KR20240025002A - Sol-gel coated flat glass with nano-inclusions - Google Patents

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얀 하겐
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은
- 투명 기판(1),
- 상기 기판(1) 표면 상에 졸-겔 코팅(2)을 포함하는 코팅된 판유리에 관한 것으로,
상기 졸-겔 코팅(2)은 금속 산화물 또는 반금속 산화물을 기반으로 하고 나노 함유물(4)이 제공된 졸-겔 매트릭스(3)를 함유하며,
나노 함유물(4)은 코어(4a) 및 코어(4a) 주위에 배열된 쉘(4b)을 포함하고,
쉘(4b)은 원자층 증착(ALD)에 의해 생성된다.
This invention
- Transparent substrate (1),
- relates to a coated pane comprising a sol-gel coating (2) on the surface of the substrate (1),
The sol-gel coating (2) contains a sol-gel matrix (3) based on a metal oxide or semi-metal oxide and provided with nano-inclusions (4),
The nano-inclusions 4 include a core 4a and a shell 4b arranged around the core 4a,
Shell 4b is produced by atomic layer deposition (ALD).

Description

나노 함유물이 포함된 졸-겔 코팅 판유리Sol-gel coated flat glass with nano-inclusions

본 발명은 코팅된 판유리, 그 제조 방법 및 그 용도에 관한 것이다.The present invention relates to coated flat glass, its production method, and its use.

졸-겔 코팅은 잘 알려져 있다. 여기에서는 전구체(졸)가 포함된 용액을 판유리 표면에 적용하고, 전구체는 응축되어 용매가 배출된 후에도 판유리 표면에 남아 있는 겔을 형성한다. 졸-겔 코팅의 장점은 저렴한 비용과 간단한 습식 화학물질 취급에 있다.Sol-gel coatings are well known. Here, a solution containing a precursor (sol) is applied to the surface of a sheet glass, and the precursor condenses to form a gel that remains on the surface of the sheet glass even after the solvent is discharged. The advantages of sol-gel coatings include low cost and simple wet chemical handling.

졸-겔 코팅의 또 다른 장점은 그 특성을 비교적 쉽게 설정할 수 있다는 것인데, 특히 전구체의 선택 및/또는 졸 용액에 쉽게 첨가할 수 있는 함유물을 통해 그 특성을 비교적 쉽게 설정할 수 있다는 데에 있다. 예를 들어, WO2008059170A2에는 기공(열 분해된 PMMA 함유물에 의해 생성됨), 중공 실리콘산화물 볼(ball) 또는 기름 방울 형태의 나노 함유물을 갖는 실리콘산화물의 졸-겔 코팅이 개시되어 있다. 상기 함유물의 결과로, 졸-겔 층의 굴절률은 졸-겔 코팅이 유리판의 반사방지코팅으로 사용될 수 있도록 조정(감소)될 수 있다. 후속으로 공개된 WO2021209201A1에는 광학적으로 굴절률이 높은 졸-겔 코팅이 개시되어 있으며, 이는 한 실시예에서 굴절률을 증가시키는 함유물, 특히 산화티타늄 함유물을 갖는 실리콘산화물의 졸-겔 매트릭스에 의해 형성된다.Another advantage of sol-gel coatings is that their properties can be established relatively easily, especially through the selection of precursors and/or inclusions that can be easily added to the sol solution. For example, WO2008059170A2 discloses a sol-gel coating of silicon oxide with nano-inclusions in the form of pores (created by thermally decomposed PMMA inclusions), hollow silicon oxide balls, or oil droplets. As a result of these inclusions, the refractive index of the sol-gel layer can be adjusted (reduced) so that the sol-gel coating can be used as an anti-reflective coating for glass plates. The subsequently published WO2021209201A1 discloses an optically high refractive index sol-gel coating, which in one embodiment is formed by a sol-gel matrix of silicon oxide with inclusions that increase the refractive index, in particular titanium oxide inclusions. .

그러나 졸-겔 코팅의 특성을 함유물에 의해 설정할 수 있는 데에는 한계가 있다. 따라서 달성 가능한 최대 함유물 비율(도핑 정도)은 제한된다.However, there are limits to the ability to set the properties of a sol-gel coating by its inclusions. Therefore, the maximum achievable inclusion ratio (degree of doping) is limited.

특성이 더 넓은 범위에 걸쳐 설정될 수 있거나 다기능 코팅이 실현될 수 있는 개선된 졸-겔 코팅이 필요하다. 또한, 졸-겔 코팅의 기계적 안정성과 노화 거동을 개선하는 것이 유리하다.There is a need for improved sol-gel coatings whose properties can be set over a wider range or where multifunctional coatings can be realized. Additionally, it is advantageous to improve the mechanical stability and aging behavior of sol-gel coatings.

코어 및 서로 다른 물질의 쉘로 구성된 소위 코어-쉘 나노입자가 알려져 있다. 이러한 나노입자의 굴절률은 본질적으로 소위 양자 구속 효과를 기반으로 하므로 넓은 범위에 걸쳐서, 특히 나노입자의 크기를 선택하여 조정할 수 있다. 또한, 원자층 증착(ALD)을 통해 코어-쉘 나노입자의 쉘을 생성할 수 있는 것이 공지되어 있다. 원자층 증착은 고품질의 쉘과 정밀하게 정의된 층 두께를 생산하는 것을 가능하게 한다. 따라서 이러한 ALD 쉘에 의해 나노입자의 내화학성이 향상될 수 있다는 것이 문헌에 입증되어 있다(A. W. Weimer, Particle Atomic Layer Deposition. Journal of Nanoparticle Research 21, 2019). 또한 나노입자의 경도와 탄성률이 변경될 수 있고 굴절률이 쉘의 코어의 범위와 층 두께의 선택에 따라 조정될 수 있다는 점에서 나노입자의 기계적 안정성이 향상될 수 있음이 입증되었다 (L. Zhang 외, 원자층 증착 강화 나노입자 박막의 기계적 특성. Nanoscale, 2012년 9월).So-called core-shell nanoparticles are known, consisting of a core and a shell of different materials. The refractive index of these nanoparticles is essentially based on the so-called quantum confinement effect and can therefore be tuned over a wide range, especially by choosing the size of the nanoparticles. Additionally, it is known that the shell of core-shell nanoparticles can be produced through atomic layer deposition (ALD). Atomic layer deposition makes it possible to produce high quality shells and precisely defined layer thicknesses. Therefore, it has been proven in the literature that the chemical resistance of nanoparticles can be improved by this ALD shell (A. W. Weimer, Particle Atomic Layer Deposition. Journal of Nanoparticle Research 21, 2019). It has also been demonstrated that the mechanical stability of nanoparticles can be improved in that the hardness and elastic modulus of the nanoparticles can be changed and the refractive index can be adjusted according to the selection of the layer thickness and the extent of the core of the shell (L. Zhang et al. Mechanical properties of atomic layer deposition-enhanced nanoparticle thin films (Nanoscale, September 2012).

WO2015075229A1에는 습식 화학적으로 제조된 유기/무기 하이브리드 코어-쉘 나노입자를 이용한 다공성 반사방지 코팅이 개시되어 있다. WO2011157820A1 및 WO2013174754A2는 또한 습식 화학적으로 생성된 코어-쉘 나노입자를 함유물을 이용한 졸-겔 코팅을 개시한다.WO2015075229A1 discloses a porous anti-reflective coating using wet chemically prepared organic/inorganic hybrid core-shell nanoparticles. WO2011157820A1 and WO2013174754A2 also disclose sol-gel coating using wet chemically produced core-shell nanoparticles as inclusions.

본 발명의 목적은 개선된 졸-겔 코팅을 갖는 판유리를 제공하는 것이다. 졸-겔 코팅의 특성, 특히 굴절률을 넓은 범위에 걸쳐 정확하고 재현 가능하게 설정하는 것이 가능해야 한다. 코팅은 또한 기계적으로 안정하고 노화에 대한 저항성이 있어야 하며 다기능 코팅으로 적합해야 한다.The object of the present invention is to provide pane glass with an improved sol-gel coating. It should be possible to set the properties of the sol-gel coating, especially the refractive index, accurately and reproducibly over a wide range. The coating must also be mechanically stable, resistant to aging and suitable as a multifunctional coating.

본 발명의 목적은 본 발명의 코팅된 판유리 및 또한 독립항에 따른 그 제조 방법에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속항에서 명백해진다.The object of the present invention is achieved by the coated glass plate of the present invention and also the method for producing it according to the independent claim. Preferred embodiments become apparent from the dependent claims.

본 발명에 따른 코팅된 판유리는 최소 하나의 투명 기판 및 투명 기판 표면 상의 졸-겔 코팅을 포함한다. 졸-겔 코팅은 졸-겔 매트릭스를 포함하거나 또는 졸-겔 원리에 따라 형성된, 나노 함유물을 갖는 매트릭스(졸-겔 매트릭스)로 구성된다. 나노 함유물은 졸-겔 매트릭스의 도핑이라고도 한다. 본 발명에 따르면, 졸-겔 매트릭스는 금속 산화물 또는 반금속 산화물을 기반으로 형성되거나 또는 금속 산화물 또는 반금속 산화물로 구성된다. 반금속 산화물은 반도체 산화물이라고도 한다. 금속 산화물 또는 반금속 산화물 외에도 졸-겔 매트릭스에는 공정 관련 잔류물이나 첨가제, 예를 들면 안정제 또는 UV 차단제가 포함될 수 있다. 함유물은 특히 그것을 졸에 첨가함으로써(바람직하게는 용액으로) 졸-겔 매트릭스에 도입되는데, 이로써 함유물은 졸-겔 코팅의 응축 및 건조 동안 졸-겔 매트릭스에 의해 둘러싸이게 된다.A coated glass pane according to the invention comprises at least one transparent substrate and a sol-gel coating on the surface of the transparent substrate. Sol-gel coatings either contain a sol-gel matrix or consist of a matrix with nano-inclusions (sol-gel matrix) formed according to the sol-gel principle. Nano inclusions are also called doping of the sol-gel matrix. According to the invention, the sol-gel matrix is formed on the basis of metal oxides or semimetal oxides or consists of metal oxides or semimetal oxides. Semimetal oxides are also called semiconductor oxides. In addition to metal oxides or metalloid oxides, sol-gel matrices may also contain process-related residues or additives, such as stabilizers or UV blockers. The inclusions are introduced into the sol-gel matrix in particular by adding them to the sol (preferably as a solution), so that they are surrounded by the sol-gel matrix during condensation and drying of the sol-gel coating.

어떤 요소가 어떤 재료를 기반으로 형성된다는 것은 그 요소가 주로 그 재료로 구성되는 것이며 불순물이나 도핑을 제외하고는 특히 본질적으로 그 재료로 구성된다는 것이다. 그 재료의 비율은 50 중량% 초과, 바람직하게는 70 중량% 초과, 매우 특히 바람직하게는 90 중량% 초과이다. 나노 함유물(쉘 또는 코어)의 재료로서 금속 산화물 또는 반금속 산화물과 관련하여, 그 비율은 특히 99 중량% 초과이다.To say that an element is formed based on a material means that the element is composed primarily of that material, and especially essentially of that material, excluding impurities or doping. The proportion of the materials is greater than 50% by weight, preferably greater than 70% by weight and very particularly preferably greater than 90% by weight. With regard to metal oxides or semi-metal oxides as the material of the nano-inclusions (shell or core), the proportion is in particular greater than 99% by weight.

