KR100613677B1 - 반사모드 및 투과모드로 동작하는 전기-광학 글레이징 구조 - Google Patents

반사모드 및 투과모드로 동작하는 전기-광학 글레이징 구조 Download PDF

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KR100613677B1
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Abstract

본 발명은 여러용도로 전자파의 흐름을 동적으로 제어하여 사용하기 위해, 전기로 스위칭 가능한 완전 반사, 반투과 및 완전투과 동작모드를 갖는 전기- 광학(electro-optical) 글레이징 구조이다.
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Description

반사모드 및 투과모드로 동작하는 전기-광학 글레이징 구조 {ELECTRO-OPTICAL GLAZING STRUCTURES HAVING REFLECTION AND TRANSPARENT MODES OF OPERATION}
본 발명은 여러용도로 전자파를 동적으로 제어하여 사용하기 위해 전기로 스위칭(switching)가능한, 완전반사와 반투과 및 완전투과 동작모드를 갖는 일반적인 전기-광학(electro-optical) 글레이징 구조에 관한 것이다.
가정과 상업적 건물, 차량 등에 창문의 사용은 잘 알려져 있다. 이런 구조 및 시스템에서 설치되는 창문의 용도는 그들이 수행하는 기능에 직접 관련된다. 예를 들어, 창문 구조는 실외와 접촉하는 방법일 뿐만 아니라, 통풍, 채광, 넓은 느낌을 제공한다. 창문은 글레이징(예, 글라스 재료)로 제작되고, 또한 실외와 가정, 상업적 건물 및 차량의 내부공간 사이에 전자파의 선택적 투과를 허용한다. 글레이징의 통상적인 형태는 많은 유용한 기능들을 제공하지만, 이런 형태들은 문제가 없지 않다.
창문에서의 통상적인 글레이징의 사용에 의해 존재하는 문제들의 이해는 창문이 일상적으로 접하는 전자파의 본질과 구성을 인식함에 의해 가장 쉽게 얻어질 수 있다.
해수면에서 맑은 날, 전자파는 3%의 자외선(즉, UV 대역 내의 전자파)과, 44%의 가시광선(즉, 가시광선 대역 내의 전자파)과, 53%의 적외선선(즉, IR 대역 내의 전자파)으로 이루어진다. 물리 법칙에 따르면, 산출된 모든 전자파의 50%는 좌선회 원형 편파(LHCP)이고, 나머지 50%는 우선회 원형 편파(RHCP)이다. 창문 표면에 부딪치는 총 전자파는 태양으로부터의 직진 방사파와 주위 환경으로부터의 산란 방사파의 집합이다. 전자파가 본질상 광대역이지만, 다양한 종류의 플라스틱 재료와 무기염료의 탈색을 유발하는 분자치환을 야기하는 것은 자외선이다.
전자파가 창문에 부딪칠때, 3개의 다른 물리적 과정이 일어난다. 방사파 에너지의 일부는 유리를 통해 투과된다; 방사파 에너지의 일부는 유리에서 반사된다; 그리고, 방사파 에너지의 적은 일부가 유리에 흡수된다. 유리 창문을 통해 투과된 이 에너지는 전형적으로 내부환경의 가구나 구조에 흡수되고, 종종 그들 안에 갖히게 되어, 실내온도의 상승을 유발한다.
계절에 따라, 유리 창문을 통해 투과된 전자파는 유리 창문과 연관된 난방 및 냉방 시스템에 부여된 열 적재를 경감시키거나 악화시킨다. 결과적으로, 더운 계절에는 냉방 시스템의 열 적재를 줄이기 위해, 전자파로부터 창문과 미닫이 유리문을 가리는 것이 매우 바람직하다. 추운 계절에는, 난방 시스템의 열 적재를 줄이기 위해 창문과 미닫이 유리문을 전자파에 노출시키는 것이 매우 바람직하다.
간략히 말해, 거주지 및 상업 공업 건물 환경의 난방 및 냉방 시스템의 열적재를 최소화하기 위해, 일년과 하루의 다양한 시간대에 창문 구조를 통한 전자파 투과의 선택적인 제어는 매우 바람직하다. 이런 열 적재를 최소화함에 의하여, 전력은 거주지 및 상업 공업 건물 환경의 내부온도를 제어하는 경제적인 방법으로 사용될 수 있다. 이 목적의 달성은 삶의 질을 향상시키는 한편 자연환경에 긍적적인 영향을 줄 것이다.
이런 목적으로, 창문 구조를 통해 전자파의 투과를 선택적으로 제어하는 수단 및 방법을 개선하기 위해 최근에 많은 노력을 들여왔다.
전자파 제어에 한가지 접근은 창문을 통한 전자파의 투과를 줄이는 창문 가리개의 사용을 포함한다. 가리개의 가장 대중적인 방식은 창문 블라인드(blind)이다. 그러나, 창문 블라인드는 건물이나 운송수단 내부에 장착되기 때문에, 전자파는 창문을 통한 투과가 허용되고, 내부환경의 온도를 높이고, 더운 계절 동안 냉방 시스템의 열적재를 증가시킨다. 또한, 창문 블라인드의 동작은 설치하거나 유지하는데 부피가 크고 고가로 제조되는 경향이 있는, 기계적 또는 전기-기계적 제어를 요구한다.
전자파 제어에 또다른 접근은 건물이나 차량등의 유리 창문표면에 물리적으로 부착되는 태양제어 필름의 이용을 포함한다. 현재 태양제어 필름의 다양한 다른 형태들이 다양한 회사에 의해 판매된다. 이런 전자기적인 제어필름은 3가지 기본 종류로 분류된다. 즉: 높은 반사도의 필름; 열저장 또는 겨울용 필름; 가림보호필름.
전자기적 필름의 높은 반사도는 여름의 열을 막는데 매우 효과적이다. 전자기적 필름의 반사도가 높을수록, 전자파를 더 효과적으로 막는다. 은 또는 거울같은 표면을 갖는 전자기 반사 필름은 채색, 투과 필름보다 전자파를 막는데 가장 효과적이다. 전자기 반사 필름은 유리의 U값을 10%보다 더 낮출 수 있다. 특히, 긴 더운 계절을 갖는 기후에서, 높은 반사도 필름의 이용은 겨울 태양이 추운 계절동안 빌딩내부를 덮히는 것을 막고, 빌딩 난방 시스템의 열적재를 낮춘다.
열저장 또는 겨울용 필름은 글레이징을 통한 겨울의 열손실을 줄이도록 설계되었다. 이 필름은 유리 창문의 U값을 20%보다 더 낮출 수 있다.
가림보호필름은 자외선을 차단하도록 설계되었다. 자외선은 대부분의 가정용 가구와 차량 계기패널의 탈색의 약 60-65%의 원인이 된다.
상술한 방식의 전자파 제어필름은 열과 빛을 제어하고, 태양으로의 손상을 줄이고, 낮 동안 빌딩내부로의 가시도를 늘리거나 줄인다. 이것의 주된 단점은 내부 빛의 감소, 가시도의 감소 및 청결에 요구되는 추가적인 손질이다. 더욱이, 선행기술의 전자기적 창문 필름은 생리학적 환경(예. 인간의 거주공간, 온실등)의 동적인 온도제어를 위해 전자파를 효과적으로 이용하도록 겨울동안의 투과로부터 여름동안의 반사로 변화시키는 것이 불가능하다.
전자기 방시파를 제어하는 다른 접근은 이런 창문기술을 사용하여 가시광선을 통과시킴으로써, 창문을 통한 관착을 허락하고, 주광이 빌딩의 내부광간으로 들어오게 하는 반면에, 방사파 투과 특성을 갖는 특별한 글라스 패널의 사용을 포함한다. 적외선과 자외선을 효과적으로 흡수하는(즉, 차단), 이런 유리의 광 투과 특성은 실외의 온도는 화씨 72도 보다 높은 경향이 있는 냉방 계절동안 전자파 제어의 정도를 제공하는 반면, 그것의 IR흡수 특성은 난방 계절 동안 햇볕의 IR파장이 이런 유리패널이 설치된 건물구조의 실내공간을 덮히는 것을 방지한다. 결과적으로, 난방 계절동안 이런 유리는 겨울동안 난방자원과 에너지를 보존하는 노력이 요구되었지만, 이런 건물들의 난방 시스템의 열적재를 줄이는데 실패한다.
최근에, 건물 및 차량등의 전자파(에너지) 제어를 달성하기 위해, "스마트 윈도우"로 불리는 가시광선 투과 글라스나 글레이징을 사용하는데 큰 관심이 있어 왔다. 통상적인 글라스 창문 패널보다, 스마트 윈도우 구조를 사용하는 이유는 매우 확실하다. 스마트 윈도우 구조는 조광 필요치를 맞추고, 난방 및/또는 냉방 시스템 상의 열적재를 최소화하고, 건물 및 차량 등 내부의 사생활기밀을 제공하기 위해, 하루(또는 일년)의 변화에 따라 전기적으로 조절될 수 있는 광투과 특성을 갖는다.
거주자 편의에 따라 글레이징의 안팎으로 빛과 열의 흐름을 제어하기 위한 발색 스위칭가능한 글레이징이나 스마트 윈도우의 사용은, 다음 논문에서 상세히 논의된다.:"Chromogenic Switchable Glazing: Towards the Development of the Smart Window" by Carl Lempert published in the June 1995 Proceedings of the Window Innovation Conference, Toronto, Canada 와 "Optical Switching Technology for Glazing" by Carl Lempert published in Thin Solid Films, Volume 236, 1993, pages 6-13, 이 여기에 참조로 첨부되었다.
일반적으로, 몇몇 다른 방식의 발색 스위칭가능한 글레이징나 스마트 윈도우가 있다. 즉 : 무전기적으로 활성화되는 스위칭가능한 글레이징; 및 전기적으로 활성화되는 스위칭가능한 글레이징. 무전기적으로 활성화되는 발색 스위칭가능한 글레이징은 다음을 기반으로 한다 : 포토크로믹(photochromics), 서머크로믹 (thermochromics), 서머트로픽(thermotropics). 가장 통상의 전기적으로 활성화되는 방식의 발색 스위칭가능한 글레이징은 폴리머 확산 액정(PDLC), 확산 입자 시스템(DPS) 및 전기변색을 기본으로 한다.
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통상적인 트위스티드 네마틱(twisted nematic)(TN) 또는 슈퍼 트위스티드 네마틱(super twisted nematic)(STN) 액정기술을 기반으로한 이전 기술의 스마트 윈도우 구조는 한쌍의 편광기(polarizer)의 이용을 필요로 한다. 그러나, 이것을 요구하는 비차단 동작모드에서 편광기에 의해 입사광의 60%이상이 흡수될 정도로, 높은 광학손실을 유발한다.
폴리머 확산 액정(LDPC)기술에 기초한 스마트 윈도우 구조가 TN 또는 STN 기반 창문 구조보다 나은 수행특성을 제공하는 반면, 이런 스마트 윈도우 구조는 몇몇 심각한 단점을 갖는다. 특히, 통상적인 PDLC패널(panel)은 단지 사생활기밀을 제공하는데 사용될 수 있는 불투명 상태를 갖고 있으나, 전자파 제어기능에 요구되는 완전 투명상태와 완전 반사상태가 결핍되었다. 게다가, PDLC패널에 의해 제공되는 관측 흐림 제한은 큰 관측각도에서 이 이전기술의 창문구조를 통한 깨끗한 관측을 방해한다.
분산 입자 시스템에 관련된 제일의 결점은 이런 시스템은 단순히 반사동작 모드를 가지지 않는다는 것이고, 따라서, 내부공간에 열을 생산하게 되는데 이는 열 방사 제어 적용에서 회피되어야 한다.
따라서, 이 기술분야에 이전 기술의 단점과 결점들을 극복한 향상된 형태의 가시광선 투과 글레이징 구조의 필요성이 큰 것은 확실하다.
따라서, 본 발명의 제일의 목적은 선행기술의 단점과 결점을 극복한 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있다.
본 발명의 또다른 목적은 전자기 스펙트럼(spectrum)의 태양지역(즉, 태양 스펙트럼) 내의 전자파의 흐름에 대한 향상된 제어를 위해 완전반사, 반투과 및 완전투과 동작모드를 갖는 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있다.
본 발명의 추가된 목적은 이 동작모드들이 에너지 흡수 구조를 이용하는 것을 지양하고, 전기적으로 활성화되거나 스위칭될 수 있는 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있다.
본 발명의 추가된 목적은 전자기 스펙트럼의 IR, 가시광선 및 UV부분을 포함하는 넓은 동작 대역을 갖는 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 전자파 편광패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 어떤 편광 상태에서는 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 전자기 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 전자파 편광패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 선형편광 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 전자기 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 전자파 편광패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 하나가 나머지 하나와 평행한 선형편광 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투명 동작상태가 전자기 스펙트럼의 전자기 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 전자파 편광패널 사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 하나가 나머지 하나와 직각인 선형편광 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 전자기 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 콜레스테릭(cholesteric) 액정 (CLC) 전자파 방사파 편광패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 LHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 전자기 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 CLC 전자파 방사파 편광패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 RHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기수동 CLC 전자파 방사파 편광패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 한 편광패널은 LHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 나머지 편광패널은 RHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하며, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기능동 CLC 전자파 방사파 편광패널사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 LHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 완전투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기능동 CLC 전자파 방사파 편광패널사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널으로 이루어진 전기-광학 구조를 제공하는데에 있는데, 여기서 두 편광패널 모두 RHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 이에 따라 완전반사 동작상태와 반투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 추가된 목적은 한쌍의 전기능동 CLC 전자파 방사파 편광패널로 이루어진 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있고, 한 편광패널은 LHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하고, 나머지 편광패널은 RHCP 상태의 전자파의 반사가 가능하며, 이에 따라 완전반사 동작상태와 완전투과 동작상태가 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 제공된다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조로부터 구성된 관측패널 또는 능동적으로 제어되는 창문을 제공하는데에 있으며, 전자파의 투과는 50%의 투과에서 100%의 반사 사이 및 100%의 투과에서 100%의 반사 사이에서 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 동적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조로부터 구성된 관측패널 또는 능동적으로 제어되는 창문을 제공하는데에 있으며, 전자기 스펙트럼의 UV 및 IR영역을 넘는 전자파의 투과는 흡수되기 보다는 완전히 반사되고, 창문 구조에서 견뎌야만 하는 온도 순환 범위를 줄일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전기-광학 글레이징 패널과 제어가능한 산란층 또는 그것을 통해 투과되거나 그것으로부터 반사되는 빛을 산란시키기 위한 구조를 결합시키는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조로 부터 구성된 관측패널 또는 능동적으로 제어되는 창문을 제공하는데에 있으며, 가시광선 영역의 전자파가 온도제어 하에서 유지되는 내부환경으로 투과되는 반면, 단지 UV 및 IR 방사파 만이 창문표면에서 반사된다.
본 발명의 다른 목적은 비행기나 자동차 등의 운송수단 또는 사무용 건물, 가정 내에 설치할 수 있는 지능형 창문 시스템을 제공하는데에 있고, 전기-광학 글레이징 구조가 미리 만들어진 창틀 내에 지지되고, 외부 환경의 전자기적 상태를 측정하는 전자기적 센서(sensor)와; 전력을 공급하는 배터리(battery) 공급장치와; 배터리를 재충전하기 위한 전자기력 배터리 재충전기와; 창틀 내에 지지되는 전기-광학 글레이징의 전기능동 소자를 구동시키는 글레이징 제어 전압을 발생시키는 전기 회로와; 배터리 재충전기와 전기회로의 동작을 제어하고, 프로그램된 마이크로콘트롤러(microcontroller)내에 저장된 방사파 흐름제어 프로그램에 의해 요구되는 글레이징 제어 전압의 발생을 제어하기 위한 마이크로컴퓨터칩(mico-computer chip)이 장착된다.
본 발명의 다른 목적은 난방/냉방 시스템의 열적재를 최소화하고 전기-광학 글레이징 구조를 통해 광대역 전자파의 흐름을 제어하기 위해, 가정, 사무용 건물, 공장 또는 차량의 난방/냉방 시스템 내에 통합되도록 설계된 전기-광학 글레이징 구조를 제공하는데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전기-광학 글레이징로 만들어진 열/관측 가리개 또는 패널을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 선글라스(sunglass)틀의 치수로 형성된 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조를 이용하여 각 광학 소자(렌즈)가 실현된 지능형 선글라스를 제공하는데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 셔터글라스(shutter glass)틀의 치수로 형성된 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조를 이용하여 각 광학 소자(렌즈)가 실현된 지능형 셔터글라스를 제공하는데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조로부터 구현된 지능형 바람가리개 또는 관측 스크린을 제공하는데에 있다.
본 발명의 이 목적들은 이후 설명과 청구항들에서 확실하게 될 것이다.
본 발명의 목적의 보다 완전한 이해를 위해, 다음의 본 발명의 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참고하여 이해된다.
도 1A는 본 발명의 지능형 전기-광학 글레이징 시스템의 일반화된 실시예의 사시도이고, 그것의 이것의 전기-광학 글레이징 구조는 마이크로컴퓨터 제어 하에서 미리 프로그램된 전자기적 상태의 제1 세트(set)를 탐지하는 그것의 완전반사 동작상태로 전기적으로 스위칭되므로써, 광대역 전자파가 전기-광학 글레이징 구조에서 완전히 반사한다.
