KR100704212B1 - Ｓｐｄ 필름의 접착을 증강시키는 방법 및 재료, 및 이를포함하는 광 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광 밸브의 기판에 SPD 필름을 부착하는 개선된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 상기 필름 또는 상기 기판중 하나, 또는 상기 기판 및 상기 기판 둘 다를 접착제로 코팅하는 단계; 상기 필름과 상기 기판을 접촉시키는 단계; 및 상기 필름과 상기 기판을 접착시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법의 특징은 실온에서 원래 점착성이 있거나 고온에서 점착성을 갖게 되는 접착제를 이용하는 것을 포함한다.

Description

ＳＰＤ 필름의 접착을 증강시키는 방법 및 재료, 및 이를 포함하는 광 밸브{METHOD AND MATERIALS FOR ENHANCING THE ADHESION OF SPD FILMS, AND LIGHT VALVES COMPRISING SAME}

본 발명은 여러 가지 기판, 예를 들어 투명하고, 전기전도성인 코팅으로 코팅된 유리 또는 플라스틱 시트등의 표면에 대한 SPD 필름의 접착을 개선시키기 위해 상기 SPD 필름과 함께 사용할 수 있는 방법 및 재료에 관한 것이다.

광 밸브는 광 조절을 위해 60여년 이상 동안 사용되어 왔다. 본원에 사용한 용어 "광 밸브"는 단거리 이격된 2개의 벽으로 형성된 셀을 의미할 수 있는데, 하나 이상의 벽은 투명하며, 상기 벽들은 통상 그 상부에 투명하며 전기전도성 코팅의 형태로 전극을 보유한다. 상기 셀은 광-조절 부재(가끔 본원에서 "활성화가능한 재료"로 언급함)를 보유하는데, 이는 입자의 액상 현탁액 또는 입자의 액상 현탁액의 소적이 분산된 플라스틱 필름일 수 있다.

상기 액상 현탁액(가끔 본원에서 "액상 광 밸브 현탁액"으로 언급함)은 액상 현탁 매질내에 현탁된 작은 입자를 포함한다. 전기장이 가해지지 않으면, 액상 현탁액내 입자들은 브라운 운동 때문에 무작위적인 위치를 점유하며, 따라서 상기 셀을 통과하는 광의 빔은 셀 구조, 입자의 특성 및 농도와 광의 에너지 함량에 따라 굴절되거나, 투과되거나 또는 흡수된다. 따라서, 광 밸브는 OFF 상태에서 상대적으로 어둡다. 그러나, 광 밸브내 액체 광 밸브 현탁액을 통해 전기장이 가해지는 경우, 입자는 배열되고, 많은 현탁액에서 대부분의 광은 상기 셀을 통해 통과할 수 있게 된다. 따라서, 광 밸브는 ON 상태에서 상대적으로 투명하게 된다. 본원에 기술한 형태의 광 밸브는 "현탁된 입자 장치(suspended particle devices)" 또는 "SPD"라고도 칭한다.

광 밸브는 다양한 용도로 사용되어 왔는데, 예를 들어 문자 숫자 조합 디스플레이 및 텔레비젼 디스플레이; 램프, 카메라, 광섬유 및 디스플레이용 필터; 및 상황에 따라 반사되거나 투과하는 빛의 양을 조절하기 위한 창, 선루프, 선바이저, 안경, 고글 및 거울 등에 사용되어 왔다. 창의 예로는 상업용 빌딩, 온실 및 주택의 건축용 창, 차량, 보트, 열차, 항공기 및 우주선 등 수송 수단용 창, 핍홀(peephole)을 포함한 도어용 창 및 구획을 포함하고 있는 오븐과 냉장고와 같은 전자제품용 창을 들 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.

많은 용도에서, 액상 현탁액 보다는 플라스틱 필름을 활성화 가능한 재료, 즉 광 조절 부재로서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 변이광 투과 창으로서 사용되는 광 밸브에 있어서, 액상 현탁액의 소적이 분산된 플라스틱 필름을 사용하는 것이 액상 현탁액 만을 사용하는 것 보다 바람직한데, 그 이유는 유체정력학적 압력 효과, 예를 들어 필름을 사용함으로써 액상 현탁액의 높은 컬럼과 관련된 팽창이 없으며, 가능한 유출 또한 피할 수 있기 때문이다. 플라스틱 필름을 이용하는 다른 잇점은, 플라스틱 필름에서 입자는 일반적으로 매우 작은 소적 내에만 존재하 며, 따라서 필름이 전압에 의해 반복적으로 활성화되는 경우에도 현저한 응집이 일어나지 않기 때문이다.

