KR20180080849A - 스마트 윈도우 필름의 제조 장치 - Google Patents

스마트 윈도우 필름의 제조 장치 Download PDF

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KR20180080849A
KR20180080849A KR1020170001893A KR20170001893A KR20180080849A KR 20180080849 A KR20180080849 A KR 20180080849A KR 1020170001893 A KR1020170001893 A KR 1020170001893A KR 20170001893 A KR20170001893 A KR 20170001893A KR 20180080849 A KR20180080849 A KR 20180080849A
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박성은
박재성
최규석
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재단법인 구미전자정보기술원
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Abstract

본 발명은 고분자 분산형 액정(PDLC)을 이용하여 스마트 윈도우 필름을 제조할 때 은 나노와이어(Ag nanowire) 층과 PDLC 층을 동시에 코팅하는 기술에 관한 것이다.이와 같은 본 발명은 제1언와인더로부터 풀려나와 코팅롤을 경유하는 제1원단의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은 나노와이어층을 생성함과 동시에, 상기 제1은 나노와이어층의 상부에 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층이 형성된 제1기판을 생성하는 듀얼 슬롯 다이; 상기 제1기판과 제2언와인더로부터 공급되는 제2기판을 라미네이팅하는 기준롤러 및 가압롤러 및 상기 기준롤러 및 가압롤러를 통해 라미네이팅된 상기 제1기판과 상기 제2기판으로 이루어진 스마트 윈도우 필름에 대하여 열경화 공정을 수행하여 상기 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액의 중합(polymerization)이 이루어지도록 하는 히팅 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스마트 윈도우 필름의 제조 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING SMART WINDOW FILM}
본 발명은 고분자 분산형 액정(PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal)을 이용하여 스마트 윈도우 필름(smart window film)을 제조하는 기술에 관한 것으로, 특히 열경화성 PDLC 용액을 사용하여 은 나노와이어(Ag nanowire) 층과 PDLC 층을 동시에 코팅할 수 있도록 한 스마트 윈도우 필름의 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
스마트 윈도우 필름은 태양광의 투과율을 자유롭게 조절할 수 있도록 제작된 윈도우 필름을 일컫는 것으로, 사용되는 재료의 종류에 따라 여러 가지로 구분될 수 있지만 대형화에 용이한 PDLC를 이용한 스마트 윈도우 필름이 널리 이용되고 있다.
PDLC를 스마트 윈도우 필름에 적용하면, 고분자 물질의 매트릭스 안에 미세한 액정방울들이 형성되어 외부에서 인가되는 전압에 반응한다. 스마트 윈도우에 전압이 인가되면 액정이 인가되는 전계 방향에 따라 정렬되어 투과되는 빛의 방향과 일치하게 되므로 빛을 투과시키게 된다. 그러나, 스마트 윈도우 필름에 전압이 인가되지 않으면 액정이 불규칙적으로 배열되어 투과하는 빛의 진행 방향에 따라 배열되지 않기 때문에 빛을 산란시키게 된다.
이와 같은 스마트 윈도우 필름은 창문이나 거울 또는 디스플레이 장치에 적용되어 광의 투과도나 반사도를 조절하는 용도로 사용되고 있다. 예를 들어, 스마트 윈도우 필름은 건축물 또는 자동차의 윈도우에 적용되어 겨울에는 태양광선이 실내로 최대한 들어올 수 있도록 투명하게 조절되고, 여름에는 태양광선이 차단되도록 불투명하게 조절될 수 있다.
그런데, 종래 기술에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 장치는 원단에 Ag 나노와이어층과 PDLC층을 순차적으로 코팅한 후 경화 공정을 통해 스마트 윈도우를 제조하였다.
