TW201512750A - 用於調節能量通過量之裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於調節能量通過量之裝置，其特徵在於該裝置包含至少兩個切換層S(1)及S(2)，該等切換層中之一者配置在另一者之後，其中該等切換層包含液晶介質，該液晶介質包含至少一種雙色性化合物。

Description

用於調節能量通過量之裝置
本申請案係關於一種用於調節能量通過量之裝置，其特徵在於該裝置包含至少兩個切換層S(1)及S(2)，該等切換層中之一者配置在另一者之後，其中該等切換層包含液晶介質(該液晶介質包含至少一種雙色性化合物)，且其中在該裝置至少一種切換狀態下，該液晶介質之該等分子的對準在層S(1)及S(2)中係不同的。
出於本發明之目的，術語能量尤其意謂在UV-A、VIS及NIR區域中之電磁輻射能量。又特定言之，其意謂非由通常用於窗戶中之材料(例如玻璃)吸收或僅以可忽略之程度吸收之輻射的能量。根據通常所用之定義，UV-A區域意謂波長為320至380nm，VIS區域意謂波長為380nm至780nm，且NIR區域意謂波長為780nm至2000nm。相應地，術語光一般意謂波長在320與2000nm之間的電磁輻射。
出於本申請案之目的，術語液晶介質意謂在某些條件下具有液晶特性之材料。材料較佳在室溫下及在室溫以上及以下之一定溫度範圍內具有液晶特性。液晶介質可包含單一化合物，或其可包含複數種不同化合物。本發明液晶介質通常包含至少一種其分子具有細長形狀(亦即在一個空間方向中比在其他兩個空間方向中明顯更長)之化合物。此空間方向亦稱為分子之縱向軸線。
出於本申請案之目的，雙色性染料意謂吸光化合物，其中吸收特性視分子相對於光偏振方向之定向而定。本申請案之雙色性化合物通常具有細長形狀，亦即該化合物在一個空間方向中比在其他兩個空 間方向中明顯更長。此空間方向亦稱為化合物之縱向軸線。
在用於調節通過表面(例如玻璃表面)之能量通過量的切換裝置的領域中，在過去幾年中已提出多種不同技術解決方案。
一種有利的解決方案為使用包含與一或多種雙色性染料混合之液晶介質的切換層。藉由施加電壓，可在此等切換層中達成雙色性化合物分子之空間定向的變化，造成通過該切換層之透射的變化。例如在WO 2009/141295中描述相應裝置。
或者，如例如在US 2010/0259698中所描述的，此類型之透射變化亦可在無電壓之情況下藉由溫度誘導液晶介質自各向同性狀態轉變為液晶狀態來達成。
該公開案描述使用如上文所述構建且可切換為透射相對較高之狀態及切換為透射相對較低之狀態(裝置之亮態及暗態)的單一切換層。基於此原理之裝置的特徵在於其在亮態與暗態之間的能量通過量僅具有較小差異。此差異亦稱為透射範圍。
在此方面之主要關注點為提供用於調節能量通過量之裝置，該等裝置具有儘可能最大的用於能量調節之能力，亦即藉由其切換來在通過該裝置之能量通過量中實現儘可能最大之差異。其可因此調節例如內部之能量輸入，且因此有效調節此內部之溫度。所需裝置因此不僅實現調節呈可見光形式之能量的通過量，且亦調節呈不可見熱輻射形式之能量的通過量，尤其波長為780nm至2000nm之NIR輻射。
此外所關注的為，另外存在能量透射極高的裝置之亮態。在來自外部之能量照射較低的情況下，此為在能量輸入由裝置調節之內部中達成舒適狀態的唯一方式。
先前技術描述(US 2010/0259698)使用偏光器以增加用於調節能量通過量之切換裝置的透射範圍。然而，此明顯地降低裝置之亮度透射，該情況如上文所提及為非所需的。
在本發明之情形下，目前已發現上述技術目標可藉由提供具有新穎結構的用於調節能量通過量之裝置來達成。
本發明因此係關於一種用於調節通過表面之能量通過量的裝置，其中該裝置包含至少兩個切換層S(1)及S(2)，該等切換層中之每一者包含液晶介質(該液晶介質包含一或多種雙色性化合物)，且其中該裝置包含定向層O(1)、O(2)、O(3)及O(4)，其中該等切換層及定向層在該裝置中以順序O(1)、S(1)、O(2)、O(3)、S(2)、O(4)存在於相互平行之平面中， 其中鄰接於O(2)的S(1)之液晶介質之分子的定向軸線OA(1)*存在於該裝置之至少一種切換狀態下，且鄰接於O(3)的S(2)之液晶介質之分子的定向軸線OA(2)*存在，且定向軸線OA(1)*及OA(2)*不平行於彼此而平行於該等切換層之平面。
迄今為止，在所述領域中未提出此類型之結構，但用於調節能量通過量之裝置的多種不同技術解決方案為當今先前技術中已知的。
此可歸因於必須克服針對此類型結構之技術偏見的事實。此偏見表示用於構建結構之裝置(諸如本發明之裝置)必須具有儘可能最簡單之結構。一般應避免高複雜性，即使在實踐中已展現與較不複雜組件同樣長之壽命。
熟習此項技術者之此意見在土木工程(civil engineering)領域中極其普遍，以至於其已併入技術標準：DIN ISO 15686中。對因素組件品質內之子因素複雜性及其對組件壽命之假設性影響的論述亦參看F.Ritter,Lebensdauer von Bauteilen und Bauelementen-Modellierung und praxisnahe Prognose[Lifetime of Components and Construction Element Modelling and Practical Prognosis]，論文，Darmstadt 2011。
然而，事後認識到，本發明之裝置的優點(高亮透射，伴隨有大透射範圍)明顯彌補了結構複雜之缺點。迄今為止，此兩者均未觀測 到關於壽命之任何缺點。
出於本申請案之目的，向列液晶介質之情況下常用的術語定向軸線用於表示液晶介質之分子之縱向軸線在空間中的平均對準。液晶介質個別分子之縱向軸線的個別對準不必對應於各個別情況下之定向軸線。
根據本發明，裝置之層O(2)及O(3)不必直接彼此依序相接。在本發明之一個較佳實施例中，其間定位有一或多個層，例如一或多個玻璃層。
裝置較佳配置在較大二維結構之開口中，其中該二維結構本身不會讓能量通過，或僅會讓較小程度之能量通過，且其中該開口之能量透射率相對較高。二維結構較佳為壁或內部之另一個外部界限。此外，二維結構較佳覆蓋至少同樣大小之面積，尤佳覆蓋為其中配置本發明之裝置之開口的至少兩倍大的面積。
