KR102485862B1 - 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광 제어 및 저방사 특성을 갖는 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅은 투명 기재로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층, 제1 기능층, 제1 보호층, 제2 반사방지층, 제2 기능층, 제2 보호층 및 제3 반사방지층을 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층, 제2 반사방지층 및 제3 반사방지층은 각각 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있고, 제1 기능층 및 제2 기능층은 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 기능층으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보호층은 제1 기능층의 산화 방지를 위해 제1 기능층의 상부면에 직접 접촉하여 형성되고 제2 보호층은 제2 기능층의 산화 방지를 위해 제2 기능층의 상부면에 직접 접촉하여 형성되고, 제1 기능층과 제2 기능층의 하부면에는 보호층이 구비되지 않고, 제1 보호층과 제2 보호층의 물리적 두께의 총합은 3nm 이하로 형성될 수 있다.

Description

다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재{TRANSPATENT SUBSTRATE HAVING MULTILAYER THIN FILM COATING}
본 발명은 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 박막 코팅 내에 적외선 반사 특성을 갖는 기능층을 마련하면서 기능층의 상부면에만 보호층을 형성해 방사율 특성을 향상시키고 반사방지층 내에는 응력 완화층을 형성해 내구성을 보완하도록 구성된 투명 기재에 관한 것이다.
저방사 특성을 갖는 투명 기재는 투명 기재 상에 적외선 반사 기능을 갖는 금속 기반의 박막층을 형성한 제품으로, 여름에는 외부로부터 유입되는 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내에서 발생하는 난방 복사열을 보존할 수 있어 건축용 유리 등으로 많이 이용되고 있다.
이러한 저방사 특성을 갖는 투명 기재에서 방사율을 보다 낮추기 위한 방안으로는 적외선을 반사하는 기능층을 더욱 두껍게 증착하는 방안, 기능층에 포함된 금속의 결정화도를 높여서 비저항을 낮추는 방안, 기능층을 보호하는 보호층의 두께를 보다 얇게 형성하는 방안 등이 고려될 수 있다.
그러나, 기능층의 두께를 두껍게 형성하는 방안은 두꺼워진 기능층에 의해 방사율 감소가 도모될 수 있기는 하나, 기능층에 의해 적외선 뿐만 아니라 가시광선도 함께 반사되어 투과율이 낮아질 수 있고, 투과색에 녹색편이가 발생되어 심미감이 저하될 우려가 있다.
또한, 기능층을 열처리해 기능층에 포함된 금속의 결정화도를 높이는 방안은 열처리 과정에서 기능층에 변형이 발생해 흐림 현상(Haze)이 나타날 우려가 있으며, 비강화 코팅 유리의 사용이 요구되는 경우에는 기능층에 대한 열처리가 제한되어 원하는 방사율을 달성하기 어려운 문제가 있다.
나아가, 기능층의 상하부에 증착되는 보호층의 두께를 얇게 형성하는 방안의 경우에는 얇아진 보호층에 의해 기능층에 포함된 금속의 산화 등이 효과적으로 방지되지 못해 오히려 방사율이 증가되거나 코팅막의 내구성이 저하되는 문제가 나타날 수 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 보다 낮은 방사율을 구현하면서 동시에 내구성 저하를 방지할 수 있도록 구성된 개선된 구조의 다층 박막 코팅을 갖는 투명 기재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광 제어 및 저방사 특성을 갖는 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅은 투명 기재로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층, 제1 기능층, 제1 보호층, 제2 반사방지층, 제2 기능층, 제2 보호층 및 제3 반사방지층을 포함하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층, 제2 반사방지층 및 제3 반사방지층은 각각 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있고, 제1 기능층 및 제2 기능층은 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 기능층으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보호층은 제1 기능층의 산화 방지를 위해 제1 기능층의 상부면에 직접 접촉하여 형성되고 제2 보호층은 제2 기능층의 산화 방지를 위해 제2 기능층의 상부면에 직접 접촉하여 형성되고, 제1 기능층과 제2 기능층의 하부면에는 보호층이 구비되지 않고, 제1 보호층과 제2 보호층의 물리적 두께의 총합은 3nm 이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보호층과 제2 보호층의 물리적 두께의 총합은 2nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층과 제2 기능층의 물리적 두께의 총합은 25nm 내지 40nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보호층 및 제2 보호층은 각각 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 