KR100975464B1

KR100975464B1 - 템퍼링 가능 유리 코팅

Info

Publication number: KR100975464B1
Application number: KR1020080015788A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 리스트; 제드 클레이데이터; 우도 슈레이버; 스벤 슈람
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2010-08-11
Also published as: JP2008222544A; EP1967501A1; KR20080082447A; JP5118999B2; TW200836916A; TWI359079B; RU2007147615A; CN101259989A

Abstract

본 발명은 유리 상에 스퍼터 프로세스에 의해 도포될 수 있고 템퍼링 가능한, 유리를 위한 은 저방사율(silver low-E) 코팅에 관한 것이다. 상기 코팅의 개개 층들은 비용 효율적인 표준 재료들이다. 예를 들어 본 발명의 일 실시예는 유리 기판, 그 위에 약 15nm의 두께로 배치된 Si₃N₄ 층, Si₃N₄ 층 상의 15 nm 두께의 TiO₂ 층, TiO₂ 층 상의 12.5 nm 두께의 Ag 층, Ag 층 상의 약 5 nm 두께의 NiCrO_x 층 및 종단의 45 nm 두께의 Si₃N₄ 층을 포함한다.

스퍼터링, 코팅, 템퍼링, 투과율, 반사율, 저방사율

Description

템퍼링 가능 유리 코팅{TEMPERABLE GLASS COATING}

본 발명은 청구항 1에 따른 템퍼링 가능 유리 코팅에 관한 것이다.

투명 유리 또는 투명 합성 재료 상의 코팅들은 입사광의 특정 파장들 또는 파장 범위들을 반사 또는 흡수하는 기능을 한다. 건축 유리(architectural glass)로도 호칭되는 판유리(window panes) 및 광학 렌즈들 상의 코팅들, 및 모터 차량 판유리 상의 코팅들이 공지되어 있다.

건축 유리 상의 코팅의 가장 중요한 기능은 실내가 여름 동안 너무 덥지 않고 겨울 동안 너무 춥지 않게 되도록 하기 위하여 열복사(thermal radiation)를 반사하는 것이다. 상기 처리시 가시광은 최소한으로 약화되는데, 즉 코팅은 가시범위(주광 시각(daylight vision)하에 약 400 nm 내지 700 nm이고 야간 시각(night vision)하에 약 390 nm 내지 650 nm) 내에서는 높은 투과율을 갖고 열 및 적외선 복사(파장>700 nm)에 대해서는 높은 반사율을 가져야 한다.

이 기능을 달성하는 층 시스템들은 저방사율(low-E) 층 시스템들로 호칭되는데, "E"는 방사율(emissivity)(방사 또는 방사성의 정도)을 나타낸다. 이것은 이 층 시스템들이 빌딩 실내로부터 외부로 낮은 열복사만을 내보내는 것을 나타내기 위한 것이다.

일반적으로, 유리 위에, 매우 낮은 복사 방사 계수(radiation emission coefficient)를 갖는 Cu, Ag, Au와 같은 금속을 빈번하게 포함하는 높은 전기 전도성의 층들을 도포하는 것에 의해 열 조절(heat regulation)이 이루어진다.

종종 너무 높은 이 저방사율층들의 광 반사로 인해, 이 층들은 때로는 추가적인 투명 층들로 반사방지 코팅된다(antireflection-coated). 또한, 투명 층들을 도포함으로써, 판유리의 원하는 색조(color tint)가 설정될 수 있다.

적어도 하나의 금속 코팅층 및 추가적인 유전체층들을 포함하는 코팅된 기판은 이미 공지되어 있다(EP 1 089 947 B1). 이 코팅된 기판은 템퍼링되고 굽어질 수 있도록 구성된다.

역시 템퍼링 가능하고 굽어질 수 있는 다층 시스템이 제공된 기판이 더 공지되어 있다(US 6 576 349 B2, US 6 686 050 B2). 여기에서 이용된 다층 시스템은 적외선 복사를 반사하고 각각 두 NiCrO_x 층들에 의해 둘러싸이는 두 층들을 포함한다.

더욱이, 코팅후, 템퍼링되고 굽어지는 단열층(heat-insulating layer) 시스템이 공지되어 있다(DE 198 50 023 A1 또는 EP 0 999 192 B1). 이 층 시스템은 TiO₂ 층 상에 배치된 귀금속층(precious metal layer)을 포함하는데, 상기 두 층들은 아산화물(suboxidic) NiCrO₂에 의해 둘러싸인다.

