KR20130091885A - 전자식 도수 선글라스 및 그 구동 방법 - Google Patents

전자식 도수 선글라스 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자식 도수 선글라스 및 그 구동방법에 관한 것으로, 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈에 도수렌즈를 접착하여 전자식 도수 렌즈를 구성함으로써 도수기능 가진 선글라스용으로 사용할 수 있다. 또한 도수렌즈와 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈를 모두 평면렌즈로 구성을 함으로써 도수기능이 없는 선글라스 전용으로 사용할 수도 있다. 따라서 본 발명은 기본적인 선글라스의 기능과 아울러 도수에 의한 기능도 동시에 얻을 수 있게 되므로 운전자가 운전을 할 때 등의 용도로 사용을 하면 안전운전과 시력보호 등에 큰 효과가 있는 것이다.

Description

전자식 도수 선글라스 및 그 구동 방법{ELECTRONIC POWER SUNGLASSES AND THE METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 전자식 도수 선글라스 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주변광 세기에 따라서 계조 전압을 조절함으로써 폴리머 분산 액정(PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal)층을 포함하는 전자식 렌즈의 투과율을 조절할 수 있는 전자식 선글라스 렌즈에 컬러필름과 도수 렌즈가 접합 되는 구조를 갖는 도수렌즈가 적용된 전자식 컬러 변화 선글라스 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선글라스는 현재 잘 알려진 바와 같이 유리나 투명 프라스틱 소재에 색깔을 부여하여 착색의 효과에 의해 눈부심을 막는 기능과 자외선 흡수제(Absorbent)를 렌즈에 혼입하여 태양광선 속의 자외선이 안구에 도달하지 못하도록 막아주는 것을 목적으로 사용되고 있다. 이러한 착색 선글라스는 단지 사물과 시야를 착색의 효과로 어둡게 보이는 효과와 자외선 흡수제를 포함시켜서 자외선의 투과를 억제하는 기능만을 지니고 있어서 햇빛이 비추는 야외 공간에서는 사용할 수 있으나 터널이나 실내 공간에서는 사물이나 시야가 어둡게 보이는 단점이 있다. 특히 운전 중 터널에 갑자기 진입하는 경우 대단히 위험해지게 된다.
그래서 태양광선의 자외선에 반응하여 야외공간에서는 광 가역성 변색(Photochromic) 화합물에 의한 작용으로 렌즈가 보다 어두워지고, 실내나 터널등 자외선이 없는 공간에서는 렌즈의 색이 보다 밝아지는 광 가역성 변색 선글라스 렌즈가 시판되고 있다. 그러나 이러한 광 가역성 변색 선글라스 렌즈는 변색 변화 속도가 시간이 길고(실외에서 15초 이내에 70%, 30초 이내에 95%가 착색되고, 실내에서 2분 이내에 50%, 5분 이내에 80%가 탈색된다), 자동차 전면 유리에 자외선 차단 코팅이 되어 있을 경우 변색 기능이 떨어지고, 특히 도로와 차량, 기타 반사체로부터 반사 굴절되면서 시야로 들어오는 편광화된 눈부신 반사광선 즉, 간섭광선(횡파: Transverse wave)을 차단할 수가 없는 문제점을 가지고 있다.
한편, 편광렌즈는 일반 착색 선글라스 및 광 가역성 변색 선글라스의 렌즈가 갖고 있는 기능이 있고, 아울러 도로와 차량, 기타 반사체로부터 반사 굴절되면서 시야로 들어오는 편광화 된 눈부신 간섭광선을 수직의 그물 구조로 된 편광판이 렌즈 사이에 내장되어 있어서 횡파 반사를 차단하는 효과가 더 나타나 일반 착색 선글라스 및 광 가역성 변색 선글라스의 소재보다 한 단계 더 진보된 선글라스 렌즈소재로 각광받고 있으나, 편광렌즈는 필수적으로 생산 당시 PVA((Polyvinylalchohol)에 일정한 농도의 요오드(Iodine)로 염착 처리하는 과정을 거치게 되는데 이렇게 염착 처리한 결과 색도가 고정되어있기 때문에 터널이나 실내공간에서 사물이나 시야가 어둡게 보이는 현상이 일어나는 단점이 있다.
또한, 종래기술인 공개특허 제2003-0019767호는 광 가역성 변색 도수 편광 선글라스 렌즈 및 제조방법에 관한 것으로, 편광렌즈가 가지고 있는 단점과 광 가역성 변색(Photochromic) 렌즈가 가지고 있는 단점을 상호 보완해서 편광렌즈의 장점과 광 가역성 변색 렌즈가 가지고 있는 장점을 상호취하여 광 가역성 렌즈와 편광 렌즈의 특성을 함께 갖도록 하는 시도를 하였고, 한국 공개특허 제1988-7001894호는 자외선 방사 및 청색광 차단용 편광렌즈에 관한 것으로, 수평방향으로 편광된 광선을 실질적으로 차단하는 선글라스 렌즈들의 제조방법을 개시하고 있으나, 광 가역성 렌즈와 편광 렌즈가 갖는 근본적인 문제점에 대한 해결책이 되지는 못하였다.
