KR20220035157A - 단방향 및 양방향 파장 선택적 반사색 생성을 위한 유전체 박막 코팅들 - Google Patents

단방향 및 양방향 파장 선택적 반사색 생성을 위한 유전체 박막 코팅들 Download PDF

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Abstract

특정 반사 메커니즘들을 통해 색상들을 생성하는 박막 코팅 구조들을 포함하는 다층 막들이 제공된다. 불투명 및 투명 적용들 모두가 시연된다. 얇은 금속 층의 코팅은 하나 이상의 색상들이 생성되는 반사 표면을 제공하며, 여기서 금속 층은 전체 다층 막의 일반적인 레벨의 투명도를 제어할 수 있다. 하나 이상의 유전체 층들의 포함, 이들의 두께들의 조정, 및 이러한 유전체 층들이 다층 막에 나타나는 수 및 순서는 고유한 특성들을 갖는 고유한 색상들을 생성하도록 맞춤화될 수 있다.

Description

단방향 및 양방향 파장 선택적 반사색 생성을 위한 유전체 박막 코팅들
[0001] 본 출원은 2019년 7월 8일자로 출원된 미국 가출원 제62/871,240호를 우선권으로 주장한다. 상기 출원의 전체 개시내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
[0002] 본 기술은, 관찰자 각도에 따라 특정 색채 전이(color shift)들을 나타내는 금속들 및 유전체들로 이루어진 특정 층들을 갖는 다층 막들을 포함하는 반사색(reflective color) 생성을 제공하는 다층 막들에 관한 것이다.
[0003] 이 섹션은 본 개시내용과 관련된 배경 정보를 제공하는데, 이는 반드시 선행 기술인 것은 아니다.
[0004] 중합체 막들 상에 색상을 생성하기 위한 다양한 방법들이 있어 왔다. 다수는 유기 또는 무기 안료들 및 염료들을 사용하여 막 자체의 염색, 또는 표면 코팅을 수반한다. 그러나 이는 흔히, 환경 친화적이지 않고, 특히 태양광에 대한 노출로 인해 시간 경과에 따라 색이 바래는 값 비싼 재료를 사용한다.
[0005] 주로 강성 기판들 상에서 파장 선택적 반사가 입증되었다. 예를 들어, 미국 특허 제4185894A호는 액정 디스플레이 패널들에 사용하기 위한 막 두께에 따라 튜닝 가능한 색상들을 갖는 유전체 스택의 사용을 설명한다. 이 경우, 반사성 스택들은 원하는 색상을 투과시키기 위한 전극으로서의 역할을 한다.
[0006] 미국 특허 제6236510B1호는 중합체 망(polymer web) 상에 코팅되는 이형 라이너(release liner) 상에 증착된 유전체 스택을 설명한다. 다음에, 박막은 중합체 망으로부터 제거되고, 유전체의 두께 및 조성에 따라 다양한 색상의 안료들로 연마된다.
[0007] 미국 특허 제5877895A호는 동일한 기법을 사용하는 다색 간섭 코팅을 설명한다. 양면에 금속 간섭 층을 갖는 유전체 스택은 유전체의 두께 및 조성에 의존하는 색상을 생성한다.
[0008] 본 기술은 다양한 색상들을 생성하는 다양한 다층 금속 및 유전체 스택 구조들을 포함하는 윈도우 막 적층물들에 사용하기 위한 하나 이상의 색상 효과들을 생성하기 위한 파장 선택적 반사와 관련된 제조 물품들, 시스템들 및 프로세스들을 포함하며, 이러한 구조들은 중합체 망 베이스 층, 박막 금속 코팅 및 적어도 하나의 유전체 층을 포함한다. 본 명세서에서 제공되는 다층 막들은 다른 관찰자 각도로부터의 중간색을 유지하면서 하나의 관찰자 각도로부터 색상을 반사할 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 다층 막들은 또한, 상이한 관찰자 각도들로부터의 동일하거나, 유사하거나, 상이한 색상들을 반사하도록 다양한 샌드위치형 막 구조들로 구성될 수 있다.
[0009] 다층 막들 및 이러한 막들을 구성하고 사용하는 방식들은 베이스 층, 금속 층 및 제1 유전체 층의 제공을 포함한다. 베이스 층은 약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 가질 수 있고, 금속 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있으며, 제1 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 금속 층은 가시광을 반사하도록 구성될 수 있다. 다양한 층들의 조성들, 이들의 각각의 두께들의 튜닝, 추가 유전체 층들(예컨대, 제2 유전체 층, 제3 유전체 층, 제4 유전체 층 등)의 제공, 및 다양한 층들의 서로에 대한 순서화 및 병치(juxtaposition)가 특정 관찰자 각도들에서 선택적 반사색 생성을 제공할 수 있다. 다양한 물리적 및/또는 화학적 증착 기법들을 포함하여, 이러한 다층 막들을 구성하기 위해 다양한 방법들이 이용될 수 있다. 이런 식으로, 특수한 광학적 효과들을 제공할 뿐만 아니라, 착색 및 냉각 효과들을 위해 특정 각도들로 가시광을 반사하도록 차량들 또는 건물들의 윈도우들과 같은 다양한 표면들에 다층 막들이 적용될 수 있다.
