JP5827405B2 - 熱処理が可能な低放射ガラス積層体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、低放射ガラス及びその製造方法に関し、より詳細には、熱処理が可能であり、耐久性に優れる低放射ガラス及びその製造方法に関する。

低放射ガラス（Ｌｏｗ―Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ ｇｌａｓｓ）は、銀（Ａｇ）のように赤外線領域での反射率が高い金属を含む低放射層が薄膜として蒸着されたガラスをいう。このような低放射ガラスは、夏季には太陽輻射熱を反射させ、冬季には室内暖房機から発生する赤外線を保存することによって建築物のエネルギー節減効果をもたらす機能性素材である。低放射ガラスと関連する技術は、韓国公開特許公報第１０―２０１０―００２１３５５号などの多数の文献に公知となっている。

一般に、低放射層に使用される銀（Ａｇ）は、酸化しやすいので、前記低放射層の上部及び下部には酸化防止膜として誘電体層が蒸着される。また、このような誘電体層は、可視光透過率を増加させる役割もする。

従来の誘電体層は、金属酸化物で構成され、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）、錫（Ｓｎ）などの酸化物であるか、亜鉛と錫の複合金属（ＳｎＺｎ）などを含んでいる。しかし、既存の誘電体層を構成する金属酸化物の場合、熱処理後に酸化物と隣接した金属層間で界面反応が起こりやすいので、熱処理前後の可視光透過率が変わりやすいという短所を有する。

本発明は、前記のような問題を解決するためのものであって、熱処理前後にも放射率のような特性の変化がない低放射ガラス及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の一つの目的を達成するための本発明の実施例に係る低放射ガラスは、ガラス基板の上部に形成された太陽光調節金属層と、前記太陽光調節金属層の下部に形成された第１の誘電体層と、前記太陽光調節金属層の上部に形成された第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層の上部に形成された最上部保護層とを含み、前記第１の誘電体層は、金属酸化物を含む最下部誘電体層と、金属（酸）窒化物を含む下部金属保護誘電体層とが積層された構造を有することを特徴とする。

前記の他の目的を達成するための本発明の実施例に係る低放射ガラスの製造方法は、（ａ）ガラス基板の上部に金属酸化物を蒸着し、蒸着された前記金属酸化物の上部に金属（酸）窒化物を蒸着することによって第１の誘電体層を形成する段階と、（ｂ）前記第１の誘電体層の上部に太陽光調節金属層を形成する段階と、（ｃ）前記太陽光調節金属層の上部に金属（酸）窒化物を蒸着することによって第２の誘電体層を形成する段階と、（ｄ）前記第２の誘電体層の上部に金属酸化物を蒸着することによって最上部保護層を形成する段階とを含むことを特徴とする。

本発明に係る低放射ガラスは、ガラス基板上に形成される第１の誘電体層が、金属酸化物からなる最下部誘電体層と、金属（酸）窒化物からなる下部金属保護誘電体層とが積層された構造を有することによって、前記金属（酸）窒化物が酸化物内の酸素の影響から太陽光調節金属層を保護するという長所を有する。

したがって、本発明に係る低放射ガラスは、前記のような構成的特徴により、熱処理後にも可視光透過率に優れ、放射率の変化がないという長所を有する。

本発明の実施例に係る低放射ガラスの構造を示した断面図である。 本発明の実施例に係る低放射ガラスの製造方法を概略的に示したフローチャートである。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現可能である。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範囲によって定義されるものである。明細書全体にわたる同一の参照符号は、同一の構成要素を称する。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る低放射ガラス及びその製造方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例に係る低放射ガラスの構造を示した断面図である。

図１を参照すると、図示した低放射ガラス１００は、ガラス基板１１０上にコーティングされた第１の誘電体層１２０、太陽光調節金属層１３０、第２の誘電体層１４０及び最上部保護層１５０を含む構造を有する。

以下で、基板の“上部（又は下部）”又は基板の“上（又は下）”に任意の構成が形成されることは、任意の構成が前記基板の上面（又は下面）に接して形成されることを意味するだけでなく、前記基板と基板上に（又は下に）形成された任意の構成との間に他の構成が含まれることもあることを意味する。

前記ガラス基板１１０は、建築用に使用されている通常のソーダライムガラスを含むことができる。本発明に使用されるガラス基板１１０は、使用目的に応じて２〜１２ｍｍの厚さを有するガラスを自由に含むことができる。

