KR102138031B1 - 대면적 고분자 분산형 액정 패널의 제조시 기포발생 방지를 위한 광경화 수지의 도포방법 - Google Patents

대면적 고분자 분산형 액정 패널의 제조시 기포발생 방지를 위한 광경화 수지의 도포방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대면적의 고분자 분산형 액정(PDLC) 패널을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 광경화 수지를 도포하는 단계에서 기포발생을 방지하기 위한 도포 방법에 관한 것이다. 광경화 수지를 특정 패턴으로 도포하거나, 또는 특정 조건 하에서 제조함으로써 PDLC 필름과 기판 사이에 발생하는 기포를 아예 없애거나 현저히 줄일 수 있음과 동시에 광경화 수지의 사용량을 최소화하여 경제적인 효과를 낼 수 있다.

Description

대면적 고분자 분산형 액정 패널의 제조시 기포발생 방지를 위한 광경화 수지의 도포방법{SPREADING METHOD OF PHOTO-CURABLE RESIN FOR PREVENTING FROM BUBBLING DURING PREPARATION OF LARGE-SCALED POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL PANEL}
본 발명은 대면적의 고분자 분산형 액정(PDLC) 패널을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 광경화 수지를 도포하는 단계에서 기포발생을 방지하기 위한 도포 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC)은 고분자 물질의 매트릭스 내에 분산된 미세한 액정 방울들이 외부에서 인가되는 전압에 반응하여 산란 또는 투과의 형태로 정보를 표시하는 디스플레이 소자이다. 이러한 기능을 갖는 PDLC는 종래의 액정표시소자와 비교해서 편광판을 필요로 하지 않는, 광산란에 기초한 새로운 광 스위칭 모드이다. 그러므로 광 이용 효율을 비약적으로 향상시킬 뿐 아니라 대면적화가 가능해지는 등 액정만으로는 실현 불가능하였던 기능의 전개가 가능하여 신규 디스플레이 재료로서 주목받고 있다.
PDLC 내의 액정 분자와 고분자는 상분리를 일으켜 고분자 매트릭스 사이에 작은 액정 방울을 형성하게 되는데, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정방울 내의 액정 분자들이 임의의 방향으로 배열하게 되어 액정 방울의 굴절률과 고분자의 굴절률 사이에 차이가 발생하고, 그 결과 입사되는 빛은 불투명하게 산란되며, 전압이 인가되면 이 액정 방울 내의 액정 분자들이 한 방향으로 정렬하여 고분자의 굴절률과 같아지게 되고, 그 결과 입사되는 빛은 시편을 투명하게 투과되는 등 고분자 분산형 액정 복합막은 전압의 유무에 따라 빛이 투과되는 상태와 산란되는 두 상태에서 디스플레이가 구동되고, 이것이 스마트글라스 또는 스마트윈도우의 기본적인 구동 원리가 된다.
한편, 스마트글라스 제조를 위해서는 PDLC를 유리 등의 기판 사이에 접합시키는 과정이 필요하다. 종래에는 EVA, PVB 접합 필름 등을 사용하여 열을 가함으로써 제조하였는데, 이러한 열접합 방식은 일정시간(20분 이상) 동안 가압(5BAR 이상) 및 가열(110~140℃) 조건을 유지하여야 하므로, 내열성이 약한 PDLC 필름의 특성상 작동 불능, 제품 수명 단축, 부분적 투명도 저하 등의 심각한 문제들이 발생하였다.
이에 최근에는 UV 레진(UV Resin)과 같은 광경화 수지를 활용한 제조 방법이 주목을 받고 있다. 이 방법에서는 열이 가장 많이 발생하는 수지 경화 단계에서 발생하는 열이 최대 60℃이므로 PDLC 필름의 내열한계 온도인 80℃ 보다 적은 열이 발생하여 열에 의한 PDLC 필름의 손상이 발생하지 않으므로 완제품 작동 불능, 제품 수명 단축, 부분적 투과도 저하 등의 문제점이 어느 정도 해결될 수 있다. 하지만 PDLC 필름 위아래로 기판을 합지하는 과정에서 내부에 기포가 발생할 수 있다는 문제가 있고, 내부 기포로 인해 표면이 불균일하게 될 경우, 최종적으로 제조된 스마트글라스의 광투과도 품질이 저하되는 문제가 있다. 더욱이 대면적의 스마트글라스의 수요가 늘어나면서 대면적 PDLC 패널을 제조함에 있어 합지 과정에서 발생하는 기포량이 상당하고, 이것이 품질에 영향을 크게 미침에도 불구하고 이를 해결하기 위한 효과적인 방법에 대해서는 아직까지 알려진 것이 없다.
1. 대한민국등록특허 제10-1954299호 (2019.03.08.) 2. 대한민국등록특허 제10-0321257호 (2002.06.20.) 3. 대한민국등록특허 제10-1961178호 (2019.04.15.)
