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KR20020016829A - 전기 광학 장치 및 이러한 장치를 갖는 가변성 투명 제품 - Google Patents

전기 광학 장치 및 이러한 장치를 갖는 가변성 투명 제품 Download PDF

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KR20020016829A
KR20020016829A KR1020017015975A KR20017015975A KR20020016829A KR 20020016829 A KR20020016829 A KR 20020016829A KR 1020017015975 A KR1020017015975 A KR 1020017015975A KR 20017015975 A KR20017015975 A KR 20017015975A KR 20020016829 A KR20020016829 A KR 20020016829A
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KR
South Korea
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electro
substrate
cell
optical
liquid crystal
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Withdrawn
Application number
KR1020017015975A
Other languages
English (en)
Inventor
그린버그찰스비
Original Assignee
리타 버어그스트롬
피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드
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 리타 버어그스트롬, 피피지 인더스트리즈 오하이오 인코포레이티드 filed Critical 리타 버어그스트롬
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Abstract

본 발명은 전지-광학 변환성 구성부와 함께 발색제 성분을 보유하는 전기 광학 셀을 구성하되, 전원이 있거나 없는 가변성 투과율의 전기 광학 장치(29)를 제공한다. 발색제 성분은 광 발색, 열 발색 및/또는 이색성 물질 및 이들의 혼합물일 수 있다. 발색제 성분은 전기-광학 셀내 투명 기판(37 및 39)중 하나 이상의 면의 코팅, 필름 또는 층일 수 있거나 셀의 전기-스위칭전환성 물질(43)의 일부분일 수 있다. 전기-광학 장치는 하나는 액정 물질내에 존재하는 하나 이상의 이색성 염료를 보유하는 액정 셀일 수 있다. 본 발명의 다른 양태에서, 발색성 성분은 전기-광학 장치가 보유하거나 상기 장치 내부에 존재하는 발색제 게스트 물질일 수 있다. 발색제 물질을 보유하는 전기 광학 장치는 프라이버시 글래스(privacy glass), 차양용 밴드 및 승객 칸막이용 스크린과 같은 자동차용 투명체; 천창 및 그밖의 창과 같은 건축용 창; 및 안경류와 같은 용도에 적당하다.

Description

전기 광학 장치 및 이러한 장치를 갖는 가변성 투명 제품{ELECTRO-OPTICAL DEVICE AND VARIABLE TRANSPARENT ARTICLE WITH SUCH DEVICE}
전기 발색, 열 발색, 압전 발색 또는 광 발색에 의해 가시광선 영역에서 가역적인 스펙트럼 색상을 나타내는 기술에서, 광학적 변환성(switchable) 고체, 액체 및 기체가 공지되어 있다. 필름과 관련된 주제가, 본원에서 참고로 인용하는 논문["Optically Switchable Thin Films: A Review" by Charles B. Greenberg, Thin Solid Films, 251(1994) pp. 81-93, Elsevier Science S. A ]에서 검토되었다. 광의 투과를 제한하기 위해서 광학적 변환성 제품에서 이러한 물질을 사용하는 것은 의욕적인 시도이다. 유리 및 플라스틱 기판에 광 발색 물질을 사용하는 광학적 변환성 안경류가 시판되고 있다. 또한, 전기 발색 물질을 사용하는 거울이 시판되고 있다. 또한, 최근 다수의 특허는 자동차 및 건축용 창과 거울 및 안경류에서 전기 발색 물질의 영역의 활성화에 대해 언급하고 있다. 유리의 부가 성분 또는 셀 투명 판의 하나로서 광 발색 물질을 갖는 셀을 형성하기 위해 전기-광학 물질을 사용하는 안경류용 가변성 투명 전기-광학 장치의 예가 그루프(Grupp)의 미국 특허 제 5,608,567 호에 개시되어 있다.
추가로, 상보성 층과 함께 모놀리스형 다층 전기 발색 복합체와 같은 다양한 복합체를 사용하는 전기 발색 장치가 PCT 공개공보 제 WO 96/37809 호에 개시되어 있고, 적당한 전기 발색 셀 및 전원과 회로를 갖는 전기 발색 안경류가 미국 특허 제 5,455,637 호 및 미국 특허 제 5,455,638 호에서 논의되고 있다. 또한, 미국 특허 제 5,477,358 호에서 제시한 바와 같이, 호메오트로픽 배열 및 네가티브 유전성 비등방성을 위한 키랄 네마틱 액정 디스플레이를 갖는 액정 디스플레이가 당 분야에 개시되어 있다. 모든 전술한 문헌 및 특허는 본원에서 참고로 인용한다.
이러한 기술을 개발하여 유용한 제품, 예를 들어 안경류, 및 자동차, 주택 및/또는 건물내의 창 및 칸막이용 창에 적용하려는 산업상의 노력이 계속되고 있다. 예를 들어 안경류로 사용하는 광 발색 기판의 경우, 이러한 제품은 광학적 변환성을 개시하고 발현하기 위해 UV 광선 또는 화학선이 요구된다. 따라서, 이러한 유형의 광선이 최소인 환경하에서는, 변환성이 손상된다. 예를 들어, 자동차와 같은 차량내에서 사용되는 광 발색 안경류는 변환성을 위한 충분한 UV 광선을 수용하지 못한다. 전기 발색 안경은 자동차내에서 작동가능하지만, 이는 휴대용 전원이 요구된다. 또한, 광 발색 변환성은, 그 가변성을 제어할 수 없어, 목적하는 다양한 시점에서 변환성을 중단시킬 수 없다.
본 발명의 목적은 전원 및 회로 등의 요구사항이 편리하게 제공되는 제품에서 투과율 변화능을 제공할 뿐만 아니라 이러한 전원 및 회로 요소를 이용할 수 없거나 또는 다른 전원을 이용할 수 있는 경우에도 광학적 변환성을 가질 수 있는, 가변성 투명 제품용 전기 광학 장치를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 한가지 실시양태는, 전기 광학 변환성 구성부에 추가로 발색제 성분을 보유하는 전기 광학 셀을 구성하는 전기 광학 장치에 관한 것이다. 발색제 성분은 광 발색 물질, 열 발색 물질 및/또는 이색성 물질 및 이들의 혼합물일 수 있다. 코팅, 필름 또는 층으로서의 발색제 성분은 전기 변환성 구성부로서 전기 발색 구성부를 갖는 전기 광학 셀의 투명 기판중 하나 이상일 수 있다. 또한, 코팅, 필름 또는 층으로서의 발색제 성분은 액정 물질과 함께 존재하는 1종 이상의 이색성 염료를 보유하는 액정 셀인 하나 이상의 전기-광학 장치의 투명 기판일 수 있다. 본 발명의 다른 양태에서, 발색제 성분은 전기 광학 장치내의 2개 이상의 전극 사이의 간극에 배치된, 전기 변환성(자성 변환성을 포함함) 구성부로서 전기-광학 장치(예를 들어 액정 호스트 물질)와 함께 또는 상기 장치내 존재하는 발색제 게스트 물질일 수 있다. 액정 호스트는 전기 광학 장치내에서 적용된 전기장 및/또는 자기장의 영향하에서, 분자 재배열을 경험한다. 발색제 게스트 물질이 전체 변환성 효과에 대해 개선된 광학 변환성 또는 가요성을 제공하도록 재배열된다. 이것이 발생할 수 있는 한가지 방식은, 입사광에 대한 발색제 게스트 분자의 강제 배열화 또는 재배열된 호스트 분자에 의해 부여되는 구조적 변화 또는 배위 변화에의해 유발된다. 전기-광학 셀 또는 장치의 기판상에 위치하는 광 발색 또는 열 발색 코팅, 필름 또는 층으로서의 발색제 성분은 전체 변환성 효과의 광학 변환성 또는 가요성을 개선시킨다. 박막 침착법에 의해 투명 구성부를 갖는 유리 또는 플라스틱 기판에 대해 중합체 또는 혼성 경질 코팅 물질을 사용하여 호스트와 게스트 발색제를 접근시킬 수 있다. 이와 같은 도포 방법은 부가적인 작용 코팅 또는 층을 보유할 수 있는 기판을 코팅하기 위한 임의의 개별적인 아교형 접착제 물질을 요구하지 않는다. 예를 들어 게스트 물질은 코발트(II) 착체와 같은 이색성 물질, 광 발색 물질 또는 열 발색 물질일 수 있다. 전기장 또는 자기장이 전기전도성 층, 필름 및/또는 코팅으로부터의 전기 광학 창치에 제공되어, 호스트 물질내의 변화와 함께 액정 호스트 물질내에 함유된 게스트 물질의 변화에 영향을 끼친다. 호스트 물질로서 하나 이상의 스메틱 액정 층, 하나 이상의 네마틱 액정 층 및/또는 1종 이상의 리오트로픽(lyotropic) 액정 층 또는 이들의 조합 및 혼합물중 하나 이상의 액정 물질이 이미 배열될 수 있다. 전기 광학 셀의 변환성 물질내의 광 발색 물질 및/또는 열 발색 물질은, 전기-광학 셀을 UV 또는 화학선 공급원 또는 열에 노출하는 경우, 보다 암 상태로 변환성될 수 있다.
발색제 물질을 보유하는 전기 광학 장치는 자동차내 프라이버시 글래스(privacy glass), 차양용 밴드 및 승객 칸막이용 스크린과 같은 자동차용 투명체; 천창 및 그밖의 창과 같은 건축용 창; 및 안경류와 같은 용도에 적당하다. 전기 광학 장치로서, 상기 용도를 위한 가변성 투명 또는 투과 제품이 전원 및 제어 회로로 구성된 적당한 전원을 수용할 수 있도록 개조가능하다. 안경류의 경우,전원은 안경류의 하나 이상의 프레임 부재 내부의 배터리로 구성될 수 있고, 제어 회로는 예를 들어 차량 내부에 다르게 위치할 수 있다. 또한, 차량 자체로부터 또는 상기 차량내의 전원은, 제어 회로가 차량내 또는 차량 내부에 또는 차량으로부터 위치하는 경우, 사용할 수 있다. 예를 들어 제어 회로 및/또는 전원은 차량의 좌석 벨트로부터의 안경 프레임과 연결되어 안경과 연결될 수 있다. 차량 내부에서 안경류의 전기 광학 구성부가 사용되는 이러한 방식은, 광 발색 응답을 제한한다. 안경류는 전원 및 제어 회로와 연결되어 있지 않은 채, 광 발색 물질 또는 열 발색 물질에 의해 차량 외부에서 사용될 수 있다.
본 출원은 찰리(Charles B. Greenberg)의 이름으로 1999년 6월 11일자로 출원된 가출원 제 60/138,197 호의 출원일을 우선일로 한다.
본 발명은 액정 또는 전기 발색 셀(cell)과 같은 전기 광학 장치 및 적당한 배터리 요소 및 제어 회로 요소와 함께 상기 장치를 보유하는 가변성 투명 제품에 관한 것이다.
도 1은 가변성 투명 렌즈의 절단 부분이 프레임로부터 제거된 안경류의 측면 입면도이고, 상기 프레임은 테 내부에 전도용 와이어 및 포트 또는 배터리를 도시하기 위해 절단되었다.
