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KR100932929B1 - 가시광선차단 근적외선투과 재료, 이를 포함한 광학 필터,및 이를 구비한 원격조정장치 및 보안장비 - Google Patents

가시광선차단 근적외선투과 재료, 이를 포함한 광학 필터,및 이를 구비한 원격조정장치 및 보안장비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가시광선차단 근적외선투과 성능이 뛰어난 재료, 이를 포함한 필름을 구비한 광학 필터, 상기 광학필터를 구비한 원격조정장치 및 보안장비에 관한 것으로, 본 발명의 재료는 구리 이온이 배위결합된 에틸렌디아민기 함유 화합물을 포함하며, 이 재료를 이용하여 저렴하고 용이하게 광학필터를 제조할 수 있다.

Description

가시광선차단 근적외선투과 재료, 이를 포함한 광학 필터, 및 이를 구비한 원격조정장치 및 보안장비{Visibly opaque near-infrared transmitting materials, optical filter comprising the same, and remote controller and security device having the optical filter}
도 1은 실시예 1에 따른 재료의 분광스펙트럼이다.
본 발명은 가시광선차단 근적외선투과 재료, 이를 포함한 필름을 구비한 광학 필터 및 이 광학필터를 구비한 원격조정장치 및 보안장비에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광선을 실질적으로 차단하면서 근적외선을 유효하게 투과시키는 재료, 이를 이용하여 저렴하게 제조되는 광학필터, 및 이 광학필터를 채용한 원격조정장치 및 보안장비에 관한 것이다.
특정한 파장 영역의 전자기선을 선택적으로 흡수 또는 투과시키는 필터에는 여러 가지 물질이 사용된다. 그중에서 각종 전자제품용 원격조정장치나 보안장비에는 가시광선차단 근적외선투과물질을 포함한 필터가 사용된다.
원격조정장치는 근적외선(800-1000nm) 영역의 전자선을 이용하여 기기의 작 동을 제어하게된다. 이 때 근적외선의 발광부 및 수광부는 가시광 영역의 빛에 의한 오작동 및 기기의 외관을 고려하여, 투명재료보다는 가시광선 영역의 빛은 흡수하고 근적외선은 투과하는 물질을 도포한 재료를 사용하여 제조되어 왔다.
또한 방범용 기기에 있어서, 침입자가 빛과 접촉할 경우 경보가 울리게 되는 장치에 사용되는 빛은 적외선인데, 이는 침입자가 그 빛을 발견하면 안되기 때문이다. 이를 위해서 발광부와 수광부에 적외선을 투과시키는 반면 가시광선을 차단할 수 있는 필터장치가 필요하게 된다.
이러한 필터는 종래에는 기판에 셀렌화안티몬(antimony triselenide)이나 프탈산구리(copper phthalate) 또는 유기 안료가 포함된 고분자 수지를 도포하거나, 셀렌화물이나 카드뮴, 하프늄, 제라늄을 유리제조시에 첨가하여 용융시켜 제조하였다. 전자의 경우에는 필터재료의 가격이 비싸기 때문에 어려움이 있으며, 후자의 경우에는 근적외선투과물질을 유리재료와 함께 혼합후에 고온에서 용융 성형하여야 하므로 많은 장비와 노력이 필요한 단점이 있다.
한편, 이온상태의 구리(cupric ion)의 원자 구조중 d궤도 함수는 주위의 환경에 따라 많은 영향을 받으며, 이러한 결과로서 여러 가지 전자기 흡수 및 투과 특성을 나타낸다. 즉 미세하게 편재된 d궤도함수간에 전이가 일어나며, 이 전이에 사용되는 에너지 차이가 가시광선과 근적외선에 해당하는 에너지 영역과 일치하므로 가시광선 또는 근적외선 영역에서 선택적인 흡수가 일어나게 된다. 대표적인 구리염인 CuCl2(cupric chloride)를 여러 가지 용매에 녹여 흡수스펙트럼을 관찰해 보면 구리이온 주변의 전자 구조 및 상태에 따라 380-1000 nm의 가시광선과 근적외선 영역에서 투과율에 많은 변화가 있게 되어 옅은 푸른색, 노란색, 진녹색, 파란색 또는 암적색을 나타낸다.
이 때 구리이온의 안정한 상태를 유지하여 필름형태의 모양을 유지하고 투과도를 미세하게 조정하기 위해 특별한 성형물질이 필요하다.
구리이온을 안정화시키기 위해서는 고분자화합물의 주쇄 또는 측쇄에 전자 주게(electron-donating group)가 있어 전자가 부족한 구리이온에 배위할 수 있어야 한다. 구리에 배위할 수 있는 관능기로는 질소, 산소, 황 등의 비공유전자쌍이 존재하는 원소가 포함된 것이 있으며, 각 관능기에 따라 가시광선 영역의 투과성능이 좌우된다.
따라서 구리이온에 적당한 관능기를 가진 화합물을 배위결합시키면 가시광선은 차단하면서 근적외선 투과성능이 뛰어난 물질을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 목적은 가격이 저렴하면서도 용이하게 제조될 수 있는 가시광선차단 근적외선투과 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가시광선차단 근적외선투과 재료를 포함하는 필름을 구비한 광학필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가시광선차단 근적외선투과 재료를 포함하는 광학필터를 구비한 원격조정장치 또는 보안장비를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 구리 이온에 배위결합된 하기 일반식의 에틸렌디아민기 함유 화합물을 포함하는 가시광선차단 근적외선투과 재료를 제공한다.
H2NCH2CH2NHR
