KR101650798B1 - 가변형 브래그 스택 - Google Patents

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안드레 아스놀트
제프리 알랜 오진
다니엘 패트릭 푸조
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오팔럭스 인코포레이티드
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Abstract

가변형 광 결정 장치는 제1 재료 및 제2 재료의 교대하는 층을 포함하며, 교대하는 층은 반응성 재료를 포함하고, 반응성 재료는 외부 자극에 반응하며, 교대하는 층은 굴절률에서의 주기적인 차이를 가지며 이 차이로 인해 제1 반사 파장을 일으키며; 외부 자극에 반응하여, 반응성 재료에서의 변화로 인해 장치의 반사 파장이 제1 반사 파장으로부터 제2 반사 파장으로 시프트된다.

Description

가변형 브래그 스택{TUNABLE BRAGG STACK}
본 발명은 가변형 광 결정(tunable photonic crystal)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가변형 1차원 광 결정에 관한 것이다.
광 결정(PC) 분야는 수년 동안 산업 및 학문 양쪽 분야의 연구자들에게 상당한 주목을 받아왔다. 이러한 재료는 굴절률의 주기적인 공간 변조를 통해 가시광과 상호작용하기 때문에 주목받고 있다. 특히, PC에서 발견되는 굴절률의 주기적인 변조로 인해, 이러한 변조의 주기에 대응하는 파장을 가지는 광이 선택적으로 반사하게 된다. 주목받고 있는 상호작용은 PC의 굴절률의 주기가 가시광의 파장과 비교될 수 있을 때 일어난다(아르센나울트 등, Adv. Mater. 2003, vol. 6 p. 503). 이에 따라 육안으로 알아볼 수 있는 광과 상호작용하게 된다.
광 결정은 1차원, 2차원 또는 3차원 형태로 준비될 수 있는데, 학문에서의 이 점에 대한 3차원 형태는 상향식 방법론(bottom-up methodology)으로부터 더 많은 공통의 PC를 얻을 수 있다는 것을 나타낸다. 1차원 PC는 통상적으로 굴절률이 서로 다른 주기적으로 교대하는 층을 포함한다. 1차원 PC의 한 형태가 분배 브래그 반사기(distributed Bragg reflector: DBR)인데, 브래그 스택이라고도 한다.
DBR은 유전 상수가 가변하는 교대하는 층들로 이루어진 박막 나노구조이다. DBR의 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 층 경계로 인해 광파의 부분 반사가 일어나며 많은 경계에서 복수의 반사를 일으킨다. 굴절률의 변동이 주기적인 경우에, 이것은 굴절률이 동일한 각각의 층이 동일한 두께로 적층될 때 달성될 수 있는데, 많은 반사파를 구조적으로 간섭시켜 고품질의 반사기를 생성할 수 있다. DBR에 의해 반사되는 파장의 범위를 광 저지대역(photonic stopband)이라 한다. 이러한 파장의 범위 내에서, 광은 구조에 있어서 전파하는 것이 "금지되고" 대신 반사된다. 이러한 구조는 모든 광학 분야에서 주파수 선택 필터로서 또는 반사방지 코팅으로서 흔히 적용된다.
DBR에 추가의 기능을 부여하기 위해, 종래의 DBR 구조에 대한 변화를 조사하였다. 러너(Rubner) 등은, 완전히 밀집되어 있고 다공성 영역이 교대하는 적층형 폴리머전해질 다층 헤테로구조의 어셈블리를 보고하였다(자이(Zhai) 등, Macromolecules 2004, vol., 37 p. 6113). 폴리(알릴라민 염화수소산)(PAH) 및 폴리(아크릴산)(PAA)로 이루어진 영역의 pH-게이트 다공성은 완전 밀집에 대한 가역의 상대 굴절률(reversible refractive-index contrast)을 달성하기 위한 메커니즘을 제공하며, PAH 및 폴리(소듐 4-스티렌술폰)(SPS)로부터는 pH-무반응 영역이 구성된다. 이러한 그룹은 고굴절률 영역 및 저굴절률 영역의 두께를 제어하여 이 영역들이 가시 스펙트럼을 횡단하는 이러한 1차원 광 결정(즉, 브래그 스택)의 반사대(reflection band)를 위치시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 이러한 "구성상의 색"에 대한 간단한 입증 외에, 반사-피크 파장(및 이에 따라 관찰된 색)이 다공성 영역에서 다양한 화학종의 응결에 민감하다는 것을 보여주었다. 용매 증발량을 추적하기 위한 센서 및 감시 가능한 약제-전달 시스템으로서의 어플리케이션에 대해 논의하였다. 그렇지만, 이러한 1차원 광 결정은 재료의 제조 동안 제어될 때, 고정된 파장만을 반사할 수 있다. 반사 파장에서의 변화는 다공성 영역에서 다양한 종의 흡수에 좌우되며 다른 방법으로는 제어되지 않는다.
러너 등의 동일한 그룹은 TiO2/SiO2 브래그 반사기로부터 구조적 색에 대한 관찰을 보고하였다(우(Wu) 등, Small 2007, vol. 3 p. 1445). 나노입자 DBR을 폴리전해질-보조 층상구조(polyelectrolyte-assited layer-by-layer) 증착으로 어셈블링하였으며, 이후에 막에 대해 열 처리를 수행하여 폴리머 성분들을 제거하였다. 이와 같이 생성된 정각의 나노다공성 박막 코팅은, 전해질-민감 구조 색을 야기하는 협-파장 반사 대역을 예상대로 보여준다. 또한, 이러한 막들은 우호적인 초친수성(김서림 방지(antifogging)) 및 자기-세척 속성을 보여준다. 다시, 반사 파장에서의 변화는 재료의 구멍들 내의 전해질의 흡수에 좌우된다.
최(Choi) 등은 TiO2 및 SiO2 메조포러스 재료(mesoporous material)의 층들이 교대로 해서 이루어진 브래그 반사기의 준비를 보고하였다(최 등, Nano Lett. 2006, vol. 6 p. 2456). 각각의 층은 적절한 졸 용액(sol solution)으로부터 스핀 코팅에 의해 준비되고 이어서 열처리 단계가 수행된다. 저자들은 이러한 다공성 구조에서 전해질의 침입 및 제거에 대한 이러한 메조포러스 DBR의 구조적 색의 가역적 감도를 입증하였다. 반사 파장에서의 변화는 재료의 구멍 내의 전해질의 흡수에 좌우된다.
현재, 이러한 1차원 광 결정 구조에서 구조적 색의 변경(tuning)은 전해질의 흡수로부터만 나올 뿐인데, 이것은 구멍에서의 굴절률을 변화시키고 뒤이어 브래그 반사 최대에서 시프트를 일으킨다. 다른 어플리케이션에서 사용하기 위해서는, DBR의 기능을 확장하는 것이 바람직할 것이다.
일측면에서, 본 발명은 가변형 광 결정 장치(tunable photonic crystal device)에 있어서, 제1 재료 및 제2 재료가 교대하는 층들을 포함하여 이루어지고, 상기 교대하는 층들은 반응성 재료로 구성되며, 상기 반응성 재료는 외부 자극에 반응하며, 상기 교대하는 층들은 제1 반사 파장을 일으키는 굴절률의 주기적 차(periodic difference)를 가지고, 상기 외부 자극에 반응하여, 상기 반응성 재료에서의 변화로 인해 상기 가변형 광 결정 장치의 반사 파장이 상기 제1 반사 파장으로부터 제2 반사 파장으로 변경되는 가변형 광 결정 장치를 제공한다.
일부의 예에서, 상기 반응성 재료에서의 변화는 팽창 또는 수축이다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 나노입자 층 또는 마이크로입자 층으로 구성된다.
일부의 예에서, 상기 나노입자 또는 상기 마이크로입자는, 상기 반응성 재료와의 접착력을 증가시키기도록 되어 있다.
일부의 예에서, 상기 나노입자 또는 상기 마이크로입자의 단면 치수가 약 0.1㎚~약 1㎛의 범위 내에 있다.
일부의 예에서, 상기 단면 치수가 약 5㎚~약 30㎚의 범위 내에 있다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 절연체, 폴리머, 금속, 반도체 및 그 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된다
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은, 금속 나노입자, 폴리머 나노입자, 무기 나노입자, 반도체 나노입자, 실리카, 티타늄 산화물, 폴리머, 그라파이트, 다이아몬드, 비정질 형태의 탄소, C60, 풀러렌(fullerenes), 그라핀, 탄소 나노튜브, 실리콘, 실리콘 카바이드, 게르마늄, 단순 및 복합 이중 및 삼중 산화 금속(simple and complex binary and ternary metal oxides), 금속 칼코겐 화합물(metal chalcogenides), 금속 붕소화물, 금속 인화물, 금속 규소화물, 금속 질화물, 철 산화물, 주석 산화물, 안티몬이 도핑된 주석 산화물, 아연 산화물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 나노입자 또는 마이크로입자이다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은, 구, 타원체, 막대형(rod), 튜브, 와이어, 다면체를 포함한 구, 큐브, 시트, 집합 형상, 및 다면체로 구성되는 군으로부터 선택된 형태를 실질적으로 가지는 나노입자 또는 마이크로입자로 구성된다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 서로 다른 재료의 코어와 쉘을 가진 나노입자 또는 마이크로 입자로 구성된다.
일부의 예에서, 상기 코어 및 상기 쉘의 재료 쌍은, 금-실리카, 은-실리카, 금-티타니아(titania), 은-티타니아, 카드뮴 셀렌화물(selenide)-카드뮴 황화물(sulphide), 및 카드뮴 셀렌화물-아연 셀렌화물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부의 예에서, 상기 외부 자극은, 기계적 자극, 화학적 자극, 전기적 자극, 열적 자극, 광 자극, 자기 자극 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 상기 외부 자극은 전기적 자극이고, 상기 반응성 재료는 상기 전기적 자극에 대해 산화환원 반응을 하는 반응하는 메탈로폴리머(metallopolymer)이다. 예를 들어, 상기 외부 자극은 자기 자극이고, 상기 반응성 재료는 자기적으로 반응하는 재료이다. 예를 들어, 상기 외부 자극은 기계적 자극이고, 상기 반응성 재료는 기계적으로 확장/압축 가능한 재료이다. 예를 들어, 상기 외부 자극은 전기적 자극이고, 상기 반응성 재료는 상기 전기적 자극에 반응하여 치수의 변화를 나타내는 압전 재료이다.
일부의 예에서, 상기 반응성 재료는 폴리머이다. 예를 들어, 상기 폴리머는, 폴리페로세닐실란(polyferrocenylsilanes), 폴리티오펜(polythiophenes), 폴리피롤(polypyrroles), 폴리아닐린(polyanilines), 폴리페닐렌 비닐렌(polyphenylene vinylenes), 폴리아세틸렌(polyacetylenes), 폴리플루오렌(polyfluorenes), 폴리페닐렌비닐리덴(polyphenylenevinylidenes), 폴리아세틸렌(polyacetylenes), 전도성 폴리머(conducting polymer), 공액 폴리머(conjugated polymers), 메탈로폴리머, 상술한 폴리머 타입이 결합된 코폴리머(copolymer), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(polyvinylidene difluoride), 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 예를 들어, 상기 폴리티오펜은 폴리스티렌술포네이트(polystyrenesulfonate)를 가진 폴리에틸렌디옥시티오펜(polyethylenedioxythiophene) 복합체이다.
일부의 예에서, 상기 폴리머는, 공유 결합(covalent bond), 화학적 결합, 물리적 결합, 분산 상호작용, 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 나노입자 상호작용, 표면 상호작용, 수소 결합(hydrogen bond), 배위 결합(coordination bond), 정전 상호작용, 소수성 상호작용(hydrophobic interactions), 플루오로포빅 상호작용(fluorophobic interactions), 상분리된(phase-separated) 도메인, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 가교 결합(cross link)을 포함한다. 예를 들어, 상기 폴리머는 전기적으로 도전성이거나 전기적으로 절연성인 가교 결합을 포함한다.
일부의 예에서, 상기 폴리머는 전체에 걸쳐 미리 선택된 수치의 밀도 및 분포의 가교 결합을 가진다.
일부의 예에서, 상기 폴리머는 미리 선택된 공극률(porosity)을 가진다.
일부의 예에서, 상기 폴리머는 전기중합성(electropolymerizable) 재료이다.
일부의 예에서, 상기 폴리머는 산화환원 활성 그룹(redox active group)으로 이루어진다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 빈 공간(void)을 포함한다.
일부의 예에서, 상기 교대하는 층들은 기판 위에 배치되어 있다. 예를 들어, 상기 기판은, 금속, 절연체, 반도체, 반금속(semimetal), 폴리머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 만들어진다. 예를 들어, 상기 기판은, 상기 교대하는 층들 중 상기 기판에 가장 가까운 층과의 접착력뿐 아니라 상기 반응성 재료와의 접착력도 증가시키도록 되어 있다.
일부의 예에서, 상기 교대하는 층들은 프리스탠딩(free-standing) 구조이다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 둘 이상의 상이한 재료의 혼합체이다.
일부의 예에서, 상기 혼합체는 자기적으로 반응하는 재료와 가역 압축성의 재료로 이루어진다.