도 2는 A-A' 선(상기 선은 도 2의 투명체의 주 표면에 대해 직각임)에 따른 도 1의 투명체 렌즈의 상부 단면도이다.
도 3은 도 2의 선택적 상부 단면도이다.
본 명세서의 상세한 설명 및 청구의 범위에서, 숫자 범위의 기재는 상기 범위의 하한 또는 상한에 있어서 "약" 이라는 단어를 포함하며, 이는 이와 대조적인언급이 없는 한 적용된다. 또한, 특정한 개시내용 및 교시 내용에 대한 특허 및 공개공보에 대한 구체적인 참고문헌은 이러한 특허원을 참고하는 개시내용 및 교시내용을 포함한다.
도 1에서, 안경류 프레임(11)은 측면 부재(15 및 17)에 경첩 등에 의해 맞물린 렌즈 홀더 부분(13)을 갖는 전형적인 구조의 임의의 안경 프레임일 수 있다. 측면 부재(15)는 경첩(19)를 통해 렌즈 홀더 부분(13)과 경첩식으로 맞물려 있고 측면 부재(17)는 경첩(21)를 통해 렌즈 홀더 부분(13)과 경첩식으로 맞물려 있다. 예를 들어, 측면 부재는 렌즈 홀더 부분에 대해 하나 이상의 배열로 비스듬하게 놓인 판 스트링을 통해 경첩식으로 맞물릴 수 있다. 측면 부재(15)의 절단면은 포트(25)로부터 렌즈(27 및 29)로 전류를 이동시키기 위한 포트(25) 및 렌즈 홀더 부분에 연결되어 있는 전기 접속부(23)를 도시한다. 측면 부재(17)는 부재(17)내의 배터리(33)에 전기적으로 접속된 전기 접속부(31)의 단면도를 도시한다. 배터리(33)가 도 1의 안경류 내부에 존재하는 경우, 포트(25)는 렌즈(27 및 29)로 전원 공급(전류 및/또는 전압)을 제어하기 위한 전기 회로용 접속부일 수 있다. 이러한 경우, 렌즈(27 및 29) 또는 이들의 주변에 전기 접속부(23)을 통한 포트(25) 사이에 전기 접속부도 존재할 수 있지만, 도 1에는 도시하지 않았다. 배터리(33)가 안경류 내부에 존재하지 않은 경우, 포트(25)는 렌즈(27 및 29)에 적당한 전원 수송 및 변환성 전기를 제공하기 위한 전원 및 전기 제어 회로를 위해 사용된다.
도 1에서, 렌즈(27)는 투명체의 외부의 주 표면상에 코팅(35)의 단면과 함께 도시한다. 이러한 코팅은 렌즈(29)상에 존재할 수 있고, 코팅은 광 발색 물질을 보유하는 광 발색 코팅일 수 있다. 비제한적인 예로는, 활성화 광에 노출되는 경우 광선이 광 발색 성능을 나타내는 광 발색 폴리우레탄 코팅 조성물일 수 있다.즉, 광 발색 화합물은, 예를 들어 일광 또는 할로겐형 램프의 수은 광의 자외선 광과 같은 자외선을 비롯한 광선에 노출되는 경우, 가역적인 색상의 변화를 나타낸다. 아크릴계, 폴리에스테르계, 폴리아미드계 물질 등과 같은 다른 중합체 물질이 코팅에 사용될 수 있다.
코팅에서 유용한 광 발색 물질은 당 분야에 공지된 것으로, 일광 유도된 가역적 색상 변화 또는 어두어짐이 요구되는 용도를 위해 합성되고 제안된 것들이다. 광 발색 화합물로서 가장 광범위하게 개시되어 있는 부류는 옥사진, 피란 및 풀자이드이며, 이들중 임의의 것을 사용할 수 있다. 가역적 색상 변화, 즉 상이한 유형의 광 발색 화합물에 의해 발생하는 광의 가시광선 영역(400 내지 약 770 나노미터)의 흡수 스펙트럼의 변화로 설명할 수 있는 일반적인 작용 기작은, 존(John C. Crano)의 문헌["초개,ogenic Materials(Photochromic)" in KirK-Othemer Encyclopedia of Chemical Technology Fourth Edition, 1993, pp 321-332]에 기재되고 분류되어 있다. 다른 부류의 광 발색 화합물은 인돌리노 스피로푸란 및 인돌리노 스피로옥사진을 포함한다. UV 광선에 의해 활성화되는 이러한 유형의 물질은, 무색성 폐쇄 고리 화합물에서 착색된 개방 고리 종으로 변형된다. 풀자이드 광 발색 화합물에 대한 전기 사이클릭 기작은 무색 개방 고리 형태로부터의 착색된 폐쇄 고리 형태로의 변형을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 화합물은 박막 침착법을 비롯한 당 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 임의의 도포 기법에 의해 도 1의 렌즈(27 또는 29)에 코팅을 도포시 사용할 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물과 함께 사용가능한 그밖의 광 발색 화합물은 코팅 조성물내에 용해되거나 분산되는 것과 같이 도입될 수 있는 400 내지 약 770 나노미터 범위의 하나 이상의 활성화 최대 흡수치를 일반적으로 갖는 유기 광 발색 화합물이다. 미국 특허 제 3,562,172 호, 미국 특허 제 3,578,602 호, 미국 특허 제 4,215,010 호 및 미국 특허 제 5,405,958 호에서 기술한 바와 같은 스피로 (인돌린) 나프톡사진 등과 같은 예를 비롯한 임의의 전술한 광 발색 화합물을 예로 들 수 있다. 또한 미국 특허 제 4,931,219 호에 개시된 바와 같은 스피로 (인돌린) 피리도벤즈옥사진 및 스피로 (벤인돌린) 나프톡사진을 사용할 수 있다. 미국 특허 제 4,816,584 호, 미국 특허 제 4,880,667 호, 미국 특허 제 4,818,096 호 및 문헌["Spiro (Indoline) Pyrans Techniques in Chemistry", Vol. III, "Photochromism" Chapter 3 by Glen H. Brown, editor, John Wiley and Sons, New York, 1971]에 개시되어 있는 다른 광 발색 화합물을 사용할 수 있다.
사용가능한 다른 유기 광 발색 물질은 400 내지 525 나노미터 미만의 가시광선 영역에서 하나 이상의 최대 흡수치, 바람직하게는 2개의 최대 흡수치를 갖는 물질을 사용할 수 있다. 이러한 다수의 발색체는 미국 특허 제 3,567,605 호, 미국 특허 제 4,826,977 호, 미국 특허 제 5,066,818 호, 미국 특허 제 5,238,931 호, 미국 특허 제 5,272,132 호, 미국 특허 제 5,384,077 호, 미국 특허 제 5,466,398 호, 미국 특허 제 5,552,090 호, 미국 특허 제 5,565,146 호, 미국 특허 제 5,573,712 호 및 미국 특허 제 5,578,252 호에 기술되어 있다.
본 발명의 코팅에서 사용하기 위해 고려되는 광 발색 물질의 그밖의 그룹으로는, 400 내지 500 나노미터의 가시광선 영역에서 최대 흡수치를 갖고 500 내지700 나노미터의 가시광선 영역에서 다른 최대 흡수치를 갖는 물질을 들 수 있다. 이러한 물질의 예로는 디벤조-접합된 5원 헤테로사이클릭 화합물 및 치환되거나 비치환된 헤테로사이클릭 고리를 비롯한 피란 고리의 2개의 위치에서 치환체를 갖는 특정의 벤조피란 화합물, 예를 들어 벤조피란의 벤젠 부분에 접합된 벤조티에노 또는 벤조푸란 고리를 비롯한 피란 고리를 들 수 있다. 이러한 물질은 미국 특허 제 5,429,774 호, 미국 특허 제 5,514,817 호, 미국 특허 제 5,552,091 및 제 WO 96/14596 호에 개시되어 있다. 코팅에서 사용가능한 다른 광 발색 화합물 및 물질은 미국 특허 제 3,361,706 호에서와 같은 수은 디티조네이트를 들 수 있다. 미국 특허 제 4,931,220 호의 제 20 단락 제 5 행 내지 제 21 단락 제 38 행에 기재되어 있는 바와 같은 풀자이드 및 풀자미드를 사용할 수 있다.
광 발색 물질에 추가하여, 열 발색 물질을 사용할 수 있다. 상기 물질은 반도체와 금속 상태 사이에서와 같이 열역학적 상태 변화의 결과로 물리적 특성, 예를 들어 흡광도, 반사지수 및 굴절률의 변화를 나타내는 물질일 수 있다. 이러한 유형의 열 발색 물질은 특정 산화바나듐 및 산화티탄을 들 수 있고, 이들은 반도체 상태에서는 비교적 낮은 흡광도를 나타내지만 금속 상태에서는 높은 흡광도 및 높은 반사능을 나타낸다. 반도체와 금속 상태간 열역학적 전이는 가역적이고 이러한 물질의 박막이 유용하도록 상기 전이는 빠르게 진행된다. 본 발명에서, 그밖의 적당한 열 발색 물질은 미국 특허 제 4,028,118 호 및 미국 특허 제 4,732,810 호에 기재되어 있는 바와 같이, 공지된 열 발색 염료, 예를 들어 열 발색 액정, 전자 공여 발색 유기 화합물, 이를 위한 색상 현상제 및 전술한 두가지 성분 사이의 색상발현을 유도하는 화합물로 구성된 3원 시스템 또는 수지성 고형 용액내에 전술한 성분을 함유하는 열 발색 물질을 함유하는 것이다. 전술한 물질은 정상 온도 범위에서 상기 색상 변화의 전/후에서 한가지 상태를 나타내고, 다른 상태는 가열 또는 냉각이 적용되는 경우 존재하며, 상기 가열 또는 냉각이 종결되는 경우, 정상 온도 범위에서의 상태가 회복된다.
폴리우레탄 코팅과 같은 코팅의 광 발색 화합물은 독일 공화국 특허 제 116,520 호, 유럽 특허원 제 0 146 136 호, 미국 특허 제 4,889,413 호, 일본 특허원 제 3-269507 호 및 일본 특허원 제 5-28753 호에서 개시하고 있다. 코팅에서 사용가능한 적당한 다른 폴리우레탄은 1㎣당 약 50 내지 150 뉴톤의 피셔(Fischer) 미세경도를 갖는 폴리우레탄 성분을 제공할 수 있는 이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 성분과 유기 폴리올 성분의 반응에 의해 제조되는 화합물이다. 이러한 폴리우레탄 반응물 및 반응은 당 분야의 숙련자들에게 공지되어 있다. 예를 들어 폴리우레탄의 제조 방법은 문헌[Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Fifth Edtion, 1992, Vol. A21, pp 665-716]에 기술되어 있다. 폴리우레탄은 전술한 범위의 피셔 미세경도값을 유발하는 연질 블록 및 경질 블록의 분절을 갖는 화합물이다. 성분의 상대적 함량은 통상적으로 반응성 이소시아네이트기의 유효 갯수 대 반응성 하이드록시 기의 유효 갯수의 비, 즉 NCO:OH의 당량의 비로 표현된다. 비의 적당한 예로는 1.0:1.0의 NCO:OH의 비를 들 수 있지만, 상기 값의 범위는 0.3:1.0 내지 3.0:1.0일 수 있다. 유리 이소시아네이트는 물 또는 반응성 수소 원자를 함유하는 화합물과 반응하기 때문에 안정하지 않고, 따라서 NCO기는, 상온에서 이소시아네이트기가 수소 원자의 반응에 대해 비활성이 되도록 하는 특정하게 선택된 유기 화합물로 블록킹되는 것이 바람직하다. 적당한 블록킹 화합물은 휘발성 알콜, 엡실론-카프로락탐 또는 케톡심 화합물 및 당 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 화합물을 들 수 있다. 이소시아네이트 화합물은 지방족, 방향족 또는 아르알킬 이소시아네이트일 수 있다. 폴리우레탄을 제조하는데 유용한 유기 폴리올은 폴리아크릴릭 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 및/또는 폴리에테르 폴리올 또는 폴리옥시알킬렌 폴리올 또는 유기 폴리올, 예를 들어 지방족 디올, 트리올 및 다가 알콜일 수 있다. 또한, 아폭시 폴리올, 폴리하이드릭 폴리비닐 알콜, 우레탄 폴리올 및 이러한 폴리올의 임의의 혼합물이 적당하다. 추가로, 아미드-함유 폴리올을 사용할 수 있다.
