KR101239614B1 - 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리에 관한 것으로, 본 발명의 열선반사 다층박막은, 투명기판 위에 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막이 반복 적층되되, 다층박막의 최외곽 박막에 굴절률이 서로 다른 제1 굴절 투명박막과 제2 굴절 투명박막이 적층되어 형성되는 박막 보호층을 포함한다.

Description

열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리{Multi-layer thin film for Low emissivity and automobile glass containing the same}
본 발명은 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리에 관한 것으로, 특히 기계적인 내마모성이 강하고 동시에 가시광선의 투과율이 높은 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리에 관한 것이다.
통상적으로, 지표면에 도달하는 태양광 에너지는 자외선이 약 6%, 가시광선이 약 46%, 적외선 선이 약 48%을 차지한다. 즉, 태양광 에너지는 채광에 기여하지 않고 열작용을 일으키는 적외선이 절반을 차지하고 있다. 한여름 낮에는 건물 외부에서 내부로 유입하는 열량의 71%가 유리로부터 유입되고 있기 때문에 이러한 열량을 줄이면 대폭적인 에너지 절약 효과를 기대할 수 있다.
최근 들어, 에너지 절약과 관련하여 냉, 난방효율에 대한 관심이 높아지면서 태양광으로부터 입사되는 가시광선은 투과시키고 열선(적외선)은 반사시키는 열선반사 유리(또는, 로이 유리(Low-e glass) 라고도 함.)에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.
열선반사 유리는 크게 두가지 방법에 의해 만들어진다. 첫번째 방법은 크게 축퇴(degenerated)된 넓은 띠간격(bad gab)을 갖는 단일층의 반도체(예를 들면 ITO, SnO2:F 등)를 코팅하는 방법이며, 두번째 방법은 가시광선 영역에서 투명하고 1.45 이상, 2.5 이하의 굴절률을 나타내는 유전체박막, 열선반사 금속박막, 유전체박막, 유리기판의 순서로 다층박막 구조로 코팅하는 방법이다.
첫번째 방법으로 제조된 열선반사 유리는 화학적, 물리적 특성이 우수하여 경질 코팅(hard coating) 유리라 부르며, 두번째 방법으로 제조된 열선반사 유리는 상대적으로 화학적, 물리적 내구성이 약하므로 연질 코팅(soft coating) 유리라 부른다. 이중 연질 코팅(soft coating) 유리의 열선반사 특성이 경질 코팅(hard coating) 유리보다 우수하다. 현재 연질 코팅(soft coating) 유리를 대형으로 재현성 있게 생산할 수 있는 진공증착기술이 보편화되어 있기 때문에 전세계적으로 연질 코팅(soft coating) 유리의 생산이 많이 이루어지고 있다.
그런데, 연질 코팅(soft coating) 방법으로 제조된 열선반사 유리는 열선반사 금속박막이 상당히 무른 금속을 사용하기 때문에 제품 양산 도중에 쉽게 스크래치(Scratch)가 발생하며, 이로 인해 불량이 야기되는 문제점이 있다. 일반적인 건축용 열선반사 유리에서는 외관결점 규격이 까다롭지 않고, 유리의 가공이 간단하기 때문에 내마모성이 큰 문제가 되지 않으나, in-line 공정을 사용하는 자동차용 유리 제조공정에서는 내마모성이 큰 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 기계적인 내마모성이 강한 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리를 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적은 가시광선의 투과율이 높은 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 열선반사 다층박막은, 투명기판 위에 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막이 반복 적층되는 열선반사 다층박막으로서,
다층박막의 최외곽 박막에 굴절률이 서로 다른 제1 굴절 투명박막과 제2 굴절 투명박막이 적층되어 형성되는 박막 보호층을 포함한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리는 다층박막의 최외곽 박막에 박막 보호층을 포함하여 구현됨으로서, 기계적인 내마모성을 높여 제조과정에서 발생할 수 있는 스크래치(Scratch) 등을 방지할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한, 다층박막의 최외곽 박막에 박막 보호층이 굴절률이 서로 다른 제1 굴절 투명박막과 제2 굴절 투명박막으로 구현됨으로서, 가시광선의 투과율이 높은 유용한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 열선반사 다층박막을 설명하기 위한 예시도이고,
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열선반사 다층박막의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한, 그리고 추가적인 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 열선반사 다층박막을 설명하기 위한 예시도이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 열선반사 다층박막(10)은 투명기판(11) 위에 제1 고굴절 투명박막(12a), 제1 보호박막(13a), 열선반사 금속박막(14), 제2 보호박막(13b), 제2 고굴절 투명박막(12b) 순서대로 이루어진 다층 박막구조가 반복 적층된다.
