KR101749590B1 - 고투과 적외선 반사기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판은, 투명 소재로 이루어진 베이스기판과, 상기 베이스기판의 일면을 에칭하여 일체로 형성된 돌기형구조물과, 상기 돌기형구조물의 외측에 증착된 반사방지투명층을 포함하는 반사방지구조물과, 상기 베이스기판의 다른 면에 증착된 적외선반사층을 포함하여 구성되며, 70% 이상의 가시광선 투과도와 90% 이상의 적외선 반사율을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 투명한 베이스기판의 일면에 돌기형 반사방지구조물을 형성하고, 나머지면에 적외선반사층을 형성하여 70% 이상의 높은 가시광 투과도 및 90% 이상의 적외선 반사 특성을 갖도록 한 고투과 적외선 반사기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 베이스기판의 일면에 돌기형 반사방지구조물을 형성시에 베이스기판의 외면을 에칭함으로써 베이스기판과 일체화되도록 하여 내구성이 향상되고 두께를 감소시킬 수 있도록 한 고투과 적외선 반사기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 절약형 윈 도우의 개발 요구가 높아지고 있으며 이와 관련된 제품들의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히 우리 일상 생활과 밀접한 관련이 있는 건축용 윈도우는 물론 자동차용 윈도우에도 이러한 에너지 절약형 제품들이 사용되고 있으며 그 수요가 크게 증가하고 있는 실정이다.
에너지 절약형 윈도우는 유리 또는 폴리머 기판에 광학적 특성을 증대시키는 박막을 증착하여 사용하고 있으나 가시광선 투과도를 높이면서 동시에 적외선 반사도를 높이는 것은 매우 어렵다.
예컨대, 즉 대한민국 공개특허 제10-2013-0142369호에 개시된 저방사 단열코팅막 및 이를 포함하는 건축 자재와 같이 가시광선에 대한 반사율의 차이를 30 내지 75%로 구현함으로써 외부에서는 거울면으로 인식되고, 실내측에서는 외부를 향한 시야를 확보할 수 있도록 구성하고 있다.
그러나, 이러한 종래 기술에서는 가시광선 투과도를 높이게 되면 적외선 반사율이 낮아지는 등 반비례 관계를 나타낸다.
따라서, 일반적인 방법에 의해서는 가시광선 투과도 60%에 적외선 반사도 85% 수준의 제품들이 사용되고 있는 실정이다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-0700800호에는 일사 조정성 피복물 및 피복된 제품이 개시되어 있다.
상기 종래기술은 투명 기판에 고굴절률을 갖는 제1금속함유 무기성 피복물층과, 저굴절률을 갖는 제2금속함유 무기성 피목물층과, 고굴절률을 갖는 제3금속함유 무기성 피복물층을 순차적으로 구비하고, 제3금속함유 무기성 피복물층의 상면에는 1/2파동 피복물층을 형성하여 적외선 반사율을 개선시키고 자외선 투과율을 높일 수 있도록 하였다.
그러나, 상기 종래 기술은 다수의 층을 적층하여 형성해야 하므로 생산성이 저하되고 불량율이 높으며 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 투명한 베이스기판의 일면에 돌기형 반사방지구조물을 형성하고, 나머지면에 적외선반사층을 형성하여 70% 이상의 높은 가시광 투과도 및 90% 이상의 적외선 반사 특성을 갖도록 한 고투과 적외선 반사기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 베이스기판의 일면에 돌기형 반사방지구조물을 형성시에 베이스기판의 외면을 에칭함으로써 베이스기판과 일체화되도록 하여 내구성이 향상되고 두께를 감소시킬 수 있도록 한 고투과 적외선 반사기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판은, 투명 소재로 이루어진 베이스기판과, 상기 베이스기판의 일면을 에칭하여 일체로 형성된 돌기형구조물과, 상기 돌기형구조물의 외측에 증착된 반사방지투명층을 포함하는 반사방지구조물과, 상기 베이스기판의 다른 면에 증착된 적외선반사층을 포함하여 구성되며, 70% 이상의 가시광선 투과도와 90% 이상의 적외선 반사율을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 반사방지투명층은, 투명산화물 또는 질화물로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 베이스기판은, 유리, 불소계 투명 폴리머 필름, 아크릴계 투명 폴리머필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계열 투명 폴리머 필름, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리시클로올레핀, CR39, 폴리우레탄 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 돌기형구조물과 반사방지투명층 사이에는, 상기 돌기형구조물과 반사방지투명층의 밀착력을 높이기 위한 강화코팅층이 구비됨을 특징으로 한다.