도 1B는 도 1A에 도시한 지능형 전기-광학 글레이징 시스템의 일반적인 실시예의 사시도이고, 그것의 전기-광학 글레이징 구조는 마이크로컴퓨터 제어 하에서 미리 프로그램된 전자기적 상태의 제2 세트(set)를 탐지하는 그것의 투과 동작상태로 전기적으로 스위칭되므로써, 의해 광대역 전자파가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과된다.
도 2는, 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 걸쳐 편광 선택적인 반사 특성을 갖는 CLC 재료로 만들어진 한쌍의 전기수동 RHCP 전자파 반사패널사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널을 도시하는, 본 발명의 전기-광학 구조의 제1실시예의 분해 사시도이다.
도 2A는 도 2에 도시한 RHCP 전자파 반사패널과 그것의 RHCP 및 LHCP 전자파의 응답을 도시한 개략도이다.
도 2B는 도 2의 글레이징 구조의 그것의 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00001
)에 대한 RHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성의 개략적 표현이다.
도 2C는 다른 글레이징 제어 전압에 응답하는 그것의 동작특성을 도시하는, 도 2의 글레이징 구조의 구성에 사용된 π상 지연패널의 제1실시예의 개략적 표현이다.
도 2D는 다른 글레이징 제어 전압에 응답하는 그것의 동작특성을 도시하는, 도 2의 글레이징 구조의 구성에 사용된 π상 지연패널의 제2실시예의 개략적 표현이다.
도 2E는 한쌍의 전기수동 광대역 π/2상 지연패널 사이에 트위스티드 네마틱, 슈퍼 트위스티드 네마틱 또는 콜레스테릭 액정셀(cell)을 삽입함에 의해 형성된 초광대역 π상 지연패널 구성의 개략도이다.
도 2F는, 각각은 다른 복굴절과 다른 파장의 중심에 위치한 π/2상 지연 특성을 가진 재료를 사용해 구현되고, 다수의 협대역 또는 광대역 π/2레이어(layer)들을 적층하여 만들어진, 도 2E에서 도시한 전기적으로 스위칭가능한 초광대역상-지연패널 내에서 수행된 광대역 π상 지연패널의 개략도이다.
도 2G는 도 2F에 도시한 전기수동 초광대역 π/2상 지연패널을 구성하는데 사용되는 개개의 협대역 또는 광대역 π/2 레이어들의 상 지연 특성의 협력에 의해 제공되는 결과적인 π/2상 지연특성의 도식적 표현이다.
도 3A는 도 2의 글레이징 구조의 작용을 도시하는 개략도이다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 불투명 또는 반사 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=0, φ=π)
도 3B는 도 2의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 비치는(즉, 반명확) 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=1, 0)
도 4는, 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역에 대해 편광선택적인 반사특성을 갖는 CLC물질로 만들어진, 한쌍의 전기수동 LHCP 전자파 반사패널 사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 제2실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 4A는 도 4에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 4B는 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00002
)에 대해 도 4의 창문의 LHCP 전자파 반사패널들의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 5A는 도 4의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 설명하는 개략도이다. 여기서 도 2D의 π상 지연패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 불투명 또는 반사 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=1, φ=π)
도 5B는 도 5의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 설명하는 개략도이다. 여기서 도 5D의 π상 지연패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 반투명(즉, 반명확) 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=0, φ=0)
도 6은, 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역에 대해 편광선택적인 반사특성을 갖는 CLC물질로 만들어진, 전기수동 RHCP 전자파 반사패널 및 전기수동 LHCP 전자파 반사패널 사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널으로 이루어진 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 제3실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 6A는 도 6에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 6B는 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00003
)에 대해 도 6의 창문의 LHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 6C는 도 6에 도시한 RHCP 전자파 반사패널과 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 6D는 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00004
)에 대해 도 6의 창문의 RHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 7A는 도 6의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 설명하는 개략도이다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 반투명(즉, 반명확) 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=1, φ=π)
도 7B는 도 6의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 설명하는 개략도이다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 불투명 또는 반사 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=0, φ=0)
도 8은, 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역 영역에 대해 편광선택적인 반사특성을 갖는 CLC물질로 만들어진, 전기수동 선형 편광(LP1) 전자파 반사패널과 전기수동 선형 편광(LP2) 전자파 반사패널 사이에 삽입된 전기능동 편광회전패널으로 이루어진, 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 제4실시예를 도시하는 분해 사시도이다.
도 8A는 도 8에 도시한 LP1 전자파 반사패널과 여기에 입사된 LP1 및 LP2 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 8B는 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00005
)에 대해 도 8의 창문의 LP1 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 8C는 도 8에 도시한 LP2 전자파 반사패널과 여기에 입사된 LP1 및 LP2 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 8D는 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00006
)에 대해 도 8의 창문의 LP2 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 8E는 도 8의 전기-광학 글레이징 구조의 실시예를 도시하는 개략적 표현이다. 여기에서 전기적으로 제어된 복굴절(ECB)셀, 표면 안정화된 강유전성 액정(SSFLC)셀, 트위스티드 네마틱셀, 슈퍼 트위스티드 네마틱셀 또는 콜레스테릭 액정셀을 사용해 구현된, 전기적으로 스위칭가능한 선형 편광 방향 회전패널은, 통합적으로 형성된 π/2상-지연표면들을 지닌 광대역 CLC필름들 및/또는 다중레이어 간섭 선형 편광기 등의 다른 방식의 반사적인 선형 편광기를 사용하여 구현된 한쌍의 전기수동 선형 광대역 편광 반사패널들 사이에 삽입된다.
도 9A는 도 8의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기에서 도 8의 선형 편광 방향 회전패널이 사용되고, 창문패널이 투과 또는 반명확 동작상태로 스위칭되도록 공급된 전압의 제어는 선택된다.(즉, V=0, 90도 회전)
도 9B는 도 9의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기에서 도 8의 선형 편광 방향 회전패널이 사용되고, 창문패널이 광학적으로 불투명 동작상태로 스위칭되도록 거기에 공급되는 제어전압이 선택된다.(즉, V=1, 0도 회전)
도 10은 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역에 대해 편광선택적인 반사특성을 갖는 CLC물질로 만들어진, 제1 전기능동 LHCP 전자파 반사패널 및 제2 전기능동 LHCP 전자파 반사패널 사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널으로 이루어진 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 제5실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 10A는 도 10에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과, LHCP 방사파 반사상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 10B는 LHCP 방사파 반사상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00007
)에 대해 도 10의 LHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 10C는 도 10에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과, 방사파 투과상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 10D는 방사파 투과상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00008
)에 대해 도 10의 LHCP 전자파 반사패널의 전자기 투과특성들의 개략적 표현이다.
도 10E는 도 10의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 LHCP 전자파 반사패널들 양쪽에 공급된 제어전압은 창문패널이 광학적으로 불투과 동작상태로 스위칭되도록 선택된다.
도 10F는 도 10의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 LHCP 전자파 반사패널들 양쪽에 공급된 제어전압은 창문패널이 광학적으로 투과(즉, 명확)동작상태로 스위칭되도록 선택된다.
도 11은 도 10, 12 및 14의 전기-광학 글레이징 구조내에 사용되는, 원형 편광 CLC패널을 전지적으로 스위칭가능한 제1실시예의 구성을 도시하는 개략적인 횡단면도이다.
도 11A는 도 10의 전기적으로 스위칭가능한 광대역 CLC패널의 제1실시예의 반사특성의 도식적 표현이다. 이것은 편광되지 않은 빛을 이용한 패널의 ITO도포된 대체판들 내에 함유된 CLC 재료의 UV중합 이전에 측정되었다.
도 11B는 도 10의 전기적으로 스위칭가능한 광대역 CLC패널의 제1실시예의 반사특성의 도식적 표현이다. 이것은 좌선 또는 우선원편광을 이용한 패널의 ITO도포된 대체판들 내에 함유된 CLC 재료의 UV중합 이후에 측정되었다.
도 11C는 도 10의 전기적으로 스위칭가능한 광대역 CLC패널의 제1실시예의 반사특성의 도식적 표현이다. 이것은 좌선원편광을 이용한 전기비능동적(전압이 인가되지 않았다) 및 전기능동적(전압이 인가되었다) 동작상태일 동안 측정되었다.
도 12는 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역에 대해 편광선택적인 반사특성을 갖는 CLC물질로 만들어진, 제1 전기능동 RHCP 전자파 반사패널 및 제2 전기능동 RHCP 전자파 반사패널 사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널으로 이루어진 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 제6실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 12A는 도 12에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과, RHCP 방사파 반사상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 12B는 RHCP 방사파 반사상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00009
)에 대해 도 12의 RHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 12C는 도 12에 도시한 RHCP 전자파 반사패널과, 방사파 투과상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 12D는 방사파 투과상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00010
)에 대해 도 12의 RHCP 전자파 반사패널의 전자기 투과특성들의 개략적 표현이다.
도 13A는 도 12의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 RHCP 전자파 반사패널들 양쪽에 공급된 제어전압은 창문패널이 광학적으로 불투과 동작상태로 스위칭되도록 선택된다.
도 13B는 도 12의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 RHCP 전자파 반사패널들 양쪽에 공급된 전압은 창문패널이 광학적으로 투과(즉, 명확)동작상태로 스위칭되도록 선택된다.
도 14는 각각은 전자기 스펙트럼의 광대역에 대해 편광선택적인 반사특성을 갖는 CLC물질로 만들어진, 전기능동 RHCP 전자파 반사패널에 적층된 전기능동 LHCP 전자파 반사패널을 보여주는 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 제7실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 14A는 도 14에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과, LHCP 방사파 반사상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 14B는 LHCP 방사파 반사상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00011
)에 대해 도 14의 LHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 14C는 도 14에 도시한 LHCP 전자파 반사패널과, 방사파 투과상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 14D는 방사파 투과상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00012
)에 대해 도 14의 LHCP 전자파 반사패널의 전자기 투과특성들의 개략적 표현이다.
도 14E는 도 14에 도시한 RHCP 전자파 반사패널과, RHCP 방사파 반사상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 14F는 RHCP 방사파 반사상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00013
)에 대해 도 14의 RHCP 전자파 반사패널의 전자파 반사특성들의 개략적 표현이다.
도 14G는 도 14에 도시한 RHCP 전자파 반사패널과, 방사파 투과상태로 동작할때 여기에 입사된 RHCP 및 LHCP 전자파에 대한 응답의 개략도이다.
도 14H는 방사파 투과상태로 동작할때 광대역 동작범위(Δλ
Figure 112003006554322-pct00014
)에 대해 도 14의 RHCP 전자파 반사패널의 전자파 투과특성들의 개략적 표현이다.
도 15A는 도 14의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 LHCP 및 RHCP 전자파 반사패널들 양쪽에 공급된 제어전압은 창문패널이 광학적으로 불투과 동작상태로 스위칭되도록 선택된다.
도 15B는 도 14의 지능형 전기-광학 창문의 동작을 도시하는 개략도이다. 여기서 RHCP 전자파 반사패널들 양쪽에 공급된 제어전압은 창문패널이 광학적으로 투과(즉, 명확)동작상태로 스위칭되도록 선택된다.
도 16A는 도 14의 전기적으로 스위칭가능한 광대역 CLC패널의 선택적인 제2실시예의 개략도이다. 이 도면은 비평광의 일부분이 제1편광상태에서 편광되고, 양단에 제어전압이 인가되지 않는, 한쌍의 ITO도포된 판들 사이에 균질적으로 정렬된 전기능동 호스트 네마틱 액정분자 내에서 평행 방법으로 향해진, CLC 미세박편(즉. CLC색소)에서 반사하는 반면, 비편광의 제2부분은 제2편광상태에서 편광되고, 배향된(oriented) CLC 미세박판을 통해 투과됨을 나타낸다.
도 16B는 도 14의 전기적으로 스위칭가능한 광대역 CLC 패널의 제2실시예의 개략도이다. 이 도면은 비편광이 양단에 제어전압이 인가된, 한쌍의 ITO도포된 판들 사이에 균질적으로 정렬된 전기능동 호스트 네마틱 액정분자 내에서 수직 방법으로 향해진 CLC 미세박편들 사이에서 투과됨을 나타낸다.
도 17A 및 17B는 반사 동작모드 동안 반사되지 않은 입사된 빛의 부분을 산란시키기 위해, 여기에 들어있거나 생각될 수 있는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 어떤 실시예에도 장착할 수 있는, 전기적으로 제어가능한 광분산구조의 제1실시예를 나타낸다. 이로 인해 반사모드의 글레이징 구조의 사생활보호 기능이 향상된다.
도 18A 및 도 18B는 반사 동작모드 동안 반사되지 않은 입사된 빛의 부분을 반사시키기 위해, 여기에 들어있거나 생각될 수 있는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 어떤 실시예에도 장착할 수 있는, 전기적으로 제어가능한 광분산구조의 제2실시예를 나타낸다. 이로 인해 반사모드의 글레이징 구조의 사생활보호 기능이 향상된다.
도 18C는 반사 동작모드 동안 반사되지 않은 입사된 빛의 부분을 산란시키기 위해, 여기에 들어있거나 생각될 수 있는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 어떤 실시예에도 장착할 수 있는, 전기적으로 제어가능한 광분산구조의 제3실시예를 나타낸다. 이로 인해 반사모드의 글레이징 구조의 사생활보호 기능이 향상된다.
도 19는 반사 동작모드 동안 반사되지 않은 입사된 빛의 부분을 산란시키기 위해, 여기에 들어있거나 생각될 수 있는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 어떤 실시예에도 장착할 수 있는, 전기적으로 제어가능한 광분산구조의 제4실시예를 나타낸다. 이로 인해 반사모드의 글레이징 구조의 사생활보호 기능이 향상된다.
도 19A는 외부 전압이 인가되지 않고(즉, V=Voff), 투과모드로 동작하는 도 19의 전기-광학 광산란 구조를 나타낸다.
도 19B 및 19C는 도 19A에서 가리킨 동작모드에 대한 투과 및 반사특성을 나타낸다.
도 19D는 외부전압이 가로질러 ITO 표면에 인가되고(즉, V=Von), 광산란 모드에서 동작하는 도 19의 전기-광학 광산란 구조를 나타낸다.
도 19E 및 19F는 도 19D에서 가리킨 동작모드에 대한 투과 및 반사특성을 나타낸다.
도 20은 반사 동작모드 동안 반사되지 않은 입사된 빛의 부분을 산란시키기 위해, 여기에 들어있거나 생각될 수 있는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 어떤 실시예에도 장착할 수 있는, 전기적으로 제어가능한 광분산구조의 제5실시예를 나타낸다. 이로 인해 반사모드의 글레이징 구조의 사생활보호 기능이 향상된다.
도 20A는 외부 전압이 인가되지 않고(즉, V=Voff), 광산란모드로 동작하는 도 20의 전기-광학 광산란 구조를 나타낸다.
도 20B 및 20C는 도 20A에서 가리킨 동작모드에 대한 투과 및 반사특성을 나타낸다.
도 20D는 외부전압이 가로질로 ITO 표면에 인가되고(즉 V=Von), 광투과 모드에서 동작하는 도 20의 전기-광학 광산란 구조를 나타낸다.
도 20E 및 20F는 도 20D에서 가리킨 동작모드에 대한 투과 및 반사특성을 나타낸다.
도 21에서 21F까지는 도 6과 8에 기재된 실시예의 일반화된 설명을 제공한다. 여기서 전기수동 광대역 편광레이어는 양원편광 내의 다른 한쪽광(RHCP/LHCP) 및 선형 편광(LP1/LP2) 시스템 구성을 갖는다.
도 22에서 22F까지는 도 2와 4에 기재된 실시예의 일반화된 설명을 제공한다. 여기서 전기수동 광대역 편광레이어는 양원편광 내의 같은 한쪽광(LHCP/LHCP 또는 RHCP/RHCP) 및 선형 편광(LP1/LP1 또는 LP2/LP2) 시스템 구성을 갖는다.
도 23에서 23F까지는 도 14에서 15B까지에 기재된 실시예의 일반화된 설명을 제공한다. 여기서 전기능동 광대역 편광레이어는 양원편광 내의 다른 선형편광(LHCP/LHCP 또는 RHCP/RHCP) 시스템 구성을 갖고, 이 전기능동 편광레이어 사이에는 어떤 광학적으로 능동적인 소자도 삽입되지 않는다.
도 24는 (1) 넓은 IR대역 내의 입사된 LHCP 및 RHCP 광을 반사하고 다른 모든 광요소는 투과시키기 위한 한쌍의 전기수동 광대역 IR 반사 편광패널들과, (2) 설치된 창문구조 내부로의 사생활보호를 제공하도록 결과적으로 불투명한 글레이징 구조를 제공하기 위해 가시광선 영역(이때 외부 전압은 인가되지 않았다)에 대해 선택적으로 산란시키는 전기적으로 제어되는 광산란패널로 이루어진, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 실시예를 도시한다.
도 24A는 산란모드로 동작하는 도 24의 전기-광학 글레이징 구조를 도시한다. 여기서 전기적으로 제어되는 산란 패널에 어떤 외부전압도 인가되지 않았다.(즉, V=Voff)
도 24B 및 24C는 도 24A에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 24D는 완전 투과모드로 동작하는 도 24의 전기-광학 광글레이징 구조를 도시한다. 여기서 외부전압(즉, V=Von)이 전기적으로 제어되는 광산란패널에 인가되었다.
