KR20220152199A - 구조화된 커버 플레이트 및 컬러 필터층을 갖는 착색된 플레이트형 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플레이트형 부품(1)에 관한 것이고, 상기 플레이트 부품은, 투명한 커버 플레이트(2) 및 상기 커버 플레이트(2)에 부착된 적어도 하나의 평면 후방 요소(3)를 포함하고, 상기 커버 플레이트(2)는 외부 환경을 향하는 전면(4)과 후방 요소(3)를 향하는 후면(5)을 가지며, 상기 전면 및 후면으로부터 선택된 적어도 하나의 표면(4, 5)은 적어도 하나의 구조화 영역(8, 8')을 갖고, 미리 결정진 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위한 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')이 상기 전면 및 후면으로부터 선택된 적어도 하나의 표면(4, 5)에 배치되며, - 상기 적어도 하나의 구조화 영역(8, 8')은, i) 상기 커버 플레이트(2)의 평면에 수직이고, 피크(peak)와 골(valley)을 포함하는 높이 프로파일을 갖고, 상기 피크와 골 사이의 평균 높이 차이는 적어도 2μm이고, ii) 상기 구조화 영역의 적어도 50%는 상기 커버 플레이트(2)의 평면에 대해 경사진 세그먼트로 구성되고, 상기 커버 플레이트(2)의 평면에 대해, 상기 세그먼트의 적어도 20%는 0°보다 크고 최대 15°까지의 범위의 경사각을 가지며, 상기 세그먼트의 적어도 30%는 15°보다 크고 최대 45°까지의 범위의 경사각을 갖고, iii) 상기 세그먼트는 각각 평면이고, 적어도 1μm2의 세그먼트 면적을 가지며, 상기 세그먼트는 각각 상기 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')의 층 두께의 15% 보다 작은 평균 거칠기를 갖는, 특징을 갖고, 및 - 상기 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은 적어도 하나의 고굴절률층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 굴절층은 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 2.5보다 큰 굴절률을 가지며, 450nm 미만에서 적어도 0.2, 700nm 초과에서 0.2보다 작은, 특히 0.1보다 작은 흡광 계수를 갖는다.
Description
본 발명은 파사드 및 태양광 모듈을 제조하는 기술분야에 속하고, 구조화된 커버 플레이트 및 적어도 하나의 컬러 필터층을 갖는 착색된 플레이트형 부품에 관한 것이다. 플레이트형 부품은 특히 태양광 모듈 또는 파사드 요소의 형태로 형성된다.
현재 경제적인 측면에 있어서, 태양광 모듈을 벽 또는 파사드 요소로 사용하는 것은 여전히 상대적으로 작은 시장이지만, 생태학적인 측면에서는 주목을 받는 시장이다. 특히 분산형 에너지 솔루션 및 에너지 중립 건물에 대한 노력이 증가함에 따라, 건물 외관의 통합 구성요소로서의 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다. 여기에 루프(일체형 또는 표면 조립형)와 파사드에 대한 응용을 포함한다. 태양광 모듈의 또 다른 관심 받는 응용 분야에는 방음벽(도로, 철도), 야외 공간의 프라이버시 스크린 또는 온실 벽, 또는 교량 또는 타워의 건축 설계를 위한 커버가 있다. 조경 보호 또는 특별한 고객 요구 사항으로 인해 일반 블루-블랙 태양광 모듈이 바람직하지 않은 경우, 지상 조립식 시스템에서 착색된 태양광 모듈을 사용하는 것을 고려할 수 있다. 이러한 새로운 응용은 특히 미학, 서비스 수명, 밀봉 및 단열과 같은 기타 기능적인 면에서 태양광 모듈에 대한 완전히 새로운 요구를 제기한다. 특히, 이러한 목적으로 사용되는 태양광 모듈은 다양한 형태, 크기 및 색상으로 제공되어야 하고, 가능한 균일한 색감을 전달해야 한다. 색의 원리(흡수/방출(emission), 간섭, 굴절)에 따라, 본질적으로 균일한 태양광 모듈 표면의 색상은 시야각 및/또는 조사각에 따라 달라질 수 있다. 또한 빛의 스펙트럼과 공간 분포(확산, 방향)도 색감을 결정할 수 있다.
효율을 최적화하는 측면에서, 이상적인 태양광 모듈은 복사(radiant) 에너지를 전기 에너지로 최대한 변환하기 위해 입사광을 완전히 흡수하는 흑색체다. 그러나 모든 실제 물체에 의해, 입사된 복사선은 반사되고 흡수된 복사선은 방출되므로, 인간의 눈에 보이는 색감은 기본적으로 스펙트럼적으로 선택된 빛의 반사 및 방출의 결과이다. 태양 스펙트럼은 가시적인 스펙트럼 범위에서 가장 높은 에너지 강도를 갖고, 인간의 눈은 가장 민감하다. 태양광 모듈의 색상을 설계하는 경우, 즉 이상적인 흑색체가 아닌, 사람이 보기에 다른 색감의 태양광 모듈을 설계하는 경우, 광발전 활성 반도체에 흡수되는 빛의 강도가 감소되어야 하는데, 이에 따라 태양광 모듈의 전기 출력 또는 효율성도 감소된다. 최적의 효율성은 기본적으로 흑색 태양광 모듈에서만 얻을 수 있다. 한편, 색의 원리(흡수/방출, 간섭, 굴절)에 따라, 본질적으로 균일한 태양광 모듈 표면의 색상은 시야각 및/또는 조사각에 따라 달라질 수 있다. 또한 빛의 스펙트럼과 공간 분포(확산, 방향)도 색감을 결정할 수 있다.
공개 유럽 특허출원 EP1818615 및 EP18186161에서, 적어도 하나의 광 간섭층에 의해 색상을 실현되는 태양광 모듈을 소개하였다. 전면 유리를 구조화함으로써 착색된 태양광 모듈을 실현하는데, 이는 수용 가능한 에너지 수율, 특히 우수한 효율을 달성하면서, 동시에 다른 시야각 및 조명 조건에서도 사람이 보기에 대체로 안정적인 색상 효과를 제공한다.
파사드에 가능한 균일한 색상을 제공하기 위하여, 파사드의 특정 치수에서 다양한 크기와 모양의 착색된 태양광 모듈을 요구할 수 있다. 일반적으로 넓은 영역에서 실제 반도체 스택을 생산하고, 더 작은 모듈 크기로 분할하여 생산해야 하는 경우, 더 작은 비직사각형(non-rectangular) 태양광 모듈의 생산은 상당한 추가 비용이 발생하는데, 이는 더 작은 태양광 모듈은 출력 전력 단위당 훨씬 더 많은 재료 투입이 필요하기 때문이다. 또한 작은 태양광 모듈의 모듈 가장자리에 대한 모듈 영역의 비율이 불리하므로, 전체 모듈의 효율도 낮다. 또한, 작은 태양광 모듈의 총 비용에서, 특정 재료비, 추가 부품 및 가장자리 밀봉에 대한 고정 비용이 차지하는 비중이 더 크다. 그리고, 제조 공정의 특정 단계에서, 다양한 기판 크기에 맞게 대폭 수정된 시스템으로만 구현될 수 있다.
위에서 언급한 이유와 같이, 태양광 모듈의 산업적인 양산은 몇 가지 표준 모듈 크기에 맞춰져 있고, 직사각형 태양광 모듈을 기준으로 삼고 있기에 태양광 모듈로 파사드의 전체 표면을 덮는 것은 일반적으로 불가능하거나 경제적으로 허용되지 않는다. 또한 태양광 셀의 광발전 설계와 접점 스트립, 정션 박스 및 케이블과 같은 다양한 추가 부품은 표준 모듈 크기에 최적화되어 있다. 또한, 태양과의 바람직하지 않은 위치 또는 동일한 건물의 일부분 또는 이웃 건물의 음영으로 인해, 에너지 생산량이 추가 비용을 커버하지 못하기에, 태양광 모듈로 파사드의 특정 영역을 덮는 것은 경제적이지 않을 수 있다.
착색된 태양광 모듈의 적절한 크기 및/또는 모양이 부족한 문제를 해결하기 위해 판금 또는 기타 기존 건축 자재로 만든 광발전 비활성(passive) 파사드 요소를 사용할 수 있는데, 그 색상 또한 착색된 태양광 모듈과 유사해야 한다. 그러나 색을 생성하는 특성상 기술과 디자인의 측면에서 문제가 있다. 사실상, 색의 원리(흡수/방출, 간섭, 굴절)에 따라 태양광 모듈의 색상은 다양한 조명 조건에 따라 변화될 수 있는데, 특히 빛의 유형(확산, 직사, 빛의 색갈)과 입사각 및/또는 시야각에 따라 결정될 수 있다. 광발전 비활성 파사드 요소가 착색된 태양광 모듈과 다른 재료로 만들어진 경우, 일반적으로 디자인 관점에서 바람직하지 않은 색상 대비가 발생하게 된다.
미공개 유럽 특허출원 EP 18186175에서 이 문제에 대한 해결책을 제시하였다. 이는 미공개 유럽 특허출원 EP 1818615 및 EP18186161과 유사하게 전면 유리가 구조화되고 적어도 하나의 광 간섭층을 갖는 광발전 비활성 파사드 요소를 제공한다.
미공개 유럽 특허 출원 EP 1818615, EP186161 및 EP 18186175에 따르면, 착색된 광발전 활성 태양광 모듈 또는 착색된 비활성 파사드 요소를 사용하여 녹색, 청색, 청록색 또는 황색과 같은 다양한 색상과 다양한 회색 음영을 원활하게 생성할 수 있다. 여기에 사용된 간섭 코팅은 Si3N4, SiO2, TiO2 및 ZrO2와 같은 투명 유전체층을 기반으로 하고 있다. 그러나 백색 또는 적색 태양광 모듈 또는 파사드 요소는 실현하기가 매우 어렵기에, 생간과정에서 수용 가능한 효율성 손실을 유지하는 것은 주요 기술 과제로 남아 있다. 특히 흰색과 적색의 경우, 대부분 가시적인 스펙트럼이 자연적으로 반사되므로, 높은 효율 손실이 발생한다. 또한 언급된 재료 시스템의 굴절률은 가시적인 스펙트럼(380nm ~ 780nm)에서 3 미만의 값으로 제한되어야 밝은 회색 음영을 얻을 수 있다(L<60).
일반적으로 L 값이 80 이상이거나 보다 바람직하게는 85 이상인 색을 백색 음영으로 간주한다. RAL 시스템에서 가장 어두운 백색은 L=81: RAL 9018인 파피루스 화이트(papyrus white)인데, 즉 파피루스 화이트, L = 81.34, a = -2.29, b = 2.96이다.
간섭층을 갖는 적색 태양광 모듈 또는 파사드 요소를 생산하려면 여러 층이 필요하는데, 이는 하나 또는 두 개의 간섭층을 갖는 경우, 층이 많을수록 반사 스펙트럼에 청색 구성 요소를 추가하여 일반적으로 보라색 또는 자주색 톤을 생성하기 때문이다. 다중층은 일반적으로 높은 각도 의존도를 갖는다.
반대로, 본 발명은 적색 및 백색도 간단한 방법으로 구현할 수 있는 착색된 태양광 모듈 또는 광발전 비활성 파사드 요소를 제공하는 것을 목적으로 한다. 착색된 태양광 모듈을 통해 효율 손실을 최대한 낮출 수 있어야 한다. 또한, 태양광 모듈 또는 광발전 비활성 파사드 요소의 색상은 조명 조건과 시야각 및 조사각에 가능한 적게 의존해야 하며, 수용 가능한 비용과 만족스러운 균일성으로 다양한 크기와 모양으로 생산될 수 있어야 한다.
상기 목적과 기타 추가 목적은 본 발명의 독립항의 특징을 갖는 플레이트형 부품에 의해 실현될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항의 특징에 의해 제시된다.
본 발명에 따르면, 착색된 플레이트형 부품, 특히 복합 판유리 구조를 갖는 착색된 플레이트형 부품이 제공된다.
"플레이트형 부품"이라는 용어는 대체적으로 파사드의 가시적인 표면 요소로 설치하기에 적합하고 의도된 구성요소를 말한다. 바람직하게는, 플레이트형 부품은 예를 들어 지상 조립색 시스템 또는 지붕 조립색 시스템에서 사용할 수 있는 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈이다. 마찬가지로 바람직하게는, 플레이트형 부품은 파사드에 설치되는 광발전 활성 또는 비활성 파사드 요소이다. 광발전 활성 파사드 요소 또한 태양광 모듈이다. 대체적으로, 파사드는 앞(front) 또는 외부 측면과 뒤(back) 또는 내부 측면을 갖고, 파사드의 앞측은 외부 환경에서 볼 수 있다. 파사드는, 예를 들어, 시각 장벽 또는 소음 장벽 역할을 하는 건물벽 또는 자립벽이다. 파사드 요소는 독립 구성요소로서 파사드에 통합되어, 파사드 요소의 전면이 파사드의 외부 또는 전면의 일부를 구성한다. 파사드 요소의 앞 또는 외부 측면은 빛(예를 들어, 태양광)이 파사드 요소에 입사되도록 한다. 파사드 요소의 뒤 또는 내부 측면은 외부 환경에서 보기 위해 사용되지 않으며 빛의 입사에도 사용되지 않는다.
"착색된(colored)" 플레이트형 부품 또는 "색상 효과가 있는 플레이트형 부품"은 빛(예를 들어, 태양광)에 노출될 때 플레이트형 부품의 앞 또는 외부 측면이 특정(선택 가능한) 색상을 갖는 것을 의미한다.
"복합 판유리 구조"는 중간층에 의해 서로 견고하게 연결된(예를 들어, 적층된) 적어도 두 개의 판유리를 갖는 플레이트형 부품을 의미한다.
본 발명에 따르면, 색상 효과를 갖는 플레이트형 부품은, 투명한 커버 플레이트 및 적어도 하나의 평면 후방 요소를 포함한다. 특히, 커버 플레이트와 평면 후방 요소는 중간층에 의해 서로 견고하게 연결되어 복합 판유리를 형성한다. 중간층은, 바람직하게는, 열가소성 또는 가교 중합체 중간층(예를 들어, PVB 또는 EVA)이다. 투명 실리콘이나 주조형 수지를 이용하여 결합할 수도 있다.
본 발명의 목적을 위하여, 용어 "투명도" 또는 "투명한"은 적어도 85%, 특히 적어도 90%, 바람직하게는 적어도 95%, 특히 100%의 가시광선 투과율을 의미한다. 일반적으로 가시광선은 380nm 내지 780nm 사이의 파장 범위에 존재한다. 용어 "불투명도" 또는 "불투명한"은, 5%미만, 특히 0%의 가시광선 투과율을 의미한다. 용어 "반투명도" 또는 "반투명한"은 85%미만 5%이상의 가시광선 투과율을 의미한다. 빛의 강도를 나타내는 백분율은, 각각의 경우에서, 2차원 구조(예를 들어, 판유리)의 다른 면에 충돌하는 빛의 강도에 대해, 2차원 구조의 측정할 일면에서 측정한 빛의 강도를 나타낸다. 이러한 측정을 위해, 예를 들어, 백색 광원(가시광원)은 평면 구조의 한 면에 배치되고 가시광선 검출기는 평면 구조의 다른 면에 배치될 수 있다. 아래의 광 굴절률은 항상 380nm ~ 780nm의 가시적인 파장 범위에서의 광 굴절률이다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품에서, 커버 플레이트는 색상을 실현하기 위해 사용되는데, 아래에서 더 자세히 설명한다. 착색된 커버 플레이트는 광 입사측에 배치된 전면과, 그 반대쪽의 후면을 갖는다. 따라서 커버 플레이트의 전면은 외부 환경을 향하고, 플레이트형 부품의 전면 또는 외측은 외부 환경에서 관찰된다. 대응되게, 커버 플레이트의 후면은 외부 환경과 반대인 방향을 향한다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 일 실시예에 따르면, 커버 플레이트는 유리 또는 플라스틱, 바람직하게는 소다 석회 유리로 만들어진다. 바람직하게는, 커버 플레이트는 단단한 유리 또는 플라스틱 플레이트로 형성된다. 이 경우, 커버 플레이트의 전면 또는 후면은 커버 플레이트의 각각의 재료에 의해 형성된다. 대안적인 실시예에서, 커버 플레이트는 적어도 두 개의 상이한 재료로 형성될 수 있는데, 커버 플레이트의 전면 및/또는 후면은 커버 플레이트의 코어와 상이한 재료로 형성된다. 커버 플레이트의 코어는 바람직하게는 동일한 재료, 예를 들어 유리 또는 플라스틱, 바람직하게는 소다 석회 유리로 제조된다. 커버 플레이트 코어의 외부 및/또는 내부에는, 커버 플레이트 코어와 다른 재료가 적용되고, 상기 재료는 투명하고 커버 플레이트 코어의 재료와 동일한 광 굴절률을 갖는다. 이 경우, 전면 또는 후면은 커버 플레이트의 코어에 적용된 것과 다른 각각의 재료에 의해 형성된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 용어 "커버 플레이트"는 복합체도 포함하고, 판유리를 형성하는 재료는 투명하고 동일한 광 굴절률을 갖는 조건을 가진다.