[0010] 적용 가능성의 추가 분야들은 본 명세서에서 제공되는 설명으로부터 명백해질 것이다. 이러한 개요의 설명 및 특정 예들은 단지 예시를 위해 의도된 것이며 본 개시내용의 범위를 한정하도록 의도되는 것은 아니다.
[0011] 본 명세서에서 설명되는 도면들은 가능한 모든 구현들이 아니라 선택된 실시예들의 예시 목적일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니다.
[0012] 도 1은 베이스 중합체 망, 불투명 또는 투명 금속의 코팅, 및 금속의 상부에 코팅된 하나 이상의 유전체 박막들을 포함하는 단방향 다층 막 구조의 단면도이며, 여기서 다층 막 구조의 총 두께는 개별 층들의 원하는 두께들 및 개별 층들의 선택된 수에 따라 변할 수 있다.
[0013] 도 2는 다층 막 구조 내부의 기능 및 층의 타입에 의해 층들이 분리되고 식별되는 양방향 다층 막 구조의 단면도이며, 여기서 다층 막 구조의 총 두께는 개별 층들의 원하는 두께들 및 개별 층들의 선택된 수에 따라 변할 수 있다.
[0014] 도 3은 차량 윈도우의 내부에 적층된 실례의 다층 막 구조의 사진이며, 여기서 외부에서 보이는 반사색은 밝은 청색이다.
[0015] 도 4는 차량 윈도우의 내부에 적층된 다른 실례의 다층 막 구조의 사진이며, 여기서 외부에서 보이는 반사색은 희미한 오렌지색이다.
[0016] 도 5는 예 1에 의해 제공되는 바와 같이, 90도에서부터 0도까지의 입사광의 4-층 스택의 색채 전이의 모델을 도시한다.
[0017] 도 6은 예 1에 의해 제공되는 바와 같이, 상이한 관찰 각도들에서의 관련된 색조 및 채도 상관들의 플롯을 도시한다.
[0018] 도 7은 예 2에 의해 제공되는 바와 같이, 90도에서부터 0도까지의 입사광의 4-층 스택의 색채 전이의 모델을 도시한다.
[0019] 도 8은 예 2에 의해 제공되는 바와 같이, 상이한 관찰 각도들에서의 관련된 색조 및 채도 상관들의 플롯을 도시한다.
[0020] 도 9는 예 1 및 예 2로부터의 막 스택들에 대한 반사율 스펙트럼 플롯을 도시한다.
[0021] 도 10은 예 3에 의해 제공되는 바와 같이, 90도에서부터 0도까지의 입사광의 4-층 스택의 색채 전이의 모델을 도시한다.
[0022] 도 11은 예 3에 의해 제공되는 바와 같이, 상이한 관찰 각도들에서의 관련된 색조 및 채도 상관들의 플롯을 도시한다.
[0023] 도 12는 예 3의 다층 막 스택을 통과하는 광의 반사율, 후방 반사율 및 투과율에 대한 스펙트럼 데이터를 도시한다.
[0024] 기술의 다음의 설명은 단지 하나 이상의 발명들의 청구 대상, 제조 및 사용의 본질상 예시일 뿐이며, 본 출원에서 또는 본 출원 또는 그로부터 발행되는 특허들에 대한 우선권을 주장하여 출원될 수 있는 그러한 다른 출원들에서 청구되는 임의의 특정 발명의 범위, 적용 또는 용도들을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 개시되는 방법들에 관련하여, 제시되는 단계들의 순서는 본질적으로 예시이며, 따라서 단계들의 순서는 특정 단계들이 동시에 수행될 수 있는 경우를 포함하여 다양한 실시예들에서 상이할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 단수 표현들은 항목의 "적어도 하나"가 존재함을 지시하고; 가능한 경우, 복수의 그러한 항목들이 존재할 수 있다. 명시적으로 달리 지시된 경우를 제외하고, 본 설명에서의 모든 수량들은 "약"이라는 단어에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 하며, 모든 기하학적 및 공간적 설명어(descriptor)들은 기술의 가장 넓은 범위를 설명할 때 "실질적으로"라는 단어에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다. "약"은 수치 값들에 적용될 때, 계산 또는 측정이 값의 다소의 부정확성(값의 정확성에 대한 어느 정도의 접근; 값에 대략적으로 또는 상당히 근접함; 거의)을 허용함을 지시한다. 어떤 이유로, "약" 및/또는 "실질적으로"에 의해 제공되는 부정확성이 당해 기술분야에서 이러한 통상적인 의미로 달리 이해되지 않는다면, 본 명세서에서 사용되는 "약" 및/또는 "실질적으로"는 적어도, 그러한 파라미터들을 측정하거나 사용하는 통상적인 방법들로부터 발생할 수 있는 변형들을 지시한다.
[0025] 본 상세한 설명에서 인용되는 특허들, 특허출원들 및 과학 문헌들을 포함하는 모든 문서들은, 달리 명백히 지시되지 않는 한, 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 참조에 의해 통합된 문서와 이러한 상세한 설명 사이에 임의의 충돌 또는 모호성이 존재할 수 있는 경우, 본 상세한 설명이 제어한다.