도 24E와 24F는 도 24D에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 25는 도 24에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조의 역모드의 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예를 도시한다.
도 25A는 광투과모드로 동작하는 도 25의 전기-광학 글레이징 구조를 도시한다. 여기서 전기적으로 제어되는 산란 패널에 어떤 외부전압도 인가되지 않았다.(즉, V=Voff)
도 25B 및 25C는 도 25A에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 25D는 광산란모드로 동작하는 도 24의 전기-광학 광글레이징 구조를 도시한다. 여기서 외부전압(즉, V=Von)이 전기적으로 제어되는 광산란패널에 인가되었다.
도 25E와 25F는 도 25D에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 26은 도 22에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조에 도 24 및 25에 나타낸 광대역 IR필터(filter) 패널을 추가하여 구성된 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예를 도시한다. 여기서 광대역 편광패널들은 각각 같은 한쪽편광(예. RHCP/RHCP 또는 LP1/LP1)이다.
도 26A는 완전투과모드로 동작하는 도 26의 전기-광학 글레이징 구조를 도시한다. 여기서 한쌍의 광대역 편광반사패널들 사이에 삽입된 π상 쉬프팅(shifting) 패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다.
도 26B 및 26C는 도 26A에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 26D는 부분 반사/투과모드로 동작하는 도 26의 전기-광학 광글레이징 구조를 도시한다. 여기서 한쌍의 광대역 편광반사패널들 사이에 삽입된 π상 쉬프팅(shifting) 패널에 외부전압(즉, V=Von)이 인가되었다.
도 26E 및 26F는 도 26D에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 27은 도 26의 글레이징의 "역"모드로 동작하고, 도 21에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조에 도 24 및 25에 나타낸 광대역 IR필터 패널을 추가함에 의해 구성되는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예를 도시한다. 여기서 광대역 편광 패널들은 각각 다른 한쪽편광(예. RHCP/LHCP 및 LP1/LP2)이다.
도 27A는 부분 반사/투과모드로 동작하는 도 27의 전기-광학 글레이징 구조를 도시한다. 여기서 한쌍의 광대역 편광반사패널들 사이에 삽입된 π상 쉬프팅(shifting) 패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다.
도 27B 및 27C는 도 27A에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 27D는 완전반사모드로 동작하는 도 27의 전기-광학 광글레이징 구조를 도시한다. 여기서 한쌍의 광대역 편광반사패널들 사이에 삽입된 π상 쉬프팅(shifting) 패널에 외부전압(즉, V=Von)이 인가되었다.
도 27E 및 27F는 도 27D에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 28은 도 23에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조에 도 24 및 25에 나타낸 광대역 IR필터(filter) 패널을 추가하여 구성된 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예를 도시한다. 여기서 전기능동 광대역 편광패널들은 각각 다른 한쪽편광(예. RHCP/LHCP)이다.
도 28A는 완전반사모드로 동작하는 도 28의 전기-광학 글레이징 구조를 도시한다. 여기서 전기능동 원편광 반사패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다.
도 28B 및 28C는 도 28A에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 28D는 완전투과모드로 동작하는 도 26의 전기-광학 광글레이징 구조를 도시한다. 여기서 전기능동 원편광 반사패널에 외부전압(즉, V=Von)이 인가되었다.
도 28E 및 28F는 도 28D에 나타낸 동작모드를 위한 투과 및 반사특성을 도시한다.
도 29A에서 29C까지는 전기-광학 글레이징 패널의 실시예중 어느 하나에 사용되는 광대역 원(및 선형) 편광 반사패널들을 구성하는데 사용하는 광대역반사기를 도시한다.
본 발명의 최적모드의 실시예
이제 첨부된 도면을 언급하며, 본 발명의 지능형 전기-광학 창문의 실시예가 매우 상세하게 설명될 것이다. 도면 각각에서 동일한 구조 및 소자들은 동일한 참조번호에 의해 나타내진다.
도 1A 및 1B에서 본 발명의 지능형 전기-광학 글레이징 구조(즉. 창문구조)의 일반화된 실시예가 창문구조에 인접한 부피 또는 내부공간을 갖는 환경(건물 또는 차량)내에 설치되어 도시된다. 다른 형태들도 있지만, 이 내부공간 또는 부피는 전형적으로 인간 거주지의 한 형태로서 기능한다. 바람직하게 지능형 전기-광학 창문구조(1)는 참조번호 2로 표시된 집, 사무용 빌딩, 공장 또는 차량의 난방/냉방 시스템(2A)과 협력한다. 이런 바람직한 적용에서, 이 환경의 난방/냉방 시스템 상의 열적재를 최소화하거나 줄이기 위해, 전기-광학 창문구조의 기능은 이 전기-광학 창문구조를 통해 내부공간으로의 전자파의 흐름을 선택적으로 제어하여야 할 것이다.
도 1A 및 1B에 나타낸 대로, 전기-광학 글레이징 구조(1)는 플라스틱, 금속, 고무, 나무 또는 복합재료 등의 실제상으로 어떤 적당한 물질을 사용해 구현될 수 있는 미리 제조된 창틀(4) 내에 안전하게 지지된 전기-광학 글레이징 패널(3)로 이루어진다. 이 창틀 내에서, 다음에 명명되는 다수의 시스템 부소자들이 안전하게 장착된다 : 외부 환경의 전자기 상태를 측정하는 전자파 센서(5); 창틀 내의 전력을 생산하는 재충전형 배터리(6); 재충전형 배터리(6)를 재충전하는 전자기력 배터리 재충전기(7); 마이크로컴퓨터칩 내부에 적재된 방사파 흐름 제어 프로그램에 의해 요구되는 글레이징 제어신호와 배터리 재충전기를 제어하는 마이크로콘트롤러 (예. 단일칩(chip)에 ROM, EPROM 및 RAM을 가진 RISC형 마이크로컴퓨터칩)(8); 전기-광학 글레이징 구조(3)의 전기능동 소자에 인가되는 제어전압을 생산하고 마이크로콘트롤러 제어하에서 한 광학 상태에서 다른 광학 상태로 전기적으로 스위칭하는, 글레이징 제어신호에 응답하는, 전기회로(9).
도 1에 나타낸대로, 미리 프로그램된 전자기적 상황들(예. 제1설정 전력 입구값 넘어서의 전력을 갖는 전자파의 제1설정 대역)의 제1세트(set)가 전자파 센서에 의해 탐지될 때, 전기-광학 글레이징 구조(3)가 미리 프로그램된 마이크로콘트롤러(8)의 제어하의 완전반사 동작상태로 전기적으로 스위칭된다. 이 완전반사 동작상태에서, 가시광선 및 전자파는 분광 파장(예. 400-750 nm)의 광대역에 걸쳐글레이징 구조에서 완전 반사된다.
도 1B에 나타낸대로, 미리 프로그램된 전자기적 상황들(예. 제2설정 전력 문턱값 위로의 전력을 갖는 전자파의 제1설정 대역)의 제2세트(set)가 전자파 센서에 의해 탐지될 때, 전기-광학 글레이징 구조(3)가 미리 프로그램된 마이크로콘트롤러(8)의 제어하의 투과 동작상태로 전기적으로 스위칭된다. 이 투과상태에서, 가시광선 및 전자파는 분광 파장(예. 300-1000 nm)의 광대역에 걸쳐 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과된다.
위의 일반화된 실시예에서 단지 2개의 특별한 반사/투과 상태만이 도시되었지만, 실제상 반사/투과 특성의 어떤 세트가 본 발명의 창문구조에 의해 구현될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이런 선택적인 실시예 각각에서, 특정 조건들의 세트는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 광학 상태의 변화를 유발시키도록 미리 정의될 수 있다. 그 다음 마이크로컨트롤러는 관련 조건의 탐지 상에서 글레이징 구조의 광학 상태를 스위칭하도록 프로그램된다. 선택적인 실시예에서, 스위칭 동작을 야기시키는 환경 조건 또는 조건들은 전자파에 관련될 필요는 없지만, 습도, 대기압, 온도 또는 프로그램된 마이크로콘트롤러(8)내에 미리 지정된 다른 매개변수에 관련있을 수 있다.
이론 내에서 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 무한히 많은 수의 실시예들이 존재하지만, 전기-광학 글레이징 구조의 6개의 다른 실시예들이 발명의 특징을 도시하기 위해 아래에 상세하게 설명되었다. 특히, 본 발명의 각각의 전기-광학 글레이징 구조는 동작 광대역(즉, 전자기 스펙트럼의 IR, 가시광선, UV부분에 대한 RHCP 및 LHCP 파장을 선택적으로 반사 및/또는 투과하는것)에 대해 편광선택적인 반사특성들을 갖는 CLC 재료를 사용하여 구현된다. 편광상태 변환의 원리(즉, 선형에서 원형, 원형에서 선형, 선형에서 선형, 원형에서 원형, 비편광에서 선형, 비편광에서 원형)와 CLC 재료의 편광반사적인 성질의 탁월한 지도교습과 관찰은 여기에 참조용으로 통합된 본 출원인의 미국특허번호 5,221,982에서 알아볼 수 있다.
여기의 전기-광학 글레이징 재료의 이런 초광대역 동작특성과 새로운 패널 구성들에 의하여, 지금까지 이전기술의 스마트 윈도우 시스템과 방법론에 의해 얻어질수 없는 수준의 전자파 제어를 제공하는 것이 가능하다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 도시된 제1실시예
여기의 전기-광학 글레이징 구조의 도시된 제1실시예는 도 2에서 3B까지에를 참조하여 설명될 수 있다. 도 2에 도시된 제1실시예(10)의 전기-광학 글레이징 구조는, 전기능동 π상 지연패널(11)의 가로질러 적용된 광학적상태 제어 전압에 응답하여 전자파가 투과되도록 π상 지연을 각각 분배하기 위한 각각의, 한쌍의 전기-수동적인 우선형 원형 편파(RHCP)된 전자파 반사패널(12A, 12B) 사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널(11)과; 전기능동 π상 지연패널(11)에 광학적상태 제어전압을 인가하기 위한 전기적 투과수단(13)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 2의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A와 도 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관하여 설명된 틀구조내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세제어 메커니즘(mechanism) 모두를 통합한다.
도 2A와 도 2B에 도시된대로, RHCP 전자파 반사패널들(12A(12B))의 특징있는 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00029
)내의 파장 및 RHCP 편광상태를 갖는 전자파는 흡수없이 그것으로부터 직접 100% 반사된다. 반면, RHCP 전자파 반사패널들(12A(12B))의 특징있는 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00030
) 외부의 파장 및/또는 LHCP 편광상태를 갖는 전자파가 흡수없이 그것을 통해 100% 투과된다. 이런 전기수동 광대역 RHCP 전자파 반사패널들은 국제 공개번호 WO 97/16762에 기재된 "Super Broad-Band Polarizing Reflective Material"의 제조방법을 사용해 제작될 수 있다. 선택적으로, 각각은 여기에 참조용으로 통합된 협대역 RHCP 전자파 반사패널들(12A(12B))이 Faris의 미국 특허번호 5,221,982에 기재된 제조방법 또는 Broer 등의 미국 특허번호 5,506,704에 기재된 기술 등을 사용해 제작될 수 있다.
위에 소개된 참조들에서 알 수 있는 초광대역, 광대역, 협대역 및 스팩트럴리튜너블(spectrally-tunable) CLC 필름들을 사용한 광대역 전자파 반사패널들(12A(12B))을 제조하는 다른 많은 방법들이 있다.
예컨데, 특히 도 2, 4 및 6에 나타낸대로 광대역 원편광 반사패널들(12A(12B))은 이런 CLC필름의 층들을 생산하여, 원형 편광 CLC패널 사이에 삽입된 전기적으로 스위칭가능한 π지연패널(11)과 물리적으로 합쳐진 유리 등의 기판재료의 표면 상에 CLC 필름층을 적층하여 제조할 수 있다. 특히 국제 공개번호 WO 97/16762에 상세히 기재된 분광튜닝(spectral-tuning) 기술을 이용하여 이 CLC 필름은, 초광대역 동작(예. UV 지역으로부터 IR 지역까지의 전자기 스펙트럼)에 대한 어떤 특별한 적용에 요구되는 실제상 어떤 바람직한 편광 반사특성들의 세트를 가지도록 제조될 수 있다.
선택적으로, 초광대역, 광대역, 협대역 및/또는 스펙트럴리튠드(spectrally-tuned) CLC 필름이 위 참조에 알려진대로 제조되고, 그 후 미국 특허번호 5,364,557에 알려진 필름조각화 기술을 사용해 현미경적 크기의 CLC 미세박편으로 조각날 수 있다. 그 후 이 CLC 미세박편들이, 예컨데 도 2, 4 및 6에 나타낸 방식의 전기-광학 글레이징 구조의 전기적으로 스위칭가능한 π지연패널 소자를 구성하는데 이용되는 유리기판의 외부표면에 부착될 수 있는 CLC잉크나 페인트를 생산하여 광학적으로 투명한 전달액으로 추가될 수 있다. CLC 미세박편들의 농도와 전달매개체(예. 래커(lacquer), 폴리머(polymer))의 점도는 이 CLC 잉크나 페인트의 도포가 기판에 부착될 때, 입사광이 비정반사성의(nonspecular) 방법으로 도포된 CLC로부터 반사하도록 CLC 미세박편들이 전달액 내에서 분산되는 것을 확실하게 하도록 선택될 수 있다. 이것은 얻어진 도포가 관측자의 눈으로 "새하얀" 외관을 생산하는 것을 확실하게 되어, 창문 응용에서 요구되는 미관적 가치뿐만 아니라 높은 수준의 사생활보호를 제공한다.
도 2의 글레이징 구조의 실시예에서, RHCP 전자파 반사패널(12A)의 특징적인 반사대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00031
)은 실제상 LHCP 전자파 반사패널(12B)의 특징적인 반사대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00032
)과 동일하게 설계된다. 그러나, 본 발명의 다른 선택적인 실시예에서, 이런 반사대역폭 특성은 바람직한 반사/투과 수행 특성을 제공하기 위하여 파장(즉, 주파수)영역에 따라 서로 분리되거나, 부분적으로 겹치도록 특별히 설계될 수 있음을 알 수 있다.
일반적으로, π셀(cell)(즉, π지연패널) 또는 전기적으로 제어되는 복굴절(ECB)패널은, 도 2, 4 및 6의 원편광 반사 글레이징 구조들에 사용되는 전기적으로 스위칭가능한 π상 지연패널(11)을 구현하기 위해 이용될 수 있다. 바람직하게, 참조용으로 총합된 Bos의 미국특허번호 4,566,758에 기재된 기술들이 이런 전기적으로 스위칭가능한 π상 지연패널(11)을 제조하는데 이용될 수 있다. 대부분의 적용에서, 선행기술 π셀의 대역폭은 전자기 스펙트럼의 가시광선 부분에 대한 동작특성을 갖는 글레이징 구조를 제공하기에 충분하다. 그러나 몇몇 경우, 초광대역 동작(즉, IR영역에서 UV영역까지의 스펙트럼)을 갖는 전기-광학 글레이징 구조들을 제공하는 것도 바람직하다. 이런 적용의 경우, 전기적으로 스위칭가능한 π상 지연패널의 π상 지연특성을 가시광선 대역 너머로 확장할 필요가 있을 수 있다. 다음의 기술은 초광대역 동작이 가능한 전기능동(스위칭가능한) π상 지연패널들을 구성하는데 이용될 수 있다.
도 2E에 도시된 바와 같이, 전기적으로 스위칭가능한 초광대역 π상 지연패널이 한쌍의 전기수동 초광대역 π/2 지연패널들(쉬프터(shifter)) 사이에 TN, STN 또는 CLC 셀 등의 전기능동 구조의 선형편광방향 회전패널을 삽입함에 의해 구성될 수 있다. 도 2F에 도시된 바와 같이, 각 초광대역 π/2지연패널은, 각각은 다른 재료로부터 만들어지고 도 2G에 개략적으로 도시한대로 다른 파장에 대해 중심잡아진 π/2상 지연 특성들을 가진, 둘 또는 그 이상의 광대역 또는 협대역 π/2 지연 레이어들을 배치하거나, 적층함에 의해 만들어질 수 있다. 이 부소자 광대역 또는 협대역 π/2 지연 레이어들은 액정물질, 복굴절 폴리머, 및 크리스탈(crystal)로부터 만들 수 있다.
각 전기수동 초광대역 π/2 지연패널의 기능은 원편광을 한쌍의 초광대역 π/2 지연 레이어들 사이의 장착된 전기적으로 스위칭가능한 TN, STN 또는 CLC 셀에 의해 회전되는 편광 방향이 될 수 있는 선형편광으로 변환하는 것이다. TN(트위스티드 네마틱), STN(슈퍼 트위스티드 네마틱) 또는 CLC 셀의 기능은 이 가로지른 ITO 표면에 어떤 전기장도 인가되지 않을때 90°로 선형편광을 회전시키는 전기적으로 스위칭가능한 광학적 회전기로서 동작하는 것이다. 전기장이 인가되면. 소자의 광학적 회전력이 사라진다. 전기장에 대한 제어는 글레이징 구조가 완전 반사상태에서 반반사상태로 또는 그 반대로 스위칭가능하게 허용한다. 전기적으로 스위칭가능한 편광방향 회전기가 전압이 인가되지 않았을때 카이랄(chiral)상을 갖는 저분자량(low-molecular weight)(LMW) 액정물질로 만들어지면, 그것의 선택적인 파장은 창문의 동작 스펙트럼 외부에 위치해야 한다. 두께뿐만 아니라 카이랄상의 CLC 분자의 나선구조를 제어함에 의해 선형편광의 90°회전은 달성될 수 있다.
