KR102402843B1 - 글레이징 유닛, 그 제조 방법 및 사용 - Google Patents

글레이징 유닛, 그 제조 방법 및 사용 Download PDF

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프라운호퍼-게젤샤프트 츄어 푀르더룽 데어 안게반텐 포르슝에.파우.
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 페인(pane)(3)을 포함하거나 이것으로 구성되는, 심미적 효과를 생성하기 위한 글레이징 유닛(1)에 관한 것이며, 상기 페인(3)은 3 차원 광학 구조체(2)가 적용되는 제 1 구조화된 표면(4)을 갖고, 광학 구조체(2)의 평균 굴절률은 대략 1.6보다 크거나 또는 대략 1.8보다 크거나 또는 대략 1.95보다 크다. 본 발명은 또한 이러한 글레이징 유닛의 제조 및 그 사용에 관한 것이다.

Description

글레이징 유닛, 그 제조 방법 및 사용
본 발명은 하나 이상의 유리를 포함하는 글레이징 유닛(glazing unit) 및 그 제조 방법 그리고 그 사용에 관한 것이다. 상기 타입의 글레이징 유닛은 예를 들어 외관 요소들로서 사용될 수 있다.
BIPV(building-integrated photovoltaics) 및 건물 통합 태양열 에너지 시장은 국가적으로나 세계적으로 큰 잠재력을 가지고 있다. 현재까지 매우 제한된 설계 가능성으로 인해 건물들에서 이러한 기술을 광범위하게 수용하고 사용하는데 장애가 된다. 수용력과 매력을 높이기 위해, 그 기능이 색 효과의 도움으로 마스킹될 수 있고, 따라서 더 이상 인식할 수 없게 되는, 광전지 및 태양열 수집기를 갖는 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다. 타겟화된 개별적인 방식으로(예를 들어, 회사 로고로 구조화) 색상에 영향을 미침과 동시에 가능한 최고의 효율성을 달성할 수 있는 가능성이 특히 바람직하다. 여기서 모듈들의 색감(color impression)은 시야 각과 최대한 독립적이어야 하며 위치에 따른 눈부심 효과를 피해야 한다. 이전의 개념들은 수용할 없는 효율성 손실을 나타내거나, 색상 선택이 제한적이거나 산업적으로 구현할 수 없는 것들이었다.
예를 들어, BIPV 모듈들을 보다 시각적으로 매력있게 만드는 경우에는, 기본적으로 두 가지 상이한 옵션이 존재한다. 전지들 앞에 유색 또는 산란 유리 페인(pane)을 삽입함으로써 이 전지들을 인식할 수 없도록 하는 방식으로 모듈을 설계하는 것이 시도될 수 있다. 이 옵션을 사용하면, 태양광 모듈들이 더 이상 보이지 않게 된다. 건물의 에너지 균형에 충분한 영향을 줄 수 있도록, 유리 페인에 의해 야기되는 이전에는 피할 수 없었던 효율 감소를 최소화하는 것이 중요하다.
대안적으로는, 태양 전지의 특수한 형상, 크기 또는 위치를 선택함으로써 전지들을 보이는 상태로 두고 의식적으로 설계 요소로서 사용할 수 있다.
첫 번째 옵션의 경우, 유색 모듈 커버 유리를 유색 유리 페인으로서 사용할 수 있다. 하나의 가능성은 흡수성 유색 안료로 유리를 착색 또는 인쇄하는 것이다. 이것은 비교적 자유롭고 간단한 색상 선택을 허용하지만, 유색 안료에 의한 전자기 스펙트럼의 일부 흡수로 인하여, 실제 보이지 않는 광전지가 달성될 경우 높은 손실이 발생한다. 이것은 실질적으로 광범위한 수용을 배제한다. 전체 효율을 양호하게 유지하면서, 발광 물질을 사용할 수도 있다. 그러나, 발광 물질이 사용되는 경우에도, 산업적 구현은 아직도 가마득히 멀며, 색상 선택이 가용 발광 물질의 색상에 의존하기 때문에 제한적이다.
선택적으로 반사성인 커버 층을 사용하면 전체 효율에 최소한의 영향만 미치면서 디자인의 범위가 더 넓어지게 된다. 단점은 색감의 각도 의존성이며, 일반적으로 이것은 건물에 있어서 바람직하지 않다.
각도 의존성의 문제를 감소시키는 코팅을 갖는 글레이징 유닛이 US 2015/0249424 A1에 공지되어 있다. 이 코팅은 복잡한 층 구조로 구성되며 반사 손실은 8 % - 12 %이다. 해당 제품(KromatixTM)은 6 가지 상이한 색상으로 제공된다. 그러나, 이 기술에는 상당한 단점이 있다. 각도와 무관한 색감은 매우 특수하고, 복잡한 박막 필터를 기반으로 하므로, 달성 가능한 색포화도(color saturation)는 물론 가능한 색상 수와 자유도가 제한된다.
