WO2018231084A1 - Оптическая заслонка - Google Patents

Оптическая заслонка Download PDF

Info

Publication number
WO2018231084A1
WO2018231084A1 PCT/RU2017/000405 RU2017000405W WO2018231084A1 WO 2018231084 A1 WO2018231084 A1 WO 2018231084A1 RU 2017000405 W RU2017000405 W RU 2017000405W WO 2018231084 A1 WO2018231084 A1 WO 2018231084A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particles
optical shutter
shutter according
core
optical
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000405
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Сергей Леонидович ШОХОР
Денис Сергеевич МОСИЯШ
Original Assignee
Сергей Леонидович ШОХОР
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Леонидович ШОХОР filed Critical Сергей Леонидович ШОХОР
Priority to PCT/RU2017/000405 priority Critical patent/WO2018231084A1/ru
Publication of WO2018231084A1 publication Critical patent/WO2018231084A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection

Definitions

  • the invention relates to optoelectronics, can be used in devices and systems, including electro-optical cells, in particular to the creation and coloring of particles anisometric in shape for use in optical shutters.
  • optical shutters - patents US 3773684 (“Dipolar electro-optic compositions and method of preparation)), publ. 11/20/1973), US 4207841 ("Dipole antenna for proximity fuze", publ. 06/17/1980), US 5130057 (“Light polarizing materials and suspensions thereof)), publ. July 14, 1992), US 5002701 ("Light polarizing materials and suspensions thereof)), publ. 26.-3.1991).
  • the optical shutter consists of a suspension of particles in a non-conductive liquid enclosed between two transparent electrodes. Particles have geometric anisometry. This means that the particle shape is rod-shaped, needle-shaped, disk-shaped, cylindrical, etc.
  • the particles When voltage is applied to the electrodes under the influence of an electric field, the particles polarize and line up along the field lines with their long axis.
  • the optical properties of such a flap vary. How exactly the properties change depends on the parameters of the particles.
  • the suspension can pass from a state with less transparency to a more transparent state along the lines of the electric field, or from one scattering state to another also scattering, or from a color state with less transparency to a more transparent one of the same color.
  • the choice of particles is determined by the aspect ratio and the required electrical characteristics of the particles.
  • the color of the suspension is determined by the color of the particles themselves. For example, hepatitis particles (US 3,773,684 and others from Research Frontiers Inc.) give a dark blue color when turned off with the least transparency.
  • one-component particles are used, that is, consisting of one material.
  • the particle material should be selected in such a way as to satisfy, on the one hand, the electrical characteristics for the formation of the induced dipole moment when an external electric field is applied, have the optical density to change the optical characteristics of the suspension, and also be the material from which the formation of anisometric particles is commercially attractive method.
  • ZnO semiconductor cylindrical particles possess the necessary electrical properties, but are optically transparent, and, therefore, cannot be used in the proposed solutions.
  • the above requirements severely limit the choice of particle material, and, therefore, the optical properties of the electro-optical shutter are particularly limited, based on the solutions described above. That is why at present there is no optoelectronic device that implements SPD (Suspended Particle Device) technology, with a variety of colors.
  • SPD Small Particle Device
  • Smart glass is used for the manufacture of translucent structures with variable transparency. It can be windows in residential premises, car windows, portholes of motor ships and aircraft. Also, “smart glasses” are used in interior solutions for zoning the space and creating “private” zones. Moreover, “smart glasses” can be of two main types:
  • Such glass changes the passage of the light flux passing through such glass.
  • Such a “smart glass” in any state should have minimal turbidity. All objects through such a glass should be visible clearly, without distortion.
  • the material of the anisometric particles must absorb or polarize the light.
  • the luminous flux diffusely scatters, but remains almost the same. Objects through such a “smart glass” are not visible when turned off, but the light passes, and there is practically no dimming.
  • the technical problem to which the claimed invention is directed is to create an optical shutter having a wide range of applications and capable of absorbing or transmitting electromagnetic radiation in a wide wavelength range.
  • the technical result achieved in the present invention is to expand the range of the gamut of color options for the optical shutter, as well as the possibility of the optical shutter in a wide range of electromagnetic radiation, not only in the visible spectrum.
  • the optical shutter is a suspension of particles in a highly resistive liquid enclosed between two panels, at least one of which is optically transparent, with electrically conductive electrodes deposited on them, at least one of which is placed on an optically transparent panel, optically transparent, while particles of anisometric shape having a core and a shell are used as particles, while the shell is made of optically wow stuff.
  • optical material is understood to mean materials used to change the passage of the light flux, for example, refracting, scattering, and transmitting a certain wavelength range of optical radiation.
  • Particles of almost any anisometric shape can be selected as the core.
  • the particles have an average aspect ratio in the range of 3: 1 to 100: 1.
  • a ratio of 10: 1 and higher is preferred.
  • rod-shaped nanoparticles of various materials with a diameter of 1-30 nanometers and a length of 50 nanometers and above can be selected as such particles, while they are either commercially available or are produced by known methods available, such as, for example, the hydrothermal method.
  • disc-shaped, cylindrical, strip-shaped particles can be selected.
  • the particle material must have electro-polarization properties in an external electric field to give particles a torque in dielectric fluid in an external electric field.
  • the particle must have a conductivity different from the medium, or a dielectric constant different from the medium, or both.
