KR20220046131A

KR20220046131A - 저방사 투명 적층체, 및 이를 포함하는 건축 자재

Info

Publication number: KR20220046131A
Application number: KR1020200129201A
Authority: KR
Inventors: 박을두; 전윤기; 김인숙; 권대훈; 유현우
Original assignee: (주)엘엑스하우시스
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-04-14

Abstract

본 발명에 따른 투명 적층체는 기재; 상기 기재 상에 제1 유전체층 및 저방사층이 순차적으로 배치된 저방사 코팅층을 포함하고, 상기 제1 유전체층은 표면의 제곱평균 거칠기(R_q, Root-Mean-Square Roughness)가 0.17 nm 내지 0.22 nm일 수 있고, 이에 따라 가시광선 투과율을 기존과 동등한 수준으로 유지하면서도, 뉴트럴 컬러를 구현하고, 높은 열 반사율 성능을 갖는 저방사 투명 적층체를 제공할 수 있다.

Description

저방사 투명 적층체, 및 이를 포함하는 건축 자재 {LOW-EMISSIVITY TRANSPARENT LAMINATE AND BUILDING MATERIAL COMPRISING THE SAME}

본 발명은 저방사 투명 적층체, 및 이를 포함하는 전축 자재에 관한 것이다.

저방사 투명 적층체는 적외선 영역에서의 반사율이 높은 금속을 포함하는 금속층인 저방사층이 박막으로 증착된 적층체를 의미한다. 이러한 저방사 투명 적층체는 가시광선 영역의 빛을 투과시켜 채광성을 확보하되, 적외선 영역의 복사선을 반사시켜 기온이 높은 여름에는 실외의 태양 복사열을 차단하고 기온이 낮은 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 건축물 내부의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재로 이용될 수 있다.

즉, 저방사 투명 적층체는 보다 높은 에너지 절감을 달성하기 위하여, 저방사, 즉 높은 열 반사율 성능을 발휘할 수 있어야 한다. 반사율이 높은 금속을 포함하는 금속층의 면저항이 낮을수록 방사율 값도 낮아져 우수한 단열성능을 얻을 수 있다. 여기서, 면저항(Sheet resistance)는 박막의 단위 두께당 비저항(Electrical resistivity)를 의미하는 것이다. 면저항을 작게 하기 위하여, 상기 금속층의 두께를 상대적으로 두껍게 형성하는 방법을 이용할 수 있다. 그러나, 상기 금속층의 두께가 증가할수록, 가시광선의 투과율이 감소될 수 있고, 또한, 면저항값이 너무 크면 방사율 값이 오히려 커져서 단열효과가 감소될 우려가 있다.

이에 따라, 가시광선 투과율을 기존과 동등한 수준으로 유지하면서도, 금속층이적정 수준의 면저항을 가짐으로써 높은 열 반사율 성능을 갖는 새로운 저방사 투명 적층체가 필요하다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가시광선 투과율을 기존과 동등한 수준으로 유지하면서도, 뉴트럴 컬러를 구현하고, 높은 열 반사율 성능을 갖는 저방사 투명 적층체를 제공함에 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 저방사 투명 적층체를 제공한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저방사 투명 적층체의 단면도로, 이를 참조하여 설명한다.

통상 저방사 코팅층은 태양 복사선 중 선택적으로 원적외선을 반사하는 저방사층을 기반으로 하는 다층 박막 구조로 형성될 수 있고, 방사율을 낮추어 저방사 코팅에 저방사율 즉, 로이 (Low-e: low emissivity) 효과에 의한 우수한 단열 성능을 부여한다. 이러한 저방사 코팅층은 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 복사 작용에 의해 열을 방출하는 정도를 나타내는 상대적인 값을 의미할 수 있다. 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.

기재(100)

일 구체예에서, 저방사 투명 적층체는 기재(100)를 포함할 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 기재(100)는 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있다. 예를 들어, 기재(100)는 약 80% 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있으며, 건축용으로 사용되는 유리라면 제한 없이 사용될 수 있다.

