KR102529236B1 - 다층 코팅 2면 거울 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기재, 상기 투명 기재 상에 코팅된 유전막층, 및 상기 유전막층 상에 코팅된 알루미늄층을 포함하며, 상기 유전막층은 상기 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함하는 다층 코팅 2면 거울에 관한 것이다.

Description

다층 코팅 2면 거울 및 이의 제조방법{Second surface mirror having multiple coating and producing method thereof}
본 발명은 다층 코팅 2면 거울 및 이의 제조방법 에 관한 것이다.
2면 거울이란 빛의 반사를 위해 위해 유리의 후면 즉 2면에 은(Ag) 등을 코팅한 거울로서, 일반적인 거울이 이러한 2면 거울에 해당한다. 2면 거울의 제조시에는 은의 코팅을 위해 질산은 용액으로부터 은을 유리기판에 침전시키는 습식 화학적 공정(질산은 용액으로부터의 은의 침전 등) 또는 은의 진공증착 공정과 같은 기술을 사용한다.
이러한 은은 알루미늄과 같은 다른 금속과 비교하여 가시광 영역에서의 반사율이 높은 장점이 있으나, 반면 내염수성, 내마모성 등의 내구성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 또한 이러한 은 증착에 대한 종래기술 중 습식 화학적 공정에서의 은 증착공정으로부터 생기는 세정수는 약제, 은, 구리 및 주석과 같은 물질을 함유하고 있기 때문에, 사용된 용액과 더불어 환경친화적인 방식으로 폐기해야 한다는 문제점이 있다. 더욱이, 은은 기판과의 밀착성이 나쁘기 때문에 대기 중의 SO2와 같은 황화합물과 수분에 의해 변색되는 등의 손상 및 거울 품질 저하가 나타날 수 있으며 제조공정 비용이 비싸다는 문제점 역시 가지고 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위한 종래기술로서 일본 공개특허공보 제2003-4919호는 유리 기판과 은 사이에 Al2O3 박막층을 코팅하는 기술을 개시하고 있고, 일본 공개특허공보 제2002-226927호는 은에 Ce 및 Nd를 혼합한 반사막을 코팅하는 기술을 개시하고 있고, 일본 공개특허공보 제2000-81505호는 기판과 은 사이에 산화크롬(CrO2)을 코팅하는 기술을 개시하고 있고, 일본 공개특허공보 제2001-74922호는 기판과 은 사이에 산화규소(SiO2)로 이루어지는 코팅층을 형성하는 기술을 개시하고 있고, 일본 특허공보 제2831932호는 유리 기판에 함유된 나트륨 이온이 은 반사막을 오염시키는 것을 방지하기 위해 산화규소(SiO2)를 사용하는 기술을 개시하고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1286832호는 산화티탄(TiO2)을 코팅하는 기술을 개시하고 있다.
그러나 이들의 반사막은 기판 위에 은을 직접 코팅한 것보다 가시광 영역의 반사율이 낮거나, 또는 은과 기판 사이에 코팅층을 추가로 형성하기 때문에 제조공정의 비용이 더욱 상승하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 저렴한 비용으로 우수한 반사율을 가지는 2면 거울의 제조방법에 대한 요구가 여전히 존재한다.
