングしたポリイミドを含む層である。当業者に知られているある方式においてラビングしたポリイミドは、分子が配向層に対して平行（平面状整列）である場合には液晶媒体の分子のラビング方向における整列をもたらす。
ここで、液晶媒体の分子が配向層上で完全に平面状でなく、代わりにわずかなプレティルト角を有するのが、好ましい。液晶媒体の化合物の配向層の表面に対する垂直の整列を達成するために（ホメオトロピック整列）、ある方式において処理したポリイミドを、好ましくは配向層のための材料として使用する（非常に高いプレティルト角のためのポリイミド）。さらに、偏光への露光プロセスによって得られたポリマーを、配向軸に従って液晶媒体の化合物の整列を達成するための配向層として使用することができる（光配向）。
以下に示す切換層の好ましい特徴は、好ましくは切換層Ｓ（１）およびまた切換層Ｓ（２）の両方に該当する。
切換層Ｓ（１）およびＳ（２）がそれらの化学的組成に関して同一の構造を有し、かつそれらが同一の物理的特性を有するのが、さらに一般に好ましい。
切換層Ｓ（１）およびＳ（２）は、好ましくは、それらが０．７〜０．９、特に好ましくは０．７〜０．８５、および非常に特に好ましくは０．７５〜０．８の異方性の程度Ｒを有することを特徴とする。
切換層の異方性の程度Ｒを、偏光の振動の平面に対して平行な分子の整列の場合における吸光度についての測定値（Ｅ（ｐ））から、および偏光の振動の平面に対して垂直な分子の整列の場合における吸光度についての測定値（Ｅ（ｓ））から、式Ｒ＝［Ｅ（ｐ）−Ｅ（ｓ）］／［Ｅ（ｐ）＋２*Ｅ（ｓ）］に従って計算する。使用する正確な方法を、実施例において示す。
さらに、切換層は、好ましくは、少なくとも４０％、好ましくは少なくとも５０％、特に好ましくは少なくとも６０％、および非常に特に好ましくは少なくとも７０％の明状態における光透過の程度τv brightを有する。
切換層の明状態における光透過の程度τv brightを、パーセントにおいて引用する。それを、参照として染料を有しない切換層を有するデバイスに相対するデバイスの明状態における切換層の光透過の程度の比率から計算する。それを、European Standard EN410、方程式（１）（光沢の発光および太陽の特性の決定）に従って、透過のスペクトル的程度から、標準的な光源の相対的なスペクトル分布および標準的な観察者の明るさ感受性のスペクトル的程度を考慮して決定する。使用するべき正確な方法を、実施例において示す。
切換層は、好ましくは１〜１００μｍ、特に好ましくは５〜５０μｍの厚さを有する。切換層Ｓ（１）およびＳ（２）が同一の厚さを有するのが、さらに好ましい。
デバイスは、好ましくは、切換層が３種または４種以上の異なる二色性化合物を含むことを特徴とする。
二色性化合物の少なくとも１種が発光性、好ましくは蛍光性であるのが、さらに好ましい。これは、化合物によって吸収された光エネルギーが再放射されるべきである場合に、例えば太陽電池によるエネルギー回収のために利用されるために特に好ましい。
ここでの蛍光は、化合物がある波長の光の吸収によって電子的に励起された状態に置かれ、ここで化合物がその後光の放射を伴って基底状態への転移を受けることを意味するものと解釈される。発せられた光は、好ましくは吸収された光より長い波長を有する。励起された状態から基底状態への転移は、さらに好ましくは回転可能にされ(spin-allowed)、つまり回転の変化を伴わずに起こる。さらに、蛍光性の化合物の励起された状態の存続期間は、好ましくは１０−５ｓより短く、特に好ましくは１０−６ｓより短く、非常に特に好ましくは１０−９〜１０−７ｓである。
ある条件の下で同様に好ましい場合がある代替の態様において、二色性化合物は、蛍光性でない。
液晶媒体中の二色性染料の吸収スペクトルは、好ましくは、互いに、黒色の印象が目に対して生じるように補足する。液晶媒体の２種または３種以上の二色性染料は、好ましくは、可視スペクトルの大部分を網羅する。これは、好ましくは、赤色光を吸収する少なくとも１種の二色性染料、緑色ないし黄色光を吸収する少なくとも１種および青色光を吸収する少なくとも１種によって達成される。
目に対して黒色または灰色の外見を呈する染料の混合物を製造することができる正確な方法は、当業者に知られており、例えばManfred Richter, Einfuehrung in die Farbmetrik [Introduction to Colorimetry]、第２版、1981, ISBN 311-008209-8, Verlag Walter de Gruyter & Coに記載されている。