較佳地，裝置之特徵在於其面積為至少0.05m2、較佳至少0.1m2、尤佳至少0.5m2且極尤佳至少0.8m2。
裝置較佳裝設在建築物、容器、車輛或其他實質上密閉空間的開口中。其尤佳裝設在建築物、容器、車輛或其他實質上密閉空間中的如上文所述能量透射率相對較高之開口中。然而，裝置可用於任何所需內部空間，尤其若此等內部空間與環境間僅具有有限的空氣交換且具有光透射邊界表面，通過該等光透射邊界表面可進行來自外部的呈光能形式之能量輸入。裝置之用途尤其與通過光透射區域(例如通過窗戶區域)經受強烈日曬之內部空間相關。
本發明因此進一步係關於本發明之裝置的用途，其如上文所述用於調節通過實質上能量透射區域進入內部空間中的能量通過量，較佳呈日光形式之能量的通過量。
然而，本發明之裝置亦可用於美觀性房間設計，例如用於光及 顏色效果。亦可進行其信號活動。舉例而言，呈灰色或彩色的包含本發明之裝置的門及壁元件可切換為透明的。此外，裝置亦可包含亮度經調變之白色或彩色平面背光，或使用另一種顏色(例如藍色)之主/客體顯示來調變的彩色平面背光(例如黃色)。亦可藉助於與本發明之裝置組合的自側面照射之光源(諸如白色或彩色LED或LED鏈)來產生其他美觀性效果。在此情況下，本發明之裝置的一個或兩個玻璃側面可為平面的，或具有包含粗糙化或結構化之玻璃的表面元件，以用於耦合輸出光及/或產生光效果。
同為本發明之主題的另一種替代性用途為用於調節光在眼睛上之入射，例如在保護性護目鏡(goggles)、護目鏡(visors)或太陽鏡(sunglasses)中，其中該裝置在一種切換狀態下保持光在眼睛上之入射較少且在另一種切換狀態下不太減少光入射。
裝置表示可切換之裝置。此處裝置之切換意謂改變通過該裝置之能量通過量。此可根據本發明用於調節通過裝置進入位於該裝置後之空間中的能量輸入。
本發明裝置較佳為可以電力切換的。然而，其亦可為純粹可熱切換的，如例如在WO 2010/118422中對用於調節能量通過量之裝置所描述的。
在後一種情況下，切換較佳通過歸因於包含液晶介質之切換層之溫度變化的自向列狀態至各向同性狀態之轉變來進行。
在向列狀態下，液晶介質之分子有序且因此雙色性化合物亦如此，例如歸因於對準層之作用而平行於裝置表面對準。在各向同性狀態下，分子呈無序形式。液晶介質之分子之排序造成雙色性染料之排序。根據雙色性染料分子視相對於光振動平面之對準而具有較高或較低吸收係數的原理，雙色性染料自身之有序與無序存在之間的差異造成通過本發明之裝置的能量通過量之差異。
若裝置為可以電力切換的，則其包含用於藉助於電壓而使切換層之液晶介質之分子對準的構件。在此情況下，其較佳包含四個電極，該等電極之一安設在切換層S(1)之兩個側面中的每一者上，且該等電極之一安設在切換層S(2)之兩個側面中的每一者上。電極較佳由ITO或薄(較佳透明之)金屬及/或金屬氧化物層組成，例如銀或FTO(氟摻雜之氧化錫)或熟習此項技術者已知用於此用途之替代性材料。電極較佳具有電連接。電源供應器較佳藉由電池組、可再充電電池組、超級電容器、或藉由外部電源供應器來提供。
切換操作在藉由液晶介質之分子的常見空間對準來進行電切換的情況下藉由施加電壓來進行。雙色性化合物之分子藉此如上文所解釋同樣對準，以在通過裝置之能量通過量中實現差異。
根據本發明，切換層較佳可以一定方式單獨性地電力切換，以使得僅S(1)或僅S(2)或兩者或兩者中無一可交替經受電場。
施加電場較佳地使液晶介質之分子垂直(vertical)對準，其中垂直應理解為相對於切換層之平面。然而，同樣可能地且在某些情況下，對準亦較佳平行於切換層之平面進行。為進行藉由電場之所需分子對準，電場必須如何設計或液晶介質之分子必須如何設計，此對熟習液晶介質領域之技術者而言為已知的。
在一個較佳實施例中，切換層自吸收較高之狀態(亦即能量通過量較低，其在無電壓之情況下存在)轉化為吸收較低之狀態(亦即能量通過量較高)。液晶介質較佳在兩種狀態下均為向列的。較佳地，無電壓切換狀態之特徵在於液晶介質之分子平行於切換層的表面對準(平面定向)，且因此雙色性化合物之分子亦如此。此較佳藉由相應地選擇定向層來達成。較佳地，處於電壓下之切換狀態的特徵在於液晶介質之分子垂直(perpendicular)於切換層的表面對準(垂直(homeotropic)定向)，且因此雙色性化合物之分子亦如此。
在替代性的同樣較佳之實施例中，切換層自吸收較低(亦即能量通過量較高，其在無電壓之情況下存在)轉化為吸收較高之狀態(亦即能量通過量較低)。液晶介質較佳在兩種狀態下均為向列的。較佳地，無電壓切換狀態之特徵在於液晶介質之分子垂直於切換層的表面對準(垂直定向)，且因此雙色性化合物之分子亦如此。此較佳藉由相應地選擇定向層來達成。較佳地，處於電壓下之切換狀態的特徵在於液晶介質之分子平行於切換層的表面(平面定向)，且因此雙色性化合物之分子亦如此。
在裝置之一個較佳實施例中，切換層S(1)及S(2)就其在無電壓切換狀態下之對準而言為相同的。此處可設想以下兩種情況：在一種情況下，裝置之兩個切換層可均在無電壓切換狀態下平面對準，或在另一種情況下，裝置之兩個切換層可在無電壓切換狀態下均垂直對準。
根據在某些情況下同樣較佳的一個替代性實施例，切換層S(1)及S(2)就其在無電壓切換狀態下之對準而言以例如一定方式不同，以使得液晶介質之分子在該等切換層之一中於無電壓切換狀態下垂直對準，且在該兩個切換層之另一者中於無電壓切換狀態下平面對準。
此外，亦有可能且在某些情況下，切換層就其在於電壓下之切換狀態的對準而言以例如一定方式不同，以使得液晶介質之分子在該等切換層之一中於電壓下之切換狀態下垂直對準，且在該兩個切換層之另一者中於電壓下之切換狀態下平面對準。此情況較佳與切換層S(1)及S(2)就其在無電壓切換狀態下之對準而言不同的上述情況組合。
以下情況較佳：
實施例A-1：
無電壓暗態：S(1)平面，S(2)平面
僅對S(1)有電壓：S(1)垂直，S(2)平面
僅對S(2)有電壓：S(1)平面，S(2)垂直
有電壓之亮態：S(1)垂直，S(2)垂直
實施例A-2：
無電壓亮態：S(1)垂直，S(2)垂直
僅對S(1)有電壓：S(1)平面，S(2)垂直
僅對S(2)有電壓：S(1)垂直，S(2)平面
有電壓之暗態：S(1)平面，S(2)平面
