TW201523077A - 用於調節光之入射的裝置 - Google Patents

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Abstract

本申請案係關於一種用於調節光之入射至房間內之裝置，該裝置包括具有特定設計之可切換層，其包含扭轉向列型液晶介質及二向色化合物。

Description

用於調節光之入射的裝置
本申請案係關於一種用於調節光之入射至房間內之裝置，該裝置包括含液晶介質及二向色化合物之可切換層，其中該液晶介質在該裝置之至少一種切換狀態中係呈扭轉向列型狀態。
基於本發明之目的，術語光特別意指於UV-A、VIS及NIR範圍中之電磁輻射。特定言之，其意指僅以可忽略不計之程度被通常用於窗戶中之材料(例如玻璃)吸收或完全不被吸收之波長之光。根據通常使用的定義，UV-A範圍意指320至380nm之波長，VIS範圍意指380nm至780nm之波長，且NIR範圍意指780nm至2000nm之波長。
基於本申請案之目的，術語液晶介質意指在特定條件下具有液晶性質之材料。根據本發明之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(縱軸)上比在其他兩個空間方向上明顯更長之化合物。
基於本申請案之目的，二向色化合物意指吸收性質取決於該化合物相對於光偏振方向之定向之吸光化合物。根據本申請案之二向色化合物通常具有細長形狀，亦即，該化合物在一個空間方向(縱軸)上比在其他兩個空間方向上明顯更長。
扭轉向列型狀態意指液晶介質之分子之定向軸在各情況中在與可切換層之平面平行的平面內彼此平行，但相對於相鄰平面之分子之定向軸扭轉特定角度之狀態。一個平面中之定向軸相對另一平面中之 定向軸之相對扭轉與該等平面在與可切換層平行之軸上彼此分開的間隔成比例，以致該等定向軸描述具有與該可切換層之平面垂直之螺旋軸之螺旋。圖式中之圖2(在隨後部分中對其作更詳細說明)說明扭轉向列型狀態。
在用於調節光之入射至房間內之裝置(可切換窗戶、智慧型窗戶)之領域中，過去已提出多種不同技術解決方案。
一種可能的解決辦法係使用包含呈非扭轉向列型狀態之液晶介質與一或多種二向色化合物之混合物之可切換層。藉由施加電壓，可改變二向色化合物之分子在該等可切換層中之空間定向，從而導致透過可切換層之透射率發生改變。一種對應的裝置述於(例如)WO 2009/141295中。或者，此類透射率之改變亦可在無電壓下如(例如)US 2010/0259698中所述藉由溫度誘導液晶介質從各向同性狀態轉變為液晶狀態來達成。
就此而言，提供用於調節光之入射至房間內且具有最大可能之能量調節能力，亦即，切換時其光透射率具有最大可能差異之裝置係備受關注。該差異亦稱為切換範圍或範圍。該最大可能切換範圍能使該等裝置有效地調節能量之輸入至房間內，且因而調節(例如)該房間之溫度。另外受到關注的是，該等裝置具有儘可能最簡單的設計，特定言之具有儘可能最少的層。又此外，該等裝置之切換操作應需要儘可能最低的電壓，亦即，應節能地操作。又此外，該等裝置應包含儘可能最少量的液晶介質。
於本發明過程中，現已發現，上述技術性目標可藉由提供用於調節光入射之具有新穎結構且包含扭轉向列型液晶介質之裝置來達成。出人意料地，此類型裝置相較於可切換層中包含非扭轉向列型液晶介質之裝置具有明顯更大的切換範圍。
本發明因此關於一種用於調節光之入射至房間內之裝置，該裝 置包括含有液晶介質之可切換層S，該液晶介質包含至少一種二向色化合物，其中下式適用於層S之厚度d及層S之液晶介質之光學各向異性△n：d<2μm/△n
且其中層S之液晶介質之分子在該裝置處於無外加電壓之切換狀態中時或在該裝置處於有外加電壓之切換狀態中時係呈扭轉向列型狀態。
此處的光學各向異性係如「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」,Status Nov.1997,Merck KGaA,Germany中所示於20℃及589nm下測定。
下式較佳適用於層S之厚度d及層S之液晶介質之光學各向異性△n：d<1μm/△n。
下式尤佳地適用：d<0.9μm/△n且d>0.2μm/△n。
該裝置較佳包括一或多個，尤佳兩個直接鄰近可切換層S配置之定向層。依照本發明，較佳地，正好一個稱為O1之定向層與可切換層S之一側相鄰，且正好另一個稱為O2之定向層與可切換層S之相對側相鄰。
