KR20160149840A - 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입사되는 광의 투과율 제어를 위한 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치에 관한 것으로, 양측 글래스 사이에 봉합되는 투과층을 동일 전계에서 반응하는 2개의 폴리머를 혼합하여 구성하고, 상기 폴리머 중 하나의 폴리머로 초기 투과율 및 컬러 변경이 가능한 염료 처리된 폴리머(Dye Doped Polymer)를 이용한 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치 {Transparency variable glass and apparatus of controlling transparency of the same}
본 발명은 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 입사되는 광의 투과율 제어를 위한 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치에 관한 것이다.
최근 차량의 전면 글래스나 선루프 등의 글래스에 적용되는 VTSW(Variable Transparency Switching Window)는 각 투명도별 전압제어에 따른 투과율 전환이 가능하다.
상기 VTSW 기술을 적용한 종래의 투명도 가변 글래스는, 사용자의 선택에 따라 글래스 투과율을 변환할 수 있으며, 통상 2개의 전원 공급 전극을 통해서 공급 전극 단자에 가해진 전원에 응답하여 광투과성 및 광학적 특성을 변경할 수 있는 투과층을 포함하고 있다.
예를 들어, 종래의 투명도 가변 글래스는 전극을 구비한 양측 글래스 사이에 액정 폴리머가 봉합된 구조로 이루어져 전계 인가를 통한 액정 폴리머의 위상 변이를 통한 위상차로 글래스를 투명 및 불투명 상태로 전환할 수 있게 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 투명도 가변 글래스는 대형화하여 제작시, 통판 전극을 위해 고전압의 교류 전원을 이용한 구동 제어를 필요로 하고, 통판 전극의 구성을 위한 전극 두께의 증가로 투명도가 감소하며, 또한 오직 투명 및 불투명 상태로만 전환할 수 있어 글래스의 컬러를 변경하거나 또는 일정 부분만 반투명하게 전환하거나 불투명하게 전환하는 제어가 불가한 단점이 있다.
또한, 종래의 다른 투명도 가변 글래스는 전극을 구비한 양측 글래스 사이에 전계 반응 가스가 충전되어 봉합된 구조로 이루어져 고전압의 전계 인가를 통한 가스 반응을 통해 글래스를 투명 및 불투명 상태로 전환할 수 있게 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 투명도 가변 글래스는, 마찬가지로 오직 투명 및 불투명 상태로만 전환할 수 있어 글래스의 컬러를 변경하거나 또는 글래스의 일정 부분만 반투명하게 전환하거나 불투명하게 전환하는 제어가 불가하고, 가스 밀도의 불균형으로 인해 글래스 투명도가 감소하는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2012-0090074호
본 발명은 양측 글래스 사이에 봉합되는 투과층을 동일 전계에서 반응하는 2개의 폴리머를 혼합하여 구성하고, 상기 폴리머 중 하나의 폴리머로 초기 투과율 및 컬러 변경이 가능한 염료 처리된 폴리머(Dye Doped Polymer)를 이용한 투명도 가변 글래스 및 이의 투명도 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이에 본 발명에서는, 일측면에 제1 전극부가 구비된 제1 투명판; 상기 제1 전극부와 마주하는 일측면에 제2 전극부가 구비된 제2 투명판; 제1 폴리머와 제2 폴리머로 이루어진 폴리머 구조체로서, 상기 제1 투명판과 제2 투명판 사이에 채워지며, 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 형성되는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 갖는 가변 투과층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스를 제공한다.
구체적으로, 상기 제1 폴리머는 제2 폴리머와 동일 전계에서 동등수준의 위상변화를 가지는 염료 도핑 폴리머(Dye Doped Polymer)이고, 상기 제2 폴리머는 액정 폴리머(liquid crystal polymer) 또는 투명 고분자 폴리머이다.
여기서, 상기 제1 및 제2 폴리머는 제1 및 제2 전극부 사이에 형성되는 전계 변화에 종속하는 복수 개의 위상변화를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 가변 투과층은 함유한 제1 폴리머의 밀도 변화에 종속하는 초기 투과율을 갖는다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 가변 투과층은 함유한 제1 폴리머의 컬러에 종속하는 컬러를 갖는다.
