KR20190130985A - 수동 복사 냉각 구조 - Google Patents
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Abstract
수동 냉각 복사 구조가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 수동 냉각 복사 구조는, 복사 냉각의 대상인 시스템과 연결되는 하부 금속층, 상기 하부 금속층 위에 마련되어 공진을 통해 유채색을 발색하기 위한 유전체층, 및 상기 유전체 위에 마련되는 상부 금속층을 포함하는 MIM층을 포함하고, 상기 상부 금속층 위에 마련되어 수동 복사 특성을 나타내는 열 방사층을 포함한다.
Description
본 발명은, 다양한 색상의 유채색을 발색하면서도 수동 복사 냉각을 수행할 수 있는 수동 복사 냉각 구조에 관한 것이다.
화석 연료 고갈로 인한 차세대 대체 에너지 개발에 대한 급진적 수요와 더불어, 에너지를 효율적으로 이용하고자 하는 노력이 전 세계적으로 이루어지고 잇다. 수동 복사 냉각 구조는 외부 전원 공급 없이 발명제품 또는 빌딩/플랜트의 온도를 낮추기 위한 기구물로서, 전력소모를 최소화하여 온도를 낮출 수 있기 때문에 초절전/친환경 기술로 주목받고 있다.
수동 복사 냉각 구조는 열평형을 유도하는 전도 및 대류방식과는 확연히 구분되는 기술로서, 특히 최근에는 야간뿐 아니라 주간에도 사용할 수 있는 수동 복사 냉각 구조에 대한 연구가 선진국에서 활발히 이루어지고 있다.
주간 활용을 위한 수동형 복사 냉각 구조는 태양광은 강하게 반사시키고, 내부 열은 전자기파의 형태로 외부공간으로 효과적으로 방출해야 한다. 따라서 이상적 복사 냉각 구조는 1) 280 ~ 4000nm 파장의 빛은 최대한 반사시키고, 2) 대기의 창 영역인 8 ~ 13μm 영역의 전자기파는 최대한 방출시키야 한다. 가시광 / 근적외선 대역과 장적외선 대역을 모두 포함하는 광학적 설계는 매우 복잡하기 때문에 이전에는 태양광의 영향은 배제한 야간 냉각 시스템의 개발이 주를 이루었다.
최근에는 메타물질 연구가 활발히 이루어지면서 포토닉 구조 기반의 주간 냉각 시스템의 개발이 가능해지고 있다. 그러나, 선행연구 그룹의 구조들은 매우 복잡한 유전체/금속 다층 박막 구조 또는 나노 구조와의 혼합 구조로 구성되어 제작 단가가 높으며, 대면적 공적에 제약이 따른다
한편, 수동형 복사 냉각 구조는 주로 건물의 외벽이나, 발열제품의 외부에 장착되기 때문에 실제 응용을 위해서는 심미적 요인을 고려해야 하며, 따라서 단순히 흰색 또는 은색 계열의 색상이 아닌 다양한 색을 구현하는 것이 요구된다. 그러나, 현재까지 발색기능을 가지면서 동시에 수동 냉각 특성을 보이는 구조에 대해서는 발명된 사례가 없다.
본 발명은, 다양한 색상의 유채색을 발색하면서도 수동 복사 냉각을 수행할 수 있는 수동 복사 냉각 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수동 냉각 복사 구조는, 복사 냉각의 대상인 시스템과 연결되는 하부 금속층, 상기 하부 금속층 위에 마련되어 공진을 통해 유채색을 발색하기 위한 유전체층, 및 상기 유전체 위에 마련되는 상부 금속층을 포함하는 MIM층을 포함하고, 상기 상부 금속층 위에 마련되어 수동 복사 특성을 나타내는 열 방사층을 포함한다.
본 발명에서 제안하는 수동 냉각 복사 구조는, 낮 시간에 태양광 아래에서 상온과 비슷하거나 더 낮은 온도를 유지하면서도 다양한 색상의 유채색을 발색할 수 있기 때문에, 심미성이 향상되고 활용 범위가 매우 높아지는 장점이 있다.
또한 본 발명에서 제안하는 수동 냉각 복사 구조는 적층 구조로써 구조의 형태가 단순하기 때문에, 다양한 무늬, 다양한 색상으로 패터닝이 가능하며, 플렉서블 소자 형태로 제작하기도 용이한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 복사 냉각 구조를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 유전체로 SiO2를 사용하는 경우 두께에 따른 반사 특성을 나타낸다.
도 4는 상부 Ag층의 두께에 따른 반사율 및 흡수율을 나타낸다.
도 5는 하부 Ag층의 두께에 따른 반사율, 흡수율 및 투과율을 나타낸다.
도 6은 열 방사층으로 PDMS을 사용하는 경우 두께에 따른 수동 복사 특징을 나타낸다.
도 7은 상부 금속(Ag) 층의 두께에 따라 달라지는 색 좌표(a)와 냉각 특성(b)을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 복사 구조의 PDMS 코팅 전/후의 샘플 사진(a)과 가시광에서의 광학(b)을 보여준다.
도 9a 내지 도 9d는 CPRC의 구조 및 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 CPRC에서의 온도와 색상의 상관 관계를 시뮬레이션(계산) 한 결과이다.
도 11a 내지 도 11d는 CPRC에서의 온도와 색상의 상관 관계를 시뮬레이션(계산) 한 결과에 따라 실제로 제작한 샘플의 측정 데이터에 관한 것이다.
도 12는 플렉서블(Flexible) 형태의 수동 냉각 복사 구조 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 유전체로 SiO2를 사용하는 경우 두께에 따른 반사 특성을 나타낸다.
도 4는 상부 Ag층의 두께에 따른 반사율 및 흡수율을 나타낸다.
도 5는 하부 Ag층의 두께에 따른 반사율, 흡수율 및 투과율을 나타낸다.
도 6은 열 방사층으로 PDMS을 사용하는 경우 두께에 따른 수동 복사 특징을 나타낸다.
도 7은 상부 금속(Ag) 층의 두께에 따라 달라지는 색 좌표(a)와 냉각 특성(b)을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 복사 구조의 PDMS 코팅 전/후의 샘플 사진(a)과 가시광에서의 광학(b)을 보여준다.
