TWI588241B - 調節能量流通的裝置 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種用於調節通過一透光區的能量流通之裝置，其包含一第一偏光層、一第二偏光層及一切換層，該切換層配置於該兩個偏光層之間且隨溫度而變改變經偏振之光的偏光性質，其中該兩個偏光層的特性在於適當選擇其在透射方向上之透射率及其偏光程度。本發明此外係關於一種用於生產根據本發明的裝置之方法，及係關於將該裝置用於隨溫度而變影響光透射率及/或進入內部之能量流通之用途。
隨著能量成本上升，建築物之能量效率的重要性正在增加。窗及玻璃壁面為建築物之藉以在外部溫度低時損失建築物之大部分熱能或在強烈日照之情況下大部分能量進入至建築物內的關鍵部分。
因此存在對控制通過窗或玻璃區的光透射率及因此能量流動的裝置之需求。詳言之，存在對能夠使通過玻璃區之能量流動與在特定時間點盛行之條件(熱、冷、高日照、低日照)匹配的裝置之需求。
為了本發明之目的，術語「光」用以意謂在UV-A、VIS及NIR區域中之電磁輻射。詳言之，其用以意謂在窗中通常使用之材料(例如，玻璃)不吸收或僅按可忽略之程度吸收的輻射。根據通常在輻射物理學之領域中使用的定義，「UV-A光」用以意謂具有320 nm至380 nm之波長的輻
射，「VIS光」用以意謂具有380 nm至780 nm之波長的輻射，且「NIR光」用以意謂具有780 nm至3000 nm之波長的輻射。為了本發明之目的，術語「光」因此用以意謂具有320 nm至3000 nm之波長的輻射。
在寒冷的季節，希望有最大程度之光及因此傳送之能量通過玻璃區進入建築物。此使得能夠節約加熱及照明成本。
另一方面，在溫暖的季節，希望通過玻璃區至建築物內的能量最少。此使得能夠達成較舒適的室內氣候或節約空調成本。此外，在此等情況下，可能需要減小入射光強度，例如，以便減少歸因於直接日照之眩光。
因此存在對調節呈光之形式的能量至內部之進入(例如，通過窗或其他玻璃區)的切換元件之需求。詳言之，存在對如上所述使光透射率之調節與盛行條件自動匹配的切換元件(智慧窗)之需求。此外，存在對以具能量效率的方式操作、可按最低可能技術複雜性安裝、技術上可靠且符合美學要求的切換元件之需求。另外態樣為切換元件之易處理性、操作之穩固性及對建築物之現有玻璃區進行改裝的可能性。
US 2009/0015902及US 2009/0167971揭示在兩個高效率偏光器之間的層中含有液晶介質之溫度反應性裝置。此處藉由液晶介質自向列型狀態至各向同性狀態之相變來達成在具有相對高光透射之狀態與具有相對低光透射之狀態之間的切換，而不必施加電壓。
然而，此類型之裝置具有以下缺點：其在具有相對高光透射率之狀態下具有理論上最大50%、實務上至多30%至40%之光透射率。此外，在具有相對低光透射率之狀態下的透射率實際上等於零，亦即，裝置完全變暗。
然而，為了在實務中使用該等裝置，例如，在建築物中或在載具中，將需要其在具有相對高光透射率之狀態(=開放狀態)下具有50%至70%之光透射率。否則，在裝置之開放狀態下，將產生窗顯著變暗之印象。
此外，針對實務，需要裝置不在具有相對低透射率之狀態(=關閉狀態)下完全變暗，而是具有殘餘透射率。在窗之情況下，將7%之最小透射率視為主觀上仍舒適。
US 2011/0102878揭示可替代在根據US 2009/0015902及US 2009/0167971之裝置中的高效率偏光器而使用具有增大之透射率的相對薄偏光器。根據該申請案之揭示內容，此具有在裝置之開放狀態下的透射率增大之效應。然而，歸因於此類型之實施例，裝置之切換範圍(亦即，在開放狀態與關閉狀態之間的光透射率之差)變得較小。