이와 같이, 종래 기술에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조장치는 원단에 Ag 나노와이어층을 코팅한 후 연속해서 PDLC층을 코팅하게 되어 결과적으로, 두 번의 코팅 공정을 수행하게 되므로 그만큼 스마트 윈도우 필름의 제조 시간이 오래 소요되고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 듀얼 슬롯 다이(dual slot die)에서 열경화성 PDLC 용액을 이용하여 은 나노와이어(Ag nanowire) 층과 PDLC 층을 동시에 코팅하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스마트 윈도우 필름의 제조 장치는, 투명한 소재의 제1원단을 공급하는 제1언와인더; 상기 제1언와인더로부터 풀려나와 코팅롤을 경유하는 상기 제1원단의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은 나노와이어층을 생성함과 동시에, 상기 제1은 나노와이어층의 상부에 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층이 형성된 제1기판을 생성하는 듀얼 슬롯 다이; 투명한 소재 의 제2원단에 제2은 나노와이어층이 코팅된 제2기판을 공급하는 제2언와인더; 상기 제1기판과 상기 제2기판을 라미네이팅하는 기준롤러 및 가압롤러 및 상기 기준롤러 및 가압롤러를 통해 라미네이팅된 상기 제1기판과 상기 제2기판으로 이루어진 스마트 윈도우 필름에 대하여 열경화 공정을 수행하여 상기 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액의 중합(polymerization)이 이루어지도록 하는 히팅 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스마트 윈도우 필름의 제조 방법은, 듀얼 슬롯 다이를 이용하여, 제1언와인더로부터 풀려나와 코팅롤을 경유하는 투명한 소재의 제1원단의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은 나노와이어층을 생성함과 동시에 상기 제1은 나노와이어층의 상부에 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층이 형성된 제1기판을 생성하는 단계; 상기 제1기판과 제2언와인더로부터 풀려나오는 제2원단에 제2은 나노와이층이 적층된 구조의 제2기판을 라미네이팅하는 단계 및 상기 라미네이팅에 의해 생성된 스마트 윈도우 필름을 히팅 챔버를 이용하여 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 열경화 가능한 열경화성 PDLC 용액을 사용함으로써, 듀얼 슬롯 다이에서 은 나노와이어(Ag nanowire) 층과 PDLC 층을 동시에 코팅할 수 있게 되어 제조 시간과 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 듀얼 슬롯 다이의 구조와 이에 의한 코팅층의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 스마트 윈도우 필름의 제조 장치에 의해 제조된 스마트 윈도우 필름의 단면도이다.
도 4의 (a),(b)는 스마트 윈도우 필름의 구동원리를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 방법에 대한 제조 공정의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 방법에 대한 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 것으로 이에 도시한 바와 같이 스마트 윈도우 필름의 제조 장치(100)는, 제1언와인더(first unwinder)(110A)와 제2언와인더(110B), 코팅롤(120), 듀얼 슬롯 다이(dual slot die)(130), 기준롤러(140A)와 가압롤러(140B), 히팅 챔버(heating chamber)(150), 이송롤러(160) 및 리와인더(rewinder)(170)를 포함한다.
도 2는 듀얼 슬롯 다이(130)의 구조 및 이에 의한 코팅층의 구조를 나타낸 것이고, 도 3은 제조 장치(100)에 의해 제조된 스마트 윈도우 필름의 단면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 제조 장치(100)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
제1언와인더(110A)에는 투명한 소재의 제1원단(310)이 감겨져 있으며, 이로부터 풀려 나가는 제1원단(310)은 코팅롤(120)과 듀얼 슬롯 다이(130)의 사이, 기준롤러(140A)와 가압롤러(140B)의 사이, 히팅 챔버(150) 및 이송롤러(160)를 순차적으로 통과하여 리와인더(170)에 감겨진다. 여기서, 상기 제1원단(310)은 빛의 투과율이 우수하고 투명한 필름 형태의 원단을 말하며, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리우레탄(polyerethane, PU), 폴리에틸렌 나프탈렌(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI) 등의 고분자 형태로 이루어진 필름이 포함될 수 있다.
이때, 듀얼 슬롯 다이(130)는 상기 코팅롤(120)을 경유하는 제1원단(310)의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은(Ag) 나노와이어층(320)을 생성함과 동시에, 상기 제1은(Ag) 나노와이어층(320)의 상부에 열경화가 가능한 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층(330)을 생성한다. 이에 따라, 제1원단(310)의 상부에 제1은(Ag) 나노와이어층(320)과 고분자 분산형 액정층(330)이 적층된 구조의 제1기판(300A)이 제조된다.
이를 위해 듀얼 슬롯 다이(130)에는 도 2에서와 같이 제1원단(310)의 진행 방향을 기준으로 로워 다이 바디(lower die body)(131), 센터 웨지 바디(center wedge body)(132) 및 업퍼 다이 바디(upper die body)(133)가 순차적으로 설치되고, 상기 업퍼 다이 바디(133)와 센터 웨지 바디(132)의 사이에 제1용액 공급로(134)가 설치되며, 상기 센터 웨지 바디(132)와 로워 다이 바디(131)의 사이에 제2용액 공급로(135)가 설치된다.
따라서, 상기 제1용액 공급로(134) 및 이의 배출구를 통해 배출되는 은 나노와이어 용액이 상기 코팅롤(120)을 경유하는 제1원단(310)의 상부에 코팅되어 제1은 나노와이어층(320)이 생성되고, 코팅 진행방향을 기준으로 상기 제1용액 공급로(134)의 바로 뒤에 설치된 상기 제2용액 공급로(135) 및 이의 배출구를 통해 배출되는 열경화가 가능한 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액이 상기 제1은 나노와이어 층(320)의 상부에 코팅되어 고분자 분산형 액정층(330)이 생성된다.