투명기판(11)은 광투과율이 우수하고 기계적 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예컨대, 투명기판(11)은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리염화비닐(PVC)로 구현될 수 있다. 또한, 투명기판(11)은 화학강화유리로 소다석회유리(Soda-lime Glass) 또는 알루미노실리케이트유리(SiO2-Al2O-Na2O)로 구현될 수 있으며, 이중 Na 및 Fe의 양은 용도에 따라 낮게 조정될 수 있다.
제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)은 인듐-주석 산화물(ITO), 오산화 니오브(Nb2O5) 또는 산화 인듐(In2O5)으로 구현될 수 있다. 제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)이 오산화 니오브(Nb2O5) 또는 산화 인듐(In2O5)으로 구현될 경우, 일례로, 본 발명의 열선반사 다층박막(10)은 자동차용 유리에 형성될 수 있다. 통상적으로 자동차용 유리는 강화 또는 곡면 처리를 위해 가열온도 650℃ 이상, 750℃ 이하의 열처리 공정이 적용된다. 오산화 니오브(Nb2O5) 또는 산화 인듐(In2O5)은 투명기판(11)과 유사한 열팽창 계수를 갖는 물질로서, 열처리 후에 박막의 크랙(Crack) 발생을 방지하고 우수한 내습특성을 나타낸다.
제1, 제2 보호박막(13a, 13b)은 제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)의 압축응력을 감쇄시키는 역할 또는 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 중에 산소가 제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)을 통과하여 열선반사 금속박막(14)으로 확산되는 것을 막아주는 역할을 한다. 일례로 제1, 제2 보호박막(13a, 13b)은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
열선반사 금속박막(14)은 가시광선 영역(380nm∼780nm)에서의 광 투과율이 높은 반면 적외선 영역에서의 광 반사율이 높은 물질로 구현된다. 일례로, 열선반사 금속박막(14)은 은(Ag) 또는 은(Ag)을 주성분으로 하는 합금으로 형성될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열선반사 다층박막(10)은 다층박막의 최외곽 박막에 박막 보호층(15)이 형성된다. 박막 보호층(15)은 열선반사유리 제조공정에서 발생할 수 있는 스크래치(Scratch) 등을 방지하면서 동시에 열선반사 다층박막(10)의 가시광선 투과율이 70% 이상을 유지할 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다. 일례로, 박막 보호층(15)은 굴절률이 서로 다른 제1 굴절 투명박막과 제2 굴절 투명박막이 적층되어 구현될 수 있다. 여기서, 제1 굴절 투명박막은 1.45 이상, 1.65 이하의 굴절률을, 제2 굴절 투명박막은 1.90 이상, 2.45 이하의 굴절률을 갖는 금속산화물로 구현되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 제1 굴절 투명박막은 규소-알루미늄 산화물로 구현될 수 있다. 이는 125mm×550mm×6mm 크기의 규소-알루미늄(여기서, 예컨대 알루미늄(Al)은 총 중량대비 10중량%를 포함함.) 타겟에 아르곤(Ar) 가스 200sccm, 산소(O2) 가스 40sccm씩 공급하면서, 8kw의 전력을 인가하여 코팅할 수 있다.
