KR20030092106A - 이방성 형상의 금속 입자, 그것의 리퀴드 현탁액 및 막,그리고 그것들을 포함하는 광 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리퀴드 광 밸브 현탁액, 광 밸브 막, 및 광 밸브에서의 이방성 형상의 금속 입자의 이용에 관한 것이다. 이 이방성 금속 입자는, 예컨대 피브릴을 포함한 다양한 기하학적 형상이며 그의 평균 길이의 범위는 약 1 미크론과 50 나노미터 사이일 수 있다.

Description

이방성 형상의 금속 입자, 그것의 리퀴드 현탁액 및 막, 그리고 그것들을 포함하는 광 밸브{ANISOMETRICALLY SHAPED METAL PARTICLES, LIQUID SUSPENSIONS AND FILMS THEREOF AND LIGHT VALVES COMPRISING SAME}

광 밸브는 60년 이상 동안 광을 변조하기 위한 것으로 알려져 있다. 본 명세서에 사용되는 "광 밸브"라는 용어는 간격이 작은 2개의 벽으로 형성된 셀로서 정의되며, 적어도 하나의 벽은 투명하고, 양 벽 위에는 대개 투명한 도전성 코팅의 형태로 전극이 형성되어 있다. 그 셀은 광변조 요소를 포함하고, 그 요소는 입자들의 리퀴드 현탁액이거나, 입자들의 리퀴드 현탁액의 액적(droplet)이 분포되어 싸여 있는 플라스틱 막일 수 있다.

리퀴드 현탁액(종종 본 명세서에서는 "리퀴드 광 밸브 현탁액"이라고 하거나 간단히 "광 밸브 현탁액"이라고 부름)은 리퀴드 현탁 매체에 현탁된 소립자를 포함한다. 인가되는 전계가 없는 경우에는, 그 리퀴드 현탁액의 입자들은 브라운 운동(Brownian movement)으로 인해 랜덤하게 위치할 것이기 때문에, 셀을 통과하는광빔은 셀 구조, 입자의 성질과 농도, 및 빛의 에너지 함유량에 따라, 반사되거나 투과 또는 흡수된다. 그러므로 광 밸브는 오프(OFF) 상태에서 비교적 어둡다. 그러나, 전계가 광 밸브에서 리퀴드 광 밸브 현탁액을 통해 인가될 때, 입자들은 정렬되게 되고, 많은 현탁액에 있어서 대부분의 빛이 그 셀을 통과할 수 있다. 그러므로 광 밸브는 온(ON) 상태에서 비교적 투명하다. 전술한 형태의 광 밸브는 또한 "입자가 현탁되어 있는 디바이스(SPD: Suspended Particle Device)"라고 알려져 있다.

광 밸브는 알파뉴메릭 디스플레이, 텔레비젼 디스플레이, 윈도우, 선루프(sunroof), 선바이즈(sunvisior), 필터, 거울, 안경 등을 비롯한 다수의 적용례에 사용하여, 그러한 경우에 있어서 그것들을 통과하거나 또는 그것으로부터 반사되는 광량을 제어하도록 제안되고 있다.

다수의 적용례에 있어서, 기술적으로 잘 알려져 있는 바와 같이, 활성화 재료, 즉 광 변조 요소는 리퀴드 현탁액보다 플라스틱막인 것이 더 좋다. 예를 들어, 가변적인 광 투과 윈도우로서 사용되는 광 밸브에서, 리퀴드 현탁액의 액적이 분포된 플라스틱 막은 수압 영향, 예컨대 높은 리퀴드 현탁액 기둥과 관련된 팽창을 막을 사용함으로써 피할 수 있고, 가능한 누설의 위험도 피할 수 있기 때문에, 리퀴드 현탁액을 단독으로 사용하는 것보다 더 좋다. 플라스틱 막 사용의 또다른 장점은, 플라스틱 막에서 입자들이 일반적으로 초소형 액적 내에만 존재하기 때문에, 그 막이 전압에 의해 반복적으로 활성될 때 두드러지게 응집되지 않는다는 것이다.

본 명세서에서 사용되는 "광 밸브 막"이라는 용어는 입자의 리퀴드 현탁액의액적이 분포되어 있는 막을 칭한다.

미국 특허 제5,409,734호는 균질액으로부터 상 분리에 의해 제조된 형태의 광 밸브 막을 개시하고 있다. 교차 결합 에멀전에 의해 제조된 광 밸브 막도 알려져 있다. 이에 대해서, 본 발명의 양수인에게 양도된 2개의 미국 특허 제5,463,491호와 제5,463,4912호를 참조할 수 있다.