또한 본 발명에서는, 상기의 투명도 가변 글래스; 상기 투명도 가변 글래스에 전압을 공급하는 전원공급부; 상기 투명도 가변 글래스에 공급되는 전압을 제어하여 투명도 가변 글래스의 투과율을 제어하는 컨트롤러; 및 상기 컨트롤러에 룩업테이블의 데이터를 제공하는 메모리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스의 투명도 제어 장치를 제공한다.
여기서, 상기 룩업테이블은 투명도 가변 글래스의 투과율 제어를 위한 전압값(제1 및 제2 전극부에 인가되는 전압값)을 결정한다.
본 발명에 의하면, 동일 전계에서 반응하는 2개의 폴리머를 혼합하여 가변 투과층을 형성하고 상기 폴리머 중 하나의 폴리머로 염료 도핑 폴리머를 이용함으로써 투명도 가변 글래스의 초기 투과율 및 컬러 설정이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스의 투명도 제어 장치
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스의 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스의 작동시 가변 투과층의 위상변화를 나타낸 예시도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명도 가변 글래스의 작동 상태에 따른 글래스 상태를 나타낸 개념도
도 5는 본 발명에 따른 투명도 가변 글래스의 적용 여부에 따른 차량 실내 온도 변화를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명에 따른 투명도 가변 글래스의 가변 투과층 내 염료 도핑 폴리머 밀도에 따른 초기 투과율을 나타낸 그래프
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 글래스 투명도 제어장치는 투명도 가변 글래스(100)와 전원공급부(200)와 컨트롤러(300) 및 메모리부(400)를 포함하여 구성된다.
투명도 가변 글래스(100)는 사용자의 선택에 따라 투명도를 조절할 수 있는 것으로, 내부의 전극부(130,140) 사이에 형성되는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 가지며, 내부의 전극부(130,140)에 인가되는 전압 소스에 따라 광투과성이 가변 제어된다.
전원공급부(200)는 투명도 가변 글래스(100)에 전압을 제공하는 것으로, 컨트롤러(300)에 의해 제어되어 전압을 공급하게 되며, 이때 컨트롤러(300)는 메모리부(400)에 저장된 룩업테이블(lookup table)의 데이터를 기반으로 전압을 공급하게 된다.
컨트롤러(300)는 사용자가 선택한 투명도 정보를 기반으로 전원공급부(200)에서 투명도 가변 글래스(100)로 인가되는 전압을 제어하여 투명도 가변 글래스(100)의 투명도 및 투과율을 제어하며, 복수 개의 레벨 중 선택된 어느 하나의 레벨로 전압을 인가하여 투명도 가변 글래스(100)의 투과율을 다단계로 다양하게 구현할 수 있게 한다.
메모리부(400)는 사전 실험 및 평가 등에 의해 도출하여 구축한 룩업테이블(lookup table)을 저장하고 있으며, 사용자의 선택을 입력받은 컨트롤러(300)의 전압 제어시 상기 룩업테이블의 데이터를 제공하는바, 사용자의 선택에 따른 투과율 조정의 응답속도를 최소화할 수 있게 한다.
상기 룩업테이블은 투명도 가변 글래스(100)의 투명도 또는 회색도에 따라 투명도 가변 글래스(100) 측에 제공되는 전압값을 설정한 데이터 테이블로서, 투명도 가변 글래스(100)의 투과율 제어시 빠른 응답속도의 데이터 제공이 가능하다.
다시 말해, 상기 룩업테이블은 투명도 가변 글래스(100)의 투과율 제어를 위한 전압값을 결정하기 위한 것으로, 컨트롤러(300)가 입력받은 사용자 선택 정보(투과율)에 상응하는 전압값을 제공하고, 컨트롤러(300)는 제공받은 전압값을 기반으로 투명도 가변 글래스(100)의 전극부(130,140)에 인가되는 전압을 제어하게 된다.
여기서, 상기 투명도 가변 글래스(100)의 구조를 첨부한 도 2 및 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.
도 2에 보듯이, 투명도 가변 글래스(100)는 제1 투명판(110)과 제2 투명판(120) 및 가변 투과층(150)을 포함하여 구성된다.
