KR101741686B1 - 광학 구조체 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 광학 구조체는 기판 상에 고굴절층, 저굴절층을 교대로 복수번 적층하여 형성되며, 근적외선을 반사하는 근적외선 차폐층을 포함하는 제 1 및 제 2 광학 다층막, 제 1 광학 다층막 상에 형성된 제 1 전극, 제 2 광학 다층막 상에 형성된 제 2 전극, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며, 자외선에 의해 경화되어 제 1 전극과 제 2 전극에 접합된 고분자 분산 액정층을 포함하고, 근적외선 차폐층의 최상부층은 저굴절층이며, 상기 최상부의 저굴절층의 두께는 상기 기판과 최상부 저굴절층 사이에 위치한 다른 저굴절층 두께의 0.50 내지 0.55이며, 근적외선 차폐층은 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 이상이다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 광학 다층막에 의하면, 근적외선 차폐 기능을 가지면서, 자외선 투과가 가능하다. 이에, 자외선을 이용하여 광학 다층막과 고분자 분산 액정층 사이를 쉽고 간단하게 접합시켜, 접합능 저하가 방지되고, 접합이 용이하며, 접합 공정을 위해 소모되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 따른 광학 다층막에 의하면, 근적외선 차폐 기능을 가지면서, 자외선 투과가 가능하다. 이에, 자외선을 이용하여 광학 다층막과 고분자 분산 액정층 사이를 쉽고 간단하게 접합시켜, 접합능 저하가 방지되고, 접합이 용이하며, 접합 공정을 위해 소모되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 광학 구조체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 접합 과정을 단순화시켜 제조가 용이한 광학 구조체 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
태양광은 자외선, 가시광선, 적외선으로 구분될 수 있으며, 이 중 근적외선 영역의 태양광은 건축물의 온도 및 냉난방에 영향을 미친다. 즉, 태양광이 건축물의 윈도우를 통해 입사될 때, 입사된 태양광 중 근적외선은 실내의 온도를 높인다. 그리고, 이는 실내 온도를 낮추기 위해 냉방 기구를 작동시키고 있는 상태에서 윈도우를 통해 근적외선이 입사된다면, 냉방 기구의 에너지 효율을 낮추는 요인이 된다.
이에, 근래에는 태양광의 가시광선의 투과율의 입사는 유지 또는 향상시키면서, 근적외선은 차폐시키는 윈도우에 대한 연구가 지속적으로 개발중이다. 또한, 윈도우는 적외선 차폐 기능을 가지더라도, 윈도우의 기능은 수행해야 하기 때문에, 일정 수준 이상의 가시광선 투과율을 유지해야 한다.
그런데, 최근 개인 프라이버시와 같은 문제로 인해, 필요에 따라 가시적이거나, 비가시적으로 전환이 가능하도록 하는 스마트 윈도우 개발이 요구되고 있다.
스마트 윈도우는 한 쌍의 윈도우 사이에 배치되는 물질에 따라 그 종류가 나누어 지는데, 전기 신호에 따라 분극 입자들이 배향되는 현상을 이용한 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC) 방식이 있다.
이러한 스마트 윈도우는 상술한 바와 같이, 근적외선 차폐 기능을 가지는 한 쌍의 윈도우 사이에 고분자 분산 액정(PDLC)이 배치되도록 하는 구성이다. 여기서, 한 쌍의 윈도우 사이에 고분자 분산 액정(PDLC)를 부착시키기 위해서, 종래에는 근적외선 차폐 기능을 가지는 광학 필름과 고분자 분산 액정 사이에 접착제를 도포시켜 상호 접합시켰다. 그런데, 사용 기간이 늘어나거나, 태양광에 의해 열화가 발생되는 등의 문제로 접착능이 저하되어 일부 영역에서 접착 불량이 발생되는 문제가 있다. 이로 인해 고분자 분산 액정(PDLC)의 배향이 제대로 이루어지지 않는 동작 불량 문제가 발생되어 스마트 윈도우 또는 윈도우로서의 기능이 떨어지는 문제가 생긴다. 또한, 윈도우에 접착제를 도포하는 시간으로 인해 전체 공정 시간이 길어지는 문제가 있다.
본 발명은 근적외선 차폐능을 가지면서, 자외선을 투과시킬 수 있는 광학 구조체 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 고분자 분산 액정층의 접합이 용이한 광학 구조체 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 광학 구조체는 각각이 기판 및 상기 기판 상에 고굴절층, 저굴절층을 교대로 복수번 적층하여 형성되며, 근적외선을 반사하는 근적외선 차폐층을 포함하는 제 1 및 제 2 광학 다층막; 상기 제 1 광학 다층막 상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 2 광학 다층막 상에 형성된 제 2 전극; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며, 자외선에 의해 경화되어 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 접합된 고분자 분산 액정층;을 포함하고, 상기 근적외선 차폐층의 최상부층은 저굴절층이며, 상기 최상부의 저굴절층의 두께는 상기 기판과 최상부 저굴절층 사이에 위치한 다른 저굴절층 두께의 0.50 내지 0.55이며, 상기 근적외선 차폐층은 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 이상이다.
상기 고분자 분산 액정층은, 상기 고분자 매트릭스 및 상기 매트릭스 내에 분산된 복수의 액정을 포함하는 액상 고분자 분산 액정을 상기 자외선에 의해 경화시켜 형성된다.