때때로 "시트 편광자"라고 불리며, 깍아서 편광 선글라스 렌즈로 형성될 수 있고, 필터로서 사용될 수 있는 편광 시트와 같은 세트 현탁액에서의 사용을 위해, 편광 입자는 셀룰로우즈 아세테이트, 폴리비닐 알코올 등과 같은 적절한 막형성 재료로 된 시트 도처에 분산되거나 분포될 수 있다. 시트 편광자에 사용되는 세트 현탁액을 제조하는 방법은 종래 기술에 잘 알려져 있다. 그런데, 중요한 것은 편광 시트에 사용되는 편광 입자가 부동성을 갖는다는, 즉 고정적이라는 것을 유념해야 한다. 이에 대하여 미국 특허 제2,178,996호와 제2,041,138호를 참조할 수 있다.

이어서 예시적인 목적에서 광 밸브 현탁액의 구성 요소를 간단하게 설명한다.

1. 리퀴드 현탁 매체 및 안정제

본 발명에 사용되는 리퀴드 광 밸브 현탁액은 종래에 알려진 어떤 리퀴드 광 밸브 현탁액일 수 있으며 당업계에 잘 알려진 기술에 따라 공식화될 수 있다. "리퀴드 광 밸브 현탁액"이라는 용어는 이상에서 주지한 바와 같이, 복수의 소립자가 분산되어 있는 "리퀴드 현탁 매체"를 의미한다. "리퀴드 현탁 매체"는 하나 이상의 비수성, 전기 저항성의 리퀴드를 포함하는데, 그 리퀴드에는 응집하려는 입자들의경향을 저감시켜서 현탁액에서 입자들을 분산시키는 역할을 하는 적어도 한 종류의 풀리머 안정제가 용해되어 있는 것이 좋다.

본 발명에서 유용한 리퀴드 광 밸브 현탁액은 그 입자들을 현탁시키기 위해 광 밸브에 사용하도록 이미 제안되어 있는 임의의 광 현탁 매체를 포함할 수 있다. 본 발명에서 유용한, 기술적으로 알려진 리퀴드 현탁 매체는, 미국 특허 제 4,244,7175호와 제4,407,565호에 개시되어 있는 리퀴드 현탁 매체를 포함하지만, 이것에 한정되지는 않는다. 대체로, 리퀴드 현탁 매체 또는 그 매체에 용해된 풀리머 안정제 중 하나 또는 모두는 현탁된 입자가 중력 평형을 유지하도록 선택된다.

풀리머 안정제는, 채용될 경우에, 입자의 표면과 결합하는 단일 형태의 고형의 풀리머일 수 있지만,또한 리퀴드 현탁 매체의 비수성 리퀴드 또는 리퀴드에 용해될 수 있다. 이와 다르게, 2개 이상의 고형의 풀리머 안정제가 풀리머 안정 시스템으로서 역할할 수 있다. 예컨대, 입자에는 니트로셀룰로우즈와 같은 제1 형태의 고형 풀리머 안정제가 도포되어, 사실상 입자에 평평한 표면 코팅을 제공한다. 코팅된 입자에는 그로부터 하나 이상의 추가 형태의 고형 풀리머 안정제가 재도포되어 그 안정제는 제1 형태의 고형 풀리머 안정제와 결합하거나 연관되며, 리퀴드 현탁 매체에 용해되어 입자에 분산 및 입체적 보호를 제공한다. 리퀴드 풀리머 안정제는 미국 특허 제5,463,492호에 개시되어 있는 바와 같이, 특히 SPD 광 밸브 막에 도움을 주는데 사용될 수도 있다.

2. 입자

무기 및 유기 입자는 광 밸브 현탁액에 사용될 수 있으며, 그러한 입자는 광흡수성이거나 광반사성일 수 있다.

통상의 SPD 광 밸브에는 콜로이드 크기의 폴리할라이드 입자가 일반적으로 채용되고 있다. 본 명세서에 사용되는 "콜로이드"라는 용어는 일반적으로 최대 치수가 평균적으로 약 1 미크론 이하의 입자를 의미한다. 양호하게는, 광 산란을 아주 적게 유지시키려면 광 밸브 현탁액에 사용되는 대부분의 입자의 최대 치수는 청색광 파장의 절반 이하, 즉 2000 옹구스트롱 이하이어야만 한다. 본 명세서에 사용되는 "이방성"이라는 용어는 입자 형상을 칭하는 것으로서, 입자의 적어도 하나의 치수가 다른 치수보다 큰 것, 예컨대 입자 길이가 그 폭보다 큰 것을 의미한다.

종래의 폴리할라이드 입자에 대해서는 General Chemistry라는 잡지에 공개된 고디나(D.A Godina) 및 파에맨(G.P. Faerman)의 "The Optical Properties and Structure of Polyiodides"[U.S.S.R Vol.20, pp.1005-1016(1950)]에 상세하게 설명되어 있다.

