KR20200018675A - 코로나 효과(Corona Effect)를 줄이는 정의된 액적 크기 분포를 갖는 PDLC 필름이 구비된 차량 창유리 - Google Patents

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Abstract

제1유리판(1), 하나 또는 복수의 중합체 층(2), 액정 액적 (8)이 매립된 중합체 매트릭스(9)를 포함하는 PDLC층(4)으로서, 전기전도층(3,5)이 각각의 경우에 PDLC층의 양면에 배치되거나, 편광 입자가 현탁된 현탁 액적이 매립된 중합체 매트릭스를 포함하는 SPD층으로서, 전기전도층이 각 경우에 SPD층의 양면에 배치되고, 하나 또는 복수의 중합체 층 (6), 및 제2유리판(7)을 이 순서로 포함하는 차량 창유리로서, PDLC층의 경우에 액정 액적 또는 SPD층의 경우에 현탁 액적의 평균 크기가 2 ㎛를 초과하고, 바람직하게는 상태 표준 편차가 30%를 초과한다.
차량 창유리는 투명한 상태와 탁하거나 불투명 상태 사이에서 전환될 수 있다. 투명한 상태에서, 본 발명에 따른 차량 창유리는 감소된 코로나 효과 및 가능하게는 감소된 무지개 효과를 나타낸다.

Description

코로나 효과(Corona Effect)를 줄이는 정의된 액적 크기 분포를 갖는 PDLC 필름이 구비된 차량 창유리
본 발명은 전압을 인가함으로써 광투과율이 변할 수 있는 차량 창유리에 관한 것으로, 특히 투명한 상태와 탁하거나 불투명한 상태 사이에서 전환될 수 있는 차량 창유리에 관한 것이다.
PDLC 유리(스마트 글레이징) 또는 지능형 유리로도 지칭되는 이러한 판유리는 PDLC(polymer dispersed liquid crystal)층을 활성층으로 포함하는데, 이를 통해 판유리가 투명한 상태와 탁하거나 불투명한 상태 사이에서 전환될 수 있다.
PDLC층은 2개의 투명한 전기 전도층들(전극들) 사이에 위치하고 전기장이 인가될 수 있는 액정 액적(droplets)가 매립된 중합체 매트릭스를 포함한다. 전기장이 없으면 액정 액적이 정렬되지 않아서 판유리가 탁하거나 불투명한 상태가 된다. 전기장을 인가할 때, 액정 액적은 동일한 방향으로 정렬되고 PDLC층은 투명해진다. 이 과정은 가역적이다.
PDLC 유리는, 예를 들어 건물용 창문으로 사용된다. 건물의 경우, 일반적으로 예를 들어 6mm의 두꺼운 다중 판유리가 사용된다. 빈 공간으로 분리된 3개의 판유리를 갖는 시스템이 일반적이다. 이러한 판유리에서, PDLC층은 통상적인 판유리와 내측 판유리가 내측면에 적층되거나 개장되는 추가 판유리 사이에 적층될 수있다.
또한, PDLC 유리로 제조된 판유리는 차량용으로, 예를 들어 선루프에서 유리 천장으로, 뒷창으로 또는 뒤측면창으로 주목받는다. 탁하거나 불투명한 상태에서, PDLC 판유리는 직사광선을 차단하고 사생활을 보호할 수 있다.
그러나, PDLC층을 포함하는 차량 창유리 또는 판유리의 단점은 판유리가 투명한 상태에서, 광원(일반적으로 태양)으로부터 빛이 판유리를 통과할 때 비교적 강한 코로나 효과가 발생할 수 있다는 것이다. 코로나로 지칭되는 동심원 링 패턴이 광원 주위에 형성된다. 코로나의 중앙 밝은 영역(후광(aureole)이라고도 함)은 푸르스름한 흰색 디스크처럼 보이는데, 에지쪽으로 갈수록 적갈색으로 바래진다. 코로나의 외측 에지에서, 관찰자는 때때로 무지개 효과라고도 지칭되는 무지개 색깔을 감지한다. 차량 창유리의 경우, 이러한 효과는 관찰자와의 근접한 거리 및 차량에 흔히 요구되는 판유리의 색조로 인해 현저한 역할을 한다. PDLC층을 구비한 판유리의 다른 애플리케이션, 예를 들어 건물의 창문에서는 이러한 효과는 무시할 만하다.
관찰자가 차량 창유리에서 멀어지면 코로나는 잘 보이지 않는다. 그러나, 차량 창유리가 투명한 상태에서, 관찰자가 PDLC 판유리에 근접하여 위치될 때 코로나는 뚜렷해진다. PDLC 판유리가 기울어져 있으면 이 효과가 더욱 강해진다. 결과적으로, 차량 탑승자에 대해서 이 효과는 탑승자가 창유리, 예를 들어 선루프에 근접하여 위치되기 때문에 방해가 된다. 태양의 방향으로 선루프 또는 유리 천장을 통해 볼 때, 시야각도 경사지게 되어 상황을 더욱 악화시킨다. 코로나의 색상 효과도 차량 탑승자를 방해한다.
투명한 상태와 탁하거나 불투명한 상태 사이에서 전환될 수 있는 판유리를 제공하는 다른 알려진 기술은 SPD 기술인데, 이 기술에서는 판유리에 SPD(suspended particle device)층이 활성층으로 포함된다. 일반적으로, SPD층은 불투명한 상태로 되지 않는다. SPD층에서는 액정 액적 대신, 편광 입자가 현탁되는 현탁 액적(suspension droplets)이 중합체 매트릭스에 매립된다는 점을 제외하고는 그 원리가 PDLC층의 원리와 유사하다. 이러한 시스템은, 예를 들어 EP 0551138 A1에 개시되어 있다. SPD층을 포함하는 판유리에서, 전술된 코로나 효과와 어쩌면 무지개 효과도 투명한 상태에서 동일한 방식으로 관찰된다.