상기 근적외선 차폐층의 최하부층은 고굴절층이다.
상기 근적외선 차폐층의 고굴절층의 두께는 90nm 내지 105nm, 상기 최상부의 저굴절층을 제외한 다른 저굴절층의 두께는 145nm 내지 165nm이다.
상기 근적외선 차폐층은 제 1 고굴절층, 제 1 저굴절층, 제 2 고굴절층, 제 2 저굴절층, 제 3 고굴절층, 제 3 저굴절층 순서로 적층된 구조이다.
상기 근적외선 차폐층은 근적외선의 투과율이 30% 이하이고, 상기 근적외선 차폐층은 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 이상, 60% 이하이다.
본 발명에 따른 광학 구조체의 제조 방법은 각각의 기판 상에 고굴절층, 저굴절층을 교대로 복수번 적층하여, 최하부층이 고굴절층, 최상부층이 저굴절층이 되도록 근적외선 차폐층을 형성하여, 제 1 및 제 2 광학 다층막을 형성하는 과정;상기 제 1 광학 다층막의 최상부층인 저굴절층 상에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 2 광학 다층막의 최상부층인 저굴절층 상에 제 2 전극을 형성하는 과정; 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 액상 고분자 분산 액정을 위치시키는 과정; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나의 외측에서 자외선을 조사하여, 액상 고분자 분산 액정 내 고분자 매트릭스를 경화시켜, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 고분자 분산 액정층을 형성하는 과정;을 포함한다.
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 고분자 분산 액정층을 형성하는 과정에 있어서, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 액상 고분자 분산 액정을 도포하는 과정; 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나의 외측에서 340nm 내지 360nm 파장의 자외선을 조사하여, 상기 액상 고분자 분산 액정을 경화시키는 과정;
을 포함한다다.
상기 근적외선 차폐층은 근적외선 투과율이 80% 이상이고, 상기 근적외선 차폐층은 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 이상, 60% 이하이다.
상기 근적외선 차폐층의 고굴절층의 두께는 90nm 내지 105nm, 상기 최상부의 저굴절층을 제외한 다른 저굴절층의 두께는 145nm 내지 165nm인 광학 구조체이다.
상기 근적외선 차폐층의 최상부인 저굴절율층을 형성하는데 있어서, 상기 최상부의 저굴절층의 두께는 상기 기판과 최상부 저굴절층 사이에 위치한 다른 저굴절층 두께의 0.50 내지 0.55가 되도록 형성한다.
본 발명의 실시형태에 따른 광학 다층막에 의하면, 근적외선 차폐 기능을 가지면서, 자외선 투과가 가능하다. 이에, 자외선을 이용하여 광학 다층막과 고분자 분산 액정층 사이를 쉽고 간단하게 접합시켜, 접합능 저하가 방지되고, 접합이 용이하며, 접합 공정을 위해 소모되는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막을 개념적으로 도시한 도면
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막 상에 전극을 형성한 상태를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 광학 다층막 사이에 액상 고분자 분산 액정이 위치된 상태를 개념적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 한 쌍의 광학 다층막 사이에 고분자 분산 액정층이 접합되는 방법을 개념적으로 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 구조체의 제조를 위해 한 쌍의 광학 다층막 사이에 액상 고분자 분산 액정을 도포시키는 방법의 일 예를 개념적으로 도시한 도면
도 6은 제 1 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 7은 제 2 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 8은 제 3 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 9는 제 1 실시예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 10은 제 2 실시예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 11은 제 1 비교예 및 제 1 실시예 각각의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 비교하기 위해 나타낸 그래프
도 12는 제 1 비교예 및 제 1 실시예 각각의 자외선 투과율을 비교하기 위해 나타낸 그래프
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막 상에 전극을 형성한 상태를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 광학 다층막 사이에 액상 고분자 분산 액정이 위치된 상태를 개념적으로 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 한 쌍의 광학 다층막 사이에 고분자 분산 액정층이 접합되는 방법을 개념적으로 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 구조체의 제조를 위해 한 쌍의 광학 다층막 사이에 액상 고분자 분산 액정을 도포시키는 방법의 일 예를 개념적으로 도시한 도면
도 6은 제 1 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 7은 제 2 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 8은 제 3 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 9는 제 1 실시예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 10은 제 2 실시예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프
도 11은 제 1 비교예 및 제 1 실시예 각각의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 비교하기 위해 나타낸 그래프
도 12는 제 1 비교예 및 제 1 실시예 각각의 자외선 투과율을 비교하기 위해 나타낸 그래프
이하, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명은 태양광 중 근적외선의 반사 또는 차폐가 가능하며, 자외선의 투과가 가능한 광학 다층막 및 광학 구조체에 관한 것이다. 보다 구체적인 예시로 건축물 등의 윈도우에 설치될 수 있는 광학 다층막과, 스마트 윈도우에 적용되도록 고분자 분산 액정층(PDLC : Polymer dispersed liquid crystal)을 포함하는 광학 구조체이다.
일반적으로 고분자 분산 액정은 액상 또는 겔(gel) 상태의 고분자 매트릭스 내에 액정이 분산되어 있는 상태이다. 그리고 본 발명에서는 액상의 고분자 분산 액정의 상기 고분자 매트릭스를 경화시켜 고분자 분산 액정층을 형성한다.