조성물 단독 또는 광 발색 화합물과 일정 비율의 혼합물내에 존재하는 광 발색 물질 또는 열 발색 물질의 양은, 광 발색 화합물(들)이 적용되거나 혼입되어 있는 코팅 조성물이 목적하는 최종 색상을 나타내도록 하는 양이다. 예를 들어, 미여과된 일광으로 활성화되는 경우 회색 또는 갈색의 색조와 같은 실질적인 중성 색상, 가능한 중성 색상과 유사한 색상이 활성화된 광 발색 화합물의 색상으로 제공되고 표준 광 발색 반응 시험법을 사용하여 15분 동안 활성화 한 후 95℉에서 시험하는 경우 광학 밀도(델타 OD)가 0.4 이상 변화하는 것으로 측정되는 것으로 목적하는 세기를 나타낸다. 일반적으로 코팅 조성물에 혼입된 광 발색 물질 또는 열 발색 물질의 양은 코팅 조성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 40 중량%로 할 수 있다.
또한, 상용가능한 틴트(tint) 또는 염료 및 보조제과 같은 다른 첨가제를 코팅 조성물에 혼입시킬 수 있다. 후자의 일부 물질은 레올로지 조절제, 레이블링제, 계면활성제, 개시제, 경화 억제제, 유리 라디칼 소거제 및 접착 증진제를 포함할 수 있다. 그밖의 보조제로는 미국 특허 제 4,720,356 호 및 미국 특허 제 5,391,327 호에서 개시된 UV 흡수제 및 안정화제, 예를 들어 입체장애 아민 광 안정화제, 비대칭 디아릴옥살아미드 및 유사 안정화제를 들 수 있다.
렌즈(27 및 29)와 같은 투명 기판은 PPG 인더스트리즈 인코포레이티드(PPG Industries, Inc.)에서 시판중인 CR-39 단량체의 중합화 생성물과 같은 플라스틱과 같은 투명체 또는 유리로 제조될 수 있다. 투명 렌즈(27 및 29)에서와 같은 투명화체는 일반적으로 열가소성 폴리카보네이트형 중합체 및 공중합체, 및 폴리올(알릴 카보네이트)의 단독중합체 또는 공중합체와 같은 열경화성 및 열가소성 유기 중합체 물질과 같은 임의의 안과용 유리 및/또는 가소성 물질로 제조될 수 있다. 일부 양태에서, 전기 광학 셀은 이격된 대향 배열로, 바람직하게는 매칭된 배열로 제 2 기판 이외의 캡슐화 물질을 보유할 수 있다. 캡술화 물질은 기판과 유사하거나 기판과 같은 지지체를 제공하기 보다는 기판을 둘러싸거나 봉입하되 기판 보다는 보다 가요성인 물질일 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물을 위한 기판일 수 있는 유기 중합체 물질의 예는 (a) 하기 화학식 I의 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트 화합물, (b) 하기 화학식 II의 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트 화합물 및 (c) 하기 화학식 III의 에폭시기를 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 화합물중에서 선택된 개별적인단량체 또는 단량체의 혼합물중에서 제조된 중합체이다:
상기 식에서,
R1및 R2는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 또는 메틸이고,
A는 메틸렌(CH2)이고,
n은 1 내지 20의 정수이다.
상기 식에서,
D는 CH2CR1CR2이고,
p는 1 내지 50이다.
상기 식에서,
R3는 수소 또는 메틸이다.
상기 화학식 I, 화학식 II 및 화학식 II에서, 상이한 치환체의 정의에 대해 사용된 동일한 문자는 동일한 의미를 갖는다.
화학식 I 및 화학식 II의 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트 화합물의 예로는 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 등, 부탄디올 디메타크릴레이트 및 폴리(옥시알킬렌 디메타크릴레이트), 예를 들어 폴리에틸렌 글리콜(600) 디메타크릴레이트를 들 수 있다. 화학식 III의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 화합물의 예는 글리시딜 아크릴레이트 및 글리시딜 메타크릴레이트를 들 수 있다.
전술한 바와 같은 광 발색/열 발색 코팅 조성물로 코팅될 수 있는 유기 중합체 물질의 추가적인 예는, 중합체, 즉 화학식 I, 화학식 II 및 화학식 III의 단량체, 예를 들어 비스(알릴 카보네이트) 단량체, 디이소프로페닐 벤젠 단량체, 에톡실화 비스페놀 A 디메타크릴레이트 단량체, 에틸렌 글리콜 비스메타크릴레이트 단량체, 폴리(에틸렌 글리콜)비스 메타크릴레이트 단량체, 에톡실화 페놀 비스 메타크릴레이트 단량체, 알콜시화 다가 알콜 폴리아크릴레이트 단량체, 예를 들어 에톡실화 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 단량체, 미국 특허 제 5,373,033 호에서 기술한 바와 같은 우레탄 아크릴레이트 단량체, 미국 특허 제 5,475,074 호에서 기술한 바와 같은 비닐벤젠단량체 및 스티렌의 단량체 및 이들의 혼합물의 단독중합체 및 공중합체; 다작용성, 예를 들어 일작용성, 이작용성 또는 다작용성 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트 단량체, 폴리(C1-12알킬 메타크릴레이트)의 중합체, 즉 단독중합체 및 공중합체, 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(알콕실화 페놀 메타크릴레이트), 셀룰로즈 아세테이트, 셀룰로즈 트리아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로즈 아세테이트 부티레이트, 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알콜), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리우레탄, 열가소성 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리스티렌, 폴리(알파메틸스티렌), 코폴리(스티렌-메틸 메타크릴레이트), 코폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리비닐부티르알; 및 디알릴리덴 펜타에리트리톨의 중합체, 즉 단독중합체 및 공중합체, 구체적으로 폴리올(알릴 카보네이트) 단량체, 예를 들어 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트) 단량체, 예를 들어 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트), 및 아크릴레이트 단량체, 예를 들어 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트와의 공중합체를 들 수 있다.
투명 공중합체 및 투명 중합체의 블렌드도 기판으로서 적당하다. 바람직하게, 호스트 물질은 열가소성 폴리카보네이트 수지, 예를 들어 렉산(LEXAN)의 상품명으로 시판중인 비스페놀 A 및 포스rps으로부터 유도된 카보네이트-결합된 수지; 폴리에스테르, 예를 들어 미라(MYLAR)의 상품명으로 시판중인 물질; 폴리(메틸 메타크릴레이트), 예를 들어 플렉시글라스(PLEXIGLAS)의 상품명으로 시판중인 물질; 폴리올(알릴 카보네이트) 단량체, 구체적으로 단량체를 CR-39라는 상품명으로 시판하는 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트)의 중합화물, 및 폴리올(알릴 카보네이트), 예를 들어 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트)와 다른 공중합성 단량체 물질의 공중합체의 중합화물, 예를 들어 비닐 아세테이트의 공중합체, 예를 들어 디에틸렌 글리콜 비스(알릴 카보네이트 80 내지 90% 및 비닐 아세테이트 10 내지 20%의 공중합체, 특히 비스(알릴 카보네이트 ) 80 내지 85% 및 비닐 아세테이트 15 내지 20%의 공중합체 및 미국 특허 제 4,360,653 호 및 미국 특허 제 4,994,208 호에서 기술한 바와 같은 말단 디아크릴레이트 작용성의 폴리우레탄과의 공중합체; 및 미국 특허 제 5,200,483 호에서 기술한 바와 같이 말단부가 알릴 또는 아크릴일 작용기를 포함하는 지방족 우레탄과의 공중합체; 폴리(비닐 아세테이트), 폴리비닐부티르알, 폴리우레탄, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 단량체, 디이소프로페닐 벤젠 단량체, 에톡실화 비스페놀 A 디메타크릴레이트 단량체, 에틸렌 글리콜 비스메타크릴레이트 단량체, 폴리(에틸렌 글리콜) 비스메타크릴레이트 단량체, 에톡시화 페놀 비스메타크릴레이트 단량체 및 에톡실화 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 단량체로 구성된 군중에서 선택된 성분의 중합체; 셀룰로즈 아세테이트, 셀룰로즈 프로피오네이트, 셀룰로즈 부티레이트, 셀룰로즈 아세테이트 부티레이트, 열가소성 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 및 스티렌과 메틸 메타크릴레이트, 비닐 아세테이트 및 아크릴로니트릴의 공중합체로부터 제조된 광학적으로 투명한 중합화 유기 물질이다.
광 발색 폴리우레탄 코팅 조성물과 같은 적당한 코팅은, 유기 중합체 물질, 예를 들어 광학적으로 투명한 중합화물, 즉 광학 구성요소와 같은 광학적 용도에 적당한 물질, 예를 들어 플라노(plano) 및 시력 교정용 안과용 렌즈, 창, 투명한 중합체 필름, 자동차용 투명체, 예를 들어 방풍 유리, 비행기용 투명체, 플라스틱 시트 등과 조합할 수 있다. 이러한 광학적으로 투명한 중합화물은 굴절률이 약 1.48 내지 약 1.75, 예를 들어 약 1.495 내지 약 1.66이다. 구체적으로 열가소성 폴리카보네이트로 제조된 광학 구성요소를 의도할 수 있다. "아플리케한 형태(applique)"의 중합체 필름에 본 발명의 광 발색 폴리우레탄 코팅 조성물을 도포하는 것은 미국 특허 제 5,198,267 호의 제 17 단락 제 28 행 내지 제 18 단락 제 57 행에서 기술한 방법을 사용하여 달성할 수 있다.
렌즈가 일반적으로 천공(37 및 39)과 같은 안경 프레임에 정합되도록, 투명한 기판인 렌즈(27 및 29)는 안경 프레임에 정합된다. 안경 프레임에 정합되는 경우, 렌즈는 전기 접속부(23 및/또는 31)에 의해 연결될 수 있다. 이러한 접속부는, 도 2에서 충분히 설명된 바와 같이 렌즈(27 및 29)의 전기-광학 구성부를 위한 전기장 또는 자기장을 제공한다.