일반적으로, 외부 제어전압에 연관된 전기적으로 스위칭가능한 π지연패널(11)을 구성하는 2가지 다른 방법이 있다. 도 2C와 2D에서 이 구성들이 특정된다.
도 2C에서, π상 지연패널(11)의 제1실시예는 그것의 다양한 동작상태의 설명과 함께 도시된다. 도시된대로, 0이 아닌 전압(예. 20V)이 상 지연패널에 가로질러 인가되었을때, 0상 지연은 투과된 전자파에 전해진다. 0V의 제어전압이 상 지연패널에 가로질러 인가될때, 이것은 π상 지연을 그 동작영역(Δ
Figure 112003006554322-pct00033
)이 전형적으로 300-1000 nm 인 파장을 갖는 투과된 전자파로 전한다.
도 2D에서, π상 지연패널의 제2실시예가 그것의 동작상태설명과 함께 도시되었다. 도시된대로, 0V의 제어전압이 이 지연패널에 가로질러 인가되었을때, 이것은 O상 쉬프트(shift)를 전형적으로 350 nm 의 동작영역 내의 파장을 갖는 전자파로 전하는 반면, 0이 아닌 전압(예. 5-50V)이 거기에 인가되었을때 π상 지연이 이런 전자파에 전해진다. 동작대역의 외부의 파장들을 위해, π라디안과 다른 상 쉬프트(shift)는 0이 아닌 전압이 인가되었을때 입사된 전자파에 전해진다.
도 2의 전기-광학 글레이징 구조의 부소자 패널들을 물리적으로 연결하는것은 글레이징 분야에 잘 알려진 통상적인 적층기술들을 사용하여 달성될 수 있다.
도 2의 글레이징 구조의 동작은 도 3A와 3B를 참조하여 설명될 것이다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널이 글레이징 구조를 구성하는데 사용되었다.
도 3A에 도시된대로, 도 2의 전기-광학 글레이징 구조는 적절한 제어신호(예. V=0V)를 인가함에 의하여 광학적 불투명상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조는 전파방향에 독립적인 창문패널의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00034
입사파 내의 LHCP 및 RHCP 전자파 모두를 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적이다". 이 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 3A에 개략적으로 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조의 표면에서 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태에서는 "완전반사"하게 된다.
도 3B에 도시된 대로, 도 2의 전기-광학 글레이징 구조는 적당한 제어전압(예. V=20V)을 인가함에 의해 광학적으로 반투명(즉, 반명확상태) 동작으로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조는, 전자파 전파방향에 독립적인 창문패널에 입사된 LHCP 전자파는 투과하는 반면, 전파방향에 독립적인 창문패널의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00035
입사파 내의 RHCP 전자파를 반사한다. 이 반사 및 투과과정들에 관련된 물리적 메커니즘은 도 3A에 개략적으로 도시되었다. 입사된 전자파의 50%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되고 이 전자파의 50%는 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "부분 투과"로 불릴 수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 도시된 제2실시예
전기-광학 글레이징 구조의 제2실시예가 도 4에서 5B까지를 참조하여 설명될 것이다. 도 4에 도시된대로 제2실시예(14)의 전기-광학 글레이징 구조는, 한쌍의 전기수동 좌선원편광(LHCP) 전자파 반사 패널들(15A, 15B) 사이에 각각 삽입된 전기능동(즉, 스위칭가능한) π상 지연패널(11)과; 이 전기능동 π상 지연패널(11)로 광학 상태 제어전압을 인가하는 전기적 투과수단(16)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 4의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A 및 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관되어 설명된 틀구조 내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세조정 메커니즘 모두를 통합한다.
도 4A 및 4B에 도시된 바와 같이, LHCP 편광상태 및 LHCP 전자파 반사패널들(15A, 15B)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00036
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 반사된다. 반면에 RHCP 편광상태 및/또는 LHCP 전자파 반사패널들의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00037
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 투과된다. 이런 전기수동 광대역 LHCP 전자파 반사패널들은 국제 공개번호 WO 97/16762에 기재된 제조방법을 사용해 만들어 질수 있다. 바람직한 실시예에서, 광대역 RHCP 전자파 반사패널들(12A(12B))이 국제 공개번호 WO 97/16762에 알려진 대로 통상적인 유리패널위에 CLC기반의 잉크(서스펜디드(suspended) CLC박편들과 함께)의 도포를 입힘에 의해 제조되고 있다. 선택적으로, 협대역 RHCP 전자파 반사패널들이 Broer의 미국특허번호 5,506,704 또는 Faris의 미국특허번호 5,221,982에 기재된 방법으로 제작될 수 있다.
도 4의 전기-광학 글레이징 구조의 패널들(11, 15A, 15B)을 물리적으로 연결하는 것은 글레이징 분야에 잘 알려진 통상적인 적층기술들을 사용해 달성될 수 있다.
도 4의 글레이징 구조의 실시예에서, LHCP 전자파 반사패널(15A)의 특징적인 반사대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00038
)은, LHCP 전자파 반사패널(15B)의 특징적인 반사대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00039
)과 실질적으로 동일하도록 설계된다. 그러나, 본 발명의 다른 선택적인 실시예에서, 이런 반사대역폭 특성들은 바람직한 반사/투과 수행 특성을 제공하기 위하여 파장(즉, 주파수)영역에 따라 서로 분리되거나, 부분적으로 겹치도록 특별히 설계될 수 있음을 알 수 있다.
이 전기능동 π지연패널(11)은 상술한 어떤 기술들을 사용해 구성될 수 있다.
도 4의 글레이징 구조의 동작은 도 5A와 5B를 참조하여 설명된다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널(11)이 글레이징 구조의 구성에 사용된다.
도 5A에 도시된대로, 도 4의 전기-광학 글레이징 구조가 적절한 제어신호(즉. V=0V)를 인가함에 의하여 광학적 불투명상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(14)는 전파방향에 독립적인 창문패널의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00040
입사파 내의 LHCP 및 RHCP 전자파 모두를 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적이다". 이 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 5A에 개략적으로 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조의 표면에서 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태에서는 "완전반사"하게 된다.
도 5B에 도시된 대로, 도 4의 전기-광학 글레이징 구조는 적당한 제어전압(예. V=20V)을 인가함에 의해 광학적으로 반투명(즉, 반명확상태) 동작으로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(14)는, 전자파 전파방향에 독립적인 창문패널의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00041
입사파 내의 RHCP 전자파는 투과하는 반면, 전파방향에 독립적인 창문패널의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00042
입사파 내의 LHCP 전자파를 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적이다". 이 반사 및 투과과정들에 관련된 물리적 메커니즘은 도 5A에 개략적으로 도시되었다. 입사된 전자파의 50%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되고 이 전자파의 50%는 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "부분 투과"로 불릴 수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 제3실시예
전기-광학 글레이징 구조의 제3실시예가 도 6에서 7B까지를 참조하여 설명될 것이다. 도 6에 도시된대로 제3실시예(17)의 전기-광학 글레이징 구조는, 전기수동 LHCP 전자파 반사패널(18A)과 전기수동 RHCP 전자파 반사패널(18B) 사이에 삽입된 전기능동 π상 지연패널(11)과; 이 전기능동 π상 지연패널(11)에 광학적상태 제어전압을 인가하는 전기적 투과수단(19)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 6의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A 및 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관되어 설명된 틀구조 내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세조정 메커니즘 모두를 통합한다.
도 6A 및 6B에 도시된 바와 같이, LHCP 편광상태 및 LHCP 전자파 반사패널(18A)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00043
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 반사된다. 반면에, RHCP 편광상태 및/또는 LHCP 전자파 반사패널들의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00044
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 투과된다. 바람직한 실시예에서, 광대역 RHCP 전자파 반사패널들(18A)이 국제 공개번호 WO 97/16762에 알려진 대로 통상적인 유리패널위에 CLC기반의 잉크(서스펜디드 CLC박편과 함께)의 도포를 입힘에 의해 제조되고 있다. 선택적으로, 협대역 RHCP 전자파 반사패널들(18A)이 Faris의 미국특허번호 5,221,982에 기재된 방법으로 제작될 수 있고, 덜 선호되는 Brocer의 미국특허번호 5,506,704 등의 방법으로 제작될 수 있다.
도 6C 및 6D에 도시된 바와 같이, RHCP 편광상태 및 RHCP 전자파 반사패널(18B)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00045
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 반사된다. 반면에, LHCP 편광상태 및/또는 RHCP 전자파 반사패널들의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00046
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 투과된다. 바람직한 실시예에서, 광대역 RHCP 전자파 반사패널들(18B)이 국제 공개번호 WO 97/16762에 알려진 대로 통상적인 유리패널위에 CLC기반의 잉크(서스펜디드 CLC박편과 함께)의 도포를 입힘에 의해 제조되고 있다. 선택적으로, 협대역 RHCP 전자파 반사패널들(18B)이 Faris의 미국특허번호 5,221,982에 기재된 방법으로 제작될 수 있고, 덜 선호되는 Brocer의 미국특허번호 5,506,704 등의 방법으로 제작될 수 있다.
도 6의 글레이징 구조의 해설된 실시예에서, RHCP 전자파 반사패널(18B)의 특징적인 반사대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00047
)은, LHCP 전자파 반사패널(18A)의 특징적인 반사대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00048
)과 실질적으로 동일하도록 설계된다. 본 발명의 다른 선택적인 실시예에서, 이런 반사대역폭 특성은 바람직한 반사/투과 수행 특성을 제공하기 위하여 파장(즉, 주파수)영역에 따라 서로 분리되거나, 부분적으로 겹치도록 특별히 설계될 수 있음을 알 수 있다.
전기능동 π지연패널(11)은 상술한 어떤 기술들을 사용해 구현될 수 있다. 도 6의 전기-광학 글레이징 구조의 패널들(11, 18A, 18B)을 물리적으로 연결하는 것은 글레이징 분야에 잘 알려진 통상적인 적층기술들을 사용해 달성될 수 있다.
도 6의 글레이징 구조의 동작은 도 7A와 7B를 참조하여 설명된다. 여기서 도 2C의 π상 지연패널(11)이 글레이징 구조의 구성에 사용된다.
도 7A에 도시된대로, 도 6의 전기-광학 글레이징 구조가 적절한 제어전압(즉, V=0V)를 인가함에 의하여 중간광학적 투명상태(즉, 명확)로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조는 창문패널의 LHCP 전자파 반사 패널(18A) 상의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00049
입사파 내의 LHCP 전자파를 반사한다. 반면에, RHCP 전자파 반사패널(18B)로부터 발산하는 Δλ
Figure 112003006554322-pct00050
입사파 내의 RHCP 전자파는 투과하고, π상 쉬프터로 LHCP 전자파로 전환된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조는 창문패널의 RHCP 전자파 반사 패널(18B) 상의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00051
입사파 내의 RHCP 전자파를 반사한다. 반면에, LHCP 전자파 반사패널(18A)로부터 발산하는 Δλ
Figure 112003006554322-pct00052
입사파 내의 LHCP 전자파는 투과하고, RHCP 전자파로 전환된다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "비대칭적이다". 이 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 7A에 개략적으로 자세하게 도시하였다. 입사된 전자파의 50%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되고, 입사된 전자파의 50%가 전기-광학 글레이징 구조 표면에서 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태에서는 "부분투과"하게 된다.
도 7B에 도시된 대로, 도 6의 전기-광학 글레이징 구조는 적당한 제어전압(예. V=20V)을 인가함에 의해 광학적으로 불투명 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조는, 창문패널의 LHCP 전자파 반사패널 상의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00053
입사파 내의 LHCP 및 RHCP 전자파를 반사한다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(17)는, 창문패널의 RHCP 전자파 반사패널(18B) 상의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00054
입사파 내의 LHCP 및 RHCP 전자파를 또한 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적이다". 이 반사 및 투과과정들에 관련된 물리적 메커니즘은 도 7B에 개략적으로 매우 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조의 표면으로부터 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전반사"로 불릴 수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 제4실시예
전기-광학 글레이징 구조의 제4실시예가 도 8에서 9B까지를 참조하여 설명될 것이다. 도 8에 도시된대로 제4실시예(19)의 전기-광학 글레이징 구조는, 선형편광 상태(LP1)를 갖는 제1전기능동 선형편광 전자파 반사패널(19A)과, LP1과 직교하거나 평행한 선형편광 상태(LP2)를 갖는 제2전기능동 LHCP 전자파 반사패널(19C) 사이에 삽입된 전기수동 선형편광방향 회전패널(19C)과; 이 전기능동 LHCP 전자파 반사패널들(19B, 19A)로 광학적상태 제어전압을 인가하는 전기적 투과수단(19D)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 8의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A 및 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관되어 설명된 틀구조 내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세조정 메커니즘 모두를 통합한다.
도 8A와 8B에, 전기수동 LP1 전자파 반사패널(19B)의 반사특성들이 도시되었다. 도시한대로, LP1 편광상태 및 LP1 전자파 반사패널의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00055
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 반사된다. 반면에, LP2 편광 상태 및/또는 LP2 전자파 반사패널의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00056
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 투과된다.
도 8C와 8D에, 전기능동 LP2 전자파 반사패널(19C)의 반사특성들이 도시되었다. 도 8C와 8D에 도시한대로, LP1 편광상태 및 투과대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00057
) 내의 어떤 파장을 갖는 전자파도 흡수없이 글레이징 패널을 통해 직접 투과된다. 반면에, LP2 편광상태 및/또는 LP2 전자파 반사패널의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00058
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 투과된다.
전기수동 LP1 및 LP2 편광반사패널들(19A, 19B)은 Reveo, Inc.의 국제공개번호 WO 97/16762에 알려진 대로 초광대역 CLC 필름으로부터 만들 수 있다. 덜 선호되는 참조용으로 통합된 Faris의 미국특허번호 5,221,982와 Brocer의 미국특허번호 5,506,704 등에 기재된 방법으로 제작될 수 있다. 이 출원들에 원편광반사 CLC 필름들을 제조하는 방법이 기재되었다. 이런 필름들은, 여기에 참조용으로 통합된 Reveo, Inc.의 국제출원번호 PCT/US97/20091의 "Liquid Crystal Film Structures With Phase-Retardatio Surface Region Formed Therein"에 기재된, 새로운 상지연 전달 기술을 이용하여 선형편광 CLC 필름으로 변환될 수 있다. 여기 기재된 방법은원형 편광 CLC 필름의 한 레이어로 π/2상 지연패널을 적층함없이, 단일레이어의 CLC 필름물질으로부터 전기수동 광대역 선형편광패널을 제작할 수 있게 해 준다.
광대역 선형 편광 반사패널들(19A, 18B)을 만드는 다른 방법은 Broer의 미국 특허번호 5,506,704에 기재되어 있다. 그러나, 미국 특허번호 5,506,704에 기재된 기술은 복잡한 제조공정이고 제조단가를 증가시키는 원형편광 CLC필름 레이어에 π/2상 지연패널을 적층할것이 요구되므로, 여기에 기재된 제조기술은 국제출원번호 PCT/US97/20091에 알려진 것보다 바람직하지 못하다.
도 8의 전기-광학 글레이징 구조 내에 쓰인 전기적으로 스위칭가능한 선형 편광 방향 회전패널(19C)은, 이 분야에 잘 알려진대로 동작이 제어전압에 의해 제어되는 전기적으로 제어되는 복굴절(ECB)셀, 표면안정화 강유전 액정(SSFLC)셀, 트위스티드 네마틱(TN) 액정셀, 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN) 액정셀, 또는 CLC셀로서 구현될 수 있다. 선형편광 회전셀(19C)을 구성하기 위하여, 액정물질의 레이어는 내부표면 상에 ITO 레이어들을 내부표면상에 가지고 있는 유리 패널 부분쌍의 사이공간에 함유되고, 폴리이미드를 문질러서 이 분야에 잘 알려진대로 액정정렬을 한다. ITO레이어들이 액정물질 레이어에 가로질러 필요전압을 생산하고 액정물질을 정렬시키는데 사용된다. 이것에 의해 전기-광학 글레이징 구조의 동작동안 투과된 선형 편광의 편광방향의 회전이 방지된다.
도 8의 전기-광학 글레이징 구조의 패널들(19A, 19B, 19C)을 물리적으로 연결하는 것은 글레이징 분야에 잘 알려진 통상적인 적층기술을 사용하여 달성될 수 있다.
도 8의 글레이징 구조의 동작은 도 9A와 9B를 참조하여 설명될 것이다.
도 9A에 나타낸 바와 같이, 도 8의 전기-광학 글레이징 구조가 제어전압(즉, V=0)을 인가하지 않음에 의해 광학적으로 불투명한 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태 내에서, 전기-광학 글레이징 구조(19)는 LP1 전자파 반사패널 상의 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00059
) 내의 LP1 전자파를 흡수없이 반사한다. 반면에, 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00060
) 내의 LP2 전자파는 흡수없이 투과한다. 또한 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(19)는 LP2 전자파 반사패널 상의 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00061
) 내의 LP2 전자파를 흡수없이 반사한다. 반면에, 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00062
) 내의 LP1 전자파는 흡수없이 투과한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "비대칭적이다". 이 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 9A에 개략적으로 자세하게 도시하였다. 입사된 전자파의 50%가 전기-광학 글레이징 구조에서 반사되고, 입사된 전자파의 50%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태에서는 "부분반사"하게 된다.