니오븀(Nb) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층 및 제2 기능층은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층, 제2 반사방지층 및 제3 반사방지층 중 하나 이상은 반사방지층에 형성되는 응력을 상쇄하기 위한 응력 완화층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 반사방지층은 제1 반사방지층 및 제2 반사방지층 보다 두꺼운 물리적 두께를 갖고, 응력 완화층은 제2 반사방지층에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 반사방지층은 압축 응력을 갖는 하나 이상의 유전체층을 포함하고, 응력 완화층은 인장 응력을 갖는 유전체층으로 형성되어 반사방지층에 형성된 압축 응력을 상쇄하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 반사방지층은 서로 이격되어 배치되며 압축 응력을 갖는 2개 이상의 유전체층과 이러한 유전체층에 형성된 압축 응력을 상쇄하기 위한 2개 이상의 응력 완화층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층의 물리적 두께의 총합은 20nm 내지 35nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층이 구비되는 제2 반사방지층의 물리적 두께의 총합은 50nm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층은 주석 아연 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층의 하부면 및 제2 기능층의 하부면에는 습윤층이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보호층의 상부면 및 제2 보호층(260)의 상부면에도 습윤층이 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 습윤층은 아연 산화물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 반사방지층의 상부에는 다층 박막 코팅을 외부로부터 보호하는 오버코트층이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 수정방사율은 2.0% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 면저항은 2.0ohm/sq 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 태양열 취득 계수는 35% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 투과율은 40% 내지 70%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 비코팅면 반사율은 10% 내지 20%일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 코팅면 반사율은 12% 내지 16%일 수 있다.
이 외에도, 본 발명에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 다층 박막 코팅에 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 기능층을 마련하면서 기능층의 상부에만 보호층을 형성하고 기능층의 하부에는 보호층을 생략하고 있어 보호층의 두께 증가에 따른 방사율 상승을 방지하고 보다 향상된 저방사 특성을 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 반사방지층 내에 응력 완화층을 형성해 반사방지층에서 발생되는 압축 응력을 상쇄시켜 응력 평형을 유도함으로써 다층 박막 코팅의 내구성을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 기능층, 보호층, 응력 완화층 등의 두께를 소정의 범위 내로 제어함으로써 낮은 방사율을 도모하면서 동시에 코팅의 내구성이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면 구조를 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면 구조를 예시적으로 도시한다(다층 박막 코팅에 습윤층이 추가로 구비된 실시형태).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에서 기능층 사이에 위치하는 반사방지층의 단면 구조를 예시적으로 도시한다.
이하에서 기술되는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이에 대한 구체적 설명으로 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은 달리 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가지며, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
예컨대, 본 명세서에서 사용되는 태양열 취득 계수, 방사율, 반사율 및 투과율, 색좌표 지수 등의 용어는 아래와 같은 의미를 갖는다.
- 태양열 취득 계수(SHGC; Solar Heat Gain Coefficient): 태양열이 투명 기재를 통과해 실내로 유입되는 비율을 나타내는 지수로, 투명 기재를 통해 직접 실내로 투과된 태양열과 투명 기재에 의해 흡수된 다음 실내로 재방사된 에너지를 합한 값으로 산출됨
