KR20220042931A

KR20220042931A - 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재

Info

Publication number: KR20220042931A
Application number: KR1020200126364A
Authority: KR
Inventors: 한진우; 백지웅
Original assignee: 한국유리공업 주식회사
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-04-05
Also published as: KR102474951B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양광 제어 및 저방사 특성을 갖는 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅은 투명 기재로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층, 제1 하부 보호층, 제1 기능층, 제1 상부 보호층, 제2 반사방지층, 제2 하부 보호층, 제2 기능층, 제2 상부 보호층 및 제3 반사방지층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층, 제2 반사방지층 및 제3 반사방지층은 각각 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층 및 제2 기능층은 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 기능층으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하부 보호층 및 제1 상부 보호층은 제1 기능층의 산화 방지를 위해 제1 기능층의 하부면 및 상부면에 각각 접촉하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 하부 보호층 및 제2 상부 보호층은 제2 기능층의 산화 방지를 위해 제2 기능층의 하부면 및 상부면에 각각 접촉하여 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 기능층의 물리적 두께는 제1 기능층의 물리적 두께 이상으로 형성될 수 있다.

Description

다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재{TRANSPATENT SUBSTRATE HAVING MULTILAYER THIN FILM COATING}

본 발명은 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코팅층의 적층 구조 및 두께를 제어해 저방사 및 고투과 특성을 구현하면서 뉴트럴한 투과색 및 반사색을 형성하고 향상된 내구성을 제공할 수 있도록 구성된 투명 기재에 관한 것이다.

저방사 특성을 갖는 투명 기재는 투명 기재 상에 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 박막층을 형성한 제품으로, 여름에는 외부로부터 유입되는 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내에서 발생하는 난방 복사열을 보존할 수 있어 건축용 유리 등으로 많이 이용되고 있다.

이러한 저방사 특성을 갖는 투명 기재에서 방사율을 보다 낮추기 위한 방안으로 적외선을 반사하는 기능층을 더욱 두껍게 증착하는 방안, 기능층 상하에 배치되어 기능층을 보호하는 보호층의 두께를 보다 얇게 형성하는 방안 등이 고려되고 있다.

그러나, 기능층의 두께를 두껍게 형성하는 방안은 두꺼워진 기능층에 의해 방사율 감소가 도모될 수 있기는 하나, 기능층에 의해 적외선 뿐만 아니라 가시광선도 함께 반사되어 투과율이 낮아질 수 있고, 투과색에 녹색편이가 발생되어 심미감이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 기능층의 상하부에 증착되는 보호층의 두께를 얇게 형성하는 방안의 경우에는 얇아진 보호층에 의해 기능층에 포함된 금속의 산화 등이 효과적으로 방지되지 못해 오히려 방사율이 증가되거나 코팅막의 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 낮은 방사율을 구현하면서 동시에 높은 투과성을 확보할 수 있으며 뉴트럴한 투과색 및 반사색 형성이 가능하고 향상된 내구성을 확보할 수 있도록 구성된 개선된 구조의 다층 박막 코팅을 갖는 투명 기재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층과 제2 기능층의 물리적 두께의 총합은 19nm 내지 33nm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기능층의 물리적 두께는 8nm 내지 13nm이고, 제2 기능층의 물리적 두께는 11nm 내지 20nm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층의 물리적 두께에 대한 제2 반사방지층의 물리적 두께의 비율은 1.6 내지 3.1일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층의 물리적 두께에 대한 제3 반사방지층의 물리적 두께의 비율은 0.8 내지 1.6일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 상부 보호층과 제2 하부 보호층의 물리적 두께의 합은 제1 하부 보호층과 제2 상부 보호층의 물리적 두께의 합 보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하부 보호층의 물리적 두께, 제1 상부 보호층의 물리적 두께, 제2 하부 보호층의 물리적 두께, 제2 상부 보호층의 물리적 두께의 총합은 2nm 내지 5nm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하부 보호층의 물리적 두께 및 제2 상부 보호층의 물리적 두께 중 하나 이상은 제1 상부 보호층의 물리적 두께 및 제2 하부 보호층의 물리적 두께보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하부 보호층의 물리적 두께 및 제2 상부 보호층의 물리적 두께는 모두 제1 상부 보호층의 물리적 두께 및 제2 하부 보호층의 물리적 두께보다 작게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하부 보호층의 물리적 두께 및 제2 상부 보호층의 물리적 두께는 0.3nm 내지 0.7nm이고, 제1 상부 보호층의 물리적 두께 및 제2 하부 보호층의 물리적 두께는 1.2 nm 내지 1.8nm일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 상부 보호층과 제2 하부 보호층의 물리적 두께의 합은 제1 하부 보호층과 제2 상부 보호층의 물리적 두께의 합 보다 1.5배 이상 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 반사방지층, 제2 반사방지층, 제3 반사방지층 중 하나 이상은 미리 정해진 굴절률 및 흡수계수를 갖는 고굴절률층을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고굴절률층은 550nm 파장에서 2.2 이상의 굴절률 및 0.01 미만의 흡수계수를 갖는 유전체층으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고굴절률층의 광학적 두께는 상기 고굴절률층이 포함되는 반사방지층의 광학적 두께의 30% 내지 70%로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고굴절률층은 지르코늄이 도핑된 실리콘 질화물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 하부 보호층의 하부면, 제1 상부 보호층의 상부면, 제2 하부 보호층의 하부면, 제2 상부 보호층의 상부면 중 하나 이상에는 습윤층이 더 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 습윤층은 아연 산화물(ZnO)을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 수정방사율은 1.0% 내지 2.5%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 투과율은 70% 내지 80%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 태양열 취득 계수는 35% 내지 41%일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 투과색은 CIE L*a*b* 색공간에서 a*는 -7 내지 0이고 b*는 -3 내지 +3일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 비코팅면 반사색(유리면 반사색)은 CIE L*a*b* 색공간에서 a*는 -5 내지 0이고 b*는 -10 내지 0일 수 있다.

