KR102296023B1 - 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 태양에너지 투과율, 구체적으로 가시광선 및/또는 적외선의 투과율을 조절하여 효율적으로 적정 실내 온도를 유지할 뿐만 아니라, 실내 조도를 조절할 수 있는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법{transmittance-variable smart window film and manufacturing method thereof}
본 발명은 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 태양에너지 투과율, 구체적으로 가시광선 및/또는 적외선의 투과율을 조절하여 효율적으로 적정 실내 온도를 유지할 뿐만 아니라, 실내 조도를 조절할 수 있는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 자원 고갈 문제 및 삶의 질에 대한 관심이 증가함에 따라 에너지 절감 효과와 친환경성 그리고 편의성이 중요한 화두이며 이를 충족시키기 위해 능동적인 투과도 조절 및 적외선 차단 효과를 통해 에너지 효율을 증대시키고 감성 및 기능성 등을 동시에 만족시키는 스마트 윈도우(Smart window) 기술에 주목하고 있다.
일반적으로, 스마트 윈도우(smart windows)은 켜고 끌 수 있도록 형성된 것으로, 전압이 걸리면 빛의 투과성을 변화시켜서 통과하는 빛 또는 열의 양이 제어되는 창을 뜻한다. 즉, 스마트 윈도우는 전압에 의해서 투명, 불투명 또는 반투명 상태로 변화될 수 있게 구비되며 투과도 가변유리, 조광유리 또는 스마트 글래스(smart glass)로도 불리운다.
또한, 스마트 윈도우는 실내 공간의 칸막이로 활용되거나 건축물의 개구부에 배치된 채광창으로 활용될 수 있고, 고속도로 표지판, 게시판, 점수판, 시계 또는 광고스크린으로도 활용될 수 있으며, 자동차, 버스, 항공기, 선박 또는 기차의 창(windows) 또는 선루프로도 활용가능하다.
이러한 스마트 윈도우의 대표적인 예로 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 기반 스마트 윈도우를 들 수 있다.
고분자 분산 액정(PDLC) 기반 스마트 윈도우는 고분자(유기물) 안에 액정 방울이 분산된 형태로 전기장이 없는 상태(Off state)에선 고분자와 분산된 액정의 굴절률 차이로 빛이 산란되어 뿌옇게 보이고 반대로 전기장이 존재할 경우(On state) 분산된 액정의 굴절률이 변하며 두 물질의 굴절률이 일치하게 됨으로써 투명하게 보이는 스마트 윈도우를 뜻한다.
고분자 분산 액정(PDLC) 기반 스마트 윈도우는 휨성이 우수하기 때문에 차세대 플렉서블(Flexible) 디스플레이에도 널리 활용될 수 있고, 자동차나 빌딩 등의 유리창에 광투과도 조절을 위한 광학 필름으로도 활용이 가능하며, 기존의 경도가 높아 깨지기 쉬운 ITO를 사용한 스마트 글래스 대비 전체 두께를 얇게 형성할 수 있음에 따라 글래스상에 단순 부착하는 방식으로 기존의 글래스를 투과도가 전기적으로 제어되는 스마트 글래스로 손쉽게 구현할 수도 있다.
그러나, 딱딱한 유리 기판 사이에 고분자 분산 액정(PDLC)을 형성하는 것이 비교적 용이한데 반하여 유연한 필름 사이에 고분자 분산 액정(PDLC)을 일정하게 형성하는 것과, 고분자 분산 액정(PDLC)과 필름의 접착 상태가 장기간 유지되도록 하여 박리 문제가 발생되지 않도록 하는 것 또한 매우 어려운 과제로 남아있으며, UV(자외선: UltraViolet rays), 가시광선(visible light) 및 IR(적외선: Infrared ray)을 차단하는 기능에 있어서도 제한적인 문제가 있다.
따라서, 플렉시블한 투명필름과 고분자 분산 액정(PDLC)을 접합하였을 때, 휨성이 보장되면서 장기간 박리 현상이 발생되지 않을 수 있고 전압 인가 여부에 따라 광산란 또는 광투과가 균일하게 이루어질 수 있으며 원활하게 UV, 가시광선 및 IR을 차단할 수 있는 스마트 윈도우에 대한 연구가 필요한 실정이다.
