KR20230024490A - 투명한 적외선 반사 필름 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 굴절률이 서로 다른 박막을 기판 외부에 코팅함으로써 적외선을 차단하여 차량 및 건축물의 내부온도가 올라가는 것을 방지하여, 냉방 에너지 소비를 절감할 수 있도록 하는 투명한 적외선 반사 필름에 관한 것이다.
본 발명에 따른 투명한 적외선 반사 필름은, 투명 기판, 상기 투명 기판의 일면 상에 형성되는 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 형성되는 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 상에 형성되는 제3 유전체층, 상기 제3 유전체층 상에 형성되는 금속층 및 상기 금속층 상에 형성되는 제4 유전체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 투명한 적외선 반사 필름은, 투명 기판, 상기 투명 기판의 일면 상에 형성되는 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 형성되는 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 상에 형성되는 제3 유전체층, 상기 제3 유전체층 상에 형성되는 금속층 및 상기 금속층 상에 형성되는 제4 유전체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 차량 및 건축물에 사용될 수 있는 투명한 적외선 반사 필름에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굴절률이 서로 다른 박막을 투명 기판 외부에 코팅함으로써 적외선을 차단하여 차량 및 건축물의 내부온도가 올라가는 것을 방지하여, 냉방 에너지 소비를 절감하고 안전사고를 예방할 수 있도록 하는 투명한 적외선 반사 필름에 관한 것이다.
최근 차열성 높은 투명한 적외선 반사 필름 개발이 이루어지고 있으며, 특히 냉방 에너지 소비가 증가함에 따라 적외선 차단율이 우수한 투명 필름에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.
적외선 반사 필름에 대한 종래기술로는 적외선 흡수가 가능한 나노입자를 기판에 코팅하여 적외선을 흡수하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 적외선의 흡수를 통해 적외선을 차단하기 때문에 흡수된 열이 차량 및 건축물 내부의 2차 열원으로 작용되는 단점이 있다. 또한 나노입자의 산화로 인해 내구성이 저하되는 단점도 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 최근에는 나노입자가 필요하지 않은 금속 박막을 기판에 코팅하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에 의하면 스퍼터링(sputtering)과 같은 박막 공정을 통해 기판 위에 금속 박막을 증착함으로써, 입사되는 빛에서 적외선을 반사시키는 필름을 제작할 수 있다. 그런데 이 방법의 경우, 증착된 금속 박막의 가시광선 투과율이 낮기 때문에 투명한 필름을 만들기 어려운 한계가 있다.
이상과 같은 방법 외에도 유기물 코팅이나 메타 표면을 이용하여 적외선을 차단하는 필름을 제작하는 방법이 알려져 있으나, 유기물 코팅은 기계적 및/또는 화학적인 내구성이 약한 문제점이 있고, 메타 표면을 이용한 적외선 차단은 제작 공정이 복잡하기 때문에 대면적화 또는 상용화에 어려움이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 굴절률이 서로 다른 박막을 기판 외면에 코팅함으로써 프레넬 반사 특성을 이용하여 적외선 반사 특성이 우수하면서 가시광선 투과도를 양호하게 유지할 수 있는 투명한 적외선 반사 필름을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 투명 기판, 상기 투명 기판의 일면 상에 형성되는 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층 상에 형성되는 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층 상에 형성되는 제3 유전체층, 상기 제3 유전체층 상에 형성되는 금속층 및 상기 금속층 상에 형성되는 제4 유전체층을 포함하는 투명한 적외선 반사 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 투명한 적외선 반사 필름은 파장 400 ~ 800nm 범위에서 가시광 투과도가 50% 이상이면서, 파장 800nm 초과 ~ 2,500nm 범위에서 근적외선 반사도가 50% 이상이고, 파장 2,500nm 초과 ~ 20,000nm 범위에서 적외선 반사도가 50% 이상으로, 건축물 내부로 조사되는 빛에서 적외선을 효율적으로 반사하여 실내 온도를 낮추어 냉방 에너지 사용량을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 투명한 적외선 반사 필름은, 여름철 차량 주차 시 차량 내부가 고온으로 올라가는 것을 방지하여 차량 내부 손상 및 폭발사고를 예방하는 효과가 있다. 예를 들어, 차량 내부에 방치될 수 있는 페트병, 알루미늄 캔, 라이터, 스프레이 등의 고온으로 인한 폭발사고를 방지하고, ABS, PE, PP와 같은 고온에 약한 플라스틱으로 만들어진 차량 내부의 대시보드 열에 의한 열화를 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름의 단면 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 투명한 적외선 반사 필름의 가시광선 투과와 적외선 반사를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름에 포함되는 복수의 박막의 평면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4은 실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름의 평균 광 반사율, 평균 광 투과율 및 평균 광 흡수율 그래프를 나타낸 것이다.
