KR101612228B1 - 빛의 투과율이 가변되는 필름 및 필름 어셈블리 - Google Patents

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KR101612228B1 KR1020150083472A KR20150083472A KR101612228B1 KR 101612228 B1 KR101612228 B1 KR 101612228B1 KR 1020150083472 A KR1020150083472 A KR 1020150083472A KR 20150083472 A KR20150083472 A KR 20150083472A KR 101612228 B1 KR101612228 B1 KR 101612228B1
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Abstract

본 발명은 전기 전도성을 갖는 제1 투명층 및 제2 투명층, 상기 제1 투명층과 상기 제2 투명층 사이에 형성되고, 복수 개의 마이크로캡슐(microcapsule)이 포함된 고분자 분산형 액정층, 상기 제1 투명층 상면 상에 형성되는 상층 필름부; 및 상기 제2 투명층 하면 상에 형성되는 하층 필름부를 포함하고, 상기 마이크로캡슐은 네마틱 액정(nematic liquid crystal) 및 컬러 피그먼트(color pigment)를 포함하는 필름 및 필름 어셈블리를 개시한다.

Description

빛의 투과율이 가변되는 필름 및 필름 어셈블리{FILM VARIABLE OF LIGHT TRANSMISSIVITY AND FILM ASSEMBLY}
본 발명은 빛의 투과율이 가변되는 필름 및 필름 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 네마틱 액정 및 컬러 피그먼트를 포함하는 마이크로캡슐을 이용하여 빛의 투과율이 가변되는 필름 및 필름 어셈블리에 관한 것이다.
일반적으로 선팅 필름은 '윈도우 틴티드 필름(windows tinted film)' 또는 '글라스 트리트먼트 필름(glass tremeent film)'을 의미하고, 국내에서는 태양광을 차단시켜 주는 의미를 갖는 '선팅 필름'으로 널리 불리고 있다.
선팅 필름의 제조 기술은 자외선 차단 코팅, 스크래치(예를 들어, 흠집 등) 방지, 적외선 흡수 코팅, 금속(예를 들어, 알루미늄, 니켈, 크롬, 티타늄 등) 피막 삽입, 폴리에스터 필름 염색 및 복합 접착 등 다양한 기술을 포함할 수 있다.
선팅 필름의 기능은 인체의 피부 손상 또는 빛의 영향을 받는 사물(예를 들어, 실내 부속품 등)의 탈색/변색의 원인이 되는 자외선을 차단하는 기능이 포함될 수 있고, 적외선과 태양열을 효과적으로 차단하는 단열 기능이 포함될 수 있다.
또한, 자동차의 유리에 사용되는 선팅 필름의 기능은 운전자의 시야를 확보하는데 도움을 주는 기능과 운전자의 프라이버시를 보호하는 기능이 포함될 수 있다.
예를 들어, 종래기술 1에서 선팅 필름의 기능은 주간 운전시 직접적의 태양의 빛을 반감시켜 시야를 확보하는데 도움을 주는 기능과 야간 운전시 뒤차의 헤드라이트의 빛을 반감시켜 시야를 확보하는데 도움을 주는 기능이 포함될 수 있다.
선팅 필름은 자동차의 유리에 사용될 뿐만 아니라 회사, 공장 및 가정 내의 유리(예를 들어, 창문 등) 등에 사용될 수 있다.
그러나, 전술한 종래기술 1에서 선팅 필름은 제조시에 한번 정해진 컬러의 농도를 사용자가 임의로 변경할 수 없는 문제점이 존재하였다.
예를 들어, 자동차에 사생활 침해를 방지하기 위한 목적으로 빛의 투과율이 낮은 진한 색의 선팅 필름을 부착하는 경우, 운전자는 야간(또는 터널 진입시 등)이나 날씨가 흐린 날에 주행시 시야 확보하기가 어려울 수 있다.
최근에는 종래기술 1의 단점을 개선하기 위하여 빛의 투과율을 조절하는 필름 기술(종래기술 2 및 종래기술 3)들이 개발되었다.
종래기술 2는 차량에 구비된 윈도우의 광 투과율을 조절하기 위한 차량용 윈도우 장치에 관한 기술이고, 종래기술 3은 전기유변유체 마이크로캡슐을 포함하는 투과도가변필름 및 이의 제조 방법에 관한 기술이다.
종래기술 2는 윈도우 내부의 서로 마주하는 면에 각각 위치하는 투명 전극판 및 투명 전극판 사이에 위치하는 액정을 포함하고, 투명 전극판에 기준전압이 인가되면 인가된 기준전압에 의해 발생되는 전위차(예를 들어, 전기장 등)를 이용하여 액정의 분자 배열이 변경되어 광 투과율이 조절되는 기술이다.
여기서, 종래기술 2는 캡슐화되지 않은 액정을 사용하기 때문에 헤이즈(haze)가 발생되어 윈도우의 투명도 변화가 저하될 수 있다.
