KR102027789B1 - 가변 틴트 윈도우 - Google Patents

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Abstract

UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 가변 투과율 광 필터가 제공된다. 본 광 필터는 일렉트로크로믹 및 포토크로믹 특성을 가진 하나 이상의 발색단을 포함하는 스위칭 재료를 포함한다.

Description

가변 틴트 윈도우{VARIABLE TINT WINDOW}
본 출원은 2009년 6월 11일에 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/186,055호, 2009년 6월 11일에 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/186,076호, 2009년 6월 11일에 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/186,058호, 및 2009년 6월 11일에 출원된 미국 가특허 출원번호 제61/186,069호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 가변 투과율 광 필터 분야에 속하며, 더욱 상세하게는 UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로, 그리고 전압의 인가에 의해 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환할 수 있는 광 필터, 본 발명의 광 필터를 포함하는 디바이스, 및 그 사용에 관한 것이다.
광 필터는 가시광 에너지 및 태양 에너지를 컨트롤하기 위해 널리 사용된다. 가장 두드러지는 것은, 광 필터는 사용자의 편안함에 따라, 글레이징(glazing)으로 들어오고 나가는 광 및 열의 흐름을 컨트롤하기 위해 윈도우 기술에서 글레이징으로 사용되어 왔다. 적용분야는, 예컨대, 빌딩, 차량, 비행기, 우주선, 및 선박 내의 윈도우를 포함한다. 광 필터는 또한 눈부심을 줄이고 에너지 로드(load) 관리를 위해 조명 및 난방 레벨을 조절하기 위해 사용되어 왔다. 빌딩의 에너지 효율을 향상시키는 것은 에너지 사용을 줄이고 CO2 발생을 줄이는 중요한 열쇠이다. 미국에서만 년간 100쿼즈(quads)의 1차 에너지를 소비한다. 빌딩들은 대략 미국에서 사용되는 모든 에너지의 39% 및 전기의 68%를 소비한다. 이러한 빌딩들은 모든 온실가스(GHG) 방출의 대략 38%에 대한 책임이 있다. 윈도우는 빌딩의 에너지 손실의 대략 30%의 책임이 있다. 이와 같이, 열 손실 및 태양열 취득을 을 줄이기 위한 개선된 기술을 가진 윈도우는 상당한 이점과 비용 절감을 제공할 수 있다.
광 필터는 또한 눈에 충격을 주는 광을 컨트롤하기 위한 안과용 디바이스에서 적용분야를 찾을 수 있다. 이 적용분야는, 예컨대, 처방 및 비처방 안경, 고글, 선글라스, 바이저(visors), 및 보호경을 포함한다.
포토크로믹스(photochromics), 일렉트로크로믹스(electrochromics), 액정, 써모크로믹스(thermochromics), 및 부유 입자 디스플레이(suspended particle displays)를 포함하여, 가시광 투과율의 정도를 다이내믹하게 변경하기 위한 광 필터 애플리케이션에서 사용되어 온 다양한 기술이 존재한다.
포토크로믹스(Photochromics)
포토크로믹스는 태양광 및 어떤 밝은 광 조건에서 어둡게 하고, 실내 또는 저광 조건에서 자발적으로 선명해지거나 덜 어둡게 함으로써, 자동적으로 광 레벨에 반응한다. 포토크로믹스의 주지된 애플리케이션은 미국 33782 플로리다 피넬라스 파크 벨쳐 로드 9251의 트랜지션스 옵티컬 인코포레이티드에 의해 제조되는 안경 렌즈에서 찾을 수 있다. 이 렌즈는 리지드 플라스틱 또는 글라스 렌즈에 내장된 포토크로믹 컴파운드(또는 컴파운드들), 또는 렌즈에 적용된 포토크로믹 필름을 채용한다. 예를 들어, 미국 특허번호 제6,065,836호는 포토크로믹 염료를 포함하는 렌즈에 부착하는 필름을 가진 포토크로믹 안과용 렌즈를 설명한다.
포토크로믹스는 밝은 광에서 투과되는 가시광의 양을 줄이기 위해 자동적으로 어두워진다. 그러나, 어두운 상태에서 밝은 상태로의 포토크로믹스의 복귀는 느리고, 수동적으로 컨트롤될 수 없다. 포토크로믹스는 또한 매우 온도 의존적일 수 있고, UV 광에 노출된 때 고장나는 경향이 있다. 이와 같이, 포토크로믹스는 몇몇 광 필터 애플리케이션에 대하여 현실적인 기술로 증명되지 못했다.
미국 특허번호 제5,604,626호, 제5,838,483호, 및 제6,246,505호는 전자기기를 통해 어느 정도의 사용자 컨트롤을 가진 포토크로믹 디바이스를 서술한다. 이러한 포토크로믹 디바이스는 어두운 상태에서 디바이스를 유지하기 위해 파워를 필요로 하는 금속 산화물 포토크로믹스를 기초로 한다.
일렉트로크로믹스(Electrochromics)
일렉트로크로믹스는 전기의 인가를 통해 재료의 가시광 투과 특성을 다이내믹하게 변경하기 위해 사용될 수 있다. 일렉트로크로믹 기술은 2개의 투명한 전극에 일렉트로크로믹 재료의 얇은 코팅을 적용하는 것, 및 그 사이에 전해질 재료를 끼워넣는 것을 포함한다. 포토크로믹 기술과 달리, 일렉트로크로믹 기술은 전형적으로 사용자에게 어둡게 하기 위해 외부 전력을 인가할 것을 요구한다. 일렉트로크로믹 기술은 (예컨대, 미주리 질랜드 의 젠텍 코포레이션에 의해 제조되는) 오토-디밍(auto-dimming) 차량용 미러에 사용된다.
미국 특허번호 제6,934,067호는 도전성 코팅 및 둘레 시일을 가진 2개의 글라스 기판 사이에 형성된 겔형의 일렉트로크로믹 재료를 구비한 일렉트로크로믹 후방 뷰 미러를 서술한다. 이 일렉트로크로믹 재료는 전기가 인가된 때 어두워지고 밝아지지만, 자동적으로 어두워지지는 않을 것이다. 이러한 일렉트로크로믹 미러는 전기적 광 센서 및 전기적 컨트롤의 사용을 통해 미러의 광 투과 특성을 변경함으로써 광 조건 변화에 반응한다. 이러한 일렉트로크로믹 재료를 어둡게 하기 위해 전력이 요구된다.
일렉트로크로믹스의 다른 예는 윈도우 내의 글라스 층 중 하나에 적용된 얇은 코팅을 포함하는 윈도우 애플리케이션(미네소타 패리바울트의 사게 일렉트로크로믹스 인코퍼레이티드)이다. 하나의 전극에 연결된 양의 리드에 전기를 인가하는 것은 윈도우를 어두워지게 하고, 다른 전극에 연결된 양의 리드에 전기를 인가하는 것은 윈도우를 밝아지게 한다. 글라스에 적용된 일렉트로크로믹 코팅은 스퍼터링 및 화학적 증기 증착과 같은 특수한 코팅 프로세스의 사용을 포함한다. 이는 종종 글라스들이 수행될 코팅 공정을 위한 하나의 중앙 공장으로 선적되고, 사용될 곳으로 선적될 것을 요구하는 특수한 공장 또는 설비를 필요로 한다. 이와 같이, 일렉트로크로믹 기술을 사용하여 만들어진 윈도우는 매우 비쌀 수 있다.
일렉트로크로믹스는 또한 안과용 디바이스에 사용되어 왔다. 예를 들어, 스웨덴 우프살라의 크로모제닉스는 2개의 플라스틱 필름 사이에 다층 일렉트로크로믹 디바이스를 만듦으로써 모터사이클 헬멧 바이저 및 다른 제품에서 사용하기 위한 "일렉트로크로믹 포일"을 만든다. 이러한 일렉트로크로믹스를 하나의 상태에서 다른 상태로 스위칭하기 위해 비교적 낮은 DC 전압이 사용되지만, 전형적으로 어두운 상태에서 일렉트로크로믹 디바이스를 유지하기 위해 파워가 요구된다.
액정(Liquid Crystals)
액정 필터는 2개의 투명 전극 사이에 액정 재료를 끼워넣음으로써 만들어진다. 전기장이 전극 사이에 인가된 때, 액정은 광이 필터를 통과할 수 있도록 특정한 방향으로 정렬된다. 전기장이 없으면, 액정은 랜덤 방향을 가지고, 광을 산란시키고, 관찰자에게 불투명하게 나타난다. 일부 광이 이러한 상태에서 통과되도록 허용되지만, 광 필터는 반투명하거나 거의 불투명하게 나타날 것이고, 광학적으로 선명하지 않을 것이다. 이는 액정을 어두운 상태에서 광 필터를 통해 볼 수 있는 것이 바람직하지 않을 때 프라이버시 글라스를 위한 것과 같은 애플리케이션에서만 유용하다. 액정을 스위칭하기 위해 요구되는 비교적 높은 전압, 비싼 제조 비용, 및 온도 의존도는 실내 애플리케이션 및 전자 디바이스에 액정 기술의 애플리케이션을 제한하여 왔다.
미국 특허번호 제7,459,189호는 프라이버시 윈도우에 사용될 수 있는 액정 디바이스를 서술한다. 이 기술은 하나의 상태에서 광이 통과하는 것을 허용하고, 다른 상태에서 광을 산란시키는 전극 사이에 끼워 넣어진 액정 합성물을 포함한다.
미국 특허번호 제7,300,167호는 또한 액정 기술을 기반으로 하는 조절가능한 불투명 윈도우를 서술한다.
일본 도쿄의 니폰 시트 글라스는 비교적 높은(예컨대, 120볼트의) AC 전압을 인가하여 반투명에서 불투명 상태로 변할 수 있는 액정 기술을 사용하여 만들어지는 광 필름을 제조한다.
부유 입자 디스플레이(Suspended Particle Displays)
부유 입자 디스플레이(SPD)는 전극을 도전시켜 두 글라스 시트 사이의 액체 내에 떠 있는 다수의 소입자를 포함하고, 전극을 가로질러 인가된 전압은 입자들이 정렬되게 하고, 광이 투과된다. 전압이 없으면, 이 입자들은 랜덤하게 분포되고, 광을 산란시킨다. 광의 산란은 SPD 디바이스가 전형적으로 어두운 상태로 광학적으로 선명하지 않다는 것을 의미한다. SPD 디바이스는 또한 제조 비용이 비싸고, 입자들이 이동할 만큼 충분한 이동성을 가지도록, 입자가 액체 내에 떠 있을 것을 요구한다. 이 기술의 적용 예는 "캡슐화된 액체 서스팬션"을 포함하는 윈도우를 위한 필터를 서술하는 미국특허번호 제5,463,491호를 포함한다. 미국특허번호 제6,910,729호는 차량 내에 증가된 열적 편안함을 제공하기 위한 SPD 기반의 셀프-다크닝(self-darkening) 글라스를 서술한다.
써모크로믹스(Thermochromics)
써모크로믹 필터는 온도 변화에 응답하여 어두워지고 밝아지는데, 전형적으로 온도가 높아질수록 어두워지고, 이는 수동적으로 컨트롤될 수 없다. 써모크로믹 기술의 예는 미국특허번호 제6,084,702호에 서술되어 있다.
이러한 배경기술 정보는 출원인이 본 발명과 관련성이 있다고 생각되는 주지된 정보를 만들 목적으로 제공된 것이다. 임의의 상기 정보들이 본 발명에 대항하는 종래기술을 구성한다는 것을 인정하도록 반드시 의도된 것은 아니며, 그렇게 해석되어서도 안된다.
본 발명의 목적은 가변 투과율 광 필터를 제공하는 것이다. 본 발명의 하나의 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압 인가에 의해 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환할 수 있는 광 필터가 제공된다. 본 광 필터는 a) 제1 및 제2의 실질적으로 투명한 기판; b) 상기 기판 중 적어도 하나의 표면 위에 배치된 제1 및 제2 전극; c) 상기 제1 및 제2 전극과 접촉하고 있고 상기 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 스위칭 재료; 및 d) 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전압 소스에 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단을 포함한다. 상기 스위칭 재료는 일렉트로크로믹 및 포토크로믹 특성을 가진 하나 이상의 발색단(chromophores)을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압이 인가되어 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환할 수 있는 광 필터를 준비하는 방법이 제공된다. 본 방법은 a) 제1 및 제2의 실질적으로 투명한 기판 사이에 스위칭 재료의 층을 배치하는 단계; 및 b) 전압 소스에 상기 전극을 연결시키기 위한 전기적 연결 수단을 제공하는 단계;를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 전극은 스위칭 재료가 각각의 전극과 접촉하도록 적어도 하나의 기판의 표면 위에 배치된다.
본 발명의 다른 형태에 따라, 일렉트로크로믹 및 포토크로믹 특성을 가진 하나 이상의 발색단 및 용제를 포함하는 스위칭 재료가 제공된다. 여기서, 상기 스위칭 재료는 UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 따라, 광 디바이스에서의 본 발명의 광 필터의 사용법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따라, 광 디바이스에서의 본 발명의 광 필터의 사용법이 제공된다. 본 방법은 디바이스의 적어도 하나의 표면과 필터를 동작적으로 연결시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로, 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 가변 투과율 윈도우가 제공된다. 본 윈도우는 a) 제1 및 제2의 실질적으로 투명한 기판; b) 상기 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 상에 배치된 제1 및 제2 전극; c) 상기 제1 및 제2 전극과 접촉하고 있고 상기 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 스위칭 재료; 및 d) 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 전압 소스에 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단을 포함한다. 상기 스위칭 재료는 일렉트로크로믹 및 포토크로믹 특성을 가진 하나 이상의 발색단을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 가변 투과율 윈도우를 준비하는 방법이 제공된다. 본 방법은 a) 제1 및 제2의 실질적으로 투명한 기판 사이에 스위칭 재료의 층을 배치하는 단계; 및 b) 상기 전극을 전압 소스에 연결하는 전기적 연결 수단을 제공하는 단계를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 전극은 상기 스위칭 재료가 각각의 전극과 접촉하도록 상기 기판 중 적어도 하나의 기판의 표면 위에 배치된다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 가변 투과율 윈도우가 제공된다. 본 윈도우는 a) 실질적으로 투명한 윈도우 기판; 및 b) 상기 기판의 적어도 하나의 표면과 연결된 본 발명의 적어도 하나의 광 필터를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 가변 투과율 윈도우를 준비하는 방법이 제공된다. 본 방법은 a) 본 발명의 광 필터를 준비하는 단계; 및 b) 상기 윈도우의 적어도 하나의 실질적으로 투명한 면과 상기 광 필터를 연결하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 안과용 디바이스가 제공된다. 본 디바이스는 a) 제1 및 제2의 실질적으로 투명한 기판; b) 상기 기판 중 적어도 하나의 표면 위에 배치된 제1 및 제2 전극; c) 상기 제1 및 제2 전극과 접촉하고 있고 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 스위칭 재료; 및 d) 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 전압 소스에 전기적으로 연결하는 전기적 연결 수단을 포함한다. 상기 스위칭 재료는 일렉트로크로믹 및 포토크로믹 특성을 가진 하나 이상의 발색단을 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 안과용 디바이스를 준비하는 방법이 제공된다. 본 방법은 a) 제1 및 제2의 실질적으로 투명한 기판 사이에 스위칭 재료의 층을 배치하는 단계; 및 상기 전극을 전압 소스에 연결하는 전기적 연결 수단을 제공하는 단계를 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 전극은 상기 스위칭 재료가 각각의 전극과 접촉하도록 상기 기판 중 적어도 하나의 표면 위에 배치된다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 안과용 디바이스가 제공된다. 본 디바이스는 a) 실질적으로 투명한 안과용 기판; 및 b) 상기 기판의 표면과 연결된 본 발명의 광 필터를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따라, UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환가능한 안과용 디바이스를 준비하는 방법이 제공된다. 본 방법은 a) 본 발명의 광 필터를 제공하는 단계; 및 상기 안과용 디바이스의 실질적으로 투명한 안과용 기판의 적어도 하나의 표면과 상기 광 필터를 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 첨부된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에서 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광 필터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스페이서 엘리먼트를 포함하는 광 필터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스페이서 도트(dots)를 가진 기판의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스페이서 엘리먼트 패턴을 포함하는 광 필터의 일반적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광 필터의 투과율 스펙트럼의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광 필터와 함께 사용하기 위한 컨트롤 회로 구성을 도시한다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광 필터를 제조하는 프로세스를 도시하는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 만곡 가변 투과율 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우의 일반적인 절단된 도면이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복수의 가변 투과율 윈도우에 연결된 컨트롤 박스의 일반적인 도면이다.
도 16은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 밝은 상태 및 어두운 상태에서의 가변 투과율 윈도우의 태양열 취득을 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 윈도우를 제조하는 단계를 보여주는 플로우차트이다.
도 18a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 어두운 상태에서의 가변 틴트 윈도우를 통한 광의 투과율을 보여주는 도면이다.
도 18b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 밝은 상태에서의 가변 틴트 윈도우를 통한 광의 투과율을 보여주는 도면이다.
도 19는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 차량용 가변 틴트 윈도우의 일반적인 도면이다.
도 20은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 차량 내의 복수의 틴트 윈도우의 일반적인 도면이다.
도 21은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 버스 내의 가변 틴트 윈도우의 일반적인 도면이다.
도 22는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 기차 내의 가변 틴트 윈도우의 일반적인 도면이다.
도 23은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 틴트 윈도우를 위한 컨트롤 회로의 개략적인 도면이다.
도 24는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복수의 가변 틴트 윈도우에 연결된 컨트롤 회로의 일반적인 도면이다.
도 25는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 틴트 윈도우를 제조하는 단계를 보여주는 플로우차트이다.
도 26은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안과용 디바이스의 일반적인 도면이다.
도 27은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안과용 디바이스의 일반적인 도면이다.
도 28은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안과용 디바이스의 일반적인 도면이다.
도 29는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 렌즈의 개략적인 도면이다.
도 30은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 렌즈의 개략적인 도면이다.
도 31은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 투과율 렌즈의 개략적인 도면이다.
도 32는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안과용 디바이스를 위한 컨트롤 회로의 개략적인 도면이다.
도 33은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안과용 디바이스를 제조하는 방법의 예를 보여주는 플로우차트이다.
도 34는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 다양한 UV 광 강도 하에서 스위칭 재료의 흡광도 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로, 그리고 전압이 인가되어 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환할 수 있는 가변 투과율 광 필터, 및 다양한 디바이스에서의 상기 광 필터의 사용, 및 건물용 스마트 윈도우, 차량용 스마트 윈도우, 및 안과용 디바이스와 같은 본 발명의 광 필터를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
본 발명의 광 필터는 다양한 다른 애플리케이션에 채용될 수 있다. 본 발명의 광 필터의 실시예들은 어두운 상태로 스위칭하기 위해 외부 전압을 필요로 하지 않기 때문에, 다양한 상용 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 사이클링(cycling)하기 위해 낮은 파워 요구사항을 가진다. 광 필터의 낮은 파워 드로우(draw)는 본 발명의 광 필터가 광역 애플리케이션과 같은 다양한 애플리케이션에 대하여 상업적으로 실현가능하게 만든다. 이러한 애플리케이션의 예는 건물용 및 차량용 윈도우 및 글레이징, 및 차량 애플리케이션용 썬루프를 포함한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 광 필터는 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 비교적 신속한 스위칭을 나타낸다. 상태들 간의 신속한 스위칭은 본 발명의 광 필터가 빈번한 조건의 변화를 만나는 애플리케이션, 예컨대, 건물용 및 차량용 윈도우 및 안과용 디바이스에서 사용될 수 있게 한다.
다른 실시예로서, 본 발명의 광 필터는 온도에 안정적이고, 최소한으로 변하는, 즉, 온도 변화에 반응하여 어두워지거나 밝아지는 것이 최소화함으로써, 본 발명의 광 필터가 온도 조건의 변화를 만나는 애플리케이션에서 사용될 수 있게 한다. 이러한 애플리케이션의 예는 건물용 및 차량용 윈도우 애플리케이션 및 안과용 디바이스를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 사용자가 필터에 인가되는 전기장을 컨트롤함으로써 광 필터의 가시광 투과율(VLT)을 컨트롤할 수 있게 한다. 하나의 실시예에서, 어두운 상태에서부터 밝아지는 것은 광 필터로의 전압의 인가에 의해 트리거된다. 다른 실시예에서, 광 필터가 밝아지는 것은 광 필터로의 전압의 간헐적 인가에 의해 조절가능하다. 다른 실시예에서, 중간 레벨의 VLT는 오토-다크닝(auto-darkening) 동안 광 필터에 전압의 인가에 의해 달성된다. 다른 실시예에서, 중간 레벨의 VLT는 밝아지는 동안 광 필터로의 전압의 불연속적인 인가에 의해 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 광 필터의 VLT는 광 필터로의 전압의 간헐적인 인가에 의해 다양한 환경 조건에서 유지될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 일정한 범위의 두께로 제조될 수 있고, 그로인해 다양한 애플리케이션에서 본 광 필터를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 2개의 글라스 시트 사이에 라미네이팅되고, 윈도우로 통합된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 하나의 글라스 시트의 한면에 적용되고, 사용자의 편안함을 향상시키고, 태양열 취득을 줄이기 위해 윈도우에 사용된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 차량용 썬루프 및 안과용 디바이스와 같은 애플리케이션용 윈도우로 형성되기 위해 글라스 또는 플라스틱과 같은 만곡(curved) 기판에 적용된다.
본 발명의 광 필터는 상업적으로 실현가능한 제조 프로세스에 잘 부합한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터는 높은 시트 저항의 기판을 포함한다. 다른 실시예에서, 광 필터는 주지된 표준 재료의 기판을 포함한다. 그러므로, 본 발명의 광 필터는 값싼 재료인 경향이 있는 높은 저항의 기판을 사용하여 제조될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 더 값이 싼 도전성 코팅 재료와 호환가능한 기판을 포함한다. 그러므로, 본 발명의 광 필터는 낮은 제조 비용으로 제공된다.
다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 적합한 기판 위에 스위칭 재료를 습식 코팅(wet-coating)하는 공정에 의해 제조될 수 있고, 그로인해 스퍼터링법 및 화학적 증기 증착법과 같은 비싼 특수 코팅 공정을 피하고, 롤-대-롤 제조 공정이 가능하다.
본 발명의 필터는, 예컨대, 건축 및 자동차 분야의 다양한 애플리케이션에 적합하다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터는 윈도우에 사용하기 적합한 광안정성 및 내구성을 보인다. 하나의 실시예에서, 포뮬레이션은 강화된 광 안정성을 제공하기 위해 UV에 대하여 안정화된다. 다른 실시예에서, 부분적인 UV 차단층이 광 안정성을 강화하기 위해 통합된다. 하나의 실시예에서, 필터는 내구성이 강하고, 밝은 상태와 어두운 상태 사이에서 여러 번 왔다갔다 사이클링될 수 있다.
