JP7073249B2 - 光の透過を制御するためのデバイス - Google Patents

Description

本願は各区画のスイッチレベルを個別に設定することができる、区画化構造を有する光の透過を制御するためのスイッチ可能デバイスに関する。

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、そのまま通過させる。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（ＬＣ、ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）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（ｄｄＬＣ、ｄｙｅ ｄｏｐｅｄ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）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。

米国特許第２０１３／０４８８３６号明細書 国際公開第２０１４／１２６９７４号

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

本発明は、スイッチ可能グレーズ（ｇｌａｚｅ）デバイスの表面にわたって達成可能な透過率範囲が変化する単一のスイッチ可能グレーズデバイスを提供する。達成可能なスイッチ範囲は、製造中にデバイスの特定の領域ごとに設定できる。これは、局所的に異なるデバイス組成および材料組成を提供することで達成する。

多重スタックｄｄＬＣデバイスは既知であるが、そのような場合それらは一般に平面上ではなく、互いの最上部に重積する。例えば米国特許出願公開第２０１３／０４８８３６号明細書（特許文献１）は、異なるＬＣ混合物を有する２個のセルのスタックなどが開示されている。

国際公開第２０１４／１２６９７４号（特許文献２）には１個以上の液晶セルを有する液晶デバイスが開示されており、それぞれセルは導電層で覆われた２枚の基板の間に置かれたエレクトロクロモダイナミック（ＥＣＤ、ｅｌｅｃｔｒｏ－ｃｈｒｏｍｏ－ｄｙｎａｍｉｃ）混合物を有する。ＥＣＤ混合物は、液晶材料、二色性色素、液晶分子の動的散乱を誘発できるイオン性材料を含む。このデバイスは第１電圧波形を印加すると、デバイスがＣＬＥＡＲ（低曇り、低着色）状態になり、第２電圧波形を印加するとデバイスがＯＰＡＱＵＥ（高曇り、高着色）状態を達成するように、液晶セルに通して電圧波形を印加するための導電層と結合された電圧源を有する。場合によってはデバイスは第３電圧波形を印加すると、デバイスがＴＩＮＴＥＤ（低曇り、高着色）状態を達成するよう構成されている。

この発明は、高い（＞５０％）透過率が必要とされるスイッチ可能なグレーズ用途に特に適している。より低い透過率のために、カラーフィルターおよび偏光子を有する既存のＬＣＤ技術は、異なる大きなコントラストを達成できる。しかしながら偏光子に基づくデバイスは５０％より高い透過率に達し得ず、よって例えば７０％を超える高透過率が強制的に要求される自動車用途など全ての用途に適しているわけではない。

本発明によるデバイスは、それらのレイアウトおよびその加工が先行技術の代替デバイスよりも複雑でないので、大量生産に特に適している。追加の電子部品または構成部品は必要とされず、特にスイッチング可能液晶デバイスの標準的な大量生産と比べて、追加の加工工程を必要としない。

本発明によるデバイスは、簡素で薄く軽量な態様で製造できる。湾曲したデバイスを提供することも可能である。

加えて近年の温度反応性デバイスは多数の要件を充足しなければならないが、なかでも、
・長時間の使用に渡って高い効率、
・太陽光線照射、特に紫外放射に対する高い安定性、
・ガラス表面を通過するエネルギーの流れの周囲温度条件に対する好適な適合性、
・特に寒さや熱に対して屋外で曝露される環境下での高い堅牢性である。

よって本発明は、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基板層と、第２基板層と、少なくとも２個の分離された区画を含み第１および第２基板層の間に配置される区画化スイッチ層と、区画化スイッチ層および第１基板層の間に配置される第１導電層と、ならびに区画化スイッチ層および第２基板層の間に配置される第２導電層とを含む層スタックを含み、
ただしスイッチ層の分離された区画は、それぞれ電圧を印加すると光透過率が変化する材料を含むスイッチ可能デバイスに関する。

