KR100672809B1 - 반사율이 향상된 액정가변 변색미러 장치 - Google Patents
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Abstract
Description
자동차의 사이드미러 또는 룸미러는 차량의 운행 중, 후방이나 측면의 시야를 확보하여 안전운전을 하기 위한 수단으로 사용되고 있으나, 또한 이것으로 인해 야간 중 후방에서 진행하는 차량의 전조등의 빛이 반사되어 눈부심이 유발되고, 이는 차량의 정상적인 운행을 방해하게 된다.
상기 문제를 해결하기 위하여 후방에서 조사되는 빛의 광량을 측정하여 소정 한도 이상이 검출된 경우에 빛의 반사율을 줄이는 기술이 다수 소개되고 있으며, 가장 일반적인 기술이 ECM(Electrochromic Mirror) 방식이다.
그러나, ECM 방식은 반사율 감소를 위한 반응속도가 느리고, 반사율이 현저하게 낮아서 후방 차량을 제대로 식별하지 못하는 문제점이 있고, 이를 해결하기 위한 보다 진보된 기술이 TN(Twisted Nematic) 타입의 액정층을 형성하고, 그 전/후면에 적어도 하나 이상의 편광판을 사용한 기술이 대한민국 공개특허공보 공개 제 2003-0091898호로 소개된 바 있으며, 이는 광량 변화에 따른 미러의 변색 속도가 빠르고, 반사율을 지나치게 저하시키지 않는 장점이 있다.
그러나, 상기 특허공개기술인 TN 타입의 액정층은 시야 가능한 각이 0°내지 90°이하로 한정되기 때문에 90°이상의 각으로 반사된 물체는 식별의 어려움이 있고, 곡면 유리를 사용할 경우에는 그 시야각이 더 좁아지게 됨은 당연하다.
또한 전기한 ECM 타입보다는 빛의 반사율이 지나치게 저감되지 않도록 하기 위하여 편광판을 취하고 있음을 특징으로 하고 있으나, LCD의 액정에서 편광층을 이용하는 기술은 상기 특허출원 전에 이미 대한민국 등록실용신안공보 등록공고 20-0223068호 '편광기술을 이용한 자동차용 눈부심 방지 장치'에서 소개된 바 있는 보편화 된 기술이라 할 수 있다.
상기 선행 특허 및 선행 실용신안은 모두 액정에 편광층을 형성한 구성이지만, 본 발명자에 의한 실험 결과, 다른 별도의 반사율 향상 기술을 응용하지 아니하고 편광층만을 사용한 변색미러는 변색되기 전인 초기 반사율이 40%정도로 매우 낮은 수치를 보이고 있는데, 이는 빛이 액정에 의해 흡수되는 작용에 더하여 반사층에서도 광이 흡수(빛의 소실)되는 폐단을 내포하기 때문인 바, 결국 이러한 변색미러는 액정과 반사층에서 2중으로 빛을 흡수하는 광손실로 인해 시인성이 필요 이상으로 저하되어 주행 중, 후방의 시야를 충분히 확보할 수 없는 문제점이 있으므로, 액정에 의한 반사율을 광손실 없이 제어할 수 있도록 하는 것은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다.
또한, 본 발명은 곡면 미러의 적용이 가능하고, 변색미러의 최외곽에 위치한 투명 부도성 기재의 표면이 오염되거나 김서림 현상이 발생하지 않도록 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 액정가변 변색미러에 인가되는 전원을 주간이나 야간의 조도를 충분하고 정확하게 감지하여 제어하는 회로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적은, STN-LCD 후면과 반사층 사이에 다중막 구조의 플리에스테르계 수지인 반사율 향상필름을 내재시킨 것과, 상기 반사층은 종래의 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 은(Ag) 증착 이외에 지르코늄(Zr)과 티타늄(Ti) 등을 선택적으로 다층 중복한 증착층이 구성되게 한 것 및 시야각이 넓은 STN(Super-Twisted Nematic) LCD를 채용하여 종전 TN LCD 의 0°내지 90°의 한정된 시야각에서 벗어나 시야각이 180°내지 270°까지 확보될 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 액정가변 변색미러 장치의 전/후방, 즉 자차량의 전방의 조도를 감지하는 광센서와 후방 진행차량에서 조사되는 전조등의 광량을 감지하는 광센서를 각각 부설하여 이들의 광신호를 분석, 최적의 가변전압을 출력하게 하는 제어회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 액정가변 변색미러 장치의 구성을 보인 단면도로서, 도 1을 참조한 본 발명의 액정가변 변색미러 장치(1)는 STN(Super-Twist Nematic) LCD(24)를 포함하여 구성된다.