  • any conductive particles of anisometric shape may be used.
  • Particles may be of optically transparent or absorbent material.
  • Dielectric particles can also be used, preferably with a higher dielectric constant than liquid.
  • inorganic ceramic particles, ceramic-polymer composites, piezoelectrics The following are some examples of materials from which commercially available particle rods can be made:
  • Metals silver, gold, graphite, aluminum, cobalt, copper, iron, nickel.
  • Metal oxides zinc oxide, molybdenum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, nickel oxide, vanadium oxide, magnesia oxide, etc.
  • Dielectric materials with high dielectric constant titanium oxide, alumina, calcium titanate, strontium titanate, barium titanate, lead titanate, etc.
  • Conducting polymers polyaniline, polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, poly-sulfide-p-phenylene, poly-para-phenylene-vinylene, etc.
  • Dielectric polymers copolymers.
  • Optical material is applied to the core in such a way that the anisometric shape of the particle is preserved, as well as the aspect ratio necessary for practical applications.
  • the optical material may contain, for example, organic dyes, in particular dichroic polymers, photoluminescent polymers, polymers with non-linear optical properties.
  • the complexity of such a coating of nanoparticles with an optical material in order to impart optical properties to particles with the required optical density lies in the fact that the coating thickness when applied single-color from a dye solution is small compared to the particle diameter and the optical density of such a particle is insufficient for practical applications.
  • a method of layer-by-layer deposition of optical material on particles by the method of layer-by-layer polyionic deposition of dye and electrolyte layers having opposite in sign electric charges in an aqueous solution is used.
  • an aqueous solution almost any particle acquires a certain charge on the surface. If such particles are placed in a solution of a polyelectrolyte, the polyion of which has the opposite sign with the surface of the particle, then the adsorption of polyions on the surface will occur. This layer will change the charge of the particle to the opposite.
  • a multilayer polymer coating can be obtained. This method is called the polyionic assembly method.
  • polyionic deposition It allows you to apply a large number of alternating layers, which is impossible to implement in any other way.
  • Another important property of polyionic deposition is its versatility, due to the fact that, in fact, a necessary condition for layer-by-layer deposition is the electrostatic attraction of the layers, regardless of their chemical nature, to ensure adhesion.
  • layers of water-soluble polyelectrolytes of opposite signs are successively applied to the particles so that the combination of such layers is an optical material.
  • at least one of the alternating layers must consist of a material that either changes the spectrum of the light flux, or scatters, or partially absorbs the light flux.
  • a material may, for example, be a material containing an organic colorant.
  • nanoparticles such as metals or quantum dots.
  • photoluminescent materials for example, quantum dots, dyes with photoluminescence
  • the application of the layers is as follows.
  • the particles are mixed with a solution of an electrolyte having an electric charge sign opposite the particle surface, dispersed, for example, by treatment in an ultrasonic bath.
  • the particles are processed in a rotary shaker, centrifuged, the supernatant is selected, washed in clean deionized water, and shaken on a vibrator. Then re-centrifugation and selection supernatant. Repeat washing, shaking on a vibrator, centrifuging and selecting the supernatant several times.
  • a dye can be used that has a charge sign opposite the previous layer to the polyelectrolyte. In the presence of a dye, all steps are repeated: dispersed, for example, by treatment in an ultrasonic bath, particles are treated in a rotary shaker, centrifuged, the supernatant is taken, washed in clean deionized water, shaken on a vibrator, then centrifuged and the supernatant is taken again, washing is repeated, shaking on a vibrator, centrifuging and selecting the supernatant several times.
  • the surface properties of the particle itself are of secondary importance.
  • the molecules of the layers are held by electrostatic and van der Waals forces.
  • the coating thickness determined by the number of layers of the particle shell, already depends only on the requirements for color and density, and is not determined by the process itself and the properties of the particle surface.
  • the particles After applying the required number of layers to give the particles the desired optical properties, the particles must be transferred from the aqueous solution to a highly resistive, usually non-polar, liquid with dispersants.
  • An optical shutter made according to the claimed invention can effectively absorb or transmit electromagnetic radiation not only in the visible spectrum, but also, for example, ultraviolet or infrared radiation.
  • the material of the core or shell of the particles must be optically active in the indicated ranges, reflect or absorb ultraviolet or infrared radiation.
  • the main application of the described optical shutter is smart glass.
  • the average particle size should be less than about half the wavelength in the transmission spectrum. Then the particles should have an average size of not more than 400 nm for red and not more than 200 nm for blue. To maintain good contrast, aspect the ratio should be at least 3: 1, but preferably at least 10: 1.
  • the material of anisometric particles should have a refractive index different from the environment. Then the light, being refracted at the particle-medium interface, is scattered. With increasing particle size, the turbidity of the damper will increase.
  • a suspension For the manufacture of an optical shutter, a suspension must be placed between two transparent electrodes.
  • a transparent electrode you can choose a film of indium oxide on the glass.
  • a silicon oxide film up to 500 nm thick can be used. The distance between the electrodes is controlled by spacers 200 microns thick.
  • An optical shutter made in this way will have a red color and have a certain degree of transparency, absorption and scattering of light in the absence of applied voltage. When voltage is applied, the degree of transparency, absorption and scattering of light of the optical shutter will change.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

