KR20040081711A - 네오디뮴 산화물 도프된 차량 앞유리, 안전 광택 재료 및창 유리 - Google Patents

네오디뮴 산화물 도프된 차량 앞유리, 안전 광택 재료 및창 유리 Download PDF

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KR20040081711A KR10-2003-7015364A KR20037015364A KR20040081711A KR 20040081711 A KR20040081711 A KR 20040081711A KR 20037015364 A KR20037015364 A KR 20037015364A KR 20040081711 A KR20040081711 A KR 20040081711A
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Abstract

자동차, 트럭, 버스, 오토바이, 기관차, 스포츠 유틸리티 차량, 4륜 구동 오토바이, 및 밴에 사용되는 차량용 바람막이 및 안전 광택 유리로서 적합한 차량용 바람막이 및 안전 광택 유리는 네오디뮴 산화물과 희토류 화합물을 포함한다. 내오디뮴 산화물은 스펙트럼의 황색 부분을 필터링하여 눈부심을 감소시킨다. 스펙트럼에서 황색 광의 결합은 컬러의 불포화를 유발하고 콘트라스트를 감소시킨다. 콘트라스트의 개선과 눈부심의 감소로 예를들어, 차량 운전자가 야간 운행 및 인공적인 조명 하에서 물체의 콘트라스트를 보다 양호하게 구별할 수 있게 한다. 운전자에게 특히 황색 광은 야간 운행동안 다가오는 차량의 종래 헤드라이트에 의해 방출되며 이로 인해 눈의 피로를 증대시킨다. 네오디뮴 산화물이 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료에 추가될 수 있다. 창유리의 사용에 적합한 광택 감소된 창유리도 희토류 화합물인 네오디뮴 산화물을 포함한다. 네오디뮴 산화물은 스펙트럼의 황색 광을 필터링하여 시각을 개선한다. 광 스펙트럼에서의 황색 광의 결합은 색의 불포화 및 콘트라스트를 감소시킨다. 콘트라스트의 개선 및 눈부심의 감소는 예를들어, 빌딩의 창유리에 사용할 수 있게 하여 눈부심을 감소시키기 위해 보통 사용되는 블라인드와 커튼의 추가 비용없이 눈부심을 감소시킬 수 있다. 이러한 유리는 조립된 다층 유리로 사용될 수 있다.

Description

네오디뮴 산화물 도프된 차량 앞유리, 안전 광택 재료 및 창 유리 {NEODYMIUM OXIDE DOPED VEHICLE WINDSHIELD, SAFETY GLAZING MATERIAL AND WINDOW GLASS}
반대편 방향으로부터 다가오는 차량의 헤드라이트 및 일출이나 일몰에 의한시각적 불쾌감은 이제까지 인식되어 오지 못했던 주요 문제점 중의 하나라는 것을 인식하게 되었다.
하나의 제안된 해결책은 차량 헤드라이트에 편광자(polarizer)를 설치하는 것이였다. 그러한 기술에 있어서의 배경 개념은 셜크리프(미국 메사츄세츠 캠브리지 소재의 하버드 유니버설티 프레스, 1962년판 129 내지 133쪽에 셜크리프 윌리암 에이.에 의해 설명된 편광 제조 및 용도)에 의해 요약되어 있다. 이색 편광자(dichroic polarizer)에서 불가피한 광 흡수를 피하기 위해, 다수의 발명자들은 특별히 설계된 평판형 편광자 파일을 사용하는 시스템을 제안했다(예를들어, 마크의 1956년 특허 허여된 영국 특허 제 762 678 호 참조). 대형화, 취약성, 얼룩지려는 경향, 편광화 단점, 및 제조 비용을 포함한 결점들은 이러한 기술의 실시를 방해해왔다.
본 발명은 미국 특허 제 5,548,491(칼펜, 1996)호에 설명된 바와 같은 백열 차단 비임 또는 텅스텐 할로겐 램프와, 미국 특허 제 5,844,721(칼펜, 1998)호에 설명된 바와 같은 네오디뮴 산화물 도프된 후방 미러, 및 미국 특허 제 5,961,208(칼펜, 1999)호에(이들 특허는 본원에 참조됨) 설명된 바와 같은 컬러 보정된 고 휘도 방전 차량 헤드라이드로부터, 본 발명에 따른 네오디뮴 산화물 도프된 차량 앞유리, 안전 광택 재료, 및 눈부심 감소된 네오디뮴 산화물 함유 윈도우 그라스로 컬러 보정된 차량 헤드라이트의 개념을 확대한다.
건축업 또는 차량의 피팅(fitting)에 사용하기 위한 광택 작업에 적합한 유리 조성물이 콤베스의 미국 특허 제 5,830,814(1998)호에 설명되어 있다. 이들 조성물은 다음과 같이 중량비로 정의된, SiO269 내지 75 %, Al2O30 내지 3 %, CaO 2 내지 10 %, MgO 0 내지 2 %, Na2O 9 내지 17 %, 및 Fe2O3(전체 철) 0.2 내지 1.5 %와 같은 조성을 가진다. 이들 조성물은 불소뿐만 아니라 아연, 지르코늄 산화물과 4 % 이하의 바륨 산화물 및 10 % 이하의 알카리 희토류를 함유한다.
사가구찌 등의 미국 특허 제 5,958,811(1999)호에는 자동차 또는 차량용 창유리 및 건축 재료용 창유리로서 적합한 브론즈(bronze) 또는 중성 회색의 틴트(tint)와 우수한 자외선 흡수력을 갖는 적외선 및 자외선 흡수 유리가 설명되어 있다. 상기 유리는 중량비로, 65 내지 80 % SiO2, 0 내지 5% B2O3, 0 내지 5 % Al2O3, 0 내지 10 % MgO, 5 내지 15% CaO, 10 내지 18 % Na2O + K2O를 함유하는 유리 계열의 성분, 및 Fe2O3로 표현되는 0.20 내지 0.50 % 전체 철 산화물(T-Fe2O3), 0 내지 3% CeO2, 0.025 내지 6.0 % La2O3, 0 내지 2 % TiO2, 0.0002 내지 0.005 % CoO, 0.0002 내지 0.005 % Se, 0 내지 0.01 % NiO, 및 0 내지 1 % SnO2를 함유하는 컬러 성분을 포함하는데, 상기 Fe2O3의 상기 T-Fe2O3의 5 내지 25 %는 FeO이다.
하이덴 등의 미국 특허 제 4,470,922(1991)호에는 40 내지 60 % SiO2, 10 내지 30 % 네오디뮴 산화물, 및 미량의 다수의 다른 무기물 화합물을 포함하는 유리를 함유한 강화 고 네오디뮴 산화물이 설명되어 있다.
고바야시의 미국 특허 제 4,454,446(1984)호에는 희토류 산화물 Nd2O3및Pr2O3를 함유하는 유리 재료로 제조되어, 햇빛 하에서라도 만족할만한 컬러 광과 콘트라스트를 얻을 수 있는 정면 판을 갖춘 광원용 음극선 튜브가 설명되어 있다.
마쯔우라의 미국 특허 제 3,714,055(1973)호에는 다양한 유리 성분, 그 중 하나가 0.3 내지 2.5 %의 네오디뮴 산화물을 포함하는 유리 조성물로 제조되는 백열광 하에서의 컬러 사진에 사용되는 유리 컬러 필터가 설명되어 있다.
야마시따의 미국 특허 제 4,521,524(1985)호에는 유리 성분으로서 5 내지 40 % 네어디뮴 산화물을 함유하는 컬러 CRT 디스플레이 장치용 콘트라스트 개선 필터가 설명되어 있다.