[0026] 포함하는(including), 함유하는(containing) 또는 갖는(having)과 같은 비-제한적인 용어들의 동의어로서 제한이 없는 용어인 "포함하는(comprising)"이 본 명세서에서 본 기술의 실시예들을 설명하고 청구하는 데 사용되지만, 실시예들은 대안으로 "~로 구성되는" 또는 "~을 필수적 요소로 하여 구성되는"과 같은 보다 제한적인 용어들을 사용하여 설명될 수 있다. 따라서 재료들, 컴포넌트들 또는 프로세스 단계들을 언급하는 임의의 주어진 실시예에 대해, 본 기술은 또한 구체적으로, 이러한 재료들, 컴포넌트들 또는 프로세스들이 본 출원에서 명시적으로 언급되지 않더라도, (구성하는 데) 추가 재료들, 컴포넌트들 또는 프로세스들을 제외하고 (필수적 요소로 구성하는 데) 실시예의 중요 특성들에 영향을 주는 추가 재료들, 컴포넌트들 또는 프로세스들을 제외하여, 이러한 재료들, 컴포넌트들 또는 프로세스 단계들로 구성된 또는 이들을 필수적 요소로 하여 구성되는 실시예들을 포함한다. 예를 들어, 엘리먼트들 A, B 및 C를 언급하는 조성 또는 프로세스의 언급은, 기술분야에서 언급될 수 있는 엘리먼트 D가 본 명세서에서 제외되는 것으로 명시적으로 설명되지 않더라도, 엘리먼트 D를 제외하여 A, B 및 C로 구성되고 이들을 필수적 요소로 하여 구성되는 실시예들을 구체적으로 구상한다.
[0027] 본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 모든 조성 백분율들은 달리 명시되지 않는 한, 총 조성의 중량을 기준으로 한다. 범위들의 개시들은 달리 명시되지 않는 한, 종점들을 포함하며, 전체 범위 내의 모든 개별 값들 및 추가로 분할된 범위들을 포함한다. 따라서 예를 들어, "A 내지 B" 또는 "약 A 내지 약 B"의 범위는 A 및 B를 포함한다. (양들, 중량 백분율들 등과 같은) 특정 파라미터들에 대한 값들 및 값들의 범위들의 개시는 본 명세서에서 유용한 다른 값들 및 값들의 범위들을 제외하지 않는다. 주어진 파라미터에 대한 2개 이상의 예시된 특정 값들이 파라미터에 대해 청구될 수 있는 값들의 범위에 대한 종점들을 정의할 수 있다고 예상된다. 예를 들어, 본 명세서에서 파라미터 X가 값 A를 갖는 것으로 예시되고 또한 값 Z를 갖는 것으로 예시된다면, 파라미터 X는 약 A 내지 약 Z의 값들의 범위를 가질 수 있다고 예상된다. 유사하게, 파라미터에 대한 값들의 2개 이상의 범위들의 개시는 (이러한 범위들이 포개지든, 중첩되든 또는 별개든) 개시된 범위들의 종점들을 사용하여 청구될 수도 있는 값에 대한 범위들의 모든 가능한 조합을 포괄한다고 예상된다. 예를 들어, 본 명세서에서 파라미터 X가 1-10, 또는 2-9, 또는 3-8의 범위의 값들을 갖는 것으로 예시된다면, 파라미터 X는 1-9, 1-8, 1-3, 1-2, 2-10, 2-8, 2-3, 3-10, 3-9 등을 포함하는 다른 범위들의 값들을 가질 수 있다고 또한 예상된다.
[0028] 엘리먼트 또는 층이 다른 엘리먼트 또는 층 "위에" 있거나, 그에 맞물리거나, "연결" 또는 "결합"되는 것으로 언급될 때, 이는 다른 엘리먼트 또는 층 바로 위에 있거나, 그에 맞물리거나, 연결 또는 결합될 수 있거나, 개재 엘리먼트들 또는 층들이 존재할 수 있다. 이에 반해, 엘리먼트가 다른 엘리먼트 또는 층 "바로 위에" 있거나, 그에 직접 맞물리거나, "직접 연결" 또는 "직접 결합"되는 것으로 언급될 때는, 개재 엘리먼트들 또는 층들이 존재하지 않을 수 있다. 엘리먼트들 간의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어들은 유사한 방식으로(예컨대, "사이에" 대 "직접 사이에", "인접한" 대 "직접 인접한" 등) 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 포함한다.
[0029] 본 명세서에서 제1, 제2, 제3 등의 용어들은 다양한 엘리먼트들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 엘리먼트들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들은 이러한 용어들로 제한되지 않아야 한다. 이러한 용어들은 하나의 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때 "제1", "제2" 및 다른 숫자 용어들과 같은 용어들은 맥락상 명확하게 표시되지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 의미하지는 않는다. 따라서 이하에서 논의되는 제1 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션은 예시적인 실시예들의 교시들을 벗어나지 않으면서 제2 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
[0030] 도면들에 예시된 바와 같이 다른 엘리먼트(들) 또는 특징(들)에 대한 하나의 엘리먼트 또는 특징의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서는 "내측", "외측", "밑", "아래", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들이 설명의 편의상 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에도 사용 또는 동작 중인 디바이스의 서로 다른 배향들을 포괄하는 것으로 의도될 수 있다. 예를 들어, 도면들 내의 디바이스가 뒤집힌다면, 다른 엘리먼트들 또는 특징들 "아래" 또는 "밑"으로서 기술된 엘리먼트들은 다른 엘리먼트들 또는 특징들 "위"로 배향될 것이다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래의 배향 모두를 포괄할 수 있다. 디바이스는 다르게(90도 회전 또는 다른 배향들로) 배향될 수 있고, 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술자들이 그에 따라 해석될 수 있다.
