KR101873822B1 - 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전력 공급의 유무에 따라 무색(無色) 또는 유색(有色)으로 전환되는 전기변색필름(이하, '스마트필름'으로 지칭)에 관한 것으로서,
공급되는 전력에 따른 주파수를 가변할 수 있는 인버터가 구비되고, 주파수 가변에 대하여 적절한 전도성을 유지할 수 있는, 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터에 관한 것이다.
공급되는 전력에 따른 주파수를 가변할 수 있는 인버터가 구비되고, 주파수 가변에 대하여 적절한 전도성을 유지할 수 있는, 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전력 공급의 유무에 따라 무색(無色) 또는 유색(有色)으로 전환되는 전기변색필름(이하, '스마트필름'으로 지칭)에 관한 것으로서,
공급되는 전력에 따른 주파수를 가변할 수 있는 인버터가 구비되고, 주파수 가변에 대하여 적절한 전도성을 유지할 수 있는, 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터에 관한 것이다.
전기 변색 필름은 인가된 전위에 의해 각각의 산화 전극 및 환원 전극에서 산화 환원 반응에 의해 착색과 탈색 현상이 나타나 색깔이 변하는 필름으로 사용자가 인위적으로 가시광선 및 적외선 등의 조절 가능한 필름으로, 다양한 종류의 무기산화물들이 전극 재료로 사용되고 있다.
이러한 전기 변색 필름은, 변색이 가능한 특징에 의해 투명/불투명 등의 변색 기능이 필요한 공간 또는, 적외선/자외선 등의 차단이 필요한 공간 또는, 사람들의 흥미가 필요한 공간 등에 사용되고 있다.
이러한 스마트 필름에 관련하여서는, 공개특허공보 제10-2015-0128356호의 전기변색 필름, 전시변색 장치 및 이들의 제조방법이 기재되어 있다.
상기 기술은, 수용성 전기변색 물질, 수용성 전해질, 젤라틴, 및 당알코올 또는 단당류를 포함하는 전기변색 필름에 있어서, 일 실시예에 따르면 전기변색 필름은 투과 상태에서의 투명도 저하를 최소화할 수 있는 것을 기재하고 있다.
다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1158425호에는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Ｓｏｌ－Ｇｅｌ) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조방법이 기재되어 있다.
상기 기술은, 전기 변색 현상을 가지는 결정성 텡스텐 산화물 나노 입자를 함유하는 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 저온에서 투명 전극 위에 환원 전극막 형성이 가능한 것을 특징으로 하는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조방법에 관한 것으로,
열차단용 윈도우 필름 및 플렉시블 디스플레이 시장뿐만 아니라 옥외 광고 시장, 센서 등 다양한 분야에 적용이 가능하고, 또한 종래의 전기변색소자는 그 제조방법이 전기도금이나 스퍼터링과 같은 공정이 복잡하고 제조비용이 높은 공정으로 제조되어 상업화가 지연되어 아주 고가의 시장이 극히 제한된 범위에서만 형성되어있는 실정인데 반해 고가의 장비 사용이 필요 없고, 롤투롤 공정의 적용이 가능하여 공정 시간도 획기적으로 줄일 수 있게 함으로써 가격경쟁력이 있는 전기변색필름을 제조할 수 있는 것을 기재하고 있다.
또 다른 기술로서, 등록실용신안공보 제20-0185851호에는 전기에너지에 의한 변색필름이 기재되어 있다.