図１は、本出願によるスイッチ可能デバイスの上面図を示す。 図２は、本出願によるスイッチ可能デバイスの層スタックの断面図を示す。 図３は、真空充填製造プロセスに特に適する、本出願によるスイッチ可能デバイスの上面図を示す。 図４は、ハイルメアーの考え方に従い本出願によるスイッチ可能デバイスの断面図を示す。

＜用語および定義＞
本発明の目的において用語「液晶材料」は、一定の条件下で液晶特性を示す材料を意味すると解する。特に該用語は、一定の条件下でネマチック液晶相を形成する材料を意味すると解する。液晶媒体は、１種類以上の液晶化合物および加えて更なる物質を含んでよい。

用語「液晶化合物」は一定の条件下で液晶特性を示す化合物、特に一定の条件下でネマチック液晶相を形成するか、他の液晶化合物と混合するとネマチック液晶相を形成する化合物を意味すると解する。

用語「配向（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）」または「配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）」は、「配向方向」と名づけられた一般的な方向における、小型分子または巨大分子の断片などの材料の異方性単位の配向（配向配列）に関する。液晶材料の配向層において、液晶ダイレクタは、配向方向が材料の異方性軸の方向に対応するように配向方向と一致する。

用語「平面配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）／配向（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）」は例えば液晶材料の層において、液晶分子の大部分の分子長軸（カラミチック化合物の場合）または分子短軸（ディスコチック化合物の場合）が、層面に実質的に平行（約１８０°）に配向していることを意味する。

用語「ホメオトロピック配向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）／配向（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）」は例えば液晶材料の層において、液晶分子の大部分の分子長軸（カラミチック化合物の場合）または分子短軸（ディスコチック化合物の場合）が、層面に対して約８０°～９０°の間の角度θ（「チルト角」）で配向していることを意味する。

一般的な色素と同様に「二色性色素」は、正しい波長に曝露すると光を吸収する。二色性色素は二色性吸収を利用する。吸収遷移性双極子に沿った偏光を有する光は吸収される一方で、双極子に垂直な偏光を有する光は吸収されない。

本明細書において使用する場合、用語「ポリマー」は、区別できるタイプの１個以上の反復単位（分子の最小構成単位）の骨格を包含する分子を意味すると解され、一般に既知の用語「オリゴマー」、「コポリマー」、「ホモポリマー」などが含まれる。更にポリマーとの用語はポリマー自体に加えて、そのような残基が共有結合的に組み込まれていないと理解されるようなポリマーの合成に付随する開始剤、触媒および他の要素からの残基を含むと理解される。更にそのような残基および他の成分は重合後の精製プロセス中に通常は除去されるが典型的には、それらを容器間または溶媒もしくは分散媒体間で移送するときにポリマーと共に一般に残存するポリマーと混合または混ぜ合わされる。

導電層は本出願の目的のために、低電圧を有する電圧源がスイッチ可能層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、スイッチ可能層が２枚の導電層の間に位置しているのであれば、それぞれのスイッチ可能層の主な面上であって、スイッチ可能層の２つの主な面の間に電界を形成することが可能である十分な態様で通電する層であると解する。

更に本出願において液晶材料に関する定義していない用語には、Ｃ．Ｔｓｃｈｉｅｒｓｋｅ、Ｇ．ＰｅｌｚｌおよびＳ．Ｄｉｅｌｅ著、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．２００４年、第１１６巻、第６３４０～６３６８頁で与えられる通りの定義を適用するものとする。

本出願の目的のために光透過という用語は、可視（ＶＩＳ）、近赤外（近ＩＲ、ＮＩＲ）およびＵＶ－Ａ領域における電磁放射がデバイスを通過することを意味すると解する。

同様に対応して本出願における「光」という用語は、スペクトルが可視、近赤外およびＵＶ－Ａ領域における電磁放射を意味すると解する。通常使用される物理的定義によれば、ＵＶ－Ａ光、可視光および近赤外線は共に、３２０～３０００ｎｍの波長を有する放射を意味すると解する。