在用於調節能量流通的裝置之情況下，需要能夠按必要預先判定在亮狀態下之透射率以及裝置之切換範圍。舉例而言，裝置之某些應用具有非常大的切換範圍可為有利的。對於其他應用，將相對大的切換範圍與相對高的光透射率組合可為有利的。
已發現，根據本發明，此可通過適當選擇偏光器之參數P(偏光程度)及T1(在透射方向上之透射率)來達成。
本發明因此係關於一種用於調節通過一透光區的能量流通之裝置，其中該裝置包含下列層：- 一第一偏光層，- 一第二偏光層，及- 一切換層，其配置於該兩個偏光層之間，其隨溫度而變
改變經偏振之光的偏光性質，其中該兩個偏光層相同地或不同地具有在550 nm之波長下判定的在20%至85%的範圍中之偏光程度P及在70%至100%的範圍中的在透射方向上之透射率T1。
具有該等偏光程度P以及在透射方向上的該等透射率T1兩者的偏光層之使用提供了具有令人滿意的至少7.5%之暗透射率之裝置。此外，存在令人滿意的至少30%、較佳地至少40%之亮透射率。此外，存在至少5%、較佳地至少7.5%之切換範圍。
此外，自該等範圍適當選擇兩個參數P及T1使得能夠生產可將亮透射率及切換範圍之值相互獨立地設定的裝置。
如熟習包含偏光層的裝置之領域中的技術者通常已知，參數P及T1被定義如下：P可自T1及T2之值通過以下等式獲得P=(T1-T2)/(T1+T2)T1表示在550 nm之波長下在透射方向上偏光器之透射率。透射方向用以意謂出現通過偏光器之最高透射率的入射之經偏振光的定向。T2表示在550 nm之波長下在阻擋方向上
偏光器之透射率。阻擋方向用以意謂出現通過偏光器之最低透射率的入射之經偏振光的定向。
如上指示的裝置之亮透射率用以意謂在具有相對高光透射率之切換狀態下出現的通過裝置之透射率。對應地，裝置之暗透射率用以意謂在具有相對低光透射率之切換狀態下出現的通過裝置之透射率。再次，針對550 nm之光波長定義透射率。
最後，裝置之切換範圍用以意謂亮透射率與暗透射率之值之間的差。
注意，在本申請案中，基本上已針對550 nm之波長判定光學值T1、T2、P及亮透射率、暗透射率及切換範圍，除非另有明確指示。
為了本發明之目的，術語「能量」用以意謂在UV-A、VIS及NIR區域中之電磁輻射之能量(光能)。詳言之，其用以意謂在窗中通常使用之材料(例如，玻璃)不吸收或僅按可忽略之程度吸收的光能。
根據本發明，裝置之兩個切換狀態為具有通過裝置之相對高光透射率的切換狀態(亮狀態)及具有通過裝置之相對低光透射率的切換狀態(暗狀態)。
歸因於一般已知物理定律，通過裝置之高光透射率導致已由裝置施加至透光區的高能量進入至內部。通過裝置之低光透射率對應地導致低能量進入至內部。裝置因此藉由其光透射率之切換來調節進入至內部的能量。
裝置隨溫度而變地自具有相對高光透射率之切換狀態切
換至具有相對低光透射率之切換狀態。裝置之切換狀態因此與裝置之不同溫度範圍相關聯。裝置之切換較佳地在0℃與80℃之間、較佳地在10℃與70℃之間且尤其較佳地在20℃與60℃之間的溫度範圍中逐漸發生。
根據本發明之一較佳實施例，具有相對高光透射率之切換狀態存在於裝置之相對低溫度下，且具有相對低光透射率之切換狀態存在於裝置之相對高溫度下。對應地，裝置之亮狀態較佳地出現於低於0℃、特別較佳地低於10℃且尤其較佳地低於20℃之溫度下。裝置之暗狀態較佳地出現於高於80℃、特別較佳地高於70℃且尤其較佳地高於60℃之溫度下。
