KR20010071415A - 동작중에 전기적으로 스위칭할 수 있는 모드를 가지는스펙트럼 제어가능 반사 편광기 - Google Patents

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KR20010071415A
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Abstract

광 제어 필름(10)은 필름 표면에 수직인 방향으로 공간적으로 가변하는 중합화된 중합체 네트워크를 포함하고, 여기서 중합화된 중합체 네트워크는 콜레스테롤 액정(CLC) 배열을 나타내는 저분자 중량 뉴메틱 상태의재료와 혼합된 가교된 고분자 중량이고, 필름에 가해진 전기장은 원형적으로 편광된 광의 반사 대역폭을 제어한다.

Description

동작중에 전기적으로 스위칭할 수 있는 모드를 가지는 스펙트럼 제어가능 반사 편광기 {SPECTRUM-CONTROLLABLE REFLECTIVE POLARIZERS HAVING ELECTRICALLY-SWITCHABLE MODES OF OPERATION}
인간은 화상에 대해 자연적으로 친화성을 가진다. 현대 디스플레이 장치는 새로운 편광 기술의 출현으로 급작스럽게 개선되었다. 많은 개선된 디스플레이 기술에서, 편광, 투과율 및 스펙트라 같은 전기적으로 제어가능한 전송 특성을 가지는 편광 장치는 디스플레이 휘도뿐 아니라 컬러 밸런스를 능동적으로 제어하기 위하여 설계되었다.
전기적 제어가능 편광기는 스마트(smart) 윈도우 같은 다른 응용에 적당한 기술로서 사용할 수 있고, 여기서 윈도우 전송은 반대의 편광 상태를 가지는 두개의 스위칭 가능 편광기를 통합함으로써 완전 반사 상태로부터 완전 투과 상태로 전기적으로 스위칭 가능하다. 상기 윈도우는 광을 제어하고 부가적으로 만약 외부에 장착되면 에너지를 보존할 수 있는 장점을 제공한다.
광학 필터와 같은 콜레스테롤 필름 및 중합체의 사용시 초창기에는 디스플레이 장치를 뉴메틱 상태의 액정으로 캡슐화하였기 때문에, 장치 또는 광 제어 응용을 위하여 중합체 및 콜레스테롤 모두를 액정화하는 것이 주된 목표였다.
미국특허 제 5,691,789 호는 단층 반사 슈퍼 광대역 원형 편광기 및 콜레스테롤 액정(CLC) 배열을 가지는 단층을 형성함으로써 상기 원형 편광기를 제조하는 방법을 개시하고, 여기서 액정 배열의 피치는 층에서 비선형 방식으로 가변한다.
1995년 3월 15일에 공개된 유럽특허출원 0 643 121 A 호는 협대역, 스위칭가능 편광 단층 반사기를 개시한다.
1997년 7월 3일에 공개된 PCT 출원 WO 97/2358은 보다 넓은 대역폭을 가지는 스위칭 가능 편광 단층 반사기를 개시한다.
중합체 분산 액정은 다음 문헌을 일반적으로 참조할 수 있다 : 제이. 떠블유. 도아네(J.W.Doane)에 의한 "중합체 분산 액정 디스플레이"; 이디. 비. 바하더(Ed.B.Bahadur)에 의한 월드 사이언티픽 퍼블리싱(Word Scientific Publishing) 싱가포르 챕프터 "액정"; 및 1992년 4월 Lett. 60. 3102 D.Yang 등에 의한 Phys의 "헤이즈없는(Haze-Free) 광 셔터"용 CLC/중합체 분산".
스마트 윈도우 설계는 1992년 C. Granqvist에 의한 고체 상태 이온 53-56의 "일렉트로크로미즘(Electrochromism) 및 스마트 윈도우 설계" 및 1992년 SPIE 1728, 200의 T.Meisel 및 R.Baraum에 의한 "스마트 윈도우 및 흡수기용 대규모 일렉트로크로믹 장치"에 기술된다.
상기된 US 특허 및 다른 종래 기술 참고자료는 여기에서 참조로써 통합된다.
상기 종래 기술에서는 여러 종류의 응용에 사용하기 위하여 개선된 단층 전기 제어가능 광대역 반사 편광기가 매우 필요하였지만, 종래 기술 방법 및 기술은 적당한 방식으로 상기 편광기를 실행하는 방법을 개시하지 못했다.
본 발명은 전기적 제어가능 편광 효율 및 반사 대역폭을 가지는 단층 광대역 반사 편광기, 특히 가시 대역 및 IR 대역상에서 협대역 동작으로부터 광대역 동작으로 전기적으로 스위칭될 수 있는 단층 반사 편광기뿐 아니라, 가시적 및 적외선(IR) 대역상에서 광대역 동작으로부터 협대역 동작으로 전기적으로 스위칭될수있는 단층 반사 편광기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 반사 편광 필름을 도시하는 도면.
도 2는 λ/4 위상 지연판이 추가된 도 1의 장치를 도시하는 도면.
도 3은 추가의 λ/4 위상 지연판을 가진 도 2의 장치를 도시하는 도면.
도 4는 디스플레이를 목적으로 사용되는 본 발명의 제 1 실시예의 반사 편광필름의 실시예를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 반사 편광 필름을 사용하는 광학 시스템을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 편광 필름을 사용하여 제조된 광통신 섬유에 대한 광학 시스템을 도시하는 도면.
도 7은 레이저 공동내 공동 엘리먼트로서 사용된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사 편광 필름을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전형적인 스위칭 가능한 반사 편광 필름의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 9은 도 8에 도시된 샘플의 투과 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 10은 도 8로부터 반대로 편광된 투과 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 11은 여러 전압이 인가된 제 1 실시예의 샘플의 반사율을 도시하는 도면.
도 12는 좌선 편광(left handed polarized)된 프로빙 빔(probing beam)을 가진 스위칭 가능한 반사 편광기의 투과 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 13은 표 III의 방법(Recipe) ＃1로부터 제조된 가시영역내 스위칭 가능한 반사 편광기 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 14는 표 III의 방법 ＃2로부터 제조된 IR 영역내 스위칭 가능한 반사 편광기 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 15는 표 III의 방법 ＃3로부터 제조된 가시영역내 스위칭 가능한 반사 편광기 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 16은 본 발명의 제 2 실시예의 반사 편광 필름을 도시하는 도면.
도 17은 λ/4 위상 지연판이 추가된 도 16의 장치를 도시하는 도면.
도 18은 도17의 장치의 추가의 실시예를 도시하는 도면.
도 19는 디스플레이를 목적으로 사용된 도 16의 필름을 도시하는 도면.
도 20은 본 발명의 제 2 실시예의 필름을 사용하는 광학 시스템을 도시하는 도면.
도 21은 제어된 대역폭으로 편광된 빔을 광통신 섬유(164)로 조사하는 광학 시스템을 도시하는 도면.
도 22는 레이저 공동내 공동 엘리먼트로서 사용된 본 발명의 제 2 실시예의 전압 제어된 필름을 도시하는 도면.
도 23은 본 발명의 제 2 실시예의 필름에 인가된 여러 전압값에 대한 대역폭 변화 가능한 편광기의 편광되지 않은 광에 대한 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 24는 본 발명의 제 2 실시예의 필름의 우선 및 좌선 원형 편광된(RHCP 및 LHCP) 광에 대한 투과 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 25는 편광되지 않은 검출용 광을 제 2형 대역폭 변화가능한 편광기의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 26은 AC 전압에 의해 스위칭된 표 IV의 방법 ＃1의 스위칭 가능한 반사 편광기의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 27은 표 IV의 방법 ＃1을 사용하여 제조되며, DC 전압에 의해 스위칭된 IR 대역에서 동작하는 스위칭 가능한 반사 편광기의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 28은 표 IV의 방법 ＃2를 사용하여 제조된 IR 대역내 스위칭 가능한 반사 편광기의 투과 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 29는 표 IV의 방법 ＃3의 사용하여 제조된 IR 대역내 스위칭 가능한 반사 편광기의 투과 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 30은 표 IV의 방법 ＃4를 사용하여 제조되며, AC 전압에 의해 스위칭 가능한 반사 편광기의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 31은 표 IV의 방법 ＃4를 사용하여 제조되며, DC 전압에 의해 IR에서 스위칭 가능한 반사 편광기의 반사 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 32는 전기장하에서 제 2형 반사 편광기의 피치 증가와 오방향(mis-orientation) 전개를 도시하는 개략도.
도 33은 전기장하에서 제 2형 반사 편광기의 피치 증가와 오방향 전개를 도시하는 개략도.
도 34는 본 발명의 스위칭 가능한 반사 CLC 편광기와 결합하는 새로운 글래이징(glazing) 구조를 도시하는 개략도.
따라서, 본 발명의 제 1 목적은 스위칭 가능한 매우 넓은 광대역을 가지는 단층 편광 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기장에 의해 제어가능한 매우 넓은 광대역을 가지는 스위칭 가능 반사 편광 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필름의 반사 대역 외측에서의 반사력에서 거의 변화를 가지지 않는 스위칭 가능 반사 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 매우 넓은 광대역을 가지는 편광 반사 필름을 사용하여 "스마트 윈도우"를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 매우 넓은 광대역을 가지는 반사 다층 중합체 필름과 결합된 매우 넓은 광대역을 가지는 편광 반사 필름을 사용하여 "스마트 윈도우"를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 필름의 반사 대역폭 외측의 반사력에서 거의 변화를 가지지 않는 반사 다층 중합체 필름과 결합된 매우 넓은 대역폭을 가진 편광 반사 필름을 사용하는 "스마트 윈도우"를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전송된 광의 추가 제어를 위하여 광 산란 층과 결합된 매우 넓은 대역폭을 가지는 편광 반사 다층 중합체 필름을 사용하여 "스마트 윈도우"를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기장에 의해 제어할 수 있는 대역폭을 가지는 반사 편광 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기장에 의해 제어 가능한 매우 넓은 대역폭을 가지는 편광 반사 필름을 사용하여 "스마트 윈도우"를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원대한 이중 용도 항공우주공학 및 윈도우 글래이징(glazing)에 응용되는 콜레스테롤 액정(CLC)의 놀라운 특성을 바탕으로 적외선 반사 편광기 및 필터의 전기적 스위칭가능 패밀리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전체적으로 가시적 투명도를 유지하면서 전례없는 적외선 스위칭가능 특성을 가지는 활성 태양작용식 제어 윈도우 글래이징에 원격으로 제어될수있고 이동부를 포함하지 않는 전기 제어가능 편광기 및 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원격 제어되고, 단단하며, 박막이고, 다중용도의 광학 구성요소에 대한 시장 요구를 수행하는 새로운 니어(near) 적외선 스위칭가능 편광기, 필터 및 반사기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 IR 대역에 걸쳐 광대역으로부터 협대역으로 반사 동작을 스위칭할 수 있는 빠른 전기적 스위칭 가능 적외선 반사 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 빠른 전기적 스위칭 가능 적외선 반사 편광기를 제공하는 것이고, 여기서 상승 시간은 약 14.5 ms이고 하강 시간은 약 8.5 ms이다.
