KR20060127964A - 광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일 - Google Patents

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KR20060127964A
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

광에 의해 움직임가능한 플랙시블 호일은 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 형태를 변화시킬 수 있는 염료를 포함한다. 상기 염료는 호일의 한 개 주요표면 근처에 염료가 비등방적으로 배향되도록 호일에서 분산된다. 호일을 가로질러, 염료의 농도 및/또는 배향은 비대칭적 방식으로 변화시킨다. 미리예정된 파장의 광에 노출된 때, 배향 및/또는 농도의 변화는 플랙시블 호일이 움직임하도록 하는 것이다. 노출될 때, 염료는 염료의 농도 및/또는 배향의 변화로 인하여 측면 치수의 변화는 다른 위치에서 호일과 다른 호일의 측면 치수의 변화를 야기하는 형태 변화로 형태를 변화시킨다. 이것은 플랙시블 호일을 움직임 또는 보다 특히 굽게 한다. 특별한 실시예에서 움직임은 가역적이다.

Description

광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일{FLEXIBLE FOIL MOVEABLE BY MEANS OF LIGHT}
본 발명은 광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일에 관한 것이다.
서론단락에서 기재된 바와 같이 호일은 Ikeada 등(Adv. Mat. 2003, 15 no 3, pages 201-205)에 의해 개시된다. 거기에 기재된 호일은 광에 노출될 때, 비등방적으로 굽거나 편평해지는 아조-벤젠 액정 겔로 만들어진다. 호일은 적당한 파장의 광에 노출될 때 트랜스-시스 이성질화를 거치는 비등방적으로 배향된 트랜스-아조-벤젠 모어티(moiety)를 포함한다. 시스 및 트랜스 이성질체는 다른 형태를 갖는다. 굽힘(또는 편평함)을 야기하기 위해, 호일은 실질적으로 모든 입사광이 노출되지 않은 호일의 부피를 이탈하는 호일의 표면영역에서 트랜스-아조-벤젠 모어티에 의해 흡수되도록 광에 노출된다. 따라서, 호일의 부피에서 이것이 하지 않는 반면, 표면영역에서 염료는 형태를 변화시킨다. 염료의 형태에서 변화는 표면영역에서 한 방향으로 선택적으로 부피 수축을 초래하는 반면, 벌크의 부피가 변하지 않아서 호일을 구부러지게 한다.
알려진 호일은 불리한 점을 갖는다. 흡수에서 급경사를 충분히 확립하기 위해 호일은 전체적으로 염료로 구성된다. 염료는 주변 광과 반응하기 때문에, 이러 한 고농도 염료는 제한된 수명으로 예상된다. 더구나, 염료 농도 기울기의 결과로써, 작동 동안 실질적인 열응력은 또한 제한된 수명을 전개할 것으로 예상된다. 더구나, 호일의 벌크가 영향을 미치지 않기 때문에, 굽힘의 크기는 제한된다. 이것은 층에서 더 많은 아조분자를 더 깊게 만들고 또한 동일한 방향으로 수축시키게 하기 때문에 방사선 강도의 증가는 굽힘의 크기를 증가시키도록 돕지 않는다. 이것은 굽힘의 크기를 감소시킨다.
특히 본 발명의 목적은 광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일을 제공하는 것이다. 원한다면, 호일은 큰 크기의 움직임을 제공하고 감소된 염료의 로딩(loading)을 이용할 수 있다.
여러 목적들은 광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일로 성취되고, 상기 플렉시블 호일은 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 형태를 변화시킬 수 있는 염료를 포함하고, 상기 염료는 호일이 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 움직일 수 있도록 호일의 적어도 한 개의 주요 표면 근처에 비등방적을 배향되고 호일을 가로질러 농도 및/또는 배향의 비대칭적인 변화를 나타낸다.
염료가 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때, 이것은 특정방향에서 보다 큰 공간과 다른 것에서는 덜한 공간을 차지하게 하여 형태를 변화시킨다. 적어도 한 개의 주요표면 근처에서 염료는 비등방적으로 배향되며, 그러한 배향은 거시적 규모에 있기 때문에, 비등방적으로 배향된 염료분자를 호일의 적어도 하나의 측면 방향으로 거시적 규모 위에 호일 크기의 변화를 제공하도록 결합한다. 특히 크기 변화의 정도는 염료의 농도 및/또는 배향에 달려 있다. 플랙시블 호일은 배향 및/또는 호일을 가로지르는 배향의 비대칭적인 변화를 나타내기 때문에, 적어도 하나의 측면방향에서 크기의 변화는 호일을 가로질러 비대칭적으로 변화한다. 호일이 플랙시블이기 때문에, 크기의 변화는 움직임으로 또는 보다 특히 호일의 변형으로 전이한다.