도 9a 내지 도 9d는 CPRC의 구조 및 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 CPRC에서의 온도와 색상의 상관 관계를 시뮬레이션(계산) 한 결과이다.
도 11a 내지 도 11d는 CPRC에서의 온도와 색상의 상관 관계를 시뮬레이션(계산) 한 결과에 따라 실제로 제작한 샘플의 측정 데이터에 관한 것이다.
도 12는 플렉서블(Flexible) 형태의 수동 냉각 복사 구조 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하의 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
첨부 도면은 발명의 사상을 이해하기 쉽게 표현하기 위하여 전체적인 구조를 설명함에 있어서는 미소한 부분은 구체적으로 표현하지 않을 수도 있고, 미소한 부분을 설명함에 있어서는 전체적인 구조는 구체적으로 반영되지 않을 수도 있다. 또한, 설치 위치 등 구체적인 부분이 다르더라도 그 작용이 동일한 경우에는 동일한 명칭을 부여함으로써, 이해의 편의를 높일 수 있도록 한다. 또한, 동일한 구성이 복수 개가 있을 때에는 어느 하나의 구성에 대해서만 설명하고 다른 구성에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고 그 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 복사 냉각 구조를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 복사 냉각 구조는 복수의 층이 차례로 적층되어 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 복사 냉각 구조는 MIM층 및 열 방사층을 포함할 수 있다.
여기서 MIM층(금속-유전체-금속 층)은, Metal-insulator-metal의 약자로써, 가시광 대역에서 패브리 페로 인터페이스(Fabry-Perot interference)를 이용하여 특정 대역의 파장에 대한 흡수를 증가시켜 다양한 색상의 유채색을 발색할 수 있다. 즉 본 발명에서 설명하는 유채색은, 상부 금속층 또는 하부 금속층 본연의 색이 아닌, 반사 공진 특성을 통하여 MIM층(금속-유전체-금속 층)에 의해 발색되는 색상들을 의미할 수 있다.
MIM층은 복사 냉각의 대상인 시스템과 연결되는 하부 금속층(1), 하부 금속층 위에 마련되어 공진을 통해 유채색을 발색하기 위한 유전체층(2) 및 유전체 위에 마련되는 상부 금속층(3)을 포함할 수 있다.
그리고 MIM층은 상부 금속층, 하부 금속층 및 유전체층 중 적어도 하나의 두께가 변경됨에 따라 다른 색상을 발색할 수 있다.
하부 금속층(1)은 복사 냉각의 대상이 되는 시스템, 예를 들어, 지면이나 건물, 옷, 차량, 웨어러블 디바이스, 인공위성, 광 전지, 적외선 감지기, 발전소, 기타 냉각이 필요한 장치에 연결될 수 있다.
하부 금속층은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 백금(Pt) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
또한 하부 금속층의 두께는 40nm 이상 1um 이하일 수 있다.
그리고 하부 금속층 위에 유전체층(2)이 마련된다. 유전체층(2)은 하부 금속층(1)과 상부 금속층(3) 사이에 마련되어 하부 금속층(1)과 상부 금속층(3)을 분리할 수 있다.
유전체층(2)은 SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, HfO2 또는 SiNx 중 어느 하나로 구성되는 단일 층을 포함할 수 있다.
예를 들어 유전체층(2)은 두께 2 um 이상의 SiO2로 구성될 수 있다. 다른 예를 들어 유전체층(2)은 두께 2 um 이상의 Si3N4로 구성될 수 있다.
다만 이에 한정되지 않으며, 유전체층(2)은 SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, HfO2 또는 SiNx 중 둘 이상의 유전체 조합이 가능하다.
구체적으로 유전체층(2)은 SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, HfO2 또는 SiNx 중 둘 이상의 유전체가 각각 하나의 층을 구성하는 복수 층을 포함할 수 있다.
예를 들어 유전체층(2)은 SiO2 와 Si3N4 를 각각 600 nm, 900 nm 두께로 증착함으로써, SiO2로 구성되는 하나의 층 및 Si3N4로 구성되는 하나의 층을 포함하는 복수의 층으로 구성될 수 있다.
또한 유전체층은, SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiNx, PDMS, Polyimide, PVDF, PMMA 또는 SU8 중 어느 하나로 구성되거나 둘 이상의 조합(둘 이상의 유전체가 각각 하나의 층을 구성하는 복수의 층)으로 구성될 수 있다.
이 경우 SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiNx, PDMS, Polyimide, PVDF, PMMA 또는 SU8는, 가시광 대역에서 투명한 유전체 물질일 수 있다. 즉 유전체층을 가시광 대역에서 투명한 물질로 구성함으로써, 공진 구조에 의해 발색되는 색상에 영향을 미치지 않고 발색되는 색상의 예측 가능성을 향상시킬 수 있다.
유전체층(2) 위에 상부 금속층(3)이 마련된다. 상부 금속층(3)은 태양 복사를 반사할 수 있다. 상부 금속층(3)은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
한편 상부 금속층의 재질과 하부 금속층의 재질은 같거나 다를 수 있다.
예를 들어 상부 금속층의 재질 및 하부 금속층의 재질이 모두 은(Ag)일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상부 금속층과 하부 금속층의 재질이 다른것도 가능하다.
그리고 상부 금속층(3) 위에 열 방사층(4)이 마련된다. 열 방사층(4)은 수동 복사를 위한 층으로 수동 복사 특성을 나타낼 수 있다. 열 방사층(4)는 PDMS(Polydimethylsiloxane), TPX(polymethylpentene), Polyimide, PVDF(Polyvinylidene difluoride) 또는 PET 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
여기서 PDMS(Polydimethylsiloxane), TPX(polymethylpentene), Polyimide, PVDF(Polyvinylidene difluoride) 또는 PET으로 열 방사층이 구성되는 경우, 열 방사층은 장적외선 대역에서 고방사율을 가지는 고분자층의 구성을 가질 수 있다.
이하에서는 유전체층이 SiO2으로, 상부 금속층과 하부 금속층이 은(Ag)로 구성되는 것으로 예시하여 설명한다.
또한 이하에서는 열 방사층(4)이 PDMS(Polydimethylsiloxane)으로 구성되는 것으로 예시하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 구조의 일 예를 나타낸다.