Изобретение относится к оптоэлектронике, может быть использовано в устройствах и системах, включающих электрооптические ячейки, а именно к созданию и окраске анизометрических по форме частиц для использования в оптических заслонках. Оптическая заслонка представляет собой суспензию частиц в высокорезистивной жидкости, заключенной между двумя панелями, по крайней мере, одна из которых оптически прозрачная, с нанесенными на них электрически проводящими электродами, по крайней мере, один из которых, размещенный на оптически прозрачной панели, оптически прозрачный, при этом в качестве частиц используют частицы анизометрической формы, имеющие сердцевину и оболочку, при этом оболочка выполнена из оптического материала.

Description

ОПТИЧЕСКАЯ ЗАСЛОНКА
Изобретение относится к оптоэлектронике, может быть использовано в устройствах и системах, включающих электрооптические ячейки, а именно к созданию и окраске анизометрических по форме частиц для использования в оптических заслонках.
Известны оптические заслонки - патенты US 3773684 («Dipolar electro-optic compositions and method of preparation)), опубл. 20.11.1973), US 4207841 («Dipole antenna for proximity fuze», опубл. 17.06.1980), US 5130057 («Light polarizing materials and suspensions thereof)), опубл. 14.07.1992), US 5002701 («Light polarizing materials and suspensions thereof)), опубл. 26.-3.1991). Оптическая заслонка состоит из суспензии частиц в непроводящей жидкости, заключенной между двумя прозрачными электродами. Частицы обладают геометрической анизометрией. Это значит, что форма частиц стержнеобразная, иглообразная, дискообразная, цилиндрическая и т.д. При подаче напряжение на электроды под действием электрического поля частицы поляризуются и выстраиваются вдоль линий поля своей длинной осью. Оптические свойства такой заслонки изменяются. Как именно изменяются свойства, зависит от параметров частиц. Суспензия может из состояния с меньшей прозрачностью перейти в более прозрачное состояние вдоль линий электрического поля, или из одного рассеивающего состояния в другое также рассеивающее, или из цветного состояния с меньшей прозрачностью в более прозрачное такого же цвета. Выбор частиц определяется аспектным соотношением и требуемыми электрическими характеристиками частиц. Цвет суспензии определяется цветом самих частиц. Например, частицы герапатита (US 3773684 и др. от Research Frontiers Inc.) дают темно синий цвет в выключенном состоянии с наименьшей прозрачностью. При подаче напряжения суспензия переходит в прозрачное состояние с синим оттенком. В указанных решениях используются однокомпонентные частицы, то есть состоящие из одного материала. Материал частиц должен быть выбран таким образом, чтобы с одной стороны, удовлетворять электрическим характеристикам для образования наведенного дипольного момента при прикладывании внешнего электрического поля, обладать оптической плотностью для изменения оптических характеристик суспензии, а также быть тем материалом, из которого возможно формирование анизометрических частиц коммерчески привлекательным методом. Например, полупроводниковые цилиндрические частицы ZnO обладают необходимыми электрическими свойствами, но являются оптически прозрачными, а, следовательно, не могут быть использованы в предлагаемых решениях. Таким образом, вышеуказанные требования сильно ограничивают выбор .материала частиц, а, следовательно, сильно ограничиваются в частности оптические свойства электрооптической заслонки, основанной на описанных выше решениях. Именно поэтому в настоящее время не существует оптико-электронных устройств, реализующих SPD (Suspended Particle Device) технологии, с разнообразной цветовой гаммой.
Основным применением оптических заслонок на основе суспензии анизометрических частиц на сегодняшний день являются «умные стекла». «Умные стекла» используют для изготовления светопрозрачных конструкций с изменяемой прозрачностью. Это могут быть окна в жилых помещениях, стекла автомобилей, иллюминаторы теплоходов и самолетов. Также «умные стекла» используют в интерьерных решениях для зонирования пространства и создания «приватных» зон. При этом «умные стекла» могут быть двух основных типов:
1. Поглощающего типа.
Такое стекло изменяет прохождение светового потока, проходящего через такое стекло. Такое «умное стекло» в любом состоянии должно иметь минимальную мутность. Все объекты через такое стекло должны быть видны четко, без искажений. Материал анизометрических частиц должен поглощать или поляризовать свет.
2. Рассеивающего типа.
Световой поток диффузно рассеивается, но остается практически тем же. Объекты через такое «умное стекло» в выключенном состоянии не видны, но свет проходит, и затемнения практически не происходит.
