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KR102650588B1 - 라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법 - Google Patents

라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법 Download PDF

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KR102650588B1
KR102650588B1 KR1020200158632A KR20200158632A KR102650588B1 KR 102650588 B1 KR102650588 B1 KR 102650588B1 KR 1020200158632 A KR1020200158632 A KR 1020200158632A KR 20200158632 A KR20200158632 A KR 20200158632A KR 102650588 B1 KR102650588 B1 KR 102650588B1
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resin
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Abstract

라이다 센서에 최적인 도료를 제조할 수 있는 라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법이 제안된다. 본 라이다 센서용 도료 조성물은 수지; 및 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료;를 포함한다.

Description

라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법{Paint composition for LiDAR sensor and manufacturing method thereof}
본 발명은 라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라이다 센서에 최적인 도료를 제조할 수 있는 라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 차량에 설치된 각종의 센서(LiDAR, Radar, GPS, 카메라 센서, 초음파 센서 등)들로부터 감지되는 센서 데이터를 기초하여 운전자의 개입이 없이 차량의 주행이 제어되는 자율주행차의 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 가까운 미래에 이러한 자율주행차의 상용화가 예측되고 있다.
특히, 자율주행차의 사고 예방이나 사고회피에 필수적인 라이다(LiDAR)센서는 근적외선 영역(대부분 905nm 파장)의 레이저 빛을 송출하여 물체에서 반사되는 빛을 수신하며 주변 환경을 실시간 스캔한다.
따라서, LiDAR 기반 자율주행 자동차용 코팅 소재는 LiDAR에 높은 반사 신호를 제공하여야 하며 특히 어두운 계열(Dark-tone)에서 정확한 거리와 공간정보 인식을 통해 오작동을 방지하고 선택적 고검출로 자율주행차의 사고 예방이나 회피가 가능하도록 개발되고 있다.
현재 사용되고 있는 어두운 계열 도료는 대부분 카본블랙계 안료를 사용한다. 그러나, 카본 블랙 기반의 도료는 대부분의 파장에서 특히, 근적외선 파장 영역의 높은 흡수가 발생하므로, 자율주행차의 오작동을 빈번히 초래하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 라이다 센서에 최적인 도료를 제조할 수 있는 라이다 센서용 도료 조성물 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 라이다 센서용 도료 조성물은 수지; 및 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료;를 포함한다.
수지는 올레핀계 수지, 비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리아마이드계 수지, 실리콘계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리설폰계 수지, 폴리에테르 설폰계 수지, 폴리아세탈계 수지 및 폴리(메타)아크릴계수지 중 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.
라이다 센서의 파장이 905nm인 경우, 금속산화물의 크기는 400nm 내지 600nm 일 수 있다.
라이다 센서의 파장이 1,550nm인 경우, 금속산화물의 크기는 800nm 내지 1,000nm일 수 있다.
금속산화물은 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나의 산화물일 수 있다.
금속산화물은 Fe2O3 또는 CuO일 수 있다.
본 발명에 따른 라이다 센서용 도료 조성물은 첨가제:를 더 포함하고, 첨가제는 습윤제, 소포제, 광안정제, 얼룩 방지제, 유연제 및 증점제 중 적어도 하나일 수 있다.
수지는 라이다 센서용 도료 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 97wt% 내지70wt%로 포함되고, 블랙안료는 라이다 센서용 도료 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 3wt% 내지 30wt%로 포함될 수 있다.
금속산화물의 크기는 수지의 굴절률에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료 분산액을 준비하는 단계; 및 블랙안료 분산액 및 수지를 혼합하는 단계;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 수지; 및 905nm 파장광에 대하여 미산란(Mie scattering)이 발생하는 400nm 내지 600nm 크기의 Fe2O3 및 CuO 중 적어도 하나를 포함하는 블랙안료;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 수지; 및 1,550nm 파장광에 대하여 미산란(Mie scattering)이 발생하는 800nm 내지 1,000nm 크기의 Fe2O3 및 CuO 중 적어도 하나를 포함하는 블랙안료;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물이 제공된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 라이다 센서의 파장대역에서 높은 반사율을 갖는 금속산화물계 안료를 사용하여 블랙도료를 제조함으로써, 라이다 센서에 최적으로 사용할 수 있는 도료를 얻을 수 있는 효과가 있다.
아울러, 라이다 센서 신호를 이용하는 자율주행차의 도료에 사용되어 라이다 센서의 감지성능을 극대화하여 자율주행시 사용자의 안전을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 산화철의 제조공정온도에 따른 블랙색상을 나타낸 이미지이다.
도 2는 서로 다른 제조공정온도에 따라 제조된 산화철의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 3은 산화철의 직경에 따른 흡수효율을 도시한 그래프이고, 도 4는 산화철의 직경에 따른 산란효율을 도시한 그래프이다.
