KR102108275B1 - 발광형 집광 필름 - Google Patents

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Abstract

코팅층, 언더코팅층, 광변환층 및 점착층을 순차적으로 포함하고, 상기 언더코팅층은 굴절률이 상이한 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 포함하며, 상기 광변환층은 열경화성 수지의 열경화물 및 발광 입자를 포함하는 발광형 집광 필름을 제공한다.

Description

발광형 집광 필름 {LUMINESCENT SOLAR CONCENTRATE FILM}
발광형 집광 필름에 관한 것이다.
단위 와트당 태양 에너지의 비용은 석탄, 석유, 바람, 바이오매스 및 핵을 포함하는 다른 원들(sources)로부터의 에너지보다 약 5-10배 높다. 하지만 태양 에너지는 지속 가능한 발전수단이며, 신 재생 에너지에 대한 필요성을 고려할 때, 대표적인 친환경 발전 수단이므로 태양전지에 대한 요구가 높아지고 있다. 태양전지 가운데서도 특히 건물 집적형 태양전지(BIPV, Bulding Integrated Photovoltaics)의 경우, 건물의 지붕 등에 적극적으로 활용할 수 있는 장점이 있다.
이때, 기존 건물 집적형 태양전지의 경우, 실리콘 기반의 태양전지를 건물에 부착하는 형식을 이용하는데, 실리콘 기반의 태양전지는 불투명하여 건물의 유리벽 혹은 창호등 투명한 곳에는 적용이 불가능한 단점이 존재한다.
이에 투명한 태양광 창호로 기존에는 유기 태양전지 및 염료 감응형 태양전지가 사용되었으나, 유기 태양전지의 경우 장기 내구성 확보가 어렵고 염료 감응형 태양전지의 경우 염료 누설 가능성 및 대면적 확대의 어려움 등으로 인한 기술적 제한이 존재한다.
본 발명의 일 구현예는 내구성이 우수하고 투명한 발광형 광 집광 필름을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 코팅층, 언더코팅층, 광변환층 및 점착층을 순차적으로 포함하고, 상기 언더코팅층은 굴절률이 상이한 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 포함하며, 상기 광변환층은 열경화성 수지 및 발광 입자를 포함하는 조성물의 열경화물을 포함하는 발광형 집광 필름을 제공한다.
상기 발광 입자는 이터븀(Yb)화합물, 어븀(Er)화합물, 네오디뮴(Nd)화합물, 크롬(Cr)화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광 입자는 입경이 100nm 내지 1000nm 일 수 있다.
상기 열경화성 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(PET), 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA), 폴리프로필렌 수지(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 광변환층의 두께는 20㎛ 내지 500㎛일 수 있다.
상기 광변환층은 굴절률이 1.4 내지 2.0일 수 있다.
상기 광변환층은 상기 열경화성 수지 100 중량부 기준 상기 발광 입자를 1 중량부 내지 10 중량부 포함할 수 있다.
상기 코팅층은 은(Ag), 알루미늄-아연 산화물(Aluminium zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 1nm 내지 50nm 일 수 있다.
상기 코팅층은 굴절률이 1.0 내지 1.4일 수 있다.
상기 제1 굴절층의 굴절률은 1.4 내지 1.6일 수 있다.
상기 제1 굴절층의 두께는 1㎚ 내지 100㎚일 수 있다.
상기 제1 굴절층의 굴절률 및 상기 제2 굴절층 굴절률의 차이가 0.1 내지 0.3일 수 있다.
상기 제2 굴절층은 무기물, 광 안정제, 점착제, 분산제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 굴절층의 두께는 40nm 내지 100nm 일 수 있다.
상기 제1 굴절층의 굴절률이 상기 제2 굴절층의 굴절률보다 작고, 상기 제1 코팅층은 상기 코팅층에 접하며, 상기 제2 굴절층은 상기 광변환층에 접할 수 있다.
상기 점착층은 이소부틸렌계 수지, 광경화성 수지, 점착증진제, 광경화제, 광개시제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 점착층의 두께는 10㎛ 내지 75㎛일 수 있다.
상기 점착층의 굴절률은 1.5 내지 1.6 일 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 투명하고 우수한 내구성을 가지며 대면적 구현이 가능하고 기존의 일반 유리창에도 적용 가능한 높은 활용도를 가지고 있다.
