(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング層（２）と、
少なくとも１つの配向層（６）と、
光ガイドシステム（５）と、
光エネルギ変換手段（７）と、
を備えた光学装置（１）であって、
前記スイッチング層（２）は光の吸収および光の放射のための発光材料（３）を含んでおり、該発光材料（３）の配向は可変であり、
前記スイッチング層（２）は前記少なくとも１つの配向層（６）と接触しており、
前記発光材料（３）は異方性を有しており、
前記光ガイドシステム（５）は、前記光エネルギ変換手段（７）と物理的に接触しており、前記光エネルギ変換手段（７）へと放射光をガイドし、
前記光エネルギ変換手段（７）は、放射光を熱または電気のうちの少なくとも１つのエネルギ形態に変換し、
前記スイッチング層（２）は、前記光学装置（１）を介した光の透過を制御するために用いられている、
ことを特徴とする光学装置（１）。
【請求項２】
前記発光材料（３）は、二色性を有している、請求項１記載の光学装置（１）。
【請求項３】
前記発光材料（３）は、蛍光色素である、請求項１または２記載の光学装置（１）。
【請求項４】
放射光は、前記光ガイドシステム（５）内を内部全反射によりガイドされる、請求項１乃至３のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項５】
前記光エネルギ変換手段（７）は、少なくとも１つの光起電力セルおよび／または光熱変換器である、請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項６】
前記光学装置（１）は、少なくとも１つのパネル状の支持手段（４）を備えており、
前記エネルギ変換手段（７）は、前記支持手段（４）の少なくとも一方の側において、前記支持手段（４）の主延在平面（１４）に対して垂直に配置されている、請求項１乃至５のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項７】
前記発光材料（３）は、吸収状態または透過状態に少なくとも配向される、請求項１乃至６のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項８】
前記発光材料（３）は、複数の散乱状態の少なくとも１つに配向される、請求項１乃至７のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項９】
前記発光材料（３）のあらゆる状態において、光は該発光材料（３）によって吸収および放射され、前記光ガイドシステム（５）内を内部全反射により前記エネルギ変換手段（７）までガイドされる、請求項７または８記載の光学装置（１）。
【請求項１０】
前記透過状態において、前記発光材料（３）の吸収軸は、前記スイッチング層（２）の主延在平面（１４）に対して垂直に配向されている、請求項７乃至９のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項１１】
前記光ガイドシステム（５）は、少なくとも１つの波長選択ミラーを備えている、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の光学装置（１）。
【請求項１２】
振幅Ａ１、電界Ｖ１の電位、および／または、特定波長λ１、特定周波数ｆ１の光の強度を与えることにより、前記発光材料（３）を、前記吸収状態から前記透過状態へ移行させるか、または、前記透過状態から前記吸収状態へ移行させる、請求項７乃至１１のいずれか１項記載の光学装置（１）を介した光の伝送方法。
【請求項１３】
前記振幅Ａ１とは異なる振幅Ａ２、前記電界Ｖ１とは異なる電界Ｖ２の電位、および／または、前記特定周波数ｆ１とは異なる特定の周波数ｆ２、前記特定波長λ１とは異なる特定波長λ２の光の強度を与えることにより、前記発光材料（３）を散乱状態に移行させる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
窓、車両、ビル、温室、眼鏡、安全ガラス、防音壁、光学機器および／または医療器具のための、請求項１乃至１１のいずれか１項記載の光学装置（１）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。
【０００２】
光学装置は、従来技術において周知である。刊行物ＤＥ３３３０３０５Ａ１には、例えば、スイッチング層の配向が供給電圧に依存する、液晶層を有する窓が開示されている。１つの実施形態では、スイッチング層は液晶色素から構成されている。蛍光層を有する光学装置も従来技術において周知である。刊行物ＤＥ３１２５６２０Ａ１には、例えば、蛍光層を有する窓が開示されている。蛍光層から放射される光は全反射されて光起電力セルにガイドされる。刊行物ＷＯ２００６／０８８３６９Ａ２には、発光材料分子を含む発光材料およびコレステリック層が開示されている。発光材料分子は、別個の層に静的に配列されている。
【０００３】
従来技術において、光学装置は複雑に構成されており、また光の吸収およびガイドのために複数の層が必要とされる。他の欠点は、発光材料に吸収される光の量が制御不能であるか、制御可能であっても面倒であることである。
【０００４】
したがって本発明の課題は、光の吸収を確実に制御できる、光を吸収およびガイドするための光学装置を提供することである。
【０００５】
したがって、本発明の対象は、
スイッチング層と、
少なくとも１つの配向層と、
光ガイドガイドシステムと、
を備えた光学装置であって、
前記スイッチング層は光を吸収および放射する発光材料を含んでおり、発光材料はその配向が可変であり、
前記光ガイドシステムは放射光をガイドするものであり、
前記スイッチング層は前記少なくとも１つの配向層と接触しており、
前記発光材料は異方性の特性を有しており、また、
前記光学装置は、前記光ガイドシステムと物理的に接触している光エネルギ変換手段を備えている、
ことを特徴とする光学装置である。
【０００６】
刊行物ＪＰ０６３１８７６６Ａには、液晶および有機蛍光材料を用いるレーザ発振装置が開示されている。レーザ発振装置の内部で、光がミラーの表面間をガイドされ、それらの表面の１つから出射される。ＵＳ２００７／０２７３２６５Ａ１において、発光装置が開示されている。該発光装置はＬＥＤおよび一種の光ガイドシステムを表す。論文「液晶ディスプレイのための異方性蛍光体（Anisotropic fluorophors for liquid crystal displays）」（Ｄｉｓｐｌａｙｓ、１０月号、１９８６年、１５５〜１６０頁）には、ディスプレイ用の光ガイドシステムが開示されており、ここで、「ディスプレイ」とは液晶ディスプレイである。これらの文献のいずれにも、ガイドされる光が、変換システムにより別形態のエネルギに変換されることは開示されていない。
【０００７】
スイッチング層が発光材料を含有していることから、発光材料のための追加的な層は必要ではない。したがって、本光学装置をコンパクトに構成され、製造は簡単で低コストであり、また製造時間も短い。さらに、発光材料が異方性であるので、複雑な機構なしで吸収率を制御することができる。
【０００８】
