KR20190080579A - 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름 - Google Patents

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Abstract

운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름은 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 제공되는 고분자 분산형 액정 분자층, 및 상기 고분자 분산형 액정 분자층 상에 제공되는 제2 전극을 포함한다. 상기 고분자 분산형 액정 분자층은 프리 폴리머(Pre Polymer), 액정 분자, 및 가교제를 포함한다.

Description

운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름{POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL FILM FOR VEHICLE AND VEHICLE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름 및 이를 포함하는 운송 수단에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시야각을 개선할 수 있는 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름 및 이를 포함하는 운송 수단에 관한 것이다.
한국 등록특허공보 제10-0269203호를 참조하면, 고분자 분산형 액정 필름은 고분자계에 액정이 분산되어 있는 것으로, 입사된 광이 산란되는 백탁 상태와 입사된 광이 산란없이 통과되어 투명하게 보이는 상을 갖는다. 고분자 분산형 액정 보호 필름은 내장재의 파티션 또는 인테리어 용으로 주로 사용되어 왔다. 다만, 운송 수단이 다양화되면서, 스마트 윈도우로 사용될 수 있고, 별도의 발광 부재를 포함하지 않는 고분자 분산형 액정 필름에 대한 수요도 늘어나고 있다.
종래의 고분자 분산형 액정 보호 필름은 일반적으로 복굴절 네마틱 액정 분자를 사용하였다 복굴절 액정 분자는 액정상을 띄는 온도 범위가 -10 내지 70℃로 제한적이다. 액정은 액체와 고체의 중간상이기 때문에 온도가 낮을 경우 고체상, 온도가 높을 경우 액체상의 성질을 띈다. 또한 액정 분자와 같이 혼합하여 쓰이는 프리 폴리머는 아크릴레이트 계열의 고분자를 사용하여, 고온에서 열황변 및 분해가 일어나고, 고온에서 저온으로 온도 변화가 일어날 경우 수축이 발생하여 고분자 분산형 액정 보호 필름의 내구성을 떨어뜨렸다. 이에 따라 외부 기온이 수시로 변하며 태양광을 정면으로 받아야 하는 외창 및 운송 수단의 윈도우로 선택 되지 못한 단점이 존재하였다. 기온이 -10℃ 이하가 되면 액정상이 고체상에 가깝게 되어 동작이 불가하고, 70℃가 넘는 고온에서는 액정상이 액체상에 가까워져 필름이 투명하게 변해 고분자 분산형 액정 필름의 성능을 잃어버리기 때문이다. 따라서 고분자 분산형 액정 보호 필름을 운송 수단의 창호에 적용하기 위해, 고온에서도 내구성이 높은 고분자 분산형 액정 보호 필름의 개발이 요구되고 있다.
한국 등록특허공보 제10-0269203호
본 발명의 목적은 고온에서도 높은 내구성을 갖는 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 고온에서도 높은 내구성을 갖는 고분자 분산형 액정 필름을 포함하는 운송 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름은 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 제공되는 고분자 분산형 액정 분자층, 및 상기 고분자 분산형 액정 분자층 상에 제공되는 제2 전극을 포함한다. 상기 고분자 분산형 액정 분자층은 프리 폴리머(Pre Polymer), 액정 분자, 및 가교제를 포함한다.
상기 고분자 분산형 액정 분자층은 100 내지 120℃의 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 갖는 것일 수 있다.
상기 가교제는 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트(TMPTA: Trimethylolpropane triacrylate), 1,6-헥산디올디-아크릴레이트(HDDA: Hexanedioldiacrylate), 및 디에틸렌글리콜 디비닐 에테르(DEGDVE: Di-(ethylene glycol) divinyl ether) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 프리 폴리머는 소수성 모노머 및 우레탄 아크릴레이트계 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 액정 분자는 시아노 바이페닐기를 포함하는 것일 수 있다.
상기 액정 분자는 하기 화합물군 1 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 화합물군 1에서, R은 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
