JP6710690B2 - 光の透過を制御するためのデバイス - Google Patents

Description

本願は光の透過を制御するためのスイッチ可能デバイスに関し、該デバイスはセグメント化された構造を有し、ただしセグメント化された構造のセグメントのスイッチ状態は、タッチ動作で制御される。

光は本願の意味において、３２０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内の電磁放射、即ち、ＮＩＲ−、ＶＩＳ−およびＵＶ−Ａ−光を含むと解される。好ましくはスイッチ可能デバイスで制御される光は、電磁スペクトルの可視（ＶＩＳ）範囲内の光であると理解される。

電圧は本願の意味において、特定のＲＭＳ（ｒｏｏｔ−ｍｅａｎ−ｓｑｕａｒｅ、二乗平均平方根）値、特定の振幅、特定の周波数および／または特定の波形で特徴付けられる任意の電気信号であると解される。よって、それは狭い文言の意味のみであるとは理解されない。

光の透過を制御するスイッチ可能デバイスは少なくとも２つの状態を有するデバイスと解され、これらの状態のうちの一方（暗い状態または散乱状態）において、デバイスは入射光の僅かな割合しか全く通過させないか、または入射光の僅かな部分だけを散乱せずに通過させ、一方でこれらの状態の他方（透明状態）において、デバイスは入射光の大部分を通過させる。この機能により屋内気候および光条件を改善するために、特に建築または自動車用途における使用において、スイッチ可能デバイスはかなりの関心を集めている。これらのデバイスは典型的には機能材料を含むスイッチ層を横切って電圧を印加することで、一方の状態から他方の状態にスイッチする。

この目的のために種々の技術的解決法が提案され商業的に使用されており、それらの中には液晶系スイッチ可能デバイス、エレクトロクロミックスイッチ可能デバイスおよび懸濁粒子系スイッチ可能デバイスがある。液晶系スイッチ可能デバイスの中で、色素ドープ低分子液晶系およびポリマー分散液晶系が現在、技術的に関連性が高い。種々の技術的解決法の概説が例えば、Ｒ．Ｂａｅｔｅｎｓら、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、２０１０年、８７〜１０５頁（非特許文献１）に与えられる。

従来のウィンドウと比較して上述のスイッチ可能デバイスを含むウィンドウは、新しい設計およびファサードを可能にする。使用者は、インターフェースを介して任意のウィンドウを通る光の透過程度を決定できる。周囲の照明条件のために、ウィンドウの特定部分だけをスイッチすることが望ましいことが多い。また太陽がウィンドウを照らす角度に依存して多くの場合、例えば、ウィンドウの上部のみを暗い状態にスイッチし、ウィンドウの下部を透明な状態のままにすることが望ましい。

多数のスイッチ可能なセグメントを有するウィンドウは現在、商業的に入手できない。その結果これまでの先行技術では、それらを制御のための直接的な解決法は提案されていない。

Ｒ．Ｂａｅｔｅｎｓら、Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ、２０１０年、８７〜１０５頁

この技術水準に鑑み本発明は、容易かつ直感的に操作することができ、全領域にわたってセグメントを選択的にスイッチできるエネルギー伝達を制御するためのスイッチ可能デバイスを提案する。

本発明は、シールおよびフレームを追加することで得られるデバイスを容易に屋外で安定および堅固にでき、ＵＶ光に対して安定にでき、および暗から透明状態への調整可能な透過範囲が広域である利点を有する。それらは更に、セットアップが簡単なため、費用効果の良い態様で製造できる。

本発明は従って、
光の透過を制御するためのスイッチ可能デバイスであって、
第１基板層、第２基板層、第１および第２基板層間に位置するスイッチ層、スイッチ層および第１基板層間に位置する第１導電層、ならびにスイッチ層および第２基板層間に位置する第２導電層を含む層スタックを含み、ただし
スイッチ層は、電圧を印加すると光の透過率が変化する材料を含み、およびただし
第１および第２導電層の少なくとも一方は、複数の絶縁域および複数の導電域を含み、ただし
絶縁域および導電域は、導電層の領域にわたって交互に配置され、およびただし
スイッチ可能デバイスのスイッチ状態は、タッチ動作で制御される
スイッチ可能デバイスに関する。

図１は、本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックの側面図を示す。 図２は、ＩＧＵの一部である本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックの側面図を示す。 図３は、ＩＧＵの一部である本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックの側面図を示し、ただし本願に係る２個のスイッチ可能デバイスが、最上部で互いにスタックされ、二重の液晶（ＬＣ、ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）セルデバイスを形成する。 図４は、複数の導電域および複数の絶縁域を有する本願に係る導電層の正面図を示す。 図５は、最上部で互いに積層される第１導電層および第２導電層の正面図を示し、ただし２層の導電層は完全には重ならない。 図６は、本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックの側面図を示し、ただし２層の導電層は完全には重ならない。 図７は、スイッチ可能デバイスに接続される電気部品のアセンブリを示す。 図７ａは、スイッチ可能デバイスに接続される電気部品の代替のアセンブリを示す。 図８は、スイッチ可能デバイスの表面上で行われるタッチジェスチャの位置および形態を概略的に示す。 図９はデバイスの第１動作モードに従って、セグメント化された基板に印加される信号を示す。 図１０はデバイスの第２動作モードに従って、セグメント化されていない基板に印加される信号と、セグメント化された基板に印加される信号とを示す。

以下の図により、本発明の説明を供する。

図１は本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックを示し、第１基板層（１）および第２基板層（５）、第１導電層（２）および第２導電層（４）ならびにスイッチ層（３）を含む。