裝置之發揮功能係基於入射光由第一偏光層偏光之事實。此意謂主要地允許具有某些偏光性質之光通過。切換層配置於第一偏光層後。在第一狀態下，此不影響穿過其的光之偏光性質。光隨後照射配置於切換層後之第二偏光層。對應於偏光層的透射方向相對於彼此之配置，某一比例之光現在亦可穿過第二偏光層。在兩個切換狀態中之另一者下，影響偏光之切換層改變穿過其的光之偏光性質。視光之偏光性質已由切換層改變之方式而定，更大或更小比例的經偏振之光現在可從而穿過第二偏光器。在任一情況下，在第二狀態下之切換層對光之偏光性質的改變引起與切換層之第一狀態相比的裝置之光透射率之改變，在第一狀態下，切換層不影響光之偏光性質。
根據本發明之一較佳實施例，兩個偏光層為線性偏光
器，其優先偏光方向相對於彼此旋轉60°至120°、較佳地75°至105°且特別較佳地80°至100°之角度。在兩個狀態中之一者下，切換層不旋轉光之偏光平面，或僅輕微地旋轉光之偏光平面。在兩個狀態中之另一者下，其按對應於偏光器之優先偏光方向相對於彼此旋轉之角度或僅自此角度輕微偏離(例如，1°至10°)的角度旋轉光之偏光平面。在此組態中，若切換層處於其旋轉光之偏光平面的狀態下，則穿過第一偏光器之光亦穿過第二偏光器。切換層之作用中狀態因此對應於裝置之亮狀態。相比之下，若切換層在其非作用中狀態(亦即，其不旋轉光之偏光平面的狀態)下，則照射第二偏光器之光不能穿過其，此係因為兩個偏光器之優先偏光方向相對於彼此旋轉。在此實施例中，切換層之非作用中狀態因此對應於裝置之暗狀態。
切換層之作用中狀態與切換層之光學各向異性狀態(較佳地，液晶狀態)相關聯，且切換層之非作用中狀態與切換層之實質上各向同性狀態相關聯。
在光學各向異性狀態下之切換層較佳地將經線性偏振之光的偏光平面旋轉10°或10°以上之角度，而在各向同性狀態下，其不旋轉經線性偏振之光的偏光平面或僅在可忽略程度上旋轉經線性偏振之光的偏光平面。其特別較佳地將經線性偏振之光的偏光平面旋轉大於40°之角度，尤其較佳地，旋轉大於70°之角度。70°至110°之旋轉角度較佳，80°至100°之角度更佳。然而，比所指示的較佳旋轉角度大180°之倍數之旋轉角度亦為可能的。
根據本發明，兩個切換狀態之間的切換操作並不在某一溫度下突然地發生，而是在處於一溫度範圍中之過渡區域中逐漸發生。過渡區域之此溫度範圍較佳地具有攝氏5至100度之寬度，亦即，出現於(例如)15℃與110℃之間。該溫度範圍特別較佳地具有攝氏10至50度之寬度。在過渡區域之溫度範圍內，裝置之透射率通過自裝置的亮透射率之值至暗透射率之值的中間透射率值逐漸改變。
裝置較佳地僅在溫度控制下切換。因此，其較佳地不含有用於切換操作之電觸發的裝置。其特別較佳地不含有電線、電纜、電連接或電路。此外，其較佳地不自外部電觸發或被供應電流，亦即，表示本身自主控制之系統。
能量之流通較佳地以通過透光區進入內部的方式發生。內部較佳地為建築物(例如，住宅建築物、辦公室建築物或用於商業目的之建築物)之內部。或者，內部亦可為載具(例如，汽車)之內部，或運輸集裝箱(例如，貨運集裝箱)之內部。可根據本發明將該裝置用於任何所要的內部，只要此等內部僅具有與環境之有限空氣交換且具有透光之限制表面(通過該等表面，呈光能之形式的能量可自外部進入)便可。本發明特別與會經受通過透光區(例如，通過窗區)之強日照的內部有關。
具有大於0.5 m2之大小的諸如窗或天花板之透光區較佳、大於1 m2特別較佳、大於3 m2尤其較佳。此係歸因於以下事實：若此等區受到太陽輻照，則可通過其發生進入內部的高能量攝取。此外，經受高日照之透光區(歸因於
其空間配向及/或建築物之地理及氣候位置)較佳。
裝置較佳地配置於透光區之整個區上，使得可儘可能充分地調節通過該區之光透射。在一可能實施例中，覆蓋藉由單一裝置而發生。然而，在一替代實施例中，覆蓋亦可藉由複數個裝置發生，該複數個裝置直接相互鄰近或按留有間隙之方式配置。
在一較佳實施例中，透光區為玻璃片或樹脂玻璃片(Plexiglas pane)。在窗玻璃之情況下，多片絕緣玻璃較佳。根據一較佳實施例，將根據本發明之裝置直接應用於此玻璃片。