정의
다르게 정의되지 않았다면, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및 과학 용어들은 본 발명이 속하는 분야의 당업자들에 의해 일반적으로 이해되는 동일한 의미를 가진다.
본 명세서에 사용된 용어 "가시광"은 대략 400nm 내지 750nm 범위의 파장을 가진 전자기 방사선 대역을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "자외선(UV) 광"은 10nm 내지 400nm 범위의 가시광 보다 짧은 파장을 가진 전자기 방사선을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "적외선(IR)은 750nm 내지 50,000nm 범위의 파장을 가진 전자기 방사선을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "가시광 투과율(VLT)"은 물체 또는 제품을 투과하거나 통과하는 가시광의 양을 의미하며, 퍼센트로 표현된다.
본 명세서에 사용된 용어 "오토-다크닝(auto-darkening)"은 UV 및/또는 태양광에 노출된 때 가시광 투과율의 퍼센트의 감소 및 자동적인 어두워짐을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "대조비"는 광 필터의 어두운 상태에서 투과하는 가시광에 대한 밝은 상태에서 광 필터를 투과하는 가시광의 비율을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "하이브리드 포토/일렉트로 염료", 하이브리드 포토크로믹/일렉트로크로믹 발색단", 또는 "발색단"은 어두운 상태 및 밝은 상태를 가진 염료 재료 또는 발색단을 의미한다. 이러한 염료 재료 또는 발색단은 UV 광에의 노출이 더 어두운 상태가 되게 하고, 염료 또는 발색단에 전기의 인가가 더 밝은 상태가 되게 하는, 포토크로믹 특성과 일렉트로크로믹 특성을 모두 나타내기 때문에 하이브리드 포토크로믹 및 일렉트로크로믹 재료이다.
본 명세서에 사용된 용어 "사용자 컨트롤되는"은 사용자에 의한 전압의 인가에 의해 본 발명의 광 필터의 컨트롤된 라이트닝(lightening)을 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "mil"은 시트 형태의 두께를 나타내기 위해 사용되는 1/1000 인치(0.001) 또는 25 마이크로미터에 대한 길이 단위를 의미한다.
본 명세서에 사용된 용어 "안과용 디바이스" 또는 "안과용 디바이스들"은 눈에 충격을 주는 광을 컨트롤하기 위해 눈 앞에 놓여지는 디바이스를 의미한다. 이 용어는, 예컨대, (처방 및 비처방) 안경, 고글, 선글라스, 및 오락용 또는 산업용 애플리케이션용으로 설계될 수 있는 바이저를 포함한다.
용어 "대략"은 명목 값에서부터 +/- 20% 변동을 의미한다. 이러한 변동은, 특별하게 언급되어 있든 아니든, 본 명세서에 임의의 주어진 값에 항상 포함되어 있음을 이해해야 한다.
광 필터
본 발명은 광 필터, 광 필터의 사용법, 및 본 발명의 광 필터를 포함하는 디바이스에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 필터는 UV 방사선에 노출된 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 그리고 전압의 인가시 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환할 수 있다. 광 필터의 가시광 투과율의 감소, 즉, 다크닝은 UV 및/또는 태양 방사선에 노출된 때 자동적이다. 광 필터의 가시광 투과율의 증가, 즉 라이트닝은 사용자에 의해 컨트롤되는 전압의 인가시 발생한다.
본 발명의 광 필터는 2개의 기판과 기판 사이에 포함된 스위칭 재료를 포함한다. 스위칭 재료는 UV 또는 태양광에 노출된 때 자동적으로 어두워질 것이고, 전기 전하의 인가를 통해 밝아질 것이다. 스위칭 재료가 UV 또는 태양광에 노출된 때, 필터의 가시광 투과율(VLT)의 퍼센트는 감소된다. 이것은 필터가 페네스트레이션 유닛(fenestration unit)과 같은 제품에 설치된다면 밝은 광에서 사용자 편안함을 향상시키고 눈부심을 줄이는데 도움을 준다. 광 필터는 스위칭 재료와 접촉하고 있는 2개의 전극을 더 포함한다. 하나의 실시예에서, 각각의 전극은 각각의 개별 기판의 맞은편에 배치된다. 다른 실시예에서, 두 전극은 모두 동일한 기판의 표면상에 배치된다. 스위칭 재료에 전압을 인가하기 위해 각각의 전극에 리드가 연결된다. 스위칭 재료에 전압이 인가된 때, 스위칭 재료가 어두운 상태에 있을 때, 스위칭 재료는 밝아지고 스위칭 재료가 밝은 상태에 도달할 때까지 더 많은 퍼센트의 입사 가시광을 투과시킨다. 컨트롤 전자기기는 사용자가 언제 그리고 얼마나 필터에 전압을 인가할지 컨트롤할 수 있게 한다. 이러한 방식으로, 본 발명의 광 필터의 컴포넌트들은 밝은 상태로 또는 어두운 상태로 될 수 있는 광 필터를 제공한다. 이 광 필터는 태양으로부터의 UV 광에 노출된 때 자동적으로 어두운 상태로 될 수 있지만, 원할 때 전압의 인가를 통해 더 밝은 상태로 다시 스위칭될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 스펙트럼 중 UV 부분 내의, 즉 100 내지 400nm의 광 투과율을 줄일 수 있는 광 필터를 포함한다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터의 UV 광 투과율은 30% 미만이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터의 UV 광 투과율은 20% 미만이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터의 UV 광 투과율은 10% 미만이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터의 UV 광 투과율은 5% 미만이다.
본 발명의 광 필터는 사용자가 광 필터의 가시광, 즉, 400 내지 750nm 스펙트럼 범위 내의 전자기 방사선의 투과율을 컨트롤할 수 있게 한다. 본 발명의 광 필터는 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 스위칭하는데, 광 필터의 각각의 상태는 상이한 크기의 가시광 투과율을 달성한다. 밝은 상태에서, 비교적 높은 가시광 투과율이 달성된다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 밝은 상태일 때 대략 50% 이상의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 밝은 상태일 때 대략 60% 이상의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 밝은 상태일 때 대략 70% 이상의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 밝은 상태일 때 대략 80% 이상의 가시광 투과율을 가진다.
어두운 상태는 비교적 낮은 가시광 투과율을 허용한다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 어두운 상태일 때 대략 30% 이하의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 어두운 상태일 때 대략 20% 이하의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 어두운 상태일 때 대략 15% 이하의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 어두운 상태일 때 대략 10% 이하의 가시광 투과율을 가진다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 필터가 어두운 상태일 때 대략 5% 이하의 가시광 투과율을 가진다.
광 필터의 밝은 상태와 어두운 상태 사이의 가시광 투과율의 변동은 중간 상태의 가시광 투과율의 범위를 제공하는 넓은 범위의 대조비를 제공한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터의 대조비는 대략 2 초과이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터의 대조비는 대략 3 초과이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터의 대조비는 대략 4 초과이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터의 대조비는 대략 5 초과이다. 안과용 디바이스와 같은 특정한 애플리케이션에서, 더 높은 대조비가 바람직할 수 있다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터의 대조비는 대략 1 내지 대략 10이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 대조비는 대략 2 내지 대략 12이다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터의 가시광 투과율은 태양 방사선과 전압의 조합에 의해 중간 상태의 범위에 걸쳐 컨트롤 가능하다. 어두운 상태는 UV 또는 태양 방사선에 자동적으로 반응하여 달성된다. 어두운 상태에 도달한 후, 어두운 상태는 전압의 인가에 의해 라이트닝이 트리거될 때까지 유지된다. 전압이 인가되는 기간은 요구되는 라이트닝의 크기에 따를 것이다. 바람직한 밝은 상태에 도달한 후, 전압은 불연속적일 수 있고, 필요할 때 재인가될 수 있다. 전압의 지속적인 인가는, UV 또는 태양 방사선에 노출되지 않는다면, 달성된 후 가시광 투과율의 원하는 상태를 유지하기 위해 요구되지 않는다. UV 또는 태양 방사선이 존재하면, 본 발명의 광 필터는 전압의 컨트롤된 간헐적 인가에 의해 필터의 밝은 상태로 여전히 스위칭되고 유지된다. 중간 상태는 라이트닝 과정동안 전압을 인터럽트하거나 연결해제함으로써, 또는 원하는 상태에 도달할 때까지 다크닝 과정 동안 전압을 간헐적으로 인가함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 광 필터는 라이트닝 과정을 유효화시키기 위해 단지 낮은 전압이 인가될 것을 요구한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 42 볼트 DC 미만이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 12 볼트 미만이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 6 볼트 미만이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 3 볼트 미만이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 2 볼트 미만이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 1.8 볼트 미만이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 1 내지 대략 10 볼트이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 0.1 내지 대략 42 볼트이다. 다른 실시예에서, 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전압의 최소 크기는 대략 1.2 내지 대략 2.1 볼트이다.
서술한 바와 같이, 오직 본 발명의 광 필터의 라이트닝을 유효화시키기 위해서는 최소한의 전압이 요구된다. 안정한 상태로 광 필터를 유지하는 것은 전압의 일정한 인가를 요구하지 않는다. 그보다는 오토-다크닝에 대한 조절을 위해 요구되는 임의의 라이트닝은, UV 또는 태양 방사선이 있을 때, 일정한 밝은 상태를 유지하기 위해 전압의 간헐적 인가에 의해 또는 감소된 크기의 전압을 인가함으로써이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 광 필터에 의해 소비되는 전력 양은 최소화된다. 또한, 본 발명의 광 필터의 최소 전압 요구사항은 광범위한 시트 저항을 가진 시트 재료에 본 광 필터가 적용가능하게 한다. 본 발명의 광 필터는 대략 1 Ohms/square 내지 대략 10,000,000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 10 Ohms/square 내지 대략 1000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 20 Ohms/square 내지 대략 500 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 100 Ohms/square 내지 대략 1000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 1,000 Ohms/square 내지 대략 10,000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 10,000 Ohms/square 내지 대략 1,000,000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 1,000,000 Ohms/square 내지 대략 5,000,000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 5,000,000 Ohms/square 내지 대략 10,000,000 Ohms/square 범위의 시트 저항에 적용가능하다.
본 발명의 광 필터가 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 스위칭하는 속도는 그 최종 형태에 따를 것이지만, 일반적으로 본 발명의 필터는 밝은 상태로부터 10%의 어두운 상태 내에 도달하기 위해 대략 1초 내지 30분의 다크닝 시간, 및 어두운 상태로부터 90%의 밝은 상태에 도달하기 위해 1초 내지 30분의 라이트닝 시간을 가질 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터는 대략 1분 내지 5분의 다크닝 시간 및 라이트닝 시간을 가질 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터는 대략 3분의 다크닝 시간을 가질 것이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터는 대략 3분의 라이트닝 시간을 가질 것이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터는 5분 미만의 다크닝 시간, 및 5분 미만의 라이트닝 시간을 가질 것이다.
광 필터 내의 선명도는 광의 산란에 의해 발생되는 클라우드니스(cloudiness)로 인한 투과 헤이즈(haze)에 의해 발생될 수 있다. 광은 기판 내에 떠 있는 입자에 의해 산란될 수 있다. 그 최종 형태에서, 본 발명의 광 필터는 투명하고, 광 선명도는 가시광 투과율의 모든 상태, 예컨대, 밝은 상태, 어두운 상태, 중간 상태에서 유지된다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 광 필터는 5.0% 이하의 헤이즈 투과율을 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터는 3.0% 이하의 헤이즈 투과율을 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터는 2.0% 이하의 헤이즈 투과율을 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터는 1.5% 이하의 헤이즈 투과율을 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 광 필터는 1.0% 이하의 헤이즈 투과율을 가진다.
본 발명에 따른 광 필터는 다양한 애플리케이션에 적합하다. 당업자들은 각각의 광 필터가 특정한 애플리케이션의 요구사항에 따라 준비될 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 광 필터의 두께는 다양할 수 있다. 얇은 필터는 더 좋은 유연성과 더 빠른 페이드(fade) 시간을 제공하는 한편, 두꺼운 필터는 더 어두운 색상 및 더 우수한 강도를 제공한다. 하나의 실시예에 따라, 광 필터의 두께는 대략 0.5 mil 내지 40 mil이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 두께는 대략 1 mil 내지 10 mil이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 두께는 대략 1 mil 내지 5 mil이다.
도 1은 UV 또는 태양광이 있을 때 자동적으로 더 어두운 상태(낮은 VLT)로 되고, 전압의 인가시 더 밝은 상태(높은 VLT)로 되도록 설계된 본 발명의 광 필터(100)의 하나의 실시예를 도시한다. 기판(120)은 제1 기판(120)의 내측 접촉면에 배치된 투명한 도전 층(140)과 함께 배치되거나 코팅되어 있다. 제2 기판(130)은 제2 기판(130)의 내측 접촉면에 배치된 투명한 도전 층(150)과 함께 배치되거나 코팅되어 있다. 제1 기판(120) 및 제2 기판(130)은 각각의 투명한 도전 층(140 및 150)이 서로 안쪽으로 마주하도록 서로 맞은편에 배열된다. 스위칭 재료(110)는 각각의 도전 층(140 및 150)과 접촉하고 그 사이에 끼워 넣어진다. 두 도전 층(140 및 150)에 전기적 연결을 위한 전기적 연결 수단이 제공된다. 하나의 실시예에서, 전기적 연결 수단은 투명한 도전 층(140)에 연결된 리드(170), 및 제2의 투명한 도전 층(150)에 연결된 제2 전기적 리드(180)이다.
1. 기판
본 발명의 광 필터의 기판은 스위칭 재료를 지원하기 위해 충분한 구조적 무결성을 제공한다. 리지드 또는 플렉시블 기판이 아래에 설명된 바와 같이 광범위한 애플리케이션에 적용가능하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 리지드 기판으로 만들어진 본 발명의 광 필터는 윈도우 애플리케이션과 같은 특정한 애플리케이션에서 단독으로 작동할 수 있다. 대안으로서, 플렉시블 기판으로 만들어진 본 발명의 광 필터는, 예컨대, 선택된 애플리케이션 상에 라미네이팅될 수 있는 광 필름으로 작동할 수 있다. 본 발명에서 기판으로 사용될 수 있는 적합한 재료의 예는 글라스 및 열가소성 폴리머를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 적합한 열가소성 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 풀리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌 텔레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트 및 그 조합을 포함한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 기판 재료는 글라스이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 기판 재료는 PET이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 기판은 열-안정화된 PET이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 기판 중 적어도 하나는 기판에 UV 차단제를 포함한다.
당업자들은 선택된 기판의 두께가 스위칭 재료를 지원하기 위한 충분한 구조적 무결성을 허용함과 동시에 특정한 사용 애플리케이션에 충분한 강도 또는 유연성을 제공하여야 함을 이해할 것이다. 적합한 재료 및 두께의 판정은 당업자의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 기판 재료는 대략 0.012mm 내지 대략 10mm의 두께를 가진다. 하나의 실시예에서, 기판 재료는 리지드형이고, 대략 0.5mm 내지 10mm의 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 기판 재료는 리지드형이고, 대략 1mm 내지 5mm의 두께를 가진다. 하나의 실시예에서, 기판 재료는 플렉시블형이고, 대략 0.024mm 내지 대략 0.6mm의 두께를 가진다. 다른 실시예에서, 기판 재료는 플렉시블형이고, 대략 0.051mm(2 mil) 내지 대략 0.178mm(7 mil)의 두께를 가진다.
기판 재료 및 두께의 조합은 또한 본 발명의 광 필터에 사용에 대하여 고려된다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 기판을 포함하고, 여기서, 제1 기판 만이 UV 차단 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 리지드인 제1 기판 및 플렉시블인 제2 기판을 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 5mil의 두께를 가진 제1 기판, 및 2mil의 두께를 가진 제2 기판을 포함한다.
당업자들은 기판 재료의 시트 저항이 라이트닝을 유효화시키기 위해 광 필터를 통해 실질적으로 균일한 전하를 주입할 수 있어야 함을 이해할 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 최대 대략 100 Ohms/square의 시트 저항을 가진 기판 재료를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 최대 대략 1000 Ohms/square의 시트 저항을 가진 기판 재료를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 최대 대략 100,000 Ohms/square의 시트 저항을 가진 기판 재료를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 최대 대략 1,000,000 Ohms/square의 시트 저항을 가진 기판 재료를 포함한다.
기판은 옵션으로서 광 필터의 더 어두운 전체 범위 또는 색상을 제공하기 위한 베이스 컬러 틴트 및/또는 전자기 방사선의 특정한 파장을 차단하기 위한 UV 차단 컴포넌트와 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 본 발명의 광 필터의 하나의 실시예는 습기를 차단하기 위한 배리어 코팅을 가진 기판을 포함한다. 다른 실시예에서, 기판은 반사방지 코팅을 가진다. 다른 실시예에서, 기판은 스크래치 방지 코팅을 가진다. 다른 실시예에서, 기판은 글라스 위에 광 필터를 라미네이팅하기 위한 감압(pressure-sensitive) 접착 코팅을 가진다.
2. 전극
전극들은 기판에 하나의 층으로 부착될 수 있는 임의의 전기적 도전성 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 도전층에 적합한 재료는 당업자들에게 주지되어 있고, 예컨대, 금속 산화물, 카본 나노튜브, 및 미세 와이어 메시를 포함한다. 예시적인 도전성 재료는 도핑된 인듐 주석 산화물, 도핑된 주석 산화물, 도핑된 아연 산화물은 물론, 금, 은, 알루미늄, 및 니켈 합금과 같은 얇고 실질적으로 투명한 금속층을 포함한다.
적절한 도전 층을 형성하기 위해 기판에 전기적 도전성 재료를 적용하는 방법은 주지되어 있다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)로 사전 코팅된 기판 재료는 세인트 루이스 미주리의 CP 필름즈 및 캘리포니아 팔로 알토의 사우쓰월 테크놀로지스 인코포레이티드를 포함한 다양한 공급자로부터 사용가능하다. 당업자들은 복수의 층의 도전성 재료가 본 발명의 광 필터에 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
이러한 도전 층은 코팅으로서 기판 위에 배치된다. 도전 층은 광 필터에 대하여 적절한 도전성을 제공하고, 요구되는 광 투과를 현저하게 간섭하지 않는 두께로 기판에 코팅되거나 배치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 도전성 재료의 두께는 대략 1나노미터 내지 대략 90마이크로미터의 범위이다. 다른 실시예에서, 도전성 재료의 두께는 대략 10 나노미터 내지 대략 10마이크로미터의 범위이다.
하나의 실시예에서, 기판은 도전층으로 코팅되고, 70% 초과의 VLT를 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 코팅된 기판은 80%초과의 VLT를 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도전층으로 코팅된 기판은 85%초과의 VLT를 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 도전층으로 코팅된 기판은 90%초과의 VLT를 가진다.
3. 스위칭 재료
앞서 서술한 바와 같이, 본 발명의 광 필터는 포토크로믹이고 일렉트로크로믹인 스위칭 재료를 포함한다. 스위칭 재료의 이러한 하이브리드 포토/일렉트로-크로믹 특성은 UV 광 및/또는 태양 방사선에 노출된 때 자동적으로 어두워지고, 전기 전하에 노출된 때 밝아지는 광 필터를 제공한다. 이러한 스위칭 재료는 또한 UV 광 또는 태양 방사선에 노출된 때 오토-다크닝하는 스위칭 재료의 능력으로 인해 오토-다크닝 재료로 알려져 있다.
스위칭 재료는 본 발명의 광 필터에 액체 형태, 고체 형태, 또는 점성 있는 겔 형태로 통합될 수 있다. 하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 액체이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 겔이다.
스위칭 재료의 두께는 본 발명의 광 필터의 투과율에 영향을 미칠 것이고, 원하는 특정한 애플리케이션에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 동일한 농도의 스위칭 재료를 가진 더 두꺼운 층은 어두운 상태에서 더 낮은 퍼센트의 가시광 투과율을 야기할 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 대략 1 내지 대략 50 마이크로미터 두께이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 대략 0.1 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 두께이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 대략 0.5 마이크로미터 내지 5 마이크로미터 두께이다. 전형적으로, 균일한 두께의 스위칭 재료가 대부분의 애플리케이션에서 바람직할 것이다. 그러나, 본 발명의 광 필터는 일부 더 어두운 영역, 및 일부 더 밝은 영역이 요구되는 애플리케이션을 위한 불균일한 두께의 스위칭 재료를 포함할 수 있음을 고려하였다.
스위칭 재료는 1) 발색단, 및 2) 용제 성분을 포함한다. 특정한 실시예에서, 추가적인 성분이 옵션으로 스위칭 재료에 포함될 수 있다. 예를 들어, 스위칭 재료는 3) 서포팅 전해질 성분, 4) 폴리머 성분, 5) 전하 보상제(charge compensator), 6) 전하 캐리어, 7) UV 안정제, 8) UV 차단제, 및 9) 착색제(tinting agent)를 더 포함할 수 있다. 당업자들은 특정한 컴파운드가 스위칭 재료에서 두가지 역할을 충족할 수 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 특정한 발색단은 셀프-폴리머화할 수 있고, 발색단과 폴리머의 역할을 모두 충족시킨다. 반대로, 몇몇 실시예에서, 주어진 성분은 몇가지 개별 컴파운드로 이루어질 수 있다. 예컨대, 폴리머 성분은 상이한 모노머 유닛을 포함하는 코-폴리머일 수 있다. 따라서, 아래에 상세하게 서술된 바와 같이, 스위칭 재료는 하나 이상의 옵션의 성분을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 스위칭 재료는 발색단과 용제를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 스위칭 재료는, 발색단, 용제, 및 a) 서포팅 전해질 성분, b) 폴리머 성분, c) 전하 보상제, d) 전하 캐리어, e) UV 안정제, f) UV 차단제, 및 g) 착색제로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 옵션의 성분을 포함한다.
3.1 발색단
본 발명에 따른 스위칭 재료는 포토크로믹 및 일렉트로크로믹 특성을 나타내는 하나 이상의 발색단을 포함한다. 이러한 듀얼 모드 컴파운드는 전기적으로 그리고 빛에 의해 자극을 받을 때 2개의 상이한 형태 사이에서 가역적으로(reversibly) 스위칭할 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 하이브리드 포토크로믹/일렉트로크로믹 발색단은 헥사트리엔(hexatriene) 패밀리로부터의 컴파운드 클래스, 예컨대, 디아릴에텐(diarylethenes), 디티에닐시클로펜텐(dithienylcyclopentenes), 및 펄지드(fulgides)로 주지된 컴파운드 클래스를 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 스위칭 재료는 디아릴에텐으로 주지된 컴파운드의 클래스로부터의 하나 이상의 발색단을 포함한다.
그 중, 본 발명의 스위칭 재료로 적합한 발색단은 아래의 화학식 1의 일반적인 구조를 가진 국제특허 공개번호 WO 2004/015024에 서술된 1,2-디티에닐시클로펜텐의 파생물이다.