점차적인 단계 또는 개별적인 단계 중 하나에서 호일을 가로질어 측면치수의 변화에서 단조변화를 가지면서, 밴드 움직임을 수득한다. 그러므로 호일은 움직일 수 있거나 보다 특히 변형할 수 있다.
염료의 배향 및/또는 농도는 호일을 가로질러 변화하기 때문에, 본 발명에 따른 호일은 움직일 수 있거나, 보다 특히 호일의 외부 영역에서 호일에 입사하는 모든 광을 흡수하는 요구없이 굽을 수 있다. 따라서 염료로딩(농도)은 감소될 수 있다. 감소된 염료의 로딩을 갖는 것은 주변 광 하에서 호일의 광화학 반응성을 낮출 뿐만 아니라 호일 내에서 발생된 열응력을 감소시킨다. 더구나, 광흡수는 전체 호일 두께를 가로질러 발생할 수 있기 때문에, 크기의 측면 변화는 그러한 변화에 반대되는 것은 표면영역에 제한됨에 따라 전체 호일 두께를 가로질어 발생할 수 있고, 움직임의 크기는 더 크거나, 주어진 움직임의 크기에서 감소된 염료로딩일 수 있다.
본 발명의 문맥 내에서, "광"이라는 용어는 전자-빔, 감마선 선, X-선 방사선 및 자외선, 가시광 및 적외선과 같은 전자기 방사선에 제한되지만 이들을 포함하는 임의의 화학방사선을 의미한다.
본 발명의 문맥 내에서, "염료"라는 용어는 미리예정된 파장의 광에 쪼일 때 형태를 변화시킬 수 있는 염료로 불충분하다. "염료"라는 용어는 단일한 염료 화합물 또는 염료의 혼합물을 의미한다.
염료 농도 및/또는 배향의 변화를 조절하여, 호일의 움직임이 제어될 수 있다. 염료 배향의 농도 또는 정도를 감소시키는 것은 덜 분명한 치수의 변화를 야기한다. 일반적으로 배향의 정도를 필수적으로 감소시키지 않는 동안 배향 방향의 변화는 덜 분명한 치수의 변화를 나타내는 적어도 하나의 방향과 더 분명한 치수의 변화로 적어도 다른 하나의 방향을 야기한다.
원리상 형태를 변화시키는 임의의 염료는 본 발명에 따라 적합하게 사용될 수 있다. 많은 예들은 자체로 기술분야에서 알려졌다. 예를 들어 광분해 또는 광제거에 의존하는 염료가 사용될 수 있다. 그러나 이러한 염료의 효과는 일반적으로 비가역적일 수 있다. 가역적으로 움직일 수 있는 플랙시블 호일을 갖는 것이 바람직하다. 결국, 실시예에서 염료는 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 제1의 형태에서 제2의 형태로 변화할 수 있고, 호일을 가역적으로 움직일 수 있게 하는 미리예정된 파장과 다른 파장의 광 또는 열 또는 이들의 조합에 의해 제2의 형태에서 제1의 형태로 변화시킬 수 있다.
가역적인 형태변화를 얻기 위해 광-이성질화 가능한 염료가 사용될 수 있다.
보다 특별한 실시예에서 염료는 아조-벤젠 염료이다.
이러한 아조-벤젠 염료는 액정과 선택적으로 결합되어 비등방적으로 쉽게 배향될 수 있고 높은 흡광계수를 갖는다.
만약 염료가 중합액정에 분산된다면 큰 진폭 움직임이 성취될 수 있다.
본 발명의 문맥 내에서, "중합체"라는 용어는 선형 또는 (약간) 교차결합된 중합체, 올리고머, 단일 중합체, 공중합체, 삼원공중합체 및 높은 동족체, 선형 중합체, 측쇄 및 주쇄, 중합체 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 문맥 내에서, "중합가능한 액정"이라는 용어는 액정 중합체 및 중합가능한 액정을 중합하여 수득된 중합체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 중합액정은 단일의 액정화합물 또는 몇몇의 이러한 화합물을포함하는 혼합물로부터 수득될 수 있고 추가의 구성성분을 포함할 수 있다.
배향된 중합액정의 사용은 염료의 배향을 용이하게 하고, 염료 형태의 변화에 의해 야기되는 크기의 변화를 확장하고/확장하거나 액정 자체가 아닌 이러한 염료를 사용할 수 있게 한다. 중합가능한 액정은 큰 정도의 비등방 배향을 용이하게 한다. 만약 Tg 이상의 비기계적 수단을 받는다면, 호일의 측면 크기 수축은 큰 크기의 굽힘(편평함) 움직일 수 있게 하여 실현될 수 있다. 이러한 물질은 자체가 기술분야에서 알려졌고, 액정중합체 및 배향상태에서 중합가능한 액정을 중합하여 수득된 중합체를 포함한다.
