(57)【要約】【課題】導電性ガラス板の間で第１物質が規則的に一定の構造を持って配列されるようにしたスマートガラスを提供する。【解決手段】本発明のスマートガラスは、一対の導電性ガラス板と、前記ガラス板の間に介在された光結晶層と、を含み、前記光結晶層は、自己組織化によって規則的に配列される第１物質及び前記第１物質と異なる屈折率を有して前記第１物質を取り囲む第２物質を含み、前記光結晶層が特定の波長帯域の光のみを反射して特定の色相を帯びる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の導電性ガラス板と、
前記ガラス板の間に介在された光結晶層と、を含み、
前記光結晶層は、
自己組織化によって規則的に配列される第１物質及び
前記第１物質と異なる屈折率を有して前記第１物質を取り囲む第２物質を含み、
前記光結晶層が特定の波長帯域の光のみを反射して特定の色相を帯びることを特徴とするスマートガラス。
【請求項２】
前記第１物質はガラスビードまたは液晶滴であることを特徴とする請求項１に記載のスマートガラス。
【請求項３】
前記第２物質は液晶またはシリカ−チタニウムアルコキシドであることを特徴とする請求項１に記載のスマートガラス。
【請求項４】
前記第１物質の間隔を調節することで所望の色を帯びることを特徴とする請求項１に記載のスマートガラス。
【請求項５】
前記第１物質の間隔は２００〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のスマートガラス。
【請求項６】
前記第１物質は六方密集構造（ｈｃｐ）または面心立方構造（ｆｃｃ）であることを特徴とする請求項１に記載のスマートガラス。
【請求項７】
前記光結晶層の厚さは、前記第１物質の間隔の３〜５倍であることを特徴とする請求項１に記載のスマートガラス。
【請求項８】
（ａ）第１物質、及び前記第１物質と異なる屈折率を有する第２物質を混合して混合液を用意する段階と、
（ｂ）前記混合液を一対の導電性ガラス板の間に介在させて、前記第１物質が自己組織化によって規則的に配列されて光結晶層を形成する段階と、を含むことを特徴とするスマートガラスの製造方法。
【請求項９】
前記第１物質はガラスビードで、前記第２物質は液晶であり、
前記（ｂ）段階は混合液を導電性ガラス板の一面に塗布し、前記混合液を他の一対の導電性ガラス板で圧搾することで、前記第１物質が自己組織化によって規則的に配列されることを特徴とする請求項８に記載のスマートガラスの製造方法。
【請求項１０】
前記第１物質は液晶滴で、前記第２物質はシリカ−チタニウムアルコキシドであり、前記（ｂ）段階は混合液を導電性ガラス板の一面に塗布した後、乾燥させることで前記混合液の液晶が相分離されながら液晶滴を形成して規則的に配列されることを特徴とする請求項８に記載のスマートガラスの製造方法。
【請求項１１】
前記液晶とシリカ−チタニウムアルコキシドは、１：２〜２：１の体積比で混合されることを特徴とする請求項１０に記載のスマートガラスの製造方法。
【請求項１２】
前記混合液は、界面活性剤１〜５ｖｏｌ％をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のスマートガラスの製造方法。
【請求項１３】
前記界面活性剤は、金属原子を含む作用基及び親溶媒性作用基を含むことを特徴とする請求項１２に記載のスマートガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スマートガラス及びスマートガラスの製造方法に係り、より詳細には、一対の導電性ガラス板及びガラス板の間に介在された光結晶層を含み、光結晶層は自己組織化によって規則的に配列される第１物質及び第１物質と異なる屈折率を有し、第１物質を取り囲む第２物質を含み、第１物質が自己組織化によって規則的に一定の間隔を置くように形成されることで、光結晶層に入射される特定の波長帯の光を強く反射させて染料を含まなくても色相を帯び、第１物質の間隔を任意に調節することで所望の色相を具現できるスマートガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートガラスは、外部から流入される光の透過度を自由に調節してエネルギーの損失を減らし、消費者に快適な環境を提供することができる。そのため、スマートガラスは、輸送、情報ディスプレー、建築など、多様な産業分野に共通に適用できる。簡単な操作で、ガラスの状態を瞬間的に他の状態に誘導することができ、様々な機能を与えられるので、多様な分野での活発な応用展開が行われると期待される。