Figure 112018069078104-pat00001
여기서, 각각의 Ri는 각각 H 또는 할로겐이다. 여기서, 각각의 R2는 각각 H, 할로겐이거나, 또는 두 R2는 모두 함께 취해진 때 CH=CH를 형성하거나, 또는 폴리머 형태일 때 R2는 CH=CH이고 폴리머 백본의 일부를 형성한다. 여기서, 각각의 R3는 각각 알킬, 아릴, H, 할로겐, 또는 CO2Y(Y=H, Na, 알킬, 아릴)이다. 여기서, R4는 아릴이다. 여기서, 각각의 R5는 각각 H, 알킬, 또는 아릴이다.
본 발명의 스위칭 재료에 통합될 수 있는 예시적인 불소계 디티에닐시클로펜텐 파생물의 준비는 아래의 스킴 1의 일반적인 방법을 따른다.
Figure 112018069078104-pat00002
본 발명의 하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서, R1 및 R2는 F이고, R3 및 R4는
Figure 112018069078104-pat00003
(X=S)이고, R=5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서, R1 및 R2는 F이고, R3는 H이고, R4는
Figure 112018069078104-pat00004
(X=S)이고, R=5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서, R1 및 R2는 F이고, R3 및 R4는
Figure 112018069078104-pat00005
이고, R=5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서, R1 및 R2는 F이고, R3는 H이고, R4는
Figure 112018069078104-pat00006
이고, R=5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서, R1 및 R2는 F이고, R3는
Figure 112018069078104-pat00007
(X=S)이고, R4는 CH3이고, R=5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서, R1 및 R2는 F이고, R3는
Figure 112018069078104-pat00008
(X=S)이고, R4는 CH3이고, R=5는 H이다.
발색단은 필요로 되는 기능적 요구에 따라 모노머 또는 폴리머 형태로 스위칭 재료에 통합될 수 있다. 화학식 1의 컴파운드는 폴리머 백본의 일부, 또는 펜던트 그룹으로서 폴리머 형태로 통합될 수 있다. 예를 들어, 불소계 컴파운드는 아래의 스킴 2에 따른 개환 상호교환반응형 중합(ring-opening metathesis polymerization)을 사용하여 폴리머화될 수 있다.
Figure 112018069078104-pat00009
본 발명의 스위칭 재료에 통합될 수 있는 예시적인 비불소계 디티에닐알켄(dithienylalkene) 파생물은 아래의 스킴 3의 일반적인 방법에 따라 준비될 수 있다.
Figure 112018069078104-pat00010
본 발명의 하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서 R1는 H이고, R2는 CH=CH이고, R3는 Cl이고, R4는 CH3이고, 그리고 R5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서 R1는 H이고, R2는 CH=CH, R3는 CO2CH3, R4는 CH3, 그리고 R5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서 R1는 H이고, R2는 CH=CH, R3는
Figure 112018069078104-pat00011
(X=S)이고, R4는 CH3, 그리고 R5는 H이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 화학식 1의 컴파운드를 포함하고, 여기서 컴파운드는 폴리머의 일부를 형성한다. 본 발명의 하나의 실시예에서, R1은 H이고, R2는 CH=CH이고, 폴리머 백본의 일부를 형성하고, R3는 Cl이고, R4는 CH3이고, 그리고 R5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, R1은 H이고, R2는 CH=CH이고, 폴리머 백본의 일부를 형성하고, R3는 CO2CH3이고, R4는 CH3이고, 그리고 R5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, R1은 H이고, R2는 CH=CH이고, 폴리머 백본의 일부를 형성하고, R3는 CO2H이고, R4는 CH3이고, 그리고 R5는 H이다. 본 발명의 다른 실시예에서, R1은 H이고, R2는 CH=CH이고, 폴리머 백본의 일부를 형성하고, R3는
Figure 112018069078104-pat00012
(X=S)이고, R4는 CH3이고, 그리고 R5는 H이다.
스위칭 재료에 포함하기 위한 적합한 발색단의 예는 광안정성은 물론 전기화학적 내구성을 모두 나타내는 발색단이다. 컴파운드의 광안정성, 즉, 광 유도된 열화에 대한 발색단의 저항력은 컴파운드가 일정한 광 노출 하에서 특정한 포인트까지 열화하는데 걸리는 시간의 크기로 측정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 컴파운드는 테스트 전에 컴파운드의 대조비를 판정하기 위해 컴파운드의 어두운 상태 및 밝은 상태에서 측정될 수 있다. 테스트 동안, 대조비는 열화를 판정하기 위해 주기적으로 모니터링된다. 대조비가 특정한 레벨 아래로 떨어질 때, 또는 대조비가 원래의 대조비의 50% 아래로 떨어진 때, 고장이 발생한 것으로 판정될 수 있다. 다른 테스트 방법은 당업자들의 지식의 범위에 속한다.
본 발명의 실시예들의 광안정성은 오하이오 클리브랜드의 큐-랩에 의해 만들어진 QUV 테스팅 유닛을 사용하여 테스트될 수 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 스위칭 재료는 대략 1000시간 내지 5000시간 범위의 일정한 광 노출에서 광안정성을 가진 발색단을 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 스위칭 재료는 대략 5,000 시간 초과의 일정한 광 노출에 광안정성을 가진 발색단을 포함한다.
적합한 발색단의 전기화학적 내구성은 발색단이 밝은 상태와 어두운 상태 사이에서 그 스위칭 능력을 유지할 수 있는 사이클의 횟수로 측정된다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 스위칭 재료는 대략 1000 내지 대략 5,000 사이클의 범위의 전기화학적 내구성을 가진 발색단을 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 스위칭 재료는 5,000 전기화학적 사이클 초과의 전기화학적 내구성을 가진 발색단을 포함한다.
전형적으로, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 중량비 대략 1% 내지 대략 30%의 하나 이상의 발색단을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 중략비 대략 2% 내지 7%의 하나 이상의 발색단을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 중량비 대략 5% 초과의 하나 이상의 발색단을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 중량비 대략 3%의 하나 이상의 발색단을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 중량비 대략 6%의 하나 이상의 발색단을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 중량비 대략 5%의 하나 이상의 발색단을 포함한다.
3.2 용제 성분
스위칭 재료의 용제 성분의 주된 역할은 스위칭 재료 전체에 하나 이상의 발색단 및 다른 성분을 용해시키고, 산재시키고, 그리고 분산시키는 것이다. 스위칭 재료의 준비에서 사용되는 용제는 전형적으로 비활성, 즉, 광화학적으로 그리고 전기화학적으로 불활성이고 무색이며, 전형적인 동작 조건하에서 용제 손실을 방지하기 위해 충분히 높은 끓는점을 가진다. 적합한 용제의 예는 트리글라임(triglyme) 디클로로에탄, 테트라글라임(tetraglyme), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate), 탄산 에틸렌(ethylene carbonate), 물, 부티롤락톤(butyrolactone), 시클로펜타논(cyclopentanone), 및 그 혼합물을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명의 하나의 실시예에서, 용제 성분은 트리글라임을 포함한다.
전형적으로, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 50% 내지 90%의 용제 성분을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 대략 중량비 60% 내지 80%의 용제 성분을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 대략 중량비 70% 내지 75%의 용제 성분을 포함한다.
3.3 옵션의 성분들
스위칭 재료는 옵션으로써 서포팅 전해질 성분, 추가적인 폴리머 성분, 착색제, UV 안정화제 또는 차단제, 전하 캐리어, 및 전하 보상제와 같은 다른 성분을 포함할 수 있다. 스위칭 재료에 포함하기 위한 옵션의 성분들이 광 필터의 특성에 부작용을 일으키지 않도록 선택되어야 함이 이해될 것이다.
서포팅 전해질 성분
스위칭 재료의 서포팅 전해질 성분은 비활성이고, 전기적 도전성이고, 주지된 물질로 이루어지거나 주지된 물질의 임의의 조합이다. 이러한 물질의 예는 알칼리 금속염(alkali metal salts) 및 테트라알킬암모늄 염(tetraalkylammonium salts)을 포함한다. 본 발명의 전해질 성분의 특정한 제한하지 않는 예는 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetrabutylammonium hexafluorophosphate), 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트(tetrabutylammonium tetrafluoroborate), 테트라부틸암모늄 과염소산염(tetrabutylammonium perchlorate), 과염소산리튬(lithium perchlorate), 리튬 비스(trifluoromethanesulfonimide), 리튬 트리플레이트(lithium triflate), 및 이들의 조합을 포함한다. 본 발명의 하나의 예에서, 전해질 성분은 과염소산리튬을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전해질 성분은 테트라부틸암모늄 테트라플루오로보레이트를 포함한다.
전형적으로, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 최대 대략 중량비 2%의 서포팅 전해질 성분을 함유한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 최대 대략 중량비 1%의 서포팅 전해질 성분을 함유한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 최대 대략 중량비 0.5%의 서포팅 전해질 성분을 함유한다.
폴리머 성분
앞서 서술한 바와 같이, 본 발명의 스위칭 재료에 통합되는 하나 이상의 발색단은 폴리머 형태일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 추가적인 폴리머가 스위칭 재료에 첨가될 수 있다. 당업자들은 상업적으로 이용가능한 폴리머가 스위칭 재료의 준비에 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 폴리머의 예는 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral)(PVB), 폴리메틸메타크릴레이트 (poly(methyl methacrylate))(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone)(PVP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride)(PVdF), 폴리디메틸실록산(poly(dimethylsiloxane))(PDMS), 폴리에틸메타크릴레이트(poly(ethyl methacrylate))(PEMA), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane)(PDMS), 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 최대 중량비 50%의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 5% 내지 40%의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 15% 내지 30%의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 20% 내지 25%의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 60% 미만의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 10% 내지 30%의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 10% 내지 25%의 폴리머 성분을 함유한다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 스위칭 재료는 대략 중량비 15% 내지 25%의 폴리머 성분을 함유한다.
전하 보상제(Charge Compensator)
전하 보상제 성분의 주된 역할은 스위칭 재료의 산화환원 반응(redox chemistry)을 밸런싱하는 것이고, 적합한 전하 보상제 재료일 수 있는 주지된 물질, 또는 주지된 물질의 조합으로 이루어질 수 있다. 스위칭 재료의 준비에 사용되는 전하 보상제는 전형적으로 양극성의 발색단의 산화환원 밸런싱을 위한 음극성 재료이고, 감소되고 산화된 형태(the reduced and oxidized forms)에서 충분히 안정적이다.
적합한 전하 보상제의 예는 프러시안블루(Prussian Blue), 페로세늄 테트라프루오로보레이트(ferrocenium tetrafluoroborate), 페로세늄 헥사플루오로포스페이트(ferrocenium hexafluorophosphate), 테트라시아노퀴노디메탄(tetracyanoquinodimethane), 테트라플루오로-테트라시아노퀴노디메탄(tetrafiuoro-tetracyanoquinodimethane), 1,4-디시아노벤젠(1,4-dicyanobenzene), 1,2,4,5-테트라시아노벤젠(1,2,4,5-tetracyanobenzene), 피렌(pyrene), 테트라센(tetracene), 및 펜타센(pentacene)을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 스위칭 재료는 전형적으로 대략 중량비 0.1% 내지 10%의 전하 보상제 성분을 함유한다.
전하 캐리어
전하 캐리어 성분의 주된 역할은 두 전극 사이에 전자와 홀의 이동을 용이하게 하는 것이고, 전하 캐리어 재료로 주지된 물질, 또는 주지된 물질의 조합으로 이루어진다. 스위칭 재료의 준비에 사용되는 전하 캐리어는 전형적으로 스위칭 재료의 색상 라이트닝을 트리거하기 위해 요구되는 전기화학적 전위 범위에서 레독스 액티브(redox active)이다. 적합한 전하 캐리어의 예는 트리스(4-브로모페닐) 아민(tris(4-bromophenyl) amine), 트리스(4-클로로페닐) 아민(tris(4-chlorophenyl) amine), 10-메틸페노티아진(10-methylphenothiazine), 9,9-(N,N,N',N'-테트라비페닐-N,N'-디페닐)플루오렌(9,9-(N,N,N',N'-tetrabipheyl-N,N'-diphenyl)flourene), 4,4'-di(N-카르보조릴)비페닐(4,4'-di(N-carbozolyl)biphenyl), l-(N-카라보조릴)-4-디페닐아미노벤젠(l-(N-carabozolyl)-4-diphenylaminobenzene), 및 1-(N-카르보조릴-4-N'-α-나프틸-N'-페닐라민, N,N,N'N'-테트라페닐벤지딘(1-(N-Carbozolyl-4-N'-α-naphthyl-N'-phenylamine, N,N,N'N' -tetraphenylbenzidine)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 스위칭 재료는 전형적으로 중량비 대략 0.1% 내지 대략 10%의 전하 캐리어 성분을 포함한다.
UV 안정제
UV 안정제의 주된 역할은 광분해 과정에서 형성되는 라디칼 중간생성물(radical intermediates)을 포집(scavenging)함으로써 스위칭 재료의 광 열화를 억제하는 것이고, 적합한 UV 안정 재료로 주지된 물질 또는 주지된 물질의 임의의 조합으로 이루어진다. 적합한 UV 안정제의 예는 힌더드 아민 광 안정제(hindered amine light stabilizers)(HALS)로 주지된 컴파운드 클래스를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 스위칭 재료는 전형적으로 중량비 대략 0.1% 내지 10%의 UV 안정제 성분을 함유한다.
UV 차단제
UV 차단제(또는 UV 흡수제)의 주된 역할은 더 높은 에너지의 UV 광을 흡수하고, 그 에너지를 흡수하여 광분해를 열적으로 방지하는 재료의 성분을 포함함으로써 오토-다크닝 재료의 광열화를 방지하는 것이고, 적합한 UV 차단 재료로 주지된 물질 또는 주지된 물질의 임의의 조합으로 이루어진다. 적합한 UV 차단제의 예는 벤조트리아졸(benzotriazoles), 벤조페논(benzophenones), 및 관련된 컴파운드 클래스를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 따른 스위칭 재료는 전형적으로 중량비 대략 0.1% 내지 10%의 UV 차단제 성분을 함유한다.
착색제
착색제의 주된 역할은 원하는 색상을 달성하는 것이고, 몇몇 실시예에서, 스위칭 재료를 광화학적 또는 전기화학적으로 간접하지 않는 염료 컴파운드를 포함함으로써 스위칭 재료의 밝은 상태에서의 VLT를 조절하는 것이다. 적합한 염료 컴파운드의 예는 상업적으로 이용가능하며, 당업자들에게 주지되어 있다.
4. 컨트롤 회로
작동을 위해, 본 발명의 광 필터는 광 필터의 전극 사이에 전위차(전압)를 형성할 수 있는 전원에 연결된다. 컨트롤 회로는 사용자로부터의 입력 또는 몇몇 다른 입력을 기초로 전압을 온오프 스위칭하기 위해 사용될 수 있고, 또한 정확한 레벨로 전압을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 광 필터를 켜거나 끄기 위한 파워는 그리드 파워 및 배터리 파워를 포함한 다양한 소스로부터 올 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워는 하우스 내의 AC 라인 전압으로부터 올 수 있다. 다른 실시예에서, 파워는 배터리로부터 올 수 있다. 전원은 컨트롤 회로를 통해 광 필터에 연결된다. 컨트롤 회로는 전원과 광 필터 내의 전극 사이의 회로를 개폐하는 스위치를 포함한다. 컨트롤 회로는 또한 전원으로부터의 전압을 발색단을 밝은 상태로 되도록 하는 적절한 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. DC-DC 레귤레이터는 또한 전압을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 컨트롤 회로는 또한 사용자로부터의 입력의 수신뒤 고정된 시간 기간동안 광 필터에 전기 전압을 인가하기 위한 회로를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 하나의 실시예에서, 컨트롤 회로(600)는 라이트닝을 일으키기 위해 광 필터의 전극에 전압을 인가하기 위해 사용된다. 전원(620)은 회로에 전력을 공급한다. 하나의 실시예에서, 전원(620)은 가정 또는 상업용 빌딩에서 전형적으로 볼 수 있는 AC 라인 전압이다. 다른 실시예에서, 전원(620)은 배터리 또는 몇몇 다른 DC 전원이다. AC 변압기(610)는 AC 전압을 컨트롤 회로에서 사용하기 위한 DC 전압으로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 스위치(630)는 본 발명의 광 필터(650)에 DC 전압을 연결하고 해제하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 사용자가 활성화시킬 수 있는, 자동적으로 또는 사용자로부터의 입력에 응답하여 전자기기를 컨트롤함으로써 활성화될 수 있는, 또는 광 센서와 같은 센서에 의해 활성화될 수 있는 스위치를 포함한다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기는 전원으로부터의 DC 전압을 광 필터로 바로 보내는 사용자-작동식 스위치이다. 사용자 작동식 스위치는 통상적으로 오픈상태인 오픈 푸시 버튼, 또는 몇몇 다른 타입의 스위치일 수 있다. AC 어댑터로부터의 DC 전압은 라이트닝을 트리거링하기 위해 광 필터에 의해 요구되는 전압에 매칭된다. 광 필터의 라이트닝을 위해 인가될 수 있는 전압은 스위칭 재료 및 전극의 저항과 같은 요인에 따를 것이다. 하나의 실시예에서, 대략 1 내지 대략 10 볼트 DC 범위의 전압이 인가된다. 다른 실시예에서, 대략 0.1 내지 대략 42 볼트 DC 범위의 전압이 인가된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 대략 1.8 볼트의 인가로 라이트닝한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(640)는 본 발명의 광 필터(650)에 인가되는 전압을 컨트롤함은 물론, 전압이 인가되는 기간을 컨트롤하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 컨트롤 전자기기는 AC 변압기(610)로부터의 전압을 변환하고 그리고/또는 조절하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 예를 들어, AC 변압기(610)는 12 볼트 DC 전압을 출력할 수 있다. DC-DC 컨버터는 이러한 12 볼트 DC을 더 낮은 전압으로 강하하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 라이트닝을 위해 1.2볼트 내지 2.1볼트의 전압을 사용한다.
다른 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(640)는 스위치(630)를 컨트롤한다. 이러한 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(640)는 사용자 입력 또는 센서와 같은 전자 디바이스로부터의 입력에 응답하여 스위치(630)를 닫는다. 사용자는 파워 컨트롤 전자기기(640)에 입력 신호를 제공하기 위해 통상적으로 오픈상태인 모멘터리 스위치에 연결된 버튼을 누른다. 파워 컨트롤 전자기기(640)는 그 다음 고정된 시간 기간 동안 스위치(630)를 닫는다. 이러한 고정된 시간 기간은 미리정해질 수 있고, 전자회로 분야의 당업자들에게 친숙한 표준 타이밍 회로를 사용하여 파워 컨트롤 전자기기에 빌트인될 수 있다. 이러한 고정된 시간 기간은 광 필터(650)가 라이트닝하는데 요구되는 시간으로 미리 정해질 수 있다.
광 센서는 또한 외부가 밝을 때를 감지하기 위해 파워 컨트롤 전자기기(640)에 통합될 수 있다. 외부가 밝고, 사용자가 버튼을 누른다면, 파워 컨트롤 전자기기는 밝은 상태를 유지하기 위해 광 필터(650) 상의 전압을 유지할 수 있다. 광 필터(650) 상의 전압을 유지하는 것은 광 필터의 오토-다크닝 특성을 무시하는 역할을 할 수 있고, 광 필터가 UV 광에 노출된 때에도 광 필터가 밝은 상태를 유지하게 한다. 하나의 실시예에서, 사용자는 버튼을 다시 누름으로써 또는 제2 버튼을 누름으로써, 광 필터를 정상적인 오토-다크닝 상태로 복귀시킨다. 다른 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(640)는 더 빠른 라이트닝 시간 및 더 긴 수명을 제공하기 위해 광 필터(650)에 구형파(square wave) 신호를 인가하기 위해 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 스위치(630)는 광 필터(650)를 밝아지게 하기 위해 사용자가 다양한 상이한 상태를 선택할 수 있게 하는 포텐시오스탯(potentiostat) 또는 멀티-포지션 스위치와 같은 다상(multi-state) 컨트롤 디바이스이다. 예를 들어, 사용자는 완전히 어두움과 완전히 밝음 사이의 상태 부분이 바람직함을 지시하기 위해 중간 상태를 선택할 수 있다. 파워 컨트롤 전자기기(640)는 그 다음 이러한 중간 상태를 달성하기 위해 충분한 기간동안 광 필터(650)에 전압을 인가할 수 있다. 감소된 크기의 전압을 인가하는 것과 같은, 본 발명의 광 필터가 중간 상태에 도달하게 하는 다른 방법 또한 가능할 수 있다.
파워 컨트롤 전자기기(640)는 또한 라이트닝 과정이 광 필터(650)에서 완료한 때를 감지할 수 있는 전압 또는 전류 센서를 포함할 수 있다. 파워 컨트롤 전자기기(640)가 라이트닝 과정이 완료하였음을 감지한 때, 파워를 절약하기 위해 스위치(630)를 개방시킬 것이다. 파워 컨트롤 전자기기(640)에 빌트인될 수 있는 다른 기능 및 특징 또한 심사숙고되었다.
파워 컨트롤 전자기기(640)는 또한 일정한 DC 전압 대신에 광 필터(650)에 펄스 또는 교류 파형을 인가하기 위한 전자회로를 포함할 수 있다. 이러한 파형은 구형파, 톱니파, 정현파, 또는 몇몇 다른 파형 형태일 수 있다. 이러한 파형의 진폭은 가변적일 수 있다. 하나의 실시예에서, 구형파가 컨트롤 전자기기(640)에 의해 광 필터(650)의 전극에 인가될 수 있다. 구형파는 대략 -2볼트 내지 대략 +2볼트의 진폭 범위일 수 있다. 하나의 투명 전극이 2볼트일 때, 다른 투명 전극은 -2볼트이다. 하나의 실시예에서, 파형은 하나의 전극에서 0에서 양의 전압까지 변하고, 다른 전극은 0에서 대응하는 음의 전압까지 변한다. 다른 실시예에서, 파형은 하나의 전극에서 대략 0에서 대략 2볼트까지 변하고, 다른 전극에서 대략 0에서 대략 2볼트까지 변한다. 전극에 구형파와 같은 전압을 인가하는 것은 라이트닝 시간을 줄일 수 있고, 그리고/또는 광 필터(650)의 수명을 증가시킬 수 있다. 하나의 실시예에서, 파형의 주파수는 100Hz이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 파형 주파수는 대략 0.1Hz 내지 대략 1,000Hz 범위이다. 다른 실시예에서, 파형 주파수는 대략 0.001Hz 내지 대략 100kHz 범위이다.