광중합가능한 액정 공급의 사용은 예를 들어 마크스를 통해 패턴화된 광노출에 의해 패턴화된 중합액정을 형성하는데 유리하다.
농도 및/또는 배향 변화의 많은 다른 실시예가 존재한다.
제1실시예에서, 호일은 스택의 다른 층 사이에 다른 염료의 농도 및/또는 배향을 갖는 스택층을 포함한다.
제2 실시예에서, 염료의 농도 및/또는 배향은 점차적으로 변화한다.
배향의 변화는 배향 정도의 변화 또는 배향의 평균 방향의 방향에서 변화를 수반할 수 있다.
매력적인 실시예는 염료가 호일의 한 개 주요표면 근처에서 수평배향 및 한 개의 주요 표면에 대향하는 다른 주요표면 근처에서 수직배향으로 스플레이(splay) 배향된다.
스플레이 배향에서, 호일을 가로질러 점차적인 변화는 한 개의 주요표면의 수직배향에서, 하나의 주요표면에 대향하는 다른 주요표면의 수평배향으로 변화가 존재한다. 스플레이 배향은 칼라미틱(calamitic) 및 원판형(discotic) 액정에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 플랙시블 호일은 광에서 기계적 움직임으로 변한다. 상기 기계적 움직임은 움직이는데 사용될 수 있거나 물체에 힘을 가하거나 선택된 공간영역을 분리하는 움직일 수 있는 장벽을 제공하는데 사용될 수 있다. 모든 이러한 경우에, 플랙시블 호일이 호일의 움직임에 대해 고정되는 기판과 같은 구조에 접착하는 것이 유리하다.
특별한 실시예에서 플랙시블 호일은 개폐상태 사이에 변환가능한 밸브이다. 일반적 의미로, 밸브는 유체와 같은 물질 또는 광과 같은 방사선에 대해 장벽으로서 작용할 수 있다.
본 발명의 다양한 양상은 도면 및 이후부터 설명되는 실시예를 참조하여 명확하고 분명해질 것이다.
도 1은 편평한 상태와 구부러진 상태에서 본 발명에 따른 플랙시블 호일의 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 나타낸 편평한 상태와 굽은 상태의 확대를 개략적으로 나타낸 도면.
도 1은 편평한 상태와 굽은 상태에서 본 발명에 따른 플랙시블 호일의 실시예를 개략적 사시도로 나타낸다.
편평한 상태에서 미리결정된 파장(λ1)의 광(hv)을 쪼이면 플랙시블 호일(1)은 굽은 상태에서 플랙시블 호일을 가져와 움직인다. 넓은 의미에서 본 발명에 필수적이지 않다 하더라도, 움직임은 가역적이다. 굽은 상태에서 플랙시블 호일(1)이 λ1과는 다른 파장(λ2, λ2)의 광(hv) 또는 효과적인 가열처리(Δ) 또는 이들의 조합에 노출될 때, 호일은 편평한 상태로 되돌아간다.
도 2는 도 1에 나타낸 편평한 상태와 굽은 상태의 확대를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 광에 반응하여 플랙시블 호일의 움직임이 어떻케 야기되는지를 분자 크기로 나타낸다.
플랙시블 호일(1)은 배향된 막대 형태 분자단위(3)를 갖는 중합액정으로 형성된다.
상기 기재된 바와 같이, "중합액정"이라는 용어는 액정중합체 및 중합가능한 액정을 중합하여 수득된 중합체를 포함한다. 중합체의 양쪽형태는 기술분야에서 알려진 자체이다. 배향된 액정 중합체는 이것의 정화점(clearing point) 이상에서 중합체를 가열하고 배향수단을 받는 동안 온도 이하에서 냉각되어 수득될 수 있다. 또한 배향된 중합액정은 중합가능한 액정을 배향하고 배향을 유지하면서 액정을 중합하여 제조될 수 있다.
파장(λ1)의 광을 흡수할 때 형태를 변화(막대와 같은 형태에서 굽은 형태로)시킬 수 있는 막대형태의 분자유닛(5)을 갖는 염료는 중합액정에서 분산된다. 중합액정과 중합액정으로 정렬된 염료는 스플레이 배향에서 비등방적으로 배향된다(스플레이는 필수적이 아니고 다른 배향들이 또한 사용될 수 있다).
주요 표면(7)에서 막대형태의 유닛(3과 5)은 표면(7)에 평균 평행하여 배향되는 종축에 수평배향된다. 주요 표면(9)에서 막대형태의 유닛(3 및 5)은 주요 표면(9)에 평균 수직으로 배향되는 종축에 비등방적으로 배향된다. 하나의 주요표면에서 다른 주요표면까지 호일의 횡단시에, 종축유닛(3 및 5)의 중축의 평균배향까지의 호일은 점차로 한 개의 배향에서 다른 배향으로 변화한다.