마지막으로, 근사화학량론적(substoichiometric) Si_xN_y 또는 SiN_xO_y를 이용하 는 템퍼링 가능한 코팅들도 공지되어 있다(WO 2005/19127 A1, WO 2005/034192 A2).

상이한 층들은, 대개는, 스퍼터 프로세스들을 이용하여 만들어지는데, 여기에서는 양이온들이 소위 타겟들에 부딪혀서 입자들이 떨어져 나오고, 이 입자들은 계속해서 건축 유리일 수 있는 기판 상에 퇴적된다.

공지된 층 시스템들은 이하의 인용된 단점들 중 적어도 하나를 수반한다.

- 스퍼터 타겟들을 위한 가격이 비싸거나 특이한 시작 재료들

- 복잡하고 난해한 프로세스 제어

- 복잡한 층 구조화

- 부적합한 광 특성들

- 템퍼 프로세스에 의한 코팅된 유리의 주요 특성의 가혹한 변화

본 발명은 템퍼링 이후에 그 주요한 특성들을 최소한으로만 변화시키는 간단하고 비용 효율적인 은 저방사율(silver low-E) 코팅을 제공하는 문제를 다룬다.

이 문제는 청구항 1의 특징들로 해결된다.

본 발명으로 달성된 장점은 특히 티타늄 산화물, 은 또는 니켈-크롬 뿐만 아니라 붕소 도핑 실리콘(Si:B) 또는 티타늄 도핑 실리콘 알루미늄(SiAl:Ti)과 같은 표준 타겟 재료들만 이용되는 것을 포함한다.

본 발명에 따르면, 유리 상에 스퍼터 프로세스에 의해 도포될 수 있고 템퍼링 가능한, 유리를 위한 은 저방사율(silver low-E) 코팅을 제공할 수 있다.

순수한 실리콘은 도전성이 아니므로, 실리콘 스퍼터 타겟들은 DC 또는 MF 스퍼터링에서 이용 가능하도록, 예를 들면, 붕소로 도핑되어야 한다. 또한 층 내에 포함되어 있는 첨가제 붕소, 알루미늄 또는 티타늄은 부정적인 영향을 미치지 않는다. Si₃N₄는 층 재료로서 소량의 산소만을 포함한다.

이하에서, 본원의 유리 상의 코팅 Si₃N₄ - TiO₂ - Ag - NiCrO_x - Si₃N₄의 제조시 수행된 스퍼터 프로세스의 프로세스 파라미터들은 표의 형태로 컴파일된다. 사 용된 지시들은 다음을 나타낸다.

KT = 캐소드

sccm = 분당 표준 입방 센티미터(또는 분당 Nml; Nml = 표준 밀리미터)

AC = 교류

DC = 직류

V = 볼트(전압)

A = 암페어(전류)

W = 와트(전력)

k = 1000

μ = 10^-6

bar = 0.1 MPa = 10⁵ Pa(Pa = 파스칼 = 압력)

planar = 평면 캐소드

rot = 회전 캐소드

: = 도핑(doped with)

여기에서 KT 1, KT 2 등은 인라인(inline) 프로세스의 상이한 캐소드들이며, 이를 지나서 기판 - 여기에서는 유리 - 이 연속하여 이동된다.

삭제

여기에서 TiO₂ 층은 계속되는 은 층(silver layer)에 대한 시드층 또는 블록커(blocker)로서 및 반사 방지 유전체로서 이중 기능을 갖는다. 주어진 기판 속도(substrate rate)에서 하나의 캐소드만으로는 적절한 층 두께를 생산하지 않을 것이므로, 세 개의 층들(KT 2, KT 3, KT 4)로서 TiO₂ 층이 도포된다. 동일한 이유로 Si₃N₄:O 층은 두 단계로 도포된다. 템퍼링 이전에는, 어떤 층들도 기울기(gradient)를 갖지 않았다. 스퍼터 프로세스의 타겟 재료 내의 특별한 도핑이 생략되었다.

유전체층들 - Si₃N₄ 및 TiO₂ - 은 바람직하게는 회전 마그네트론들로부터 스퍼터링된다. TiO₂ 층을 위하여 세라믹 TiO_x 타겟이 이용될 수 있으며, 이것은 MF 기술들(약 10 kHz 내지 80 kHz) 또는 AC 기술들 또는 DC 기술들을 이용하여 스퍼터링될 수 있다.