구체적으로, 상기 발광형 집광 필름은 무기 발광입자를 포함하여 염료 등의 누설 가능성이 없고, 우수한 장기 내구성 구현이 가능하다. 뿐만 아니라, 필름 형태로써 두께를 조절하여 기존에 있는 유리창 또는 유리 외형에 바로 적용 가능한 장점이 있으며, 굴절률 조절 등의 광학설계에 의해 우수한 투과율 및 시인성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광형 집광 필름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 내부 코팅층을 더 포함하는 발광형 집광 필름을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명의 일 구현예에서, 코팅층, 언더코팅층, 광변환층 및 점착층을 순차적으로 포함하고, 상기 언더코팅층은 굴절률이 상이한 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 포함하며, 상기 광변환층은 열경화성 수지 및 발광 입자를 포함하는 조성물의 열경화물을 포함하는 발광형 집광 필름을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 발광형 집광 필름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조할 때, 상기 발광형 집광 필름(100)은 상기 코팅층(110), 언더코팅층(120), 광변환층(130) 및 점착층(140)을 포함하는 구조일 수 있다. 또한 상기 언더코팅층(120)은 제1 굴절층(150) 및 제2 굴절층(160)을 포함하고, 상기 광변환층(130)은 발광입자(170)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 상기 발광형 집광 필름(100)은 상기 광변환층(130)을 포함하여 태양에 의한 태양광 발전이 가능하다. 뿐만 아니라, 상기 코팅층(110) 및 언더코팅층(120)을 포함하여, 우수한 시인성 및 내구성을 구현할 수 있고, 태양광 발전 효율도 향상시킬 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 태양으로부터 빛을 받으면, 내부에서 광변환을 일으켜 발광하게 되고 발광된 빛이 상기 발광형 집광 필름의 테두리 부분에 집광되어 태양광 발전이 가능하다.
구체적으로, 태양광이 상기 광변환층에 입사되면, 입사된 태양광은 광 경로내에 존재하는 상기 발광 입자에 흡수된 후, 흡수된 파장보다 긴 파장으로 방출되고, 상기 광변환층의 경계면에서 전반사되어 상기 발광형 집광 필름의 가장 자리에 위치한 태양 전지에 전달되어 태양광 발전이 수행된다.
전술한 바와 같이, 상기 발광형 집광 필름은 상기 광변환층을 포함하며, 상기 광변환층은 태양광의 광변환이 발생하는 층으로서, 열경화성 수지 및 발광 입자를 포함하는 조성물의 열경화물을 포함한다.
보다 구체적으로, 태양으로부터 상기 광변환층에 입사된 빛은 상기 발광 입자에 의해 광변환이 발생하게 된다. 이때, 상기 발광 입자는 입사된 빛을 이의 파장보다 더 긴 파장의 빛으로 변환시켜 방출하는 역할을 한다.
예를 들어, 태양으로부터 자외선이 상기 광변환층으로 입사된 경우, 상기 발광 입자에 의한 광변환이 일어나, 입사한 빛 보다 긴 파장을 갖는 빛으로 변환되어 방출될 수 있다. 이렇게 방출된 파장의 빛은 모든 방향으로 방출되고 내부 반사 또는 전반사를 통해 상기 광변환층의 가장자리로 집중되어 최종적으로 태양전지에 전달될 수 있다.
상기 발광 입자는 전술한 바와 같이 외부에서 입사된 태양광을 광변환을 통해 긴파장의 빛으로 방출하는 역할을 할 수 있고, 상기 발광 입자는 이터븀(Yb)화합물, 어븀(Er)화합물, 네오디뮴(Nd)화합물, 크롬(Cr)화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 발광 입자가 이터븀(Yb)화합물을 포함하는 경우, 상기 발광형 집광 필름의 내구성 및 물성을 저하시키지 않으면서도 효과적으로 태양광 발전을 할 수 있으며, 상기 이터븀(Yb)화합물은 무기물 나노 발광 입자로 기존의 유기 발광 입자에 비해 안정성이 높아 수명이 길고, 나노 사이즈 조절이 가능해 방출되는 빛의 파장을 조절할 수 있는 이점을 확보하기에 용이할 수 있다.
상기 발광 입자는 입경이 약 100nm 내지 약 1000nm 일 수 있다.
