KR20190067030A

KR20190067030A - 창호용 기능성 건축 자재

Info

Publication number: KR20190067030A
Application number: KR1020170167002A
Authority: KR
Inventors: 유현우; 전윤기; 권대훈; 박성진; 박을두
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-06-14
Also published as: US20210163347A1; WO2019112320A1; KR102157540B1; US11161780B2; DE212018000375U1

Abstract

투명 기판 및 상기 투명 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고, 상기 저방사 코팅은, 상기 투명 기판으로부터 순차적으로 적층된: 제1 유전체층, 제2 유전체층, 하부 배리어층, 제3 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제4 유전체층, 제5 유전체층, 상부 배리어층 및 제6 유전체층을 포함하고, 상기 제1 유전체층의 굴절률과 상기 제3 유전체층의 굴절률은 각각 상기 제2 유전체층의 굴절률 보다 낮고, 상기 제4 유전체층의 굴절률과 상기 제6 유전체층의 굴절률은 각각 상기 제5 유전체층의 굴절률 보다 낮은 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 우수한 광학 성능을 유지하면서, 내구성, 내열성, 내습성 및 내마모성이 향상된 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 투명 기판 및 상기 투명 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고, 상기 저방사 코팅은, 상기 투명 기판으로부터 순차적으로 적층된: 제1 유전체층, 제2 유전체층, 하부 배리어층, 제3 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제4 유전체층, 제5 유전체층, 상부 배리어층 및 제6 유전체층을 포함하고, 상기 제1 유전체층의 굴절률과 상기 제3 유전체층의 굴절률은 각각 상기 제2 유전체층의 굴절률 보다 낮고, 상기 제4 유전체층의 굴절률과 상기 제6 유전체층의 굴절률은 각각 상기 제5 유전체층의 굴절률 보다 낮은 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.

상기 제1 유전체층, 상기 제3 유전체층, 제4 유전체층 및 제6 유전체층의 굴절률은 각각 2.2 이하일 수 있다.

상기 제2 유전체층 및 제5 유전체층의 굴절률은 각각 2.3 이상일 수 있다.

상기 저방사 코팅은 상기 투명 기판에 접하도록 최하부에 위치하는 최하부 배리어층을 더 포함할 수 있다.

상기 저방사 코팅은 상기 제6 유전체층 상부에 최상부 보호층을 더 포함할 수 있다.

상기 저방사 코팅은, 상기 제3 유전체층, 상기 제6 유전체층 또는 이들 모두의 상부에 추가적인 고굴절층 및 추가적인 저굴절층을 순서대로 더 포함할 수 있다.

상기 창호용 기능성 건축 자재는 광학 성능, 내열성, 내습성 및 내마모성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 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 기판 (100) 및 상기 투명 기판 (10)의 일면에 형성된 저방사 코팅 (11) (coating, coat)을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재 (100)를 제공한다.

상기 저방사 코팅 (11)은, 상기 투명 기판(10)으로부터 순차적으로 적층된, 제1 유전체층 (14a), 제2 유전체층 (14b), 하부 배리어층 (19a), 제3 유전체층 (14c), 제1 저방사 보호층 (13a), 저방사층 (12), 제2 저방사 보호층 (13b), 제4 유전체층 (14d), 제5 유전체층 (14e), 상부 배리어층 (19b), 및 제6 유전체층 (14f)을 포함한다.

상기 제1 유전체층 (14a)의 굴절률과 상기 제3 유전체층 (14c)의 굴절률은 각각 상기 제2 유전체층 (14b)의 굴절률 보다 낮다.

상기 제4 유전체층 (14d)의 굴절률과 상기 제6 유전체층 (14f)의 굴절률은 각각 상기 제5 유전체층 (14e)의 굴절률 보다 낮다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재 (100)를 나타낸 단면도이다.

상기 저방사 코팅 (11)은 태양 복사선 중 선택적으로 원적외선을 반사하는 저방사층 (12)을 기반으로 하는 다층 박막 구조로 도 1과 같이 형성될 수 있고, 방사율을 낮추어 상기 저방사 코팅 (11)에 저방사율 즉, 로이 (Low-e: low emissivity) 효과에 의한 우수한 단열 성능을 부여한다.