Ag 층 및 NiCrO_x 층들은 통상적으로는 DC 기술들에 의해 금속 타겟들로부터 스퍼터링된다. 모든 프로세스들에 대하여 평면 및/또는 회전 타겟들이 고려될 수 있다. TiO₂ 및 Si₃N₄ 코팅들에 대하여는 어느 시간 동안 회전 타겟들이 이용되는 것이 바람직하였다. Ag 및 NiCrO_x 층들에 대하여는 기존에는 평면 타겟들이 이용되지만, 회전 타겟들도 이용 가능하다.

표 1에 기초하여 자명한 바와 같이, Si₃N₄ 프로세스들에서는 소량의 산소만이 필요하다. 종단의(concluding) Si₃N₄에는 높은 압력이 필요하다. Si₃N₄:O는 일반적으로 Si_xN_yO_z로도 기재될 수 있으며, 이 경우 x/y<0.75 및 y/z>4가 적용된다. NiCrO_x 프로세스를 위한 최대 산소 흐름은 히스테리시스의 금속 브랜치에서 발생하는데, 이를 위하여는 스퍼터 챔버 내의 좁은 개구들 및 이 개구 아래의 가스 인렛(gas inlet)이 전제조건들이다.

표 1의 우측 열들은 비 N₂ : O₂ ≥ 20 : 1 를 도시한다. 그러나, 층들은 예를 들면 N₂ : O₂ = 4 : 1 의 가스 흐름비(gas flow ratio)에서 생성될 수도 있다. 층 조성(layer composition)은 N₂ : O₂ 의 이 가스 흐름비를 반영하지 않는다. 오히려 층들 내에서 질소보다 산소가 비교적 많게 발견되면 다른 파라미터들이 영향을 미친다.

히스테리시스의 금속 브랜치에 의해 다음이 이해된다. 즉, 일정한 전력 및 증가하는 산소 흐름에서의 특징이 발전기 데이터(generator data)(전류, 전압)에 대하여 플로팅되면, 전압은 특정 포인트(브레이크오버 포인트)까지 증가한다. 산소량이 더 증가되면, 전압은 크게 감소한다. 프로세스는 금속 모드로부터 산화물 모드로 바뀌었다. 산소가 다시 감소되면, 프로세스가 다시 금속 모드로 바뀌는 포인트에 도달한다. 그러나, 두 브레이크오버 포인트들은 동일하지 않으며, 곡선은 히스테리시스를 나타낸다(EP 0 795 890 A2의 도 1 참조).

TiO₂ 프로세스들의 소량의 질소는 그 자체로 비정상적이지 않으며 프로세스 안정화를 위하여 금속 타겟들을 사용하는 경우 통상적이다. 세라믹 타겟들을 이용하는 경우, 질소는 제외될 수 있다. Si₃N₄:O 의 최상위층의 산소 및 더 높은 압력 으로 인하여, 코팅 및 코팅 설비에 맞춰진(conformed) 내부 기계적 층 응력 및/또는 장벽 효과의 설정을 허용하는 두 개의 파라미터들이 이용 가능해질 가능성이 있다.

이것은 유사하게 Si₃N₄ 기저층(KT1)에도 적용되지만, 여기에서 증가된 스퍼터 압력은 어떠한 장점들도 발생시키지 않는다.

두 Si₃N₄ 프로세스들(KT 1 또는 KT 7 및 KT 8)에서의 산소 흐름 및 작업 압력(working pressure)의 지속적인 변화로, 층 시스템이 특정 템퍼링 프로세스에 맞춰지게 하는 데 가변 파라미터들이 이용 가능하다(따라서 가상의 제어 레버들). 따라서, 특정의 코팅 설비, 유리 품질 및 추가의 처리(특히 템퍼링)에 대하여 코팅의 부분에서의 최적의 구조(optimum conformation)를 달성하기 위한 "튜닝 범위(tuning range)"가 이용 가능하다.

템퍼링 이전 및 이후에 표 1에서 인용된 층 조합은 다음의 표 2에 열거된 특성들을 갖는다. 여기에서 CIE LAB 컬러 시스템의 기호들 및 축약들은 다음을 나타낸다.

a* = 적색-녹색 축 상의 컬러 값(무차원)

b* = 황색-청색 축 상의 컬러 값(무차원)

Ty = 가시 범위 내에서 평균된 투과율(백분율 표시)

RGy = 샘플의 유리 쪽으로부터의 가시 범위 내에서 평균된 반사율(백분율 표시)

RFy = 샘플의 층 쪽으로부터의 가시 범위 내에서 평균된 반사율(백분율 표시)

Haze = 불투명도(opacity) 또는 "유상성(milkiness)"(미광(stray-light) 손실), 미광 성분(백분율 표시)

R/sq = 표면 저항(옴 표시)(Hans Joachim Glaser: Duennfilmtechnologie auf Flachglas, pp. 134 - 137).