＜詳細な説明＞
本発明によれば、とりわけ２枚の基材層はそれぞれ互いに独立にポリマー材料、例えばＰＥＴ箔、金属酸化物、例えばＩＴＯ、ガラスおよび／または金属から成ってよい。

好ましい実施形態において基板は互いに少なくとも１μｍ、好ましくは互いに少なくとも３μｍ、より好ましくは互いに少なくとも５μｍ離して配置し、区画化スイッチ層は内部空間に位置する。好ましくはセルギャップは１００マイクロメータ以下、より好ましくは５０ミクロン未満、最も好ましくは２５マイクロメータ未満である。

基板層は例えば、透明なスペーサーまたは層内の突出構造によって互いに規定された分離を保つことができる。典型的なスペーサー材料は、専門家に一般的に既知であり例えば、プラスチック、シリカ、エポキシ樹脂などから作製されるスペーサーである。

本発明のさらに好ましい実施形態において区画化スイッチ層は、２枚のフレキシブル層、例えばフレキシブルポリマーフィルムの間に配置される。結果として本発明によるデバイスはフレキシブルであり、曲げることができ、例えば巻き取れる。フレキシブル層は、基板層、配向層および／または偏光子を表し得る。また、好ましいフレキシブルである更なる層も存在してよい。液晶媒体層がフレキシブル層の間に位置する好ましい実施形態の詳細な開示については、米国特許出願公開第２０１０／００４５９２４号明細書を参照されたい。

好ましくは本発明によるスイッチ可能デバイスの導電層は、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。

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。

上および下の全ての場合においてデバイスの一部を別々にスイッチできるように、スイッチ層の区画化を導電層のパターニングと組み合わせることが同様に好ましい。他の好ましい実施形態において導電層のパターニングは、スイッチ可能な区画と一致しない。

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。

他の好ましい実施形態においてＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、インジウムスズ酸化物）または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導電層としてスパッタリングする。その後、覆っている材料を除去して導電層コーティングのないガラス域を得ることも可能である。他の好ましい実施形態においては、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。

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。

典型的な誘電体層材料は当業者に一般に既知で例えば、ＳｉＯｘ、ＳｉＮｘ、サイトップ、テフロンおよびＰＭＭＡなどである。

誘電体層材料は、スピンコーティング、ロールコーティング、ブレードコーティングなどの従来のコーティング技術またはＰＶＤもしくはＣＶＤなどの真空堆積で基板または電極層上に塗工できる。また例えばスクリーン印刷、オフセット印刷、リール・ツーリール印刷、レタープレス印刷、グラビア印刷、輪転グラビア印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、パッド印刷、ヒートシール印刷、インクジェット印刷またはスタンプもしくは印刷版による印刷などの当業者に既知の従来の印刷技術でも基板または電極層上に塗工できる。

更に層スタックは、区画化スイッチ層材料と直接接触し、区画化スイッチ層および導電層の間に配置される少なくとも１枚、好ましくは２枚の配向層を含むことが好ましい。

液晶スイッチ材料の場合、配向層の結果生じるＬＣ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。

好ましくは配向層としては、液晶分子に隣接するホメオトロピック配向、チルトホメオトロピックまたは平面配向が挙げられる。

好ましくは配向層（１枚または複数枚）は例えば、ポリイミドから作製される層などの当業者に一般に既知の平面配向層材料から作製される。

好ましい実施形態において配向層は好ましくは、当業者に既知のラビング技術でラビングされる。

配向層材料は、スピンコーティング、ロールコーティング、浸漬コーティングまたはブレードコーティングなどの従来のコーティング技術で導電層上に塗工できる。また蒸着または例えばスクリーン印刷、オフセット印刷、リール・ツーリール印刷、レタープレス印刷、グラビア印刷、輪転グラビア印刷、フレキソ印刷、凹版印刷、パッド印刷、ヒートシール印刷、インクジェット印刷またはスタンプもしくは印刷版による印刷などの当業者に既知の従来の印刷技術でも塗工できる。

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
・区画化スイッチ層
・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区画化スイッチ層の間、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、区画化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枚の偏光層を含み、その一方は区画化スイッチ層の一方側に位置し、他方は区画化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。

