KR20050004849A - 태양광 제어용 반사성 코팅 유리 제품 - Google Patents

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필킹톤 노쓰 아메리카, 인코포레이티드
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Abstract

코팅 유리 제품은 유리 기판, 및 상기 유리 기판 상에 침착된 적어도 제1 및 제2 코팅을 갖도록 형성된다. 제1 코팅은 제1 굴절률을 갖는 저복사율층이다. 제2 코팅은 상기 제1 코팅의 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 반사층이다. 코팅 유리 제품은 Rf가 15％ 초과이고, 복사율이 약 0.3 이하이다.

Description

태양광 제어용 반사성 코팅 유리 제품 {Reflective, Solar Control Coated Glass Article}
본 발명은 코팅 유리, 특히 태양광 제어용 가시광 반사성 코팅 유리 제품에 관한 것이다.
건축용 유리 상의 코팅은 특정 에너지 흡수 및 광 투과 특성을 제공하기 위해 일반적으로 이용된다. 또한, 코팅은 목적하는 반사 또는 스펙트럼 특성을 제공하여 심미적인 만족감을 제공한다. 코팅 제품은 대개 단독으로 또는 다른 코팅 제품과의 조합으로 사용되어 글레이징 또는 창 유닛을 형성한다.
전형적으로, 코팅 유리 제품은 "플로트 (float) 유리 공정"으로 당업계에 공지된 방법을 통해 유리 기판을 연속 코팅함으로써 "온-라인 (on-line)"으로 제조된다. 또한, 코팅 유리 제품은 스퍼터링 공정을 통해 "오프-라인 (off-line)"으로 제조된다. 상기 플로트 유리 공정은 적절하게 에워싸인 용융 주석 조 (bath)로 유리를 주조한 후 유리를 이동시키고, 충분히 냉각시킨 후 상기 조에 정렬된 롤을 들어올리고, 마지막으로 유리가 초기에는 레어 (lehr)를 거치고, 그 후 주위 분위기에 노출되도록 상기 롤을 가로질러 유리를 전진시키면서 냉각시키는 것을 포함한다. 상기 공정의 플로트 부분에서는 비산화성 분위기를 유지하고, 그 동안 유리를 용융 주석 조와 접촉시켜 주석의 산화를 방지한다. 레어에서는 산화성 분위기를유지시킨다. 일반적으로, 코팅은 플로트 조 공정의 플로트 조에서 유리 기판 상에 도포된다. 그러나, 코팅이 레어에서 기판 상에 도포될 수도 있다.
생성된 코팅 유리 기판의 속성은 플로트 유리 공정 또는 오프-라인 스퍼터링 공정 동안 도포된 특정한 코팅에 따라 좌우된다. 코팅의 조성 및 두께는 코팅 제품 내에 에너지 흡수 및 광 투과 특성을 부여하면서, 스펙트럼 특성에도 영향을 미친다. 목적하는 속성은 코팅층 또는 층들의 조성 또는 두께를 조정함으로써 달성할 수 있다. 그러나, 특정한 특성을 개선시키기 위한 조정은 코팅 유리 제품의 다른 투과 또는 스펙트럼 특성에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 대개, 코팅 유리 제품에서 특정 에너지 흡수 및 광 투과 특성의 조합을 시도하는 경우, 목적하는 스펙트럼 특성은 달성하기가 어렵다.
태양광 제어용 유리, 특히 반사 및 투과 둘 다에서 중성색 (neutral color)을 나타내는 고성능 태양광 제어용 유리에 대한 요구가 증가하고 있다. "고성능" 태양광 제어용 유리는 전체 입사 복사 에너지 (전체 태양열)에 비해 상당히 더 높은 비율로 입사광을 투과시키는 유리를 의미한다.
