KR101046302B1 - 실록산 매트릭스 폴리머 및 그를 포함하는 ｓｐｄ 광 밸브필름 - Google Patents

실록산 매트릭스 폴리머 및 그를 포함하는 ｓｐｄ 광 밸브필름 Download PDF

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Abstract

부유 입자 장치(SPD) 광 밸브의 광 변조 유니트로 사용하기에 적합한 필름이 개시된다. 필름은 굴절율이 1.4630 보다 큰 실록산 매트릭스 폴리머를 포함하고, 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유한다. 액체 광 밸브 현탁액은 바람직하게는 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머를 포함하고, 임의로 하나 이상의 비폴리머성 액체를 포함할 수 있다.

Description

실록산 매트릭스 폴리머 및 그를 포함하는 ＳＰＤ 광 밸브 필름{SILOXANE MATRIX POLYMERS AND SPD LIGHT VALVE FILMS INCORPORATING SAME}
본 발명은 광 밸브와 같은 부유 입자 장치에 사용하기 위한 개선된 필름에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 굴절율이 1.4630 보다 큰 실록산 매트릭스 폴리머로 형성된 개선된 필름 및 본 발명의 개선된 필름을 포함하는 광 밸브에 관한 것이다.
광 밸브(light valve)가 광 변조용으로 공지된 것은 60 년이 넘었다. 이 기간동안 광 밸브는, 예를 들어 투과 광, 또는 경우에 따라 그로부터 반사되는 광의 양을 조절하기 위하여 문자숫자 겸용 디스플레이, 텔레비젼 디스플레이, 램프용 필터, 카메라, 광 섬유 및 디스플레이, 창, 선루프, 차양판, 안경, 고글, 거울 등을 포함하여 수많은 응용 물품에 사용되도록 제안되었다. 창의 예에는 상업용 빌딩, 온실 및 주택용 건축창, 자동차, 보트, 기차, 비행기 및 우주선용 창, 들여다 보는 구멍이 있는 도어용 창과 오븐 및 냉장고와 같은 가전제품 및 이들에 사용되는 구획칸용 창을 포함하나, 이들에 제한되지 않는다. 본원에 개시된 형태의 광 밸브는 "부유 입자 장치(suspended particle device) 또는 "SPD"로서 공지되었다.
본원에 사용된 용어 "광 밸브"는 좁은 간격을 두고 위치해 있는 두개의 벽으 로 구성된 셀(cell)을 설명하기 위하며 사용되고, 이들 벽중 적어도 하나는 투명하다. 벽은 그 위에 대개 투명한 전기 전도성 코팅 형태의 전극을 구비하고 있다. 상기 셀은 액체 입자 현탁액 또는 액체 입자 현탁액의 소적(droplet)이 분포된 플라스틱 필름중 어느 하나일 수 있는 광 변조 소자(light modulating element)(본원에서 때로 "활성가능한 물질"로도 언급됨)를 포함한다.
액체 현탁액(본원에서 때로 "액체 광 밸브 현탁액" 또는 "광 밸브 현탁액"으로도 언급됨)은 액체 현탁 매질 중에 현탁된 소형 입자를 포함한다. 전기장이 인가되지 않은 경우, 액체 현탁액 내의 입자는 브라운 운동에 따라 무작위적인 위치를 차지한다. 따라서 셀 속을 통과하는 광 빔은 셀 구조, 입자의 성질 및 농도, 및 광 에너지 함량에 따라 반사, 투과 또는 흡수된다. 즉, 상기 광 밸브는 OFF 상태에서 비교적 어둡다. 그러나, 광 밸브의 액체 광 밸브 현탁액을 통해 전기장이 인가되는 경우, 이들 입자는 정렬되어 많은 현탁액에 있어서, 대부분의 광이 셀을 통과할 수 있다. 따라서, 이 광 밸브는 ON 상태에서 비교적 투명하다.
다수의 응용예에서, 활성 가능한 물질, 즉 광 변조 소자는 액체 현탁액이기 보다는 플라스틱 필름인 것이 바람직하다. 예를 들어, 가변형 광 투과 창으로 사용되는 광 밸브에 있어서, 유체 정압 효과, 예컨대 액체 현탁액의 높은 칼럼과 관련된 융기 현상을 필름의 사용을 통해 피할 수 있고, 잠재적인 누설 우려도 역시 피할 수 있기 때문에, 액체 현탁액의 소적이 분포된 플라스틱 필름이 액체 현탁액을 단독으로 사용하는 것보다 바람직하다. 플라스틱 필름을 사용하는데 있어서 또 다른 이점은 플라스틱 필름에서 입자는 일반적으로 매우 작은 소적으로만 존재하 며, 따라서 필름이 전압으로 반복적으로 활성화되는 경우 눈에 띌 만한 응집을 나타내지 않는다는 것이다.
본원에 사용된 용어 "광 밸브 필름"이란 액체 입자 현탁액의 소적이 필름 또는 필름 부분에 분포되어 있는 필름을 의미한다.
미국 특허 제 5,409,734호는 균질 용액으로부터 상 분리에 의해 제조된 광 밸브 필름의 한가지 형태를 예시하고 있다. 가교 결합 에멀젼(cross-linking emulsion)에 의해 제조된 광 밸브 필름도 또한 공지되었다. 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제 5,463,491호 및 제 5,463,492호를 참조하기 바란다.