図２はインシュレーティッドガラスユニット（ＩＧＵ、ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇｌａｓｓ ｕｎｉｔ；絶縁、隔離ガラスユニット）の一部である本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックを示し、図１の層に加え、好ましくはガラスからの固体層（９）、層スタックの任意部品であるタッチセンシティブ層（１０）およびスペーサー（８ｂ）で囲まれたガス充填空間（８ａ）を有する。

図３はＩＧＵの一部である本願によるスイッチ可能デバイスの層スタックを示し、スペーサー（８ｂ）で囲まれたガス充填空間（８ａ）で連結された２個の部分構造と共に層スタック中に２回存在する図１の層セットアップに加え、好ましくはガラスからの固体層（９）、層スタックの任意部品であるタッチセンシティブ層（１０）およびスペーサー（８ｂ）で囲まれたガス充填空間（８ａ）を有する。部分（８ａ）および（８ｂ）から成る２層の少なくとも一方を省略してよいことに留意されたい。この場合、構造を単純化するために、基板層（１）または（５）および固体層（９）も省略してよい。

図４は、平行に間隔をとる線の形態の複数の絶縁域（７）および複数の導電域（６）を有し、ただし絶縁域および導電域は交互しているスイッチ可能デバイスの第１導電層（２）の正面図を、例の意味で示す。

図５は最上部で互いに積層される第１導電層（２）および第２導電層（４）を示し、ただし図を見る者の視点から、第２導電層（４）は第１導電層（２）の最上部上にあり、ただし２層の導電層（２）および（４）は完全には重ならないが、第１導電層（２）の比較的小さい部分（２ａ）は第２導電層（４）が重ならずに残っており、一方で第１導電層の比較的大きい部分（２ｂ）は第２導電層（４）が重なる。図４の通り、複数の導電域（６）および複数の絶縁域（７）が第１導電層（２）に存在しており、ただし第１導電層の導電域の第２導電層が重ならない部分を符号（６ａ）で示し、第１導電層の導電域の第２導電層が重なる部分を符号（６ｂ）で示す。明確にする理由から、導電層（２）および（４）の間に存在するスイッチ層（３）は図５に示さない。

図６は図１の層スタックを示し、導電層（２）はスタック内の他の層と完全に位置合わせされておらず、第１導電層の部分（２ａ）は第２導電層（４）およびスイッチ層（３）が重ならずに残っており、よって少なくとも一方側より自由にアクセス可能であるとの追加の態様を有する。同図は図５に示される通りと同じ状況を示しており、ただしデバイスの最上部からの代わりに、デバイスの側面から見るのみである。

図７は本願によるスイッチ可能デバイスに接続される電気部品のアセンブリを示し、タッチセンシティブデバイス（１１）、任意構成のコンピュータ（１２）、デジタル出力（１３ｂ）およびアナログ出力（１３ａ）を含むプログラマブル論理制御装置（１３）、好ましくは可変電圧を有する電圧源（１４）、接地レベル（１５）、複数のスイッチを含むデバイス（１６）、ならびにスイッチ可能デバイスの導電層の導電域に対するスイッチの接続（１７）を含む。

図７ａは本願によるスイッチ可能デバイスに接続される電気部品の代替のアセンブリを示し、タッチセンシティブデバイス（１１）、任意構成のコンピュータ（１２）、デジタル出力（１３ｂ）およびアナログ出力（１３ａ）を含むプログラマブル論理制御装置（１３）、好ましくはＨブリッジ回路を含有し、好ましくは可変電圧を有する交流電圧源（１４）、共通電圧（１５ａ）、信号電圧（１５ｂ）、複数のスイッチを含むデバイス（１６）、共通または信号出力に接続できる、スイッチ可能デバイスの導電層の導電域に対するスイッチの接続（１７）ならびに絶縁域を含有しない基板に接続される、共通出力に対する接続を含む。

図８は、ソフトウェアで定義される通りでスイッチ可能デバイスに対するタッチジェスチャの結果を示す。（Ａ）はセグメント上でのシングルタップ（セグメントは破線で模式されている。）で、それぞれのセグメントがオンからオフまたはオフからオンにスイッチする結果となる。（Ｂ）はウィンドウの右側領域内での垂直ドラッグ動作で、セグメントが連続的にスイッチする結果となる。ドラッグで下げる動作はセグメントを連続的に暗状態にスイッチし、最上のセグメントから開始しドラッグ動作が停止するまで継続する。ドラッグで上げる動作はセグメントを連続的に明状態にスイッチし、最下のセグメントから開始しドラッグ動作が停止するまで継続する。（Ｃ）はウィンドウの下部領域内での水平ドラッグ動作で、そこで左にドラッグすると、オンにスイッチされているセグメントが薄暗くなる結果となり、右にドラッグすると、オンにスイッチされているセグメントの透過率が増加する。（Ｄ）は右下領域内でのダブルタップで、全てのセグメントが暗状態にスイッチするか、全てのセグメントが明状態にスイッチする結果となる。

スイッチ可能層が２層の導電層間に位置しており、低電圧を有する電圧源がスイッチ可能層の主な面のそれぞれの一方と、スイッチ層の反対側に位置する第２導電層とに接続されている場合、導電層は本願の目的のために、スイッチ可能層の２つの主な面間に電界を生じることを可能にする十分な態様で電気を通す層であると解する。

類似の定義を用語「導電域」に適用する。反対に絶縁域は、適切な程度に電気を通すことができない域であると解する。それらは特に電気伝導に対して境界を形成することで、導電層内の導電域をそれぞれ互いに隔離する目的を果たす。好ましい実施形態によれば、絶縁域でそれぞれ互いに区切られた２つの導電域間の抵抗は１ＭΩより大きく、好ましくは１０ＭΩより大きく、特に好ましくは５０ＭΩより大きい。