코팅 유리 제품에 있어서 필름측으로부터의 반사색은 중성이고, 투과색은 선택된 베이스 유리의 필름측에서 거의 변하지 않고 유지되도록, 그 자체가 중성색인 유리 제품을 위한 코팅 적층물을 제공하는 것이 유리할 것이다. 낮은 복사율 및 낮은 태양열 흡수 계수를 갖는 태양광 제어용 가시광 반사성 글레이징은 적어도 필름측 반사에 대해 바람직한 중성색을 제공하면서, 건물 및 가옥에서 에너지 비용을 상당히 개선시킬 것이다. 상기 글레이징의 낮은 복사율 특성은 흡수에 의해 어떠한 간접적인 에너지를 얻는 것을 최소화시킬 것이다.
<발명의 개요>
본 발명에 따라, 유리 기판, 상기 유리 기판 상에 침착된 제1 코팅, 및 상기 제1 코팅 상에 침착된 제2 코팅을 포함하는 태양광 제어용 가시광 반사성 제품이 제공된다. 상기 제1 코팅은 도핑된 금속 산화물로 구성되고, 특히 바람직한 실시양태로는 불소 도핑된 산화주석으로 구성된다. 상기 제1 코팅은 코팅 유리 제품에 낮은 복사율을 제공한다.
상기 제2 코팅은 상기 제1 코팅의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 투명한 금속 산화물로 구성된다. 제2 코팅의 부가는 코팅 유리 제품의 가시광 반사율을 증가시켜서, 생성된 코팅 유리 제품의 필름측은 반사율 Rf가 15％ 초과이고, 복사율이 약 0.3 이하가 된다.
바람직하게는, 코팅 유리 제품은 유리 기판과 도핑된 금속 산화물의 제1 코팅 사이에 침착된 훈색 (iridescence) 억제 중간층을 포함한다. 이러한 코팅은 투명 유리 기판에 도포되었을 때 투과 및 반사시에 중성색을 제공한다.
본 발명의 이점은 첨부된 도면을 고려할 때 하기하는 바람직한 실시양태의 상세한 설명으로부터 당업자에게 매우 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시양태에 따른 코팅 유리 제품의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시양태에 따른 코팅 유리 제품의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 코팅 유리 제품을 삽입한 이중 글레이징 유닛의 단면도이다.
도 1을 참고하여, 태양광 제어용 가시광 반사성 코팅 유리 제품 (1)은 유리 기판 (11), 및 저복사율층 (14) 및 반사층 (13)을 포함하는 다층 코팅 (12)를 포함한다.
도 2에 도시된 실시양태는 코팅 유리 제품 (2)가 유리 기판 (21) 및 다층 코팅 (22)를 포함하는 것으로서, 도 1의 실시양태와 유사하다. 그러나, 코팅 (22)는 이후 추가로 논의되는 바와 같이 저복사율층 (24) 및 반사층 (23) 이외에 훈색 억제 하층 (25)를 포함한다는 점에서 상기 코팅 (12)와 상이하다.
도 3은 제2 창유리인 글레이징 재료 (31) (전형적으로, 투명 플로트 유리)과 평행하게 이격된 상태로 조립된 도 1의 코팅 창유리 (1)을 도시한 것으로, 상기 창유리들은 이격 및 밀봉 시스템 (32)에 의해 함께 이격 및 밀봉되어, 공기층 (33)을 갖는 이중 글레이징 유닛 (3)을 형성한다. 코팅 (12)는 상기 유닛의 공기층 (33)과 대향하며, 글레이징된 공간 (반드시 그런 것은 아니나 보통 건물)의 내부를 향한다. 특정한 바람직한 실시양태에서, 제2 창유리인 글레이징 재료 (31)에는 공기층 (33)을 향하는 저복사율층 (도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 유리 제품의 제조에 사용하기에 적합한 유리 기판은 건축용 글레이징의 제조에 유용한 것으로 당업계에 공지된 임의의 전형적인 유리 조성물을 포함할 수 있다. 바람직한 기판은 플로트 색유리 리본이며, 이 때, 본 발명의 코팅은 플로트 유리 공정의 가열 대역에서 도포된다. 추가로, 투명 유리 기판이 본 발명의 다층 적층물을 도포하는 데 적합할 수 있다. 그러나, 코팅 유리 제품의 스펙트럼 및 에너지 투과 특성의 면에서는 색유리 기판이 특히 바람직하다.
