專利名稱：包含液晶介質(zhì)的開(kāi)關(guān)元件的制作方法
包含液晶介質(zhì)的開(kāi)關(guān)元件本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)元件，其是熱響應(yīng)性的并且其在輻射能的較低透射狀態(tài)和輻射能的較高透射狀態(tài)之間切換，并且其包含液晶介質(zhì)。本發(fā)明還涉及該開(kāi)關(guān)元件用于調(diào)節(jié)室內(nèi)空間和環(huán)境之間的輻射能量流以及用于調(diào)節(jié)室內(nèi)空間溫度的用途。本發(fā)明還涉及一種液晶介質(zhì)，特征在于其包含5-60%的式(I)的化合物，尤其是用于上述的開(kāi)關(guān)元件中。根據(jù)本發(fā)明該開(kāi)關(guān)元件用于窗戶或建筑物中類似的開(kāi)口，例如在用于調(diào)節(jié)光注入量的玻璃門、天窗和/或玻璃屋頂中的。對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“液晶介質(zhì)”用來(lái)指在一定條件下顯示液晶性質(zhì)的材料或化合物。優(yōu)選地，液晶介質(zhì)顯示出熱致行為，更優(yōu)選地，液晶介質(zhì)顯示出從各向同性到液晶相、優(yōu)選到向列相的溫度誘致的相變。對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“室內(nèi)空間”確定為指的是在私人、公共或商業(yè)建筑，例如 用于辦公目的的建筑中的室內(nèi)空間，以及交通工具的室內(nèi)空間。此外，術(shù)語(yǔ)室內(nèi)空間也指純粹商業(yè)所用的建筑，如例如溫室的室內(nèi)空間。對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“窗”指的是在建筑物中、在運(yùn)輸容器中或在交通工具中通過(guò)固體材料密封的任何需要的光可透過(guò)的開(kāi)口。對(duì)于本發(fā)明的目的，“輻射能量流”指的是由太陽(yáng)發(fā)出，在通過(guò)大氣之后達(dá)到地球且僅被玻璃片以小程度吸收或者根本不被吸收的電磁輻射流。電磁輻射或者還可由不同于太陽(yáng)的光源發(fā)出。由于相對(duì)短波長(zhǎng)的福射(UV-B光)和長(zhǎng)波長(zhǎng)的紅外福射被大氣或玻璃片吸收，所以對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“輻射能量”理解為包含UV-A光、可見(jiàn)光區(qū)域的光(VIS光)和近紅外(NIR)的光。除非更具體地定義，術(shù)語(yǔ)“光”同樣指的是在UV-A區(qū)域、VIS區(qū)域和近紅外區(qū)域的電磁輻射。根據(jù)在物理光學(xué)領(lǐng)域通常采用的定義，對(duì)于本發(fā)明的目的而言，UV-A光理解為320到380nm波長(zhǎng)的電磁輻射。VIS光理解為380到780nm波長(zhǎng)的電磁輻射。近紅外光(NIR)理解為780到3000nm波長(zhǎng)的電磁輻射。因此，對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“輻射能量”和“光”理解為320到3000nm波長(zhǎng)的電磁輻射。對(duì)于本發(fā)明的目的，術(shù)語(yǔ)“開(kāi)關(guān)元件”因此表示能夠在具有較低輻射能量的透射狀態(tài)和具有較高輻射能量的透射狀態(tài)之間切換的器件，術(shù)語(yǔ)“輻射能量”如上述定義。開(kāi)關(guān)元件可以在輻射能量光譜的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)域選擇性切換。術(shù)語(yǔ)“器件”和“開(kāi)關(guān)元件”將在下文中可互換地使用。根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)元件是熱響應(yīng)的。然而，其也可額外地通過(guò)一種或多種其他機(jī)理來(lái)控制，例如通過(guò)電流或機(jī)械機(jī)理。優(yōu)選，不存在這樣的其他機(jī)理?，F(xiàn)代建筑顯示出高比例玻璃表面的特點(diǎn)，這出于美觀原因以及在與室內(nèi)空間的亮度和舒適度相關(guān)方面均是合乎需要的。近年來(lái)，用于居住或商業(yè)目的和/或公眾可通達(dá)的建筑具有高的能量效率變得同樣重要。這意味著在溫帶氣候帶(大多數(shù)高度發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家處于該區(qū)域)在寒冷季節(jié)中用于加熱目的而要消耗的能量要盡可能少以及在暖季在室內(nèi)空間不需要空調(diào)調(diào)節(jié)或僅需要極少的空調(diào)調(diào)節(jié)。
