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JP-2026514995-A - 高透過率放射冷却保護フィルムおよびその使用

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Abstract

本発明は、高透過率放射冷却保護フィルムに関する。スペクトル制御層を含み、前記スペクトル制御層は、交互に積層された低屈折率材料および高屈折率材料を含み、高屈折率材料は、６層以上であり、低屈折率材料は、５層以上である。該フィルムは、多層フィルムの構造設計によりスペクトル制御を実現し、高い可視光線透過率を確保しながら、太陽光帯域の他のエネルギーの入射を効果的に遮断し、また、熱赤外線帯域を通して電磁波の形で熱を宇宙の自然冷源に放出することで、最大の放射冷却効果を実現する。 【選択図】図２

Inventors

  • 宗 麟奇
  • 孔 徳▲興▼
  • 呂 彬

Assignees

  • 墨光新能科技（蘇州）有限公司

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240731
Priority Date
20230607

Claims (10)

  1. 高透過率放射冷却保護フィルムであって、 スペクトル制御層を含み、前記スペクトル制御層は、交互に積層された低屈折率材料および高屈折率材料を含み、高屈折率材料は、６層以上であり、低屈折率材料は、５層以上である、ことを特徴とする高透過率放射冷却保護フィルム。
  2. 光線が前記スペクトル制御層を経ると、可視光は、９０％以上の透過率を有し、近赤外線は、８０％以上の遮断率を有し、中赤外光は、９５％以上の放射率を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  3. 各層の高屈折率材料は、同一であるか、または異なり、ＴｉＯ ２ 、Ｔｉ ３ Ｏ ５ 、Ｔｉ ２ Ｏ ３ 、ＺｒＯ ２ 、ＣｅＯ ２ 、ＨｆＯ ２ から選択される１種または複数種の材料であり、各層の低屈折率材料は、同一であるか、または異なり、ＳｉＯ ２ 、ＳｉＯ、Ａｌ ２ Ｏ ３ 、ＡｌＦ ３ 、ＭｇＦ ２ から選択される１種または複数種の材料である、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  4. 前記スペクトル制御層は、非金属層の材料で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  5. 前記低屈折率材料、および高屈折率材料は、いずれも電子ビーム蒸着コーティングにより形成され、コーティングプロセスは、 コーティング速度が０．１～１．０ｎｍ／ｓであること、 コーティング時の材料の粒子径が１～２０ｍｍであること、 成膜温度が８０～２００℃であること、 コーティング過程における真空度が１×１０ －２ ～１×１０ －４ に維持されること、および コーティングの補助のためにイオン源が使用され、イオン源エネルギーパラメータが、電圧１５０～２２０Ｖ、電流３～６Ａであることのうちの１つまたは複数の組み合わせを満たす、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  6. 前記スペクトル制御層の最上層および最下層の材料は、すべて高屈折率材料である、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  7. 前記スペクトル制御層は、最下層から最上層に順次設けられた、ＴｉＯ ２ 、ＳｉＯ、ＴｉＯ ２ 、ＳｉＯ、ＴｉＯ ２ 、ＳｉＯ、ＴｉＯ ２ 、ＳｉＯ、ＴｉＯ ２ 、ＳｉＯ、ＴｉＯ ２ を含み、光線が外部から入射されると、まず最上層に到達し、次に各中間層を経て、最下層に到達する、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  8. 有機パッケージ層と、ベースフィルムと、接着層と、をさらに含み、前記有機パッケージ層は、疎水性層であり、ベースフィルムは、強化ガラスフィルムであり、前記有機パッケージ層、および放射冷却層は、それぞれベースフィルムの両側に設けられ、接着層は、前記放射冷却保護フィルムを電子スクリーン上に接着するために使用される、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  9. 前記制御層は、順次設けられた材料層として、 厚さ１０～２０ｎｍのＴｉＯ ２ 材料層、 厚さ２０～５０ｎｍのＳｉＯ材料層、 厚さ１００～１５０ｎｍのＴｉＯ ２ 材料層、 厚さ１５０～２００ｎｍのＳｉＯ材料層、 厚さ８０～１１０ｎｍのＴｉＯ ２ 材料層、 厚さ１５０～２００ｎｍのＳｉＯ材料層、 厚さ９０～１３０ｎｍのＴｉＯ ２ 材料層、 厚さ１５０～２００ｎｍのＳｉＯ材料層、 厚さ９０～１３０ｎｍのＴｉＯ ２ 材料層、 厚さ２０～５０ｎｍのＳｉＯ材料層、および 厚さ１０～２０ｎｍのＴｉＯ ２ 材料層を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルム。
  10. 請求項１に記載の高透過率放射冷却保護フィルムの電子機器のスクリーンフィルムとしての使用。