【０００３】
従来は、高分子分散液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ、以下、“ＰＤＬＣ”）技術を用いてスマートガラスを製造していた。ＰＤＬＣは、マイクロン大きさの液晶粒子が高分子マトリックス内に分散されている構造を有し、外部の電圧による液晶粒子と高分子間の屈折率の差で光の透過率を調節する。図１の（ａ）に示すように、電圧を印加しないオフ（Ｏｆｆ）状態では、液晶粒子９１が不規則に配置されてポリマーマトリックス９３との屈折率の差で光を散乱し、図１の（ｂ）に示すように、電圧を印加したオン（Ｏｎ）状態では、液晶粒子９１がポリマーマトリックス９３と同じ屈折率を持つように配向されて光を透過させる。
【０００４】
ＰＤＬＣは、ポリマーマトリックスを使用するので、スマートガラスにヘイズ（ｈａｚｅ）現象が生じる場合があり、濁った色相を浮かび、紫外線に露出されるとポリマーの硬化または変質が発生して、黄変現象が生じる問題があった。また、ＰＤＬＣはオフ状態で液晶粒子が不規則に配置されているので、入射された光が不規則に散乱されて、多様な波長帯の光が全て混ざってしまい、特定の色を帯びることができない。ＰＤＬＣに色を被せるために染料を添加すると、染料の特性上、光を吸収するので、光の透過率を下げてしまし、ＰＤＬＣ自体の性能を低下させるとの問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−１１７７３９９号
【特許文献２】韓国登録特許第１０−１１９２９４１号
【特許文献３】韓国登録特許第１０−１１８８４３４号
【特許文献４】韓国公開特許第２００３−００８３９１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、導電性ガラス板の間で第１物質が規則的に一定の構造を持って配列されるようにしたスマートガラスを提供することにその目的がある。
また、本発明は第１物質を自己組織化原理によって規則的に配列されるようにするスマートガラスを提供することにその目的がある。
また、本発明は規則的に配列された第１物質の間隔を調節することで、光結晶層が特定の波長帯の光のみを反射させて特定の色相を帯びるスマートガラスを提供することにその目的がある。本発明は、実施例によってより明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるスマートガラスは、一対の導電性ガラス板と、前記ガラス板の間に介在された光結晶層と、を含み、前記光結晶層は、自己組織化によって規則的に配列される第１物質及び前記第１物質と異なる屈折率を有して前記第１物質を取り囲む第２物質を含み、前記光結晶層が特定の波長帯域の光のみを反射して特定の色相を帯びることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい具現例において、前記第１物質はガラスビードまたは液晶滴であることを特徴とする。
【０００９】
前記第２物質は液晶またはシリカ−チタニウムアルコキシドであることを特徴とする。
【００１０】
前記第１物質の間隔を調節することで所望の色を帯びることを特徴とする。
【００１１】
前記第１物質の間隔は２００〜４００ｎｍであることを特徴とする。
【００１２】
前記第１物質は六方密集構造（ｈｃｐ）または面心立方構造（ｆｃｃ）であることを特徴とする。
【００１３】
前記光結晶層の厚さは前記第１物質の間隔の３〜５倍であることを特徴とする。
【００１４】
本発明によるスマートガラスの製造方法は、（ａ）第１物質、及び前記第１物質と異なる屈折率を有する第２物質を混合して混合液を用意する段階と、（ｂ）前記混合液を一対の導電性ガラス板の間に介在させて、前記第１物質が自己組織化によって規則的に配列されて光結晶層を形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
前記第１物質はガラスビードで、前記第２物質は液晶であり、前記（ｂ）段階は、混合液を導電性ガラス板の一面に塗布し、前記混合液を他の一対の導電性ガラス板で圧搾することで、前記第１物質が自己組織化によって規則的に配列されることを特徴とする。
【００１６】
前記第１物質は液晶滴で、前記第２物質はシリカ−チタニウムアルコキシドであり、前記（ｂ）段階は、混合液を導電性ガラス板の一面に塗布した後、乾燥させることで前記混合液の液晶が相分離されながら液晶滴を形成して規則的に配列されることを特徴とする。
