KR101905229B1 - 광 투과율을 조절하기 위한 층 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제 1 편광 층(5a), 온도에 따라 광의 편광 특성에 영향을 주는 스위칭 층(2) 및 제 2 편광 층(5b)을 포함하되, 상기 제 1 편광 층(5a) 및 상기 제 2 편광 층(5b)이 모두 VIS 영역 및 NIR 영역 모두에서 편광되도록 구성된, 온도에 따라 입사광의 투과율이 변하는 층 구조물(1)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 온도에 따라 광의 투과율이 변하는 층 구조물에 관한 것으로, 상기 층 구조물은 제 1 편광 층, 온도에 따라 광의 편광 특성에 영향을 주는 스위칭 층, 및 제 2 편광 층을 갖는다.
층 구조물은 본 발명에 따라 예를 들어 유리문 등과 같은 건물 내부 창문이나 비슷한 개구부에 사용될 수 있다. 또한, 층 구조물은 벽이나 지붕에 사용될 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, "내부(interior)"라는 용어는 전용, 공용 또는 상업용 건물의 내부, 또는 사무실 내부뿐만 아니라 차량의 내부 모두를 의미한다. 또한, 이는 예를 들어 운송 컨테이너 같은 임의의 큰 용기를 의미한다. 또한, 본원에서 "창(window)"이라는 용어는 광에 투명하고 단단한 물질로 밀봉된 건물이나 차량의 임의의 개구부를 의미한다.
본원에서 "입사광"이라는 용어는 태양으로부터 발산하고 대기를 통과한 후 지구에 도달하여 비-코팅 유리 시트에 의해 경미한 정도로 흡수되거나 흡수되지 않는 전자기파의 흐름을 의미하고, 따라서 태양으로부터 오는 입사광이 유리 시트를 통과해 내부로 들어올 수 있다. 단파 UV 복사선(UV-B 광) 및 장파 적외선은 대기 또는 유리 시트에 의해 흡수되므로, 따라서 입사광은 본질적으로 장파 UV 복사선 영역(UV-A 광), 가시 영역에서의 전자기파(VIS 광) 및 단파 적외선 영역(NIR 광)을 포함한다.
일반적으로 광학 분야에 사용되는 정의에 따르면, UV-A 광은 본원의 목적을 위해 특히 320 내지 380 nm의 파장을 갖는 광을 의미하고, VIS 광은 특히 380 내지 780 nm의 파장을 갖는 광을 의미하며, NIR 광은 특히 780 내지 3,000 nm의 파장을 갖는 광을 의미한다.
현대적인 건물은 심미적이고 건축학적인 이유로 그리고 내부의 밝기와 편안함을 이유로 유리 표면을 높은 비율로 갖는 것을 특징으로 한다. 거실이나 사무실 목적으로 사용되고/되거나 공공에 이용가능한 건물은 가장 높은 에너지 효율을 가져야 한다는 것이 최근 몇 년 동안 동일하게 중요해지고 있다. 이는, 온대 기후 지역에서, 추운 계절에서는 가능한 한 적은 에너지가 난방 용도로 사용되어야 하고 따뜻한 계절에서는 내부의 에어컨이 조금 필요하거나 전혀 불필요하다는 것을 의미한다. 그러나, 넓은 유리 표면은 이러한 목적을 달성하는 데 역효과를 낳는다.
한편으로, 유리 표면은 전자기 스펙트럼의 VIS 및 NIR 영역에서 광 투과성이기 때문에, 강한 단열이 별도로 존재하는 경우, 유리 표면은 따뜻한 외부 온도의 경우에 내부의 바람직하지 않은 가열을 초래한다. 내부 물체는 투과된 복사선을 흡수해 승온되고, 이는 실내 온도의 상승을 초래한다(온실 효과).
건물의 에너지 효율의 중요성이 증가하고 있기 때문에, 창을 통한 에너지 흐름을 제어하는 창 표면 위에 직접 배치되는 특수 장치 또는 코팅을 위한 수요가 늘고 있다. 낮은 생산 및 운영 비용, 및 낮은 공간 요구 사항과 관련하여, 적절한 코팅이 유리하다. 특히, 창을 통한 에너지 흐름을 특정 시점(열, 추위, 높은 단열, 낮은 단열)에서 지배적인 조건에 적절한 방식으로 적응시킬 수 있는 코팅이 요구된다.
