KR101655576B1 - 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법 - Google Patents

스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 윈도우 및 거울 등을 전기적 신호를 이용하여 투명한 상태와 불투명한 상태를 전환할 수 있도록 한 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 액정 방울이 폴리머에 분산된 고분자 분산형 액정(10)를 이용하여 스마트 글래스를 제작할 때, 한쪽 면에 소한 매질층(예를 들어, 공기층) 또는 밀한 매질층(예를 들어, TiO2)과 같은 높은 굴절율 층이 형성된 비대칭 구조의 스마트 글래스를 제작하여, 액정 방울들로부터 산란된 빛이 굴절 후 매질층에 전반사되어 투과율을 낮추고, 반대로 매질층에서부터 입사된 빛은 액정 방울층을 그대로 투과하여 높은 투과율을 갖도록 함으로써, 앞면과 뒷면의 투과율이 다른 광학적 특성을 나타내는 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법{Smart glass system and method for manufacturing the same}
본 발명은 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 윈도우 및 거울 등을 전기적 신호를 이용하여 투명한 상태와 불투명한 상태를 전환할 수 있도록 한 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차의 윈드쉴드 글래스를 통하여 직사광선이 유입되는 경우, 운전자의 눈부심으로 인하여 안전사고의 위험이 있고, 또한 도어글래스를 통하여 유입되는 햇빛 등으로 인하여 승객이 불편함을 느낄 수 있으며, 특히 차량의 실내에 장착된 룸미러를 통하여 후방 차량의 전조등(특히, 상향등) 빛이 그대로 반사되어 운전자의 눈부심을 초래하는 문제점이 있다.
이러한 눈부심 현상을 방지하기 위하여, 고분자 분산형 액정(PDLC, polymer dispersed liquid crystal) 필름이 적용된 스마트 글래스 시스템이 연구 개발되고 있다.
첨부한 도 6을 참조하면, 상기 고분자 분산형 액정 즉, 액정분산층(10)은 필름의 내부에 도포된 폴리머(14)를 모체로 수십 마이크론 크기의 액정(16)들이 불규칙적으로 분산된 것으로서, 전류를 차단한 오프 상태에서는 분산된 액정들이 라디얼(Radial), 바이폴라(Bipolar), 축(Axial) 방향으로 배향되면서 서로 섞여 있기 때문에 빛을 산란시키고, 반면 전류를 인가한 온 상태에서는 폴리머 굴절율과 액정 굴절률이 같아져 빛이 투과되며 투명한 상태가 되는 특성을 갖는다.
이러한 기존의 고분자 분산형 액정은 앞면과 뒷면의 구분이 없으며, 양방향 모두 동일한 광학적 특성을 나타낸다.
그러나, 기존의 고분자 분산형 액정은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 전류를 미인가하는 오프상태에서 첨부한 도 7에서 보듯이, 입사된 빛이 각 액정(16) 방울에 의해 불규칙적으로 산란되며 상당수의 빛은 꺾인 각도로 투과하기 때문에 오프상태에서도 빛 차단율이 높지 않은 문제점이 있다.