한국 등록특허번호 제10-1152434호(공개일 : 2011.03.23) 한국 등록특허공보 제10-1501104호(공개일 : 2014.07.08)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 태양에너지 투과율, 구체적으로 가시광선 및/또는 적외선의 투과율을 조절하여 효율적으로 적정 실내 온도를 유지할 뿐만 아니라, 실내 조도를 조절할 수 있는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 플렉서블한 효과를 가질 뿐만 아니라, 고분자 분산 액정필름과 투명전극간의 박리 현상을 현저히 저하시킬 수 있으면서도 광산란, 광투과가 균일하게 이루어질 수 있는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 제1투명전극, 고분자 분산 액정필름 및 제2투명전극이 순차적으로 적층된 스마트 윈도우 필름이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1투명전극 및 제2투명전극 각각은 베이스층, 메탈나노와이어층 및 오버코팅층이 순차적으로 적층되어 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 고분자 분산 액정필름 일면에는 제1투명전극의 오버코팅층이 적층되어 있고, 고분자 분산 액정필름 필름 타면에는 제2투명전극의 오버코팅층이 적층되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 전압 인가 전에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 1 ~ 5%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40 ~ 80V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 10 ~ 60%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 전압 인가 전에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 3 ~ 20%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40 ~ 80V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 40 ~ 60%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 베이스층은 PET(PolyEthylene Terephthalate)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 메탈나노와이어층은 은나노와이어(Ag nanowire)를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 오버코팅층은 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 안티몬계 화합물, 주석계 화합물, 디티올계 금속 착화합물, 실리카계 화합물 및 스쿠아릴륨계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 은나노와이어는 직경이 20 ~ 40nm, 길이가 5 ~ 10㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 베이스층 및 오버코팅층은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 고분자 분산 액정필름 및 제1투명전극은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법은 베이스층, 메탈나노와이어층 및 오버코팅층이 순차적으로 적층된 제1투명전극, 고분자 분산 액정필름 및 베이스층, 메탈나노와이어층 및 오버코팅층이 순차적으로 적층된 제2투명전극을 각각 준비하는 제1단계 및 상기 제1투명전극의 오버코팅층과 상기 제2투명전극의 오버코팅층을 마주보도록 배치하고, 상기 제1투명전극의 오버코팅층과 제2투명전극의 오버코팅층 사이에 고분자 분산 액정필름을 위치시킨 다음, 라미네이트(laminate)하여 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름을 제조하는 제2단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 제1투명전극 및 제2투명전극 각각은 베이스층을 준비하는 단계, 상기 베이스층 일면에 은나노와이어가 포함된 분산액을 코팅하고, 건조하여 메탈나노와이어층을 형성하는 단계, 상기 메탈나노와이어층 일면에 오버코팅층 형성물질을 코팅하고, 건조하여 오버코팅층을 형성하는 단계 및 상기 오버코팅층 일면에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 분산액은 전체 중량%에 대하여 은나노와이어를 0.11 ~ 0.15 중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 전압 인가 전에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 1 ~ 5%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40 ~ 80V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 10 ~ 60%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 전압 인가 전에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 3 ~ 20%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40 ~ 80V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 40 ~ 60%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법은 태양에너지 투과율, 구체적으로 가시광선 및/또는 적외선의 투과율을 조절하여 효율적으로 적정 실내 온도를 유지할 뿐만 아니라, 실내 조도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법은 플렉서블한 효과를 가질 뿐만 아니라, 고분자 분산 액정필름과 투명전극간의 박리 현상을 현저히 저하시킬 수 있으면서도 광산란, 광투과가 균일하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 동작원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 투과율 가변형 스마트 윈도우 시스템의 구성요소를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도 1을 참조하여, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 동작원리를 설명하면, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 액정 및 고분자(유기물)을 포함하는 고분자 분산 액정필름(=PDLC 필름)과 고분자 분산 액정필름의 양면에 적층된 투명전극으로 구성되고, 투명전극에 전원을 공급하기 위한 전원공급부가 연결될 수 있다. 투명전극은 전원공급부를 통해 전원을 공급받게 되는데, 공급되는 전원의 전압에 따라 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름에 투과되는 태양에너지 투과율이 조절될 수 있는 것이다.