일부의 예에서, 상기 반사 파장은, 가시 스펙트럼, 자외 스펙트럼, 적외 스펙트럼 또는 이들의 조합으로 이루어지는 범위 내에 있다.
일부의 예에서, 상기 교대하는 층들과 상기 반응성 재료는 가요성이다.
본 발명의 다른 측면에서는, 서로 이격되어 있는, 전기적으로 도전성인 작업 전극 및 전기적으로 도전성인 카운터 전극; 상기 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 따른 가변형 광 결정 장치로서, 상기 제1 도전성 전극 및 상기 제2 도전성 전극 중 하나 이상과 접촉하고 있고, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 사이에 배치된 상기 가변형 광 결정 장치; 및 상기 작업 전극과 상기 카운터 전극, 그리고 상기 가변형 광 결정 장치와 모두 전기적으로 소통하고, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극의 사이에 제공된 도전성 용액을 포함하고, 상기 가변형 광 결정 장치에 전기적 자극을 주기 위해 상기 작업 전극과 상기 카운터 전극 사이에 전기적 포텐셜을 가하기 위한 전원에 연결되도록 구성되어 있는 가변형 광 결정 전기화학적 셀이 제공된다.
일부의 예에서, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 중 하나 이상은, 도전성 산화물, 도전성 세라믹, 금속, 카본, 도전성 폴리머, 산화환원 활성 폴리머(redox-active polymers), 나노입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부의 예에서, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극은 가요성이다.
일부의 예에서, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 중 하나 이상은 기판 위에 배치되어 있다. 예를 들어, 상기 기판은, 직물(fabric), 종이, 금속, 폴리머, 유리, 세라믹, 무기 재료 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 만들어진다. 예를 들어, 상기 기판은 가요성이다.
일부의 예에서, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 중 하나 이상은 전하 저장(charge-storage) 재료를 가진다. 예를 들어, 상기 용액은 전하 저장 재료를 가진다. 예를 들어, 상기 전하 저장 재료는, 도전성 산화물, 도전성 세라믹, 금속, 카본, 도전성 폴리머, 산화환원 활성 폴리머, 나노입자, 산화환원 활성 소분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
일부의 예에서, 상기 가변형 광 결정 장치가 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 중 하나 이상과 접촉하고 있다.
일부의 예에서, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 사이에 스페이서(spacer)를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 스페이서는, 열가소성 폴리머 막, 접착제가 코팅된 플라스틱 막, 접착제, 에폭시, 및 접착제나 에폭시에 혼합되어 들어간 스페이서 구슬(beads)로 이루어진 군으로부터 선택된 비도전성 재료이다.
일부의 예에서, 상기 전원을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 가변형 광 결정 장치를 제조하는 제조 방법으로서, 기판을 제공하는 단계; 제1 재료 및 제2 재료의 교대하는 층들을 상기 기판 상에 형성하는 단계; 및 반응성 재료를 상기 교대하는 층들에 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 교대하는 층들은 제1 반사 파장을 일으키는 굴절률의 주기적 차를 가지며, 상기 반응성 재료는 외부 자극에 반응하여 변화함으로써 상기 가변형 광 결정 장치의 반사 파장을 상기 제1 반사 파장에서 제2 반사 파장으로 변경되도록 하는 제조 방법이 제공된다.
일부의 예에서, 상기 삽입하는 단계는 상기 형성하는 단계의 일부이고, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 혼합 재료이고, 상기 반응성 재료는 상기 혼합 재료 내에 삽입된다.
일부의 예에서, 상기 반응성 재료는 폴리머 재료이고, 상기 삽입하는 단계는 상기 폴리머 재료의 전구체 혼합물을 상기 교대하는 층들에 침투(infiltration)시키고 상기 전구체 혼합물을 가교(crosslinking)시키는 과정을 포함한다.
일부의 예에서, 상기 반응성 재료는 전기중합성 재료이고, 상기 삽입하는 단계는 상기 전기중합성 재료의 전구체 혼합물을 상기 교대하는 층들에 침투시키고 전기중합화(electropolymerize)하여 상기 반응성 재료를 형성한다.
일부의 예에서, 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료 중 하나 이상은 나노입자 또는 마이크로입자로 이루어지고, 상기 형성하는 단계는, 상기 나노입자 또는 상기 마이크로입자의, 스핀 코팅(spin coating), 딥 코팅(dip coating), 드로우바(drawbar), 슬롯 다이-코팅(slot die coating), 커튼-코팅(curtain coating), 가르니에-코팅(garnier-coating), 롤-코팅(roll coating), 스크린 프린팅(screen printing), 에어졸 증착(aerosol deposition), 진공 증착, 또는 플레임 열분해(flame pyrolysis)에 의해 나노입자 층 또는 마이크로입자 층을 형성하는 과정을 포함한다.
일부의 예에서, 상기 방법은 상기 나노입자 층 또는 상기 마이크로입자 층을 열처리하는 단계를 더 포함한다.
일부의 예에서, 상기 방법은 상기 교대하는 층들 중 하나 이상의 층을 선택적으로 제거하기 위해 상기 교대하는 층들을 에칭하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 상기 에칭은, 화학적 처리, 플라즈마 처리, 가스 처리, 열 처리 및 이들의 조합 중 하나를 사용하여 행해진다.
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본 발명의 다른 측면에서, 가변형 광 결정 전기화학적 셀을 제조하는 제조 방법으로서, 전기적으로 도전성인 작업 전극을 제공하는 단계, 상기 작업 전극과 전기적으로 소통하는 상술한 가변형 광 결정 장치를 제공하는 단계, 상기 작업 전극과 이격되어 있는 전기적으로 도전성인 카운터 전극을 제공하는 단계, 상기 작업 전극과 상기 카운터 전극 사이에 이온이 전달되는 전해액을 제공하는 단계-여기서, 전해액은 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극과 전기적으로 소통함-, 상기 작업 전극과 상기 카운터 전극 사이에 전해액을 밀봉하는 단계, 상기 셀을 전원에 연결하여 전기적으로 연결함으로써 상기 가변형 광 결정 장치에 전기적 자극을 가하는 단계를 포함하는 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에서, 상술한 장치 또는 셀을 포함하는 디스플레이 장치, 인디케이터 장치, 레이저 부품, 발광 다이오드 부품 및 광 전송 부품이 제공된다. 예를 들어, 상기 디스플레이 장치는, 전기적 사이니지(electrical signage), 디스플레이 스크린, 전자 종이, 빌딩 패널, 타일(tiling), 케이스(casings), 코팅, 및 위장(camouflage)으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
도 1은 분배된 브래그 반사기(DBR)를 도시한다.
도 2는 폴리페로세닐실란의 분자 구조를 도시한다.
도 3은 가변형 DBR을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 가변형 DBR을 가지는 전기화학 셀에 대한 개략도이다.
도 5는 전기적 가변형 DBR을 일체화해서 전기화학 셀을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6a는 예시적 DBR의 크기를 가변시키는 스캐닝 전자 현미경 사진(SEM)을 나타낸다.
도 6b는 일부의 예시적인 DBR의 SEM을 나타낸다.
도 7은 다양한 수의 층을 가지는 DBR의 준정규 반사율을 나타낸다.
도 8은 가변형 DBR의 변경을 나타낸다.
도 9는 3원색을 반사하는 가변형 DBR을 나타낸다.
도 10은 비3원색을 반사하는 가변형 DBR을 나타낸다.
도 11a는 예시적인 DBR의 반사 스펙트럼을 나타낸다.
도 11b는 도 11a의 DBR의 SEM을 나타낸다.
도 11c는 도 11a의 DBR의 분석을 나타내는 표이다.
도 12a는 예시적인 DBR의 반사에서의 PFS 겔 침입의 효과를 나타낸다.
도 12b는 예시적인 DBR의 스펙트럼 및 이미지를 나타낸다.
도 13은 전기적 가변형 DBR을 일체화하는 전기화학 셀의 가역성을 나타내는 그래프이다.
도 14a는 예시적인 DBR의 반사 스펙트럼을 나타낸다.
도 14b는 도 14a의 예를 위해 사용되는 예시적인 전기화학 셀을 개략적으로 나타낸다.
도 15는 전기중합 프로세스의 예를 나타낸다.
도 16는 자기적 응답 DBR 및 그 반사 스펙트럼의 예를 나타낸다.
본 개시는 본 명세서에서 분배 브래그 반사기(DBR)라 하는 가변형 광 결정 장치, DBR을 제조하는 방법, DBR을 사용하는 전기화학 셀, 및 이 셀을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 특히, 본 개시는 나노입자의 2 이상의 상이한 조성의 층들이 교대하는 DBR의 제조를 포함한, DBR을 제조하는 상향식 방법에 대해 개시한다.
반사 파장이 외부 자극, 예를 들어 전기 자극에 대한 응답으로 변하는 지능형 광 결정(PC) 시스템을 개발함으로써 DBR(1차원 광 결정이라고도 함)에 특정한 기능을 부여하는 것이 바람직할 것이다. 반사 파장에서의 이러한 변화의 원인은 DBR의 격자 공간에서의 변화 때문일 수 있다. "지능형"은 반사 파장에서의 변화의 원인이 DBR 자체에서의 변화 때문이다는 것을 의미하는 것이지, 전해질의 침입 또는 흡수 때문만은 아니다는 것이다. 그러므로 본 개시에서 설명하는 바와 같은 가변형 DBR은 추가의 기능을 제공할 것이다. 이론적 논점으로부터, DBR의 반사율을 통제하는 브래그 식(Bragg equation)이 완벽하게 측정될 수 있다. 이것은 DBR의 격자 공간이 지속적으로 변할 수 있다는 것을 나타내고, 따라서 가시 스펙트럼 내의 임의의 색을 포함하는, 광의 임의의 파장을 반사할 수 있는 DBR이 제안된다.
일부의 DBR 이론이 본 설명을 이해하는데 도움이 될 수 있을 것이다. DBR은 통상적으로 고굴절률 재료 및 저굴절률 재료로 이루어진 주기적으로 교대하는 층들을 포함한다. 등비례의 모든 색으로 이루어지는 다색의 백색광이 광 결정에 떨어질 때, 일련의 산란 이벤트가 잇따라 일어나고 이에 의해 통상적으로 단지 하나의 파장 λ를 중심으로 집중된 파장의 협대역만이 이와 같은 간섭과 일관성 있게 반사된다. 1차 중심 파장 λ를 브래그 식에 의해 예측할 수 있다(우 등, Small 2007, vol 3 p. 1445).
(수학식 1)
λ = 2(n1d1 + n2d2)
여기서 λ는 정상적으로 입사하는 1차 반사 파장이고 n1 및 d1은 각각 막의 저굴절률 재료의 굴절률 및 두께이고 n2 및 d2는 각각 고굴절률 재료의 굴절률 및 두께이다. 주어진 입사각에서 각각의 광 결정의 색에 대응하는 브래그 식에 의해 예측되는 이 반사 파장이 바로 그러하다는 것에 유의하라.
브래그 식은 DBR에 의해 반사 파장의 대역이 광학적 두께, n1d1 및 n2d2(즉, 각각의 층의 물리적 두께로 승산된 굴절률)에 따라 다르다는 것을 나타낸다. 그러므로 각각의 층의 광학적 두께를 간단히 조정함으로써, 박막 헤테로구조의 색이 전자기 스펙트럼에서의 파장의 범위에서 가변될 수 있다. 그렇지만, 이러한 방식으로는 단일의 막으로부터 복수의 색의 반사를 가능하게 하는 역학적인 가변형 반사기를 생성하지는 못한다. 이러한 방식에 따르면, 하나의 막이 하나의 색만을 반사한다. 그렇지만, PC의 격자 공간을 역학적으로 변경할 수 있다면, 뒤이어서 그 대응하는 색 λ를 역학적으로 변경시킬 수 있다. 이 특별한 방식에 따르면, 복수의 색이 하나의 막으로부터 획득될 수 있으며, 외부 자극에 대한 응답으로서 색 변화를 저지할 수 있다. 이러한 색 변화는 또한 가역적일 수 있으며, 이것은 특정한 어플리케이션에서는 바람직할 수 있다.
공기 중의 λ에 집중된 반사 대역의 세기가 다음과 같이 주어질 수 있다.
(수학식 2)
R = [(1-Y)/(1+Y)]2 x 100(%)
Y = (n2/n1)N-1(n2 2/nS)
n2, n1 및 nS는 각각 고지수(high-index) 재료의 굴절률, 저지수(lower-index) 재료의 굴절률, 및 기판의 굴절률이고, N은 스택의 수(즉, DBR에서의 층들)이다. 식 2는 반사율 R이 층의 수 N뿐만 아니라 상대 굴절 비율 n2/n1의 값이 증가함에 따라 증가한다는 것을 효과적으로 나타내고 있다.
고지수 재료 및 저지수 재료로 이루어진 층들이 밀집해서 연속적으로 (즉, 다공성이 아닌) 교대하는 DBR의 제조는 공지되어 있다. 이러한 방식으로 제조된 DBR은 매우 강렬한 광대역 반사율을 나타내며 이러한 것은 다양한 어플리케이션에 적합하게 할 수 있다. 그렇지만, 이러한 구조에 의해 제공될 수 있는 것보다 더 많은 기능을 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시는 분배된 브래그 반사기(DBR이라 하며, 브래그 스택이라고도 함)의 제조 방법에 대해 설명한다. 또한 가변형 DBR 구조에 대해서도 설명한다. 특히, 가변형 DBR은 외부 자극, 예를 들어 전기 자극, 자기 자극, 또는 기계적 자극에 반응해서 변경될 수 있다.
