KR20020019066A

KR20020019066A - 이방성 형상의 탄소 및/또는 흑연 입자, 이 입자의 액체현탁 물질 및 필름과, 이 입자로 구성된 광 밸브

Info

Publication number: KR20020019066A
Application number: KR1020017015724A
Authority: KR
Inventors: 색스로버트엘
Original assignee: 리서치 프론티어스 인코퍼레이티드
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2002-03-09
Also published as: CA2375735A1; EP1192501A4; CA2375735C; DE60031537T2; JP2003501694A; US6529312B1; WO2000075717A1; AU5727400A; WO2000075717A8; JP4025070B2; KR100447301B1; ATE343810T1; EP1192501B1; DE60031537D1; EP1192501A1

Abstract

본 발명은 액체 광 밸브 현탁 물질, 필름 및 광 밸브의 입자로서 이용하기 위한 이방성 형상의 탄소 함유 입자를 제공하는 것이다. 이 이방성 탄소 함유 입자는 결정질 또는 무정질 입자이고, 예컨대 원섬유(fibril)를 포함하여 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 전술한 목적은 이들 입자의 형상 및 크기를 세심하게 제어함으로써 달성된다.

Description

이방성 형상의 탄소 및/또는 흑연 입자, 이 입자의 액체 현탁 물질 및 필름과, 이 입자로 구성된 광 밸브{ANISOMETRICALLY SHAPED CARBON AND/OR GRAPHITE PARTICLES, LIQUID SUSPENSIONS AND FILMS THEREOF AND LIGHT VALVES COMPRISING SAME}

광(光) 밸브가 광 조절용으로 공지된 것은 60년 이상 되었다. 본원에 사용되는 바와 같이, 광 밸브는 짧은 거리를 두고 떨어져 있는 2개의 벽으로 형성된 셀(cell)로서 설명될 수 있으며, 이들 벽 중의 적어도 하나는 투과성이며, 이들 벽은 그 표면에 대체로 투과성 전도 피복체의 형태의 전극을 구비한다. 상기 셀은 광 조절 요소를 포함하며, 이 조절 요소는 복수의 입자로 이루어진 액체 현탁 물질과, 복수의 입자로 이루어진 액체 현탁 물질의 복수의 방울이 분배되고 나서 캡슐형태로 담긴 플라스틱 필름 가운데 어느 하나가 될 수 있다.

이 액체 현탁 물질(때로는, 본 발명에서 "액체 광 밸브 현탁 물질"로서도 언급됨)은 액체 현탁 매체 중에 현탁된 복수의 작은 입자로 구성된다. 전기장이 인가되지 않은 경우, 액체 현탁 물질 속의 입자는 무질서한 브라운 운동을 하며, 따라서 셀 속을 통과하는 광 빔은 셀 구조, 입자의 성질 및 농도, 그리고 광의 에너지 함량에 따라 반사, 전달 또는 흡수된다. 따라서, 상기 광 밸브는 OFF 상태에서 비교적 어둡다. 그러나, 전기장이 광 밸브의 액체 광 밸브 현탁 물질을 통해 인가되는 경우, 이들 입자는 정렬되어 다량의 현탁 물질에 대해 대부분의 광은 셀을 통과할 수 있다. 따라서, 이 광 밸브는 ON 상태에서 비교적 투명하다.

이들 광 밸브의 용도는 이 밸브를 통과하는 빛의 양을 조절하기 위해 예컨대 문자 표시 장치, 텔레비젼 표시 장치, 윈도우, 선루프, 차양판, 거울, 안경알 등을 포함하여 수 많은 응용 물품에 제안되어 왔었다. 또한, 본원에 설명된 형태의 광 밸브는 "현탁된 입자 장치(suspended particle device) 또는 SPD"로서 공지되어 있다.