본원에 사용한 용어 "광 밸브 필름"은 상기 필름 또는 상기 필름의 일부분 내에 분산된 입자의 액상 현탁액의 소적을 보유하는 필름을 의미한다.

가교 에멀젼에 의해 제조된 광 밸브 필름은 공지되어 있다. 본원에 전적으로 참고 인용한 미국 특허 제5,463,491호, 제5,463,492호 및 제5,728,251호 및 미국 특허 출원 제08/941,599호를 참조할것. 상기 모든 특허와 특허 출원 및 본원에 참고 인용한 모든 특허 및 문헌들은 전적으로 참고 인용한 것들이다.

액상 광 밸브 현탁액

1. 액체 현탁 매질 및 안정화제

액체 광 밸브 현탁액은 당업계에 공지된 임의의 액체 광 밸브 현탁액이며, 당업계에 공지된 기법에 의해 제조할 수 있다. 본원에 사용한 용어 "액체 광 밸브 현탁액"은 다수의 작은 입자가 분산된 "액체 현탁 매질"을 의미한다. 상기 "액체 현탁 매질"은 1종 이상의 비수성의, 전기적으로 저항성인 액체를 포함하는데, 입자가 응집하려는 경향을 감소시키고, 상기 입자들을 분산된 상태로 현탁액 내에 유지시키는 1종류 이상의 중합 안정화제가 분산되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 유용한 액체 광 밸브 현탁액은 입자를 현탁시키기 위한 광 밸브에 사용하기 위해 이전에 제안된 임의의 액체 현탁 매질을 포함할 수 있다. 본원에 유용한 것으로 당업계에 공지된 액체 현탁 매질로는 미국 특허 제4,247,175호 및 제4,407,565호에 개시된 액체 현탁 매질을 들 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니 다. 일반적으로, 액체 현탁 매질 또는 그내에 용해된 중합 안정화제중 하나 또는 이들 모두는 현탁된 입자를 중력 평형 상태로 유지하기 위해 선택된다.

중합 안정화제를 사용하는 경우, 이는 상기 입자의 표면에 결합하나, 또한 액체 현탁 매체의 비수성 액체 또는 액체(들) 내에 용해되는 단일 유형의 고형 중합체일 수 있다. 또는, 중합 안정제 시스템으로 작용하는 2종 이상의 고형 중합 안정화제일 수 있다. 예를 들어, 상기 입자는 입자에게 평편한 표면 코팅을 효율적으로 제공하는 니트로셀룰로즈와 같은 제1 유형의 고형 중합 안정화제 및 상기 제1 유형의 고형 중합 안정화제에 결합하거나 이와 연합하고, 또한 상기 액상 중합 안정제 내에 용해되어 입자를 위한 분산 및 입체 보호를 제공하는 1종 이상의 추가 유형의 고형 중합 안정화제를 이용하여 코팅할 수 있다. 또한, 액상 중합 안정화제는 미국 특허 제5,463,492호에 기술된 바와 같이, 특히 SPD 광 밸브 필름에 유익하게 사용할 수 있다.

2. 입자

무기 또는 유기 입자를 광 밸브 현탁액에 사용할 수 있으며, 이러한 입자는 전자기 스펙트럼의 가시광선 부분의 모두 또는 일부에서 광을 흡수하거나 또는 광을 반사할 수 있다.

일반적으로, 종래의 SPD 광 밸브는 콜로이드성 크기의 폴리할리이드 입자를 사용하여 왔다. 본원에 사용한 용어 "콜로이드성(colloidal)"은, 입자 크기를 이용하는 경우, 최대 크기가 평균 1 미크론 이하인 입자를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. SPD 광 밸브 현탁액에 사용된 또는 사용하고자 의도한 폴리할라이드 또는 다 른 유형의 입자는 최대 크기가 청색광 파장의 1/2 미만, 즉 2000 Å 미만이어야 하는데, 이는 광 산란을 극도로 낮게 유지하기 위함이다.

종래 필름 접착의 문제점

SPD 필름 에멀션은 2개의 인듐 산화 주석("ITO")-피복된 유리 또는 플라스틱 기판의 ITO 전극 사이에 위치하거나, 이들 전극과 직접 접촉하도록 배치되며, 이어서 자외선 조사에 의해 경화되며, 경화된 필름이 ITO-코팅된 기판 모두에 대해 상대적으로 양호한 접착을 나타낸다.

