KR101873103B1 - 창호용 기능성 건축 자재 - Google Patents
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- E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
- E04C2/20—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of plastics
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
- E04C2/54—Slab-like translucent elements
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
- E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
- E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
- E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
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- E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
- E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
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Abstract
투명 유리 기판 및 상기 투명 유리 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고, 상기 저방사 코팅은 최하부 배리어층, 제1 유전체층, 하부 배리어층, 제2 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제3 유전체층, 상부 배리어층 및 제4 유전체층을 상기 투명 유리 기판으로부터 순차적으로 적층되어 포함하고, 상기 최하부 배리어층은 제1 금속, 제1 복합금속, 제1 금속의 산화물, 제1 복합금속의 산화물, 제1 금속의 산화질화물, 제1 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고, 상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 제2 금속, 제2 복합금속, 제2 금속의 질화물, 제2 복합금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고, 상기 최하부 배리어층, 상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층 각각은 단층 또는 다층으로 이루어진 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.
Description
창호용 기능성 건축 자재에 관한 것이다.
저방사 유리(Low-Emissivity glass)는 은(Ag)과 같이 적외선 영역에서의 반사율이 높은 금속을 포함하는 저방사층이 박막으로 증착된 유리를 말한다. 이러한 저방사 유리는 적외선 영역의 복사선을 반사시켜 여름에는 실외의 태양 복사열을 차단하고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.
일반적으로 저방사층으로 사용되는 은(Ag)은 공기 중에 노출되었을 때 산화가 되므로, 상기 저방사층의 상부, 하부에 산화방지막으로 유전체층이 증착된다. 이러한 유전체층은 가시광 투과율을 증가시키는 역할도 한다.
본 발명의 일 구현예는 우수한 광학 성능을 유지하면서, 내열성, 내습성 및 내마모성이 향상된 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서,
투명 유리 기판 및 상기 투명 유리 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고,
상기 저방사 코팅은 최하부 배리어층, 제1 유전체층, 하부 배리어층, 제2 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제3 유전체층, 상부 배리어층 및 제4 유전체층을 상기 투명 유리 기판으로부터 순차적으로 적층되어 포함하고,
상기 최하부 배리어층은 제1 금속, 제1 복합금속, 제1 금속의 산화물, 제1 복합금속의 산화물, 제1 금속의 산화질화물, 제1 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고,
상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 제2 금속, 제2 복합금속, 제2 금속의 질화물, 제2 복합금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고,
상기 최하부 배리어층, 상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층 각각은 단층 또는 다층으로 이루어진
창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.
상기 제1 금속은 Si, Zr 또는 Ti이고, 상기 제1 복합금속은 SiAl, ZrSi, 또는 TiZr일 수 있다.
상기 제2 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Ni 또는 Cr이고, 상기 제2 복합금속은 SiAl, ZrSi, TiZr, NiCr, NiTi, NbZr 또는 NiTiNb일 수 있다.
상기 창호용 기능성 건축 자재는 내열성, 내습성 및 내마모성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 내열성 평가를 위한 특정 조건 하에서의 광학 현미경 이미지이다.
도 3은 실시예 및 비교예에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 내습성 평가를 위한 특정 조건 하에서의 광학 현미경 이미지이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 내마모성 평가를 위한 특정 조건 하에서의 광학 현미경 이미지이다.
도 2는 실시예 및 비교예에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 내열성 평가를 위한 특정 조건 하에서의 광학 현미경 이미지이다.
도 3은 실시예 및 비교예에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 내습성 평가를 위한 특정 조건 하에서의 광학 현미경 이미지이다.
도 4는 실시예 및 비교예에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 내마모성 평가를 위한 특정 조건 하에서의 광학 현미경 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
이하에서 기재의 “상부 (또는 하부)” 또는 기재의 “상 (또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 투명 유리 기판 (100) 및 상기 투명 유리 기판 (100)의 일면에 형성된 저방사 코팅 (110) (coating, coat)을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재 (10)를 제공한다.