상기 발광 입자의 입경은 일정 방향의 평행한 빛으로 상기 발광 입자를 투영했을 때의 투영상의 지름을 측정함으로써 도출될 수 있다. 상기 발광 입자의 입경이 상기 범위를 유지함으로써, 상기 발광형 집광 필름의 투과율 및 시인성을 저하시키지 않으면서도 효과적인 태양광 변환이 가능하고, 상기 발광 입자의 분산성이 개선 되고 광 투과율이 향상시켜 결과적으로 효과적인 태양광 발전을 수행하기에 용이할 수 있다. 상기 발광 입자의 입경이 상기 범위 미만인 경우, 상기 발광 입자의 분산성이 저해되어 효과적인 태양광 변환이 안될 수 있고, 상기 발광형 집광 필름의 강도 및 강성 등의 기계적 물성이 약화될 수 있으며 상기 발광 입자의 제조가 어려운 문제가 발생할 수 있다. 상기 발광 입자의 입경이 상기 범위 초과인 경우, 상기 발광형 집광 필름의 투과율 및 시인성이 저해될 수 있고, 내구성 등이 약화될 수 있으며 분산성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 광변환층은 상기 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 형성하기 위한 기본구조 및 상기 발광형 집광 필름의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하다. 또한, 상기 광변환층은 상기 열경화성 수지 및 발광 입자를 포함하는 조성물의 열경화물을 포함하고, 상기 발광 입자는 상기 열경화성 수지의 열경화물에 분산되어 있다. 상기 열경화성 수지의 열경화물은 발광형 집광 필름의 특성상 투과율이 높아 유리창에 부착된 경우에 우수한 시인성을 구현해야 하며 상기 발광 입자들과의 상용성도 우수해야 한다.
전술한 물성을 만족할 수 있는 상기 열경화성 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(PET), 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA), 폴리프로필렌 수지(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 폴리 아크릴계 수지, 폴리 우레탄계 수지, 폴리 에스테르계 수지, 폴리 에폭시계 수지, 폴리 올레핀계 수지 및 폴리카보네이트계 수지 등이 사용될 수 있고, 예를 들어, 상기 열경화성 수지로 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지를 사용하는 경우, 우수한 투과율, 시인성을 구현할 수 있고, 상기 발광 입자와의 상용성이 우수할 수 있으며 뿐만 아니라, 공정상 코팅층 증착이 용이한 장점이 있고, 가격이 저렴한 이점을 확보하기에 용이할 수 있다.
상기 광변환층의 두께는 약 20㎛ 내지 약 500㎛일 수 있다.
상기 광변환층이 상기 두께 범위를 유지함으로써 유리창에 상기 발광형 집광 필름을 부착한 경우, 유리창과 상기 발광형 집광 필름이 분리되어 보이는 것을 방지하여 우수한 시인성을 구현할 뿐 아니라, 적절한 내구성 및 유연성을 유지하여 탈부착이 가능하게 하다. 상기 광변환층이 상기 두께 범위 미만인 경우, 상기 발광 입자의 분산성이 저하될 수 있고, 상기 광변환층에 포함되는 상기 발광 입자의 수가 감소해 효과적인 태양광 발전이 저해될 수 있으며, 기계적 물성이 약화되어 상기 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 연속적으로 형성하는데 공정상 어려움이 발생할 수 있다. 상기 광변환층이 상기 두께 범위 초과인 경우, 투과율 및 시인성이 저하될 수 있고 유연성이 약화될 수 있다.
상기 광변환층은 굴절률이 약 1.4 내지 약 2.0 일 수 있다.
상기 광변환층의 굴절률이 상기 범위를 유지함으로써, 우수한 투과율 및 낮은 색차를 구현할 수 있다. 상기 광변환층의 굴절률이 상기 범위 미만인 경우, 투과율이 저하될 수 있고, 색차가 높아질 수 있으며 상기 광변환층이 분리되어 보이는 문제가 발생할 수 있다. 상기 광변환층의 굴절률이 상기 범위를 초과하는 경우, 투과율이 저하될 수 있고, 색차가 높아질 수 있으며 특정 파장대 빛의 코팅층을 형성하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 광변환층은 상기 열경화성 수지 100 중량부 기준 상기 발광 입자를 약 1 중량부 내지 약 10 중량부 포함할 수 있고, 구체적으로 약 1 중량부 내지 약 5 중량부 포함할 수 있다.
상기 광변환층에 포함되는 상기 발광 입자가 상기 중량부 범위를 유지함으로써 효과적인 태양광 발전 및 우수한 기계적 물성을 동시에 유지할 수 있다. 상기 광변환층에 포함되는 상기 발광 입자가 상기 중량부 범위 미만인 경우, 태양광 발전 효율이 저하될 수 있다. 상기 광변환층에 포함되는 상기 발광 입자가 상기 중량부 범위 초과인 경우, 유연성 및 강도 등이 약화될 수 있고, 투과율 및 시인성이 저하될 수 있다.
상기 광변환층은 광안정제, 분산제, 광개시제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 더 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
태양광이 상기 광변환층에 포함된 상기 발광 입자에 의해 광변환 되어 방출되는 경우, 모든 방향으로 방출되기 때문에 상기 발광형 집광 필름 밖으로 방출되는 빛을 줄일 수 있다면 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 코팅층은 상기 발광형 집광 필름의 최외각에 배치되고, 반사되는 광을 분산시키고, 투과되는 광을 모아 반사율을 낮추고 투과율을 향상시킬 수 있으며, 동시에 상기 발광형 집광 필름 내부에서 외부로 나가는 빛을 반사시키고 플라즈모닉 효과(Plasmonic effect)를 통해 양자효율을 향상시켜 태양광 발전 효율을 극대화 할 수 있다.
