JP7155017B2 - 光透過度調節フィルム及び光透過度調節フィルム組成物 - Google Patents

光透過度調節フィルム及び光透過度調節フィルム組成物 Download PDF

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Description

本発明は、光透過度調節フィルム組成物及び光透過度調節フィルムに関する。
本発明では、液晶または分極粒子を基盤とするフィルム型光透過調節モジュールの短所を改善する液晶または電気変色分子、及び分散粒子を含まないことを基盤とする光透過調節フィルムを開示する。
低分子液晶(Liquid Crystals、LCs)を使用した光量調節方式は、動作原理上、偏光を利用するため、光消耗による電力消耗が増加し、偏光板及び高価の液晶素材のような構成を使用する短所がある。高分子分散型液晶(Polymer-Dispersed Liquid Crystals、PDLCs)を使用した光量調節方式は、電場が印加されなくても光が散乱されて光の遮断率が低いという問題が提起された。電気変色物質の酸化と還元及び高分子にそれぞれ分散及び懸濁されている二色性染料及び粒子の配向による光吸収調節方法は、物質及びパッケージングによる製造費用が高く、光調節メカニズムの制約によって透過率の変化が30~50%と低いという短所がある。
本発明は、電場なく光透過度を簡単に調節するフィルム及びこれを製造するための光透過度調節フィルム組成物を提供することである。
本発明は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていないさらに他の課題は下記の記載から当業者に明確に理解できるだろう。
本発明は、光透過度調節フィルム及び光透過度調節フィルム組成物に関する。本発明によると、光透過度調節フィルムは、コポリマー及び上記コポリマーに結合されたポリマー鎖を含むマトリックス部分、及び第1モノマーから誘導されたポリマーを含み、上記マトリックス部分内に提供された分散された部分を含むが、上記ポリマー鎖は上記第1モノマーから誘導されてもよい。上記外力が加わる間、光透過度調節フィルムは第1光透過度を示し、上記外力が除去されると、上記第1光透過度より大きい第2光透過度を示してもよい。
実施態様によると、上記第2光透過度は、可視領域の光に対する透過度が35%~95%であってもよい。
実施態様によると、上記外力が加わる間、上記分散された部分及び上記マトリックス部分の間に複数の空隙が提供され、上記外力が除去されると、上記空隙が無くなってもよい。
実施態様によると、上記分散された部分は、上記マトリックス部分より大きい初期弾性係数を有してもよい。
実施態様によると、上記分散された部分は、上記マトリックス部分の約100倍~約100,000倍の初期弾性係数を有してもよい。
実施態様によると、上記マトリックス部分の屈折率と上記分散された部分の屈折率の差が5%未満であってもよい。
実施態様によると、上記外力は引張力を含んでもよい。
実施態様によると、上記第1モノマーは下記化学式1で表すことができる。
Figure 0007155017000001
化学式1において、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
実施態様によると、上記マトリックス部分は下記化学式6Aで表すことができる。
Figure 0007155017000002
化学式6Aにおいて、R11は下記化学式2Bで表され、R12、R13、及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、R15は下記化学式6Bで表される物質のうち少なくとも1つを含み、R16は下記化学式6Bで表される物質のうち少なくとも1つを含んでもよい。
Figure 0007155017000003
化学式2Bにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、Bは単結合または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
Figure 0007155017000004
化学式6Bにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Bは単結合、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m6は1~100から選択された整数である。
Figure 0007155017000005
化学式6Cにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Bは単結合、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基または-S-CO-であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びR4はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m7は1~100から選択された整数である。
本発明によると、光透過度調節フィルム組成物は、第1モノマーと、上記第2モノマーから誘導された第1ポリマー及び第3モノマーから誘導された第2ポリマーを含むコポリマーと、を含み、上記コポリマー内の第1ポリマー及び上記第1モノマーのモル比は1:5~1:100であり、上記コポリマー内の上記第1ポリマー及び上記第2ポリマーのモル比は1:4~1:200であってもよい。
実施態様によると、上記第1モノマーは下記化学式1で表すことができる。
Figure 0007155017000006
化学式1において、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
実施態様によると、上記第1ポリマーは化学式2Aで表される重合ユニットを含んでもよい。
Figure 0007155017000007
化学式2Aにおいて、R11は下記化学式2Bで表され、R12は水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m1は2~50の間の整数である。
Figure 0007155017000008
化学式2Bにおいて、Bは単結合または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
実施態様によると、上記第2ポリマーは化学式3で表される重合ユニットを含んでもよい。
Figure 0007155017000009
化学式3において、R13及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m2は10~10,000の間の整数である。
実施態様によると、上記第1モノマーはt-ブチルアクリレートを含み、上記コポリマーは下記化学式4Bで表されるシリコーン共重合体を含み、上記シリコーン共重合体の有する重量平均分子量は5,000~500,000であり、上記シリコーン共重合体は上記t-ブチルアクリレートモノマーに溶解されてもよい。
Figure 0007155017000010
化学式4Bにおいて、m1とm2の比は1:4~1:200である。
実施態様によると、上記コポリマー内に含まれたビニル基の総モル量に対し、上記t-ブチルアクリレートモノマーのモル比は1:5~1:100であってもよい。
実施態様によると、重合開始剤をさらに含んでもよい。
実施態様によると、上記第1モノマー及び上記コポリマーのうち少なくとも1つはビニル基を含み、上記重合開始剤はビニル基の総計に対し、0.05~5mol%であってもよい。
本発明によると、外力の印加及び印加された外力の強さによって、本発明のフィルムの光透過度を調節することができる。応力白化現象によって光透過度調節フィルムの透過度を減少させることができる。光透過度調節フィルムは、良好な弾性回復特性を有することができる。外力が除去されると、光透過度調節フィルムは外力が加わる前の初期状態に戻ることができる。これにより、光透過度を容易に調節することができる。光透過度調節フィルム組成物の光重合反応により光透過度調節フィルムを簡単に製造することができる。
本発明のより完全な理解を助けるために、下記説明と共に添付図面に参照し、参照番号も付した。
