KR102340400B1 - 색상형 복사 냉각 소자 - Google Patents

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KR102340400B1
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채동우
오승주
이상엽
손수민
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 근적외선은 반사하고, 색상 구현에 필요한 가시광선의 흡수에 따른 열유입을 최소화하며, 대기의 창(sky window)의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면 색상형 복사 냉각 소자는 입사 태양광의 근적외선을 반사하면서 상기 입사 태양광의 특정 가시광선을 흡수하여 적어도 하나의 색상을 구현하는 색상 구현층, 상기 색상 구현층 상에 위치하고, 상기 입사 태양광의 자외선과 상기 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 상기 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시키는 파장전환 흡수 발광층 및 상기 색상 구현층 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 상기 근적외선을 반사함에 따라 상기 근적외선의 반사율을 증가시키는 복사 냉각층을 포함할 수 있다.

Description

색상형 복사 냉각 소자{COLORED RADIATIVE COOLING DEVICE}
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자에 관한 것으로, 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 근적외선은 반사하고, 색상 구현에 필요한 가시광선의 흡수에 따른 열유입을 최소화하며, 대기의 창(sky window)의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 기술에 관한 것이다.
수동형 복사 냉각(Radiative Cooling) 소자는 낮 동안 태양광에 해당하는 파장(0.3-2.5㎛)를 반사하고 우주 밖으로 빠져나갈 수 있는 복사열(8-13㎛) 에너지를 방사하여 수동적으로 냉각될 수 있다.
한편, 수동형 복사 가열(Radiative Heating) 소자는 낮 동안 태양광에 해당하는 파장(0.3-2.5㎛)를 흡수하고 우주 밖으로 빠져나갈 수 있는 복사열(8-13㎛) 에너지는 잘 흡수하지 않아 수동적으로 가열될 수 있다.
수동형 냉각 소자의 효율은 소자 자체의 광특성 측정을 통해서 확인할 수 있다.
열 방출을 위해서는 장파장 적외선 영역에서의 높은 흡수율 또는 방사율을 가짐에 따라 우주로 열을 잘 내뿜을 수 있어야 한다.
플랑크 분포(Planck distribution)에 의하면 300K의 온도 일 때 파장 6-20㎛ 영역에서 최대로 열을 방출할 수 있는 조건을 가지게 된다. 지구의 경우에는 대기의 창(sky window) 영역이 약 8-13㎛ 영역이므로, 수동형 냉각 소자의 열 방출 능력을 최대치로 올리기 위해서는 8-13㎛ 영역에서의 흡수율 또는 방사율이 최대치가 되어야 한다.
대기의 창 파장 범위에서의 적외선 방사가 실질적인 열방출에 의한 복사냉각을 달성하는데 핵심적인 역할을 수행한다. 파장 범위가 자외선, 가시광선 및 근적외선이 입사하는 태양광(태양으로부터 방사되는)을 100% 반사시키고 대기의 창 구간인 8㎛-13㎛ 영역대의 장파장 적외선을 외부로 100% 방사시킬 수 있다면, 300K의 주변 온도일 때 158W/m2의 냉각성능이 에너지 소모 없이 구현할 수 있다.
태양광의 95% 반사시키고, 8㎛-13㎛ 영역의 장파장 적외선을 90% 이상 외부로 방사시키면 주변 온도가 300K 일 때 낮에는 (즉, 태양에 의한 광흡수 존재) 100W/m2의 냉각성능을 그리고 태양에 의한 광흡수가 없는 밤에는 120W/m2의 냉각성능을 구현할 수 있다.
수동형 복사냉각 소재로 사용되기 위해서는 입사 태양광인 UV-vis-NIR 파장 범위의 빛에 대하여 높은 투과율을 갖거나 높은 반사율을 갖아 입사 태양광을 흡수하지 않아야 하며, 대기의 창 구간인 8㎛ 내지 13㎛ 영역대의 장파장 적외선에 대하여 높은 흡수(방사)율을 갖아야 하고, 이외에도 옥외(outdoor) 조건에서 높은 내구성을 갖아야 하고, 사용되는 물질이 값싸고 풍부하게 존재해야 하며, 값싸고 쉬운 공정으로 대면적에 성형이 가능하여야 한다.
폴리머 소재의 경우 일반적으로 장파장 적외선에 대하여 높은 흡수율(방사율)을 갖으나 재료의 특성상 옥외에 방치 시 자외선 및 습기 등으로 쉽게 열화되어 수명이 짧다는 단점이 존재한다.
또한, 두꺼운 폴리머 소재는 모든 적외선 파장대에 대해서 높은 방사율을 갖는 브로드밴드 에미터(Broadband emitter) 이기때문에 대기의 창(sky window)에서 방사율이 높은 선택형 에미터(Selective emitter) 보다 복사냉각 성능이 떨어질 수 있다.
무기물 소재 또는 세라믹 소재의 다층박막을 이용하는 경우 대기의 창 전체에서 방사율이 높게 하기 위해서는 적층 수가 많아야 하며 이로 인하여 태양광 흡수율이 높아져 고효율 복사 냉각 성능을 달성하기에는 어려움이 있다.
또한, 은 및 알루미늄 등 하부 금속 반사층을 포함하는 복사 냉각 소자는 은 및 알루미늄의 장기 안정성 문제(산화 문제)와 단가 문제로 인하여 복사냉각을 실생활에 적용하기에 어려움이 있으며 이러한 금속 소재들은 정반사를 주로 하기 때문에 눈의 피로와 빛 번짐을 유발할 수 있다.
기존 페인트의 물질은 높은 함량의 바인더를 포함하고, TiO2 나노 또는 마이크로 입자를 사용하기 때문에, TiO2의 상대적으로 낮은 밴드 갭 에너지로 인하여 UV-근가시광 영역의 태양광을 흡수하고, 고분자 바인더의 NIR 영역대 높은 소멸 계수로 인하여 NIR 영역대 흡수가 많다.
또한, 이러한 기존 페인트 물질들은 대기의 창 내에서 소멸계수가 높은 물질로 구성되지는 않기 때문에 대기의 창 내 방사율 및 각도 별 방사율이 높지 않은 문제가 있다.
예를 들어, 태양광이 내리쬐는 대낮에 빛을 잘 흡수하는 검은색 자동차의 내부 온도는 쉽게 상승하지만 빛을 흡수하지 않고 잘 반사시키는 흰색 자동차의 경우 온도 상승이 상대적으로 더디게 된다.
만약 자동차의 표면이 자외선, 가시광선 및 근적외선의 파장 범위의 빛을 모두 반사할 수 있다면 태양광의 복사에 의한 열에너지의 유입을 차단할 수 있다.
또한, 어떠한 물질이 색상을 띄게 되면, 그 물질은 가시광 대역에서 특정한 흡수(반사)치를 갖는다.
예를 들어, 물질이 빨강색이라면 그 물질은 파장 650nm 부근에서 빛을 반사하여 빨간색을 내거나, 물질의 밴드갭 에너지가 파장 650nm 부근이어서 빛을 흡수하여 빨간색을 나타낼 수 있다.