본 발명은 다층 코팅 2면 거울이 기재 상에 코팅된 유전막층, 및 상기 유전막층 상에 코팅된 알루미늄층을 포함하고, 상기 유전막층이 교대로 형성된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함함으로써 저렴한 가격으로 우수한 반사율을 가지는 2면 거울을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 2면 거울을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 투명 기재, 상기 투명 기재 상에 코팅된 유전막층, 및 상기 유전막층 상에 코팅된 알루미늄층을 포함하며, 상기 유전막층은 상기 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함한다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 제조방법은 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함하는 유전막층을 형성하는 단계, 및 상기 유전막층 상 에 알루미늄층을 코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명은 은보다 가격이 저렴하지만 반사율이 낮은 알루미늄을 이용하여 은과 비슷하거나 이보다 우수한 반사율을 가지는 2면 거울 제작 기술에 관한 것으로써, 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 교대로 코팅한 후 순차적으로 알루미늄층을 코팅하는 것을 포함한다. 본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 은 코팅 거울과 비슷하거나 이보다 우수한 반사율을 구현할 수 있는 동시에, 알루미늄을 사용하기 때문에 더욱 경제적이고 친환경적으로 제조될 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 알루미늄을 포함하기 때문에 종래의 은 코팅 2면 거울에 비해 재료비를 낮출 수 있음은 물론이고, 은에 비해서 더 우수한 화학적, 기계적, 외부환경에 대한 내구성을 가진다. 또한 은과 유리 기판의 접착력이 좋지 않기 때문에 아연산화막, 니켈-포함 산화막, 또는 니켈-크롬 산화막 등을 초벌층(Seed Layer)으로 사용해야 했던 종래 기술과 달리, 본 발명의 다층 코팅 2면 거울에 사용되는 알루미늄은 유리 기판과 성분이 비슷하므로, 유리와의 밀착력이 우수한 규소를 포함하는 박막층이 코팅된 유리 기판에 대한 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다층 코팅 2면 거울의 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 투명 기재, 상기 투명 기재 상에 코팅된 유전막층, 및 상기 유전막층 상에 코팅된 알루미늄층을 포함하며, 상기 유전막층은 상기 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 다층 코팅 2면 거울의 단면도이다. 도 1에 따르면, 투명 기재 (10) 상에 저굴절률 유전막 (20, 40, 60)과 고굴절률 유전막 (30, 50)이 교대로 적층되어 있고, 그 위에 알루미늄과 같은 반사금속층 (70)이 적층되어 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 유전막층 상에 코팅된 알루미늄 층의 두께는 50~60nm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 53~57nm이다. 두께가 상기 범위를 벗어날 경우 거울의 반사율(Rg)이 저하되는 문제가 발생 할 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 저굴절률 유전막은 규소 함유 산화물, 알루미늄 함유 산화물, 규소 및 알루미늄 함유 산화물, 마그네슘 함유 불화물 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 규소 함유 산화물은 산화규소(SiO2), 상기 알루미늄 함유 산화물은 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 상기 마그네슘 함유 불화물은 불화마그네슘(MgF2)일 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 저굴절률 유전막의 두께는 75~230nm인 것이 바람직하고, 상기 두께 범위를 벗어날 경우 거울의 반사율(Rg)이 저하되는 문제가 발생 할 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 저굴절률 유전막은 1.3 내지 1.6 범위의 굴절률을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
투명한 규소 함유 산화물은 알루미늄의 반사율을 더욱 높여줄 수 있다. 예를 들어, 상기 규소 함유 산화물층 위에 고굴절률 산화막 혹은 질화막을 적층하고, 추가로 그 위에 규소 함유 산화물을 포함하는 저굴절률 산화막층을 교대로 적층하면 빛의 간섭효과에 의해 더욱 높은 반사율을 가지는 다층 코팅 2면 거울을 제조할 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 고굴절률 유전막은 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 알루미늄, 아연 또는 니오브를 함유하는 산화물 및 질화물, 및 규소 함유 질화물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고굴절률 유전막은 산화티타늄(TiO2), 질화규소(Si3N4), 산화니오브(Nb2O5), 산화지르코늄(ZrO2), 또는 ZnAlO을 포함할 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 고굴절률 유전막의 두께는 50~75nm인 것이 바람직하고, 상기 두께 범위를 벗어날 경우 거울의 반사율(Rg)이 저하되는 문제가 발생 할 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 고굴절률 유전막은 1.9 내지 2.6 범위의 굴절률을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 유전막층은 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막이 교대로 1 회 내지 10 회 코팅되어 형성된 복수의 유전막을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 86% 이상의 반사율을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 투명 기재는 유리, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 베이클라이트 및 이들의 조합들으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 상기 알루미늄층 상에 코팅된, 금속보호층 및 무기보호층으로부터 선택되는 하나 이상의 보호층을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 금속보호층 및 무기보호층은 내화학성 및 코팅면 내스크래치성과 같은 내구성 향상을 위한 목적으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 니켈-크롬 혹은 니켈-크롬 질화물을 포함하는 금속보호층 및/또는 규소 포함 질화물 혹은 산화물과 같은 무기보호층이 적층될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 제조방법은 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함하는 유전막층을 형성하는 단계, 및 상기 유전막층 상에 알루미늄층을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유전막 및 알루미늄층의 코팅은 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 또는 마그네트론 스퍼터링 방식에 의해 형성될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 막 코팅 방법으로부터 당업자가 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 제조방법은 투명 기재 상에 저굴절률 유전막을 먼저 코팅한 후에, 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 교대로 코팅하여 유전막층을 형성하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 제조방법은 투명 기재 상에 바로 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 교대로 코팅하여 유전막층을 형성하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본 발명의 다층 코팅 2면 거울의 제조방법의 유전막층을 형성하는 단계는, 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 교대로 1 회 내지 10 회 코팅하는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 어떠한 의미로든 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 10의 다층 코팅 2면 거울을 아래 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같은 조성으로 제조한 뒤 반사율을 측정하였다. 유전막층의 코팅을 위해서는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD) 또는 마그네트론 스퍼터링 방식을 사용하였다.