본 발명의 다른 목적은 IR 대역에 걸쳐 협대역으로부터 광대역으로 반사 동작을 스위칭할 수 있는 빠른 전기적 스위칭 가능 적외선 반사 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 증명된 화학 및 물리적 스위칭 메카니즘의 완전한 이해 및 포괄 모델을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기적 동조가능 적외선 반사 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 780nm에서 4 미크론의 IR 지역에서 동작하는 전기적 스위칭 가능 광대역 반사 편광기를 바탕으로 전기적 스위칭가능 IR 반사기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 780nm에서 4미크론의 IR 영역에서 동작하는 좌측 및 우측 CLC 바탕 스위칭 가능 광대역 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 NIR 스펙트랄 지역에서 동작할수있는 필드 스위칭가능 광대역 반사 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 700 내지 > 1000 nm의 스펙트랄 지역에서 동작할 수 있고, 인가된 전기장을 통해 가변되는 편광 대역폭 및 단절 비율을 가지는 필드 스위칭가능 광대역 반사 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 단절 비율, 전체적인 반사도 및 반사 스펙트랄 컷오프 에지 측면에서 상기 전기 광학 구조의 성능을 최적화하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 편광기의 대역폭을 추가로 확장할 수 있고, 보다 긴 파장으로 시프트할 수 있으며, 목표된 레벨까지 단절 비율을 증가시킬수있는 본 발명의 스위칭가능 광대역 대 협대역 편광기를 제조하는 새로운 재료 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다른 피치, 가교 밀도 및 중합화 비율을 가지는 액정 중합체 화합물을 사용하여 상기 전기 스위칭가능 IR 반사 편광기를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 DC 전압이 인가될때 대역폭을 넓히기 보다, 반사 대역을 시프트하는 전기 제어가능 협대역 반사 편광기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 편광, 단절 비율 및 대역폭 같은 편광기의 다른 사양에 영향을 미치지 않고 전기장을 인가함으로써 CLC 중심 파장을 정밀하게 전기적으로 동조하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적은 이후 및 첨부된 청구항에서 분명할 것이다.
본 발명의 넓은 측면중 하나에 따라, 외부 전기장의 인가에 의해 전기적으로 제어될수있는 스펙트랄 특성을 가지는 단층 스펙트럼 제어가능 반사 원형 편광기가 제공된다. 반사 편광기는 비가교 액정 및 카이럴(chiral) 도판트와 혼합된 가교 콜레스테롤 액정으로 만들어진다. 이들 반사 편광기는 그 나선형 감각면과 매칭하는 원형 편광 광을 반사한다.
일반적으로, 본 발명은 두가지 다른 형태의 단층 스펙트럼 제어가능 반사 편광기를 포함한다: 주어진 편광 상태의 광대역 반사 동작으로부터 주어진 편광 상태의 협대역 반사 동작으로 스위칭할 수 있는 제 1 형태의 스펙트럼 제어가능 반사 편광기; 및 주어진 편광 상태의 협대역 반사 동작으로부터 주어진 편광 상태의 광대역 반사 동작으로 스위칭하는 제 2 형태의 스펙트럼 제어가능 반사 편광기.
10㎛ 구조로 실현할 수 있는 제 1 형태의 스펙트럼 제어가능 반사 편광기는 AC 전기장을 인가함으로써 광대역 편광 모드(약 440 nm 내지 약 660nm의 반사 대역폭을 가짐)로부터 협대역 편광 모드(약 420nm 내지 약 460nm의 반사 대역폭을 가짐)로 스위칭될수있다.
본 발명에 따른 제 1 형태의 편광기는 저분자 중량 액정 분자와 혼합된 가교 중합체 매트릭스를 포함하는 단층 편광 반사 필름의 형태로 실현될수있다. 액정 분자는 필름의 표면 및 콜레스테롤 배열에서 서로에 대해 방향을 가지며, 콜레스테롤 배열의 피치는 외부 전기장이 필름을 가로질러 인가되지 않을때 필름이 넓은 광대역을 가지는 원형 편광 광을 반사하도록 필름의 두께를 가로질러 비선형적으로 변화한다. 액정 분자의 양 대 가교된 중합체의 양의 비율은 선택되어 액정 분자는 전기장에서 역으로 회전하고 따라서 편광된 광의 광대역 반사도에 영향을 미치는 콜레스테롤 액정 배열을 파괴한다. 필름이 액정이 아니고, 저분자 중량 재료가 필름의 제조후 확산하지 않고, 필드가 제거될때 저분자 중량 재료가 콜레스테롤 배열 상태로 되돌아 가는 것을 보장하기 위하여 충분히 높은 고분자 중량 가교 중합체 재료가 있다.
제 2 형태의 반사 편광기는 협대역 모드(약 610nm 내지 약 680nm의 반사 대역폭을 가짐)로부터 광대역 모드(약 480nm 내지 약 830nm의 반사 대역폭을 가짐)로 스위칭된다. 본 발명에 따른 제 2 형태의 반사 편광기는 저분자 중량 액정 분자와 혼합된 가교 중합체 매트릭스를 포함하는 단층 극화 반사 필름 형태로 실현될수있다. 저분자 중량 액정 분자는 필름 표면에 대해 및 콜레스테롤 배열시 서로에 대해 방향을 가진다. 액정 분자의 양 대 가교 중합체의 양의 비율은 선택되어 액정 분자는 전기장에서 반대로 이동할 수 있다. 인가된 전기장의 존재에서 저분자 중량 분자의 이동은 편광된 광의 반사에 영향을 미치는 콜레스테롤 액정 배열을 혼란시킨다. 만약 필름의 합성이 균일하지 못하면, 필름의 편광 저항은 필름에 전기장이 가해지지 않을때 매우 좁은 대역폭을 가진다. 전기장이 증가할때, 편광된 반사도의 대역폭은 증가한다. 필름이 액정이 아니고 피름의 제조후 저분자 중량 재료가 확산되지 않으며, 필드가 제거될때 저분자 중량 재료가 콜레스테롤 액정 배열 상태로 되돌아가는 것을 보장하기 위하여 충분히 높은 고분자 중량 가교 중합체 재료가 있다.
본 발명의 완전한 이해를 위해 이하에서는 도면을 참조로 상세히 설명된다.
첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명되고, 유사 구조에 대해서는 유사 참조부호가 부여된다.
본 발명의 스위칭 가능 편광기는 그들의 동가 모드에 따라 두 가지 형태로 분류된다, 즉: 전기장이 인가될 때 광대역에서 협대역으로 전이하는 형태; 및 전기장이 인가될 때 협대역에서 광대역으로 전이하는 형태. 이러한 두 가지 형태의 스위칭 가능 편광기가 이하에서 상세히 설명된다.
제 1형 스펙트럼 제어 가능 반사 편광기
제 1 형 반사 편광기는 통상적인 저분자중량 액정 및 카이랄(chiral) 도펀트와 혼합된 고분자중량 반사 콜레스테롤 액정 중합체로 구성된다. 이러한 편광기는 이들의 나선부(spiral sense)와 정합하는 원형 편광을 반사시킨다. 440nm 내지 660nm의 대역폭을 가진 10마이크로미터 두께의 편광기는 전기장을 인가함으로써 광대역 반사 모드로부터 협대역 모드로 스위칭될 수 있다.
반응성 크로레스테롤 액정(CLC) 화합물, 다른 비반응성 액정 및 카이랄 도펀트를 함유하는 재료 혼합물을 사용하여, 제 1 실시예에 따른 스위칭 가능한 편광기는 CLC 나선축을 따라 비선형 나선 피치 분포를 형성하는 자외선(UV) 편광 유도된 분자 재분배(PIMRD)와 같은 메커니즘에 의해 형성된다. 편광은 중합체로부터 비반응성 화합물의 분리(segregation)를 유도한다. 결과적으로, 몇몇 확산 비반응성 분자는 중합화 동안 중합체 네트워크에 "트랩핑"된다. 많은 비반응성 뉴메틱 액정 분자가 축적되는 위치에서, 나선 피치가 더 길어진다. 결국, 이러한 PIMRD 메커니즘은 혼합물 전체에 불균일 나선 피치 분포를 야기하고, 스위칭 가능한 광대역 반사 편광기가 된다. 이러한 재분포는 레 리 및 사데즈 엠. 파리스의 미국 특허번호 5,691,789, "단층 반사 초광대역 원형 편광기 및 그 제조 방법"에 상세히 개시된다.
고분자중량 분자의 가교(cross-link) 또는 중합화는 재료내 여러 위치에서다른 비율로 발생하고, 비반응성 화합물은 양, 디.케이., 엘.-씨. 및 도안에 의해 J.W.,Appl.Phys.Let.60,p3102(1992)에 개제된 논문에서와 같이, 많이 가교되거나 중합화된 재료로부터 배출되고 분리된다. 많은 비반응성 뉴메틱 액정 분자가 축적되는 위치에서, 중합화율은 낮고 나선 피치는 길어진다. 결과적으로, 이러한 PIMRD 메커니즘은 혼합물 전체에 대해 불균일 나선 피치 분포를 야기하고, 이로써 스위칭 가능한 광대역 반사 편광기가 된다.
비선형 피치 분포는 광으로 인한 중합화에 의해 얻어지고, 광의 강도는 재료층을 통해 변화된다. 이는 광을 재료 혼합물이 광을 강하게 흡수한다면 당연히 발생한다. 혼합물은 혼합물의 하나의 표면으로부터 다른 표면으로 비반응성 뉴메틱 액정 분자의 확산을 가능케 하기에 충분히 낮은 강도로 조사된다.
적정 광을 흡수하는 분자가 혼합물에 첨가되거나 또는 광파장이 광대역 편광기로서의 기능을 위해 혼합물의 구성성분중 하나에 강하게 흡수되도록 선택된다. 소정 비선형 광 흡수가 가능한 한 당업자에게 공지된 다른 중합화 또한 사용가능하다. 이러한 방법은 전자 또는 다른 빔 조사 또는 재료에 대해 큰 온도 그래디언트를 가진 가열이 사용 가능케 한다.
반응성 HMW 재료가 가교 또는 중합될 때, 고분자중량(HMW) 중합체 재료는 저분자중량(LMW) 액정 재료를 유지하는 매트릭스를 형성한다. 고분자중량 중합체는 바람직하게는 콜레스테롤 액정(CLC) 재료이지만, 한정적인 것은 아니다. 고분자중량 재료의 주된 기능은 저분자중량 재료를 안정화시키는 매트릭스를 형성하는 것이다. 저분자중량 재료는 표면에 대해 배열되고, 중합 반응전 CLC 배열을 가지며 중합후 상기 배열을 유지한다. 중합후에, 재료에 대한 전기장은 가교의 밀도가 충분히 낮은 경우 낮은 분자량 분자를 회전시킬 수 있으며 CLC 배열은 변화 또는 분열될 것이다. 전기장이 제거될 때, 중합체 재료는 낮은 분자량 분자를 원위치에 복귀시키는 스프링과 같이 동작하여 CLC 배열 및 편광 반사력을 복원시킨다. 만일 너무 작은 중합체가 사용되면, 재료는 너무 액체로 되며 낮은 분자량을 가진 분자는 협대역 편광기에서 유발되는 피치 왜곡의 비선형성을 확산 및 감소시킬 것이다. 만일 너무 많은 중합체가 사용되면, 낮은 분자량을 가진 분자는 더 이상 회전될 수 없으며 재료는 매우 높은 전기장를 제외하고 스위칭할 수없다.
본 발명의 스위칭가능한 편광기를 만드는 일반적인 방법이 이하에서 기술될 것이다. 그 다음에, 반사 편광기를 만드는 특정 방법이 기술될 것이다. 특정 콜레스테롤 액정 화합물은 상업용 뉴메틱 액정 및 임의의 양의 키랄 도펀트와 혼합된다. 키랄 도펀트를 첨가하는 목적은 나선성 피치를 조절하는 것이다. 광 개시인자는 중합처리를 시작하기 위하여 첨가된다. 365nm에 중심을 둔 상업용 UV 광원의 파장은 혼합을 중화시키기 위하여 사용된다. 분광계는 페킨-엘머 람다(19)로 수행된다.
고무 폴리아미드로 코팅되고 10μm 유리섬유 스페이서에 의해 분리되고 두 개의 ITO 유리 시트로 만들어진 장치는 액정 혼합물로 충전되고 CLC 나선형축을 따라 상승 온도에서 UV 광을 방사한다. 중합은 중합체로부터의 비반응 화합물의 격리를 유도한다. 비반응 뉴메틱 액정 분자가 축적되는 사이트에서, 나선형 피치는 더 길게된다. 결국, PIMRD 메커니즘은 혼합물 전반에 걸쳐 균일하지 않은 나선형피치 분포를 산출한다.
액정 중합체 및 낮은 분자량을 가진 액정은 본 발명의 스위칭가능한 편광기를 실행할 때 이용가능한 "툴"을 이해하기 위하여 마련되었다.
