KR20210123497A - 스마트 글라스 및 이의 제조방법, 이를 구비하는 차량 및 건축 구조물 - Google Patents

스마트 글라스 및 이의 제조방법, 이를 구비하는 차량 및 건축 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 스마트 글라스 및 이의 제조방법, 이를 구비하는 차량 및 건축 구조물은 스마트 글라스에 전기장이 형성되지 않은 경우에는 투명상태가 되고, 전기장이 형성되는 경우에는 불투명 상태가 되는 스마트 글라스의 제조방법으로서, 투명판부 사이의 공간에 듀얼 프리컨시(dual frequency) 액정과 광경화성 모노머(monomer)의 혼합액을 주입하는 단계; 상기 투명판부 사이에 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계; 및 상기 투명판부에 자외선광을 조사하여 액정 방울(droplet) 및 폴리머(polymer)를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

스마트 글라스 및 이의 제조방법, 이를 구비하는 차량 및 건축 구조물{SMART GLASS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, VEHICLE AND BUILDING STRUCTURE HAVING SAME}
본 발명의 실시 예는 스마트 글라스와 관련된다.
오늘날 이용되는 스마트 글라스는 대부분 인가된 전압에 따라 투과도가 바뀌는 전기변색(electrochromic)소자를 이용한다. 스마트 글라스는 전압의 크기에 따라 빛의 투과성을 변화시키는 유리창으로, 전압이 인가되지 않은 경우에 스마트 글라스는 불투명한 상태를 유지하고, 전압이 인가되는 경우에 투명한 상태를 유지한다.
그러나, 일반적으로 스마트 글라스는 대부분의 시간 동안 투명한 상태로 사용됨으로써, 전압을 인가해야 투명한 상태를 유지하는 스마트 글라스는 전력 사용의 효율이 낮은 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제 10-2017-0032556호 (2017. 03. 23)
본 발명의 실시예들은 전력 소모량을 저감하기 위하여 초기 전압을 가하지 않았을 때에 투명한 상태를 구현하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 스마트 글라스에 전기장이 형성되지 않은 경우에는 투명상태가 되고, 전기장이 형성되는 경우에는 불투명 상태가 되는 스마트 글라스의 제조방법으로서, 투명판부 사이의 공간에 듀얼 프리컨시 액정과 광경화성 모노머(monomer)의 혼합액을 주입하는 단계; 상기 투명판부 사이에 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계; 및 상기 투명판부에 자외선광을 조사하여 액정 방울 및 폴리머를 형성하는 단계를 포함하는 스마트 글라스의 제조 방법이 제공된다.
상기 듀얼 프리컨시 액정은 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 물질일 수 있다.
상기 저주파수 영역은, 0~15 KHz이며, 상기 고주파수 영역은, 15 KHz 이상일 수 있다.
상기 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계는 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스마트 글라스는 상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열된 상태로 유지될 수 있다.
상기 스마트 글라스는 고주파수 영역의 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단할 수 있다.
상기 투명판부는 상기 투명판부의 내측면에 상기 투명판부와 수직방향으로 배향된 수직 배향막이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 스마트 글라스에 전기장이 형성되지 않은 경우에는 반투명상태가 되고, 전기장이 형성되는 경우에는 주파수에 따라 투명 또는 불투명 상태가 되는 스마트 글라스의 제조방법으로서, 투명판부 사이의 공간에 듀얼 프리컨시(dual frequency) 액정과 광경화성 모노머(monomer)의 혼합액을 주입하는 단계; 상기 투명판부 사이에 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계; 및 상기 투명판부에 자외선광을 조사하여 액정 방울(droplet) 및 폴리머(polymer)를 형성하는 단계를 포함하는 스마트 글라스의 제조 방법이 제공된다.
상기 듀얼 프리컨시 액정은 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 물질일 수 있다.
상기 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계는 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 각도를 형성하도록 배열되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 스마트 글라스는 상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 각도를 형성하도록 배열된 상태로 유지될 수 있다.