본 발명에 따르면, 나노 함유물은 코어와 코어 주위에 배열되어 이를 둘러싸는 쉘을 포함한다. 코어와 쉘은 서로 다른 재료로 만들어진다. 따라서 나노 함유물은 코어-쉘 나노입자로 간주될 수 있다. 본 발명에 따르면, 쉘은 코어 상에 원자층 증착(ALD)에 의해 생성된다.According to the present invention, the nano-inclusions include a core and a shell arranged around the core and surrounding it. The core and shell are made of different materials. Therefore, the nano inclusions can be considered core-shell nanoparticles. According to the invention, the shell is created by atomic layer deposition (ALD) on the core.

졸-겔 코팅은 생산 비용이 저렴하다. 졸-겔 코팅은 기판의 전체 표면에 걸쳐 또는 일부 영역에만 습식 화학적으로 기판에 적용하기 쉽다. 졸-겔 코팅은 다양한 방식으로 사용될 수 있으며, 그 특성은 예를 들면 졸-겔 매트릭스 및/또는 함유물의 재료 선택에 의하여 제어하기 쉽다. 이러한 것이 원자층 증착에 의해 생성된 쉘을 갖는 본 발명에 따른 나노 함유물에 의해 본 발명에서 이용된다. 나노 함유물은 예를 들어 코팅의 광학적 특성에 영향을 미치거나 및/또는 화학적 또는 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다. 쉘을 사용하면 매트릭스에 더 잘 포함된다거나 또는 더 잘 연결될 수 있다. 나노 함유물을 사용하면 특히 넓은 범위에 걸쳐 굴절률을 매우 유연하게 설정할 수 있는데, 그 이유는 나노 함유물의 굴절률이 양자 효과(양자 구속)에 기초하기 때문이다. 이러한 양자 효과는 쉘과 코어 사이의 전자적 상호 작용으로 인해 발생하며 코어와 쉘의 재료 및 크기에 영향을 받는다. 원자층 증착을 통해 매우 정확하게 정의된 층 두께로 쉘을 생산할 수 있으므로 특성을 정확하고 재현 가능하게 설정할 수 있다. 또한, 원자층 증착은 매우 조밀한 층을 생성하여 한편으로는 높은 화학적, 기계적 안정성을 보장하고 다른 한편으로는 층 두께가 비교적 낮더라도 원하는 특성을 얻을 수 있게 해준다. 쉘의 두께, 화학적 조성 및 밀도를 거의 완벽하게 제어함으로써 덜 정밀한 증착 공정에서는 불가능한 양자 구속 효과 등을 기반으로 한 광학 효과를 얻을 수 있다. 또한, 원자층 증착은 많은 물질에 사용될 수 있으며, 특히 많은 산화물과 질화물에 대해 잘 연구되어 왔기 때문에 본 발명은 많은 응용 분야에 유연하게 사용될 수 있다. 이는 본 발명의 큰 장점이다.Sol-gel coatings are inexpensive to produce. Sol-gel coatings are easy to apply to a substrate wet chemically over the entire surface of the substrate or only to selected areas. Sol-gel coatings can be used in a variety of ways and their properties are easy to control, for example by selection of materials for the sol-gel matrix and/or inclusions. This is exploited in the present invention by nano-inclusions according to the invention with a shell produced by atomic layer deposition. Nano-inclusions may, for example, affect the optical properties of the coating and/or improve its chemical or mechanical stability. Using a shell allows for better inclusion or better connection to the matrix. The use of nano-inclusions allows a very flexible setting of the refractive index, especially over a wide range, since the refractive index of nano-inclusions is based on quantum effects (quantum confinement). These quantum effects occur due to electronic interactions between the shell and the core and are affected by the materials and sizes of the core and shell. Atomic layer deposition allows the production of shells with very precisely defined layer thicknesses, allowing properties to be established accurately and reproducibly. In addition, atomic layer deposition creates very dense layers, which on the one hand ensures high chemical and mechanical stability and on the other hand makes it possible to obtain the desired properties even if the layer thickness is relatively low. By almost completely controlling the thickness, chemical composition, and density of the shell, optical effects based on quantum confinement effects that are not possible with less precise deposition processes can be achieved. Additionally, atomic layer deposition can be used for many materials, and has been particularly well studied for many oxides and nitrides, making the present invention flexible for many applications. This is a great advantage of the present invention.

나노 함유물로부터 원자층 증착에 의하여 쉘이 생성된다는 것을 고해상도 투과 전자현미경(HRTEM)으로 볼 수 있다. 원자층 증착은 원자 수준에서도 이상적으로 균일한 쉘을 형성해주며, 이는 다른 코팅 방법으로는 달성할 수 없는 거의 완벽하게 일정한 쉘의 층 두께를 만들어준다. 쉘은 코어 표면의 윤곽을 거의 완벽하게 따르며, 예를 들어 구형 코어의 경우 이상적으로는 코어와 동심이다.It can be seen with high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) that the shell is created from the nano-inclusions by atomic layer deposition. Atomic layer deposition creates an ideally uniform shell even at the atomic level, resulting in an almost perfectly consistent shell layer thickness that cannot be achieved with other coating methods. The shell follows the contour of the core surface almost perfectly and, for example, in the case of a spherical core, is ideally concentric with the core.

졸-겔 코팅의 두께는 바람직하게는 30 nm 내지 500 nm, 특히 바람직하게는 50 nm 내지 150 nm이다.The thickness of the sol-gel coating is preferably between 30 nm and 500 nm, particularly preferably between 50 nm and 150 nm.

유리한 일 실시예에서, 졸-겔 매트릭스는 산화규소(SiO2)를 기반으로 하거나 SiO2로 구성된다. SiO2 졸-겔 코팅은 충분히 연구되어 왔으며 고품질로 생산될 수 있다. 더욱이, SiO2는 일반적인 기판(특히 소다석회 유리판이나 PMMA 또는 폴리카보네이트로 만든 플라스틱 판유리)의 굴절률과 유사한 굴절률을 가지고 있다. 따라서 SiO2 졸-겔 코팅은 이러한 기판과 광학적으로 호환된다. 이러한 코팅을 이용하여 반사방지 특성이 생성될 수 있는데, 특히 굴절률을 낮추는 특별히 설정된 다공성 또는 기타 함유물을 통해 생성될 수 있다. 그러나 광학적으로 고굴절층을 생성하기 위해 다른 졸-겔 매트릭스, 예를 들면 TiO2 기반 매트릭스도 사용할 수 있다.In one advantageous embodiment, the sol-gel matrix is based on silicon oxide (SiO 2 ) or consists of SiO 2 . SiO 2 sol-gel coatings have been well studied and can be produced with high quality. Moreover, SiO 2 has a refractive index similar to that of common substrates (especially soda-lime glass sheets or plastic panes made of PMMA or polycarbonate). Therefore, SiO 2 sol-gel coatings are optically compatible with these substrates. Anti-reflective properties can be created using these coatings, especially through specially designed porosity or other inclusions that lower the refractive index. However, other sol-gel matrices, for example TiO 2 based matrices, can also be used to create an optically high refractive index layer.

나노 함유물은 코어-쉘 나노입자이며, 여기서 쉘은 코어에 원자층 증착에 의해 생성된다. 나노 함유물은 대안적으로 쉘에 의해 형성되고 코어를 형성하는 공동(기공)을 둘러싸는 중공 입자일 수 있다. 이를 위해, 원자층 증착에 의해 고분자 나노입자에 쉘이 제공되고, 코팅된 나노입자가 코팅에 매립되고, 중합체 코어가 열적으로 또는 용매에 의해 제거될 수 있다. 나노 함유물 또는 나노입자는 나노미터 범위, 즉 1nm에서 1,000nm(1μm) 미만의 크기를 갖는 입자를 의미하는 것으로 이해된다. 나노 함유물 또는 나노입자는 바람직하게는 구형이고, 따라서 실질적으로 원형 단면을 갖는다. 대안적으로, 나노 함유물 또는 나노입자는 다른 단면, 예를 들어 타원형, 타원형 또는 길쭉한 단면(타원체 또는 난형 나노입자)을 가질 수도 있다.Nanoinclusions are core-shell nanoparticles, where the shell is created by atomic layer deposition on the core. Nanoinclusions may alternatively be hollow particles formed by a shell and surrounding a cavity (pore) forming a core. To this end, the polymer nanoparticles are provided with a shell by atomic layer deposition, the coated nanoparticles are embedded in the coating, and the polymer core can be removed thermally or by solvent. Nano inclusions or nanoparticles are understood to mean particles with a size in the nanometer range, i.e. from 1 nm to less than 1,000 nm (1 μm). The nano-inclusions or nanoparticles are preferably spherical and therefore have a substantially circular cross-section. Alternatively, the nano-inclusions or nanoparticles may have other cross-sections, such as elliptical, oval or elongated cross-sections (ellipsoidal or oval nanoparticles).

졸-겔 코팅 중 나노입자의 부피 비율(모든 나노 함유물의 합산 부피를 졸-겔 코팅의 총 부피로 나눈 값)은 바람직하게는 10% 내지 90%, 특히 바람직하게는 80% 미만이고, 매우 특히 바람직하게는 70% 미만 또는 60% 미만이다.The volume fraction of nanoparticles in the sol-gel coating (the combined volume of all nano inclusions divided by the total volume of the sol-gel coating) is preferably between 10% and 90%, particularly preferably less than 80%, and very particularly Preferably it is less than 70% or less than 60%.

나노 함유물은 응용 분야의 용도에 따라 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 이는 코어와 쉘의 재료뿐만 아니라 이들의 조합에도 적용된다. 코어와 쉘 모두 유전체 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 의미에서 유전체 재료는 특히 10-4 S/m 미만의 전기 전도성(비저항의 역수)을 갖는다.Nanoinclusions can be designed in a variety of ways depending on the intended application. This applies not only to the materials of the core and shell, but also to their combinations. Both the core and shell are preferably formed of dielectric material. Dielectric materials in the sense of the present invention in particular have an electrical conductivity (reciprocal of resistivity) of less than 10 -4 S/m.

바람직한 일 실시예에서, 코어는 기공으로서, 즉 졸-겔 매트릭스 내의 일종의 (특히, 기체, 공기 또는 진공 충전된) 빈 공간으로서 설계된다. 졸-겔 코팅의 굴절률은 기공을 통해 조절될 수 있으며, 특히 졸-겔 매트릭스의 굴절률과 비교하여 감소될 수 있다. 결과적으로 코팅에는 반사방지(비반사) 특성이 구비될 수 있다.In one preferred embodiment, the core is designed as a pore, i.e. as a kind of empty space (in particular gas, air or vacuum filled) in the sol-gel matrix. The refractive index of the sol-gel coating can be adjusted through pores and, in particular, can be reduced compared to the refractive index of the sol-gel matrix. As a result, the coating can be provided with anti-reflective (non-reflective) properties.

본 발명의 맥락에서, 굴절률은 모든 경우에 550nm의 파장과 관련하여 특정된다. 굴절률은 예를 들어 엘립소메트리(ellipsometry)에 의해 결정될 수 있다. 엘립소미터는 예를 들어 Sentech 회사에서 상업적으로 이용 가능하다.In the context of the present invention, the refractive index is specified in all cases with respect to a wavelength of 550 nm. The refractive index can be determined, for example, by ellipsometry. Ellipsometers are commercially available, for example from the company Sentech.