많은 용도에 대하여, 활성 가능한 물질, 즉 광 조절 요소는 액체 현탁 물질 보다는 차라리 플라스틱 필름이 바람직하다. 예를 들면, 가변형 광 전달 윈도우로서 사용된 광 밸브에 있어서, 액체 현탁 물질의 방울이 분배되는 플라스틱 필름은 액체 현탁 물질 단독에 비해 더욱 바람직한데, 그 이유는 유체 정압 효과, 예컨대 액체 현탁 물질의 높은 칼럼과 관련된 융기 현상을 필름의 사용에 의해 피할 수 있고, 잠정적인 누설 우려도 역시 피할 수 있기 때문이다. 플라스틱 필름을 사용하는 다른 장점은 플라스틱 필름에서 복수의 입자는 일반적으로 단지 매우 작은 방울 범위 내에서만 존재하며, 이에 따라 필름이 전압을 통해 반복적으로 활성화되는 경우에 뚜렷하게 덩어리 모양으로 뭉쳐지지 않는다.

본원에 사용되는 "광 밸브 필름"이라 함은 복수의 입자로 이루어진 액체 현탁 물질의 복수의 방울이 필름에 분배되어 있는 필름을 의미한다.

미국 특허 제5,409,734호는 균질 용액으로부터 상(相) 분리에 의해 제조되는 광 밸브 필름의 한가지 형태를 예시하고 있다. 가교 결합 에멀션(cross-linking emulsion)에 의해 제조된 광 밸브 필름도 역시 공지되어 있다. 본 발명의 양수인에게 양도되어 있는 미국 특허 제5,463,491호 및 제5,463,492호를 참조하라. 상기 모든 특허는 다른 특허 및 본원 또는 기타에 인용된 참고 자료를 포함하여 본 발명에 대한 참고 자료로서 본 출원에 병합되어 있다.

절단되어 편광 선글라스 렌즈로 성형될 수 있거나 필터로서 사용될 수 있는 때로는 "시트 편광기(sheet polarizer)"라고 불리워지는 편광 시트와 같은 경화된 현탁 물질(set suspensions)에 사용하기 위해, 편광 입자는 셀룰로즈 아세테이트 또는 폴리비닐 알콜 등과 같은 적절한 필름 성형 재료로 만들어진 시트 전체에 걸쳐 분산 또는 분배될 수 있다. 시트 편광기에 사용하기 위한 경화된 현탁 물질을 제조하는 방법은 종래 기술에서 잘 알려져 있다. 그러나, 전술한 편광 입자는 움직일 수 없고, 다시 말해서 고정되어 있다는 점에 주목하는 것은 중요하다. 예를 들면, 미국 특허 제2,718,996호 및 제2,041,138호를 참조하라.

본 발명은 광 밸브용 및 광 밸브 현탁 물질용 이방성 형상의 탄소 및/또는 흑연 입자로 구성된 높은 안정성 입자에 관한 것이다.

액체 광 밸브 현탁 물질

1.액체 현탁 매체 및 안정제

액체 광 밸브 현탁 물질은 당해 기술 분야에서 공지된 어떤 액체 광 밸브 현탁 물질일 수도 있고, 당해 기술 분야의 숙련자에게 알려진 기법에 따라 제조될 수도 있다. 본원에 사용되는 "액체 광 밸브 현탁 물질(liquid light valve suspension)"이라는 용어는 복수의 작은 입자가 분산되어 있는 "액체 현탁 매체"를 의미한다. 이 "액체 현탁 매체"는 1종 이상의 비수성(非水性)의 전기 저항성 액체를 포함하며, 이 액체 속에서 복수의 입자가 덩어리 모양으로 뭉쳐지는 경향을 감소시키고, 이들 입자를 분산 상태 및 현탁 상태로 유지시키는 역할을 하는 적어도 1종의 폴리머 안정제가 용해되는 것이 바람직하다.