Для создания цветных «умных стекол» и для других электрооптических применений, требующих цвет, в патенте US 5650872 («Light valve containing ultrafme particles», опубл. 22.07.1997) в качестве анизометрических частиц используют ультрамаленькие частицы различных пигментов. Для того чтобы сделать их анизометрическими, используется специальный метод: распыление в вакууме при определенных условиях. При этом часто электрические характеристики таких частичек не оптимальны для работы электрооптической заслонки. Также спектр цветов подходящих пигментов ограничен.
С другой стороны в патенте US 5318628 («Synthetic, monodispersed color pigments for the coloration of media such as printing inks, and method and apparatus for making same», опубл. 07.06.1994) описывается метод изготовления цветных пигментов, состоящих из ядра и цветной внешней оболочки. Молекулы красителя адсорбируются на поверхность частиц из раствора. Иногда необходимо создание специального предварительного покрытия на поверхности частицы для возникновения адсорбции красителя. При этом количество красителя и поэтому насыщенность цвета пигмента определяется различными условиями, при которых проводится процесс окрашивания - например, РН раствора красителя. Создание толстого слоя красителя по данной технологии затруднительно. Изготовленные согласно данному решению частицы не могут быть использованы в электрооптических заслонках.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании оптической заслонки, имеющей широкий спектр применения и способной поглощать или пропускать электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн.
Технический результат, достигаемый в настоящем изобретении, заключается в расширении диапазона гаммы цветовых вариантов оптической заслонки, а также в возможности работы оптической заслонки в широком диапазоне электромагнитного излучения, не только в видимом спектре.
Заявляемый технический результат достигается благодаря тому, что оптическая заслонка представляет собой суспензию частиц в высокорезистивной жидкости, заключенной между двумя панелями, по крайней мере, одна из которых оптически прозрачная, с нанесёнными на них электрически проводящими электродами, по крайней мере, один из которых, размещенный на оптически прозрачной панели, оптически прозрачный, при этом в качестве частиц используют частицы анизометрической формы, имеющие сердцевину и оболочку, при этом оболочка выполнена из оптического материала. При этом под оптическим материалом понимают материалы, используемые для изменения прохождения светового потока, например, преломляющие, рассеивающие, пропускающие определенный диапазон длин волн оптического излучения.
В качестве сердцевины можно выбрать частицы практически любой анизометрической формы. Однако следует иметь в виду, что, чем больше степень анизометрии, тем больше динамический диапазон изменения оптических характеристик оптической заслонки. Частицы имеют среднее аспектное соотношение в диапазоне от 3: 1 до 100: 1. Предпочтительным является отношение 10: 1 и выше. Например, такими частицами могут быть выбраны стержнеобразные наночастицы различных материалов диаметром 1-30 нанометров и длиной 50 нанометров и выше, при этом они являются либо коммерчески доступными, либо производятся известными доступными методами, такими как, например, гидротермический метод. Выбирают частицы, имеющие наибольший размер в диапазоне от 50 до 20000 нм, предпочтительно в диапазоне от 50 до 300 нм. Например, могут быть выбраны частицы дискообразной, цилиндрической, полоскообразной формы.
Материал частицы должен обладать электро-поляризационными свойствами во внешнем электрическом поле для придания частицам крутящего момента в диэлектрической жидкости во внешнем электрическом поле. Частица должна иметь отличную от среды проводимость, или отличную от среды диэлектрическую проницаемость, либо и то и другое.
Могут быть использованы любые проводящие частицы анизометрической формы. Например, наностержни из металлов, из оксидов металла, из полупроводников, из проводящих полимеров или из полимеров с высокой диэлектрической проницаемостью. Частицы могут быть из оптически прозрачного или поглощающего материала. Также могут быть использованы диэлектрические частицы, предпочтительно с более высокой, чем у жидкости, диэлектрической проницаемостью. Например, неорганические керамические частицы, керамика-полимерные композиты, пьезоэлектрики. Ниже приводятся некоторые примеры материалов, из которых могут быть выполнены стержни частиц, доступные коммерчески:
Металлы: серебро, золото, графит, алюминий, кобальт, медь, железо, никель.
Оксиды металлов: оксид цинка, оксид молибдена, оксид магния, оксид титана, оксид никеля, оксид ванадия, оксид магнезия и др.