상기 스마트 글라스는 저주파수 영역의 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 경우에는 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되어 빛을 투과시키며, 고주파수 영역의 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 경우에는 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전도성 물질로 이루어지는 제1 투명판, 및 상기 제1 투명판과 이격되어 마련되고, 전도성 물질로 이루어지는 제2 투명판을 포함하는 투명판부; 및 상기 제1 투명판과 상기 제2 투명판 사이의 공간에 충전되는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은 듀얼 프리컨시 특성을 가지는 액정 방울과 폴리머(polymer)가 혼합된 고분자 분산형 액정으로 형성되며, 상기 투명판부에 전기장이 형성되지 않은 경우 투명상태가 되고, 상기 투명판부에 전기장이 형성되는 경우 불투명 상태가 되는 스마트 글라스가 제공된다.
상기 액정 방울은 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 듀얼 프리컨시 액정을 포함할 수 있다.
상기 저주파수 영역은, 0~15 KHz이며, 상기 고주파수 영역은, 15 KHz 이상일 수 있다.
상기 액정층은 상기 투명판부에 저주파수 영역의 전압을 인가하고 자외선을 조사하여 상기 액정 방울을 형성하되, 상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열될 수 있다.
상기 액정층은 상기 투명판부에 고주파수 영역의 전압을 인가하여 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단할 수 있다.
상기 스마트 글라스는 상기 제1 투명판의 내측면 및 상기 제2 투명판의 내측면 중 하나 이상에 형성되는 배향막(alignment layer)을 포함할 수 있다.
상기 배향막은 상기 투명판부와 수직방향으로 배향된 수직배향막일 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 전도성 물질로 이루어지는 제1 투명판, 및 상기 제1 투명판과 이격되어 마련되고, 전도성 물질로 이루어지는 제2 투명판을 포함하는 투명판부; 및 상기 제1 투명판과 상기 제2 투명판 사이의 공간에 충전되는 액정층을 포함하고, 상기 액정층은, 듀얼 프리컨시(dual frequency) 특성을 가지는 액정 방울과 폴리머(polymer)가 혼합된 고분자 분산형 액정으로 형성되며, 상기 투명판부에 전기장이 형성되지 않은 경우 반투명상태가 되고, 상기 투명판부에 전기장이 형성되는 경우 주파수에 따라 투명 또는 불투명 상태가 되는 스마트 글라스가 제공된다.
상기 액정 방울은 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 듀얼 프리컨시 액정을 포함할 수 있다.
상기 액정층은 상기 투명판부에 저주파수 영역의 전압을 인가하고 자외선을 조사하여 상기 액정 방울을 형성하되, 상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 각도를 형성하도록 배열될 수 있다.
상기 액정층은 상기 투명판부에 저주파수 영역의 전압을 인가하여 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되어 빛을 투과시키며, 상기 투명판부에 고주파수 영역의 전압을 인가하여 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전압이 비인가되는 경우에 투명한 상태를 구현하도록 액정물질을 배열하고, 전압이 인가되는 경우에는 액정물질이 전기장과 수직한 방향으로 배열되어 빛을 산란시켜 불투명한 상태를 구현함으로써, 전압이 인가되지 않는 경우에 투명한 상태를 구현함에 따라, 대부분의 시간 동안 투명한 상태를 유지하는 스마트 글라스의 소모 전력을 저감시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글라스의 작동을 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스의 구성을 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스의 구성 및 제조 공정을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스의 액정층의 상태를 나타내는 도면
이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이하의 설명에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글라스(100)의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글라스(100)에 전원이 인가되지 않은 상태이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글라스(100)에 전원이 인가된 상태이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글라스(100)는 전원이 인가되지 않으면 투명한 상태를 유지하며, 전원이 인가되면 불투명한 상태로 변화할 수 있다. 이에 따라, 스마트 글라스(100)의 뒤편에 위치한 문양(102)이 흐리게 보일 수 있다. 일반적인 스마트 글라스는 평소에는 불투명한 상태이며, 약 50V의 전압이 인가된 경우에 투명한 상태를 띈다. 스마트 글라스는 대부분의 시간에 투명한 상태로 사용되기 때문에, 투명한 상태를 유지하기 위하여 전압이 필요한 것은, 에너지적 측면에서 효율적이지 못하다. 본 발명의 스마트 글라스(100)는 초기에 투명한 상태를 구현하여 소모 전력을 저감시킬 수 있다.