Description

本発明は、保護フィルムに関し、特に、高透過率放射冷却保護フィルムおよびその使用に関する。 世界人口の増加および社会の継続的な発展に伴い、気候温暖化の問題はますます深刻になり、その結果として冷却エネルギー消費の需要も増加している。従来の能動冷却手段は、圧縮冷却システムに依存しており、大量の電力を消費し、大量の二酸化炭素を生成する一方、圧縮冷却システムで使用されるフロンなどの冷媒は、オゾン層を破壊し、深刻な環境問題を引き起こす可能性がある。放射冷却は、従来の冷却手段とは大きく異なり、熱放射によって熱を冷たい宇宙に放出する受動冷却方法である。地球の大気層は、波長によって電磁波の透過率が異なり、８～１３μｍ帯域の電磁波に対する透過率が非常に高く、これは、「大気の窓」として知られる。したがって、優れた放射冷却面は、太陽光（０．３～２．５μｍ）を強く反射しながら、８～１３μｍ帯域で可能な限り高い放射率を持ち、それによってエネルギーを消費せずに自然冷却を実現する。以上のように、放射冷却技術は、従来の冷却によって引き起こされる温室効果や環境汚染などの問題を軽減しながら、エネルギーを節約することができる。 ナノフォトニクスと高度な製造技術の発展により、フォトニック結晶とメタマテリアルが放射冷却材料に初めて使用されるようになった。ナノフォトニック結晶とは、一部の半導体材料をマグネトロンスパッタリングや電子ビーム蒸着などのコーティングプロセス、またはマイクロナノ加工プロセスで加工することにより形成される、さまざまな層構造や超表面構造を持つナノフォトニック材料を指し、それによって、特定の中赤外線帯域での選択的な高放射を実現する。 通常の材料の放射スペクトルは通常非常に広いが、フォトニック材料を用いることで、放射冷却において特に必要とされる、制御可能な狭帯域放射スペクトルを有する熱源を設計することができる。文献（Ｎａｔｕｒｅ，２０１４，５１５（７５２８）：５４０－５４４）では、平面層状の１次元フォトニック結晶を集積することで放射冷却体を作製した。この放射体は、銀（Ａｇ）ミラー上にＳｉＯ２層とＨｆＯ２層を交互に７層積層したフォトニック結晶が設計されている。ここで、ＳｉＯ２層は、フォノンポラリトンにより、８～１３μｍの中赤外線帯域において極めて高い放射率を有する。ＳｉＯ２層とＨｆＯ２層を重ね合わせることで、中赤外線帯域のスペクトル放射率がさらに調整される。さらに、Ａｇミラーは、太陽光の紫外線部分に対する複合フィルム層の反射率を向上させることができる。多層フィルムの構造設計により、該放射冷却体は、太陽光放射の約９７％を反射し、大気の窓内で強力な放射を有し、９００Ｗ・ｍ－２の太陽光放射下では、周囲温度より５℃低い降温効果と４０．１Ｗ・ｍ－２の冷却電力を実現できる。 しかし、現在、放射冷却材料は、主に壁や屋根などの屋外建物に使用されており、ディスプレイデバイスにはほとんど使用されていない。これは、ディスプレイデバイスでは放射冷却材料に対するスペクトル要件がより高いためである。 本発明における高透過率放射冷却保護フィルムの構造模式図である。本発明におけるスペクトル制御層の構造図である。コーティング前後のガラスの可視光および近赤外線帯域における透過率の試験である。コーティング前後のガラスの中赤外線帯域における放射率である。コーティング前後のガラスの降温性能の試験である。有機パッケージ層を備えるガラスと水との接触角である。有機パッケージ層を備えないガラスと水との接触角である。 以下、具体的な実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の保護範囲は、具体的な実施形態によって限定されるものではないことは理解されるべきである。 本発明の高透過率放射冷却保護フィルムは、ベースフィルムと、スペクトル制御層と、を含み、スペクトル制御層は、ベースフィルム上に堆積され、スペクトル制御層は、交互に積層された高屈折率材料および低屈折率材料を含み、高屈折率材料は、６層以上であり、低屈折率材料は、５層以上である。