本発明の低放射ガラス１００は、前記ガラス基板１１０上に形成された第１の誘電体層１２０を含む。前記第１の誘電体層は、低放射ガラスの熱処理時に太陽光調節金属層に伝達される酸素又はイオンを遮断する機能を行う。

本発明に係る前記第１の誘電体層１２０は、金属酸化物を含む最下部誘電体層１２１と、金属（酸）窒化物を含む下部金属保護誘電体層１２２とが積層された構造を有することを特徴とする。ここで、下部金属保護誘電体層１２２が金属（酸）窒化物を含むことは、金属窒化物又は金属酸窒化物を含むことを意味する。すなわち、前記第１の誘電体層１２０は、ガラス基板１１０上に形成された最下部誘電体層１２１と、その上に積層されて形成された下部金属保護誘電体層１２２とからなる２層構造を有する。

前記金属（酸）窒化物を含む下部金属保護誘電体層１２２は、低放射ガラスの熱処理時、金属酸化物を含む最下部誘電体層１２１と太陽光調節金属層１３０との界面反応を防止し、前記太陽光調節金属層１３０を保護する機能を行う。これを通して、本発明に係る低放射ガラス１００は、熱処理をしても可視光透過率などの特性の変化がほとんどなく、特に、放射率の変化が全くない優れた効果を有する。

第１の誘電体層１２０において、前記金属（酸）窒化物と金属酸化物は、それぞれ同一の金属を含んでいる金属（酸）窒化物及び金属酸化物からなることが望ましい。前記第１の誘電体層１２０が同一の金属を含む金属（酸）窒化物と金属酸化物の積層体に形成されることによって、最下部誘電体層１２１及び下部金属誘電体層１２２をなす物質間の蒸着が活性化され、また、低放射ガラス製作工程の単純化及び生産費用節減の効果がある。

望ましくは、前記第１の誘電体層１２０は、Ｓｎを含有したＺｎ系酸化物及び（酸）窒化物を含んで形成することができる。すなわち、前記第１の誘電体層１２０は、ＳｎＺｎＯ_x／ＳｎＺｎＯ_xＮ_y又はＳｎＺｎＯ_x／ＳｎＺｎＮ_xの積層構造で形成することができる。前記酸化物及び（酸）窒化物の組成範囲は、特別に制限されるものではなく、コーティング時の雰囲気ガスの含量に応じて多様に適用することができる。

前記最下部誘電体層１２１の厚さは１０〜５０ｎｍの範囲であることが望ましい。前記最下部誘電体層１２１の厚さが１０ｎｍ未満であると、コーティング膜の耐久性が低下するという問題があり、５０ｎｍを超えると、低放射ガラスの光学特性が低下するという問題がある。

また、前記下部金属保護誘電体層１２２の厚さは１〜１０ｎｍの範囲であることが望ましい。前記下部金属保護誘電体層１２２の厚さが１ｎｍ未満であると、熱処理時に太陽光調節金属層１３０の保護膜として作用することができないという問題があり、１０ｎｍを超えると、低放射ガラスの光学特性が低下するという問題がある。

本発明に係る低放射ガラスにおいて、前記第１の誘電体層１２０上には太陽光調節金属層１３０が形成される。前記太陽光調節金属層１３０は、望ましくは、低放射層１３１、及び前記低放射層１３１の上下部に形成された金属保護層１３２、１３３を含むことができる。

前記低放射層１３１は、太陽輻射線を選択的に透過及び反射させる機能を行う。本発明に係る低放射ガラスの低放射層１３１をなす材料としては、銀、金、銅、アルミニウム及び白金からなる群より選ばれた一つ以上の物質を含むことができ、特に銀が望ましい。前記銀で低放射層１３１が形成される場合、高い電気伝導度、可視光線領域での低い吸収率、優れた耐久性などを満足させることができる。

前記低放射層１３１の上部及び下部には金属保護層１３２、１３３を形成することができる。前記金属保護層１３２、１３３は、低放射ガラスの熱処理時にガラス基板で拡散されるナトリウム及び空気中の酸素の移動を妨害する障壁機能を行い、高い熱処理条件下でも低放射層１３１の安定的な挙動が可能になるように低放射層１３１の融着を助ける役割をする。また、前記金属保護層１３２、１３３は、低放射層１３１に浸透する酸素を吸収する機能を行う。前記金属保護層１３２、１３３は、ニッケル、クロム又はニッケルクロム合金からなり得る。