가변형 DBR은 제1 재료 및 제2 재료의 주기적으로 교대하는 층들을 포함하며, 각각의 층은 서로 상이한 굴절률을 가진다. 본 개시에서 각각의 층에 대해 제1 재료 및 제2 재료를 언급하고 있지만, 일부의 실시예예서는, 각각의 층에 한 가지 타입 이상이 될 수 있으며(즉, 하나의 층이 2 이상의 상이한 재료를 포함하는 혼합층일 수 있다), 이것은 추가의 기능을 제공할 수 있다. 이러한 층들은 평평한 시트의 재료를 포함할 수 있다. 이러한 층들은 마이크로입자 또는 나노입자로 만들어질 수도 있다. 일부의 실시예에서는, 이러한 층들은 나노입자로만 만들어질 수 있다. 나노입자만을 사용하면, 이러한 층들이 수백 나노 미터보다 작은 두께를 가질 수 있으며, 이에 따라 반사 스펙트럼이 가시 파장 내에 있게 된다. 마이크로입자를 사용하면, 두께는 더 두꺼워질 수 있으며, 이에 따라 반사 스펙트럼이 가시 파장 범위 밖에 있을 수 있는데, 예를 들어 적외선 또는 마이크로웨이브 내에 있을 수 있다. 육안으로 볼 수는 없지만, 이러한 비가시 파장에서의 변화는 다른 수단, 예를 들어 적외선 검출기로 검출할 수 있다.
마이크로입자 또는 나노입자의 경우, 입자들은 자기-어셈블리 프로세스를 통해 조직화된 층 또는 막을 형성할 수 있다. 마이크로입자 또는 나노입자는 크기가 약 60 나노미터 내지 약 100 마이크로미터 범위에 있는 단면 치수를 가질 수 있거나, 약 1 나노미터 내지 약 150 마이크로미터 범위에 있는 단면 치수로 더 작을 수 있다. DBR은 평평한 시트의 상이한 재료들의 교대하는 층을 가질 수 있거나, 마이크로입자 재료 또는 나노입자 재료의 교대하는 층을 가질 수 있거나, 또는 평평한 시트이면서 마이크로입자 재료 또는 나노입자 재료의 교대하는 층을 가질 수 있다. 이러한 층에서는, 마이크로입자 재료 또는 나노입자 재료는 하나 이상의 다른 타입의 재료와 조합해서 평평한 시트로 구성될 있다. DBR에 대한 다른 공통의 구조 역시 이러한 가변형 DBR에 적합할 수도 있다.
예를 들어, 제1 또는 제2 재료는 금속 나노입자, 폴리머 나노입자, 무기 나노입자, 및 반도체 나노입자 중에서 선택된 나노입자 또는 마이크로입자를 포함할 수 있다. 이러한 나노입자의 예로서는, 실리카, 티탄 산화물, 탄소 재료(예를 들어, 그라파이트, 다이아몬드, 비정질 형태의 탄소 C60, 플라렌(fullerenes), 그라핀, 및 탄소 나노튜브), 폴리머(예를 들어, 폴리스티렌 및 폴리메틸아크릴레이트), 실리콘, 실리콘 카바이드, 질화 금속, 산화 철, 산화 주석, 안티몬이 도핑된 산화주석, 산화 아연, 및 이것들의 조합을 들 수 있다.
나노입자 및 마이크로입자는 실질적으로 구, 타원, 로드(rod), 튜브, 와이어, 다면체를 포함하는 구, 정육면체, 시트, 다면체 또는 집단 형상(aggregate shape)의 형태일 수 있다. 입자들이 장방형은 없을 수도 있다. 입자들은 또한 가변형 DBR에 있어서 입자와 반응성 재료 간(후술됨) 및/또는 입자와 기판 간의 부착성을 높이기 위해 변형될 수 있다. 입자들은 또한 코어-쉘 이질의 입자들일 수 있는데, 이러한 입자는 상이한 재료의 동심 쉘을 가지는 한 재료의 코어를 가진다. 이와 같이 다양한 코어-쉘 입자들이 가능하며, 특정한 예로는, 금-실리카, 은-실리카, 금-티타니아, 은-티타니아를 들 수 있으며, 또한 카드뮴 셀렌화물-카드뮴 황화물, 및 카드뮴 셀렌화물-아연 셀렌화물와 같이 코어-쉘 양자점(core-shell quantum dot)(예를 들어, 반도체 나노입자)을 들 수 있다. 나노입자의 일례로는 실리카-코팅이 적절할 수 있는데 이에 대해서는 루(Lu) 등, Nano Lett. 2002, vol. 2, page 785에 개시되어 있다. 광 결정에 적절한 다른 재료들도 사용될 수 있다.
나노입자 또는 마이크로입자는 입자의 표면에 기능적 코팅을 가질 수 있다. 기능적 코팅의 예로는 입자의 표면에 코팅된 리간드(ligand)를 들 수 있다. 이러한 코팅은 특히, 입자 층의 형성, 기판상에 입자들의 코팅, 용매에서 입자들의 용해성, 입자들의 부착성, 및 입자의 굴절률에 영향을 주거나 및/또는 도움을 줄 수 있다.
가변형 DBR은 우수의 층(즉, 제1 재료와 제2 재료가 동일한 수의 층)을 가질 수 있거나, 기수의 층을 가질 수 있다. 어떤 수의 층이라도 적절할 수 있지만, 통상적으로는 가변형 DBR은 적어도 2개의 이중층을 가지는데, 하나의 이중층은 제1 재료의 층으로서 정의되고, 다른 하나의 이중층은 제2 재료의 층으로서 정의된다. DBR에서 교대하는 층의 수가 많을수록, 결과적인 DBR의 반사율이 높으며, 교대하는 층의 주기율이 유지될 수 있다.
DBR로부터 반사되는 파장은 이중층의 주기성(즉, 교대하는 층들 간의 거리 및/또는 두께)뿐만 아니라 두 개의 교대하는 재료의 상대 굴절률(RIC)에 따라 다르다. 그러므로 DBR은 한쪽 재료 또는 양쪽 재료의 굴절률을 가변시킴으로써 또는 이러한 층들의 두께 및/또는 거리를 가변시킴으로써, 또는 이러한 두 가지 모두를 수행함으로써, 변경될 수 있다. 소정의 굴절률 및 물리적 두께를 가지는 층들을 이용하여 DBR을 설계함으로써, 특별한 반사 파장 및 특별한 파장 변경 응답이 달성될 수 있다. 가변형 DBR은 가시 파장, 자외선 파장, 적외선 파장 또는 이것들의 조합을 포함한, 스펙트럼에서의 어떠한 파장이라도 반사할 수 있으며, 이러한 파장의 범위 사이에서 시프트할 수 있다.
가변형 DBR은 역학적으로 변경되는 추가의 능력을 가진다. 즉, 그 반사 파장은 고정되어 있지 않지만, 외부 자극에 대해 응답해서 변경될 수 있다. 이 외부 자극은 기계적, 화학적, 전기적, 자기적 또는 방사 자극일 수 있다. 이 외부 자극은 한쪽 또는 양쪽의 재료의 굴절률을 변화시킬 수 있으며, 및/또는 층들의 주기를 변화시킬 수 있다.
층들의 주기에서 조정가능한 변화는 한쪽 또는 양쪽의 재료에, 외부 자극에 반응해서 치수가 변하는 반응성 재료를 통합시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 반응성 재료는 외부 자극에 반응하여, 팽창, 수축, 압축, 확장 또는 왜곡될 수 있다. DBR의 층들이 마이크로입자 또는 나노입자로 형성되는 경우, 확장/수축 반응성 재료로 층들로 침투하면, 마이크로입자들 또는 나노입자들 사이에 격자 공간이 생기고, 또한 반응성 재료가 치수가 변할 때 확장 또는 수축하게 된다. 격자 구조의 변화는 층의 전체 두께의 변화를 일으키고 이에 따라 그 반사 파장의 변화를 일으킨다.
조정 가능한 변화는 또한, 한쪽 또는 양쪽의 층 재료를, 외부 자극에 반응하여 굴절률이 변화하는 반응성 재료와 함께 매립함으로써 달성될 수 있다. 굴절률이 변하는 반응성 재료가 층들에 침입하면, 층들 사이의 공간이 변하지 않게 되며, 그 반사 파장의 변화는 굴절률의 변화 때문에 일어나게 된다.
대안으로, 조정 가능성은, 예를 들어 외부 자극에 서로 상이하게 반응하는 하나 이상의 반응성 재료를 매립함으로써, 굴절률 변화 및 주기성 변화의 조합에 의해 달성된다.
반응성 재료는 마이크로입자 또는 나노입자 외에 또는 대신에 빈 공간(void)을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 반응성 재료가 통합된 후 마이크로입자들 또는 나노입자들이 층을 벗어나서 에칭되는 경우일 수 있다. 빈 공간이 있음으로써 재료의 굴절률이 변할 수 있고, 전해질의 흡수가 허용되며, 전해질의 DBR로의 수송이 향상될 수 있으며, 재료를 기계적 힘에 의해 더 많이 압축할 수 있고, 및/또는 외부 자극에 대한 DBR의 반응 시간을 향상시킬 수 있다.
반응성 재료는 전기 자극에 반응하는 전기활성 폴리머와 같은 폴리머 재료일 수 있다. 폴리머의 전기 반응은 작용기(functional group) 또는 백본에서 떨어진 체인과 같이, 폴리머 또는 폴리머 백본 자체의 원자 또는 화학적 그룹의 존재 때문일 수 있거나, 폴리머와 혼합하되 바운드되지 않을 수 있는데 - 이것은 전기장 또는 전류에 반응한다. 이것들은 공통의 상업적 도전성 폴리머에서 발견되는 철 원자 또는 티오펜 그룹과 같이, 산화되거나 줄어들 수 있는 원자 또는 그룹일 수 있으며, 따라서 폴리머는 전류가 제거된 후에도 전하를 유지할 수 있다. 다른 실시예에서, 폴리머는 전기장에 반응하는 그룹을 포함할 수 있지만, 산화되거나 감축되지는 않는다. 이러한 그룹은 전기장 내에서 이동할 수 있는 이온 그룹을 포함하지만, 전기장이 제거된 후에는 본래의 위치로 되돌아가는 경향이 있다. 다른 실시예에서, 폴리머는 압전기 특성을 가지므로(예를 들어, 폴리머는 폴리비닐리덴 디플루오라이드일 수 있다), 폴리머 구조 자체는 전기장과 같은 전기 자극의 영향 하에서 치수의 변화를 나타낼 수 있다. 반응성 재료는 외부 자극에 반응하는데 바람직한 화학적, 물리적, 전기화학적, 광학적, 자기적, 및/또는 전자적 특성을 일으키는 성분을 가지도록 선택되거나 설계될 수 있다.
전기활성 폴리머에서 사용될 수 있는 가능성 있는 금속 원자로는, 티탄, 바나듐, 크롬, 마그네슘, 철, 코발트, 니켈, 구리, 니오븀, 몰리브덴, 루테늄, 레늄, 플라티늄, 팔라듐, 로듐, 아연 및 이것들의 조합을 들 수 있다. 이러한 금속 원자는 폴리머에 화학적으로 통합될 수 있으며, 아울러 직접적으로 함께 및/또는 링킹 유닛(linking unit)을 통해 연결될 수 있다. 직접 연결 또는 링킹 유닛 자체는 소정의 화학적, 물리적, 전기화학적, 광학적 및/또는 전자적 특성을 폴리머에 제공할 수 있다. 가능성 있는 링킹 유닛으로는, 치환된 또는 치환되지 않은 카르바니온, 공액 카르바니온, 선형 올레핀, 순환 올레핀, 아세틸렌, 포스핀, 아민, 카르보닐, 카르빈, 알콕사이드, 및 이것들의 조합을 들 수 있다. 금속 원자는 또한 사이드-체인 리간드를 가질 수 있는데, 이러한 사이드-체인 리간드로는, 치환된 또는 치환되지 않은 카르바니온, 공액 카르바니온, 선형 올레핀, 순환 올레핀, 아세틸렌, 포스핀, 아민, 카르보닐, 카르빈, 알콕사이드, 풀러렌 및 이것들의 조합을 들 수 있다.
반응성 재료는 메탈로폴리머(metallopolymer)일 수 있다. 메탈로폴리머의 일례가 도 2에 도시된 바와 같은 폴리페로세닐실란(PFS) 겔이다. PFS는 폴리머인데, 이 폴리머의 메인 체인은 교대하는 치환된 실리콘 원자들 및 페로세닐 사이클로펜타디에닐 링의 1- 및 1'- 위치에 의해 연결된 페로센 그룹으로 이루어져 있다. 전환 금속 결정 링-오프닝-폴리머화(ring-opening-polymerization: ROP) 또는 음이온 ROP를 포함하는, 다양한 방법을 통해 높은 분자량에서 얻어질 수 있다(포우처(Foucher) 등, J. Am Chem. Soc. 1992, vol. 114 p. 6246). 이러한 개시된 각각의 방법은 조정 가능하고 더 많은 양으로 재생될 수 있다.
