TW201300510A - 包含液晶介質之轉換元件 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於轉換元件，其具有熱響應性(thermoresponsive)且其在較低之輻射能透射狀態與較高之輻射能透射狀態之間進行轉換，且包含液晶介質。本發明另外係關於該轉換元件在調節內部空間與環境之間之輻射能量流及調節內部空間之溫度中之用途。本發明另外係關於特定而言用於本發明轉換元件中之液晶介質，其特徵在於其包含5%至60%之式(I)化合物。

Description

包含液晶介質之轉換元件
本發明係關於轉換元件，其具有熱響應性且在較低之輻射能透射狀態與較高之輻射能透射狀態之間進行轉換，且包含液晶介質。本發明另外係關於轉換元件在調節內部空間與環境間之輻射能量流及調節內部空間之溫度中之用途。本發明另外係關於特定而言用於上述轉換元件中之液晶介質，其特徵在於其包含5%至60%之式(I)化合物。
在本發明中，將轉換元件用於建築物之窗戶或類似開口(例如，鑲玻璃門、天窗及/或玻璃屋頂)以調節光流入。
出於本發明目的，術語液晶介質意指在某些條件下顯示液晶性質之材料或化合物。較佳地，液晶介質顯示熱向型行為，更佳地，液晶介質呈現自各向同性相至液晶相、最佳地至向列相之溫度誘導性相變。
出於本發明目的，術語內部空間意指私人、公共或商業建築物(例如用於辦公室目的之建築物)中之內部空間、以及車輛之內部空間。另外，術語內部空間亦意指純粹商業用建築物(例如，溫室)之內部空間。
出於本發明目的，術語窗戶意指建築物、運輸容器或車輛中由固體材料密封之任何期望透光開口。
出於本發明目的，輻射能量流意指如下電磁輻射之流量：其自日光發出，在通過大氣後碰撞地面，且僅由玻璃板吸收較小程度、或一點也不吸收。另一選擇為，電磁輻射亦可自除日光外之光源發出。出於本發明目的，因相對短波長輻射(UV-B光)及長波長紅外輻射由大氣或玻璃板吸收，故術語「輻射能」應理解為包含UV-A光、可見區域中之光(VIS光)及近紅外(NIR)光。
除非另外更精確地進行定義，否則術語光同樣意指UV-A區域、VIS區域及近紅外區域中之電磁輻射。
根據物理光學領域中之常用定義，出於本發明目的，UV-A光應理解為波長為320 nm至380 nm之電磁輻射。VIS光應理解為波長為380 nm至780 nm之電磁輻射。近紅外光(NIR)應理解為波長為780至3000 nm之電磁輻射。因此，出於本發明目的，術語「輻射能」及「光」應理解為波長為320至3000 nm之電磁輻射。
出於本發明目的，術語轉換元件由此表示能夠在較低輻射能透光率狀態與較高輻射能透光率狀態之間進行轉換之裝置，術語輻射能如上文所定義。轉換元件可在輻射能光譜之一或多個子區域中選擇性地轉換。術語「裝置」及「轉換元件」在下文中互換使用。
本發明之轉換元件具有熱響應性。然而，其亦可另外由一或多種其他機制控制，例如電流或機械機制。較佳地，並不存在該等其他機制。
現代建築物以高比例之玻璃表面為特徵，此出於美學原因亦及關於內部空間中之亮度及舒適性二者係期望的。近年來，同樣重要的是，用於居住或商業目的及/或公眾可用之建築物應具有高能量效率。此意味著，在溫帶氣候帶(大部分高度發達之工業國家位於此地區)，在寒冷季節將盡可能少之能量消耗用於加熱目的，且在溫暖季節內部空間無需或僅需要較小空氣調節。
然而，大量玻璃表面會妨礙達成該等目的。在溫暖氣候帶及溫帶氣候帶中之溫暖季節，玻璃表面在由太陽能輻射碰撞時會使得對進行內部空間進行不合宜地加熱。此係由於實際上電磁光譜之VIS及NIR區域中之輻射可透過玻璃。內部空間中之物體會吸收透過之輻射且由此發生升溫，此使得內部空間中之溫度有所增加(溫室效應)。
玻璃表面後面內部空間之此溫度增加(稱為溫室效應)係由於內部已吸收輻射之物體亦將發射輻射之事實。然而，該等物體之發射輻射主要位於光之紅外光譜(通常約10,000 nm波長)中。因此，該輻射不能再次通過玻璃且「捕獲」於釉面後面之空間中。
然而，建築物中玻璃表面之上述效應並不通常總是不期望：在外部溫度較低時、特定而言在寒冷氣候帶或溫帶氣候帶中之寒冷季節中，因溫室效應自太陽能輻射引起之內部空間加熱可係有利的，此乃因由此可降低對於加熱之能量需求且及由此可節約成本。
隨著建築物之能量效率愈來愈重要，由此愈加需要裝置可控制透過窗戶或玻璃表面之能量流。特定而言，需要能夠使透過玻璃表面之能量流與特定時間中之主要條件(熱量、寒冷、高太陽能輻射、低太陽能輻射)相匹配的裝置。
尤其感興趣的是在溫帶氣候帶中提供該等裝置，其中在伴有高太陽能輻射之溫暖外側溫度及伴有低太陽能輻射之寒冷外側溫度之間發生季節變化。
先前技術揭示了限制能量流但並不適用於可變方式之不可轉換裝置、以及能夠使能量流與相應主要條件匹配的可轉換裝置。在可轉換裝置中，應區分不能自動適用環境條件之裝置及自動適用環境條件之裝置。後一裝置亦稱為智能窗戶。
為改良窗戶之熱絕緣，多層鑲嵌玻璃窗戶單元(絕緣玻璃單元，IGU)已為人知曉一定時間。包封一或多個充氣間隔(與環境絕緣)之兩個或兩個以上玻璃面板的順序使得透過窗戶之熱傳導與單玻璃面板相比顯著降低。先前技術另外揭示具有薄層(例如金屬或金屬氧化物層)之玻璃表面的塗層(US 3,990,784及US 6,218,018)。
然而，若僅由塗層及/或藉由使用絕緣玻璃來控制輻射能量流，則不可能適用各種天氣或季節條件。舉例而言，令人感興趣的是，窗戶在寒冷外側溫度下可完全透過日光以減小用於加熱之能量消耗。相反，期望窗戶在溫暖外側溫度下容許較少日光通過，從而內部空間發生較少加熱。
因此，需要輻射能量流可與相應主要條件相匹配之裝置。特定而言，需要能夠自動適用環境條件之裝置。
先前技術另外揭示在施加電壓時可自透光狀態反向轉換至較小透光狀態之裝置。第一狀態在下文中亦稱為亮狀態，而第二狀態稱為暗狀態。
電可轉換裝置之一可能實施例係電致變色裝置，其呈現於(尤其)Seeboth等人，Solar Energy Materials & Solar Cells,2000,263-277中。另一綜述由C. M. Lampert等人，Solar Energy Materials & Solar Cells,2003,489-499提供。
自先前技術已知之其他電可轉換裝置係基於在施加電場時液晶介質分子之對準。該等裝置揭示(尤其)於US 4,268,126、US 4,641,922、US 5,940,150及WO 2008/027031中，且同樣在電控制下自亮狀態轉換至暗透明狀態。
儘管上述電可轉換裝置能夠使得輻射能量流達到設定值，但其具有必須進行電控制之缺點。
期望可用轉換元件可自動適用環境條件，且不必人工或藉由能夠在檢測溫度偏差下產生信號之任一額外耦連裝置進行控制。
另外，期望擁有不需要任何電路之轉換元件。在製造窗戶期間藉由額外工作在窗戶中引入電路，且此引起裝置之裂縫敏感性或短的使用壽命之風險。另外，該等裝置需要額外基礎結構，包括電源。
並非電轉換而係(例如)溫度控制(感溫裝置)之裝置尤其闡述於Nitz等人，Solar Energy 79,2005,573-582中。該等裝置之一可能實施例係基於在高於某一溫度時之兩相之間分離的系統。其他實施例係基於水凝膠之溫度依賴性。然而，該等裝置通常在透明狀態及暗半透明(散射)狀態之間進行轉換，此對於需要裝置在暗狀態中亦保持透明之應用係不期望的。
