KR102113075B1 - 건축용 무반사 유리 - Google Patents

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Abstract

2층 박막을 이용한 건축용 무반사 유리에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 건축용 무반사 유리는 유리 기판 및 상기 유리 기판 상에 배치되는 반사 방지층을 포함하고, 상기 반사 방지층이 유리 기판 상에 배치되는 제1층 및 상기 제1층 상부에 배치되는 제2층으로 이루어지는 2층 구조를 갖되, 상기 제1층의 굴절률이 상기 제2층의 굴절률보다 높고, 상기 제1층의 두께가 상기 제2층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.

Description

건축용 무반사 유리{ANTI-REFLECTIVE CONSTRUCTION GLASS}
본 발명은 건축용 무반사 유리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2층 박막을 이용한 건축용 무반사 유리에 관한 것이다.
현대의 많은 건축물의 경우, 심미성 향상을 위해 외장의 넓은 면적이 유리로 구성되어 있다. 유리로 구성된 외장의 경우, 유리에서 빛이 반사되어 주변에 눈부심을 유발한다. 이를 해결하기 위해, 건축용 유리에 무반사 코팅을 적용하고 있다. 무반사 코팅은 고굴절률 물질과 저굴절률 물질이 반복되는 다층의 박막을 유리에 코팅하여 수행된다.
그러나, 다층의 박막이 코팅된 유리는 열처리 공정시, 온도에 따라 각 층의 박막 굴절률이 증가하게 되며, 이는 투과율 감소의 원인이 되어 무반사 기능이 저하될 수 있다.
따라서, 반사율이 0%에 가까운 무반사 유리가 요구된다.
본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제 10-2007-0016579호(2007.02.08. 공개)에 개시된 저굴절률 박막 제조방법 및 이를 이용한 무반사 코팅 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 2층 박막의 구성으로 무반사 효과를 갖는 건축용 무반사 유리를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 건축용 무반사 유리는 유리 기판 및 상기 유리 기판 상에 배치되는 반사 방지층을 포함하고, 상기 반사 방지층이 유리 기판 상에 배치되는 제1층 및 상기 제1층 상부에 배치되는 제2층으로 이루어지는 2층 구조를 갖되, 상기 제1층의 굴절률이 상기 제2층의 굴절률보다 높고, 상기 제1층의 두께가 상기 제2층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
상기 제1층은 금속 재질이고, 상기 제2층은 세라믹 재질일 수 있다.
상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제1층의 두께는 20nm 미만이고, 상기 제2층의 두께는 20~100nm일 수 있다.
상기 제1층의 두께 및 제2층의 두께는 하기 [식 1]을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure 112016104085324-pat00001
Yinc : 입사 매질(공기)의 어드미턴스(admittance)
Yeq : 유리 기판으로부터 제1층까지의 대체 어드미턴스(admittance)
Y2 : 제2층의 어드미턴스(admittance)
d2 : 제2층의 두께
본 발명에 따른 건축용 무반사 유리는 2층 박막으로 구성되어 종래의 다층 박막에 비하여, 안정적인 생산이 용이하다. 또한, 반사율 공식에 의해 적정 두께의 박막을 제공하며, 반사율이 0%에 가까운 무반사 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건축용 무반사 유리를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건축용 무반사 유리에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래의 건축용 유리에는 2종류 이상의 물질을 혼합하여 굴절률이 연속적으로 변하도록 하는 무반사 코팅이 적용되고 있으며, 유리는 주로 다층 박막으로 코팅되어 있다. 다층 박막이 코팅된 건축용 유리는 건축물의 보온 및 방음 효과를 높일 뿐만 아니라, 건축물의 외장의 넓은 면적에 사용되어 미관을 화려하고 멋스럽게 연출하는 효과가 있다.