도 9B에 도시된 대로, 도 8의 전기-광학 글레이징 구조는 적당한 제어전압(예. V=1)을 인가함에 의해 광학적으로 투명(즉, 명확) 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(19)는, 입사된 전작 방사파의 진행방향에 독립적으로, 창문패널의 각 전자파 반사패널 상의 Δλ
Figure 112003006554322-pct00063
및 Δλ
Figure 112003006554322-pct00064
입사파 내의 LP1 및 LP2 전자파를 모두 흡수없이 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적이다". 이 반사 및 투과과정들에 관련된 물리적 메커니즘은 도 9B에 개략적으로 매우 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전불투명"로 불릴 수 있다.
도 8의 전기-광학 글레이징 구조는, 분광 반사(및 투과) 대역폭 특성들이 완전하거나, 또는 부분적으로 파장(즉, 주파수) 영역상에 분리되거나 중첩될수 있도록, 이 해설된 실시예의 CLC기반의 LP1 및 LP2 전자파 반사패널들(19A, 19B) 모두의 분광 투과특성을 튜닝(tuning)함에 의해, 동작의 광대역에 대해 "비대칭적" 반사/투과 특성을 나타내도록 변형시킬 수 있다. 이런 CLC튜닝 기술을 이용하여, 도 8의 구성을 갖는 전기-광학 글레이징 구조를 이룰수 있다. 이것은 제1광학 상태로 스위칭되었을때, 이 패널에 관해 정의된 제1방향 내에서 바람직한 반사 대역(예. 자외선 및 적외선내) 내의 전자파를 완전 반사하는 것을 가능하게 하고, 제2 광학 상태로 스위칭되었을때, 이런 반사대역 내의 전자파를 완전 투과하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 제5실시예
전기-광학 글레이징 구조의 제5실시예가 도 10에서 11C2까지를 참조하여 설명될 것이다.
도 10에 도시된대로 제5실시예(20)의 전기-광학 글레이징 구조는, 제1 전기능동 LHCP 전자파 반사패널(22A)과 제2 전기능동 LHCP 전자파 반사패널(22B) 사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널(21)과; 이 전기능동 LHCP 전자파 반사패널들(22A, 22B)로 광학적상태 제어전압을 인가하는 전기적 투과수단(23)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 10의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A 및 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관되어 설명된 틀구조 내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세조정 메커니즘 모두를 통합한다.
도 10A에서, 전기-능동적인 LHCP 전자파 반사패널(22A)이 전기적으로 비활성화 상태(즉, V=0일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 10C에 도시된 바와 같이, LHCP 편광상태 및 LHCP 전자파 반사패널의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00065
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 반사된다. 반면에, RHCP 편광상태 및/또는 LHCP 전자파 반사패널들의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00066
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 직접 투과된다.
도 10B 내에서, 전기-능동적인 LHCP 전자파 반사패널(22B)이 전기적으로 활성화 상태(즉, V=1일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 10D에 도시된 바와 같이, LHCP나 RHCP 편광상태 및 투과 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00067
) 내의 어떤 파장을 갖는 전자파도 글레이징 패널을 통해 흡수없이 직접 투과된다.
도 10의 전기-광학 글레이징 구조 내에 쓰인 전기수동 π상 지연패널(21)은 전자파(이 장치의 동작 대역폭내의)의 π상 지연을 전하는 영구 복굴절성을 갖는 어떤 물질로 부터 만들어 질 수 있다. 이 패널은 이 분야에 잘 알려진 방법을 사용해 PVA, 네마틱 액정, 운모 등으로부터 제조될 수 있다. 이런 광학적 장치들을 만드는 방법은 여기에 참조용으로 통합된 Franklin의 미국특허번호 5,113,285에 기재되었다.
전기적으로 스위칭가능한 원형 평광 반사패널(22A, 22B)은 도 11에서 11C까지 도시된 구성기술을 이용해 제조될 수 있다. 도 11에 나타낸대로, 이 패널 각각은 일반적으로 이 분야에 잘 알려진 방법으로 스페이서들(spacer)(22A3)에 의해 공간이 주어진, 한쌍의 광학적으로 투명한 판들(22A1, 22A2)(예. 유리, 아크릴등으로 만들어진)로 이루어진다. 해설된 실시예에서, 이 판들사이의 공간띄우기는 약 20 미크론(micron) 이지만, 이 치수가 본 발명의 실시예에 따라 달라질수 있음을 알 수 있다. 이 판들의 내부 표면들은 광학적으로 투명한 전극 표면을 형성하기 위해 ITO물질(22A4, 22A)의 레이어로 도포한다. 이 분야에 잘알려진 방법으로 폴리이미드 도포가 ITO 레이어위에 발라진 다음, 액정 분자가 카이랄 상에 따라 즉시 응답하는 디렉터(director)(즉, 정렬) 표면을 이루기 위해 문지른다. 전기적 리드(lead)들이 ITO 레이어에 부착된다.
판(22A1, 22A2)에 주어진 공간사이에 셀이 형성되었을때, 콜레스테릭 액정(CLC) 혼합물(22A6)이 준비되고, 판과 공간(spacer) 사이에 형성된 "셀"의 내부 부피로 부어진다. 도 10의 실시예 세트에서, "좌측 CLC 공식"은 전기적으로 스위칭가능한 LCHP 패널(22A, 22B)을 위한 CLC 혼합물을 만드는데 이용되어야 한다. 도 12에 해설된 실시예 세트에서, "우측 CLC 공식"은 전기적으로 스위칭가능한 RCHP 패널들(25A, 25B)을 위한 CLC 혼합물을 만드는데 이용되어야 한다. 도 14에 해설된 실시예 세트에서, "좌측 CLC 공식"은 전기적으로 스위칭가능한 LCHP 패널(22A)을 위한 CLC 혼합물을 만들고, "우측 CLC 공식"은 전기적으로 스위칭가능한 RCHP 패널(25B)을 위한 CLC 혼합물을 만드는데 이용되어야 한다. 이 CLC 공식들은 아래에 상세히 설명되었다.
좌측 CLC공식에 따라, 하기 "질량에 의한" 다음 비율로 특정된 물질요소들이 용기안에서 함께 혼합되고 측정된다. 즉: 좌측 콜레스테릭 오더(order)(상:phase)을 갖는 액정 중합가능 물질 1질량단위(예. Wacker chemical의 CC4039L); 저분자량 네마틱 액정물질 49.4질량단위(예. 뉴욕 호썬의 EMI, Inc.의 E7); UV 포토인티에이터(photointiator) 0.026 질량단위(예. Ciba Gigy의 IG184); 제1 좌측 카이럴추가물 0.30질량단위(예. EMI,Inc.의 R1011); 제2 좌측 카이럴추가물 0.42질량단위(예. EMI,Inc.의 CB15).
우측 CLC공식에 따라, 하기 "질량에 의한" 다음 비율로 특정된 물질요소들이 용기안에서 함께 혼합되고 측정된다. 즉: 우측 콜레스테릭 오더(order)(상)를 갖는 액정 중합가능 물질 1질량단위(예. Wacker chemical의 CC4039R); 저분자량 네마틱 액정물질 49.4질량단위(예. 뉴욕 호썬의 EMI, Inc.의 E7); UV 포토인티에이터(photointiator) 0.026 질량단위(예. Ciba-Gigy의 IG184); 제1 우측 카이럴추가물 0.30질량단위(예. EMI,Inc.의 R1011); 제2 좌측 카이럴추가물 0.42질량단위(예. EMI,Inc.의 CB15). 이 특정 우측 CLC물질(UV 중합이전)이 분광 반응특성들은 도 11Ad에 도시되었다.
적당한 CLC 혼합물이 만들어지고 유리판들(22A1, 22A2) 사이의 셀 영역으로 부어진 후에, 이 패널구조는 제어된 광강도의 UV광을 포함하는 온도 제어된 큐링(curing) 캐비넷(cabinet) 내에 위치된다. CLC 패널 구조는 다음에 캐비넷 내에 경화된다. 상술한 실시예에서, 상기 CLC혼합물 공식을 이용하여, 25°C를 유지하고, 365nm와 0.72mW/cm2 전력밀도의 UV광에 노출되면서, 이 CLC 구조는 12시간동안 경화된다.
도 11A 에, UV 중합화 이전의 RHCP CLC 패널의 반사특성들이 도시되었다. 도 11B에, UV 중합화 이후 전압이 ITO 도포된 판들에 가로질러 전압이 인가되지 않았을 때의 RHCP CLC 패널의 반사특성들이 도시되었다. 특히, UV 중합화 후의 CLC 물질의 반사 대역폭은 2배가 된다. 도 11C에 전압이 인가되었을때 RHCP CLC 패널들의 특성들이 도시되었다. 특히, 도 11B에 나타낸 큰 반사 첨두값은 인가된 전압에 의해 발생한 전기장의 본 발명의 CLC패널내의 CLC 나선구조가 감기지 않음에 의해 사라진다. 그러나, 인가된 전압이 충분한 강도로 충분히 높게 인가되지 않았다는 사실 때문에 이 예의 반사 특성 내에서 약한 첨두값은 여전히 관찰된다.
도 10의 전기-광학 글레이징 구조의 다양한 부소자를 구성하였을때. 패널들(21, 21A, 21B)은 글레이징 분야에 잘알려진 통상적인 적층기술을 사용한 통합 유닛(unit)으로서 물리적으로 연결된다.
도 10에 나타낸 글레이징 구조의 동작은 도 10E와 10F를 참조하여 설명될 것이다.
도 10E에 나타낸 바와 같이, 도 10의 전기-광학 글레이징 구조는 제어전압을 인가하지 않음(즉, V=0)에 의해 광학적 불투명 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(20)는 도 10E에 도시한 대로 진향방향에 독립적으로, 한 LHCP 전자파 패널상의 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00069
) 내의 LHCP 및 RHCP전자파를 흡수없이 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적"이다. 이런 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 10E에 개략적으로 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전반사"로 불릴 수 있다.
도 10F에 나타낸 바와 같이, 도 10의 전기-광학 글레이징 구조는 제어전압을 인가함(즉, V=1)에 의해 광학적 투명(즉, 명확) 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(20)는 입사된 전자파의 진행방향에 독립적으로, 한 LHCP 전자파 패널상의 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00070
) 내의 LHCP 및 RHCP전자파를 모두 흡수없이 투과한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적"이다. 이런 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 10F에 개략적으로 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전투과"로 불릴 수 있다.
분광 반사(및 투과)대역폭 특성들이 복잡하거나 또는 파장(즉, 주파수)영역상에 부분적으로 겹치거나 분리되기 위해, CLC 기반의 LHCP 전자파 반사 패널들(22A, 22B) 모두의 분광 투과 특성들을 튜닝함에 의해, 도 10의 전기-광학 글레이징 구조는 그 광대역 동작에 대한 "비대칭적" 반사/투과 특성들을 나타내도록 쉽게 변화시킬 수 있다. 이런 CLC 튜닝기술을 이용하여, 도 10의 구성을 갖는 전기-광학 글레이징 구조를 이루는 것이 가능하다. 이 구조는 제1광학 상태로 스위칭되었을 때 이것은 이 패널에 대하여 정의된 제1방향 내의 바람직한 반사 대역(예. 자외선 및 적외선 대역내의) 내의 전자파를 완전 반사하는것과, 제2광학 상태로 스위칭되었을때, 상기한 반사 대역 내의 전자파를 완전투과하는것이 가능하다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 제6실시예
전기-광학 글레이징 구조의 제6실시예가 도 12에서 13B까지를 참조하여 설명될 것이다.
도 12에 도시된대로, 제6실시예(24)의 전기-광학 글레이징 구조는, 제1전기능동 RHCP 전자파 반사패널(25A)과 제2전기능동 RHCP 전자파 반사패널(25B) 사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널(21)과; 이 전기능동 RHCP 전자파 반사패널들(25A, 25B)에 광학 상태 제어전압을 인가하는 전기적 투과수단(26)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 12의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A 및 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관되어 설명된 틀구조 내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세조정 메커니즘 모두를 통합한다.
도 12A 내에서, 전기-능동 RHCP 전자파 반사패널(25A(25B))이 전기적으로 비활성화 상태(즉, V=0일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 12B에 도시된 바와 같이, RHCP 편광상태 및 RHCP 전자파 반사패널(25A(25B))의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00071
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 그것으로부터 흡수없이 직접 반사되는 반면에, LHCP 편광상태 및/또는 RHCP 전자파 반사패널의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00072
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 그것을 통해 흡수없이 직접 투과된다.
도 12C 내에서, 전기-능동적인 RHCP 전자파 반사패널(25A(25B))이 전기적으로 활성화 상태(즉, V=1일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 12D에 도시된 바와 같이, LHCP나 RHCP 편광상태 및 투과 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00073
) 내의 어떤 파장을 갖는 전자파도 전기-광학 패널을 통해 흡수없이 직접 투과된다.
도 12의 전기-광학 글레이징 구조내에 사용된 전기수동 π상 지연패널(21)은 상기의 도 12에 나타낸 실시예와 연관하여 상술된 방법으로 구현될 수 있다. 도 10의 글레이징 구조내에 사용된 전기능동 광대역 LHCP 전자파 반사패널들(25A, 25B)은 도 10에 나타낸 실시예와 연관하여 상술된 제조방법을 사용해 제작될 수 있다. 도 12의 전기-광학 글레이징 구조의 물리적으로 연결되는 패널들(21, 25A, 25B)은 글레이징 분야에 잘 알려진 통상적인 적층기술을 이용하여 달성될 수 있다.
도 12에 나타낸 글레이징 구조의 동작은 도 13A와 13B를 참조하여 설명될 것이다.
도 13A에 나타낸 바와 같이, 도 12의 전기-광학 글레이징 구조는 제어전압을 인가하지 않음(즉, V=0)에 의해 광학적 불투명 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(24)는 입사 전자파의 진행방향에 독립적으로, 창문패널의 RHCP 전자파 패널(25A(25B))상의 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00074
) 내의 LHCP 및 RHCP전자파를 흡수없이 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적"이다. 이런 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 13A에 개략적으로 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조로 부터 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전반사"로 불릴 수 있다.
도 13B에 나타낸 바와 같이, 도 12의 전기-광학 글레이징 구조는 제어전압을 인가함(즉, V=1)에 의해 광학적 투명(즉, 명확) 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(24)는 입사된 전자파의 진향방향에 독립적으로, 한 RHCP 전자파 패널(25A(또는 25B))상의 입사파(Δλ
Figure 112003006554322-pct00075
) 내의 LHCP 및 RHCP 전자파를 모두 흡수없이 투과한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적"이다. 이런 투과과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 13B에 개략적으로 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전투과"로 불릴 수 있다.
분광 반사(및 투과)대역폭 특성들이 복잡하거나 또는 파장(즉, 주파수)영역상에 부분적으로 겹치거나 분리되기 위해, CLC 기반의 RHCP 전자파 반사 패널들(25A, 25B) 모두의 분광 투과 특성들을 튜닝함에 의해, 도 12의 전기-광학 글레이징 구조는 그 광대역 동작에 대한 "비대칭적" 반사/투과 특성들을 나타내게 변화시킬 수 있다. CLC 튜닝 기술을 이용하여, 도 12의 구성을 갖는 전기-광학 글레이징 구조를 이루는 것이 가능하다. 이 구조는 제1광학 상태로 스위칭되었을 때 이것은 이 패널에 대하여 정의된 제1방향 내의 바람직한 반사 대역(예. 자외선 및 적외선 대역내의) 내의 전자파를 완전 반사하는것과, 제2광학 상태로 스위칭되었을때, 상기한 반사 대역 내의 전자파를 완전투과하는것이 가능하다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 제7실시예
전기-광학 글레이징 구조의 제7실시예가 도 14에서 15B까지를 참조하여 설명될 것이다.
도 14에 도시된대로 제7실시예(27)의 전기-광학 글레이징 구조는, 전기능동 LHCP 전자파 반사패널(28A)과; 이 패널(28A)에 적층된 전기능동 RHCP 전자파 반사패널(28B)과; 이 전기능동 LHCP 및 RHCP 전자파 반사패널(28A, 28B)에 광학 상태 제어전압을 인가하는 전기적 투과수단(29)으로 이루어진다. 바람직하게, 도 14의 전기-광학 글레이징 구조는 도 1A 및 1B에 나타낸 일반화된 실시예와 연관되어 설명된 틀구조 내에 장착되고, 전력 발전기, 전자파 탐지 및 미세조정 메커니즘 모두를 통합한다.
도 14A 내에서, 전기능동 LHCP 전자파 반사패널(28A)이 전기적으로 비활성화 상태(즉, V=0일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 14B에 도시된 바와 같이, LHCP 편광상태 및 LHCP 전자파 반사패널(28A)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00076
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 그것으로부터 직접 반사되는 반면에, RHCP 편광상태 및/또는 LHCP 전자파 반사패널(28A)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00077
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 그것을 통해 직접 투과된다.
도 14C 내에서, 전기능동 LHCP 전자파 반사패널(28B)이 전기적으로 활성화 상태(즉, V=1일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 14D에 도시된 바와 같이, LHCP나 RHCP 편광상태 및 투과 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00078
) 내의 어떤 파장을 갖는 전자파도 전기-광학 패널(28A)을 통해 흡수없이 직접 투과된다.
