KR20170077842A - 투명 복합 구조물 - Google Patents

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KR20170077842A
KR20170077842A KR1020160181402A KR20160181402A KR20170077842A KR 20170077842 A KR20170077842 A KR 20170077842A KR 1020160181402 A KR1020160181402 A KR 1020160181402A KR 20160181402 A KR20160181402 A KR 20160181402A KR 20170077842 A KR20170077842 A KR 20170077842A
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박재혁
김대근
이명노
임종우
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아이원스 주식회사
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Abstract

본 발명은 투명 복합 구조물에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 투명 복합 구조물은 투명 기재상에 코팅층과 굴절율 매칭층을 형성하여, 코팅층 또는 굴절율 매칭층만 형성할 때 증가되는 반사율을 개선할 수 있으며, 투명 기재만 있을 경우에 비해서도 반사율을 더 감소시키는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 투명 기재와, 상기 투명 기재 상에 세라믹 분말이 기계적 충격에 의해서 코팅된 코팅층 및, 상기 코팅층 상에 일정 두께로 형성되며, 상기 코팅층의 굴절율에 비해서 굴절율이 90 ~ 110%인 굴절율 매칭층을 개시한다.

Description

투명 복합 구조물{Transparency composite structure}
본 발명의 다양한 실시예는 투명 복합 구조물에 관한 것이다.
현재 용사 코팅 공정이 상업적으로 널리 이용되고 있다. 이러한 용사 코팅 공정의 가장 큰 특징은 매우 높은 열 에너지를 이용하여 고융점의 세라믹 또는 금속 소재를 급속한 상전이를 통해 기재에 분사 코팅하는 공법으로, 작업 공정의 조건 최적화 시 수 ㎛ 내지 수 mm까지 코팅이 가능하며, 분사 공정 중 여러 가지 기자재를 통해 3차원 형상의 코팅도 가능하다. 이러한 우수한 특성을 바탕으로 내화학적, 내마모성 코팅 분야에서 높은 신뢰성이 있으며, 우주 항공, 반도체, 기계 선박 등의 다양한 분야에서 널리 적용되고 있다.
한국등록특허번호 10-1249951(2013.03.27)
본 발명의 다양한 실시예는 투명 기재상에 코팅층과 굴절율 매칭층을 형성하여, 코팅층 또는 굴절율 매칭층만 형성할 때 저하되는 광학적 특성(e.g.,투과율 및 반사율)을 개선할 수 있으며, 투명 기재만 있을 경우에 비해서도 광학적 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 투명 복합 구조물을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 투명 복합 구조물은 투명 기재와, 상기 투명 기재 상에 세라믹 분말이 기계적 충격에 의해서 코팅된 코팅층 및, 상기 코팅층 상에 일정 두께로 형성되며, 상기 코팅층의 굴절율에 비해서 굴절율이 90 ~ 110%인 굴절율 매칭층을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 분말은 취성 재료인 알파 알루미나 또는 알루미나를 포함할 수 있다.
상기 굴절율 매칭층은 투명 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅층일 수 있다.
상기 굴절율 매칭층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 1/10일 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 200 ㎚ 내지 5 ㎛일 수 있다.
상기 투명 기재는 글래스, 강화 글래스, 플라스틱, PC(Polycarbonate)계열, PI(Polyamide)계열, PBT(Polybutylene terephthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PEI(Polyether Imide), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEK(Polyether Ketone), PEEK(Polyether ether Ketone) 및 PMMA(Polymethyl Methacrylat) 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 굴절율 매칭층은 상기 코팅층상에 형성된 지르코니아로 이루어진 제1층과, 상기 제1층 상에 형성된 알루미나로 이루어진 제2층과, 상기 제2층 상에 형성된 지르코니아로 이루어진 제3층 및, 상기 제3층 상에 형성된 알루미나로 이루어진 제4층을 포함할 수 있다.
상기 제1층과 상기 제2층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 2/100이고, 상기 제3층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 6.5/100이며, 상기 제4층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 6.8/100일 수 있다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 투명 복합 구조물은 투명 기재와, 상기 투명 기재 상에 일정 두께로 형성된 굴절율 매칭층 및, 상기 굴절율 매칭층 상에 세라믹 분말이 기계적 충격에 의해서 코팅된 코팅층을 포함하며, 상기 굴절율 매칭층은 상기 코팅층의 굴절율에 비해서 굴절율이 90 ~ 110%일 수 있다.
상기 세라믹 분말은 취성 재료인 알파 알루미나를 포함할 수 있다.