본 발명에 이용 가능한 액체 광 밸브 현탁 물질은 복수의 입자를 현탁시키기 위한 광 밸브용으로 이전에 제안된 액체 현탁 매체 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 당해 기술 분야에서는 공지되어 있으면서 본 발명에 이용 가능한 액체 현탁 매체는 미국 특허 제4,247,175호 및 제4,407,565호에 개시된 액체 현탁 매체를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일반적으로, 액체 현탁 매체와, 이 매체에 용해된 폴리머 안정제 중 어느 하나 또는 둘 모두는 현탁된 복수의 입자를 중력 평형 상태로 유지시키기 위해 선택된다.

이 폴리머 안정제는 사용시 복수의 입자 표면에 결합하지만, 마찬가지로 액체 현탁 매체의 비수성 액체 또는 액체들 속에서 용해되는 단일 종의 고체 폴리머일 수 있다. 선택적으로, 2종 이상의 고체 폴리머 안정제도 폴리머 안정제 시스템으로 역할을 할 수 있다. 예를 들면, 복수의 입자는 이들 입자에 평면 피복부를 실질적으로 제공하는 니트로셀룰로스와 같은 제1종의 고체 폴리머 안정제에 의해, 그리고 제1종의 고체 폴리머 안정제에 결합하거나 관여하고, 또한 액체 현탁 매체 속에 용해되어 복수의 입자를 분산시키거나 입체적으로 보호하는 1종 이상 추가의고체 폴리머 안정제에 의해 피복될 수 있다. 또한, 액체 폴리머 안정제는, 특히 미국 특허 제5,463,492호에 기재되어 있는 바와 같이, SPD 광 밸브 필름에 유리하게 사용될 수 있다.

2.입자

복수의 무기질 및 유기질 입자가 광 밸브 현탁 물질에 사용될 수 있고, 이들 입자는 광 흡수성 또는 광 반사성을 가질 수 있다.

종래의 SPD 광 밸브는 일반적으로 콜로이드 크기의 다할로겐화물 입자가 사용되어 왔는데, 즉 이들 입자의 평균 최대 치수는 일반적으로 약 1 미크론 이하이다. 바람직하게는, 대부분의 다할로겐화물 입자는 광 산란을 최대한 적게 유지하기 위해 청색광의 ½파장, 즉 2000 Å 이하 보다 짧은 최대 치수를 가진다.

종래 기술의 다할로겐화물 입자에 대한 상세한 검토는, 소비에트 사회주의 공화국 연방의 일반 화학 저널(The Journal of General Chemistry, U.S.S.R.) 20권 1005-1016면(1950)에 고디나(D.A. Godina)와 페르만(G.P. Faerman)에 의해 발표된 "다요오드화물의 광학적 특성 및 구조(The Optical Properties and Structure of Polyiodides)"에서 이루어질 수 있다.

예컨대, 헤라파티트(Herapathite)는 퀴닌 황산수소염 다요오드화물로서 정의되어 있고, 그 화학식은 4C₂₀H₂₄O₂N₂ㆍ3H₂SO₄ㆍ2HIㆍI₄ㆍ6H₂O이며, Merck Index, 제10판(Merck & Co., Inc., Rahway, N.J.)에 "퀴닌 요오드황산염(quinine iodosulfate)"라는 명칭으로 제공되어 있다. 복수의 다요오드화물 화합물에서, 요오드화물 음이온은 사슬을 형성하는 것으로 생각되고, 이들 화합물은 강한 광 편광제이다. 미국 특허 제4,877,313호와, 타이텔바움(Teitelbaum) 등의 명의의 JACS 100(1978), 3215-3217면을 참조하라. "다할로겐화물(polyhalide)"라는 용어는 다할로겐화물과 같은 화합물을 의미하는 것으로 본원에서 사용되고 있지만, 적어도 몇가지 요오드화물 음이온이 다른 할로겐화물 음이온에 의해 치환될 수 있다. 더 최근에는, 광 밸브용의 개질된 다할로겐화물 입자가 미국 특허 제4,877,313호, 제5,002,701호, 제5,093,041호 및 제5,516,463호에서 제안된 적이 있었다. 이들 "다할로겐화물 입자"는 일반적으로 질소를 함유하고 있는 유기 화합물을 자연 상태의 요오드(elemental iodine)와 할로겐화수소산, 또는 암모늄 또는 알칼리 금속 할로겐화물 또는 알칼린 토금속 할로겐화물과 반응시킴으로써 형성된다. 이들 유기 화합물은 본원에서는 "전구체(Precursor)"로 언급되고 있다.