WO 2016/008375 A1은 PDLC층이 제1유리와 제2유리 사이에 배치되는 전환 가능한 유리 구조에 관한 것으로, 이 층은 중합체 층과 그 안에 분산된 액정 미소 구체(microspheres)를 포함하고, 제1 및/또는 제2유리는 전자파 차단(anti-radiation) 코팅이 마련된다.
DE 102013214249 A1은 PDLC 필름 또는 SPD 필름일 수 있는 필름 복합체의 제조 기술을 개시한다.
DE 202013006516 U1은 2개의 전극 사이에 위치한 PDLC층을 구비한 시스템에 관한 것으로, 이 층은 중합체 매트릭스에 분산된 미세 입자를 형성하는 액정 화합물을 함유하며, 액정 화합물의 질량 함량은 40 내지 70%이고, PDLC층은 5 내지 25 ㎛의 두께를 가지며, 중합체 매트릭스에 분산된 액정 액적의 평균 직경은 0.25 ㎛ 내지 2.00 ㎛이다.
결과적으로, 본 발명의 목적은 앞서 언급된 형식의 코로나 효과 및 어쩌면 무지개 효과를 약화시키거나 크게 제거하는 PDLC층 또는 SPD층이 구비된 차량 창유리를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1에 따른 차량 창유리에 의해 달성된다. 또한, 본 발명은 다른 독립항들에 따르면, 이러한 판유리를 포함하는 차량 및 본 발명에 따른 판유리의 차량 창유리로의 사용에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들에서 개시된다.
이에 따라, 본 발명은 차량 창유리에 관한 것으로,
a. 제1유리판(1),
b. 하나 또는 복수의 중합체 층(2),
c. 액정 액적(8)이 매립된 중합체 매트릭스(9)를 포함하는 PDLC층(4)으로서, 전기전도층(3,5)이 각각의 경우에 PDLC층의 양면에 배치되거나,
편광 입자가 현탁된 현탁 액적이 매립된 중합체 매트릭스를 포함하는 SPD층으로서, 전기전도층이 각 경우에 SPD층의 양면에 배치되고,
d. 하나 또는 복수의 중합체 층(6), 및
e. 제2유리판(7)을 이 순서로 포함하고,
PDLC층의 경우에 액정 액적, 또는 SPD층의 경우에 현탁 액적의 평균 크기가 2 ㎛를 초과하는 것을 특징으로 한다. PDLC층의 경우에 액정 액적, 또는 SPD층의 경우에 현탁 액적의 평균 크기가 2 ㎛를 초과하며 상대 표준 편차가 30%를 초과하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 차량 창유리는, PDLC층 또는 SPD층을 포함하는 종래 기술의 차량 창유리와 비교하여, 현저하게 약화된 코로나 효과를 나타낸다. 코로나의 크기 또는 직경이 현저하게 감소된다. 판유리의 광학 품질은 향상된다. 이에 따라 차량 탑승자에 대한 방해 효과가 회피되거나 적어도 감소된다.
바람직한 실시예에서, 특히 액정 액적 또는 현탁 액적이 평균 크기가 2 ㎛ 를 초과하며 상대 표준 편차가 30%를 초과할 때, 코로나 및 무지개 영역에서의 색상의 대비도 현저하게 감소하고, 색상이 약해진다(무지개 효과). 이것은 판유리의 광학 품질을 더욱 향상시킨다.
액정 액적 또는 현탁 액적의 크기를 더 큰 범위로 조절함으로써, 코로나의 크기가 감소된다. 매우 큰 표준 편차, 즉 불균일한 입자 크기 분포를 갖는 액정 액적 또는 현탁 액적을 사용함으로써, 색상 간의 대비가 감소되어 색상이 약해지며 어쩌면 완전히 사라질 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 PDLC층을 구비한 차량 창유리를 대략적으로 도시한 것이고,
도 2a-b는 탁하거나 불투명한 상태(도 2a) 및 투명한 상태(도 2b)에서 PDLC층을 구비한 차량 창유리를 대략적으로 도시한 것이고,
도 3a-d는 본 발명에 따르지 않은 차량 창유리(도 3a-c) 및 본 발명에 따른 차량 창유리(도 3d)를 통과한 태양의 사진이고,
도 4는 단면에서 PDLC층의 미세 구조를 대략적으로 도시한 것이고,
도 5는 다른 PDLC층의 미세 구조를 대략적으로 도시한 것이고,
도 6a-b는 코로나 효과와 무지개 효과를 대략적으로 도시한 것이다.
본 발명에 따른 차량 창유리 또는 PDLC층 또는 SPD층은 투명한 상태 및 탁하거나 불투명한 상태 사이에서 가역적으로 전환될 수 있다. 즉, 판유리의 광 산란이 가변적으로 조절될 수 있다. 이를 위해, 차량 창유리는 전기전도층을 통해 켜지고 꺼질 수 있는 전압원에 연결된다.
탁하거나 불투명한 상태에서, 광 투과율(light transmittance)은 감소되어 차량 창유리가 탁해지거나(즉, 불투명해짐) 흐려지게(즉, 덜 투명해짐)된다.
전압원을 켜서 전기장을 인가하면, PDLC층의 액정 액적 또는 SPD층의 현탁 액적이 스스로 정렬되고 PDLC층 또는 SPD층이 투명해진다. 전기장이 존재하지 않도록 전압원을 끄면, PDLC층의 액정 액적 또는 현탁 액적이 균일하게 정렬되지 않고, 빛이 산란되고, PDLC층 또는 SPD층이 탁해지거나 불투명해진다. 이 과정은 가역적이다. 이 원리는 도 2a-b를 참조하여 다음에 추가로 설명된다.