本発明の実施態様による光透過度調節フィルム組成物を示した模式図である。 実施態様による光透過度調節フィルムを示した模式的な平面図である。 図2の光透過度調節フィルムの分子鎖組成物を模式的に示した。 実施態様による光透過度調節フィルムの製造工程を説明するための斜視図である。 図2の光透過度調節フィルムを使用した光透過度調節方法を説明するための図である。 実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30フィルムの波長に応じた光透過度を示したグラフである。 実験例F3-20のフィルムの引張変形率(tensile strain)による光透過度を示した結果である。 0.2の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態における波長に応じた実験例F2-20、実験例F3-20、及び実験例F3-30の光透過度を分析した結果である。 0.2の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態における実験例F2-20フィルムの走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)による平面写真である。 0.4の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態における、実験例F2-20フィルムの平面写真である。 0.8の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態における、実験例F2-20フィルムのSEM平面写真である。 実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの示差走査熱量分析結果(DSC)を示した。 実験例F1-20のフィルムの透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、TEM)による断面写真である。 実験例F2-20のフィルムの透過電子顕微鏡による断面写真である。 実験例F3-20のフィルムの透過電子顕微鏡による断面写真である。 実験例F3-30のフィルムの透過電子顕微鏡による断面写真である。 引張力が加わっていない状態の実験例F3-20のフィルムの写真を示した。 引張力が加わる間の実験例F3-20のフィルムの写真を示した。 引張力が加わってからこれを除去した状態における実験例F3-20のフィルムの写真を示した。
本発明の構成及び効果を十分に理解するために、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施態様を説明する。しかし、本発明は、以下に開示される実施態様に限定されるものではなく、様々な形態に具現でき、多様な変更を加えることができる。但し、本実施態様の説明を通じて、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。当該技術分野で通常の技術を有する者は、本発明の概念がある適切な環境で遂行され得ることが理解できるであろう。
本明細書に用いられた用語は実施態様を説明するためのものであり、本発明を制限するものではない。本明細書において、単数形は文章内で特に言及しない限り複数形も含む。明細書に用いられる「含む(comprises)」及び/または「含んでいる(comprising)」は、言及された構成要素、段階、動作、及び/または素子に対し、1つ以上の他の構成要素、段階、動作、及び/または素子の存在または追加を排除しない。
本明細書において、ある膜(または層)が他の膜(または層)または基板上にあるというときは、他の膜(または層)または基板上に直接形成されてもよく、またはそれらの間に第3膜(または層)が介在されてもよい。
本明細書の多様な実施態様において、第1、第2、第3などの用語は多様な領域、膜(または層)などを記述するために用いられたが、これらの領域、膜は当該用語によって限定されてはならない。これらの用語は、単にある所定領域または膜(または層)を、他の領域または膜(または層)と区別するために用いられただけである。従って、ある一実施態様において第1膜質と記載された膜質が、他の実施態様においては第2膜質と記載されてもよい。ここに説明され例示されている各実施態様は、それの相補的な実施態様も含む。明細書の全体にわたって同じ参照番号で示した部分は、同じ構成要素である。
本発明の実施態様で用いられた用語は、異なる定義がされない限り、当該技術分野で通常の知識を有する者に一般的に知られている意味で解釈することができる。
本発明によるフィルム組成物を説明する。
図1は、本発明の実施態様による光透過度調節フィルム組成物を示した模式図である。
図1を参照すると、光透過度調節フィルム組成物10は、第1モノマー100及びコポリマー(copolymer)200を含んでもよい。第1モノマー100は、下記化学式1で表すことができる。
Figure 0007155017000011
化学式1において、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であってもよい。
一実施態様によると、第1モノマー100は、アクリル系モノマーまたはビニル系モノマーを含んでもよい。第1モノマー100は、例えば、スチレン、2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレン(2,3,4,5,6-pentafluoro styrene)、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタアクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、t-ブチルアクリレート、t-ブチルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、オクチルアクリレート、オクチルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、ドデシルアクリレート、ドデシルメタクリレート、ビニルアセテート、トリフルオロ酢酸アリルエステル(trifluoroacetic acid allyl ester)、トリフルオロ酢酸ビニルエステル(trifluoroacetic acid vinyl ester)、2,2,2-トリフルオロエチルメタクリレート(2,2,2-trifluoroethyl methacrylate)、アクリル酸1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピルエステル(acrylic acid 1,1,1,3,3,3-hexafluoro isopropyl ester)、メタクリル酸1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピルエステル(methacrylic acid 1,1,1,3,3,3-hexafluoroisopropyl ester)、及び1-ペンタフルオロフェニルピロール-2,5-ジオン(1-pentafluorophenylpyrrole-2,5-dione)から選択された少なくとも1つを含んでもよい。
コポリマー200は、第1ポリマー及び第2ポリマーを含んでもよい。コポリマー200の重量平均分子量は5,000~500,000であってもよい。第1ポリマーは第2モノマーから誘導された重合ユニットを含んでもよい。第1ポリマーは下記化学式2Aで表される重合ユニットを含んでもよい。
Figure 0007155017000012
化学式2Aにおいて、R11は下記化学式2Bで表すことができる。R12は水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であってもよい。mは2~50の間の整数であってもよい。
Figure 0007155017000013
化学式2Bにおいて、Bは単結合または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であってもよい。
第1ポリマーは反応基を含んでもよい。反応基は上記化学式2Bで表される基であってもよい。
第2ポリマーは第1ポリマーと結合することができる。第2ポリマーは化学式3で表される重合ユニットを含んでもよい。第2ポリマーは第3モノマーから誘導されてもよい。第3モノマーは第1モノマー100及び第2モノマーとは異なってもよい。
Figure 0007155017000014
化学式3において、R13及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であってもよい。m2は10~10,000の間の整数である。
光透過度調節フィルム組成物10内において、コポリマー200内の第1ポリマーの重合ユニットの総計に対する第1モノマー100のモル数の比は1:5~1:100であってもよい。ここで、第1ポリマーの重合ユニットの総計は、例えば、上記化学式2Aにおけるm1の総計であってもよい。
実施態様によると、コポリマー200は下記化学式4Aで表すことができる。
Figure 0007155017000015
化学式4Aにおいて、R12、R13、及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m1は2~50の間の整数であり、m2は10~10,000の間の整数であり、m1:m2は1:4~1:200であってもよい。R11は上記化学式2Bで表すことができる。