상기 기술은, 전이 금속 산화물인 WO3(1)과 IrO2(2)과 프라스틱의 일종으로서 고분자 재료인 α- PEO copolymer(3)를 이용하여 필름으로 제작함으로서 유리에 부착하여 전이금속 산화물에 전압을 가했을시 WO3(1)의 환원과 IrO2(2)의 산화에 의하여 투명했던 필름이 청색으로 변색됨으로서 유리를 통하여 건물내 또는 차량내에 들어오는 빛의 양을 조절할 수 있는 전기 에너지에 의해 색이 변색되는 필름의 제공을 목적으로 하며,
이를 위하여, 전기에너지에 의한 변색필름의 구성은 먼저, 고분자 고체 전해질인 α-PEO copolymer(3)를 0.03mm 두께 박막 필름으로 제작한 후 한면에는 환원형 발색 물질인 WO3(1) 0.3미크론 두께로 증착시키고 다른면에는 산화형 발생물질인 IrO2(2)을 0.3 미크론의 두께로 증착시켜 하나의 결합체를 이룬 투명 박막필름을 형성시킨 다음 글라스 필름 기판(5A. 5B)에 산화물인 indium-tin oxide(4A. 4B)를 0.3 미크론의 두께로 증착시킨다음 전이 금속 산화물이 증착된 투명 필름양면에 고주파 로울러 방식에 의해 코팅시켜 하나의 동체를 이루게 한 후 양, 음 전극을 indium-tin oxide(4A. 4B)에 연결하되 WO3(1)쪽은 양극을 IrO2(2)쪽은 음극을 연결시켜 찝게형의 전극단자(6)에 의해 전기적인 연결이 가능하도록 하여 필름을 변색시키도록 하는 전기에너지에 의한 변색필름을 기재하고 있다.
또 다른 기술로서, 등록특허공보 제10-1448671호에는 전기 변색 필름 및 이의 제조방법이 기재되어 있다.
상기 기술은, 두께 방향으로 관통하는 복수개의 제1 홀을 구비하는 제1 전기 변색층; 제1 전기 변색층의 일면에 적층되며, 두께 방향으로 관통하는 복수개의 제2 홀을 구비하는 제2 전기 변색층; 및 제1 전기 변색층의 타면 또는 제2 전기 변색층 일면에 적층되는 유색 투명층;을 포함하며, 각 제1 홀은 각 제2 홀과 상이한 크기로 형성되는 전기 변색 필름을 기재하고 있다.
이러한 상기 기술에 따르면 전기 변색 필름은 채광성과 투과성이 우수하며 이를 조절할 수 있으며, 전기 변색 필름에 전압을 인가하지 않더라도 일정 수준의 채광성과 투과성을 확보할 수 있다.
그러나 상술된 기술들은, 전기 변색 필름에 입력되는 전력의 주파수를 발생시키고 가변할 수 있는 기술에 관련되지 않는다.
아울러, 주파수 가변을 고려하여 설계된 전기 변색 필름으로 볼 수도 없다.
본 발명의 목적은, 전력 공급의 유무에 따라 무색(無色) 또는 유색(有色)으로 전환되는 전기변색필름(이하, '스마트필름'으로 지칭)에 관한 것으로서,
공급되는 전력에 따른 주파수를 가변할 수 있는 인버터가 구비되고, 주파수 가변에 대하여 적절한 전도성을 유지할 수 있는, 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터를 제공하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터는, 전력 공급에 따라 변색되는 스마트필름에 있어서, 인버터를 통해 주파수가 발생된 전력을 공급받아 변색되는 스마트필름이다.
이때, 상기 인버터는 상기 스마트필름으로 공급되는 전력을 기반으로 주파수를 발생시켜 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 인버터는 DC 전력을 입력받는 입력부와, 입력부를 통해 입력된 전력을 기반으로 50~60Hz의 주파수를 발생시키는 주파수발생부와, 주파수발생부에서 주파수가 발생된 전력을 대상으로 트랜스포머를 이용하여 DC 전력을 AC 전력으로 전환하는 파워드라이브와, 전환된 AC 전력을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터에 의하면, 스마트필름의 색도를 제어하기 위하여 공급되는 전력의 주파수를 가변할 수 있음과 동시에, 주파수 가변에 따라 사양이 달라지는 전력을 공급받아 색도 조절이 용이한 스마트필름을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름의 인버터 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름의 인버터 구성을 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 사항은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.