상기 저방사 코팅 (11)은 상기와 같은 구조로 형성되어, 예를 들어 창문 유리의 코팅막으로 적용시, 여름에는 실외의 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 실내외간 열의 이동을 최소화하여, 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.

'방사율 (Emissivity)'이란 물체가 임의의 특정 파장을 갖는 에너지를 흡수, 투과 및 반사하는 비율을 의미하는 것이다. 즉, 본 명세서에서 방사율은 적외선 파장 영역에 있는 적외선 에너지의 흡수 정도를 나타내는 것으로서, 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 저방사 코팅 (11)은 상기 투명 기판 (100)에 코팅막으로 적용되어, 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 자재를 구현할 수 있다. 이러한 창호용 기능성 건축 자재는 일명, '로이 유리'라고 칭해지기도 한다.

상기 저방사층 (12)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 (12)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 (12)은 가시광선 투과율 및 적외선 방사율을 적절히 조절하여 우수한 채광성 및 단열 효과를 동시에 구현할 수 있다. 상기와 같은 방사율을 갖는 상기 저방사층 (12)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 (12)은 태양 복사선을 선택적으로 투과 및 반사시키는 기능을 수행하고, 구체적으로 적외선 영역의 복사선에 대한 반사율이 높아 저방사율을 갖는다. 상기 저방사층 (12)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 제한 없이 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 (12)은 은(Ag)으로 형성된 층일 수 있고, 그 결과 상기 저방사 코팅 (11)은 높은 전기전도도, 가시광선 영역에서의 낮은 흡수율, 내구성 등을 구현할 수 있다.

상기 저방사층 (12)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 25nm일 수 있다. 상기 범위의 두께를 갖는 저방사층 (12)은 낮은 적외선 방사율 및 높은 가시광선 투과율을 동시에 구현하기에 적합하다.

상기 저방사 보호층 (13a, 13b)은 광흡수 성능이 뛰어난 금속으로 이루어져 태양광을 조절하는 기능을 하고, 그 재료, 두께 등을 조절하여 상기 저방사 코팅 (11)이 구현하는 색상을 조절할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 저방사 보호층 (13a, 13b)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 0보다 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 저방사 보호층 (13a, 13b)은 상기 범위의 가시광선 영역의 소멸 계수는 갖는 금속을 사용하여, 가시광선의 일정 부분을 흡수하여, 상기 저방사 코팅 (11)이 소정의 색상을 갖도록 한다.

예를 들어, 상기 저방사 보호층 (13a, 13b)은 Ni, Ti, Nb, Cr, Al, Zn 또는 Mo의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 산화물, 상기 복합 금속의 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 복합금속은 합금 형태를 의미한다.

도 1에서, 상기 저방사 보호층 (13a) 및 상기 저방사 보호층(13b)은 각각 단층으로 형성된 것으로 나타나고 있으나, 각각이 다층으로 형성될 수도 있다.

일 구현예에서, 상기 저방사 보호층 (13a, 13b)은 Ti, Nb, Mo 또는 이들 중 적어도 2 개의 합금을 포함할 수 있다.

상기 저방사 보호층 (13a, 13b)은 단일 층 또는 복수의 층으로 포함될 수 있고, 상기 저방사층 (12)의 일면 또는 양면에 위치할 수 있다. 도 1에서는 저방사층 (12)의 양면에 복수의 층으로 저방사 보호층 (13a, 13b)이 형성된 경우를 나타낸다.

상기 저방사 보호층 (13a, 13b)의 두께는, 예를 들어, 한 층을 약 0.5nm 내지 약 5nm의 두께로 할 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 용도에 맞게 적절히 변경할 수 있다.

상기 저방사 보호층 (13a, 13b)의 두께는 금속 재료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 저방사 보호층 (13a, 13b)으로서 NiCr층의 두께는 약 0.5nm 내지 약 2nm 일 수 있고, 상기 저방사 보호층 (13a, 13b)으로서 ZnAlOx층의 두께는 약 1nm 내지 약 8nm일 수 있다.

상기 저방사 코팅 (11)은 상기 두께 범위의 저방사 보호층 (13a, 13b)을 형성함으로써 저방사 보호층 (13a, 13b)으로서의 역할을 수행하면서 소정의 투과율 및 반사율을 갖도록 조절하기에 적합하다.