屈折率の異なる２つの材料を交互に配置することにより、フィルム内の光線の屈折角を調整し、フィルム内の異なる帯域の光の透過経路を調整することで、スペクトル性能の制御を実現する。光線がフィルム層を経ると、可視光は、９０％以上の透過率を有し、近赤外線は、８０％以上の遮断率を有し、中赤外光は、９５％以上の放射率を有する。有機パッケージ層は、フッ素含有有機物を使用して、電子ビーム蒸着によって形成され、パッケージ層の厚さは、５～４０ｎｍの範囲が好ましく、蒸発抵抗電流は３０～２００ｍＡの範囲が好ましく、コーティング速度は０．３～１．０ｎｍ／ｓである。 本発明における低屈折率材料および高屈折率材料は、いずれもセラミック材料であり、金属層を含まないため、フィルムシステムの設計が簡素化される。セラミック材料の各層の厚さおよびコーティングプロセスを制御することにより、反射率、透過率および放射率を制御することができる。ここで、低屈折率材料と高屈折率材料の屈折率差は０．５～０．９である。 スペクトル制御層中の各低屈折率材料は、同一であるか、または異なり、単一材料を採用してもよいし、複数種の材料を採用してもよい。各低屈折率材料は、部分的に同一であるか、または全体として同一であってもよく、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＦ３、およびＭｇＦ２から選択される１種または複数種の材料である。各高屈折率材料は、同一であるか、または異なり、部分的に同一あるか、または全体として同一であってもよく、ＴｉＯ２、Ｔｉ３Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、およびＨｆＯ２から選択される１種または複数種の材料である。プロセスを簡素化するために、各低屈折率材料が同一であり、各高屈折率材料が同一であることが好ましい。 本発明におけるベースフィルムは、携帯電話用強化ガラスフィルムであってもよく、放射冷却保護フィルムは、有機パッケージ層と、ＡＢ接着層と、をさらに含み、有機パッケージ層およびスペクトル制御層は、それぞれベースフィルムの両側に蒸着またはスパッタリングされ、好ましくは電子ビーム蒸着コーティングである。このコーティングプロセスによって形成されるフィルム層は、構造が緻密で、安定性が高く、コーティングプロセス中、材料の粒子径は、１～２０ｍｍとすることができ、成膜温度範囲は８０～２００℃であり、真空度は１×１０－４～１×１０－１Ｐａに維持され、コーティング速度は、フィルム層の厚さに応じて選択され、フィルム層の厚さが５０ｎｍ未満の場合、コーティング速度は０．１～０．５ｎｍ／ｓが好ましく、フィルム層の厚さが５０ｎｍ以上の場合、コーティング速度は、０．６～１．０ｎｍ／ｓが好ましい。この構成により、フィルム層の精度の制御が容易になる一方、成膜の安定性に有益である。 多層フィルム構造間の緻密な結合を確保するため、各材料のコーティングプロセスにおいて、コーティングの補助のためにイオン源が使用され、イオン源のエネルギーパラメータが、電圧１５０～２２０Ｖ、電流３～６Ａである。 本発明では、保護フィルムは、好ましくは、ガラス基板から外側に、順次ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ、ＴｉＯ２であり、各フィルム層の厚さは、以下の通りである。 ＴｉＯ２材料層は、厚さ１０～２０ｎｍであり、 ＳｉＯ材料層は、厚さ２０～５０ｎｍであり、 ＴｉＯ２材料層は、厚さ１００～１５０ｎｍであり、 ＳｉＯ材料層は、厚さ１５０～２００ｎｍであり、 ＴｉＯ２材料層は、厚さ８０～１１０ｎｍであり、 ＳｉＯ材料層は、厚さ１５０～２００ｎｍであり、 ＴｉＯ２材料層は、厚さ９０～１３０ｎｍであり、 ＳｉＯ材料層は、厚さ１５０～２００ｎｍであり、 ＴｉＯ２材料層は、厚さ９０～１３０ｎｍであり、 ＳｉＯ材料層は、厚さ２０～５０ｎｍであり、 ＴｉＯ２材料層は、厚さ１０～２０ｎｍである。 