폴리머는 금속 함유 모노머, 올리고머 또는 프리-폴리머, 예를 들어 브리지 메탈로세노파네(bridged metallocenophanes)로부터 형성될 수 있다. 가능성 있는 브리지 메탈로세노파네로는, 치환된 실라-1-페로세노판을 들 수 있는데, 예를 들면, 디알킬실라-1-페로세노판, 알킬알콕시실라-1-페로세노판, 디알콕시실라-1-페로세노판, 시클로알킬실라-1-페로세노판, 디아릴실라-1-페로세노판, 알킬아릴실라-1-페로세노판, 알킬알케닐실라-1-페로세노판, 알킬알키닐실라-1-페로세노판, 및 이것들의 조합이다. 금속 함유 가교제(crosslinker)를 사용할 수 있는데, 예를 들면, 시클로부틸실라-1-페로세노판, 실라-1,1'-디페로세노판, 1,2-비스(메틸실라-[1]-페로세노판)아세틸렌, 1,4-비스(메틸실라-[1]-페로세노판)벤젠, 비스(메틸실라-[1]-페로세노판-1,4-디에티닐벤젠, 1,2-비스(메틸실라-[1]-페로세노판)에탄, 및 이것들의 조합이다.
다른 적절한 폴리머로는, 폴리페로세닐실란, 폴리티오펜(예를 들어, 폴리스티렌술폰을 가진 폴리에틸렌디옥시티오펜 복합물), 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리아세틸렌, 폴리플루오렌, 폴리페닐렌비닐리덴, 폴리아세틸렌, 도전성 폴리머, 공액 폴리머, 메탈로폴리머, 폴리비닐리덴 디플루오라이드, 이러한 폴리머 타입을 일체화한 코폴리머, 및 이것들의 조합을 들 수 있다. 이러한 폴리머는 치환될 수 있거나 치환되지 않을 수 있다.
폴리머 네트워크는 선형 폴리머 체인을 포함하거나, 또는 주어진 밀도의 가교 그룹을 포함하여, 가교 폴리머 네트워크를 제공할 수 있다. 이러한 가교는 예를 들어 공유 결합, 이온 결합, 극 공유 결합, 화학적 결합, 물리적 결합, 분산 상호작용, 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 나노입자 상호작용, 표면 상호작용, 수소 결합, 배위 결합(coordination bonds), 정전기 상호작용, 소수성(hydrophbic) 상호작용, 플루오로포빅 상호작용, 상-분리된(phase separated) 도메인, 또는 이것들의 조합에 기반을 들 수 있다. 폴리머 전반에 걸쳐 가교 결합의 밀도 및 분배는 소정의 강도 및 유연성을 가진 폴리머를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 가교 결합의 밀도를 높게 하면 더 경직된 폴리머 재료가 생기며 외부 자극에 대해 반응이 더 작거나 및/또는 더 느리게 된다. 가교 결합은 또한 전기적으로 전도성일 수 있거나 전기적으로 절연성일 수 있다.
폴리머는 다양한 방법으로 DBR의 층들로 병합될 수 있는데, 이러한 방법으로는, 융체 침투(melt infiltration), 모노머의 중합화 또는 가교 결합 또는 모노머의 조합, 가교제의 중합화, 용액 침투, 가스-상태 침투, 전기영동(electrophoresis), 승화(sublimation), 또는 이것들의 조합을 들 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
예에서, 폴리머 재료는 펜단트 비닐 그룹을 가지는 폴리페로세닐실란일 수 있으며, 이것은 활성화된 라디칼 개시제가 있으면 멀티-기능 티올(thiol)을 사용해서 가교 결합된다.
일부의 실시예에서, 2 층 중 적어도 하나는 둘 이상의 상이한 재료의 혼합물을 사용해서 준비될 수 있다. 예를 들어, 층 재료 중 하나는 2개의 나노입자의 혼합물, 또는 나노입자와 침투된 재료의 혼합물로 만들어질 수 있다. 이에 따라 반응성 재료가 층에 병합될 필요 없이, 외부 자극에 반응할 수 있는 혼합된 층을 제공할 수 있다. 예를 들어, 혼합된 층은 자철광과 같은 자기적 반응성 재료 및 탄성체와 같은 가역적 압축 가능한 재료의 나노입자의 혼합물을 사용해서 만들어질 수 있다. 다른 층 재료도 또한 혼합될 수 있거나 동질일 수 있다. 혼합된 층에는 자기적 반응성 재료가 있기 때문에, 이와 같은 구조는 반사 파장에서 이러한 변화가 생기면서, 자기적 자극에 반응해서, DBR 층들을 함께 더 가깝게 하거나 더 멀리 있게 하여 압축되거나 확장될 수 있다.
자기적 반응 DBR은 또한 혼합된 층을 사용하지 않고서도 달성될 수 있다. 예를 들어, DBR은 자철광 나노입자와 같이, 자기적 반응성 재료를 가지는 제1 재료, 및 다공성 탄성체와 같이, 가역적으로 압축 가능한 제2 재료로 이루어진 교대하는 층들을 포함할 수 있다. 자철광 층들은 그러므로 자기적 자극에 반응할 때 변형될 수 있는(예를 들어 압축될 수 있는) 다공성 탄성체 층에 의해 분리될 수 있다.
일부의 실시예에서, 반응성 재료는 기계적 자극에 반응할 수 있다. 예를 들어, DBR 층들 중 하나 이상은 다공성 탄성체 또는 폴리머와 같이, 기계적으로 확장될 수 있는/압축될 수 있는 재료를 포함할 수 있는데, 이에 의해 DBR 구조는 기계적 자극에 의해 변형될 수 있다(예를 들어, 기계적 힘을 인가하여 압축 가능하다).
가변형 DBR을 제조하는 방법의 예가 도 3에 도시되어 있다.
단계(302)에서, 기판이 제공되며, 이 기판 위에 가변형 DBR의 층들이 형성된다. 기판은 유연성 있거나 유연성 없는 재료로 만들어질 수 있으며, 어플리케이션에 따라 선택될 수 있다. 기판의 가능성 있는 재료로는, 금속, 절연체, 반도체, 반금속, 폴리머, 액정, 이온 유동체, 유동체, 및 이것들의 조합을 들 수 있다. 도시되지 않았지만, 기판은 가변형 DBR이 제조된 후, 당기술분야에 흔히 알려진 기술을 사용해서 나중에 제거되어, 프리-스탠딩 가변형 DBR을 생성할 수 있다. 기판을 사용하지 않고서도 DBR의 층들을 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 기판 대신, 이미-형성된 초기의 층(예를 들어 종래의 수단을 사용해서 분리되어 형성된 층)이 사용될 수 있다. 이러한 이미-형성된 층은 상부 층 또는 하부 층과 같이, 그 교대하는 층들 중 하나로서, DBR에 병합될 수 있다. 이러한 이미-형성된 층은 또한 코어 층 또는 중심 층으로 병합될 수 있는 데, 여기에 개시된 기술 중 어떤 기술이라도 사용해서, 예를 들어 초기의 층 주위에 교대하는 층들을 형성함으로써 병합될 수 있다.
단계(304)에서, 제1 재료의 층은 기판 위에 형성된다. 이 층은 전술한 바와 같이, 다양한 재료로 형성될 수 있고 다양한 기하학을 가진다. 층이 나노입자 층인 경우에, 이 단계는 박막 층을 형성하기 위해 스핀-코팅 나노입자를 포함할 수 있다. 나노입자 층의 두께를 제어하는 다른 방법들로는, 딥-코팅, 드로우바(drawbar), 슬롯 다이-코팅, 커튼-코팅, 가르니에-코팅(garnier-coating), 롤-코팅, 스크린 프린팅, 에어졸 증착, 진공 증착, 플레임 열분해(flame pyrolysis), 및 당기술분야에 흔히 알려진 그외의 기술을 들 수 있다. 나노입자 층의 경우, 이 층은 더 많은 단단한 층을 생성하기 위해, 예를 들어 소결(sintering), 열처리 또는 플라즈마 처리에 의해 추가로 처리될 수 있다.
이러한 층을 형성하는 방법은 제1 재료가 혼합 재료(예를 들어, 둘 이상의 상이한 나노입자의 혼합물, 나노입자 및 침입된 재료의 혼합물)일 때와 유사하다. 예를 들어, 동질의 나노입자로 시작하기보다는, 둘 이상의 상이한 나노입자의 혼합물을 사용할 수 있는데, 각각의 나노입자의 소정의 적절한 비율을 가지며, 이 혼합물은 스핀-코팅과 같은 전술한 기술을 사용해서 층으로 만들어질 수 있다. 혼합물은 자기적 반응 나노입자(예를 들어, 자철광 나노입자)와 같은, 외부 자극에 반응하는 나노입자를 포함할 수 있다. 형성된 혼합된 층은 침입된 재료로 더 침입될 수 있으므로 비반응 나노입자를 선택적으로 제거할 수 있다. 이 비반응 나노입자는 각각의 혼합된 층이 제거될 때 선택적으로 제거될 수 있거나, DBR의 모든 층이 형성된 후 제거될 수 있다. 예를 들어, 이 방법은 SiO2 및 자철광 나노입자의 혼합물을 적절한 비율로 사용해서 층을 먼저 형성하고, 이 형성된 층을 탄성체로 침입시키고, 그런 다음 SiO2를 선택적으로 제거함으로써, 자기적-반응 혼합 층을 형성하는데 사용될 수 있으며, 결과적으로 자기 자극에 반응해서 접촉하거나 확장하는 혼합된 층이 형성된다.
다른 예에서, SiO2 및 자철광 나노입자는 SiO2 층에 매립되어 있는, 탄성체 네트워크와 같이 가역적으로 압축될 수 있는 재료를 가지는 상이한 층들로 제공될 수 있으므로, SiO2를 에칭한 후, 자기 층들은 다공성 탄성체 층들에 의해 분리될 것이며 이것은 자기 층들이 자기 자극에 반응할 때 변형될 수 있다(예를 들어, 압축될 수 있다).
단계(306)에서, 제2 재료의 층이 형성된다. 제2 재료의 층은 전술한 바와 같은, 다양한 재료 및 다양한 기하학으로 형성될 수 있다. 제2 재료의 층은 제1 재료의 층과 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 제1 재료가 혼합된 재료인 경우, 제2 재료는 반응성 재료와 유사하거나 상이한, 동질의 재료일 수 있거나 혼합된 재료일 수 있다.
제1 재료와 제2 재료의 교차하는 층들은 바람직한 수의 층들 또는 두께가 달성될 때까지 반복적으로 형성될 수 있다. 제2 재료에 대한 제1 재료의 동등한 수의 층들이 있을 수 있거나(즉, 우수의 층들이 있는 경우), 제2 재료보다 하나 더 많은 제1 재료가 있을 수 있다(즉, 기수의 층들이 있는 경우).
제1 재료 및 제2 재료 중 적어도 하나가 반응성 재료인 경우, 이러한 혼합된 재료는 적어도 하나의 매립된 반응 성분을 가지며, DBR은 이때 완료될 수 있으며 방법은 종료된다. 제1 재료 및 제2 재료가 모두 비반응 재료인 경우에는, 방법은 단계(308)로 진행할 수 있다.
단계(308)에서, 층들은 전구체 혼합물(precursor mixture)로 침입된다. 전구체 혼합물은 모노머, 올리고머 또는 프리-폴리머; 가교제; 및 개시제를 포함할 수 있다. 일부의 예에서, 전구체 혼합물은 약 50-100 중량 % 모노머, 올리고머 또는 프리-폴리머, 0-30 중량 % 가교제, 및 0-20 중량 % 개시제를 포함할 수 있다. 층들로의 침입은 진동, 가열, 진공, 및 그외 유사한 종래 기술이 도움이 될 수 있다. 모노머, 올리고머 또는 프리-폴리머는 전술한 폴리머의 모노머를 포함할 수 있다. 개시제는 광개시제, 열-감지 개시제, 또는 화학적 개시제 중에서 선택될 수 있다. 모노머, 올리고머 또는 프리-폴리머 자체는 가교 결합 그룹 또는 사이드-체인을 포함할 수 있으며, 이 경우 가교제는 필요하지 않을 수 있다.
단계(310)에서, 전구체 혼합물은 폴리머 네트워크를 형성하도록 가교 결합되는데, 이에 따라 복합 DBR이 생성된다. 가교 결합은 사용되는 개시제의 타입에 따라, 전구체 혼합물을 UV 방사, 열, 또는 적절한 화학 재료에 노출하는 단계를 포함한다.