5. 광 필터의 옵션의 성분들
서술한 바와 같이, 본 발명의 광 필터는 어두운 상태로 전환하기 위해 UV 방사선을 요구한다. 그러나, 당업자들이 알고 있는 바와 같이, 발색단, 특히 유기 발색단은 UV 광에서 열화할 수 있다. 발색단의 UV 광 유도된 열화에 대응하기 위해, 하나 이상의 UV 차단제가 본 발명의 광 필터가 노출되는 UV 광의 일부 또는 상당 량을 차단하기 위해 사용될 수 있다. UV 차단제의 목적은 오토-다크닝을 유효화시키기에 충분한 UV 방사선 노출을 허용하면서, 스위칭 재료에 도달하는 상당량의 UV 광을 차단하는 것이다.
UV 차단제는 기판 내에 통합되거나, 기판상에 층으로서 적용될 수 있다. 광 필터 위에 UV 차단층으로서 존재한다면, 무기 재료, 유기 재료, 또는 이 둘의 조합을 포함할 수 있다. 무기 재료의 예는 이산화티탄(titanium dioxide), 산화아연(zinc oxide), 산화카드늄(cadmium oxide), 삼산화텅스텐(tungsten trioxide), 및 이러한 재료 중 둘 이상을 결합한 혼합된 산화물이다. 무기질 UV 차단층은 화학적 증기 증착, 물리적 증기 증착, (예컨대, 스퍼터링, 전자 빔 증착법 및 이온 플레이팅), 플라즈마 스프레이 기술 또는 졸-겔 공정과 같은 다양한 수단에 의해 기판에 적용될 수 있다. UV 차단제는 UV 광을 반사시키거나 흡수하기 위해 선택된 반사율 및 두께를 가진, 박막 재료의 스택(이색성 재료(dichroic stack))으로 제공될 수 있다. 유기 UV 차단제는 주요 광 파장을 고유하게 흡수하는, 또는 폴리머 재료에 혼합된(용해된 또는 산재된) 또는 폴리머 자체에 공유결합된 광 흡수제 또는 안정제를 포함하는 폴리머 재료의 층으로 이루어질 수 있다. 폴리머 재료의 예는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 에폭시, 아크릴, 우레탄, 폴리염화비닐를 포함하는 비닐, 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 알코올), 아세테이트, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 플루오로카본 폴리머, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(에틸 메타크릴레이트), 폴리(비닐 아세테이트), 앞서 언급한 폴리머의 코폴리머 또는 폴리머 블렌드를 포함한다.
다수의 광 흡수제, 및/또는 안정제 재료는 주지되어 있고, 특히 유용한 것은 벤조트리아졸, 벤조페논, 시아노크릴레이트, 힌디드 아민(hindered amines), 옥살라닐리드(oxalanilides) 및 치환된 트리아진(substituted triazines)을 포함한다.
UV 차단 층 내의 UV 광 흡수제의 농도, 및 UV 차단층의 두께는 오토 다크닝을 유효화시키에 충분한 레벨의 UV 광 노출을 허용하면서, UV 차단층을 지나 스위칭 재료 층의 태양광 열화에 대항하여 안정성을 제공하도록 선택된다. 하나의 실시예에서, UV 차단 필름은 광 필터의 광 노출 면 앞에 위치하고, 250 내지 400nm의 입사 UV 광의 대략 8% 내지 10%를 투과시킨다. 다른 실시예에서, UV 차단제는 UV 광의 대략 5% 내지 25%를 투과시킨다. 다른 실시예에서, UV 차단제는 250 내지 400nm의 UV 광의 대략 1% 내지 50%를 투과시킨다.
하나의 실시예에서, UV 차단 필름은 특정한 파장 아래의 UV 광을 더 많이 차단한다. UV 차단 필름은 낮은 파장의 손상을 주는 높은 에너지 UV를 차단하고, 동시에 낮은 에너지의 UV 광은 더 많이 통과시킨다. 낮은 에너지 UV 광은 오토 다크닝을 일으키기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, UV 차단 필름은 대략 350nm 아래의 UV 광의 대부분을 차단하지만, 350nm 내지 4000nm의 UV 광은 통과시킨다.
광 필터의 포맷
본 발명은 광 필터에 대한 다양한 포맷을 고려한다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 제1 기판의 안쪽 접촉면에 배치된 투명한 도전성 층으로 코팅된 기판을 포함한다. 제2 기판은 제2 기판의 안쪽 접촉면에 배치된 제2의 도전성 층으로 코팅된다. 제1 기판과 제2 기판은 각각의 투명한 도전성 층이 서로 전기화학 셀을 만들기 위해 안쪽에서 접하도록, 서로 마주하게 정렬된다. 스위칭 재료는 그 사이에 끼워 넣어지고, 각각의 도전층과 접촉한다. 기판 사이에 끼워진 스위칭 재료를 유지함은 물론, 두 기판을 함께 결합하기 위해 시일이 요구될 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 스위칭 재료는 기판 사이의 접착제로서 기능할 수 있고, 그러므로 시일에 대한 필요성은 사라진다. 전극 사이에 일정한 거리를 유지하기 위해 전극 사이에 스페이서 엘리먼트가 통합될 수 있다. 이러한 스페이서 엘리먼트는 전극에 부착될 수 있고, 또는 스페이서 엘리먼트는 자유롭게 움직(free floating)일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 그리고 도 2를 참조하면, 광 필터(200)는 각각 투명한 도전성 전극(240 및 250)으로 코팅된 제1 기판(220) 및 제2 기판(230)을 포함한다. 스위칭 재료(210)는 제1 도전성 전극(240)과 제2 도전성 전극(250) 사시에 일정한 거리를 유지하기 위해 적어도 2개의 스페이서 엘리먼트(260)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 스페이서 엘리먼트는 도전성 전극(240 과 250) 사이에 대략 원하는 갭과 같은 직경 또는 두께를 가지는 글라스 또는 플라스틱 비드이다. 갭 두께는 광 필터의 바람직한 특성에 따라, 대략 1nm 내지 대략 1mm의 범위일 수 있다. 하나의 실시예에서, 바람직한 갭은 대략 25 마이크로미터이다. 다른 실시예에서, 바람직한 갭은 대략 60 마이크로미터이다. 두 도전성 전극(240 및 250)과 2개의 기판(220 및 230) 사이에 삽입된 둘레 시일(270)은 스위칭 재료(210)로부터 용제의 누수 또는 증발을 방지하기 위해 광 필터(200)의 외부 둘레에 사용될 수 있다. 스페이서 엘리먼트(260)는 또한 하나의 기판에 부착될 수 있다. 전기 리드(280)는 도전성 전극(240)에 연결되고, 리드(290)는 도전성 전극(250)에 연결된다.
본 발명의 다른 형태에 따라 그리고 도 3을 참조하면, 광 필터의 기판(320)은 하나의 패턴의 스페이서 엘리먼트(350)로 프린팅될 수 있다. 기판(320)은 PET와 같은 재료로 이루어질 수 있다. ITO와 같은 투명한 도전성 코팅(340)이 기판 위에 코팅될 수 있다. 스페이서 엘리먼트(350)는 그 다음 광 필터 라미네이트로 어셈블링되기 전에 기판에 적용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 스페이서 엘리먼트(350)는 스크린 프린팅 기술을 사용하여 기판 위에 프린팅된다. 스페이서 엘리먼트를 기판에 적용하는 다른 방법은 당업자들에게 주지되어 있다. 스페이서 엘리먼트(350)는 독일 듀셀도르프의 헨켈 코포레이션으로부터 사용가능한 'Acheson ElectroDAG PD-038 UV Curable Dielectric Dot Spacer material'와 같은 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 다른 재료 또한 스페이서 도트를 형성하기 위해 사용하기 위해 고려되었다. 스페이서 엘리먼트(350)는 필터의 광 특성에 그 영향을 줄이기 위해 가능한 떨어져 있어야 하지만, 두 전극 사이에 바람직한 일정한 갭을 유지하기 위해 함께 충분히 근접해야 한다. 하나의 실시예에서, 스페이서 엘리먼트는 대략 3mm 이격되어 있고, 대략 40마이크로미터의 직경이다. 다른 실시예에서, 스페이서 엘리먼트는 대략 1mm 내지 대략 100mm 이격되어 있다. 다른 실시예에서, 스페이서 엘리먼트는 대략 10mm 내지 대략 500mm 이격되어 있다. 둘레 시일(360)은 기판(320)의 둘레에 적용될 수 있다. 둘레 시일(360) 에폭시 또는 다른 접착제와 같은 재료일 수 있고, 또는 시트 재료로 형성되고 기판(320) 상에 라미네이팅될 수 있다. 둘레 시일(360)을 위해 사용되는 재료가 액체 재료이면, 그것은 또한 스크린 프린팅될 수 있다. 버스 바(330)는 도전성 코팅(340)에 전기적 연결을 제공하기 위해 기판(320)의 하나의 에지에 적용될 수 있다. 버스 바(330)는 구리, 알루미늄, 은, 금, 또는 다른 도전성 재료와 같은 몇몇 도전성 재료로 형성될 수 있다. 버스 바(330)는, 예컨대, 은 에폭시 또는 은 잉크 재료를 사용하여 프린팅될 수 있다. 버스 바(330)는 또한 도전성 접착제를 가진 구리 테이프를 사용하여 형성될 수 있다. 전기적 리드(370)는 버스 바(330)에 부착될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예는 도 4에 도시되어 있다, 여기서, 광 필터(400)의 스위칭 재료(410)는 스페이서 엘리먼트 패턴(420)에 의해 형성된 각각의 셀 내에 밀봉된다. 스페이서 엘리먼트 패턴(420)은 기판(430)에 적용될 수 있다. 기판(430)은 ITO와 같은 도전성 재료로 사전코팅될 수 있다. 스페이서 엘리먼트 패턴(420)은 스위칭 재료(410)의 포켓을 인클로징하고 밀봉한다. 기판(440)과 기판(430) 사이에 일정한 갭을 제공하기 위해, 스페이서 엘리먼트 패턴(420)은 또한 기판(440 및 430)을 함께 결합할 수 있고, 누수 또는 증발을 통해 스위칭 재료의 손실을 방지하기 위해 스위칭 재료(410)로 채워진 각각의 셀에 대한 시일을 제공할 수 있다. 하나의 실시예에서, 스페이서 엘리먼트 패턴(420)은 허니콤(honeycomb) 패턴이다. 다른 실시예에서, 스페이서 엘리먼트 패턴(420)은 정방형 패턴, 또는 다른 타입의 닫힌 패턴이다. 버스 바(450)는 기판(440)에 부착되어 있고, 리드(460)는 버스 바(450)에 부착되어 있다. 제2 버스 바(480)는 기판(430)에 부착되어 있고, 전기 리드(470)는 버스 바(480)에 부착되어 있다.
광 필터를 준비하는 프로세스
본 발명의 광 필터는 다양한 프로세싱 방법에 적합할 수 있다. 특히, 본 발명은 광 필터를 만들기 위한 롤-대-롤 프로세싱 방법을 고려하고, 일반적으로 적어도 하나의 전극을 형성하기 위해 플렉시블 투명 기판의 한 사이드 위에 코팅되거나 증착된 투명한 도전성 재료를 가지는 플렉시블 투명 기판을 제공하는 단계, 및 스위칭 재료로 플렉시블 기판의 도전성 사이드를 코팅 또는 증착시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 필요한 제2 전극을 형성하기 위해 투명한 도전성 재료로 유사하게 코팅되거나 증착될 수 있는 제2 플렉시블 기판을 제공하는 단계; 및 샌드위치 구조를 형성하기 위해 스위칭 재료의 위에 제2 기판을 적용하는 단계;를 포함한다. 스위칭 재료는 2개의 투명한 도전성 전극과 접촉한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 광 필터를 제조하는 방법은 투명한 기판을 제공하는 단계, 전극을 형성하기 위해 투명한 기판의 하나의 사이드에 실질적으로 투명한 도전성 코팅을 적용하는 단계, 스위칭 재료를 포함하는 포뮬레이션으로 기판을 코팅하는 단계, 및 샌드위치 구조를 형성하기 위해 스위칭 재료 위에 도전성 코팅으로 코팅된 제2의 유사하게 준비된 기판을 라미네이팅하는 단계를 포함한다. 투명한 기판은 글라스, 또는 투명한 PET 재료, 또는 몇몇 다른 폴리머일 수 있다.
하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 상온에서 높은 점도를 가지고, 기판에 적용되거나 코팅되게 하기 위해 가열함으로써 낮은 점도의 액체로 된다. 하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 대략 100℃로 가열되고, 기판 사이에서 가압된다. 본 발명의 다른 실시예에 따라, 스위칭 재료는 액체로 먼저 주조된 후, 겔을 형성하도록 재료의 점도를 증가시키기 위해 더 처리된다. 예컨대, 이러한 스위칭 재료는 건조될 수 있는데, 여기서, 용제 또는 보조용제(co-solvent)는 스위칭 재료로부터 증발된다. 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 겔을 형성하도록 점도를 높이기 위해 경화(curing)될 수 있다. 스위칭 재료를 경화시키는 것은 UV 광에 의해 달성될 수 있다. UV 광에 노출된 때, 그 점도를 증가시키기 위해 포뮬레이션을 가교(crosslink)시키는데 도움을 줄 수 있는 광개시제(photoinitiator)가 스위칭 재료에 첨가될 수 있다. 열 또는 전자 빔에 노출시키는 것과 같은 다른 경화 방법이 상이한 포뮬레이션과 함께 가능할 수 있다. 당업자들은 이러한 폴리머화 및/또는 가교가 화학적, 열적, 또는 광-타입의 개시제에 의해 게시될 수 있음이 이해될 것이다. UV 경화의 일반적인 방법은 UV 광에 노출된 때, 폴리머화 및/또는 가교를 개시하기 위해 라디칼을 형성하는 구성성분을 첨가함으로써 달성될 수 있다. 적합한 폴리머화 개시제는 주지되어 있고, 예컨대, AIBN,과 같은 열 감응 개시제, DAROCUR 4265와 같은 광 개시제를 포함한다. 그 다음, 겔 형태의 스위칭 재료는 통합 구조를 형성하기 위해 두 기판 모두에 부착될 수 있다.
필터가 만들어진 후, 필터는 일정한 크기로 절단될 수 있고, 필요하다면, 그 둘레가 밀봉되고, 전극에 전기적 연결이 만들어질 수 있다. 이러한 전기적 연결은 투명한 도전성 코팅과 접촉하여 기판 위에 버스 바를 프린팅함으로써 만들어질 수 있다. 그 다음 버스 바에 전기적 리드가 부착될 수 있다. 완성된 때 광 필터는 UV 광의 존재에 의해 자동적으로 어두워질 것이고, 적절한 전기적 전하가 전극에 인가된 때 사용자가 광 필터를 더 밝은 상태로 복귀시킬 수 있게 한다.
광 필터의 테스팅
본 발명의 광 필터의 성능 효능은 예컨대, 광 필터의 가시광 투과율, 헤이즈(haze), 스위칭 속도, 광안정성, 사이클링, 및 전압 요구사항을 포함하는, 당 분야의 표준 기술을 사용하는 연구를 실행함으로써 테스트될 수 있다.
1. 광안정성
본 발명의 광 필터의 UV 광에 대한 광안정성은 당업자들에게 주지된 실외 테스트 방법에 의해 또는 인공 가속 테스트 방법을 사용하여 테스트함으로써 판정될 수 있다. 광 안정성 테스트는 노출 광, 온도, 및 때때로 습도가 컨트롤될 수 있는 컨트롤된 조건 하에서 수행되는 것이 전형적이다.
UV 노화 테스트는, 예컨대, 50℃ 및 상온의 습도의 QUV 기기에서 수행될 수 있다. 하나의 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 700 시간의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 1400 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 2100 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 3500 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 7000 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다.
UV 노화 테스팅은 또한 솔라 라이트 16에스 가속 노화 테스트 기기에서 수행될 수 있다. 솔라 라이트는 매우 가속된 노화 테스트를 위해 작은 집중된 빔의 UV 광을 제공하기 위해 필터링될 수 있는 크세논-아크 램프를 사용한다. 하나의 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 솔라 라이트 기기에서 100 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 솔라 라이트 기기에서 250 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 솔라 라이트 기기에서 500 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 솔라 라이트 기기에서 750 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 % 열화는 솔라 라이트 기기에서 1000 시간 이상의 기간에 걸쳐 50% 미만이다.
2. 사이클링 내구력
사이클링 내구력, 또는 스위칭 내구력은 본 발명의 광 필터의 주기적인 스위칭 능력을 측정한다. 사이클링 내구력은 광 필터가 고장나기 전에 겪을 수 있는 밝은 상태와 어두운 상태 사이에서의 주기적 스위칭의 횟수를 측정한다.
본 발명의 광 필터의 사이클링 내구력은 광 필터가 사용자 컨트롤되는 사이클링 프로파일에 따라 광 필터의 어두운 상태와 밝은 상태 사이에서 지속적으로 사이클링되는 분석 기술에 의해 판정될 수 있다. 예를 들어, 그리고 하나의 실시예에서, 사이클링 내구력은 광 필터의 초기 대조비의 50%까지 대조비가 감소하기 전에 광 필터에 의해, 10% VLT와 90% VLT의 한계 사이에서 달성되는 사이클의 횟수로서 측정되며, 즉, 50% 열화는 광 필터가 고장이라고 한다. 하나의 실시예에서, 광 필터의 사이클링 내구력은 대략 100 사이클 초과이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 사이클링 내구력은 대략 500 사이클 초과이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 사이클링 내구력은 대략 1,000 사이클 초과이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 사이클링 내구력은 대략 10,000 사이클 초과이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 사이클링 내구력은 대략 40,000 사이클 초과이다.
3. 가시광 투과율(VLT)
VLT는 미국 플로리다 더니든의 오션 옵틱스로부터 사용가능한 오션 옵틱스 포토스펙트로미터(photospectrometer)를 사용하여 측정될 수 있다. VLT는 전자기 스펙트럼 중 가시광 부분에 걸친 투과율의 평균이다. 광 필터의 어두운 상태에서 VLT는 1% 내지 40% 이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 어두운 상태에서 VLT는 2% 내지 20% 이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 어두운 상태에서 VLT는 5% 내지 15% 이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 밝은 상태에서 VLT는 50% 내지 90% 이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 밝은 상태에서 VLT는 60% 내지 80% 이다. 다른 실시예에서, 광 필터의 밝은 상태에서 VLT는 65% 내지 75% 이다.
4. % 헤이즈(haze)
광이 본 발명의 광 필터를 통과할 때 광의 산란도, 또는 % 헤이즈는 주지된 방법을 사용하여, 예컨대, BYK-가드너로부터의 XL-211 헤이즈미터(Hazemeter)를 사용하여 측정될 수 있다. 하나의 실시예에서, % 헤이즈는 10% 미만이다. 다른 실시예에서, % 헤이즈는 5% 미만이다. 다른 실시예에서, % 헤이즈는 2% 미만이다. 다른 실시예에서, % 헤이즈는 1% 미만이다.
5. 스위칭 속도
스위칭 속도는 밝은 상태와 어두운 상태, 및 또한 어두운 상태와 밝은 상태 사이의 전환하는데 걸리는 시간으로 측정된다. 하나의 실시예에서, 스위칭 속도는 밝은 상태에서 원래의 VLT의 90%와 어두운 상태에서 원래의 VLT의 10% 사이에서의 전환하는데 필요한 시간이다.
광 필터의 사용
본 발명의 광 필터는 다양한 애플리케이션에 통합될 수 있다. 특히, 본 발명의 광 필터는 광을 다이내믹하게 컨트롤하고 필터링하는 것이 바람직한 시스템에 적용가능하다. 본 발명의 광 필터는 있는 그대로 사용될 수도 있고, 또는 글라스 또는 폴리카보네이트와 같은 다른 기판 위에 라미네이팅될 수 있다.
1. 가변 투과율 윈도우
본 발명의 광 필터는 윈도우 시스템 상의 컨트롤가능한 가변 투과율 기능을 제공하기 위해 다양한 윈도우 시스템에 통합될 수 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 가변 투과율 윈도우는 본 명세서에 서술된 스위칭 재료, 글라스 또는 투명 폴리머의 시트와 같은 투명한 기판을 포함한다. 글라스는 윈도우 애플리케이션에서 사용되는 가장 전형적인 투명 기재이지만, 투명 폴리머 재료 및 다른 재료가 또한 사용될 수 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 스위칭 재료는 UV 또는 태양광에 노출된 때 자동적으로 어두워질 것이고, 윈도우의 VLT는 감소된다. 이는 눈부심을 줄이고 사용자의 편안함을 향상시키는 것을 돕는다. 가변 투과율 윈도우는 스위칭 재료와 접촉하도록 배치된 전극들을 더 포함한다. 하나의 실시예에서, 이 전극들은 기판의 동일한 표면 상에 배치되고, 스위칭 재료와 접촉한다. 다른 실시예에서, 스위칭 재료는 제1 기재와 제2 기재 사이에 끼워 넣어지고, 각각의 기재의 각각의 마주한 면 위에 배치된 전극과 접촉한다. 리드는 스위칭 재료에 전압을 인가하기 위해 전극에 연결된다. 스위칭 재료에 전압이 인가된 때, 스위칭 재료는 밝아지고, 더 높은 퍼센트의 입사 가시광을 투과시킨다. 컨트롤 전자기기는 필터에 전압이 인가되는 때를 사용자가 컨트롤할 수 있게 한다. 예를 들어, 사용자는 스위칭 재료를 밝게 하기 위해 전극에 전압을 인가하도록 컨트롤 전자기기에 지시하기 위해 버튼을 누를 수 있다. 파워 컨트롤 전자기기는 또한 승용차에서 사용가능한 DC 전압을 스위칭 재료를 밝게 하는데 사용하기에 적합한 DC 전압으로 변환하기 위한 전압 컨버터를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 가변 투과율 윈도우는 UV 광에 노출된 때 어두운 상태로 자동적으로 스위칭할 수 있고, 원할 때 전압의 인가를 통해 더 밝은 상태로 스위칭될 수 있다.
도 8은 본 발명의 가변 투과율 윈도우의 하나의 실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 필터(310)는 플랙시블 기판 재료를 사용하여 만들어지고, 각각 접착제(840 및 850)를 가진 투명한 윈도우 기판(820) 및 투명한 윈도우 기판(830) 사이에 라미네이팅될 수 있는 필름으로서 기능한다. 투명 윈도우 기판(820)은 플로트 글라스(float glass)의 시트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 투명 윈도우 기판은 (예컨대, 펜실베니아 피츠버그의 PPG 인더스트리즈로부터 사용가능한) 3mm 두께의 투명한 플로트 글라스이다. 폴리카보네이트 및 다른 투명 폴리머 재료와 같은 다른 재료 또한 투명 윈도우 기판(820)용으로 사용될 수 있다. 투명 윈도우 기판(830)은 투명 윈도우 기판(820)과 동일한 재질일 수도 있고, 또는 다른 재질일 수도 있다. 광 필터(310)는 투명 윈도우 기판(820)과 투명 윈도우 기판(830) 사이에 각각 접착 층(840) 및 접착 층(850)을 사용하여 라미네이팅될 수 있다. 광학적으로 선명하고 투명한 접착제의 예는 미네소타의 세인트 폴의 3M으로부터의 부재번호 8172에서 찾을 수 있다. 다른 접착제도 사용될 수 있고, 임의의 접착제를 사용하지 않는 것도 가능하다. 전기 리드(860 및 870)는 광 필터 내의 전극에 연결된다. 전극들은 스위칭 재료와 접촉하고 있고, 전극에 전압이 인가된 때 스위칭 재료는 어두운 상태에서부터 밝아진다.
