KR102078395B1 - 스마트 윈도우 및 그 제조방법 - Google Patents

스마트 윈도우 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 윈도우 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 스마트 윈도우 및 그 제조방법에 의하면 고온의 환경에서 내구성 및 안정성을 확보할 수 있으며, 재료의 변색을 방지할 수 있다. 특히, 차량에 적용되는 스마트 윈도우에 요구되는 고온에서의 환경내구신뢰성을 만족하는 스마트 윈도우를 제공할 수 있다.

Description

스마트 윈도우 및 그 제조방법{A SMART WINDOW AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 스마트 윈도우 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 스마트 윈도우 제품은 실내뿐만 아니라 옥외 및 차량 등으로 사용 범위를 점차 넓혀가고 있다. 하지만, 옥외 및 차량에 적용될 경우 가혹한 환경에도 노출될 수 있기 때문에, 가혹한 환경에서 내구성 및 안정성 확보가 매우 중요하다. 특히, 고온고습 환경에서는 투과도 또는 색상 가변형 스마트 윈도우에 사용되는 재료의 색변화 및 기능 저하가 발생할 수 있다.
투과도 또는 색상 가변형 스마트 윈도우의 경우 편광판이 수분 배리어 특성을 갖는 재료와 적층되는 구조를 포함하는 경우가 많다. 그런데, 고온고습 환경에서 수분 배리어 특성을 갖는 재료에 의해 보호된 편광판에 포함된 수분이 수분 배리어 특성을 갖는 재료에 의해 제품 외부로 빠져나가지 못하고 편광판의 변색을 일으켜 극단적인 성능 저하가 발생할 수 있다.
특허 문헌 1: 대한민국 공개특허 제10-2013-0037600호
본 발명은 스마트 윈도우 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 스마트 윈도우에 관한 것이다. 본 발명의 스마트윈도우에 의하면, 고온의 환경에서 내구성 및 안정성을 확보할 수 있으며, 재료의 변색을 방지할 수 있다.
차량에 적용되는 투과도 또는 색상 가변형 스마트 윈도우의 경우, 100℃ 내지 120℃의 고온에서도 환경내구신뢰성이 요구되는데, 이는 기존에 액정 디스플레이 패널에서 요구되는 80℃ 내지 85℃에서의 환경내구신뢰성보다 매우 가혹하다.
투과도 또는 색상 가변형 스마트 윈도우에 사용되는 편광판은 도전성층 및 유리층 등의 수분 배리어 특성을 가진 재료와 적층되어 사용된다. 상기 스마트 윈도우에 사용되는 편광판이 수분 배리어 특성을 가진 재료와 적층되어 사용될 경우 고온 내구성이 취약해지기 쉽다. 투과도 또는 색상 가변형 스마트 윈도우의 편광판은 양면이 수분 배리어 기재에 둘러싸여 있기 때문에, 수분 배출이 어려워 100℃ 내지 120℃의 고온에서 급격한 색상 변화를 일으킨다. 본 발명은 이를 방지하기 위해 편광판의 함수율을 낮춰 고온에서의 내구성을 확보하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 제공된다. 첨부된 도면에서, 각 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 구성요소가 첨부된 도면에 기재된 구성요소에 의하여 한정되는 것은 아니며, 도면에 도시된 구성요소 외에 본 발명의 기술분야에서 공지된 구성요소가 추가적으로 포함될 수 있다.