종래기술 3은 전기변색유체 등 전기변색 물질(electrochromic dye)을 포함하는 마이크로캡슐을 이용하여 빛의 투과율을 조절하는 기술이다.
여기서, 종래기술 3은 전압 온/오프(on/off)하여 발생되는 전위차에 의해 반응하는 전기변색 물질을 포함하는 마이크로캡슐을 사용하기 때문에 헤이즈를 차단할 수 있으나, 전기변색 물질에 대한 필름의 성능이 저하될 수 있다.
보다 상세하게는, 종래기술 3은 10만 회 이상 전압을 온/오프하는 경우, 전위차에 의한 전기변색 물질의 반응 속도가 현저히 떨어져 필름의 성능이 저하될 수 있다.
종래기술 1: 대한민국 공개특허 제1020090066401호(2009.06.24). "엘시디 필름을 이용한 자동차 선팅 필름" 종래기술 2: 대한민국 등록특허 제101396235호(2014.05.12). "투과율을 조절할 수 있는 차량용 윈도우 장치 및 그 제어방법" 종래기술 3: 대한민국 공개특허 제1020100058882호(2010.06.04). "전기유변유체 마이크로캡슐을 포함하는 투과도가변필름 및 이의 제조 방법"
본 발명은 넓은 온도 범위에서 동작하는 네마틱 액정 및 투명도를 높이기 위한 컬러 피그먼트를 포함한 마이크로 캡슐에 기초하여 주간, 야간, 우천시 및 다양한 환경에서 유리에 투과되는 빛을 가변하는 필름 및 필름 어셈블리를 제공한다.
또한, 고분자 분산형 액정층에 마이크로 캡슐이 포함됨으로써 상기 종래의 기술1, 2의 단점인 투명도를 높일 수 있고 헤이즈(haze)를 개선시킬 수 있으며, 마이크로 캡슐에 포함되는 컬러 피그먼트로 이방성 물질을 사용함으로써 동작 후 컬러를 10%정도로 남김으로써 투명도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 마이크로 캡슐에는 네마틱 액정만 포함시키고, 고분자 분산형 액정층 자체에 컬러 피그먼트로 이방성 물질을 사용하는 경우에도 동작 후 컬러를 10%정도로 남김으로써 투명도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명은 저-전원 전압으로 구동되고, 프리폴리머의 굴절률과 네마틱 액정의 실효 굴절률의 차이를 이용하여 빛의 투과율에 대한 적응적 가변 스케일링을 제공하는 필름 및 필름 어셈블리를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 빛의 투과율이 가변되는 필름은 전기 전도성을 갖는 제1 투명층 및 제2 투명층; 상기 제1 투명층과 상기 제2 투명층 사이에 형성되고, 복수 개의 마이크로캡슐(microcapsule)이 포함된 고분자 분산형 액정층; 상기 제1 투명층 상면 상에 형성되는 상층 필름부; 및 상기 제2 투명층 하면 상에 형성되는 하층 필름부를 포함하고, 상기 마이크로캡슐은 네마틱 액정(nematic liquid crystal) 및 컬러 피그먼트(color pigment)를 포함한다.
상기 네마틱 액정은 고체와 액체 상태가 되는 -20℃ 내지 140℃ 범위의 온도에서 동작할 수 있다.
상기 컬러 피그먼트는 정방성을 갖는 카본 블랙(carbon black) 또는 이방성을 갖는 아조계 컬러 피그먼트(azo pigment)를 포함할 수 있다.
상기 카본 블랙은 절연코팅이 되고, 상기 네마틱 액정과 혼합되어 파우더 형태로 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은 상기 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium-Zinc Oxide), SnO2(tin oxide), 및 ZnO(Zinc Oxide) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은 적외선을 차단하는 은(silver 또는 argentum), 니켈(nickel) 및 크롬(chromium)을 포함할 수 있고, 상기 은의 상면 및 하면 상에 상기 니켈과 상기 크롬이 증착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은 상기 네마틱 액정에서의 방울 반지름(droplet radius), 탄성 계수 및 유전율 중 적어도 하나에 의해 저-전원 전압(low-power voltage)으로 구동될 수 있다.
상기 저-전원 전압은 하기 [수식 1]에 의해 결정될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112015056958531-pat00001
(여기서, V는 상기 저-전원 전압의 문턱값, c는 상기 네마틱 액정의 보정 상수, d는 상기 마이크로캡슐 간의 갭(gap), R은 상기 네마틱 액정에서의 방울 반지름, L은 방울 장축과 단축의 비, K는 상기 네마틱 액정의 탄성 계수,
Figure 112015056958531-pat00002
는 유전 상수,
Figure 112015056958531-pat00003
는 상기 네마틱 액정의 유전율임)
상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은 35V 내지 40V 범위의 전원 전압에서 사용자의 선택 입력에 대응하는 전압을 인가받을 수 있다.