實施例A-3：
無電壓狀態：S(1)垂直，S(2)平面
僅對S(1)有電壓之暗態：S(1)平面，S(2)平面
僅對S(2)有電壓之亮態：S(1)垂直，S(2)垂直
實施例A-4：
無電壓狀態：S(1)平面，S(2)垂直
僅對S(1)有電壓之亮態：S(1)垂直，S(2)垂直
僅對S(2)有電壓之暗態：S(1)平面，S(2)平面
在實施例A-3及A-4中，層S(1)及S(2)可彼此獨立地以電力切換。此等實施例具有以下優點：自在無電壓之情況下存在的介質透射狀態，有可能藉由僅對兩個切換層之一施加電壓來在各情況下切換為較高透射切換狀態或切換為較低透射切換狀態。
較佳的是，層S(1)及S(2)之各別切換對實施例A-1及A-2亦為可能的。在此等實施例中，介質透射之切換狀態可藉由在各情況下自兩個層S(1)及S(2)之一切換來進行。
根據一個較佳實施例，本發明之裝置的特徵在於其自身產生使切換層切換所需之所有能量。裝置因此較佳為自給的，且不需要任何外部供應之能量。為此目的，其較佳地包含用於將光能轉化為電能之裝置，尤佳太陽能電池。
在本發明之一個較佳實施例中，用於將光能轉化為電能之該裝置電連接至用於本發明裝置之電切換的構件。藉由太陽能電池提供能量可直接或間接地，亦即藉助於在兩者之間連接的電池組或可再充電電池組或用於儲存能量之其他單元來進行。如例如在WO 2009/141295中所揭示的，太陽能電池較佳應用於裝置外部或裝置內部。優先考慮使用在漫射光之情況下尤其有效的太陽能電池及透明太陽能電池。舉例而言，有可能在本發明之裝置中使用矽太陽能電池或有機太陽能電池。
若本發明之裝置包含用於將光能轉化為電能之裝置，則此裝置較佳包含光波導系統，該光波導系統將光自切換層引導至將光能轉化為電能之單元中。
此類型之光波導系統較佳如WO 2009/141295中所描述來構造。光波導系統收集及集中撞擊裝置之光。其較佳收集及集中由包含液晶介質之可切換層中螢光雙色性染料所發射的光。光波導系統與用於將光能轉化為電能之裝置(較佳太陽能電池)接觸，以使得所收集之光以經集中之形式撞擊該後一裝置。光波導系統較佳經由全內反射來引導光。較佳地，裝置之特徵在於光導系統具有至少一個波長選擇性鏡，該反射鏡較佳選自一或多種膽固醇型液晶層。
本發明之裝置構建自一個層平躺在另一個層頂部上的複數個層。其較佳具有按以下順序之層狀結構，其中該等層尤佳直接鄰接於彼此：
- 基板層，該基板層較佳包含玻璃或聚合物
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 定向層O(1)
- 切換層S(1)
- 定向層O(2)
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 基板層，該(等)基板層較佳包含玻璃或聚合物
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 定向層O(3)
- 切換層S(2)
- 定向層O(4)
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 基板層，該基板層較佳包含玻璃或聚合物。
此類型之層狀結構顯示在圖1中。在層O(2)與O(3)之間亦可存在兩個或兩個以上基板層，或由一個間隙分離之恰好兩個基板層。
層O(1)、S(1)及O(2)較佳直接彼此依序相接。此外，層O(3)、S(2)及O(4)較佳直接彼此依序相接。
在一個較佳實施例中，本發明之裝置為窗戶、尤佳包含至少一個玻璃表面之窗戶、極尤佳包含多片(multipane)絕緣玻璃之窗戶的組成部分。
此處窗戶尤其意謂建築中之結構，該建築包含框架及由此框架圍繞之至少一個玻璃片。其較佳包含熱絕緣框架及兩個或兩個以上玻璃片(多片絕緣玻璃)。
根據一個較佳實施例，本發明之裝置直接應用於窗戶之玻璃表面上，尤佳應用於在多片絕緣玻璃之兩個玻璃片之間的間隙中。
若本發明之裝置為窗戶或類似裝置之組成部分，則該窗戶之第一玻璃片較佳由該裝置之玻璃片形成，以使得包含該裝置之窗戶的層順序如下：
- 玻璃層
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 定向層O(1)
- 切換層S(1)
- 定向層O(2)
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 基板層，該基板層較佳包含玻璃或聚合物
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 定向層O(3)
- 切換層S(2)
- 定向層O(4)
- 導電透明層，較佳為ITO層
- 玻璃層
- 密封間隙，該間隙由絕緣氣體(例如惰性氣體)填充
- 玻璃層。
窗戶較佳以一定方式配置，以使得首先提及之層鄰接於外部且最後提及之層鄰接於內部。然而，反向配置亦為可能的且在某些條件下可為較佳的。
窗戶之上述層順序可由其他層補充，諸如另外之玻璃層或保護性層，例如針對UV輻射、針對NIR輻射、針對VIS輻射及/或針對物理損壞之保護性層、或具有例如針對NIR光之反射功能的層。此等層之個別功能亦可在一個層中組合。因此，舉例而言，導電性及NIR反射之功能可藉由一個且同一個層來達成。
包含本發明之裝置的窗戶基本上亦可藉由改裝現存窗戶來獲得。
本申請案進一步係關於一種窗戶，其較佳具有上文所指明之較佳特徵。
根據本發明，液晶介質之分子的定向軸線OA(1)*及OA(2)*在至少一種切換狀態下未平行於彼此配置。對定向軸線OA(1)*及OA(2)*而 言，其在此至少一種切換狀態下與彼此較佳形成50°-90°之角度、尤佳70°-90°之角度且極尤佳85°-90°之角度。
根據一個較佳實施例，液晶介質之分子的定向軸線OA(1)*在整個切換層S(1)中均勻存在。類似地，根據一個較佳實施例，液晶介質之分子的定向軸線OA(2)*在整個切換層S(2)中均勻存在。然而，亦可能發生以下情況：定向軸線OA(1)*僅存在於切換層S(1)鄰接於定向層O(2)之區域中，及/或定向軸線OA(2)*僅存在於切換層S(2)鄰接於定向層O(3)之區域中。在此情況下，較佳在切換層內存在定向軸線之扭轉配置。