이 외에도, 본 발명에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 다층 박막 코팅을 구성하는 기능층, 보호층, 반사방지층 등의 박막층을 소정의 두께 범위로 제어함으로써, 투명 기재에 저방사 특성과 고투과 특성을 함께 구현하면서 동시에 향상된 색상 중립성(color neutrality) 및 내구성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 반사방지층에 소정의 굴절률(및 흡수계수)를 갖는 고굴절률층을 구비함으로써, 색상 중립성 및 방사율 특성을 크게 저하시키지 않으면서 투과율을 한층 더 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명기재의 단면 적층 구조를 예시적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면 적층 구조(반사방지층 내에 고굴절률층이 추가로 구비된 실시형태)를 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면 적층 구조(보호층과 접촉하는 반사방지층의 표면에 습윤층이 추가로 구비된 실시형태)를 예시적으로 도시한다.

이하에서 기술되는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이에 대한 구체적 설명으로 제한되는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은 달리 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 가지며, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것으로서 본 발명의 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.

예컨대, 본 명세서에서 사용되는 태양열 취득 계수, 방사율, 반사율 및 투과율, 색좌표 지수, 색상 중립성 등의 용어는 아래와 같은 의미를 갖는다.

- 태양열 취득 계수(SHGC; Solar Heat Gain Coefficient): 태양열이 투명 기재를 통과해 실내로 유입되는 비율을 나타내는 지수로, 투명 기재를 통해 직접 실내로 투과된 태양열과 투명 기재에 의해 흡수된 다음 실내로 재방사된 에너지를 합한 값으로 산출됨

- 방사율(emissivity): 방사율은 물체가 복사 작용에 의해 열을 방출하는 정도를 상대적으로 나타내는 지수로, 본 명세서에서 방사율은 적외선 파장대(약 5㎛ 내지 약 50㎛의 원적외선 파장 영역)에서 인가된 적외선 에너지에 대한 흡수된 에너지의 비율을 의미하고[물체에 흡수된 적외선 에너지는 다시 방사하는 적외선 에너지와 동일하므로 흡수율은 방사율과 동일한 값을 나타내며, 적외선 파장대에서 방사율은 "방사율=1-반사율"의 관계를 만족함], 다른 언급이 없으면 본 명세서에 기재된 방사율은 수직방사율을 의미함