본 발명의 일 실시 예 수동 복사 냉각 구조는 1) 다양한 가시광 색상 표현 및 2) 수동 복사 냉각 기능을 동시에 구현할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동 복사 냉각 구조는, Ag/SiO2/Ag 구조를 수십 마이크로 미터의 두께를 갖는 예를 들어 PDMS층 아래에 두어 상기의 두 가지 기능을 가질 수 있다. 구체적으로, 가시광 영역에서는 공진 구조에 의해 최소한의 흡수로 발색이 가능하며, 적외선 영역에서는 높은 반사율을 가지는 수동 복사 냉각 구조를 제안한다.
만약, PDMS로 대표되는 열 방사층 아래에 단순하게 하나의 금속층(예를 들어 Ag 층)만을 배치하는 경우 금속층이 대기의 창(8~13 μm) 영역뿐 만 아니라, 넓은 파장 대역에서 태양광을 반사하여 단순 냉각 특성만을 가진다. 그에 반하여 도 2에 도시된 것과 같이 Ag/SiO2/Ag로 대표되는 금속/유전체/금속의 구조는 가시광 영역에서 색을 구현하기 위해 필요한 최소한의 태양광 흡수만이 가능하고, 따라서, 발색형 수동 냉각 구조의 구현이 가능하다.
MIM층은 다양한 색상의 유채색을 발색할 수 있으며, MIM층이 다양한 색을 내는데 주요한 물질 중 하나는 Ag와 Ag 사이에 배치되는 SiO2일 수 있다.
도 3은 유전체로 SiO2를 사용하는 경우 두께에 따른 반사 특성을 나타낸다.
MIM층은 유전체층의 두께가 변경됨에 따라 다른 색상을 발색할 수 있다.
구체적으로 도 3에서 도시하는 바와 같이, SiO2로 구성되는 유전체층의 두께가 60nm에서 150nm으로 변하면서, 노란색 계열에서 보라색을 거쳐 파랑색과 녹색 계열까지 구현될 수 있다.
만약 상부 금속층이 Au인 경우 SiO2로 구성되는 유전체층은 60nm 에서 180nm 사이의 두께를 가질 수 있다.
도 4는 상부 Ag층의 두께에 따른 반사율 및 흡수율을 나타낸다.
도 5는 하부 Ag층의 두께에 따른 반사율, 흡수율 및 투과율을 나타낸다.
본 발명의 수동 냉각 복사 구조가 발색 특징을 나타내기 위해서는 상/하부 금속층은 각각 최적의 두께가 존재한다.
바람직한 실시 예에서, Ag로 구성되는 하부 금속층의 두께는 40-60nm 수준이어야 하며, 상부 금속층의 두께는 50nm 이하여야 한다. 만약 상부 금속층의 두께가 더 두꺼워 지는 경우, Ag의 본연의 색이 발색되어 도 4에 도시된 바와 같이 반사 공진 특성이 사라지기 때문이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 하부 금속층의 두께가 두꺼워질수록 반사 공진을 강하게 일으켜 색의 순도를 높일 수 있는 장점이 있으나, 그만큼 280nm에서 400nm 사이의 대역에서의 태양광의 흡수율이 증가하기 때문에 태양광에 의한 가열 현상이 증가하는 단점도 있다. 반면에 하부 금속층 두께를 너무 얇게 제작하는 경우 투과되는 광량이 커져 발색형 수동 냉각 복사 구조와 연결된 시스템이 태양광에 노출될 수 있다.
결론적으로 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 금속층으로 Ag를 예로 들면, 상부 금속층은 20nm 에서 40nm 사이의 두께를 가질 수 있다. 상부 금속층의 두께가 20nm 미만인 경우 선명한 색상을 구현할 수 없으며, 50nm 이상인 경우 상부 금속층에서 발색된 색상이 금속색(Ag 색)으로 변하기 시작한다.
또한, Ag를 예로 들면 바람직한 실시 에에서 하부 금속층은 40nm 에서 60nm 사이의 두께를 가질 수 있다. 하부 금속층이 40nm 미만인 경우 색상 손실과 투과율 증대의 문제가 있으며, 60nm 이상인 경우 하부 금속층 흡수율이 최대치로 수렴하는 문제가 있다.
Ag/SiO2/Ag 구조의 경우 상술한 다른 물질로 대체할 수 있다.
구체적으로 상부 금속층 및 하부 금속층은 금(Au), 알루미늄(Al), 백금(Pt) 등 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있으며, 유전체층은 TiO2, Al2O3 또는 SiNx 등 다른 유전체 물질로 구성될 수 있다.
한편 상부 금속층, 하부 금속층 및 유전체층을 구성하는 물질이 달라지는 경우에는 각 물질의 복소 굴절률 정보에 따라 각각 다른 두께를 설정해야 원하는 색상이 발색될 수 있다.
도 6은 열 방사층으로 PDMS을 사용하는 경우 두께에 따른 수동 복사 특징을 나타낸다.
바람직한 실시 예에서 열 방사층으로 PDMS를 사용하는 경우 수동 복사 특징을 갖기 위해서는 최소 20μm의 두께를 가져야 하며, 이보다 얇게 열 방사층이 제작되는 경우 대기의 창 영역에서 충분한 방사율을 확보하지 못해 수동 복사가 이루어지지 않는 문제가 존재한다. PDMS는 상술한 바와 같이 방사율(emissivity)이 높은 다른 투명 고분자 물질로 대체 가능하다.
더하여, 열 방사층에 마이크로 유전체를 도핑하여 방사율을 높일 수도 있다. 여기에서 열 방사층에 도핑되는 마이크로 유전체는 SiO2, TiO2 또는 SiC 중 어느 하나일 수 있다.
도 7은 상부 금속(Ag) 층의 두께에 따라 달라지는 색 좌표(a)와 냉각 특성(b)을 보여준다.