이와 같이 열경화가 가능한 고분자 분산형 액정층(330)을 사용함으로써 듀얼 슬롯 다이(130)를 이용하여 제1은 나노와이어 층(320)과 고분자 분산형 액정층(330)을 동시에 코팅할 수 있게 된다.
여기서, 상기 은 나노와이어 용액으로부터 제1은 나노와이어층(320)을 생성하는 방법은 특별하게 한정되는 것이 아니라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어, 질산은(AgNO3)이 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 용액에 환원되면서 생성되는 기술을 이용하여 제1은 나노와이어층(320)을 생성할 수 있다.
한편, 제2언와인더(110B)에는 도 3에서와 같이 투명한 소재의 제2원단(예: PET)(340)의 상부에 제2은 나노와이어층(350)이 코팅된 구조의 제2기판(300B)이 감겨져 있다.
상기 듀얼 슬롯 다이(130)에 의해 생성된 제1기판(300A)이 기준롤러(140A)와 가압롤러(140B)의 사이로 진행되고, 이와 동시에 상기 제2언와인더(110B)로부터 풀려나오는 제2기판(300B)이 상기 기준롤러(140A)와 가압롤러(140B)의 사이로 진행된다. 이에 따라, 상기 제1기판(300A)과 제2기판(300B)은 상기 기준롤러(140A) 및 가압롤러(140B)에 의해 도 3에서와 같이 라미네이팅(laminating)된다.
상기 기준롤러(140A)와 가압롤러(140B)에 의해 상기 제1기판(300A)과 제2기판(300B)이 라미네이팅된 구조의 스마트 윈도우 필름(300)은 히팅 챔버(150)에 의해 경화 처리된 후 이송롤러(160)를 통해 리와인더(170)에 감겨진다.
상기 히팅 챔버(150)에서의 열경화 공정에 의해 PDLC 용액의 중합(polymerization)이 이루어지면서 스마트 윈도우 필름(300)의 구조가 나타나게 된다.
도 4의 (a),(b)는 본 발명에 따라 제조된 스마트 윈도우 필름(300)의 구동원리를 나타낸 것으로 이를 설명하면 다음과 같다.
스마트 윈도우 필름(300)의 스위치(SW)가 턴오프되어 제1은 나노와이어층(320)과 제2은 나노와이어층(350) 간에 전압(V)이 인가되지 않으면 도 4의 (a)와 같이 액적(Droplets)의 형태로 존재하는 액정(Liquid Crystal)의 분자들이 불규칙적으로 배열되어 투과하는 빛의 진행 방향에 따라 배열되지 않기 때문에 빛을 산란시키게 된다. 그러나, 상기 스위치(SW)가 턴온되어 제1은 나노와이어층(320)과 제2은 나노와이어층(350) 간에 전압(V)이 인가되면 도 4의 (b)와 같이 액적(Droplets)의 형태로 존재하는 액정(Liquid Crystal)의 분자들이 전계 방향에 따라 정렬되어 투과되는 빛의 방향과 일치하게 되므로 빛을 투과시키게 된다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 방법에 따른 제조 공정의 흐름도로서 이에 도시한 바와 같이, 제1은 나노와이어층과 고분자 분산형 액정층을 적층구조로 생성하여 제1기판을 제조하는 단계(S1,S2), 제2기판을 준비하는 단계(S3), 제1기판과 제2기판을 라미네이팅하는 단계(S4) 및 라미네이팅된 두 기판을 경화시키는 경화처리공정 수행단계(S5)로 이루어진다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 방법에 따른 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 스마트 윈도우 필름의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 듀얼 슬롯 다이를 이용하여 제1언와인더로부터 풀려나와 코팅롤을 경유하는 투명한 소재의 제1원단(310)의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은(Ag) 나노와이어층(320)을 생성함과 아울러, 상기 듀얼 슬롯 다이를 이용하여 상기 제1은 나노와이어층(320)의 상부에 열경화가 가능한 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층(330)을 생성한다(S1,S2). 여기서, 제1원단은 빛의 투과율이 우수하고 투명한 필름 형태의 원단을 말하며, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리우레탄(polyerethane, PU), 폴리에틸렌 나프탈렌(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리이미드(Polyimide, PI) 등의 고분자 형태로 이루어진 필름이 포함될 수 있다.
이에 의해, 도 6의 (a)와 같이 제1원단(310)의 상부에 제1은 나노와이어층(320)과 고분자 분산형 액정층(330)이 적층된 구조의 제1기판(300A)의 제조공정이 완료된다.
이와 같이 열경화가 가능한 고분자 분산형 액정층을 사용함으로써 듀얼 슬롯 다이를 이용하여 제1은 나노와이어 층과 고분자 분산형 액정층을 동시에 코팅하여 제1기판(300A)을 제조할 수 있다.