- 수정방사율(corrected emissivity): 수정방사율은 수직방사율에 보정계수를 곱하여 산출된 값으로, 본 명세서에서 수정방사율은 KS L 2525 규격에 규정된 보정계수를 적용해 산출된 수정방사율 값을 의미함

- 반사율(reflectance) 및 투과율(transmittance): 반사율은 투명 기재로 입사된 빛 가운데 반사되는 빛의 비율을 나타내고, 투과율은 투명 기재로 입사된 빛 가운데 투명 기재를 투과한 빛의 비율을 나타내며, 본 명세서에서 반사율 및 투과율은 해당 문구에서 달리 정의되어 있지 않으면 가시광선에 대한 반사율 및 투과율을 의미함

- 색좌표 지수: 본 명세서에 기재된 색좌표 지수는 국제 조명 위원회(CIE; Commission internationale de l'Eclairage)에 의해 제정된 CIE 1976 L*a*b 색좌표 지수로서, +a*은 붉은색 경향, -a*은 녹색 경향, +b*은 노란색 경향, -b*은 푸른색 경향 정도를 나타냄

- 색상 중립성(Color Neutrality): 색상 중립성은 투명 기재가 얼마나 뉴트럴한 색상을 나타내는지에 대한 지표로, 본 명세서에서 색상 중립성은 CIE L*a*b* 색공간에서 L* 축과 색 위치 사이의 최단 거리(

)를 의미함

본 명세서에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.

본 명세서에 기재된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.

본 명세서에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 "위치되어" 있다거나 "형성되어" 있다고 언급되는 경우, 이는 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 직접 접촉된 상태로 위치되거나 형성되는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 중간에 개재한 상태로 위치하거나 형성될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 "하방", "하부" 등의 방향 지시어는 첨부된 도면에서 투명 기재를 향하는 방향을 의미하고, "상방", "상부" 등의 방향 지시어는 그 반대 방향(즉, 투명 기재로부터 멀어지는 방향)을 의미한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조부호를 통해 지시되어 있으며, 이하의 실시예들의 설명에 있어서 동일하거나 대응하는 구성요소는 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 다만, 아래의 설명에서 특정 구성요소에 관한 기술이 생략되어 있더라도, 이는 그러한 구성요소가 해당 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면 적층 구조가 예시적으로 도시되어 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 도면에 도시된 바와 같이 다층 박막 코팅 내에 적외선 반사 특성을 갖는 기능층이 상하로 2개 포함되어 있는 더블로이(double low-E) 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명 기재(100)는 경질의 무기물 또는 중합체 유기물 등으로 형성될 수 있으며, 예컨대 소다라임유리 등과 같은 통상의 유리 기판으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)은 투명 기재(100) 상에 복수의 박막층이 적층된 구조로 형성되어 투명 기재에 요구되는 다양한 광학적·물리적·화학적 특성을 부여하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)은 스퍼터링 공정과 같은 물리적 기상증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 공정을 이용해 투명 기재(100) 상에 증착되어 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막 다층 코팅(200)은 투명 기재(100)로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층(210), 제1 하부 보호층(220), 제1 기능층(230), 제1 상부 보호층(240), 제2 반사방지층(250), 제2 하부 호층(260), 제2 기능층(270), 제2 상부 보호층(280) 및 제3 반사방지층(290)을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 반사방지층(210), 제2 반사방지층(250) 및 제3 반사방지층(290)]은 가시광선 영역의 파장을 갖는 빛의 반사를 방지해 반사광에 의한 간섭이나 산란을 제거하고 외부의 수분이나 이물질로부터 코팅층을 보호하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 반사방지층(210), 제2 반사방지층(250) 및 제3 반사방지층(290)]은 하나 이상의 유전체층을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층을 구성하는 유전체층은 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 산질화물 등으로 형성될 수 있으며, 이러한 유전체층에는 티타늄(Ti), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 비스무트(Bi), 납(Pb), 인듐(In), 주석(Sn), 실리콘(Si) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금이 포함되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반사방지층을 구성하는 유전체층은 실리콘 질화물(예컨대, Si₃N₄) 및/또는 지르코늄이 도핑된 실리콘 질화물(예컨대, Si₃N₄:Zr) 등으로 형성될 수 있으며, 이러한 유전체층은 스퍼터링 증착 효율을 향상시키기 위해 알루미늄(Al)이 도핑된 상태로 형성될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 알루미늄은 금속 타겟을 기준으로 5~15at% 범위로 도핑될 수 있고(알루미늄이 5at% 미만이 되면 증착률이 떨어져 생산성에 제약이 있을 수 있고, 알루미늄이 15at%를 초과하면 굴절률이 낮아질 수 있음), 지르코늄은 금속 타겟을 기준으로 10~40at% 범위로 도핑될 수 있다(지르코늄이 10at% 미만이 되면 굴절률이 저하되고 표면 거칠기가 나빠질 수 있으며, 지르코늄이 40at%를 초과하면 광흡수율 증가로 방사율 특성이 저하될 수 있음)