종래 기술은, 에너지 흐름을 제한하지만 가변 방식으로 적응될 수 없는 비-스위칭 가능한 코팅(층 구조물) 및 각각의 지배적인 조건에 맞게 에너지 흐름을 적응시킬 수 있는 스위칭 가능한 코팅을 모두 개시하고 있다. 스위칭 장치 중에서, 주변 조건에 자동으로 적응되지 않는 코팅과 주변 조건에 자동으로 적응되는 코팅 사이에는 차이가 있다. 후자의 코팅을 갖는 창은 인텔리전트 윈도우(스마트 윈도우)라고도 알려져 있다.
창의 열적 단열을 개선하기 위해, 다중유리 창 단위(다중 창 단열 유리, 단열 유리 단위)가 한동안 공지되었었다. 종래 기술은 또한 얇은 금속 또는 금속-옥사이드 층을 갖는 창유리의 코팅을 개시하고 있다. 코팅은 2가지 방식, 즉 한편으로는 유리의 광 투과율을 감소시키는 방식, 다른 한편으로는 유리 창의 방사율을 감소시키는 방식으로 복사 에너지의 흐름을 조절할 수 있다.
복사 에너지의 흐름이 제시된 코팅 기법에 의해서만 오로지 제어되는 경우, 다양한 날씨 또는 계절 조건에 적응시키는 것은 불가능하다. 예를 들어, 난방을 위한 에너지 경비를 줄이기 위해, 추운 계절에 입사하는 햇빛에 대해서는 완전 투명한 창이 관심 있을 것이다. 이와 반대로, 따뜻한 외부 온도의 경우에는, 상술한 온실 효과가 증대되기 때문에, 창의 낮은 방사율이 불필요하거나 불리하다.
따라서, 복사 에너지의 흐름이 각각의 지배적인 조건에 적응할 수 있는 코팅이 필요하다. 특히, 주변 조건에 자동으로 적응할 수 있는 코팅이 필요하다.
종래 기술은 전기 전압 인가시 투명한 상태로부터 덜-투명(예컨대, 불투명)하거나 실질적으로 투명하지 않은 상태로 가역적으로 스위칭될 수 있는 코팅을 개시하고 있다.
이러한 코팅의 예는 특히 문헌[Seeboth et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, 2000, 263-277]에서 제시하는 전기변색성(electrochromic) 소자이다.
상기 코팅은 복사 에너지의 흐름을 조절할 수 있게 하지만, 이를 전기적으로 제어해야하는 단점을 갖는다. 창에, 예를 들어 전원 공급 장치 및 제어 장치와 같은 전기적 구성요소를 도입하는 것은 창의 제조에 추가 비용을 수반하고 결함에 쉽게 영향받는 위험과 이런 코팅 유형의 낮은 내구성을 수반한다. 또한, 많은 경우에 창의 전기적 접속을 달성하기 위해 상당한 건설 노력이 필요하다.
US 2009/0015902 및 US 2009/0167971은 2개의 편광 층 사이에 스위칭 층을 가지며, 상기 스위칭 층이 제 1 온도에서는 입사광의 편광 면을 회전시키고, 제 2 온도에서는 입사광의 편광 면을 조금 또는 전혀 회전시키지 않는 층 구조물을 개시하고 있다. 서로에 대한 편광 층의 편광 면의 영구 회전을 통해, 상기 층 구조물은 입사광이 제 2 온도에서보다 제 1 온도에서 더 많이 통과되도록 할 수 있다. 상기 2개의 온도-의존적 상태를 이하에서는 각각 투명한 상태 및 어두운 상태로 지칭한다. 특히, 상기 출원은 꼬인 네마틱 셀(TN 셀)을 사용하는 층 구조물을 개시하고 있다. 이 경우, 투명한 상태와 어두운 상태 간의 스위칭은, 꼬인 네마틱 셀에 위치한 액정 매질의, 등명점 이하의 온도에서의 네마틱 상태에서 등명점 이상의 온도에서의 등방성 상태로의 상 전이에 의해 달성된다.