이하, 선행 기술에 공지된 액체 광 밸브 현탁액을 간략하게 설명하기로 하나, 제한의 의도는 없다.
각종 액체 광 밸브 현탁액이 당 업계에 널리 공지되었으며, 이러한 현탁액은 당업자들에게 알려진 기법에 따라 용이하게 제제화된다. 본원에 사용되는 용어 "액체 광 밸브 현탁액"은 상술된 바와 같이, 다수의 작은 입자가 분산되어 있는 "액체 현탁 매질"을 의미한다. 이 "액체 현탁 매질"은 하나 이상의 비수성 전기 저항성 액체를 포함하며, 이 액체에는 바람직하게는 입자의 응집 경향을 감소시키고, 입자를 분산하여 현탁 상태로 유지하는 역할을 하는 적어도 1종의 폴리머 안정화제가 용해되어 있다.
본 발명에 유용한 액체 광 밸브 현탁액은 입자를 현탁시키기 위한 광 밸브용으로 앞서 제안되었던 소위 "선행 기술"의 액체 현탁 매질중 임의의 것을 포함할 수 있다. 당업계에 공지되어 있으면서 본 발명에 유용한 액체 현탁 매질은 미국 특허 제 4,247,175호, 4,407,565호, 4,772,103호, 5,409,734호, 5,461,506호 및 5,463,492호에 개시된 액체 현탁 매질을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 본원에 개시된 바와 같이 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머를 포함하는 현탁 매질을 사용하여 형성된 현탁액이 본 발명에 사용하기에 바람직하다. 일반적으로, 현탁된 입자를 중력 평형 상태로 유지시키기 위하여 현탁 매질 또는 이 매질에 전형적으로 용해된 폴리머 안정화제중 어느 하나 또는 이 둘 모두가 선택된다.
폴리머 안정화제는 사용시, 입자 표면에 결합하는 동시에 액체 현탁 매질을 포함하는 비수성 액체(들) 중에 용해되는 단일 종의 고체 폴리머일 수 있다. 또한, 폴리머 안정화제 시스템으로 작용하는 두개 이상의 고체 폴리머 안정화제가 존재할 수 있다. 예를 들어, 입자는 제 1종의 고체 폴리머 안정화제에 결합하거나 연루되고, 또한 액체 현탁 매질 중에 용해되어 입자를 분산시키는 동시에 입체적으로 보호하는 하나 이상의 추가적인 유형의 고체 폴리머 안정화제와 함께, 입자에 사실상 평면 코팅을 제공하는 니트로셀룰로스와 같은 제 1종의 고체 폴리머 안정화제로 코팅될 수 있다. 또한, 액체 폴리머 안정화제는, 특히 예를 들어 미국 특허 제 5,463,492호에 기재되어 있는 바와 같이, SPD 광 밸브 필름에 유리하게 사용될 수 있다.
무기 및 유기 입자가 광 밸브 현탁에 사용될 수 있으며, 이들 입자는 전자기 스펙트럼의 가시영역에서 광 흡수성 또는 광 반사성일 수 있다.
종래의 SPD 광 밸브에는 일반적으로 콜로이드성 크기의 입자가 사용되어 왔 다. 본원에 사용된 용어 "콜로이드성"은 입자의 최대 치수가 일반적으로 평균 약 1 미크론 이하임을 의미한다. 바람직하게, SPD 광 밸브 현탁액에 사용되거나 사용되도록 의도된 대부분의 폴리할라이드 또는 비폴리할라이드 유형의 입자는 평균 최대 치수가 0.3 미크론 이하이고, 보다 바람직하게는 광 산란을 최대한 적게 유지하기 위하여 최대 치수가 청색광 파장의 ½ 미만, 즉 2000 옹스트롬 미만이다.
본 발명의 양수인에 양도된 미국 특허 제 6,416,827 B1호("'827 특허")에 개시된 굴절율(RI) 1.455-1.463의 실록산 매트릭스 폴리머를 포함하는 SPD 필름을 사용하는 경우 제공되는 이점에도 불구하고, 이러한 필름에는 특정한 결함이 남아 있다. 이러한 필름과 관련된 하나의 특정 관심 분야는 다양한 기후 조건에서 그의 성능(즉, 본원에서 필름의 "내후성"으로 언급)이다. 특히, 실록산 매트릭스 폴리머 및 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 플루오로알킬 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머를 포함하여 '827 특허에 따라 제조된 광 밸브 필름은 Atlas Ci 4000 Weather-Ometer(Atlas Electric Devices Company, Chicago, IL)를 사용하여 상기 필름에 적용된 가속 기후 조건에 장기간 노출시에 필름이 변색되고, 광 투과율 범위가 손실되며, 오프 상태의 필름 광 투과율이 증가하는 것으로 알려졌다. 어떤 특정 이론에 결부됨이 없이, 본 발명의 발명자들은 이러한 필름을 형성하기 위해 사용된 매트릭스 폴리머의 페닐 함량이 액체 광 밸브 현탁액내 폴리요오다이드 결정을 자외선(UV)으로부터 적절히 보호하는데 불충분하고, 그에 따라 결정이 Weather-Ometer의 조건하에서 UV에 노출되는 경우 본질적으로 불안정하게 되어 상기 언급된 바와 같은 변색, 광 투과율 범위 손실, 오프 상태의 투과율 증가를 야기한다고 가 정하였다. 페닐 그룹은 자외선 영역을 강력히 흡수하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본원에 교시된 바와 같이, 매트릭스 폴리머의 페닐 함량을 증가시켜서 그의 굴절율("RI")을 높이면 상기 언급된 문제를 방지하고 다양한 기후 조건에 놓여지는 경우 제조된 필름의 성능을 보다 향상시킬 것으로 결론을 내렸다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 목적은 SPD 광 밸브의 광 변조 소자로 사용하기 위한 개선된 필름을 제공하는데 있다. 필름은 증가된 비율의 페닐 그룹(즉, '827 특허에 개시된 필름에 함유된 페닐 그룹의 상대적인 비율에 비해)을 가지는 실록산 매트릭스 폴리머를 가교화하여 형성되며, 대상 폴리머 내 페닐 그룹의 수준 증가로 굴절율이 1.4630 보다 큰 실록산 매트릭스 폴리머의 형성을 초래한다.