예시적인 실시 예에서, 스마트 글라스(100)는 차량의 전면유리에 적용되어, 강한 햇빛에 의한 운전자의 눈부심을 방지할 수 있다. 차량의 전면 유리는 운전자가 운전하는 대부분의 시간에 투명한 상태를 유지하여야 한다. 본 발명의 스마트 글라스(100)가 적용된 차량의 전면 유리는 햇빛이 강한 일시적인 시간 또는 빛(햇빛 또는 다른 차량의 전조등 등)이 운전자의 시야를 향하는 경우에만 전압을 인가 받아 불투명한 상태를 구현함으로써, 운전자의 눈부심을 방지하면서 전력 소모를 최소화 할 수 있게 된다. 스마트 글라스(100)는 차량의 전면 유리 뿐만 아니라 측면 또는 후면 유리 등에도 적용할 수 있음은 물론이다. 또한, 스마트 글라스(100)는 차량 선루프에 적용될 수도 있다.
또한, 스마트 글라스(100)는 회의실의 유리벽에 적용되어, 필요시 스크린의 기능을 수행할 수 있다. 스마트 글라스(100)로 이루어진 유리벽은 대다수의 시간엔 투명한 유리벽으로 사용되다가, 영사기(빔프로젝터)를 사용하는 경우엔, 전압의 인가로 불투명하게 변화하여 영사기의 스크린으로 기능할 수 있다.
이 외에도, 스마트 글라스(100)는 차량의 선루프, 건물의 유리벽, 창문 및 디스플레이의 전면 유리 등등에 다양하게 적용될 수 있다. 또한, 스마트 글라스(100)는 "글라스"의 명칭에 한정되지 않고 필름 형태로 제작될 수도 있다. 필름 형태로 제작된 스마트 글라스(100)는 일반 유리에 부착되어, 일반유리를 스마트 글라스화 할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스(100)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 스마트 글라스(100)는 투명판부(110) 및 액정층(120)을 포함할 수 있다.
투명판부(110)는 스마트 글라스(100)의 형체를 형성하고 전도체인 복수 개의 투명판(111, 112)을 포함할 수 있다. 복수 개의 투명판(111, 112)은 제1 투명판(111) 및 제1 투명판(111)과 평행하도록 마련된 제2 투명판(112)일 수 있다. 투명판부(110)는 투명함과 동시에 전압이 인가될 때 전극역할을 할 수 있다. 예를 들어, 투명판부(110)는 전도성 물질이며 가시광영역에서 투과율이 90%이상인 투명 전극(Indium Tin Oxide, ITO)일 수 있다.
제1 투명판(111) 및 제2 투명판(112) 내측면에는 각각 배향막(alignment layer)(111a, 112a)이 형성될 수 있다. 배향막(111a, 112a)은 액체상태의 폴리이미드(polyimid)가 제1 투명판(111) 및 제2 투명판(112)의 내면에 스핀 코팅되고, 스핀 코팅된 액체상태의 폴리이미드가 경화 열처리 및 러빙(rubbing)되어 형성될 수 있다. 여기서, 배향막(111a, 112a)은 투명판(111, 112)과 수직방향으로 배향될 수 있다.
제1 배향막(111a)이 형성된 제1 투명판(111) 및 제2 배향막(112a)이 형성된 제2 투명판(112)은 배향막(111a, 112a)이 형성된 면이 내면이 되도록 서로 마주보며 평행하게 마련될 수 있다. 제1 투명판(111) 및 제2 투명판(112) 사이의 간격은 약 5 um(micro meter) 내지 50um일 수 있다. 마주보는 제1 투명판(111) 및 제2 투명판(112)의 가장자리 중 액정 물질의 주입구(미도시) 및 배출구(미도시)를 제외한 나머지 가장자리는 씰링(sealing)될 수 있다.
액정층(120)은 제1 투명판(111) 및 제2 투명판(112) 사이에 충전될 수 있다. 액정층(120)은 투명판부(110)에 인가되는 전압에 의하여 소정 방향으로 움직여 광 투과율을 조절할 수 있다. 액정층(120)은 주파수에 따라 서로 다른 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 듀얼 프리컨시(dual frequency) 액정(121)과 광경화성 모노머(monomer)(122)를 혼합한 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 듀얼 프리컨시 액정(121)은 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양(positive)의 유전율 이방성을 가지며, 고주파수 영역에서는 음(negative)의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 예를 들어, 저주파수 영역은 0~15 KHz일 수 있으며, 고주파수 영역은 15 KHz 이상일 수 있다. 한편, 듀얼 프리컨시 액정은 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 음(negative)의 유전율 이방성을 가지며, 고주파수 영역에서는 양(positive)의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 이 경우, 듀얼 프리컨시 액정에 주파수가 반대로 인가될 뿐, 듀얼 프리컨시의 작용 및 구성은 동일함으로, 이하에서는 기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양(positive)의 유전율 이방성을 가지며, 고주파수 영역에서는 음(negative)의 유전율 이방성을 가지는 듀얼 프리컨시 액정(121)을 중심으로 하여 설명하기로 한다.