저복사율층은 금속 화합물, 보통 금속 산화물 (금속 질화물 및 금속 규화물과 같은 다른 저복사율 화합물은 보다 낮은 광 투과성을 갖는 경향이 있음)의 층, 및 도핑된 인듐, 주석 또는 아연 산화물과 같은 투명한 반도체 층이다. 바람직한 재료로는 주석 도핑된 산화인듐 및 불소 도핑된 산화주석이 포함되고, 불소 도핑된 산화주석이 특히 바람직하다. 저복사율층은 두께가 보통 1000 Å 내지 6000 Å (보다 두꺼운 층의 사용은 보상되어야 할 복사율의 충분한 감소없이 광 투과율의 불필요한 감소를 일으킴), 특히 2000 Å 내지 5000 Å일 것이다. 저복사율층은 0.3 미만의 복사율을 제공하나 (본 설명 및 첨부된 청구항에서 언급된 복사율의 수치값은 반구상 복사율의 값 (Eh)임), 0.2 이하의 복사율을 제공하는 저복사율층을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 코팅 유리 제품에서 반사층은 저복사율층 상에 침착된다. 반사층은 가시 스펙트럼에서 저복사율층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 반사층의 굴절률은 일반적으로 약 2.0 이상일 것이다. 반사층은 보통 산화티탄, 산화지르코늄 또는 산화크롬과 같은 투명한 금속 산화물의 층이다. 코팅 유리 제품의 반사층을 형성하는 데 있어서는 산화티탄이 특히 바람직한 재료이다.
본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제6,238,738호에 기재된 것과 같은 대기압 화학 증착에 의해 형성된 산화티탄 코팅은 광촉매성 및 친수성인 것으로 공지되어 있다. 따라서, 글레이징의 외향 표면 상에 본 발명의 코팅 적층물을 사용하면, 소위 "자정 (self-cleaning)" 특성이 생길 것이다. 물론, 절연 유리 유닛의 외향 표면 상에 본 발명의 코팅 적층물을 사용하는 것은, 절연 유리 유닛의 창유리의 비노출 표면 상에 동일한 코팅 적층물을 사용하는 것에 비해, 태양광 제어 특성에 불리한 영향이 미칠 것이다.
본 발명에서와 같은 박막의 사용은 간섭색 및 훈색의 외관을 나타낼 수 있다. 간섭 영향으로 인한 바람직하지 않은 색을 피하기 위해 또는 적어도 경감시키기 위해, 채색 억제 하층 (이 자체는 하위층들의 조합일 수 있음)을 저복사율층 및 반사층의 침착 전에 유리에 도포할 수 있다. 통상적으로, 훈색 억제 코팅은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제4,187,336호, 제4,419,386호 및 제4,206,252호에는 간섭색의 억제에 적합한 코팅 기술이 기재되어 있다. 본 발명의 중간층은 단일 훈색 억제 코팅, 2층 코팅, 또는 구배 코팅을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 측면에 따라, 훈색 억제층 또는 층들은 저복사율층 및 반사층을 포함하는 코팅 아래에 삽입된다.
본 발명의 저복사율층 및 반사층은 공지된 기술에 의해, 예를 들어 반응성 스퍼터링을 비롯한 스퍼터링에 의해, 또는 화학 증착에 의해 침착시킬 수 있다. 실제로, 유리 제작 공정 동안 유리의 고온 리본에 코팅을 도포할 수 있는 한, 화학 증착 기술에 의해 상기 두 층 모두를 침착시킬 수 있다는 것이 본 발명의 중요한 이점이다. 화학 증착에 의한 금속 산화물의 침착 방법은 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 제5,698,262호, 제5,773,086호 및 제6,238,738호에 기재되어 있다.