상기 고분자 분산형 액정층은 모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 개시제(innitiator) 및 첨가제(additive)가 포함된 프리폴리머(prepolymer)를 더 포함할 수 있다.
상기 모노머는 아크릴레이트(acrylates) 계열을 포함하고, 상기 올리고머는 우레탄(urethane) 계열을 포함하며, 상기 첨가제는 상기 프리폴리머의 백화 현상(whitening event)을 방지하는 자외선 흡수제 및 산화 방지제를 포함할 수 있다.
상기 마이크로캡슐은 5um 내지 30um 범위의 직경을 가질 수 있고, 상기 필름은 0.07mm 내지 0.4mm 범위의 두께를 가질 수 있다.
상기 상층 필름부는 상기 제1 투명층 상면 상에 형성되는 상층 PET 필름(upper class PET(Polyethylene Terephthalate) film); 및 상기 상층 PET 필름 상면 상에 형성되는 점착층을 포함할 수 있다.
상기 하층 필름부는 상기 제2 투명층 하면 상에 형성되는 하층 PET 필름(lower class PET(Polyethylene Terephthalate) film); 및 상기 하층 PET 필름 하면 상에 형성되는 하드 코팅층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 빛의 투과율이 가변되는 필름은 전기 전도성을 갖는 제1 투명층 및 제2 투명층; 상기 제1 투명층과 상기 제2 투명층 사이에 형성되는 고분자 분산형 액정층; 상기 제1 투명층 상면 상에 형성되는 상층 필름부; 및 상기 제2 투명층 하면 상에 형성되는 하층 필름부를 포함하고, 상기 고분자 분산형 액정층은, 네마틱 액정(nematic liquid crystal)을 포함하는 복수 개의 마이크로캡슐(microcapsule) 및 이방성을 갖는 아조계 컬러 피그먼트(azo color pigment)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 필름 어셈블리는 사용자의 선택입력에 대한 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호에 대응하는 선정된 전압을 인가하는 제어 모듈; 및 상기 선정된 전압을 인가받는 제1 투명층 및 제2 투명층, 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층에서 발생되는 전기장에 반응하는 복수 개의 마이크로캡슐이 포함된 고분자 분산형 액정층, 차단과 보호 기능이 구비된 상층 필름부 및 하층 필름부를 포함하는 필름을 포함하고, 상기 마이크로캡슐은 네마틱 액정 및 컬러 피그먼트를 포함한다.
상기 제어 모듈은 상기 사용자의 선택 입력에 대한 상기 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부; 선정된 범위의 저-전원 전압에서 상기 제어신호에 대응하는 상기 선정된 전압을 인가하는 전원부; 및 상기 제어신호에 대응하는 상기 선정된 전압이 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층에 인가되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어신호 생성부는 리모트 컨트롤러를 통하여 입력되는 상기 사용자의 선택 입력을 수신하고, 상기 수신된 사용자의 선택 입력에 대한 상기 제어신호를 생성할 수 있다.
상기 전원부는 전원 전압을 상기 선정된 범위의 저-전원 전압으로 변환하는 컨버터; 직류 타입의 전압을 교류 타입의 전압으로 변환하는 인버터; 및 상기 전원 전압으로 사용하기 위한 재생 에너지를 충전하는 충전부를 포함할 수 있다.
본 발명은 넓은 온도 범위에서 동작하는 네마틱 액정 및 투명도를 높이기 위한 컬러 피그먼트를 포함한 마이크로 캡슐에 기초하여 주간, 야간, 우천시 및 다양한 환경에서 유리에 투과되는 빛을 가변하는 필름 및 필름 어셈블리를 제공한다.
또한, 고분자 분산형 액정층에 마이크로 캡슐이 포함됨으로써 상기 종래의 기술1, 2의 단점인 투명도를 높일 수 있고 헤이즈(haze)를 개선시킬 수 있으며, 마이크로 캡슐에 포함되는 컬러 피그먼트로 이방성 물질을 사용함으로써 동작 후 컬러를 10%정도로 남김으로써 투명도를 더욱 높일 수 있다. 또한, 마이크로 캡슐에는 네마틱 액정만 포함시키고, 고분자 분산형 액정층 자체에 컬러 피그먼트로 이방성 물질을 사용하는 경우에도 동작 후 컬러를 10%정도로 남김으로써 투명도를 더욱 높일 수 있다.
본 발명은 저-전원 전압으로 구동되고, 프리폴리머의 굴절률과 네마틱 액정의 실효 굴절률의 차이를 이용하여 빛의 투과율에 대한 적응적 가변 스케일링을 제공하는 필름 및 필름 어셈블리를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빛의 투과율이 가변되는 필름을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캡슐을 도시한 도면이다.
도 3a는 전압을 인가받는 제1 투명층 및 제2 투명층에서 발생된 전기장에 반응하는 고분자 분산형 액정층의 상태를 도시한 도면이다.
도 3b는 전압을 인가받지 않는 제1 투명층 및 제2 투명층에서 고분자 분산형 액정층의 상태를 도시한 도면이다.