따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 경화되기 전 상태인 액상 또는 겔(gel) 상태의 고분자 분산 액정을 "액상 고분자 분산 액정"이라 명명하고, 상기 액상 고분자 분산 액정을 경화시킨 상태를 고분자 분산 액정층이라고 명명한다.
광학 다층막에 근적외선 차폐 기능 뿐만아니라, 자외선 투과의 기능을 가지도록 하는 것은 이후, 설명되는 광학 구조체의 제조에 있어서, 광학 다층막에 고분자 분산 액정층을 형성할 때, 자외선을 이용하여 부착시키기 위함이다. 즉, 자외선을 이용하여 광학 다층막과 고분자 분산 액정층(PDLC)을 상호 접합시키기 위해서는, 광학 다층막이 자외선의 투과가 가능해야 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막은 근적외선 투과율이 30% 이하이며, 자외선 투과율이 30% 내지 60%이다. 여기서, 자외선 파장 대역 중, 액상 고분자 분산 액정의 고분자 매트릭스를 경화시킬 수 있는 파장대역 예컨대 340nm 내지 380nm의 투과율이 30% 내지 60%이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막을 개념적으로 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막 상에 전극을 형성한 상태를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 광학 다층막 사이에 액상 고분자 분산 액정이 위치된 상태를 개념적으로 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 한 쌍의 광학 다층막 사이에 고분자 분산 액정층을 접합시키는 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막(100)은 투광성의 기판(10), 기판(10) 상에 형성된 근적외선 차폐층(20)을 포함한다.
실시예에 따른 광학 다층막(100)은 플랙서블(flexible)한 특성을 갖도록, 플랙서블한 기판(10)을 사용한다. 실시예에서는 기판(10)으로 PET를 이용하나, 투광성이면서 플랙서블한 다른 재료의 기판을 사용하여도 무방하다.
근적외선 차폐층(20)은 고굴절층(21a, 21b, 21c)과 저굴절층(22a, 22b, 22c)이 교대로 복수번 적층되도록 구성되며, 고굴절층, 저굴절층, 고굴절층, 저굴절층, 고굴절층, 저굴절층 순으로 적층된다.
고굴절층(21a, 21b, 21c)은 2.2 내지 2.5의 굴절율을 가지는 재료, 저굴절층(22a, 22b, 22c)은 1.45 내지 1.55의 굴절율을 가지는 재료를 사용한다. 실시예에서는 고굴절층(21a, 21b, 21c) 재료로 TiO2, 저굴절층(22a, 22b, 22c) 재료로 SiO2를 사용하나, 이에 한정되지 않고, 2.2 내지 2.5의 고굴절율을 가지는 다른 재료, 1.45 내지 1.55의 저굴절율을 가지는 다른 재료 중 어떠한 재료의 적용도 가능하다.
실시예에서는 "고굴절층(21a)/저굴절층(22a)/고굴절층(21b)/저굴절층(22b)/고굴절층(21c)/저굴절층(22c)" 구조로 고굴절층과 저굴절층이 각각 3번씩 적층한다. 이하에서는 설명이 편의를 위하여 기판(10) 상에 적층되는 순서에 따라, 제 1 고굴절층(21a), 제 1 저굴절층(22a), 제 2 고굴절층(21b), 제 2 고굴절층(22b), 제 3 고굴절층(21c), 제 3 저굴절층(22c)으로 명명한다.
제 1 내지 제 3 고굴절층(21a, 21b, 21c)은 90nm 내지 105nm의 두께로 형성하고, 제 1 고굴절층(21a)과 제 2 고굴절층(21b) 사이에 형성되는 제 1 저굴절층(22a), 제 2 고굴절층(21b)과 제 3 고굴절층(21c) 사이에 형성되는 제 2 저굴절층(22b)은 145nm 내지 165nm로 형성하며, 최상부층의 저굴절층 즉, 제 3 저굴절층(22c)은 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b) 두께의 0.50 내지 0.55인 80nm 두께로 형성한다.
이렇게 고굴절층(21a, 21b, 21c)의 두께를 90nm 내지 105nm, 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 두께를 145nm 내지 165nm로 하는 것은 근적외선의 투과율이 30% 이하가 되도록 상기 근적외선을 효과적으로 반사시키면서, 340nm 내지 380nm의 자외선 파장에서 30% 내지 60%의 투과율을 갖도록 하기 위함이다. 제 3 저굴절층(22c)의 두께를 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b) 두께의 0.50 내지 0.55로 형성하는 것은, 훈색(暈色) 발생을 방지하기 위함이다.