다른 실시예로, 제1 굴절 투명박막은 굴절률이 1.46인 규소산화물(SiO2) 투명박막과 굴절률이 1.65인 산화알루미늄(Al2O3) 투명박막으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 굴절 투명박막은 규소산화물(SiO2)x 투명박막의 두께 x와 산화알루미늄(Al2O3)y 투명박막의 두께 y가,
Figure 112010000128837-pat00001
를 만족시키는 범위로 구현되는 것이 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 제2 굴절 투명박막은 굴절률이 2.35인 오산화 니오브(Nb2O5), 굴절률이 1.95인 산화아연(ZnO), 굴절률이 2.45인 산화티탄(TiO2), 굴절률이 2.2인 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열선반사 다층박막의 단면도이다.
본 실시예에 따른 열선반사 다층박막(20)은 소다석회유리(Soda-lime Glass)(21) 위에 오산화 니오브(Nb2O5)/알루미늄(Al)/은(Ag)/알루미늄(Al)/오산화 니오브(Nb2O5) 순서대로 적층된 다층 박막구조(22, 23, 24)를 3회 반복 적층하고, 박막 보호층으로 규소-알루미늄 산화물을 코팅한 것이다. 여기서, 오산화 니오브(Nb2O5)는 압축응력이 0.1GPa 이상, 0.2GPa 이하이고, 알루미늄(Al)의 인장응력은 1.0GPa 이상, 2.0GPa 이하이다.
이하, 도2에 따른 열선반사 다층박막의 가시광선 투과율 및 반사율과 내마모성을 측정한 결과를 설명한다.
다층박막구조 가시광선
평균 투과율		 가시광선
평균 반사율		 NIR 반사율 저하값
실시예1 G/(Nb2O5/Al/Ag/Al/Nb2O5)×3/SiAlOx 72.6 10.5 0.5
비교예1 G/(Nb2O5/Al/Ag/Al/Nb2O5)×3 73.3 9.2 10.5
비교예2 G/(Nb2O5/Al/Ag/Al/Nb2O5)×3/TiO2 61.1 21.7 0.4
여기서, G는 소다석회유리(Soda-lime Glass)이며, 광 투과율은 Lambda-950 spectrophotometer를, 내마모성은 Taber tester를 사용하여 측정하였다. 여기서, 광 투과율은 Lambda-950 spectrophotometer를 사용하여 380nm∼780nm 범위의 분광투과율과 분광반사율을 측정하여 가시광선 평균 투과율과 평균 반사율을 계산하였고, 내마모성은 열선반사 다층박막의 표면을 CS-10F 연마휠로 마모시키고, 연마에 의한 1500nm에서의 NIR 반사율 저하값을 기준으로 하였다.
실시예 1은 소다석회유리(Soda-lime Glass) 위에 오산화 니오브(Nb2O5)/알루미늄(Al)/은(Ag)/알루미늄(Al)/오산화 니오브(Nb2O5) 순서대로 다층 박막구조를 3회 반복 적층하고, 박막 보호층으로 규소-알루미늄 산화물(SiAlOx)을 코팅한 것으로, 오산화 니오브(Nb2O5)의 박막 두께를 25nm 또는 30nm로, 알루미늄(Al)의 박막 두께를 3nm로, 은(Ag)의 박막 두께는 13nm 또는 16nm로, 규소-알루미늄 혼합 산화물(SiAlOx)의 박막 두께를 56nm로 하여 가시광선 평균 투과율 및 평균 반사율과 NIR 반사율 저하값을 측정하였다.
실시예 1의 경우, 가시광선 평균 투과율은 72.6%로, 가시광선 평균 반사율은 10.5%로 측정되었다. 열선반사 다층박막의 표면을 CS-10F 연마 마모시키기 전과 후의 1500nm에서의 NIR 반사율 저하값은 0.5로 측정되었다.
비교예 1은 소다석회유리(Soda-lime Glass) 위에 오산화 니오브(Nb2O5)/알루미늄(Al)/은(Ag)/알루미늄(Al)/오산화 니오브(Nb2O5) 순서대로 다층 박막구조를 3회 반복 적층하되 박막 보호층을 코팅하지 않은 것으로, 오산화 니오브(Nb2O5)의 박막 두께를 30nm로, 알루미늄(Al)의 박막 두께를 3nm로, 은(Ag)의 박막 두께는 13nm 또는 16nm로 하여 가시광선 평균 투과율 및 평균 반사율과 NIR 반사율 저하값을 측정하였다.
