KR102345894B1 - 광변색 광학적층체 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 광변색 광학적층체에 있어서, 제1 보호층; 제1 보호층 위에 형성된 투명층;으로서, 복수의 구조물로 형성된 투명층; 제1 보호층 위에 형성된 광변색층;으로서, 투명층을 형성하는 복수의 구조물 사이를 채우고 있는 광변색층; 그리고, 투명층 및 광변색층 위에 형성된 제2 보호층;을 포함하는 광변색 광학적층체에 대한 것이다.

Description

광변색 광학적층체{PHOTOCHROMIC OPTICAL LAMINATE}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 광변색 광학적층체에 관한 것으로, 특히 밝고 어두운 환경 변화가 급격히 발생하는 경우에도 사용하기 적합한 광변색 광학적층체에 대한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
자외선에 노출되면 변색되어 투과율이 떨어지고, 자외선이 없는 환경에서는 다시 투명하게 복귀되는 광변색(Photochromic) 광학적층체의 경우 실내에서는 투명성을 유지하고, ?Z빛이 있는 외부 환경에서는 투과율이 떨어져 선글라스 기능을 하는 소재로 널리 이용되고 있다.
도 1은 한국공개특허공보 제2018-0120736호에 기재된 광변색 광학적층체의 일 예를 보여주는 도면이다. 설명의 편의를 위해 도면기호 및 용어의 일부를 변경하였다.
광변색 광학적층체(10)는 제1 보호층(11), 제2 보호층(12), 광변색층(13) 및 투명 수지층(14)을 포함한다.
도 1에 기재된 광변색 광학적층체(10)는 광변색층(13)이 제1 보호층(11) 및 제2 보호층(12) 사이에서 전면에 걸쳐 형성되어 있다. 이러한 구조의 광변색 광학적층체(10)는 투과율이 떨어진 이후 다시 투명하게 되는데 5분 이상의 시간이 걸려 다시 투명하게 되는 시간동안 사용자의 시야가 확보되지 않는 문제가 있다. 예를 들어 운전자가 ?Z빛이 있는 환경에서 터널과 같은 어두운 환경으로 갑작스러운 이동시 착용하고 있는 안경이나 헬멧, 고글 등이 도 1과 같은 종래의 광변색 광학적층체로 만들어진 경우 안경이나 헬멧, 고글 등이 다시 투명하게 되는 시간동안 시야가 확보되지 않기 때문에 안전성에 문제가 발생한다. 한국공개특허공보 제2010-0041413호에서는 투과율이 떨어진 이후 다시 투명하게 되는데 장시간이 걸리는 문제점을 해결하기 위해서 광변색층을 코팅하여 형성하는 제조방법을 기재하고 있지만 역시 광변색층이 전면에 형성되기 때문에 광변색 광학적층체가 투과율이 떨어진 이후 다시 투명하게 되는데 걸리는 시간을 완전히 줄일 수는 없다.
본 개시는 투과율이 떨어진 이후 다시 투명하게 되는데 걸리는 시간과 관계없이 항상 시야가 일정하게 확보되는 광변색 광학적층체를 제공한다.
이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 광변색 광학적층체에 있어서, 제1 보호층; 제1 보호층 위에 형성된 투명층;으로서, 복수의 구조물로 형성된 투명층; 제1 보호층 위에 형성된 광변색층;으로서, 투명층을 형성하는 복수의 구조물 사이를 채우고 있는 광변색층; 그리고, 투명층 및 광변색층 위에 형성된 제2 보호층;을 포함하는 광변색 광학적층체가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 한국공개특허공보 제2018-0120736호에 기재된 광변색 광학적층체의 일 예를 보여주는 도면,
도 2는 본 개시에 따른 광변색 광학적층체의 일 예를 보여주는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 광변색 광학적층체의 투명층의 다양한 예를 보여주는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 광변색 광학적층체의 다른 일 예를 보여주는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 광변색 광학적층체 제조방법의 일 예를 보여주는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)). 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.
도 2는 본 개시에 따른 광변색 광학적층체의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2(a)는 사시도이고, 도 2(b)는 AA'를 따라 자른 단면도이다.
광변색 광학적층체(100)는 제1 보호층(110), 제1 보호층(110) 위에 형성된 투명층(120) 및 광변색층(130), 투명층(120) 및 광변색층(130) 위에 형성된 제2 보호층(140)을 포함한다.