표 1 및 2의 비교예 및 실시예들에 따른 2면 거울이 가지는 고굴절률 유전층 또는 저굴절률 유전층의 두께가 나노미터 (nm) 단위로 나타나 있으며, 비교예 및 실시예로써 제조된 2면 거울의 반사율 (Rg)이 % 단위로 나타나 있다. 반사율은 퍼킨 엘머 람다 950(Perkin elmer Lambda 950) 기기를 이용하여 가시광선 (380~780nm) 영역에서 측정하였으며, KS L 2514 기준으로 계산되었다.
[표 1]
Figure 112016002934997-pat00001
[표 2]
Figure 112016002934997-pat00002
비교예 1
5 mm 소다라임 유리의 반사율을 측정하였다.
비교예 2
5 mm 소다라임 유리에 100 nm의 두께로 은이 증착된 유리면의 반사율을 측정하였다. 가시광영역 (380~780 nm)에서의 반사율은 89.2%로 측정되었다.
비교예 3
5 mm 소다라임 유리에 55 nm의 두께로 알루미늄이 증착된 유리면의 반사율을 측정하였다. 가시광영역(380~780 nm)에서의 반사율은 82.6%로 측정되어, 비교예 2 대비 6.6% 낮은 것으로 나타났다.
비교예 4
5 mm 소다라임 유리에 산화규소(SiO2)와 알루미늄(Al)을 순서대로 증착한 후 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 그 결과 시중에 판매되는 2면 거울의 바람직한 반사율 값인 83%이상으로 나타났다.
실시예 1 및 3
5 mm 소다라임 유리에 산화티타늄(TiO2)와 산화규소(SiO2)를 순서대로 증착 (실시예 1) 또는 2 회 반복 증착 (실시예 3)한 후 알루미늄(Al)을 증착하여 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 비교예 2의 은을 증착한 2면 거울의 반사율 값과 비슷하거나 그 이상의 수준으로 나타났다.
실시예 2 및 4
5 mm 소다라임 유리에 산화규소(SiO2)를 증착한 후, 추가로 산화티타늄(TiO2)와 산화규소(SiO2)을 순서대로 증착 (실시예 2) 또는 2 회 반복 증착 (실시예 4)한 후 알루미늄(Al)을 증착하여 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 비교예 2의 은을 증착한 2면 거울의 반사율 값과 비슷하거나 그 이상의 수준으로 나타났다.
실시예 5 및 7
5 mm 소다라임 유리에 질화규소(Si3N4)와 산화규소와 (SiO2)를 순서대로 증착 (실시예 5) 또는 2 회 반복 증착 (실시예 7)한 후 알루미늄(Al)을 증착하여 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 시중에 판매되는 2면 거울의 바람직한 반사율 값인 83%이상, 또는 비교예 2의 은을 증착한 2면 거울의 반사율 값과 비슷하거나 그 이상 수준으로 나타났다.