둘째, 미러로 사용할 경우, 산란되어 투과되는 빛으로 인하여 미러에 맺히는 상이 뿌옇게 번져서 보이는 문제점이 있고, 또한 자동차의 룸미러로 사용할 경우 야간에 눈부심을 효과적으로 해소시키지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 액정 방울이 폴리머에 분산된 고분자 분산형 액정를 이용하여 스마트 글래스를 제작할 때, 한쪽 면에 소한 매질층(예를 들어, 공기층) 또는 밀한 매질층(예를 들어, TiO2)과 같은 높은 굴절율 층이 형성된 비대칭 구조의 스마트 글래스를 제작하여, 액정 방울들로부터 산란된 빛이 굴절 후 매질층에 전반사되어 투과율을 낮추고, 반대로 매질층에서부터 입사된 빛은 액정 방울층을 그대로 투과하여 높은 투과율을 갖도록 함으로써, 앞면과 뒷면의 투과율이 다른 광학적 특성을 나타내는 스마트 글래스 시스템 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 스마트 글래스의 한쪽 면에 역반사체(retro-reflector) 구조의 투명판과 액정을 주입시켜서, 전류 온/오프시 미러의 명암비를 극대화시킬 수 있도록 한 점에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 폴리머를 모체로 액정이 분산된 액정분산층과; 상기 액정분산층의 일표면에 형성되는 매질층과; 상기 액정분산층의 타표면에 차례로 적층되는 제1전극 및 제1글래스층; 상기 매질층의 표면 위에 차례로 적층되는 제2전극 및 제2글래스층; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 매질층은 소한 매질층으로 공기층으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 매질층은 밀한 매질층으로 TiO2 층으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 매질층은 역반사층으로서 역반사가 가능한 폴리머로 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 매질층과 액정분산층 간의 계면은 균일한 패턴 또는 불균일한 패턴의 거칠기를 갖는 표면으로 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1전극은 빛 투과가 가능한 투명전극으로 구성되고, 상기 제2전극은 빛 투과가 가능한 투명전극 또는 빛을 반사하는 반사전극으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 제1글래스층 위에 제1전극을 코팅하는 단계와; 폴리머에 액정이 분산된 혼합액을 제1전극 위에 코팅하되, 균일한 또는 불균일한 패턴의 표면 거칠기를 갖도록 코팅하여 액정분산층을 형성하는 단계와; 상기 액정분산층 위에 제2전극 및 제2글래스층을 차례로 적층 부착하는 단계와; 상기 액정분산층의 표면 거칠기로 인하여, 액정분산층과 제2전극 사이공간에 매질층을 채워서 밀봉하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템 제조 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 매질층은 빛 굴절율이 상기 액정의 굴절율 보다 낮은 소한 매질층으로서 공기를 주입하여 공기층으로 형성된 것임을 특징으로 한다.
또는, 상기 매질층은 빛 굴절율이 상기 액정의 굴절율 보다 높은 밀한 매질층으로서 TiO2를 주입하여 TiO2 층으로 형성된 것임을 특징으로 한다.
또는, 상기 매질층은 역반사가 가능하도록 액정과 동일한 굴절율을 갖는 폴리머를 주입하여 역반사층으로 형성된 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2전극은 매질층이 소한 매질층으로 구성된 경우에는 빛을 투과하는 투명전극으로 채택되고, 매질층이 밀한 매질층 또는 역반사층으로 구성된 경우에는 빛을 반사하는 반사전극으로 채택되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 액정 방울로부터 산란된 빛이 매질층(공기층)에서 굴절되면서 전반사되도록 함으로써, 전류 미인가 상태인 오프 상태에서 빛 투과율을 낮출 수 있고, 이에 보다 나은 빛 차단 효과를 제공할 수 있다.
둘째, 액정 방울로부터 산란된 빛이 매질층(TiO2층)에서 굴절되면서 전반사되는 동시에 확산시켜 소멸되도록 함으로써, 기존에 산란되어 투과되는 빛이나 상이 미러를 통해 뿌옇게 번져서 보이는 문제점을 해결할 수 있다.
셋째, 자동차의 룸미러로 사용할 경우, 주간에는 액정 방울로부터 산란된 빛을 매질층(역반사층)에서 잘 반사시켜서 후방 물체에 대한 시인성을 높일 수 있고, 야간시에는 액정 방울로부터 산란된 빛을 매질층(역반사층)에서 차단하여 운전자의 눈부심 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 원리를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 원리를 나타낸 단면도,
도 6 및 도 7은 종래의 고분자 분산형 액정을 이용한 글래스를 나타낸 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
제1실시예
첨부한 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 원리를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제1실시예는 폴리머(14)를 모체로 수십 마이크론 크기의 액정(16)들이 불규칙적으로 분산된 고분자 분산형 액정 즉, 액정분산층(10)을 이용한 것으로서, 전류를 차단한 오프 상태에서 분산된 액정들이 빛을 산란시켜 글래스가 원하는 불투명한 상태가 되도록 하고, 반면 전류를 인가한 온 상태에서는 폴리머 굴절율과 액정 굴절률이 같아져 빛이 투과되며 투명한 상태가 되도록 한 점에 주안점이 있다.