二色性染料はさらに、好ましくは、主に、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ領域における、つまり３２０〜２０００ｎｍの波長範囲における光を吸収する。ここでのＵＶ光、ＶＩＳ光およびＮＩＲ光は、上に定義した通りである。二色性染料は、特に好ましくは４００〜１３００ｎｍの範囲内の吸収極大を有する。
液晶媒体中において一緒であるすべての二色性染料の割合は、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。個々の二色性染料の割合は、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。
二色性染料は、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に示されている染料の群から、および特に好ましくはその中に存在する表中に示されている明確な化合物から選択される。
好ましくは、少なくとも１種の二色性化合物、特に好ましくはすべての二色性化合物は、アゾ化合物、アントラキノン、メチン化合物、アゾメチン化合物、メロシアニン化合物、ナフトキノン、テトラジン、ペリレン、テリレン、クアテリレン、高級リレン、ベンゾチアジアゾール、ジケトピロロピロール、スクアラインおよびピロメテン、例えばホウ素−ジピロメテン（ＢＯＤＩＰＹ）から選択される。
特に好ましくは、少なくとも１種の二色性化合物、非常に特に好ましくはすべての二色性化合物は、アゾ染料、ペリレン、テリレン、ベンゾチアジアゾールおよびジケトピロロピロールから選択される。
好ましいスクアライン染料は、以下の式（Ｉ）に適合し、好ましいホウ素−ジピロメテン染料は、以下の式（ＩＩ）に適合する。
式中
Ａ１は、各出現において同一にまたは異なって、脂肪族、複素脂肪族、芳香族または複素芳香族環であり、それは、１つまたは２つ以上のラジカルＲ１によって置換されていてもよく；
Ｚ１は、各出現において同一にまたは異なって、単結合、−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−、−Ｏ−（Ｃ＝Ｏ）−、Ｏ、Ｓ、−ＣＦ２−ＣＦ２−、−ＣＦ２−Ｏ−、−Ｏ−ＣＦ２−、−ＣＨ２−ＣＨ２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−ＣＦ＝ＣＦ−、−ＣＦ＝ＣＨ−、−ＣＨ＝ＣＦ−、−Ｃ≡Ｃ−、−ＯＣＨ２−および−ＣＨ２Ｏ−から選択され；
Ｒ１は、各出現において同一にまたは異なって、任意の所望の有機ラジカルであり；ならびに
ｎは、各出現において同一にまたは異なって、１、２、３、４または５であり；ならびに
式（Ｉ）および（ＩＩ）で表される構造は、各場合において任意の自由な位置においてラジカルＲ１によって置換されていてもよい。
Ａ１は、好ましくは、各出現において同一にまたは異なって、任意に置換されている１，４−シクロヘキシレンまたは１，４−フェニレンである。
指数ｎは、好ましくは、各出現において同一にまたは異なって、１、２または３である。
Ｒ１は、好ましくは、各出現において同一にまたは異なって、Ｈ、Ｄ、Ｆ、Ｃｌ、ＣＮ、Ｒ２−Ｏ−ＣＯ−、Ｒ２−ＣＯ−Ｏ−、または１〜１０個のＣ原子を有するアルキルもしくはアルコキシ基、または２〜１０個のＣ原子を有するアルケニル基であり、ここでＲ２は、１〜１０個のＣ原子を有するアルキル基または５〜２０個のＣ原子を有するアリールもしくはヘテロアリール基である。
アントラキノン染料は、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-A55-123673、DE 3017877、DE 3040102、DE 3115147、DE 3115762、DE 3150803およびDE 3201120に記載されており、ナフトキノン染料は、例えばDE 3126108およびDE 3202761に記載されており、アゾ染料は、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およびM. Wada: Mol. Cryst. Lig. Cryst. 39, 39-52 (1977)、ならびにH. Seki, C. Shishido, S. YasuiおよびT. Uchida: Jpn. J. Appl. Phys. 21, 191-192 (1982)に記載されており、ペリレンは、EP 60895、EP 68427およびWO 82/1191に記載されており、ホウ素−ジピロメテンは、A. Loudet et al., Chem. Rev. 2007, 4891-4932に記載されており、ならびにスクアラインは、K. Law et al., Chem. Rev. 1993, 449-486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に開示されているリレン染料である。