본 발명은 하기 실시예를 통해 설명되나 이로 한정되지 않는다. 실시예에서 (그외 상세한 설명 및 청구항에서도 마찬가지로), Tvis는 퍼킨-엘머 람다 (Perkin-Elmer Lambda) 19 분광계 상에서 광원 C를 이용하여 측정한 가시광 투과율을 나타낸다. 제시된 전체 태양열 투과율 (Tsol)은 표면 상에 입사된 직달 수직 복사선 (direct normal radiation)을 나타내며 (공기 질량 1.5), 이는 태양 스펙트럼 조사 함수 (solar spectrum irradiation function, ASTM E891-87)를 이용하여 칭량함으로써 측정된다. Rg 및 Rf는 각각 유리 및 필름측에서 측정한 전체 가시광 반사율이다. 이들 반사율은 비와이케이 가드너 사이언티픽 (BYK Gardner Scientific)으로부터 입수할 수 있는 컬러스피어 (Colorsphere) 분광계를 이용하여 측정하였다. SHGC는 태양열 흡수 계수이고, SC는 차폐 계수이다. 겨울 시간 U 값 및 여름 시간 U 값은 각각 Uwin 및 Usum으로 나타낸다. 코팅 유리 제품의 필름측으로부터 투과 및 반사된 광의 색은 CIELAB 색도 좌표 a*및 b*에 따라 측정하였다.
실시예 1 내지 3
플로트 유리 제작 공정 동안 실시예 1 내지 3의 다층 코팅 적층물을 화학 증착에 의해 투명 플로트 유리 리본 상에 침착시켰다. 상기 유리는 두께가 3 내지 3.2 mm였다. 먼저, 훈색 억제 중간층을 플로트 유리 제작 공정의 가열 대역에서 유리 기판의 표면 상에 침착시켰다. 훈색 억제층은 유리 기판 상에 침착되고 그에 부착된 산화주석 코팅을 포함하였다. 상기 산화주석은 산화성 분위기하에 상기 기판 표면 상에 디메틸 주석 이염화물을 도입시킴으로써 플로트 유리 공정의 가열 대역에서 화학 증착에 의해 도포되었다. 그 후, 플로트 공정의 가열 대역에서 산소 및 에틸렌의 존재하에 기판 표면 근처에서 실란을 반응시킴으로써 상기 산화주석 코팅 표면 상에 이산화규소 코팅을 도포하였다.
불소 도핑된 산화주석 코팅을 상기 이산화규소 코팅의 표면 상에 침착시켰다. 상기 불소 도핑된 산화주석 코팅은 산화성 분위기하에 기판 표면 상에 디메틸 주석 이염화물, 물 및 불화수소를 도입시킴으로써 플로트 유리 공정의 가열 대역에서 화학 증착에 의해 침착되었다.
이산화티탄 코팅을 상기 불소 도핑된 산화주석 코팅의 표면 상에 침착시켰다. 상기 이산화티탄 코팅 또한 미국 특허 제6,238,738호에 기재된 바와 같이 기판 표면 상에 사염화티탄 및 유기 산소원을 도입시킴으로써 플로트 유리 공정의 가열 대역에서 화학 증착에 의해 침착되었다.
광학적으로 측정한 층 두께 (Å) 및 생성된 코팅 유리 제품의 특성을 하기 표 1에 기재하였다. 각각의 경우, 헤이즈 (haze)는 1.0％ 미만이었다.
실시예 4 내지 15
실시예 1 내지 3에 따라 하기 층 두께를 갖는 코팅 유리 제품을 제조하였다: 271 Å SnO2, 172 Å SiO2, 2100 Å SnO2:F, 및 300 Å TiO2. 샘플의 Eh는 0.22로 측정되었다. 그 후, 1/4 인치의 두께를 갖는 투명한 색 및 다양한 색의 다양한 유리 기판 상에 있는 이 코팅 적층물에 대하여 특성들을 계산하였다. 이들 실시예를 실시예 4 내지 9로 하였으며, 하기 표 2에 기재하였다.