STN LCD(24)는 빛 반사 가능한 각이 180°내지 270°여서 운전 중 후방을 관측하기 위한 운전자의 시각 위치에 제한 없이 관측이 가능한 이점이 있을 뿐만 아니라, 곡면 유리의 적용이 가능하고, 그 구성은 STN 액정(2)의 양면에 각각 배향체(3), 투명전극(4), 투명 부도성 기재(5) 및 편광필름(6)을 차례로 적층 배치시킨 구조를 취한다.
상기 배향체(3)는 액정(2) 내부의 분자를 유도하는 것으로 사용되고, 투명전극(4)은 제어회로(11)로부터 출력된 전압이 인가되는 것이며, 상기 투명 부도성 기재(5)는 투명 유리 또는 투명 합성수지를 지칭하는 것으로서, 이와 같은 STN LCD(24)는 광센서에 의한 조도 검출에 따라 색이 가변되어 후방에서 조사되는 빛으로 인한 운전자의 눈부심을 방지하도록 하는 것으로서, 일반적으로 사용되고 있는 것을 택하면 무방하고, 그 작용에 대해서도 알려진 기술이므로 이에 대한 구체적인 작용의 설명은 본원발명의 요지를 흐릴 수 있어 생략하기로 한다.
한편, 상기 STN LCD(24)의 전면에 투명 유리 또는 합성수지로 된 투명 부도성 기재(5)가 배치되는데, 이는 차량의 룸 미러 또는 사이드 미러의 최외곽 표면을 구성하는 것으로서, 그 표면에 광촉매에 의해 광촉매 코팅층(9)을 형성시켜서, 온도와 습도에 의한 김서림 현상이나 오염을 최소화 할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, STN LCD(24)의 후면에는 반사율 향상을 위한 반사율 향상필름(7), 반사층(8), 투명 부도성 기재(5)가 차례로 배치되며, 상기 반사층(8)은 상기 최후면에 위치한 투명 부도성 기재(5)에 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 은(Ag) 증착 이외에 지르코늄(Zr)과 티타늄(Ti) 등을 선택적으로 다층 중복한 증착층이 구성된 것으로, 이들의 작용에 대해서는 이하에서 구체화 될 것이다.
종래, 액정가변 변색미러에서의 일반적인 반사층은 투명 부도성 기재에 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 은(Ag) 등을 진공 증착하여 사용하였다.
그러나, 이들 소재로 증착된 반사체의 반사율은 실험 결과 아래 표 1에서와 같이 80% 내외를 보였고, 이는 바람직한 광 반사율인 90%를 크게 밑도는 수치여서 식별성(시인성)에 제한을 갖게 된다.
하기 표 1의 실험은, STN-LCD를 배제한 순수 반사체, 다시 말해서 투명 부도성 기재에 대하여 알루미늄, 크롬, 은을 각각 단층으로 증착한 일반적인 반사층에 의한 광 반사율을 측정, 기재한 것이고, 이에 대비되는 것으로 본 발명에 따라 지르코늄-티타늄-지르코늄을 4층 이상 9층까지 증착한 반사층의 광 반사율을 측정, 기재한 데이터이다.
[표 1]
반사층 구조 | 반사율 | ||
알루미늄(Al) | 단층 | 78.8% | |
크롬(Cr) | 85.9% | ||
은(Ag) | 83.4% | ||
지르코늄(Zr) | 83.3% | ||
티타늄(Ti) | 83.4% | ||
Zr/Ti/Zr | 4층 | 92.2% | |
Zr/Ti/Zr | 5층 | 92.4% | |
Zr/Ti/Zr | 7층 | 92.5% | |
Zr/Ti/Zr | 8층 | 92.9% | |
Zr/Ti/Zr | 9층 | 92.6% |
상기 표 1의 결과에 의하면, 종래 기술과 같이 알루미늄을 단층으로 증착한 변색미러의 반사율은 78.8%로 가장 낮은 수치를 보이고 있으며, 크롬의 경우 반사율이 85.9%로서 은(Ag)의 반사율인 83.4%보다 더 양호한 수치를 보였으나, 광손실이 최소화 된 90% 반사율에는 크게 못 미치고 있다.