도 14E 내에서, 전기능동 RHCP 전자파 반사패널(28B)이 전기적으로 비활성화 상태(즉, V=0일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 14F에 도시된 바와 같이, RHCP 편광상태 및 RHCP 전자파 반사패널(28B)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00079
) 내부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 그것으로부터 직접 반사되는 반면에, LHCP 편광상태 및/또는 RHCP 전자파 반사패널(28B)의 특징적인 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00080
) 외부의 파장을 갖는 전자파는 흡수없이 그것을 통해 직접 투과된다.
도 14G 내에서, 전기-능동 RHCP 전자파 반사패널(28B)이 전기적으로 활성화 상태(즉, V=1일때)로 동작됨을 나타낸다. 도 14H에 도시된 바와 같이, LHCP나 RHCP 편광상태 및 투과 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00081
) 내의 어떤 파장을 갖는 전자파도 전기-광학 패널(28B)을 통해 흡수없이 직접 투과된다.
도 14의 글레이징 구조 내에 쓰인 광대역 LHCP 및 RHCP 전자파 반사 패널들(28A, 28B)은 도 10에 나타낸 실시예와 관련되어 상기 제조방법을 사용하여 제작될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 패널(28A) 내에 함유된 액정 폴리머 물질은 다음 공식을 이용하여 만들어 진다. : CLC 폴리머(BASF 171): 12%; CB15: 25%; E44: 64%; IG184: 1%. 이 샘플은 두개의 폴리이미드로 닦은 ITO 유리기판에 채움에의해 제작된다. UV 커빙(curving) 강도는 105w/cm2이다. 비슷한 공식이 패널(28B) 내에 함유된 액정 폴리머 물질을 만드는데 사용된다.
도 14의 전기-광학 글레이징 구조의 물리적으로 연결되는 패널들(28A, 28B)은 글레이징 분야에 잘 알려진 통상적인 적층기술을 이용하여 달성될 수 있다.
도 14에 나타낸 글레이징 구조의 동작은 도 15A와 15B를 참조하여 설명될 것이다.
도 15A에 나타낸 바와 같이, 도 14의 전기-광학 글레이징 구조는 제어전압을 인가하지 않음(즉, V=0)에 의해 광학적 불투명 동작상태로 스위칭된다. 이 광학 상태에서, 전기-광학 글레이징 구조(27)는 LHCP 전자파 패널(28A)상에 입사된 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00083
) 내의 LHCP 및 RHCP 전자파를 흡수없이 반사하는 반면에 RHCP 전자파 패널(28B)상에 입사된 반사 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00084
) 내의 LHCP 및 RHCP 전자파를 흡수없이 반사한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적"이다. 이런 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 15A에 개략적으로 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조로부터 반사되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전반사"로 불릴 수 있다.
도 15B에 나타낸 바와 같이, 도 14의 전기-광학 글레이징 구조는 적당한 제어전압을 인가함(즉, V=1)에 의해 광학적 투명(즉, 명확) 동작상태로 스위칭된다. LHCP 전자파 반사패널(28A) 및 RHCP 전자파 반사패널(28B) 각각이 유사한 특성적인 투과 대역폭(즉, Δλ
Figure 112003006554322-pct00085
이 Δλ
Figure 112003006554322-pct00086
와 유사하다)을 갖고 다음에 이 광학 상태로 스위칭된다고 가정하면, 도 14의 전기-광학 글레이징 구조는, 어떤 파장들이 전기-광학 글레이징 구조의 LHCP 또는 RHCP 전자파 반사패널 어떤 것 상에 입사될 것인지에 독립적인 투과 대역폭(Δλ
Figure 112003006554322-pct00087
)내의 LHCP 및 RHCP 파장들을, 모두 흡수없이 투과한다. 이렇게, 이 특별한 전기-광학 글레이징 구조의 동작은 "대칭적"이다. 이런 반사과정에 관련된 물리적 메커니즘은 도 15B에 개략적으로 자세히 도시되었다. 입사된 전자파의 100%가 전기-광학 글레이징 구조를 통해 투과되기 때문에, 이 글레이징 구조는 이 동작상태의 경우 "완전투과"로 불릴 수 있다.
특히, 도 14의 전기-광학 글레이징 구조는 그 광대역 동작에 대한 "비대칭적" 반사/투과 특성들을 나타내게 쉽게 변화시킬 수 있다. 이런 특성들은 분광 특성이 복잡하거나 또는 파장(즉, 주파수)영역상에 부분적으로 겹치거나 분리되기 위해, CLC 기반의 RHCP 및 LHCP 전자파 반사 패널들(28A, 28B) 모두의 분광 투과 특성들을 튜닝함에 의해 얻어진다. 국제 공개번호 WO 97/16762에 기재된 CLC 튜닝 기술을 이용하여, 전기-광학 글레이징 구조를 이루는 것이 가능하다. 이 구조는 제1광학 상태로 스위칭되었을 때 이것은 이 패널에 대하여 정의된 제1방향 내의 바람직한 반사 대역(예. UV 및 IR 대역내의) 내의 전자파를 완전 반사하는것과, 제2광학 상태로 스위칭되었을때, 상기한 반사 대역 내의 전자파를 완전투과하는것이 가능하다.
선택적으로, 도 14의 글레이징 구조 내의 전기능동 LHCP 및 RHCP 반사패널 (28A, 28B)은 도 16A와 16B에 개략적으로 도시된 새로운 전기-광학 구성을 이용하여 구현될 수 있다.
도 16A와 16B에 나타낸 것처럼, 전기적으로 스위칭가능한 광대역 CLC 패널들(28A(28B))의 이 선택적인 실시예의 물리적 구성은 도 11에서 11C까지 연관되어 상기 패널들의 구성과 매우 유사하다. 그러나, 도 16A와 16B에 나타낸 이 선택적인 실시예 내에서, 유리판들 사이에 함유된 광대역(또는 초광대역) CLC 물질은 하기 설명될 것처럼 도 11에서 11C까지내에 도시된 패널에 함유된 것과 본질적으로 다르다.
이 새로운 전기적으로 스위칭가능한 초광대역 CLC(BBCLC) 편광기의 판사이에 함유되는 새로운 물질은 콜레스테릭 오더로 중합가능한 액정 혼합액으로 부터 제조될 수 있다. 본 발명의 이 측면에 따라, (i) 광대역 CLC 색소들(예. 국제 공개번호 WO 97/16762에 기재된 CLC 미세박편)을 (ii) 뉴욕 Hawthorne의 EMI로 부터 상업적으로 입수가능한 저분자량(LMW) 네마틱 액정액(예. E7 및 E44) 같은 전기능동(즉, 전기적으로 응답하는) 운반액으로 혼합하여 "기능적인 색소 부유된 액정"(FPSLC) 물질이 만들어 진다. 하기에, 매우 자세히 설명됨에 따라, 이 특수한 실시예의 미세크기의 기능적 색소들은 전기-광학 글레이징 구조를 포함한 다양한 적용들에 이용될 수 있는, 유일한 광학 특성을 갖는다. 본 실시예에서, 기능적 색소는 약 20-100미크론 범위의 크기를 갖는 BBCLC 미세박편을 이용해 구현된다. LHCP 패널(28A)을 만들때, 좌측 BBCLC 미세박편들이 사용되고, 반면에 RHCP 패널(28B)을 만들때, 우측 BBCLC 미세박편이 사용되어야 한다. CLC미세박편의 질량밀도는 실제상 LMW 전달액 용액의 질량밀도와 같아야 한다. 또한 CLC 미세박편의 굴절 지표는 전달액의 굴절 지표와 밀접하게 부합되어야 한다.
일단 준비되면, FPSLC 혼합물은 한쌍의 공간이 있는 ITO도포 유리 또는 플라스틱판들로 형성된 셀에 부어진다. 요구되는 액정 정렬을 달성하기 위해, ITO 레이어는 이 분야에 잘 알려진 방법으로 폴리이미드로 문질러서 도포된다. 이 ITO레이어는 외부장(external field)이 ITO 도포된 유리판에 가로질러 가해지기 위한 전기 리드(lead)도 구비한다. 하기에 더욱 자세히 도시된 바와 같이, 이것은 전기 능동적이고 또는 전기-광학 동작 상태간에 전기적으로 스위칭가능한 판들사이에 FPSLC물질을 만든다. 특히, 이런 전기적으로 스위칭가능한 판들을 만들 때, 상기 제조 방법에서 같은, UV중합 단계는 없다.
채움 동작후에, 이 CLC 색소들은 전체 셀지역을 덮기위해 셀내부에 균일하게 분산된다. 셀의 두께는 색소 치수보다 크게 설계된다. 표면 도포로 인해 액정 분자들이 자동적으로 균일한 상태로 정렬된다고 가정한다. 도 16A에 나타낸대로 호스트(host) LC 분자력의 균일적인 정렬은 CLC 색소들이 셀표면에 평행하게 정렬하게 한다. 도 16B에 나타낸대로 인가된 전기장에 의한 호스트 액정분자들의 스위칭과 재배향(reorientation)은 부유하는 CLC 색소들이 그에따라 재배향하게 한다. 통상적인 목적에서, 도 16A에 도시한대로 전기장이 인가되지 않았을때 상태로서 호스트 액정을 "A" 상태로 설계하는 것은 유용하다. 따라서, 이 CLC 색소는 "Aclc"상태로 한다. 일단 전기장 같은 강하고 충분한 장(field)이 인가되면, 호스트 액정분자들은 도 16B에 나타낸대로 "B"상태로 재배향한다. 따라서, 이 CLC 색소들은 "Aclc"상태에서 "Bclc"상태로 재배향한다. 호스트 액정 내의 BBCLC 색소들이 같은 편광 특성을 유지하기 때문에, 그것의 수평배향은 셀표면 위에 입력광을 위한 편광 상태가 나타나게 된다. 이 CLC 미세박편이 인가된 전압하에서의 호스트 액정분자의 재배향에 의하여 수직로 정렬된다면, 이 셀은 편광시키는 능력을 잃고 투명 또는 반투명하게 된다. 즉, CLC 미세박편들의 두께가 전기-광학 셀의 공기 치수보다 훨씬 더 작게된다.
도 16A와 16B에 나타낸 방식의 전기적으로 스위칭가능한 원편광패널들은 다양한 구성을 구현할 수 있다. 이 선택적인 구성들은 하기에 설명될 것이다.
수평에서 수직 구성(경우 I)
이 구성에 있어, 셀은 호스트 네마틱 액정이 호모지니어스(homogeneous) 상태에서 자연적인 정렬을 취하도록 구성된다. ITO 기판이 다음의 기계적 문지름에 의해 하기 정렬에 적합한 폴리이미드를 도포한다. 호스트 액정이 포지티브의 유전 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는다면, 이것은 전기장(E-field)에 의해 호메오트로픽(homeotropic) 상태로 수직으로 재배향한다. 이 경우에, 호스트 LC의 "A" 상태는 호모지니어스로 "B"상태는 호메오트로픽으로 언급된다; 반면에 도 16A에 개략적으로 나타낸것처럼 CLC 색소들의 "Aclc"상태와 "Bclc"상태가 셀 표면에 대해 각각 수평과 수직으로 언급된다. 이 방법으로, 이 패널은 편광 반사에서 투명 또는 반투명으로 스위칭될 수 있다. 전기장의 강도를 바꾸는 것은 패널의 최종 반사도를 변경할 수 있다. 폴리이미드로 문지르는 표면처리가 유일한 선택이 아님을 지적할 수 있다. SiOx의 경사침전(oblique deposition), UV 정렬가능한 레이어들 등의 다른 기술들이 적용가능하다.
수평에서 수직 구성(경우 II)
이 구성에 있어, 셀은 저분자량(LMW) 콜레스테릭 액정이 플래너(planar)상태의 자연적인 정렬을 취하도록 구성된다. LMW CLC의 피치(pitch)는 CLC 색소 반사 분광 영역의 내부 또는 외부에 튜닝된다. ITO 기판이 플래너 정렬에 적합하도록 폴리이미드를 문질러서 도포한다. 콜레스테릭 오더의 호스트 액정이 포지티브의 유전 이방성을 갖는다면, 이것은 전기장(E-field)에 의해 호메오트로픽 상태로 수직으로 재배향될수 있다. 이 경우에, 호스트 LC의 "A" 상태는 플래너로 "B"상태는 호메오트로픽으로 언급된다; 반면에 CLC 색소들의 "Aclc"상태와 "Bclc"상태가 셀 표면에 대해 각각 수평과 수직으로 언급된다. 따라서, 이 패널은 편광 반사에서 투명 상태로 스위칭될 수 있다. 전기장의 강도를 바꾸는 것은 패널의 최종 반사도를 변경할 수 있다. 폴리이미드를 문지르는 표면처리가 유일한 선택이 아님을 지적할 수 있다. SiOx의 경사침전, UV 정렬가능한 레이어들 등의 다른 기술들이 적용가능하다. 몇몇 경우에, 정렬 레이어가 필요없다.
수직에서 수평 구성(경우 I)
이 구성에 있어, 셀은 호스트 네마틱 액정이 호메오트로픽 상태에서 자연적인 정렬을 취하도록 구성된다. ITO 기판이 이런 정렬에 적당한 정렬제로 도포된다. 기계적 문지름은 필요치 않다. 호스트 액정이 네가티브의 유전 이방성을 갖는다면, 이것은 전기장(E-field)에 의해 호모지니어스 상태로 재배향한다. 이 경우에, 호스트 LC의 "A" 상태는 호메오트로픽로 "B"상태는 호모지니어스으로 언급된다; 반면에 CLC 색소들의 "Aclc"상태와 "Bclc"상태가 셀 표면에 대해 각각 수직과 수평으로 언급된다. 따라서 이 패널은 투명에서 편광 반사상태로 스위칭될 수 있다. 전기장의 강도를 바꾸는 것은 패널의 최종 반사도를 변경할 수 있다.
수평에서 수직 구성(경우 II)
이 구성에 있어, 셀은 저분자량(LMW) 콜레스테릭 액정이 호메오트로픽 상태의 자연적인 정렬을 취하도록 구성된다. LMW CLC의 피치는 CLC 색소 반사 스팩트럴(SPECTR 지역의 내부 또는 외부에 튜닝된다. ITO 기판이 이런 정렬에 적당한 정렬제로 도포된다. 기계적 문지름은 필요치 않다. 콜레스테릭 오더의 호스트 액정이 네가티브의 유전 이방성을 갖는다면, 이것은 전기장(E-field)에 의해 플래너 상태로 재배향될수 있다. 이 경우에, 호스트 LC의 "A" 상태는 호메오트로픽으로 "B"상태는 플래너로 언급된다; 반면에 CLC 색소들의 "Aclc"상태와 "Bclc"상태가 셀 표면에 대해 각각 수직과 수평으로 언급된다. 따라서, 이 패널은 투명에서 편광 반사상태로 스위칭될 수 있다. 전기장의 강도을 바꾸는 것은 패널의 최종 반사도를 변경할 수 있다.
폴리머 네트워크(polymer network)를 지닌 FPSLC
바람직한 구성에서, 셀은 콜레스테릭 오더의 호스트 저분자량(LMW) 액정이, 어떤 장(field)의 부재중에 LMW LC의 내부에 혼합된 폴리머 물질의 UV중합에 의해 형성되는, 소량의 폴리머 네트워크를 함유하도록 구성된다. 폴리머 네트워크를 도입하는 목적은 쌍안정상태 즉, 패널의 약한 산란상태와 높은 반사상태, 가능하면 높은 반사도를 구현하는 데에 있다. 폴리머 네트워크는 CLC 박편들이 적당한 배향, 예컨데 또한, 수평방향으로 한정되도록 도와준다. 호스트 액정은 ECB 또는 TN 또는 STN 또는 콜레스테릭 오더로 채택된다. ITO 기판은 호모지니어스 정렬에 적합하도록 폴리이미드로 도포된다. 콜레스테릭 오더의 호스트 액정이 양의 유전 이방성을 갖는다면, 전기장(E-field)에 의해 플래너에서 호모트로픽 상태로 재배향될 수 있다. 이 경우에, 호스트 LC의 "A" 상태는 호모지니어스로 "B"상태는 호메오트로픽으로 언급된다; 반면에 CLC 색소들의 "Aclc"상태와 "Bclc"상태가 셀 표면에 대해 각각 수평과 수직으로 언급된다. 따라서 이 패널은 편광 반사에서 반 또는 완전투명 상태로 스위칭될 수 있다. 전기장의 강도를 바꾸는 것은 패널의 최종 반사도를 변경할 수 있다. 이 폴리머 안정화된 FPSLC 구성의 다른 중요한 특성은, 통상적인 폴리머 안정화된 콜레스테릭 택스쳐(texture)(PSCT)와 유사하게, 반사와 산란이 혼합된 모드가 폴리머 밀도와 인가전압을 적당히 조절함에 의해 구현될 수 있다는 것이다.
