TW201534701A

TW201534701A - 用於調節光通過量之裝置

Info

Publication number: TW201534701A
Application number: TW103144393A
Authority: TW
Inventors: Michael Junge; Andreas Beyer; Ursula Patwal; Peer Kirsch; Susann Beck
Original assignee: Merck Patent Gmbh
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-09-16
Also published as: JP6862181B2; US10626666B2; EP3623451A1; TWI685560B; CN113684038A; EP3083885A1; US20160319592A1; WO2015090506A1; KR20160099694A; CN105829497A; EP3623451B1; JP2017501450A; EP3083885B1; KR102254011B1

Abstract

本申請案係關於一種用於調節光通過量之裝置，該裝置之特徵在於其包括包含具有特徵性結構元素之液晶混合物之層。

Description

用於調節光通過量之裝置

本申請案係關於一種用於調節光通過量之裝置，其中該裝置包括包含液晶材料之層，該液晶材料包含染料化合物及包含特徵性結構元素之化合物。

出於本申請案之目的，術語光尤其意指UV-A、VIS及NIR範圍中之電磁輻射。再特定言之，其意指具有僅被通常用於窗戶(例如玻璃)中之材料小程度地吸收或根本不被其吸收之波長之光。根據通常所使用的定義，UV-A範圍意指320至380nm之波長，VIS範圍意指380nm至780nm之波長及NIR範圍意指780nm至2000nm之波長。

藉由本發明之裝置來調節通過量之光較佳意指日光。日光為自太陽發出的光。日光較佳係直接自太陽發出。然而，日光亦可間接地自太陽經鏡面反射、折射、或經任何所需材料之吸收及後續發射而發出。

出於本申請案之目的，液晶材料意指於特定條件下具有液晶性質之材料。術語液晶性質係為熟習此項技藝者悉知及在物理化學領域中被普遍理解。在較狹窄意義上，其意指該材料為液體且具有方向相依性質。該等液晶性質通常取決於溫度。於較狹窄意義上，液晶材料因此意指在包括室溫之溫度範圍內具有液晶性質之材料。

用於調節光通過量之裝置為覆蓋一區域及在較大或較小程度上阻礙光通過該區域之切換裝置，該程度取決於該等切換裝置之切換狀態。

此類型之裝置可基於各種機制及可係(例如)可熱切換或可電切換。用於調節光通過量之可電切換裝置之一個實例揭示於WO 2009/141295及尚未公開之申請案WO 2014/090367及WO 2014/090373中。

本文所述之裝置包括包含液晶材料之層，其中該液晶材料包含至少一種染料化合物及至少一種主體材料。該主體材料為不同液晶化合物之混合物。

雖然上述先前技術中所揭示之裝置極有用且具有令人滿意的性質，但仍需要替代裝置。特定言之，需要具有包含液晶材料之層之高穩定性且因而具有長壽命之裝置。特定言之，希望包含染料之液晶材料為穩定溶液及/或希望在該液晶材料中(尤其於低溫下)不發生結晶或新相之形成。進一步希望裝置之液晶材料具有高度吸收各向異性。

在本發明之背景內容中，現已驚人地發現基於在裝置中使用具有至少95℃之澄清點且具有於下文描繪的特徵性結構特徵之液晶材料，獲得具有極長壽命及對低溫之高穩定性之裝置。

本發明之包含一或多種染料化合物之液晶材料之特徵在於下述性質中之一或多者，較佳所有：染料化合物之高溶解度、溶液在室溫及低溫下之高長時間穩定性、及高吸收各向異性度。

本申請案因此關於一種用於調節光通過量之裝置，該裝置之特徵在於其包括包含含染料化合物之液晶材料之層，其中該液晶材料具有至少95℃之澄清點且包含至少一種含有至少一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元之化合物V，式(E-1)

其中：X在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、Br、I、-CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃；W 在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、Br、I、-CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃；U 在每次出現時相同或不同地選自H、F、Cl、Br、I、CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS、N₃、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換；虛線表示連接至化合物之其餘部分之鍵，及每個式(E-3)單元中至少一個基團U係選自F、Cl、Br、I、CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃。

X在每次出現時相同或不同地較佳選自F及-CN。

W較佳等於-CN。

較佳地，每個式(E-3)單元中至多四個(尤佳至多兩個)基團U係選自F、Cl、Br、I、CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃。極其特佳地，每個式(E-3)單元中正好一個基團U係選自 F、Cl、Br、I、CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃。另外且較佳與此較佳實施例組合地，式(E-3)之單元中之其餘基團U等於H。

U較佳在每次出現時相同或不同地選自H、F及CN。

另外，化合物V較佳包含至少一個式(E-1)之單元，尤佳正好一個式(E-1)之單元。

化合物V較佳包含至少一個式(E-2)之單元，尤佳正好一個式(E-2)之單元。

另外，化合物V較佳包含正好一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元。化合物V尤佳包含正好一個選自式(E-1)及(E-2)單元之單元。