액정층(120)은 자외선을 조사하여 듀얼 프리컨시 액정(121)을 방울(droplet)의 형태로 캡슐화시킨 액정 방울(droplet)(123) 및 광경화성 모노머(122)가 경화된 폴리머(122)를 포함할 수 있다. 즉, 액정층(120)은 듀얼 프리컨시 액정(121)과 광경화성 모노머(122)을 혼합한 형태에서 자외선에 의하여 상분리가 일어나 각각의 액정 방울(123) 및 폴리머(polymer)(122)로 형성될 수 있다. 액정 방울(123)에 포함된 액정(121)은 투명판(111, 112)과 수직한 방향으로 배열된 상태일 수 있다.
액정층(120)은 투명판부(110)에 전압이 인가되지 않은 경우(전기장이 형성되지 않은 경우), 액정층(120)은 입사되는 빛을 반대편으로 투과시킬 수 있다. 또한, 액정 방울(123)에 포함된 액정들(121)은 전압이 인가되는 경우 회전하여(즉, 투명판과 수평한 방향으로 배열) 배열될 수 있다. 이에 따라, 액정층(120)으로 입사되는 빛들이 산란되어, 반대편으로 투과되지 못할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
또한, 액정층(120)은 투명판부(110)에 전압이 인가되지 않은 경우(전기장이 형성되지 않은 경우), 액정층(120)은 입사되는 빛을 반대편으로 일부분만 투과시킬 수 있다. 또한, 액정 방울(123)에 포함된 액정들(121)은 전압이 인가되는 경우, 주파수에 따라 회전하여(즉, 저주파수 영역에서는 투명판과 수직한 방향으로 배열되고, 고주파수 영역에서는 투명판과 수평한 방향으로 배열됨.) 배열될 수 있다. 이에 따라, 주파수에 따라 저주파수 영역에서는 액정층(120)으로 입사되는 빛들이 반대편으로 투과할 수 있으며, 고주파수 영역에서는 액정층(120)으로 입사되는 빛들이 산란되어, 반대편으로 투과되지 못할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
또한, 스마트 글라스(100)는 접착 부재(미도시)을 포함할 수도 있다. 접착 부재(미도시)는 제1 투명판(111) 및 제2 투명판(112) 중 하나 이상의 외면에 마련될 수 있다. 이 경우, 스마트 글라스(100)를 다른 구조물에 부착시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 접착 부재(미도시)를 통해 스마트 글라스(100)를 일반 유리에 부착하여, 일반유리를 스마트 유리로 기능하게 할 수 있다. 이 경우, 스마트 글라스(100)는 얇은 필름형태로 제작될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스(100)의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 4의 (a)는 전압이 인가되지 않은 경우이고 (b)는 전압이 인가된 경우이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 투명판부(110)에 전압이 인가되지 않은 경우, 액정층(120)의 액정들(121)이 방향성을 가지고 정렬할 수 있다. 즉, 액정층(120)의 액정들(121)이 투명판(111, 112)과 수직한 방향으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 투명판부(110)를 향하여 입사하는 빛은 산란되지 않고 반대편으로 투과할 수 있다. 따라서, 투명판부(110)에 전압이 인가되지 않은 경우, 투명판부(110)는 투명한 상태를 구현할 수 있다.