도 4a는 도 1의 상층 필름부를 도시한 도면이다.
도 4b는 도 1의 하층 필름부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 필름 어셈블리를 도시한 블록도이다.
도 6은 도 5의 제어 모듈을 도시한 블록도이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 ""직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "하면(lower side)", "위(above)", "상부(upper)", "상면(upper side)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 빛의 투과율이 가변되는 필름을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 필름은 제1 투명층(120), 제2 투명층(130), 고분자 분산형 액정층(110), 상층 필름부(140) 및 하층 필름부(150)를 포함한다.
실시예에 따르면, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 전기 전도성을 갖는 투명 전극일 수 있다.
보다 상세하게는, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium-Zinc Oxide), SnO2(tin oxide) 및 ZnO(Zinc Oxide) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 150옴(ohm) 내지 250옴 범위의 면저항(ohm/sq)을 가질 수 있고, 바람직하게는 200옴 범위의 면저항을 가질 수 있으며, 89%이상의 빛 투과율을 가질 수 있다
다른 실시예에 따르면, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 적외선을 차단하는 은(silver 또는 argentum), 니켈(nickel) 및 크롬(chromium)을 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 전기 전도성을 가질 수 있고, 적외선을 차단할 수 있는 은, 니켈 및 크롬을 포함할 수 있다. 또한, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 니켈-크롬, 은, 니켈-크롬이 순차적으로 적층되어 있는 구조일 수 있다. 여기서, 니켈-크롬은 니켈과 크롬의 합금을 의미한다.
여기서, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 50옴 내지 100옴 범위의 면저항을 가질 수 있고, 85% 이상의 적외선을 차단할 수 있으며, 고분자 분산형 액정층(110)에서 후술되는 개시제가 10% 이상의 적외선을 차단할 수 있다.
고분자 분산형 액정층(110)은 제1 투명층(120)과 제2 투명층(130) 사이에 형성되고, 복수 개의 마이크로캡슐(microcapsule)이 포함된다. 이하, 도 2 내지 3b를 참조하여 마이크로캡슐 및 빛 투과성(light transmissivity)의 관계를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캡슐을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 마이크로캡슐(115)은 네마틱 액정(111)(nematic liquid crystal) 및 컬러 피그먼트(112)(color pigment)를 포함한다.
네마틱 액정(111)은 -20℃ 내지 140℃ 범위의 온도에서 동작하며, 즉 -20℃ 미만일 경우에는 고체로 변하고 140℃ 초과할 경우에는 액체로 변한다. 보다 상세하게, 네마틱 액정(111)은 온도에 따라 등방성 및 비등방성(또는 이방성) 상태로 동작할 수 있다.
예를 들어, 일반적인 액정은 -10℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 동작할 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 네마틱 액정(111)은 일반적인 액정의 온도 범위보다 넓은 -20℃ 내지 140℃에서 동작할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 네마틱 액정(111)에서의 방울 반지름(droplet radius), 탄성 계수 및 유전율 중 적어도 하나에 의해 저-전원 전압(low-power voltage)으로 구동될 수 있다.
여기서 저-전원 전압은 하기 [수식 1]에 의해 결정될 수 있고, 저-전원 전압의 문턱값을 참조하여 결정될 수 있다.
[수식 1]
Figure 112015056958531-pat00004
여기서, V는 저-전원 전압의 문턱값, c는 네마틱 액정(111)의 보정 상수, d는 마이크로캡슐(115) 간의 갭(gap), R은 네마틱 액정(111)에서의 방울 반지름, L은 방울 장축과 단축의 비, K는 네마틱 액정(111)의 탄성 계수,
Figure 112015056958531-pat00005
는 유전 상수,
Figure 112015056958531-pat00006
는 네마틱 액정(111)의 유전율이다.
이 때, 마이크로캡슐(115)은 제조 시 네마틱 액정(111)의 탄성 계수 및 유전 상수를 고정하여 제조될 수 있고, 마이크로캡슐(115) 간의 갭을 조절하여 제조될 수 있으며, 네마틱 액정(111)에서의 방울 반지름을 조절하여 제조될 수 있다.
예를 들어, 마이크로캡슐(115) 제조 시에는 네마틱 액정(111)에서의 방울 반지름이 작으면 전압의 소비가 증가될 수 있고, 방울 반지름이 커지면 마이크로캡슐(115) 내에 포함될 수 없기 때문에, 네마틱 액정(111)에서의 방울 반지름을 전술한 [수식 1]에 기초하여 조절되어야 한다.
실시예에 따르면, 마이크로캡슐(115)은 저전압으로 동작하고, 적정량의 네마틱 액정(111)을 보유(예를 들어, 네마틱 액정(111)의 충전량을 높이기 등)하기 위해 5um 내지 30um 범위의 직경을 가질 수 있고, 바람직하게는 25um 내지 30um 범위의 직경을 가질 수 있다.