非常に特に好ましいのは、さらに、例えば、未だ公表されていない出願EP 13002711.3に開示されているベンゾチアジアゾールである。
非常に特に好ましいのは、さらに、例えば、未だ公表されていない出願EP 13005918.1に開示されているジケトピロロピロールである。
液晶媒体中に存在し得る好ましい二色性染料の例を、以下の表において描写する。
本発明において、デバイスの切換層は、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でネマチック的に液晶性である。それは、特に好ましくは、デバイスの動作温度より上下に＋−２０℃、および非常に特に好ましくは＋−３０℃の範囲内においてネマチック的に液晶性である。
液晶媒体はさらに、好ましくは、７０℃〜１７０℃、好ましくは９０℃〜１６０℃、特に好ましくは９５℃〜１５０℃および非常に特に好ましくは１０５℃〜１４０℃の温度範囲内の透明点、好ましくはネマチック的に液晶性の状態からアイソトロピック状態への相転移を有する。
さらに、液晶媒体の誘電異方性Δεは、好ましくは３より大きく、特に好ましくは７より大きい。
あるいはまた、液晶媒体の誘電異方性Δεが−２より低い、好ましくは−３より低いのが、好ましい場合がある。
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、１０１０ｏｈｍ*ｃｍより大きな電気比抵抗を有する。
液晶媒体の構成要素として使用することができる化合物は、当業者に知られており、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いた構造的要素を含む少なくとも１種の化合物を含むのが、さらに好ましい。切換層の液晶媒体が１，４−フェニレンおよび１，４−シクロヘキシレンに基づいた２、３または４つ、特に好ましくは３または４つの構造的要素を含む少なくとも１種の化合物を含むのが、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。これらは、次に、好ましくは、０．０１〜３重量％、特に好ましくは０．０５〜１重量％の合計濃度において存在する。ねじれについての高い値を得るために、キラルドーパントの合計濃度をまた、３重量％より高く、好ましくは最大１０重量％まで選択してもよい。
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、全混合物の０．００００１〜１０重量％、特に好ましくは０．０００１〜１重量％である。
デバイスは、好ましくは、それがポリマーに基づいた偏光子を含まず、特に好ましくは固形物相における偏光子を含まず、非常に特に好ましくは偏光子を全く含まないことを特徴とする。
しかしながら、代替の態様において、デバイスはまた、１つまたは２つ以上の偏光子を含んでもよい。この場合において、直線偏光子が好ましい。
正確に１つの偏光子が存在する場合、その吸収方向は、好ましくは、偏光子が配置される切換層の側面上の本発明のデバイスの液晶媒体の化合物の配向軸に対して垂直である。
本発明のデバイスにおいて、吸収性の、およびまた反射性の偏光子の両方を、使用することができる。好ましいのは、薄い光学的フィルムの形態にある偏光子の使用である。本発明のデバイスにおいて使用することができる反射性偏光子の例は、ＤＲＰＦ（拡散性反射性偏光子フィルム、3M）、ＤＢＥＦ（二重明るさ増強フィルム、3M）、ＤＢＲ（US 7,038,745およびUS 6,099,758に記載されている層状ポリマー分布ブラッグ反射器）ならびにＡＰＦフィルム（進化した偏光子フィルム、3M、Technical Digest SID 2006, 45.1、US 2011/0043732およびUS 7023602を参照）である。
赤外光を反射するワイヤグリッドに基づいた偏光子（ＷＧＰ、ワイヤグリッド偏光子）を使用することが、さらに可能である。本発明のデバイスにおいて使用することができる吸収性偏光子の例は、Itos XP38偏光子フィルムおよび日東電工ＧＵ−１２２０ＤＵＮ偏光子フィルムである。本発明において使用することができる円偏光子の例は、ＡＰＮＣＰ３７−０３５−ＳＴＤ偏光子(American Polarizers)である。さらなる例は、ＣＰ４２偏光子（ＩＴＯＳ）である。
デバイスはさらに、保護層、例えばＵＶ放射線に対する、ＮＩＲ放射線に対する、ＶＩＳ放射線に対する、および／または物理的損傷に対する保護層を含んでもよい。
基板層のための前述の材料ガラスおよびポリマーの代わりに、同様の特性を有する他の材料をまた、使用することができる。基板層の好ましい材料は、ガラスまたはポリマーＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＶＢもしくはＰＭＭＡである。
本発明のデバイスが反射防止膜を有する１つまたは２つ以上のガラス層を含むのが、さらに好ましい。反射防止膜を、薄膜技術のコーティング法によって生産する。これらは、例えば物理的なガス相堆積、例えば熱的蒸発およびスパッタ堆積などを含む。反射防止膜を、単層系によって、または多層系によって達成することができる。外側の環境に隣接している、つまり入射する太陽光に直接さらされる少なくともガラス層は、好ましくは本発明のデバイス中に反射防止膜を有する。
図面の説明
図１は、本発明のデバイスの好ましい層順序を示す。 図２は、デバイスの好ましい態様について、配向層Ｏ（２）およびＯ（３）に直接隣接する液晶媒体の分子の異なる配向軸を、二重の矢印によって示す。
図３は、デバイスの好ましい態様、Ａ−１−１について、配向層Ｏ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）およびＯ（４）に直接隣接する液晶媒体の分子の異なる配向軸を二重の矢印によって示し、ここで配向軸は、各場合においてＯ（１）およびＯ（２）について同一であり、各場合においてＯ（３）およびＯ（４）について同一である。
図４は、デバイスの好ましい態様、Ａ−１−２について、配向層Ｏ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）およびＯ（４）に直接隣接する液晶媒体の分子の異なる配向軸を二重の矢印によって示し、ここで配向軸は、各場合において、Ｏ（１）およびＯ（２）について互いに関して９０°ねじれており、各場合においてＯ（３）およびＯ（４）について互いに関して９０°ねじれている。
図５は、デバイスの好ましい態様、Ａ−１−３について、配向層Ｏ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）およびＯ（４）に直接隣接する液晶媒体の分子の異なる配向軸を二重の矢印によって示し、ここで配向軸は、各場合においてＯ（１）およびＯ（２）について同一であり、各場合においてＯ（３）およびＯ（４）について同一である。
図６は、デバイスの好ましい態様、Ａ−１−４について、配向層Ｏ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）およびＯ（４）に直接隣接する液晶媒体の分子の異なる配向軸を二重の矢印によって示し、ここで配向軸は、各場合においてＯ（１）およびＯ（２）について同一であり、各場合においてＯ（３）およびＯ（４）について互いに関して９０°ねじれている。
参照数字の説明
１ 好ましくはガラスまたはポリマーを含む基板層
２ 電気的に伝導性の層
３ 配向層Ｏ（１）
４ 切換層Ｓ（１）
５ 配向層Ｏ（２）
６ 配向層Ｏ（３）
７ 切換層Ｓ（２）
８ 配向層Ｏ（４）
実施例
液晶化合物の構造を、略号（頭字語）によって以下に再現する。これらの略号は、WO 2012/052100（６３〜８９頁）に明示的に提示され、説明されており、したがって、本出願において、略号の説明について前記公表された出願を参照する。
すべての物理的特性を、"Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals", Status Nov. 1997, Merck KGaA, Germanyに従って決定し、２０℃の温度について適用する。各場合において他に明確に示さない限り、Δｎの値を５８９ｎｍで決定し、Δεの値を１ｋＨｚで決定する。
Ａ） デバイスの製造および得られた結果
本発明のデバイスＥ−１〜Ｅ−１５および比較のデバイスＶ−１〜Ｖ−１５を、製造する。
本発明のデバイスは、以下の層順序を有し、逆平行にラビングした２つの交差したゲストホストセル（セル１およびセル２）からなる。
セル１
ａ）Corningからの研磨した１．１ｍｍのソーダ石灰ガラスを含むガラス層
ｂ）ＩＴＯ層、２００オングストローム
ｃ）３００オングストローム、逆平行にラビングした、JSRからのポリイミドＡＬ−１０５４を含む整列層、ｄ）液晶層（以下に示す組成）、２４．３μｍ
ｅ）ｃ）の通り
ｆ）ｂ）の通り
ｇ）ａ）の通り
セル２
セル１と同一の構造、セル１の後方に直接配置したが、層の全体にわたって垂直な軸の周囲でそれに対して９０°回転した。
ＩＴＯ層には、相応して電気的に切換可能なための接点が設けられている。