색상 구현을 위해서는 가시광선 대역의 빛의 흡수가 필연적이기 때문에 이를 복사냉각 관점에서 보게 되면, 총 복사냉각 전력의 감소와 연결될 수 있다.
하지만, 현재까지 대부분의 복사 냉각 소재 및 소자는 흰색 또는 은색이므로, 건축자재, 자동차, 선박 등 다양한 곳에 사용되는 복사 냉각 소재 및 소자는 소비자의 심미적 관점을 고려하지 못하고 있다.
따라서, 소비자의 심미적 관점을 고려하여 다양한 색상을 구현하면서 복사 냉각 성능이 우수한 복사 냉각 소재 및 소자가 개발될 필요성이 존재한다.
한국공개특허 제10-2021-000278호, "색상형 복사냉각 디바이스" 한국등록특허 제10-2154072호, "복사냉각에서 색상 구현이 가능한 냉각재 및 이를 이용한 색상 구현 방법" 한국등록특허 제10-2225793호, "나노입자를 이용한 색상형 복사 냉각 소자" 한국등록특허 제10-2140669호, "수동 복사 냉각 구조"
본 발명은 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 색상 구현에 필요한 태양광 스펙트럼의 가시광선에 기반한 열유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 파장전환 흡수 발광층을 통하여 입사하는 빛을 흡수 및 방출하여 파장전환 흡수 발광층을 형성하는 물질이 입사하는 빛에 대한 열의 일정 부분을 광자의 형태로 배출함에 따라 열의 유입을 최소화하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 입사태양광에 대하여 근적외선 영역의 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 이용하여 파장전환 흡수 및 방출을 통한 열 유입이 최소화되는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하부 복사냉각층이 근적외선을 반사하고, 중도부 색상 구현층이 높은 근적외선 반사를 유지하면서 색상을 구현하며, 상부에서 색상 구현층이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 자신이 먼저 흡수 및 재 방출하여 열 유입을 최소화하는 파장전환 흡수 방출층을 통해 선명한 색상을 구현하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 사용자의 심미적 관점을 고려하여 선명한 색상을 구현할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 태양광이 비치는 낮(day time)이나 태양광이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 복사 냉각 소자의 주변온도를 냉각시킴에 따라 건축, 자동차 등의 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 수행할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자를 냉각 시스템에 적용하여 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 기판 상에 복사 냉각층, 색상 구현층 및 파장전환 흡수 발광층을 순차적으로 형성하여 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 색상형 복사 냉각 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자는 입사 태양광의 근적외선을 반사하면서 상기 입사 태양광의 특정 가시광선을 흡수하여 적어도 하나의 색상을 구현하는 색상 구현층, 상기 색상 구현층 상에 위치하고, 상기 입사 태양광의 자외선과 상기 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 상기 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시키는 파장전환 흡수 발광층 및 상기 색상 구현층 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 상기 근적외선을 반사함에 따라 상기 근적외선의 반사율을 증가시키는 복사 냉각층을 포함할 수 있다.
상기 복사 냉각층은 단일 금속박막 구조, 다층 박막 구조, 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조, 고분자 공극 구조 및 바인더 고분자 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.
상기 단일 금속박막 구조는 금속 물질에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 금속 태양광 반사층을 포함하고, 상기 다층 박막 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질 및 무기물 중 어느 하나의 물질 또는 적어도 하나의 물질이 혼합된 혼합 물질이 적어도 하나의 층으로 형성되며, 상기 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 고분자 물질에 기반한 고분자 매트릭스 내 상기 무기물의 나노 또는 마이크로 입자가 분산되어 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
상기 고분자 공극 구조는 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질과 공극(air gap)을 포함하도록 형성되고, 상기 고분자 물질과 상기 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 입사 태양광을 산란 및 반사하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성되며, 상기 바인더 고분자 구조는 상기 근적외선에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질, 상기 근적외선에 대하여 제2 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 및 상기 근적외선에 대하여 제3 굴절률을 갖는 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함할 수 있다.
상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함할 수 있다.
상기 바인더 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 아크릭(Acrylic) 계 고분자, 폴리에스터(Polyester) 계 고분자 및 우레탄(ethance) 계 고분자 중 적어도 하나의 바인더 물질을 포함할 수 있다.
상기 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 백금(Pt), 리튬(Li) 및 나트륨(Na) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 발광체는 상기 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질에 기반한 입자의 쉘(shell)에 무기물 및 고분자 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅될 수 있다.
상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함하고, 상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함할 수 있다.
상기 파장전환 흡수 발광층은 상기 발광체에 기반하여 상기 구현된 적어도 하나의 색상과 유사한 색상을 발광함에 따라 상기 색상 구현층과 태양광 스펙트럼 내 흡수 구간이 중복될 수 있다.
상기 복사 냉각층은 고분자 물질, 바인더 물질, 금속 물질, 무기물 및 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 중 적어도 하나 물질을 이용하여 형성되고, 상기 적어도 하나의 물질의 상기 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서 장파장 적외선에 대한 방사율이 상호 보완되도록 상기 적어도 하나의 물질이 조합됨에 따라 상기 장파장 적외선에 대한 방사율이 증가될 수 있다.
상기 색상 구현층, 상기 파장전환 흡수 발광층 및 상기 복사 냉각층은 드랍 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 블레이드 코팅(blade coating), 다잉(dyeing) 및 브러싱(brushing) 중 적어도 하나의 용액 공정을 통하여 다양한 표면 상에 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 다양한 표면은 나무 표면, 유리 표면, 금속기판 표면, 플라스틱 표면 및 옷감 표면 중 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다.
본 발명은 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 색상 구현에 필요한 태양광 스펙트럼의 가시광선에 기반한 열유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서 복사 냉각을 수행하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 파장전환 흡수 발광층을 통하여 입사하는 빛을 흡수 및 방출하여 파장전환 흡수 발광층을 형성하는 물질이 입사하는 빛에 대한 열의 일정 부분을 광자의 형태로 배출함에 따라 열의 유입을 최소화하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 입사태양광에 대하여 근적외선 영역의 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 이용하여 파장전환 흡수 및 방출을 통한 열 유입이 최소화되는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 하부 복사냉각층이 근적외선을 반사하고, 중도부 색상 구현층이 높은 근적외선 반사를 유지하면서 색상을 구현하며, 상부에서 색상 구현층이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 자신이 먼저 흡수 및 재 방출하여 열 유입을 최소화하는 파장전환 흡수 방출층을 통해 선명한 색상을 구현하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 사용자의 심미적 관점을 고려하여 선명한 색상을 구현할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 태양광이 비치는 낮(day time)이나 태양광이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 복사 냉각 소자의 주변온도를 냉각시킴에 따라 건축, 자동차 등의 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 수행할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자를 냉각 시스템에 적용하여 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 기판 상에 복사 냉각층, 색상 구현층 및 파장전환 흡수 발광층을 순차적으로 형성하여 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련하여 파장 별 소멸계수를 굴절률로 나눈 비율과 관련된 광특성을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련된 다양한 이미지를 설명하는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층와 관련하여 광특성과 대기의 창 내 각도별 평균 방사율을 설명하는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 광 특성을 설명하는 도면이다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 색상 구현 특성을 설명하는 도면이다.