상기 코팅층은 은(Ag). 알루미늄-아연 산화물(Aluminium zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 은(Ag)으로 상기 코팅층을 형성하는 경우, 우수한 투과율을 유지하면서도 상기 발광형 집광 필름 내부에서 외부로 방출되는 빛을 줄여 태양광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 약 1nm 내지 약 50nm 일 수 있고, 구체적으로 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다.
상기 코팅층 두께가 상기 범위를 유지함으로써 우수한 투과율을 저하시키지 않으면서 태양광 효율 향상이 가능할 수 있다. 상기 코팅층 두께가 상기 범위 미만인 경우, 상기 발광형 집광 필름 내부에서 외부로 방출되는 빛이 증가해 상기 태양광 효율 향상 효과가 저하될 수 있다. 상기 코팅층 두께가 상기 범위 초과인 경우, 투과율이 저하될 수 있으며, 유연성 등의 물성이 약화될 수 있다.
상기 코팅층은 굴절률이 약 1.0 내지 약 1.4일 수 있고, 구체적으로 약 1.2 내지 1.4일 수 있다.
상기 코팅층의 굴절률이 상기 범위를 유지함으로써 우수한 투과율을 유지할 수 있다. 상기 코팅층의 굴절률이 상기 범위 미만인 경우, 투과율이 저하되고 상기 발광형 집광 필름을 유리창에 부착하는 경우 시인성이 저하될 수 있다. 상기 코팅층의 굴절률이 상기 범위 초과인 경우, 투과율 및 광 흡수율이 저하되고 상기 발광형 집광 필름을 유리창에 부착하는 경우 시인성이 저하될 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 유리창 위에 부착되어 시각적으로 시인성이 좋아야 하고, 건물 외부에 직접적으로 노출되어 우수한 표면경도 및 내마찰성을 구현할 수 있어야 한다. 이에, 상기 발광형 집광 필름은 상기 언더코팅층을 포함하여, 우수한 시인성을 구현하면서 동시에 표면경도 및 내마찰성등의 기계적 물성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 언더코팅층은 굴절률이 상이한 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 포함하며, 상기 제1 굴절층 및 제2 굴절층의 굴절률이 상이함으로써 상기 코팅층 및 상기 광변환층 사이의 굴절률 차이를 상쇄하고 시인성을 향상시킬 수 있으며 최소 반사율을 감소시켜 결과적으로 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 굴절층의 굴절률은 약 1.4 내지 약 1.6일 수 있다.
상기 제1 굴절층의 굴절률이 상기 범위를 유지함으로써 상기 코팅층과 상기 광변환층 사이의 시인성을 향상시킬 수 있다. 상기 제1 굴절층의 굴절률이 상기 범위 미만인 경우, 시인성 향상효과가 저하될 수 있다. 상기 제1 굴절층의 굴절률이 상기 범위 초과인 경우, 층이 분리되어 보일 수 있다.
상기 제1 굴절층은 트리클로로알킬실란, 트리할로겐알킬실란, 트리알콕시알킬실란, 에폭시아크릴실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고 실리콘(Si)화합물로써 상기 제1 굴절층의 시인성을 저해하지 않는 범위에서 공지의 물질이 적용될 수 있고, 상기 예시에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 굴절층의 두께는 약 1㎚ 내지 약 100㎚일 수 있고 구체적으로, 약 10㎚ 내지 약 30㎚일 수 있다.
상기 제1 굴절층의 두께가 상기 범위를 유지함으로써 적절한 기계적 물성을 유지하면서 우수한 투과율 및 시인성을 구현할 수 있다. 상기 제1 굴절층의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 코팅 공정의 평탄성 및 굴곡도 문제로 인해 생산성 저하에 따른 문제점이 발생할 수 있고, 내구성이 저하될 수 있다. 상기 제1 굴절층의 두께가 상기 범위 초과인 경우, 투과율 및 시인성이 저하될 수 있고 인덱스 매칭이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1굴절층의 굴절률 및 상기 제2 굴절층 굴절률의 차이가 약 0.1 내지 약 0.3일 수 있다. 상기 제1 굴절층과 상기 제2 굴절층의 굴절률 차이가 상기 범위를 유지함으로써, 인덱스 매칭에 의해 상기 코팅층 및 상기 광변환층의 굴절률 차이에도 불구하고 우수한 투과율 및 시인성을 구현할 수 있다. 상기 제1 굴절층과 상기 제2 굴절층의 굴절률 차이가 상기 범위 미만인 경우, 인덱스 매칭 효과가 저하되고 탁도가 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 제1 굴절층과 상기 제2 굴절층의 굴절률 차이가 상기 범위 초과인 경우, 지나친 굴절률 차이에 의해 오히려 시인성 및 투과율이 저하될 수 있고 광 흡수율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제2 굴절층은 무기물, 광 안정제, 점착제, 분산제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 무기물은 산화티타늄 화합물(TiOx), 지르코니아 화합물(ZrOx), 나이오븀 화합물(NbOx) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하 나를 포함할 수 있고 이에 제한되는 것은 아니고, 구체적으로 아크릴계-산화지르코늄(acrylated-ZrO2)을 사용할 수 있다.