한편, 예를 들어 고굴절층(21a, 21b, 21c)의 두께가 90nm 미만이거나, 105nm 초과하거나, 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 두께가 145nm 미만이거나, 165nm를 초과하는 경우, 근적외선 투과율이 30%를 초과하거나, 340nm 내지 380nm의 자외선을 30% 내지 60% 투과시킬 수 없는 문제가 발생된다. 또한, 최상부의 저굴절층(22c) 즉, 제 3 저굴절층(22c)의 두께가 제 1 및 제 2 굴절층(22a, 22b)의 0.50 내지 0.55로 형성되지 않는 경우, 훈색이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 고굴절층(21a, 21b, 21c)의을 90nm 내지 105nm, 고굴절층(21a, 21b, 21c)의 사이에 형성된 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)을 145nm 내지 165nm, 최상부의 저굴절층(22c)을 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 0.50 내지 0.55의 두께로 형성함으로써, 근적외선 차폐능과, 자외선 투과율 특성을 가지는 광학 다층막(100)을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같은 광학 다층막(100) 상에 전극(200) 및 고분자 분산 액정층을 형성하면, 전기 신호에 따라 가시광, 자외선 근적외선 투과, 차폐를 조절할 수 있는 광학 구조제가 된다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 구조체는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 근적외선 차폐능 및 자외선 투과 특성을 가지는 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b), 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 사이에 배치된 고분자 분산 액정층(300), 제 1 광학 다층막(100a)과 고분자 분산 액정층 사이에 위치된 제 1 전극(200a), 제 2 광학 다층막(100b)과 고분자 분산 액정(300) 사이에 위치된 제 2 전극(200b)을 포함한다.
여기서, 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 각각은 플랙서블한 기판(10a, 10b) 상에 근적외선 차폐층(20a, 20b)으로 이루어진 동일한 구조이다.그리고, 제 1 전극(200a) 및 제 2 전극(200b)은 고분자 분산 액정층(300)에 전원을 인가하는 역할을 한다. 제 1 및 제 2 전극(200a, 200b)으로서 ITO를 사용하나, 이에 한정지 고 투광성을 가지면서 낮은 저항을 가지는 다양한 TCO 재료의 적용이 가능하다.
고분자 분산 액정층(300)은 고분자 물질의 매트릭스 안에 미세한 액정 방울들이 분산된 액상 고분자 분산 액정(310)에 자외선을 조사하여, 상기 고분자 매트릭스를 경화시킴으로써 제조된다. 즉, 액상 고분자 분산 액정(310)을 자외선으로 경화시키면, "고분자 분산 액정층(300)" 형성된다. 그리고, 제 1 및 2 전극에 전원을 인가하면, 고분자 분산 액정층(300)의 액정은 인가되는 전압에 반응한다. 즉, 전압이 인가된 상태(on 상태)에서는 액정이 인가되는 전계 방향에 따라 정렬되어 빛의 방향과 일치하게 되어 빛을 투과시키고, 전압이 인가되지 않은 상태(off 상태)에서는 액정이 불규칙하게 배열되어 빛의 진행 방향에 따라 배열되지 않기 때문에 빛을 산란시키게 된다. 즉, 고분자 분산 액정층(300)은 전압의 인가 여부에 따라, 빛이 투과되는 상태와 산란되는 상태의 두 가지 상태로 구동될 수 있다.
또한, 통상적인 고분자 분산 액정에서 액정이 분산된 고분자 매트릭스는 자외선 특히 340nm 내지 360nm의 자외선 파장에서 경화가 가능하다.
따라서, 본 발명에서는 광학 다층막(100) 상에 고분자 분산 액정층(300)을 형성하는데 있어서, 자외선(UV)을 조사하여 액상 고분자 분산 액정(310)의 고분자 매트릭스를 광학 다층막(100) 상에 경화시켜 부착시킨다. 특히, 고분자 매트릭스가 340nm 내지 380nm, 보다 구체적으로는 360nm의 자외선 파장에서 경화되므로, 이 파장을 이용하여 부착시킨다.
이때, 고분자 분산 액정층(300)이 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 사이에 형성되어야 하기 때문에, 자외선이 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 중 적어도 하나를 투과하여, 제 1 광학 다층막(100a)과 제 2 광학 다층막(100b) 사이에 도포된 액상 고분자 분산 액정(310)으로 입사되어야 한다. 이에, 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b)은 340nm 내지 380nm, 보다 바람직하게는 360nm의 자외선이 투과되어야 한다.
이러한 이유로, 본 발명에서는 근적외선을 차폐하면서, 동시에 자외선 특히 340nm 내지 380nm의 자외선 파장에서 30% 내지 60%의 투과율을 가지는 광학 다층막(100a, 100b)을 제조하였다. 그리고 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 사이에 액상 고분자 분산 액정(310)을 위치시키고, 상호 접촉시킨 상태에서, 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 중 적어도 하나의 외측에서 자외선을 조사하였을 때, 상기 자외선이 광학 다층막(100a, 100b)을 투과하여 액상 고분자 분산 액정(310)으로 입사된다. 예컨대, 실시예에서는 제 1 광학 다층막(100a)의 상측에서 자외선을 조사하면, 상기 자외선이 제 1 광학 다층막(100a)을 투과하여 액상 고분자 분산 액정(310)으로 입사된다. 입사된 자외선은 액상 고분자 분산 액정(300)의 고분자 매트릭스를 경화시키는데, 이때 광학 다층막(100)과 접촉된 상태로 경화되며, 이에 광학 다층막(100a, 100b)에 접착, 부착된다.