도 5는 산화구리의 직경에 따른 흡수효율을 도시한 그래프이고, 도 6은 산화구리의 직경에 따른 산란효율을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 특정 패턴을 갖도록 도시되거나 소정두께를 갖는 구성요소가 있을 수 있으나, 이는 설명 또는 구별의 편의를 위한 것이므로 특정패턴 및 소정두께를 갖는다고 하여도 본 발명이 도시된 구성요소에 대한 특징만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 라이다 센서용 도료 조성물은 수지; 및 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료;를 포함한다. 라이다 센서는 근적외선 영역(905nm 파장 또는 1,550nm)의 레이저 빛을 송출하여 외부 물체에서 반사되는 빛을 수신하며 주변 환경을 실시간 스캔한다. 따라서, LiDAR 기반 자율주행 자동차용 코팅 소재는 해당 파장대역에 대해 높은 반사 신호를 제공하여야 한다. 이에 따라, 본 발명의 라이다 센서용 도료 조성물은 블랙안료로 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함한다.
어두운 계열 색상의 안료는 대부분의 파장대역에서 흡수가 발생하여 반사율이 낮다. 반사율을 높이기 위해서는 Red 안료, Green 안료, 및 Blue 안료를 혼합하여 블랙색상을 얻으면서 근적외선 영역에서의 각각 안료의 반사율이 기여한 비교적 높은 반사율을 얻는 방법도 시도될 수 있다. 그러나, Red 안료, Green 안료, 및 Blue 안료를 혼합하는 경우 반사율은 높일 수 있으나, 블랙색상을 정확히 표현하지 못하는 문제가 있다.
본 발명에서는 근적외선 파장대역에서 매우 낮은 반사율을 나타내는 카본블랙 계열의 안료대신 금속산화물계 안료를 사용하여 블랙색상을 구현하고, 원하는 파장대역에서의 산란율 및 반사율을 높인다. 블랙색상을 구현하기 위한 금속산화물은 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나의 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 특히, 금속산화물은 Fe2O3 또는 CuO일 수 있다.
도 1은 산화철의 제조공정온도에 따른 블랙색상을 나타낸 이미지이고, 도 2는 서로 다른 제조공정온도에 따라 제조된 산화철의 파장에 따른 반사율을 도시한 그래프이다.
도 1을 참조하면, 제조된 산화철은 각 제조공정온도에 따라 블랙색상에 있어서 차이를 보인다. 도 2에서는 산화철의 파장에 따른 반사율이 도시되어 있는데, 1,350nm 이상의 파장대역에서는 높은 반사율을 나타내나, 라이다 센서의 파장대역인 905nm 근처에서는 20%를 약간 초과하는 낮은 반사율을 나타낸다. 따라서, 이러한 특성의 산화철은 라이다 센서가 1,550nm의 광을 이용하는 경우에는 높은 반사율로 사용될 수 있으나, 905nm의 광을 이용하는 경우에는 낮은 반사율이 문제가 될 수 있다.
본 발명에서는 라이다 센서용 도료 조성물에 사용되는 금속산화물의 크기를 조절하여 라이다 센서의 파장대역에서 최적의 반사율을 나타낼 수 있도록 한다. 미산란(Mie scattering)은 빛의 파장과 거의 같은 크기의 입자에 의해 빛이 산란되는 현상을 말한다. 금속산화물의 제조공정중이나 공정후에 분급등을 통해 라이다 센서의 파장대역에서 미산란될 수 있는 크기의 금속산화물을 선택하면 반사율을 높일 수 있다.
도 3은 산화철의 직경에 따른 흡수효율을 도시한 그래프이고, 도 4는 산화철의 직경에 따른 산란효율을 도시한 그래프이고, 도 5는 산화구리의 직경에 따른 흡수효율을 도시한 그래프이고, 도 6은 산화구리의 직경에 따른 산란효율을 도시한 그래프이다.
도 3를 참조하면, 산화철(Fe2O3)의 경우, 가시광 파장대역의 흡수효율이 낮을 수 있다. 그러나, 도 4를 참조하면, 905nm에서 반사율이 높은데, 특히 400nm 내지 600nm의 산화철의 반사효율이 높다. 이는 산화철이 400nm 내지 600nm의 크기인 경우 미산란 효과에 의해 산란효율이 높아 반사율이 높아졌기 때문이다.
도 5를 참조하면, 산화구리(CuO)의 경우, 가시광 파장대역의 흡수효율이 우수하다. 그리고, 도 6를 참조하면, 905nm에서 반사율이 높은데, 특히 400nm 내지 600nm의 산화구리의 반사효율이 높다. 이는 산화구리가 400nm 내지 600nm의 크기인 경우 미산란 효과에 의해 산란효율이 높아 반사율이 높아졌기 때문이다.
도 3 내지 도 6을 통해, 산화철 및 산화구리의 크기가 400nm 내지 600nm인 경우 라이다 센서 파장대역인 905nm에서 미산란효과에 의해 반사율이 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 산화철의 경우 가시광 파장대역에서 흡수효율이 낮으므로, 산화구리와 혼합하여 사용하는 경우, 가시광 영역의 흡수율을 높여 블랙계열 색상을 더욱 정밀하게 나타낼 수 있고, 근적외선 영역에서의 반사율을 높여 라이다 센서감지성능을 높일 수 있다.
이와 유사하게, 라이다 센서 파장대역이 1,550nm인 경우, 입자의 크기를 800 nm 내지 1,000nm로 조절하면 반사율을 높일 수 있다.
수지는 올레핀계 수지, 비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리아마이드계 수지, 실리콘계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리설폰계 수지, 폴리에테르 설폰계 수지, 폴리아세탈계 수지 및 폴리(메타)아크릴계수지 중 적어도 하나의 수지를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라이다 센서용 도료 조성물은 첨가제:를 더 포함하고, 첨가제는 습윤제, 소포제, 광안정제, 얼룩 방지제, 유연제 및 증점제 중 적어도 하나일 수 있다.
수지는 라이다 센서용 도료 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 97wt% 내지70wt%로 포함되고, 블랙안료는 라이다 센서용 도료 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 3wt% 내지 30wt%로 포함될 수 있다.
금속산화물의 반사율은 입자의 크기, 굴절율과 주변 매질의 굴절율에 의해 달라지기 때문에 라이다 센서용 도료 조성물에 금속산화물 입자들이 분산되는 경우, 반사율을 최대화시키는 입자의 크기는 매질의 굴절율에 따라 달라질 수 있다.
본 발명에 따른 라이다 센서용 도료 조성물은 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료를 이용하여, 별도의 반사층없이 자체반사가 가능하므로, 한번에 코팅해서 가시광에서의 파장 흡수로 블랙계열 색상을 구현하면서 근적외선 영역에서의 반사율이 높은 구조를 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료 분산액을 준비하는 단계; 및 블랙안료 분산액 및 수지를 혼합하는 단계;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 수지; 및 905nm 파장광에 대하여 미산란(Mie scattering)이 발생하는 400nm 내지 600nm 크기의 Fe2O3 및 CuO 중 적어도 하나를 포함하는 블랙안료;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물이 제공된다.
본 발명의 또다른 측면에 따르면, 수지; 및 1,550nm 파장광에 대하여 미산란(Mie scattering)이 발생하는 800nm 내지 1,000nm 크기의 Fe2O3 및 CuO 중 적어도 하나를 포함하는 블랙안료;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물이 제공된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (12)