비교예 1의 경우, 가시광선 평균 투과율은 73.3%로, 가시광선 평균 반사율은 9.2%로 측정되었다. 그러나, 비교예 1은 열선반사 다층박막의 표면을 CS-10F 연마휠로 마모시키기 전과 후의 1500nm에서의 NIR 반사율 저하값이 10.5로 좋지 않음을 알 수 있다. 즉, 박막 보호층을 코팅하지 않은 비교예 1에 따른 열선반사 다층박막은 내마모성이 저조한 것으로 나타났다.
비교예 2는 소다석회유리(Soda-lime Glass) 위에 오산화 니오브(Nb2O5)/알루미늄(Al)/은(Ag)/알루미늄(Al)/오산화 니오브(Nb2O5) 순서대로 다층 박막구조를 3회 반복 적층하고, 박막 보호층으로 산화티탄(TiO2)을 코팅한 것으로, 오산화 니오브(Nb2O5)의 박막 두께를 25nm 또는 30nm로, 알루미늄(Al)의 박막 두께를 3nm로, 은(Ag)의 박막 두께는 13nm 또는 16nm로, 산화티탄(TiO2)의 박막 두께를 40nm로 하여 가시광선 평균 투과율 및 평균 반사율과 NIR 반사율 저하값을 측정하였다.
비교예 2의 경우, 가시광선 평균 투과율은 61.1%로, 가시광선 평균 반사율은 21.7%로 측정되었고, 열선반사 다층박막의 표면을 CS-10F 연마휠로 마모시키기 전과 후의 1500nm에서의 NIR 반사율 저하값은 0.4로 측정되었다. 즉, 기계적인 내마모성이 강한 산화티탄(TiO2)을 박막 코팅층으로 코팅한 경우, 열선반사 다층박막의 내마모성은 좋아지지만, 가시광선의 반사율이 올라가 그로인해 광 투과율이 감소하기 때문에 70% 이상을 요구하는 자동차용 유리에는 사용할 수 없다.
지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 이에 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10, 20: 열선반사 다층박막
11, 21: 투명기판
12a: 제1 고굴절 투명박막 12b: 제2 고굴절 투명박막
13a: 제1 보호박막 13b: 제2 보호박막
14: 열선반사 금속박막
15: 박막 보호층

Claims (11)

  1. 투명기판 위에 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막이 반복 적층되는 열선반사 다층박막으로서,
    상기 다층박막의 최외곽 박막에, 굴절률이 서로 다른 제1 굴절 투명박막과 제2 굴절 투명박막이 적층되어 형성되는 박막 보호층;
    을 포함하되,
    상기 제1 굴절 투명박막은 규소산화물(SiO2) 투명박막과 산화알루미늄(Al2O3) 투명박막의 적층으로 이루어지고,
    상기 규소산화물(SiO2) 투명박막의 두께 x와, 산화알루미늄(Al2O3) 투명박막의 두께 y는
    Figure 112012081797526-pat00006
    를 만족시키는 범위로 구현되는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴절 투명박막은,
    상기 제2 굴절 투명박막보다 굴절률이 낮은 투명박막인 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 굴절 투명박막은,
    상기 제2 굴절 투명박막 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴절 투명박막은 1.45 이상, 1.65 이하의 굴절률을, 상기 제2 굴절 투명박막은 1.90 이상, 2.45 이하의 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 굴절 투명박막은 규소-알루미늄 산화물인 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 굴절 투명박막은,
    오산화 니오브(Nb2O5), 산화아연(ZnO), 산화티탄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열선반사 다층박막이:
    상기 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막 사이에 적층되는 보호박막;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
  9. 제1항 내지 제5항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항에 기재된 열선반사 다층박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 유리.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 자동차용 유리는,
    열처리 공정을 통해, 강화 또는 곡면 처리되는 것을 특징으로 하는 자동차용 유리.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열처리 공정의 가열온도는 650℃ 이상, 750℃ 이하인 것을 특징으로 하는 자동차용 유리.

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