여기에서 냉각 특성이란 주변 온도와 샘플 온도간의 차이를 의미한다. 색 좌표는 설계된 구조의 가시광 대역에서의 반사율 특성을 토대로 계산되었다. 냉각 특성은 열평형 상태가 기준이며, AM1.5G 태양광의 수직 입사를 기준으로 계산하였다. 냉각 특성 그래프의 x 축의 변수 h는 비방사 열수수 계수(non-radiative heat exchange coefficient)이며, 대류와 전도에 의한 열 전달량의 크기를 나타내는 계수이다. 순수 수동 냉각 복사 능력은 hc =0에서 평가하기 때문에 이 점을 기준으로 냉각 능력을 평가하였다. 설계된 구조의 하부 Ag 층 두께는 40nm이며, PDMS 두께는 20 μm이다.
도 7에 도시된 바와 같이, PDMS가 없는 구조(no PDMS)는 한낮에 대류가 전도가 없는 상황에서 태양광에 노출되면 주변 온도보다 300도 가량 높게 유지된다. PDMS를 발색 구조 위에 도입할 경우 발색형 수동 냉각 복사 구조의 온도는 상부 Ag 층 두께에 따라 주변 온도보다 5도 가량 높거나 20도 가량 낮게 유지 가능하다.
상술한 바와 같이, 상부 금속층의 두께가 두꺼울수록 색의 순도가 떨어지나, 냉각 특성면에서 봤을 때 두께가 20nm로 얇을 때 가장 색 범위가 넓으며 다양한 색상을 낼 수 있다. 반면에 주변 온도보다 약 5도 높게 유지되는 면은 있다.
따라서, 다양한 색상을 유지하면서 주변 온도보다 낮은 수준의 수동 냉각 복사 기능을 구현하기 위해서는 상부 Ag 층의 두께가 30nm ~ 40nm인 것이 바람직하다. 만약 주변 온도와 비슷한 수준의 수동 냉각 복사 기능을 목표로 하는 경우 상부 Ag 층의 두께를 20nm 정도로 얇게 증착하는 것이 색상 측면에서 더 우수하다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 복사 구조의 PDMS 코팅 전/후의 샘플 사진(a)과 가시광에서의 광학(b)을 보여준다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 발색형 수동 냉각 복사 구조는 SiO2 두께에 따라 다양한 색을 보여주는 것을 알 수 있고, PDMS 코팅 여부에 관계없이 반사 특성에서도 일정함을 볼 수 있다.
한편 앞선 실시 예에서는, 열 방사층이 PDMS(Polydimethylsiloxane)으로 구성되는 것으로 설명하였다.
한편 PDMS(Polydimethylsiloxane)는 매우 넓은 대역에서 방사율(emissivity)이 높다. 그리고 방사율(emissivity)이 높다는 것은 흡수율(absorptance) 역시 높다는 것을 의미하기 때문에 PDMS(Polydimethylsiloxane)는 매우 넓은 대역에서 전자기파를 흡수할 수 있으며, 이는 수동 냉각에 불리하게 작용할 수 있다.
따라서 이하에서는 MIM 구조를 통하여 다양한 색상의 유채색을 발색할 수 있으면서도, 수동 냉각 및 색상 발현에 필요한 대역에서만 흡수율(absorptance)을 높힐 수 있는 구조를 제안한다. 이를 실현하기 위한 열 방사층을 선택적 열 방사층이라 명칭할 수 있다.
도 9는 CPRC의 구조 및 특징을 설명하기 위한 도면이다.
도 9a는 은색 배경에 다양한 색상의 유채색 영역을 가져서 심미성을 더한 수동 복사 냉각 구조를 나타낸 도면이다.
도 9b는 은색 영역에서의 수동 복사 냉각 구조의 구조 모식도(좌측 상단), 은색 영역에서의 SEM(scanning electron microscope) 이미지(좌측 하단), 유채색 영역에서의 수동 복사 냉각 구조의 구조 모식도(우측 상단), 유채색 영역에서의 SEM(scanning electron microscope) 이미지(우측 하단)을 도시한 도면이다.
도 9c는, 은색 영역에서의 수동 복사 냉각 구조(도 9b에서의 좌측 구조)의 반사율, 흡수율(방사율) 특성(상단 그래프), 열 방사층 없이 금속 - 절연체 ? 금속으로 구성된 MIM층만 존재하는 수동 복사 냉각 구조의 반사율, 흡수율(방사율) 특성(중단 그래프), 금속 - 절연체 ? 금속으로 구성된 MIM 층 위에 선택적 열 방사층이 마련되는 경우의 반사율, 흡수율(방사율) 특성(하단 그래프)를 도시한 도면이다.
도 9d는 선택적 열 방사층 없이 MIM층만 존재하는 경우와, MIM 층 위에 선택적 열 방사층이 마련되는 경우 색상차를 나타내기 위한 도면이다.
도 9e는 장식용으로 사용되는 수동 복사 냉각 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 MIM 구조를 통하여 다양한 색상의 유채색을 발색할 수 있으면서도, 수동 냉각 및 색상 발현에 필요한 대역에서만 흡수율(absorptance)을 높힐 수 있는 수동 복사 구조를 CPRC(a colored passive radiative cooler)라고 명칭할 수 있다.
그리고 CPRC는 MIM 층 및 MIM 층 위에 마련되는 열 방사층(선택적 열 방사층)을 포함할 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참고하면, Ag-SiO2-Ag로 구성되는 MIM 층 위에 이중층으로 구성되는 열 방사층이 마련된다.
한편 열 방사층은, SiO2, HfO2, TiO2, SiC, Ta2O3 및 Si3N4 중 둘 이상이 각각 하나의 층을 구성하는 복수의 층을 포함할 수 있다. 이 경우 복수의 층 각각은 각각 수 nm 에서 수백 nm의 두께를 가질 수 있다.
이 경우 SiO2, HfO2, TiO2, SiC, Ta2O3 및 Si3N4는 가시광 대역에서 투명한 물질일 수 있다. 즉 열 방사층을 가시광 대역에서 투명한 물질로 구성함으로써, 열 방사층은 MIM층에서 발색되는 본연의 색상에 영향을 미치지 않고, 발색되는 색상의 예측 가능성을 향상시킬 수 있다.
열 방사층을 구성할 수 있는 다수의 물질 중 Si3N4 및 SiO2의 예를 들어 설명하면, 열 방사층은 MIM 층 위에 마련되고 Si3N4로 구성되는 제1층 및 상기 제1층 위에 마련되고 SiO2로 구성되는 제2층을 포함할 수 있다.