然而，高比例的玻璃表面阻礙達(dá)到這些目標(biāo)。在溫暖氣候帶和在溫帶氣候帶的暖季，當(dāng)太陽(yáng)輻射到達(dá)玻璃表面時(shí)，其導(dǎo)致室內(nèi)空間不希望有的加熱。這是由于玻璃對(duì)電磁波譜的VIS和NIR區(qū)域的輻射是可透射的這一事實(shí)。在室內(nèi)空間內(nèi)的物體吸收容許通過(guò)的輻射，由此而變熱，這導(dǎo)致室內(nèi)空間的溫度升高(溫室效應(yīng))。在玻璃表面后面的室內(nèi)空間的這種溫度提高(這稱為溫室效應(yīng))是因?yàn)樵谑覂?nèi)已經(jīng)吸收輻射的物體也會(huì)放出輻射這一事實(shí)。然而，這些物體發(fā)射的輻射主要在光的紅外光譜(一般約10 ，OOOnm波長(zhǎng))。因此，其不能再次通過(guò)玻璃，而被“陷”在玻璃后面的空間內(nèi)。然而，在建筑中的玻璃表面的上述效應(yīng)是通常不希望有的在低的室外溫度下，尤其是在寒冷氣候帶或者在溫帶氣候帶的寒冷季節(jié)，由于溫室效應(yīng)由太陽(yáng)輻射引起的室內(nèi)空間的加熱可能是有利的，因?yàn)橛糜诩訜岬哪芰啃枨髲亩档?，花費(fèi)隨之節(jié)約。隨著建筑的能量效率日益重要，因此存在著對(duì)于控制通過(guò)窗戶或玻璃表面的能量流的器件的不斷增長(zhǎng)的需求。特別是需要這樣的器件，其能使通過(guò)玻璃表面的能量流與在特定時(shí)間占優(yōu)勢(shì)的條件(熱、冷、高太陽(yáng)輻射、低太陽(yáng)輻射)匹配。特別令人感興趣的是在溫帶氣候區(qū)提供此類器件，在此區(qū)域內(nèi)與高太陽(yáng)輻射結(jié)合的溫暖外部溫度和與低太陽(yáng)輻射結(jié)合的寒冷外部溫度之間發(fā)生季節(jié)性變化?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了非可轉(zhuǎn)換器件，其限制能量流，但是不能以可變的方式調(diào)適，以及還公開(kāi)了可轉(zhuǎn)換器件，其能使能量流與占優(yōu)勢(shì)的相應(yīng)條件匹配。在可轉(zhuǎn)換器件中，應(yīng)該區(qū)別不能自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境條件的器件和自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境條件的器件。后一種器件也稱為智能窗。為了改善窗戶的熱絕緣，一段時(shí)間以來(lái)已知有多重玻璃窗組件(保溫玻璃組件，IGU)。密封與環(huán)境隔絕的一個(gè)或多個(gè)充氣空隙的兩個(gè)或多個(gè)玻璃板的排列使得通過(guò)窗戶的熱傳導(dǎo)與單層玻璃板相比顯著降低?，F(xiàn)有技術(shù)還公開(kāi)了具有薄的層例如金屬或金屬氧化物層的玻璃表面的涂層(US3, 990，784和US6, 218，018)。然而，若輻射能量流僅僅通過(guò)涂覆和/或通過(guò)采用隔絕玻璃來(lái)控制，則不可能適應(yīng)不同的天氣或季節(jié)條件。例如，感興趣的是在寒冷的室外溫度下對(duì)日光完全可透射以降低用于取暖的能量消耗的窗子。反過(guò)來(lái)，在溫暖的室外溫度下使窗戶允許較少的日光通過(guò)以使得發(fā)生較少的室內(nèi)空間加熱將是合乎需要的。因此存在著對(duì)于其中輻射能量流能與占優(yōu)勢(shì)的相應(yīng)的條件匹配的器件的需求。特別是，存在對(duì)于能自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境條件的器件的需求?，F(xiàn)有技術(shù)還公開(kāi)了在施加電壓情況下器件能可逆地從光可透射狀態(tài)切換到光較不透射狀態(tài)。第一種狀態(tài)在下文將稱作亮狀態(tài)，而第二種狀態(tài)將被稱作暗狀態(tài)。電學(xué)可開(kāi)關(guān)的器件的可能的具體實(shí)施方案是電致變色器件，其尤其提出在Seeboth 等人，Solar Energy Materials & Solar Cells, 2000，263-277 中。進(jìn)一步的綜述由 C. M. Lampert 等人,SolarEnergy Materials & Solar Cells, 2003, 489-499 提供。現(xiàn)有技術(shù)中已知的其他的電學(xué)可開(kāi)關(guān)器件基于在施加電場(chǎng)下液晶介質(zhì)的分子定向 O 這樣的器件尤其公開(kāi)在 US4, 268，126、US4, 641，922、US5, 940，150 和 W02008/027031 中以及同樣還有在電控下從亮狀態(tài)到透明暗狀態(tài)的切換。盡管如上所述的電學(xué)可開(kāi)關(guān)器件使得能夠調(diào)節(jié)輻射能量流，但它們具有必須電控的缺點(diǎn)。