상기 제1 유전체층 (14a), 상기 제3 유전체층 (14c), 제4 유전체층 (14d) 및 제6 유전체층 (14f)의 굴절률은 각각 약 2.2 이하이고, 구체적으로, 약 1.8 내지 약 2.2일 수 있다.

일 구현예에서, 상기 제1 유전체층 (14a), 상기 제3 유전체층 (14c), 제4 유전체층 (14d) 및 제6 유전체층 (14f)은 각각 질화실리콘알루미늄을 포함할 수 있다.

상기 질화실리콘알루미늄은 약 2.2 이하의 굴절률을 잘 구현할 수 있고, 동시에 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

상기 제1 유전체층 (14a), 상기 제3 유전체층 (14c), 제4 유전체층 (14d) 및 제6 유전체층 (14f)은, 예를 들어, Si : Al의 중량비가 약 85~95 중량부 : 5~15 중량부의 타겟을 사용하여 질소분위기에서 스퍼터링 장비를 이용하여 증착하여 제조될 수 있다. 이 때, 질소의 함량비에 따라서 굴절률이 조절될 수 있고, 구체적으로 질소의 함량이 작을수록 굴절률이 낮아지고, 함량이 높을수록 굴절률이 높아진다. 구체적으로, 질소의 함량을 조절하여, 약 1.8 내지 약 2.2의 굴절률을 가지는 질화실리콘알루미늄의 층을 제조할 수 있다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (100)는 질화실리콘알루미늄을 포함하는 층을 적어도 4층 이상 포함하기 때문에 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

상기 제2 유전체층 (14b) 및 제5 유전체층 (14e)의 굴절률은 각각 약 2.3 이상이고, 구체적으로 약 2.3 내지 약 2.5일 수 있다.

다른 구현예에서, 상기 제2 유전체층 (14b) 및 제5 유전체층 (14e)은 각각 Ti, Zr, Nb, Ta 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물, 산질화물 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 상기 Ti, Zr, Nb, Ta의 조합은 2 이상의 금속의 합금을 의미한다.

구체적으로, 상기 제2 유전체층 (14b) 및 제5 유전체층 (14e)은 각각 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 유전체층 (14b) 및 제5 유전체층 (14e)은 각각 TiOx; ZrOx; TaOx; 또는 Ti, Zr 및 Ta 중 적어도 2 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물;을 포함할 수 있고, 약 1.5≤x≤2.0 일 수 있고, 구체적으로, 약 1.6≤x≤1.9 일 수 있다.

상기 예시된 물질들은 약 2.3 이상의 굴절률을 잘 구현할 수 있고, 동시에 우수한 내구성을 발휘할 수 있다.

상기 저방사층 (12)으로 사용되는 금속은 일반적으로 산화가 잘되므로, 상기 제1 유전체층 (14a) 내지 상기 제6 유전체층 (14f)은 상기 저방사층 (12)의 산화방지막으로서 작용할 수 있고, 또한 상기 제1 유전체층 (14a) 내지 상기 제6 유전체층 (14f)은 가시광선 투과율을 증가시키는 역할도 한다. 또한, 상기 제1 유전체층 (14a) 내지 상기 제6 유전체층 (14f)은 상기 저방사 코팅 (11)의 광학 성능을 향상시킨다.

상기 제1 유전체층 (14a) 내지 상기 제6 유전체층 (14f)의 각 두께를 조절하여 광학 성능을 다양하게 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 유전체층의 각각의 한 층 두께는, 각각, 약 5nm 내지 약 30nm일 수 있고, 상기 상기 제1 유전체층 (14a) 내지 상기 제6 유전체층 (14f)의 총 두께의 합은 약 30nm 내지 약 120nm일 수 있다.

상기 저방사 코팅 (11)에서 제1 유전체층 (14a) 내지 제3 유전체층 (14c) 및 제4 유전체층 (14d) 내지 제6 유전체층 (14f)은 저굴절층, 고굴절층 및 저굴절층이 반복된 구조를 형성한다. 이와 같이 저굴절층과 고굴절층이 반복 교차하는 구조를 형성함으로써 투과율, 반사율, 색지수 등과 같은 저방사 유리에서 요구되는 광학성능이 크게 향상된다.