네마틱 상태에서, 스위칭 층의 액정 매질은 한정가능한 비틀림 각(twist angle)을 통해 광의 편광 면을 회전시킨다. 또한, 편광 층의 편광 면은 서로에 대해 한정된 각으로 회전되며, 이는 스위칭 동작 동안 변하지 않는다. 스위칭 층의 액정 매질이 편광된 광의 편광 면을 회전시키는 각이 편광 층의 편광 면이 서로에 대해 회전되는 각에 해당하는 경우, 제 1 편광 층과 스위칭 층을 통과하는 광은 또한 제 2 편광 층을 통과할 수 있다. 따라서, 층 구조물의 투명한 상태는 스위칭 층의 액정 매질의 네마틱 상태가 발생하는 경우에 생긴다. 네마틱 상태는 등명점 이하의 온도에서 존재하기 때문에, 층 구조물의 투명한 상태는 상대적으로 낮은 온도에서 발생한다.
등방성 상태에서, 스위칭 층의 액정 매질은 광의 편광 면을 회전시키지 않는데, 이는 후자가, 서로에 대해 편광 면이 회전되어 있는 2개의 편광 층을 통과할 수 없음을 의미한다. 따라서, 스위칭 층의 액정 매질의 등방성 상태가 생기는 경우에 층 구조물의 어두운 상태가 발생한다. 등방성 상태는 등명점 이상의 온도에서 존재하기 때문에, 층 구조물의 어두운 상태는 투명한 상태보다 상대적으로 높은 온도에서 발생한다.
본 발명에 따른 연구는, 입사광에 대해 상기 유형의 층 구조물로 달성할 수 있는 효과가, 일반적으로 특히 온화하고 따스한 기후 지역에서 발생하는 모든 요구 조건들을 충족시킬 수 없음을 보여주고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 열 전달 제어에 효과적인 특성을 개선하는 방식으로 앞서 언급한 일반적 유형의 층 구조물을 고안해내는 데 있다.
상기 목적은, 입사광의 투과율이 온도에 따라 변하는 층 구조물(1)의 제공에 의해 본 발명에 따라 달성되며, 이때 상기 층 구조물(1)은 제 1 편광 층(5a), 온도에 따라 광의 편광 특성에 영향을 주는 스위칭 층(2), 및 제 2 편광 층(5b)을 포함하되, 상기 제 1 편광 층 (5a) 및 상기 제 2 편광 층(5b)이 VIS 영역 및 NIR 영역 모두에서 편광되도록 배열된다.
현재 입수가능하고 경제적으로 합리적인 방식으로 사용될 수 있는 편광 층 및 스위칭 층의 다소 제한된 특성으로 인해, NIR 광의 상당 부분은 실질적으로 비-편광된 상태로 남게 되고 스위칭 층의 상태와 무관하게 종래 기술에 따른 층 구조물을 거의 방해받지 않고 통과할 수 있으며, 따라서 내부로 들어가 내부를 가열할 수 있다. NIR 광을 편광시키지 않는 이러한 표준 편광 층은 종래 기술 예를 들어 US 2009/0015902 및 US 2009/0167971에 따른 층 구조물에 사용되었다.
본 발명에 따르면, NIR 영역에서 입사광의 편광에 독립적으로 영향을 주면, 층 구조물을 통한 열 전달 제어 가능성을 상당히 개선할 수 있음을 발견하였다. 이어서, 편광된 NIR 광은, 편광된 광에만 유일하게 영향을 줄 수 있고 비-편광된 광에는 아무런 영향을 줄 수 없는 스위칭 층에 의해 온도-의존적인 방식으로 스위칭될 수 있다.
독립된 편광 층이 입사광의 VIS 영역과 NIR 영역에서 작동하도록 사용되는 경우, 이는 가시광 및 열 전달을 제어하고 수행하는 데 훨씬 향상된 기능을 제공한다. 또한, 이는 비슷한 열 관리 능력을 갖는 종래의 편광 층에 비해 독립된 값싼 편광 층의 제조 비용을 절감할 수 있다.
VIS 영역에서뿐만 아니라 NIR 영역에서 투과된 광의 편광을 수행함으로써, 주로 입사광의 VIS 영역에서 작용하는 공지의 편광 층의 고비용 저효율 변형에 비해 훨씬 더 큰 열 전달 효과를 적은 노력과 비용으로 달성할 수 있다.
또한, 더 큰 열 전달 효과는 동일한 VIS 광 투과율 감소에서 달성될 수 있다. 다르게는, 동일한 열 전달 감소는 비교적 적은 VIS 광 감소에서 이루어질 수 있으며, 이는 내부의 개인적 편안함에 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시양태에 따르면, 제 1 편광 층(5a)은 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 포함한다.