導電層に絶縁域を形成する直接的な手段は、これらの位置の導電材料を除去することである。これに適する特に顕微鏡レベルの方法を当業者は了知しており例えば、レーザーアブレーション、化学エッチング、レーザーフォトリソグラフィー、機械的エンボス技術および光エンボスである。好ましい手法は、エキシマレーザーを使用するレーザーアブレーションである。

代替的解決策は、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、インジウムスズ酸化物）もしくは導電層として類似の導電性材料のコーティングを、一定域を覆いながらスパッタリングし、その後、覆っている材料を除去してコーティングのないガラス域を得ることである。この手法に、上節で述べた方法を使用できる。再度の代替的解決策は、溶液加工可能な導体をインクジェット印刷して特定域のみに導電性材料をコートすることで、それによれば、絶縁域を全く生成する必要がなくなる。

導電層は、金属、好ましくは銀、または他の材料の薄層から作製でき、ただし他の材料は好ましくは、金属酸化物から、より好ましくは透明導電性金属酸化物（ＴＣＯ、ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）から、特に好ましくはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ、ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、フッ素化スズ酸化物（ＦＴＯ、ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）およびアルミニウムドープスズ酸化物（ＡＺＯ、ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）から、または銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性ポリマー、特にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、金属メッシュ、または銀ナノ粒子から選択される。

第１および第２の導電層は長方形であることが更に好ましい。特定の状況下、特にウィンドウが乗物、例えば車両などで使用されるとき、ウィンドウは非長方形の形状を有することが好ましい。

第１および第２導電層の一方のみが複数の絶縁域を含み、第１および第２導電層の他方が絶縁域を含まないかまたは本質的に含まないことが更に好ましい。

本発明によれば導電層の絶縁域および導電域は、導電層の領域にわたって規則的なパターンで交互に配置されることが好ましい。そのようなパターンは好ましい実施形態によれば線のパターンで表され、線は規則的に間隔をあけてそれぞれ互いに平行であり、好ましくは導電層の端とも平行であり、ただし導電層は好ましくは長方形である。この場合、線は絶縁域を表し、線の間の間隔は導電域を表す。それぞれの場合で好ましくは、平行で規則正しい間隔の線の間の距離は、１μｍおよび１ｍの間、好ましくは１ｃｍおよび５０ｃｍの間、特に好ましくは１ｃｍおよび１０ｃｍの間である。絶縁域および導電域の規則的なパターンを有するそのような導電層の代表例を図４に示す。

好ましい実施形態によれば絶縁域は、０．２μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜７５μｍ、特に好ましくは１０μｍ〜５０μｍの幅の線である。

第１および第２導電層の少なくとも一方は複数の平行線を有しており、ただし導電材料は存在しないかまたは不活性化されており、ただし平行線は絶縁域を表し、層の残りの部分は導電域を表すことが好ましい。それぞれの場合で好ましくは、線は規則的に間隔をあけて互いに平行である。

導電層内で、絶縁域により導電域が互いに分離されていることが好ましい。それぞれ互いに絶縁域によって分離される２個の隣接する導電域間の好ましい電気抵抗は、上で開示する通りである。これにより、別個の導電域のそれぞれに個別の電気的コンタクトおよびアドレスが可能になる。複数の導電域のそれぞれについて、それぞれの導電層の導電域のそれぞれに独立して電源を印加できることが好ましい。これは好ましくは、直接アドレス、パッシブ・マトリクス・アドレス、アクティブ・マトリクス・アドレスおよび多重駆動から選択される手段によって達成される。

電気的に別個に接触されるべき複数の導電域のそれぞれについて、スイッチ可能デバイスの層スタックの以下の構造化が好ましい。

第１および第２導電層の一方の一部は、スタック内で第１および第２導電層の他方と重ならず、好ましくは少なくとも一方側から自由にアクセスでき、この部分は電圧に、好ましくは電気的スイッチまたはスイッチ可能層の透過率を制御する電気信号に電気的に接続される。好ましくは、この部分は導電層のサイドマージン部分にある。

更に、スタック内で第１および第２導電層の他方と重ならない第１および第２導電層の一方の一部は、導電層のそれぞれの導電域と重なる領域を有し、ただし好ましくは、これらの重なる領域において導電域は電圧に、好ましくは電気的スイッチまたはスイッチ可能層の透過率を制御する電気信号に個別にそれぞれ電気的に接続されることが好ましい。第１および第２導電層のこの特定の配置を正面図で図５に、層の側面図で図６に示す。

導電域および絶縁域を有さない導電層は、ゼロ電圧、即ち共通接地に設定され、一方で導電域および絶縁域を有する導電層は電圧に接続されることが好ましい。

そのような操作方法を図９に模式的に示し、ただしパートａ）は接地に設定された電圧を示し、パートｂ）は、「オン」のときにセグメント化基板に印加される電圧（信号電圧）を示し、パートｃ）は、「オフ」のときにセグメント化基板に印加される電圧を示す。図９でグラフにおいて、ｘ軸は時間、ｙ軸は電圧である。

他の好ましい実施形態において、導電域および絶縁域を有さない導電層は共通電圧に設定され、一方で導電域および絶縁域を有する導電層は、オフにスイッチされているときは共通電圧に接続され、オンにスイッチされているときは信号電圧に接続される。

そのような操作方法を図１０に模式的に示し、ただしパートａ）はセグメント化されていない基板に印加される共通電圧を示し、パートｂ）は、「オン」のときにセグメント化基板に印加される電圧（信号電圧）を示し、パートｃ）は、「オフ」のときにセグメント化基板に印加される共通電圧を示す。図１０でグラフにおいて、ｘ軸は時間、ｙ軸は電圧である。