US 2009/0015902及US 2009/0167971揭示在兩個偏振器之間包含液晶介質之光學轉換元件。液晶介質具有在第一溫度下旋轉光偏振平面且在第二溫度下並不旋轉或基本上不旋轉光偏振平面之性質。因此，偏振器之適宜佈置使得裝置能夠在第一溫度下較在第二溫度下容許更多光通過。兩個溫度依賴性狀態代表亮狀態(第一溫度)及暗透明狀態(第二溫度)，且其較佳地係由液晶介質自向列狀態(第一溫度，液晶介質旋轉光偏振平面)至各向同性狀態(第二溫度，液晶介質並不旋轉光偏振平面)之變化引起。
申請案US 2009/0015902及US 2009/0167971另外揭示，具有低澄清點之液晶介質適用於該等裝置中。自亮狀態暗透明狀態之轉換過程(其由液晶介質之相變引起)意欲僅在溫暖季節中藉由典型輻射強度之日光加熱裝置時發生。為此，揭示低於85℃之較佳澄清點。所揭示之液晶介質實例包含液晶混合物E7以及添加之4'-己基-4-氰基聯苯(6CB)且澄清點為35℃。另外，上述申請案通常揭示，澄清點為72℃之液晶混合物ZLI1132(Merck KGaA)另外亦可用作用於製備可轉換裝置中所用液晶介質之基質。然而，並未揭示關於此方面之具體闡釋性實施例。
就此而言，應注意，如US 2009/0015902及US 2009/0167971中所揭示，藉由添加烷基氰基聯苯化合物(例如，4'-己基-4-氰基聯苯)來改良混合物E7具有損害液晶介質之低溫穩定性之缺點。
然而，非常期望液晶介質具有良好低溫穩定性，此乃因在許多應用中，轉換元件會在延長時間中暴露於低溫。
業內持續需要適用於熱可轉換裝置中之液晶介質。特定而言，需要液晶介質在屬於轉換元件操作溫度範圍內之溫度下自向列狀態轉變至各向同性狀態(澄清點)。另外，需要具有高含量環脂族雙環化合物之液晶介質，此乃因該等雙環化合物可成本有效性地進行製備。另外，需要具有良好低溫儲存穩定性、較佳地兼有上述性質之液晶介質。
為此，本發明提供轉換元件，其特徵在於其具有熱響應性且在較低之輻射能透射狀態與較高之輻射能透射狀態之間進行轉換，該轉換元件包含液晶介質，該液晶介質包含一或多種式(I)化合物
其中
R11、R12　在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN、NCS、R1-O-CO-、R1-CO-O-、具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或硫代烷氧基及具有2至10個C原子之烯基、烯氧基或硫代烯氧基，其中上述基團中之一或多個H原子可由F或Cl代替，且其中上述基團中之一或多個CH2基團可由O、S、-O-CO-或-CO-O-代替；且其中
R1　在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基或烯基，其中一或多個H原子可由F或Cl代替；且
選自
；且Z11　選自-CO-O-及-O-CO-。
優先地，液晶介質另外包含一或多種式(II)化合物
其中
R21、R22具有上文針對R11及R12所指示之含義；且
選自
；且
X　在每次出現時相同或不同地係F、Cl、CN或具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或硫代烷氧基，其中上述基團中之一或多個H原子可由F或Cl代替且其中一或多個CH2基團可由O或S代替；且
Y　在每次出現時相同或不同地選自H及X；且
Z21　選自-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-及單鍵；前提係若均選自，則Z21必須不為-CO-O-或-O-CO-。
優先地，液晶介質另外包含一或多種選自式(III)及(IV)化合物之化合物
其中
R31、R32、R41及R42具有上文R11及R12所指示之含義；且
在每次出現時相同或不同地選自
其中X及Y如上文所定義；且
在每次出現時相同或不同地選自
其中X及Y如上文所定義；且
Z31及Z32在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-及單鍵；且
Z41、Z42及Z43在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-及單鍵。
根據本發明一較佳實施例，液晶介質包含如上文所定義之一或多種式(I)化合物及一或多種式(II)化合物及一或多種選自式(III)及(IV)化合物之化合物。
根據本發明一較佳實施例，X在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN及具有1至8個C原子之烷基或烷氧基。尤佳地，X選自F及Cl，且極佳地X係F。
另外，較佳地，R11及R12在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN、R1-O-CO-、R1-CO-O-、具有1至10個C原子之直鏈烷基或烷氧基及具有2至10個C原子之烯基或烯氧基，其中上述基團中之一或多個H原子可由F或Cl代替，且其中上述基團中之一或多個CH2基團可由-O-CO-或-CO-O-代替，R1如上文所定義。
對於式(I)化合物而言，較佳地，R11選自R1-O-CO-、R1-CO-O-及具有1至10個C原子之直鏈烷基或烷氧基，其中上述基團中之一或多個H原子可由F或Cl代替且其中上述基團中之一或多個CH2基團可由-O-CO-或-CO-O-代替，R1如上文所定義。
對於式(I)化合物而言，另外較佳地，Z11係-CO-O-。
根據本發明一尤佳實施例，式(I)化合物係下式(I-1)至(I-4)之化合物：
其中R11及R12皆如上文所定義。
根據一甚至更佳之實施例，式(I-1)化合物係下式(I-1a)至(I-1c)之化合物
其中R11及R12在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個CH2基團可由-O-CO-或-CO-O-代替，且
R1係具有1至10個C原子之烷基。
根據另一甚至更佳之實施例，式(I-2)化合物係下式(I-2a)至(I-2c)之化合物
其中R11及R12在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個CH2基團可由-O-CO-或-CO-O-代替，且
R1係具有1至10個C原子之烷基。
根據另一甚至更佳之實施例，式(I-3)化合物係下式(I-3a)至(I-3c)之化合物
其中R11及R12在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個CH2基團可由-O-CO-或-CO-O-代替，且
R1係具有1至10個C原子之烷基。
根據另一甚至更佳之實施例，式(I-4)化合物係下式(I-4a)至(I-4c)之化合物
其中R11及R12在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個CH2基團可由-O-CO-或-CO-O-代替，且