하나의 예시에서, 기재(100)의 두께는 약 2 mm 내지 약 12 mm일 수 있고, 사용 목적 및 기능에 따라 달라 질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

저방사 코팅층(200)

일 구체예에서, 저방사 투명 적층체는 기재(100) 상에 제1 유전체층(210) 및 저방사층(230)이 순차적으로 배치된 저방사 코팅층(200)을 포함할 수 있다.

다른 구체예에서, 저방사 코팅층(200)은 제1 유전체층(210)과 저방사층(230)에 개재되는 제1 저방사 보호층(220)을 더 포함할 수 있다. 즉, 일 예로서, 저방사 코팅층(200)은 기재(100) 상에 제1 유전체층(210), 제1 저방사 보호층(220), 및 저방사층(230)이 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니고, 제1 저방사 보호층(220)은 사용 목적 및 기능에 따라, 생략될 수 있다.

또 다른 구체예에서, 저방사 코팅층(200)은 제2 저방사 보호층(240), 및/또는 제2 유전체층(250)을 더 포함할 수 있고, 이들은 저방사층(230) 상에 순차적으로 배치될 수 있다. 즉, 일 예로서, 저방사 코팅층(200)은 기재(100) 상에 제1 유전체층(210), 제1 저방사 보호층(220), 저방사층(230), 제2 저방사 보호층(240), 및 제2 유전체층(250)이 순차적으로 배치될 수 있다. 다만, 이러한 실시예에 제한 되는 것은 아니고, 제2 저방사 보호층(240), 및/또는 제2 유전체층(250)은 사용 목적 및 기능에 따라, 생략될 수도 있고, 필요에 따라 다른 층이 더욱 개재될 수도 있다.

상기 제1 유전체층(210)은 표면의 제곱평균 거칠기(Rq, Root-Mean-Square Roughness)가 0.15 nm 내지 0.2 nm일 수 있다. 여기서, 표면의 제곱평균 거칠기(Rq)는 원자 현미경(AFM, Atomic Force Microscopy)을 사용하여 측정될 수 있다. 표면 거칠기가 상기 범위를 만족하는 경우, 다소 균일하게 증착되어 상하부에 접하는 층과의 접착성이 향상될 수 있다. 나아가, 저방사층(230)을 형성하기 전에 본원과 같이 특정 표면 거칠기를 만족하는 제1 유전체층(210)을 형성함으로써, 이후 제1 유전체층(210) 상에 저방사층(230)의 결정이 성장할 때, 제1 유전체층(210)과 저방사층(230)의 상호 작용에 의하여 저방사층(230)은 특정 결정학적 배향으로 촉진되어 저방사층(230)의 결정성이 향상될 수 있다. 그 결과, 저방사층(230)의 면저항이 개선되고 방사율 값도 낮아지며, 이에 따라, 본 출원에 따른 저방사 투명 적층체는 우수한 단열성능을 나타낼 수 있다.

하나의 예시에서, 제1 유전체층(210)의 두께는 2 nm 내지 60 nm일 수 있다. 자세하게는, 제1 유전체층(210a) 두께의 하한은 3 nm 이상, 5 nm 이상, 7 nm 이상, 10 nm 이상, 13 nm 이상, 15 nm 이상, 17 nm 이상, 20 nm 이상, 23 nm 이상, 25 nm 이상, 27 nm 이상, 또는 30 nm 이상일 수 있고, 그 상한은 57 nm 이하, 55 nm 이하, 53 nm 이하, 50 nm 이하, 47 nm 이하, 45 nm 이하, 43 nm 이하, 40 nm 이하, 37 nm 이하, 35 nm 이하, 또는 33 nm 이하일 수 있다. 제1 유전체층(210)의 두께는 전체 다층박막의 광학 성능(투과율, 반사율, 색지수)을 목표 성능에 맞게 구현하기 위해, 구성되는 위치 및 물질에 따라 다양하게 조절될 수 있고, 상기 범위의 두께를 갖는 제1 유전체층(210)을 포함함으로써 제1 유전체층(210)에 의한 광학 성능 제어를 효과적으로 할 수 있고, 적절한 생산 속도를 구현할 수 있다.