상기 투명 기재는 글래스, 강화 글래스, 플라스틱, PC(Polycarbonate)계열, PI(Polyamide)계열, PBT(Polybutylene terephthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PEI(Polyether Imide), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEK(Polyether Ketone), PEEK(Polyether ether Ketone) 및 PMMA(Polymethyl Methacrylat) 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 코팅층의 두께는 50 ㎚ 내지 500 ㎚일 수 있다.
상기 굴절율 매칭층은 상기 투명 기재 상에 형성된 알루미나로 이루어진 제1층 및, 상기 제1층상에 형성된 지르코니아로 이루어진 제2층을 포함할 수 있다.
상기 제1층의 두께는 상기 코팅층의 두께와 동일하고, 상기 제2층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 86/100일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 투명 기재상에 코팅층과 굴절율 매칭층을 형성하여, 코팅층 또는 굴절율 매칭층만 형성할 때 저하되는 광학적 특성(e.g.,투과율 및 반사율)을 개선할 수 있으며, 투명 기재만 있을 경우에 비해서도 광학적 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 투명 복합 구조물을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 복합 구조물의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 복합 구조물의 단면도이다.
도 3은 도 2의 투명 복합 구조물의 파장에 따른 반사율 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 복합 구조물의 단면도이다.
도 5는 도 4의 투명 복합 구조물의 파장에 따른 반사율 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 구조물의 내스크래치 특성을 촬영한 사진이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 구조물에 의한 투과율 및 반사율을 각각 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정 하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 복합 구조물을 도시한 단면도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 투명 복합 구조물(100)은 투명 기재(110), 상기 투명 기재(110)상에 코팅된 코팅층(120) 및 상기 코팅층(120) 상에 형성된 굴절율 매칭층(130)을 포함한다.
상기 투명 기재(110)는 평평한 판 형상으로, 평평한 제1면(111)과 제1면(111)의 반대면인 제2면(112)을 가질 수 있다. 상기 투명 기재(110)는 글래스, 강화 글래스, 플라스틱, PC(Polycarbonate)계열, PI(Polyamide)계열, PBT(Polybutylene terephthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PEI(Polyether Imide), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEK(Polyether Ketone), PEEK(Polyether ether Ketone) 및 PMMA(Polymethyl Methacrylat) 중 선택된 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 즉, 투명 기재(110)는 하나의 재질로 이루어진 단층 기재이거나, 2개의 재질 이상이 적층된 복층 기재일 수 있다. 예를 들어, 투명 기재(110)는 강화 글래스로 이루어진 단층 기재이거나, 글래스와 폴리 카보네이트가 적층된 복층 기재일 수 있다.
상기 코팅층(120)은 상기 투명 기재(110)의 제1면(111)에 일정 두께를 갖도록 코팅될 수 있다. 상기 코팅층(120)은 세라믹 분말이 투명 기재(110)에 고속으로 충돌하면서, 일정두께로 형성된다. 좀 더 자세하게 상기 코팅층(120)은 이송 가스와 혼합된 세라믹 분말이 진공 챔버 내에 설치된 투명 기재(110)의 제1면(111)에 분사되면, 투명 기재(110)의 제1면(111)에 충돌하면서 파쇄 및/또는 분쇄되어 일정두께로 형성된다. 이러한 세라믹 분말은 평균 입도가 10 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있다. 세라믹 분말의 평균 입도가 10 ㎚보다 작을 경우, 코팅층(120)의 형성이 용이하지 않고, 세라믹 분말의 보관 및 공급 중 응집 현상으로 인해, 분말의 분사, 충돌, 파쇄 및/또는 분쇄 시 10 ㎚ 보다 작은 입자 들이 뭉쳐져 있는 형태인 압분체(壓粉體)가 형성되기 쉬울 뿐만 아니라 대면적의 코팅막 형성도 어려운 단점이 있다. 또한, 세라믹 분말의 평균 입도가 1 ㎛보다 클 경우, 분말의 분사, 충돌 파쇄 및/또는 분쇄 시 투명 기재를 깎아 내는 샌드블라스팅(sand blasting) 현상이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 일부 형성된 피막도 피막 내의 입자 입경이 상대적으로 크게 형성되어, 투과율의 저하로 인해 투명 기재(110)의 본연의 특성을 발휘하지 못할 수 있다.
또한 코팅층(120)의 두께인 일정 두께는 200 ㎚ 내지 5 ㎛일 수 있다. 상기 코팅층(120)의 두께가 200 ㎚ 미만으로 형성될 경우, 투과율이 저하되는 것은 방지할 수 있으나, 경도 증가가 미미하여 내스크래치 특성을 향상시킬 수 없으며, 5 ㎛를 초과하도록 형성될 경우 내스크래치 특성은 향상시킬 수 있으나 투과율이 저하되는 문제를 가질 수 있다.