コポリマー200は、下記反応式1のように第2モノマー及び第3モノマーの重合反応により製造されてもよい。
Figure 0007155017000016
反応式1において、R11、R12、R13、R14、m1、及びm2は、上記化学式2A、化学式2B、及び化学式4Aで定義した通りである。
光透過度調節フィルム組成物10は重合開始剤300をさらに含んでもよい。重合開始剤300は光重合開始剤を含んでもよい。重合開始剤300は、例えば、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノンを含んでもよい。他の例として、重合開始剤300は熱重合開始剤を含んでもよい。
一実施態様によると、第1モノマー100はt-ブチルアクリレートを含み、コポリマー200は下記化学式4Bで表されるシリコーン共重合体を含み、上記シリコーン共重合体の有する重量平均分子量は5,000~500,000でもよい。シリコーン共重合体はt-ブチルアクリレートに溶解されてもよい。
Figure 0007155017000017
化学式4Bにおいて、m1とm2の比は1:4~1:200である。
コポリマー200内に含まれたビニル基の総モル量に対し、上記t-ブチルアクリレートのモル比は1:5~1:100であってもよい。第1モノマー100及びコポリマー200の少なくとも1つは、ビニル基を含んでもよい。光透過度調節フィルム組成物10が重合開始剤300をさらに含む場合、重合開始剤300はビニル基の総計に対して0.05mol%~5mol%であってもよい。
一般的に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、及びポリアミドなどの半結晶性(semicrystalline)高分子の場合、引張の際に、ラメラ(lamellae)結晶から非結晶領域が発達する過程で数ナノのサイズの空隙(void)が生成される。この空隙は、破断付近までの引張時に空隙が光散乱を起こす位の数十から数百ナノのサイズに成長して、破断時に引張応力(stress)による白化現象(stress-whitening、応力白化)が現れることが知られており、圧縮やねじり応力では現れない。または高分子の結晶性に関わらず、高分子マトリックスに二成分高分子または無機物などが分散されている複合フィルムを引張させる場合、高分子マトリックスと分散体の間の引張変形率の差によって、高分子と分散体の間の界面に空隙が生じることがある。このような空隙が、引張り続けることによって光散乱を起こす位のサイズに成長して、フィルムの破断付近でフィルムを通過する可視光を散乱させてフィルムを不透明にする白化現象を引き起こす。しかし、上記の高分子フィルムの破断付近でこのような現象が生じるため、応力白化による光透過度調節は、フィルムの引張応力の変化に不可逆的である。また、半結晶性高分子または分散体が分散されている高分子複合フィルムで主に応力白化現象が生じるため、引張応力の適用前の初期高分子フィルムは、結晶領域または分散体の光散乱によって光透過度を減少させることができる。
本発明における光透過調節フィルムは、ポリマーの応力白化現象を利用したものであり、加わる機械的変形または応力に応じてフィルムの光透過度が調節されるフィルムである。
以下、光透過度調節フィルム及びその製造方法を説明する。
図2は実施態様による光透過度調節フィルムを示した模式的な平面図である。図3は図2の光透過度調節フィルムの分子鎖組成物を模式的に示した。以下、上述した説明と重複する内容は省略する。
図2を参照すると、光透過度調節フィルム1000は、分散された部分P1及びマトリックス部分P2を含んでもよい。光透過度調節フィルム1000を使用した光透過度調節については、図5でより詳細に説明する。分散された部分P1は、マトリックス部分P2内に提供されてもよい。分散された部分P1は、円形または楕円形であってもよい。分散された部分P1は、10nm~500nmの最大直径を有してもよい。
マトリックス部分P2は、光透過度調節フィルム1000のマトリックスのような役割をすることができる。マトリックス部分P2の含量比及び体積は、分散された部分P1の含量比及び体積より小さくてもよい。マトリックス部分P2は、分散された部分P1とは異なるモノマーから誘導された重合ユニットを含んでもよい。マトリックス部分P2は、分散された部分P1に対して相溶性(compatibility)を有することができる。
光透過度調節フィルム1000は50MPa以下の初期弾性係数を有してもよい。光透過度調節フィルム1000の分散された部分P1は、マトリックス部分P2より大きい初期弾性係数を有してもよい。分散された部分P1は、マトリックス部分P2の初期弾性係数の100倍以上、詳細には100倍~100,000倍であってもよい。マトリックス部分P2の初期弾性係数は0.01MPa~1MPaであり、分散された部分P1の初期弾性係数は100MPa以上、詳細には100MPa~100,000MPaであってもよい。本明細書において、初期弾性係数は、常温条件、例えば、25℃での初期弾性係数を意味することができる。マトリックス部分P2は、分散された部分P1に比べて、同じ強さの力に対してより大きい変形率を有することができる。マトリックス部分P2は、良好な弾性回復(elastic recovery)特性を有することができる。
マトリックス部分P2は、分散された部分P1と同一または類似する屈折率を有してもよい。例えば、マトリックス部分P2の屈折率と分散された部分P1の屈折率の差は5%未満であってもよい。マトリックス部分P2の屈折率が分散された部分P1の屈折率より過度に大きいと(例えば、屈折率の差が5%以上)、光透過度調節フィルム1000の光透過度が減少することができる。以下、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の製造方法について説明する。
図2及び図3を参照すると、分散された部分P1はホモポリマーを含んでもよい。分散された部分P1は第1モノマー100から誘導された重合ユニットを含んでもよい。第1モノマー100は上記化学式1で表すことができる。これにより、分散された部分P1は下記化学式5で表されるポリマーを含んでもよい。
Figure 0007155017000018
化学式5において、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であってもよい。nは2~5000の間の整数である。
他の例として、分散された部分P1は無機物を含んでもよい。
マトリックス部分P2は、コポリマー200及びポリマー鎖110を含んでもよい。コポリマー200は、ランダム、交互、ブロック状であってもよい。コポリマー200は主鎖の役割をすることができる。コポリマー200は、上述した図1で説明したような第1ポリマー及び第2ポリマーを含んでもよい。第2ポリマーは上記化学式3で表すことができる。図1の光透過度調節フィルム組成物10が硬化した後、ポリマー鎖110が形成され、コポリマー200にグラフト(grafted)されてもよい。光透過度調節フィルム組成物10が硬化した後、ポリマー鎖110は第1ポリマーに結合されてもよい。ポリマー鎖110は、第1モノマー100から誘導された重合ユニットを含んでもよい。光透過度調節フィルム組成物10が硬化した後、マトリックス部分P2は下記化学式6Aで表すことができる。このとき、マトリックス部分P2の有する重量平均分子量は、約5,000~500,000でもよい。
Figure 0007155017000019
化学式6Aにおいて、R11は上記化学式2Bで表され、R12、R13、及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であってもよい。m3、m4、及びm5の和は化学式4Aのm1と同一であってもよい。R15は下記化学式6Bで表すことができる。R16は下記化学式6Cで表すことができる。
Figure 0007155017000020
化学式6Bにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Bは単結合、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であってもよい。Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であってもよい。R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であってもよい。m6は1~100から選択された整数である。
Figure 0007155017000021