그리고 Si3N4 / SiO2 이중층은 선택된 대역에서의 흡수율(방사율)이 다른 대역에서의 흡수율(방사율)보다 높기 때문에, 고 효율 열 방출기의 역할을 수행할 수 있다. 이와 같이 구성되는 열 방사층을 선택적 열 방사층이라 명칭할 수 있다.
선택적 열 방사층은, SiO2 (650 nm)와 Si3N4 (910 nm)의 이중층을 포함하는 선택적 방사체일 수 있다.
또한 SiO2 (650 nm)와 Si3N4 (910 nm)의 두께는, MIM 층의 반사 공진에 의한 색상 발현 및 CPRC의 방사율을 고려하여 수치 최적화에 의해 결정될 수 있다.
도 9b의 좌측 도면은 MIM층이 유전체 없이 하나의 금속(Ag)으로 구성된 구조이며, 도 9b의 우측 도면은 MIM층이 금속 - 유전체 ? 금속으로 구성된 구조이다.
MIM층에 절연체가 존재하는 경우, 절연체 층의 두께를 조정함으로써 발색되는 색상이 결정될 수 있다. 구체적으로 절연체 층이 얇아지는 경우 박막 간섭 공진이 단파장에서 일어나면서 Yellow 색이 발현될 수 있으며, 절연체 층이 두꺼워지는 경우 박막 간섭 공진이 장파장에서 일어나면서 Cyan 색이 발색될 수 있다.
MIM 구조는 다른 필터에 비하여 흡수율이 높은 대역이 좁고, 따라서 반사율의 손실을 최소화 할 수 있다.
또한 MIM층과 선택적 열 방사층이 결합된 CPRC는 박막이 적층된 구조를 가지기 때문에, 패터닝이 용이하다. 즉 얇고 단순한 구조로 인하여 CPRC는 플렉서블 디바이스에 사용될 수 있다.
도 9c의 상단 그래프는, 낮 시간, 은색 영역에서의 수동 복사 냉각 구조(도 9b에서의 좌측 구조)의 반사율, 흡수율(방사율) 특성을 나타낸다.
도 9c의 상단 그래프를 참조하면, 은색 영역에서의 수동 복사 냉각 구조는 대기의 창에서 주변 대역에 비하여 높은 흡수율(방사율)을 나타내며, 다른 대역에서 높은 태양광 반사율을 나타내는 것을 알 수 있다.
즉 도 9c의 상단 그래프를 참조하면, MIM층이 은(Ag)으로 구성됨에 따라 금속색인 은색을 발색하되, 열 방사층이 대기의 창 영역에서 흡수율(방사율)을 증가시킴에 따라, 수동 복사 냉각 구조가 대기의 창에서 높은 흡수율(방사율)을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 적외선 대역에서 높은 반사율을 나타내어 냉각에 유리함을 알 수 있다.
도 9c의 중단 그래프는, 낮 시간, 열 방사층 없이 금속 - 유전체 ? 금속으로 구성된 MIM층만 존재하는 수동 복사 냉각 구조의 반사율, 흡수율(방사율) 특성을 나타낸다.
도 9c의 중단 그래프를 참조하면, 금속 - 절연체 ? 금속으로 구성된 MIM층은 가시광 대역에서 주변 대역에 비하여 낮은 반사율 및 높은 흡수율을 나타내는 것을 알 수 있다. 이 경우 MIM 층은, 적외선 대역의 반사율이 가시광선 대역의 반사율보다 높을 수 있다.
즉 금속 - 절연체 ? 금속으로 구성된 MIM층은 가시광 대역에서 태양광의 흡수를 증가시키고 공진 구조를 통하여 유채색을 발색할 수 있다. 또한 절연체의 두께를 조절함으로써 발색되는 유채색의 색상이 결정될 수 있다.
구체적으로 MIM층은 가시광선 대역에서, 유채색의 발색에 필요한 파장의 흡수율을 선택적으로 증가시킬 수 있다.
더욱 구체적으로 MIM층이 특정 색상을 발색하는 경우, MIM층은 특정 색상을 발색하는데 필요한 파장의 흡수율을 선택적으로 증가시킬 수 있다. 예를 들어 MIM층이 yellow를 발색하는 경우 yellow를 발색하기 위하여 MIM층에 포함되는 복수의 층이 두께가 결정될 수 있다. 이 경우 MIM층은 yellow를 발색하는데 필요한 파장의 흡수율을 주변의 파장(yellow를 제외한 다른 색상의 파장)의 흡수율보다 증가시키게 된다.
도 9c의 하단 그래프는, 낮 시간, 금속 - 절연체 ? 금속으로 구성된 MIM 층 위에 선택적 열 방사층이 마련되는 경우의 반사율, 흡수율(방사율) 특성을 나타낸다.
도 9c의 중단 그래프를 다시 참조하면, 금속 - 유전체 ? 금속으로 구성된 MIM 층이 적외선 파장을 차단하는 것을 알 수 있다.
그리고 MIM층은 MIM 구조와 선택적 열 방사층 사이의 독립성을 만드는 격리 특성을 제공한다.
즉 도 9d를 참조하면, MIOM층과 선택적 열 방사층이 서로의 특성을 저해하지 않기 때문에, 금속 - 유전체 ? 금속으로 구성된 MIM 층 위에 선택적 열 방사층이 마련되는 경우에는 MIM 층에 의해 발색되는 색상을 유지할 수 있다.
또한 MIOM층과 선택적 열 방사층이 서로의 특성을 저해하지 않기 때문에, 금속 - 절연체 ? 금속으로 구성된 MIM 층 위에 선택적 열 방사층이 마련되는 경우 선택적 열 방사층의 수동 복사 특성을 유지할 수 있다.
즉 CPRC는 MIM층의 발색 특성과 선택적 열 방사층의 수동 복사 특성을 모두 가질 수 있다.
따라서, Si3N4로 구성되는 제1층 및 상기 제1층 위에 마련되고 SiO2로 구성되는 제2층을 포함하는 선택적 열 방사층이 MIM층 위에 마련되는 경우, PDMS(Polydimethylsiloxane)로 구성되는 열 방사층이 MIM층 위에 마련되는 경우보다 대기의 창 영역에서의 방사율이 더 클 수 있다.