術語「スイッチング層」とは、発光材料の配向をスイッチングする（切り替える）ことができる層を指す。１つの好適な実施形態では、発光材料の配向は電気信号を用いてスイッチングされる。他の実施形態では、発光材料の配向は、光学装置に照射される特定波長の光の強度によりスイッチングされる。より明確にすることを目的として、術語「スイッチング層」とは、液体、ゲルまたはゴムおよび／またはこれらの組み合わせからなる群から選択された材料を指す。液体がスイッチング層として用いられる場合、好ましくは、液晶が用いられる。液晶にはサーモトロピック液晶またはリオトロピック液晶を用いることができる。好ましくは、液晶はサーモトロピック液晶である。液晶は、発光材料を溶解させ、配向させるものでありいわゆるゲスト−ホスト系である。液晶は、好ましくは、あらゆる駆動温度下でネマチック相にある。さらに好ましくは、液晶は誘電異方性を有し、それゆえ、電界を用いて配列することができる。好ましくは、液晶は棒状液晶および／またはディスコティック液晶であってよく、種々の分子構造、例えば、一軸平面型、ホメオトロピック一軸型、ねじれネマチック型、スプレイ型、またはコレステリック型の構造を有してよい。スイッチング層がゲルまたはゴムである場合、ゲルは好ましくは液晶ゲルであるか、ゴムは好ましくは液晶ゴムである。ゲルまたはゴムは、好ましくは、誘電異方性を持つメソゲン基を有し、これらの基の配列を電界によって制御することができる。ゲルおよびゴムの両方に関して、メソゲン基間の化学架橋性が十分低く、電界を用いたスイッチングを可能とする十分な可動性を与える。１つの実施形態では、ゲルまたはゴムは発光材料を当該ゲルまたはゴムに溶解させることができ、発光材料のためのゲスト−ホスト系として機能する。あるいは、発光材料は液晶ゴムまたは液晶ゲルに化学的に結合されていてもよい。
【０００９】
配向層は、好ましくは、スイッチング層の上板および／または下板と直接接触している。上板および下板とは、スイッチング層の表面がスイッチング層の主延在平面に対して平行であることを意味する。「直接」とは、配向層がスイッチング層と物理的に接触していることを意味する。「配向層」は、好ましくは、発光材料の配向を誘導することができる層を意味する。好ましくは、配向層は、電極上にポリイミド層または単一の感光性のコマンドサーフェスを含有する二重層である。ポリイミド層は、バフ処理されたポリイミド層、ラビング処理されたポリイミド層、あるいは、バフ処理またはラビング処理されていないポリイミド層を用いることができる。配向層が電極上のポリイミド二重層である場合、ポリイミド層は厚さ２０ｎｍ〜４００ｎｍ、より好ましくは３０ｎｍ〜３００ｎｍ、最も好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの薄層である。より好ましくは、電極上の２つのポリイミド二重層が配向層として用いられ、各二重層は、二重層構造のポリイミド層がスイッチング層の最も近くに位置するように積層されている。好ましい実施形態において、電極は透過性を有する。好ましくは、２つの電極はスイッチング層の上側の面または下側の面のいずれか一方の上に、あるいは、スイッチング層の一方の側において平面内にパターニングされた電極として設けられており、この電極により電圧を光学装置に印加することができる。
【００１０】
配向層が感光性のコマンドサーフェスである場合、発光材料の配向は、光学装置のコマンドサーフェス上に照射される特定波長光の強度により制御される。好ましくは、コマンド表面は波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍ、より好ましくは３００ｎｍ〜４５０ｎｍの光照射により制御される。感光性のコマンドサーフェスは薄層であり、厚さが最大５０ｎｍ、より好ましくは最大１５０ｎｍ、最も好ましくは最大２００ｎｍの自己組織化単分子膜であってよい。配向層としては、好ましくは、アゾベンゼン、スチルベン、シンナメート、α−ヒドラゾノ−β−ケトエステル、スピロピラン、ベンジリデンフタルイミデンまたはα−ベンジリデンアセトフェノンであってよいフォトクロミック化合物が用いられる。
【００１１】
術語「異方性特性を有する発光材料」とは、その内部における光の吸収特性および放射特性が、入射光の伝播方向、入射光の波長および／または入射光の偏光方向に依存する物質を指す。発光材料は光スペクトル、好ましくは、可視スペクトルの波長の特定範囲の光を吸収可能である。吸収される光子エネルギの大部分は、より長波長の光子として再放射される。吸収される光子および放射される光子の伝播方向は、互いに直接つながりのあるものではない。さらに、術語「発光材料」とは、発光色素または発光量子ドットを意味する。術語「量子ドット」とは、その励起子が３つの空間方向全てで閉じこめられている半導体粒子を意味する。したがって、所定波長範囲にわたり光を吸収し、それより小さい波長範囲にわたり光子として吸収エネルギを放射することができる。
【００１２】
より理解を容易なものとするため、発光材料自体がスイッチング層を構成することも可能である。すなわち、発光材料の配向は外部電界の印加によって直接スイッチングされてもよい。別の場合、発光材料（ゲスト）は等方的に配向されたホスト、例えば、異方性の液体、ゴムまたはゲルにより保持される。この好ましい実施形態では、発光材料は誘電異方性を有し、印加電圧により直接スイッチングされる。後者の場合、スイッチング可能なホスト、例えば、スイッチング層の液晶はもはや必要ではない。
【００１３】
光学装置はエネルギ変換システムを備えており、また光ガイドシステムはエネルギ変換システムと物理的に接触している。エネルギ変換システムと、中間層と、光ガイドシステムとの間の光学的接触は物理的接触が存在することを意味する。好ましくは、中間層は光ガイドシステムとエネルギ変換システムとの間に挟まれている。すなわち、この物理的接触により、光ガイドシステムは中間層と物理的に接し、またエネルギ変換システムは中間層と物理的に接している。さらに、光ガイドシステムとエネルギ変換システムとを隔てることができるあらゆる中間層を介在させることによって、光の波長未満よりはるかに小さい距離でそれらの光ガイドシステムとエネルギ変換システムとを隔てることができるので、干渉縞は形成されない。好ましくは、中間層は非常に薄い光透過性の接着層、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  ７１（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．社製）である。エネルギ変換システムは、熱または電気のうちの少なくとも１つのエネルギ形態に光を変換する。光ガイドシステムとエネルギ変換システムとが接触しているので、放射光をエネルギ変換システムに焦点合わせするための機構は必要ない。したがって、光学装置は信頼性およびロバスト性が高い。
【００１４】
好ましくは、エネルギ変換システムは、少なくとも１つの光起電力セルおよび／または光熱変換器である。好ましくは、エネルギ変換システムは光起電力セルのアレイである。光起電セルとして、ガイドされる光の波長を吸収する任意の種類の光起電セルを用いることができる。例えば、光起電力セルは、単結晶シリコン、多結晶シリコンまたはアモルファスシリコンを用いるシリコンウェハベースのセルであってもよい。あるいは、光起電セルは、薄膜光起電力セル、例えば、ＧａＡｓセル、微結晶シリコンまたはテルル化カドミウムセルであってよい。しかし、有機半導体またはカーボンナノチューブを用いる有機化合物（ポリマーベースの光起電力体）から構成される光起電力セルや、量子ドットを含む光起電力体を用いることもできる。
