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TWI712675B - 用於調節光之進入的裝置 - Google Patents

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TWI712675B
TWI712675B TW106100237A TW106100237A TWI712675B TW I712675 B TWI712675 B TW I712675B TW 106100237 A TW106100237 A TW 106100237A TW 106100237 A TW106100237 A TW 106100237A TW I712675 B TWI712675 B TW I712675B
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TW
Taiwan
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layer
liquid crystal
crystal medium
alignment
light
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Application number
TW106100237A
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English (en)
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TW201736579A (zh
Inventor
麥克 強吉
安德列斯 拜耳
米拉 費雪
Original Assignee
德商馬克專利公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13712—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering the liquid crystal having negative dielectric anisotropy

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Abstract

本申請案係關於一種用於調節光進入房間的裝置，其包括特定設計之含有扭轉向列型液晶介質及二色性化合物的可切換層。

Description

用於調節光之進入的裝置
本申請案係關於用於調節光進入房間的裝置，其包括含有液晶介質及二色性化合物之可切換層，其中該液晶介質係在該裝置之至少一種切換態中呈扭轉向列態。
出於本發明之目的，術語光意指(特定言之)在UV-A、VIS及NIR區之電磁輻射。特定言之，其意指窗戶中所通常使用之材料(例如玻璃)僅以可忽略不計之程度吸收或完全不吸收之波長之光。根據通常所用之定義，UV-A區意指320至380 nm之波長，VIS區意指380 nm至780 nm之波長及NIR區意指780 nm至2000 nm之波長。 出於本申請案之目的，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(即，沿一個空間方向(縱軸)中比沿另兩個空間方向顯著更長)之化合物。 出於本申請案之目的，二色性化合物意指吸光化合物，其中吸收性質係取決於該化合物相對於光偏振方向之取向。根據本申請案之二色性化合物通常具有具有細長形狀，即，該化合物沿一個空間方向(縱軸)比沿另兩個空間方向顯著更長)。 扭轉向列態意指液晶介質分子之取向軸在各情況中平行於在平行於該可切換層之平面的平面內的另一分子，但相對於鄰近平面之分子的取向軸以特定角度扭轉。在一個平面內之取向軸相對於另一個平面內之取向軸之相對扭轉與在平行於該可切換層之軸上之該等平面彼此之間的間隔成正比，使得該等取向軸描繪具有垂直於該可切換層之平面之螺旋軸的螺旋。在以下部分中所更詳細闡釋的圖式之圖2說明該扭轉向列態。 在用於調節光進入房間之裝置(可切換窗戶、智慧窗戶)的領域中，在過去已經提出了許多不同技術解決方案。 一種可能解決方案為使用含有呈非扭轉向列態液晶介質與一或多種二色性化合物之混合物的可切換層。藉由施加電壓，可實現在此等可切換層中之二色性化合物之分子在空間取向上的改變，其導致通過該可切換層之透光率的改變。一種對應裝置係描述於(例如)WO 2009/141295中。或者，亦可藉由溫度誘導自液晶介質之等向態轉變至液晶態而無需電壓來達成此類型之透光率的改變，如於(例如)US 2010/0259698中所描述。 WO2015055274描述超扭轉單元(SNT單元)在窗戶中的用途。所揭示之裝置含有具有正介電各向異性之液晶介質，其中扭轉角係在30與270°之間或至高3*360°且其之d*Δn係＜ 2。此處所揭示之切換層的厚度係低於12 μm。