일부의 실시예에서는, 전기중합화 프로세스를 사용하여 유기 도전성 폴리머와 같은 전기적 도전성 폴리머로 층을 침투시켜, 전기적 반응 DBR을 생성할 수 있다. 전기중합화 프로세스에 대한 예가 도 15에 도시되어 있다. 이 예에서, 전기적 도전성 폴리머는 티오펜이며, A로 도시되어 있다. B는 전기중합에 적절한 3-전극 전기화학 셀을 개략적으로 도시하고 있다. 도시된 예에서, 셀은 플루오린 도핑된 산화 주석(FTO) 위에 형성된 층을 포함하는 작업 전극 WE, 플라티늄 카운터 전극 CE, 및 폴리머 전구체를 함유하는 용액에 침지된 은/은 클로라이드 기준 전극 RE를 가지며, 본 예에서 폴리머 전구체는 티오펜 모노머이다. 다른 적절한 재료도 전극 및 용액에 사용될 수 있으며, 다른 전기화학 셋업도 적절할 수 있다. 적절한 양전위가 작업 전극에 인가되어 전구체를 바람직한 폴리머에 산화적으로 중합한다. 대안으로, 소정의 폴리머 전구체는 음전위를 작업 전극에 인가하여 전기중합이 수행될 수도 있다. 작업 전극은 다공성 DBR로 이루어져 있기 때문에, 폴리머는 DBR의 구멍 내에서 성장할 뿐이다. C는 예시적인 폴리(티오펜) 침입 SiO2/TiO2 DBR의 사진이다. D는 폴리(티오펜) 침입 전후의 예시적인 SiO2/TiO2 DBR의 반사 스펙트럼을 포함한다.
완성된 복합 DBR은 기판상에 사용될 수 있거나 예를 들어 증류수에서 DBR을 기판으로부터 플로팅시킴으로써 기판으로부터 프리드(freed)될 수 있다. 더 큰 유연성이 필요한 경우에는 기판 없이 DBR을 제공하는 단계가 사용될 수 있다. DBR에서 더 많은 층 또는 더 두꺼운 층을 형성함으로써 기판 없는 DBR의 강건성(robustness)이 향상될 수 있다. 소결, 열처리 또는 플라즈마 처리도 DBR의 강건성을 높이는데 도움이 된다.
일부의 예에서, DBR은 그 층들 중 하나 이상을 제거하기 위해 추가로 에칭될 수 있다. 이것은 그 반응성을 향상시키거나 및/또는 외부 자극에 대한 그 반응을 수정하기 위해 수행될 수 있다. 이러한 에칭은 선택적이며, 화학적 처리(예를 들어, 실리카의 플루오르화 수소산, 플루오르화 암모늄, 또는 수산화 나트륨 에칭), 플라즈마 처리(예를 들어, 블렌딩되어 있는 희생 폴리머 구와 같은 유기체를 제거하기 위한 산소 플라즈마), 가스 처리, 또는 열처리(예를 들어, 유기체의 이산화탄소 가스로의 열 변환)에 의해 적절하게 수행될 수 있다. 에칭 프로세스는 DBR의 하나 이상의 층들을 제거하는데 사용될 수 있는데 이것은 남아 있는 층들이 더 큰 치수 변화(예를 들어, 확장/수축)를 나타내게 할 수 있으며, 반사 파장의 강도를 증가시킬 수 있다.
가변형 DBR이 전기적으로 조정 가능한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 전기화학 셀에 병합될 수 있다. 전기화학 셀은 가변형 DBR(402)을 포함하는데, 이것은 작업 전극(404), 및 이 작업 전극으로부터 떨어져 있는 카운터 전극(406) 상에서 지지될 수 있다. 작업 전극 및 카운터 전극은 스페이서(도시되지 않음)에 의해 떨어져 있게 된다. 이온성 전도 전해질 용액과 같은 전도 용액(408)이 전극(404, 406) 사이에 제공되어, 전극(404, 406) 및 DBR(402) 사이의 전기적 소통을 제공하며, 용액(408)은 전해질을 포함하여, DBR이 전기적 자극에 반응할 수 있게 한다. 셀은 용액(408)을 함유하도록 밀봉될 수 있다. 용액(408)으로서 언급하였으나, 고체 또는 유동체를 사용하여 셀 내의 전기적 소통을 제공할 수 있다. 전기화학 셀을 기판 위에 제공하여 강건성을 높일 수 있다.
장치는 포텐쇼스타탯(potentiostat)(410)과 같은 전원에 연결될 수 있는데, 이 포텐쇼스타탯은 장치를 제어한다. 이러한 형태에서, 장치의 반사 스펙트럼은 작업 전극(404)과 카운터 전극(406) 양단에 전위를 인가함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, DBR(402)이 전기적 반응 폴리머를 포함하는 경우, 산화 전위(oxidative potential)를 장치에 인가할 때, 폴리머가 금속 원자를 포함하는 메탈폴리머 겔일 때와 같이, 전자들은 DBR 층(402)에 폴리머 밖으로 끌어 내어지며, 반면 용매 쉘에 의해 둘러싸인 전도 용액(408)으로부터의 음이온은 폴리머로 밀려져 양전하 축적을 중립화한다. 전해질 및 용매가 폴리머로 유입하면, 폴리머가 부풀어 오르고, DBR(402)에서의 층들이 떨어지도록 밀어내어, 결과적으로 반사 파장의 적색-시프트(red-shift)가 생긴다. 감소하는 전위를 인가하면, 반대의 효과가 일어나는데, 전자들은 DBR(402) 내의 폴리머로 도킹되고 음이온은 전도 용액(408)으로 밀어내어진다. 이에 의해 DBR(402) 내의 층들 간의 공간을 감소시키면서 폴리머가 수축하게 되어, 반사 파장의 청색-시프트(blue-shift)가 생긴다.
다른 예에서, DBR(402)은 굴절률의 변화에 의한 것과 같이, 다른 방식들로 반응하는 반응성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 변화는 또한 DBR(402)에서 층들의 물리적 주기성(예를 들어 기하학적 두께)을 변화시키지 않고, 그 반사 파장의 시프트를 야기할 수 있다.
작업 전극 및 카운터 전극(404, 406)은 동일한 재료로 만들어질 수 있으며 실질적으로 동일한 설계를 가진다. 대안으로, 작업 전극 및 카운터 전극(404, 406)은 상이한 재료로 만들어질 수 있으며 및/또는 상이한 구성을 가질 수 있다. 작업 전극 및 카운터 전극(404, 406)의 재료 및/또는 구성은 후술되는 바와 같이 DBR(402)의 전기적 반응에 영향을 미칠 수 있다.
일반적으로, 작업 전극(404)에 적합한 재료 및 구성은 카운터 전극(406)에도 적합할 수 있다. 따라서, 두 전극(404, 406)의 구성을 함께 논의한다. 전극(404, 406)을 위한 재료로는 다양한 전도성 재료를 들 수 있는데, 예를 들면, 전도성 산화물, 전도성 세라믹, 금속, 탄소, 도전성 폴리머, 산화환원 활성 폴리머(redox-active polymer), 나노입자 및 이것들의 조합을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 적절한 전기적 전도성 재료가 사용될 수 있다. 이러한 전기적 전도성 재료는 프리스탠딩일 수 있거나, 전극 기판 위에서 지지받을 수 있다. 이러한 전극 기판은 직물, 종이, 금속, 폴리머, 유리, 세라믹, 무기 재료, 및 이것들의 조합으로 만들어질 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 전극(404, 406) 및 전극 기판은 유연성이 있도록 선택될 수 있다.
전극(404, 406)은 전하-저장 재료(도시되지 않음)로 코팅될 수 있다. 전하-저장 재료는 또한 이온 전도성 전해질 내에 존재할 수 있다. 그 자체의 전기적 그리고 전기화학적 특성뿐만 아니라, 전하를 저장할 수 있는 그 용량에 따라, 전하-저장 재료는 DBR(402)의 광학적 특성에서의 변화의 속성 및 크기에 영향을 줄 수 있다.
이러한 전하-저장 재료는 다양한 재료들, 예를 들어 산화물, 전도성 세라믹, 금속, 탄소, 도전성 폴리머, 산화환원-활성 폴리머, 나노입자, 산화환원 활성 소분자, 및 이것들의 조합으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전하-저장 재료는 완전하게 밀집일 수 있거나, 다공성일 수 있으며; 상대적으로 부드럽거나 거칠을 수 있다. 전하-저장 재료는 매우 양호한 전도율로부터 상대적으로 빈약한 전도율에 이르는 범위를 가질 수 있다. 전하-저장 재료는 전하를 저장하기 위해 화학적 변화(예를 들어, 산화환원(redox), 개재(intercalation) 등)를 수행할 수 있거나, 그 표면에 전하를 저장할 수도 있는데, 이 경우 더 큰 표면 영역(예를 들어, 다공성 재료의 경우)이 더 큰 전하 용량을 제공할 수 있다. 전하-저장 재료는 유동체 증착(예를 들어, 딥 코팅, 커튼 코팅, 슬롯 다이, 스크린 프린팅, 그라비어 코팅(gravure coating), 마이어 바 코팅(meyer bar coating), 스프레이 코팅 등), 가스-상태 증착(예를 들어, 열 증기, 분산, 스프레이 열분해, 화학적 증기 증착, 나노입자 에어졸 등) 또는 고체-상태 증착(예를 들어, 추출, 끌어내기, 멜트 포밍(melt forming) 등)을 사용하는 것과 같은 기존의 방법을 이용해서 전극(404, 406) 중 하나 위에 또는 양쪽 위에 증착될 수 있다. 이러한 방법은 미리 정해진 두께를 가지는 패턴의 프린팅 또는 코팅에 적합할 수 있다. 전하-저장 재료는 또한 별도로 만들어질 수 있으며 그런 다음 전극에 부착될 수 있다.
전자-저장 재료는 또한 전도성 용액(408)에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 용액(408)은 은 이온과 같이, 용해된 종(dissolved species)을 포함할 수 있다. 이러한 종은 전기화학 셀이 전하에 연결될 때 감소되어, 전하를 효과적으로 저장할 수 있다. 이것은 전하 변화(charge change)와는 반대일 수 있다. 용액(408)은 작업 전극 또는 카운터 전극(404, 406)에서 화학 또는 전기화학 반응을 수행할 수 있는 다른 전기활성 성분을 포함할 수 있다.
가변형 DBR을 포함하는 전기화학 셀을 제조하는 방법이 도 5에 도시되어 있다.
단계(502)에서, 작업 전극이 제공된다. 작업 전극을 위한 재료는 전술한 재료 중에서 선택될 수 있으며, 전도성 산화물, 전도성 세라믹, 및 탄소(예를 들어, 그라파이트, 비정질 탄소, 탄소 나노튜브, 풀러렌, 그라펜, 또는 폴리머와 이것들의 조합)를 포함할 수 있다. 작업 전극은 강건성을 강화하기 위해 기판 위에 제공될 수 있다. 기판은 유연성이 있을 수 있는데, 예를 들어 전극도 유연성이 있을 수 있다. 통상적으로, 기판은 기계적 안정성을 제공할 수 있다. 작업 전극은 또한 전하-저장 재료를 구비할 수 있는데, 이것은 전술한 바와 같이 형성될 수 있다.
단계(504)에서, 가변형 DBR은 작업 전극 위에 제조된다. 이 방법은 작업 전극 위에 직접 가변형 DBR을 제조하는 단계를 설명하고 있지만, 가변형 DBR은 또한 별도로 제조되고 그런 다음 작업 전극 위에 장착, 부착 또는 위치할 수 있다. 가변형 DBR은 또한 별도로 부분적으로 제조될 수 있고(예를 들어, 나노입자의 형성이지만 가교 결합을 하지 않음), 제조가 작업 전극 위에 완료될 수 있다(예를 들어, 전구체 혼합물의 침투 및 가교). 작업 전극 위에서 가변형 DBR의 결과를 달성하는 다양한 방법이 있으며, 이것은 종래 기술에서와 같이, 어플리케이션에 따라 선택될 수 있다.
단계(506)에서, 카운터 전극이 제공되고 작업 전극은 카운터 전극에 연결된다. 카운터 전극은 예를 들어 스페이서를 포함함으로써, 작업 전극으로부터 간격을 두고 제공될 수 있다. 카운터 전극을 위한 재료는 작업 전극을 위해 전술한 바와 동일한 재료 중에서 선택될 수 있다. 카운터 전극 및 작업 전극은 동일한 재료로 만들어질 수 있다. 단계(502)에서의 작업 전극에 대한 설명이 마찬가지로 카운터 전극에 대해서도 적용 가능하다.
작업 전극 위에서 지지되는 가변형 DBR에 대해 설명하였으나, 가변형 DBR은 대안으로 카운터 전극 위에서 지지될 수도 있다. 가변형 DBR은 작업 전극과 카운터 전극 사이에서 자유-플로팅 상태일 수도 있고, 직접 접촉이 아닌 전극들 사이에서 전도성 용액을 통해 이러한 전극들과 전기적으로 접촉할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 작업 전극과 카운터 전극 사이에 스페이서를 도입할 수 있다. 스페이서를 위한 재료는 비전도 재료 중에서 선택될 수 있는데, 예를 들어 열가소성 폴리머 막, 접착제가 코팅된 플라스틱 막, 접착제 또는 통제된 두께로 증착된 에폭시, 또는 접착제 또는 에폭시와 혼합된 셀의 두께를 규정하는 스페이서 구슬(spacer bead) 중에서 선택될 수 있다.
카운터 전극은 작업 전극에 전기적으로 연결될 수 있는데, (예를 들어 와이어를 사용해서) 직접적으로 또는 (예를 들어 전도성 용액을 통해) 간접적으로 연결될 수 있다.
