KR20100096423A - 친수성과 발수성을 이용한 표면 김서림 감지 장치 및 방법 - Google Patents

친수성과 발수성을 이용한 표면 김서림 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

표면의 김서림을 조기에 감지하는 김서림 감지 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 김서림 감지 장치는 대상 물질(material)의 표면에 위치하는 제1 패턴 및 제2 패턴을 포함한다. 제1 패턴에는 친수성(hydrophilic) 물질이 도포되고 제2 패턴에는 발수성/소수성(hydrophobic) 물질이 도포된다. 대상 물질의 표면에 김이 서리기 시작하면 친수성 물질 및 발수성 물질의 친수성 차이로 인해 제1 패턴 및 제2 패턴 각각을 투과하는 빛의 양이 달라지게 되므로 이를 감지하여 김서림을 조기에 발견할 수 있다.
김서림 감지, 친수성, 발수성, 소수성, 투명도

Description

친수성과 발수성을 이용한 표면 김서림 감지 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD OF SENSING SURFACE FOG USING HYDROPHILIC AND HYDROPHOBIC PROPERTIES}
본 발명은 투명도를 유지할 필요가 있는 재료의 표면에 발생하는 김서림을 용이하게 감지하는 방법 및 그 방법을 수행하는 장치에 관한 것으로서, 특히 재료의 표면의 친수성 및 발수성(소수성)을 이용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차가운 표면이 따뜻하고 습한 공기와 접촉하면, 차가운 표면에서 응축이 일어날 수 있다. 대상 재료의 안팎의 온도차에 따라, 응축은 상기 표면에서의 김서림(fog) 또는 성에의 형태를 취할 수 있으며, 특히 실질적으로 투명한 표면인 경우 광 투과에 영향을 주고 가시성(visibility)을 저하시킬 수 있다.
표면의 김서림이 투명도 및 가시성을 저하시키는 경우는 우리 주변에서 쉽게 발견된다. 자동차의 유리창의 안팎의 기온 차이가 커지면 유리창 표면에 김서림이 발생하여 운전자의 시야를 방해한다.
김서림이 문제되는 또 다른 경우의 예로는 냉장 유닛 내에 냉장/냉동 상품을 디스플레이하는 경우를 들 수 있다. 냉장 상품의 마케팅 및 판매는 종종 냉장 유닛으로부터의 직접적인 소비자의 선택을 포함한다. 효과적인 마케팅을 보장하기 위해, 광 투과성이고 실질적으로 투명한 패널 또는 문을 통해 케이스 내부를 살펴보는 고객에 대해 케이스 내부의 물품은 육안으로 확인 가능하고 식별 가능하게 유지되어야만 한다. 고객이 물품을 선택하고 해당 케이스에 대한 문을 열 때, 차가운 문 안쪽 표면이 케이스 외부의 습한 주위 대기와 접촉하게 되므로 응축에 의해 문에 김서림이 발생할 수 있다.
일반적으로, 이러한 김서림은 심지어 문을 닫은 후에도 남아 있고, 다음 손님이 케이스 내부를 보려고 시도할 때 시야를 방해한다. 케이스의 내부를 볼 수 없다는 것은 상점의 경우에는 판매의 감소를 초래할 수 있다. 또한, 시야를 방해 받은 고객은 케이스 내부의 물품을 보기 위해 더 오래 문을 열어두기 때문에 냉장 유닛을 유지하는 데 드는 에너지 비용이 증가할 수 있다.
이러한 김서림 현상은 보다 전문적으로는 자동차용 유리나 플라스틱, 욕실 거울, 유리, 안경렌즈, 광학렌즈, 포장용 비닐 또는 비닐하우스용 비닐에 있어서 기질(substrate)의 표면장력과 접촉된 수분의 표면장력과의 차이, 기질 내외부의 온도차 및 습도차, 증기압 또는 포화 증기압에 의한 수분 결로 현상 및 각종 오염물질의 복합적인 요인으로 인해 나타날 수 있다. 김서림 현상이란 기질 표면에 수십에서 수백 마이크론 크기의 미세한 물방울들이 형성되고 이런 물방울에 의해서 빛이 산란되어 상이 뿌옇게 흐려지는 현상을 말한다.