예를 들어, 일반적인 액정은 30um 내지 300um 범위의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캡슐(115)은 5um 내지 30um 범위의 직경을 가질 수 있고, 바람직하게는 25um 내지 30um 범위의 직경을 가질 수 있다.
제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 전술한 [수식 1]에 기초하여, 35V 내지 40V 범위의 전원 전압에서 사용자의 선택 입력에 대응하는 전압을 인가받을 수 있다.
또한, 일반적인 썬팅 필름은 0.1mm 내지 0.154mm 범위의 두께를 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로캡슐(115)을 포함하는 필름은 0.07mm 내지 0.4mm 범위의 두께를 가질 수 있다.
보다 상세하게는, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 35V 내지 40V 범위의 저-전원 전압에서 사용자의 선택 입력에 대응하는 0.1V 단위, 1V 단위 또는 다양한 단위의 전압을 인가받을 수 있다.
또한, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 빛의 투과율이 가변되도록 제어하는 제어 모듈(여기서, 제어 모듈은 후술되는 도 5를 참조하기로 함)에 의해 전압을 인가받을 수 있다.
예를 들어, 종래의 기술에서 사용되는 투명층은 110V 이상의 전원 전압에서 전압을 인가받았으나, 실시예에 따른 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)은 35V 내지 40V 범위의 저-전원 전압에서 전압을 인가받을 수 있고, 0.1V 단위 또는 1V 단위 및 50단계로 스위핑하여 전압을 인가받을 수 있으며, 다양한 단위 및 단계로 스위핑하여 사용자의 선택 입력에 대응하는 전압을 인가받을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 컬러 피그먼트(112)는 정방성을 갖는 카본 블랙(carbon black) 또는 이방성을 갖는 아조계 컬러 피그먼트(azo color pigment)를 포함할 수 있다. 카본 블랙은 절연코팅이 되고, 네마틱 액정(111)과 혼합되어 파우더 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 컬러 피그먼트(112)는 어두운 색상을 위주로 제공하기 위한 카본 블랙을 포함할 수 있고, 밝은 색상을 위주로 제공하기 위한 아조계 컬러 피그먼트를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 마이크로캡슐(115)은 99%의 네마틱 액정(111)과 1%의 카본 블랙이 혼합되어 파우더 형태로 형성될 수 있고, 다양한 비율로 혼합되어 파우더 형태로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 어두운 색상을 위주로 제공하기 위한 카본 블랙 기반의 필름 또는 밝은 색상을 위주로 제공하기 위한 아조계 컬러 피그먼트 기반의 필름을 제공할 수 있다. 아조계 컬러 피그먼트 기반의 필름에서 아조계 컬러 피그먼트는 고분자 분산형 액정층(110)에 포함되나, 마이크로캡슐(115) 내에 포함될 수 있고, 마이크로캡슐(115) 밖에 포함될 수도 있다. 즉, 마이크로 캡슐(115)에는 네마틱 액정만 포함시키고 고분자 분산형 액정층 자체에 컬러 피그먼트로 아조계 컬러 피그먼트인 이방성 물질을 사용할 수 있고, 마이크로 캡슐(115) 내에 네마틱 액정과 아조계 컬러 피그먼트가 동시에 포함될 수 있다. 어느 경우라도 동작 후 컬러를 10%정도로 남김으로써 투명도를 더욱 높일 수 있다.
실시예에 따르면, 고분자 분산형 액정층(110)은 전압 인가에 따른 전기장에 반응할 수 있고, 전압 인가의 정도에 따라 빛의 투과율이 가변될 수 있다. 이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전압 인가에 따른 고분자 분산형 액정층(110)의 상태를 상세히 설명하기로 한다.
도 3a는 전압을 인가받는 제1 투명층 및 제2 투명층에서 발생된 전기장에 반응하는 고분자 분산형 액정층의 상태를 도시한 도면이고, 도 3b는 전압을 인가받지 않는 제1 투명층 및 제2 투명층에서 고분자 분산형 액정층의 상태를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 고분자 분산형 액정층(110)은 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)에 전압이 인가될 경우, 전압 인가에 의해 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)에서 전기장이 발생되고, 발생된 전기장의 방향에 따라 마이크로캡슐(115)의 네마틱 액정(111) 및 컬러 피그먼트(112)가 한 방향으로 정렬되어 빛이 투과되는 상태로 이루어질 수 있다. 이 때, 고분자 분산형 액정층(110)의 빛 투과율은 높을 수 있다.
도 3b를 참조하면, 고분자 분산형 액정층(110)은 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)에 전압이 인가되지 않을 경우, 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)에서 전기장이 발생되지 않고, 마이크로캡슐(115)의 네마틱 액정(111) 및 컬러 피그먼트(112)가 임의의 방향으로 배열되어 빛의 일부가 투과되거나, 빛의 나머지가 불규칙하게 산란되어 반사되는 상태로 이루어질 수 있다. 이 때, 고분자 분산형 액정층(110)의 빛 투과율은 낮을 수 있다.