PDLC(polymer dispersed liquid crystal)층 또는 SPD(suspended particle device)층을 구비하며 투명한 상태와 탁하거나 불투명한 상태 사이에서 가역적으로 전환될 수 있는 창유리가 알려져 있다.
판유리를 통해 태양과 같은 광원을 볼 때, PDLC 및 SPD층에 의한 전술된 코로나 효과는 창유리의 액정 액적 또는 현탁 액적상에서 빛이 산란되어 발생된다. 도 6은 그 효과를 대략적으로 보여준다. 햇빛이나 달빛이 구름의 액적에 의해 산란될 때 비슷한 효과가 기상학에서도 알려져 있다.
본 발명에 따른 차량 창유리는 PDLC층 또는 SPD층을 구비한다. PDLC층은 액정 액적이 매립된 중합체 매트릭스를 포함하거나 중합체 매트릭스이고, 액정 액적은 평균 크기가 2 ㎛를 초과하고, 평균 크기의 상대 표준 편차는 바람직하게는 30%를 초과한다. 액정 액적은 하나 또는 복수의 액정 화합물의 액적이다. SPD층은 편광 입자가 현탁되는 현탁 액적이 매립된 중합체 매트릭스를 포함하거나 중합체 매트릭스이고, 현탁 액적은 평균 크기가 2 ㎛를 초과하고, 평균 크기의 상대 표준 편차는 바람직하게는 30%를 초과한다. 현탁 액적은 편광 입자가 현탁되는 현탁 액체의 액적이다.
액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기는, 예를 들어 30㎛ 이하일 수 있지만, 12㎛를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기는 3 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 4 내지 8 ㎛이다. 이것은 코로나를 더 감소시킨다는 측면에서 장점이 있다. 액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기의 상대 표준 편차는, 30% 초과 및/또는 80% 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 평균 크기는 산술 평균을 말한다. 여기서, 액적 크기 분포의 척도로서의 상대 표준 편차는 일반적인 것과 같이, 산술 평균의 표준 편차를 산술 평균으로 나눈 값이 백분율로 표현된다. 상대 표준 편차는 변동 계수라고도 지칭된다.
여기서, PDLC층의 액정 액적 또는 SPD층의 현탁 액적의 평균 크기 및 표준 편차는, PDLC층 또는 SPD층 단면의 주사 전자 현미경(SEM) 이미지에서 적어도 50개의 액정 액적 또는 현탁 액적의 직경을 측정하고, 이미지에서 측정된 직경의 산술 평균 및 표준 편차를 계산함으로써 결정되는 평균 크기 및 표준 편차이다. 이미지의 액적이 구형이 아닌 경우, 장축(major-axis) 직경(가장 큰 직경)이 선택된다. 액정 액적 또는 현탁 액적은, PDLC층 또는 SPD층의 단면을 생성할 때 중합체 매트릭스에서 누출되는 메소제닉(mesogenic) 액체이어서, 실제로는 중합체 매트릭스에 잔존하며 누출된 액적의 형상 및 크기에 대응되는 공동부(cavities)가 측정된다는 점에 유의해야 한다.
PDLC층의 액정 액적은 하나 또는 복수의 액정 화합물을 함유할 수 있다. 일반적인 액정이 사용될 수 있다. 시중에서 판매되는 여러 가지 다른 시스템들이 있다. 적절한 액정의 예들은, 예를 들어 EP 0 564 869 A1 및 EP 0 598 086 A1에 개시되어 있다. 또한, 예를 들어, 머크(Merck) 사에서 MDA-00-3506이라는 명칭으로 시판되는 제품이 적합한데, 이것은 4-((4-에틸-2,6-디플루오로페닐)-에티닐)-4'-프로필비페닐(4-((4-ethyl-2,6-difluorophenyl)-ethynyl)-4'-propylbiphenyl) 및 2-플루오로-4,4'-비스-(트랜스-4-프로필사이클로헥실)-비페닐(2-fluoro-4,4'-bis-(trans-4-propylcyclohexyl)-biphenyl)의 화합물이 포함된다. 바람직한 실시예에서, 액정 액적은 주위 온도(23 ℃)에서 네마틱(nematic)이다. 경우에 따라서는, 이것들도 양의 유전율 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는다.
바람직한 실시예에서, PDLC층에서의 액정 액적의 비율은, 중합체 매트릭스의 액정 액적 및 중합체의 총 질량에 근거하여, 40-70 중량%, 보다 바람직하게는 50-70 중량%이다. 액정 액적 및 중합체 매트릭스에 추가적으로 PDLC층은, 다른 성분, 예를 들어 유리 또는 플라스틱으로 만들어진 비전도성 재료로 제조된 스페이서를 함유할 수 있다. 스페이서는 투명한 것이 바람직하다.
SPD층의 현탁 액적은 편광 입자가 현탁되는 액체 현탁액의 액적을 포함한다. 이러한 시스템은, 예를 들어 EP 0551138 A1에 개시된다.