상기 적외선반사층은, Al, Si, Zn, Cd, In, Ga, Sn, Ti 중 어느 하나 이상을 포함하는 30 내지 200㎚ 두께의 산화물 또는 질화물, 5 내지 30㎚ 두께의 Ag 박막 중 하나 이상을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법은, 투명 소재로 이루어진 베이스기판을 준비하는 베이스기판 준비단계와, 상기 베이스기판의 일면을 에칭하여 돌기형구조물을 형성하는 돌기형구조물 형성과정과, 돌기형구조물 외측에 반사방지투명층을 증착하는 반사방지투명층 형성과정을 포함하는 반사방지구조물 형성단계와, 상기 베이스기판의 다른 면에 적외선반사층을 증착하여 형성하는 적외선반사층 형성단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 돌기형구조물 형성과정은, 상기 베이스기판에 돌기형구조물을 일체로 형성하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 돌기형구조물 형성과정은, Ar, O2, H2, He, N2, SF6 중 어느 하나의 분위기에서 실시됨을 특징으로 한다.
상기 반사방지투명층 형성과정은, 상기 돌기형구조물의 외측에 투명 산화물 또는 질화물을 증착하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 적외선반사층 형성단계는, Al, Si, Zn, Cd, In, Ga, Sn, Ti 중 어느 하나 이상을 포함하는 30 내지 200㎚ 두께의 산화물 또는 질화물, 5 내지 30㎚ 두께의 Ag 박막 중 하나 이상을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.
본 발명에서는 투명한 베이스기판의 일면에 돌기형 반사방지구조물을 형성하여 빛을 산란하고, 나머지면에 적외선반사층을 형성함으로써 70% 이상의 높은 가시광 투과도 및 90% 이상의 적외선 반사 특성을 갖는 효과를 가진다.
또한 본 발며에서는 베이스기판의 일면에 돌기형 반사방지구조물을 형성시에 베이스기판의 외면을 에칭함으로써 베이스기판과 일체화되도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있으며, 두께 감소효과도 달성할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 구성을 보인 개략도.
도 2 는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 구성을 보인 실물 확대 사진.
도 3 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4 는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법에서 진행 순서에 다른 형상 변화를 나타낸 개요도.
도 5 는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판에서 돌기형구조물 형성과정의 실시 시간 변화에 따른 반사 방지 특성을 도시한 그래프.
도 6 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 가시광선 투과도와 적외선 반사도를 나타낸 그래프.
도 7 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판에서 반사방지구조물의 표면 사진.
도 2 는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 구성을 보인 실물 확대 사진.
도 3 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 4 는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법에서 진행 순서에 다른 형상 변화를 나타낸 개요도.
도 5 는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판에서 돌기형구조물 형성과정의 실시 시간 변화에 따른 반사 방지 특성을 도시한 그래프.
도 6 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 가시광선 투과도와 적외선 반사도를 나타낸 그래프.
도 7 은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판에서 반사방지구조물의 표면 사진.
이하 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 구성을 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 구성을 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 구성을 보인 실물 확대 사진이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판(이하 '반사기판'이라 칭함)은 투명한 소재로 이루어진 베이스기판(100)과, 상기 베이스기판(100)의 일면을 에칭하여 일체로 형성된 돌기형구조물(210)과, 상기 돌기형구조물(210)의 외측에 증착된 반사방지투명층(220)을 포함하는 반사방지구조물(200)과, 상기 베이스기판(100)의 다른 면에 증착된 적외선반사층(300)을 포함하여 구성되며, 70% 이상의 가시광선 투과도와 90% 이상의 적외선 반사율을 갖는다.