본 발명은 광경화 수지를 사용하여 PDLC 패널을 제조함에 있어서, 광경화 수지를 특정 패턴으로 도포하거나, 또는 특정 조건 하에서 제조함으로써 기판의 합지 과정에서 발생할 수 있는 기포를 최소화하는 동시에 광경화 수지의 흘러넘침 현상을 방지하는 방법에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양태로서,
(a) 대면적의 투명한 재질로 이루어진 직사각형 형태의 제1투명기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 제1투명기판의 상부면에 광경화 수지를 일정한 간격으로 복수 개의 직선 형태로 도포하는 단계;
(c) 광경화 수지가 도포된 제1투명기판의 상부면 위로 고분자 분산형 액정(Polymer-Dispersed Liquid Crystal; PDLC) 필름을 맞댐하여 적층하는 단계;
(d) 상기 고분자 분산형 액정 필름의 상부면에 광경화 수지를 일정한 간격으로 복수 개의 직선 형태로 도포하는 단계;
(e) 상부면에 광경화 수지가 도포된 제1투명기판-PDLC 필름 적층체 위로 투명한 재질로 이루어진 제2투명기판이 PDLC 필름과 맞닿도록 적층하는 단계;
(f) 압착 롤러로 상기 합지된 제1투명기판-PDLC 필름-제2투명기판의 접합체를 압착하는 단계; 및
(g) 상기 압착된 접합체 상에 빛을 조사하는 단계;를 포함하는 고분자 분산형 액정 패널의 제조 방법으로서,
상기 (b) 및 (d) 단계에서 상기 일정한 간격은 제1투명기판의 모서리 길이의 0.05 내지 0.08의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 고분자 분산형 액정(PDLC) 패널은 제1투명기판과 제2투명기판 사이에 PDLC 필름이 샌드위치된 형태의 접합체가 압착된 후 경화 과정을 거쳐 제조된 것으로서, 제1투명기판과 PDLC 필름, PDLC 필름과 제2투명기판 사이에 각각 광경화 수지가 도포됨으로써 광경화 과정을 거쳐 이들이 접착됨으로써 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 PDLC 패널의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 (a) 단계에서 준비되는 제1투명기판은 투명한 재질로 이루어진 기판으로서, 구체적으로 유리, PET(PolyEthylene Terephthalate) 또는 투명 아크릴 소재의 기판일 수 있으며, 보다 구체적으로 유리 기판일 수 있으나 이에 제한하지는 않는다.
제1투명기판은 직사각형 형태의 '대면적'의 기판으로서, 가로 또는 세로 중 어느 한 모서리의 길이가 적어도 1,500 mm 이상인 기판일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 대면적의 기판은 가로의 길이가 2,500 mm 이상 3,500 mm 이하이고, 세로의 길이가 1,500 mm 이상 2,000 mm 이하인 직사각형 형태의 대면적의 기판일 수 있으며, 보다 구체적으로는 도 2에서 예시한 바와 같이 가로의 길이가 3,000 mm이고, 세로의 길이가 1,800 mm 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 제1투명기판의 두께는 3 내지 10 mm 일 수 있으며, 보다 구체적으로 5 mm 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 제1투명기판의 가장자리에는 비닐이 부착된 것일 수 있다. 제1투명기판의 상부면에는 PDLC 필름과의 접착을 위한 광경화 수지가 도포될 것인 바, 제1투명기판의 하부면에 기판의 가장자리를 따라 비닐이 연결되어 있는 커버링 테이프를 부착할 수 있다. 이를 통해 압착 단계 이후 광경화 수지의 흘러넘침(overflow) 현상으로 인한 장비의 오염을 방지하고, 넘친 레진을 회수 및 재활용함으로써 경제적인 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 (b) 단계는 제1투명기판의 상부면에 광경화 수지를 도포하는 단계이다. 본 발명에서 광경화 수지는 UV경화 수지(UV 레진, UV resin) 또는 전자빔 경화수지(Electron beam resin)일 수 있으며, 구체적으로는 UV경화 수지가 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다. 도 2에서와 같이, 본 발명의 광경화 수지는 제1투명기판의 복수 개의 직선 형태로 도포할 수 있으며, 상기 복수 개의 직선은 제1투명기판의 세로선과 평행할 수 있다.
본 발명에서의 도포 패턴인 복수 개의 직선은 일정한 간격을 가지며, 구체적으로는 제1투명기판의 모서리(가로 또는 세로)의 길이의 0.05 내지 0.08의 길이를 레진이 도포된 직선 간의 간격으로 가질 수 있다. 바람직하게는, 직사각형 형태의 제1투명기판의 더 긴 모서리(가로)의 길이의 0.05 내지 0.08의 길이를 레진이 도포된 직선 간의 간격으로 가질 수 있다. 구체적인 길이로 표현하면, 도포 직선 간의 간격은 150 mm 내지 250 mm, 구체적으로는 200 mm일 수 있다.