상기 코팅층(120)을 형성하기 위한 세라믹 분말은 취성 재료인 알파 알루미나(α- Al2O3)를 포함할 수 있다. 본 발명에서 비록 취성 재료로서 알파 알루미나를 예로 하였으나, 이밖에도 알루미나(Al2O3), 이트리아(Y2O3), YAG(Y3Al5O12), 희토류 계열(Y 및 Sc을 포함하여 원자번호 57부터 71까지의 원소 계열) 산화물, 바이오 글래스, 규소(SiO2), 수산화인회석(hydroxyapatite), 이산화티탄(TiO2) 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종의 혼합물 등이 이용될 수도 있다.
좀 더 구체적으로, 취성 재료인 세라믹 분말은 알파 알루미나, 알루미나, 수산화인회석, 인산칼슘, 바이오 글래스, Pb(Zr,Ti)O3(PZT), 이산화티탄, 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 이트리아-지르코니아(YSZ, Yttria stabilized Zirconia), 디스프로시아(Dy2O3), 가돌리니아(Gd2O3), 세리아(CeO2), 가돌리니아-세리아(GDC, Gadolinia doped Ceria), 마그네시아(MgO), 티탄산 바륨(BaTiO3), 니켈 망가네이트(NiMn2O4), 포타슘 소듐 니오베이트(KNaNbO3), 비스무스 포타슘 티타네이트(BiKTiO3), 비스무스 소듐 티타네이트(BiNaTiO3), CoFe2O4, NiFe2O4, BaFe2O4, NiZnFe2O4, ZnFe2O4,MnxCo3 - xO4(여기서, x는 3 이하의 양의 실수), 비스무스 페라이트(BiFeO3), 비스무스 징크 니오베이트(Bi1 . 5Zn1Nb1 . 5O7), 인산리튬알루미늄티타늄 글래스 세라믹, Li-La-Zr-O계 Garnet 산화물, Li-La-Ti-O계 Perovskite 산화물, La-Ni-O계 산화물, 인산리튬철, 리튬-코발트 산화물, Li-Mn-O계 Spinel 산화물(리튬망간산화물), 인산리튬알루미늄갈륨 산화물, 산화텅스텐, 산화주석, 니켈산란타늄, 란타늄-스트론튬-망간 산화물, 란타늄-스트론튬-철-코발트 산화물, 실리케이트계 형광체, SiAlON계 형광체, 질화알루미늄, 질화규소, 질화티탄,AlON, 탄화규소, 탄화티탄, 탄화텅스텐, 붕화마그네슘, 붕화티탄, 금속산화물과 금속질화물혼합체, 금속산화물과 금속탄화물혼합체, 세라믹과 고분자의 혼합체, 세라믹과 금속의 혼합체, 니켈, 동, 규소 및 그 등가물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종의 혼합물을 이용할 수도 있다.
상기 굴절율 매칭층(130)은 코팅층(120)의 제1면(121)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 굴절율 매칭층(130)은 증착에 의해서 형성될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다. 상기 굴절율 매칭층(130)은 코팅층(120) 형성 시 저하될 수 있는 광학적 특성을 개선하기 위해서 형성된다. 상기 코팅층(120)은 알파 알루미나(α- Al2O3)의 기본적인 특성상, 투명 기재(110)만 있을 경우에 비해서 광학적 특성을 저감시킬 수 있다. 이를 방지하기 위해서 코팅층(120)과 굴절율이 비슷한 굴절율 매칭층(130)을 상기 코팅층(120) 상에 균일한 두께로 형성할 수 있다. 상기 굴절율 매칭층(130)의 굴절율은 상기 코팅층(120)의 굴절율의 90 ~ 110%의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 굴절율 매칭층(130)은 투명 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅층으로, 증착에 의해서 형성될 수 있다. 즉, 전통적인 DLC는 카본에 의해 대략 흑색을 나타내는 반면, 본 발명의 실시예에서 투명 DLC는 광학적 특성을 높이기 위해 DLC에 산소를 도핑한 후 증착/코팅하여 투명한 특성을 갖는다.
상기 굴절율 매칭층(130)의 두께는 상기 코팅층(120)의 두께의 대략 1/10로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 굴절율 매칭층(130)과 코팅층(120) 두께의 비율은 투명 복합 구조물(100)의 광학적 특성을 향상시키기 위한 두께 비율로, 이와 같은 두께 비율로 형성 할 경우 투명 복합 구조물(100)의 전체 반사율을 감소시킬 수 있다.