そして、本発明に係る低放射ガラスにおいては、前記太陽光調節金属層１３０上に第２の誘電体層１４０が形成される。第２の誘電体層１４０は、前記第１の誘電体層１２０と同一の機能を行う。すなわち、前記第２の誘電体層１４０は、第１の誘電体層１２０と同様に、低放射ガラスの熱処理時に太陽光調節金属層１３０に伝達される酸素又はイオンを遮断する機能を行う。

前記第２の誘電体層１４０をなす材料は特別に制限されない。前記第２の誘電体層は、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ及びＭｏより選ばれた一つ以上の元素が含有された金属酸化物又は（酸）窒化物などを含むことができる。特に、前記第２の誘電体層１４０は、Ｓｎが含有されたＺｎ系金属窒化物を含むことが望ましく、ＳｎＺｎＯ_xＮ_y又はＳｎＺｎＮ_xを含むことができる。前記金属窒化物の組成範囲は、特別に制限されるものではなく、コーティング時の雰囲気ガスの含量に応じて多様に適用することができる。

また、本発明の低放射ガラスは、前記第２の誘電体層１４０上に形成される最上部保護層１５０を含む。前記最上部保護層１５０も、第１の誘電体層１２０及び第２の誘電体層１４０と同一の機能を行う。前記最上部保護層１５０をなす材料は特別に制限されない。前記最上部保護層１５０は、Ａｌ、Ｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｓｎ及びＭｏより選ばれた一つ以上の元素が含有された金属酸化物を含むことができる。特に、前記最上部保護層１５０は、Ｓｎが含有されたＺｎ系金属酸化物を含むことが望ましく、ＳｎＺｎＯ_xを含むことができる。

図２は、本発明に係る低放射ガラスの製造方法を概略的に示したフローチャートである。図２を参照すると、図示した低放射ガラスの製造方法は、（ａ）第１の誘電体層１２０の形成段階（Ｓ２００）と、（ｂ）太陽光調節金属層１３０の形成段階（Ｓ２１０）と、（ｃ）第２の誘電体層１４０の形成段階（Ｓ２２０）と、（ｄ）最上部保護層１５０の形成段階（Ｓ２３０）とを含む。

（ａ）段階は、ガラス基板１１０上に第１の誘電体層１２０を形成する段階である。前記第１の誘電体層１２０を形成するために、まず、前記ガラス基板１１０の上部に金属酸化物を蒸着し、蒸着された金属酸化物の上部に金属（酸）窒化物を蒸着することによって第１の誘電体層１２０を形成する。

前記金属酸化物はＳｎＺｎＯ_xからなることが望ましい。ＳｎＺｎＯ_x層は、酸素とアルゴン雰囲気下で前記ガラス基板１１０上に蒸着することができる。また、金属（酸）窒化物は、ＳｎＺｎＯ_xＮ_y又はＳｎＺｎＮ_xを含むことが望ましい。金属窒化物としてのＳｎＺｎＮ_x層は、窒素とアルゴンの雰囲気下で前記金属酸化物層上に蒸着して形成することができ、金属酸窒化物としてのＳｎＺｎＯ_xＮ_y層は、窒素と酸素及びアルゴン雰囲気下で蒸着することができる。

前記第１の誘電体層１２０は、蒸着方式が特別に制限されるものではなく、例えば、マグネトロンスパッター蒸着器を用いて蒸着することができる。

次に、（ｂ）段階では、第１の誘電体層１２０の上部に太陽光調節金属層１３０を形成する。前記太陽光調節金属層１３０は、低放射層１３１、及び前記低放射層の上下部に形成された金属保護層１３２、１３３を含むことができる。すなわち、前記太陽光調節金属層１３０は、前記第１の誘電体層１２０の上部に金属保護層１３２を蒸着し、前記金属保護層１３２の上部に低放射層１３１を蒸着して形成した後、前記低放射層１３２の上部に金属保護層１３２を再び蒸着して形成することができる。