제1 보호층(110) 및 제2 보호층(140)은 투명한 합성 수지로 형성된 필름(film) 또는 플레이트(plate)일 수 있다. 투명한 합성 수지는 방향족 폴리카보네이트, 폴리(메트)아크릴레이트, 아세틸셀룰로스, 방향족 폴리카보네이트와 지환식 폴리에스터의 혼합물, 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 4불화 에틸렌, 폴리이미드, PMMA, 폴리스틸렌, 폴리술폰, 폴리아크릴, 폴리에스테르, 환형(고리형) 폴리올레핀 (ex. PET, PP, PC, PMMA, TPU, TAC) 등을 이용한 투광성의 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
투명층(120)은 복수의 구조물(121)로 형성될 수 있다. 제1 보호층(110) 및 제2 보호층(140) 사이에 위치하여 눈에 보이지 않을 수 있는 부분은 점선으로 도시하였다. 도 2에 기재된 복수의 구조물(121)은 제1 보호층(110)의 폭(W) 방향으로 나란히 배열되어 있지만 이에 한정되지 않으며 다양한 복수의 구조물(121)은 도 3에서 다시 설명한다. 투명층(120)은 에폭시 아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴 아크릴레이트, 에폭시 메타크리레이트 등 물질로 형성될 수 있다.
광변색층(130)은 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121) 사이를 채우고 있다. 광변색층(130)은 에폭시 아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴 아크릴레이트, 에폭시 메타크리레이트 등의 바인더에 광변색 물질을 혼합하여 형성될 수 있다.
본 개시에 따른 광변색 광학적층체(100)는 밝은 장소에서 어두운 장소로 갑자기 들어올 때 광변색층(130)의 투과율이 높아지는 동안에도 투명층(120)을 통해 사용자는 시야를 확보할 수 있으며, 자외선이 있는 밝은 장소에서는 광변색층(130)을 통해 종래의 빛 차단 효과를 얻을 수 있다. 다만 광변색층(130)이 투명층(120)의 복수의 구조물(121) 사이에 채워져 있기 때문에 사용자가 자외선이 있는 밝은 장소에서 선글라스와 같은 효과를 충분히 얻기 위해서 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)이 광변색층(130)이 형성되는 복수의 구조물(121) 사이의 폭(131)보다 작거나 적어도 같은 것이 바람직하다. 그 이유는 통상적으로 변색 전/후의 투과율 차이가 25%를 넘어야 광변색 선글라스의 기능을 가진다고 보기 때문이다. 표 1에서 보는 바와 같이 광변색층(130)의 폭(131)과 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211) 비율이 1:1 일 경우 25% 수준의 투과율 차이를 보이며 광변색층(130)과 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211) 비율이 1:1 이 아니고 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)이 광변색층(130)의 폭(131)보다 커질 경우에는 25% 이하의 투과율 차이를 보인다. 더 나아가 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)과 광변색층(130)의 폭(131)은 200um 이하가 적절하며 그 이유는 하기의 표 1을 보면 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)과 광변색층(130)의 폭이 200um가 넘을 경우 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)과 광변색층(130)이 외관상 라인형태로 눈에 인식될 수 있다.
표 1에 기재된 실험의 조건은 100mm×100mm 크기의 두께 100um PET(투과율 92.0%) 상에 투명층(120, UV 폴리우레탄 아크릴레이트 소재) 및 광변색층(130, 바인더 :　에폭시 아크릴레이트）을 각 조건별로 임프린팅 및 코팅 성형하여 제작하였으며, 투과율 측정은 헤이즈미터를 이용하여 ASTM D 1003 규격으로 측정하였으며 측정장비는 닛폰덴쇼쿠의 NDH-2000을 이용하여 측정하였다(온습도 : 23도, 45%). 또한 외관상 라인형태의 시인성은 육안 평가 및 도트게이지를 이용하여 확인하였다.
구분 폭(㎛) 투과율(%) 패턴시인성
투명층 광변색층 변색 전 변색 후 차이
1 40 40 85.2 60.2 25.0 패턴 미시인
2 60 60 85.3 60.2 25.1 패턴 미시인
3 80 80 85.7 60.4 25.3 패턴 미시인
4 100 100 86.4 61.1 25.3 패턴 미시인
5 120 120 86.7 61.2 25.5 패턴 미시인
6 140 140 87.1 61.4 25.7 패턴 미시인
7 160 160 87.8 62.2 25.6 패턴 미시인
8 180 180 88.4 62.8 25.6 패턴 미시인
9 200 200 89.2 63.2 26.0 패턴 미시인
10 220 220 89.6 65.4 24.2 패턴 미약시인
11 240 240 90.1 66.1 24.0 패턴 약시인
12 260 260 90.3 66.2 24.1 패턴 약시인
13 280 280 90.4 66.9 23.5 패턴 시인
14 300 300 90.6 67.1 23.5 패턴 시인
다만 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)이 5㎛ 이하인 경우 가공 제작 난이도가 상승하고 정밀한 구조물 제작이 어렵기 때문에 구조물의 거칠기 등이 나타나 산란으로 인하여 시야각이 확대되기 때문에 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)의 최소 폭은 5㎛ 이상이 바람직하다.