【００１５】
好ましくは、異方性発光材料は二色性を示す。二色性とは発光材料が発光材料の第１の軸に沿って強い吸収を有することを意味する。この第１の軸は分子の吸収軸として、または、発光材料の吸収軸として表される。発光材料のそれ以外の軸では吸収は低い。好ましい実施形態では、発光材料は、その電界ベクトルが発光材料の吸収軸に対して平行になるように偏光された光について高い吸収を示し、かつ、その電界ベクトルが発光材料の吸収軸に対して垂直になるように偏光された光について低い吸収を示す。発光材料の吸収軸は発光材料の長軸または発光材料の他の任意の軸であってよい。発光材料は好ましくは色素であり、また、好ましくは蛍光性および／または燐光性を有する。さらに２つ以上の異なる発光材料から構成される合成物であってもよい。
【００１６】
１つの好ましい実施形態において、発光材料は蛍光色素である。蛍光は発光の特別な種類であり、また、電磁照射により供給されるエネルギが１つの原子の１つの電子の低エネルギ状態から「励起された」より高いエネルギ状態への変換を引き起こすと発生する。次いで、電子が低エネルギ状態に落ちると、より長波長の光の形態（発光）でこの付加されたエネルギを解放する。
【００１７】
好ましくは、光ガイドシステムは放射光を内部全反射によりガイドする。内部全反射は光線が中間層の境界に、表面の法線に対して臨界角度より大きい角度で入射するときに生じる。屈折率が境界の他方の側で一方の側よりも低い場合、光は通過することができず、非常に効果的に全ての光が反射される。臨界角度は内部全反射が生じる角度より大きい入射角度である。好ましくは、入射光の１００％が光ガイドシステムの内部をガイドされる。
【００１８】
好ましくは、光ガイドシステムは少なくとも第１の中間層を光ガイドシステムの中心部として備えており、また第２の中間層を光ガイドシステムの境界部として備えている。第１の中間層の屈折率は、好ましくは、第２の中間層の屈折率以上であり、また第１の中間層は発光材料から構成される。したがって、発光材料から放射される光は２つの中間層の境界面において反射され、また屈折率が比較的高いことから、第１の中間層へと反射される。好ましい実施形態において、境界での反射は全反射であるので、放射光は内部全反射によって光ガイドシステムの内部へとガイドされる。有利なことに、光のガイド過程において光の強度は失われない。太陽光集光器および／または光ファイバは光ガイドシステムの例である。１つの好ましい実施形態において、光ガイドシステムは、ガラスシート、配向層、異方性発光材料を含有するスイッチング層、その他の配向層およびその他のガラスシートから構成される。大気中において、スイッチング層内に放射された光は、主としてガラスと大気との界面において反射されて、光ガイドシステム内へと戻る。放射光を「通常」反射により確実に光ガイドシステムの内側にガイドさせることができる。「通常反射」とは、入射角度が全反射に用いられる臨界角度と等しくないことを意味する。光ガイドシステムは、本発明において、導波システムとも称される。
【００１９】
好ましくは、スイッチング層は少なくとも一方の側において支持手段に取り付けられている。好ましい実施形態において、スイッチング層は支持手段の間に挟まれている。好ましい実施形態において、光学装置は窓であり、その場合には支持手段はガラス板および／またはポリマー板である。本発明は、平坦な平面体に限定されず、屈曲された層、モールドされた層、または、それ以外で形作られた層も含む。板に適した材料は、導波システムを介して運ばれる放射光に対して透過性が非常に高い。適した材料としては、透明ポリマー、ガラス、透明セラミックおよびこれらの組み合わせが挙げられる。ガラスはシリカベースの無機ガラスであってよい。ポリマーは、（半）結晶またはアモルファスであってよい。適したポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、環状オレフィンコポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホン、架橋アクリレート、エポキシ、ウレタン、シリコーンゴムおよびこれらの組み合わせ、またこれらのポリマーのコポリマーが挙げられる。好ましい実施形態では、ガラスは、シリカベースのフロートガラスである。少なくとも２つの平面体（ガラス板またはポリマー板）の間に、スイッチング層および発光材料が挟まれている。これらの平面体により、スイッチング層は機械的応力および汚染から保護される。したがって、発光材料は支持され、発光材料の寿命が延びる。本発明の特別な実施形態において、シートガラスが染色されるか、または、シートガラスと発光材料との間に特別な染色層が設けられる。染色されたシートガラスまたは特別な染色層が、ＵＶＡ照射および／またはＵＶＢ照射および／または発光材料に有害な特定波長から発光材料を保護する。
【００２０】
好ましくは、支持手段は形作られたパネルであり、エネルギ変換システムは支持手段の少なくとも一方の側に、支持手段の主延在平面に対して垂直に配置される。したがって、エネルギ変換システムの位置は目立たない。光学装置が窓である場合には、エネルギ変換システムが好ましくは窓フレーム内に配置されるので、観察者からは見えない。
【００２１】
好ましくは、光学装置は光吸収性および／または光透過性を示す。さらに好ましくは、吸収光と透過光の比は印加電圧に依存する。例えば、所定電圧の印加後に光学装置は主として光に対して透過性を示し、異なる電圧の印加後に光学装置は主として不透過性を示す。光学装置の性質を変化させるため、異なる電圧または異なる種類の電圧プロファイル、例えば、鋸歯状電圧、方形波状電圧または台形状電圧が用いられる。さらに、異なる振幅、異なる波長、または、異なる周波数によっても光学装置の特性を変化させることができる。
【００２２】
不透過性および透過性を実現するために、スイッチング層中の発光材料の配向は、好ましくは、スイッチング層の主延在平面に関して可変である。発光材料は異方性を有するので、発光材料の吸収性は入射光に関する発光材料の配向とともに変化する。光学装置を主として透過させるためには、例えば、発光材料の吸収軸はスイッチング層の主延在平面に対して垂直に配列される。したがって、発光材料の吸収軸は入射光の電界ベクトルの偏光方向に対して垂直であり、発光材料に吸収される光はより少なくなる。この場合、ほとんどの光が光学装置を通過する。すなわち、光学装置の透過性は高く、吸収性は低い。この場合、発光材料は少なくとも透過状態に配向されている。逆に、発光材料を通過できる光がより少なくなるように発光材料を配向することもできる。光学装置の吸収性をより高くするため、発光材料の吸収軸は、好ましくは、スイッチング層の主延在平面に対して平行に、入射光の電界ベクトルの偏光方向に対して平行に配向される。したがって、より多くの光が吸収され、放射され、エネルギ変換手段にガイドされ、エネルギ変換効率は透過状態と比べて高い。この場合、発光材料は少なくとも吸収状態に配向されている。理解を確かなものとするため、吸収される光は好ましくは太陽光であり、全ての偏光方向は好ましくは等分配状態にある。発光材料の吸収帯域は太陽光のスペクトルの一部をカバーする。光学装置の不透過性および透過性を分類するために光学密度を用いることができる。光学密度は、所定長さおよび所定波長λに対する光学要素の透過率の単位のない尺度であり、以下の式にしたがって計算される。：