Полупроводники: все перечисленные выше оксиды металлов плюс кремний, манганит вольфрама и др.
Диэлектрические материалы с высокой диэлектрической проницаемостью: оксид титана, оксид алюминия, титанат кальция, титанат стронция, титанат бария, титанат свинца и др.
Проводящие полимеры: полианилин, полиацетилен, полипиррол, политиофен, поли- сульфид-п-фенилена, поли-пара-фенилен-винилен и др.
Диэлектрические полимеры: сополимеры.
На сердцевину наносят оптический материал таким образом, чтобы сохранилась анизометрическая форма частицы, а также необходимое для практических применений аспектное соотношение. Оптический материал может содержать, например, органические красители, в частности дихроичные полимеры, фотолюминесцентные полимеры, полимеры с нелинейными оптическими свойствами. Сложность такого покрытия наночастиц оптическим материалом с целью придания частицам оптических свойств с необходимой оптической плотностью заключается в том, что толщина покрытия при одиночном нанесении из раствора красителя мала по сравнению с диаметром частицы и оптическая плотность такой частицы недостаточна для практических применений. Для увеличения оптической плотности частиц, то есть для улучшения их оптических свойств, необходимо увеличить толщину покрытия, сохраняя анизометричность частиц. Известный метод высушивание частиц для повторного нанесения следующего слоя красителя для увеличения общей толщины приведёт к слипанию наночастиц в процессе сушки. Таким способом не удастся достаточно увеличить толщину покрытия для придания частицам необходимой оптической плотности. Также данный процесс требует подбора красителя к каждому материалу частицы для получения хорошей адгезии.
В заявляемом решении для создания частиц применяют способ послойного нанесения оптического материала на частицы методом полиионного послойного нанесения слоев красителя и электролита, обладающих противоположными по знаку электрическими зарядами в водном растворе. В водном растворе практически любая частица приобретает некий заряд на поверхности. Если такие частицы поместить в раствор полиэлектролита, полиион которого имеет противоположный знак с поверхностью частицы, то произойдет адсорбция полиионов на поверхности. Данный слой изменит заряд частицы на противоположный. Последовательно помещая частицы в растворы полиэлектролитов разных знаков, можно получить многослойное полимерное покрытие. Такой метод называется методом полиионной сборки. Он позволяет наносить большое количество чередующихся слоев, что невозможно осуществить каким-либо другим способом. Еще одним важным свойством полиионного нанесения является его универсальность, благодаря тому, что, по сути, необходимым условием послойного нанесения является электростатическое притяжение слоев вне зависимости от их химической природы для обеспечения адгезии.
Для получения частиц согласно заявляемому изобретению последовательно наносят на частицы слои водорастворимых полиэлектролитов противоположных знаков таким образом, чтобы совокупность таких слоев являлась оптическим материалом. Для этого, по крайней мере, один из чередующихся слоев должен состоять из материала, который либо изменяет спектр похождения светового потока, либо рассеивает, либо частично поглощает световой поток. Таким материалом может, например, являться материал, содержащий органический краситель. Также воможно создание композитной оболочки с включением наночастиц, например металлов или квантовых точек Использование фотолюминесцентных материалов (например, квантовые точки, красители, обладающие фотолюминесценцией) позволит изготавливать анизометрические частицы, обладающие фотолюминесцентным эффектом. Нанесение слоев производят следующим образом. Частицы смешивают с раствором электролита, обладающего противоположным поверхности частицы знаком электрического заряда, диспергируют, например, путём обработки в ультразвуковой ванне. Обрабатывают частицы в ротационном шейкере, центрифугируют, производят отбор супернатанта, промывают в чистой деионизованной воде, взбалтывают на вибраторе. Затем производят повторное центрифугирование и отбор супернатанта. Повторяют промывку, взбалтывание на вибраторе, центрифугирование и отбор супернатанта несколько раз.
Далее процесс повторяют для полиэлектролита противоположного знака. Таким образом, происходит чередование нанесения слоев противоположных знаков.
В качестве одного из слоев может использоваться краситель, обладающий противоположньм предыдущему слою полиэлектролиту знаком заряда. В присутствии красителя повторяют все этапы: диспергируют, например, путём обработки в ультразвуковой ванне, обрабатывают частицы в ротационном шейкере, центрифугируют, производят отбор супернатанта, промывают в чистой деионизованной воде, взбалтывают на вибраторе, затем производят повторное центрифугирование и отбор супернатанта, повторяют промывку, взбалтывание на вибраторе, центрифугирование и отбор супернатанта несколько раз.
