KR20050084671A - 적외선 반사층 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 기판 층; 제 1 금속 산화물 층; 제 1 은 함유층; 제 2 금속 산화물 층; 제 2 은 함유층 및 제 3 금속 산화물층을 포함하는 적외선 층 구조에 관한 것이다. 제 1, 제 2 및 제 3 금속 산화물 층은 500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진다. 유리상에 적층된 본 발명에 따른 층진 구조는 70% 보다 높은 가시적 투과율(VLT) 및 0.44 보다 낮은 태양열 이득 계수(SHGC)를 가진다. 본 발명은 추가로 투명한 열적 미러로서 층진 구조의 사용에 관한 것이다.
Description
본 발명은 적외선 반사 층진 구조 및 열적 미러로서 층진 구조의 사용에 관한 것이다.
가시적 스펙트럼의 방사선을 전송하는 동안 적외선 스펙트럼의 방사선을 반사하는 열적 미러들은 빌딩들 또는 차량들의 윈도우들 같은 애플리케이션에서 중요하다.
투명한 열적 미러들에 대하여, 가시 광 투과도 높아야 하고, 따라서 반사도 및 흡수도는 낮아야 한다. 예를들어 미국에서, 자동차 방풍 유리들은 적어도 70%의 가시광의 투과도를 가져야 한다. 그러나, 적외선에서 열적 미러는 높은 반사도를 가져야 하고 적외선의 투과도 및 흡수도는 낮아야 한다.
교번하는 유전체 및 금속 층들의 적층부를 포함하는 열적 미러들은 종래에 공지되었다. 낮은 열 투과도를 특징으로 하는 열적 미러를 얻기 위하여, 일반적으로 적어도 3개의 금속 층들은 필요하다. 그러나, 금속 층들의 수 및 두께는 가시광 투과도 및 비용 및 제조 공정의 복잡성에서 악영향을 가진다.
금속 층으로서 은을 사용하는 것은 잘 공지되었다. 그러나, 은 층은 낮은 안정성, 낮은 내구성 및 빈약한 습기 및 날씨 저항성을 가진다.
도 1, 2 및 3은 본 발명에 따른 적외선 반사층 구조의 여러 실시예들을 도시한다.
도 4는 TiO2 코팅의 광학 특성을 도시한다.
도 5는 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우 필름의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 층 구조를 포함하는 자동차 글레이징(glazing)의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 층진 구조의 투과도를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 층진 구조의 반사도를 도시한다.
도 9 및 10은 2개의 다른 형태의 층진 구조들을 가진 본 발명에 따른 층진 구조의 투과도 및 반사도를 비교하는 것을 도시한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 단점들을 피하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 적외선 반사 층 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 최소 수의 금속 층들을 가지고 우수한 가시광 투과도 및 낮은 태양열 이득 계수를 특징으로 하는 적외선 반사층 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 안정성 및 높은 날씨 저항성을 가진 은 함유 층들을 가진 적외선 반사층 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따라, 적외선 반사층 구조는 제공된다. 상기 층 구조는,
- 투명 기판층;
- 제 1 금속 산화물 층;
- 제 1 은 함유 층;
- 제 2 금속 산화물 층;
- 제 2 은 함유 층 및;
- 제 3 금속 산화물 층을 포함한다.
제 1, 제 2 및 제 3 금속 산화물 층은 500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진다.
본 발명에 따른 층 구조에서, 한쌍의 은 함유층-금속 산화물층의 수는 2개로 제한된다. 다양한 금속 산화물 층들의 두께 및 제 1 및 제 2 은 함유 층들의 두께는 유리상에 적층된 층진 구조가 70% 이상의 가시적 광 투과도(VLT) 및 0.44 이하의 태양열 이득 계수(SHGC)를 가지도록 서로 적용된다. 유리상에 적층된 층진 구조의 광 대 태양 이득 비(LSG 비)는 바람직하게 1.60 이상이다. 보다 바람직하게, LSG 비는 1.65 이상, 예를들어 1.69이다.