도 1 및 2에 도시된 실시예에서, 염료와 중합액정 구조유닛은 막대형태이지만, 이것은 필수수단에 의한 것이 아니다. 예를 들어, 또한 디스크 형태 모어티(moiety) 및 유닛이 사용될 수 있다.
도시된 스플레이 배향은 종래 수단 자체를 이용하여 수득된다. 예를 들어, 수평배향은 연마된 폴리이미드 또는 경사지게 스퍼터드된 실리콘 디옥사이드 층과 같은 배향층(정렬층)을 이용하여 수득될 수 있다. 수평배향은 배향되는 조성물에서 특정한 계면활성제를 포함하는 계면활성제와 또는 공기에 대해 작용하는 배향층을 이용하여 수득될 수 있다. 수직배향의 형성을 촉진시키는 액정이 또한 사용된다.
배향은 두 개의 기판 사이에 배향되는 조성물을 분산시켜 수행될 수 있으며, 각각의 기판은 배향층 또는 배향되는 조성물층이 구비된 단일의 기판과 결합되고, 상기 층은 공기와 접한다. 또한 배향층은 예를 들어 알려진 광정렬 방법을 이용하여 패턴화된다.
파장(λ1)의 광에 노출시킨 후에, 비등방적으로 막대형태의 염료 유닛(5)은 예를 들어 굽은, 덜한 막대 형태로 변하여, 막대형태의 유닛(5)의 종축이 본래 배향된 것에 따른 방향에서 공간을 덜 요구하고, 그것에 직각 방향에서 공간을 더 요구한다. 염료의 배향은 거시적 크기로 확장하기 때문에(단영역 또는 다영역), 염료 분자는 호일 형태의 거시적 변화를 야기하도록 결합한다. 특히, 주요표면(7)의 근처의 배향 방향에서 수축은 화살표(11)로 표시되는 것과 같이 발생하는 반면, 거기에 수직하는 측면방향에서 팽창은 이중머리 화살표(13)로 표시된 바와 같이 발생한다. 주요표면(9) 근처에, 팽창은 화살표(12)로 나타낸 바와 같이 모든 측면방향에서 발생한다. 추가의 내부 위치에서, 크기의 변화는 주요표면(7 및 9)에서 관찰되는 변화 사이의 중간물질이다. 크기 변화의 유효한 결과는 수축이 발생하는 경우, 주요표면, 즉 주요표면(7) 쪽으로의 굽힘 움직임이다.
호일의 움직임은 호일의 황방향으로 호일의 비등방성에서 비대칭에 의할 수 있다. 광 강도 기울기는 움직임을 야기하는 호일 내에서 준비되는 것이 필수적이지 않다(그러나 부가적으로 원한다면 사용될 수 있다).
배향된 액정은 염료의 배향을 용이하게 한다. 사실상, 중합액정의 사용은 염료를 액정 자체가 아닌 것으로 사용되게 한다. 염료 유닛(5)은 중합액정에서 분자로서 분산되는 의미에서 비반응성일 수 있다. 대안 또는 부가적으로 염료 유닛(5)은 중합액정에 공유결합된다. 이것은 중합액정이 수득되는 중합가능한 액정 형태의 반응기와 공반응할 수 있는 한 개 이상의 반응기를 갖는 염료를 이용하여 성취될 수 있다.
특히, 만약 광 노출이 중합체의 Tg 이상에서 수행된다면 중합액정은 또한 호일 움직임을 용이하게 한다. Tg 이상에서, 중합된 액정은 염료에 의해 분산된 이것의 배향을 하는데 충분한 유연성을 갖고, 호일의 팽창과 수축에 기여한다.
카라미틱(막대형태)의 중합된 액정 대신에, 또한 디스크 형태의 염료와 결합한 디스크 형태의 중합액정이 사용될 수 있다. 디스크 형태의 구조 유닛의 스플레이 배향은 수직면에서 모든 측면방향의 수축을, 수평면에서 디스크의 중심축 방향으로 팽창을, 그리고 거기에 직각인 측면 크기에서 수축을 나타낸다.
원리상, 노출에 따라 형태를 변화시키는 임의의 염료는 본 발명에 따른 호일에서 적합하게 사용될 수 있다. 많은 예들은 기술분야에서 알려졌다. 형태를 변화시키는 광분리 또는 광중합에 의지하는 염료는 미국특허 US제 5,668,614호에서 발견될 수 있다.
염료 형태의 가역적 변화를 얻기 위해, 광이성질화 가능한 염료가 사용될 수 있다. 이러한 염료는 자체로 기술분야에서 알려져 있다. 특히 적합한 것은 시스-트랜스(E-Z) 광 이성질화 가능한 것들이다.