確切地就此等薄層厚度而言，已發現玻璃對生產顯示器而言已經係不利波狀。此基板波紋造成層厚的不利改變，其繼而造成非所要光學可見缺陷(例如條紋)。此外，更廉價的用於建築應用之平板玻璃具有甚至更大的基板波紋。因此，為了避免光學可見缺陷(例如條紋)，生產此類型極薄單元的成本係高的。此外，窗戶應用較佳使用不對應於彼等使用高品質無塵室之典型LCD生產製程的廉價生產製程。就此而言，所得潛在微粒缺陷係在薄層厚度的情況中尤其明顯。 就此而言，受關注的是提供具有最大可能的能量調節能力之用於調節光進入房間的裝置，即，其等之光透射率在切換中具有最大可能的差異。此差異亦稱為切換範圍或範圍。最大可能的切換範圍使得裝置有效調節進入房間的能量輸入及因此調節(例如)此房間的溫度成為可能。此外，受關注的是裝置具有最簡單可能的設計，特定言之具有最少可能的層，且其生產製程與大量生產相容。此外，裝置應需要最低可能的電壓用於切換操作，即，應能量有效地操作。所用之液晶混合物應具有高的低溫穩定性對抗在-20℃下，較佳在-30℃且特定言之在-40℃下結晶，其較佳已存在超過3個月。此外，現代裝置應在高於80℃，較佳高於90℃，特定言之105℃的相對高溫下仍能起作用。此外，裝置在區域範圍內應具有光學均勻外觀，其中歸因於基板波紋之層厚的改變(基於10 x 10 cm之區域子元件，基於所觀察到的最小及最大層厚)係低於10%，較佳低於5%且特別佳低於1%。
在本發明語境中，現已發現可藉由提供具有(特定言之)大於12 μm之相對大的切換層厚度之本發明用於調節光之進入的裝置(較佳同時)實現上文所提及之技術目標之一或多者。 因此，本發明係關於一種用於調節光進入房間的裝置，其包括具有大於12 μm之厚度之可切換層S，其包含含有至少一種二色性化合物之液晶介質， 其中下式適用於層S之厚度d及層S之液晶介質的光學各向異性Δn： d ＜ 1 μm / Δn 且其中層S之液晶介質分子係在該裝置無施加電壓下之切換態或該裝置施加電壓下之切換態中呈扭轉向列態。 本文光學各向異性係在20℃及589 nm下如「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」, Status 1997年11月，Merck KGaA, Germany中所指示進行測定。 下式較佳適用於層S之厚度d及層S之液晶介質的光學各向異性Δn： d ＜ 0.9 μm / Δn且d ＞ 0.2 μm / Δn。 下式特別佳適用： d ＜ 0.75 μm / Δn且d ＞ 0.5 μm / Δn。 該裝置較佳包含一或多個(特別佳兩個)取向層，其等經配置直接與可切換層S相鄰。根據本發明，較佳確切一個取向層(稱為O1)與該可切換層S之一側相鄰且確切另一個取向層(稱為O2)與該可切換層之相對側相鄰。 取向層較佳實現層S與該取向層相鄰之液晶介質分子的平面配置。然而根據本發明之一替代實施例，其等亦可以此種方式設計：使得其等實現層S與該取向層相鄰之液晶介質分子的垂直配置。 此外，取向層較佳實現層S之液晶介質分子在各自取向層界面上沿該取向層之摩擦方向進行配向。取向層O1及O2較佳以此種方式設計：使得其等各實現液晶介質分子的取向軸在層S之鄰近區域具有不同配向。此導致液晶介質分子的扭轉。 取向層O1及O2的摩擦方向較佳包括30至360°之角，特別佳135°至360°之角，極特別佳160至270°之角且最佳230至255°之角。 取向層較佳為聚醯亞胺層。取向層特別佳在其等與層S相鄰之表面上具有經摩擦聚醯亞胺。聚醯亞胺以熟習此項技術者已知之特定方式進行摩擦導致液晶介質化合物優先以摩擦方向配向，若化合物平行於該取向層。此外，藉由使用偏振光之曝露操作所獲得之聚合物可用作取向層以達成液晶介質化合物的優先方向(光配向)。 對於旨在實現液晶介質分子垂直配置的取向層而言，對應實施例係熟習此項技術者已知。 此外，就無施加電壓下之狀態中的水平配向而言，液晶介質分子較佳不完全平行於取向層，而是具有輕微預傾角。就無施加電壓下之狀態中的水平配向而言，層S之液晶介質分子的取向軸較佳包括1°至10°之與取向層O1或O2之平面所成的角，特別佳2°至9°之角，且極特別佳3°至8°之角。此可藉由合適設計取向層來達成。用於此目的之方法係熟習此項技術者所已知，例如通過根據經驗方法及/或生產商資訊來合適選擇市售聚醯亞胺起始物質的固化時間及固化溫度。選擇在較佳範圍內之預傾角使當透過裝置觀看時達成裝置的特別均質外觀成為可能，且避免光學干涉。 對另一種無施加電壓下之狀態中的液晶介質分子的垂直配向而言，分子的取向軸較佳不完全垂直於取向層O1或O2之平面，而是包括與其成稍微不同於90°之角。包含於此情況中之取向軸與取向層O1或O2所成的角較佳為89°至70°，特別佳88°至75°且極特別佳87°至80°。 此外，本發明裝置之層S較佳配置於兩個基板層之間或由其等包圍。該等基板層可由(例如)玻璃或聚合物，特定言之由玻璃、PET、PEN、PVB或PMMA組成。 該裝置的特徵較佳在於其不包括聚合物基偏振器，特別佳不包括呈固體材料相之偏振器且極特別佳不包括任何偏振器。 然而根據一替代實施例，該裝置亦可包括一或多個偏振器。此等偏振器較佳係線性偏振器。若存在一或多個偏振器，則此等偏振器較佳配置成平行於層S。 若確切地存在一個偏振器，則其吸收方向較佳係垂直於本發明裝置之液晶介質的液晶化合物在層S之該偏振器所在之側的優先配向。