NIR 영역에서의 편광의 독립된 변형과 조합될 수 있는 VIS 영역에서의 편광의 변화는, 층 구조물 및 이에 상응하는 열 전달 특성을 다수의 상이한 위치 및 광 조건에 맞추어 제작할 수 있도록 한다. VIS 영역 및 NIR 영역에서 독립적으로 편광되는 서로 다른 층을 사용하여, 서로 다른 편광 효과를 서로 다른 파장 영역에 사용할 수 있다. 서로 다른 편광 효과는, 유리한 열 전달 제어 능력을 제공하는 편광 층의 서로 다른 편광 특징 및 특성을 낳는다.
이는 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 둘 다 포함하는 제 2 편광 층(5b)의 경우에도 동일한 결과를 달성할 수 있다.
입사광의 대부분을 편광시키는 독립된 층의 장점은 본 발명의 실시양태에 의해 개선될 수 있으며, 이때 제 1 편광 층(5a)은 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 포함하고, 제 2 편광 층(5b)은 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 포함한다.
VIS 영역 및 NIR 영역에서의 투과 특성은 입사광의 제로 투과율로부터 절반 정도의 투과율에 이르는 광범위한 범위에서 변동될 수 있다. 독립된 층으로 인해, 편광 특징 및 그 상응하는 투과 특성은 예상된 입사광과 열의 특성에 최적화된 방식으로 결정될 수 있다.
유사하게, 제 1 편광 층(5a) 및/또는 제 2 편광 층(5b)이 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비할 수 있다는 것을 본 발명의 다른 실시양태에 따라 생각할 수 있고 몇몇 제품에 유리하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비한 편광 층은 굴절률이 서로 다른 다층(7)으로 구성된다. 이러한 편광 층은 당해 분야에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있으며 US 5,882,774 A에 개시되어 있다.
굴절률이 다른 복수 개의 층을 추가하여 외양적으로 단일 편광 층을 제조할 수 있다. 단일 편광 층의 특성은, 굴절률이 다른 층들을 선택하고 결합하는 것에 의해서뿐만 아니라 치수 및 특징을 선택하는 것에 의해서도 결정된다.
하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비한 편광 층은 바람직한 배향을 제공하는 물질(8)에 분산된 이색성 염료를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시양태에 따르면, 제 1 편광 층(5a)은 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 포함하고, 제 2 편광 층(5b)은 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비한다.
유사하게, 제 1 편광 층(5a)이 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비하고, 제 2 편광 층(5b)이 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 포함할 수도 있다.
이들 실시양태뿐만 아니라 앞서 설명된 실시양태들의 경우, 바람직한 제 1 및 제 2 편광 층의 선택뿐만 아니라 이들의 창 코팅의 외측 배치는 사용 위치에서의 일반적인 기상 조건에 가장 적합화된 열 전달 특성에 맞도록 조정될 수 있다.
스위칭 층(2)이 꼬인 네마틱 액정 층인 층 구조물을 제조하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 꼬인 네마틱 액정 층은 광범위한 조사와 실험 연구의 대상이 되고 있다. 이는 비용 효율적인 제조 방법을 사용하여 대량 생산될 수 있다. 꼬인 네마틱 액정 층의 제조 및 작동에 적합한 다양한 액정 물질로 인해, 다양한 작동 특징을 갖는 다양한 스위칭 층을 구현할 수 있다.
꼬인 네마틱 액정 층이 약 0.5의 dΔn(여기서, d는 스위칭 층 내의 꼬인 네마틱 셀의 두께이고, Δn은 광학 복굴절률임)의 제 1 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성하는 것을 생각할 수 있고, 이는 열 전달뿐만 아니라 입사광 투과율의 원하는 실질 감소 면에서 유리하다. 꼬인 네마틱 액정 층을 약 0.5의 dΔn, 즉 0.25 내지 0.75, 바람직하게는 0.35 내지 0.65, 더 바람직하게는 0.4 내지 0.6, 가장 바람직하게는 0.45 내지 0.55의 dΔn의 제 1 최소값에서 작동시키는 것은, 하나 이상의 편광 층으로 인한 임의의 편광 작용 및 상응하는 투과율 감소에 더하여, NIR 영역의 투명한 상태의 투과율을 상당히 감소시키는 것으로 밝혀졌다.