단, 상기 화학식 1에서 R은 CmHn이고, m은 0 내지 10의 정수이고, n은 2m+1의 정수이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한 물 100중량부당 구리이온이 배위결합된 상기 화학식 1의 에틸렌디아민기 함유 화합물 0.1 내지 40 중량부 및 아크릴계 중합체 1 내지 70중량부를 포함하는 가시광선차단 근적외선투과재료를 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 상기한 가시광선차단 근적외선투과 재료를 포함하는 필름을 구비한 광학필터를 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 상기한 광학필터를 구비한 원격조정장치 및 보안장비를 제공한다.
본 발명에 따른 가시광선차단 근적외선투과 재료는 구리이온의 배위결합을 통하여 안정적이고, 이 재료로부터 저렴하고 용이하게 광학필터를 제조하여 원격조정장치와 보안장비를 비롯한 근적외선을 이용하는 기기에 이용될 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 태양에 따른 가시광선차단 근적외선투과 재료는 구리이온에 배위결합된 상기 화학식 1의 에틸렌디아민기 함유 화합물을 포함한다.
상기 화학식 1에서 R은 CmHn이고, m은 0 내지 10의 정수이고, n은 2m+1의 정수이다. m이 10을 초과하면 극성용매에 잘 녹지 않기 때문에 구리이온과 착화합물을 형성하는 반응용매에 잘 녹지 않는 문제점이 있다.
에틸렌디아민기 함유 화합물에 첨가되는 구리이온의 함량은 에틸렌디아민기 함유 화합물 100중량부당 0.1중량부 내지 70중량부가 바람직하다. 0.1중량부 미만이면 미반응 에틸렌 디아민기 함유 화합물이 남게 되는 문제점이 있고, 70중량부를 초과하면 미반응 구리이온이 잔류하여 쉽게 변질되는 문제점이 있다.
상기 에틸렌디아민기 함유화합물에 배위결합되는 구리이온은 2가 이온인 것이 바람직하며, 황산구리, 염화구리, 질산구리, 아세트산구리와 같은 유기 또는 무기염 화합물에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 가시광선차단 근적외선투과 재료에 포함되는 화합물은 구리이온을 제공하는 유기 또는 무기염 화합물을 물에 용해시킨 후, 에틸렌디아민기 함유 화합물을 첨가한 후 충분히 교반시켜 배위결합시킴으로써 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 태양에 따른 가시광선차단 근적외선투과 재료는 물 100중량부당 구리이온이 배위결합된 상기 일반식의 에틸렌디아민기 함유 화합물 0.1 내지 40중량부 및 아크릴중합체 1 내지 70중량부를 포함한다. 본 발명에 사용되는 아크릴 중합체로는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리 알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트가 바람직하다. 또한 알킬기의 탄소수가 1내지 7인 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트가 더욱 바람직하다.
에틸렌디아민기 함유화합물이 0.1 중량부 미만이면 구리이온을 적절히 안정화 시킬 수 없는 문제점이 있고, 40 중량부를 초과하면 잉여 미반응 에틸렌 디아민 화합물로 인하여 변질되는 문제점이 있다. 아크릴중합체의 함량이 1 중량부 미만이면 적절한 지지체를 형성하지 못하는 문제점이 있고, 70 중량부를 초과하면 높은 점도로 인하여 균일한 막을 형성시키지 못하는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기한 가시광선차단 근적외선투과 재료를 포함하는 필름을 구비한 광학필터를 제공한다. 에틸렌디아민기 함유 화합물이 구리이온에 배위결합된 착체에 아크릴중합체를 혼합하여 용액 또는 용융 상태로 기판에 도포한 후 50 내지 200℃의 온도에서 건조시켜 광학 필터를 제조하게 된다.
본 발명에서는 상기한 광학필터를 구비한 원격조정장치 및 보안장비를 제공한다. 각종 전자기기의 원격조정장치는 근적외선 영역의 빛을 사용하여 통신하게 되는데, 이 때 신뢰도 높은 신호의 수신 및 발신을 위하여 가시광선에 의한 간섭을 최소화할 필요가 있다. 이를 위하여 발광부 및 수광부의 창(window)을 본 발명에 따른 광학 필터를 이용하여 제조할 수 있다.
한편, 빛의 감지에 의해 침입자의 출현을 감지하는 보안장비는 침입자가 그 감지광의 존재를 알아채지 못하도록 가시광선이 아닌 적외선 영역의 빛을 사용하여야 한다. 이 때에도 마찬가지로 보안장비의 발광부 및 수광부의 창을 본 발명에 따른 광학필터를 이용하여 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
물 100g에 CuCl2·5H2O 25g을 넣어 완전히 용해시킨 다음 에틸렌디아민 10g을 넣어 배위화합물이 형성될 때까지 잘 교반시켰다. 이 용액에 폴리아크릴아미드(제조회사명: Sigma Aldich, 상품명: 18,127-7) 파우더 30g을 첨가하여 모두 용해될 때까지 교반하였다. 깨끗한 유리기판에 상기에서 제조한 용액을 와이어 바코더 #70을 사용하여 약 150㎛의 두께로 코팅한 뒤 120℃의 건조오븐에서 건조시켰다. 제조된 근적외선투과 재료의 스펙트럼은 도 1에 도시한 바와 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 물질은 가시광선 영역에서 빛을 효율적으로 흡수하고, 근적외선 영역의 빛에 대하여 높은 투과율을 나타냄을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가시광선차단 근적외선투과 재료는 구리이온이 안정하게 유지되며, 값싸고 용이하게 광학필터로 제조될 수 있고, 근적외선 투과성이 뛰어나다.
따라서 본 발명의 재료는 광학필터에 포함되며, 원격조정장치 또는 보안장비의 발광부 및 수광부의 창에 사용될 수 있다.