상기 저방사 코팅 (11)은 상기 상부 배리어층 (19b) 및 상기 하부 배리어층 (19a)의 다층 배리어층을 포함한다. 도 1에서와 같이, 상기 상부 배리어층 (19b) 및 상기 하부 배리어층 (19a)의 다층 배리어층을 각각의 특정한 위치에 형성함으로써, 산소 및 수분 확산을 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 또한, 상기 다층 배리어층을 적용한 상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 광학 성능을 저하시키지 않으면서도 내열성이 향상되고, 내습성이 향상될 뿐만 아니라, 내마모성도 향상된다.

투명 기판 (10)의 일면에 저방사 코팅 (11)을 형성하여 창호용 기능성 건축 자재 (10)를 제조하는 공정 중, 굽힘 또는 강화 과정을 통해 예비 응력을 가하는 열처리 공정이 수행된다. 이러한, 열처리 공정은 약 600 내지 약 700℃의 온도로 가열하여 수행되고, 이러한 열을 가하는 동안, 상기 저방사 코팅 (11)을 형성하는 물질들은 종종 산화, 확산, 또는 뭉침 등이 유발되어 구조적인 변형을 거치게 될 우려가 있다. 다른 한편, 상기 저방사 코팅 (11)이 고온 다습한 환경에 처하면서, 대기 중의 산소, 클로라이드, 설파이드, 이산화황 등과 같은 부식제 역할을 할 수 있는 성분들과 상기 저방사층 (120)의 접촉하게 되면, 저방사 코팅 (11)의 부식이 발생하여 코팅막이 손상되는 문제점이 존재한다. 또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 운송 또는 취급시 긁힘에 의해 저방사 코팅 (11)이 빈번하게 손상되는 문제점이 있다.

따라서, 상기 저방사 코팅 (11)은 열처리 공정으로부터, 고온 다습한 주변 환경으로부터, 또는 취급시 물리적 손상으로부터 보호될 필요성이 제기된다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 전술한 바와 같은 상기 다층 배리어층의 구조를 형성함으로써, 상기 하부 배리어층 (19a) 및 상기 상부 배리어층 (19b)을 통하여 알칼리 이온과 산소의 물리적, 화학적 확산을 방지시킬 수 있고, 그에 따라, 전술한 열처리 공정과 고온 다습한 주변 환경으로부터 저방사 코팅 (11)을 보호하는 작용을 할 수 있고, 또한, 상기 최하부 배리어층 (20)이 상기 유리 기판 (100)과 상기 저방사 코팅 (11)의 계면 접착력을 향상시켜 상기 저방사 코팅 (11)의 내마모성이 향상된다.

따라서, 상기 다층 배리어층을 포함한 상기 창호용 기능성 건축 자재 (10)는 내열성, 내습성 및 내마모성이 우수하다.

상기 하부 배리어층 (19a)및 상기 상부 배리어층 (19b)은 각각: 금속, 복합금속, 상기 금속의 질화물, 상기 복합금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함한다.

상기 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Ni 또는 Cr이고, 상기 복합금속은 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 합금을 의미할 수 있다. 상기 복합금속은, 구체적으로, SiAl, ZrSi, TiZr, NiCr, NiTi, NbZr 또는 NiTiNb 일 수 있다. 상기 SiAl은 Si과 Al의 합금을 의미하고, 본 명세서에서 별도의 언급이 없는 한 동일한 방법으로 합금을 표시한다.

다른 구현예에서, 상기 하부 배리어층 (19a) 및 상기 상부 배리어층 (19b)은 각각: 지르코늄질화물, 지르코늄실리콘질화물, 티타늄질화물, 티타늄지르코늄질화물, 니오븀질화물, 니켈질화물, 크롬질화물, 니켈크롬질화물, 니켈티타늄질화물, 니오븀지르코늄질화물, 니켈티타늄니오븀질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (100)에서, 상기 저방사 코팅 (11)은 상기 제6 유전체층 (14f) 상부에 최상부 보호층 (15)을 더 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재 (200)를 나타낸 단면도이다.

상기 창호용 기능성 건축 자재 (200)는 전술한 구조에서 상기 제6 유전체층 (14f) 상부에 최상부 보호층 (15)이 적층된다.