본 발명의 스마트윈도우는 고온에서 환경내구신뢰성을 확보하기 위하여, 함수율이 1.5중량% 이하인 편광판; 및 2개 이상의 수분 배리어층을 포함하고, 상기 편광판의 상부 및 하부에 수분 배리어층이 위치하는 스마트윈도우일 수 있다. 상기 편광판의 함수율은 1.5 중량% 이하, 1.0 중량% 이하 또는 0.9 중량% 이하일 수 있다. 본 발명에서 편광판의 함수율은 건조 중량법 또는 적외선 측정법에 의해 측정될 수 있다. 건조 중량법은 편광판을 약 100˚C 정도의 오븐에 1 내지 3시간 가량 방치 후 질량의 변화량을 측정하여 감소된 질량을 편광판에 포함된 수분의 질량으로 보고 함수율을 측정하는 방법이다. 예를 들어, 약 100˚C 정도의 오븐에 편광판을 약 2시간 가량 방치하여 무게의 변화를 측정해 함수율을 측정할 수 있다. 스마트 윈도우에 관한 본 발명의 태양에서, 편광판의 함수율은 스마트 윈도우로부터 얻은 편광판을 측정한 결과를 의미한다. 스마트 윈도우에 포함되는 편광판의 함수율을 낮춤으로써, 고온에서의 변색 현상을 방지하여 차량용 스마트 윈도우에 요구되는 100℃ 내지 120℃에서의 환경내구신뢰성을 만족할 수 있다. 본 명세서에서 “수분 배리어”란 수분을 차단하는 특성을 의미하며, “수분 배리어층”이란 수분 투과율(Water vapor transmission rate, WVTR)을 38˚C, 90%의 습도에서 측정한 결과가 20g/m2day 이하 또는 10g/m2day 이하인 층을 의미할 수 있다. 본 발명에서 수분 배리어층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 도전성층 또는 흡습제가 도포되어 있는 플라스틱 필름일 수 있다. 상기 도전성층 및 흡습제는 공지된 종류의 것을 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 예시적인 스마트윈도우를 도시한 도면이다. 도 1과 같이 본 발명의 스마트 윈도우(10)는 기재(110, 110`), 도전성층(120, 120`), 수분 배리어층(130, 130`) 및 점착층(140, 140`)을 포함할 수 있다. 도 1에서 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 스마트 윈도우는 편광판의 상부 및 하부에 수분 배리어층이 위치할 수 있다. 본 명세서에서, “상부에 위치” 및 “하부에 위치”는 당해 구성요소들이 직접 접하여 위치하고 있는 것만을 의미하는 것이 아니고, 당해 구성요소들 사이에 다른 구성요소가 위치하고 있는 것 또한 포함한다. 예를 들어, “상부에 위치한다”는 것은, 제 1 구성요소의 표면 상부에 제 2 구성요소가 직접 접하여 위치한다는 의미뿐만 아니라, 상기 제 1 구성요소와 제 2 구성요소의 사이에 제 3 구성요소가 위치할 수 있다는 의미를 포함한다.
하나의 예시에서, 본 발명의 편광판은 요오드계 편광판일 수 있다. 요오드계 편광판의 경우, 고온에 의해 요오드 이온종의 열분해 및 함량 변화가 발생할 수 있고, 수분에 의해 색변화 및 편광 성능의 저하를 가져올 수 있다. 액정 디스플레이용 편광판의 경우 편광판의 휨 억제 및 광학 특성에 적합하도록 2중량% 내지 4 중량% 정도의 함수율 범위를 유지하는데, 본 발명에서는 차량용 스마트 윈도우에 요구되는 환경내구신뢰성을 만족시키기 위하여, 편광판의 함수율 범위를 1.5 중량 % 이하, 1.0중량% 이하 또는 0.9중량% 이하로 낮추었다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 편광판을 도시한 도면이다. 본 발명의 편광판(20)은 기능성 층(210) 및 편광자(220)을 포함한다. 본 발명의 편광판은 2 개 이상의 기능성 층들을 포함하며, 편광자를 중심으로 기능성 층들이 대칭적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치하는 적층체이다. 본 명세서에 있어 “기능성 층”이란 기능성 층이 포함되는 적층체가 목적하는 물성 및 기능을 구현하기 위하여 포함되는 여러 종류의 층을 의미하며, 보다 구체적으로는 보호층, 점착층 및 접착층 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에 있어서 “편광자를 중심으로 기능성 층들이 대칭적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치한다”는 것은, 예를 들면 보호층/점착층/편광자/점착층/보호층이 순차적으로 적층된 적층체와 같이 편광자를 중심으로 동일한 기능성 층이 순차적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치하는 것을 의미한다. 상기 동일한 기능성 층이라는 것은, 기능성 층의 제조공정상의 편차로 인한 차이를 감안할 때, 동일한 것으로 볼 수 있는 기능성 층을 의미한다. 편광자를 중심으로 편광자의 상부 및 하부에 동일한 기능성 층들이 대칭적으로 위치하게 함으로써, 편광판의 수분 배출에 의한 수축 과정에서 비대칭적인 수축에 의해 편광판의 흡수축이 틀어져 편광성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 편광판은 도 2에서 도시한 편광자 및 기능성 층 외에도, 추가적인 층을 포함할 수 있으며, 추가적으로 포함되는 층 또한 편광자를 중심으로 편광자의 상부 및 하부에 대칭적으로 위치한다.