도 7a는 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 구현 이미지와 색상형 복사 냉각 소자의 광특성을 설명하는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경과 실험 환경에서 측정된 복사 냉각 성능을 설명하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 구성 요소를 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자(100)는 복사 냉각층(110), 색상 구현층(120) 및 파장전환 흡수 발광층(130)을 포함한다.
일례로, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 입사 태양광에 대하여 근적외선 영역의 빛에 대하여 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 통해 열 유입이 최소화될 수 있다.
예를 들어, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 하부에 복사냉각층(110), 중도부에 색상 구현층(120), 상부에 파장전환 흡수 발광층(130)으로 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사냉각층(110)은 근적외선 반사를 수행하며, 색상 구현층(120)은 높은 근적외선 반사를 유지시키되 선명한 색상구현을 수행한다.
또한, 색상구현층(120)과 비슷한 색상을 갖는 파장전환 흡수 방출층(130)은 색상 구현층(120)보다 상부에 위치함에 따라 색상 구현층(120)이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 먼저 흡수하고 재방출을 통하여 열 유입을 최소화한다.
또한, 파장전환 흡수 방출층(130)은 색상구현은 큰 비중을 차지하고 있지않아 색상 구현층(120)의 선명한 컬러를 구현을 지원할 수 있다.
즉, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 입사 태양광에 포함된 자외선, 가시광선 및 근적외선에 대하여 높은 반사율을 갖는 복사 냉각 소자로서, 입사 태양광을 효율적으로 제어하여 색상 구현에 필요한 태양광 스펙트럼의 가시광선에 기반한 열유입을 최소화하면서 대기의 창의 파장 범위의 적외선은 흡수 및 방사함에 따라 다양한 색상을 표현하면서도 복사 냉각을 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110)은 색상 구현층(120) 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 근적외선을 반사함에 따라 근적외선의 반사율을 증가시킬 수 있다.
즉, 복사 냉각층(110)은 색상 구현층(120) 하부에서 색상 구현층(120)이 반사하지 못한 입사 태양광의 근적외선을 반사한다.
예를 들어, 복사 냉각층(110)은 근적외선을 거울처럼 정 반사하거나, 굴절률 차이로 인해 난반사를 함에 따라 입사 태양광의 근적외선의 반사율을 증가시킬 수 있다.
일례로, 복사 냉각층(110)은 금속 물질에 기반하여 근적외선을 반사하거나 고분자 물질, 바인더 물질, 무기물의 나노 또는 마이크로입자 및 공극(air gap)의 굴절률 차이에 기반하여 근적외선을 산란 및 반사할 수 있다.
예를 들어, 굴절률 차이가 증가하면 근적외선에 대한 반사율도 증가될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110)은 단일 금속박막 구조, 다층 박막 구조, 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조, 고분자 공극 구조 및 바인더 고분자 구조 중 어느 하나의 구조로 형성될 수 있다.
여기서, 복사 냉각층(110)의 형성 구조는 도 2a 내지 도 2e를 이용하여 보충 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110)은 고분자 물질, 바인더 물질, 금속 물질, 무기물 및 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 중 적어도 하나 물질을 이용하여 형성되고, 적어도 하나의 물질의 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서 장파장 적외선에 대한 방사율이 상호 보완되도록 적어도 하나의 물질이 조합됨에 따라 장파장 적외선에 대한 방사율이 증가될 수 있다.
일례로, 복사 냉각층(110)은 나노 또는 마이크로 입자 및 고분자 물질이 대기의 창에 해당하는 파장 범위에서 적어도 하나의 소멸계수 피크가 존재하여 대기의 창 내 방사율이 높도록 조합된다.
즉, 복사 냉각층(110)의 형성 물질은 대기의 창에 해당하는 파장 범위 내 각 파장 마다 높은 방사율을 가지는 물질들이 조합됨에 따라 대기의 창에 해당하는 파장 범위 내에서 모두 높은 방사율을 제공할 수 있다.
예를 들어, 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함할 수 있다.
일례로, 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함할 수 있다.
한편, 바인더 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 아크릭(Acrylic) 계 고분자, 폴리에스터(Polyester) 계 고분자 및 우레탄(ethance) 계 고분자 중 적어도 하나의 바인더 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 색상 구현층(120)은 입사 태양광의 근적외선을 반사하면서 입사 태양광의 특정 가시광선을 흡수하여 적어도 하나의 색상을 구현할 수 있다.
즉, 색상 구현층(120)은 파장전환 흡수 발광층(130)에서 흡수되지 않은 특정 가시광선 만을 흡수하여 특정 가시광선과 색상 구현층(120)을 형성하는 물질에 따른 색상을 구현할 수 있다.
예를 들어, 색상 구현층(120)은 다양한 색상을 구현하기 위해 상용화 컬러페인트도 이용될 수 있다.
또한, 색상 구현층(120)은 색상을 가진 물질을 물, 에탄올, 아세톤, PGMEA, PGME, Ethyl acetate, MEK, NMP에 용해 혹은 분산시켜 용액을 제조한 뒤, 용액 공정을 통해 복사 냉각층(110) 상에 형성될 수 있다.
다시 말해, 색상 구현층(120)은 파장전환 흡수 발광층(130)에서 자외선 및 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수함에 따라 자외선을 흡수하지 않고, 색상을 구현하기 위한 가시광선에 해당하는 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수하지 않음에 따라 열 유입을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 파장전환 흡수 발광층(130) 색상 구현층(120) 상에 위치하고, 입사 태양광의 자외선과 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시킬 수 있다.
일례로, 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 페로브스카이트(perovskite) 물질은 화학식 ABX3을 갖으며, A는 Cs, Sn, Bi 및 메틸 암모늄(Methyl Ammonium) 중 어느 하나를 포함하고, B는 Fe, Co, Ni, Cu, Sn, Pb, Bi, Ge, Ti 및 Zn 중 어느 하나의 금속 물질을 포함하며, X는 Cl, Br 및 I 중 어느 하나를 포함하고,
캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질은 칼코겐 화합물로 지칭될 수 있다.
칼코겐(chalcogen)은 산소(O), 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)의 16족의 비금속 원소를 의미하며, 이들은 알카리 토금속과 1:1의 화합물을 만들 수 있으며, 전이금속과도 반응하여 최소한 하나의 칼코겐 원소와 하나 이상의 양전성 원소로 구성된 전이금속-칼코게나이드를 제공할 수 있다.