이러한 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 개선된 특성을 갖는 글레이징 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 따른 글레이징 유닛, 청구항 12에 따른 글레이징 유닛의 제조 방법, 청구항 17에 따른 글레이징 유닛 및 청구항 18에 따른 태양열 수집기를 포함하는 태양광 모듈에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선점들은 종속 청구항들에서 확인할 수 있다
본 발명은, 예를 들어, 하나 이상의 광학 구조체 및 유리를 포함하거나 이것으로 구성되는 외관 표면 및 지붕 표면의 심미적 효과를 위한 글레이징 유닛을 제안하며, 상기 유리는 광학 구조체가 적용되는 제 1 구조화된 표면을 갖는다.
본 발명에 따른 글레이징 유닛은 기판으로서 적어도 하나의 투명 또는 반투명 재료를 함유하며, 이하 이것을 유리라고 한다. 본 발명의 의미에서 기판은 또한 예를 들어 적층 안전 유리와 같은 다층 구조를 가질 수 있으며, 따라서 중합체 막들 또는 층들을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 명칭 "페인(pane)"에 관계없이, 기판은 또한 상기한 구조화된 표면 및 광학 구조체에 의해서 후속적으로 코팅되는 하나 이상의 중합체로 전체적으로 구성될 수 있다.
본 설명의 의미에서 광학 구조체는 투명 또는 반투명 고체에서 발생하거나 생성되는 굴절률을 변조하는 것이다. 따라서, 광학 구조체는 제 1 굴절률을 갖는 적어도 제 1 공간 영역 및 제 2 굴절률을 갖는 제 2 공간 영역을 포함하며, 따라서 광의 전파는 회절, 계면에서의 반사 및/또는 간섭에 의해 영향을 받는다. 이를 위해, 굴절률은 관련 광의 파장과 동일한 정도의 크기로 적어도 하나의 공간 방향에서 변조된다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제 1 및 제 2 공간 영역들은 상이한 조성 또는 2 개의 상이한 조성 및 선택적으로는 상이한 두께의 복수의 박막 형태로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 개별 층들의 광학 층 두께는 주 반사 최대 값(0 차 고조파)이 나타나는 설계 파장의 약 1/4에 대응할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 광학 구조체는 입사 전자기 방사선의 제 1 부분 스펙트럼을 반사하고 입사 전자기 방사선의 제 2 부분 스펙트럼을 투과시키도록 설계되며, 여기서 반사되는 부분은 고차 고조파(higher harmonic)에 대응하고 가시 스펙트럼 범위에 있다. 여기서 고차 고조파는 주 반사 최대 값(0 차 고조파)보다 더 짧은 파장을 갖거나 또는 더 짧은 평균 파장의 파장 분포를 갖는다. 본 발명의 일부 실시예들에서는, 2 차 또는 3 차 고조파가 사용될 수 있다. 무분산(dispersion-free) 매질에서, 고차 고조파는 주 반사 최대값(0 차 고조파)의 주파수의 정수배에서 발생한다.
본 발명에 따르면, 가시 스펙트럼 범위에서 박막 필터의 고차 고조파의 사용은 더 높은 색포화도 및 다수의 가능한 색상 및 디자인 옵션들을 제공하는 것으로 인식되었다. 광학 구조체를 본 발명에 따른 구조화된 표면과 조합함으로써, 색감의 각도 의존성이 감소되거나 제거될 수 있다. 본 발명에 따른 글레이징 유닛이 제공된 건물은 다수 또는 모든 시야 각에서 동일한 색감을 갖는다.
광학 구조체물의 제 1 및 제 2 공간 영역들은 비주기적으로 배열될 수 있다.
