KR20140108729A - 더 어두운 오프-상태 투과율과 더 밝은 온-상태 투과율을 갖는 spd 필름 - Google Patents

Abstract

매트릭스/캡슐 비율 = 상 비율: % 입자 수 (1)
캡슐 내의 % 입자
광 밸브의 광 조절 부재를 형성하는 광 밸브 필름으로서, 상기 필름은 거기에 분포된 액체 광 밸브 서스펜션의 다수의 액적을 갖는 가교된 폴리머 매트릭스를 포함한다. 상기 필름은 식 (1)에 의해 계사되는 상 비율: % 입자 수치를 갖는다. 일 구체예에서, 상기 광 밸브 필름은 무전원의 오프 상태에서 %T < 0.05와 ΔT > 42%의 상대적으로 낮은 가시 투과율을 갖는다. 다른 구체예에서, 상기 광 밸브 필름은 온 상태에서 %T > 70%와 ΔT > 57%의 상대적으로 높은 가시 투과율을 갖는다.

Description

더 어두운 오프-상태 투과율과 더 밝은 온-상태 투과율을 갖는 SPD 필름 {SPD FILMS WITH DARKER OFF-STATE TRANSMITTANCES AND LIGHTER ON-STATE TRANSMITTANCES}

본 출원은 2012년 2월 10일에 출원되고, 그 명칭을 "더 어두운 오프-상태 투과율과 더 밝은 온-상태 투과율을 갖는 SPD 필름"으로 하는 미국 가출원 제 61/597,596호에 근거하여 그에 의한 우선권을 주장하고, 상기 가출원의 전체 내용은 여기에 원용된다.

본 발명은 액체 입자 서스펜션과 그 에멀전을 포함하는, 광 밸브용 필름과 적층 필름에 관한 것으로, 상기 광 밸브는 여기서 부유 입자 장치 (suspended particle devices) 또는 SPD 광 밸브, 또는 단지 SPD로 통칭된다. SPD 필름은 매우 어두운 오프-상태 투과율을 갖는 SPD 필름을 얻기 위해 제조되는 에멀전 (흔히 SPD 에멀전으로 불린다)으로부터 형성된다. 다른 SPD 에멀전은 매우 높은 온-상태 투과율을 갖는 SPD 필름을 얻기 위해 제조된다.

SPD 광 밸브는 광 변조용으로 수십 년간 알려져 왔다. 이와 같은 광 밸브는 그 동안 그를 통과하는 광량 또는 그로부터 반사되는 광량을 제어하기 위한, 예를 들면 알파뉴메릭 디스플레이와 텔레비전 디스플레이; 램프, 카메라, 디스플레이와 광 섬유용 필터; 및 윈도우, 선루프, 장난감, 선바이저, 안경, 고글, 거울, 광 파이프 등을 포함하는, 수 많은 용도로서의 사용이 제안되어 왔다.

윈도우의 예에는 비제한적으로, 상업용 건물, 온실과 레지던스용 건축용 유리, 자동차, 보트, 기차, 비행기와 우주선용 창, 바이저 및 선루프, 핍홀을 포함하는 도어용 윈도우 및 그 부품을 포함하는 오븐, 냉장고용 윈도우가 포함된다.

여기서 설명되는 형태의 광 밸브는 상술한 바와 같이 부유 입자 장치, 또는 SPD로도 알려져 있다.

여기서 사용되는, "광 밸브"라는 용어는 작은 거리만큼 이격되어 있는 두 개의 벽으로 형성된 셀로서, 적어도 하나의 벽은 투명한 셀을 나타내는 것이다. 상기 벽은 그 위에 전극을, 통상 투명하고 전도성인 코팅의 형태로 포함한다. 상기 코팅은, 통상 산화인듐주석으로 형성되지만, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 전도성 코팅은 광 밸브의 서로 다른 부분들이 선택적으로 활성될 수 있는 패턴으로 벽 위에 부착될 수 있다. 부가적으로, 벽 위의 전극들은 그 위에 얇은 투명 유전성 오버코팅을 가질 수도 있다. 상기 셀은 비제한적으로 입자의 액체 서스펜션일 수 있는 광 조절 소자를 함유할 수 있고, 상기 전체 소자의 전체 또는 일부는 입자의 액체 서스펜션의 액적이 그 안에 분포된 플라스틱 필름을 포함할 수 있다.

액체 서스펜션 (여기서 액체 광 밸브 서스펜션 또는 광 밸브 서스펜션으로도 칭함)은 액체 현탁 매체 내에 현탁된 소립자를 포함한다. 전기장이 인가되지 않을 경우에는, 액체 서스펜션 내의 입자들은 브라운 운동으로 인해 랜덤 위치에 있을 것으로 추정된다. 따라서 셀 내를 통과하는 광선은 셀 구조, 입자의 성질과 농도, 빛 에너지량에 따라 반사, 투과 또는 흡수된다. 따라서 광 밸브는 오프 상태에서 상대적으로 어둡다. 그렇지만 광 밸브 내의 액체 광 밸브 서스펜션을 통해 전기장이 인가되면, 입자는 정렬되고, 다수의 서스팬션의 경우 대부분의 빛은 셀을 통과할 수 있다. 따라서 광 밸브는 온 상태에서 상대적으로 투명하다. ΔT는 온 상태와 오프 상태 간의 가시광 투과의 차이로서 정의된다.