즉, 폴리머(14)를 모체로 수십 마이크론 크기의 액정(16) 방울로부터 산란된 빛이 매질층(공기층)에서 굴절되면서 전반사되도록 함으로써, 전류 미인가 상태인 오프 상태에서 빛 투과율을 낮출 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템은 폴리머(14)를 모체로 액정(16)이 분산된 액정분산층(10)과, 상기 액정분산층의 일표면에 형성되는 매질층으로서 소한 매질층인 공기층(18)과, 상기 액정분산층의 타표면에 차례로 적층되는 제1전극(20) 및 제1글래스층(22)과, 상기 공기층(18)의 표면 위에 차례로 적층되는 제2전극(24) 및 제2글래스층(26)을 포함하여 구성되고, 상기 공기층(18)으로 인하여 비대칭 구조를 이루게 된다.
이때, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 제작할 때, 상기 공기층(18)과 액정분산층(10) 간의 계면, 즉 액정분산층(10)의 표면은 균일한 패턴 또는 불균일한 패턴의 거칠기를 갖는 표면으로 형성되며, 그 이유는 평평한 제2전극(24)의 내면과 액정분산층(10)의 표면 사이에 공기를 주입되는 공간 즉, 공기층(18)을 형성하기 위함에 있다.
한편, 상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)은 모두 빛 투과가 가능한 투명전극으로 채택된다.
여기서, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템에 대한 제조예를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 액정분산층을 다음과 같이 준비한다.
1) 테트라에톡시실란(Tetraethoxysilane, TEOS) 0.55M, 메틸트리에톡시실란(Methyltriethoxysilane, Me-TES) 0.3M, 이소프로필 알콜(Isopropyl alcohol) 0.4M, HNO3 0.343M.
2) 아세틸아세톤(acetylacetone) 1M, 티-아세티아세토네이트(Ti-acetyacetonate) 1M.
위의 1) 액체와 2) 액체를 각각 1:1 내지 5:1로 혼합하고, 이 혼합액에 네마틱 액정을 3:7 정도로 섞는다.
이어서, 위와 같이 준비된 액정분산층(10)을 제1글래스층(22) 위에 코팅된 제1전극(20, 투명전극) 표면에 스핀 코팅, 와이어바 코팅, 또는 닥터블레이드 코팅 등을 이용하여 코팅하되, 코팅막의 두께를 수 마이크론 정도로 조절하며 코팅한다.
이때, 상기 액정분산층(10)의 위쪽 표면은 평평하지 않고, 수십 nm의 거칠기(roughness)를 갖는다.
즉, 상기 액정분산층(10)의 위쪽 표면을 균일한 패턴으로 찍어주거나, 또는 불균일한 패턴으로 남겨두는 방식을 적용하여, 액정분산층(10)의 표면 거칠기를 수십 nm의 거칠기(roughness)로 조절할 수 있다.
다음으로, 액정분산층(10)이 코팅된 제1글래스층(22)을 약 2일 동안 밀폐용기에서 건조시키고, 다시 공기 중에서 1일 건조시킴으로써, 폴리머에 액정 방울이 분산된 액정분산층을 얻을 수 있으며, 물론 액정분산층(10)의 표면은 평평하지 않고, 수십 nm의 거칠기(roughness)를 갖는다.
이어서, 상기 액정분산층(10)의 표면, 표면 거칠기를 갖는 표면 위에 제2전극(24,투명전극)이 코팅된 제2글래스층(26)을 덮어주고, 표면 거칠기로 인하여 생성된 제2전극(24)과 액정분산층(10)의 사이공간 즉, 수백 nm정도의 공간에 공기가 주입한 후 밀봉시킴으로써, 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템이 완성된다.