본 발명에 있어서, 투명전극에 인가되는 전압은 40 ~ 80V, 바람직하게는 50 ~ 70V일 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름을 더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 제1투명전극(10), 고분자 분산 액정필름(30) 및 제2투명전극(20)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
먼저, 본 발명의 고분자 분산 액정필름(30)은 액정 및 고분자(유기물)을 포함할 수 있고, 고분자 내에 미세 마이크로 크기의 수많은 액정(liquid crystal)의 액적(droplet)들이 분산되어 있는 형태를 가질 수 있으며, 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정들이 불규칙하게 배열되어 빛을 산란시켜 불투명한 상태가 되며, 전압 인가 시에는 액정이 전기장에 평행한 방향으로 배열되어 고분자와 비슷한 굴절률을 가지게 되어 투명한 상을 나타내게 되는 필름일 수 있다.
본 발명의 고분자 분산 액정필름(30)의 액정은 C18H19N, C20H23N, C21H25NO 및 C24H23N 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 C18H19N, C20H23N, C21H25NO 및 C24H23N을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 전체 중량%에 대하여, C18H19N 46 ~ 56 중량%, C20H23N 20 ~ 30 중량%, C21H25NO 11 ~ 21 중량%, C24H23N 3 ~ 13중량%로 포함할 수 있고, 더더욱 바람직하게는 C18H19N 48 ~ 54 중량%, C20H23N 22 ~ 28 중량%, C21H25NO 8 ~ 19 중량%, C24H23N 5 ~ 11중량%로 포함할 수 있다.
본 발명의 고분자 분산 액정필름(30)의 고분자(유기물)는 우레탄 아크릴레이트, 모노머 및 광개시제를 포함할 수 있다.
우레탄 아크릴레이트는 지환족(cycloaliphatic) 우레탄 아크릴레이트, 프로필렌글리콜 및 탄소-탄소 이중결합을 가지는 우레탄 아크릴레이트 중에서 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 지환족(cycloaliphatic) 우레탄 아크릴레이트, 프로필렌글리콜 및 탄소-탄소 이중결합을 가지는 우레탄 아크릴레이트를 포함할 수 있다.
지환족(cycloaliphatic) 우레탄 아크릴레이트로는 IPDI(Isophorone Diisocyanate)를 포함할 수 있고, 프로필렌글리콜로는 TPG-methyl ether(Tripropylene glycol methyl ether), 탄소-탄소 이중결합을 가지는 우레탄 아크릴레이트로는 TMPDAE(Trimethylolpropane diallyl ether) 및 2-HEA(2-Hydroxyethyl Acrylate)를 포함할 수 있다.
모노머는 희석제 및/또는 가교제 화합물을 포함할 수 있고, 희석제 화합물로는 2-EHA(Ethylhexyl acrylate) 및/또는 IBOA(Isobornyl acrylate)를 포함할 수 있으며, 가교제 화합물로는 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate), Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate) 및 TPGDA(Tri(propylene glycol) diacrylate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 HDDA(1,6-Hexanediol diacrylate), Trimethylolpropane tris(3-mercaptopropionate), TMPTA(Trimethylolpropane triacrylate) 및 TPGDA(Tri(propylene glycol) diacrylate)를 포함할 수 있다.
광개시제는 Benzophenon(CA-21) 및 Ir-184(Irgacure 184) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 Benzophenon(CA-21) 및 Ir-184(Irgacure 184)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 고분자 분산 액정필름(30)의 구체적인 설명은 한국 등록특허 제10-0171558호 및 특허공개공보 제10-2011-0053642호에 상세히 나와 있으므로, 이에 대한 더욱 자세한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 고분자 분산 액정필름(30)은 5 ~ 35㎛의 두께, 바람직하게는 15 ~ 25㎛의 두께를 가질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제1투명전극(10)은 베이스층(11), 메탈나노와이어층(12) 및 오버코팅층(13)이 순차적으로 적층되어 있을 수 있고, 본 발명의 제2투명전극(20)은 베이스층(21), 메탈나노와이어층(22) 및 오버코팅층(23)이 순차적으로 적층되어 있을 수 있을 수 있다. 이 때, 고분자 분산 액정필름(30) 일면에는 제1투명전극(10)의 오버코팅층(13)이 적층되어 있을 수 있고, 고분자 분산 액정필름(30) 타면에는 제2투명전극(20)의 오버코팅층(23)이 적층되어 있을 수 있다.