合乎需要的是能夠得到自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境條件且不需要手動(dòng)控制或者通過(guò)任何另外的能夠在檢測(cè)的溫度偏差下發(fā)出信號(hào)的耦合的器件來(lái)控制的開(kāi)關(guān)元件。進(jìn)一步合乎需要的是能夠得到不需要任何電路的開(kāi)關(guān)元件。將電路引入窗戶將伴隨著在窗戶制造過(guò)程中額外的工作而且必然有對(duì)缺陷的易感的風(fēng)險(xiǎn)或該器件的短使用壽命的風(fēng)險(xiǎn)。此外，另外的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)這樣的器件而言是必需的，包括電源供給。不電開(kāi)關(guān)而是通過(guò)例如溫控的器件(熱響應(yīng)器件)描述在尤其是Nitz等人，Solar Energy 79，2005，573-582中。這樣的器件的可能的具體實(shí)施方案是基于在高于某一溫度的兩個(gè)相之間間隔的體系。進(jìn)一步的具體實(shí)施方案基于水凝膠的隨溫度而變的性質(zhì)。然而，這些器件一般在透明狀態(tài)和半透明暗(散射)狀態(tài)之間切換，這對(duì)于其中要求器件保持在暗狀態(tài)下也保持透明的應(yīng)用是不合需要的。US2009/0015902和US2009/0167971公開(kāi)了包含在兩個(gè)起偏器之間的液晶介質(zhì)的光開(kāi)關(guān)元件。所述液晶介質(zhì)具有在第一溫度下旋轉(zhuǎn)光的偏振平面以及在第二溫度下不旋轉(zhuǎn)或基本上不旋轉(zhuǎn)光的偏振平面的性質(zhì)。因此，起偏器的合適的布置使得該器件容許在第一溫度下比第二溫度下有更多的光通過(guò)。兩種隨溫度而變的狀態(tài)表示亮狀態(tài)(第一溫度)和透明暗狀態(tài)(第二溫度)，并且優(yōu)選由液晶介質(zhì)從向列狀態(tài)(第一溫度，液晶介質(zhì)旋轉(zhuǎn)光的偏振平面)向各向同性狀態(tài)(第二溫度，液晶介質(zhì)不旋轉(zhuǎn)光的偏振平面)的轉(zhuǎn)變引起。申請(qǐng)US2009/0015902和US2009/0167971另外公開(kāi)了具有低清亮點(diǎn)的液晶介質(zhì)適用于上述器件。由液晶介質(zhì)的相轉(zhuǎn)變引起的從亮狀態(tài)到透明暗狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程特意地僅在暖季時(shí)由太陽(yáng)的典型輻射強(qiáng)度加熱器件時(shí)發(fā)生。為此，公開(kāi)了低于85°C的優(yōu)選清亮點(diǎn)。公開(kāi)的實(shí)例是包含與加入的4’-己基-4-氰基聯(lián)苯^CB) —起的液晶混合物E7且具有35°C的清亮點(diǎn)的液晶介質(zhì)。此外，上述申請(qǐng)中還一般性公開(kāi)了具有72°C的清亮點(diǎn)液晶混合物ZLI1132 (Merck KGaA)替代地也可用作用于制備用于可開(kāi)關(guān)器件的液晶介質(zhì)的基礎(chǔ)。但是在這方面沒(méi)有公開(kāi)具體的說(shuō)明性的具體實(shí)施方案。在這方面應(yīng)當(dāng)提及，在US2009/0015902和US2009/0167971中公開(kāi)的通過(guò)加入烷
基氰基聯(lián)苯化合物，如例如4’-己基-4-氰基聯(lián)苯來(lái)改性混合物E7具有液晶介質(zhì)的低溫穩(wěn)定性受損的缺點(diǎn)。然而液晶介質(zhì)良好的低溫穩(wěn)定性是非常需要的，因?yàn)樵谠S多應(yīng)用中開(kāi)關(guān)元件長(zhǎng)時(shí)間暴露于低溫。存在著對(duì)于適用于熱可開(kāi)關(guān)器件的液晶介質(zhì)的持續(xù)關(guān)注。特別是，存在著獲得在開(kāi)關(guān)元件的工作溫度范圍內(nèi)的溫度下從向列態(tài)到各向同性態(tài)(清亮點(diǎn))的轉(zhuǎn)換的液晶介質(zhì)的需要。此外，對(duì)于具有高含量的兩個(gè)環(huán)的脂環(huán)族化合物的液晶介質(zhì)存在需要，因?yàn)檫@樣兩個(gè)環(huán)的化合物能成本有效地制備。此外存在著對(duì)于具有良好的低溫儲(chǔ)存穩(wěn)定性(優(yōu)選與上述性質(zhì)相結(jié)合)的液晶介質(zhì)的需要。為此，本發(fā)明提供開(kāi)關(guān)元件，特征在于它是熱響應(yīng)的并且它在輻射能的較低透射狀態(tài)和輻射能的較高透射狀態(tài)之間切換，其包含液晶介質(zhì)，所述液晶介質(zhì)包含一種或多種式⑴的化合物
權(quán)利要求
1.開(kāi)關(guān)元件，特征在于其是熱響應(yīng)性的并且其在輻射能的較低透射狀態(tài)和輻射能的較高透射狀態(tài)之間切換，該開(kāi)關(guān)元件包含液晶介質(zhì)，所述液晶介質(zhì)包含一種或多種式(I)的化合物式⑴Z 選自 _C0_0_ 和 _0_C0_D