하나의 예시에서, 본 발명의 편광판의 편광자는 폴리비닐알콜필름일 수 있다. 또한, 편광자를 중심으로 대칭적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치하는 기능성 층은 2개 이상의 기능성 층이 보호층일 수 있다. 2개 이상의 기능성 층이 보호층인 경우에도, 본 발명의 당업자는 상기 보호층 또한 편광자를 중심으로 편광자의 상부 및 하부에 대칭적으로 위치하여 편광판의 휨 현상 및 광학적 성능 저하를 억제할 수 있다는 점을 상술한 편광판의 대칭구조에 대해 기술한 부분을 참고하여 이해할 수 있을 것이다.
상기 보호층은 트리아세틸 셀룰로오스(Triacetyl cellulose, TAC) 필름일 수 있다. 편광자의 보호층으로 트리아세틸 셀룰로오스 필름을 사용할 경우, 후술할 스마트 윈도우의 제조방법 중 편광자의 함수율을 낮추기 위한 편광판의 건조단계에서 편광자가 함유한 수분을 배출시키기 용이하다는 장점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 수분 배리어층은 각각 도전성층, 유리층, 시클로올레핀 중합체(COP) 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트/폴리메틸메타크릴레이트 혼성 필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 스마트 윈도우는 상기에 나열된 수분 배리어층이 편광판의 상부 및 하부에 위치하더라도, 고온에서 스마트 윈도우에 사용되는 재료의 색변화 및 기능 저하가 발생하지 않는다.
본 발명의 또 다른 구현예는 스마트 윈도우의 제조방법을 제공한다.
예시적인 상기 스마트 윈도우의 제조방법은 편광판을 건조하여 편광판의 함수율이 1.5 중량% 이하, 1.0 중량% 이하 또는 0.9 중량% 이하가 되도록 하는 건조단계를 포함한다. 스마트 윈도우의 제조방법에 관한 본 발명의 태양에서, 편광판의 함수율은 편광판을 건조한 후 30분 이내에 상술한 방법으로 측정한 함수율을 의미한다. 스마트 윈도우에 포함되는 편광판의 함수율을 낮춤으로써, 고온에서의 변색 현상을 방지하여 차량용 스마트 윈도우에 요구되는 100℃ 내지 120℃에서의 환경내구신뢰성을 만족할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 스마트 윈도우의 제조방법에 사용되는 편광판은 요오드계 편광판일 수 있다. 요오드계 편광판의 경우, 고온에 의해 요오드 이온종의 열분해 및 함량 변화가 발생할 수 있고, 수분에 의해 색변화 및 편광 성능의 저하를 가져올 수 있다. 액정 디스플레이용 편광판의 경우 편광판의 휨 억제 및 광학 특성에 적합하도록 2중량% 내지 4 중량% 정도의 함수율 범위를 유지하는데, 본 발명에서는 차량용 스마트 윈도우에 요구되는 환경내구신뢰성을 만족시키기 위하여, 편광판의 함수율 범위를 1.5 중량% 이하, 1.0 중량% 이하 또는 0.9 중량% 이하로 낮추었다.
