KR20180023114A

KR20180023114A - 창호용 기능성 건축 자재

Info

Publication number: KR20180023114A
Application number: KR1020160107245A
Authority: KR
Inventors: 권대훈; 전윤기; 박성진; 유현우; 최영우
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-07
Also published as: EP3505715A1; EP3505715B1; US20190185374A1; JP6754895B2; US11161779B2; JP2019528228A; WO2018038329A1; EP3505715A4; KR101914449B1

Abstract

투명 유리 기판 및 상기 투명 유리 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고, 상기 저방사 코팅은, 하부 광흡수층, 광흡수 금속층 및 저방사층을 포함하고, 상기 하부 광흡수층은 질화크롬을 포함하고, 가시광 투과색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 -5 내지 5이고, 색지수 b* 값이 -5 내지 5이고, 상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면의 반사색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 -5 내지 5이고, 색지수 b* 값이 -5 내지 5이고, 가시광 투과율이 20% 내지 60%이고, 상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면에서의 가시광 반사율이 1% 내지 15%인 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.

Description

창호용 기능성 건축 자재{FUNCTIONAL BUILDING MATERIAL INCLUDING LOW-EMISSIVITY COAT FOR WINDOWS}

창호용 기능성 건축 자재에 관한 것이다.

저방사 유리(Low-Emissivity glass)는 은(Ag)과 같이 적외선 영역에서의 반사율이 높은 금속을 포함하는 저방사층이 박막으로 증착된 유리를 말한다. 이러한 저방사 유리는 적외선 영역의 복사선을 반사시켜 여름에는 실외의 태양 복사열을 차단하고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.

일반적으로 저방사층으로 사용되는 은(Ag)은 공기 중에 노출되었을 때 산화가 되므로, 상기 저방사층의 상부, 하부에 산화방지막으로 유전체층이 증착된다. 이러한 유전체층은 가시광 투과율을 증가시키는 역할도 한다.

본 발명의 일 구현예는 무광 회색을 구현한 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서,

투명 유리 기판 및 상기 투명 유리 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고,

상기 저방사 코팅은, 하부 광흡수층, 광흡수 금속층 및 저방사층을 포함하고,

상기 하부 광흡수층은 질화크롬을 포함하고,

가시광 투과색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 -5 내지 5이고, 색지수 b* 값이 -5 내지 5이고,

상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면의 반사색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 -5 내지 5이고, 색지수 b* 값이 -5 내지 5이고,

가시광 투과율이 20% 내지 60%이고,

상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면에서의 가시광 반사율이 1% 내지 15% 인

무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.

상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재는 내열성, 내습성 및 내마모성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

이하에서 기재의 “상부 (또는 하부)” 또는 기재의 “상 (또는 하)”에 임의의 구성이 형성된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 형성되는 것을 의미할 뿐만 아니라, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 형성된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 일 구현예에서:

투명 유리 기판 (10) 및 상기 투명 유리 기판 (10)의 일면에 형성된 저방사 코팅 (90)을 포함하고,

상기 저방사 코팅 (90)은, 하부 광흡수층 (13), 광흡수 금속층 (12) 및 저방사층 (11)을 포함하고,

상기 하부 광흡수층 (13)은 질화크롬을 포함하고,

가시광 투과색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 약 -5 내지 약 5이고, 색지수 b* 값이 약 -5 내지 약 5이고,

상기 투명 유리 기판 (10)의 저방사 코팅 (90)이 형성되지 않은 다른 일면의 반사색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 약 -5 내지 약 5이고, 색지수 b* 값이 약 -5 내지 약 5이고,

가시광 투과율이 약 20% 내지 약 60%이고,

상기 투명 유리 기판 (10)의 저방사 코팅 (90)이 형성되지 않은 다른 일면에서의 가시광 반사율이 약 1% 내지 약 15%인

무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재 (100)를 제공한다.

상기 저방사 코팅 (90)은 태양 복사선 중 선택적으로 원적외선을 반사하는 저방사층 (11)을 기반으로 하는 다층 박막 구조로 도 1과 같이 형성될 수 있고, 상기 저방사 코팅 (90)의 저방사율 특성에 기인한 로이 (Low-e: low emissivity) 효과에 의해 우수한 단열 성능을 발휘할 수 있다.