최근에는 표면에 김서림 방지 효과(이를 방담성이라 하기도 함)를 가지는 물질을 코팅하는 노력도 있어 왔으나 완전하지는 못하며 대부분 표면을 가열하는 등 외부에서의 조작에 의하여 김서림을 제거하는 방법이 병행되어 왔다.
외부에서의 조작에 의하여 김서림을 제거하는 방법이 병행되는 경우에, 김서림을 조기에 감지, 검출 또는 발견하기 위한 방법의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 김서림의 발생을 조기에 감지하여 대응할 수 있는 김서림 감지 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 시각적 효과를 극대화하기 위하여 친수성 및 발수성 소재를 동일 평면 상에 서로 다른 패턴에 대하여 도포하는 구성이 제공된다. 본 발명에 따르면 대상 물질(material)의 표면에 용이하게 부착 가능하도록 투명 필름에 친수성 및 발수성 물질이 도포된 형태의 김서림 감지 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 기계적인 장치에 의한 김서림 감지 뿐만 아니라 사람의 육안으로도 김서림이 명확히 드러나는 감지 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면 컬러 센서 및 카메라 장치 등과 결합하여 더욱 용이하게 김서림을 감지할 수 있는 김서림 감지 장치 및 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치는 투명 필름 상에 친수성 물질이 도포된 제1 패턴 및 상기 투명 필름 상에 발수성 물질이 도포된 제2 패턴을 포함할 수 있다. 이 때 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 투명 필름의 동일 평면 상에 형성되고, 상기 투명 필름은 대상 물질의 표면에 부착될 수 있는 구조를 취할 수 있다.
이 때 김서림 감지 장치는 상기 대상 물질을 투과한 후 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 각각을 투과한 빛의 양을 감지하는 광학 센서 및 상기 제1 패턴을 투과한 빛의 양 및 상기 제2 패턴을 투과한 빛의 양의 차이가 임계값 이상인지 여부를 판정하는 김서림 판정부를 더 포함할 수 있다.
이 때 상기 친수성 물질은 이산화 티타늄(TiO2)에 이산화실리콘(SiO2)을 첨가한 물질일 수 있다.
제1 패턴 및 제2 패턴에 의하여 형성되는 패턴은 시각적으로 인식되는 문자, 도형, 기호, 또는 아나그램 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
김서림 감지 장치는 반투명성을 가지는 컬러 필름을 더 포함하고, 상기 컬러 필름이 상기 투명 필름과 적층되는 구조를 취할 수 있다. 이 때 상기 컬러 필름은 야광성을 가질 수 있다.
김서림 감지 장치는 전원이 인가되면 상기 컬러 필름의 색상에 대응하는 파장의 빛을 방출하는 발광 다이오드, 상기 제1 패턴 또는 상기 제2 패턴에 의하여 반사되는 빛을 감지하는 광감지 소자 및 상기 광 감지 소자의 출력에 기초하여 김서림 여부를 판정하는 김서림 판정부를 더 포함할 수 있다.