이와 같이, 본 발명의 스마트 글래스 시스템은 공기층으로 인하여 양면이 다른 구조를 이루는 비대칭 구조를 이루게 되어, 빛의 입사 방향에 따라 서로 다른 투과율을 나타낸다.
여기서, 상기한 구성으로 제조된 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 액정(16)의 전류 인가시 굴절율(no) = 1.528, 전류 미인가시 굴절율(ne) = 1.732 , 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)=1.5, 공기층(18)의 굴절율(nair)=1.0 이라 가정한다.
첨부한 도 2의 (a) 도면에서 보듯이, 상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)에 전류가 인가되는 온 상태에서, 제1글래스층(22) 및 투명전극인 제1전극(20)을 통해 액정분산층(10)으로 빛이 입사되면, 상기 액정(16)의 전류 인가시 굴절율(no) = 1.528과 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)=1.5이 유사하여, 빛이 그대로 투과 가능한 투명한 상태가 된다.
반면, 첨부한 도 2의 (b) 도면에서 보듯이, 상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)에 전류가 미인가되는 오프 상태에서, 상기 액정(16)의 전류 미인가시 굴절율(ne) = 1.732과 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)=1.5이 서로 다르므로, 제1글래스층(22) 및 투명전극인 제1전극(20)을 통해 액정분산층(10)으로 빛이 입사되면, 액정(16)에 의해서 빛이 산란된다.
연이어, 산란된 빛은 그 입사각이 커지면서 공기층(18)을 입사되는데, 이 공기층(18)의 굴절율(nair)이 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)보다 낮은 1.0 이므로, 공기층(18)으로 입사된 빛이 공기층(18)으로부터 굴절되면서 전반사가 일어나게 되고, 전반사된 빛은 액정(16) 방울에 의하여 추가로 굴절되면서 최초 입사된 경로를 통하여 빠져 나가게 되며, 결국 스마트 글래스의 빛 투과율이 낮아지게 된다.
이와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 액정 방울로부터 산란된 빛이 매질층(공기층)에서 굴절되면서 전반사되도록 함으로써, 전류 미인가 상태인 오프 상태에서 빛 투과율을 보다 효율적으로 낮출 수 있고, 이에 보다 나은 빛 차단 효과를 제공할 수 있다.
제2실시예
첨부한 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제2실시예는 액정 방울로부터 산란된 빛이 매질층(TiO2층)에서 굴절되면서 전반사되는 동시에 확산시켜 소멸되도록 함으로써, 기존에 산란되어 투과되는 빛이나 상이 미러를 통해 뿌옇게 번져서 보이는 문제점을 해결할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 글래스 시스템은 폴리머(14)를 모체로 액정(16)이 분산된 액정분산층(10)과, 상기 액정분산층의 일표면에 형성되는 매질층으로서 밀한 매질층인 TiO2층(28)과, 상기 액정분산층의 타표면에 차례로 적층되는 제1전극(20) 및 제1글래스층(22)과, 상기 TiO2층(28)의 표면 위에 차례로 적층되는 제2전극(24) 및 제2글래스층(26)을 포함하여 구성되고, 상기 TiO2층(28)으로 인하여 비대칭 구조를 이루게 된다.
이때, 상기 제1전극(20)은 빛 투과가 가능한 투명전극으로 채택되고, 상기 제2전극(24)은 Ag와 같이 빛을 반사하는 금속박막 형태인 반사전극으로 채택되어 제2글래스층(26)과 함께 미러(mirror)층을 이루게 된다.
여기서, 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 글래스 시스템에 대한 제조예를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기한 제1실시예와 동일하게 액정분산층(10)을 준비하고, 이 액정분산층(10)을 제1전극(20, 투명전극)이 코팅된 제1글래스층(22)에 코팅한다.
다음으로, 상기 액정분산층(10) 위에 티타늄 이소프로폭사이드(TTIP, titanium isopropoxide) 즉, Ti(OCH(CH3)2)4를 이용하여 TiO2층(28)을 코팅한다.