第１および第２導電層の一方のそれぞれの導電域で他方の第１および第２導電層とスタックにおいて重ならない部分は、１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜８ｍｍの幅を有することが好ましい。これは好ましい実施形態において、複数の導電域および複数の絶縁域を有する導電層に層スタックの隣接する層と重ならない縁を残すことで達成される。この縁は好ましくは、１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜８ｍｍの幅を有する。この手順に従えば縁において、一方から導電域にアクセス可能である。

上述の重ならない部分は、好ましくは１〜１０ｍｍ、特に好ましくは２〜８ｍｍの距離で、２層の等しい大きさの導電層をずらして配置することにより達成できる。これを図５に層の正面図で、図６に側面図で示す。代わりに一方の導電層を、上述の重ならない部分を残して他方の導電層と大きさが異なるように選択できる。更に代わりに導電域および絶縁域を有さない導電層から１個以上の小片を切り出して、重ならない部分を得てよい。

本発明の好ましい実施形態によれば複数の導電域のそれぞれ１つについて、導電域の領域で覆われているスイッチ層の特定域のスイッチ状態は、スイッチ層の他域のスイッチ状態から独立して選択できる。好ましくは、独立に選択できるスイッチ層の特定域のそれぞれのスイッチ状態は、タッチセンシティブ層上のタッチ動作で制御され、ただしタッチ動作は好ましくは、タップジェスチャ、ダブルタップジェスチャおよびドラッグジェスチャから選択される。

スイッチ可能デバイスの層スタックにおいて、第１導電層は第１基板層に直接隣接し、第２導電層は第２基板層に直接隣接することが好ましい。第１導電層および第１基板層は導電層について上に開示したように、金属または他の材料の層で被覆されたガラスまたはポリマーの第１シートで形成され、第２導電層および第２基板層は導電層について上に開示したように、金属または他の材料の層で被覆されたガラスまたはポリマーの第２シートで形成される。

他の好ましい実施形態によれば、第１導電層は第１基板層に直接隣接せず、第２導電層は第２基板層に直接隣接していないが、好ましくはイオン移動に対するバリア層、特に好ましくはＳｉＯ_２の層が、それぞれの基板層およびそれぞれの導電層の間に存在する。

更にＳｉＯ_２層は、導電層および配向層またはスイッチ層の間に存在してよい。

層スタックは少なくとも１層、好ましくは２層の配向層を含み、配向層はスイッチ層と直接接触し、スイッチ層および導電層の間に位置することが更に好ましい。配向層の結果生じる液晶の配向は、スイッチ可能デバイスの所望のモード（即ち、要求されるツイスト角）に対応しなければならない。ツイストネマチックモードでは例えば、第１配向層は第２配向層に垂直に配置しなければならない。二重セルの設計では例えば、第２セルの第１配向層は、第１セルの第２配向層に対して垂直になるように配置しなければならない。

本発明によるデバイスの層スタックは、好ましくは以下の順序で以下の層を含む：
・第１基板層
・第１導電層
・第１配向層
・スイッチ層
・第２配向層
・第２導電層
・第２基板層。

特定の状況で好ましい一実施形態によれば、スイッチ可能デバイスの層スタックは偏光層を含み、偏光層は好ましくは、一方の基板層およびスイッチ層の間、または基板層の外側で、スイッチ層から離れるように向く基板層の表面に位置する。特に好ましくは偏光層は、基板層の外側で、スイッチ層から離れるように向く基板層の表面に位置する。特定の状況で好ましい更なる実施形態によれば、スイッチ可能デバイスの層スタックは、２層の偏光層を含み、その一方はスイッチ層の一方側に位置し、他方はスイッチ層の反対側に位置する。偏光層は、吸収性および反射性偏光層から選択される。偏光層は、スペクトルの可視部分において偏光しなければならない。外向きのウィンドウに使用するときは、光（またはＵＶ）安定でなければならない。一方の偏光方向についての透過値は、好ましくは１０％未満でなければならない。他の偏光方向についての透過値は、好ましくは９０％を超えなければならない。偏光層の配向は、隣接する液晶配向層の配向に対して垂直でなければならない。

層スタックは、３５０ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲内の波長を有する光の透過を阻止するＵＶブロック層を含むことが更に好ましい。好ましくはＵＶブロック層は、３５０ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲内で９５％以下の透過率を有する。

更に特定の状況において、第１および第２基板の少なくとも一方が固体材料の層、好ましくはガラスまたはポリマーから成る層に取り付けられることが好ましい。好ましくは、ラミネートまたは接着で取り付けられる。そのような実施形態は、車両などの乗物のウィンドウでデバイスを適用する際に特に好ましい。

更にスイッチ可能デバイスの層スタックの内部または上にタッチセンシティブ層が存在することが好ましい。タッチセンシティブ層は好ましくは、デバイスの外面、例えば基板層の外面、または基板層の最上部に位置する他の層のスイッチ可能層から離れるように向く表面上に位置する。他の好ましい実施形態によればタッチセンシティブ層は実施例および図３で示す通り、スイッチ可能デバイスを含むインシュレーティッドガラスユニット内のガス充填空間を囲む２層の一方の内面上に、または二重セル機構内のガス充填空間を囲む２層の一方の内面上に位置する。代わりの好ましい実施形態においてタッチセンシティブ層は、電気配線もしくはＷｉＦｉ、ブルートゥースもしくはＩＲトランスミッタなどの無線接続でスイッチ可能デバイスに接続される外部タッチセンシティブデバイス内に存在する。

タッチセンシティブ層は好ましくは、静電容量性タッチセンシティブ層、抵抗性タッチセンシティブ層、音響波タッチセンシティブ層、静電容量性表面−静電容量性タッチセンシティブ層、投影型静電容量性タッチセンシティブ層、相互キャパシタタッチセンシティブ層、自己キャパシタタッチセンシティブ層、赤外グリッドタッチセンシティブ層、赤外アクリル投影型タッチセンシティブ層、光学撮像タッチセンシティブ層、分散信号技術タッチセンシティブ層および音響パルス認識タッチセンシティブ層から選択される。特に好ましくは、静電容量性タッチセンシティブ層および抵抗性タッチセンシティブ層から選択される。