상기 저방사 코팅 (110)은 최하부 배리어층 (160), 제1 유전체층 (170a), 하부 배리어층 (140), 제2 유전체층 (170b), 제1 저방사 보호층 (130a), 저방사층 (120), 제2 저방사 보호층 (130b), 제3 유전체층 (170c), 상부 배리어층 (150) 및 제4 유전체층 (170d)을 상기 투명 유리 기판(100)으로부터 순차적으로 적층되어 포함한다.
상기 최하부 배리어층은 제1 금속, 제1 복합금속, 제1 금속의 산화물, 제1 복합금속의 산화물, 제1 금속의 산화질화물, 제1 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함한다.
상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 제2 금속, 제2 복합금속, 제2 금속의 질화물, 제2 복합금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함한다.
상기 최하부 배리어층, 상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층 각각은 단층 또는 다층으로 이루어진다.
도 1은 본 발명의 다른 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재 (10)를 나타낸 단면도이다.
상기 저방사 코팅 (110)은 태양 복사선 중 선택적으로 원적외선을 반사하는 저방사층 (120)을 기반으로 하는 다층 박막 구조로 도 1과 같이 형성될 수 있고, 방사율을 낮추어 상기 저방사 코팅 (110)에 저방사율 즉, 로이 (Low-e: low emissivity) 효과에 의한 우수한 단열 성능을 부여한다.
상기 저방사 코팅 (110)은 상기와 같은 구조로 형성되어, 예를 들어 창문 유리의 코팅막으로 적용시, 여름에는 실외의 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 실내외간 열의 이동을 최소화하여, 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.
'방사율(Emissivity)'이란 물체가 임의의 특정 파장을 갖는 에너지를 흡수, 투과 및 반사하는 비율을 의미하는 것이다. 즉, 본 명세서에서 방사율은 적외선 파장 영역에 있는 적외선 에너지의 흡수 정도를 나타내는 것으로서, 구체적으로는 강한 열 작용을 나타내는 약 5㎛ 내지 약 50㎛의 파장영역에 해당하는 원적외선이 인가되었을 때, 인가되는 적외선 에너지에 대하여 흡수되는 적외선 에너지의 비율을 의미한다.
키르히호프의 법칙에 의하면, 물체에 흡수된 적외선 에너지는 물체가 다시 방사하는 적외선 에너지와 동일하므로, 물체의 흡수율과 방사율은 동일하다.
또한, 흡수되지 않은 적외선 에너지는 물체의 표면에서 반사되므로 물체의 적외선 에너지에 대한 반사율이 높을수록 방사율은 낮은 값을 갖는다. 이를 수치적으로 나타내면, (방사율 = 1 - 적외선 반사율)의 관계를 갖는다.
이와 같은 방사율은 이 분야에서 통상적으로 알려진 다양한 방법을 통하여 측정될 수 있고, 예를 들어 KSL2514 규격에 의해 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR) 등의 설비로 측정할 수 있다.
임의의 물체, 예를 들어, 저방사 유리 등의 이와 같은 강한 열 작용을 나타내는 원적외선에 대한 흡수율, 즉 방사율이 단열 성능을 측정하는데 있어서, 매우 중요한 의미를 나타낼 수 있다.
상기 저방사 코팅 (110)은 상기 투명 유리 기판 (100)에 코팅막으로 적용되어, 가시광선 영역에서는 소정의 투과 특성을 유지시켜 우수한 채광성을 구현할 수 있으면서, 적외선 영역에서는 방사율을 낮추어 우수한 단열 효과를 제공할 수 있는 에너지 절약형 창호용 기능성 건축 자재를 구현할 수 있다. 이러한 창호용 기능성 건축 자재는 일명, '로이 유리'라고 칭해지기도 한다.