쿡 등의 미국 특허 제 4,769,347(1988)호에는 유리 성분으로서 10 내지 25 % 네오디뮴 산화물을 함유하는 컬러 CRT 디스플레이 장치용 콘트라스트 개선 필터 그라스가 설명되어 있다.
히라노 등의 미국 특허 제 4,315,186(1982)호에는 반사 미러 섹션에 결합된 네오디뮴 산화물 도프된 정면 렌즈 섹션을 갖춘 반사 램프가 설명되어 있다. 히라노는 정면 렌즈 섹션에 있어서 네오디뮴 산화물의 양을 중량비로 0.5 내지 5.0 % 범위로 한정했다. 네오디뮴 산화물의 양이 5 % 이상이면, 합성 유리재료와 반사 미러 구성물 사이의 열팽창 계수의 차이가 너무 커져서 정면 유리 섹션을 반사 미러 베이스에 결합시키는 것이 어렵게 된다.
에이카니안의 미국 특허 제 3,354,025(1967)호에는 컬러 평형화 적층물(color gradated laminates)이 설명되어 있다. 적층된 패널과 계면층도 설명되어 있는데, 적층물을 접합하는데 사용되는 계면층은 계면층을 가로지르는 착색 밴드 또는 구배를 갖는 것을 특징으로 한다. 착색 밴드는 하나의 엣지에 있는 최대 두께부로부터 다른 엣지에 있는 최소 두께부로 그 두께가 테이퍼져 있어서 균일한 컬러 구배를 제공한다. 안전한 적층물은 일반적으로 각각의 패널 사이에 끼인 플라스틱 투명 층을 갖는 두 개 이상의 투명 패널을 포함한다. 통상적으로 사용되는 계면층은 소성 폴리비닐 아세톤 수지로 구성되며 일반적으로 두께 0.015 인치 이상의 필름으로 압출 또는 성형된다. 이러한 형태의 적층물의 가장 중요한 응용은 자동차, 군용 차량, 및 항공기용 앞유리가다.
점진적으로 색이 바래는 컬러 밴드를 제조하기 위한 염료의 사용으로 광택 및 열의 효과를 감소시키는 역할을 할지라도, 이들 특성의 전체적인 개선은 시이트 몸체에 결합되는 염료의 사용에 의해 달성될 수 있음을 알아냈다. 염료의 농도는 적층화 후의 바람직한 투광에 따라 폭넓은 한계치 내에서 변화할 수 있다. 바람직한 결과를 얻기 위해서, 적층물의 어두운 부분의 투광은 25 % 이하, 바람직하게 10 % 이하, 최소 1 %이어야 한다.
본 발명에 있어서, 광택방지 재료가 사이에 끼인 적층물만이 아닌 앞유리 유리와 안전 광택재료와 결합된다. 에이카니안 특허와 구별하기 위해서, 앞유리 상부를 가로지르는 밴드만이 아닌 앞유리 전체가 광택 방지 화합물을 가진다.
라이만의 미국 특허 제 5,076,674(1991)호에는 감소된 표면 반사율을 갖는 제 1의 전기화학적 후방 미러 조립체가 설명되어 있다. 라이만 특허에 있어서, 네오디뮴 산화물은 3층의 박막 적층물에서 고 반사율을 갖는 다수의 가능성있는 재료중에 하나다.
종래 기술에서 실패한 본 발명에서 추구하려는 것은 네오디뮴 산화물 도프된 차량 앞유리, 안전 광택재료, 및 광택 감소된 네오디뮴 산화물 함유 창유리로부터 투광되는 황색 광의 양을 감소시키는 것인데, 그 이유는 스펙트럼에서의 황색 광의 양을 감소시킴으로써 색의 채도를 개선하고 광택을 감소시킬 수 있기 때문이다. 시각적 불편함과 시각적 장애의 문제점에 대한 본 발명의 해결책은 네오디뮴과 희토류 산화물을 앞유리 유리, 안전 광택 재료 및 광택 감소된 네오디뮴 산화물 함유 창유리에 추가함으로써, 황색 광을 흡수하여 광 스펙트럼에서 황색 광의 존재를 감소시키는 것이다. 네오디뮴 산화물은 70 % 이상의 광을 정상적으로(평행하게) 투광할 것을 요구하는, 1997년 8월 11일자로 ANSI에 의해 승인된 연방 규칙 규격 코드(CFR) 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996의 타이틀 49의 요건을 만족하도록 유리의 제곱 센치미터 당 0.0225 그램 이하의 양으로 앞유리에 추가될 수 있다. 방탄 외피로 사용하기 위한 안전 광택 재료를 위해서, 네오디뮴 산화물은 60 % 이상의 광택을 갖는 방탄 외피와 영구 차량을 통한 정상적인 입사시 조합된 정상(평행) 투광을 요구하는, 1997년 8월 11일자로 ANSI에 의해 승인된 연방 규칙 규격 코드(CFR) 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996의 타이틀 49의 요건을 만족하도록 유리의 제곱 센치미터 당 0.04 그램 이하의 양으로 추가될 수 있다. 네오디뮴 산화물은 61.81 %의 총 최대 투과율을 제공하도록 유리 표면의 제곱 센치미터 당 0.0244 그램 이상의 양으로 창유리에 추가된다. 이러한 네오디뮴 산화물 양 이하에서는 만족할 만한 방식으로 광택을 적절히 감소시키기 위해 황색 광을 충분히 흡수하는 데에는 불충분하다. 창유리가 다양한 두께로 제조되므로, 광택 감소의 목적을 달성하는데 필요한 네오디뮴 산화물의 양을 유리 재료의 중량비 보다는 유리의 단위 면적 당 중량으로 표현할 필요가 있다.
본 발명은 에너지 보존 기술로서도 중요하다. 투과된 광의 스펙트럼에서 황색 광을 흡수하는 것에 의해 광택을 감소시키므로, 태양광을 차단해내기 위한 커튼이나 해가리개가 더 이상 필요없게 되어 내측의 인위적인 조명 대신에 태양광을 사용할 수 있게 되어 유리를 빌딩 측면 상의 광택 재료로서 사용할 수 있다. 게다가, 창쪽 가까이에서 성가신 눈부심없이 직접적인 광의 700 내지 7000 촉광 정도로 잘 볼 수 있다.
고속도로 안전관리 공단은 차량 고휘도 방전 램프로부터의 눈부심에 관련한 규정을 2000년 10월부터 성문화했지만, 1998년 1월 26일경 상기 공단의 스탭인 마이크 카미사와의 전화통화에 따르면 상기 규정에서 자유로운 차량은 극소수였다. 또한, 2002년 5월 5일자 p. A8 뉴스데이, 인캔탈루포 및 토마스의 "차량 헤드라이트의 눈부심에 대한 문제점"에 따르면, 많은 차량이 고휘도 방전램프를 갖추고 있고 또한 이들 램프를 주간 운행 램프로서 사용하고 있기 때문에, 눈부심 문제점이 증가되고 있다. 또한, 포드 자동차 회사의 비벡 하이즈 및 국가 고속도록 여행 안전협회의 마이클 퍼렐과 본원 발명자와 1998년 2월 2, 3일경의 전화 통화를 통해서, 주간 운행 램프로부터의 눈부심에 관한 근심을 표명했었다.
본 발명의 중요성을 설명하기 위해 네오디뮴 산화물 성분에 대해 알아보면 다음과 같다.
네오디뮴 산화물은 원자 번호 60 및 원자량 144.24의 희토류 원소이다. 네오디뮴 산화물은 산소와 결합하여 분자량 336.48의 네오디뮴 산화물(Nd2O3)를 형성한다(참조문헌 1).