式(E-1)單元之較佳實施例為如下所示式(E-1-1)至(E-1-3)之單元：

其中虛線表示連接至化合物之其餘部分之鍵，另外：X¹ 在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、Br及I；及 X² 在每次出現時相同或不同地選自-CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃。

X¹較佳等於F。

X²較佳等於CN。

式(E-1)單元之尤佳實施例為如下所示式(E-1-1a)至(E-1-3a)之單元：

其中虛線表示連接至化合物之其餘部分之鍵。

式(E-2)單元之一個較佳實施例為以下式(E-2-1)之單元：其中虛線表示連接至化合物之其餘部分之鍵。

式(E-3)單元之一個較佳實施例為以下式(E-3-1)之單元：

式(E-3-1)，其中虛線表示連接至化合物之其餘部分之鍵。

化合物V較佳具有下式之結構：其中：R^V1、R^V2 在每次出現時相同或不同地表示具有1至10個C原子之烷基或烷氧基或具有2至10個C原子之烯基或烯氧基，其中上述基團中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及一或多個CH₂基可經O或S置換；在每次出現時相同或不同地選自以下基團：、或式(E-1)、(E-2)或(E-3)之單元；Y 在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換；n 等於1、2或3；及其中至少一個基團係選自式(E-1)、(E-2)或(E-3)之單元。

本文中式(E-1)或(E-2)或(E-3)之單元較佳呈其較佳實施例，特別是呈對應於式(E-1-1a)、(E-1-2a)、(E-1-3a)、(E-2-1)及(E-3-1)之實施例。

式(V)之化合物較佳包含正好一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元，尤佳正好一個選自式(E-1)及(E-2)單元之單元。

式(V)中之指數n較佳等於1或2。

在本申請案中，環，例如，簡寫為「A^x」，例如「A^V1」，以便提高行文可讀性。

A^V1較佳在每次出現時相同或不同地選自、、及式(E-1-1a)、(E-1-2a)、(E-1-3a)、(E-2-1)及(E-3-1)之單元。

化合物V之較佳實施例遵循下式(V-1)至(V-8)：

式(V-3)

其中R^V1及R^V2及X係如上所定義。

就式(V-1)至(V-8)之化合物而言，基團R^V1及R^V2較佳在每次出現時相同或不同地選自具有1至10個C原子之烷基或烷氧基。

就式(V-1)至(V-4)之化合物而言，基團X較佳在每次出現時相同或不同地選自F及CN。其尤佳等於F。

該液晶材料較佳具有至少100℃之澄清點，尤佳至少105℃之澄清點。

另外，該液晶材料較佳至少在自-20℃至100℃之溫度範圍，尤佳至少在自-30℃至100℃之溫度範圍，極特佳至少在自-40℃至105℃之範圍及最佳至少在自-50℃至105℃之溫度範圍內為向列液晶。

另外，該液晶材料較佳具有-2至-10，較佳-3至-8，尤佳-4至-7之介電各向異性△ε。於工作實例中指示針對介電各向異性之測量方法。

另外，該液晶材料較佳具有0.01至0.3，尤佳0.03至0.20之光學各向異性△n。於工作實例中指示針對光學各向異性之測量方法。

另外，該液晶材料較佳為自身較佳具有液晶性質之各種有機化合物之混合物。該液晶材料尤佳包含8至30種不同有機化合物，極特佳10至25種不同有機化合物。

該等有機化合物較佳具有細長形狀，換言之，其等在三個空間方向的一個空間方向上相較於在兩個其他空間方向上具有明顯更大的延伸。

熟習此項技藝者已知具有該等性質之有機化合物之多重性。根據本申請案之液晶材料之尤佳的成分為藉由二員或更多員，較佳二員、三員或四員、六員環，特定言之環己烷環、環己烯環、苯環、吡啶環、嘧啶環及四氫哌喃環之對位鍵聯所獲得的有機化合物。

化合物V較佳為例如上述有機化合物之化合物。該液晶材料較佳包含一至二十種各自具有不同結構之化合物V，尤佳5至15種各自具有不同結構之化合物V。

該液晶材料較佳包含一或多種下式(F)之化合物：

其中：R¹、R² 在每次出現時相同或不同地表示F、Cl、-CN、-NCS、-SCN、R³-O-CO-、R³-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原子之烯基或烯氧基，其中上述基團中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及一或多個CH₂基可經O或S置換；及R³ 在每次出現時相同或不同地表示具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中一或多個CH₂基可經O或S置換；及A¹ 在每次出現時相同或不同地選自以下基團中之一者：其中：Y在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換；及Z¹ 在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、O-CO-、-CF₂-CF₂-、-CF₂-O-、-O-CF₂-、-CH₂-CH₂-、CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH- 、-CH=CF-、C≡C-、OCH₂-、CH₂O-及單鍵；及a具有0、1、2、3、4、5或6，較佳0、1、2或3，尤佳1、2或3之值。