또한 광변색층(130)의 투과율이 높아지는 동안에도 투명층(120)을 통해 사용자의 시야각을 확보하기 위해서 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211)이 복수의 구조물(121)의 높이(1212)보다 작은 것이 바람직하다. 더 나아가 투명층(120)과 광변색층(130)이 단면도인 도 2(b)와 같이 교대로 형성되어 있기 때문에 투명층(120)을 형성하는 물질의 굴절율과 광변색층(130)을 형성하는 물질의 굴절률 차이가 없거나 0.1 이하인 것이 바람직하다. 투명층(120)을 형성하는 물질의 굴절율과 광변색층(130)을 형성하는 물질의 굴절률 차이 0.1 이상인 경우 도 2(c)와 같이 광변색 광학적층체(100)를 통해 보는 사물(150)이 일그러져 보일 수 있기 때문이다. 예를 들어 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 각각의 폭(1211) 180㎛ 인 경우 광변색층(130)이 형성되는 복수의 구조물(121) 사이의 폭(131) 180㎛ 내지 200㎛ 이고, 복수의 구조물(121)의 높이(1212)는 200㎛ 일 수 있다.
도 3은 본 개시에 따른 광변색 광학적층체의 투명층의 다양한 예를 보여주는 도면이다.
광변색 광학적층체(100)의 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)은 도 3(a)와 같이 복수의 섬형 구조물(121)일 수 있다. 또는 도 2 및 도 3(b)와 같이 제1 보호층(110)의 폭(w) 방향으로 나란히 배열된 복수의 구조물(121)일 수 있다. 복수의 구조물의 단면 형상은 사각형, 삼각형과 같은 다각형이거나 반원형, 타원형일 수 있다. 다만 도 3(a)의 복수의 섬형 구조물(121)이 도 2 및 도 3(b)의 라인 구조물(121) 보다 구조물에 대한 시인성이 떨어지기 때문에 바람직하다. 또한 도 3(a)의 복수의 섬형 구조물(121)의 경우 광변색 선글라스와 같은 효과를 충분히 얻기 위해서 앞서 설명한 것처럼 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121) 각각의 폭(1211) 및 광변색층(130)의 폭 크기도 중요하지만 더 나아가 각각의 섬형 구조물(121)의 평면적의 합이 광변색층(130)의 평면적의 합보다 작은 것이 바람직하다. 또한 밝은 장소에서 어두운 장소로 갑자기 들어올 때 광변색층(130)의 투과율이 높아지는 동안에도 투명층(120)을 통해 사용자는 시야를 확보해야 하는 면에서 빛이 제2 보호층(140)으로 들어오고 사용자의 눈이 제1 보호층(110) 측에 있다면, 도 3(c)와 같이 투명층(120)을 형성하는 복수의 구조물(121)의 단면은 제1 보호층(110)과 만나는 면적이 제2 보호층(140)과 만나는 면적보다 작은 것이 바람직하다.
도 4는 본 개시에 따른 광변색 광학적층체의 다른 일 예를 보여주는 도면이다.
광변색 광학적층체(100)는 접착층(160)을 포함할 수 있다. 도 4에 기재된 것을 제외하고 도 4에 기재된 광변색 광학적층체는 도 3에 기재된 광변색 광학적층체와 실질적으로 동일하다.
도 5는 본 개시에 따른 광변색 광학적층체 제조방법의 일 예를 보여주는 도면이다.