원소 형태의 희토류에 대한 설명은 19세기에나 가능해졌으며 본 특허출원과 같은 조명 기술분야에 중요한 네오디뮴의 특성은 네오디뮴이 금속 형태로 준비되기 이전에도 공지되어 있었다. 1803년에, 크라프로쓰는 미네랄 산화세륨을 발견했다. 동시에, 이러한 산화 세륨은 바젤리우스와 윌리암 히싱거에 의해서도 발견되었다(참조문헌 2). 이러한 미네랄은 다양한 희토류 산화물이라는 것이 입증되었다. 1814년에, 히싱거와 바젤리우스는 세륨을 산화세륨 희토류에서 분리했다(참조문헌 3). 1839년에, 모슬란더는 산화세륨에서 희토류 란타나를 발견했다. 1841년에, 모슬란더는 희석된 질산으로 란타나를 처리하여 이로부터 디디뮴이라 명명한 장미빛 색깔의 산화물을 추출했는데, 그가 말한 바와 같이 란타나의 분리할 수 없는 쌍동이 형제처럼 유사해 보였다(참조문헌 5).
디디뮴은 원소들의 혼합물이라고 간주되었다. 이들의 분리는 어려운 것으로 입증되었다. 1882년에, 프라하 대학의 보부스라브 교수는 분광기로 몇몇 디디뮴 분율(didymium fraction)을 검사하여 청색 영역(λ= 449 내지 443 나노미터) 및 황색 영역(λ= 590 내지 568 나노미터)에서 일군의 흡수 밴드를 발견했다. 1885년에, 벨스베흐는 디디뮴을 두 개의 토류인 프라세오디미아(praseodymia)와 네오디미아(neodymia)로 분리했다. 네오디미아는 황색 영역에 흡수 밴드를 가진다. 네오디미아 토류는 네오디뮴 산화물이다.
희토류의 스펙트럼은 다수의 연구원들에게 커다란 흥미를 유발하였다. 이온 촉매에 있어서 희토류 이온의 스펙트럼에 관한 가장 인상적인 특징은 그들의 흡수 및 방출 밴드에 있는 다수의 선들에 대한 선명도이다. 1908년 초기에, 벡퀘럴은 다수의 경우에 있어서 상기 다수의 선들은 자유 분자의 자유 원자에 대한 스펙트럼에서 일반적으로 관찰되는 것처럼 좁을 수 있다는 것을 깨달았다(참조문헌 8).
그러나, 오늘날 실제로 사용되는 다수의 고체들은 결정질이라기 보다는 비결정질 또는 유리질이다. 이는 그러한 물질의 근접 영역에서의 이온들은 유사하지만 샘플에는 길다란 영역의 순서가 없다는 것을 의미한다. 희토류 이온들은 다수의 유리로 용이하게 결합될 수 있다. 예상할 수 있는 바와 같이, 유리에 있어서 희토류 결정질 스펙트럼의 가장 우세한 특징은 광학 라인의 극도의 선명함이 사라진다는 점이다.
단순화된 관점으로부터, 유리는 과냉각된 액체이다. 그러므로, 유리에서의 희토류 스펙트럼은 액체에서의 희토류 이온의 스펙트럼과 유사할 것이다. 액체에 있어서의 스펙트럼은 비록 매우 넓은 라인을 갖지만 "결정질 필드 스플릿팅(crystal field spoitting)"을 나타낸다. 이는 액체에서의 희토류 이온이 이웃 리간드 쉘에 의해 둘러싸였음을 나타내며, 이는 고체에서 발견되는 형상과 유사하고 모든 용해된 희토류 이온과 동일하며, 또한 상기 이웃하는 쉘을 초과해서만 교정되지 않은 구조가 존재한다. 액체에서 근처 이웃의 배위(coordination)는 고체에서와 동일하며, 결정질 필드 스플릿팅의 크기와 용해도가 동일하다는 것도 이해할 수 있다. 유리에서 희토류 이온은 산화물로서 결합된다. 전술한 이유로부터, 유리에서의 희토류 스펙트럼은 특정 희토류 이온의 안정한 산화물 변이체의 스펙트럼과 유사하는 것을 예상할 수 있으며, 이러한 예상은 경험적인 발견에 의해 입증된다(참조문헌 9).
이온의 흡수는 다른 환경에 놓일 때 기본적인 변경을 초래한다. 2가 동, 코발트, 또는 니켈 이온으로 얻을 수 있는 매우 다양한 컬러는 배위수의 차이와 주위 원자 그룹의 성격에 기인한다. 이온 결합을 공유 결합으로 변경하는 것에 의해 완전히 상이한 흡수 스펙트럼을 생성한다. 광 흡수와 화학적 변경의 밀접한 상관관계는 가시적인 흡착을 초래하는 전자도 화학적 상호반응과 화합물의 형성을 초래한다는 사실을 깨달을 때 놀라운 것은 아니다.
그러나, 위의 경우는 희토류 화합물과는 상이하다. 그들의 컬러는 내부의 양호하게 보호되는 전자 쉘에서 발생하는 변화에 의존하는 것에 비해서, 다른 원자들에서 처럼 화학적 힘은 외측 전자 쉘 내에서의 전자의 변형과 교환에 제한된다. 따라서, 네오디뮴 화합물의 컬러는 원소가 연결되는 원자의 성격과 실제적으로 무관하게 유지된다. 수산화염은 무수염, 암모니아 화합물, 또는 산화물과 같이 자수정색이다. 화학적 변화는 색깔에 단지 미소한 범위만 영향을 끼친다(참조문헌 10).
유리질을 함유하는 네오디뮴 산화물에 대한 다수의 연구들은 흡수 스펙트럼을 연구하는 것이였다. 바이더트는 1992년에 체계적인 연구를 이끌어냈다. 순수 네오디뮴 산화물의 샘플들이 프라세오디뮴과 같은 불순물로부터의 오염이 거이 없게끔 제일 먼저 만들어졌다(참조문헌 11). 스펙트럼은 565 내지 598 나노미터의 광대역에서 황색 광의 흡수를 나타내는 것을 밝혀냈다(참조문헌 12).
로젠하우어 및 바이더트에 따르면, 유리질 내부의 Nd+3이온에 대한 흡수 스펙트럼은 유리질 상태의 안정화에 영향을 끼치는 구조의 어떠한 변경을 나타내는 신호이다. 불투명화하려는 유리의 경향을 증가시키는 조성의 변화는 정상적으로 선명한 Nd+3이온의 흡수 대역을 흐리게 한다. 그러므로, 흡수 지표는 산화 시스템의 융합성을 연구하는데 사용된다(참조문헌 13). 이들의 연구에 있어서, 기본 유리질은 그들의 알카리와 다르다. 스펙트럼 흡수 대역에 있어서 알카리의 원자 반경이 작으면 작을수록 더 많이 확산된다. 루비듐 유리질의 미세 구조는 커다란 알카리가 작은 칼륨, 나트륨 또는 리듐 이온에 의해 대체될 때 점차적으로 사라진다.대응하는 리튬 유리질은 급속 냉각에 의해서만 얻어질 수 있으며, 이와는 달리 결정화가 발생할 수 있다. 따라서, 불투명화하려는 유리질의 경향과 그의 흡수 스펙트럼 사이에 일반적인 연관성이 있는 것처럼 보인다. 용이하게 네오디뮴을 결정화하려는 모든 유리질에 있어서, 흡수 스펙트럼을 다소 확산시키는 원인이된다. 기저 유리질의 알카리 베이스와는 무관하게, 565 내지 598 나노미터 범위의 황색 광의 흡수는 모든 유리질 샘플에서 볼수 있다(도 1 참조; 참조문헌 15).