R1係具有1至10個C原子之烷基。
根據一最佳實施例，式(I)化合物係式(I-1a)至(I-1c)之化合物。
根據一較佳實施例，在式(II)化合物中，
選自
；且
選自
其中X如上文所定義。
根據另一較佳實施例，Z21係-CO-O-、-CH2CH2-或單鍵。
根據另一較佳實施例，R21及R22在每次出現時相同或不同地係F、Cl、CN或具有1至10個C原子之烷基或烷氧基(其中一或多個H原子可由F或Cl代替)或具有2至10個C原子之烯基。
根據一尤佳實施例，式(II)化合物係下式(II-1)至(II-3)之化合物
其中R21、R22、如上文所定義，前提係對於式(II-1)而言，不包括下列情形：二者均為。
根據一較佳實施例，在式(II-1)化合物中，等於，且等於 ，其中X如上文所定義，前提係不包括以下情形：二者均為。
根據另一較佳實施例，在式(II-2)化合物中，係且係。
根據另一較佳實施例，在式(II-3)化合物中，係或，且係、、
其中X如上文所定義。
式(II-1)化合物之尤佳實施例係下式(II-1a)至(II-1e)之化合物
其中R21、R22及X皆如上文所定義。
式(II-2)化合物之尤佳實施例係下式(II-2a)之化合物
其中R21及R22皆如上文所定義。
式(II-3)化合物之尤佳實施例係下式(II-3a)至(II-3h)之化合物
其中R21、R22及X皆如上文所定義。
式(II-1a)化合物之最佳實施例係下式(II-1a-1)至(II-1a-3)之化合物
其中R1、R21及R22皆如上文所定義。
較佳地，在式(II-1a-1)至(II-1a-3)之化合物中，R1、R21及R22選自具有1至10個C原子之烷基。
式(II-1b)化合物之最佳實施例係下式(II-1b-1)之化合物
其中R21如上文所定義。
較佳地，在式(II-1b-1)化合物中，R21係具有1至10個C原子之烷基。
式(II-1e)化合物之最佳實施例係下式(II-1e-1)之化合物
其中R1及R21皆如上文所定義。
較佳地，在式(II-1e-1)化合物中，R1及R21選自具有1至10個C原子之烷基。
式(II-2a)化合物之最佳實施例係下式(II-2a-1)之化合物
其中R1及R21皆如上文所定義。
較佳地，在式(II-2a-1)化合物中，R1及R21選自具有1至10個C原子之烷基。
式(II-3a)化合物之最佳實施例係下式(II-3a-1)至(II-3a-2)之化合物
其中R1、R21及R22皆如上文所定義。
較佳地，在式(II-3a-1)化合物中，R1及R21選自具有1至10個C原子之烷基。較佳地，在式(II-3a-2)化合物中，R21選自具有1至10個C原子之烷基且R22選自具有1至10個C原子之烯基。
式(II-3b)化合物之最佳實施例係下式(II-3b-1)至(II-3b-3)之化合物
其中R1、R21及R22皆如上文所定義。
較佳地，在式(II-3b-1)至(II-3b-3)之化合物中，R1、R21及R22選自具有1至10個C原子之烷基。
式(II-3e)化合物之最佳實施例係下式(II-3e-1)之化合物
其中R21如上文所定義。
較佳地，在式(II-3e-1)化合物中，R21選自具有1至10個C原子之烷基。
式(II-3f)化合物之最佳實施例係下式(II-3f-1)之化合物
其中R21如上文所定義。
較佳地，在式(II-3f-1)化合物中，R21選自具有1至10個C原子之烷基。
式(II-3h)化合物之最佳實施例係下式(II-3h-1)之化合物
其中R1及R21皆如上文所定義。
較佳地，在式(II-3h-1)化合物中，R1及R21選自具有1至10個C原子之烷基。
根據另一較佳實施例，在式(III)化合物中，
在每次出現時相同或不同地選自
，其中X如上文所定義。
根據另一較佳實施例，在式(III)化合物中，Z31及Z32在每次出現時相同或不同地係-CO-O-、-O-CO-、-CH2-CH2-或單鍵。
根據另一較佳實施例，在式(III)化合物中，R21及R22在每次出現時相同或不同地係F、Cl或CN或具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個H原子可由F或Cl代替。
根據一尤佳實施例，式(III)化合物係下式(III-1)至(III-3)之化合物
其中基團R31、R32、Z31、Z32及至皆如上文所定義。
根據一較佳實施例，在式(III-1)化合物中，至在每次出現時相同或不同地選自
，其中
X如上文所定義。
根據另一較佳實施例，在式(III-2)化合物中，至在每次出現時相同或不同地選自
根據另一較佳實施例，在式(III-3)化合物中，至在每次出現時相同或不同地選自
，其中
X如上文所定義。
根據本發明一尤佳實施例，式(III-1)之化合物係下式(III-1a)至(III-1e)之化合物
其中R31及R32皆如上文所定義。
根據本發明一尤佳實施例，在式(III-1a)至(III-1e)之化合物中，R31及R32在每次出現時相同或不同地選自具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明另一尤佳實施例，式(III-2)之化合物係下式(III-2a)至(III-2b)之化合物
其中R31及R32皆如上文所定義。
根據本發明一尤佳實施例，在式(III-2a)及(III-2b)之化合物中，R31及R32選自具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明另一尤佳實施例，式(III-3)之化合物係下式(III-3a)至(III-3c)之化合物
其中至在每次出現時相同或不同地選自
，其中
X如上文所定義，且R31及R32如上文所定義。
根據本發明一最佳實施例，式(III-3a)化合物係下式(III-3a-1)至(III-3a-6)之化合物
其中R31及R32皆如上文所定義。
較佳地，在式(III-3a-1)至(III-3a-6)之化合物中，R31及R32在每次出現時相同或不同地選自具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明另一最佳實施例，式(III-3b)化合物係下式(III-3b-1)化合物
其中R31及R32皆如上文所定義。
較佳地，在式(III-3b-1)化合物中，R31及R32在每次出現時相同或不同地選自具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明另一最佳實施例，式(III-3c)化合物係下式(III-3c-1)至(III-3c-3)之化合物
其中R31及R32皆如上文所定義。
較佳地，在式(III-3c-1)至(III-3c-3)之化合物中，R31及R32在每次出現時相同或不同地選自具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個H原子可由F或Cl代替。
根據另一較佳實施例，在式(IV)化合物中，
在每次出現時相同或不同地選自
，其中
X如上文所定義。