該液晶材料較佳不包含含矽氧烷基團之化合物，尤佳不包含含矽之化合物。

另外，該液晶材料較佳具有至少40重量%，尤佳至少50重量%，極特佳至少60重量%及最佳至少70重量%之總比例之化合物V。

另外，該液晶材料較佳包含一或多種遵循式(F-1)之化合物，,

其中：R¹¹、R¹²在每次出現時相同或不同地表示F、Cl、-CN、-NCS、-SCN、R³-O-CO-、R³-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原子之烯基或烯氧基，其中上述基團中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及一或多個CH₂基可經O或S置換；及R³ 在每次出現時相同或不同地表示具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中一或多個CH₂基可經O或S置換；Z¹¹ 在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-、-CF₂-CF₂-、-CF₂-O-、-O-CF₂-、-CH₂-CH₂-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-C≡C-、-OCH₂-、-CH₂O-及單鍵；及A¹¹ 在每次出現時相同或不同地選自以下基團：其中：Y在每次出現時相同或不同地選自F、Cl、CN、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換。

R¹¹、R¹²較佳在每次出現時相同或不同地為具有1至10個C原子之烷基。

Z¹¹ 較佳在每次出現時相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-及單鍵。

A¹¹ 較佳在每次出現時相同或不同地選自其中：Y係如上所定義且較佳等於F或CN。

式(F-1)之尤佳化合物遵循下式：

其中Y係如上所定義且較佳等於F。

該液晶材料較佳包含總比例0重量%至30重量%，尤佳5重量%至25重量%及極特佳10重量%至20重量%之式(F-1)之化合物。

該液晶材料較佳包含至少一種包含式(E-2)單元之化合物V、及至少一種式(F-1)之化合物。該液晶材料較佳包含選自包含至少一個式 (E-2)單元之化合物V之化合物及總比例至少10重量%，尤佳至少20重量%，極特佳至少30重量%，更佳至少40重量%及最佳至少50重量%之式(F-1)之化合物。

另外，該液晶材料較佳包含一或多種遵循式(F-2)之化合物，

其中：R²¹係如上R¹¹所定義；R²²係如上R¹²所定義；Z²¹係如上Z¹¹所定義；及A²¹係如上A¹¹所定義。

R²¹、R²²較佳在每次出現時相同或不同地為具有1至10個C原子之烷基或具有1至10個C原子之烷氧基。

Z²¹較佳為單鍵。

A²¹較佳在每次出現時相同或不同地選自

式(F-2)之尤佳化合物遵循以下式(F-2-1)及(F-2-2)：

該液晶材料較佳包含總比例0重量%至30重量%，尤佳3重量%至 20重量%及極特佳5重量%至15重量%之式(F-2)之化合物。

根據本發明，本發明之液晶材料較佳包含一或多種對掌性摻雜劑。在此情況中，該液晶材料之分子較佳在本發明之裝置之層中尤佳如自顯示器之TN模式所知相對彼此扭轉。

根據一替代實施例，同樣係較佳的實施例，本發明之液晶材料不包含對掌性摻雜劑。在此情況中，該液晶材料之分子較佳在客體-主體類型之LC裝置中不相對彼此扭轉。在此情況中，LC裝置尤佳呈反向平行模式。

對掌性摻雜劑較佳係以0.01重量%至3重量%，尤佳0.05重量%至1重量%之總濃度用於本發明之液晶材料。為了獲得高扭轉值，對掌性摻雜劑之總濃度亦可選擇為高於3重量%，較佳高為10重量%之最大值。

在指定液晶化合物及染料化合物之比例之情況下忽略該等化合物及以少量形式存在的其他組分之比例。

較佳之摻雜劑為下表所描繪之化合物：

本發明之液晶材料另外較佳包含一或多種穩定劑。穩定劑之總比例較佳介於總混合物之0.00001重量%與10重量%之間，尤佳介於總混合物之0.0001重量%與1重量%之間。

較佳之穩定劑顯示於下表中：

本發明之液晶材料包含一或多種染料化合物。染料化合物較佳為有機化合物，尤佳係包含至少一個縮合芳基或雜芳基之有機化合物。

本發明之液晶材料較佳包含至少兩種，尤佳至少三種及極特佳三種或四種不同的染料化合物。該至少兩種染料化合物較佳各自覆蓋光譜之不同範圍。

假若本發明之液晶材料中存在兩種或更多種染料化合物，則染料化合物之吸收光譜較佳以使得基本上整個可見光譜之光經吸收之方式彼此互補。此給予人眼黑色印象。此較佳藉由使用三種或更多種染料化合物來達成，其中至少一種吸收藍光，其中至少一種吸收綠光至黃光及其中至少一種吸收紅光。此處光顏色係依照B.Bahadur,Liquid Crystals-Applications and Uses，第3卷，1992，世界科學出版社(World Scientific Publishing)，11.2.1章。應指出，在各種情況中染料化合物之感知色彩係呈現被吸收色彩之互補色彩，換言之，吸收藍光之染料化合物具有黃色色彩。