제 1 및 제 2 룸(room) 영역들은 주기적으로 배열될 수 있다. 동일한 두께 및 조성을 갖는 코팅들이 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 광학 구조체는 예를 들어 미리 정의된 파장 또는 파장 범위의 광을 반사하고, 간섭 효과에 의해서 다른 파장들을 투과시킬 수 있다. 반사 파장 또는 파장 범위의 최대 값은 이하 브래그(Bragg) 파장으로도 지칭된다. 수직 입사 시에 반사되는 파장 범위의 폭은 75 nm 미만, 65 nm 미만 또는 60 nm 미만일 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 광학 구조체는 유리의 구조화된 표면 상에 위치된다. 이를 위해, 유리는 광학 구조체가 적용되는 하나 이상의 제 1 구조화된 표면을 갖는다. 따라서, 이 구조는 이하에서 3 차원 광학 구조체로 지칭된다. 제 1 구조화된 표면은 유리의 일 측면의 일부 영역을 포함할 수 있으며 또는 유리의 전체 측면에 구조화된 표면이 제공될 수도 있다. 본 발명의 의미에서 구조화된 표면은 상승 및 함몰을 갖는 구조를 지칭한다. 본 발명의 일부 실시예들에서, RMS 거칠기는 약 30 nm 내지 약 100 ㎛ 또는 약 80 nm 내지 약 10 ㎛일 수 있다. 구조화된 표면은 주기적으로 또는 비주기적으로 구조화될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일부 실시예들에서 박막 필터는 구조화된 표면에 대한 광학 구조체로서 적용된다. 따라서, 이 박막 필터도 또한 구조화되어 있기 때문에, 그렇지 않은 경우일 수 있는 평평한 박막 필터로 간주될 수 없다. 그럼에도 불구하고 박막 필터는 브래그 필터 또는 이와 유사한 필터로서 설계될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 박막 필터로서 설계된 구조체의 일부 특성들이 구조화된 유리에 적용될 경우 현저하게 변화하여, 더 이상 1 차원 박막 필터라고 할 수 없게 된다는 것이 인식되었다. 박막 구조체의 주 반사 최대값 및 또한 고차 고조파는 이러한 구현 형태로 보존되며, 여기서 이들의 정확한 위치는 박막 필터의 개별 층들의 층 순서에 의해 영향을 받을 수 있다. 구조화된 표면의 주요 영향들 중 하나는 반사 피크의 각도 의존성에 대한 영향이다. 따라서, 구조화된 표면 상의 평평한 박막 필터도 또한 본 설명의 의미에서 3 차원 광학 구조체로 지칭된다.
일부 실시예들에서, 글레이징 유닛의 평균 굴절률은 모두 약 550 nm의 파장에서 결정되는, 약 1.6 초과 또는 약 1.8 초과 또는 약 1.95 초과일 수 있다. 평균 굴절률은 각각의 물질의 부피 비율에 의해 가중되는 굴절률의 평균으로 정의된다. 이 굴절률은 다음과 같은 방법 단계들에 의해 결정될 수 있다:
예를 들어, 광학 현미경 또는 주사 전자 현미경에 의해 광학 구조체의 박막 필터의 모든 층들의 총 두께 Dges를 결정하는 단계,
예를 들어, EDX를 이용하여 박막 필터의 상이한 층 수를 결정하는 단계,
이에 따라 박막 필터의 대칭 요소들의 수 Nsym을 결정하는 단계,
메인 피크의 파장 LDHP를 결정하는 단계,
m 차 고조파의 파장 LDm를 결정하는 단계,
피크 파장들을 다음과 같이 나눔으로써 m을 결정하는 단계:
m = LDHP/LDm-1 및 정수로 반올림,
다음 공식에 따라 평균 굴절률 n을 계산하는 단계: n = Nsym/Dges x 0.5 x LDm x (m+1)
본 발명에 따르면, 유리의 적어도 하나의 제 1 측면에는 구조화된 표면 상에 배열되는 본 발명에 따른 광학 구조체가 제공된다. 일부 실시예들에서, 이러한 제 1 측면은 웨더(weather)로부터 멀어지는 쪽을 향하는 내부면일 수 있으며, 이에 따라 광학 구조체는 풍화 및 오염으로부터 보호된다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 본 발명에 따른 광학 구조체를 갖는 유리의 제 1 측면은 작동 중에 또는 최종 조립 이후에 외부에 있는 표면일 수 있다. 이로 인해, 색포화도가 높아질 수 있다.
일부 실시예들에서, 광학 구조체는 가시 스펙트럼 범위에서 고차 고조파를 가질 수 있다. 이것은 광학 구조체의 층 두께를 증가시킴으로써 행해질 수 있다. 이러한 특징은 반사되는 파장 범위의 스펙트럼 폭이 더 작아지는 효과가 있다. 고차 고조파는 반사되는 파장 또는 파장 범위의 평균값이 0 차 고조파 또는 주 파장의 반사되는 파장 또는 파장 범위의 평균값보다 작다는 점에서 구별된다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 고차 고조파는 2 차 또는 3 차 고조파이다. 이것은 반사 및 투과에 있어서 색포화도를 증가시킬 수 있다. 이것은 광전지 또는 열 수집기에 의해 사용함에 있어서 더 많은 비율의 광 스펙트럼을 이용할 수 있음과 동시에 관찰자는 개별 전지 대신 균일한 색상의 표면을 인식하게 된다는 것을 의미한다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 글레이징 유닛의 반사 손실은 12 % 미만 또는 9 % 미만일 수 있다.