在本發明裝置中，可採用吸收及反射偏振器兩者。以使用呈光學薄膜形式之偏振器為較佳。可用於本發明裝置中之反射偏振器之實例為DRPF(漫射反射偏振器膜，3M)、DBEF(雙重增亮膜，3M)、DBR (如US 7,038,745及US 6,099,758中所描述的多層聚合物分佈式布拉格(Bragg)反射器)及APF膜(高級偏振器膜，3M，參見Technical Digest SID 2006, 45.1, US 2011/0043732及US 7023602)。此外，可採用基於線柵的偏振器(WGP，線柵偏振器)，其反射紅外光或VIS光。可用於本發明裝置中之吸收偏振器的實例包括Itos XP38偏振器膜及Nitto Denko GU-1220DUN偏振器膜。根據本發明可使用之環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)。 本發明裝置較佳具有確切地一個可切換層。 層S較佳具有13至50 μm，特別佳14至45 μnm且極特別佳15至40 μm之厚度。特定言之，此引起區域中的光學均勻外觀，其中歸因於基板波紋之層厚的改變(基於10 x 10 cm之區域子元件，基於所觀察到的最小及最大層厚)係低於10%，較佳低於5%且特別佳低於1%。 層S較佳具有至少30%，較佳至少35%，特別佳至少40%且極特別佳至少50%之明亮狀態下的光透射率τv 明亮 (根據歐洲標準EN410，公式(1)計算得)。可切換層之明亮狀態下的光透射率τv 明亮 係以百分比指示。其係自該可切換層在該裝置之明亮狀態下的光透射率基於作為參照之具有可切換層而無染料的裝置之比率計算得到。其係根據歐洲標準EN410，公式(1) (測定玻璃的發光及太陽能特徵)自光譜透射率進行測定，將標準照明體之相對光譜分佈及標準觀察者之光譜反應因子考慮在內。 該裝置之特徵較佳在於層S包括至少兩種不同的二色性化合物，較佳確切2、3、4、5或6種不同的二色性化合物，特別佳確切2、3或4種不同的二色性化合物。 此外，較佳地，二色性化合物中之至少一種係發光的，較佳螢光。 此處之螢光意指藉由吸收具有特定波長的光使化合物處於電子激發態，其中該化合物隨後轉變為基態，且伴隨光發射。所發射的光較佳具有比所吸收光更長的波長。此外，自激發態躍遷至基態較佳係自旋允許型，亦即在不改變自旋的情況下發生。此外，螢光化合物之激發態之壽命較佳係短於10-5 s，特別佳短於10-6 s，極特別佳在10-9 與10-7 s之間。 液晶介質中之二色性化合物的吸收光譜較佳係以此種方式彼此互補：使得眼睛感覺到該裝置為黑色。特別佳地，當透過裝置觀看時，該裝置在其所有切換態中呈無色，其中灰色或黑色感覺係同樣視為無色。 液晶介質中之兩種或更多種二色性化合物較佳涵蓋可見光譜之大部分。此較佳通過至少一種吸收紅光之二色性化合物、至少一種吸收綠光至黃光之二色性化合物及至少一種吸收藍光之二色性化合物來達成。 可製備對眼睛呈現黑色或灰色之二色性化合物混合物之確切方式為熟習此項技術者所已知，並描述於(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，二色性化合物較佳主要吸收UV-VIS-NIR區內(亦即波長範圍在320至2000 nm之內)的光。此處之UV光、VIS光及NIR光係如上所定義。該等二色性化合物特別佳於400至1300 nm的範圍內具有最大吸收值。 液晶介質中所有二色性化合物一起的總比例較佳係0.01至10重量%，特別佳0.1至7重量%，且極特別佳0.2至7重量%。個別二色性化合物之比例較佳係0.01至10重量%，較佳0.05至7重量%，且極特別佳0.1至7重量%。 液晶介質中之二色性化合物的確切較佳比例取決於層S的厚度。液晶層中二色性化合物的比例與該層的厚度之乘積特別佳係在8與40重量% * μm之間，特別佳在10與35重量% * μm之間。 此外，二色性化合物較佳係選自B. Bahadur, Liquid Crystals - Applications and Uses，第3卷，1992, World Scientific Publishing，11.2.1部分中所指示的化合物類別，且特別佳係選自其中所呈現的表格中所給出之明確化合物。 較佳地，至少一種二色性化合物(特別佳所有二色性化合物)係選自偶氮化合物、蒽醌、次甲基化合物、偶氮甲鹼化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮、聯四芮、更高碳數芮、方酸、苯并噻二唑、二酮基吡咯并吡咯及吡咯甲川。 