KR101905119B1

KR101905119B1 - 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단

Info

Publication number: KR101905119B1
Application number: KR1020170131635A
Authority: KR
Inventors: 권순범; 이범영; 유희상; 윤다솜
Original assignee: 주식회사 엔디스
Priority date: 2017-10-11
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2018-10-08
Also published as: WO2019074272A1; US11281064B2; US20210165259A1

Abstract

본 발명은 사용자 편의성이 극대화된 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단을 위하여, 상호 대향된 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제1전극과 제1배향막과, 상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제2전극과 제2배향막과, 상기 제1배향막과 상기 제2배향막 사이에 개재된 액정층과, 상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제1편광판과, 상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제2편광판을 구비하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 인가되는 전위차를 V라 하면, 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사한 입사광과, 상기 입사광이 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사하여 다른 하나를 통과한 투과광을 고려할 시, 상기 투과광의 강도의 상기 입사광의 강도에 대한 비율인 투과율은 상기 V가 변함에 따라 최소투과율과 최대투과율을 가지며, 상기 V가 0일 시의 초기투과율은 상기 최소투과율보다 크고 상기 최대투과율보다 작은, 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단을 제공한다.

Description

투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단{Transparency variable window and transportation means comprising the same}

본 발명의 실시예들은 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단에 관한 것으로서, 더 상세하게는 사용자 편의성이 극대화된 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단에 관한 것이다.

일반적으로 차량 등의 이동수단의 유리창에 외광 차단 코팅을 하는 경우가 많다. 종래의 이동수단의 유리창은 투과율이 고정되어 있으며, 외광 차단 코팅 역시 투과율이 고정되어 있다. 따라서, 종래의 이동수단의 경우, 유리창과 외광 차단 코팅에 의해 전체적인 투과율이 고정되어 있다.

그러나 이러한 종래의 이동수단 또는 이동수단의 윈도우에는, 전체적인 투과율이 고정되어 있기에 사고를 유발할 수 있다는 문제점이 있었다. 예컨대 전체적인 투과율이 낮게 설정되어 있다면, 주변에 광량이 충분한 주간에는 문제가 없지만, 주변에 광량이 충분하지 않은 야간 등의 경우에는 운전자 등이 이동수단의 주변을 제대로 확인함에 있어서 어려움을 겪을 수밖에 없다는 문제점이 있었다. 또는 전체적인 투과율이 높게 설정되어 있다면, 주변에 광량이 충분하지 않은 야간 등의 경우에는 문제가 상대적으로 발생하지 않지만, 주변에 광량이 충분한 주간에는 운전자 등의 눈부심을 야기할 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 사용자 편의성이 극대화된 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 상호 대향된 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제1전극과 제1배향막과, 상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제2전극과 제2배향막과, 상기 제1배향막과 상기 제2배향막 사이에 개재된 액정층과, 상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제1편광판과, 상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제2편광판을 구비하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 인가되는 전위차를 V라 하면, 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사한 입사광과, 상기 입사광이 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사하여 다른 하나를 통과한 투과광을 고려할 시, 상기 투과광의 강도의 상기 입사광의 강도에 대한 비율인 투과율은 상기 V가 변함에 따라 최소투과율과 최대투과율을 가지며, 상기 V가 0일 시의 초기투과율은 상기 최소투과율보다 크고 상기 최대투과율보다 작은, 투과율 가변 윈도우가 제공된다.

상기 V가 0에서부터 증가함에 따라, 상기 투과율이 상기 초기투과율로부터 감소하여 상기 최소투과율에 도달하고 이후 증가하여 상기 최대투과율에 도달하거나, 상기 투과율이 상기 초기투과율로부터 증가하여 상기 최대투과율에 도달하고 이후 감소하여 최소투과율에 도달할 수 있다.

이때, 상기 제1배향막의 러빙방향과 상기 제2배향막의 러빙방향은 반대방향이고, 선형 편광판인 상기 제1편광판의 제1투과축은 상기 제1배향막의 러빙방향과 45도 각도를 이루며, 선형 편광판인 상기 제2편광판의 제2투과축은 상기 제1투과축과 평행하거나 수직일 수 있다.

구체적으로, 상기 액정층은 ECB 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최소값을 α라 하고, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하며, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 9를 만족시킬 수 있다:

[수학식 9]

한편, 상기 제2기판과 상기 제2편광판 사이에 개재된 위상차판을 더 구비하며, 상기 위상차판의 광축은 상기 제1배향막의 러빙방향에 수직일 수 있다. 이 경우, 상기 액정층은 ECB 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, 상기 위상차판의 위상차를 R₀라 하고, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최소값을 α라 하며, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하고, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 16을 만족시킬 수 있다:

[수학식 16]

한편, 상기 액정층은 VA 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, 상기 위상차판의 위상차를 R₀라 하고, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최대값을 β라 하며, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하고, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 20을 만족시킬 수 있다:

[수학식 20]

상기 위상차판의 광축은 상기 제1배향막의 러빙방향과 평행하고, 상기 액정층은 VA 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, 상기 위상차판의 위상차를 R₀라 하고, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최대값을 β라 하며, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하고, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 25를 만족시킬 수 있다:

[수학식 25]

상기 λ는 550nm일 수 있다.

주변 밝기를 감지하는 센서를 더 구비하고, 상기 센서가 감지한 주변 밝기에 따라 상기 V를 조절할 수 있다.

상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 적어도 어느 하나는 반사형 편광판일 수 있다.

본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상술한 것과 같은 투과율 가변 윈도우들 중 적어도 어느 하나를 장착한 이동수단이 제공된다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자 편의성이 극대화된 투과율 가변 윈도우 및 이를 구비한 이동수단을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 3은 도 1의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 도 1의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 도 5의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 7은 도 5의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 5의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 도 9의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 11은 도 9의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 도 9의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 14는 도 13의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 도 13의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 18은 도 17의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 19는 도 17의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다.
도 20은 도 17의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동수단을 개략적으로 도시하는 사시도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우는 제1편광판(P1), 제1기판(S1), 제1전극(E1), 제1배향막(R1), 액정층(LC1), 제2배향막(R2), 제2전극(E2), 제2기판(S2) 및 제2편광판(P2)을 구비한다.