그러나, 다층 박막이 코팅된 유리는 열처리 공정시, 온도에 따라 각 층의 박막 굴절률이 증가하게 되어, 투과율을 감소시키며 무반사 기능을 저하시킨다.
본 발명의 건축용 유리는 2층 박막으로 구성되어 반사율이 0%에 가까운 무반사 효과를 나타낸다. 또한, 반사율 공식을 이용하여 박막의 적정 두께를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 건축용 무반사 유리를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 건축용 무반사 유리는 유리 기판 및 상기 유리 기판 상에 배치되는 반사 방지층을 포함한다.
유리 기판은 투광성을 만족시키기 위해, 투과율이 80% 이상으로 높고, 흡수계수가 작은 재질이 이용될 수 있으며, 대략 1.3~1.5의 굴절률을 갖는 유리 기판이 이용될 수 있다. 그 예로는 B2O3를 포함하는 붕규산 유리, Na2O-CaO-SiO2계의 소다석회 유리 등이 있다.
유기 기판과 제1층 사이의 굴절률 차이를 감소시켜 반사율을 저하시키기 위해서는, 상기 유리 기판은 제1층의 굴절률과 0.1 이상의 굴절률 차이를 갖는 것이 바람직하다.
상기 반사 방지층은 유리 기판 상에 배치되는 제1층 및 상기 제1층 상부에 배치되는 제2층으로 이루어지는 2층 구조를 갖는다. 상기 제1층은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 1종 이상을 포함하는 금속 재질일 수 있다. 상기 제2층은 SiO2, Al2O3, Y2O3 등의 세라믹 재질이고, 일반적으로 많이 사용되는 SiO2를 제2층에 적용할 수 있다.
상기 제1층과 제2층 사이의 굴절률 차이를 감소시켜 반사율을 저하시키기 위해서는, 상기 제1층의 굴절률은 상기 제2층의 굴절률보다 높은 것이 바람직하며, 제2층의 굴절률은 상기 제1층과 0.1 이상의 굴절률 차이를 가질 수 있다.
보다 구체적으로는, 제1층의 굴절률이 대략 1.3~1.5이고, 제2층의 굴절률이 대략 1.0~1.3일 수 있다. 상기 제2층의 굴절률이 제1층의 굴절률보다 낮은 경우, 제1층과 제2층과의 굴절률 차이가 줄어들어 반사율이 저하된다. 이에 따라, 반사율이 0%에 가까운 박막을 제공할 수 있다.
상기 제1층과 제2층의 굴절률이 비슷하거나, 제1층의 굴절률이 제2층의 굴절률보다 더 낮을 경우, 투과율이 저하되어 반사율이 증가하는 문제점이 있다.
반사율 공식에 따르면 입사매질의 광학 어드미턴스(admittance)와 광학 소자의 대체 어드미턴스(admittance)가 일치할 때, 반사율이 0%가 된다.
도 1과 같은 2층 박막을 하기 식 1에 적용하면, 반사율이 0%가 된다는 결론을 유도할 수 있다.
박막의 무반사 효과를 나타내기 위해, 상기 제1층의 두께는 상기 제2층의 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 상기 제1층의 두께는 20nm 미만이고, 상기 제2층의 두께는 20~100nm일 수 있다. 제1층의 두께가 20nm를 초과하거나 제2층의 두께보다 두꺼울 경우, 빛의 흡수량이 지나치게 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 제1층의 두께(d1) 및 제2층의 두께(d2)는 하기 [식 1]을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure 112016104085324-pat00002
Yinc : 입사 매질(공기)의 어드미턴스(admittance)
Yeq : 유리 기판으로부터 제1층까지의 대체 어드미턴스(admittance)
Y2 : 제2층의 어드미턴스(admittance)
d2 : 제2층의 두께
상기 식 1의 좌변과 우변은 항상 복소수(i) 형태로 존재하기 때문에 우변의 실수/허수=좌변의 실수/허수를 만족해야 한다. 즉, 좌변 및 우변의 실수 및 허수의 비율이 동일해야 한다.
Yeq는 d1에 의존하는 변수로, 유리 기판으로부터 제1층까지의 굴절률이고, Y2는 제2층의 굴절률이다. K0는 위상 상수(파장 상수)로 K0=2π/가시광 영역의 파장 길이(nm)이며, 상기 식 1에서 실제 변수는 d1, d2이다.
[표 1]
Figure 112016104085324-pat00003