상기 저방사 코팅 (90)은 전술한 바와 같이 다층 구조의 적층체로 형성되어, 상기 투명 유리 기판 (10)의 코팅막으로 적용되어, 예를 들어, 창문 유리와 같은 창호용 기능성 건축 자재로 사용될 수 있다. 상기 창호용 기능성 건축 자재 (100)는 여름에는 실외의 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 실내외간 열의 이동을 최소화하여, 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.

상기 저방사층 (11)은 낮은 적외선 방사율을 갖는 층을 의미한다. 방사율 (emissivity)이란 물체가 임의의 특정 파장을 갖는 에너지를 흡수, 투과 및 반사하는 비율을 의미하는 것이다. 상기 적외선 방사율은 적외선 파장 영역에 있는 적외선 에너지의 흡수 정도를 나타낸다. 상기 적외선 방사율은 구체적으로는 강한 열 작용을 나타내는 약 5㎛ 내지 약 50㎛의 파장영역에 해당하는 원적외선이 인가되었을 때, 인가되는 적외선 에너지에 대하여 흡수되는 적외선 에너지의 비율을 의미한다.

키르히호프의 법칙에 의하면, 물체에 흡수된 적외선 에너지는 물체가 다시 방사하는 적외선 에너지와 동일하므로, 물체의 흡수율과 방사율은 동일하다.

또한, 흡수되지 않은 적외선 에너지는 물체의 표면에서 반사되므로 물체의 적외선 에너지에 대한 반사율이 높을수록 방사율은 낮은 값을 갖는다. 이를 수치적으로 나타내면, (방사율 = 1 - 적외선 반사율)의 관계를 갖는다.

이와 같은 방사율은 이 분야에서 통상적으로 알려진 다양한 방법을 통하여 측정될 수 있고, 예를 들어 KSL2514 규격에 의해 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR) 등의 설비로 측정할 수 있다.

임의의 물체, 예를 들어, 저방사 유리 등의 이와 같은 강한 열 작용을 나타내는 원적외선에 대한 흡수율, 즉 방사율이 단열 성능을 측정하는데 있어서, 매우 중요한 의미를 나타낼 수 있다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (100)는 가시광선 영역에서는 소정의 투과 특성을 유지시켜 우수한 채광성을 구현할 수 있으면서, 적외선 영역에서는 방사율을 낮추어 우수한 단열 효과를 제공할 수 있는 에너지 절약형 창호용 기능성 건축 자재이다. 이러한 창호용 기능성 건축 자재는 일명, '로이 유리'라고 칭해지기도 한다.

상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재 (100)는 상기 정의된 색지수 값에 의해 정의된 회색을 구현하면서, 동시에 상기 정의된 가시광 투과율 및 가시광 반사율을 만족하여 무광 회색을 구현한다.

일 구현예에서, 상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재에 있어서, 가시광 투과색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값은 약 -5 내지 약 5이고, 구체적으로 약 -3 내지 약 3일 수 있고, 색지수 b* 값은 약 -5 내지 약 5이고, 구체적으로 약 -3 내지 약 3일 수 있다.

다른 구현예에서, 상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재에 있어서, 상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면의 반사색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값은 약 -5 내지 약 5이고, 구체적으로 약 -3 내지 약 3일 수 있고, 색지수 b* 값은 약 -5 내지 약 5이고, 구체적으로 약 -3 내지 약 3일 수 있다.

또 다른 구현예에서, 상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재에 있어서, 가시광 투과율이 약 20% 내지 약 60%이고, 구체적으로, 약 20% 내지 약 50% 일 수 있다.

또 다른 구현예에서, 상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재에 있어서, 상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면에서의 가시광 반사율이 약 1% 내지 약 15% 이고, 구체적으로, 약 1% 내지 약 7% 일 수 있다.