많은 용도에 대해 활성화가능 물질의 전부 또는 일부, 즉 광 조절 소자는 액체 서스펜션 보다는 플라스틱 필름인 것이 바람직하다. 예를 들면, 정수압 효과, 즉 액체 서스펜션의 하이 컬럼과 같이 불룩 튀어나오는 것을 필름을 통해 피할 수 있고, 있을 수 있는 누출의 위험 역시 회피할 수 있기 때문에, 가변 광 전달 윈도로서 사용되는 광 밸브에서 액체 서스펜션의 액적이 분포되는 플라스틱 필름이 액체 서스펜션 단독으로 사용되는 것보다 바람직하다. 플라스틱 필름을 사용하는 것의 또 다른 잇점은, 특히 플라스틱 필름에서 입자들이 일반적으로 매우 작은 액적 내에만 존재하고, 따라서 필름이 전압에 의해 반복적으로 활성화될 때 눈에 띄게 뭉치지 않는다.

여기서 사용되는 광 밸브 필름 (때로는 SPD 필름으로 칭함)은 필름 또는 시트 또는 SPD 광 밸브 내에 사용되거나 또는 사용 목적의 입자의 서스펜션을 포함하는 이들 중 하나 이상을 의미한다. 그와 같은 광 밸브 필름은 통상 분산 입자를 포함하는 액체 또는 액체들의 불연속적인 액적 상 (액체 광 밸브 서스펜션)을 포함하며, 이와 같은 불연속상은 고체 연속 매트릭스상을 통해 분산되며, 상기 상들은 하나 이상의 단단하거나 또는 유연한 고체 필름 또는 시트 내로 둘러싸인다. 결합된 상기 상들은 경화된 SPD 에멀전으로 칭해지며, 광 밸브 필름의 일부일 수 있고, 때로는 필름 또는 필름 층으로 칭해지기도 한다. 광 밸브 필름 및/또는 광 밸브 필름의 라미네이트는 또한 하나 이상의 부가 층들을 포함할 수 있으며, 이 부가 층은 비제한적으로, 예컨대 필름, 코팅 또는 시트 또는 이들의 조합일 수 있으며, 예컨대 (1) 스크래치 내성, (2) 자외선으로부터의 보호, (3) 적외선 에너지 반사, (4) 인가된 전기 또는 자기장을 활성화가능한 물질로 전달할 수 있는 전기 도전성, (5) 유전성 오버코팅, 즉 단락으로부터 절연 보호를 제공, (6) 컬러 틴트 및 (7) 수분 제어 중 하나 이상의 특성을 갖는 광 밸브 필름을 제공할 수 있다.

SPD 필름의 통상 (하지만 비제한적인)의 구성은, 일측으로부터 다른 측으로 5개의 층, 즉 (1) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 ("PET") 플라스틱의 제1층으로, 편리하게는 5-7 밀리미터의 두께, (2) 제1 PET 시트 상에서 전극으로 작용 또는 작용 가능한 매우 얇고, 투명하며, 전기 도전성인 코팅 (전형적으로 인튬 주석 산화물 ("ITP"), (3) 통상 2-5 밀리미터 두께의 경화된 (즉 가교된) SPD 에멀전 층 및 (4) (5)의 제2 PET 플라스틱 기판 상에서 전극으로 작용 또는 작용할 수 있는 제2 코팅 (전형적으로 ITO)를 갖는다. 전술한 바와 같이, 다른 기능들을 부여하는 부가층들이 상술한 5-층 SPD 필름에 부가될 수 있다. 전형적으로, 동박, 도전성 섬유 등이 전극에 부착되어 적절한 전압원과의 편리한 연결을 위해 SPD 필름의 지름 이상으로 연장된다. 또한, SPD 필름은 예를 들면 투명 핫 멜트 부착 필름 및/또는 유리 또는 두꺼운 투명 플라스틱 시트 간에서 라미네이트되어 (본 발명의 양도인에게 양도된 미국 특허 7,361,252 참조), 강도와 강직성을 제공하고, 환경적 스트레스로부터 결합된 유닛들의 다양한 부품들을 보호하여 그 성능 특성이 손상되지 않도록 한다.

광 밸브와 필름을 구동하는 전력은 통상의 또는 통상적이지 않은 모든 전력원이 될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 양도인은 태양 에너지 또는 램프와 같은 다른 광원으로부터 유래할 수 있는 광전/광발전 에너지에 의해 SPD 필름과 광 밸브의 작동하는 것을 공개적으로 제시하였다.