他の好ましい実施形態においてデバイスのスイッチ区画の少なくとも１つの上に、偏光層を適用できる。偏光子の遮断軸は好ましくは区画内のスイッチ層の暗状態における分子配向に対して垂直で、所謂ハイルメアーモードのデバイスを実現する。ハイルメアーの考え方は、高いコントラストが望まれ５０％未満の最大透過率が許容されるデバイスに有益である。

他の好ましい実施形態において本発明によるデバイスは、偏光層を含まない。

本発明によるデバイスは更に、特定の波長の光を遮断するフィルタ、例えばＩＲまたはＵＶ遮断層を含んでよい。

適切なＵＶ遮断層は、３５０ｎｍ～３９０ｎｍの範囲内の波長を有する光の透過を遮断する。好ましくはＵＶ遮断層は、３５０ｎｍ～３９０ｎｍの範囲内で９５％以下の透過率を有する。

また本発明によれば例えば保護フィルムおよび／または補償フィルムなどの、専門家に一般的に既知の更なる機能層が存在してもよい。

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、好ましくはガラスまたはポリマーからの固体材料の層に取り付けられることが好ましい。取付は好ましくは、ラミネーションまたは接着によるものである。このような実施形態は、車などの車両のウィンドウにデバイスを適用するのに特に好ましい。

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。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。

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
・区画化スイッチ層
・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）
・区画化スイッチ層（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）。

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。

好ましくはそれぞれの個別の部品が互いに独立に、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スイッチ層材料を含む。

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る。

スイッチ層は基板の外側の輪郭に従う主シーラントで、２枚の基板の間に保持される。スイッチ層の区画化を達成するために好ましくは他のシーラントの境界またはポリマーの境界を適用することで、より大きな第１区画内に少なくとも第２密閉区画を形成する。

よってまた本発明は、区画が周りを囲む固体の境界で形成されることを特徴とし、第２区画が第１区画の区画内の周りを囲む固体の境界で形成されることを特徴とするスイッチ可能デバイスに関する。この第２区画は好ましくは、分離された第１区画に対して異なる組成のスイッチ層材料で充填される。

典型的なシーラントは専門家には一般に既知であり、商業的に入手可能な材料から選択できる。シーラントは、分配またはスクリーン印刷のような付着方法によって適用される材料である。シーラント材料の一般的な種類は、エポキシ系材料およびアクリレート材料である。好ましくはシーラントは、ＵＶ硬化もしくは熱硬化材料またはそれらの組み合わせである。適切な接着材料は例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ Ａｄｈｅｓｉｖｅ社ＵＶＳ ９１またはＥｐｏｘｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社Ｅｐｏ－Ｔｅｋ ＯＧ－１１６－３１である。

シーラントの硬化収縮の場合セルギャップ変形を避けるために、シーラント中に剛性スペーサー粒子を混合することが有益であり得る。スペーサー粒子の例は、ガラス繊維またはポリマーボールである。

代替的にはフォトレジスト材料を使用して、スイッチ可能層を区画化できる。フォトレジスト材料はフォトリソグラフィ曝露で構造化され、結果として現像工程で除去される材料である。フォトレジスト材料の例は、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製ＳＵ－８ ３０００などのノボラック樹脂またはエポキシ系材料である。

分離された区画のための、それぞれスイッチ層材料は好ましくは、エレクトロクロミックスイッチ層材料、懸濁粒子スイッチ層材料および／または液晶スイッチ層材料のそれぞれから独立して選択される。

液晶スイッチ層材料は好ましくは、液晶スイッチ層材料を含むポリマーから、および低分子系液晶スイッチ層材料から、好ましくは低分子系液晶スイッチ層材料から選択される。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わせに基づく。

更に液晶スイッチ層材料の分離された区分のそれぞれは少なくとも１種類の二色性色素を含み、ただし液晶スイッチ層の分離された区分のそれぞれの色素濃度は、それぞれ独立に調整され、それぞれ互いに対して異なる透過率を達成することが好ましい。