化学式6Cにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Bは単結合、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基または-S-CO-であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m7は1~100から選択された整数である。
図1及び図3を参照すると、光透過度調節フィルム1000は、図1で説明した光透過度調節フィルム組成物10を使用して製造されてもよい。例えば、光透過度調節フィルム組成物10の重合反応により、分散された部分P1及びマトリックス部分P2が形成されてもよい。光透過度調節フィルム組成物10の重合反応は、光または熱により開始されてもよい。光透過度調節フィルム1000の製造は、第1モノマー100の重合反応により分散された部分P1を形成すること及び上記第1モノマー100を上記コポリマー200にグラフト重合または架橋反応させることを含んでもよい。第1モノマー100とコポリマー200の重合反応は、グラフト重合反応により行われてもよい。このとき、第1ポリマーのビニル基が反応基として作用し、ポリマー鎖110と結合することができる。
光透過度調節フィルム組成物10は、複数のコポリマー200を含んでもよい。上記重合反応の間、コポリマー200は互いに直接架橋結合するか、ポリマー鎖110のうち少なくとも1つを介して互いに連結されてもよい。これにより、図3に示されたマトリックス部分P2を製造することができる。他の例として、マトリックス部分P2は、第4モノマーから誘導された第4重合ユニットをさらに含んでもよい。この場合、第4モノマーは第1~第3モノマーとは異なってもよい。
マトリックス部分P2のポリマー鎖110は、分散された部分P1と同じモノマー、例えば、第1モノマー100から誘導されてもよい。これにより、マトリックス部分P2は、分散された部分P1に対して相溶性を有することができる。例えば、コポリマー200が分散された部分P1に対して低い相溶性を有したとしても、マトリックス部分P2内のグラフトされたポリマー110のt量を調節して、マトリックス部分P2が分散された部分P1に対して良好な相溶性を有することができる。
光透過度調節フィルム組成物10のコポリマー200の反応基と第1モノマー100の間のモル比が調節されて、光透過度調節フィルム1000のグラフトされたポリマー110及び分散された部分P1の含量を制御することができる。コポリマー200の反応基は、コポリマー200の第1ポリマーに含まれた反応基であってもよい。これにより、光透過度調節フィルム1000内の分散された部分P1の含量及び分散された粒子のサイズを調節することができる。本明細書において、サイズは別途説明がない限り、最大値を意味することができる。
実施態様によると、マトリックス部分P2内のグラフトされたポリマー110の含量を調節して、外力が加わる前の光透過度調節フィルム1000の光透過度を制御することができる。例えば、図3のコポリマー200の屈折率と分散された部分P1の屈折率の差が5%を超えても、ポリマー鎖110がコポリマー200に結合されることによって、マトリックス部分P2と分散された部分P1の相溶性が増加して分散粒子が小さくなり、光散乱程度が低減して光透過度調節フィルム1000の光透過度を増加することができる。マトリックス部分P2の屈折率が分散された部分P1の屈折率と類似するほど、光透過度調節フィルム1000の光透過度を増加することができる。
図4は実施態様による光透過度調節フィルムの製造工程を説明するための斜視図である。以下、上述した説明と重複する内容は省略する。
図4を参照すると、第1基板510、第2基板520、第1スペーサ530、及び第2スペーサ540を用意することができる。第2基板520は第1基板510と垂直に離隔配置されてもよい。第1基板510及び第2基板520はガラス基板であってもよい。第1スペーサ530及び第2スペーサ540は第1基板510と第2基板520との間に配置されてもよい。第2スペーサ540は第1スペーサ530と水平方向に離隔配置されてもよい。第1スペーサ530及び第2スペーサ540はポリイミドのような有機物を含んでもよい。キャビティ550は、第1基板510と第2基板520の間、そして第1スペーサ530と第2スペーサ540の間に提供されてもよい。
光透過度調節フィルム組成物(図1での10)が第1基板510上に提供されてもよい。光透過度調節フィルム組成物10は上記キャビティ550を満たすことができる。例えば、光透過度調節フィルム組成物10は、第1モノマー100、コポリマー200、及び開始剤300を含んでもよい。
紫外線(UV)が第2基板520上に加えられることができる。上記UV照射の遂行により、光透過度調節フィルム組成物10内で第1モノマー100の単独重合及び第1モノマー100とコポリマー200間のグラフト重合または架橋反応を進行させることができる。上記光透過度調節フィルム組成物10の重合反応は、上述した説明と同様であってもよい。光透過度調節フィルム組成物10はUV硬化されてもよい。これにより、図2及び図3で説明した光透過度調節フィルム1000を製造することができる。
光透過度調節フィルムを使用した光透過度調節方法について説明する。
図5は、図2の光透過度調節フィルムを使用した光透過度調節方法を説明するための図である。以下、上述した説明と重複する内容は省略する。
図2を参照すると、光透過度調節フィルム1000は、外力(例えば、引張力)が加わっていない状態であってもよい。この場合、光透過度調節フィルム1000は透明であってもよい。例えば、光透過度調節フィルム1000は、可視領域の光に対する透過度が35%~95%であってもよい。可視光は、400nm~700nmの波長を有する光を意味することができる。マトリックス部分P2は、分散された部分P1に対して相溶性を有してもよい。分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に空隙が提供されなくてもよい。他の例として、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に空隙がある場合、上記空隙は非常に小さくてもよい。マトリックス部分P2は、分散された部分P1と同一または類似する屈折率を有してもよい。マトリックス部分P2の屈折率が分散された部分P1の屈折率と過度に異なるか、または分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間の相溶性が非常に低い場合、光透過度調節フィルム1000の光透過度が減少することができる。実施態様によると、マトリックス部分P2の屈折率と分散された部分P1の屈折率の差は5%未満であってもよい。分散された部分P1及びマトリックス部分P2が結晶性を示す場合、光透過度調節フィルム1000の光透過度が減少することができる。実施態様によると、分散された部分P1及びマトリックス部分P2は無定形であってもよい。
図5を参照すると、外力を光透過度調節フィルム1000に加えることができる。上記外力は引張力であってもよい。上記外力は特定強さ以上であってもよい。外力が加わると、光透過度調節フィルム1000は応力白化現象によって透過度を減少することができる。マトリックス部分P2は、比較的小さな初期弾性係数を有し、上記外力によって増えることができる。図5における点線は、引張力が加わる前のマトリックス部分P2を示す。マトリックス部分P2の初期弾性係数は、例えば、0.01MPa~1MPaであってもよい。分散された部分P1は、比較的大きな初期弾性係数を有し、外力が加わると、マトリックス部分P2と比べて、上記外力による増加を少なくすることができる。例えば、分散された部分P1の初期弾性係数は100MPa以上、詳細には100MPa~100,000MPaであってもよい。他の例として、分散された部分P1の延伸率は、マトリックス部分P2の延伸率に比べて非常に小さくてもよい。これにより、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に空隙400を形成することができる。他の例として、引張力が印加されたとき、空隙400は引張力が加わっていない状態で、空隙(不図示)より大きな体積を有してもよい。上記空隙400は真空状態であるか、または空気を空隙400内に提供することができる。分散された部分P1及びマトリックス部分P2は、空隙400と大きな屈折率の差を有してもよい。上記屈折率の差により、上記増えたフィルムを透過する光を散乱または反射させることができる。これにより、光透過度調節フィルム1000の光透過度を減少させることができる。例えば、光透過度調節フィルム1000は、不透明になることができる。