또한, 상기 열거된 증착 물질 외에, 표 1에서와 같이 지르코늄(Zr)과 티타늄(Ti)을 각각 단층으로 증착한 경우 역시 반사율은 85% 이하로 양호하지 않았다.
그러나, 본 발명에 따른 지르코늄-티타늄-지르코늄을 증착한 반사층의 광 반사율은 4층 증착시 가장 낮은 92.2%를 보였고, 8층 증착시 가장 높은 92.9%를 보였으며, 이것은 본 발명에 따른 지르코늄(Zr)-티타늄(Ti)-지르코늄(Zr)의 복층 구성에 의해서 반사층에서의 광손실이 최소화 되었음을 나타낸다.
상기 지르코늄과 티타늄의 증착 조건은, 투명 부도성 기재인 유리판을 선택한 증착 대상물에 전원 300W 내지 500W의 DC 마그네틱 스퍼터링을 이용하여 증착하였고, 증착시 진공은 20mTorr였다.
이와 같은 증착 조건으로 지르코늄(Zr)-티타늄(Ti)-지르코늄(Zr)을 4층 이상 증착하면 반사층에서 빛이 소실되는 것을 최소화하여 92% 이상의 양호한 반사율을 보이는데, 이에 더하여 지르코늄과 티타늄은 거의 동일한 결정구조를 가지므로, 증착에 의해 견고하게 고착된 상태에서 장시간 유지될 수 있게 됨은 물론, 상호간 박리되지 않아 굴절률이 향상됨과 동시에 내구성을 가지게 되는 이점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 액정가변 변색미러의 반사율 향상필름에 의한 반사작용을 도식화 한 개념도로서, 좌측은 일반적인 광 반사 상태를, 우측은 본 발명의 반사율 향상필름(7)이 적용된 광 반사 상태를 보인 것이다.
도 2를 참조하면, 반사율 향상필름(7)은 고휘도 강화필름(DBEF; Dual Brightness Enhancement Film)을 갖는 구조의 필름으로, 재질은 다중막 구조의 폴리에스테르계 수지이며, 이는 빛의 수직파동과 수평파동을 모두 통과시키는 역할을 수행한다.
잘 알려진 바와 같이 빛은 파동성과 입자성을 가지고 전달되는데, 파동은 수직파(P)와 수평파(S)로 이루어져 있으며, STN LCD(24)는 반사층(8)으로부터 반사된 빛의 파동 중, 수직파(P)만을 통과시키고 수평파(S)를 흡수하는 성질을 가지므로, 도 2의 좌측 예시와 같이 수평파(S)가 차단되어 필요 이상의 광손실이 발생한다.
따라서, 알루미늄, 크롬, 은 등이 증착된 일반적인 반사층(8)에서 반사된 빛의 반사율은 상기 표 1과 같이 85% 이하로 낮을 뿐만 아니라, STN LCD(24)의 수평파(S) 흡수 작용에 의해서 빛이 더 소실되어 결국 STN LCD의 변색 작용에 의한 반사율이 급격하게 저하되어 시인성이 좋지 않게 된다.