도 4의 (b)를 참조하면, 제1 투명판(111)에 제2 투명판(112)보다 높은 전위가 형성되도록 투명판부(110)에 전압을 인가하는 동시에 고주파를 인가할 수 있다. 이에 대한 직접적인 효과로서 제1 투명판(111)에서 제2 투명판(112)으로 향하는 전기장(E)이 형성될 수 있다. 동시에, 고주파가 인가된 액정(듀얼 프리컨시 액정(121))은 유전율 이방성이 음인 음의 액정의 성질을 띄게 된다. 이에 따라, 음의 액정의 성질을 띄는 액정(121)은 도 4의 (b)와 같이 각각 전기장의 방향과 수직한 방향으로 회전하며 정렬할 수 있다. 즉, 액정층(120)의 액정들(121)이 투명판(111, 112)과 수평한 방향으로 배열될 수 있으며, 투명판부(110)를 향하여 입사하는 빛이 산란되어 반대편으로 투과하지 못할 수 있다. 따라서, 투명판부(110)에 전압이 인가되는 동시에 고주파가 인가되는 경우, 투명판부(110)는 불투명한 상태를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스(100)의 구성 및 제조 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하였던 본 발명의 일 실시예에서의 구성요소와 대응되는 구성요소는, 일 실시예에서 설명한 바와 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 5의 (a)를 참조하면, 투명판부(110) 사이에 듀얼 프리컨시 액정(121)과 광경화성 모노머(monomer)(122)를 혼합하여 주입할 수 있다. 이 때, 투명판부(110)는 투명전극(ITO)이 도포되어 있는 기판 위에 배향막(111a, 112a)을 스핀코딩한 후 열처리 과정을 거쳐 배향막(111a, 112a)을 경화시킬 수 있다. 여기서, 배향막(111a, 112a)은 투명판(111, 112)과 수직방향으로 배향될 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 액정 방울(123)(Droplet)을 생성하기 위하여 듀얼 프리컨시 액정(121)과 광경화성 모노머(122)가 주입된 투명판부(110)에 자외선광을 조사할 수 있다. 이 때, 자외선 조사 시간동안 듀얼 프리컨시 액정(121)이 투명판(111, 112)과 수직 방향으로 배열시키기 위하여 전압을 인가하는 동시에 저주파를 인가할 수 있다. 이에 따라, 저주파가 인가된 듀얼 프리컨시 액정(121)은 유전율 이방성이 양인 양의 액정의 성질을 띄게 되며, 양의 액정의 성질을 띄는 액정(121)은 도 5의 (b)와 같이 각각 전기장의 방향과 수평한 방향으로 정렬할 수 있다. 여기서, 조사되는 자외선의 파장 범위는 300~400 nm일 수 있으며, 광량은 50 mW/㎠ ~10 W/㎠일 수 있다. 또한, 전압에 의하여 형성되는 전기장의 세기는 7~70 V/um일 수 있다.
도 5의 (c)를 참조하면, 자외선에 의하여 액정층(120)의 액정(121)을 방울의 형태로 캡슐화시키면서 액정층(120)이 경화된 후 전압을 제거하면, 도 5의 (c)와 같이 액정 방울(123)의 액정(121)이 투명판(111, 112)과 수직한 방향으로 배열된 상태가 유지될 수 있다. 여기서, 액정층(120)의 듀얼 프리컨시 액정(121)과 광경화성 모노머(122)를 혼합한 형태에서 자외선에 의하여 상분리가 일어나 각각의 액정 방울(123) 및 폴리머(122)로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스(100)는 초기에 투명한 상태를 구현하도록 액정층(120)을 배열함으로써, 전압을 인가하지 않는 경우에 투명한 상태를 유지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스(100)는 듀얼 프리컨시 액정(121)을 이용함으로써, 전압이 인가되는 동시에 고주파가 인가되는 경우에 불투명한 상태를 구현할 수 있다.
한편, 도 5의 (b)에서, 전기장의 세기를 조절할 수 있다. 즉, 자외선 조사 시간동안 듀얼 프리컨시 액정(121)이 투명판(111, 112)과 수직 방향으로 배열시키기 위하여 인가하는 전압보다 작은 제2 전압을 인가함으로써, 듀얼 프리컨시 액정(121)이 투명판(111, 112)과 경사를 가지고 배열시킬 수 있다. 여기서, 제2 전압에 의하여 형성되는 전기장의 세기는 3~30V/um일 수 있다. 전기장의 세기를 조절하여 듀얼 프리컨시 액정(121)이 투명판(111, 112)과 이루는 경사의 각도를 설정할 수 있다. 이에 따라, 자외선에 의하여 액정층(1210)의 액정(121)을 방울의 형태로 캡슐화시키면서 액정층(120)이 경화된 후 전압을 제거하면, 액정 방울(123)의 액정(121)이 투명판(111, 112)과 경사진 방향으로 배열된 상태가 유지될 수 있다. 액정 방울(123)의 액정(121)이 투명판(111, 112)과 경사진 방향으로 배열됨으로써, 스마트 글라스(110)가 초기에 반투명한 상태를 구현할 수 있다. 즉, 투명판(111, 112)과 경사진 방향으로 배열된 액정(121)이 액정층(120)으로 입사되는 빛의 일부를 산란시키고 일부는 투과시킴으로써, 반투명(물체가 비쳐 보이는 정도가 또렷하지 않고 흐릿한 상태)한 상태를 구현할 수 있다.