예를 들어, 헤라파타이트(herapathite)는 퀴닌 중황산염 폴리요오드이며, 그의 화학식은 The Merck Index 제10판[미국 뉴욕주 레이웨이 머크 & 코(Merk & Co) 사]의 표제 "퀴닌 황산요오드" 아래에 C₂₀H₂₄N₂O₂.3H₂SO₄.2HlI₄.6H₂O로서 수록되어 있다. 폴리요오드 화합물에 있어서, 요오드 음이온은 체인을 형성할 것으로 생각되며, 그 화합물은 강한 편광자가 된다. 이에 관하여, 미국 특허 제4,877,313호와 테이텔바움(Teitelbaum) 등의 JACS 100(1978), pp.3215-3217를 참조할 수 있다. "폴리할라이드(polyhalide)"라는 용어는 본 명세서에서 폴리요오드와 같은 화합물을의미하는 것으로 사용되며, 그러나 여기서 요오드 음이온의 적어도 얼마는 다른 할라이드 음이온에 의해 대체될 수 있다. 보다 구체적으로 설명해서, 본 발명에 사용되는 개선된 폴리할라이드 입자는 미국 특허 제4,877,313호, 제5,002,701호, 제5,293,041호 및 제5,516,463호에서 제안되었다. 이들 "폴리할라이드 입자"는 대개 질소를 함유하는 유기 화합물을, 원소 요오드, 하이드로할라이드 산 또는 암모늄 할라이드, 알칼리 금속 할라이드, 또는 알칼리 토류 금속 할라이드와 반응시킴으로써 형성된다.

상업적으로 유용하게 되는 입자에 있어서, 광 밸브 현탁액이 막에 포함되던지 안되던지에 관계없이, 그 입자들은 화학 및 환경적 안정성이 커야 한다. 환경적 안정성이 우수한 입자를 얻기 위하여, 광 밸브 현탁액 및 막에 비폴리할라이드 입자를 사용하는 것이 좋으며, 특히 그 경우에 그 입자를 구성하는 재료의 안정성은 우수하다고 알려져 있다.

광 밸브에서의 금속 입자 사용은 미국 특허 제1,963,496호에서 처음 제안되었다. 다양한 종류의 금속 입자들은 UV 방사뿐만 아니라 기타 환경적 압박에 대하여 안정적이다. 또한, 이들 입자는 입자 크기의 함수에 따라 종종 색상이 변하는 다양한 색상에서 유용할 수 있다. 그러나, 종래의 금속 입자들은 비교적 크기가 크며, 리퀴드 광 밸브 현탁액 또는 막에 상대적으로 크기가 큰 종래의 금속 입자를 채용할 경우의 단점은 그러한 금속 입자들을 포함하는 광 밸브 현탁액이 활성화될 때 그 입자들이 신속하게 응집한다는 것이다. 또한, 종래의 금속 입자는 허용할 수 없을 정도로 대량의 빛을 산란시키고, 중력으로 인해 가라앉는 것으로 알려져 있다.

볼 밀(ball mill), 마모기(attritor), 비드 밀(bead mill), 및 롤 밀(roll mill)과 같은 통상의 기계적인 방법을 이용한 분쇄법으로 형성된 입자를 광 밸브 현탁액에 사용하는 것은 여러 가지 중요한 이유로 인해 대개 실용적이지 않다. 첫째, 연삭되었다 해도 그 입자는 평균 크기(직경)가 대개 1 미크론 이상으로 너무 크다. 둘째, 서브미크론 크기의 입자가 생성될 지라도, 연삭 및 분쇄 공정은 대개 그러한 입자를 형상이 구형이게 하거나 비결정질이게 하여, 그 입자의 종횡비, 즉 폭에 대한 길이의 비율을 저감시키거나 가시적으로 삭제시키는 경향이 있다. 광 밸브 현탁액에 사용하기 위해, 종횡비가 적어도 약 3:1, 양호하게는 약 10:1 이상인 이방성 형상의 입자가 중요하며, 그렇기 때문에, 바늘상, 막대상 또는 판상 등의 입자는 그의 이방성 형상이 전계 또는 자계에서의 지향을 용이하게 하고 광투과에서 실질적인 변화를 가능하게 하기 때문에 일반적으로 필요하다. 0.2 미크론(청색광의 파장의 1/2)보다 큰 입자는 빛을 산란시키는 경향이 있고, 그러한 산란은 입자 크기에 따라 기하급수적으로 증가한다. 이러한 사실과, 비교적 큰 입자가 응집을 증대시킨다는 사실은 그러한 분쇄 입자가 광 밸브 현탁액에 사용되기에 대개 부적절하다는 추가 이유가 된다.