藉由改裝現有配置或藉由完全的重新安裝來進行此類型之應用。
根據一較佳實施例，將該裝置裝設於多片絕緣玻璃之內部或在外部裝設於此類型之玻璃上。使用於面向內部之玻璃片側上或兩個玻璃片之間的間隙中(在多片絕緣玻璃之情況下)通常較佳。然而，在某些情況下，其他配置亦可設想且較佳。熟習此項技術者將能夠關於裝置之耐久性、光學及美學觀點、關於玻璃片之清潔的實用觀點及關於裝置對溫度改變之反應性來相互權衡某些配置的優點與缺點，且針對討論中之情況來選擇最適宜之設計。
根據一較佳實施例，該裝置特性在於，其具有至少0.05 m2、較佳地0.1 m2至20 m2且特別較佳地0.2 m2至5 m2之面積範圍。
根據本發明，裝置之偏光層較佳地相同或不同地具有在
30%至85%的範圍中之偏光程度P及在自75%至100%之範圍中的在透射方向上之透射率T1，其中該等值係在550 nm之波長下判定的。在自35%至80%之範圍中之偏光程度P及在自75%至100%之範圍中之透射率T1對於偏光層特別較佳。
在根據本發明的P及T1之範圍內，已發現P及T1的值範圍之某些組合，針對該等組合，特性裝置參數亮透射率及切換範圍之某些性質出現。暗透射率此處保持高於7%之最小值。
若自45%至85%的範圍相同或不同地選擇偏光器之P且自75%至100%的範圍選擇T1，則獲得具有最大可能切換範圍之裝置。較佳地，P係選自55%至85%的範圍，且T1係選自80%至100%的範圍。尤其較佳地，P係選自65%至85%的範圍，且T1係選自85%至100%的範圍。
此處觀察到以上針對亮透射率及暗透射率給出之最小值。
若自30%至85%的範圍相同或不同地選擇偏光器之P且自80%至100%的範圍選擇T1，則獲得具有與中等亮透射率組合的中等切換範圍之裝置。較佳地，P係選自自40%至75%之範圍，且T1係選自自90%至100%之範圍。此處觀察到以上針對暗透射率給出之最小值。
若自自25%至60%之範圍相同或不同地選擇偏光器之P且自自90%至100%之範圍選擇T1，則獲得具有最高可能亮透射率之裝置。較佳地，P係選自自30%至40%之範圍，且T1係選自自95%至100%之範圍。此處觀察到以上針對暗透射
率及切換範圍給出之最小值。
偏光層的P及T1之值可獨立於彼此設定。用於此目的之方法為熟習此項技術者已知。此等方法包括(例如)改變偏光層之層厚度、改變偏光層之配向程度及改變光吸收物質在偏光層中之濃度。
在碘-聚乙烯醇偏光器之情況下，可獨立於彼此地變化參數P及T1，例如，藉由改變聚合物之拉伸度或藉由改變併入的碘之量。
在包含液晶介質及二向色染料的偏光器之情況下，可獨立於彼此地變化參數P及T1，例如，藉由改變液晶介質及改變二向色染料之濃度。在以下章節中給出在此方面的明確可行實例。
在許多情況下，有必要生產具有以上指示之生產參數之變化的相對大量之不同偏光器且量測其值P及T1。可自其認識到生產參數(例如，拉伸度及染料之濃度)與值對T1及P之間的經驗相關關係，且該經驗相關關係可形成特定熟習此項技術者能夠生產具有任何所要的值T1及P之偏光器的基礎。
本發明因此此外係關於一種用於生產用於調節通過一透光區的能量流通之裝置的方法，其中該裝置包含下列層：- 一第一偏光層，- 一第二偏光層，- 一切換層，其配置於該兩個偏光層之間，其隨溫度而變地改變經偏振光的偏光性質，
其特性在於，該等偏光層之兩個參數：偏光程度P及在透射方向上之透射率T1係藉由選自以下各者的一或多個生產參數之變化而獨立於彼此地加以選擇：層厚度、偏光層之配向程度、併入的物質之濃度、該併入的物質之配向程度、該併入的物質之吸收性質、該併入的物質之結構、該併入的物質之二向色性及該併入的物質之聚集性質。