상기 베이스기판(100)은 빛의 투과가 가능하도록, 유리, 불소계 투명 폴리머 필름, 아크릴계 투명 폴리머필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계열 투명 폴리머 필름, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리시클로올레핀, CR39 및 폴리우레탄(polyiourethane)에서 어느 하나 이상을 포함하여 구성된다.
상기 베이스기판(100)의 상면에는 강화코팅층(도시되지 않음)을 구비할 수 있다. 상기 강화코팅층은 베이스기판(100)의 강도 및 경도 등과 같은 물리적 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 구성으로, 상기 반사방지구조물(200)의 접착력을 향상시키는 역할도 동시에 수행한다.
그리고, 상기 강화코팅층은 AR(반사방지)코팅층이나 Index Matching 코팅층을 채택하여 광학적 특성 향상을 기대할 수 있으며, 아크릴계, 폴리우레탄계, 에폭시계 및 프라이머계 도료 중 어느 하나 이상의 폴리머 도료가 적용될 수 있고, 무기 미립자인 금속산화물, 황화물, 알루미나, 실리카, 산화지르코늄, 산화철 등을 폴리머 도료에 혼합하여 사용할 수도 있다.
상기 베이스기판(100)의 상면에는 돌기형구조물(210)이 구비된다. 상기 돌기형구조물(210)은 베이스기판(100)을 건식으로 에칭하여 형성된 것으로, 상기 베이스기판(100)과 일체로 형성된다.
상기 돌기형구조물(210)의 상측에는 반사방지투명층(220)이 구비된다. 상기 반사방지투명층(220)은 다수의 돌기가 서로 이어져 층을 이루는 것으로, 플라즈마 파워의 크기, 플라즈마 조사 시간을 제어함으로써 돌기의 크기 및 배열 간격을 제어할 수 있다.
상기 베이스기판(100)의 하면에는 적외선반사층(300)이 구비된다. 상기 적외선반사층(300)은 가시광선 투과 기능과 적외선 반사 기능을 동시에 갖는 구성이다.
이를 위해 상기 적외선반사층(300)은, Al, Si, Zn, Cd, In, Ga, Sn 및 Ti의 산화물이나 이들 물질간의 화합물로 이루어진 산화물과 Ag 박막으로 이루어져 있으며 이들의 다층막으로도 이루어질 수 있다.
또한 적외선 반사 박막층(300)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), GZO(Gallium Znic Oxide), ZnO, Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, 등의 산화물과, Si3N4와 같은 질화물이 Ag 박막과 다층막의 구조로 형성될 수 있다.
예컨대 ITO/Ag/ITO, ZnO/Ag/ZnO, Al2O3/ITO/Ag/ITO/Al2O3 와 같은 다층 박막 형태로 이루어질 수 있으며, 적외선 반사를 위해 Ag 박막은 반드시 포함됨이 바람직하다.
산화물 또는 질화물은 30 내지 200㎚ 두께를 갖도록 구성됨이 바람직하며, Ag 박막은 5 내지 30㎚의 두께를 갖도록 구성됨이 바람직하다.
이하 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 상기와 같이 구성되는 반사기판을 제조하는 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 4는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 제조 방법에서 진행 순서에 다른 형상 변화를 나타낸 개요도이다.
본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판은, 투명 소재로 이루어진 베이스기판(100)을 준비하는 베이스기판 준비단계(S100)와, 상기 베이스기판의 일면을 에칭하여 돌기형구조물(210)을 형성하는 돌기형구조물 형성과정(S220)과, 돌기형구조물(210) 외측에 반사방지투명층(220)을 증착하는 반사방지투명층 형성과정(S240)을 포함하는 반사방지구조물 형성단계(S200)와, 상기 베이스기판(100)의 다른 면에 적외선반사층(300)을 증착하여 형성하는 적외선반사층 형성단계(S300)를 순차적으로 실시하여 제조된다.