이러한 전이금속-칼코게나이드 중에 전이금속으로서 몰리브덴이 칼코겐과 결합된 몰리브덴 칼코게나이드는 몰리브덴과 황(S), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te)의 결합에 의해 얻어지는 화합물로서, 상세하게는 MoS2, MoSe2, MoTe2가 대표적인 화합물이다.
아연 칼코겐화물은, 아연 금속과 칼코겐 원소 (예컨대, 셀레늄, 텔루리움, 황, 또는 이들의 조합)를 포함하는 화합물로서, 아연 칼코겐화물은, ZnSe, ZnTeSe, ZnSeS, ZnS, ZnSTe, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
금속 칼코겐 화합물은 MoS2, MoSe2, WS2, WSe2, WTe2, MoTe2, SnS2, SnSe2, ZrS2, ZrSe2, HfS2, HfSe2, NbSe2, ReSe2, BeS, MgS, CaS, SrS, BaS, NiS, ZnS, CdS, InS, BeSe, MgSe, CaSe, SrSe, BaSe, NiSe, ZnSe, CdSe, InSe, BeTe, MgTe, CaTe, SrTe, BaTe, NiTe, ZnTe, CdTe, 및 InTe 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 파장전환 흡수 발광은 어떤 물질이 자신이 밴드갭 에너지 이상의 높은 에너지를 가진 빛을 흡수하여 전자가 가전자대에서 전도띠로 천이하게 되고, 이러한 전자가 전자의 파동 벡터의 변화로 인하여 전도띠를 이동한 후 전도띠에 존재하는 전자가 가전자대의 정공과 만나 방사 재결합을 통하여 가전자대와 전도띠의 에너지차이만큼의 빛이 빠져나오는 다운 컨버젼(conversion) 현상을 포함한다.
또한, 파장전환 흡수 발광은 특이한 전자(오비탈)구조로부터 유발되며 물질 내부에 축퇴된 에너지 상태가 많이 존재하는 물질의 경우, 적은 에너지의 흡수를 통하여 전자가 가전자대로부터 축퇴된 에너지 상태로 전자가 천이하게 되고, 추가적인 빛의 흡수를 통하여 전자가 다시 높은 에너지를 가진 축퇴된 에너지 상태로 천이하게 된다.
이러한 반복적인 과정을 따라 높은 에너지를 가지게 되는 전자는, 투여된 빛이 가진 에너지보다 높은 에너지 상태를 가지게 되며, 가전자대의 정공과 만나 방사 재결합을 통하여 투여된 빛의 에너지보다 더 높은 에너지를 갖는 빛을 방출하는 업 컨버젼(conversion) 현상을 포함한다.
따라서, 본 발명은 파장전환 흡수 발광층을 통하여 입사하는 빛을 흡수 및 방출하여 파장전환 흡수 발광층을 형성하는 물질이 입사하는 빛에 대한 열의 일정 부분을 광자의 형태로 배출함에 따라 열의 유입을 최소화하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질에 기반한 입자의 쉘(shell)에 무기물 및 고분자 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅될 수 있다.
일례로, 파장전환 흡수 발광층(130)은 발광체에 기반하여 색상 구현층(120)에 의해 구현된 적어도 하나의 색상과 유사한 색상을 발광함에 따라 색상 구현층(120)과 태양광 스펙트럼 내 흡수 구간이 중복될 수 있다.
즉, 파장전환 흡수 발광층(130)은 특정 가시광선과 나머지 가시광선을 모두 흡수하지만, 특정 가시광선만을 색상 구현층(120)으로 보내고, 나머지 가시광선을 방출함에 따라 열 유입을 최소화한다.
예를 들어, 파장전환 흡수 발광층(130)은 페로브스카이트 물질, 캘코지나이드 물질 및 상용화 형광체 중 어느 하나의 분말이 물, 에탄올, 아세톤, PGMEA, PGME, Ethyl acetate, MEK 및 NMP에 용해 혹은 분산시켜 용액을 제조한 뒤, 용액 공정을 통해 색상 구현층(120) 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(110), 색상 구현층(120) 및 파장전환 흡수 발광층(130)은 드랍 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 블레이드 코팅(blade coating), 다잉(dyeing) 및 브러싱(brushing) 중 적어도 하나의 용액 공정을 통하여 다양한 표면 상에 코팅되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 다양한 표면은 나무 표면, 유리 표면, 금속기판 표면, 플라스틱 표면 및 옷감 표면 중 적어도 하나의 표면을 포함할 수 있다.
즉, 색상형 복사 냉각 소자(100)는 나무, 플라스틱, 금속 등 다양한 표면 상에 형성될 수 있고, 다양한 표면은 휘어서 곡면을 가지거나 패터닝된 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명은 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 기판 상에 복사 냉각층, 색상 구현층 및 파장전환 흡수 발광층을 순차적으로 형성하여 단단(rigid)하거나 유연(flexible)한 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
색상형 복사 냉각 소자(100)가 구현하는 색상의 약 90%는 색상 구현층(120)이 담당하고, 파장전환 흡수 발광층(130)은 약 10%를 함께 구현할 수 있다.
한편, 복사 냉각층(110), 색상 구현층(120) 및 파장전환 흡수 발광층(130)을 형성하는 용액공정이 가능한 물질의 경우 물질의 수명 연장 혹은 물성 개선을 위한 첨가제도 활용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 하부 복사냉각층이 근적외선을 반사하고, 중도부 색상 구현층이 높은 근적외선 반사를 유지하면서 색상을 구현하며, 상부에서 색상 구현층이 흡수할 자외선 및 가시광선 영역의 빛을 자신이 먼저 흡수 및 재 방출하여 열 유입을 최소화하는 파장전환 흡수 방출층을 통해 선명한 색상을 구현하는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층을 설명하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층이 단일 금속박막 구조로 형성된 구조를 예시한다.
도 2a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(200)은 금속 물질에 기반하여 근적외선을 반사하는 금속 태양광 반사층으로 형성된다. 즉, 복사 냉각층(200)은 금속 태양광 반사층을 포함한다.
일례로, 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 백금(Pt), 리튬(Li) 및 나트륨(Na) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질을 포함할 수 있다.
다시 말해, 복사 냉각층(200)은 금속 물질에 기반하여 입사 태양광의 근적외선을 정반사함에 따라 색상 구현층에서 반사되지 않은 근적외선을 추가적으로 반사하여 근적외선에 대한 반사율을 증진시키는 효과를 제공한다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(210)이 다층 박막 구조로 형성된 경우를 예시한다.
도 2b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(210)은 금속 태양광 반사층(211) 상에 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질 및 무기물 중 어느 하나의 물질 또는 적어도 하나의 물질이 혼합된 혼합 물질이 적어도 하나의 층으로 형성된다. 여기서, 적어도 하나의 층은 선택적 방사층(212)으로 지칭할 수 있다.
구체적으로, 복사 냉각층(210)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(211)이 하부에 배치되고, 대기의 창에서 높은 방사율을 가지는 무기물과 고분자 물질이 하나 이상 선택되고, 선택된 하나 이상의 물질이 적어도 하나의 층으로 증착 또는 코팅되어 형성된다.