김서림 감지 장치는 전원이 인가되면 상기 대상 물질을 기준으로 상기 투명 필름 측의 반대 방향으로부터 상기 대상 물질을 향하여 소정의 색상에 대응하는 빛을 방출하는 컬러 발광 다이오드를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 김서림 감지 방법은 대상 물질의 표면의 제1 패턴 상에 친수성 물질을 도포하는 단계, 상기 대상 물질의 표면의 제2 패턴 상에 발수성 물질을 도포하는 단계, 상기 제1 패턴을 투과한 빛의 양 및 상기 제2 패턴을 투과한 빛의 양을 감지하는 단계, 상기 제1 패턴을 투과한 빛의 양 및 상기 제2 패턴을 투과한 빛의 양의 차이가 임계 값 이상인지 여부를 판정하는 단계 및 상기 차이가 임계 값 이상이면 김서림으로 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 김서림 감지 방법은 대상 물질의 표면에 반투명성의 컬러 필름을 부착하는 단계, 상기 대상 물질의 표면의 제1 패턴 상에 친수성 물질을 도포하는 단계, 상기 대상 물질의 표면의 제2 패턴 상에 발수성 물질을 도포하는 단계, 상기 제1 패턴을 빛이 투과하여 보이는 색상 및 상기 제2 패턴을 빛이 투과하여 보이는 색상 간의 차이를 감지하는 단계, 및 상기 색상 간의 차이가 임계 값 이상인지 여부에 따라 김서림 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 김서림의 발생을 조기에 감지하여 대응할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 친수성 및 발수성 소재를 동일 평면 상에 서로 다른 패턴에 대하여 도포함으로써 시각적 효과를 극대화할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 대상 물질(material)의 표면에 용이하게 부착 가능하도록 투명 필름에 친수성 및 발수성 물질이 도포된 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법에 따르면 기계적인 장치에 의한 김서림 감지 뿐만 아니라 사람의 육안으로도 김서림이 명확히 드러날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 컬러 센서 및 카메라 장치 등과 결합하여 더욱 용이하게 김서림을 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 컬러 필름 또는 컬러 발광 다이오드(Light Emission Diode, LED) 등과 결합하여 시각적 효과를 높일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 친수성 소재 및 발수성 소재를 일정한 도안, 문자, 도형 또는 기호 등의 패턴으로 도포하여 시각적 인식 효과를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 장치 및 방법은 김서림 제거를 위한 장치의 입력으로 제공될 수도 있고 김서림 발생 알림 장치의 입력으로 이용될 수도 있다.
이하에서, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 동일한 재료의 표면에 친수성 물질 및 발수성(소수성) 물질이 도포된 후 물이 뿌려진 상태의 일 예를 도시하는 도면이다.
물 분자와 쉽게 흡착을 일으키는 물질을 친수성(hydrophilic) 물질이라 하고, 물 분자와 흡착을 일으키지 않는 물질을 소수성 또는 발수성(hydrophobic) 물질이라 한다.
도 1에서 사각형 형태를 취하는 부분에는 친수성 물질이 도포되고, 기타 영역에는 소수성 물질이 도포된 후 물이 뿌려진 상태가 도시된다.
도 1에서는 설명의 편의를 위하여 매우 강력한 발수성을 가지는 초발수성 물질 및 매우 강력한 친수성을 가지는 초친수성 물질이 도포되었다.
도 2는 투명 필름에 발수성 물질이 도포된 경우의 표면의 물방울의 형태 및 빛의 진행 경로의 예를 도시한다.
발수성 물질 및 물 분자의 친화력이 작으므로, 발수성 물질의 표면에 뿌려진 물은 접촉각(Contact Angle) alpha 가 비교적 큰 물방울의 형태를 취한다. 도 2에서와 같이 물 분자의 접촉각 alpha 가 45도보다 큼을 알 수 있다.
투명 필름에 수직 방향으로 입사된 빛은 투명 필름을 그대로 투과하여 물방울에 입사된다. 물방울에 입사된 빛은 물방울이 공기와 접촉하여 형성된 경계면에서 굴절된다.
이 때 물방울과 투명 필름(발수성 물질)의 표면이 이루는 접촉각이 클수록 물방울 경계면에 대한 빛의 입사각이 크고, 물방울 경계면에 대한 빛의 입사각이 임계각보다 크면 빛은 전반사하여 물방울 경계면을 투과하지 못하고 전반사된다.
도 2에 도시되지는 않았으나, 물방울의 중심 근처를 지나는 빛은 물방울 경계면과 이루는 입사각이 작아 물방울을 투과하지만, 물방울의 가장자리에 가까울수록 빛의 투과 량이 적어질 것이다.
따라서 투명 필름에 도포된 물질의 발수성이 클수록 투명 필름과 물방울이 이루는 접촉각이 크고, 접촉각이 클수록 물방울을 투과하는 빛의 양은 적어지게 된다.
즉, 대기 중의 수증기가 투명 필름과 접촉하여 응축되면 물방울을 형성하고, 이 때 투명 필름 표면의 발수성이 크면 투명 필름을 투과하는 빛은 전반사되어 물방울을 투과하지 못하므로 투명 필름이 뿌옇게 보이게 된다.