好ましい実施形態によればスイッチ可能デバイスは、タッチセンシティブ層と、タッチセンシティブ層の出力信号を出力信号に変換する１個以上の論理ユニット、好ましくはプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ、ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）またはコンピュータを含むアセンブリと、入力信号に応じて出力電圧が変化する１個以上の電圧源と、および入力信号に応じて複数の導電性セグメントのそれぞれをオンおよびオフにスイッチできる複数のスイッチとを含む相互接続アセンブリを含む。

スイッチは、信号／電圧（スイッチ可能デバイスのセグメントがオンでなければならない場合）と、スイッチ可能デバイスのそれぞれのセグメントがオフの状態（オフ信号または全く信号なし）との間でスイッチする。ＰＬＣは、さまざまなスイッチを駆動する：それぞれのスイッチは、この例ではリレーである。ＰＬＣから電圧を受け取るときスイッチは一方の状態にあり、ＰＬＣから電圧を受け取らないときスイッチは他の状態にある。ＰＬＣは、リレーを所望の状態に設定するために必要な信号にプログラムされる。本発明によれば、他のタイプのスイッチ、例えばＭＯＳＦＥＴも使用してよい。異なるオペレーティングシステムが両方のデバイスで使用される場合、タッチセンシティブデバイスおよびＰＬＣと間にコンピュータを有することが好ましい。タッチセンシティブデバイスおよびＰＬＣがそれぞれ互いに直接交信できる場合、コンピュータを使用しないことが好ましい。

更に好ましい実施形態によれば、タッチセンシティブ層はコンピュータに接続され、コンピュータはタッチスクリーンの出力信号を変更信号に変換するソフトウェアを実行し、変更信号は更にプログラマブル論理制御装置に転送され、プログラマブル論理制御装置はデジタル出力信号を有する複数のスイッチのスイッチ状態を制御し、アナログ出力信号を有する１個以上の電圧源より供給される電圧を制御し、ただし１個以上の電圧源が複数のスイッチに接続され、ただしそれらのスイッチ状態に応じてスイッチ可能デバイスの導電層の導電域にスイッチは電圧を印加し、これにより、スイッチ可能層の対応する部分の透過率を決定することでスイッチ可能デバイスが特徴付けられる。

更に好ましい実施形態によれば、タッチセンシティブ層はプログラマブル論理制御装置に接続され、プログラマブル論理制御装置はタッチスクリーンの出力信号を変更信号に変換するソフトウェアを実行し、これによりデジタル出力信号を有する複数のスイッチのスイッチ状態を制御し、アナログ出力信号を有する１個以上の電圧源より供給される電圧を制御し、ただし１個以上の電圧源が複数のスイッチに接続され、ただしそれらのスイッチ状態に応じてスイッチ可能デバイスの導電層の導電域にスイッチは電圧を印加し、これにより、スイッチ可能層の対応する部分の透過率を決定することでスイッチ可能デバイスが特徴付けられる。

他の好ましい実施形態において、複数のスイッチのそれぞれのスイッチは、独立して調整可能な電圧を有する別個の電源に接続される。これにより、スイッチ可能デバイスのそれぞれのセグメントが異なる程度の透過に独立にスイッチすることが可能になる。

特により高いコントラストのスイッチを得るには、上記の通りの第１スイッチ可能デバイスと、上記の通りの第２スイッチ可能デバイスとを含むスタックをスイッチ可能デバイスが含むことが好ましい。任意構成として第１および第２スイッチ可能デバイスはガス充填空間で分離され、スペーサーが第１および第２スイッチ可能デバイスの間に位置する。そのような二重セルデバイスを図３に模式的に図示する、代わりにラミネートまたは光学的に透明な接着剤を使用し、第１および第２スイッチ可能デバイスを互いに直接取り付ける。他の実施形態において、第１および第２スイッチ可能デバイスは、上部のスイッチ可能デバイスの下部基板層および下部のスイッチ可能デバイスの上部基板層の両方として機能する１層の基板層を共有する。

二重セルデバイスの場合、層スタックは好ましくは、以下の順序で以下の層を含む：
・第１基板層
・第１導電層
・第１配向層
・スイッチ層
・第２配向層
・第２導電層
・第２基板層
・ガス充填空間およびそれを囲むスペーサー、またはラミネート層
・第１基板層（繰り返し）
・第１導電層（繰り返し）
・第１配向層（繰り返し）
・スイッチ層（繰り返し）
・第２配向層（繰り返し）
・第２導電層（繰り返し）
・第２基板層（繰り返し）。

この層スタックの変形として、ガス充填空間およびそれを囲むスペーサーまたはラミネート層、ならびに第２基板層および第１基板層（繰り返し）から選択される１層を省略できる。

二重セルデバイスの場合、第２スイッチ可能デバイスの導電層の絶縁域および導電域のパターンは、第１スイッチ可能デバイスの導電層の絶縁域および導電域のパターンに正確に対応することが好ましい。

更に上記の二重ＬＣセル機構の場合、二重ＬＣセル機構は第１スイッチ可能デバイスおよび第２スイッチ可能デバイスを含むスタックを含み、ただし第２スイッチ可能デバイスに隣接する基板上の第１スイッチ可能デバイスの配向層の配向と、第１スイッチ可能デバイスに隣接する第２スイッチ可能デバイス内の配向層の配向とは互いに直交していることが好ましい。