가시적 광 투과도(VLT)는 윈도우를 통하여 투과되는 가시적 스펙트럼(380-780nm)의 퍼센트와 관계된다. 태양열 이득 계수(SHGC)는 대류 및 방사선에 의해 직접 투과되고 흡수되고 추후에 안쪽으로 방출되는 윈도우를 통하여 유입되는 입사 태양 방사선(350-2500nm) 부분이다. SHGC는 0 및 1 사이의 수로서 표현된다. 윈도우의 태양열 이득 계수가 낮아질수록, 윈도우를 투과하는 태양열은 적어진다.
광 대 태양 이득 비(LSG 비)는 로서 정의된다. LSG 비는 열적 이득을 차단하면서 낮에 전송시 여러 유리 종류의 상대적 효율성의 척도이다. 상기 비율이 높아질수록, 과도한 열량을 부가하지 않고도 룸이 밝아진다.
금속 산화물은 임의의 투명한 재료를 포함할 수 있다. 그러나, 높은 굴절율 및 거의 영의 소광 계수를 가진 금속 산화물은 바람직하다. 그러므로, 층들의 광학 두께가 중요한 광학 코팅들에서, 높은 굴절율을 가진 금속 산화물의 물리적 두께는 보다 낮은 굴절율을 가진 금속 산화물들의 물리적 두께보다 낮게 유지될 수 있다.
층진 구조의 금속 산화물 층들은 종래 기술에 공지된 임의의 기술에 의해 증착될 수 있다. 바람직한 기술들은 스퍼터 증착 같은 물리적 기상 증착 기술들 또는 화학 기상 증착 기술들을 포함한다.
바람직한 금속 산화물층은 TiO2 및 보다 특히 주로 금홍석 상으로 구성되고 매우 밀도가 높은 TiO2을 포함한다. 이런 형태의 TiO2는 510nm에서 2.41의 굴절율을 가진다.
TiO2 층은 Ti 타켓, TiO2 타켓 또는 준화학양론적인 TiOX 타켓(1.75 및 2 사이의 x를 가짐)으로부터 반응 스퍼터 증착 처리에 의해 증착될 수 있다.
주로 금홍석 상으로 구성된 TiO2는 바람직하게 1.5 및 2 사이의 x, 예를들어 1.5 및 1.7 사이의 x를 갖는 TiOX 타켓들(바람직하게 회전 가능한 TiOX 타켓)을 사용하여 DC 자기 스퍼터링에 의해 증착된다. 이들 회전 가능한 타켓들은 감소하는 기압(예를들어, Ar/H2)에서 스테인레스 스틸 베이킹(backing) 튜브상에 금홍석 분말의 플라즈마 스프레잉에 의해 구성된다. 타켓들은 DC 자기 스퍼터링 처리시 캐소드로서 사용되기에 충분한 전기 도전성을 가지며 극히 높은 분말 레벨들을 견딜수있다. 그 결과, 매우 높은 스퍼터 증착 속도, 보다 낮은 투자 비용을 달성하는 것이 가능하다(증착 소스 그 자체 및 분말 공급기는 상당히 값이 싸다).
높은 굴절율을 가진 다른 금속 산화물들은 예를들어 BiO2(550nm에서 2.45 굴절율) 또는 PbO(550nm에서 2.55 굴절율)이다.
층진 구조의 다른 금속 산화물 층들은 동일한 재료를 포함하거나 다른 재료를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 은 함유 층들은 순수 은(즉, 어쩔수없는 불순물을 가진 은) 또는 예를들어 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 인듐 또는 아연과 같은 다른 엘리먼트와 결합한 은 및/또는 상기 엘리먼트와의 혼합물들을 포함할 수 있다.
은 함유 층들은 예를들어 은 및 30wt% 까지의 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 인듐 또는 아연 같은 다른 엘리먼트 및/또는 그것의 혼합물을 포함한다.
바람직한 은 함유 층은 10wt% 금을 포함한다.
은 함유 층들은 바람직하게 예를들어 스퍼터링 또는 증발에 의한 진공 증착 기술에 의해 증착된다.