본 발명의 제1투명전극(10)의 베이스층(11)은 투명성을 유지하면서 내구성을 가지는 층으로서, PET(PolyEthylene Terephthalate), PP(PolyPropylene) 및 COP(cyclo-olefin polymer) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 PET(PolyEthylene Terephthalate)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1투명전극(10)의 베이스층(11)은 30 ~ 70㎛의 두께, 바람직하게는 40 ~ 60㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제1투명전극(10)의 메탈나노와이어층(12)은 은나노와이어(Ag nanowire)를 포함할 수 있다. 이 때, 은나노와이어(Ag nanowire)는 직경이 10 ~ 50nm, 바람직하게는 20 ~ 40nm, 길이가 3 ~ 15㎛, 바람직하게는 5 ~ 10㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 제1투명전극(10)의 메탈나노와이어층(12)은 15 ~ 120nm의 두께, 바람직하게는 25 ~ 100nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제1투명전극(10)의 오버코팅층(13)은 메탈나노와이어층(12)을 보호할 수 있는 층으로서, 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 안티몬계 화합물, 주석계 화합물, 디티올계 금속 착화합물, 실리카계 화합물 및 스쿠아릴륨계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고 바람직하게는 실리카계 화합물 및 스쿠아릴륨계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1투명전극(10)의 오버코팅층(13)은 1 ~ 10㎛의 두께, 바람직하게는 1 ~ 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 제1투명전극(10)의 베이스층(11)과 오버코팅층(13)은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가질 수 있다.
또한, 고분자 분산 액정필름(30)과 제1투명전극(10)은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가질 수 있다.
본 발명의 제2투명전극(20)의 베이스층(21)은 투명성을 유지하면서 내구성을 가지는 층으로서, PET(PolyEthylene Terephthalate), PP(PolyPropylene) 및 COP(cyclo-olefin polymer) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 PET(PolyEthylene Terephthalate)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2투명전극(20)의 베이스층(21)은 30 ~ 70㎛의 두께, 바람직하게는 40 ~ 60㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제2투명전극(20)의 메탈나노와이어층(22)은 은나노와이어(Ag nanowire)를 포함할 수 있다. 이 때, 은나노와이어(Ag nanowire)는 직경이 10 ~ 50nm, 바람직하게는 20 ~ 40nm, 길이가 3 ~ 15㎛, 바람직하게는 5 ~ 10㎛일 수 있다.
또한, 본 발명의 제2투명전극(20)의 메탈나노와이어층(22)은 15 ~ 120nm의 두께, 바람직하게는 25 ~ 100nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 제2투명전극(20)의 오버코팅층(23)은 메탈나노와이어층(22)을 보호할 수 있는 층으로서, 시아닌계 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 나프탈로시아닌계 화합물, 안티몬계 화합물, 주석계 화합물, 디티올계 금속 착화합물, 실리카계 화합물 및 스쿠아릴륨계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고 바람직하게는 실리카계 화합물 및 스쿠아릴륨계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2투명전극(20)의 오버코팅층(23)은 1 ~ 10㎛의 두께, 바람직하게는 1 ~ 10㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 제2투명전극(20)의 베이스층(21)과 오버코팅층(23)은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가질 수 있다.
또한, 고분자 분산 액정필름(30)과 제2투명전극(20)은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 전압 인가 전에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 1 ~ 5%, 바람직하게는 2 ~ 4%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40 ~ 80V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 10 ~ 60%, 바람직하게는 10 ~ 50%의 투과율로 투과시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 10 ~ 45%의 투과율로 투과시킬 수 있고, 60V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 15 ~ 50%의 투과율로 투과시킬 수 있으며, 80V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 20 ~ 55%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 전압 인가 전에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 3 ~ 20%, 바람직하게는 3.5 ~ 18%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40 ~ 80V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 40 ~ 60%, 바람직하게는 43 ~ 57%의 투과율로 투과시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름은 40V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 43 ~ 52%의 투과율로 투과시킬 수 있고, 60V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 45 ~ 55%의 투과율로 투과시킬 수 있으며, 80V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 45 ~ 58%의 투과율로 투과시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법은 제1단계 및 제2단계를 포함한다.