도 3은 투명 필름에 친수성 물질이 도포된 경우의 표면의 물방울의 형태 및 빛의 진행 경로의 예를 도시한다.
친수성 물질 및 물 분자의 친화력이 크므로, 친수성 물질의 표면에 뿌려진 물은 접촉각(Contact Angle) beta 가 비교적 작은 물방울의 형태를 취한다. 도 3에서와 같이 물 분자의 접촉각 beta 가 45도보다 작음을 알 수 있다.
물방울과 투명 필름(친수성 물질)의 표면이 이루는 접촉각이 작을수록 물방울 경계면에 대한 빛의 입사각이 작으므로 물방울 표면의 친수성이 크면 물방울에 입사된 빛의 대부분이 물방울 경계를 투과하게 되어 투명 필름의 투명성이 유지된다.
투명 필름에 친수성이 큰 초친수성 물질을 도포하여 김서림을 방지하려는 노력이 계속되고 있다. 그러나 초친수성 물질은 대부분 장 시간 사용 시 마모될 뿐만아니라 공기 중의 수증기와 쉽게 결합되므로 그만큼 표면에서 용해되려는 성질 또한 강하다.
본 발명은 김서림 자체를 방지하기보다는 김서림의 발생을 조기에 감지, 검출하고 이를 통해 김서림을 효과적으로 제거하기 위한 김서림 감지 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명에 의한 김서림 감지 방법 및 장치는 설치 및 구현이 용이하고, 카메라 또는 영상 감지 장치 등 부가적인 장치와 결합하여 조기 감지 기능을 더욱 강화할 수도 있다. 한편, 본 발명은 부가적인 장치와 결합하기도 용이하지만 인간의 육안으로도 그 효과를 확연히 인식할 수 있다는 장점을 가진다.
본 명세서 상의 투명 재료 또는 투명 필름 등은 무색의 투명 상태를 의미할 뿐만 아니라, 재료 및 필름 건너편의 영상을 뚜렷하게 식별할 수 있을 정도의 반투명 상태도 포함할 수 있다. 예를 들어, 옅은 청색 또는 황색 등의 컬러를 가지는 재료 또는 필름은 건너편의 영상을 뚜렷하게 식별할 수 있게 하므로, 이 정도의 재료 또는 필름은 본 명세서 상의 투명성을 가지고 있는 것으로 보아야 함은 해당 분야의 종사자에게 자명하다 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 패턴 및 발수성 패턴의 김서림 감지 방법을 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 표면의 김서림이 시각적으로 잘 드러나도록 친수성 물질 및 발수성 물질을 모두 이용한다. 투명한 재료의 표면에 친수성 패 턴(410) 및 발수성 패턴(420)이 제공된다. 친수성 패턴(410)은 특정 패턴에 친수성 물질이 도포되어 형성될 수 있다. 발수성 패턴(420)은 다른 특정 패턴에 발수성 물질이 도포되어 형성될 수 있다.
또는, 투명한 재료의 표면이 원래 친수성을 가지는 경우에 패턴(420)에 대해서만 발수성 물질을 도포하여 도 4와 같은 패턴을 형성할 수도 있다.
일반적으로 김서림이 발생하면 초기에는 육안으로 거의 감지할 수 없거나 겨우 감지할 수 있는 정도가 된다. 투명한 재료(유리, 투명 플라스틱 등)의 경우 초기의 김서림은 육안으로는 거의 감지되지 않는다. 이 같은 현상은 투명한 재료의 건너편의 환경이 밝을수록 두드러지게 나타나, 투명한 재료의 건너편의 환경이 밝을수록 약한 김서림은 육안으로 발견되지 않는다.
이 때 도 4와 같이 친수성을 가지는 투명 재료의 일부 표면, 즉, 패턴(420)에 발수성 물질을 도포한 경우, 김서림의 유무를 시각적으로 용이하게 조기에 발견할 수 있다.
투명 재료의 안팎의 온도 차가 크면 김서림이 발생하고, 김서림이 발생한 후의 친수성 패턴(430) 및 발수성 패턴(440)의 투명도의 차이가 도시된다.