도 9d에서, 선택적 열 방사층 없이 MIM층만 존재하는 경우의 이미지들은 좌측에, MIM 층 위에 선택적 열 방사층이 마련되는 경우의 이미지들은 우측에 도시하였다.
도 9d를 참조하면, 비스듬한 입사각(an oblique angle of incidence, AOI)에서도, MIM층과 CPRC 간의 색상이 매우 유사하다는 것을 알 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 CPRC에서의 온도와 색상의 상관 관계를 시뮬레이션(계산) 한 결과이다.
도 10a에 따르면, CPRC는 상부 금속층(Ag)의 두께 및 유전체층(SiO2)의 두께 중 적어도 하나에 따라 색상이 변경될 수 있다.
그리고 특정 두께에서 색상이 선명하게 나오며, 그에 따라 태양광 흡수가 증가해 CPRC 의 온도가 대기의 온도보다 높아지거나, 낮아지는 특성을 보인다.
예를 들어, 도 10a의 아래 그래프 및 도 10b를 참조하면, 강한 태양광 아래에서 (1000W/m2), 상부 금속층의 두께가 20 nm 인 경우에 가장 선명한 색을 나타낸다. 여기서 C,M,Y 는 반사형 컬러 필터가 표현할 수 있는 3원색인 Cyan, Magenta, Yellow 를 의미할 수 있다.
한편 도 10a의 위 그래프 및 도 10b를 참조하면, 상부 금속층이 20 nm일 때 가장 선명한 색을 나타내나, 이 경우 거의 모든 유전체층의 두께에서 온도가 상온보다 높다. 즉, CPRC 는 히터로 동작한다.
다만 CPRC의 온도가 상온보다 6K 정도 높은 수준이기 때문에, 한낮에도 CPRC 는 대기와 비슷한 수준의 온도 특성을 보인다고 할 수 있다.
한편 도 10b를 참조하면, 붉은색 점선 내부는 가장 선명한 유채색을 발색할 수 있는 영역이다. 다만 붉은색 점선 내부 영역에서는 CPRC 의 온도가 대기보다 약간 높다.
그리고 색의 선명도를 다소 희생하는 경우, 예를 들어 상부 금속층의 두께를 20 nm 이상으로 할 경우, CPRC 의 온도가 상온보다 내려가면서 CPRC 은 쿨러(Cooler)로 동작할 수 있다.
한편 회색 점선 밖의 영역에서는 CRPC가 발색하는 색상이 금속색(은색)이 되버리므로, MIM의 유채색 발색 특성을 잃게 된다.
따라서 본 발명은, 붉은색 점선 내부 영역에 해당하도록 상부 금속층의 두께와 유전체층의 두께를 설계함으로써, CPRC를 대기와 비슷한 수준(상온보다 6K 정도 높은 수준)의 온도 특성을 유지시키게 하고 가장 선명한 유채색을 구현할 수 있다.
또한 본 발명은 붉은색 점선 밖, 그리고 회색 점선 내부 영역에 해당하도록 상부 금속층의 두께와 유전체층의 두께를 설계함으로써, 유채색의 선명도를 다소 희생하는 대신 CPRC 를 쿨러(Cooler)로 동작시킬 수 있다.
또한 본 발명은 회색 점선 밖의 영역에 해당하도록 상부 금속층의 두께와 유전체층의 두께를 설계함으로써, 발색되는 색상을 금속색(은색)으로 포화시킬 수 있다.
또한 상부 금속층의 두께가 10 nm 내지 40 nm를 가지는 경우, CPRC는 대기와 비슷한 수준(상온보다 6K 정도 높은 수준)의 온도 특성을 유지하거나 쿨러(Cooler)로 동작하면서 유채색을 발색할 수 있다.
도 10c는 Non-radiative heat exchange coefficient, hc 에 따른 MIM 층과 CPRC 의 온도 특성을 보인 계산 데이터이다.
hc 는 대류와 전도를 어느정도 고려하는지에 대한 계수이며, hc가 0인 경우는 대류와 전도가 없다고 가정된 상황이다.
도 10c를 참조하면, MIM층은 항상 상온보다 높은 온도를 보이는 반면에, MIM층 및 선택적 열 방사층을 포함하는 CPRC은 hc 에 관계없이 상온과 비슷하거나 상온보다 낮은 온도를 유지할 수 있다.
도 10d는 MIM층과 CPRC의 색상 차이를 하부 금속층의 두께 별로 도시한 도면이다.
도 10d를 참조하면 하부 금속층의 모든 두께에서 MIM층과 CPRC의 색상 차이가 매우 작다. 즉 MIM층 위에 선택적 열 방사층이 배치되더라도 선택적 열 방사층이 MIM층의 발색에 영향을 거의 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
또한 도 10d를 참조하면, 하부 금속층의 두께 변화에도 불구하고 50nm 이상에서는 색상이 거의 동일한 것을 알 수 있다. 즉 하부 금속층의 두께가 50nm 이상인 경우 반사율의 변화가 거의 발견되지 않는다.
도 11a 내지 도 11d는 CPRC에서의 온도와 색상의 상관 관계를 시뮬레이션(계산) 한 결과에 따라 실제로 제작한 샘플의 측정 데이터에 관한 것이다.
도 11a에서는 실제로 제작한 CPRC에 대한 측정값을 도시하였다. 선택적 열 방사층은 SiO2 (650 nm)와 Si3N4 (910 nm)로 구성되어 있으며, 이 경우 CPRC는 대기의 창 영역에서 매우 높은 방사율을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 11b는 금속-유전체-금속으로 구성되는 MIM층으로 Magenta, Cyan, Yellow 의 색상을 구현한 세 개의 샘플(아래), CPRC로 Magenta, Cyan, Yellow 의 색상을 구현한 세 개의 샘플(위), 금속으로 구성되는 MIM 층 및 선택적 열 방사층으로 금속 색상을 구현한 하나의 샘플(최우측 상단) 및 광 대역 방사체(Broadband emitter)(최우측 최하단)의 샘플을 도시한 도면이다.
도 11c는 낮 시간 동안의 온도 특성을 나타낸 그래프이다.