併入的物質之結構用以意謂其分子結構，詳言之，其長寬比。物質之長寬比愈大，則配向程度通常愈大。
併入的物質之聚集性質尤其用以意謂形成該物質的個別分子或個別原子之鏈的能力。
在該方法中，偏光程度P較佳地選自20%至85%的範圍，且在透射方向上之透射率較佳地選自70%至100%的範圍。
特別較佳地，P係選自30%至85%的範圍，且T1係選自自75%至100%之範圍。
針對根據本發明之裝置指示的偏光層及切換層之較佳實施例對於該方法同樣較佳。
本發明此外係關於將根據本發明的裝置用於隨溫度而變影響通過一透光區的能量流通之用途。用於隨溫度而變影響通過一透光區進入至一內部之能量之用途為較佳的。
在根據本發明之用途中，藉由裝置改變其在具有相對高光透射率之切換狀態(亮狀態)與具有相對低光透射率之切換狀態(暗狀態)之間的光之透射率來影響能量流通。切換操作在此處為溫度控制式，且在以上指示的針對切換操作之較佳範圍中發生。
根據本發明之用途在不施加電壓之情況下發生。該用途因此不需要能量，尤其不需要電能。
根據本發明，該裝置具有兩個或兩個以上偏光層，其中之一者配置於切換層之一側上，且另一者配置於切換層之相反側上。此處，切換層及兩個偏光層較佳地相互平行地配置。偏光層具有以上如根據本發明指示的參數P及T1之值，且較佳地具有以上指示為較佳的參數P及T1之值。
偏光層可為線性偏光器或圓形偏光器。精確地，裝置中較佳地存在兩個偏光層。在此情況下，此外，偏光層皆為線性偏光器或皆為圓形偏光器較佳。
特別較佳地，兩個偏光層各自相同或不同地為吸收性或反射性線性偏光器。尤其較佳地，兩個偏光層為吸收性線性偏光器。
在本申請案之意義上，反射性偏光器反射具有一偏光方向之光或一類圓形偏振之光，同時其對具有另一偏光方向之光或另一類型之圓形偏振之光透明。相應地，吸收性偏光器吸收具有一偏光方向之光或一類圓形偏振之光，同時其對具有另一偏光方向之光或另一類型之圓形偏振之光透明。
若在裝置中存在兩個線性偏光器，則根據本發明，兩個偏光器之偏光平面相對於彼此旋轉70°至110°之角度為較佳的，特別較佳地旋轉80°至100°且尤其較佳地旋轉85°至95°。
根據本發明之一較佳實施例，偏光層中之一或兩者由包
含液晶介質及一或多種二向色染料之層形成。此處，液晶介質較佳地包含兩種或兩種以上、特別較佳地5種或5種以上、尤其較佳地7種或7種以上不同液晶化合物。
為了本申請案之目的，術語「液晶化合物」用以意謂在某些條件下展現液晶性質之化合物，且尤其意謂在某些條件下形成向列型液晶相之化合物。
可按需要自熟習此項技術者已知之液晶化合物選擇液晶化合物。具有有限大小及分子量(小分子)之液晶化合物為較佳的。液晶化合物具有不大於1000 Da之分子量特別較佳，尤其較佳地不大於800 Da且最佳地不大於600 Da。
用於在偏光層中使用的合適液晶介質為具有高溫穩定性且光穩定之介質。其較佳地具有大於50℃、特別較佳地大於70℃且尤其較佳地大於90℃之清澈點。
根據本發明之一較佳實施例，液晶介質包含一或多種聚合化合物。根據一較佳實施例，聚合物呈聚合物網路(聚合物網路系統)中之連續相之形式。聚合物網路較佳地由液晶介質滲透及/或溶解於液晶介質中，使得存在光學均勻外觀。其較佳地藉由添加至液晶介質的單或二丙烯酸酯單體之聚合而形成。液晶介質較佳地存在於聚合化合物占大於60%、特別較佳地70%至95%之比例的混合物中。此類型之系統詳細地描述於(例如)EP 452460、EP 313053及EP 359146中。
可使用之二向色染料為在Liquid Crystals,Applications and Uses(1992，World Scientific Publishing，編輯B.