따라서, 본 발명은 부유 입자 장치("SPD") 광 밸브의 광 변조 소자로 사용하기 위한 개선된 필름을 제공한다. 필름은 페닐 함량이 증가된(즉, 선행 기술에 비해) 실록산 매트릭스 폴리머를 포함하여 매트릭스 폴리머의 굴절율이 1.4630 보다 크고, 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유하며, 액체 광 밸브 현탁 매질은 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머를 포함한다.
다른 구체예로, 본 발명에 따른 광 밸브와 함께 사용하기 위한 액체 광 밸브 현탁 매질은 본원에 개시된 적어도 하나의 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머에 더하여, 하나 이상의 "선행 기술"의 비폴리머 액체 현탁 매질, 예를 들어 미국 특허 제 4,247,175호, 4,407,565호, 4,772,103호, 5,409,734호, 5,461,506호 및 5,463,492호 중 임의의 것에 기술된 것을 비제한적으로 포함할 수 있다.
다른 구체예로, 본 발명은 또한 부유 입자 장치 광 밸브의 광 변조 유니트로 사용하기에 적합한 상술된 필름을 제공하며, 필름은 필름 형성시에 가교되어 가교화 폴리머 매트릭스를 생성하는 굴절율이 1.4630 보다 큰 매트릭스 폴리머 물질을 포함한다. 필름은 가교화 매트릭스 내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유하며, 현탁액은 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머를 포함할 수 있고, 임의로 상술된 하나 이상의 선행 기술의 비폴리머성 액체 현탁 매질을 포함한다.
본 발명은 또한 한 쌍의 대향 이격 배치된 셀 벽 및 셀 벽 사이에 위치한 광 변조 소자를 포함하는 광 밸브를 제공하며, 상기 광 변조 소자는 본원에 개시된 본 발명에 따라 제조된 필름을 포함한다.
본 발명은 또한 조사선 투과율(transmission of radiation)을 제어하기에 적합한 전기 광학 장치를 제공한다. 이 장치는 대향 배치된 셀 벽, 셀 벽 사이에 위치한 광 변조 소자 및 셀 벽과 작동적으로 연결된 대향 전극 수단으로 형성된 셀을 포함한다. 광 변조 소자는 매트릭스 폴리머 물질(RI > 1.4630)로 구성되며, 폴리머 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유한다. 전극 수단은 현탁액을 통해 전기장을 인가하는데 적합하다.
본 발명은 또한 부유 입자 장치 광 밸브의 광 변조 유니트로 사용하기에 적합한 필름의 제조방법을 제공한다. 이 방법은 일정양의 매트릭스 폴리머(> 1.4630 RI)를 제조하는 단계 및 일정양의 액체 광 밸브 현탁액 및 적어도 일부의 매트릭스 폴리머 물질의 배합물로부터 에멀젼을 형성하는 단계를 수반한다. 현탁액은 액체 광 밸브 현탁 매질에 현탁된 다수의 입자를 포함하며, 상기 액체 광 밸브 현탁 매질은 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트계 현탁 폴리머를 포함한다.
본 발명의 방법은 추가적으로 폴리머 매트릭스를 가교화하여 매트릭스 폴리머를 고형화하고, 가교화 폴리머 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 가지는 필름을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
실록산계 매트릭스 폴리머, 즉 RI > 1.4630인 다수의 실록산 그룹을 포함하는 매트릭스 폴리머로서 본원에 정의된 매트릭스 폴리머로 형성된 필름을 부유 입자 장치에 포함시킴으로써 선행 기술에 비해 내후성 특성이 개선되었을 뿐만 아니라 기타 성능 파라미터, 예컨대 에멀젼 안정성이 향상된 광 밸브를 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 매트릭스 폴리머와 혼화되지 않고 굴절율 0.005의 매트릭스 폴리머내에서 일정 굴절율을 가지는 임의의 현탁 폴리머 및/또는 비폴리머성 액체와 폴리머를 배합하여 상술된 매트릭스 폴리머를 에멀젼을 형성하는데 사용할 수 있고, 형성된 에멀젼을 추가로 처리하여 액체 광 밸브 필름을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 제 1 측면으로, 부유 입자 장치(SPD) 광 밸브의 광 변조 유니트로 사용하기에 적합한 필름을 포함한다. 필름은 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유하는 실록산계 매트릭스 폴리머 물질을 포함하며, 매트릭스 폴리머의 RI는 1.4630 보다 크다.