미국 특허 5,409,734는 균질 용액으로부터의 상 분리에 의해 만들어진 비가교 광밸브 필름의 유형을 예시하고 있다. 에멀전의 가교 (경화)에 의해 만들어진 광 밸브 필름 역시 알려져 있다. 본 발명의 방법은 구체적으로 후자의 형태의 필름, 즉 에멀전의 가교에 의해 형성된 층과, 그에 의해 형성된 필름을 적층하여 이루어진 필름의 사용에 관한 것이다. 예컨대, 본 발명의 양도인에게 양도된 미국 특허 5,463,491과 5,463,492, 7,361,252을 참조. 다양한 형태의 SPD 에멀전과, 그 경화 방법이 미국 특허 6,301,040, 6,416,827, 및 6,900,923 B2에 기재되어 있으며, 이들은 모두 본 발명의 양도인에게 양도되었다.

상기 필름들과 그 변형들은 필름을 (1) 자외선, (2) 전자빔 또는 (3) 열에 노출시킴으로써 발생하는 가교를 통해 경화될 수 있다. 본 출원에서 인용된 모든 특허와 특허출원 및 다른 참고 문헌들은 모두 참고로서 원용된다.

다양한 액체 광 밸브 서스펜션이 이 기술 분야에 알려져 있고, 그와 같은 서스펜션은 당업자에게 잘 알려진 기술에 따라 용이하게 제조될 수 있다. 상술한 바와 같이 여기서 액체 광 밸브라는 용어는 다수의 소립자가 분산된 액체 현탁 매체를 의미하는 것으로 사용된다. 액체 현탁 매체는 비수용성, 저항성 액체를 포함하며, 바람직하게는 상기 매체에는 하나 이상의 종류의 폴리머 안정제가 용해되어 있고, 상기 안정제는 입자의 응집 경향을 감소시키고 이들을 서스펜션 내에 지속되어 분산되도록 하는 역할을 한다.

본 발명에서 유용한 액체 광 밸브 서스펜션은 입자의 현탁을 위해 광 밸브에서 사용되도록 이미 제안된 종래 기술의 액체 현탁 매체 중 하나를 포함할 수 있다. 여기서 유용한 종래 공지된 액체 현탁 매체는 비제한적으로 미국 특허 4,247,175, 4,407,565, 4,772,103, 5,409,734, 5,461,506, 5,463,492 및 6,936,193를 포함하며, 이들의 개시 내용은 여기에 참고로서 원용된다. 일반적으로, 현탁 매체 또는 전형적으로는 거기에 용해된 폴리머 안정제 중 하나 또는 모두는 현탁된 입자들을 중력 균형 상태로 유지할 수 있는 것으로 선택된다.

폴리머 안정화제가 사용될 경우, 안정화제는 입자들의 표면에 결합하는 고체 폴리머의 단일 종류일 수 있지만, 액체 현탁 매체를 포함하는 비수성 액체 내에 용해될 수도 있다. 또는, 폴리머 안정화제 시스템으로서 기능하는 두 개 이상의 고체 폴리머 안정화제가 있을 수 있다. 예를 들면, 입자들은, 용해 시에 제1 유형의 고체 폴리머 안정화제와 결합하거나 또는 연합하며, 또한 액체 현탁 매체 내에 용해되어 입자에 대해 분산과 입체적 보호를 제공하는 하나 이상의 고체 폴리머 안정제의 부가 유형과 함께, 용해 시에 입자의 코팅을 위한 평탄한 표면 코팅을 제공하는 제1 유형의 니트로셀룰로오스와 같은 고체 폴리머 안정제로 코팅될 수 있다. 또한, 액체 폴리머 안정화제는 예컨대 미국 특허 5,463,492에서와 기재된 바와 같이 특히 SPD 광 밸브 필름에서 유리하게 이용될 수 있다.

무기 입자 및 유기 입자들이 광 밸브 내에서 사용될 수 있으며, 이와 같은 입자들은 전자기 스펙트럼의 가시 부분에서 광을 흡수하거나 또는 광을 반사할 수 있다.

종래의 SPD 광 밸브는 통상 콜로이드 크기의 입자들을 이용한다. 여기서 사용되는 콜로이드라는 용어는 입자들이 일반적으로 평균 1 미크론 이하의 최대 크기를 갖는 것을 의미한다. 바람직하게는 SPD 광 밸브 서스펜션에서 사용되거나 또는 사용을 의도하는 대부분의 폴리할라이드 또는 비-폴리할라이드 유형의 입자들은 광 산란을 극도로 낮게 유지하기 위해 평균 0.3 미크론 이하의 최대 크기를 갖고, 더욱 바람직하게는 평균적으로 청색광 파장의 절반 미만, 즉 2000 Å 미만의 최대 크기를 갖는다.