도 2는 투명한 적외선 반사 필름의 가시광선 투과와 적외선 반사를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름에 포함되는 복수의 박막의 평면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
도 4은 실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름의 평균 광 반사율, 평균 광 투과율 및 평균 광 흡수율 그래프를 나타낸 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 '위에' 또는 '상에' 있다고 할 때, 이는 다른 부분에 '접하여 바로 위에' 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름(1)은, 투명 기판(10), 제1 유전체층(20), 제2 유전체층(30), 제3 유전체층(40), 금속층(50) 및 제4 유전체층(60)이 적층된 구조를 가진다.
상기 투명 기판(10)은 빛을 통과시키는 특성이 있으면서 필름 형태로 제조될 수 있는 물질로 만들어진 것이면 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 투명 기판(10)은 고분자(polymer) 또는 유리로 제조될 수 있다. 이때, 투명 기판(10)은 파장 400 ~ 800nm 범위의 가시광선 투과율이 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상의 것이 사용될 수 있다.
고분자는 특유의 가요성이 있기 때문에, 유연성이 요구되는 투명한 적외선 반사 필름이 요구되는 경우에는, 투명 기판으로 고분자를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
투명 기판(10)에 사용될 수 있는 고분자로는, 예를 들어, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate;PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide;PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate;PMMA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate;PEN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 있을 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1 유전체층(20), 제2 유전층(30), 제3 유전체층(40) 및 제4 유전체층(60)은 바람직하게 SiO2, WO3, ZnO, MgO, MoO3, 및 TiO2 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1 유전체층(20)과 제2 유전체층(30)은 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1 유전체층(20), 제3 유전체층(40) 및 제4 유전체층(60)은 파장 400 ~ 2,500nm 범위의 빛에 대해 1 ~ 4의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 적외선의 반사와 가시광선의 투과를 효율적으로 구현하기 위하여, 상기 투명 기판(10) 및 제2 유전체층(30)은 제1 유전체층(20)보다 굴절률이 작은 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 금속층(50)은, 바람직하게 Li, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Au, Al 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1 유전체층(20) 및 제2 유전체층(30)의 두께는 1 ~ 500nm 범위로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 범위의 두께를 가지는 것이 적외선의 반사와 가시광선의 투과를 효율적으로 구현할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 제3 유전체층(40) 및 제4 유전체층(60)의 두께는 1 ~ 50nm 범위로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 범위의 두께를 가지는 것이 적외선의 반사와 가시광선의 투과를 효율적으로 구현할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 금속층(50)의 두께는 1 ~ 50nm 범위로 형성되는 것이 바람직한데, 상기 금속층(50)의 두께가 1nm 미만일 경우 입사되는 적외선의 반사가 충분하지 않고, 50nm 초과일 경우 입사되는 가시광선의 투과가 충분하지 않기 때문이다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름은 파장 400 ~ 800nm 범위에서 가시광 투과도가 50% 이상이고, 파장 800nm 초과 ~ 2,500nm 범위에서 근적외선 반사도가 50% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름은 파장 2,500nm 초과 ~ 20,000nm 범위에서 적외선 반사도가 50% 이상일 수 있다.
이상과 같은 다층박막 구조를 가지는 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름은 다음과 같은 작용을 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름에 입사되는 빛에서 가시광선 투과와 적외선 반사가 이루어지는 현상을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 투명한 적외선 반사 필름에 입사되는 빛에 포함되어 있는 파장 810 ~ 2,500nm 범위의 적외선은 먼저 제4 유전체층(60)을 통과한 후 금속층(50)에 의해 상당량이 반사된다. 그리고 금속층(50)을 통과한 적외선은 다시 제2 유전체층(30)에 의해 상당량이 반사되어 입사된 적외선의 대부분이 반사되고, 소량의 적외선만이 통과하게 된다.
이에 비해, 파장 400 ~ 800nm 범위의 가시광선의 경우, 상당량의 가시광선이 제4 유전체층(60), 금속층(50), 제3 유전체층(40), 제2 유전체층(30), 제1 유전체층(20) 및 투명 기판(10)을 통과하여 투과할 수 있다.
이를 통해, 적외선은 효율적으로 반사하면서 가시광선은 효율적으로 투과할 수 있게 된다.
<실시예>
SiO2를 주성분으로 하는 유리 기판을 준비하였다.
상기 유리 기판의 일면 상에 아르곤 분압 25 mTorr, RF Power 150W 조건으로 스퍼터 진공 증착법을 사용하여 제1 유전체층으로 이산화티타늄(TiO2) 박막을 약 110nm 두께로 형성하였다.