친수성 패턴(430)에도 김서림이 발생한 경우 투명도가 저하될 것이지만 약한 김서림의 경우에는 육안으로는 감지되기 어려운 정도로만 투명도가 저하된다. 그러나 발수성 패턴(440)의 투명도는 김서림에 의하여 친수성 패턴(430)의 투명도보다 급격하게 저하되어, 빠르게 불투명한 상태가 되므로 육안 또는 시각적 감지 장치에 의하여 용이하게 김서림을 감지할 수 있다.
도 4와 같은 실시예는 투명 재료 대부분의 투명도는 그대로 유지하되 김서림을 조기에 감지하기 위하여 일부 영역에만 발수성 재료를 도포하는 경우에 적합하다 할 수 있다.
또한 도 4와 같은 실시예는 감지 표면 전체에 대하여 적용될 수도 있고, 작은 스티커 정도의 크기를 가지는 투명 필름의 형태로도 제공될 수 있다. 이 때 투명 필름의 일부 영역은 발수성 패턴(420, 440)으로 지정되고 나머지 영역은 친수성 패턴(410, 430)으로 지정될 수 있다. 예를 들어, 본 발명이 투명 필름 형태의 작은 스티커로 제공된다면, 자동차의 유리창, 투명하게 되어 내부의 냉장고가 들여다 보이는 전시 창, 실외 등에 위치한 통신 장비 등의 유리 케이스 등에 부착되어 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친수성 패턴 및 발수성 패턴의 김서림 감지 방법을 도시한다.
도 5에서는 도 4의 실시예와 대조적으로, 투명 재료의 대부분의 영역이 발수성 패턴(510)으로 지정되고, 일부 영역이 친수성 패턴(520)으로 지정된 경우의 실시예가 도시된다.
김서림 발생의 초기에 약한 김서림이 발생한 경우에는 친수성 패턴(520)의 투명도 저하가 육안으로 쉽게 감지되지 않음은 앞에서 설명한 바와 같다.
이 때 발수성 패턴(510)의 투명도는 약한 김서림에 의하여 친수성 패턴(520)의 투명도보다 빠르게 저하되므로 이를 통하여 김서림을 조기에 감지할 수 있다.
도 5와 같은 패턴은 투명 재료의 표면이 발수성을 가지는 경우에 일부 영역 을 친수성 패턴(520)으로 지정하고, 친수성 패턴(520)에 친수성 물질을 도포함으로써 형성될 수도 있다.
약한 김서림이 발생한 후 친수성 패턴(540)은 여전히 투명도를 유지하지만 발수성 패턴(530)은 투명도를 잃고 불투명한 상태가 된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 김서림 감지 방법을 도시한다.
투명 필름(610) 및 컬러 필름(620)이 적층된다. 투명 필름(610)을 통하여 컬러 필름(620)의 색상이 반대편으로 투영된다.
투명 필름(610)의 표면 중 일부 영역은 친수성 패턴(612)로 지정되고, 나머지 영역은 발수성 패턴(611)로 지정된다. 친수성 패턴(612)에는 친수성 물질이 도포되고, 발수성 패턴(611)에는 발수성 물질이 도포된다.
약한 김서림이 발생한 후, 발수성 패턴(631)의 투명도는 급격히 저하되어 투명 필름(630) 및 컬러 필름(640)을 투과한 빛은 발수성 패턴(631)을 투과하지 못한다. 따라서 발수성 패턴(631)은 컬러 필름(640)의 색을 전달하지 못한다.
반면, 친수성 패턴(631)의 투명도는 상대적으로 덜 저하되어 컬러 필름(640)의 색상이 그대로 투명 필름(630) 및 친수성 패턴(631)을 투과하여 반대편으로 투영된다.
이 때 컬러 필름(620, 640)이 형광성 또는 야광성을 가지는 경우 김서림의 효과는 형광성 또는 야광성을 이용하여 감지될 수 있다. 이러한 실시예는 비교적 어두운 곳 또는 야간에 김서림을 감지할 필요가 있을 때 이용될 수 있다.