상기 대칭적인 구조를 가지는 편광판은 2 개 이상의 기능성 층들을 포함하며, 편광자를 중심으로 기능성 층들이 대칭적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치하는 적층체이다. 편광자를 중심으로 편광자의 상부 및 하부에 동일한 기능성 층들이 대칭적으로 위치하게 함으로써, 편광판의 수분 배출에 의한 수축 과정에서 비대칭적인 수축에 의해 편광판의 흡수축이 틀어져 편광성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 상기 편광판은 편광자 및 기능성 층 외에도, 추가적인 층을 포함할 수 있으며, 추가적으로 포함되는 층 또한 편광자를 중심으로 편광자의 상부 및 하부에 대칭적으로 위치한다.
하나의 예시에서, 상기 편광판의 편광자는 폴리비닐알콜필름일 수 있다. 또한, 편광자를 중심으로 대칭적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치하는 기능성 층은 2개 이상의 기능성 층이 보호층일 수 있다. 2개 이상의 기능성 층이 보호층인 경우에도, 당업자는 상기 보호층 또한 편광자를 중심으로 편광자의 상부 및 하부에 대칭적으로 위치하여 편광판의 휨 현상 및 광학적 성능 저하를 억제할 수 있다는 점을 상술한 편광판의 대칭구조에 대해 기술한 부분을 참고하여 이해할 수 있을 것이다.
상기 보호층은 트리아세틸 셀룰로오스(Triacetyl cellulose, TAC) 필름일 수 있다. 편광자의 보호층으로 트리아세틸 셀룰로오스 필름을 사용할 경우, 편광판의 건조단계에서 편광자에 함유된 수분이 트리아세틸 셀룰로오스 필름을 통해 용이하게 배출될 수 있다.
상기 건조단계는 오븐 내에서의 열풍 건조, 적외선 또는 전자파 건조기에 의한 건조단계일 수 있다. 상기 건조방법을 이용하여, 편광판의 건조단계를 롤 투 롤(Roll to Roll) 공정으로 수행함으로써 스마트 윈도우 제조방법의 생산성을 높일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 건조단계는 편광판을 건조 오븐에 통과시켜 이루어지며, 건조 온도는 80℃ 내지 120℃, 85℃ 내지 115℃, 또는 95℃ 내지 105℃이고, 건조 오븐 체류 시간은 5분 내지 20분, 5분 내지 15분, 또는 7분 내지 12분일 수 있다. 상기와 같이 편광판을 건조함으로써, 건조 과정에서의 편광판의 휨 현상 등으로 인한 제품 기능 및 물성 저하를 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 효율적인 롤 투 롤(Roll to Roll) 공정을 수행하여 스마트 윈도우 제조방법의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 윈도우의 제조방법의 일 구현예에 있어서, 스마트 윈도우의 제조방법은 상기 편광판의 건조단계 이후 보호층의 외부 표면에 수분 배리어층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 건조단계 이후에 보호층의 외부 표면에 수분 배리어층을 형성함으로써, 편광판의 함수율이 높아지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 스마트 윈도우 및 그 제조방법에 의하면, 고온의 환경에서 내구성 및 안정성을 확보할 수 있으며, 재료의 변색을 방지할 수 있다. 특히, 차량에 적용되는 스마트 윈도우에 요구되는 고온에서의 환경내구신뢰성을 만족하는 스마트 윈도우를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 스마트 윈도우의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 편광판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제조한 스마트 윈도우의 제조공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예에서 제조한 스마트 윈도우의 제조공정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예에서 제조한 스마트 윈도우의 환경내구신뢰성 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 비교예에서 제조한 스마트 윈도우의 환경내구신뢰성 실험 결과를 나타낸 도면이다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3에서 나타낸 제조공정을 포함하는 제조공정을 통해 생산한 편광판을 포함하는 스마트 윈도우를 제조하였다.