그러나, 상기 필름을 경화하는 경우, 개시되거나 형성되는 에멀션내 임의의 미량 물질의 증발 및 에멀션의 탈기를 가능하게 하기 위해, 종종 미국 특허 제5,728,251호에 기술된 바와 같이, 한 면이 피복되지 않은 필름을 경화시키고, 대기에 노출시키거나 불활성 분위기 내에서 피복하지않는 것이 바람직하다. 한 표면이 피복되지 않은 경화된 이러한 SPD 필름의 경우, ITO-피복된 기판 또는 다른 기판(본원에서는 일반적으로 "도포된 표면"이라 칭함)에 대한 상부의 SPD 필름이 경화된, 경화된 미피복 표면의 접착은, 상기 도포된 표면이 샌드위치되거나, 경화 과정 이전 또는 경화 과정 도중에 ITO-코팅된 기판 상의 미경화된 SPD 필름과 접촉하는 경우 보다 덜 양호하다. 이러한 문제점은, 특히 상대적으로 긴 시간 동안 경화되는 경우, 경화된 미피복 필름 표면이 크러스트를 형성하여 그의 점성중 일부를 상실하기 때문이다.

상기한 접착에 대한 문제점은 주로 ITO-코팅된 기판에 대해 기술하였음에도 불구하고, ITO 이외의 전극 재료, 예를 들어 산화 주석, 도핑된 산화 주석 또는 금 속 전극이 사용되는 경우 또는 유전 재료가 ITO 또는 다른 전극 재료를 오버레이하는 경우, 유사한 문제점이 발생할 것으로 생각된다. 따라서, 여러가지 유형의 코팅 또는 기타 표면(전극 및 유전체 코팅 및 유리와 플라스틱 기판을 예로 들 수 있지만, 이로 제한되는 것은 아님)에 대한 경화된, 미피복 필름 면의 접착을 개선시키는 방법이 요구되며, 이 방법은 유용할 것이다.

특정 유형의 접착 물질이 SPD 필름으로 이루어진 경화된, 미피복 표면과 도포된 표면 사이의 접착을 촉진시키는데 매우 효과적인 것으로 확인되었다.

구체적으로, 실온(약 20℃)에서 원래 점착성이 있는 접착제 또는 고온에서 점착성을 갖게 되는 접착제가 접착을 촉진시키는데 효과적인 것으로 확인되었다. 상기 경우중 어느 한 경우에서, 도포된 표면과 SPD 필름의 경화된 미피복 표면이 접촉하는 경우, 상기 접착 재료는 점착성이거나 점착성을 갖게 된다. 이러한 접착제는 감압성인 것이 바람직한데, 그 이유는 이들은 일반적으로 부착하려는 표면에 대해 압착되는 경우 더 양호하게 부착될 것이기 때문이다.

실온에서 점착성이 있거나, 고온에서 점착성을 갖게되는 다수의 접착제가 당업계에 공지되어 있다. 이러한 임의의 접착제를 본 발명에 사용할 수 있는데, 이러한 접착제는 투명하거나 충분히 반투명하여 박층 내에서 거의 투명하며, 문제가 될 정도로 탁하지 않는데, 단 SPD 필름에 잘 부착할 정도로 충분히 점착성이어야 한다. 본 발명의 목적을 위해서, 접착제가 ITO-코팅된 기판에 대해 경화된 SPD 필름이 부착하는 것 보다 더 강하게 경화된 SPD 필름에 부착하는 경우, 즉 접착제로 코 팅된 도포된 표면이 서로 압착된후, 박리 이격되는 경우 그의 ITO-코팅된 기재로부터 대부분의 경화된 SPD 필름을 제거할 수 있는 경우, "충분히 점착성인" 것으로 간주될 것이다.

충분히 점착성으로 되는 핫 멜트 접착제를 본 발명에 사용할 수 있지만, 실온 또는 거의 실온에서 원래 충분히 점착성인 접착제를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 접착을 수행하기 위해 온도를 올리지 않는 것이 편리하기 때문이다.

원래 충분히 점착성이 있는 이러한 접착제의 바람직한 예는 후술하는 실시예 1에 기술되어 있다.

실시예 1

1. 톨루엔에 용해된 거의 무색의 점성 아크릴 중합체를 포함하는 접착 물질(미시간 플린트에 소재하는 애버리 데니슨 코포레이션의 어드헤시브 디비젼에서 AS-460-HPX로 시판됨)은 아세톤으로 희석하여 AS-460 HPX가 최종 용액의 약 5%를 구성하도록 하였다.