根據另一較佳實施例，在式(IV)化合物中，Z41至Z43在每次出現時相同或不同地係-CO-O-或單鍵。
根據另一較佳實施例，在式(IV)化合物中，R41及R42在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明一較佳實施例，式(IV)化合物係下式(IV-1)及(IV-2)之化合物
其中R41及R42及皆如上文所定義。
根據本發明一尤佳實施例，式(IV-1)化合物係下式(IV-1a)至(IV-1b)之化合物
其中R41及R42皆如上文所定義。
根據一較佳實施例，式(IV-1a)至(IV-1b)中之R41及R42在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明另一尤佳實施例，式(IV-2)化合物係下式(IV-2a)化合物
其中R41及R42皆如上文所定義。
根據一較佳實施例，式(IV-2a)中之R41及R42在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基。
根據本發明一較佳實施例，式(I)化合物之總濃度介於5%與60%之間。更佳地，式(I)化合物之濃度介於5%與40%之間，最佳地介於5%與30%之間。
另外較佳地，式(II)化合物之總濃度介於1%與90%之間。更佳地，式(II)化合物之濃度介於20%與90%之間，最佳地介於40%與85%之間。
另外較佳地，式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。更佳地，式(I)及(II)化合物之濃度介於45%與100%之間，最佳地介於50%與100%之間。
另外較佳地，式(III)及(IV)化合物之總濃度介於0與45%之間。
本發明另外涉及如下液晶介質：其包含一或多種總濃度為5%至60%之如上文所定義之化合物式(I)及至少一種如上文所定義之另一式(II)化合物，從而使式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
根據本發明一較佳實施例，液晶介質包含至少5種選自式(I)至(IV)之化合物之不同化合物。根據本發明一尤佳實施例，液晶介質包含至少6種選自式(I)至(IV)之化合物之不同化合物。根據一甚至更佳實施例，液晶介質包含至少7種選自式(I)至(IV)之化合物之不同化合物。
本發明介質視需要可包含其他液晶化合物以調節物理性質。該等化合物為專業人士所習知。該等化合物在本發明介質中之濃度較佳係0%至30%、更佳0.1%至20%且最佳1%至15%。
本發明之液晶介質可以常規濃度含有對掌性摻雜劑作為其他添加劑。較佳對掌性摻雜劑列示於下表E中。該等其他成份之總濃度以總混合物計介於0%至10%、較佳0.1%至6%之間。所用個別化合物各自之濃度較佳介於0.1%至3%之間。在本申請案中，該等及類似添加劑之濃度並不計入液晶介質之液晶組份及化合物之濃度值及範圍內。
本發明之液晶介質可以常規濃度含有染料作為其他添加劑。在一較佳實施例中，使用產生灰色或黑色之染料或染料組合。在另一較佳實施例中，染料選自具有較高光穩定性及良好溶解性之染料，例如偶氮染料或蒽醌染料。該等其他成份之總濃度以總混合物計介於0%至10%、較佳0.1%至6%之間。所用個別化合物各自之濃度較佳介於0.1%至9%之間。在本申請案中，該等及類似添加劑之濃度並不計入液晶介質之液晶組份及化合物之濃度值及範圍內。
本發明之液晶介質可以常規濃度含有穩定劑作為其他添加劑。較佳穩定劑列示於下表F中。穩定劑之總濃度以總混合物計介於0%至10%、較佳0.0001%至1%之間。
根據本發明一較佳實施例，澄清點(自向列狀態至各向同性狀態之相變溫度，T(N,I))低於60℃。根據一尤佳實施例，T(N,I)低於50℃。根據一甚至更佳實施例，T(N,I)低於40℃。
用於本發明轉換元件中之較佳液晶介質包含(液晶介質I)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)、(I-2a)至(I-2c)、(I-3a)至(I-3c)及(I-4a)至(I-4c)之化合物，
-　一或多種總濃度為1%至40%之式(II-3f)化合物，
-　一或多種總濃度為0至80%之式(II-1a)至(II-1e)、(II-2a)、(II-3a)至(II-3e)及(II-3g)及(II-3h)之化合物，及
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a)至(III-3c)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
用於本發明轉換元件中之更佳液晶介質包含(較佳液晶介質I)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)之化合物，
-　一或多種總濃度為1%至40%之式(II-3f-1)化合物，
-　一或多種總濃度為0至80%之式(II-1a-1)至(II-1a-3)、(II-1b-1)、(II-1e-1)、(II-2a-1)、(II-3a-1)至(II-3a-2)、(II-3b-1)至(II-3b-3)及(II-3e-1)及(II-3h-1)之化合物，及
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a-1)至(III-3a-6)、(III-3b-1)、(III-3c-1)至(III-3c-3)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
在本發明另一較佳實施例中，液晶介質包含(液晶介質II)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)、(I-2a)至(I-2c)、(I-3a)至(I-3c)及(I-4a)至(I-4c)之化合物
-　一或多種總濃度為0至80%之式(II-2a)、(II-3b)、(II-3e)及(II-3h)之化合物，
-　一或多種總濃度為1%至80%之式(II-1a)及(II-1b)化合物，及
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a)至(III-3c)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
在本發明一更佳實施例中，液晶介質包含(較佳液晶介質II)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)之化合物
-　一或多種總濃度為0至80%之式(II-2a-1)、(II-3b-1)至(II-3b-3)、(II-3e-1)及(II-3h-1)之化合物，
-　一或多種總濃度為1%至80%之式(II-1a-1)至(II-1a-3)及(II-1b-1)之化合物，及
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a-1)至(III-3a-6)、(III-3b-1)、(III-3c-1)至(III-3c-3)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
