KR100636715B1 - 파장 선택성 물질이 피복된 눈부심 조절 필름 - Google Patents
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Abstract
가시광선의 투과율 및 반사율이 낮은 태양광 조절 필름은 우선적으로 필름을 통해 투과되는 적외선 에너지를 감소시키 위해 태양광 부하 감소 필름(46)이 그 위에 증착되는 투명한 기판 재료의 제1 시트(44)와, 광 투과율을 부분적으로 차단하는데 효과적인 투명한 금속 필름(50)이 그 위에 증착되는 투명한 기판 재료의 제2 시트(52)를 포함하며, 상기 투명한 기판으로 이루어진 제1 시트와 제2 시트는 광학적으로 영향력이 큰 층에 의해 분리되어 반사된 빛의 보강 및 상쇄 간섭을 방지한다. 태양광 조절 필름의 바람직한 실시예에는, 감압 접착제층(42), 제1 폴리에틸렌 테레프탈레이트층(44), 패브리-페로 간섭 필터층(46), 접착제층(48), 회백 금속층(50), 제2 폴레에틸렌 테레프탈레이트층(52) 및 하드 코팅층(54)을 순서대로 포함한다. 바람직한 태양광 조절 필름은 적외선 범위에서 파장 선택성을 제공하는 동시에, 가시광선의 투과율을 조절하고 가시광선의 반사율을 최소화한다.
Description
본 발명은 태양광 에너지 조절 창 필름 등과 같이 가시광선의 투과율 및 반사율이 낮은 광학 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다.
눈부심을 감소시키거나 태양 광선으로 인한 열 부하를 감소시키기 위하여, 염색 및 진공 코팅된 플라스틱 필름이 창에 피복된다. 눈부심을 감소시키기 위하여, 파장이 400 내지 700 나노미터인 가시광선의 투과율(TVIS)은 반드시 조절되어야 한다. 열 부하를 감소시키기 위하여, 태양광의 투과율(TSOL)은 태양 스펙트럼의 가시광선 또는 근적외선(NIR) 부분(즉, 400 내지 2100 나노미터의 파장)에서 차단된다.
염색 필름은 주로 흡수를 통해 가시광선의 투과율(TVIS)을 임의의 바람직한 수준으로 조절할 수 있어, 결과적으로 눈부심을 탁월하게 감소시킬 수 있다. 그러나, 일반적으로 염색 필름은 태양광의 근적외선을 차단하지 않으므로, 태양광 조절 필름으로서 전적으로 효과적이지는 않다. 염색 필름의 다른 단점으로는 염색 필름이 태양 광선에 노출되면 대개 바래진다는 것이다. 또한, 필름이 복수 개의 염료로 채색되는 경우, 이들 염료는 대개 상이한 속도로 바래져서 필름의 수명에 관해 바람직하지 못한 색의 변화가 야기된다.
공지된 다른 창 필름은 스테인레스 강, 인코넬(inconel), 모넬(monel), 크롬 또는 니크롬 합금 등과 같은 회백 금속을 진공 증착하여 제조된다. 이 회백 금속이 증착된 필름은 태양 스펙트럼의 가시광선 및 근적외선 부분에서 대략 동일한 투과율을 나타낸다. 그 결과, 이 회백 금속이 증착된 필름은 태양광 조절에 관해서는 염색 필름에 비해 개량된다. 이 회백 금속 필름은 빛, 산소 및/또는 습기에 노출될 경우 비교적 안정적이고, 산화로 인해 코팅의 투과율이 증대되는 경우에 색의 변화는 일반적으로 감지하기 어렵다. 회백 금속은 투명한 플로트 판유리(float glass)에 피복된 후, 거의 동일한 태양광의 반사 및 흡수량으로 빛의 투과를 차단한다.
은, 알루미늄 및 구리 등으로 진공 증착된 층은 주로 반사에 의해 태양의 복사 에너지를 조절하며, 고수준의 가시광선 반사율(RVIS)로 인해 제한된 수의 용례에서만 유용하다. 적정한 선택도[즉, 근적외선의 투과율보다 가시광선의 투과율(TVIS)이 더 높음]는 구리 및 은 등과 같은 특정 반사 물질에 의해 얻을 수 있다.
전통적으로, 가장 뛰어난 눈부심 감소 코팅은 스테인레스 강, 크롬 또는 니켈 등과 같은 회백 금속을 스퍼터링한 것이었다. 도 1에 도시된 그래프는 가시광선 스펙트럼의 중간에서 대략 50%의 빛을 전달하도록 되어 있는 스퍼터링된 니크롬 코팅에 관한 투과율 스펙트럼(10)이다. 두께가 3.2mm인 플로트 판유리에 니크롬 필름이 부착된다. 도시된 바와 같이, 태양광의 투과율은 태양 스펙트럼 중 가시광선(400 내지 700nm) 및 근적외선(700 내지 2100nm) 부분 모두에서 조절된다. 유리 내에 있는 산화철로 인하여 약간의 파장 선택도가 관찰된다.
도 2의 그래프에서는, 다양한 두께를 갖는 단층 및 복층 니크롬 필름의 가시광선 반사율(RVIS)이 이에 상응하는 가시광선 투과율(TVIS)의 함수로서 나타내어져 있다. 도 2의 그래프에 사용된 데이터는 표 1에 있다. 여기에서, 복층 니크롬 필름은 2개의 광학적으로 유리(遊離)되어 있는 스퍼터링된 코팅을 사용하는 구성을 말한다. 상기 2개의 코팅은 적층 접착제 등과 같은 비교적 두꺼운 층(즉, 2㎛ 이상)에 의해 서로로부터 분리되어 있다. 도 2에서, 니크롬층의 두께는 좌측에서 우측으로 갈수록 감소하며, 도시된 바와 같이 니크롬층이 얇아질수록 가시광선의 반사율(RVIS)은 감소하고 가시광선의 투과율(TVIS)은 증가한다. 단층 니크롬 필름과 복층 니크롬 필름을 비교해 보면, 복층 니크롬 필름이 동일한 가시광선 투과율(TVIS)에 대하여 실질적으로 감소된 가시광선 반사율(RVIS)을 갖는 것으로 나타난다. 예를 들어, 가시광선 투과율(TVIS)이 20%일 때 단일 니크롬 코팅은 24%의 가시광선 반사율(RVIS)을 갖지만, 이중 니크롬 코팅은 13%의 가시광선 반사율(RVIS)을 갖는다. 니크롬층이 점점 더 얇아지면, 두 필름의 가시광선 반사율(RVIS)은 수렴하게 된다.