은 함유 층들의 증착은 특정한 조심성이 필요한데, 그 이유는
(ⅰ) 비록 희귀 금속이지만 은은 매우 부식하기 쉽고,
(ⅱ) 금속 산화물 및 은 층들의 혼합은 피해져야 하기 때문이다 : 흡수비는 필수적으로 η.k에 비례하고; 따라서 다소 두꺼운 혼합된 TiO2(높은 η)-Ag(높은 k) 층의 존재는 층진 구조의 총 흡수도를 심각하게 증가시킬 것이고 이론적으로 달성할 수 있는 가시 광 투과도의 큰 부분을 잡아먹는다.
이것은 은 함유층 및/또는 은 함유층 및 금속 산화물층 사이의 인터페이스가 특히 보호되는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 이것은 예를들어 금속 산화물층 및 은 함유층 사이; 은 함유층 및 금속 산화물 층 사이의 중간 층 또는 은 함유층의 양쪽 측면들상 중간층에 의해 달성될 수 있다. 상기 중간 층은 바람직하게 금, 예를들어 순수 금(즉, 어쩔수없는 불순물을 가진 금) 또는 30wt%까지의 은 같은 다른 엘리먼트와 결합하는 금을 포함한다. 중간 층은 바람직하게 0.5 및 10 nm 사이, 예를들어 1nm의 두께를 가진다.
바람직하게 중간층은 스퍼터 증착에 의해 증착된다.
본 발명에 따른 층진 구조는 적어도 하나의 투명한 기판 층을 포함한다.
투명한 기판층 또는 층들은 예를들어 유리층 또는 폴리카보네이트로 만들어진 플라스틱층, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 셀룰로스 트리 아세테이티드(TCA 또는 TAC) 또는 폴리우레탄 같은 폴리에스테르의 플라스틱 층을 포함할 수 있다.
가능하게, 부가적인 층은 층진 구조의 상부에 증착된다. 상기 부가적인 층은 보호 층 또는 마손 저항층을 포함한다.
본 발명의 제 2 측면에 따라, 투명한 열적 미러로서 적외선 반사층 구조의 사용은 제공된다.
다른 측면들에 따라 적외선 반사층 구조에서 은 함유층들의 수를 감소시키는 방법 및 적외선 반사층 구조의 가시광 투과도를 개선시키는 방법은 제공된다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 보다 상세히 기술될 것이다.
적외선 반사층 구조(10)의 실시예는 도 1에 도시된다. 층진 구조는 3개의 금속 산화물층들(12, 14, 16) 및 두개의 은 함유층들(13, 15)을 포함한다. 금속 산화물층들은 TiO2를 포함한다. TiO2는 1.5 및 1.7 사이의 x를 가진 회전 가능한 세라믹 TiO2를 사용하여 DC 자기 스퍼터링에 의해 얻어진다. 이들 타켓들은 DC 자기 스퍼터링 처리에서 캐소들로서 사용되기에 충분한 전기 도전성을 가진다.
도 4에서, TiO2 코팅의 굴절율(η) 및 소광 계수(ε)는 도시된다. 파장의 함수인 굴절율(η)은 라인(44)에 의해 제공되고, 파장의 함수인 소광 계수(ε)는 라인(42)에 의해 제공된다. 395nm 이상의 파장에 대해, 코팅은 흡수가 없다. 510nm에서 굴절율은 2.41이고, 이것은 TiO2의 금홍석 상에 대응한다.
은 함유층들(12, 14)은 순수 은(즉, 어쩔수없는 불순물을 가진 은)을 포함한다. 다른 실시예에서 은 함유 층들(12, 14)은 10wt% 금을 포함하는 은 층을 포함한다.
제 1 금속 산화물 층(12) 및 제 3 금속 산화물 층(16)은 25 및 35nm 사이의 범위의 두께를 가진다. 제 2 금속 산화물층(14)은 50 및 70nm 사이의 두께를 가진다. 제 1 및 제 2 은 함유층(13, 15)은 10 및 25nm 사이의 두께를 가진다.