該等定向層較佳地實現與定向層相鄰之層S之液晶介質之分子之平行配置。然而，根據本發明之一個替代實施例，其等亦可經設計為使其等實現與定向層相鄰之層S之液晶介質之分子之垂直配置。
另外，該等定向層較佳地實現層S在與各別定向層之界面處之液晶介質之分子沿著定向層之摩擦方向之配向。較佳將定向層O1及O2設計為使其等各自在層S之相鄰區域實現該液晶介質之具有不同配向 之分子之定向軸。此導致液晶介質之分子發生扭轉。
定向層O1及O2之摩擦方向較佳包括30°至270°之角度，尤佳係100°至260°之角度，特佳係160°至255°之角度，及最佳係230°至250°之角度。
該等定向層較佳為聚醯亞胺層。該等定向層尤佳在其與層S相鄰之表面上具有經摩擦的聚醯亞胺。以熟習此項技藝者所熟知的特定方法摩擦的聚醯亞胺導致液晶介質之化合物優先在摩擦方向上配向，假若該等化合物與定向層平行。另外，藉由以偏振光進行曝光操作獲得之聚合物可用作用於達成液晶介質之化合物之優先定向之定向層(光配向)。
對於意欲實現液晶介質之分子之垂直配置之定向層而言，熟習此項技藝者熟知對應的實施例。
另外，在無外加電壓之狀態中之平行配向之情況中，液晶介質之分子較佳不完全與定向層平行，而係具有很小的預傾斜角。在無外加電壓之狀態中之平行配向之情況中，層S之液晶介質之分子之定向軸較佳與定向層O1或O2之平面夾成1°至10°之角度，尤佳成2°至9°之角度，及特佳成3°至8°之角度。此可藉由定向層之適宜設計來達成。熟習此項技藝者熟知用於達成此目的之方法，例如，依照經驗法及/或製造商資訊，適宜地選擇市售聚醯亞胺起始物質之固化時間及固化溫度。選擇較佳範圍中之預傾斜角使得在觀察時能得到裝置之特別均質之外觀，且得以避免光干涉。
就液晶介質之分子在無外加電壓之狀態中之垂直配向之替代情況而言，該等分子之定向軸較佳不完全與定向層O1或O2之平面垂直，而係包含相對其略偏離90°之角度。於此情況中，定向軸與定向層O1或O2之平面所包含的角度較佳為89°至80°，尤佳為88°至81°，及特佳為87°至82°。
另外較佳地，本發明裝置中之層S係配置在兩個基板層之間或係藉此被包圍。該等基板層可(例如)由玻璃或聚合物(特定言之玻璃、PET、PEN、PVB或PMMA)組成。
較佳地，該裝置之特徵在於其不包括基於聚合物之偏振器，尤佳不包括呈固體材料相之偏振器及特佳完全不包括任何偏振器。
然而，根據一個替代實施例，該裝置亦可包括一或多個偏振器。該等偏振器較佳為線性偏振器。假若存在一或多個偏振器，則其等較佳係配置成與層S平行。
假若存在正好一個偏振器，則其吸收方向較佳與本發明裝置之液晶介質之液晶化合物在層S之偏振器所處的側面上之優先配向垂直。
於本發明裝置中，可使用吸收性及反射性偏振器。較佳使用呈光學薄膜形式之偏振器。可用於本發明裝置中之反射性偏振器之實例為DRPF(漫反射偏振膜，3M)、DBEF(雙重增亮膜，3M)、DBR(層狀聚合物分佈式布拉格反射器(distributed Bragg reflector)，如US 7,038,745及US 6,099,758中所述)及APF膜(高級偏振膜，3M，請參閱Technical Digest SID 2006,45.1，US 2011/0043732及US 7023602)。此外，可使用可反射紅外光或VIS光之基於線柵之偏振器(WGP，線柵偏振器)。可用於本發明裝置中之吸收性偏振器之實例為Itos XP38偏振膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏振膜。依照本發明可使用之圓形偏振器之一個實例為APNCP37-035-STD偏振器(American Polarizers)。另一個實例為CP42偏振器(ITOS)。
本發明裝置較佳具有正好一個可切換層。
層S較佳具有2至12μm、尤佳3至10μm及特佳4至8μm之厚度。此產生特別大的光透射範圍。
層S較佳具有至少30%、較佳至少35%、尤佳至少40%及特佳至少 50%之明亮狀態光透射率τv明亮，其係依照歐洲標準EN410，方程式(1)計算。可切換層之明亮狀態光透射率τv明亮係以百分比表示。其係從在裝置之明亮狀態中之可切換層之光透射率相對於作為參照之具有不含染料之可切換層之裝置之比值計算得到。其係依照歐洲標準EN410，方程式(1)(測定玻璃之發光及太陽能特性)，自光譜透射率，將標準光源之相對光譜分佈及標準觀察者之光譜回應因數考慮在內來測定。