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(220)이 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조로 형성된 경우를 예시한다.
도 2c를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(220)은 금속 태양광 반사층(221) 상에 고분자 물질에 기반한 고분자 매트릭스(222) 내 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(223)가 분산되어 적어도 하나의 층으로 형성된다. 여기서, 적어도 하나의 층은 선택적 방사층으로 지칭할 수 있다.
구체적으로, 복사 냉각층(220)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(221)이 하부에 배치되고, 태양광 반사층(221) 상에 대기의 창에서 높은 방사율을 가지는 고분자 매트릭스(222) 내에 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(223)가 혼입 및 분산되어 선택적 방사층이 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(200), 복사 냉각층(210) 및 복사 냉각층(220)는 금속 물질에 기반하여 거울처럼 정반사를 통해 태양광 반사를 높이는 구조로 볼 수 있다.
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(230)이 고분자 공극 구조로 형성된 경우를 예시한다.
도 2d를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(230)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(231) 상에 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질(232)과 공극(233)을 포함하도록 선택적 방사층이 형성된다. 여기서, 태양광 반사층(231)은 선택적으로 제외될 수 있다.
즉, 복사 냉각층(230)은 선택적 방사층에서 태양광 반사층(231)의 근적외선 반사 역할을 제공할 수 있다.
다만, 태양광 반사층(231)이 존재할 경우, 근적외선에 대한 반사율은 증가될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 선택적 방사층은 고분자 물질(232)과 공극(233) 간의 굴절률 차이에 기반하여 입사 태양광을 산란 및 반사하여 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
도 2e는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(240)이 바인더 고분자 구조로 형성된 경우를 예시한다.
도 2e를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층(240)은 금속 물질로 형성되는 태양광 반사층(241) 상에 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질(242), 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(243) 및 공극(243)을 포함하도록 선택적 방사층이 형성된다. 여기서, 태양광 반사층(231)은 선택적으로 제외될 수 있다.
즉, 복사 냉각층(240)은 선택적 방사층에서 태양광 반사층(241)의 근적외선 반사 역할을 제공할 수 있다.
다만, 태양광 반사층(241)이 존재할 경우, 근적외선에 대한 반사율은 증가될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 선택적 방사층은 근적외선에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질(242), 근적외선에 대하여 제2 굴절률을 갖고, 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 무기물의 나노 또는 마이크로 입자(243) 및 근적외선에 대하여 제3 굴절률을 갖는 공극(244) 간의 굴절률 차이에 기반하여 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사 냉각층(230) 및 복사 냉각층(240)는 굴절률 차이로 인하여 효율적인 난반사를 통해 태양광 반사를 높이는 구조로 볼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련하여 파장 별 소멸계수를 굴절률로 나눈 비율과 관련된 광특성을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층을 형성하는 나노 또는 마이크로 입자가 Al2O3 및 SiO2로 형성된 경우에 복사 냉각층의 각 파장대에서의 소멸계수를 굴절률로 나눈 비를 예시한다.
도 3의 그래프(300)를 참고하면, 그래프(300)는 파장(wavelength) 별 비(k/n)를 나타내고, 제1 지시선(301)은 Al2O3을 나타내고, 제2 지시선(302)은 SiO2를 나타낼 수 있다.
그래프(300)의 제1 지시선(301) 및 제2 지시선(302) 상의 지점(303)은 상호보완 방출 속성(Complementary emission Properties)을 나타낼 수 있다.
제1 지시선(301)은 12 ㎛이후, 제2 지시선(302)은 8㎛ 내지 10㎛에서 높기 때문에 제1 지시선(301)은 12㎛ 이후를 방사하고, 제2 지시선(302)은 8㎛ 내지 10㎛에서 방사 특성을 나타낼 수 있다.
따라서, Al2O3와 SiO2를 섞으면 이러한 방사특성이 중첩되어 대기의 창 영역에서 높은 방사율을 가질 수 있다.
상술한 방사 특성은 하기 [수학식 1]에 기반하여 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112021065507651-pat00001
[수학식 1]에서 R은 반사율을 나타낼 수 있고, n0은 공기의 굴절률을 나타낼 수 있으며, n1는 매체의 굴절률을 나타낼 수 있고, k는 재료의 흡광 계수를 나타낼 수 있다.
나노 또는 마이크로 입자의 경우도 박막의 파장 별 굴절률과 소멸계수에 대해 비슷한 경향성을 가지므로 조성과 입도가 최적화된 이들 소재의 혼합물은 결과적으로 대기의 창 전 구간에서 높은 방사율을 갖게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각 소자는 대기의 창 전 구간에서 높은 방사율을 갖을 수 있다.
예를 들어, 전체 대기 투명도 창에서 방사율 또한 블레이드 코팅 및 드롭 캐스팅과 같은 간단한 코팅 공정과 재료가 풍부하여 제조 및 재료 비용이 경제적일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층과 관련된 다양한 이미지를 설명하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층의 평면에 대한 주사 현미경 이미지를 예시하고, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층의 단층면에 대한 주사 현미경 이미지를 예시한다.
도 4c는 확산 반사율이 높은 무광택 흰색 외관으로 형성된 복사 냉각층의 이미지를 예시한다.
도 4a의 이미지(400)와 도 4b의 이미지(410)를 참고하면, Al2O3 입자 및 SiO2 입자는 입자 사이 사이에 바인더 물질로 사용된 UV 경화 DPHA 결합제의 지지체와 함께 잘 결합되어 있음을 확인할 수 있다.
도 4c의 이미지(420)를 참고하면, 무광택 흰색은 태양 광 플럭스의 효율적인 반사와 금속 거울 층을 포함하는 PDRC(passive daytime radiative cooling) 구조의 경우에 비해 눈의 피로를 줄이는 데 중요함을 확인할 수 있다.
이미지(420)는 거울과 같은 은색 표면이 아닌 매트한 흰색을 띄는 것을 알 수 있다.
이미지(420)는 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층에 사용되는 페인트 물질이 도막 형성된 이미지를 나타낼 수 있다.
도 4a의 이미지(400)와 도 4b의 이미지(410)에서 복사 냉각층은 Al2O3 및 SiO2 비율이 1:1인 경우에, Al2O3 및 SiO2의 혼합물과 바인더의 비율이 2:1인 페인트를 이용하여 형성된 페인트 도막층일 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자는 하부층을 이루는 복사 냉각층이 복사 냉각 페인트가 도포되어 형성된 페인트 도막층으로 형성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 복사 냉각층와 관련하여 광특성과 대기의 창 내 각도별 평균 방사율을 설명하는 도면이다.
도 5a는 종래 기술에 따른 하얀색 페인트와 본 발명의 일실시예에 따른 페인트의 복사 냉각 성능과 관련된 광특성을 비교한다.
도 5a의 그래프(500)를 참고하면 종래 기술에 따른 하얀색 페인트는 제1 지시선(501)에 해당하고, 본 발명의 일실시예에 따른 페인트를 이용한 복사 냉각층은 제2 지시선(502)에 해당된다.