이러한 층 구조물은, 꼬인 네마틱 액정 층이 투명한 상태로 존재하는 경우에도 감소되어야 하는 많은 입사광을 갖는 영역에 사용하기에 적합하다.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 꼬인 네마틱 액정 층은 dΔn이 0.75 초과, 바람직하게는 0.8 초과, 더 바람직하게는 0.85 초과, 가장 바람직하게는 0.9 초과인 제 2 또는 그 이상의 최소값에서 어두운 상태와 투명 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된다.
투명한 상태에서, dΔn이 0.75를 초과하는 제 2 또는 그 이상의 최소값을 갖는 꼬인 네마틱 액정 층은 NIR 영역에서의 입사광 투과에 크게 영향을 주지 못한다. 따라서, 꼬인 네마틱 액정 층이 투명한 상태와 어두운 상태 사이에서 스위칭되는 경우에 NIR 영역에서의 투과 특징에 큰 변화가 있다. 이러한 층 구조물은 꼬인 네마틱 액정 층의 투명한 상태에서는 가능한 한 광 투과율이 높고 어두운 상태에서는 가능한 한 광과 열 전달 감소가 많아야 하는 영역에서 사용되는 것이 바람직하다.
유사하게, 제 1 편광 층(5a) 및/또는 제 2 편광 층(5b)이 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층 (9a) 및/또는 (9b)를 포함하는 것을 생각할 수 있고 이 또한 유리하다.
VIS 영역 작용 편광 층 및 NIR 영역 작용 편광 층은, VIS 영역에서뿐만 아니라 NIR 영역에서 편광을 수행하는 단일 층으로 결합될 수 있다. 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층과의 결합으로 인해, 투명한 상태와 어두운 상태 간 VIS 영역에서의 투과 차이는 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층이 없는 것보다 훨씬 더 높다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 추가적인 VIS 영역 편광 층 (9a) 및/또는 (9b)은 반사성 편광 층이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시양태에 따르면, 추가적인 VIS 영역 편광 층 (9a) 및/또는 (9b)는 흡수성 편광 층이다.
본 발명에 따르면, 상술된 층 구조물은 유리판(6), 예컨대 창의 유리판에 적용될 수 있다.
상기 층 구조물은 바람직하게는 그 스위칭 능력으로 인해 외부로부터 내부 공간 예컨대 건물로의 열과 광의 투과율 조절에 사용된다.
이하에서는 몇몇 예시적인 실시양태들이 더 상세하게 설명되고 도면에 도시된다.
도 1은 본 발명에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명의 다른 실시양태에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 꼬인 네마틱 액정 층이 제 1 최소값 dΔn이 약 0.5 또는 제 2 최소값 dΔn > 0.75에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 완전한 편광판들 간의 투명한 상태에서의 본 발명에 따른 스위칭 층의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 7은 제 1 편광 층 및 제 2 편광 층이 각각 하나의 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비하고 스위칭 층이 dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값에서 존재하는 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 8은 스위칭 층이 dΔn > 0.75인 제 2 최소값에서 존재하는 도 7에 따른 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 9는 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층이 제 1 편광 층 및 제 2 편광 층 둘 다에 존재하고 스위칭 층이 dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값에서 존재하는 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 10은 스위칭 층이 dΔn > 0.75인 제 2 최소값에서 존재하는 도 9에 따른 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 3은 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명의 다른 실시양태에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 4는 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 5는 유리 시트의 표면상에 배치된 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 층 구조물을 통한 개략적인 단면도를 도시한다.
도 6은 꼬인 네마틱 액정 층이 제 1 최소값 dΔn이 약 0.5 또는 제 2 최소값 dΔn > 0.75에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 완전한 편광판들 간의 투명한 상태에서의 본 발명에 따른 스위칭 층의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 7은 제 1 편광 층 및 제 2 편광 층이 각각 하나의 층에 VIS 영역 편광 특성 및 NIR 영역 편광 특성을 겸비하고 스위칭 층이 dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값에서 존재하는 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 8은 스위칭 층이 dΔn > 0.75인 제 2 최소값에서 존재하는 도 7에 따른 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 9는 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층이 제 1 편광 층 및 제 2 편광 층 둘 다에 존재하고 스위칭 층이 dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값에서 존재하는 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 10은 스위칭 층이 dΔn > 0.75인 제 2 최소값에서 존재하는 도 9에 따른 층 구조물의 투과 특성의 분광학적 측정 결과를 도시한다.