本発明による区画化スイッチ層のそれぞれにおいて使用されるべき好ましい二色性色素は、国際公開第２０１４／１８７５２９号に開示されるようなベンゾチアジアゾール色素、未発行の欧州特許第１３００５９１８．１号明細書に開示されるような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から独立して選択する。

上述の通り液晶スイッチ層のそれぞれの分離された区画内の色素濃度は、所望の透過率範囲を達成するよう調整される。典型的には液晶スイッチ層中の二色性色素の合計重量濃度は、０％～１０％、より好ましくは０．１％～４％、より更に好ましくは０．３％～３％、最も好ましくは０．５％～２％の範囲内である。

好ましい実施形態において１つの区画内の合計色素濃度は、他の区画よりも少なくとも０．９倍低い。より好ましくは合計色素濃度は、他の区画よりも少なくとも０．５倍低い。

他の好ましい実施形態において２個以上の区画内の合計色素濃度は等しいが、個々の色素濃度は少なくとも０．９倍異なる。

更に他の好ましい実施形態においてＬＣホスト混合物の組成は、区画間で異なる。その１つとして、キラルドーパントの量を変え得る。他に変え得るものとして、混合物が混合物のΔεにおいて異なる。

好ましい実施形態において区画化液晶スイッチ層のそれぞれの分離された区画は、２種類以上、好ましくは３種類以上の二色性色素の混合物を含む。最も好ましくは、３種類の二色性色素が存在する。好ましくは二色性色素は互いに相補的な吸収スペクトルを有する。即ち互いに相補的な吸収色を有し、好ましくは互いに対してある割合で混合され、結果として混合物の足し合わされた吸収が中性色となり、即ち黒色を呈する。これは、可視スペクトル範囲にわたって吸収がほぼ一定であることを意味する。

特定の状況下で好ましい一実施形態によれば区画化液晶スイッチ層の区画化区画のそれぞれのスイッチ材料は、それぞれ独立に液晶スイッチ層を含むポリマーから、好ましくはポリマー分散型液晶スイッチ層（ＰＤＬＣ、ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）から選択する。

好ましくは、区画化液晶スイッチ層のそれぞれの分離された区画は、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。

本発明による区画化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：国際公開第２０１４／０９０３６７号、未公開の国際出願第ＥＰ２０１４／００３１５３号および未公開の欧州特許出願第１４００１３３５．０号明細書。

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が更に好ましい。

本発明によるデバイスのための好ましい液晶材料は、１種類以上、好ましくは少なくとも３種類、特に好ましくは少なくとも４種類、非常に特に好ましくは少なくとも５種類の異なる液晶化合物を含む。１種類だけの液晶化合物を用いる場合、典型的な濃度は全混合物の約８０～９９重量％の範囲である。

本発明による液晶材料は更なる化合物、例えば安定剤および／またはキラルドーパントを含んでよい。このタイプの化合物は当業者に既知である。それらは好ましくは０％～３０％、特に好ましくは０．１％～２０％、非常に特に好ましくは０．１％～１０％の濃度で用いられる。

本発明によれば液晶材料は、正の誘電異方性Δεをを有してよい。この場合、Δεは好ましくは１．５以上の値を有する。

本発明によれば液晶材料は、負の誘電異方性Δεをを有してよい。この場合、Δεは好ましくは－１．５以下の値を有する。

本発明によれば液晶材料は更に、低い正または負の誘電異方性Δεをを有してよい。この場合、Δεに好ましくは次を適用する：－１．５＜Δε＜１．５、特に好ましくは－１．０＜Δε＜１．０を適用する。

Δεは、１ｋＨｚの周波数および２０℃で決定する。それぞれの化合物の誘電異方性は、ネマチックホスト混合物中のそれぞれの個々の化合物の１０％の溶液の結果から決定する。ホスト混合物中のそれぞれの化合物の溶解度が１０％未満である場合、濃度を５％に低下する。試験用混合物の静電容量は、ホメオトロピック配向を有するセルおよびホモジニアス配向を有するセルの両者で決定する。両タイプのセルのセル厚は、およそ２０μｍである。印加電圧は周波数１ｋＨｚで、実効値が典型的には０．５Ｖ～１．０Ｖの矩形波であるが、常に各試験用混合物の容量閾値未満になるよう選択する。