제1기판(S1)과 제2기판(S2)은 상호 대향된다. 이러한 제1기판(S1)과 제2기판(S2)은 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 예컨대 글래스재를 포함할 수도 있고 투광성 고분자 물질을 포함할 수도 있다. 후자의 경우, 폴리에테르술폰(polyethersulphone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 폴리에테르 이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate, CAP)와 같은 고분자 수지를 포함할 수 있다. 이러한 고분자 수지의 경우 플렉서블한 특성을 갖기에, 다양한 용도에 맞춰 다양한 형상으로 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

제1기판(S1)의 제2기판(S2) 방향(+z 방향)의 면 상에는 순차로 제1전극(E1)과 제1배향막(R1)이 배치된다. 제1전극(E1)은 투광성이면서도 전도성인 물질을 포함할 수 있다. 예컨대 제1전극(E1)은 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3 indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 또는 알루미늄징크옥사이드(AZO; aluminium zinc oxide)를 포함할 수 있다. 제1배향막(R1)은 폴리이미드, 폴리비닐알콜 또는 폴리아미드산 등을 포함할 수 있다. 제1배향막(R1)은 특정 방향으로 러빙되어 있다.

제2기판(S2)의 제1기판(S1) 방향의 면 상에도 순차로 제2전극(E2)과 제2배향막(R2)이 배치된다. 제2전극(E2)과 제2배향막(R2)이 포함할 수 있는 물질로는 제1전극(E1)과 제1배향막(R1)에 대해 설명한 물질이 그대로 적용될 수 있다. 제2배향막(R2) 역시 특정 방향으로 러빙되어 있다.

액정층(LC1)은 이와 같은 제1배향막(R1)과 제2배향막(R2) 사이에 개재된다. 그리고 제1편광판(P1)은 제1기판(S1)의 제2기판(S2) 방향의 반대 방향(-z 방향)의 면 상에 배치되고, 제2편광판(P2)은 제2기판(S2)의 제1기판(S1) 방향의 반대 방향(+z 방향)의 면 상에 배치된다. 제1편광판(P1)과 제2편광판(P2) 각각은 선편광판일 수 있다.

제1편광판(P1)과 제2편광판(P2) 중 어느 하나로 입사한 입사광과, 입사광이 제1편광판(P1)과 제2편광판(P2) 중 어느 하나로 입사하여 다른 하나를 통과한 투과광을 고려할 시, 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에 있어서 투과율은, 투과광의 강도의 입사광의 강도에 대한 비율이라 할 수 있다. 예컨대 투과율은 제1편광판(P1)으로 입사하여 제2편광판(P2)을 통과한 투과광의 강도의, 제1편광판(P1)으로의 입사광의 강도에 대한 비율이라 할 수 있다. 이는 후술하는 실시예들 및 그 변형예들에 있어서도 마찬가지이다.

이러한 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에 있어서, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전위차를 V라 할 시, V가 변함에 따라 투과율이 변하게 된다. 이에 따라 투과율 가변 윈도우는 V가 변함에 따라 최소투과율과 최대투과율을 갖는바, 특히 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우는 V가 0일 시의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작다.

이와 같은 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 경우, 사용자가 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V를 조절함으로써 투과율을 조절할 수 있기에, 주변 환경에 따라 적절하게 투과율을 조절할 수 있다. 예컨대 광량이 풍부한 주간에는 투과율 가변 윈도우의 투과율이 낮아지도록 전압 V를 조절하고, 광량이 부족한 야간에는 투과율 가변 윈도우의 투과율이 높아지도록 전압 V를 조절함으로써, 항상 적절한 투과율을 갖는 윈도우를 구현할 수 있다.

나아가 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우는 소비전력을 최소화할 수 있다. 전술한 것과 같이 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이, 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작다. 따라서 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우가 주로 사용될 환경이 어떠한 환경인지를 분석하고, 이에 따라 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 해당 환경에 적합한 투과율이 되도록 함으로써, 전체적인 소비전력을 최소화할 수 있다.

예컨대 투과율 가변 윈도우의 투과율이 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시 최대투과율을 갖고, 이후 전압 V가 상승함에 따라 투과율이 감소하도록 할 수도 있다. 이때 해당 투과율 가변 윈도우를 주로 사용하는 상황이 광량이 풍부한 상황이라면, 이 투과율 가변 윈도우를 사용하는 시간의 상당 부분은 제1전극(E1)과 제2전극(E2)에 0이 아닌 전압을 인가하여 외부광의 일부가 투과율 가변 윈도우를 통과하지 못하도록 해야 한다. 이 경우, 투과율 가변 윈도우를 사용하는 시간의 상당 부분 동안 전력이 소비될 수밖에 없게 된다.

하지만 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 경우 전술한 것과 같이 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이, 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작다. 따라서 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 투과율 가변 윈도우가 주로 사용되는 시간에 필요한 투과율이 되도록 함으로써, 투과율 가변 윈도우를 사용하는 전체 시간 동안의 총 소비전력이 획기적으로 줄어들도록 할 수 있다.

한편, 동일한 환경이라 하더라도 사용자에 따라 선호하는 투과율이 상이할 수 있다. 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 최소투과율과 최대투과율 사이의 특정 투과율로 고정되는바, 따라서 사용자의 니즈에 맞춰 그러한 초기투과율이 설정되도록 함으로써, 각 사용자가 사용하는 환경에서 전체적인 소비전력이 최소화되도록 할 수 있다.

이하에서는 초기투과율을 최소투과율과 최대투과율 사이의 특정 값으로 설정하는 것에 대해 설명한다.

도 2는 도 1의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 제1배향막(R1)의 러빙방향(R1A, -x 방향)과 제2배향막(R2)의 러빙방향(R2A, +x 방향)은 반대방향이고, 선형 편광판인 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)은 제1배향막(R1)의 러빙방향(R1A)과 45도 각도를 이루며, 역시 선형 편광판인 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)은 투과축(P1A)과 수직이 되도록 할 수 있다.