상기 고분자 분산형 액정 분자층은 상기 프리 폴리머는 2 내지 10 중량부, 상기 액정 분자는 70 내지 85 중량부, 및 상기 가교제 2 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단은 몸체부, 및 상기 몸체부와 연결된 윈도우를 포함한다. 상기 윈도우는 고분자 분산형 액정 필름을 포함한다. 상기 고분자 분산형 액정 필름은 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 제공되는 고분자 분산형 액정 분자층, 및 상기 고분자 분산형 액정 분자층 상에 제공되는 제2 전극을 포함한다. 상기 고분자 분산형 액정 분자층은 프리 폴리머(Pre Polymer), 액정 분자, 및 가교제를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름은 고온에서도 높은 내구성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단은 고온에서도 높은 내구성을 가질 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름에 전압이 인가되지 않았을 때의 개략적인 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름에 전압이 인가되었을 때의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 상온에서 실시예 1의 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름을 찍은 사진이다.
도 2b는 110℃에서 실시예 1의 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름을 찍은 사진이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름 및 이를 포함하는 운송 수단에 대하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름에 전압이 인가되지 않았을 때의 개략적인 단면도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름에 전압이 인가되었을 때의 개략적인 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단은 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단은 몸체부 및 윈도우를 포함한다. 몸체부는 운송 수단의 몸체로, 외부 광을 내부로 투과시키지 않는 부분을 의미한다. 윈도우는 몸체부와 연결되어, 외부 광을 내부로 선택적으로 투과시키는 부분을 의미한다. 윈도우는 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 윈도우는 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)만으로 구성될 수 있다.
운송 수단은 물건, 사람 등의 운송을 위해 사용되는 수단을 의미하는 것일 수 있다. 운송 수단은 예를 들어 육상 운송 수단, 해상 운송 수단, 천상 운송 수단을 포함한다. 육상 운송 수단은 예를 들어, 승용차, 승합차, 트럭, 트레일러 트럭, 및 스포츠카 등을 포함하는 자동차, 자전거, 오토바이, 기차 등을 포함할 수 있다. 해상 운송 수단은 예를 들어, 배, 잠수함 등을 포함할 수 있다. 천상 운송 수단은 예를 들어 비행기, 헹글라이더, 열기구, 헬리콥터, 드론 등의 소형 비형체를 포함하는 것일 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)은 예를 들어 운송 수단의 윈도우일 수 있다. 윈도우는 예를 들어, 선루프, 창호일 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 윈도우는 백미러, 사이드 미러 등일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)은 제1 전극(100), 고분자 분산형 액정 분자층(200), 및 제2 전극(300)을 포함한다. 제1 전극(100)은 예를 들어 양극일 수 있다. 제1 전극(100)은 투명한 것일 수 있다. '투명'이란, 광을 제공받았을 때 95%이상 투과시키는 것을 의미하는 것일 수 있다. 제1 전극(100)은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 ITZO(indium tin zinc oxide) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
고분자 분산형 액정 분자층(200)은 제1 전극(100) 상에 제공된다. 고분자 분산형 액정 분자층(200)은 100 내지 120℃의 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 갖는 것일 수 있다. 전이온도가 100℃ 미만이면, 70℃가 넘는 고온에서는 액정상이 액체상에 가까워져 필름(PDLC)이 투명하게 변해 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)의 성능을 잃어버리고, 전이온도가 120℃ 초과이면 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)의 물성이 운송 수단의 윈도우로 사용되기 적합하지 않을 수 있다.
고분자 분산형 액정 분자층(200)은 프리 폴리머(PP)(Pre Polymer), 액정 분자(LC), 및 가교제(CA)를 포함한다. 프리 폴리머(PP), 액정 분자(LC), 및 가교제(CA)는 고분자 분산형 액정 분자층(200)에 분산된다.
고분자 분산형 액정 분자층(200)은 프리 폴리머(PP)는 2 내지 10 중량부, 액정 분자(LC)는 70 내지 85 중량부, 및 가교제(CA) 2 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 프리 폴리머(PP)가 2 중량부 미만이면, 프리 폴리머(PP)의 양이 적어 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 100℃ 이상으로 향상시키기 어렵다. 프리 폴리머(PP)가 10 중량부 초과이면, 상대적으로 액정 분자(LC)의 양이 적어 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)으로의 기능성이 떨어질 수 있다.