제 2 측면으로, 본 발명의 필름을 형성하기 위해 사용된 폴리머 매트릭스는 그것에 분포된 액체 광 밸브 현탁액과 실질적으로 혼화되지 않는 실록산계 폴리머 매트릭스를 포함한다. 실록산 폴리머 매트릭스는 굴절율("RI") 값이 1.4630 보다 크다. 바람직하게, 실록산 폴리머의 굴절율은 약 1.4700 내지 약 1.4750의 범위에 속한다. 가장 바람직하게, 실록산 매트릭스 폴리머의 굴절율은 1.4717이다. 이러한 가장 바람직한 굴절율은 가장 바람직한 액체 현탁 폴리머, 폴리(라우릴 메타크릴레이트-Co-HEMA) 폴리머의 그것에 가깝다.
또 다른 측면으로, 액체 광 밸브 현탁액은 추가로 하나 이상의 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트계 현탁 폴리머에 더하여, 당업자들에게 알려진 적어도 하나의 "선행 기술"의 비폴리머성 액체 현탁 매질을 포함할 수 있다.
또 다른 측면으로, 매트릭스 폴리머 물질은 필름 형성시에 가교되어 가교화 폴리머 매트릭스를 생성한다.
상기 언급된 매트릭스 폴리머는 자외선, 전자빔선 또는 열을 사용하여 용이하게 경화시킬 수 있다. 또 다른 측면에서, 매트릭스 폴리머 물질 또는 에멀젼은 추가로 자외선에 의한 필름의 경화를 촉진하기 위하여 하나 이상의 광개시제를 포함할 수 있다. 이들 광개시제는 바람직하게는 알파하이드록시케톤 및 이들의 블렌드, 알파아미노케톤, 벤질디메틸-케탈, 아실포스핀 산화물 및 이들의 블렌드, 메탈로센, 벤조일 포르메이트 에스테르, 벤조인 에테르, 벤조페논 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택된다. 열에 의한 경화가 사용되는 경우, 매트릭스 폴리머 또는 에멀젼은 하나 이상의 촉매를 포함할 수 있다.
또 다른 측면으로, 본 발명은 한 쌍의 대향 이격 배치된 셀 벽 및 셀 벽 사이의 광 변조 소자를 포함하는 광 밸브에 관한 것이며, 상기 광 변조 소자는 본원에 개시된 본 발명에 따라 제조된 임의의 필름을 포함할 수 있다.
다른 측면으로, 본 발명은 조사선 투과율을 제어하기 위한 전기 광학 장치에 관한 것이며, 이 장치는 대향 배치된 셀 벽, 셀 벽 사이에 위치한 광 변조 소자 및 셀 벽과 작동적으로 연결된 대향 전극 수단으로 형성된 셀을 포함한다. 광 변조 소자는 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 가지는 실록산계 매트릭스 폴리머(RI > 1.4630)를 함유하는 필름을 포함한다. 전극 수단은 현탁액을 통해 전기장을 인가하는데 적합하다. 액체 광 밸브 현탁액은 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 현탁 폴리머를 포함한다.
임의로, 현탁액은 또한 상술된 바와 같이, 적어도 하나의 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머 이외에, 적어도 하나의 "선행 기술"의 비폴리머성 액체 현탁 매질을 포함할 수 있다.
상술된 전기 광학 장치의 또 다른 측면으로, 매트릭스 폴리머 물질은 가교화 매트릭스 폴리머를 제공하기 위해 필름 형성시에 가교화된다.
본 발명은 또 다른 측면으로, 부유 입자 장치 광 밸브의 광 변조 유니트로 사용하기에 적합한 필름의 제조방법에 관한 것이다. 이 방법은 R.I.가 1.4630 보다 큰 일정량의 실록산계 매트릭스 폴리머 물질을 제조하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 액체 광 밸브 현탁 매질에 현탁된 다수의 입자를 포함하는 일정양의 액체 광 밸브 현탁액 및 상술된 적어도 일부의 매트릭스 폴리머 물질의 배합물로부터 에멀젼을 형성하는 단계를 포함하며, 이때 액체 광 밸브 현탁 매질은 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 및/또는 불소화 현탁 폴리머를 포함한다. 필요하다면, 현탁액은 앞서 논의된 바와 같이, 하나 이상의 공지된, 즉 선행 기술의 비폴리머성 액체 현탁 매질을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방법의 또 하나의 단계는 폴리머 매트릭스를 가교화하여 매트릭스 폴리머를 고형화하고, 가교화 폴리머 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 가지는 필름을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 측면으로, 에멀젼을 적어도 실질적으로 필름으로 전환시키기에 충분한 시간 동안 충분한 양의 조사선 또는 열에 에멀젼을 노출하여 폴리머 매트릭스를 가교화한다. 일례로, 매트릭스 폴리머를 가교화하기 위해 사용된 조사선은 전자빔선이다. 다른 예로, 사용된 조사선은 자외선이다. 특정 구체예로, 폴리머 매트릭스를 자외선에 노출하여 가교화시키고, 에멀젼에 광개시제를 첨가하여 가교화를 촉진한다. 바람직한 구체예에서, 광개시제는 알파하이드록시케톤 및 이들의 블렌드, 알파아미노케톤, 벤질디메틸-케탈, 아실포스핀 산화물 및 이들의 블렌드, 메탈로센, 벤조일 포르메이트 에스테르, 벤조인 에테르, 벤조페논 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택된다.