실시예 6 및 8
5 mm 소다라임 유리에 산화규소(SiO2)를 증착한 후 추가로 질화규소(Si3N4)와 산화규소(SiO2)를 순서대로 (실시예 6) 또는 2 회 반복 증착 (실시예 8)한 후 알루미늄(Al)을 증착하여 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 비교예 2의 은을 증착한 2면 거울의 반사율 값과 비슷하거나 그 이상 수준으로 나타났다.
실시예 9
5 mm 소다라임 유리에 질화규소(Si3N4)를 증착하고 산화규소(SiO2)와 산화티타늄(TiO2)을 반복 증착 한 후, 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 시중에 판매되는 2면 거울의 바람직한 반사율 값인 83%이상, 또는 비교예 2의 은을 증착한 2면 거울의 반사율 값과 비슷하거나 그 이상 수준으로 나타났다.
실시예 10
5 mm 소다라임 유리에 산화규소(SiO2), 질화규소(Si3N4), 산화규소(SiO2), 산화티타늄(TiO2), 및 산화규소(SiO2)를 순서대로 증착한 후 알루미늄(Al)을 증착하여 반사율을 측정하였다. 측정된 반사율은 비교예 2의 은을 증착한 2면 거울의 반사율 값과 비슷하거나 그 이상 수준으로 나타났다.
상기 표 1 및 2에 나타난 비교예 및 실시예들로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 다층 코팅 2면 거울은 은에 비해 반사율이 낮은 알루미늄을 사용하였음에도 불구하고 시중에 판매되는 2면 거울 또는 비교예의 은 증착 2면 거울과 비슷하거나 이보다 우수한 반사율을 나타낸다는 것이 확인되었다.

Claims (8)

  1. 유리를 포함하는 투명 기재;
    상기 투명 기재 상에 코팅된 유전막층; 및
    상기 유전막층 상에 코팅된 두께가 53 내지 57 nm인 알루미늄층
    을 포함하며,
    상기 유전막층은 상기 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함하는, 다층 코팅 2면 거울로서,
    상기 투명 기재 상에 저굴절률 유전막이 적층되어 있고, 상기 알루미늄 층은 저굴절률 유전막 상에 적층되어 있으며,
    상기 저굴절률 유전막은 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 및 불화마그네슘(MgF2)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 두께가 75 내지 230 nm인 것이며,
    상기 고굴절률 유전막은 산화티타늄(TiO2), 질화규소(Si3N4), 산화니오브(Nb2O5), 산화지르코늄(ZrO2) 및 ZnAlO로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 두께가 50 내지 75 nm인 것인, 다층 코팅 2면 거울.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저굴절률 유전막은 1.3 내지 1.6 범위의 굴절률을 가지는 것인, 다층 코팅 2면 거울.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고굴절률 유전막은 1.9 내지 2.6 범위의 굴절률을 가지는 것인, 다층 코팅 2면 거울.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전막층은 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막이 교대로 1 회 내지 10 회 코팅되어 형성된 복수의 유전막을 포함하는 것인, 다층 코팅 2면 거울.
  7. 제 1 항에 있어서,
    86% 이상의 반사율을 가지는, 다층 코팅 2면 거울.
  8. 유리를 포함하는 투명 기재 상에 교대로 코팅된 고굴절률 유전막 및 저굴절률 유전막을 포함하는 유전막층을 형성하는 단계; 및
    상기 유전막층 상에 두께가 53 내지 57 nm인 알루미늄층을 코팅하는 단계를 포함하는, 다층 코팅 2면 거울의 제조방법으로서,
    상기 투명 기재 상에 저굴절률 유전막이 적층되어 있고, 상기 알루미늄 층은 저굴절률 유전막 상에 적층되어 있으며,
    상기 저굴절률 유전막은 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 및 불화마그네슘(MgF2)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 두께가 75 내지 230 nm인 것이며,
    상기 고굴절률 유전막은 산화티타늄(TiO2), 질화규소(Si3N4), 산화니오브(Nb2O5), 산화지르코늄(ZrO2) 및 ZnAlO로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하고, 두께가 50 내지 75 nm인 것인, 다층 코팅 2면 거울의 제조방법.
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