구체적으로, 상기 저방사 코팅 (90)은 하부 영역 (20), 저방사 영역 (30) 및 상부 유전체 영역 (40)으로 구별되고, 상기 하부 영역 (20)이 상기 투명 유기 기판의 일면에 접하고, 상기 저방사 영역 (30) 및 상기 상부 유전체 영역 (40)이 순차적으로 이어지는 다층 구조일 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재 (200)의 단면도이다.

일 구현예에서, 상기 저방사 영역 (30)은 저방사층 (11) 및 상기 저방사층 (11)의 양면에 적층된 광흡수 금속층 (12)을 포함할 수 있다.

다른 구현예에서, 상기 하부 영역 (20)은 하부 광흡수층 (13) 및 상기 하부 광흡수층 (13)의 양면에 적층된 하부 유전체층 (14)을 포함할 수 있다.

또 다른 구현예에서, 상기 상부 유전체 영역 (40)은 상부 유전체층 (15)을 포함할 수 있다.

상기 저방사층 (11)은 낮은 방사율을 가질 수 있는 전기 전도성 재료, 예를 들어 금속으로 형성된 층으로, 즉, 낮은 면저항을 가지고 그에 따라 낮은 방사율을 갖는다. 예를 들어, 상기 저방사층 (11) (150)은 방사율이 약 0.01 내지 약 0.3일 수 있고, 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.2일 수 있고, 보다 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.1일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.08일 수 있다.

상기 방사율 범위의 저방사층 (11)은 가시광선 투과율 및 적외선 방사율을 적절히 조절하여 우수한 채광성 및 단열 효과를 동시에 구현할 수 있다. 상기와 같은 방사율을 갖는 상기 저방사층 (11)은 박막으로 구성한 재료의 면저항이 예를 들어, 약 0.78 Ω/sq 내지 약 6.42 Ω/sq일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 저방사층 (11)은 태양 복사선을 선택적으로 투과 및 반사시키는 기능을 수행하고, 구체적으로 적외선 영역의 복사선에 대한 반사율이 높아 저방사율을 갖는다. 상기 저방사층 (11)은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것이 아니며, 저방사 성능을 구현할 수 있는 것으로 공지된 금속이 제한없이 사용될 수 있다. 상기 이온 도핑 금속 산화물은 예를 들어, 인듐주석산화물(ITO), 불소 도핑된 주석산화물(FTO), Al 도핑된 아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO) 등을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 저방사층 (11)은 은(Ag)으로 형성된 층일 수 있고, 그 결과 상기 저방사 코팅 (90)은 높은 전기전도도, 가시광선 영역에서의 낮은 흡수율, 내구성 등을 구현할 수 있다.

상기 저방사층 (11)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 20nm일 수 있고, 구체적으로, 약 7nm 내지 약 15nm일 수 있다. 상기 범위의 두께를 갖는 저방사층 (11)은 낮은 적외선 방사율 및 높은 가시광선 투과율을 동시에 구현하기에 적합하다.

상기 광흡수 금속층 (12)은 광흡수 성능이 뛰어난 금속으로 이루어져 태양광을 조절하는 기능을 하고, 그 재료, 두께 등을 조절하여 상기 저방사 코팅 (90)이 구현하는 색상을 조절할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 광흡수 금속층 (12)은 가시광선 영역에서의 소멸 계수 (extinction coefficient)가 약 1.5 내지 약 3.5일 수 있다. 상기 소멸 계수는 소재의 물질 고유의 특성인 광학 상수에서 도출되는 값으로서, 상기 광학 상수는 수식으로는 n-ik로 표기된다. 이때 실수 부분은 n은 굴절률이고, 허수 부분인 k는 소멸 계수 (흡수 계수, 흡광 계수, 소광 계수 등으로도 명명됨)라고 한다. 소멸 계수는 파장(λ)의 함수이며, 금속의 경우 소멸 계수가 0 보다 큰 것이 일반적이다. 소멸 계수, k는 흡수 계수, α와 α=(4πk)/λ의 관계를 갖으며, 흡수 계수, α는 빛이 통과하는 매질의 두께가 d일 때, I=I0exp(-αd)의 관계로 매질에 의한 빛의 흡수로 인해 통과한 빛의 세기(I)가 입사한 빛의 세기(I0)에 비해 감소하게 된다.