또 다른 측면으로, 당업자들에 공지된 자유 래디칼 개시제를 사용하여 매트릭스 폴리머를 가교화하는데 열을 사용한다.
본원에 인용된 모든 특허 및 기타 문헌은 본 발명을 좀더 완벽하게 이해할 목적으로 본 출원에 참고로 포함된다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 설명할 목적으로만 주어지며, 본 발명을 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석하여서는 안된다. 달리 언급이 없으면, 모든 부 및 퍼센트는 중량을 기준으로 한다.
실시예 1: 굴절율 1.4717의 매트릭스 실록산 코폴리머의 합성
1 ℓ 반응 솥에 90 g의 (미리 증류시켜 정제한) 디실라놀 종결된 디메틸(82-86%)디페닐(14-18%)실록산 코폴리머(본원에서 "코포디실라놀"로도 언급), 10 g의 3-아크릴옥시프로필메틸 디메톡시 실란 및 400 mL의 헵탄을 칭량하여 투입하였다. 반응 솥에 두개의 딘-스탁(Dean-Stark("D-S")) 트랩을 장착하고, 제 3 포트를 통해 기계 교반 장치를 도입하였다. 솥의 뚜껑 위의 제 4 포트를 반응 진행과정을 모니터링하기 위한 분취량의 추출을 위해 격막으로 덮었다. 반응 솥의 내용물을 환류시켜 촉매의 첨가없이 90 분동안 환류시켰다. D-S 트랩중에 수집된 물로부터 일부 축합이 일어났음을 알 수 있었다. 촉매, 즉 헵탄 10 mL중의 주석(II) 2-에틸헥사노에이트(0.03 g)를 시린지로 격막을 통해 솥에 도입하였다. 실록산 모노머간의 축합 반응을 이후 105 분동안 유지시킨 후, 그 시점에서 60 mL의 트리메틸메톡시 실란을 반응 솥에 도입하였다. 이러한 말단처리(endcapping) 반응을 120 분동안 진행시킨 후, 반응 솥을 신속히 냉각하였다.
450 mL의 에탄올을 2 ℓ 비이커에 도입하고, 미지근한 반응 혼합물을 비이커에 첨가하여 교반하였다. 비이커를 50 mL의 헵탄으로 세척하고, 세척물도 또한 비이커로 옮겼다. 비이커 내용물을 충분히 교반하고, 450 mL의 메탄올을 교반하면서 도입하였다. 비이커 내용물을 약 15 분동안 교반한 후, 2 ℓ의 분별 깔때기로 옮겼다. 수시간후 층 분리가 일어났고, 맑은 바닥층을 회전 증발시켜서 분별된 실록산 매트릭스 폴리머를 회수하였다. 회전 증발기 온도는 70 ℃ 이하가 바람직하다. 회전 증발후 수득량은 75.2 g이었다.
그후, 매트릭스 폴리머를 단로(short path) 증류 유니트(UIC, Joliet, IL에 의해 제공)에 통과시켰다. 단로 증류 유니트 조건은 다음과 같다: 100 ℃, 2 mTorr 및 50 rpm(와이퍼 롤러에 대해). 공급 속도는 약 60 g/hr이었다.
단로 증류된 매트릭스 폴리머는 점도가 35,540 cps이고, RI가 1.4717이었다. 수평균 분자량("Mn")은 7970이고, 다분산도("D")는 2.8이었다.
상기 매트릭스 폴리머 합성에서, 비정제 코포디실라놀이 사용된 경우, 이어서 2회 분별 실시가 추천된다. 사용되는 메탄올 및 에탄올의 총 부피는 헵탄 부피의 2배일 것이며, 에탄올의 부피비는 각 분별에 대해 메탄올의 3배일 것이다.
실시예 2: 옥틸 메타크릴레이트("OMA")/2-하이드록시에틸 메타크릴레이트("HEMA") 코폴리머 합성:
3-목 250 mL 플라스크에 17.85 g(0.090 mole)의 OMA, 1.30 g(0.01 mole)의 HEMA 및 2 g의 1-헥산티올을 도입하였다. 그후, 플라스크에 20 mL의 톨루엔을 첨가하였다. 내용물을 자석바 및 적절한 교반 장치로 철저히 혼합하였다. 가열을 시작하기 전에 플라스크 내용물에 질소를 약 10 분간 버블링하고, 중합 반응이 종료될 때까지 버블링을 계속하였다. 주목할만한 발열은 없었다. 플라스크를 60 ℃로 가열하였다. 이 온도에서, 0.20 g의 2,2'-아조비스이소부티로니트릴("AIBN") 자유 래디칼 개시제를 10 mL의 톨루엔 용액으로 도입하였다. 온도를 18 시간동안 60 ℃로 유지한 후, 플라스크의 내용물을 약 2 시간동안 환류시켰다. 그후, 100 ℃에서 감압하에 회전 증발시켜 폴리머를 회수하였다.
폴리머를 200 ℃, 2 mTorr 및 350 rpm의 와이퍼 롤러에서 단로 증류 유니트에 투입시켰다. 정제된 폴리머 수득량은 14.39 g(이론치의 75%)이고, 폴리머의 RI는 1.4738이었다. Mn은 1530이고, D는 1.60이었다.