하나의 예시에서, 제1 유전체층(210)은 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 니켈(Ni), 구리(Cu). Ti(티타늄), 철(Fe), 아연(Zn), 주석(Sn), 및 Mn(망간)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하는 실리콘계 나이트라이드 또는 옥시나이트라이드로 이루어진 메인 유전체층(210a)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 메인 유전체층(210a)은 실리콘지르코늄나이트라이드일 수 있다. 메인 유전체층(210a)은 실리콘과 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 니켈(Ni), 구리(Cu). Ti(티타늄), 철(Fe), 및 Mn(망간)과 같은 원소를 50:50 내지 70:30의 몰비(실리콘:원소)로 포함하는 것으로, 실리콘을 다른 원소 대비 많은 몰 수로 포함할 수 있다. 자세하게는, 메인 유전체층(2101) 내 실리콘:원소의 몰비는 55:45 내지 65:35, 또는 57:43 내지 63:37일 수 있다. 제1 유전체층(210)은 상기 원소를 함유하는 메인 유전체층(210a)을 포함함으로써, 뉴트럴 컬러를 구현할 수 있고, 나아가, 제1 유전체층(210) 표면의 제곱평균 거칠기가 특정 범위를 가질 수 있게 되어, 가시광선 투과율을 기존과 동등한 수준으로 유지하면서도 본원은 저방사 성능이 우수한 적층체를 제공할 수 있다.

하나의 예시에서, 메인 유전체층(210a)의 두께는 2 nm 내지 50 nm일 수 있다. 자세하게는, 메인 유전체층(210a) 두께의 하한은 3 nm 이상, 5 nm 이상, 7 nm 이상, 10 nm 이상, 13 nm 이상, 15 nm 이상, 17 nm 이상, 20 nm 이상, 23 nm 이상, 25 nm 이상, 27 nm 이상, 또는 30 nm 이상일 수 있고, 그 상한은 47 nm 이하, 45 nm 이하, 43 nm 이하, 40 nm 이하, 37 nm 이하, 35 nm 이하, 또는 33 nm 이하일 수 있다. 메인 유전체층(210a)의 두께는 상기의 범위를 만족함으로써, 제1 유전체층(210) 표면의 제곱평균 거칠기가 특정 범위를 갖게 되어, 제1 유전체층(210) 상에 형성되는 저방사층(230)의 결정성에 영향을 미칠 수 있다.

상기 제1 유전체층(210)은 서브 유전체층(210b)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기에서 전술한 바와 같이, 본원의 목적은 특정 표면 거칠기를 만족하는 제1 유전체층(210) 상에 저방사층(230)의 결정을 성장시킴으로써 저방사 성능을 향상시키는 것이므로, 본원의 목적을 해하지 않도록, 서브 유전체층(210b)은 메인 유전체층(210a)의 하부에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제1 유전체층(210)은 기재(100) 상에, 서브 유전체층(210b)과 메인 유전체층(210a)이 순차적으로 배치될 수 있다.

하나의 예시에서, 서브 유전체층(210b)은 티타늄옥사이드, 주석아연옥사이드, 아연옥사이드, 아연알루미늄옥사이드, 주석옥사이드, 비스무스옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘알루미늄나이트라이드, 실리콘주석나이트라이드 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

하나의 예시에서, 서브 유전체층(210b)의 두께는 20 nm 내지 40 nm일 수 있다. 자세하게는, 메인 유전체층(210a) 두께의 하한은 21 nm 이상, 22 nm 이상, 23 nm 이상, 24 nm 이상, 또는 25 nm 이상일 수 있고, 그 상한은 39 nm 이하, 38 nm 이하, 또는 37 nm 이하일 수 있다.