상기 최상부 보호층 (15)은 최외각에 노출되는 층으로서, 지르코늄계 화합물을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 최상부 보호층 (15)은 아연알루미늄 산화물을 포함할 수 있다.

상기 최상부 보호층 (15)은 상기 제1 유전체층 (14a) 내지 상기 제6 유전체층 (14f)과 함께 우수한 광학 성능을 구현할 수 있다.

상기 저방사 코팅 (11)은 상기 제1 유전체층 (14a), 상기 제2 유전체층 (14b) 및 제5 유전체층 (14e)에 대응되는 층으로서, 굴절률은 약 2.3 이상이고, 구체적으로 약 2.3 내지 약 2.5인 추가적인 고굴절층;과 상기 제3 유전체층 (14c), 제4 유전체층 (14d) 및 제6 유전체층 (14f)에 대응되는 층으로서, 굴절률은 각각 약 2.2 이하이고, 구체적으로 약 1.8 내지 약 2.2인 추가적인 저굴절층을 한 쌍으로 하여 더 포함할 수 있다.

상기 추가적인 고굴절층 및 추가적인 저굴절층은 한 쌍으로 하여, 상기 제3 유전체층 (14c)의 상부 및/또는 상기 제6 유전체층 (14f)의 상부에 상기 추가적인 고굴절층 및 상기 추가적인 저굴절층의 순차적인 한 쌍이 더 적층되어 포함될 수 있다.

또한, 상기 추가적인 고굴절층 및 추가적인 저굴절층은 한 쌍으로 하여, 상기 제3 유전체층 (14c)의 상부 및/또는 상기 제6 유전체층 (14f)의 상부에 상기 추가적인 고굴절층 및 상기 추가적인 저굴절층의 순서대로 두 쌍이 더 적층되어 포함될 수 있다.

즉, 상기 추가적인 고굴절층 및 상기 추가적인 저굴절층은 상기 제3 유전체층 (14c) 및 상기 제1 저방사 보호층 (13a) 사이, 상기 제6 유전체층 (14f)의 상부, 또는 상기 제6 유전체층 (14f)의 상부와 후술되는 최상부 보호층 (15) 사이에 위치할 수 있다.

상기 한 쌍의 추가적인 고굴절층 및 추가적인 저굴절층이 반복되어 적층될수록 투과율과 같은 광학 성능이 향상되지만, 단가 상승의 우려가 있으므로, 적용 용도에 맞추어 조절할 수 있다.

도 3은 상기 추가적인 고굴절층 및 상기 추가적인 저굴절층을 더 포함한 창호용 기능성 건축 자재 (300)를 나타낸다.

도 3에서, 상기 창호용 기능성 건축 자재 (300)는 상기 추가적인 고굴절층 (16a)과 상기 추가적인 저굴절층 (17a)의 한 쌍 및 상기 추가적인 고굴절층 (16b)과 상기 추가적인 저굴절층 (17b)의 다른 한 쌍을 포함한다.

상기 저방사 코팅 (11)은 상기 투명 기판에 접하도록 최하부에 위치하는 상기 최하부 배리어층 (20)을 더 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재 (400)를 나타낸 단면도이다.

도 4에서는 도 3의 적층 구조에서 상기 최하부 배리어층 (20)을 더 포함하는 경우로 작성되었으나, 이에 한정되지 않고, 도 1 내지 도 3의 구조에 상기 최하부 배리어층 (20)을 더 포함하는 창호용 기능성 건축 자재를 제공할 수 있다.

상기 최하부 배리어층 (20)은 Si, Zr 또는 Ti의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 산화물, 상기 금속의 산화질화물, 상기 복합 금속의 산화물, 상기 복합 금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 최하부 배리어층 (20)에 포함되는 상기 복합금속은 SiAl, ZrSi, 또는 TiZr 일 수 있다

일 구현예에서, 상기 최하부 배리어층 (20)은 실리콘산화물, 실리콘알루미늄산화물, 지르코늄산화물, 지르코늄실리콘산화물, 티타늄산화물, 티타늄지르코늄산화물, 실리콘산질화물, 실리콘알루미늄산질화물, 지르코늄산질화물, 지르코늄실리콘산질화물, 티타늄산질화물, 티타늄지르코늄산질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.