В зависимости от требуемого количества слоев повторяют всю последовательность действий требуемое количество раз.
Так как краситель адсорбируется на молекулы полиэлектролита, то свойства поверхности самой частицы имеют второстепенное значение. Молекулы слоев удерживаются электростатическими и ван-дер-ваальсовыми силами. Таким образом, появляется возможность создавать толстые цветные оболочки. Толщина покрытия, определяемая количеством слоев оболочки частиц, уже зависит только от требований по цвету и плотности, и не определяется самим процессом и свойствами поверхности частицы. Кроме того, очень легко проводить подстройку цветовой гаммы просто последовательно адсорбируя разные красители.
После нанесения необходимого количества слоев для придания частицам требуемых оптических свойств, частицы должны быть переведены из водного раствора в высокорезистивную, как правило, неполярную, жидкость с дисперсантами.
Оптическая заслонка, выполненная согласно заявляемому изобретению, может эффективно поглощать или пропускать электромагнитное излучение не только видимого спектра, но и, например, ультрафиолетовое или инфракрасное излучение. Для этого материал сердцевины или оболочки частиц должен быть оптически активен в указанных диапазонах, отражать или поглощать ультрафиолетовое или инфракрасное излучение.
Основным применением описанной оптической заслонки являются "умные стекла". При этом для уменьшения мутности, связанной с рассеиванием света на частицах, средний размер частиц должен быть меньше примерно половины длины волны в спектре пропускания. Тогда частицы должны иметь средний размер не более 400 нм для красного цвета и не более 200 нм для синего цвета. Для сохранения хорошего контраста аспектное соотношение должно быть не меньше как минимум 3:1, но желательно не менее 10:1.
Применение описанных оптических заслонок, например, для приватных перегородок, то есть тех перегородок, которые изменяются между прозрачным и непрозрачным (диффузионным) состояниям, материал анизометрических частиц должен иметь отличный от окружающей среды показатель преломления. Тогда свет, преломляясь на границе раздела частица-среда, рассеивается. При увеличении размера частиц мутность заслонки будет возрастать.
Пример.
Частица ZnO, с!=90нм, L= 1 мкм. Краситель Red 80, полиэлектролит PDDA.
Концентрации рабочих растворов.
Figure imgf000008_0001
Последовательность действий
1. Смешивание частиц с раствором полиэлектролита PDDA.
2. Обработка в ультразвуковой ванне 5 минут.
3. Обработка в ротационном шейкере 5 минут.
4. Центрифугирование 5000 g в течение 5 минут (подбирается экспериментально под разные частицы).
5. Отбор супернатанта.
6. Добавление чистой деионизованной воды.
7. Взбалтывание на виброплатформе Vortex.
8. Центрифугирование 5000 g в течение 5 минут.
9. Отбор супернатанта.
10. Повтор п. 6-9 два раза.
11. Добавление раствора красителя Red 80.
12. Повторение п.п. 2-10.
13. Повторение п.п.1-12 три раза.
На выходе суспензия окрашенных ZnO частиц в воде. Для оптической заслонки необходимо перевести частицы в слабопроводящую жидкость. Для стабилизации суспензии необходимо использовать диспергент. В качестве слабопроводящей жидкости используется промышленный растворитель Isopar G. В качестве диспергентов используем OLOA 1200.
14. Центрифугирование 5000 g.
15. Отбор супернатанта (водяного)
16. Добавление ацетона. Взбалтывание на виброплите Vortex.
17. Центрифугирование на 1500 g
18. Отбор супернатанта (ацетон).
19. Повтор п.п.16-18 три раза.
20. Добавление раствора диспергента в неполярном растворителе (Изопар G).
21. Ультразвуковая обработка.
На выходе суспензия окрашенных частиц ZnO в слабопроводящей жидкости, стабилизированной OLOA1200.
Для изготовления оптической заслонки необходимо суспензию поместить между двух прозрачных электродов. В качестве прозрачного электрода можно выбрать пленку оксида индия на стекле. Для изоляции электродов можно использовать пленку оксида кремния толщиной до 500 нм. Расстояние между электродами контролируется при помощи спейсеров толщиной 200 мкм.
Изготовленная таким образом оптическая заслонка будет иметь красный цвет и обладать определённой степенью прозрачности, поглощения и рассеивания света в отсутствии приложенного напряжения. При прикладывании напряжения степень прозрачности, поглощения и рассеивания света оптической заслонки изменятся.
Указанный пример не ограничивает варианты ваыполнения заявлемого решения.