실시예 4 내지 9의 동일한 코팅 유리 제품을 구조체의 내측을 향하는 코팅 적층물을 갖는 절연 유리 유닛에서 선외광 (outboard light)으로서 사용하여 이들에 대한 특성들을 계산하였다. 1/4 인치 두께의 투명한 유리 시트를 절연 유리 유닛의 선내광 (inboard light)으로서 사용하고, 코팅 제품으로부터 1/2 인치 지점에 위치시켰다. 이들 실시예를 실시예 10 내지 15로 하였으며, 하기 표 3에 기재하였다.
상기 실시예에서 사용된 유리들은 모두 필킹톤 노쓰 아메리카 인크. (Pilkington North America, Inc., 오하이오주 톨레도 소재)에서 시판되는 것이다. 실시예 4 및 10은 투명 유리 상에, 실시예 5 및 11은 상표명 아크틱 블루 (Arctic BlueTM)로 판매되는 청색 유리 상에, 실시예 6 및 12는 청록색 유리 상에, 실시예 7 및 13은 청동색 유리 상에, 실시예 8 및 14는 상표명 에버그린 (EvergreenTM)으로 판매되는 녹색 유리 상에, 실시예 9 및 15는 회색 유리 상에 있었다.
본 발명의 코팅은 종래 기술에 비해 중요한 이점을 제공한다. 이는 열분해법에 의한 제작에 적합하고 (이는 그 자체로 온-라인 도포에 제공되는 추가의 이점임), 고내구성 형태로 수득될 수 있으며, 취급 및 가공에 있어 특별한 주의에 대한 요구를 감소시키고, 다중 글레이징 유닛 내에서 코팅을 보호할 필요없이 자립성 (free standing) 글레이징으로 코팅의 사용 가능성을 증가시킨다.
뿐만 아니라, 복사율이 약 0.3 이하, 바람직하게는 약 0.2 이하이고, Rf가15％ 이상, 바람직하게는 18％ 이상, 가장 바람직하게는 20％ 이상인 코팅 유리 제품을 사용함으로써 우수한 성능이 달성될 수 있다. 적합한 색유리 상에 침착시키는 경우, 생성된 코팅 유리 제품은 0.5 이하, 바람직하게는 0.45 이하의 SHGC를 갖는다.
본 발명의 바람직한 코팅 유리는, 상기 코팅에 의해, 각각 (a*2+b*2)1/2가 12 미만, 특히 10 미만인 반사색 (코팅된 측면에서 볼 때) 및 투과색 (투명 플로트 유리에 도포하였을 때)을 나타내는 유리이다. 특히 바람직한 실시양태에서, 반사색 및 투과색은 각각 (a*2+b*2)1/2가 7 미만이다.

Claims (34)

  1. a) 유리 기판;
    b) 저복사율층을 포함하고 제1 굴절률을 갖는, 상기 유리 기판 상에 침착된 제1 코팅; 및
    c) 반사층을 포함하고 상기 제1 코팅의 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는, 상기 제1 코팅 상에 침착된 제2 코팅을 포함하며,
    Rf가 15％ 초과이고, 복사율이 약 0.3 이하인 코팅 유리 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판이 색유리 시트로 구성되는 코팅 유리 제품.
  3. 제2항에 있어서, SHGC (태양열 흡수 계수)가 0.5 이하인 코팅 유리 제품.
  4. 제2항에 있어서, SHGC가 0.45 이하인 코팅 유리 제품.
  5. 제2항에 있어서, 30％ ≤Tvis ≤70％인 코팅 유리 제품.
  6. 제1항에 있어서, Rf가 18％ 초과인 코팅 유리 제품.
  7. 제1항에 있어서, Rf가 20％ 초과인 코팅 유리 제품.
  8. 제1항에 있어서, 복사율이 약 0.2 이하인 코팅 유리 제품.
  9. 제1항에 있어서, 상기 저복사율층이 도핑된 금속 산화물을 포함하는 것인 코팅 유리 제품.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도핑된 금속 산화물이 도핑된 산화주석을 포함하는 것인 코팅 유리 제품.
  11. 제10항에 있어서, 상기 도핑된 산화주석이 불소 도핑된 산화주석을 포함하는 것인 코팅 유리 제품.
  12. 제1항에 있어서, 상기 반사층이 금속 산화물로 구성되는 것인 코팅 유리 제품.