あるいはまた、各々の個々のセルの配向層の対が逆平行にラビングされておらず、代わりに各場合においてそれらのラビング方向において互いに関して９０°ねじれているという事実によってのみ上に記載された配置と異なる等価な配置（ＴＮセル）が、可能である。セル１の第２の配向層のラビング方向は、第１のもの、つまりセル２のその後の配向層のラビング方向に相対して９０°回転している。４つの配向層の間の角度は、したがって以下のとおりである：９０° セル１の２つの配向層の間；９０° セル１の配向層２とセル２の配向層１との間；９０° セル２の２つの配向層の間。本配置は、したがって、換言すると、セル１およびセル２が各場合において層の全体にわたって垂直な軸の周囲で互いに対して回転しないように設計されている。
比較のデバイスは、上に記載したように専らセル１からなる。
得られた結果は、本発明のデバイス（Ｅ−１〜Ｅ−１５）についてのすべての場合において、同一の明るい透過について、単一のゲスト−ホスト層のみを含むデバイス（Ｖ−１〜Ｖ−１５）についてよりも、透過範囲についての著しくより良好な値が得られることを示す。
本発明のデバイスＥ−３およびＥ−１３で、例えば、優れた明るい透過（それぞれ７５．７％および８０．９％）、それと共に大きな範囲（それぞれ５０．０％および５４．０％）を、達成することができる。すべての比較例の最大の透過範囲を有する例Ｖ−４によって示したように、かかる値を比較のデバイスで達成することはできない。Ｖ−４の場合において、明るい透過は、Ｅ−３の場合におけるものに類似しているが、範囲は著しくより小さい（３３．３％）。
非常に高い明るい透過の場合においてさえも、本発明のデバイスで達成された範囲は、例Ｅ−２およびＥ−１２によって示したように（３６．７および３８．２％の範囲）、２０〜３０％の範囲を有するに過ぎないＶ−３、Ｖ−９およびＶ−１３と比較して比較のデバイスでよりも大きい。
透過範囲についての特に優れた値は、液晶層が高い程度の異方性を有する場合に達成される。切換層の高い程度の異方性および２つの切換層の使用の組み合わせは、個々の効果の合計を著しく超過する効果を有する。デバイスＶ−１０およびＶ−１５の比較によって、２４．６から３２．５％への透過範囲の増大のみが、増大した異方性のみによって達成されることが示される（比較してＶ−１５について０．７７と比較してＶ−１０について０．４９）。同様の程度への増大のみが、デバイスＥ−１０／Ｖ−１０について本発明の単一の切換層から二重の切換層への変化によって達成される。対照的に、透過範囲は、高い程度の異方性およびまた本発明の二重層の両方を使用する場合に、２４．６％から４５．９％へ増大する、つまり事実上２倍になる（Ｅ−１５と比較したＶ−１０）。
調査のさらなる驚くべき結果は、例Ｅ−１〜Ｅ−４、Ｅ−９、Ｅ−１２〜Ｅ−１５によって示したように、高い明るい透過（４５％より大きい、好ましくは５５％より大きい、特に好ましくは６５％より大きい）を伴ってさえも、良好な結果を、２つの切換層を本発明に従って使用する場合の透過範囲について達成することができることである。高い明るい透過および大きな透過範囲の組み合わせは、ゲスト−ホストセルに基づいたエネルギーの通過を調整するための切換デバイスについて現在まで報告されていない。しかしながら、これらの２つの特性の組み合わせは、切換可能な窓としてのデバイスの使用について主要な興味がある。
Ｂ） 液晶混合物の組成および使用した染料の構造
Ｃ）パラメーターτｖ ｂｒｉｇｈｔ（明状態における光透過の程度）、透過範囲および異方性の程度Ｒの決定のために使用した方法
１）明状態における光透過の程度τｖ ｂｒｉｇｈｔを、パーセントにおいて引用する。それを、デバイス（各々配向層および中間に配置された二色性染料を含む液晶媒体を有する２つのガラス枠を含む２つの単位を含むデバイス）の、参照としての液晶媒体中に染料を有しない他の点では同一のデバイスと相対しての、明状態における透過のスペクトル的程度から計算する。ここでの透過のスペクトル的程度を、Perkin Elmer Lambda 1050ＵＶ分光計を使用して測定する。
ここで、参照として空気に対して測定することはまた、可能である。この場合において、換算値は、光透過の明るい、および暗い程度について得られる。しかしながら、本発明の定性的効果は、ここで不変である。
光透過の程度τｖ ｂｒｉｇｈｔを、European Standard EN410、方程式（１）（光沢の発光および太陽の特性の決定）に従って計算する。この標準に従う光透過の程度τｖ ｂｒｉｇｈｔは、標準的な光源の相対的なスペクトル分布および標準的な観察者の明るさ感受性のスペクトル的程度を考慮する。
２）透過範囲を、パーセントにおいて引用する。それは、デバイスの明状態における切換層の光透過の程度（τｖ ｂｒｉｇｈｔ）とデバイスの暗状態における切換層の光透過の程度（τｖ ｄａｒｋ）との間の差異を表す。値τｖ ｄａｒｋをここで、デバイスを暗状態に切り換える間のτｖ ｂｒｉｇｈｔの測定のために上に示した方法によって決定する。