본 발명은 전력 공급의 유무에 따라 무색(無色) 또는 유색(有色)으로 전환되는 전기변색필름(이하, '스마트필름'으로 지칭)에 관한 것으로서,
공급되는 전력에 따른 주파수를 가변할 수 있는 인버터가 구비되고, 주파수 가변에 대하여 적절한 전도성을 유지할 수 있는, 주파수 가변형 스마트필름 및 상기 스마트필름의 인버터에 관한 것이다.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 통해 아래에서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 주파수 가변형 스마트필름의 인버터 구성을 나타낸 것이다.
설명에 앞서, 도 1의 적색표시(전도심)은 박막기판 내부에 있음을 표시한 것이고, 도 1에서는 박막 기판의 너비를 크게 구성하고 있으나, 이는 본 발명을 쉽게 서술하기 위한 것일 뿐 실제로는 명세서에 기재된 정도의 크기를 갖는 것이 바람직할 것이다.
이와 같은 첨부된 도면을 기반으로 스마트필름을 제1 실시예로 설명하고 인버터 구성을 제2 실시예로 설명한다.
실시예
1. 주파수 가변형 스마트필름
제1 실시예에 따른 본 발명의 주파수 가변형 스마트필름은,
전도성필름과 전기변색필름이 2중으로 형성되어 증착되되, 상기 필름들의 사이 중 외곽 모서리 4개변은 비전도성 재질의 박막으로 기판 형성되고, 나머지 내부 영역은 중공상태로써 전도심이 복수 개 배열된 형태를 갖는다.
이에 따라, 주파수가 가변됨에 따라 공급되는 전력이 증가하더라도 스마트필름에 무리가 인가되는 것을 절감할 수 있다.
전도성필름은, 투명으로서 기재 필름의 적어도 일면에 무기산화물(ITO), 전도성고분자, 탄소나노튜브, 그래핀, 무기 나노 금속물중에서 선택된 적어도 하나 이상을 코팅한 것이다.
상기 기재 필름으로는 광투명성 고분자 합성수지이고, 구체적으로 폴리에스테르(PET A, PET G, 이들의 공중합), 스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리설포네이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 변성 폴리페닐렌옥사이드(Modified Polyphenylene Oxide: MPPO), 이들의 블렌드, 이들의 공중합체, 페놀 수지, 에폭시 수지 및 ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상으로 이루어진 다층 일 수 있다.
상기 무기산화물 혹은 무기 나노 금속물로는 ITO(Indium Tin Oxide), 산화아연, 나노 은 와이어이며, 바람직하게는 길이가 1 내지 100 ㎛이고, 직경이 1 내지 60 nm 인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위 이내에서 투명성 또는 분산성이 우수하다.
상기 전도성 고분자는 바람직하게는, 수용성 폴리아닐린, 수용성 폴리피롤, 수용성 폴리티오펜, 수용성 폴리(3,4-에틸렌티오펜), 이들의 유도체나 공중합체 및 수용성 또는 유기용매에 가용성인 π-공액계 전기 전도성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄소나노튜브는 화학 증착법, 아크 방전법, 플라즈마 토치법 및 이온 충격법등 당업계에 공지된 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조 방법에 제한받지 않는다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽 구조를 갖는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube;SWNT) 또는 다중벽 구조를 갖는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube;MWNT)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 키랄(나선)형, 지그재그형 및 암체어형(armchair) 등의 다양한 탄소 나노 튜브가 사용될 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브는 당업계에 공지된 통상의 방법으로 전처리 단계를 거칠 수 있으나, 전처리 단계를 거치지 않아도 무방하다.
상기 탄소나노튜브와 그래핀은 바람직하게는 길이가 1 내지 60 ㎛이고, 직경이 0.1 내지 100 nm 인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위 이내에서 투명성 또는 분산성이 우수하다.
