KR101302259B1

KR101302259B1 - 내구성이 우수한 저방사 유리

Info

Publication number: KR101302259B1
Application number: KR1020080116484A
Authority: KR
Inventors: 조금실; 배일준; 전윤기; 황승석
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2013-09-02
Also published as: KR20100057442A

Abstract

본 발명은 저방사 금속층; 및 상기 저방사 금속층 상에 형성된 15 내지 3nm의 두께를 가진 오버코트층을 포함하는 저방사 유리에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 오버코트층의 두께를 15 내지 3nm로 구성하여 건축용 저방사 유리가 요구하는 가시광선 투과율 및 내구성을 갖는 저방사 유리를 제공할 수 있는 효과가 있다.

저방사 유리, 코팅층, 금속층, 은, 오버코트, 스퍼터링, 내구성

Description

내구성이 우수한 저방사 유리{Low Emissivity Glass Having Improved Durability}

본 발명은 저방사 유리 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저방사 유리를 구성하는 전체적인 코팅층의 기계적 및 화학적 내구성을 극내화시키는 동시에 가시광선 투과율의 감소를 최소화할 수 있는 최적의 두께로 형성시킨 저방사 유리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

저방사 유리는 유리표면에 특수 코팅하여 여름에는 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내 난방기에서 발생하는 적외선을 실내에 보존시켜 줌으로써 건축물의 에너지 절감효과를 증가시킨다.

이와 같은 저방사 유리는 일반적으로 유리를 기판으로 하여 은, 금, 알루미늄 등과 같이 적외선의 반사특성이 우수한 금속을 포함하는 금속층을 형성시키고, 상기 금속층의 상하로 금속층으로 인한 가시광선 투과율 저하를 보상하기 위한 굴절율이 높은 유전층을 위치하도록 하여 광학적 설계를 통한 가시광선 투과율을 높 이는 동시에 금속층을 보호하고, 접착력을 증진시키기 위해 유전체층이 위치되도록 한다.

여기서, 상기 적외선의 반사특성을 갖는 금속층은 공기에 노출될 경우 쉽게 산화되어 본래의 성질인 적외선의 반사특성이 급격히 감소하게 되는 동시에 색상의 변화를 동반한 산화현상이 발생하여 미관 특성이 건축용 유리로 적용되기 곤란하게 된다.

이러한 저방사 유리는 통상 두 가지 방식으로 제조되는바, 하나는 유리 제조 과정상에서 뜨거운 유리 리본 위에 반도체 전구체를 균일하게 도포하여 유리 열에 의해 전구체가 분해 코팅되는 하드코팅(hard coating) 방식이 있으며, 다른 하나는 진공 챔버에서 금속 타겟의 스퍼터링을 통해 소프트코팅(soft coating)하는 방식이 있다.

전자의 경우에는 주로 SnO2:F 물질을 코팅하여 제조되고 있으며 높은 온도에서 증착 및 상대적으로 안정한 산화물을 사용함으로 인해 코팅막이 매우 강한 특성을 보이지만 저방사 특성이 낮고, 후자의 경우 금속을 코팅하여 막 형태로 제조됨으로 가격, 색상, 저방사 특성을 고려하여 주로 은이 사용되고 있고, 내구성이 낮은 은의 특성으로 인해 유리기판/유전체/은/유전체/보호층의 형태로 제조되고 있으나, 물리적 증착 및 상대적으로 불안정한 은을 사용하므로 코팅층이 약해 내구성이 부족하다는 특성을 지니고 있다.

여기서, 상기 보호층은 그 두께가 증가할수록 내구성이 증가되지만, 가시광선 투과율의 감소가 발생하므로, 상기 가시광선 투과율을 감소시키지 않는 범위에 서 충분한 내구성을 갖는 오버코트층 두께를 설계하는 것이 저방사 유리를 제조함에 있어 중요한 변수로 작용하고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 건축용 저방사 유리가 요구하는 가시광선 투과율을 갖는 동시에 충분한 내구성을 갖도록 하는 저방사 유리의 오버코트층 두께를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 저방사 금속층 및 상기 저방사 금속층 상에 형성된 15 내지 3nm의 두께를 가진 오버코트층을 포함하는 저방사 유리를 제공하는 것에 과제 해결 수단이 있다.