유리질 함유 네오디뮴 산화물은 2색성을 경험한다. 인공 조명에서, 네오디뮴 산화물 유리질은 밝은 적색을 띤다. 색채에 대한 지각은 조명의 형태에 따라 변할뿐만 아니라 유리질 층의 두께에 따라서도 변한다. 얇은 층 또는 네오디뮴 산화의 농도가 낮을 때, 이들 유리질은 청색을 띠며, 두껍거나 네오디뮴 산화물의 농도가 높을 때에는 적색을 띤다(참조문헌 16).
브이. 시로키는 다양한 농도의 네오디뮴 및 바나듐을 함유하는 유리질의 2색성에 대해 연구했다. 최대 2색성을 나타내는 색소의 농도 및 유리질의 두께를 계산하려는 시도를 했다. 이들 유리질이 색깔을 띠는 이유는 네오디뮴 산화물 때문인데, 예를들어 바나듐은 희토류의 본래 청색-적색의 2색성을 변경시켜서 녹색 컬러를 띠게 한다. 565 내지 598 나노미터 범위의 황색 광의 흡수는 희미한 색깔의 네오디뮴 산화물 유리질이 거의 완전하게 황색 광을 흡수할 정도로 강렬하다. 따라서, 투광된 스펙트럼은 두 부분, 즉 청색 부분과 적색 부분으로 나뉜다. 그러한 유리질이 생성하는 컬러 지각은 광원의 세기 분포에 의존한다. 햇빛 아래서, 청색 부분이 우세하며, 단파장 광선이 상당히 약한 인공 조명(백열광)하에서는 적색 부분이 우세하다(참조문헌 17).
이론적으로, 적색 부분에 예리한 흡수 밴드와 녹색 계열의 감각 곡선을 갖는 필터가 착색제 포화로 인한 실제로 모든 컬러의 포화를 증가시키는 것으로 예상된다. 최적 개선은 유리질에서의 네오디뮴 산화물 흡수 대역의 중간에 속하는 573 나노미터에서의 흡수 대역에서 달성된다(참조문헌 18).
네오디뮴 산화물 유리질의 특징적인 흡수, 특히 스펙트럼의 황색부분에서 좁고 강한 대역은 유일한 방식으로 컬러 버젼에 영향을 끼친다. 그러한 유리질을 통해 풍경이나 정원을 보면, 적색 및 녹색 빛깔이 특히 강렬하며, 특히 적색을 포함하는 모든 컬러에 대해 매우 선명하게 보인다(참조문헌 19).
유리질을 함유하는 네오디뮴 산화물을 통해 볼 때 다른 흥미 있는 특징은 초목의 녹색과 무기질 염료를 희석시킴으로써 생성되는 유사 녹색 사이의 구별이다. 모든 녹색의 색조는 동일한 반면에, 반사 스펙트럼은 그들의 세기 분포에 있어서 기본적으로 상이하며 식물의 엽록소에 대해 미세 구조에서 풍부한 스펙트럼을 가진다.
보우마는 전기 광(백열등)이 "네오판(Neophane)" 유리로 공지된 네오디뮴 산화물 함유 유리를 사용하는 컬러 외피(설명의 명확함을 위해, 외피는 전구의 외측 쉘을 의미한다)를 도입함으로써 개선될 수 있다. 스펙트럼의 대부분은 임의 범위로 취약해서는 안된다. 이와는 달리, 효율의 감소가 너무 클 수 있다. 광의 상당히 작은 손실로 얻어 질 수 있는 컬러의 개선을 고려할 수 있다(참조문헌 21).
이와 같은 가능성은 스펙트럼의 하나 이상의 상당히 작은 영역의 흡수에 의해 이루어진다. 이와 관련하여 무슨 컬러가 고려될 수 있는가가 영원한 문제점이다. 일반적으로, 주어진 컬러의 흡수는 다음 두 가지 문제점을 수반하게 된다.
1. 이러한 컬러를 거의 배타적으로 반영하는 문제점은 너무 어둡다는 점이다.
2. 덜 포화된 형태 하에서 컬러를 나타내는 문제점은 훨씬 덜 포화된다는 점이다.
제 1 문제점은 스펙트럼의 외곽에 있는 컬러, 즉 적색과 청색에 주로 해당된다. 예를들어, 거의 완전 포화된 적색은 재료가 적색과 오렌지 색을 실제로 배타적으로 반영할 때만 발생한다. 이러한 사실은 청색의 경우도 동일하다.
황색에 대해서는 포화도가 상이하다. 매우 포화된 황색은 스펙트럼의 좁은 영역이 반사되고 적색 및 녹색뿐만 아니라 황색도 꽤 양호하게 반사되기 때문에 일반적으로 자연에서 발생하며, 단지 청색과 청자색만이 커다란 범위에서 흡수된다.
제 2 문제점도 특히 스펙트럼의 외곽과 관련이 있는데, 햇빛 보다 훨씬 덜 포화된 형태로 전기 광에서 재생되는 청색은 훨씬 흐리게 형성되는 것만은 아니다. 적색의 포화도는 너무 많이 감소되지 않는데, 그 이유는 피부색의 재생이 악화되기 때문이다.
전술한 이유로, 제 2 문제점은 황색의 경우에 훨씬 덜 중요하다.
보우마는 백열등을 네오디뮴 산화물 함유 네오판 유리로 감싸고 정상적인 타원형 유리 벌브로 에워싸인 백열등과 컬러 연출도를 비교했다. 주요 컬러에 대해 나타낸 결과는 더욱 포화되어 특히 낮은 레벨의 조명에서 바람직하게 변화되었다. 특히, 햇빛으로부터 백열등으로의 변경시 상당히 덜 포화되는 적색은 더욱 포화된 형태로 다시 재생되었다.
오랜지색은 적색쪽으로 이동했으며, 황색으로부터 적색 방향으로의 이동은 일반적으로 그 색의 온기를 증가시킨다.
햇빛으로부터 백열광으로의 이동시 다소 의심스러운 황색-녹색이 되는 녹색은 네오판 유리의 영향 하에서 다시 녹색으로 복귀한다.
최종적으로, 보우마는 흰색과 매우 불포화된 컬러들이 청색-청자색의 방향으로 이동됨에 주목했다. 그러나 이는 변화가 매우 크지 않고 게다가, 햇빛으로부터 백열광으로의 이동과 거의 동일한 방향으로 놓이기 때문에 항상 장점이라고 판단되지 않으며 그러한 이동은 방해받지 않는다.
요약하면, 보우마는 네오디뮴 산화물을 함유하는 네오판 유리의 사용으로 더욱 포화된 형태로 대부분의 컬러를 재생하고 오랜지색-황색을 더 온난하게 하는 장점을 가진다. 청색의 희미한 외관과 황색-녹색쪽으로의 이동과 같이 백열광의 다수의 단점들은 부분적으로 극복된다. 오랜지색과 그 주위 색들의 높은 포화도와 같은 백열광의 가장 중요한 장점은 보다 강렬한 적색이 유지된다는 점이다.