따라서, 고분자 분산형 액정층(110)의 빛 투과율은 전압 인가의 정도에 따라 가변될 수 있다. 보다 상세하게는, 고분자 분산형 액정층(110)의 빛 투과율은 높은 전압으로 제1 투명층(120) 및 제2 투명층(130)에 인가될수록 낮을 수 있다.
실시예에 따르면, 고분자 분산형 액정층(110)은 모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 개시제(innitiator) 및 첨가제(additive)가 포함된 프리폴리머(prepolymer)(미도시)를 더 포함될 수 있다.
보다 상세하게는, 고분자 분산형 액정층(110)은 마이크로캡슐(115) 및 프리폴리머를 포함할 수 있고, 프리폴리머의 굴절률과 네마틱 액정(111)의 실효 굴절률의 차이를 이용하여 빛의 투과율에 대한 적응적 가변 스케일링을 제공할 수 있다.
예를 들어, 고분자 분산형 액정층(110)은 프리폴리머의 굴절률과 네마틱 액정(111)의 실효 굴절률이 서로 다르기 때문에, 프리폴리머의 굴절률과 네마틱 액정(111)의 실효 굴절률의 차이를 이용하여 빛의 투과율을 조절할 수 있다.
또한, 고분자 분산형 액정층(110)은 네마틱 액정(111)의 비율이 높을수록 빛의 산란성 및 반사율이 높아질 수 있고, 투과율이 낮아질 수 있으므로, 다양한 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
모노머는 단관능 모노머와 다관능 모노머로 구분될 수 있고, 단관능 모노머는 작은 분자량을 가지며, 배합물을 희석시켜 점도를 조절하는데 이용될 수 있고, 다관능 모노머는 2개 이상의 관능기를 가지며, 올리고머와 함께 배합물의 구성 성분을 이루면서 희석제의 역할을 하기도 한다.
올리고머는 일반적으로 모노머보다 높은 분자량을 갖고, 최종 경화된 재료의 내화학성, 경도, 광택 및 집착성 등 기초 물성을 확립하는데 이용될 수 있다.
또한, 모노머는 아크릴레이트(acrylates) 계열을 포함할 수 있고, 올리고머는 우레탄(urethane) 계열을 포함할 수 있다.
개시제(또는 광개시제)는 빛에 의한 중합을 개시하여 주고, 첨가제는 주로 액상 배합 또는 경화도 재료의 물성을 개선시키는데 이용될 수 있다.
또한, 첨가제는 프리폴리머의 백화 현상(whitening event)을 방지하는 자외선 흡수제 및 산화 방지제를 포함할 수 있다.
상층 필름부(140)는 제1 투명층(120) 상면 상에 형성되고, 하층 필름부(150)는 제2 투명층(130) 하면 상에 형성된다. 이하, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상층 필름부(140) 및 하층 필름부(150)를 상세히 설명하기로 한다.
도 4a는 도 1의 상층 필름부를 도시한 도면이고, 도 4b는 도 1의 하층 필름부를 도시한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 상층 필름부(140)는 상층 PET 필름(141)(upper class PET(Polyethylene Terephthalate) film) 및 점착층(142)을 포함할 수 있다.
상층 PET 필름(141)은 상기 제1 투명층(120) 상면 상에 형성되고, 점착층(142)은 상층 PET 필름(141) 상면 상에 형성될 수 있다.
상층 PET 필름(141)은 초투명 소재의 광학용 필름일 수 있고, 헤이즈 차단이 강인한 필름일 수 있다.
점착층(142)은 자외선을 차단하는 필름일 수 있고, 자외선 경화형 수지 조성물로 구성되는 필름일 수 있다.
여기서, 점착층(142)은 건물용의 유리에서 사용되면 점착력이 1인치(inch) 당 400g 내지 500g일 수 있고, 자동차용의 유리에서 사용되면 점착력이 1인치 당 1000g 내지 2000g일 수 있다.
실시예에 따르면, 상층 필름부(140)는 이형 필름(143)(또는 보호 필름)을 더 포함할 수 있고, 이형 필름(143)은 점착층(143) 상면 상에 형성될 수 있다.
이형 필름(143)은 균일한 박리력, 잔류 접착력 및 대전 방지 성능 우수한 필름일 수 있고, 점착층(142)을 보호하는 기능성 필름일 수 있으며, PET 재질을 포함하는 필름일 수 있다.
도 4b를 참조하면, 하층 필름부(150)는 하층 PET 필름(151)(lower class PET(Polyethylene Terephthalate) film) 및 하드 코팅층(152)을 포함할 수 있다.
하층 PET 필름(151)은 제2 투명층(130) 하면 상에 형성되고, 하드 코팅층(152)은 하층 PET 필름(151) 하면 상에 형성될 수 있다.