즉, 에탄올 5.5 ml과 HCl 수용액 (36%) 0.5 ml를 섞은 다음, 여기에 위의 티타늄 이소프로폭사이드 2ml 를 섞고 5분 동안 교반시킨 후, 이를 액정분산층(10)의 위에 스핀코팅하여 300 ℃ 온도에서 2시간 동안 건조시킨다.
이어서, 상기 반사전극인 제2전극(24)이 코팅된 제2글래스층(26)을 TiO2층(28) 위에 덮어서 부착함으로써, 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 글래스가 완성된다.
여기서, 상기한 구성으로 제조된 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 액정(16)의 전류 인가시 굴절율(no)=1.528, 전류 미인가시 굴절율(ne)= 1.732 , 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)=1.5, TiO2층(28)의 굴절율(nTio2)= 2.5~2.9 이라 가정한다.
상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)에 전류가 인가되는 온 상태에서, 제1글래스층(22) 및 투명전극인 제1전극(20)을 통해 액정분산층(10)으로 빛이 입사되면, 상기 액정(16)의 전류 인가시 굴절율(no) = 1.528과 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)=1.5이 유사하여, 빛이 그대로 투과 가능한 투명한 상태가 된다.
이때, 전류가 인가되는 온 상태에서는 빛이 굴절되지 않기 때문에 수직 입사된 빛은 밀한 매질층인 TiO2층(28)에서 전반사 없이 그대로 투과되고, 이에 반사전극인 제2전극(24)은 제2글래스층(26)과 함께 일반적인 거울로서 동작한다.
반면, 상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)에 전류가 미인가되는 오프 상태에서, 액정(16)의 전류 미인가시 굴절율(ne) = 1.732과 제1 및 제2글래스층(22,26)의 굴절율(ng)=1.5이 서로 다르므로, 제1글래스층(22) 및 투명전극인 제1전극(20)을 통해 액정분산층(10)으로 빛이 입사되면, 액정(16)에 의해서 빛이 산란된다.
이때, 액정(16)에 의해서 산란된 빛은 입사각이 커지고, 이 빛이 밀한 매질인 TiO2층에 입사되면, TiO2층(28)에서 전반사를 일으키며 확산된다.
다시 말해서, 상기 밀한 매질인 TiO2층(28)이 광가이드(waveguide) 역할을 하여, 액정(16)에서 산란된 빛을 전반사 및 확산시키면서 소멸시키게 되므로, 전체 투과율(total transmittance)이 낮아지게 된다.
이와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 액정 방울로부터 산란된 빛이 매질층(TiO2층)에서 굴절되면서 전반사되는 동시에 확산시켜 소멸되도록 함으로써, 기존에 산란되어 투과되는 빛이나 상이 미러를 통해 뿌옇게 번져서 보이는 문제점을 해결할 수 있다.
제3실시예
첨부한 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템을 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 원리를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 제3실시예는 주간에는 액정 방울로부터 산란된 빛을 매질층(역반사층)에서 잘 반사시켜서 후방 물체에 대한 시인성을 높일 수 있고, 야간시에는 액정 방울로부터 산란된 빛을 매질층(역반사층)에서 차단하여 운전자의 눈부심 현상을 방지할 수 있도록 한 스마트 글래스 시스템을 제공하고자 한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템은 폴리머(14)를 모체로 액정(16)이 분산된 액정분산층(10)과, 상기 액정분산층의 일표면에 형성되는 매질층으로서 역반사가 가능한 폴리머로 이루어진 역반사층(30)과, 상기 액정분산층의 타표면에 차례로 적층되는 제1전극(20) 및 제1글래스층(22)과, 상기 역반사층(30)의 표면 위에 차례로 적층되는 제2전극(24) 및 제2글래스층(26)을 포함하여 구성되고, 상기 역반사층(30)으로 인하여 비대칭 구조를 이루게 된다.