추가의 바람직한 일 실시예에서, 코어는 중합체로 형성되거나 또는 중합체를 기반으로 형성되거나 또는 중합체로 구성된다. 이러한 코어를 사용하면 코팅의 굴절률도 함유물에 의해 조정될 수 있다. 또한 어떤 경우에는 코팅의 견고성과 기계적 특성이 향상될 수 있다. 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)는 적절한 굴절률과 우수한 가용성 및 관리 용이성으로 인해 특히 선호된다. 그러나, 대안적으로, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 메틸(메트)아크릴레이트와 (메트)아크릴산의 공중합체도 사용될 수 있다.In a further preferred embodiment, the core is formed of or based on a polymer or consists of a polymer. Using such cores, the refractive index of the coating can also be adjusted by inclusions. Additionally, in some cases, the robustness and mechanical properties of the coating may be improved. Polymethyl methacrylate (PMMA) is particularly preferred due to its moderate refractive index, good solubility, and ease of care. However, alternatively, for example polycarbonates, polyesters, polystyrene, copolymers of methyl (meth)acrylate and (meth)acrylic acid can also be used.

중합체 코어는 코어가 졸-겔 매트릭스에 포함된 후 열처리의 일부로 열분해되거나 용매에 의해 용해된 경우 기공의 전구체로 기능할 수도 있다. 이를 위해서는 PMMA 외에, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 메틸(메트)아크릴레이트와 (메트)아크릴산의 공중합체도 적합하다.The polymer core may also function as a precursor for pores when the core is incorporated into a sol-gel matrix and then pyrolyzed as part of a heat treatment or dissolved by a solvent. For this purpose, in addition to PMMA, for example polycarbonate, polyester, polystyrene or a copolymer of methyl (meth)acrylate and (meth)acrylic acid are also suitable.

더욱 바람직한 일 실시예에서, 코어는 금속 산화물 또는 반금속 산화물로 형성되거나, 금속 산화물 또는 반금속 산화물을 기반으로 하거나, 금속 산화물 또는 반금속 산화물로 구성된다. 특히 바람직한 것은 산화규소(SiO2)이다. 예를 들어 이러한 방식으로 코팅의 굴절률을 설정할 수 있다. 여기서 졸-겔 매트릭스가 마찬가지로 SiO2로 구성된 경우 효과는 주로 쉘을 기반으로 하며 매트릭스와의 우수한 광학적 호환성은 SiO2 코어에 의해 보장된다. 또한, 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2)이 특히 바람직하다. 이는 또한 졸-겔 매트릭스가 SiO2로 구성되어 있는 경우 코팅의 굴절률을 조정하고 특히 이를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 또한, 코팅은 TiO2에 의한 광촉매, 자가 세척 특성을 제공할 수 있다.In a further preferred embodiment, the core is formed of a metal oxide or a semimetal oxide, is based on a metal oxide or a semimetal oxide, or consists of a metal oxide or a semimetal oxide. Particularly preferred is silicon oxide (SiO 2 ). For example, in this way the refractive index of the coating can be set. Here, if the sol-gel matrix is also composed of SiO 2 , the effect is mainly based on the shell and excellent optical compatibility with the matrix is ensured by the SiO 2 core. Additionally, titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and hafnium oxide (HfO 2 ) are particularly preferred. This also makes it possible to adjust and especially increase the refractive index of the coating if the sol-gel matrix consists of SiO 2 . Additionally, the coating can provide photocatalytic, self-cleaning properties by TiO 2 .

추가의 바람직한 일 실시예에서, 코어는 중공 입자로서, 즉 (특히, 공기가 채워진) 빈 공간 주위의 쉘로 형성된다. 중공 입자는 금속 산화물 또는 반금속 산화물로 형성되거나, 금속 산화물 또는 반금속 산화물을 기반으로, 예를 들어 SiO2 또는 TiO2로부터 형성된다. 특히 SiO2 중공 입자는 상업적으로 이용 가능하며 쉽게 구입할 수 있다. 졸-겔 매트릭스의 기공은 빈 공간에 의해 형성되며 이에 따라 그 굴절률이 설정될 수 있으며, 여기서 SiO2 캡슐화는 졸-겔 매트릭스와의 우수한 광학적 호환성을 보장한다(적어도 졸-겔 매트릭스가 SiO2로 만들어진 경우). 그러나 중공 입자 코어는 예를 들어 빛을 아웃커플링(outcoupling)하는 역할을 하는 기판 위의 산란 표면을 생성하는 것과 같은 다른 목적으로도 사용될 수 있다.In a further preferred embodiment, the core is a hollow particle, i.e. formed as a shell around an empty space (in particular filled with air). The hollow particles are formed from metal oxides or semimetal oxides or based on metal oxides or semimetal oxides, for example from SiO 2 or TiO 2 . In particular, SiO 2 hollow particles are commercially available and can be easily purchased. The pores of the sol-gel matrix are formed by empty spaces and their refractive index can be set accordingly, where the SiO 2 encapsulation ensures good optical compatibility with the sol-gel matrix (at least when the sol-gel matrix is converted to SiO 2 if created). However, hollow particle cores can also be used for other purposes, for example to create a scattering surface on a substrate that serves to outcouple light.

코어는 금속 산화물 또는 반금속 산화물(특히, SiO2 및 TiO2)의 기공으로, 또는 금속 산화물 또는 반금속 산화물(특히, SiO2 및 TiO2)의 중공 입자로 형성되는 것이 특히 바람직하다. 코어에 매우 특히 바람직한 재료는 SiO2 기공 및 SiO2 중공 입자이며 이들의 응용 범위가 넓기 때문이다.It is particularly preferred that the core is formed from pores of a metal oxide or semimetal oxide (in particular SiO 2 and TiO 2 ) or from hollow particles of a metal oxide or semimetal oxide (in particular SiO 2 and TiO 2 ). Very particularly preferred materials for the core are SiO 2 pores and SiO 2 hollow particles because of their wide application range.

코어의 크기는 바람직하게는 10 nm 내지 500 nm, 특히 바람직하게는 10 nm 내지 150 nm, 매우 특히 바람직하게는 50 nm 내지 100 nm이다. 이로써 특히 졸-겔 매트릭스의 나노입자 함유물과 그 굴절률 조정과 관련하여 좋은 결과를 얻을 수 있다. 여기서, 크기는 코어를 공간 상에서 최대한 연장한 것, 즉 구형 나노입자의 경우 직경을 의미하는 것으로 이해된다. 모든 코어의 적어도 80%의 크기는 바람직하게는 지정된 범위 내에 있으며, 특히 바람직하게는 모든 코어가 지정된 범위 내에 있다.The size of the core is preferably between 10 nm and 500 nm, particularly preferably between 10 nm and 150 nm and very particularly preferably between 50 nm and 100 nm. This gives good results, especially with regard to nanoparticle inclusions in the sol-gel matrix and tuning their refractive index. Here, size is understood to mean the maximum extension of the core in space, that is, the diameter in the case of spherical nanoparticles. The size of at least 80% of all cores is preferably within the specified range, particularly preferably all cores are within the specified range.

나노-함유물의 쉘은 바람직하게는 1.5 초과, 특히 바람직하게는 1.7 초과, 특히 1.9 초과의 굴절률을 갖는다. 이는 나노 함유물을 통해 졸-겔 매트릭스의 굴절률 증가를 달성하려는 경우 특히 유리하다. 그러나, 그렇지 않은 경우에도 쉘의 재료로 인한 굴절률의 약간의 증가는 예를 들어 그것에 의해 기계적 특성의 상당한 개선이 달성될 수 있다면 허용될 수 있다.The shell of the nano-inclusions preferably has a refractive index greater than 1.5, particularly preferably greater than 1.7 and especially greater than 1.9. This is particularly advantageous when trying to achieve an increase in the refractive index of the sol-gel matrix through nano-inclusions. However, even if this is not the case, a slight increase in the refractive index due to the material of the shell may be acceptable if, for example, a significant improvement in the mechanical properties can be achieved thereby.

바람직한 일 실시예에서, 쉘은 금속 산화물 또는 반금속 산화물로 형성되거나 이를 기반으로 하거나, 금속 산화물 또는 반금속 산화물로 구성된다. 적합한 금속 산화물 또는 반금속 산화물은 예를 들어 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 전이금속 산화물, 특히 산화티탄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2) 또는 산화하프늄(HfO2)이다. 졸-겔 매트릭스가 SiO2로 만들어진 경우, SiO2 쉘로 나노 함유물과 매트릭스를 양호하게 연결할 수 있다. 언급된 다른 금속 산화물은 예를 들어 코팅에 반사 특성을 제공하기 위해 굴절률을 증가시킬 수 있다. TiO2 쉘을 사용하여 코팅에 광촉매, 자가 세척 특성을 부여할 수도 있다. SiO2또는 TiO2로 만들어진 쉘이 특히 바람직하다.In a preferred embodiment, the shell is formed of or based on a metal oxide or semimetal oxide or consists of a metal oxide or semimetal oxide. Suitable metal oxides or semimetal oxides are for example silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or transition metal oxides, especially titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) or hafnium oxide (HfO). 2 ). When the sol-gel matrix is made of SiO 2 , the SiO 2 shell can provide a good connection between the nano-inclusions and the matrix. The other metal oxides mentioned can increase the refractive index, for example to provide reflective properties to the coating. A TiO 2 shell can also be used to impart photocatalytic, self-cleaning properties to the coating. Shells made of SiO 2 or TiO 2 are particularly preferred.

의도된 용도에 따라, 쉘은 대안적으로 질화물로 형성되거나 질화물을 기반으로 할 수도 있다. 예로는 질화규소(Si3N4) 또는 질화알루미늄(AlN)이 있다. 이는 예를 들어 나노 함유물의 표면 특성 및/또는 쉘과 코어의 연결과 관련하여 특정 용도 방식으로 유리할 수 있다. 물론, 쉘의 재질은 코어의 재질과 달라야 한다는 조건하에 선택된다.Depending on the intended use, the shell may alternatively be formed of nitride or may be based on nitride. Examples include silicon nitride (Si 3 N 4 ) or aluminum nitride (AlN). This may be advantageous in certain application ways, for example with regard to the surface properties of the nano-inclusions and/or the connection of the shell and core. Of course, the material of the shell is selected under the condition that it must be different from the material of the core.

더 나은 이해를 위해 화학양론적 합산식이 제공되더라도, 본 발명의 맥락에서 사용되는 산화물 및 질화물은 반드시 화학양론적으로 형성될 필요는 없으며, 대안적으로 저화학양론적 또는 초화학양론적으로 형성될 수도 있다. 이는 나노 함유물의 코어와 쉘, 그리고 졸-겔 매트릭스에 동일하게 적용된다. 그러나, 나노 함유물의 쉘은 화학양론적으로 형성되는 것이 바람직하며, 이는 원자층 증착 동안 완전한 단층의 증착으로 인해 정확하고 재현 가능한 방식으로 가능하다.Although stoichiometric summation formulas are provided for better understanding, the oxides and nitrides used in the context of the present invention are not necessarily formed stoichiometrically, but may alternatively be formed low-stoichiometrically or super-stoichiometrically. It may be possible. This applies equally to the core and shell of nano-inclusions and to the sol-gel matrix. However, the shell of the nano-inclusions is preferably formed stoichiometrically, which is possible in an accurate and reproducible manner due to the deposition of a complete monolayer during atomic layer deposition.

쉘은 바람직하게는 1 nm 내지 100 nm, 특히 바람직하게는 2 nm 내지 20 nm, 특히 5 nm 내지 15 nm의 층 두께를 갖는다. 이러한 얇은 쉘은 원자층 증착으로 생성하기 쉽고, 원자층 증착으로 달성된 고밀도로 인해 원하는 특성을 생성하는 데 충분하다. 본 발명의 맥락에서, 달리 표시하지 않는 한, 층 두께는 층의 기하학적 두께를 의미하며, 예를 들어 기하학적 두께와 굴절률의 곱인 광학적 두께를 의미하지는 않는다.The shell preferably has a layer thickness of 1 nm to 100 nm, particularly preferably 2 nm to 20 nm, especially 5 nm to 15 nm. These thin shells are easy to produce by atomic layer deposition, and the high density achieved with atomic layer deposition is sufficient to produce the desired properties. In the context of the present invention, unless otherwise indicated, layer thickness means the geometric thickness of the layer and not the optical thickness, which is for example the product of the geometric thickness and the refractive index.