또한, 도수 선글라스는 기존의 안경 착용자에게 선글라스 착용에 불편을 느끼게 했던 번거로움과 경제적 부담을 해결하기 위한 것으로, 무 도수 선글라스의 문제점은, 1) 기존의 안경 착용자는 선글라스 착용이 불편하다는 점, 2) 선글라스와 도수 안경을 구입해야 하는 경제적인 부담이 있다는 점, 3) 선글라스가 필요 없을 때 바꾸어 착용해야한다는 점, 4) 기존 안경에도 색을 넣어서 착용하는 선글라스의 기능이 있으나, 주변 조도센서와 연동되어 광량이 제어가 되지 않으므로 어두운 곳이나 기타 필요 없을 때에도 계속해서 착용해야 하는 불편함이 있다는 점, 5) 도수 안경과 선글라스 두 개의 안경을 소지하여 필요에 따라 바꾸어 착용하는 불편함이 있다는 점이다.
다음은 도수가 있는 안경 렌즈와 선글라스 렌즈를 합쳐서 구현하는 것에 대한 선행기술들로, 한국 공개실용신안공보 제1999-0041584호는 도수가 있는 일반 안경을 착용하는 사용자가 햇빛에 의한 눈부심등을 방지하기 위하여 일반 안경을 착용한 상태에서 착탈식 선글라스렌즈를 간편하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 코에 작용하는 하중의 부담을 최소화할 수 있도록 하는 선글라스렌즈 착탈 구조에 관한 것이고, 한국등록실용신안공보 제20-0301816호는 본 고안은 일상에서 사용하는 안경에 선글라스 기능을 부가하는 것이며, 한국 공개실용신안공보 제20-0221382호는 선글라스용으로 사용되는 렌즈에 관한 것이고, 한국 공개특허 제2006-0102636호는 클립 일체형 선글라스에 관한 것이며, 한국 공개특허 제2009-0122857호는 오클리도수클립에 관한 것으로 플라스틱 사출 방식으로 제품을 사출하여 기존 렌즈에 선글라스를 탈부착할 수 있게 하는 것이나, 상기 선행기술들은 본 발명과 같이 일체형이 아니거나, 도수 안경 렌즈에 전자식 컬러 변화 선글라스 렌즈를 부착시키는 것과 같은 기술적 사상을 내포하고 있지 않으므로, 도수 안경을 착용해야 하는 사용자가 선글라스를 착용하기 불편한 점을 해소하는 적절한 해결책이 되지 못하였다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 주변광의 상태에 따라서 렌즈의 변색 속도가 빠르고, 도로와 차량의 기타 반사체로부터 반사 굴절되면서 시야로 들어오는 편광화된 눈부신 간섭광선을 차단할 수 있고, 동시에 터널이나 실내 공간에서도 사물이나 시야가 어둡게 보이지 않는 전자식 선글라스와 상기 전자식 선글라스에 얇은 컬러 필름을 코팅하여 다양한 환경에 따른 색상 변화를 사용자의 주위 환경에 적응적으로 변화시키는 전자식 컬러 변화 선글라스에 도수렌즈를 접합해 기존 안경 착용자에게 선글라스 착용의 불편함, 번거로움 및 경제적 부담을 해결하는 전자식 도수 선글라스 및 그 구동 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전자식 도수 선글라스는 주변광 세기를 검출하는 주변광 센서부; 상기 주변광 센서부로부터 입력받은 주변광 세기 신호를 이용하여 계조 전압을 출력하는 광량 제어 모듈부; 상기 계조 전압에 의해서 광투과율을 조절하는 전자식 렌즈에 도수 렌즈가 접합되거나 상기 광투과율을 조절하여 주위 환경에 따라 컬러를 변화시키는 전자식 컬러 변화 렌즈에 도수 렌즈가 접합되도록 구성되는 전자식 도수 렌즈부; 및 상기 주변광 센서부, 광량 제어 모듈부 및 전자식 도수 렌즈부에 전원을 공급하는 전원관리부를 포함하여 구성되며,
상기 광량 제어 모듈부는 상기 주변광 세기 신호를 검출하고 상기 주변광 세기 신호의 크기에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부와 상기 제어 신호에 따라 계조 전압을 출력하는 컬러 폴리머 분산 액정(PDLC) 드라이버부를 포함하여 구성되고,
상기 전자식 도수 렌즈부는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층; 을 포함하고, 상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층은 투명한 렌즈 모재 상에 적층하여 형성되거나, 폴리머 재료로 이루어진 렌즈 모재의 내부에 액정 방울을 분산시켜서 형성될 수 있으며,