제1 및 제2 투명판(110,120)은 판상의 투명 소재로 이루어진 것으로, 투명도 가변 글래스(100)의 상하 양측에 각각 배치되고, 각각의 내측면에 전압 인가를 위한 제1 전극부(130) 및 제2 전극부(140)가 일체로 구비된다.
여기서, 상기 투명판(110,120)은 광투과성의 무기물 기판 또는 유기물 기판이거나 또는 이들이 동종 또는 이종으로 적층된 판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판은 유리, 석영, 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate:PET), 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylene naphthelate:PEN), 폴리이미드(polyimide:PI), 폴리카보네이트 (polycarbonate:PC), 폴리스틸렌(polystylene:PS), 폴리옥시에틸렌(polyoxyethlene:POM), 아크릴로나이트릴-스타이렌수지(acrylonitile styrene copolymer:AS 수지), 및 트리아세틸 셀룰로오즈(Triacetyl cellulose:TAC) 등을 포함하는 군에서 선택된 플라스틱 판일 수 있다.
그리고, 제1 전극부(130) 및 제2 전극부(140)는 인듐틴옥사이드(Indium Tin Oxide:ITO)막, 플루오르화틴옥사이드(Fluorinated Tin Oxide:FTO)막, 인듐징크옥사이드(Indium Zinc Oxide:IZO)막, 알루미늄도프드옥사이드(Al-doped Zinc Oxide:AZO)막, 징크옥사이드(Zinc Oxide:ZnO)막 및 인듐징크틴옥사이드(Indium Zinc Tin Oxide:IZTO)막과 같은 광투과성을 갖는다.
가변 투과층(150)은 제1 폴리머와 제2 폴리머로 이루어진(혼합 조성된) 폴리머 구조체로서 구성되며, 상기 제1 투명판(110)과 제2 투명판(120) 사이에 채워진 형태로 배치되고, 서로 마주하는 제1 전극부(130)와 제2 전극부(140) 사이에 형성되는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 갖는다.
구체적으로, 상기 제1 폴리머는 편광소재(polarizer) 기능을 갖는 염료 처리된 폴리머(Dye Doped Polymer)(이하, 염료 도핑 폴리머 라고 함)로서, 원편광을 선편광으로 제어 가능하고, 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 갖는다.
상기 가변 투과층(150)은 함유된 제1 폴리머에 의해 전원이 미인가된 상태에서도 기본적으로 입사광을 편광시킬 수 있기 때문에 제1 폴리머를 미함유한 기존 투과층 대비 상대적으로 투명도 가변 글래스의 투과율을 향상할 수 있다.
상기 제2 폴리머는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 갖는 액정 폴리머(liquid crystal polymer) 또는 투명 고분자 폴리머 중 선택된 어느 하나일 수 있다.
여기서, 투명 고분자 폴리머는 투명도 가변 글래스(100)에 인가되는 전압에 의해 전극부(130,140) 사이에 형성되는 전계 변화에 종속하여 복수 개의 위상을 가지는 홀로그래픽 폴리머(holographic polymer)로서, 인가 전압에 종속하여 다단계로 위상 변화를 나타내게 된다.
또한 여기서, 염료 도핑 폴리머는 전계에 반응하여 위상이 전환되는 폴리머에 염료를 처리한 폴리머로서, 액정 폴리머 또는 투명 고분자 폴리머의 인가 전압에 따른 위상변화와 같거나 유사한 위상변화를 갖는다.
즉, 가변 투과층에 함유된 제1 폴리머는 제2 폴리머와 동일 전계에서 동등수준의 위상변화를 가진다.
이러한 제1 폴리머와 제2 폴리머는 동일 전계에서 반응하여 같거나 유사한 위상차를 동시 구현하게 되고, 투명도 가변 글래스의 전극부 사이에 전계가 형성되는 경우 편광적 성질을 갖게 되어 입사광의 위상을 변화시켜 통과시킨다.
도 3을 참조하면, 투명도 가변 글래스(100)가 가장 투명한 상태의 초기 투과율 내지 가장 불투명한 최종 투과율 사이의 소정 투과율을 구현하게 될 때, 가변 투과층(150)의 제1 및 제2 폴리머는 수직 상태에서 수평 상태 사이의 소정 위상을 나타내게 된다.