본 발명에 따른 저방사 유리는 오버코트층의 두께를 15 내지 3nm로 구성하여 건축용 저방사 유리가 요구하는 가시광선 투과율 및 내구성을 갖는 저방사 유리를 제조할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 저방사 금속층; 및 상기 저방사 금속층 상에 형성된 15 내지 3nm의 두께를 가진 오버코트층을 포함하는 저방사 유리를 제공한다.

본 발명에 따른 저방사 유리는 당업계에서 통상적으로 사용하는 저방사 유리 를 의미하는 것으로서, 보다 구체적으로는 유리의 표면에 저방사 특성을 갖는 금속으로 금속층을 형성시키고, 그 금속층의 상단에 상기 금속층을 보호하기 위한 오버코트(overcoat)층이 형성된다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 저방사 유리는 유리기판상에 유전체층, 금속층, 유전체층 및 오버코트층이 순차적으로 증착되도록 구성한다.

여기서, 상기 금속층은 저방사 특성이 우수한 금속을 포함하는 층, 즉 코팅층을 의미하는 것으로서, 사용 가능한 금속으로는 은, 금, 알루미늄, 백금 또는 이들의 합금 등이 있고, 추천하기로는 은을 사용하는 것이 좋고, 그 두께는 5 내지 30nm, 바람직하게는 약 10nm인 것이 좋다.

특히, 상기 금속층을 구성하는 은(Ag) 은 다른 금속과 비교하여 높은 전기전도도, 가시광선영역에서의 낮은 흡수율, 좋은 내구성을 지니고 있지만, 보다 우수한 내구성을 제공하기 위해 일부 다른 원소, 예를 들면 Ni, Pd, Pt, Cu 및/또는 Au 등의 원소를 첨가시켜 금속층을 구성할 수 있다. 이때, 상기 다른 원소의 투입으로 인해 상기 금속층의 저방사 성능이 감소할 수 있으므로 그 투입량을 한정할 필요가 있으며, 이는 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 바람직하게는 선택된 원소 0.5 내지 5중량부를 은에 도핑되도록 하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 유전체층은 금속층, 특정적으로 은을 포함하는 금속층을 보호하기 위한 것으로서, 결정화에 도움을 주는 결정구조를 갖고, 내구성 및 낮은 확산계수를 갖고, 흡수계수(extinction coefficient)가 0에 근접하도록, 바람직하게는 0.1 이하로 낮고, 굴절율이 최소 1.8 이상인 특성을 갖는 것이 좋다.

이에, 전술한 유전체층의 조건을 만족시키기 위해 사용 가능한 물질로는 TiO₂, SnO₂, ZnO, Bi₂O₃, Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₃, AlN, In₂O₃, Nb₂O₅ 등으로부터 선택되는 적어도 하나 이상이다.

여기서, 상기 유전체층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만 10 내지 100nm, 바람직하게는 15 내지 30nm, 보다 바람직하게는 18 내지 22nm인 것이 좋고, 상기 유전체층이 금속층의 상/하에 각각 구비되는 경우 임의로 하나의 유전체층을 "제1유전체층"이라하면 나머지 하나의 유전체층은 "제2유전체층"이라 지칭할 수 있다.

본 발명에 따른 오버코트층은 코팅층의 손상을 최소화하여 저방사 유리의 품질을 유지할 수 있도록 하는 것으로서, 이러한 목적을 위해 내구성이 좋고, 가시광선 투과율이 높은 코팅층이 유리하다.

특히, 상기 오버코트층은 금속층이 공기 중에 노출되는 것을 방지하며, 소프트(soft)한 코팅층의 기계적 내구성을 보완하기 위해 하드(hard)한 특성을 갖는 보호층의 일종이다.