본 발명에 따른 3 차원 광학 구조체를 태양과 모듈의 모듈 유리에 적용함으로써, 본 발명에 따른 글레이징 유닛은 태양광 모듈의 일부로서 사용될 수 있다. 태양광 모듈의 제조 공정은 사실상 변하지 않고 유지될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 색상 디자인이 자유롭게 선택 가능하므로, 본 발명에 따른 태양광 모듈은 더 넓은 응용 범위를 가질 수 있다. 태양광 모듈은 종래의 태양광 모듈의 사용이 지금까지 설계상의 이유로 금지되어 왔던 표면에 사용될 수 있다. 동일한 방식으로, 태양열 수집기에도 본 발명에 따른 글레이징 유닛이 장착될 수 있다. 또한, 선택적 층을 갖는 글레이징 유닛은 예를 들어 비적층식 태양광 모듈에서, 적층없이 직접 사용될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 광학 구조체는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 물질을 함유하는 제 1 층을 가질 수 있고, 광학 구조체는 제 2 굴절률을 갖는 제 2 물질을 함유하는 제 2 층을 가질 수 있으며, 여기서 제 1 굴절률은 약 1.5 내지 약 2.2이고, 제 2 굴절률은 약 1.8 내지 약 2.5이다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 굴절률 콘트라스트는 약 0.2 내지 약 0.9일 수 있다. 이것은 색포화도를 증가시키며 반사 손실이 추가로 감소될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 3 차원 광학 구조체는 박막 필터를 갖거나 이것으로 이루어지며, 여기서 박막 필터는 주기적 박막 필터, 특히 브래그 필터일 수 있다. 브래그 필터는 여기서 제 1 재료 및 제 2 재료의 층들을 교대로 갖거나 이들로 이루어질 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 재료는 ZrO2 및/또는 Nb2O5 및/또는 TiO2 및/또는 Si3N4 및/또는 SiO2 및/또는 AlN, SnO2 및/또는 Al2O3 및/또는 HfO2 및/또는 Ta2O5 및/또는 SiOxNy 및/또는 AlOxNy 및/또는 ZnO 및/또는 Bi2O3 및/또는 In2O3 및/또는 WO3 및/또는 MoO3를 포함하거나 이것으로 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 제 1 및/또는 제 2 재료는 도펀트를 추가로 함유할 수 있다.
브래그 필터의 실시예들은 다음과 같은 층 구조 a) 내지 c)이다:
a) 특히 140 nm 두께의 Si3N4, 특히 170 nm 두께의 TiO2, 특히 200 nm 두께의 Si3N4, 특히 170 nm 두께의 TiO2 및 특히 140 nm 두께의 Si3N4, 또는
b) 특히 165 nm의 두께의 Si3N4, 특히 190 nm의 두께의 TiO2, 특히 240 nm의 두께의 Si3N4, 특히 190 nm의 두께의 TiO2 및 특히 165 nm의 두께의 Si3N4, 또는
c) 특히 120 nm의 두께의 Si3N4, 특히 140 nm의 두께의 TiO2, 특히 170 nm의 두께의 Si3N4, 특히 140 nm의 두께의 TiO2 및 특히 120 nm의 두께의 Si3N4.
Si3N4 층들이 광학 구조체의 외부 층을 형성할 경우 이들의 산화를 방지하기 위해, 그 위에 패시베이션 층이 배치될 수 있다. 패시베이션 층은 SiO2를 포함하거나 이것으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 약 120 nm 내지 약 210 nm의 두께를 갖는다.
글레이징 유닛의 광학 구조체 및 그에 따른 색감의 예들이 다음 표에 나와 있다:
Figure 112019085421284-pct00001
일부 실시예들에서는, SiO2를 포함하거나 이것으로 구성된 선택적 커버 층이 생략될 수도 있다. 환경 영향으로부터 보호하기 위해, 이러한 글레이징 유닛은 하나 이상의 중합체 막에서 최종 SiO2 층 없이 적층될 수 있다. 그러한 적층이 생략되면, 약 100 nm 내지 약 230 nm 두께를 갖는 최종 SiO2 층은 전체 반사를 감소시키며/시키거나 환경 영향으로 인한 변성을 감소시킬 수 있다. 글레이징 유닛의 적층이 의도되는 경우, 최종 SiO2 층은 적층 막에 대한 연결성을 개선할 수 있다. 이를 위해, 최종 SiO2 층은 더 얇아질 수도 있으며, 예를 들어 약 5 nm 내지 약 50 nm 또는 약 3 nm 내지 약 100 nm의 두께를 가질 수 있다.
여기서 "구조화된 유리"라는 용어는 박막 필터가 3 차원 광학 구조체로서 적용되는 제 1 구조화된 표면을 갖는 유리를 의미한다.
일부 실시예들에서, 글레이징 유닛은 각각 상이한 파장 범위를 반사하는 복수의 3 차원 광학 구조체를 갖는다. 본 발명의 일부 실시예들에서는, 상이한 색상, 예를 들어 적색, 녹색 및 청색을 생성하는 2 개 또는 3 개의 3 차원 구조가 사용될 수 있다. 따라서, 부가적인 색 혼합에 의해 넓은 색 공간으로 확장될 수 있다.