도 6에 도시되지는 않았으나 실시예에 따라서는 컬러 필름 대신 색상을 표현 하기 위하여 발광 다이오드(Light Emission Diode, LED) 등을 이용하여 특정 색상에 대응하는 파장의 빛을 발현할 수도 있다. 예를 들어 청색 광을 발산하는 청색 LED를 투명 재료의 건너편에 위치시키고, 청색 LED를 이용하여 구성된 회로에 전원을 공급하면 컬러 필름을 이용한 것과 유사한 기능을 구현할 수 있다. 특히 LED를 이용하면 외부에 빛이 없는 곳에서도 김서림을 용이하게 감지할 수 있다.
도 4 내지 도 6의 실시예에서, 김서림은 인간의 육안으로도 조기에 감지될 수 있지만, 인간의 시야가 미치지 않는 곳에 설치된 김서림 감지 장치의 경우 카메라, 광 감지 센서 등의 영상 감지 장치와 결합되어 김서림을 더욱 효과적으로 조기에 감지할 수 있다. 카메라 등 영상 감지 장치가 김서림 감지 장치(또는 필름)의 시각적 패턴의 시간에 따른 변화를 추적할 수 있다. 이 때 친수성 영역의 투명도 및 발수성 영역의 투명도는 서로 다른 속도로 저하될 것이므로 영상 감지 장치는 친수성 영역의 투명도 및 발수성 영역의 투명도의 차이를 인식하여 임계치를 초과하면 김서림이 발생한 것으로 간주할 수 있다.
영상 감지 장치가 김서림이 발생한 것으로 판정하면 영상 감지 장치는 김서림 발생을 알리는 경보, 알람, 신호 등을 발생할 수 있다. 영상 감지 장치로부터 김서림 발생을 알리는 경보 등을 입력 받은 김서림 제거 장치는 김서림 제거 동작을 수행할 수 있다. 김서림 제거 장치의 김서림 제거 과정은 투명 재료 양쪽의 온도 차이를 감소시키는 방향으로 어느 한쪽을 가열 또는 냉각하는 통상의 방법을 이용할 수도 있고, 화학 약품 등의 처리에 의하여 김서림을 제거하는 방법을 이용할 수도 있다.
도 4 내지 도 6의 실시예에 따른 김서림 감지 장치는 경험적으로 김서림이 가장 먼저 발생하는 영역에 우선적으로 설치 또는 부착될 수 있다. 또는 김서림 감지 장치의 설치는 실험 또는 관찰에 의하여 탐색된 최적의 장소에 대하여 이루어질 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지를 위한 컬러 센서의 일 예를 도시하는 도면이다.
컬러 센서(720)는 LED(721) 및 광 감지 소자(722)를 포함한다. 광 감지 소자(722)는 포토다이오드(photo-diode) 일 수도 있고, 포토 트랜지스터(photo-transitor)일 수도 있다. 또는 광 감지 소자(722)는 빛을 받아 들여 전기 신호로 변환하는 종류의 소자를 가리킬 수 있다.
도 7에서는 컬러 센서(720)는 특정 색상에 대응하는 특정 파장의 빛을 발산하고, 감지 대상 재료의 표면(710)에 의하여 반사되는 특정 파장의 빛을 감지하여 김서림을 감지할 수 있다.
예를 들어 청색의 컬러 필름을 감지 대상에 적층하고, 청색 광을 발산하는 LED(721)를 이용하면, 감지 대상 재료의 표면(710)의 색상에 따라 김서림 발생 여부를 판정할 수 있다.
김서림이 발생하기 전에는 표면(710) 전체가 청색으로 나타난다. 이 때 청색 LED(721)에 저항(resistor)을 통하여 전원(VDD)을 공급하면, 청색 LED는 청색 광을 발산한다. 청색 광의 일부가 표면(710)에 의하여 반사되어 돌아오면, 광 감지 소자(722)는 반사된 청색 광을 감지하여 전류를 발생시킬 수 있다.