[0031] 본 기술은 관찰자 각도에 기반한 선택적 반사색을 포함하는 반사색 생성의 목표로 중합체 막 상에 증착되는 다양한 다층 박막 스택들로 도출된다. 보다 구체적으로, 본 기술은 특정 다층 박막 스택들, 그러한 스택들을 제조하는 방식들, 및 그와 관련된 코팅 기법들 및 프로세스들을 포함한다. 본 명세서에서 제공되는 바와 같이, 상이한 응력들 하에서 코팅의 유리한 물리적 특징들, 이를테면 열성형성(thermoformability), 응력 파괴(stress fracture)들에 대한 내성, 신장성(elongation)에 따른 색차들 등의 생성을 포함하는 이러한 구조들 및 프로세스들을 통해 특정 색상들을 획득하는 것이 가능하다. 다층 박막 스택들의 특정 용도들은 다양한 표면들에 대한 적층을 포함하여, 기판들에 대한 다양한 적용들을 포함하며, 특정 경우들에는, 하나 이상의 다층 박막 스택들이 윈도우 막들로서 적용될 수 있다.
[0032] 베이스 층, 금속 층 및 적어도 하나의 유전체 층; 예컨대, 제1 유전체 층을 포함하는 다층 막들이 제공된다. 베이스 층은 약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 갖는다. 금속 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가지며, 가시광을 반사하도록 구성된다. 제1 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는다. 추가 유전체 층들은 마찬가지로, 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터 범위의 두께들을 독립적으로 가질 수 있다.
[0033] 베이스 층은 다음의 양상들을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 베이스 층은 유기계 기판, 이를테면 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 이들의 혼합물들을 포함하는 이러한 유기계 기판들의 조합들뿐만 아니라, 이러한 유기계 기판들의 다층 적층물들을 포함한다. 다층 막의 베이스 층은 다양한 기판들 및 표면들, 이를테면 유리, 플라스틱뿐만 아니라 다른 막들에 적용될 수 있다. 이형 층(release layer)이 베이스 층에 그리고/또는 베이스 층 반대편의, 다층 막 구조의 최외측 층에 적용될 수 있다.
[0034] 금속 층은 다음의 양상들을 포함할 수 있다. 금속 층은 하나 이상의 물리적 증착 프로세스들 및/또는 하나 이상의 화학적 증착 프로세스들을 통해 적용될 수 있다. 이러한 프로세스들은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터 두께의 금속 층을 제공하기 위해 선택적으로 적용될 수 있으며, 여기서 층 표면은 가시광을 반사하도록 균일하게 구조화될 수 있다. 가시광의 반사는 다양한 부분들에서 이루어질 수 있으며, 여기서 가시광 스펙트럼의 전부 또는 일부는 금속 층에 의해 반사될 수 있다. 더욱이, 금속 층에 의한 반사율의 양 또는 반사된 광출력(optical power)의 백분율은, 일부 실시예들에서는 입사 가시광의 절반 미만이 반사되고 다른 실시예들에서는 입사 가시광의 절반 넘게 반사되도록 변화될 수 있다. 특정 실시예들에서, 금속 층은 약 0.2 내지 약 3.0의 광학 밀도를 가질 수 있다. 다른 층(예컨대, 베이스 층, 유전체 층) 상으로의 금속 층의 물리적 및/또는 화학적 증착은 금속 층이 대상 층과 직접 접촉하게 할 수 있으며, 여기서는 이들 사이에 개재 층(들) 및/또는 개재 재료들이 존재하지 않는다. 이러한 증착 프로세스들은 또한, 금속 층이 유전체 층과 직접 접촉하게 할 수 있는데, 금속 층은 이로써 실질적으로 산화되지 않은 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 금속 층은 금속(예컨대, 티타늄)을 포함할 수 있고, 유전체 층은 금속의 산화물(예컨대, 티타늄 산화물)을 포함할 수 있지만, 증착 프로세스는 금속 층이 유전체 층을 형성하는 금속의 산화물에 적용될 때 실질적으로 산화되지 않은 상태로 유지될 수 있게 한다. 금속 층으로서 적용될 수 있는 금속들의 예들은 알루미늄, 티타늄, 크롬, 스테인리스 강, 은, 금, 구리, 및 몰리브덴 중 하나 이상을 포함한다.