本發明之液晶材料中之該(等)染料化合物之比例較佳總計為0.01 至10重量%，尤佳0.1至7重量%及極特佳0.2至7重量%。個別染料化合物之比例較佳為0.01至10重量%，尤佳0.05至7重量%及極特佳0.1至7重量%。

存於液晶材料中之染料化合物較佳係溶解在其中。該染料化合物之配向較佳受液晶材料之分子之配向影響。

另外，該等染料化合物較佳為二色性染料化合物，尤佳為正二色性染料化合物。正二色性意指該染料化合物具有正各向異性度R，可如工作實例所指示來確定。各向異性度R尤佳大於0.4，極特佳大於0.5及最佳大於0.6。

染料化合物之吸收較佳在光的偏振方向與染料化合物之分子之最長延伸方向平行時達成最大值及在光的偏振方向與染料化合物之分子之最長延伸方向垂直時達成最小值。

本申請案之染料化合物另外較佳主要吸收在UV-VIS-NIR範圍(換言之，在320至2000nm之波長範圍)之光。

染料化合物另外較佳為螢光染料化合物。此處螢光意指化合物藉由吸收具有特定波長之光而處於電子激發態，其中該化合物隨後經發射光躍遷至基態。發射光較佳具有較吸收光長的波長。自激發態躍遷至基態之躍遷另外較佳為自旋容許型，換言之，係在不改變自旋的情況下發生。螢光化合物之激發態之壽命另外較佳短於10^-5s，尤佳短於10^-6s，極特佳在10^-9與10^-7s之間。

染料化合物另外較佳選自B.Bahadur,Liquid Crystals-Applications and Uses，第3卷，1992，世界科學出版社，11.2.1章所指定之染料類別及尤佳選自於表中明確提及之化合物。

染料化合物較佳選自偶氮化合物、蒽醌、甲鹼化合物、偶氮甲鹼化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮、聯四芮、高碳數芮、苯并噻二唑、吡咯甲川及二酮基吡咯并吡咯。在此等中，尤佳為苝、苯并噻二唑及二酮基吡咯并吡咯。

該等染料化合物已多次述於相關文獻中。因此，例如，蒽醌染料述於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 and M.Wada：Mol.Cryst.Lig.Cryst.39,39-52(1977)及H.Seki,C.Shishido,S.Yasui and T.Uchida：Jpn.J.Appl.Phys.21,191-192(1982)中，及苝述於EP 60895、EP 68427及WO 82/1191中。

尤佳為如例如詳細地揭示於DE 3307238中之蒽醌染料、偶氮染料及萘醌染料、及如例如揭示於EP 2166040、US 2011/0042651、EP 68427、EP 47027、EP 60895、DE 3110960及EP 698649中之芮染料、及如例如揭示於尚未公開之申請案EP13002711.3中之苯并噻唑染料。

較佳染料化合物之實例描繪於下表中：

本發明另外關於一種以包含染料化合物之液晶材料在用於調節光通過量之裝置中之用途，其中該液晶材料具有至少95℃之澄清點且包含至少一種化合物V，化合物V包含至少一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元。

化合物V之較佳實施例在此處亦較佳，其等為上文關於本發明之液晶材料所指示的更佳實施例。

該液晶材料以層形式存在於裝置中。該層較佳係可切換，換言之，為切換層。

本發明之裝置較佳適用於調節呈日光形式之光從環境進入一空間中之通過量。欲調節的光通過量在此處係自環境(外部空間)進入一空間中來進行。此處空間可為任何所需的大體上密封隔離環境之空間，例如建築、車輛或容器。該裝置一般可用於任何所需的空間，尤其假若後者僅具有有限的與環境之空氣交換及具有可發生能量以光能形式從外部進入通過的透光邊界面。尤其關於將裝置用於透過透光區域(例如透過窗戶區域)而受到強曝曬之空間。

本發明之裝置較佳配置在相當大二維結構之開口中，其中該二維結構自身僅容許少量光通過或不容許光通過，及其中該開口相對地在較大的程度上傳輸光。該二維結構較佳為壁或空間與外部之另一定界。較佳地，本發明之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及極特佳至少0.8m²之面積。

本發明之裝置係可切換。切換在此處意指光透過裝置之通過量改變。本發明之裝置較佳係可電切換。

假若裝置係可電切換，則其較佳包括兩個或更多個電極，其等係安裝在包含該液晶材料之切換層的兩側。該等電極較佳係由ITO或薄的(較佳)透明金屬及/或金屬氧化物層例如銀或FTO(摻雜氟氧化錫)、或熟習此項技藝者已知用於此用途之替代材料組成。該等電極較佳具有電連接。較佳由電池、可再充電電池或外部電源供應器來提供電壓。