이러한 환경 하에서 액정층(LC1)이 ECB(electrically controled birefringence) 모드로 작동한다면, 투과율 가변 윈도우의 투과율은 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V의 함수인 T(V)로서 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

이때, X(V)는 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V의 함수로서 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 d는 액정층(LC1)의 두께이고, λ는 제1편광판(P1)으로 입사하는 광의 파장이며, Δn(V)은 액정층(LC1)의 굴절률 이방성으로서 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V의 함수이다. ECB 모드에서 Δn(V)는 V가 0일 때 최대값 n_e-n_o를 갖고, V가 증가함에 따라 감소하여 최종적으로는 α(n_e-n_o)를 갖는다. 즉, n_e-n_o에 대한, V가 0이 아닐 때의 액정층(LC1)의 굴절률 이방성의 비율의 최소값을, α라 할 수 있다. α는 통상적인 액정을 사용하는 경우 대략 0.2가 된다. 참고로 n_e는 액정층(LC1)의 이상광 굴절률이고, n_o는 액정층(LC1)의 정상광 굴절률이다. 이처럼 Δn(V)가 V가 증가함에 따라 감소하기에, X(V) 역시 V가 증가함에 따라 감소하게 된다.

도 3은 도 1의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프로서, 가로축은 X이고 세로축은 투과율 가변 윈도우의 투과율 T이다. 이 그래프는 수학식 1에 따른 그래프이다. 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에서는 V가 0일 때의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작기에, V가 0인 지점은 예컨대 도 3의 그래프에서 PS1으로 표시한 것처럼 나타날 수 있다. 즉, X(0)는 1보다 크고 1.5보다 작을 수 있다. 이와 같은 상황에서 V가 0에서부터 증가하기 시작하면 X(V)는 X(0)에서 감소하기에, 투과율은 점점 낮아져서 최소투과율에 도달하고 이후 증가하여 최대투과율에 도달하게 된다. 이때 투과율 가변 윈도우가 반드시 최대투과율에 도달할 수 있도록 하기 위해, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 최대값인 V_max일 시의 지점은 도 3의 그래프에서 PS2로 표시한 것과 같이 나타나야 한다. 즉, X(V_max)가 0.5이거나 0.5보다 작은 값을 가져야만 한다. 그래야만 V가 0에서 증가하여 최대값 V_max에 도달하는 과정에서 투과율이 최대인 지점, 즉 X가 0.5인 지점에 도달하거나 이 지점을 지나치게 되기 때문이다.

참고로 V가 0인 지점, 즉 X(0)는 1보다 작을 수 없다. 만일 X(0)가 0.5보다 크고 1보다 작다면, 이 경우 V가 0에서 증가함에 따라 X(V)가 감소, 즉 투과율이 증가하게 된다. 이에 따라 X가 0.5가 되면 투과율이 최대가 되고, 이후 V가 증가함에 따라 X(V)가 감소하여 투과율이 줄어들게 된다. 하지만 X가 0.5보다 작은 범위에서 투과율은 0에 이르지 못하기에, 결국 최소투과율이 0에 이르지 못하게 된다. 이는 액정층(LC1)의 제1배향막(R1) 및/또는 제2배향막(R2) 근방의 부분에서는 액정의 움직임이 제1배향막(R1) 및/또는 제2배향막(R2)에 의해 제한되어, 최소투과율이 0이 되지 못하기 때문이다. 따라서 투과율이 V가 변함에 따라 최대투과율과 최소투과율을 갖도록 하기 위해, X(0)는 전술한 것과 같이 1보다 클 필요가 있다.

이처럼 X(0)는 1보다 크고, X(V_max)는 0.5 이하여야 한다. 이는 다음 수학식 3과 수학식 4로 나타낼 수 있다.

수학식 3과 수학식 4로부터, 다음과 같은 수학식 5에 이르게 된다.

여기서 λ는 입사광의 파장이므로 결정되어 있는 값이고, n_e, n_o 및 α역시 액정층(LC1)의 물성에 의해 결정되어 있는 값이므로, 결국 수학식 5의 조건은 액정층(LC1)의 두께 d에 대한 조건이 된다. 따라서 수학식 5를 만족시키도록 액정층(LC1)의 두께 d를 설정함으로써, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율은 최소투과율과 최대투과율 사이의 값이 되도록 하여, 투과율 가변 윈도우가 전력 소비 없이 사전설정된 투과율을 갖도록 할 수 있다. 그리고 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V를 증가시킴에 따라, 투과율이 낮아져서 최소투과율이 되고 다시 투과율이 증가하여 최대투과율에 이르도록 할 수 있다. 물론 사용자가 투과율 가변 윈도우의 투과율을 초기투과율보다 높아지도록 할 시에는, 그에 대응하는 전압을 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가하기만 하면 되고, 반드시 투과율 가변 윈도우의 투과율이 낮아지도록 한 후에 다시 높아지도록 해야 하는 것은 아니다.

한편, 초기투과율은 X(0)에 의해 결정되며, X(0)는 수학식 2로부터 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

여기서 λ는 입사광의 파장이므로 결정되어 있는 값이고, n_e와 n_o 역시 액정층(LC1)의 물성에 의해 결정되어 있는 값이므로, 결국 액정층(LC1)의 두께 d를 조절하면 V가 0일 시의 초기투과율을 조절할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 투과율 가변 윈도우를 제조할 시, 수학식 5를 만족시키는 것을 전제로 하여 액정층(LC1)의 두께 d를 조절함으로써, 사용자가 원하는 초기투과율을 갖도록 할 수 있다.

한편, 지금까지는 X(0)가 1보다 크고, X(V_max)가 0.5 이하가 되도록 하는 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 3을 참조하면, X(0)가 1.5보다 크고 X(V_max)가 1 이하가 되도록 해도, 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작으며, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V를 조절함에 따라 투과율 가변 윈도우의 투과율이 최소투과율부터 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 이 경우에는 V가 0에서부터 증가하기 시작하면 X(V)는 X(0)에서 감소하기에, 투과율은 점점 높아져서 최대투과율에 도달하고 이후 감소하여 최소투과율에 도달하게 된다. 또한 X(0)가 2보다 크고 X(V_max)가 1.5 이하가 되도록 해도, 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작으며, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V를 조절함에 따라 투과율 가변 윈도우의 투과율이 최소투과율부터 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 이를 일반화하면 수학식 3 과 수학식 4는 다음 수학식 7과 수학식 8과 같이 일반화될 수 있다.