Claims (13)

  1. 구리 이온에 배위결합된 하기 화학식 1의 에틸렌디아민기 함유 화합물을 포함하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
    [화학식 1]
    H2NCH2CH2NHR
    단, 상기 화학식 1에서 R은 CmHn이고, m은 0 내지 10의 정수이고, n은 2m+1의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구리이온의 함량은 에틸렌디아민기 함유 화합물 100중량부에 대하여 0.1 내지 70중량부인 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  3. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구리이온이 2가 이온인 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구리이온이 황산구리, 염화구리, 질산구리 또는 아세트산구리에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  5. 물 100중량부에 대해 구리 이온에 배위결합된 하기 화학식 1의 에틸렌디아민 기 함유 화합물 0.1 내지 40중량부 및 아크릴계 중합체 1 내지 70중량부를 포함하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
    [화학식 1]
    H2NCH2CH2NHR
    단, 상기 화학식 1에서 R은 CmHn이고, m은 0 내지 10의 정수이고, n은 2m+1의 정수이다.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 구리이온의 함량은 에틸렌디아민기 함유 화합물 100중량부에 대하여 0.1 내지 70중량부인 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  7. 제5항에 있어서, 상기 구리이온이 2가 이온인 것을 특징으로 하는 재료.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구리이온이 황산구리, 염화구리, 질산구리 또는 아세트산구리에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  9. 제5항에 있어서, 상기 아크릴계 중합체는 폴리아크릴아미드, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈, 폴리알킬아크릴레이트, 또는 폴리알킬메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  10. 제9항에 있어서, 알킬기의 탄소수가 1내지 7인 폴리알킬아크릴레이트 또는 폴리알킬메타크릴레이트인 것을 특징으로 하는 가시광선차단 근적외선투과 재료.
  11. 제5항 내지 제 10항중 어느 한 항에 따른 가시광선차단 근적외선투과 재료를 포함하는 필름을 구비한 광학필터.
  12. 제11항에 따른 광학필터를 구비한 원격조정장치.
  13. 제11항에 따른 광학필터를 구비한 보안장비.
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