예를 들어 코팅층(120)의 두께를 1 ㎛의 두께로 형성하였을 경우, 굴절율 매칭층(130)의 두께는 100 ㎚로 형성하는 것이 바람직하다. 아래의 표 1에서는 본 발명에 따른 투명 복합 구조물(100)의 반사율을 측정한 값과, 비교 예들의 반사율을 측정한 결과 값이 있다.
반사율(%)
실시예 1(투명 기재+코팅층+굴절율매칭층) 7.37
비교예 1(투명 기재) 8
비교예 2(투명 기재+코팅층) 10.45
비교예 3(투명 기재+굴절율매칭층) 10.76
상기 표 1에서 실시예는 본 발명의 투명 복합 구조물(100)의 반사율을 측정한 값이고, 비교예 1은 투명 기재만 있을 경우의 반사율이고, 비교예 2는 투명 기재에 코팅층만 형성하였을 경우에 반사율이며, 비교예 3은 투명 기재에 굴절율 매칭층만 형성하였을 경우의 반사율을 측정한 값이다.
여기서 투명 기재(110)는 강화 글래스를 이용하고, 코팅층(120)은 알파 알루미나(α- Al2O3) 분말에 의해 형성하고, 굴절율 매칭층(130)은 투명 DLC로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명의 실시예 1과, 비교예 2 및 3에서 코팅층의 두께는 1 ㎛로 형성하였을 경우이고, 굴절율 매칭층의 두께는 100 ㎚로 형성하였을 경우이다.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1인 투명 복합 구조물(100)의 반사율은 강화 유리만 있는 비교예 1에 비해서 투과율이 약간 감소한 것을 알 수 있다. 이에 비해서 투명 기재(110)에 코팅층만 형성한 비교예 2와, 투명 기재(110)에 굴절율 매칭층(130)만 형성한 비교예 3은 강화 유리만 있는 비교예 1과, 본 실시예1에 비해서 반사율이 증가한 것을 알 수 있다.
즉, 투명 복합 구조물(100)은 투명 기재(110)상에 코팅층(120)과 굴절율 매칭층(130)을 순차적으로 적층함에 따라, 내스크래치 특성을 향상시키는 코팅층(120)만 투명 기재(110)상에 형성할 경우 증가되는 반사율을 개선할 수 있으며, 투명 기재(110)만 있을 경우에 비해서도 반사율을 더 감소시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 복합 구조물의 단면도가 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 투명 복합 구조물(200)은 투명 기재(110), 상기 투명 기재(110)상에 코팅된 코팅층(120) 및 상기 코팅층(120) 상에 형성된 굴절율 매칭층(230)을 포함한다. 도 2의 투명 복합 구조물(200)에서 투명 기재(110)와 코팅층(120)은 도 1에 도시된 투명 복합 구조물(100)과 동일하다. 이하에서는 투명 복합 구조물(200)에서 투명 복합 구조물(100)과 상이한 굴절율 매칭층(230)을 위주로 설명하고자 한다.
상기 굴절율 매칭층(230)은 코팅층(120)의 제1면(121)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 굴절율 매칭층(230)은 지르코니아(ZrO2)와 알루미나(Al2O3)가 순차적으로 적층된 복층으로 이루어질 수 있다. 상기 굴절율 매칭층(230)은 코팅층(120)의 제1면(121)에 지르코니아(ZrO2)와 알루미나(Al2O3)가 순차적으로 교번하여 적층된 4개의 층으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 굴절율 매칭층(230)은 굴절율 매칭을 위해서, 코팅층(120)의 제1면(121)에 지르코니아(ZrO2)로 이루어진 제1층(231)을 형성하고, 제1층(231)상에 알루미나(Al2O3)로 이루어진 제2층(232)을 형성하고, 제2층(232)상에 지르코니아(ZrO2)로 이루어진 제3층(233)을 형성한 후, 제3층(233)상에 알루미나(Al2O3)로 이루어진 제4층(234)을 형성한다.
상기 굴절율 매칭층(230)은 코팅층(120)과 굴절율이 비슷하도록 지르코니아(ZrO2)와 알루미나(Al2O3)를 교번하여 4개의 층으로 적층하였으며, 상기 굴절율 매칭층(230)의 굴절율은 상기 코팅층(120)의 굴절율의 90 ~ 110%의 범위가 되도록 각각의 층을 일정 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이때 제1층(231)과 제2층(232)의 두께는 코팅층(120)의 두께의 대략 2/100로 형성하는 것이 바람직하다. 또한 제3층(233)의 두께는 코팅층(120)의 두께의 대략 6.5/100로 형성하고, 제4층(234)의 두께는 코팅층(120)의 두께의 대략 6.8/100로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 굴절율 매칭층(230)과 코팅층(120) 두께의 비율은 투명 복합 구조물(200)의 광학적 특성을 향상시키기 위한 두께 비율로, 이와 같은 두께비율로 형성할 경우 투명 복합 구조물(200)의 전체 반사율을 감소시킬 수 있다.