도 2는 적외선 반사층 구조(20)의 다른 실시예를 도시한다. 층진 구조는 도 1에 도시된 층진 구조와 동일하지만 부가적으로 제 1 은 함유층(22) 및 제 2 금속 산화물층(24) 사이 및 제 2 은 함유층(25) 및 제 3 금속 산화물층(26) 사이에 각각 중간 층들(27, 27')을 포함한다. 중간 층들은 금을 포함하고 1nm의 두께를 가진다.
중간 층들은 은 함유층들의 안정성 및 내구성을 증가시키고 은 함유층 및 금속 산화물 층의 인터페이스에서 혼합을 방지한다.
도 3은 적외선 반사층 구조(30)의 다른 실시예를 도시한다. 중간층들(37, 37' 및 39, 39')은 은 함유 금속 층들(33, 35)의 양쪽 측면들상에 증착된다. 중간 층들은 금 또는 10wt% 은을 포함하는 금을 포함한다. 중간층들은 1nm의 두게를 가진다.
도 5는 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우 필름(50)의 단면도를 도시하고, 상기 윈도우 필름은,
- 예를들어 교차 결합 아크릴레이트를 포함하는 하드 코트 상부층(52);
- 예를들어 23㎛의 두께를 가진 제 1 PET 필름(53);
- 본 발명에 따른 층진 구조(54);
- 제 1 접착층(55);
- 예를들어 23㎛의 두께를 가진 제 2 PET 필름(56);
- 제 2 접착층(57);
- 유리층(58)을 포함한다.
도 5는 여러 층들의 시퀀스를 도시한다. 여러 층들의 두께는 실제 두께와 비례하지 않는다.
도 6은 자동차 글레이징의 단면도를 도시하고; 상기 글래이징은
- 제 1 유리층(62);
- 예를들어 375㎛의 두께를 가진 PVB 층을 포함하는 제 1 접착층(63);
- 예를들어 50㎛의 두께를 가진 PET 필름(64);
- 본 발명에 따른 층진 구조(65);
- 375㎛의 두께를 가진 PVB 층을 포함하는 제 2 접착층(66);
- 유리층(67)을 포함한다.
도 5에 도시된 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우의 광학 특성들은 표 1에 제공된다.
표 1
가시적 특성들 | ||
VLT | 가시적 광 투과도(%) | 71 |
VLR | 가시적 광 반사도(%) | 9 |
태양 특성들 | ||
SHGC | 태양 열적 이득 계수 | 0.42 |
TSER | 총 태양 반사 에너지(%) | 58 |
LSG 비 | 광 대 태양 이득 비율 | 1.69 |
UV 특성들 | ||
TUV | UV 투과도(%) | < 0.2 |
도 5에 도시된 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우 필름의 투과도(T)(%로 표현됨)은 UV, 가시적 및 근적외선에 대하여 도 7에 제공된다.
도 5에 도시된 바와같은 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우 필름의 반사도(R)(%로 표현됨)는 도 8에 제공된다. 상기 반사도는 유리측(라인 82)상 및 필름측(라인 84)상에서 측정된다.
본 발명에 따른 이런 적외선 반사 구조는 높은 가시적 광 투과도(VLT), 낮은 가시적 광 반사도 및 낮은 태양 열적 이득 계수(SHGC)를 결합한다. 상기 구조는 뉴트럴 컬러를 특징으로 한다.
종래 기술에 공지된 적외선 반사층 구조는 목표된 낮은 태양 열적 이득 계수를 얻기 위하여 3개의 은 함유층들을 필요로 한다. 본 발명에 따른 층 구조들은 두개의 은 함유층들을 가진 낮은 태양 열적 이득 계수를 가진다. 이런 감소된 수의 은 함유층들은 가시적 광 투과도상에 호의적인 영향을 가진다.
도 9 및 10에서, 도 5에 도시된 바와같은 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우의 투과도 및 반사도는 2개의 다른 필름들과 비교된다: 필름 A 및 필름 B.