제1투명기판의 모서리 길이의 0.05의 길이보다 짧은 간격으로 도포할 경우에는 도포되는 광경화 수지의 양이 너무 많아서 압착 공정 이후 흘러넘치는 광경화 수지의 양이 상당하여 경제적이지 못하다는 문제가 있고(비교예 1), 반면에 0.08의 길이보다 넓은 간격으로 도포할 경우에는 접합체 내의 기포가 다수 발생하여 최종물인 스마트글라스 등의 품질을 저하시킨다는 문제가 있다(비교예 2 및 비교예 3). 본 발명에서는 대면적의 PDLC 패널을 제조함에 있어 패널 내부에 기포가 발생하지 않으면서 동시에 광경화 수지의 사용량을 최소화할 수 있는 광경화 수지의 도포 방법을 최초로 규명한 것이다.
또한, 제1투명기판의 세로(혹은 가로)선으로부터 제1투명기판의 가로(혹은 세로) 길이의 0.2 내지 0.3의 길이, 바람직하게는, 직사각형 형태의 제1투명기판의 더 짧은 모서리(세로선)로부터 더 긴 모서리(가로선)의 길이의 0.2 내지 0.3의 길이만큼 안쪽으로 이격된 구간에서는(예를 들어, 실시예 1 및 도 2의 P7-P8 구간), 상술한 도포된 레진 간의 간격(0.05 내지 0.08)보다 짧은 간격, 구체적으로 0.02 내지 0.04의 길이를 간격으로 가질 수 있다.
이를, 길이로 표현하면 제1투명기판의 세로(혹은 가로)선으로부터 제1투명기판의 가로(혹은 세로) 길이의 500 mm 내지 1000 mm, 보다 구체적으로 650 mm 내지 850 mm, 보다 구체적으로 790 mm, 바람직하게는, 직사각형 형태의 제1투명기판의 더 짧은 모서리(세로선)로부터 더 긴 모서리(가로선)의 길이의 500 mm 내지 1000 mm, 보다 구체적으로 650 mm 내지 850 mm, 보다 구체적으로 790 mm 길이만큼 안쪽으로 이격된 구간(예를 들어, 실시예 1 및 도 2의 P7-P8 구간)일 수 있으며, 이 구간에서는 75 내지 125 mm, 보다 구체적으로는 100 mm 으로 도포할 수 있다. 해당 구간은 이후 압착 공정에서 압착 롤러가 압착을 시작하는 지점일 수 있다.
광경화 수지를 도포하는 단계에서는 광경화 수지 도포장비를 사용하여 일정한 속도로 일정량의 광경화 수지를 토출시켜 도포할 수 있다. 이 때 도 2에서 예시한 바와 같이 지그재그(zig-zag)의 형태로 광경화 수지를 직선 형태로 도포해 나갈 수 있는데, 광경화 수지의 토출이 시작되는 지점은 제1가로선(11) 또는 제2가로선(12)으로부터 5 내지 20 mm, 바람직하게는 10 mm 안쪽으로 이격된 지점에서 시작할 수 있고, 토출을 끝내는 지점은 제1가로선(11) 또는 제2가로선(12)으로부터 30 내지 70 mm, 바람직하게는 50 mm 안쪽으로 이격된 지점에서 끝낼 수 있다. 이는 광경화 수지 토출 장치로부터 광경화 수지를 토출 또는 토출 중지시키기 위해 ON/OFF 밸브를 조절하는 순간과 광경화 수지가 실제 노즐 헤드로부터 토출되는 순간까지의 시간차를 고려한 것으로서, 토출의 시작점은 모서리로부터 가깝게 위치시키고. 토출의 종료점은 시작점보다는 모서리로부터 더 안쪽으로 이격시켜 위치시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 광경화 수지의 노즐 이동속도를 조절함으로써 광경화 수지의 도포량을 조절할 수 있다. 구체적으로 노즐의 이동속도를 1200 cm/min 내지 1400 cm/min으로 조절함으로써 광경화 수지의 도포량을 100 내지 150 g/m2으로 조절할 수 있다. 도포량이 100 g/m2 미만인 경우에는 기포가 다량 발생하고(비교예 7), 150 g/m2 초과인 경우에는 기포는 많이 발생하지는 않았지만 압착 이후 광경화 수지의 흘러넘침(overflow) 현상이 심해 비경제적인 문제가 있다(비교예 8).
본 발명의 광경화 수지의 온도는 28 내지 30℃일 수 있다. 28℃ 미만의 온도에서는 광경화 수지의 점성이 높아 기포 발생이 다량으로 발생하는 문제점이 있을 뿐 아니라(비교예 4 및 비교예 5), 이를 극복하기 위해 많은 양의 광경화 수지가 도포되어야 하는 바 경제적이지 못하는 단점이 있다. 반면, 30℃ 초과의 온도에서는 광경화 수지의 점성이 낮아 압착 공정 이후 흘러넘침 현상이 심하다(비교예 6). 한편, 광경화 수지의 온도뿐만 아니라 실내 온도 및 제1투명기판과 제2투명기판의 온도 역시 28 내지 30℃일 수 있다. 실내 온도나 기판의 온도가 28℃ 이하이면 광경화 수지를 도포한 순간을 시점으로 광경화 수지의 온도가 계속 낮아지게 되어 상술한 바와 같은 문제가 발생하기 때문이다(비교예 5).