상기 베이스기판 준비단계(S100)는 빛의 투과가 가능한 재질로 이루어진 베이스기판(100)을 준비하는 과정으로서, 베이스기판(100)의 재료는 전술한 바와 같다.
상기 돌기형구조물 형성과정(S220)은 건식 에칭 방법을 이용하여 베이스기판(100)의 상면에 복수의 돌기형구조물(210)을 형성하는 과정으로서, 스퍼터링(sputtering)공정에서 사용하는 이온빔 에칭이나 플라즈마 에칭을 채택하여 적용 가능하다.
실시예를 토대로 설명하면,
상기 돌기형구조물 형성과정(S220)을 이온빔 에칭으로 실시하는 경우, 진공챔버(chanber) 내부에 베이스기판(100)을 거치한 후. 진공챔버 내부를 1×10-5torr로 유지시킨다.
이때 이온빔 장치가 작동하여 베이스기판(100)상에 존재하는 흡착가스 입자들과 오염물질을 제거하게 되며, 이온빔장치는 필라멘트로부터 열전자를 방출하여 플라즈마를 발생시키게 된다. 이때 엔드홀(end-hall) 방법을 사용하여 플라즈마에 존재하는 이온들을 가속시켜 방출하게 된다.
보다 상세하게는 이온빔 에칭 방법의 경우 진공챔버 내부에 Ar 혼합가스를 주입하여 5×10-5torr 내지 5×10-4 torr 의 진공도를 유지시키고, 필라멘트의 파워가 약 400W(20A×20V), 이온빔 장치의 파워는 180W(2A×90V)로 설정하며 10분 이하의 시간 동안 실시된다.
상기 돌기형구조물 형성과정(S220)을 플라즈마 에칭으로 실시하는 경우, 플라즈마 에칭에 사용되는 물질은 SF6, Ar, O2, H2, He, N2중 어느 하나 이상의 기체가 선택될 수 있으며, 상기 베이스기판(100)이 상기 물질에 노출되어 에칭됨으로써 돌기형구조물(210)의 형성이 가능하다.
반사 방지체 물질은 Al, Zr, Zn, Cd, In, Ga, Sn 및 Ti에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 산화물일 수 있다.
상기 돌기형구조물 형성과정(S220) 이후에는 반사방지투명층 형성과정(S240)이 실시된다. 상기 반사방지투명층 형성과정(S240)은 Al, Zr, Zn, Cd, In, Ga, Sn, Ti 중 어느 하나 이상을 포함하는 산화물을 플라즈마 화학 증착법 (PECVD) 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 형성하는 과정이다.
상기 반사방지투명층 형성과정(S240) 이후에는 적외선반사층 형성단계(S300)가 실시된다. 상기 적외선반사층 형성단계(S300)는 스퍼터링(Sputtering)법에 의해 실시되며, 진공챔버 내부에 베이스기판(100)을 거치한 후 플라즈마를 발생시켜 증착시키게 된다.
보다 상세하게는 저진공펌프와 고진공펌프를 이용하여 진공챔버 내부의 진공도를 2x10-5torr로 유지한 다음 작업진공도가 2x10-3torr에 도달할 때까지 Ar 작업 가스가 주입하게 된다.
이후 전술한 다양한 산화 물질이 부착된 스퍼터링 타겟에 연결되어 있는 플라즈마 발생전원에 전원을 인가(impression)하여 플라즈마를 발생시키고 상기 베이스기판(100)에 증착시키게 된다.
또한 Ag 물질이 부착된 스퍼터링 타겟에 연결되어 있는 플라즈마 발생전원에 전원을 인가(impression)하여 플라즈마를 발생시키고, 상기 물질을 베이스기판(100)에 증착시키게 된다.
이와 같이 Ag를 포함하는 산화물질을 다층으로 증착시켜 우수한 광학 특성을 갖는 기판을 제조할 수 있다.
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상기 적외선반사층 형성단계(S300)는, Al, Si, Zn, Cd, In, Ga, Sn, Ti 중 어느 하나 이상을 포함하는 30 내지 200㎚ 두께의 산화물 또는 질화물, 5 내지 30㎚ 두께의 Ag 박막 중 하나 이상을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 적외선반사층 형성단계(S300)의 바람직한 실시예의 조건은 다음과 같다.