그러나, 이들 입자가 상업적으로 이용될 수 있기 위해서는, 액체 광 밸브 현탁 물질에 이용된 이들 입자는 필름으로 구체화되는 지의 여부를 불문하고 높은 화학적 및 환경적 안정성을 가질 필요가 있다. 높은 환경적 안정성을 가진 입자를 얻기 위해, 이번에는, 광 밸브 현탁 물질 및 필름에 다할로겐화물 외의 입자를 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 구체적으로는 그러한 입자로 이루어진 물질의 안정성이 우수한 것으로 공지되어 있는 경우이다.

광 밸브에 흑연을 사용하는 것이 미국 특허 제1,963,496호에 최초로 제안되었다. 그러나, 광 밸브 현탁 물질 또는 필름에 종래의 흑연 입자를 사용하는 데에 유의할 단점은 이 입자의 광 밸브 현탁 물질이 활성화되는 경우에 신속하게 덩어리 모양으로 뭉쳐지는 경향이 있다는 것이다. 또한, 종래 기술의 흑연 입자는 허용할수 없는 정도로 다량의 광을 분산시킬 뿐만 아니라, 중력적인 당김(인력)으로 인해 침전하는 것으로 알려져 있다.

공지된 많은 종류의 안료가 페인트, 니스 및 잉크의 착색제로서 이용되고 있다. 일반적으로, 그러한 안료는 평균 입자 크기가 0.1 ∼ 10 미크론의 범위이지만, 대개의 경우 1 미크론 또는 그 이상이다. 이들 작은 입자를 얻기 위해, 기계적 장치를 종종 이용하여 고체 입자를 더 작은 입자로 분쇄시킨다. 이러한 목적을 위해, 통상적으로 볼 밀, 마멸기, 그리고 비드 밀(bead mill) 및 롤 밀(roll mill)이 이용된다.

그렇지만, 그러한 기계적인 방법에 의해 제조된 복수의 입자로 이루어진 광 밸브 현탁 물질의 용도는 몇가지 중요한 이유로 실용적이지 못하다. 첫번째, 이들 입자가 대개 너무 크며, 일반적으로 1 미크론 이상의 평균 크기(직경)을 가지고 있기 때문이다, 두번째, 이들 입자가 미크론 이하의 크기로 제조되는 경우라도, 이들 입자는 연마 및 분쇄 공정에 의해 구형 또는 불규칙한 모양으로 되는 경향이 있고, 이들 입자의 종횡비(aspect ratio)를 감소시키거나 실질적으로 제거해 버리기 때문이다. 광 밸브 현탁 물질의 용도를 위해서는, 이들 입자는 이방성 형상을 가지는 것이 중요하며, 따라서 이들 입자의 이방성 형상은 전기장 또는 자기장에서 방향성을 촉진시키기 때문에, 바늘, 막대 또는 평판 등과 같은 형상을 가진 입자가 바람직하고, 일반적으로 필요한 것이다. 세번째, 기계적 분쇄의 원천적인 단점은 크기의 분포가 광범위하고, 그 결과 심지어 평균 입자 크기가 1 미크론 미만인 경우 조차도 1 미크론 이상의 크기를 가진 입자가 존재하는 것이 일반적이기 때문이다. 0.2 미크론(청색광의 ½파장) 이상의 입자는 빛을 산란시키는 경향이 있고, 그러한 산란 현상은 입자 크기에 비례하여 지수적으로 증가한다. 이러한 사실과, 비교적 큰 입자가 덩어리화를 촉진시킨다는 사실은 그와 같이 분쇄된 입자가 광 밸브 현탁 물질용으로 바람직하지 못한 지에 대한 원인이다. 따라서, 당해 기술 분야에서는 복수의 극미세 입자로 이루어진 광 밸브 현탁 물질을 가진 광 밸브에 대한 필요성이 있다.