예를 들어, 상기 표 1의 값을 식 1에 적용하여, Yeq를 도출할 수 있는 d1의 값을 구한 후, 완성된 값의 좌변으로부터 우변의 d2를 구할 수 있다.
상기 표 1과 같이, 소다석회 재질의 유리 기판, Al 금속 재질이고 두께 1.4nm인 제1층, SiO2 재질의 제2층을 이용하여 d2 값을 구할 수 있다.
먼저, tan-1{1-(1.63-1.28i)/i(1.46-(1.63-1.28i)/1.46)}=0.01232Х1.46Хd2 식에서 tan-1{0.989722-0.90075i}=0.01799Хd2 이 도출된다. 좌변의 1.025 값으로부터 계산하면 d2=57nm인 결과값을 계산할 수 있다.
따라서, 반사율이 0%에 가까운 무반사 효과를 갖는 제1층의 두께(d1)와 제2층의 두께(d2)를 계산할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 파장에 따른 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 700nm(적색)에서부터 400nm(자색)까지 가시광선 파장 영역에서 평균 반사율이 대략 0~1%임을 보여준다. 특히, 대략 500nm~520nm의 파장 영역에서 박막의 평균 반사율이 0%에 가장 가깝다. 이러한 결과는 식 1의 K0 파수에 적용된 기준 파장이 510nm임을 의미한다. 같은 방식으로 기준 파장을 400nm로 설정하여 식 1로부터 계산 결과를 도출하면 400nm 영역에서 박막의 반사율이 0%에 가까워진다. 기준 파장을 600nm로 설정하여 식 1로부터 계산 결과를 도출하면 600nm 영역에서 박막의 반사율이 0%에 가까워진다.
이처럼, 본 발명에서는 반사율이 0%에 가장 가까운 기준 파장을 조절하여 박막의 반사색상을 조절할 수 있다. 상기 반사색상은 반사가 상대적으로 많이 발생하는 파장을 의미한다.
상기 제1층 및 제2층의 두께는 유리 기판 상에 입자를 골고루 분산시킴으로써, 균일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 기판을 회전시켜 금속 입자, 세라믹 입자를 증착할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 건축용 무반사 유리는 유리 기판 상에 2층 구조를 갖는 반사 방지층이 형성되어, 종래 다층 구조의 박막을 갖는 유리에 비하여, 비교적 안정적인 생산이 용이하다. 또한, 반사율 공식으로부터 유도된 식 1에 의해, 무반사 효과를 나타내는 제1층 및 제2층 박막의 두께를 설정할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
d1 : 제1층의 두께
d2 : 제2층의 두께

Claims (5)

  1. 유리 기판 및 상기 유리 기판 상에 배치되는 반사 방지층을 포함하고,
    상기 반사 방지층이 유리 기판 상에 배치되는 제1층 및 상기 제1층 상부에 배치되는 제2층으로 이루어지는 2층 구조를 갖되, 상기 제1층의 굴절률이 상기 제2층의 굴절률보다 높고, 상기 제1층의 두께가 상기 제2층의 두께보다 얇으며,
    상기 제1층은 금속 재질이고, 상기 제2층은 세라믹 재질이며,
    상기 반사 방지층은 무반사인 것을 특징으로 하는 건축용 무반사 유리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축용 무반사 유리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 20nm 미만이고, 상기 제2층의 두께는 20~100nm인 것을 특징으로 하는 건축용 무반사 유리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 두께 및 제2층의 두께는 하기 [식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 건축용 무반사 유리.
    [식 1]
    Figure 112016104085324-pat00004

    Yinc : 입사 매질(공기)의 어드미턴스(admittance)
    Yeq : 유리 기판으로부터 제1층까지의 대체 어드미턴스(admittance)
    Y2 : 제2층의 어드미턴스(admittance)
    d2 : 제2층의 두께
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