就電切換而言之切換操作係透過施加電壓所引起之液晶材料分子配向而發生。

於一個較佳的實施例中，該裝置藉由施加電壓從在零電壓下存在的具有高吸收(即，低光透射率)狀態轉變為具有更低吸收(即，更高光透射率)之狀態。裝置之層中之液晶材料較佳在兩種狀態中均為向列型。較佳地，零電壓狀態之特徵在於液晶材料之分子及因而染料化合物之分子係與切換層之平面平行配向。此較佳藉由相應選定的配向層來達成。較佳地，於電壓下之狀態之特徵在於液晶材料之分子及因而染料化合物之分子係與切換層之平面垂直配向。

於上述實施例之一個替代實施例中，該裝置藉由施加電壓從在零電壓下存在的具有低吸收(即，高光透射率)之狀態轉變為具有更高吸收(即，更低光透射率)之狀態。裝置之層中之液晶材料較佳在兩種狀態中均為向列型。較佳地，零電壓狀態之特徵在於液晶材料之分子及因而染料化合物之分子係與切換層之平面垂直配向。此較佳藉由相應選定的配向層來達成。較佳地，於電壓下之狀態之特徵在於液晶材料之分子及因而染料化合物之分子與切換層之平面平行。

根據本發明之一個較佳實施例，該裝置可在無需外部電源供應器下藉由以太陽能電池或另一與該裝置連接的用於將光及/或熱能轉化為電能之裝置提供所需能量來操作。藉助於太陽能電池來提供能量可直接或間接地(換言之，藉由電池或可再充電電池或其他連接在中間的用於儲存能量之元件)來進行。太陽能電池較佳安裝在該裝置之外部或為裝置之內部組件，如例如WO 2009/141295所揭示。尤佳為就漫射光而言特別高效之太陽能電池、及透明太陽能電池。

本發明之裝置較佳具有以下層順序，其中可另外存在其他層。在該裝置中，下文所述的層較佳直接彼此相鄰：

- 基板層，其較佳包含玻璃或聚合物

- 導電透明層，其較佳包含ITO

- 配向層

- 包含液晶材料之切換層

- 配向層

- 導電透明層，其較佳包含ITO

- 基板層，其較佳包含玻璃或聚合物

下文描述個別層之較佳實施例。

本發明之裝置較佳包括一或多個(尤佳兩個)配向層。該等配向層較佳與包含該液晶材料之層的兩側直接相鄰。

用於本發明之裝置中之配向層可為熟習此項技藝者已知之用於此目的之任何所需層。較佳為聚醯亞胺層，尤佳係包含摩擦聚醯亞胺之層。若該等液晶材料分子與配向層平行(平面配向)，則以熟習此項技藝者已知的特定方式摩擦之聚醯亞胺導致該等分子在摩擦方向配向。此處液晶材料之分子較佳在配向層上不完全平坦，而是具有小預定傾斜角。為了達成液晶材料之化合物相對配向層之表面之垂直配向(垂直配向)，以特定方式處理之聚醯亞胺較佳用作用於配向層之材料(聚醯亞胺用於極高預傾斜角)。另外，藉由暴露於偏振光之暴露製程獲得的聚合物可用作配向層以達成液晶材料之化合物依配向軸配向(光配向)。

本發明之裝置中的包含該液晶材料之層另外較佳配置在兩個基板層之間或藉此封閉。該等基板層可例如由玻璃或聚合物，較佳透光聚合物組成。

較佳地，該裝置之特徵在於其不包括基於聚合物的偏振器，尤佳不包括呈固體材料相之偏振器及極特佳根本不包括偏振器。

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。該等偏振器在此情況中較佳為線性偏振器。

假若存在正好一個偏振器，則其吸收方向較佳與本發明之裝置之液晶材料之化合物在切換層之定位偏振器之側的定向軸垂直。

在本發明之裝置中，可使用吸收型及反射型偏振器二者。較佳使用呈薄光學膜形式之偏振器。可用於本發明裝置中之反射型偏振器的實例為DRPF(漫射反射偏振膜，3M)、DBEF(雙重增亮膜，3M)、DBR(層狀聚合物分佈式布拉格反射器，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，可使用基於反射紅外光之線柵(WGP，線柵偏振器)之偏振器。可用於本發明裝置中之吸收型偏振器的實例為Itos XP38偏振膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏振膜。可根據本發明使用的圓形偏振器的一個實例為APNCP37-035-STD偏振器(American Polarizers)。另一實例為CP42偏振器(ITOS)。

此外，本發明之裝置較佳包括較佳如WO 2009/141295所述之傳送光至太陽能電池或另一將光及/或熱能轉化為電能的裝置的光波導系統。該光波導系統收集並聚集射於裝置的光。其較佳收集並聚集由染料化合物發射的光。該光波導系統與用於將光能轉化為電能的裝置(較佳太陽能電池)接觸，使得收集的光呈聚集形式射於該將光能轉化為電能的裝置。在本發明之一個較佳的實施例中，該用於將光能轉化為電能的裝置係安裝在裝置邊緣，整合於該裝置中且電連接至用於本發明之裝置之電切換的構件。