상기 전원 관리부는 배터리가 저전력인지 혹은 충전이 필요한지에 따라서 인터럽트 신호를 생성하는 전원 이상 판단부를 포함하고, 보행자 모드 혹은 운전 모드 중에서 하나를 선택하는 모드 선택부를 더 포함하며, 상기 선글라스의 착용 여부를 판단하여 전원을 on/off하기 위한 인체 감지부를 더 포함하고, 상기 전자식 도수 렌즈 렌즈부는 자외선 차단층, 하드 코팅층, 반사 방지층, 김서림 방지층 중에서 선택된 적어도 하나의 기능성 층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 전자식 도수 선글라스 구동 방법은 (a) 주변광 센서부를 이용하여 주변광 세기를 검출하는 단계; (b) 상기 주변광 센서부로부터 입력받은 주변광 세기 신호를 이용하여 계조 전압을 출력하는 단계; 및 (c) 상기 계조 전압에 의해서 도수 렌즈가 접합된 전자식 렌즈 혹은 전자식 컬러 변화 렌즈로 구성되는 전자식 도수 렌즈에 광투과율을 조절하여 주위 환경에 따라 컬러를 변화시키는 단계; 를 포함할 수 있으며,
상기 (c) 단계에서 전자식 렌즈는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 포함하여 구성되고, 전자식 컬러 변화 렌즈는 적어도 하나 이상의 상기 전자식 렌즈에 적어도 하나 이상의 서로 다른 컬러를 가진 컬러필름을 접합하여 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 전자식 도수 선글라스 렌즈는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 포함하여 구성되는 전자식 렌즈; 및 도수 렌즈; 를 포함하여 구성될 수 있거나,
투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 포함하여 구성되는 적어도 하나 이상의 전자식 렌즈에 적어도 하나 이상의 서로 다른 컬러를 가진 컬러필름을 접합하여 구성되는 전자식 컬러 변화 렌즈; 및 도수 렌즈; 를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 의한 전자식 도수 선글라스 및 그 구동방법은 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈에 3가지 색상으로 구성된 얇은 컬러필름을 접합한 전자식 컬러 변화 렌즈에 도수 렌즈를 접합하여 컬러필름별 투과율을 제어함으로써 도수 안경 착용자가 선글라스 착용 시 느끼는 불편한 점을 해결할 수 있다. 아울러 편광필름과 자외선 차단 코팅 적용하여 눈부심 방지와 자외선의 피해를 차단하는 등의 효과도 가질 수 있으며, 도수기능 가진 선글라스용과 도수기능이 없는 선글라스 전용으로 사용할 수도 있고, 기본적인 선글라스의 기능과 아울러 도수에 의한 기능도 동시에 얻을 수 있게 되므로 운전자가 운전을 할 때 등의 용도로 사용을 하면 안전운전과 시력보호 등에 큰 효과가 있다.
도 1a, 1b 및 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈, 전자식 컬러 변화 렌즈 및 전자식 도수 렌즈의 구조도이며,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 사시도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 구동을 위한 구성도이고,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 구동 방법을 나타낸 순서도이며,
도5a 및 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 구동 시 인터럽트 과정을 나타낸 순서도이다.
액정디스플레이(LCD:Liquid Crystal Display)는 외부에서 가해지는 전압의 전기광학적인 특성을 이용한 기구로 소형 박제형으로 제작이 가능하고 소비전력이 적다는 장점이 있다. 이러한 LCD의 한 종류로 폴리머 분산형 액정(PDLC)이 있는데, 폴리머 분산형 액정은 액정과 고분자(폴리머)의 복합재료로 구성되고, 그 특징은 전원이 가해지면 액정이 투명해지고 전원이 꺼지면 불투명해 진다는 것이다. 빛이 산란되는 상태와 투과되는 두 상태에서 구동되는 폴리머 분산형 액정(PDLC)는 다른 액정 디스플레이와는 달리 편광판이 필요 없고 휘도가 좋으며, 액정 배향을 위한 공정이 생략되므로 제조 공정이 간단한 이점이 있다.
이러한 폴리머 분산형 액정(PDLC)에 컬러를 부여하고 또한 상기 컬러를 사용자의 사용환경에 따라 적응적으로 변화시키며, 또한 여기에 도수렌즈를 접합해 기존 안경 착용자에게 선글라스 착용의 불편함, 번거로움 및 경제적 부담을 해결하는 것이 본 발명의 목적이며, 이를 위해 본 발명에서 참조하는 선글라스의 색상에 따른 선글라스를 착용할 권장대상 및 각 색상의 장단점이 [표 1]에 정리되어 있다.