바람직하게는, 커버 플레이트는 곡률이 없는 평면(평평한)이다. 그러나 커버 플레이트는 구부러질 수도 있다. 커버 플레이트는 단단하거나 유연한 것일 수 있다. 유연한 커버 플레이트도 평면 형태로 제공될 수 있다. 평면(평평한) 커버 플레이트의 경우, 평면은 커버 플레이트 자체에 의해 정의되며, 본 발명에서 "커버 플레이트의 평면"으로 이해된다. 구부러진 커버 플레이트의 경우, 로컬 평면은 평면의 임의의 지점의 (가상)평면 접평면으로 정의될 수 있고, 여전히 "커버 플레이트의 평면"인 용어로 지칭된다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품은 외부로부터 백색광으로, 특히 태양광으로 조사될 때, 적어도 하나의 섹션에서 관찰자에게 균일한 색감을 주는데, 즉 플레이트형 부품은 착색된다. 바람직하게는, 착색된 섹션은 플레이트형 부품의 전체 전면에 걸쳐 연장된다. 전체 표면에서 균일한 색감을 주는 플레이트형 부품은 보다 매력적이다.
플레이트형 부품의 색상은 세 가지 색상 좌표(L*, a*, b*)에 의해 설명될 수 있고, 여기서 색상 좌표는 (CIE)L*a*b* 색상 공간으로 당업자에게 알려져 있으며, 이 공간에서 감지할 수 있는 모든 색은 정확하게 정의될 수 있다. 이러한 색상 공간은 유럽 표준 EN ISO 11664-4 "Colorimetry - Part 4:CIE 1976 L*a*b* Colour space"에 명시되어 있고, 본 발명에서 그 전체를 참조한다. (CIE)L*a*b* 색상 공간에서, 각각의 색상은 세 개의 데카르트 좌표(L*, a*, b*)로 표시된 색상 위치로 정의된다. a* 축에서, 녹색과 적색은 서로 대향되고, b* 축은 청색과 황색 사이에서 이동하며, L* 축은 색상의 밝기(휘도)를 나타낸다. 보다 쉽게 설명하기 위하여, 수치를 Lhc 색상 공간으로 변환할 수 있는데, 여기서 L은 동일하게 유지되고, 포화도는 반경이며, h는 a*b* 평면에서의 색상 포인트의 각도이다.
플레이트형 부품의 색상은, 외부 환경에서 관찰되는 색상, 즉 전면 판유리 또는 커버 플레이트에서 보이는 색상을 말한다. 플레이트형 부품의 색 측정 또는 색좌표의 결정은 시판되는 비색계(분광 광도계)를 사용하여 간단하게 수행될 수 있다. 이를 위해 비색계는 커버 플레이트의 전면을 향하고, 특히 전면에 배치된다. 일반적인 색도 측정 장치를 사용하여 표준에 따라 색도를 측정하고, 설계 및 허용 오차는 일반적으로 국제 표준(예를 들어, DIN 5033, ISO/CIE 10527, ISO 7724 및 ASTM E1347)을 따른다. 예를 들어, 색도 측정에 관련하여, 철저히 DIN 5033 표준을 따른다. 색 측정 장치는 예를 들어 크세논 플래시 램프, 텅스텐 할로겐 램프 또는 하나 이상의 LED를 광원으로 사용하여 생성한 빛(예를 들어, 백색)으로 본체 전면을 비추고, 플레이트형 부품에 의해 수신된 빛을 측정한다. 시작할 때 설명한 바와 같이, 비색계로 측정한 본체 색상은 플레이트형 부품에서 반사 및 방출되는 빛의 작용이다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품이 적어도 하나의 섹션에서 균일한 색상을 갖도록 하기 위해, 커버 플레이트의 적어도 하나의 표면(즉, 전면 및/또는 후면)은 적어도 하나의 구조화 영역을 갖는다. 또한, 적어도 하나의 착색된 컬러 필터층은 커버 플레이트 상에 배치된다. 적어도 하나의 컬러 필터층은 커버 플레이트를 착색된 커버 플레이트로 형성한다. 적어도 하나의 컬러 필터층은 미리 결정된 또는 미리 결정될 수 있는 파장 범위 내의 광을 반사하는 역할을 한다. 적어도 하나의 컬러 필터층은 바람직하게는 커버 플레이트의 표면 상에 직접(즉, 임의의 추가 중간층 없이) 배치된다. 적어도 하나의 컬러 필터층은 컬러 반사를 생성하므로, 더 이상 완전히 투명하지 않다. 더 어둡고 포화도가 낮은 색상의 경우, 가시광선 투과율은 여전히 85%를 초과할 수 있지만, 더 밝고 포화도가 높은 색상인 경우 일반적으로 85%미만이다.
컬러 필터층은 단층 또는 다층으로 디자인될 수 있는데, 즉, 하나 이상의 광 굴절층(굴절층)을 갖는다. 컬러 필터층은 커버 플레이트의 색상을 생성하고 따라서 플레이트형 부품의 색상을 생성하는데, 컬러 필터층은, 예를 들어, 컬러 필터층의 다양한 경계면에서 반사된 빛의 보강 또는 상쇄 간섭이 가능하도록 하는 방법으로 구성된다. 이 경우, 플레이트형 부품의 색상은 컬러 필터층의 경계면에서 반사된 빛의 간섭으로부터 발생한다. 아래에서 볼 수 있듯이, 보강 또는 상쇄 간섭을 하기에 너무 얇은 층이라도, 굴절률 점프와 분산(파장에 대한 굴절률의 의존성)만으로 컬러 필터로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 가시광선의 특정 하위 범위에 대해 부분 흡수를 나타내는 재료도 컬러 필터층으로 사용한다. 이러한 선택적 부분 흡수는 착색에도 기여한다. 따라서, 착색된 층은 일반적으로 본 명세서에서 컬러 필터층으로 지칭될 것이다.
(백색)빛, 특히 햇빛이 조사되는 경우, 컬러 필터층은 색상 필터로서의 역할을 하여 균일한 색상을 형성한다. 바람직하게는, 구조화 영역은 전체 커버 플레이트 위로, 즉 커버 플레이트의 전체 표면(전면 및/또는 후면) 위로 연장되어, 전체 플레이트형 부품이 균일한 색상을 갖는다. 플레이트형 부품은 각각 균일한 색상을 가진 여러 플레이트형 부품 섹션을 가질 수도 있다. 플레이트형 부품 섹션의 색상은 서로 같거나 다를 수 있다.
적어도 하나의 구조화 영역은 커버 플레이트의 평면에 수직인 높이 프로파일을 갖고, 높이 프로파일은 피크(고도부) 및 골(함몰부)을 갖는데, 피크와 골 사이의 평균 높이 차이는 적어도 2㎛이고, 바람직하나 필수적이지 않게는, 커버 플레이트의 두께의 최대 20%, 바람직하게는 최대 10%, 보다 바람직하게는 최대 5%이다. 또한, 표면(전면 및/또는 후면)의 구조화 영역의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 80%, 보다 바람직하게는 적어도 90%는 상이하게 경사진 세그먼트 또는 패싯(facet)으로 구성된다. 세그먼트는 외부 환경을 향하는 커버 플레이트의 표면의 섹션이고 각각 커버 플레이트의 평면에 경사진 평면 표면으로 형성된다. 여기서, 커버 플레이트의 평면에 대해, 적어도 20%의 세그먼트가 0°보다 크고 최대 15°의 입사각 범위를 갖고, 적어도 30%의 세그먼트가 15°보다 크고 최대 45°의 입사각 범위를 갖는다. 유리하나 필수적이지 않게는, 30%미만의 세그먼트가 45°보다 큰 입사각을 갖는다. 구조는 바람직하게는 비주기적이고 이방성이다. 그러나, 특수한 광학적 효과를 위해 주기적 구조 및 이방성 구조가 사용될 수도 있다.
또한, 각각의 세그먼트는 평평(평면)하고, 적어도1μm2의 세그먼트 면적을 갖는다. 또한, 구조화 영역의 적어도 하나의 구역(즉, 부분 영역)에서, 각각의 세그먼트는 구조화 영역에 적용한 컬러 필터층의 층 두께의 15%보다 작은, 바람직하게는 10%보다 작은, 보다 바랍직하게는 5%보다 작은 평균 거칠기를 갖는다. 컬러 필터층이 여러 개의 굴절층으로 구성되는 경우, 적어도 하나의 구역의 세그먼트는 각각 가장 얇은 층 두께를 갖는 굴절층의 층 두께의 15%보다 작은 평균 거칠기를 갖는다. 세그먼트가 각각 컬러 필터층의 층 두께의 15%보다 작은 평균 거칠기를 갖는 구역은 구조화 영역에 해당될 수 있는데, 즉 그 구역과 구조화 영역이 동일하다. 구조화 영역은 예를 들어, 커버 플레이트를 에칭(etching), 샌드블래스팅(sandblasting) 또는 롤링(rolling)하여 생산할 수 있다.
따라서, 커버 플레이트의 적어도 하나의 구조화 영역은 복수의 평면(평평한) 세그먼트를 갖는다. 본 발명의 목적을 위하여, 평면(평평한) 세그먼트는 비곡면으로 형성될 수 있다. 그러나, 평평한(평면) 세그먼트가 다소 곡면으로 형성되는 것도 가능하다. 세그먼트의 각 지점에 다음이 적용되는 경우: 세그먼트의 한 지점에서 1μm2의 면적을 갖는 (가상)접선면이 구성되고, 접선면의 법선 방향에 따라, 세그먼트의 영역과 접선면 사이의 거리가 50nm 미만인 경우, 세그먼트는 본 발명에서 다소 곡면이다.
본 발명의 목적을 위해, 플레이트형 부품의 맥락에서 용어 "구조화" 또는 "구조화 영역"은 상기 언급된 특징들이 결합되어 존재하는 커버 플레이트의 전면 또는 후면 영역을 의미한다.
구조화 영역의 특징에 의해 다음과 같은 유리한 방식이 실현될 수 있다: 빛으로 커버 플레이트를 조사할 때, 광택각(착색된 커버 플레이트의 평면에 대하여, 반사광의 반사각에 대응되는 입사광의 입사각) 외부에서 관찰하는 경우에도 빛은 비교적 높은 강도로 반사된다. 이는, 서로 다르게 경사진 세그먼트가 충분한 수량, 적합한 크기 및 적절한 경사각으로 존재하기 때문에, 광택각 외부에서 관찰하는 경우에도 반사광의 높은 강도가 가능한 것이다. 세그먼트에서 굴절에 의해 외부적으로 구조화되고, 세그먼트에서 반사에 의해 내부적으로 구조화될 때, 착색된 커버 플레이트의 광택각의 외부 방향으로 충분한 강도를 분산시키는 충분한 수량의 경사진 세그먼트가 항상 있다.
여기서 사용되는 바와 같이, 또한 추가적으로, 용어 "광택각(gloss angle)"은 착색된 커버 플레이트의 평면에 대한 법선을 지칭하고, 이는 세그먼트의 평면에 대한 법선을 지칭하는 "국부 광택각”과 반대된다. 광택각 및 국부 광택각은 동일할 수 있으나(세그먼트가 착색된 제1 판유리의 평면에 평행하는 경우), 일반적으로 상이하다(세그먼트가 착색된 커버 플레이트의 평면에 경사지는 경우).
그 결과, 광택각에서 반사되지(즉, 산란되지) 않은 빛의 강도는 상대적으로 높고, 구조화 영역을 갖지 않은 반사 표면과 비교하면, 입사 및 관찰의 방향에 대해 낮은 각도 의존도를 갖는다. 컬러 필터층에 의해, 광택각 외부에서 반사된 빛은 적어도 하나의 컬러 필터층의 굴절률 및 층 두께에 따라 색상 선택을 받을 수 있고, 따라서 착색된 커버 플레이트의 표면은 상대적으로 낮은 각도 의존도를 갖는 균일한 색상을 갖는다. 컬러 필터층은 가능한 가장 좁은 반사 및 광대역 투과를 갖는 필터로서의 역할을 한다.
이러한 점에서 유리하게는, 구조화 영역은 적어도 2μm, 바람직하게는 적어도 10μm 및 특히 바람직하게는 적어도 15μm의 피크와 골 사이의 평균 높이 차이를 갖는 높이 프로파일을 갖는다. 이러한 구조화 영역은 커버 플레이트(예를 들어, 유리)를 에칭하여 생산될 수 있다. 이러한 점에서도 유리하게는, 구조화 영역은 피크와 골 사이의 평균 높이 차이가 적어도 50μm, 바람직하게는 적어도 100μm인 높이 프로파일을 갖는다. 이러한 구조화된 영역은 착색된 커버 플레이트(예를 들어, 유리로 만들어짐)를 롤링(rolling)하여 생산될 수 있다. 따라서, 본 발명은 유리하게는, 착색된 커버 플레이트의 적어도 하나의 구조화 영역이 에칭(etching) 또는 롤링(rolling)에 의해 생산되어, 상기 높이 프로파일이 생산될 수 있는 플레이트형 부품으로 확장된다.
그러나, 구조는 투명한 구조화층을 착색된 커버 플레이트에 적용하여 생산될 수도 있다. 이 경우, 층은 커버 플레이트와 동일한 (또는 적어도 매우 유사한) 굴절률을 가져야 한다. 본 발명에 따르면, 착색된 커버 플레이트 표면의 구조화는 그러한 투명한 구조화층의 적용을 또한 포함한다.
착색된 커버 플레이트의 구조화 영역의 언급된 특성은 현미경, 특히 공초점 현미경, 또는 니들 프로파일로미터와 같은 종래의 측정 기기에 의해 측정될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 플레이트형 요소의 (코팅되지 않은)커버 플레이트의 적어도 하나의 구조화 영역은 적어도 10의 반사광의 밝기(L)를 보장하는데, 적어도 10의 반사광의 밝기는, 45° 및 15°(각각의 경우에 커버 플레이트의 평면에 대하여)의 관찰각 및 각각의 광택각으로부터 (양 방향 모두에서) 45°의 편차가 있는 입사각에서 발생한다. 바람직하게는, 적어도 15 또는 더 바람직하게는 적어도 20의 반사광 밝기(L)가 발생한다. 이러한 측정에서, 흑색 커버는, 특징화될 측(즉 후면)에서 멀어지는 (코팅되지 않은)커버 플레이트에 적용된다. D65 램프가 측정을 위해 이용되고 밝기(L)는 상업적으로 이용 가능한 다각 비색계를 사용하여 측정된다(10°개구각(aperture angle)). 측정 설정은 도 26을 참조하여 아래에서 상세하게 설명한다. 이러한 맥락에서, 유럽 표준 EN ISO 11664-4을 전반적으로 참조한다.
플레이트형 부품의 색상은 백색광(예를 들어, 햇빛)으로 조명될 때 적어도 하나의 컬러 필터층에 의해 선택된 색상에서 비롯되고, 선택된 색상은 후방 요소의 배경색과 결합된다. 따라서, 전체 색감은 선택된 색과 배경색에 따라 결정된다.
플레이트형 부품은 그 후방에 적어도 하나의 평면 후방 요소를 구비한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 평면 후방 요소는 불투명 또는 반투명이다. 평면 후방 요소는 플레이트형 부품의 뒤측, 즉 커버 플레이트의 뒤의 빛의 입사 방향에 배치된다.
적어도 하나의 후방 요소는 플레이트형 부품의 착색에 기여한다. 이를 위해 후방 요소는 예를 들어, 무색이거나, 짙거나 무광이다. 플레이트형 부품에 특정(미리 결정된 또는 미리 결정될 수 있는) 색감을 주기 위해, 후방 요소는 착색되어 커버 플레이트에 배치된 적어도 하나의 착색된 컬러 필터층과 조합되는 것도 가능한다.
위에서 언급한 바와 같이, 커버 플레이트는 외부 환경을 향하는 전면과 이에 대향되는 후면을 갖는다. 파사드에 플레이트형 부품이 설치된 상태에서, 각각의 판유리의 전면은 외부 환경을 향한다. 적어도 하나의 평면 후방 요소는 접촉 표면을 구비하는데, 접촉 표면은, 커버 플레이트의 후면에 견고하게 연결된다.
예를 들어, 적어도 하나의 평면 후방 요소는 커버 플레이트의 후면의 적어도 70%, 적어도 90%, 또는 적어도 99%를 덮는다. 특히, 평면 후방 요소는 커버 플레이트의 후면의 전체 영역을 덮는다(100%, 즉 완전히 커버). 그러나, 적어도 하나의 평면 후방 요소가 커버 플레이트의 후면의 70%미만, 특히 50%미만 덮는 것도 가능하다.
본 발명의 플레이트형 부품의 바람직한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 평면 후방 요소는 광발전 활성이 되도록 설계되는데, 즉 태양광으로부터 에너지를 생성하도록 만들어졌고 또한 적합하다. 따라서 착색된 플레이트형 부품은 광발전 에너지 생성에 유리한 방식으로 사용될 수 있다.
적어도 하나의 평면 후방 요소는 광발전 활성 또는 비활성일 수 있다. 후방 요소가 광발전 활성이고, 예를 들어 CIGS 박막 태양광 셀로 특징화되는 경우, 이는 전체 색상에 기여한다. CIGS 박막 태양광 셀은 일반적으로 푸른빛을 띈 흑색이다.
바람직하게는, 광발전 활성 후방 요소는 직렬 연결된 태양광 셀이 적용된 캐리어 기판(판유리)이고, 여기서, 캐리어 기판은 바람직하게는 직접(즉 중간 판유리 없이) 중간층(예를 들어, 적층)에 의해, 커버 플레이트에 견고하게 연결된다.