도 3의 그래프에서는 단층 및 복층 니크롬을 구비한 필름에 의해 얻어지는 태양광의 차단 정도가 비교된다. 태양광의 차단율은 다음과 같이 정의된다.
% 태양광 차단율 = 태양광 반사율 + (0.73 ×태양광 흡수율)
해당 분야에서, 태양광의 차단율은 대개 ASTM E424B의 방법에 따라 계산된다. 투과율이 낮은 경우에 복층 니크롬 코팅에 비해 단층 니크롬 코팅이 약간 더 나은 태양광 차단율을 갖는 이유는, 태양광 반사율의 차이 때문이다.
복층 니크롬을 이용하는 가시광선 투과율(TVIS)과 가시광선 반사율(RVIS)이 낮은 필름은 Yang에게 허여된 "Optical device having low visual light transmission and low visible light reflection"란 제목의 미국 특허 제5,513,040호에 개시되어 있다. Yang은 2개 이상의 투명 기판이 마련된 태양광 조절 필름을 개시하였는데, 상기 2개 이상의 투명 기판은, 가시광선 반사율(RVIS)과 가시광선 차단 용량의 정도가 낮고 투명하며 불연속적인 비간섭성의 얇은 금속 필름을 각각 지지한다. 금속 필름의 가시광선 차단 용량이 효과적으로 조합되어 가시광선의 투과율(TVIS)이 낮은 결합체를 제공하도록, 상기 기판은 하나의 결합체 형태로 배열 및 적층된다. 도 4에서, Yang은 특히 유리창(20)에 부착되는 필름을 기술하였으며, 상기 필름은 상단에서 하단 순으로, 감압 접착제층(22), 제1 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층(24), 니크롬층(26), 접착제층(28), 니크롬층(30), 제2 폴리에틸렌 테레프탈레이트층(32) 및 하드 코팅(hardcoat)층(34)을 포함한다.
태양광을 제어하는데 사용되는 공지된 필름으로는 은을 주성분으로 하는 패브리-페로 간섭 필터(Fabry-Perot 필터)가 있다. 패브리-페로 필터는 높은 수준의 파장 선택도를 갖기 때문에 양호한 태양광 조절성을 제공한다. 예를 들어, 패브리-페로 필터를 사용하면 가시광선은 약 70% 정도 투과될 수 있지만, 태양광의 근적외선은 10% 미만으로 투과된다. 패브리-페로 필터를 사용한 코팅은 외관상으로도 양호하여, 이러한 필름을 포함하는 적층 유리 구조체의 가시광선 반사율(RVIS)이 일반적으로 10% 정도로 매우 낮을 수 있다. 태양광을 조절하기 위해 패브리-페로 간섭 필터를 사용하는 예는, Gajewski 등에게 허여된 "Solar Load Reduction Panel with Controllable Light Transparency"이란 제목의 미국 특허 제5,111,329호에 개시되어 있다.
태양광의 조절이 창의 가시적인 광학 특성에 대해 미치는 영향을 최소화하는 것이 바람직한 용례에서는, 패브리-페로 필터가 바람직하다. 그러나, 태양광의 조절뿐만 아니라 눈부심의 조절이 요구되는 용례에서는, 높은 가시광선 투과율을 갖는 패브리-페로 필터가 바람직하지 못하다. 그 결과, 가시광선의 투과율 및 반사율이 낮은 개량된 태양광 조절 필름이 요구되었다.
본 발명은 가시광선의 투과율 및 반사율이 낮은 태양광 조절 필름에 관한 것이며, 상기 필름은 태양광 부하 감소 필름이 증착된 제1 기판과, 얇고 투명한 금속 필름이 증착된 제2 기판을 포함하며, 상기 기판 모두가 광학적으로 영향력이 큰 층에 의해 분리된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 태양광 조절 필름은 창에 피복되며, 상기 필름은 감압 접착제층, 제1 폴리에틸렌 테레프탈레이트층, 패브리-페로 간섭 필터층, 접착제층, 회백 금속층, 제2 폴레에틸렌 테레프탈레이트층 및 하드 코팅층을 그 순서대로 포함한다. 상기 태양광 조절 필름에서 바람직한 PET 필름의 두께는 약 0.5 내지 2mils 이다. 패브리-페로 간섭 필터는 제1 PET층 상에 증착되어 적외선 파장의 복사 에너지의 상당 부분을 차단하는 동시에 가시광선의 상단 부분을 투과시킨다.