상기 저방사층 (120)은 낮은 방사율을 가질 수 있는 전기 전도성 재료, 예를 들어 금속으로 형성된 층으로, 즉, 낮은 면저항을 가지고 그에 따라 낮은 방사율을 갖는다. 예를 들어, 상기 저방사층 (120)은 방사율이 약 0.01 내지 약 0.3일 수 있고, 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.2일 수 있고, 보다 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.1일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.08일 수 있다.
상기 방사율 범위의 저방사층 (120)은 가시광선 투과율 및 적외선 방사율을 적절히 조절하여 우수한 채광성 및 단열 효과를 동시에 구현할 수 있다. 상기와 같은 방사율을 갖는 상기 저방사층 (120)은 박막으로 구성한 재료의 면저항이 예를 들어, 약 0.78 Ω/sq 내지 약 6.42 Ω/sq일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 저방사층 (120)은 태양 복사선을 선택적으로 투과 및 반사시키는 기능을 수행하고, 구체적으로 적외선 영역의 복사선에 대한 반사율이 높아 저방사율을 갖는다. 상기 저방사층 (120)은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것이 아니며, 저방사 성능을 구현할 수 있는 것으로 공지된 금속이 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 이온 도핑 금속 산화물은 예를 들어, 인듐주석산화물(ITO), 불소 도핑된 주석산화물(FTO), Al 도핑된 아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO) 등을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 저방사층 (120)은 은(Ag)으로 형성된 층일 수 있고, 그 결과 상기 저방사 코팅 (110)은 높은 전기전도도, 가시광선 영역에서의 낮은 흡수율, 내구성 등을 구현할 수 있다.
상기 저방사층 (120)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 25nm일 수 있다. 상기 범위의 두께를 갖는 저방사층 (120)은 낮은 적외선 방사율 및 높은 가시광선 투과율을 동시에 구현하기에 적합하다.
상기 저방사 보호층 (130a, 130b)은 광흡수 성능이 뛰어난 금속으로 이루어져 태양광을 조절하는 기능을 하고, 그 재료, 두께 등을 조절하여 상기 저방사 코팅 (110)이 구현하는 색상을 조절할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 저방사 보호층 (130a, 130b)은 가시광선 영역에서의 소멸 계수 (extinction coefficient)가 약 1.5 내지 약 3.5일 수 있다. 상기 소멸 계수는 소재의 물질 고유의 특성인 광학 상수에서 도출되는 값으로서, 상기 광학 상수는 수식으로는 n-ik로 표기된다. 이때 실수 부분은 n은 굴절률이고, 허수 부분인 k는 소멸 계수 (흡수 계수, 흡광 계수, 소광 계수 등으로도 명명됨)라고 한다. 소멸 계수는 파장(λ)의 함수이며, 금속의 경우 소멸 계수가 0보다 큰 것이 일반적이다. 소멸 계수, k는 흡수 계수, α와 α=(4πk)/λ의 관계를 갖으며, 흡수 계수, α는 빛이 통과하는 매질의 두께가 d일 때, I=I0exp(-αd)의 관계로 매질에 의한 빛의 흡수로 인해 통과한 빛의 세기(I)가 입사한 빛의 세기(I0)에 비해 감소하게 된다.
상기 저방사 보호층 (130a, 130b)은 상기 범위의 가시광선 영역의 소멸 계수는 갖는 금속을 사용하여, 가시광선의 일정 부분을 흡수하여, 상기 저방사 코팅 (110)이 소정의 색상을 갖도록 한다.
예를 들어, 상기 저방사 보호층 (130a, 130b)은 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 저방사 보호층 (130a, 130b)은 단일 층 또는 복수의 층으로 포함될 수 있고, 상기 저방사층 (120)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 도 1에서는 저방사층 (120)의 양면에 복수의 층으로 저방사 보호층 (130a, 130b)이 형성된 경우를 나타낸다.