바커(독일)에 의해 생산된 폴리실리옥산 액정 재료의 일부 및 바스프(독일)에 의해 생산되는 아크릴레이트 액정 화합물은 EMI(호손, NY)에 의해 생산된 E44 낮은 분자량 액정과 혼합될 때 필드 스위칭가능한 광대역 반사 편광기를 만들 때 유효하다. 다른 벤더로부터의 다른 중합성 액정 재료는 표 1에 도시되어 있다.
표 1: 중합성 액정 재료
주해
LH는 좌선 편광을 나타낸다.
번호는 선택 파장을 나타낸다.
Tiso는 등방성 전이온도를 언급한다.
RH는 우선 편광을 나타낸다.
다른 중합성 액정재료는 다른 가교 밀도를 가진다. 바스프 액정재료에 대한가교 밀도는 다음과 같이 한정된다.
낮은 가교 밀도:
25% 비중합성
50% 모노크릴레이트
25%비스아크릴레이트
중간 가교 밀도:
10% 비중합성
35% 모노크릴레이트
55% 비스아크릴레이트
높은 가교 밀도:
100% 비스아크릴레이트
표 II은 EMI로부터의 수집된 비중합성 재료를 리스트한다.
표 II. 낮은 분자량을 가진 액정 재료
예로써, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스위칭가능한 편광기는 바커 케미컬으로부터 얻어진 높은 분자량(HMW) CLC 중합체 CC4039R의 1.9% 중량비, EMI 케미컬로부터 얻어진 낮은 분자량(LMW)을 가진 뉴메틱 재료의 96.6% 중량비, 시바 제이지로부터 얻어진 광개시인자 IG184의 0.05% 중량비 및 EMI로부터 얻어진 다른 키랄 첨가제 CB15의 0.82% 중량비로 이루어진 제 1방법으로 만들어진 액정 혼합물의 샘플로부터 얻어진다. 이러한 방법에 따라 만들어진 샘플에서, 중합전 고유 편광 대역폭은 대략 60nm으로 추정된다. 0.72mW/cm2의 UV 강도에 의하여 실온에도 편광된후에, 대역폭은 120nm까지 증가된다. 전기장이 공급되지 않을 때, 편광기는 120nm의 대역폭내에서 순환적으로 우측으로 편광된 높은 반사성을 나타낸다. 그러나, 편광기는 순환적으로 좌측으로 편광된 광에 반응하지 않는다. 만일 충분한 전기장이 공급된다면, 반사성은 거의 0까지 떨어지며 광의 모든 편광을 통과시킨다.
편광 대역, 교환성 및 효율성에 의하여 스위칭가능한 광대역 편광기의 성능을 향상시키기 위하여, 광대한 재료연구가 특정 반사 편광기를 개시하기 위하여 수행되었다. 반사 편광기의 반사성은 및 편광은 전기장을 통해 앞뒤로 스위칭될 수 있다. 다른 비율에 따라 EMI로부터 얻어진 낮은 분자량을 가진 뉴메틱 E44, 키랄, 첨가제 및 광 개시인자와 다른 액정 중합체 재료를 혼합하는 것이 시도되었다. 결국, 두 종류의 단일층 스위칭가능한 반사 편광기가 이 프로그램을 통해 생성되었다. 그것들은 비반응성 LMW 뉴메틱 액정 화합물 및 소정 양의 카이럴 도펀트(chiral dopant)와 혼합된 반응성 콜레스테롤 HMW 액정 화합물(BASF)로부터 만들어진다.
새로운 편광기는 통상적인 낮은 분자량의 액정 분자 및 카이럴 도펀트와 혼합된 반응성 HMW 콜레스테롤 액정 중합체로부터 만들어진다. 산물인 편광기는 나선형의 센스에 매칭하는 원형 편광된 광을 반사한다. 편광단계에 있을 때, 편광기는 가시 영역에서 10:1 보다 큰 일정한 비율 및 220 nm 보다 더 큰 폭을 나타낸다. 어떠한 전계도 광대역 스위칭 가능 편광기에 인가되지 않으면, 편광기는 440nm 내지 660 nm의 가시 가능한 광대역 편광 반사 상태를 나타낸다. 편광기는 AC 또는 DC 전계를 인가함으로써 편광 반사 모드에서 전송모드로 스위칭될 수 있다.
이하의 방법은 특수하게 오른쪽으로 도는 통상의 뉴메틱 액정 및 소정 양의 카이럴 도펀트를 가진 반응형 HMW 콜레스테롤 액정 화합물을 사용한다. 카이럴 도펀트를 첨가하는 목적은 나선형의 피치를 조정하는 것이다. 광기폭제는 또한 중합 공정을 시작하기 위해 첨가된다. 다양한 방법의 상세 설명은 다음과 같다:
제 2 방법: 15% CM170＊(504nm)(BASF), 28% CB15(EMI), 55% E44(EMI), 2% IG184(Ciba Geigy). 셀 두께 d = 8, 경화 온도 35℃, UN 세기 10-6mW/cm2. 어떠한 전압도 인가되지 않은 경우, 422 내지 660nm(오른쪽으로 도는) 폭. 흡광(extinction) 비율 10:1, 1000Hz 에서 스위칭 전압 120V(rms). CM170*교차 링크(cross-linking) 밀도는 중간.
제 3 방법, CM171(544nm)(BASF) = 20%, CB15 = 30%, E44 = 48%, IG184 = 2%. 셀 두께 d = 8, 경화 온도 35℃, UN 세기 10-6mW/cm2. 어떠한 전압도 인가되지 않은 경우, 430 내지 640nm(오른쪽으로 도는) 폭. 흡광(extinction) 비율 7:1, 1000Hz 에서 스위칭 전압 120V(rms). CM171 교차 링크 밀도는 중간.
제 4 방법, CM171(544nm)(BASF) = 13.6%, CB15 = 20%, E44 = 59.8%, R1011 = 2.3%. R811(EMI) = 2.3%, IG184 1.9%. 셀 두께 d = 8, 경화 온도 35℃, UN 세기 10-6mW/cm2. 어떠한 전압도 인가되지 않은 경우, 440 내지 620nm(오른쪽으로 도는) 폭. 흡광(extinction) 비율 6:1, 1000Hz 에서 스위칭 전압 120V(rms). CM171 교차 링크 밀도는 중간.
제 5 방법, CM171*(556nm)(BASF) = 13.4%, E44 = 70.9%, S1011 = 5.9%, S18= 8%, IG184 1.7%. d = 8, 경화 온도 35℃, UN 밀도 10-6mW/cm2. 어떠한 전압도 인가되지 않은 경우, 540 내지 820nm(왼쪽으로 도는) 폭. 흡광(extinction) 비율 6:1, 1000Hz 에서 스위칭 전압 120V(rms). CM171*교차 링크 밀도는 낮음.
제 6 방법, CM181*(579nm) = 15%, E44 = 80%, S1011 = 5%, S811 = 5%, 및 Ciba Geigy의 포토 이니시에이터 = 4% IG651 포토 이니시에이터. 통상적인 파장 중심 365nm인 UV 광 소오스가 혼합물을 중합하기 위해 사용된다. 분광계는 Perkin-Elmer Lambda 19 가 사용된다.
샘플은 유리 섬유 스페이서에 의해 분리된 마찰된 폴리아미드로 코팅되며 액정 혼합물로 충전되어 높은 온도에서 UV 광에 쬐여진 유리 시트로 덮여진 인듐 주석 산화물(ITO)로 만들어진다.
본 발명의 일반화된 제 1 실시예의 다양한 특정 실시예는 도면을 통해 이해될 수도 있다. 도 1은 높은 분자량의 화합물 및 낮은 분자량의 CLC 화합물을 가진 교차 링크 또는 중합된 물질을 포함하는 본 발명의 필름(10)을 도시한다. 필름(10)은 본 발명의 물질에서 여기시키기 위해 인가되는 전압(V1) 및 전계를 갖을 수도 있는 전기적 도전 재료(12 및 14)에 의해 접촉된다. 재료(12 및 14)는 필름(10)과 접촉할 수도 있으며 필름(10)에 매우 인접할 수도 있다. 비편향된 광(16)이 도전 재료(12)를 통해 필름(10) 상으로 투사되는 것이 도시되며, 이는 광(16)에 비해 투명하다. 오른쪽 원형의 편광된 광(18)은 필름(10)으로부터 반사되는 것이 도시되며, 왼쪽 원형의 편광된 광은 필름(10) 및 재료(14)를 통해 전파되는 것이 도시된다. 만일 재료(14)가 필름(10)을 통해 전파된 후 남은 왼쪽으로 도는 원형의 편광된 광을 흡수하면, 도 1의 장치는 편광기가다. 만일 광(19)이 전파되면, 도 1의 장치는 편광 분파기(polarizing beamsplitter)이다. 전압(V1)을 높임으로써 필름(10)에 전계가 영향을 미칠 경우, 오른쪽으로 도는 원형의 편광된 광(18)은 사라진다. 만일 필름(10)으로 입사된 광이 오른쪽으로 도는 원형으로 편광되면, 전압은 반사기로 부터 광의 전파기로 도 1 의 장치를 변경시킬 수도 있다. 도 2는 추가의 p/4 위상 지연 플레이트(24)를 가진 도 1의 장치를 도시한다. 도 2의 장치 상에 입사한 비편광된 광은 장치로 부터 제어가능하게 반사된 선형의 편광된 광이 될 것이다. 만일 정확 편광의 선형으로 편광된 광이 도 2의 장치에 입사되면, 전압은 광을 제어가능하게 반사 또는 전파시키는데 사용될 수도 있다.
도 3은 도 2의 장치의 추가의 실시예를 도시하며, 이로써 추가의 p/4 위상 지연 플레이트(34)는 초기에 비편광된 입사광으로부터 반사된 광선(22)에 반대로 편광된 선형으로 편광된 광선(32)으로 남은 원형으로 편광된 광을 변환시킨다.
도 4는 디스플레이 목적으로 사용되는 본 발명의 필름의 실시예를 도시한다. 본 발명의 필름(10)에서의 전계는 분할된 전극(46)으로 다양한 전압을 인가시키는 제어기(48)에 의해 필름(10)의 영역을 가로질러 공간적으로 변화하기 위해 제어된다. 광(42)은 디스플레이를 제공하는 필름의 다양한 영역에서 반사되거나 또는 반사되지 않는다. 도시된 경우, 편광된 광은 광(42)으로 사용될 수도 있으며, 전파중에 편광된 광은 디스플레이로서 사용될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 필름을 사용하는 광 시스템을 도시하며, 이로써 스위칭 가능한 광대역 편광된 광선(58)은 추가의 광 시스템(54)에 사용될 수도 있으며, 전파된 광선(59)은 도전 재료(10 및 12)의 양단에 인가된 전압에 의해 편광으로부터 비편광으로 스위칭될 수도 있다.
도 6은 렌즈(62)를 통해 광 통신 섬유(64)로 제어된 편광 광선(58)을 주사하기 위한 광 시스템(54)의 일실시예를 도시한다.
도 7은 레이저 공동(70)의 공동 엘리먼트로서, 본 발명의 전압 제어 전압을 사용하는 실시예를 보여준다. 상기 스위칭가능한 편광 필름은 상기 스위칭 가능한 편광 필름, 광대역 광증폭기(74) 및 광대역 거울(76)을 포함하는 공동을 위한 공동 반사기(72)로서 사용된다. 도 7의 장치는 상기 거울(72)의 반사도가 임계값에 도달하면 광대역의 레이저 광을 발생하여 내보내게 된다. 상기 레이저 출력은 상기 공동 반사기의 전달에 따라, 거울(72)과 거울(76) 중 어느 하나 또는 둘 모두로부터 이끌어 낼 수 있다.