본 발명의 (c) 단계는 광경화 수지가 도포된 제1투명기판의 상부면 위로 PDLC 필름을 맞댐하여 적층하는 단계이다. 적층한 PDLC 필름의 크기는 제1투명기판의 크기와 동일할 수 있다. PDLC 필름의 두께는 0.1 내지 0.7 mm 일수 있고, 보다 구체적으로는 0.4 mm일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 양쪽 면에 부착되어 있는 보호필름을 제거한 후 롤 모양으로 말아 제1투명기판의 가장자리에 끝단을 일치시킨 후 PDLC 필름이 도포된 레진과 닿을 때 기포가 발생하지 않도록 천천히 롤을 풀어가면서 로딩시킴으로써 적층할 수 있다.
본 발명의 (d) 단계는 PDLC 필름의 상부면에 광경화 수지를 도포하는 단계로서, 도포하는 방법은 (b) 단계에서 서술한 내용과 동일하다.
본 발명의 (e) 단계는 상부면에 광경화 수지가 도포된 제1투명기판-PDLC 필름 적층체 위로 제2투명기판이 PDLC 필름과 맞닿도록 적층하는 단계이다. 즉, 제2투명기판을 PDLC 필름 위로 로딩하는 단계로서, 제2투명기판은 상술한 제1투명기판과 동일한 소재의 기판이면서 동일한 크기를 가진 것일 수 있다. 또한, 제2투명기판 역시 가장자리에 비닐이 부착된 것일 수 있다. 구체적으로, 제2투명기판의 하부면은 PDLC 필름과 맞댐하는 면이므로, 제2투명기판의 상부면에 기판의 가장자리를 따라 비닐이 연결되어 있는 커버링 테이프를 부착할 수 있다. 이를 통해 압착 단계 이후 광경화 수지의 흘러넘침(overflow) 현상으로 인한 장비의 오염을 방지하고, 넘친 레진을 회수 및 재활용함으로써 경제적인 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 (f) 단계는 (e) 단계에서 합지된 제1투명기판-PDLC 필름-제2투명기판의 접합체(혹은 적층체)를 압착하는 단계로서, 압착 롤러 장비를 사용하여 압착할 수 있다. 본 발명의 압착 공정은 상술한 바와 같이, 제1투명기판의 세로(혹은 가로)선으로부터 제1투명기판의 가로(혹은 세로) 길이의 0.2 내지 0.3의 길이, 바람직하게는, 직사각형 형태의 제1투명기판의 더 짧은 모서리(세로선)로부터 더 긴 모서리(가로선)의 길이의 0.2 내지 0.3의 길이만큼 안쪽으로 이격된 구간에서 시작하여 반대편 세로선 쪽 방향으로 1차적으로 압착을 수행할 수 있다. 이후, 제1투명기판의 세로(혹은 가로)선으로부터 제1투명기판의 가로(혹은 세로) 길이의 0.4 내지 0.6의 길이, 바람직하게는, 직사각형 형태의 제1투명기판의 더 짧은 모서리(세로선)로부터 더 긴 모서리(가로선)의 길이의 0.4 내지 0.6의 길이만큼 안쪽으로 이격된 구간에서 시작하여 기준이 된 세로선 쪽 방향으로 2차적으로 압착을 가할 수 있다. 다시 말해, 1차 압착 방향과 2차 압착 방향은 반대 방향으로 진행되며, 일부 중첩된 구간을 갖는다.
이와 같이, 본 발명의 압착 단계는 일부 구간이 중첩되도록 반대 방향으로 압착을 2단계로 실시함으로써, 기포의 발생을 보다 줄이면서 동시에 압착율을 크게 향상시킬 수 있고, 나아가 1차 압착 구간의 광경화 수지의 두께와 2차 압착 구간의 광경화 수지 두께 간의 편차가 발생하지 않게 하는 효과도 있다. 또한, 압착 공정이 본 발명의 일 실시예(실시예 1)에서는 제1세로선(21)으로부터 790 mm 이격된 지점(도 2의 P7-P8 구간)에서 시작해서 제2세로선(22)의 방향으로 1차 압착을 가하였고, 이후 제1세로선(21)으로부터 1,490 mm 이격된 지점(도 2의 P15-P16 구간)에서 시작해서 제1세로선(21) 방향으로 2차 압착을 가하였다.
압착 단계 이후 커버링 테이프의 비닐 위로 흘러넘친 광경화 수지를 회수할 수 있으며, 이를 빠른 시일 내에 재활용함으로써 경제적인 효과를 가질 수도 있다.
본 발명의 (g) 단계는 압착된 접합체 상에 빛을 조사하여 경화시키는 단계이다. 제1투명기판과 PDLC 필름 사이에, 그리고 PDLC 필름과 제2투명기판 사이에 도포된 광경화 수지가 빛을 받아 경화 현상을 일으킴으로써 접착이 일어나 본 발명의 PDLC 패널을 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로서, 상기 서술한 제조 방법으로 제조된 고분자 분산형 액정 패널을 제공한다.