단계(508)에서, 셀은 전해질 또는 철을 함유하는 이온 전도성 용액과 같은 용액으로 채워져 있다. 전해질 또는 이온은 가변형 DBR에서 폴리머가 부풀어 오르는데 적합할 있도록 선택될 수 있다. 셀의 하나 이상의 영역은 그런 다음 밀폐된다. 전해질은 통상적으로 유동액 또는 겔로 용해되어 있는 염(salt)(즉, 음이온 및 양이온)으로 이루어져 있다. 이 염은 가변형 DBR을 제어하도록 적용되는 전위 범위 내에서 전기활성되지 않도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 리튬 트리플레이트 및 리튬 헥사플루오르포스페이트와 같은 리튬 염이 적절할 수 있다. 염은 적용되는 전위 범위 내에서 마찬가지로 비활성인 용액에 녹을 수 있다.
도시되지 않았으나, 셀은 전기 접속부를 더 포함할 수 있으며, 이 전기 접속부를 통해 전기 자극이 제공될 수 있다.
소정의 순서에 따른 단계로 이 방법에 대해 설명하였으나, 이 방법에 대한 변형도 가능하며(예를 들어, 단계들의 상이한 순서, 한 단계에서 한 성분 이상의 제조 등이 가능하다) 그러한 변형 및 수정은 본 발명의 범주 내에 포함된다.
전기적 가변형 DBR의 예는 복합 폴리페로세닐실란/나노입자 DBR이다. 이 DBR은 상이한 나노입자 층들의 교대하는 층을 포함하며, 이것은 폴리페로세닐실란(PFS) 재료로 침입될 수 있다. 이러한 구조는 전도성 전극 위에 복합 DBR을 먼저 제조함으로써 전기화학 셀에서 사용될 수 있고(예를 들어, 플루오린-도핑된 산화주석이 있는데 이것은 투명할 수 있다) 이어서 DBR 및 그 전극과 전해질 전기화학 셀과의 통합이 수행된다.
SiO2 및 TiO2는 DBR 구조를 만드는데 사용될 수 있는 두 재료이다. 이 두 재료는 상이한 유전 상수를 가지고 있으며, 펄스식 레이저 증착, 반응 산란과 같은 폭넓은 기술, 또는 다른 타입의 화학적 증기 증착 기술을 사용해서 매우 일정한 박막으로서 성장할 수 있다(제스말라니(Jethmalani) 등, Langmuir 1997, vol. 13 p. 2633). 또한, 딥 코팅(어메이다(Almeida) 등, Current Option in Solid State and Materials Science 2003, vol. 7 p. 151) 또는 스핀 코팅과 결합되는 솔-겔 방법을 사용할 수 있다. 펄스식 레이저 증착, 반응 산란, 또는 화학적 증기 증착 기술은 통상적으로 연속적인 비다공질 막을 제공하는데, 이것은 다공질 막보다는 기능을 덜 가질 수 있다. 비다공질의 연속적인 막은 또한 딥-코팅 또는 스핀-코팅에 의해 증착되는 (예를 들어, 솔-겔 방법을 사용해서) 솔로부터 준비될 수 있다. 다공성 막에 있어서, 나노입자는 솔-겔 방법을 이용해서 준비될 수 있다. 이러한 나노입자는 그런 다음 스핀-코팅 또는 딥-코팅, 또는 전술한 바와 같은 그외의 다른 기술을 사용해서 다공질 막을 제공하도록 증착될 수 있다.
DBR은 SiO2 및 TiO2의 나노입자의 현수(suspension)로 시작해서 제조될 수 있다.
본 예에서 사용되는 SiO2 콜로이드는 듀퐁사의 제품(LUDOX™, Aldrich)이고 반면에 TiO2 결정(nc-TiO2는)은 0.1M HNO3 내의 티타늄 에톡시드(titannium ethoxide)(aldrich)의 가수분해에 근거한 과정을 사용해서 합성되었다. TiO2 콜로이드의 펩티제이션(peptization)은 8시간 동안의 리플럭싱(refluxing)에 의해 달성되었다.
TiO2 나노 결정은 (즉, 스톡으로부터) 준비될 때 또는 원하는 농도(여기서는, 본래 농도의 절반)로 희석시키는데 사용되었다. TiO2 분산의 막 형성 특성을 향상시키기 위해, 폴리에틸렌 산화물(20,000, Aldrich)의 1-2.5wt%가 TiO2 분산에 첨가되었다. 사용된 SiO2 나노입자는 스톡 농도의 절반으로 희석되었다. 일정한 속도 및 대기압에서 스핀-코팅에 의해 막이 준비되었다. 스핀 코팅 기술에 의해 나노 층이 넓은 영역에 걸쳐 제조될 수 있다. 막 두께는 나노입자 농도 또는 스핀-코팅 속도 중 어느 하나를 가변시킴으로써 제어될 수 있다. 스핀-코팅 속도가 느리면 통상적으로 막이 얇게 되고, 그 역도 성립한다. 대안으로, 스핀-코팅 속도를 유지하면서 나노입자 농도를 증가시켜도 막이 얇게 된다. 모든 코팅 단계 후에 막을 열처리하면, 높은 품질의 막이 생성된다. 열처리는 유기 화합물을 제거할 수 있는데, 이것은 더 우수한 막 형성 속성을, 그 형성된 막에 존재하는, 나노입자 분산에 부여하였다. 이 열처리는 또한 형성된 막의 기계적 특성도 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 플라즈마 처리가 사용될 수 있다.
준비된 나노입자 막은 그런 다음 겔 전구체로 침입되는데, 이것은 본 예에서는 폴리(메틸비닐폴리페로세닐실란)과 같은 폴리머, 가교제, 및 광개시제를 포함한다. 겔 전구체를 위한 가능성 있는 재료는 미국특허출원 No. 10/681,374 및 11/831,679에 개시되어 있는 것들을 포함하며, 이 문헌들의 내용은 여기에 그 전체 내용이 원용된다. 침입에 뒤이어서, 합성물은 N2 대기에 밀폐되고 UV 방사에 2시간 동안 노광되어 가교 결합 프로세스가 완료된다. 가교 결합의 결과로서, 나노입자 층들 내에 폴리페로세닐실란에 근거한 폴리머가 생성되었다. 이 폴리머는 전기 자극에 대한 산화환원 반응을 가지며, 그 결과 폴리머가 부풀어오르거나 수축된다. 이러한 폴리머의 전기적 반응 및 속성은 전술한 미국특허출원 No. 10/681,374 및 11/831,679에서 알 수 있다. 폴리머의 팽창 또는 수축으로 복합 DBR의 격자 공간은 증가하거나 감소한다. 그러므로 이 복합 DBR은 전기적 가변형 색 반사율이 DBR의 광 결정 격자의 확장을 저지하는 것으로 나타났다.
준비된 나노입자 DBR의 스캐닝 전자 사진(SEM)이 도 6a에 도시되어 있다. DBR의 교대하는 층들 간의 콘트라스트가 보여질 수 있는데, SiO2는 더 어두운 영역에 대응하고 TiO2는 더 밝은 영역에 대응한다. 기판에 수직인 방향으로 재료의 1차원 주기성도 또한 층 두께로서 보여질 수 있고 교대하는 패턴이 전반적으로 유지되었다.
도 6b는 일부의 예시적인 DBR의 스캐닝 전자 사진을 도시한다. SiO2, TiO2, Sb:SnO2, 및 SnO2 나노입자의 조합 중에서 준비된 DBR을 도시하고 있다. SiO2 /TiO2에 있어서, 스케일 바는 0.5㎛를 나타내고 나머지에 있어서, 스케일 바는 1㎛를 나타낸다. DBR은 이러한 나노입자 및 다른 다양한 나노입자의 조합을 사용해서 준비될 수 있다.
도 7은 이중층 스택에 대한 나노입자 DBR의 의사-정상 입사 반사율의 의존성을 나타내고 있다. 본 예에서, 이중층(예를 들어, SiO2의 층 및 TiO2의 층)의 수는 2-5의 범위에 있다. 전술한 식(2)에서와 일관적으로, DBR의 반사율은 이중층의 수가 증가할수록 증가하는 것으로 보여졌다. 이러한 현상은, 스택의 각각의 재료의 층 두께가 구조 전반에 걸쳐 주기적으로 유지되고 있는 DBR에서 일반적으로 관찰된다.
DBR의 반사율은 각각의 층이 어셈블되는 광학 경로 길이를 변조함으로써 변경될 수 있다. 이것은 층의 효과적인 굴절률 또는 기하학적 층 두께 중 어느 하나를 조작함으로써 수행될 수 있다. 여기서 언급된 DBR의 상대적으로 큰 다공성으로 인해, 기하학적 층 두께의 변화가 허용된다. 도 8은 DBR 시스템의 브래그 피크 최대가 층 두께의 변동에 의해 어떻게 가변될 수 있는지를 나타내고 있다. 각각의 분산에서의 나노입자의 농도를 동시에 가변시키거나 코팅 프로세스의 스핀-레이트를 동일하게 유지함으로써 또는 코팅 프로세스에서 스핀-레이트를 가변시키고 농도를 동일하게 유지함으로써, 다양한 두께가 획득될 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 사용된 층들의 제공된 광학적 두께(즉, 재료의 굴절률에 의해 승산된 기하학적 두께)가 가시광의 파장과 비교될만하며, 이러한 DBR 시스템은 가시성의 구조적 색을 디스플레이할 수 있다. 도 8은 DBR의 층 두께를 조작함으로써 달성되는 DBR 시스템의 풀 칼러 튜닝(full color tuning)을 도시하고 있다. 통상적으로, 두께가 증가하면, 그 반사 파장에서는 적색 시프트(즉, 더 긴 파장으로의 시프트)가 생긴다.
도 9는 3원색, 즉 적색, 녹색, 청색의 반사율을 나타내고 있다. 또한, 도 10은 3개의 비원색의 반사율을 나타내고 있는데, 이것은 다른 공지의 광 결정 시스템으로부터 획득 가능하다(아센놀트 등, Nat. Photon. 2007, vol. 1 p. 468).
도 11a는 나노입자 이중층의 다양한 조합, 즉 SiO2/TiO2, TiO2/ATO, SnO2/TiO2, SiO2/SnO2, 및 SiO2/ATO으로 만들어진 DBR의 반사 스펙트럼을 도시하고 있으며, 여기서 ATO는 안티몬으로 도핑된 산화주석이다. 특히, 14-이중층 SnO2/TiO2 DBR의 스펙트럼은 4-이중층의 스펙트럼과 비교된다는 점에 유의하라. 일부의 예에서는, 상이한 층 두께의 스펙트럼 또는 이중층의 수가 제공된다. 각각의 예에서, 기본적인 브래그 피크의 스펙트럼 위치는 기하학적 두께 또는 층의 광학적 두께를 조작함으로써 시프트될 수 있는데, 예를 들어 1D 광 결정에 대한 브래그 식에 따라, 1차원 광 격자를 만든다.
도 11b는 유기 기판 위에, 전술한 다양한 조성물을 사용해서 만들어진 4-이중층 나노입자 DBR의 이미지를 도시하고 있다.
도 11c는 도 11a의 예에 대한 분석을 나타내는 표이다. 이 표는 예시적인 DBR의 분산 조성물 및 스펙트럼 타원편광분석을 도시하고 있다. DBR을 특징짓는데 있어서는 스펙트럼 타원편광 다공도측정(SEM)이 유용한 도구인데, 왜냐하면 SEP는 주어진 DBR의 교대하는 층들의 기하학적 두께뿐만 아니라 효과적인 굴절률을 결정할 수 있기 때문이다. 이러한 파라미터의 제품은 광학적 두께(예를 들어, TiO2 층의 두께 = neff(TiO2) x 두께(TiO2))를 생성하는데 이것은 위의 식(1) 및 식(2)에 나타나 있으며, 아울러 DBR의 광학적 특성을 결정할 수도 있다. SEP는 또한 그대로 유용할 수 있는 DBR의 층에 존재하는 자유 체적량(즉, 다공성)을 제공할 수 있으며, 이 다공성은 기능적 재료(예를 들어, 반응성 재료)의 범위를 DBR의 자유 체적과 통합하는 것을 허용한다. 표에는 소정의 값 및 치수가 나타나 있고, 이러한 값 및 치수의 범위는 적절할 수 있으나, 이러한 예는 예시의 목적으로만 도시된 것이다.
나노입자 DBR 시스템의 보이드 침입 체적은 기능성을 DBR에 부여하는 기회를 제공할 수 있는데, 왜냐하면, 이러한 보이드는 기능 및/또는 반응성 재료로 침입을 허용하기 때문이다. "반응"이란 외부 자극에 대한 반응으로 특별한 변형을 수행할 수 있는 재료를 말한다. 이러한 속성의 재료는 또한 "지능형"이라고 말하기도 한다. 이러한 재료는 광 결정 장치를 제공하는데 사용될 수 있는데, 광 결정 장치의 색은 가변형 DBR과 같이 가역적으로 변경될 수 있다. 변경 가능한 파장 범위는 넓을 수 있으며, 자외선 파장, 가시 파장, 또는 적외선 파장, 또는 이것들의 조합을 커버할 수 있다.
일례에서, DBR은 폴리페로세닐실란(PFS)과 같은 반응 폴리머 겔로 침입된다. 이러한 겔은 또한 미국특허 10/681,374 및 11/831,679에도 개시되어 있다. 도 12a는 DBR 장치의 브래그 반사율 대한 PFS 겔의 침입 효과를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 반사 파장에서의 70nm 적색 시프트와 함께 브래그 피크의 강도가 관찰되었고 침입이 뒤이어졌다.