도 8에는 처리법 #2로부터 만들어진 통상적인 스위칭가능한 편광기의 반사 스펙트럼이 도시되며, 이 처리법은 비편광된 광원으로 측정된 것이다. 약 45%의 평균 반사도를 갖는 440㎚부터 660㎚사이의 반사 대역을 상기 비편광 프로빙 빔으로부터 얻을 수 있다. AC 전기장(10 V/㎛)을 인가하자마자, (4%의 표면 반사로 교정한 뒤에)평균 반사도는 2%로 급감한다.
AC 필드가 ON 상태가 되는 약 440㎚에서의 반사 최고치는 상기 전기장에 의해 영향을 받지 않는 콜레스테롤 액정 중합체 네트워크 때문이라고 생각한다. 당업자는 본 명세서에 포함된 정보를 사용한 실험을 통하여 상기 반사 최고치를 상기UV까지 밀어 올릴 CLC 중합체 재료를 발견할 수 있다. 당업자는 CLC 중합체가 아닌 것을 발견하기 위한 본 명세서에 포함된 정보를 사용한 실험을 통하여 나머지 최고치를 감소시키는데 사용될 수 있다.
도 9는 상기 편광기에 AC 필드가 부가된 것과 부과되지 않은 처리법 #2로 만들어진 샘플의 전달 스펙트럼을 나타내며, 상기 프로빙 빔은 우측 편광(상기 샘플과 "직교"하는)이다.
도 10은 프로빙 빔이 좌측 편광된 처리법 #2로 만들어진 샘플의 전달 스펙트럼을 도시한다.
도 11은 부가된 다양한 전압들에 대한 처리법 #6으로부터 만들어진 샘플의 비편광 광에서의 반사도를 도시한다. 우리는 이 곡선의 장파 상에 나타난 구조가 상기 필름의 결점과 비균일성에 기인한다는 것과 상기 반사도의 잘려진 장파는 결점없는 필름에 대해 매우 날카로와야 한다는 것을 가정한다. 특정 파장에 대한 반사도는 상기 필름을 바이어스 시키므로써 제어될 수 있으며, 상기 바이어스에 부가된 상대적으로 작은 전압이 상기 필름을 특정 파장에 대해서 반사에서 비반사로 스위칭시키는데 사용될 수 있다. 이것은 저가의 전자 장치로부터의 저전압 신호에 의해 광을 제어하기 위해 매우 중요하다. 도 11에 도시된 결함이 있는 필름에 있어서도, 부가된 전압의 2볼트 변화는 약 600㎚의 비편광된 광에 대한 상기 필름의 반사도를 두배로 하며, 훨씬 더 큰 요인에 의해서도 정확한 편광에 대한 반사도를 변화시킬 것이다.
모든 실시예에 있어서, 상기 전기장이 충분히 강한 경우에, 상기 편광기는반투명이라는 사실이 지적되어야 한다. 그러므로, 이런 타입의 편광기는 부가된 전압에 따라 3가지의 잘 구분되는 광학 상태, 즉 협대역 편광 상태, 광대역 편광 상태 및 비편광 반 투명 상태를 갖는다. 본 발명자는 광의 입사각이 30°이상일때는 반사도가 상당히 감소하며 반사된 광은 원형 편광된 상태로부터 타원 편광된 상태로 벗어나기 시작되는 것을 발견했다.
광대역 대 협대역 스위칭 가능 IR 편광기
본 발명에 따른 스위칭 가능한 IR 반사 편광기를 만들어 내기 위해, 일반적으로 중합가능한 액정 혼합물 및 중합불가능한 액정 혼합물을 포함하는 서로 다른 액정 재료 처리법이 다음 과정에 따라 시험된다(아래의 표 III을 보라).
1. 상기 액정 혼합물은 우선 중량이 주어지고 소정의 비율에 따라 철저히 혼합된다.
2. 인듐-주석 산화물(ITO) 도전 코팅을 갖는 유리 기판이 초음파 세척된다.
3. 폴리아미드는 상기 액정 셀을 만드는데 사용되었던 ITO 유리 기판 상으로 스핀 코팅된다.
4. 상기 액정 혼합물이 상기 셀로 채워진다.
5. 상기 샘플이 고온에서 단련된 후에, 강도가 10-5W/cm2인 365㎚ UV 광선에 의해 상온에서 보존된다. 상기 보존 시간은 완전 보존을 위해서는 대략 1시간이다. 상기 보존 과정 중에는 부가되는 전압이 없다는 사실이 언급되어야 한다.
6. 결국, 상기 샘플은 분광광도계(spectrophotometer) 상에 특성화된다.
표 III에 리스팅된 상기 액정 처리법이 시험되었다.
표 Ⅲ. 스위칭가능 IR 반사 편광기에 대한 액정 처리법
주해:
IG 184는 시바 게이지로부터의 광기폭제.
Tc는 샘플이 경화되는 경화 온도.
테이블 III의 제조법 #1을 사용하면, 450~750㎚의 가시 영역에서 스위칭가능한 반사형 편광기를 얻을 수 있다. 제 13도는 인가된 전압에 대한 함수로써의 편광기 스펙트럼들을 보여주고 있는데, 이것은 비편광 광원을 가지고 퍼킨-엘머-람다(Perkin-Elmer-Lambda)(19)를 사용하여 얻어낸 것이다.
제조법 #2는 제조법 #1에서 키랄 첨가물인 R1011 및 R811을 제거함으로써 얻어진다. 제14도에 도시된 바와 같이, 이 방안은 가장 성공적인 결과를 제공한다.만약 전압이 인가되지 않는다면, 편광기는 자연적으로 NIR 영역에서 600~1200㎚의 넓은 스펙트럼 대역을 커버한다. AC 전계(1kHz에서 10V/㎛)를 인가할 때, 평균 반사율은 스펙트럼의 스위치 부에서 단지 2%로 급격히 감소하며, 편광기는 광대역에서 협대역으로 스위치된다. 600㎚ 근처에서의 최종 필드온(field-on) 반사 피크는 콜레스테롤 액정 폴리머 네트워크 때문인 것으로 이해된다. 이 편광기가 가시 스펙트럼 영역에 미치는 영향은 무시할 만한 정도이며, 따라서 이 CLC 필름으로 코팅된 기판은 전압이 인가되는 지의 여부에 무관하게 시각적으로 선명해 보인다. UV 중합 전에는 편광기가 협대역 특성을 보이고 있었다는 점에 주목해야 한다.
제2 유형의 스펙트럼 제어 가능한 반사 편광기
제2 유형의 제어 가능한 대역폭 편광기는, 전계가 인가되지 않았을 때, 적 스펙트럼 영역에서 협대역(70㎚) 편광 반사 상태를 보인다. 그러나, 저주파 또는 DC 전계가 인가될 때, 이 협대역 편광기는 광대역 반사 편광기가 된다. 그 대역폭은 반사율 40% 이상의 평균 반사율로 350㎚ 까지 확장된다.
폴리머가 상당히 고강도의 UV광으로 가교(Cross-link)되어 저 분자량 분자들이 약 1초의 중합 시간 내에 멀리 확산할 수 없을 때 매우 다른 효과가 나타난 것이 발견되었다. 그 결과적인 필름은 매우 좁은 대역폭(70㎚)을 가지지만, 전계가 필드를 가로질러 가해지면 편광 반사 대역폭은 놀랍게도 350㎚로 확장된다는 것이 발견되었다.
반응성 콜레스테롤 액정(CLC) 혼합물, 다른 비반응성 액정(들) 및 키랄 도펀트(들)를 포함하는 다른 물질의 배합을 사용하면, 그러한 대역폭 가변 편광기는PIMRD 과정에 반대인 매우 고속의 UV 경화 과정을 사용하여 만들어질 수 있다. 이 과정에서, 강한 UV원(1W/㎠) 및 고농도의 광기폭제가 사용된다. 결과적으로, 확산은 중합 동안에 제한되었다. 결과적으로, 혼합물에 걸쳐 훨씬 더 많은 균일한 나선형 피치 분포가 얻어졌고, 이는 좁은 대역폭(70㎚) 반사 편광기가 가능하게 했다.
특별한 오른쪽 편향의 반응성 콜레스테롤 액정 혼합물은 상업적으로 이용 가능한 뉴메틱 액정 및 소정 량의 키랄 도펀트와 혼합되었다. 키랄 도펀트를 추가하는 목적은 나선형 피치를 조절하기 위한 것이다. 또한 광기폭제는 중합 과정을 시작하게 하기 위하여 추가된다. 365㎚에 파장의 중심을 둔 상업적인 고전력 UV 광원이 혼합물 내의 반응성 액정 성분을 중합하기 위하여 사용된다. 스펙트럼분석은 퍼킨-엘머-람다 19를 가지고 수행된다.
마찰된 폴리마이드로 코팅된 두 개의 ITO 글래스 시트들로 만들어지고 얇은 글래스 섬유 스페이서(8㎛)에 의해 분리된 샘플이 새로운 액정 혼합물로 채워졌고, 또한 (초 단위의) 단기간 동안 실온에서 강한 UV 광원으로 조사되었다.
제25도는 대역폭 가변 편광기의 반사 스펙트럼을 도시하고 있다. 전계가 오프되면 대역폭은 좁아져 단지 약 70㎚에 이르게 되는데, 7V/㎛의 저주파 전계가 인가되면 대역폭은 350㎚로 넓어진다. 제25도에서 보듯이, 반사율은 매우 높으며, 전계가 인가될 때에도, 수직 방향에서 40% 이상의 반사율을 가지며, 여기에서 산란은 큰 영향을 미치니 못하는 것을 명확하게 볼 수 있다. 시각 검사에 의하면, 샘플에 저주파 전계가 인가되면, 흐릿함(haze)은 나안으로 감지할 수 없다는 것을 알게 되었다.
강한 UV 광원 및 높은 광기폭제 집중도를 사용함으로써 혼합물의 중합 동안 확산이 제한되기 때문에, 샘플의 나선형 피치 분포가 좁고, 키랄 폴리머의 분포 역시 샘플에 걸쳐 균일한 것으로 이해된다. 저주파 전계가 인가될 때, 그 자신의 결과적인 나선형 구조를 갖는 폴리머 네트워크는 그의 높은 가교 밀도에 의하여 영향을 받지 않는다. 그러나, 비반응성 콜레스테롤 액정 성분들은 전계에 의하여 영향을 받는다. 나선형 구조물은 고이지 않은 상태이다. 임계 필드 이하에서, 표면으로부터의 제약(얇은 샘플에서 8㎛) 및 가교된 콜레스테롤 폴리머 때문에, 폴리머 네트워크에 인접한 비반응성 분자들은 그들의 방향성을 유지하며, 폴리머 네트워크에 인접하지 않은 것들은 필드를 따라서 배열될 것이다. 그러므로, 그러한 나선형 구조의 반사 대역은 더 이상 원래의 피치에 좁게 중심을 형성하지 않으며, 오히려 우리의 실험실에서 발견된 바와 같이 훨씬 넓게 된다. 그러한 꼬이지 않은 과정은 초 단위의 본래의 시간 제약을 갖는다.
양 편광기에서, 광의 입사각이 30° 이상일 때 반사율은 급격히 감소하며, 반사된 광은 회전 편광 상태에서 포물선형의 편광 상태로 편이를 시작한다.
상세한 제1 제조법(제조법 #1)은 고분자량(HMW) CLC 폴리머(BASF 181(25% 바이새크릴레이트(bisacrylates))의 12%, 메릭(merck)으로부터 얻어지는 저분자량 뉴메틱 물질 E44 61%, 메릭으로부터 얻어지는 키랄 첨가물 CB15 25%, 및 시바 가이(Ciba Geigh)로부터의 광기폭제 IG 184 1.9% 중량 혼합물이다. 이 과정에서, 강한 UV 원(1W/㎠) 및 고농도의 광기폭제가 사용되었다. 결과적으로, 저분자량 분자들의 확산은 중합동안 제약되었다. 결과적으로, 혼합물에 걸친 훨씬 균일한 나선형 피치 분포가 얻어질 수 있었고, 전계가 필름에 낮게 가해질 때 좁은 대역폭(70nm)의 반사 편광기를 가능하게 하였다.