본 발명의 제조 방법에 따라 PDLC 필름 상에 UV 레진과 같은 광경화 수지를 도포한 후 압착 과정을 거쳐 제조된 대면적 PDLC 패널의 경우 PDLC 필름과 글라스 사이에 발생하는 기포를 아예 없애거나 현저히 줄일 수 있음과 동시에 광경화 수지의 사용량을 최소화하여 경제적인 효과를 낼 수 있다.
또한 본 발명에서 PDLC 필름을 2개의 글라스로 접합하는 과정에서 광경화 수지가 글라스 사이로 흘러넘치는 레진 넘침(overflow) 현상으로 인한 장비의 오염을 방지하고, 넘친 레진을 회수하여 재활용이 가능하므로 경제적인 효과를 가질 수 있다.
도 1은 하부 글라스의 하단면에 커버링 테이프를 부착한 형태를 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 기재된 UV 레진을 도포하는 패턴 및 순서를 도식화하여 나타낸 도이다. 숫자는 길이(mm)를 나타낸 것이며, 노즐 헤드가 이동하면서 UV 레진을 토출하는 경로는 P점 사이의 직선으로, 순서는 P점의 옆에 표기된 숫자로 표시하였다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 PDLC 패널에서 레진의 흘러넘침 없이도 기포가 전혀 발생하지 않았음을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 2에 따라 제조된 PDLC 패널에서 기포가 다량 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 3에 따라 제조된 PDLC 패널에서 기포가 다량 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예 4에 따라 제조된 PDLC 패널에서 기포가 다량 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 7은 본 발명의 비교예 5에 따라 제조된 PDLC 패널에서 기포가 소량 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 8은 본 발명의 비교예 6에 따라 제조된 PDLC 패널에서 기포가 소량 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 9는 본 발명의 비교예 7에 따라 제조된 PDLC 패널에서 기포가 다량 발생하였음을 보여주는 사진이다.
도 10은 본 발명의 비교예 8에 따라 제조된 PDLC 패널에서 상당량의 레진이 흘러넘쳤음을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
재료 및 장비
글라스(하부 및 상부 모두)는 3,000 mm(가로)×1,800 mm(세로)×5.0 mm(두께) 사이즈의 대면적 유리를 사용하였고, 글라스 사이에 포함된 PDLC 필름은 [NORMAL PDLC FILM(SIZE:3000 mm×1800 mm×0.4 mm/중국 보리타)]을 사용하였다. 두 글라스 사이로의 PDLC 필름의 압착을 위해 사용된 UV 레진은 [UV RESIN/CK-UV-SG #성경(속)/조광페인트]를 사용하였다.
UV 레진을 도포하는 데에 사용한 설비는 ㈜온유비에서 제조한 것으로서, UV 레진이 저장된 압력 탱크에 일정 압력을 가해 UV 레진을 토출하고, 도포 헤드의 속도를 제어함으로써 원하는 토출량을 제어할 수 있다. 나아가 도포 간격, 도포량, 도포 패턴에 따른 위치 제어가 용이하며, 3,000 mm × 1,800 mm 크기의 대면적 제품에 대하여도 도포 가능하도록 설계 제작되었다.
압착 단계에서 사용한 압착 롤러 장치는 ㈜온유비에서 제조한 것으로서, 원통형의 상하 2개의 압착 롤러를 공압에 의해 작동되도록 제작된 것이다. 접합되는 제품의 두께에 따라 압착 높이 제어, 제품 사이즈별 압착 압력 제어, 최대 압착 폭 1,800 mm까지 가능하게 제작되었다.
기포가 제거된 압착완료된 패널에의 UV 레진 경화에 사용한 설비는 ㈜리트젠에서 제조한 것으로서, 광경화 수지인 UV 레진 경화에 필요한 파장을 만들어 낼 수 있는 메탈 램프가 이송롤러 상하부에 달려 있고 경화를 위해 대면적 유리를 이동시킬 수 있는 이송 롤러가 달려있다. 다양한 UV 레진 경화 조건에 필요한 에너지 조건을 만족하기 위해 램프 파장, 메탈 램프 높이 조절, 이송롤러 속도 조절이 가능하게 설계 제작되었고, UV 메탈 램프를 이송롤러 상하부에 부착하여 기포 제거 압착 완료된 대면적 유리를 1회 통과로 상하부 UV 레진을 동시에 경화할 수 있고, 최대 경화 폭이 1,900 mm까지 가능하게 설계 제작 되었다.
실시예 1: 대면적 PDLC 패널의 제조
1-1: 하부 글라스의 가장 자리에 커버링 테이프를 부착하는 단계
3,000 mm(가로)×1,800 mm(세로)×5.0 mm(두께) 사이즈의 대면적 유리 아랫면의 가장자리에 폭 400mm, 길이 20m의 일반 비닐 소재의 끝단부에 종이테이프가 붙어있는 커버링 테이프(한일산업, 카바링 테이프)를 부착하였다. 도 1과 같이 테이프가 부착된 면이 글라스 가장자리에 부착되도록 붙이고 비닐 부분이 글라스 바깥쪽으로 퍼져나가도록 하였다.