  1. 수지; 및
    라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물로서,
    라이다 센서의 파장이 905nm인 경우, 금속산화물의 크기는 400nm 내지 600nm이고,
    라이다 센서의 파장이 1,550nm인 경우, 금속산화물의 크기는 800nm 내지 1,000nm이며,
    금속산화물은 Fe2O3 및 가시광 파장대역에서 Fe2O3보다 흡수율이 높은 CuO를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서용 도료 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    수지는 올레핀계 수지, 비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리아마이드계 수지, 실리콘계 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리설폰계 수지, 폴리에테르 설폰계 수지, 폴리아세탈계 수지 및 폴리(메타)아크릴계수지 중 적어도 하나의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서용 도료 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    첨가제:를 더 포함하고,
    첨가제는 습윤제, 소포제, 광안정제, 얼룩 방지제, 유연제 및 증점제 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 라이다 센서용 도료 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    수지는 라이다 센서용 도료 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 97wt% 내지70wt%로 포함되고,
    블랙안료는 라이다 센서용 도료 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 3wt% 내지 30wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 라이다 센서용 도료 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    금속산화물의 크기는 수지의 굴절률에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 라이다 센서용 도료 조성물.
  10. 라이다 센서의 파장에 미산란(Mie scattering)이 발생하는 크기의 금속산화물을 포함하는 블랙안료 분산액을 준비하는 단계; 및
    블랙안료 분산액 및 수지를 혼합하는 단계;를 포함하는 라이다 센서용 도료 조성물 제조방법으로서,
    라이다 센서의 파장이 905nm인 경우, 금속산화물의 크기는 400nm 내지 600nm이고,
    라이다 센서의 파장이 1,550nm인 경우, 금속산화물의 크기는 800nm 내지 1,000nm이며,
    금속산화물은 Fe2O3 및 가시광 파장대역에서 Fe2O3보다 흡수율이 높은 CuO를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이다 센서용 도료 조성물 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
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