바람직한 실시예에 따른 패브리-페로 간섭 필터는 그 두께가 15 내지 60nm인 제1 연속적인 유전성(誘電性) 산화인듐 필름과, 그 두께가 4 내지 25nm인 제1 연속적인 전기 전도성 은 금속 필름과, 그 두께가 30 내지 1200nm인 제2 연속적인 유전성 산화인듐 필름과, 그 두께가 4 내지 25nm인 제2 연속적인 전기 전도성 은 금속 필름, 그리고 그 두께가 15 내지 60nm인 제3 연속적인 산화인듐 필름으로 이루어진 필름 적층체를 포함한다. 상기 패브리-페로 필터 중에서 은 금속층은 은을 주성분으로 하고, 화학적 및 광학적 내구성을 개선하기 위하여 금 또는 구리를 50% 미만으로 함유한 합금물로서 또는 클래딩(cladding)층으로서 첨가된다. 적층 접착제는 반사된 빛의 보강 및 상쇄 간섭을 지연 또는 방지할 정도로 충분히 두껍다. 회백 금속층은 가시광선의 산란, 확산, 반사 및/또는 흡수가 가능한 비교적 얇은 필름이지만, 이 필름을 통한 가시광선의 투과를 부분적으로 차단 및/또는 감소시킬 정도로 충분히 두껍다. 바람직한 회백 금속층은 1 내지 20nm의 두께로 제2 PET층 상에 증착되는 니켈 크롬이다.
태양광 조절 필름의 변형예는 그 필름 상에 추가 회백 금속층이 결합된 것이다. 한 가지 실시예에서, 추가 회백 금속층이 제1 회백 금속층에 대향하는 제2 PET층 상에 증착된다. 다른 변형예에서, 추가 회백 금속층은 추가 PET층 위에 스퍼터링되며, 추가 접착제층에 의해 제2 PET층에 부착된다. 하드 코팅층은 제3 PET층 상에 증착된다.
본 발명의 태양광 조절 필름은 적외선 범위에서 파장 선택도가 개선되고, 태양광 차단율이 현저하게 개선된다. 태양광 차단율은 종래 기술에 비해 현저히 개선되며 가시광선의 투과율은 20% 이상 증가된다. 신규한 조절 필름은 태양광 차단율 이외에 태양광 반사율도 종래의 필름에 비해 현저히 개선된다. 차 내부의 온도가 안정 상태인 것이 중요한 주차된 차량의 보호 등의 용례에서는 태양광 반사율이 특히 중요하다.
태양광을 조절하는데 회백 금속을 사용하는 것도 또한 가시광선의 투과율을 20 내지 60%로 유지하면서 가시광선의 반사율을 20% 미만으로 유지하는데 도움이 된다. 본 발명의 장점은 태양광 조절 필름이 파장 선택도가 개선되는 동시에 가시광선의 투과율 및 반사율 모두가 적합한 범위 내에서 효과적으로 조절되는 것이다.
도 1은 가시광선 스펙트럼의 중앙에서 빛의 약 50%를 투과시키도록 되어 있는 단층 니크롬 필름에 대한 투과율 스펙트럼 그래프이며,
도 2는 3.2mm 유리 상의 단층 니크롬 필름과 복층 니크롬 필름에 대한 가시광선의 반사율 대 가시광선의 투과율을 필름 두께의 함수로서 나타낸 그래프이고,
도 3은 3.2mm 유리 상의 단층 니크롬 필름과 복층 니크롬 필름에 대한 태양광 차단율 대 가시광선의 투과율을 필름 두께의 함수로서 나타낸 그래프이며,
도 4는 종래의 기술에 따른 복층 니크롬을 구비한 태양광 조절 필름을 보여주고,
도 5는 본 발명에 따른 패브리-페로 간섭 필터와 회백 금속층을 구비하는 태양광 조절 필름을 보여주며,
도 6은 본 발명에 따른 바람직한 패브리-페로 간섭 필터의 확대도이고,
도 7은 본 발명에 따른 변형 패브리-페로 간섭 필터의 확대도이며,
도 8은 본 발명에 따라 추가 회백 금속층을 구비한 변형 태양광 조절 필름을 보여주고,
도 9는 본 발명에 따라 추가 접착제층에 의해 부착된 추가 PET층 상에 증착되는 추가 금속층을 구비한 변형 태양광 조절 필름을 보여주며,
도 10은 가시광선 스펙트럼의 중앙에서 빛의 약 50%를 투과시키도록 되어 있는 양 필름, 즉 태양광 조절 필름 및 도 1에 도시된 단층 니크롬 필름의 투과율 스펙트럼을 대비하여 보여주는 그래프이고,
도 11은 종래 기술에 공지된 단층 니크롬 필름 및 복층 니크롬 필름과 본 발명에 의한 태양광 조절 필름에 대한 태양광 차단율 대 가시광선 투과율을 필름 두께의 함수로서 나타낸 그래프이며,
도 12는 종래 기술에 공지된 단층 니크롬 및 복층 니크롬 필름과 본 발명에 의한 태양광 조절 필름에 대한 태양광 반사율 대 가시광선 투과율을 필름 두께의 함수로서 나타낸 그래프이고,
도 13은 본 발명에 따른 3개의 태양광 조절 필름에 대한 가시광선 반사율 대 가시광선 투과율을 필름 두께의 함수로서 나타낸 그래프이며,
도 14는 제2 PET층과 회백 금속층이 역전되어 있으며 회백 금속층이 적외선 투과성 하드 코팅으로 코팅되어 있는 태양광 조절 필름의 변형예를 보여준다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 다음 용어들은 그 의미가 다음과 같이 정의된다.
"TVIS"는 투명한 광학 장치, 즉 창을 통해 투과되는 가시광선 또는 복사 에너지의 비율을 말한다.
"RVIS"는 광학 장치, 즉 창으로부터 반사되는 가시광선 또는 복사 에너지의 비율을 말한다.
"AVIS"는 광학 장치에 의해 흡수되는 가시광선 또는 복사 에너지의 비율을 말한다.
"TSOL"은 광학 장치를 통해 투과되는 태양 에너지의 비율을 말한다.
"RSOL"은 광학 장치로부터 반사되는 태양 에너지의 비율을 말한다.
"ASOL"은 광학 장치에 의해 흡수되는 태양 에너지의 비율을 말한다.
"%SR"은 광학 장치로부터 차단되는 태양 에너지의 비율을 말한다.