또한, 하나의 예시에서, 메인 유전체층(210a)과 서브 유전체층(210b)의 두께비는 0.5 내지 15를 가질 수 있고, 일 예로서, 그 하한은 0.6 이상, 0.7 이상, 0.8 이상, 0.9 이상, 1 이상, 1.1 이상, 1.2 이상, 1.3 이상, 1.4 이상, 또는 1.5 이상일 수 있고, 그 상한은 14.5 이하, 14 이하, 13.5 이하, 13 이하, 12.7 이하, 또는 12.5 이하일 수 있다.

서브 유전체층(210b)의 두께 및 메인 유전체층(210a)과의 두께비는 상기의 특정 범위를 만족함으로써, 제1 유전체층(210) 표면의 제곱평균 거칠기가 특정 범위를 갖게 되어, 제1 유전체층(210) 상에 형성되는 저방사층(230)이 우수한 결정성을 갖도록 할 수 있다.

상기 저방사층(230)은 태양 복사선을 선택적으로 투과 및 반사시키는 기능을 수행하는 것으로, 구체적으로, 낮은 방사율을 가질 수 있는 전기 전도성 재료로 금속으로 형성된 층을 이용함으로써, 적외선 영역의 복사선에 대한 반사율이 높아 저방사율을 가질 수 있다.

하나의 예시에서, 저방사층(230)은 상기 제1 유전체층(210) 상에 증착될 수 있다. 즉, 특정 제1 유전체층(210) 상에서 저방사층(230)을 이루는 금속의 결정이 성장함으로써 금속의 특정 결정학적 배향을 촉진하고, 저방사층(230)의 저항성을 최적화하여 높은 도전성을 초래하여 낮은 방사율을 가질 수 있다. 일 예로서, 저방사층(230)은 상기 제1 유전체층(210) 상에 증착되어 형성될 수 있다.

상기 목적을 구현하기 위해서, 본 출원의 저방사층(230)의 일면, 즉 저방사층(230)의 하부면은 메인 유전체층(210b) 및 하기에서 후술하는 제1 저방사 보호층(220)만을 직접 접하는 구조일 수 있다.

하나의 예시에서, 상기 저방사층(230)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(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. 본 발명에 따른 일 구현예에서, 상기 저방사층(230)은 은(Ag)으로 형성된 층일 수 있고, 그 결과 상기 저방사 코팅막은 높은 전기전도도, 가시광선 영역에서의 낮은 흡수율, 내구성 등을 구현할 수 있다.

하나의 예시에서, 저방사층(230)의 두께는, 예를 들어, 약 3 nm 내지 약 50 nm일 수 있다. 자세하게는, 저방사층(230)의 두께의 하한은 4 nm 이상, 5 nm 이상, 6 nm 이상, 7 nm 이상, 또는 8 nm 이상일 수 있고, 그 상한은 48 nm 이하, 46 nm 이하, 44 nm 이하, 42 nm 이하, 40 nm 이하, 38 nm 이하, 36 nm 이하, 34 nm 이하, 32 nm 이하, 30 nm 이하, 28 nm 이하, 26 nm 이하, 24 nm 이하, 23 nm 이하, 22 nm 이하, 21 nm 이하, 20 nm 이하, 19 nm 이하, 18 nm 이하, 17 nm 이하, 16 nm 이하, 15 nm 이하, 14 nm 이하, 13 nm 이하, 또는 12 nm 이하일 수 있다. 상기 범위의 두께를 갖는 저방사층(230)은 낮은 적외선 방사율 및 높은 가시광선 투과율을 동시에 구현하기에 적합할 수 있다.

상기 제1 및 제2 저방사 보호층(220, 240)은 열처리시 기재에 확산되는 이온 및 공기 중의 산소 이동을 방해하거나, 산소를 흡수하는 장벽 기능을 수행하여 높은 열처리 조건 하에서도 저방사층(230)의 안정적인 융착이 가능하도록 하는 역할을 수행할 수 있다.