여기서 m은 0 이상의 정수이다. 수학식 3과 수학식 4는 m=0인 경우로 이해될 수 있다. 수학식 7과 수학식 8로부터, 다음과 같은 수학식 9에 이르게 된다.

이처럼 수학식 9를 만족시키도록 함으로써, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작으며, 전압 V를 조절함에 따라 최소투과율에서 최대투과율까지 투과율이 가변할 수 있는 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다. 물론 전술한 것과 같이 투과율 가변 윈도우를 제조할 시 액정층(LC1)의 두께를 적절히 설정함으로써, 초기투과율 역시 원하는 값이 되도록 할 수 있다.

도 4는 도 1의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다. 도 4에서는 입사광의 파장 λ를 550nm로 고정한 상태에서, (n_e-n_o)d의 값을 605nm, 715nm, 825nm, 990nm, 1155nm 및 1320nm로 하였을 시의, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V에 따른 투과도 T의 변화를 보여준다. 도 4에서 확인할 수 있는 것처럼 V가 0일 시의 초기투과율은 모두 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작았으며, V가 증가함에 따라 투과율이 최소투과율에서 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 도 4에서 확인할 수 있는 것처럼 초기투과율을 다양하게 설정할 수 있는바, 따라서 사용자의 니즈에 부합하는 저소비전력의 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우가 도 1을 참조하여 전술한 투과율 가변 윈도우와 상이한 점은, 제2기판(S2)과 제2편광판(P2) 사이에 개재된 위상차판(RP)을 더 구비한다는 점이다. 이때 위상차판(RP)의 광축(예컨대 위상지연축, RPA)은 도 6에 도시된 것과 같이 제1배향막(R1)의 러빙방향(R1A)에 수직이다.

이와 같은 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 경우에도 전술한 수학식 1이 그대로 적용되지만, 위상차판(RP)의 존재로 인해 수학식 2는 다음 수학식 10처럼 수정된다.

도 7은 도 5의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프로서, 가로축은 X이고 세로축은 투과율 가변 윈도우의 투과율 T이다. 이 그래프는 수학식 1에 따른 그래프이다. 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에서는 V가 0일 때의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작기에, V가 0인 지점은 예컨대 도 7의 그래프에서 PS1으로 표시한 것처럼 나타날 수 있다. 즉, X(0)는 0.5보다 크고 1보다 작을 수 있다. 이와 같은 상황에서 V가 0에서부터 증가하기 시작하면 X(V)는 X(0)에서 감소하기에, 투과율은 점점 높아져서 최대투과율에 도달하고 이후 감소하여 최소투과율에 도달하게 된다. 이때 투과율 가변 윈도우가 반드시 최소투과율에 도달할 수 있도록 하기 위해, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 최대값인 V_max일 시의 지점은 도 7의 그래프에서 PS2로 표시한 것과 같이 나타나야 한다. 즉, X(V_max)가 0이거나 0보다 작은 값을 가져야만 한다. 그래야만 V가 0에서 증가하여 최대값 V_max에 도달하는 과정에서 투과율이 최소인 지점, 즉 X가 0인 지점에 도달하거나 이 지점을 지나치게 되기 때문이다.

이러한 X(0)의 조건과 X(V_max)의 조건은 다음 수학식 11과 수학식 12로 나타낼 수 있다.

수학식 11과 수학식 12는 다음 수학식 13과 수학식 14와 같이 표현할 수 있다.

수학식 13과 수학식 14로부터, R₀+λ와 R₀/α의 대소관계에 따라 다음 수학식 15를 얻게 된다.

물론 도 7에서 알 수 있는 것처럼, V가 0인 X(0)는 1보다 크고 1.5보다 작고, V_max일 시의 X(V_max)는 0.5 이하가 되도록 할 수도 있다. 그리고 V가 0인 X(0)는 1.5보다 크고 2보다 작고, V_max일 시의 X(V_max)는 1 이하가 되도록 할 수도 있다. 따라서 수학식 15는 다음 수학식 16과 같이 일반화될 수 있다.

여기서 m은 0 이상의 정수이다. 수학식 15는 m=0인 경우로 이해될 수 있다. 이처럼 수학식 16을 만족시키도록 함으로써, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작으며, 전압 V를 조절함에 따라 최소투과율에서 최대투과율까지 투과율이 가변할 수 있는 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다. 물론 전술한 것과 같이 투과율 가변 윈도우를 제조할 시 액정층(LC1)의 두께를 적절히 설정함으로써, 초기투과율 역시 원하는 값이 되도록 할 수 있다.

도 8은 도 5의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다. 도 8은 입사광의 파장 λ를 550nm로 고정한 상태에서, (n_e-n_o)d의 값과 R₀의 값을 다음 표 1과 같이 설정하였을 시의, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V에 따른 투과도 T의 변화를 보여준다.

	#1	#2	#3	#4	#5
(n_e-n_o)d	440	500	560	620	680
R₀	92.4	105.0	117.6	130.2	142.8

표 1에서의 단위는 모두 nm이다. 도 8에서 확인할 수 있는 것처럼 V가 0일 시의 초기투과율은 모두 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작았으며, V가 증가함에 따라 투과율이 최소투과율에서 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 도 8에서 확인할 수 있는 것처럼 초기투과율을 다양하게 설정할 수 있는바, 따라서 사용자의 니즈에 부합하는 저소비전력의 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도 10은 도 9의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.