- 방사율(emissivity): 방사율은 물체가 복사 작용에 의해 열을 방출하는 정도를 상대적으로 나타내는 지수로, 본 명세서에서 방사율은 적외선 파장대(약 5㎛ 내지 약 50㎛의 원적외선 파장 영역)에서 인가된 적외선 에너지에 대한 흡수된 에너지의 비율을 의미하고[물체에 흡수된 적외선 에너지는 다시 방사하는 적외선 에너지와 동일하므로 흡수율은 방사율과 동일한 값을 나타내며, 적외선 파장대에서 방사율은 "방사율=1-반사율"의 관계를 만족함], 다른 언급이 없으면 본 명세서에 기재된 방사율은 수직방사율을 의미함
- 수정방사율(corrected emissivity): 수정방사율은 수직방사율에 보정계수를 곱하여 산출된 값으로, 본 명세서에서 수정방사율은 KS L 2525 규격에 규정된 보정계수를 적용해 산출된 수정방사율 값을 의미함
- 반사율(reflectance) 및 투과율(transmittance): 반사율은 투명 기재로 입사된 빛 가운데 반사되는 빛의 비율을 나타내고, 투과율은 투명 기재로 입사된 빛 가운데 투명 기재를 투과한 빛의 비율을 나타내며, 본 명세서에서 반사율 및 투과율은 해당 문구에서 달리 정의되어 있지 않으면 가시광선에 대한 반사율 및 투과율을 의미함
- 색좌표 지수: 본 명세서에 기재된 색좌표 지수는 국제 조명 위원회(CIE; Commission internationale de l'ιclairage)에 의해 제정된 CIE 1976 L*a*b 색좌표 지수로서, +a* 방향은 붉은색 경향, -a*는 녹색 경향, +b*는 노란색 경향, -b*는 푸른색 경향 정도를 나타냄
본 명세서에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 명세서에 기재된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 "위치되어" 있다거나 "형성되어" 있다고 언급되는 경우, 이는 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 직접 접촉된 상태로 위치되거나 형성되는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 중간에 개재한 상태로 위치하거나 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "하방", "하부" 등의 방향 지시어는 첨부된 도면에서 투명 기재를 향하는 방향을 의미하고, "상방", "상부" 등의 방향 지시어는 그 반대 방향(즉, 투명 기재로부터 멀어지는 방향)을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조부호를 통해 지시되어 있으며, 이하의 실시예들의 설명에 있어서 동일하거나 대응하는 구성요소는 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 다만, 아래의 설명에서 특정 구성요소에 관한 기술이 생략되어 있더라도, 이는 그러한 구성요소가 해당 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면 적층 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 도면에 도시된 바와 같이 다층 박막 코팅 내에 적외선 반사 특성을 갖는 기능층이 상하로 2개 포함되어 있는 더블로이(double low-E) 구조로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명 기재(100)는 경질의 무기물 또는 중합체 유기물 등으로 형성될 수 있으며, 예컨대 소다라임유리 등과 같은 통상의 유리 기판으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)은 투명 기재(100) 상에 복수의 박막층이 적층된 구조로 형성되어 투명 기재에 요구되는 다양한 광학적·화학적 특성을 부여하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)은 스퍼터링 공정과 같은 물리적 기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정을 이용해 투명 기재(100) 상에 증착되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막 다층 코팅(200)은 투명 기재(100)로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층(210), 제1 기능층(220), 제1 보호층(230), 제2 반사방지층(240), 제2 기능층(250), 제2 보호층(260) 및 제3 반사방지층(270)을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 반사방지층(210), 제2 반사방지층(240) 및 제3 반사방지층(270)]은 가시광선 영역의 파장을 갖는 빛의 반사를 방지해 반사광에 의한 간섭이나 산란을 제거하고 수분이나 이물질로부터 코팅층을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 반사방지층(210), 제2 반사방지층(240) 및 제3 반사방지층(270)]은 하나 이상의 유전체층을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층을 구성하는 유전체층은 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 산질화물 등으로 형성될 수 있으며, 이러한 유전체층에는 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 비스무트(Bi), 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금이 포함되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반사방지층을 구성하는 유전체층은 실리콘 질화물(Si3N4) 및/또는 지르코늄이 도핑된 실리콘 질화물(Si3N4:Zr) 등으로 형성될 수 있으며, 이러한 유전체층은 스퍼터링 증착 효율을 향상시키기 위해 알루미늄(Al)이 도핑된 상태로 형성될 수 있다.