이러한 넓은 색 공간은 또한 서로 다른 파장 또는 파장 범위를 갖는 복수의 반사 피크를 가진 단일 3 차원 광학 구조체를 사용함으로써 달성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 이것은 복수의 상이한 층 두께를 갖는 비주기적 구조체들 또는 주기적 구조체들에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 글레이징 유닛에 존재하는 유리는 제 1 구조화된 표면의 반대편에 있는 제 2 구조화된 표면을 가질 수 있다. 제 2 구조화된 표면은 예를 들어 반사 방지 층으로서 사용될 수 있다. 이 실시예에서는, 전면(front side)의 반사를 제거함으로써 훨씬 더 높은 색포화도를 달성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 글레이징 유닛은 제 1 광학 구조체를 갖는 제 1 부분 영역들 및 제 2 광학 구조체를 갖거나 광학 구조체가 없는 제 2 부분 영역들을 가질 수 있다. 글레이징 유닛의 일부 영역들에 광학 구조체가 없으면, 검은 색으로 나타난다. 글레이징 유닛의 부분 영역들이 다른 부분 영역들과 상이한 광학 구조체를 갖는 경우, 개별 층의 층 두께 또는 재료가 다르면, 이들은 상이한 색상으로 나타날 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 부분 영역들에 동일한 브래그 필터가 제공될 수 있지만 이들은 낮은 거칠기 또는 다른 표면 구조화를 나타낸다. 이로 인해 색감에 각도 의존성이 생길 수 있다. 글레이징을 제 1 및 제 2 섹션들로 분할함으로써, 글레이징 유닛 상에 패턴, 로고 또는 다른 디자인 요소가 생성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제조 방법이 또한 제공된다. 여기서, 제 1 구조화된 표면이 먼저 유리 상에 생성된 다음, 3 차원 광학 구조체가 이 제 1 구조화된 표면에 적용된다.
일부 실시예들에서, 3 차원 광학 구조체는 스퍼터링에 의해 유리의 제 1 구조화된 표면에 적용될 수 있다. 이것은 건축용 유리를 코팅하는데 널리 사용되는 공정이며, 따라서 본 발명에 따른 글레이징 유닛은 기존의 장비로 쉽게 제조될 수 있다. 따라서, 이 공정에서는, 태양광 모듈 및 태양열 수집기용 종래의 커버 유리를 사용하는 것이 가능하며, 이것은 태양광 모듈 또는 태양열 수집기의 추가 생산을 위해 일반적인 방식으로 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 유리의 제 1 구조화된 표면은 샌드블라스팅(sandblasting), 엠보싱(embossing), 에칭(etching), 캐스팅(casting) 또는 롤링(rolling)에 의해 생성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 실시예들의 글레이징 유닛은 제 2 구조화된 표면을 가질 수 있다. 이 유닛도 또한 샌드블라스팅, 엠보싱, 에칭, 캐스팅 또는 롤링에 의해 생산될 수 있다. 다른 거칠기를 갖는 제 1 및 제 2 부분 영역들로의 세분화가 필요한 경우, 선택적 마스킹이 수행될 수 있다. 마스크는 특히 인쇄 공정에 의해 적용될 수 있다.
글레이징 유닛이 제 1 광학 구조체를 갖는 제 1 부분 영역들 및 제 2 광학 구조체를 갖거나 광학 구조체를 갖지 않는 제 2 부분 영역들을 갖는 경우, 광학 구조체가 생성되기 전에 마스크가 또한 적용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 이것은 인쇄 공정에 의해 수행될 수 있다. 마스크가 유기 물질로 이루어진 경우, 애싱(ashing)에 의해 제거할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 애싱은 글레이징 유닛을 경화시키기 위한 열 처리와 동시에 수행될 수 있다.
또한, 특히 전술한 바와 같은, 본 발명에 따른 글레이징 유닛을 갖는 본 발명에 따른 태양광 모듈이 제공된다. 여기서, 본 발명에 따른 글레이징 유닛은 자체 공지된 태양광 모듈에 제공될 수 있다. 특히, 태양광 모듈은 글레이징 유닛, 제 1 임베딩 막, 태양 전지, 제 2 임베딩 막 및 후면 막을 포함할 수 있다. 임베딩 막 재료의 예들은 에틸렌 비닐 아세테이트 및/또는 실리콘이다.
일부 실시예들에서, 글레이징 유닛은 자체 공지된 태양열 수집기에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 글레이징 유닛은 복수의 가장 상이한 영역들 및 표면들의 심미적 효과를 위해 사용될 수 있다. 여기서 영역/표면의 일부는 본 발명에 따른 글레이징 유닛으로 글레이징되고 영역/표면의 다른 부분은 일반적인 방식으로 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 글레이징 유닛은 특별한 색상 디자인을 갖는 BIPV(building-integrated photovoltaics), 건물 통합 태양열 시스템, 지붕 장착 시스템으로서, 예를 들어 풀 글레이징(fully glazed) 건물의 패러핏(parapet) 영역 내의, 일반적인 비-솔라 글레이징으로서, 또는 유색 차량 글래이징으로서 사용될 수 있다. 후자의 경우, 레터링(lettering), 패턴 또는 로고가 적용될 수 있으며 이러한 레터링은 그 글레이징을 통해 광이 계속해서 그 뒤의 룸으로 통과하도록 허용한다.