따라서, 초기에 반투명한 상태를 구현하도록 액정층(120)을 배열함으로써, 전압을 인가하지 않는 경우에 반투명한 상태를 유지할 수 있다. 또한, 저주파수 영역의 전압을 인가하는 경우에 액정들(121)은 유전율 이방성이 양인 양의 액정의 성질을 띄어 액정(121)이 투명판(111, 112)과 수직한 방향으로 배열됨으로써, 투명한 상태를 구현할 수 있다. 또한, 고주파수 영역의 전압을 인가하는 경우에 액정들(121)은 유전율 이방성이 음인 음의 액정의 성질을 띄어 액정(121)이 투명판(111, 112)과 수평한 방향으로 배열됨으로써, 불투명한 상태를 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 글라스(100)의 액정층(120)의 상태를 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)는 전압이 인가되지 않은 경우이고 (b)는 전압이 인가된 경우이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 전압이 인가되지 않은 경우에 액정층(120)이 투명판과 수직한 방향으로 배열한 상태를 확인할 수 있다. 이에 따라, 액정층(120)으로 입사되는 빛이 투과되어 투명하게 보일 수 있다.
도 6의 (b)를 참조하면, 전압이 인가되는 경우에 액정층(120)이 투명판과 수평한 방향으로 배열한 상태를 확인할 수 있다. 이에 따라, 액정층(120)으로 입사되는 빛의 대부분이 산란되어 불투명하게 보일 수 있다.
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100 : 스마트 글라스
102 : 문양
110 : 투명판부
111 : 제1 투명판
112 : 제2 투명판
111a : 제1 배향막
112a : 제2 배향막
120 : 액정층
121 : 듀얼 프리컨시 액정
122 : 모노머, 폴리머
123 : 액정 방울

Claims (25)

  1. 스마트 글라스에 전기장이 형성되지 않은 경우에는 투명상태가 되고, 전기장이 형성되는 경우에는 불투명 상태가 되는 스마트 글라스의 제조방법으로서,
    투명판부 사이의 공간에 듀얼 프리컨시(dual frequency) 액정과 광경화성 모노머(monomer)의 혼합액을 주입하는 단계;
    상기 투명판부 사이에 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 투명판부에 자외선광을 조사하여 액정 방울(droplet) 및 폴리머(polymer)를 형성하는 단계를 포함하는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 듀얼 프리컨시 액정은,
    기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 물질인, 스마트 글라스의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 저주파수 영역은, 0~15 KHz이며,
    상기 고주파수 영역은, 15 KHz 이상인, 스마트 글라스의 제조 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계는,
    상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되는 단계를 포함하는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스마트 글라스는,
    상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열된 상태로 유지되는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 스마트 글라스는,
    고주파수 영역의 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단하는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명판부는,
    상기 투명판부의 내측면에 상기 투명판부와 수직방향으로 배향된 수직 배향막이 형성되는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  8. 스마트 글라스에 전기장이 형성되지 않은 경우에는 반투명상태가 되고, 전기장이 형성되는 경우에는 주파수에 따라 투명 또는 불투명 상태가 되는 스마트 글라스의 제조방법으로서,
    투명판부 사이의 공간에 듀얼 프리컨시(dual frequency) 액정과 광경화성 모노머(monomer)의 혼합액을 주입하는 단계;
    상기 투명판부 사이에 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 투명판부에 자외선광을 조사하여 액정 방울(droplet) 및 폴리머(polymer)를 형성하는 단계를 포함하는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 듀얼 프리컨시 액정은,
    기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 물질인, 스마트 글라스의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 저주파수 영역의 전압을 인가하는 단계는,
    상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 각도를 형성하도록 배열되는 단계를 포함하는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스마트 글라스는,
    상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 각도를 형성하도록 배열된 상태로 유지되는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 스마트 글라스는,
    저주파수 영역의 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 경우에는 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되어 빛을 투과시키며,
    고주파수 영역의 전압이 인가되어 전기장이 형성되는 경우에는 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단하는, 스마트 글라스의 제조 방법.