在一個較佳的實施例中，本發明之裝置為窗戶(尤佳係包括至少一個玻璃表面之窗戶，極特佳係包括多層絕緣玻璃之窗戶)之組件。

此處窗戶尤其意指建築中的包括框架及至少一個由該框架所圍繞之玻璃板的結構。其較佳包括絕熱框架及兩個或更多個玻璃板(多層絕緣玻璃)。

根據一個較佳的實施例，本發明之裝置係直接施加至窗戶之玻璃表面，尤佳直接施加在介於多層絕緣玻璃的兩個玻璃板之間之間隙中。

本發明此外關於包含本發明之較佳具有上述較佳特徵的裝置之窗戶。

工作實例

A)液晶混合物之製法

製備兩種比較混合物V1及V2。此外，製備液晶混合物E1至E10，其等為本申請案之混合物。

於下文顯示混合物V1、V2及E1至E10之組成。此處該等混合物之個別成分的化學結構藉由縮寫詞(頭字語)再現。該等縮寫詞明確地提出並說明於WO 2012/052100(第63-89頁)中，及因此可參考該申請案之說明。

以下縮寫詞不對應於該命名法，及因此需明確顯示對應的化學結構。

就該等混合物而言，指明其澄清點(以攝氏度計)、光學各向異性△n及介電各向異性△ε。該等物理性質係依照「Merck Liquid Crystals,Physical Properties of Liquid Crystals」，Status 1997年11月，Merck KGaA，德國來確定，及適用於20℃之溫度。在589nm下確定△n的值及在1kHz下確定△ε的值。

在瓶中及在具有約6微米厚度之測試單元中，在各種情況中於室溫(+20℃)及於-20℃、-30℃及-40℃之溫度下，來判定低溫度穩定性。

以24h的時間間隔目測檢查該等樣品之結晶體或層列相之形成。只要在瓶或測試單元中於任何該等溫度下未觀察到結晶體或層列相，則繼續該測試。一旦觀察到結晶體或層列相，甚至僅在一個該等樣品中觀察到，則終止該測試，及經過的天數表示為低溫度穩定性。

B)包含染料之液晶混合物之製法及其物理性質之測定

在A)下方所顯示的所有混合物E1至E10中，製備包含一或多種染料之混合物。下文顯示該等結果之一種代表性選擇。

B-1)包含染料F1之混合物之製法及各向異向度及溶解度之測定

製備於一種該等液晶混合物V1、E1、E2、E3及E7中包含染料F1之混合物(其組成參見下表)

染料F1

從該(等)混合物之消光係數E(p)(混合物在分子與光偏振方向平行配向時之消光係數)之值及消光係數E(s)(混合物在分子與光偏振方向垂直配向時之消光係數)之值來判定各向異向度R，各消光係數均在所述染料之吸收帶最大值的波長下測定。假若染料具有複數個吸收帶，則選擇最長波長吸收帶。如熟習LC裝置領域技藝者已知，混合物之分子之配向係藉助於配向層來達成。為了消除因液晶介質、其他吸收及/或反射所引起的影響，在各種情況中針對不包含染料之相同混合物進行測量及減去所獲得的值。

使用線性偏振光進行測量，線性偏振光之振動方向與配向方向平行(確定E(p))或與配向方向垂直(確定E(s))。此可藉助於線性偏振器來達成，其中該偏振器相對裝置旋轉以達成這兩種不同振動方向。E(p)及E(s)之測量因此透過旋轉入射偏振光的振動方向來進行。或者，亦可相對入射偏振光偏振的空間固定方向來旋轉該樣品。

從獲得的E(s)及E(p)之值根據下式計算各向異性度R：R=[E(p)-E(s)]/[E(p)+2*E(s)]，尤其如「Polarized Light in Optics and Spectroscopy」,D.S.Kliger等人，Academic Press,1990中所示。測定包含二色性染料之液晶介質之各向異性度的方法之詳細描述可參見B.Bahadur,Liquid Crystals-Applications and Uses，第3卷，1992，World Scientific Publishing，11.4.2章。