도 2에서, 투명 렌즈 또는 가변성 투명 렌즈일 수 있는 전기-광학 장치(29)는 2개의 주 표면을 각각 갖는 전도성 기판(37 및 39)을 갖는다. 기판(37 및 39)는 도 2에서 도시하는 바와 같이 매칭된 배열로 존재하여 공간(41)을 형성한다.예를 들어, 공간(41)은 0.01 내지 50 mm, 보다 적당하게는 0.01 내지 15mm의 범위의 거리를 유지한다. 공간(41)은 전술한 바와 같은 광 발색 및/또는 열 발색 물질과 함께 유용한 전기 발색 전기 광학 셀용 중합체-전해질 또는 가변성 전기-광학적 변환성 물질(43)을 함유한다. 임의의 전술한 기판일 수 있는 기판(37)에 대해, 다른 전도성 기판(39)을 마주하는 주 표면은 하나 이상의 전기 발색 층(45)을 보유할 수 있다. 층(45)을 위한 다양한 공지된 전기 발색 물질로는 몰리브덴(MoO3), 텅스텐(WO3), 바나듐(V2O5), 니오브(Nb2O5), 티탄(TiO2), 크롬(Cr2O3), 프라세오디뮴(PRO2) 및 루테늄(RuO2)의 산화물, 산화텅스텐 및 텅스텐의 화합물과 같은 것을 들 수 있으며, 산화텅스텐이 바람직하다. 또한, 삼중 산화금속 및 텅스텐 브론즈, 예를 들어 Mo1-yWyO3, HxWO3, HxMoO3, KxWO3, 및 NaxWO3(여기서, x 및 y는 1 미만임)를 사용할 수 있다. 전도성 기판(37)에 마주하는 전도성 기판(39)의 주 표면은 예를 들어 산화 이리듐 또는 프러시안 블루(Prussian Blue)와 같이 당 분야의 숙련자들에게 공지되어 있는 상대전극 층(47)을 갖는다. 변환성 물질 또는 중합체 전해질(43)을 보유하는 공간(41)이 적층화 또는 밀봉부 또는 밀봉제(49A 및 49B)에 의해 두 개의 전도성 기판(37 및 39) 사이가 밀봉될 수 있다. 또한, 전기 발색 셀은 부스 바아(bus bar)(51 및 53)를 보유하여 전류를 전기 발색 층 및 상대전극 층 각각에 제공한다.
전기 발색 장치를 제조하는 경우, 기판은 바람직하게는 전기 발색 필름으로 층(47)의 일부분으로서 코팅되고, 그 위에 전기전도성 필름을 침착시킨다. 전기전도성 및 전기 발색 필름은 기판 및 캡술화 물질의 표면의 실질적인 부분에 존재할 수 있다. 이러한 실질적 부분은 전기-광학 가변성 투과 구성부를 제품으로서 유용하게 할 수 있는 기판 및 캡슐화 물질의 일부분이다. 예를 들어, 프레임내에 존재하는 기판 및 캡술화 물질의 일부분은 이러한 필름이 필요하지 않지만, 이러한 비코팅된 부분은 마스킹되어 코팅을 피하거나 필름을 제거할 수 있다. 바람직하게, 필름은 기판 및/또는 캡술화 물질의 전체 주 표면상에 본 발명의 전기-광학 셀의 매칭된 대향 배열로 존재한다. 전기전도성 필름은 전기 발색 장치에서 전기전도성 필름으로서 사용되는, 당 분야의 공지된 임의의 것일 수 있다. 이러한 필름은 금속 또는 산화금속의 투명한 박막, 예를 들어 불소 도핑된 산화주석 또는 주석 토핑된 산화인듐(통상적으로 ITO로 지칭됨(인듐/주석 산화물)), 바람직하게는 인듐 대 주석의 비가 약 90:10인 중량비를 갖는 ITO일 수 있다. 안티몬-도핑된 산화주석 및 알루미늄 도핑된 산화 아연과 같은 그밖의 물질이 전기전도성 필름으로서 사용될 수 있다. 이러한 필름을 위한 적당한 시이트 저항은 1평방피트당 10 내지 30 오옴의 범위일 수 있다. 전기전도성 필름을 위한 적당한 두께는 약 1300 내지 약 4000Å, 예를 들어 2000 내지 4000Å일 수 있다. 전기전도성 필름은 기판에 악영향을 주지 않는 한, 당 분야에 공지된 다양한 방법에 의해 침착될 수 있다. 고온의 열분해 방법이 유리상에 전기전도성 필름을 침착시키기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 방법은 일반적으로 낮은 융점의 중합체 기판에 대해서는 적당하지 않다. 전기전도성 필름, 예를 들어 ITO를 중합체 기판에 침착시키기에 적당한 방법은, 예를 들어 미국 특허 제 4,851,095 호, 미국 특허 제 5,225,057 호 및 WO 공개공보 제 96/06203 호(유럽 특허 제 776383 호)에서 기술한 높은 침착율 및 저온의 공정인, 직류(DC) 스퍼터링, 예를 들어 메타모드(MetaMode) 스퍼터링 시스템과 같은 DC 마그네트론 반응성 스퍼터링(MSVP)을 들 수 있다. 냉각 드럼에 의한 진공 웹의 코팅이 플라스틱 기판상에 ITO를 코팅하는 다른 방법이다. 이러한 기법을 사용하여 80% 이상의 가시광선 투과율 및 18 내지 20 오옴/평방피트당 시이트 저항을 갖는 ITO 필름을 약 20℃에서 제조할 수 있다.
추가로, 마모 개선 중합체 프라이머(primer)는, 기판 및 전기전도성 필름의 계면에 배치되어 기판 및 전기전도성 필름의 잔금 및/또는 기판 및 전기전도성 필름의 크랙킹을 방지함을 보조하여 개선된 환경에 대한 내구성 및 장시간 사이클링(착색화/표백화 사이클)을 위해 플라스틱 기판의 표면에 전기전도성 필름의 부착을 개선시킨다. 아크릴산 및 치환된 아크릴레이트, 예를 들어 시아노에틸아크릴레이트, 하이드록시에틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트 및 이러한 치환된 아크릴레이트의 혼합물의 아크릴레이트의 공중합체가 사용될 수 있다. 프라이머의 도포 및 경화는 미국 특허 제 5,618,390 호에 기술된 바와 같이 수행할 수 있다.
프라이밍된 전기전도성 필름으로 코팅된 투명 기판 한쌍을 이용하여 투명한 전기 발색 장치를 제조한다. 바람직하게는, 전기 발색 필름을 한쪽 플라스틱 기판의 전기전도성 필름상에 침착시키고, 상보성 전기 발색 또는 상대전극 필름을 다른 쪽 플라스틱 기판의 전기전도성 필름상에 침착시킨다. 산화텅스텐을 산화텅스텐의 열 증발에 의해 기판상에 침착시킬 수도 있지만, 희유기체/산소 분위기중 높은 총 기체 압력(20 mTorr 초과)하에 텅스텐의 직류(DC) 마그네트론 스퍼터링에 의해 침착시키는 것이 바람직하다. 또한, 대향 기판은 프라이밍된 층 이외에 상대전극 또는 전기 발색 층 코팅물을 전기전도성 필름상에 갖는다. 이러한 추가의 필름은 미국 특허 제 5,618,390 호에 개시된 바와 같은 질소-함유 산화이리듐중 하나일 수 있다.
하나의 실시양태에서, 전기 발색 셀(29)의 구조는 3개의 전극, 즉 작동전극(WE), 기준전극(RE) 및 상대전극(CE)을 갖는다. 작동전극은 질소-함유 산화이리듐 필름일 수 있고, 기준전극은 표준 칼로멜 전극(SCE)일 수 있고, 상대전극은 25 cm2의 면적을 갖는 백금 호일일 수 있다. 표준 칼로멜 전극에 대비하여 -0.5 내지 -0.1 V 범위의 인가 전압을 갖는 정전위 조건을 사용하면, 삽입되고 제거되는 전하량이 약 13 내지 40 mC/cm2이다. 또한, 전기화학적 환원은 약 1.5 x 10-3A의 인가 전류 및 1.5 V로 설정된 전압 한계를 비롯한 정전류 조건하에서 수행될 수 있다. 이들 조건하에 삽입되고 제거되는 전하량은 약 23 mC/cm2이다. WE에 직렬로 감긴 전량계를 사용하여 전하를 측정할 수 있다. 축적된 전하는 약 1 내지 40, 바람직하게는 15 내지 29, 더욱 바람직하게는 20 내지 29 mC/cm2의 범위일 수 있다.
2개의 기판을 프라이밍한 후, 필요에 따라 전기전도성 및 전기 발색 또는 상대전극 필름으로 코팅하고, 상기 기판 쌍을 조립하여 정면 관계로 전기 발색 필름을 갖는 셀을 형성한다. 셀(29)는 2개의 반전지 사이에 이온-전도성 중합체의 예비성형된 시이트를 배치하고, 수득된 조립체를 오토클레이브내에서 적층함으로써제조될 수 있다. 이온-전도성 물질, 바람직하게는 이온-전도성 중합체 층이 양쪽의 코팅된 표면과 결합하여 적층 제품을 형성한다.