Δεは（ε_∥－ε_⊥）の通り定義され、一方ε_ａｖｅ．は（ε_∥＋２ε_⊥）である。

誘電的に正の化合物に使用するホスト混合物は混合物ＺＬＩ－４７９２で、誘電的に中性および誘電的に負の化合物に使用するホスト混合物は混合物ＺＬＩ－３０８６で、いずれもドイツ国メルク社製である。化合物の誘電率の絶対値は、対象の化合物の添加した際のホスト混合物のそれぞれの値の変化から決定する。その値を対象の化合物の濃度１００％に外挿する。

液晶材料は、好ましくは０℃～５０℃の範囲内、より好ましくは－２０℃～８０℃の範囲内、より更に好ましくは－４０℃～１００℃の範囲内の温度においてネマチック相を有する。

典型的には本発明によるデバイスは、最上および底部基板に導電層および適切な配向層を提供することで作製する。次いで、スペーサー粒子ならびに第１および第２シーラントを底部基板上に塗工する。液晶滴下工法を使用して、必要量のスイッチ層材料を第１および第２区画に提供する。真空環境で、底部基板上に最上基板を配置する。均一なセルギャップを達成するために、スペーサー粒子上で基板をプレスして一体とする。次いで熱および／または光を使用して、シーラントを硬化する。

よって本発明は更に、本出願によるスイッチ可能デバイスを製造する方法であって、
・基板を切断および洗浄する工程と、
・それぞれの基板上に導電層を提供する工程と、
・導電層上に配向層を提供する工程と、
・一方の基板上にスペーサー粒子およびシーラントを提供し、これにより異なる区画と境界を成す塗工されたシーラントで少なくとも２個の異なる区画を画定する工程と、
・第１区画をスイッチ層材料で充填する工程と、
・少なくとも第２区画を異なるスイッチ層材料で充填する工程と、
・セルを組み立てる工程と、
・ＵＶまたは熱をシーラントを硬化させる工程と
を含む方法に関する。

また他の実施形態において本発明によるデバイスは、真空充填技術を利用することでも得られる。この製造技術の前提条件は、両方の区画がガラスの端（同じ縁である必要はないが）にＬＣ充填ポートを有することである。この場合、空のセルを最初に調製する。従って第１および第２の基板に、導電層、配向層およびスペーサーを提供する。少なくとも２個の異なる区画のシーラントパターンを基板上に作製するが、そこでプロセスの後の工程で各区画をスイッチ層材料で充填できるように、１つ以上の充填ポート（開口部）にシーラントを塗工せず残しておく。２枚の基板は一体に組み立て、シーラントを硬化する。次いで真空プロセスを使用してＬＣセルを充填し、それぞれの充填ポートを、その区画に充填すべきスイッチ層材料のリザーバと接続する。充填後デバイスをプレスし、シーラントを使用して充填ポートを閉じ、シーラントを硬化する。

本発明によるデバイスの機能原理を以下に詳細に説明する。特許請求の範囲に存在しない特許請求する発明の範囲の制限は、想定されている機能の方法に関するコメントからは導かれないことに留意されたい。

色素ドープ液晶（ｄｄＬＣ、ｄｙｅ ｄｏｐｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）デバイスのスイッチ機構は、高吸収状態および低吸収状態間の色素分子の再配向に基づく。色素の配向は、それらが溶解している液晶の配向で制御される。次いで液晶の配向は、基板上の配向材料および印加された電界で制御される。第２スイッチ範囲を達成するために、少なくとも第２密封区画を第１区画内に形成する。この第２区画は異なるｄｄＬＣ材料で充填され、色素濃度を第２透過範囲を達成するよう調節する。