도 7에 도시된 포토 트랜지스터(722)는 광 감지 및 전류 증폭(amplification) 기능을 함께 수행한다. 반사된 청색 광이 감지되면, 포토 트랜지스터(722)는 전류를 발생시키고, 증폭된 전류는 전원(VDD) 으로부터 저항 및 포토 트랜지스터(722)의 컬렉터(collector) 및 이미터(emitter)를 경유하여 흐른다. 이 때 포토 트랜지스터(722)가 포화 영역(saturation region)에 진입하면 컬러 센서(720)의 출력 전압 Vout은 0 [V]에 가까운 전압 레벨(Vlow)을 가진다.
김서림이 발생하면 표면(710)의 친수성 영역은 그대로 청색을 유지하지만 발수성 영역은 김서림으로 인해 투명도를 상실하므로 불투명 상태가 된다. 김서림이 진행될수록 두 영역의 투명도의 차이가 커진다. 컬러 센서(722)가 발수성 영역에 근접하여 발수성 영역에 의하여 반사되는 빛을 감지하는 경우, 김서림 발생 전에는 컬러 센서(720)의 출력 전압 Vout은 낮은 전압 레벨 Vlow을 유지하지만, 김서림 발생 후에는 컬러 센서(720)의 출력 전압 Vout 은 전원 전압 레벨 VDD를 가진다.
표면(710)으로부터 빛이 감지되지 않으면, 광 감지 소자(722)는 전류를 발생시키지 않는다. 따라서 전원 VDD 으로부터 저항, 포토 트랜지스터(722)를 경유하여 전류가 흐르지 않으므로, 출력 전압 Vout은 전원 VDD과 동일한 전압 레벨을 가진다.
도 8은 도 7의 컬러 센서(720)의 출력 전압 Vout의 김서림 발생 전과 후의 파장을 도시하는 도면이다.
김서림 발생 전에는 감지 표면(710)의 발수성 영역으로부터 반사된 청색 광이 감지되므로 출력 전압 Vout은 낮은 전압 레벨 Vlow을 유지한다.
김서림 발생 후에는 감지 표면(710)의 발수성 영역은 불투명해지고, 감지 표면(710)의 발수성 영역으로부터 청색 광이 반사되지 않으므로 출력 전압 Vout은 전원 VDD과 같은 전압 레벨을 가진다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 김서림 제거 과정을 도시하는 도면이다.
친수성 표면(910)을 가지는 투명 재료에 발수성을 가지는 문자 패턴(920)을 부착 또는 도포하였다고 가정한다.
약한 김서림이 발생하면, 친수성 표면(930)의 투명도는 거의 그대로 유지될 것이지만, 발수성을 가지는 문자 패턴(940)은 투명도를 상실하고, 문자 패턴(940)의 문자(김서림 발생)가 나타난다.
이러한 문자 패턴(940)이 나타나는 경우, 인간의 육안으로도 쉽게 김서림을 식별할 수 있고, 카메라 등 영상 감지 장치가 문자 인식 알고리즘과 결합된 경우 또한 용이하게 문자 패턴(940)을 인식할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 발수성 패턴은 문자 뿐만 아니라, 인간에게 유의미하게 인식될 수 있는 기호, 도형, 암호 등을 포함할 수 있다.
김서림을 감지하는 장치에 의하여 문자 패턴(940)이 인식되고 김서림 제거 과정이 수행되면, 표면의 김서림은 제거된다. 따라서 문자 패턴(940)은 사라지고 김서림 발생 전의 투명한 발수성 패턴(920)으로 변화된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 물질인 이산화 티타늄(TiO2)의 자기 정화 과정을 도시한다.
이산화 티타늄은 자외선을 받아서 친수성 성질로 변화하는 광 촉매 성질을 가진다. 이산화 티타늄은 어두운 곳에서는 친수성이 떨어지는 것이 특징인데, 이 때 어두운 장소에서도 비교적 친수성이 우수한 이산화실리콘(SiO2, 실리카)를 첨가하고, 빛의 조사를 가끔 수행하면 우수한 친수성을 유지하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지 방법 또는 김서림 감지 장치의 동작을 제어하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 동일한 재료의 표면에 친수성 물질 및 발수성 물질이 도포된 후 물이 뿌려진 상태의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 투명 필름에 발수성 물질이 도포된 경우의 표면의 물방울의 형태 및 빛의 진행 경로의 예를 도시한다.