【００１７】
前記液晶とシリカ−チタニウムアルコキシドは、１：２〜２：１の体積比で混合されることを特徴とする。
【００１８】
前記混合液は界面活性剤１〜５ｖｏｌ％をさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
前記界面活性剤は、金属原子を含む作用基及び親溶媒性作用基を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１物質が規則的パターンで形成され、染料を含まなくても所望の色を具現することができるスマートガラスが提供できる。また、本発明によれば、染料を含まないため、透明状態の透過率が高いスマートガラスを提供できる。
さらに、本発明によれば、第１物質の間隔を調節することで光結晶層が特定の波長帯の光のみを反射させることで、所望の色を具現することができる。さらにまた、本発明によれば、ポリマーマトリックスを使わないため、ヘイズ現象がなく、清くて高級なスマートガラスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のＰＤＬＣの構造を示す図面である。
【図２】本発明による自己組織化された光結晶を用いたスマートガラスの構造を示す図面である。
【図３】式１を説明するための参考図である。
【図４】一定の間隔を置いて形成された液晶滴の顕微鏡写真である。
【図５】光結晶の六方密集構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
【００２３】
図２に示すように、本発明による光結晶を用いたスマートガラスは、一対の導電性ガラス板１１の間で規則的に配列された光結晶層１３を含む。導電性ガラス板１１は、ガラス板またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムにＩＴＯ、ＦＴＯなどの導電性透明電極をコーティングしたもので、スマートガラスの外部から電源を供給され、オン（Ｏｎ）状態で一対の導電性ガラス板１１の間の空間に電場を発生させる構成である。
【００２４】
光結晶層１３は、導電性ガラス板１１の間に介在されて一定の間隔を置いて規則的に分布される第１物質１３ａ及び第１物質１３ａを取り囲んで第１物質１３ａと異なる屈折率を有する第２物質１３ｂを含む。第１物質１３ａはガラスビードまたは液晶滴である。
【００２５】
一実施例として、ガラスビードを第１物質１３ａにして光結晶層１３を構成すると、第２物質１３ｂとして液晶を使うことができる。この時、第１物質１３ａであるガラスビードの外側に第２物質１３ｂである液晶が位置することになるが、導電性ガラス板が電場を発生させないオフ状態では、ガラスビードと液晶の屈折率が相違するので、両構成要素の界面で光が散乱される。
【００２６】
他の実施例として、第１物質１３ａを液晶滴にして光結晶層１３を構成することができる。液晶滴は、液晶で満たされた滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）であり、第２物質１３ｂとしてシリカ−チタニウムアルコキシドを使うことができる。よって、液晶滴の外側に、シリカ−チタニウムアルコキシドが位置することになるが、導電性ガラス板が電場を発生させないオフ状態では、液晶滴と上記シリカ−チタニウムアルコキシドの屈折率が相違するので、両構成要素の界面で光が散乱される。光結晶層のうち、第１物質１３ａは規則的な間隔を置いて分布されるので、散乱された光は互いに干渉現象を起こすことになり、ブラッグの法則（Ｂｒａｇｇ’ｓ  ｌａｗ）を満足させることができる。
【００２７】
より詳細には、図３に示すように、第１物質１３ａを通過した光のうち、以下の式１に示されるブラッグの法則を満たす波長帯の光は反射されるが、第１物質１３ａが同じ周期で繰り返されるため、波長帯の光は全て反射されてバンドギャップが生じるようになる。すなわち、第１物質１３ａが一定の間隔（ｄ）で規則的に配列されるので、式１を満たす波長（λ）の光は補強干渉によって強く反射されるし、残りの光は任意の角度で散乱されて消滅する。よって、スマートガラスは反射された光の色に見える。
【００２８】
［数１］
２ｄｓｉｎθ＝ｎλ
注：符号の意味は次のとおり。
ｄは、誘電体（第１物質）の間隔、
θは、光の入射角、
ｎは、整数、
λは、光の波長である。
【００２９】
第１物質１３ａの間隔（ｄ）を調節すれば、所望の色相のスマートガラスを得られるが、例えば、垂直に入射された光（ｓｉｎ９０゜＝１）に対して青色（λ＝４７０ｎｍ）の色相を有するスマートガラスを得るためには、光結晶の間隔（ｄ）を２３５ｎｍと調節すれば良い。