상기 저방사 보호층 (130a, 130b)의 두께는, 예를 들어, 약 0.5nm 내지 약 5nm일 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 용도에 맞게 적절히 변경할 수 있다. 상기 저방사 코팅 (110)은 상기 두께 범위의 저방사 보호층 (130a, 130b)을 형성함으로써 저방사 보호층 (130a, 130b)으로서의 역할을 수행하면서 소정의 투과율 및 반사율을 갖도록 조절하기에 적합하다.
상기 제1 유전체층 (170a), 상기 제2 유전체층 (170b), 상기 제3 유전체층 (170c) 및 상기 제4 유전체층 (170d) (이하, 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)이라 함)은 저방사층 (120)으로 사용되는 금속이 일반적으로 산화가 잘되므로 상기 저방사층 (120)의 산화방지막으로서 작용할 수 있고, 또한 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 가시광선 투과율을 증가시키는 역할도 한다. 또한, 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)의 재료와 물성을 적절히 조절하여 상기 저방사 코팅 (110)의 광학 성능을 조절할 수 있다.
상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 소정의 용도에 따라서, 구현하고자 하는 물성에 맞추어, 단일 층 또는 복수의 층으로 포함될 수 있다. 도 1에서는 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 4층의 복수의 층으로 포함되어 있다.
구체적으로, 상기 하부 배리어층 (140) 및 상기 상부 배리어층 (150)은 각각 양 면에 상기 유전체층이 적층된 구조이다.
상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 다양한 금속 산화물, 금속 질화물 등을 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않으며, 저방사층 (120)을 보호하기 위하여 사용되는 공지의 재료가 제한없이 사용될 수 있다.
상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 구체적으로, 각각, 제3 금속 산화물, 제3 금속 질화물, 제3 금속 산화질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함할 수 있다.
상기 제3 금속은 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)의 역할을 할 수 있는 것으로 알려진 금속 또는 복합금속이 제한없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 산화티타늄, 산화주석아연, 산화아연, 산화아연알루미늄, 산화주석, 산화비스무스, 질화실리콘, 질화실리콘알루미늄, 질화실리콘주석 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이러한 금속 산화물 및/또는 금속 질화물에 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 도핑할 수 있고, 그 결과 내구성 향상에 기여할 수 있다.
상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 굴절률이 약 1.5에서 약 2.3 사이에 있는 유전체 물질로 이루어질 수 있고, 굴절률의 값에 따라 투과율, 반사율, 투과 및 반사색상 등을 원하는 목표 수준으로 구현하도록 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)의 두께를 조절할 수 있다.
상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 60nm일 수 있다. 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)의 두께는 전체 다층박막의 광학 성능 (투과율, 반사율, 색지수)을 목표 성능에 맞게 구현하기 위해, 구성되는 위치 및 물질에 따라 다양하게 조절될 수 있고, 상기 범위의 두께를 갖는 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)을 포함하여 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)에 의한 광학 성능 제어를 효과적으로 할 수 있고, 적절한 생산 속도를 구현할 수 있다.
상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 광 소멸 계수가 0에 가까운 물질로 구성될 수 있다. 소멸 계수가 0 보다 큰 것은 입사광이 상기 저방사층 (120)에 도달하기 전에 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)에서 흡수되는 것을 의미하므로, 투명한 시야 확보를 저해하는 요인이 되어 바람직하지 않다. 따라서, 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)의 소멸 계수는 예를 들어, 가시광선 영역 (약 380nm 내지 약 780nm 파장 범위)에서 약 0.1 미만을 가질 수 있다. 그 결과, 상기 유전체층 (170a, 170b, 170c, 170d)은 우수한 채광성을 확보함으로써 투명한 시야 확보에 도움이 될 수 있다.