지금까지는, 폴리요오드 입자 외에, 광 특성이 우수한 서브미크론 크기의 이방성 형상의 입자를 달성하는 것은 현실적이지 않았다. 그러나, 일부의 경우에 폴리요오드 입자는 자외선 방사에 대해 충분하게 안정적일 수 없으며, 그러한 폴리요오드 입자의 광 밸브 현탁액은, 광 밸브 현탁액 또는 막에 UV 흡수제를 포함하거나또는 UV 방사가 SPD에 닿기 전에 그 UV 방사를 차단하도록 UV 필터를 사용하는 등의 UV 방사를 방지하도록 특수한 방법을 도입하지 않아서 장시간 동안 과도한 UV 방사에 노출된다면, 색상과 성능이 떨어질 수 있다. 또한 거의 모든 폴리요오드 입자가 청색으로 제한되지만, 청색이 아닌 오프 상태의 색상을 갖는 광 밸브 현탁액을 갖는 것도 바람직하다. 따라서, 광 밸브 현탁액을 위한, 적절하게 작고 이방성의 형상의 새로운 형태의 입자가 필요하며, 그 입자는 실질적인 성능 저하없이 장시간 동안 고레벨의 자외선 방사를 견딜 것이며 또한 다양한 오프 상태의 색상을 가질 것이다.

본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제5,650,872호는 마주보는 셀 벽으로 형성된 셀과, 상기 셀 벽 사이에 있는 리퀴드 현탁 매체에 현탁된, 증발 분산 공정에 의해 제조된 색소 및 색소 프리커서와 같은 이방성 비원소 입자를 함유한 현탁액을 포함하는 광 변조 유닛과, 상기 셀 벽과 움직이게 결합되며, 상기 현탁액에 전계를 인가하는 마주보는 전극을 포함하는 광 밸브와 같은 전광 디바이스를 제공하는데, 그 이방성 입자는 평균 입자의 크기가 약 10.2 미크론 이하이다. 그러나, 이 참조 문헌에 개시되어 있는 입자들은 금속 입자가 아니며, 그에 따라 그의 지침은 본 발명에 적용될 수 없다.

본 발명은 광 밸브 현탁액에 통상의 금속 입자를 이용하여, 전술한 단점들을 극복하고, 그로부터의 성과는 이하의 설명으로부터 분명해 진다.

본 발명은 SPD(Suspended Particle Device) 광 밸브와 SPD 광 밸브 현탁액 및 막에 사용되기에 적합한, 안정성이 향상된 입자에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 그러한 응용 분야에 유용한 이방성 형상의 금속 입자에 관한 것이다.

본 발명은 제1 실시예에서, 마주보는 셀 벽, 그 셀 벽 사이에 있는 리퀴드현탁 매체에 현탁된 이방성 형상의 금속 입자를 함유한 현탁액을 포함하는 광 변조 유닛, 및 상기 셀 벽과 동작 가능하게 결합되어, 그 현탁액에 전계를 인가하는 마주보는 전극으로 형성된 셀을 포함하는 전광 디바이스에 관련된다. 이방성 형상의 금속 입자의 평균 길이는 약 1 미크론에서 50 나노미터 사이이고, 약 200 나노미터에서 50 나노미터 사이이면 더 좋고, 75∼180 나노미터 사이이면 가장 좋다. 추가 실시예에서 이방성 형상의 금속 입자는 종횡비, 즉 폭에 대한 길이의 비율이 적어도 약 3:1이고, 적어도 약 10:1이면 좋고, 적어도 약 20:1이면 가장 좋다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 전술한 바와 같은 전광 디바이스는 광 밸브이고 현탁액은 광 밸브 현탁액이다. 이와 다르게, 리퀴드 현탁액 대신에, 본 발명의 이방성 금속 입자를 풀리머 막의 도처에 분산된 리퀴드 현탁 재료의 액적에 현탁시킬 수 있다.

이방성 형상의 금속 입자는 피브릴상(fibril), 막대상, 원통상, 판상, 바늘상, 칼날상(blade) 및 프리즘을 비롯한, 그러나 여기에 한정되지는 않는 각종 물리 형태로 생성될 수 있다. 그 입자를 구성할 수 있는 통상의 금속은 금, 백금, 팔라듐, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴 및 창연을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다. 입자는 통상 그 평균 직경이 약 3∼333 nm 사이이며, 보다 양호하게는 약 3∼66 nm이면 더 좋다. 전술한 형태와 함께, 입자는 또한 원한다면, 나노벨트(nannobelt)의 형태로 제조될 수 있다. 그러한 나노벨트는 통상, 개시 재료로서 반도전성 금속 산화물, 예컨대 주석 산화물 또는 아연 산화물을 사용하여 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 광 밸브 현탁액의 성능을 향상시키기 위하여, 평균 길이가 약 50∼200 nm인 복수의 이방성 형상의 금속 입자를 리퀴드 광 밸브 현탁액에 혼합한다. 그 입자들의 형상은, 예컨대 피브릴상, 막대상, 원통상, 판상, 바늘상, 칼날상 또는 프리즘상일 수 있으며, 종횡비는 적어도 약 3:1이어야 하지만, 10:1이면 더 좋고, 20:1이면 가장 좋다. 입자는 금, 백금, 파라듐, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴 및 창연과 같은 금속으로부터 제조될 수 있다. 이와 다르게, 입자는 예컨대, 개시 재료로서 주석 산화물 또는 아연 산화물과 같은 반도전성 금속 산화물을 사용하여 형성된 나노벨트 형태로 제조될 수 있다. 본 발명의 관련 실시예에 사용되는 이방성 형상의 금속 입자는 평균 직경이 약 3∼333 nm일 수 있으며, 양호하게는 3∼66 nm이면 더 좋다.