하나의 예시에서, 제1 저방사 보호층(220) 및 제2 저방사 보호층(240)은 각각 저방사층(230)의 하부 및 상부에 형성되어 저방사층(230)의 일면과 타면에 접하는 구조일 수 있다. 다시 말해서, 제1 저방사 보호층(220)은 제1 유전체층(210)과 저방사층(230) 사이에 개재될 수 있고, 제1 저방사 보호층(220)의 양면은 제1 유전체층(210)의 일면 및 저방사층(230)의 일면 에 접할 수 있다. 제2 저방사 보호층(240)의 일면은 저방사층(230)의 타면에 접할 수 있다.

하나의 예시에서, 제1 및 제2 저방사 보호층(220, 240)은 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니켈(Ni)과 크롬(Cr)의 합금, 티타늄(Ti), 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.

하나의 예시에서, 제1 및 제2 저방사 보호층(220, 240)의 두께는 0.1 nm 내지 5 nm일 수 있고, 예를 들어, 0.2 nm 이상, 0.3 nm 이상, 0.4 nm 이상, 0.5 nm 이상, 0.6 nm 이상, 0.7 nm 이상, 0.8 nm 이상, 0.9 nm 이상, 또는 1 nm 이상일 수 있고, 4.5 nm 이하, 4.3 nm 이하, 4 nm 이하, 3.7 nm 이하, 3.5 nm 이하, 3.3 nm 이하, 3 nm 이하, 2.7 nm 이하, 2.5 nm 이하, 2.3 nm 이하, 또는 2 nm 이하일 수 있다. 특히, 제1 저방사 보호층(220)의 두께는 상기 범위를 만족함으로써, 제1 유전체층(210) 상에 저방사층(230)을 이루는 금속의 결정이 성장할 때 제1 유전체층(210)과 저방사층(230) 사이에 이외의 층이 개재되더라도, 저방사층(23)의 결정학적 배향을 촉진하여 저방사층(230)의 결정성 향상을 저해하지 않을 수 있다. 따라서, 제1 유전체층(210)과 저방사층(230) 사이에 제1 저방사 보호층(220) 이외의 다른 층은 개재되지 않을 수 있다.

상기 제2 유전체층(250)은 저방사층(230)으로 사용되는 금속의 산화를 억제할 수 있고, 가시광선 투과율을 증가시키는 역할을 수행할 수 있다. 제2 유전체층(250)은 다양한 금속 산화물, 금속 질화물 등을 포함할 수 있고, 저방사층(230)을 보호하기 위하여 사용되는 공지의 재료가 제한없이 사용될 수 있다.

하나의 예시에서, 제2 유전체층(250)은 티타늄옥사이드, 주석아연옥사이드, 아연옥사이드, 아연알루미늄옥사이드, 주석옥사이드, 비스무스옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘알루미늄나이트라이드, 실리콘주석나이트라이드 등 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이러한 금속 산화물 및/또는 금속 질화물에 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 도핑할 수 있고, 그 결과 내구성 향상에 기여할 수 있다.

하나의 예시에서, 제2 유전체층(250)의 재료와 물성을 적절히 조절하여 상기 저방사 코팅막의 광학 성능을 조절할 수 있다. 제2유전체층(250)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 두께를 조절할 수 있다.

하나의 예시에서, 제2 유전체층(250)의 두께는, 예를 들어, 약 5 nm 내지 약 60 nm일 수 있고, 전체 다층박막의 광학 성능(투과율, 반사율, 색지수)을 목표 성능에 맞게 구현하기 위해, 구성되는 위치 및 물질에 따라 다양하게 조절될 수 있다.

하나의 예시에서, 제2 유전체층(250)은 광 소멸 계수가 0에 가까운 물질로 구성될 수 있다. 소멸계수가 0 보다 큰 것은 입사광이 광흡수 금속층에 도달하기 전에 유전체층에서 흡수되는 것을 의미하므로, 투명한 시야 확보를 저해하는 요인이 되어 바람직하지 않다. 따라서, 제2 유전체층(250)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 제2유전체층(250)은 우수한 채광성을 확보함으로써 투명한 시야 확보에 도움이 될 수 있다.