[0035] 유전체 층은 다음의 양상들을 포함할 수 있다. 다층 막에 사용되는 개별 유전체 층들은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 특정 굴절률들의 유전체 층들을 사용하는 것은 다층 막의 방향성 색상 생성을 변경할 수 있다. 예시적인 유전체 층들은 티타늄 산화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 질화물, 마그네슘 불화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다층 막은 하나보다 많은 유전체 층을 포함할 수 있는데; 예컨대, 제1 유전체 층에 추가로, 다층 막은 제2 유전체 층, 제3 유전체 층, 제4 유전체 층 등을 포함할 수 있다. 하나보다 많은 유전체 층이 존재하는 경우, 실시예들은 유전체 층들이 동일한 조성일 수 있지만 상이한 두께들일 수 있는 경우, 및 유전체 층들이 상이한 조성들인 경우를 포함한다. 예를 들어, 다층 막이 제2 유전체 층을 포함하는 경우, 제1 유전체 층은 제2 유전체 층과 상이할 수 있다. 다층 막이 제2 유전체 층을 포함하는 경우, 일부 실시예들은 금속 층이 베이스 층과 직접 접촉하는 경우를 포함하고, 다른 실시예들은 금속 층이 제1 유전체 층과 제2 유전체 층에 개재되는 경우를 포함하며, 또 다른 실시예들은 제1 유전체 층이 제2 유전체 층과 직접 접촉하는 경우를 포함한다. 다층 막의 특정 실시예들은 제3 유전체 층을 더 포함하며, 여기서는 제2 유전체 층이 제1 유전체 층과 제3 유전체 층에 개재될 수 있고, 제1 유전체 층과 제3 유전체 층은 동일한 조성으로 형성되며, 제1 유전체 층과 제3 유전체 층은 상이한 두께들을 갖는다. 다층 막의 특정 실시예들은 제3 유전체 층을 더 포함하며, 여기서는 금속 층이 베이스 층과 직접 접촉하고, 제1 유전체 층이 금속 층과 직접 접촉하며, 제2 유전체 층이 제1 유전체 층과 직접 접촉하고, 제3 유전체 층이 제2 유전체 층과 직접 접촉한다. 다층 막의 특정 실시예들은 제4 유전체 층을 더 포함하며, 여기서는 제1 유전체 층이 베이스 층과 직접 접촉하고, 제2 유전체 층이 제1 유전체 층과 직접 접촉하며, 금속 층이 제2 유전체 층과 직접 접촉하고, 제3 유전체 층은 금속 층과 직접 접촉하고, 제4 유전체 층은 제3 유전체 층과 직접 접촉한다.
[0036] 다층 막의 특정 구성들은 베이스 층, 금속 층, 제1 유전체 층, 제2 유전체 층 및 제3 유전체 층을 포함할 수 있다. 베이스 층은 약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 가질 수 있다. 금속 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있으며, 여기서 금속 층은 가시광을 반사하도록 구성될 수 있고, 베이스 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 0.2 내지 약 3.0의 광학 밀도를 가질 수 있다. 제1 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 금속 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 제2 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 제1 유전체 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 제3 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 제2 유전체 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 베이스 층(105), 금속 층(110), 제1 유전체 층(115), 제2 유전체 층(120) 및 제3 유전체 층(125)을 포함하는 그러한 다층 막(100)의 일 실시예의 개략도가 도 1에 도시된다.
[0037] 다층 막의 또 추가 구성들은 베이스 층, 제1 유전체 층, 제2 유전체 층, 금속 층, 제3 유전체 층, 및 제4 유전체 층을 포함할 수 있다. 베이스 층은 약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 가질 수 있다. 제1 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 베이스 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 제2 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 제1 유전체 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 금속 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있으며, 여기서 금속 층은 가시광을 반사하도록 구성될 수 있고, 제2 유전체 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 0.2 내지 약 3.0의 광학 밀도를 가질 수 있다. 제3 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 금속 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 제4 유전체 층은 약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 제3 유전체 층과 직접 접촉할 수 있으며, 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가질 수 있다. 베이스 층(205), 제1 유전체 층(210), 제2 유전체 층(215), 금속 층(220), 제3 유전체 층(225) 및 제4 유전체 층(230)을 포함하는 그러한 다층 막(200)의 일 실시예의 개략도가 도 2에 도시된다.
[0038] 다층 막에 사용되는 중합체 망들은 본질적으로 가요성이고 롤-투-롤(roll-to-roll) 제조를 통해 처리될 수 있는 유기계 기판들을 포함한다. 이러한 유기계 기판들은 다양한 폴리에스테르들 및 이축 연신(biaxially oriented) 폴리프로필렌들과 같은 광학적으로 투명한 막들을 포함한다. 그러나 유전체들 및 금속들은 폴리카보네이트들, 폴리이미드들, 폴리아미드들, 나일론, 폴리비닐 클로라이드 및 폴리프로필렌들을 포함하는(그러나 이에 제한되지 않음) 투명하고, 반투명하며, 착색된 막들을 포함하는 다양한 기판 막들에 혼입 또는 코팅될 수 있다.
[0039] 중합체 망은, 선택적 반사색을 갖는 다층 막 스택을 생성하기 위해 다양한 물리적 및 화학적 기상 증착 방법들이 사용될 수 있는 베이스 층 재료로서의 역할을 할 수 있다. 이러한 증착 기법들은 과거 및 현재의 박막 증착 기법들과 동의어이며, 주어진 조성의 박막들을 미세하게 튜닝 및 제어할 수 있는 기술들을 포함한다. 예를 들어, 이러한 증착 기법들은: RF 및 DC 마그네트론 스퍼터 증착, 열 증발, 전자 빔 증발, 펄스 레이저 증착, 원자 층 증착, 분자 빔 에피택시, 졸 겔(sol-gel) 증착, 전기 도금, 무전해 증착, 저압 화학 기상 증착 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착 중 하나 이상의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 기법들은 웨이퍼 레벨 또는 배치(batch) 레벨 프로세스에서, 또는 연속적인 롤-투-롤(roll-to-roll) 증착 기법들로서 수행될 수 있다.