먼저, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법의 제1단계는 앞서 언급한 제1투명전극, 고분자 분산 액정필름 및 제2투명전극을 각각 준비할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법의 제2단계는 제1투명전극의 오버코팅층과 제2투명전극의 오버코팅층을 마주보도록 배치하고, 제1투명전극의 오버코팅층과 제2투명전극의 오버코팅층 사이에 고분자 분산 액정필름을 위치시킨 다음, 라미네이트(laminate)하여 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법의 제1단계에서 준비한 제1투명전극은 베이스층을 준비하는 단계, 베이스층 일면에 은나노와이어가 포함된 분산액을 코팅하고, 건조하여 메탈나노와이어층을 형성하는 단계, 메탈나노와이어층 일면에 오버코팅층 형성물질을 코팅하고, 건조하여 오버코팅층을 형성하는 단계 및 오버코팅층 일면에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하여 제조할 수 있다. 이 때, 각각의 코팅은 스프레이 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 슬롯다이 코팅, 스핀코팅, 캐스팅, 딥코팅, 스퍼터링 등을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 슬롯다이 코팅(slot die coating)을 수행할 수 있다. 또한, 각각의 건조는 50 ~ 150℃, 바람직하게는 80 ~ 120℃의 온도에서 1 ~ 10분, 바람직하게는 1 ~ 5분동안 수행할 수 있다. 또한, 조사는 300 ~ 450nm, 바람직하게는 350 ~ 400nm 파장의 자외선을 1분 이하, 바람직하게는 20 ~ 50초 동안 수행할 수 있다. 또한, 은나노와이어가 포함된 분산액은 전체 중량%에 대하여 은나노와이어를 0.05 ~ 0.20 중량%, 바람직하게는 0.11 ~ 0.15 중량%로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법의 제1단계에서 준비한 제2투명전극은 베이스층을 준비하는 단계, 베이스층 일면에 은나노와이어가 포함된 분산액을 코팅하고, 건조하여 메탈나노와이어층을 형성하는 단계, 메탈나노와이어층 일면에 오버코팅층 형성물질을 코팅하고, 건조하여 오버코팅층을 형성하는 단계 및 상기 오버코팅층 일면에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하여 제조할 수 있다. 이 때, 각각의 코팅은 스프레이 코팅, 마이크로그라비아 코팅, 슬롯다이 코팅, 스핀코팅, 캐스팅, 딥코팅, 스퍼터링 등을 수행할 수 있으며, 바람직하게는 슬롯다이 코팅(slot die coating)을 수행할 수 있다. 또한, 각각의 건조는 50 ~ 150℃, 바람직하게는 80 ~ 120℃의 온도에서 1 ~ 10분, 바람직하게는 1 ~ 5분동안 수행할 수 있다. 또한, 조사는 300 ~ 450nm, 바람직하게는 350 ~ 400nm 파장의 자외선을 1분 이하, 바람직하게는 20 ~ 50초 동안 수행할 수 있다.
또한, 은나노와이어가 포함된 분산액은 전체 중량%에 대하여 은나노와이어를 0.05 ~ 0.20 중량%, 바람직하게는 0.11 ~ 0.15 중량%로 포함할 수 있다.
나아가, 도 3을 참조하면 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 시스템은 앞서 설명한 고분자 분산 액정필름 및 투명전극(=제1 및 제2 투명전극)외에도 전원공급부, 조도센서, 전원출력제어부 및 통신모듈을 포함할 수 있다.
전원공급부는 투명전극에 전원을 공급하기 위한 것으로, 투명전극에 공급되는 전압은 40 ~ 80V, 바람직하게는 50 ~ 70V일 수 있다. 또한, 조도센서는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름이 배치되는 창문과 같은 장소의 실내, 실외 조도를 측정하기 위한 것일 수 있다. 또한, 전원출력제어부는 조도센서가 측정한 조도값에 대응하여 전원공급부의 출력을 제어하기 위한 것일 수 있다.
기술된 바와 같은 구성에 따르면, 예를 들어 조도센서가 측정한 조도값이 높아질수록 전원출력제어부는 주변 환경이 밝은 것으로 인식하여 전원공급부의 출력을 점차적으로 낮춰 고분자 분산 액정필름이 점점 불투명한 상태가 되도록 하여 가시광선, 적외선, 자외선을 차단할 수 있으며, 반대로 조도센서가 측정한 조도값이 낮아질수록 전원출력제어부는 주변 환경이 어두운 것으로 인식하여 전원공급부의 출력을 점차적으로 높여 고분자 분산 액정필름이 점점 투명한 상태가 되도록 할 수 있을 것이다.