도 12b는 예시적인 다공성 SiO2/TiO2의 스펙트럼 및 DBR의 이미지를 도시하고 있다. 적색 플롯은 다공성 SiO2/TiO2에 대응한다. 흑색 플롯은 반응성 재료로 침입된 동일한 SiO2/TiO2 DBR에 대응하는데, 이 경우에는 폴리페로세닐실란이다. SiO2는 침입된 SiO2/TiO2 DBR의 SiO2는 에칭되어 다공성 폴리머 및 TiO2의 교대하는 층을 생성한다. 이렇게 에칭된 샘플의 반사 스펙트럼이 녹색으로 도시되어 있다.
전기적 가변형 DBR과 통합되는 전기화학 셀의 예도 도시되어 있다. 본 예에서, 전기화학 셀은 종래의 2-전극 셀이다. 작업 전극은 ITO(주석이 도핑된 산화인듐)와 같은 전도성 재료 상에 증착된 예시적인 PFS 침입 DBR을 포함하고 카운터 전극은 비변형된 FTO(불소가 도핑된 산화주석)과 같은 다른 전도성 재료를 포함한다. 이러한 전기화학 셀은 그 메탈폴리머 네트워크의 산화환원 특성으로 인해 지속적으로 가변 가능한 정도의 산화를 보였다. DBR에서의 폴리머는 전기화학 셀의 작업 전극을 카운터 전극과 관련해서 양전기로 편광시킴으로써 다양한 정도(예를 들어, PFS의 경우에 Fe(Ⅱ)에서 Fe(Ⅲ))로의 변환)로 산화될 수 있으며, 그러므로 PFS 겔의 가변할 수 있는 정도의 팽창을 유도할 수 있다. 이러한 팽창은 DBR 층의 주기성을 변화시켰고 그러므로 그 반사 파장에 영향을 미쳤다.
DBR 프레임워크 내에서 폴리머가 활성화되었을 뿐만 아니라 전기적으로 접근 가능하다는 것을 확인하기 위해, 동일하게 인가된 전압이 일정한 속도로 소정의 최대 전위로 상향 가변된 다음 본래의 전위로 되돌아오고 전류가 전위 순환을 통해 감시되는 방법인 순환 전압전류법이 수행되었다. 도 13에 도시된 바와 같이, 폴리머는 두 가지 특성으로서 가역적으로 산화환원 활성 상태이었는데, PFS의 가역적 산화환원 쌍(redox couple)이 CV 실험에서 관찰되었다.
도 14a는 전기 자극에 반응하는 예시적인 DBR의 반사 스펙트럼을 도시하고 있다. 본 예에서, DBR은 SiO2 에칭된 PFS 적외선 SiO2/TiO2 DBR이다. 녹색 플롯은 전기 자극이 없는 DBR의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 적색 플롯은 DBR의 반사 스펙트럼을 나타내는데 뒤이어 2000 밀리볼트를 10초 동안 인가한다. 도 14b는 도 14a의 예에서 사용된 전기화학 셀을 나타낸다.
자기적 반응 DBR의 예가 도 15에 도시되어 있다. A는 SiO2와 자기적 응답 자철광으로 이루어진 제1 혼합 재료의 교대하는 층과 TiO2로 이루어진 제2 재료로부터 형성되는 예시적인 DBR의 SEM을 나타내고 있다. 자철광의 도입으로 자기 반응을 가진 DBR을 제공할 수 있다. A에 도시된 DBR은 탄성체로 침입될 수 있고 이어서 SiO2가 에칭될 수 있다. 이와 같은 합성물은 자기 자극에 응답해서 압축 또는 확장할 수 있고, 그 결과 구조적으로 변화가 일어나서 반사 스펙트럼의 변화를 일으킨다. B는 에칭 이전의 DBR의 반사 스펙트럼을 나타낸다. 본 예에서, SiO2는 희생층이며, 이것을 제거하면, 구조체가 확장하고 수축하게 된다. SiO2를 제거하면, 나노입자 층을 서로 효과적으로 단절시킬 수 있어 확장 및 수축이 허용된다.
가변형 DBR 및 이 가변형 DBR을 포함하는 전기화학 셀에 대한 가능성 있는 어플리케이션은, 전술한 바와 같이, 디스플레이 장치에서의 사용을 포함한다. 이러한 디스플레이 장치는 전기적 부호, 디스플레이 스크린, 전자 종이, 빌딩 패널, 타일링(tiling), 케이싱(예를 들어, 모바일 장치나 컴퓨터 장치의 경우), 코팅, 및 카무플라주(camouflage)를 포함할 수 있다. 디스플레이 장치는 유연성 있거나 단단할 수 있으며, 어플리케이션에 따라 강건성이 있도록 설계될 수 있다.
개별적으로 제어되는 DBR의 어레이에 많은 가변형 DBR이 제공될 수 있는데, 예를 들어 픽셀 디스플레이가 생성된다. 가변형 DBR들은 또한 각각의 정상에 적층되어 제공될 수 있다. 가변형 DBR을 다양하게 배치하면, 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 복수의 색 반응, 필터링 및 믹싱 효과, 및 픽셀화가 가능하다. DBR은 유연성 기판, 변형 가능한 기판, 곡선 기판, 및 원하는 어플리케이션에 적합한 다른 그러한 변환에 대해 제공될 수 있다.
가변형 DBR은 또한 가변형 레이저 또는 가변형 발광 다이오드에서도 사용될 수 있는데, 예를 들어 레이저 광 또는 발광 다이오드 광의 출력을 변경시킬 수 있다. 다른 어플리케이션은 광학적 투광에서 사용될 수 잇다. 가변형 DBR은 또한 원하는 자극의 인디케이터, 예를 들어 전압 또는 전류 인디케이터로서 사용될 수 있다.
특별한 예 및 실시예를 언급하면서 설명하였으나, 이러한 것들은 단지 예시에 지나지 않으며 제한하려는 의도가 아니다. 모든 참고문헌은 그 전체 내용이 여기에 원용된다.

Claims (63)

  1. 가변형 광 결정 전기화학적 셀로서,
    서로 이격되어 있는, 전기적으로 도전성인 작업 전극 및 전기적으로 도전성인 카운터 전극;
    상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 사이에 배치되고, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 중 적어도 하나와 접속되어 있는, 1차원 가변형 광 결정 장치; 및
    상기 작업 전극과 상기 카운터 전극, 그리고 상기 가변형 광 결정 장치와 모두 전기적으로 소통하고, 상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극의 사이에 제공된 도전성 용액
    을 포함하되,
    상기 전기화학적 셀은, 상기 가변형 광 결정 장치에 전기적 자극을 주기 위해 상기 작업 전극과 상기 카운터 전극 사이에 전기적 포텐셜을 가하기 위한 전원에 연결되도록 구성되어 있으며,
    상기 가변형 광 결정 장치는,
    제1 굴절률을 가지는 제1 재료의 층과 제2 굴절률을 가지는 제2 재료의 층을 포함하고, 상기 제1 재료의 층은 제2 재료의 층 상에 있고,
    상기 제1 재료의 층과 제2 재료의 층의 굴절률의 차이가 제1 반사 파장을 일으키고, 상기 제1 재료의 층과 제2 재료의 층 중 적어도 하나는 외부 자극에 반응하는 반응성 재료를 포함하고,
    상기 외부 자극에 반응하여, 상기 반응성 재료가 변화하여 상기 제1 재료의 층 및 제2 재료의 층 중 적어도 하나의 팽창 또는 수축, 및 제2 반사 파장이 발생하며,
    상기 외부 자극은, 기계적 자극, 화학적 자극, 전기적 자극, 열적 자극, 광 자극, 자기 자극 및 이것들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는,
    가변형 광 결정 전기화학적 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 재료의 층과 제2 재료의 층은 교대로 배치된 층들인, 가변형 광 결정 전기화학적 셀.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극, 또는 상기 용액 중 하나 이상은 전하 저장(charge-storage) 재료를 가지는, 가변형 광 결정 전기화학적 셀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전하 저장 재료는, 도전성 산화물, 도전성 세라믹, 금속, 카본, 도전성 폴리머, 산화환원 활성 폴리머, 나노입자, 산화환원 활성 소분자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 가변형 광 결정 전기화학적 셀.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작업 전극 및 상기 카운터 전극 사이에 스페이서(spacer)를 더 포함하는, 가변형 광 결정 전기화학적 셀.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스페이서는, 열가소성 폴리머 막, 접착제가 코팅된 플라스틱 막, 접착제, 에폭시, 및 접착제나 에폭시에 혼합되어 들어간 스페이서 구슬(beads)로 이루어진 군으로부터 선택된 비도전성 재료인, 가변형 광 결정 전기화학적 셀.
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Families Citing this family (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2489046A1 (en) * 2009-10-16 2012-08-22 O'Brien, Paul Gregory Transparent conductive porous nanocomposites and methods of fabrication thereof
TWI531088B (zh) * 2009-11-13 2016-04-21 首爾偉傲世有限公司 具有分散式布拉格反射器的發光二極體晶片
US8963178B2 (en) 2009-11-13 2015-02-24 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode chip having distributed bragg reflector and method of fabricating the same
US9301569B2 (en) 2010-06-22 2016-04-05 Nike, Inc. Article of footwear with color change portion and method of changing color
US8474146B2 (en) 2010-06-22 2013-07-02 Nike, Inc. Article of footwear with color change portion and method of changing color
US9142715B2 (en) 2010-06-24 2015-09-22 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode
US9037251B2 (en) 2010-06-28 2015-05-19 Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research Artificial retina device
KR20120011786A (ko) * 2010-07-19 2012-02-08 주식회사 나노브릭 표시 장치, 표시 방법 및 머신 판독 가능한 기록 매체
EP2599133A2 (en) * 2010-07-28 2013-06-05 Seoul Opto Device Co., Ltd. Light emitting diode having distributed bragg reflector
US9022648B2 (en) * 2010-11-11 2015-05-05 Prc-Desoto International, Inc. Temperature sensitive composite for photonic crystals
WO2012102690A1 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Filter
US20140170483A1 (en) * 2011-03-16 2014-06-19 The Regents Of The University Of California Method for the preparation of graphene/silicon multilayer structured anodes for lithium ion batteries
US9074090B2 (en) 2011-04-15 2015-07-07 GM Global Technology Operations LLC Shape memory polymer-based tunable photonic device
US9316886B2 (en) * 2011-04-30 2016-04-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Reflective color display pixel
US9726783B2 (en) * 2011-05-27 2017-08-08 Opalux Incorporated Methods and systems for thermal printing of photonic crystal materials, and thermally printable photonic crystal materials and assemblies
EP2537798A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-26 ETH Zurich Method for the generation of nanoparticle composite films and films made using such a method
FR2979434B1 (fr) * 2011-08-24 2013-09-27 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'un reflecteur optique a nanocristaux de semi-conducteur
CN103858242B (zh) * 2011-08-26 2016-08-17 加州大学校务委员会 纳米结构的透明导电氧化物电致变色装置
US9322713B2 (en) 2011-08-30 2016-04-26 Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research Artificial retina device
KR101325127B1 (ko) * 2011-11-09 2013-11-06 한국기초과학지원연구원 광결정 용액의 제조방법 및 이를 사용하여 제조된 광결정 필름
EP2595157B1 (en) * 2011-11-16 2018-01-10 ABB Research Ltd. Electrical insulation system
WO2013147741A1 (en) * 2012-03-26 2013-10-03 Empire Technology Development Llc Color tunable substrate
JP5880213B2 (ja) * 2012-03-30 2016-03-08 住友ベークライト株式会社 透明シートおよび電子部品用基板
KR20130117302A (ko) * 2012-04-18 2013-10-25 삼성전자주식회사 안경형 디스플레이
WO2013164255A1 (en) 2012-04-30 2013-11-07 Facultes Universitaires Notre-Dame De La Paix Functional multilayer system
JP2014021200A (ja) * 2012-07-13 2014-02-03 Ricoh Co Ltd 光スイッチ及び反射型ディスプレイ装置
KR101371543B1 (ko) * 2012-08-03 2014-03-06 전자부품연구원 표면개질된 광결정 입자를 사용한 광 결정 디바이스 제조 방법
US9709349B2 (en) * 2012-11-15 2017-07-18 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Structures for radiative cooling
US9658155B2 (en) 2012-12-17 2017-05-23 Patrick K Brady System and method for identifying materials using a THz spectral fingerprint in a media with high water content
US20140178758A1 (en) * 2012-12-24 2014-06-26 Epistar Corporation Device for producing an electric current and method for making the same
WO2014130896A2 (en) 2013-02-22 2014-08-28 Brady Patrick K Structures, system and method for converting electromagnetic radiation to electrical energy
CN103235460B (zh) * 2013-04-08 2015-12-02 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及其制造方法
KR101466833B1 (ko) * 2013-07-08 2014-11-28 코닝정밀소재 주식회사 유기발광소자용 광추출 기판, 그 제조방법 및 이를 포함하는 유기발광소자
JP6111390B2 (ja) * 2013-08-06 2017-04-12 富士化学株式会社 樹脂固定コロイド結晶シート、それを用いた構造色を表示する方法、それを用いた被検物の凹凸分布又は硬度分布を検出する方法、及び、構造色シート
CN103489982B (zh) * 2013-09-25 2016-03-02 北京工业大学 一种基于光子晶体-单层石墨烯结构的led
WO2015069985A1 (en) 2013-11-08 2015-05-14 Johnson Controls Technology Company Color-changing vehicle trim panel with graphic applique
US10114510B2 (en) 2013-12-23 2018-10-30 Samsung Display Co., Ltd. Apparatus and method for detecting surface shear force on a display device
CN103728683A (zh) * 2013-12-25 2014-04-16 京东方科技集团股份有限公司 显示基板及其制备方法
US9726913B2 (en) * 2014-01-30 2017-08-08 Awenyx Inc. Semiconductor interferometric device
GB2523994B (en) 2014-03-06 2017-08-30 De La Rue Int Ltd Method of forming a security document
WO2015138680A1 (en) 2014-03-13 2015-09-17 Johnson Controls Technology Company Vehicle trim panel
US10088251B2 (en) 2014-05-21 2018-10-02 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Radiative cooling with solar spectrum reflection
AU2015276815A1 (en) 2014-06-20 2017-02-09 Patrick K. Brady System for converting electromagnetic radiation to electrical energy using metamaterials