이론적으로, 이들은 임의의 유형의 태양광 셀, 특히 웨이퍼를 기반으로 한 실리콘 기반 태양광 셀(수퍼스트레이트 구성의 캐리어 기판 상의 태양광 셀) 또는 모놀리식 통합 형태로 직렬 연결된 박막 태양광 셀(기판 또는 상부 기판 구성의 캐리어 기판 상의 태양광 셀)일 수 있다. 바람직하게는, 이들은 모놀리식 통합 형태로 직렬 연결된 박막 태양광 셀이다.
커버 플레이트와 캐리어 기판 및 적용된 태양광 셀을 적층함으로써, 복합 판유리 구조를 갖는 (박막) 태양광 모듈이 생산된다. 중간층은 바람직하게는 열가소성 또는 가교 중합체 중간층(예를 들어, PVB 또는 EVA)이다. 투명 실리콘이나 주조형 수지를 이용하여 결합할 수도 있다.
광발전 활성 후방 요소는 바람직하게는 기판 구조에서의 박막 태양광 셀을 가지며, 여기서 태양광 셀을 생성하기 위한 층 구조는 광 입사측을 향하는 캐리어 기판의 표면에 증착된다. 일반적으로 사용되는 용어 "박막 태양광 셀"은 얇은 두께(예를 들어, 수 마이크로미터)를 갖는 층 구조를 의미하고, 충분한 기계적 강도를 위해 지지 기판이 필요하다. 캐리어 기판은, 예를 들어 무기 유리, 강철 또는 플라스틱으로 구성될 수 있으며, 각각의 층 두께 및 특정 재료 물성에 따라 단단한 플레이트 또는 유연한 필름으로 설계될 수 있다. 바람직하게는, 캐리어 기판은 유리로 만들어진다.
박막 태양광 셀의 경우, 층 구조는, 후면 전극층, 전면 전극층, 및 후면 전극층과 전면 전극층 사이에 배치된 광발전 활성 흡수제층을 포함한다. 빛이 층 구조를 통과할 수 있도록, 전면 전극층은 광학적으로 투명해야 한다. 광학적으로 투명한 전면 전극층은 일반적으로 도핑된(doped) 금속 산화물(TCO = 투명 전도성 산화물), 예를 들어 n형, 특히 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO)을 포함하거나 이로 구성된다.
바람직하게는, 광발전 활성 흡수제층은 황동광 반도체를 포함하거나 이로 이루어지며, 이는 유리하게는 구리-인듐/갈륨-디설파이드/디셀레니드(Cu(In,Ga)(S,Se)2)로 이루언진 군에서 선택되는 삼원I-III-VI 화합물 반도체이다. 상기 화학식에서, 인듐 및 갈륨은 각각 단독 또는 조합하여 존재할 수 있다. 설퍼 및 셀레늄도 마찬가지로, 각각 단독 또는 조합하여 존재할 수 있다. CIS(구리-인듐-디셀레나이드/-디설파이드) 또는 CIGS(구리-인듐-갈륨-디셀레나이드, 구리-인듐-갈륨-디설파이드, 구리-인듐-갈륨-디설포셀레나이드)는 흡수제층의 재료로 특히 적합하다. 흡수제층은 일반적으로 제1 전도형(전하 캐리어 유형)의 도핑을 갖고 전면 전극은 반대되는 전도형의 도핑을 갖는다. 일반적으로 흡수제층은 p형(p-도핑) , 즉, 결함 전자(홀)가 과도하게 존재하고, 전면 전극층은 n형(n-도핑)이므로, 자유 전자가 과도하게 존재한다. 완충제층은 일반적으로 흡수제층과 전면 전극층 사이에 배치된다. 이는 특히 Cu(In,Ga)(S,Se)2를 기반으로 하는 흡수제층에 적용되며, 여기서 완충제층은 일반적으로 p-형 Cu(In,Ga)(S,Se)2 흡수제층과 n형 전면 전극 사이에 배치된다. 현재 지식에 따르면, 완충제층은 흡수제와 전면 전극 사이의 전자적 정합을 가능하게 한다. 또한, 전면 전극 증착의 후속 공정 단계에서, DC 마그네트론 스퍼터링과 같은 스퍼터 손상을 방지한다. 차례로 배열된 n형 전면 전극층, 완충제층 및 p형 흡수제층은 p-n 이형접합(즉, 반대되는 전도형의 층 사이의 접합)을 형성한다. 광발전 활성 흡수제층은 예를 들어 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 또는 비정질 및/또는 미세결정질 실리콘으로 제조될 수도 있다.
층 구조에서, 직렬 연결된 태양광 셀은 구조화 구역에 의해 형성된다. 따라서, 적어도 후면 전극층은 제1 구조화 라인(P1 라인)에 의해 완전히 분리된 섹션으로 분할되어 태양광 셀의 후면 전극을 형성한다. 또한, 적어도 흡수제층은 제2 구조화 라인(P2 라인)에 의해 서로 완전히 분리된 섹션으로 분할되어 태양광 셀의 흡수제를 형성하고, 적어도 전면 전극층은 제3 구조화 라인(P3 라인)에 의해 서로 완전히 분리된 섹션으로 분할되어 태양광 셀의 전면 전극을 형성한다. 서로 인접한 태양광 셀은 제2 패터닝 라인의 전기 전도성 재료를 통해 직렬로 서로 전기적으로 연결되며, 여기서 태양광 셀의 전면 전극은 인접한 태양광 셀의 후면 전극에 전기적으로 연결되고 일반적으로 후자와 직접 접촉하나, 반드시 요구되는 것은 아니다. 각각의 패터닝 구역은 세 개의 구조화 라인(P1-P2-P3)이 직접 순서대로 배열된다.
비정질 및/또는 미정질 실리콘 및 CdTe 기반의 박막 모듈은 대부분 슈퍼스트레이트 구조로 구성된다. 따라서 박막 태양광 셀은 유리의 광 진입측에 배치된다. 뒤측에는, 일반적으로 기후 안정적인 캡슐화를 위한 제2 유리가 있다. 이러한 구성에서도 마찬가지로, 이들은 본 발명의 도시된 일 실시예에서 서로 연결되어, 착색된 태양광 모듈 또는 착색된 파사드 요소로서 컬러 플레이트형 부품을 형성할 수 있다.
일반적으로 사용된 것과 같이, 박막 태양광 셀에서 용어 "태양광 셀"은, 전면 전극, 광발전 활성 흡수제 및 후면 전극을 포함하고, 바로 인접한 두 개의 패터닝 구역으로 둘러싸인 층 구조의 영역을 가리킨다. 각 태양광 셀은 하나씩 쌓아올린 후면 전극, 흡수제 및 전면 전극을 포함하는 광 활성 구역을 가지며, 광전 변환을 통해 빛을 전류로 변환될 수 있다.
평면 후방 요소는 커버 플레이트에 견고하게 연결된다. 평면 후방 요소 자체는 색을 가질 수 있으며, 여기서 후방 요소의 색상은 플레이트형 부품의 전체 색상에 영향을 미친다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 실시예에 따르면, 후방 요소는 기계적으로 지지하는 판유리를 갖는다. 이와 같은 구성을 통해 플레이트형 부품은 더 높은 풍하중을 견딜 수 있다. 바람직하게는, 기계적으로 지지하는 판유리는 중간층에 의해 커버 플레이트에 견고하게 연결된다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 실시예에 따르면, 평면 후방 요소는 광발전 비활성적이고, 다시 말하면, 태양광에 의한 에너지 생성을 의도하지 않고 적합하지도 않다.
광발전 비활성 후방 요소는, 커버 플레이트의 후면에 예를 들어 코팅으로 형성되고, 특히 불투명한 코팅으로 형성된다. 유사하게, 후방 요소는, 예를 들어 포일, 특히 불투명한 포일의 형태로 커버 플레이트의 후면에 견고하게 결합되고, 또는 강체(코팅 없음), 특히 예를 들어 판 형태의 불투명한 강체의 형태로 형성된다. 강체는 지지체이거나 아닐 수 있고, 지지체로서 특히 지지 플레이트일 수 있다. 필름 또는 본체는, 투명 접착제, 특히 투명 접착 필름으로 커버 플레이트에 결합될 수 있다.
특히, 광발전 비활성 평면 후방 요소의 색상은, 착색된 태양광 모듈의 불투명한 배경에 대응되게 선택될 수 있고, 즉 후방 요소는 광활성 태양광 셀에 대응되는 색을 가질 수 있다. 바람직하게는, 광발전 비활성 평면 후방 요소는 무색이거나, 짙거나 무광이다. 이럴 경우, 플레이트형 부품의 색감 및 각도 의존도는 박막 모듈을 기반으로 하여 제조된 착색된 모듈에 특히 잘 매치될 수 있다. 이러한 속성은 다음과 같이 설명될 수 있다.
-최대 50, 바람직하게는 45보다 작은, 또는 40보다 작은 L-값;
- 크로마 c = (a2+b2)1/2는, 최대 5, 바람직하게는 2보다 작고, 더 바람직하게는 1.5보다 작음.
광택을 피하기 위해 다음과 같은 별도의 요구 사항을 추가할 수 있다.
- 적어도 90%의 반사 헤이즈, 여기서 반사 헤이즈(reflection haze)는 전체 반사광에 대한 확산 반사광의 비율이다.
아래에서, 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 다양한 실시예를 설명한다.
플레이트형 부품의 실시예(이하, 편의를 위해 "유형 I"라고함)에 따르면, 착색된 커버 플레이트의 전면은, 미리 결정된 또는 미리 결정될 수 있는 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위한 착색된(투명 또는 반투명) 컬러 필터층이 배치된 적어도 하나의 구조화 영역을 갖는다. 컬러 필터층은 바람직하게는 커버 플레이트의 전면 위에 직접(즉, 임의의 추가 중간층 없이) 배치된다.
유형 I의 상기 실시예에서, 커버 플레이트의 후면이 구조화 영역 및 컬러 필터층을 갖지 않은 것이 유리할 수 있다. 이 경우, 후면은 바람직하게는 (생산 부정확성의 범위 내에서)매끄럽다.
유형 I의 상기 실시예에서, 착색된 커버 플레이트의 후면에 구조화 영역을 갖지 않고, 미리 결정된 파장 범위 내의 광을 반사하기 위해, 착색된 커버 플레이트의 후방 표면에 추가 컬러 필터층이 배치되는 것이 더 유리할 수 있다. 바람직하게는, 후면은 (생산 부정확성 내에서)매끄럽다. 두 개의 컬러 필터층은 동일하거나 상이할 수 있다. 특히, 두 개의 컬러 필터층은 동일한 파장 범위 내의 빛을 반사하도록 설계될 수 있다. 그러나 두 개의 컬러 필터층은 서로 다르거나 부분적으로만 중첩되는 파장 범위 내의 빛을 반사하도록 설계될 수도 있다. 두 개의 컬러 필터층의 층 두께와 굴절률은 동일하거나 상이할 수 있다. 이를 통해 플레이트형 부품의 색상은 보다 잘 정의될 수 있다. 또한 혼합된 색을 생성할 수 있다.
유형 I의 상기 실시예에서, 후면에, 미리 결정된 파장 범위 내의 광을 반사하는 컬러 필터층이 배치된 적어도 하나의 구조화 영역이 포함되는 것이 더 유리할 수 있다. 후면의 구조화 영역과 전면의 구조화 영역은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 두 개의 컬러 필터층의 두께 및 굴절률은 동일하거나 상이할 수 있다. 이러한 방식은 또한 플레이트형 부품의 색상을 추가로 정의하는데 사용될 수 있다. 또한 혼합된 색을 생성할 수 있다.
유형 I의 플레이트형 부품에서, 빛이 간섭층을 갖는 커버 플레이트의 구조화된 전면 표면에 부딪힐 때, 광택각 외부에서도, 반사, 투과, 부분 흡수 및 간섭에 의해 높은 강도와 낮은 각도 의존도를 갖는 색상을 생성할 수 있다. 추가 컬러 필터층 및/또는 커버 플레이트 후면의 구조화는 이 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
플레이트형 부품의 추가 실시예(이하, 편의를 위해 "유형 II"라고 함)에 따르면, 미리 결정된 또는 미리 결정될 수 있는 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위해, 착색된(투명 또는 반투명) 컬러 필터층은 착색된 커버 플레이트의 후면에 배치된다. 컬러 필터층은 바람직하게는 착색된 커버 플레이트의 후면 위에 직접(추가 중간층 없이) 배치된다. 또한, 착색된 커버 플레이트의 후면 및/또는 전면은 각각 적어도 하나의 구조화 영역을 갖고, 전면에 미리 결정된 또는 미리 결정될 수 있는 파장 범위 내의 빛을 반사하는 적어도 하나의 구조화 영역, 또는 추가 컬러 필터층이 배치되어야 하는 조건을 갖는다. 컬러 필터층은 바람직하게는 착색된 커버 플레이트의 전면에 직접(추가 중간층 없이) 배치된다. 이는 전면에 적어도 하나의 구조화 영역을 갖는 경우 전면에 컬러 필터층이 배치되지 않음을 의미한다.
따라서, 개선된 각도 안정성을 갖는 기대하는 색상을 얻기 위해, 입사광은 커버 플레이트를 적어도 한 번 통과하고 내부 컬러 필터층에서 반사되어야 한다. 착색된 커버 플레이트의 내부 및/또는 외부 구조화된 표면으로 인해, 높은 강도 및 낮은 각도 의존도의 빛이 광택각 외부에서도 반사되는데, 이는 내부에 위치한 컬러 필터층이 더 높은 굴절률을 갖는 경계면을 갖기 때문이다. 외부 구조화에 의해, 빛은 이미 공기와 판유리 사이의 경계면에서 굴절되고 다양한 각도에서 내부 컬러 필터층으로 확산 산란된다. 본 발명에서 서로 다른 경사각을 갖는 많은 표면 세그먼트가 이용 가능하기 때문에, 내부 구조화의 경우에만, 확산 산란이 이러한 내부 경계면에서 발생한다. 또한, 컬러 필터층에 의해, 균일하고 우수한 색감이 실현된다. 따라서 컬러 필터층은 가능한 가장 좁은 반사 및 가능한 가장 넓은 투과를 갖는 필터로서의 역할을 한다.
상기 유형 II의 실시예에서, 컬러 필터층이 착색된 커버 플레이트의 후면 위에 배치되고, 착색된 커버 플레이트의 후면은 구조화 영역을 갖지 않으며, 착색된 커버 플레이트의 전면은 적어도 하나의 구조화 영역을 갖고, 착색된 커버 플레이트의 전면에는 추가 컬러 필터층이 배치되지 않는 것이 유리할 수 있다. 바람직하게는, 후면은 (생산 부정확성 내에서)매끄럽게 형성된다. 플레이트형 부품 전면의 구조화 영역의 세그먼트의 거칠기에 대한 조건이 없다. 구조화된 전면은 또한 더 큰 미시적 거칠기를 가질 수 있다. 이 경계면에서 투과, 굴절 및 산란만 발생하고 간섭은 발생하지 않는다. 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 이러한 실시예에서, 착색된 커버 플레이트의 전면이 착색된 커버 플레이트의 광 굴절률보다 더 작은 광 굴절률을 갖는 (예를 들어, 얇은)반사방지층으로 코팅되는 것이 유리할 수 있다. 이는 착색된 커버 플레이트(예를 들어, 유리)의 실질적으로 무색 반사를 억제하고, 색상의 포화도를 높일 수 있다. 그러나, 커버 플레이트의 전면 상의 추가층도 커버 플레이트와 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 추가층은 수분 및 기타 공기속의 부식성분으로부터 착색된 커버 플레이트를 보호하는 역할만 한다. 에칭되고 새틴 처리된 유리는 평면 또는 롤형 유리보다 습과 열에 더 민감한 것으로 나타났다. 에칭된 소다-석회 유리의 경우, 추가층은 예를 들어 스퍼터링된 얇은 SiO2층일 수 있다.
상기 유형 II의 실시예에서, 착색된 커버 플레이트의 후면 상에 컬러 필터층을 배치하고, 착색된 커버 플레이트의 후면은 적어도 하나의 구조화 영역을 가지며, 전면은 적어도 하나의 구조화 영역을 갖고, 착색된 커버 플레이트의 전면에는 추가 컬러 필터층이 배치되지 않는 것이 더 유리할 수 있다. 착색된 커버 플레이트의 후면의 구조화 영역 및 전면의 구조화 영역은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 전면의 구조화 영역 세그먼트는 거칠기 조건이 없다. 구조화된 전면은 더 미세한 거칠기를 가질 수도 있다. 이 경계면에서는 투과, 굴절, 산란만 발생하고 간섭은 발생하지 않는다. 후면의 구조화 영역 세그먼트의 경우, 컬러 필터층이 구조화 영역에 배치되기 때문에 거칠기에 대한 위의 조건이 모두 적용된다. 전면이 구조화되어 있고 후면에 컬러 필터층을 갖는 경우, 각도 안정성은 다음 사실에서 발생된다: 구조화된 전면을 통해 입사한 빛이 서로 다르게 경사진 세그먼트에서 굴절되고, 다른 각도로 컬러 필터층에 부딪히며, 간섭, 부분 흡수 및 반사 후에, 착색된 커버 플레이트로부터 나오면서 구조화된 전면을 두 번째로 통과하여, 다시 굴절에 의해 방향을 바꾼다.