上述したように、分散された部分P1は、10nm~500nmの最大直径の粒子を有することができる。分散された部分P1の粒子の最大直径が10nmより小さいと、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に発生した空隙400の体積を減少させることができる。これにより、引張力が光透過度調節フィルム1000に加わっても、光透過度調節フィルム1000の光透過度の変化を大きくしないことができる。例えば、光透過度調節フィルム1000は透明にすることができる。この場合、光透過度調節フィルム1000は光透過度を調節することが困難である。分散された部分P1内の粒子の最大直径が500nmより大きいと、分散された粒子自体によって光透過度調節フィルム1000を不透明にすることができる。これにより、引張力が光透過度調節フィルム1000に加わっても、光透過度調節フィルム1000の光透過度の変化を大きくしないことができる。この場合、光透過度調節フィルム1000による光透過度の調節が困難であってもよい。
また、図2を参照すると、光透過度調節フィルム1000に加わった外力を除去することができる。マトリックス部分P2は、良好な弾性回復特性を有し、外力が加わる前の初期状態に戻ることができる。例えば、マトリックス部分P2の初期長さは、図5で説明したように変形なく回復することができる。分散された部分P1及び分散された部分P1とマトリックス部分P2の間に空隙400が無くなることができる。これにより、光透過度調節フィルム1000は再び透明になることができる。例えば、光透過度調節フィルム1000は、可視光領域に対する透過度が35%~95%であってもよい。実施態様によると、外力の光透過度調節フィルム1000への印加の有無によって、光透過度調節フィルム1000を透過する光の強さを調節することができる。即ち、光透過度調節フィルム1000の応力白化現象が可逆的に調節され、光透過度を可逆的に制御することができる。光透過度調節フィルム組成物10の光重合反応により光透過度調節フィルム1000を簡素に製造することができる。光透過度調節フィルム1000がLCD(ディスプレイ)モジュールに使用される場合、ディスプレイモジュール内の別の偏光板が省略されてもよい。この場合、ディスプレイモジュールを小型化することができる。光透過度調節フィルム1000が窓に使用される場合、外部または内部の視野を調節するスマートウィンドウに適用することができる。
以下、本発明の実験例を参照して組成物及びフィルムの製造を説明する。
組成物の製造
1-1.コポリマーの製造(実験例PDMS1)
窒素下の室温(約25℃)でジエトキシジメチルシラン 70.08g(473mmol)とジメトキシメチルビニルシラン 2.35g(14.7mmol)(供給モル比=97.0:3.0)を250mlの三口フラスコに入れ、フラスコに重合触媒として蒸留水7.6mlと塩酸1.9ml(37%)を徐々に添加した。次いで、反応温度を約70℃に上昇させた。70ml/分の窒素気流下で約24時間重合反応を行った後、温度を室温に下げた。高粘性の共重合体を200mlのエチル酢酸(EA)に希釈して溶解させた後、重合体EA溶液を700mlの水に入れて触媒を除去した。1日間、水層から重合体EA溶液層を分離した後、残留する水を硫酸マグネシウムを使用して重合体EA溶液から除去した。硫酸マグネシウムを濾過除去し、室温で真空蒸発器によりEAを除去した後、透明な無色高粘性重合体を35℃で2日間真空乾燥して実験例PDMS1を得た。
実験例PDMS1の製造確認(ポリ(ジメチルシロキサン-コ-メチルビニルシロキサン))
実験例PDMS1の確認のために、ゲル浸透クロマトグラフィー(gel permeation chromatography、GPC)、フーリエ換算赤外線分光分析(Fourier Transform Infrared spectroscopy、IR)、及び水素核磁気共鳴分光分析(Proton nuclear magnetic resonance spectroscopy、以下、H-NMR)を行い、収率を計算した。
ゲル浸透クロマトグラフィーは、示差屈折率(RI)検出器が装着されたWaters 2690 Allianceゲル浸透クロマトグラフィー装置を使用して、テトラヒドロフラン(THF)を移動相として流速0.6mL/minで行った。赤外線分光分析は、Nicolet 6700 FT-IR分光分析器を使用して行った。水素核磁気共鳴分光分析は、Bruker 500MHz NMR分光分析器を使用して行い、クロロフォルム-d(CDCl)を溶媒とした。
収率:33.0g(91%);
GPC(THF、標準ポリスチレン):M=105,832;PD=1.61。
IR vmax(液状、NaCl)/cm-1:3055w(=C-H構造,ビニル);2963s(C-H構造,メチル);1598w(C=C構造,ビニル);1411m(C-H ベンゼン、メチル);1097s(Si-O構造,シロキサン)。H NMRδ(CDCl,500MHz):5.92-6.04(2H,m,ビニル);5.77-5.82(H,m,ビニル);0.07-0.10(9H,m,メチル)
実験例PDMS1の分子量及び分子量分布を測定するためにGPC分析を行った。PDMS1の数平均分子量は約10.6×10g/mol、重量平均分子量は17.1×10g/molと測定された。PDMS1の分子量分散度は1.61と計算された。
実験例PDMS1のH-NMR分析の結果、0.1ppm、5.8ppm、及び6.0ppmにおいてそれぞれピークが観察された。0.1ppm付近のピークはSi-CHの水素に、5.8ppm付近は-CH=CHのCH水素に、5.9-6.0ppmは-CH=CHのCH水素に該当する。相対的なピークの各積分値を考慮して各環境の水素を定量化してみると、実験例PDMS1において、ジメチルシロキサンを含む重合ユニット(化学式2Aにおけるm2)及びメチルビニルシロキサンを含む重合ユニット(化学式2Aにおけるm1)の比は、それぞれ約0.97と0.03と計算された。このことから、実験例PDMS1のコポリマーの重合ユニットのモル比は、モノマーの投入モル比(feeding mole ratio)とほぼ一致すると分析された。上記結果から、実験例PDMS1がポリ(ジメチルシロキサン-コ-メチルビニルシロキサン)を含むことを確認した。
1-2.コポリマーの製造(実験例PDMS2)
上記実験例PDMS1と同様の方法でコポリマーを製造した。但し、ジエトキシジメチルシラン 80.01g(540mmol)とジエトキシメチルビニルシラン 5.55g(34.6mmol)(投入モル比=94.0:6.0)を出発物質として使用した。重合触媒として蒸留水8.9mL及び塩酸(37%)2.3mLを加えた。
実験例PDMS2の製造確認(ポリ(ジメチルシロキサン-コ-メチルビニルシロキサン)
実験例PDMS2の収率計算、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)分析、赤外線分光分析、及び水素核磁気共鳴分光分析(H-NMR)をPDMS2と同様の方法で行った。
収率:39.9g(93%)
GPC(THF、標準ポリスチレン):Mn=108,379;PD=1.42
IR vmax(液状、NaCl)/cm-1:3055w(=C-H構造,ビニル);2963s(C-H構造,メチル);1598w(C=C構造,ビニル);1410m(C-H ベンゼン、メチル);1093s(Si-O構造,シロキサン)。1H NMRδH(CDCl3,500MHz):5.92-6.04(2H,m,ビニル);5.78-5.83(H,m,ビニル);0.08-0.11(9H,m,メチル)。
実験例PDMS2のGPC分析結果、実験例PDMS2の数平均分子量は約10.8×10g/mol、重量平均分子量は15.4×10g/mol、分子量分散度は1.42と測定された。
実験例PDMS2のH-NMR分析結果、0.1ppm、5.8ppm、及び5.9ppm~6.0ppmでそれぞれピークが観察された。0.1ppm付近のピークはSi-CHの水素に、5.8ppm付近は-CH=CHのCH水素に、5.9ppm~6.0ppmは-CH=CHのCH水素に該当する。
上記結果から、実験例PDMS2がポリ(ジメチルシロキサン-コ-メチルビニルシロキサン)を含むことを確認した。ピークのそれぞれの積分値を考慮したとき、実験例PDMS2においてジメチルシロキサンを含む重合ユニット(化学式2Aにおけるm2)及びメチルビニルシロキサンを含む重合ユニット(化学式2Aにおけるm1)の比は、それぞれ約0.94と0.06と計算された。このことから、実験例PDMS2のコポリマーの重合ユニットのモル比は、モノマーの投入モル比(feeding mole ratio)とほぼ一致すると分析された。
1-3.コポリマーの製造(実験例PDMS3)
上記実験例PDMS1と同様の方法でコポリマーを製造した。但し、ジエトキシジメチルシラン 75.01g(506mmol)とジエトキシメチルビニルシラン 11.07g(69.1mmol)(投入モル比=88:12)を出発物質として使用した。重合触媒として蒸留水8.8mL及び塩酸(37%)2.3mLを加えた。
実験例PDMS3の製造確認(ポリ(ジメチルシロキサン-コ-メチルビニルシロキサン)