다만, 반사방지층은 전술한 구조의 유전체층으로 한정되어 형성되어야만 하는 것은 아니고, 다른 구조의 유전체층으로 형성되거나 유전체층 대신 또는 유전체층과 함께 금속층을 더 구비하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층은 적외선 영역의 파장에 대한 높은 반사 특성을 갖는 금속 기반의 박막층으로, 적외선 영역대(예컨대, 약 5㎛ 내지 약 50㎛의 원적외선 파장 영역)의 파장을 반사시켜 방사율을 낮추는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]은 적외선에 대한 높은 반사 특성을 갖는 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]은 적외선 영역의 파장에 대해 양호한 반사 특성을 나타내면서 상대적으로 가격이 저렴한 은(Ag)을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층은 도면에 도시된 바와 같이 다층 박막 코팅(200) 내에 두 층 이상 포함되어 보다 낮은 방사율 형성하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 실시형태의 경우에는 제1 반사방지층(210)과 제2 반사방지층(240) 사이에 제1 기능층(220)이 구비되고, 제2 반사방지층(240)과 제3 반사방지층(270) 사이에 제2 기능층(250)이 구비되어, 다층 박막 코팅(200) 내에 2개의 기능층이 포함된 구조로 다층 박막 코팅(200)이 형성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]은 물리적 두께의 총합이 25nm 이상이 되도록 형성될 수 있다. 투명 기재(100) 상에 증착된 다층 박막 코팅(200)에 소정의 두께의 기능층이 확보되지 못하면 충분한 저방사 특성이 구현되기 어렵기 때문에, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]은 전술한 바와 같이 소정의 두께 이상으로 물리적 두께가 형성되도록 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]은 비코팅면 반사율 및 투과율 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 40nm 이하의 물리적 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호층은 기능층의 일측면에 형성되어 기능층이 수분 또는 산소에 노출되어 부식되거나 산화되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 보호층은 증착 공정이나 열처리 공정에서 기능층 내로 산소가 유입되어 기능층이 손상되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호층은 기능층의 상부면에 직접 접촉하여 형성되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 제1 기능층(220)의 상부면에 제1 보호층(230)을 구비하고 제2 기능층(250)의 상부면에 제2 보호층(260)을 구비하도록 구성될 수 있으며, 보호층의 총 물리적 두께가 보다 얇아질 수 있도록 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]의 하부면에는 별도의 보호층이 구비되지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 보호층(230) 및 제2 보호층(260)]은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니오븀(Nb) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함하도록, 바람직하게는 니켈-크롬(NiCr) 합금을 포함하도록 구성될 수 있으며, 보호층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 보호층(230) 및 제2 보호층(260)]은 물리적 두께의 총합이 3nm 이하, 보다 바람직하게는 2nm 이하가 되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에서 보호층은 금속을 포함하는 박막층으로 형성되기 때문에 특정 파장대의 빛을 흡수하는 특성을 가질 수 있고, 따라서 보호층의 두께가 너무 두껍게 형성되면 가시광선의 투과율이 저하되어 투명도가 감소되거나 녹색편이 등의 발생으로 심미감이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 보호층은 전술한 바와 같이 소정의 범위 이내로 얇게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200) 내에 위치하는 반사방지층 중 하나 이상에는 반사방지층의 유전체층에 형성되는 압축 응력을 상쇄하기 위한 응력 완화층이 구비되도록 구성될 수 있다.
이와 관련해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재와 같이 기능층의 상부면에만 보호층을 형성하고 하부면에는 보호층을 생략하는 경우에는, 하부 보호층의 부재로 인해 기능층에 대한 보호 기능이 약화되고 코팅층의 내구성이 저하될 우려가 있으며, 나아가 반사방지층을 구성하는 유전체층 내부에 압축 응력이 형성됨에 따라 코팅층에 크랙이나 주름이 발생해 코팅층에 박리 등의 손상이 발생할 우려가 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 다층 박막 코팅에 구비되는 반사방지층 내에 응력 완화층을 위치시켜 반사방지층의 유전체층에서 발생하는 압축 응력을 상쇄시킴으로써 응력 평형을 형성할 수 있고, 이로 인해 코팅층의 전체적인 내구성(예컨대, 내스크래치성 및 내화학성) 향상을 도모할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층(244)은 제1 기능층(220)과 제2 기능층(250) 사이에 위치하며 통상적으로 가장 두껍게 형성되는 제2 반사방지층(240) 내에 위치되도록 구성될 수 있다(도 3 참조).
본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층(244)은 반사방지층 내에 하나 이상 구비되도록 구성될 수 있다. 일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제2 반사방지층(240)] 내에 하나의 응력완화층(244)이 구비되도록 구성될 수도 있고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제2 반사방지층(240)] 내에 서로 이격되어 배치되며 압축 응력을 갖는 2개 이상의 유전체층(242)을 구비하고 이러한 유전체층(242)에 형성된 압축 응력을 효과적으로 상쇄할 수 있도록 제2 반사방지층(240) 내에 2개 이상의 응력 완화층(244)이 구비되도록 구성될 수도 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에서 응력 완화층 및 이러한 응력 완화층을 포함하는 반사방지층은 반드시 도면에 도시된 구조로 형성되어야 하는 것은 아니다.