단메이어는 네비게이션 목적을 위해 기상 악화 중에 시력 보완기로서의 네오디뮴 산화물 함유 네오판 유리에 대한 조사를 수행했다. 상기 유리를 통해 스펙트럼을 보았다면, 황색이 제거되었지만 적색과 녹색이 훨씬 더 선명해졌다는 것에 주목할 것이다. 심지어 어두운 날씨에 풍광을 바라보더라도 모든 적색과 녹색이 강조된 멋진 광택 컬러를 보게 될 것이다. 그러나, 다른 특별한 효과, 즉 황색에 의해 주로 생성되는 불편한 블라인딩 효과가 동시에 사라진다. 창공을 나무잎 없는 나무가지를 통해 보았을 때 그 끝을 볼 수 없으며, 일반적으로 눈부심이 사라지게 된다. 그러나 네오디뮴 산화물 유리(현재 기술적으로 네오판 유리라 불리는)를 통해 보았다면, 가장 작은 차이점만이 강조된다. 청명한 하늘 또는 태양에 대한 모든 블라인딩 효과는 사라지며 일몰쪽을 바라볼 때에도 광학적 풍광들에 대한 요소들이 더욱 선명하게 나타나며 여명의 풍광들이 많은 콘트라스트를 가진다.
단메이어에 의해 더욱 주목된 바와 같이, 네오디뮴 산화물을 함유하는 네오판 유리를 사용하는 효과에 대해 북극 및 발틱해 및 엘버강에서 여름 및 가을 동안에 연구되었다. 이미 전술한 바와 같이 적색 및 녹색이 선명히, 특히 선명하게 보였다. 연기 굴뚝, 바닥 페인트, 표식 및 다른 요소들에 의한 선박의 외부 관찰이 훨씬 더 용이했다. 날씨가 흐리거나 안개가 끼어서 회색의 실루엣으로서만 다른 선박을 볼 수 있다면, 볼 수 없는 것으로 판단되지 않고 색깔 차이만이 여전히 보일 것이다. 그러나 대단히 중요한 것은 희미한 날씨에서 멀리 떨어진 부분이 동일하게 보이는 선박이 서로로부터 변경된 거리에 있게 보일 수 있다는 점이며, 위치와 이동이 훨씬 용이하게 차별화될 수 있다는 점이다.
엘베강에서 일몰시 떠나가는 배를 바라다 볼 때 태양의 블라이딩에 의한 광학적 차이를 갖는 것이 공지되어 있다. 비록 선장이 많은 정보를 갖고 있더라도 다가오는 배를 선별한다는 것은 매우 어려우며 또한 구별하기 위한 증거를 찾는다는 것도 어렵다.
단메이어에 따르면, 네오디뮴 산화물을 함유하는 네오판 유리는 눈에서 발생되는 이러한 모든 것들을 방지한다. 물이 준 엘베강을 따라, 비록 흐린 날씨에서도 길다란 해안선을 구별할 수 있으며, 가시거리가 약 1 해리 만큼 실제로 연장된다. 북해에서 흐린 날씨에 분별되지 않는 다수의 선박들을 찾아내는 것도 가능하다. 회색 선박은 안경을 통해 보았을 때 주위 보다 더 어둡게 나타난다. 물체를 눈으로 구별할 수 없는 일몰시의 반사 환경에서도 네오디뮴 산화물을 함유하는 네오판 유리를 통해서 선박을 보면 선명하게 구별된다(참조문헌 24).
창 및 실내 전등의 적용에 있어서 네오디뮴 산화물 함유 유리에 대한 전술한 연구들은 전술하지 않은 본 발명의 용도, 즉 차량용 앞유리와 눈부심 방지 재료, 주간 및 야간 운전 중의 양호한 시야확보, 및 창 유리의 용도로 사용될 수 있다.
본 발명에 따라, 네오디뮴 산화물 유리가 자동차 앞유리, 및 주간과 야간 및 악천후시의 운전을 위한 눈부심 방지재료로 사용될 때 불편함과 바람직하지 않은 황색 광이 필터링되어 개선된 콘트라스 및 컬러 분별도로 물체를 더욱 선명하게 구별할 수 있게 한다. 또한, 반대 방향으로부터 다가오는 헤드라이트의 강력한 불빛에 의한 눈피로가 경감되어 반대 방향으로부터 다가오는 헤드라이트로부터의 불빛으로 인해 겪는 한번 및 모든 불편함을 막을 수 있다.
눈에 의해 어떻게 색깔을 볼 수 있나에 대한 생리적인 설명은 자동차 앞유리 및 눈부심 방지 재료를 위한 네오디뮴 산화물 도프된 유리의 시각적 효율에 대한 설명을 제공한다. 고라스는 다음과 같이 설명하고 있다(참조문헌 25).
인간의 시각 시스템에는 3 개의 콘 메카니즘(cone mechanism), 즉 청색-청자색의 440 나노미터, 녹색의 540 나노미터, 및 오랜지색의 610 나노미터 근처에서의 피크 감도를 가진다. 이들 메카니즘은 시각적으로 "청색", "녹색" 및 "적색"으로 부정확하게 불리는데, 그 이유는 이들이 각각 청색, 녹색 및 적색 광에 의해 영향을 받는다고 대략적으로 생각될 수 있기 때문이다.
거기에는 하나의 눈 당 대략 6, 7백만 녹색 콘과 적색 콘, 및 백만 이하의 청색 콘이 있다. 녹색 및 적색 콘은 자세한 정보와 콘트라스트를 제공하나 청색 콘은 그렇지 못하다. 청색 콘은 주로 황색 광과 물체 사이를 구별하는 수단을 제공하는 것으로 판단되며, 청색 콘 메카니즘은 청색 광에 의해 흥분되며 황색 광에 의해 방해를 받는다.
중간 스펙트럼(황색빛을 띠는) 이미지가 망막에 선명하게 촛점 잡힐 때, 청색빛을 띠는 파장은 촛점에서 벗어난다. 저시력(low visual acuity)이 청색 콘 메카니즘과 고시력이 녹색 및 적색 콘 메카니즘과 결합된다. "황색빛 이미지"란 용어는 광에 있어서 어떤 황색 항목을 항상 의미하는 것은 아니다. 그 이유는 녹색과 적색이 황색 감각을 만들어내기 때문이다.
콘은 망막 및 망막 너머에 있는 다양한 세포들에 그들의 신호를 공급한다. 강력한 콘 적대 세포들은 단색 광에 의해서만 흥분되고 서로 방해받는 세포들이다. "적색-녹색 콘트라스트 디텍터"는 휘도 및 컬러 콘트라스트에 커다란 역할을 하며 풍광 요소들 사이의 차이점도 검출한다. 이들은 미세한 공간적 세부사항에 대한 정보를 공급한다.
강력한 (녹색 및 적색 콘과 관련된)콘 적대 세포들은 녹색 또는 적색 광에 의해 턴 오프 또는 턴 온 되며 황색광에 대한 반응이 매우 늦다. 적색-녹색 콘트라스트 디텍터는 황색 광에 의해 전체적으로 방해받는다(참조문헌 26).
따라서, 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리로 제조된 자동차 앞유리 및 눈부심 방지 재료는 콘트라스트, 시력, 및 컬러 인식도를 개선하도록 불편한 황색 광에 대한 최대 필터링 효과를 제공한다.
저시력 눈의 기능에 대한 두 개의 최근 연구는 흥미롭다. 네오디뮴 산화물 형태의 자동차 앞유리 및 눈부심 방지 재료는 정상 시력을 갖는 사람뿐만 아니라 시력이 손상된 사람들에게도 도움을 준다.
페이는 컬러 물체를 볼 때의 시각적 인상이 충분한 태양광에서 보는 것과 유사한 생생한 진짜 컬러라고 보고했다. 고 콘트라스트 차트, 콘트라스트 민감차트(Vistch VCTS 6500) 및 판독물을 봄에 있어서, 네오디뮴 산화물을 함유하는 백열 전구가 실내에 사용되었을 때 흑백 사이의 콘트라스트가 증가된다. 네오디뮴 산화물 함유 전구의 황색 광 방출 감소로 인해, 흰색은 더 희게 흑색은 더 검게 나타난다.