반면에 도 2의 우측 예시와 같이 반사층(8)과 STN LCD(24) 사이에 반사율 향상필름(7)을 개재시킨 본 발명에 따르면 수직파(P)는 정상적으로 STN LCD(24)를 관통하고 수평파(S)가 반사율 향상필름(7)과 반사층(8)에 지속적으로 반사됨으로서 수직파(P)와 동일 방향으로 전환되어 STN LCD(24)를 통과하게 되므로, 결국 수평파(S)가 수직파(P)로 전환되어 액정가변 변색미러 외부로 통과된 만큼의 빛이 더 시각화(광손실 방지)될 수 있다. 물론 이는 STN LCD(24)의 변색 작용과는 무관한 것으로, 상기의 반사율 향상필름(7)에 의한 광손실 방지 작용에 의해 STN LCD(24)의 변색시 반사율을 저감시키지 않게 되는 것이다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 액정가변 변색미러의 반사율을 나타낸 그래프도로서, 비교 대상의 반사층은 전기와 같이 Zr-Ti-Zr 층을 8층으로 증착한 동일 조건의 반사층에 반사율 향상필름(DBEF)(7)을 적용(실선)하거나 적용하지 않은 것(점선)을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 파장(Wavelength)에 대한 반사율(Reflection) 수치는 반사율 향상필름(DBEF)(7)이 개재된 변색미러의 반사율이 그렇지 않은 변색미러보다 파장영역 전체에 대해서 높은 것을 알 수 있으며, 물론 반사율 향상필름(7)이 적용되지 않은 경우라도 반사층은 Zr-Ti-Zr 층이 증착되어 있기 때문에 대부분의 파장 영역에서 90% 이상의 반사율을 보이고 있는데, 결국 Zr-Ti-Zr 층이 증착된 경우만으로도 반사층의 반사율을 향상시킬 수 있으며, 이는 하기 표 2로서 보다 구체화 될 것이다.
또한, 상기 도 3의 그래프 결과는, Zr-Ti-Zr 층을 8층으로 형성한 실시예로만 한정되는 것은 아니며, 하기 표 2에서와 같이 Zr-Ti-Zr 층을 4층 이상 9층까지 다양하게 실시할 수 있다.
표 2는 알루미늄, 크롬, 은이 증착된 종래 반사층과 지르코늄 또는 티타늄이 단일층으로 증착된 반사층 및 본 발명에 따라 지르코늄-티타늄-지르코늄이 4층 이상 9층으로 증착된 반사층에 대해 반사율 향상필름이 적용된 것과 적용되지 않은 것의 반사율을 측정한 데이터로서, 이 수치는 초기 반사층에 입사되는 광량에 대한 반사량을 백분율로 표시한 것이며, STN-LCD는 배제한 상태임을 밝혀둔다.
[표 2]
반사층 구조 | DBEF 미적용 | DBEF 적용 | ||
알루미늄(Al) | 단층 | 78.8% | 80.7% | |
크롬(Cr) | 85.9% | 88.4% | ||
은(Ag) | 83.4% | 85.6% | ||
지르코늄(Zr) | 83.3% | 85.4% | ||
티타늄(Ti) | 83.4% | 85.5% | ||
Zr/Ti/Zr | 4층 | 92.2% | 94.1% | |
Zr/Ti/Zr | 5층 | 92.4% | 94.3% | |
Zr/Ti/Zr | 7층 | 92.5% | 94.7% | |
Zr/Ti/Zr | 8층 | 92.9% | 95.1% | |
Zr/Ti/Zr | 9층 | 92.6% | 94.7% |
위 표 2의 순수 반사체(STN-LCD가 적용되지 않은 반사층)의 반사율 실험 결과와 같이 가장 바람직한 실시로서 지르코늄-티타늄-지르코늄을 8층으로 증착한 상태의 반사율은 반사율 향상필름을 적용하지 않은 경우 92.9%를 나타냈으며, 반사율 향상필름을 적용했을 경우는 반사율이 95.1%까지 향상된 것이며, 이는 그만큼 광손실이 제거된 것을 의미한다.
그 결과, 본 발명에 의한 지르코늄-티타늄-지르코늄 증착층과 함께 반사율 향상필름이 적용된 경우의 반사율(95.1%)은 알루미늄을 단층으로 증착한 반사율(78.8%)보다 16.3%가 향상되었고, 크롬의 반사율(85.9%)보다는 9.2% 향상되었다.
이와 같이, 본 발명의 액정가변 변색미러의 반사율은, 반사층을 구성하는 지르코늄-티타늄-지르코늄 물질을 단층이 아닌 복층으로 증착한 것일수록 광손실이 적게 나타났으며, 또한 반사층의 다층 증착에 관계없이 다중막 구조의 폴리에스테르계 수지인 반사율 향상필름을 부가한 것이 그렇지 않은 미러보다 전 영역에서 반사율이 향상되었음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 액정가변 변색을 위한 제어회로도이다.