실시예 3: 라우릴 메타크릴레이트("LMA")/HEMA 코폴리머 합성
3-목 250 mL 플라스크에 24.42 g(0.096 mole)의 LMA, 0.52 g(0.004 mole)의 HEMA 및 2 g의 1-헥산티올을 도입하였다. 플라스크에 20 mL의 톨루엔을 첨가하였다. 내용물을 자석바 및 적절한 교반 장치로 철저히 혼합하였다. 가열을 시작하기 전에 플라스크 내용물에 질소를 약 10 분간 버블링하고, 중합 반응이 종료될 때까지 버블링을 계속하였다. 주목할만한 발열은 없었다. 플라스크를 60 ℃로 가열하였다. 이 온도에서, 0.20 g의 AIBN 자유 래디칼 개시제를 10 mL의 톨루엔 용액으로 도입하였다. 온도를 21 시간동안 60 ℃로 유지한 후, 플라스크의 내용물을 약 3 시간동안 환류시켰다. 그후, 100 ℃에서 감압하에 회전 증발시켜 폴리머를 회수하였다.
폴리머를 200 ℃, 2 mTorr 및 350 rpm의 와이퍼 롤러에서 단로 증류 유니트에 투입시켰다. 정제된 폴리머 수득량은 20.24 g(이론치의 80%)이었다. 폴리머의 RI는 1.4722, Mn은 2400, D는 1.57이었다.
실시예 4: n-헥실 메타크릴레이트("HMA")/HEMA 코폴리머 합성
3-목 250 mL 플라스크에 32.36 g(0.19 mole)의 HMA, 1.30 g(O.O1 mole)의 2- 하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트 및 2.5 g의 1-헥산티올을 도입하였다. 플라스크에 40 mL의 톨루엔을 첨가하였다. 내용물을 자석바 및 적절한 교반 장치로 철저히 혼합하였다. 가열을 시작하기 전에 플라스크 내용물에 질소를 약 10 분간 버블링하고, 중합 반응이 종료될 때까지 버블링을 계속하였다. 주목할만한 발열은 없었다. 플라스크를 60 ℃로 가열하였다. 이 온도에서, 0.15 g의 AIBN 자유 래디칼 개시제를 10 mL의 톨루엔 용액으로 도입하였다. 온도를 60 시간동안 60 ℃로 유지한 후, 반응 혼합물을 실온으로 냉각하였다. 100 ℃에서 감압하에 회전 증발시켜 폴리머를 회수하였다.
폴리머를 200 ℃, 2 mTorr 및 350 rpm의 와이퍼 롤러에서 단로 증류 유니트에 투입시켰다. 정제된 폴리머 수득량은 22.4 g(이론치의 69%)이었다. 폴리머의 RI는 1.4750, Mn은 약 1700, D는 1.62이었다.
굴절율 약 1.471의 폴리머 물질을 사용하여 SPD 필름을 제조하는 방법
실시예 5
0.002 g의 Irgacure 819(Ciba Specialty Chemicals) 광개시제("PI")를 2 mL의 클로로포름에 용해시키고, 실시예 1에 기술된 매트릭스 폴리머 1 g에 첨가하였다. PI 용액을 매트릭스 폴리머와 충분히 혼합하고, 혼합물을 진공 오븐에 30 분간 60 ℃로 놓아 두어 클로로포름 용매를 제거하였다. 여기에 라우릴 메타크릴레이트/HEMA 현탁 폴리머(0.56 g, 실시예 3에 따라 합성)를 함유하는 0.62 g의 폴리요오다이드 결정 페이스트를 첨가하였다. 생성된 혼합물을 충분히 혼합하고, 수득한 에멀젼을 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 코팅된 전도성 폴리에스테르 기판상에 2 mil 코팅 두께로 도포하고, 블랭크(blank) 코팅된 전도성 폴리에스테르 기판과 결합시켜 자외선(8600 mJ/㎠/분)으로 2 분 30 초동안 경화시켰다.
실시예 6
0.002 g의 Irgacure 819(Ciba Specialty Chemicals) 광개시제를 2 mL의 클로로포름에 용해시키고, 실시예 1에 기술된 매트릭스 폴리머 1 g에 첨가하였다. PI 용액을 매트릭스 폴리머와 충분히 혼합하고, 혼합물을 진공 오븐에 30 분간 60 ℃로 놓아 두어 클로로포름 용매를 제거하였다. 여기에 옥틸 메타크릴레이트/HEMA 현탁 폴리머(0.56 g, 실시예 2에 따라 합성)를 함유하는 0.62 g의 폴리요오다이드 결정 페이스트를 첨가하였다. 생성된 혼합물을 충분히 혼합하고, 수득한 에멀젼을 닥터 블레이드를 사용하여 코팅된 전도성 폴리에스테르 기판상에 2 mil 코팅 두께로 도포하고, 블랭크 코팅된 전도성 폴리에스테르 기판과 결합시켜 자외선(8600 mJ/㎠/분)으로 2 분 30 초동안 경화시켰다.