본 발명에 따른 졸-겔 코팅은 다양한 용도로 사용될 수 있으며 다양한 기능을 수행할 수 있다. 졸-겔 코팅은 예를 들어 다음과 같을 수 있다:The sol-gel coating according to the present invention can be used for various purposes and perform various functions. Sol-gel coatings can be, for example:

- 반사방지코팅: 이는 특히 기판보다 굴절률이 낮은 코팅이다. 이는 특히 굴절률이 기공(나노입자의 코어 또는 중공 입자인 기공, 특히 나노 함유물의 코어인 SiO2 중공 입자)에 의해 감소되는 SiO2 매트릭스에 의해 형성될 수 있다. 굴절률은 기공 크기와 기공 밀도에 따라 달라진다. 총 부피 중 기공 부피의 비율은 바람직하게는 10% 내지 90%, 특히 바람직하게는 80% 미만, 매우 특히 바람직하게는 60% 미만이다. SiO2는 기공 또는 중공 입자가 SiO2 매트릭스에 결합되는 것을 최적화하기 위해 특히 쉘로 바람직하다. 그러나 언급된 다른 모든 재료는 쉘에도 고려될 수 있다. 특히 코팅이 추가 특성을 갖추게 될 경우에는 더욱 그렇다.- Anti-reflective coating: This is a coating that has a particularly lower refractive index than the substrate. This can in particular be formed by a SiO 2 matrix whose refractive index is reduced by pores (pores that are cores of nanoparticles or hollow particles, especially SiO 2 hollow particles that are cores of nano inclusions). The refractive index depends on pore size and pore density. The proportion of pore volume in the total volume is preferably between 10% and 90%, particularly preferably less than 80% and very particularly preferably less than 60%. SiO 2 is particularly preferred as the shell to optimize the binding of the pores or hollow particles to the SiO 2 matrix. However, all other materials mentioned can also be considered for the shell. This is especially true if the coating has additional properties.

- 반사증가코팅: 이는 특히 기판보다 굴절률이 더 높은 코팅이다. 이는 예를 들어 굴절률이 높은 졸-겔 매트릭스(특히 TiO2, ZrO2 또는 HfO2)를 사용하거나 굴절률을 증가시키는 나노 함유물(특히 나노 함유물의 쉘 또는 코어로 TiO2, ZrO2 또는 HfO2)을 포함하는 SiO2 매트릭스를 사용하여 달성할 수 있다.- Reflection-increasing coating: This is a coating that has a particularly higher refractive index than the substrate. This can be achieved, for example, by using a sol-gel matrix with a high refractive index (especially TiO 2 , ZrO 2 or HfO 2 ) or by using nano-inclusions that increase the refractive index (in particular TiO 2 , ZrO 2 or HfO 2 ) as the shell or core of the nano-inclusions. This can be achieved using a SiO 2 matrix containing.

- 친수성 또는 소수성 코팅, 즉 기판 표면의 활용 거동에 영향을 미치는 코팅.- Hydrophilic or hydrophobic coatings, i.e. coatings that influence the utilization behavior of the substrate surface.

- 일광차단 코팅, 즉 적외선 및/또는 자외선 범위의 전자기 복사선을 반사하거나 흡수하는 코팅.- Sunblock coatings, i.e. coatings that reflect or absorb electromagnetic radiation in the infrared and/or ultraviolet range.

- 광촉매 코팅: 이러한 코팅은 유기 침전물을 분해하는 데 적합하므로 자가 세척 특성을 갖는다. 광촉매 특성은 특히 TiO2를 졸-겔 매트릭스 또는 나노 함유물의 쉘 또는 코어용 재료로 사용하여 달성된다.- Photocatalytic coatings: These coatings are suitable for breaking down organic deposits and therefore have self-cleaning properties. Photocatalytic properties are achieved in particular by using TiO 2 as a material for the shell or core of the sol-gel matrix or nano-inclusions.

- 광산란 코팅: 기판 표면의 코팅된 영역에 고도의 광산란 특성이 제공된다. 이는 예를 들어, 측면 에지를 통해 기판 내로 결합되고 전반사에 의해 그 내부에서 전파되는 기판 광을 밖으로 결합시키는 데 사용될 수 있으며, 상기 아웃커플링은 조명 목적을 위한 것이거나 디스플레이 생성을 위한 것이다.- Light scattering coating: High light scattering properties are provided to the coated area of the substrate surface. This can be used, for example, to couple out the substrate light that is coupled into the substrate via the side edges and propagating therein by total reflection, the outcoupling being for lighting purposes or for display creation.

- 장식용 코팅, 특히 유색 코팅. 예를 들어, 반사 색상은 졸-겔 코팅의 굴절률과 광 간섭 효과에 따라 설정될 수 있다.- Decorative coatings, especially colored coatings. For example, the reflection color can be set depending on the refractive index and light interference effects of the sol-gel coating.

코팅 설계의 높은 유연성으로 인해(졸-겔 매트릭스 재료와 나노 함유물의 쉘 및 코어 재료는 서로 독립적으로 선택될 수 있음) 다기능 코팅, 특히 위에서 언급한 여러 기능을 수행하는 코팅을 만들 수 있다. 이에 대한 예는 다음과 같다:Due to the high flexibility of the coating design (the shell and core materials of the sol-gel matrix material and the nano-inclusions can be selected independently of each other), it is possible to create multifunctional coatings, especially coatings that perform several of the functions mentioned above. An example of this is:

- 광촉매 특성을 지닌 반사방지코팅- Anti-reflective coating with photocatalytic properties

- 소수성을 지닌 반사방지코팅- Hydrophobic anti-reflective coating

- 소수성을 지닌 광촉매 코팅- Hydrophobic photocatalytic coating

- 일광차단 효과가 있는 반사방지코팅- Anti-reflective coating that blocks sunlight

- 유색 반사방지코팅.- Colored anti-reflective coating.

위에서 설명한 나노 함유물의 코어 및 쉘을 위한 바람직한 재료는 기본적으로 원하는 대로 서로 결합될 수 있다. 특히 바람직한 조합은 예를 들면 다음과 같다:The preferred materials for the core and shell of the nano-inclusions described above can be combined with each other essentially as desired. Particularly preferred combinations are for example:

- 코어: 기공, 쉘: SiO2: 이러한 나노 함유물은 졸-겔 코팅의 굴절률을 낮추는 데 사용될 수 있다. 또한 이러한 코팅은 기계적, 화학적 저항성을 높이고 지문의 가시성을 줄일 수 있다. SiO2 매트릭스의 경우, SiO2 쉘은 나노 함유물을 매트릭스에 결합하는 것을 개선한다. 이러한 나노 함유물은 특히 중합체 코어(바람직하게는 PMMA 코어) 및 SiO2 쉘을 갖는 나노입자에 의해 생성될 수 있으며, 여기서 코어는 코팅 후 열분해되거나 용해된다.- Core: pores, shell: SiO2: These nano-inclusions can be used to lower the refractive index of sol-gel coatings. These coatings can also increase mechanical and chemical resistance and reduce the visibility of fingerprints. In the case of SiO 2 matrices, the SiO 2 shell improves binding of nano-inclusions to the matrix. Such nano-inclusions can in particular be produced by nanoparticles having a polymer core (preferably a PMMA core) and a SiO 2 shell, where the core pyrolyzes or dissolves after coating.

- 코어: 기공, 쉘: TiO2: 이러한 나노 함유물은 또한 졸-겔 코팅의 굴절률을 감소시키는 데 사용될 수 있으며, 여기서 쉘은 추가로 코팅에 광촉매 특성을 부여한다. 따라서 일광차단 코팅도 만들 수 있다. 이 코팅은 특히 중합체 코어(바람직하게는 PMMA 코어) 및 TiO2 쉘을 갖는 나노입자에 의해 생성될 수 있으며, 여기서 코어는 코팅 후 열분해되거나 용해된다.- Core: pores, shell: TiO 2 : These nano-inclusions can also be used to reduce the refractive index of sol-gel coatings, where the shell additionally imparts photocatalytic properties to the coating. Therefore, a sunblock coating can also be created. This coating can in particular be produced by nanoparticles with a polymer core (preferably a PMMA core) and a TiO 2 shell, where the core pyrolyzes or dissolves after coating.

- 코어: SiO2, 쉘: TiO2: 이러한 나노 함유물은 예를 들어 반사증가코팅에, 특히 굴절률이 TiO2 쉘에 의해 증가되는 SiO2 매트릭스의 경우 사용될 수 있다. - Core: SiO 2 , Shell: TiO 2 : These nano-inclusions can be used, for example, in reflection-increasing coatings, especially in the case of SiO 2 matrices whose refractive index is increased by the TiO 2 shell.

- 코어: TiO2, 쉘: SiO2: 이러한 나노 함유물은 예를 들어 반사증가코팅에 사용될 수 있다. SiO2 매트릭스의 경우, SiO2 쉘은 매트릭스에 대한 결합을 향상시킨다.- Core: TiO 2 , Shell: SiO 2 : These nano-inclusions can be used, for example, in reflection-increasing coatings. In the case of SiO 2 matrices, the SiO 2 shell improves bonding to the matrix.

- 코어: SiO2 중공 입자, 쉘: TiO2: 이러한 나노 함유물은 예를 들어 광산란 코팅에 사용될 수 있다.- Core: SiO 2 hollow particles, shell: TiO 2 : These nano-inclusions can be used, for example, in light scattering coatings.

졸-겔 코팅은 기재 표면 전체에 걸쳐 배열될 수 있다. 그러나, 졸-겔 코팅이 표면의 하나 이상의 영역에만 배열되고 다른 영역은 코팅되지 않는 것도 가능하다. 예를 들어, 코팅은 코팅되지 않은 주변 가장자리 영역을 제외하고 전체 표면에 도포되어 기판의 중앙 투명 영역이 코팅으로 완전히 덮일 수 있다. 특히, 기판 표면의 80% 이상이 코팅된다. 코팅이 반사방지코팅, 친수성 또는 소수성 코팅, 일광차단 코팅 및/또는 자가 세척 코팅과 같이 기판 전체에 가능한 한 균일한 특성을 제공하려는 경우 특히 유리하다. 그러나 국부적으로 제한된 영역에만 코팅이 제공되거나(예: 특정 특성을 갖는 카메라 또는 센서 영역) 코팅이 패턴의 형태로 기판에 적용되는 것도 가능하다. 습식 화학 졸-겔 공정을 통해 간단하게 전체 면적 코팅은 물론 일부 영역 코팅도 가능하다.The sol-gel coating can be arranged across the entire substrate surface. However, it is also possible for the sol-gel coating to be arranged only on one or more areas of the surface, leaving other areas uncoated. For example, the coating may be applied to the entire surface except for the uncoated peripheral edge areas so that the central transparent area of the substrate is completely covered with the coating. In particular, more than 80% of the substrate surface is coated. This is particularly advantageous when the coating is intended to provide as uniform properties as possible across the substrate, such as anti-reflective coatings, hydrophilic or hydrophobic coatings, sunblock coatings and/or self-cleaning coatings. However, it is also possible for the coating to be provided only in locally limited areas (e.g. camera or sensor areas with specific properties) or for the coating to be applied to the substrate in the form of a pattern. Through the wet chemical sol-gel process, it is possible to simply coat the entire area as well as coat some areas.