較佳地，該裝置之特徵在於層S包含至少兩種不同的二向色化合物，較佳正好2種、3種、4種、5種或6種不同的二向色化合物，尤佳正好2種、3種或4種不同的二向色化合物。
此外，該等二向色化合中之至少一種較佳係發光，較佳係發螢光。
此處的螢光意指化合物經由吸收具有特定波長之光而處於電子激發態中，其中該化合物隨後藉由發射光而轉變為基態。所發射的光較佳具有比所吸收的光更長之波長。此外，從激發態至基態之轉變較佳容許自旋，亦即，在未改變自旋下發生。此外，螢光化合物之激發態之壽命較佳短於10-5s，尤佳短於10-6s，特佳在10-9與10-7s之間。
液晶介質中二向色化合物之吸收光譜較佳彼此互補，以致眼睛對裝置的印象為黑色。尤佳地，在進行觀察時，該裝置於其所有切換狀態中皆為無色，其中灰色或黑色印象亦被認為是無色。
液晶介質之兩種或更多種二向色化合物較佳涵蓋大部分之可見光譜。此較佳係藉由至少一種吸收紅色光之二向色化合物、至少一種吸收綠色至黃色光者及至少一種吸收藍色光者來達成。
可製得對眼睛顯示出黑色或灰色之二向色化合物混合物之確切方法為熟習此項技藝者所熟知，並描述在(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，該等二向色化合物較佳主要吸收在UV-VIS-NIR範圍內(即在320至2000nm波長範圍內)之光。本文中UV光、VIS光及NIR光係如上文所定義。該等二向色化合物尤佳在400至1300nm範圍內具有最大吸收。
液晶介質中所有二向色化合物總體的比例總計較佳為0.01至10重量%、尤佳0.1至7重量%及特佳0.2至7重量%。個別二向色化合物之比例較佳為0.01至10重量%、較佳0.05至7重量%及特佳0.1至7重量%。
液晶介質中二向色化合物之確切較佳比例係取決於層S之厚度。液晶層中二向色化合物之比例與該層厚度之乘積尤佳在8與40重量% * μm之間，尤佳係在10與35重量% * μm之間。
此外，該等二向色化合物較佳係選自B.Bahadur，Liquid Crystals-Applications and Uses，第3卷，1992，World Scientific Publishing，第11.2.1節中所示之化合物類別，及尤佳係選自其中所呈現的表格中給出的明確化合物。
較佳至少一種二向色化合物，尤佳所有二向色化合物係選自偶氮化合物、蒽醌、次甲基(methine)化合物、偶氮次甲基化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮(terrylene)、聯四芮(quaterrylene)、更高級芮、方酸、苯并噻二唑、二酮基吡咯并吡咯及吡咯甲川。
蒽醌染料述於(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，萘醌染料述於(例如)DE 3126108及DE 3202761中，偶氮染料述於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，且苝述於EP 60895、EP 68427及WO 82/1191中。
特佳者為如(例如)在JP 2008/268762、JP 2003/104976、WO2004002970、X.Zhang等人，J.Mater.Chem.2004,14,1901-1904、X.Zhang等人，J.Mater.Chem.,2006,16，736-740及X.Li等人，Org.Lett.2008,10,17,3785-3787中、及在尚未公開之申請案EP 13002711.3中所揭示之苯并噻二唑染料。此外，特佳者為如(例如)在EP 2166040、US 2011/0042651、EP 68427、EP 47027、EP 60895、DE 3110960及EP 698649中所揭示之芮染料。此外，特佳者為如(例如)在尚未公開之申請案EP 13005918.1中所揭示之二酮基吡咯并吡咯。
根據一個較佳實施例，液晶介質僅包含選自苯并噻二唑染料、偶氮染料、二酮基吡咯并吡咯染料及芮染料之類別之二向色化合物。