実験例PDMS3の収率、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)、赤外線分光(IR)、及び水素核磁気共鳴分光分析(H-NMR)を行った。
収率:40.2g(93%);GPC(THF、標準ポリスチレン):M=88,113;PD=1.60。
IR vmax(液状、NaCl)/cm-1:3055w(=C-H構造,ビニル);2963s(C-H構造,メチル);1598w(C=C構造,ビニル);1409m(C-H ベンゼン、メチル);1093s(Si-O構造,シロキサン)。H NMRδ(CDCl,500MHz):5.92-6.04(2H,m,ビニル);5.78-5.85(H,m,ビニル);0.08-0.11(9H,m,メチル)。
実験例PDMS3のGPC分析結果、実験例PDMS3の数平均分子量は約8.8×10g/mol、重量平均分子量は14.1×10g/molと測定され、重合体の分子量分散度は1.60を示した。
上記結果から、実験例PDMS3がポリ(ジメチルシロキサン-コ-メチルビニルシロキサン)を含むことを確認した。ピークのそれぞれの積分値を考慮したとき、実験例PDMS3においてジメチルシロキサンを含む重合ユニット(化学式2Aにおけるm2)とメチルビニルシロキサンを含む重合ユニット(化学式2Aにおけるm1)の比は、それぞれ約0.88と0.12と計算された。このことから、実験例PDMS2のコポリマーの重合ユニットのモル比は、モノマーの投入モル比(feeding mole ratio)とほぼ一致すると分析された。
2-1.コポリマーによる光浸透度調節フィルム組成物の製造
上述のように製造されたコポリマー及びt-ブチルアクリレート(第1モノマー)を下記表1のように混合して組成物を製造した。
上記組成物に重合開始剤(光開始剤)を添加した。2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノンを重合開始剤として使用し、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノンは混合溶液内にビニル基当量に対して0.5mol%になるように添加した。
Figure 0007155017000022
実験例PDMS1、実験例PDMS2、及び実験例PDMS3はt-ブチルアクリレートと優れた混合性を示すことが観察された。重合開始剤がt-ブチルアクリレートに溶解されたことを観察した。
2-2.第1モノマーによるフィルム組成物の製造
コポリマー及び第1モノマーを下記表2のように混合して組成物を製造した。上記組成物に開始剤を添加した。2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノンを開始剤として使用し、2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノンは混合溶液内にビニル基当量に対して0.5mol%になるように添加した。
Figure 0007155017000023
3.光透過度調節フィルムの製造
第1基板及び第2基板の間に第1スペーサ及び第2スペーサを水平に離隔配置する。ガラス基板を第1及び第2基板として使用した。100μm厚さのポリイミド粘着テープを第1スペーサ及び第2スペーサとして使用した。キャビティが第1ガラス基板及び第2ガラス基板の間に、及び第1スペーサ及び第2スペーサの間に導入される。上記組成物をキャビティに毛細管力を利用して提供した。紫外線を紫外線ランプを使用して窒素気流条件で10分間上記組成物に照射して、UV硬化フィルムを製造した。紫外線ランプは水銀UVHランプを使用し、電力量は1kWであった。組成物層に照射されたランプのUV強度は395~445(UVV)、320~390(UVA)、280~320(UVB)及び250~260(UVC)nmで7.25、8.85、0.26及び0.84mWであった。その後、上記第1及び第2基板を蒸留水に24時間浸漬し、UV-硬化フィルムを第1及び第2基板から除去した後、常温で2時間真空乾燥した。これにより、光透過度調節フィルムを得た。
実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30は、それぞれ実験例PDMS1-20、実験例PDMS1-30、実験例PDMS2-20、実験例PDMS2-30、実験例PDMS3-20、及び実験例PDMS3-30の組成物を使用し、光硬化を通じて得たフィルムから得られた結果である。
以下、図6~図12cを説明するにあたり、図1、図2、及び図3をともに参照して説明する。
図6は、実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの波長に応じた光透過度を示したグラフである。
図6を参照すると、実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムが可視光領域に対して高い光透過度を有することを確認することができる。第1ポリマーのモル比が増加するほど、光透過度調節フィルム1000の光透過度が増加する。
図6を参照すると、光透過度調節フィルム組成物10内の第1ポリマーのモル比が増加するほど、重合反応の過程で、第1モノマー100は第1ポリマーとより反応することができる。重合反応の過程で、第1モノマー100間の重合は、相対的に減少することができる。従って、マトリックス部分P2の分散された部分P1に対する相溶性を増加することができる。第1モノマー100から重合されたホモポリマーは、光透過度調節フィルム1000内の分散された部分P1を構成することができる。マトリックス部分P2の分散された部分P1に対する相溶性の増加により、分散された部分P1の直径を減少することができる。分散された部分P1の直径が減少すると、光透過度調節フィルム1000の光透過度を増加することができる。光透過度調節フィルム組成物10内に第1モノマー100の重量%が増加するほど、重合反応の過程で、第1モノマー100間の重合が相対的に増加することができる。従って、マトリックス部分P2の分散された部分P1に対する相溶性を減少することができる。第1モノマー100から重合されたホモポリマーは、光透過度調節フィルム1000の分散された部分P1を構成することができる。マトリックス部分P2の分散された部分P1に対する相溶性の減少により、分散された部分P1の直径を増加することができる。分散された部分P1の直径が増加すると、光透過度調節フィルム1000の光透過度は減少することができる。
図7aは、実験例F3-20の引張変形率による光透過度を示した結果である。e500、e600、及びe700は、それぞれ500nm、600nm、及び700nmの波長における実験例F3-20のフィルムの引張変形率による光透過度の回帰直線である。表3は、図7aにおけるe500、e600、及びe700の回帰直線から計算された決定係数(r)をそれぞれ示す。
図7aを参照すると、引張変形率が増加するほど、可視光領域に対する光透過度調節フィルム1000の光透過度は減少することができる。表3を参照すると、光透過度調節フィルム1000の引張変形率による光透過度の回帰直線から決定係数は1に近い。このことから、光透過度調節フィルム1000の光透過度は、引張変形率に応じて直線的に減少することが分かる。実施態様によると、光透過度調節フィルム1000の弾性領域内で光透過度調節フィルム1000に加わる引張力の強さを調節して、光透過度調節フィルム1000の光透過度を制御することができる。
Figure 0007155017000024
図7bは引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態で、実験例F2-20、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの光透過度を光の波長により分析した結果である。このとき、0.2の引張変形率が加えられた。
図7bを図5と共に参照すると、同じ波長及び同じ引張変形率の条件で、光透過度は実験例F3-30、実験例F3-20、及び実験例F2-20のフィルムの順に高い。上記表4で説明したように、光透過度調節フィルム1000内に分散された部分P1のサイズは、実験例F2-20、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの順に増加する。加えられた引張力が一定であれば、分散された部分P1のサイズが大きいほど、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に形成された空隙400の体積が大きくなる。光透過度調節フィルム1000の光透過率の変化効率は、分散された部分P1の直径が増加するにつれて増加する。本発明の実施態様によると、光透過度調節フィルム1000に引張力が加えられるとき、光透過度調節フィルムの光透過率の変化効率は、第1ポリマーのモル比または光透過度調節フィルム組成物(図1の10)での第1モノマー100の重量%を調節することで、調節することができる。