[0040] 이러한 증착 기법들 중 하나 이상은 원하는 막 스택을 베이스 층의 중합체 망 상에 순차적으로 코팅하는 데 사용될 수 있다. 원하는 색을 생성하기 위해, 적용될 필요가 있는 1차 코팅은 금속성 층이다. 불투명하거나 부분적으로 투명한 그러한 금속 층들 중 하나 이상이 적용될 수 있으며, 광학 밀도들은 0.2 내지 3.0 이상의 범위이다. 하나 이상의 금속 층들의 하나의 요건은, 적어도 하나의 금속 층이 비교적 평활한 표면을 갖고 가시광 스펙트럼의 반사 면에서 미러와 같은 특성들을 나타내는 것이다.
[0041] 금속 층은 내려놓게 될 첫 번째 코팅일 필요는 없다. 본 기술의 특정 반복들에서, 금속 층이 2개의 유전체 층들 사이에 샌드위치될 수 있어, 양쪽 면들로부터 선택적 색상 생성이 획득될 수 있다. 유사한 방식으로, 금속 층의 표면이 미러형이고 가시 스펙트럼의 광을 명확하게 반사하는 한, 금속 층은 불투명하거나 투명할 수 있다.
[0042] 산화가 색상 생성 메커니즘에 간섭할 수 있기 때문에, 금속과 임의의 인접한 유전체 층들 사이에 산화물 형성이 거의 또는 전혀 존재하지 않는 한, 다양한 금속들이 본 기술에서 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 금속 박막들은: 알루미늄, 티타늄, 크롬, 스테인리스 강, 은, 금, 구리 및 몰리브덴 중 하나 이상을 포함한다.
[0043] 색상 생성을 위해 요구되는 다음 층들은 유전체 층들이다. 금속 층의 양면에 하나 이상의 유전체 층들이 제공될 수 있다. 유전체 층들은 예를 들어, 1.5 내지 4.0 이상의 범위의 매우 다양한 굴절률들을 가질 수 있다. 사용될 수 있는 유전체 박막들은: 티타늄 산화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 질화물, 마그네슘 불화물, 지르코늄 산화물 및 하프늄 산화물 중 하나 이상을 포함한다.
[0044] 본 기술의 다층 막 스택들은 다양한 순서들 및 배열들로의 하나 이상의 유전체 층들의 적용 및 사용을 포함할 수 있다. 상이한 유전체 층들 및 다양한 두께들은 각도 의존 채도 전이(chroma shift)들 및 조정 가능한 색조 텍스처들과 같은 보다 복잡한 색상 생성을 가능하게 할 수 있다. 단일 유전체 층은 거의 모든 각도들에서 단일 색상을 허용할 수 있다. 그러나 일련의 3개의 유전체 층들은 입사각이 변경됨에 따라 색상 변화를 허용할 수 있다. 이런 식으로, 상이한 효과들 및 색 반사율이 달성될 수 있다. 도 3은 차량 윈도우의 내부에 적층된 실례의 다층 막 구조의 컬러 사진을 도시하며, 여기서 외부에서 보이는 반사색은 밝은 청색이다. 도 4는 차량 윈도우의 내부에 적층된 다른 실례의 다층 막 구조의 컬러 사진을 도시하며, 여기서 외부에서 보이는 반사색은 희미한 오렌지색이다.
[0045] 본 기술의 추가 양상들은 특정 특성들을 나타내는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 다층 막들에 관한 것이다. 예를 들어, 다층 막들은, 휨 응력들, 열 응력들 또는 환경에 대한 노출로 인한 균열이 없는 중합체 막의 베이스 층에 적용되는, 본질적으로 불투명한 또는 투명한 금속들 및 유전체들의 층들을 포함할 수 있다. 이러한 다층 막들은 이들의 선택적 반사색 생성 성능에 있어 휨, 이동 신장에 영향을 받지 않을 수 있다. 이러한 다층 막들은 또한, 색상 견뢰도(color fastness)를 잃지 않으면서 다양한 중합체 기판들의 적층된 스택에 컴포넌트로서 추가될 수 있다. 특정 애플리케이션들은 ΔE(예컨대, 1.5 미만)의 실질적인 변화 없이 그리고 인지된 색의 실질적인 변화 없이 자동차 또는 건축 유리에 대한 다층 막의 적층을 포함한다. 다층 막들은, 제거를 위해 용액에 용해될 수 있는 이형 층들을 포함하여, 다층 막으로부터 분리될 수 있는 하나 이상의 이형 층들을 더 포함할 수 있다. 제거 후에, 용매 페이스트의 응집을 통해 코팅의 응집 색상 견뢰도가 온전하고 가시적으로 유지되는 이형 코팅 막 상에 다층 막을 증착시키는 것이 또한 가능하다.
[0046] 다층 막들로 다양한 색상 생성 효과들이 가능하다. 실시예들은, 한 면 또는 관찰자 각도로부터 색상이 생성되고 반대 면 또는 상이한 관찰자 각도로부터 무채색이 관찰되는 경우를 포함한다. 추가 실시예들은, 다층 막의 한 면으로부터 색상이 생성되고 다층 막의 다른 면을 통해 무채색이 관찰되는 경우를 포함한다. 또 다른 추가 실시예들은, 다층 막의 양쪽 면들로부터 색상이 생성되고, 샌드위치된 금속 층의 양면의 층들의 두께에 따라 어느 면이든 튜닝 가능한 경우를 포함한다. 다층 막의 양쪽 면들로부터 색상이 생성되게 하는 것이 또한 가능하며, 여기서 어느 면이든 샌드위치된 금속 층의 양면의 층들의 두께에 따라 튜닝 가능하고, 이형 막 또는 층을 더 포함한다.