在OA(1)*與OA(2)*之間的角度(亦即其非平行度)較佳在裝置之無電壓切換狀態下(亦即在未施加電場之情況下)存在。在此情況下，由層S(1)及S(2)中液晶介質之分子之定向軸線與彼此形成的角度較佳藉由鄰接於該層之定向層來實現，亦即藉由O(1)及O(2)(對S(1))來實現且因此形成OA(1)*，且藉由O(3)及O(4)(對S(2))來實現且因此形成OA(2)*。
然而，角度亦可在裝置的電壓下之切換狀態下，亦即在電場作用下存在。在此情況下，電場使液晶介質之分子與切換層之平面成平面對準。為此目的，根據本發明，藉由在無電壓切換狀態下將定向層O(1)及O(2)(對S(1))與定向層O(3)及O(4)(對S(2))相比較所限定的不同設定之預傾角來達成使液晶介質之分子並非完全垂直於切換層之平面，而實際上具有微小角度(預傾角)。若隨後藉由施加電場來強制進行與切換層平面之平行對準，則對準以一定方式進行，以使得定向軸線持續存在於該定向軸線的平面中，如在預傾角存在下存在於垂直狀態下。定向層O(1)及O(2)(對S(1))及定向層O(3)及O(4)(對S(2))因此亦在此實施例中分別間接限定定向軸線OA(1)*及OA(2)*。
在另一個替代中，在OA(1)*與OA(2)*之間的角度可能存在於切換 狀態下，其中兩個切換層之一處於無電壓切換狀態下且該兩個切換層之另一者處於電壓下之切換狀態下。
裝置中之定向層O(2)及O(3)較佳以一定方式設計，以使得其各自實現鄰接於該定向層之液晶介質之分子的不同定向軸線。
其較佳係以兩種可能切換狀態中之恰好一者實現此定向。此切換狀態較佳為裝置之無電壓切換狀態。此外，較佳地，此狀態下之液晶介質存在於液晶相中，較佳向列液晶相中。
處於無電壓切換狀態下之層O(2)及O(3)較佳實現鄰接液晶介質之分子的平面對準。根據此項技術中之通用定義，平面對準意謂液晶介質之分子的最長軸線平行於定向層之平面。
然而，或者，處於無電壓切換狀態下之層O(2)及O(3)亦有可能實現鄰接液晶介質之分子的垂直對準。根據此項技術中之通用定義，垂直對準意謂液晶介質之分子的最長軸線垂直於定向層之平面。
此外，以下情況亦為可能的：兩個定向層O(2)及O(3)其中之一實現鄰接液晶介質之分子的垂直對準，且該兩個定向層O(2)及O(3)中之另一者則實現鄰接液晶介質之分子的平面對準。
下文更詳細地描述如上呈現之實施例A-1的尤佳變型： 優先考慮由層O(2)及O(3)以一定方式實現之對準，該方式使得鄰接於相應層的液晶介質之分子之定向軸線在各情況下相對於彼此扭轉50°-90°之角度，尤佳70°-90°之角度，且極尤佳85°-90°之角度。此類型之尤佳配置顯示在圖2中，其中鄰接於定向層之各別液晶介質之分子的定向軸線由雙箭頭指示。
雙箭頭考慮定向軸線不具有方向之情形。因此，大於90°之角度具有其小於90°之角度的等效對應物。
在定向軸線之間大於90°的角度不可能符合定義，因為在箭頭兩端之間未進行區別，對應於在液晶介質之分子的情況下，其中僅在一 個縱向軸線與兩個橫向軸線之間進行區別。
在本發明之一個較佳實施例A-1-1中，結合同一切換層之兩個定向層各自以一定方式設計，以使得其基本上實現該切換層之液晶介質之分子的相同定向軸線。此類型之偏好配置因此實現定向軸線之以下大致角度，對O(1)自0°開始：
O(1)：0°
O(2)：0°
O(3)：90°
O(4)：90°
此類型之配置圖解顯示在類似於圖2之圖3中。在所示情況下，OA(1)*之角度為0°且OA(2)之角度為90°，以使得其圍成90°之角度。
在本發明之一個替代性的同樣較佳之實施例中，結合同一切換層之兩個定向層以一定方式設計，以使得由其實現的液晶介質之分子之定向軸線相對於彼此扭轉。其較佳與彼此形成50°-90°之角度，尤佳70°-90°之角度，且極尤佳85°-90°之角度。
此尤佳與上述與由O(2)及O(3)實現之定向軸線角度相關的偏好組合。此類型之偏好配置A-1-2因此實現定向軸線之以下大致角度，對O(1)自0°開始：
O(1)：0°
O(2)：90°
O(3)：0°
O(4)：90°
此類型之配置圖解顯示在類似於圖2之圖4中。在所示情況下，OA(1)*之角度為90°且OA(2)之角度為0°，以使得其圍成90°之角度。
應指出，亦可採用類似大小之角度(例如80°)，而非90°之扭轉角。
此外，其中O(1)及O(2)實現90°之扭轉但O(3)及O(4)未實現扭轉的一個實施例亦為可能且較佳的。此類型之偏好配置A-1-3因此實現定向軸線之以下大致角度，對O(1)自0°開始：
O(1)：0°
O(2)：90°
O(3)：0°
O(4)：0°
此類型之配置圖解顯示在類似於圖2之圖5中。在所示情況下，OA(1)*之角度為90°且OA(2)之角度為0°，以使得其圍成90°之角度。
應指出，亦可採用類似大小之角度(例如80°)，而非90°之扭轉角。
最後，其中O(3)及O(4)實現90°之扭轉但O(1)及O(2)未實現扭轉的一個實施例亦為可能且較佳的。此類型之偏好配置A-1-4因此實現定向軸線之以下大致角度，對O(1)自0°開始：
O(1)：0°
O(2)：0°
O(3)：90°
O(4)：0°
此類型之配置圖解顯示在類似於圖2之圖6中。在所示情況下，OA(1)*之角度為0°且OA(2)之角度為90°，以使得其圍成90°之角度。
應指出，亦可採用類似大小之角度(例如80°)，而非90°之扭轉角。
切換層中一或多種雙色性化合物之分子較佳基本上以與液晶介質之分子相同的方式對準。為進行此相同對準，熟習此項技術者知道如何選擇液晶介質及雙色性化合物。
在施加有電壓之切換狀態下，液晶介質之分子較佳實質上垂直 於層平面對準。為達成此，熟習此項技術者知道如何視所選擇之液晶介質而定來施加電壓。
亦有可能如例如在US 2010/0259698中所描述的，自如上文所述之裝置的暗態開始，藉由轉變為切換層之液晶介質之分子的各向同性狀態來達成相對更亮之切換狀態。此處施加電壓並非必需的。
對定向層O(1)及O(2)對而言，較佳由兩個定向層來實現液晶介質之分子的平面對準，或由該兩者來實現液晶介質之分子的垂直對準。尤佳地，兩個定向層實現鄰接於定向層之層S(1)的液晶介質之分子的完全相同之定向軸線。然而，亦可發生兩個定向層實現不同定向軸線的情況。此造成切換層S(1)內之定向軸線形成扭轉配置。