도 1 내지 5는 본 발명에 따른 층 구조물(1)의 가능한 실시양태를 개략적으로 예시하여 나타낸 것이다.
도 1 및 2에 나타낸 층 구조물(1)은 온도에 따라 광의 편광 특성에 영향을 주는 스위칭 층(2)을 갖는다. 스위칭 층(2)은 바람직하게는 제 1 온도 범위에서 네마틱 상을 형성하고 제 2 온도 범위에서 등방성 상을 형성하는 액정 매질을 포함한다. 스위칭 층(2)은 특히 바람직하게는 꼬인 네마틱 액정 셀이다.
상기 층 구조물은 2개의 VIS 영역 작용 편광 층 (3a) 및 (3b) 및 2개의 NIR 영역 작용 편광 층 (4a) 및 (4b)를 추가로 포함한다. 제 1 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 제 1 NIR 영역 작용 편광 층(4a)은 제 1 편광 층(5a)을 구성하고, 제 2 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 제 2 NIR 영역 작용 편광 층(4b)은 제 2 편광 층(5b)을 구성한다.
본 발명의 다른 실시양태에 따르면, 제 1 편광 층(5a) 및 제 2 편광 층(5b)은 또한 VIS 영역 작용 편광 층(3a, 3b)만을 포함하거나, 또는 다르게는 NIR 영역 작용 편광 층(4a, 4b)만을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 가능한 실시양태에 따르면, 제 1 편광 층(5a) 및 제 2 편광 층(5b)은 하나 이상의 VIS 영역 작용 편광 층(3a, 3b)과 하나 이상의 NIR 영역 작용 편광 층(4a, 4b)의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
서로 다른 구성의 편광 층(5a, 5b)을 가진 본 발명의 몇몇 바람직한 실시양태는 도 3 내지 5에 도시되어 있다.
스위칭 층을 통과하는 광선의 편광 특성은 온도에 따라 상이한 방식으로 영향을 받는다. 스위칭 층(2)의 조성 및 구조에 따라, 광의 편광 특성이 스위칭 층(2)에 의해 변하는 제 1 낮은 온도 범위가 존재하고, 광의 편광 특성이 약간 또는 전혀 변하지 않는 제 2 높은 온도 범위가 존재한다.
편광 층(5a, 5b)은 각각 스위칭 층(2)의 양측에 각각 배치되어 본질적으로 사전-특정된 편광을 갖는 광만을 투과하고 다른 편광을 갖는 광을 반사(반사성 편광 층)하거나 흡수(흡수성 편광 층)한다. 상기 2개의 편광 층(5a, 5b)의 편광 면은, 바람직한 실시양태에 따르면, 서로에 대해 소정의 각도로 회전되어 있어, 제 1 편광 층(5a)에 의해 사전-특정된 광의 편광 면이 제 1 온도에서 스위칭 층(2)에 의해 회전되고 따라서 광은 이어서 본질적으로 방해받지 않은 제 2 편광 층을 통과하는 반면(투명한 상태), 스위칭 층(2)은 제 2 온도에서 광의 편광 면을 변화시키지 않고 따라서 광은 제 2 편광 층(5b)을 거의 통과하지 않거나 전혀 통과할 수 없도록 된다(비-투명, 즉 어두운 상태).
바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 층에 존재하는 액정 매질의 액정 상태, 특히 바람직하게는 네마틱 상태는 제 1 온도에서 존재한다. 바람직한 실시양태에 따르면, 스위칭 층에 존재하는 액정 매질의 등방성 상태는 제 2 온도에서 존재한다.