색상 권장 대상 장단점
갈색 노인이나 각막염 등 준 질환이 있는 사람 - 자외선, 적외선 차단 효과가 큼
- 빛의 산란을 막아 눈부심도 줄이고 사물이 선명함
옅은
검은색		 화가, 색각 이상자 등 색상 구분 능력이 중요한 사람 - 빛의 파장을 고르게 흡수해 본래 색상이 보임
- 눈부심 방지효과 큼
- 자외선 차단효과 높다
녹색 눈의 피로감을 많이 느끼는 사람
(단, 운전자나 색각 이상자는 피해야 함)		 - 자외선 차단 효과 높으며 눈의 피로를 덜어줌
- 운전 시 교통신호 색상 구분에 혼돈이 올 수 있음
노랑 야간 활동이 많은 사람
(야간에 운전, 스포츠 활동, 경기 관람 등)		 - 시야를 밝게 해주지만 눈부심을 막지는 못함
- 자외선, 적외선 차단 효과 미미함
주황 스키, 스노보드를 즐기는 사람 - 응달, 양달 모두 사물이 선명하다
- 자외선, 적외선 차단 효과가 미미(자외선 코팅 필수)
분홍 인공조명 아래 일하는 사람 - 인공 조명의 눈부심 막기에 적합
- 자외선, 적외선 차단효과 미미함
파란 단순한 패션 소품으로 선글라스 착용
(운전자 또는 해변가에선 피해야 함)		 - 적외선 차단을 막지 못해 눈의 피로감이 올 수 있다
- 색상 구별이 어려워 색각 이상자, 운전자는 사용하지 말 것
[표 1]에서 알 수 있듯이, 각 색상에 따라 선글라스를 이용할 장소와 착용할 소비자가 서로 다르게 권장되어 있다. 즉, 선글라스의 색상에 따라 이용 장소가 다르므로, 이용자는 다수의 선글라스를 보유하고 이용하는 장소마다 해당 색상의 선글라스를 착용해야 하는 번거로움이 있다. 특히, 도수 안경을 착용하는 사람에게는 번거로움이 더욱 큰 것이 사실이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a, 1b 및 1c는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈, 전자식 컬러 변화 렌즈 및 전자식 도수 렌즈의 구조도이다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 외곽에 보호필름/하드코팅 막 (1)이 형성되고, 내부에 컬러필름(Blue(3), Green(4), Red (5))과 폴리머 분산형 액정(PDLC) 렌즈 (2)가 쌍으로 적층되어 전체적인 폴리머 분산형 액정(PDLC) 컬러 렌즈 (300)가 구성된다. 즉, 컬러필름(Blue)(3)-폴리머 분산형 액정(PDLC) 렌즈 (2), 컬러필름(Green)(4)-폴리머 분산형 액정(PDLC) 렌즈 (2) 및 컬러필름(Red)(5)-폴리머 분산형 액정(PDLC) 렌즈 (2)가 임의의 순서로 적층될 수 있고, 주위 환경에 따른 전자식 제어에 의해서 폴리머 분산형 액정(PDLC)을 불투명 혹은 투명 상태로 제어하여 원하는 모드에 적합한 컬러를 구현할 수 있다. 여기서 상기 전자식 컬러 렌즈를 제작하는 공정에서, 편광판이 필요 없고 액정 배향을 위한 공정이 생략되므로 제조 공정이 간단한 이점이 있다.
다음으로, 도 1c를 참조하면, 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈 (30)에 도수 렌즈 (20)를 접착하여 전자식 도수 렌즈를 구성할 수 있다. 본 발명은 전자식 도수 렌즈 (300)를 구성함에 있어서 내면렌즈 (20)와 외면렌즈 (30)로 된 두 겹의 렌즈를 접합하여 구성된다. 구체적인 구성 예로서 내면렌즈는 도수렌즈로 구성을 하고 외면렌즈는 전자식 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈로 구성함으로써 도수기능 가진 선글라스용으로 사용할 수 있다. 또는 내면렌즈 (20)와 외면렌즈 (30)를 모두 평면렌즈로 구성을 함으로써 도수기능이 없는 선글라스 전용으로 사용할 수도 있다. 이렇게 본 발명은 선글라스용 렌즈를 구성함에 있어서 내면렌즈와 외면렌즈로 분리 구성함으로써 기본적인 선글라스의 기능과 아울러 도수에 의한 기능도 동시에 얻을 수 있게 되므로 운전자가 운전을 할 때 등의 용도로 사용을 하면 안전운전과 시력보호 등에 큰 효과가 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 구동을 위한 구성도이다. 상기 전자식 도수 선글라스는 주변광 센서부(100), 주변광 세기 신호를 이용하여 계조 전압을 출력하는 광량 제어 모듈부(200), 상기 계조 전압에 의해서 광투과율을 조절하는 전자식 도수 렌즈부(300), 및 전원을 공급하는 전원관리부(400)를 포함한다.
주변광 센서부(100)는 반도체 수광 소자를 이용하여, 주변 환경에 의해서 결정되는 주변광의 세기를 검출하여 주변광 세기 신호를 출력한다.
광량 제어 모듈부(200)는 주변광 센서부(100)에서 출력되는 주변광 세기 신호를 입력 받아 이를 이용하여 계조 전압을 출력하는데, 광량 제어 모듈부(200)는 상기 주변광 세기 신호를 검출하고 상기 주변광 세기 신호의 크기에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부(210)와 상기 제어 신호에 따라 계조 전압을 출력하는 도수 폴리머 분산 액정(PDLC) 드라이버부(220)를 포함하여 구성된다.