추가 실시예에서 본 발명은 SPD 광 밸브의 광 변조 유닛으로서 사용되기에 적합한 막에 관한 것이며, 그 막은 교차 결합된 풀리머 매트릭스를 포함하고, 그 교차 결합된 풀리머 매트릭스에는 리퀴드 광 밸브 현탁액의 액적이 분포되어 있다. 광 밸브 현탁액은 리퀴드 현탁 매체에 현탁된 복수의 이방성 형상의 금속 입자를 포함한다. 그 이방성 형상의 금속 입자는 평균 길이가 약 50∼200 nm이다. 그 입자는 금, 백금, 팔라듐, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴, 및 창연을 포함한, 그러나 여기에 한정되지 않는 각종 금속으로, 예컨대 피브릴상, 막대상, 원통상, 판상, 바늘상, 칼날상 및 프리즘상의 각종 형상으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 입자들은, 주석 산화물 또는 아연 산화물과 같은 반도전성 금속 산화물로부터 나노벨트의 형태로 형성될 수 있다. 이 실시예에 사용되는 입자는 그 종횡비가 적어도 약3:1일 수 있고, 적어도 10:1이면 좋고 20:1이면 가장 좋으며, 직경은 약 3∼333 nm일 수 있다.

본 발명의 추가 실시예는 본 발명에 사용되는 이방성 형상의 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 금속 입자 형성 재료로 된 시트 또는 막을 형성하는 단계와 그 입자 형성 재료를 기판에 증착하는 단계를 포함한다. 그 후에, 그 시트 또는 막을 레이저 등으로 스코어링하고, 그 막을 적절한 크기의 입자로 절단한다. 원한다면, 그 시트 또는 막 위에 증착되는 기판은 소정의 용매에 용해될 수 있고, 입자 형성 후에, 그 기판은 그 용매를 사용하여 입자로부터 용해될 수 있다.

본 발명은 적절한 크기의 이방성 금속 입자를 형성하여 리퀴드 광 밸브 현탁액, 막 및 광 밸브의 입자로서 사용할 수 있는 발견에 기초한다. 순간적 광 밸브에 사용되는 금속 입자는 금, 백금, 플라늄, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴, 및 창연을 비롯한, 그러나 여기에 한정되지는 않는 각종의 금속으로부터 형성될 수 있다. 이들 금속 입자는 피브릴상, 막대상, 원통상, 판상, 바늘상, 칼날상, 프리즘상 및 종래에 알려진 기타 형상을 비롯한, 그러나 여기에 한정되지는 않는 각종의 기학학적 형태의 형상을 가질 수 있다. 특정 기학학적 형태는 그 입자가 이방성이기만 한다면 중요하지 않다. 본 명세서에서 설명하는 유형의 금속 입자는, 그 입자의 고 전기 도전성이 더 낮은 전압으로 소정의 크기 및 형상의 입자를 지향하게 하기 때문에, 고 전기 도전성의 입자를 대신하여 동일한 크기와 동일한 형상의 도전성이 낮은 입자를 사용하는 것보다 광 밸브 현탁액에서 유리하다.

본 발명의 입자를 제조하는 공정에 있어서, 분쇄법을 이용하면, 분쇄될 개시 재료의 종회비가 그 분쇄 단계 이전부터 매우 클 경우에, 즉 그 재료의 형상이 이방성이 클 경우에 높은 종횡비를 갖는 입자를 생성할 수 있다. 본 발명의 입자를 형성하는데 사용되는 분쇄 방법은 당업자들에게 잘 알려져 있다. 그러한 개시 재료의 한정되지 않는 예가 금속 나노와이어(nanowire)이다. 그러한 나노와이어는 직경이 3 nm 이상이며 길이가 수미크론일 수 있다. 분쇄될 때, 그것은 길이만 감소될 뿐이며, 그 직경은 변화지 않는 경향이 있다.

본 명세서에서 사용되는 "금속 피브릴"(즉, 본 발명에 유용한 금속 입자의 한 "형태")이라는 용어는 평균 직경이 약 3.0∼333 nm로 거의 일정하고, 평균 길이가 그 직경의 적어도 약 3배이며, 평균 길이가 약 1 미크론 이하이고, 양호하게는 200 nm 이하이면 더 좋은, 거의 원통형이거나 섬유상의 분리된 금속 입자를 의미한다. 이 입자들은, 예컨대 전술한 나노와이어로부터 형성될 수 있다. 그러한 섬유상 금속 입자는 또한 정확하게 직선형이거나 원통형일 필요가 없다.