게다가, 다양한 형태의 입자가 광 밸브용으로 종래 기술에서 제안된 적이 있었지만, 이제까지는 다요오드화물 입자를 제외하면, 미크론 미만의 크기, 이방성 형상 및 우수한 광학적 특성을 가진 입자를 얻는 것이 실용화되지 못했다. 그러나, 어떤 경우에는, 다요오드화물 입자가 자외 방사선에 충분하게 안정적이지 못할 수 있고, 이와 같은 다요오드화물 입자로 이루어진 광 밸브 현탁 물질은 색상 및 효율면에서 열악해질 수 있으며, 이는 광 밸브 현탁 물질 또는 필름에 대한 UV 방사선 흡수 수단을 포함하여 UV 방사선이 SPD에 충돌하기 전에 UV 방사선을 차단할 UV 방사선 필터를 사용하는 것과 같이, 특수한 조치를 취하여 UV 방사선에 대한 보호를 하는 일없이 상기 현탁 물질이 강력한 자외 방사선에 더 긴 시간 동안 노출되는 경우이다. 또한, 거의 모든 다요오드화물 입자는 청색으로 한정되고 있지만, 청색이 아닌 오프 상태의 색상(off-state color)을 가진 광 밸브 현탁 물질을 가지는 것도 마찬가지로 바람직하다. 따라서, 광 밸브 현탁 물질을 위한 신규한 형태의 복수의 입자가 요구되고 있으며, 이때 이들 입자는 적절하게 작은 크기와 이방성 형상을 가지고, 현저한 품질 저하없이 장기간의 시간 동안 높은 세기의 자외 방사선에 견디고/견디거나, 다양한 오프 상태의 색상을 가지는 것들이다.

미국 특허 제5,650,872호에는 광 밸브 또는 전기 영동 표시 장치와 같은 전기 광학적 장치가 개시되어 있으며, 이 장치는 대향 배치된 셀 벽으로 형성된 셀과, 이들 셀 벽 사이의 액체 현탁 매체 중에 현탁된 이방성 입자를 수용한 현탁 물질을 가진 광 조절 유닛과, 상기 현탁 물질을 가로 질러 전기장을 인가하기 위해 상기 셀 벽과 작동 가능하게 조합된 대향 배치된 전극 수단을 구비하며, 상기 이방성 입자는 약 0.2 미크론 이하, 바람직하게는 약 0.1 미크론 이하의 평균 입자 크기를 가진다.

미국 특허 제5,650,872호에 개시된 다른 실시 형태에서는, 대향 배치된 셀 벽으로 형성된 셀과, 이들 셀 벽 사이의 액체 현탁 매체 중에 현탁된 이방성 입자를 수용한 액체 광 밸브 현탁 물질을 가진 광 조절 유닛과, 상기 현탁 물질을 가로질러 전기장을 인가하기 위해 상기 셀 벽과 작동 가능하게 조합된 대향 배치된 전극 수단을 구비하며, 상기 이방성 입자는 증발 분산법에 의해 제조된다. 상기 액체 광 밸브 현탁 물질은 이를 가로질러 전기장이 인가된 경우에 이를 통과하는 빛의 전달을 감소시킬 수 있다.

미국 특허 제5,650,872호에 사용된 액체 광 조절 현탁 물질은 광범위한 어레이의 오프 상태의 색상을 가지며, 심각한 품질 저하없이 장기간의 시간 동안 고도의 자외 방사선에 견딜 능력에 관하여 다요오드화물 입자에 비해 우수한 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 미국 특허 제5,650,872호에 따라 제조된 모든 입자는 증발 분산법으로 제조되어야만 하며, 이 방법은 충분하게 작은 이방성 형상을 가진 탄소또는 흑연을 형성하기 위해 개시된 것은 아니었다.