본 발명의 일반적인 개념을 제한하지 않으면서 도면 및 실시예에 의해 이하 본 발명에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 1 실시예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 2 실시예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 3 실시예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 4 실시예를 도시한 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 5 실시예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 6 실시예를 도시한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 글레이징 유닛(1)의 제 1 실시예를 도시한 것이다. 여기서 도 1은 3 차원 광학 구조체(2) 및 유리(3)를 나타내고 있으며, 유리(3)는 3 차원 광학 구조체가 적용되는 제 1 구조화된 표면(4)을 갖는다.
유리(3)는 3 차원 광학 구조체를 위한 캐리어(carrier) 재료이다. 유리(3)는 투명 또는 반투명 재료이며, 도시되지 않은 상이한 재료의 복수의 층으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 유리(3)는 템퍼링된 층(tempered layer)을 구비하거나, 적층 안전 유리로서, 인접한 유리 층들에 완전히 결합된 하나 이상의 중합체 막을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서는, 그 명칭 "유리"에 관계없이, 상기 구조화된 표면 및 광학 구조체가 후속적으로 적용되는 하나 이상의 중합체에 의해서 기판이 전체적으로 구성될 수도 있다.
이 제 1 실시예에서, 3 차원 광학 구조체(2)는 그 각각이 Si3N4 또는 TiO2를 포함하는 복수의 교번하는 개별 층들에 의해서 구성된 박막 필터이다. 층 거리들을 선택함으로써, 반사 파장 및 이에 따른 글레이징 유닛(1)의 색상 디자인이 특정 색상, 예를 들어 적색을 나타내는 방식으로 선택될 수 있다. 이러한 층 거리들은 약 100 nm 내지 약 250 nm 사이에서 선택될 수 있다. 개별 층들의 개수는 1 개 내지 약 100 개 또는 약 3 개 내지 약 20 개일 수 있다.
광학 구조체(2)의 개별 층들은 구조화된 표면(4)에 적용되며, 이 구조화된 표면(4)은 그 자체가 공지된 방식으로 샌드블라스팅, 롤링, 에칭, 캐스팅 또는 엠보싱에 의해 생성될 수 있다.
유리(3)가 구조화된 표면(4)을 갖기 때문에, 박막 필터도 구조화되며 이에 따라 그렇지 않은 경우와 같은 평평한 박막 필터로 간주될 수 없게 된다. 그럼에도 불구하고 박막 필터는 브래그 필터(Bragg filter) 또는 이와 유사한 필터로서 설계될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 박막 필터로서 설계된 구조체의 일부 특성들은, 그것이 구조화된 유리(3)에 적용될 경우에 현저하게 변화되며, 이에 따라 더 이상 1 차원 박막 필터라고 말할 수 없다는 것이 인식되었다. 박막 구조체의 주 반사 최대값 및 고차 고조파(higher harmonic)는 이러한 실현 형태로 유지되며, 이들의 정확한 위치는 박막 필터의 개별 층들의 층 순서에 의해 영향을 받을 수 있다. 구조화된 표면의 주요 영향 중 하나는 반사 피크들의 각도 의존성에 대한 영향이다. 시야 각(viewing angle)이 변경될 때, 글레이징 유닛(1)의 색상 디자인은 공지된 컬러 글레이징 유닛들의 색상 디자인보다 적은 변화를 보인다. 동시에, 태양 에너지 생성에 사용될 수 있는 스펙트럼에 대한 투과율은 공지된, 특히 유색으로 착색된 글레이징 유닛들에 대한 것보다 크다.
도 2는 3 개의 상이한 3 차원 광학 구조체들(2a, 2b, 2c)이 유리(3)의 구조화된 표면(4) 상에 생성되는, 본 발명에 따른 글레이징 유닛(1)의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 이들은 서로 다른 색들을 나타낸다는 점에서 즉, 서로 다른 파장의 광을 반사한다는 점에서 상이하다. 이러한 방식으로, 3 가지 기본 색을 오버레이하여 혼합된 색을 생성함으로써 디자인 가능성을 더욱 높일 수 있다.