在本發明另一較佳實施例中，液晶介質包含(液晶介質III)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)、(I-2a)至(I-2c)、(I-3a)至(I-3c)及(I-4a)至(I-4c)之化合物
-　一或多種總濃度為5%至80%之式(II-1e)、(II-2a)、(II-3a)、(II-3b)、(II-3e)及(II-3h)之化合物，
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a)至(III-3c)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
在本發明一更佳實施例中，液晶介質包含(較佳液晶介質III)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)之化合物
-　一或多種總濃度為5%至80%之式(II-1e-1)、(II-2a-1)、(II-3a-1)至(II-3a-2)、(II-3b-1)至(II-3b-3)、(II-3e-1)及(II-3h-1)之化合物，
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a-1)至(III-3a-6)、(III-3b-1)、(III-3c-1)至(III-3c-3)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
在本發明另一較佳實施例中，液晶介質包含(液晶介質IV)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)、(I-2a)至(I-2c)、(I-3a)至(I-3c)及(I-4a)至(I-4c)之化合物
-　一或多種總濃度為5%至80%之式(II-2a)、(II-3b)、(II-3e)及(II-3h)之化合物，
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a)至(III-3c)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
在本發明一更佳實施例中，液晶介質包含(較佳液晶介質IV)
-　一或多種總濃度為5%至60%之式(I-1a)至(I-1c)之化合物
-　一或多種總濃度為5%至80%之式(II-2a-1)、(II-3b-1)至(II-3b-3)、(II-3e-1)及(II-3h-1)之化合物，
-　一或多種總濃度為0至45%之式(III-1a)至(III-1e)、(III-2a)至(III-2b)、(III-3a-1)至(III-3a-6)、(III-3b-1)、(III-3c-1)至(III-3c-3)、(IV-1a)、(IV-1b)及(IV-2a)之化合物，
其中式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
本發明之液晶介質由若干種化合物、較佳5至30種、更佳6至20種且最佳6至16種化合物組成。根據業內已知方法混合該等化合物。通常，將所需量以較小量使用之化合物溶於以較大量使用之化合物中。在溫度高於以較高濃度使用之化合物之澄清點的情形下，尤其易於觀察到溶解過程之完成。然而，亦可藉由其他習用方法製備該等介質，例如使用可為(例如)化合物之同源或低共熔混合物之所謂預混合物、或使用所謂的多瓶系統，該等成份自身為即用混合物。
本發明另外涉及製備如上文所定義液晶介質之方法，其特徵在於將一或多種式(I)化合物與一或多種式(II)化合物及視需要一或多種其他液晶原化合物及/或添加劑混合。
根據本發明一較佳實施例，轉換元件包含
-　呈薄層形式之液晶介質，及
-　至少兩個較佳呈薄層形式之偏振器，一個偏振器位於液晶介質之一側，另一偏振器位於液晶介質之相對側。
偏振器可為線性或圓偏振器，較佳係線性偏振器。
對於線性偏振器而言，較佳地，兩個偏振器之偏振方向相對於彼此旋轉特定角度。
可存在其他層及/或元件，例如一或多個單獨對準層、一或多個玻璃板、一或多個用於阻擋某些波長光(例如UV光)之帶阻濾光器及/或濾色器。另外，可存在一或多個絕緣層，例如低發射率膜。此外，可存在一或多個黏著層、一或多個保護層、一或多個鈍化層及一或多個障壁層。視需要，可存在金屬氧化物層，其中該金屬氧化物可包含兩種或兩種以上不同金屬且其中該金屬氧化物可摻雜有鹵化物離子、較佳地氟化物。較佳金屬氧化物層包含下列中之一或多者：氧化銦錫(ITO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、SnO2及SnO2:F(氟摻雜SnO2)。包含ITO之金屬氧化物層尤佳。
在液晶介質之層中，可存在間隔件。熟習此項技術者已知上述元件以及其功能之典型實施例。
出於本申請案之目的，術語「偏振器」係指阻擋一個偏振方向之光且透過另一偏振方向之光之裝置或物質。同樣，術語「偏振器」係指阻擋一種圓偏振光(右手側或左手側)而其透過另一種圓偏振光(左手側或右手側)的裝置或物質。
阻擋可藉由反射及/或吸收實現。因此，反射式偏振器反射一個偏振方向或一種圓偏振之光且透過相反偏振方向或另一種圓偏振之光；且吸收式偏振器吸收一個偏振方向或一種圓偏振之光且透過相反偏振方向或另一種圓偏振之光。反射或吸收通常並非係定量的，從而導致偏振器對光之偏振不完全。
根據本發明，吸收式偏振器及反射式偏振器均可用於轉換元件中。較佳地，本發明之偏振器代表光學薄膜。可用於本發明中之反射式偏振器之實例係DRPF(漫反射式偏振器膜，來自3M)、DBEF(雙重亮度增強膜，來自3M)、多層聚合物分佈式Bragg反射器(DBR)(如US 7,038,745及US 6,099,758中所述)及APF(高級偏振器膜，來自3M)。另外，舉例而言，可使用反射紅外光之線柵偏振器(WGP)，如US 4,512,638中所述。舉例而言，反射可見及紫外部分光譜之線柵偏振器闡述於US 6,122,103中，且亦可根據本發明使用。可根據本發明使用之吸收式偏振器之實例係Itos XP38偏振膜或Nitto Denko GU-1220DUN偏振膜。可根據本發明使用之圓偏振器之實例係來自American Polarizers公司之APNCP37-035-STD(左手側)及APNCP37-035-RH(右手側)。
根據本發明，轉換元件具有熱響應性，此表明其轉換狀態由溫度決定。在本發明一較佳實施例中，在轉換元件中不存在佈線、電路、及/或轉換網路。
轉換元件之轉換發生於轉換元件之亮或打開狀態(其中透過較高比例之輻射能)與轉換元件之暗或關閉狀態(其中透過較小比例之輻射能)之間。
輻射能如上文所定義且應理解為包含UV-A區域、VIS區域及近紅外區域中之電磁輻射。自然地，轉換元件在如上文所定義輻射能之整個光譜中並不同等有效。較佳地，轉換元件在關閉狀態中可阻擋高比例NIR及VIS光，尤佳地阻擋高比例NIR光。亦較佳者係僅在VIS或NIR範圍中之一者中轉換之轉換元件，以及在一個範圍中轉換並永久地阻擋另一範圍(例如轉換VIS並永久地阻擋NIR)之轉換元件。