【００２３】
【数１】
0005425190.tif 000002
式中、
Ｏは不透過率
Ｔは透過率
Ｉ０は入射光ビームの強度
Ｉは出射光ビームの強度
を示す。
【００２４】
したがって、光学密度が高いほど、つまり不透過率が高いほど、透過率は低い。
【００２５】
好ましい実施形態では、発光材料は複数の散乱状態の少なくとも１つに配向される。好ましくは、発光材料が吸収状態と透過状態との間で双方向にスイッチングされるとき、発光材料は散乱状態を取る。したがって、透過状態と吸収状態との間で複数の位置が存在するので、複数の散乱状態が存在することが好ましい。
【００２６】
液晶がスイッチング可能なホストとして用いられる場合、発光材料は液晶中に組み込まれる。すなわち、液晶が動くことによって発光材料も動く。液晶ゲルまたは液晶ゴム中で、僅かな量のメソゲン基はいまだ動くことができる。発光材料はメソゲン基に組み込まれ、液晶が動くことによって発光材料も動く。
【００２７】
透過位置では、好ましくはほとんどの入射光は光学装置を通過し、したがって、光学密度は低い。吸収状態では、ほとんどの入射光は発光材料に吸収され、したがって、光学密度は高い。
【００２８】
散乱状態において、光学装置に入射する外部光は光学装置からランダムな方向に出射される。１つの好ましい実施形態では、スイッチング層は液晶ホストを含み、液晶は平面内コレステリック配向または多配向に構成される。液晶のこの構成は、スイッチング層内において短い距離にわたる屈折率の変化を引き起こし、これにより光が散乱される。
【００２９】
発光材料のあらゆる位置において、発光材料により入射光が吸収および放射されることが好ましい。吸収光の量は発光材料の配向に依存する。好ましくは、吸収光は光ガイドシステム内に放射され、光ガイドシステムは内部全反射により光をエネルギ変換システムにガイドする。光ガイドシステムの使用により、光はほぼ完全に無損失で伝送される。したがって、エネルギ変換システムの位置は発光材料の位置に依存しない。つまり、発光材料とエネルギ変換システムとの間の距離はほとんど重要ではない。
【００３０】
好ましくは、発光材料の吸収軸は透過状態においてスイッチング層の主延在平面に対して垂直またはほぼ垂直に配向されている。このことは、窓ガラスに対して通常角度で窓を通じて透過される全ての光が発光材料にほとんど吸収されないことを意味する。さらに、発光材料の吸収軸が吸収状態においてスイッチング層の主延在平面に対して平行かまたはほぼ平行に配向されていることが好ましい。より良い理解のため、スイッチング層の主延在平面に対して完全に平行な状態と完全に垂直な状態との間で発光材料の吸収軸はあらゆる位置を取りうるので、不透過性および／または透過性の程度が異なる複数の位置が存在する。発光材料の配向をスイッチング層の主延在平面に対して完全に９０°（垂直）にすること、または完全に０°（平行）にすることはほとんど不可能であることに留意すべきである。多くの場合、ほとんどの発光材料は、透過状態ではスイッチング層の主延在平面に対して約９０°に配向されており、吸収状態ではスイッチング層の主延在平面に対して約０°に配向されている。
【００３１】
散乱状態において、発光材料の吸収軸は、好ましくは、平行配向と垂直配向との間で交互に配向されるか、またはランダムに配向される。好ましい実施形態において、発光材料が透過状態から吸収状態に移行する際、またはその逆の際、発光材料および／またはホストは安定した中間状態において散乱状態となる。
【００３２】
好ましい実施形態において、光学装置は少なくとも１つの波長選択ミラーを備えている。好ましくは、光ガイドシステムが波長選択ミラーを備えている。この好ましい実施形態において、光ガイドシステムの主延在平面の一方の側または両側に波長選択ミラーを用いることにより、より多くの放射光が光ガイドシステムの内部に閉じこめられる。波長選択ミラーは好ましくは無機の波長選択ミラーまたは有機の波長選択ミラーであり、および／または、波長選択ミラーは好ましくは発光材料により吸収される光に対して少なくとも５０％透過性であり、発光材料により放射される無偏光光に対して少なくとも５０％反射性である。いくつかの場合において、波長選択ミラーを光学装置の一方の側または両側、および／または、スイッチング層の主延在平面に対するスイッチング層の上（上面）ならびに下（下面）に設けることが有利である。光学装置が放射光をエネルギ変換システムに伝送する効率は、とりわけ、光学装置が光ガイドシステムの内部に放射光を閉じこめる能力に依存する。光を光学装置に選択的に入射させる能力および別の波長の光が光学装置から出射されることを妨げる能力によって、エネルギ変換システムにガイドされる光の量を増大させることができる。この場合、波長選択ミラーの反射波長は、発光材料の吸収帯域よりも長波長であるが、放射光が吸収光よりも長波長であり、ほとんどが波長選択ミラーにより反射されるような波長に選択される。１つの好ましい実施形態において、波長選択ミラーをコレステリック液晶フィルムを用いて作製することができる。屈折率の周期変調がブラッグ反射を引き起こすので、コレステリック液晶フィルムは特定波長で光の最大５０％を反射する。反射帯域の幅は、液晶のコレステリックピッチおよび複屈折に依存する。右回りコレステリック層と左回りコレステリック層との組み合わせにより、特定範囲の波長に対する全反射ミラーが得られる。あるいは、それら２つのコレステリック層の間に半波遅延層をもつ同じ向きの２つのコレステリック層を用いて、特定範囲の波長に対する全反射ミラーを得ることができる。
【００３３】
好ましい実施形態において、ポリマー性の波長選択ミラーは、右回り円偏光を反射する１つまたは複数のコレステリック層または左回り円偏光を反射する１つまたは複数のコレステリック層を備えているか、または、右回り円偏光を反射する１つまたは複数のコレステリック層および左回り円偏光を反射する１つまたは複数のコレステリック層の両方を備えているか、または、半波長板と組み合わせた、同じ回り方向の光を反射する１つまたは複数のコレステリック層を備えている。
【００３４】
さらに、本発明は光学装置を介した光透過方法を提供することを目的とする。好ましくは、本方法において発光材料は、振幅Ａ１、電界Ｖ１の電位および／または特定波長λ１、特定周波数ｆ１の光の強度をもつ電位を印加することにより吸収状態から透過状態に移行するか、または、その逆に移行する。
【００３５】
好ましくは、発光材料は、振幅Ａ２、電界Ｖ２の電位、および／または、特定周波数ｆ２、特定波長λ２の光の強度を印加することにより散乱状態に移行する。振幅Ａ１とＡ２、電界Ｖ１とＶ２、および／または、特定周波数ｆ１とｆ２の光の強度、特定波長λ１とλ２の光の強度は互いに異なる。
【００３６】
電極をもつポリイミド層が配向層として用いられている１つの好ましい実施形態において、電気信号Ｓ１の印加によりスイッチング層は位置１（例えば透過状態）となり、電気信号２の印加によりスイッチング層は位置２（例えば吸収状態）となる。効率的な使用のため、信号Ｓ１およびＳ２の振幅値および／または周波数値は異なる。