對定向層O(3)及O(4)對而言，較佳由兩個定向層來實現液晶介質之分子的平面對準，或由該兩者來實現液晶介質之分子的垂直對準。尤佳地，兩個定向層實現鄰接於定向層之層S(2)的液晶介質之分子的完全相同之定向軸線。然而，亦可發生兩個定向層實現不同定向軸線的情況。此造成切換層S(2)內之定向軸線形成扭轉配置。
用於本發明之裝置中的定向層可為熟習此項技術者已知用於此目的之任何所需層。優先考慮聚醯亞胺層，尤佳包含摩擦聚醯亞胺之層。若分子平行於定向層(平面對準)，則以熟習此項技術者已知之一定方式摩擦的聚醯亞胺導致液晶介質之分子在摩擦方向中對準。此處液晶介質之分子較佳不與定向層完全共平面，而實際上具有微小預傾角。為達成液晶介質之化合物與定向層之表面之垂直(vertical)對準(垂直(homeotropic)對準)，以一定方式處理之聚醯亞胺較佳用作定向層之材料(聚醯亞胺用於極高預傾角)。此外，藉由暴露於偏振光之過程而獲得的聚合物可用作定向層，以達成液晶介質之化合物與定向軸線一致的對準(光對準)。
下文指定之切換層的較佳特徵較佳適用於切換層S(1)且亦適用於 切換層S(2)。
此外，就其化學成分而言，切換層S(1)及S(2)一般較佳具有相同結構且其一般較佳具有相同物理特性。
較佳地，切換層S(1)及S(2)之特徵在於其各向異性程度R為0.7至0.9，尤佳0.7至0.85，且極尤佳0.75至0.8。
切換層之各向異性程度R根據式R=[E(p)-E(s)]/[E(p)+2×E(s)]，自在分子平行於偏振光之振動平面對準的情況下的吸光度之量測值E(p)及在分子垂直於偏振光之振動平面對準的情況下的吸光度之量測值E(s)計算。待使用之精確方法在實施例(working example)中指明。
此外，較佳地，切換層在亮態下之光透射程度τv亮為至少40%，較佳至少50%，尤佳至少60%，且極尤佳至少70%。
切換層在亮態下之光透射程度τv亮以百分比形式指示。其自在裝置之亮態下的切換層之光透射程度相對於作為參考物的具有無染料切換層之裝置的比來計算。其根據歐洲標準EN410，方程式(1)(鑲嵌玻璃之發光及太陽能特徵的測定)來在考慮標準施照體之相對光譜分佈及標準觀測器之光譜亮度敏感程度的情況下自光譜透射度測定。待使用之精確方法在實施例中指明。
切換層之厚度較佳在1與100μm之間，尤佳在5與50μm之間。此外，切換層S(1)及S(2)較佳具有相同厚度。
較佳地，裝置之特徵在於切換層包含三種或三種以上不同雙色性化合物。
此外，較佳地，雙色性化合物中之至少一者發光，較佳為螢光。由化合物吸收之光能再發射為尤佳的，以例如藉助於太陽能電池來將該光能用於能量回收。
此處之螢光意謂化合物藉由吸收具有一定波長之光而處於電子激發態下，其中該化合物隨後藉由光發射而轉變為基態。發射光之波 長較佳比吸收光更長。此外，自激發態至基態之轉變較佳為自旋容許的，亦即在無自旋之變化的情況下進行。此外，螢光化合物之激發態的壽命較佳短於10-5秒、尤佳短於10-6秒、極尤佳在10-9與10-7秒之間。
根據一個替代性實施例，在某些條件下，雙色性化合物無螢光可同樣為較佳的。
液晶介質中雙色性染料之吸收光譜較佳以一定方式彼此互補，以使得眼睛出現黑色之印象。液晶介質之兩種或兩種以上雙色性染料較佳覆蓋可見光譜之較大部分。此較佳經由至少一種吸收紅光、至少一種吸收綠光至黃光及至少一種吸收藍光之雙色性染料來達成。
可製備對眼睛呈現黑色或灰色之染料之混合物的精確方式為熟習此項技術者已知的，且描述於例如Manfred Richter,Einführung in die Farbmetrik[Introduction to Colorimetry]，第2版，1981,ISBN 3-11-008209-8,Verlag Walter de Gruyter & Co中。
此外，雙色性染料較佳主要吸收UV-VIS-NIR區域中(亦即320至2000nm之波長範圍內)的光。此處之UV光、VIS光及NIR光如上文所定義。雙色性染料之吸收最大值尤佳在400至1300nm之範圍內。
所有雙色性染料一起在液晶介質中之比例較佳為總計0.01至10重量%，尤佳0.1至7重量%，且極尤佳0.2至7重量%。個別雙色性染料之比例較佳為0.01至10重量%，較佳0.05至7重量%，且極尤佳0.1至7重量%。
此外，雙色性染料較佳選自指明於B.Bahadur,Liquid Crystals-Applications and Uses，第3卷，1992,World Scientific Publishing，第11.2.1章中之染料類別，且尤佳選自在其中呈現之表中所給出的明確化合物。
較佳至少一種雙色性化合物，尤佳所有雙色性化合物係選自偶 氮化合物、蒽醌、次甲基化合物、甲亞胺化合物、部花青素化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮、聯四芮、高碳數芮、苯并噻二唑、二酮基吡咯并吡咯、方酸及吡咯亞甲基，例如硼-二吡咯亞甲基(BODIPY)。
尤佳至少一種雙色性化合物，極尤佳所有雙色性化合物係選自偶氮染料、苝、聯三芮、苯并噻二唑及二酮基吡咯并吡咯。
較佳方酸染料符合下式(I)，且較佳硼-二吡咯亞甲基染料符合下式(II)，
其中A1在每次出現時均相同或不同地為脂族環、雜脂族環、芳環或雜芳環，其可經一或多個基團R1取代；Z1在每次出現時均相同或不同地選自單鍵、-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-及-CH2O-；R1在每次出現時均相同或不同地為任何所需有機基團；及n在每次出現時均相同或不同地為1、2、3、4或5；且式(I)及(II)之結構在各情況下可在任何自由位置處經基團R1取代。
A1在每次出現時較佳均相同或不同地視情況經1,4-伸環己基或 1,4-伸苯基取代。
指數n在每次出現時較佳均相同或不同地為1、2或3。
R1在每次出現時較佳均相同不同地為H、D、F、Cl、CN、R2-O-CO-、R2-CO-O-、或具有1至10個C原子之烷基或烷氧基、或具有2至10個C原子之烯基，其中R2為具有1至10個C原子之烷基或具有5至20個C原子之芳基或雜芳基。