바람직한 일 실시예에서, 기판은 유리 판유리 또는 플라스틱 판유리의 형태를 갖는다. 여기서, 판유리는 대체로 단단하고 기껏해야 탄성적으로 구부릴 수 있는 판형 또는 층형 물체를 의미한다. 유리 판유리의 경우, 기판은 바람직하게는 창유리에 관례적인 소다석회유리로 만들어진다. 그러나 다른 유형의 유리도 생각해볼 수 있다(예: 붕규산 유리, 석영 유리 또는 알루미노규산염 유리). 플라스틱 판유리의 경우, 기판은 바람직하게는 PMMA 또는 폴리카보네이트(PC)로 형성되거나 이를 기반으로 형성된다. 용도에 따라 기판의 두께를 자유롭게 선택할 수 있다. 건축 또는 자동차 분야의 창유리의 일반적인 두께는 예를 들어 0.5mm 내지 5mm, 바람직하게는 1.0mm 내지 2.5mm이다.In one preferred embodiment, the substrate takes the form of a glass pane or a plastic pane. Here, plate glass refers to a plate-shaped or layer-shaped object that is generally rigid and can be bent elastically at best. In the case of glass panes, the substrate is preferably made of soda-lime glass, which is customary for window panes. However, other types of glass are also conceivable (e.g. borosilicate glass, quartz glass, or aluminosilicate glass). In the case of plastic panes, the substrate is preferably formed of or based on PMMA or polycarbonate (PC). The thickness of the substrate can be freely selected depending on the application. The typical thickness of window glass in architectural or automotive fields is for example 0.5 mm to 5 mm, preferably 1.0 mm to 2.5 mm.

본 발명에 따르면, 기판은 투명하다. 이는 관통해서 볼 수 있는, 즉 특히 창유리로 사용될 수 있는 기판을 의미하는 것으로 이해된다. 특히 많은 차량 창문에서 흔히 볼 수 있듯이 기판은 착색되거나 채색될 수 있다. 400 nm 내지 800 nm의 가시 스펙트럼 범위에서 기판의 광 투과율은 바람직하게는 10% 이상, 특히 바람직하게는 30% 이상, 매우 특히 50% 이상, 특히 70% 이상이다. 이 값은 지정된 스펙트럼 범위에서 표면 법선에 대해 0°의 입사각으로 기판에 부딪히는 전체 복사선 중 투과된 복사선의 총 비율과 관련된다.According to the invention, the substrate is transparent. This is understood to mean a substrate that can be seen through, i.e. that can be used in particular as a window pane. The substrate may be tinted or tinted, as is particularly common in many vehicle windows. The light transmittance of the substrate in the visible spectrum range from 400 nm to 800 nm is preferably at least 10%, particularly preferably at least 30%, very especially at least 50% and especially at least 70%. This value relates to the total fraction of transmitted radiation out of the total radiation striking the substrate at an angle of incidence of 0° to the surface normal in the specified spectral range.

코팅된 판유리는 바람직하게는 창유리, 특히 건물, 인테리어 또는 차량의 창유리로 의도된다.The coated flat glass is preferably intended as window glass, especially as window glass for buildings, interiors or vehicles.

본 발명은 본 발명에 따른 코팅된 판유리를 제조하는 방법을 더 포함하며, 이 방법에서는 적어도:The present invention further comprises a method of producing a coated pane according to the present invention, wherein the method includes at least:

(a) 나노입자가 제공되고,(a) nanoparticles are provided,

(b) 원자층 증착을 통해 나노입자에 쉘이 제공되고,(b) a shell is provided to the nanoparticles through atomic layer deposition;

(c) 금속 산화물 또는 반금속 산화물 전구체를 함유하는 졸이 제공되고,(c) a sol containing a metal oxide or semimetal oxide precursor is provided,

(d) 나노입자를 쉘과 함께 졸에 첨가하고,(d) adding nanoparticles to the sol together with the shell;

(e) 쉘을 갖는 나노입자와 함께 기판 표면에 졸을 도포하고,(e) Applying the sol to the surface of the substrate along with nanoparticles having a shell,

(f) 졸이 응축되어 졸-겔 코팅을 형성하고, 여기서 졸-겔 매트릭스가 금속 산화물 또는 반금속 산화물 전구체로부터 생성되며, 이 매트릭스에는 나노 입자로 형성된 코어와 이 코어 주위에 배열된 쉘을 포함하는 나노 함유물이 제공된다.(f) the sol condenses to form a sol-gel coating, wherein a sol-gel matrix is created from a metal oxide or semi-metal oxide precursor, the matrix comprising a core formed of nanoparticles and a shell arranged around this core. A nano-inclusion is provided.

기술적으로 필요하지 않는 한, 상기 방법의 단계는 반드시 상기 표시된 순서대로 수행할 필요는 없다. 나노입자가 졸에 첨가되기 전에(방법 단계(d)) 나노 입자에 쉘이 제공되는 것이 필요하다(방법 단계(b)). 마찬가지로, 졸이 기판 표면에 적용되기 전에(방법 단계(e)) 쉘이 제공된 나노입자가 졸에 첨가되는 것(방법 단계(d))이 필요하다. 마찬가지로, 졸이 응축되어 졸-겔 코팅을 형성하기 전에(방법 단계(f)) 졸을 기판 표면에 도포하는 것이 필요하다(방법 단계(e)). 그러나 나노입자에 먼저 쉘이 제공되고(방법 단계(b)) 그 다음에 전구체를 갖는 졸이 준비되는지(방법 단계(c)) 또는 그 반대인지는 상관없다.Unless technically necessary, the method steps do not necessarily have to be performed in the order indicated above. Before the nanoparticles are added to the sol (method step (d)), it is necessary to provide the nanoparticles with a shell (method step (b)). Likewise, it is necessary for nanoparticles provided with a shell to be added to the sol (method step (d)) before the sol is applied to the substrate surface (method step (e)). Likewise, it is necessary to apply the sol to the substrate surface (method step (e)) before the sol condenses to form a sol-gel coating (method step (f)). However, it does not matter whether the nanoparticles are first provided with a shell (method step (b)) and then the sol with the precursor is prepared (method step (c)) or vice versa.

쉘을 구비한 나노입자는 일반적으로 장기적으로 안정적이고 따라서 저장 가능하므로 나노입자의 코팅(방법 단계 (b))은 반드시 졸이 준비되기(방법 단계 (c)) 직전에 할 필요는 없다. 예를 들어, 더 많은 양의 코팅된 나노입자를 생산하여 재고로 저장해서 필요에 따라 졸-겔 코팅에 사용할 수 있다.Since nanoparticles with shells are generally stable over a long period of time and can therefore be stored, coating the nanoparticles (method step (b)) does not necessarily have to be done immediately before the sol is prepared (method step (c)). For example, larger quantities of coated nanoparticles can be produced and stored in inventory to be used for sol-gel coating as needed.

본 발명에 따르면, 원자층 증착에 의해 나노입자에 쉘이 제공된다. 원자층 증착(ALD)은 원자 단층까지 얇은 층을 증착하는 효율적인 공정이다. 증착될 재료의 구성 요소(원자)는 화학적 형태로 캐리어 가스(소위 전구체 또는 반응물)에 결합된다. 구성 요소는 교대로 반응 챔버로 전달되고 거기에서 각각 코팅할 대상과 반응하게 된다. 결과적으로 문제의 전구체는 코팅할 표면에 화학적으로 결합된다. 그러면 반응 챔버가 비워지고 다음 전구체로 채워진다. 따라서 코팅 성분의 교대 층이 차례로 도포된다. 금속 산화물로 제조된 ALD 코팅을 생성하기 위한 적합한 반응물은, 예를 들어 한편으로는 상응하는 메틸-금속 화합물 또는 상응하는 금속 염화물이고, 다른 한편으로는 수증기이다. 메틸-금속 화합물(또는 금속 염화물)은 금속 공급원 역할을 하고, 수증기는 산소 공급원 역할을 한다. 메틸-금속 화합물의 반응에서 일부 메틸그룹이 분리되고 금속은 나머지 메틸 그룹과 함께 기판에 화학적으로 결합된다. 예를 들어 코팅할 물체 표면이나 또는 수증기에서 증착된 기저층의 유리 OH 그룹을 통해 기판에 결합된다. 그러면 반응 챔버는 수증기로 채워진다. 후속 반응에서 OH 그룹은 기저 금속층의 메틸 그룹을 대체한다. 그런 다음, 다음 금속층이 증착되고, 메탄이 제거되면서 이전 증착 단계의 OH 그룹에 결합된다. 따라서 두 개의 금속층 사이에 산소층이 생성된다. 원하는 층 두께에 도달할 때까지 교번 공정이 수행된다. 개별 증착 단계 사이에 반응 챔버는 불활성 가스(예: 아르곤)로 세척될 수 있다. ALD의 특징은 부분 반응의 자기 제한적 특성이다; 즉, 반응물은 그 자체 또는 그 자체의 리간드와 반응하지 않으므로, 이는 부분 반응의 층 성장을 임의의 시간의 길이 및 가스 양에 대해 최대 하나의 단층으로 제한한다. 따라서 정확하게 설정된 층 두께를 가진 매우 조밀한 층이 생성될 수 있다. 가스가 반응 챔버에 균일하게 분포되기 때문에 물체는 접촉 표면을 제외하고는 기하학적 모양에 관계없이 완전히 코팅된다. 반금속 산화물로 제조된 ALD 코팅도 또한 생성될 수 있으며, 여기서 금속은 상기 설명에서 반금속으로 대체된다.According to the present invention, nanoparticles are provided with a shell by atomic layer deposition. Atomic layer deposition (ALD) is an efficient process for depositing thin layers down to an atomic monolayer. The components (atoms) of the material to be deposited are bound in chemical form to a carrier gas (so-called precursor or reactant). The components are alternately delivered to a reaction chamber where they each react with the object to be coated. As a result, the precursor in question becomes chemically bonded to the surface to be coated. The reaction chamber is then emptied and filled with the next precursor. Alternating layers of coating components are thus applied one after another. Suitable reactants for producing ALD coatings made of metal oxides are, for example, the corresponding methyl-metal compounds or the corresponding metal chlorides on the one hand and water vapor on the other. Methyl-metal compounds (or metal chlorides) serve as the metal source, and water vapor serves as the oxygen source. In the reaction of methyl-metal compounds, some methyl groups are separated and the metal is chemically bonded to the substrate along with the remaining methyl groups. It is bonded to the substrate via free OH groups, for example on the surface of the object to be coated or in the base layer deposited from water vapor. The reaction chamber is then filled with water vapor. In the subsequent reaction, the OH groups replace the methyl groups of the base metal layer. The next metal layer is then deposited, and the methane is removed and bonded to the OH groups from the previous deposition step. Therefore, an oxygen layer is created between the two metal layers. Alternating processes are performed until the desired layer thickness is reached. Between individual deposition steps the reaction chamber may be purged with an inert gas (e.g. argon). A characteristic feature of ALD is the self-limiting nature of the partial reaction; That is, the reactant does not react with itself or its ligand, which limits the layer growth of the partial reaction to at most one monolayer for any length of time and amount of gas. Thus, very dense layers with a precisely set layer thickness can be created. Because the gas is uniformly distributed in the reaction chamber, the object is completely coated regardless of its geometry except for the contact surfaces. ALD coatings made of semimetallic oxides can also be produced, where the metals are replaced by semimetals in the above description.