폴리머 분산 액정(PDLC)은 액정과 폴리머의 복합체로서, 수 내지 수십 μm의 액정 방울들이 폴리머에 분산된 필름 형태를 가지고 있다. 일반적으로 상업화되어 있는 액정표시소자들은 필수적으로 편광판과 액정 배향막을 이용하고 있으나, 폴리머 분산 액정(PDLC) 소자의 경우에는 편광판과 배향막을 사용하지 않고서 액정과 폴리머의 굴절률차를 이용하여 광 투과를 조절할 수 있고 다양한 액정상과 여러 가지 조합에 의해 다양한 동작 특성을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 폴리머 분산 액정(PDLC)을 구성하는 폴리머 매트릭스는 단단한 기판 역할을 하고 있어 내충격성이 큰 특징 있다.
폴리머 분산 액정(PDLC)를 형성하는 방법은 자외선이나 열에 의해 경화되는 폴리머 물질의 원료를 액정과 혼합하여 액정 시편에 주입한 후 자외선이나 열에 노출시켜 폴리머 물질의 원료들이 폴리머를 형성하고, 이때 액정 분자와 폴리머는 상 분리를 일으켜 폴리머 망 사이에 작은 액정 방울을 형성하게 된다. 이 액정 방울 내의 액정 분자들은 임의의 방향으로 배열하고 있기 때문에 액정 방울의 유효 굴절률과 폴리머의 굴절률엔 차이로 발생하고, 입사되는 빛은 불투명하게 산란되게 된다. 반면에 외부에서 전압이 인가되면 액정 분자들이 한 방향으로 정렬하여 폴리머의 굴절률과 같아지게 되고, 입사하는 빛은 시편을 투명하게 투과하게 된다. 그리고, 폴리머 분산 액정(PDLC)에 인가하는 전압의 크기에 따라서 액정 분자들의 정렬 상태가 변화하여 광이 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 통과하는 투과도의 정도가 조절되어 계조표현이 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스에서 전자식 도수 렌즈부(300)는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 내지 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층에 도수 렌즈를 접착하여 구성되거나, 투명 전도성 물질로 이루어진 적어도 하나 이상의 제1 전극과 제2 전극 쌍 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 포함하고, 상기 각 쌍마다 컬러필름을 접착한 후 다시 도수 렌즈를 접착하여 구성될 수 있다. 제1 전극 내지 제2 전극은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물(TCO) 또는 투명 전도성 폴리머 물질로 이루어질 수 있으나 이에 특별히 한정되지는 아니한다. 한편, 폴리머 분산 액정(PDLC)층 내부의 액정은 네마틱(nematic) 액정, 콜레스테릭(cholesteric) 액정, 스멕틱(smectic) 액정, 강유전성 액정 등의 다양한 액정을 이용할 수 있고, 특히 강유전성 액정을 이용하면 강유전성 액정의 장점인 고속 응답성을 얻을 수 있고, 동시에 계조 표시가 가능한 구동을 손쉽게 얻을 수 있다.
상기 전자식 도수 렌즈부(300)는 상기 적어도 하나 이상의 각 쌍의 제1 및 제2 전극에 전압이 인가되지 않는 경우에는 불투명하고, 광량 제어 모듈부(200)의 도수 폴리머 분산 액정(PDLC) 드라이버부(220)에서 출력되는 계조 전압이 상기 적어도 하나 이상의 각 쌍의 제1 및 제2 전극에 인가되는 경우에는 계조 전압의 크기에 따라서 광투과율이 조절되어 밝기와 컬러가 변화한다.
폴리머 분산 액정(PDLC)층은 인가되는 전압에 대한 액정 배열의 빠른 반응 에 의해서 그 응답속도가 수백 μs 내지 수 ms 정도로서 주변광 세기의 변화에 따라서 선글라스 렌즈의 투과도가 빠르게 변환하는 것이 가능하고, 아울러 편광 여부에 상관없이 액정 방울내의 액정 배열에 의해 산란되는 정도에 따라서 광투과율이 조절되므로 도로와 차량의 기타 반사체로부터 반사 굴절되면서 시야로 들어오는 편광화된 눈부신 간섭광선을 차단할 수 있다.
따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스는 주변광 센서부(100)에 의해서 검출되는 주변광의 세기에 따라서 자동적으로 선글라스 렌즈의 광투과율이 자동적으로 조절되게 되어 종래 기술이 갖는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스에서는 선글라스 렌즈를 구성하는 투명한 렌즈 모재 상에 폴리머 분산 액정(PDLC)층과 도수 렌즈를 접합하거나, 하나 이상의 폴리머 분산 액정(PDLC)층과 컬러필름 쌍의 적층으로 전자식 컬러 렌즈를 형성한 후 다시 도수 렌즈를 접합하여 전자식 도수 렌즈부(300)를 형성할 수 있다. 이때 투명한 렌즈 모재는 유리 혹은 플라스틱 재료 중에서 선택될 수 있다.
또한, 전자식 도수 렌즈부(300)는 투명한 렌즈 모재를 구성하는 폴리머 재료와 액정과 혼합한 후에 렌즈로 성형하는 과정에서 자외선이나 열에 노출시켜서 액정 분자와 폴리머의 상 분리를 유도하여 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 형성할 수도 있다. 이때에는 렌즈 모재는 플라스틱 재료로 이루어진다.