상기 광흡수 금속층 (12)은 상기 범위의 가시광선 영역의 소멸 계수는 갖는 금속을 사용하여, 가시광선의 일정 부분을 흡수하여, 상기 저방사 코팅 (90)이 소정의 색상을 갖도록 한다.

예를 들어, 상기 광흡수 금속층 (12)은 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 광흡수 금속층 (12)은 단일 층 또는 복수의 층으로 포함될 수 있고, 상기 저방사층 (11)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 도 1에서는 저방사층 (11)의 양면에 복수의 층으로 광흡수 금속층 (12)이 형성된 경우를 나타낸다.

상기 광흡수 금속층 (12)의 두께는, 예를 들어, 약 0.5nm 내지 약 10nm일 수 있고, 구체적으로, 약 0.5nm 내지 약 5nm일 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 용도에 맞게 적절히 변경할 수 있다. 상기 광흡수 금속층 (12)은 상기 두께 범위 내로 형성됨으로써 광흡수 금속층 (12)으로서의 역할을 수행하면서 소정의 투과율 및 반사율을 갖도록 조절하기에 적합하다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (100, 200)는 전술한 색지수 값을 구현하도록 회색을 구현할 수 있다. 상기 창호용 기능성 건축 자재 (100, 200)는 광 투과율을 낮춤으로써, 완벽한 회색을 구현할 수 있고, 광 반사율을 함께 낮출 수 있어서, 무광 회색을 구현한다.

상기 하부 영역 (20)은 질화크롬을 포함하는 상기 하부 광흡수층 (13)을 포함한다. 상기 하부 광흡수층 (13)에 의해 광 흡수율이 높아져서 전술한 색지수 값으로 정의되는 회색을 구현할 수 있다.

상기 하부 광흡수층 (13)의 두께가 약 1nm 내지 약 15nm 일 수 있고, 구체적으로, 약 3nm 내지 약 10nm일 수 있다. 상기 하부 광흡수층 (13)이 상기 범위의 두께를 가짐으로써, 소정의 회색을 구현하기 용이하다.

상기 하부 영역 (20)은 하부 광흡수층 (13) 및 상기 하부 광흡수층 (13)의 양면에 적층된 하부 유전체층 (14)을 포함할 수 있다.

상기 하부 유전체층 (14)은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하거나, 상기 적어도 하나에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질로부터 제조될 수 있다.

상기 하부 유전체층 (14)은 광 흡수율이 높은 물질을 선택함으로써 상기 창호용 기능성 건축 자재 (100, 200)가 소정의 회색을 구현하는 것을 더욱 용이하게 할 수 있다. 상기 하부 유전체층 (14)의 광 흡수율이 높으면, 상대적으로 광 반사율을 낮출 수 있게 되어 무광을 구현하기에도 적합하다.

일 구현에서, 상기 하부 유전체층 (14)의 두께는 약 10nm 내지 약 40nm 일 수 있다. 상기 하부 광흡수층 (13)이 상기 범위의 두께를 가짐으로써, 소정의 회색을 구현하기 용이하다.

상기 저방사 코팅 (90)은 상기 저방사 영역 (30)을 1개 내지 3개 포함하고, 상기 저방사 영역 (30) 사이에 중간 유전체 영역 (50)이 개재될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재 (300)이다. 도 3에서, 상기 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재는 2개의 저방사 영역 (30)을 포함하고, 이들 사이에 중간 유전체 영역 (50)이 개재되어 있다.

상기 중간 유전체 영역 (50)은 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)을 적어도 한 층 포함할 수 있다.

상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 상기 저방사층 (11)으로 사용되는 금속이 일반적으로 산화가 잘 되므로 상기 저방사층 (11)의 산화방지막으로서 작용할 수 있고, 또한 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 가시광선 투과율을 증가시키는 역할도 한다. 또한, 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)의 재료와 물성을 적절히 조절하여 상기 저방사 코팅 (90)의 광학 성능을 조절할 수 있다. 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)의 재료와 물성 또는 그 두께를 적절히 조절하여 상기 창호용 기능성 건축 자재 (100, 200, 300)가 소정의 무광 회색으로 발현되는 것을 도울 수 있다.