특별한 오른쪽 편향의 반응성 콜레스테롤 액정 합성물은 상업적으로 이용 가능한 뉴메틱 액정 및 소정 량의 키랄 도펀트와 혼합되었다. 키랄 도펀트를 추가하는 목적은 나선형 피치를 조절하기 위한 것이다. 또한 광기폭제는 중합 과정을 시작하게 하기 위하여 추가된다. 365㎚에 파장의 중심을 둔 상업적인 고전력 UV 광원이 혼합물 내의 반응성 액정 성분을 중합하기 위하여 사용된다. 스펙트럼분석은 퍼킨-엘머-람다 19를 가지고 수행된다.
마찰된 폴리마이드로 코팅된 두 개의 ITO 글래스 시트들로 만들어지고 얇은 글래스 섬유 스페이서(8㎛)에 의해 분리된 샘플이 새로운 액정 혼합물로 채워졌고, 또한 (초 단위의) 단기간 동안 실온에서 강한 UV 광원으로 조사되었다.
바람직한 제조법도 개발되었는데, 그들은 하기와 같다.
제조법 #2 : CM181 (365nm) (BASF) = 12%, CB15 = 25%, E44 = 61%, IG184 = 2%, d = 10 마이크로미터, 경화 온도 = 25℃, UV 밀도 1W/㎠, 전압 비인가 시의 초기 대역폭 600~670nm, 대역폭 점유 500~740nm(오른쪽 편향), 스위칭 전압 26V (DC), CM181 가교 밀도는 낮음.
제조법 #3 : CM171 (507nm) = 12%, CB15 = 25%, E44 = 61%, IG184 = 2%, d = 10 마이크로미터, 경화 온도 = 25℃, UV 밀도 1W/㎠, 전압 비인가 시의 초기 대역폭 680~770nm, 전압 30V(DC), 대역폭 점유 450~850nm(오른쪽 편향), 스위칭 전압30V (DC), CM171 가교 밀도는 중간 정도.
제조법 #4 : CM181 (365nm) = 12%, CB15 = 26%, E44 = 60%, IG184 = 2%, d = 8 마이크로미터, 경화 온도 = 25℃, UV 밀도 1W/㎠, 전압 비인가 시의 초기 대역폭 620~680nm, 전압 45V(DC), 대역폭 470~850nm (오른쪽 편향), 스위칭 전압 45V (DC), CM171 가교 밀도는 낮음.
제조법 #5 : CM181 (365nm) = 12%, CB15 = 26%, E44 = 60%, IG184 = 2%, d = 8 마이크로미터, 경화 온도 = 25℃, UV 밀도 1W/㎠, 전압 비인가 시의 초기 대역폭 620~680nm, 전압 45V(DC), 대역폭 470~850nm (오른쪽 편향), 스위칭 전압 45V (DC), CM171 가교 밀도는 낮음.
본 발명의 다양한 실시예들은 후술하는 수치들과 관련하여 이해된다.
제16도는 높은 분자량 성분 및 낮은 분자량의 CLC 성분을 갖는 가교된 또는 중합 물질을 포함하는 본 발명의 제2 일반화된 실시예의 필름(110)을 도시하고 있다. 필름(110)은 본 발명의 물질에 전압 또는 전계를 인가한 전압 V1을 가질 수 있는 전기적 도전 물질(112 및 114)에 의하여 접촉을 형성한다. 물질(112 및 114)은 필름(10)과 접촉되거나 또는 필름(10)에 인접하게 위치된다. 비편광된 광(116)은 광(116)에 투명한 도전 물질(112)을 통하여 필름(10)에 입사하도록 도시되어 있다. 오른쪽 편향의 회전 편향된 광(118)은 필름(110)으로부터 반사하도록 도시되어 있고, 외쪽 편향의 회전 편광된 광은 필름(110)을 통과하고 물질(114)을 통과하도록 도시되어 있다. 만약 물질(114)이 광 즉, 필름(110)을 통하여 전달된 후에 남아 있는 왼쪽 편향의 회전 편광된 광을 흡수하지 않는다면, 제16도의 장치는 편광기가다. 만약 광(119)이 통과된다면, 제16도의 장치는 편광 비임스플리터(beamsplitter)이다. 전압(V1)을 증가시킴으로써 필드가 필름(110)에 가해졌을 때, 오른쪽 편향의 회전 편광된 광(118)의 대역폭은 넓어진다. 만약 필름(110)에 입사하는 광이 오른쪽 편향의 회전 편광된 광이라면, 전압은 제16도의 장치를 광의 협대역 반사기로부터 광의 광대역 반사기로 변경시키기 위하여 사용될 수 있다.
제17도는 p/4 위상 지연판(124)이 부가된 제16도의 장치를 도시하고 있다. 제17도의 장치에 입사하는 비편광된 광은 그 장치로부터 제어 가능하게 반사되는 선형 편광된 광이 될 수 있다. 정확한 편광의 선형 편광된 광이 도 17의 디바이스 상에 입사하면, 반사된 광의 대역폭이나 전송된 광의 "노치" 폭을 제어하는데 전압이 이용된다.
도 18은 도 17의 디바이스의 부가적 실시예를 도시하고 있다. 부가적인 p/4 위상 지연판(134)이 최초의 비편광 입사광의 나머지 원형 편광된 광을 반사 빔(122)과 반대 편광을 갖는 선형 편광된 광빔(132)으로 전환한다.
도 19는 디스플레이용으로 사용되는 본 발명의 필름의 실시예를 도시하고 있다. 본 발명의 필름(110)에서의 전계는 구분 전극(146)에 가변 전압을 가하는 전압 제어기(148)에 의해 필름(110)의 면적에 걸쳐 공간적으로 변하도록 제어된다. 광(42)의 대역폭은 필름의 여러 면적에 따라 변하여 디스플레이를 제공한다. 도시된 경우에는, 편광된 광이 광(142)으로 사용될 수 있으며, 전송되는 편광된 광이 또한 디스플레이로 사용될 수도 있다.
도 20은 본 발명의 필름을 이용한 광학 시스템이다. 제어가능한 대역폭의 광 빔(158)이 다른 광학 시스템(154)에 이용될 수 있으며, 전송된 광 빔(159)은 도전재(110, 112)에 걸쳐 인가되는 전압에 의해 제어가능한 "노치"를 가질 수도 있다.
도 21은 제어된 대역폭의 편광된 광 빔(158)을 렌즈(162)를 통해 광통신섬유(164)로 주입하는 광학 시스템(154)의 한 예를 도시하고 있다.
도 22는 본 발명의 전압 제어된 필름을 레이저 공동(17)의 공동 요소로 이용하는 실시예를 도시하고 있다. 제어가능한 대역폭의 편광 필름은 여기서 제어가능한 대역폭의 편광 필름, 광대역 광 증폭기(174), 및 광대역 미러(176)를 포함하는 공동을 위한 공동 반사기(172)로 이용된다. 도 22의 디바이스는 미러(172)의 반사력이 임계값에 이르는 파장으로 제어가능한 대역폭의 레이저 광을 생성하여 방출한다. 레이저 출력은 공동 반사기들의 전송에 따라, 미러(172)에서 얻어질 수도 있고 또는 미러(176)에서 얻어질 수도 있다.
도 23은 필름에 걸친 서로 다른 전압 값에 대해, 제1제조법에 따른 가변 대역폭 편광기의 비편광된 광에 대한 반사 스펙트럼을 도시하고 있다. 전계가 없으면 대역폭이 좁아서 단지 약 70㎚로 된다(FWHM). 7 V/㎜의 DC 전계가 인가되면 대역폭은 350㎚로 증가된다. 여기서 스캐터링이 중요한 작용을 한다. DC 전계가 샘플에 인가될 때 육안으로 흐릿함(haze)을 관찰할 수 없음이, 시각적 관찰을 통해 알려졌다.
도 24는 제1제조법에 의해 만들어진 필름의 샘플에 대한 우 및 좌원편파(RHCP and LHCP)광에 대한 전송 스펙트럼을 도시하고 있다.
강한 UV 광원과 더 높은 광기폭제 농도를 사용하면, 혼합물의 중합반응 동안의 확산에 대한 제한으로 인해, 샘플의 나선 피치 분포가 좁고 키랄 중합체의 분포도 샘플 전체에 걸쳐 균일하게 된다고 알려져 있다. DC 전계가 인가되었을 때, 자체적인 결과적 나선 구조를 가진 중합체 네트워크는 높은 가교밀도로 인해 영향받지 않았다. 그러나, 비반응성 콜레스테롤 액정 성분은 전계에 영향을 받았다. 나선 구조가 풀렸다. 임계 전계 이하에서는, 표면(얇은 샘플, 8㎜)과 가교 콜레스테롤 중합체로부터의 제한 즉, 중합체 네트워크에 가까운 비반응성 분자일수록 그 방향성을 유지하려한다는 제한으로 인해, 중합체 네트워크에 가깝지 않은 경우에는 전계를 따라 배열되게 된다. 그 결과 왜곡된 나선 구조가 생긴다. 따라서, 그러나 나선 구조의 반사 대역은 더 이상 피치에 정밀하게 중심지워지지 않게 되고, 실험실에서 관찰한 바에 의하면 훨씬 더 넓은 구조를 가진다. 그러한 나선 구조의 풀림 과정은 수초의 고유 시정수를 갖는 것으로 관찰되었다.
협대역에서 광대역으로 전환가능한 IR 편광기
협대역에서 광대역으로 전환가능한 IR 편광기를 제조하기 위해, 상기한 제조법과 몇 가지 차이점을 제외하고는 유사한 제조법을 사용하여 액정 셀이 제조되었다.
1. 셀들은 ITO 도전성 코팅을 가진 두 개의 유리 기판을 사용하여 제조되었다.
2. 액정을 배열하기 위해, ITO 상부 위에 폴리이미드 코팅이 코팅되고 이어서 기계적으로 마찰되었다.
3. 다음, 콜레스테롤 상의 액정 중합체, 저분자량 뉴메틱 액정, 중합과 키랄 첨가물을 위한 광기폭제로 구성되는 가공되지 않은 CLC 혼합물로 셀이 채워졌다.
4. 액정이 채워진 후에, 샘플이 고온(70-80℃)으로 어닐링되었다.
5. 다음, 샘플은 상온으로 냉각되고 4.4 W/㎠의 강도를 가진 훨씬 더 강력한 광대역(350-400㎚) UV 광에 의해 상온에서 가공되었다(중합되었다). 가공 시간은 약 5초였다. 가공 기간 동안 전압은 인가되지 않았다.
6. 마지막으로, 분광광도계 상에서 샘플의 특성이 나타났다.
아래 표는 인가된 전계를 통해 협대역에서 광대역으로 전환되는 전환가능한 IR CLC 반사 편광기에 대한 지금까지 시험된 제조법을 개시하고 있다.
표 Ⅳ. 전환가능한 IR 반사 편광기를 위한 액정 제조법
주해:
CM181과 CM171은 콜레스테롤 상의 액정 중합체(BASF, 독일)
E44는 저분자량 뉴메틱(EMI)
CB15는 키랄 첨가물(EMI)
IG184는 광기폭제(Cyba Geigy)
Tc는 샘플이 가공되는 가공 온도
제1샘플은 15미크론의 유리 스페이서를 갖도록 제조되었다. 이는 AC 전압(~1㎑)을 사용하여 전환가능하다. 도 26에 도시된 바와 같이, 편광기는 AC 전계가 스위치 온되었을 때 광대역에서 협대역으로 전환한다.