플레이트형 부품의 유형 II의 상기 실시예에서, 커버 플레이트의 후면 위에 컬러 필터층이 배치되고, 착색된 커버 플레이트의 후면은 적어도 하나의 구조화 영역을 가지며, 착색된 커버 플레이트의 전면은 구조화 영역을 갖지 않고, 착색된 커버 플레이트의 전면 상에 추가 컬러 필터층이 배치되지 않는 것이 유리할 수 있다. 바람직하게는, 전면은 (생산 부정확성 내에서)매끄럽게 형성된다. 후면의 구조화된 영역 세그먼트의 경우, 컬러 필터층이 구조화된 영역에 배치되기 때문에 거칠기에 대한 위의 조건이 적용된다. 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 이러한 실시예에서, 착색된 커버 플레이트의 전면이 착색된 커버 플레이트의 광 굴절률보다 더 작은 광 굴절률을 갖는 (예를 들어, 얇은)반사방지층으로 코팅되는 것이 유리할 수 있다. 이는 유리 커버 플레이트의 실질적으로 백색 반사를 억제하고, 색상의 포화도를 높일 수 있다.
유형 II의 상기 실시예에서, 착색된 커버 플레이트의 후면은 적어도 하나의 구조화 영역을 갖고, 전면은 구조화 영역을 갖지 않으며, 착색된 커버 플레이트의 전면 상에 추가 컬러 필터층이 배치되는 것이 더 유리할 수 있다. 바람직하게는, 전면은 (생산 부정확성 내에서)매끄럽게 형성된다. 후면의 구조화 영역 세그먼트의 경우, 구조화 영역에 컬러 필터층이 배치되기 때문에 거칠기에 대한 위의 조건이 모두 적용된다. 두 개의 컬러 필터층은 동일하거나 상이할 수 있다. 특히, 두 개의 컬러 필터층은 동일한 파장 범위 내의 빛을 반사하도록 설계될 수 있다. 그러나 두 개의 컬러 필터층은 서로 다르거나 부분적으로만 중첩되는 파장 범위 내의 빛을 반사하도록 설계될 수도 있다. 매끄러운 외부 표면의 컬러 필터층은 또한 전체 반사광의 백색 성분을 줄이기 위해 무채색의 반사 방지층이 될 수 있다. 색은 컬러 필터층을 갖는 구조화된 내측에서 반사되어 생성된다. 그러나 매끄러운 외측의 컬러 필터층은 발색층이 될 수도 있는데, 발색층은 내측에서 생성된 색을 강화하거나, 이를 다른 파장 범위의 다른 색상 구성과 혼합할 수도 있다.
따라서, 개선된 각도 안정성을 갖는 기대하는 색상을 얻기 위해, 착색된 커버 플레이트의 전면에서 나온 후, 입사광은 착색된 커버 플레이트를 적어도 한 번 통과해야 하고, 내부 컬러 필터층에서 반사되어야 한다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품에서, 구조화된 커버 플레이트는 광택각 외부에서도 높은 강도 및 낮은 각도 의존도로 빛을 반사한다. 착색 효과가 있는 적어도 하나의 컬러 필터층으로 인해 매우 균일한 색감이 생성된다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 유리한 실시예에서, 착색된 커버 플레이트의 전면 또는 후면(어느 표면이 구조화되는지에 따라 다름)의 구조화 영역의 적어도 80%, 특히 바람직하게는 적어도 90%가 착색된 커버 플레이트의 평면에 대해 경사진 세그먼트로 구성된다. 세그먼트의 수량을 증가함으로써, 광택각 외부에서도 착색된 커버 플레이트 표면의 구조화 영역에서 반사된 빛의 강도와 각도 안정성을 더 증가할 수 있다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 유리한 실시예에서, 커버 플레이트(유리 평면)의 평면에 대한 (표면)세그먼트의 경사각은 0° 내지 45° 사이이다. 경사진 세그먼트의 적어도 50%, 바람직하게는 70%는, 25°보다 작은 영각을 가져야 한다. 영각의 분포는 0°-35°, 바람직하게는 0°-25°의 각도 범위에서 최대 주파수를 가져야 하고, 5° - 25°, 바람직하게는 10°와 20° 사이에 놓여 있다. 또한, 비경사면의 비율(영각= 0°)은 전체 각도 분포의 5% 미만이어야 한다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 유리한 실시예에서, 구조(세그먼트)의 폭(B) 대 높이(H)의 종횡비는 적어도 B:H > 2:1 및 B:H < 50:1 , 바람직하게는 B:H > 3:1 및 B:H < 10:1이다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 추가로 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 구조화된 영역 세그먼트의 적어도 30%는 0° 보다 크고 최대 15°의 경사각 범위를 갖고, 세그먼트의 적어도 40%는 15°보다 크고 최대 45°까지의 경사각 범위를 가지며, 바람직하나 필수적이지 않게는, 세그먼트의 10% 미만이 45° 보다 큰 경사각을 갖는다. 10° 미만의 작은 경사각을 갖는 상대적으로 많은 패싯(facet)이 있는 경우, 본질적으로 오직 반사 강도(비구조화 표면을 사용한 바와 같이)만이 광택각에 가까운 관찰각에서 발생하고, 이는 본 발명에 따라 바람직하지 않다. 상기 조건에 따르면, 광택각 외부에서도 반사광의 매우 높은 강도를 달성할 수 있으며, 동시에 강도의 각도 의존도도 특히 낮다. 구조는 바람직하게는 비주기적이고 이방성이다. 그러나, 특수 광 효과를 위해 주기적 구조 및/또는 이방성 구조 또한 사용될 수 있다. 피라미드, 사각형 또는 육각형 벌집 구조나 반구체와 같은 주기적 및 이방성 구조는 유리 드로잉(drawing) 동안 롤링(rolling)에 의해 용이하게 생산될 수 있다. 이는 매력적인 광택 및 색상 효과를 위해 사용될 수 있다. 표면 구조가 상기 조건을 충족하는 경우, 플레이트형 부품은 광택각 외부의 각도에 대한 색도 감소가 현저하게 나타나고, 각도 의존도는 커버 플레이트의 평면 방향에 관하여 이방성이다.
적어도 하나의 컬러 필터층은 적어도 하나의 굴절층을 포함할 수 있고 특히 그로 구성될 수 있다. 굴절층은 동일한 재료(동일한 조성을 갖는)로 구성되며, 특히 층 두께에 걸쳐서 균일한(동일한) 굴절률을 갖는다. 컬러 필터층이 여러 개의 굴절층을 포함하는 경우, 적어도 두 개의 굴절층은 상이한 재료로 구성되고 상이한 굴절률을 갖는다.
적어도 하나의 컬러 필터층은 고굴률을 갖고 부분적으로 투명한 재료로 만들어진 적어도 하나의 굴절층(이하, "고굴절률층(highly refractive layer)", "HTM"로 약칭됨)을 포함한다. 고굴절률층(HTM)은, 굴절률 (n)이 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 2.5 보다 크고, 흡광 계수가 450nm 미만에서, 적어도 0.2이고, 700nm 초과에서, 0.2 보다 작은, 바람직하게는 0.1 보다 작은 재료로 구성된다. 이는, 백색 또는 적색을 갖는 착색된 플레이트형 부품의 생산에 있어서 특히 유리하나, 다른 색상에서도 역시 가능하다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 유리한 실시예에 따르면, 백색 또는 적색의 플레이트형 부품의 생산에 있어서, 적어도 하나의 고굴절률층은 500nm 초과에서, 0.2보다 작은, 바람직하게는 0.1보다 작은 흡광 계수를 갖는다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 백색 또는 적색의 플레이트형 부품의 생산에 있어서, 적어도 하나의 고굴절률층은 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 3.0 보다 큰, 바람직하게는 3.5 보다 큰 굴절률(n)을 갖는다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 백색 또는 적색의 플레이트형 부품의 생산에 있어서, 적어도 하나의 고굴절률층의 층 두께의 범위는, 5nm 내지 300nm, 바람직하게는 5nm 내지 40nm이다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 백색 또는 적색의 플레이트형 부품의 생산에 있어서, 적어도 하나의 고굴절률층의 굴절률(n)은, 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위 및 5nm 내지 40nm의 층 두께 범위에서, 3.0 보다 크고, 바람직하게는 3.5 보다 크다.
예를 들어, 고굴절률층은 결정질 또는 미정질 Si, 비정질 a-Si:H(비정질 수소 부동태화 실리콘), a-SiC:H(비정질 수소 부동태화 실리콘이 풍부한 실리콘 탄화물), a-SiO:H(비정질 수소 부동태화 실리콘이 풍부한 실리콘 산화물), a-SiGe:H, 실리콘이 풍부한 SixNy, 실리콘이 풍부한 SixNyOz (y>z), Cu2O 및 Fe2O3으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함한다. 고굴절률층은 또한 선택된 적어도 하나의 재료로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 컬러 필터층은 2.5 미만의 굴절률을 갖는 투명 유전 재료의 적어도 하나의 굴절층을 포함하고, 아래에서, "저굴절률층(low refractive index refractive layer) ", 즉 "TD"로 약칭한다.
예를 들어, 저굴절률층(TD)은ZrOx, SiC, Si3N4, MgF2, Al2O3, SiO2 및 실리콘 옥시나이트라이드(silicon oxynitride)로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물을 포함한다. 이들은 상대적으로 굴절률이 낮은 화합물이다. 저굴절률층은 또한 선택된 하나 이상의 화합물로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 유리한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 저굴절률층은 10nm보다 크고 250nm보다 작은 층 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 컬러 필터층은 고굴절률층 및 저굴절률층을 포함하는 2중층을 갖는다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 컬러 필터층은, 고굴절률층이 두 개의 저굴절률층 사이에 배치되거나, 저굴절률층이 두 개의 고굴절률층 사이에 배치되는 3중층을 갖는다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 컬러 필터층은, 두 개의 고굴절률층 및 두 개의 저굴절률층이 교대로 배치되어, 두 개의 저굴절률층 사이에 고굴절률층이 배치되고, 두 개의 고굴절률층 사이에 저굴절률층이 배치되는, 4중층을 갖는다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품의 더 유리한 실시예에 따르면, 적어도 하나의 컬러 필터층은 다음과 같이 형성된다:
- 1000 V의 전압 및 일광에서 2cm의 측정 전극 거리에서, 전기 저항이 10 GOhm 이상, 바람직하게는 100 GOhm 이상이고, 및
- 특정 암저항(dark resistance)이 
이상, 바람직하게는
이상이다.
착색된 커버 플레이트의 적어도 하나의 구조화 영역에서, 입사광 방사선의 반사는 광택각 외부에서도 비교적 높은 강도로 일어난다. 이러한 목적을 위해, 구조화 영역은 바람직하게는 50%보다 높은, 특히 더 바람직하게는 90% 보다 높은 반사 헤이즈가 존재하는 방법으로 구성된다. 반사 헤이즈는 상업적으로 이용 가능한 헤이즈 측정 기기에 의해 측정될 수 있다. ASTM D1003에 따르면, 헤이즈는 반사광의 확산 부분 대 총 반사의 비율이다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품에서, 세그먼트가 전면의 컬러 필터층의 층 두께의 15%보다 작은 평균 거칠기를 갖는 적어도 하나의 구역이 제공되어야 하고, 따라서 반사광의 보강 또는 상쇄 간섭을 가능하게 한다. 유리하게는, 이러한 구역은 전체 착색된 커버 플레이트 위에서 확장된다. 일 실시예에 따라, 구조화 영역은 적어도 하나의 추가 구역, 즉, (일부)영역을 갖고, 이 추가 구역에서 각각의 세그먼트는 컬러 필터층에서 간섭이 발생하지 않는 평균 거칠기를 갖는다. 예를 들어, 그곳의 세그먼트는 컬러 필터층의 층 두께의 50% 내지 100%의 평균 거칠기를 갖는다. 이러한 구역에서, 플레이트형 부품은 컬러 필터층에 의해 어떠한 색상도 생성되지 않는다.
본 발명의 상이한 실시예는 개별적으로 또는 임의로 조합하여 실현될 수 있다. 특히, 상기 언급된 또는 하기 설명된 특징은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 표시된 조합으로만이 아니라 다른 조합으로 또는 단독으로 사용될 수 있다.
본 발명은 단순화된 비축적 표현에서 나타낸 첨부된 도면을 참고하여 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 다양한 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5 및 도 6은 전면 유리를 특징화하기 위한 다양한 다이어그램이다.
도 7 및 도 8은 평면 플로트 유리(float glass)에서 증가하는 실리콘이 풍부한SixNy 층의 반사 및 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 일 실시예의 착색된 커버 플레이트의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 플레이트형 부품에 대한 전형적인 조명 조건의 개략도이다.
도 11 내지 도 14는 도 9의 착색된 커버 플레이트의 구조화 영역으로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 15는 컬러 필터층에서의 광선 간섭의 개략도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 18은 착색된 커버 플레이트로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 21은 도 20의 플레이트형 부품의 구조화 영역으로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 22는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 23은 도 22의 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 26은 다각도 색상 측정을 위한 측정 방법의 개략적인 표현이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 다양한 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 5 및 도 6은 전면 유리를 특징화하기 위한 다양한 다이어그램이다.
도 7 및 도 8은 평면 플로트 유리(float glass)에서 증가하는 실리콘이 풍부한SixNy 층의 반사 및 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 일 실시예의 착색된 커버 플레이트의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 플레이트형 부품에 대한 전형적인 조명 조건의 개략도이다.
도 11 내지 도 14는 도 9의 착색된 커버 플레이트의 구조화 영역으로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 15는 컬러 필터층에서의 광선 간섭의 개략도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 18은 착색된 커버 플레이트로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 19 및 도 20은 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 21은 도 20의 플레이트형 부품의 구조화 영역으로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 22는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 23은 도 22의 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트로부터 반사될 때의 예시적인 광 경로의 개략도이다.
도 24 및 도 25는 본 발명에 따른 플레이트형 부품의 착색된 커버 플레이트의 추가 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 26은 다각도 색상 측정을 위한 측정 방법의 개략적인 표현이다.
도 1 내지 도 4는 단면도(플레이트형 부품의 표면에 수직인 단면)에 기초하여 전체적으로 참조 번호 1로 지정된 플레이트형 부품의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한다. 플레이트형 부품(1)은 예를 들어 파사드에 설치하는데 사용된다. 파사드는 건물의 외피이거나 방음벽, 스크린, 교량 또는 타워와 같은 다른 구조물의 클래딩이 될 수 있다. 플레이트형 부품은 지붕이나 야외 설비에 장착되는 착색된 태양광 모듈로 설계될 수도 있다.
플레이트형 부품(1)은 투명한 착색된 커버 플레이트(2) 및 커버 플레이트(2)에 견고하게 연결된 후방 요소(14)를 포함한다. 커버 플레이트(2)는 예를 들어 유리 판이며 바람직하게는 소다 석회 유리와 같은 낮은 흡수율을 갖는 유리로 만들어 진다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 커버 플레이트(2)에는 플레이트형 부품(1)을 착색하기 위한 적어도 하나의 텍스처 영역 및 적어도 하나의 컬러 필터층이 제공된다.
도 1의 실시예에서, 플레이트형 부품(1)은 태양광으로부터 에너지를 생성하기에 적합하고 의도된 광발전 활성 플레이트형 부품(1)이다. 플레이트형 부품(1)은 태양광 모듈(20)의 형태이다. 플레이트형 부품(1)은 커버 플레이트(2) 외에, 캐리어 기판(16)(유리 판)을 포함하는데, 캐리어 기판(16)은, 여기서, 예를 들어 유리 재질이고, 복수의 태양광 셀(18)이 캐리어 기판(16) 위에 직렬 연결된다. 캐리어 기판(16)은 중간층(13)에 의해(예를 들어, 적층) 커버 플레이트(2)에 견고하게 연결된다. 커버 플레이트(2)는 캐리어 기판(16)과 함께 복합 판유리(15)를 형성한다. 중간층(13)은 바람직하게는 열가소성 또는 가교 중합체 중간층(예를 들어, PVB 또는 EVA)이다. 바람직하게는, 태양광 셀(18)은 광발전 활성 흡수제층이 황동석 반도체, 특히 구리-인듐/갈륨-디설파이드/디셀레니드(Cu(In,Ga)(S,Se)2)의 그룹으로부터의 삼원 I-III-VI 화합물 반도체로 구성된 박막 태양광 셀이다.
플레이트형 부품(1)은 외부 환경(광 입사측)에서 바라볼 앞측(V) 및 뒤측(R)을 갖는다. 본 발명의 목적을 위해, 플레이트형 부품(1)의 앞측(V)의 주변 영역(U)은 외부 환경으로 간주된다(도 1 내지 도4에서, 각각의 경우에 플레이트형 부품(1)의 위에 위치한 주변 영역).
착색된 커버 플레이트(2)는 외부 환경(U)을 향하는 전면(4) 및 그에 대향되게, 외부 환경(U)으로부터 멀어지는 방향을 향하는 후면(5)을 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 표면은 외부 환경(U)을 향할 때 "전면"이라고 한다. 따라서 표면은 외부 환경(U)으로부터 멀어지는 방향을 향할 때 "후면"이라고 한다.