또한, 통신모듈은 스마트폰, 데스크 탑, 노트북 등과 같은 외부 단말기와 통신하기 위한 것으로서, 전원출력제어부가 통신모듈을 통해 수신되는 지역 날씨 정보에 기초하여 전원공급부의 출력을 제어할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해서는 실내 창문에 본 발명의 투과율 가변형 스마트 윈도우 시스템를 설치한 이후에 그 지역 날씨 정보를 외부 단말기가 전원출력제어부에 전송하면, 흐린 날씨에는 전원출력제어부가 전원공급부의 출력을 높여 고분자 분산 액정필름의 투명도를 높이거나, 맑은 날씨에는 전원공급부의 출력을 낮춰 고분자 분산 액정필름이 불투명하도록 유도하거나, 밤에는 고분자 분산 액정필름의 투명도를 높이거나, 낮에는 투명도를 낮추는 등 다양한 날씨에 대응하여 고분자 분산 액정필름의 투명도를 조절할 수 있을 것이다.
추가로, 외부 단말기가 통신모듈을 거쳐 무선으로 전원공급부의 출력을 직접 제어 가능하도록 함으로써, 고분자 분산 액정필름의 투명도를 조절하기 위해 전원공급부까지 사람이 직접 접근하여 이를 제어할 필요없이 스마트폰과 같은 통신수단을 통해 무선으로 편리하게 제어 가능할 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구현예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명의 구현예를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
준비예 1 : 투명전극의 제조
(1) 베이스층으로 50㎛의 두께를 가지는 PET(PolyEthylene Terephthalate) 필름을 준비하였다.
(2) 상기 베이스층 일면에 직경이 30nm, 길이가 7.5㎛인 은나노와이어가 0.13 중량%로 포함된 분산액을 슬롯다이 코팅(slot die coating)하고, 100℃의 온도에서 3.5분동안 건조하여 62.5nm의 두께를 가지는 메탈나노와이어층을 형성하였다.
(3) 형성된 메탈나노와이어층 일면에 오버코팅층 형성물질을 슬롯다이 코팅(slot die coating)하고, 100℃의 온도에서 3분동안 건조하여 3㎛의 두께를 가지는 오버코팅층을 형성하였다. 오버코팅층 형성물질로는 실리카계 화합물을 사용하였다.
(4) 형성된 오버코팅층 일면에 365nm 파장의 자외선을 30초 동안 조사하여 경화시켜 투명전극을 제조하였다.
실시예 1 : 스마트 윈도우 필름의 제조
(1) 제1투명전극으로서 준비예 1에서 제조된 투명전극을, 제2투명전극으로서 준비예 1에서 제조된 투명전극을 준비하였다.
(2) 제1투명전극의 오버코팅층과 제2투명전극의 오버코팅층을 마주보도록 배치하고, 제1투명전극의 오버코팅층과 제2투명전극의 오버코팅층 사이에 20㎛의 두께를 가지는 고분자 분산 액정필름을 위치시킨 다음, 갭 롤러(Gap roller)에 투입하여, 15m/분의 속도로 라미네이트(laminate)시켜 스마트 윈도우 필름의 제조하였다.
고분자 분산 액정필름으로서는 하기 표 1에 기재된 액정 성분과 표 2에 기재된 고분자(유기물) 성분을 포함한 조성물을 UV 경화하여 형성된 것을 사용하였다.
Figure 112020024193623-pat00001
Figure 112020024193623-pat00002
실험예 1 : 투명전극의 면저항 측정
4-point probe를 이용하여, 준비예 1에서 제조된 투명전극의 면저항을 측정하였으며, 50Ω/□의 면저항을 가지는 것으로 측정되었다.