이러한 전도성필름은, 상술된 기술적 사항에 한정되는 것은 아니고, 종래 전도성필름으로 공지된 다양한 기술을 참조하여 제조할 수도 있음은 물론이다.
전기변색필름은, 캡슐형 광결정 콜로이드성 전기변색 입자, 열경화성 바인더 또는 광경화성 바인더, 물 또는 유기 용매, 및 분산제, 웨팅제(wetting), 증점제, 광경화제 및 레벨링제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함하는 캡슐형 광결정 콜로이드성 전기변색 조성물을 이용하여 필름으로 형성된다.
이러한 전기변색필름 역시, 상술된 기술적 사항에 한정되는 것은 아니고, 종래 공지된 다양한 전기변색필름을 참조하여 설계될 수 있을 것이다.
전도심은, 본 발명에 따른 스마트필름의 크기에 비례하여 작게는 나노단위일 수도 있고, 크게는 미리미터단위일 수도 있다. 이러한 전도심은 전도성을 갖는 재질의 심으로 구성될 수 있다.
또한, 박막 기판은 비전도성을 갖는 박막 기판이다.
상술된 전도성필름, 전기변색필름, 전도심 및 박막 기판을 이용하여 제조되는 스마트필름은 다음의 공정으로 제조될 수 있다.
먼저, 전도성필름의 상측으로 박막형태의 박막 기판을 형성한다. 이때, 기판 형성은 비(전기)전도성 재질로서, 후술되는 습식식각에 제거되지 않는 재질(예를 들면, 백금 등)의 재질을 사용할 수 있고, 약 0.5㎛ 두께로 증착한다.
이때, 박막 기판은 전도성필름의 4변 모서리 영역으로부터 일정 폭을 갖고 내측은 빈 중공 상태가 되도록 증착 형성할 수 있다.
그리고 내부가 중공인 전도성필름의 일면에는 실리콘을 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법으로 증착하여 실리콘기판을 형성한다.
이후, 실리콘기판을 식각처리한다. 이때 식각은 습식식각(Dry Etching) 방법을 사용하여 실리콘을 제거한다. 또한, 이때 식각 시 후술되는 전도심이 위치되는 영역에 고정부가 소정의 형태(예를 들면, 반구의 형태)로 패터닝되어 잔류하도록 식각을 수행하며, 이를 위하여 습식식각 방법이 필요한 것이다.
이를 위하여, 박막 기판을 2중으로 형성(0.25㎛ 씩)하되, 1차 형성 후 고정부(습식식각에 제거되지 않고, 전도성인 재질)를 패터닝 될 위치에 배열시키고, 2차로 박막 기판을 형성한 뒤, 80℃의 TMAH(Tetra Methyl Ammoni㎛ Hydroxide) 수용액에 담가 실리콘이 식각됨과 동시에 고정부가 전도성필름의 일면에 증착될 수 있다.
식각 완료 후, 식각된 내부 중 패터닝되어 잔류된 실리콘에 전도심을 전도성필름에 대하여 수직된 방향을 갖게 하도록 세워 고정한다. 이때, 전도심의 단부가 전도성필름에 닿을 정도로 깊히 고정하여야 한다. 또한, 설계 조건에 따라서는 패터닝되는 상기 고정부가 반구의 형태에 더하여 상측과 하측이 관통된 형태의 관통홀이 형성될 수도 있을 것이다. 이에 따라 실리콘이 증착될 때 고정부의 관통홀에 충진되어 기판과 같이 형성되었다가, 습식식각 시 함께 제거될 수 있을 것이다.
전도심이 고정부에 고정되면, 전도심의 반대 일단 방향으로 전기변색필름을 올려 증착시켜 최종적으로 스마트필름을 완성할 수 있다.
실시예
2. 주파수 가변형 스마트필름의 인버터
본 발명의 제2 실시예에 따른 주파수 가변형 스마트필름의 인버터는 첨부된도면의 도 2를 참조할 수 있다.