다만, 반사방지층은 전술한 구조의 유전체층으로 한정되어 형성되어야만 하는 것은 아니고, 다른 구조의 유전체층으로 형성되거나 유전체층 대신 또는 유전체층과 함께 금속층을 더 구비하도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층은 적외선 영역의 파장에 대한 높은 반사 특성을 갖는 금속 기반의 박막층으로, 적외선 영역의 파장대(예컨대, 약 5㎛ 내지 약 50㎛의 원적외선 영역)를 반사시켜 방사율을 낮추는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(230) 및 제2 기능층(270)]은 적외선에 대한 높은 반사 특성을 갖는 금(Au), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 은(Ag) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기능층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 기능층(230) 및 제2 기능층(270)]은 적외선 영역의 파장에 대해 양호한 반사 특성을 나타내면서 상대적으로 가격이 저렴한 은(Ag)을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층은 도면에 도시된 바와 같이 다층 박막 코팅(200) 내에 두 층 이상 포함되어 보다 낮은 방사율을 형성하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도면에 도시된 실시형태의 경우에는 제1 반사방지층(210)과 제2 반사방지층(250) 사이에 제1 기능층(230)이 구비되고, 제2 반사방지층(250)과 제3 반사방지층(290) 사이에 제2 기능층(270)이 구비되어, 다층 박막 코팅(200) 내에 2개의 기능층이 포함된 구조로 다층 박막 코팅(200)이 형성되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호층은 기능층의 상하부에 배치되어 기능층이 수분 또는 산소에 노출되어 부식되거나 산화되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 보호층은 증착 공정이나 열처리 공정에서 기능층 내로 산소가 유입되어 기능층이 손상되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호층은 기능층의 상부면 및 하부면에 직접 접촉되어 형성되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 제1 기능층(230)의 하부면 및 상부면에 각각 제1 하부 보호층(220) 및 제1 상부 보호층(240)이 구비되고, 제2 기능층(270)의 하부면 및 상부면에 각각 제2 하부 보호층(260) 및 제2 상부 보호층(280)이 구비되어, 기능층이 보호층 사이에 끼워진 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 하부 보호층(220), 제1 상부 보호층(240), 제2 하부 보호층(260) 및 제2 상부 보호층(280)]은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니오븀(Nb) 중 1종 이상의 금속 또는 이들의 합금을 포함하도록, 바람직하게는 니켈-크롬(NiCr) 합금을 포함하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 투명 기재(100) 상에 증착되는 다층 박막 코팅(200)은 투명 기재에 요구되는 광학적·물리적·화학적 특성을 확보할 수 있도록 소정의 범위로 두께가 제어되는 것이 바람직할 수 있다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저방사 특성을 갖는 투명 기재에서 핵심이 되는 기능층은 상부에 위치하는 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 하부에 위치하는 제1 기능층(230)의 물리적 두께 이상으로 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 기능층의 물리적 두께의 총합은 19nm 내지 33nm가 되도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 만일, 기능층의 물리적 두께가 19nm 미만으로 형성될 경우에는 충분한 저방사 특성이 구현되지 못할 우려가 있으며, 기능층의 물리적 두께가 33nm를 초과하는 경우에는 가시광선 투과율이 저하되고 투과색이나 반사색에 편이현상이 발생될 우려가 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층은 방사율, 투과율, 색상 중립성, 내구성 등의 향상을 위해, 하부에 위치하는 제1 기능층(230)의 물리적 두께가 8nm 내지 13nm가 되고 상부에 위치하는 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 11nm 내지 20nm가 되도록(보다 바람직하게는, 14nm 내지 20nm가 되도록) 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