아울러, 전자식 도수 렌즈부(300)에는 태양광에 있는 자외선을 차단하는 자외선 차단층, 외부 충격에 따른 긁힘 등을 방지하는 하드 코팅층, 외광의 반사를 방지하는 반사 방지층, 또는 김서림 방지층과 같은 기능성 층을 하나 혹은 복수의 조합 형태로 더 적층할 수 있다. 기능성 층의 위치는 폴리머 분산 액정(PDLC)층의 상부, 렌즈 모재의 하부 등 어디에 특별히 한정되지 아니한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스는 주변광 센서부(100), 광량 제어 모듈부(200) 및 전자식 도수 렌즈부(300) 등에 전원을 공급하는 전원 관리부(400)를 포함한다. 전원 관리부(400)는 배터리(410), DC-DC부(420), 정전압부(430), 충전 관리부(440)를 포함한다. 배터리(410)는 전자식 도수 선글라스의 전원 공급 장치로서 충전배터리 또는 코인배터리 적용 가능하고, 충전 배터리의 경우에는 충전 관리부(440)에 의해서 충전 가능하다.
또한, 전원 관리부(400)는 배터리(410)가 저전력인지 혹은 충전이 필요한지에 따라서 인터럽트 신호를 생성하는 전원 이상 판단부(450)를 더 포함할 수 있다. 전원 이상 판단부(450)가 배터리(410)의 전압이 일정 전압(예를 들어 3.3V) 이하일 경우에 저전력 상태로 판단하고 배터리 저전력 인터럽트 신호를 생성하고, 배터리(410)이 충전 배터리인 경우에는 배터리 충전 인터럽트 신호를 생성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스는 신호를 입력하거나 출력할 수 있는 입출력부(500)을 더 포함할 수 있다. 입출력부(500)는 전원을 on/off할 수 있는 전원 스위치부(510), 보행자 모드 혹은 운전 모드 중에서 하나를 선택하는 모드/컬러모드 선택부(520), 전자식 도수 선글라스의 상태를 나타내는 LED 상태표시부(530) 등으로 구성된다.
전원 스위치부(510)는 수동으로 전원을 on/off할 수도 있고, 인체 감지부(미도시)를 이용하여 사용자가 선글라스를 착용하였는지를 판단하여 자동으로 전원을 on/off할 수도 있다. 예를 들어, 안경 착용시 인체감지하여 전원 ON 상태로 전환하고, 안경 미착용시 일정 시간(30초) 이상 지난 후에 전원을 OFF상태로 전환할 수 있다. 전원 온-오프 동작 표시 방법은 LED 초록색 3초간 점등 후 LED 꺼지고(전원 on), LED 빨간색 3초간 점등 후 LED 꺼진다(전원 off).
모드/컬러모드 선택부(520)는 전자식 도수 선글라스의 구동 모드를 선택하는 것으로, 운전모드와 보행 모드 중에서 선택하도록 할 수 있다. [표 2]에서와 같이 각 모드에서는 각 모드 별로 다양한 환경을 설정하고, 각 환경에 따라 적합한 광투과율과 변화 속도를 설정하도록 할 수 있다. 예를 들어 운전 모드는 차량을 탑승하고 빠르게 이동하는 상태이므로 터널 속 진입 및 상대방 차량의 라이트 불빛 감지할 수 있는 기능을 갖추며 광투과율의 변화속도가 빠르도록 설정할 수 있고, 보행 모드는 사용자의 보행에 의해서 천천히 이동하는 상태이므로 주변 환경의 그림자 및 실내/외 이동시 주변광 감지를 통해 광투과율의 변화속도가 일정하도록 설정할 수 있다. 그러나 이러한 모드별 광투과율과 그 변화 속도에 대한 설정치는 특별히 한정되지는 아니하고, 목적에 따라서 변화가 가능하다.
모드
 광 투과율
환경 조건 / 광 투과율 (차단)


운전모드
 실외(주간) 5초 이내/ 70%
10초 이내/ 95%
야간, 자동차 전조등
(HID 및 강한 빛)		 1초 이내 / 40%
3초 이내 / 60%
터널 속 진입 0.5초 이내 / 30%
5초 이내 / 20%
보행모드

 실내 -> 실외 5초 이내/70%
10초 이내 / 95%
실내 -> 실외 5초 이내/ 50%
10초 이내/ 20%
실외 -> 그림자 환경 30초 이내 유지 시/
50%
LED 상태표시부(530)는 전원 on/off 상태, 선택된 모드, 배터리 저전력 인터럽트 혹은 배터리 충전 인터럽트 등에 따라서 다른 색상과 모드(시간, 점등 간격 등)로 발광함으로서 전자식 도수 선글라스의 상태를 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 구동 방법을 나타낸 순서도이며, 이를 참조하여 도수 선글라스의 구동 방법을 자세히 살펴보면, 우선 전자식 도수 선글라스의 전원 스위치부를 통하여 전원을 공급하는데, 이때 인체 감지부에 의해서 인체 감지를 하는 경우에 전원을 공급할 수도 있고, 별도로 마련된 전원 스위치를 이용하여 수동으로 전원을 공급할 수도 있다.