可存在於液晶介質中之較佳二向色化合物之實例描繪於下表中：
該裝置之可切換層S包含液晶介質。
該液晶介質較佳在該裝置之操作溫度下為向列型液晶。尤佳地，其在該裝置之操作溫度上下之±20℃範圍內，特佳係在該裝置之操作溫度上下之±30℃範圍內為向列型液晶。
根據本發明，該液晶介質之分子在該裝置處於無外加電壓之切換狀態中時或在該裝置處於有外加電壓之切換狀態中時係呈扭轉向列型狀態。此外，處於此狀態之分子較佳係呈平行配置。
該液晶介質之分子較佳在該裝置處於無外加電壓之切換狀態中時呈扭轉向列型狀態及平行配向。於此情況中，此外，該液晶介質之分子較佳在有外加電壓之狀態中係呈非扭轉向列型狀態及垂直配向。
根據一個替代性實施例，該液晶介質之分子在該裝置處於無外 加電壓之切換狀態中時呈非扭轉向列型狀態及垂直配向。於此情況中，此外，該液晶介質之分子較佳在有外加電壓之狀態中係呈扭轉向列型狀態及平行配向。
層S之呈扭轉向列型狀態之液晶介質分子的定向軸之扭轉在考慮整個層厚度下較佳係小於一個完全旋轉，尤佳在30°與270°之間，特佳在100°與260°之間，甚至更佳在160°與255°之間及最佳在230°與250°之間。
此可進一步提高切換範圍，尤其在該裝置亦具有較小的切換層S之厚度d，較佳具有遵循以下方程式之切換層S之厚度d之情況下，d<2μm/△n，其中△n為切換層S之液晶介質之光學各向異性。
該液晶介質之分子的定向軸之此種扭轉之一個實例顯示於圖2中(請參閱以下部分中之說明)。
根據本發明之一個在特定條件下係較佳的替代性實施例，層S之呈扭轉向列型狀態之液晶介質分子的定向軸之扭轉在考慮整個層厚度下係在270°與五個完全旋轉(1800°)之間，較佳在320°與三個完全旋轉(1080°)之間，尤佳在340°與740°之間，及特佳在360°與720°之間。假若未標靶介於兩種基本狀態「接通」及「斷開」之間之中間狀態，而僅提及該等兩種基本狀態，則該等實施例係尤佳。
另外，該液晶介質較佳具有在70℃至170℃，較佳90℃至160℃，尤佳95℃至150℃及特佳105℃至140℃之溫度範圍內之澄清點，較佳從向列型液晶狀態至各向同性狀態之相轉變。
此外，該液晶介質之介電各向異性△ε較佳大於3，尤佳大於7及特佳大於8。
根據一個替代性(亦較佳)實施例，該液晶介質之介電各向異性小於-3，尤佳小於-7，及特佳小於-8。
此外，該液晶介質較佳包含3至30種不同化合物，較佳8至20種，尤佳10至18種不同化合物。
此外，該液晶介質較佳具有0.01至0.3，尤佳0.04至0.27之光學各向異性(△n)。
此外，該液晶介質較佳具有大於1010ohm*cm之比電阻。
可用作液晶介質之組分之化合物為熟習此項技藝者所熟知，且可自由地進行選擇。
此外，該液晶介質較佳包含至少一種包含基於1,4-伸苯基及1,4-伸環己基之結構單元之化合物。該液晶介質尤佳包含至少一種包含2個、3個或4個，尤佳3個或4個基於1,4-伸苯基及1,4-伸環己基之結構單元之化合物。
該液晶介質可包含一或多種對掌性化合物。此等對掌性化合則較佳以0.01至3重量%，尤佳0.05至1重量%之總濃度存在。為了獲得高扭轉值，該等對掌性化合物亦可選擇高於3重量%，較佳至多10重量%之總濃度。將對掌性摻雜劑用於液晶介質中可設定右手-或左手螺旋意義上之扭轉方向。
亦可使用兩種或更多種不同對掌性摻雜劑之組合。此可提高該裝置之溫度穩定性。
根據本發明之一個可行實施例，該等對掌性摻雜劑亦具有光吸收性質，亦即，為染料。
該對掌性化合物較佳係經選擇以致其誘導液晶介質之分子產生遵循以下方程式之螺距p，其中d為層S之厚度：0.1<d/p<0.75，較佳地
0.3<d/p<0.65，尤佳地
0.4<d/p<0.55。
商數d/p之值尤佳與層S之液晶介質分子之定向軸之扭轉相匹配。 特定言之，對於180°之扭轉而言較佳將d/p值選為0.1至0.7，對於220°之扭轉而言將d/p值選為0.23至0.73，對於240°之扭轉而言將d/p值選為0.28至0.78，且對於270°之扭轉而言將d/p值選為0.33至0.77。對於中間的扭轉值而言，應進行對應之內插。
用於本發明裝置中之較佳對掌性化合物為述於下表中之化合物：
該液晶介質較佳包含一或多種穩定劑。該等穩定劑之總濃度較佳在整體混合物之0.00001與10重量%之間，尤佳在0.0001與1重量%之間。