중합체 매트릭스에 대한 아래 정보는, 달리 명시되지 않는 한, PDLC층의 중합체 매트릭스 및 SPD층의 중합체 매트릭스 모두에 적용된다. 중합체 매트릭스는 투명한 것이 바람직하다. 중합체 매트릭스는 열중합 또는 광중합에 의해 획득되는 것이 바람직하다. 중합체 매트릭스는, 예를 들어 하나 또는 복수의 비닐 또는 (메트)아크릴레이트((meth)acrylate) 단량체(monomers) 및 가능하게는(possibly) 비닐 또는 (메트)아크릴레이트 저중합체(oligomers), 에폭시 수지 또는 우레탄 수지의 중합체로부터 형성될 수 있다. 중합체 매트릭스는 바람직하게는 (메트)아크릴레이트 중합체 매트릭스이다. (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 의미한다. 비닐 또는 (메트)아크릴레이트 단량체 및 이것의 저중합체의 예들은 모노(메트)아크릴레이트(mono(meth)acrylate), 디(메트)아크릴레이트(di(meth)acrylate), N-치환 아크릴아미드(N-substituted acrylamides), N-비닐피롤리돈(N-vinylpyrrolidones), 스티렌 및 그 유도체, 염화 비닐, 폴리에스테르(메트)아크릴레이트, 에폭시(메트)아크릴레이트, 폴리우레탄(메트)아크릴레이트 및 폴리에테르(메트)아크릴 레이트이다.
바람직하게는, 중합체 매트릭스는 적어도 하나의 단일 작용기(monofunctional) 비닐 화합물, 바람직하게는 아크릴레이트 단량체 또는 메타크릴레이트(methacrylate) 단량체, 적어도 하나의 이중 작용기(difunctional) 비닐 화합물, 바람직하게는 디아크릴레이트 단량체 또는 디메타크릴레이트(dimethacrylate) 단량체, 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 단일 작용기, 이중 작용기 또는 다중 작용기(polyfunctional) 비닐 저중합체, 바람직하게는 아크릴레이트 저중합체 또는 메타크릴레이트(methacrylate) 저중합체의 중합체이다.
중합체 매트릭스를 제조하기에 적합한 단량체 화합물은, 예를 들어 30-95 중량%의 적어도 하나의 단일 작용기 (메트)아크릴레이트 단량체, 1-60 중량%의 적어도 하나의 이중 작용기 (메트)아크릴레이트 단량체, 및 단량체와 저중합체의 총 중량에 근거하여 1-50 중량%의 적어도 하나의 단일 작용기, 이중 작용기 또는 다중 작용기 (메트)아크릴레이트 저중합체를 포함한다.
사용되는 재료에 따라 사용되는, 액정 액적이 매립된 중합체 매트릭스를 구비한 PDLC층을 획득하기 위한 다양한 기술들이 개발되었다. 이러한 기술들에는 TIPS(thermal-induced phase separation), SIPS(solvent-induced phase separation) 및 PIPS(polymerization-induced phase separation)이 포함된다. PIPS에서, 중합은 예를 들어 UV 방사에 의해, 열적으로 또는 광화학적으로 유도될 수 있다. PIPS는 일반적으로 선호되는 기술이다.
상기 언급된 단량체, 저중합체 또는 수지와 같은 중합체 전구체(polymer precursor)가 액정 화합물과 섞일 수 있는 경우, PIPS가 사용될 수 있다. 액정과 중합체 전구체 재료가 균일하게 혼합된 이후, 상 분리(phase separation)를 유도하기 위해 중합이 개시된다. 중합 동안, 성장하는 중합체 네트워크에서 액정의 용해도는, 형성되는 매트릭스에서 성장하는 액정 액적이 형성되고 중합체가 겔(gel)화되기 시작할 때까지 감소한다. 액적 크기, 크기 분포 및 액적의 형태(morphology)는 액적 형성 및 중합체의 겔화(gelling) 사이의 시간 동안 결정된다. 중요한 인자들은 중합 속도, 재료의 상대 농도, 온도, 사용된 액정 및 중합체의 유형, 그리고 점도, 중합체에서의 액정의 용해도와 같은 다양한 다른 물리적 파라미터들이다.
열-유도 상 분리(TIPS)는 중합체의 용융 온도 위에서 균질한 용액을 형성할 수 있는 액정 재료 및 열가소성 재료에 사용될 수 있다. 열가소성 용융물에서 액정의 균질한 용액은, 열가소성 재료의 용융점 밑으로 냉각되어 액정을 상 분리(phase separation)시킨다. 액정의 액적 크기 및 분포는, 예를 들어 냉각 속도 및 재료 파라미터에 의해 설정될 수 있다.
용매-유도 상 분리(SIPS)에서, 액정 및 열가소성 재료는 용매에 용해된다. 후속적인 용매의 증발은 액정의 상 분리, 액적 형성 및 성장, 그리고 중합체 겔화를 야기한다.
PDLC층은, 예를 들어 5 내지 40 ㎛, 바람직하게는 10 내지 25 ㎛의 두께를 가질 수 있다. SPD층은, 예를 들어 50 내지 150 ㎛, 바람직하게는 80 내지 110 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
전기전도층에 관한 아래 정보는, 달리 명시되지 않는 한, PDLC층의 양면에 배치된 전기전도층 및 SPD층의 양면에 배치된 전기전도층 모두에 적용된다. 전기전도층은 투명한 것이 바람직하다. 전기전도층은 PDLC층 또는 SPD층과 접촉하는 전극을 형성하고, 본 발명에 따른 판유리에서 전압원에 연결될 수 있도록 구성된다.
전기전도층은 투명 전도성 산화물(TCOs), 즉 가시광선에서 높은 전도성이 있고 투명한 물질을 함유할 수 있다. 예들은, 주석-도핑 산화 인듐(ITO), 안티몬-도핑 또는 불소-도핑 산화 주석(SnO2:F) 또는 알루미늄-도핑 산화 아연(ZnO:Al)이며, ITO가 바람직하다. ITO에 근거한 전기전도층은, 예를 들어 면적당 50 내지 200 옴의 표면 저항을 가질 수 있다.
이러한 투명 전도성 산화물(TCOs)에 근거한 전기전도층의 두께는 50 내지 100 nm의 범위인 것이 바람직하다. 공지된 코팅 기술은, 예를 들어 마그네트론-강화 캐소드 스퍼터링(magnetron-enhanced cathodic sputtering), 기화(evaporation), 졸-겔 방법 또는 화학 기상 증착(CVD)이다.