여기서, 본 발명에 따른 오버코트층은 다양한 광학적 특성을 얻기 위해 가시광선 투과율이 좋아 흡수계수가 낮은 물질로 구성되는 것이 바람직한바, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용되는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 Al, In, Sn, Tl, Pb, Sb, Bi, Ti, Zr, Hf, V, Nb 및 Ta 중에서 선택된 1종 이상의 원소가 도핑된 Si 또는 Al의 산화물, 질화물 또는 질산화물 등이 사 용하고, 바람직하게는 Si₃N₄, Al-ZnO, TiO₂, Zr₃, SiO₂, Al₂O₃ 또는 N₄을 사용하는 것이 좋고, 특히 바람직하게는 Si₃N₄을 사용하는 것이 좋다. 특히, 본 발명에 따른 저방사 유리는 저방사 유리를 구성하는 여러 개의 코팅층 중 가장 내구성이 좋지 않은 금속층, 즉 은을 포함하는 금속층(은층)의 열화를 방지하기 위해 일련의 구조를 갖지만, 대기와 접촉하는 코팅층의 굴절율이 높은 경우 상기 은층의 열화가 없음에도 불구하고 스크래치가 발생하면 굴절률이 낮은 경우보다 눈에 잘 보이게 된다. 또한, 대기와 접촉하는 층이 결정화되어 있는 경우 비정질의 경우 보다 표면의 거칠어지므로 쉽게 스크래치가 발생하는 특성을 갖게 된다.

따라서 본 발명에 따른 저방사 유리의 가장 최상부에 구비되는 오버코트층은 내구성이 좋고, 흡수계수가 작으며, 굴절율이 낮은 물질로서 Si₃N₄을 사용하는 것이 좋고, 이러한 재료는 증착조건, 특정적으로 증착시간을 조절하여 그 두께가 15 내지 3nm가 되도록 함으로써 전술한 요건, 예를 들면 가시광선 투과율 및 내구성 요건을 만족하는 저방사 유리를 제조하게 된다.

이에, 본 발명에 따른 저방사 유리를 구성하는 오버코트층의 두께는 15 내지 3nm로 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 저방사 유리는 진공 스퍼터링 방식에 따라 유리, 특정적으로 유리기판 상에 오버코트층을 포함하는 여러 개의 층을 형성시키는바, 이를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 유리기판을 진공 챔버 내에 넣은 후 진공도가 5 × 10^-7 내지 9 × 10^-5 토르(torr)가 될 때까지 배기하여 진공을 형성시킨다.

그 다음, 진공 챔버 내에 아르곤(Ar), 산소(O₂) 또는 질소(N₂) 가스 등을 도입한 후 2개의 전극간에 직류 또는 교류전압을 가하면 방전이 일어나게 되고 기체의 플라즈마가 생김에 따라 기판상에 적층시키고자 하는 금속타켓이 설치된 음극에 기체 이온이 충돌하면서 금속타켓으로부터 원자를 방출시켜 기판상에 증착이 형성된다.

여기서, 적층하고자 하는 코팅층의 종류에 따라 적절한 기체를 도입하며, 선행 실험을 통해 알게 된 각 코팅층의 증착속도에 따라 스퍼터링 공정에 노출되는 시간을 조절하여 코팅층을 형성하고자 하는 코팅층의 두께를 적절히 제어하여 코팅하게 된다.

이때, 상기 저방사 유리를 구성하는 다수의 코팅층의 적층 형태는 사용자의 선택에 따라 변경될 수 있지만, 추천하기로는 유리기판 상에 제1유전체층, 금속층(은층), 제2유전체층, 오버코트층을 순차적으로 증착시켜 저방사 유리를 구성하고, 상기 유전체층과 오버코트층 증착시에는 산소 분위기 하에서, 은층 증착시에는 아르곤 분위기하에서 수행하는 것이 좋다.

따라서, 이렇게 제조된 저방사 유리는 스터퍼링, 특정적으로 진공 스퍼터링 방법을 이용하여 오버코트층의 두께를 15 내지 3nm로 형성시킴으로써, 기존의 문제시 되어오던 저방사 유리의 내구성 문제를 해결하였다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.　 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

유리기판 하기 표 1에 따른 조건으로 제1유전층, 금속층, 제2유전층 및 오버코트층을 순차적으로 생성시키기 위해 진공 챔버 내에 넣은 후 진공도가 5 × 10^-5 토르가 될 때까지 배기하여 진공을 형성시킨다.

그 다음, 진공 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 도입하였다.

그 다음, 2개의 전극간에 직류전압을 가하면 방전이 일어나게 하여 기체의 플라즈마가 발생하도록 하였다.

그 다음, 표 1에 도시된 바와 같은 조건으로 기판상에 적층시키고자 하는 금속타켓이 설치된 음극에 기체 이온이 충돌하면서 금속타켓으로부터 원자를 방출시켜 ZnO, Ag, ZnO 및 Si₃N₄를 원하는 두께로 기판상에 증착시켰다.