상기 저방사 코팅 (11)은 소정의 광학 성능을 구현하기 위하여 전술한 구조 이외의 다른 추가적인 층을 더 포함할 수 있다.

상기 투명 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 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 자재를 제조하기 위해, 먼저 투명 기판 (10)을 준비한 뒤, 상기 저방사 코팅 (11)의 각 층을 순차적으로 형성할 수 있다. 저방사 코팅 (11)의 각 층을 공지된 방법에 따라, 원하는 물성을 구현하기에 적합한 방법으로 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 증착기를 사용하여, 하기와 같이 투명 유리 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 제조하였다.

5mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/질소 분위기 하에서 제1 유전층인 질화실리콘알루미늄을 증착하고, 이어서 아르곤/산소 분위기 하에서 제2 유전층인 산화티타늄을 형성하였다. 그 후 아르곤 분위기 하에서 하부 배리어층인 니켈크롬층을 형성하고, 아르곤/질소 분위기 하에서 제3 유전층인 질화실리콘알루미늄을 형성하였다. 다음으로 상부면에 아르곤/산소 분위기 하에서 산화알루미늄아연층 및 아르곤 100% 분위기하에서 니켈크롬층을 형성시켜 제1 저방사 보호층을 형성하였다. 그 후 은층을 증착하여 저방사층을 형성하였고, 상기 저방사층 상부 면에 아르곤 100% 분위기 하에서 니켈크롬층을 형성하고, 아르곤/산소 분위기 하에서 산화알루미늄아연층을 형성하여 제2 저방사 보호층을 형성하였다. 그 후 아르곤/질소 분위기 하에서 제4 유전층인 질화실리콘알루미늄을 증착하고, 이어서 아르곤 분위기 하에서 상부 배리어층인 니켈크롬층을 형성하였다. 마지막으로 아르곤/산소 분위기 하에서 제5 유전층인 산화티타늄을 형성하고. 아르곤/질소 분위기 하에서 제6 유전층인 질화실리콘알루미늄을 형성하였다.

비교예 1

실시예 1에서 제2 유전층과 제5 유전층인 산화티타늄층 제외하고, 또한, 상·하부 배리어층인 니켈 크로층을 제외한 나머지 층은 모두 동일하게 제작하였다.

실험예 1

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

<투과율 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 투과율을 측정하였다.

<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.

상기와 같이 평가된 결과는 하기와 같다.

구분	투과율 (%)	방사율 (%)	색지수
			투과		저방사 코팅 쪽의 면 반사		투면 기판 쪽의 면 반사
			a*	b*	a*	b*	a*	b*
실시예 1	78.6	4.8	-3.0	3.6	2.9	-12.1	0.8	-8.5
비교예 1	74.5	4.8	-3.2	5.4	3.8	-11.4	2.0	-9.5

통상적으로, 방사율에 영향을 미치는 인자는 Ag층이며, Ag층의 두께가 증가할수록 방사율은 낮아지지만, 투과율이 낮아지게 되지만, 중립 색상 (neutral color)을 구현하기 위해서는, 높은 투과율과 낮은 방사율을 동시에 구현하여야 된다.

또한, 주거용 로이 유리의 용도에서 광학성능 부분의 중요한 인자는 동일한 색상에서 높은 투과율을 얻음으로써 중립 색상을 구현할 수 있다.

상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1은 비교예 1 대비하여 유사 수준의 색지수 및 방사율 값을 나타내면서도, 동시에 향상된 투과율 값을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 보다 더 중립 색상 (neutral color)을 잘 구현하고 있고, 광학 성능이 향상되었음을 확인할 수 있다.

실험예 2: 내마모성의 평가

실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여, 세척기(MANNA, MGR-460)을 사용하여 내마모성 시험을 실시하였고, 그에 따라 육안으로 상기 각 저방사 코팅의 표면에 스크래치가 발생하는 시점의 시간을 측정하였다.

실험예 3: 내습성의 평가 - 50℃, 90% RH (습도)

실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재를 항온항습 챔버(LS 산전, EBS-35B)의 50℃, 90% RH(습도)의 조건 하에서 방치하고 부식점이 발생하는 시점을 평가하였다. 광학 현미경(X50)을 이용하여 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 부식점이 발생하는지를 확인하였다.