好ましくはスイッチ可能デバイス内のスイッチ層は電界の印加によって、少なくとも２つの異なるスイッチ状態間でスイッチされ、ただし一方の状態は暗または散乱状態であり、他方の状態は透明状態である。特定の状況下で好ましい実施形態によればデバイスのスイッチ状態の少なくとも１つは、スイッチ層が光を散乱する状態である。代わりの好ましい実施形態によれば、デバイスのスイッチ状態のいずれも光を散乱しない。デバイスの暗状態は、比較的低い割合の光がデバイスを透過する非散乱状態であると解される。デバイスの透明状態は、比較的高い割合の光がデバイスを透過する非散乱状態であると解される。デバイスの散乱状態は、デバイスを透過する光が散乱されるという事実のためにデバイスが透明でない状態であると解され、デバイスに入る前に平行な光線が偏向され、よってデバイスを通過することで非平行になることを意味する。

スイッチ可能デバイス内のスイッチ層は好ましくは、エレクトロクロミックスイッチ層、懸濁粒子スイッチ層、電気泳動スイッチ層および液晶スイッチ層から選択される。

液晶スイッチ層は好ましくは、液晶を含むポリマースイッチ層からおよび低分子系液晶スイッチ層から、好ましくは低分子系液晶スイッチ層から選択される。他の好ましい実施形態によれば、それらは、液晶を含むポリマーおよび低分子液晶の組み合せに基づく。

更に液晶スイッチ層は、少なくとも１種類の二色性色素を含むことが好ましい。

本発明によるスイッチ層で使用される好ましい二色性色素は、国際特許出願公開第２０１４／１８７５２９号公報に開示されるなどのベンゾチアジアゾール色素、国際特許出願公開第２０１５／０９０４９７号公報に開示されるなどのジケトピロロピロール色素、チエノチアジアゾール色素、リレン色素、アゾ色素、アントラキノン色素、ピロメテン色素およびマロノニトリル色素である。

特定の状況下で好ましい一実施形態によれば、液晶スイッチ層は、液晶を含むポリマースイッチ層、好ましくはポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ、ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）スイッチ層から選択される。

好ましくは液晶スイッチ層は、液晶材料に溶解された１種類以上の二色性色素を含み、ただし液晶材料は好ましくは、低分子およびポリマー材料から、好ましくは低分子から選択される１種類以上の液晶有機化合物を含む。

本発明によるスイッチ層で使用される好ましい液晶材料は、以下の出願に開示されている：国際特許出願公開第２０１４／０９０３６７号公報、国際特許出願公開第２０１５／０９０５０６号公報および未公開の欧州特許出願第１４００１３３５．０号。

好ましくは液晶材料は少なくとも１つのスイッチ状態で、より好ましくは全てのスイッチ状態でネマチック液晶状態にある。

好ましくは暗状態で液晶材料はホモジニアス状態にあり、一方透明状態では液晶材料はホメオトロピック状態にある。この場合、ホメオトロピック状態は、スイッチ可能層に電界を印加することで達成される。しかしながら、液晶スイッチ層の他の機能モードも可能であり、液晶系スイッチデバイスの分野の当業者により自己の知識に基づき選択される。

暗状態で液晶材料は、ネマチック非ツイスト、ネマチックツイストおよびネマチックスーパーツイストから選択される状態にあるが、透明状態で材料は、ホメオトロピック状態にあることが更に好ましい。

本発明は更に上記のスイッチ可能デバイスを含むウィンドウに関し、インシュレーティッドガラスユニットを含み、ただしスイッチ可能デバイスは、インシュレーティッドガラスユニットの内側に位置することを好ましくは特徴とする。好ましい実施形態によればスイッチ可能デバイスを含むウィンドウは、好ましくはウィンドウのフレーム上に位置する別個のタッチセンシティブデバイスを含むことを特徴とする。タッチセンシティブデバイスは好ましくは、ウィンドウまたはその１個以上のセグメントの透明度を制御するためのインターフェースとして機能する。

本発明は更に、建物内または乗物内における本願によるスイッチ可能デバイスまたは本願によるウィンドウの使用に関する。乗物としては他の中でも特に、車両、バス、船舶、電車、路面電車および飛行機を含むものを意味する。建物という用語には、コンテナまたは移動式もしくは一時的な建物を含むものを意味する。

以下の実施例は本発明を説明するためのものである。それらは、請求項で規定される通りの制限を如何なる態様においても超えて本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

１）セグメント化構造を有するスイッチ可能ウィンドウの製造。

４枚の導電性ＩＴＯ被覆ガラス（ＩＴＯ層の厚さ８０ｎｍ）シートを商業的に入手する。セグメント化パネルを得るために、２枚のこれらのシート上にＩＴＯコーティングのレーザーアブレーションで電気的な絶縁域を生成する。このために、３００ｍＪ／ｃｍ^２の強度および一箇所当たり４０超パルスのエキシマレーザーを使用する。レーザーの強度は、ＩＴＯ層の厚さに適合させる。図４に示す通りセグメントを、規則的に間隔を置いた線のパターンで生成する。最終製品中でレーザー線が視認されるのを避けるため、線幅を２５μｍに選択する。他の２枚の導電性ＩＴＯ被覆ガラスシートは、レーザーアブレーションで処理しない。

４枚のシートを全て洗浄後、ポリイミドをＩＴＯコーティング上に印刷する。次いで基板をオーブン中で焼成し、ポリイミドをラビングして配向層を得る。続いて４枚の基板を、配向層が内側に面し、それぞれセグメント化および非セグメント化シートから成る２個の液晶（ＬＣ、ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）セルとして配置する。全てのセグメントに接触することを可能にする、３〜５ｍｍの幅を有する側部にシートの小さな重ならない領域を形成する（図６参照、単一のＬＣセルについての簡略化された構成、配向層を示さない）。ツイストネマチック構造の２５μｍセルギャップ内に、色素をドープした液晶混合物でセルを充填する。使用する混合物は、０．１１重量％の色素Ｄ１、０．１５重量％の色素Ｄ２および０．２３重量％の色素Ｄ３と組み合わせて、混合物「Ｈ２」と名付けられた国際特許出願公開第２０１４／１３５５２４０号公報で使用されるものと同一であり、ただし色素Ｄ１、Ｄ２およびＤ３は、上記の特許出願においてもこれらの名称で言及される。