ITO 및 배항막 등이 증착 또는 코팅된 Zeon社의 ZeonorFilmTM 시클로올레핀 중합체 필름(Cycloolefin polymer, COP)을 언와인더(unwinder)에 척킹하고 다른 쪽 언와인더(unwinder)에는 편광판을 척킹한다. 편광판은 요오드계 편광판, 염료평 편광판, 코팅형 편광판 등이 사용될 수 있다. 편광판은 수분율을 낮추기 위해 건조 오븐을 통과하며 이때 건조 온도는 약 100˚C이고, 건조 오븐 체류 시간은 약 10분이다. 상기와 같은 건조단계를 통해 편광판의 함수율이 0.85중량%가 되도록 하였다. 건조된 편광판을 도 3에서 알 수 있는 것처럼 언와인더에 척킹된 시클로올레핀중합체 필름과 합지하여 스마트 윈도우 샘플을 완성하였다.
실시예 2
편광판의 함수율이 0.9중량%가 되도록 하였다는 점을 제외하고, 실시예 1과 같은 방법으로 스마트 윈도우 샘플을 제조하였다.
비교예 1
도 4에서 알 수 있는 것처럼 편광판의 건조단계를 생략하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 스마트 윈도우 샘플을 제조하였다. 비교예 1에서 사용된 편광판의 함수율은 1.68 중량% 이다.
비교예 2
편광판의 함수율이 1.78 중량% 라는 점을 제외하고 비교예 1과 동일한 방법으로 스마트 윈도우 샘플을 제조하였다.
환경내구신뢰성 평가
실시예 및 비교예에서 제조한 스마트 윈도우 샘플을 120℃에서 1시간 동안 방치한 후 편광판의 색변화가 나타나는지를 평가하였다. 평가한 결과는 도 5 및 도 6에 나타냈으며, 편광판을 건조하여 함수율을 낮춘 실시예의 경우 색변화 현상이 발견되지 않았으나, 편광판을 건조하지 않은 비교예의 경우 색변화 현상이 나타난 것을 알 수 있었다.
10: 스마트 윈도우
110, 110`: 기재
120, 120`: 도전성층
130, 130’: 수분 배리어층
140, 140`: 점착층
20: 편광판
210: 기능성 층
220: 편광자
30: 실시예에 따른 스마트 윈도우의 제조공정의 일부
310: 시클로올레핀중합체 필름이 척킹되는 언와인더
320: 편광판이 척킹되는 언와인더
330: 편광판 건조 오븐
40: 비교예에 따른 스마트 윈도우의 제조공정의 일부
410: 시클로올레핀중합체 필름이 척킹되는 언와인더
420: 편광판이 척킹되는 언와인더

Claims (12)

  1. 함수율이 1.5중량% 이하인 편광판; 및
    2개 이상의 수분 배리어층을 포함하고,
    상기 수분 배리어층은 상기 편광판의 상부 및 하부에 위치하며, 상기 편광판은 편광자를 중심으로 2개 이상의 기능성 층들이 대칭적으로 편광자의 상부 및 하부에 위치하는 적층체인 스마트 윈도우.
  2. 제 1항에 있어서,
    편광판의 함수율이 1중량% 이하인 스마트 윈도우.
  3. 제 1항에 있어서,
    편광판은 요오드계 편광판인 스마트 윈도우.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    편광자는 폴리비닐알콜 필름인 스마트 윈도우.
  6. 제 1항에 있어서,
    2개 이상의 기능성 층이 보호층인 스마트 윈도우.
  7. 제 6항에 있어서,
    보호층은 트리아세틸 셀룰로오스 필름인 스마트 윈도우.
  8. 제 1항에 있어서,
    수분 배리어층은 각각 도전성층, 유리층, 시클로올레핀 중합체 필름, 폴리메틸메타크릴레이트 필름, 폴리카보네이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리카보네이트/폴리메틸메타크릴레이트 혼성 필름으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나인 스마트 윈도우.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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