2. 제1 단계의 최종 용액은 ITO-코팅된 PET 시트(도포된 표면) 상에 약 1 내지 2 mil의 두께(건조전)로 펴 발랐다. 상기 PET 시트를 90℃의 오븐에서 건조하여 휘발성 용매를 제거하고, 이어서 상기 PET 시트를 오븐으로부터 꺼냈다.

3. 별도로, SPD 필름은 상기한 바와 같은 종래의 SPD 필름에 관한 특허 출원에 기술되어 있는 바와 같이, ITO-코팅된 유리 기판상에 자외선 조사하여 경화시켰 다.

4. 이어서, 상기 제2 단계의 AS-460 HPX-코팅된, ITO-코팅된 PET 시트는 제3 단계의 ITO-코팅된 유리 기판으로 샌드위칭하고(ITO 상에 경화된 SPD 필름을 보유함), 접착제 코팅된 PET 시트와 유리 기판 사이에 SPD 필름을 이용하여 샌드위칭하였다.

5. 박리하여 이격시키는 경우, 접착제 코팅된 ITO-코팅된 PET 시트에 부착된 대부분의 SPD 필름은 유리 기판을 코팅한 ITO에 접착하는 것 보다 AS-460 HPX에 더 강하게 접착하는 것으로 확인되었다. 이러한 현상은 특히 주목할 만한데, 그 이유는 SPD 필름은 ITO-코팅된 유리 기판 상에서 경화되기 때문이다.

상기 실시예에서 접착제는 단지 한 기판상의 전극에만 사용하였지만, 필요에 따라 접착제는 기판 둘 다에 사용할 수도 있다.

애버리 데니슨 코포레이션의 어드헤시브 디비젼은 본 발명에 유용한 다수의 감압성 접착제를 판매하고 있다. 이러한 중합성 접착제의 중요한 특징은 이들이 건조되는 경우 원래 점착성이라는 것이다. 상기 SPD 필름을 분해시키지 않고, 투명하거나 반투명(그러나 박층에서 거의 투명함)하고, 바람직하게는 무색이며, 건조시 충분히 원래 점착성인 임의의 접착제는 본 발명에 유용한 접착제일 수 있다.

감압성 접착제는 애버리 데니슨 코포레이션의 "필름 제조용 감압성 접착제"란 제하의 특허 제5,895,801호(이로 제한되는 것은 아님)에 기술되어 있다(상기 특허는 전적으로 본원에 참고로 인용한 것이다). 상기 특허는 필름 제조용으로 유용한 원래 점착성인 감압성 접착제를 청구하고 있는데, 상기 접착제 조성물은 순차적 인 에멀션 중합에 의해 형성되는 제1 및 제2 공중합체를 포함하는데, 이때 (a) 상기 제1 공중합체는 (i) 알킬기 내에 4개 내지 약 12개의 탄소 원자를 보유하는 1종 이상의 알킬 아크릴레이트; (ii) 제1 단량체 혼합물의 약 3 중량% 내지 약 8 중량%의 총량으로 존재하는 2종 이상의 불포화 카르복실산; 및 (iii) 상기 2종 이상의 불포화 카르복실산 이외의 1종 이상의 경질 단량체를 포함하는 제1 단량체 혼합물로 형성되고; (b) 상기 제2 공중합체는 (i) 4개 내지 약 12개의 탄소 원자를 보유하는 1종 이상의 알킬 아크릴레이트; 및 (ii) 1종 이상의 불포화 카르복실산을 포함하는 제2 단량체 혼합물로 형성되며, 상기 제1 공중합체는 상기 공중합체들의 50 중량% 이상의 양으로 존재하며, 유리 전이 온도는 0 내지 약 -25℃이고, 상기 제2 공중합체의 유리 전이 온도는 약 -25℃ 미만이다.

상기한 특허청구범위는 다수의 가능한 접착제를 커버한다. 또한, 상기한 접착제는 본 발명의 비제한적인 예이다. 원래 충분히 점착성이거나 가열시 충분히 점착성으로 되나 접촉하는 경우 SPD 필름을 충분히 분해하지 않는 접착제는 SPD 필름 접착을 증가시키기 위해 사용할 수 있다. 압력이 필요적으로 요구되는 것은 아니지만, 일반적으로 압력은 실질적으로 임의 표면에 대한 본 발명의 접착제의 접착을 증강시키며, 이는 바람직한 것이다. 이러한 접착제를 포함하는 SPD 필름을 혼입하는 SPD 장치로부터의 광 투과 또는 광 반사를 현저하게 방해하지 않도록 하기 위해, 상기 접착제는 투명해야하며, 또는 반투명할 경우, 박층 내에서 거의 투명해야만 한다. 그러나, 필름을 제조하는 접착제가 매우 탁한 것은 피해야만 한다. 색이 요구되는 경우가 아니라면, 접착제는 무색인 것이 바람직하다.