상기 제2 굴절층이 상기 무기물을 포함함으로써, 투과율을 저하시키지 않으면서도 우수한 내마찰성, 경도 및 강성을 가져 결과적으로 내구성 및 긁힘 방지성을 향상시키는 효과를 가질 수 있으며, 상기 광변환층을 보호할 수 있다. 뿐만 아니라, 인덱스 매칭을 통한 광흡수율이 향상되어 태양광 발전 효율이 증대될 수 있는 이점을 확보할 수 있다.
상기 제2 굴절층의 두께는 약 40nm 내지 약 100nm 일 수 있다. 상기 제2 굴절층의 두께가 상기 범위를 유지함으로써 적절한 기계적 물성을 유지하면서 우수한 투과율 및 시인성을 유지할 수 있고, 뉴트럴(neutral) 색상을 구현할 수 있다. 상기 제2 굴절층의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 코팅 공정의 평탄성 및 굴곡도 문제로 인해 생산성 저하에 따른 문제점이 발생할 수 있고, 투과율 및 내구성이 저하될 수 있으며, 인덱스 매칭이 어려워 광학 특성이 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다. 상기 제2 굴절층의 두께가 상기 범위 초과인 경우, 투과율 및 시인성이 저하될 수 있고, 인덱스 매칭이 어려워 광학 특성이 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
나아가, 상기 제2 굴절층은 하드코팅층을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 하드코팅층은 상기 제2 굴절층과 상기 광변환층의 계면에 배치될 수 있고, 상기 제2 굴절층이 상기 하드코팅층을 포함함으로써 내충격성 및 경도 향상이 가능하고, 뿐만 아니라, 인덱스 매칭 제어가 가능해 시인성을 향상시킬 수 있다.
상기 하드코팅층은 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 실록산계 수지, 멜라민계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 경화물을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 하드코팅층은 무기물을 불포함한다. 또한 상기 하드코팅층의 두께는 약 0.5㎛ 내지 약 3㎛ 이고, 구체적으로, 약 1㎛ 내지 약 2㎛일 수 있다. 상기 하드코팅층의 두께가 상기 범위를 유지함으로써, 우수한 내충격성 및 경도 향상을 하는 동시에 기인성을 향상시킬 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 굴절층의 굴절률은 상기 제2 굴절층의 굴절률보다 작고, 상기 제1 코팅층은 상기 코팅층에 접하며, 상기 제2 굴절층은 상기 광변환층에 접할 수 있다. 즉, 상기 언더코팅층을 구성하는 두 굴절층 중에서 굴절률이 보다 작은 굴절층이 상기 코팅층에 접하며, 굴절률이 보다 큰 굴절층이 상기 광변환층에 접할 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 굴절률이 상이한 복수의 층으로 이루어져 있어, 우수한 투과율 및 시인성을 구현하기 위해서는 인덱스 매칭을 통한 굴절률 조절이 필요하고, 상기 언더코팅층의 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 통하여 이러한 굴절률 조절이 가능할 수 있다.
예를 들어, 상기 코팅층의 굴절률은 상기 광변환층의 굴절률 보다 작을 수 있고, 이 경우, 굴절률이 작은 제1 굴절층이 상기 코팅층에 접하며 굴절률이 큰 제2 굴절층이 상기 광변환층에 접하여 인덱스 매칭을 할 수 있고, 그 결과 우수한 투과율 및 시인성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 굴절률이 작은 제1 굴절층이 상기 광변환층에 접하고 굴절률이 큰 제2 굴절층이 상기 코팅층에 접하는 경우에 비해, 굴절률이 작은 제1 굴절층이 상기 코팅층에 접하고, 굴절률이 큰 제2 굴절층이 상기 광변환층에 접함으로써, 각 층간의 굴절률 차이가 작아져 투과율 및 시인성을 향상되고, 반사율을 감소시켜 저반사효과(Anti-reflective )를 확보할 수 있다.