염료는 디스크 형태일 수 있다. 또한 염료는 막대 형태의 모어티로 형성될 수 있다. 염료는 중합액정 또는 일축적으로 신장된 중합체와 같은 비등방적으로 배향된 중합체에서 분산될 수 있다.
적합한 막대형태의 염료는 식I 중 하나이다.
Figure 112006055361112-PCT00001
X, Y, X' 및 Y'는 같거나 다른 C 또는 N;
k = 0 또는 1;
R1 및 R2는 같거나 다른 특히 H, 할로겐, CN, CF3, N(R)2, C1-C20 알킬 또는 알콕시 또는 페닐가 같은 스페이서이다. X=Y=X'=Y'=N 인 것이 바람직하다.
트랜스 이성질체가 적당한 파장의 광에 노출될 때, 시스 이성질체가 형성된다. 시스 이성질체는 일반적으로 막대 형태가 아니라 굽은 형태이다.
Figure 112006055361112-PCT00002
만약 시스 이성질체가 트랜스 이성질체 보다 더 이성질체에 의해 흡수되는 광에 노출된다면, 시스 이성질체는 트랜스 이성질체로 변환된다. 이성질화를 용이하게 하기 위해 열이 공급될 수 있다.
이러한 염료의 중합가능한 변형은 (메타)아크릴레이트, 티올렌, 에폭사이드 또는 비닐 에테르와 같은 중합가능한 기를 말단 위치에서 갖는 스페이서를 이용하여 만들어질 수 있다. 시스-트랜스 이성질체와 다른 이성질체는 또한 식 IIa 및 IIb의 α-하이드라조노-베타-케토에스테르와 같은 것이 사용될 수 있다.
Figure 112006055361112-PCT00003
식 I, Ⅱa 및 Ⅱb에서 페닐환은 예를 들어, 한 개 이성질체의 전환이 다른 이성질체로 발생하는 곳에서의 파장과 일치하도록 치환되지 않거나 (추가로) 치환될 수 있다.
두 개 이성질체의 흡수 스펙트럼은 일반적으로 다르다. 이 차이점은 광중합을 가역적으로 만드는데 사용될 수 있다. 그러므로, 시스 이성질체가 선택적으로 흡수하는 파장에서 시스 이성질체를 노출시켜서 트랜스 이성질체가 형성되고 이것의 반대도 마찬가지이다. 또한 열은 고에너지 이성질체(일반적으로 트랜스 이성질체)에서 저에너지(일반적으로 시스 이성질체)로 변환하는데 사용될 수 있다.
또한 토토머릭 이성질체(tautomeric isomer)로서 존재하는 염료가 적합하게 사용될 수 있다.
식 I의 염료와 같은 아조-벤젠 염료가 바람직하다(X=Y=N 및/또는, k가 1이라면, X'=Y'=N).
아조-벤젠 염료는 고흡수염료로 알려졌고, 많은 종류에 이용할 수 있다. 아조-벤젠 염료는 일반적으로 막대 형태이어서, 이러한 염료를 자체만으로 또는 중합가능한 액정 또는 액정 중합체와 같은 다른 물질과의 조합으로 용이하게 비등방적으로 배향되게 한다.
염료는 다른 물질과 결합될 수 있다. 염료 자체가 액정이 아니고 자체로 배향될 수 없다면, 예를 들어 이것은 편리하다. 배향을 용이하게 하기 위해, 염료는 비등방적으로 배향된 중합체에 분산될 수 있다. 호일이 큰 영역일 경우 뿐만 아니라(예를 들어 약 0.01 내지 1 ㎡ 또는 그 이상의 표면적), 호일이 작은 영역을 갖는다면("작은"은 마이크로미터 내지 밀리미터를 의미한다), 중합물질은 큰 크기로 움직이게 하는 최고의 탄성을 갖고, 무기성 호일과 비교하여 보면, 제조하는데 용이하고 비용효과가 있다. 중합체는 선형 또는 (약간) 교차결합된 중합체일 수 있다. "중합물질" 또는 "중합체"라는 용어는 올리고머, 단일 중합체, 공중합체, 삼원공중합체 및 높은 동족체, 선형 중합체, 측쇄 및 주쇄, 중합체 혼합물을 포함한다.
적합한 중합체는 예를 들어 약 1 ㎬ 이상으로 높거나 또는 약 10 ㎫ 이하로 낮은 탄성률을 가지며 기술분야에서 엘라스토머 또는 보다 특히 액정 엘라스토머로 정의한다. 많은 용도에 대해 약 5 ㎫ 내지 약 2 ㎬의 탄성률이 적합하다.