また複数の色素を色素がドープされたＬＣ混合物中で使用する場合、異なる区画内で２色以上の異なる色を達成するために色素の比を変えることもできる。

本発明は更に上記の通り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。

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挙げられることを意味する。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挙げられることを意味する。

用語「または（ｏｒ）」は、排他的な「または（ｏｒ）」ではなく包含的な「または（ｏｒ）」を意味することを意図する。即ち別途指定しない限りまたは文脈から明らかでない限り、語句「ＸはＡまたはＢを用いる」は、自然な包含的順列（ｎａｔｕｒａｌ ｉｎｃｌｕｓｉｖｅ ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎ）のうちの任意を意味することを意図する。言換すれば、語句「ＸはＡまたはＢを用いる」は以下の場合：ＸはＡを用いる、ＸはＢを用いる、またはＸはＡとＢの両者を用いるのうちのいずれによっても充足される。

加えて本出願および添付の特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は別途指定しない限り、または文脈から単数形を対象とすることが明らかでない限り、一般に「１つまたは複数（ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ）」を意味するとみなされるべきである。

更に本明細書の説明および特許請求の範囲を通して、単語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」ならびに活用形、例えば「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」は、「含むがこれに限定しない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味し、他の構成要素を除外することを意図（および除外）しない。

本発明の前述の実施形態に対する変更は、依然として本発明の範囲内に含まれながらできることが理解されるであろう。本明細書で開示する各特徴は、他に述べない限り、同一、同等または類似の目的を果たす代替の特徴で置き換えてよい。よって他に述べない限り開示する各特徴は、同等または類似の特徴の一般的な一連の一例に過ぎない。

このような特徴および／または工程の少なくとも幾つかが互いに排他的である組み合わせを除いて、本明細書で開示する特徴の全ては任意の組み合わせで組み合わせてよい。特に本発明の好ましい特徴は本発明の全ての態様に適用可能であり、任意の組み合わせで使用してよい。同様に非本質的な組み合わせで記述された特徴は、（組み合わせてではなく）個別に使用してよい。

本出願で示されるパラメータの範囲には全て、専門家に既知の通り最大許容誤差を含む限界値を含む。種々の特性範囲について示す異なる上限および下限値は、相互の組み合わせにおいて追加の好ましい範囲を生じる。

以下の実施例は、本発明を限定することなく説明することを意図する。また以降に記載する方法、構造および特性は、本発明において特許請求されるが前述の明細書または実施例に明示的に記載されていない材料に適用または移行することもできる。

以下の実施例は、本発明を例示するものである。いかなる態様においても特許請求の範囲で規定する通りの制限を超えて本発明を限定すると解釈されてはならない。

＜実施例＞
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調製。

この実施例において第１区画は２５～５０％の低い可視透過率を有するスイッチ範囲を有し、第２区画は４５～７０％の高い可視透過率を有するスイッチ範囲を有する。

弱アルカリ溶液（Ｍｅｒｃｋ社Ｅｘｔｒａｎ ＭＡ０１）を使用し、ＩＴＯ導電性コーティング（１００Ω／□）を有する２枚の同一のガラス基板を洗浄する。ポリイミド溶液ＪＳＲ社ＡＬ１０５１を両方の基板のＩＴＯ表面上に印刷し、ＩＴＯの最上部に約１００ｎｍのＰＩ層を残すように２００℃で６０分間焼成する。両方の基材を逆平行配向を達成するよう反対方向にラビングして、ベルベットラビング布でラビングする。

２５μｍの直径を有するポリマースペーサーボールを、第１基板上に不規則に分布させる。接着剤Ｎｏｒｌａｎｄ社ＵＶＳ－９１を第２基材上に区画し、２個の区画を形成するパターンを有する。