본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우가 도 5를 참조하여 전술한 투과율 가변 윈도우와 상이한 점은, 액정층(LC2)이 VA(vertically aligned) 모드로 작동하는 액정층이라는 점이다. 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 경우에도 수학식 1과 수학식 10이 그대로 적용된다. 다만 액정층(LC2)이 ECB 모드가 아닌 VA 모드로 작동하기에, 액정층(LC2)의 굴절률 이방성인 Δn(V)가 전술한 실시예에서와 달라지게 된다. 구체적으로, VA 모드에서 Δn(V)는 V가 0일 때 최소값(대략 0)을 갖고, V가 증가함에 따라 증가하여 최종적으로는 β(n_e-n_o)를 갖는다. 즉, n_e-n_o에 대한, V가 0이 아닐 때의 액정층(LC2)의 굴절률 이방성의 비율의 최대값을, β라 할 수 있다. β는 통상적인 액정을 사용하는 경우 대략 0.8이 된다. 이처럼 Δn(V)가 V가 증가함에 따라 증가하기에, X(V) 역시 V가 증가함에 따라 증가하게 된다. 따라서 X(V)는 다음 수학식 17과 같은 최소값과 최대값을 갖게 된다.

도 11은 도 9의 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다. 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에서는 V가 0일 때의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작기에, V가 0인 지점은 예컨대 도 11의 그래프에서 PS1으로 표시한 것처럼 나타날 수 있다. 즉, X(0)는 -0.5보다 크고 0보다 작을 수 있다. 이와 같은 상황에서 V가 0에서부터 증가하기 시작하면 X(V)는 X(0)에서 증가하기에, 투과율은 점점 낮아져서 최소투과율에 도달하고 이후 증가하여 최대투과율에 도달하게 된다. 이때 투과율 가변 윈도우가 반드시 최대투과율에 도달할 수 있도록 하기 위해, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 최대값인 V_max일 시의 지점은 도 11의 그래프에서 PS2로 표시한 것과 같이 나타나야 한다. 즉, X(V_max)가 0.5이거나 0.5보다 큰 값을 가져야만 한다. 그래야만 V가 0에서 증가하여 최대값 V_max에 도달하는 과정에서 투과율이 최대인 지점, 즉 X가 0.5인 지점에 도달하거나 이 지점을 지나치게 되기 때문이다.

물론, 도 11의 그래프에서 알 수 있는 것처럼, X(0)는 -1보다 크고 -0.5보다 작고, X(V_max)가 0이거나 0보다 큰 값을 갖도록 할 수도 있다. 그리고 X(0)는 -1.5보다 크고 -1보다 작고, X(V_max)가 -0.5이거나 -0.5보다 큰 값을 갖도록 할 수도 있다. 이러한 조건은 다음과 같은 수학식 18과 수학식 19로 나타낼 수 있다.

여기서 m은 0 이상의 정수이다. 수학식 18과 수학식 19로부터, 다음과 같은 수학식 20을 얻을 수 있다.

이처럼 수학식 20의 두 식들을 동시에 만족시키도록 함으로써, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작으며, 전압 V를 조절함에 따라 최소투과율에서 최대투과율까지 투과율이 가변할 수 있는 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다. 물론 전술한 것과 같이 투과율 가변 윈도우를 제조할 시 액정층(LC2)의 두께를 적절히 설정함으로써, 초기투과율 역시 원하는 값이 되도록 할 수 있다.

도 12는 도 9의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다. 도 12는 입사광의 파장 λ를 550nm로 고정한 상태에서, (n_e-n_o)d의 값과 R₀의 값을 다음 표 2와 같이 설정하였을 시의, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V에 따른 투과도 T의 변화를 보여준다.

	#1	#2	#3	#4
(n_e-n_o)d	443	511	580	649
R₀	55	110	165	220

표 2에서의 단위는 모두 nm이다. 도 12에서 확인할 수 있는 것처럼 V가 0일 시의 초기투과율은 모두 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작았으며, V가 증가함에 따라 투과율이 최소투과율에서 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 도 12에서 확인할 수 있는 것처럼 초기투과율을 다양하게 설정할 수 있는바, 따라서 사용자의 니즈에 부합하는 저소비전력의 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다. 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우가 도 9 내지 도 12를 참조하여 전술한 투과율 가변 윈도우와 상이한 점은, 도 9 내지 도 12를 참조하여 전술한 투과율 가변 윈도우에서는 위상차판(RP)의 광축(예컨대 위상지연축, RPA)이 도 10에 도시된 것과 같이 제1배향막(R1)의 러빙방향(R1A)에 수직이었으나, 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에서는 위상차판(RP)의 광축(RPA)이 도 13에 도시된 것과 같이 제1배향막(R1)의 러빙방향(R1A)과 평행하다는 점이다. 이와 같은 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 경우에도 전술한 수학식 1이 그대로 적용되지만, 위상차판(RP)의 광축의 변화로 인해 수학식 10은 그대로 적용되지 않고 다음 수학식 21처럼 수정된다.

본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우는 액정층(LC2)이 VA 모드에서 작동하기에, 전술한 것과 같이 Δn(V)가 V가 증가함에 따라 증가하고, X(V) 역시 V가 증가함에 따라 증가하게 된다. 따라서 X(V)는 다음 수학식 22와 같은 최소값과 최대값을 갖게 된다.

도 14는 이와 같은 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우가 만족시키는 조건을 설명하기 위한 그래프이다. 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에서는 V가 0일 때의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작기에, V가 0인 지점은 예컨대 도 14의 그래프에서 PS1으로 표시한 것처럼 나타날 수 있다. 즉, X(0)는 0보다 크고 0.5보다 작을 수 있다. 이와 같은 상황에서 V가 0에서부터 증가하기 시작하면 X(V)는 X(0)에서 증가하기에, 투과율은 점점 증가해서 최대투과율에 도달하고 이후 감소하여 최소투과율에 도달하게 된다. 이때 투과율 가변 윈도우가 반드시 최소투과율에 도달할 수 있도록 하기 위해, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 최대값인 V_max일 시의 지점은 도 14의 그래프에서 PS2로 표시한 것과 같이 나타나야 한다. 즉, X(V_max)가 1이거나 1보다 큰 값을 가져야만 한다. 그래야만 V가 0에서 증가하여 최대값 V_max에 도달하는 과정에서 투과율이 최소인 지점, 즉 X가 1인 지점에 도달하거나 이 지점을 지나치게 되기 때문이다.