종래 기술의 SPD 필름은 전기장이 인가될 때 온 상태 (전원 공급 안 됨)와 오프 상태 (전원 공급) 사이에 광 투과의 상당한 범위를 성취하는데 있어서 한계를 갖는다. 이 현상은 특히 오프 상태가 매우 어둡거나 (투과율 < 0.5%) 또는 온 상태가 매우 밝을 때 (투과율 > 70%)인 경우에 특히 두드러진다. 실험실과 회의실 창문과 문은 완벽한 프라이버시를 위해 매우 어두운 오프 상태 SPD 필름이 필요한 경우의 비제한적인 예이다. 매우 밝은 온 상태 SPD 필름, 70% 초과의 투과율은 안전 규정으로 인해 자동차의 일부 유리창에서 필요로 되며, 또한 SPD 기술을 이용한 안경류에 바람직하다. 본 발명은 상기 투과율 값을 뛰어넘고, 동시에 종래 기술의 SPD 필름보다 상당히 더 높은 범위의 광투과율을 얻는다.

종래의 SPD 필름와 SPD 라미네이트의 문제점

상술한 바와 같이, 종래의 SPD 필름은 상대적으로 어두운 오프 상태로 SPD 필름을 제조하거나, 또는 상대적으로 밝은 온 상태의 SPD 필름을 만들고자 할 때 광 투과율의 범위가 감소된다는 문제점이 있다. 본 발명의 양도인에게 양도된 미국 특허 5,463,492의 실시예 6은 0.42%의 오프 상태 광 투과율을 갖는 SPD 필름의 제조에 대해 기재하고 있다. 미국 특허 5,463,492의 실시예 11은 오프 상태에서 45% 내지 온 상태에서 72%의 투과율의 범위를 갖는 SPD 필름의 제조에 대해 기재하고 있다. 72%의 높은 온 상태 투과율이 얻어지기는 하지만, 이로 인해 27의 좁은 ΔT와, 45%의 매우 낮은 오프 상태 투과율을 감수해야 한다. 미국 특허 5,463,492의 실시예에 개시된 종래 기술의 SPD 필름의 다른 문제점은 온 상태 투과율을 달성하기 위해 SPD 필름을 유기 액체로 팽창시켜야 한다는 것이다.

본 출원의 양도인에게 양도된 미국 특허 7,847,033의 표 3에서는 온 상태 투과율이 70%를 넘는 SPD 필름을 열거하고 있다. 그렇지만, 표 3의 SPD 필름의 오프 상태 투과율은 여전히 매우 낮다 (약 25%의 투과율).

SPD 필름의 더 어두운 오프 상태 투과율을 만들기 위한 표준적인 방법은 더 어두운 투과율의 SPD 필름을 얻기 위해 SPD 에멀전의 두께를 증가시키는 것이다. 마찬가지로, SPD 필름의 더 밝은 ON 상태 투과율을 만들기 위한 표준적인 방법은 더 밝은 투과율을 얻기 위해 SPD 에멀전의 두께를 감소시키는 것이다. SPD 필름의 투과율을 변경시키기 위한 이 방법은 매우 어려운 기술적인 문제점에 직면하게 된다. 예컨대, 더 얇은 에멀전 층은 더 낮은 응집을 갖는 경화된 SPD 필름을 만들게 된다. 상기 필름은 이어서 부스바 (busbar) 도포와 상승된 온도와 압력 하에서 유리 또는 플라스틱 기판 사이에 SPD 필름을 라미네이트 하는 처리를 거치게 되며, 이로 인해 얇은 SPD 필름이 찢어지고, 단락이 생기거나, 또는 사용 불가능 상태가 된다. 또한, SPD 에멀전 층의 두께를 코팅 도포기의 정확도 한계에 너무 근접하게 감소시킬 경우 얼룩진 외관을 갖는 불균일한 SPD 필름을 얻게 된다.

더 두꺼운 에멀전은 제품의 성능을 제한하는 불완전한 경화의 문제를 야기할 수 있다. 또한, 더 두꺼운 에멀전 층은 SPD 필름의 액적 상 내에서 입자를 완전하게 정렬시키기 위해 상당히 높은 전압을 필요로 하는 경화된 SPD 필름을 초래한다. 이들 높은 전압은: (i) 거주 및 상업 지역의 표준 전압보다 더 높은 전압을 필요로 하며, (ii) 부가적인 안전성 부품을 필요로 하는 제품 안전성의 문제를 야기하고, (iii) 더 두꺼운 SPD 필름으로부터 얻어지는 제품의 에너지 효율을 감소시키는 전력 소비가 큰 SPD 필름을 초래한다.

더 어두운 SPD 필름을 만드는 또 다른 경로는 두 개의 SPD 광 밸브를 단순히 적층하여 동일한 빛이 SPD 필름의 두 개의 층을 통해 통과하도록 하는 것이다. 그러나, 이 방법은 도전성 코팅된 PET와 부스 바와, 라미네이팅 공정을 위한 부가적인 층간 시트를 포함하는 두 개의 재료를 필요로 한다.