Claims

Формула изобретения
I . Оптическая заслонка, содержащая суспензию частиц в высокорезистивной жидкости, заключенной между двумя панелями, по крайней мере, одна из которых оптически прозрачная, с нанесёнными на них электрически проводящими электродами, по крайней мере, один из которых, размещенный на оптически прозрачной панели, оптически прозрачный, отличающаяся тем, что в качестве частиц используют частицы анизометрической формы, имеющие сердцевину и оболочку, при этом оболочка выполнена из оптического материала.
2. Оптическая заслонка по п.1 отличающаяся тем, что сердцевина частиц выполнена из металла.
3. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что сердцевина частиц выполнена из электропроводящего полимера.
4. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что сердцевина частиц выполнена из сополимера.
5. Оптическая заслонка по п. 1, отличающаяся тем, что сердцевина частиц выполнена из полупроводникового материала.
6. Оптическая заслонка по п. 1, отличающаяся тем, что сердцевина частиц выполнена из оксидов металлов, имеющих полупроводниковые свойства.
7. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что сердцевина выполнена из материала, поглощающего инфракрасное излучение.
8. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что сердцевина выполнена из материала, отражающего инфракрасное излучение.
9. Оптическая заслонка по п. 1, отличающаяся тем, что сердцевина выполнена из материала, поглощающего ультрафиолетовое излучение.
10. Оптическая заслонка по п. 1, отличающаяся тем, что сердцевина выполнена из материала, отражающего ультрафиолетовое излучение.
I I. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что для формирования оболочки частиц используют способ полиионного послойного нанесения оптического материала.
12. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что, по крайней мере, один слой оболочки содержит водорастворимый краситель.
13. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что частицы имеют наибольший размер в диапазоне от 50 до 20000 нм.
14. Оптическая заслонка по п. 8, отличающая чем, что частицы имеют наибольший размер в диапазоне от 50 до 300 нм.
15. Оптическая заслонка по п. 1, отличающаяся тем, что частицы имеют среднее аспектное соотношение в диапазоне от 3:1 до 100:1
16. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что, по крайней мере, один слой оболочки вьшолнен из материала, содержащего наночастицы.
17. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что, по крайней мере, один слой оболочки выполнен из материала, содержащего квантовые точки.
18. Оптическая заслонка по п. 1 отличающаяся тем, что, по крайней мере, один слой оболочки вьшолнен из материала, обладающего фотолюминесценцией.
ю
PCT/RU2017/000405 2017-06-13 2017-06-13 Оптическая заслонка WO2018231084A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000405 WO2018231084A1 (ru) 2017-06-13 2017-06-13 Оптическая заслонка