다음으로 동일한 제조법(표 4의 제조법 #1)을 사용하여 7.8미크론의 셀 갭(유리 스페이서와 함께 얻어짐)을 가지며 유사한 조건에서 가공된 다른 편광기 샘플을 제조하였다. 이 편광기는 AC 전압이 아니라 DC 전압을 사용하여 전환가능하다. CLC 편광기는 전계 인가시 IR 영역으로 넓어지는 대역폭을 보여준다. AC와 DC 전압에 대한 이러한 CLC 편광기 차이는 전계 인가시 CLC 편광기의 대역폭 확장과 감소에 대한 서로 다른 메커니즘을 나타내는 것일 수 있다. 이러한 전환은 도 27에 도시된 바와 같이 48.4V에서 40V까지의 히스테리시스 특성을 보여준다. 48.4V를 인가한 후에 전압이 감소되고 다시 40V로 증가된 후에는 원래 48.4V에서 얻었던 것보다 더 넓은 대역폭이 얻어진다.
도 28, 29는 제조법 #1을 개선하여, 원래의 CLC 혼합물과 반대의 방향을 가진 키랄 첨가물(S101)을 더 추가함에 의해 전환가능한 CLC 편광기의 중심 파장을 더 긴 IR 파장까지 이동시키는 것을 도시하고 있다. 반대 방향의 키랄은 원래의 CLC 나선을 풀고 따라서 중심 파장을 더 긴 쪽으로 이동시킨다. 이로 인해, 700㎚에서 1,000㎚까지에서 반사를 시작하는 전환가능한 광대역 편광기가 제조되었다. 그러나, 이 편광기의 반사력은 낮다는 것이 관찰되었다. 따라서, 제조법 #2와 #3은 상당히 더 높은 흡광율을 얻도록 최적화될 것이다.
도 30, 31은 제조법 #4를 이용하여 제조된 CLC 셀의 AC와 DC 전계에 대한 응답을 도시하고 있다. 제조법 #4에서, CLC 중합체는 CM181에서 CM171(모두 BASF 제품)로 변하였다. CM171은 중간정도의 가교 밀도와 507㎚의 고유반사파장을 가진다. 그러나, CM181은 낮은 가교 밀도를 가지며 365㎚에서 반사한다. CM171이 더긴 반사 파장을 갖기 때문에, 제조된 광대역 편광기는 긴 중심 파장을 갖는다. 도30에 도시된 바와 같이, 15마이크론 편광기는 AC 필드(1kHz) 응용의 경우에 반사 대역폭 감소를 나타낸다. 그러나, 7.8마이크론 두께 폴라이져는 반대 대역폭 스위칭 동작, 즉 DC 전압 하에서 대역폭 확대를 나타낸다. 이러한 관찰 사항은 도26 및 도27에 도시된 것과 유사하다.
동작 메커니즘
두 개의 서로 다른 메커니즘이 스위칭가능 광대역 편광기를 발생시키는 것으로 확인되었다. (1) 피치 기울기(제 1 타입 반사 편광기 경우), 및 (2) 나선형 확대 및 오-지향(mis-orientation)(제 2 타입 반사 편광기의 경우). 피치 기울기는 일반적으로 전기장이 인가되지 않는 경우에 광대역 효과를 일으키며, 이것은 광대역에서 협대역으로 스위칭되는, 제 1 타입의 스위칭 가능 광대역 편광기에 대응된다. 그러나, 나선형 오-방향과 DC 전기장에 의해 유도되는 피치 길이 증가의 합은 협대역에서 광대역으로 스위칭될 수 있는 대역폭을 갖는 제 2 타입의 스위칭가능 광대역 편광기를 야기한다.
원자력 현미경(AFM)이 피치 분포를 가장 직접적으로 식별하겠으나, 액정 매체가 편광기에서의 낮은 폴리머 농도로 인해 반-겔 상태와 액체 상태가 되기 때문에, 이 경우에 적용하는 것은 곤란하다. 그러나, 스펙트럼 측정과 결합된 컴퓨터 시뮬레이션은 서로 다른 전계 강도하에서 피치 분포를 확인하는데 만족스런 효과를 나타내는 것으로 발견되었다. 이하에서 상세히 설명되는 바와 같이, 우리는 서로 다른 전압하에서 샘플의 투과 스펙트럼을 처음으로 측정하였다. 다음, 이러한 데이타는 배래만(Berreman) 4x4 행렬에 근거한 컴퓨터 시뮬레이션의 입력으로 사용되었다. 마지막으로, 측정결과와 컴퓨터 시뮬레이션의 비교는 서로 다른 전계 강도하에서 피치 분포와 방향을 나타낸다. 제 1 타입의 스위칭가능 IR 편광기가 다른 제 1 타입 스위칭가능 편광기를 지배하는, 위에서 설명한 자외선(UV) 중합화 유도 분자 재분포(polymerization induced molecular re-distribution; PIMRD)로 명명되는 동일한 메커니즘에 의해 만들어 진다. 이 프로세스에서는, 경화 프로세스 중에 CLC 나선형 축을 따라 유도되는 비선형 나선형 피치 분포가 핵심이 된다. UV 경화 강도를 적절한 레벨로 조절함에 의해서, 활성 액정 화합물의 중합화 프로세스(이 경우, 액정 폴리머 자체)가 폴리머로부터 비활성 화합물의 분리를 야기한다. 분리된 액정 분자는 UV 방사 방향을 따라 확산하기 시작한다. 그 결과, 일부 확산된 비활성 분자들이 진행중인 중합화 도중에 폴리머 네트워크에"포획"된다. 보다 많은 뉴메틱 액정 분자가 축적되는 영역에서, 나선형 피치가 더 길어진다. 궁극적으로, 이러한 PIMRD 메커니즘이 혼합물 전체에 비균일 나선형 피치 분포를 만들어 내며, 이에 따라 순시적인 광대역 폭 특징을 갖는 스위칭가능 반사 편광기가 야기된다.
가시광선에서 스위칭가능 편광기를 생성하는데 사용되는 제조방법과 달리, IR에서 편광기를 생성하는 제조방법은 도14의 협대역 곡선으로 표현된 바와 같이, 편광기의 중심 파장을 장파장으로 시프트시킴으로써 얻어졌다. 중심 주파수를 길게 하기 위해서, 고 농도의 뉴메틱 액정(E44)이 혼합물에 첨가되었다.
광대역에서 협대역으로의 메커니즘:
광대역에서 협대역으로의 이러한 타입의 편광기를 스위칭하는 것은 전기장에 의해 유도된 분자 재방향에 의해 구현된다. 광대역 편광기는 내재적으로 액정 성분 구배에 대응되는 필름 두께를 통과하는 피치 구배를 갖는다. 이것은, 피치가 더 길어지는 위치에서, 저 분자량 뉴메틱(예를들어 E44) 농도가 높아지기 때문이다. 따라서, 뉴메틱 E44가 디 큰 포지티브 유전 이방성과 낮은 점성을 갖기 때문에, 더 긴 피치 위치에서의 나선형이 전기장에 의한 E44 분자들의 용이한 재방향으로 인해 균일한 방향이 되도록 풀리는(untwist) 것이 용이하게 된다. 그 결과, 장파장에서의 편광기 반사도는 전압이 임의의 레벨에 도달하는 경우 먼저 사라진다. 그러나, 폴리머 네트워크의 높은 농도로 인해 짧은 피치는 동일한 전기장 하에서 풀리기가 더 곤란해 진다. 짧은 피치를 스위칭하기 위해서, 전기장이 더욱 증가되어야 한다. 따라서, 편광기 대역폭이 더욱 감소된다. 전기장에 의한 분자 재방향이 불가능하게 되는 정도로 액정 폴리머 농도가 높아지는 지점이 존재한다. 이것은 최소 피치 또는 최소 반사 파장에 대응된다. 왜냐하면 혼합물에 사용된 액정 폴리머가 낮은 내부 피치를 갖기 때문이다. 도32는 스위칭 메커니즘을 개략적으로 도시한다.
협대역에서 광대역으로의 메커니즘:
제 2 타입의 편광기(협대역에서 광대역으로)에 대한 스위칭 메커니즘은 보다 복잡하다. DC 전기장이 이러한 스위칭을 달성하는데 요구된다는 점이 중요하다. 전기장이 인가되지 않는 경우에, 이러한 타입의 편광기는 다소 협대역폭 상태에 놓이게 된다. 그러나, 혼합물의 빠른 UV 중합화에 의해 야기되는 액정 화합물 구배로 인해 작은 피치 구배가 여전히 존재한다. 그러나, 균일한 전이 임계 전기장 아래인 충분한 전기장 하에서, 저 분자량 뉴메틱 E44 물질의 재방향이 일어나며, 이것은 피치 길이를 증가시킨다. 한편, 피치 길이의 증가는 일부 피치들이 오-방향되는 것을 야기한다. 즉, 오-방향 피치는 더 이상 필름 표면 수직 방향에 평행하지 않은 나선형 축을 갖게 된다. 이 경우, 수직 입사되는 광은 짧은 피치를 지나게 된다. 따라서, 반사 파장이 짧은 쪽으로 이동하게 된다. 한편, 액정 분자의 틸트(tilt)는 평균 반사계수를 감소시킨다. 이것은 단파장 쪽으로 더욱 확장되는 것을 야기하는데, 이는 반사된 파장이 CLC의 피치와 평균 굴절률 양자에 의존하기 때문이다. 즉, 전기장에 의해 액정 방향으로 인한 피치 길이 증가가 장파장으로의 반사 대역 확장을 야기하게 된다. 피치 오-방향과 유효 굴절률 감소가 단파장으로 편광기 스펙트럼 시프트에 대응되며, 단파장과 장파장 확장은 일단 전기장이 인가되며 동시에 일어난다. 이러한 스위칭 메커니즘이 도33에 개략적으로 도시되어 있다.
이러한 제안된 메커니즘은 컴퓨터 시뮬레이션 결과에 의해 또한 확인된다.
결론적으로, 많은 새로운 응용들을 가능케하는 두 가지 타입의 단일층 스펙트럼 제어가능 반사 편광기가 발견되었다. 두가지 타입의 편광기(또는 위에서 설명한 일반화된 구현예들)가 가교가능 및 비가교가능 화합물을 함유하는 액정 혼합물로터 만들어 진다. 10마이크론 두께를 갖는 제 1 타입의 편광기는 전기장에 의해 광대역(약 220nm)으로부터 협대역(40nm)으로 스위칭될 수 있다. 반면에, 두께 8마이크론인 제 2 타입 편광기는 협대역(70nm)에서 광대역(350nm)으로 스위칭될 수있다. 이들 양쪽 편광기는 15:1 이상의 흡광 비율을 갖는다.
광대역폭 가능성과 전자적 제어가능성을 갖는 이들 편광기는 다양한 분야에서 응용될 수 있다. 예를들어, 이들 편광기는 특정량의 태양광의 제어가 요구되는 건물의 윈도우 글래이징으로 사용될 수 있다. 이러한 예는 1999년 2월 25일자로 국제출원되어 WIPO 공개번호 WO 98/38547호로 1999년 9월 3일자로 공개된, 발명의 명칭이 "반사 및 투과 모드 동작을 갖는 전자-광학 글래이징 구조"인 본 출원인의 국제출원 PCT/US98/03688호에 개시되어 있으며, 참고자료로서 결합된다.
본 발명의 또다른 응용으로는 컬러 필터를 갖지 않으며 본 발명의 스위칭가능 원형 반사 편광기를 제외한 다른 편광기를 갖지 않는 반사 타입 디스플레이 장치가 있다.