2.根據(jù)權(quán)利要求I的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于該液晶介質(zhì)另外包含一種或多種式(II)的化合物式(II)，其中R21, R22具有權(quán)利要求I中對(duì)于R11和R12給出的含義；和其中R11, R12每次出現(xiàn)時(shí)相同或不同地選自F，Cl，CN, NCS, R1-O-CO-, R1-CO-O-,具有I到10個(gè)C原子的燒基、燒氧基或者硫代燒氧基和具有2到10個(gè)C原子的稀基、稀氧基或者硫代烯氧基，其中在上述基團(tuán)中的一個(gè)或多個(gè)H原子可被F或Cl代替，以及其中上述基團(tuán)中的一個(gè)或多個(gè)CH2基團(tuán)可以被O、S、-0-C0-或者-C0-0-代替；和其中R1每次出現(xiàn)時(shí)相同或不同地為具有I到10個(gè)C原子的烷基或烯基，其中一個(gè)或多個(gè)H原子可被F或Cl代替；和
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于該液晶介質(zhì)另外包含一種或多種選自
4.根據(jù)權(quán)利要求I到3的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，特征在于，根據(jù)式(I)的化合物是根據(jù)下式(I-I)至(1-4)的化合物
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于根據(jù)式(II)的化合物是下式(II-I)至(I 1-3)的化合物
6.根據(jù)權(quán)利要求I到5的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于根據(jù)式(III)的化合物是下式(III-I)至(III-3)的化合物
7.根據(jù)權(quán)利要求I到6的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于根據(jù)式(IV)的化合物是下式(IV-I)和(IV-2)的化合物
8.根據(jù)權(quán)利要求I到7的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，特征在于X每次出現(xiàn)時(shí)相同或不同地選自F和Cl。
9.根據(jù)權(quán)利要求I到8的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于式(I)的化合物的總濃度在5和60%之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I到9的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于式(I)和(II)的化合物的總濃度在40和100%之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求I到10的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件，其特征在于不存在電線、電路和/或切換網(wǎng)絡(luò)。
12.液晶介質(zhì)，其包含一種或多種以5到60%總濃度的根據(jù)權(quán)利要求I的式(I)的化合物和至少一種根據(jù)權(quán)利要求2的式(II)的進(jìn)一步的化合物，使得式(I)和(II)的化合物的總濃度介于40和100%之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的液晶介質(zhì)在熱響應(yīng)性光開(kāi)關(guān)元件中的用途。
14.包含根據(jù)權(quán)利要求12的液晶介質(zhì)和聚合物、優(yōu)選微孔聚合物的復(fù)合材料體系。
15.根據(jù)權(quán)利要求I到11的一項(xiàng)或多項(xiàng)的開(kāi)關(guān)元件用于調(diào)節(jié)室內(nèi)空間和環(huán)境之間的輻射能量流的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)元件，其是熱響應(yīng)性的并且其在輻射能的較低透射狀態(tài)和輻射能的較高透射狀態(tài)之間切換，其包含液晶介質(zhì)。本發(fā)明還涉及該開(kāi)關(guān)用于調(diào)節(jié)室內(nèi)空間和環(huán)境之間的輻射能量流以及用于調(diào)節(jié)室內(nèi)空間溫度的用途。本發(fā)明還涉及一種液晶介質(zhì)，特征在于其包含5-60%的式(I)的化合物，尤其是用于根據(jù)本發(fā)明的開(kāi)關(guān)元件中。
文檔編號(hào)C09K19/32GK102933691SQ201180027711
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月7日
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