【００３７】
１つの好ましい実施形態において、第３の電気信号Ｓ３の印加によりスイッチング層の散乱状態が得られる。信号Ｓ３の振幅値および／または周波数値は信号Ｓ１およびＳ２のものとは異なる。
【００３８】
１つの好ましい実施形態において、光学装置は少なくとも２つの安定状態を有する。１つの安定状態は、電気信号または光学信号であってよい刺激を印加することなく長い時間維持される発光材料の配向構成に関する。第３の位置が所望である場合、３つの安定状態を有するシステムも可能である。１つの好ましい実施形態において、安定状態はスイッチング層として液晶ホストを用いることにより得られる。この好ましい実施形態において、液晶の安定状態は系の自由エネルギの極小が生じることにより得られる。別の配向にスイッチングするため、液晶は自身を再構成する必要があり、これにより外部刺激を与えるだけで超えられるエネルギ障壁が形成される。この外部刺激は、電界、または、配向層として機能するコマンドサーフェスであってよい。
【００３９】
好ましくは、本光学装置は、窓、車両、ビル、温室、眼鏡、安全ガラス、光学機器、防音壁および／または医療器具に使用される。これらの用途において、少なくともスイッチング層、支持手段、光ガイドシステムおよび配向層は、好ましくは、シートガラスに置き換わる。本発明にかかる安全ガラスは、スイッチングにより曇る特別なガラスである。このようなガラスは、高い光エネルギが激しく発生する処理の間、目を保護するために用いることができる。この種の処理は、例えば溶接処理であり、光学装置をガラス製ゴーグルの代わりに溶接用ゴーグルまたはレーザ用ゴーグルとして使用することができる。
【００４０】
本発明は、添付の図面および以下の実施例の説明を参照することにより最良に理解される。添付の図面および以下の実施例の説明は、本発明の特定の実施形態の説明を意図したものであり、添付の特許請求の範囲に記載した発明の範囲をいかなる意味においても限定するものではないと解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１Ａ】光学装置の断面図である。
【図１Ｂ】スイッチング層の概略図である。
【図２Ａ】発光材料が取りうる配向の概略図である。
【図２Ｂ】発光材料が取り得る配向の概略図である。
【図３】光学密度と印加電圧との相関関係を示す図である。
【図４】実験用のセットアップを示す図である。
【図５】実験用のセットアップを示す図である。
【図６】吸収スペクトルプロファイルおよび蛍光スペクトルプロファイルを示すグラフである。
【図７】暗（不透過）モード、散乱モードおよび明（透過）モードの顕微鏡画像である。
【図８】電圧プロファイルの別の例を示す図である。
【図９】光学密度を示すグラフである。
【図１０】光学装置のスペクトル強度を示すグラフである。
【図１１】光学装置の側部における集中している光の出力を示すグラフである。
【図１２】発光材料の一般構造式を示す。
【図１３】窓フレームにおける光学装置の種々の実施形態を示す図である。
【図１４】種々の状態における光学装置の機能を概略的に示す図である。
【００４２】
図１Ａには、光学装置１の断面図が示されている。光学装置は、発光材料３（図示せず）を含むスイッチング層２と、支持手段４と、光ガイドシステム５と、エネルギ変換システム７とを備えている。図１中のスイッチング層２は液晶セルであり、配向層６がセルの内部表面に接触している。制御システム８により、液晶層はスイッチングされる。光ガイドシステム５は、発光太陽光集光器であってよい。発光太陽光集光器（ＬＳＣ）は３つの主構成要素、すなわち、色素層（スイッチング層２および発光材料３）と、導波管５（光ガイドシステム５）と、光起電力セル（エネルギ変換システム７）とを備えている。蛍光色素層は（太陽）光を吸収し、再放射するために用いられている。この層は有機蛍光色素分子（発光材料３）から構成されており、また入射光を吸収する。吸収された光は蛍光発光により再放射される。この再放射過程の効率は量子効率を指し、９０％を超えることもある。表面に対して臨界角を超えた方向に蛍光発光により放射される光は、導波管内に閉じこめられる。導波管内をガイドされた光は、その狭端部からのみ出射することができる。幾何学的な理由から、導波管の端部に到達する光は自動的に臨界角に収るので出射される。太陽光集光器は、光が出射する狭端部側と比べて、光が入射する広い上面を有することができるため「集光器」と呼ばれる。すなわち、出射光は入射光よりも高い強度（エネルギ／単位面積）を示す。高い屈折率を有する導波層のために、光起電セル（エネルギ変換システム７）へと光をガイドするために透過層が用いられる。光起電力セルは導波管の狭端部側に取り付けられるので、小さい光起電力セルしか必要とされない。そにもかかわらず、この光起電力セルは高強度の光に曝されるので、大きな電流が得られる。
【００４３】
図１Ｂには、スイッチング層が概略的に示されている。スイッチング層２は、好ましくは、上面Ｔと下面Ｂとを備えており、上面Ｔと下面Ｂとは互いに平行である。上面Ｔおよび下面Ｂの表面は、上面Ｔおよび下面Ｂに垂直方向のスイッチング層２の厚さよりもはるかに大きい。したがって、上面Ｔおよび下面Ｂに平行な面１４は、スイッチング層２の主延在面を示している。分かり易くするために、配向層６は上面Ｔおよび下面Ｂに沿って、上面Ｔおよび下面Ｂにほぼ平行に配置されている。エネルギ変換システム７は、好ましくは、上面Ｔおよび下面Ｂにほぼ垂直に配置されている。スイッチング層２の内側では、発光材料３はそれぞれ主延在面１４に平行な上面Ｔおよび下面Ｂに対してほぼ平行に配向される（吸収状態）か、またはほぼ垂直に配向される（透過状態）。
【００４４】
図２Ａには、発光材料３が取りうる配向が示されている。図２Ｂには、発光材料３の吸収軸と、光の伝播方向と、入射光の電界ベクトル（電界）の偏光方向との相関関係が示されている。光を電磁波として説明することができ、電磁波の振動は光の伝播方向に垂直である。直線偏光された光において、電界の単一の振動平面のみが存在している。偏光方向は光の電界の振動平面として定義される。通常の日光（等方性光）は、考えられる全ての偏光方向成分を含み、ここで、考えられる全ての偏光方向は等しく表されている。したがって、等方性光は数学的には互いに垂直な２つの偏光方向をもつ光として表すことができる。発光材料３は二色性色素分子である。このことは、分子が一方の方向（分子の吸収軸の方向）においては他方の方向よりも強い吸収を示すことを意味する。分子の吸収軸が光の伝播方向に対して垂直であり、光の偏光状態が分子の吸収軸に対して平行であるとき、色素分子は高い吸収を示す。分子の吸収軸は光の伝播方向に対して垂直であり、光の偏光状態が分子の吸収軸に対して垂直である場合も考えられる。この場合、光の極一部しか吸収されない。光の伝播方向が分子の吸収軸に対して平行であるように分子が回転すると、光の偏光状態は分子の吸収軸に対して常に垂直となる。発光材料３がＹ軸に対して平行に配向され、かつ、光の伝播方向がＹ軸に対して平行である場合が図２Ａに示されている。発光材料３がＸ軸またはＺ軸に対して平行に配向されており、等方性の（または無偏光の）光が用いられる場合には、発光材料３は光の１つの偏光成分、すなわち、分子の主たる吸収軸に対して平行な偏光成分に関して高い吸収を示す。透過性の（低吸収性の）光学装置１が所望される場合、発光材料３の吸収軸はＹ軸に対して平行に、したがってＸ軸およびＺ軸に対して垂直に配向され、かつ、等方性光の数学的に求められた２つの偏光状態に対して垂直に配向される。より良い理解のため、スイッチング層２の主延在面１４は、破線によって示されている。透過性の（低吸収性の）光学装置１に関して、発光材料３の吸収軸は、発光材料３の吸収軸はスイッチング層２の主延在面１４に対して垂直である。光学装置１が不透過状態にある場合、発光材料３の吸収軸はＸ軸またはＹ軸に対して平行である。