쉘을 코어에 원자층 증착하는 것은 일반적으로 연속 공정이 아닌 부분 부분으로(배치 처리(batch processing)로) 한다. 일정량의 나노입자를 반응용기에 투입하고, 쉘과 동시에 코팅한 후 제거한다. 이러한 반응은 일반적으로 소위 회분식 반응기에서 수행된다.Atomic layer deposition of the shell onto the core is generally done in partial (batch processing) rather than continuous processes. A certain amount of nanoparticles are added to the reaction vessel, coated at the same time as the shell, and then removed. These reactions are usually carried out in so-called batch reactors.

나노입자는 바람직하게는 용매에 용해되는 방식으로 표면 그룹에 의해 선택되거나 화학적으로 기능화된다. 용매는 바람직하게는 물, 알코올, 또는 물-알코올 혼합물일 수 있다. 상기 배치 처리를 위해, 나노입자는 용매에 용해되어 제공된다. 그런 다음 용매를 증발시킨다. 그 다음, 나노입자에는 원자층 증착에 의해 쉘이 제공되고, 그 후 나노입자가 제공되었던 것과 동일한 용매일 수 있는 용매에 다시 용해된다. 물론, 쉘은 코팅된 나노입자의 용해도를 보장하는 방식으로 원자층 증착에 의해서 선택되거나 화학적으로 기능화되어야 한다. 그런 다음 나노입자가 포함된 용액을 졸에 첨가할 수 있다(방법 단계 (d)).Nanoparticles are preferably selected with surface groups or chemically functionalized in a manner that makes them soluble in solvents. The solvent may preferably be water, alcohol, or a water-alcohol mixture. For the batch processing, the nanoparticles are provided dissolved in a solvent. The solvent is then evaporated. The nanoparticles are then provided with a shell by atomic layer deposition and then re-dissolved in a solvent, which may be the same solvent in which the nanoparticles were provided. Of course, the shell must be selected or chemically functionalized by atomic layer deposition in a way that ensures the solubility of the coated nanoparticles. The solution containing the nanoparticles can then be added to the sol (method step (d)).

졸은 용매에 용해된 졸-겔 매트릭스의 전구체를 포함하는 용액이다. 본 발명에 따르면 이는 금속 산화물 또는 반금속 산화물 매트릭스가 형성될 수 있는 금속 산화물 전구체 또는 반금속 산화물 전구체이다. 금속 산화물 전구체는 예를 들어 유기금속 화합물, 금속 알콕시드 또는 금속 카르복실산염으로 존재할 수 있다. 유사한 화합물이 반금속 산화물 전구체로 사용될 수 있으며, 이 경우에는 금속은 반금속으로 대체된다. 바람직한 일 실시예에서, 금속 또는 반금속(예를 들어, 금속 알콕시드 또는 카르복실산염의)은 화학 복합체 형태의 리간드에 의해 안정화되어 반응성이 감소될 수 있고, 대기 습도에 대한 졸의 저항성이 향상될 수 있다. 적합한 리간드는 예를 들어 2,4-다이케톤이다. 용매는 바람직하게는 물, 알코올(특히, 에탄올), 또는 물-알코올 혼합물이다.A sol is a solution containing the precursor of the sol-gel matrix dissolved in a solvent. According to the invention it is a metal oxide precursor or semimetal oxide precursor from which a metal oxide or semimetal oxide matrix can be formed. Metal oxide precursors may exist, for example, as organometallic compounds, metal alkoxides or metal carboxylates. Similar compounds can be used as semimetal oxide precursors, in which case the metal is replaced by the metalloid. In a preferred embodiment, the metal or metalloid (e.g. of a metal alkoxide or carboxylate) is stabilized by a ligand in the form of a chemical complex so that its reactivity can be reduced and the resistance of the sol to atmospheric humidity is improved. It can be. A suitable ligand is for example 2,4-diketone. The solvent is preferably water, alcohol (especially ethanol), or water-alcohol mixture.

전구체 및 용매 이외에, 졸은 졸의 점도를 조정하기 위해 증점제, 예를 들어 셀룰로스 유도체(예: 메틸 셀룰로스 또는 에틸 셀룰로스) 또는 폴리아크릴산을 함유할 수 있다. 용매 또는 증점제는 적절하게 선택된다면 금속 산화물 또는 반금속 산화물 전구체에 대한 착화제로도 기능하는 것이 가능하다. 이 경우 별도의 리간드를 추가할 필요는 없다. 졸은 또한 졸-겔 기술 분야에서 일반적이고 당업자에게 공지되어 있는 전형적인 첨가제를 함유할 수 있다.In addition to the precursor and solvent, the sols may contain thickening agents, such as cellulose derivatives (e.g. methyl cellulose or ethyl cellulose) or polyacrylic acid to adjust the viscosity of the sol. It is possible for the solvent or thickener to also function as a complexing agent for the metal oxide or metalloid oxide precursor if appropriately selected. In this case, there is no need to add a separate ligand. The sols may also contain typical additives that are common in the field of sol-gel technology and known to those skilled in the art.

매트릭스가 SiO2로부터 생성되거나 이를 기반으로 하는 경우 졸은 용매에 산화규소 전구체를 포함하게 된다. 전구체는 바람직하게는 실란, 특히 테트라에톡시 실란 또는 메틸트리에톡시실란(MTEOS)이다. 그러나 대안적으로, 규산염을 전구체로서 사용하는 것도 가능하며, 특히 규산나트륨, 규산리튬 또는 규산칼륨, 예를 들어 테트라메틸 오르토실리케이트, 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS), 테트라이소프로필 오르토실리케이트 또는 일반 형태 R2nSi(OR1)4-N의 오르가노실란을 사용할 수도 있습니다. 바람직하게는, R1은 알킬기이고, R2는 알킬, 에폭시, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아민, 페닐 또는 비닐기이고, n은 0 내지 2의 정수이다. 할로겐화규소 또는 알콕사이드를 사용하는 것도 가능하다.If the matrix is produced from or based on SiO 2 , the sol will contain a silicon oxide precursor in the solvent. The precursor is preferably a silane, especially tetraethoxy silane or methyltriethoxysilane (MTEOS). However, alternatively, it is also possible to use silicates as precursors, in particular sodium silicate, lithium silicate or potassium silicate, for example tetramethyl orthosilicate, tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetraisopropyl orthosilicate or the general form R Organosilanes of 2 nSi(OR 1 ) 4-N can also be used. Preferably, R 1 is an alkyl group, R 2 is an alkyl, epoxy, acrylate, methacrylate, amine, phenyl or vinyl group, and n is an integer from 0 to 2. It is also possible to use silicon halides or alkoxides.

전구체는 선택적으로 이미 용액에서 성숙될 수 있다. 성숙은 전구체의 가수분해 및/또는 전구체 사이의 (부분) 반응(특히, 중축합)에 의한 (부분) 집합체 형성을 포함할 수 있다.The precursor may optionally already be matured in solution. Maturation may involve hydrolysis of the precursors and/or formation of (partial) aggregates by (partial) reactions between precursors (in particular polycondensation).

졸 중의 전구체 농도는 0.1 중량% 내지 20 중량%가 바람직하고, 2 중량% 내지 10 중량%가 특히 바람직하다.The precursor concentration in the sol is preferably 0.1% by weight to 20% by weight, and particularly preferably 2% by weight to 10% by weight.

코팅된 나노입자가 졸에 첨가된다. 이는 나노입자와 졸-겔 전구체가 용매에 혼합되어 있다는 의미로 이해되어야 한다. 일반적으로 코팅된 나노입자 용액은 졸과 혼합된다. 그러나 원칙적으로는 전구체를 나노입자 용액에 직접 첨가하는 것도 가능하다. 즉, 그로부터 직접 졸을 생산하는 것이다. 이 경우 졸의 공급과 나노입자의 첨가는 한 단계로 이루어진다.Coated nanoparticles are added to the sol. This should be understood to mean that nanoparticles and sol-gel precursors are mixed in a solvent. Typically, the coated nanoparticle solution is mixed with a sol. However, in principle, it is also possible to add the precursor directly to the nanoparticle solution. In other words, sol is produced directly from it. In this case, the supply of sol and addition of nanoparticles are performed in one step.

졸은 그 안에 용해된, 즉 쉘이 제공된 코팅된 나노입자와 함께 기판 표면에 특히 습식 화학적 방법에 의해 적용되는데, 예를 들면 딥 코팅, 스핀 코팅, 플로우 코팅에 의해, 롤러 또는 브러시를 이용하여, 스프레이 코팅에 의해, 또는 패드 인쇄 또는 스크린 인쇄와 같은 인쇄 방법에 의해 적용된다. 이어서 건조를 할 수 있으며, 이 경우 용매가 증발된다. 이러한 건조는 주변 온도에서 또는 별도의 가열(예: 최대 120℃의 온도)을 통해 수행될 수 있다. 코팅이 기판에 적용되기 전에, 표면은 일반적으로 그 자체로 알려진 방법으로 세척된다.The sols are applied to the surface of the substrate together with the coated nanoparticles dissolved therein, i.e. provided with a shell, especially by wet chemical methods, for example by dip coating, spin coating, flow coating, using a roller or brush, It is applied by spray coating, or by printing methods such as pad printing or screen printing. Drying can then occur, in which case the solvent evaporates. This drying can be carried out at ambient temperature or through separate heating (e.g. at temperatures of up to 120°C). Before the coating is applied to the substrate, the surface is generally cleaned by methods known per se.

이어서 졸은 응축되어 본 발명에 따른 졸-겔 코팅을 형성한다. 이는 바람직하게는 최소 400℃에서 열처리에 의해 수행된다. 이는 별도의 열처리로 수행될 수 있다. 자동차 분야에서 일반적이듯이 기판이 만곡 유리 판유리인 경우, 열처리는 통상적으로 600℃ ~ 700℃의 온도에서 유리 만곡 공정으로 처리할 수 있다. 전구체가 UV-가교결합성 작용기(예를 들어, 메타크릴레이트, 비닐 또는 아크릴레이트기)를 갖는 경우, 응축은 열처리 대신에 또는 열처리에 추가하여 UV 처리를 포함할 수 있다. 대안적으로, 적합한 전구체(예를 들어, 규산염)를 사용한 응축은 IR 처리를 포함할 수 있다.The sol is then condensed to form the sol-gel coating according to the invention. This is preferably carried out by heat treatment at a minimum of 400°C. This can be done as a separate heat treatment. If the substrate is a curved glass plate, as is common in the automotive field, heat treatment can be performed through a glass bending process, typically at a temperature of 600°C to 700°C. If the precursor has UV-crosslinkable functional groups (e.g., methacrylate, vinyl or acrylate groups), condensation may include UV treatment instead of or in addition to heat treatment. Alternatively, condensation with a suitable precursor (e.g., silicate) may include IR treatment.

실제 응축 전에, 선택적으로 업스트림 건조가 일어날 수 있으며, 이 경우 용매가 증발하고 결과적으로 전구체가 응축된다. 이러한 건조는 주변 온도에서 또는 별도의 가열(예: 최대 120℃의 온도에서)을 통해 수행될 수 있다.Prior to actual condensation, optional upstream drying may occur, in which case the solvent evaporates and consequently the precursor condenses. This drying can be carried out at ambient temperature or through separate heating (e.g. at temperatures of up to 120°C).