금속 피브릴과 같은 금속 입자를 리퀴드에 분산시키는 방법도 역시 기술적으로 잘 알려져 있다. 대체로, 분산된 리퀴드에 용해될 수 있는 풀리머는 그 구조에, (1) 그 입자와 결합하도록 충분한 수의 극성군 및 (2) 리퀴드 현탁 매체에 용해하도록 저극성 또는 비극성군이 있다면 본 발명의 금속 입자와 결합하고 그 입자를 분산시킬 것이다. 그러한 저극성 또는 비극성군의 한정되지 않은 예에는 알킬 또는 아릴 탄화수소 군 및 유기실론산 군이 있다. 고극성군은, 예컨대 이오노머, 하이드록시기, 카르복시기 또는 산화 에틸렌과 같은 알킬린 산화물과 같은 군을 포함한다. 금속 입자에 사용되는 계면 활성제 및 분산제는 종래에 알려져 있다. 또한, 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 특허 제4,164,365호, 제4,273,422호, 및 제5,279,773호에는 광 밸브 현탁액을 위한 적절한 공중합체 및 풀리머 분산 시스템이 개시되어 있다.

현실적으로, 금속 피브릴을 약 3.0 nm 이하의 직경을 갖도록 용이하게 제조할 수 없다. 광 산란을 광 밸브 현탁액에서 매우 낮게 유지하려면, 피브릴의 평균 길이가 약 200 nm 이하(청색광 파장의 1/2)이어야 한다. 양호하게는, 본 발명의 현탁액은 입자의 5 % 이하가 200 nm 이상의 길이를 갖고, 입자의 1 % 이하가 200 nm 이상의 길이를 가지면 더 좋고, 입자의 0.2 % 이하가 200 nm 이상의 길이를 가지면 가장 좋다.

한편, 금속 피브릴과 같은 입자가 그 길이가 너무 작다면, 다른 문제가 발생한다. 초소형 길이의 입자의 현탁액은 지향시키기에 상대적으로 높은 전압을 필요로 하며, 반면에 길이가 긴 입자는 그의 더 큰 토크로 인해 낮은 전압을 필요로 한다. 이에 따라, 실제적으로, 입자는 그 평균 길이가 50 nm 이상이어야 한다. 이방성 금속 입자의 현탁액은 그 입자의 5 % 이하가 50 nm의 길이를 가지면 좋고, 입자의 1 % 이하가 50 nm의 길이를 가지면 더 좋고, 입자가 0.2 % 이하가 50 nm의 길이를 가지면 가장 좋다. 그러므로, 본 발명에 있어서, 예컨대 금속 피브릴과 같은 금속 입자의 양호한 길이는 약 50∼200 nm 내에 있어야 한다.

본 발명에서 유용한 금속 입자는 종횡비가 3:1 이상이고, 10:1 이상이면 좋고 약 20:1 이상이면 가장 좋은 이방성 금속이 지향되는 방식으로 제조된다. 그 입자는 직경의 두께가 그 입자의 길이 또는 폭보다 실질적으로 더 작은 것이 좋다. 본 발명에 유용한 입자는 최대 가능한 치수가 평균 1 미크론 이하이고, 양호하게는 평균 200 nm 이하가 되도록 추가로 치수가 정해져야 한다. 양호하게는, 최대 평균 치수가 약 50∼200 nm이어야 하고 평균 약 75∼180 nm에 있으면 가장 좋다.

금속 나노와이어의 제조 방법은 기술적으로 알려져 있다. 예컨대, 여기에서의 인용에 의해 본 명세서에 포함되는 2001년 1월 1일자Chemical & Engineering News의 pps.28-29 "Wires for a Nanoworld"를 참조할 수 있다. 크기가 적절하거나, 또는 하기에서 설명하는 바와 같이 적절한 크기가 되도록 분쇄된 그러한 나노와이어는 금속 피브릴으로서 본 발명의 목적에 맞다고 간주된다.