이때, 상기 제1전극(20)은 빛 투과가 가능한 투명전극으로 채택되고, 상기 제2전극(24)은 Ag와 같이 빛을 반사하는 금속박막 형태인 반사전극으로 채택되어 제2글래스층(26)과 함께 미러(mirror)층을 이루게 된다.
특히, 상기 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면은 톱니와 같이 삼각형 형상의 균일한 미세 패턴으로 형성되며, 이렇게 균일한 미세 패턴을 형성한 이유는 전류 인가 유무에 따라 액정분산층(10)의 액정들이 그 배향을 달리하도록 함에 있다.
여기서, 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템에 대한 제조예를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기한 제2실시예와 동일하게 액정분산층(10)을 준비하고, 이 액정분산층(10)을 제1전극(20, 투명전극)이 코팅된 제1글래스층(22)에 코팅한다.
다음으로, 상기 액정분산층(10) 위에 역반사층(30)을 코팅 또는 적층 부착시킨다.
상기 역반사층(30, Retro-reflector)은 큐브 코너 반사판(cube corner reflector)과 같이 입사된 빛을 그 입사방향(반대 방향)으로 반사시키는 특성을 갖은 일종의 반사판 역할을 하는 것으로서, 몰딩 또는 스템핑 방식을 이용하여 일면이 톱니와 같이 삼각형 형상의 균일한 미세 패턴으로 형성된 구조로 제작된다.
이어서, 제2전극(24)이 코팅된 제2글래스층(26)을 역반사층(30) 위에 덮어서 부착하되, 상기 제2전극(24)은 Ag, Al, Cr 등과 같이 빛을 반사하는 금속박막 형태인 반사전극으로 채택되어 제2글래스층(26)과 함께 미러(mirror)층을 이루게 된다.
이렇게 상기 제2전극(24)이 코팅된 제2글래스층(26)을 역반사층(30) 위에 덮어서 부착함으로써, 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스가 완성된다.
여기서, 상기한 구성으로 제조된 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 글래스 시스템의 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 액정(16) 즉, 네마틱 액정의 굴절율은 전류 미인가시 굴절율(ne) = 1.732과 전류 인가시 굴절율(no) = 1.528로 나뉘는데, 액정이 배향된 방향과 나란한 방향으로 빛이 통과하면 전류 인가시 굴절율(no)을 나타내고, 이 전류 인가시 굴절율은 글래스층을 비롯한 역반사층(30)을 구성하는 폴리머의 굴절율(np)은 보통 1.5 정도로서 전류 인가시 굴절율(no) = 1.528과 유사하다.
이때, 상기 액정(16)이 특정 방향으로 배향되지 않으면, 역반사층(30)을 구성하는 폴리머의 굴절율(np)은 전류 미인가시 굴절율(ne) = 1.732과 전류 인가시 굴절율(no) = 1.528의 평균값 정도를 보이며, 전류 인가시 굴절율(no)보다 높은 값을 나타낸다.
따라서, 상기 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면 사이에서 역반사층(30)을 구성하는 폴리머의 굴절율(np)과 액정(16)의 전류 인가시 굴절율(no)이 일치하면 빛이 전부 투과하고, 차이가 나면 부분적으로 반사된다.
즉, 상기 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면에서 액정의 배향 상태에 따라, 역반사층(30)과 액정(16) 간의 굴절율이 일치(matching)하면 빛을 투과시키고, 불일치(mismatching)하면 빛을 반사시킨다.
첨부한 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)에 전류가 인가되는 온 상태에서, 액정(16) 분자들이 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면에서 상하방향으로 배향되는 성질이 띠게 되므로, 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면 사이에서 역반사층(30)을 구성하는 폴리머의 굴절율(np)과 액정(16)의 전류 인가시 굴절율(no)이 일치하게 된다.
이에, 제1글래스층(22) 및 투명전극인 제1전극(20)을 통해 액정분산층(10)으로 빛이 입사되면, 빛을 그대로 투과시키게 되고, 투과된 빛은 제2글래스층(26)과 함께 미러(mirror)층을 이루는 반사전극인 제2전극(24)을 통하여 반사됨으로써, 자동차의 룸미러로 적용할 경우 후방 사물을 잘 반사시켜서 후방 물체에 대한 시인성을 높일 수 있다.