하층 PET 필름(151)은 상층 PET 필름(141)의 특성을 갖는 필름일 수 있고, 하드 코팅층(152)은 표면이 약한 다양한 소재의 스크레치를 방지하는 기능을 기본으로 하여 Anti- Blocking(AB)(예를 들어, 2H 내지 3H의 경도를 가짐), Anti-Glare(AG) 및 Anti-Finger print(AF) 중 적어도 하나의 부가 기능이 포함된 필름일 수 있다.
실시예에 따르면, 하층 필름부(150)는 보호 필름(153)(또는 이형 필름)을 더 포함할 수 있고, 보호 필름(153)은 하드 코팅층(152) 하면 상에 형성될 수 있으며, 보호 필름(153)은 이형 필름(143)의 특성을 갖는 필름일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 필름 어셈블리를 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 필름 어셈블리(500)는 제어 모듈(510) 및 필름(520)을 포함한다.
제어 모듈(510)은 사용자의 선택 입력에 대한 제어신호를 생성하고, 제어신호에 대응하는 선정된 전압을 인가하고, 필름(520)은 인가된 전압에 의해 발생되는 전기장을 통하여 빛의 투과율이 가변된다. 이하, 도 6을 참조하여, 제어 모듈(510)의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 도 5의 제어 모듈을 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 제어 모듈(510)은 제어신호 생성부(511), 전원부(512) 및 제어부(513)를 포함할 수 있다.
제어신호 생성부(511)는 사용자의 선택 입력에 대한 제어신호를 생성할 수 있다.
보다 상세하게는, 제어신호 생성부(511)는 리모트 컨트롤러를 통하여 입력되는 사용자의 선택 입력을 수신하고, 수신된 사용자의 선택 입력에 대한 제어신호를 생성할 수 있다.
여기서, 사용자의 선택 입력은 필름(520)의 빛 투과도를 조절하는데 사용되는 값일 수 있다.
전원부(512)는 선정된 범위의 저-전원 전압에서 제어신호에 대응하는 선정된 전압을 인가할 수 있다.
실시예에 따르면, 전원부(512)는 컨버터(미도시), 인버터(미도시) 및 충전부(미도시)를 포함할 수 있다.
컨버터는 전원 전압을 상기 선정된 범위의 저-전원 전압으로 변환할 수 있고, 보다 상세하게는 110V 또는 220V의 전원 전압을 35V 내지 40V 범위의 저-전원 전압으로 변환할 수 있다.
인버터는 직류 타입의 전압을 교류 타입의 전압으로 변환할 수 있고, 보다 상세하게는 차량에 사용되는 전압은 직류 타입의 전압이기 때문에 직류 타입의 전압을 교류 타입의 전압으로 변환할 수 있다.
충전부는 전원 전압으로 사용하기 위한 재생 에너지를 충전할 수 있고, 보다 상세하게는 태양열 에너지를 포함하는 재생 에너지를 충전할 수 있으며, 코인형 배터리(coin type battery)를 이용할 수 있다.
제어부(513)는 제어신호에 대응하는 선정된 전압이 필름에 포함되는 제1 투명층 및 제2 투명층에 인가되도록 제어할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 필름(520)은 제1 투명층, 제2 투명층, 고분자 분산형 액정층, 상층 필름부 및 하층 필름부를 포함한다.
제1 투명층 및 제2 투명층은 선정된 전압은 인가받고, 고분자 분산형 액정층은 제1 투명층 및 제2 투명층에서 발생되는 전기장에 반응하는 복수 개의 마이크로캡슐이 포함되며, 상층 필름부 및 하층 필름부는 차단과 보호 기능이 구비된다. 여기서, 마이크로캡슐은 네마틱 액정 및 컬러 피그먼트를 포함한다. 이하, 필름(520)에 대한 상세한 설명은 전술한 도 2의 설명을 참조하기로 한다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 고분자 분산형 액정층 115: 마이크로 캡슐
111: 네마틱 액정 112: 컬러 피그먼트
120: 제1 투명층 130: 제2 투명층
140: 상층 필름부 141: 상층 PET 필름
142: 점착층 143: 이형 필름
150: 하층 필름부 151: 하층 PET 필름
152: 하드 코팅층 153: 보호 필름
500: 필름 어셈블리 510: 제어 모듈
511: 제어신호 생성부 512: 전원부
513: 제어부 520: 필름

Claims (21)

  1. 전기 전도성을 갖는 제1 투명층 및 제2 투명층;
    상기 제1 투명층과 상기 제2 투명층 사이에 형성되고, 복수 개의 마이크로캡슐(microcapsule)이 포함된 고분자 분산형 액정층;
    상기 제1 투명층 상면 상에 형성되는 상층 필름부; 및
    상기 제2 투명층 하면 상에 형성되는 하층 필름부
    를 포함하고,
    상기 마이크로캡슐은 네마틱 액정(nematic liquid crystal) 및 컬러 피그먼트(color pigment)를 포함하고,
    상기 컬러 피그먼트는 정방성을 갖는 카본 블랙(carbon black) 또는 이방성을 갖는 아조계 컬러 피그먼트(azo pigment)를 포함하며,
    상기 카본 블랙은 절연코팅이 되고, 상기 네마틱 액정과 혼합되어 파우더 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네마틱 액정은
    고체와 액체 상태가 되는 -20℃ 내지 140℃ 범위의 온도에서 동작하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은
    상기 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium-Zinc Oxide), SnO2(tin oxide), 및 ZnO(Zinc Oxide) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은
    적외선을 차단하는 은(silver 또는 argentum), 니켈(nickel) 및 크롬(chromium)을 포함하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은