또한, 전기전도층은 금속층, 바람직하게는 얇은 층 또는 얇은 층의 스택일 수 있다. 적합한 금속은, 예를 들어 Ag, Al, Pd, Cu, Pd, Pt, In, Mo, Au이다. 이러한 금속 코팅은 TCC(투명 전도성 코팅)라고 지칭된다. 개별적인 층들의 통상적인 두께는 2 내지 50 nm의 범위이다.
상부 및 하부에 각각 전기전도층을 갖는, 매우 다양한 PDLC층 및 SPD층이 상업적으로 이용 가능하다. 일반적으로, PDLC층 및 SPD층의 2개의 전기전도층은 중합체 필름으로 제조된 기판에 적층된다. 중합체 필름은, 예를 들어 폴리에스테르 필름, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름일 수 있다. 이러한 복합체는 본 발명에 따른 차량 창유리 내로 통합되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 차량 창유리는 PDLC층 또는 SPD층이 기능층으로 포함된 복합유리판이다. 또한, 차량 창유리는 기능층의 양면에 하나 또는 복수의 중합체 필름에 의해 적층된 제1 및 제2유리판을 포함하여 고체 복합체를 형성한다.
제1유리판 및 제2유리판은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 판유리는 무기 유리 및/또는 유기 유리(중합체)로 제조될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1유리판 및/또는 제2유리판은 유리 및/또는 중합체, 바람직하게는 평평한 유리, 석영 유리, 붕규산 유리, 소다 석회 유리, 알루미노실리케이트 유리, 폴리카보네이트 및/또는 폴리메타크릴레이트를 함유한다.
제1유리판 및 제2유리판은 동일한 두께 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1유리판 및 제2유리판은, 서로 독립적으로 0.4 내지 4.0 mm, 예를 들어 0.4 내지 3.85 mm, 보다 바람직하게는 1.6 내지 2.5 mm의 두께를 갖는다. 기계적인 이유로, 외측 판유리는 내측 판유리보다 더 두껍거나 같은 두께인 것이 바람직하다. 내측 판유리는 차량에 설치될 때 차량의 내부를 향하는 유리판이며, 외측 판유리는 바깥쪽을 향한다.
각각의 경우에, 하나 또는 복수의 중합체 층은 제1유리판과 PDLC층 또는 SPD층 사이에 그리고 제2유리판과 PDLC층 또는 SPD층 사이에 위치된다. 아래의 지시는 달리 명시되지 않는 한, 서로 독립적으로 이들 하나 또는 복수의 중합체 층을 모두 지칭한다. 일반적으로, 시중에서 판매되는 적절한 중합체 필름이 중합체 층을 형성하기 위한 출발 물질로 사용된다. 바람직하게는, 하나 또는 복수의 중합체 층들 중 적어도 하나는 열가소성 중합체를 함유한다. 하나 또는 복수의 중합체 층은 투명, 무색이거나 착색되는 것이 바람직하다.
하나 또는 복수의 중합체 층은 적층층으로서, 예를 들어 폴리비닐 부티랄, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아세테이트 수지, 주조 수지, 아크릴레이트, 불소화 에틸렌-프로필렌, 폴리비닐 플루오라이드 및/또는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 및/또는 이들의 화합물 및/또는 공중 합체를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 하나 또는 복수의 중합체 층들 중 적어도 하나는 적층층으로서 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리우레탄 및/또는 이들의 혼합물 및/또는 이들의 공중합체를 포함하는데, 폴리비닐 부티랄이 바람직하다.
하나 또는 복수의 중합체 층은 경우에 따라서는 상기 언급된 중합체 적층층에 추가적으로 다른 기능을 갖는, 예를 들어 상부 및 하부에 배치된 전기전도층을 구비한 PDLC층 또는 SPD층의 보호층으로서 추가 중합체 층을 포함할 수 있다. 보호 층은, 예를 들어 폴리에스테르 층, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 층일 수 있다. 특정 기능을 위한 중합체 층의 다른 예들은, 착색된 PVB 필름, 음향 필름 및 IR 반사 PET 필름 또는 이로부터 제조된 층들이다. 적층층(들)에 추가적으로 다른 중합체 층이 포함되면, 제1 및 제2유리판에 가장 근접하게 배치된 중합체 층은 일반적으로 중합체 적층층이다.
하나 또는 복수의 중합체 층은, 예를 들어 각각의 경우에 0.04 내지 1.5 mm, 바람직하게는 0.1 내지 1.5 mm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.9 mm, 통상 0.38 mm, 0.76 mm 또는 0.85 mm의 두께를 갖는다. 층의 두께는 의도된 용도에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 어떤 실시예들에서는, 두께가 0.05 mm인 PET층 및/또는 두께가 0.85 mm인 음향 필름이 사용된다. 적층층으로 사용되는 중합체 층은 바람직하게는 0.1 내지 1.5 mm, 보다 바람직하게는 0.3 내지 0.9 mm의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에서, 차량 창유리는 제1유리판, 제1중합체 층으로서의 적어도 하나의 적층층, 예를 들어 PVB층, 제2중합체 층으로서의 적어도 하나의 보호층, 상부 및 하부에 2개의 전기전도층을 구비하는 PDLC층 또는 상부 및 하부에 2개의 전기전도층을 구비하는 SPD층, 제2중합체 층으로서의 적어도 하나의 보호층, 제1중합체 층으로서의 적어도 하나의 적층층, 예를 들어, PVB 층, 그리고 제2유리판을 이 순서로 포함한다.