예컨대, 아래 [표 1]을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에서 기능층의 물리적 두께에 따른 투명 기재의 광학 특성, SHGC, 방사율 등의 변화를 확인하기 위한 시험 데이터가 예시적으로 개시되어 있다.

참고로, 위의 시험은 제1 기능층(230) 및 제2 기능층(270)의 물리적 두께를 다양하게 변경하면서 각 조건에서 투명 기재의 특성을 확인하는 방식으로 수행되었으며(참고로, [표 1]에는 일부 시험 조건에서의 측정 결과가 예시적으로 개시되어 있음), 이 때 반사방지층의 물리적 두께는 설정된 기능층 두께에서 최대의 투과율이 달성될 수 있는 조건이 시뮬레이션되어 적용되었고, 기능층 상하부면에 형성된 보호층은 모두 0.1nm의 물리적 두께가 적용되었으며, 광학 특성, SHGC 및 방사율 등은 690℃에서 10분간 열처리를 수행한 이후에 측정되었다.

위와 같은 조건으로 시험을 수행한 결과, 방사율 특성은 전체적으로 기능층의 물리적 두께가 증가될수록, 특히 상부에 위치하는 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 두꺼워질수록 향상되는 모습을 확인할 수 있었다. 예컨대, 방사율 특성은 제2 기능층(270)의 두께가 8nm 이상이 되는 경우, 보다 바람직하게는 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 11nm 이상이 되는 경우 매우 크게 향상되는 모습을 확인할 수 있었다.

또한, 투과성은 제1 기능층(230)의 물리적 두께가 8nm 내지 13nm의 범위로 형성되고 제2 기능층(270)의 두께가 11nm 이상으로 형성되는 경우, 특히 상부에 위치하는 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 하부에 위치하는 제1 기능층(230)의 물리적 두께 이상으로 형성되는 경우에 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 투과색 및 반사색은 제1 기능층(230)이 7nm 내지 13nm의 물리적 두께로 형성되고 제2 기능층(270)이 8nm 내지 16nm의 물리적 두께로 형성되는 경우에 색상 중립성이 우수함을 확인할 수 있었으며, 제1 기능층(230)의 물리적 두께가 10nm 이상이 되거나 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 8nm 이상이 되는 경우에는 SHGC 값이 저하되는 양상을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 시험 결과를 종합해 볼 때, 기능층은 상부에 위치하는 제2 기능층(270)의 물리적 두께가 하부에 위치하는 제1 기능층(230)의 물리적 두께 이상으로 형성되는 것이 바람직하며, 제1 기능층(230) 및 제2 기능층(270)은 물리적 두께의 총합이 19nm 내지 33nm의 범위로 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 제1 기능층(230) 및 제2 기능층(270)은 각각 8nm 내지 13nm, 11nm 내지 20nm(보다 바람직하게는, 14nm 내지 20nm)의 물리적 두께를 갖도록 형성되는 것이 저방사 및 고투과 특성을 구현하면서 동시에 우수한 색상 중립성 및 SHGC 특성 등을 형성하는데 도움이 될 수 있음을 확인할 수 있다.

다음으로, 아래의 [표 2]에는 [표 1]에 개시된 시험 조건 가운데 0.023 이하의 낮은 방사율 특성, 80% 이상의 높은 투과율 특성, 양호한 색상 중립성을 갖는 조건이 추출되어 정리되어 있다.

[표 2]에 정리된 시험 데이터로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 제1 반사방지층(210)의 물리적 두께(t1)에 대한 제2 반사방지층(250)의 물리적 두께(t2)의 비율(t2/t1)이 1.6 내지 3.1인 조건에서, 그리고 제1 반사방지층(210)의 물리적 두께(t1)에 대한 제3 반사방지층(290)의 물리적 두께(t3)의 비율(t3/t1)이 0.8 내지 1.6인 조건에서 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.