도 2에 도시된 예시적 실시양태에서, 층 구조물은 유리판(6) 위에 배치된다. 유리판(6)은 건물이나 차량의 개구부를 덮는 단일 유리판일 수 있다. 그러나, 이는 또한 유리하게는 단열 유리판을 구성하는 복수 개의 유리판을 포함하는 유리판일 수 있다. 이 경우, 층 구조물(1)은 단열 유리판의, 입사광을 맞는, 외부 유리판의 내측에 배치되는 것이 유리한데, 이는 외부 유리판이 외부 온도와 열적 접촉 관계에 있고, 강한 입사광 및 높은 외부 온도의 경우, 2개의 편광 층(5a, 5b) 사이에 있는 스위칭 층(2)의 신속한 스위칭 동작이 바람직하기 때문이다. 층 구조물(1)이 내부와 마주하는 유리판 상에 배치되는 경우, 스위칭 층(2)은 내부 온도에 따라 결정적으로 입사광에 영향을 미치게 되어, 온도-의존적 음영(shading)은 외부 온도가 아니라 내부 온도에 의해 지배된다. 3개 이상의 유리판 순서에서, 층 구조물(1)은 또한 입사광에 직면하거나 입사광을 외면하는 표면상의 내부 유리판 위에 배치될 수 있다. 또한, 본 발명의 목적상, 유리판은 임의의 바람직한 다른 투명한 지지층 예컨대 플라스틱 층으로 대체될 수 있다.
도 3에 도시된 실시양태에서, 제 1 편광 층(5a) 및 제 2 편광 층(5b)은 각각 굴절률이 다른 복수 개의 층(7)으로 제조되어, 모든 층(5a, 5b)에 광역 편광 효과가 초래되고 입사광의 VIS 영역과 NIR 영역 모두에 영향을 준다. 이러한 편광 층은 종래 기술 예컨대 US 5,882,774 A에 공지되어 있다.
도 4에 도시된 층 구조물은, 제 1 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 제 1 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 갖는 제 1 편광 층(5a)을 포함한다. 제 2 편광 층(5b)은 하나의 층에서 VIS 영역 편광 특성과 NIR 영역 편광 특성을 겸비하고 바람직한 배향을 제공하는 물질(8)에 분산된 이색성 염료를 포함한다.
도 5에 따른 층 구조물은, 제 1 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 제 1 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 갖는 제 1 편광 층(5a)을 포함한다. 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층(9a)과 함께, 이들은 제 1 편광 층(5a)을 구성한다. 유사하게, 제 2 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 제 2 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 갖는 제 2 편광 층(5b)은 또한 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층(9b)을 포함한다.
도 6으로부터의 개략적인 측정 결과는, 스위칭 층(2)이 약 0.5의 dΔn의 제 1 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 층 구조물(1)(실선(10))과 스위칭 층(2)이 0.75 초과의 dΔn의 제 2 또는 그 이상의 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 층 구조물(1)(점선(11)) 간의 투과 특성의 차이를 명확히 한다. 이들 2개의 선은 완벽한 편광판 사이에 있는 장치의 투명한 상태를 나타낸다. dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값의 투명한 상태가 dΔn이 0.75를 초과하는 제 2 또는 그 이상의 최소값의 투명한 상태에 비해 NIR 영역에서 투과율이 더 낮음을 분명히 나타내고 있다. 투명한 상태에서도 NIR 영역에서의 높은 투과율 감소로 인해, dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값에서의 스위칭 층(2)의 구조는 높은 입사광 휘도 및 열 전달 감소가 지속적으로 필요한 영역에 사용하는 데 적합하다. 대조적으로, 스위칭 층(2)이 dΔn > 0.75인 제 2 또는 그 이상의 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 층 구조물(1)은 바람직하게는 투명한 상태와 어두운 상태 간의 에너지 전달 차이가 큰 것이 정적 열 전달 감소 동안 바람직한 영역에서 사용된다.
도 7 및 도 8은, 제 1 편광 층(5a) 및 제 2 편광 층(5b)이 각각 굴절률이 다른 복수 개의 층(7)으로 이루어진 편광 층으로 이루어진 층 구조물(1)의 분광학적 투과율 측정 결과를 도시한다. 이러한 제 1 편광 층(5a) 및 제 2 편광 층(5b)의 구조는 도 3에 도시되어 있다. VIS 영역의 경우, 투명한 상태(12)와 어두운 상태(13) 간의 차이는, 제 1 최소값(도 7 참조)에서뿐만 아니라 제 2 최소값(도 8 참조)에서 매우 작음을 나타내고 있다. 그러나, NIR 영역은 다음과 같은 중요한 효과, 즉 NIR 영역에서 투명한 상태(12)와 어두운 상태(13) 간의 투과율 차이는 도 7에서 입증되는 바와 같이 제 1 최소값의 경우에 더 작고, 도 8에 나타낸 바와 같이 스위칭 층의 제 2 최소값의 경우에 상당히 더 크다는 것을 나타낸다.