도 4를 참조한 본 발명의 액정가변 변색미러 장치의 제어회로(11)는, 미러의 외부 전방에 각각 차량 외부의 광량을 감지하는 광센서(15)와 후방에서 진행하는 차량의 광량을 감지하는 광센서(16)를 포함하고, 이들 광센서(15)(16)로부터 입력된 신호에 따라 적정 전압을 출력하는 적정전압 출력회로(17)(18)와, 상기 적정전압 출력회로로부터 출력된 전압에 의거, 소정의 프로그램이 메모리 된 마이크로칩에서 결과를 분석하여 전압을 가변하는 전압가변회로(19)와, 상기 가변전압을 STN LCD(24)의 전극(4)으로 송출하는 LCD 음전압 출력 직접회로(22)와, 이러한 액정가변 변색미러 장치를 사용자에 의해 ON/OFF가 제어되게 하는 스위치(21)와, 정전압 다이오드로써 역전압을 차단하고 정전압을 유지하게 하는 과전압보호회로(23)로 구성되며, 부가적으로 액정가변 변색미러 장치의 작동 여부를 표시하기 위한 LED 램프(20)를 포함할 수 있다.
이상의 설명은, 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여서만 도시하고 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 설명된 본 발명이 갖는 많은 기능들의 조합 및 선택적 부가 등의 변경은 물론, 이하에서 기재되는 본 발명의 청구범위에 의해 마련되는 본 고안의 기술사상을 이탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있음을 이해해야 한다.
또한, 액정가변 변색미러 장치의 최외곽 표면에 광촉매 코팅층을 형성하여 표면의 오염과 김서림을 방지하게 되고, 전/후방 광량을 감지하는 센서에 의해 액정가변 변색미러 장치가 최적의 반사율을 갖도록 할 수 있다.
Claims (7)
- 후방 진행차량의 전조등 불빛 반사에 의한 눈부심을 방지하기 위해 자동차 미러에 적용되는 액정가변 변색미러에 있어서,LCD 액정(2)의 전면과 후면에 각각 배향체(3), 투명 전극(4), 투명 부도성 기재(5) 및 편광필름(6)이 차례로 적층 구성된 LCD의 전면에 투명 부도성 기재가 더 부착되고, 후면에 부도성 기재에 진공 증착된 반사층(8)이 형성되되, 상기 반사층(8)과 LCD 후면 측의 편광필름 사이에 다중막 구조의 폴리에스테르계 수지인 반사율 향상필름이 개재된 것을 특징으로 하는 반사율이 향상된 액정가변 변색미러 장치.
- 삭제
- 후방 진행차량의 전조등 불빛 반사에 의한 눈부심을 방지하기 위해 자동차 미러에 적용되는 액정가변 변색미러에 있어서,LCD 액정(2)의 전면과 후면에 각각 배향체(3), 투명 전극(4), 투명 부도성 기재(5) 및 편광필름(6)이 차례로 적층된 LCD의 전면에 투명 부도성 기재가 더 부착되고, 후면에 부도성 기재에 진공 증착된 반사층(8)이 형성되되, 상기 반사층(8)은 지르코늄(Zr)-티타늄(Ti)-지르코늄(Zi) 물질이 적어도 1 이상의 층으로 진공 증착된 것을 특징으로 하는 반사율이 향상된 액정가변 변색미러 장치.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,상기 LCD 액정은 STN(Super-Twisted Nematic) 타입인 것을 특징으로 하는 반사율이 향상된 액정가변 변색미러 장치.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,상기 LCD 전면에 부착된 최외곽 투명 부도성 기재에 광촉매코팅층(9)이 형성된 것을 특징으로 하는 반사율이 향상된 액정가변 변색미러 장치.
- 제1항 또는 제3항에 있어서,상기 액정가변 변색미러의 전극에 전압을 인가하기 위한 제어회로는, 전방 및 후방의 광량을 감지하는 한 쌍의 광센서(15)(16)와, 상기 광센서로부터 입력된 신호에 따라 적정 전압을 출력하는 한 쌍의 적정전압 출력회로(17)(18)와, 상기 적정전압 출력회로로부터 출력된 전압에 의거, 기 메모리 된 연산으로 전압을 가변하는 전압가변회로(19)와, 상기 가변전압을 투명 전극(4)으로 송출하는 음전압 출력 직접회로(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사율이 향상된 액정가변 변색미러 장치.
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