- 베이스기판(100) : PET 두께 125㎛, 투과도 90%
- 초기 진공도 : 2x10-5torr
- 산화물계 / Ag / 산화물계 다층 박막 제조
- 스퍼터링 타겟 : ITO, Ag
- 작업가스 : Ar, O2
- 작업진공도: 2x10-3torr ~ 7x10-4torr
- DC 전력: 200W (타겟 넓이 400㎠) - ITO 박막 형성
- DC 전력: 30W (타겟 넓이 400㎠) - Ag 박막 형성
- 스펙트럼 박막 구조 : ITO(35㎚)/Ag(15㎚)/ITO(35㎚)
이하 첨부된 도 5 내지 도 7을 참조하여 실험 결과를 설명한다.
도 5는 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판에서 돌기형구조물 형성과정의 실시 시간 변화에 따른 반사 방지 특성을 도시한 그래프이고, 도 6은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판의 가시광선 투과도와 적외선 반사도를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명에 의한 고투과 적외선 반사기판에서 반사방지구조물(200)의 표면 사진이다.
먼저 도 5와 같이 상기 반사기판의 바람직한 광학적 특성을 나타내는 가시광선 영역은 에칭 노출 시간이 3분인 경우에 가장 넓으며, 에칭 노출 시간이 7분인 경우에 가장 좁다. 에칭 시간이 7분 이상이 되면, 장파장(약 650nm 이상)에서만 광학적 특성이 나타내었다.
따라서, 상기 돌기형구조물 형성과정(S220)에서 에칭 시간은 폴리머 기판의 경우 7분 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 과정에 따라 제조된 반사기판은 도 6과 같이 가시광선 투과 특성이 75 이상이고, 장파장 영역에서의 반사율이 90% 이상임을 확인할 수 있다.
그리고, 도 7과 같이 반사기판의 표면에는 반사방지투명층(220)을 이루는 돌기가 균일한 크기로 고르게 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
100. 베이스기판 200. 반사방지구조물
210. 돌기형구조물 220. 반사방지투명층
300. 적외선반사층 S100. 베이스기판 준비단계
S200. 반사방지구조물 형성단계 S220. 돌기형구조물 형성과정
S240. 반사방지투명층 형성과정 S300. 적외선반사층 형성단계
210. 돌기형구조물 220. 반사방지투명층
300. 적외선반사층 S100. 베이스기판 준비단계
S200. 반사방지구조물 형성단계 S220. 돌기형구조물 형성과정
S240. 반사방지투명층 형성과정 S300. 적외선반사층 형성단계
Claims (10)
- 투명 소재로 이루어진 베이스기판과,
상기 베이스기판의 일면을 에칭하여 베이스기판과 일체로 형성된 돌기형구조물과, 상기 돌기형구조물의 외측에 증착되어 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 반사방지투명층을 포함하는 반사방지구조물과,
상기 베이스기판의 다른 면에 증착된 적외선반사층을 포함하여 구성되고,
상기 적외선반사층은, ITO(Indium Tin Oxide), 5~30㎚ 두께의 은(Ag), ITO(Indium Tin Oxide)가 순차적으로 증착되어 30 내지 200㎚ 두께를 가지는 다층막 구조를 가지며,
70% 이상의 가시광선 투과도와 90% 이상의 적외선 반사율을 갖는 것을 특징으로 하는 고투과 적외선 반사기판.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 베이스기판은,
유리, 불소계 투명 폴리머 필름, 아크릴계 투명 폴리머필름, 폴리에틸렌 테레프탈레이트계열 투명 폴리머 필름, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리시클로올레핀, CR39, 폴리우레탄 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고투과 적외선 반사기판.
- 제 3 항에 있어서, 상기 돌기형구조물과 반사방지투명층 사이에는,
상기 돌기형구조물과 반사방지투명층의 밀착력을 높이기 위한 강화코팅층이 구비됨을 특징으로 하는 고투과 적외선 반사기판.
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