Bahadur，第73至81頁)中揭示之化合物。蒽醌、萘醌、苯醌、苝及四嗪染料及含有一或多個偶氮基或一或多個希夫鹼(Schiff base)之化合物為較佳的。
二向色染料較佳地選自下列化合物：
染料較佳地以按重量計0.01%至按重量計5%之濃度、特別較佳地以按重量計0.05%至按重量計1%之濃度存在於混合物中。其較佳地溶解於液晶介質中。
此外，較佳地將兩種或兩種以上染料一起使用。特別較佳地，精確地使用兩種或三種染料。使用之染料較佳地經
選擇，使得其吸收光譜相互互補以對於人眼形成中性(亦即，無色)印象。然而，對於某些實施例，亦可較佳地使用一起產生有色印象之一或多種染料。
根據一替代較佳實施例，偏光層中之一或兩者由包含配向之聚合物的層形成。此聚合物可為(例如)聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基乙烯醚、聚丙烯酸羥基乙酯、纖維素、羥基乙基纖維素、羥基丙基纖維素、甲基纖維素、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚碸、聚對苯二甲酸伸乙酯、聚萘二甲酸伸乙酯、聚醚碸、聚苯硫醚、聚苯醚、聚醯胺、聚醯亞胺、聚氯乙烯或以上提到的聚合物之共聚物。聚合物較佳地呈透明薄膜之形式。
較佳地藉由拉伸聚合物薄膜來達成聚合物之配向。用於此目的之方法為熟習此項技術者已知，且描述於(例如)US 7820080中。
配向之聚合物較佳地包含一或多種吸光化合物。適合於此目的之化合物為(詳言之)有機染料及碘。有機染料之使用的實例揭示於Thulstrup等人之Spectrochimica Acta(1988,8,767-782)中。碘之使用的實例指示於US 7820080中。
該等偏光層中之一或兩者特別較佳地由包含透明、拉伸之聚合物薄膜(併入有碘)的層形成。此處，聚合物薄膜較佳地為聚乙烯醇薄膜。
根據本發明的裝置之切換層較佳地包含液晶介質，該液晶介質包含至少一種液晶化合物。切換層較佳地包含各種液晶化合物之混合物。切換層特別較佳地包含至少5種且
至多15種不同液晶化合物。
可按需要自熟習此項技術者已知之液晶化合物選擇液晶化合物。具有有限大小及分子量(小分子)之液晶化合物為較佳的。液晶化合物具有不大於1000 Da之分子量特別較佳，尤其較佳地不大於800 Da且最佳地不大於600 Da。
液晶化合物之混合物(或在使用僅一種液晶化合物之情況下，單一液晶化合物)較佳地具有-20℃與200℃之間的清澈點，特別較佳地具有10℃與180℃之間的清澈點。
對於用作液晶介質，在WO 2011/134582、WO 2011/144299、WO 2011/154077中揭示之液晶化合物及在至今未公開之申請案EP 10008779.0及EP 10013797.5中揭示之液晶化合物的混合物為特別較佳的。
切換層之液晶介質較佳地隨著溫度增加在切換操作期間自向列型狀態改變至各向同性狀態。此處，向列型狀態較佳地與裝置之具有相對高光透射率的狀態相關聯，且各向同性狀態與裝置之具有相對低光透射率的狀態相關聯。
液晶介質可此外包含一或多種聚合化合物。此處，介質特別較佳地為包含在至今未公開之申請案EP 11008518.0中描述之聚合化合物的液晶介質中之一者。關於聚合物網路系統之更進一步資訊，參考申請案EP 452460、EP 313053及EP 359146之揭示內容。
根據本發明之一較佳實施例，切換層包含扭轉向列層。此處，液晶化合物之優先方向之扭轉較佳地由兩個或兩個以上配向層實現，其中之至少一者位於切換層之一側上，
且其中之至少一者位於切換層之相反側上。
根據本發明之裝置較佳地包含至少一基板層，其較佳地由玻璃、聚合物或ITO形成。基板層較佳地為剛性的。
此外，除了偏光層及切換層之外，本發明之裝置亦可具有一或多個其他功能層。以下指示之個別功能層類型或所有類型可存在於裝置中。該等層較佳地為被動的，亦即，不能在其動作方面進行改變。
其他功能層較佳地選自針對風化影響、由硬物件之動作造成之損壞、老化及UV光之保護層。此類型之保護層、其效應及其應用及使用方法為熟習此項技術者已知。