該裝置較佳具有藉由電壓使層S之液晶介質之分子配向之構件。其較佳具有兩個或更多個安裝在層S兩側上之電極。該等電極較佳係由ITO或由(較佳)透明的薄金屬及/或金屬氧化物層，例如由銀或熟習此項技藝者熟知可用於該用途之替代材料組成。該等電極較佳具有電 連接。電源供應較佳係藉由電池、可再充電電池、超級電容器或藉由外部電源來提供。
本發明裝置較佳具有以下層順序，其中該等層較佳係彼此直接相鄰(亦可參閱圖1)：
1)基板層，較佳係玻璃層或聚合物層
2)導電層，較佳係ITO層
3)定向層O1
4)可切換層S
5)定向層O2
6)導電層，較佳係ITO層
7)基板層，較佳係玻璃層或聚合物層。
本文不排除該裝置包括其他層。
根據一個較佳實施例，本發明裝置之特徵在於其產生切換層自身切換時所需的全部能量。因此，該裝置較佳係自主的且不需要任何外部提供之能量。為此，其較佳包括用於將光能轉化為電能之裝置，尤佳為太陽能電池。
於本發明之一個較佳實施例中，將用於將光能轉換為電能之裝置電連接至用於本發明裝置之電切換之構件。藉由太陽能電池來提供能量可直接或間接地進行，亦即，藉由連接在中間之電池或可再充電電池或用於儲存能量之其他單元。太陽能電池較佳係應用於該裝置之外部或應用於該裝置之內部，如(例如)在WO 2009/141295中所揭示。較佳使用在漫射光之情形下尤其有效率之太陽能電池及透明太陽能電池。例如，可在本發明裝置中使用矽太陽能電池或有機太陽能電池。
此外，本發明裝置較佳包括將來自可切換層S之光傳導至將光能轉換為電能或熱能之單元之光導系統。
該光導系統較佳係如WO 2009/141295中所述來建構。該光導系 統收集並聚集到達該裝置之光。其較佳收集並聚集由包含液晶介質之可切換層S中之螢光二向色化合物發射之光。該光導系統係與用於將光能轉換為電能之裝置(較佳太陽能電池)接觸，以便所收集的光以聚集形式到達該裝置。
該光導系統較佳係藉由全內反射傳導光。較佳地，該裝置之特徵在於光導系統具有至少一個較佳選自一或多種膽固醇液晶層之波長選擇鏡。
較佳地，本發明裝置之特徵在於其包括一或多個具有抗反射設計之玻璃層。抗反射塗層之製造係藉由薄膜技術之塗佈方法來進行。此等方法包括(例如)物理氣相沉積，諸如熱蒸鍍及濺射沉積。該抗反射措施可藉由單層系統或藉由多層系統來達成。
較佳地，本發明裝置之特徵在於其包括兩個或更多個玻璃層，且該裝置除了可切換層S以外之全部層之光反射率ρv(依照標準EN410)小於35%，較佳小於30%，尤佳小於25%及特佳小於20%。
該裝置除了可切換層S以外之全部層之光反射率ρv(依照標準EN410)尤佳為如上所指定，且該裝置包括三個或更多個玻璃層。
該裝置之光反射率ρv係如下測定：使用分光光度計測量層配置之光譜反射率，並依照標準EN410，方程式(4)，將標準光源之相對光譜分佈及標準觀察者之光譜亮度敏感度考慮在內，自其計算出參數ρv。
本發明裝置可用於任何所期望的房間，尤其用於與環境之空氣交換有限且具有能量可通過其以光能形式從外部輸入之光透射邊界表面之房間。該裝置較佳安裝在光透射表面上或安裝在建築物、容器、車輛或另一實質上封閉空間之開口中。該裝置尤佳用於透過對光透明之光透射表面(例如透過窗戶區域)受到強烈曝曬之房間。
本發明裝置較佳適用於均勻調節光透過表面入射至房間內。此處的均勻意指光透過該表面之入射在相對大的面積上之強度係相等。 該面積較佳為至少0.01m2，尤佳至少0.1m2，特佳至少0.5m2，及最佳至少1m2。均勻(也就是均等)被視為係經圖案化以將其區分或劃分為多個域(像素化)，如同用於顯示裝置中之光學切換裝置中之情況。該定義中忽視輕微地偏離均勻性，尤其在其等係因缺陷引起之情況下。
本發明另外關於一種本發明裝置於均勻調節光透過光透射表面入射至房間內之用途。
此外，本發明裝置亦可用於美學房間設計，例如，藉由產生出光及色彩效應。其亦可用於產生信號。例如，包括本發明裝置之門及壁單元可從不透明(例如，灰色或彩色)狀態切換為透明狀態。該裝置亦可包括經亮度調變之白色或彩色全區域背光、或藉助藍色客體/主體顯示器調變色彩之黃色全區域背光。藉由從側面入射之光源(諸如白光或彩色LED)與本發明裝置之組合可產生其他美學效果。本發明裝置之一或兩個玻璃側亦可具有用於耦合輸出光或用於產生光效應之粗糙化或結構化玻璃。