본 발명의 신규한 편광기는 에너지 보호용 IR 스위칭가능 글래이징을 포함하는 다른 많은 응용예에 사용될 수 있다. 오늘날의 진보한 글래이징 시장에서, 태양광 방사를 건물내로 효과적으로 조절하는 몇개의 새로운 기술들이 존재한다. 그 하나의 예로는 태양광 방사가 건물 내로 들어오늘 것을 방지하는 특수 금속 증착필름을 갖는 20% 로우(row)-e IGU 글래이징이 있다. 그러나, 이 제품은 다음과 같은 단점을 갖는다. 먼저, 금속필름의 반사에서 넓은 컷오프 스펙트럼 테일로 인해 가시광선에서 매우 낮은 투과성을 갖는다. 그 결과, 전력이 내부 조명을 위해 증가하게 된다. 둘째로, 광학 특성이 어떠한 수단에 의해서도 변경될 수 없다는 점에서 이러한 제품은 수동적이다. 이것은 글래이징이 날씨가 더운 지배적인 지역의 냉방의 경우만 유효하게 된다. 그러나, 날씨가 추운 지배적인 지역의 내부 난방을돕고자 하는데 태양광 IR이 사용되는 경우에는 효과적이지 않게 된다. 그러나, 이러한 문제점들은 본 발명의 스위칭 가능 IR 편광기에 의해 즉시 해소될 수 있다. 스위칭가능 반사 편광기 상에 인가되는 전압을 조정함에 의해서, 예를들어 도34에 도시된 실시예를 구현하는 전자-광학 글래이짐은 IR 방사를 0에서 100% 사이로 투과시킬 수 있다. 따라서, 이러한 전자 광학 글래이징은 지역적 날씨 조건에 상관없이 어느 지역에서도 효과적이게 된다. 새로운 스위칭가능 편광기가 IR 방사 투과의 시간적 조절과 파장 선택을 가능케하는 IR 감지 및 이미지 시스템을 만드는데 사용될 수 있다.
본 발명의 스위칭가능/제어가능 반사 편광기는 시간적 IR 편광 조절이 중하게 되는 많은 과학적 연구 활동에 사용될 수 있다.
본 발명의 스위칭 가능/제어가능 반사 편광기는 또한 IR 방사 평광 상태를 완전히 분석하는 IR 편광기를 제조하는데 사용될 수 있다. 이러한 장치가 IR 감지 또는 이미징 시스템과 결합되어 사용되는 경우에, 감지능력과 감지 시스템의 정확성이 더욱 향상될 것이다.
본 발명의 스위칭가능/제어가능 반사 편광기는 자동차, 선박, 항공기 및 우주선에 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시에와 그 변형예에 대해 단순히 예시의 목적으로 설명되었다. 본 발명에 대한 다른 변형이 당업자 수준에서 용이하게 일어날 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명의 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위 및 사상 내에서 다른 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (79)

  1. 제 1표면 및 제 2표면을 가진 광 제어 필름에 있어서,
    상기 제 2표면에 법선 방향으로 공간적으로 변화는 중합체화된 중합체 망상구조를 포함하며,
    상기 중합체화된 중합체 망상구조는 가교된 고분자량 중합체 물질 및 저분자량 중합체 물질을 포함하며,
    상기 고분자량 및 저분자량 중합체 물질은 콜레스테롤 액정(CLC) 배열을 가지는 물질을 형성하며, CLC 배열은 상기 제 1 및 제 2표면에 대하여 방향설정되며, CLC 배열의 피치는 상기 제 1표면에 수직인 방향으로 비선형적으로 가변하며,
    제 1편광 및 광대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되고, 제 2편광 및 상기 광대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되지 않으며, 상기 필름에 가해진 전기장은 상기 전기장이 상기 제 1표면에 법선 방향으로 성분을 가질 때 제 1편광을 가지는 광의 반사를 제어하는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가교된 고분자량 중합체 물질은 상기 필름의 20중량% 이하인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 가교된 고분자량 중합체 물질은 상기 필름의 15중량%이하인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 가교된 고분자량 중합체 물질은 상기 필름의 10중량% 이하인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 필름에 전기장을 가하기 위하여 상기 제 1표면에 인접한 도전 물질을 더 포함하며, 상기 도전 물질은 상기 광대역 및 제 1편광을 가진 광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제 1표면에 인접한 도전 물질을 더 포함하며, 상기 도전 물질은 상기 광대역 및 제 1편광을 가진 광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제 2도전 물질은 상기 제 1대역폭을 가진 광을 투과하는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 제 1편광은 원형 편광인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1표면에 인접한 투명 사분파(quarter wave) 지연플레이트를 더 포함하며, 상기 투명 사분파 지연 플레이트상에 입사한 선형으로 편광된 광은 제어되도록 반사되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  10. 제 5항에 있어서, 상기 필름에 전기장을 가하는 수단을 더 포함하며, 상기 전기장은 상기 제 1표면상에서 공간적으로 가변하고, 편광된 광은 디스플레이를 위하여 제어되도록 반사되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  11. 제 5항에 있어서, 상기 필름에 전기장을 가하는 수단을 더 포함하며, 상기 전기장은 제어가능한 바이어스 필드 및 제어가능한 조정 필드를 가지며, 편광된 광의 반사율은 상기 제어가능한 조정 필드에 의하여 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  12. 제 5항에 있어서, 광학 통신 수단을 더 포함하며, 상기 광학 통신 수단의 광은 제어되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  13. 제 5항에 있어서, 상기 제 1표면에 대하여 광을 전달하는 수단 및 상기 제 1표면으로부터 반사된 광을 수신하는 수단을 더 포함하며, 제어가능한 대역폭을 가진 편광된 광은 반사된 광을 수신하는 상기 수단에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  14. 제 5항에 있어서, 레이저 공동 수단을 더 포함하며, 상기 레이저 공동 수단의 출력은 필름이 레이저 공동의 반사 엘리먼트로서 이용될 때 상기 필름에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  15. 제 5항에 있어서, 상기 제 1표면에 인접한 투명 사분파 지연 플레이트를 더 포함하며, 상기 투명 사분파 지연 플레이트상에 입사한 선형으로 편광된 광은 제어되도록 반사되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  16. 제 1표면 및 제 2표면을 가진 광 제어 필름을 제조하는 방법에 있어서,
    고분자량 중합체 물질 및 저분자량 중합체 물질의 혼합물을 상기 혼합물에 CLC 배열을 형성하는 표면상에 제공하는 단계; 및
    저분자량 중합체 물질이 상기 필름을 통하여 확산되고 상기 제 1표면에서 제 2표면까지 상기 필름사이에서 균일하지 않은 형태로 분사된 상태를 유지하도록 고분자량 중합체 물질을 가교시키는 단계를 포함하며,
    제 1편광 및 광대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되고, 제 2편광 및 상기 광대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되지 않으며, 상기 필름에 가해진 전기장은 상기 제 1편광 및 광대역폭을 가지는 광의 반사를 제어하는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 가교 단계는 상기 저분자량 중합체 물질이 확산될 수 있는 시간t2 보다 긴 시간t1에서 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 가교 단계는 저강도 자외선 방사에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 가교 단계는 1mw/cm2의 방사강도를 가진 고강도 자외선 방사에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 가교 단계는 고에너지 전자에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되며, 상기 전자 에너지 증착은 필름 전체에 대하여 변화되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 가교 단계는 필름을 통하여 균일하지 않게 흡수되는 광에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  22. 제 17항에 있어서, 상기 가교 단계는 필름을 균일하지 않게 가열함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  23. EM 방사선을 제어하는 시스템에 있어서,
    기판;
    상기 기판상에 배치되어, 편광되고 광대역을 가진 전자기(EM) 방사선을 반사하는 물질로된 단일 층;
    상기 물질층에 가변 전기장을 발생시키는 전기자 발생기; 및
    상기 전기장 발생기를 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 물질 층에 장을 발생시키기 위하여 상기 전기장 발생기를 제어하며, 상기 반사된 EM 방사선은 상기 전기장의 변화에 응답하여 변화되는 것을 특징으로 하는 EM 방사선 제어 시스템.
  24. 제 1편광을 가진 광을 반사하는 스위칭가능 단일 층 반사 편광기에 있어서,
    상기 반사 편광기는 상기 반사 편광기로부터 반사된 편광된 광의 대역폭이 광대역이 되도록 편광된 광 반사 분자를 비선형으로 분산시키며, 상기 단일층사이에 가해진 전기장은 상기 단일 층의 반사율을 변경시키는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 단일 층 반사 편광기.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 스위칭가능 단일 층 반사 편광기는 반대의 편광을반사하는 추가의 스위칭가능 반사 편광기와 결합되며, 이에 의하여 반사되는 광의 양 편광의 대역폭은 광대역이 되고, 대역폭에서 광의 반사율은 전기장에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 단일 층 반사 편광기.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 스위칭가능 단일 층 반사 편광기는 광대역 적외선 반사 및 가시광 투과 성분의 결합에 의하여 가시광을 반사시켜, 가시광은 제어되도록 투과되고 적외선은 반사되는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 단일 층 반사 편광기.
  27. 제 25항에 있어서, 적외선 광을 제어되도록 반사시키는 제 25항의 스위칭가능 반사 결합부와 결합하여 가시광을 제어되도록 반사시켜, 상기 가시광은 제어되도록 투과되고 적외선광은 제어되도록 투과되는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 단일 층 반사 편광기.
  28. 제 1표면 및 제 2표면을 가진 광 제어 필름에 있어서,
    중합체화된 중합체 망상구조를 포함하며,
    상기 중합체화된 중합체 망상구조는 가교된 고분자량 중합체 물질 및 저분자량 콜레스테롤 액정 CLC 물질을 포함하며,
    상기 고분자량 및 저분자량 중합체 물질은 콜레스테롤 액정(CLC) 배열을 가지는 물질을 형성하며, 상기 CLC 배열은 상기 제 1 및 제 2표면에 대하여 방향설정되며,
    제 1편광 및 제 1대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되고, 제 2편광 및 제 2대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되지 않으며, 상기 필름에 가해진 전기장은 제 1편광을 가지는 광의 반사의 제 1대역폭을 변화시키는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  29. 제 28항에 있어서, 상기 가교된 고분자량 중합체 물질은 상기 필름의 20중량% 이하인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 가교된 고분자량 중합체 물질은 상기 필름의 15중량% 이하인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 가교된 고분자량 중합체 물질은 상기 필름의 12중량% 이하인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  32. 제 28항에 있어서, 상기 저분자량 중합체 물질에 대한 상기 가교된 고분자량 중합체 물질의 비율은 상기 제 1표면에서 상기 제 2표면까지 상기 필름사이에서 일정한 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  33. 제 28항에 있어서, 상기 필름에 전기장을 가하기 위하여 상기 제 1표면에 인접한 제 1도전 물질을 더 포함하며, 상기 제 1도전 물질은 상기 제 1대역폭을 가진 광을 투과시키는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  34. 제 33항에 있어서, 상기 제 2표면에 인접한 제 2도전 물질을 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2도전 물질사이에 가해진 전압은 상기 필름에 전기장을 가하는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 제 2도전 물질은 상기 제 1대역폭을 가진 광을 투과하는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  36. 제 34항에 있어서, 상기 제 1편광은 원형 편광인 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 제 1표면에 인접한 투명 사분파 지연 플레이트를 더 포함하며, 상기 투명 사분파 지연 플레이트상에 입사한 선형으로 편광된 광은 제어되도록 반사되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  38. 제 33항에 있어서, 상기 필름에 전기장을 가하는 수단을 더 포함하며, 상기 전기장은 상기 제 1표면상에서 공간적으로 가변하고, 편광된 광은 디스플레이를 위하여 제어되도록 반사되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  39. 제 33항에 있어서, 광학 통신 수단을 더 포함하며, 상기 광학 통신 수단의 대역폭은 제어되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  40. 제 33항에 있어서, 상기 제 1표면에 대하여 광을 전달하는 수단 및 상기 제 1표면으로부터 반사된 광을 수신하는 수단을 더 포함하며, 제어가능한 대역폭을 가진 편광된 광은 반사된 광을 수신하는 상기 수단에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  41. 제 33항에 있어서, 레이저 공동 수단을 더 포함하며, 상기 레이저 공동 수단의 광 출력의 대역폭은 필름이 레이저 공동의 반사 엘리먼트로서 이용될 때 상기 필름에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  42. 제 33항에 있어서, 상기 제 1표면에 인접한 투명 사분파 지연 플레이트를 더 포함하며, 상기 투명 사분파 지연 플레이트상에 입사한 선형으로 편광된 광은 제어되도록 반사되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름.