다른 실시예에서, 윈도우는 투명 윈도우 기판(820 및 830)의 안쪽에 직접적으로 적용된 투명 도전성 코팅을 포함하여 제조된다. 앞서 서술한 바와 같이, 투명 도전성 코팅은 ITO 또는 다른 투명 도전성 코팅일 수 있다. 스위칭 재료는 투명 도전성 코팅 사이에 직접적으로 끼워 넣어지고, 전기 리드(860 및 870)는 투명 윈도우 기판(820) 및 투명 윈도우 기판(830) 상의 투명 도전성 코팅에 각각 부착된다. 스위칭 재료는 ITO 코팅된 투명 윈도우 기판에 액체로 적용될 수 있고, 또는 스위칭 재료는 높은 점도의 겔을 형성하기 위해 경화를 거칠 수 있다. 하나의 실시예에서, 스위칭 재료는 DUROCUR(스위스 바젤의 시바 스페셜티 케미컬즈)와 같은 광 개시제를 포함하고, 두 투명한 윈도우 기판에 부착된 반액체 고점도 겔 또는 고체를 형성하기 위해 UV 광을 사용하여 경화된다. 높은 점도의 액체 또는 겔을 형성하기 위한 다른 컴파운드 및 방법도 가능할 수 있다.
본 발명의 광 필터는 또한 도 9의 하나의 실시예로 도시된 비평면 윈도우 시스템에 통합될 수 있다. 본 발명의 플렉시블 광 필터(910)는 접착제(940)로 비평면 투명 기판(920)에 부착된다. 전기 리드(940 및 960)는 광 필터(910) 내의 전극에 부착된다. 비평면 투명 기판(920)은 글라스와 같은 투명 재료 또는 폴리카보네이트 또는 다른 폴리머와 같은 다른 투명 재료의 만곡 시트일 수 있다. 하나의 실시예에서, 광 필터(910)는 투명 기판에 본 발명의 광 필터를 라미네이팅함으로써 윈도우 시스템에 통합될 수 있다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터(910)는 2개의 만곡 투명 기판 사이에 본 발명의 광 필터를 라미네이팅함으로써 윈도우 시스템에 통합될 수 있다.
1.1 건물용 스마트 윈도우
스마트 윈도우는 설계시 통합된 외부적 자극에 따라 어두워지고 밝아질 수 있는 다이내믹 글레이징을 가진다. 고정된 대신에, 스마트 윈도우의 가시광 투과율은 가변적이다. 이러한 방식으로, 스마트 윈도우는 사용자의 편안함은 물론, 빌딩의 에너지 효율을 향상시키기 위해 눈부심을 줄이고 태양열 취득을 줄일 수 있다.
본 발명의 광 필터는 스마트 윈도우 기능을 달성하기 위해 다양한 건물용 윈도우 시스템에 통합될 수 있다. 예를 들어, 윈도우는 본 발명의 스위칭 재료 및 컨트롤 회로를 포함하도록 제조될 수 있다. 대안의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 두 글라스 시트 사이에 라미네이팅될 수 있고, 하나의 페인(pane) 윈도우로서 사용될 수 있다. 다른 실시예는 절연 유리 유닛(Insulated Glass Unit(IGU))에, 또는 프라이버시 또는 커튼 월(curtain wall)에 본 발명의 광 필터를 통합하는 것을 포함한다. 본 발명의 광 필터는 평평한 또는 만곡 윈도우 시스템에 통합될 수 있다.
본 발명의 광 필터는 절연 유리 유닛(IGU)에 통합될 수 있다. IGU는 둘레 스페이서 및 시일에 의해 바깥 둘레에 함께 밀봉된 두 글라스 시트로 만들어진다. 두 글라스 시트 사이에 밀봉된 갭은 공기로 채워지거나, 진공이거나, 또는 윈도우의 한 측에서 다른 측으로 열 전달율을 줄이기 위해 아르곤과 같은 비활성 가스로 채워질 수 있다. 본 발명의 가변 투과율 절연 유리 유닛은 적어도 2개의 글라스 시트 또는 IGU의 한 측에서 다른 측으로 열 전도를 감속시키기 위해 하나 이상의 밀봉된 갭을 따라 몇몇 다른 투명 재료를 포함한다. 가변 투과율 절연 유리 유닛은 UV 광에 노출된 때 어두워지고 전압이 인가된 때 밝아지는 스위칭 재료를 더 포함한다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 IGU의 안쪽 또는 바깥쪽 페인 상의 글라스 시트 중 하나에 라미네이팅된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 밀봉된 갭 다음에 라미네이팅된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 밀봉된 갭과 접촉하지 않은 글라스 시트의 면 위에 라미네이팅된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 IGU의 하나의 페인을 형성하는 2개의 글라스 시트 사이에 라미네이팅된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 2개의 글라스 시트 사이에 밀봉된 갭 내에 현수(suspended)된다. 본 발명의 가변 투과율 절연 유리 유닛은 또한 2개 이상의 글라스 시트 및 하나 이상의 밀봉된 갭을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 트리플 페인형 가변 투과율 IGU는 3개의 그래스 시트 및 2개의 밀봉된 갭을 형성하는 2개의 둘레 시일을 포함하고, 본 발명의 광 필터는 가변 투과율 기능을 제공하기 위해 글라스 시트 중 하나에 라미네이팅된다. 적어도 하나의 전기 리드가 광 필터의 스위칭 재료와 접촉하는 적어도 하나의 전극에 연결된다. 전극 또는 전극들에 전압이 인가된 때, 스위칭 재료는 밝은 상태에 도달할 때까지 밝아진다.
도 10은 본 발명의 가변 투과율 IGU의 하나의 실시예를 도시한다. 절연 유리 유닛(1000)은 글라스 시트(1020) 위에 라미네이팅된 본 발명의 광 필터(1010)를 포함한다. 제2 글라스 시트(1030)는 둘레 시일(1060)을 통해 글라스(1020)에 부착된다. 둘레 스페이서 및 시일(1060)은 글라스 시트(1020)와 글라스 시트(1030) 사이에 밀봉된 공간(1050)을 형성한다. 밀봉된 공간(1050)은 공기, 아르곤, 또는 몇몇 다른 가스로 채워지거나, 진공일 수 있다. 제3 글라스 시트(1040)는 그 중앙에 광 필터(1010)를 가진 샌드위치 구조를 형성하도록 광 필터(1010)의 다른 측면에 라미네이팅된다. 프레임(1070)은 절연 유리 유닛(1000)의 둘레에 위치되고, 빌딩에 가변 투과율 윈도우의 설치를 용이하게 한다. 글라스 시트(1020) 및 글라스 시트(1030)는 그 표면에 적용된 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 코팅의 예는 눈부심방지 코팅, 반사방지 코팅, 적외선 반사 코팅, 저복사율(low-emissivity) 코팅, 및 부분적으로 UV를 차단하는 필름을 포함한다. 저복사율 코팅은 글라스 시트의 안쪽면에서부터 밀봉된 갭을 통해 다른 글라스 시트로의 열 복사를 줄이는 역할을 한다.
도 11은 본 발명의 가변 투과율 IGU의 다른 실시예를 도시한다. 프레임(1170)에 설치된 절연 유리 유닛(1100)이 도시되어 있다. 절연 유리 유닛은 글라스 시트(1120) 상에 라미네이팅된 본 발명의 광 필터를 포함한다. 둘레 스페이서 및 시일(1160)은 글라스 시트(1120)와 글라스 시트(1130) 사이에 밀봉된 공간을 형성한다. 다른 글라스 시트(1140)는 광 필터(1110)의 다른 측면 위에 라미네이팅된다. 폴리카보네이트 또는 다른 투명 폴리머와 같은 다른 투명한 재료가 글라스 시트를 대신하여 사용될 수 있다. 광 필터(1110)는 스위칭 재료에 걸친 전압을 인가하기 위한 2개의 전극을 포함한다. 와이어(1180)는 전극 중 하나에 연결되어 있고, 와이어(1190)는 다른 전극에 연결된다. 전기적 커넥터(1130)는 (도시되지 않은) 전원 및 컨트롤 박스에 연결을 용이하게 한다. 시일(1140)은 프레임(1170)에 절연 유리 유닛(1100)을 고정시키기 위해 사용될 수 있다. 절연 유리 유닛(1100)이 UV 광에 노출된 때, 광 필터(310)는 자동적으로 어두워지고, 가시광 스펙트럼에서의 절연 유리 유닛(300)의 퍼센트 투과율은 어두운 상태에 도달할 때까지 감소된다. 이는 밝은 날 태양 열 취득을 줄이는데 도움을 줄 수 있다. 와이어(1180) 및 와이어(1190)를 통해 스위칭 재료에 전압이 인가된 때, 광 필터는 밝아지고, 가시광 스펙트렘에서의 절연 유리 유닛(1100)의 퍼센트 투과율은 밝은 상태에 도달할 때까지 증가된다.
도 12는 본 발명의 가변 투과율 IGU의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 절연 유리 유닛(1200)은 글라스 시트(1220) 및 글라스 시트(1230)를 포함한다. 본 발명의 광 필터(1210)는 밀봉된 갭(1250)과 접촉하는 글라스 시트(1220)의 안쪽에 라미네이팅된다. 팩커 및 시일(1260)은 글라스 시트(1220) 및 글라스 시트(1230)를 이격시키고, 밀봉된 갭(1250)을 만들기 위한 시일을 제공한다. 절연 유리 유닛(1200)는 프레임(1270)에 설치될 수 있다. 와이어(1280) 및 와이어(1290)는 앞서 서술한 바와 같이 광 필터와 접촉한 전극에 연결된다.
도 13은 본 발명의 가변 투과율 IGU의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 절연 유리 유닛(1300)은 글라스 시트(1320) 및 글라스 시트(1330)를 포함한다. 본 발명의 광 필터(1310)는 글라스 시트(1320)의 바깥면에 라미네이팅되고, 밀봉된 갭(1350)과 접촉하지 않는다. 스페이서 및 시일(1360)은 밀봉된 갭(1350)을 만들기 위해 시일을 제공한다. 절연 유리 유닛(1300)은 프레임(1370)에 설치될 수 있다. 와이어(1380) 및 와이어(1390)는 앞서 서술한 바와 같이 광 필터와 접촉하는 전극에 연결된다.
도 14는 본 발명의 가변 투과율 IGU의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 절연 유리 유닛(1400)은 글라스 시트(1420) 및 글라스 시트(1430)를 포함한다. 본 발명의 광 필터(1410)는 글라스 시트(1420) 및 글라스 시트(1430) 사이에 현수된다. 둘레 스페이서 및 시일(1440)은 글라스 시트(1430)와 광 필터(1410) 사이에 밀봉된 공간(1450)을 만든다. 둘레 스페이서 및 시일(1460)은 글라스 시트(1420)와 광 필터(1410) 사이에 밀봉된 공간(1470)을 만든다. 도 14에 도시된 실시예는 대부분의 더블-페인형 IGU에서처럼 오직 하나의 밀봉된 공간을 가지는 것이 아니라, 광 필터(1410)의 양측에 2개의 개별적인 밀봉된 공간(1470 및 1450)을 가진다. 밀봉된 공간(1495) 및 밀봉된 공간(1450)은 절연 유리 유닛(1400)을 통한 열 전도율을 줄일 수 있고, 그로 인해 가변 투과율 윈도우의 절연 능력이 향상된다. 절연 유리 유닛(700)은 프레임(1480)에 설치될 수 있다. 와이어(1490) 및 와이어(1495)는 앞서 서술한 바와 같이 광 필터와 접촉하는 전극에 연결된다. 커넥터(1445)는 외부적인 컨트롤 회로 및 전원에 연결을 가능하게 한다.
본 발명의 가변 투과율 윈도우의 작동을 컨트롤하기 위해, 윈도우는 서술된 바와 같은 컨트롤 회로에 연결된다. 단일 가변 투과율 윈도우가 하나의 컨트롤 회로에 연결될 수 있고, 또는 복수의 가변 투과율 윈도우가 하나의 컨트롤 회로에 연결될 수도 있다. 도 15는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복수의 가변 투과율 윈도우에 연결된 파워 컨트롤 유닛의 하나의 구성을 도시한다. 파워 컨트롤 전자기기(1500)는 와이어(1530)를 통해 복수의 가변 투과율 윈도우에 연결된다. AC 파워가 정규 가정용 파워로부터 와이어(1520)를 통해 공급된다. 이 AC 파워는 북 아메리카에서 볼 수 있는 표준 120 볼트 60 Hz 전기일 수 있다. 유럽 또는 다른 곳에서, 이 AC 파워는 220 볼트 AC 형태일 수 있다. 다른 전압 및 주파수도 가능하다. 파워 컨트롤 전자기기(1500)는 전기함(1550)에 설치된다. 전기함(1550)은 대부분의 거주용 및 상업용 설치에서 볼 수 있는 표준 전기함일 수 있다. 하나의 실시예에서, 전기함(1550)은 집의 벽에 설치될 수 있다. 커버 플레이트(1560)는 전기함(1550)을 덮기 위해 사용된다. 전기 와이어(1520)는 벽속으로 지나갈 수 있다. 다른 실시예에서, 컨트롤 전자기기(1500)는 벽 바깥에 위치하도록 설계된 박스 내에 설치된다. 파워는 표준 프롱형(pronged) 파워 아웃렛(outlet)에 플러깅되는 표준 파워 코드로부터 공급될 수 있다. 가변 투과율 윈도우(1510)은 와이어(1540)와 병렬로 함께 연결된다. 대안으로서, 가변 투과율 윈도우(1510)는 각각 컨트롤 박스(1550)로 다시 지나가는 자신의 와이어를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 버튼(1570) 및 버튼(1580)은 사용자가 가변 투과율 윈도우를 컨트롤할 수 있게 한다. 사용자가 가변 투과율 윈도우를 밝게 하고자 할 때, 버튼(1570)이 눌러진다. 하나의 실시예에서, 버튼(1570)은 "선명하게"로 라벨링된다. 버튼(1570)이 눌러진 때, 파워 컨트롤 전자기기(1500)는 가변 투과율 윈도우를 밝게 하기 위해 고정된 시간 기간 동안 가변 투과율 윈도우(1510)에 전압을 인가할 것이다. 하나의 실시예에서, 가변 투과율 윈도우(1510)를 페이드(fade)시키기 위해 대략 10초 내지 대략 5분 동안 전압이 인가된다. 전압이 인가된 후, 가변 투과율 윈도우(1510)는 가변 투과율 윈도우가 UV 광에 노출되어 있지 않다면, 밝은 상태로 유지될 것이다. 그러나, 가변 투과율 윈도우(1510)가 UV 광에 노출되어 있다면, 가변 투과율 윈도우는 파워 컨트롤 전자기기(1500)가 스위치를 개방하고, 가변 투과율 윈도우(1510)에 더 이상 전압을 인가하지 않자마자 자동적으로 다시 어두워지기 시작할 것이다. 버튼(1580)은 사용자가 가변 투과율 윈도우(1510)를 UV 광이 존재하더라도 밝은 상태로 유지하고자 할 때 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 버튼(1580)은 "홀드/취소"로 라벨링된다. 버튼(1580)을 누르는 것은 컨트롤 전자기기가 가변 투과율 윈도우(1510)에 전압을 인가하게 하고, 더 긴 시간 기간 동안 그 전압을 유지하게 할 것이다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(1500)는 8시간 동안 가변 투과율 윈도우 상의 전압을 유지한다. 다른 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(1500)는 전압이 인가되는 동안 버튼(1580)을 누르는 것이 회로를 개방하고, 가변 투과율 윈도우(1510)에 전압을 인가하는 것을 중지시키도록 설계된다. 발광 다이오드 또는 다른 지시기 라이트는 가변 투과율 윈도우(1510)에 전압이 인가되고 있을 때를 사용자에게 지시하기 위해 버튼(1570) 및 버튼(1580)에 사용될 수 있다. 다른 컨트롤 스킴이 파워 컨트롤 전자기기(1500)에 입력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 다른 타입 및 다른 개수의 스위치 및 버튼이 또한 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 버튼(1570) 및 버튼(1580)은 쓰리 포지션 노브(three position knob)로 대체될 수 있다.
도 17은 본 발명의 가변 투과율 IGU를 제조하는 프로세스의 하나의 실시예를 도시한다. 본 프로세스는 제1 글라스 시트 또는 폴리카보네이트와 같은 다른 형태의 투명 윈도우 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 광 필터가제공되고 제1 시트의 윈도우 투명 기판 상에 라미네이팅된다. 제2 시트의 투명 윈도우 기판은 그 다음 절연 유리 유닛을 형성하기 위해 둘레 스페이서 및 시일 재료로 제1 시트의 투명 윈도우 기판에 부착된다. 밀봉된 공간은 아르곤 또는 몇몇 다른 가스와 같은 가스로 채워질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 본 프로세스는 하나 이상의 투명 윈도우 기판에 코팅을 적용하는 단계를 포함한다. 이러한 코팅은, 예컨대, 하나의 투명 기판으로부터 밀봉된 공간을 통한 다른 투명 윈도우 기판으로의 열 복사를 줄이기 위한 저복사율 코팅일 수 있다.
1.2 차량용 가변 틴트 윈도우
틴트 윈도우 또는 틴트 윈도우 필름은 차, 버스, 기차, 비행기, 보트, 페리 및 다른 교통수단의 썬루프 및 사이드 윈도우와 같은 차량 애플리케이션에서 일반적으로 사용된다. 틴트 윈도우는 특히 더운 기후에서 심각한 문제일 수 있는 맑은 날 차량의 가열을 줄인다. 틴트 윈도우는 또한 특히 직사광선이 눈부심을 일으킬 수 있는 밝은 날에 탑승자 편안함을 증가시킬 수 있고, 추가적인 프라이버시를 제공한다.
본 발명의 광 필터는 가변 틴트 기능을 제공하기 위해 윈도우 시스템에 통합될 수 있다. 이러한 기능은 차량 윈도우 애플리케이션에서 특히 바람직하다. 가변 틴트 윈도우는 다양한 차량 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 가변 틴트 윈도우는 자동차 내의 썬루프, 사이드 윈도우, 및 후방 윈도우 용으로 사용될 수 있다. 가변 틴트 윈도우는 버스 및 기차 내의 승객 윈도우용으로 사용될 수 있고, 가변 틴트 윈도우는 또한 비행기 및 보트내의 윈도우용으로 사용될 수 있다. 본 발명의 가변 틴트 윈도우는 본 발명의 오토-다크닝 재료 및 컨트롤 회로를 포함하여 제조될 수 있다. 대안의 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 두 글라스 시트 사이에 라미네이팅되거나, 글라스 시트의 하나의 측면에 부착될 수 있다. 또한, 가변 틴트 윈도우는 평평할 수 있고, 또는 만곡 윈도우용으로 사용될 수도 있다.
도 18a 및 18b는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 2개의 상이한 틴트 상태에서의 가변 틴트 윈도우를 통한 광의 투과율을 도시한다. 도 18a는 어두운 틴트 상태에서의 가변 틴트 윈도우(1800)를 도시한다. 가변 틴트 윈도우는 글라스 시트(1820) 상에 라미네이팅된 본 발명의 광 필터(1810)를 포함한다. 이것은, 예컨대, 차량의 사이드 윈도우일 수 있다. 다른 실시예에서, 가변 틴트 윈도우(1800)는 부스러짐(shattering)을 방지하고 안전성을 향상시키기 위해 제2 글라스 시트 및 접착 수지와 같은 라미네이트를 포함한다. 태양으로부터의 입사광(1830)은 400 내지 750nm 범위의 가시광을 포함한다. 틴트 상태에서의 가변 틴트 윈도우는 가시광의 상당 부분을 흡수하거나 반사할 것이다. 단지 1 퍼센트의 가시광이 투과된 광(1840) 형태로 가변 틴트 윈도우를 통해 투과될 것이다. 하나의 실시예에서, 가변 틴트 윈도우는 어두운 틴트 상태에서 대략 5% 내지 30%의 광을 투과한다. 밝은 날에, 이것은 차량 탑승자에게 감소된 눈부심, 증가된 프라이버시, 및 차량 내부의 감소된 태양열 취득을 제공할 것이다. 다른 어두운 틴트 레벨이 가능하고, 상이한 틴트 레벨이 광 필터를 더 얇게 또는 더 두껍게 만듦으로써, 또는 사용되는 스위칭 재료를 변경함으로써 달성될 수 있다. 상이한 색상이 또한 가시광의 상이한 파장을 흡수하는 상이한 스위칭 재료로 달성될 수 있다.
도 18b는 더 밝은 틴트 또는 선명한 상태에서의 가변 틴트 윈도우(1800)를 도시한다. 어두운 날에, 가변 틴트 윈도우(1800) 상의 틴트는 가변 틴트 윈도우에 전기적 전하의 인가에 의해 밝아지거나 제거될 수 있다. 더욱 상세하게는, 전기 전하의 인가는 광 필터(1810) 내의 스위칭 재료가 상이한 상태로 변함으로써 그 광 흡수 특성을 변경하게 할 것이다. 도 18b에서, 투과되는 광(1850)는 현재 도 18a 도시된 어두운 틴트 상태에서보다 더 높은 퍼센트의 입사광(1830)을 포함한다. 더 밝은 틴트는 차량 탑승자에게 바깥의 더 우수한 시야를 제공하고, 저광 및 야간 시간 조건에서 안전성을 증가시킨다. 더 선명하고 밝은 틴트 상태에서, 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 가변 틴트 윈도우(1800)는 입사광(1830)의 대략 40% 내지 90%를 투과시킨다. 투명한 윈도우기판(1820)은 낮은 퍼센트의 입사광(1830)을 흡수할 것이고, 광 필터(1810) 또한 선명한 상태에서도 낮은 퍼센트의 입사광을 흡수할 것이므로, 밝은 틴트 상태에서도 가능한 최대 퍼센트 가시광 투과율은 100% 투과율 미만일 것이다. 중간 틴트 레벨은 어두운 틴트 상태에서 밝은 틴트 상태로 변할 때 가변 틴트 윈도우(1800)에 전압이 인가되는 시간 기간을 컨트롤 함으로써, 또는 센서 및 전자기기 컨트롤을 사용함으로써 달성될 수 있다.