도 5b는 종래 기술에 따른 하얀색 페인트와 본 발명의 일실시예에 따른 페인트의 대기의 창 내 각도 별 평균 방사율을 비교한다.
도 5b의 그래프(510)를 참고하면, 종래 기술에 따른 하얀색 페인트는 지시점(511)에 해당하고, 본 발명의 일실시예에 따른 복사 냉각층을 형성하는 페인트는 지시점(512)에 해당된다.
본 발명의 일실시예에 따른 페인트와 흰색 페인트와의 광특성을 비교할 때 높은 밴드갭 에너지 및 빛의 산란으로 UV-근가시광 영역, NIR 영역에서 본 발명의 일실시예에 따른 페인트가 종래의 흰 페인트보다 더 태양빛 흡수가 적다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 페인트의 평균 대기의 창 방사율도 93.5%로 종래의 흰 페인트의 92.6%보다 높은 것으로 측정되고, 각도 별 평균 방사율도 본 발명의 일실시예에 따른 페인트가 더 우수하게 나타나는 것을 알 수 있다.
보다 구체적으로, TiO2 입자와 NIR 밴드 흡수를 나타내는 아크릴 바인더로 구성된 종래의 흰 페인트는 0.112의 태양 중량 흡수 및 대기 투명도 창에서 평균 방사율 0.924를 나타냈다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 페인트는 Al2O3와 SiO2 입자와 DPHA의 균형 잡힌 조성과 두께로 인해 0.041의 극히 낮은 태양 중량 흡수 및 0.935의 높은 평균 방사율을 나타냄을 확인할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 페인트는 종래의 흰 페인트에 비해 Al2O3 및 SiO2 입자의 고조파로 인해 발생하는 각도에 강한 방사 특성을 보여 60도의 입사각에서 0.8의 높은 결과를 생성함을 확인할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 광 특성을 설명하는 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 발광체와 관련하여 방출 스펙트럼을 예시한다.
도 6a의 그래프(600)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질로 이용되는 페로브스카이트 물질들의 쉘에 실리카가 코팅된 경우의 방출 스펙트럼을 나타낸다.
그래프(600)의 제1 지시선(601)은 페로브스카이트 물질들 중 초록 색상을 나타낼 수 있는 CPB3에 SiO2가 코팅된 초록 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.
그래프(600)의 제2 지시선(602)은 페로브스카이트 물질들 중 붉은 색상을 나타낼 수 있는 CPBxI3-x에 SiO2가 코팅된 붉은 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.
제1 지시선(601)은 초록 색상의 입자가 470nm 내지 550nm에서 빛을 방출하는 특성을 가짐을 나타낸다.
제2 지시선(602)은 붉은 색상의 입자가 600nm 내지 700nm에서 빛을 방출하는 특성을 가짐을 나타낸다.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 발광체와 관련하여 흡수 스펙트럼을 예시한다.
도 6b의 그래프(610)를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따라 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질로 이용되는 페로브스카이트 물질들의 쉘에 실리카가 코팅된 경우의 흡수 스펙트럼을 나타낸다.
그래프(610)의 제1 지시선(611)은 페로브스카이트 물질들 중 초록 색상을 나타낼 수 있는 CPB3에 SiO2가 코팅된 초록 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.
그래프(610)의 제2 지시선(612)은 페로브스카이트 물질들 중 붉은 색상을 나타낼 수 있는 CPBxI3-x에 SiO2가 코팅된 붉은 색상의 입자의 방출 스펙트럼에 해당될 수 있다.
제1 지시선(611)은 초록 색상의 입자가 470nm 내지 550nm에서 빛을 흡수하는 특성을 가짐을 나타낸다.
제2 지시선(612)은 붉은 색상의 입자가 600nm 내지 700nm에서 빛을 흡수하는 특성을 가짐을 나타낸다.
도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질의 색상 구현 특성을 설명하는 도면이다.
구체적으로, 도 6c는 본 발명의 일실시예에 따른 파장전환 흡수 발광층의 형성 물질인 페로브스카이트 물질들 중 초록 색상을 나타낼 수 있는 CPB3에 SiO2가 코팅된 초록 색상의 입자와 페로브스카이트 물질들 중 붉은 색상을 나타낼 수 있는 CPBxI3-x에 SiO2가 코팅된 붉은 색상의 입자의 발광 특성을 예시힌다.
도 6c를 참고하면, 용기(620), 용기(621), 용기(622) 및 용기(623)를 예시하는데, 용기(620)와 용기(622) 내에는 초록 색상의 입자가 포함되고, 용기(621)와 용기(623)내에는 붉은 색상의 입자가 포함된다.
용기(620)와 용기(621)는 일반 카메라를 이용해 촬영된 이미지에 해당하고, 용기(622)와 용기(623)은 자외선 카메라를 이용해 촬영된 이미지이다.
용기(622)와 용기(623)은 페로브스카이트 물질의 발광 특성을 확인시켜준다.
따라서, 본 발명은 사용자의 심미적 관점을 고려하여 선명한 색상을 구현할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
도 7a는 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 구현 이미지와 색상형 복사 냉각 소자의 광특성을 설명하는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 다양한 구조로 구현하고, 구현된 색상형 복사 냉각 소자들을 촬영한 이미지를 예시한다.
도 7a를 참고하면, 이미지(700)는 상용화 빨강 페인트 스프레이를 유리 기판 위에 스프레이 코팅하여 319㎛의 도막을 형성한 경우를 예시한다.
즉, 이미지(700)는 색상 구현층 만을 포함하는 색상형 복사 냉각 소자를 예시할 수 있다.
이미지(701)는 상용화 빨강 페인트 스프레이를 유리 기판 위에 스프레이 코팅하여 242㎛의 도막을 형성한 뒤 실리카가 쉘로 코팅된 붉은 색상의 입자가 분산된 용액을 스핀코팅하여 약 28㎛의 층을 형성한 경우를 예시한다.
즉, 이미지(701)는 색상 구현층 상에 파장전환 흡수 발광층이 형성된 색상형 복사 냉각 소자를 예시한다.
이미지(702)는 복사 냉각층 상에 색상 구현층을 형성하는 색상형 복사 냉각 소자를 예시한다.
구체적으로, 이미지(702)는 Al2O3와 SiO2 마이크로 입자 분말 (입자 크기 0.8㎛ 내지 1.2㎛)를 부피비 1:1로 섞은 뒤, 바인더 물질 DPHA를 입자비:바인더비 = 2:1로 섞고 소량의 UV 개시제(Irgacure 184)를 넣어 이를 에탄올 용매에 넣고 분산하여 용액을 제조한 뒤, 이를 유리 기판 위에 도포하고 용매가 다 마른 뒤 UV를 10분간 조사하여 약 253㎛의 도막을 형성한 후, 상용화 빨강 페인트 스프레이를 스프레이 코팅하여 25㎛의 도막을 형성한 경우를 예시한다.