추가적인 VIS 영역 작용 편광 층(9a, 9b)이 제 1 편광 층(5a) 및 제 2 편광 층(5b) 모두에 추가되는 경우, VIS 영역에서의 투과율은 상당히 감소한다. 이러한 층 구조물의 구성은 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 상응하는 분광학적 측정 결과는, 스위칭 층(2)이 dΔn이 약 0.5인 제 1 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 도 9 및 스위칭 층(2)이 dΔn > 0.75인 제 2 또는 그 이상의 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성된 도 10에 나타내었다. 두 경우 모두에, 투과율은 일반적으로 VIS 영역 및 NIR 영역에서 비교적 낮지만, 투명한 상태(12)와 어두운 상태(13) 간의 투과율 차이는 스위칭 층(2)이 제 1 최소값에서 작동되는 도 9의 경우보다 스위칭 층(2)이 제 2 최소값에서 작동되는 도 10의 경우가 더 컸다. 도 9 및 도 10의 층 구조물 모두에서, VIS 영역 편광 층(9a, 9b)으로서 ITOS XP-38 편광판을 사용하였다.
Claims (15)
- 제 1 편광 층(5a),
온도에 따라 광의 편광 특성에 영향을 주는 스위칭 층(2), 및
제 2 편광 층(5b)
을 포함하는, 입사광의 투과율이 온도에 따라 변하는 층 구조물(1)로서,
상기 제 1 편광 층(5a) 및 상기 제 2 편광 층(5b)이 모두 VIS 영역 및 NIR 영역 모두에서 편광되도록 구성되고,
상기 스위칭 층(2)이 액정 층이되, 상기 액정 층은 2개의 투과 상태 중 하나에서 꼬인 네마틱(twisted nematic) 액정 층이고,
상기 꼬인 네마틱 액정 층이 제공되는 투과 상태에 대해, 상기 꼬인 네마틱 액정 층은 0.75 초과의 dΔn을 갖는 제 2 또는 그 이상의 최소값으로 설정되고,
상기 d는 스위칭 층 내의 꼬인 네마틱 셀의 두께이고, Δn은 광학 복굴절률인, 층 구조물(1). - 제 1 항에 있어서,
제 1 편광 층(5a)이 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
제 2 편광 층(5b)이 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
제 1 편광 층(5a)이 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 포함하고, 제 2 편광 층(5b)이 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
제 1 편광 층(5a) 및/또는 제 2 편광 층(5b)이 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성과 NIR 영역 편광 특성을 겸비한 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 5 항에 있어서,
하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성과 NIR 영역 편광 특성을 겸비한 편광 층이, 상이한 굴절률을 갖는 복수의 층(7)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 5 항에 있어서,
하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성과 NIR 영역 편광 특성을 겸비한 편광 층이, 소정의 배향을 제공하는 물질(8)에 분산된 이색성(dichroic) 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
제 1 편광 층(5a)이 VIS 영역 작용 편광 층(3a) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4a)을 포함하고, 제 2 편광 층(5b)이 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성과 NIR 영역 편광 특성을 겸비한 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
제 1 편광 층(5a)이 하나의 편광 층에 VIS 영역 편광 특성과 NIR 영역 편광 특성을 겸비하고, 제 2 편광 층(5b)이 VIS 영역 작용 편광 층(3b) 및 NIR 영역 작용 편광 층(4b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 꼬인 네마틱 액정 층이, 0.8 초과의 dΔn을 갖는 제 2 또는 그 이상의 최소값에서 어두운 상태와 투명한 상태 사이에서 스위칭되도록 구성되고,
상기 어두운 상태는 광이 제 2 편광 층(5b)을 실질적으로 통과할 수 없는 상태이고, 상기 투명한 상태는 광이 제 2 편광 층(5b)을 실질적으로 방해받지 않고 통과할 수 있는 상태인 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
제 1 편광 층(5a) 및/또는 제 2 편광 층(5b)이 추가적인 VIS 영역 작용 편광 층(9a, 9b)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 층 구조물. - 제 1 항에 있어서,
유리판(glass pane)(6)에 적용되는 것을 특징으로 하는 층 구조물. - 외부로부터 내부 공간으로의 광과 열의 투과를 조절하기 위한, 제 1 항에 따른 층 구조물.
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