次いで得られたＬＣセルの両方を図３に概略的に示す通りに二重セル構造に組み合わせて、色素ドープ二重ＬＣセルのレイアウトを有するスイッチ可能ウィンドウを得る。静電容量性タッチ箔（Ｐｒｏ Ｄｉｓｐｌａｙ社、ホイランド市、英国から商業的に入手）を図３に概略的に示す通り、外側ガラスシートの外側に取り付ける。電気配線を、アクセス可能な位置にあるシートの全ての導電域に設ける。

２）タッチ制御可能ウィンドウに到達するためにウィンドウをタッチセンシティブ箔にコンタクトする。

図７に示す方式に従い２個のＬＣセルのそれぞれの導電域を、接地および電源（０〜２４Ｖ ＡＣ）間で各域をスイッチできる別個のスイッチに接続する。スイッチを、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ、ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）のデジタル出力（ＤＯ、ｄｉｇｉｔａｌ ｏｕｔｐｕｔ）を使用して制御する。また電源の電圧もＰＬＣで設定し、ＰＬＣのアナログ出力で制御する。対応するドライバを実行し、タッチセンシティブ箔上の特定のタッチ領域およびジェスチャの効果を定義するソフトウェアを含むＰＣにタッチ箔を接続する。ＰＣをＰＬＣに接続し、タッチイベント後の所望のウィンドウ状態を決定する。

ソフトウェアで定義されるタッチ領域およびタッチジェスチャによって、水平方向のドラッグ動作を使用してデバイスの中間階調を制御でき、タッチで個々のセグメントをスイッチでき、ダブルタッチで全てのセグメントを同時にスイッチでき、垂直方向のドラッグ動作でブラインドを模倣して連続するセグメントをスイッチできる。

図８は、液晶ウィンドウへのタッチジェスチャの効果を示す。シングルタップによって、対応する領域内のセグメントをオンおよびオフ状態間でスイッチする（Ａ）。ウィンドウの側面には領域（Ｂ）があり、そこで垂直方向にドラッグで下げる動作の結果、セグメントを連続的に暗くにスイッチする（最上のセグメントから開始し、ドラッグ動作が停止するまで継続する）か、またはドラッグで上げる動作の結果、セグメントを連続的に明るくスイッチし（最下から開始し、ドラッグ動作が停止するまで継続する）、ウィンドウが部分的にスイッチした結果となる。ウィンドウの下部には領域（Ｃ）があり、そこで左にドラッグすると、オンにスイッチされているセグメントが薄暗くなる結果となり、右にドラッグすると、オンにスイッチされているセグメントの輝度が増加する。右下の領域（Ｄ）内でダブルタップすると、全てのセグメントが暗および明状態間でスイッチする。図８の点線は、セグメント（レーザーアブレーションで生成された導電層の絶縁域）の位置決めを示す。

１ 第１基板層
２ 第１導電層
２ａ スタック内で第２導電層と重ならない第１導電層の一部
２ｂ スタック内で第２導電層と重なる第１導電層の一部
３ スイッチ層
４ 第２導電層
５ 第２基板層
６ 第１導電層の導電域
６ａ 第２導電層と重ならない第１導電層の導電域の一部
６ｂ 第２導電層と重なる第１導電層の導電域の一部
７ 導電層の絶縁域
８ａ ガス充填空間
８ｂ スペーサー
９ 固体層、好ましくはガラス層
１０ タッチセンシティブ層
１１ タッチセンシティブデバイス
１２ コンピュータ
１３ プログラマブル論理制御装置
（ＰＬＣ、ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
１３ａ ＰＬＣのアナログ出力
１３ｂ ＰＬＣのデジタル出力
１４ 交流電圧源
１５ 接地
１５ａ 共通電圧
１５ｂ 信号電圧
１６ 複数のスイッチを含むスイッチデバイス
１７ スイッチ可能デバイスの導電層の導電域に対するスイッチの接続
１８ 共通出力
Ａ セグメントにおけるシングルタップジェスチャ
Ｂ ウィンドウの右側における垂直ドラッグジェスチャ
Ｃ ウィンドウの下部における水平ドラッグジェスチャ
Ｄ ウィンドウの右下領域におけるダブルタップジェスチャ

Claims (24)

