콜로이드 입자의 자가 배열을 통한 광학 필름의 제조 방법

TRL 4
2024 출원, 등록 심사 중

실리카 미세입자를 수지 안에 고르게 섞은 뒤 한 방향으로 밀어 규칙적으로 정렬하고 굳혀, 빛을 잘 반사하는 광학 필름을 만드는 기술입니다. 입자 배열의 균일도를 높여 밝고 선명한 구조색과 반사 특성을 구현하며, 필름 제조의 반복 재현성을 높이기 위한 특허입니다.

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

TRL 1
기초 원리
TRL 2
개념 정립
TRL 3
개념 검증
TRL 4
실험실 검증
TRL 5
유사 환경
TRL 6
시제품
TRL 7
실증
TRL 8
인증완료
TRL 9
사업화
TRL4실리카-아크릴레이트 광학 필름의 전단 배향 공정과 반사 특성이 실시예 및 비교예로 검증된 단계입니다.
현재 검증 내용

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.

검증 환경

- 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

성능·효과
전단 배향 필름의 위치별 반사율모두 80% 이상

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.

검증·신뢰
광학 특성의 실시예·비교예 검증9개 위치 최대 반사율 평균 90% 이상

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.

차별성·독창성
용매화층-전단 배향-열처리 결합 공정

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

1

대면적 필름 제조 조건과 전단 공정의 스케일업 검증

2

장기 광학 안정성 및 사용 환경에서의 내구성 검증

3

생산 배치 간 광학 특성·두께 균일성의 재현성 검증

기술 이전 형태·도입 과정

기술양도
전용실시권
통상실시권
공동 과제 수행
기술지도·자문

도입은 이렇게 진행됩니다.

1

검토 미팅

귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.

2

PoC 공동 검증

연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.

3

라이센싱 계약

PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.

4

기술지도·후속

도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.

특허 정보

발명의 명칭(KR)

콜로이드 입자의 자가 배열을 통한 광학 필름의 제조 방법

출원번호

10-2024-0112181 (2024.08.21)

공개번호

1020250046164 (2025.04.02)

등록번호

미등록 (심사 중)

발명자

김신현 (한국과학기술원), 김민지 (한국과학기술원)

출원인

한국과학기술원

문의

담당자이준구
이메일jg.lee@rndcircle.io
연락처010-8978-6417