비등방적으로 배향된 중합물질은 자체로 기술분야에서 알려졌고 단축 또는 이축으로 신장된 중합물질을 포함한다.
또한 중합액정이 사용될 수 있다. 이러한 물질은 자체로 기술분야에서 알려졌고 액정중합체 및 중합가능한 액정을 중합하여 수득된 중합체를 포함한다. 중합가능한 액정은 일반적으로 한 개 이상의 중합가능한 기를 수행하는 액정이다. 만약 두 개 이상의 중합가능한 기를 구비한다면, 교차결합된 중합액정이 수득될 것이다.
중합가능한 액정이 광중합 및/또는 교차결합 가능할 수 있다. 중합가능한 액정은 (메타)아크릴레이트, 티올렌, 비닐에테르, 옥세탄 및 에폭사이드가 바람직하다.
염료는 개별적인 물질로서 분산될 수 있고 중합체와 공중합될 수 있다. 만약 중합체가 중합가능한 액정을 중합하여 수득된다면, 중합가능한 염료는 공중합 염료를 갖는 중합체를 수득하는데 사용될 수 있다.
물론, 염료 자체는 중합액정일 수 있다.
적합한 중합가능한 염료는 식 I의 것들이다{R1 및/또는 R2는 (광)중합가능한 기이다}. 예를 염료를 포함한다.
Figure 112006055361112-PCT00004
액정 단량체 염료 4
Figure 112006055361112-PCT00005
액정 단량체 염료 5
Figure 112006055361112-PCT00006
액정 단량체 염료 6
적합한 중합가능한 LC 염료의 추가 예는 서두에 기재한 Ikeda et al에 의해 개시된다.
도 1에 도시한 실시예에서, 호일은 염료가 스프레이 배향된 단일층으로 형성된다. 스플레이 배향은 층을 가로지르는 배향방향에서 점차적인 변화의 일 실시예이다. 호일을 가로지르는 배향방향에서 변화를 나타내는 단일층의 다른 실시예는 꼬인 네마틱 배향(twisted nematic orientation)이다.
특별한 실시예에서, 플랙시블 호일은 꼬인 네마틱 배향을 갖는다. 편광을 이용하고 호일의 지연에 따라, 꼬인 네마틱 배향을 갖는 호일은 편광원을 향하거나 떨어져 굽어 만들어질 수 있다.
또한 단일층의 점차적인 변화는 배향 정도의 변화를 이용하여 성취될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 한 개의 주요 표면의 수평 또는 수직 배향에서 이들에 대향하는 주요표면의 등방성 배향으로 점차적으로 변화할 수 있다.
실시예에서, 염료는 농도 기울기, 예를 들어 한 개의 주요표면에서 높은 농 도이고, 이들에 대향하는 주요표면에서 낮은 농도인 것에 따라 호일에서 분산된다.
단일층에서 수행되는 변화 대신에, 또한 변화는 스택층을 이용하여 성취될 수 있다. 스택의 각 층 내에서 배향(방향 또는 정도) 및/또는 농도는 일정하거나 변할 수 있다.
단순한 형태에서, 스택은 비등방적으로 배향된 염료의 적어도 하나로 두 층으로 구성된다. 다른 층은 낮은 염료 농도를 갖거나 염료를 전혀 갖지 않는 층일 수 있다. 다른 층은 더 작은 정도로 배향되거나, 보다 특히 등방적으로 배향되는 염료를 가질 수 있다. 또한 다른 층은 다른 방향에서 비등방적으로 배향된 염료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 층은 하나의 측면 방향에서 수평 배향될 수 있고 다른 층은 상기 하나의 측면방향에 직각 방향으로 수평 배향될 수 있다. 또한 다른 층은 수직 배향될 수 있다.
물론, 다층 실시예를 실현하기 위해 스플레이 배향된 호일(1)을 수득하는데 적합한 물질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 막대형태 및 디스크 형태 염료와 액정이 사용될 수 있다.
호일의 두께는 임계적이지 않아서, 호일이 더 얇게 만들어질 때 움직임의 크기는 일반적으로 증가한다. 많은 용도에 대해, 약 2 ㎜ 미만의 두께가 적합하고, 다른 것은 약 1 ㎜ 이하, 또는 500 ㎛ 미만의 두께로 이로울 수 있다.
마이크로 기계적 용도에서 예를 들어, 두께는 심지어 더 작을 수 있는데, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위일 수 있다.
일부의 용도들은 쐐기형(wedge-shaped) 호일과 같은 일정한 두께를 갖지 않 는 호일이 이로울 수 있다.