응축 중에 졸-겔 매트릭스는 금속 산화물 또는 반금속 전구체로부터 형성된다. 이 경우, 가교 공정은 전형적으로 전구체 사이에서 발생하며, 여기서 전구체는 먼저 결합하여 응집체(전형적으로 전구체의 가수분해 및 이들 사이의 중축합 반응에 의한 응집)를 형성하고, 이어서 가교되어 겔을 형성한다(겔화). 솔루션이 판유리 표면에 적용되기 전에 응집이 솔루션에서 부분적으로 발생할 수도 있다(성숙). 졸-겔 매트릭스에는 나노입자로부터 형성된 코어와 코어 주위에 배열된 쉘을 포함하는 나노 함유물이 제공된다.During condensation, a sol-gel matrix is formed from metal oxides or semimetal precursors. In this case, the cross-linking process typically occurs between precursors, where the precursors first combine to form aggregates (typically by hydrolysis of the precursors and agglomeration by polycondensation reactions between them) and then cross-link to form a gel. (gelation). Coagulation may partially occur in the solution (maturation) before it is applied to the pane surface. The sol-gel matrix is provided with nano-inclusions comprising a core formed from nanoparticles and a shell arranged around the core.

방법 단계(f)에서, 본 발명에 따른 나노 함유물의 코어는 나노입자로부터 형성된다. 이는 반드시 화학적 또는 기계적 변환을 의미하는 것은 아니며, 아래에 설명된 두 가지 바람직한 실시예에서 분명한 것처럼 이러한 변환은 선택적으로 가능하다.In method step (f), the core of the nano-inclusion according to the invention is formed from nanoparticles. This does not necessarily mean a chemical or mechanical transformation; such transformation is optional, as is evident from the two preferred embodiments described below.

상기 방법의 한 실시예에서, 나노 입자 생성 후 졸-겔 코팅 내의 나노입자는 나노 함유물의 코어로 남아있다. 즉, 어떤 종류의 전환도 없이 졸의 나노입자는 졸-겔 코팅 내 함유물의 코어를 형성한다. In one embodiment of the method, the nanoparticles within the sol-gel coating remain as a core of nano inclusions after nanoparticle creation. That is, without any kind of conversion, the nanoparticles of the sol form the core of the inclusions in the sol-gel coating.

나노입자는 바람직하게는 중합체(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 또는 폴리스티렌, 또는 메틸(메트)아크릴레이트와 (메트)아크릴산의 공중합체, 바람직하게는 PMMA)로부터 형성되거나 이를 기반으로 할 수 있고, 또는 금속 산화물 또는 반금속 산화물(바람직하게는 SiO2 또는 TiO2)로부터 형성되거나 이를 기반으로 할 수 있고, 또는 금속 산화물 또는 반금속 산화물(바람직하게는 SiO2)로부터 형성되거나 이를 기반으로 하는 중공 입자로 형성될 수 있다. 나노 함유물의 코어에 관한 상기 설명은 본 실시예에서 동일한 나노입자에 상응하게 적용된다.The nanoparticles may preferably be formed from or based on polymers (e.g. polycarbonate, polyester or polystyrene, or copolymers of methyl (meth)acrylate and (meth)acrylic acid, preferably PMMA) , or may be formed from or based on a metal oxide or semi-metal oxide (preferably SiO 2 or TiO 2 ), or may be formed from or based on a metal oxide or semi-metal oxide (preferably SiO 2 ). Can be formed into particles. The above description of the core of the nano-inclusions applies correspondingly to the same nanoparticles in this example.

상기 방법의 대안적인 일 실시예에서, 졸의 나노입자는 나노 함유물 코어의 전구체이다. 이는 나노 함유물의 코어가 기공일 때 특히 그렇다. 이 경우, 나노입자는 기공 형성제로서 기능하며 바람직하게는 중합체로부터 형성되거나 중합체를 기반으로 형성되며(예를 들어 PMMA, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 또는 폴리스티렌, 또는 메틸(메트)아크릴레이트와 (메트)아크릴산의 공중합체로부터 형성되거나 이를 기반으로 함), PMMA가 특히 바람직하다. 졸-겔 코팅이 증착된 후 나노 입자가 분해되어 나노 함유물의 코어인 기공이 생성된다. 나노입자의 쉘은 기공 주위에 쉘로 남아 있다. 나노입자는 바람직하게는 최소 400℃, 바람직하게는 최소 500℃에서열처리에 의해 열분해된다. 중합체 나노입자는 특히 탄화된다. 이를 위해 별도의 열처리 단계가 제공될 수 있으며, 이는 졸-겔 매트릭스 응축의 다운스트림이다. 그러나 대안적으로 및 바람직하게는 졸-겔 매트릭스의 응축과 나노입자의 열분해를 동일한 열처리로 수행할 수 있으며, 이 열처리는 바람직하게는 최소 500℃에서 수행된다. 이 열처리는 유리 굽힘 공정의 일부로 할 수도 있다.In an alternative embodiment of the method, the nanoparticles of the sol are precursors of the nano-inclusion core. This is especially true when the core of the nano-inclusions is pores. In this case, the nanoparticles function as pore formers and are preferably formed from or based on polymers (e.g. PMMA, polycarbonate, polyester or polystyrene, or methyl (meth)acrylate and (meth) (formed from or based on copolymers of acrylic acid), PMMA is particularly preferred. After the sol-gel coating is deposited, the nanoparticles decompose to create pores, which are the core of the nano-inclusions. The shell of the nanoparticle remains as a shell around the pore. The nanoparticles are preferably thermally decomposed by heat treatment at a temperature of at least 400° C., preferably at a temperature of at least 500° C. Polymeric nanoparticles are particularly carbonized. A separate heat treatment step may be provided for this, which is downstream of the sol-gel matrix condensation. However, alternatively and preferably, the condensation of the sol-gel matrix and the thermal decomposition of the nanoparticles can be carried out in the same heat treatment, which heat treatment is preferably carried out at a minimum of 500°C. This heat treatment can also be done as part of the glass bending process.

중합체 나노입자를 열적으로 분해하는 대신, 용매를 사용하여 코팅에서 용해시키는 것도 가능하다. 이를 위해서는 해당 중합체는 용매에 용해되어야 한다. 예를 들어 PMMA 나노입자의 경우 테트라히드로푸란(THF)을 사용할 수 있다.Instead of thermally decomposing the polymer nanoparticles, it is also possible to dissolve them in the coating using a solvent. For this to happen, the polymer must be dissolved in a solvent. For example, in the case of PMMA nanoparticles, tetrahydrofuran (THF) can be used.

본 발명에 따른 졸-겔 코팅을 갖는 기판은 그 자체로 최종 목적지에 공급될 수 있다. 그러나 코팅된 판유리에 미리 열적 응력을 가하거나 굽힘 공정을 적용할 필요가 있다. 코팅된 판유리는 복합 판유리를 형성하기 위해 PVB 필름과 같은 열가소성 중간층을 통해 추가 판유리와 적층(평면으로 또는 만곡되어)될 수 있다. 절연 유리 유닛을 형성하기 위해 코팅된 판유리를 스페이서를 통해 하나 이상의 추가 판유리와 결합하는 것도 가능하다.The substrate with the sol-gel coating according to the invention can be supplied to the final destination as such. However, it is necessary to apply thermal stress or apply a bending process in advance to the coated plate glass. The coated pane can be laminated (flat or curved) with additional panes through a thermoplastic interlayer such as PVB film to form a composite pane. It is also possible to combine the coated panes with one or more additional panes via spacers to form an insulating glass unit.

본 발명은 또한 건물에서 또는 육상, 항공 또는 수상 교통 운송 수단에서 본 발명에 따른 코팅된 판유리의 용도를 포함한다. 이 경우 바람직하게는 판유리를 The invention also includes the use of the coated flat glass according to the invention in buildings or in land, air or water transport vehicles. In this case, preferably plate glass

- 건물 외부에서 창유리, 유리문 또는 정면 부재로,- From the exterior of a building to window panes, glass doors or facade members;

- 건물 내부에서 방의 창유리, 유리문 또는 칸막이 창으로, 또는- Inside a building, through a windowpane, glass door or partition window in a room, or

- 차량 창문으로(예: 운송 수단, 특히 자동차의 지붕 패널, 측면창, 후면창 또는 전면 유리로),- Through vehicle windows (e.g. through roof panels, side windows, rear windows or windshields of vehicles, especially automobiles);

또는 이들의 구성요소로서 - 예를 들어 복합 판유리 또는 단열 유리 유닛의 구성요소로서 사용된다.or as a component thereof - for example as a component of composite panes or insulating glass units.

이하에서, 본 발명은 도면 및 실시예의 도움으로 더욱 상세하게 설명된다. 도면은 개략적인 표현이므로 실제 축척이 아니다. 도면은 어떤 방식으로든 본 발명을 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 코팅된 판유리의 일 실시예의 단면도이고,
도 2는 도 1의 판유리의 나노 함유물의 단면도이다.
In the following, the invention is explained in more detail with the aid of drawings and examples. The drawings are schematic representations and are not to scale. The drawings do not limit the invention in any way.
1 is a cross-sectional view of one embodiment of a coated pane according to the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of nano-inclusions in the pane of FIG. 1.

도 1은 본 발명에 따른 코팅된 판유리의 일 실시예의 단면을 보여준다. 이는 졸-겔 코팅(2)을 갖는 기판(1)을 포함한다. 기판(1)은 예를 들어 소다석회유리로 제조된 2.1 mm 두께의 판유리이며, 이는 운송수단 글레이징 판유리로(예를 들어 적층 전면유리의 구성요소로) 제공된다. 기판(1)은 예를 들어 전면유리의 내부 판유리를 형성하고 졸-겔 코팅(2)의 반대쪽 표면을 통해 PVB 필름을 거쳐 외부 판유리에 연결될 수 있으며, 외부 판유리도 마찬가지로 2.1mm 두께의 소다석회유리 판유리이다. Figure 1 shows a cross-section of one embodiment of a coated pane according to the invention. It comprises a substrate (1) with a sol-gel coating (2). The substrate 1 is a 2.1 mm thick pane made, for example, of soda-lime glass, which is provided as a glazing pane for vehicles (for example, as a component of a laminated windshield). The substrate 1 forms the inner pane of, for example, a windshield and can be connected via a PVB film on the opposite surface of the sol-gel coating 2 to the outer pane, which is likewise made of soda-lime glass with a thickness of 2.1 mm. It is plate glass.

졸-겔 코팅(2)은 예를 들어 SiO2로 만들어진 졸-겔 매트릭스(3)를 포함한다. 졸-겔 매트릭스(3)는 졸-겔 공정에 의해 제조되었다. 졸-겔 매트릭스(3)에는 나노 함유물(4)이 포함되어 있으며, 이를 통해 졸-겔 코팅(2)의 특성이 목표한 대로 설정될 수 있다.The sol-gel coating (2) comprises a sol-gel matrix (3) made, for example, of SiO 2 . The sol-gel matrix (3) was prepared by a sol-gel process. The sol-gel matrix (3) contains nano-inclusions (4), through which the properties of the sol-gel coating (2) can be set as desired.

도 2는 나노 함유물(4)의 단면을 개략적으로 도시한다. 나노 함유물은 쉘(4b)에 의해 둘러싸인 구형 코어(4a)를 포함한다. 쉘(4b)은 원자층 증착에 의해 생성된다. 예를 들어, 코어(4a)는 대략 70 nm의 직경을 갖고, 쉘(4b)은 대략 10 nm의 층 두께를 갖는다.Figure 2 schematically shows a cross section of the nano-inclusions 4. The nano-inclusions include a spherical core (4a) surrounded by a shell (4b). The shell 4b is produced by atomic layer deposition. For example, core 4a has a diameter of approximately 70 nm and shell 4b has a layer thickness of approximately 10 nm.