"SC" 또는 "음영 계수(shading coefficient)"는 환경이 특정한 눈부심에 맞춰진 소정 면적의 개구를 통해 태양 복사 에너지에 노출되는 경우에 얻어지는 열의 획득과, 두께가 3.2mm인 투명한 단일 판유리가 끼워 맞춰지는 동일 면적의 개구를 통해 얻어지는 열의 획득을 비교한 값을 말한다(ASHRAE 표준 계산법).
도 5는 가시광선의 투과율 및 반사율이 낮은 태양광 조절 필름의 바람직한 실시예를 보여준다. 이 바람직한 실시예는 참조로 유리층(40)에 부착된 것으로 도시었으며, 이 실시예는 상단에서 하단 순으로, 감압 접착제층(42), 제1 폴리에틸렌 테레프탈레이트층(44), 패브리-페로 간섭 필터층(46), 접착제층(48), 회백 금속층(50), 제2 폴리에틸렌 테레프탈레이트층(52) 및 하드 코팅층(54)을 포함한다. 상기 유리층(40)은 임의 타입의 유리 또는 플라스틱 창 재료일 수 있으며, 일반적으로 3.2mm 플로트 유리이다.
감압 접착제층(42 : PSA)은 태양광 조절 필름을 유리에 부착할 수 있게 하는 접착제이면 어느 것이라도 무방하다. 유리에 태양광 조절 필름을 부착하기 위하여, 태양광 조절 필름의 일면은 상기 감압 접착제(PSA)로 코팅되며, 유리에 필름을 피복하기 전에 이 PSA층으로부터 박리지(release sheet)가 제거된다. 종래 기술에 공지된 바와 같이, 자외선 흡수 첨가제가 이 PSA층에 포함될 수 있다.
상기 제1 PET층(44)은 태양광 조절 필름의 기판층으로서 선호되는 재료이다. 이 기판은 태양광 조절 필름, 특히 웹 형태로 공급되는 가요성 폴리머 필름에 통상적으로 사용되는 투명한 지지 재료 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 바람직한 폴리머는 약 0.5 내지 2mils에서 약 50mils까지의 두께를 갖는 PET 필름이다. 상기 필름의 굴절률은 대개 1.4 내지 1.7이다. 기판의 타입은 본 발명에서 결정적인 요인은 아니다.
태양광 조절 필름에서 다음 층은 패브리-페로 간섭 필터층(46 : 패브리-페로 필터)이며, 일반적으로 태양광 부하 감소(SLR) 필름으로 불린다. 이 패브리-페로 필터는 상기 PET층 위에 증착되어 적외선 파장을 갖는 복사 에너지의 상당 부분을 선택적으로 배제시키는 동시에, 가시광선의 상당 부분을 투과시킨다. 도 6은 바람직한 패브리-페로 필터의 확대도이다. 이 바람직한 실시예는 상단에서 하단 순으로 그 두께가 15 내지 60nm인 제1 연속적인 유전성 산화인듐 필름(60)과, 그 두께가 4 내지 25nm인 제1 연속적인 전기 전도성 은 금속 필름(62)과, 그 두께가 30 내지 1200nm인 제2 연속적인 유전성 산화인듐 필름(64)과, 그 두께가 4 내지 25nm인 제2 연속적인 전기 전도성 은 금속 필름(66), 그리고 그 두께가 15 내지 60nm인 제3 연속적인 산화인듐 필름(68)을 포함하는 필름 적층체이다.
도 7은 상기 바람직한 패브리-페로 필터 대신에 사용 가능한 변형 패브리-페로 필터의 확대도이다. 이 변형 패브리-페로 필터는 2개의 추가 필름층, 즉 추가 금속층(70)과 추가 산화물층(72)을 포함한다. 이 변형예에서, 제3 산화인듐 필름(68)의 두께는 30 내지 1200nm로 증대된다. 추가 금속층(70)은 제3 연속적인 은 금속 필름이고, 바람직하게는 제3 산화인듐 필름(68) 위에 증착되며, 그 두께는 4 내지 25nm이다. 추가 산화물층(72)은 제4 연속적인 유전성 산화인듐 필름이고, 바람직하게는 제3 금속층에 증착되며, 그 두께는 15 내지 60nm이다.
패브리-페로 필터 내에 있는 금속층(62, 66, 70)은 은을 주성분으로 하고 화학적 및 광학적 내구성을 개선하기 위하여 금 또는 구리를 50% 미만으로 함유한 합금물로서 또는 클래딩층으로서 첨가된다. 산화물층(60, 64, 68, 72)으로는 산화인듐이 바람직하지만, 굴절률이 1.5 이상이고 가시광선 흡수율이 10% 미만인 투명 유전성 층의 경우에는, 그 밖의 산화물, 예컨대 산화아연, 산화주석, 산화티타늄 및 산화니오븀 등이 산화물로서 사용될 수 있다. 적절하게 투명하며 실제 굴절률이 1.5 이상이라면, 질화물, 플루오르화물 등도 또한 사용될 수 있다.
패브리-페로 필터의 그 구성, 성능 및 제조 방법에 대한 보다 상세한 사항은 본 발명의 양수인에게 양도된, "Heat Reflecting Composite Films and Glazing Products Containing the Same"이란 제목의 미국 특허 제4,799,745호에 개시되어 있다.
도 5에 대해 다시 살펴보면, 상기 적층 접착제(48)는 광학적으로 영향력이 크며 반사된 빛의 보강 및 상쇄 간섭을 지연하는 태양광 조절 필름에 사용되는 임의의 통상적인 적층 접착제이어도 무방하다. 이 적층 접착제는 회백 금속층(50)과 패브리-페로 필터(46) 사이에 배치되며, 그 두께는 2㎛ 이상이어야 한다. 2㎛ 이상의 두께는 회백 금속층 및 패브리-페로 필터로부터 반사된 빛이 비간섭성이며, 보강 및 상쇄 간섭으로 인한 발색이 나타나지 않는 것을 보장하는데 기여한다.