該方法亦用於所有以下實例中。

結果顯示各向異性度在本發明之混合物中相較在比較混合物中更高。

此外，研究+20℃及-20℃下染料F1在各種液晶混合物中之溶解度。

此處發現在本發明之混合物中之溶解度相較在比較混合物中明顯更高。

B-2)包含染料F2之混合物之製法及各向異性度及溶解度之測定

程序係如B-1)中所指示。

染料F2

結果顯示本發明之液晶混合物同時達成增進之溶解度及相當的各向異性度。

B-3)包含染料F3之混合物之製法及各向異性度及溶解度之測定

程序係如B-1)中所指示。

染料F3

B-4)包含染料F4之混合物之製法及各向異性度及溶解度之測定

程序係如B-1)中所指示。

染料F4

結果顯示本發明之液晶混合物相較於比較混合物V1達成相當的或更好的各向異性度。

B-5)包含染料F5之混合物之製法及各向異性度及溶解度之測定

程序係如B-1)中所指示。

染料F5

本發明之混合物相較於比較混合物V1顯示染料F5之同樣好或更好的各向異性度。

B-6)包含染料F6之混合物之製法及各向異性度及溶解度之測定

程序係如B-1)中所指示。

染料F6

本實例顯示本發明之混合物就染料F6而言具有與比較混合物V1類似的各向異性度。

相對於比較混合物V1，藉由比較混合物V2獲得染料之各向異性度及溶解度之類似值。

上述實例顯示可藉由本發明之化合物製得包含多種染料之液晶混合物。獲得的混合物之特徵在於染料化合物之高各向異性度及高溶解度及高溶液穩定性且因此極適用於用於調節光通過量之裝置中。

C)本發明之混合物E7在用於調節光通過量之裝置中之用途

C-1)製備液晶混合物E7及染料F1(0.10重量%)、F2(0.23重量%)、F7(0.09重量%)及F8(0.33重量%)之混合物。

染料F7

染料F8

由上述方法來確定該混合物之各向異性度。此在自430nm至630nm之寬廣光波長範圍內為0.8。

將包含該等染料之液晶材料引入用於調節光通過量之裝置中。此具有以下層順序：

-玻璃基板層

-導電透明ITO層，200埃

-聚醯亞胺配向層，摩擦反向平行

-包含液晶材料之切換層，24.4μm

-聚醯亞胺配向層

-導電透明ITO層

-玻璃基板層

於此配置中，該液晶材料係以反向平行預定傾斜角平面配向。可藉由彼此摩擦反向平行之聚醯亞胺層來達成該配向。藉由隔板來控制液晶層之厚度。ITO層提供有電接觸件，以致可透過包含該液晶材料之切換層來施加電壓。

電壓之施加可達成裝置在黑暗(未施加電壓)與明亮(施加電壓)之間之中性顏色切換。此處顏色印象為灰色。

獲得該裝置在兩種切換狀態下之以下光透射率τ_v值：

τ_v明亮=84%

τ_v黑暗=49%。

依照歐洲標準EN410(European Standard EN410)，方程式(1)計算光透射率τ_v淺白及τ_v黑暗(確定鑲嵌玻璃之發光及太陽能特徵)。依照此標準之光透射率τ_v將考慮標準照明體之相對光譜分佈及標準觀測器之光譜亮度靈敏度。