예컨대, 응력 완화층을 포함하는 반사방지층은 도 3의 (a)에 도시된 구조와 달리 응력 완화층이 유전체층의 상부 또는 하부면에 위치하도록 구성될 수도 있고, 도 3의 (b)에 도시된 구조와 달리 응력 완화층이 유전체층의 하부면에 위치하도록 구성되거나 반사방지층 내에 3개 이상의 응력 완화층이 이격되어 위치하도록 구성될 수도 있다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 반사방지층, 구체적으로는 2개의 기능층 사이에 위치하는 반사방지층 내에 응력 완화층을 구비하도록 구성되어 있기 때문에, 반사방지층의 유전체층에서 발생되는 압축 응력이 응력 완화층의 인장 응력에 의해 상쇄되어 코팅층에 크랙이나 주름과 같은 손상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 나아가 기능층의 하부면에 보호층을 생략하고 보호층의 두께를 얇게 형성하더라도 코팅층의 내구성이 저하되는 문제를 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층은 반사방지층에 구비되는 유전체층의 압축 응력과 반대되는 인장 응력을 발생시킬 수 있는 금속 산화물층으로, 예컨대 주석 아연 산화물을 포함하는 유전체층으로 형성될 수 있다.
이와 관련해, 주석 아연 산화물은 500nm 이하의 파장을 흡수하는 성질을 가질 수 있기 때문에, 주석 아연 산화물을 포함하는 응력 완화층이 너무 두껍게 형성되면 황색편이 현상이 증가되어 심미감이 저하될 우려가 있고, 반대로 응력 완화층이 너무 얇게 형성되면 반사방지층 내의 압축 응력을 충분히 제거하지 못하게 될 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 응력 완화층은 반사방지층 내에서 발생되는 압축 응력을 충분히 상쇄하면서도 황색편이 현상을 최소화할 수 있도록 물리적 두께의 총합이 20nm 내지 35nm가 되도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
이 때, 응력 완화층(244)이 구비되는 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 기능층 사이에 위치하는 제2 반사방지층(240)]은 응력 완화층 및 유전체층이 충분히 형성될 수 있도록 50nm 이상의 물리적 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
아래의 [표 1]을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 실시예와 비교예 사이의 특성을 비교한 시험 데이터가 예시적으로 개시되어 있다.
코팅막 두께 (nm) 수정
방사율		 스크래치 내화학성 투과색 b*
(단판)
보호층
(제1
기능층
하부면)		 보호층
(제1
기능층
상부면)		 보호층
(제2
기능층
하부면)		 보호층
(제2
기능층
상부면)		 제1
응력
완화층		 제2
응력
완화층
비교예1 1 1 1 1 0 0 2.8 ○ 3.5 -1.3
비교예2 2 1 2 1 0 0 3.5 ○ 2.1 -2.8
비교예3 2 2 2 2 0 0 4.4 △ 1.8 -5.3
실시예1 0 1 0 1 5 5 2.0 △ 0.9 0.1
실시예2 0 1 0 1 10 10 1.9 × 0.7 0.1
실시예3 0 1 0 1 15 15 1.8 × 0.4 0.9
실시예4 0 1 0 1 20 20 1.9 × 0.6 1.7
※ [표 1]에서 스크래치는 3N Ericson scratch tester 후 육안 스크래치 발견시에는 ○, 미약한 스크래치 발견시에는 △, 스크래치 미발견시에는 X로 표시됨
구체적으로, [표 1]에 기재된 시험 데이터에서, 실시예들은 도면에 도시된 바와 같이 투명 기재(100) 상에 제1 반사방지층(210), 제1 기능층(220), 제1 보호층(230), 제2 반사방지층(240), 제2 기능층(250), 제2 보호층(260), 제3 반사방지층(270)이 적층된 구조로 형성되며 제2 반사방지층(240) 내에 2개의 응력 완화층(244)이 구비된 구조로 다층 박막 코팅(200)이 형성되었으며, 비교예들은 응력 완화층 대신 기능층의 하부면에 추가의 보호층이 구비된 상태로 다층 박막 코팅이 형성되었고, 이러한 상태에서 방사율, 내스크래치성, 내화학성, 황색편이(투과색의 b* 값) 등의 특성이 시험되어 있다.