액정 분자(LC)가 70 중량부 미만이면, 액정 분자(LC)의 양이 적어 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)으로의 기능성이 떨어질 수 있고, 액정 분자(LC)가 85 중량부 초과이면, 프리 폴리머(PP)와 가교제(CA)의 양이 적어 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 100℃ 이상으로 향상시키기 어렵다.
가교제(CA)가 2 중량부 미만이면, 고분자 분산형 액정 분자층(200)의 중합도가 떨어질 수 있고, 가교제(CA)가 10 중량부 초과이면, 상대적으로 액정 분자(LC)의 양이 적어 고분자 분산형 액정 필름(PDLC)으로의 기능성이 떨어질 수 있다.
프리 폴리머(PP)는 예를 들어, 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트(ethyleneglycol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 또는 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트(3,5,5-trimethylhexyl acrylate) 일 수 있다.
프리 폴리머(PP)는 소수성 모노머 및 우레탄 아크릴레이트계 화합물을 포함하여, 액정 분자(LC)와의 혼화성을 향상시킬 수 있다. '~계'는 '~'에 해당하는 작용기를 포함하는 것을 의미한다.
소수성 모노머는 극성일 수 있다. 소수성 모노머는 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식1]
Figure pat00004
우레탄 아크릴레이트계 화합물은 예를 들어 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트(ethyleneglycol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 또는 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트(3,5,5-trimethylhexyl acrylate) 일 수 있다.
액정 분자(LC)는 시아노 바이페닐기를 포함하는 것일 수 있다. 액정 분자(LC)는 시아노 바이페닐기를 포함하여, 넓은 온도 범위에서 네마틱 상으로 존재할 수 있다. 즉, 고온에서도 액정상의 특성을 잃지 않을 수 있다.
액정 분자(LC)는 예를 들어, 하기 화합물군 1 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것일 수 있다.
[화합물군 1]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
화합물군 1에서, R은 치환 또는 비치환된 알킬기이다. '치환 또는 비치환된'은 중수소, 할로겐기, 니트릴기, 니트로기, 아미노기, 실릴기, 붕소기, 포스핀 옥사이드기, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 플루오레닐기, 아릴기 및 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 예시된 치환기 각각은 치환 또는 비치환된 것일 수 있다. 예를 들어, 비페닐기는 아릴기로 해석될 수도 있고, 페닐기로 치환 또는 비치환된 페닐기로 해석될 수도 있다.
액정 분자는 예를 들어, 장축 방향과 단축 방향의 굴절률 차이가 0.24 내지 0.26일 수 있다. 상기 범위를 벗어나면, 100℃ 이상에서 고분자 분산형 액정 분자 필름(PDLC)의 내구성이 향상되지 않는다.
액정 분자는 예를 들어, 단축 방향의 굴절률이 1.75 내지 1.80일 수 있다. 상기 범위를 벗어나면, 100℃ 이상에서 고분자 분산형 액정 분자 필름(PDLC)의 내구성이 향상되지 않는다.
액정 분자는 예를 들어, 액정의 장축 방향과 단축 방향의 유전율 이방성 차이가 5.0 내지 27.0일 수 있다. 상기 범위를 벗어나면, 100℃ 이상에서 고분자 분산형 액정 분자 필름(PDLC)의 내구성이 향상되지 않는다.
도 1a를 참조하면, 액정 분자(LC)는 제1 전극(100) 및 제2 전극(300) 사이에 전압이 인가되지 않으면, 특정한 방향성을 갖지 않고, 랜덤한 형태, 예를 들어, 제1 방향(DR1), 제2 방향(DR2), 및 제3 방향(DR3)로 배열된다. 따라서, 제1 전극(100)의 하부에서 제공되는 제1 광(L1)이 투과되지 않고 제2 광(L2), 제3 광(L3), 및 제4 광(L4) 등으로 산란된다.
도 1b를 참조하면, 제1 전극(100) 및 제2 전극(300) 사이에 전압이 인가되면, 액정 분자(LC)는 제1 전극(100)에서 제2 전극(300) 방향으로 배열되어, 제1 전극(100)의 하부에서 제공되는 제1 광(L1)을, 제2 전극(300)의 상부로 투과시켜, 사용자가 투과된 제1 광(L1)을 인식할 수 있음을 확인할 수 있다.
액정 분자(LC)는 제1 전극(100) 및 제2 전극(300) 사이에 전압이 인가되면, 제2 전극(300)에서 제1 전극(100)으로 전류가 흐르는 방향에 따라 배열된다. 예를 들어, 액정 분자(LC)는 제3 방향(DR3)으로 배열된다.