MIM 구조의 경우, 색상 평균 온도가 대기(주황색 선)보다 3-4도 가량 높은 것이 비해 CPRC 는 색상 평균 온도가 대기와 거의 같은 수준으로, 앞의 계산 결과와 매우 잘 일치함을 보여준다.
즉 도 11c의 실험 데이터는 CPRC가 다양한 색상을 발색하는 동안에도 주변 온도와 유사하거나 더 낮은 온도를 유지할 수 있음을 보여준다.
또한 본 발명의 CPRC는 MIM 구조에 선택적 열 방사 층이 결합된 것으로, 도 11c의 실험 데이터는 CPRC가 광대역 방사체(검은 선)에 비해 낮은 온도를 유지할 수 있음을 보여준다.
도 11d는 무채색의 배경에 다양한 색상의 유채색이 패터닝 되도록 설계한 MIM과 CPRC의 온도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11d의 그래프는, CPRC의 온도는 대기보다 낮아서 쿨러로 동작하고 있으며, 또한 CPRC의 온도는 MIM의 온도보다 낮음을 보여준다.
또한 무채색의 배경에 다양한 색상의 유채색이 패터닝 되도록 설계한 경우, 배경색(예를 들어 은색)의 높은 반사율에 따라, 유채색만으로 CPRF를 설계한 경우보다 높은 냉각 효율을 나타낼 수 있다.
도 12는 플렉서블(Flexible) 형태의 수동 냉각 복사 구조 및 테스트 결과를 도시한 도면이다.
플렉서블 수동 복사 냉각 구조는, flexible radiative cooling material (fRCM)로 명칭될 수 있다.
도 12a에서의 플렉서블 수동 냉각 복사 구조는 Ag-SiO2-Ag의 구조의 MIM층 및 선택적 열 방사층을 포함한다. 또한 선택적 열 방사층 위해 보호 용도로 PDMS 필름을 코팅하였으며, 플렉서블한 성질을 위하여 하부 금속층은 알루미늄 호일로 구성하였다.
또한 테스트를 위하여 제작된 플렉서블 히터도 도시되었다.
도 12b는 열 화상 카메라를 통하여 Bare heater, PDMS가 코팅된 Al 레이어, 그리고 flexible radiative cooling material (fRCM)를 촬영한 측정 결과이다.
도 12c는 서모커플(Thermocouple)을 뒷면에 부착한 후 시간의 흐름에 따라 측정한 결과 그래프이다.
(i)은 Bare heater, (ii)는 PDMS가 코팅된 Al 레이어, (iii)은 flexible radiative cooling material (fRCM)의 온도 그래프이다.
도 12b 및 도 12c를 참조하면, flexible radiative cooling material (fRCM)에서 열 방사가 가장 우수함을 알 수 있다.
도 12d는 Bare heater에 flexible radiative cooling material (fRCM)를 덮고 인공 태양광을 조사한 상태에서 열 화상 카메라로 관찰한 결과이다.
유채색을 발색하는 flexible radiative cooling material (fRCM)의 경우, 발색을 위해 태양광 흡수가 이루어진다. 따라서 소자의 동작 열(Bare heater의 온도)뿐만 아니라 태양광 역시 열원으로 작용할 수 있다.
도 12d의 첫번째 이미지와 두번째 이미지를 참조하면, flexible radiative cooling material (fRCM)은 소자에서 발생한 열을 잘 퍼트려 주는 것을 알 수 있다.
또한 도 12d의 세번째 이미지를 참조하면, 인공 태양광 아래에서도 유채색이 발색되는 영역과 금속색(또는 무채색)을 가지는 영역의 온도 차이가 미미함을 알 수 있다.
도 12e는 flexible radiative cooling material (fRCM)를 웨어러블 디바이스에 적용한 결과이다.
구체적으로 flexible radiative cooling material (fRCM)로 스마트 워치의 시계줄의 일부를 덮었다. 그리고 flexible radiative cooling material (fRCM)가 덮인 시계 줄과 flexible radiative cooling material (fRCM)이 덮이지 않은 시계 줄에 서모커플을 1개씩 부착하여 실험을 진행하였다.
도 12f는 한 낮에 (990W/m2) 열화상 카메라로 스마트 워치를 촬영한 결과이다.
도 12f를 참조하면, flexible radiative cooling material (fRCM)가 덮인 영역은 낮은 온도를 나타내고, flexible radiative cooling material (fRCM)가 덮이지 않은 bare device에서는 높은 온도를 나타내는 것을 알 수 있다.
도 12g는 스마트 워치를 착용한 상태에서 flexible radiative cooling material (fRCM)가 덮인 영역과 덮이지 않은 영역이 번갈아가면서 태양광에 완전 노출될 수 있도록, 1분 간격으로 손목을 뒤집으면서 측정한 결과이다.
flexible radiative cooling material (fRCM)가 덮이지 않은 영역은 태양광에 태양광에 직접 노출될 때 온도가 상승하는 폭이 매우 큰 반면(36-48도 가량), flexible radiative cooling material (fRCM)가 덮인 영역은 약 30도에서 36도 수준에서 머무는 것을 관찰 할 수 있다.
다음은 CPRC의 제조 방법에 대하여 도 9a를 다시 참조하여 설명한다.
MIM층은 하부 금속층, 하부 금속층 위에 마련되는 유전체층 및 유전체층 위에 마련되는 상부 금속층을 포함한다고 앞서 설명한 바 있다.
하부 금속층이 형성된 상태에서, 하부 금속층 위에 유전체층이 증착될 수 있다. 이 경우 하부 금속층의 일부 영역은 마스킹을 하지 않고 하부 금속층의 다른 일부 영역은 마스킹을 한 후 유전체 층이 증착될 수 있다.
그리고 나서 상부 금속층이 증착되면 MIM층이 완성되고, MIM층 위에 Si3N4 층 및 SiO2 층을 포함하는 선택적 열 방사층을 성장시키게 되면, CPRC가 제조될 수 있다.
이와 같은 방식으로 제조된 CPRC를 살피면, MIM층의 일부 영역은 하부 금속층, 유전체층 및 상부 금속층을 모두 포함할 수 있다. 다만 MIM층의 다른 일부 영역은, 유전체층을 제외하고, 하부 금속층 및 상부 금속층을 포함할 수 있다.