다음으로, 아래의 [표 3]에는 [표 1]에 개시된 시험 조건 가운데 최적의 조건으로 판단되는 9번 조건(제1 기능층이 8nm의 물리적 두께로 형성되고, 제2 기능층이 15nm의 물리적 두께로 형성된 조건)에서 보호층의 두께를 변화시키면서 보호층 두께에 따른 투명 기재의 특성 변화를 관찰한 시험 결과가 개시되어 있다.

※ [표 3]에서 스크래치 폭은 Erichsen Scratch hardness tester 413으로 5N의 하중을 인가해 인위적으로 스크래치를 형성한 다음 690°C에서 10분간 열처리를 진행한 뒤 스크래치의 폭을 측정한 값임

※ 『수정방사율×스크래치 폭』은 다층 박막 코팅의 내구성을 간접적으로 확인하기 위한 지표로서, 해당 값이 작을수록 보다 높은 내스크래치 특성을 가짐을 의미함

위와 같은 조건으로 시험을 수행해 본 결과, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 기능층 사이에 위치하는 보호층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 상부 보호층(240) 및 제2 하부 보호층(260)]이 보다 두껍게 형성될수록 내스크래치성이 향상되는 양상을 나타냄을 확인할 수 있었다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅에 구비되는 보호층은 기능층 사이에 위치하는 보호층의 물리적 두께의 합이 나머지 보호층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 하부 보호층(220) 및 제2 상부 보호층(280)]의 물리적 두께의 합보다 크게 형성되는 것이, 보다 바람직하게는 1.5배 이상 크게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 다층 박막 코팅에 구비되는 보호층은 기능층에 대한 보호 기능을 충실히 수행하면서 방사율 증가를 방지할 수 있도록 물리적 두께의 총합[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 하부 보호층(220), 제1 상부 보호층(240), 제2 하부 보호층(260), 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께의 총합]이 2nm 내지 5nm로 형성되는 것이 바람직할 수 있으며, 기능층 사이에 위치하는 제1 상부 보호층(240) 및 제2 하부 보호층(260)의 중 어느 하나의 물리적 두께는 기능층 외측에 위치하는 제1 하부 보호층(220) 및 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께 이상이 되도록, 보다 바람직하게는 기능층 사이에 위치하는 제1 상부 보호층(240) 및 제2 하부 보호층(260) 각각의 물리적 두께는 모두 기능층 외측에 위치하는 제1 하부 보호층(220) 및 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께 이상이 되도록 형성되는 것이 유리할 수 있다.

예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기능층 외측에 위치하는 제1 하부 보호층(220) 및 제2 상부 보호층(280)은 물리적 두께가 0.3nm 내지 0.7nm로 형성되고, 기능층 사이에 위치하는 제1 상부 보호층(240) 및 제2 하부 보호층(260)은 물리적 두께가 1.2nm 내지 1.8nm로 형성되도록 구성되는 것이 방사율, 투과율, 색상 중립성, SGHC 등에서 모두 양호한 특성을 확보하도록 하기 위해 바람직할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)에 구비되는 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 반사방지층(210), 제2 반사방지층(250) 및 제3 반사방지층(290)] 중 하나 이상에는 미리 정해진 굴절률 및 흡수계수를 갖는 고굴절률층(212, 252, 292)이 포함되도록 구성될 수 있다. (도 2 참조)

이와 같이, 반사방지층 내에 가시광선의 흡수가 거의 없는 고굴절률층을 구비하게 되면, 다층 박막 코팅의 반사율을 전체적으로 감소되어 투과율 향상에 기여할 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층 내에 구비되는 고굴절률층은 550nm 파장에서 2.2 이상의 굴절률 및 0.01 미만의 흡수계수를 갖는 유전체층으로 형성될 수 있다.