蒽醌染料係描述於例如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，萘醌染料係描述於例如DE 3126108及DE 3202761中，偶氮染料係描述於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，及苝係描述於EP 60895、EP 68427及WO 82/1191中。 以如(例如)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中及尚未公開之申請案EP 13002711.3中所揭示之苯并噻二唑染料為極特別佳。此外，以如(例如)EP 2166040、US 2011/0042651、EP 68427、EP 47027、EP 60895、DE 3110960及EP 698649中所揭示之芮染料為極特別佳。此外，以如(例如)WO 2015/090497中所揭示之二酮基吡咯并吡咯染料為極特別佳。 根據一較佳實施例，液晶介質僅包含選自以下類別之二色性化合物：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。 可存在於液晶介質中之較佳二色性化合物的實例係描繪於下表中：
Figure AA101
Figure AA101-1
Figure AA101-2
Figure AA101-3
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Figure AA101-13
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Figure AA101-15
 該裝置之可切換層S包括液晶介質。 液晶介質在該裝置之操作溫度下較佳係向列型液晶。特別佳地，向列型液晶係在該裝置之操作溫度上下之±20℃範圍內，極特別佳±30℃範圍內。 根據本發明，液晶介質分子係在該裝置無施加電壓下之切換態或該裝置施加電壓下之切換態中呈扭轉向列態。 液晶介質分子較佳係在該裝置無施加電壓下之切換態中呈扭轉向列態且呈平面配向。此外，在此情況中，液晶介質分子較佳係在該裝置施加電壓下之狀態中呈非扭轉向列態且呈垂直配向。 根據一替代實施例，液晶介質分子係在該裝置無施加電壓下之切換態中呈非扭轉向列態且呈垂直配向。此外，在此情況中，液晶介質分子較佳係在施加電壓下之狀態中呈扭轉向列態且呈平面配向。 層S之液晶介質分子在扭轉向列態中之取向軸的扭轉(從整個層厚度上來看)較佳係少於一個完整旋轉，特別佳在30與270°之間，極特別佳在100°與260°之間，甚至更佳在160與255°之間且最佳在230與250°之間。 此提供進一步提高之切換範圍，特定言之當該裝置亦具有小的切換層S之厚度d時，較佳地，切換層S之厚度d符合公式 d ＜ 1 μm / Δn， 其中Δn為切換層S之液晶介質的光學各向異性。 圖2顯示液晶介質分子之取向軸之此類扭轉的一個實例(參見以下部分中之說明)。 根據本發明之一替代實施例，層S之液晶介質分子在扭轉向列態中之取向軸的扭轉(從整個層厚度上來看)係在270°與五個完整旋轉(1800°)之間，較佳在320°與三個完整旋轉(1080°)之間，特別佳在340°與740°之間，且極特別佳在360°與720°之間。若在兩個基本態「開」與「關」之間無中間態目標，而是僅提及該兩個基本態，則此等實施例係特別佳。 此外，液晶介質較佳具有在70℃至170℃，較佳90℃至160℃，特別佳95℃至150℃且極特別佳105℃至140℃之溫度範圍內的澄清點，較佳自向列型液晶態相變為各向同性態。 液晶介質之介電各向異性係小於-3，特別佳小於-7，且極特別佳小於-8。 此外，根據一替代的同樣較佳之實施例，液晶介質之Δε係較佳大於3，特別佳大於7，且極特別佳大於8。 此外，液晶介質較佳包含3至30種不同化合物，較佳8至20種，特別佳10至18種不同化合物。 此外，液晶介質較佳具有小於0.075，特別佳小於0.06，特定言之小於0.05的光學各向異性(Δn)值。 此外，液晶介質較佳具有大於1010 ohm*cm之比電阻。 可用作液晶介質之成分的化合物係熟習此項技術者所已知且可自由選擇。 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-伸環己基之結構元素的化合物。液晶介質特別佳包含至少一種含有2、3或4種，特別佳3或4種基於1,4-伸苯基及1,4-伸環己基之結構元素的化合物。 液晶介質可包含一或多種對掌性化合物。則此等對掌性化合物較佳以0.01至3重量%，特別佳0.05至1重量%之總濃度存在。為得到高扭轉值，亦可選擇高於3重量%，較佳達最大10重量%之對掌性化合物之總濃度。在液晶介質中使用對掌性摻雜劑使得在右手或左手螺旋意義上設定扭轉方向成為可能。 亦可使用兩種或更多種不同對掌性摻雜劑的組合。其使得該裝置的溫度穩定性得以改良。 根據本發明之另一實施例，對掌性摻雜劑亦具有吸光性質，即，為染料。 對掌性化合物較佳係經選擇使得其引起符合以下公式的液晶介質分子的螺距p，其中d為層S的厚度： 0.1 ＜ d/p ＜ 0.8， 較佳0.3 ＜ d/p ＜ 0.75， 特別佳0.4 ＜ d/p ＜ 0.7。 特別佳地，d/p之商值匹配層S之液晶介質分子之取向軸的扭轉。特定言之，較佳地，對於180°之扭轉選擇0.1至0.7之d/p值，對於220°之扭轉選擇0.23至0.73之d/p值，對於240°之扭轉選擇0.28至0.78之d/p值及對於270°之扭轉選擇0.33至0.77之d/p值。對扭轉的中間值應進行對應內插法。 用於根據本發明裝置之較佳對掌性化合物係描繪於下表中之化合物：