표면 안정화 기능을 지닌 FPSLC
바람직한 구성에서, 셀은, 콜레스테릭 오더의 호스트 저분자량(LMW) 액정이 쌍안정상태 즉, 패널의 약한 산란상태와 높은 반사상태, 가능하면 높은 반사도의 상태로 표면 안정화되도록, 구성된다. 이 택스쳐는 CLC 박편들이 적당한 배향, 예컨데 또한, 수평배향으로 한정되도록 도와준다. ITO 기판은 호모지니어스 정렬에 적합하도록 폴리이미드로 도포된다. 콜레스테릭 오더의 호스트 액정이 양의 유전 이방성을 갖는다면, 전기장(E-field)에 의해 플래너에서 호모트로픽 상태로 재배향될 수 있다. 이 경우에, 호스트 LC의 "A" 상태는 호모지니어스로 "B"상태는 호메오트로픽으로 언급된다; 반면에 CLC 색소들의 "Aclc"상태와 "Bclc"상태가 셀 표면에 대해 각각 수평과 수직으로 언급된다. 따라서 이 패널은 편광 반사에서 반 또는 완전투명 상태로 스위칭될 수 있다. 전기장의 강도를 바꾸는 것은 패널의 최종 반사도를 변경할 수 있다. 이 표면-안정화된 FPSLC 구성의 다른 중요한 특성은, 통상적인 폴리머 안정화된 콜레스테릭 택스쳐(texture)(PSCT)와 유사하게, 반사와 산란이 혼합된 모드가 폴리머 밀도와 인가전압을 적당히 조절함에 의해 구현될 수 있다는 것이다.
상기 셀구조들의 각각은, 반사상태에서 투명상태로 또는 그 역으로 전기적으로 스위칭가능한, 스위칭가능한 (초)광대역 FPSLC 패널을 구성하는데 사용될 수 있다. 반사광은 편광되고 전체 가시광선 영역같은 넓은 분광 대역통과를 담당할 수 있다. 이상적으로, 완전 반사 상태에서 입사광의 50%가 한 편광상태로 반사하고 다른 50%가 다른 편광상태로 투과된다. 그러나, 완전 투과 모드로 스위칭되었을때, 패널은 입사광의 100%를 통과시킨다. 전기장의 강도를 바꾸는 것은 최종적으로 반사도를 0%에서 50%사이에 변화시킨다.(똑같이, 투과도는 50%에서 100%로 변할 수 있다)
상기 전기적으로 스위칭가능한 FPSLC기반의 구조는 도 10과 12에 나타낸 시스템내에 쓰인 전기적으로 스위칭가능한 원편광 패널들을 구현하는데 사용될 수 있다. 이런 전기-광학 글레이징 구조에서, FPSLC 물질을 만드는데 사용되는 특별한 구성은 요구되는 편광반사 기능을 제공하기 위해 변경될 것이다. 예를 들어, 광대역 LHCP 패널들(22A, 22B)을 만들때, 좌측 BBCLC 미세박편들은 FPSLC 혼합물의 LMW 액정 전달액으로 더해진다. 광대역 RHCP 패널들(25A, 25B)을 만들때, 우측 BBCLC 미세박편들은 FPSLC 혼합물의 LMW 액정 전달액으로 더해진다. 예를 들어, 5색의 CLC 미세박편들(즉, 색소)이 가시광선 대역을 담당하기 위해 LMW 액정 전달액에 더해진다. 상상할 수 있는 어떤 적용에 부합되도륵 적합화된 각종의 편광 반사 특성들을 갖는 전기적으로 스위칭가능한 원편광글레이징 구조들을 생산하기 위하여, 좌측 및 우측 CLC 미세박편들(초광대역, 광대역 및/또는 협대역 편광 반사특성을 갖는)이 LMW 액정 전달액에 더해질 수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 추가적인 실시예들
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 많은 실시예들이 상술한 실시예들을 조합하여 제공될 수 있고, 그래서 반사와 투과 동작모드를 갖는 장치와 시스템들을 제공한다.
특히, 도 2부터 9B까지 및 도 14부터 15B까지에 기재된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 추가적인 실시예를 제공하는 다른 구조들로 바로 조합될 수 있다. 설명의 간결함을 위해, 위의 실시예들은 도 21에서 23F까지에 일반화되었다.
특히, 도 21에서 21F까지는 도 6과 8에 기재된 해설된 실시예들의 일반화된 설명을 제공하는데, 여기서 전기수동 광대역 편광 레이어들은 원편광(RHCP/LHCP) 및 선형편광(LP1/LP2) 시스템 구성의 둘 중에서 다른 한쪽방향을 갖는다. 도 22에서 22F 까지는 도 2와 4에 기재된 실시예의 일반화된 설명을 제공하는데, 여기서 전기수동 광대역 편광 레이어들은 원편광(LHCP/LHCP 또는 RHCP/RHCP) 및 선형편광 (LP1/LP1 또는 LP2/LP2) 시스템 구성, 둘 중에서 같은 한쪽방향을 갖는다. 전기-광학 구조의 추가적인 실시예들을 설명하기 전에, 본 발명의 두 일반화된 실시예들의 동작을 간략히 요약할 것이다. 또한, 도 23에서 23F까지는 도 14에서 15B까지에 기재된 해설된 실시예의 일반화된 설명을 제공하는데, 여기서 전기능동 광대역 편광 레이어들은 원편광(LHCP/LHCP 또는 RHCP/RHCP) 시스템 구성들 중에서 다른 한쪽방향을 갖고, 전기능동 편광 레이어 사이에 배치되는 광학 능동 소자는 없다.
위에 정의된 실시예들의 기본이 될 수 있는 전기-광학 글레이징 구도의 추가적인 실시예를 설명하기 전에, 보다 일반화된 방법으로 본 발명의 다양한 측면을 보다 명확히 이해하도록, 아래의 실시예들의 구조와 기능을 간략히 요약하는 것은 유용하다.
도 21A에서, 도 21의 전기-광학 글레이징 구조가 부분반사/투과 모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 π상 쉬프터에 인가되지 않았다. 도 21B와 21C에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 도 21D에서, 도 21의 전기-광학 광글레이징 구조가 완전 반사 모드로 동작되는 것이 도시되었고, 여기서 외부전압 V(즉, V=Von)가 π상 쉬프터에 인가되었다. 도 21E와 21F에서, 이 동작 모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다.
도 22A에서, 도 22의 전기-광학 글레이징 구조가 완전반사 모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 π상 쉬프터에 인가되지 않았다. 도 22B와 22C에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 도 22D에서, 도 22의 전기-광학 광글레이징 구조가 부분반사/투과 모드로 동작되는 것이 도시되었고, 여기서 외부전압 V(즉, V=Von)가 π상 쉬프터에 인가되었다. 도 22E와 22F에서, 이 동작 모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다.
도 23A에서, 도 23의 전기-광학 글레이징 구조가 완전반사 모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 π상 쉬프터에 인가되지 않았다. 도 23B와 23C에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 도 23D에서, 도 23의 전기-광학 광글레이징 구조가 완전 투과 모드로 동작되는 것이 도시되었고, 여기서 외부전압 V(즉, V=Von)가 π상 쉬프터에 인가되었다. 도 23E와 23F에서, 이 동작 모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다.
도 24에서, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예도 IR광대역 내의 입사된 LHCP 광을 반사하고, 다른 모든 광요소는 투과시키는 제1전기수동 광대역 IR 반사 편광패널과; IR 광대역 내의 입사된 RHCP 광을 반사하고, 다른 모든 광요소는 투과시키는, 제1IR 반사 편광패널에 장착되거나 적층되는 제2전기수동 광대역 IR 반사 편광패널로 이루어짐을 도시하였다. 얻어진 글레이징 구조가 불투명하게 하여 설치된 창문 구조 너머로의 사생활보호를 제공하기 위해, 가시광 영역의 광을 선택적으로 산란시키도록(외부 전압은 인가되지 않았다), 얻어진 IR 필터(filter)구조가 전기적으로 제어가능한 광산란패널에 장착되거나 고정된다. 참조용으로 통합된 Reveo, Inc.의 국제 공개번호 WO/97/16762에 기재된 방식의 원편광 반사기가 이 구조의 광대역 IR 원편광 패널들을 구현하는데 사용될수 있는 반면, 참조용으로 통합된 Reveo, Inc.의 국제 공개번호 PCT/US97/20091에 기재된 대로의 선형 편광을 반사하는 광대역 IR 편광기들도 또한 이런 선형 편광 IR 패널들을 구현하는데 이용될수 있음을 이해할 수 있다. 선택적으로, 이런 광대역 IR반사패널들은, 참조용으로 통합된 미국특허번호 5,686,979에 실린대로 및 종래기술 대로의 다중레이어의 폴리머 레이어로부터 제작될수 있다. 도 24의 글레이징 구조 내에 쓰인 전기적으로 제어되는 광산란패널은 아래에 상세히 설명된 도 17A에서 20F까지에 기재된 전기적으로 제어되는 광산란패널들중 어느 하나로 구현할 수 있다.
도 24A에, 도 24의 전기-광학 글레이징 구조가 산란모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 전기적으로 제어되는 산란패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다. 도 24B와 24C에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기적으로 제어되는 산란패널은 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조을 광학적으로 불투명하게 한다. 도 24D에, 도 24의 전기-광학 글레이징 구조가 완전투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 전기적으로 제어되는 산란패널에 외부전압(즉, V=Von)이 인가되었다. 도 24E와 24F에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기적으로 제어되는 산란패널은 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조을 광학적으로 투명하게 하여 양방향에서 글레이징 구조를 통해 관측이 가능하게 한다.
도 25에서, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예가 도시되었다. 이것은 도 24에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조의 역모드이다. 도시된대로 이 글레이징 구조는, 넓은 IR 대역 내의 입사된 LHCP 광을 반사하고, 다른 모든 광요소는 투과시키는 제1전기수동 광대역 IR 반사 편광패널과; IR 광의 입사된 RHCP 광을 반사하고, 다른 모든 광요소는 투과시키는, 제1 IR 반사 편광패널에 장착되거나 적층되는 제2 전기수동 광대역 IR 반사 편광패널로 이루어진다. 도시된대로, 얻어진 글레이징 구조가 불투명하게 하여 설치된 창문 구조 너머로의 사생활보호를 제공하기 위해, 가시광 영역의 광을 선택적으로 산란시키도록(외부 전압이 인가되었다), 얻어진 IR 필터(filter)구조가 전기적으로 제어되는 광산란패널에 장착되거나 고정된다. 참조용으로 통합된 Reveo, Inc.의 국제 공개번호 WO/97/16762에 기재된 방식의 원편광 반사기가 이 구조의 광대역 IR 원편광 패널들을 구현하는데 사용될수 있는 반면, 참조용으로 통합된 Reveo, Inc.의 국제 공개번호 PCT/US97/20091에 기재된 대로의 선형 편광을 반사하는 광대역 IR 편광기들도 또한 이런 선형 편광 IR 패널들을 구현하는데 이용될수 있음을 이해할 수 있다. 선택적으로, 이런 광대역 IR반사패널들은, 참조용으로 통합된 미국특허번호 5,686,979에 실린대로 및 종래 기술대로의 다중레이어의 폴리머 레이어로부터 제작될수 있다. 도 24의 글레이징 구조 내에 쓰인 전기적으로 제어되는 광산란패널은 아래에 상세히 설명된 도 17A에서 20F까지에 기재된 전기적으로 제어되는 광산란패널들중 어느 하나로 구현할 수 있다.
도 25A에, 도 25의 전기-광학 글레이징 구조가 광투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 전기적으로 제어되는 산란패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다. 도 25B와 25C에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기적으로 제어되는 산란패널은 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조을 실질적으로 투명하게 한다. 도 25D에, 도 24의 전기-광학 글레이징 구조가 광산란모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 전기적으로 제어되는 산란패널에 외부전압(즉, V=Von)이 인가되었다. 도 25E와 25F에서, 이 동작모드의 투과 및 반사 특성들이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기적으로 제어되는 산란구조는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조을 광학적으로 불투명하게 하여 글레이징 구조를 통한 관측을 방지한다.
도 26에, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예가 기재되었다. 도시된 대로, 이 전기-광학 구조는, 광대역 편광 패널들은 서로 같은 한쪽방향인(예. RHCP/RHCP 또는 LP1/LP1), 도 22에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조에 도 24와 25에 나타낸 광대역 IR 필터패널을 추가함에 의하여 구성된다.
도 26A에, 도 26의 전기-광학 글레이징 구조가 완전 투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 쌍의 광대역 편광 반사패널들 사이에 배치된 π상 쉬프팅(shifting)패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다. 도 26B와 26C에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 필터구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기-광학 글레이징 부구조(도 22에 개별적으로 도시한)는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조를 실질적으로 투명하게 하기 위해, 가시광선 영역에 대하여 완전 반사한다. 도 26D에, 도 26의 전기-광학 글레이징 구조가 부분 반사/투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 쌍의 광대역 편광 반사패널들 사이에 배치된 π상 쉬프팅패널에 외부전압 V(즉, V=Von)가 인가되었다. 도 26E와 26F에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 필터구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기-광학 글레이징 부구조(도 22에 개별적으로 도시한)는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조를 광학적으로 불투명하게 하여 글레이징 구조를 통한 관측을 방지한다.
도 27에, 상술한 도 26의 글레이징 구조의 "역" 모드로 동작하는 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예가 기재되었다. 도 27에 나타낸대로, 이 전기-광학 구조는, 광대역 편광패널들이 서로 다른 한쪽방향인(예. RHCP/LHCP 또는 LP1/LP2), 도 21에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조에 24와 25에 나타낸 광대역 IR 필터패널을 추가함에 의해 구성된다.
도 27A에, 도 27의 전기-광학 글레이징 구조가 부분 반사/투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 쌍의 광대역 편광 반사패널들 사이에 배치된 π상 쉬프팅패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다. 도 27B와 27C에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성들이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 필터구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기-광학 글레이징 부구조(도 21에 개별적으로 도시한)는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조를 반불투명하게 하기 위해, 가시광선 영역에 대하여 부분반사하고 부분투과한다. 도 27D에, 도 27의 전기-광학 글레이징 구조가 완전 반사모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 쌍의 광대역 편광 반사패널들 사이에 배치된 π상 쉬프팅패널에 외부전압 V(즉, V=Von)가 인가되었다. 도 27E와 27F에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 필터구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기-광학 글레이징 부구조(도 21에 개별적으로 도시한)는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조를 광학적으로 불투명하게 하여 글레이징 구조를 통한 관측을 방지한다.
도 28에, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 다른 실시예가 기재되었다. 도시된 대로, 이 전기-광학 구조는, 전기능동 광대역 편광 패널들은 서로 다른 한쪽방향인(예. RHCP/LHCP), 도 23에 나타낸 전기-광학 글레이징 구조에 도 24와 25에 나타낸 광대역 IR 필터패널을 추가함에 의하여 구성된다.
도 28A에, 도 28의 전기-광학 글레이징 구조가 완전 반사모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 전기능동 원편광 반사패널에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다. 도 28B와 28C에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성들이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 필터구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기-광학 글레이징 부구조(도 21에 개별적으로 도시한)는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조를 광학적으로 불투명하게 하기 위해, 가시광선 영역에 대하여 완전반사한다. 도 28D에, 도 26의 전기-광학 광글레이징 구조가 완전 투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 전기능동 원편광 반사패널에 외부전압 V(즉, V=Von)가 인가되었다. 도 28E와 28F에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성이 각각 도시되었다. 이 동작상태동안, 글레이징 구조에 탁월한 열절연을 제공하며 복합 광대역 IR 필터구조는 입사된 IR 방사파을 완전 반사한다. 반면에 전기-광학 글레이징 부구조(도 21에 개별적으로 도시한)는 스펙트럼의 가시광선 대역에 대해 글레이징 구조를 광학적으로 투명하게 한다.
도 29A부터 29C까지는 전기-광학 글레이징 구조의 어느 한 실시예 내에 쓰인 광대역 원(및 선형)편광 반사패널들을 구성하는데 사용되는 광대역 반사기를 나타낸다.
도 29A는 다중레이어로 밀어내진 폴리머 레이어가 다수의 레이어쌍으로 이루어짐을 보여준다. 한쌍의 각 레이어는 그 쌍의 나머지 레이어와 다른 굴절 지수를 갖는다. 다양한 레이어들은 광의 1/4파장의 오더이다. 그래서 레이어 경계들에서 반사되는 광의 전기장이 다른 경계로부터 반사되는 광과 동상으로 더해져서 잘 알려진 방법으로 반사를 증가시킨다.
도 29B는 종래 기술의 레이어 두께의 분포를 나타낸다. 레이어들의 두께는 깊이와 함께 변하지 않고 한단계씩의 또는 선형적 경향으로 변한다. 도 29C는 깊이에 따른 두께의 비선형적 변화를 나타낸다. Reveo, Inc.의 국제 공개번호 WO/97/16762에 기재된 대로, 비선형적으로 피치를 변화시키는 것은 콜레스테릭 액정물질로부터 효과적인 광대역반사를 위해 필요하다. 도 29C에 나타낸 비선형적으로 피치를 변화시키는 것은, 도 29B의 다중레이어 반사기를 위한 종래기술의 피치변화보다 훨씬 더 넓은 범위의 반사를 허용한다. 도 29A에 나타낸 두 폴리머 레이어들이 적어도 하나는, 제1 선형편광상태의 굴절지수가 한 물질에서 다음으로 변화되지만, 제1 선형편광상태에 수직인 제2 선형편광상태의 굴절지수가 한 물질에서 다음까지 같은 복굴절물질로 된 경우에는, 도 29A에 나타낸 구조가 제1 편광상태의 광을 반사할 것이고, 제2 편광상태의 광을 투과할 것이다. 도 29C에 나타낸 비선형적으로 피치를 변화시키는 것은 이 장치가 종래기술 시스템의 광대역 동작에 시도된 단계 함수 분포를 괴롭힌 보다 짧은 파장에서 간섭효과 없는 광대역 동작을 확증한다.