반면, 첨부한 도 5의 (b)를 참조하면, 상기 제1전극(20) 및 제2전극(24)에 전류가 미인가되는 오프 상태에서, 액정(16) 분자들이 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면과 평행한 방향(톱니 형상의 빗변과 평행한 방향)을 따라 배향되는 성질이 띠게 되므로, 역반사층(30)과 액정분산층(10)의 계면 사이에서 액정(16)의 전류 미인가시 굴절율(ne)과 역반사층(30)을 구성하는 폴리머의 굴절율(np)이 서로 불일치하게 된다.
이에, 제1글래스층(22) 및 투명전극인 제1전극(20)을 통해 액정분산층(10)으로 빛이 입사되면, 액정(16) 방울로부터 산란된 빛이 역반사층(30)에서 차단되므로, 자동차의 룸미러로 적용할 경우 후방 차량의 전조등 불빛으로 인한 운전자의 눈부심 현상을 방지할 수 있다.
10 : 액정분산층
14 : 폴리머
16 : 액정
18 : 공기층
20 : 제1전극
22 : 제1글래스층
24 : 제2전극
26 : 제2글래스층
28 : TiO2층
30 : 역반사층

Claims (11)

  1. 폴리머를 모체로 액정이 분산된 액정분산층과;
    상기 액정분산층의 일표면에 형성되는 매질층과;
    상기 액정분산층의 타표면에 차례로 적층되는 제1전극 및 제1글래스층;
    상기 매질층의 표면 위에 차례로 적층되는 제2전극 및 제2글래스층;
    을 포함하여 구성되고,
    상기 액정분산층의 표면을 균일한 패턴으로 찍어주거나, 또는 불균일한 패턴으로 남겨두는 방식을 적용하여, 상기 매질층과 액정분산층 간의 계면은 균일한 패턴 또는 불균일한 패턴의 거칠기를 갖는 표면으로 형성된 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 매질층은 소한 매질층으로 공기층으로 구성된 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 매질층은 밀한 매질층으로 TiO2 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 매질층은 역반사층으로서 역반사가 가능한 폴리머로 구성된 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1전극은 빛 투과가 가능한 투명전극으로 구성되고, 상기 제2전극은 빛 투과가 가능한 투명전극 또는 빛을 반사하는 반사전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템.
  7. 제1글래스층 위에 제1전극을 코팅하는 단계와;
    폴리머에 액정이 분산된 혼합액을 제1전극 위에 코팅하되, 액정분산층위 표면을 균일한 패턴으로 찍어주거나 불균일한 패턴으로 남겨두는 방식을 적용하여, 균일한 또는 불균일한 패턴의 표면 거칠기를 갖는 액정분산층을 형성하는 단계와;
    상기 액정분산층 위에 제2전극 및 제2글래스층을 차례로 적층 부착하는 단계와;
    상기 액정분산층의 균일한 또는 불균일한 패턴의 표면 거칠기로 인하여 생성된 상기 액정분산층과 제2전극 사이 공간에 매질층을 채워서 밀봉하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 매질층은 빛 굴절율이 상기 액정의 굴절율 보다 낮은 소한 매질층으로서 공기를 주입하여 공기층으로 형성된 것임을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템 제조 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 매질층은 빛 굴절율이 상기 액정의 굴절율 보다 높은 밀한 매질층으로서 TiO2를 주입하여 TiO2 층으로 형성된 것임을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 매질층은 역반사가 가능하도록 액정과 동일한 굴절율을 갖는 폴리머를 주입하여 역반사층으로 형성된 것임을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템 제조 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2전극은 매질층이 소한 매질층으로 구성된 경우에는 빛을 투과하는 투명전극으로 채택되고, 매질층이 밀한 매질층 또는 역반사층으로 구성된 경우에는 빛을 반사하는 반사전극으로 채택되는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 시스템 제조 방법.
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