다음으로, 모드/컬러모드 선택부를 이용하여 운전 모드 혹은 보행 모드 중에서 선택한다. 모드/컬러모드 선택부의 누름 버튼을 누를 때마다 모드가 순차적으로 변화하도록 설정할 수 있고, 이때 선택된 모드에 따라서 전자식 도수 선글라스의 구동 모드가 결정된다. 컬러 모드 전환 기능은 컬러 모드 1~7 (갈색, 회색, 녹색, 노란, 주황, 분홍, 파란) 등으로 나누어진다. 컬러 모드 전환 방법은 버튼을 누를 때마다 컬러 모드가 순차적으로 변하도록 구성한다. 컬러 모드 표시 방법은 렌즈 색상을 변하게 하도록 구성한다. 또한, 필요에 따라서 상기 컬러 모드는 상기 7가지보다 더 많은 것으로 확대될 수 있음은 자명한 것이다.
이후에는 각 모드/컬러모드 별로 미리 설정된 구동 설정치에 의해서 광투과율을 제어하는데, 주변광 센서부를 이용하여 주변광 세기를 검출하는 단계; 상기 주변광 센서부로부터 입력받은 주변광 세기 신호를 이용하여 계조 전압을 출력하는 단계; 및 상기 계조 전압에 의해서 전자식 도수 렌즈부의 광투과율을 조절하는 단계에 의한다.
이때 계조 전압을 출력하는 단계에서는 표 2에서 살펴본 바와 같이 각 모드 별로 미리 설정된 구동 설정치(조건/광투과율)에 의하는 것이 바람직하나, 이에 구속되지는 아니하고, 필요에 따라 구동 설정치를 다르게 변화하는 것도 가능하다.
전자식 도수 렌즈부(300)의 광투과율을 조절하는 단계에서는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층으로 구성되는 전자식 렌즈에 도수 렌즈를 접합시킨 상기 전자식 도수 렌즈부(300)의 상기 제1 전극 내지 제2 전극 사이에 부가되는 계조 전압의 크기를 조절하여 상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층의 광투과율을 조절하여 전자식 도수 선글라스의 밝기를 조절한다. 또한, 컬러 기능을 추가하기 위하여, 적어도 하나 이상의 컬러필름과 상기 전자식 렌즈를 쌍으로 구성한 후 다시 여기에 도수 렌즈를 접합시켜 상기 전자식 도수 렌즈부(300)를 구성할 수 있으며, 이 경우 복수의 상기 제1 전극 및 제2 전극 쌍 사이에 부가되는 계조 전압의 크기를 조절하여 상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층의 광투과율을 조절하여 전자식 도수 선글라스의 밝기와 컬러를 함께 조절한다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 도수 선글라스 구동 방법에 의하면 사용자가 위치하는 주변의 상태에 따라 적절하게 변화된 광투과율을 갖는 선글라스가 제공될 수 있게 된다.
그 다음 단계로서 전원 이상 판단부(450)이 전원을 공급하는 배터리가 저전력인지 혹은 충전이 필요한지를 판단하여 전원 이상으로 판단한 경우에는 그 결과에 따라서 ① 배터리 저전력 인터럽트 신호 혹은 ② 배터리 충전 인터럽트 신호를 생성한다.
도5a 및 5b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자식 도수 선글라스의 구동 시 인터럽트 과정을 나타낸 순서도이다. 도 5a 및 5b를 참조하여 각 인터럽트에 따른 과정을 살펴보면, 배터리 저전력 인터럽트 과정에서는 배터리의 전압이 소정 전압(예를 들어 3.3V) 이하인지를 판단하여 소정 전압 이하인 경우에는 LED 상태표시부(530)를 통하여 표시함으로서 사용자가 인지할 수 있도록 한다. 코인 배터리의 교체 혹은 충전 배터리의 충전을 통하여 배터리 전압이 소정 전압 이상인 경우에는 인터럽트를 종료하게 된다.
배터리 충전 인터럽트 과정에서는 우선 충전 모드를 판단하여 접합한 충전 모드인 것으로 판단하면 전자식 도수 렌즈부를 닫고서 배터리 충전을 실시한다. 이후에 충전 배터리의 전압이 소정 전압 이상으로 판단되는 경우에는 충전을 완료하고, 인터럽트를 종료하게 된다. 배터리 충전 중 혹은 충전 완료 상태에서는 LED 상태표시부(530)를 통하여 표시할 수 있다.
전원 이상으로 판단 단계에서 이상이 없으면 전자식 도수 선글라스 구동 단계를 계속 진행하는데, 인체 감지부를 통하여 인체가 계속해서 감지되는 경우에는 전원을 계속 공급하고, 일정 기간 동안 인체가 감지되지 않는 경우에는 전원을 차단하게 된다. 이때 별도로 마련된 전원 스위치를 이용하여 수동으로 전원을 차단할 수도 있다.