본 발명은 두 개의 신규한 SPD 필름의 제조를 가능하게 한다. 제1 SPD 필름은 매우 어둡고, 오프 상태에서 낮은 가시 투과율을 갖는다 (< 0.5 %T). 또한 제2 SPD 필름은 매우 밝고, 온 상태에서 높은 가시 투과율을 갖는다 (> 70 %T). 신규한 SPD 필름들은 모두 상당히 높은 ΔT를 유지한다. 이것은 에멀전의 캡슐 상 (이하에서 정의됨)의 액체 현탁 매체 내에서의 특히 효과적인 범위의 입자 로딩 %를 포함하는 본 발명의 신규한 SPD 에멀전 제제와, 연속적인 에멀전의 매트릭스 상과 불연속적인 캡슐상의 비율의 조정에 의해 달성된다.

일 구체예에서, 본 발명은 광 밸브의 광 조절 부재를 형성하는 광 밸브 필름을 포함하고, 상기 필름은 그 안에 분포된 액체 광 밸브 서스페션의 다수의 액적에 의해 가교된 매트릭스 폴리머를 포함하고, 상기 필름은 상 비율로: % 입자 수치 > 0.157 과 < 0.220을 가지며, 여기서 상 비율: % 입자 수치는 다음 식을 이용하여 계산되고,

매트릭스/캡슐 비율 = 입자 비율: % 입자 수

캡슐 내의 % 입자

상기 광밸브 필름은 무전원의 오프 상태에서 상대적으로 낮은 가시 투과율을 갖게 되어 필름은 %T <0.05 및 ΔT > 42%를 갖는다.

다른 구체예에서, 본 발명은 광 밸브의 광 조절 부재를 형성하는 광 밸브 필름을 포함하며, 상기 필름은 거기에 분포된 액체 광밸브 서스펜션의 액적으로 가교된 매트릭스 폴리머를 포함하고, 상기 필름은 상 비율로: % 입자 수치 > 0.802 와 < 1.197을 가지며, 여기서 상 비율: % 입자 수치는 다음 식을 이용하여 계산되고,

매트릭스/캡슐 비율 = 상 비율: % 입자 수

캡슐 내의 % 입자

상기 광밸브 필름은 온 상태에서 상대적으로 높은 가시 투과율을 갖게 되어 필름은 %T > 70% 및 ΔT > 57%를 갖는다.

상술한 두 가지 구체예에서, 광 밸브 필름은 필름 상에 도포되는 필름, 코팅 및 시트 중에서 선택되는 적어도 하나의 층을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 층은 상기 필름에 스크래치 내성, 자외선으로부터의 보호, 적외선 에너지 반사, 광 밸브 필름에 인가된 전기 또는 자기 필름을 광 밸브 필름으로 전송하기 위한 전기 전도성, 단락으로부터 절연 보호, 컬러 틴팅 및 수분 제어로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 제공한다.

또 다른 구체예에서, 본 발명은 복사선의 전송을 제어하기 위한 전기-광학 장치를 더 포함하며, 상기 장치는 두 개의 대면을 갖고, 일면에서 다른 면을 향해;

(a) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 (PET) 플라스틱의 제1 시트;

(b) PET의 제1 시트 상에 전극으로서 작용할 수 있거나 작용하는 얇고, 투명한 전기 도전성 제1 코팅;

(c) (1) 상술한 바와 같이 무전원 오프 상태에서 %T< 0.5 및 ΔT >42%의 상대적으로 낮은 가시 투과율을 갖거나 또는 (2) 상술한 바와 같이 온 상태에서 %T > 70% 및 ΔT >57%의 상대적으로 높은 가시 투과율을 갖는 제1 광 밸브 필름;

(d) 하기 제2 시트의 외표면 상에 도포된, 전극으로 작용하거나 또는 작용가능한 얇고, 투명한 도전성 제2 코팅;

(e) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 플라스틱의 제2 시트;

(f) 상기 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 플라스틱의 제2 시트의 내표면 상에 도포된, 전극으로 작용하거나 또는 작용가능한 얇고, 투명한 도전성 제3 코팅;

(g) (1) 상술한 바와 같이 무전원 오프 상태에서 %T< 0.5 및 ΔT >42%의 상대적으로 낮은 가시 투과율을 갖거나 또는 (2) 상술한 바와 같이 온 상태에서 %T > 70% 및 ΔT >57%의 상대적으로 높은 가시 투과율을 갖는 제2 광 밸브 필름;

(i) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)의 제3 시트를 포함한다.

본 발명자들은 SPD 에멀전의 캡슐 상에서 입자 %를 특정 범위로 조정하는 것과, 연속 매트릭스상과 에멀전의 불연속 캡슐 상의 비율을 제어하는 것을 조합함으로써 무전원 오프 상태에서 매우 어두운 SPD 필름 (< 0.5%T)과 전원 온 상태에서 매우 밝은 SPD 필름 (> 70%T)를 달성할 수 있음을 발견하였다.