도 9에서, 본 발명에 따른 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우의 투과도는 라인(92)에 의해 제공된다; 필름 A의 투과도는 라인(94)에 의해 제공되고 필름 B의 투과도는 라인(96)에 의해 제공된다.
도 10에서, 본 발명에 따른 스펙트럼적으로 선택적인 태양 제어 윈도우 필름의 반사도는 라인(102)에 의해 제공된다; 필름 A의 반사도는 라인(104)에 의해 제공되고 필름 B의 반사도는 라인(106)에 의해 제공된다.
필름 A는 In2O3 및 AgAu의 교번층들을 포함한다 : In2O3 층/AgAu 합금 층/In2O3 층/AgAu 합금 층/In2O3 층/AgAu 합금 층/In2O3층.
필름 B는 SnO2 및 Ag의 교번층들을 포함한다 : SnO2 층/Ag 층/SnO2 층/Ag 층/SnO2 층.
도 9로부터, 본 발명에 따른 구조의 가시적 광 투과도(VLT)가 거의 필름 A의 VLT와 같다는 것이 결론일 수 있다.
이것은 본 발명에 따른 구조에 대해 목표된 핏 는 두개의 은 함유층들만으로 얻어질 수 있는 반면, 필름 A의 구조는 3개의 은 함유층들을 필요로하는 것을 의미한다.
도 10으로부터, 본 발명에 다른 구조의 적외선 반사도가 필름 B의 적외선 반사도보다 높다는 것이 결론일 수 있다.
Claims (11)
- 적외선 반사층 구조에 있어서,투명한 기판층;제 1 금속 산화물층;제 1 은 함유층;제 2 금속 산화물층;제 2 은 함유층; 및제 3 금속 산화물층을 포함하고,상기 제 1, 제 2 및 제 3 금속 산화물층은 500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가지며 상기 유리상에 적층된 상기 층 구조는 70% 이상의 가시적 광 투과도(VLT) 및 0.44 이하의 태양 열 이득 계수(SHGC)를 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층 구조는 1.60 이상의 광 대 태양 이득 비(LSG 비)를 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 금속 산화물층은 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 3 항에 있어서, 상기 TiO2는 주로 금홍성 상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 구조는 적어도 하나의 중간층을 포함하고, 상기 중간 층은 은 함유층 및 금속 산화물층 사이 및/또는 금속 산화물층 및 은 함유층 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 5 항에 있어서, 상기 중간층은 금을 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 은 함유층은 10 및 25nm 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 금속 산화물층은 25 및 70nm 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 반사층 구조.
- 투명한 열적 미러로서의 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 층 구조의 용도.
- 적외선 반사층 구조에서 은 함유층들의 수를 감소시키는 방법에 있어서,투명한 기판층을 제공하는 단계;500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진 제 1 금속 산화물층을 상기 기판층상에 증착하는 단계;제 1 은 함유층을 상기 제 1 금속 산화물층상에 증착하는 단계;500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진 제 2 금속 산화물층을 상기 제 1 은 함유층상에 증착하는 단계;제 2 은 함유층을 상기 제 2 금속 산화물층상에 증착하는 단계; 및500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진 제 3 금속 산화물층을 상기 제 2 은 함유층상에 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 적외선 반사층 구조의 가시적 광 투과도를 개선시키는 방법에 있어서,투명한 기판층을 제공하는 단계;500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진 제 1 금속 산화물층을 상기 기판층상에 증착하는 단계;제 1 은 함유층을 상기 제 1 금속 산화물층상에 증착하는 단계;500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진 제 2 금속 산화물층을 상기 제 1 은 함유층상에 증착하는 단계;제 2 은 함유층을 상기 제 2 금속 산화물층상에 증착하는 단계; 및500nm의 파장에서 적어도 2.40의 굴절율을 가진 제 3 금속 산화물층을 상기 제 2 은 함유층상에 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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J301 | Trial decision |
Free format text: TRIAL NUMBER: 2011101002547; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20110330 Effective date: 20121231 Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20110330 Effective date: 20121231 |