도 2는 플레이트형 부품(1)이 광발면 비활성 플레이트형 부품(1)인 실시예를 도시한다. 여기서, 커버 플레이트(2)는 불투명한 후방 요소(14)에 견고하게 연결된다. 여기서, 후방 요소(14)는 예를 들어, 커버 플레이트(2)의 후면(5)의 전체 표면의 코팅으로 형성된다. 유사하게, 후방 요소(14)는 예를 들어, 커버 플레이트(2)의 후면(5)에 견고하게 연결된 필름, 특히 불투명 필름의 형태로 형성될 수 있거나, 강체(rigid body), 특히 불투명 강체(예를 들어, 플레이트 형태)로 형성될 수 있다.
도 3은 플레이트형 부품(1)이 광발전 활성 플레이트형 부품(1)인 실시예를 도시한다. 플레이트형 부품(1)은 커버 플레이트(2) 및 기계적으로 지지하는 판유리(3)를 포함하며, 이들은 중간층(13)(예를 들어, 적층)에 의해 서로 견고하게 연결된다. 커버 플레이트(2) 및 기계적으로 지지하는 판유리(3)는 예를 들어 유리 판이고, 바람직하게는 소다-석회 유리와 같이 낮은 흡수율을 갖는 유리로 만들어진다. 이는 복합 판유리(15)를 형성한다. 구조적인 요구에 따라, 두 개의 판유리(2, 3)는 바람직하게는 열 강화 유리(thermally toughened glass), 소위 강화 안전 유리(ESG) 또는 열 강화 유리(TVG)와 같은 가공 유리로 만들어진다.
기계적으로 지지하는 판유리(3)는 착색된 커버 플레이트(2)를 기계적으로 지지(즉, 보강)하는 역할을 하고, 플레이트형 부품(1)의 기계적 안정성에 크게 기여하여 더 큰 풍하중을 견딜 수 있도록 한다.
도 3에 도시된 실시예에서, 착색된 커버 플레이트(2)는 기계적으로 지지하는 판유리(3)보다 얇다. 예를 들어, 커버 플레이트은 2 내지 4 mm 범위의 판 두께를 갖는다. 기계적으로 지지하는 판유리(3)는 커버 플레이트(2)보다 두껍고, 예를 들어 4mm 보다 큰 판유리 두께를 갖는다.
기계적으로 지지하는 판유리(3)는 전면(4') 및 후면(5')을 갖는다. 후면(5')은 직접(즉 중간 판유리 없이) 추가 중간층(13')에 의해 캐리어 기판(16)에 견고하게 접합된다(예를 들어, 적층). 따라서 기계적으로 지지하는 판유리(3)는 캐리어 기판(16)과 함께 추가 복합 판유리(15')를 형성한다. 전체적으로, 이는 세 개의 판유리가 적층에 의해 서로 견고하게 연결된 복합 판유리 구조를 형성한다. 추가 중간층(13')은 바람직하게는 열가소성 또는 가교 중합체 중간층(예를 들어, PVB 또는 EVA)이다.
도 4는 도 3의 변형인데, 기계적으로 지지하는 판유리(3)가 커버 플레이트(2)보다 얇은 점에서 도 3의 실시예와 상이하다. 또한, 기계적으로 지지하는 판유리(3)는 커버 플레이트(2)보다 작고, 그 크기는 캐리어 기판(16)에 대응된다. 여기서, 기계적으로 지지하는 판유리(3)는 태양광 셀(18)을 갖는 캐리어 기판(16)용 커버 플레이트의 형태로 설계된다. 플레이트형 부품(1)의 생산에서, 커버 플레이트로서 기계적으로 지지하는 판유리(3) 및 태양광 셀(18)을 갖는 캐리어 기판(16)을 포함하는 태양광 모듈(20)은 커버 플레이트(2)에 적층될 수 있다. 조립식 태양광 모듈(20)은 미리 제조될 수 있기 때문에 공정 엔지니어링의 관점에서 유리할 수 있다. 따라서, 후방 요소(14)는 완전한 태양광 모듈(20)에 해당한다. 캐리어 기판(16)의 평면에서의 태양광 모듈(20) 크기는 커버 플레이트(2)보다 작기 때문에, 태양광 모듈(20)은 외부 영향으로부터 잘 보호될 수 있다. 또한 커버 플레이트(2)를 태양광 모듈(20)의 전면 유리(캐리어 기판(16)과 동일한 크기를 가짐)로 형성한 다음, 태양광 모듈(20)을 전면에 배치된 기계적으로 지지하는 기계적으로 지지하는 판유리(3)에 견고하게 연결하는 것도 가능하다.
도 3 및 4의 실시예에서, 마스킹 층(19)은 마지막 컬러 필터층 뒤에(아래 참조), 즉 착색된 커버 플레이트(2) 뒤에 배치된다. 도 3 및 도4의 각각의 경우에서, 마스킹 층(19)은 커버 플레이트(2)의 후면(5)에 적용된다. 마스킹 층(19)은 광발전 비활성 영역을 덮는데, 즉 후면(5)의 일부만 덮는다. 태양광 셀(18)의 광발전 활성 영역은 덮이지 않는다. 이는 플레이트형 부품(1)의 외관을 개선한다.
플레이트형 부품(1)의 실시예에 따라, 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4) 및/또는 후면(5)은 구조화되고(예를 들어, 드로잉 공정 동안 에칭(etching), 샌드블래스팅(sandblasting) 또는 롤링(rolling)에 의해), 적어도 하나의 컬러 필터층(도 1 내지 도 4에 도시되지 않음)을 갖는다. 이에 대해서는 아래에서 더 자세히 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 실시예를 도시하며, 여기서 착색된 커버 플레이트(2)만이 예시적인 구조와 함께 도시된다. 특히, 플레이트형 부품(1)은 도 1 내지 도4에 도시된 바와 같이 설계될 수 있다. 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)은, 본 실시예에서 전체 전면(4)에 걸쳐 연장되는 영역(8)에서 구조화되는데, 즉, 전면(4)과 구조화 영역(8)이 동일하다. 컬러 필터층(9)은 전면(4) 상에 직접 배치된다. 구조화 영역(8)에서, 전면(4)은 산(mountain)과 골(valley)을 갖는 높이 프로파일을 갖는다. 여기서, 전면(4)의 50% 이상은, 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 각각 경사진 평면 세그먼트(10)로 구성되는데, 즉, 커버 플레이트(2)의 평면에 대한 각도가 0도가 아니다. 각각의 세그먼트(10)는 적어도 1μm2 의 세그먼트 면적을 갖고, 컬러 필터층(9)의 층 두께(d)의 15%보다 작은 평균 거칠기를 갖는다. 전면(4)의 가장 높은 지점(산)과 가장 낮은 지점(골) 사이의 평균 높이의 하위층은 적어도 2㎛이고, 예를 들어 착색된 커버 플레이트(2)의 두께의 최대 20%이다. 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 대해, 세그먼트의 적어도 20%는 0°보다 크고 최대 15°까지의 경사각, 세그먼트의 적어도 30%는 15°보다 크고 최대 45° 까지의 경사각, 30%보다 적은 세그먼트(10)는 45°보다 큰 경사각을 갖는다. 도 9의 실시예에서, 모든 세그먼트는 최대 45°의 경사각을 갖는다.
아래에서, 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)의 구조화의 작동 모드에 대해 더 자세하게 설명할 것이다. 먼저 도 10을 살펴보는데, 도 10은 플레이트형 부품(1)에 대한 일반적인 조명 조건을 예시한다. 태양(S)으로부터의 빛은 착색된 커버 플레이트(2)에 직접 부딪혀 광택각에서 반사된다. 입사 광선(E)과 광택각에서 반사된 광선(R)이 표시된다. 반사 광선(R) 외에, 입사 광선도 광택각 외에서 확산 산란된다. 두 개의 확산 산란 광선(R’)이 예시로서 도시된다. 색상 효과는 반사, 산란 및 간섭으로 인해 발생한다. 관찰자(B)가 플레이트형 부품(1)(예를 들어 파사드) 앞에 서서 그 앞의 착색된 커버 플레이트(2)를 수직으로 바라보는 경우, 그의 눈은 직접 반사된 빛(R)을 거의 만나지 않는다(즉, 관찰자는 일반적으로 광택각에 서 있지 않는다). 이는 도 10에 예시되어 있으며, 관찰자(B)는 광택각 밖에 있고 확산 산란 광선(R')만 보인다. 구조화 영역(8)을 갖지 않은 매끄러운 표면의 경우, 확산 산란 광선(R')의 강도는 상대적으로 낮고 강한 각도 의존도를 나타낸다. 확산 산란 부분이 충분히 큰 경우에서만, 만족스러운 강도(밝기, L값)를 갖는 클리어 컬러(clear color)가 수득된다.
도 11은 구조화 영역(8)의 경사진 세그먼트(10)의 기본적인 작동 원리를 예시하였는데, 여기서, 플레이트형 부품(1)의 유리 표면 또는 전면(4)을 수직으로 바라보는 관찰자(B)에 대한 상이한 광 경로를 예시하였다. 착색된 커버 플레이트(2)의 개략적으로 예시된 평면(GE)에 대해 상이한 경사를 갖는 세 개의 세그먼트(10)와, 세그먼트(10)에 입사하는 광선(E)을 나타내고, 입사 광선(E)은 각각의 경우에서 세그먼트(10)에 의해 국부 광택각에서 관찰자(B)를 향해 반사된다(반사 광선(R)). 중간 세그먼트(10)는 평면(GE)에 평행하게 배치되고, 그에 의해 입사 광선(E)은 세그먼트(10)에 수직으로 부딪히고, 관찰자(B)를 향해 수직으로 반사된다(반사 광선(R)). 중심 세그먼트(10)에 대해, 광택각 및 국부 광택각은 동일하다. 두 개의 인접한 세그먼트(10)에 있어서, 입사 광선(E)은 각각 평면(GE)의 표면 법선에 대해 0도가 아닌 각도를 갖고, 국부 광택각에서 관찰자(B)와 부딪힌다. 세그먼트(10)의 상이한 경사 때문에, 상이한 방향의 빛은 각각의 경우에서, 모듈 표면을 수직으로 바라보는 관찰자(B)를 향해, 세그먼트(10)의 국부 광택각으로 반사된다. 도 11의 예시에서, 입사각 및 반사각은 최대 45°이다.
도 12에서, 관찰자(B)는 표면 법선에 대해 45°의 각도로 착색된 커버 플레이트(2)의 평면(GE)을 바라본다. 도 11에서와 같이, 착색된 커버 플레이트(2)의 평면(GE)에 대해 상이한 경사를 갖는 세 개의 세그먼트(10)를 예시하였고, 또한 광선(E)은 세그먼트(10)에 각각 부딪히고, 이는 세그먼트(10)로부터 국부 광택각으로 관찰자(B)를 향해 반사된다(반사 광선(R)). 세그먼트(10)의 상이한 경사 때문에, 상이한 방향의 빛은 각각의 경우에서, 모듈 표면을 바라보는 관찰자(B)를 향해 국부 광택각으로 반사된다. 도 12의 예시에서, 입사각 및 반사각은 최대 67.5°이다. 이론적으로, 반사된 빛은 광택각의 상대적으로 큰 값에서 청색 편이한다. 이러한 청색 편이는 컬러 필터층의 높은 굴절률에 의해 감소될 수 있다. 상대적으로 가파른 표면 경사의 경우, 인접한 패싯(facet)에서도 다중 반사가 발생할 수 있다.
도 13은 광원 및 대응되게 입사 광선이 착색된 커버 플레이트(2)의 평면(GE)에 대해 항상 45°의 각도로 경사진 상황을 나타낸다. 관찰자(B)는 상이한 각도로 플레이트형 부품(1)의 표면을 관찰한다. 도 13에서 각도를 다음과 같이 표시한다: 입사각(착색된 커버 플레이트(2)의 평면(GE)에 대함)/관찰각 또는 반사각(평면(GE)의 표면 법선에 대한 광택각으로부터의 편차). 도(degree) 부호 "°"는 표시되지 않는다. 도 13은 평면(GE)에 대해 상이한 경사를 갖는 네 개의 세그먼트(10)를 예시한다. 평면이 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 평행하는 하나의 세그먼트(10)에서만, 관찰자(B)는 평면(GE)에 대하여45/0인 광택각에 위치한다. 이는 입사 광선이 평면(GE)에 대해 45°의 각도를 갖고, 반사 광선은 광택각으로부터 0의 각도 편차를 갖는다는 것을 의미한다. 다른 세그먼트(10)에 대해, 관찰자(B)는 광택각 외부에 있다. 두 개의 왼쪽 세그먼트(10)(45/90, 45/45)에 있어서, 관찰자는 각각 광택각에 대하여 90° 및 45°의 각도로 플레이트형 부품(1)의 표면을 바라보고, 빛은 평면(GE)에 대해 45°의 각도로 입사된다. 오른쪽 세그먼트(17)(45/-15)에서, 관찰자는 광택각에 대해 -15°이다. 상이하게 경사진 세그먼트(10)와 이에 따른 국부 광택 각도에서의 반사 때문에, 관찰자가 착색된 커버 플레이트(2)의 평면(GE)에 대해 광택각에 위치하지 않더라도, 빛은 충분한 강도로 관찰자(B)를 향해 반사된다.
도 14는 관찰자(B)가, 착색된 커버 플레이트(2)의 모듈 표면 또는 평면(GE)에 대해 항상 45°의 각도로 플레이트형 부품(1)의 표면을 관찰하는 상황을 나타낸다. 도 14에서 평면(GE)에 대해 상이한 경사를 갖는 네 개의 세그먼트(10)를 예시한다. 평면이 평면(GE)에 평행하는 하나의 세그먼트(10)에서만, 관찰자(B)는 45/0인 광택각에 위치한다. 다른 세그먼트(10)에 대해, 관찰자(B)는 광택각 외부에 있다. 두 개의 왼쪽 세그먼트(10)(45/90, 45/45)에서, 관찰자(B)는 45°의 각도로 플레이트형 부품(1)의 표면을 관찰하며, 빛은 광택각에 대해 각각 90° 또는 45°의 편차로 입사된다. 오른쪽 세그먼트(10)(45/-15)에서, 빛은 광택각에 대해 -15°의 각도로 입사된다. 상이하게 경사진 세그먼트(10)와 이에 따른 국부 광택 각도에서의 반사 때문에, 심지어 빛이 광택각 외부에서 입사되는 경우에도, 빛은 충분한 강도로 관찰자(B)를 항해 반사된다.
본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)에서, 착색된 컬러 필터층(9)과 조합하여 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)을 구조화함으로써, 미리 결정된 파장 범위에서 균일한 색감이 실현할 수 있고, 구조화되지 않은 표면에 비해, 색감은 각도에 대해 보다 덜 의존적이다.
도 15는 층 두께(d)를 갖는 컬러 필터층(9)에서의 반사를 나타낸다. 입사 광선(E)은 대기-컬러 필터층 경계면(R1) 및 컬러 필터층-디스크 경계면(R2) 모두에서 반사된다. 두 개의 광선(R1, R2)의 경로 차이가 입사 광선의 파장의 배수인 경우, 보강 간섭이 발생하고; 경로 차이가 파장 절반의 배수인 경우, 상쇄 간섭이 발생한다. 백색광을 사용하여 조명하는 경우, 컬러 필터층(9)은 따라서 컬러 필터로서의 역할을 하는데, 이는 굴절률(n) 및 층 두께(d)에 따른 보강 간섭은 오직 적합한 파장의 빛에 대해서만 발생하기 때문이다. 여기에서, α는 표면의 법선에 대한 반사선(R1, R2)의 각도이다. 광선(R')은 광택각 외부의 반사광을 예시하고, 이는 컬러 필터층-판유리 경계면의 거칠기가 너무 큰 경우 패터닝 영역(15)에서 발생할 수 있다. 간섭 조건을 충족시키기 위해, 산란 중심이 파장 및 층 두께보다 각각 작아야 한다. 이는 세그먼트의 최소 표면 영역과 그의 최대 거칠기 의해 달성되며, 이는 본 발명에서 청구된 바와 같다. 그러나, 예를 들어, 굴절률의 분산(파장에 대한 굴절률의 의존성) 및 가시 스펙트럼의 일부에서 본 발명에 따라 사용된 고굴절 물질의 부분 흡수로 인해 층 두께가 파장보다 현저히 작은 경우에도 착색이 가능하다. 이러한 매우 얇은 층에 대해서도 거칠기 조건이 충족되어야 한다.
착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)이 무기질이고 화학적으로 불활성이며 단단한 층으로 구성되는Si3N4와 같은 컬러 필터층(9)으로 코팅되는 경우, 이는 플레이트형 부품(1)을 위하여 높은 내긁기성, 내화학성 및 방오성 효과를 발생시킨다. 또한, TiO2와 같은 광촉매층의 사용은 자가세척 효과를 발생시킨다. 또한, Si3N4 또는 TiO2과 같은 재료의 컬러 필터층이 습과 열의 부식으로부터 유리 커버 플레이트(2)를 보호하는 것은, 기후 테스트를 통해 알 수 있다.