도 2는 인버터 구성의 회로 개요를 블록도로 나타낸 것으로서, 이러한 첨부된 도면의 도 2를 참조하면, 입력부, 주파수발생부, 파워드라이버, 트랜스포머 및 출력부를 포함한다.
입력부는 전력을 공급받는 구성으로서, DC 12V의 전력을 입력받는다. 이때 전력의 입력은 종래 공지된 다양한 기술적 사항을 통해 실현 가능함으로써, 구체적인 설명은 생략한다.
주파수발생부는, 입력받은 전력을 기반으로 50~60Hz의 주파수를 발생하는 기능을 하고, 파워드라이버는 주파수발생부의 다음 단의 위치에서 주파수가 발생된 입력된 전원의 전압을 트랜스포머를 이용하여 전환하는 기능을 한다.
이러한 파워드라이버에 의해 트랜스포머는 DC 12V의 전력을 AC 110V의 전력으로 변환하고, 50~60Hz의 주파수를 갖는 AC 전력을 출력부를 통해 출력할 수 있다.
이러한 입력부, 주파수발생부, 파워드라이버, 트랜스포머 및 출력부의 회로는 아래 도시된 [표 1] 및 [표 2]를 참조할 수 있다.
여기서, [표 1]은 입력부의 회로를 나타낸 것이고, [표 2]는 주파수발생부, 파워드라이버 및 출력부의 회로를 나타낸 것이다.
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※ f=1/4.4RC
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구체적으로는, [표 1]의 CN1의 커넥터를 통해 DC 12V의 전력이 입력되면, U1의 주파수발생부를 통해 입력된 전력을 기반으로 주파수를 발생한다.
이후, R1 및 R4를 통해 각각 출력된 전력을 AC 110V의 전력으로 변경하여 OUT1 및 OUT2를 통해 AC 전력으로 출력된다.
상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.
Claims (3)
- 전력 공급에 따라 변색되는 스마트필름으로 공급되는 전력을 기반으로 주파수를 발생시켜 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 인버터에 있어서,
상기 인버터는,
DC 전력을 입력받는 입력부와, 입력부를 통해 입력된 전력을 기반으로 50~60Hz의 주파수를 발생시키는 주파수발생부와, 주파수발생부에서 주파수가 발생된 전력을 대상으로 트랜스포머를 이용하여 DC 전력을 AC 전력으로 전환하는 파워드라이브와, 전환된 AC 전력을 출력하는 출력부를 포함하고,
상기 스마트필름은,
상기 인버터를 통해 주파수가 발생된 전력을 공급받아 변색되고,
전도성필름의 4변 모서리 영역으로부터 일정 폭을 갖고 내측은 빈 중공 상태가 되도록 박막형태의 비전도성 재질의 박막 기판 형성하여,
내부가 중공인 전도성필름의 상측 일면에 실리콘을 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착법으로 증착하여 실리콘기판을 형성한 후 상기 실리콘기판을 습식식각시켜 식각처리하되,
박막 기판의 형성을 2중으로 형성하되, 1차 형성한 뒤, 반구 형태의 상측과 하측이 관통된 관통홀이 형성된 고정부를 전도성필름의 상측 일면에 일정간격으로 배열시키고 2차로 박막 기판을 형성하여, 80℃의 TMAH(Tetra Methyl Ammoni㎛ Hydroxide) 수용액에 담가 실리콘이 식각됨과 동시에 고정부가 전도성필름의 일면에 증착되도록 하며,
실리콘이 충진되었다가 식각되어 제거된 고정부의 관통홀에 전도심을 고정한 뒤, 전도심의 고정부에 고정된 일단의 반대 일단에 전기변색필름을 올려 증착시켜 제조되는 것을 특징으로 하는, 스마트필름의 인버터. - 삭제
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200332868Y1 (ko) * | 2003-08-14 | 2003-11-10 | 주식회사 신우테크 | 이엘 발광소자용 전원장치 |
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