나노와이어는 종종 소형 치수이지만 수미크론의 길이로 형성된다. 그러한 길이는 광 밸브 현탁액에 사용되기에는 너무 길다. 입자의 3가지 공간 치수 중에 2개가 매우 작다면 나노와이어 입자의 길이를 줄이기 위해 분쇄 공정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 원통 형상, 또는 섬유 형상의 금속 와이어나 피브릴이 예컨대 36 nm의 매우 작은 평균 직경과 1 미크론 이상의 평균 길이를 갖는다면, 그 와이어 또는 피브릴을 종래에 알려진 방법으로 분쇄하여, 입자의 직경에 실지적으로 영향을 미치는 일없이 평균 길이가 200 nm 이하일 수 있다. 그러나, 분쇄는 적절하게 단단하고 날카로운 칼날을 갖는 마이크로톰(microtome)을 사용해서 금속 나노와이어를 적절하게 짧은 길이를 갖는 금속 피브릴으로 슬라이싱함으로써 달성될 수 있다. 그러한 슬라이싱 효율성을 달성하기 위하여, 복수의 길이가 긴 와이어를 양호하게는 서로 평행하게 또는 평행에 가깝게 배치하고, 폴리스틸렌(이것에 한정되지는 않음)과 같은 풀리머에 고정시킨 후, 그 직경에 수직하게 마이크로톰으로 슬라이싱한다. 마이크로톰은 와이어를 따라 천천히 이동할 수 있기 때문에, 와이어의 길이에 따라 소형 간격에서 한번에 다수의 와이어를 슬라이싱한다. 그 후에, 금속 피브릴이 고정된 풀리머는 용매 또는 그외 다른 통상의 수단으로 제거되어, 금속 피브릴을 유리시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 하나 이상의 치수, 예컨대 길이가 너무 긴 입자는 마이크로톰 대신에 레이저로 크기에 맞게 절단될 수 있는데, 예컨대 가스, 고체, 화학 또는 색소 레이저는 전술한 풀리머 재료와 같이 임의의 케이스에 싸인 재료와 함께 컷팅되는 재료들의 합성을 고려하여 적절한 파장에서 동작된다. 적절한 파장 및 특정 재료를 절단하는 절차는 어떠한 부적당한 실험의 필요성없이 레이저 분야에 종사하는 사람들에게 잘 이해된다. 본 발명에 도움을 주는 잘 알려져 있는 레이저 공급기 중 하나는 미국 캘리포니아주 산타 클라라에 소재하는 코히어런트사(Coferent, Inc.)의 계열인 포트 로더달(Fort lauderdale: FL)의 람다 피식크(Lambda-Physik)이다.

다른 실시예에서, 특정 재료는 시트 또는 막 형태로 생성될 수 있으며, 그 생성에 이어서 레이저를 사용하여 시트를 스크라이빙하여 그 시트 재료로부터 적절한 치수를 갖는 입자를 형성할 수 있다. 특정의 한정되지 않은 예에서는, 기판상에 증착된 금속을 사용하고, 이어서 지지된 시트 또는 막을 예컨대 레이저로 적절한 사이크 범위의 개별 입자로 절단한다. 원한다면, 기판은 가용성 재료로 구성될 수 있으며, 그 시트 또는 막을 절단하여 입자를 형성한 후에, 그 기판은 적절한 용매를 사용하여 입자와 분리되어 용해될 수 있으므로, 후에는 입자만 남게 된다. 그러한 시트의 형성 및 레이저 절단 방법은 관련 기술 분야에 종사하는 사람들에게 잘 알려져 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 입자는, 예컨대 Science News의 Vol.159, pp.149(2001년 3월 10일)에 개시되어 있는 바와 같이 "나노벨트"의 형태로 제조될 수 있다. 그러한 나노벨트는 반도전성 금속 산화물, 예컨대 주석 산화물 및 아연 산화물을 비롯한, 그러나 여기에 한정되지 않는 각종의 개시 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 그것은 통상 폭이 30∼300 nm에 이르며, 두께는 약 10∼15 nm이다. 이 리본형 구조는 적절한 크기로 형성되거나, 예컨대 전술한 마이크로톰이나 레이저를 사용하여 원하는 크기로 절단될 수 있다.

크기나 크기 범위가 상이한 입자들은 여과법 및 원심 분리법과 같은 공지된 방법에 의해 서로로부터 분리될 수 있다.

본 발명의 금속 입자의 분산은 그 입자를, 예컨대 종래 기술에 기재한 바와 같이, 분산제로서 작용하는 임의의 적절한 풀리머와 함께, 이소펜틸 아세테이트 또는 트리에틸 트리멜리테이트와 같은 임의의 적당한 광 밸브 리퀴드와 신속하게 혼합함으로써 용이하게 제조될 수 있다.

본 발명의 이방성 금속 입자, 예컨대 피브릴(이것에 한정되지 않음)이 광 밸브에 분산되어 AC 전압에 의해 활성될 때, 그 셀에서의 광 투과는 용이하게 증가한다고 관찰된다.

본 명세서에 언급한 특허 및 다른 참조 문헌 각각은 본 발명을 이해하는데필요한 정도로 본 명세서에 참조 문헌으로 포함된다.

본 발명은 본 발명의 단일 측면을 예시하여 설명한 실시예에 의해 그 범위가 한정되지 않으며, 기능적으로 동등한 실시예 및 방법이 본 발명의 범위 내에 있다고 이해하여야 할 것이다. 사실상, 본 명세서에 기재하는 것과 함께 본 발명의 다양한 변형 실시예들이 전술한 설명으로부터 당업자들에게 분명해 질 것이다.

