KR20110079989A

KR20110079989A - 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리

Info

Publication number: KR20110079989A
Application number: KR1020100000117A
Authority: KR
Inventors: 김의수; 오정홍
Original assignee: 삼성코닝정밀소재 주식회사
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2010-01-04
Publication date: 2011-07-12

Abstract

본 발명은 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리에 관한 것으로, 본 발명에 따른 열선반사 다층박막은 투명기판 위에 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막이 반복 적층되는 열선반사 다층박막으로서, 굴절 투명박막과 열선반사 금속박막 사이에, 금속 또는 산소가 결핍된 불안정한 금속 산화물 중 적어도 어느 하나가 적층되는 보호박막을 포함하며, 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후 가시광선 투과율이 적어도 5% 이상 증가하는 것을 특징으로 한다.

Description

열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리{Multi-layer thin film for Low emissivity and automobile glass containing the same}

본 발명은 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리에 관한 것으로, 특히 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 크랙(Crack) 발생과 흐림(haze) 현상을 해소하고 나아가 내습성 저하를 방지할 수 있는 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리에 관한 것이다.

통상적으로, 지표면에 도달하는 태양광 에너지는 자외선이 약 6%, 가시광선이 약 46%, 적외선 선이 약 48%를 차지한다. 즉, 태양광 에너지는 채광에 기여하지 않고 열작용을 일으키는 적외선이 절반을 차지하고 있다. 한여름 낮에는 건물 외부에서 내부로 유입하는 열량의 71%가 유리로부터 유입되고 있기 때문에 이러한 열량을 줄이면 대폭적인 에너지 절약 효과를 기대할 수 있다.

최근 들어, 에너지 절약과 관련하여 냉, 난방효율에 대한 관심이 높아지면서 태양광으로부터 입사되는 가시광선은 투과시키고 열선(적외선)은 반사시키는 열선반사유리(또는, 로이 유리(Low-e glass) 라고도 함.)에 대한 연구가 진행되고 있다.

열선반사유리는 크게 두가지 방법에 의해 만들어진다. 첫번째 방법은 크게 축퇴(degenerated)된 넓은 띠간격(bad gab)을 갖는 단일층의 반도체(예를 들면 ITO, SnO2:F 등)를 코팅하는 방법이며, 두번째 방법은 가시광선 영역에서 투명하고 1.45 이상, 2.5 이하의 굴절률을 나타내는 고굴절 투명박막, 열선반사 금속박막, 고굴절 투명박막, 유리기판의 순서로 다층박막 구조로 코팅하는 방법이다.

첫번째 방법으로 제조된 열선반사유리는 화학적, 물리적 특성이 우수하여 경질 코팅(hard coating) 유리라 부르며, 두번째 방법으로 제조된 열선반사 다층박막은 상대적으로 화학적, 물리적 내구성이 약하므로 연질 코팅(soft coating) 유리라 부른다. 이중 연질 코팅(soft coating) 유리의 열선반사 특성이 경질 코팅(hard coating) 유리보다 우수하다. 현재 연질 코팅(soft coating) 유리를 대형으로 재현성 있게 생산할 수 있는 진공증착기술이 보편화되어 있기 때문에 전세계적으로 연질 코팅(soft coating) 유리의 생산이 많이 이루어지고 있다.

그런데, 연질 코팅(soft coating) 방법으로 제조된 열선반사 다층박막은 유리의 강화 또는 곡면 가공을 위한 고온의 열처리에 내구성이 약해지는 문제점이 있다. 예컨대, 강화나 곡면 처리를 위해 열선반사 다층박막을 가열하게 되면, 박막에 미세한 금속덩어리가 형성되어 흐림(haze) 현상이 눈에 띄게 증가하고 가시광선의 투과율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 고온의 열처리에 의해 박막에 크랙(Crack)이 발생하여 박막의 내습성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 흐림(haze) 현상을 해소하고 가시광선의 투과율을 증가시킬 수 있는 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리를 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적인 목적은 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 크랙(Crack) 발생을 해소하여 박막의 내습성 저하를 방지할 수 있는 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양상에 따른 열선반사 다층박막은, 투명기판 위에 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막이 반복 적층되는 열선반사 다층박막으로서, 굴절 투명박막과 열선반사 금속박막 사이에, 금속 또는 산소가 결핍된 불안정한 금속 산화물 중 적어도 어느 하나가 적층되는 보호박막을 포함하며, 열선반사 다층박막은 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후 가시광선 투과율이 적어도 5% 이상 증가하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 고굴절 투명박막은 열팽창 계수가 5.5ppm/K 이상, 9.0ppm/K 이하인 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 고굴절 투명박막은 오산화 니오브(Nb₂O₅) 또는 산화 인듐(In₂O₅) 또는 니오브(Nb) 또는 인듐(In)을 주성분으로 하는 금속 산화물 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 보호박막은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 인듐(In), 니오브(Nb) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리는 굴절 투명박막과 열선반사 금속박막 사이에, 금속 또는 산소가 결핍된 불안정한 금속 산화물 중 적어도 어느 하나가 적층되는 보호박막이 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 과정에서 고굴절 투명박막을 통과한 산소를 흡수함으로써, 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 흐림(haze) 현상을 해소하고, 가시광선의 투과율이 향상되는 유용한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 열선반사 다층박막 및 그를 포함하는 자동차용 유리는 고굴절 투명박막이 열팽창 계수가 투명기판의 열팽창 계수와 유사한 5.5ppm/K 이상, 9.0ppm/K 이하인 금속 산화물로 구현됨으로써, 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 크랙(Crack) 발생을 억제할 수 있는 유용한 효과가 있다.