이미지(703)는 복사 냉각층 상에 색상 구현층을 형성하고, 색상 구현층 상에 파장변환 흡수 방출층이 형성된 색상형 복사 냉각 소자를 예시한다.
구체적으로, 이미지(703)는 Al2O3와 SiO2 마이크로 입자 분말 (입자 크기 0.8㎛ 내지 1.2㎛)를 부피비 1:1로 섞은 뒤, 바인더 물질 DPHA를 입자비:바인더비 = 2:1로 섞고 소량의 UV 개시제(Irgacure 184)를 넣어 이를 에탄올 용매에 넣고 분산하여 용액을 제조한 뒤, 이를 유리 기판 위에 도포하고 용매가 다 마른 뒤 UV를 10분간 조사하여 약 247㎛의 도막을 형성한 후, 상용화 빨강 페인트 스프레이를 스프레이 코팅하여 23㎛의 도막을 형성하고, 실리카가 쉘로 코팅된 붉은 색상의 입자가 분산된 용액을 스핀코팅하여 약 20㎛의 층을 형성한 경우를 예시한다.
이미지(700) 내지 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자에 대하여 실험장비들을 통하여 광학 물성을 측정한 결과를 도 7b 및 도 7c를 이용하여 설명한다.
도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 반사율을 설명하는 도면이다.
도 7b의 그래프(710)를 참고하면, 제1 지시선(711)은 도 7a의 이미지(700)에 해당하고, 제2 지시선(712)은 도 7a의 이미지(701)에 해당하며, 제3 지시선(713)은 도 7a의 이미지(702)에 해당하고, 제4 지시선(714)은 도 7a의 이미지(703)에 해당할 수 있다.
이미지(700)와 이미지(702)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하지 않고, 이미지(701)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하고 있다.
제1 지시선(711) 및 제3 지시선(713)과 제2 지시선(712) 및 제4 지시선(714)의 반사율을 비교하면 유사함을 확인할 수 있다.
이미지(700)와 이미지(701)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하지 않고, 이미지(702)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하고 있다.
제1 지시선(711) 및 제2 지시선(712)과 제3 지시선(713) 및 제4 지시선(714)의 반사율을 비교하면 복사 냉각층을 포함할 경우 근적외선에 대한 반사율이 증가함을 확인할 수 있다.
그래프(710)의 측정 결과는 하기 표 1과 같이 정리할 수 있고, 한편, 이미지(700)는 제1 샘플, 이미지(701)는 제2 샘플, 이미지(702)는 제3 샘플, 이미지(703)는 제4 샘플로 지칭할 수 있다.
[표 1]
Figure 112021065507651-pat00002
표 1에서는 제3 샘플 및 제4 샘플이 근적외선 반사율에 해당하는 태양광 반사율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 제3 샘플 및 제4 샘플은 파장 변환 흡수층이 자외선을 흡수 및 방출함에 따라 태양광 흡수율도 증가되나, 흡수된 태양광은 다시 배출됨에 따라 열 유입이 최소화될 수 있다.
도 7c는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자의 방사율을 설명하는 도면이다.
도 7c의 그래프(720)를 참고하면, 제1 지시선(721)은 도 7a의 이미지(700)에 해당하고, 제2 지시선(722)은 도 7a의 이미지(701)에 해당하며, 제3 지시선(723)은 도 7a의 이미지(702)에 해당하고, 제4 지시선(724)은 도 7a의 이미지(703)에 해당할 수 있다.
이미지(700)와 이미지(702)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하지 않고, 이미지(701)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 파장변환 흡수 방출층을 포함하고 있다.
이미지(700)와 이미지(701)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하지 않고, 이미지(702)와 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자는 복사 냉각층을 포함하고 있다.
제1 지시선(721) 내지 제4 지시선(724)의 방사율을 비교하면 대기의 창의 구간에서 장파장 적외선에 대한 유사한 방사율을 나타냄을 확인할 수 있다.
그래프(720)에 기반한 이미지(700) 내지 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자의 광특성은 하기 표 2와 같이 정리할 수 있다.
한편, 이미지(700)는 제1 샘플, 이미지(701)는 제2 샘플, 이미지(702)는 제3 샘플, 이미지(703)는 제4 샘플로 지칭할 수 있다.
[표 2]
Figure 112021065507651-pat00003
표 2에서 태양광 흡수율은 근적외선의 반사율과 관련될 수 있는데, 태양광 흡수율과 근적외선에 대한 반사율은 반비례 관계를 나타낼 수 있고, 대기의 창 방사율은 장파장 적외선의 방사율을 나타낼 수 있다.
표 2는 복사 냉각층이 추가된 제 3샘플과 제4 샘플에서 태양광 반사율이 증가되는 것을 나타내고, 파장변환 흡수 방출층이 복사 냉각과 관련된 태양광 반사율과 대기의 창 방사율을 감소시키지 않음을 확인시켜준다.
한편, 파장변환 흡수 방출층은 색상 구현층에서 흡수되는 가시광선 영역에 대하여 색상 구현을 위한 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하여 색상형 복사 냉각 소자 내에 열 유입을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명은 태양광이 비치는 낮(day time)이나 태양광이 비치지 않는 밤(night time)에도 에너지 소모없이 복사 냉각 소자의 주변온도를 냉각시킴에 따라 건축, 자동차 등의 냉각이 필요한 물질의 외부 표면에 적용되어 에너지 소모 없이 냉각 기능을 수행할 수 있는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 색상형 복사 냉각 소자를 냉각 시스템에 적용하여 냉각 시스템의 에너지 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경과 실험 환경에서 측정된 복사 냉각 성능을 설명하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경을 예시한다. 여기서, 다양한 색상형 복사 냉각 소자는 도 7a의 이미지(700) 내지 이미지(703)의 색상형 복사 냉각 소자에 해당할 수 있다.
예를 들어, 이미지(700)는 제1 샘플, 이미지(701)는 제2 샘플, 이미지(702)는 제3 샘플, 이미지(703)는 제4 샘플로 지칭할 수 있다.
도 8a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다양한 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경(800)에서 제1 샘플(801), 제2 샘플(802), 제3 샘플(803) 및 제4 샘플(804)을 동일한 환경에 배열하여 배치한다.
도 8b는 도 8a의 다양한 색상형 복사 냉각 소자를 이용한 실험 환경에서 측정된 복사 냉각 성능과 관련된 광특성을 예시한다.
도 8b를 참고하면, 그래프(810)는 제1 지시선(811), 제2 지시선(812), 제3 지시선(813), 제4 지시선(814) 및 제5 지시선(815)을 이용하여 제1 샘플(801) 내지 제4 샘플(804)에 기반한 복사 냉각 성능과 관련된 온도의 변화를 예시한다.