또한, 양성자-전도성 중합체인 이온-전도성 중합체 전해질이 상기 셀에 유용하다. 2-아크릴아미도-2-메틸프로판설폰산(루브리졸(Lubrizol)로부터의 AMPS(등록상표))의 단독중합체 및 AMPS 물질과 다양한 단량체의 공중합체를, 기판 사이에 적층될 수 있는 예비성형 시이트의 형태로, 또는 적소에서 주조되고 경화되는 단량체의 액체 반응 혼합물의 형태로 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 적합한 양성자-전도성 중합체 전해질은 바람직하게는 적소에서 주조되고 경화되는, AMPS 물질과 N,N-디메틸아크릴아미드(DMA)의 공중합체이다. AMPS와 DMS의 공중합체의 적합한 예는 AMPS 및 DMA 단량체로부터 약 1:3 내지 1:2의 몰비로 제조되는 것이다. 중합체 전해질의 두께는 약 0.001 내지 약 0.025 인치(0.254 내지 0.625 mm), 더욱 적합하게는 0.005 내지 0.015 인치(0.127 내지 0.381 mm)의 범위이거나 미국 특허 제 5,327,281 호에 기술된 바와 같을 수 있다. AMPS/DMA 공중합체 양성자-전도성 전해질은 바람직하게는 1-메틸-2-피롤리디논(NMP) 및 물중의 단량체 용액으로서 적소에서 주조된다. 단량체 용액은 화학선, 바람직하게는 자외(UV)선에 노출시 단량체를 중합시키는 광개시제를 포함한다. 바람직한 UV 개시제로는 벤조인, 메틸 에테르 및 디에톡시아세토페논이 포함된다. 단량체 용액은 시판중인 밀봉제, 예를 들어 배리안 배큠 프로덕츠(Varian Vacuum Products)로부터 시판중인 토르 시일(Torr Seal, 등록상표)에 의해 적소에 유지된 0.005 내지 0.025 인치(0.381 내지 0.508 mm) 테플론(TEFLON, 등록상표) 스페이서 49 A 및 49 B와 함께 조립된 2개 별개의전기전도성 및 전기 발색 코팅된 기판 사이에 주입될 수 있다. 굽은 렌즈는 전형적으로 직경이 약 70 mm이고 두께가 1 내지 2 mm이다. 한쌍의 굽은 렌즈 기판의 경우, 단량체 용액을 한쪽 렌즈 기판의 오목면상에 주입하고, 다른쪽 렌즈 기판의 볼록면을 단량체 용액과 접촉하여 위치시킴으로써 단량체 용액을 렌즈 기판 사이에서 박막으로 형성할 수 있다. 중합체 전해질을 경화시키기에 충분한 자외선으로의 노출은 전형적으로 수은 램프의 경우 약 30분이고 크세논 램프의 경우 약 1 내지 3분이다. 상기 이온-전도성 중합체 전해질 이외에 다른 물질, 예를 들어 수소 우라닐포스페이트 또는 폴리에틸렌 옥사이드/LiCl04가 또한 사용될 수 있다. 또한, LiNbO3, LiBO3, LiTaO3, LiF, Ta2O5, Na2AlF6, Sb2O5·nH2O+Sb2O3, Na2O×·11 Al2O3, MgF2, ZrO2, Nb2O5및 Al2O3와 같은 무기 필름이 전해질 물질로서 사용될 수 있다. 수득된 전기 발색 렌즈는 무의미한 헤이즈(0.3 내지 0.4%)를 갖고 일반적으로 균열이 없다. 전기 발색 장치에 대한 전기 접속은 바람직하게는 전기전도성 버스 바아를 사용하여 행해진다. 550 nm에서 렌즈의 광투과율은 약 23 내지 29 mC/cm2범위의 전하에 대해 약 +1.5 내지 -1.5 V의 전압 범위에서, 표백 상태에서는 전형적으로 약 75% 이상이고 암 상태에서는 최소 약 10%일 수 있다. 이러한 필름의 하전 용량은 3 mC/cm2미만 내지 30 mC/cm2초과의 범위일 수 있다. 안경 이외의 전기 발색 제품의 경우, 표백 상태에서의 투과율은 보다 낮을 수도 있고 암 상태의 투과율은 보다 높거나 낮을 수도 있다.
버스 바아(51 및 53)는 안경 프레임의 배터리인 전원(33)에 의해 급전되거나, 또는 전원의 전압 및 암페어수를 적절히 조절하면서 자동차내 또는 자동차상의 전원으로부터 공급될 수 있다. 자동차로부터의 전원은 전류 및 전압이 적절히 조절되는 자동차 배터리 및/또는 자동차상에, 예들 들어 방풍유리내에 위치된 하나 이상의 태양발전 셀일 수 있다. 전력은 전기 발색 또는 이후에 기술되는 바와 같은 액정 조작을 위해 전자 회로(55)에 의해 제어된다. 회로(55)는 전기 접속부(31 및 32)와 함께 도 1에 도시된 바와 같은 포트(25)에서의 접속부를 통해 기능적으로 제어할 수 있다. 전기 발색 셀을 제어하기 위한 전원 및 전자 회로는 둘다 도 1의 안경의 측면 부재(15 또는 17)에 존재할 수 있다. 이러한 전기 발색 셀은 "현탁액 적층법 및 장치(Suspension Lamination Method and Device)"에 대해 1997년 11월 13일자로 출원되어 허여된 미국 특허출원 제 08/970,031 호에 기술되어 있고 또한 PCT 특허 공개공보 제 WO 97/43089 호의 대상이기도 한 현탁액 적층법에 의해 제조될 수 있다.
도 2에 고체 상태의 변형물로 도시된 전기 발색 셀은 공간(41)에 중합체-전해질을 끼워넣은 두 기판의 적층물이다. 도 3은 기판상의 박막 스택을 사용하는 상보형 박막을 갖는 전기 발색 셀의 또다른 고체 상태의 변형물을 도시한다. 도 2 또는 3에서 한쪽 또는 다른쪽 전극은 사이클링을 위해 하기 반응식 1의 삽입-추출 이온 J+에 의해 예비-하전될 수 있다.
MnOm·y H2O + Xe-+ Xj+⇔ JxMnOm·H2O
상기 반응식에서 우측은 암 상태를 나타내고 좌측은 밝은 상태를 나타낸다. 상기 반응식은 전자 및 1가 전하-보상 이온의 가역적 이중 삽입에 의해 음극 착색을 나타내는 무기 산화물 필름에 대한 것이다. 반응식 1에서, M은 2m을 n으로 나눈 원자가를 갖는 필름의 다가 양이온이다. m 및 n은 둘다 공칭 정수이다. 색 중심을 형성하면서 삽입되는 이온은 J+이다. 전형적으로 X는 0보다 크고 0.5보다는 작으며, X가 0.5에 가까워짐에 따라 필름은 정상 조명에서의 투명한 투과 상태로부터 동일 색조의 더욱 더 어두운 색조까지 가역적으로 변화한다. 도 3에서 도전성 기판(39)는 버스 바아(53)에 전기 접속된 산화텅스텐 코팅(45)을 가질 수 있다. 산화텅스텐 필름은 전해질 필름(57)과 접촉해 있다. 필름(57)과 접촉해 있는 것은 상대전극 필름(47)이고, 상대전극 필름과 전기 접촉해 있는 것은 인듐 주석 산화물 코팅(59)이다. 코팅(59)은 전기 발색 셀에서의 다른 코팅과 마찬가지로 당 분야의 숙련자에게 공지된 임의의 박막 기법에 의해 침착될 수 있는 박막 코팅이다. 코팅(59)은 전력을 전극 필름으로 운반하는 버스 바아(51)를 갖는다.
전력 및 제어 구성요소의 적합한 예는 경량의 배터리식 전기 발색(EC) 안경에 유용한 마이크로-일렉트로닉스이다. 이러한 구성요소는 마이크로일렉트로닉스, 예를 들어 변환성 전기 발색("EC") 렌즈의 저에너지, 고전류(펄스) 드레인 요건을 제공할 수 있는 혼성 동력-공유 구조의 리튬형 1차 셀 및 밀봉된 납산형 2차 셀을 포함할 수 있다. 스위치-모드 동력 공급 제어기는 2차 셀이 1차 셀에 의해 하전되도록 혼성 배터리 시스템상의 전력-공유 부하를 조정한다. 상기 시스템은 허용가능할 만큼 빠른 속도로 밝은 것부터 완전히 어두운 것까지 EC 렌즈를 변환성하는 단기간 펄스 드레인 요건 및 약 1500 사이클의 장기간 작동 수명 요건을 충족시킬 수 있다. 적합한 납산형 배터리는 길다랗고 균일하며 직사각형 단면을 갖고 20 mA-hr 이상의 용량을 제공할 수 있다. 적합한 납산형 배터리는 또한 길다랗고 균일하며 직사각형 단면을 갖고 180 mA-hr 이상의 용량을 제공할 수 있고, 모두 측면 부재(15 및 17)와 같은 하나 이상의 부피-제한된 공간과 양립가능한 아주 작은 부피를 갖는다. 리튬형 및 납산형 배터리는 이들 어느 한쪽 부재내의 공극안에 대칭적으로 위치시키기 위해 대략 동일한 형태 인자 및 부피를 가질 수 있다. 이중형 셀 배터리 구조는 하나 이상의 프레임 장착된 투과율 스위치를 형성하는 가요성 회로와 함께 사용될 수 있다. 콘트롤러 일렉트로닉스는 브릿지에서 렌즈 홀더내에 형성된 미소한 공극내에 정합되는 마이크로콘트롤러일 수 있다. 마지막으로, 외부의 배터리식 배터리 충전기 케이스 및 회로를 또한 이중 배터리에 의해 급전되는 EC 안경과 함께 사용할 수 있다. 이러한 전원 및 콘트롤러는 미국 특허 제 5,455,637 호 및 제 5,455,638 호에 기술된 바와 같은 것들이다.
광 발색 코팅을 갖는 전기 발색 셀에 대해 상기한 바와 같은 도 2 및 도 3의 전기-광학 셀은 또다른 형태의 전기-광학 장치로서 변형될 수 있다. 이러한 변형된 형태로는 액정 셀을 갖는 전기-광학 장치가 있는데, 여기서는 액정 물질이 광 발색, 열 발색 및/또는 이색성 물질을 갖는다. 본 발명의 이러한 양태에서, 도 2 및 3의 셀중 하나와 유사한 셀이 광 발색, 열 발색 및/또는 이색성 물질이 분산된액정 물질, 화합물 또는 중합체를 갖는다. 후자는 스멕틱, 네마틱 및/또는 리오트로픽 액정 등을 중합체 매트릭스중에 분산시키거나 액정 중합체를 사용하여 형성될 수 있다. 이들 액정 함유 물질은 상기에서 논의한 중합체 전해질이라기 보다는 공간(41)내의 변환성 물질(43)일 것이다. 공간(41)의 물질(43)은 액정 물질 이외에, 액정과 게스트-호스트 관계에 있는 1종 이상의 이색성 염료 및/또는 열 발색 물질을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 물질(43)은 1종 이상의 광 발색 물질을 가질 수 있다. 이는 열, 전기장 및/또는 자기장에 의해 호메오트로픽 배향 상태 또는 균일한 배향 상태와 불규칙한 배향 상태 사이에서 변화하는 액정 분자의 배향 순서 변화에 의해 촉진된다. 도 2 및 3의 전기-광학 장치의 경우, 산화텅스텐 또는 상대전극 코팅, 필름 또는 층이 필요하지 않을 것이다. 기판 또는 기판들은 기판상의 하나 이상의 전도성 코팅, 층 또는 필름의 조성 및/또는 존재하에 전도성이 될 것이다. 또한, 액정의 경우 도 2 및 3의 상대전극 코팅 또는 층은 액정을 배향시키는 하나 이상의 폴리이미드 코팅, 층 또는 필름, 또는 하나 이상의 다른 유사한 배향 코팅일 수 있다.
광 발색 및 열 발색 물질의 적합한 예는 전기 발색 셀에 대해 상기한 바와 같은 것들이다. 이색성 물질의 적합한 예는 단독으로 또는 이들간의 혼합물 또는 광 발색 및/또는 열 발색 물질과의 혼합물 형태로 발색 물질로서 유용한 이색성 염료이다. 이들 물질은 액정 물질내에서 분자가 정렬될 때 특정 편광의 빛을 흡수하는 능력을 갖는다. 이색성 염료는 빛의 하나의 편광만을 주로 산란시키는 필름 또는 기타 물질에 사용될 때, 상기 물질이 빛의 하나의 편광만을 흡수하도록 한다.적합한 이색성 염료로는 콘고 레드(Congo Red)(나트륨 디페닐-비스-α-나프틸아민 설포네이트), 메틸렌 블루, 스틸벤 염료(색지수(CI)=620), 및 1,1'-디에틸-2,2'-시아닌 클로라이드(CI=374(오렌지) 또는 CI=518(블루))가 포함된다. 이들 염료의 특성 및 그의 제조방법은 랜드(E.H. Land)의 문헌[Colloid Chemistry (1946)]에 기술되어 있다. 이들 염료는 폴리비닐 알콜중에서 현저한 이색성을 가지며 셀룰로즈중에서는 더 적은 이색성을 갖는다. 다른 적합한 염료로는 문헌[Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 8, pp. 652-661(4th Ed. 1993)] 및 이 문헌에서 인용된 참조문헌에서 논의된 것으로 그의 특성 및 제조방법과 함께 열거된 것들이 포함된다.