1. 光の透過を制御するためのスイッチ可能デバイスであって、
   第１基板層、第２基板層、第１および第２基板層間に位置するスイッチ層、スイッチ層および第１基板層間に位置する第１導電層、ならびにスイッチ層および第２基板層間に位置する第２導電層を含む層スタックを含み、ただし
   スイッチ層は、電圧を印加すると光の透過率が変化する材料を含み、およびただし
   第１および第２導電層の少なくとも一方は、複数の絶縁域および複数の導電域を含み、ただし
   絶縁域および導電域は、導電層の領域にわたって交互に配置され、およびただし
   スイッチ可能デバイスのスイッチ状態は、タッチ動作で制御される
   第１スイッチ可能デバイスと、
   第１基板層、第２基板層、第１および第２基板層間に位置するスイッチ層、スイッチ層および第１基板層間に位置する第１導電層、ならびにスイッチ層および第２基板層間に位置する第２導電層を含む層スタックを含み、ただし
   スイッチ層は、電圧を印加すると光の透過率が変化する材料を含み、およびただし
   第１および第２導電層の少なくとも一方は、複数の絶縁域および複数の導電域を含み、ただし
   絶縁域および導電域は、導電層の領域にわたって交互に配置され、およびただし
   スイッチ可能デバイスのスイッチ状態は、タッチ動作で制御される
   第２スイッチ可能デバイス
   とを含むスタックを含むことを特徴とするスイッチ可能デバイス。
2. 絶縁域および導電域は、導電層の領域にわたって規則的なパターンで交互に配置されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ可能デバイス。
3. 複数の導電域のそれぞれについて、導電域の領域で覆われるスイッチ層の特定域のスイッチ状態を、スイッチ層の他域のスイッチ状態から独立して選択できることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチ可能デバイス。
4. 独立に選択できるスイッチ層の特定域のそれぞれのスイッチ状態は、タッチセンシティブ層上のタッチ動作で制御されることを特徴とする請求項３に記載のスイッチ可能デバイス。
5. 絶縁域は０．２μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜７５μｍ、特に好ましくは１０μｍ〜５０μｍの幅の線であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
6. 絶縁域は互いに平行で規則的に間隔をあけた線であり、
   それぞれの場合で平行線の間隔は１μｍおよび１ｍの間であり、
   導電域は該線の間の空間に位置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
7. 第１および第２導電層は、金属、好ましくは銀、または他の材料の薄層を含み、ただし他の材料は好ましくは、金属酸化物から、より好ましくは透明導電性金属酸化物（ＴＣＯ、ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）から、特に好ましくはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ、ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、フッ素化スズ酸化物（ＦＴＯ、ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）およびアルミニウムドープスズ酸化物（ＡＺＯ、ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）から、または銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン、導電性ポリマー、特にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、金属メッシュ、または銀ナノ粒子から選択されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
8. 導電層の絶縁域は、レーザーアブレーション、化学エッチング、レーザーフォトリソグラフィー、機械的エンボス技術および光エンボスから選択される方法；または
   ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、インジウムスズ酸化物）もしくは導電層として類似の導電性材料のコーティングを、一定域を覆いながらスパッタリングし、その後、覆っている材料を除去してコーティングのないガラス域を得ることで；または
   溶液加工可能な導体をインクジェット印刷して特定域のみに導電性材料をコーティングすることで生成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
9. 第１および第２導電層の一方のみが複数の絶縁域を含み、第１および第２導電層の他方は絶縁域を含まないかまたは本質的に含まないことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
10. 第１および第２導電層の一方の一部は、スタック内で第１および第２導電層の他方と重ならず、好ましくは少なくとも一方側から自由にアクセスでき、この部分は電圧に電気的に接続されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
11. スタック内で第１および第２導電層の他方と重ならない第１および第２導電層の一方の一部は、導電層のそれぞれの導電域と重なる領域を有し、ただし好ましくは
    これらの重なる領域において導電域は、それぞれ別個に電圧に電気的に接続されることを特徴とする請求項１０に記載のスイッチ可能デバイス。
12. 第１および第２導電層の一方の導電域は、直接アドレス、パッシブ・マトリクス・アドレス、アクティブ・マトリクス・アドレスおよび多重駆動から選択される手段によって電源に、それぞれ別個に独立に電気的に接続されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
13. タッチセンシティブ層は、スイッチ可能デバイスの層スタックの内部もしくは上、または電気配線もしくは無線接続でスイッチ可能デバイスに接続される外部タッチセンシティブデバイス内に存在することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
14. タッチセンシティブ層と、タッチセンシティブ層の出力信号を出力信号に変換する１個以上の論理ユニット、好ましくはプログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ、ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）またはコンピュータを含むアセンブリと、入力信号に応じて出力電圧が変化する１個以上の電圧源と、および入力信号に応じて複数の導電性セグメントのそれぞれをオンおよびオフにスイッチできる複数のスイッチとを含む相互接続アセンブリを含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
15. 複数のスイッチのそれぞれのスイッチは、独立して調整可能な電圧を有する別個の電源に接続されることを特徴とする請求項１４に記載のスイッチ可能デバイス。
16. スイッチ層は、エレクトロクロミックスイッチ層、懸濁粒子スイッチ層、電気泳動スイッチ層および液晶スイッチ層から選択されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
17. 液晶スイッチ層は、液晶を含むポリマースイッチ層からおよび低分子系液晶スイッチ層から選択されることを特徴とする請求項１６に記載のスイッチ可能デバイス。
18. 液晶スイッチ層は、ポリマー分散液晶スイッチ層である液晶スイッチ層を含むポリマーから選択されることを特徴とする請求項１６または１７に記載のスイッチ可能デバイス。
19. 液晶スイッチ層は、液晶材料中に溶解された１種類以上の二色性色素を含み、ただし液晶材料は、低分子およびポリマー材料から選択される１種類以上の液晶有機化合物を含むことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
20. スイッチ層は電界の印加によって、少なくとも２つの異なるスイッチ状態間でスイッチされ、ただし
    一方の状態は暗状態または散乱状態であり、他方の状態は透明状態であることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイス。
21. 暗状態で液晶材料は、ネマチック非ツイスト、ネマチックツイストおよびネマチック超ツイストから選択される状態にあるが、
    透明状態で材料は、ホメオトロピック状態にあることを特徴とする請求項２０に記載のスイッチ可能デバイス。
22. 請求項１〜２１のいずれか１項に記載のスイッチ可能デバイスを含むウィンドウであって、
    インシュレーティッドガラスユニットを含み、ただし
    スイッチ可能デバイスは、インシュレーティッドガラスユニットの内側に位置することを特徴とするウィンドウ。
23. 好ましくはウィンドウのフレーム上に位置する別個のタッチセンシティブデバイスを含むことを特徴とする請求項２２に記載のウィンドウ。
24. 建物内または乗物内における、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のデバイスまたは請求項２２または２３に記載のウィンドウの使用。

Images