회백 금속층(50)은 금속 또는 니켈-크롬(니크롬 또는 NiCr) 등과 같은 합금이며, 2 내지 20nm 의 두께로 제2 PET층 위에 형성되는 것이 바람직하다. 그 밖의 사용 가능한 회백 금속 또는 합금으로는 스테인레스 강, 인코넬, 모넬, 크롬 또는 니크롬 합금 등이 있다. 회백색으로 여겨지지 않지만, 얇게 증착될 때 또는 비연속적인 코팅의 성장을 촉진하는 조건하에서 "회백색과 유사한" 금속으로는 구리, 금, 알루미늄 및 은 등이 있으며 이들도 또한 사용될 수 있다. 일반적으로, 금속층은 가시광선을 산란, 확산, 반사 및/또는 흡수시킬 수 있는 얇은 필름이어야만 하지만, 이 필름을 통한 가시광선의 투과율을 감소시킬 정도로 충분한 두께를 갖는다. 이 금속층은 상기 기판 상에 스퍼터링되어 증착되는 것이 가장 바람직하지만, 그 외의 진공 증착 기술도 사용 가능하다.
본 발명에서 의도된 반사율이 낮은 필름의 경우, 상기 코팅은 금속층의 가시광선 반사율(RVIS)이 약 20%를 초과하지 않도록 충분히 얇아야한다. 일반적으로 금속층의 두께는 1 내지 20nm 이다.
제2 PET층(52)은 그 표면 위에 패브리-페로 필터(46) 대신에 금속층(50)이 증착되었다는 것을 제외하고는 제1 PET층(44)과 실질적으로 동일한 특징을 갖는다.
창에 사용하는 태양광 조절 필름을 보호하기 위하여, 이 필름 중 PET층(52)의 노출된 표면은 내마모성 및 긁힘 내성 하드 코팅(54)으로 코팅된다. 이 하드 코팅층은 가공하는 동안 그리고 최종 생성물을 사용하는 동안 가요성 기판의 내구성을 향상시킨다. 하드 코팅층은 해당 분야에서 공지되어 있다. 이 하드 코팅층은 실리카계 하드 코팅, 실록산 하드 코팅, 멜라민 하드 코팅, 아크릴 하드 코팅 등과 같은 공지된 재료 중 임의의 하나이어도 무방하다. 일반적으로, 이들 재료는 그 굴절률이 1.4 내지 1.6 이다. 하드 코팅층의 허용 두께는 1 내지 20㎛ 이다. 이 하드 코팅층은 본 발명에서 핵심적인 것은 아니다.
도 8 및 도 9는 태양광 조절 필름의 변형예를 보여준다. 두 실시예 모두 필름 위에 추가 회백 금속층을 포함한다. 도 8에서, 추가 회백 금속층(58)은 제1 회백 금속층(50)과 대향하도록 제2 PET층(52) 상에 증착된다. 태양광 조절 필름 내에서, 이 추가 회백 금속층(58)은 제2 PET층(52)과 하드 코팅(54) 사이에 배치된다. 도 9에서는, 추가 회백 금속층(80)이 추가 PET층(82) 상에 스퍼터링되며, 이 추가 회백 금속층은 추가 접착제층(78)에 의해 제2 PET층(52)에 부착된다. 하드 코팅층(54)은 추가 PET층(82) 상에 증착된다.
신규한 태양광 조절 필름에 대한 성능 비교 데이터가 표 1과 도 10 내지 도 13의 그래프에 나타내어져 있다. 표 1을 참조하면, 좌측 8칸에는 기술된 적층 유리 구조에 대한 광학적 성질들이 제공된다. 일부 경우에서는, 적층 구조에서 사용되는 단층 금속(즉, 니크롬 또는 은)의 광학적 성질이 맨끝 4칸에 주어진다. 도 10을 참조하면, TVIS = 50% 인 신규한 태양광 조절 필름(90)에 관한 투과율 스펙트럼이 도 1의 그래프에 도시된 바와 같은 단층 니크롬을 갖는 필름에 관한 투과율 스펙트럼(10)과 비교된다. 이 신규한 태양광 조절 필름에 의해 제공되는 적외선 범위에서의 파장 선택도에 의하여, 본 발명의 태양광 조절 필름의 태양광 차단율이 향상될 수 있음은 분명하다. 그 후의 그래프에 도시된 바와 같이, 신규한 태양광 조절 필름의 태양광 차단율은 보다 높은 수준의 가시광선 투과율에서 특히 뛰어나며, 가시광선 투과율이 20% 미만으로 조절될 때에는 패브리-페로 필름을 피복하여 얻어지는 이익과 거의 차이가 없다.