이색성 염료를 갖거나 갖지 않는 1종 이상의 발색 성분을 액정 물질의 양을 기준으로 일반적으로 0.05 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%의 양으로 액정 물질중에 사용할 수 있다.
다른 유용한 게스트 화합물로는 방향족 화합물, 예를 들어 모노-치환된 벤젠 유도체, 디-치환된 벤젠 유도체, 트리-치환된 벤젠 유도체, 테트라-치환된 벤젠 유도체, 모노-치환된 비페닐 유도체, 디-치환된 비페닐 유도체, 트리-치환된 비페닐 유도체, 테트라-치환된 비페닐 유도체, 모노-치환된 나프탈렌 유도체, 디-치환된 나프탈렌 유도체, 트리-치환된 나프탈렌 유도체, 테트라-치환된 나프탈렌 유도체, 모노-치환된 피리딘 유도체, 디-치환된 피리딘 유도체, 트리-치환된 피리딘 유도체, 테트라-치환된 피리딘 유도체, 모노-치환된 피라진 유도체, 디-치환된 피라진 유도체, 트리-치환된 피라진 유도체, 테트라-치환된 피라진 유도체, 모노-치환된피리미딘 유도체, 디-치환된 피리미딘 유도체, 트리-치환된 피리미딘 유도체, 테트라-치환된 피리미딘 유도체, 모노-치환된 아줄렌 유도체, 디-치환된 아줄렌 유도체, 트리-치환된 아줄렌 유도체, 테트라-치환된 아줄렌 유도체, 모노-치환된 피롤 유도체, 디-치환된 피롤 유도체, 트리-치환된 피롤 유도체, 테트라-치환된 피롤 유도체, 모노-치환된 티오펜 유도체, 디-치환된 티오펜 유도체, 트리-치환된 티오펜 유도체, 테트라-치환된 티오펜 유도체, 모노-치환된 푸란 유도체, 디-치환된 푸란 유도체, 트리-치환된 푸란 유도체, 테트라-치환된 푸란 유도체, 모노-치환된 피릴륨염 유도체, 디-치환된 피릴륨염 유도체, 트리-치환된 피릴륨염 유도체, 테트라-치환된 피릴륨염 유도체, 모노-치환된 퀴놀린 유도체, 디-치환된 퀴놀린 유도체, 트리-치환된 퀴놀린 유도체, 테트라-치환된 퀴놀린 유도체, 모노-치환된 피리다진 유도체, 디-치환된 피리다진 유도체, 트리-치환된 피리다진 유도체, 테트라-치환된 피리다진 유도체, 모노-치환된 트리아진 유도체, 디-치환된 트리아진 유도체, 트리-치환된 트리아진 유도체, 테트라-치환된 트리아진 유도체, 모노-치환된 테트라진 유도체, 디-치환된 테트라진 유도체, 트리-치환된 테트라진 유도체, 테트라-치환된 테트라진 유도체, 모노-치환된 안트라센 유도체, 디-치환된 안트라센 유도체, 트리-치환된 안트라센 유도체, 또는 테트라-치환된 안트라센 유도체가 포함된다. 상기에서 논한 바와 같은 게스트 화합물에 부착된 전자 공여기의 예로는 아미노기, 알킬기(메틸, 에틸, 이소프로필, n-프로필, n-부틸, t-부틸, sec-부틸, n-옥틸, t-옥틸, n-헥실, 사이클로헥실 등), 알콕시기(메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시 등), 알킬아미노기(N-메틸아미노, N-에틸아미노, N-프로필아미노, N-부틸아미노등), 하이드록시알킬아미노기(N-하이드록시메틸아미노, N-(2-하이드록시에틸)아미노, N-(2-하이드록시프로필)아미노, N-(3-하이드록시프로필)아미노, N-(4-하이드록시프로필)아미노 등), 디알킬아미노기(N,N-디메틸아미노, N,N-디에틸아미노, N,N-디프로필아미노, N,N-디부틸아미노, N-메틸-N-에틸아미노, N-메틸-N-프로필아미노 등), 하이드록시알킬-알킬아미노기(N-하이드록시메틸-N-메틸아미노, N-하이드록시메틸-N-에틸아미노, N-하이드록시메틸-N-프로필아미노, N-(2-하이드록시에틸)-N-메틸아미노, N-(2-하이드록시에틸)-N-에틸아미노, N-(3-하이드록시프로필)-N-메틸아미노, N-(2-하이드록시프로필)-N-에틸아미노, N-(4-하이드록시부틸)-N-부틸아미노 등), 디하이드록시알킬아미노기(N,N-디하이드록시메틸아미노, N,N-디-(2-하이드록시에틸)아미노, N,N-디-(2-하이드록시프로필)아미노, N,N-디-(3-하이드록시프로필)아미노, N-하이드록시메틸-N-(2-하이드록시에틸)아미노 등), 머캅토기 및 하이드록시기가 포함될 수 있다. 한편, 전자 유인기의 예로는 니트로기, 시아노기, 할로겐 원자(불소, 염소, 브롬), 트리플루오로메틸기, 카복실기, 카보닐 에스테르기, 카보닐기 및 설포닐기가 포함될 수 있다. 사용될 수 있는 게스트 화합물의 구부피 예는 다음과 같다: 3-니트로-4-하이드록시-3-소듐카보닐-아조벤젠, 4-클로로-2-페닐퀴나졸린, 아미노아디프산, 아미노안트라센, 아미노비페닐, 2-아미노-5-브로모벤조산, 1-아미노-5-브로모벤조산, 1-아미노-4-브로모나프탈렌, 2-아미노-5-브로모피리딘, 아미노-클로로벤젠설폰산, 2-아미노-4-클로로벤조산, 2-아미노-5-클로로벤조산, 3-아미노-4-클로로벤조산, 4-아미노-2-클로로벤조산, 5-아미노-2-클로로벤조산, 2-아미노-5-클로로벤조니트릴, 2-아미노-5-클로로벤조페논, 아미노-클로로벤조트리플루오라이드, 3-아미노-6-클로로메틸-2-피라진카보니트릴-4옥사이드, 2-아미노-4-클로로-6-메틸피리딘, 1-아미노-4-클로로나프탈렌, 2-아미노-3-클로로-1,4-나프토퀴논, 2-아미노-4-클로로-5-니트로페놀, 2-아미노-4-클로로-5-니트로톨루엔, 2-아미노-4-클로로-4-페놀, 2-아미노-5-클로로퓨린, 2-아미노-5-클로로피리딘, 3-아미노-2-클로로피리딘, 5-아미노-2-클로로피리딘, 아미노크리센, 2-아미노-p-크레솔, 3-아미노-p-크레솔, 4-아미노-p-크레솔, 4-아미노-m-크레솔, 6-아미노-m-크레솔, 3-아미노크로토노니트릴, 6-아미노-3-시아노-2,4-디메틸피리딘, 5-아미노-6-시아노-2-피라지닐 아세테이트, 4-[N-(2-메틸-3-시아노-5-피라지닐메틸)아미노]-벤조산, 3,5-디니트로아닐린, 4-(2,4-디니트로아닐리노)페놀, 2,4-디니트로아니솔, 2,4-디니트로벤즈알데하이드, 2,6-디니트로벤즈알데하이드, 3,5-디니트로벤즈아미드, 1,2-디니트로벤젠, 1,3-디니트로벤젠, 3,4-디니트로벤조산, 3,5-디니트로벤조산, 3,5-디니트로벤조니트릴, 2,6-디니트로-p-크레솔, 2,6-디니트로-o-크레솔, 2,4-디니트로디페닐아민, 디니트로두렌, 2,4-디니트로-N-에틸아닐린, 2,7-디니트로플루오레논, 2,4-디니트로플루오로벤젠, 1,3-디니트로나프탈렌, 1,5-디니트로나프탈렌, 1,8-디니트로나프탈렌, 2,4-디니트로페놀, 2,5-디니트로페놀, 2,4-디니트로페닐하이드라진, 3,5-디니트로살리실산, 2,3-디니트로톨루엔, 2,4-디니트로톨루엔, 2,6-디니트로톨루엔, 3,4-디니트로톨루엔, 9-니트로안트라센, 4-니트로안트라닐산, 2-아미노-5-트리플루오로메틸-1,3,4-티아졸, 7-아미노-4-(트리플루오로메틸)-쿠마린, 9-시아노안트라센, 3-시아노-4,6-디메틸-2-하이드록시피리딘, 5-시아노인돌, 2-시아노-6-메톡시벤조티아졸, 9-시아노페난트렌, 시아누릭 클로라이드, 1,2-디아미노안트라퀴논, 3,4-디아미노벤조산, 3,5-디아미노벤조산, 3,4-디아미노벤조페논, 2,4-디아미노-6-(하이드록시메틸)프테리딘, 2,6-디아미노-4-니트로톨루엔, 2,3-디시아노하이드로퀴논, 2,6-디니트로아닐린, 2-아미노-5-요오도벤조산, 아미노메톡시벤조산, 2-아미노-4-메톡시벤조티아졸, 2-아미노-6-메톡시벤조티아졸, 5-아미노-2-메톡시페놀, 5-아미노-2-메톡시피리딘, 2-아미노-3-메틸벤조산, 2-아미노-5-메틸벤조산, 2-아미노-6-메틸벤조산, 3-아미노-4-메틸벤조산, 4-아미노-3-메틸벤조산, 2-아미노-4-메틸벤조페논, 7-아미노-4-메틸쿠마린, (100) 3-아미노-5-메틸쿠마린, (101) 7-아미노-4-메틸-1,8-나프틸리덴-2-올. 적합한 게스트 화합물로는 4-아미노아세토페논, 4-아미노벤조산, 4-아미노-α,α,α-트리플루오로톨루엔, 4-아미노벤조니트릴, 4-아미노신남산, 4-아미노페놀, 4-브로모톨루엔, 4-브로모아닐린, 4-브로모아니솔, 4-브로모벤즈알데하이드, 4-브로모벤조니트릴, 4-클로로벤조니트릴, 4-클로로톨루엔, 4-클로로아닐린, 4-클로로아니솔, 4-클로로벤즈알데하이드, 4-클로로벤조니트릴, 4-시아노벤즈알데하이드, α-시아노-4-하이드록시신남산, 4-시아노페놀, 4-시아노피리딘-N-옥사이드, 4-플루오로톨루엔, 4-플루오로아닐린, 4-플루오로아니솔, 4-플루오로벤즈알데하이드, 4-플루오로벤조니트릴, 4-니트로아닐린, 4-니트로벤즈아미드, 4-니트로벤조산, 4-니트로벤질 알콜, 4-니트로신남알데하이드, 4-니트로신남산, 4-니트로페놀, 4-니트로페네톨, 4-니트로페닐 아세테이트, 4-니트로페닐하이드라진, 4-니트로페닐 이소시아네이트 4-니트로톨루엔 4-니트로-α,α, α-트리플루오로톨루엔이 포함된다.