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2017/000405 WO2018231084A1 (ru) 2017-06-13 2017-06-13 Оптическая заслонка

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018231084A1 true WO2018231084A1 (ru) 2018-12-20

Family

ID=64660426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000405 WO2018231084A1 (ru) 2017-06-13 2017-06-13 Оптическая заслонка

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018231084A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4126854A (en) * 1976-05-05 1978-11-21 Xerox Corporation Twisting ball panel display
US5708525A (en) * 1995-12-15 1998-01-13 Xerox Corporation Applications of a transmissive twisting ball display
US20010046021A1 (en) * 1997-08-28 2001-11-29 Takeshi Kozuka A conductive particle to conductively bond conductive members to each other, an anisotropic adhesive containing the conductive particle, a liquid crystal display device using the anisotropic conductive adhesive, a method for manufacturing the liquid crystal display device
US7119161B2 (en) * 2004-03-31 2006-10-10 Solaris Nanosciences, Inc. Anisotropic nanoparticles and anisotropic nanostructures and pixels, displays and inks using them

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4126854A (en) * 1976-05-05 1978-11-21 Xerox Corporation Twisting ball panel display
US5708525A (en) * 1995-12-15 1998-01-13 Xerox Corporation Applications of a transmissive twisting ball display
US20010046021A1 (en) * 1997-08-28 2001-11-29 Takeshi Kozuka A conductive particle to conductively bond conductive members to each other, an anisotropic adhesive containing the conductive particle, a liquid crystal display device using the anisotropic conductive adhesive, a method for manufacturing the liquid crystal display device
US7119161B2 (en) * 2004-03-31 2006-10-10 Solaris Nanosciences, Inc. Anisotropic nanoparticles and anisotropic nanostructures and pixels, displays and inks using them

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5961804A (en) Microencapsulated electrophoretic display
US4442019A (en) Electroordered dipole suspension
US20020154382A1 (en) Electrochromic-nanoparticle displays
KR20150063321A (ko) 무선 충전 식별 방법 및 장치
WO1998041899A9 (en) Improved microencapsulated electrophoretic display
JP4033225B1 (ja) 表示媒体、表示装置および表示方法
JP2013538365A (ja) 表示装置、表示方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体
US20050227063A1 (en) Plasmon nanoparticles and pixels, displays and inks using them
DE112010003038T5 (de) Anzeigeverfahren und -vorrichtung mit photonischen Kristalleigenschaften
KR102672917B1 (ko) 색 가변 캡슐을 포함하는 화장료 조성물.
KR101880703B1 (ko) 반사형 표시 입자, 반사형 표시 장치 및 그 제조 방법
JP2015505622A (ja) 磁性粒子を用いた表示方法、フィルムおよび表示装置
Nguyen et al. Fabrication of transparent thin film of octahedral molybdenum metal clusters by electrophoretic deposition
JP2023033545A (ja) 可変光透過デバイスのための駆動方法
US10732480B2 (en) Transparency and color tunable electro-optical device using colloidal core/shell nanoparticles
JP2006003924A (ja) 蛍光電子ペーパ
JP5061318B2 (ja) 表示デバイス用粒子、電気泳動表示用液および表示デバイス
WO2018231084A1 (ru) Оптическая заслонка
JP2008152211A (ja) 表示デバイス用粒子、電気泳動表示用液および表示デバイス
JP4377554B2 (ja) 表示装置
JP2006235137A (ja) 電気泳動表示用液、それを用いた表示媒体及び表示装置
EP0697615A2 (en) Display device
US20220267667A1 (en) Smart nanoscale materials with colloidal core/shell nanoparticles
KR20120010147A (ko) 표시 방법 및 장치
JP2002250944A (ja) 電気泳動表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17913615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17913615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 14/05/2020)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17913615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1