특히, 제1, 제2 고굴절 투명박막이 오산화 니오브(Nb₂O₅)로 구현될 경우, 블루(Blue) 영역에서의 광 흡수가 적어 맑은 색상을 띄게 되어 시인성이 좋아지는 유용한 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 열선반사 다층박막을 설명하기 위한 예시도이고,
도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열선반사 다층박막의 단면도이고,
도 3 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열선반사 다층박막의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전술한 양상을 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 열선반사 다층박막을 설명하기 위한 예시도이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 열선반사 다층박막은 투명기판(11) 위에 제1 고굴절 투명박막(12a), 제1 보호박막(13a), 열선반사 금속박막(14), 제2 보호박막(13b), 제2 고굴절 투명박막(12b) 순서대로 이루어진 다층 박막구조가 반복 적층된다.

투명기판(11)은 광투과율이 우수하고 기계적 물성이 우수한 것이면 어느 것이든 제한되지 않는다. 예컨대, 투명기판(11)은 열경화 또는 UV 경화가 가능한 유기필름으로서 주로 폴리머 계열의 물질, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(PC), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 폴리염화비닐(PVC)로 구현될 수 있다. 또한, 투명기판(11)은 화학강화유리로 소다석회유리(Soda-lime Glass) 또는 알루미노실리케이트유리(SiO₂-Al₂O-Na₂O)로 구현될 수 있으며, 이중 Na 및 Fe의 양은 용도에 따라 낮게 조정되어질 수 있다.

제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)은 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막의 크랙(Crack) 발생을 방지하고 우수한 내습특성을 나타내도록 하기 위해 투명기판(11)과 유사한 열팽창 계수(8.4ppm/K)를 갖는 물질로 구현되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)은 열팽창 계수가 5.5ppm/K 이상, 9.0ppm/K 이하인 금속 산화물, 예컨대, 오산화 니오브(Nb₂O₅) 또는 산화 인듐(In₂O₅) 또는 니오브(Nb) 또는 인듐(In)을 주성분으로 하는 금속 산화물(예를 들어, ITO) 중 어느 하나로 구현될 수 있다.

제1, 제2 보호박막(13a, 13b)은 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 중에 산소가 제1, 제2 고굴절 투명박막(12a, 12b)을 통과하여 열선반사 금속박막(14)으로 확산되는 것을 막아준다. 제1, 제2 보호박막(13a, 13b)은 열선반사 금속박막(14)의 산화를 막아주는 것으로, 금속 또는 산소가 결핍된 불안정한 금속 산화물로 구현될 수 있다. 예컨대, 금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 인듐(In), 니오브(Nb) 중에서 선택될 수 있다.

여기서, 산소가 결핍된 불안정한 금속 산화물의 산소량 조절은 일례로, 반응성 스터링(REACTIVE SPUTTERING) 공정에서 투과율을 관찰함으로써 쉽게 조절할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄(Al) 타겟 + 산소(O₂) 가스 → Al₂O₃ _-x가 되는데, 산소(O₂) 가스의 양을 의도적으로 줄여주면, 산소(O₂)가 부족한 상태의 알루미나(Al₂O₃ _-x)가 얻어진다. 정상적인 산화알루미늄(Al₂O₃)은 투명박막이지만, 알루미나(Al₂O₃ _-x)처럼 산소가 부족한 경우에는 급속하게 투과율이 감소하므로, 투과율을 기준으로 x값을 조절할 수 있다. 다른 예로, 제1, 제2 보호박막(13a, 13b)은 반응성 스터링(REACTIVE SPUTTERING) 공정을 사용하지 않고, Al₂O₂ 또는 Al₂O₁ _.5과 같은 산소가 결핍된 불안정한 산화알루미늄 타겟을 아르곤(Ar) 분위기에서 스퍼터링을 통해 형성될 수 있다.