예를 들어, 가변 투과층(150)은 양단에 인가되는 전압에 따라, 제1 및 제2 폴리머가 수직 상태의 위상을 갖는 경우 외부로부터 입사되는 광을 0° 전환시키고, 제1 및 제2 폴리머가 기울어진 상태(수직과 수평 중간 상태)의 위상을 갖는 경우 외부로부터 입사되는 광을 약 45° 전환시키고, 제1 및 제2 폴리머가 수평 상태의 위상을 갖는 경우 외부로부터 입사되는 광을 약 90° 전환시킨다.
이렇게 가변 투과층(150)에 인가되는 전계에 종속하여 투명도 가변 글래스(100)는 인가 전압에 따른 다양한 광투과성을 구현하게 되고 투명도 및 투과율 제어가 가능하게 된다.
또한 상기 가변 투과층(150)의 제1 및 제2 폴리머는 제1 전극부(130)와 제2 전극부(140) 사이에 전압 인가시 광투과성이 낮아지는바 상대적으로 불투명해지고, 높은 전압이 인가될수록 광투과성이 낮아지게 된다.
도 4에 보듯이, 가변 투과층(150)은, 데이라이트(day light)가 입사되는 조건에서 제1 전극부(130)와 제2 전극부(140) 사이에, 전압 미인가시 쉐이드 상태(shade state)가 되어 광 차폐가 가능하게 되고, 전압 인가시 브라이트 상태(bright state)가 되어 제1 및 제2 폴리머의 위상이 제어되어 광 투과가 가능하게 된다.
따라서, 상기 가변 투과층(150)을 이용한 투명도 가변 글래스(100)는 전압 제어에 따른 투과율 제어를 통해 광 차폐가 가능하며, 이는 차량용 글래스에 적용시 차량 실내 온도 제어에 적용 가능하고, 차량 내 환경적(예를 들어, temperature) 에너지 제어 성능을 향상하게 된다.
도 5에 보듯이, 상기 투명도 가변 글래스(100)를 채택한 차량 실내 온도가, 상기 투명도 가변 글래스를 미채택한 차량 실내 온도 대비 감소됨을 확인할 수 있다.
또한, 상기 가변 투과층(150)은 제1 폴리머(염료 도핑 폴리머)에 적용되는 염료를 가변 컬러 염료(variable color dye)를 사용하는 경우 제1 폴리머의 컬러에 종속하는 컬러를 갖게 된다.
상기 가변 컬러 염료로는 블루, 레드, 그린 등의 다양한 색상을 갖는 염료를 사용할 수 있으며, 이러한 가변 컬러 염료를 이용한 제1 폴리머를 함유한 가변 투과층은 쉐이드 상태에서 제1 폴리머의 컬러에 종속하는 컬러를 갖게 된다.
또한, 가변 투과층(150)은 제1 폴리머의 밀도를 변경함에 의해 그 투명도 및 투과율이 달라진다.
상기 제1 폴리머는 제2 폴리머와 달리 전극부(130,140)에 전압을 미인가한 상태에서도 편광소재(polarizer) 기능을 가지므로 가변 투과층(150)의 제조 과정에서 가변 투과층(150) 내 제1 폴리머의 밀도를 조정함에 의해 초기 투과율(전압 미인가 상태의 투과율)을 변경 및 설정 가능하다.
즉, 상기 가변 투과층(150)은 함유한 제1 폴리머의 밀도 변화에 종속하는 초기 투과율을 갖는다.
따라서, 도 6에 보듯이, 가변 투과층(150) 내 제1 폴리머의 밀도에 종속하여 결정된 초기 투과율을 기준으로 투명도 가변 글래스(100)의 투과율 및 투명도 전환 범위(transparency switching range)가 ①, ②, ③ 등과 같이 결정된다.
즉, 이렇게 제1 폴리머에 의해 초기 투명도(즉, 초기 투과율)가 결정된 상태에서 가변 투과층(150) 양단에 인가되는 전압값에 따라 투명도 가변 글래스(100)의 투과율 제어가 일정 범위 내에서 이루어지며, 이때 초기 투과율에 상관없이 전압 제어시의 가변 투과층(150)의 위상 제어에 따른 투과율 제어는 동일하게 적용된다.