상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 소정의 용도에 따라서, 구현하고자 하는 색상 발현 또는 구현하고자 하는 물성에 맞추어, 단일 층 또는 복수의 층이 연속적으로 적층될 수 있다. 따라서, 상기 중간 유전체 영역 (50)은 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)이 연속적으로 적층되어 형성될 수 있다.

상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 다양한 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 또는 상기 금속 산화물 또는 상기 금속 질화물에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않으며, 상기 저방사층 (11)을 보호하기 위하여 사용되는 공지의 재료가 제한없이 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 산화티타늄, 산화주석아연, 산화아연, 산화아연알루미늄, 산화주석, 산화비스무스, 질화실리콘, 질화실리콘알루미늄, 산질화실리콘알루미늄, 질화실리콘주석 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 굴절률이 약 1.5에서 약 2.3 사이에 있는 유전체 물질로 이루어질 수 있고, 굴절률의 값에 따라 투과율, 반사율, 투과 및 반사색상 등을 원하는 목표 수준으로 구현하도록 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)의 두께를 조절할 수 있다.

상기 중간 유전체 영역 (50)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 90nm일 수 있다. 상기 중간 유전체 영역 (50)의 두께는 전체 다층박막의 광학 성능 (투과율, 반사율, 색지수 등)을 목표 성능에 맞게 구현하기 위해, 구성되는 위치 및 물질에 따라 다양하게 조절될 수 있고, 상기 범위의 두께를 갖는 중간 유전체 영역 (50)을 포함하여 광학 성능 제어를 효과적으로 할 수 있고, 적절한 생산 속도를 구현할 수 있다.

상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 광 소멸 계수가 0에 가까운 물질로 구성될 수 있다. 소멸 계수가 0 보다 큰 것은 입사광이 상기 저방사층 (11)에 도달하기 전에 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)에서 흡수되는 것을 의미하므로, 투명한 시야 확보를 저해하는 요인이 되어 바람직하지 않다. 따라서, 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)의 소멸 계수는 예를 들어, 가시광선 영역 (약 380nm 내지 약 780nm 파장 범위)에서 약 0.1 미만을 가질 수 있다. 그 결과, 상기 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)은 우수한 채광성을 확보함으로써 투명한 시야 확보에 도움이 될 수 있다.

상기 상부 유전체 영역 (40)은 상부 유전체층 (15)을 포함하고, 상기 상부 유전체층 (15)에 대한 상세한 설명은 전술한 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c)에 대한 설명과 동일하다.

상기 상부 유전체 영역 (40)은 상기 상부 유전체층 (15)을 적어도 한 층 포함할 수 있다. 상기 상부 유전체층 (15)은 소정의 용도에 따라서, 구현하고자 하는 색상 발현 또는 구현하고자 하는 물성에 맞추어, 단일 층 또는 복수의 층이 연속적으로 적층될 수 있다. 따라서, 상기 상부 유전체 영역 (40)은 연속적으로 적층된 상기 상부 유전체층 (15)을 포함할 수 있다.

상기 저방사 코팅 (90)은 상기 상부 유전체 영역 (40)의 상부에 적어도 한 층의 오버코트층 (16a, 16b)을 포함하는 최외각 영역 (60)을 더 포함할 수 있다.

상기 오버코트층 (16a, 16b)은 저방사 코팅 (90)의 최외각에 위치하여 기계적 강도를 보강하면서 내구성을 향상시키는 작용을 한다.

상기 오버코트층 (16a, 16b)은 지르코늄, 실리콘 지르코늄과 같은 지르코늄을 포함하는 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하거나, 상기 지르코늄, 상기 지르코늄을 포함하는 합금, 상기 금속 산화물, 상기 금속 질화물 또는 상기 금속 산질화물에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함할 수 있다.

상기 저방사 코팅 (90)은 소정의 광학 성능을 구현하기 위하여 전술한 구조 이외의 다른 추가적인 층을 더 포함할 수 있다.