물론, 도 14의 그래프에서 알 수 있는 것처럼, X(0)는 0.5보다 크고 1보다 작고, X(V_max)가 1.5이거나 1.5보다 큰 값을 갖도록 할 수도 있다. 그리고 X(0)는 1보다 크고 1.5보다 작고, X(V_max)가 2이거나 2보다 큰 값을 갖도록 할 수도 있다. 이러한 조건은 다음과 같은 수학식 23과 수학식 24로 나타낼 수 있다.

여기서 m은 0 이상의 정수이다. 수학식 23과 수학식 24로부터, 다음과 같은 수학식 25를 얻을 수 있다.

이처럼 수학식 25의 두 식들을 동시에 만족시키도록 함으로써, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이에 인가되는 전압 V가 0일 시의 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작으며, 전압 V를 조절함에 따라 최소투과율에서 최대투과율까지 투과율이 가변할 수 있는 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다. 물론 전술한 것과 같이 투과율 가변 윈도우를 제조할 시 액정층(LC2)의 두께를 적절히 설정함으로써, 초기투과율 역시 원하는 값이 되도록 할 수 있다.

도 15는 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다. 도 15는 입사광의 파장 λ를 550nm로 고정한 상태에서, (n_e-n_o)d의 값과 R₀의 값을 다음 표 3과 같이 설정하였을 시의, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V에 따른 투과도 T의 변화를 보여준다.

	#1	#2	#3	#4
(n_e-n_o)d	649	580	511	443
R₀	55	110	165	220

표 3에서의 단위는 모두 nm이다. 도 15에서 확인할 수 있는 것처럼 V가 0일 시의 초기투과율은 모두 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작았으며, V가 증가함에 따라 투과율이 최소투과율에서 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 도 15에서 확인할 수 있는 것처럼 초기투과율을 다양하게 설정할 수 있는바, 따라서 사용자의 니즈에 부합하는 저소비전력의 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

한편, 지금까지는 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직인 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 전술한 실시예들에서 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 평행하도록 변형한 경우들 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

예컨대 도 5 내지 도 8을 참조하여 전술한 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우와 동일한 구성을 취하되 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 평행하도록 하더라도, 수학식 16과 동일한 조건을 갖게 된다. 도 16은 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 평행하도록 하면서 수학식 16의 조건을 만족시키는 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다. 도 16은 입사광의 파장 λ를 550nm로 고정한 상태에서, (n_e-n_o)d의 값과 R₀의 값을 전술한 표 1과 같이 설정하였을 시의, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V에 따른 투과도 T의 변화를 보여준다.

도 16을 도 8과 비교하면, 도 16과 도 8은 정확히 상하 대칭인 것을 확인할 수 있다. 이는 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직인 상태(도 8)에서 평행한 상태(도 16)로 수정되었기 때문이다. 상하 대칭이라는 점만 제외하면, 도 16에서도 V가 0일 시의 초기투과율은 모두 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작았으며, V가 증가함에 따라 투과율이 최소투과율에서 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 그리고 도 16에서 확인할 수 있는 것처럼 초기투과율을 다양하게 설정할 수 있는바, 따라서 사용자의 니즈에 부합하는 저소비전력의 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

물론 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 실시예에서도 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직인 상태(도 8)에서 평행한 상태(도 16)로 수정될 수 있고, 도 9 내지 도 12를 참조하여 전술한 실시예에서도 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직인 상태(도 8)에서 평행한 상태(도 16)로 수정될 수 있으며, 도 13 내지 도 15를 참조하여 전술한 실시예에서도 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직인 상태(도 8)에서 평행한 상태(도 16)로 수정될 수 있다.

도 17은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도 18은 도 17의 투과율 가변 윈도우의 구성요소들의 투과축과 러빙방향 등을 개략적으로 도시하는 개념도이다.

본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우가 도 1을 참조하여 전술한 투과율 가변 윈도우와 상이한 점은, 액정층(LC3)이 TN(twisted nematic) 모드로 작동하는 액정층이라는 점이다. 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우의 경우, 제1편광판(P1)의 투과축(P1A), 제2편광판(P2)의 투과축(P2A) 및 제2배향막(R2)의 러빙방향(R2A)이 평행하다. 그리고 제1배향막(R1)의 러빙방향(R1A)은 제2배향막(R2)의 러빙방향(R2A)과 각도 Φ를 이룬다. 이 Φ가 트위스트각이라 할 수 있으며 이는 0도보다 크고 270도보다 작다.

이러한 본 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우에 있어서, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V가 0일 시의 투과율은 다음 수학식 26으로 나타낼 수 있다.

여기서 X와 Γ는 다음과 같이 정의된다.

수학식 26과 수학식 27을 이용하여 트위스트각 Φ을 파라미터로 하여 가로축을 Δnd, 세로축을 투과율 T로 나타내면, 도 19와 같은 그래프로 나타낼 수 있다. 참고로 도 19에서는 λ를 550nm로 설정한 경우이며, 가로축의 단위는 nm이다. 도 19에서 알 수 있는 것처럼, Δnd 값에 따라 초기투과율이 최대투과율이 될 수도 있고, 최소투과율이 될 수도 있다. 도 19에서, 최소투과율인 지점(φ가 75도인 경우에는 PS0)에서의 Δnd값보다 큰 값이 되도록 Δnd를 설정하면(예컨대 PS1), 초기투과율이 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작게 됨을 알 수 있다. 도 19에서 각각의 φ의 그래프에 있어서 최소투과율인 지점은 해당 그래프를 나타내는 Δnd를 변수로 하는 식을 미분하여 0이 되는 지점이며, 이를 수치 해석으로 구하면 다음 표 4와 같이 나타낼 수 있다.

φ	1	2	3	...	74	75	76	...	267	268	269
Δnd	357.6	357.6	357.7	...	409.6	412.4	415.5	...	719.5	722.2	724.9

여기서 Φ의 단위는 "도"이고 Δnd의 단위는 nm이다. 따라서 표 4에 나타난 값보다 Δnd의 값이 더 크도록 하면, 초기투과율이 최저투과율과 최대투과율 사이에 위치하도록 할 수 있다. 예컨대 트위스트각 φ가 75도인 경우, Δnd를 412.4nm보다 크게 하면, 초기투과율이 최저투과율과 최대투과율 사이에 위치하도록 할 수 있다.