호일의 너비와 길이는 임계적이지 않아서 용도에 의해 기본적으로 결정된다. 너비와 길이는 약 1 ㎛ 내지 약 1 m의 범위의 어떤 것일 수 있다. 마이크로-기계적 호일의 길이와 너비는 약 1 ㎛ 내지 약 1000 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
본 발명에 따른 플랙시블 호일은 광에서 기계적 수단으로 변화한다. 기계적 수단은 움직임 또는 물체에 힘을 가하는데 사용될 수 있거나 선택된 공간 영역 사이에 움직일 수 있는 장벽(밸브)을 세우는데 사용될 수 있다. 이러한 모든 경우에, 이것은 플랙시블 호일을 호일의 움직임에 대해 고정되는 기판과 같은 구조에 접착하는데 이롭다.
플랙시블 호일은 개별적인 광 또는 조합에 의해 움직일 수 있는 한 개 이상의 별개의 단편을 가질 수 있다.
호일은 접착지점의 양편에 (일치된)움직이게 하는 호일의 내부부분을 통해 구조에 접착될 수 있다. 대안적으로, 호일의 단부는 구조에 접착될 수 있어서 호일 움직임의 크기를 최대화한다. 또한 이들의 임의의 조합이 가능하다. 필요한 경우, 또한 구조는 호일 또는 이들의 움직임을 가이드 및/또는 지지하는 가이드 및/또는 지지부재를 포함할 수 있다. 표면에 접착될 때, 호일은 그러한 표면과 임의의 각을 이룰 수 있다, 즉 이것은 융기 지지체를 통해 선택적으로 표면에 수직 또는 실질적으로 평행하여 접착될 수 있다.
본 발명에 따른 호일은 많은 용도를 갖는다.
이것은 엑츄에이터, 즉 물체를 배위 또는 움직임시 다른 물체의 셋팅하는 디 바이스로서 사용될 수 있다. 움직임은 금속물체를 호일에 접착시켜 전기에너지로 변환될 수 있어서 금속을 코일 안팎으로 움직이게 한다. 코일의 유도는 전류를 제공한다. 또한 호일은 응력을 가하는데 사용될 수 있다. 상세하게는, 만약 호일이 압전성 물질(piezoelectric material)에 대해 응력을 가한다면, 만약 호일이 압전성 물질에 대해 응력을 가하도록 만들어진다면, 전압이 발생될 수 있다.
다른 실시예에서, 호일은 열린 상태와 닫힌 상태 사이에 비기계적 수단에 의해 가역적으로 움직일 수 있는(변환가능한) 밸브로서 작용한다. 넓은 의미에서 선택된 공간 영역을 분리하는 움직일 수 있는 장벽으로 간주될 수 있는 이러한 밸브는 많은 유리한 용도를 갖는다. 제 1의 용도에서, 밸브는 가스 또는 액체와 같은 물질 또는 광과 같은 방사선을 폐쇄하거나 닫는 셔터 또는 폐쇄수단이다. 셔터는 가스 또는 액체와 같은 주변 물질 또는 방사선으로부터 구조를 보호하는데 사용될 수 있다. 대안적으로, 밸브는 물질 또는 방사선이 대기로 누출되는 것을 방지하는 수단으로 사용될 수 있다. 특히 밸브는 컨테이너의 폐쇄수단을 형성할 수 있다. 이러한 컨테이너는 예를 들어 치료적 활성화합물을 포함할 수 있고, 상기 화합물은 광에 의해 제어된 방식으로 방출될 수 있다. 또한, 밸브는 광 투과 또는 광 반사를 제어하는 데 사용될 수 있다. 후자의 경우, 밸브는 불투명하거나 배열된 광반사성 표면에 노출시킬 수 있거나, 그 자체가 반사성일 수 있다. 집적 광 디바이스를 구비한 스마트 윈도우(smart window) 또는 광통신 시스템용 광 엑츄에이터는 본 발명에 따른 호일의 적합한 용도이다.
많은 용도에서 바람직한 패턴에 따른 단일의 기판에 배열된 본 발명에 따른 복수의 호일을 갖는 것이 바람직하다. 만약 각각의 호일이 개별적으로 비기계적 움직일 수 있다면, 디스플레이와 같은 용도가 실현될 수 있다.
예
본 발명에 따른 프리스탠딩(free-standing) 플랙시블 호일은 다음과 같이 제조된다.