다시 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 가교제(CA)는 고분자 분산형 액정 분자층(200)의 중합도를 향상시켜, 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 높일 수 있다. 가교제(CA)는 트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트(TMPTA: Trimethylolpropane triacrylate), 1,6-헥산디올디-아크릴레이트(HDDA: Hexanedioldiacrylate), 및 디에틸렌글리콜 디비닐 에테르(DEGDVE: Di-(ethylene glycol) divinyl ether) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
제2 전극(300)은 고분자 분산형 액정 분자층(200) 상에 제공된다. 제2 전극(300)은 예를 들어 음극일 수 있다. 제2 전극(300)은 투명한 것일 수 있다. 제2 전극(300)은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), 및 ITZO(indium tin zinc oxide) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름은 가교제를 포함하여, 100 내지 120℃의 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 가질 수 있고, 이에 따라 100℃ 이상의 고온에서도 높은 내구성을 가질 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
ITO로 제1 전극 및 제2 전극을 제조하였다. 프리 폴리머로 에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트(ethyleneglycol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate), 및 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트(3,5,5-trimethylhexyl acrylate)를 혼합하여 사용하였고, 액정 분자로 바이사이클로헥실벤젠(bicyclohexylbenzene)을 중심 골격으로 하고 시아노(cyano)기를 작용기로 포함하는 단일 액정을 사용하였으며, 프리 폴리머, 액정 분자 및 가교제를 각각 25중량%, 70중량% 및 5중량%로 하여 고분자 분산형 액정 분자층을 제조하였다.
물성 측정
실시예 1의 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름을 상온에서 촬영하여 도 2a에 나타내었고, 110℃에서 촬영하여 도 2b에 나타내었다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 실시예 1은 100℃ 이상의 고온에서 특별한 이상 없이 정상적인 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (8)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 제공되는 고분자 분산형 액정 분자층; 및
    상기 고분자 분산형 액정 분자층 상에 제공되는 제2 전극;을 포함하고,
    상기 고분자 분산형 액정 분자층은
    프리 폴리머(Pre Polymer), 액정 분자, 및 가교제를 포함하는 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정 분자층은
    100 내지 120℃의 네마틱 상에서 등방성 상으로 전이되는 전이온도를 갖는 것인 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는
    트리메틸롤프로판 트리아크릴레이트(TMPTA: Trimethylolpropane triacrylate), 1,6-헥산디올디-아크릴레이트(HDDA: Hexanedioldiacrylate), 및 디에틸렌글리콜 디비닐 에테르(DEGDVE: Di-(ethylene glycol) divinyl ether) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프리 폴리머는
    소수성 모노머 및 우레탄 아크릴레이트계 화합물을 포함하는 것인 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 액정 분자는
    시아노 바이페닐기를 포함하는 것인 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액정 분자는
    하기 화합물군 1 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것인 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름:
    [화합물군 1]
    Figure pat00008

    Figure pat00009

    Figure pat00010

    상기 화합물군 1에서,
    R은 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정 분자층은
    상기 프리 폴리머는 2 내지 10 중량부;
    상기 액정 분자는 70 내지 85 중량부; 및
    상기 가교제 2 내지 10 중량부를 포함하는 것인 운송 수단용 고분자 분산형 액정 필름.
  8. 몸체부; 및
    상기 몸체부와 연결된 윈도우;를 포함하고,
    상기 윈도우는
    제1항의 고분자 분산형 액정 필름을 포함하는 것인 운송 수단.
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