根據本發明一較佳實施例，藉由改變液晶介質之物理狀態來實現轉換。液晶介質之此物理狀態變化具有溫度依賴性。較佳地，其係相變。根據本發明一尤佳實施例，藉由液晶介質自液晶相至各向同性相之相變(其在特定溫度下發生)來實現轉換。甚至更佳地，藉由液晶介質自向列相至各向同性相之相變來實現轉換。
通常，液晶介質在高於相變溫度之溫度下處於各向同性狀態，且在低於相變溫度之溫度下處於液晶、較佳向列狀態中。
因裝置之轉換係源於液晶介質之物理條件中之溫度依賴性變化，故液晶介質代表光學轉換之熱響應性元件。然而，可存在其他熱響應性元件。
對於調節內部空間與環境間、較佳地建築物房間與外部間之輻射能量流之轉換應用而言，期望轉換在通常用於建築物外部之溫度下進行操作。較佳地，轉換元件之轉換溫度介於-20℃與80℃之間，更佳地介於10℃與60℃之間，且最佳地介於20℃與40℃之間。
轉換溫度定義為轉換元件之溫度。通常，此溫度與外側空氣溫度大致相同。然而，在一些條件下，例如在直接曝露於日光下，轉換溫度與外側空氣溫度可顯著不同。同樣，在某些裝置設置之情形下，例如在轉換元件位於絕緣玻璃單元內側時，轉換元件之溫度與外側空氣溫度可能顯著不同。
根據本發明一較佳實施例，如上所述，藉由液晶介質之物理條件變化來實現轉換元件之轉換。更佳地，物理條件之此變化代表在某一相變溫度下發生之相變。較佳地，相變溫度介於-20℃與80℃之間，更佳地介於10℃與60℃之間，且最佳地介於20℃與40℃之間。
在本發明一極佳實施例中，若液晶介質處於液晶狀態，則偏振光之偏振平面被液晶介質旋轉一特定值。相反的，若液晶介質處於各向同性狀態，則偏振光之偏振平面並未被液晶介質所旋轉。在此較佳實施例之另一態樣中，偏振器之偏振方向彼此並不相同，而係彼此旋轉特定角度。
在此較佳實施例中，裝置之兩個狀態之特徵如下：在亮或打開狀態中，入射光由第一偏振器線性偏振。線性偏振光然後通過處於液晶狀態中之液晶介質，此使得其偏振方向旋轉特定角度。
通過液晶介質後，線性偏振光然後碰撞第二偏振器。特定部分之碰撞偏振器之光會透過偏振器。較佳地，兩個偏振器之偏振平面相對於彼此旋轉之值與偏振光之偏振平面因向列狀態之液晶介質而旋轉的值相同或僅有相對較小差異、最佳地相同。
此處，偏振光之偏振平面因液晶介質而旋轉之值應理解為在進入介質前之偏振平面與離開介質後之偏振平面間形成的角度。原則上，此角度可介於0°與180°之間。據此，大於180°之角度X的圈數等於X減去n*180°之圈數，選擇整數n以使所得角度X'在範圍0°X'>180。中。
然而，應注意，液晶介質可造成通過其之偏振光的偏振平面發生扭轉，該扭轉之絕對值大於180°。根據本發明，甚至可發生多於一整圈(360°)(例如2圈或3圈)之旋轉。然而，偏振光之偏振平面自進入液晶介質至離開液晶介質旋轉之淨值在任一情形下仍介於0°與180°之間，如上文已闡釋。
顯而易見，端視所用參考系統，偏振平面之旋轉角度亦可表示為介於-90°至90°之間，負值意指右轉，正值意指左轉。
在亮狀態中，因兩個偏振器之偏振平面彼此之旋轉值與偏振光之偏振平面由液晶介質旋轉之值具有較小差異，故大部分通過第一偏振器之光亦通過第二偏振器。
為出現上述亮狀態，需要液晶介質處於其液晶狀態中。通常，此係溫度低於相變溫度之情形。因此，根據此較佳實施例，在溫度低於轉換溫度時，轉換元件處於亮狀態中。
為出現暗透明或關閉狀態，需要液晶介質處於各向同性狀態中。在此情形下，入射光再次由第一偏振器線性偏振。偏振光然後通過處於各向同性狀態中之液晶介質。處於各向同性狀態中之液晶介質不會旋轉線性偏振光之偏振方向。
通過液晶介質後，維持偏振方向之線性偏振光會碰撞第二偏振器。如上所述，第二偏振器之偏振方向相對於第一偏振器之偏振方向有所旋轉，在此情形下，如上文所闡釋，第一偏振器之偏振方向亦係線性偏振光碰撞第二偏振器之偏振方向。
因偏振光及偏振器之偏振方向並不一致，而係彼此旋轉特定值(該特定值與兩個偏振器彼此旋轉之值相同)，故此時僅透過一部分光。在此狀態中透過之光量小於在亮狀態中透過之光量。
如上所述，在暗或關閉狀態中，液晶介質處於其各向同性狀態。通常，此係溫度高於相變溫度之情形。因此，根據此較佳實施例，在溫度高於轉換溫度時，轉換元件處於暗或關閉狀態中。
端視轉換元件在暗透明狀態中之期望透光率，兩個偏振器之偏振方向可彼此旋轉任一任意值。較佳值之範圍為45°至135°、更佳70°至110°、最佳80°至100°。
向列狀態液晶介質旋轉偏振光之偏振平面之值無需與兩個偏振器之偏振方向彼此旋轉的值相同。較佳地，該等值相似，且較佳偏差極佳地小於30°且最佳地小於20°。
向列狀態液晶介質旋轉偏振光之偏振平面之值較佳介於0°至360°之間。然而，根據本發明，亦可存在大於360°之值。
出於調節建築物內部溫度之目的，上述設置通常較佳。在低溫下，容許輻射能流動，此乃因轉換元件處於打開狀態。此使得建築物之熱吸收有所增加，從而減小加熱成本。在高溫下，轉換元件處於關閉狀態，從而限制了輻射能在建築物中之流動。此降低了高溫下之不期望熱吸收，從而減小了空氣調節之成本。
端視兩個偏振器彼此偏移之角度，且亦端視偏振器偏振所有入射光抑或僅一部分光，在關閉狀態中或多或少之光會透過轉換元件。對於處於「交叉」位置(偏振方向彼此旋轉90°)之完美偏振器而言，在關閉狀態中沒有光透過。若偏振器之偏振方向之旋轉角度不為90°，則即使在關閉狀態中亦會透過一些光。根據本發明，此一佈置較為合宜。
類似地，在打開狀態中透過轉換元件之光量尤其取決於以下因素：偏振器效率及液晶介質旋轉線性偏振光偏振方向之角度及兩個偏振器之偏振方向彼此旋轉之角度間的差值。藉助完全偏振器及旋轉角度之精確重合，在打開狀態中有至多50%之光透射穿過裝置，且理想地，在關閉狀態中有0%之光透過。
拒斥50%之光係由於完全線性偏振器拒斥(藉由吸收或反射)50%之入射未偏振光之事實。在使用不完全偏振器時，透過裝置之光之透射率由此可顯著增加，此舉可係期望的。
此處應提及，在本發明內可使用偏振器定向及由液晶介質所引起的偏振光方向之旋轉之許多其他組合。
本發明之其他實施例包含如下液晶介質：其在第一溫度範圍內反射光且在第二溫度範圍內透射光，而此第二溫度範圍可高於或低於第一溫度範圍。根據本發明另一實施例，液晶介質可影響圓偏振光之偏振狀態。
根據本發明另一實施例，液晶介質代表客-主系統，其除一或多種液晶化合物外亦包含染料分子或顯示吸收或反射性質之其他材料。根據此實施例，液晶介質在處於液晶狀態(低溫)中時提供對於染料分子之定向，但在處於各向同性狀態(高溫)中時並不提供該定向。因染料分子端視其定向程度而以不同方式與光相互作用，故客-主系統可顯示溫度依賴性透光性。根據本發明，在液晶介質代表客-主系統時，較佳地，在本發明裝置中可使用僅一個偏振器或根本不使用偏振器。另外，根據本發明，在液晶介質代表客-主系統時，較佳使用液晶介質之扭轉向列定向或液晶介質之垂直對準定向。