열선반사 금속박막(14)은 가시광선 영역(380nm∼780nm)에서의 광 투과율이 높은 반면 적외선 영역에서의 광 반사율이 높은 물질로 구현된다. 일례로, 열선반사 금속박막(14)은 은(Ag) 또는 은(Ag)을 주성분으로 하는 합금으로 형성될 수 있다.

도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 열선반사 다층박막의 단면도이다.

본 실시예에 따른 열선반사 다층박막(20)는 소다석회유리(Soda-lime Glass)(21) 위에 열팽창 계수가 5.8ppm/K 인 오산화 니오브(Nb₂O₅)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/은(Ag)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/오산화 니오브(Nb₂O₅) 순서대로 다층 박막구조(22, 23, 24)를 3회 반복 적층한 것이다. 오산화 니오브(Nb₂O₅)의 두께는 30nm이고, 알루미나(Al₂O₁ _.5)의 두께는 3nm, 은(Ag)의 두께는 13nm이다.

도 3 은 본 발명의 제2 실시예에 따른 열선반사 다층박막의 단면도이다.

본 실시예에 따른 열선반사 다층박막(30)는 소다석회유리(Soda-lime Glass)(31) 위에 열팽창 계수가 6.7ppm/K 인 산화 인듐(In₂O₅)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/은(Ag)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/산화 인듐(In₂O₅) 순서대로 다층 박막구조(32, 33, 34)를 3회 반복 적층한 것이다. 산화 인듐(In₂O₅)의 두께는 37nm이고, 알루미나(Al₂O₁ _.5)의 두께는 3nm, 은(Ag)의 두께는 13nm이다.

이하, 도2와 도3에 따른 열선반사 다층박막의 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 전과 후의 박막의 흐림(haze) 정도를 설명한다.

	다층박막구조	열처리 전		열처리 후
	다층박막구조	haze(%)	투과율(%)	haze(%)	투과율(%)
실시예1	G/(Nb₂O₅/Al₂O₁ _.5/Ag/Al₂O₁ _.5/Nb₂O₅)×3	0.06	72	0.4	78
실시예2	G/(In₂O₅/Al₂O₁ _.5/Ag/Al₂O₁ _.5/In₂O₅)×3	0.07	72.1	0.5	79.2
비교예1	G/(SnO₂/Al₂O₁ _.5/Ag/Al₂O₁ _.5/SnO₂)×3	0.08	77	10.3	70
비교예2	G/(TiO₂/Al₂O₁ _.5/Ag/Al₂O₁ _.5/TiO₂)×3	0.08	78	12.1	71
비교예3	G/(SnO2/ZnO/Ag/ZnO/SnO2)×3	0.08	76	25	55
비교예4	G/(SnO2/ZnO/Ag/ZnO/SnO2)×3	0.08	76	0.25	78.6

여기서, G는 소다석회유리(Soda-lime Glass)이고, 열처리 온도는 650℃, 가열시간은 15분 동안 유지시켜 열처리를 한 후 박막의 흐림(haze) 정도를 측정하였다. 광 투과율은 Lambda-950 spectrophotometer를 사용하여 380nm∼780nm 범위의 직진광에 대한 분광투과율과 분광반사율을 측정하여 가시광선 평균투과율을 계산하였다.

비교예 1은 소다석회유리(Soda-lime Glass) 위에 열팽창 계수가 3.8ppm/K인 산화주석(SnO₂)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/은(Ag)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/산화주석(SnO₂) 순서대로 적층된 다층박막구조를 3회 반복 적층한 것이다. 산화주석(SnO₂)의 두께는 36nm이고, 알루미나(Al₂O₁ _.5)의 두께는 3nm, 은(Ag)의 두께는 13nm이다.

비교예 2는 소다석회유리(Soda-lime Glass) 위에 열팽창 계수가 7.8ppm/K 인산화티탄(TiO₂)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/은(Ag)/알루미나(Al₂O₁ _.5)/산화티탄(TiO₂) 순서대로 적층된 다층박막구조를 3회 반복 적층한 것이다. 산화티탄(TiO₂)의 두께는 28nm이고, 알루미나(Al₂O₁ _.5)의 두께는 3nm, 은(Ag)의 두께는 13nm이다.

비교예 2에서 산화티탄(TiO₂)의 열팽창 계수는 소다석회유리(Soda-lime Glass)의 열팽창 계수(8.4ppm/K)와 비슷하지만 열처리를 거치면서 아나타제(anatase) 결정상으로 변하면서 부피감소가 발생하여 비교적 많은 흐림(haze) 현상이 발생한 것으로 파악되었다.