    상기 은의 상면 및 하면 상에 상기 니켈과 상기 크롬이 증착되는 것을 특징으로 하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은
    상기 네마틱 액정에서의 방울 반지름(droplet radius), 탄성 계수 및 유전율 중 적어도 하나에 의해 저-전원 전압(low-power voltage)으로 구동되는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저-전원 전압은
    하기 [수식 1]에 의해 결정되는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
    [수식 1]
    Figure 112015056958531-pat00007
    (여기서, V는 상기 저-전원 전압의 문턱값, c는 상기 네마틱 액정의 보정 상수, d는 상기 마이크로캡슐 간의 갭(gap), R은 상기 네마틱 액정에서의 방울 반지름, L은 방울 장축과 단축의 비, K는 상기 네마틱 액정의 탄성 계수,
    Figure 112015056958531-pat00008
    는 유전 상수,
    Figure 112015056958531-pat00009
    는 상기 네마틱 액정의 유전율임)
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층은
    35V 내지 40V 범위의 전원 전압에서 사용자의 선택 입력에 대응하는 전압을 인가받는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층은
    모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 개시제(innitiator) 및 첨가제(additive)가 포함된 프리폴리머(prepolymer)를 더 포함하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모노머는 아크릴레이트(acrylates) 계열을 포함하고,
    상기 올리고머는 우레탄(urethane) 계열을 포함하며,
    상기 첨가제는 상기 프리폴리머의 백화 현상(whitening event)을 방지하는 자외선 흡수제 및 산화 방지제를 포함하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로캡슐은
    5um 내지 30um 범위의 직경을 갖는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 필름은
    0.07mm 내지 0.4mm 범위의 두께를 갖는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 상층 필름부는
    상기 제1 투명층 상면 상에 형성되는 상층 PET 필름(upper class PET(Polyethylene Terephthalate) film); 및
    상기 상층 PET 필름 상면 상에 형성되는 점착층을 포함하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 하층 필름부는
    상기 제2 투명층 하면 상에 형성되는 하층 PET 필름(lower class PET(Polyethylene Terephthalate) film); 및
    상기 하층 PET 필름 하면 상에 형성되는 하드 코팅층을 포함하는 빛의 투과율이 가변되는 필름.
  17. 삭제
  18. 사용자의 선택입력에 대한 제어신호를 생성하고, 상기 제어신호에 대응하는 선정된 전압을 인가하는 제어 모듈; 및
    상기 선정된 전압을 인가받는 제1 투명층 및 제2 투명층, 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층에서 발생되는 전기장에 반응하는 복수 개의 마이크로캡슐이 포함된 고분자 분산형 액정층, 차단과 보호 기능이 구비된 상층 필름부 및 하층 필름부를 포함하는 필름
    을 포함하고,
    상기 마이크로캡슐은 네마틱 액정 및 컬러 피그먼트를 포함하고,
    상기 컬러 피그먼트는 정방성을 갖는 카본 블랙 또는 이방성을 갖는 아조계 컬러 피그먼트를 포함하며,
    상기 카본 블랙은 절연코팅이 되고, 상기 네마틱 액정과 혼합되어 파우더 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 빛의 투과율이 가변되는 필름 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어 모듈은
    상기 사용자의 선택 입력에 대한 상기 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부;
    선정된 범위의 저-전원 전압에서 상기 제어신호에 대응하는 상기 선정된 전압을 인가하는 전원부; 및
    상기 제어신호에 대응하는 상기 선정된 전압이 상기 제1 투명층 및 상기 제2 투명층에 인가되도록 제어하는 제어부를 포함하는 필름 어셈블리.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어신호 생성부는
    리모트 컨트롤러를 통하여 입력되는 상기 사용자의 선택 입력을 수신하고, 상기 수신된 사용자의 선택 입력에 대한 상기 제어신호를 생성하는 필름 어셈블리.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 전원부는
    전원 전압을 상기 선정된 범위의 저-전원 전압으로 변환하는 컨버터;
    직류 타입의 전압을 교류 타입의 전압으로 변환하는 인버터; 및
    상기 전원 전압으로 사용하기 위한 재생 에너지를 충전하는 충전부를 포함하는 필름 어셈블리.
KR1020150083472A 2015-06-12 2015-06-12 빛의 투과율이 가변되는 필름 및 필름 어셈블리 KR101612228B1 (ko)

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