현재까지, 특별한 제안은 없었지만 양호한 독서를 위해서는 햇빛을 필요로 하는 시력 손상 환자의 이력으로부터 네오디뮴 산화물 함유 전구에 양호한 응답을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 양호한 응답은 망막염, 광 기능감퇴, 시야 결함이 있는 녹내장, 및 광응고증을 앓고 있는 증식 망막증 당뇨병 환자들로부터 유도되었다.
저시야 환자에 대한 연구는 미국 뉴욕시 소재의 주립 대학인 뉴욕 시력 측정학교에 근무하는 코헨 및 로젠탈에 의해 수행되었다(참조문헌 28). 이들의 연구에서도 더욱 정확한 컬러 렌더링(rendering), 시력과 콘트라스트의 개선 및 눈 피로 감소를 발견했다. Vistech 6000 콘트라스트 테스트에 관한 표준 "에이" 형 네오디뮴 산화물 램프 및 표준 백열등과 고저 콘트라스트 시력 차트를 이용하여 51명의 저시력 환자에게 실험이 수행되었다. 그 결과 네오디뮴 산화물 전구를 사용했을 때 작지만 통계적으로 중요한 성능 개선을 보였다. 개인 선호도도 5 대 1의 비율로 네오디뮴 산화물 전구를 좋아했다. 환자 모집단은 색맹, 색소 결핍증, 백내장, 선천적 백내장, 실어증, 피질 산소결핍증, 당뇨 망막증, 광 기능감퇴, 병적 근시, 1기 안구진탕증, 망막염, POP, 및 SMD가 있는 환자들였다.
그 결과, 자동차 앞유리, 눈부심 및 건축학적 광택 방지 재료의 유리에서 도프제로서 네오디뮴 산화물을 사용하는 것에 의해서 황색 광을 걸러냈으며, 따라서 적색-녹색 콘트라스트 디텍터를 개선하는 양호한 시력을 제공함으로써 시각 콘트라스, 시력 및 컬러 인식력이 개선되었다.
< 참조 문헌 >
1. 편집자 데이빗 알. 리데 ;화학 및 물리 편람; 제 73판; CRC 출판사 ; 앤 아버, 미시간 ; 1992. 4-7페이지, 4-77페이지.
2. 위이크, 마리 엘비라 ;원소의 발견; 케미컬 에쥬케이션 저어널 ; 6판 ; 1960 ; 552 페이지.
3. 뮬러, 세랄드 ;란탄 계열의 화학물; 레인홀드 퍼블리싱 캄파니 ; 뉴욕 뉴욕 ; 1963 ; 1 내지 4 페이지.
4. 위크 ; 701 페이지.
5. Ibid. 704 페이지.
6. Ibid. 714 페이지.
7. Ibid. 714 페이지.
8. 후프너 에스. ; "결정질 매트릭스 내의 란탄 계열에 대한 광 스펙트럼" ; 샤마 피. 신하 편집 ; 1983 ; 313 페이지.
9. Ibid. 372 페이지.
10. 벨, 볼데말 에이. ; 컬러 유리 ; 다우슨 오브 팔 말 ; 런던 ; 1959 ; 220 페이지.
11. Ibid. 219 페이지.
12. 베이더트 에프. ; "기본 유리를 여러 가지 형태로 조성한 경우의 디디뮴유리의 흡수 스펙트럼" ; 과학 사진 잡지 ; 1921-2 : 21권 ; 254-264 페이지.
13. 벨, 볼데말 에이. ; 및 에벨른 쵸스너 말보에 ; 유리 구성 ; 1권. 인터 사이언스 출판사 ; 존 윌리 앤드 선스 디비젼 ; 뉴욕 ;뉴욕 ; 1962; 315 페이지.
14. 벨, 컬러 유리, 77페이지.
15. Ibid. 78 페이지.
16. Ibid. 221 페이지.
17. Ibid. 221 내지 222 페이지.
18. Ibid. 226 페이지.
19. Ibid.
20. Ibid.
21. 보우마, 피. 제이. ; 백열등의 컬러 재생 및 "필리판 유리" ; 필립 테크니컬 리뷰 ; 1938 ; 3권 27 내지 29 페이지.
22. Ibid.
23. 단메이어, 에프. ; "비가시 경우의 항해 보조 수단으로서의 네오판 유리 ; 유리 제작소 ;1934 ; 11월 4일 ; 49 내지 50 페이지.
24. Ibid.
25. 고우라스, 피. 및 이. 렌너 ; "컬러 비젼 : 신경 생리학적 시야로부터의 검토" ; 감각 생리학 1의 진보 ; 스프링거-베르락, 베를린-하이델베르크-뉴욕, 1981.
26. Ibid.
27. 페이예, 엘리놀 ; "신 광원" ; 블라인더를 위한 뉴욕 협회 ; 뉴욕, 뉴욕 ; 날짜 미정, 1 페이지.
28. 코헨 제이 엠. 및 브루스 피. 로젠탈 ; 저 광시야 모집단의 근접점 성능에 관한 백열 네오디뮴 광원의 혁명" ; 시력 회복 저어널 ; 2 권 4호 ; 1988 ; 15 내지 21 페이지.
본 발명은 신규의 광택 감소된 차량용 앞유리 및 안전 광택 재료, 특히 주간 또는 야간 운전 중에 분별에 필요한 조명 수치에서 개선된 가시거리를 제공할 수 있고 반대 방향에서 다가오는 차량의 헤드라이트를 운전자가 쳐다봄으로써 느끼는 커다란 불쾌감을 경감시킬 수 있는 신규의 차량용 앞유리 및 안전 광택 재료의 개선에 관한 것이다. 본 발명은 또한 동쪽이나 서쪽으로의 여행시 일출 또는 일몰로 인한 눈부심도 감소시킬 수 있다. 신규의 네오디뮴 산화물 도프된 차량용 앞유리 및 안전 광택 재료는 모든 조건의 조명하에서 피사체의 색체 표현을 개선할 수 있다. 이는 신규 차량 및 차량 중고 시장에서의 교환을 위한 중고 차량에도 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 광택 감소된 창 유리, 특히 피사체의 색체 표현을 개선할 수 있고 태양으로부터의 눈부심에 의한 많은 불쾌감을 경감시키는 동시에 광 전달을 최대화할 수 있는 신규한 창 유리의 개선에 관한 것이다.
본 발명은 다음 도면들을 참조하면 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 다수의 네오디뮴 산화물 함유 유리의 투과율을 비교하는 그래프이며,
도 2는 차량 앞유리 및 눈부심 방지 재료용 타이틀 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996 요건을 만족시키는 70.08 %의 총 투광율을 갖는 네오디뮴 산화물 도프된 유리의 투광 곡선을 나타내는 그래프이며,
도 3은 타이틀 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996에 따른 방탄 외피에 사용하기 위한 눈부심 방지 재료에 대한 요건을 만족시키는 62.46 %의 총 투광율을 갖는 네오디뮴 산화물 도프된 유리의 투광 곡선을 나타내는 그래프이며,
도 4는 차량의 앞유리창에 대한 요구사항을 만족시키고 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE z26.1-1996로서 글레이징 재료(glazing materials)를 만족시키는 89%의 총 투광율을 갖는 네오디뮴 산화물 도핑된 유리의 광투과 곡선 그래프이며,
도 5는 총 61.81%의 투광율을 갖는 이중 글레이즈된 네오디뮴 산화물 도핑된 유리의 투광율 곡선이다.