다음으로, 상기 제1 유전체층(TiO2) 위에 증착 속도 0.5nm/s 조건으로 전자빔 증착법을 사용하여 제2 유전체층으로 이산화실리콘(SiO2) 박막을 약 100nm 두께로 형성하였다.
다음으로, 상기 제2 유전체층(SiO2) 위에 아르곤 분압 25mTorr, RF Power 150W 조건으로 스퍼터 진공 증착법을 사용하여 제3 유전체층으로 이산화티타늄(TiO2) 박막을 약 30nm 두께로 형성하였다.
다음으로, 상기 제3 유전체층(TiO2) 위에 증착 속도 0.5nm/s 조건으로 전자빔 증착법을 사용하여 금속층으로 은(Ag) 박막을 약 22nm 두께로 형성하였다.
마지막으로, 상기 금속층(Ag) 위에 아르곤 분압 25mTorr, RF Power 150W 조건으로 스퍼터 진공 증착법을 사용하여 제4 유전체층으로 이산화티타늄(TiO2) 박막을 약 32nm 두께로 형성하여, 투명한 적외선 반사 필름을 제조하였다.
실험예 1 - 투명한 적외선 반사 필름의 두께 확인
실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름의 적층 상태 및 각 박막의 두께를 확인하기 위한 단면조직에 대한 주사전자현미경 분석을 수행하였고, 도 3에 그 사진을 나타내었다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름에는 제1 유전체층(TiO2)과 제2 유전체층(SiO2)은 그 평균 두께가 각각 110nm와 100nm 정도로 형성되어 있고, 제3 유전체층(TiO2), 금속층(Ag), 제4 유전체층(TiO2)을 합한 층의 평균 두께는 약 84nm 인 적층구조를 가진다.
실험예 2 - 투명한 적외선 반사 필름의 평가
실시예에 따라 제조된 투명한 적외선 반사 필름에 광학적 특성 평가를 위해 파장 400nm 내지 2,500nm 영역의 빛을 조사하였다.
상기한 파장의 빛을 조사한 후, 평균 광 반사율, 평균 광 투과율 및 평균 광 흡수율을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
| 구분 | 평균 광 반사율 (파장 810 ~ 2,500nm) |
평균 광 흡수율 (파장 810 ~ 2,500nm) |
평균 광 투과율 (파장 400 ~ 800nm) |
| 실시예 | 93.2% | 0.9% | 69.9% |
표 1과 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 적층구조를 가지는 필름의 경우, 파장 810 ~ 2,500nm의 적외선에 대한 평균 광 반사율은 93.2% 인 반면 평균 광 흡수율은 0.9%에 불과하였다. 즉, 대부분의 적외선은 외부로 반사하고 극히 일부분의 적외선이 흡수되면서 약간의 적외선이 투과되는 특성을 나타내었다.
또한, 파장 400 ~ 800nm의 가시광선에 대한 평균 광 투과율은 69.9%로 입사되는 가시광선의 2/3 정도가 투과되는 양호한 투명성을 나타내었다.
Claims (11)
- 투명 기판;
상기 투명 기판의 일면 상에 형성되는 제1 유전체층;
상기 제1 유전체층 상에 형성되는 제2 유전체층;
상기 제2 유전체층 상에 형성되는 제3 유전체층;
상기 제3 유전체층 상에 형성되는 금속층; 및
상기 금속층 상에 형성되는 제4 유전체층을 포함하는 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 투명 기판은, 유리, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide; PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트 (polyethylenenaphthalate; PEN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 제2 유전체층, 제3 유전체층 및 제4 유전체층은, SiO2, WO3, ZnO, MgO, MoO3, 및 TiO2 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하고,
상기 제1 유전체층과 제2 유전체층은 서로 상이한 물질로 이루어진, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 제3 유전체층, 제4 유전체층은 파장 400nm 내지 2,500nm 범위의 빛에 대해 1 ~ 4의 굴절률을 가지는, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 유전체층은 상기 제1 유전체층보다 굴절률이 작은, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 금속층은 Li, Ti, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Au, Al 중에서 선택된 1종 이상의 원소를 포함하는 금속인, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층 및 제2 유전체층의 두께는 1 ~ 500nm인, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 제3 유전체층 및 제4 유전체층의 두께는 1 ~ 50nm인, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 금속층의 두께는 1 ~ 50nm인, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 투명한 적외선 반사 필름은 파장 400 ~ 800nm 범위에서 가시광 투과도가 50% 이상이고,
파장 800nm 초과 ~ 2,500nm 범위에서 근적외선 반사도가 50% 이상인, 투명한 적외선 반사 필름. - 제1 항에 있어서,
상기 투명한 적외선 반사 필름은 파장 2,500nm 초과 ~ 20,000nm 범위에서 적외선 반사도가 50% 이상인, 투명한 적외선 반사 필름.
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2021
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