상기 투명 유리 기판 (10)은 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있고, 예를 들어, 약 80% 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 투명 유리 기판 (10)은, 예를 들어, 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 12mm의 두께일 수 있고, 사용 목적 및 기능에 따라 달라질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (100, 200)를 제조하기 위해, 먼저 투명 유리 기판 (10)을 준비한 뒤, 상기 저방사 코팅 (90)의 각 층을 순차적으로 형성할 수 있다. 상기 저방사 코팅 (90)의 각 층을 공지된 방법에 따라, 원하는 물성을 구현하기에 적합한 방법으로 형성할 수 있다.

예를 들어, 저방사층 (11), 하부 광흡수층 (13), 광흡수 금속층 (12), 중간 유전체층 (18a, 18b, 18c), 상부 유전체층 (15) 등의 각 층을 스퍼터링법 등의 방법에 따라 형성할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이고 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

( 실시예 )

실시예 1

마그네트론 스퍼터링 증착기 (Selcos Cetus-S)를 사용하여, 하기와 같이 투명 유리 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 형성하여, 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재를 제조하였다. 상기 제조된 무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재의 층 구조를 그 적층 순서에 따라 표 1에 기재하였다.

구분	층 구분	재료 (괄호 내 숫자: 부피비)	두께
최외각 영역	오버코트층	(저방사 코팅의 최상부) SiAlOxNy (N₂ : O₂ = 25 : 75)	15nm
최외각 영역	오버코트층	Zr (Ar 100부피%)	5nm
상부 유전체 영역	상부 유전체층	SiAlNx (Ar : N₂ = 45 : 55)	20nm
상부 유전체 영역	상부 유전체층	ZnAlOx (Ar 100부피%)	2nm
저방사 영역	광흡수 금속층	NiCr (Ar 100부피%)	1nm
	저방사층	Ag (Ar 100부피%)	11nm
	광흡수 금속층	NiCr (Ar 100부피%)	1nm
중간 유전체 영역	중간 유전체층	ZnAlOx (Ar 100부피%)	1.5nm
	중간 유전체층	SiAlNx (Ar : N₂ = 45 : 55)	65nm
	중간 유전체층	ZnAlOx (Ar 100부피%)	1.5nm
저방사 영역	광흡수 금속층	NiCr (Ar 100부피%)	1nm
	저방사층	Ag (Ar 100부피%)	10nm
	광흡수 금속층	NiCr (Ar 100부피%)	1nm
하부 영역	하부 유전체층	ZnAlOx (Ar 100부피%)	2nm
	하부 유전체층	SiAlNx (Ar : N₂ = 40 : 60)	15nm
	하부 광흡수층	CrNx (Ar : N₂ = 75: 25)	6nm
	하부 유전체층	(저방사 코팅의 최하부) SiAlNx (Ar : N₂ = 40 : 60)	30nm
투명 유리 기재			6mm

실험예 1

실시예 1에서 제작된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여 성능 분석을 하기 항목별로 실시하였다.

<투과율 및 반사율 계산>

UV-Vis-NIR 스펙트럼 측정 장치(Shimadzu, Solidspec-3700)를 이용하여 250 내지 2500nm 범위의 1nm 구간 폭으로 광학 스펙트럼을 측정한 후, 결과 값을 KS L 2514 기준에 의거하여, 가시광선 투과율과 창호용 기능성 건축 자재의 저방사 코팅의 코팅면의 반사율, 및 창호용 기능성 건축 자재의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면, 즉, 유리 기재 쪽 면의 반사율을 계산하였다.

<방사율>

원적외선 분광 측정장치인 FT-IR (Frontier, Perkin Elmer社)를 이용하여 창호용 기능성 건축 자재의 저방사 코팅이 코팅된 쪽의 일면의 원적외선 반사율 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과로부터 KS 2514 규격에 맞게 원적외선 평균 반사율을 산출한 후, 100%-(원적외선 평균반사율)의 수식으로 방사율을 평가하였다.