가변 틴트 윈도우는 또한 스위칭 재료 내에 특정한 컴파운드를 통합함으로써, 또는 가변 틴트 윈도우에 코팅 또는 다른 재료를 추가함으로써 자외선(UV) 내의 전자기 방사선을 차단하도록, 또는 적외선(IR) 방사선을 흡수 또는 반사하도록 설계될 수 있다. 이러한 코팅의 예는 눈부심 방지 코팅, 반사방지 코팅, 적외선 반사 코팅, 및 부분적으로 UV 광을 차단하는 필름을 포함한다. 다른 코팅 또한 심사숙고되었다. 광 필터용으로 사용되는 투명 전극은 또한 IR 반사에 기여한다. 태양 스펙트럼으로부터의 에너지 중 대략 50%는 IR 형태이고, 대략 50%는 가시광 형태이다. IR 광을 차단하는 것은 차량 내부의 태양열 취득을 줄이는데 도움을 줄 것이다. 그러나, 최선의 태양열 취득 감소는 차량 내에 가시광과 적외선 모두의 투과를 막음으로써 달성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 가변 틴트 윈도우는 저광인 날과 야간에 우수한 외부 가시성을 제공하면서, 밝은 날에 최대 태양열 취득 감소를 가능하게 한다. 이것은 가변적이지 않은 틴트 윈도우에서 보다 더 어두운 틴트를 가능하게 하고, 밝은 날 태양열 취득 감소를 더 향상시킨다.
도 19는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 차량에 본 발명의 가변 틴트 윈도우의 애플리케이션을 도시한다. 가변 틴트 윈도우(1900)는 썬루프 또는 문루프에 가변 틴팅을 제공하기 위해 차량의 지붕에 설치되도록 설계된다. 본 발명의 광 필터(1910)는 프레임(1920)내에 장착되는 만곡 투명 기판 위에 라미네이팅된다. 태양광이 존재할 때, 가변 틴트 윈도우(1900)는 자동적으로 어두워질 것이다. 전기적 커넥션(1930)은 차량 배터리 및 교류발전기(alternator)에 의해 공급되는 DC 전압에 컨트롤 전자기기를 통해 연결된다. 컨트롤 전자기기는 가변 틴트 윈도우(1900)에 전압을 연결하고 해제하는 버튼 또는 스위치를 포함할 수 있다. 컨트롤 전자기기는 또한 자동차에서 전형적으로 사용가능한 12 볼트 DC를 스위칭 재료에 적절한 전압으로 변환하기 위한 DC-DC 컨버터 또는 레귤레이터를 포함할 수 있다. 차량 내의 운전자 또는 승객이 버튼을 누르거나 스위치를 활성화한 때, 파워 컨트롤 전자기기는 가변 틴트 윈도우를 더 밝은 틴트 또는 선명한 상태로 변화시키기 위해 광 필터(1910) 내의 스위칭 재료에 전기적 연결(1930)을 통해 DC 전압을 인가한다. 가변 틴틸을 가진 썬루프는 자동차 내부의 태양열 취득을 줄이고 맑은 날 차량 내부가 너무 밝아지는 것을 방지하는데 상당한 이점을 제공할 수 있다. 가변 틴트 윈도우(1900)는 밝은 날 썬루프를 차단하기 위해 일반적으로 사용되는 불투명 블라인드에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 가변 틴트 윈도우는 밝은 날에 감소된 광 투과율을 제공함과 동시에, 차량 탑승자들이 썬루프가 불투명 블라인드로 덮혀있었다면 그들이 볼 수 없었을 것들을 볼 수 있게 한다. 이는 특히 차량의 지붕의 대부분을 커버하는 차량용 새로운 파노라마 썬루프에서 중요할 수 있다.
도 20은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 가변 틴트 윈도우를 가진 자동차의 일반적인 도면을 도시한다. 차량(2000)은 썬루프(2010), 후방 윈도우(2020), 후방 사이드 윈도우(2030), 전방 사이드 윈도우(2040) 및 전면 윈도우(2060, windshield)를 포함한다. 썬루프(2010)는 더 밝은 틴트 상태에서도, 상당히 어두운 틴트 범위를 가지는 가변 틴트 윈도우를 포함할 수 있다. 밝은 상태에서도 상당히 어두운 틴트를 유지하는 것은 차량 내부에 낮은 태양열 취득을 유지하는데 이점이 될 수 있다. 이는 특히 뜨거운 기후에서 중요할 수 있고, 에어 컨디셔닝 사용에 대한 필요성을 줄임으로써 차량의 에너지 효율을 증가시키는데 도움을 줄 수 있다. 하나의 실시예에서, 썬루프(2010)는 어두운 틴트 상태에서 대략 10%의 퍼센트 가시광 투과율을 허용하고, 밝은 틴트 상태에서 대략 30%를 허용하는 가변 틴트 범위를 가진다. 이는 대략 3:1의 대조비(밝은 상태에서의 퍼센트 가시광 투과율을 어두운 상태에서의 퍼센트 가시광 투과율로 나눈 값)를 제공한다.
후방 윈도우(2020) 및 후방 사이드 윈도우(2030)는 썬루프(2010)와 동일한 틴트 범위를 가진, 또는 상이한 틴드 범위를 가진 가변 틴트 윈도우를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 후방 윈도우(2020) 및 후방 사이드 윈도우(2030)는 어두운 틴트 상태에서 대략 15%의 퍼센트 가시광 투과율, 그리고 밝은 틴트 상태에서 대략 60%를 허용하고, 4:1의 대조비를 제공하는 상이한 가변 틴트 범위를 가진다. 이러한 더 높은 대조비는 특히 밝은 틴트 상태에서 향상된 가시성을 제공한다. 이는 차량 승객들에게 더 우수한 바깥 시야를 제공하기 위해 바람직할 수 있다. 후방 윈도우(2020) 및 후방 사이드 윈도우(2030)를 통한 태양열 취득은 그들이 썬루프(2010)처럼 머리위의 태양의 경로 내에 직접적으로 있지 않기 때문에 썬루프(2010)만큼 중요하지는 않다. 전방 사이드 윈도우(2040)는 차량의 운전자에게 훨씬 더 우수한 가시성을 제공하기 위해 어두운 틴트 상태 및 밝은 틴트 상태 모두에서 훨씬 더 높은 가시광 투과율을 가진 가변 틴트 윈도우를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전방 사이드 윈도우는 어두운 상태에서 20% 및 밝은 상태에서 80%의 가시광 투과율을 가진다. 몇몇 사법권에서는, 차량의 전면 윈도우(windshield)를 위한 최소 퍼센트 가시광 투과율을 법으로 규정한다. 이는 틴트형 전면 윈도우의 사용을 불가능하게 할 수도 있다. 그러나, 전면 윈도우의 일부분은 때때로 태양의 직접적인 눈부심으로부터 운전자를 보호하기 위해 틴트될 수 있다. 다른 실시예에서, 전면 윈도우의 윗부분은 태양 아래에서 또는 밝은 광 조건에서 운전할 때 자동적으로 틴트되고, 저광 또는 야간 조건에서 전기의 인가에 의해 운전자에 의해 선명하게 될 수 있는 가변 틴트 윈도우를 포함한다. 차량(2000)에 채용된 가변 틴트 윈도우는 하나의 컨트롤을 통해 하나의 그룹으로서 컨트롤될 수도 있고, 또는 별개의 컨트롤을 통해 독립적으로 컨트롤될 수도 있다.
도 21은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 가변 틴트 윈도우를 가진 승객용 버스의 일반적인 도면을 도시한다. 승객용 버스(2100)는 본 발명에 따른 가변 틴트 윈도우인 사이드 승객 윈도우를 포함한다. 가변 틴트 윈도우는 UV 광 또는 태양광이 존재할 때 자동적으로 어두워지고, 전기의 인가에 의해 밝아지거나 선명해질 수 있다. 버스(2100)의 사이드 승객 윈도우는 하나의 그룹으로 컨트롤될 수 있고, 또는 각각의 승객에 의해 개별적으로 컨트롤될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 이 윈도우는 사이드 승객 윈도우(2110)가 어두운 틴트 상태에 있고, 사이드 승객 윈도우(2120)가 밝은 상태에 있도록 개별적으로 컨트롤된다. 다른 실시예에서, 전면 윈도우(2140)는 특히 태양을 향해 운전할 때, 직사광으로부터 운전자를 보호하고 여전히 완전한 가시성을 유지하는데, 도움을 주기 위해 전면 윈도우의 일부분(예컨대, 윗부분)에 가변 틴트 윈도우를 포함한다.
도 22는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 틴트 윈도우를 가진 기차의 일반적인 도면을 도시한다. 기차(2200) 상의 가변 틴트 윈도우는 하나의 그룹으로 컨트롤될 수 있고, 또는 각각의 승객에 의해 개별적으로 컨트롤될 수 있다. 하나의 실시예에서, 가변 틴트 윈도우는 개별적으로 컨트롤되고, 윈도우(2210)를 어두운 틴트 상태에 있게 하고, 가변 틴트 윈도우(2220)를 밝은 상태에 있게 할 수 있다. 기차(2200)는 승객을 위한 돔(2230)을 가진 차량을 포함할 수 있다. 돔 차량은 특히 관광(scenic routes)을 위한 기차 승객에 의해 일반적으로 사용된다. 하나의 실시예에서, 돔(2230)은 밝고 맑은 날에 자동적으로 어두워지는 가변 틴트 윈도우를 포함한다. 이는 향상된 승객 편안함을 제공할 것이고, 돔 내부의 태양열 취득을 줄일 수 있다. 전자기기 컨트롤이 낮은 광 조건에서 또는 강화된 가시성이 요구될 때(예컨대, 특별히 아름다운 풍경이 있는 지역에서) 돔(2230)을 밝게 하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 돔(2230)은 곡선형의 가변 틴트 윈도우를 포함한다. 다른 실시예에서, 돔(2230)을 형성하기 위해 함께 결합되는 다수의 평평한 윈도우를 포함한다.
서술된 바와 같이, 본 발명의 가변 틴트 윈도우는 광 필터의 전극 또는 전극들에 전압의 인가에 의해 밝아진다. 컨트롤 회로는 사용자로부터의 입력 또는 몇몇 다른 입력을 기초로 전압을 온오프 스위칭하기 위해 사용될 수 있고, 정확한 레벨로 전압을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 차량 애플리케이션에서 가변 틴트 윈도우를 온 또는 오프하기 위한 파워는 교류발전기, 배터리, 및 보조 파워 유닛을 포함한 다양한 소스로부터 올 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워는 차량 내의 12 볼트 배터리로부터 올 수 있다. 전원은 컨트롤 회로를 통해 가변 틴트 윈도우에 연결된다. 컨트롤 회로는 전원과 가변 틴트 윈도우 내의 전극 사이에서 회로를 개폐하는 스위치를 포함한다. 컨트롤 회로는 또한 가변 틴트 윈도우를 밝은 상태로 변하게 하기 위한 적절한 전압을 제공하기 위해 전압 컨버터를 포함할 수 있다. 전압을 조절하기 위해 전압 레귤레이터가 사용될 수 있다. 컨트롤 회로는 또한 사용자로부터 입력의 수신에 이어 고정된 시간 기간 동안 가변 틴트 윈도우에 전압을 인가하기 위한 회로 엘리먼트를 포함할 수 있다. 단일 가변 틴트 윈도우가 하나의 컨트롤 회로에 연결될 수 있고, 또는 복수의 가변 틴트 윈도우가 하나의 컨트롤 회로에 연결될 수도 있다.
도 23은 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 차량 내의 가변 틴트 윈도우를 컨트롤하기 위해 사용되는 컨트롤 회로(2300)를 도시한다. 컨트롤 회로(2300)는 하나 이상의 가변 틴트 윈도우를 컨트롤하기 위해 사용된다. 가변 틴트 윈도우(2350)는, 예컨대, 자동차의 썬루프일 수 있다. 전원(2320)은 이 회로에 전력을 공급한다. 하나의 실시예에서, 전원(2320)은 자동차에서 전형적으로 볼 수 있는 12볼트 배터리이다. 다른 실시예에서, 전원(2320)은 자동차의 교류발전기이다. 다른 실시예에서, 전원은 보조 파워 유닛이다. 몇몇 실시예에서, DC-DC 컨버터(2310)는 전원으로부터의 12볼트를 가변 틴트 윈도우(2350)를 밝게 하기 위해 적합한 더 낮은 전압으로 변환하기 위해 사용된다.
스위치(2330)는 이러한 DC 전압을 가변 틴트 윈도우(2350)에 연결하고 해제시키기 위해 사용된다. 스위치(2330)는 사용자 작동식이거나, 컨트롤 전자기기(2340)에 의해 자동적으로 활성화되거나, 사용자로부터의 입력에 응답할 수 있고, 또는 광 센서와 같은 센서에 의해 활성화될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 DC-DC 컨버터(2310)로부터의 DC 전압 출력을 가변 틴트 윈도우(2350)에 직접적으로 단순히 통과시키는 사용자 작동식 스위치일 수 있다. 사용자 작동식 스위치는 통상적으로 오픈상태인 푸시 버튼이거나, 또는 다른 타입의 스위치일 수 있다. 다른 실시예에서, DC-DC 컨버터(2310)의 출력은 라이트닝을 위해 가변 틴트 윈도우(2350)에 의해 요구되는 전압으로 조절될 수 있다. 하나의 실시예에서, 가변 틴트 윈도우(2350)는 대략 1.8볼트의 인가에 의해 밝아진다. 다른 실시예에서, 요구되는 전압은 대략 1 내지 10 볼트 DC 범위이다. 다른 실시예에서, 요구되는 전압은 대략 0.1 내지 42 볼트 DC 범위이다.
파워 컨트롤 전자기기(2340)는 가변 틴트 윈도우(2350)에 인가되는 전압을 컨트롤하는 것은 물론, 전압이 인가되는 기간을 컨트롤하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 사용자 입력 또는 센서와 같은 전자 디바이스로부터의 입력에 응답하여 스위치(2330)를 닫는다. 사용자는 파워 컨트롤 전자기기(2340)에 입력 신호를 제공하기 위해 통상적으로 오픈상태인 모멘터리 스위치에 연결된 버튼을 누른다. 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 그 다음 고정된 시간 기간 동안 스위치(2330)를 닫는다. 고정된 시간 기간은 미리 정해질 수 있고, 전자회로 분야의 당업자들에게 친숙한 표준 타이밍 회로를 사용함으로써 파워 컨트롤 전자기기(2340)에 빌트인된다. 하나의 실시예에서, 고정된 시간 기간은 가변 틴트 윈도우(2350)를 밝아지게 하기 위해 요구되는 시간의 크기로 미리 정해진다.
광 센서는 또한 외부가 밝음을 감지하기 위해 파워 컨트롤 전자기기(2340)에 통합될 수 있다. 외부가 밝고 사용자가 버튼을 누른다면, 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 가변 틴트 윈도우(2350)를 밝은 상태로 유지하기 위해 가변 틴트 윈도우(2350)에 전압을 유지할 수 있다. 가변 틴트 윈도우(2350)에 전압을 유지시키는 것은 가변 틴트 윈도우의 오토-다크닝 특성을 무시하도록 역할하고, UV 광에 노출된 때에도 밝을 상태로 유지하게 할 수 있다. 하나의 실시예에서, 사용자는 버튼을 다시 누름으로써, 또는 제2 버튼을 누름으로써 정상적인 오토-다크닝 상태로 가변 틴트 윈도우(2350)를 복귀시킨다. 다른 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(840)는 더 빠른 라이트닝 시간 및 더 긴 수명을 제공하기 위해 가변 틴트 윈도우(2350)에 구형파 신호를 인가하기 위해 사용된다. 가변 틴트 윈도우(2350)가 2개의 전극을 포함한다면, 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 또한 싸이클마다 전극의 극성을 스위칭하기 위해 사용될 수 있다. 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 또한 임의의 빌트-업(built-up) 전하를 소멸시키기 위해 사이클 사이에 두 전극을 쇼트아웃(short out) 시키기 위해 사용될 수 있다.
스위치(2330)는 사용자가 가변 틴트 윈도우(2350)에 대한 다양한 상이한 중간 값의 틴트를 선택할 수 있게 하는 포텐시오스탯 또는 멀티-포지션 스위치와 같은 다상 컨트롤 디바이스일 수 있다. 하나의 실시예에서, 사용자는 완전히 어두운 틴트와 완전히 밝은 틴트 사이의, 중간 상태가 요구됨을 지시하기 위해 중간 상태를 선택한다. 파워 컨트롤 전자기기(2340)는 그 다음 이러한 중간 상태를 달성하기 위해 적절한 시간 동안 가변 틴트 윈도우(2350)에 전압을 인가한다. 감소된 크기의 전압을 인가하는 것과 같은 가변 틴트 윈도우(2350)를 중간 상태에 도달하게 하는 다른 방법 또한 가능할 수 있다.
파워 컨트롤 전자기기(2340)는 또한 가변 틴트 윈도우(2350)에서 라이트닝 프로세스가 완료되는 때를 감지할 수 있는 전류 센서를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(2340)가 라이트닝 프로세스가 완료되었음을 감지한 때, 전력을 절약하기 위해 스위치(2330)를 개방시킬 것이다. 파워 컨트롤 전자기기(2340)에 빌트인 될 수 있는 기능 및 특징의 다른 예도 가능하며, 당업자들에게 명백할 것이다.
컨트롤 전자기기(2340)는 또한 일정한 DC 전압 대신 가변 틴트 윈도우(2350)에 펄스 또는 교류 파형을 인가하기 위한 전자 회로를 포함할 수 있다. 이러한 파형은 구형파, 톱니파, 정현파, 또는 몇몇 다른 파형의 형태일 수 있다. 파형의 진폭은 다양할 수 있다. 하나의 실시예에서, 구형파는 파워 컨트롤 전자기기(2340)에 의해 가변 틴트 윈도우(2350)의 전극에 인가된다. 구형파는 대략 -2볼트 내지 대략 +2볼트의 진폭 범위이다.
도 24는 본 발명의 하나의 실시예에 따른, 복수의 가변 틴트 윈도우에 연결된 파워 컨트롤 유닛의 일반적인 도면을 도시한다. 가변 틴트 윈도우(2410)는, 예컨대, 자동차의 후방 윈도우 및 사이드 윈도우일 수 있다. 전력은 와이어(2420)를 통해 배터리(2480)로부터 공급된다. 하나의 실시예에서, 배터리(2480)는 대부분의 자동차에서 볼 수 있는 타입과 같은 표준 12볼트 배터리이다. 다른 전압을 가진 배터리 및 다른 전원 또한 심사숙고되었다. 파워 컨트롤 전자가기(2400)는 차량의 대쉬(2450)에 설치된다. 전기 와이어(2420)는 배터리에서부터 대쉬까지 라우팅될 수 있다. 가변 틴트 윈도우(2410)는 와이어(2430)를 사용하여 파워 컨트롤 전자가기(2400)에 직접 연결될 수 있고, 또는 와이어(2440)와 병렬로 함께 연결될 수도 있다. 버튼(2470) 및 다이얼(2480)은 사용자가 가변 틴트 윈도우를 컨트롤할 수 있게 한다. 버튼(2470)은 사용자가 가변 틴트 윈도우를 밝게 하고자 할 때 눌러질 수 있다. 버튼(2470)이 눌러지면, 파워 컨트롤 전자가기(2400)는 가변 틴트 윈도우를 밝게 하기 위해 고정된 시간 기간 동안 가변 틴트 윈도우(2410)에 전압을 인가할 것이다. 하나의 실시예에서, 전압은 가변 틴트 윈도우(2410)를 페이드하기 위해 대략 10초 내지 대략 5분의 범위에서 인가된다. 전압이 인가된 후, 가변 틴트 윈도우(2410)는 UV 광에 노출되어 있지 않다면, 밝은 상태를 유지할 것이다. 그러나, 가변 틴트 윈도우(2410)가 UV 광에 노출되어 있다면, 파워 컨트롤 전자가기(2400)가 스위치를 개방하고, 가변 틴트 윈도우(2410)에 더 이상 전압을 인가하지 않자마자 자동적으로 다시 어두워지기 시작할 것이다.
컨트롤 전자가기(2400)는 UV 광이 존재하더라도 밝은 상태로 유지되도록 가변 틴트 윈도우(2410)에 전압을 유지하기 위해 사용된다. 이는 수초 이상 동안 버튼(2470)를 누르고 있음으로써 수행될 수 있다. 수 초 동안 버튼(2470)을 누르고 있는 것은 컨트롤 전자기기가 가변 틴트 윈도우(2410)에 전압을 인가하고 더 긴 시간 기간 동안 그 전압을 유지하게 한다. 하나의 실시예에서, 한 시간 동안 가변 틴트 윈도우(2410)에 전압을 유지한다. 전압이 가변 틴트 윈도우(910)에 인가되고 있는 동안 버튼(2470)을 다시 누르는 것은 라이트닝을 취소하고, 가변 틴트 윈도우(2410)가 UV 광의 존재에 의해 다시 어두워지는 것을 가능하게 하는 역할을 할 수 있다. 다이얼(2480)은 중간 레벨의 틴트가 바람직함을 지시하기 위해 사용될 수 있다. 다이얼을 중간 레벨의 틴트로 설정하는 것은 버튼(2470)이 눌러진 때 가변 틴트 윈도우에 전압이 인가되는 시간을 컨트롤 전자기기가 단축시키게 할 수 있다. 하나의 실시예에서, 가변 틴트 윈도우는 완전히 밝게 하는데 2분이 요구되고, 다이얼(2470)은 밝은 상태와 어두운 상태 사이의 중간에 중간 레벨의 틴트가 바람직함을 지시하도록 설정된다. 파워 컨트롤 전자기기는 가변 틴트 윈도우가 어두운 틴트 상태와 밝은 틴트 상태 사이의 중간에 있을 때 라이트닝 프로세스가 중단되도록 1분동안만 가변 틴트 윈도우(2410)에 전압을 인가한다. 발광 다이오드 또는 다른 지시 라이트가 가변 틴트 윈도우(2410)에 전압이 인가되고 있을 때를 사용자에게 지시하기 위해 버튼(2470)에 사용될 수 있다. 다른 컨트롤 스킴이 파워 컨트롤 전자가기(2400)에 입력을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 상이한 타입 및 상이한 개수의 스위치 및 버튼이 사용될 수도 있다.
도 25는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변 틴트 윈도우를 제조하는 프로세스를 도시한다. 본 프로세스는 제1 투명 윈도우 기판을 제공하는 단계, 및 가변 틴트 윈도우를 형성하기 위해 투명 윈도우 기판의 시트에 본 발명의 광 필터를 라미네이팅하는 단계를 포함한다. 투명 윈도우 기판은 글라스 시트이거나, 폴리카보네이트와 같은 다른 투명 재료의 시트일 수 있다. 그 다음 전기 리드가 광 필터에 부착되고 가변 틴트 윈도우는 차량내에 설치된다. 가변 틴트 윈도우는 그 다음 스위칭 재료에 리드를 통한 전기의 인가가 가변 틴트 윈도우가 밝은 틴트 상태로 밝아지게 하도록 전원에 연결된다. (전기의 인가없이) UV 광에 노출하는 것은 가변 틴트 윈도우를 어두운 틴트 상태로 어두워지게 한다.