이와 같이 4개의 층으로 이루어진 굴절율 매칭층(230)은 코팅층(120) 형성시 증가될 수 있는 반사율을 저감 시킬 수 있다. 즉, 굴절율 매칭층(230)은 코팅층(120)에 포함된 알파 알루미나(α- Al2O3)의 기본적인 특성상, 투명 기재(110)만 있을 경우에 비해서 광학적 특성이 저감되는 것을 방지하기 위해 형성된다.
상기 굴절율 매칭층(230)의 4개의 층은 각각, 진공 증착, 스퍼터링, 플래이팅등에 의해서 형성될 수 있으나, 본 발명에서 상기 방법으로 한정하는 것은 아니다.
아래의 표 2에서는 본 발명에 따른 투명 복합 구조물(200)의 반사율을 측정한 값과, 비교예들의 반사율을 측정한 결과 값이 있다.
반사율(%)
실시예 2(투명 기재+코팅층+굴절율매칭층) 5.57
비교예 1(투명 기재) 8
비교예 2(투명 기재+코팅층) 10.45
상기 표 2에서 실시예는 본 발명의 투명 복합 구조물(200)의 반사율을 측정한 값이고, 비교예 1은 투명 기재만 있을 경우에 반사율이고, 비교예 2는 투명 기재에 코팅층만 형성하였을 경우에 반사율을 측정한 값이다.
여기서 투명 기재(110)는 강화 글래스를 이용하고, 코팅층(120)은 알파 알루미나(α- Al2O3) 분말에 의해 형성되고, 굴절율 매칭층(230)은 지르코니아(ZrO2)와 알루미나(Al2O3)가 순차적으로 교번하여 적층된 4개 층으로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명의 실시예 1과, 비교예 2에서 코팅층의 두께는 1 ㎛로 형성하였을 경우 이고, 굴절율 매칭층(230)의 제1층(231)과, 제2층(232)은 20 ㎚이고, 제3층(233)은 65 ㎚이며, 제4층(234)은 68 ㎚로 형성하였을 경우이다.
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 2인 투명 복합 구조물(200)의 반사율은 강화 유리만 있는 비교예 1의 반사율에 비해서 감소한 것으로 알 수 있다. 이에 비해서 투명 기재(110)에 코팅층만 형성한 비교예 2는 강화 유리만 있는 비교예 1과, 본 실시예 2에 비해서 반사율이 확연히 증가한 것을 알 수 있다.
또한 도 3에서는 도 2의 투명 복합 구조물(200)의 파장에 따른 반사율이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 투명 복합 구조물(200)은 가시 광선 대역에서 전반적으로 반사율이 낮은 것을 알 수 있다. 이와 같은 반사율 측정은 투명 복합 구조물(200)에 가시광선 영역의 파장을 굴절율 매칭층(230) 방향에서 조사하여, 투명 복합 구조물(200)에서 반사되어 조시된 파장량을 측정한 것이다.
즉, 본 발명의 투명 복합 구조물(200)은 투명 기재(110)상에 코팅층(120)과 굴절율 매칭층(230)을 순차적으로 적층함에 따라, 내스크래치 특성을 향상시키는 코팅층(120)만 투명 기재(110)상에 형성할 경우 증가되는 반사율을 개선하여, 투명 기재(110)만 있을 경우에 비해서도 반사율을 저감시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 복합 구조물의 단면도가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 투명 복합 구조물(300)은 투명 기재(110), 상기 투명 기재(110)상에 형성된 굴절율 매칭층(330), 상기 굴절율 매칭층(330) 상에 코팅된 코팅층(320)을 포함한다. 도 4의 투명 복합 구조물(300)에서 투명 기재(110)는 도 1에 도시된 투명 복합 구조물(100)과 동일하다. 이하에서는 투명 복합 구조물(300)에서 투명 복합 구조물(100)과 상이한 굴절율 매칭층(330)과 코팅층(320)을 위주로 설명하고자 한다.