1-2: 하부 글라스 위에 UV 레진을 도포하는 단계
앞서 설명한 UV 레진 도포장비를 사용하여 3,000 mm(가로)×1,800 mm(세로)×5.0 mm(두께) 사이즈의 대면적 유리 위에 도 2와 같은 패턴으로 UV 레진을 도포하였다.
보다 구체적으로 설명하면, 유리의 가로의 끝선(제1가로선, 11)으로부터 10 mm 안쪽으로 이격되고 동시에 유리의 세로의 끝선(제1세로선, 21)으로부터 290 mm 안쪽으로 이격된 지점(P1)에서 시작해, 반대편 가로의 끝선(제2가로선, 12)으로부터 50 mm 안쪽으로 이격되고 동시에 제1세로선(21)으로부터 290 mm 안쪽으로 이격된 지점(P2)까지 일직선으로, 제1세로선(21) 및 제2세로선(22)과 평행하도록, UV 레진 도포장치를 사용하여 UV 레진을 도포(토출)하였다. 하부 글라스로부터 224 mm의 이격 거리를 유지하면서 이동하는 도포장치의 노즐(6 mm 내경)을 1,200 cm/min의 일정한 속도로 이동시키면서 UV 레진이 일정한 압력(0.05 bar)과 양(120 g/m2)로 토출되도록 하였다. 토출된 UV 레진의 온도 및 글라스 표면 온도는 모두 28℃였고, 실내 온도도 28℃ 였다.
도 2의 P2 지점에서 UV 레진의 토출을 중지하였고, 노즐 헤드를 제2가로선(12)으로부터 10 mm 안쪽으로 이격되어 있으면서 제1세로선(21)으로부터 490 mm 안쪽으로 이격된 지점(P3)으로 이동하였다. P3 지점에서 동일한 조건으로 토출이 재개되었고, 제1가로선(12)으로부터 50 mm 안쪽으로 이격된 지점(P4)까지 이동하면서 UV 레진을 토출하였다. P4 지점에 도착한 이후 레진의 토출을 중지하였고, 노즐 헤드를 제1가로선(11)으로부터 10 mm 안쪽으로 이격되어 있으면서 제1세로선(21)으로부터 690 mm 안쪽으로 이격된 지점(P5)으로 이동하였다. P5 지점에서 동일한 조건으로 토출이 재개되어 제2가로선(12)으로부터 50 mm 안쪽으로 이격된 P6 지점까지 UV 레진을 토출하였다.
P6 지점에서 UV 레진의 토출을 중지하였고, 노즐 헤드는 제2가로선(12)으로부터 10 mm 안쪽으로 이격되어 있으면서 제1세로선(21)으로부터 790 mm 안쪽으로 이격된 지점(P7)으로 이동한 후, P7 지점에서부터 동일한 조건으로 토출을 재개하여 제1가로선(11)으로부터 50 mm 안쪽으로 이격된 P8 지점까지 UV 레진을 토출하였다. 이와 같은 방식으로 하부 글라스 위에 UV 레진을 도포하였으며, 이러한 도포 과정은 P9-P10 구간, P11-P12 구간, P13-P14 구간, P15-P16 구간, P17-P18 구간, P19-P20 구간, P21-P22 구간, P23-P24 구간, P25-P26 구간, 그리고 제2세로선(22)으로부터 310 mm 안쪽으로 이격되어 있으면서 제2가로선(21)으로부터 10 mm 안쪽으로 이격되어 있는 P27 지점에서부터 시작해, 제2세로선(22)으로부터 310 mm 안쪽으로 이격되어 있으면서 제1가로선(11)으로부터 10 mm 안쪽으로 이격되어 있는 P28 지점(P27-P28 구간)까지 계속하였다.
1-3: 하부 글라스 위에 PDLC 필름을 로딩하는 단계
3,000 mm(가로)×1,800 mm(세로)×0.4 mm(두께) 사이즈의 PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) 필름을 UV 레진이 도포된 하부 글라스 위에 로딩하였다. 구체적으로, 필름을 부착하기 전에 표면 이상 유무, 작동 이상 유무를 확인 한 후에, 양면에 부착된 보호필름 중 한쪽 면의 보호필름을 먼저 제거하였다. 보호필름이 제거된 면이 아래로 향하게 한 후 반대쪽 면에 부착된 보호필름도 제거하였다. 양면 모두 보호필름을 제거한 이후 전극 단자가 없는 끝단부터 롤 모양으로(최소 외경 250 mm 이상) 말아 하부 글라스 위로 이동시켰다. 이후 전극부 끝단을 하부 글라스의 가장자리와 일치시킨 후 PDLC 필름이 도포된 레진과 닿을 때 기포가 발생하지 않도록 천천히 롤을 풀어가면서 로딩시켰다.
1-4: PDLC 필름 위로 UV 레진을 도포하는 단계
하부 글라스와 그 위에 PDLC 필름이 로딩되어 있고, 그 위에 상부 글라스의 로딩을 위한 UV 레진을 도포하였다. UV 레진은 상기 1-2 단계에서 설명한 패턴과 동일한 방법으로 PDLC 필름 위에 한 번 더 도포하였다.