예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반사방지층 내에 구비되는 고굴절률층은 지르코늄이 도핑된 실리콘 질화물(Si₃N₄:Zr)]을 포함하도록 구성될 수 있으며, 고굴절률층은 해당 고굴절률층이 포함되는 반사방지층에 대해 30% 내지 70%의 광학적 두께를 갖도록 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)에 구비되는 반사방지층[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제1 반사방지층(210), 제2 반사방지층(250) 및 제3 반사방지층(290)] 중 하나 이상은 보호층과 접하는 면에 습윤층(214, 254, 294)을 구비하도록 구성될 수 있다(도 3 참조).

예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 제1 하부 보호층(220)의 하부면, 제1 상부 보호층(240)의 상부면, 제2 하부 보호층(260)의 하부면, 제2 상부 보호층(280)의 상부면 중 하나 이상에 습윤층을 구비하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 습윤층은 박막층 증착시 핵생성 및 결정화를 촉진하거나 열처리시 기능층을 보호하는 기능을 수행할 수 있으며, 예컨대 아연 산화물을 포함하는 유전체층 등으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다층 박막 코팅(200)의 상부면[도면에 도시된 실시형태의 경우, 제3 반사방지층(290)의 상부면]에는 투명 기재(100) 상에 증착된 다층 박막 코팅(200)을 외부로부터 보호하는 오버코트층(300)이 더 구비되어 코팅층의 내구성을 보다 향상시키도록 구성되어도 좋다.

이상에서 설명한 구조에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 종래에 비해 향상된 광학적·물리적·화학적 특성을 나타낼 수 있게 된다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는 1.0% 내지 2.5%의 수정방사율, 70% 내지 80%의 투과율, 35% 내지 41%의 태양열 취득 계수를 가질 수 있으며, -7 내지 0의 a* 및 -3 내지 +3의 b*를 갖는 투과색, -5 내지 0의 a* 및 -10 내지 0의 b*를 갖는 비코팅면 반사색(유리면 반사색) 특성을 갖게 되어 보다 우수한 색상 중립성을 나타낼 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예에 의해 설명하였으나, 이들 실시예들은 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 앞서 설명된 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위에 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 투명 기재
200: 다층 박막 코팅
210: 제1 반사방지층
220: 제1 하부 보호층
230: 제1 기능층
240: 제1 상부 보호층
250: 제2 반사방지층
260: 제2 하부 보호층
270: 제2 기능층
280: 제2 상부 보호층
290: 제3 반사방지층
300: 오버코트
212, 252, 292: 고굴절률층
214, 254, 294: 습윤층