상기 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전자식 컬러 변화 선글라스 및 그 구동 방법에 의할 때 주변광 감지부와 응답속도가 빠른 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 이용함으로써 주변광 세기의 변화에 따라서 선글라스 렌즈의 투과도가 빠르게 변환하는 것이 가능하고, 아울러 편광 여부에 상관없이 액정 방울내의 액정 배열에 의해 산란되는 정도에 따라서 광투과율이 조절되므로 도로와 차량의 기타 반사체로부터 반사 굴절되면서 시야로 들어오는 편광화된 눈부신 간섭광선을 차단할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이므로, 본 발명의 범위는 상기에서 설명된 실시 예에 국한되어서 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들을 포함하여 결정되어야 한다.
1: 보호필름/하드코팅 2: PDLC 렌즈 3, 4, 5: 컬러필름
20: 도수 렌즈(내면 렌즈) 30: 전자 폴리머 분산 액정(PDLC) 렌즈
100: 주변광 센서부 200: 광량 제어 모듈부
210: 제어부 220: 도수 PDLC 드라이버부
300: 전자식 도수 렌즈부 400: 전원 관리부
410: 배터리 420: DC-DC부
430: 정전압부 440: 충전 관리부
450: 전원 이상 판단부 500: 입출력부
510: 전원 스위치부 520: 모드 선택부
530: LED 상태표시부

Claims (18)

  1. 주변광 세기를 검출하는 주변광 센서부;
    상기 주변광 센서부로부터 입력받은 주변광 세기 신호를 이용하여 계조 전압을 출력하는 광량 제어 모듈부;
    상기 계조 전압에 의해서 광투과율을 조절하는 전자식 렌즈에 도수 렌즈가 접합되거나 상기 광투과율을 조절하여 주위 환경에 따라 컬러를 변화시키는 전자식 컬러 변화 렌즈에 도수 렌즈가 접합되도록 구성되는 전자식 도수 렌즈부; 및
    상기 주변광 센서부, 광량 제어 모듈부 및 전자식 도수 렌즈부에 전원을 공급하는 전원관리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광량 제어 모듈부는 상기 주변광 세기 신호를 검출하고 상기 주변광 세기 신호의 크기에 따라 제어 신호를 출력하는 제어부와 상기 제어 신호에 따라 계조 전압을 출력하는 컬러 폴리머 분산 액정(PDLC) 드라이버부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자식 도수 렌즈부는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층은 투명한 렌즈 모재 상에 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층은 폴리머 재료로 이루어진 렌즈 모재의 내부에 액정 방울을 분산시켜서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원 관리부는 배터리가 저전력인지 혹은 충전이 필요한지에 따라서 인터럽트 신호를 생성하는 전원 이상 판단부를 포함하는 전자식 도수 선글라스.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    보행자 모드 혹은 운전 모드 중에서 하나를 선택하는 모드 선택부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선글라스의 착용 여부를 판단하여 전원을 on/off하기 위한 인체 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자식 도수 렌즈부는 자외선 차단층, 하드 코팅층, 반사 방지층, 김서림 방지층 중에서 선택된 적어도 하나의 기능성 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스.
  10. (a) 주변광 센서부를 이용하여 주변광 세기를 검출하는 단계;
    (b) 상기 주변광 센서부로부터 입력받은 주변광 세기 신호를 이용하여 계조 전압을 출력하는 단계; 및
    (c) 상기 계조 전압에 의해서 도수 렌즈가 접합된 전자식 렌즈 혹은 전자식 컬러 변화 렌즈로 구성되는 전자식 도수 렌즈에 광투과율을 조절하여 주위 환경에 따라 컬러를 변화시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 구동 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 전자식 렌즈는 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 포함하여 구성되고,
    전자식 컬러 변화 렌즈는 적어도 하나 이상의 상기 전자식 렌즈에 적어도 하나 이상의 서로 다른 컬러를 가진 컬러필름을 접합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 구동 방법.
  12. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    전원을 공급하는 배터리가 저전력인지 혹은 충전이 필요한지에 따라서 인터럽트 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 구동 방법.
  13. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    보행자 모드 혹은 운전 모드 중에서 하나를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 구동 방법.
  14. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
    인체 감지부로 인체를 감지하여 인체가 감지되는 경우에는 전원을 공급하고, 일정 기간 동안 인체가 감지되지 않는 경우에는 전원을 차단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 구동 방법.
  15. 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 포함하여 구성되는 전자식 렌즈; 및 도수 렌즈; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 렌즈.
  16. 투명 전도성 물질로 이루어진 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 형성된 폴리머 분산 액정(PDLC)층;을 포함하여 구성되는 적어도 하나 이상의 전자식 렌즈에 적어도 하나 이상의 서로 다른 컬러를 가진 컬러필름을 접합하여 구성되는 전자식 컬러 변화 렌즈; 및
    도수 렌즈; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 렌즈.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층을 투명한 렌즈 모재 상에 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 렌즈.
  18. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    상기 폴리머 분산 액정(PDLC)층은 폴리머 재료로 이루어진 렌즈 모재의 내부에 액정 방울을 분산시켜서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자식 도수 선글라스 렌즈.
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