상기 굴절율 매칭층(330)은 투명 기재(110)의 제1면(111)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 굴절율 매칭층(330)은 투명 기재(110)의 제1면(111)상에 알루미나(Al2O3)와 지르코니아(ZrO2)가 순차적으로 적층된 복층으로 이루어질 수 있다. 상기 굴절율 매칭층(330)은 투명 기재(110)의 제1면(111)에 알루미나(Al2O3)로 이루어진 제1층(331)이 형성된 후에, 제1층(331)상에 지르코니아(ZrO2)로 이루어진 제2층(332)을 형성하여, 2개의 층으로 이루어질 수 있다.
상기 굴절율 매칭층(330)은 코팅층(320)과 굴절율이 비슷하도록 알루미나(Al2O3)와 지르코니아(ZrO2)를 순차적으로 적층하였으며, 상기 굴절율 매칭층(330)의 굴절율은 상기 코팅층(320)의 굴절율의 90 ~ 110%의 범위가 되도록 각각의 층을 일정 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 굴절율 매칭층(330)에서 제1층(331)의 두께는 코팅층(320)의 두께와 동일한 두께로 형성하고, 제2층(332)의 두께는 코팅층(320)의 두께의 대략 86/100으로 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 굴절율 매칭층(330)은 코팅층(320)이 형성된 투명 기재(110)의 반사율을 저감 시킬 수 있다.
상기 코팅층(320)은 굴절율 매칭층(330)상에 일정 두께를 갖도록 코팅될 수 있다. 상기 코팅층(320)은 세라믹 분말이 굴절율 매칭층(330)의 제2층(332)에 고속으로 충돌하면서, 일정두께로 형성된다. 좀 더 자세하게 상기 코팅층(320)은 이송 가스와 혼합된 세라믹 분말이 진공 챔버 내에 설치된 굴절율 매칭층(330)이 형성된 투명 기재(110)에 분사되면, 굴절율 매칭층(330)의 제2층(332) 표면에 충돌하면서 파쇄 및/또는 분쇄되어 일정두께로 형성된다. 이러한 세라믹 분말은 평균 입도가 10 ㎚ 내지 300 ㎚일 수 있다. 세라믹 분말의 평균 입도가 10 ㎚보다 작을 경우, 코팅층(320)의 형성이 용이하지 않고, 세라믹 분말의 보관 및 공급 중 응집 현상으로 인해, 분말의 분사, 충돌, 파쇄 및/또는 분쇄 시 10 ㎚ 보다 작은 입자 들이 뭉쳐져 있는 형태인 압분체(壓粉體)가 형성되기 쉬울 뿐만 아니라 대면적의 코팅막 형성도 어려운 단점이 있다. 또한, 세라믹 분말의 평균 입도가 300 ㎚보다 클 경우, 얇은 피막의 코팅층(320) 형성이 용이하지 않을 수 있다.
또한 코팅층(320)의 두께인 일정 두께는 50 ㎚ 내지 500 ㎚일 수 있다. 상기 코팅층(320)은 굴절율 매칭층(330) 상에 형성되므로, 내스크래치 특성을 향상시키기 위해서 적어도 50 ㎚ 이상의 두께를 가져야 하며, 500 ㎚를 초과하도록 형성될 경우 내스크래치 특성은 향상시킬 수 있으나 코팅층(320)의 두께와 대응되어, 굴절율 매칭층(330)의 두께 역시 증가되므로 투과율이 저하되는 문제를 가질 수 있다.
상기 코팅층(320)을 형성하기 위한 세라믹 분말은 취성 재료인 알파 알루미나(α- Al2O3)를 포함할 수 있다. 상기 코팅층(320)의 구체적인 재질은 도 1에 도시된 투명 복합 구조물(100)과 동일하다.
상기 투명 복합 구조물(300)은 굴절율 매칭층(330)을 투명 기재(110)에 형성한 후, 내스크래치 특성을 향상시키기 위한 코팅층(120)을 형성하므로, 투명 복합 구조물(300)의 표면 강도를 도 1 및 도 2에 도시된 투명 복합 구조물(100, 200)에 비해서도 더 증가시킬 수 있다. 또한 투명 복합 구조물(300)은 굴절율 매칭층(330)을 구비하므로, 코팅층(320)에 포함된 알파 알루미나(α- Al2O3)의 기본적인 특성으로 인하여, 투명 기재(110)만 있을 경우에 비해서 광학적 특성이 저감되는 것을 방지할 수 있다.
아래의 표 3에서는 본 발명에 따른 투명 복합 구조물(300)의 반사율을 측정한 값과, 비교예들의 반사율을 측정한 결과 값이 있다.