[0047] 본 기술의 예시적인 실시예들은 본 명세서에 첨부된 예들 및 연관된 도면들을 참조하여 제공된다.
[0048] 예 1
[0049] 이 예는 금속의 불투명 코팅을 예시하며, 상부에 색상 생성을 위해 3개의 유전체 층들이 코팅된다. 도 5는 90도에서부터 0도까지의 입사광의 4-층 스택으로서 구성된 다층 막의 색채 전이의 모델을 도시하고, 도 6은 상이한 관찰 각도들에서 각각, 관련된 색조 및 채도 상관들의 플롯을 도시한다.
[0050] 위의 차트들에서 사용된 막 스택은 다음과 같으며, 최상위 층이 첫 번째로 열거된다:
Figure pct00001
티타늄 산화물(유전체 층) - 30㎚
Figure pct00002
실리콘 산화물(유전체 층) - 85㎚
Figure pct00003
티타늄 산화물(유전체 층) - 58㎚
Figure pct00004
티타늄(금속 층) - 100㎚
Figure pct00005
PET 막(베이스 층) - 5mil
[0051] 스택의 상이한 두께들은, 재료들의 순서 및 타입이 동일하게 유지되더라도, 표면으로부터 반사되는 관찰된 색상과 직접적으로 관련된다.
[0052] 예 2
[0053] 이 예는 예 1에 대한 변형으로서 기능한다. 이는 거의 동일한 다층 막 스택이며, 매우 사소한 차이가 있다. 도 7 - 도 9에서 확인될 수 있는 바와 같이, 하나의 층을 변경하는 것은 극적인 색상 전이를 야기할 수 있다. 도 7 - 도 8은 예 1의 이전의 다층 막 스택과 유사한 도표들이며, 여기서 도 7은 90도에서부터 0도까지의 입사광의 4-층 스택으로서 구성된 다층 막의 색채 전이의 모델을 도시하고, 도 8은 상이한 관찰 각도들에서 각각, 관련된 색조 및 채도 상관들의 플롯을 도시한다. 그러나 예 2의 스택의 경우, 유일한 차이는 실리콘 산화물 층 두께가 20㎚만큼 감소되었다는 점이다.
Figure pct00006
티타늄 산화물(유전체 층) - 30㎚
Figure pct00007
실리콘 산화물(유전체 층) - 65㎚
Figure pct00008
티타늄 산화물(유전체 층) - 58㎚
Figure pct00009
티타늄(금속 층) - 100㎚
Figure pct00010
PET 막(베이스 층) - 5mil
[0054] 2-색 시뮬레이션들에서 확인될 수 있는 바와 같이, 생성된 색상에 큰 차이가 있는데, 이는 높은 입사각들에서 가장 두드러진다. 90도의 관찰 각도에서, 제1 층 스택은 청자색을 생성하고, 더 낮은 입사각들에서 핑크/마젠타로 전환된다. 대조적으로, 제2 층 스택은 90도에서 밝은 핑크색을 보여주며, 오렌지색으로 전환된다.
[0055] 이제 도 9를 참조하면, 예 1과 예 2 둘 다에서 논의된 막 스택들에 대한 반사율 스펙트럼 플롯이 900에 도시된다. 라인(905)은 예 1의 다층 막 스택에 상관되고, 라인(910)은 예 2의 막 스택에 상관된다. 90도 입사각에서 코팅된 면으로부터 반사율 측정이 이루어진다. 플롯으로부터, 실리콘 산화물 두께의 감소가 전체 반사율 스펙트럼들의 좌측 이동과 상관되어, 변화하는 색상을 야기한다.
[0056] 예 3
[0057] 이 예는 단방향 색상을 위해 투명 금속 층을 이용하는 본 발명의 반복으로서 기능한다. 도 10 - 도 12의 도표들은 윈도우 막 적용들을 위한 단방향 색상을 생성하는 데 사용되는 투명 막 스택을 나타낸다. 막 스택은 다음과 같으며, 층들의 순서는 최상위 층에서 시작한다:
Figure pct00011
티타늄 산화물(유전체 층) - 30㎚
Figure pct00012
실리콘 산화물(유전체 층) - 85㎚
Figure pct00013
티타늄 산화물(유전체 층) - 58㎚
Figure pct00014
티타늄 금속(금속 층) - 10㎚
Figure pct00015
PET 막(베이스 층) - 2mil
[0058] 이는, 두께의 1/10로 감소된 티타늄 베이스 층을 제외하고는, 예 1의 막 스택과 거의 동일한 것으로 보일 수 있다. 도 10은 다양한 입사각들에서의 색상의 시뮬레이션을 제공하고, 도 11은 상이한 입사각들에서의 색조 및 채도 상관 변화들을 도시하며, 도 12는 예 3을 통한 광의 반사율, 후방 반사율 및 투과율에 대한 스펙트럼 데이터(1200)를 그래프로 도시한다.
[0059] 색상 시뮬레이션에서 확인될 수 있는 바와 같이, 색상은 연한 자색이며, 이는 입사각이 감소함에 따라 세기가 느리게 증가하여 청색으로 변화한다. 이는 금속성 막의 투명한 성질, 및 색상에 필요한 보강 간섭 정도의 감소에 기인한다.