  13. 전도성 물질로 이루어지는 제1 투명판, 및 상기 제1 투명판과 이격되어 마련되고, 전도성 물질로 이루어지는 제2 투명판을 포함하는 투명판부; 및
    상기 제1 투명판과 상기 제2 투명판 사이의 공간에 충전되는 액정층을 포함하고,
    상기 액정층은,
    듀얼 프리컨시(dual frequency) 특성을 가지는 액정 방울과 폴리머(polymer)가 혼합된 고분자 분산형 액정으로 형성되며,
    상기 투명판부에 전기장이 형성되지 않은 경우 투명상태가 되고, 상기 투명판부에 전기장이 형성되는 경우 불투명 상태가 되는, 스마트 글라스.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 액정 방울은,
    기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 듀얼 프리컨시 액정을 포함하는, 스마트 글라스.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 저주파수 영역은, 0~15 KHz이며,
    상기 고주파수 영역은, 15 KHz 이상인, 스마트 글라스.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 투명판부에 저주파수 영역의 전압을 인가하고 자외선을 조사하여 상기 액정 방울을 형성하되, 상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되는, 스마트 글라스.
  17. 청구항 14에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 투명판부에 고주파수 영역의 전압을 인가하여 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단하는, 스마트 글라스.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 스마트 글라스는,
    상기 제1 투명판의 내측면 및 상기 제2 투명판의 내측면 중 하나 이상에 형성되는 배향막(alignment layer)을 포함하는, 스마트 글라스.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 배향막은, 상기 투명판부와 수직방향으로 배향된 수직배향막인, 스마트 글라스.
  20. 전도성 물질로 이루어지는 제1 투명판, 및 상기 제1 투명판과 이격되어 마련되고, 전도성 물질로 이루어지는 제2 투명판을 포함하는 투명판부; 및
    상기 제1 투명판과 상기 제2 투명판 사이의 공간에 충전되는 액정층을 포함하고,
    상기 액정층은,
    듀얼 프리컨시(dual frequency) 특성을 가지는 액정 방울과 폴리머(polymer)가 혼합된 고분자 분산형 액정으로 형성되며,
    상기 투명판부에 전기장이 형성되지 않은 경우 반투명상태가 되고, 상기 투명판부에 전기장이 형성되는 경우 주파수에 따라 투명 또는 불투명 상태가 되는, 스마트 글라스.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 액정 방울은,
    기준 주파수를 기준으로 저주파수 영역에서는 양의 유전율 이방성을 띄고, 고주파수 영역에서 음의 유전율 이방성을 띄는 듀얼 프리컨시 액정을 포함하는, 스마트 글라스.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 투명판부에 저주파수 영역의 전압을 인가하고 자외선을 조사하여 상기 액정 방울을 형성하되, 상기 인가하던 전압을 제거한 초기 상태에서 상기 액정 방울에 포함된 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 각도를 형성하도록 배열되는, 스마트 글라스.
  23. 청구항 21에 있어서,
    상기 액정층은,
    상기 투명판부에 저주파수 영역의 전압을 인가하여 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수직 방향으로 배열되어 빛을 투과시키며,
    상기 투명판부에 고주파수 영역의 전압을 인가하여 전기장이 형성되는 경우, 상기 듀얼 프리컨시 액정이 상기 투명판부와 수평 방향으로 배열되어 빛의 투과를 차단하는, 스마트 글라스.
  24. 차량 본체;
    상기 차량 본체의 하부에 마련되고, 상기 차량 본체를 이동시키는 바퀴부; 및
    상기 차량 본체에 장착되는 하나 이상의 윈도우를 포함하고,
    상기 윈도우는,
    청구항 13 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 기재된 스마트 글라스인, 차량.
  25. 하나 이상의 외벽; 및
    상기 외벽에 마련되는 창틀에 장착되는 윈도우를 포함하고,
    상기 윈도우는,
    청구항 13 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 기재된 스마트 글라스인, 건축 구조물.
KR1020200040671A 2020-04-03 2020-04-03 스마트 글라스 및 이의 제조방법, 이를 구비하는 차량 및 건축 구조물 KR102327393B1 (ko)

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KR20240066837A (ko) * 2022-11-08 2024-05-16 영남대학교 산학협력단 스마트 글라스 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 차량 및 건축 구조물

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