이와 같이, 본 발명에서는 별도의 접착제를 사용하거나 도포하는 과정을 수행하지 않고, 광학 다층막(100a, 100b)과 액상 고분자 분산 액정(310)을 쉽게 부착시킬 있다. 즉, 근적외선 차폐능과 함께 30% 내지 60%의 자외선 투과능을 가지도록 근적외선 차폐층(20a, 20b)을 형성함으로써, 별도의 접착제를 사용하지 않고, 자외선을 조사하는것 만으로 광학 다층막(100a, 100b)과 고분자 분산 액정층(300)을 상호 접합시킬 수 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 광학 다층막 및 이를 포함하는 광학 구조체의 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광학 구조체의 제조를 위해 한 쌍의 광학 다층막 사이에 고분자 분산 액정을 도포 시키는 방법의 일 예를 개념적으로 도시한 도면이다.
먼저, 플랙서블한 재료의 기판(10) 예컨대, PET 기판을 마련하고, 상기 기판(10)에 대해 표면 처리를 실시한다. 이때, 산소 플라즈마 방법으로 적어도 근적외선 차폐층이 형성될 표면을 산소 플라즈마한다.
이후, 표면 처리된 기판(10) 표면에 근적외선 차폐층(20)을 형성한다. 실시예에서는 DC 스퍼터링(Sputtering) 방법 중, 반응성 스퍼터링 방법을 이용하며, 상온에서 고굴절층과 저굴절층을 교대로 적층하여 근적외선 차폐층(20)을 형성한다. 실시예에서는 TiO2로 고굴절층(21a, 21b, 21c)을 형성하고, SiO2 저굴절층(22a, 22b, 22c)을 형성한다. 이를 위해 Ti로 이루어진 타겟을 준비하고, 반응성 가스로 산소를 주입하면, Ti와 산소 간의 반응에 의해, TiO2 고굴절층21a, 21b, 21c)이 형성된다. 또한, Si로 이루어진 타겟을 준비하고, 반응성 가스로 산소를 주입하면, Si와 산소 간의 반응에 의해, SiO2 고굴절층(22a, 22b, 22c)이 형성된다.
실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 상에 TiO2로 이루어진 제 1 고굴절층(21a), 제 1 고굴절층(21a) 상에 SiO2로 이루어진 제 1 저굴절층(22a), 제 1 저굴절층(22a) 상에 TiO2로 이루어진 제 2 고굴절층(21b), 제 2 고굴절층(21b) 상에 SiO2로 이루어진 제 2 저굴절층(22b), 제 2 저굴절층(22b) 상에 TiO2로 이루어진 제 3 고굴절층(21c), 제 2 고굴절층(21b) 상에 SiO2로 이루어진 제 3 저굴절층(22ac)을 형성한다.
이때, 제 1 내지 제 3 고굴절층(21a, 21b, 21c)을 90nm 내지 105nm의 두께로, 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)을 145nm 내지 165nm 두께로, 근적외선 차폐층(20)의 최상부층인 제 3 저굴절층(22c)은 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 0.50 내지 0.55의 두께 예컨대 80nm 두께로 형성한다.
이렇게 형성된 근적외선 차폐층(20)은 30% 이하의 근적외선 투과율 및 340nm 내지380nm의 자외선 파장에서 30% 내지 60%의 투과율 특성을 갖는다.
상술한 방법과 동일한 방법으로 2개의 광학 다층막(100a, 100b)이 형성되면, 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 광학 다층막(100a, 100b)의 제 3 저굴절층(22c) 상에 전극(200a, 200b)을 형성한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 광학 다층막(100a)의 제 3 저굴절층(22c) 상에 제 1 전극(200a)을 형성하고, 제 2 광학 다층막(100b)의 제 3 저굴절층(22c) 상에 제 2 전극(200b)을 형성한다. 실시예에서는 제 1 및 제 2 전극(200a, 200b)으로 TCO 재료 중 하나인 ITO를 스퍼터링 방법으로 증착하여 형성한다.
다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 전극(200a)이 형성된 제 1 광학 다층막(100a)과 제 2 전극(200b)이 형성된 제 2 광학 다층막(100b) 사이에 액상 고분자 분산 액정(310)을 위치시키고, 제 1 전극(200a)과 제 2 전극(200b) 사이에 액상 고분자 분산 액정(310)이 접촉되도록 한 상태에서, 예컨대 제 1 광학 다층막(100a) 상측에서 340nm 내지 360mn(바람직하게는 360nm)의 자외선을 조사한다. 조사되는 자외선은 제 1 광학 다층막(100a)의 기판(10), 근적외선 차폐층(20)을 투과하여 액상 고분자 분산 액정(310)으로 입사되며, 이때 자외선에 의해 액상 고분자 분산 액정(310)의 고분자 매트릭스가 경화되어 제 1 및 제 2 광학 다층막(100a, 100b) 각각의 전극(200a, 200b)에 접합 또는 부착된다.
각각에 전극(200a, 200b)이 형성된 제 1 광학 다층막(100a)과 제 2 광학 다층막(100b) 사이에 고분자 분산 액정층(300)을 접합시키는 방법은 다양한 장치가 적용될 수 있다.