根據本發明一較佳實施例，液晶狀態液晶介質對於偏振光之旋轉係由液晶介質之分子對準引起。根據本發明，此對準通常藉由與液晶介質直接接觸之對準層來實現。優先地，對準層代表液晶介質層之兩個外部邊界。舉例而言，彼此相對之兩個對準層可附接至包封液晶介質之隔室內部。根據另一較佳實施例，對準層構成了包封液晶介質之隔室。可藉由使用擦布、砂紙或一些其他適宜材料擦拭聚合物或聚合物膜來製備對準層。聚醯亞胺膜尤其適用於此目的，但其他種類之聚合物亦可達成定向。
根據另一較佳實施例，對準層與偏振器層並不分開但形成一個單一層。其可(例如)黏結或層壓至一起。可(例如)藉由擦拭、刮擦及/或微圖案化偏振器層來賦予偏振器誘導液晶分子進行對準之性質。詳細內容可提及專利申請案US 2010/0045924，其揭示內容以引用方式併入本文中。
本發明轉換元件之一較佳實施例包含在透明材料、較佳地透明聚合物或玻璃容器內之液晶介質。另外，轉換元件包含兩個或兩個以上與液晶介質直接接觸之對準層。舉例而言，可將對準層附接至上述容器之內部表面。根據另一較佳實施例，內部容器表面本身可用作對準層。另外，轉換元件包含兩個或兩個以上可以偏振箔形式存在之偏振器，如上文所揭示。可存在其他剛性或撓性層，例如額外玻璃板、帶阻濾光器(例如UV阻擋膜)及/或絕緣層(例如低發射率膜)。根據本發明之此實施例，轉換元件係剛性元件，且因存在剛性材料層而不能彎曲或捲起以進行儲存及/或運輸。
根據本發明另一較佳實施例，液晶介質由撓性聚合物板包封。此撓性聚合物板可代表偏振器及/或對準層。可另外存在諸如上述其他層。詳細內容可提及專利申請案US2010/0045924，其揭示內容以引用方式併入本文中。根據此實施例，轉換元件係撓性元件且可彎曲及/或捲起。
根據本發明另一較佳實施例，液晶介質具有固體或凝膠樣稠度。根據此實施例，液晶介質無需剛性容器，從而省去了在轉換元件中存在玻璃及/或剛性聚合物板之需求。本發明此實施例之優點在於，轉換元件不易損壞且可以可捲起之薄撓性板形式產生。然後可自此捲切割任一形狀或大小之轉換元件，此簡化了裝置之儲存、運輸及產生。
為獲得上述固體或凝膠樣稠度之液晶介質，根據本發明可使用下列程序。
可將液晶介質(例如)以離散隔室(例如液晶介質微滴)形式嵌入光學透明介質內。光學透明介質較佳係聚合材料，尤佳地係各向同性熱塑性、硬塑性或彈性體聚合物。尤佳地，聚合材料係熱塑性或彈性體聚合物。
此聚合物實例係NCAP膜(NCAP=向列曲線對準相)及PDLC膜(PDLC=聚合物分散液晶)。可藉由以下過程來獲得NCAP膜：將囊封聚合材料(例如聚乙烯醇)、液晶介質及載劑材料(例如水)在膠體磨中充分混合。然後，藉由(例如)蒸發去除載劑材料。形成NCAP膜之詳細程序闡述於US 4,435,047中。
可藉由以下方式來獲得闡述(例如)於US 4,688,900、WO 89/06264、EP 0272585及Mol. Cryst. Liq. Cryst. Nonlin. Optic,157,(1988),427-441中之PDLC膜：將液晶介質與隨後與聚合物基質反應之單體及/或寡聚物均勻混合。聚合後，誘導相分離，其中形成分散於聚合物基質內之液晶介質之隔室或微滴。
根據本發明另一實施例，液晶介質以連續相存在於聚合物網絡(PN系統)內。舉例而言，該等系統詳述於EP 452460、EP 313053及EP 359146中。聚合物網絡通常具有海綿狀結構，其中液晶介質可自由浮動。根據一較佳實施例，藉由單-或聚丙烯酸酯單體之聚合來形成聚合物網絡。
較佳地，液晶介質以大於60%之百分比、尤佳地以70-95%之百分比存在於PN系統中。可藉由以下方式來製備聚合物網絡系統：誘導包含液晶介質及形成三維聚合物網絡之相應單體及/或寡聚物的混合物發生聚合反應。根據一較佳實施例，藉由光引發來開始聚合。
根據本發明另一實施例，聚合物並不形成網絡，而係以小顆粒形式分散於液晶介質內，該液晶介質以連續相形式存在於PN網絡系統中。
本發明液晶介質尤其適用於上述PDLC-、NCAP-及PN系統中。
因此，本發明另一目標係包含上文所定義液晶介質及聚合物、較佳地微孔聚合物之複合系統。
根據本發明，可將轉換元件附接至任一類型的透明窗戶、面牆、門或屋頂，包括彼等存在於以下中者：私人、公共及商業建築物；用於運輸、儲存及居住之容器；及任一車輛。尤佳地附接至絕緣玻璃單元(IGU)或多窗格板窗戶及/或用作絕緣玻璃單元或多窗格板窗戶之組成元件。根據本發明一較佳實施例，將轉換元件附接於窗戶、面牆、門或屋頂之外側貼面。根據另一較佳實施例，將轉換元件放置於IGU內部，其中其可防止不利作用(例如極端氣候條件)及防止因UV曝露而降格。在一替代實施例中，將轉換元件附接於窗戶、面牆、門或屋頂之內側貼面。
根據本發明一實施例，轉換元件覆蓋窗戶之整個表面。在此情形下，可最大程度地藉由轉換裝置來控制輻射能量流。
根據本發明另一實施例，轉換元件僅覆蓋窗戶表面之某些部分，從而留有未由轉換元件覆蓋之間隙。該等間隙可呈條帶、斑點及/或較大區域之形式。此可使得窗戶之一些部分可在亮狀態與暗狀態之間進行轉換，而其他部分自始至終保持亮狀態。此使得窗戶之透光性尤其在關閉狀態時有所增加。
根據本發明，可使用轉換元件來調節內部空間與環境之間之輻射能量流。尤佳地，使用轉換元件來調節呈以下形式之能量流：VIS光及NIR光或僅VIS光或經調節VIS光及經永久性阻擋NIR光之組合。另外較佳地，轉換元件能夠以溫度依賴性方式在打開狀態與關閉狀態之間進行轉換，從而可自動調節輻射能量流而無需人工控制。根據本發明一尤佳實施例，使用轉換元件來調節建築物及/或車輛之內部溫度。
出於本發明之目的，所有濃度(除非另外明確指出)皆係以質量百分比形式表示，且(除非另外明確所述)係關於相應混合物或混合物組份。
在毛細管中測定液晶混合物之澄清點。適宜儀器係Mettler Toledo FP90。通常，液晶混合物顯示澄清範圍。根據定義，澄清點係整個材料仍為向列狀態之範圍的最低溫度。
另一選擇為，可在顯微鏡熱台中於正常白色模式TN單元中測定顯示器中混合物之澄清點。自向列狀態開始轉變至各向同性狀態使得在TN單元中產生黑色斑點。在加熱升溫時，將該等斑點首次出現之溫度確定為澄清點。
對於本發明應用而言，顯示器中液晶介質之長期儲存行為係適當的。為測定顯示器中之長期儲存行為，將液晶混合物填充至厚度為5至6 μm之若干TN單元中。TN單元接受末端密封，獲得附接用於正常白色模式設置之偏振器，且在給定溫度下於冰箱中儲存長達1000小時。在特定時間間隔下，目測檢查TN單元之暗斑，該等暗斑表明結晶或層列型-向列型轉變。若TN單元在測試時間結束時並未顯示斑點，則測試合格。另外，將直至檢測出第一斑點之逝去時間表示為長期儲存穩定性之量值。
在本申請案且尤其下列實例中，液晶化合物之結構由縮寫(亦稱為「首字母縮寫詞」)表示。表A至C顯示化合物之結構單元以及其相應縮寫。
所有基團CnH2n+1、CmH2m+1、CpH2p+1及CqH2q+1皆較佳係分別具有n、m、p及q個C原子之直鏈烷基。所有基團CnH2n、CmH2m、CpH2p及CqH2q分別較佳係(CH2)n、(CH2)m、(CH2)p及(CH2)q；且-CH=CH-較佳地分別係反式-或E伸乙烯基。指數n、m、p及q較佳地具有介於1與10之間之值。
注意：在化學結構中自左側至右側，若僅出現一個指數，則所用指數係n；若出現兩個指數，則所用指數係n及m；若出現三個指數，則所用指數係n、m及p；且若出現四個指數，則所用指數係n、m、p及q。若需要，則可擴展此命名法。