1-5: 상부 글라스를 UV 레진이 도포된 PDLC 필름 위로 로딩하는 단계
하부 글라스와 동일한 글라스(상부 글라스)를 PDLC 필름 상에 포개어지도록 올려두었다. 구체적으로, 지브 크레인을 이용하여 수직으로 적재된 상부 글라스를 흡착하여 들어 올리고 상부 글라스를 수평으로 눕힌 후, 하부 글라스 쪽으로 이동하여 하부 글라스와 동일한 위치에 왔을 때 크레인의 높이를 일정 높이까지 내린 후 지그 탈착하여 상부 글라스를 로딩하였다.
1-6: 상부 글라스 윗면 가장자리에 커버링 테이프를 부착하는 단계
상기 1-1 단계와 동일한 방식으로 상부 글라스 윗면 가장자리에 커버링 테이프를 부착하였다.
1-7: 압착 롤러를 사용하여 압착하는 단계
도 2에서와 같이, 제1세로선(21)으로부터 790 mm 안쪽으로 이격된 P7-P8 지점에서 시작하여 제2세로선(22) 방향 (즉, P27-P28 지점 방향, 도 2의 1차 압착방향)으로 압착 롤러를 가동하면서 1차 압착 공정을 진행시켰다. 압착 롤러의 압착 높이는 187 mm로 설정하였고, 압착 속도는 30 cm/min의 속도로 접합체를 이동시켰으며, 압착력은 0.010 MPa를 유지하였다. 도포된 UV 레진이 활 모양으로 번져나가면서 하부 글라스-PDLC 필름-상부 글라스의 접합체가 압착되었다. 제2세로선(22)까지 끝까지 지나간 압착 롤러는 제1세로선(21)으로부터 1490 mm 안쪽으로 이격된 P15-P16의 직선 구간으로 이동하여 해당 직선 위치에서 시작하여 제1세로선(21) 방향(도 2의 2차 압착 방향)으로 가면서 2차 압착을 진행하였다.
1-8: 넘친 레진의 회수 단계
상기 압착 단계 이후 커버링 테이프로 흘러넘친 레진을 바로 회수하였다. 구체적으로, 압착 공정이 끝나고 압착 테이블이 배출 위치로 이동 완료하면, 배출 쪽 이송 롤러를 상부로 이동시켜 압착된 유리를 압착 테이블 면에서 떨어지게 한 후(간격: 40mm), 커버링 테이프를 상부 하부 글라스에서 분리한 후 레진 회부 용기에 담아 밀려나온 레진을 회수하였다.
1-9: 기포 발생 확인
압착까지 완료된 PDLC-글라스 패널에서의 기포 발생 여부 및 정도를 육안으로 확인하였다. 그 결과, 도 3과 같이 발생된 기포가 전혀 없이 잘 부착됨을 확인하였다.
비교예 1 내지 3: UV 레진의 도포 간격에 따른 기포 발생 및 레진의 흘러넘침 여부 확인
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3
UV 레진의 도포량 (g/m2) 120 120 120 120
UV 레진의 온도(℃) 28 28 28 28
실내 온도(℃) 28 28 28 28
도포 속도(cm/min) 1200 1200 1200 1200
도포 간격 (mm) 200 100 300 500
글라스 사이즈 (mm) 3000×1800×5 3000×1800×5 3000×1800×5 3000×1800×5
기포 발생여부 및 발생 정도 기포 없음 기포 없음 기포 다량 발생 기포 다량 발생
UV 레진의 흘러넘침 여부 흘러넘친 UV 레진 없음 레진이 많이 흘러넘침 흘러넘친 UV 레진 거의 없음 흘러넘친 UV 레진 거의 없음
다른 조건은 실시예 1과 동일하게 유지하되, 비교예 1에서는 UV 레진의 도포 간격을 100 mm로 줄여서 도포하였고, 비교예 2 및 비교예 3에서는 도포 간격을 각각 300 mm, 500 mm로 넓혀서 도포하였다.
그 결과, 비교예 1에서는 기포가 발생하진 않았으나 UV 레진이 과량으로 도포되어 압착 이후 레진이 많이 흘러넘쳐 경제적인 손실이 컸다. 반면 비교예 2와 비교예 3에서는 도포 간격을 넓힘으로써 UV 레진의 흘러넘침 현상은 심하지 않았으나, 압착 이후 내부에 다량의 기포가 발생하였다(도 4 및 도 5).
비교예 4 내지 6: 온도에 따른 기포 발생 및 레진의 흘러넘침 여부 확인
실시예 1 비교예 4 비교예 5 비교예 6
UV 레진의 도포량 (g/m2) 120 120 120 120
UV 레진의 온도(℃) 28 19.3 28 32.1
실내 온도(℃) 28 24 25 28
글라스 온도(℃) 28 22.3 25 31.4
도포 속도(cm/min) 1200 1200 1200 1200
도포 간격 (mm) 200 200 200 200
글라스 사이즈 (mm) 3000×1800×5 3000×1800×5 3000×1800×5 3000×1800×5
기포 발생여부 및 발생 정도 기포 없음 기포 다량 발생 기포 소량 발생 기포 소량 발생
UV 레진의 흘러넘침 여부 흘러넘친 UV 레진 없음 흘러넘친 UV 레진 거의 없음 흘러넘친 UV 레진 거의 없음 UV레진이 많이 흘러 넘침
글라스 온도, UV 레진의 온도 및 실내 온도를 달리 하여 제조했을 때, 글라스 온도 22.3℃/실내 온도 24℃/UV 레진 온도 19.3℃로 설정한 비교예 5에서는 다량의 기포발생이 확인되었고(도 6), 글라스 온도 25℃/실내 온도 25℃/UV 레진 온도 28℃인 비교예 5에서도 기포는 소량이 확인되었다(도 7).