Claims

태양광 제어 및 저방사 특성을 갖는 다층 박막 코팅(200)이 구비된 투명 기재(100)이며,
상기 다층 박막 코팅(200)은 투명 기재(100)로부터 멀어지는 방향으로 제1 반사방지층(210), 제1 하부 보호층(220), 제1 기능층(230), 제1 상부 보호층(240), 제2 반사방지층(250), 제2 하부 보호층(260), 제2 기능층(270), 제2 상부 보호층(280) 및 제3 반사방지층(290)을 포함하고,
상기 제1 반사방지층(210), 상기 제2 반사방지층(250) 및 상기 제3 반사방지층(290)은 각각 하나 이상의 유전체층을 포함하고,
상기 제1 기능층(230) 및 상기 제2 기능층(270)은 적외선 반사 특성을 갖는 금속 기반의 기능층으로 형성되고,
상기 제1 하부 보호층(220) 및 상기 제1 상부 보호층(240)은 상기 제1 기능층(230)의 산화 방지를 위해 상기 제1 기능층(230)의 하부면 및 상부면에 각각 접촉하여 형성되고,
상기 제2 하부 보호층(260) 및 상기 제2 상부 보호층(280)은 상기 제2 기능층(270)의 산화 방지를 위해 상기 제2 기능층(270)의 하부면 및 상부면에 각각 접촉하여 형성되고,
상기 제2 기능층(270)의 물리적 두께는 상기 제1 기능층(230)의 물리적 두께 이상으로 형성되는,
투명 기재.
제1항에 있어서,
상기 제1 기능층(230)과 상기 제2 기능층(270)의 물리적 두께의 총합은 19nm 내지 33nm인,
투명 기재.
제2항에 있어서,
상기 제1 기능층(230)의 물리적 두께는 8nm 내지 13nm이고,
상기 제2 기능층(270)의 물리적 두께는 11nm 내지 20nm인,
투명 기재.
제1항에 있어서,
상기 제1 반사방지층(210)의 물리적 두께(t1)에 대한 상기 제2 반사방지층(250)의 물리적 두께(t2)의 비율(t2/t1)은 1.6 내지 3.1인,
투명 기재.
제4항에 있어서,
상기 제1 반사방지층( 210)의 물리적 두께(t1)에 대한 상기 제3 반사방지층(290)의 물리적 두께(t3)의 비율(t3/t1)은 0.8 내지 1.6인,
투명 기재.
제1항에 있어서,
제1 상부 보호층(240)과 상기 제2 하부 보호층(260)의 물리적 두께의 합은 상기 제1 하부 보호층(220)과 상기 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께의 합 보다 크게 형성되는,
투명 기재.
제6항에 있어서,
상기 제1 하부 보호층(220)의 물리적 두께, 상기 제1 상부 보호층(240)의 물리적 두께, 상기 제2 하부 보호층(260)의 물리적 두께, 상기 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께의 총합은 2nm 내지 5nm인,
투명 기재.
제7항에 있어서,
상기 제1 하부 보호층(220)의 물리적 두께 및 상기 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께 중 하나 이상은 상기 제1 상부 보호층(220)의 물리적 두께 및 상기 제2 하부 보호층(260)의 물리적 두께보다 작거나 같은,
투명 기재.
제8항에 있어서,
상기 제1 하부 보호층(220)의 물리적 두께 및 상기 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께는 모두 제1 상부 보호층(240)의 물리적 두께 및 상기 제2 하부 보호층(260)의 물리적 두께보다 작은,
투명 기재.
제9항에 있어서,
상기 제1 하부 보호층(220)의 물리적 두께 및 상기 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께는 0.3nm 내지 0.7nm이고,
상기 제1 상부 보호층(240)의 물리적 두께 및 상기 제2 하부 보호층(260)의 물리적 두께는 1.2 nm 내지 1.8nm인,
투명 기재.
제10항에 있어서,
제1 상부 보호층(240)과 상기 제2 하부 보호층(260)의 물리적 두께의 합은 상기 제1 하부 보호층(220)과 상기 제2 상부 보호층(280)의 물리적 두께의 합 보다 1.5배 이상 큰,
투명 기재.
제1항에 있어서,
상기 제1 반사방지층(210), 상기 제2 반사방지층(250), 상기 제3 반사방지층(290) 중 하나 이상은 미리 정해진 굴절률 및 흡수계수를 갖는 고굴절률층을 포함하는,
투명 기재.
제12항에 있어서,
상기 고굴절률층은 550nm 파장에서 2.2 이상의 굴절률 및 0.01 미만의 흡수계수를 갖는 유전체층으로 형성되는,
투명 기재.
제13항에 있어서,
상기 고굴절률층의 광학적 두께는 상기 고굴절률층이 포함되는 반사방지층의 광학적 두께의 30% 내지 70%로 형성되는,
투명 기재.
제14항에 있어서,
상기 고굴절률층은 지르코늄이 도핑된 실리콘 질화물을 포함하는,
투명 기재.
제12항에 있어서,
상기 제1 하부 보호층(220)의 하부면, 상기 제1 상부 보호층(240)의 상부면, 상기 제2 하부 보호층(260)의 하부면, 상기 제2 상부 보호층(280)의 상부면 중 하나 이상에는 습윤층이 더 구비되는,
투명 기재.
제16항에 있어서,
상기 습윤층은 아연 산화물(ZnO)을 포함하는,
투명 기재.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 수정방사율은 1.0% 내지 2.5%인,
투명 기재.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 투과율은 70% 내지 80%인,
투명 기재.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 태양열 취득 계수는 35% 내지 41%인,
투명 기재.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 투과색은 CIE L*a*b* 색공간에서 a*는 -7 내지 0이고 b*는 -3 내지 +3인,
투명 기재.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)의 비코팅면 반사색은 CIE L*a*b* 색공간에서 a*는 -5 내지 0이고 b*는 -10 내지 0인,
투명 기재.