<색지수>

색차 측정기(KONICA MINOLTA SENSING, InC., CM-700d)를 이용하여 CIE1931 기준의 L*, a*, 및 b* 값을 측정하였다. 이때, 광원은 KS 규격의 D65로 적용하였다.

구분		실시예 1
방사율, ε		4.6
가시광 투과율 (%)		48.6
유리면 반사율 (%)		4.4
구분		투과면	코팅면 반사	유리면 반사
색지수	L*	75.2	26.4	25.1
	a*	-2.7	-11.8	0.8
	b*	-1.7	-20.7	0.0

상기 표 2에서, 실시예 1은 가시광 투과율과 유리면 반사율이 모두 낮아서, 저투과율과 함께 저반사율 특징을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1은 색지수 결과로부터 투과면과 유리면 반사 모두에서, a* 및 b*가 모두 0에 가까운 값이다. 이로부터, 중립적인 회색이 구현되었음을 확인할 수 있다.

실험예 2

실시예 1에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재 각각에 대하여, 별도로 준비된 6mm 투명 유리와 간극 12mm가 되도록 스페이서를 개재하고, 가장자리에 실란트를 도포하여 부착하여 복층 유리를 제작하였다. 상기 복층 유리에서 실시예 1에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재의 저방사 코팅은 간극 내측으로 위치하도록 부착하였다. 간극은 Ar 100 부피%로 채웠다.

실시예 1에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재를 이용하여 제작된 상기 복층 유리 각각에 대하여, 실험예 1에서와 동일한 측정 방법에 따라, 가시광 투과율, 유리면 반사율, 색지수를 측정하여 하기 표 3에 기재하였다.

구분		실시예 1
가시광 투과율 (%)		43.2
유리면 반사율 (%)		6.4
구분		투과면	코팅면 반사	유리면 반사
색지수	L*	71.78	41.00	30.35
	a*	-3.97	-6.07	-0.31
	b*	-1.69	-11.2	-0.84

실험예 1에서와 일관성 있는 결과로서, 실시예 1로부터 제조된 복층 유리는 저투과율과 함께 저반사율을 나타내면서, 무광 및 중립적인 회색을 구현하였다.

실험예 3

실험예 2에서, 실시예 1에서 제조된 창호용 기능성 건축 자재를 이용하여 제조한 복층 유리에 대하여, UV-Vis-NIR 스펙트럼 측정 장치(Shimadzu, Solidspec-3700)을 이용하여 분광 스펙트럼을 얻었고, FT-IR (Frontier, Perkin Elmer社)을 이용하여 방사율을 얻은 뒤, 그 결과를 이용하여 계산한 SHGC 값 및 Ug 값을 얻었다.

SHGC: 0.283

Ug(Uvalue): 1.372

SHGC는 열취득계수 (SHGC, Solar Heat Gain Coefficient)로서, 태양열이 창호에 입사하는 에너지 대비 창호를 통과하여 내부에 전달되는 에너지의 비율이다.

Solar Heat Gain = SHGC × Solar Radiation

상기 얻어진 SHGC 값은 소정의 목표치를 달성하는 낮은 값으로서, 창호용 기능성 건축 자재에서 요구되는 수준을 충분히 달성되었음을 확인할 수 있는 수치이다.

Ug (Uvalue)는 열관류율이다. 여러 층의 서로 다른 재료로 구성된 벽체와 같은 건물의 한 부위를 통한 열의 전달은 여러 과정을 통해 이루어진다. 여러 재료로 구성된 구조체를 통한 열전달을 모든 요인들을 혼합한 하나의 값으로 나타낸 것을 열관류율이라고 한다. Ug (Uvalue)의 단위는 W/㎡℃(Kcal/㎡ h ℃)로 표면적이 1㎡인 구조체를 사이에 두고 온도차가 1℃일때 구조체를 통한 열관류율을 와트로 측정한 것이다. 열관류율이 낮을수록 단열성능은 좋은 것을 의미한다. 상기 얻어진 Ug (Uvalue)는 소정의 목표치를 달성하는 낮은 값으로서, 창호용 기능성 건축 자재에서 요구되는 수준을 단열 효과가 충분히 달성되었음을 확인할 수 있는 수치이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