[표 1]의 시험 데이터에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예들에서는 기능층의 상하부면에 보호층이 모두 형성되어 있어 방사율이 상대적으로 높게 나타나고 있으며(보호층의 두께가 두꺼워질수록 방사율이 증가되는 양상을 나타냄), 보호층의 두께가 두꺼워질수록 내스크래치성과 내화학성이 개선되는 양상을 나타내기는 하나, 육안 스크래치가 관찰되지 않는 수준까지 내스크래치성이 확보되지는 못하는 모습을 나타내고 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 실시예들의 경우에는 기능층의 하부면에는 보호층을 구비하지 않고 기능층의 상부면에만 보호층을 구비하면서 보호층의 두께를 상대적으로 얇게 형성하였음에도, 응력 완화층의 물리적 두께를 소정의 두께 이상(예컨대, 20nm 이상)으로 형성하게 되면 육안 스크래치가 발견되지 않는 수준까지 내구성이 향상됨을 확인할 수 있으며, 이와 동시에 내화학성 역시 비교예에 비해 개선됨을 확인할 수 있고, 비교예들에 비해 수정방사율도 크게 향상됨을 확인할 수 있다.
다만, 응력 완화층의 두께가 증가하게 되면 황색편이 현상이 심화되는 양상을 나타낼 수 있기 때문에, 응력 완화층의 물리적 두께는 소정의 두께 이하로, 예컨대 35nm 이하의 물리적 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제3 반사방지층(270)의 상부에는 투명 기재(100) 상에 증착된 다층 박막 코팅(200)을 외부로부터 보호하는 오버코트층(280)이 더 구비되어 코팅층의 내구성을 보다 향상시키도록 구성되어도 좋다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명 기재(100) 상에 증착된 다층 박막 코팅(200)에서 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(220) 및 제2 기능층(250)]의 하부면에는 습윤층이 추가로 구비되도록 구성되어도 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 습윤층은 기능층의 하부에 위치하는 반사방지층의 일부로서, 기능층이 습윤층 상에 증착되어 형성되도록 구성되게 되면 습윤층에 의해 기능층의 핵생성 및 결정화가 촉진되어 기능층 증착이 보다 원활하게 수행될 수 있게 된다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층(220)의 하부에 위치하는 제1 반사방지층(210)은 제1 기능층(220)과 접하는 상부면에 습윤층(216)을 포함하고, 제2 기능층(250)의 하부에 위치하는 제2 반사방지층(240)은 제2 기능층(250)과 접하는 상부면에 습윤층(246)을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 습윤층은 예컨대 아연 산화물을 포함하는 유전체층으로 형성되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 습윤층은 도 2에 도시된 바와 같이 기능층의 하부 뿐만 아니라 상부[도면에 도시된 실시형태의 경우, 기능층의 상부면에 증착된 보호층의 상부]에도 함께 구비되도록 구성되어도 좋다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 보호층(230)의 상부에 위치하는 제2 반사층(240)은 제1 보호층(230)과 접하는 하부면에 습윤층(246)을 포함하고, 제2 보호층(260)의 상부에 위치하는 제3 반사층(270)은 제2 보호층(260)과 접하는 하부면에 습윤층(276)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 구조에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 종래에 비해 향상된 광학적화학적 특성을 갖도록(구체적으로는, 2.0% 이하의 낮은 수정방사율, 2.0ohm/sq 이하의 낮은 면저항, 35% 이하의 태양열 취득 계수, 40% 내지 70%의 투과율, 10% 내지 20%의 비코팅면 반사율(유리면 반사율), 12% 내지 16%의 코팅면 반사율 특성을 갖도록) 형성될 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 이들 실시예들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위에 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 투명 기재
200: 다층 박막 코팅
210: 제1 반사방지층
220: 제1 기능층
230: 제1 보호층
240: 제2 반사방지층
242: (제2 반사방지층 내에 포함되는 압축 응력을 갖는) 유전체층
244: 응력 완화층
250: 제2 기능층
260: 제2 보호층
270: 제3 반사방지층
280: 오버코트층
216, 246, 276: 습윤층

Claims (22)

  1. 태양광 제어 및 저방사 특성을 갖는 다층 박막 코팅(200)이 구비된 투명 기재(100)이며,
    상기 다층 박막 코팅(200)은 투명 기재(100)로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층(210), 제1 기능층(220), 제1 보호층(230), 제2 반사방지층(240), 제2 기능층(250), 제2 보호층(260) 및 제3 반사방지층(270)을 포함하고,