일실시예에서, 차량 창유리는 착색될 수 있고/있거나 제1 및/또는 제2유리판으로서의 적어도 하나의 코팅된 유리를 포함할 수 있다. 이에 따라, 차량 창유리의 광학 특성이 변경될 수 있다. 착색된 차량 창유리는 착색된 유리판 및/또는 착색된 중합체 층을 사용하여 획득될 수 있다. 본 발명에 따른 차량 창유리에서, 제1 및 제2유리판으로부터 선택된 적어도 하나의 유리판은 착색된 유리판이고/이거나 제1유리판과 PDLC층 또는 SPD층 사이의 하나 또는 복수의 중합체 층으로부터 선택된 적어도 하나의 중합체 층, 및 제2유리판과 PDLC층 또는 SPD층 사이의 하나 또는 복수의 중합체 층은 착색된 중합체 층이다. 예를 들어, 착색된 중합체 층으로, 착색된 PVB 필름 및/또는 IR 반사 PET 필름이 사용될 수 있다. 코팅 유리의 일례는 로이(low-E) 유리(저방사율 유리) 또는 IR 반사 코팅을 갖는 유리이다. 로이 유리는 시중에서 판매되고, 하나 또는 복수의 금속층으로 코팅된다. 금속 코팅은 매우 얇은데, 예를 들어 대략 100 nm의 두께를 갖는다. 제1 및/또는 제2유리판으로 코팅 유리판을 사용할 때, 코팅은 차량 창유리에 대하여 유리판의 내측에 위치되는 것이 바람직하다.
물론, 착색된 차량 창유리에 의해, 판유리는 PDLC층 또는 SPD층의 투명한 상태에서 착색된다.
바람직한 실시예에서, PDLC층 또는 SPD층은 접착성 밀폐화합물 및/또는 열가소성 스트립으로 측면으로 밀폐된다. 접착성 밀폐화합물 및/또는 열가소성 스트립은 PDLC층 또는 SPD층을 부식에 대해 보호하는 장점이 있다. "측면으로"는 PDLC 또는 SPD층의 상부 및 하부와 대조적으로, PDLC 또는 SPD층의 측면을 지칭하는 것으로 이해된다.
접착성 밀폐화합물은, 예를 들어 폴리비닐 부티랄(PVB) 접착성 밀폐화합물일 수 있고/있거나 픽쳐 프레임(picture frame)의 형태로 정교해질 수 있다. 픽쳐 프레임 기술에서, PDLC층 또는 SPD층은 차량 창유리의 에지까지 완전히 도달하지 못한다. 즉, 이것은 면적 측면에서 제1 및 제2유리판과 중합체 층보다 작다. 나머지 에지는 PDLC층 또는 SPD층과 동일한 두께를 가지며 이에 따라 스페이서로서 기능하는 접착성 밀폐화합물에 의해 주위가 밀폐된다. 이러한 방식으로, PDLC층 또는 SPD층은 접착성 밀폐화합물에 의해 측면으로 둘러싸인다(framed).
열가소성 스트립은 접착제가 없는 테이프이고, U 모양으로 PDLC층 또는 SPD층의 측면에 주위로 부착되어 U의 다리가 PDLC층 또는 SPD층의 상부 및 하부에 위치된다.
본 발명에 따른 차량 창유리는 모든 차량, 예를 들어 자동차, 기차, 선박 또는 항공기에 적합하며, 특히, 자동차가 바람직하다. 적합한 자동차의 예는 버스, 트랙터, 트럭 및 승용차이며, 특히, 승용차가 바람직하다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 적어도 하나의 차량 창유리를 포함하는 차량에 관한 것으로, 차량은 자동차인 것이 바람직하다. 적합하고 바람직한 차량은 전술되었다.
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 판유리를 바람직하게는 선루프에서의, 차량 창유리로, 유리 천장으로, 뒷창으로, 차앞유리의 B 필드에서의 천장 에지로, 또는 앞 또는 뒤측면창으로, 바람직하게는 자동차에서의 사용에 관한 것이다. 전면 판유리로의 사용도 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 차량 창유리는 코로나 효과 및, 가능하게는 차량 창유리가 투명한 상태에서의 무지개 효과를 감소시키는 데 적합한데, 이것은 관찰자가 태양과 같은 광원 방향으로 판유리을 통해서 볼때 발생할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 발명을 제한하지 않는 예시적인 실시예들을 사용하여 이하에서 추가로 설명된다. 도 1 및 도 2a 내지 도 2b는 액정 액적도 표현된 대략적인 도면들이다. 액적의 크기 및 크기 분포는 표현되지 않았다.
도 1은 제1유리판(1), 하나 또는 복수의 중합체 층(2) 및 PDLC층(4)의 양 측면에 배치된 2개의 전기전도층(3,5)을 구비한 본 발명에 따른 차량 창유리를 대략적으로 도시한 것이다. PDLC층(4)은 액정 액적(8)이 매립된 중합체 매트릭스(9)를 포함한다. 하나 또는 복수의 중합체 층(6)은 전기전도층(5)과 제2유리판(7) 사이에 배치된다. 본 발명에 따른 실시예에서, PDLC층(4)의 액정 액적(8)은 2 ㎛ 초과의 평균 크기를 가지며, 바람직하게는 30% 초과의 상대 표준 편차를 갖는다. 하나 또는 복수의 중합체 층(2,6)은 각각의 경우에 제1 또는 제2유리판(1,7)과 대면하는 적층층으로서의 적어도 하나의 PVB 필름 및 각각의 전기전도층(3,5)과 대면하는 보호층으로서의 적어도 하나의 폴리에스테르 필름으로 구성될 수 있다. 특히, 추가 기능층(예를 들어, IR 반사층)은 제1유리층(1)의 내측면 및 중합체 층(2)에 위치될 수있다. 전기전도층(3,5)은 투명한 ITO 코팅일 수 있다. SPD층을 구비한 본 발명에 따른 차량 창유리는 PDLC층(4)이 편광 입자가 현탁되는 중합체 매트릭스에 매립된 현탁 액적을 갖는 SPD층을 포함한다는 것을 제외하고는, 동일한 기본 구조를 갖는다.