以下、具体的な実施形態に基づいて本発明をさらに詳しく説明する。 実施例１ 放射冷却保護フィルムは、有機パッケージ層１と、ベースフィルム２と、スペクトル制御層３と、ＡＢ接着層４と、を含み、有機パッケージ層１は、フッ素含有有機物材料層であり、ベースフィルムは、携帯電話用フィルムであり、市販の携帯電話用強化ガラスフィルムまたは光透過特性の高い携帯電話用ソフトフィルムであってもよい。本実施例におけるスペクトル制御層３は、携帯電話用強化ガラスフィルムをベースとしてコーティングすることにより形成され、ＡＢ接着層４は、放射冷却保護フィルムを携帯電話上に接着するために使用され、スペクトル制御層３は、１１層の構造を有し、そのうち、高屈折率材料と低屈折率材料は、交互に積層され、高屈折率材料は６層、低屈折率材料は５層を含む。各低屈折率材料は、ＳｉＯ２（ｎ＝１．４６＠５５０ｎｍ、つまり波長５５０ｎｍの光の屈折率は１．４６）を使用し、高屈折率材料は、ＴｉＯ２（ｎ＝２．３５＠５００ｎｍ）を使用する。各フィルム層は、電子ビーム蒸着によってコーティングすることにより製造され、また、コーティングの補助のためにイオン源も使用される。電子ビーム蒸着によるコーティングの温度は１２０℃、真空度は１＊１０－３に設定され、低屈折率材料の粒子径は、１～３ｍｍ、高屈折率材料の粒子径は、３～５ｍｍとする。コーティングの補助のためのＳｉＯイオン源のエネルギーは１５０Ｖ、３Ａであり、コーティングの補助のためのＴｉＯ２イオン源のエネルギーは２００Ｖ、６Ａであり、フッ素含有有機物の蒸気抵抗電流は１００ｍＡである。 各フィルム層の構成は、図１および図２に示されており、スペクトル制御層３は、ＴｉＯ２層２１、ＳｉＯ層２２、ＴｉＯ２層２３、ＳｉＯ層２４、ＴｉＯ２層２５、ＳｉＯ層２６、ＴｉＯ２層２７、ＳｉＯ層２８、ＴｉＯ２層２９、ＳｉＯ層２１０、ＴｉＯ２層２１１を含む。 そのフィルム層材料および厚さとコーティング速度は、表１に示される。 得られた放射冷却保護フィルムの有機パッケージ層の一方側について、シータ（Ｔｈｅｔａ）接触角試験機（ＬＳＡ１００、ＬＡＵＤＡ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製）を用いて疎水性を試験した。試験結果を図６に示す。コーティング後の平均静的接触角は１４０°を超えた。 実施例２ 実施例１との違いは、具体的には、表２に示すように、スペクトル制御層の材料が異なり、各フィルム層の厚さとコーティング速度が異なっている点である。 実施例３ 実施例１との違いは、フィルム層の数が異なり、各フィルム層の材料、厚さ、およびコーティング速度が具体的には表３に示されている点である。 実施例４ 実施例１と比較すると、材料の粒子径が異なり、低屈折率材料の粒子径は５～８ｍｍ、高屈折率材料の粒子径は８～１０ｍｍに選択されている点のみが相違する。 比較例１ スペクトル制御層を堆積しない携帯電話用強化ガラスフィルムが実施例１のベースフィルムである。 実施例１の放射冷却保護フィルムと比較例１の携帯電話用強化ガラスフィルムの特性を試験した。 比較例１の携帯電話用強化ガラスフィルムと実施例１の放射冷却保護フィルムの太陽光帯域における反射率を比較した。使用した機器は、積分球モデル（ＩＳＲ－３１００）を備えたＵＶ－Ｖｉｓ－ＮＩＲ分光光度計（ｕｖ３６００、島津社製）であった。測定帯域範囲は０．３～２．５μｍであった。結果を図３に示す。実施例１の放射冷却保護フィルムは、可視光帯域における透過率を０．９０から０．９４へとさらに向上させることができ、本発明の放射冷却保護フィルムは、携帯電話用強化ガラスフィルムの透過率向上効果を果たし、近赤外線帯域における反射率が大幅に向上し、従来の携帯電話用強化ガラスフィルムの０．１未満から０．８以上へと向上し、外部からの高温による携帯電話の温度