최상부 코팅층(300)

최상부 코팅층(300)은 상기 저방사 코팅층(200) 상에 배치될 수 있고, 최상부 코팅층(300)은 금속층(미도시)을 포함할 수 있다.

상기 금속층은 O₂, H₂O 및 Na⁺등과 같은 외부로부터 유입되는 화학반응물이 저방사층(230)으로 확산되는 과정을 저해함으로써, 저방사 코팅막의 화학적 특성을 개선시킬 수 있다. 즉, 금속층(300)은 상기 저방사 코팅층(200) 상에 증착되어 형성되므로, 상기 금속층은 O₂, H₂O 및 Na⁺ 등과 같은 화학반응물의 확산을 저해함으로써, 저방사 코팅막이 내습성, 내산성, 내염기성 등 우수한 화학적 특성을 가질 수 있도록 한다.

하나의 예시에서, 금속층은 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 인듐(In), 주석(Sn), 탈륨(Tl), 납(Pb), 주석(Sb), 비스무트(Bi), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있고, 실리콘, 알루미늄, 티타늄, 지르코늄, 실리콘계 복합금속, 티타늄계 복합금속, 지르코늄계 복합금속 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 지르코늄 또는 지르코늄계 복합금속을 포함하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

하나의 예시에서, 금속층의 두께는 0.5nm 내지 5nm인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 금속층의 두께가 상기 범위를 만족함으로써, 저방사 코팅막의 내습성, 내산성, 내염기성 등 우수한 화학적 특성과 함께 우수한 투과율을 가질 수 있다.

또한, 일 구체예에서, 최상부 코팅층(300)은 상기 금속층 상부에 배치된 금속산화물층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물층의 형성으로 인하여, 저방사 코팅막의 기계적 특성이 우수하고, O₂, H₂O 및 Na⁺등과 같은 화학반응물의 확산을 저해함으로써, 화학적 특성이 우수하다.

특히, 상기 금속 산화물층의 형성이 상기 금속층 표면의 후산화 공정을 통해 상기 금속층 표면을 일부 산화시켜 수행되는 경우, 후산화 공정에 의해 금속이 산화되면서 금속 산화물 형성 시 부피 팽창이 일어나게 되는데, 이러한 부피 팽창에 따라 고밀도 금속 산화물층이 형성될 수 있는바, 저방사 코팅막의 경도를 더욱 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

즉, 본 발명에 따라 금속층 표면의 후산화 공정을 통해 금속층 표면을 일부 산화하여 금속 산화물층을 형성하는 경우, 최상부 코팅층 중 금속 산화물층만 생략한 경우에 비해 저방사 코팅막의 경도를 증가시킬 수 있다.

금속 산화물층은 실리콘 산화물(SiO₂), 알루미늄 산화물(Al₂O₃), 티타늄 산화물(TiO₂), 지르코늄 산화 물(ZrO₂), 인듐 산화물(In₂O₃), 주석 산화물(SnO₂), 탈륨 산화물(TlO₂), 납 산화물(PbO₂), 주석 산화물(SbO₂), 비스무트 산화물(Bi₂O₃), 하프늄 산화물(HfO₂), 바나듐 산화물(V₂O₃), 니오븀 산화물(Nb₂O₅), 탄탈륨 산화물(Ta₂O₃)및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있고, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 실리콘계 복합금속 산화물, 티타늄계 복합금속 산화물, 지르코늄계 복합금속 산화물, 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 지르코늄 산화물 또는 지르코늄계 복합금속 산화물을 포함하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.

금속 산화물층의 두께는 0.5nm 내지 5nm인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 금속 산화물층이 상기 금속층 표면의 후산화 공정을 통해 상기 금속층 표면이 일부 산화되어 형성되는 경우, 상기 금속층의 초기 두께는 1nm 내지 10nm일 수 있고, 후산화 공정에 따라 상기 상기 금속층 표면의 0.5nm 내지 5nm가 산화됨으로써, 이는 금속 산화물층의 두께가 될 수 있다.