  13. 제12항에 있어서, 상기 금속 산화물이 산화티탄으로 구성되는 것인 코팅 유리 제품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 산화티탄이 코팅 유리 제품에 광촉매성 친수성 표면을 제공하는 것인 코팅 유리 제품.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅이 글레이징 (glazing)의 외향 표면상에 침착되어 글레이징의 일부를 형성하는 것인 코팅 유리 제품.
  16. 제1항에 있어서, 상기 유리 기판과 상기 제1 코팅 사이에 침착된 채색 억제층 또는 층들을 더 포함하는 코팅 유리 제품.
  17. 제1항에 있어서, 절연 글레이징 유닛의 창유리 (pane) 중 하나를 형성하는 코팅 유리 제품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅이 절연 유리 유닛의 또다른 창유리를 향하는 코팅 유리 제품의 표면 상에 침착된 것인 코팅 유리 제품.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅이 열분해법에 의해 형성되는 코팅 유리 제품.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅이 화학 증착에 의해 형성되는 코팅 유리 제품.
  21. 제1항에 있어서, 상기 코팅에 의해, 각각 (a*2+b*2)1/2가 12 미만인 반사색 (코팅된 측면에서 볼 때) 및 투과색 (투명 플로트 (float) 유리에 도포하였을 때)을 나타내는 코팅 유리 제품.
  22. 제21항에 있어서, 상기 코팅에 의해, 각각 (a*2+b*2)1/2가 7 미만인 반사색 (코팅된 측면에서 볼 때) 및 투과색 (투명 플로트 (float) 유리에 도포하였을 때)을 나타내는 코팅 유리 제품.
  23. a) 유리 기판;
    b) 불소 도핑된 산화주석으로 구성되고 제1 굴절률을 갖는, 상기 유리 기판 상에 침착된 제1 코팅; 및
    c) 산화티탄으로 구성되고 상기 제1 코팅의 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는, 상기 제1 코팅 상에 침착된 제2 코팅을 포함하며,
    Rf가 15％ 초과이고, 복사율이 약 0.3 이하인 코팅 유리 제품.
  24. 제23항에 있어서, 상기 유리 기판이 색유리 시트로 구성되는 것인 코팅 유리 제품.
  25. 제24항에 있어서, SHGC가 0.5 이하인 코팅 유리 제품.
  26. 제24항에 있어서, SHGC가 0.45 이하인 코팅 유리 제품.
  27. 제24항에 있어서, 30％ ≤Tvis ≤70％인 코팅 유리 제품.
  28. 제23항에 있어서, Rf가 18％ 초과인 코팅 유리 제품.
  29. 제23항에 있어서, Rf가 20％ 초과인 코팅 유리 제품.
  30. 제23항에 있어서, 복사율이 약 0.2 이하인 코팅 유리 제품.
  31. 제23항에 있어서, 상기 산화티탄이 코팅 유리 제품에 광촉매성 친수성 표면을 제공하는 것인 코팅 유리 제품.
  32. 제31항에 있어서, 상기 제1 및 제2 코팅이 침착된 유리 기판의 표면이 외향하도록 글레이징에 삽입된 코팅 유리 제품.
  33. 제23항에 있어서, 상기 유리 기판과 상기 제1 코팅 사이에 침착된 채색 억제층 또는 층들을 더 포함하는 코팅 유리 제품.
  34. 비노출 표면 및 외부 표면을 갖는 제1 유리 시트 및 제2 유리 시트;
    상기 제1 유리 시트의 비노출 표면에 도포된 다층 코팅; 및
    상기 제1 및 제2 유리 시트를 비노출 표면이 서로 대향하도록 평행하게 이격된 상태로 유지시키기 위해, 상기 제1 및 제2 유리 시트의 주변 둘레를 고정시킨 프레임을 포함하고,
    상기 다층 코팅은 제1 굴절률을 갖는 저복사율층, 및 상기 저복사율층의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는, 상기 저복사율층 상에 참착된 반사층을 포함하는, 절연 유리 유닛.
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