본 발명에 사용하기 위한 액정 화합물의 예로는 하기 화학식 IV로 표시되는화합물을 들 수 있다:
X-A-R-B-Y
상기 식에서, A 및 B는 방향족 또는 지방족 탄화수소 6원 환 또는 치환된 6원 환, 또는 질소 또는 산소 함유 6원 환(상기 산소 또는 질소는 탄소와 함께 환내에 있음) 및 이들중 임의의 것의 혼합물일 수 있고; R은 2개의 환 A와 B 사이의 단일결합, (-C≡C-)(이는 삼중결합된 탄소를 나타냄), CH2CH2또는 COO이다. 상기 화학식 IV에서, X 및 Y는 각각 알킬기, 알콕시기, 알콕시알킬기, 알킬페닐기, 알콕시알킬페닐기, 알콕시페닐기, 알킬사이클로헥실기, 알콕시알킬사이클로헥실기, 알킬사이클로헥실페닐기, 시아노페닐기, 시아노기, 할로겐 원자, 플루오로메틸기, 플루오로메톡시기, 알킬페닐알킬기, 알콕시페닐알킬기, 알킬사이클로헥실알킬기, 알콕시알콕시사이클로헥실알킬기, 알콕시페닐알킬기 또는 알킬사이클로헥실페닐알킬기를 나타내며, 여기서 상기 알킬 쇄 및 알콕시 쇄는 각각 그 안에 광학 활성 부위를 가질 수 있고; 환에 대한 치환기는 수소 원자 이외에 할로겐 원자 또는 시아노기일 수 있다. X 및 Y내에 함유될 수 있는 페닐 또는 페녹시기는 시아노기 및 할로겐 원자(예: 불소 및 염소)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다. 화학식 IV내에 함유된 페닐기는 각각 할로겐 원자(예: 불소 및 염소) 및 시아노기로 이루어진 군으로부터 선택된 4개 이하의 치환기로 치환될 수 있다.
또한, 하나 이상의 불소 원자 또는 불소화 기, 예를 들어 --F, --CF3및 --OCF3를 갖는 불소화된 액정 화합물을 통상적인 시아노-함유 액정 화합물 대신에 사용할 수 있다.
액정 조성물은 또한 자외선 흡수제 및 산화방지제를 비롯한 다양한 첨가제를 포함할 수도 있다.
또한 도 2 및 3중의 공간(41)을 위한 게스트 호스트 조성물로서 유용한 것은 전자 공여기 또는 전자 유인기를 갖는 유기 게스트 화합물의 고용체이다. 유기 게스트 화합물은 DC 전기장 또는 자기장의 적용에 의한 용융하에 배향을 통해 배향된 형태와 같은 비선형 광학 물질내에 함유될 수 있다. 이러한 게스트 화합물의 예는 하나의 치환기가 전자 공여기이고 제 1 치환기에 대해 파라 위치에 있는 다른 치환기가 전자 유인기인 파라-디-치환된 벤젠 유도체이다.
문헌에 기술된 다른 적합한 예로는 메레디티(Meredity, G.R.) 등의 문헌[Macromolecules, 15, 1385 (1982)]에서 지적된 바와 같이 중합체 액정을 호스트로서 사용하며 극성 분자를 게스트로서 사용하고 상기 중합체 액정의 전기장하 배향을 이용하여 상기 극성 분자를 정렬시키는 것을 들 수 있다.
또한, 무정형 중합체에서 극성 분자를 정렬시키는 예로는, 아조 착색제가 용해되어 있는 폴리메틸 메타크릴레이트 수지를 필름으로 형성하고 유리전이점 이상의 온도로 가열하고 전압을 공급하여 아조 착색제를 정렬시킨 후, 생성된 구조를 추가로 냉각하여 정착시키는 것이 있다(싱거(Singer, K.D), 손(Shon, J.E.) 및 랄라마(Lalama, S.J.)의 문헌[Appl. Phys, Lett. 49, p. 248 (1986)]). 또한, 중합체 비선형 광학 물질을 수득하기 위해서는 중합체중 비선형 광학-반응성 유기 화합물의 혼합물이 유용할 수 있다(미국 특허 제 4,428,873 호 및 일본 특허 공개 제 1982-45519 호). 일본 특허 공개 제 1987-84139 호에 공지된 아크릴아미드 수지를 호스트 중합체로서 포함하고 비선형 광학-반응성 유기 화합물을 게스트로서 포함하는 비선형 광학 물질이 유용하다. 또한, 일본 특허 공개 제 1987-246962 호에서와 같이 폴리옥시알킬렌 매트릭스내에 비대칭 중심을 갖는 화합물의 결정 성장을 수득하는 것이 유용하다. 또한, 폴리옥시알킬렌 단독으로 구성되거나 폴리옥시알킬렌과 기타 중합체, 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리스티렌, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐리덴 시아나이드-비닐 아세테이트), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-테트라플루오로에틸렌), 폴리(비닐리덴 시아나이드-비닐 프로피오네이트), 폴리(비닐리덴 시아나이드-비닐 벤조에이트), 폴리(비닐 알콜), 폴리아미드 등과의 혼합물, 중합체 액정, 액정, 및 무기 화합물 분말로 구성된 폴리옥시알킬렌 매트릭스가 사용될 수 있다.
발색제를 갖는 액정 조성물이 도 2 및 3의 공간(41)내에 위치한 스위칭가능한 물질(43)일 때 전기-광학 제품이 구성된다.
도 2 및 3의 코팅, 층 또는 필름(45 및 47)으로서의 투명 전극은 상기한 바와 같은 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지 및 에폭시 수지를 비롯한 다양한 합성 수지중 임의의 것으로 된 판 또는 유리판인 기판상에 투명 전극 층을 형성함으로써 제조할 수 있다. 상기 투명 전극 층은 예를 들어 산화인듐, 산화 인듐-주석(ITO) 또는 산화주석과 같은 금속 산화물로 이루어질 수 있다. 액정과 접촉하게 되는 투명 전극 층의 표면은 요구에 따라 정렬 처리될 수 있다.
도 2 및 3의 셀 장치에 있어서, 전기 발색에 의한 접근법이 아니라 액정에 의한 접근법을 사용하는 결과로서 발생하는 차이가 있다. 그 차이는, 바람직하게는 투명하고 두 기판상에 또는 기판 및 캡슐화 층상에 위치하는 전극 층이 공간(41)에 액정을 첨가하기 전에 정렬 처리된 전극 표면을 갖는다는 점이다.
상기 정렬 처리는, 예를 들어 수직 정렬의 경우 옥타데실디메틸 [3-(트리메틸옥시실릴)프로필]암모늄 클로라이드, 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드 등을 적용하고, 평행 정렬의 경우 폴리이미드를 적용하거나 표면을 면직물, 흡수성 면 등으로 문지르거나 SiOx를 작은 경사각으로 증착시킴으로써 달성될 수 있다. 이러한 정렬 기법을 적합하게 사용할 수 있다. 또다른 정렬 방법이 아쎄이(Patricia Ruzakowski Athey)에 의해 본원과 동일자로 출원된 발명의 명칭 "액정 셀용 전극(Electrodes for Liquid Crystal Cells)"의 공동계류중인 특허 출원에 개시 및 기술되어 있다. 다른 정렬 방법, 예를 들어 중합성 작용기를 함유하는 액정 화합물 또는 이러한 화합물을 함유하는 중합성 액정 조성물을 액정 상태로 정렬시키고, 이어서 상기 물질을 액정 상태로 유지하면서 자외선과 같은 에너지선으로 조사하는 방법을 사용할 수도 있다.
액정의 메소제닉 코어의 균일한 배향을 반영구적으로 고정시키기 위한 다른 방법으로는, 액정 중합체 화합물을 사용하는 것을 포함하는 방법이 이미 공지되어 있다. 좀더 상세히 설명하면, 이 방법은 서모트로픽 액정성을 나타내는 액정 중합체의 용액을 기판에 적용하고, 상기 기판을 처리하여 액정 중합체를 정렬시키고, 이어서 상기 물질을 액정 중합체 화합물이 액정 상을 나타내는 온도에서 가열하여, 액정 중합체의 목적하는 배향의 메소제닉 코어를 수득하는 것을 포함한다. 이렇게 하여 배향된 중합체 화합물을 유리 상태로 유지시켜 목적하는 배향을 그 안에 고정시킨다.
표 1에 나타낸 물질에 대해 하기 절차에 따라 몇몇 액정 셀을 구성하였다. 상기 셀을 다양한 투명 장치로 만들고 표 1에 나타낸 바와 같이 시험하였다.
1. 선게이트(Sungate, 등록상표) 500 유리를 2" x 2" 조각으로 절단한다. 한쌍의 조각을 사용하여 액정 셀을 구성한다. 상기 선게이트 500 유리는 장치를 위한 전극으로서 기능하고, 또한 액정-염료 혼합물을 위한 정렬 층을 제공한다.
2. 선게이트 500 유리를 세정한다: 선게이트 500 유리에 50/50(부피비)의 2-프로판올/탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰(Technicloth, 등록상표)(TEXWIPE) 폴리에스테르/셀룰로즈 와이퍼로 닦아 말린다.
3. 상기 선게이트 500 유리의 전도성 표면을 문지른다: 2개의 선게이트 500 유리 조각중 하나의 전도성 면을, 2-프로판으로 적셔지고 알루미늄 막대에 감싸진 면 패드(VWR 사이언티픽(VWR Scientific))로 한 방향으로 문지른다.
4. 1개의 선게이트 500 유리 조각의 전도성 면상에 스페이서 물질을 스핀 코팅한다: 2-프로판올중 8 미크론 유리섬유 스페이서 물질(EM 인더스트리즈, 인코포레이티드(EM Industries, Inc.))의 희석 혼합물을 제조한다. 이 혼합물은 진탕시흐리게 보여야 한다. 스핀 코팅하기 전에 압축 질소를 사용하여 선게이트 유리의 전도성 표면으로부터 모든 분진을 날려버린다. 유리 샘플을 스핀 코팅기(헤드웨이 리서치, 인코포레이티드(Headway Research, Inc.))의 진공 척상에 장착하고, 이어서 유리 면적(in2)당 5 방울의 유리섬유 스페이서/2-프로판올 혼합물을 유리의 전도성 면상에 위치시킨다. 스핀 코팅기를 21초 동안 1090 rpm으로 회전하도록 세팅한다. 선게이트 500 유리 조각을 스핀 코팅기에서 제거한다.
5. 액정 셀 조립/초기 밀봉: 2개의 선게이트 500 유리 조각(하나는 유리섬유 스페이서를 갖고 하나는 갖지 않음)을 전도성 면이 대향하고 문지름 방향이 180° 반대가 되도록 위치시킨다. 전기전도 및 충전을 위해 한쌍의 대향 가장자리에서 약 1/4" 어긋나게 한다. 다른 쌍의 대향 가장자리는 균등하게 정렬되어야 한다. 셀을 2개의 바인더 클립으로 고정시킨다. 초기 밀봉을 위해 UV-경화성 에폭시 접착제(록타이트(Loctite, 등록상표) 349)를 2개의 수평 정렬된 가장자리에 적용한다. 셀을 고강도 UV 반응기(RPC 인더스트리즈)에 통과시켜 UV 에폭시를 경화시킨다. 에폭시가 경화되었을 때 바인더 클립을 제거한다. 이렇게 하여 약 1 내지 3/4" x 2" x 8 미크론의 충전가능한 부피를 갖는 셀을 형성한다.