예컨대, 일 방향으로 나열 배치된 복수의 하부 롤(R1) 상에 제 2 전극(200b)이 형성된 제 2 광학 다층막(100b)을 배치시키고, 그 상부에 액상 고분자 분산 액정(310)을 코팅 또는 도포한다. 도포된 액상 고분자 분산 액정(310) 상부에 제 1 전극(200a)이 형성된 제 1 광학 다층막(100a)을 위치시키고, 제 1 광학 다층막(100a) 상측에서 상부롤을 일 방향으로 이동시켜 제 1 광학 다층막을 액상 고분자 분산 액정(310) 상에 합지한다. 그리고, 상부 롤(R2)이 지나간 위치에 자외선 조사기(U)를 위치시켜, 자외선을 조사하면, 액상 고분자 분산 액정(310)의 고분자 매트릭스가 경화되어 제 1 및 제 2 전극(200a, 200b) 상에 부착된다.
표 1은 제 1 내지 제 3 비교예에 따른 광학 다층막과, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광학 다층막의 구조를 나타낸 표이다. 표 2는 제 1 내지 제 3 비교예에 따른 광학 다층막과, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광학 다층막의 자외선 투과율, 가시광 투과율 및 근적외선 투과율을 나타낸 표이다.
도 6은 제 1 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프, 도 7은 제 2 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프, 도 8은 제 3 비교예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프이다. 도 9는 제 1 실시예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프이고, 도 10은 제 2 실시예의 파장에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프이다. 도 11은 제 1 비교예 및 제 1 실시예 각각의 파장에 따른 투과율 및 반사사율을 비교하기 위해 나타낸 그래프이다. 도 12는 제 1 비교예 및 제 1 실시예 각각의 자외선 투과율을 비교하기 위해 나타낸 그래프이다.
제 1 비교예에 따른 광학 다층막은 기판/제 1 고굴절층(TiO2)/제 1 저굴절층(SiO2)/제 2 고굴절층(TiO2)/제 2 저굴절층(SiO2)/제 3 고굴절층(TiO2)으로 이루어지며, 제 1, 제 2, 제 3 고굴절층의 두께는 115nm, 제 1 및 제 3 저굴절층의 두께는 160nm이다.
제 2 비교예에 따른 광학 다층막은 기판/제 1 고굴절층(TiO2)/제 1 저굴절층(SiO2)/제 2 고굴절층(TiO2)/제 2 저굴절층(SiO2)/제 3 고굴절층(TiO2)/제 3 저굴절층(SiO2)으로 이루어지며, 제 1, 제 2, 제 3 고굴절층의 두께는 110nm, 제 1 및 제 2 저굴절층의 두께는 160nm이며, 최상부층인 제 3 저굴층은 제 1 및 제 2 굴절층의 0.50 내지 0.55인 80nm이다.
제 3 비교예에 따른 광학 다층막은 기판/제 1 고굴절층(TiO2)/제 1 저굴절층(SiO2)/제 2 고굴절층(TiO2)/제 2 저굴절층(SiO2)/제 3 고굴절층(TiO2)/제 3 저굴절층(SiO2)으로 이루어지며, 제 1, 제 2, 제 3 고굴절층의 두께는 115nm, 제 1 및 제 2 저굴절층의 두께는 170nm이며, 최상부층인 제 3 저굴층은 제 1 및 제 2 굴절층의 0.50 내지 0.55인 85nm이다.
제 1 실시예에 따른 광학 다층막(100)은 기판(10)/제 1 고굴절층(TiO2)(21a)/제 1 저굴절층(SiO2)(22a)/제 2 고굴절층(TiO2)(21b)/제 2 저굴절층(SiO2)(22b)/제 3 고굴절층(TiO2)(21c)/제 3 저굴절층(SiO2)(22c)으로 이루어지며, 제 1, 제 2, 제 3 고굴절층(21a, 21b, 21c)의 두께는 95nm, 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 두께는 153nm이며, 최상부층인 제 3 저굴절층(22c)은 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 0.50 내지 0.55인 80nm이다.
제 2 실시예에 따른 광학 다층막(100)은 기판/제 1 고굴절층(TiO2)/제 1 저굴절층(SiO2)/제 2 고굴절층(TiO2)/제 2 저굴절층(SiO2)/제 3 고굴절층(TiO2)/제 3 저굴절층(SiO2)으로 이루어지며, 제 1, 제 2, 제 3 고굴절층(21a, 21b, 21c)의 두께는 100nm, 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 두께는 150nm이며, 최상부층인 제 3 저굴절층(22c)은 제 1 및 제 2 저굴절층(22a, 22b)의 0.50 내지 0.55인 80nm이다.