| 1/8-인치 유리 + 필름(패브리-페로 + NiCr) | 코팅에 직면하는 금속의 성질 | ||||||||||
| NiCr 두 께 | TVIS | RVIS | TSOL | RSOL | ASOL | % SR | SC | TVIS | RVIS | AVIS | AVIS/ RVIS |
| 0.00 | 72.80 | 9.20 | 43.90 | 22.60 | 33.50 | 47.10 | 0.61 | ||||
| 2.45 | 60.00 | 9.10 | 36.00 | 22.50 | 41.50 | 52.80 | 0.54 | 70.50 | 13.80 | 15.70 | 1.14 |
| 4.98 | 50.00 | 10.00 | 29.90 | 23.00 | 47.10 | 57.40 | 0.49 | 57.30 | 17.50 | 25.20 | 1.44 |
| 8.45 | 40.00 | 12.00 | 23.80 | 24.10 | 52.10 | 62.10 | 0.44 | 44.40 | 22.80 | 32.80 | 1.44 |
| 13.40 | 30.00 | 15.40 | 17.90 | 25.90 | 56.30 | 67.00 | 0.38 | 32.30 | 29.80 | 37.90 | 1.27 |
| 21.50 | 20.00 | 20.30 | 11.90 | 28.40 | 59.70 | 72.00 | 0.32 | 20.80 | 38.30 | 40.90 | 1.07 |
| 1/8-인치 유리 + 필름(패브리-페로 + NiCr + NiCr) | |||||||||||
| 각NiCr두 께 | TVIS | RVIS | TSOL | RSOL | ASOL | % SR | SC | ||||
| 1.10 | 60.00 | 9.00 | 35.90 | 22.50 | 41.60 | 52.90 | 0.54 | ||||
| 2.27 | 50.00 | 9.10 | 29.80 | 22.60 | 47.60 | 57.30 | 0.49 | ||||
| 3.80 | 40.00 | 9.80 | 23.70 | 22.90 | 53.40 | 61.90 | 0.44 | ||||
| 5.90 | 30.00 | 11.10 | 17.70 | 23.60 | 58.70 | 66.50 | 0.39 | ||||
| 9.12 | 20.00 | 13.40 | 11.70 | 24.80 | 63.40 | 71.10 | 0.33 | ||||
| 1/8-인치 유리 + 필름(패브리-페로 + 은) | |||||||||||
| 은두께 | TVIS | RVIS | TSOL | RSOL | ASOL | % SR | SC | TVIS | RVIS | AVIS | AVIS/ RVIS |
| 8.00 | 60.00 | 16.70 | 34.80 | 26.90 | 38.30 | 54.90 | 0.52 | 69.30 | 26.20 | 4.50 | 0.17 |
| 12.10 | 50.00 | 24.00 | 28.50 | 30.70 | 40.80 | 60.50 | 0.45 | 55.30 | 39.30 | 5.40 | 0.14 |
| 16.10 | 40.00 | 31.70 | 22.60 | 34.60 | 42.80 | 65.80 | 0.39 | 42.80 | 51.40 | 5.80 | 0.11 |
| 20.80 | 30.00 | 39.60 | 17.00 | 38.60 | 44.60 | 71.20 | 0.33 | 31.00 | 63.30 | 5.70 | 0.09 |
| 26.90 | 20.00 | 47.80 | 11.50 | 42.30 | 46.10 | 76.00 | 0.28 | 19.80 | 74.60 | 5.60 | 0.08 |
| 1/8-인치 유리 + 필름(NiCr + NiCr) | |||||||||||
| NiCr 두 께 | TVIS | RVIS | TSOL | RSOL | ASOL | % SR | SC | TVIS | RVIS | AVIS | AVIS/ RVIS |
| 2.27 | 60.00 | 8.00 | 53.60 | 7.50 | 38.90 | 35.90 | 0.74 | 71.60 | 13.60 | 14.80 | 1.09 |
| 3.50 | 50.00 | 8.10 | 44.00 | 7.70 | 48.20 | 42.90 | 0.66 | 64.50 | 15.30 | 20.20 | 1.32 |
| 5.08 | 40.00 | 8.90 | 34.70 | 8.50 | 56.70 | 49.90 | 0.58 | 56.80 | 17.70 | 25.50 | 1.44 |
| 7.27 | 30.00 | 10.10 | 25.60 | 10.10 | 64.30 | 57.00 | 0.49 | 48.30 | 21.00 | 30.70 | 1.46 |
| 10.70 | 20.00 | 13.30 | 16.70 | 13.00 | 70.30 | 64.30 | 0.41 | 38.40 | 26.00 | ||
| 1/8-인치 유리 + 필름(NiCr) | |||||||||||
| NiCr 두 께 | TVIS | RVIS | TSOL | RSOL | ASOL | % SR | SC | ||||
| 4.75 | 60.00 | 8.20 | 53.70 | 7.80 | 38.50 | 35.90 | 0.74 | ||||
| 7.50 | 50.00 | 9.50 | 44.20 | 9.30 | 46.50 | 43.20 | 0.65 | ||||
| 11.20 | 40.00 | 12.40 | 34.90 | 12.30 | 52.80 | 50.80 | 0.57 | ||||
| 16.60 | 30.00 | 17.10 | 25.70 | 16.90 | 57.30 | 58.70 | 0.47 | ||||
| 25.00 | 20.00 | 23.60 | 17.00 | 23.30 | 59.70 | 66.90 | 0.38 | ||||
본 발명에 따라 패브리-페로 필터에 적층되는 니크롬층을 갖는 필름의 태양광 반사율 특성을 도 11의 단층 니크롬을 갖는 필름 및 복층 니크롬을 갖는 필름과 비교한다. 도시된 바와 같이, 신규한 태양광 조절 필름의 태양광 차단율은 가시광선 투과율이 20% 이상으로 증가될 때 상기 단층 및 복층 니크롬을 갖는 필름에 비해 현저히 개선된다. 예를 들어, TVIS가 20%인 경우에, 신규한 태양광 조절 필름이 약 72%의 태양 에너지를 차단하는 반면에, 단층 니크롬 필름은 약 67%의 태양 에너지를 그리고 복층 니크롬 필름은 약 64%의 태양 에너지를 차단한다. 금속층이 얇아질수록 태양광 차단율의 차이는 커져, TVIS가 60%인 경우에 신규한 태양광 조절 필름이 약 53%의 태양 에너지를 차단하는 반면에, 단층 및 복층 니크롬 필름은 각각 약 36%의 태양 에너지를 차단한다.