前記金属保護層１３２、１３３及び低放射層１３１も、蒸着方式が特別に制限されるものではなく、例えば、マグネトロンスパッター蒸着器を用いて蒸着することができる。

次に、（ｃ）段階では、前記太陽光調節金属層１３０の上部に第２の誘電体層１４０を形成し、（ｄ）段階では、前記第２の誘電体層１４０の上部に最上部保護層１５０を形成する。

前記第２の誘電体層１４０は、金属（酸）窒化物を蒸着して形成し、望ましくは、ＳｎＺｎＯ_xＮ_y又はＳｎＺｎＮ_xを前記太陽光調節金属層１３０上に蒸着して形成することができる。そして、前記最上部保護層１５０は、金属酸化物を蒸着して形成し、望ましくは、前記第２の誘電体層１４０の上部にＳｎＺｎＯ_xを蒸着して形成することができる。

以上のような製造方法を通して、本発明に係る低放射ガラスの製造が可能である。

［実施例］

以下では、本発明を実施例及び比較例に基づいてより詳細に説明するが、本発明が下記の実施例によって制限されることはない。

［実施例１］

マグネトロン（Ｃ―Ｍａｇ）スパッター蒸着器を使用して、下記の表１に示したような組成及び厚さを有するコーティング層が形成された低放射ガラスを製作した。

６ｍｍの厚さを有する透明ガラス基板上にＳｎＺｎＯ_x層を酸素／アルゴン（酸素５０％、アルゴン５０％）雰囲気下で２１ｎｍの厚さで蒸着した。続いて、ＳｎＺｎＮ_x層を窒素／アルゴン（窒素５０％、アルゴン５０％）雰囲気下で４ｎｍの厚さで蒸着して第１の誘電体層を形成した。前記第１の誘電体層の上部にＮｉＣｒ、Ａｇ、ＮｉＣｒ層をアルゴン１００％の雰囲気下で順次蒸着して太陽光調節金属層を形成した後、再びＳｎＺｎＮ_x層を前記ＳｎＺｎＮ_x層の蒸着条件と同一の条件下で蒸着して第２の誘電体層を形成した。最後に、ＳｎＺｎＯ_x層を前記ＳｎＺｎＯ_x層の蒸着条件と同一の条件下で蒸着して実施例１の低放射ガラスを製作した。

［実施例２〜４］

ＳｎＺｎＮ_xの厚さを変えたことを除いては、実施例１と同一の条件で低放射ガラスを製作した。

［実施例５］

実施例１と同一の条件で低放射ガラスを製作し、前記ＳｎＺｎＮ_x層の代わりにＳｎＺｎＯ_yＮ_x層を蒸着した。前記ＳｎＺｎＯ_yＮ_x層は、窒素／酸素／アルゴン（窒素４８．５％、酸素３％、アルゴン４８．５％）雰囲気下で２ｎｍの厚さで蒸着した。

［比較例１］

実施例１と同一の条件で低放射ガラスを製作し、下部金属保護層及び第２の誘電体層に該当するＳｎＺｎＮ_x層を除いた構造で低放射ガラスを製作した。

［実験例］

前記のように製作された実施例及び比較例の低放射ガラスサンプルを、下記のような方法で熱処理した。前記各サンプルの熱処理は、実験室用ＲＴＳ（ｒａｐｉｄ ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）装備を使用して行った。前記実施例及び比較例サンプルをＲＴＳ装備に入れ、ＲＴＳ装備内部の温度を約６７０℃に５分間昇温し、前記温度を５分間維持した後、再び常温に下げる条件で熱処理した。

前記実施例及び比較例のサンプルに対して、熱処理前後の可視光透過率とヘイズ（Ｈａｚｅ）をへーズメータ（ｈａｚｅ―ｇａｒｄｎｅｒ ｐｌｕｓ装置）を用いて測定した。そして、前記実施例及び比較例のサンプルの放射率は、放射率測定機（Ｅｍｉｓｓｉｏｍｅｔｅｒ ＭＫ３）を用いて測定した。これを通して測定された熱処理前後の特性変化の結果を下記の表２に整理した。

表２を見ると、実施例１〜５の場合、比較例１と異なって放射率の変化がないことが分かる。これに比べて、比較例１の場合は、熱処理前後の放射率の変化が１％と表れた。また、各実施例の可視光透過率及びヘイズの変化量は、比較例に比べて著しく少ないことが分かる。すなわち、実施例に係る低放射ガラスは、比較例と異なってＳｎＺｎＮ_x又はＳｎＺｎＯ_xＮ_y蒸着膜が太陽光調節金属層の保護膜として機能し、熱処理後にも低放射ガラスの特性変化がほとんどない有利な効果を有することが分かる。