於一個較佳實施例中，本發明裝置為窗戶(尤佳為具有多窗格絕緣玻璃之窗戶)之一部分。此處，該裝置之一或兩個可選基板層可代表該窗戶之窗格。
包括該裝置之窗戶較佳包括總計三個或更多個玻璃窗格。此處，該裝置較佳係配置在該窗戶之兩個玻璃窗格之間。
根據一個較佳實施例，將該裝置應用於多窗格絕緣玻璃之內部或應用於此類型玻璃之外部。一般而言，在多窗格絕緣玻璃之情形下，較佳係用於窗格之面向內部空間之一側上或用於兩個玻璃窗格之間之間隙中。然而，亦可設想其他配置，且其在特定情況中為較佳。熟習此項技藝者將有能力權衡特定配置在裝置之耐久性、光學及美學觀點、在就清潔窗格方面及在就裝置對溫度改變之反應性方面之實際 觀點方面之優點及缺點。
尤佳者係其中窗戶之第一玻璃窗格係由該裝置之玻璃窗格形成，以致該包含該裝置之窗戶之層順序如下之配置：
1)玻璃層
2)導電層，較佳係ITO層
3)配向層
4)可切換層S
5)定向層
6)導電層，較佳係ITO層
7)玻璃層
8)玻璃層，其中在玻璃層7)及8)之間存在自由空間，該自由空間可(例如)經填充諸如惰性氣體之絕緣氣體。
該窗戶較佳係以層1)鄰近外部且層8)鄰近內部之方式配置。然而，相反配置亦可，且在某些條件下為較佳。
上述層順序可補充其他層，諸如(例如)其他玻璃層或(例如)抗UV輻射、抗NIR輻射、抗VIS輻射及/或抗物理損傷之保護層。
包括本發明裝置之窗戶可藉由依照先前技術改裝原有窗戶或藉由完全新穎的製法來獲得。
較佳地，該裝置之特徵在於其具有至少0.05m2、較佳至少0.1m2、尤佳至少0.5m2及特佳至少0.8m2之面積。
該裝置呈現為可切換裝置。該裝置之切換此處意指裝置之光透射率之改變。此可依照本發明用於透過該裝置調節光之通道。該裝置較佳係電可切換。
就電切換而言，切換操作係藉由施加電壓使液晶介質之分子配向來進行。該至少一種二向色化合物因而亦經配向，從而導致裝置光 透射率出現差異。
於一個較佳實施例中，該裝置藉由施加電壓而從無電壓下存在的具有高吸收之狀態(亦即，低光透射率)切換為具有較低吸收之狀態(亦即，較高光透射率)。
較佳地，該液晶介質在兩種狀態中均係向列型。較佳地，該無外加電壓之狀態之特徵在於液晶介質之分子(且因而二向色化合物)係平行於裝置之表面配向(平行定向)。此較佳係藉由相應選定的定向層來達成。較佳地，該有電壓之狀態之特徵在於液晶介質之分子(且因而二向色化合物)係垂直於裝置之表面。
較佳地，在有外加電壓之狀態中之層S之液晶介質之分子之至少大部分係垂直於層S之平面配向。
在亦有可能且於某些情況中為較佳之一替代實施例中，該裝置係藉由施加電壓從無電壓下存在的具有低吸收之狀態(亦即，高光透射率)切換為具有較高吸收之狀態(亦即，較低光透射率)。
較佳地，該液晶介質在兩種狀態中均係向列型。較佳地，該無外加電壓之狀態之特徵在於液晶介質之分子(且因而二向色化合物)係垂直於裝置之表面配向(垂直定向)。此較佳係藉由相應選定的定向層來達成。較佳地，該有電壓之狀態之特徵在於液晶介質之分子(且因而二向色化合物)係平行於裝置之表面。較佳地，在有外加電壓之狀態中之層S之液晶介質之分子之至少大部分係平行於層S之平面配向。
操作實例
於下文中，液晶化合物之結構以縮寫(首字母縮略字)再現。該等縮寫在WO 2012/052100(第63-89頁)中明確提出並加以說明，因此關於本申請案中之縮寫的闡釋可參考該公開申請案。
所有物理性質均係依照「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」，Status Nov.1997,Merck KGaA,Germany來測定，及適用於20℃之溫度。於589nm下測定△n之值。
A)製造裝置
製造本發明裝置E1至E7及比較裝置V1至V6。
該等裝置具有以下層順序：
a)包含經拋光之1.1mm鈉鈣玻璃(來自Corning)之玻璃層
b)ITO層，200埃
c)包含聚醯亞胺AL-1054(來自JSR，300埃，經摩擦)、或Nissan聚醯亞胺SE-3140(300埃，經摩擦)之定向層O1
d)包含液晶介質(下文在對應之實例中指明組成及厚度)之可切換層
e)定向層O2，其類似於c)構造；以與層c)之摩擦方向成下文所指定角度摩擦
f)如同b)
g)如同a)
使ITO層相應地具有接觸件以可進行電切換。
將以下摻雜劑
視所期望之扭轉而定，以不同濃度添加至該可切換層。