도 16의 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 참조하는데, 여기서도 커버 플레이트(2)만을 도시한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 도 9와의 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 이 실시예에서, 전면(4)의 구조화 영역(8)은 제1 구역(11) 및 제2 구역(12)을 갖는다. 여기서, 제1 구역(11)은 세그먼트(10)가 전면(4) 상의 컬러 필터층(9)의 층 두께(d)의 15% 보다 작은 평균 거칠기를 갖도록 구성된다. 도 9의 실시예에서, 이는 전체 구조화 영역(8)에 적용된다. 반대로, 제2 구역(12)의 평균 거칠기는 컬러 필터층(9)의 간섭을 방지하는 수준이다. 예를 들어, 제2 구역(12)에서 세그먼트(10)의 평균 거칠기는 컬러 필터층(9)의 층 두께의 50% 보다 높다. 따라서, 플레이트형 부품(1)은, 컬러 필터층(9)의 색상 필터 효과에 의해, 제1 구역(11)에서 균일한 색상을 갖는다. 제2 구역(12)에서, 컬러 필터층(9)은 보강 간섭의 부족 때문에 컬러 필터 효과를 갖지 않고, 따라서 본질적으로 컬러 필터층(9)을 갖지 않는 플레이트형 부품(1)에 해당하는 표면이 있다. 따라서, 플레이트형 부품(1)의 미리 정의할 수 있는 제1 구역(11)에서 기대하는 균일한 색상을 제공할 수 있다. 도 16에서, 제2 구역(16)의 더 높은 거칠기를 간략하게 예시한다.
도 17은 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 도시하였고, 커버 플레이트(2)만 도시하였다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 도 9와의 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 플레이트형 부품(1)은, 구조화 영역(8) 상의 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4) 상에 제1 컬러 필터층(9)을 갖고, 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5) 상에 제2 컬러 필터층(9')을 갖는다. 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5)은 구조화되지 않는데, 즉 전면(4)과 유사한 구조화 영역(8)을 갖지 않는다. 후면(5)은 생산 부정확성의 한계 내에서 매끄럽다. 제2 컬러 필터층(9')은 층 두께(d') 및 광 굴절률(n')을 가지며, 이들은 제1 컬러 필터층(9)과 동일할 수 있지만 반드시 동일할 필요는 없다. 제2 컬러 필터층(9')은 색상 효과를 보다 더 향상시킨다. 도 9의 실시예를 참조하면, 착색된 커버 플레이트(2)(예를 들어, 유리)와 접착제층(6) 사이의 제2 컬러 필터층(9')의 굴절률이 착색된 제1 판유리(2)(예를 들어, 유리) 및 접착제층(6)보다 크기 때문에, 컬러 필터 효과를 갖는 제2 반사 소스(source)가 존재한다. 빛의 굴절로 인해, 두 번째 반사에서의 입사각이 더 작다. 빛이 컬러 필터층을 총 3번 통과하기 때문에, 관찰자에게 도달하는 빛은 더 많이 필터링된다. 특히, 두 개의 광 간섭 코팅(9, 9')의 코팅 두께(d, d')와 굴절률(n, n')도 상당하게 다를 수 있다. 상당히 다른 광학 두께 n*d 또는 n'* d' 를 갖는 코팅의 경우, 제1 컬러 필터층(9)은 제2 컬러 필터층(9')과 다른 반사 스펙트럼을 생성하고, 제2 컬러 필터층(9')에 의해 반사된 빛은 제1 컬러 필터층(9)을 다시 통과할 때 중첩되기 때문에, 혼합된 색상을 생성할 수 있다. 이와같이, 간단하고 비용 효율적인 방식으로, 착색된 태양광 모듈 및 착색된 활성 및 비활성 파사드 요소를 위한 다양한 색상과 높은 각도 안정성을 갖는 착색된 플레이트형 부품(1)을 생산할 수 있다.
도 18은 입사 광선(E)과 반사 광선(R1, R2)의 광선 경로를 매우 간략하게 도시한다. 도 18에서, 착색된 커버 플레이트(2)의 구조화는 도시되어 있지 않다. 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 대하여 광택각인 단 하나의 광선 경로만 도시하였다. 제1 컬러 필터층(9)을 통과한 빛은 착색된 커버 플레이트(2)(예를 들어, 유리)에서 굴절되고, 제2 컬러 필터층(9')에서 두 번째로 반사되어 간섭에 의해 필터링된다. 착색된 커버 플레이트(2)로부터 나올 때 빛은 컬러 필터층(9)을 통과하므로, 컬러 필터층을 세 번 통과한다.
도 19는 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 도시하였고, 착색된 커버 플레이트(2)만 도시하였다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 플레이트형 부품(1)은 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4) 상의 제1 구조화 영역(8) 및 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5) 상의 제2 구조화 영역(8')을 갖고, 여기서 제1 컬러 필터층(9)은 제1 구조화 영역(8) 상에 배치되고, 제2 컬러 필터층(9')은 제2 구조화 영역(8') 상에 배치된다. 두 개의 구조화 영역(8, 8')은 동일하거나 상이한 디자인일 수 있다. 유사하게, 두 개의 컬러 필터층(9, 9')은 동일하거나 상이하게 형성될 수 있는데, 특히 두 개의 컬러 필터층(9, 9')의 층 두께(d, d') 및 굴절률(n, n')이 서로 다를 수 있다. 두 개의 컬러 필터층(9, 9')에 대해 동일한 광학 두께 n*d가 선택되는 경우, 플레이트형 부품(1)의 색상이 향상될 수 있다. 광학 두께가 크게 다르게 코팅되는 경우, 혼합된 색상이 생성될 수 있다.
이러한 디자인은, 빛이 컬러 필터층을 구비한 구조화된 전면에 부딪히는 경우, 심지어 광택각 외부에서도 반사 및 간섭에 의해 높은 강도 및 낮은 각도 의존도를 갖는 색상이 생성된다는 공통점을 갖는다. 후면의 추가 컬러 필터층 및/또는 구조화는 이러한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 20에서, 플레이트형 부품(1)의 착색된 커버 플레이트(2)의 확대된 섹션을 통하여 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 예시한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)은, 본 예에서, 전면(4) 전체에서 연장하는 영역(8)에서 구조화되는데, 즉 전면(4)과 구조화 영역(8)이 동일하다. 컬러 필터층(9)은 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5) 상에 직접 배치된다. 후면(5)은 어떠한 구조화도 갖지 않고, 생산 부정확성의 한계에서 매끄럽다. 전면(4)은 컬러 필터층을 갖지 않다. 도 20의 플레이트형 부품(1)의 전면(4)의 구조화 영역(8)의 세그먼트(10)에 대한 거칠기 조건이 없다.
도 21을 참조하면, 도 20의 실시예에 따른 내부 컬러 필터층(9)과 조합된 구조화된 전면(4)의 기능이 더 자세하게 설명된다. 착색된 커버 플레이트(2)의 상이하게 경사진 세그먼트(10)에 대한 상이한 광 경로가 예시된다. 세 개의 세그먼트(10)가 예시되고, 오른쪽 세그먼트(10)는 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 평행하고 다른 두 개의 세그먼트(10)는 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 대해 0이 아닌 각도를 갖는다. 컬러 필터층(9)으로부터의 광선의 반사는 간략하게 도시된다. 컬러 필터층(9)에서의 반사는 이미 설명되었다. 도 21에서, 세 개의 광선에 대한 광 경로가 도시되어 있으며, 이들 각각은, 착색된 커버 플레이트(2)의 평면의 법선에 대한 동일한 각도로, 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)의 다르게 경사진 세그먼트(10)에 부딪힌다. 세그먼트(10)에 대한 수직선은 각각 점선으로 그려져 있다. 다르게 경사진 세그먼트(10)로 인해 광선은 다른 방식으로 반사된다. 제1 광선(1-1)은 세그먼트(10)에 부딪히고, 굴절된 광선(1-2)으로서 착색된 커버 플레이트(2)를 가로지르며, 광선(1-3)으로서 컬러 필터층(9)에 의해(광택각에서) 반사되고, 굴절된 광선(1-4)으로서 커버 플레이트(2)로부터 외부 환경을 향해 나온다. 궁극적으로 착색된 커버 플레이트(2)로부터 반사된 광선(1-4)은, 입사 광선(1-1)과 비교하였을 때, 착색된 커버 플레이트(2)의 평면의 법선에 대해 다른 각도를 가지므로 광택각에서 반사가 없지만, 산란은 발생한다. 대응되는 방식으로, 제2 광선(2-1)은 다른 세그먼트(10)에 부딪히고, 굴절된 광선(2-2)으로서 착색된 커버 플레이트(2)를 가로지르며, 광선(2-3)으로서 컬러 필터층(9)에 의해 반사되고, 굴절된 광선(2-4)으로서 착색된 커버 플레이트(2)로부터 외부 환경을 향해 나온다. 반사 광선(2-4)은 광선(2-1)의 입사 방향과 대략적으로 반대인 방향으로 착색된 커버 플레이트(2)로부터 나오고, 이 또한 산란 과정이고 광택각에서의 반사는 아니다. 제3 광선(3-1)은 다른 세그먼트(10)에 부딪히고, 굴절된 광선(3-2)으로서 착색된 커버 플레이트(2)를 가로지르며, 광선(3-3)으로서 컬러 필터층(9)에 의해 반사되고, 굴절된 광선(3-4)으로서 착색된 커버 플레이트(2)로부터 외부 환경을 향해 나온다. 이 세그먼트(10)는 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 평행하므로, 광선(2-4)은 광택각에서 반사된다. 여기서 중요한 것은, 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 대해 경사진 세그먼트(10)를 통하여, 각각의 세그먼트(10)에서의 굴절, 컬러 필터층(9)과의 계면에서의 후속 반사, 및 구조화된 표면에서의 추가 굴절이 함께 작용하기에, 강한 반사가 심지어 광택각 외부에서도 발생하고(착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 대해), 컬러 필터층(9)과의 조합을 통하여, 반사광의 균일한 색상 효과를 달성한다. 도 21은 광택각 밖에 위치한 관찰자(B)를 예시한다. 외부 구조화 및 내부 컬러 필터층을 갖고, 상대적으로 강한(확산) 산란의 색상을 제공하는 착색된 커버 플레이트(2)로 인해, 통상적으로, 광택각 외부의 상이한 시야각에서 컬러 필터층을 통과하는 적합한 광 경로를 발견할 수 있다. 그 결과 구조화 영역(8)을 갖지 않은 기존의 모듈보다, 방향에 훨씬 적게 의존하는 색을 나타낸다.
도 22는 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 도시하였고, 착색된 커버 플레이트(2)만 도시하였다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 플레이트형 부품(1)은 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5) 상에 구조화 영역(8)을 갖고, 여기서 컬러 필터층(9)은 구조화 영역(8) 상에 배치된다. 컬러 필터층(9)은 얇고 구조화 영역(8)의 표면을 따른다. 구조화 영역(8) 및 컬러 필터층(9)은 각각 이전 실시예와 유사하게 형성될 수 있다. 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)은 구조화 영역(8)을 갖지 않고, 생산 부정확성 내에서 매끄럽다. 또한, 컬러 필터층은 전면(4) 상에 배치되지 않는다. 전면(4)의 구조화 영역(8)의 세그먼트(10)와 달리, 컬러 필터층(9)은 후면(5)의 구조화된 영역(8) 상에 제공되어, 세그먼트(10)는 후면(5)의 구조화 영역(8)의 세그먼트(10)가 각각 평면이고, 적어도 1μm2의 세그먼트 면적을 가지며, 후면(5) 상의 컬러 필터층(9)의 층 두께의 15% 보다 작은 평균 거칠기를 갖는 조건을 만족하여야 한다.
도 23은 세 가지 서로 다른 광 경로를 예시하였다. 광선의 컬러 필터층(9)에서의 반사는 여기서도 간략하게 도시된다. 다르게 경사진 세그먼트(10)로 인해, 광선은 착색된 커버 플레이트(2)로부터 다르게 반사된다. 제1 광선(1-1)은 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)에 부딪히고, 굴절된 광선(1-2)으로서 착색된 커버 플레이트(2)를 가로지르며, 광선(1-3)으로서 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 경사진 세그먼트(10)에서 반사되고, 굴절된 광선(1-4)으로서 착색된 커버 플레이트(2)로부터 외부 환경을 향하여 나온다. 대응되는 방식으로, 제2 광선(2-1)은 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)에 부딪히고, 굴절된 광선(2-2)으로서 착색된 커버 플레이트(2)를 가로지르며, 광선(2-3)으로서 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 평행한 세그먼트(10)에서 반사되고, 굴절된 광선(2-4)으로서 착색된 커버 플레이트(2)로부터 외부 환경을 향해 나온다. 대응되는 방식으로, 제3 광선(3-1)은 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)에 부딪히고, 굴절된 광선(3-2)으로서 착색된 커버 플레이트(2)를 가로지르며, 광선(3-3)으로서 착색된 커버 플레이트(2)의 평면에 경사진 세그먼트(10)에서 반사되고, 굴절된 광선(3-4)으로서 착색된 커버 플레이트(2)로부터 외부 환경을 향해 나온다. 중간 세그먼트(10)에 대해서만, 입사 광선(2-1) 및 출사 광선(2-4)이 입사각 = 반사각(즉 광택각에서의 반사)인 조건을 충족한다. 다른 광선은 각각 국부 광택각에서 세그먼트(10)에 의해 반사되지만, 이는 착색된 커버 플레이트(2)의 평면의 광택각에 대응하지 않으므로 상대적으로 강한 산란이 발생한다. 컬러 필터층(9)과 함께, 플레이트형 부품(1)의 방향 의존성이 크지 않은 균일한 색상 효과를 달성할 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 도시하였고, 착색된 커버 플레이트(2)만 도시하였다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 플레이트형 부품(1)은, 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5)의 구조화 영역(8) 상의 컬러 필터층(9) 외에, 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4) 바로 위에 추가의 컬러 필터층(9')을 갖는다. 전면(4)은 구조화되지 않고, 즉 후면(5)과 유사한 구조화 영역(8)을 갖지 않는다. 오히려, 전면(4)은 생산 부정확성의 한계 내에서 매끄럽다. 두 개의 컬러 필터층(9, 9')은 동일하거나 상이한 광 굴절률과 층 두께를 가질 수 있다. 두 개의 컬러 필터층(9, 9')에 대해 동일한 광 두께 n*d가 선택되는 경우, 관찰자에 도달하는 빛이 컬러 필터층을 총 세 번 통과하고 더 많이 필터링되기에, 플레이트형 부품(1)의 색상이 향상될 수 있다. 광학 두께가 크게 다르게 코팅되는 경우, 혼합된 색상이 생성될 수 있다.
착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)이 무기질이고 화학적으로 불활성이며 단단한 층으로 구성되는 Si3N4와 같은 컬러 필터층(9')으로 코팅되는 경우, 이는 플레이트형 부품(1)을 위하여 높은 내긁기성, 내화학성 및 방오성 효과를 발생시킨다. 또한, TiO2와 같은 광촉매층의 사용은 자가세척 효과를 발생시킨다.
전면(4) 상에 배치된 이러한 추가 층은, 착색된 커버 플레이트(2)의 광 굴절률보다 작은 광 굴절률을 갖는 얇은 반사방지층일 수 있고, 이에 의해 착색된 커버 플레이트(2)(예를 들어, 유리)의 실질적으로 백색 반사를 억제하고 색상의 포화도를 증가시킨다.
도 25는 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 추가 실시예를 도시하였고, 착색된 커버 플레이트(2)만 도시하였다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 차이점만 설명하였고, 공통점들은 위의 설명을 참조한다. 플레이트형 부품(1)의 착색된 커버 플레이트(2)의 후면(5)은 컬러 필터층(9)이 배치되는 구조화 영역(8)을 갖는다. 또한, 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4)은 또한 구조화 영역(8')을 갖는다. 전면(4) 상에 컬러 필터층이 배치되지 않는다. 두 개의 구조화 영역(8, 8')은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 도 25의 실시예에서, 모든 세그먼트(10)는 최대 45°의 경사각을 갖는다. 후면(5)의 구조화 영역(8)의 세그먼트(10)와 대조적으로, 도 25의 플레이트형 부품(1)의 전면(4)의 구조화 영역(8')의 세그먼트(10')는 거칠기 조건이 없다.
전면(4) 상에 배치된 이러한 추가층은 또한 착색된 커버 플레이트(2)의 광 굴절률보다 더 작은 광 굴절률을 갖는 얇은 무채색의 반사방지층일 수 있고, 이에 의해 착색된 커버 플레이트(2)(예를 들어, 유리)의 실질적으로 백색 반사를 억제하고, 색상의 포화도를 증가시킨다. 그러나, 전면(4)에 배치된 추가층은 착색된 커버 플레이트(2)와 동일한 광 굴절률을 가질 수도 있다. 이 경우, 층은 수분 및 기타 공기속의 부식성분으로부터 착색된 커버 플레이트(2)를 보호하는 역할만 한다. 에칭에 의해 생산된 새틴 처리된 유리는 평면 또는 롤형 유리보다 습과 열에 더 민감한 것으로 나타났다. 에칭된 소다-석회 유리의 경우, 추가층은 예를 들어 스퍼터링된 얇은 SiO2 층일 수 있다.
이들 실시예에서, 전면을 빠져나온 후 개선된 각도 안정성을 가진 기대하는 색을 실현하기 위하여, 빛은 착색된 커버 플레이트를 적어도 한 번 통과해야 하고, 내부 컬러 필터층에 의해 반사되어야 한다.