| 구조 | 고굴절층 두께(nm) | 저굴절층 두께(nm) | 최상부 저굴절층 두께(nm) | |
| 제 1 비교예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 | TiO2 115nm | SiO2 160nm | - |
| 제 2 비교예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
TiO2 110nm | SiO2 160nm | SiO2 80nm |
| 제 3 비교예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
TiO2 115nm | SiO2 170nm | SiO2 85nm |
| 제 1 실시예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
TiO2 95nm |
SiO2 153nm | SiO2 80nm |
| 제 2 실시예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
TiO2 100nm | SiO2 150nm | SiO2 80nm |
| 구조 | 자외선 투과율(@ 360nm)(%) | 표준 파장 가시광 투과율(550 nm)(%) | 장파장 가시광 투과율(750 nm)(%) | 근적외선 투과율 (@1000nm)(%) |
|
| 제 1 비교예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 | 14% | 94% | 94% | 18% |
| 제 2 비교예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
13% | 98% | 98% | 23% |
| 제 3 비교예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
18% | 98% | 98% | 25% |
| 제 1 실시예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
57% | 97% | 97% | 28% |
| 제 2 실시예 | 기판/TiO2/SiO2/TiO2/SiO2/TiO2 /SiO2 |
42% | 97% | 97% | 26% |
광학 다층막(100a, 100b)을 윈도우에 적용하기 위해서는 가시광 투과율, 보다 구체적으로는 표준 가시광 파장에 해당하는 550nm에서의 가시광 투과율이 80% 이상일 필요가 있다. 또한, 근적외선에 의한 실내 온도 상승 효과를 방지하기 위해서는 근적외선 투과율, 보다 구체적으로는 1000nm에서의 투과율이 30% 이하일 필요가 있다. 그리고, 자외선을 이용하여 광학 다층막(100)에 액상 고분자 분산 액정(310)을 경화시켜 접합시키기 위해서는, 광학 다층막의 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 내지 60%일 필요가 있다.
그러나, 표 2, 도 6, 도 12를 참조하면, 제 1 비교예의 경우, 근적외선 투과율이 30% 이하, 표준 가시광선 투과율이 80% 이상이나, 360nm의 자외선 투과율이 14%로 작다. 따라서 제 1 비교예 광학 다층막은 자외선 조사에 의해 액상 고분자 분산 액정이 경화되지 않아, 접합될 수 없다. 또한, 제 1 비교예의 경우, 황색을 투과하고 청색을 반사하는 훈색이 발생되는데 이는, 최상부층의 두께가 동일 재료의 다른 층 두께의 0.50 내지 0.55가 아니기 때문이다.
또한, 표 2 및 도 12를 참조하면, 제 2 비교예의 경우, 근적외선 투과율이 30% 이하, 가시광선 투과율이 80% 이상이지만, 360nm의 자외선 투과율이 13%로 작다. 따라서 제 2 비교예 광학 다층막은 자외선 조사에 의해 액상 고분자 분산 액정이 경화되지 않아, 접합될 수 없다.
마찬가지로 표 2 및 도 8을 참조하면, 제 3 비교예의 경우, 근적외선 투과율이 30% 이하, 가시광선 투과율이 80% 이상이나, 360nm의 자외선 투과율이 18%로 작다. 이에 제 3 비교예 광학 다층막은 자외선 조사에 의해 액상 고분자 분산 액정이 경화되지 않아, 과 접합될 수 없다.
표 2, 도 9 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학 다층막(100)의 경우, 근적외선 투과율이 30% 이하를 만족하면서도, 표준 가시광(550nm) 투과율이 80% 이상이다. 그리고 표 2 및 도 12를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 광학 다층막(100)은 360nm의 자외선 투과율이 30% 내지 60% 이다.
또한, 표 2 및 도 10을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 광학 다층막(100) 역시 근적외선 투과율이 30% 이하를 만족하면서도, 표준 가시광(550nm) 투과율이 80% 이상이다.
이렇게 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광학 다층막이 30% 이하의 근적외선 투과율, 80% 이상의 표준 가시광(550nm) 투과율 및 30% 내지 60%의 자외선 투과율을 가지는 것은, 본 발명에 따른 고굴절층 및 저굴절층을 복수번 교대 적층하는데 있어서, 그 적층 및 그 두께를 제어함으로써 가능하다. 즉, 본 발명에서는 기판 상에 고굴절층 및 저굴절층을 적층하는데 있어서, 최상부층을 제외한 고굴절층의 두께가 90nm 내지 105nm, 저굴절층의 두께를 145nm 내지 165nm로 제어함으로써 구현된다.
그리고 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광학 다층막의 경우 훈색이 발생되지 않는데, 이는 최상부층의 저굴절층의 두께를 그 하측에 위치한 저굴절층의 0.50 내지 0.55가 되도록 하기 때문이다.
이와 같이 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광학 다층막(100)은 제 1 내지 제 3 비교예와 유사한 또는 거이 대등한 가시광 투과율 및 근적외선 차폐율을 가지면서, 340nm 내지 360nm 자외선의 투과율이 30% 이상으로 비교예에 비해 크다.
따라서, 제 1 내지 제 3 비교예에 따른 광학 다층막의 경우, 근적외선 차폐의 기능을 가지나, 스마트 윈도우 제작시에 고분자 분산 액정층과의 접합시에 자외선 파장을 이용하지 못하고, 별도로 접착제를 도포해야 하는 번거로움이 있다.
하지만, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 광학 다층막(100)의 경우, 가시광선의 투과율이 높고 근적외선 차폐 기능을 가지면서, 스마트 윈도우 제작시에 자외선을 이용하여 고분자 분산 액정층을 광학 다층막에 접합시킬 수 있다. 따라서, 기존의 접착제 도포 공정을 생략하고, 자외선이 조사만으로 고분자 분산 액정층을 부착시킬 수 있어, 그 제조 공정이 단순해 지는 효과가 있다.