6. 액정/이색성 염료/광 발색 염료 혼합물을 제조한다: E7 액정(EM 인더스트리즈, 인코포레이티드)과 G-472 블루 이색성 염료(닛폰, 간코, 시키소, 겐큐소(Nippon, Kankoh, Shikiso, Kenkyusho))를 다음 중량%로 유리병에서 혼합한다: E7 액정 95 중량%; G-472 블루 이색성 염료 1 중량%; 7-120 광 발색 염료 4.0중량%. 혼합물을 E7 액정의 이소트로픽 상태 이상의 온도, 즉 90℃로 세팅된 핫플레이트상에서 가열하고, 모든 염료 입자가 용해될 때까지 가끔 진탕시켜 교반한다.
7. 액정 셀을 충전한다: 미충전된 셀을 90℃로 세팅된 핫플레이트(Thermolyne MirakTM)상에 놓는다. 상기 셀은 밀봉되지 않은 가장자리중 하나를 따라 적하 충전될 수 있도록 핫플레이트상에 위치시켜야 한다. 따뜻한 액정/이색성 염료/광 발색 염료 혼합물을 피펫으로 빨아들이고, 충전 가장자리를 따라 한쪽 코너에서 시작하여 대향 코너까지 상기 혼합물의 연속 라인을 개방된 가장자리를 따라 침착시켜 모세관 충전을 시작한다. 앞선 액정/염료 혼합물이 셀의 밀봉되지 않은 대향 가장자리를 가로질러 이동하였을 때 장치가 충전된다.
8. 충전된 액정 셀을 냉각한다: 셀을 핫플레이트로부터 제거하여 실온으로 냉각한다. 혼합물이 냉각됨에 따라 E7 액정은 이소트로픽 상태에서 네마틱 상태로 바뀐다.
9. 액정 장치의 최종 밀봉: 에폭시(록타이트 100CL)를 2개의 밀봉되지 않은 가장자리에 5분 적용하고 경화시킨다. 이로써 광 발색 염료가 혼입된 게스트-호스트 액정 장치의 제작이 종료된다.
10. 액정 장치의 전기적 스위칭: 상기와 같이 제작된 액정 장치는 장치에 전기장이 전혀 공급되지 않을 때는 암 상태에 있다[형광등 조명에서 볼 때 낮은 가시광선 투과율(약 41% Lta)의 청색을 나타낸다]. 전기장이 이러한 액정 장치에 공급되면 상기 장치는 표백된다[형광등 조명에서 볼 때 더욱 높은 가시광 투과율(약63% Lta) 또는 밝은 청색을 나타낸다]. 이들 장치를 스위칭시키기 위해 초기에 0 내지 6VDC를 사용하였지만, DC 전압 사용에 기인할 수 있는 임의의 셀 분해를 피하기 위해 0 내지 6VAC를 사용하여 모든 액정 장치를 스위칭시키는 것이 바람직하다.
11. 광 발색 효과: 상기 액정 장치내 광 발색 염료는 전기장에 의해 활성화되지 않고, 광 발색 반응을 일으키기 위해서는 UV선에 노출시킬 것이 요구된다. UV선이 광 발색 염료 분자에 의해 흡수되고, 이어서 이 염료 분자의 화학 구조가 변화되어 거의 무색에서 암청색으로 염료의 가시적 색 변화가 일어난다(형광등 조명에서 볼 때). 암 상태의 상기 액정 장치가 1분 이내 동안 장파장의 UV선에 노출될 때, 상기 장치는 낮은 가시광 투과율값(측정안됨)의 진한 청색으로 훨씬 더 어두워진다(형광등 조명에서). 장파장의 UV 광원이 제거되면 상기 장치가 1분 이내에 암 상태 셀의 투과율값으로 다시 표백된다. 이러한 광 발색 효과는 동일한 장치로 여러번 재현되었다.
12. 몇몇 액정 셀의 결과를 하기 표 1A, 1B 및 1C에 제시한다.
표 1은 광 발색 성분을 혼입시킨 액정 장치를 나타내고, 여기서 SG500은 피피지 인더스트리즈 인코포레이티드(PPG INdustries Inc.)로부터 시판되는 선게이트 500이며, IPA는 이소프로필알콜 또는 2-프로판올이다.
코드 기판 1 표면 처리 1 액정 이색성 염료 광 발색성
A SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 - 7-120,0.1%
B SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 - 7-120,0.1%
C SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 블루 G-472(닛폰 95-1),0.8% 7-120,0.06%
D SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 블루 G-472(닛폰 95-1),0.8% 7-120,0.06%
AA SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 블루 G-472(닛폰 #95-1),1% 7-120,2%
BB SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 퍼플 G-471(닛폰 #95-1),1% 7-120,4%
CC SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 블랙 벨벳으로 한 방향으로 10회 문지름으로써 세정함 E7 퍼플 G-471(닛폰 #95-1),1% 7-120,1.3%
AAA SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 면 패드로 한 방향으로 5회 왕복하고, 최종적으로 마른 면 패드로 한 방향으로 5회 왕복함으로써 세정함 E7 - 7-120,3.8%
BBB SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 면 패드로 한 방향으로 5회 왕복하고, 최종적으로 마른 면 패드로 한 방향으로 5회 왕복함으로써 세정함 E7 블루 G-472(닛폰 95-1),1.0%
CCC SG500 50:50(부피비)의 IPA:탈이온수를 분무하고 테크니클로쓰 와이퍼로 닦아낸 후, IPA로 적셔진 면 패드로 한 방향으로 5회 왕복하고, 최종적으로 마른 면 패드로 한 방향으로 5회 왕복함으로써 세정함 E7 블루 G-472(닛폰 95-1),1.1% 7-120,3.9%
코드 기판 2 표면 처리 2 각도 1-2(시계방향) 충전 방법 스페이서(㎛) % T 변화
A SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
B SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
C SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
D SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
AA SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
BB SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
CC SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
AAA SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
BBB SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 22
CCC SG500 실시예 1과 동일 180 모세관 8 -
코드 기판 1 기판 2 비고
A 1 1 약한 광 발색 효과
B 1 1 약한 광 발색 효과
C 1 1 암 상태에서 너무 밝음, 약한 광 효과
D 1 1 암 상태에서 너무 밝음, 약한 광 효과
AA 1 1 현저한 광 발색 효과
BB 1 1 현저한 광 발색 효과
CC 1 1 현저한 광 발색 효과
AAA 2 2 현저한 광 발색 효과, 충전시 기포발생 없음
BBB 2 2 충전시 기포발생
CCC 2 2 현저한 광 발색 효과, 5분 동안 액정-염료 혼합물이 진공 탈가스화됨, 충전시 기포발생 없음

Claims (13)

  1. 가변성 투명 제품용 광학 활성 물질을 갖는 전기-광학 장치로서,
    하나 이상의 주 표면을 갖는 하나 이상의 투명 기판;
    기판의 실질적인 부분을 이격된 방식으로 덮어 기판과의 사이에 공간을 형성하도록 매칭된 하나 이상의 캡슐화 물질;
    공간을 점유하여 캡슐화 물질에 대향 기판의 주 표면을 실질적으로 덮는 전기 광학적 변환성(switchable) 물질을 가지고 하나 이상의 기판과 캡슐화제를 결합하여 간극 성분으로 점유된 공간을 형성하는 하나 이상의 간극 성분;
    하나 이상의 기판 및 캡슐화제를 위한 간극 성분에 효과적으로 대향하는 주 표면의 적어도 실질적인 부분상에 위치된 하나 이상의 전기 전도성 층; 및
    하나 이상의 기판의 주 표면의 한쪽면상의 하나 이상의 코팅, 및 간극 성분으로서 또는 간극 성분의 호스트 물질내의 게스트 물질로서 존재하는 전기-광학적 변환성 물질중에서 선택된 발색제 활성 성분을 갖는 전기-광학 셀을 포함하는 전기 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    간극 성분이 호스트 물질인 액정 조성물내에 게스트 물질인 발색제 활성 성분을 보유하고, 간극 성분에 대향하는 기판의 주 표면 및 캡슐화제가 전도성인 전기-광학 장치.
  3. a) 프레임;
    b) 하나 이상의 주 표면을 갖는 하나 이상의 투명 기판; 기판의 실질적인 부분을 이격된 방식으로 덮어 기판과의 사이에 공간을 형성하도록 매칭된 하나 이상의 캡슐화 물질; 공간을 점유하여 캡슐화제에 대향하는 기판의 주 표면을 실질적으로 덮는 변환성 게스트 물질을 갖는 하나 이상의 간극 성분; 하나 이상의 기판과 캡슐화제를 결합하여 간극 성분으로 점유된 공간을 형성하는 밀봉제; 하나 이상의 기판 및 캡술화제를 위한 간극 성분에 효과적으로 대향하는 주 표면의 적어도 실질적인 부분상에 위치된 하나 이상의 전기전도성 층; 및 하나 이상의 기판의 주 표면중 한쪽면상의 하나 이상의 코팅 및 간극 성분의 호스트 물질내의 게스트 물질중에서 선택된 발색제 활성 성분을 포함하고, 가시광선 투과성을 변환시킬 수 있는, 상기 프레임에 의해 지지된 하나 이상의 전기-광학 셀;
    c) 상기 프레임에 장착되고 적어도 하나가 상기 셀에 작동가능하도록 연결된 하나 이상의 스위치; 및
    d) 제어기 및 상기 제어기에 전류를 공급하고 상기 셀과 연결된 스위치를 통하여 스위칭 전류를 공급하는 하나 이상의 배터리를 포함하는 스위치 및 셀용 전원 공급원을 포함하는, 전기-광학 가변성 투명 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명체가 안경류용 렌즈인 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명체가 창인 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명체가 차량용 창의 차양 밴드인 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명체가 차량의 전방 및 후방 사이의 칸막이인 시스템.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 광학적 활성 물질이 광 발색 물질 및 이색성 물질중에서 선택된 시스템.
  9. 제 3 항에 있어서,
    캡슐화제가 기판과 동일하여, 셀이 공간을 형성하도록 서로 매칭된 2개의 기판을 가지고, 여기서 기판이 유리, 투명 플라스틱 및 반투명 플라스틱으로 구성된 군중에서 선택되는 시스템.
  10. 제 3 항에 있어서,
    변환성 게스트 물질을 보유하는 간극 성분이, 광 발색 물질, 열 발색 물질, 이색성물질 및 이들 물질의 2종 이상의 혼합물중에서 선택된 광학적 활성 물질을 보유하는 액정 물질 또는 이들의 혼합물인 시스템.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 스위칭 및 셀용 제어기를 비롯한 전원이 프레임에 의해 지지되는 시스템.
  12. 제 3 항에 있어서,
    제어기가 없는 전원이 프레임에 의해 지지되고, 제어기 회로가 상기 프레임에 연결된 시스템.
  13. 제 3 항에 있어서,
    전원 및 제어기가 프레임에 전기적으로 연결된 시스템.
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