도 2a 및 2b는 도 1에 따른 차량 창유리에서 PDLC 기술의 작동 모드를 도시한다. 판유리는 2개의 전기전도층(3,5)을 통해 전압원(V)에 연결된다. 스위치(S/S')에 의해, 회로는 닫히고(ON 모드, S') 열릴 수 있다(OFF 모드, S). ON 모드에서, 전기장이 인가되고, 액정(8)이 질서있게 정렬되고, 입사광(10)은 거의 산란되지 않아서 투명한 PDLC층 및 투명한 판유리로 된다(도 2b). 전류가 차단되면, 액정(8)은 무작위로 배향되어 입사광(10)이 산란되고(10'), PDLC층 및 판유리가 흐릿해지거나 불투명하게 된다(도 2a). 이 기술은 기본적으로 SPD층과 동일한데, 여기서 현탁 액적은 균일하게 또는 임의로 배향된다.
또한, 도 1, 2a 및 2b는 광 굴절 측면에서 단지 대략적으로 도시된 것이다. 빛의 상이한 굴절에 관한 이론은 다음과 같다: 액정 액적 또는 현탁 액적은 2개의 상이한 굴절률인 ne(ON 모드에서, S') 및 n'(OFF 모드에서, S)을 갖는 특징이 있다. 주위 중합체 매트릭스의 굴절률 np가 OFF 모드에서 액정 액적 또는 현탁 액적의 굴절률 n'와 상이할 때 광이 굴절된다. 굴절률 ne와 np가 일치하면 빛이 굴절되지 않는다. OFF 모드에서, 액적은 무작위로 배치되고, 굴절률 n'은 굴절률 np와 상이하고, 광은 산란되고, 판유리는 탁하거나 불투명하게 보인다. 액정 분자는 액정 액적의 에지와 일치한다. ON 모드에서, 액적은 적용된 전기장의 방향에 따라 균일하게 배향되며, 굴절률 ne가 굴절률 np와 대략 일치하도록 선택되어 광의 높은 투과율을 보장하고, 이에 따라 투과된다.
도 6a-b는 무지개, 즉 코로나 및 무지개 효과를 갖는 코로나(Y)와 그 형성을 대략적으로 도시한다. PDLC층(12)을 구비한 차량 창유리를 통과한 햇빛(11)의 효과가 도시된다. 빛은 차량 창유리에서 산란되어 관찰자는 직접 영역(X)의 태양뿐만 아니라 착색된 무지개 영역(Z)을 포함하는 코로나(Y)를 인지한다.
예들
4개의 PDLC 필름 A, B, C 및 D가 차량 창유리의 제조에 사용되었다. 이후, 제조된 차량 창유리를 코로나 효과와 관련하여 조사하였다.
다음 표는 전술된 REM 이미지에서 결정된, PDLC 필름 A, B, C 및 D의 액정 액적의 평균 크기, 표준 편차, 상대 표준 편차(표준 편차/평균 크기를 퍼센트로 표시) 및 최대 액적 크기의 값을 보여준다. 도 4는 PDLC 필름 A의 액정 액적(8) 및 중합체 매트릭스(9)를 포함하는 PDLC층(4)의 미세 구조를 대략적으로(축적에 따르지 않음) 도시한다. 도 5는 PDLC 필름 D의 액정 액적(8) 및 중합체 매트릭스(9)를 포함하는 PDLC층(4)의 미세 구조를 대략적으로(축적에 따르지 않음) 도시한다.
PDLC 필름 A B C D
평균 크기
액정 액적 [μm]		 1.30 1.92 1.93 5.38
표준 편차 [μm] 0.24 0.41 0.59 1.97
상대 표준 편차 [%] 18 21 31 37
최대 액적 크기 [μm] 1.89 3.03 3.60 13.26
PDLC 필름 A, B, C 및 D로 차량 창유리를 제조하였다. 이를 위해, 제1유리판, PVB 필름, PDLC 필름, PVB 필름 및 제2유리판의 이 순서로 구성된 조립체가 형성되었다. 이 조립체는 복합유리를 형성하도록 통상 고온 및 고압 하에서 적층되었다. PDLC 필름 A, B, C를 구비한 차량 창유리는 참고 판유리이다. PDLC 필름 D를 구비한 차량 창유리는 본 발명에 따른 것이다.
차량 창유리는 코로나 효과에 대해 조사되었다. 이를 위해, 차량 창유리는 전기전도층(전극)을 통해 전압원에 연결되었다. 모든 차량 창유리는 투명한 상태를 위해 필요한 전압이 비교적 낮은 상태에서, 만족스러운 OFF 모드에서의 불투명도(전압원 꺼짐) 및 ON 모드에서의 투명도(전압원 켜짐)를 가지며 양호한 전기 광학 특성을 나타냈다.
코로나 효과를 조사하기 위해, 강한 광원을 투명한 상태의 차량 창유리의 일측면에 위치시켰다. 판유리의 타측면으로부터, 광원의 사진이 판유리를 통해 촬영되었다. 사진은 도 3a 내지 도 3d에 재현되었다.
도 3a는 PDLC 필름 A를 구비한 차량 창유리에 대한 사진을 나타낸다. 사진은 광원 주위에서 매우 넓고 선명한 청색 링을 보여준다.
도 3b는 PDLC 필름 B를 구비한 차량 창유리에 대한 사진을 나타낸다. 사진은 광원 주위에 넓은 청색 링을 보여준다. 링의 에지에서, 색상이 희미해져 적갈색(무지개 효과)으로 바뀐다.