【００４５】
図３には、印加電圧と光学装置の光学密度との相関関係が示されている。Ａ軸は印加電圧（Ｖ／ｍ）を表し、Ｂ軸は光学密度／μｍを表す。曲線Ｃは発光材料３の吸収軸に対して平行な偏光方向をもつ光を表す。曲線Ｄは無偏光光を表し、曲線Ｅは発光材料３の吸収軸に対して垂直な偏光方向をもつ光を表す。セル（光学装置１）に電圧が印加されると、電圧が上昇し、それによりセルの光学密度は低減される。
【００４６】
図１４Ａ〜１４Ｃは光学装置の機能を表し、図１３Ａ〜１３Ｃは光学装置をもつ窓フレームを表す。
【００４７】
本発明にかかる光学装置の液晶として、例えば高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）も用いることができる。ＰＤＬＣは周知であり、多くの例が文献において公開されている。例えば、Ｊ  Ｗ  Ｄｏａｎｅ、「Polymer Dispersed Liquid Crystal Displays（高分子分散型液晶ディスプレイ）」（「Liquid Crystals, Applications and Uses（液晶、その用途と使用）」内）、Ｂ  Ｂａｈａｄｕｒ編集、Ｗｏｒｌｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（１９９１）；Ｐ  Ｓ  Ｄｒｚａｉｃ、「Liquid Crystal Dispersions（液晶分散）」、Ｗｏｒｌｄ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（１９９５）；Ｄ  Ｃｏａｔｓ，Ｊ．Ｍａｔ．Ｃｈｅｍ．，５（１２），２０６３−２０７２（１９９５）を参照されたい。
【００４８】
ＰＤＬＣでは、スイッチング層が小滴状液晶１９を有するポリマーマトリクスから構成される。小滴状の液晶１９は、通常の液晶ディスプレイにおいて行われているように、電界を用いてホメオトロピックに配向される。ほとんどのＰＤＬＣ装置において、ポリマーマトリクス１８の屈折率（ｎｐ）は、液晶１９の異常軸の屈折率（ｎ‖）と一致し、したがって、通常軸の屈折率（ｎ⊥）と一致しないように選択される。電界が配向層６を形成する電極を介して印加され、「オン」状態になると（図１４Ｂに示されている）、液晶分子１９はホメオトロピックに配向される。したがって、スイッチング層２の平面に対して垂直な方向に伝播する光は屈折率が変化することはなく、それゆえ屈折しない。「オフ」状態では（図１４Ｃに示されている）、液晶分子１９はランダム配向を有し、また光は通常軸に対応する屈折率（ｎ⊥）およびポリマー１８に対応する屈折率で屈折する。結果として、光が散乱される。
【００４９】
好ましい実施形態では、低濃度（０．５重量％〜５重量％）の発光材料３がスイッチング層２（ポリマーマトリクス１８および／または液晶小滴１９）に混加されている。発光材料３は、小滴状の液晶１９、例えば、ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆ  Ｙｅｌｌｏｗ  ０８３とともに配向される異方性の蛍光色素であってよい。発光材料３によって、吸収され、また導波管内に再放射されるべきわずかな光が発生する。移動相（液晶１９）にある発光材料３の配向を変化させることにより、スイッチング層２内の発光材料による光吸収を変化させることができる。ホメオトロピックな「オン」状態（図１４Ｂ）において、発光材料による吸収性は低いが、「オフ」状態（図１４Ｃ）において、発光材料による吸収性は高い。放射または散乱される光を光学装置１の導波管内に閉じこめることができる。導波管内をガイドされた光は次いで、導波管「サンドイッチ」の端部に取り付けられているエネルギ変換システム７、例えば、光起電力素子（ＰＶ）により電気エネルギに変換される。「オフ」状態におけるスイッチング層２内の光の散乱は、短い距離にわたって導波管内を伝播する光の量を増大させるが、長い距離にわたって導波管内を伝播する光の量を減少させる。
【００５０】
重合誘起相分離（ＰＩＰＳ）、温度誘起相分離（ＴＩＰＳ）および溶媒誘起相分離（ＳＩＰＳ）など、ＰＤＬＣを作製するための多くの公知の方法が存在する。本明細書をＰＩＰＳ法に関連させて説明するが、他の方法によっても同じ装置を作製することができる。
【００５１】
反応性モノマー（例えば、アクリレートまたはチオール−エン系）と液晶との均一な混合液を用いて製造は開始される。適切な市販の材料は、プレポリマーとしてのＮｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．社製光学接着剤ＮＯＡ  ６５を、液晶混合液ＢＬ０３（Ｍｅｒｃｋ社製）と重量比５０：５０で混合したものである。あるいは、Ｍｅｒｃｋ社製のプレポリマーであるＬｉｃｒｉｌｉｔｅ（登録商標）  ＰＮ  ３９３を、Ｍｅｒｃｋ社製ＴＬ２０３液晶混合液と重量比２０：８０で混合して用いてもよい。発光材料３は均一に混合液中に溶解または分散されている。
【００５２】
その後の調製ステップは、公知のＰＤＬＣ混合液の従来の調製に従うものであり、以下のステップからなる：
−透明導電体を塗布した２枚の基板（ポリマー板またはガラス板）を用意するステップ、
−基板上に混合液を塗布するステップ、
−バーコート法またはドクターブレード法あるいはスペーサを用いたガラスセルのいずれかにより、基板における正確な厚さでの混合液の塗布を保証するステップ、
−調整された放射線量のＵＶ光に、調整された温度条件下で混合液を曝し、相分離を生じさせるステップ。
−必要に応じて、後硬化ステップが行われる。
【００５３】
最適な散乱は、滴サイズが１μｍ〜２μｍの場合に生じる。「オン」状態での光学装置１、例えば、窓の透明度は、プレポリマー混合液から分離した液晶材料相の量に依存する。膜の厚さは規定されていないが、一般的には１０μｍ〜４０μｍである。該システムは膜全体に電圧（ＡＣ）を印加することによりスイッチングされる。
【００５４】
ＰＤＬＣ系の多くのヴァリエーションが当業者に知られている。最も重要なことに、「オフ」の透過状態から「オン」の不透過状態にスイッチングするリバースモードＰＤＬＣが知られている。
【００５５】