因此，端視所選指數，根據首字母縮寫詞命名法(參見下表)，對應於-n之右手側烷基-CnH2n+1亦可為對應於-m之基團-CmH2m+1、或對應於-p之基團-CpH2p+1、或對應於-q之基團-CqH2q+1。表C之所有其他基團亦如此，其中使用字母n來表示具有n個碳原子及2n+1個氫原子之烷基或具有n個碳原子及2n個氫原子之伸烷基。
表A列示用於環單元之符號，表B列示彼等用於連接基團之符號且表C列示彼等用於分子之左手端及右手端基團之符號。
表A：環單元
表B：連接基團
表C：末端基團
其中n及m各自係整數且三個點「...」表示此表之其他符號可存在於該位置。
表D1：闡釋性結構
表D2：其他闡釋性結構
表E列示較佳用於本發明液晶介質中之對掌性摻雜劑。
表 E
在本發明一較佳實施例中，本發明介質包含一或多種選自表E之化合物之群之化合物。
表F列示較佳用於本發明液晶介質中之穩定劑。
表F
注意：在此表中，「n」意指介於1至12之間之整數。
在本發明一較佳實施例中，本發明介質包含一或多種選自表F之化合物之群之化合物。
實例
列示下列實例性液晶混合物以用於闡釋本發明且不應理解為以任一方式來限制本發明。
下文列示液晶混合物之組成以及其澄清點及其長期儲存行為。熟習此項技術者根據下文給出之數據來獲知利用本發明混合物可獲得之性質。另外教示可如何改變混合物之組成以獲得期望性質，特定而言係澄清點之特定溫度及較高長期穩定性。
製備具有下表中所列示組成之液晶混合物，且測定其澄清點及長期儲存行為。
如本申請案之說明書部分中所述，本發明液晶介質之澄清點較佳介於-20℃與80℃之間、更佳介於10℃與60℃之間且最佳介於20℃與40℃之間。
具有相對較高澄清點(>70℃，特定而言>80℃)之實例性混合物較佳地可與具有較低澄清點之混合物組合用作所謂的雙瓶系統。
1)　液晶介質I之實例
2)　液晶介質II之實例
3)　液晶介質III之實例
4)　液晶介質IV之實例
5)　液晶介質在轉換元件中之應用
根據US 2009/0015902之程序，將本發明混合物1至8用作轉換元件中之液晶介質。
為組裝轉換元件，遵循上述專利申請案之段落[0050]-[0055]中所述之程序，只是使用本發明之一種實例性混合物(實例1-8)代替該申請案中所揭示之混合物(5份6CB(4'-己基-4-氰基聯苯)、1.25份混合物E7及0.008份S-811)。
使用本發明混合物可獲得具有高操作壽命之轉換元件。轉換元件具有接近混合物澄清點之轉換溫度(10℃至80℃，此係元件之較佳操作範圍)。
此顯示使用本發明混合物可獲得較高裝置穩定性以及可控制澄清點。

Claims (15)

  1. 一種轉換元件，其特徵在於其具有熱響應性(thermoresponsive)且其在較低之輻射能透射狀態與較高之輻射能透射狀態之間進行轉換，該轉換元件包含液晶介質，該液晶介質包含一或多種式(I)化合物 其中R11、R12　在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN、NCS、R1-O-CO-、R1-CO-O-、具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或硫代烷氧基及具有2至10個C原子之烯基、烯氧基或硫代烯氧基，其中上述基團中之一或多個H原子可由F或Cl代替，且其中上述基團中之一或多個CH2基團可由O、S、-O-CO-或-CO-O-代替；且其中R1　在每次出現時相同或不同地係具有1至10個C原子之烷基或烯基，其中一或多個H原子可由F或Cl代替；且 選自；且Z11　選自-CO-O-及-O-CO-。
  2. 如請求項1之轉換元件，其特徵在於該液晶介質另外包含一或多種式(II)化合物 其中R21、R22　具有請求項1中針對R11及R12所指示之含義；且 選自 ；且X　在每次出現時相同或不同地係F、Cl、CN或具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或硫代烷氧基，其中上述基團中之一或多個H原子可由F或Cl代替且其中一或多個CH2基團可由O或S代替；且Y　在每次出現時相同或不同地選自H及X；且Z21　選自-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-及單鍵；前提係若二者均選自，則Z21必須不為-CO-O-或-O-CO-。
  3. 如請求項1或2之轉換元件，其特徵在於該液晶介質另外包含一或多種選自式(III)及(IV)化合物之化合物 其中R31、R32、R41及R42具有請求項1中針對R11及R12所指示之含義；且 在每次出現時相同或不同地選自 其中X及Y如請求項1中所定義；且 在每次出現時相同或不同地選自 其中X及Y如請求項1中所定義；且Z31及Z32　在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-、-CF2O-、-OCF2-、-CH2CH2-、-OCH2-、-CH2O-及單鍵；且Z41、Z42及Z43在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-及單鍵。
  4. 如請求項1之轉換元件，其特徵在於式(I)化合物係下式(I-1)至(I-4)之化合物 其中R11及R12皆如請求項1中所定義。
  5. 如請求項2之轉換元件，其特徵在於式(II)化合物係下式(II-1)至(II-3)之化合物 其中R21、R22、皆如請求項2中所定義，前提係式(II-1)不包括以下情形：二者均為。
  6. 如請求項3之轉換元件，其特徵在於式(III)化合物係下式(III-1)至(III-3)之化合物 其中基團R31、R32、Z31、Z32及至皆如請求項3中所定義。
  7. 如請求項3之轉換元件，其特徵在於式(IV)化合物係下式(IV-1)及(IV-2)之化合物 其中R41及R42及皆如請求項3中所定義。
  8. 如請求項1之轉換元件，其特徵在於X在每次出現時相同或不同地選自F及Cl。
  9. 如請求項1之轉換元件，其特徵在於該等式(I)化合物之總濃度介於5%與60%之間。
  10. 如請求項1之轉換元件，其特徵在於該等式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
  11. 如請求項1之轉換元件，其特徵在於不存在佈線、電路及/或轉換網路。
  12. 一種液晶介質，其包含一或多種總濃度為5%至60%之如請求項1之式(I)化合物及至少一種如請求項2之另一式(II)化合物，以便使該等式(I)及(II)化合物之總濃度介於40%與100%之間。
  13. 一種如請求項12之液晶介質之用途，其用於熱響應性光學轉換元件中。
  14. 一種複合系統，其包含如請求項12之液晶介質及聚合物、較佳地微孔聚合物。
  15. 一種如請求項1至11中任一項之轉換元件之用途，其用於調節內部空間與環境之間之輻射能量流。
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