10: 투명 유리 기판
11: 저방사층
12: 광흡수 금속층
13: 하부 광흡수층
14: 하부 유전체층
15: 상부 유전체층
16a, 16b: 오버코트층
18a, 18b, 18c: 중간 유전체층
20: 하부 영역
30: 저방사 영역
40: 상부 유전체 영역
50: 중간 유전체 영역
60: 최외각 영역
90: 저방사 코팅
100, 200: 창호용 기능성 건축 자재

Claims

투명 유리 기판 및 상기 투명 유리 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고,
상기 저방사 코팅은, 하부 광흡수층, 광흡수 금속층 및 저방사층을 포함하고,
상기 하부 광흡수층은 질화크롬을 포함하고,
가시광 투과색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 -5 내지 5이고, 색지수 b* 값이 -5 내지 5이고,
상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면의 반사색의 색차 측정기를 이용하여 측정한 색지수 a*값이 -5 내지 5이고, 색지수 b* 값이 -5 내지 5이고,
가시광 투과율이 20% 내지 60%이고,
상기 투명 유리 기판의 저방사 코팅이 형성되지 않은 다른 일면에서의 가시광 반사율이 1% 내지 15% 인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사 코팅은 하부 영역, 저방사 영역 및 상부 유전체 영역으로 구별되고, 상기 하부 영역이 상기 투명 유기 기판의 일면에 접하고, 상기 저방사 영역 및 상기 상부 유전체 영역이 순차적으로 이어지는 다층 구조이고,
상기 하부 영역은 하부 광흡수층 및 상기 하부 광흡수층의 양면에 적층된 하부 유전체층을 포함하고,
상기 저방사 영역은 저방사층 및 상기 저방사층의 양면에 적층된 광흡수 금속층을 포함하고,
상기 상부 유전체 영역은 상부 유전체층을 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 하부 광흡수층의 두께가 1nm 내지 15nm 인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 하부 유전체층의 두께가 10nm 내지 40nm 인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사층은 방사율이 0.01 내지 0.3인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 광흡수 금속층은 가시광선 영역의 소멸 계수가 1.5 내지 3.5인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 광흡수 금속층은 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 광흡수 금속층의 두께가 0.5nm 내지 10nm 인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사 영역의 두께가 5nm 내지 20nm 인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제2항에 있어서,
상기 저방사 코팅은 상기 저방사 영역을 1개 내지 3개 포함하고, 상기 저방사 영역 사이에 중간 유전체 영역이 개재된
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제11항에 있어서,
상기 중간 유전체 영역은 적어도 하나의 중간 유전체층을 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제12항에 있어서,
상기 중간 유전체층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 하나를 포함하거나,
상기 금속 산화물, 상기 금속 질화물 또는 상기 금속 산질화물에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제12항에 있어서,
상기 중간 유전체층은 산화티타늄, 산화주석아연, 산화아연, 산화아연알루미늄, 산화주석, 산화비스무스, 질화실리콘, 질화실리콘알루미늄, 산질화실리콘알루미늄, 질화실리콘주석 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제11항에 있어서,
상기 중간 유전체 영역의 두께는 5nm 내지 90nm인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제2항에 있어서,
상기 저방사 코팅은 상기 상부 유전체 영역의 상부에 적어도 한 층의 오버코트층을 포함하는 최외각 영역을 더 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제16항에 있어서,
상기 오버코트층은 지르코늄, 지르코늄을 포함하는 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하거나,
상기 지르코늄, 상기 지르코늄을 포함하는 합금, 상기 금속 산화물, 상기 금속 질화물 또는 상기 금속 산질화물에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제16항에 있어서,
상기 오버코트층은 산화티타늄, 산화주석아연, 산화아연, 산화아연알루미늄, 산화주석, 산화비스무스, 질화실리콘, 질화실리콘알루미늄, 산질화실리콘알루미늄, 질화실리콘주석 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 투명 유리 기판은 80% 내지 100%의 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판인
무광 회색의 창호용 기능성 건축 자재.