예를 들어, 굴절률이 작은 제1 굴절층이 상기 광변환층에 접하고 굴절률이 큰 제2 굴절층이 상기 코팅층에 접하는 경우 간섭 발생이 어려워 저반사 효과를 구현하기 어려우나, 상기 굴절률이 작은 제1 굴절층이 상기 코팅층에 접하고, 굴절률이 큰 제2 굴절층이 상기 광변환층에 접함으로써, 반사율을 0에 가깝게 하여 우수한 저반사 효과를 구현할 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 상기 점착층을 포함하여 유리창 또는 투명한 건물 외벽에 부착되어 사용될 수 있다. 상기 점착층은 피착체의 특성상 시인성을 저하시키지 않으면서 투명하고 우수한 점착력을 구현하여 외부 충격에 쉽게 박리되지 않을 수 있다.
상기 점착층은 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA, ethyl hexyl acylate) 모노머, 이소보닐아크릴레이트(IBOA, isobonyl acrylate) 모노머, 히드록시에틸아크릴레이트(HEA, hydroxy ethyl acrylate) 모노머, 히드록시부틸아크릴레이트(HBA, hydroxyl butyl acrylate) 모노머, 히드록시프로필아크릴레이트(HPA, hydroxyl propyl acryalte) 모노머, 헥실메타크릴레이트(HMA, Hexyl methacrylate) 모노머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다.
다만, 상기 점착층의 구성은 상기의 중합체 또는 공중합체에 제한되는 것은 아니고 광학용 투명 점착제층을 형성하는 공지된 조성을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 점착층으로 광학 투명 점착제층(Optical Clear Adhesive, OCA)이로 사용될 수 있고, 이로써 우수한 시인성 및 단차 흡수성을 확보할 수 있다.
상기 점착층의 굴절률은 약 1.5 내지 약 1.6 일 수 있다. 상기 점착층의 굴절률이 상기 범위를 유지함으로써 시인성을 향상시킬 수 있다. 상기 점착층의 굴절률이 상기 범위 미만인 경우, 시인성 향상효과가 저하될 수 있다. 상기 점착층의 굴절률이 상기 범위 초과인 경우, 층이 분리되어 보일 수 있다.
상기 점착층의 두께는 약 10㎛ 내지 약 75㎛일 수 있다. 상기 점착층의 두께가 상기 범위를 유지함으로써 시인성을 저하시키지 않으면서 우수한 점착력을 유지할 수 있고, 수축팽창 및 뒤틀림에 대해 변형이 최소화 되는 이점을 확보하기에 용이할 수 있다. 상기 점착층의 두께가 상기 범위 미만인 경우, 점착력이 저하될 수 있다. 상기 점착층의 두께가 상기 범위 초과인 경우, 공정상 어려움이 발생할 수 있고, 시인성이 저하될 수 있으며 이형시 어려움이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 내부 코팅층을 더 포함하는 발광형 집광 필름을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조할 때, 상기 발광형 집광 필름(100)은 상기 코팅층(110), 언더코팅층(120), 광변환층(130), 내부 코팅층(180) 및 점착층(140)을 포함하는 구조일 수 있다.
상기 발광형 집광 필름(100)이 상기 내부 코팅층(180)을 포함함으로써, 상기 광변환층(130)에서 외부로 방출되는 빛을 줄여 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 발광형 집광 필름은 상기 광변환층 및 상기 점착층 사이에 추가 코팅층을 더 포함할 수 있다. 상기 추가 코팅층의 성분 및 기타 조건은 상기 코팅층과 동일할 수 있고, 상기 발광형 집광 필름이 상기 추가 코팅층을 더 포함하는 경우, 상기 광변환층에서 방출되는 빛을 더욱 효과적으로 제어하여 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 발광형 집광 필름은 상기 코팅층, 상기 언더코팅층, 상기 광변환층 및 상기 점착층을 제어하여 우수한 시인성 및 투과율을 유지하는 동시에 적절한 강도 및 내구성을 가질 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 헤이즈 값이 약 0.1% 내지 약 20%일 수 있다. 상기 헤이즈 값은 광 산란의 지표로서 입사광을 기준으로, 입사광으로부터 분리되고 투과 동안에 산란된 광량의 백분율을 나타내며 '헤이즈 = (산란광/입사광)x100(%)'로 구할 수 있다.