其他較佳層係選自阻擋具有某一波長之光或減小其透射率(例如，NIR光或具有在可見區域中之某一波長(色彩)之光)的層。防NIR透射層(例如，包含膽固醇型液晶材料、陶瓷材料、金屬或金屬氧化物)為較佳的。
其他較佳功能層係選自熟習此項技術者已知之用於液晶化合物的配向層。較佳地存在至少兩個配向層，其中至少一配向層配置於切換層之一側上，且至少一配向層配置於切換層之相反側上。配向層亦可充當基板層，其意謂在裝置中不必有基板層。在本發明之一較佳實施例中，配向層由經摩擦之聚醯亞胺或經摩擦之聚丙烯酸酯組成。
裝置較佳地具有在圖1中描繪之結構。此處，(1)表示裝置，(2)表示切換層，且(3a)及(3b)表示偏光層。圖1描述層之基本配置，且並不意欲(例如)排除位於所展示之該等層
之間或該層配置外的其他功能層(例如，一或多個配向層及/或阻擋外部影響或某一波長之光的一或多個保護層)。
圖2描繪層配置之其他較佳結構，其中包含切換層及兩個偏光層之該配置位於基板層(4)上。
以下工作實例描述根據本發明的裝置之較佳實施例。熟習此項技術者將能夠參照該等實例認識到本發明之功能原理，且將其應用於未明確描述之其他實施例。該等實例決不暗示將本發明限於直接描述之實例。
1.偏光層之生產
將下列組份用於偏光層之生產：
LC混合物A：
LC混合物B：
染料混合物：
下列偏光層EP-1至EP-4係由所指示之組份生產：
此外，下列偏光層VP-1至VP-3被生產或商業採購(VP-3)以用於比較：
針對偏光層獲得下列值T1、T2及P(在550 nm下判定)：T1：偏光層之在透射方向上的透射率T2：偏光層之在阻擋方向上的透射率P：偏光程度，可自以下等式判定：P=(T1-T2)/(T1+T2)
在以不同方式生產的相對大量偏光層之生產及量測後，可在生產參數與獲得之值對T1及P之間觀察到經驗相關關係。在本實例中，可看出，隨著相同LC混合物的染料濃度之增加而發生P之增大及T1之減小。在自混合物A改變至混合物B後(比較EP-3及EP-4)，可在T1恆定的情況下達成P之顯著減小的值。
可通過使用不同濃度之染料混合物且使用不同LC混合物、按針對任何所要的值對T1及P描述之方式來生產對應的偏光層。
2.裝置之生產
裝置E-1至E-4及比較裝置V-1至V-3係藉由在每一情況下將以上描述之偏光層施加至向列扭轉型單元之頂側及底側來生產。
向列扭轉型單元含有配向層及液晶介質層，且係藉由通
常為熟習此項技術者已知之方法生產。
對於獲得之裝置，在每一情況下，判定在具有相對高光透射率(亮透射率)之狀態下的透射率及在具有相對低光透射率(暗透射率)之狀態下的透射率。切換範圍產生於兩個值之間的差。再次在550 nm下判定所有值。
自該表可看出，根據本發明之裝置皆具有可接受之暗透射率(約7%或以上)。亮透射率及切換範圍之值可獨立於彼此地加以設定(例如，比較E-3及E-4)。此對於意欲之用途十分理想，此係因為可因此相對於彼此來權衡大切換範圍之優點及高亮透射率之優點，且可設定兩個值之所要組合。
在為裝置E-1至E-4選擇的參數P之範圍(20-85%)及T1之範圍(70-100%)中，針對亮透射率且亦針對切換範圍獲得有利值(見上表)。
展現在此等範圍外的參數P及T1之值的根據先前技術之比較裝置(V-1至V-3)具有對於裝置在窗中之使用不利的低暗透射率。
圖3至圖8展示在自400 nm至900 nm之範圍中針對裝置E-1至E-4及V-1至V-2獲得的透射光譜(在每一情況下，在亮
狀態下(曲線1)及在暗狀態下(曲線2))。
圖3展示根據本發明之裝置E-1之透射光譜。
圖4展示根據本發明之裝置E-2之透射光譜。
圖5展示根據本發明之裝置E-3之透射光譜。
圖6展示根據本發明之裝置E-4之透射光譜。
圖7展示比較裝置V-1之透射光譜。
圖8展示比較裝置V-2之透射光譜。
3.偏光層之替代生產方法
根據另一實例，藉由除了LC混合物及染料混合物外亦混合可聚合單體來生產偏光層。此等可聚合單體為(例如)丙烯酸酯，諸如，單丙烯酸酯、二丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯或環氧化物或乙烯醚。可能使用單體之混合物，例如，單丙烯酸酯與二丙烯酸酯之混合物或環氧化物與乙烯醚之混合物。單體可含有液晶原基。包含液晶介質、染料及單體之混合物隨後按層之形式聚合。可(例如)藉由UV光誘發進行聚合。