利用以下計算式獲得摻雜劑之必要濃度，以重量百分比計：c(%)=100/(p * 11.94)
其中p應以μm輸入，且就層之不同厚度d及不同扭轉角度而言，p之值係如下獲得：p=d/0.10就90°扭轉而言
p=d/0.40就180°扭轉而言
p=d/0.48就220°扭轉而言
p=d/0.53就240°扭轉而言
p=d/0.57就270°扭轉而言
B)所使用的材料
C)所獲得的結果
於所有情況中，該等裝置係藉由在電極之間施加電壓來從黑暗狀態切換為明亮狀態。在該等兩種狀態中，每一種狀態之光透射率係依照EN410標準，方程式(1)來確定。
C-1)實例1
在兩種情況中，明亮透射率τv明亮均為70%。
本發明裝置E1較比較裝置V1具有明顯更低的黑暗透射率，且因而對於相同明亮透射率而言，具有明顯更大的範圍。該比較裝置之特徵在於扭轉為0°且d * △n值(μm)大於2。
C-2)實例2
在兩種情況中，明亮透射率τv明亮均為59.7%。
本發明裝置E2較比較裝置V2具有明顯更低的黑暗透射率，且因而對於相同的明亮透射率而言，具有明顯更大的範圍。該比較裝置之特徵在於扭轉為0°且d * △n值(μm)大於2。
C-3)實例3
在兩種情況中，明亮透射率τv明亮均為79.3%。
本發明裝置E3較比較裝置V3具有明顯更低的黑暗透射率，且因而對於相同的明亮透射率而言，具有明顯更大的範圍。該比較裝置之特徵在於扭轉為0°且d * △n值(μm)大於2。
C-4)實例4
於兩種情況中，明亮透射率τv明亮均為69.9%。
本發明裝置E4較比較裝置V4具有明顯更低的黑暗透射率，且因而對於相同的明亮透射率而言，具有明顯更大的範圍。該比較裝置之特徵在於扭轉為0°且d * △n值(μm)大於2。
C-5)實例5
於所有情況中，明亮透射率τv明亮均為71.0%。
本發明裝置E5-1及E5-2較比較裝置V5-1至V5-4具有明顯更低的黑暗透射率，且因而對於相同的明亮透射率而言，具有明顯更大的範圍。該等比較裝置之特徵在於0°之扭轉及/或大於2之d * △n值(μm)。
C-6)實例6
於所有情況中，明亮透射率τv明亮均為71.0%。
本發明裝置E6-1至E6-5較比較裝置V6-1至V6-4具有明顯更低的黑暗透射率，且因而對於相同的明亮透射率而言，具有明顯更大的範圍。比較裝置V6-1之特徵在於大於2μm之d * △n值。比較裝置V6-2至 V6-4之特徵在於其等不具有扭轉。在本發明裝置之情況中，d * △n值及扭轉不同。從本文當可明瞭，特定言之，低d * △n值及高扭轉之組合產生極大的範圍。
C-7)實例7
於所有情況中，545nm下之明亮透射率T明亮均為61.0%。
本發明裝置E7-1至E7-6具有不同主體混合物及不同d * △n值。應明瞭，實際上是d * △n值而非可切換層之厚度直接影響所獲得的黑暗透射率值。
1‧‧‧較佳包含玻璃或聚合物之基板層
2‧‧‧導電層
3a‧‧‧定向層O1
3b‧‧‧定向層O2
4‧‧‧可切換層S
5‧‧‧定向層O1中之摩擦方向
6‧‧‧定向層O2中之摩擦方向
7‧‧‧可切換層之液晶化合物之扭轉角(左手螺旋，假若O2在O1之後)
圖1顯示本發明裝置之一種較佳層順序。此處，基板層(1)、導電層(2)、定向層O1(3a)、可切換層S(4)、定向層O2(3b)、另一導電層(2)及另一基板層(1)係一者接著一者且直接彼此相鄰地配置。
圖2顯示定向層O1(3a)及O2(3b)之垂直視圖。從觀察者角度來看，O2在O1之後。箭頭(5)代表定向層O1之摩擦方向。箭頭(6)代表定 向層O2之摩擦方向。符號(7)說明位於定向層O1及O2之間之可切換層之液晶化合物之扭轉。於本情況中，該等液晶化合物描述在定向層O1及O2之間具有270°之旋轉角度之左手螺旋，此乃因其等在與O1之界面處平行於O1之摩擦方向配向，且在與O2之界面處平行於O2之摩擦方向配向。
元件符號說明
1 較佳包含玻璃或聚合物之基板層
2 導電層
3a 定向層O1
4 可切換層S
3b 定向層O2
5 定向層O1中之摩擦方向
6 定向層O2中之摩擦方向
7 可切換層之液晶化合物之扭轉角(左手螺旋，假若O2在O1之後)
1‧‧‧基板層
2‧‧‧導電層
3a‧‧‧定向層O1
3b‧‧‧定向層O2
4‧‧‧可切換層S

Claims (26)