Figure 106100237-A0304-0001
 液晶介質較佳包含一或多種穩定劑。穩定劑的總濃度較佳係佔整體混合物的0.00001與10重量%之間，特別佳在0.0001與1重量%之間。 該裝置較佳具有藉由電壓對層S之液晶介質分子進行配向的構件。其較佳具有兩個或更多個安裝於層S之兩側的電極，或者在另一較佳實施例中，僅安裝於層S的一側。電極較佳由ITO或薄的，較佳透明的金屬及/或金屬氧化物層(例如銀或熟習此項技術者已知之用於此用途的替代材料)組成，且其等係根據該切換層所用之材料以熟習此項技術者已知之方法相應地進行配置。該等電極較佳具有電連接。較佳藉由電池、可充電電池、超級電容器或外部電源來提供電源。 本發明裝置較佳具有以下層順序，其中該等層較佳係與另一層直接相鄰(亦參見圖1)： 1)基板層，較佳為玻璃層或聚合物層 2)導電層，較佳為ITO層 3)取向層O1 4)可切換層S 5)取向層O2 6)導電層，較佳為ITO層 7)基板層，較佳為玻璃層或聚合物層。 本文不排除該裝置包括其他層，或者在另一較佳實施例中包括更少層。 根據一較佳實施例，本發明裝置之特徵為其自身產生用於切換該切換層所需之所有能量。因此，該裝置較佳係自動的且不需要任何外部供能。為此，較佳包括用於將光能轉化為電能之裝置，特定言之太陽能電池。 在本發明之一較佳實施例中，該用於將光能轉化為電能之裝置係電連接至用於電切換本發明裝置之構件。藉由太陽能電池來提供能量可直接或間接地進行，即，經由連接於其等之間的電池或可充電電池或其他用於存儲能量之單元。太陽能電池較佳係安裝在該裝置的外部或該裝置的內部，如(例如)WO 2009/141295中所揭示。較佳使用在漫射光之情形下特別有效之太陽能電池及透明太陽能電池。較佳使用在漫射光之情形下特別有效之太陽能電池及透明太陽能電池。例如，本發明裝置可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光自可切換層S引導至將光能轉化為電能或熱能之單元的光導系統。 較佳如WO 2009/141295中所述般構建該光導系統。光導系統收集並聚集到達該裝置之光。較佳收集並聚集由包含液晶介質之可切換層S中之螢光二色性化合物所發射的光。光導系統與用於將光能轉化為電能之裝置(較佳為太陽能電池)接觸，使得所收集的光以聚集形式到達此裝置。 光導系統較佳藉由全內反射來引導光。該裝置之特徵較佳在於光導系統具有至少一種波長選擇鏡，其較佳係選自一或多種膽固醇型液晶層。 本發明裝置之特徵較佳在於其包括一或多個具有抗反射設計的玻璃層。抗反射塗層之製備係藉由薄膜技術之塗覆方法來進行。此等方法包括(例如)物理氣相沉積，諸如熱蒸鍍及噴濺沉積。抗反射量測可藉由單層系統或藉由多層系統來達成。 本發明裝置之特徵較佳在於其包括兩個或更多個玻璃層，及根據標準EN410，該裝置除可切換層S以外之該等層的總光反射度ρv 係小於35%，較佳小於30%，特別佳小於25%且極特別佳小於20%。 根據標準EN410，該裝置除可切換層S以外之該等層的總光反射度ρv 係特別佳如上所指示，且該裝置包括三個或更多個玻璃層。 該裝置之光反射度ρv 係藉由使用分光光度計量測層配置之光譜反射度並藉由根據標準EN410，公式(4)，自其計算參數ρv ，將標準照明體之相對光譜分佈及標準觀察者之光譜亮度靈敏度考慮在內來測定。 本發明裝置可用於任何所需房間，特定言之用於與環境僅具有有限氣體交換且具有通過其可發生以光能形式自外部輸入能量之透光邊界表面的房間。該裝置較佳係安裝於透光表面上或安裝於建築、容器、車輛或另一實質上密閉之空間的開口中。該裝置特別佳係用於通過對光透明之透光表面(例如通過窗戶區域)接受強日照的房間。 本發明裝置較佳係適用於光通過表面進入房間的均質調節。此處之均質意指光通過該表面之進入係在相對大的面積上強度相等。面積較佳為至少0.01 m2 ，特別佳為至少0.1 m2 ，極特別佳為至少0.5 m2 且最佳為至少1 m2 。將均質(即，均勻)視為經圖案化以便使其區分或分成域(像素化)，與用於顯示器裝置中之光學切換裝置的情況一樣。來自均勻性之輕微偏差(特定言之若其係由缺陷所引起)在此定義中將忽略不計。 此外，本發明係關於本發明裝置用於均質調節光通過透光表面進入房間的用途。 