반사율(%)
실시예 3(투명 기재+굴절율매칭층+코팅층) 5.52
비교예 1(투명 기재) 8
비교예 2(투명 기재+굴절율매칭층) 6.04
상기 표 3에서 실시예는 본 발명의 투명 복합 구조물(300)의 반사율을 측정한 값이고, 비교예 1은 투명 기재만 있을 경우에 반사율이고, 비교예 2는 투명 기재에 굴절율 매칭층만 형성하였을 경우에 반사율을 측정한 값이다.
여기서 투명 기재(110)는 강화 글래스를 이용하고, 코팅층(320)은 알파 알루미나(α- Al2O3) 분말에 의해 형성되고, 굴절율 매칭층(330)은 알루미나(Al2O3)와 지르코니아(ZrO2)가 순차적으로 적층된 2개 층으로 이루어질 수 있다. 또한 본 발명의 실시예 1과, 비교예 3 및 4에서 코팅층(320)의 두께는 70 ㎚로 형성하였을 경우 이고, 굴절율 매칭층(330)의 알루미나(Al2O3)로 이루어진 제1층(331)은 70 ㎚이고, 지르코니아(ZrO2)로 이루어진 제2층(332)은 60 ㎚로 형성하였을 경우이다.
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 3인 투명 복합 구조물(300)의 반사율은 강화 유리만 있는 비교예 1의 반사율에 비해서 감소한 것으로 알 수 있다. 또한 투명 기재(110)에 굴절율 매칭층(330)만 형성한 비교예 2는 강화 유리만 있는 비교예 1에 비해서 반사율은 감소하였으나, 본 실시예 3에 비해서 반사율이 더 높은 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 3인 투명 복합 구조물(300)의 반사율이 비교예 1 및 비교예 2에 비해서 반사율이 더 낮은 것을 알 수 있다.
또한 도 5에서는 도 4의 투명 복합 구조물(300)의 파장에 따른 반사율이 도시되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 투명 복합 구조물(300)은 가시 광선 대역에서 전반적으로 반사율이 낮은 것을 알 수 있다. 이와 같은 반사율 측정은 투명 복합 구조물(500)에 가시광선 영역의 파장을 코팅층(320) 방향에서 조사하여, 투명 복합 구조물(300)에서 반사되어 조시된 파장량을 측정한 것이다.
즉, 본 발명의 투명 복합 구조물(300)은 투명 기재(110)상에 굴절율 매칭층(330)과 코팅층(320)을 순차적으로 적층함에 따라, 투명 기재(110)의 반사율을 감소시킴과 동시에 코팅층(320)이 최상층으로 이루어지므로, 도 6과 같이 내스크래치 특성도 더 향상시킬 수 있다. 상기 내스크래치 특성 향상 시험은 러빙 테스트를 통해 하였으며, 하중 1kg 및 SIC 1000일 경우, 40회 왕복 조건을 통해 확인한 것이다. 이 경우, 투명 기재(110)인 강화 유리만 있을 경우에 비해서, 코팅층(320)(내스크래치) 및 굴절율 매칭층(330)(AR)이 형성된 후에 스크래치 특성이 향상된 것을 알 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명 복합 구조물에 의한 투과율 및 반사율에 대한 그래프가 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b에서 X축은 기재(110: 고릴라 글래스), 기재/코팅층(110/120), 기재/굴절율 매칭층(110/130) 및 기재/코팅층/굴절율 매칭층(110/120/130)을 의미한다. 또한, 도 7a에서 Y축은 투과율(%)을 의미하고, 도 7b에서 Y축은 반사율(%)을 의미한다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 투과율은 기재(100)의 경우 92.17%, 기재/코팅층(110/120)의 경우 89.97%, 기재/굴절율 매칭층(110/130)의 경우 91.08%, 기재/코팅층/굴절율 매칭층(110/120/130)의 경우 92.63%로 관측되었다. 즉, 기재 위에 코팅층만 단독으로 형성하거나 또는 굴절율 매칭층만 단독으로 형성할 경우 기재 자체의 투과율보다 작은 투과율이 관측되었으나, 기재 위에 코팅층 및 굴절율 매칭층을 순차적으로 형성하였을 경우 기재 자체의 투과율보다 높은 투과율이 관측되었다. 즉, 기재 위에 코팅층 및 굴절율 매칭층을 순차적으로 형성할 경우, 광학적 특성이 향상되었다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 반사율은 기재(110)의 경우 8.11%, 기재/코팅층(110/120)의 경우 10.13%, 기재/굴절율 매칭층(110/130)의 경우 9.14%, 기재/코팅층/굴절율 매칭층(110/120/130)의 경우 7.35%로 관측되었다. 즉, 기재 위에 코팅층만 단독으로 형성하거나 또는 굴절율 매칭층만 단독으로 형성할 경우 기재 자체의 반사율보다 높은 반사율이 관측되었으나, 기재 위에 코팅층 및 굴절율 매칭층을 순차적으로 형성하였을 경우 기재 자체의 반사율보다 낮은 반사율이 관측되었다. 즉, 기재 위에 코팅층 및 굴절율 매칭층을 순차적으로 형성할 경우, 광학적 특성이 향상되었다. 이러한 도 7b에 도시된 광학적 특성은 상술한 표 1에서 설명한 광학적 특성과 거의 동일하다.