상기 저방사 투명 적층체는 외에도, 상기 각 층 사이에 공지된 물질로 이루어진 층을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에서, 전술한 저방사 투명 적층체의 제조 방법을 제공한다. 저방사 투명 적층체의 제조 방법은 기재의 적어도 일면에 제1 유전체층을 증착하는 단계; 및 상기 제1 유전체층 상에 저방사층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.

저방사 투명 적층체는 각 층을 공지된 방법에 따라 상기 투명 기재 상부에 순차적으로 증착 방법에 의하여 적층하여 제조될 수 있다. 증착 방법은 특별히 제한되지 아니하고, 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 각 층은 마그네트론 스퍼터 증착기를 이용하여 증착할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 전술한 저방사 투명 적층체를 포함하는 건축 자재를 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 따른 저방사 투명 적층체는 저방사층의 두께 및 가시광선 투과율을 기존과 동등한 수준으로 유지하면서도, 높은 열 반사율 성능을 나타낼 수 있다.

그러나, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저방사 투명 적층체의 단면도이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실험예들; Examples]

실시예 1

마그네트론 스퍼터링 증착기 (Selcos Cetus-S)를 사용하여, 하기와 같이 투명 유리 기재에 적층된 다층 구조의 저방사 코팅층 및 최상부 코팅층을 제조하였다.

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 30 nm의 실리콘지르코늄나이트라이드를 증착하였고, 실리콘지르코늄나이트라이드 상에 아르곤 100부피% 분위기 하에서 1 nm의 니켈크롬(NiCr), 9.8 nm의 은(Ag), 및 1 nm의 니켈크롬(NiCr)을 순차대로 증착하였으며, 니켈크롬 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 실리콘알루미늄나이트라이드를 증착하여 35 nm 두께로 형성하였다.

이어서, 실리콘알루미늄나이트라이드 상에 아르곤 100% 분위기에서 지르코늄을 증착하여, 4 nm 두께의 지르코늄층을 형성하여, 저방사 투명 적층체를 얻었다.

실시예 2

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 37 nm의 실리콘알루미늄나이트라이드, 및 3 nm의 실리콘지르코늄나이트라이를 순차대로 증착하였고, 실리콘지르코늄나이트라이드 상에 아르곤 100부피% 분위기 하에서 1 nm의 니켈크롬(NiCr), 15.4 nm의 은(Ag), 및 1 nm의 니켈크롬(NiCr)을 순차대로 증착하였으며, 니켈크롬 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 실리콘알루미늄나이트라이드를 증착하여 35 nm 두께로 형성하였다.

실시예 3

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 34 nm의 실리콘알루미늄나이트라이드, 및 6 nm의 실리콘지르코늄나이트라이를 순차대로 증착한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하여 저방사 투명 적층체를 얻었다.

실시예 4

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 29 nm의 실리콘알루미늄나이트라이드, 및 10 nm의 실리콘지르코늄나이트라이를 순차대로 증착한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하여 저방사 투명 적층체를 얻었다.

실시예 5

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 25 nm의 실리콘알루미늄나이트라이드, 및 15 nm의 실리콘지르코늄나이트라이를 순차대로 증착한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하여 저방사 투명 적층체를 얻었다.

비교예 1

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 34 nm의 실리콘알루미늄나이트라이드를 증착한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하여 저방사 투명 적층체를 얻었다.

비교예 2

6mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/나이트로젠(아르곤 80부피%, 나이트로젠 20부피%) 분위기 하에서 39 nm의 실리콘알루미늄나이트라이드를 증착한 것 이외에는, 실시예 2와 동일한 방법으로 제조하여 저방사 투명 적층체를 얻었다.

실험예 : 면저항의 측정

상기 실시예들 및 비교예들에 따른 저방사 투명 적층체는 NAGY Sheet Resistance 면저항 측정 장비를 이용하여 면저항을 측정되었다.