한편, 고온의 조건으로서 글라스 온도 31.4℃/실내 온도 28℃/UV 레진 온도 32.1℃로 설정한 비교예 6에서는 기포는 소량 발생하였으나 UV 레진이 많이 흘러 넘쳤다(도 8). 즉, 온도에 따라 UV 레진의 점성에 크게 영향을 미치기 때문에 적절한 실내온도, UV 레진의 온도, 글라스 온도를 유지하여야 함을 확인하였다. 결과적으로, 실내온도, UV 레진의 온도, 글라스 온도 모두 28℃ 이상 30℃ 이하의 조건으로 유지되어야 UV 레진의 도포량을 최소화하면서 동시에 기포 발생없이 패널을 제조할 수 있음을 확인하였다.
비교예 7 내지 8: 레진 도포량에 따른 기포 발생 및 레진의 흘러넘침 여부 확인
실시예 1 비교예 7 비교예 8
UV 레진의 도포량 (g/m2) 120 90 160
UV 레진의 온도(℃) 28 28 28
실내 온도(℃) 28 28 28
글라스 온도(℃) 28 28 28
도포 간격 (mm) 200 200 200
글라스 사이즈 (mm) 3000×1800×5 3000×1800×5 3000×1800×5
기포 발생여부 및 발생 정도 기포 없음 기포 다량 발생 기포 없음
UV 레진의 흘러넘침 여부도 흘러넘친 UV 레진 없음 흘러넘친 UV 레진 거의 없음 UV레진이 많이 흘러넘침
UV 레진 도포시, 레진 토출 노즐의 이동속도를 제어함으로써 도포되는 UV 레진의 양을 조절하였고, UV 레진의 도포량을 달리하였을 때의 기포발생 정도 및 레진의 흘러넘침 정도를 측정하였다.
그 결과 90g/m2 의 도포량으로 도포하였을 때(비교예 7)에는 기포가 다량으로 발생하였음을 확인하였고(도 9), 160g/m2 의 도포량으로 도포하였을 때(비교예 8)에는 기포는 발생하지 않았지만 압착 후 UV 레진이 다량으로 흘러넘침을 확인하였다(도 10).
11: 제1가로선
12: 제2가로선
21: 제1세로선
22: 제2세로선

Claims (10)

  1. (a) 대면적의 투명한 재질로 이루어진 직사각형 형태의 제1투명기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 제1투명기판의 상부면에 UV경화 수지(UV resin)를 150 내지 250 mm의 일정한 간격으로 복수 개의 직선 형태로 도포하는 단계;
    (c) UV경화 수지가 도포된 제1투명기판의 상부면 위로 고분자 분산형 액정(Polymer-Dispersed Liquid Crystal; PDLC) 필름을 맞댐하여 적층하는 단계;
    (d) 상기 고분자 분산형 액정 필름의 상부면에 UV경화 수지를 150 내지 250 mm의 일정한 간격으로 복수 개의 직선 형태로 도포하는 단계;
    (e) 상부면에 UV경화 수지가 도포된 제1투명기판-PDLC 필름 적층체 위로 투명한 재질로 이루어진 제2투명기판이 PDLC 필름과 맞닿도록 적층하는 단계;
    (f) 압착 롤러로 상기 적층된 제1투명기판-PDLC 필름-제2투명기판의 접합체를 압착하는 단계; 및
    (g) 상기 압착된 접합체 상에 빛을 조사하는 단계;를 포함하는 고분자 분산형 액정 패널의 제조 방법으로서,
    상기 제1투명기판, 제2투명기판 및 UV경화 수지 각각의 온도는 28 내지 30℃이고,
    상기 (b) 및 (d) 단계에서 도포된 UV경화 수지의 양이 100 내지 150g/㎡인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1투명기판 및 제2투명기판은 유리 또는 투명 아크릴인 것인 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1투명기판 및 제2투명기판의 가장자리에 비닐이 부착된 것인 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (f) 단계에서 압착 롤러는 제1투명기판의 일 방향으로 이루어지는 1차 압착과, 이와 반대 방향으로 이루어지는 2차 압착의 2단계로 구성된 것인 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 (f) 단계와 (g) 단계 사이에 흘러넘친 UV경화 수지를 회수하는 단계;를 추가로 포함하는 제조 방법.
  10. 제1항, 제2항, 제5항, 제6항 및 제9항 중 어느 한 항의 제조 방법으로 제조된 고분자 분산형 액정 패널.
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