제1 지시선(811)은 제1 샘플(801)의 측정 결과를 나타내고, 제2 지시선(812)은 제2 샘플(802)의 측정 결과를 나타내며, 제3 지시선(813)은 제3 샘플(803)의 측정 결과를 나타내고, 제4 지시선(814)은 제4 샘플(804)의 측정 결과를 나타내며, 제5 지시선(815)은 외기(ambient air)의 측정 결과를 나타낼 수 있다.
그래프(810)의 측정 결과는 하기 표 3을 통해서 정리할 수 있다.
[표 3]
Figure 112021065507651-pat00004
표 3을 참고하면, 제1 샘플 및 제2 샘플과 제3 샘플 및 제4 샘플은 파장변환 흡수 방출층에 기반하여 열유입 최소화 효과를 제공함을 확인할 수 있다.
구체적으로, 제2 샘플은 제1 샘플에 대비하여 약 1.6℃ 더 냉각되었고, 제4샘플은 약 5.1℃ 더 냉각되었다.
이는 제1 샘플의 경우는 가시광선과 자외선을 색상 변환층이 모두 흡수하나, 제2 샘플 및 제4 샘플의 경우는 파장변환 흡수 방출층이 색상 변환층이 흡수할 자외선과 가시광선을 흡수하여 색상형 복사 냉각 소자 내 열 유입을 감소시킨 것으로 볼 수 있다.
다시 말해, 제2 샘플은 파장변환 흡수 방출층의 효과로 색상 구현층이 구현하는 색상의 변경 없이 열 유입 최소화 효과로 주변 온도를 약 1.6℃ 더 냉각시킬 수 있다.
한편, 제4 샘플은 복사 냉각층의 근적외선 반사 및 장파장 적외선의 흡수 및 방출 효과와 파장변환 흡수 방출층의 효과로 색상 구현층이 구현하는 색상의 변경 없이 열 유입 최소화 효과로 주변 온도를 약 5.1℃ 더 냉각시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 입사태양광에 대하여 근적외선 영역의 높은 반사율을 갖고, 선명한 색상이 구현되며 형광체 입자를 이용하여 파장전환 흡수 및 방출을 통한 열 유입이 최소화되는 색상형 복사 냉각 소자를 제공할 수 있다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 색상형 복사 냉각 소자 110: 복사 냉각층
120: 색상 구현층 130: 파장전환 흡수 발광층

Claims (15)

  1. 입사 태양광의 근적외선을 반사하면서 상기 입사 태양광의 특정 가시광선을 흡수하여 적어도 하나의 색상을 구현하는 색상 구현층;
    상기 색상 구현층 상에 위치하고, 상기 입사 태양광의 자외선과 상기 흡수된 특정 가시광선 이외의 나머지 가시광선을 흡수 및 방출하는 발광체로 형성되어 상기 입사 태양광의 흡수에 따른 열 유입을 감소시키는 파장전환 흡수 발광층; 및
    상기 색상 구현층 아래에 위치하고, 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위의 장파장 적외선을 흡수 및 방출하고, 상기 근적외선을 반사함에 따라 상기 근적외선의 반사율을 증가시키는 복사 냉각층을 포함하고,
    상기 파장전환 흡수 발광층은 상기 발광체에 기반하여 상기 구현된 적어도 하나의 색상과 유사한 색상을 발광함에 따라 상기 색상 구현층과 태양광 스펙트럼 내 흡수 구간이 중복되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복사 냉각층은 단일 금속박막 구조, 다층 박막 구조, 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조, 고분자 공극 구조 및 바인더 고분자 구조 중 어느 하나의 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단일 금속박막 구조는 금속 물질에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 금속 태양광 반사층을 포함하고,
    상기 다층 박막 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질 및 무기물 중 어느 하나의 물질 또는 적어도 하나의 물질이 혼합된 혼합 물질이 적어도 하나의 층으로 형성되며,
    상기 고분자 매트릭스 내 입자 분산 구조는 상기 금속 태양광 반사층 상에 상기 고분자 물질에 기반한 고분자 매트릭스 내 상기 무기물의 나노 또는 마이크로 입자가 분산되어 적어도 하나의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 공극 구조는 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 고분자 물질과 공극(air gap)을 포함하도록 형성되고, 상기 고분자 물질과 상기 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 입사 태양광을 산란 및 반사하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성되며,
    상기 바인더 고분자 구조는 상기 근적외선에 대하여 제1 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 바인더 물질, 상기 근적외선에 대하여 제2 굴절률을 갖고, 상기 장파장 적외선을 흡수 및 방출하는 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 및 상기 근적외선에 대하여 제3 굴절률을 갖는 공극(air gap) 간의 굴절률 차이에 기반하여 상기 근적외선을 반사하는 적어도 하나의 층으로 형성되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 바인더 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 아크릭(Acrylic) 계 고분자, 폴리에스터(Polyester) 계 고분자 및 우레탄(ethance) 계 고분자 중 적어도 하나의 바인더 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 금속 물질은 은(Ag), 알루미늄(Al), 금(Au), 구리(cu), 타이타늄(Ti), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 백금(Pt), 리튬(Li) 및 나트륨(Na) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 물질이거나 적어도 둘이 결합된 합금 물질 중 어느 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발광체는 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광체는 상기 페로브스카이트(Perovskite) 물질 및 캘코지나이드(Chalcogenide) 계 물질 중 어느 하나의 물질에 기반한 입자의 쉘(shell)에 무기물 및 고분자 물질 중 어느 하나의 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고분자 물질은 DPHA(DiPentaerythritol HexaAcrylate), PDMS(polydimethylsiloane), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), PUA(poly urethane acrylate), PS(polystyrene), PET(polyethylene terephthalate), PE(polyethylene), PC(polycarbonate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene) 및 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide) 중 적어도 하나의 고분자 물질을 포함하고,
    상기 무기물은 SiO2, Si3N4, Al2O3, Ta2O5, c-BN, CaSO4, MgHPO4, ZrO2, BaSO4, CaCO3, AlN, AlPO4, Y2O3중 적어도 하나의 무기물을 포함하는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복사 냉각층은 고분자 물질, 바인더 물질, 금속 물질, 무기물 및 무기물의 나노 또는 마이크로 입자 중 적어도 하나 물질을 이용하여 형성되고, 상기 적어도 하나의 물질의 상기 대기의 창(sky window)에 해당되는 파장 범위에서 장파장 적외선에 대한 방사율이 상호 보완되도록 상기 적어도 하나의 물질이 조합됨에 따라 상기 장파장 적외선에 대한 방사율이 증가되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 색상 구현층, 상기 파장전환 흡수 발광층 및 상기 복사 냉각층은 드랍 캐스팅(drop casting), 스핀코팅(spin coating), 바코팅(bar coating), 스프레이 코팅(spray coating), 블레이드 코팅(blade coating), 다잉(dyeing) 및 브러싱(brushing) 중 적어도 하나의 용액 공정을 통하여 다양한 표면 상에 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다양한 표면은 나무 표면, 유리 표면, 금속기판 표면, 플라스틱 표면 및 옷감 표면 중 적어도 하나의 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는
    색상형 복사 냉각 소자.
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