【００３０】
導電性ガラス板が電場を発生させるオン状態になると、i）一実施例では、第２物質１３ｂである液晶が電場に並んで配列され、第１物質１３ａであるガラスビードの屈折率と同じ屈折率を有するようになって、入射された光を通過させる。ii）他の実施例では、第１物質１３ａである液晶滴内の液晶が電場に並んで配列され、第２物質１３ｂであるシリカ−チタニウムアルコキシドの屈折率と同じ屈折率を有するようになって、入射された光を通過させるので、透明な状態のスマートガラスになる。
【００３１】
第１物質は、光結晶層内でガイドされた自己組織化（Ｇｕｉｄｅｄ  ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）によって自発的に一定の間隔を保ちながら配列される。自己組織化（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）は、ナノ工程技術の中で原子・分子を操作して所望の構造体を形成するボトムアップ（ｂｏｔｔｏｍ−ｕｐ）の代表的例であって、これを通じて規則的パターンを自発的に形成できる。ただ、広い範囲ではこのような規則性が崩れる傾向があって、これを解決するために繰り返されるパターンの領域を人為的に分離するなど強制的な条件を融合させた方式をガイドされた自己組織化と言う。本発明では、光結晶層が形成する層の厚さを調節することで、第１物質が自発的に規則的間隔を形成するようにした。
【００３２】
本発明の一実施例によると、第１物質としてガラスビードが使用されるが、（ａ）直径２００〜３００ｎｍのガラスビード（Ｇｌａｓｓ  ｂｅａｄ）と液晶を混合して混合液を製造し、（ｂ）混合液を導電性ガラス板の一面に塗布した後、（ｃ）混合液の塗布面に他の導電性ガラス板を圧搾することで、ガラスビードが自発的に規則的間隔を形成できるようにした。導電性ガラス板によって圧搾されると、液体状態の液晶は外方へ押し出され、固体状態の上記ガラスビードは相互密集されながら六方密集構造（Ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｉｎｇ、ｈｃｐ）を形成する。導電性ガラス板の間隔を６００〜１０００ｎｍに調節すれば、ガラスビードを３〜６層に積層された格子状を作ることができるので、規則的間隔を形成することができる。
【００３３】
本発明の他の実施例によると、第１物質として液晶滴が使われるが、（ａ）液晶とシリカ−チタニウムアルコキシド（Ｓｉ−Ｔｉ  ａｌｋｏｘｉｄｅ）を一定の割合で混合して混合液を製造し、（ｂ）混合液に界面活性剤を添加した後、（ｃ）混合液を上記導電性ガラス板の一面にコーティングし、（ｄ）乾燥することで、液晶がシリカ−チタニウムアルコキシドから相分離されるし、液晶滴が形成される時、液晶滴が自発的に規則的間隔を形成できるようにした。
【００３４】
シリカ−チタニウムアルコキシドは、（ａ）０．５５Ｍ  テトラエトキシシラン（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、ＴＥＯＳ）、０．３Ｍ  メチルトリエトキシシラン（Ｍｅｔｈｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ、Ｍｅ−ＴＥＳ）、０．４Ｍ  イソプロピルアルコール（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ）及び０．３４３Ｍ  硝酸を混合してＡ溶液を製造し、（ｂ）１Ｍ  アセチルアセトン（Ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎｅ）及び１Ｍ  Ｔｉ−アセチルアセトネート（Ｔｉ−ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）を混合してＢ溶液を製造した後、（ｃ）Ａ溶液とＢ溶液を１：１〜５：１で混合したものである。
【００３５】
液晶とシリカ−チタニウムアルコキシドは１：２〜２：１の体積比で混合される。１：２以下であると、液晶の量が足りなくて駆動電圧を高く印加しなければならない問題があり、２：１以上であると、液晶が多すぎて液晶滴に形成されることができずに溢れ出す問題があるためである。混合液は、導電性ガラス板の一面にスピンコーティング、ワイヤバーコーティング、ドクターブレードコーティングなどの方法でコーティングされることができる。