  1. 一種用於調節光之入射至房間內之裝置，該裝置包括含有液晶介質之可切換層S，該液晶介質包含至少一種二向色化合物，其中，下式適用於層S之厚度d及層S之液晶介質之光學各向異性△n：d<2μm/△n且其中層S之液晶介質之分子在該裝置處於無外加電壓之切換狀態中時或在該裝置處於有外加電壓之切換狀態中時係呈扭轉向列型狀態。
  2. 如請求項1之裝置，其中下式適用於層S之厚度d及層S之液晶介質之光學各向異性△n：d<0.9μm/△n且d>0.2μm/△n。
  3. 如請求項1或2之裝置，其中正好一個稱為O1之定向層與該可切換層S之一側相鄰，且正好另一個稱為O2之定向層與該可切換層S之相對側相鄰。
  4. 如請求項3之裝置，其中該等定向層O1及O2係經設計成使得其等各自在層S之相鄰區域中實現該液晶介質之具有不同配向之分子之定向軸。
  5. 如請求項3或4之裝置，其中該等定向層O1及O2之摩擦方向包括30至270°之角度。
  6. 如請求項3至5中任一項之裝置，其中該等定向層O1及O2實現與該定向層相鄰之層S之液晶介質之分子之平行配置。
  7. 如請求項3至6中任一項之裝置，其中該等定向層O1及O2在其與 層S相鄰之表面上具有經摩擦之聚醯亞胺。
  8. 如請求項3至7中任一項之裝置，其中在無外加電壓之狀態中之平行配向之情況中，層S之液晶介質之分子之定向軸與定向層O1或O2之平面夾成1°至10°之角度。
  9. 如請求項3至7中任一項之裝置，其中在無外加電壓之狀態中之垂直配向之情況中，層S之液晶介質之分子之定向軸與定向層O1或O2之平面夾成89°至80°之角度。
  10. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中該裝置不包括偏振器。
  11. 如請求項1至10中任一項之裝置，其中該層S具有介於2及12μm之間之厚度。
  12. 如請求項1至11中任一項之裝置，其中該層S具有至少30%之明亮狀態光透射率τv明亮，其係依照歐洲標準EN410(European Standard EN410)，方程式(1)計算。
  13. 如請求項1至12中任一項之裝置，其中該層S包含至少兩種不同的二向色化合物。
  14. 如請求項1至13中任一項之裝置，其中其在其所有切換狀態中觀察時皆為無色。
  15. 如請求項1至14中任一項之裝置，其中至少一種二向色化合物係選自偶氮化合物、蒽醌、次甲基(methine)化合物、偶氮次甲基化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮(terrylene)、聯四芮(quaterrylene)、更高級芮、方酸、苯并噻二唑、二酮基吡咯并吡咯及吡咯甲川。
  16. 如請求項1至15中任一項之裝置，其中該液晶介質之分子在該裝置處於無外加電壓之切換狀態中時係呈扭轉向列型狀態及平行配向，且在該裝置處於有外加電壓之切換狀態中時係呈非扭轉向列型狀態及垂直配向。
  17. 如請求項1至16中任一項之裝置，其中層S之呈扭轉向列型狀態之液晶介質分子之定向軸之扭轉在考慮整個層厚度下係介於100°與260°之間。
  18. 如請求項1至16中任一項之裝置，其中層S之呈扭轉向列型狀態之液晶介質分子之定向軸之扭轉在考慮整個層厚度下係介於320°與三個完全旋轉之間。
  19. 如請求項1至18中任一項之裝置，其中該液晶介質之介電各向異性△ε係大於3或小於-3。
  20. 如請求項1至19中任一項之裝置，其中該液晶介質包含總濃度為0.01至3重量%之一或多種對掌性化合物。
  21. 如請求項1至20中任一項之裝置，其中該裝置包括用於將光能轉換為電能之裝置。
  22. 如請求項1至21中任一項之裝置，其中該裝置包括一或多個具有抗反射設計之玻璃層。
  23. 如請求項1至22中任一項之裝置，其中該裝置具有至少0.05m2之面積範圍。
  24. 如請求項1至23中任一項之裝置，其中該裝置適用於均勻調節光之透過表面入射至房間內。
  25. 一種包括如請求項1至24中任一項之裝置之窗戶。
  26. 一種如請求項1至23中任一項之裝置於均勻調節光透過光透射表面傳輸至房間內之用途。
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