또한, 상기 가변 투과층(150)은 제1 및 제2 폴리머를 혼합 조성하여 이루어지므로 고점성을 가지게 되어 고착 우려 없이 직류 전원을 이용 가능하며, 따라서 전원공급부(200)로부터 인가되는 전압 소스는 교류 및 직류 형태에 제한 없이 모두 가변 투과층(150)의 위상 제어가 가능하다.
한편, 상기의 투명도 가변 글래스(100)는 일부 영역만 부분적으로 투과율을 변경 제어하는 것이 가능하다.
도 2를 참조하면, 일 실시예로 제1 및 제2 전극부(130,140) 중 적어도 하나를 서로 개별 전압이 인가되는 복수의 서브 전극(132,142)으로 구성하고 투명도 가변 글래스(100)의 일부 영역에만 개별적으로 전압을 인가함으로써 개별 전압이 인가된 일부 영역 사이에 형성되는 전계에 의해 투명도 가변 글래스의 일부 영역의 투과율을 선택적으로 제어 가능하다.
이러한 구조는 본 출원인이 앞서 출원한 한국특허출원 제10-2014-107552호 및 미국특허출원 제10-2014-562720호에서 구체적으로 설명되어 있으며 본 발명에도 동일하게 적용 가능하므로, 여기서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
즉, 본 발명에 따른 투명도 가변 글래스는 한국특허출원 제10-2014-0107552호 및 미국특허출원 제10-2014-562720호에 기재되어 있는 전극부의 구조 및 전압 인가 방식 등을 적용하여서 투명도 가변 글래스의 일부 영역만 부분적으로 투과율을 가변 제어할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 투명도 가변 글래스는 차량의 윈드쉴드글래스와 선루프 및 건축물의 창문과 도어 등의 제품에 적용하여 시각적(예를 들어, 컬러), 환경적(예를 들어, 온도) 개선이 가능하며, 특히 편광소자를 사용하는 디스플레이 및 윈도우 제품에 적용시 획기적인 투과율 향상을 기대할 수 있다.
이 외에도 본 발명의 투명도 가변 글래스는 가전제품, 디스플레이제품, 안경이나 헬멧 등의 기타 글래스 적용 제품 등 다양한 분야에 적용 가능하다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
100 : 투명도 가변 글래스
110 : 제1 투명판
120 : 제2 투명판
130 : 제1 전극부
140 : 제2 전극부
150 : 가변 투과층
200 : 전원공급부
300 : 컨트롤러
400 : 메모리부

Claims (8)

  1. 일측면에 제1 전극부가 구비된 제1 투명판;
    상기 제1 전극부와 마주하는 일측면에 제2 전극부가 구비된 제2 투명판;
    제1 폴리머와 제2 폴리머로 이루어진 폴리머 구조체로서, 상기 제1 투명판과 제2 투명판 사이에 채워지며, 상기 제1 전극부와 제2 전극부 사이에 형성되는 전계의 변화에 종속하는 광투과성을 갖는 가변 투과층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변 투과층은 함유한 제1 폴리머의 밀도 변화에 종속하는 초기 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가변 투과층은 함유한 제1 폴리머의 컬러에 종속하는 컬러를 갖는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 폴리머는 제2 폴리머와 동일 전계에서 동등수준의 위상변화를 가지는 염료 도핑 폴리머(Dye Doped Polymer)인 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 폴리머는 액정 폴리머(liquid crystal polymer) 또는 투명 고분자 폴리머인 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 폴리머는 제1 및 제2 전극부 사이에 형성되는 전계 변화에 종속하는 복수 개의 위상변화를 갖는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 투명도 가변 글래스;
    상기 투명도 가변 글래스에 전압을 공급하는 전원공급부;
    상기 투명도 가변 글래스에 공급되는 전압을 제어하여 투명도 가변 글래스의 투과율을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스의 투명도 제어 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 컨트롤러에 룩업테이블의 데이터를 제공하는 메모리부를 포함하며, 상기 룩업테이블은 투명도 가변 글래스의 투과율 제어를 위한 전압값을 결정하는 것을 특징으로 하는 투명도 가변 글래스의 투명도 제어 장치.
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