제1 보호층(110)을 준비한다(S1). 제1 보호층(110) 위에 투명성 재료로 복수의 구조물(121)을 형성하여 투명층(120)을 형성한다(S2). 복수의 구조물(121)을 형성하는 방법은 포토방식, 절삭방식, 타각방식, 레이저방식, 인쇄방식, 임프린팅 방식, 핫엠보/핫프레스 방식 등을 이용하여 제작할 수 있다. 이후 복수의 구조물(121) 사이를 광변색 물질로 채워넣어 광변색층(130)을 형성한다(S3). 이후 제2 보호층(140)을 형성한다(S4). 필름 또는 플레이트인 제2 보호층(140)은 광변색층(130)을 형성하는 광변색 물질이 접착성을 갖고 있는 경우 광변색층(130) 위에 제2 보호층(140)을 합지하여 형성할 수 있지만 광변색층(130)을 형성하는 광변색 물질이 접착성을 갖고 있지 않은 경우에는 접착층(미도시)을 형성한 후 제2 보호층(140)을 합지하여 형성할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 광변색 광학적층체에 있어서, 제1 보호층; 제1 보호층 위에 형성된 투명층;으로서, 복수의 구조물로 형성된 투명층; 제1 보호층 위에 형성된 광변색층;으로서, 투명층을 형성하는 복수의 구조물 사이를 채우고 있는 광변색층; 그리고, 투명층 및 광변색층 위에 형성된 제2 보호층;을 포함하는 광변색 광학적층체.
(2) 투명층을 형성하는 복수의 구조물은 복수의 섬형 구조물인 광변색 광학적층체.
(3) 투명층을 형성하는 복수의 섬형 구조물의 평면적의 총합이 광변색층의 평면적의 합보다 작은 광변색 광학적층체.
(4) 투명층을 형성하는 복수의 구조물은 제1 보호층의 폭 방향으로 나란히 배열된 광변색 광학적층체.
(5) 복수의 구조물의 각각의 단면은 반원, 타원형 및 다각형 중 적어도 하나인 광변색 광학적층체.
(6) 투명층을 형성하는 물질의 굴절율과 광변색층을 형성하는 물질의 굴절률 차이가 0.1 이하인 광변색 광학적층체.
(7) 투명층을 형성하는 복수의 구조물의 각각의 폭이 광변색층이 형성되는 복수의 구조물 사이의 폭보다 작은 광변색 광학적층체.
(8) 투명층을 형성하는 복수의 구조물의 각각의 폭이 복수의 구조물의 높이보다 작은 광변색 광학적층체.
(9) 제2 보호층과 광변색층 사이에 접착층을 포함하는 광변색 광학적층체.
(10) 투명층을 형성하는 복수의 구조물은 각각이 제1 보호층과 만나는 면적이 제2 보호층과 만나는 면적보다 큰 광변색 광학적층체.
본 개시에 의하면, 밝기가 갑자기 변화는 환경에서도 안전하게 사용할 수 있는 광변색 광학적층체를 얻을 수 있다.
광변색 광학적층체 : 10, 100
제1 보호층 : 11, 110
제2 보호층 : 12, 140
광변색층 : 13, 130
투명층 : 120

Claims (10)

  1. 선글라스에 사용되는 광변색 광학적층체에 있어서,
    제1 보호층;
    제1 보호층 위에 형성된 투명층;으로서, 복수의 구조물로 형성된 투명층;
    제1 보호층 위에 형성된 광변색층;으로서, 투명층을 형성하는 복수의 구조물 사이를 채우고 있는 광변색층; 그리고,
    투명층 및 광변색층 위에 형성된 제2 보호층;을 포함하며
    투명층을 형성하는 복수의 구조물은 규칙적으로 배열된 복수의 섬형 구조물이며,
    투명층을 형성하는 복수의 섬형 구조물의 평면적의 총합이 광변색층의 평면적의 합보다 작고,
    변색 전/후의 투과율 차이가 25% 이상인 광변색 광학적층체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    투명층을 형성하는 복수의 구조물은 제1 보호층의 폭 방향으로 나란히 배열된 광변색 광학적층체.
  5. 제4항에 있어서,
    복수의 구조물의 각각의 단면은 반원, 타원형 및 다각형 중 적어도 하나인 광변색 광학적층체.
  6. 제1항에 있어서,
    투명층을 형성하는 물질의 굴절율과 광변색층을 형성하는 물질의 굴절률 차이가 0.1 이하인 광변색 광학적층체.
  7. 제1항에 있어서,
    투명층을 형성하는 복수의 구조물의 각각의 폭이 광변색층이 형성되는 복수의 구조물 사이의 폭보다 작거나 같은 광변색 광학적층체.
  8. 제1항에 있어서,
    투명층을 형성하는 복수의 구조물의 각각의 폭이 복수의 구조물의 높이보다 작은 광변색 광학적층체.
  9. 제1항에 있어서,
    제2 보호층과 광변색층 사이에 접착층을 포함하는 광변색 광학적층체.
  10. 제1항에 있어서,
    투명층을 형성하는 복수의 구조물은 각각이 제1 보호층과 만나는 면적이 제2 보호층과 만나는 면적보다 큰 광변색 광학적층체.
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