本發明裝置亦可另外用於室內美學設計，例如藉由產生光及顏色效果達成。其亦可用於信號產生。例如，含有本發明裝置之門及牆壁元件可自不透明(例如灰色或彩色狀態)切換成透明態。該裝置亦可包括調節亮度之白色或彩色全區域背光，或藉助藍色客體/主體顯示器調節顏色之黃色全區域背光。可藉由從側面入射之光源(諸如白色或彩色LED)與本發明裝置組合來產生其他美學效果。本發明裝置之一個或兩個玻璃側面亦可具有糙化或結構化玻璃，以耦合輸出光及/或產生光效果。 在一較佳實施例中，本發明裝置係窗戶，特別佳具有多窗格絕緣玻璃之窗戶的一部分。此處該裝置之一個或兩個可選基板層可表示窗戶的窗格。 含有該裝置之窗戶較佳包括總數為三個或更多個之玻璃窗格。此處該裝置較佳係配置於窗戶的兩個玻璃窗格之間。 根據一較佳實施例，該裝置係安裝於多窗格絕緣玻璃的內部或此類型玻璃的外部。在多窗格絕緣玻璃的情況中，在窗格面向內部空間之一側上或在兩個玻璃窗格之間的內部空間中使用通常係較佳。然而，其他配置亦係可設想的及且在某些情況中係較佳。熟習此項技術者應能夠針對裝置之耐久性、光學及美學角度、關於窗格清潔之實用角度及針對裝置對溫度改變之反應來權衡特定配置之優點與缺點。 以窗戶的第一玻璃窗格係由該裝置之玻璃窗格所形成的配置為特別佳，使得包含該裝置之窗戶的層順序如下： 1)玻璃層 2)導電層，較佳為ITO層 3)配向層 4)可切換層S 5)取向層 6)導電層，較佳為ITO層 7)玻璃層 8)玻璃層， 其中自由空間係存在於玻璃層7)與8)之間，其可經(例如)絕緣氣體(諸如稀有氣體)填充。 窗戶較佳以此種方式進行配置：層1)與外部相鄰且層8)與內部相鄰。然而，反向配置亦係可能且在某些情況下係較佳。 上文所提及之層順序可輔以其他層，諸如(例如)其他玻璃層或保護層，例如抗UV輻射、抗NIR輻射、抗VIS輻射及/或抗物理損壞。 含有本發明裝置之窗戶可藉由改裝根據先前技術的現有窗戶來獲得或藉由完全新的生產來獲得。 該裝置之特徵較佳在於為其具有至少0.05 m2 ，較佳至少0.1 m2 ，特別佳至少0.5 m2 且極特別佳至少0.8 m2 之面積。 該裝置表示可切換裝置。此處的裝置切換意指該裝置之光透射率的變化。根據本發明，此可用於調節光通過該裝置之通道。該裝置較佳係電可切換。 在電切換之情形下，切換操作係通過藉由施加電壓使液晶介質分子進行配向而發生。至少一種二色性化合物係同樣藉此進行配向，從而導致該裝置之光透射率的差異。 在一較佳實施例中，該裝置係藉由施加電壓自具有高吸收率(即，低光透射率)之狀態(其在無電壓下存在)切換為具有較低吸收率(即，較高光透射率)之狀態。液晶介質較佳在兩種狀態下均係向列型。無施加電壓下之狀態的特徵較佳在於液晶介質分子係平行於該裝置表面配向(水平取向)，及因此之該等二色性化合物係平行於該裝置表面配向。此較佳係藉由相應選擇的取向層來達成。施加電壓下之狀態的特徵較佳在於液晶介質分子係垂直於該裝置表面，及因此之該等二色性染料係垂直於該裝置表面。 較佳地，在施加電壓下之狀態中的層S之液晶介質分子的至少主要部分係垂直於層S之平面配向。 在一替代的同樣可行且在某些情況中較佳之實施例中，該裝置係藉由施加電壓自具有低吸收率(即，高光透射率)之狀態(其在無電壓下存在)切換為具有較高吸收率(即，較低光透射率)之狀態。液晶介質較佳在兩種狀態下均係向列型。無施加電壓下之狀態的特徵較佳在於液晶介質分子係垂直於該裝置表面配向(垂直取向)，及因此之該等二色性化合物係垂直於該裝置表面配向。此較佳係藉由相應選擇取向層來達成。施加電壓下之狀態的特徵較佳在於液晶介質分子係平行於該裝置表面，及因此之該等二色性染料係平行於該裝置表面。較佳地，在施加電壓下之狀態中的層S之液晶介質分子的至少主要部分係平行於層S之平面配向。工作實例 在下文中，液晶化合物之結構係以縮寫詞(首字母縮寫詞)再現。該等縮寫詞係明確地呈現並闡釋於WO 2012/052100 (第63至89頁)中，因此參考該公開申請案以解釋本申請案中之縮寫詞。此外，使用以下首字母縮寫詞：
Figure 106100237-A0304-0002
 所有物理性質係根據「Merck Liquid Crystals, Physical Properties of Liquid Crystals」, Status 1997年11月，Merck KGaA, Germany進行測定且適用於20℃之溫度下。Δn值係在589 nm下測定。 A)裝置之構造 所用之裝置係經製造且具有以下層順序： a)玻璃層，包括購自Corning之經拋光1.1 mm鈉鈣玻璃 b) ITO層，200埃 c)取向層O1，包括購自JSR之聚醯亞胺JALS-2096-R1，經摩擦 d)可切換層，包括液晶介質(下文在對應實例之情況中指示組成及厚度) e)取向層O2，如c)般建立；以下文所指示之與層c的摩擦方向所成角度進行摩擦) f)同b) g)同a) ITO層係對應地具有接點以便進行電切換。 B)所用之液晶混合物 製備以下混合物：
Figure 106100237-A0304-0003