따라서 일부 영역에서는 유채색이 발색되고 다른 일부 영역에서는 금속색(또는 무채색)이 발색되며, 상기 일부 영역과 상기 다른 일부 영역을 적절히 조절함에 따라 다양한 무늬 패턴이 생성될 수 있다.
한편 유전체층의 증착 과정에서 다양한 두께를 가지는 유전체층이 생성될 수 있다.
구체적으로 하부 금속층, 유전체층 및 상부 금속층을 모두 포함하는 MIM층의 일부 영역은, 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다.
그리고 제1 영역에서의 유전체층의 두께와 제2 영역에서의 유전체층의 두께는 서로 상이할 수 있다.
이 경우 MIM층의 제1 영역은 제1 색상의 유채색을 발색할 수 있으며, MIM층의 제2 영역은 제2 색상의 유채색(제1 색상과 다른)을 발색할 수 있다.
이 경우 도 9a에서 도시된 바와 같이, CPRC는 무채색(또는 금속색) 배경에 다양한 무늬 패턴 및 다양한 무늬 색상을 가질 수 있다.
기존의 수동 냉각 장치는 낮 시간에도 냉각을 가능하게 하기 위하여 태양광 흡수를 줄이기 위한 구조를 가지고 있었으나, 은색 또는 흰색의 표면 색을 가지게 되어 심미성이 떨어졌다. 따라서 설치 장소가 제한되고 각종 외장재에 사용이 어려운 문제가 있었다.
다만 본 발명에서 제안하는 수동 냉각 복사 구조는, 낮 시간에 태양광 아래에서 상온과 비슷하거나 더 낮은 온도를 유지하면서도 다양한 색상의 유채색을 발색할 수 있기 때문에, 심미성이 향상되고 활용 범위가 매우 높아지는 장점이 있다.
또한 본 발명에서 제안하는 수동 냉각 복사 구조는 적층 구조로써 구조의 형태가 단순하기 때문에, 다양한 무늬, 다양한 색상으로 패터닝이 가능하며, 플렉서블 소자 형태로 제작하기도 용이한 장점이 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
1: 하부 금속층
2: 유전체층
3: 상부 금속층 4: 열 방사층
3: 상부 금속층 4: 열 방사층
Claims (15)
- 복사 냉각의 대상인 시스템과 연결되는 하부 금속층, 상기 하부 금속층 위에 마련되어 공진을 통해 유채색을 발색하기 위한 유전체층, 및 상기 유전체 위에 마련되는 상부 금속층을 포함하는 MIM층; 및
상기 상부 금속층 위에 마련되어 수동 복사 특성을 나타내는 열 방사층을 포함하는
수동 냉각 복사 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 상부 금속층은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 또는 백금(Pt) 중 어느 하나로 구성되고,
상기 하부 금속층은 금(Au), 구리(Cu), 은(Ag) 또는 백금(Pt) 중 어느 하나로 구성되고,
상기 상부 금속층의 재질과 상기 하부 금속층의 재질은 같거나 다른
수동 냉각 복사 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 유전체층은,
SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, HfO2 또는 SiNx 중 어느 하나로 구성되는 단일 층을 포함하거나,
상기 SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiC, HfO2 또는 SiNx 중 둘 이상의 유전체가 각각 하나의 층을 구성하는 복수 층을 포함하는
수동 냉각 복사 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 열 방사층은 PDMS(Polydimethylsiloxane), TPX(polymethylpentene), Polyimide, PVDF(Polyvinylidene difluoride) 또는 PET 중 어느 하나로 구성되는
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
상기 MIM층은,
가시광선 대역에서, 상기 유채색의 발색에 필요한 파장의 흡수율을 선택적으로 증가시키는
수동 냉각 복사 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 MIM층은,
상기 상부 금속층, 하부 금속층 및 상기 유전체층 중 적어도 하나의 두께가 변경됨에 따라 다른 색상을 발색하는
수동 냉각 복사 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 유전체층은,
SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiNx, PDMS, Polyimide, PVDF, PMMA 또는 SU8 중 어느 하나로 구성되거나 둘 이상의 조합으로 구성되고,
상기 SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O3, SiNx, PDMS, Polyimide, PVDF, PMMA 또는 SU8는,
가시광 대역에서 투명한 유전체 물질인
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
상기 상부 금속층의 두께는,
10 nm 내지 40 nm인
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
상기 하부 금속층의 두께는,
40 nm 내지 1um인
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
상기 열 방사층은, 대기의 창 영역에서 방사율을 증가시키고,
SiO2, HfO2, TiO2, SiC, Ta2O3 및 Si3N4 중 둘 이상이 각각 하나의 층을 구성하는 복수의 층을 포함하는
수동 복사 냉각 구조. - 제 10항에 있어서,
상기 열 방사층은,
상기 MIM층 위에 마련되고 Si3N4로 구성되는 제1층; 및
상기 제1층 위에 마련되고 SiO2로 구성되는 제2층을 포함하는
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
Si3N4로 구성되는 제1층 및 상기 제1층 위에 마련되고 SiO2로 구성되는 제2층을 포함하는 상기 열 방사층이 상기 MIM층 위에 마련되는 경우, PDMS(Polydimethylsiloxane)로 구성되는 상기 열 방사층이 상기 MIM층 위에 마련되는 경우보다 대기의 창 영역에서의 방사율이 더 큰
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
상기 MIM층은,
적외선 대역의 반사율이 가시광선 대역의 반사율보다 높은
수동 냉각 복사 구조. - 제 1항에 있어서,
상기 MIM층의 일부 영역은, 상기 하부 금속층, 상기 유전체층 및 상기 상부 금속층을 모두 포함하고,
상기 MIM층의 다른 일부 영역은, 상기 유전제층을 제외하고, 상기 하부 금속층 및 상기 상부 금속층을 포함하는
수동 냉각 복사 구조. - 제 14항에 있어서,
상기 MIM층의 일부 영역은 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역에서의 상기 유전체층의 두께와 상기 제2 영역에서의 상기 유전체층의 두께는 서로 상이한
수동 냉각 복사 구조.
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