도 29A에 나타낸 다중레이어로 밀어내진 폴리머 물질로부터 제조된 광대역 IR 반사기는 본 발명의 패널들에 더해져서 가시광선 제어에 IR 반사를 추가한다. 다중레이어 선형편광기는 본 발명의 패널들 내에 광을 제어하기 위해 CLC물질 대신 사용될 수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징 구조의 추가적인 실시예들
상술한 전기-광학 글레이징 패널의 각 실시예는 많은 방사파 대역들에 대해 광투과의 제어가 가능한 지능형 글레이징 구조를 제공하기 위해 다양한 방법으로 결합될 수 있다. 예를 들어, IR 대역의 투과가 겨울 낮에는 허용될수 있고, 열에너지를 절약하기 위해 밤에는 IR 대역광이 반사될 수 있다. 그러나, 여름동안에도 가시광 방사파가 사생활보호를 위해 반사되는 반면, IR광은 창문구조를 통해 빠져나가도록 허용될수 있다.
상술한 본 발명의 지능형 글레이징 구조들이 가시광선 스펙트럼의 매우 큰 부분이 실질적으로 완전반사되는 것을 허용하는 반면, 이 실시예들 중 몇몇은 실제적으로 약간의 방사파, 특히 글레이징 구조에 법선축에 대하여 측정했을때 큰 각의 방사파를 투과하거나 또는 밤에 환하게 밝혀진 방으로부터 어두운 실외 환경으로 매우 소량의 광이 누설되는 것을 허용할 수 있다. 결과적으로, 이런 경우의 이런 바람직하지 못한 광투과는 다양한 조광환경 내에서 특정 사용자의 사생화보호요구의 수준을 절충하게 한다. 그러므로, 단순하지만 효과적인 방법으로 본 발명의 상술한 전기-광학 글레이징 구조들을 더 향상시키는 방법에 대한 큰 필요성이 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 이것이 발생하는 경우에, 반사에 의한 이런 광의 투과를 막기위해 또는 산란에 의해 그것을 흐리게 하기위해 입사된 광을 제어하는 것(예. 반사 또는 산란)이 가능한 추가적인 구조와 함께 본 발명의 각 전기-광학 글레이징 구조를 구현함에 의해, 바람직하지 못한 부분광투과의 문제가 해결될 수 있다. 원칙적으로, 이 목적들은 상술한 문제들과 직접 관련이 없는 다른 목적을 위해 이 분야에 잘 알려진 다양한 다른 방식의 전기-광학 글레이징 구조들을 이용하여 달성될 수 있다. 향상된 전기-광학 글레이징 구조는 이런 전기적으로 제어되는 구조들을 상술한 어느 전기-광학 글레이징 구조에 장착하거나 통합함에 의해 형성될 수 있다. 원칙적으로, 본 발명의 이런 선택적인 실시예는 패널의 반사 동작모드중의 부분광투과에 관련된 문제를 해결해야 하고, 이것에 의해 다양한 환경내의 사용자의 사생활보호 요구의 바람직한 수준을 확실히 한다. 광제어(반사 또는 산란) 구조의 몇몇 다른 실시예들이 아래에 설명된다.
도 17A와 17B에, 전기적으로 제어되는 광산란구조의 제1실시예가, 한쌍의 공간주어진 투명한 전기적으로 투과하는 레이어들(174, 175)(예. ITO) 사이에 함유된 폴리머 확산 액정(PDLC) 물질(173)로 이루어진 초박(ultra-thin) 패널의 형태로 도시되었다. 이 PDLC 물질은 미크론 또는 서브미크론(submicron) 치수의 작은 구 안으로 형성되는 액정 물질의 지역(176)과 함께 폴리머 물질로 이루어진다. 도 17A에 도시된 대로, 액정 물질(짧은 선으로 묘사된)의 분자들이 액정 내의 내부적 힘에 의해 관련되어 패널의 미리 정해진 상태에서 무작위적일 내부 오더를 갖게 한다.
도 17A에, PDLC 패널(172)이 산란모드로 동작하는 것을 나타냈는데, 여기서 레어어(172) 상에 입사된 광 레이(ray)들이 오더드(orderd)된 액정분자들에 의해 산란된다. 이 상태동안, 폴리머 물질(173)을 통해 진행하는 광은 액정물질(176)의 구에 부딪치고, 일반적으로 액정물질(무작위로 오더드된) 및 폴리머물질의 굴절지수의 변화가 있기 때문에, 폴리머 액정 접촉부에 굴절된다. 이 레이어(172)는 다음에 통과하는 빛을 산란시킬 것이다. 도 17A에 표시된 광 레이는 이 레이어(172)를 통해 투과되는 것으로 보여지고, 이것은 폴리머 내의 액정물질의 광적재를 위한 경우가 될것이다. 더 일반적인 경우에, 패널에 입사된 광은 앞으로처럼 뒤로 산란될 것이고, 모든 방향에 대해 등방으로 산란될 것이다.
도 17B에서, PDLC 패널(172)이 투과모드로 동작하는 것을 나타냈고, 여기서 전기장이 투과 레이어(174, 175)에 가로질러 전압을 인가함에 의하여 이 레이어(172)에 가로질러 전기장이 인가되었다. 이 동작상태에서, 전기장은 각 구의 액정분자들이 전기장에 수평으로 나열되도록 강제하고, 액정물질의 굴절지수가 폴리머물질의 굴절지수와 부합되게 하고, 이것에 의해 광 레이가 수차나 산란없이 레이어(172)를 통해 통과하는 것이 가능하게 한다.
도 18A와 18C에, 전기적으로 제어되는 광산란구조(182)의 제2실시예가, CLC 분야에 잘 알려진 폴리아미드 같은 분자정렬 레이어로 도포되거나 문지른 표면들을 가진, 한쌍의 공간주어진 투명한 전기적으로 투과하는 레이어들(174, 175)(예. ITO) 사이에 함유된 액정 폴리머물질(183)로 이루어진 얇은(thin) 패널의 형태로 도시되었다. 이 실시예에서, 액정물질(183)은 폴리머물질과 혼합되지만, 도 17A와 17B에 나타낸 실시예와는 다르게 결과적인 물질이 상분리하지 않는다. 대신에 선형 액정분자들이 폴리머물질 내에 얽힌 상태로 남아있게 된다.
도 18A에, 전기-광학 광산란구조(182)가 반사모드로 동작하는 것을 나타냈는데, 여기서 예컨데, 레이어(183) 상의 입사광이 도시된대로 반사되도록 분자들이 내부적으로 오더드(예. 정렬)되게 하고, 판들의 표면이 문지르기 때문에, 정(crystal) 분자들(짧은 선으로 표시한)이 투과패널들(174, 175)에 병렬로 나열된다. 이 분자 오더링(ordering)은 어떤 외부의 전기력의 장(field)이 인가되지 않았을때 "완화된 오더링"으로 생각되어 질 수 있다.
도 18B에, 전기-광학 광산란구조(182)가 반사모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 레이어(174, 175)에 가로질러 전압을 인가함에 의해 전기장은 레이어(183)에 가로질러 부가된다. 이 동작상태 내에서, 분자들은 회전하여 전기장에 수평으로 나열되고, 이 장(field)에 수평으로 진행하는 광은 레이어(183)를 통하여 산란, 반사 또는 흡수없이 투과된다. 인가된 전압전원의 분할에 의해 전기장이 제거되었을때, 폴리머는 도 18A에 도시한 대로 시작의 완화된 오더링으로 돌아가도록 분자들을 회전시키는 복원력으로서 작용한다.
도 18C에 전기적으로 제어되는 광산란구조(182)의 제3실시예가, 도 18A와 18B의 실시예에서 처럼 폴리아미드 같은 분자정렬 레이어로 도포되거나 문지른 표면들을 가진, 한쌍의 공간주어진 투명한 전기적으로 투과하는 레이어들(174, 175)(예. ITO) 사이에 함유된 액정 폴리머물질(183)로 이루어진 것이 도시되었다. 따라서 도 18A와 18B의 구조에서 처럼, 문지른 경계표면 또는 레이어들에 의해 액정물질 상에 부과된 내부 오더는 없다. 도 18C에서, 전기-광학 광산란구조(182)가 산란모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기에 외부에서 인가된 전압에 의해 생기는 전기장, 또는 문지른 표면 또는 폴리아미드 레이어에 의해 발생된 내부 오더링은 없다. 이 동작모드에서, 서로 정렬하는 근방의 이웃분자들을 가짐에 의해, 액정물질은 자연적으로 그 내부 에너지를 낮추는 경향이 있지만, 긴 범위의 오더링은 없다. 따라서 이 물질 지역이 광을 무작위로 산란하고, 전기장의 적용없이 레이어(184) 상의 입사광은 산란된다. 도 18C의 패널에 가로질러 전기장이 부과될때, 그 사이의 분자들은 주위로 돌아서 인가된 전기장에 나열하고, 도 18B에 나타낸 것과 유사한 방법으로, 입사광이 산란없이 패널(182)을 통하여 투과되는 것을 가능하게 한다. 이것은 전기적으로 제어되는 광산란장치의 투과 동작모드이다.
도 19에, 전기-광학 광산란구조(즉, 패널)의 제4실시예가 한쌍의 투명한 유리패널들 사이에 함유된 액정 폴리머 같은 등방성 산란물질로 이루어지는 것이 도시되었다. 이 판들 각각은 유리판 표면 상의 ITO도포, 여기에 연결된 전기적 단자들 및 이 ITO 레이어 상에 부착된 폴리아미드(polyamide)층을 갖는다. 선택적으로, 이 ITO 표면들은 ITO 레이어 대신에 분자정렬을 초기화하도록 문지를 수 있다.
도 19A에서, 도 19의 전기-광학 광산란구조가 투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 어떤 외부전압(즉, Voff)도 인가되지 않았다. 도 19B와 19C에서 이 동작모드의 투과와 반사특성들이 각각 도시되었다. 도 19D에서, 도 19의 전기-광학 광산란구조가 광산란모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기서 외부전압 V(즉,
Figure 112003006554322-pct00122
)가 ITO 표면에 가로질러 인가되었다. 도 19E와 19F에서 이 동작모드의 투과와 반사특성들이 각각 도시되었다. 광이 외부전압이 인가되지 않았을때 투과되고, 외부전압이 인가되었을때 산란되며, 이 구조는 "역모드"로 동작한다고 불린다.
도 20에, 전기적으로 제어되는 광산란구조의 제5실시예가 한쌍의 투명한 유리 판들 사이에 함유된 액정 폴리머(도 19에 사용된 것과 다른 폴리머 혼합비를 사용하여 만들어진) 같은 등방성 광산란물질로 이루어지는 것이 도시되었다. 이 판들 각각은 유리판 표면 상에 ITO 도포와 거기에 연결되는 전기적 단자를 가지고 있으나, 폴리아미드 또는 외부전압이 인가되지 않았을때 높은 오더의 분자정렬이 존재하지 않게 하는 그와 유사한 레이어로 도포되거나 문지르지는 않는다.
도 20A에, 도 20의 전기-광학 광산란구조가 광산란모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기에 어떤 외부전압(즉, V=Voff)도 인가되지 않았다. 도 20B와 20C에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성들이 각각 도시되었다. 도 20D에, 도 20의 전기-광학 광산란구조가 광투과모드로 동작하는 것이 도시되었는데, 여기에 외부전압 V(즉, V=Von) ITO 표면에 가로질러 인가되었다. 도 20E와 20F에, 이 동작모드의 투과 및 반사특성들이 각각 도시되었다. 광이 외부전압이 인가되었을때 투과되고 전압이 인가되지 않았을때 산란하며, 이 구조는 "일반모드"의 동작이라 불린다.
본 발명의 이런 선택적인 실시예들은 특히 밤에 방에 불이 환하게 켜져 있을 때 유용하고 내부에서 어두운 외부로 누설되는 극소량의 광(light)만이 사생활보호를 해결할 수 있다.
본 발명의 이런 선택적인 실시예들을 설명했을때, 여기에 더 많은 변형을 줄 수 있다.
예를 들어, 2개 이상의 광학 상태(예. 4개 또는 그 이상)를 갖는 복합 전기-광학 글레이징 구조들을 형성하기 위해, 상기 전기-광학 글레이징 구조들은 실질상 어떤 수나 오더링으로 함께 쌓이7고 적층될 수 있다. 이런 전기-광학 글레이징 구조는 복합 수준의 태양 및/또는 가시광 방사파 제어를 제공하는 것이 가능한 정교한 창문 시스템을 구성하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 전기적으로 제어되는 CLC 기반의 스마트 윈도우는 차량, 비행기 뿐만 아니라 가정, 학교, 사무실, 공장 등에 사생활보호와 조도 제어, 난방 및 냉방 시스템에 열적재를 줄이기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징들은 다양한 적용에 사용되는 지능형 선글라스와 차양판(sun visor)을 제작하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이런 실시예에서, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조가, 통상적인 안경이나 차양판으로서 사용자의 머리위에 지지가능한 틀 내에 장착되는, 한쌍의 렌즈(lense) 형태로 구현된다. 프로그램된 마이크로콘트롤러, 배터리(battery), 전자기 검출기 및 도 1A와 12B에 도시된 창틀 내에 구현된 배터리 재충전 회로 및 광학 상태 스위칭 회로가 크기적으로 줄어들고, 본 발명의 이 실시예의 초밀집형(ultra-compact) 선글라스 틀 내에 구현된다.
본 발명의 다른 선택적인 실시예에서, 본 발명의 전기-광학 글레이징 구조들이, Reveo, Inc.에 합병된 VRex, Inc.의 참조용으로 통합된 국제 공개번호 97/43681에 기재된 셔터(shutter)형 입체화상 3-D 영상안경 내에 LCD 영상 패널 앞에 장착될 수 있다. 유리하게, 본 발명의 적용은 몇몇 추가적인 동작모드를 가지는 입체화상 3-D 영상안경을 제공할 것이고, 여기서 사용자는 방영되는 영상들(즉, 가상현실 영상)의 단일화상의 2-D영상 또는 입체화상의 3-D영상, 또는 도보, 자전거타기, 조깅, 항해 또는 햇볕 쬐기 등의 현실세계 물체의 입체영상으로, 교본상 또는 자동적인 방법으로 전자파를 제어할수 있다.
본 발명의 전기-광학 글레이징은 자동화된 차량, 해양운송수단, 항공기 및 우주선 등에 사용될 수 있다.
상술한 응용들은 단지 예시적일 뿐이다. 본 실시예들 이외의 변형은 당업자들에 의해 쉽게 발생될 것이라 생각된다. 이 모든 수정과 변형들은 첨부한 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 범주내에 있다고 간주된다.

Claims (101)

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  4. 전자파를 각각 선택적으로 반사하고 투과하는 반사 및 투과 동작모드를 갖는 전기-광학(electro-optical) 글레이징 구조로서,
    제1 및 제2광학 동작상태를 갖는 적층된 구성의 전기-광학 글레이징 패널, 및
    상기 전기-광학 글레이징 구조를 반사 동작모드로 유도하기 위해 상기 전기-광학 글레이징 패널을 상기 제1광학 동작상태로 스위칭하고, 상기 전기-광학 글레이징 구조를 투과 동작모드로 유도하기 위해 상기 전기-광학 글레이징 패널을 상기 제2 광학 동작상태로 스위칭하는 광학 상태 스위칭 수단을 포함하며,
    상기 전기-광학 글레이징 패널이, 제1전기능동 콜레스테릭 액정(CLC) 전자파 편광패널과, 제2전기능동 CLC 전자파 편광패널, 및 상기 제1 및 제2전기능동 CLC 전자파 편광패널 사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널로 구성된 것을 특징으로 하는 전기-광학 글레이징 구조.
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  72. 전자파를 선택적으로 반사하고 투과하는 반사 및 투과 동작모드를 갖는 전기-광학 글레이징 구조로서,
    제1 및 제2광학 동작상태를 갖는, 적층된 구성의 전기-광학 패널, 및
    전기-광학 글레이징을 반사 동작모드로 유도하기 위해 상기 전기-광학 패널을 상기 제1광학 동작상태로 스위칭하고, 상기 전기-광학 글레이징을 투과 동작모드로 유도하기 위해 상기 전기-광학 패널을 상기 제2광학 동작상태로 스위칭하는 광학 상태 스위칭 수단을 포함하고,
    상기 전기-광학 패널이 상기 제1광학 동작상태로 스위칭될때 상기 전기-광학 패널 상에 입사된 제1설정 대역폭 내의 전자파가 상기 전기-광학 패널로부터 반사되고,
    상기 전기-광학 패널이 상기 제1광학 동작상태로 스위칭될때 상기 전기-광학 패널 상에 입사된 제2설정 대역폭 내의 전자파가 상기 전기-광학 패널을 투과하도록 되며,
    상기 전기-광학 패널은 제1전기능동 콜레스테릭 액정(CLC) 전자파 편광패널,
    제2전기능동 CLC 전자파 편광패널, 및
    상기 제1및 제2전기능동 CLC 전자파 편광패널 사이에 삽입된 전기수동 π상 지연패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-광학 글레이징 구조.
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