도 20은 도 17의 투과율 가변 윈도우에 있어서 전압에 따른 투과율 변화를 개략적으로 보여주는 그래프이다. 도 20은 입사광의 파장 λ를 550nm로 고정한 상태에서, Δnd의 값과 Φ의 값을 다음 표 5와 같이 설정하였을 시의, 제1전극(E1)과 제2전극(E2) 사이의 전압 V에 따른 투과도 T의 변화를 보여준다.

	#1	#2	#3	#4	#5
Φ	45	60	75	90	105
Δnd	680	680	690	780	860

표 5에서 Φ의 단위는 "도"이고, Δnd의 단위는 nm이다. 도 20에서 확인할 수 있는 것처럼 V가 0일 시의 초기투과율은 모두 최소투과율보다 크고 최대투과율보다 작았으며, V가 증가함에 따라 투과율이 최소투과율에서 최대투과율까지 변하도록 할 수 있음을 알 수 있다. 도 8에서 확인할 수 있는 것처럼 초기투과율을 다양하게 설정할 수 있는바, 따라서 사용자의 니즈에 부합하는 저소비전력의 투과율 가변 윈도우를 구현할 수 있다.

한편, 도 17 내지 도 20을 참조하여 설명한 실시예에서는 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 평행한 경우에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 도 17의 구성에서 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직이 되도록 변형한 경우 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

예컨대 도 17의 구성에서 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 수직이 되도록 하더라도, 수학식 26과 수학식 27은 그대로 적용된다. 다만 트위스트각 Φ을 파라미터로 하여 가로축을 Δnd, 세로축을 투과율 T로 나타내면, 도 21과 같은 그래프로 나타낼 수 있다. 도 21을 도 19와 비교하면, 도 21과 도 19는 정확히 상하 대칭인 것을 확인할 수 있다. 이는 제1편광판(P1)의 투과축(P1A)과 제2편광판(P2)의 투과축(P2A)이 평행인 상태(도 19)에서 수직인 상태(도 21)로 수정되었기 때문이다. 상하 대칭이라는 점만 제외하면, 도 19를 참조하여 전술한 설명이 도 21의 경우에도 그대로 적용될 수 있다. 즉, 도 21에서 각각의 φ의 그래프에 있어서 최대투과율인 지점은 해당 그래프를 나타내는 Δnd를 변수로 하는 식을 미분하여 0이 되는 지점이며, 이를 수치 해석으로 구하면 전술한 표 4와 동일한 결과가 된다.

따라서 표 4에 나타난 값보다 Δnd의 값이 더 크도록 하면, 초기투과율이 최저투과율과 최대투과율 사이에 위치하도록 할 수 있다. 예컨대 트위스트각 φ가 75도인 경우, Δnd를 412.4nm보다 크게 하면, 초기투과율이 최저투과율과 최대투과율 사이에 위치하도록 할 수 있다.

지금까지의 실시예들에 있어서, λ는 550nm인 것으로 설정할 수 있다. 사람은 이 파장의 광을 가시광선 중에서 가장 밝게 인식하기 때문이다.

한편, 지금까지의 실시예들에 따른 투과도 가변 윈도우는, 주변 밝기를 감지하는 센서를 더 구비할 수 있다. 그리고 이 센서가 감지한 주변 밝기에 따라 전술한 것과 같은 V를 조절하여, 투과율이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동수단을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도 22에 도시된 것과 같이, 자동차와 같은 이동수단이 전술한 것과 같은 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우를 장착할 수 있다. 도 22에서는 전술한 실시예들 중 어느 한 실시예에 따른 투과율 가변 윈도우(TVW)로 전면유리창을 대체한 것을 도시하고 있다. 물론 전면유리창이 아닌 다른 유리창에 투과율 가변 윈도우가 적용될 수도 있음은 물론이다.

이 경우에도 센서들(S1, S2)을 이용하여 주변 밝기를 감지하고, 감지된 주변 밝기에 따라 전술한 것과 같은 V를 조절하여, 투과율이 일정하게 유지되도록 할 수 있다. 이때 도 22에 도시된 것과 같이 투과율 가변 윈도우의 양측 끝단에 센서들(S1, S2)이 위치하도록 하여, 이 센서들(S1, S2)이 감지한 주변 밝기들의 평균을 최종 주변 밝기로 간주하고, 이에 따라 투과도 가변 윈도우의 투과율을 조절할 수 있다. 이에 따라 주변 밝기를 더욱 정확하게 판단하고 투과도 가변 윈도우가 상황에 적합한 투과율을 갖도록 할 수 있다.

물론 전술한 실시예들에 따른 투과율 가변 윈도우는 이동수단에만 적용될 수 있는 것이 아니라, 다양한 분야에도 적용될 수 있다. 예컨대 건물의 유리창에도 적용될 수 있음은 물론이다.

한편 전술한 다양한 실시예들 및 그 변형예들에 따른 투과율 가변 윈도우에서, 제1편광판(P1)과 제2편광판(P2) 중 적어도 어느 하나는 반사형 편광판일 수 있다. 만일 이동수단이나 건물의 유리창을 대체하는 투과율 가변 윈도우에서 흡수형 편광판을 사용한다면, 흡수형 편광판이 빛에너지를 흡수하여 열을 방출하기에 이동수단이나 건물 내부의 온도 상승을 유발할 수 있다. 하지만 반사형 편광판을 사용하면 편광판에서 열이 발생하지 않기에, 이동수단이나 건물 내부의 온도 상승을 방지할 수 있으며, 따라서 에어컨 등의 사용에 의한 전시 소비를 줄일 수 있다. 물론 평균기온이 낮은 지역의 경우라면 반대로 흡수형 편광판을 사용함으로써, 난방비를 조금이나마 줄이는 데 도움이 되도록 할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

LC1, LC2, LC3: 액정층 S1: 제1기판
R1: 제1배향막 E1: 제1전극
P1: 제1편광판 S2: 제2기판
R2: 제2배향막 E2: 제2전극
P2: 제2편광판 RP: 위상차판