추가된 패브리-페로 필터의 태양광 조절에 관한 모든 유용성이 태양광 차단율으로만 명백해지는 것은 아니다. 그 유용성은 도 12에 도시된 바와 같이, 태양광 반사율의 차이를 검토하였을 때 더 명백해진다. 도시된 바와 같이, 신규한 태양광 조절 필름의 태양광 반사율은 단층 및 복층 니크롬 필름에 비해 현저히 개선된다. 예를 들어, TVIS가 20%인 경우에, 신규한 태양광 조절 필름이 약 28%의 태양 에너지를 반사하는 반면에, 단층 니크롬 필름은 약 23%의 태양 에너지를 그리고 복층 니크롬 필름은 약 13%의 태양 에너지를 반사한다. 금속층이 얇아질수록 태양광 반사율의 차이는 커져, TVIS가 60%인 경우에 신규한 태양광 조절 필름이 약 23%의 태양 에너지를 반사하는 반면에, 단층 및 복층 니크롬 필름은 각각 약 8%와 7%의 태양 에너지를 반사한다.
태양광의 반사율은 차 내부의 온도가 안정 상태인 것이 중요한 주차된 차량의 보호 등의 용례에서 특히 중요하다. 자동차 유리에 의해 흡수되는 에너지는 공기의 흐름, 표면 방출, 유리의 양 측면에서의 차체 온도 등에 따라 내측으로 또는 외측으로 전달될 수 있기 때문에, 태양 에너지 차단에 있어서 태양광의 반사율이 태양광의 흡수율보다 우선시 된다. 차량의 창에서의 태양 에너지 흡수는 온도 상승률을 누그러뜨리지만, 차량 내부의 최종 평형 온도를 제한하지는 않는다. 다른 한편으로는, 반사에 의한 태양광의 차단은 주변 조건과는 별개의 것이며, 주차된 차량의 평형 온도를 감소시키는 효과를 갖는다.
태양광 조절 필름에 회백 금속을 사용하면 가시광선의 반사율(RVIS)을 가능한 한 낮게 유지하는데 기여할 수 있다. 도 13을 참조하면, 니크롬 필름보다는 은을 사용하는 것이 패브리-페로 필터의 투과율을 감소시키는 데 보다 효과적인 것으로 나타나 있다. 은(또는 알루미늄)과 같이 고반사 금속이 사용되면, 주어진 투과율에 대해서 더 높은 반사율을 갖게 된다. 예를 들어, TVIS가 20%인 경우에 은을 사용한 태양광 조절 필름이 약 48%의 가시광선을 반사하는 반면에, 단층 니크롬을 사용한 태양광 조절 필름은 약 20%의 가시광선을 그리고 복층 니크롬을 사용한 태양광 조절 필름은 약 13%의 가시광선을 반사한다. 금속층이 얇아질수록 가시광선 반사율의 차이는 작아진다.
본 발명의 태양광 조절 필름의 반사에 관한 측면은 회백 금속의 
값에 대한 한계치를 제공함으로써 구체화될 수 있다. 금속의 회백도를 구체화하기 위한 더 용이한 다른 방법은 코팅된 필름의 반사율과 투과율을 측정한 후, 이 필름이 유리에 적층되지 않은 곳에서의 AVIS 대 RVIS 비를 결정하는 것이다. 표 1에 있는 은과 니크롬에 대한 데이터로부터 명백하듯이, 금속의 회백도가 클수록 AVIS/RVIS
비가 커진다. 본원에 고려되고 있는 두께에 대해서 니크롬의 AVIS/RVIS 비는 1.07 내지 1.44 이다. 은의 AVIS/RVIS 비는 0.08 내지 0.17 이다. PET층 위에 금속이 스퍼터링되어 있는 신규한 태양광 조절 필름에 있어서의 적정한 컷오프 값은 0.6 이상의 AVIS/RVIS 이다. 여기에서 반사율은 기판의 코팅된 측면에서 측정되었다. 증착된 층이 "회백 금속" 인가를 결정하는 데 사용되는 재료의 타입은 간단한 것이 아님을 유의하라. 알루미늄과 같은 반사 금속도 산소 및 수증기 등과 같은 바람직하지 못한 배경 가스와 함께 고압으로 증착되면, 불연속적인 층으로 성장하여 회백 금속과 유사한 광학적 특성을 갖는다.
태양광 조절 필름의 또 다른 변형예가 도 14에 도시되어 있다. 이 태양광 조절 필름은 도 5에 도시된 바람직한 실시예와 비교하여 보면 회백 금속층(50)과 제2 PET층(52)의 위치가 바뀌어, 회백 금속이 필름 표면(94)에 가장 근접해 있다. 그 후, Dahlen 등에 허여된 "Energy Control Sheet Having Insulative Properties" 란 제목의 미국 특허 제4,226,910호에 개시된 바와 같은 적외선 투과성 하드 코팅(90)으로 상기 회백 금속을 코팅한다. 이 적외선 투과성 하드 코팅은 필름 표면 부근에서의 열 전달을 최소화하는 낮은 방사율을 갖는다. 이 태양광 조절 필름의 실시예는 건축물 또는 자동차의 창 내측에 효과적으로 사용되어 건물 또는 차량 안으로의 복사열 전달을 최소화할 수 있다. 또한, 이 태양광 조절 필름은 열을 밀폐공간으로 역반사하여, 열의 유지성을 조금 증대시킨다.