본 발명은 광 밸브 현탁 물질에 종래의 탄소 및/또는 흑연 입자를 이용하는 여러가지 단점을 해소하기 위해 시도한 것이며, 그 결과는 이하의 설명으로부터 명백하게 된다.

본 발명은 적절한 크기를 가진 이방성 탄소 및/또는 흑연 입자가 제조될 수 있고 액체 광 밸브 현탁 물질, 필름 및 광 밸브의 입자로서 이용될 수 있다는 발견에 기초하고 있다. 이러한 광 밸브에 이용되는 입자는 다양한 기하학적 형상으로 될 수 있다. 구체적인 기하학적 형상에 대해서는 이들 입자가 이방성을 가지는 한도에서는 한계가 없다. 이방성 입자에 대한 무제한적인 예로서는 원섬유(fibril)가 있다.

탄소 원섬유는 약 3.0 ∼ 66 나노미터 범위에 이르는 실질적으로 일정한 평균 직경 및 이 직경의 적어도 약 3배인 평균 길이에 특징이 있는 대체로 원통형인 개별 탄소 입자이며, 이 원섬유의 길이는 평균 약 200 나노미터 미만이다. 바람직하게는, 이 탄소 원섬유는 이것의 원통형 축선을 중심으로 실질적으로 동심 상태로 배치되어 있는 다중이면서 거의 연속적인 층의 정렬된 탄소 원소로 이루어진 적어도 하나의 외측 영역을 포함한다. 또한, 전체 원섬유에는 열적인 탄소 피복이 실질적으로 없는 것이 바람직하다. 본원에서 사용되는 "탄소 원섬유"라는 용어는 평균 길이가 약 200 나노미터 이하인 탄소 및/또는 흑연 필라멘트를 의미한다.

본 발명은 무정질 탄소 및 결정질 탄소(흑연) 입자 모두를 포함하는 경우라도, 흑연 입자가 주어진 크기의 입자에 대하여 전기 전도도가 일반적으로 더 높기 때문에 바람직하다. 따라서, 본 발명에 이용 가능한 이방성 입자는 이방성 입자를 포함하며, 이 입자는 전부 무정질 탄소로 또는 전부 흑연으로 구성되거나, 또는 개별 코어를 가질 수 있고, 중공형으로 될 수 있거나, 또는 1개 층 또는 여러 층의 흑연에 의해 중첩된 무정질 탄소로 구성될 수 있다. 이 이방성 입자가 예컨대 원섬유와 같이 개별 코어를 가지는 경우, 이 입자 또는 원섬유는 그 외경의 약 0.1 ∼ 0.4배의 벽 두께를 가진다.

탄소 원섬유를 제조하는 방법은 당해 기술 분야에서 공지되어 있다. 예를 들면, 전체가 본원에 참고 자료로서 병합되어 있는 미국 특허 제4,663,230호를 참조하라.

예컨대 원섬유와 같은 탄소 및/또는 흑연 입자를 액체에 분산시키는 방법은 당해 기술 분야에서 공지되어 있다. 일반적으로, 분산 상태의 액체 중에 용해 가능한 폴리머는 그 구조에 있어서 충분한 개수의 저극성 또는 무극성 결합기(group)를 가지는 경우 본 발명의 탄소 입자에 결합하여 이 입자를 분산시킨다. 이 저극성 또는 무극성 결합기에 대한 무제한적인 예로서는 알킬 및 아릴 탄화수소기가 있으며, 고극성 결합기는 예컨대 이오노머, 하이드록실, 카복실 또는 에틸렌 옥사이드와 같은 알킬렌 옥사이드의 결합기를 포함한다. 이들 탄소 입자용의 계면 활성제 및 분산제는 당해 기술 분야에서 공지되어 있다. 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 광 밸브 현탁 물질용의 적절한 코폴리머(공중합체)와 폴리머 분산 시스템을 개시하고 있는 미국 특허 제4,164,365호, 제4,273,422호 및 제5,279,773호를 마찬가지로 참조하라.