Figure 106100237-A0304-0004
Figure 106100237-A0304-0005
 C)所用之染料
Figure 106100237-A0304-0006
 D)所用之對掌性摻雜劑
Figure 02_image209
E) 用於測量透光率的方法 具有個別STN單元之光譜係於Perkin Elmer Lambda 1050分光計中對照參考(即，歸因於照射界面處之反射之光學損失)進行量測。 測量係在Autronic DMS-301中高達80℃下進行。 在所有情況中，該等裝置係藉由在電極之間施加電壓而自黑暗狀態切換至明亮狀態。在兩個狀態下，各情況中之光透射率係根據EN 410標準，公式(1)進行測定。對照實例 1 將0.5%之D1、0.9%之D2及1.1%之D3添加至97.5%之混合物M-1中。將0.78%之對掌性摻雜劑添加至98.26%之此混合物中。螺距為12.7 μm。 將該混合物導入至上述之具有8.5 μm層厚的裝置中。該單元相對於基板平面的傾斜角為87.3°。扭轉(O1與O2的摩擦方向之間的角度)為240°。 如E)中所指示般測定該裝置的透射率值：
Figure 106100237-A0304-0007
 對照實例1之裝置呈現來自玻璃波紋之清晰可見的條紋或可見之微粒缺陷。對照實例 2 將0.278%之D1、0.500%之D2及0.611%之D3添加至98.611%之混合物M-1中。將0.43%之對掌性摻雜劑添加至99.57%之此混合物中。螺距為23.1 μm。 將該混合物導入至上述之具有15.5 μm層厚的裝置中。該單元相對於基板平面的傾斜角為87.3°。扭轉(O1與O2的摩擦方向之間的角度)為240°。 如E)中所指示般測定該裝置的透射率值：
Figure 106100237-A0304-0008
 在對照實例2與對照實例1的比較中，可觀察到層厚自8.5 μm增加至15.5 μm引起在20℃下之5.5%的透射率範圍(ΔτV )顯著損失。然而，與對照實例2之裝置相比，對照實例1之裝置呈現來自玻璃波紋之清晰可見的條紋或可見之微粒缺陷。實例 1 將0.33%之D1、0.50%之D2及0.60%之D3添加至98.57%之混合物M-2中。將1.18%之對掌性摻雜劑添加至98.82%之此混合物中。螺距為10.32 μm。 將該混合物導入至上述之具有15.4 μm層厚的裝置中。該單元相對於基板平面的傾斜角為88.5°。扭轉(O1與O2的摩擦方向之間的角度)為240°。 如E)中所指示般測定該裝置的透射率值：
Figure 106100237-A0304-0009
 與對照實例2相比，在15.4 μm下，實例1之裝置呈現2.4%之透射率範圍(ΔτV )的改良。透射率範圍的改良在更大層厚的情況中係清晰明顯的。此外，與對照實例1相比幾乎成倍的層厚意味著更少的來自玻璃波紋的可見條紋或更少的可見微粒缺陷係明顯的。實例 2 將2.0%之D4、0.33%之D5、0.26%之D6及0.70%之D7添加至96.71%之混合物M-2中。將1.18%之對掌性摻雜劑添加至98.82%之此混合物中。螺距為10.32 μm。 將該混合物導入至上述之具有15.4 μm層厚的裝置中。該單元相對於基板平面的傾斜角為88.5°。扭轉(O1與O2的摩擦方向之間的角度)為240°。 如E)中所指示般測定該裝置的透射率值：
Figure 106100237-A0304-0010
 與對照實例2相比，在15.4 μm之層厚下，實例2之裝置呈現1.8%之在20℃下之透射率範圍(ΔτV )的改良。此外，與對照實例1相比幾乎成倍的層厚意味著更少的來自玻璃波紋的可見條紋或更少的可見微粒缺陷係明顯的。實例 3 將0.33%之D1、0.50%之D2及0.60%之D3添加至98.57%之混合物M-3中。將0.524%之對掌性摻雜劑添加至99.476%之此混合物中。螺距為23.1 μm。 將該混合物導入至上述具有15.4 μm層厚的裝置中。該單元相對於基板平面的傾斜角為88.5°。扭轉(O1與O2的摩擦方向之間的角度)為240°。 如E)中所指示般測定該裝置的透射率值：
Figure 106100237-A0304-0011
 與對照實例2相比，在15.4 μm下，實例3呈現4.8%之透射率範圍(ΔτV )的改良。對照實例1與2之間之歸因於更大層厚之透射率範圍(ΔτV )的減少已在實例3中補償。此外，與對照實例1相比幾乎成倍的層厚意味著更少的來自玻璃波紋的可見條紋或更少的可見微粒缺陷係明顯的。
1‧‧‧基板層2‧‧‧導電層3a‧‧‧取向層O13b‧‧‧取向層O24‧‧‧可切換層S5‧‧‧取向層O1之摩擦方向6‧‧‧取向層O2之摩擦方向7‧‧‧可切換層之液晶化合物的扭轉角(若O2在O1後面，則為左手螺旋)