제1 Si₃N₄ 층의 두께는 5 내지 25 nm가 바람직하다. TiO₂의 제2 층 또한 5 내지 25 nm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. Ag로 구성된 제3 층은 8 내지 18 nm 두께인 것이 바람직하다. 계속되는 NiCrO_k의 층은 3 내지 8nm 두께이다. Si_xN_yO_z의 최종층은 25 내지 65 nm 두께인 것이 바람직하다.

표 2는 템퍼링 이전 및 이후의 코팅의 주요 특성들에 최소한의 차이들만 있는 것을 도시한다. 템퍼링은 약 620 내지 700℃의 온도에서 수행되었다. 기판은 거기에서 2 내지 20분 동안 가열되었고 후속하여 압축 공기에 의해 매우 급속히 냉각되었다.

ISO 11998에 따른 소위 Erichsen Wash Test에 의해 접착 강도가 테스트되었다. 결과들은 모든 샘플들에 대하여 무결점이었다. 또한, 저장 수명(storage life) 또한 테스트되었으며, 특히 DIN EN ISO 6270 (DIN-50017)에 따른 소위 Storage Test for Resistance to Moisture에 따라 테스트되었다. 여기에서는 또한 오직 양의 값들만 결정되었다.

또한, 투과율 Ty는 80% 보다 높고, 층 저항은 5.0 옴/sq보다 낮으며 유리 측으로부터의 반사에서의 컬러들에 대하여 -4<a*<0 및 -7<b*<-2를 적용한다. 불투명도(haze)는 0.5%보다 낮다. 기계적 안정성은 강건하며, 이것은 200 스트로크들로 Erichsen Brush Test를 이용하여 결정될 수 있을 것이다.

Claims

코팅이 제공된 템퍼링 가능(temperable) 기판으로서,

1.1 상기 기판으로서의 유리,

1.2 상기 유리 상의 Si_xN_yO_z의 제1 층,

1.3 상기 제1 층 상의 TiO₂의 제2 층,

1.4 상기 제2 층 상의 Ag의 제3 층,

1.5 상기 제3 층 상의 NiCrO_k의 제4 층,

1.6 상기 제4 층 상의 Si_xN_yO_z의 제5 층 - x/y<0.75, y/z>4, 0<k<2 -

을 포함하는 코팅이 제공된 템퍼링 가능 기판.
제1항에 있어서, 상기 제1 층은 5 내지 25 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제1항에 있어서, 상기 제2 층은 5 내지 25 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제1항에 있어서, 상기 제3 층은 8 내지 18 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제1항에 있어서, 상기 제4 층은 3 내지 8 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제1항에 있어서, 상기 제5 층은 25 내지 65 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제2항에 있어서, 상기 제1 층은 15nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제3항에 있어서, 상기 제2 층은 15nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제4항에 있어서, 상기 제3 층은 12.5 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제5항에 있어서, 상기 제4 층은 5nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제6항에 있어서, 상기 제5 층은 40 내지 50 nm의 두께를 가지는 템퍼링 가능 기판.
제1항에 있어서, 상기 TiO₂ 층과 상기 Ag 층 사이에는 투과율(transmission)을 설정하기 위한 층이 제공되는 템퍼링 가능 기판.
제12항에 있어서, 상기 투과율을 설정하기 위한 층은 투과율 감소적이며 2 내지 5nm NiCrO로 구성되는 템퍼링 가능 기판.
스퍼터링에 의해 제1항에 기재된 층들을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 제5 층의 제조시 과정에서의 가스의 N₂ 대 O₂의 비는 4:1 이상인 방법.
스퍼터링에 의해 제1항에 기재된 층들을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 코팅의 기계적인 층 응력은 개개의 Si_xN_yO_z 층의 제조시 압력 및 산소 흐름을 변화시킴으로써 설정될 수 있는 방법.
스퍼터링에 의해 제1항에 기재된 층들을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 제5 층의 퇴적시 작업 압력(working pressure)은 8.83 내지 9.23 μbar의 범위에 있는 방법.
스퍼터링에 의해 제1항에 기재된 층들을 제조하기 위한 방법으로서, 상기 제1 및 제5 층의 제조시 공급된 질소량보다 더 적은 산소량이 상기 스퍼터링 프로세스에 공급되는 방법.
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