캡슐에서 % 입자는 폴리요오드화물 입자의 중량/현탁 매체의 중량 ×100으로 정의된다.

캡슐 내에서 폴리요오드화물의 중량의 증가는 더 어두운 (오프 상태에서 낮은 %T) SPD 필름을 만들고, 반대로 캡슐 내에서 폴리요오드화물의 중량의 감소는 더 밝은 (오프 상태에서 높은 %T) SPD 필름을 만든다는 것을 알게 되었다.

매트릭스/캡슐 비율은 매트릭스 폴리머의 중량/(폴리요오드화물 입자의 중량 + 현탁 매체의 중량)으로 정의된다.

에멀전 내의 매트릭스 폴리머의 중량 증가는 더 밝은 (오프 상태에서 높은 % T) SPD 필름을 만들고, 반대로, 매트릭스 폴리머의 중량 감소는 더 어두운 (오프 상태에서 낮은 % T) 의 SPD 필름을 만들게 된다.

이에 기반하여, 표 1의 각각의 필름에 대한 상기 상 비율: % 입자 수를 얻기 위해 매트릭스/캡슐 비율을 캡슐 내의 % 입자로 나누어서 하나의 유용한 수를 얻는다. 예를 들면, 캡슐 상 내에서 증가된 % 입자를 갖는 SPD 필름 조성은 캡슐 수에서 증가된 % 입자가 분모이기 때문에 상 비율: % 입자수를 저하시키게 된다. 동일한 SPD 필름 조성이 매트릭스 폴리머를 더 적게 사용할 경우에는 매트릭스/캡슐에 대한 값이 분자가 되기 때문에 상 비율:% 입자 수가 낮아지게 된다. 그러므로 SPD 필름 조성은 캡슐에서의 % 입자의 증가에 의해 만들어지고, 캡슐에 대한 매트릭스 폴리머 양의 감소는 낮은 상 비율:% 입자수로 나타낼 수 있는 어두운 (낮은 오프 상태 % T) SPD 필름을 만들게 된다. 한편 캡슐 상에서의 % 입자의 감소와 매트릭스 폴리머의 양을 증가시켜 만들어진 SPD 필름은 더 밝은 (높은 오프상태 % T) SPD 필름을 만들게 된다. 이 경우, 분자의 매트릭스/캡슐에 대한 높은 값과, 분모의 % 입자에 대한 낮은 값은 비율/% 입자에 대한 높은 값으로 나타낼 수 있다.

다음 표는 어두운 오프-상태 투과율 (<0.5%T)를 갖는 SPD 필름과 매우 선명한 온 상태 투과율 (>70% T)를 갖는 다른 SPD필름을 얻기 위한 SPD 에멀전 조성의 비제한적인 예를 포함한다. 상기 표는 또한 본 발명의 투과율 요건을 만족하지 않는 다른 예 역시 설명과 비교를 목적으로 포함한다.

표에서 모든 예는 동일한 방법으로 만들어졌다. SPD ,에멀전을 형성하기 위해 매트릭스 폴리머와 캡슐 상을 혼합하기 전에 매트릭스 폴리머에 0.3% Igarcure 819 광개시제를 용해시켰다. SPD 에멀전의 4 밀리미터 두께 층이 두 개의 7 밀리미터 두께의 ITO-PET 기판 사이에 위치하고, 동일한 UV 방사 조건이 샘플을 경화시키기 위해 사용되었다.

오프 상태에서 더 어둡고, 낮은 투광도의 SPD 필름을 분석한 결과, 오프 상태 투과율 0.27, 온 상태 투과율 47.2를 갖는 필름 #11은 충분히 어두운 SPD 필름과 높은 ΔT (46.75)를 나타냈다. 이 양호한 결과는 캡슐 내의 입자 %를 평균 조성의 6.83에서 7.2로 증가시키는 것과, 매트릭스 폴리머의 양과 캡슐 성분 (입자와 액체 현탁 매체)의 양의 비율을 평균 조성 1.5에소 1로 감소시키는 것의 조합에 의해 달성되었다 (표 1의 std. 참조). 그러나, 에멀전에서 매트릭스 폴리머 양을 상당히 감축시킬 경우 얻어진 필름이 표준 조성 필름의 고체 필름형 특성이 아닌 페이스트와 같은 농도를 갖게 되는 것이 밝혀졌다. 이론에 제한되지 않고, 고체 SPD 필름을 형성하기 위해 UV 가교된 매트릭스 폴리머 연속상의 양을 감소시키는 것이 코팅된 에멀전의 일부 영역에서 상 역전을 일으켜서 캡슐 상이 연속상이 되어 매트릭스 상이 캡슐 상이 되게 된다고 생각한다. 캡슐 상은 고체 필름에 가교되도록 의도되지 않았기 때문에 SPD 필름의 강도는 캡슐상이 연속 상으로 역전될 때 감소된다. 필름 #10은 0.1의 매우 낮은 오프 상태 투과율을 갖지만 온 상태 투과는 29.18에 불과하다.