도 3은 투명 필름에 친수성 물질이 도포된 경우의 표면의 물방울의 형태 및 빛의 진행 경로의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 패턴 및 발수성 패턴의 김서림 감지 방법을 도시한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 친수성 패턴 및 발수성 패턴의 김서림 감지 방법을 도시한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 김서림 감지 방법을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 김서림 감지를 위한 컬러 센서의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7의 컬러 센서(720)의 출력 전압 Vout의 김서림 발생 전과 후의 파장을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 김서림 제거 과정을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 친수성 물질인 이산화 티타늄의 자기 정화 과정을 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
410, 430: 친수성 패턴
420, 440: 발수성 패턴
510, 530: 발수성 패턴
520, 540: 친수성 패턴
610, 630: 투명 필름
620, 640: 컬러 필름
611, 631: 발수성 패턴
612, 632: 친수성 패턴
721: 컬러 LED
722: 포토 트랜지스터

Claims (10)

  1. 투명 필름 상에 친수성 물질이 도포된 제1 패턴; 및
    상기 투명 필름 상에 발수성 물질이 도포된 제2 패턴
    을 포함하고,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴은 상기 투명 필름의 동일 평면 상에 형성되고, 상기 투명 필름은 대상 물질의 표면에 부착되는 김서림 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대상 물질을 투과한 후 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴 각각을 투과한 빛의 양을 감지하는 광학 센서; 및
    상기 제1 패턴을 투과한 빛의 양 및 상기 제2 패턴을 투과한 빛의 양의 차이가 임계값 이상인지 여부를 판정하는 김서림 판정부
    를 더 포함하는 김서림 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴에 의하여 형성되는 패턴은 시각적으로 인식되는 문자, 도형, 기호, 또는 아나그램 중 적어도 하나를 포함하는 김서림 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    반투명성을 가지는 컬러 필름을 더 포함하고,
    상기 컬러 필름이 상기 투명 필름과 적층되는 김서림 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컬러 필름은 야광성을 가지는 김서림 감지 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    전원이 인가되면 상기 컬러 필름의 색상에 대응하는 파장의 빛을 방출하는 발광 다이오드;
    상기 제1 패턴 또는 상기 제2 패턴에 의하여 반사되는 빛을 감지하는 광감지 소자; 및
    상기 광 감지 소자의 출력에 기초하여 김서림 여부를 판정하는 김서림 판정부
    를 더 포함하는 김서림 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    전원이 인가되면 상기 대상 물질을 기준으로 상기 투명 필름 측의 반대 방향으로부터 상기 대상 물질을 향하여 소정의 색상에 대응하는 빛을 방출하는 컬러 발 광 다이오드
    를 더 포함하는 김서림 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 친수성 물질은 이산화 티타늄에 이산화실리콘을 첨가한 물질인 김서림 감지 장치.
  9. 대상 물질의 표면의 제1 패턴 상에 친수성 물질을 도포하는 단계;
    상기 대상 물질의 표면의 제2 패턴 상에 발수성 물질을 도포하는 단계;
    상기 제1 패턴을 투과한 빛의 양 및 상기 제2 패턴을 투과한 빛의 양을 감지하는 단계;
    상기 제1 패턴을 투과한 빛의 양 및 상기 제2 패턴을 투과한 빛의 양의 차이가 임계 값 이상인지 여부를 판정하는 단계; 및
    상기 차이가 임계 값 이상이면 김서림으로 판정하는 단계
    를 포함하는 김서림 감지 방법.
  10. 대상 물질의 표면에 반투명성의 컬러 필름을 부착하는 단계;
    상기 대상 물질의 표면의 제1 패턴 상에 친수성 물질을 도포하는 단계;
    상기 대상 물질의 표면의 제2 패턴 상에 발수성 물질을 도포하는 단계;
    상기 제1 패턴을 빛이 투과하여 보이는 색상 및 상기 제2 패턴을 빛이 투과하여 보이는 색상 간의 차이를 감지하는 단계; 및
    상기 색상 간의 차이가 임계 값 이상인지 여부에 따라 김서림 여부를 판정하는 단계
    를 포함하는 김서림 감지 방법.
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