１つの実施形態では、光学装置１は窓とフレームに組み込まれ（図１３Ａ〜１３Ｃに示されている）、ここで、光学装置１は二重窓または三重窓の一部である（図１３Ａおよび１３Ｂ参照）。スイッチングされないガラス板が、好ましくは、光の大部分が入射する側（外側）に配置されている。ＵＶフィルタまたはＮＩＲフィルタなどの光学機能を、第１のガラス層１５ａに備えさせることができる。このようにして、光学装置１を有害な放射線から保護し、入射する放射線をさらに制御することができる。絶縁層１６として機能させるため、第１のガラス層１５ａと光学装置１との間には、気体（空気、アルゴン）または液体または固体などの熱伝導率の低い材料が用いられている。この絶縁層１６は、窓の内側と外側との間の熱伝導に対する抵抗を高める。図１３Ａおよび１３Ｂにおいて、エネルギ変換システム７（光起電力素子）は、ガラス１５の一方側に示されているが、ガラス１５のいずれの側に設けられていてもよい。
【００５６】
第２の実施形態（図１３Ｃ）において、第２の静止（すなわち、非スイッチング）層１５ｂは、発光太陽光集光器である。発光太陽光集光器は周知である。例えば、Ｖａｎ  Ｓａｒｋら、ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ、２００８年１２月号、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．２６、２１７７３２２を参照されたい。この実施形態では、エネルギ変換システム７（光起電力素子）をガラス１５および第２の静止層１５ｂに光学的に接続することが有利である。
【００５７】
実施例
実施例１
１．市販のガラス液晶セルを、例えば、Ｌｉｎｋａｍ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．  Ｌｔｄ．またはＩｎｓｔｅｃ  Ｉｎｃ．から入手する。液晶セルは、その内側表面上に、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）の薄膜（１００ｎｍ）ベースの透明電極を有する。ガラスセルの上部カバーと下部カバーとの間のセルギャップは２０μｍである。
【００５８】
２．ガラスセルの内側表面に光透過性の配向層を設ける。この配向層は、ラビング処理されたポリイミド、例えば、日産化学工業株式会社製のポリイミド  グレード１３０を用いることができる。ポリイミド層は布でラビング処理し、一軸平面配向とする。
【００５９】
３．低濃度（０．１重量％）の蛍光ペリレン色素であるＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆ  Ｙｅｌｌｏｗ  １７０と、液晶混合物Ｅ７（Ｍｅｒｃｋ社製）とを混合して蛍光性液晶混合物を調製する。この蛍光色素は、本実施形態における発光材料を表す。ペリレン色素の一般構造式は図１２に示されている。
【００６０】
４．次いで、セルに少量の蛍光液晶混合物を注入し、ガラスセルの開放側まで充填する。セルを毛管作用により充填する。
【００６１】
５．光起電力セルをエネルギ変換システムとして用い、ガラスの屈折率に適合する光学接着剤、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．社製ＵＶＳ  ９１を用いて、ガラスの側部に光学的に取り付ける。光起電力セルはガラス製の導波管に面する。
【００６２】
６．調整された電圧源を電極に取り付ける。調整された電圧源は、正弦状または方形状の、１０Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚの間、好ましくは１ｋＨｚの周波数を有する交流電流（ＡＣ）を供給する。
【００６３】
配向されたＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆ  １７０は、強い二色性の吸収を示す。すなわち、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆ  １７０は、分子長軸に垂直な偏光方向を有する光に関してよりも、分子長軸に平行な方向の偏光を有する光に関してより高い光学密度を有する。Ｅ７ホストに溶解された０．１重量％のＬｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆ  １７０で充填された平面状の逆平行セルについて測定される二色性は、二色比５．１を示す。図９には、Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆ  １７０の二色性の特性（波長に依存する光学密度）が例示されている。曲線Ｈは平行方向に偏光された光を表し、曲線Ｉは垂直方向に偏光された光を表す。
【００６４】
図４には、吸収され、放射され、ガイドされる光の測定方法が示されている。ガラスセルの側部における最小光出力が電圧に応じて測定された。光は光源（１２）により放射され、光学装置（１）に入射後、光ガイド管から出力され、光検出器（１３）により観察される。ここでは、ガイドされた光は、セル平面に対して３０度の角度に設けられている光検出器（１３）により観察される。集約された光のスペクトル出力は、色素分子の蛍光スペクトルにほぼ一致する。太陽光集光器が正常に作動していることは、電圧の増減からも明らかである。電圧が増大すると、セルの光学密度は減少し、セル端部での出力は増大する。これは、集光器の出力がセルの光学密度に直接関連していることを表す。
【００６５】
集約された光のスペクトル出力は色素の蛍光スペクトルとほぼ一致する。図６には、色素の吸収スペクトルのプロファイルとして、蛍光スペクトルのスペクトル（Ｆ）およびセル側部から出射される光のスペクトルのプロファイル（Ｇ）が示されている。集約された光と蛍光スペクトルの差も示唆されており、この差は色素による光の再吸収に起因する。これは窓（光学装置に関する例として）が実際に蛍光集光器として機能していることを示す。太陽光集光器が正しく作動していることは、電圧の増減からも明らかである。すなわち、電圧が増大するとセルの光学密度は減少し、セル端部での出力は増大する。これは、集光器の出力がセルの光学密度に直接関連していることを表す。このことは図１１に示されており、この図１１では強度と電界の関係（Ｖ／μｍ）で示されている。
【００６６】
実施例２
上記実施例１と同じアプローチを採用する。ただし、ステップ３においては、少量のカイラリティ導入剤（カイラルドープ剤）が加えられる。
【００６７】
３．実施例１において説明した液晶および蛍光色素に、Ｍｅｒｃｋ社製ＣＢ１５を２重量％〜１０重量％で加え、混合する。あるいは、所望数のねじれがセルの厚み全体にわたり得られるよう、カイラルドープ剤Ｓ−８１１またはＩＳ−４６５１を用いる。好ましくは、配向子はセルの厚み全体にわたり少なくとも２７０°回転する。
【００６８】
４．セルを充填する。
【００６９】
５．光起電力セルを、光学接着剤、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．社製ＵＶＳ  ９１を用いてガラスの側部に光学的に取り付ける。
【００７０】