상기와 같은 방법으로, 면저항을 4회 측정하여 그 평균값을 하기의 표 1에 나타내었다.

하기 표 1은 상기 실시예들 및 비교예들에 따른 제1 유전체층 및 저방사층(Ag)의 두께, 및 면저항을 정리한 것이다.

	SiAlNx의 두께 (nm)	SiZrNx의 두께 (nm)	Ag의 두께 (nm)	면저항 (ohm/sq)
실시예1	-	30	9.8	10.43
실시예2	37	3	15.4	2.56
실시예3	34	6	15.4	2.63
실시예4	29	10	15.4	2.51
실시예5	25	15	15.4	2.52
비교예1	34	-	9.8	13.46
비교예2	39	-	15.4	2.85

표 1에 따르면, 비교예 1 대비 실시예에 따른 저방사 투명 적층체의 경우, 면저항이 대략 23 % 향상된 것임을 알 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

기재; 상기 기재 상에 제1 유전체층 및 저방사층이 순차적으로 배치된 저방사 코팅층을 포함하고,
상기 제1 유전체층은 표면의 제곱평균 거칠기(R_q, Root-Mean-Square Roughness)가 0.15 nm 내지 0.2 nm인 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층의 두께는 2 nm 내지 60 nm인 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층은 지르코늄(Zr), 크롬(Cr), 나이오븀(Nb), 니켈(Ni), 구리(Cu). Ti(티타늄), 철(Fe), 아연(Zn), 주석(Sn), 및 Mn(망간)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 함유하는 실리콘계 나이트라이드 또는 옥시나이트라이드로 이루어진 메인 유전체층을 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 3 항에 있어서,
상기 메인 유전체층은 실리콘지르코늄나이트라이드인 저방사 투명 적층체.
제 3 항에 있어서,
상기 메인 유전체층은 상기 실리콘과 상기 원소를 50:50 내지 70:30의 몰비(실리콘:원소)로 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 3 항에 있어서,
상기 메인 유전체층은 두께가 2 nm 내지 50nm인 저방사 투명 적층체.
제 3 항에 있어서,
상기 제1 유전체층은 서브 유전체층을 더 포함하고,
상기 제1 유전체층은 상기 기재 상에 상기 서브 유전체층, 상기 메인유전체층이 순차적으로 배치된 저방사 투명 적층체.
제 7 항에 있어서,
상기 서브 유전체층은 티타늄옥사이드, 주석아연옥사이드, 아연옥사이드, 아연알루미늄옥사이드, 주석옥사이드, 비스무스옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘알루미늄나이트라이드, 실리콘주석나이트라이드 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 저방사층은 상기 제1 유전체층 상에 증착된 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 저방사층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 이온 도핑 금속 산화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 저방사층의 두께는 3 nm 내지 50 nm인 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 저방사 코팅층은 상기 제1 유전체층과 상기 저방사층 사이에 개재되는 제1 저방사 보호층을 더 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 저방사 보호층의 양면은 상기 저방사층의 일면 및 상기 제1 유전체층의 일면에 접하는 저방사 투명 적층체.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 저방사 보호층은 니켈(Ni), 크롬(Cr), 니켈(Ni)과 크롬(Cr)의 합금, 티타늄(Ti), 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 12 항에 있어서,
상기 제1 저방사 보호층의 두께는 0.1 nm 내지 5 nm인 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 저방사 코팅층은 상기 저방사층 상에 배치된 제2 저방사 보호층 또는 제2 유전체층을 더 포함하는 저방사 투명 적층체.
제 1 항에 있어서,
상기 저방사 코팅층 상에 배치된 최상부 코팅층을 더 포함하는 저방사 투명 적층체.
기재의 적어도 일면에 제1 유전체층을 증착하는 단계;
상기 제1 유전체층 상에 저방사층을 증착하는 단계를 포함하는 제 1 항에 따른 저방사 투명 적층체의 제조 방법.
제 1 항에 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 저방사 투명 적층체를 포함하는 건축 자재.