[发明专利]包含液晶介质的光开关元件

说明书

本发明涉及热响应光开关元件，包括用于辐射能量流随温度而变的调节的液晶介质。本发明还涉及该光开关元件用于调节内部空间和环境之间的辐射能量流以及用于调节内部空间温度的用途。本发明还涉及一种液晶介质，其特征在于其包含5-95%的式(I)的化合物，特别是用于如上所述的开关元件。

根据本发明该光开关元件用于窗户或建筑中类似的开口，例如在用于调节光注入的玻璃门、天窗和/或玻璃屋顶。

对于本发明的目的，术语“液晶介质”用来指在一定条件下显示液晶性质的材料或化合物。优选地，液晶介质显示出热致行为，更优选地，该液晶介质显示出从各向同性到液晶相、最优选到向列相的温度诱致的相变。

对于本发明的目的，术语“室内空间”意指在私人、公共或商业建筑，例如用于办公目的的建筑中的室内空间，以及交通工具的室内空间。此外，术语室内空间也指纯粹商业所用的建筑，如例如温室的室内空间。

对于本发明的目的，术语“窗”指的是在建筑物中、在运输容器中或在交通工具中通过固体材料密封的任何需要的光可透过的开口。

对于本发明的目的，“辐射能量流”指的是由太阳发出，在通过大气之后达到地球且仅被玻璃片以小程度吸收或者根本不被吸收的电磁辐射。电磁辐射或者还可由不同于太阳的光源发出。由于相对短波长的辐射(UV-B光)和长波长的红外辐射被大气或玻璃片吸收，所以对于本发明的目的，术语“辐射能量”理解为包含UV-A光、可见光区域的光(VIS光)和近红外(NIR)的光。

除非更具体地定义，术语“光”同样指的是在UV-A区域、VIS区域和近红外区域的电磁辐射。

根据在物理光学领域通常采用的定义，对于本发明的目的而言，UV-A-光理解为320到380nm波长的电磁辐射。VIS-光理解为380到780nm波长的电磁辐射。近红外光(NIR)理解为780到3000nm波长的电磁辐射。

因此，对于本发明的目的，术语“辐射能量”和“光”理解为320到3000nm波长的电磁辐射。

对于本发明的目的，术语“光开关元件”因此表示能在其中具有较低辐射能量透过的状态和具有较高的辐射能量透过的状态之间切换的器件，术语“辐射能量”如上定义。开关元件可以选择性地在辐射能量的一个或多个光谱的子区域中切换。术语“器件”和“开关元件”在下文可互换地使用。

根据本发明的光开关元件是热响应的。然而，其也可额外地通过一种或多种其他机理来控制，例如通过电流或机械机理。优选，不存在这样的其他机理。

现代建筑显示出高比例玻璃表面的特点，这出于美观原因以及在与室内空间的亮度和舒适度相关方面均是合乎需要的。近年来，用于居住或商业目的和/或公众可通达的建筑具有高的能量效率变得同样重要。这意味着在温带气候带(大多数高度发达的工业国家处于该区域)在寒冷季节中用于加热目的而要消耗的能量要尽可能少以及在暖季在室内空间不需要空调调节或仅需要极少的空调调节。

然而，高比例的玻璃表面阻碍达到这些目标。在温暖气候带和在温带气候带的暖季，当太阳辐射到达玻璃表面时，其导致室内空间不希望有的加热。这是由于玻璃对电磁波谱的VIS和NIR区域的辐射是可透射的这一事实。在室内空间内的物体吸收容许通过的辐射，由此而变热，这导致室内空间的温度升高(温室效应)。

在玻璃表面后面的室内空间的这种温度提高（这称为温室效应）是因为在室内已经吸收辐射的物体也会放出辐射这一事实。然而，这些物体发射的辐射主要在光的红外光谱(一般约10,000nm波长)。因此，其不能再次通过玻璃，而被“陷”在玻璃后面的空间内。

然而，在建筑中的玻璃表面的上述效应是通常不希望有的：在低的室外温度下，尤其是在寒冷气候带或者在温带气候带的寒冷季节，由于温室效应由太阳辐射引起的室内空间的加热可能是有利的，因为用于加热的能量需求从而降低，花费随之节约。

随着建筑的能量效率日益重要，因此存在着对于控制通过窗户或玻璃表面的能量流的器件的不断增长的需求。特别是需要这样的器件，其能使通过玻璃表面的能量流与在特定时间占优势的条件(热、冷、高太阳辐射、低太阳辐射)匹配。

特别有兴趣的是在温带气候带提供这样的器件，其中在与高太阳辐射关联的温暖室外温度和与低太阳辐射关联的寒冷的室外温度之间发生季节性变化。

现有技术公开了非可转换器件，其限制能量流，但是不能以可变的方式调适，以及还公开了可转换器件，其能使能量流与占优势的相应条件匹配。在可转换器件中，应该区别不能自动适应环境条件的器件和自动适应环境条件的器件。后一种器件也称为智能窗。