현실적인 문제로서, 탄소 원섬유는 약 3.0 나노미터 미만의 직경으로 쉽게 제조될 수 없다. 광 밸브 현탁 물질에서 빛 산란을 매우 낮추기 위해, 원섬유의 길이는 평균 약 200 나노미터(청색광의 ½파장) 미만이어야 한다. 바람직하게는 본 발명의 현탁 물질 중에 단지 5%의 입자만이 200 나노미터 이상의 길이를 가지며, 더 바람직하게는 1% 이하의 입자가 200 나노미터 이상의 길이를 가지며, 가장 바람직하게는 0.2% 이하의 입자가 200 나노미터 이상의 길이를 가진다.

다른 한편, 원섬유와 같은 이들 입자의 길이가 너무 짧은 경우, 다른 문제가 발생한다. 매우 짧은 길이의 입자로 이루어진 현탁 물질은 비교적 높은 전압에 맞춰질 필요가 있는 반면에, 더 긴 입자는 이의 큰 토크로 인해 더 낮은 전압을 필요로 한다. 따라서, 현실적인 문제로서, 이들 입자는 50 나노미터 이상의 평균 길이를 가지는 것이 바람직하다. 이방성 탄소 입자로 된 현탁 물질은 그 입자의 5% 이하가 50 나노미터 미만의 길이를 가지는 것이 바람직하고, 이들 입자의 1% 이하가 50 나노미터 미만의 길이를 가지는 것이 더 바람직하고, 이들 입자의 0.2% 이하가 50 나노미터 미만의 길이를 가지는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에서는 종횡비, 즉 길이 대 너비의 비율이 약 3 : 1 이상, 바람직하게는 약 10 : 1 이상, 더욱 바람직하게는 약 20 : 1 이상을 가진 이방성 물질을 얻는 그런 방식으로 제조되는 탄소 및/또는 흑연 입자가 이용될 수 있다. 이들 입자는 이의 길이 또는 너비 보다는 실질적으로 작은 두께를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에 이용 가능한 입자는 최대 유효 치수가 평균 200 나노미터 이하가되도록 치수 조정되어야 한다. 이 최대 유효 치수는 약 50 ∼ 200 나노미터 범위이어야 하는 것이 바람직하고, 평균 약 75 ∼ 180 나노미터 범위로 되어야 하는 것이 더욱 바람직하다.

분쇄는 분쇄된 입자의 종횡비를 감소시키기 때문에 일반적으로 유해하지만, 이 분쇄 과정은 입자의 3개 차원의 치수 중 2개 차원의 치수가 극도로 작은 경우라면 이용될 수 있다. 예를 들면, 원통형으로 형성된 원섬유가 매우 작은 평균 직경, 예컨대 10 나노미터의 평균 직경과, 1 미크론 이상의 평균 길이를 가지는 경우에, 이들 원 섬유는 입자의 직경에 현저한 영향을 미치는 일없이 종래 기술에서 공지된 방법에 의해 분쇄되어 200 나노미터 이하의 평균 길이를 가질 수 있다.

상이한 크기 또는 크기 범위를 가진 복수의 입자는 여과법 및 원심 분리법과 같은 공지의 방법에 의해 서로 분리될 수 있다.

증착의 키랄성(chirality)은 튜브가 금속인지 또는 반도체인지의 여부를 결정한다. 복수의 탄소 나노 튜브는 이들의 키랄성에 따라 금속 또는 반도체일 수 있다.

본 발명의 탄소 입자로 된 분산 물질은 종래 기술에 기재된 것과 같은 분산제로서 역할을 하는 어떤 적합한 폴리머의 존재 하에서 원섬유와 같은 이방성 입자를 어떤 적합한 광 밸브 액체, 예컨대 이소펜틸 아세테이트 또는 트리펜틸 트리멜리테이트 속으로 신속하게 혼합시킴으로써 쉽게 제조될 수 있다.