상기 발광형 집광 필름이 상기 범위의 헤이즈 값을 유지함으로써, 탁함이 없이 깨끗하고 선명한 발광형 집광 필름을 구현할 수 있어 우수한 시인성을 만족할 수 있다. 상기 발광형 집광 필름이 상기 범위의 헤이즈 값 초과인 경우, 시인성이 저하되어 활용성이 떨어질 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 투과율이 약 50% 내지 약 100%일 수 있다. 상기 발광형 집광 필름이 상기 투과율 범위를 유지함으로써 태양광 발전 효율을 극대화 할 수 있고, 우수한 시인성을 유지할 수 있다. 상기 발광형 집광 필름이 상기 투과율 범위 미만인 경우, 태양광 발전 효율이 저하되고, 시인성이 나빠 활용성이 낮아질 수 있다.
상기 발광형 집광 필름은 색차 b*가 약 0.5 내지 약 5.0일 수 있다. 상기 색차 b*는 국제조명위원회(CIE)에서 제정한 측색 시스템에 의하여 상기 경화물에 백색광(D65)을 조사하는 경우, 투과되는 광에 의한 색차는 CIE 10°표준 관찰자(CIE1964)를 기준으로 할 때, 색상 공간에서 두 색상 사이의 거리가 사람에게 보이는 색상의 차이 정도와 일치하도록 정의한 색차 b*를 의미한다.
상기 색차 b*는 약 380nm 내지 약 780nm의 파장영역에서 상기 경화물에 백색광원(D65)를 조사하여 Konica Minolta社의 CM-5를 통해 측정하였다.
상기 발광형 집광 필름이 상기 범위의 색차 b*를 유지함으로써 우수한 시인성을 유지할 수 있고 높은 활용성을 가질 수 있다. 상기 발광형 집광 필름의 색차 b*가 상기 범위 초과인 경우, 상기 발광형 집광 필름의 색이 노란색을 띌 수 있어 시인성이 저하되고 활용성이 낮을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
< 실시예 및 비교예 >
실시예 1
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지에 입경이 200nm 내지 300nm 인 이터븀화합물(Nd,Yb:Y3Al5O12(Nd,Yb:YAG))을 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지 100 중량부 기준, 1.5 중량부로 혼합하여 60℃에서 24시간 동안 열처리하여 굴절률이 1.6이고 두께 125㎛인 광변환층을 제조하였다.
그 다음, 상기 광변환층 일면에 아크릴레이트(acrylate) 및 지르코니아(ZrO2, 를 포함하고 두께가 20㎚이며 굴절률이 2.5인 제2 굴절층을 형성하였다.
이어서, 상기 제2 굴절층의 일면에 알킬실란(alkylsilane)을 포함하고 두께가 60㎚이고 굴절률이 1.7인 제1 굴절층을 형성하고, 상기 제1 굴절층의 일면에 두께가 5㎚이고 굴절률이 1.2인 은(Ag) 코팅층을 형성하였다.
그 후, 상기 광변환층의 다른 일면에는 두께가 15㎛ 이고 굴절률이 1.6인 광학 투명 점착제층(OCA)을 형성하여 발광형 집광 필름을 제조하였다.
실시예 2: 제1 굴절층 및 제2 굴절층의 위치가 서로 바뀐 경우
상기 제1 굴절층이 상기 광변환층에 접하고, 상기 제2 굴절층이 상기 코팅층에 접하는 것을 제외하고 상기 실시예1과 동일한 조건 및 방법으로 발광형 집광 필름을 제조하였다.
실시예 3: 광변환층의 두께가 상기 범위 미만인 경우
상기 광변환층의 두께가 15㎛인 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 발광형 집광 필름을 제조하였다.
비교예 1: 언더코팅층이 없는 경우
상기 제1 굴절층 및 상기 제2 굴절층이 없는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 발광형 집광 필름을 제조하였다.
비교예 2: 코팅층이 없는 경우
상기 코팅층이 없는 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 발광형 집광 필름을 제조하였다.
<평가>
실험예 1: 광학특성 측정
1) 광투과율의 측정
상기 발광형 집광 필름을 투명한 유리 기재에 부착한 후 20℃ 내지 30℃의 상온 조건에서 UV-Vis spectrometer를 이용하여 광투과율을 측정하였다.
2) 헤이즈의 측정
상기 발광형 집광 필름을 투명한 유리 기재에 부착한 후 20℃ 내지 30℃의 상온 조건에서 Haze meter (BYK사) 장치로 헤이즈를 측정하였다.
3) 색차의 측정
상기 발광형 집광 필름을 투명한 유리 기재에 부착한 후 20℃ 내지 30℃의 상온 조건에서 CM-5 (Konica Minolta사, 색차계)를 이용하 색차를 측정하였다.
상기 측정 결과를 하기 표1에 나타내었다.