  43. 제 1표면 및 제 2표면을 가진 광 제어 필름을 제조하는 방법에 있어서,
    고분자량 중합체 물질 및 저분자량 중합체 물질의 혼합물을 상기 혼합물에CLC 배열을 형성하는 표면상에 제공하는 단계; 및
    저분자량 중합체 물질이 확산되지 않고 상기 제 1표면에서 제 2표면까지 상기 필름사이에서 균일한 형태로 분사된 상태를 유지하도록 고분자량 중합체 물질을 가교시키는 단계를 포함하며,
    제 1편광 및 제 1대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되고, 제 2편광 및 제 2대역폭을 가지며 상기 제 1표면상에 입사하는 광은 상기 필름으로부터 반사되지 않으며, 상기 필름에 가해진 전기장은 제 1편광을 가지는 광의 반사의 제 1대역폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 가교 단계는 상기 저분자량 중합체 물질이 확산될 수 있는 시간t2 보다 긴 시간t1에서 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  45. 제 44항에 있어서, 상기 가교 단계는 고강도 자외선 방사에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  46. 제 45항에 있어서, 상기 가교 단계는 0.1watt/cm2보다 큰 방사강도를 가진 고강도 자외선 방사에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는광 제어 필름 제어 방법.
  47. 제 43항에 있어서, 상기 가교 단계는 고에너지 전자에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되며, 상기 전자 에너지 증착은 필름 전체에 대하여 일정한 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  48. 제 43항에 있어서, 상기 가교 단계는 필름을 통하여 균일하게 흡수되는 광에 의하여 필름을 방사함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  49. 제 43항에 있어서, 상기 가교 단계는 필름을 균일하게 가열함으로써 발생되는 것을 특징으로 하는 광 제어 필름 제어 방법.
  50. EM 방사선을 제어하는 시스템에 있어서,
    기판;
    상기 기판상에 배치되어, 편광되고 소정 대역을 가진 전자기(EM) 방사선을 반사하는 물질로된 단일 층;
    상기 물질층에 가변 전기장을 발생시키는 전기자 발생기; 및
    상기 전기장 발생기를 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 물질 층에 장을 발생시키기 위하여 상기 전기장 발생기를 제어하며, 상기 반사된 EM 방사선은 상기 전기장의 변화에 응답하여 변화되는 것을 특징으로 하는 EM 방사선 제어 시스템.
  51. 제 1편광을 가진 광을 반사하는 스위칭가능 반사 편광기에 있어서,
    상기 반사 편광기로부터 반사된 편광된 광의 대역폭은 반사 편광기에 전압을 인가함으로써 광대역에서 협대역까지 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 반사 편광기.
  52. 제 51항에 있어서, 상기 스위칭가능 반사 편광기는 반대의 편광을 반사하는 추가의 스위칭가능 반사 편광기와 결합되어, 반사되는 광의 모든 편광의 대역폭은 상기 반사 편광기에 전압을 인가함으로써 광대역에서 협대역까지 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 반사 편광기.
  53. 제 52항에 있어서, 상기 스위칭가능 단일 층 반사 편광기는 광대역 적외선 반사 및 가시광 투과 성분의 결합에 의하여 가시광을 반사시켜, 가시광은 제어되도록 투과되고 적외선은 반사되는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 반사 편광기.
  54. 제 52항에 있어서, 적외선광을 제어되도록 반사시키는 제 25항의 스위칭가능 반사 결합부와 결합하여 가시광을 제어되도록 반사시켜, 상기 가시광은 제어되도록 투과되고 적외선광은 제어되도록 투과되는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 반사 편광기.
  55. 스위칭가능한 초광대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 단일층 편광 필름.
  56. 전기장에 의하여 제어가능한 초광대역폭을 가지는 것을 특징으로 하는 스위칭가능 반사 편광 필름.
  57. 필름의 반사 대역폭의 반사율 범위외에서는 변화가 거의 없는 스위칭가능 반사 필름.
  58. 초광대역폭을 가지는 편광 반사 필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  59. 초광대역폭을 가지는 다층 반사 중합체와 결합하여 초광대역폭을 가지는 편광 반사 필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  60. 필름의 반사 대역폭의 반사율 범위외에서는 거의 변화지 않는 다층 반사 중합체와 결합하여 초광대역폭을 가지는 편광 반사 필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  61. 투과된 광의 추가 제어를 위하여 광 산란층과 결합되어 초광대역폭을 가진 편광 반사 필름 다층 중합체를 이용하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  62. 전기장에 의하여 제어가능한 대역폭을 가진 것을 특징으로 하는 반사 편광 필름.
  63. 전기장에 의하여 제어가능한 초광대역폭을 가진 반사 편광 필름을 이용하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  64. 콜레스테롤 액정(CLC)의 성질을 기초로 하며, 원거리까지 영향이 미치는 이중 사용 항공우주 및 윈도우 글래이징 애플리케이션을 가지는, 적외선 반사 편광기 및 필름으로 이루어진 스위칭가능 패밀리.
  65. 전체적으로 시각적으로 투명성을 유지하면서 전대미문의 적외선 스위칭 성질을 가진 액티브 솔라 윈도우 글래징에 대하여 원격으로 제어가능하고 가동 부분이 없는 제어가능한 편광기.
  66. 제어가능한 광학 부품에 삽입된 근접 적외선 반사 편광기.
  67. IR 대역을 통하여 광대역에서 협대역까지의 반사 동작을 스위칭할 수 있는스위칭가능 적외선 반사 편광기.
  68. 상승 시간이 적어도 약 14.5ms이고 하강 시간이 적어도 약 8.5ms인 스위칭가능한 적외선 반사 편광기.
  69. IR 대역을 통하여 협대역에서 광대역까지의 반사 동작을 스위칭할 수 있는 스위칭가능 적외선 반사 편광기.
  70. 전기적으로 조절가능한 적외선 반사 편광기.
  71. 780nm 내지 4미크론 까지의 IR 범위에서 동작하는 스위칭가능 광대역 반사 편광기를 기초로한 스위칭가능 IR 반사기.
  72. 780nm 내지 4미크론 까지의 IR 범위에서 동작하는 스위칭가능 광대역 편광기를 기초로한 좌우측 CLC.
  73. NIR 스펙트럼 범위에서 동작가능한 필드 스위칭가능 광대역 반사 편광기.
  74. 700 내지 1000nm이상의 스펙트럼 범위에서 동작가능하며 가해진 전기장을 통하여 변경가능한 편광 대역폭 및 흡광비를 가지는 필드 스위칭가능 광대역 반사 편광기.
  75. 흡광비, 전체 반사율 및 반사 스펙트럼 차단 에지 측면에서 전기 광학 구조의 수행을 최적화하는 방법.
  76. 스위칭가능한 광대역에서 협대역으로의 편광기를 제공하고 상기 편광기 대역폭을 확장시키고 파장 길이를 연장시키고 그리고 흡광비를 원하는 레벨로 증가시키는 물질 제조법.
  77. 상이한 피치, 가교 밀도 및 중합화 레이트를 가진 액정 중합 화합물을 이용하여 스위칭가능 IR 반사 편광기를 제조하는 방법.
  78. DC 전압이 인가될 때 대역폭을 확장시키는 것이 아니라 반사 대역을 시프팅시키는 제어가능한 협대역 반사 편광기.
  79. 편광, 흡광비 및 대역폭과 같은 편광기의 다른 사양에 영향을 주지 않고 전기장을 가함으로써 CLC 중심 파장을 전기적으로 정확하게 조절하는 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037268B1 (ko) * 2003-02-24 2011-05-26 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 콜레스테릭 액정 광학체 및 그의 제조 방법 및 용도
US10765566B2 (en) 2014-12-30 2020-09-08 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Absorbent article with partially separable, skin-contacting topsheet layer
KR102268665B1 (ko) * 2020-03-17 2021-06-23 사회복지법인 삼성생명공익재단 실내 감정 조절 블라인드, 실내 감정 조절 블라인드의 동작 방법, 및 컴퓨터 프로그램

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1488277A4 (en) 2002-03-27 2006-08-16 Avery Dennison Corp ELECTRO-OPTICAL SWITCHABLE LAMINATES
KR100756067B1 (ko) * 2004-10-26 2007-09-07 (주)비노시스 편광 광학체 및 그 제조 방법
KR20070104389A (ko) 2005-01-10 2007-10-25 애버리 데니슨 코포레이션 제거 가능한 커얼 라벨들
FR2890397B1 (fr) 2005-09-08 2009-02-27 Centre Nat Rech Scient Procede d'elaboration d'un materiau a cristaux liquides a bande de reflexion elargie
FR2890396B1 (fr) 2005-09-08 2009-01-23 Centre Nat Rech Scient Procede d'elaboration d'un materiau a cristaux liquides a taux de reflexion accru
JP4894214B2 (ja) * 2005-09-29 2012-03-14 独立行政法人物質・材料研究機構 高効率レーザー発振装置
AU2007317421B2 (en) 2006-11-02 2012-11-15 Avery Dennison Corporation Emulsion adhesive for washable film
CN102171544B (zh) 2008-10-02 2014-08-27 皇家飞利浦电子股份有限公司 包含胆甾型液晶混合物的光谱检测器
CN102449677B (zh) 2009-03-30 2016-02-03 艾利丹尼森公司 含具有亲水性的高分子膜层的可移除粘合标签
BRPI1013652B1 (pt) 2009-03-30 2019-05-07 Avery Dennison Corporation Rótulo adesivo removível contendo camada de película polimérica com módulo de tração alto
US20120018098A1 (en) 2009-03-30 2012-01-26 Avery Dennison Corporation Removable Adhesive Label Containing Inherently Shrinkable Polymeric Film
US20120088037A1 (en) * 2009-06-11 2012-04-12 Fujifilm Corporation Process of preparing light reflective film
CN102575959B (zh) 2009-10-16 2015-01-28 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于检测接收光光谱成分的可调谐光谱检测设备
CN103718087B (zh) * 2011-08-08 2018-01-02 默克专利股份有限公司 用于调节光透射的层布置
US9507185B2 (en) * 2011-10-24 2016-11-29 Merck Patent Gmbh Switch element comprising a liquid crystalline medium
US9302452B2 (en) * 2012-03-02 2016-04-05 Ppg Industries Ohio, Inc. Transparent laminates comprising inkjet printed conductive lines and methods of forming the same
US9303209B2 (en) 2012-07-11 2016-04-05 Alphamicron Incorporated Continuous wave directional emission liquid crystal structures and devices
JP2015045679A (ja) * 2013-08-27 2015-03-12 国立大学法人大阪大学 光学素子の製造方法、光学素子、偏光無依存型位相変調素子
CN103676327B (zh) * 2013-12-13 2016-08-17 北京科技大学 有光响应特性的多反射带层状胆甾相液晶复合薄膜及工艺
CN105487157A (zh) * 2014-08-13 2016-04-13 南京晶多新材料科技有限公司 一种兼作散射偏光片的电控调光膜的构造和应用
US20230393317A1 (en) * 2022-06-02 2023-12-07 Meta Platforms Technologies, Llc Tunable reflective polarizer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5691789A (en) * 1995-10-30 1997-11-25 Li; Le Single-layer reflective super broadband circular polarizer and method of fabrication therefor
BE1007485A3 (nl) * 1993-09-08 1995-07-11 Philips Electronics Nv Schakelbaar cholesterisch filter en verlichtingsarmatuur voorzien van een filter.
JPH11501360A (ja) * 1995-12-21 1999-02-02 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ 切り換え可能なコレステリックフィルターの製造方法及び該フィルターを有する投光照明設備具

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101037268B1 (ko) * 2003-02-24 2011-05-26 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 콜레스테릭 액정 광학체 및 그의 제조 방법 및 용도
US10765566B2 (en) 2014-12-30 2020-09-08 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Absorbent article with partially separable, skin-contacting topsheet layer
KR102268665B1 (ko) * 2020-03-17 2021-06-23 사회복지법인 삼성생명공익재단 실내 감정 조절 블라인드, 실내 감정 조절 블라인드의 동작 방법, 및 컴퓨터 프로그램

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002517784A (ja) 2002-06-18
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AU4425699A (en) 1999-12-20

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