以上描述之方法使得能夠為根據本發明之裝置生產特別穩固且溫度穩定之偏光層。
根據另一實例，藉由拉伸包含聚乙烯醇(PVA)之聚合物薄膜來生產偏光層。隨後將碘併入至薄膜內。
生產具有不同拉伸程度之PVA薄膜、不同碘濃度及不同厚度的偏光層。判定所獲得偏光層的在透射方向上之透射率(T1)及偏光程度之值。在以不同方式生產的相對大量偏光層之生產及量測後，可在生產參數與獲得之值對T1及P
之間觀察到經驗相關關係。以此方式，可生產對應的偏光層以獲得任何所要的值對T1及P。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧切換層
3a‧‧‧偏光層
3b‧‧‧偏光層
4‧‧‧基板層
圖1描繪根據本發明的裝置之較佳結構。
圖2描繪層配置之再一較佳結構。
圖3至圖8展示在自400 nm至900 nm之範圍中針對裝置E-1至E-4及V-1及V-2獲得之透射光譜。
1‧‧‧裝置
2‧‧‧切換層
3a‧‧‧偏光層
3b‧‧‧偏光層
Claims (13)
- 一種用於調節通過透光區的能量流通之裝置，其中該裝置包含下列層：第一偏光層，第二偏光層，及切換層，其配置於該兩個偏光層之間，其隨溫度而變地改變經偏振光的偏光性質，其中該兩個偏光層相同地或不同地具有在550nm之波長下判定的在20%至85%的範圍中之偏光程度P及在70%至100%的範圍中的在透射方向上之透射率T1，其中該等偏光層中之一或兩者由包含液晶介質及一或多種二向色染料之層形成。
- 如請求項1之裝置，其中該能量流通發生於較佳地選自建築物之內部、載具之內部或運輸集裝箱之內部的內部內。
- 如請求項1或2之裝置，其中該裝置隨溫度而變地自具有相對高光透射率之切換狀態切換至具有相對低光透射率之切換狀態。
- 如請求項3之裝置，其中自具有相對高光透射率之該切換狀態至具有相對低光透射率之該切換狀態的該切換在自0℃至80℃之溫度範圍中逐漸發生。
- 如請求項1或2之裝置，其中該兩個偏光層相同地或不同地具有在550nm之波長下判定的在30%至85%的範圍中之偏光程度P及在75%至100%的範圍中的在該透射方向 上之透射率T1。
- 如請求項1或2之裝置，其中該兩個偏光層為線性偏光器，其偏光平面相對於彼此旋轉70°至110°之角度。
- 如請求項1或2之裝置，其中該等偏光層中之一或兩者由包含配向之聚合物之層形成。
- 如請求項1或2之裝置，其中該切換層包含液晶介質，該液晶介質隨著溫度增加在切換操作期間自向列型狀態改變至各向同性狀態。
- 如請求項1或2之裝置，其中該切換層在光學各向異性狀態下將經線性偏振光的該偏光平面旋轉10°或10°以上之角度，且在該各向同性狀態下不旋轉經線性偏振光的該偏光平面或僅在可忽略程度上旋轉經線性偏振光的該偏光平面。
- 如請求項1或2之裝置，其中該裝置另外包含由玻璃、聚合物或ITO形成之基板層。
- 一種用於生產用於調節通過透光區的能量流通之裝置之方法，其中該裝置包含下列層：第一偏光層，第二偏光層，切換層，其配置於該兩個偏光層之間，其隨溫度而變地改變經偏振光的偏光性質，其特性在於，該等偏光層之兩個參數：偏光程度P及在透射方向上之透射率T1係藉由選自以下各者的一或多個生產參數之變化而獨立於彼此加以選擇：層厚度、該偏 光層之配向程度、併入的物質之濃度、該併入的物質之配向程度、該併入的物質之吸收性質、該併入的物質之結構、該併入的物質之二向色性及該併入的物質之聚集性質，其中該等偏光層中之一或兩者由包含液晶介質及一或多種二向色染料之層形成，且其中該偏光程度P係選自20%至85%之範圍，且在該透射方向上之該透射率選自70%至100%之範圍。
- 一種如請求項1至10中任一項之裝置用於隨溫度而變地影響通過透光區的能量流通之用途。
- 如請求項12之用途，其中該裝置在不施加電壓之情況下自具有相對高光透射率之狀態切換至具有相對低光透射率之狀態。
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