상기 저방사 코팅 (110)은 상기 상부 배리어층 (150), 상기 하부 배리어층 (140) 및 상기 최하부 배리어층 (120)의 다층 배리어층을 포함한다. 도 1에서와 같이, 상기 상부 배리어층 (150), 상기 하부 배리어층 (140) 및 상기 최하부 배리어층 (120)의 다층 배리어층을 각각의 특정한 위치에 형성함으로써, 산소 및 수분 확산을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 다층 배리어층을 적용한 상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 광학 성능을 저하시키지 않으면서도 내열성이 향상되고, 내습성이 향상될 뿐만 아니라, 내마모성도 향상된다.
투명 유리 기판 (100)의 일면에 저방사 코팅 (110)을 형성하여 창호용 기능성 건축 자재 (10)를 제조하는 공정 중, 굽힘 또는 강화 과정을 통해 예비 응력을 가하는 열처리 공정이 수행된다. 이러한, 열처리 공정은 약 600~700℃의 온도로 가열하여 수행되고, 이러한 열을 가하는 동안, 상기 저방사 코팅 (110)을 형성하는 물질들은 종종 산화, 확산, 또는 뭉침 등이 유발되어 구조적인 변형을 거치게 될 우려가 있다. 다른 한편, 상기 저방사 코팅 (110)이 고온 다습한 환경에 처하면서, 대기 중의 산소, 클로라이드, 설파이드, 이산화황 등과 같은 부식제 역할을 할 수 있는 성분들과 상기 저방사층 (120)의 접촉하게 되면, 저방사 코팅 (110)의 부식이 발생하여 코팅막이 손상되는 문제점이 존재한다. 또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 운송 또는 취급시 긁힘에 의해 저방사 코팅 (110)이 빈번하게 손상되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 저방사 코팅 (110)은 열처리 공정으로부터, 고온 다습한 주변 환경으로부터, 또는 취급시 물리적 손상으로부터 보호될 필요성이 제기된다.
상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 전술한 바와 같은 상기 다층 배리어층의 구조를 형성함으로써, 상기 최하부 배리어층 (160), 상기 하부 배리어층 (140) 및 상기 상부 배리어층 (150)을 통하여 알칼리 이온과 산소의 물리적, 화학적 확산을 방지시킬 수 있고, 그에 따라, 전술한 열처리 공정과 고온 다습한 주변 환경으로부터 저방사 코팅 (110)을 보호하는 작용을 할 수 있고, 또한, 상기 최하부 배리어층 (160)이 상기 유리 기판 (100)과 상기 저방사 코팅 (110)의 계면 접착력을 향상시켜 상기 저방사 코팅 (110)의 내마모성이 향상된다.
그에 따라, 상기 다층 배리어층을 포함한 상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 내열성, 내습성 및 내마모성이 우수하다.
상기 최하부 배리어층 (160)은 제1 금속, 제1 복합금속, 제1 금속의 산화물, 제1 복합금속의 산화물, 제1 금속의 산화질화물, 제1 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 금속은 Si, Zr 또는 Ti이고, 상기 제1 복합금속은 SiAl, ZrSi, 또는 TiZr 일 수 있다. SiAl은 Si과 Al의 합금을 의미하고, 본 명세서에서 별도의 언급이 없는 한 동일한 방법으로 합금을 표시한다.
일 구현예에서, 상기 최하부 배리어층은 실리콘산화물, 실리콘알루미늄산화물, 지르코늄산화물, 지르코늄실리콘산화물, 티타늄산화물, 티타늄지르코늄산화물, 실리콘산질화물, 실리콘알루미늄산질화물, 지르코늄산질화물, 지르코늄실리콘산질화물, 티타늄산질화물, 티타늄지르코늄산질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 제2 금속, 제2 복합금속, 제2 금속의 질화물, 제2 복합금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함한다.