실험예 4: 내습성의 평가 - 95℃, 95% RH (습도)

상기 실험예 2-3의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	내마모성: 세척기 (스크래치 발생 시점)	보관 성능: 내습 챔버, 50℃, 90% RH(습도) (부식점 발생 시점)	보관 성능: 내습 챔버, 95℃, 95% RH(습도) (부식점 발생 시점)
실시예 1	15분	14일	10일
비교예 1	10분	10일	5일

상기 표 2의 결과로부터, 실시예 1은 비교예 1 대비하여 우수한 내마모성을 나타내면서도, 동시에 향상된 내습성능을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 실시예1의 상·하부 배리어층이 적층됨에 따라 내구성능이 향상된 것으로 판단된다.

따라서, 실시예 1은 비교예 1에 비하여 보다 더 우수한 내마모성이 확보되고 내습성능이 향상되어, 전체적인 내구성능이 향상되었음을 확인할 수 있다.

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 기판
11: 저방사 코팅
12: 저방사층
13a, 13b: 저방사 보호층
14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f: 유전체층
15: 최상부 보호층
16a, 16b: 추가적인 고굴절층
17a, 17b: 추가적인 저굴절층
19a: 하부 배리어층
19b: 상부 배리어층
20: 최하부 배리어층
100, 200, 300, 400: 창호용 기능성 건축 자재

Claims

투명 기판 및 상기 투명 기판의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고,
상기 저방사 코팅은, 상기 투명 기판으로부터 순차적으로 적층된: 제1 유전체층, 제2 유전체층, 하부 배리어층, 제3 유전체층, 제1 저방사 보호층, 저방사층, 제2 저방사 보호층, 제4 유전체층, 제5 유전체층, 상부 배리어층 및 제6 유전체층을 포함하고,
상기 제1 유전체층의 굴절률과 상기 제3 유전체층의 굴절률은 각각 상기 제2 유전체층의 굴절률 보다 낮고,
상기 제4 유전체층의 굴절률과 상기 제6 유전체층의 굴절률은 각각 상기 제5 유전체층의 굴절률 보다 낮은
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 상기 제3 유전체층, 제4 유전체층 및 제6 유전체층의 굴절률은 각각 2.2 이하이고,
상기 제2 유전체층 및 제5 유전체층의 굴절률은 각각 2.3 이상인
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 상기 제3 유전체층, 제4 유전체층 및 제6 유전체층은 각각 Si, Al, Zn 또는 Sn의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 산화물, 상기 금속의 질화물, 상기 금속의 산화질화물, 상기 복합금속의 산화물, 상기 복합금속의 질화물, 상기 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 제1 유전체층, 상기 제3 유전체층, 제4 유전체층 및 제6 유전체층은 각각 질화실리콘알루미늄을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 제2 유전체층 및 제5 유전체층은 각각 Ti, Zr, Nb, Ta 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물, 산질화물 또는 이들 모두를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 하부 배리어층 및 상기 상부 배리어층은 각각: Si, Zr, Ti, Nb, Ni 또는 Cr의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 질화물, 상기 복합 금속의 질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 제3 유전체층, 상기 제6 유전체층 또는 이들 모두의 상부에 추가적인 고굴절층 및 추가적인 저굴절층이 순서대로 적층되어 더 포함되고,
상기 추가적인 저굴절층은 굴절률이 2.2 이하이고
상기 추가적인 고굴절층은 굴절률이 2.3 이상인
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사 코팅은 상기 투명 기판에 접하도록 최하부에 위치하는 최하부 배리어층을 더 포함하고,
상기 최하부 배리어층은 Si, Zr 또는 Ti의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 산화물, 상기 금속의 산화질화물, 상기 복합 금속의 산화물, 상기 복합 금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 제6 유전체층 상부에 최상부 보호층을 더 포함하고,
상기 최상부 보호층은 지르코늄계 화합물을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사층은 방사율이 0.01 내지 0.3인
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 저방사 보호층은 가시광선 영역의 소멸 계수가 1.5 내지 3.5인
창호용 기능성 건축 자재.
제1항에 있어서,
상기 투명 기판은 80% 내지 100%의 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판인
창호용 기능성 건축 자재.