다음 조성물의 중합가능한 액정이 제조된다:
30중량% LC 단량체 1
30중량% LC 단량체 2
아조 벤젠 LC 단량체 염료 4의 38중량% 트렌스 이성질체
2중량% 광개시제(Rose Bengal 및 N-페닐글리신의 1:1 w/w 혼합물로 구성)
Figure 112006055361112-PCT00007
중합가능한 LC 단량체 1
Figure 112006055361112-PCT00008
중합가능한 LC 단량체 2
중합가능한 액정은 20중량부 용액을 수득하기 위해 톨루엔에 용해된다. 상기 용액은 연마된 폴리이미드 층을 구비한 유리 플레이트에 스핀 코팅된다. 연마된 층은 수평 배향을 유도한다. 액정 조성물에 유효량이 첨가될 때, 중합가능한 LC 단량체 2는 액정공기면에 수직배향을 유도하도록 기술분야에서 알려졌다. 스핀 코팅 후 에, 필름은 80 ℃로 가열되고, 5 분간 이 온도에서 유지된다. 이 시간 동안 톨루엔이 증발하고 중합가능한 액정 화합물은 단일영역(mono-domain) 구조에 배열한다. 이렇케 수득된 필름은 약 2 ㎛ 두께를 갖는다(농도와 스핀코팅 조건을 적용하여 더 얇거나 더 두껍게 만들어질 수 있는데, 일반적으로 얇은 필름은 매우 부서지기 쉬워서 프리스탠딩 방식에서 취급하기 어렵다). 필름의 길이는 기판 근처의 배향방향으로 10 ㎜이고, 너비는 2 ㎜ 이다. 젖은 필름을 30 ℃로 냉각하자마자, 중합가능한 액정 및 이것의 구성성분인 LC 단량체 염료 4는 폴리이미드 표면에서 수평배향 및 공기면에서 수직배향으로 스플레이 배향된다. 30 ℃에서, 중합가능한 액정 필름은 질소 대기 하에서 420 ㎚에서 절단 필터로 흰색 광에 노출에 의해 중합된다. 절단 필터는 중합 동안 E-Z 이성질화를 억제하는데 사용되며, E-Z 이성질화는 순서의 정도에 반대로 영향을 미친다.
광개시제의 조성은 이러한 노출조건에서 중합이 용이하게 되도록 선택되지만 LC 단량체 염료 4의 E-Z 이성질화는 방지된다.
중합 후에, 중합 액정층이 배향된다. 이 층은 본 발명에 따른 플랙시블 프리스탠딩 호일을 생산하기 위해 기판에서 벗겨진다. 프리스탠딩 호일이 곡률 반경 240 ㎜로 약간 휘어진다. 중합 동안 스플레이 배향이 유지되지 때문에, 플랙시블 호일은 스플레이 배향을 갖는다. 기판과 접하는 주요표면에서, 대향표면에서 아조-벤젠 염료의 배향이 수직인 반면, 현재 중합된 아조-벤젠 염료는 수평배향된다.
플랙시블 호일이 움직일 수 있는지 시험하기 위해, 프리스탠딩 플랙시블 호일이 20 ㎝ 거리에서 필립스 SP 10 램프로부터 365 ㎚ 파장을 갖는 광에 노출된다. 20초의 노출시간 내에서, 플랙시블 호일은 11 ㎜의 굽은 반경의 롤업(rolled up) 상태로 굽는다. 120 ℃에서 롤업된 호일을 가열하고 계속해서 실온에서 냉각하는 것은 호일을 처음 굴곡과 근접한 약 220 ㎜의 굽은 반경을 갖는 상태로 말리지 않게 한다.
굽힘과 편평함의 공정은 많은 횟수가 되풀이될 수 있어서 더 플랙시블 호일의 가역적 움직임 가능성을 증명한다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 광에 의해 움직일 수 있는플랙시블 호일에 사용된다.

Claims (10)

  1. 광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일에 있어서,
    미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 형태를 변화시킬 수 있는 염료를 포함하고, 상기 염료는 적어도 한 개의 주요표면 근처에 비등방적으로 배향되어 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 호일이 움직일 수 있도록, 호일을 가로질러 농도 및/또는 배향의 비대칭적인 변화를 나타내는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일
  2. 제 1항에 있어서, 상기 염료는 미리예정된 파장의 광을 흡수할 때 제 1형태에서 제2형태로 변화시킬 수 있고, 미리예정된 파장과는 다른 파장의 광 또는 열 또는 이들의 조합에 의해 제2 형태에서 제1 형태로 변화시켜서, 호일에 가역적 움직일 수 있게 하는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 염료는 광 이성질화가능한 염료인,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 염료는 아조-벤젠 염료인,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염료는 중합액정에 분산되는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 스택의 다른 층 사이에 다른 염료의 농도 및/또는 배향을 갖는 스택층을 포함하는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 염료의 농도 및/또는 배향이 점차적으로 변하는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 염료는 호일의 한 개 주요 표면 근처에서 수평배향 및 한 개의 주요 표면에 대향하는 다른 주요표면 근처에 수직배향으로 스플레이 배향되는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랙시블 호일은 호일의 움직임에 대해 고정되는 구조에 부착되는,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 플랙시블 호일은 닫힌 상태와 열린 상태 사이를 변환가능한 밸브인,
    광에 의해 움직일 수 있는 플랙시블 호일.
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