３）切換層の異方性の程度Ｒを、５５０ｎｍで、整列層および染料分子の平行な整列を有する中間に配置された二色性染料を含む液晶媒体を有する２つのガラスシートを含むデバイスの吸光度Ｅ（ｐ）についての値、および染料分子の垂直の整列を有する同一のデバイスの吸光度Ｅ（ｓ）についての値から決定する。染料分子の平行な整列は、整列層によって達成される。デバイスの吸光度を、染料を含まないが他の点では同一の構築を有するデバイスに対して測定する。測定を、振動の平面が１つの場合において整列の方向に対して平行に振動する（Ｅ（ｐ））、およびその後の測定において整列の方向に対して垂直に振動する（Ｅ（ｓ））偏光を使用して行う。試料は、測定の間に切り換えられず、回転しない。Ｅ（ｐ）およびＥ（ｓ）の測定を、したがって入射する偏光の振動の平面の回転によって行う。
詳細には、辿った手順は、以下に記載する通りである：Ｅ（ｓ）およびＥ（ｐ）の測定スペクトルを、Perkin Elmer Lambda 1050ＵＶ分光計を使用して記録する。分光計に、測定および参照ビームの両方における２５０ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲についてのGlan-Thompson偏光子を取り付ける。２つの偏光子をステッピングモーターによって制御し、同一の方向に整列させる。
偏光子の偏光子方向の変化、例えば０°から９０°への変更は、常に同調して、かつ測定および参照ビームについて同一の方向において行われる。個々の偏光子の整列を、T. Karstens, University of Wuerzburg, 1973によって論文に記載されている方法を使用して決定することができる。この方法において、偏光子は、整列した二色性試料に対して５°ステップにおいて回転し、吸光度を、固定した波長で、好ましくは最大吸収の領域において記録する。新たなゼロ線を、各偏光子位置について走らせる。
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試験セルを、測定および参照ビームの両方中に配置する。２つの試験セルを、典型的には１５〜２５μｍの同一の層厚さに選択するべきである。純粋な液晶媒体を含む試験セルを、参照ビーム中に配置する。液晶媒体中の二色性染料溶液を含む試験セルを、測定ビーム中に配置する。測定および参照ビームについての２つの試験セルを、同一の整列方向における光線経路中に設置する。分光計の可能な限り高い精度を保証するために、Ｅ（ｐ）がその最大の吸収の波長範囲内にあること、好ましくは０．５〜１．５であることを確実にする。これは、３０％〜５％の透過に相当する。これを、層厚さおよび／または染料濃度の対応する調整によって設定する。
異方性の程度Ｒを、Ｅ（ｐ）およびＥ（ｓ）についての測定値から、式
Ｒ＝［Ｅ（ｐ）−Ｅ（ｓ）］／［Ｅ（ｐ）＋２*Ｅ（ｓ）］
に従って、とりわけ"Polarized Light in Optics and Spectroscopy", D. S. Kliger et al., Academic Press, 1990に示されているように計算する。

Claims (19)

  1. 表面を通してのエネルギーの通過を調整するためのデバイスを含む窓であって、デバイスが少なくとも２つの切換層Ｓ（１）およびＳ（２）を含み、その各々が３種または４種以上の二色性化合物を含む液晶媒体を含み、かつここでデバイスが配向層Ｏ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）およびＯ（４）を含み、ここで前記切換層および配向層がデバイス中に、Ｏ（１）、Ｓ（１）、Ｏ（２）、Ｏ（３）、Ｓ（２）、Ｏ（４）の順で相互に平行な平面中に存在し、
    ここでＯ（２）に隣接しているＳ（１）の液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（１）*がデバイスの少なくとも１つの切換状態において存在し、Ｏ（３）に隣接しているＳ（２）の液晶媒体の分子の配向軸ＯＡ（２）*が存在し、配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*が互いに対して平行でなく、切換層の平面に対して平行であり、切換層Ｓ（１）およびＳ（２）が０．７〜０．９の異方性の程度Ｒを有する、前記窓。
  2. 建物、コンテナ、乗り物または別の実質的に閉鎖された空間の開口部に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の窓。
  3. 電気的に切換可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の窓。