更に各区画は、ガラス縁部に沿ってシーラントギャップを有する。

両方のＩＴＯ層が曝露されたままとなるように、一辺に沿って４４ｍｍのオフセットを有する第２プレートの上に第１プレートを配置する。真空バックで２枚のガラス基板を共に０．４バールまで吸引し、１０分間ＵＶ光に曝露して接着剤を完全に硬化させる。セルをＬＣ充填器具内に垂直に置き、２個の充填ポートを下に向ける。ＬＣセルを１×１０^－２ミリバールに排気する。その真空に達したら、それぞれの充填ポートをＬＣ混合物に接触させる：ポート１を３倍の高い色素濃度を有する混合物に、ポート２を標準混合物に接触させる。

ＬＣがそれぞれの区画を充填するように充填ポートをＬＣに接触したままで、１時間の時間をかけて制御しながら真空を解除する。大気圧に達して両方の区画が充填されたら、セルを充填器具から取り出し、充填ポートを上に向けプレスして配置する。セルをプレスして過剰のＬＣ混合物を絞り出す。シーラントＮｏｒｌａｎｄ社６８Ｔを充填ポートに塗工し、ＵＶ光で硬化する。

それぞれの基板に電極を接続する。１２Ｖ（６０Ｈｚ）の交流電圧を印加すると第１区画は２５％の透過率から５０％の透過率にスイッチする一方で、第２区画は４５％の透過率から７０％に同時にスイッチする。

１ 基板の外側輪郭
２ 第１主シーラント
３ 第１スイッチ層材料を含む第１区画
４ 第２シーラント
５ 第２スイッチ層材料を含む第２区画
６ 断面図
７ 第１基板
８ 第２基板
９ 任意の追加層（ＵＶフィルター、ＩＲフィルターなど）の位置
１０ 第１区画を真空充填するための充填ポート
１１ 第２区画を真空充填するための充填ポート

Claims (11)

1. 光の透過を制御するためのスイッチ可能デバイスを含むウィンドウであって、
   スイッチ可能デバイスが、第１基板層と、第２基板層と、少なくとも２個の分離された区画を含み第１および第２基板層の間に配置される区画化スイッチ層と、区画化スイッチ層および第１基板層の間に配置される第１導電層と、ならびに区画化スイッチ層および第２基板層の間に配置される第２導電層とを含む層スタックを含み、
   少なくとも２個の分離されたスイッチ層の区画が、第１区画と第２区画を含み、
   ただしスイッチ層の分離された区画は、それぞれ電圧を印加すると光透過率が変化する材料を含み、
   第１区画が、第２区画とは異なる組成のスイッチ層材料を含み、
   スイッチ層の各区画の材料がそれぞれ互いに独立に、液晶スイッチ層材料であり、
   それぞれの区画のスイッチ層材料が３種以上の二色性色素の混合物を含み、
   分離された区画が、周りを囲む固体の境界で形成され、第２区画が、第１区画の区画内の周りを囲む固体の境界で形成され、
   電界を印加することでそれぞれの分離された区画が、少なくとも２つの異なるスイッチ状態間を個別にスイッチするウィンドウ。
2. 分離された区画の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に記載のウィンドウ。
3. 電界を印加することで少なくとも２つの異なるスイッチ状態間を個別にスイッチする際に、それぞれの区画が異なる透過率を示すことを特徴とする請求項１または２に記載のウィンドウ。
4. 液晶スイッチ層材料が液晶スイッチ層材料を含むポリマーから、および低分子系液晶スイッチ層材料から選択されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のウィンドウ。
5. 液晶スイッチ層材料が、ポリマー分散型液晶スイッチ層材料である液晶スイッチ層材料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１～４のいずれか１項に記載のウィンドウ。
6. 液晶材料が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１～５のいずれか１項に記載のウィンドウ。
7. 暗状態において液晶材料は、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する状態にあるのに対し、透明状態において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１～６のいずれか１項に記載のウィンドウ。
8. 第１のスイッチ可能デバイスおよび第２のスイッチ可能デバイスを含むスタックを含むことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のウィンドウ。
9. 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請求項１～８のいずれか１項に記載のウィンドウ。
10. ウィンドウのフレーム上に位置する分離された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１～９のいずれか１項に記載のウィンドウ。
11. 建物内または乗物内における、請求項１～１０のいずれか１項に記載のウィンドウの使用。

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