실시예 7
0.002 g의 Irgacure 819(Ciba Specialty Chemicals) 광개시제를 2 mL의 클로로포름에 용해시키고, 실시예 1에 기술된 매트릭스 폴리머 1 g에 첨가하였다. PI 용액을 매트릭스 폴리머와 충분히 혼합하고, 혼합물을 진공 오븐에 30 분간 60 ℃로 놓아 두어 클로로포름 용매를 제거하였다. 여기에 헥실 메타크릴레이트/HEMA 현탁 폴리머(0.18 g, 실시예 4에 따라 합성), 부톡시카보닐메틸 부틸 프탈레이트(0.27 g)("BPBG") 및 디메틸 말로네이트(0.07 g)("DMM")를 함유하는 0.62 g의 폴리요오다이드 결정 페이스트를 첨가하였다. 생성된 혼합물을 충분히 혼합하고, 수득한 에멀젼을 닥터 블레이드를 사용하여 코팅된 전도성 폴리에스테르 기판상에 2 mil 코팅 두께로 도포하고, 경우에 따라서 블랭크 코팅된 전도성 폴리에스테르 필름과 결합시켜 자외선(8600 mJ/㎠/분)으로 2 분 30 초동안 경화시켰다.
실시예 8
0.002 g의 Irgacure 819(Ciba Specialty Chemicals) 광개시제를 2 mL의 클로로포름에 용해시키고, 실시예 1에 기술된 매트릭스 폴리머 1 g에 첨가하였다. PI 용액을 매트릭스 폴리머와 충분히 혼합하고, 혼합물을 진공 오븐에 30 분간 60 ℃로 놓아 두어 클로로포름 용매를 제거하였다. 여기에 헥실 메타크릴레이트/HEMA 현탁 폴리머(0.28 g, 실시예 4에 따라 합성), 부톡시카보닐메틸 부틸 프탈레이트(0.24 g)("BPBG") 및 디메틸 테트라플루오로숙시네이트(0.04 g)를 함유하는 0.62 g의 폴리요오다이드 결정 페이스트를 첨가하였다. 생성된 혼합물을 충분히 혼합하고, 수득한 에멀젼을 닥터 블레이드를 사용하여 코팅된 전도성 폴리에스테르 상에 2 mil 필름 두께로 도포하고, 경우에 따라서 블랭크 코팅된 전도성 폴리에스테르 필름과 결합시켜 자외선(8600 mJ/㎠/분)으로 2 분 30 초동안 경화시켰다.
상기 경화된 필름 샘플의 어느 한 면을 400 nm 미만의 UV 파장을 거의 완전히 차단하는 필터로 보호한 후 Atlas Ci 4000 Weather-Ometer에 도입하였다. "SAE" (Society of Automotive Engineers) 표준 kJ-1960 기후 조건(습도 시험 부분 제외)에 노출시킨 후, 전압의 인가 전후 광 투과율을 측정하기 위해 샘플을 가드너 색채 구체(Gardner color sphere)(BYK Gardner(Columbia, MD)에 의해 공급)에 도입하였다. 하기 표에서, "Toff"는 전압을 인가하기 전의 광 투과율 값을 나타내고, "Ton"은 400 Hz 주파수에서 50V를 인가한 후의 광 투과율 값을 나타낸다. "△T" 값은 "on"과 "off" 상태의 투과율 값의 차이를 나타낸다. "△E" 값은 제로 시간 값에 대한 "on"과 "off" 상태의 "T(시)"에서의 투과율 값 및 임의의 변색값의 차이를 나타낸다. △E 값이 낮을수록 시험 조건하에서의 필름 성능이 더 좋다. 하기 표에 주어진 값으로부터 1.4717 RI 매트릭스로 제조된 필름이 내후성 시험에서 유의적으로 우수한 성능을 나타내었다는 것이 명백하다.
SAE kJ-1960에 대한 내후성 데이터
제제 시간
(시)		 Toff
(%)		 Ton
(%)		 △T △Eoff △Eon
1.4587 RI 매트릭스 및
선행기술의 (메트)아크릴레이트
+TETM/ELO 현탁 매질+
폴리요오다이드 결정		 0 21.68 62.97 41.29 - -
179 24.77 60.84 36.07 3.48 1.81
1.4717 RI 매트릭스
및 LMA/HEMA+
폴리요오다이드 결정		 0 26.0 56.14 30.11 - -
439 27.68 52.71 25.03 1.73 2.58
1.4717 RI 매트릭스
및 OMA/HEMA+
폴리요오다이드 결정		 0 5.14 53.58 48.44 - -
893 5.61 52.38 46.77 2.13 0.85
1.4717 RI 매트릭스,
HMA/HEMA 및 BPBG/DMM
현탁 액체 매질+
폴리요오다이드 결정
0 3.87 38.00 34.13 - -
1110 3.31 41.77 38.46 3.8* 2.78*
TETM ⇒ 트리에틸 트리멜리테이트
ELO ⇒ 에폭시화 아마인유
BPBG ⇒ 부톡시카보닐메틸 부틸 프탈레이트
DMM ⇒ 디메틸 말로네이트
* ⇒ "off" 상태의 암흑화 및 "on" 상태의 광 투과율 증가를 의미한다. 이들 변화는 실질적으로 개선된 것이다. 따라서, 데이터는 유리한 것이다.

Claims (22)

  1. 굴절율(RI)이 1.4700 내지 1.4750인 실록산계 매트릭스 폴리머 물질을 포함하고 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유하는 것인, 부유 입자 장치(SPD) 광 밸브의 광 변조 유니트용 필름.