  4. ４つの電極を有し、その１つが２つの切換層の各々の各側上に設置されてい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窓。
  5. 切換層が別個に電気的に切換可能であ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窓。
  6. 液晶媒体の分子が電場の印加によって切換層の平面に対して垂直に整列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窓。
  7. 無電圧切換状態における両方の切換層Ｓ（１）およびＳ（２）が液晶媒体の分子の平面状整列を有するか、または無電圧切換状態における両方の切換層Ｓ（１）およびＳ（２）が液晶媒体の分子のホメオトロピック整列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窓。
  8. ２つの切換層Ｓ（１）およびＳ（２）の一方が無電圧切換状態において液晶媒体の分子のホメオトロピック配向を有し、２つの切換層Ｓ（１）およびＳ（２）の他方が無電圧切換状態において液晶媒体の分子の平面状整列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窓。
  9. 光エネルギーの電気的エネルギーへの変換のためのデバイス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窓。
  10. 以下の順序における層構造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窓：
    − 基板層
    − 電気的に伝導性の透明な層
    − 配向層Ｏ（１）
    − 切換層Ｓ（１）
    − 配向層Ｏ（２）
    − 電気的に伝導性の透明な層
    − 基板層（単数または複数）
    − 電気的に伝導性の透明な層
    − 配向層Ｏ（３）
    − 切換層Ｓ（２）
    − 配向層Ｏ（４）
    − 電気的に伝導性の透明な層
    − 基板層。
  11. 配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*が互いに対して５０〜９０°の角度を形成す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窓。
  12. 配向軸ＯＡ（１）*およびＯＡ（２）*が互いに対して平行でなく、切換層の平面に対して平行であるデバイスの少なくとも１つの切換状態がデバイスの無電圧切換状態において存在す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窓。
  13. 配向層Ｏ（２）およびＯ（３）が、それらが各々配向層に隣接している液晶媒体の分子の異なる配向軸を達成するように設計されてい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窓。
  14. 層Ｏ（２）およびＯ（３）が無電圧切換状態において液晶媒体の分子の平面状整列を達成す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窓。
  15. 両方の配向層Ｏ（１）およびＯ（２）が液晶媒体の分子の平面状整列を達成するか、または両方の配向層Ｏ（１）およびＯ（２）が液晶媒体の分子のホメオトロピック整列を達成す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窓。
  16. 切換層Ｓ（１）およびＳ（２）が０．７〜０．８５の異方性の程度Ｒを有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の窓。
  17. 二色性化合物の少なくとも１種がアゾ化合物、アントラキノン、メチン化合物、アゾメチン化合物、メロシアニン化合物、ナフトキノン、テトラジン、ペリレン、テリレン、クアテリレン、高級リレン、ベンゾチアジアゾール、ジケトピロロピロール、スクアラインおよびピロメテンから選択されることを特徴とする、請求項１６に記載の窓。
  18. 偏光子を含まないことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の窓。
  19. エネルギーの実質的にエネルギーを透過する表面を通しての内部への通過を調整するための、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の窓の使用。
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