상기 제2 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Ni 또는 Cr이고, 상기 제2 복합금속은 SiAl, ZrSi, TiZr, NiCr, NiTi, NbZr 또는 NiTiNb 일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 지르코늄질화물, 지르코늄실리콘질화물, 티타늄질화물, 티타늄지르코늄질화물, 니오븀질화물, 니켈질화물, 크롬질화물, 니켈크롬질화물, 니켈티타늄질화물, 니오븀지르코늄질화물, 니켈티타늄니오븀질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 저방사 코팅 (110)은 소정의 광학 성능을 구현하기 위하여 전술한 구조 이외의 다른 추가적인 층을 더 포함할 수 있다.
상기 투명 유리 기판 (100)은 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있고, 예를 들어, 약 80% 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 투명 유리 기판 (100)은, 예를 들어, 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 12mm의 두께일 수 있고, 사용 목적 및 기능에 따라 달라질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 창호용 기능성 건축 자재를 제조하기 위해, 먼저 투명 유리 기판 (100)을 준비한 뒤, 상기 저방사 코팅 (110)의 각 층을 순차적으로 형성할 수 있다. 저방사 코팅 (110)의 각 층을 공지된 방법에 따라, 원하는 물성을 구현하기에 적합한 방법으로 형성할 수 있다.
예를 들어, 저방사층 (120), 저방사 보호층 (130a, 130b) 및 최하부 배리어층 (120)의 제1층 (120a) 및 제2층 (120b)은 스퍼터링법 등의 방법에 따라 형성할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이고 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(
실시예
)
실시예
1
마그네트론 스퍼터링 증착기 (Selcos Cetus-S)를 사용하여, 하기와 같이 투명 유리 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 제조하였다.
6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 저방사층 하부면에 아르곤/산소(아르곤 20부피%, 산소 80부피%) 분위기 하에서 10nm 두께의 SiAlOx 금속산화물층을 증착하여 최하부 배리어층을 형성하였고, 상기 금속산화물층 상부면에 아르곤/질소 (아르곤 80부피%, 질소 20부피%) 분위기 하에서 10nm 두께의 질화실리콘알루미늄을 증착하여 제1 유전체층을 형성하고, 이어서 아르곤 100% 분위기 하에서 0.5nm 두께의 NiCr을 증착하여 하부 배리어층을 형성하였다.
하부 배리어층 상부면에 아르곤/질소 (아르곤 80부피%, 질소 20부피%) 분위기 하에서 35nm 두께의 질화실리콘알루미늄을 증착하여 제2 유전체층을 형성하고, 이어서 아르곤 100% 분위기 하에서 0.5nm 두께의 NiCr을 증착하여 제1 저방사 보호층을 형성하였다.
다음으로 10nm 두께의 Ag을 증착하여 저방사층을 형성하였고, 상기 저방사층 상부면에 아르곤 분위기 하에서 0.5nm 두께의 NiCr을 증착하여 제2 저방사 보호층을 형성하였다.
그 후 아르곤/질소 (아르곤 80부피%, 질소 20부피%) 분위기 하에서 10nm 두께의 질화실리콘알루미늄을 증착하여 제3 유전체층을 형성하고, 이어서 아르곤 100% 분위기 하에서 0.5nm 두께의 NiCr을 증착하여 상부 배리어층을 형성하였다.
상부 배리어층 상부면에 아르곤/질소 (아르곤 80부피%, 질소 20부피%) 분위기 하에서 질화실리콘알루미늄을 증착하여, 30nm 두께의 제4 유전체층을 형성하였다.
그 결과, 투명 유리 기재, 최하부 배리어층, 제1 유전체층, 하부 배리어층, 제2 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제3 유전체층, 상부 배리어층 및 제4 유전체층이 순차적으로 적층된 창호용 기능성 건축 자재를 제조하였다.
비교예
1
실시예 1에서 최하부 배리어층, 하부 배리어층 및 상부 배리어층을 형성하지 않은 점을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 창호용 기능성 건축 자재를 제조하여, 투명 유리 기재, 제1 유전체층, 제2 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제3 유전체층 및 제4 유전체층이 적층된 창호용 기능성 건축 자재를 제조하였다.