JP5894715B1 (ja) * 2014-09-22 2016-03-30 山富電機株式会社 構造色ディスプレイ
US9733467B2 (en) 2014-12-03 2017-08-15 Hyundai Motor Company Smart glass using guided self-assembled photonic crystal
WO2016087439A1 (en) * 2014-12-05 2016-06-09 Solvay Specialty Polymers Italy S.P.A. One-dimensional planar photonic crystals including fluoropolymer compositions and corresponding fabrication methods
KR102304990B1 (ko) * 2015-01-20 2021-09-28 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널, 디스플레이 장치 및 그 제조 방법
CN106145021B (zh) * 2015-03-26 2017-12-29 中科院南通光电工程中心 光学微纳谐振腔结构及其制作方法
JP2016217929A (ja) * 2015-05-22 2016-12-22 セイコーエプソン株式会社 センサー用ゲルおよびセンサー
KR20160141925A (ko) * 2015-06-01 2016-12-12 삼성전자주식회사 반도체 발광소자
US11101247B2 (en) * 2015-10-08 2021-08-24 Nichia Corporation Light-emitting device, integrated light-emitting device, and light-emitting module
KR102471102B1 (ko) * 2015-10-23 2022-11-25 서울바이오시스 주식회사 분포 브래그 반사기를 가지는 발광 다이오드 칩
KR101754355B1 (ko) * 2015-12-09 2017-07-06 한국화학연구원 색변환 광결정 구조체 및 이를 이용한 색변환 광결정 센서
CN108886076B (zh) * 2016-04-15 2021-07-13 亮锐控股有限公司 宽带反射镜
EP3242333B1 (en) * 2016-05-03 2020-09-09 Nokia Technologies Oy An apparatus and method of forming an apparatus comprising a graphene field effect transistor
EP3513158A4 (en) * 2016-09-14 2020-05-06 Redwave Energy, Inc. STRUCTURES, SYSTEM AND METHOD FOR CONVERTING ELECTROMAGNETIC RADIATION INTO ELECTRICAL ENERGY BY MEANS OF METAMATERIALS, RECTIFIERS AND COMPENSATION STRUCTURES
KR102693672B1 (ko) * 2016-12-07 2024-08-08 엘지디스플레이 주식회사 유무기 복합 물질, 이를 포함하는 카운터 전극, 광 투과도 가변패널 및 표시장치
US9698561B1 (en) 2017-01-03 2017-07-04 King Saud University Temperature tuned conjugated polymer laser
CA3049688C (en) 2017-02-09 2021-08-10 Polyone Corporation Thermally conductive polyvinyl halide
CN110475663B (zh) * 2017-03-30 2021-07-16 富士胶片株式会社 层叠体、建材、窗户材料及辐射冷却装置
CN107492586B (zh) * 2017-08-01 2019-10-25 天津三安光电有限公司 发光二极管
US11287642B2 (en) * 2017-09-19 2022-03-29 Vanderbilt University Electrochemically actuated optical modulator
KR102448066B1 (ko) * 2017-12-22 2022-09-28 엘지디스플레이 주식회사 플렉서블 표시 장치
CN108388060B (zh) * 2018-03-13 2022-05-13 京东方科技集团股份有限公司 发光显示基板、显示面板及其控制方法、显示装置
JP7445307B2 (ja) * 2018-03-15 2024-03-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 電磁放射を操作するスマート材料及びシステム
CN109438592B (zh) * 2018-08-01 2021-06-18 青岛大学 一种富勒烯改性的聚合物微球及其胶体晶体
CN109244830A (zh) * 2018-10-15 2019-01-18 南京邮电大学 内含硒化银量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN109346924A (zh) * 2018-10-15 2019-02-15 南京邮电大学 内含碲化银/碲化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法
CN109346925A (zh) * 2018-10-15 2019-02-15 南京邮电大学 内含硫化银/硫化银锌核壳量子点的垂直腔面发射激光器及其制备方法
WO2020113118A1 (en) 2018-11-27 2020-06-04 The Regents Of The University Of California Composite materials with adjustable spectral properties
AU2019414511A1 (en) 2018-12-27 2021-07-22 SkyCool Systems, Inc. Cooling panel system
WO2020214989A1 (en) 2019-04-17 2020-10-22 SkyCool Systems, Inc. Radiative cooling systems
US10886703B1 (en) * 2019-06-27 2021-01-05 Lumileds Llc LED DBR structure with reduced photodegradation
CN110289371B (zh) * 2019-06-28 2021-10-22 京东方科技集团股份有限公司 一种发光结构、显示面板及显示装置
BR112022006808A2 (pt) * 2019-10-10 2022-06-28 Sundensity Inc Revestimento óptico para conversão espectral
CN110961254B (zh) * 2019-12-03 2021-11-02 Tcl华星光电技术有限公司 纳米粒子分离方法以及纳米粒子分离装置
CN111634919B (zh) * 2020-04-28 2022-03-15 淮安市天达医疗器械有限公司 堆叠式石墨烯水凝胶光子晶体薄膜的制备方法
JP2023524045A (ja) 2020-04-29 2023-06-08 コーニング インコーポレイテッド パターン散光素子と波長選択性反射素子とを備えたバックライト
EP3996151A1 (en) 2020-11-09 2022-05-11 Adam Podgorski An add-on structure for a photovoltaic cell
CN116917797A (zh) * 2021-02-02 2023-10-20 康宁公司 包括图案化漫射器和波长选择反射器的背光
CN112946788B (zh) * 2021-02-02 2023-03-14 大连理工大学 一种基于一维光子晶体的应力应变比色传感膜及制备方法
CN112987440B (zh) * 2021-02-24 2024-08-06 合肥京东方光电科技有限公司 显示面板及其显示方法、显示装置
US12032270B2 (en) 2021-09-15 2024-07-09 Luminar Technologies, Inc. Tunable dielectric metasurface for beam steering
KR102748306B1 (ko) * 2021-10-05 2024-12-31 주식회사 영광와이케이엠씨 구조색 가변성 광결정 복합소재 및 이의 제조방법
CN114089455B (zh) * 2021-12-03 2022-10-28 天津大学 一种近紫外区分布式布拉格反射镜的制备方法
CN115064937B (zh) * 2022-06-08 2023-01-24 北京大学 一种微曲面dbr及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002098916A (ja) 2000-09-26 2002-04-05 Hamamatsu Photonics Kk 光学装置
JP2005031172A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表示素子
JP2006171533A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Ricoh Co Ltd 三次元周期構造体及びデバイス
JP2008026346A (ja) * 2006-07-18 2008-02-07 Hokkaido Univ フォトニック結晶を利用した透過型表示装置用カラーフィルター

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4373782A (en) * 1980-06-03 1983-02-15 Optical Coating Laboratory, Inc. Non-polarizing thin film edge filter
US5170407A (en) * 1991-10-11 1992-12-08 At&T Bell Laboratories Elimination of heterojunction band discontinuities
US5337328A (en) * 1992-05-08 1994-08-09 Sdl, Inc. Semiconductor laser with broad-area intra-cavity angled grating
US5808798A (en) * 1996-03-27 1998-09-15 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Nonpolarizing beamsplitter
US5799231A (en) * 1996-07-25 1998-08-25 International Business Machines Corporation Variable index distributed mirror
JPH1048605A (ja) * 1996-08-07 1998-02-20 Fuji Xerox Co Ltd 調光素子およびその製造方法
JP3449516B2 (ja) * 1996-08-30 2003-09-22 株式会社リコー 半導体多層膜反射鏡および半導体多層膜反射防止膜および面発光型半導体レーザおよび受光素子
US6262830B1 (en) * 1997-09-16 2001-07-17 Michael Scalora Transparent metallo-dielectric photonic band gap structure
JP2000349393A (ja) * 1999-03-26 2000-12-15 Fuji Xerox Co Ltd 半導体デバイス、面発光型半導体レーザ、及び端面発光型半導体レーザ
WO2001076871A1 (en) * 2000-04-07 2001-10-18 Eric Baer Polymer 1d photonic crystals
JP2002318373A (ja) * 2001-04-23 2002-10-31 Sekisui Chem Co Ltd 光学材料及び光学材料の製造方法
US6867902B2 (en) * 2001-05-01 2005-03-15 Pirelli Cavi E Sistemi S.P.A. Parametric device for wavelength conversion
US6825982B1 (en) * 2002-06-27 2004-11-30 The United States Of Americas As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Strongly-refractive one-dimensional photonic crystal prisms
US7826131B2 (en) 2002-10-09 2010-11-02 The Governing Council Of The University Of Toronto Tunable photonic crystal device
CA2501104C (en) 2002-10-09 2011-11-29 Andre Arsenault Widely wavelength tuneable polychrome colloidal photonic crystal device
US7002646B2 (en) * 2003-03-17 2006-02-21 International Business Machines Corporation Tunable thin film optical devices and fabrication methods for tunable thin film optical devices
US7319560B2 (en) * 2003-09-29 2008-01-15 Teledyne Licensing, Llc Partitioned-cavity tunable fabry-perot filter
JP2005150291A (ja) * 2003-11-13 2005-06-09 Seiko Epson Corp 受光素子、光モジュール、及び光伝送装置
EP1743209B1 (en) 2004-04-16 2016-11-23 D.K. And E.L. Mcphail Enterprises Pty Ltd Method of forming an optically active matrix with void structures
US7901870B1 (en) * 2004-05-12 2011-03-08 Cirrex Systems Llc Adjusting optical properties of optical thin films
TWI234010B (en) * 2004-07-16 2005-06-11 Asia Optical Co Inc CWDM filter for eliminating noise signals
WO2006044982A1 (en) * 2004-10-20 2006-04-27 Massachusetts Institute Of Technology Infrared detection material and method of production
US20070063208A1 (en) * 2005-03-24 2007-03-22 Klimov Victor I Nanocrystal/photonic crystal composites
US7230768B2 (en) * 2005-04-27 2007-06-12 Christie Digital Systems Inc. Ultra-bright light engine for projection displays
US7622746B1 (en) * 2006-03-17 2009-11-24 Bridgelux, Inc. Highly reflective mounting arrangement for LEDs
CN100487515C (zh) * 2006-03-31 2009-05-13 同济大学 一种波长可调的滤波器及其应用
GB0615921D0 (en) 2006-08-10 2006-09-20 Rue De Int Ltd Photonic crystal security device
ES2296533B1 (es) 2006-09-22 2009-04-01 Consejo Superior Investig. Cientificas Procedimiento de preparacion de multicapas con estructura mesoporosa ordenada, material asi obtenido y utilizacion.
US7457495B2 (en) * 2006-10-05 2008-11-25 Harris Corporation Method of filtering optical signals with a capillary waveguide tunable optical device
US7409133B2 (en) * 2006-10-05 2008-08-05 Harris Corporation Capillary waveguide tunable optical device
US7539361B2 (en) * 2006-10-05 2009-05-26 Harris Corporation Fiber optic device for measuring a parameter of interest
US7903339B2 (en) * 2007-08-12 2011-03-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Narrow band omnidirectional reflectors and their use as structural colors
US8268637B2 (en) * 2008-01-11 2012-09-18 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Label-free biosensors based upon distributed feedback laser
US8339543B2 (en) * 2009-11-06 2012-12-25 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic device tuned using elastic and refractive modulation mechanisms
US8223425B2 (en) * 2009-11-06 2012-07-17 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic device tuned using physical modulation
US8368998B2 (en) * 2009-11-06 2013-02-05 Sharp Laboratories Of America, Inc. Plasmonic electronic skin

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002098916A (ja) 2000-09-26 2002-04-05 Hamamatsu Photonics Kk 光学装置
JP2005031172A (ja) * 2003-07-08 2005-02-03 Matsushita Electric Ind Co Ltd 表示素子
JP2006171533A (ja) * 2004-12-17 2006-06-29 Ricoh Co Ltd 三次元周期構造体及びデバイス
JP2008026346A (ja) * 2006-07-18 2008-02-07 Hokkaido Univ フォトニック結晶を利用した透過型表示装置用カラーフィルター

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