본 발명은 네오디뮴 산화물 도프된 방풍유리, 눈부심 방지 재료 및 눈부심 감소된 네오디뮴 산화물을 포함하는 유리에 관한 것이며, 이는 시야, 컬러 분별력, 및 보이는 물체에 대한 콘트라스트를 상당히 개선한다.
유리를 통과하는 광은 일정한 두께의 유리를 투과하는 광의 양을 흡수율로 나타내는 람베르트-베어 법칙을 따른다.
Ln (T) = - AL
위의 방정식에서, L은 유리의 두께이며, A는 흡수율이며, T는 투과되는 광의 백분율이며, Ln은 자연 대수이다.
네오디뮴 산화물을 함유하는 유리를 제조할 목적으로, 네오디뮴 산화물은 상당히 순수해야 한다. 불순물은 황 이외의 광 투과를 감소시키는데, 이는 네오디뮴 산화물에 의해 흡수된다.
유리의 제조, 특히 백만 또는 천만 제곱 피트의 유리를 차량 앞유리, 눈부심 방지 재료 및 눈부심 감소된 네오디뮴 산화물 함유 창 유리를 제조하는데에 있어서하나의 성분으로서 네오디뮴 산화물을 사용하는 것은 순도 96.0 내지 99.0 %의 네오디뮴 산화물을 필요로 한다. 네오디뮴 산화물 함유 유리의 흡수 특성은 2차 세계대전 이전에 알려졌다. 그러나, 상당히 순수한 네오디뮴 산화물을 제조하는 비용은 아주 높은데, 그 이유는 란탄계의 화학적 특성이 유사하고 분리가 어렵기 때문이다.
2차 세계 대전 중에, 원자 폭탄 프로젝트의 일부로서 융합 제품을 분리하면서, 과학자들은 희토류 원소를 분리하기 위한 용리 크로노그래프 이온 교환 방법을 발전시켰다. 주요 발견은 프랑크 에이치. 쉐딩과 그 동료들이 밴드 변환 이온 교환 방법을 발전시켰을 때인 1950년대에 발견되었으며, 상기 밴드 변환 이온 교환방법은 마크로 수준의 극히 순수한 개개 원소들을 제조할 수 있다. 10년 내에 액체-액체 추출법이 발전되었는데, 이는 훨씬 적은 값으로 개개의 희토류 원소를 제조할 수 있게 했다.
이와 같이, 신차의 가격 상승을 초래하지 않는 범위 내에서 네오디뮴 산화물 함유 앞유리, 눈부심 방지 재료, 및 눈부심 감소된 네오디뮴 산화물 함유 창유리를 제공하는 것이 가능해지며, 네오디뮴 산화물 함유 앞유리, 눈부심 방지 재료, 및 눈부심 감소된 네오디뮴 산화물 함유 창유리는 부품가계에서 합리적인 가격으로 판매될 수 있다.
도 1은 네오디뮴 산화물을 함유하는 다양한 유리의 투광율을 도시한다. 알칼리의 원자 반경이 작을수록, 흡수 밴드(absorption band)가 보다 더 확산함을 도시한다. 루비듐 유리의 미세 구조는 큰 알칼리가 보다 작은 칼륨, 나트륨, 또는 리튬 이온으로 치환될 때 점차적으로 사라진다. 본 발명의 중요성은 유리의 베이스 타입에 불구하고, 565 내지 598 nm 범위의 황색광의 흡수가 모든 유리 샘플에서 관찰된다는 것이다. W87 리튬 베이스 네오디뮴 산화물 유리가 585 nm에서 황색광의 95%를 흡수함을 알 수 있다.
도 2는 펜실베니아, 듀리에(Duryea) 소재의 스코트 글라스테크놀로지스(Schott Glass Technologies)사에 의해 공급되는 총 70.08%의 투광율을 갖는 네오디뮴 산화물 도핑된 유리 조각의 투광율 곡선이다. 이 유리에는 표면적(㎠) 당 0.0221g의 네오디뮴 산화물이 도핑된다. 584nm에서, 투광율은 15%이고; 그러므로 유리는 황색광의 85%를 필터링한다. 이 유리는 차량의 앞유리창에 대한 타이틀 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996의 요구사항을 만족시키고 70% 이상의 정규(평형) 투광율을 요하는 글레이징 재료를 만족시킨다.
도 3은 펜실베니아, 듀리에 소재의 스코트 글라스 테크놀로지스사에 의해 제공되는 총 62.46%의 투광율을 갖는 네오디뮴 산화물 도핑된 유리 조각의 투광율 곡선이다. 이 유리에는 표면적(㎠) 당 0.0356g의 네오디뮴 산화물이 도핑된다. 584nm에서, 투광율은 15%이고; 그러므로 유리는 황색광의 87.5%를 필터링한다. 이 유리는 타이틀 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996의 요구사항을 만족시키고 60% 이상의 외피 및 영구 차량 글레이징을 통한 수직 입사(normal incidence)에서 조합된(평행) 투광율을 요구하는, 방탄 외피(bullet resistant shield)에 사용되기 위한 글레이징 재료를 만족시킨다.
도 4는 3개의 투광 및 반사 곡선을 도시하는 그래프이다. 관심의 대상인 상부 곡선은 총 89%의 투광율을 갖는 네오디뮴 산화물 도핑된 유리 조각에 대한 투광 곡선이다. 이는 그래프 상에서 "T"로 표시된다. 이 유리는 펜실베니아, 듀리에 소재의 스코트 글라스 테크놀로지스사에 의해 제공되고, 그래프는 미시간, 지랜드(Zeeland) 소재의 겐텍스 코포레이션(Gentex Corporation)에 의해 제공된다. 이 유리는 표면적(㎠) 당 0.00524g의 네오디뮴 산화물이 도핑된다. 겐텍스 코포레이션에 의해 공급된 데이타에 따라 584.5nm에서, 투광은 최소이고 81.67%이며, 유리는 상기 주파수에서 황색광의 18.33%를 필터링한다. 이 유리는 차량의 앞유리창에 대한 타이틀 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996의 요구사항을 만족시키고 글레이징 재료를 만족시키고, 방탄 외피(bullet resistant shield)에 사용되기 위한 글레이징 재료를 만족시킨다.
도 5는 총 61.81%의 투광율을 갖는 이중 글레이즈된 네오디뮴 산화물 유리의 투광율 곡선이다. 이 유리는 표면적(㎠) 당 0.0244g의 밀도로 도핑된다. 582 nm에서, 투광율은 5 %이고, 황색광의 95%를 필터링한다.
본 발명은 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리 앞유리창을 구성하고 글레이징 재료를 만족시켜 565 내지 598 nm 범위의 황색광 대부분을 필터링한다.
도 2에 도시된 것처럼, ㎠ 당 0.0221g의 네오디뮴 산화물을 갖는 네오디뮴 산화물 도핑된 유리 조각은 총 70.08%의 투광율을 갖는다. 상기 양 이상으로 도핑하면 총 70%의 투광율을 갖는데, 이는 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996을 위반하는 것이다. 바람직한 실시예에서, 네오디뮴 산화물의 도핑 양은 유리 표면(㎠) 당 0.0225g 이하로 유지된다.