圖1顯示本發明裝置之一較佳層順序。此處，基板層(1)、導電層(2)、取向層O1 (3a)、可切換層S (4)、取向層O2 (3b)、另一導電層(2)及另一基板層(1)係一個接在另一個後面且與另一個直接相鄰地進行配置。 圖2顯示取向層O1 (3a)及O2 (3b)的垂直視圖。從觀察者看來，O2係在O1後面。箭頭(5)表示取向層O1的摩擦方向。箭頭(6)表示取向層O2的摩擦方向。符號(7)說明在取向層O1與O2之間的可切換層之液晶化合物的扭轉。在本發明情況中，液晶化合物在取向層O1與O2之間描繪具有270°旋轉角之左手螺旋，因為其等在與O1之界面處係平行於O1的摩擦方向配向，且在與O2之界面處係平行於O2的摩擦方向配向。
1‧‧‧基板層
2‧‧‧導電層
3a‧‧‧取向層O1
3b‧‧‧取向層O2
4‧‧‧可切換層S

Claims (23)

  1. 一種用於調節光進入房間的裝置，其包括具有大於12μm厚度之可切換層S，其包含含有至少一種二色性化合物及一或多種對掌性化合物之液晶介質，其中該液晶介質之介電各向異性△ε係小於-3，其中下式適用於層S之厚度d及層S之液晶介質的光學各向異性△n：d<1μm/△n且其中層S之液晶介質分子在該裝置無施加電壓下之切換態或該裝置施加電壓下之切換態中係呈扭轉向列態，且其中該裝置具有確切地一個可切換層。
  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之液晶介質的光學各向異性△n：d<0.9μm/△n且d>0.2μm/△n。
  3. 如請求項1之裝置，其中確切一個取向層(稱為O1)與該可切換層S之一側相鄰且確切另一個取向層(稱為O2)與該可切換層S之相對側相鄰。
  4. 如請求項3之裝置，其中取向層O1及O2係以使得其等各自實現該等液晶介質分子的取向軸在層S之鄰近區域具有不同配向的方式設計。
  5. 如請求項3之裝置，其中取向層O1及O2的摩擦方向包括30至270°之角。
  6. 如請求項3之裝置，其中取向層O1及O2實現層S與該取向層相鄰之液晶介質分子的水平配置。
  7. 如請求項3之裝置，其中取向層O1及O2在其等與層S相鄰之表面具有經摩擦聚醯亞胺。
  8. 如請求項3之裝置，其中層S之液晶介質分子的取向軸在水平配向情況下於無施加電壓下之狀態中包括1°至10°之與取向層O1或O2之平面所成的角。
  9. 如請求項3之裝置，其中層S之液晶介質分子的取向軸在垂直配向情況下於無施加電壓下之狀態中包括89°至70°之與取向層O1或O2之平面所成的角。
  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9中任一項之裝置，其中層S具有在13與50μm之間的厚度。
  12. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中層S具有至少30%之明亮狀態的 光透射率τv明亮，根據歐洲標準EN410，公式(1)計算得。
  13. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中層S包含至少兩種不同二色性化合物。
  14. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中當透過該裝置觀看時，其在其所有切換態中呈無色。
  15. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中該等二色性化合物中至少一種係選自偶氮化合物、蒽醌、次甲基化合物、偶氮甲鹼化合物、部花青化合物、萘醌、四嗪、苝、聯三芮、聯四芮、更高碳數芮、方酸(squaraines)、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9中任一項之裝置，其中該液晶介質之該等分子在該裝置無施加電壓下之切換態中係呈扭轉向列態且呈水平配向，且在該裝置施加電壓下之切換態中係呈非扭轉向列態且呈垂直配向。
  17. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中從整個層厚度上來看，層S之液晶介質分子之取向軸在扭轉向列態下的扭轉係在135°與270°之間。
  18. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中從整個層厚度上來看，層S之液晶介質分子之取向軸在扭轉向列態下的扭轉係在320°與三個完整旋轉之間。
  19. 如請求項1至9中任一項之裝置，其中該液晶介質之光學各向異性△n係小於0.075。
  20. 如請求項1至9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9中任一項之裝置，其中該裝置包括用於將光能轉化為電能之裝置。
  22. 一種窗戶，其包含如請求項1至21中任一項之裝置。
  23. 一種如請求項1至21中任一項之裝置的用途，其用於均質調節光通過透光表面進入房間的通道。
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