【００３６】
界面活性剤は、有機−無機界面の安定性を強化し、液晶滴の間の結合を防ぐために添加されるものであって、金属原子を含む作用基及び親溶媒性（ｓｏｌｖｏｐｈｉｌｉｃ）作用基を全て含む構成である。好ましくは、アルキル  ホスフィン  オキシド類（Ａｌｋｙｌ  ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ  ｏｘｉｄｅｓ）、アルキル  リン酸類（ａｌｋｙｌ  ｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ  ａｃｉｄｓ）、アルキル  ホスフィン類（ａｌｋｙｌ  ｐｈｏｐｈｉｎｅｓ）、脂肪酸類（ｆａｔｔｙ  ａｃｉｄｓ）、アミン類（ａｍｉｎｅｓ）、または窒素を含む芳香族（ａｒｏｍａｔｉｃｓ）を使用することができる。界面活性剤は、有機物に親和力を有する作用基と、無機物に親和力を有する作用基が両端に付いているため、乾燥過程で有機物の液晶と無機物のシリカ−チタニウムアルコキシドの間の界面に侵透して入り、液晶を包みながらシリカ−チタニウムアルコキシドの間で均一に分散できるようにする。
【００３７】
従来のＰＤＬＣは、ポリマーマトリックスと液晶が相分離され、液晶が液晶滴を形成する時、一部の液晶滴が他の液晶滴と固まって大きい液晶滴を形成することや、分かれて二つの液晶滴になるなどの現象が発生して、規則的間隔を形成することができなかった。図４に示すように、本発明では界面活性剤を添加することで、液晶滴が一定の模様及び間隔を保つようにし、接近した他の滴と合体されることを防止した。界面活性剤は、１〜５ｖｏｌ％の含量で添加されることがあるが、１ｖｏｌ％以下であると、界面に全部分散されることができず、５ｖｏｌ％以上であると、液晶とシリカ−チタニウムアルコキシド溶液の化学反応に不純物として作用する問題があるからである。
【００３８】
本発明では、第１物質の間隔（ｄ）を２００〜４００ｎｍに形成して、式１によって青色から赤色までの波長帯の光を反射するように作ることで、所望の色相のスマートガラスを得られるようにした。ただ、光結晶層１３にバンドギャップを形成するためには、第１物質１３ａが多くの層に積層される構造を持たなければならないが、第１物質１３ａの層が多くなると自己組織化の規則性が弱くなるので、図２に示すように、光結晶層１３の厚さ（ｔ）を第１物質の間隔（ｄ）の３〜５倍に調節した。
【００３９】
本発明では、第１物質１３ａの間隔を調節するために、図５に示すように、光結晶が六方密集構造（ｈｃｐ、ａ）または面心立方構造（ｆａｃｅ  ｃｅｎｔｅｒｅｄ  ｃｕｂｉｃ、ｆｃｃ、ｂ）の格子構造を取ることに着目した。つまり、第１物質１３ａは互いに反撥する力が存在すると同時に、一定の厚さを持つように第１物質１３ａを圧縮する力が作用するので、第１物質１３ａは密集度が高い状態を保とうとするため、一番密集度が高い構造である六方密集構造（ｈｃｐ）または面心立方構造（ｆａｃｅ  ｃｅｎｔｅｒｅｄ  ｃｕｂｉｃ、ｆｃｃ）の格子構造を自発的に形成する。この時、上記六方密集構造の充填率が７４％なので、i）ガラスビードと液晶、ii）または液晶とシリカ−チタニウムアルコキシドの混合の割合は最大７４：２６であるため、これより小さい割合で光結晶を混合することで第１物質の間隔（ｄ）を縮めることができた。
【００４０】
本発明の自己組織化された光結晶を用いたスマートガラスは、第１物質が自発的に規則的間隔を置くように形成することで、染料を添加しなくても色を帯びるようにすることができる。また、第１物質の間隔を任意に調節することで、光結晶層が特定の波長帯の光のみを反射するようにして、所望の色のスマートガラスを具現することができる。
【００４１】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は、この実施例に限定されるものではなく、変形または改良された形態も含む。
【符号の説明】
【００４２】
９１    液晶粒子
９３    ポリマーマトリックス
１１    導電性ガラス板
１３    光結晶層
１３ａ    第１物質
１３ｂ    第２物質
ｄ    第１物質の間隔
θ    光の入射角
ｔ    光結晶層の厚さ
【図１】
2016110081.tif 000003
【図２】
2016110081.tif 000004
【図３】
2016110081.tif 000005
【図４】
2016110081.tif 000006
【図５】
2016110081.tif 000007