調整された電圧源が電極に取り付けられる。調整された電圧源は、正弦波状または方形波状のプロファイルで、１０Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚ、好ましくは１ｋＨｚの周波数の交流電流（ＡＣ）を供給する。低電圧時の高吸収状態と高電圧時の低吸収状態との間の状態では、窓が、液晶の「フィンガープリント」配向により引き起こされる、中間電圧での散乱状態を示す。窓は全ての状態において発光型太陽光集光器として機能し、集光することができる。図７には、左から順に暗モード（９）、散乱モード（１０）および明モード（１１）の顕微鏡画像が示されており、電圧は右に進むにつれ高くなっている。挿入図は、その状態における分子配向を概略的に表す。暗モードでは、全ての液晶分子がスイッチング層の平面内に分子軸を有する。さらに、液晶分子はカイラルネマチック秩序を有する。このことはスイッチング層の厚みにわたり、分子軸の方向、つまり配向子が平面内で回転することを意味する。したがって、棒状の液晶に関して、この回転はスイッチング層の平面に対して垂直ならせん軸を有するらせんを表す。発光材料の配向はホスト液晶の配向に従い、それゆえ同様にスイッチング層の厚みにわたる回転を表す。
【００７１】
散乱モードにおいてはらせん軸が９０°傾くので、配向子はスイッチング層の平面内で回転する。これにより、分子の配向子の半回転の周期で、平面内における屈折率が変化する。この変化により、スイッチング層を透過する光の散乱が生じる。この場合、発光性ペリレン色素Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｆは、スイッチング層の平面内にらせん状に構成されている。したがって、平面に対して平行な方向における分子の吸収軸の配向も、平面に対して垂直な方向における分子の吸収軸の配向も存在する。
【００７２】
透過モードにおいては、全ての分子がスイッチング層の平面に対して垂直に配向され、液晶のカイラルな構成は許容されない。
【００７３】
実施例３
上記実施例１と同じアプローチを採用する。ただし、ステップ２においては、異なる分子配向層が選択される。
【００７４】
２．ガラスセルの内側表面に光透過性の配向層を設ける。２つの基板のうちの少なくとも１つはホメオトロピック配向（分子配向子の基板に対する角度が約９０°）である。この配向層の例としては、日産化学工業株式会社製のポリイミド  グレード５３００、ポリイミド  グレード１２１１、または、ＪＳＲ株式会社製のＪＡＬＳ−２０４ポリイミドが挙げられる。いずれの場合にも、このポリイミド層を軽くラビング処理されて通常より数度（典型的には２°）の配向オフセットが設けられている。
【００７５】
３．蛍光液晶混合物を、負の誘電異方性を有する液晶、例えば、誘電異方性が−３．１の液晶混合物ＭＬＣ６６１０（Ｍｅｒｃｋ社製）または誘電異方性が−３．７のＡＭＬＣ−００１０（ＡｌｐｈａＭｉｃｒｏｎ社製）を用いて調製する。低濃度（典型的には０．１重量％）の蛍光色素を混合物に加える。
【００７６】
４．次いで、セルに少量の蛍光液晶混合物を注入し、ガラスセルの開放側まで充填する。セルを毛管作用により充填する。
【００７７】
５．光起電力セルを、光学接着剤、例えば、Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｃ．社製ＵＶＳ  ９１を用いてガラスの側部に光学的に取り付ける。
【００７８】
６．調整された電圧源を電極に取り付ける。調整された電圧源は、正弦波状または方形波状の、１０Ｈｚ〜１０，０００Ｈｚ、好ましくは１ｋＨｚの周波数の交流電流（ＡＣ）を供給する。
【００７９】
ゼロ電圧または低電圧で、この窓は高透過性状態となる。透明電極に印加される電圧が増大すると散乱状態が生じる。高電圧時には暗状態が生じる。いずれの状態においても、光起電力セルは電気エネルギに変換される太陽光を集光する。
【００８０】
図８には、制御信号１〜３の例が示されている。図中に示される信号は、方形波状信号である。これらの信号は正弦波状信号、鋸歯状信号または台形状信号であってもよい。信号Ｖ１を光ガイドシステムにそれぞれ印加すると、光学装置は高透過性または低透過性を示す。信号Ｖ２を印加すると、光学装置は散乱性を示す。信号Ｖ１’を印加すると、光学装置は同様に散乱性を示す。電圧無印加時には、光学装置は低透過性または高透過性を示す。
【００８１】
比較例
本明細書において説明したアプローチをＤＥ３３３０３０５Ａ１（発明の名称「窓」）に記載されているアプローチと比較するために、太陽光集光器としての機能を実証するための比較測定を行った。文献ＤＥ３３３０３０５Ａ１のアプローチに従い、少量（０．２重量％）の蛍光色素（ＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ（登録商標）  Ｂｌａｕ  ６５０）を含有する液晶混合物を調製した。太陽光集光器としての装置の性能を比較するために３つの実験を行った。いずれの実験においても、セルからの集約された光の出力は、セル端部からの最大の光出力量を示す状態に対応する、暗（吸収）状態で測定された。出力は、ＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ社製の検出器を用いて測定され、検出器はセル端部に焦点が合わされた。図５には、測定において用いられたセットアップが示されている。
【００８２】
実験の詳細な説明（比較例）
１．特許文献ＤＥ３３３０３０５Ａ１に従い、偏光器を液晶の配向に対して垂直な偏光方向に配置した。
【００８３】
２．特許文献ＤＥ３３３０３０５Ａ１と少し異なる例として、偏光器を液晶の配向に対して平行な偏光方向に配置した。
【００８４】
３．実施例１において説明したアプローチに従い、偏光器を省いた。
【００８５】
図１０には、波長に依存するスペクトル放射輝度が示されている。文献ＤＥ３３３０３０５Ａ１に記載されている装置構成はセル端部において最低の出力を示した（曲線Ｌ）。偏光器が９０°回転されると出力はわずかに上昇した（曲線Ｋ）。本明細書の実施例１に従い偏光器が設けられていない構成では、窓からの集約された光の出力は５倍高い（曲線Ｊ）。
【符号の説明】
【００８６】
１  光学装置、  ２  スイッチング層、  ３  発光材料、  ４  支持手段、  ５  光ガイドシステム、  ６  配向層、  ７  エネルギ変換システム、  ８  制御システム、  ９  暗モード、  １０  散乱モード、  １１  明モード、  １２  光源、  １３  光検出器、  １４  主延在平面（スイッチング層２）、  １５  ガラス、  １５ａ  第１のガラス層、  １５ｂ  第２の静止層、  １６  絶縁層、  １８  ポリマーマトリクス、  １９  液晶／液晶小滴、  Ｔ  上面、  Ｂ  下面、  Ａ  軸、  Ｂ  軸、  Ｃ  曲線、  Ｄ  曲線、  Ｅ  曲線、  Ｇ  曲線、  Ｈ  曲線、  Ｉ  曲線、  Ｊ  曲線、  Ｋ  曲線、  Ｌ  曲線
【図１Ａ】
0005425190.tif 000003
【図１Ｂ】
0005425190.tif 000004
【図２Ａ】
0005425190.tif 000005
【図２Ｂ】
0005425190.tif 000006
【図３】
0005425190.tif 000007
【図４】
0005425190.tif 000008
【図５】
0005425190.tif 000009
【図６】
0005425190.tif 000010
【図７】
0005425190.tif 000011
【図８】
0005425190.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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