SPD 장치를 작동시키는데 필요한 전압은 SPD의 전극 사이 거리의 직접적인 함수이기 때문에, 그 거리는 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 접착제 층(또는 층들)의 두께는 매우 작은 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 접착제 층은 균일한 두께인 것이 바람직하며, 그의 두께는 1 mil 미만, 바람직하게는 0.5 mil 미만, 가장 바람직하게는 0.25 mil이다.

Claims (20)

1. 필름 또는 기판, 또는 필름과 기판 둘 다를 접착제로 코팅하는 단계; 상기 필름과 상기 기판을 접촉시키는 단계; 및 상기 필름과 상기 기판을 접착시키는 단계를 포함하는 광 밸브의 기판에 SPD 필름을 부착시키는 방법으로서, 상기 접착제가 실온에서 원래 점착성을 갖고 있는 것이거나 고온에서 점착성을 갖게 되는 것이며, 상기 접착제가 순차적인 에멀젼 중합에 의해 형성된 제1 및 제2 공중합체를 포함하는데, 이때

   (a) 상기 제1 공중합체는 (i) 알킬기 내에 4개 내지 약 12개의 탄소 원자를 보유하는 1종 이상의 알킬 아크릴레이트; (ii) 제1 단량체 혼합물의 약 3 중량% 내지 약 8 중량%의 총량으로 존재하는 2종 이상의 불포화 카르복실산; 및 (iii) 상기 2종 이상의 불포화 카르복실산 이외의 1종 이상의 경질 단량체를 포함하는 제1 단량체 혼합물로 형성되고;

   (b) 상기 제2 공중합체는 (i) 4개 내지 약 12개의 탄소 원자를 보유하는 1종 이상의 알킬 아크릴레이트; 및 (ii) 1종 이상의 불포화 카르복실산을 포함하는 제2 단량체 혼합물로 형성되며,

   상기 제1 공중합체는 상기 공중합체들의 50 중량% 이상의 양으로 존재하며, 유리 전이 온도는 0 내지 약 -25℃이고, 상기 제2 공중합체의 유리 전이 온도는 약 -25℃ 미만인 것인 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 상기 필름과 상기 기판이 서로 접촉하는 경우에 점착성을 갖게 되는 것인 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 감압성 접착제인 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 투명하거나 충분히 반투명하여 접착제로 이루어진 박층이 거의 투명하게 되는 것인 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 핫 멜트 접착제인 방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 접착제가 무색인 방법.
8. 2개의 이격된 벽을 포함하고, 상기 벽 사이에 SPD 필름을 보유하는 광 밸브로서, 상기 벽이 기판으로 형성되어 있고, 상기 필름과 상기 기판이 제1항의 방법으로 서로 부착되어 있는 광 밸브.
9. 2개의 이격된 벽을 포함하고, 상기 벽 사이에 SPD 필름을 보유하는 광 밸브로서, 상기 벽이 기판으로 형성되어 있고, 상기 필름과 상기 기판이 제2항의 방법 으로 서로 부착되어 있는 광 밸브.
10. 2개의 이격된 벽을 포함하고, 상기 벽 사이에 SPD 필름을 보유하는 광 밸브로서, 상기 벽이 기판으로 형성되어 있고, 상기 필름과 상기 기판이 제3항의 방법으로 서로 부착되어 있는 광 밸브.
11. 2개의 이격된 벽을 포함하고, 상기 벽 사이에 SPD 필름을 보유하는 광 밸브로서, 상기 벽이 기판으로 형성되어 있고, 상기 필름과 상기 기판이 제4항의 방법으로 서로 부착되어 있는 광 밸브.
12. 2개의 이격된 벽을 포함하고, 상기 벽 사이에 SPD 필름을 보유하는 광 밸브로서, 상기 벽이 기판으로 형성되어 있고, 상기 필름과 상기 기판이 제5항의 방법으로 서로 부착되어 있는 광 밸브.
13. 삭제
14. 2개의 이격된 벽을 포함하고, 상기 벽 사이에 SPD 필름을 보유하는 광 밸브로서, 상기 벽이 기판으로 형성되어 있고, 상기 필름과 상기 기판이 제7항의 방법 으로 서로 부착되어 있는 광 밸브.
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