특허 개요
본 특허는 실리카 미세입자를 규칙적으로 배열해 빛을 선택적으로 반사하는 콜로이드 결정 광학 필름 제조 기술입니다. 실리카 입자 표면의 수산기와 아크릴레이트계 수지의 아크릴레이트기가 수소결합해 용매화층(solvation layer)을 형성하고, 두 글라스 사이의 분산액에 일방향 전단력을 가해 입자를 배향한 뒤 열처리와 UV 경화로 배열을 고정합니다. 입자 직경, 부피 분율 및 열처리 조건을 조절해 규칙적 배열과 균일한 광학 특성을 확보하는 방식입니다.
- 핵심 기능
실리카 입자와 아크릴레이트계 수지의 분산액을 글라스 사이에 평탄화한 뒤, 상부 글라스를 일정 전단속도로 이동시켜 입자를 한 방향으로 배향합니다. 배향 상태에서 열처리로 결정 도메인 성장을 유도하고 UV 광경화로 배열을 고정해 파장 선택 반사 특성을 갖는 필름을 제조합니다.
- 차별 강점
일반적인 콜로이드 자가조립은 필름 내 입자 배열의 균일성과 반복 제조 재현성을 함께 확보하기 어려운 과제가 있습니다. 본 기술은 용매화층이 형성된 고농도 분산액에 일방향 전단력을 적용하고 경화 전 열처리를 결합해 입자 배향성, 결정성 및 필름 균일도를 높이는 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 구조색 소재, 콜로이드 결정, 광학 필터, 반사형 표시소자 및 광학 센싱 소재 분야에 활용 가능하며, 파장 선택 반사가 필요한 광학 기능성 필름 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 광학 바코드, 표시 장치, 전자기기 부품, 스마트 위변조 방지용 광학 플랫폼 등 시각 식별성과 광학 반사 특성이 필요한 제품군으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
실리카-ETPTA 광학 필름에 전단력을 인가한 실시예와 전단력 미인가 비교예를 비교하여 반사율, 피크 높이 및 반치 전폭을 필름 표면의 여러 위치에서 측정했습니다. 전단 인가 시 입자 배열의 규칙성, 필름 두께 균일성 및 광학 특성이 향상됨을 확인했으며, 대면적 생산과 장기 안정성은 제시되지 않았습니다.
- 시료: 실리카-ETPTA 광학 필름
- 비교 조건: 전단력 미인가 필름과 1/s 전단속도 인가 필름
- 제조 조건: 실리카 직경 204nm, 부피 분율 50% 또는 30%, 70°C·15분 어닐링 후 UV 경화
- 측정 방식: 평균 두께 70μm 필름 표면 9개 위치의 반사율·피크 높이·반치 전폭 측정
현재 성과
실리카 부피 분율 50% 및 1/s 전단속도 조건의 실시예에서 표면 9개 위치의 반사율이 모두 80% 이상으로 측정됐습니다. 같은 조건에서 전단력을 인가하지 않은 비교예의 9개 위치 반사율은 모두 60% 이하였습니다.
실리카 직경 204nm, 부피 분율 50% 또는 30%의 필름을 제조하고, 70°C에서 15분 어닐링한 뒤 UV 경화해 광학 특성을 측정했습니다. 부피 분율 50%의 전단 인가 실시예는 9개 위치 최대 반사율 평균 90% 이상을 나타냈고, 반사율·피크 높이·반치 전폭으로 비교 평가했습니다.
실리카 입자 표면에 아크릴레이트계 수지 용매화층을 형성한 분산액을 전단 배향하고, 배향 상태에서 열처리 및 광경화하는 제조 공정을 적용합니다. 단순 자가조립 방식에서 요구되는 균일성 및 반복 재현성 문제에 대응하기 위해 입자 부피 분율과 전이 구간을 함께 한정한 점이 핵심 차별성입니다.
상용화까지 남은 부분
대면적 필름 제조 조건과 전단 공정의 스케일업 검증
장기 광학 안정성 및 사용 환경에서의 내구성 검증
생산 배치 간 광학 특성·두께 균일성의 재현성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
콜로이드 입자의 자가 배열을 통한 광학 필름의 제조 방법
10-2024-0112181 (2024.08.21)
1020250046164 (2025.04.02)
미등록 (심사 중)
김신현 (한국과학기술원), 김민지 (한국과학기술원)
한국과학기술원