이론적으로, 플레이트형 부품(1)은 백 레일, 드릴된 포인트 홀더, 클램핑 스트립 등과 같은 적절한 고정하는 기술로 파사드에 장착될 수 있다. 고정 기술은 플레이트형 부품(1)을 정면에 장착하는 데에도 사용될 수 있다. 서스펜션 시스템은 커튼월 환기 파사드에 자주 사용되며, 여기서 폼 핏(form fit)을 통해 결합된다.
도 26은 상업적으로 이용 가능한 다각 비색계(17)(다각도 색상 측정)를 사용하여 본 발명에 따른 플레이트형 부품(1)의 확산 산란을 결정하기 위한 측정 배열을 예시한다. 구조화 영역(8)은 완전히 착색된 커버 플레이트(2)(예를 들어, 유리) 위에서 확장되는데, 여기서 구조화 영역(8)은 구체적으로 도시하지 않았다. 여기서, 광선은 상이한 입사각으로 특징화될 플레이트형 부품(1)의 전면(4)을 향하고, 산란광 또는 반사광은, 예를 들어, 착색된 커버 플레이트(2)의 평면의 법선에 대해 15° 또는 45°와 같은 상이한 관찰각에서 스펙트럼적으로 측정된다. 착색된 커버 플레이트(2) 아래에는 불투명 후방 요소(14)가 있으며, 이는 예를 들어 흑색의 무광택 층으로 형성된다(예를 들어, 굴절률이 약 1.5인 액체와 결합). D65 표준 조명 및 10° 구경 각도를 갖는 L-a-b 시스템에서, 다각 비색계(17)를 이용하여 밝기를 결정한다. 45° 및 15° 관찰각, 및 45°의 입사각에서 모두 양호한 각도 안정성(즉, 산란광의 낮은 각도 의존도)이 제공되는데, 이들 각각 광택각에서 측정되고, 여전히 L = 10, 바람직하게는 L = 15, 및 보다 더 나은 L= 20의 밝기를 갖는다. 착색된 커버 플레이트(2)의 전면(4) 및/또는 후면(5)의 적어도 하나의 구조화 영역(8) 으로 인해 , 적어도 L = 10의 밝기는 45° 및 15° 관찰각 및 45°의 입사각 모두에서 달성될 수 있으며, 각각의 경우는 광택각(양 방향에서)에서 측정된다. 각도는 다음과 같이 이해된다: 반사각(표면 법선/입사각(광택각 참조)). 예를 들어, 관찰각이 45°(표면 법선에 대해 측정됨) 및 입사각이 45°(광택각으로부터 측정)인 경우, 입사광은 표면에 대해 정확히 수직으로 입사한다(45/45). 관찰각이 15° 및 입사각이 45°인 경우, 입사 방향은, 관찰 방향과 같은 측의 표면 법선으로부터 30°이다(15/45). 다각 비색계(20)는 표면 법선에 대해 45° 또는 15°의 관찰각에 위치된다.
도 5는 약하게 구조화된 판유리(유형 A), 더 강하게 구조화된 판유리(특수 에칭된 유리, 유형 B) 및 또 다른 적절하게 구조화된 유리(유형 C)의 공초점 현미경으로 측정한 높이 프로파일(각도 분포)을 나타낸다. 약하게 구조화된 판유리(A형)는 구조가 매우 크고 경사각이 5~10°에 불과하며; 유형 B인 에칭된 판유리의 구조는 80-100μm(유리 평면에서 산(mountain)에서 산까지의 거리) 범위이고, 약 17°의 평균 각도를 갖는다. 프로파일로미터(profilometer)로 측정한 평균 구조 깊이는 14μm(산에서 골(valley)까지의 높이)이다. 도5에서 볼 수 있듯이, 약간 텍스처된 유리(A형)의 경우, 광택각으로부터 20°-30°보다 큰 각도에서 반사 강도(L-값으로 측정)가 거의 없다. 유형 B의 텍스처된 유리는, 45as45 또는 15as45에서 여전히 선명한 밝기를 볼 수 있다. 유형 B 유리의 높이 프로파일을 측정하면, 다음의 구조적 특성을 찾아볼 수 있다: 구조의 폭(B) 대 높이(H)의 종횡비는 B:H > 3:1 및 B:H < 10:1이고, 경사각이45°인 구조의 종횡비는 2:1이다. 또 다른 적절하게 구조화된 유리(유형 C)는 표면 세그먼트의 각도 분포가 유사하고, 다각 비색계로 측정하였을 때, L의 각도 안정성도 우수하다. 그러나 구조 크기는 훨씬 작은데, 산에서 산까지의 거리는 30μm이고, 산과 골 사이의 높이는 4μm이다. 이는 다시 유형 B와 유사한 16°의 평균 기울기 각도를 생성한다. 적어도 몇 마이크로미터에서 수백 마이크로미터에 이르는 매우 넓은 크기 범위에서, 밝기의 각도 분포에 있어서 중요한 것은, 절대 구조 크기가 아니라 매우 유사한 경사각 분포이다. 평균 경사각이 20°-30°인 다른 분포도 유리할 수 있다. 경사각이 너무 가파르면 다중 반사 가능성이 현저하게 증가한다.
도 6은 다각 비색계(x-rite MA-T12)로 측정한 코팅되지 않은 구조화 유리의 밝기를 나타내는 그래프이다. 본질적으로 텍스처된 표면의 반사가 측정되도록 하기 위하여, 양면이 검게 칠해진 무광 유리는 얇은 글리세린 층(굴절률 n=1.47)의 도움으로 전면 유리의 뒷면에 광학적으로 결합된다. 본 발명에 따른 적합한 구조화된 전면 유리(예를 들어, 유형 B 또는 C, 헤이즈 92%-94%)는 전반적으로 약하게 텍스처된 태양광 유리(유형 A, 로울(rolled) 유리, 헤이즈 = 2%) 또는 구조화되지 않은 플로트 유리(헤이즈<0.5%)보다 훨씬 더 높은 확산 반사광 강도를 나타낸다. 평평한 플로트 유리는 광택 각도에서만 반사가 이루어 지는데, 이 방법으로 측정하지 않았다. 특히 광택각으로부터 멀리 떨어진 각도에서, 본 발명에 따른 구조화된 유리를 통하여 여전히 선명한 밝기를 볼 수 있다. 이 효과는 컬러 필터층과 결합하여 유리하게 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 플레이트형 부품은 외부에 적어도 하나의 구조화된 측면 및 외부에 적어도 하나의 컬러 필터층을 갖는다. 적어도 하나의 컬러 필터층이 확산 산란 유리 요소에 적용되기 때문에, 서로 다른 시야각에서 미세한 표면 요소가 발견되고, 그 기울기는 입사각=반사각인 반사 조건을 충족한다. 그 결과 방향에 덜 의존하는 평균적인 색감을 실현할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 내부에 적어도 하나의 컬러 필터층을 갖고, 적어도 하나의 구조화된 측면(외부 또는 내부)을 갖거나 양측이 모두 구조화된다. 적어도 하나의 구조화된 층의 확산 효과로 인해, 내부의 컬러 필터층에서 반사되어 다른 방향으로 다시 나타나는 많은 상이한 광 경로가 있으므로, 양측이 모두 매끄러운 유리를 사용하는 것보다 훨씬 더 큰 밝기의 각도 안정성을 달성한다. 이러한 경우, 광택각으로부터 멀리 떨어진 다른 각도에서도 기대하는 색상 효과를 생성할 수 있도록, 빛은 적어도 한번은 유리를 통과하고 다시 밖으로 되돌아와야 한다.
구조화된 측면과 적어도 하나의 컬러 필터층이 외부에 있는 경우, 적어도 하나의 구조화된 표면의 확산 효과는 외부의 컬러 필터층에서 서로 다른 방향으로 반사를 유도하는 많은 상이한 광 경로가 있음을 의미하는데, 이를 통해, 양측이 모두 매끄러운 유리보다 훨씬 더 큰 밝기의 각도 안정성을 달성한다. 임의의 경우에서, 구조는 가시광선의 파장보다 큰 범위의 패싯(facet)과 구조 크기를 가져야 한다. 입사 파면에 대해 컬러 필터층에서 간섭을 발생시키려면, 표면 세그먼트가 충분한 평면이어야 한다(예를 들어, 거칠기가 컬러 필터층 두께의 15% 미만 또는 10% 미만). 최대 두께가 수백 나노미터인 층에 대하여 경사지게 입사하는 경우에서도 보강 또는 상쇄 간섭에 대한 간섭 조건을 허용하기 위해, 표면 세그먼트는 최소 크기를 가져야 하는데, 즉 가장자리 길이 또는 직경의 크기가 1μm인 것이 요구되는데, 그렇지 않은 경우, 상부 인터페이스에서 직접 반사된 파속(wave packet)은, 하부 인터페이스에서 반사되고 측방향 오프셋을 종료하는 파속과 간섭할 수 없다. 입사각 및 층 두께가 증가함에 따라, 하부 경계면에서 반사된 빛의 출구점이 세그먼트에서 점점 더 측방향으로 변위된다. 적절한 유리는 예를 들어 몇 마이크로미터에서 몇 10 μm까지의 범위의 구조로 에칭에 의해 제조될 수 있다. 그러나 구조 크기는 예를 들어 로울 유리에서와 같이 밀리미터 이하 범위일 수도 있다. 구조는 경사각의 넓은 분포와 함께 서로 다른 표면 경사를 갖는 것이 바람직하다. 구조는 또한 레이저에 의해 제조되거나, 인쇄 기술 또는 유사한 기술을 이용하여 투명 커버 층을 적용하고 구조화함으로써 제조될 수 있다.
플레이트형 부품(1)의 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은 적어도 하나의 고굴절률층을 포함하는데, 고굴절률층은 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 2.5보다 큰 굴절률(n), 및 450nm 미만에서 적어도0.2, 및 700nm 초과에서 0.2보다 작은, 바람직하게는 0.1보다 작은 흡광 계수를 갖는 재료로 이루어 진다. 선택적으로, 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은 2.5 보다 작은 굴절률을 갖는 투명 유전체 재료로 만들어진 적어도 하나의 굴절층을 포함할 수 있다. 시작부분에서 이미 언급한 바와 같이, 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은, 고굴절률층(HTM) 및 저굴절률층(TD)을 포함하는 2중층, 고굴절률층(HTM)이 두 개의 저굴절률층(TD) 사이에 배치되거나, 저굴절률층(TD)이 두 개의 고굴절률층(HTM) 사이에 배치되는 3중층, 또는 두 개의 고굴절률층(HTM) 및 두 개의 저굴절률층(TD)이 교대로 배치되어, 고굴절률층(HTM)이 두 개의 저굴절률층(TDS) 사이에 배치되고, 저굴절률층(TD)이 두 개의 고굴절률층(HTM) 사이에 배치되는 4중층을 갖는 것이 유리할 수 있다.
컬러 필터층에 Si3N4, SiO2, SiON, ZrO2 또는 TiO2 (일반 유전체)와 같은 비흡수성 재료를 사용하는 경우, 사용 가능한 굴절률은 가시광선(380nm - 780nm)에서 n=3 이하의 값으로 제한된다. 시뮬레이션(천이 행렬법)에 따르면, 유리에 얇은 Si3N4층(예를 들어, 50 -70nm)을 사용하여 L=55의 휘도를 갖는 무색 반사(색도 c < 3)를 생성할 수 있다. ZrO2를 사용하면 L=60에 도달하고, TiOx를 사용하면 L=70에 도달한다(아래 표 1 참조).
표 1 백색 음영(white shade)용 층 패키지(Layer package)
그러나 백색 색감의 경우, L = 85 및 그 이상의 값이 필요하다. SiO2와 결합한 재료의 더 복잡한 다층을 사용하는 경우, 
더 높은 값을 얻을 수 있다. 그러나 요구되는 층 두께가 현저하게 높아지고 각도 의존도이 크게 증가한다. 촉매 효과와 UV에 의한 활성화로 인해, TiOx는 또한 매우 중요하다. 내부에 TiOx 코팅된 태양광 모듈은 컬러 코팅과 가장자리 씰 사이에 상당한 반응을 보여준다. 외부 코팅의 경우에도, 내부에 대한 스퍼터링으로 인해 열화 및 광학적 결함이 여전히 눈에 띈다.
백색톤(L>80, c<3.5)을 얻기 위해, 가시광선에서의 반사율이 평균 R=65%여야 한다. 관련 파장 범위는 400nm에서 700nm 사이이다. 이를 몇 개의 층으로 구성된 단순한 층 시스템으로 달성하고자 하는 경우, 재료의 굴절률은 3.0보다 커야 하며, 바람직하게는 3.5보다 커야 한다. 700nm 초과에서 가능한 최고의 효율을 달성하려면, 투과율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상이어야 한다. 대응되게, 흡수 및 반사는 작아야 한다. 실리콘 또는 CIGS로 만들어진 태양광 셀은 700nm 내지 1250nm 사이에서 여전히 높은 스펙트럼 감도를 갖고 있다. 일반적으로 투명한 전면 유리를 갖는 태양광 모듈에 비해 효율 손실을 줄이려면, 컬러 필터는 근적외선에서 가능한 투명해야 한다.
반도체에 관한 물리학 출판물 및 교과서를 통하여, 결정질, 미세결정질 및 수소 부동태화 비정질 실리콘(a-Si:H) 및 GaP, GaAs 또는 Ge와 같은 기타 반도체의 굴절률 및 흡광 계수의 특성이 널리 알려져 있다(예를 들어, Seyed Sadreddin Mirshafieyan 및 Junpeng Guo, Opt. Express 22, 31545-31554(2014)). 특징적으로, 이러한 재료는 380nm 내지 780nm의 가시적인 파장 범위에서 n=3 이상의 매우 높은 굴절률을 갖고 있고, 300nm 내지 400nm의 범위에서 최대값을 가지는데, 그 값은 n=4에서 최대 n=7까지이다. 흡광 계수의 값은 250nm 내지 250nm 범위에서 매우 높은데, 그 값은 k=2에서 k=6 이상이다. 하지만, 400nm 내지 500nm 이상에서, 흡광 계수는 0.2 이하로 현저하게 떨어지고, 800nm 이상의 근적외선(NIR)에서 궁극적으로 0.01 이하로 떨어진다.
또한 비정질 실리콘, 수소 및 원소 C, Ge 또는 O의 혼합 시스템도 적합하다. O, C 및 Ge를 추가하여 광학 특성을 더 개질함으로써, 높은 반사율, 낮은 색도 및 NIR에서 높은 투과율을 얻을 수 있다. 위와 같은 굴절률 및 흡광 계수를 갖는 재료는 본 발명에 따른 고굴절률층용 재료이다. SiO2, S3N4, SiON과 같이 굴절률이 <2.2이고 k=0인 투명 절연 유전체는 본 발명에 따른 저굴절률층용 재료이다.
실리콘과 질소의 혼합 시스템도 적합하다. 화학량론적인 Si3N4에서 시작하여, 질소에 대한 실리콘의 비율을 높일수록 굴절률을 증가하고 청색의 흡수 가장자리가 생성된다. 산소 혼합물을 사용하면 광학 특성이 더욱 다양해질 수 있으므로 일반적인 실리콘이 풍부한 SION 코팅이 적합하다. 바람직하게는, 질소 함량은 산소 함량보다 커야 한다.
모든 실리콘 기반 재료는 알루미늄을 포함할 수도 있다. 스퍼터링 공정을 개선하기 위해, 실리콘에 최대 10% 알루미늄이 포함된 스퍼터링 타겟을 사용한다.
또한, 위에서 언급한 적절한 광학 특성을 가진 다양한 전이 금속 산화물(예를 들어, Cu2O or Fe2O3)도 있다. 일부 금속 설파이드 또는 금속 셀레니드(예를 들어, Mo2S3 or Mo2Se3)도 동일하게 적합한 광학 특성을 갖고 있다. 그러나 금속 설포셀레나이드의 경우 경도 및 접착력이 낮아 접착 및 안정성 문제가 발생할 수 있다.
전기 절연 또는 전위 유도 열화(Potential Induced Degradation, PID)와 관련된 문제를 방지하기 위하여, 층은 도핑되지 않고 절연성이 높아야 한다. 층/층 스택의 저항(R)은 1000V의 전압과 일광에서 2cm의 측정 전극 거리에서 10GOhm 이상, 102GOhm 이상이어야 한다. 특정 암 저항은
이상이어야 하며, 더 바람직하게는
이상이어야 한다.
굴절률이 <2.2인 SiO2, S3N4, SiON과 같은 일반적인 유전체를 갖는 다층을 사용하는 경우, 전류 손실을 훨씬 더 줄일 수 있다. 3중층의 예는 위의 표 1에서 찾아볼 수 있다.
요약하면, 위의 구조(내부, 외부 또는 양면 텍스처된 및 내부, 외부 또는 양면 코팅된) 중 하나의 텍스처된 유리에 있는 다음의 컬러 필터층은 백색(L>80, c<3.5)에 적합하다:
고굴절 및 부분적으로 투명한 재료(HTM)는, 굴절률이 파장 범위 400nm 내지 700nm에서, 3.0 보다 크고, 바람직하게는 3.5보다 크며, 흡광 계수가 700nm 초과, 바람직하게는 500nm 초과에서 0.2보다 작고, 바람직하게는 0.1보다 작다. 특히 적합한 HTM의 예로는: 결정질 또는 미세결정질 Si, 비정질 a-Si:H, a-SiC:H, a-SiO:H, a-SiGe:H, 실리콘이 풍부한SixNy, 실리콘이 풍부한 SixNyOz (y>z)가 있다. HTM의 층 두께는 30nm보다 작고 5nm보다 커야 한다. 층/층 스택의 저항(R)은 1000V의 전압과 일광에서 2cm의 측정 전극 거리에서 10GOhm 이상, 바람직하게는 102GOhm 이상이어야 한다. 특정 암 저항은
이상이어야 하며, 더 바람직하게는
이상이어야 한다.