100, 100a, 100b: 광학 다층막
10: 기판 20: 근적외선 차폐층
21a, 21b, 21c: 고굴절층 22a, 22b, 22c: 저굴절층
200: 전극 300: 고분자 분산 액정층
10: 기판 20: 근적외선 차폐층
21a, 21b, 21c: 고굴절층 22a, 22b, 22c: 저굴절층
200: 전극 300: 고분자 분산 액정층
Claims (11)
- 각각이 기판 및 상기 기판 상에 고굴절층, 저굴절층을 교대로 복수번 적층하여 형성되며, 근적외선을 반사하는 근적외선 차폐층을 포함하는 제 1 및 제 2 광학 다층막;
상기 제 1 광학 다층막과 제 2 광학 다층막 사이에 형성된 고분자 분산 액정층;
상기 제 1 광학 다층막과 상기 고분자 분산 액정층 사이에 형성된 제 1 전극;
상기 제 2 광학 다층막과 상기 고분자 분산 액정층 사이에 형성된 제 2 전극;
을 포함하고,
상기 근적외선 차폐층의 최상부층은 저굴절층이며, 상기 최상부의 저굴절층의 두께는 상기 기판과 최상부 저굴절층 사이에 위치한 다른 저굴절층 두께의 0.50 내지 0.55이며,
상기 근적외선 차폐층은 근적외선의 투과율이 30% 이하이고, 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 이상이며,
상기 고분자 분산 액정층은 상기 제 1 광학 다층막 및 제 2 광학 다층막 중 적어도 하나를 투과한 자외선에 의해 경화되어 형성된 광학 구조체. - 청구항 1에 있어서,
상기 고분자 분산 액정층은, 고분자 매트릭스 및 상기 고분자 매트릭스 내에 분산된 복수의 액정을 포함하는 액상 고분자 분산 액정을 상기 자외선에 의해 경화시켜 형성된 광학 구조체. - 청구항 2에 있어서,
상기 근적외선 차폐층의 최하부층은 고굴절층인 광학 구조체. - 청구항 3에 있어서,
상기 근적외선 차폐층의 고굴절층의 두께는 90nm 내지 105nm, 상기 최상부의 저굴절층을 제외한 다른 저굴절층의 두께는 145nm 내지 165nm인 광학 구조체. - 청구항 4에 있어서,
상기 근적외선 차폐층은 제 1 고굴절층, 제 1 저굴절층, 제 2 고굴절층, 제 2 저굴절층, 제 3 고굴절층, 제 3 저굴절층 순서로 적층된 구조인 광학 구조체. - 삭제
- 각각의 기판 상에 고굴절층, 저굴절층을 교대로 복수번 적층하여, 최하부층이 고굴절층, 최상부층이 저굴절층이 되며, 근적외선 투과율이 율이 30% 이하이고, 340nm 내지 380nm의 자외선의 투과율이 30% 이상인 근적외선 차폐층을 형성하여, 제 1 및 제 2 광학 다층막을 형성하는 과정;
상기 제 1 광학 다층막의 최상부층인 저굴절층 상에 제 1 전극을 형성하고, 상기 제 2 광학 다층막의 최상부층인 저굴절층 상에 제 2 전극을 형성하는 과정;
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 액상 고분자 분산 액정을 위치시키는 과정;
상기 제 1 광학 다층막 및 제 2 광학 다층막 중 적어도 어느 하나의 외측에서 자외선을 조사하여, 상기 자외선을 제 1 광학 다층막 및 제 2 광학 다층막 중 적어도 어느 하나를 투과시켜, 상기 액상 고분자 분산 액정 내 고분자 매트릭스를 경화시켜, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 고분자 분산 액정층을 형성하는 과정;
을 포함하는 광학 구조체의 제조 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 고분자 분산 액정층을 형성하는 과정에 있어서,
상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 액상 고분자 분산 액정을 도포하는 과정;
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 어느 하나의 외측에서 340nm 내지 360nm 파장의 자외선을 조사하여, 상기 액상 고분자 분산 액정을 경화시키는 과정;
을 포함하는 광학 구조체의 제조 방법. - 삭제
- 청구항 8 에 있어서,
상기 근적외선 차폐층의 고굴절층의 두께는 90nm 내지 105nm, 상기 최상부의 저굴절층을 제외한 다른 저굴절층의 두께는 145nm 내지 165nm인 광학 구조체의 제조 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 근적외선 차폐층의 최상부인 저굴절층을 형성하는데 있어서,
상기 최상부의 저굴절층의 두께는 상기 기판과 최상부 저굴절층 사이에 위치한 다른 저굴절층 두께의 0.50 내지 0.55가 되도록 형성하는 광학 구조체의 제조 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150189353A KR101741686B1 (ko) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 광학 구조체 및 이의 제조 방법 |
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| KR1020150189353A KR101741686B1 (ko) | 2015-12-30 | 2015-12-30 | 광학 구조체 및 이의 제조 방법 |
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|---|---|
| KR101741686B1 true KR101741686B1 (ko) | 2017-05-31 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101741686B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102223433B1 (ko) * | 2020-11-24 | 2021-03-05 | 주식회사 트랙스원 | 디지털 현미경 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2581071Y2 (ja) * | 1993-07-16 | 1998-09-17 | 帝人株式会社 | 液晶光学表示素子 |
| JP2006221070A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Sony Corp | 反射型スクリーン |
-
2015
- 2015-12-30 KR KR1020150189353A patent/KR101741686B1/ko active IP Right Grant
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