이론에 제한되지 않고, 필름 #10의 캡슐에서의 입자의 극적인 증가는, 캡슐 내에서 이용가능한 공간을 감소시켜 전압이 인가될 때 입자들이 완전히 정렬하는 것을 방해한다고 생각된다.

캡슐내의 입자%를 표준 조성에 대해 6.83에서 7.97로 증가시키는 것과, 매트릭스 폴리머의 양과 켑슐 성분 (입자와 액체 현탁 매체)의 양의 비율을 표준 조성에 대해 1.5에서 1.25로 감소시키는 것을 조합한 필름 #13은 ΔT 42.85에 대해 오프 상태 투과율 0.38, 온 상태 투과율 43.23을 얻었다. 이 어두운 SPD 필름은 캡슐 상의 상 역전을 나타내지 않았으며, 양호한 범위의 광 투과를 가진다.

필름 # 12의 조성은 캡슐에서의 % 입자를 6.83으로 유지하지만, 매트릭스/캡슐 비율을 표쥰 1.5에서 1.17로 감소시켰다. 이것은45.69의 ΔT에 대해 오프 상태 투과율 0.35와 온 상태 투과율 46.04를 얻게 하였다.

이 결과와 표 1에서 대응하는 상 비율: % 입자 수에 의해, ΔT >42%의 무전원 오프 상태 (<0.5%T)에서 어두운 SPD 필름을 얻기 위해 상 비율: % 입자 수 > 0.157 및 < .220이 바람직하다는 것이 결정되었다.

높은 온 상태 투과율을 갖는 SPD 필름의 경우, 캡슐 내의 입자 %를 표준 조성의 6.83에서 0.015로 크게 감소시키는 것과, 매트릭스 폴리머의 양과 캡슐 성분의 양 (입자와 액체 현탁 매체)의 비율을 표준 1.5로 유지시키는 것을 조합한 필름 #9는 50.16Δ에 대해 21.04의 오프 상태 투과율와 21.04의 온 상태 투과율을 얻었다. 온 상태 투과율와 Δ의 뛰어난 결과에도 불구하고, 21.04의 상대적으로 높은 오프 상태 투과율은 다수의 용도에 대해 지나치게 밝을 수 있다.

또는 캡슐 내의 표준 입자 %를 약 6.83 (실제 6.71)로 유지하는 것과, 매트릭스 폴리머의 양과 캡슐 성분의 양 (입자와 액체 현탁 매체)의 비율을 표준 1.5에서 10.03으로 크게 증가시키는 것을 조합한 필름 #1은 61.64의 Δ에 대해 오프 상태 투과율 10.03과, 온 상태 투과율 71.67을 얻었다. 이 결과는 상당히 낮은 오프 상태 투과율이 달성도기 때문에 필름 #9의 결과에 비해 바람직하지만, 동시에 온 상태 투과율 > 70%와 Δ >60 역시 얻어졌다.

필름 #1과 동일한 결과가 필름 #5와 #5A에서 똑같이 얻어졌다. #5A의 경우, 캡슐 내 입자 %의 표준 6.83에서 3.43으로의 감소와 매트릭스 폴리머 양과 캡슐 성분의 양 (입자와 액체 현탁 매체)을 표준 1.5에서 2.79로 증가시키는 것을 조합하여 61.81의 ΔT에 대해 오프 상태 투과율 10.83과 온 상태 투과율 72.64를 얻었다.

이 결과와 대응하는 표 1의 상 비율: % 입자 수에 근거하여, 전원 연결된 온 상태에서 ΔT >57%의 밝은 온 상태 (>70%T)를 얻기 위해서는 상 비율:% 입자 수 > 0.802와 < 1.197이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

다른 구체예에서, 어두운 SPD 오프 상태를 억디 위해 두 개의 SPD 광 밸브를 적층하는 것의 대안으로서, SPD 광 밸브로서 ITO 코팅과 경화된 두 층의 SPD 에멀전을 갖는 PET의 세 개의 시트가 결합되어 신규한 SPD 광밸브 구조를 형성하는 것을 생각할 수 있다. 상기 구조는 8개의 층, 즉, 한 면에서 다른 면으로;

(1) 바람직하지만 필수적이지는 않은 5-7 밀리미터 두께의 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 (PET) 플라스틱의 제1 시트,

(2) 상기 PET 제1 시트 상의, 전극으로 작용하거나 작용할 수 있는 매우 얇고 투명한 인듐 주석 산화물 (ITO) 도전성 코팅,

(3) 바람직하지만 필수적이지는 않은 2-5 밀리미터 두께의경화된 (즉, 가교된) SPD 에멀전 층,

(4) 하기의 제2 PET 플라스틱 기판 상의, 전극으로 작용하거나 작용할 수 있는 제 2 ITO 코팅,

(5) 제2 PET 플라스틱 기판,

(6) 상기 제2 PET 플라스틱 기판의 반대쪽의, 전극으로 작용하거나 작용할 수 있는 제3 ITO 코팅,

(7) 바람직하지만 필수적이지는 않은 2-5 밀리미터 두께의 경화된 (즉, 가교된) SPD 에멀전의 제2 층,

(8) 하기의 PET 제3 시트 상의, 전극으로 작용하거나 작용할 수 있는 제4 ITP 코팅,

(9) 바람직하지만 필수적이지는 않은 5-7 밀리미터 두께의 PET 플라스틱 제3 시트를 갖는다.