図8aは、0.2の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態での実験例F2-20のフィルムの走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope、SEM)による写真である。図8bは0.4の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態での実験例F2-20のSEMによる写真である。図8cは、0.8の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態での実験例F2-20のフィルムのSEM写真である。表4は0.2、0.4、及び0.8の引張変形率が光透過度調節フィルムに印加された状態でのSEM写真から観察された実験例F2-20のフィルムの結果である。
Figure 0007155017000025
図8a、図8b、図8c、及び表4を図5とともに参照すると、加えられた引張変形率が大きくなるほど、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に形成された空隙400の体積が増加することが分かる。このとき、引張力が印加されても、分散された部分P1の体積変化は殆どなかった。この結果は、分散された部分P1の初期弾性係数が大きいからである。実際、分散された部分P1であるポリ(t-ブチルアクリレート)の初期弾性係数は約1.14GPaと測定され、一般的に、1MPa以下と測定される架橋PDMS(マトリックス部分P2)に比べて1000倍以上大きい。実施例2-2の組成物で製作されたUV硬化されたフィルムは、引張力による延伸による応力白化現象が現れなかった。これは、分散された部分P1のホモポリマーの初期弾性係数が100MPa以下と低いからである。分散された部分P1とマトリックス部分P2の初期弾性係数の差が減少すると、分散された部分P1とマトリックス部分P2の間に空隙が形成されず、応力白化現象が現れない。実施態様によると、光透過度調節フィルム1000の応力白化現象を利用して、光透過度調節フィルム1000の透過度を減少させることができる。例えば、光透過度調節フィルム1000に加わる引張変形率の強さを調節して、光透過度調節フィルム1000の光透過度を調節することができる。
表5は、実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの初期弾性係数、最大引張強度、降伏引張変形率、及び最大引張変形率を測定した結果である。表5における括弧内のs.d.は、標準偏差(standard deviation)を意味する。TA Instrument RSA-G2を使用して、実験例の初期弾性係数、最大引張強度、降伏引張変形率、及び最大引張変形率を測定した。
Figure 0007155017000026
表5を参照すると、光透過度調節フィルム組成物10のコポリマーの重量%が増加すると、初期弾性係数は減少し、降伏引張変形率及び最大引張変形率は増加する。コポリマー内の第1ポリマーのモル比が増加すると、光透過度調節フィルム1000の最大引張強度は増加する。光透過度調節フィルム1000の最大引張強度は、コポリマー内に第1ポリマーの反応基の含量が大きくなるにつれて増加することができる。
第1ポリマーは反応基を有してもよい。コポリマー内の反応基の含量が高くなると、即ち、コポリマー内の第1ポリマーのモル比が増加すると、製造された光透過度調節フィルム1000内の分散された部分P1の含量及びサイズが減少し、マトリックス部分P2に対するグラフトされたポリマー110の含量を増加させることができる。光透過度調節フィルム内の分散された部分P1の含量及びグラフトされたポリマー110の含量に応じて、光透過度調節フィルム1000の物理的特性を変化させることができる。実施例によると、光透過度調節フィルム組成物10内の第1ポリマーのモル比を調節して、光透過度調節フィルム1000の初期弾性係数、最大引張強度、降伏引張変形率、及び最大引張変形率を制御することができる。
図9は、実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの示差走査熱量分析の結果を示す。図9において、横軸に温度を示し、縦軸に反応の熱流れを相対的に示した。示差走査熱量分析は、TA Instruments DSC Q20を使用して、50mL/分の窒素気流下で10℃/分の昇温速度で-100℃~150℃の温度範囲で行われた。
図9を参照すると、実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムにおいて45℃~50℃の間にピークが観察された。ポリマー鎖110及び分散された部分P1(ポリ(t-ブチルアクリレート))のガラス転移温度はこの温度領域に該当することができる。実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、及び実験例F2-30のフィルムについて、-55℃~-50℃領域のピークがまた観察された。マトリックス部分P2の融解温度がこの温度領域に該当する。光透過度調節フィルム1000内の分散された部分P1の含量または第1ポリマーの含量が増加するにつれて、光透過度調節フィルム1000内の融解熱(heat of fusion)が減少することが分かる。実験例3-20及び実験例3-30のフィルムの場合、-100℃以上でマトリックス部分P2の融解温度に該当するピークは観察されなかった。実験例F1-20、実験例F1-30、実験例F2-20、実験例F2-30、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムは、常温(25℃)で無定形を示すことが分かる。
図10a、図10b、図10c、及び図10dは、実験例F1-20、実験例F2-20、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの透過電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope、 TEM)による断面写真である。JEM-ARM200F 球面収差補正走査透過型電子顕微鏡がTEM測定に使用された。
図10a、図10b、図10c、及び図10dを参照すると、分散された部分P1がマトリックス部分P2内に密に分布している。図10aを参照すると、分散された部分P1の長軸方向の平均サイズは300~500nm以上と観察された。分散された部分P1の短軸方向の平均サイズは、約200nm以上である。図10bを参照すると、分散された部分P1の長軸方向の平均サイズは約200nm程度と観察された。分散された部分P1の短軸方向の平均サイズは約100nmである。図10cを参照すると、分散された部分P1の長軸方向の平均サイズは約100nm~150nmである。分散された部分P1の短軸方向のサイズは50nm~100nmである。図10dを参照すると、分散された部分P1の長軸方向のサイズは約100nmと観察された。分散された部分P1の短軸方向の平均サイズは50nm以下である。
光透過度調節フィルム組成物10内のコポリマー200の第1ポリマーのビニル基が反応基として作用することができる。実験例F1-20、実験例F2-20、実験例F3-20、及び実験例F3-30のフィルムの製造に使用されたコポリマー200内の反応基に対する第1モノマー(例えば、t-ブチルアクリレート)のモル比は、それぞれ83.0、42.4、20.5、及び12.0と計算される。第1モノマー反応基の含量が増加するほど、光透過度調節フィルム1000でグラフトされたポリマー110(例えば、グラフトされたポリ(t-ブチルアクリレート)基)の含量比が増加することができる。グラフトされたポリマー鎖110は、マトリックス部分P2及び分散された部分P1の間の相溶化剤として作用するため、分散された部分P1のサイズを減少させることができる。分散された部分P1は楕円形の形状を有することができる。
図11aに、引張力が加わっていない状態の実験例F3-20のフィルムの写真を示した。図11bに、引張力が加わる間の実験例F3-20のフィルムの写真を示した。図11cに、引張力が加えられた後、これを除去した状態での実験例F3-20フィルムの写真を示した。
図11aを参照すると、引張力が加わっていない状態の光透過度調節フィルムは透明である。