평가
실험예
1: 내열성 평가
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재를 실험실용 box furnace 장비를 사용하여, 장비 내부의 온도를 약 700℃로 유지된 상태에서 상기 샘플을 넣고, 5분 간 유지한 후에, 샘플을 꺼내었다. 열처리 후 광학 현미경(X200)을 이용하여 결함 정도를 관찰하였다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 1 및 비교예 1의 저방사 코팅막을 열처리 후 광학현미경으로 관찰한 이미지이다. 이로부터 결함의 정도를 평가하였다.
도 2에서 결함 개수를 세어 하기 표 1에 기재하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 |
| 결함 개수 | 0개 | 200개 이상 |
도 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1은 결함 정도가 크게 나타남을 확인할 수 있었다. 반면, 실시예 1은 저방사 코팅의 구조적인 변형이 적게 발생하여 결함 정도가 적게 나타난 것으로 이해되고, 비교예 1과 비교할 때, 열적 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실험예
2: 내습성의 평가
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여, 항온항습 챔버(LS 산전, EBS-35B)를 이용하여, 50℃, 90% RH(습도)의 조건 하에서, 내습성 평가 (7일차)를 하였고, 광학 현미경(X50)을 이용하여 부식 정도를 관찰하였다. 도 3은 그 결과를 광학 현미경 이미지로 촬영하여 얻은 이미지이다. 도 3의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 대한 것이다.
도 3에서 관찰한 3일차 이미지로부터 3일 동안 발생한 부식점 개수를 세어 하기 표 2에 기재하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 |
| 부식점 개수 | 5개 이하 | 100개 이상 |
상기 결과로부터, 실시예 1은 비교예 1에 비해 내습성이 더욱 향상된 것을 확인할 수 있다.
실험예
3: 내마모성의 평가
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여, 실험실용 box furnace 장비를 사용하여, 장비 내부의 온도를 약 700℃로 유지된 상태에서 상기 샘플을 넣고, 5분 간 유지한 후에, 샘플을 꺼내었다. 그 후 세척기(MANNA, MGR-460)을 사용하여 내마모성 시험을 실시하였고, 그에 따라 육안으로 상기 각 저방사 코팅의 표면에 스크래치가 발생하였는지 여부를 관찰하고, 상기 각 저방사 코팅의 표면에 스크래치가 발생한 정도를 비교하여 기계적 내구성을 평가하였다. 도 4는 그 결과를 광학 현미경 이미지로 촬영하여 얻은 이미지이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 대한 것이다.
도 4의 이미지에서 관찰한 스크래치 형태를 표 3에 설명하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 비교예 1 |
| 스크래치 형태 | 스크래치 없음 | 면적 스크래치 (area scratch) |
상기 표 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1은 스크래치 정도가 심하여 내마모성이 나쁨을 확인할 수 있었다. 반면, 실시예 1은 저방사 코팅의 구조적인 변형이 적게 발생하여 스크래치가 발생하지 않았으며, 비교예 1과 비교할 때, 내마모성이 우수함을 확인할 수 있었다.
실험예
4: 광학특성 평가
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여, 강화 전/후 샘플을 Taber 분광 광도계 (haze-gard plus, BYK Gardner)를 이용하여 가시광선 투과율을 측정하였고, 또한, 색차 측정기(KONICA MINOLTA SENSING, InC., CM-700d)를 이용하여 CIE1931 기준의 L*, a*, 및 b* 값을 측정하였다.