예를 들어, 컬러 필터층은 정확히 하나의 고굴절률(HTM)층(단일층)을 갖는다.
예를 들어, 컬러 필터층은 정확히 하나의 고굴절률(HTM)층과 정확히 하나의 저굴절률(TD)층(2중층)을 갖는데, 즉, 유리/HTM/TD 또는 TD/HTM/유리의 2중층이다. 외부 코팅의 경우, DT가 가장 최상층에 있는데, 즉 공기와 접촉하는 가장 바깥쪽에 있고, 내부 코팅의 경우 라미네이션 필름과 접촉하는 가장 안쪽에 있어야 한다.
컬러 필터층은 예를 들어 정확히 하나의 고굴절률층(HTM)과 정확히 두 개의 저굴절률층(TD) 또는 대안적으로 정확히 하나의 저굴절률층(TD)과 정확히 두 개의 고굴절률층(HTM)을 갖는다(3중층). 즉, 3중층은 HTM/DT/HTM/유리 또는 유리/DT/HTM/DT 또는 유리/DT/HTM/DT 또는 DT/HTM/DT/유리 이다.
컬러 필터층은 예를 들어 교대로 배치된 정확히 두 개의 고굴절률층(HTM) 및 정확히 두 개의 저굴절률층(TD)을 가지며, 이들은 교대로 배치된다(4중층). 즉, 4중층은 유리/HTM/DT/HTM/DT 또는 DT/HTM/DT/HTM/유리 이다.
적색 플레이트형 부품, 특히 태양광 모듈은Si3N4, ZrO2 또는 TiOx와 같은 일반적인 유전체 투명 재료(TD)의 단일 또는 2중층과의 간섭 기반으로 생산될 수 없다. Si3N4 또는 TiOx의 단일층에서, 층 두께를 증가시켜 1차 최대값을 적색 파장 범위(>600nm)로 이동시킬 수 있지만, 그러면 2차 최대값은 이미 청색을 나타난다. 최대값 사이의 거리는 굴절률이 감소함에 따라 증가하지만, 저굴절률의 경우에는 그 거리는 이미 너무 작다(1과 1.5 사이). 또한, 간섭 최대값은 단일층 또는 2중층에 대해 너무 넓다: 인간의 눈에 있어서, 적색(L-콘(cone)) 및 녹색(M-콘(cone))에 대한 광수용기 시각 색소의 스펙트럼 흡수 곡선은 매우 강하게 중첩된다. 강한 적색 톤의 경우, L 콘과 M 콘의 신호 차이가 결정적이다. 가능한 포화된 적색톤의 경우, 580nm 내지 620nm 사이의 색상 스펙트럼에서 상대적으로 가파른 상승이 필요하다. 과도하게 평평한 상승은 적색과 녹색의 혼합으로 인해 황색톤으로 이어진다. 증가하는 층 두께로 인한 이동은 항상 같은 방식으로 금색톤에서 보라색 또는 자주색 톤으로 이어진다.
HTM 기반의 컬러 필터를 사용하면 훨씬 더 나은 청색이 제어(low-blue)되고 각도가 안정적인 적색톤을 생성할 수 있다. 두 가지 다른 속성은 다음에 기여한다. 첫째, 굴절률이 매우 높다. 이는 컬러 필터층를 매칭시키는데 필요한 층 두께를 줄인다. 그 결과 각도 안정성이 크게 향상된다. 둘째, 청색을 보다 더 흡수하기에, 반사 스펙트럼에서 청색 부분을 감소한다.
도 6은 실리콘 함량이 증가하는 유리에서의 SixNy의 반사 스펙트럼을 나타내고, 도 7은 평면 플로트 유리에서 증가하는 실리콘이 풍부한 SixNy층의 흡수 스펙트럼(A=1-T-R)을 나타낸다. 막 두께는 약 260nm이다. 실리콘 함량이 증가함에 따라 적색 스펙트럼 범위의 반사는 크게 증가하는 반면 청색 부분은 감소된다. 실리콘 함량이 증가함에 따라 청색의 흡수가 증가한다.
이러한 실리콘이 풍부한 SixNy 단일층을 사용하면, 구조화된 유리에 내부 코팅으로서 L=41, h=5 및 c=31인 적자색 태양광 모듈을 생산할 수 있고, 외부 코팅으로서 L=60, h=29 및 c=31인 올드 핑크(old pink) 태양광 모듈(Di:8°, D65에서 측정) 을 생산할 수 있다. SiO2의 얇은 층(또는 다른 TD)과 결합함으로써, 청색은 더욱 제어되고, 습기로부터 층을 보호할 수 있다. 또한, 백색 모듈과 마찬가지로, 최상층은 전기 절연성을 향상시킨다.
다층 스택과 두꺼운 층을 사용하면, HTM 없이도 TiOx, SiO2, Si3N4 또는 ZrO2와 같은 투명 유전체 재료(1.5 < n < 2.8)로부터 적색톤을 생성할 수 있다. 그러나 상대적으로 큰 층의 총 두께와 긴 광학 경로 길이로 인해 각도 안정성이 너무 낮다. 상이한 관찰각 및 조명각에서 색상은 너무 많이 변경된다. 더 큰 각도에서 최대값은 적색에서 황색-주황색 영역으로 이동하는데, 예를 들어, 유리 위의110nm-SiN-90nm SiO2-90SiN TiO2 층 패키지는 L=47.2 a=38.9 및 b=20.8의 적갈색을 제공한다. 그러나 20°와 50° 사이에서, 색은 
에 의해 금색으로 바뀐다.
HTM은 3중층 또는 4중층을 통해 훨씬 더 얇은 층 두께로 적색톤을 생성할 수 있다. 예를 들어, 위에 표시된 적갈색에 대응되는 비정질 실리콘을 사용하여 시뮬레이션을 통해 적색톤을 생성할 수 있다: L=47, a=36, b=19인 4nm aSi-45nm SiN-18nm aSi 유리. 훨씬 더 작은 광학 경로 길이로 인해, 20°와 50° 사이의 
은 위에 표시된 
에 비해 훨씬 더 큰 각도 안정성을 보여준다. 여기서 예상되는 전류 손실은 30%이다.
3중층 또는 4중층이 있는 결정질 Si의 n 및 k 분산 데이터를 사용하여 강한 적색을 시뮬레이션할 수도 있다. 추가 예시는 아래 표 2에서 찾아볼 수 있다.
표 2 적색 음영(red shade)용 층 패키지(Layer package)
따라서 보다 각도 안정적이고 포화상태이며 청색이 제어된 적색톤을 생성하려면, 위와 같은 특성을 가진 구조화된 유리 요소(내부, 외부 또는 양면)의 컬러 필터가 적합하고, 다음의 변경 사항이 적용된다:
컬러 필터는, 굴절률이 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 2.5보다 크고, 바람직하게는 3.0보다 크며, 흡광 계수가 450nm 미만에서 적어도 0.2이고, 700nm 초과에서, 바람직하게는 500nm 초과에서 0.2보다 작고, 바람직하게는 0.1인, 고굴절률을 갖고 부분적으로 투명한 재료(HTM)인 적어도 하나의 층을 포함한다. HTM의 층 두께의 범위는 5nm에서 300nm 일 수 있다.
백색 및 적색 플레이트형 부품은, 위에서 설명한 HTM을 갖는 구조화된 전면 유리 상의 컬러 필터의 주요 응용이다. 그러나 유리한 특성(VIS에서 높은 굴절률, 700nm 이상 또는 500nm 이상의 낮은 흡수율)을 다른 색상에 사용할 수도 있다.
2중층인 TD/HTM/유리를 사용하면, 얇은 HTM 층과 50-150nm 범위의 TD 층 두께로, 좋은 각도 안정성과 적당한 효율 손실을 갖는 밝고 포화도가 높은 다양한 색상을 생성할 수 있는데, 예를 들어, 110nm SiN/10nm/유리로부터 L=50, c=46, h=245, E20°50°=11 및 Jscloss=-15%인 청색과 같은 것이 있다. 가능한 조합은 매우 많다. 중요한 것은 투명 유전체 TD와 한층 또는 두층의 HTM층이 교대하는 것이다.
HTM은 반응성 스퍼터링, CVD, ALD, 증발(열 또는 전자빔) 등과 같은 널리 알려진 다양한 코팅 공정을 통해 유리에 증착될 수 있다. 필름 두께가 상대적으로 얇기 때문에 ALD가 바람직하다. ALD 및 CVD는 또한 구조화된 표면의 우수한 컨포멀 커버리지(conformal coverage)를 생성한다.
본 발명의 상기 설명에서 알 수 있듯이, 본 발명은 방향성이 거의 또는 전혀 없이 매우 균질하고 강렬한 색상을 갖는 개선된 플레이트형 부품을 제공한다. 특히, 플레이트형 부품은 특히 유리한 방식으로 백색 또는 적색으로 제공될 수 있다. 플레이트형 부품은 다양한 모양과 크기로 비용 효율적으로 제조될 수 있으며 간단한 방식으로 파사드에 통합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 파사드 건축의 실행 및 지붕 조립식 또는 개방 공간을 위한 컬러 모듈로서의 태양광 모듈의 가능한 적용에서 상당한 이점을 가져오는 혁신을 제공한다.
1: 플레이트형 부품
2: 커버 플레이트
3: 기계적으로 지지하는 판유리
4, 4': 전면
5, 5': 후면
6: 접착제층
7: 접촉 표면
8, 8': 구조화 영역
9, 9': 컬러 필터층
10, 10': 세그먼트
11: 제1 구역
12: 제2 구역
13, 13': 중간층
14: 후방 요소
15, 15': 복합 판유리
16: 캐리어 기판
17: 다각 비색계
18: 태양광 셀
19: 마스킹 층
20: 태양광 모듈
V: 앞측
R: 뒤측
U: 외부 환경
2: 커버 플레이트
3: 기계적으로 지지하는 판유리
4, 4': 전면
5, 5': 후면
6: 접착제층
7: 접촉 표면
8, 8': 구조화 영역
9, 9': 컬러 필터층
10, 10': 세그먼트
11: 제1 구역
12: 제2 구역
13, 13': 중간층
14: 후방 요소
15, 15': 복합 판유리
16: 캐리어 기판
17: 다각 비색계
18: 태양광 셀
19: 마스킹 층
20: 태양광 모듈
V: 앞측
R: 뒤측
U: 외부 환경
Claims (15)
- 플레이트형 부품(1)에 있어서,
투명한 커버 플레이트(2) 및 상기 커버 플레이트(2)에 부착된 적어도 하나의 평면 후방 요소(14)를 포함하고, 상기 커버 플레이트(2)는 외부 환경을 향하는 전면(4)과 후방 요소(3)를 향하는 후면(5)을 가지며, 상기 전면 및 후면으로부터 선택된 적어도 하나의 표면(4, 5)은 적어도 하나의 구조화 영역(8, 8')을 갖고, 미리 결정된 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위한 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')이 상기 전면 및 후면으로부터 선택된 적어도 하나의 표면(4, 5)에 배치되며,
- 상기 적어도 하나의 구조화 영역(8, 8')은
i) 상기 커버 플레이트(2)의 평면에 수직이고, 피크(peak)와 골(valley)을 포함하는 높이 프로파일을 갖고, 상기 피크와 골 사이의 평균 높이 차이는 적어도 2μm이고,
ii) 상기 구조화 영역의 적어도 50%는 상기 커버 플레이트(2)의 평면에 대해 경사진 세그먼트로 구성되고, 상기 커버 플레이트(2)의 평면에 대해, 상기 세그먼트의 적어도 20%는 0°보다 크고 최대 15°까지의 범위의 경사각을 가지며, 상기 세그먼트의 적어도 30%는 15°보다 크고 최대 45°까지의 범위의 경사각을 갖고,
iii) 상기 세그먼트는 각각 평면이고, 적어도 1μm2의 세그먼트 면적을 가지며, 상기 세그먼트는 각각 상기 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')의 층 두께의 15% 보다 작은 평균 거칠기를 갖는,
특징을 갖고, 및
- 상기 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은 적어도 하나의 고굴절률층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 굴절층은 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 2.5보다 큰 굴절률을 가지며, 450nm 미만에서 적어도 0.2, 700nm 초과에서 0.2보다 작은, 특히 0.1보다 작은 흡광 계수를 갖는, 플레이트형 부품. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 고굴절률층은 500nm 초과에서 0.2보다 작은, 특히 0.1보다 작은 흡광 계수를 갖는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 고굴절률층은 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위에서 3.0보다 큰, 특히 3.5보다 큰 굴절률을 갖는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 고굴절률층의 층 두께의 범위는 5nm 내지 300nm, 특히 5nm 내지 40nm인, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 고굴절률층은 400nm 내지 적어도 700nm의 파장 범위 및 5nm 내지 40nm의 층 두께 범위에서 3.0보다 큰, 특히 3.5보다 큰 굴절률을 갖는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은 투명 유전체 재료의 적어도 하나의 저굴절률층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 저굴절률층의 굴절률은 2.5보다 작은, 플레이트형 부품(1). - 제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 저굴절률층의 층 두께는 10nm보다 크고 250nm보다 작은, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 컬러 필터층(9, 9')은:
- 고굴절률층과 저굴절률층으로 구성되는 2중층, 또는
- 고굴절률층이 두 개의 저굴절률층 사이에 개재되거나, 저굴절률층이 두 개의 고굴절률층 사이에 개재되는 3중층, 또는
- 두 개의 고굴절률층과 두 개의 저굴절률층이 교대로 배치되어, 고굴절률층이 두 개의 저굴절률층 사이에 배치되고 저굴절률층이 두 개의 고굴절률층 사이에 배치되는 4중층을 포함하는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후방 요소(14)는 광발전 에너지 생성을 위한 태양광 셀(18)을 갖는 지지 기판(16)을 포함하는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후방 요소(14)는
- 상기 커버 플레이트(2)의 코팅, 특히 불투명 코팅,
- 투명 접착제, 특히 투명 접착 필름에 의해 상기 커버 플레이트(2)에 견고하게 결합된 필름, 특히 불투명 필름, 또는
- 투명 접착제, 특히 투명 접착 필름에 의해 상기 커버 플레이트(2)에 견고하게 결합된 강체(rigid body), 특히 불투명 강체로 형성되는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후방 요소(14)는 기계적으로 지지하는 판유리(3)를 포함하는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버 플레이트(2)의 상기 전면(4)은 적어도 하나의 구조화 영역(8)을 갖고, 컬러 필터층(9)이 미리 결정된 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위해 상기 구조화 영역 위에 배치되는, 플레이트형 부품(1). - 제12항에 있어서,
i) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 구조화 영역 및 컬러 필터층을 갖지 않고, 또는
ii) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 구조화 영역을 갖지 않고, 추가 컬러 필터층(9')이 미리 결정된 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위해 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5) 위에 배치되거나, 또는
iii) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 적어도 하나의 구조화 영역(8')을 갖고, 컬러 필터층(9')이 미리 결정된 파장 범위 내의 빛을 반사하기 위해 상기 구조화 영역(8') 위에 배치되는, 플레이트형 부품(1). - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
미리 결정된 파장 범위 내의 광을 반사하기 위한 컬러 필터층(9)은 상기 커버 패널(2)의 상기 후면(5) 위에 배치되고, 상기 후면(5) 및/또는 상기 전면(4) 각각은 적어도 하나의 구조화 영역(8, 8')을 가지며, 상기 전면(4)은 적어도 하나의 구조화 영역(8)을 갖거나, 또는 미리 결정된 파장 범위 내의 광을 반사하기 위한 추가 컬러 필터층(9')이 상기 전면(4) 위에 배치되는, 플레이트형 부품(1). - 제14항에 있어서,
i) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 구조화 영역을 갖지 않고, 상기 전면(4)은 적어도 하나의 구조화 영역(8)을 가지며, 컬러 필터층이 상기 전면(4) 위에 배치되지 않고, 또는
ii) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 적어도 하나의 구조화 영역(8)을 갖고, 상기 전면(4)은 적어도 하나의 구조화 영역(8')을 가지며, 컬러 필터층이 상기 전면(4) 위에 배치되지 않고, 또는
iii) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 적어도 하나의 구조화 영역(8)을 갖고, 상기 전면(4)은 구조화 영역을 갖지 않으며, 컬러 필터층이 상기 전면(4) 위에 배치되지 않고, 또는
iv) 상기 커버 플레이트(2)의 상기 후면(5)은 적어도 하나의 구조화 영역(8)을 갖고, 상기 전면(4)은 구조화 영역을 갖지 않으며, 추가 컬러 필터층(9')이 상기 전면(4) 위에 배치되는, 플레이트형 부품(1).
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| EP20153986.3A EP3859795A1 (de) | 2020-01-28 | 2020-01-28 | Farbiges plattenförmiges bauteil mit strukturierter deckplatte und farbfilterschicht |
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