실험예 2: 연필경도 측정
ASTM D3502의 시험방법에 의하여 Toyoseki사의 연필경도계로 경도를 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 연필경도계로 총 5회 실험을 하여, 총 실험 횟수 대비 육안으로 스크래치가 보이지 않았던 횟수를 측정하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예 1 비교예 2
광투과율(%) 50.72 47.5 52.4 45.7 46.2
헤이즈값(%) 7 9 5 6 8
색차 b* 3.35 3.03 2.85 3.16 3.05
연필경도 5/5 5/5 3/5 1/5 5/5
실시예 1 내지 3에 따라 제조된 발광형 집광 필름은 적절한 색차 b* 값과, 연필 경도값을 유지하는 동시에 우수한 광투과율 및 헤이즈 값을 구현한다. 특히, 실시예 1 및 실시예 3에 따라 제조된 발광형 집광 필름은 광투과율이 모두 50% 이상이고, 헤이즈 값도 7%이하로써 시인성이 우수하고 태양광 발전에 최적화 됨을 확인할 수 있다.
반면, 비교예 1에 따라 제조된 발광형 집광 필름은 연필 경도가 낮아 스크래치가 발생하여 심미적으로 좋지 않을 뿐만 아니라, 스크래치 발생으로 인한 코팅층의 박리 가능성을 높여 최종적으로, 상기 발광형 집광 필름의 부착력이 약화될 수 있으며, 태양광 발전 효율이 저하될 우려가 있다. 또한, 비교예 2에 따라 제조된 발광형 집광 필름은 헤이즈 값이 높아 유리창 외관에 부착시 시인성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라, 광투과율이 낮고, 코팅층이 없어 태양광 발전 효율이 저하될 수 있다.
100: 발광형 집광 필름
110: 코팅층
120: 언더코팅층
130: 광변환층
140: 점착층
150: 제1 굴절층
160: 제2 굴절층
170: 발광 입자
180: 내부 코팅층

Claims (20)

  1. 코팅층, 언더코팅층, 광변환층 및 점착층을 순차적으로 포함하고,
    상기 언더코팅층은 굴절률이 상이한 제1 굴절층 및 제2 굴절층을 포함하며,
    상기 광변환층은 열경화성 수지 및 발광 입자를 포함하는 조성물의 열경화물을 포함하고,
    상기 코팅층은 발광형 집광 필름의 최외각에 배치되어 반사되는 광을 분산시키고 투과되는 광을 모아 반사율을 낮추는,
    발광형 집광 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 입자는 이터븀(Yb)화합물, 어븀(Er)화합물, 네오디뮴(Nd)화합물, 크롬(Cr)화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    발광형 집광 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광 입자는 입경이 100nm 내지 1000nm 인
    발광형 집광 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열경화성 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(PET), 폴리메틸메타크릴레이트 수지(PMMA), 폴리프로필렌 수지(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    발광형 집광 필름.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광변환층은 굴절률이 1.4 내지 2.0인
    발광형 집광 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광변환층은 상기 열경화성 수지 100 중량부 기준 상기 발광 입자를 1 중량부 내지 10 중량부 포함하는
    발광형 집광 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 은(Ag), 알루미늄-아연 산화물(Aluminium zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    발광형 집광 필름.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 굴절률이 1.0 내지 1.4인
    발광형 집광 필름.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 굴절층의 굴절률은 1.4 내지 1.6인
    발광형 집광 필름.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 굴절층은 트리클로로알킬실란, 트리할로겐알킬실란, 트리알콕시알킬실란, 에폭시아크릴실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    발광형 집광 필름.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 굴절층의 굴절률 및 상기 제2 굴절층 굴절률의 차이가 0.1 내지 0.3인
    발광형 집광 필름.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 굴절층은 무기물, 광 안정제, 점착제, 분산제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
    발광형 집광 필름.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 굴절층의 굴절률이 상기 제2 굴절층의 굴절률보다 작고,
    상기 제1 굴절층은 상기 코팅층에 접하며, 상기 제2 굴절층은 상기 광변환층에 접하는
    발광형 집광 필름.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 점착층은 2-에틸헥실아크릴레이트(2-EHA, ethyl hexyl acrylate) 모노머, 이소보닐아크릴레이트(IBOA, isobonyl acrylate) 모노머, 히드록시에틸아크릴레이트(HEA, hydroxy ethyl acrylate) 모노머, 히드록시부틸아크릴레이트(HBA, hydroxyl butyl acrylate) 모노머, 히드록시프로필아크릴레이트(HPA, hydroxyl propyl acrylate) 모노머, 헥실메타크릴레이트(HMA, Hexyl methacrylate) 모노머 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 중합체 또는 공중합체를 포함하는
    발광형 집광 필름.
  19. 삭제
  20. 제1항에 있어서,
    상기 점착층의 굴절률은 1.5 내지 1.6 인
    발광형 집광 필름.

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