[0060] 도 12의 스펙트럼 데이터(1200)로부터, 색상 특성들이 또한 추론될 수 있다. 라인(1205)은 코팅된 면으로부터의 반사와 상관되고, 라인(1210)은 막을 통한 광의 투과와 상관된다. 약 400㎚에서의 피크로 인해 투과에 색상의 음영이 다소 존재하지만, 색상은 대부분 무채색 톤으로 유지된다.
[0061] 예시적인 실시예들은 본 개시내용이 철저하게 되고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 범위를 충분히 전달하도록 제공된다. 본 개시내용의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 컴포넌트들, 디바이스들 및 방법들의 예들과 같이 많은 특정 세부사항들이 제시된다. 특정 세부사항들이 이용될 필요는 없으며, 예시적인 실시예들은 많은 다양한 형태들로 구현될 수 있고, 어느 것도 본 개시내용의 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 점이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 일부 예시적인 실시예들에서, 잘 알려진 프로세스들, 잘 알려진 디바이스 구조들 및 잘 알려진 기술들은 상세히 설명되지 않는다. 본 기술의 범위 내에서 일부 실시예들, 재료들, 조성들 및 방법들의 동등한 변경들, 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있으며, 실질적으로 유사한 결과들을 갖는다.

Claims (19)

  1. 다층 막으로서,
    약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 갖는 베이스 층;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 금속 층 ― 상기 금속 층은 가시광을 반사하도록 구성됨 ―; 및
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제1 유전체 층을 포함하는,
    다층 막.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 층은: 폴리에스테르, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리아미드, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기계 기판을 포함하는,
    다층 막.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 층은 물리적 또는 화학적 증착의 생성물인,
    다층 막.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 층은 약 0.2 내지 약 3.0의 광학 밀도를 갖는,
    다층 막.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 층은 상기 제1 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 금속 층은 실질적으로 산화되지 않는,
    다층 막.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 층은: 알루미늄, 티타늄, 크롬, 스테인리스 강, 은, 금, 구리, 몰리브덴, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 부재를 포함하는,
    다층 막.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 갖는,
    다층 막.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 층은: 티타늄 산화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 질화물, 마그네슘 불화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 부재를 포함하는,
    다층 막.
  9. 제1 항에 있어서,
    제2 유전체 층을 더 포함하는,
    다층 막.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층은 상기 제2 유전체 층과 상이한,
    다층 막.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 금속 층은 상기 베이스 층과 직접 접촉하는,
    다층 막.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 금속 층이 상기 제1 유전체 층과 상기 제2 유전체 층에 개재되는,
    다층 막.
  13. 제9 항에 있어서,
    제3 유전체 층을 더 포함하는,
    다층 막.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 유전체 층이 상기 제1 유전체 층과 상기 제3 유전체 층에 개재되고, 상기 제1 유전체 층과 상기 제3 유전체 층은 동일한 조성으로 형성되며, 상기 제1 유전체 층과 상기 제3 유전체 층은 상이한 두께들을 갖는,
    다층 막.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 금속 층은 베이스 층과 직접 접촉하고, 상기 제1 유전체 층은 상기 금속 층과 직접 접촉하며, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 제3 유전체 층은 상기 제2 유전체 층과 직접 접촉하는,
    다층 막.
  16. 제13 항에 있어서,
    제4 유전체 층을 더 포함하는,
    다층 막.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 층은 상기 베이스 층과 직접 접촉하고, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 유전체 층과 직접 접촉하며, 상기 금속 층은 상기 제2 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 제3 유전체 층은 상기 금속 층과 직접 접촉하고, 상기 제4 유전체 층은 상기 제3 유전체 층과 직접 접촉하는,
    다층 막.
  18. 다층 막으로서,
    약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 갖는 베이스 층;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 금속 층 ― 상기 금속 층은 가시광을 반사하도록 구성되며, 상기 금속 층은 상기 베이스 층과 직접 접촉하고, 상기 금속 층은 약 0.2 내지 약 3.0의 광학 밀도를 가짐 ―;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제1 유전체 층 ― 상기 제1 유전체 층은 상기 금속 층과 직접 접촉하고, 상기 제1 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ―;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제2 유전체 층 ― 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 제2 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ―; 및
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제3 유전체 층 ― 상기 제3 유전체 층은 상기 제2 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 제3 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ― 을 포함하는,
    다층 막.
  19. 다층 막으로서,
    약 12마이크로미터 내지 약 2밀리미터의 두께를 갖는 베이스 층;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제1 유전체 층 ― 상기 제1 유전체 층은 상기 베이스 층과 직접 접촉하고, 상기 제1 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ―;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제2 유전체 층 ― 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 제2 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ―;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 금속 층 ― 상기 금속 층은 가시광을 반사하도록 구성되며, 상기 금속 층은 상기 제2 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 금속 층은 약 0.2 내지 약 3.0의 광학 밀도를 가짐 ―;
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제3 유전체 층 ― 상기 제3 유전체 층은 상기 금속 층과 직접 접촉하고, 상기 제3 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ―; 및
    약 5㎚ 내지 약 10마이크로미터의 두께를 갖는 제4 유전체 층 ― 상기 제4 유전체 층은 상기 제3 유전체 층과 직접 접촉하고, 상기 제4 유전체 층은 약 1.5 내지 약 4의 굴절률을 가짐 ― 을 포함하는,
    다층 막.
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