図11bを参照すると、引張力が加わると、光透過度調節フィルム1000の光透過度は減少する。これは、光透過度調節フィルム1000に引張力が加わるにつれて、応力白化現象が発生するからである。上記図5及び表4で説明したように、分散された部分P1及びマトリックス部分P2の間に空隙400が発生し、空隙400は真空であるか、空気が空隙400内に提供されてもよい。分散された部分P1及びマトリックス部分P2は、真空または空気と大きな屈折率差を有することができる。上記屈折率差によって可視光を散乱または反射させることができる。これにより、光透過度調節フィルム1000の光透過度を減少させることができる。例えば、光透過度調節フィルム1000は不透明になることができる。即ち、光透過度調節フィルム1000の下の背景が見えなかった。図面内のフィルムに引かれた線によると、引張変形率は約0.15~0.2程度である。
図11cを参照すると、引張力を除去することで、光透過度調節フィルムの光透過度を再び増加させることができる。これは、コポリマー200が良好な弾性回復特性を有し、マトリックス部分P2が外力の加わる前の初期状態に戻るからである。例えば、光透過度調節フィルム1000は透明になることができる。光透過度調節フィルム1000の下の背景が再び観察された。
以上の発明の詳細な説明は、開示された実施形態に本発明を制限する意図ではなく、本発明の要旨から外れない範囲内で様々な他の組み合わせ、変更、及び環境で使用することができる。添付の特許請求の範囲は、他の実施状態も含むと解釈すべきである。

Claims (17)

  1. コポリマー及び前記コポリマーにグラフトされたポリマー鎖を含むマトリックス部分と、
    第1モノマーから誘導されたポリマーと
    を含み、
    前記マトリックス部分内に提供された分散された部分を含むが、前記ポリマー鎖は前記第1モノマーから誘導され、
    力が加わる間、第1光透過度を示し、
    前記外力が除去されると、前記第1光透過度より大きい第2光透過度を示す
    ことを特徴とする、光透過度調節フィルム。
  2. 前記第2光透過度は、可視領域の光に対する透過度が35%~95%であることを特徴とする、請求項1に記載の光透過度調節フィルム。
  3. 前記外力が加わる間、前記分散された部分及び前記マトリックス部分の間に空隙が提供され、
    前記外力が除去されると、前記空隙が無くなる
    ことを特徴とする、請求項1に記載の光透過度調節フィルム。
  4. 前記分散された部分は、前記マトリックス部分より大きな初期弾性係数を有することを特徴とする、請求項1に記載の光透過度調節フィルム。
  5. 前記分散された部分は、前記マトリックス部分の100倍~100,000倍の初期弾性係数を有することを特徴とする、請求項4に記載の光透過度調節フィルム。
  6. 前記マトリックス部分の屈折率と前記分散された部分の屈折率の差が5%未満であることを特徴とする、請求項1に記載の光透過度調節フィルム。
  7. 前記外力は、引張力を含むことを特徴とする、請求項1に記載の光透過度調節フィルム。
  8. 前記第1モノマーは下記化学式1で表されることを特徴とする、請求項1に記載の光透過度調節フィルム。
    Figure 0007155017000027
    化学式1において、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
  9. 前記マトリックス部分は、下記化学式6Aで表されることを特徴とする、請求項8に記載の光透過度調節フィルム。
    Figure 0007155017000028
    化学式6Aにおいて、R11は下記化学式2Bで表され、R12、R13、及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、R15は下記化学式6Bで表されることができる。R16は下記化学式6Cで表されることができる。
    Figure 0007155017000029
    化学式2Bにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、Bは単結合または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
    Figure 0007155017000030
    化学式6Bにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Bは単結合、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m6は1~100から選択された整数である。
    Figure 0007155017000031
    化学式6Cにおいて、*は化学式6AのSiに結合された部分を意味し、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Bは単結合、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基または-S-CO-であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m7は1~100から選択された整数である。
  10. 第1モノマーと、
    2モノマーから誘導された第1ポリマー及び第3モノマーから誘導された第2ポリマーを含むコポリマーを含み、
    前記コポリマー内の第1ポリマー及び前記第1モノマーのモル比は、1:5~1:100であり、
    前記コポリマー内の前記第1ポリマー及び前記第2ポリマーのモル比は、1:4~1:200である
    ことを特徴とする、光透過度調節フィルム組成物。
  11. 前記第1モノマーは、下記化学式1で表されることを特徴とする、請求項10に記載の光透過度調節フィルム組成物。
    Figure 0007155017000032
    化学式1において、A及びAはそれぞれ独立して単結合、酸素(O)、-NH-、または硫黄(S)であり、Rは水素、ハロゲン、炭素数1~8の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数1~8のハロゲン置換された直鎖状または分岐状アルキル基であり、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
  12. 前記第1ポリマーは、化学式2Aで表される重合ユニットを含むことを特徴とする、請求項11に記載の光透過度調節フィルム組成物。
    Figure 0007155017000033
    化学式2Aにおいて、R11は下記化学式2Bで表され、R12は水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m1は2~50の間の整数である。
    Figure 0007155017000034
    化学式2Bにおいて、Bは単結合または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、カルボニル基、エステル基、アセテート基、アミド基、または-S-CO-であり、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、または炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基である。
  13. 前記第2ポリマーは、化学式3で表される重合ユニットを含むことを特徴とする、請求項12に記載の光透過度調節フィルム組成物。
    Figure 0007155017000035
    化学式3において、R13及びR14はそれぞれ独立して水素、ハロゲン、炭素数1~5の直鎖状または分岐状アルキル基、または炭素数6~13の置換または置換されていないフェニル基であり、m2は10~10,000の間の整数である。
  14. 前記第1モノマーはt-ブチルアクリレートを含み、
    前記コポリマーは下記化学式4Bで表されるシリコーン共重合体を含み、
    前記シリコーン共重合体の有する重量平均分子量は5,000~500,000であり、
    前記シリコーン共重合体は、前記t-ブチルアクリレートに溶解されていることを特徴とする、請求項10に記載の光透過度調節フィルム組成物。
    Figure 0007155017000036
    化学式4Bにおいて、m1とm2の比は1:4~1:200である。
  15. 前記コポリマー内に含まれたビニル基の総モル量に対して前記t-ブチルアクリレートのモル比は、1:5~1:100であることを特徴とする、請求項14に記載の光透過度調節フィルム組成物。
  16. 重合開始剤をさらに含むことを特徴とする、請求項10に記載の光透過度調節フィルム組成物。
  17. 前記第1モノマー及び前記コポリマーのうち少なくとも1つはビニル基を含み、
    前記重合開始剤はビニル基の総計に対して0.05~5mol%である
    ことを特徴とする、請求項16に記載の光透過度調節フィルム組成物。
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