    상기 제1 반사방지층(210), 상기 제2 반사방지층(240) 및 상기 제3 반사방지층(270)은 각각 하나 이상의 유전체층을 포함하고,
    상기 제1 기능층(220) 및 상기 제2 기능층(250)은 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 기능층으로 형성되고,
    상기 제1 보호층(230)은 상기 제1 기능층(220)의 산화 방지를 위해 상기 제1 기능층(220)의 상부면에 직접 접촉하여 형성되고,
    상기 제2 보호층(260)은 상기 제2 기능층(250)의 산화 방지를 위해 상기 제2 기능층(250)의 상부면에 직접 접촉하여 형성되고,
    상기 제1 기능층(220)과 상기 제2 기능층(250)의 하부면에는 보호층이 구비되지 않고,
    상기 제1 보호층(230)과 상기 제2 보호층(260)의 물리적 두께의 총합은 3nm 이하이고,
    상기 제2 반사방지층(240)은 상기 제1 반사방지층(210) 및 상기 제3 반사방지층(270) 보다 두꺼운 물리적 두께를 갖고,
    상기 제1 기능층과 상기 제2 기능층 사이에 위치하는 상기 제2 반사방지층(240)에 응력 완화층(244)이 구비되고,
    상기 제2 반사방지층(240)은 서로 이격되어 배치되며 압축 응력을 갖는 2개 이상의 유전체층(242)과 인장 응력을 갖는 유전체층으로 형성되어 이러한 유전체층에 형성된 압축 응력을 상쇄하기 위한 1개 이상의 응력 완화층(244)을 포함하며,
    상기 1개 이상의 응력 완화층(244)의 물리적 두께의 총합은 20nm 이상인,
    투명 기재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호층(230)과 상기 제2 보호층(260)의 물리적 두께의 총합은 2nm 이하인,
    투명 기재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기능층(220)과 상기 제2 기능층(250)의 물리적 두께의 총합은 25nm 내지 40nm인,
    투명 기재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보호층(230) 및 상기 제2 보호층(260)은 각각 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 및 니오븀(Nb) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함하는,
    투명 기재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 기능층(220) 및 상기 제2 기능층(250)은 은(Ag)을 포함하는,
    투명 기재.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 응력 완화층(244)이 구비되는 제2 반사방지층(240)의 물리적 두께의 총합은 50nm 이상인,
    투명 기재.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 응력 완화층(244)은 주석 아연 산화물을 포함하는,
    투명 기재.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기능층(220)의 하부면 및 상기 제2 기능층(250)의 하부면에는 습윤층이 더 구비되는,
    투명 기재.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 보호층(230)의 상부면 및 상기 제2 보호층(260)의 상부면에도 습윤층이 추가로 구비되는,
    투명 기재.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 습윤층은 아연 산화물을 포함하는,
    투명 기재.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제3 반사방지층(270)의 상부에는 다층 박막 코팅(200)을 외부로부터 보호하는 오버코트층(280)이 더 구비되는,
    투명 기재.
  17. 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 수정방사율은 2.0% 이하인,
    투명 기재.
  18. 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 면저항은 2.0ohm/sq 이하인,
    투명 기재.
  19. 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 태양열 취득 계수는 35% 이하인,
    투명 기재.
  20. 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 투과율은 40% 내지 70%인,
    투명 기재.
  21. 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 비코팅면 반사율은 10% 내지 20%인,
    투명 기재.
  22. 제1항 내지 제5항 및 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 코팅면 반사율은 12% 내지 16%인,
    투명 기재.
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