상이한 3 차원 광학 구조체들(2a, 2b 및 2c)은 차례대로 스퍼터링하는 것에 의하여 유리(3)의 미리 구조화된 표면(4)에 적용될 수 있다. 광학 구조체들(2a, 2b 및 2c)은 조성 및/또는 두께 및/또는 개별 층들의 수가 상이할 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 글레이징 유닛(1)의 제 3 실시예는 유리(3)가 유리(3)의 제 1 구조화된 표면(4)의 반대편에 있는 제 2 구조화된 표면(5)을 갖는 것을 나타낸다.
제 2 구조화된 표면(5)은 표면 상의 원치 않는 반사를 피하기 위해 사용될 수 있으며, 이것은 지나가는 것들을 대즐링(dazzling)함으로써 글레이징 유닛을 통과하는 것에 의한 강도를 더 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 글레이징 유닛(1)의 제 4 실시예는 또한 제 2 구조화된 표면(5), 유리(3) 및 제 1 구조화된 표면(4)을 갖는다. 이와 관련하여, 본 실시예는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 3 실시예에 대응한다. 그러나, 글레이징 유닛(1)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 2와 유사한 3 개의 상이한 3 차원 광학 구조체들(2a, 2b 및 2c)을 가지며, 이로 인해 상이한 색감(color impression)이 생성됨으로써, 혼합된 색의 전체적인 색감이 생성된다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 본 발명에 따른 글레이징 유닛의 제 5 실시예는 3 차원 광학 구조체(2), 구조화된 표면(4) 및 유리(3)를 갖는다. 유리(3)의 표면에는 접착 막을 갖는 가장 단순한 경우에 생성될 수 있는 디자인 요소(6)가 존재한다. 도 5a가 이것을 단면도로 도시하고 있고 도 5b는 이것을 평면도로 도시하고 있으며, 이것은 예시적인 목적으로 문자 형태의 디자인 요소를 도시한 것이다.
그러나, 디자인 요소를 생성함에 있어서, 글레이징 유닛은 제 1 광학 구조체를 갖는 제 1 부분 영역들 및 제 2 광학 구조체를 갖거나 광학 구조체가 없는 제 2 부분 영역들을 갖는다는 이점이 있다. 글레이징 유닛의 부분 영역들에 광학 구조체가 없으면, 이들은 검은 색으로 나타난다. 글레이징 유닛의 선택된 부분 영역들이 다른 부분 영역들과 다른 광학 구조체를 갖는 경우, 개별 층들의 층 두께 및/또는 재료 및/또는 개별 층들의 수가 다르다면, 이들은 상이한 색으로 나타날 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 부분 영역들에는 동일한 브래그(Bragg) 필터가 제공될 수 있지만, 낮은 거칠기 또는 다른 표면 구조화를 나타낸다. 이로 인해 색감의 각도 의존성이 더 커질 수 있다. 글레이징 유닛을 제 1 및 제 2 섹션들로 분할함으로써, 글레이징 유닛 상에 패턴, 로고 또는 다른 디자인 요소가 생성될 수 있다. 동시에, 전체 표면에 걸친 본 발명의 높은 투과율은 본 발명의 주요 이점으로 계속 존재한다.
도 6은 본 발명의 제 6 실시예를 도시한 것이다. 이것은 본 발명에 따른 글레이징 유닛(1)이 태양광 모듈에 어떻게 설치되는지를 도시한 것이다. 여기서 태양광 모듈은 커버 유리로서 글레이징 유닛(1)을 갖는다.
유리(3) 및 광학 구조체(2)를 갖는 본 발명에 따른 글레이징 유닛은, 예를 들어 에틸렌 비닐 아세테이트 또는 실리콘으로 만들어진 제 1 임베딩 막(embedding film)(7a) 상에 위치된다. 또한, 태양광 모듈은 제 2 임베딩 막(7b)을 포함한다. 임베딩 막들(7a, 7b)은 그 자체로 알려진 광전지(photovoltaic cell)일 수 있는, 적어도 하나의 광전지(8)를 포함한다. 본 발명은 해결책 원리로서 특정 전지의 사용을 교시하지 않는다. 마지막으로, 태양광 모듈은 표준 후면 막(9)을 구비한다. 이러한 태양광 모듈은 BIPV(Building Integrated Photovoltaics)에 사용될 수 있다.