Claims

상호 대향된 제1기판과 제2기판;
상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제1전극과 제1배향막;
상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제2전극과 제2배향막;
상기 제1배향막과 상기 제2배향막 사이에 개재된 액정층;
상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제1편광판; 및
상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제2편광판;
을 구비하고,
상기 제1배향막의 러빙방향과 상기 제2배향막의 러빙방향은 반대방향이고, 선형 편광판인 상기 제1편광판의 제1투과축은 상기 제1배향막의 러빙방향과 45도 각도를 이루며, 선형 편광판인 상기 제2편광판의 제2투과축은 상기 제1투과축과 평행하거나 수직이고,
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 인가되는 전위차를 V라 하면, 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사한 입사광과, 상기 입사광이 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사하여 다른 하나를 통과한 투과광을 고려할 시, 상기 투과광의 강도의 상기 입사광의 강도에 대한 비율인 투과율은 상기 V가 변함에 따라 최소투과율과 최대투과율을 가지며, 상기 V가 0일 시의 초기투과율은 상기 최소투과율보다 크고 상기 최대투과율보다 작고,
상기 액정층은 ECB 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최소값을 α라 하고, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하며, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 9를 만족시키는, 투과율 가변 윈도우:
[수학식 9]
제1항에 있어서,
상기 V가 0에서부터 증가함에 따라, 상기 투과율이 상기 초기투과율로부터 감소하여 상기 최소투과율에 도달하고 이후 증가하여 상기 최대투과율에 도달하거나, 상기 투과율이 상기 초기투과율로부터 증가하여 상기 최대투과율에 도달하고 이후 감소하여 최소투과율에 도달하는, 투과율 가변 윈도우.
삭제
삭제
상호 대향된 제1기판과 제2기판;
상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제1전극과 제1배향막;
상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제2전극과 제2배향막;
상기 제1배향막과 상기 제2배향막 사이에 개재된 액정층;
상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제1편광판;
상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제2편광판; 및
상기 제2기판과 상기 제2편광판 사이에 개재된 위상차판;
을 구비하고,
상기 제1배향막의 러빙방향과 상기 제2배향막의 러빙방향은 반대방향이고, 선형 편광판인 상기 제1편광판의 제1투과축은 상기 제1배향막의 러빙방향과 45도 각도를 이루며, 선형 편광판인 상기 제2편광판의 제2투과축은 상기 제1투과축과 평행하거나 수직이고, 상기 위상차판의 광축은 상기 제1배향막의 러빙방향에 수직이며,
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 인가되는 전위차를 V라 하면, 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사한 입사광과, 상기 입사광이 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사하여 다른 하나를 통과한 투과광을 고려할 시, 상기 투과광의 강도의 상기 입사광의 강도에 대한 비율인 투과율은 상기 V가 변함에 따라 최소투과율과 최대투과율을 가지며, 상기 V가 0일 시의 초기투과율은 상기 최소투과율보다 크고 상기 최대투과율보다 작은, 투과율 가변 윈도우.
제5항에 있어서,
상기 액정층은 ECB 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, 상기 위상차판의 위상차를 R₀라 하고, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최소값을 α라 하며, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하고, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 16을 만족시키는, 투과율 가변 윈도우:
[수학식 16]
제5항에 있어서,
상기 액정층은 VA 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, 상기 위상차판의 위상차를 R₀라 하고, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최대값을 β라 하며, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하고, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 20을 만족시키는, 투과율 가변 윈도우:
[수학식 20]
상호 대향된 제1기판과 제2기판;
상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제1전극과 제1배향막;
상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 면 상에 순차로 배치된 제2전극과 제2배향막;
상기 제1배향막과 상기 제2배향막 사이에 개재된 액정층;
상기 제1기판의 상기 제2기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제1편광판;
상기 제2기판의 상기 제1기판 방향의 반대 방향의 면 상에 배치된 제2편광판; 및
상기 제2기판과 상기 제2편광판 사이에 개재된 위상차판;
을 구비하고,
상기 제1배향막의 러빙방향과 상기 제2배향막의 러빙방향은 반대방향이고, 선형 편광판인 상기 제1편광판의 제1투과축은 상기 제1배향막의 러빙방향과 45도 각도를 이루며, 선형 편광판인 상기 제2편광판의 제2투과축은 상기 제1투과축과 평행하거나 수직이고, 상기 위상차판의 광축은 상기 제1배향막의 러빙방향과 평행하며,
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 인가되는 전위차를 V라 하면, 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사한 입사광과, 상기 입사광이 상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 어느 하나로 입사하여 다른 하나를 통과한 투과광을 고려할 시, 상기 투과광의 강도의 상기 입사광의 강도에 대한 비율인 투과율은 상기 V가 변함에 따라 최소투과율과 최대투과율을 가지며, 상기 V가 0일 시의 초기투과율은 상기 최소투과율보다 크고 상기 최대투과율보다 작고,
상기 액정층은 VA 모드로 작동하는 액정층이고, 상기 액정층의 이상광 굴절률이 n_e이고 정상광 굴절률이 n_o이며, 상기 위상차판의 위상차를 R₀라 하고, n_e-n_o에 대한 상기 V가 0이 아닐 때의 상기 액정층의 굴절률 이방성의 비율의 최대값을 β라 하며, 상기 제1편광판으로 입사하는 광의 파장을 λ라 하고, m을 0 이상의 정수라 할 시, 상기 액정층의 두께 d는 하기 수학식 25를 만족시키는, 투과율 가변 윈도우:
[수학식 25]
제1항, 제2항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 λ는 550nm인, 투과율 가변 윈도우.
제1항, 제2항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
주변 밝기를 감지하는 센서를 더 구비하고, 상기 센서가 감지한 주변 밝기에 따라 상기 V를 조절하는, 투과율 가변 윈도우.
제1항, 제2항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1편광판과 상기 제2편광판 중 적어도 어느 하나는 반사형 편광판인, 투과율 가변 윈도우.
제1항, 제2항 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 투과율 가변 윈도우를 장착한 이동수단.