코어(4a)와 쉘(4b)은 졸-겔 코팅(2)에 필요한 특성을 갖추기 위해 계획된 d용도에 따라 선택된다. 따라서 코어는 예를 들어 SiO2로 만들어지고 쉘은 TiO2로 만들어질 수 있다. SiO2 코어로 인해 나노 함유물(4)은 SiO2 매트릭스와 광학적으로 잘 호환된다. TiO2 쉘에 의해서 졸-겔 코팅(2)의 굴절률은 한편으로는 증가하고 다른 한편으로는 광촉매 특성을 갖는다.The core (4a) and shell (4b) are selected according to the intended use in order to have the necessary properties for the sol-gel coating (2). Therefore, the core may be made of SiO 2 and the shell may be made of TiO 2 , for example. Due to the SiO 2 core, the nano-inclusions 4 are optically well compatible with the SiO 2 matrix. Due to the TiO 2 shell, the refractive index of the sol-gel coating (2) increases on the one hand and has photocatalytic properties on the other.

또는, 예를 들어 코어(4a)를 캐비티(기공)로 형성하고, 쉘(4b)을 SiO2로 형성할 수도 있다. 기공에 의해 SiO2의 굴절률이 감소하여 졸-겔 코팅(2)을 반사방지코팅으로 사용할 수 있다. 기공은 바람직하게는 졸-겔 코팅의 경우 원자층 증착에 의해 생성된 쉘(4b)을 갖는 PMMA 나노입자를 졸에 첨가하고 코팅 후 상기 PMMA 나노입자를 열분해함으로써 생성되며, 그 결과 기공은 코어(4a)로 생산된다. TiO2로 만들어진 쉘은 추가적인 광촉매 특성을 갖춘 반사방지코팅을 제공한다.Alternatively, for example, the core 4a may be formed as a cavity (pore), and the shell 4b may be formed as SiO 2 . The refractive index of SiO 2 decreases due to pores, so the sol-gel coating (2) can be used as an anti-reflection coating. The pores are preferably created by adding PMMA nanoparticles with a shell (4b) produced by atomic layer deposition to the sol in the case of sol-gel coating and thermally decomposing the PMMA nanoparticles after coating, with the result that the pores are formed in the core ( 4a) is produced. A shell made of TiO 2 provides an anti-reflective coating with additional photocatalytic properties.

(1) 기판
(2) 졸-겔 코팅
(3) 졸-겔 코팅(2)의 졸-겔 매트릭스
(4) 졸-겔 코팅(2)의 나노 함유물
(4a) 나노 함유물(4)의 코어
(4b) 나노 함유물(4)의 쉘
(1) Substrate
(2) Sol-gel coating
(3) Sol-gel matrix of sol-gel coating (2)
(4) Nano-inclusions in the sol-gel coating (2)
(4a) Core of nano-inclusions (4)
(4b) Shell of nano-inclusions (4)

Claims (15)

- 투명 기판(1),
- 상기 기판(1) 표면 상에 졸-겔 코팅(2)을 포함하는 코팅된 판유리에서,
상기 졸-겔 코팅(2)은 금속 산화물 또는 반금속 산화물을 기반으로 하고 나노 함유물(4)이 제공된 졸-겔 매트릭스(3)를 함유하며,
나노 함유물(4)은 코어(4a) 및 코어(4a) 주위에 배열된 쉘(4b)을 포함하고,
쉘(4b)은 원자층 증착에 의해 생성되는 코팅된 판유리.
- Transparent substrate (1),
- in a coated pane comprising a sol-gel coating (2) on the surface of the substrate (1),
The sol-gel coating (2) contains a sol-gel matrix (3) based on a metal oxide or semi-metal oxide and provided with nano-inclusions (4),
The nano-inclusions 4 include a core 4a and a shell 4b arranged around the core 4a,
The shell 4b is a coated plate glass produced by atomic layer deposition.
제1항에 있어서, 졸-겔 매트릭스(3)가 산화규소(SiO2)를 기반으로 하는 코팅된 판유리.
Coated glass pane according to claim 1, wherein the sol-gel matrix (3) is based on silicon oxide (SiO 2 ).
제1항 또는 제2항에 있어서, 쉘(4b)은 1.5 초과, 바람직하게는 1.7 초과, 특히 바람직하게는 1.9 초과의 굴절률을 갖는 코팅된 판유리.
3. Coated pane according to claim 1 or 2, wherein the shell (4b) has a refractive index greater than 1.5, preferably greater than 1.7 and particularly preferably greater than 1.9.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘(4b)이 금속 산화물 또는 반금속 산화물을 기반으로, 바람직하게는 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 전이금속 산화물, 특히 산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 또는 산화하프늄(HfO2)을 기반으로 형성되는 코팅된 판유리.
4. The shell (4b) according to any one of claims 1 to 3, wherein the shell (4b) is based on a metal oxide or semi-metal oxide, preferably silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or a transition metal. Coated flat glass formed on the basis of oxides, in particular titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), or hafnium oxide (HfO 2 ).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 쉘(4b)의 층 두께가 1 nm 내지 100 nm, 바람직하게는 2 nm 내지 20 nm, 특히 바람직하게는 5 nm 내지 15 nm인 코팅된 판유리.
Coated glass pane according to any one of claims 1 to 4, wherein the layer thickness of the shell (4b) is 1 nm to 100 nm, preferably 2 nm to 20 nm, particularly preferably 5 nm to 15 nm. .
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 코어(4a)가
- 기공으로,
- 중합체, 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 기반으로,
- 금속 산화물 또는 반금속 산화물, 바람직하게는 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화지르코늄(ZrO2) 또는 산화하프늄(HfO2)을 기반으로, 또는
- 금속 산화물 또는 반금속 산화물, 바람직하게는 산화규소(SiO2)를 기반으로 하는 중공 입자로 형성되는 코팅된 판유리.
The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the core (4a)
- With Qigong,
- based on polymer, preferably polymethyl methacrylate (PMMA),
- based on metal oxides or semi-metal oxides, preferably silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) or hafnium oxide (HfO 2 ). , or
- Coated flat glass formed from hollow particles based on metal oxides or semi-metal oxides, preferably silicon oxide (SiO 2 ).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 코어(4a)가 10 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 10 nm 내지 150 nm의 크기를 갖는 코팅된 판유리.
Coated glass pane according to any one of claims 1 to 6, wherein the core (4a) has a size of 10 nm to 500 nm, preferably 10 nm to 150 nm.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기판(1)은 유리 판유리 또는 플라스틱 판유리로 형성되는 코팅 판유리.
8. Coated glass pane according to any one of claims 1 to 7, wherein the substrate (1) is formed from a glass pane or a plastic pane.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 졸-겔 코팅(2) 중 나노 함유물(4)의 부피 분율이 10% 내지 90%인 코팅된 판유리.
Coated glass pane according to any one of claims 1 to 8, wherein the volume fraction of nano-inclusions (4) in the sol-gel coating (2) is from 10% to 90%.
코팅된 판유리를 제조하는 방법으로서, 상기 제조 방법은
(a) 나노입자가 제공되고,
(b) 원자층 증착에 의해 나노입자에 쉘(4b)이 제공되고,
(c) 금속 산화물 또는 반금속 산화물 전구체를 함유하는 졸이 제공되고,
(d) 나노입자(4a')를 쉘(4b)과 함께 졸에 첨가하고,
(e) 쉘을 갖는 나노입자(4b)와 함께 졸을 투명 기판(1)의 표면에 도포하고,
(f) 졸이 응축되어 졸-겔 코팅(2)을 형성하고, 여기서 졸-겔 매트릭스(3)가 금속 산화물 또는 반금속 산화물 전구체로부터 생성되고, 상기 졸-겔 매트릭스에 나노입자로 형성된 코어(4a)와, 코어(4a) 주위에 배열된 쉘(4b)을 포함하는 나노 함유물(4)이 제공되는 제조 방법.
A method of manufacturing coated plate glass, the manufacturing method comprising:
(a) nanoparticles are provided,
(b) the nanoparticles are provided with a shell 4b by atomic layer deposition,
(c) a sol containing a metal oxide or semimetal oxide precursor is provided,
(d) Adding the nanoparticles (4a') to the sol together with the shell (4b),
(e) Applying the sol together with the nanoparticles (4b) having a shell to the surface of the transparent substrate (1),
(f) the sol is condensed to form a sol-gel coating (2), wherein the sol-gel matrix (3) is created from a metal oxide or semi-metal oxide precursor, and a core formed of nanoparticles in the sol-gel matrix ( 4a) and a nano-inclusion (4) comprising a shell (4b) arranged around the core (4a).
제10항에 있어서, 졸은 최소 400℃에서 열처리에 의해 응축되어 졸-겔 코팅(2)을 형성하는 제조 방법.
11. A method according to claim 10, wherein the sol is condensed by heat treatment at a minimum of 400° C. to form a sol-gel coating (2).
제10항 또는 제11항에 있어서, 나노입자가
- 중합체, 바람직하게는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 기반으로,
- 금속 산화물 또는 반금속 산화물, 바람직하게는 산화규소(SiO2) 또는 산화티타늄(TiO2)을 기반으로, 또는
- 금속 산화물 또는 반금속 산화물, 바람직하게는 산화규소(SiO2)를 기반으로 하는 중공 입자로 형성되며,
졸-겔 코팅(2)에 나노 함유물(4)의 코어(4a)로 남아 있는 제조 방법.
The method of claim 10 or 11, wherein the nanoparticles
- based on polymer, preferably polymethyl methacrylate (PMMA),
- based on metal oxides or semimetal oxides, preferably silicon oxide (SiO 2 ) or titanium oxide (TiO 2 ), or
- formed of hollow particles based on metal oxides or semi-metal oxides, preferably silicon oxide (SiO 2 ),
Manufacturing method in which the core (4a) of the nano-inclusions (4) remains in the sol-gel coating (2).
제11항에 있어서, 상기 나노입자는 중합체, 바람직하게는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 기반으로 형성되고, 열처리 과정에서 분해되어 기공이 나노 함유물(4)의 코어(4a)로 생성되는 제조 방법.
The method of claim 11, wherein the nanoparticles are formed based on a polymer, preferably polymethyl methacrylate (PMMA), and are decomposed during heat treatment to create pores in the core (4a) of the nano-inclusions (4). Manufacturing method.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
- 나노입자(4a')는 용매에 용해되어 제공되며,
- 용매를 증발시키고,
- 원자층 증착(ALD)에 의해 나노입자(4a')에 쉘(4b)이 제공되고,
- 나노입자(4a')는 쉘(4b)과 함께 용매에 용해되고,
- 이렇게 얻은 용액을 졸에 첨가하는 제조 방법.
According to any one of claims 10 to 13,
- Nanoparticles (4a') are provided dissolved in a solvent,
- evaporate the solvent,
- A shell 4b is provided to the nanoparticles 4a' by atomic layer deposition (ALD),
- The nanoparticles (4a') are dissolved in the solvent together with the shell (4b),
- A manufacturing method in which the solution thus obtained is added to the sol.
건축물 또는 육상, 항공 또는 수상 교통 수단에서의 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 판유리의 용도로서, 졸-겔 코팅(2)이 반사방지코팅, 반사증가코팅, 친수성 또는 소수성 코팅, 일광차단 코팅, 광촉매 코팅, 광산란 코팅 및/또는 장식 코팅인 용도.Use of the coated plate glass according to any one of claims 1 to 9 in buildings or land, air or water transportation, wherein the sol-gel coating (2) is an anti-reflection coating, a reflection-increasing coating, a hydrophilic or hydrophobic coating. Applications that are coatings, sunscreen coatings, photocatalytic coatings, light scattering coatings and/or decorative coatings.
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