후자의 구조는 경화된 SPD 에멀전의 단일한 더 두꺼운 층에 전원을 공급하기 위해 필요한 높은 전원을 필요로 하지 않으면서 더 어두운 SPD 광 밸브를 얻을 수 있다. ITP 코팅을 갖는 하나의 PET 시트를 제거한 모놀리틱 SPD 광 밸브를 얻을 수도 있다. 또한, 이 구체예는 유리 또는 플라스틱 기판 사이에 SPD 광 밸브의 연속 라미네이션을 위해 중간 층의 두 개의 시트만을 필요로 한다.

이 구체예에서는 전극을 전원에 연결하는 것이 가능하며, 이에 의해 경화된 SPD 에멀전의 두 층의 각각은 개별적으로 전원을 공급받거나 또는 상기 두 층 모두 동시에 전원을 공급받을 수 있다. SPD 에멀전의 두 층은 모노리틱 SPD 광 밸브의 광학 투과율의 변동가능성/범위를 더 강화하기 위해 서로 다른 코팅 두께를 가진다.

본 발명은 구체예에 의해 설명되었지만, 다수의 다른 변형들과 변경들, 그리고 용도들이 당업자에게는 자명할 수 있다. 그러므로 본 발명은 여기서 개시된 구체적인 내용으로 제한되지 않고, 그 범위는 청구범위에 의해서만 정해진다.

Claims (4)

1. 광 밸브의 광 조절 소자를 형성하는 광 밸브 필름으로서, 상기 필름은 그 안에 분포된 액체 광 밸브 서스펜션의 다수의 액적을 갖는 가교된 매트릭스 폴리머를 포함하고, 상기 필름은 상 비율: % 입자 수치 > 0.157 및 < 0.220을 갖고, 상기 상 비율: % 입자 수치는 다음 식을 이용하여 결정되며,
   매트릭스/캡슐 비율 = 상 비율: % 입자 수
   캡슐 내의 % 입자
   상기 광 밸브 필름은 무전원의 오프 상태에서 %T < 0.05와 ΔT > 42%의 상대적으로 낮은 가시 투과율을 갖는 것인 광 밸브 필름.
2. 광 밸브의 광 조절 소자를 형성하는 광 밸브 필름으로서, 상기 필름은 그 안에 분포된 액체 광 밸브 서스펜션의 다수의 액적을 갖는 가교된 매트릭스 폴리머를 포함하고, 상기 필름은 상 비율: % 입자 수치 > 0.802 및 < 1.197을 갖고, 상기 상 비율: % 입자 수치는 다음 식을 이용하여 결정되며,
   매트릭스/캡슐 비율 = 상 비율: % 입자 수
   캡슐 내의 % 입자
   상기 광 밸브 필름은 온 상태에서 %T > 70%와 ΔT > 57%의 상대적으로 높은 가시 투과율을 갖는 것인 광 밸브 필름.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 필름에 도포된, 필름, 코팅 및 시트 중에서 선택되는 하나 이상의 층을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 층은 상기 필름에, 스크래치 내성, 자외선으로부터의 보호, 적외선 에너지 반사, 인가된 전기 또는 자기필름을 광 밸브 필름에 전달하기 위한 전기 도전성, 단락으로부터 절연 보호, 컬러 틴트 및 수분 제어 중 하나 이상의 특성을 제공하는 것인 광 밸브 필름.
4. 복사선의 전송을 제어하기 위한 전기-광학 장치로서,
   상기 장치는 두 개의 대면을 갖고, 일면에서 다른 면을 향해;
   (a) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 (PET) 플라스틱의 제1 시트;
   (b) PET의 제1 시트 상에 전극으로서 작용할 수 있거나 작용하는 얇고, 투명한 전기 도전성 제1 코팅;
   (c) 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 제1 광 밸브 필름;
   (d) 하기 제2 시트의 외표면 상에 도포된, 전극으로 작용하거나 또는 작용가능한 얇고, 투명한 도전성 제2 코팅;
   (e) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 플라스틱의 제2 시트;
   (f) 상기 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 플라스틱의 제2 시트의 내표면 상에 도포된, 전극으로 작용하거나 또는 작용가능한 얇고, 투명한 도전성 제3 코팅;
   (g) 제1항 또는 제2항 중 어느 하나의 항의 제2 광 밸브 필름;
   (i) 폴리에틸렌 텔레프탈레이트(PET)의 제3 시트를 포함하는 것인 전기 광학 장치.