以上のように、本発明は、限定された実施例と図面に基づいて説明したが、前記の実施例に限定されるものではなく、これは、本発明の属する分野で通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の思想は、以下で記載した特許請求の範囲によってのみ把握しなければならなく、その均等又は等価的変形はいずれも本発明の思想の範疇に属するものと言える。

Claims (13)

1. ガラス基板の上部に形成された太陽光調節金属層；
   前記太陽光調節金属層の下部に形成された第１の誘電体層；
   前記太陽光調節金属層の上部に形成された第２の誘電体層；及び
   前記第２の誘電体層の上部に形成された最上部保護層；を含み、
   前記第１の誘電体層は、金属酸化物を含む最下部誘電体層と、前記金属酸化物を含む前記最下部誘電体層と金属（酸）窒化物を含んで前記太陽光調節金属層との界面反応を防止する下部金属保護誘電体層の二層構造から成る誘電体層を含むものであって、
   前記最下部誘電体層はＳｎＺｎＯｘを含み、
   前記下部金属保護誘電体層はＳｎＺｎＯｘＮｙ又はＳｎＺｎＮｘを含む、
   複層薄膜が前記ガラス基板上に積層された構造を有することを特徴とする低放射ガラス積層体。
2. 前記最下部誘電体層及び下部金属保護誘電体層は、
   それぞれ同一の金属を含むことを特徴とする、請求項１に記載の低放射ガラス積層体。
3. 前記最下部誘電体層は、
   厚さが１０〜５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の低放射ガラス積層体。
4. 前記下部金属保護誘電体層は、
   厚さが１〜１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の低放射ガラス積層体。
5. 前記太陽光調節金属層は、
   低放射層、及び前記低放射層の上下部に形成された金属保護層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の低放射ガラス積層体。
6. 前記低放射層は、
   銀、金、銅、アルミニウム及び白金からなる群より選ばれた一つ以上の物質を含むことを特徴とする、請求項５に記載の低放射ガラス積層体。
7. 前記金属保護層は、
   ニッケル、クロム及びニッケルクロムからなる群より選ばれた一つ以上の物質を含むことを特徴とする、請求項５に記載の低放射ガラス積層体。
8. 前記第２の誘電体層は、
   ＳｎＺｎＯ_xＮ_y又はＳｎＺｎＮ_xを含むことを特徴とする、請求項１に記載の低放射ガラス積層体。
9. 前記最上部保護層は、
   ＳｎＺｎＯ_xを含むことを特徴とする、請求項１に記載の低放射ガラス積層体。
10. （ａ）ガラス基板の上部にＳｎＺｎＯ _x を含む金属酸化物を蒸着し、蒸着された前記金属酸化物の上部に前記金属酸化物と太陽光調節金属層との界面反応を防止するＳｎＺｎＯ _x Ｎ _y 又はＳｎＺｎＮ _x を含む金属（酸）窒化物を蒸着することによって第１の誘電体層を形成する段階；
    （ｂ）前記第１の誘電体層の上部に太陽光調節金属層を形成する段階；
    （ｃ）前記太陽光調節金属層の上部にＳｎＺｎＯ _x Ｎ _y 又はＳｎＺｎＮ _x を含む金属（酸）窒化物を蒸着することによって第２の誘電体層を形成する段階；及び
    （ｄ）前記第２の誘電体層の上部にＳｎＺｎＯ _x を含む金属酸化物を蒸着することによって最上部保護層を形成する段階；を含むことを特徴とする低放射ガラス積層体の製造方法
11. 前記太陽光調節金属層は、
    低放射層、及び前記低放射層の上下部に形成された金属保護層を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の低放射ガラス積層体の製造方法。
12. 前記低放射層は、
    銀、金、銅、アルミニウム及び白金からなる群より選ばれた一つ以上の物質を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の低放射ガラス積層体の製造方法
13. 前記金属保護層は、
    ニッケル、クロム及びニッケルクロムからなる群より選ばれた一つ以上の物質を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の低放射ガラス積層体の製造方法