제2원단(340)에 제2은 나노와이어층(350)이 생성된 도 6의 (b)와 같은 구조의 제2기판(300B)을 준비하여 제2언와인더에 감아놓는다(S3).
상기 듀얼 슬롯 다이를 통과한 제1기판(300A)과 상기 제2언와인더로부터 풀려나오는 제2원단에 제2은 나노와이층이 적층된 구조의 제2기판(300B)을 기준롤러와 가압롤러를 이용하여 도 6의 (c)와 같이 라미네이팅한다(S4).
상기와 같이 제1기판(300A)과 제2기판(300B)을 라미네이팅하여 제조된 스마트 윈도우 필름(300)을 히팅 챔버를 이용하여 경화시킨다(S5).
상기 히팅 챔버에서의 열경화를 통해 PDLC 용액의 중합(polymerization)이 이루어지면서 스마트 윈도우 필름의 구조가 나타나게 된다.
상기와 같은 공정을 통해 생성된 스마트 윈도우 필름(300)을 리와인더에 감는 것으로 스마트 윈도우 필름(300)의 제조공정이 완료된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 제조 장치 110A : 제1언와인더
110B : 제2언와인더 120 : 코팅롤
130 : 듀얼 슬롯 다이 131 : 로워 다이 바디
132 : 센터 웨지 바디 133 : 업퍼 다이 바디
134 : 제1용액 공급로 135 : 제2용액 공급로
140A : 기준롤러 140B : 가압롤러
150 : 히팅 챔버 160 : 이송롤러
170 : 리와인더 300 : 스마트 윈도우 필름
300A : 제1기판 300B : 제2기판
310 : 제1원단 320 : 제1은 나노와이어층
330 :고분자 분산형 액정층 340 : 제2원단
350 : 제2은 나노와이어층

Claims (6)

  1. 투명한 소재의 제1원단을 공급하는 제1언와인더;
    상기 제1언와인더로부터 풀려나와 코팅롤을 경유하는 상기 제1원단의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은 나노와이어층을 생성함과 동시에, 상기 제1은 나노와이어층의 상부에 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층이 형성된 제1기판을 생성하는 듀얼 슬롯 다이;
    투명한 소재의 제2원단에 제2은 나노와이어층이 코팅된 제2기판을 공급하는 제2언와인더;
    상기 제1기판과 상기 제2기판을 라미네이팅하는 기준롤러 및 가압롤러 및
    상기 기준롤러 및 가압롤러를 통해 라미네이팅된 상기 제1기판과 상기 제2기판으로 이루어진 스마트 윈도우 필름에 대하여 열경화 공정을 수행하여 상기 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액의 중합(polymerization)이 이루어지도록 하는 히팅 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우 필름의 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제조 장치는
    상기 히팅 챔버를 통과한 스마트 윈도우 필름을 이송시키는 이송롤러 및
    상기 이송롤러를 통과한 스마트 윈도우 필름을 리와인딩하는 리와인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우 필름의 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 듀얼 슬롯 다이는
    상기 제1원단의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하기 위하여 업퍼 다이 바디(upper die body)와 센터 웨지 바디(center wedge body)의 사이에 설치된 제1용액 공급로 및
    상기 제1은 나노와이어층의 상부에 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하기 위하여 상기 센터 웨지 바디와 로워 다이 바디(lower die body)의 사이에 설치된 제2용액 공급로를 구비한 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우 필름의 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 로워 다이 바디, 센터 웨지 바디 및 업퍼 다이 바디는 상기 제1원단의 진행 방향을 기준으로 로워 다이 바디, 센터 웨지 바디 및 업퍼 다이 바디의 순서로 설치된 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우 필름의 제조 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1용액 공급로는 상기 은 나노와이어 용액을 배출하고, 상기 제2용액 공급로는 상기 고분자 분산형 액정 용액을 배출하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우 필름의 제조 장치.
  6. (a) 듀얼 슬롯 다이를 이용하여, 제1언와인더로부터 풀려나와 코팅롤을 경유하는 투명한 소재의 제1원단의 상부에 은 나노와이어 용액을 코팅하여 제1은 나노와이어층을 생성함과 동시에 상기 제1은 나노와이어층의 상부에 열경화성의 고분자 분산형 액정 용액을 코팅하여 고분자 분산형 액정층이 형성된 제1기판을 생성하는 단계;
    (b) 상기 제1기판과 제2언와인더로부터 풀려나오는 제2원단에 제2은 나노와이층이 적층된 구조의 제2기판을 라미네이팅하는 단계 및
    (c) 상기 라미네이팅에 의해 생성된 스마트 윈도우 필름을 히팅 챔버를 이용하여 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우 필름의 제조 방법.
KR1020170001893A 2017-01-05 2017-01-05 스마트 윈도우 필름의 제조 장치 KR20180080849A (ko)

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