蒽醌染料描述於例如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及DE 3201120中，萘醌染料描述於例如DE 3126108及DE 3202761中，偶氮染料描述於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及M.Wada：Mol.Cryst.Lig.Cryst.39,39-52(1977)及H.Seki,C.Shishido,S.Yasui及T.Uchida：Jpn.J.Appl.Phys.21,191-192(1982)中，苝描述於EP 60895、EP 68427及WO 82/1191中，硼-吡咯亞甲基描述於A.Loudet等人，Chem.Rev.2007,4891-4932中，且方酸描述於K.Law等人，Chem.Rev.1993,449-486中。
極尤其優先考慮如例如揭示於EP 2166040、US 2011/0042651、EP 68427、EP 47027、EP 60895、DE 3110960及EP 698649中之芮染料。
此外，極尤其優先考慮如例如揭示於目前未公開申請案EP 13002711.3中之苯并噻二唑。
此外，極尤其優先考慮如例如揭示於目前未公開申請案EP 13005918.1中之二酮基吡咯并吡咯。
可存在於液晶介質中之較佳雙色性染料的實例係描繪於下表中。
根據本發明，裝置之切換層包含液晶介質。
液晶介質較佳在裝置操作溫度下為向列液晶。其尤佳在裝置操作溫度以上及以下+-20℃之範圍內、極尤佳在+-30℃之範圍內為向列液晶。
此外，較佳地，液晶介質在70℃至170℃、較佳地90℃至160℃、尤佳95℃至150℃且極尤佳105℃至140℃之溫度範圍內具有清澈點， 較佳自向列液晶狀態至各向同性狀態之相變。
此外，液晶介質之介電各向異性△ε較佳大於3、尤佳大於7。
或者，液晶介質之介電各向異性△ε可較佳小於-2、較佳小於-3。
此外，較佳地，液晶介質包含3至20種不同化合物、較佳8至18種、尤佳10至16種不同化合物。
此外，液晶介質之光學各向異性(△n)較佳為0.01至0.3、尤佳0.04至0.27。
此外，液晶介質之比電阻較佳大於1010ohm×cm。
可用作液晶介質之組成成分的化合物為熟習此項技術者已知的且可自由選擇。
此外，液晶介質較佳包含至少一種含有基於1,4-伸苯基及1,4-伸環己基之結構要素的化合物。切換層之液晶介質尤佳包含至少一種含有2、3或4個、尤佳3或4個基於1,4-伸苯基及1,4-伸環己基之結構要素的化合物。
液晶介質可包含一或多種對掌性摻雜劑。此等摻雜劑隨後較佳以0.01至3重量%、尤佳0.05至1重量%之總濃度存在。為獲得較高扭轉值，對掌性摻雜劑之總濃度亦可選為高於3重量%，較佳多至10重量%之最大值。
液晶介質較佳包含一或多種穩定劑。穩定劑之總濃度較佳在全部混合物的0.00001與10重量%之間、尤佳在0.0001與1重量%之間。
較佳地，裝置之特徵在於其不包含基於聚合物之偏光器、尤佳不包含固體材料相之偏光器且極尤佳完全不包含偏光器。
然而，根據一個替代性實施例，裝置亦可包含一或多個偏光器。在此情況下，線性偏光器較佳。
若存在恰好一個偏光器，則其吸收方向較佳在其上定位有偏光器之切換層的側面上垂直於本發明之裝置的液晶介質之化合物的定向 軸線。
在本發明裝置中，可採用吸收以及反射偏光器兩者。優先考慮係使用呈薄光學膜形式之偏光器。可用於本發明裝置中的反射偏光器之實例為DRPF(漫射反射偏光膜，3M)、DBEF(雙重亮度增強膜，3M)、DBR(層化聚合物分佈布拉格反射器(Bragg reflector)，如US 7,038,745及US 6,099,758中所描述)及APF膜(高級偏光膜，3M，參看Technical Digest SID 2006,45.1、US 2011/0043732及US 7023602)。此外，可能採用反射紅外光的基於線柵之偏光器(WGP，線柵偏光器)。可用於本發明裝置中的吸收偏光器之實例為Itos XP38偏光膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏光膜。可根據本發明使用之圓形偏光器的實例為APNCP37-035-STD偏光器(American Polarizers)。另一個實例為CP42偏光器(ITOS)。
此外，裝置可包含保護性層，例如針對UV輻射、針對NIR輻射、針對VIS輻射及/或針對物理損壞之保護性層。
代替用於基板層之上述材料(玻璃及聚合物)，亦可採用具有類似特性之其他材料。基板層之較佳材料為玻璃或聚合物PET、PEN、PVB或PMMA。
此外，本發明裝置較佳包含一或多個具有抗反射塗層之玻璃層。抗反射塗層可藉由薄膜技術之塗佈方法加以製造。此等方法包括例如物理氣相沈積，諸如熱蒸發及濺鍍沈積。抗反射塗層可藉由單層系統或藉由多層系統來達成。在本發明裝置中，至少鄰接於外部環境(亦即直接暴露於入射日光中)之玻璃層較佳具有抗反射塗層。
1‧‧‧基板層，較佳包含玻璃或聚合物
2‧‧‧導電層
3‧‧‧定向層O(1)
4‧‧‧切換層S(1)
5‧‧‧定向層O(2)
6‧‧‧定向層O(3)
7‧‧‧切換層S(2)
8‧‧‧定向層O(4)
圖1顯示本發明之裝置的較佳層順序。
圖2藉助於雙箭頭顯示，對裝置之一個較佳實施例而言，直接鄰接於定向層O(2)及O(3)之液晶介質的分子之不同定向軸線。
圖3藉助於雙箭頭顯示，對裝置之一個較佳實施例A-1-1而言，直接鄰接於定向層O(1)、O(2)、O(3)及O(4)之液晶介質的分子之不同定向軸線，其中O(1)及O(2)之該等定向軸線在各情況下為相同的，且O(3)及O(4)之該等定向軸線在各情況下為相同的。
圖4藉助於雙箭頭顯示，對裝置之一個較佳實施例A-1-2而言，直接鄰接於定向層O(1)、O(2)、O(3)及O(4)之液晶介質的分子之不同定向軸線，其中O(1)及O(2)之該等定向軸線在各情況下相對於彼此扭轉90°，且O(3)及O(4)之該等定向軸線在各情況下相對於彼此扭轉90°。
圖5藉助於雙箭頭顯示，對裝置之一個較佳實施例A-1-3而言，直接鄰接於定向層O(1)、O(2)、O(3)及O(4)之液晶介質的分子之不同定向軸線，其中O(1)及O(2)之該等定向軸線在各情況下相對於彼此扭轉90°，且O(3)及O(4)之該等定向軸線在各情況下為相同的。