원섬유와 같은 이방성 탄소 입자로 된 분산 물질은 광 밸브 내에 수용되어 AC 전압에 의해 활성화되는 경우, 셀을 통한 광 전달이 쉽게 증가하는 것이 관찰된다.

본 발명은 단일의 태양을 예시하는 것으로 의도되어 있는 예시적인 실시 형태에 의해 범위가 한정되지 않고, 본 발명의 범위에는 기능적으로 균등한 여러 실시 형태와 방법도 속한다는 것을 이해해야 한다. 실제로, 본 명세서에 기재된 것 외에도 본 발명의 다양한 변형 형태도 당해 기술 분야의 숙련자에게는 전술한 설명에 의해 자명하게 될 것이다.

Claims

대향 배치된 셀 벽으로 형성된 셀과, 이들 셀 벽 사이의 액체 현탁 매체에 현탁된 이방성 형상의 탄소 입자를 수용한 현탁 물질을 가진 광 조절 유닛과, 상기 현탁 물질을 가로질러 전기장을 인가하기 위해 상기 셀 벽과 작동 가능하게 조합된 대향 배치된 전극 수단을 포함하며, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 200 나노미터 이하의 평균 길이를 가지는 것인 전기 광학적 장치.
제1항에 있어서, 상기 전기 광학적 장치는 광 밸브이고, 상기 현탁 물질은 광 밸브 현탁 물질인 것인 전기 광학적 장치.
제2항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 50 ∼ 200 나노미터 범위의 평균 길이를 가지는 것인 전기 광학적 장치.
제2항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 75 ∼ 180 나노미터 범위의 평균 길이를 가지는 것인 전기 광학적 장치.
제2항에 있어서, 상기 광 밸브 현탁 물질은 액체 현탁 물질 또는 필름인 것인 전기 광학적 장치.
제2항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 무정질 또는 결정질 탄소인 것인 전기 광학적 장치.
제6항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 탄소 원섬유인 것인 전기 광학적 장치.
제7항에 있어서, 상기 탄소 원섬유는 약 3.0 ∼ 60 나노미터 범위의 평균 직경을 가지는 것인 전기 광학적 장치.
광 밸브용 액체 현탁 물질에 있어서,

액체 현탁 매체 중에 현탁된 이방성 형상의 탄소 함유 입자를 포함하고,

상기 이방성 형상의 탄소 함유 입자는 약 200 나노미터 이하의 평균 길이를 가지는 것인 광 밸브용 액체 현탁 물질.
제9항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 50 ∼ 200 나노미터 범위의 평균 길이를 가지는 것인 광 밸브용 액체 현탁 물질.
제9항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 75 ∼ 180 나노미터 범위의 평균 길이를 가지는 것인 광 밸브용 액체 현탁 물질.
제9항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 무정질 또는 결정질 탄소인 것인 광 밸브용 액체 현탁 물질.
제9항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 탄소 원섬유인 것인 광 밸브용 액체 현탁 물질.
제9항에 있어서, 상기 탄소 원섬유는 약 3.0 ∼ 60 나노미터 범위의 평균 직경을 가지는 것인 광 밸브용 액체 현탁 물질.
광 밸브 및 광 밸브 현탁 물질에 이용할 수 있는 이방성 형상의 탄소 입자로서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 200 나노미터 이하의 평균 길이를 가지는 것인 이방성 형상의 탄소 입자.
제15항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 50 ∼ 200 나노미터 범위의 평균 길이를 가지는 것인 이방성 형상의 탄소 입자.
제15항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 약 75 ∼ 180 나노미터 범위의 평균 길이를 가지는 것인 이방성 형상의 탄소 입자.
제15항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 무정질 또는 결정질 탄소인 것인 이방성 형상의 탄소 입자.
제15항에 있어서, 상기 이방성 형상의 탄소 입자는 탄소 원섬유인 것인 이방성 형상의 탄소 입자.
제19항에 있어서, 상기 탄소 원섬유는 약 3.0 ∼ 60 나노미터 범위의 평균 직경을 가지는 것인 이방성 형상의 탄소 입자.