강화 전/후 광 투과율 변화(△T) 및 색지수 변화(△E = (△L2 + △a2 + △b2)1/2)를 하기 표 4에 기재하였다.
| 실시예 1 | 비교예 1 | ||||
| 강화 전 | 강화 후 | 강화 전 | 강화 후 | ||
| 가시광선 투과율 | 73.2% | 75.1% | 67.2% | 72.5% | |
| △T = 1.9% | △T = 5.3% | ||||
| 색차 | T (투과) | △E = 1.9 | △E = 2.9 | ||
| R (코팅면반사) |
△E = 2.1 | △E = 4.1 | |||
| S (유리면반사) |
△E = 1.8 | △E = 3.5 | |||
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 비교예 1은 강화 전/후 투과율이 낮고 투과율 및 색지수 변화가 큼을 확인할 수 있었다. 반면, 실시예 1은 강화전/후 투과율이 높고, 투과율 및 색지수 변화가 적어 비교예 1과 비교할 때, 광학 성능이 우수함을 확인 할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10: 창호용 기능성 건축 자재
100: 투명 유리 기판
110: 저방사 코팅
120: 저방사층
130a, 130b: 저방사 보호층
140: 하부 배리어층
150: 상부 배리어층
160: 최하부 배리어층
170a, 170b, 170c, 170d: 유전체층
100: 투명 유리 기판
110: 저방사 코팅
120: 저방사층
130a, 130b: 저방사 보호층
140: 하부 배리어층
150: 상부 배리어층
160: 최하부 배리어층
170a, 170b, 170c, 170d: 유전체층
Claims (12)
- 투명 유리 기판 및 상기 투명 유리 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고,
상기 저방사 코팅은 최하부 배리어층, 제1 유전체층, 하부 배리어층, 제2 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제3 유전체층, 상부 배리어층 및 제4 유전체층을 상기 투명 유리 기판으로부터 순차적으로 적층되어 포함하고,
상기 최하부 배리어층은 제1 금속, 제1 복합금속, 제1 금속의 산화물, 제1 복합금속의 산화물, 제1 금속의 산화질화물, 제1 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고,
상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 제2 금속, 제2 복합금속, 제2 금속의 질화물, 제2 복합금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하고,
상기 최하부 배리어층, 상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층 각각은 단층 또는 다층으로 이루어진
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 금속은 Si, Zr 또는 Ti이고, 상기 제1 복합금속은 SiAl, ZrSi, 또는 TiZr인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Ni 또는 Cr이고, 상기 제2 복합금속은 SiAl, ZrSi, TiZr, NiCr, NiTi, NbZr 또는 NiTiNb인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 최하부 배리어층은 실리콘산화물, 실리콘알루미늄산화물, 지르코늄산화물, 지르코늄실리콘산화물, 티타늄산화물, 티타늄지르코늄산화물, 실리콘산질화물, 실리콘알루미늄산질화물, 지르코늄산질화물, 지르코늄실리콘산질화물, 티타늄산질화물, 티타늄지르코늄산질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: 지르코늄질화물, 지르코늄실리콘질화물, 티타늄질화물, 티타늄지르코늄질화물, 니오븀질화물, 니켈질화물, 크롬질화물, 니켈크롬질화물, 니켈티타늄질화물, 니오븀지르코늄질화물, 니켈티타늄니오븀질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 저방사층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 저방사층은 방사율이 0.01 내지 0.3인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 저방사 보호층은 가시광선 영역의 소멸 계수가 1.5 내지 3.5인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 저방사 보호층 및 상기 제2 저방사 보호층은 각각 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 제2 유전체층, 제3 유전체층 및 제4 유전체층은 각각: 제3 금속 산화물, 제3 금속 질화물, 제3 금속 산화질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하거나,
상기 적어도 하나에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 제2 유전체층, 제3 유전체층 및 제4 유전체층은 각각: 산화티타늄, 산화주석아연, 산화아연, 산화아연알루미늄, 산화주석, 산화비스무스, 질화실리콘, 질화실리콘알루미늄, 질화실리콘주석 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제1항에 있어서,
상기 투명 유리 기판은 80% 내지 100%의 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판인
창호용 기능성 건축 자재.
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