2. 가변 투과율 안과용 디바이스
본 발명의 광 필터는 다양한 안과용 디바이스에서 가변 투과율 렌즈로서 통합될 수 있다. 본 발명의 가변 투과율 안과용 디바이스는 UV 또는 태양광에 노출된 때 자동적으로 어두워지고, 전기 전하의 인가를 통해 밝아질 것이다. 예컨대, 본 발명의 광 필터는 선글라스, 스키 고글 및 사이클 안경과 같은 스포츠 아이웨어, 안전 아이웨어와 같은 산업용 등에서 가변 투과율 렌즈로서 통합될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에 따라, 도 26은 선글라스에 가변 투과율 렌즈로서 본 발명의 광 필터의 적용을 도시한다. 가변 투과율 렌즈(2630)는 눈 앞에 위치하고, 프레임(2620)은 머리에 프레임(2620)을 고정시키도록 설계된 암(2670)을 가진다. 전원(2640), 스위치(2650), 및 컨트롤 전자기기(2660)가 프레임에 통합된다. 사용자가 스위치(2650)를 활성화한 때, 전압이 가변 투과율 렌즈(2630)에 인가된다. 전압에 응답하여, 가변 투과율 렌즈(2630)는 밝아지고, 더 높은 퍼센트의 가시광이 통과할 수 있게 한다. 프레임(2620)은 금속, 플라스틱, 또는 다른 재료로 만들어질 수 있다. 가변 투과율 렌즈(2630)는 또한 플라스틱, 글라스, 또는 다른 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 가변 투과율 렌즈(2630)는 처방(교정용) 또는 비처방일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 그리고 도 27을 참조하면, 본 발명의 광 필터는 스키 고글 및 싸이클 아이웨어와 같은 스포츠 아이웨어에서 가변 투과율 렌즈로서 통합될 수 있다. 가변 투과율 렌즈(2730)는 프레임(2720)에 고정되고, 눈 앞에 위치한다. 스트랩(2780)은 머리에 프레임을 고정시키도록 설계된다. 프레임 내의 컴파트먼트는 전원(2760), 예컨대, 배터리를 포함한다. 가변 투과율 렌즈의 어두움을 줄이기 위해, 사용자는 버튼(2750)을 누를 수 있다. 이는 가변 투과율 렌즈(2730)에 전원(2760)을 연결하는 컨트롤 전자기기(2770)에 신호를 전송한다. 가변 투과율 렌즈(2730)는 그 다음 덜 어두운 상태로 전환한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 본 발명의 광 필터는 안전용 안과용 디바이스에서 가변 투과율 렌즈로서 통합된다. 도 28에 도시된 바와 같이, 가변 투과율 렌즈(2830)는 비산먼지(flying debris)로부터 눈을 보호하기 위해 눈 앞에 착용된다. 가변 투과율 렌즈는 사용자에게 더 우수한 편안함을 제공하기 위해 밝은 광 또는 UV 광에서 자동적으로 어두워질 수 있다. 프레임(2820)은 가변 투과율 렌즈(2830)를 지지하고, 밴드(2880)에 의해 사용자 머리에 고정된다. 사용자가 가변 투과율 렌즈의 어두움을 제거하고자 한다면, 사용자는 컨트롤 버튼(2870)을 누름으로써 그렇게 할 수 있다. 이는 디바이스의 프레임(2820) 내에 하우징된 전자기기(2840)에 신호를 전송한다. 컨트롤 전자기기(2840)는 그 다음 렌즈의 어두움을 제거하기 위해 가변 투과율 렌즈(2830)에 전압을 인가할 것이다. 전압은 전원(2860), 예컨대, 배터리에 의해 공급된다. 가변 투과율 렌즈(2830)는 또한 사용자에게 안전 보호를 제공하기 위해 부서지지 않고(shatter-proof) 화학적으로 보호되도록(chemical proof) 설계될 수 있다.
본 발명의 광 필터는 다양한 방식으로 안과용 디바이스에 통합될 수 있다. 하나의 실시예에서, 광 필터는 그 자체가 가변 투과율 렌즈로 만들어질 수 있다. 다른 실시예에서, 광 필터는 안과용 디바이스의 렌즈에 부착된다.
도 29는 가변 투과율 렌즈로 적용된 본 발명의 광 필터의 하나의 실시예를 도시하는 개략적인 도면이다. 가변 투과율 렌즈(2910)는 실질적으로 광학적으로 투명한 기판(2930) 및 기판 안쪽에 적용된 도전 층(2940)을 포함한다. 실질적으로 광학적으로 투명한 기판은, 예컨대, 글라스, 플라스틱, 또는 몇몇 다른 재료일 수 있다. 투명한 재료는 클리어일 수 있고, 또는 몇몇 색상 또는 틴트를 가질 수 있다. 색상 또는 틴트는 기판에서 가시광의 퍼센트 투과율을 감소시킬 것이고, 이는 몇몇 애플리케이션에서 바람직할 수 있다. 와이어(2990)는 도전 층(2940)에 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 스위칭 재료(2920)는 도전 층(2940)과 접촉하도록 놓여진다. 스위칭 재료(2920)는 액체, 겔, 또는 고체 매트릭스일 수 있다. 도전성 코팅(2960)을 가진 제2 기판(2950)은 스위칭 재료(2920) 둘레에 샌드위치 구조를 형성한다. 와이어(2980)는 코팅(2960)의 다른 면과 접촉하도록 놓여진다. 시일(2970)은 기판(2930)과 기판(2950) 사이에 끼워 넣어진 스위칭 재료(2920)를 고정시키기 위해, 그리고 두 기판을 함께 결합시키기 위해 필요할 수 있다. 그러나, 스위칭 재료(2920)는 또한 기판(2930)과 기판(2950) 사이에 접착제로서 역할할 수 있다. 본 실시예에서, 스위칭 재료(2920)의 두께는 가변 투과율 렌즈에 걸쳐 균일한 광 투과율을 제공하기 위해 일정하다. 그러나, 다른 실시예에서, 예컨대, 일부는 더 어두운 영역 그리고 일부는 더 밝은 영역을 가지는 가변 투과율 렌즈가 바람직하다면, 불균일한 두께의 스위칭 재료(2920)가 사용될 수도 있다. 기판(2930) 및 기판(2950)은 투명할 수 있고, 또는 다양한 파장의 광을 차단하도록 설계될 수 있고, 또는 가변 투과율 렌즈(2910)에 대하여 더 어두운 전체 범위 및 색상을 제공하기 위해, 기판 내에 일부 베이스 틴트 량을 미리 포함하도록 설계될 수 있다. 또한, 스크래치 방지 코팅, 반사방지 코팅, 및 다른 코팅과 같은 코팅이 기판(2930) 및/또는 기판(2950)에 적용될 수 있다. 기판(2930) 및 기판(2950)은 평평하거나 만곡일 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 광 필터는 안과용 디바이스의 렌즈에 적용된다. 도 30은 리지드 안과용 렌즈 기판(3020)에 부착된 본 발명의 플렉시블 광 필터(3030)를 사용하여 만들어진 가변 투과율 렌즈의 하나의 실시예를 도시한다. 리지드 안과용 렌즈 기판(3020)은 플라스틱 또는 글라스 또는 다른 재료로 만들어질 수 있고, 기존의 안과용 디바이스에서 사용된 표준 정적(static) 투명 필터일 수 있다. 본 실시예에서, 광 필터(3030)는 투명 접착제를 사용하여 리지드 안과용 렌즈 기판(3020) 위에 라미네이팅된다. 리드(3040)는 플렉시블 전극(3060)에 연결되고, 리드(3050)는 플렉시블 전극(3070)에 연결된다. 광 필터(3030)가 UV 광에 노출된 때, 스위칭 재료(3080)는 자발적으로 어둡게 된다. 전기 전하가 리드(3050)와 리드(3040)에 걸쳐 인가된 때, 광 필터는 밝아진다.
다른 실시예에서, 그리고 도 31을 참조하면, 광 필터(3130)는 리지드 안과용 렌즈 기판(3150) 및 리지드 안과용 렌즈 기판(3140) 사이에 끼워 넣어진다. 리지드 안과용 렌즈 기판(3150) 및 리지드 안과용 렌즈 기판(3140)은 글라스 또는 플라스틱 또는 다른 투명한 재료로 만들어질 수 있다. 본 실시예에서, 광 필터(3130)는 PVB와 같은 투명한 접착제를 사용하여 기판(3150 및 3140) 위에 라미네이팅된다. 리드(3170) 및 리드(3190)는 광 필터(3130)에 연결된다. UV 광에 노출된 때, 광 필터(3130)는 어두워진다. 전기 전하가 리드(3170 및 3190)에 걸쳐 인가된 때, 광 필터는 밝아진다.
안과용 디바이스는 또한 가변 투과율 렌즈에 걸쳐 전기 전하를 인가하기 위해 사용될 수 있는 전원을 포함한다. 도 32는 가변 투과율 렌즈를 밝게 변하게 하기 위해 가변 투과율 렌즈(3250) 및 가변 투과율 렌즈(3260)에 전압을 인가하기 위해 사용되는 컨트롤 회로(3210)의 하나의 실시예의 개략적인 도면을 도시한다. 전원(3220)은 이 회로에 전력을 공급한다. 하나의 실시예에서, 전원(3220)은 배터리이다. 배터리는 시계 또는 보청기에서 사용되는 배터리와 유사할 수 있고, 재충전가능하거나, 재충전 불가능한 배터리일 수 있다.
스위치(3230)는 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)로부터 전원을 해제하기 위해 사용된다. 스위치(3260)는 사용자 작동식이거나, 자동적으로 컨트롤 전자기기(3240)에 의해 활성화되거나, 사용자로부터의 입력에 응답하거나, 광 센서와 같은 센서에 의해 활성화될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(3240)는 가변 투과율 렌즈(3250) 및 가변 투과율 렌즈(3260)에 전원으로부터의 전압을 직접 보내는 사용자 작동식 스위치이다. 사용자 작동식 스위치는 통상적으로 오픈상태인 푸시 버튼 또는 몇몇 다른 타입의 스위치일 수 있다. 본 실시예에서, 전원(3220)의 전압은 밝게 하기 위해 가변 투과율 렌즈(3250) 및 가변 투과율 렌즈(3260)에 의해 요구되는 전압에 매칭되어야 할 것이다. 하나의 실시예에서, 본 발명의 가변 투과율 렌즈는 대략 1.4 볼트의 인가에 의해 페이드한다(밝아진다). 다른 실시예에서, 스위칭 재료 및 전극의 저항에 따라, 전압 범위는 대략 1 내지 10 볼트이다.
컨트롤 전자기기(3240)는 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)에 인가되는 전압을 컨트롤함은 물론, 전압이 인가되는 시간을 컨트롤하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(3240)는 배터리로부터의 전압을 변환하고 그리고/또는 조절하기 위한 DC-DC 컨버터를 포함한다. 다른 실시예에서, DC-DC 컨버터는 리튬 이온 배터리로부터의 전압을 3.7볼트에서 더 낮은 전압으로 강하시키기 위해 사용된다.
다른 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(3240)는 스위치(3230)를 컨트롤한다. 본 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기(3240)는 사용자 입력 또는 센서로부터의 입력에 응답하여 스위치(3230)를 닫는다. 사용자는 파워 컨트롤 전자기기(3240)에 입력 신호를 제공하기 위해 통상적으로 오픈상태인 모멘터리 스위치에 연결된 버튼을 누를 수 있다. 파워 컨트롤 전자기기(3240)는 그 다음 고정된 시간 기간 동안 스위치(3230)를 닫을 것이다. 고정된 시간 기간은 미리 정해질 수 있고, 전자 회로 분야의 당업자들에게 친숙한 표준 타이밍 회로를 사용함으로써 파워 컨트롤 전자기기에 빌트인될 수 있다. 고정된 시간 기간은 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)를 밝게 하는데 요구되는 시간으로 미리 정해질 수 있다.
광 센서는 또한 외부가 밝은 때를 감지하기 위해 파워 컨트롤 전자기기에 통합될 수 있다. 외부가 밝고, 사용자가 버튼을 누르면, 파워 컨트롤 전자기기는 가변 투과율 렌즈를 밝은 상태로 유지하기 위해 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)에 전압을 유지한다. 본 실시예에서, 사용자는 버튼을 다시 누름으로써, 또는 제2 버튼을 누름으로써 정상적인 오토-다크닝 상태로 안과용 디바이스를 복귀시킨다. 다른 실시예에서, 파워 컨트롤 전자기기는 더 빠른 라이트닝 및 더 긴 수명을 제공하기 위해 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)에 구형파를 인가하기 위해 사용될 수 있다.
스위치(3230)는 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)를 밝게 하기 위해 사용자가 다양한 상이한 상태를 선택할 수 있게 하는 포텐시오스탯 또는 멀티-포지션 스위치와 같은 다상 컨트롤 디바이스일 수 있다. 하나의 실시예에서, 사용자는 완전히 어두움과 완전히 밝음 사이의 상태 부분이 바람직함을 지시하기 위해 중간 상태를 선택한다. 파워 컨트롤 전자기기(3240)는 그 다음 이러한 중간 상태를 달성하기 위해 적절한 시간 동안 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)에 전압을 인가할 수 있다. 감소된 크기의 전압을 인가하는 것과 같은, 가변 투과율 렌즈가 중간 상태에 도달하게 하는 다른 방법 또한 가능할 수 있다.
파워 컨트롤 전자기기(3240)는 또한 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)에서 라이트닝 프로세스가 완료한 때를 감지하기 위해 전류 센서를 포함할 수 있다. 파워 컨트롤 전자기기가 라이트닝 프로세스가 완료되었음을 감지한 때, 파워 컨트롤 전자기기는 파워를 절약하기 위해 스위칭(3230)를 개방시킬 것이다. 파워 컨트롤 전자기기에 빌트인될 수 있는 기능 및 특징의 다른 예들 또한 심사숙고되었다.
컨트롤 전자기기(3240)는 일정한 DC 전압 대신 가변 투과율 렌즈(3250 및 3260)에 펄스형 또는 교류 파형을 인가하기 위한 전자 회로를 포함할 수 있다. 이러한 파형은 구형파, 톱니파, 정현파, 또는 몇몇 다른 파형 형태일 수 있다. 이러한 파형의 진폭은 가변적일 수 있다. 하나의 실시예에서, 구형파가 컨트롤 전자기기(740)에 의해 가변 투과율 렌즈(750 및 760)의 전극에 인가될 수 있다. 구형파는 대략 -2볼트 내지 대략 +2볼트의 진폭 범위이다.
도 33은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 안과용 디바이스에서 가변 투과율 렌즈를 제조하는 프로세스를 도시한다. 본 프로세스는 두 개의 투명 전극 사이에 끼워넣어진 스위칭 재료를 제공하는 단계, 및 상기 끼워 넣어진 구조를 가변 투과율 렌즈에 통합하는 단계를 포함한다. 그 다음, 전극은 컨트롤 전자기기를 통해 전력 소스에 연결된다. 그 다음, 사용자 작동식 스위치가 컨트롤 전자기기에 연결된다. 가변 투과율 렌즈, 컨트롤 전자기기, 및 사용자 작동식 스위치는 가변 투과율 렌즈가 눈 앞에 놓여지도록 착용되도록 설계된 프레임에 통합된다.
본 명세서에 서술된 본 발명의 더 좋은 이해를 얻기 위해, 아래의 예들이 제공된다. 이러한 예들은 단지 설명을 위한 것으로 이해해야 한다. 그러므로, 이러한 예들은 어떠한 방식으로든 본 발명의 범위를 제한하지 않아야 한다.
예시
예 1: 가변 투과율 광 필터의 준비
방법 A:
7 mil(~178 마이크로미터)의 두께 및 50 ohms/square의 시트 저항을 가진 ITO 코팅된 PET 기판(CP 필름즈에 의해 제조된 OC50)은 두개의 15㎝×15㎝ 시트로 절단된다. 이 기판은 테크넥 태키 먼지제거 롤러로 클리닝함으로써 준비되고, 글라스 플레이트에 일시적으로 라미네이팅된다. 스틸(steel) 스페이서가 PET의 둘레에 글라스 위에 놓여진다. 이러한 스페이서는 최종적으로 프레싱된 디바이스에 대한 갭을 설정하는 하드스탑(hard stop)으로 역할한다. 아래에서 서술된 바와 같이 준비된 스위칭 재료는 디바이스 프레싱될 때 PET 시트 사이의 갭을 완전히 채우기 위해 PET 위에 놓여진다. 스위칭 재료는 분배(dispensing)의 용이함을 위해 80-100℃로 가열된다. 그러나, 실제 프레싱을 위해 더 낮은 열이 요구된다. 글라스-백드(glass-backed) PET의 제2 피스는 다른 것 위에 놓여진다. PET 시트는 외부적 전기 컨택트로서 역할하도록 일부 ITO 코팅이 노출되도록 오버랩된다. 샌드위치(글라스-PET-스위칭 재료-PET-글라스)는 450℃로 가열된 프레스 압반(platens)의 중심에 놓여진다. 160 psi 초과의 압력이 적어도 10초 내지 1분 및 최대 수시간의 시간 동안, 카버 유압 프레스(Carver hydraulic press) 또는 닙 롤러(nip rollers)를 사용하여 필터에 적용된다. 이러한 시간은 다양할 수 있지만, 스위칭 재료가 균일한 두께에 도달할 수 있을 만큼 충분해야 한다. 대략 400℃까지 포뮬레이션을 가열하는 것은 재료가 더 용이하게 흐르게 하고, 균일한 두께에 도달하기 위해 요구되는 시간을 단축시킨다. 이러한 압력이 해제된 후, 글라스 플레이트는 분리되고, 필터 스택이 제거된다. 임의의 잉여 스위칭 재료가 제거되고(wiped off), 도전성 테이프가 노출된 ITO에 적용된다. 광 필터의 전체 두께는 16 mil(~406 마이크로미터)이다. 스위칭 재료 층의 두께는 2 mil (~51 마이크로미터)이다.
방법 B:
ITO 코팅된 PET 기판이 앞서 서술한 바와 같이 준비된다. 그다음, 낮은 끓는점의 용제(THF)를 포함하는 스위칭 재료는 슬롯 다이(slot die), 나이프 코터(knife coater), 또는 롤-대-롤 코팅을 수행하는 다른 코팅 방법을 사용하여 ITO-코팅된 PET의 하나의 시트의 도전성 측면 위에 코팅된다. 낮은 끓는점의 용제가 증발된 후 최종적인 코팅이 원하는 두께이도록 코터의 두께가 설정된다. 대략 50 마이크로미터의 최종적인 스위칭 재료 두께를 위해, 최초 습식 코팅은 대략 114 마이크로미터로 설정된다. 낮은 끓는점의 용제는 분사 공기(blown air) 또는 열 또는 이둘의 조합을 사용하여 스위칭 재료로부터 증발된다. ITO-코팅된 PET의 제2 층은 샌드위치 구조를 형성하기 위해 도전성 사이드를 가진 코팅 위에 라미네이팅된다. 라미네이팅된 구조는 (필요하다면) 원하는 크기로 절단되고, 전기적 컨택트가 추가된다. 광 필터의 전체 두께는 16 mil (~406 마이크로미터)이다. 스위칭 재료 층의 두께는 2 mil (~51 마이크로미터)이다.
예 2: 스위칭 재료의 준비
스위칭 재료는 포뮬레이션의 성분이 어떻게 변할 수 있는지 설명하기 위해 포뮬레이팅되었다. 이러한 포뮬레이션은 나열된 구성성분을 본 발명에 따른 하나 이상의 다른 구성성분으로 교체함으로써, 당업자들에 의해 원하는 애플리케이션에 용이하게 조절될 수 있다.
2.1 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #1
Figure 112018069078104-pat00013
포뮬레이션 # 1에 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00014
, 또는 4개의 티오펜 링 상에 상이한 작용기를 가진 그 파생물; 또는
Figure 112018069078104-pat00015
을 포함한다.
PEGDMA, 트리글라임, 과염소산리튬, 및 트리스(4-브로모페닐)아민은, 예컨대, 미주리 세인트루이스의 시그마-알드리히로부터 모두 사용가능하다. 'DAROCUR'는 바스프(BASF)의 디비전, 스위스 바젤의 시바 스페셜티 케미컬즈로부터 사용가능한 광 개시제이다.
포뮬레이션 #1은 상온에서 트리글라임 용제에 'DAROCUR'를 먼저 용해시킴으로써 준비된다. 그 다음 발색단, 과염소산리튬, 및 TBPA가 용제에 결합되고 추가되고 혼합된다. 가열이 요구되지 않는다. 그 다음, PEGDMA이 추가되고, 전체 포뮬레이션은 균질이 될 때까지 혼합된다.
2.2 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #2
Figure 112018069078104-pat00016
포뮬레이션 #2에 사용되는 발색단은
Figure 112018069078104-pat00017
또는 4개의 벤젠 링상에 상이한 작용기를 가진 그 파생물을 포함한다.
포뮬레이션 #2는 용제에 발색단을 혼합함으로써 준비된다.
PVB B-90 및 PMMA와 같은 겔화제는 점도를 높이기 위해 스위칭 재료 포뮬레이션에 첨가될 수 있다. 겔화제를 포함하는 예시적인 포뮬레이션은 아래의 예에 의해 나타난다. 이러한 스위칭 재료 포뮬레이션은 발색단, 서포트 전해질, 및 (존재한다면) 전하 보상제를 먼저 결합함으로써 일반적으로 준비된다. 그 다음, 이러한 혼합물은 용제 또는 용제의 조합에 추가되고 균질이 될 때까지 혼합된다. 마지막으로, 폴리머 성분이 혼합물을 겔화시키기 위해 추가되고, 전체 혼합물은 원하는 점도를 얻을 때까지, 필요하다면 약한 열과 함께 혼합되고 교반된다.
2.3 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #3
Figure 112018069078104-pat00018
포뮬레이션 #3에 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00019
, 또는 4개의 둘레의 티오펜 링상에 다양한 작용기를 가진 그 파생물; 또는
Figure 112018069078104-pat00020
; 또는
Figure 112018069078104-pat00021
또는 4개의 벤젠 링 상에 다양한 작용기를 가진 그 파생물을 포함한다.
PMMA는 겔화제이고, 미주리 세인트루이스의 시그마-알드리히로부터 사용가능하다. 1 ,4-디니트로벤젠은 전하 보상제이고, 또한 시그마-알드리히로부터 사용가능하다.
2.4 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #4
Figure 112018069078104-pat00022
포뮬레이션 #4에 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00023
또는 4개의 주변의 티오펜 링 상에 다양한 작용기를 가진 그 파생물; 또는
Figure 112018069078104-pat00024
또는 4개의 벤젠 링 상에 상이한 작용기를 가진 그 파생물을 포함한다.
PVB B-90는 겔화제이고, 미주리 세인트루이스의 솔루티아 인코포레이티드의 디비전, 부트바로부터 사용가능하다.