製得另一本發明之包括兩個切換層之裝置，如尚未公開之申請案EP13002445.8之工作實例所揭示。該裝置具有以下層配置：

-玻璃層

-ITO層，200埃

-聚醯亞胺配向層，摩擦反向平行

-包含液晶材料之切換層，24.4μm

-聚醯亞胺配向層，摩擦反向平行

-ITO層，200埃

-玻璃層

-至於上述7個層，層順序係繞垂直穿過該等層的軸旋轉相對其旋轉90°。

獲得該裝置在兩種切換狀態下之以下光透射率值τ_v：

τ_v明亮=71%

τ_v黑暗=11%。

C-2)製備液晶混合物E7及染料F1(0.103重量%)、F8(0.287重量%)、F9(0.101重量%)及F10(0.518重量%)之混合物。

染料F9

染料F10

如上文在1)下方所指出，使用此混合物製造具有單一切換層之用於調節光通過量之裝置。

獲得該裝置在兩種切換狀態中之以下光透射率τ_v值：

τ_v明亮=81%

τ_v黑暗=47%。

此外，亦如上文在1)下方所指出，使用此混合物製造具有兩個切換層之用於調節光通過量之裝置。

獲得該裝置在兩種切換狀態下之以下光透射率τ_v值：

τ_v明亮=66%

τ_v黑暗=10%。

C-3)製備液晶混合物E7及染料F1(0.048重量%)、F8(0.223重量%)、F9(0.116重量%)及F11(0.679重量%)之混合物。

染料F11

獲得該裝置在兩種切換狀態下之以下光透射率值τ_v：

τ_v明亮=82%

τ_v黑暗=48%。

獲得該裝置在兩種切換狀態下之以下光透射率值τ_v：

τ_v明亮=68%

τ_v黑暗=12%。

Claims

一種用於調節光通過量之裝置，該裝置之特徵在於其包括包含具有染料化合物之液晶材料之層，其中該液晶材料具有至少95℃之澄清點且包含至少一種包含至少一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元之化合物V，其中：X 在每次出現時係相同或不同地選自F、Cl、Br、I、-CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃；W 在每次出現時係相同或不同地選自F、Cl、Br、I、-CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃；U 在每次出現時係相同或不同地選自H、F、Cl、Br、I、CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS、N₃、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換；虛線表示連接至化合物之其餘部分之鍵，及每個式(E-3)單元中至少一個基團U係選自F、Cl、Br、I、CN、-NCO、-NCS、-SCN、-OCN、-NC、-CNO、-CNS及N₃。
如請求項1之裝置，其中X在每次出現時係相同或不同地選自F及-CN。
如請求項1或2之裝置，其中W等於-CN。
如請求項1至3中任一項之裝置，其中U在每次出現時係相同或不同地選自H、F及-CN。
如請求項1至4中任一項之裝置，其中該化合物V包含正好一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元。
如請求項1至5中任一項之裝置，其中該化合物V具有下式之結構：其中：R^V1、R^V2 在每次出現時相同或不同地表示具有1至10個C原子之烷基或烷氧基或具有2至10個C原子之烯基或烯氧基，其中上述基團中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及一或多個CH₂基可經O或S置換；在每次出現時係相同或不同地選自以下基團：、或式(E-1)、(E-2)或(E-3)之單元；Y 在每次出現時係相同或不同地選自F、Cl、CN、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換；n 係等於1、2或3；及其中至少一個基團係選自式(E-1)、(E-2)或(E-3)之單元。
如請求項6之裝置，其中該式(V)之化合物包含正好一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元。
如請求項6或7之裝置，其中式(V)中之指數n係等於1或2。
如請求項6至8中任一項之裝置，其中式(V)中之A^V1在每次出現時係相同或不同地選自、及式(E-1-1a)、(E-1-2a)、(E-1-3a)、(E-2-1)及(E-3-1)之單元。
如請求項1至9中任一項之裝置，其中該液晶材料具有至少100℃之澄清點。
如請求項1至10中任一項之裝置，其中該液晶材料具有-2至-10之介電各向異性△ε。
如請求項1至11中任一項之裝置，其中該液晶材料包含5至15種各具有不同結構的化合物V。
如請求項1至12中任一項之裝置，其中該液晶材料具有總比例至少40重量%之化合物V。
如請求項1至13中任一項之裝置，其中該液晶材料包含一或多種遵循式(F-1)之化合物，其中：R¹¹、R¹²在每次出現時相同或不同地表示F、Cl、-CN、-NCS、-SCN、R³-O-CO-、R³-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原子之烯基或烯氧基，其中上述基團中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及一或多個CH₂基可經O或S置換；及R³ 在每次出現時相同或不同地表示具有1至10個C原子之烷基，其中一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中一或多個CH₂基可經O或S置換；Z¹¹ 在每次出現時係相同或不同地選自-CO-O-、-O-CO-、-CF₂-CF₂-、-CF₂-O-、-O-CF₂-、-CH₂-CH₂-、-CH=CH-、-CF=CF-、-CF=CH-、-CH=CF-、-C≡C-、-OCH₂-、-CH₂O-及單鍵；及A¹¹ 在每次出現時係相同或不同地選自以下基團：其中： Y 在每次出現時係相同或不同地選自F、Cl、CN、及具有1至10個C原子之烷基、烷氧基或烷硫基，其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個氫原子可經F或Cl置換，及其中該烷基、烷氧基或烷硫基中之一或多個CH₂基可經O或S置換。
如請求項1至14中任一項之裝置，其中該液晶材料包含選自包含至少一個式(E-2)單元之化合物V的化合物，及總比例為至少10重量%之式(F-1)之化合物。
如請求項1至15中任一項之裝置，其中該液晶材料包含一或多種遵循式(F-2)之化合物，其中：R²¹ 係如請求項14之R¹¹所定義；R²² 係如請求項14之R¹²所定義；Z²¹ 係如請求項14之Z¹¹所定義；及A²¹ 係如請求項14之A¹¹所定義。
如請求項1至16中任一項之裝置，其中該液晶材料包含至少三種不同染料化合物。
如請求項1至17中任一項之裝置，其中該染料化合物之各向異性度R係大於0.4。
如請求項1至18中任一項之裝置，其中該染料化合物係選自偶氮化合物、蒽醌、甲鹼(methine)化合物、偶氮甲鹼化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮(terrylene)、聯四芮(quaterrylene)、高碳數芮、苯并噻二唑、吡咯甲川及二酮基吡咯并吡咯。
如請求項1至19中任一項之裝置，其中該裝置適用於調節以日光形式從環境進入空間之光通過量。
如請求項1至20中任一項之裝置，其中該裝置具有至少0.5m²之面積程度。
如請求項1至21中任一項之裝置，其中該裝置係可電切換。
如請求項1至22中任一項之裝置，其中該裝置具有以下層順序，其中可另外存在其他層：基板層導電透明層配向層包含液晶材料之切換層配向層導電透明層基板層。
如請求項1至23中任一項之裝置，其中該裝置不包括偏振器。
一種窗戶，其包含如請求項1至24中任一項之裝置。
一種以如請求項1所定義之包含染料化合物之液晶材料在用於調節光通過量之裝置中之用途，其中該液晶材料具有至少95℃之澄清點且包含至少一種包含至少一個選自式(E-1)、(E-2)及(E-3)單元之單元之化合物V。