비교예 3, 4는 소다석회유리(Soda-lime Glass) 위에 열팽창 계수가 3.8ppm/K 인 산화주석(SnO₂)/은(Ag)/산화아연(ZnO)/산화주석(SnO₂) 순서대로 적층된 다층박막구조를 3회 반복 적층한 것이다. 산화주석(SnO₂)의 두께는 36nm이고, 산화아연(ZnO)의 두께는 3nm, 은(Ag)의 두께는 13nm이다.

여기서, 비교예 4는 열처리 온도를 650℃가 아닌 200℃로, 가열시간은 15분 동안 유지시켜 열처리를 한 후 박막의 흐림(haze) 정도를 측정하였다. 광 투과율은 Lambda-950 spectrophotometer를 사용하여 380nm∼780nm 범위의 직진광에 대한 분광투과율과 분광반사율을 측정하여 가시광선 평균투과율을 계산하였다.

실시예 1, 2는 비교예 1, 2와 열처리 전 박막의 흐림(haze) 정도는 모두 유사하나, 열처리 후의 박막의 흐림(haze) 정도는 2배에서 3배 정도 좋은 특성을 보이고 있음을 알 수 있다. 또한, 비교예 1, 2는 열처리 후 가시광선 투과율이 열처리 전 보다 가시광선 투과율이 감소하나 이는 산란에 의해 투과율이 감소되어 나타난 현상이다.

비교예 3의 경우에는 가열하면 Ag층이 파괴되어 광흡수가 발생하여 전체적인 투과율이 급감하며, 흐림값도 매우 커진다. 반면, 실시예 1, 2는 열처리 후 가시광선 투과율이 열처리 전 보다 가시광선 투과율이 5%이상 증가하였으며, 또한, 비교예 1, 2보다 투과율이 높아졌다. 비교예 3을 650도가 아닌 200도로 동일한 열처리를 하면(비교예 4) 투과율이 좋아지는데, 이는 가열에 의한 은(Ag)층의 결정화에 의한 것이다. 대부분의 경우 1~3 % 정도 투과율이 좋아진다. 200도 정도로 낮은 온도에서 가열하는 경우에는 다른 화학적 반응은 나타나지 않는다.

본 발명에 따른 열선반사 다층박막은 자동차용 유리에 접합되거나 자동차용 유리에 직접 코팅될 수 있다. 자동차용 유리는 통상적으로 가열온도 650℃ 이상, 750℃ 이하의 열처리 공정을 통해 강화 또는 곡면 처리된다. 종래의 경우, 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 열선반사 다층박막에 미세한 크랙(Crack)이 발생할 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 열선반사 다층박막은 고굴절 투명박막이 열팽창 계수가 자동차용 유리의 열팽창 계수와 유사한 5.5ppm/K 이상, 9.0ppm/K 이하인 금속 산화물로 구현됨으로서, 본 발명의 열선반사 다층박막이 형성된 자동차용 유리는 강화 또는 곡면 처리를 위한 열처리 후에 박막에 크랙(Crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 이에 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

19, 20, 30: 열선반사 다층박막
11, 21, 31: 투명기판
12a: 제1 고굴절 투명박막 12b: 제2 고굴절 투명박막
13a: 제1 보호박막 13b: 제2 보호박막
14: 열선반사 금속박막

Claims

투명기판 위에 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막이 반복 적층되는 열선반사 다층박막으로서,
상기 고굴절 투명박막과 열선반사 금속박막 사이에, 금속 또는 산소가 결핍된 불안정한 금속 산화물 중 적어도 어느 하나가 적층되는 보호박막을 포함하며,
상기 열선반사 다층박막은, 열처리 후 가시광선 투과율이 적어도 5% 이상 증가하는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
제 1 항에 있어서,
상기 고굴절 투명박막은,
열팽창 계수가 5.5ppm/K 이상, 9.0ppm/K 이하인 금속 산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
제 1 항에 있어서,
상기 고굴절 투명박막은,
오산화 니오브(Nb₂O₅) 또는 산화 인듐(In₂O₅) 또는 니오브(Nb) 또는 인듐(In)을 주성분으로 하는 금속 산화물 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
제 1 항에 있어서,
상기 열선반사 금속박막은,
은(Ag) 또는 은(Ag)을 주성분으로 하는 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
제 1 항에 있어서,
상기 보호박막은,
알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 주석(Sn), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 인듐(In), 니오브(Nb) 중에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 금속산화물로 형성되는 것을 특징으로 하는 열선반사 다층박막.
청구항 1 내지 청구항 5 중 적어도 어느 한 항에 기재된 열선반사 다층박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 유리.
제 6 항에 있어서,
상기 자동차용 유리는,
열처리 공정을 통해, 강화 또는 곡면 처리되는 것을 특징으로 하는 자동차용 유리.
제 7 항에 있어서,
상기 열처리 공정의 가열온도는 650℃ 이상, 750℃ 이하인 것을 특징으로 하는 자동차용 유리.