실험예 2 : 스마트 윈도우 필름의 투과율 측정
Uv/vis spectrometer를 이용하여, 실시예 1에서 제조된 스마트 윈도우 필름의 전압(V)-파장대(nm) 별 투과율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112020024193623-pat00003
본 발명의 단순한 변형이나 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해서 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1투명전극, 고분자 분산 액정필름 및 제2투명전극이 순차적으로 적층된 스마트 윈도우 필름에 있어서,
    상기 제1투명전극 및 제2투명전극 각각은 베이스층, 메탈나노와이어층 및 오버코팅층이 순차적으로 적층되어 있으며,
    상기 고분자 분산 액정필름 일면에는 제1투명전극의 오버코팅층이 적층되어 있고, 상기 고분자 분산 액정필름 타면에는 제2투명전극의 오버코팅층이 적층되어 있으며,
    상기 베이스층은 PET(PolyEthylene Terephthalate)을 포함하고, 상기 메탈나노와이어층은 은나노와이어(Ag nanowire)를 포함하며, 상기 오버코팅층은 실리카계 화합물을 포함하고,
    상기 제1투명전극의 베이스층 및 오버코팅층은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가지고, 상기 제2투명전극의 베이스층 및 오버코팅층은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가지며,
    상기 제1투명전극의 메탈나노와이어층은 25 ~ 100nm의 두께를 가지고, 상기 제2투명전극의 메탈나노와이어층은 25 ~ 100nm의 두께를 가지며,
    상기 고분자 분산 액정필름 및 제1투명전극은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가지고, 상기 고분자 분산 액정필름 및 제2투명전극은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가지며,
    상기 스마트 윈도우 필름은
    전압 인가 전에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 2 ~ 4%의 투과율로 투과시키고, 40V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 10 ~ 45%의 투과율로 투과시키며, 80V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 20 ~ 55%의 투과율로 투과시키고,
    전압 인가 전에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 3.5 ~ 18%의 투과율로 투과시키고, 40V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 43 ~ 52%의 투과율로 투과시키며, 80V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 45 ~ 58%의 투과율로 투과시키는 것을 특징으로 하는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 은나노와이어는 직경이 20 ~ 40nm, 길이가 5 ~ 10㎛인 것을 특징으로 하는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름.
  6. 삭제
  7. 베이스층, 메탈나노와이어층 및 오버코팅층이 순차적으로 적층된 제1투명전극, 고분자 분산 액정필름 및 베이스층, 메탈나노와이어층 및 오버코팅층이 순차적으로 적층된 제2투명전극을 각각 준비하는 제1단계; 및
    상기 제1투명전극의 오버코팅층과 상기 제2투명전극의 오버코팅층을 마주보도록 배치하고, 상기 제1투명전극의 오버코팅층과 제2투명전극의 오버코팅층 사이에 고분자 분산 액정필름을 위치시킨 다음, 라미네이트(laminate)하여 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름을 제조하는 제2단계; 를 포함하고,
    상기 베이스층은 PET(PolyEthylene Terephthalate)을 포함하고, 상기 메탈나노와이어층은 은나노와이어(Ag nanowire)를 포함하며, 상기 오버코팅층은 실리카계 화합물을 포함하고,
    상기 제1투명전극의 베이스층 및 오버코팅층은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가지고, 상기 제2투명전극의 베이스층 및 오버코팅층은 1 : 0.02 ~ 0.1의 두께비를 가지며,
    상기 제1투명전극의 메탈나노와이어층은 25 ~ 100nm의 두께를 가지고, 상기 제2투명전극의 메탈나노와이어층은 25 ~ 100nm의 두께를 가지며,
    상기 고분자 분산 액정필름 및 제1투명전극은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가지고, 상기 고분자 분산 액정필름 및 제2투명전극은 1 : 2.0 ~ 3.0의 두께비를 가지며,
    상기 스마트 윈도우 필름은
    전압 인가 전에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 2 ~ 4%의 투과율로 투과시키고, 40V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 10 ~ 45%의 투과율로 투과시키며, 80V의 전압 인가 시에는 380 ~ 800nm 파장의 빛을 20 ~ 55%의 투과율로 투과시키며,
    전압 인가 전에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 3.5 ~ 18%의 투과율로 투과시키고, 40V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 43 ~ 52%의 투과율로 투과시키며, 80V의 전압 인가 시에는 850 ~ 2000nm 파장의 빛을 45 ~ 58%의 투과율로 투과시키는 것을 특징으로 하는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1투명전극 및 제2투명전극 각각은
    베이스층을 준비하는 단계;
    상기 베이스층 일면에 은나노와이어가 포함된 분산액을 코팅하고, 건조하여 메탈나노와이어층을 형성하는 단계;
    상기 메탈나노와이어층 일면에 오버코팅층 형성물질을 코팅하고, 건조하여 오버코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 오버코팅층 일면에 자외선을 조사하여 경화시키는 단계;
    를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분산액은 전체 중량%에 대하여 은나노와이어를 0.11 ~ 0.15 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율 가변형 스마트 윈도우 필름의 제조방법.
  10. 삭제
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