584 nm에서, 유리는 상기 주파수에서 황색광의 85%를 흡수하고, 15%를 투과시킨다. 황색광의 소정 양이 네오디뮴 산화물 함유 유리를 통해 투광되어 황색을 주요색으로 갖는 대상물이 네오디뮴 산화물 도핑된 앞유리창을 통해 보여지고 글레이징 재료를 만족시키는 것을 중요하다. 최소 투광은 584 nm에서 발생한다. 또한, 황색 교통 신호, 황색 및 오랜지색 주의등과 경고등이 보일 수 있게 하는 것이 중요하다. 양호한 실시예에서, 584 나노미터에서의 광 투과는 최소 15 %로 유지되며 584 나노미터에서의 광 흡수는 최대 85%로 유지된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제곱 센치미터 당 0.0356 그램으로 도프된 네오디뮴 산화물 부품은 62.46%의 총 투과율을 가진다. 도프량이 표면적의 제곱 센치미터 당 0.040 그램인 네오디뮴 산화물은 60% 이하의 투광율을 갖는데, 이는 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료에 대한 타이틀 49 CFR 571.205 및 ANSI/SAE Z26.1-1996에 따른 규정이다. 양호한 실시예에서, 네오디뮴 산화물의 양은 표면적의 제곱 센치미터 당 0.040 그램 이하로 유지된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유리는 584 나노미터에서 87.5%의 황색 광을 흡수하고 상기 파장에서 12.5%의 황색 광을 투과시킨다. 일정한 양의 황색 광이 네오디뮴 산화물 함유 유리를 통해 투과되어 주로 황색의 컬러를 갖는 물체가 방탄 외피에 사용하기 위한 네오디뮴 산화물 함유 안전 광택 유리를 통해 보일 수 있는 것이 중요하다. 최소 투과율은 584 나노미터에서 발생한다. 추가로, 황색 교통 신호와 노랑 및 오랜지색 주의등 및 경고등이 보이게 하는 것도 중요하다. 양호한 실시예에서, 584 나노미터에서 광의 투과는 최소 12.5%로 유지되고 584 나노미터에서의 광의 흡수는 최대 87.5%로 유지된다.
앞유리 유리 및 안전 광택 재료에 존재해야 할 네오디뮴 산화물의 최대량에 대해서는 상한치가 있다. 예를들어, 하이든의 미국 특허 제 5,077,240호의 발명의 배경과 이론에 따르면, 유리는 중량비로 30%의 최대 농도로 내부에 도프된 네오디뮴 산화물을 포함한다. 그렇지 않으면, 유리의 불투명화가 발생한다. 실제로, 네오디뮴의 농도는 차량 앞유리 및 안전 광택 재료에서의 유리의 두께에 따라 변화한다.
또한, 네오디뮴 산화물이 유리내에 최대량 보다 적은 양으로 존재하면, 565 내지 598 나노미터 사이에서의 황색 광의 필터링이 감소된다. 그러나, 보다 작은 양의 네오디뮴 산화물이 존재하면 유리를 통과하는 황색 광의 양이 감소된다. 예를들어, 도 4는 표면적의 제곱 센치미터 당 0.00524 그램의 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리의 투광 곡선을 나타낸다. 584.5 나노미터에서, 투광은 81.5%로 최소였고, 따라서 유리는 상기 주파수에서 황색 광의 18.33%를 필터링한다. 이러한 유리의 총 투광율은 89%이고, 이는 차량 앞유리, 안전 광택 재료, 및 방탄 외피로 사용하기 위한 안전 광택 재료를 위한 타이틀 49 CFR 571.205 및 ASNI/SAE Z26.1-1996 요건을 만족시킨다.
네오디뮴 산화물 도프된 앞유리, 안전 광택 재료, 및 방탄 외피로 사용하기 위한 안전 광택 재료는 자동차, 트럭, 버스, 오토바이, 기관차, 스포츠 유틸리티 차량, 4륜 오토바이(ATV), 및 밴과 같은 차량에 사용된다.
네오디뮴 산화물 도프된 차량 앞유리, 안전 광택재료, 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료와 눈부심 감소된 네오디뮴 산화물 함유 창유리를 위해 전술한 바와 같은 장치를 형성하는데 사용되는 방법, 그 장치 자체뿐만 아니라 공정들에 대해서 첨부된 청구범위에서 예시하는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 변경될 수 있다.

Claims (35)

  1. 차량 앞유리, 및 565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 수단으로서,
    565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 상기 수단은 유리의 제곱 센치미터 당 0.0225 그램까지 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리 재료를 포함하는 상기 차량 앞유리를 포함하는,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 앞유리는 자동차용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  3. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 트럭용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  4. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 버스용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  5. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 오토바이용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  6. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 기관차용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  7. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 스포츠 유틸리티 차량용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  8. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 4륜 오토바이용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  9. 제 1 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 밴용 차량 앞유리인,
    차량 앞유리 및 황색 광 감소 수단.
  10. 안전 광택 재료, 및 565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 수단으로서,
    565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 상기 수단은 유리의 제곱 센치미터 당 0.0225 그램까지 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리 재료를 포함하는 상기 차량 앞유리를 포함하는,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차량 앞유리는 자동차용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  12. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 트럭용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  13. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 버스용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  14. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 오토바이용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  15. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 기관차용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  16. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 스포츠 유틸리티 차량용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  17. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 4륜 오토바이용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  18. 제 10 항에 있어서,
    모터 차량 앞유리는 밴용 차량 앞유리인,
    안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  19. 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료, 및 565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 수단으로서,
    565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 상기 수단은 유리의 제곱 센치미터 당 0.0225 그램까지 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리 재료를 포함하는 상기 차량 앞유리를 포함하는,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  20. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 자동차용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  21. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 트럭용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  22. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 버스용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  23. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 오토바이용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  24. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 기관차용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  25. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 스포츠 유틸리티 차량용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  26. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 4륜 오토바이용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  27. 제 19 항에 있어서,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료는 자동차용 방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료인,
    방탄 외피에 사용하기 위한 안전 광택 재료 및 황색 광 감소 수단.
  28. 눈부심을 감소시킨 투시 목적용 창유리, 및 565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 수단으로서,
    565 내지 598 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 85% 까지 감소시키는 상기 수단은 유리의 제곱 센치미터 당 0.0225 그램까지 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리 재료를 포함하는 상기 차량 앞유리를 포함하는,
    투시 목적용 창유리 및 황색 광 감소 수단.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 창유리는 582 나노미터에서 투과된 황색 광의 양을 95%까지 감소시키는,
    투시 목적용 창유리 및 황색 광 감소 수단.
  30. 다중 층 유리를 포함하는 안전 광택 재료 조립체로서,
    네오디뮴 산화물의 최소량이 창유리의 제곱 센치미터 당 0.0244 그램인,
    안전 광택 재료 조립체.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 안전 광택 재료 조립체는 582 나노미터에서 투과된 황색 광의 양을 95%까지 감소시키는,
    안전 광택 재료 조립체.
  32. 눈부심을 감소시킨 투시 목적용 창유리, 및 568 내지 590 나노미터 범위의 투과된 황색 광의 양을 감소시키는 수단으로서,
    투과된 황색 광의 양을 감소시키는 상기 수단은 상기 창유리의 총 표면적을 기초로 제곱 센치미터 당 0.0244 그램 이상의 네오디뮴 산화물을 함유하는 유리 재료를 포함하는 창유리를 포함하는,
    투시 목적용 창유리 및 황색 광 감소 수단.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 창유리는 582 나노미터에서 투과된 황색 광의 양을 95%까지 감소시키는,
    투시 목적용 창유리 및 황색 광 감소 수단.
  34. 다중 층 유리를 포함하는 안전 광택 재료 조립체로서,
    네오디뮴 산화물의 최소량이 상기 다중 층 창유리의 조합된 두께에 무관하게 창 면적의 제곱 센치미터 당 0.0244 그램인,
    다중 층 유리를 포함하는 안전 광택 재료 조립체.
  35. 제 34 항에 있어서,
    582 나노미터에서 투과된 황색 광의 양을 95%까지 감소시키는,
    다중 층 유리를 포함하는 안전 광택 재료 조립체.
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