도 3c는 PDLC 필름 C를 구비한 차량 창유리에 대한 사진을 나타낸다. 사진은 광원 주위에 넓고 푸르스름한 링을 보여준다. 도 3b의 사진과 비교할 때, 코로나의 폭은 대략 비슷하다. 그러나, 색상이 덜 강하다.
도 3d는 PDLC 필름 D를 구비한 본 발명에 따른 차량 창유리의 사진을 나타낸다. 사진은 광원 주위에 작은 흰색 링을 보여준다. 도 3a 내지 도 3c의 사진과 비교할 때, 도 3d에서 코로나의 폭은 상당히 더 작다. 또한, 색상 간의 대비가 거의 또는 사실상 존재하지 않아서 흰색 링이 나타난다.
종합적으로, 본 발명에 따른 차량 창유리에서, 코로나 효과 및 추가로 무지개 효과는 참조 판유리에 비해 현저하게 덜 두드러진다는 것을 주목해야 한다. 이것은 판유리의 광학 품질을 향상시킨다.
1: 제1판유리
2: 하나 또는 복수의 중합체 층
3: 전기전도층
4: PDLC층 또는 SPD층
5: 전기전도층
6: 하나 또는 복수의 중합체 층
7: 제2판유리
8: 액정 액적
9: 중합체 매트릭스
10: 입사광
10': 산란광
11: 햇빛
12: PDLC층을 구비한 차량 창유리
S: 스위치(회로 개방)
S': 스위치(회로 폐쇄)
X: 직접 영역
Y: 코로나
Z: 무지개 영역
V: 전압원

Claims (15)

  1. a. 제1유리판(1),
    b. 하나 또는 복수의 중합체 층(2),
    c. 액정 액적 (8)이 매립된 중합체 매트릭스(9)를 포함하는 PDLC층(4)으로서, 전기전도층(3,5)이 각각의 경우에 PDLC층의 양면에 배치되거나,
    편광 입자가 현탁된 현탁 액적이 매립된 중합체 매트릭스를 포함하는 SPD층으로서, 전기전도층이 각 경우에 SPD층의 양면에 배치되고,
    d. 하나 또는 복수의 중합체 층 (6), 및
    e. 제2유리판(7)을 이 순서로 포함하는 차량 창유리로서,
    PDLC층의 경우에 액정 액적 또는 SPD층의 경우에 현탁 액적의, 명세서에 지시된 바에 따라 결정된, 평균 크기가 2 ㎛를 초과하는 것을 특징으로 하는, 차량 창유리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기의 상대 표준 편차는 30%를 초과하는, 차량 창유리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기는 12 ㎛ 이하이고, 액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기는 바람직하게는 3 내지 10 ㎛인, 차량 창유리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정 액적 또는 현탁 액적의 평균 크기의 상대 표준 편차는 80% 이하인, 차량 창유리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액정 액적은 주위 온도에서 네마틱(nematic)이고, 양의 유전율 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는, 차량 창유리.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 매트릭스의 액정 액적 및 중합체의 총 질량에 근거하여, PDLC층에서 액정 액적의 비율은 40 내지 70 중량% 인, 차량 창유리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 매트릭스는 하나 또는 복수의 비닐 또는 (메트)아크릴레이트((meth)acrylate) 단량체(monomers) 및, 경우에 따라서는 비닐 또는 (메트)아크릴레이트 저중합체(oligomers), 에폭시 수지 또는 우레탄 수지의 중합체로부터 형성되는, 차량 창유리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중합체 매트릭스는 적어도 하나의 단일 작용기(monofunctional) 비닐 화합물, 바람직하게는 (메트)아크릴레이트((meth)acrylat) 단량체, 적어도 하나의 이중 작용기(difunctional) 비닐 화합물, 바람직하게는 디(메트)아크릴레이트(di(meth)acrylate) 단량체, 및 경우에 따라서는 적어도 하나의 단일 작용기, 이중 작용기 또는 다중 작용기(polyfunctional) 비닐 저중합체(oligomer), 바람직하게는 (메트)아크릴레이트((meth)acrylate) 저중합체로부터 형성되는, 차량 창유리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 복수의 중합체 층(2,6) 중 적어도 하나가 폴리비닐 부티랄, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리우레탄 및/또는 이들의 혼합물 및/또는 공중합체, 바람직하게는 폴리비닐 부티랄을 함유하는, 차량 창유리.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량 창유리는 제1유리판(1), 제1중합체 층(2)으로서의 적어도 하나의 적층층, 제2중합체 층(2)으로서의 적어도 하나의 보호층, 2개의 전기전도층(3,5)을 구비한 PDLC층(4) 또는 2개의 전기전도층을 구비한 SPD층, 제2중합체 층(6)으로서의 적어도 하나의 보호층, 제1중합체 층(6)으로서의 적어도 하나의 적층층, 및 제2유리판(7)을 이 순서로 포함하는, 차량 창유리.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    PDLC층 또는 SPD층은 접착성 밀폐화합물 및/또는 열가소성 스트립으로 측면으로 밀폐되는, 차량 창유리.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량 창유리는 자동차 창유리인, 차량 창유리.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 차량 창유리를 포함하는 차량으로서, 바람직하게는 차량은 자동차인, 차량.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 판유리를 바람직하게는 선루프에서의, 차량 창유리로, 유리 천장으로, 뒷창으로, 차앞유리의 B 필드에서의 천장 에지로, 또는 앞 또는 뒤측면창으로, 바람직하게는 자동차에서의 사용.
  15. 코로나 효과 및, 가능하게는(possibly) 판유리가 투명한 상태에서의 무지개 효과를 감소시키기 위한 제 14 항에 따른 사용.
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