여기서, 상기 증착에 따라 형성된 제1유전층, 금속층, 제2유전층 및 오버코트층의 두께는 표 2와 같다.

증착조건

층	전력(W)	가스압력(mmTorr)	압력(Torr)
제1유전층(ZnO)	60	3	5.0 ×10^-5
금속층(Ag)	16	3	5.0 ×10^-5
제2유전층(ZnO)	60	3	5.0 ×10^-5
오버코트층(SiN₄)	16	3	5.0 ×10^-5

<실시예 2>

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 제1유전층, 금속층, 제2유전층 및 오버코트층의 두께는 표 2와 같다.

<실시예 3>

<실시예 4>

<실험>

실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 저방사 유리의 내구성을 평가하기 위해 테이버 마모(taber abrasion) 실험을 적용하였다.

여기서, 상기 실험 전 후의 가시광선투과율의 변화로 성능을 평가하였으며, 평가에 적용된 시험 장치는 Taber rotary platform abrasion tester model 5135이고, 마모휠은 CS-10F, 마모휠이 시험편에 걸리는 힘은 5N, 100회 회전 적용하여 휠이 지나간 부분의 실험 전후의 가시광선 투과율을 측정하였다.

그 결과를 표 2로 나타냈다.

실시예에 따른 저방사 유리의 두께 및 실험결과

		실시예 1	실시예 2	실시예 3
ZnO층의 두께(nm)		18	18	18
Ag층의 두께(nm)		10	10	10
ZnO층의 두께(nm)		22	22	22
Si₃N₄의 두께(nm)		11.6	24	36.4
Taber abrasion 시험 전 후 가시광선투과율 변화(%)	전	66	62	62
Taber abrasion 시험 전 후 가시광선투과율 변화(%)	후	59	57	55
가시광선투과율 변화(%)		7	5	7

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.　 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 저방사 유리를 나타내는 구성도이다.

Claims

유리기판상에 순차적으로 적층된 두께가 18 내지 22nm이고, TiO₂, SnO₂, ZnO, Bi₂O₃, Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₃, AlN, In₂O₃, Nb₂O₅ 또는 이들의 혼합물을 포함하는 제1유전체층; 저방사 금속층; 두께가 18 내지 22nm이고, TiO₂, SnO₂, ZnO, Bi₂O₃, Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₃, AlN, In₂O₃, Nb₂O₅또는 이들의 혼합물을 포함하는 제2유전체층; 및 상기 제2유전체층 상에 형성된 15 내지 3nm의 두께를 가진 Si₃N₄의 오버코트층을 포함하는 저방사 유리.
삭제
제1항에 있어서,

상기 저방사 금속층이 은, 금, 알루미늄, 백금 또는 이들의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 저방사 유리.
제3항에 있어서,

상기 저방사 금속층을 구성하는 은, 금, 알루미늄, 백금 또는 이들의 합금에 Ni, Pt, Cu, Au 중에서 선택된 1종 이상의 원소가 첨가되는 것을 포함하는 저방사 유리.
제1항에 있어서,

상기 저방사 금속층의 두께가 5 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 저방사 유 리.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1유전체층 및 제2유전체층이 흡수계수가 0.1이하이고, 굴절율이 1.8이상인 것을 포함하는 저방사 유리.
삭제
삭제
삭제
유리기판상에 순차적으로 적층된 두께가 18 내지 22nm이고, TiO₂, SnO₂, ZnO, Bi₂O₃, Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₃, AlN, In₂O₃, Nb₂O₅ 또는 이들의 혼합물을 포함하는 제1유전체층; 저방사 금속층; 두께가 18 내지 22nm이고, TiO₂, SnO₂, ZnO, Bi₂O₃, Si₃N₄, ZrO₂, Ta₂O₃, AlN, In₂O₃, Nb₂O₅또는 이들의 혼합물을 포함하는 제2유전체층; 및 상기 제2유전체층 상에 형성된 15 내지 3nm의 두께를 가진 Si₃N₄의 오버코트층을 포함하는 저방사 유리의 제조방법이고, 진공 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제2유전체층상에 상기 오버코트층을 증착하는 단계를 포함하는 저방사 유리의 제조방법.