圖6藉助於雙箭頭顯示，對裝置之一個較佳實施例A-1-4而言，直接鄰接於定向層O(1)、O(2)、O(3)及O(4)之液晶介質的分子之不同定向軸線，其中O(1)及O(2)之該等定向軸線在各情況下為相同的，且O(3)及O(4)之該等定向軸線在各情況下相對於彼此扭轉90°。
以下藉助於縮寫(字首)來再現液晶化合物之結構。此等縮寫於WO 2012/052100(第63-89頁)中明確呈現及解釋，因此參考該公開申請案來解釋本申請案中之縮寫。
所有物理特性根據「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」,Status Nov.1997,Merck KGaA,Germany來測定，且適用於20℃之溫度。除非在各情況下另外明確指明，否則△n之值在589nm下測定，且△ε之值在1kHz下測定。
A)裝置之製造及所獲得之結果
製造本發明之裝置E-1至E-15及比較裝置V-1至V-15。
本發明裝置具有以下的層順序，由反向平行摩擦之兩個交叉主-客體單元(單元1及單元2)組成。
單元1
a)玻璃層，其包含來自Corning之拋光1.1mm鈉鈣玻璃
b)ITO層，200埃
c)對準層，其包含來自JSR之聚醯亞胺AL-1054，300埃，反向平行摩擦
d)液晶層(組成指定如下)，24.3μm
e)與c)一樣
f)與b)一樣
g)與a)一樣
單元2
結構與單元1相同，直接配置在單元1之後，但繞垂直通過該等層之軸線相對於單元1旋轉90°。
ITO層相應地具有觸點以成為可以電力切換的。
或者，與上述配置之不同處僅在於以下事實的等效配置(TN單元)為可能的：各個別單元之定向層對並非反向平行摩擦，而實際上在各情況下在其摩擦方向中相對於彼此扭轉90°。單元1之第二定向層的摩擦方向相對於單元2之第一(亦即後續)定向層的摩擦方向旋轉90°。四個定向層之間的角度因此如下：單元1之兩個定向層之間為90°；單元1之定向層2與單元2之定向層1之間為90°；單元2之兩個定向層之間為90°。換言之，本發明之配置因此以一定方式設計，以使得單元1及單元2在各情況下不繞垂直通過該等層之軸線相對於彼此旋 轉。
如上文所述，比較裝置僅由單元1組成。
所獲得之結果顯示，對相同亮度透射而言，在用本發明之裝置 (E-1至E-15)的所有情況下所獲得之透射範圍值均比用僅包含單一主-客體層(V-1至V-15)之情況明顯更好。
舉例而言，用本發明裝置E-3及E-13可達成極佳亮度透射(分別75.7%及80.9%)以及較大範圍(分別50.0%及54.0%)。該等值無法用比較裝置來達成，如由具有所有比較實例中之最大透射範圍的實例V-4所示。在V-4之情況下，亮度透射類似於在E-3之情況下，但範圍明顯地更小(33.3%)。
如由實例E-2及E-12(36.7%及38.2%範圍)與V-3、V-9及V-13(範圍僅在20%與30%之間)相比較所示，即使在極高亮度透射之情況下，用本發明之裝置達成的範圍仍比用比較裝置更大。
若液晶層之各向異性程度較高，則透射範圍達成尤其極佳值。切換層之各向異性程度較高與使用兩個切換層之組合具有明顯地超過個別效果之總和的效果。裝置V-10與V-15之比較顯示，經由單獨增加各向異性僅達成介於24.6%至32.5%之範圍內的透射增加(對V-10為0.49，與對V-15為0.77相比較)。對裝置E-10/V-10而言，經由自單一切換層變為本發明之雙切換層僅達成類似程度之增加。相比之下，若使用較高程度之各向異性以及本發明之雙層，則透射範圍自24.6%增加至45.9%，亦即幾乎加倍(V-10與E-15相比較)。
另一個出人意料之研究結果為：如由實例E-1至E-4、E-9、E-12至E-15所示，若根據本發明使用兩個切換層，則即使用較高亮度傳輸(大於45%，較佳大於55%，尤佳大於65%)，透射範圍仍可達成良好結果。對基於主-客體單元的用於調節能量通過量之切換裝置而言，迄今未報告較高亮度透射及較大透射範圍之組合。然而，此等兩種特性之組合為作為可切換窗戶使用之裝置的主要關注點。
B)液晶混合物之組成及所用染料之結構
C)用於測定參數τv亮(亮態下之光透射程度)、透射範圍及各向異性程度R的方法
1)亮態下之光透射程度τv亮以百分比形式指示。其自在裝置(裝置包含兩個單元，該等單元各自包含兩個玻璃片，在該兩者之間配置有定向層及包含雙色性染料之液晶介質)之亮態下的光譜透射度與作為參考物的在液晶介質中無染料但在其他方面相同的裝置相比來計算。此處之光譜透射度使用Perkin Elmer Lambda 1050UV光譜儀來量測。
此處亦有可能針對空氣(作為參考物)來量測。在此情況下，所獲得的光透射之亮度及暗度值減小。然而，此處本發明之定性效果不變。
光透射程度τv亮根據歐洲標準EN410，方程式(1)(鑲嵌玻璃之發光及太陽能特徵的測定)來計算。根據此標準之光透射程度τv亮考慮標準施照體之相對光譜分佈及標準觀測器之光譜亮度敏感程度。
2)透射範圍以百分比形式指示。其表示切換層在裝置之亮態下之光透射程度(τv亮)與切換層在裝置之暗態下之光透射程度(τv暗)之間的差異。此處值τv暗藉由上文所指明的用於量測τv亮之方法在將裝置切換為暗態時進行測定。
3)切換層之各向異性程度R在550nm下自包含兩個玻璃片(在該兩者之間配置有對準層及包含雙色性染料之液晶介質且其中該等染料分子平行對準)之裝置的吸光度E(p)值及(其中該等染料分子垂直對準之)相同裝置的吸光度E(s)值來測定。染料分子之平行對準藉由對準層 來達成。裝置之吸光度相對於不包含染料但其他構造相同之裝置來進行量測。量測使用偏振光來進行，該偏振光之振動平面在一種情況下平行於對準方向(E(p))振動且在後續量測中垂直於對準方向(E(s))振動。樣品在量測期間不切換或旋轉。E(p)及E(s)之量測因此藉助於旋轉入射偏振光之振動平面來進行。