물론, 본 발명이 예시된 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기한 설명은 한정적인 것이 아니라 설명적인 것으로 간주되어야 한다. 하기 청구 범위는 언급된 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 존재하는 방식으로 이해되어야 한다. 이것이 추가 특징의 존재를 배제하지는 않는다. 청구 범위 및 상기한 설명이 "제 1" 및 "제 2" 실시예를 정의하는 경우, 이러한 지정은 랭킹 순서를 결정하는 것이 아니라 2 개의 유사한 실시예를 구별하기 위해 사용되는 것이다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 유리(3)를 포함하거나 이것으로 구성되는, 심미적 효과를 위한 글레이징 유닛(glazing unit)(1)에 있어서,
    상기 유리(3)는 광학 구조체(photonic structure)(2)가 적용되는 제 1 구조화된 표면(4)을 갖고, 상기 광학 구조체(2)는 입사 전자기 방사선의 제 1 부분 스펙트럼을 반사하고 입사 전자기 방사선의 제 2 부분 스펙트럼을 투과시키도록 구성되며, 상기 반사되는 부분은 고차 고조파(higher harmonic)에 대응하고 가시 스펙트럼 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 구조체(2)의 평균 굴절률은 1.6보다 크거나 또는 1.8보다 크거나 또는 1.95보다 큰 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 구조체(2)는 브래그(Bragg) 필터를 포함하거나 이것으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 구조체(2)는 제 1 굴절률을 갖는 제 1 물질을 함유하는 제 1 층들을 포함하고, 상기 광학 구조체(2)는 제 2 굴절률을 갖는 제 2 물질을 함유하는 제 2 층들을 포함하며, 상기 제 1 굴절률은 1.5 내지 2.2이고, 상기 제 2 굴절률은 1.8 내지 2.5인 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 구조체(2)는 다음의 층 구조체들, 즉
    - 140 nm 두께의 Si3N4, 170 nm 두께의 TiO2, 200 nm 두께의 Si3N4, 170 nm 두께의 TiO2 및 140 nm 두께의 Si3N4, 또는
    - 165 nm 두께의 Si3N4, 190 nm 두께의 TiO2, 240 nm 두께의 Si3N4, 190 nm 두께의 TiO2 및 165 nm 두께의 Si3N4, 또는
    - 120 nm 두께의 Si3N4, 140 nm 두께의 TiO2, 170 nm 두께의 Si3N4, 140 nm 두께의 TiO2 및 120 nm 두께의 Si3N4, 또는
    - 140 nm 두께의 Si3N4, 170 nm 두께의 TiO2 및 140 nm 두께의 Si3N4, 또는
    - 165 nm 두께의 Si3N4, 190 nm 두께의 TiO2 및 165 nm 두께의 Si3N4, 또는
    - 120 nm 두께의 Si3N4, 140 nm 두께의 TiO2 및 120 nm 두께의 Si3N4
    중 하나를 갖는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 층 구조체를 완성하는 커버 층으로서 100 nm 내지 230 nm 또는 3 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는 SiO2 층을 더 포함하는, 글레이징 유닛(1).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 글레이징 유닛(1)은 상이한 제 1 부분 스펙트럼을 각각 반사하는 복수의 광학 구조체들(2a, 2b, 2c)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유리(3)는 상기 유리(3)의 제 1 구조화된 표면(4)의 반대편에 위치되는 제 2 구조화된 표면(5)을 갖는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 광학 구조체가 상기 제 2 구조화된 표면(5) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 광학 구조체(2)를 갖는 제 1 표면 영역들 및 제 2 광학 구조체를 갖거나 광학 구조체가 없는 제 2 표면 영역들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유리(3)는 유리 브릭(glass brick) 또는 유리 지붕 타일(glass roof tile) 또는 창 유리(window glass)의 적어도 하나의 부분 영역인 것을 특징으로 하는, 글레이징 유닛(1).
  12. 적어도 하나의 광학 구조체(2) 및 유리(3)를 포함하거나 이것으로 구성되는, 심미적 효과를 위한 글레이징 유닛(1)의 제조 방법에 있어서,
    유리(3)를 제공하는 단계, 상기 유리(3) 상에 제 1 구조화된 표면(4)을 형성하는 단계 및 상기 제 1 구조화된 표면(4)에, 입사 전자기 방사선의 제 1 부분 스펙트럼을 반사하고 입사 전자기 방사선의 제 2 부분 스펙트럼을 투과시키도록 구성되는 상기 광학 구조체(2)를 적용하는 단계를 포함하며, 상기 반사되는 부분은 고차 고조파에 대응하고 가시 스펙트럼 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광학 구조체(2)는 스퍼터링에 의해 상기 유리(3)의 상기 제 1 구조화된 표면(4)에 적용되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 구조화된 표면(4)은 샌드블라스팅(sandblasting), 에칭(etching), 엠보싱(embossing), 캐스팅(casting) 또는 롤링(rolling)에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 구조체(2)의 적용 전에 마스크가 상기 제 1 구조화된 표면(4) 상에 생성되고, 상기 마스크는 상기 광학 구조체(2)의 적용 후에 제거되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마스크는 글레이징 유닛(1)이 경화됨과 동시에 애싱(ashing)에 의해 제거되며, 또는
    상기 마스크는 인쇄에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 하나 이상의 글레이징 유닛(1), 하나 이상의 제 1 임베딩 막(7a), 하나 이상의 태양 전지(8), 하나 이상의 제 2 임베딩 막(7b) 및 하나 이상의 후면 막(9)을 포함하는, 태양광 모듈.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 글레이징 유닛을 구비한, 태양열 수집기.
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