Claims (34)

1. 마주보는 셀 벽, 상기 셀 벽 사이에 있는 리퀴드 현탁 매체에 현탁된 이방성 형상의 금속 입자를 함유하는 현탁액을 포함하는 광 변조 유닛 및 상기 셀 벽과 동작 가능하게 결합되어 상기 현탁액에 전계를 인가하는 마주보는 전극으로 형성된 셀을 포함하고,

   상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 길이가 약 1 ㎛ ∼ 50 nm인 것인 전광 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 전광 디바이스는 광 밸브이고, 상기 현탁액은 광 밸브 현탁액인 것인 전광 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 길이가 약 50∼200 nm인 것인 전광 디바이스.
4. 제3항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 길이가 약 75∼180 nm인 것인 전광 디바이스.
5. 제1항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 종횡비가 적어도 약 3:1인 것인 전광 디바이스.
6. 제5항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 종횡비가 적어도 약 10:1인 것인 전광 디바이스.
7. 제5항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 종횡비가 적어도 약 20:1인 것인 전광 디바이스.
8. 제3항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 막대상, 원통상, 판상, 바늘상, 칼날상 및 프리즘상으로 이루어진 군에서 선택된 형태인 것인 전광 디바이스.
9. 제3항에 있어서, 상기 이방성 형성의 금속 입자는 금속 피브릴인 것인 전광 디바이스.
10. 제3항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 나노벨트 형태로 제조되는 것인 전광 디바이스.
11. 제10항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 반도전성 금속 산화물로 형성되는 것인 전광 디바이스.
12. 제11항에 있어서, 상기 반도전성 금속 산화물은 주석 산화물 또는 아연 산화물인 것인 전광 디바이스.
13. 제2항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 금, 백금, 팔라듐, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴 및 창연으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 형성된 것인 전광 디바이스.
14. 제2항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 직경이 약 3∼333 nm인 것인 전광 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 직경이 약 3∼66 nm인 것인 전광 디바이스.
16. 제1항에 있어서, 상기 광 변조 유닛은 리퀴드 현탁액 또는 막인 것인 전광 디바이스.
17. 복수의 이방성 형상의 금속 입자가 현탁되어 있으며,

    상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 길이가 약 50∼200 nm인 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
18. 제17항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 종횡비가 적어도 약 3:1인 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
19. 제17항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 금속 피브릴인 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
20. 제17항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 막대상, 원통상, 바늘상, 칼날상, 및 프리즘상으로 이루어진 군에서 선택된 형태인 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
21. 제17항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 나노벨트 형태로 제조되는 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
22. 제21항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 반도전성 금속 산화물로 형성되는 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
23. 제17항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 금, 백금, 팔라듐, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴, 및 창연으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 형성되는 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
24. 제17항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 직경이 약 3∼333 nm인 것인 리퀴드 광 밸브 현탁액.
25. SPD 광 밸브의 광 변조 유닛으로 사용하기에 적합한 막으로서,

    상기 막은 교차 결합된 폴리머 매트릭스를 포함하고, 상기 교차 결합된 폴리머 매트릭스에는 리퀴드 광 밸브 현탁액의 액적이 분포되어 있고, 상기 리퀴드 광 밸브 현탁액은 리퀴드 현탁 매체에 현탁된 복수의 이방성 형상의 금속 입자를 함유하며, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 길이가 약 50∼200 nm인 것인 막.
26. 제25항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 종횡비가 적어도 약 3:1인 것인 막.
27. 제25항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 금속 피브릴인 것인 막.
28. 제25항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 막대상, 원통상, 판상, 바늘상, 칼날상 및 프리즘상으로 이루어진 군에서 선택된 형태인 것인 막.
29. 제25항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 나노벨트의 형태로 제조되는 것인 막.
30. 제29항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 반도전성 금속 산화물로 형성되는 것인 막.
31. 제25항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 금, 백금, 팔라듐, 코발트, 철, 구리, 몰리브덴 및 창연으로 이루어진 군에서 선택된 금속으로 형성되는 것인 막.
32. 제25항에 있어서, 상기 이방성 형상의 금속 입자는 평균 직경이 3∼333 nm 인 것인 막.
33. 제1항의 이방성 형상의 금속 입자를 제조하는 방법으로서,

    금속 입자 형성 재료를 기판상에 증착함으로써 상기 금속 입자 형성 재료로 시트 또는 막을 형성하는 단계와,

    상기 시트 또는 상기 막을 레이저로 스코어링함으로써 상기 시트 또는 상기 막을 절단하는 단계

    를 포함하는 이방성 형상의 금속 입자 제조 방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 기판은 소정의 용매로 용해 가능한 것이며,

    상기 레이저로 스코어링한 후에, 상기 기판을 상기 용매로 용해함으로써 상기 입자를 상기 기판으로부터 분리하는 것인 이방성 형상의 금속 입자 제조 방법.