Claims (20)
- 가시광선 투과율 및 반사율이 낮은 태양광 조절 필름으로서,필름을 통해 투과되는 적외선 에너지를 우선적으로 감소시키기 위해 태양광 부하 감소(SLR) 필름이 상부에 증착되는 투명한 기판 재료의 제1 시트와;광의 투과를 부분적으로 차단하고 낮은 가시광선 반사율을 갖는데 효과적인 투명한 금속 필름이 상부에 증착되는 투명한 기판 재료의 제2 시트; 그리고상기 제1 시트와 제2 시트 사이에 배치되는 광학적으로 영향력이 큰 층을 포함하고, 상기 SLR 필름은 상기 제1 시트의 제1 표면 상에 마련되는 필름 적층체를 포함하며, 상기 필름 적층체는 상기 제1 시트에 인접한 제1 유전성 필름, 제1 금속 필름, 제2 유전성 필름, 제2 금속 필름 및 제3 유전성 필름을 적어도 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학적으로 영향력이 큰 층은 제1 시트 및 제2 시트 사이에서 반사되는 빛의 보강 및 상쇄 간섭을 지연시키는 광학적 특성을 갖는 것인 태양광 조절 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학적으로 영향력이 큰 층은 굴절률이 1.4 내지 1.7 이며 두께가 1㎛ 이상인 투명한 층인 것인 태양광 조절 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 광학적으로 영향력이 큰 층은 상기 SLR 필름과 투명한 금속 필름 사이에 직접적으로 배치되는 적층 접착제인 것인 태양광 조절 필름.
- 제4항에 있어서, 상기 투명한 기판의 제2 시트는 상기 투명한 기판의 제1 스트보다 창에 더 근접하도록 창에 부착되는 것인 태양광 조절 필름.
- 가시광선 투과율 및 반사율이 낮은 태양광 조절 필름으로서,필름을 통해 투과되는 적외선 에너지를 우선적으로 감소시키기 위해 패브리-페로 간섭 필터가 상부에 증착되는 투명한 기판 재료의 제1 시트와;광의 투과를 부분적으로 차단하고 낮은 가시광선 반사율을 갖는데 효과적인 투명한 금속층이 상부에 증착되는 투명한 기판 재료의 제2 시트; 그리고상기 제1 시트와 제2 시트 사이에 배치되는 광학적으로 영향력이 큰 층을 포함하고, 상기 간섭 필터는 상기 제1 시트의 제1 표면 상에 마련되는 필름 적층체를 포함하며, 상기 필름 적층체는 상기 제1 시트에 인접한 제1 산화물 필름, 제1 금속 필름, 제2 산화물 필름, 제2 금속 필름 및 제3 산화물 필름을 적어도 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제6항에 있어서, 상기 금속층은 회백 금속층인 것인 태양광 조절 필름.
- 제7항에 있어서, 상기 회백 금속층은 니켈 크롬층인 것인 태양광 조절 필름.
- 제7항에 있어서, 상기 회백 금속은 AVIS/RVIS 비가 0.6 보다 크고 두께가 1 내지 50nm 인 것인 태양광 조절 필름.
- 가시광선 투과율 및 반사율이 낮은 태양광 조절 필름으로서,제1 측면 및 제2 측면을 구비한 투명한 기판 재료의 제1 시트와;상기 투명한 기판 재료의 제1 시트의 제2 측면 상에 마련되는 태양광 부하 감소 필름 적층체와;제1 측면 및 제2 측면을 구비한 투명한 기판 재료의 제2 시트와;상기 투명한 기판 재료의 제2 시트의 제2 측면 상에 마련되는 얇고 투명한 회백 금속층; 그리고상기 투명한 기판 재료의 제1 시트 상에 마련된 태양광 부하 감소 필름 적층체와 상기 투명한 기판 재료의 제2 시트 상에 마련된 얇고 투명한 금속층 사이에 있는 접착제층을 포함하며, 상기 필름 적층체는 상기 투명한 기판 재료의 제2 시트의 제2 측면 상에 마련되는 제1 산화물층과, 상기 제1 산화물층 상에 마련되는 제1 금속층과, 상기 제1 금속층 상에 마련되는 제2 산화물층과, 상기 제2 산화물층 상에 마련되는 제2 금속층, 그리고 상기 제2 금속층 상에 마련되는 제3 산화물층을 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 상기 얇고 투명한 회백 금속층은 니켈 크롬층인 것인 태양광 조절 필름.
- 제11항에 있어서, 상기 니켈 크롬층은 AVIS/RVIS 비가 0.6 보다 큰 것인 태양광 조절 필름.
- 제12항에 있어서, 상기 니켈 크롬층의 AVIS/RVIS 비는 1.07 내지 1.44 인 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 상기 제1 산화물층, 제2 산화물층 및 제3 산화물층은 굴절률이 1.5 보다 크고, 태양광 조절 코팅의 전체 흡수율에 대해 10% 이하로 기여하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 금속층 및 제2 금속층은 금 또는 구리를 50% 미만으로 함유한 은 합금을 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 상기 태양광 부하 감소 필름 적층체의 층별 두께의 범위는제1 산화물층 = 15 내지 60nm,제1 금속층 = 4 내지 25nm,제2 산화물층 = 30 내지 1200nm,제2 금속층 = 4 내지 25nm,제3 산화물층 = 15 내지 60nm 인 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 상기 투명한 기판 재료의 제2 시트의 제1 측면 상에 마련되는 얇고 투명한 제2 회백 금속층을 더 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 제1 측면 및 제2 측면을 구비한 투명한 기판 재료의 제3 시트와; 상기 투명한 기판 재료의 제3 시트의 제2 측면 상에 마련되는 얇고 투명한 회백 금속층을 더 포함하고, 상기 제3 시트 상에 마련된 회백 금속층은 상기 투명한 기판 재료의 제2 시트의 제1 측면 상에 부착되는 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 상기 태양광 부하 감소 필름 적층체는 상기 제3 산화물층 상에 마련되는 제3 금속층과, 상기 제3 금속층 상에 마련되는 제4 산화물층을 더 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
- 제10항에 있어서, 상기 투명한 기판 재료의 제1 시트의 제1 측면에 바로 인접하는 감압 접착제와, 상기 투명한 기판 재료의 제2 시트의 제1 측면에 바로 인접하는 하드 코팅층을 더 포함하는 것인 태양광 조절 필름.
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