  2. 제1항에 있어서, 매트릭스 폴리머 물질이 필름 형성시에 가교되어 가교화 폴리머 매트릭스를 형성하는 필름.
  3. 굴절율(RI)이 1.4700 내지 1.4750이고 필름 형성시에 가교되어 가교화 폴리머 매트릭스를 형성하는 매트릭스 폴리머 물질을 포함하고, 가교화 매트릭스내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액 매질의 소적을 보유하며, 상기 액체 광 밸브 현탁액 매질이 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머, 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인, 부유 입자 장치(SPD) 광 밸브의 광 변조 유니트용 필름.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 폴리머 매트릭스가 액체 광 밸브 현탁 매질과 혼화되지 않는 실록산 매트릭스 폴리머를 포함하는 필름.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 실록산 매트릭스 폴리머의 굴절율이 1.4717인 필름.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 매트릭스 폴리머 물질이 자외선에 의한 필름의 경화를 촉진하도록 광개시제를 추가로 포함하는 것인 필름.
  8. 제7항에 있어서, 광개시제가 알파하이드록시케톤 및 이들의 블렌드, 알파아미노케톤, 벤질디메틸-케탈, 아실포스핀 산화물 및 이들의 블렌드, 메탈로센, 벤조일 포르메이트 에스테르, 벤조인 에테르, 벤조페논 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 것인 필름.
  9. 한 쌍의 대향 이격 배치된 셀 벽 및 셀 벽 사이에 위치한 광 변조 소자를 포함하며, 상기 광 변조 소자가 제1항 또는 제3항에 따른 필름을 포함하는 것인 광 밸브.
  10. 대향 셀 벽, 셀 벽 사이에 위치한 광 변조 소자 및 셀 벽과 작동적으로 연결된 대향 전극 수단으로 형성된 셀을 포함하는, 조사선의 투과율을 제어하기 위한 전기 광학 장치로서, 상기 광 변조 소자는 굴절율(RI)이 1.4700 내지 1.4750인 실록산 매트릭스 폴리머를 포함하고 매트릭스 내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유하는 필름을 포함하고, 상기 전극 수단은 상기 현탁액을 통해 전기장을 인가하며, 액체 광 밸브 현탁액은 폴리알킬 (메트)아크릴레이트 폴리머, 불소화 (메트)아크릴레이트 폴리머 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택된 폴리머를 포함하는 것인 전기 광학 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 매트릭스 폴리머 물질이 필름 형성시에 가교되어 가교화 폴리머 매트릭스를 생성하는 전기 광학 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 폴리머 매트릭스가 액체 광 밸브 현탁 매질과 혼화되지 않고 굴절율(RI)이 1.4700 내지 1.4750인 실록산 매트릭스를 포함하는 전기 광학 장치.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서, 실록산 매트릭스 폴리머의 굴절율이 1.4717인 전기 광학 장치.
  15. 제12항에 있어서, 매트릭스 폴리머 물질이 자외선에 의한 필름의 경화를 촉진하도록 광개시제를 추가로 포함하는 전기 광학 장치.
  16. 제15항에 있어서, 광개시제가 알파하이드록시케톤 및 이들의 블렌드, 알파아미노케톤, 벤질디메틸-케탈, 아실포스핀 산화물 및 이들의 블렌드, 메탈로센, 벤조일 포르메이트 에스테르, 벤조인 에테르, 벤조페논 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 전기 광학 장치.
  17. 일정양의 실록산 매트릭스 폴리머 물질을 제조하는 단계;
    액체 광 밸브 현탁 매질에 현탁된 다수의 입자를 포함하며, 폴리알킬 (메트)아크릴레이트, 불소화 (메트)아크릴레이트 현탁 폴리머 또는 이들의 혼합물을 포함하는 일정양의 액체 광 밸브 현탁액 및 굴절율(RI)이 1.4700 내지 1.4750인 적어도 일부의 실록산 매트릭스 폴리머 물질의 배합물로부터 에멀젼을 형성하는 단계; 및
    폴리머 매트릭스를 가교화하여 매트릭스 폴리머를 고형화시키고, 가교화 폴리머 매트릭스 내에 분포된 액체 광 밸브 현탁액의 소적을 보유한 필름을 제조하는 단계를 포함하는, 부유 입자 장치 광 밸브의 광 변조 유니트용 필름의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 매트릭스 폴리머 에멀젼을 열 또는 조사선에 노출시켜 폴리머 매트릭스를 가교함으로써 상기 에멀젼을 필름으로 전환하는 것인 필름의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서, 조사선이 전자빔선 또는 자외선인 필름의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스를 자외선에 노출하여 가교화시키고, 상기 방법이 에멀젼에 광개시제를 첨가하여 상기 폴리머 매트릭스의 가교화를 촉진하는 것을 추가로 포함하는 필름의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 광개시제가 알파하이드록시케톤 및 이들의 블렌드, 알파아미노케톤, 벤질디메틸-케탈, 아실포스핀 산화물 및 이들의 블렌드, 메탈로센, 벤조일 포르메이트 에스테르, 벤조인 에테르, 벤조페논 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택되는 필름의 제조방법.
  22. 제18항에 있어서, 상기 열 가교화가 자유 래디칼 개시제를 에멀젼에 첨가하여 상기 폴리머 매트릭스의 가교화를 촉진시키는 것을 추가로 포함하는 필름의 제조방법.
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