詳言之，所遵循程序如下所述：用於量測E(s)及E(p)之光譜係使用Perkin Elmer Lambda 1050UV光譜儀加以記錄。光譜儀安裝有針對量測及參考光束兩者之250nm-2500nm波長範圍的格蘭-湯普森偏光器(Glan-Thompson polariser)。兩個偏光器是由步進馬達控制且在相同方向上對準。偏光器之偏光方向的變化(例如自0°至90°之轉換)對於量測及參考光束始終同步且在相同方向中進行。個別偏光器之對準可使用描述於T.Karstens,University of Würzburg,1973之論文中的方法來測定。在此方法中，偏光器相對於對準之雙色性樣品以5°梯級旋轉，且吸光度在固定波長下(較佳在最大吸收區域中)記錄。對各偏光器位置執行新零線。
為量測兩個雙色性光譜E(p)及E(s)，將包覆有來自JSR之聚醯亞胺AL-1054的經反向平行摩擦之測試單元定位於量測及參考光束兩者中。兩個測試單元應選擇為相同層厚度，通常15-25μm。含有純液晶介質之測試單元定位於參考光束中。含有雙色性染料於液晶介質中之溶液的測試單元定位於量測光束中。用於量測及參考光束之兩個測試單元以相同對準方向安設於射線路徑中。為確保光譜儀之最大可能精確性，確保E(p)在其最大吸收之波長範圍內，較佳在0.5與1.5之間。此對應於30%-5%之透射。此藉由相應調整層厚度及/或染料濃度來設定。
各向異性程度R根據下式自E(p)及E(s)之量測值計算R=[E(p)-E(s)]/[E(p)+2×E(s)]， 如尤其指明於「Polarized Light in Optics and Spectroscopy」,D.S.Kliger等人，Academic Press,1990中。
1‧‧‧基板層，較佳包含玻璃或聚合物
2‧‧‧導電層
3‧‧‧定向層O(1)
4‧‧‧切換層S(1)
5‧‧‧定向層O(2)
6‧‧‧定向層O(3)
7‧‧‧切換層S(2)
8‧‧‧定向層O(4)

Claims (20)

  1. 一種用於調節通過表面之能量通過量的裝置，其中該裝置包含至少兩個切換層S(1)及S(2)，該等切換層中之每一者包含液晶介質，該液晶介質包含一或多種雙色性化合物，且其中該裝置包含定向層O(1)、O(2)、O(3)及O(4)，其中該等切換層及定向層在該裝置中以順序O(1)、S(1)、O(2)、O(3)、S(2)、O(4)存在於相互平行之平面中，其中鄰接於O(2)的S(1)之液晶介質之分子的定向軸線OA(1)*存在於該裝置之至少一種切換狀態下，且鄰接於O(3)的S(2)之液晶介質之分子的定向軸線OA(2)*存在，且定向軸線OA(1)*及OA(2)*不平行於彼此而平行於該等切換層之平面。
  2. 如請求項1之裝置，其中該裝置裝設在建築物、容器、車輛或另一實質上密閉空間的開口中。
  3. 如請求項1或2之裝置，其中該裝置為可以電力切換的。
  4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該裝置具有四個電極，該等電極之一是裝設在該兩個切換層中之每一者的各側面上。
  5. 如請求項1至4中任一項之裝置，其中該等切換層為可以單獨性地以電力切換的。
  6. 如請求項1至5中任一項之裝置，其中該液晶介質之該等分子藉由施加電場而與該等切換層之平面垂直對準。
  7. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中兩個切換層S(1)及S(2)在無電壓切換狀態下均具有平面對準的該液晶介質之該等分子，或其中兩個切換層S(1)及S(2)在該無電壓切換狀態下均具有垂直(homeotropic)對準的該液晶介質之該等分子。
  8. 如請求項1至6中任一項之裝置，其中該兩個切換層S(1)及S(2)之 一在無電壓切換狀態下具有垂直對準的該液晶介質之該等分子，而該兩個切換層S(1)及S(2)中之另一者在該無電壓切換狀態下具有平面對準的該液晶介質之該等分子。
  9. 如請求項1至8中任一項之裝置，其中該裝置具有用於將光能量轉化為電能之裝置，較佳為太陽能電池。
  10. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中該裝置具有按以下順序之層狀結構，其中該等層較佳直接鄰接於彼此：基板層，該基板層較佳包含玻璃或聚合物導電透明層，較佳為ITO層定向層O(1)切換層S(1)定向層O(2)導電透明層，較佳為ITO層基板層，該(等)基板層較佳包含玻璃或聚合物導電透明層，較佳為ITO層定向層O(3)切換層S(2)定向層O(4)導電透明層，較佳為ITO層基板層，該基板層較佳包含玻璃或聚合物。
  11. 如請求項1至10中任一項之裝置，其中定向軸線OA(1)*及OA(2)*與彼此形成50°-90°之角度，較佳70°-90°之角度，且尤佳85°-90°之角度。
  12. 如請求項1至11中任一項之裝置，其中該裝置之其中定向軸線OA(1)*及OA(2)*不平行於彼此而平行於該等切換層之平面的該至少一種切換狀態存在於該裝置之無電壓切換狀態下。
  13. 如請求項1至12中任一項之裝置，其中定向層O(2)及O(3)以一定方式設計，以使得其各自實現鄰接於該定向層之該液晶介質之該等分子的不同定向軸線。
  14. 如請求項1至13中任一項之裝置，其中層O(2)及O(3)在該無電壓切換狀態下實現該液晶介質之該等分子的平面對準。
  15. 如請求項1至14中任一項之裝置，其中定向層O(1)及O(2)均實現該液晶介質之該等分子的平面對準，或其中定向層O(1)及O(2)均實現該液晶介質之該等分子的垂直對準。
  16. 如請求項1至15中任一項之裝置，其中切換層S(1)及S(2)之各向異性程度R為0.7至0.9，較佳0.7至0.85，且尤佳0.75至0.8。
  17. 如請求項16之裝置，其中該等雙色性化合物中之至少一者係選自偶氮化合物、蒽醌、次甲基化合物、甲亞胺化合物、部花青素化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮、聯四芮、高碳數芮、苯并噻二唑、二酮基吡咯并吡咯、方酸及吡咯亞甲基。
  18. 如請求項1至17中任一項之裝置，其中該裝置不包含偏光器。
  19. 一種如請求項1至18中任一項之裝置的用途，其用於調節通過實質上能量透射表面進入內部中的能量路徑，較佳呈日光形式之能量的路徑。
  20. 一種窗戶，其特徵在於該窗戶包含如請求項1至18中任一項之裝置。
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