실질적으로 기재(110)는 표면 상에 거칠기 또는 조도를 가지며, 이에 따라 코팅층(110) 역시 소정 표면 거칠기를 가지며 형성된다. 그러나, 고경도, 내마모성 및 윤활 기능과 광학적 특성이 우수한 굴절율 매칭층(130, 투명 DLC)이 코팅층(120) 위에 형성됨으로써, 상술한 바와 같이 광학적 특성(투과율 및 반사율)이 향상되는 것으로 판단된다. 즉, 에어로졸 디포지션 또는 상온 진공 분사 방식에 의해 형성된 Al2O3 코팅층의 표면 거칠기를 굴절율이 유사한 투명 DLC가 인덱스 매칭(index matching)되어 광학 특성이 향상되는 것으로 판단된다. 참고로, 아래 표 4는 코팅층(120)(Al2O3) 및 굴절율 매칭층(130)(투명 DLC)의 굴절율을 나타낸 것이다. 즉, 굴절율 매칭층의 굴절율은 코팅층의 굴절율에 비교하여 대략 90 ~ 110%, 더욱 바람직하기로 93 ~ 106%일 수 있다.
재료 투명 DLC Al2O3
굴절율(Refractive index ) 1.6-1.8 1.71
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 투명 복합 구조물을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100, 200, 300; 투명 복합 구조물
110; 투명 기재 120, 320; 코팅층
130, 230, 330; 굴절율 매칭층

Claims (14)

  1. 투명 기재;
    상기 투명 기재상에 세라믹 분말이 기계적 충격에 의해서 코팅된 코팅층; 및,
    상기 코팅층상에 코팅된 굴절율 매칭층을 포함하되,
    상기 굴절율 매칭층의 굴절율은 상기 코팅층의 굴절율에 비교하여 90 ~ 110%인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 알루미나를 포함함을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절율 매칭층은 투명 DLC(Diamond Like Carbon) 코팅층인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절율 매칭층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 1/10인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 200 ㎚ ~ 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기재는 글래스, 강화 글래스, 플라스틱, PC(Polycarbonate), PI(Polyamide), PBT(Polybutylene terephthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PEI(Polyether Imide), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEK(Polyether Ketone), PEEK(Polyether ether Ketone) 또는 PMMA(Polymethyl Methacrylat)인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 굴절율 매칭층은 상기 코팅층상에 형성된 지르코니아를 포함하는 제1층과, 상기 제1층상에 형성된 알루미나를 포함하는 제2층과, 상기 제2층상에 형성된 지르코니아를 포함하는 제3층과, 상기 제3층상에 형성된 알루미나를 포함하는 제4층을 포함함을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 2/100이고, 상기 제3층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 6.5/100이며, 상기 제4층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 6.8/100인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  9. 투명 기재;
    상기 투명 기재상에 형성된 굴절율 매칭층; 및
    상기 굴절율 매칭층상에 세라믹 분말이 기계적 충격에 의해서 코팅된 코팅층을 포함하며,
    상기 굴절율 매칭층은 상기 코팅층의 굴절율에 비교하여 90 ~ 110%인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 알파 알루미나를 포함함을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 투명 기재는 글래스, 강화 글래스, 플라스틱, PC(Polycarbonate), PI(Polyamide), PBT(Polybutylene terephthalate), PET(Polyethylene terephthalate), PEI(Polyether Imide), PPS(Polyphenylene Sulfide), PEK(Polyether Ketone), PEEK(Polyether ether Ketone) 또는 PMMA(Polymethyl Methacrylat)인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 코팅층은 두께가 50 ㎚ ~ 500 ㎚인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 굴절율 매칭층은 상기 투명 기재상에 형성된 알루미나를 포함하는 제1층 및, 상기 제1층상에 형성된 지르코니아를 포함하는 제2층을 포함함을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 상기 코팅층의 두께와 동일하고, 상기 제2층의 두께는 상기 코팅층의 두께의 86/100인 것을 특징으로 하는 투명 복합 구조물.
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