2.5 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #5
Figure 112018069078104-pat00025
포뮬레이션 #5에서 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00026
또는 4개의 벤젠 링 상에 상이한 작용기를 가진 그 파생물을 포함한다.
2.6 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #6
Figure 112018069078104-pat00027
포뮬레이션 #6에서 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00028
또는 4개의 둘레의 티오핀 링 상에 다양한 작용기를 가진 그 파생물; 또는
Figure 112018069078104-pat00029
또는 4개의 벤젠 링 상에 상이한 작용기를 가진 그 파생물을 포함한다.
2.7 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #7
스위칭 재료는 코팅을 위해 포뮬레이션의 낮은 점도를 위해, 알드리히로부터 사용가능한, 테트라히드로푸란(THF)과 같은 제2의 낮은 끓는점의 용제를 부가적으로 포함하도록 포뮬레이팅된다. 코팅된 후, 낮은 끓는점의 용제는 다른 성분을 남겨두고, 실질적으로 증발된다.
Figure 112018069078104-pat00030
포뮬레이션 #7에 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00031
또는 4개의 벤젠 링 상에 상이한 작용기를 가진 그 파생물을 포함한다.
2.8 스위칭 재료를 위한 포뮬레이션 #8
Figure 112018069078104-pat00032
포뮬레이션 #8에 사용된 발색단은
Figure 112018069078104-pat00033
을 포함한다.
예 3: 스위칭 재료의 광 특성
스위칭 재료의 광 특성은 스위칭 재료의 샘플로 테스트된다.
VLT 스펙트럼
예 2.3에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료의 VLT 스펙트럼은 재료의 밝은 상태 및 어두운 상태에 대하여 판정된다. 이러한 프로시저는 전자기 스펙트럼에 걸쳐, 재료의 밝은 상태 및 어두운 상태에서, 샘플의 % 가시광 투과율을 측정하기 위해 오션 옵틱스 스펙트로미터를 사용한다. 샘플들은 예 2에서 서술된 방법에 따라 준비된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 분자들이 UV 광에 노출된 때, 스위칭 재료는 어두운 상태로 스위칭하고, 400 내지 750 nm의 가시광 범위에서 재료의 퍼센트 투과율을 감소시킨다. 스위칭 재료 샘플에 3분 동안 2 볼트의 전기 전하가 인가되어, 샘플이 밝은 상태로 복귀하게 한다. 밝은 상태에서, 스위칭 재료를 통해 더 많은 광이 투과되어, 400 내지 750 nm 범위에서의 퍼센트 투과율을 증가시킨다. 밝은 상태에서의 가시광 투과율은 대략 80%이고, 어두운 상태에서의 가시광 투과율은 대략 20%이다. 이는 4의 대조비를 제공한다.
UV 민감도
UV 광의 강도에 대한 스위칭 재료의 민감도가 분석되었다. 예 2.2에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료는 오리건 포트랜드의 에너지 필즘에 의해 제조된 UV 차단 필름과 함께, 그리고 UV 차단 필름없이, 365nm의 UV 광 및 (태양 시뮬레이터를 사용하여) 태양 방사선 모두에 노출되었다. 에너지 필름 UV 차단 필름은 밴드패스 필터로 역할하고, (대략 365nm 미만의) 고강도 UV 광을 효과적으로 차단한다. 다양한 UV 광 강도 하에서 스위칭 재료의 흡수 스펙트럼을 도시하는 도 34에 도시된 바와 같이, 스위칭 재료는 어두워지게 하는 (대략 365nm 초과의) 낮은 강도의 UV 광에 대한 민감도를 유지한다.
예 4: 광 필터의 가시광 투과율(VLT) 판정
예 2.4에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하는 예 1에 서술된 방법에 따라 준비된 광 필터의 VLT는 오션 옵틱스 스펙트로미터를 사용하여 측정되었다. 대략 3분 동안 365nm UV 광에 노출된 광 필터는 17%의 VLT를 가졌다. 이러한 투과율은 대략 3분 동안 2볼트의 전하의 인가 후 69%까지 증가하였다.
예 5: 광 필터의 헤이즈 판정
예 2.4에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하는 예 1에 서술된 방법에 의해 준비된 광 필터의 선명도는 BYK 가드너에 의해 제조되는 XL-211 헤이즈가드 헤이즈미터를 사용하여 측정되었다. 광 필터의 헤이즈는 2%인 것으로 측정되었다.
예 6: 광 필터의 스위칭 속도 판정
스위칭 속도는 어두운 상태에서 밝은 상태로 그리고 그 역으로 광 필터가 전환하는데 걸리는 시간에 의해 판정된다. 밝은 상태에서 어두운 상태로 전환하기 위해, 광 필터는 3분 동안 365nm UV 광에 노출된다. 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환하기 위해, 필터에 3분 동안 2볼트의 전하가 인가된다. 밝은 상태에서 어두운 상태로의 스위칭 시간은 완전히 밝은 상태에서부터 어두운 상태의 90%의 VLT를 달성하기 위해 필요한 시간으로 측정된다. 어두운 상태에서 밝은 상태로의 스위칭 시간은 완전히 어두운 상태에서부터, 밝은 상태의 90%의 VLT를 달성하는데 필요한 시간으로 측정된다.
예 2.4에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하고, 오리건 포트랜드의 에너지 필름에 의해 제조된 UV 차단 필름을 포함하는 도 1에 서술된 방법에 의해 준비된 광 필터가 테스트되었다. 광 필터의 스위칭 속도는 밝은 상태에서 어두운 상태로 대략 30초이고, 어두운 상태에서 밝은 상태로 대략 3분이다. 예 2.1에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 광 필터의 스위칭 속도는 어두운 상태에서 밝은 상태로 대략 35초이고, 밝은 상태에서 어두운 상태로 2분인 것으로 측정되었다. 예 2.7에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 광 필터의 스위칭 속도는 어두운 상태에서 밝은 상태로 대략 3분 20초이고, 밝은 상태에서 어두운 상태로 12초인 것으로 측정되었다.
밝은 상태에서 어두운 상태로 전환하기 위한 스위칭 시간은 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환하는 스위칭 시간과 상이할 수 있다.
예 7: 광 필터의 광안정성 판정
광 필터의 광안정성은 태양 스펙트럼 내의 UV 광과 유사한 UV 광에 샘플을 노출시킴으로써 판정된다. 샘플은 열화를 판정하기 위해 일정한 간격으로 테스트된다. 대조비가 (테스트 이전에 판정된) 디바이스의 원래의 대조비의 50%까지 떨어진 때, 디바이스는 고장난 것으로 간주된다.
광 필터의 광안정성은 큐-랩으로부터의 QUV 가속 노후 테스터를 사용하여 판정된다. 광 필터의 광안정성은 또한 더 높은 파워 밀도에서 광 필터의 광안정성을 테스트하기 위해 솔라 라이트로부터의 S16 가속 테스팅 기기를 사용하여 판정될 수 있다.
예 2.5에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하는 예 1에 서술된 방법에 따라 만들어진 광 필터의 광안정성은 50% 열화에 도달하기 전까지 대략 7.3 mW/㎠에서 1300시간 동안 QUV에서 테스트되었다. 동일한 광 필터는 50% 열화에 도달하기 전까지 대략 135 mW/㎠에서 540시간 동안 솔라 라이트 유닛에서 테스트되었다.
예 8: 광 필터의 사이클 내구성 판정
사이클 내구성은 스펙트로라인 트랜스일루미네이터를 사용하여 지속적인 UV 광에 광 필터를 노출시킴으로써, 그리고 일정한 시간 간격으로 광 필터에 전압을 인가함으로써 판정된다. 먼저, 광 필터를 어두워지게 하고 밝아지게 하는데 필요한 시간이 판정된다. 그 다음, 이 시간은 자동식 테스트를 위해 전압이 얼마나 많은 시간동안 켜지고 꺼져야 하는지 판정하기 위해 사용된다. 전형적으로, 전압 "온" 시간은 광 필터가 그 초기값의 대략 90%까지 밝아지는데 걸리는 시간으로 설정된다. 전압"오프" 시간은 광 필터가 원래 값의 90%까지 어두워지는데 걸리는 시간으로 설정된다. 이러한 사이클은 그다음 PC, (콜로라도 레이크우드의 랩잭 코포레이션으로부터 사용가능한) 랩잭 기기를 사용하여 자동 사이클 셋-업에 의해 컨트롤된다. "오프" 상태에서, 두 전극은 광 필터 상의 전하를 소멸시키기 위해 함께 쇼트된다.
예 2.6에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하고, 오리건 포트랜드의 에너지 필름으로부터의 UV 차단 필름을 포함하는 예 1에 서술된 방법에 따라 만들어진 광 필터의 사이클 내구도가 테스트되었다. 광 필터는 50% 열화 포인트에 도달하기 전까지 741 사이클 동안 테스트되었다. 무산소 환경에서, 광 필터는 50% 열화 포인트에 도달하기 전까지 1553 사이클동안 테스트되었다.
예 9: 광 필터의 시트 저항 판정
상이한 시트 저항의 기판을 사용하는 광 필터의 동작성이 테스트되었다. 광 필터는 50 Ohms/square, 100 Ohms/square, 및 300 Ohms/square의 기판을 사용하여 예 2.4에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하여 예 1에 서술된 방법에 따라 만들어졌다. 광 필터는 또한 1,000 Ohms/square, 및 100,000 Ohms/square의 기판을 사용하여 예 2.8에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하여 예 1에 서술된 방법에 따라 만들어졌다. 광 필터는 밝은 상태와 어두운 상태에 사이에서 전환하는 능력에 대하여 테스트되었다. 모든 예에서, 광 필터는 여전히 전기의 인가시 밝아질 수 있었다.
예 10: 광 필터의 요구되는 전압 판정
광 필터를 어두운 상태에서 밝은 상태로 스위칭하게 하기 위해 요구되는 최소 전압을 판정하기 위해, 디바이스가 어두운 상태에서 밝은 상태로 전환하기 시작할 때까지 점진적으로 더 높은 전압이 인가된다. 예 2.4에 서술된 포뮬레이션에 따라 준비된 스위칭 재료를 포함하는 예 1에 서술된 방법에 따라 만들어진 광 필터에서, 대략 1.8볼트에서 어두운 상태에서 밝은 상태로의 페이딩이 관찰된다. 이러한 전환은 대략 2볼트에서 더 빠르다. 그러나, 너무 높은 전압은 전극의 파울링(fouling)을 일으킬 수 있는 다른 전기화학적 반응이 유도될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 예를 들어, 광 필터내의 전환은 대략 2.5볼트 보다 큰 전압이 인가된 때 충격을 받고, 광 필터가 더 오랜 시간 동안 그 전위로 남겨진다면, 갈색 점들이 관찰된다.
예 11: 전기 소비 및 CO2 방출에 대한 광 필터의 영향
상당한 에너지 및 비용 절감을 제공하기 위한 본 발명의 가변 투과율 윈도우의 능력이 판정되었다. 가변 투과율 IGU를 가진 빌딩은 캘리포니아 버클리의 로렌스 버클리 내셔널 래버러토리로부터 사용가능한 윈도우 및 에너지 모델링 소프트웨어를 사용하여 모델링되었다. 모델링된 빌딩은 0.9의 벽-대-윈도우 비율을 가진 400 평방 피트의 작은 사무실이였다. 이 빌딩은 5개의 미국 도시(마이애미, 노스 앤젤레스, 뉴욕, 휴스턴, 및 시카고)에서 모델링되었다. 이 모델에 대한 가변 투과율 스마트 윈도우는 하나의 페인 위에 라미네이팅된 광 필터를 가지고, 밀봉된 공간과 마주하는 외부 페인의 안쪽에 저 복사율 코팅을 가진 절연 유리 유닛이다. 이러한 구성의 가변 투과율 윈도우는 어두운 상태에서 대략 0.15, 그리고 밝은 상태에서 대략 0.32의 태양열 취득 계수(SHGC)를 달성하는 것으로 판정되었다. 본 발명에 따른 가변 투과율 윈도우를 사용하는 것은, 어두운 상태의 윈도우에서, 모델에 따라, 28%의 평균 전기 절약을 야기하였다. 전기 절약은 가변 투과율 윈도우로 인한 에어 컨디셔닝에 대한 필요성을 줄인다. CO2 방출은 대부분 전기 사용 감소로 인해 대략 19%에서 대략 25%까지 감소되었다.
도 16은 어두운 상태 및 밝은 상태에서 가변 투과율 윈도우의 태양열 취득계수를 도시한다. 도 16의 그래프에서 알 수 있듯이, 가변 투과율 윈도우는 어두운 상태에서 대략 0.15의 태양열 취득계수(SHGC), 및 대략 10%의 대응한 퍼센트 가시광 투과율(VLT)를 달성한다. 밝은 상태에서, 가변 투과율 윈도우의 퍼센트 가시광 투과율은 대락 60%이고, 태양열 취득계수는 0.32까지 증가한다. 어두운 상태에서, 가변 투과율 윈도우는 표준 저복사율(Low-E) 글라스 보다 상당히 낮은 태양열 취득계수를 가진다. 표준 Low-E 글라스는 비교목적으로 그래프 상에 도시되어 있고, (무코팅) 표준 플로트 글라스 및 펜실베니아 피츠버그의 PPG 인더스트리즈로부터의 솔라반 70XL 글라스이다. 표준 플로트 글라스는 가장 높은(가장 나쁜) 태양열 취득계수를 가지고, 솔라반 70XL 글라스는 논-다이나믹 글레이징의 최선의 SHGC를 가진다. 표준 플로트 글라스를 사용하는 IGU의 SHGC는 대략 0.70이다. 솔라반 70XL 글라스를 사용하는 IGU의 SHGC는 대략 0.25이다. 그래프는 0.25 미만의 SHGC가 가변 투과율 스마트 윈도우 및 다이내믹 글레이징과 함께 달성될 수 있음을 보여준다. 본 예에서, 가변 투과율 윈도우는 대략 6의 대조비를 가진다.
예 12: 광 필터의 중간 상태
예 2.3의 포뮬레이션을 사용하여 만들어진 프로토타입 디바이스는 중간 상태를 달성할 수 있는 능력에 대하여 테스트되었다. 이 디바이스는 태양 광이 동등하게 사용될 수 있지만, UV 광(365nm) 하에서 먼저 어두워진다. 그 다음, 대략 2볼트의 DC 전압이 스위치 오프되기 전에, 짧은 시간(예컨대, 전체 스위칭 시간의 대략 10%) 동안 디바이스에 인가된다. 파워가 인가되는 시간 동안 디바이스의 VLT는 증가하지만, 밝은 상태로 완전하게 변하지는 않는다. 전압이 스위치 오프된 후, 디바이스는 임의의 추가적인 파워의 인가 없이 그 중간 어두운 상태로 유지된다. 전압이 다시 켜지면, 이 디바이스는 밝은 상태로 전환을 계속한다.
예 13: 광 필터의 스위칭 재료 내의 발색단의 광안정성
스위칭 재료의 다양한 조합물의 내의 발색단의 광안정성은 태양 스펙트럼 내의 UV 광과 유사한 UV광에 그 조합물을 노출시킴으로써 테스트된다. 이러한 조합물을 포함하는 광 필터는 열화를 판정하기 위해 일정한 간격으로 테스트된다. 대조비가 (테스트되기 전) 그 조합물의 원래의 대조비의 50%까지 떨어진 때, 그 조합물은 고장난 것으로 간주된다.
이러한 조합물을 포함하는 광 필터의 광안정성은 큐-랩으로부터의 QUV 가속 노화 테스터를 사용하여 판정된다. 광 필터의 광안정성은 또한 더 높은 파워 밀도에서 그 조합물의 광안정성을 테스트하기 위해 솔라 라이트로부터의 S16 가속 테스팅 기기를 사용하여 판정될 수 있다.
발색단은 예 2에 따라 준비된 다양한 스위칭 재료와 조합하여 테스트되고, 그 결과는 아래의 표 1에서 볼 수 있다. 표 1을 참조하면, 테스트된 발색단은 아래의 발색단들을 포함한다.
발색단 1
Figure 112018069078104-pat00034
발색단 2
Figure 112018069078104-pat00035
발색단 3
Figure 112018069078104-pat00036
발색단 4
Figure 112018069078104-pat00037
각각의 발색단은 50% 열화에 도달하기 전까지 적어도 하나의 스위칭 재료의 조합물에서 700시간을 달성할 수 있다.
Figure 112018069078104-pat00038
본 명세서에서 언급된 모든 특허, 공개된 특허출원을 포함한 공개물, 및 데이터베이스 엔트리의 개시물은 이러한 특허, 공개물, 및 데이터베이스 엔트리 각각이 참조로서 통합된 것으로 분명하고 개별적으로 지시된 것과 같이, 그 전체가 참조로서 분명하게 통합된 것이다.
그러므로, 서술된 본 발명은 다양한 방식으로 변경될 수 있음이 명백할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 당업자들에게 명백한 이러한 모든 수정은 아래의 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도되었다.

Claims (20)

  1. 가변 틴트 윈도우로서,
    (a) 적어도 하나의 시트의 투명 기판;
    (b) 제1 및 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극과 접촉하고 상기 제1 전극으로부터 상기 제2 전극으로 뻗어있는 스위칭 재료를 포함하고, 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판상에 배치된 가변 투과율 광 필터로서, 상기 스위칭 재료는 포토크로믹 및 일렉트로크로믹 컴파운드를 포함하고, 상기 컴파운드는 상기 스위칭 재료 전체에 걸쳐 산재되도록 용해성이 있고, 상기 스위칭 재료는 태양광에 노출되고 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 필요한 전기 전압의 인가가 없을 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 전환되고, 그리고 상기 제1 및 제2 전극에 걸친 전압의 인가를 통해 상기 어두운 상태에서 상기 밝은 상태로 전환되고, 상기 광 필터의 가시광 투과율은 상기 밝은 상태일 때보다 상기 어두운 상태일 때 더 낮은 것인, 상기 가변 투과율 광 필터; 및
    (c) 전원에 전기적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하는 파워 컨트롤 전자기기를 포함하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 상기 제1 및 제2 전극에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 상기 전원으로부터의 전압을 인가함으로써 상기 가변 투과율 광 필터를 상기 어두운 상태에서 상기 밝은 상태로 전환하도록 동작 가능하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 틴트 윈도우는 자동차의 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 투과율 광 필터는 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판에 라미네이팅되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판으로부터 상기 가변 투과율 광 필터의 다른 면에 라미네이팅되어 있는 제2 시트의 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 재료는 유기인 하이브리드 포토/일렉트로 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 틴트 윈도우는 자동차의 썬루프, 사이드 윈도우, 후방 윈도우 또는 전면 윈도우의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판이 장착되는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임은 자동차에 장착되도록 고안된 윈도우를 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 틴트 윈도우는 3 이상의 대조비를 가지는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적외선 반사 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 재료는 가변 투과율 광학 필터의 헤이즈가 밝은 상태와 어두운 상태 모두에서 5% 이하가 되도록 광을 산란시키는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 재료는 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판의 표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 재료는 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판의 표면과 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  13. 가변 틴트 윈도우로서,
    (a) 적어도 하나의 시트의 투명 기판;
    (b) 제1 및 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극과 접촉하고 상기 제1 전극으로부터 상기 제2 전극으로 뻗어있는 스위칭 재료를 포함하고, 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판상에 배치된 가변 투과율 광 필터로서, 상기 스위칭 재료는 태양광에 노출되고 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 필요한 전기 전압의 인가가 없을 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 전환되고, 그리고 상기 제1 및 제2 전극에 걸친 전압의 인가를 통해 상기 어두운 상태에서 상기 밝은 상태로 전환되고, 상기 광 필터의 가시광 투과율은 상기 밝은 상태일 때보다 상기 어두운 상태일 때 더 낮은 것인, 상기 가변 투과율 광 필터; 및
    (c) 전원에 전기적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하는 파워 컨트롤 전자기기를 포함하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 상기 제1 및 제2 전극에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 상기 전원으로부터의 전압을 인가함으로써 상기 가변 투과율 광 필터를 상기 어두운 상태에서 상기 밝은 상태로 전환하도록 동작 가능하고, 상기 스위치는 사용자가 상기 광 필터에 대하여 중간 투과율을 선택하는 것을 허용하도록 동작 가능한 다상 컨트롤 디바이스를 포함하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 하나 이상의 광 센서로부터의 피드백에 기초하여 중간 상태를 달성하도록 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변 틴트 윈도우는 자동차의 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변 투과율 광 필터는 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판에 라미네이팅되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판으로부터 상기 가변 투과율 광 필터의 다른 면에 라미네이팅되어 있는 제2 시트의 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭 재료는 유기인 하이브리드 포토/일렉트로 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판이 장착되는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임은 자동차에 장착되도록 고안된 윈도우를 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 스위칭 재료는 가변 투과율 광학 필터의 헤이즈가 밝은 상태와 어두운 상태 모두에서 5% 이하가 되도록 광을 산란시키는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
  20. 가변 틴트 윈도우로서,
    (a) 적어도 하나의 시트의 투명 기판;
    (b) 제1 및 제2 전극, 및 상기 제1 및 제2 전극과 접촉하고 상기 제1 전극으로부터 상기 제2 전극으로 뻗어있는 스위칭 재료를 포함하고, 상기 적어도 하나의 시트의 투명 기판상에 배치된 가변 투과율 광 필터로서, 상기 스위칭 재료는 태양광에 노출되고 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 어두운 상태로부터의 라이트닝을 트리거하기 위해 필요한 전기 전압의 인가가 없을 때 밝은 상태에서 어두운 상태로 전환되고, 그리고 상기 제1 및 제2 전극에 걸친 전압의 인가를 통해 상기 어두운 상태에서 상기 밝은 상태로 전환되고, 상기 광 필터의 가시광 투과율은 상기 밝은 상태일 때보다 상기 어두운 상태일 때 더 낮은 것인, 상기 가변 투과율 광 필터; 및
    (c) 전원에 전기적으로 연결하기 위한 스위치를 포함하는 파워 컨트롤 전자기기를 포함하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 상기 제1 및 제2 전극에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 상기 전원으로부터의 전압을 인가함으로써 상기 가변 투과율 광 필터를 상기 어두운 상태에서 상기 밝은 상태로 전환하도록 동작 가능하고, 상기 스위치는 사용자가 상기 광 필터에 대하여 중간 투과율을 선택하는 것을 허용하도록 동작 가능한 다상 컨트롤 디바이스를 포함하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 하나 이상의 광 센서로부터의 피드백에 기초하여 중간 상태를 달성하도록 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 전압을 인가하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 상기 스위칭 재료가 상기 밝은 상태로 전환 완료되는 시기를 감지하는 전압 또는 전류 센서를 더 포함하고, 상기 파워 컨트롤 전자기기는 상기 스위칭 재료가 상기 밝은 상태로 전환 완료된 때 상기 제1 및 제2 전극에 걸쳐 전압을 인가하는 것을 중단하는 것을 특징으로 하는 가변 틴트 윈도우.
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