WO2013191346A1 - 저방사 투명 적층체, 이를 포함하는 건축 자재 및 저방사 투명 적층체의 제조 방법 - Google Patents

저방사 투명 적층체, 이를 포함하는 건축 자재 및 저방사 투명 적층체의 제조 방법 Download PDF

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    • Y10T428/31678Of metal

Definitions

  • a low emissive transparent laminate, a building material, and a manufacturing method of a low emissive transparent laminate are provided.
  • Low-emissivity glass refers to glass in which a low-emissivity layer containing a metal having high reflectance in the infrared region, such as silver, is deposited as a thin film.
  • a low-emissivity layer containing a metal having high reflectance in the infrared region, such as silver is deposited as a thin film.
  • Such low-emission glass is a functional material that reflects solar radiation in summer and preserves infrared rays generated by indoor heaters in winter, resulting in energy savings of buildings.
  • Conventional dielectric layers are composed of metal oxides, and oxides such as zinc (Zn), titanium (Ti) and tin (Sn), and composite metals (SnZn) of zinc and tin are used.
  • oxides such as zinc (Zn), titanium (Ti) and tin (Sn), and composite metals (SnZn) of zinc and tin are used.
  • Zn zinc
  • Ti titanium
  • Sn tin
  • SnZn composite metals
  • One embodiment of the present invention provides a low-radiation transparent laminate that at the same time ensures the thermal insulation performance, while having a high visible light reflectance of the outer surface and low visible light reflectance of the inner surface to realize the effect of securing the field of view and privacy.
  • Another embodiment of the present invention provides a building material comprising the low radiation transparent laminate.
  • Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing the low-radiation transparent laminate.
  • a substrate and a coating layer wherein the coating layer provides a low-radiation transparent laminate having a multi-layer structure sequentially comprising a low-radiation electroconductive layer, a dielectric layer and a light absorbing metal layer from the substrate.
  • a difference in reflectance of visible light from one surface of the substrate side and the other surface of the light absorbing metal layer may be about 30 to about 75%.
  • the low emission electroconductive layer may have an emissivity of about 0.01 to about 0.3.
  • the low emission conductive layer may include a metal having a sheet resistance of about 0.78 kW / sq to about 6.42 kW / sq.
  • the low emission electroconductive layer may include at least one selected from the group consisting of Ag, Au, Cu, Al, Pt, ion doped metal oxide, and combinations thereof.
  • the light absorption metal layer may have an extinction coefficient of about 1.5 to about 3 in the visible light region.
  • the light absorption metal layer may include at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, an alloy of Ni and Cr, Ti, and a combination thereof.
  • the dielectric layer includes at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and combinations thereof, or in the at least one of bismuth (Bi), boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), At least one element selected from the group consisting of magnesium (Mg), antimony (Sb), beryllium (Be), and a combination thereof may be doped.
  • the dielectric layer may include at least one selected from the group consisting of titanium oxide, tin zinc oxide, zinc oxide, zinc aluminum oxide, tin oxide, bismuth oxide, silicon nitride, silicon aluminum nitride, and combinations thereof.
  • the substrate may be a transparent substrate having about 90 to about 100% visible light transmittance.
  • the substrate may be a glass or transparent plastic substrate.
  • the low emission conductive layer may have a thickness of about 10 nm to about 25 nm.
  • the light absorption metal layer may have a thickness of about 5 nm to about 25 nm.
  • the dielectric layer may have a thickness of about 5 nm to about 50 nm.
  • the coating layer may further include at least one dielectric layer on one or both outermost surfaces of the coating layer.
  • the low emissive transparent laminate includes a first dielectric layer interposed between the substrate and the low emissive electroconductive layer, the dielectric layer is a second dielectric layer, and is disposed on the upper side of the light absorbing metal layer with respect to the second dielectric layer. It may include a third dielectric layer located.
  • a building material comprising the low radiation transparent laminate.
  • the step of depositing a low radiation electroconductive metal or metal oxide on a substrate to form a low radiation electroconductive layer Forming a dielectric layer on the low emission conductive layer; And depositing a light absorbing metal on the dielectric layer to form a light absorbing metal layer.
  • the low-radiation transparent laminate has a thermal insulation performance, while having a high visible light reflectance on the outer surface and a low visible light reflectance on the inner surface, thereby realizing a field of view and a privacy securing effect.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a low-radiation transparent laminate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a low emission transparent laminate in accordance with another embodiment of the present invention.
  • any configuration is formed on the “top (or bottom)" of the substrate or “top (or bottom)” of the substrate means that any configuration is formed in contact with the top (or bottom) of the substrate.
  • it is not limited to not including other configurations between the substrate and any configuration formed on (or under) the substrate.
  • the coating layer 190 is a multi-layered structure including a low emission conductive layer 130, a dielectric layer 150, and a light absorbing metal layer 170 sequentially on the substrate 110.
  • the low-radiation transparent laminate 100 is one surface (indicated by 'A' in FIG. 1) on the side of the light-absorbing metal layer 170, one surface on the side of the substrate 110 that is opposite to the surface (indicated by 'B' in FIG. 1).
  • the difference in reflectance of visible light may be realized at about 30 to about 75%.
  • the low-radiation transparent laminate 100 is a window glass due to the high reflectivity from the outside when the glass substrate side is positioned outdoors. Is recognized as a mirror surface, and on the contrary, since the reflectance of the interior side is low, a view toward the outside can be sufficiently secured, thereby maximizing the privacy effect.
  • the coating layer 190 is a multi-layered thin film structure based on the low-emission conductive layer 130 that selectively reflects far infrared rays of sunlight, low-emissivity in the low-emission transparent laminate 100 (Low-e : It gives insulation performance by low emissivity effect.
  • the low-radiation transparent laminate 100 is a functional material that forms the structure as described above to reflect the solar radiation in summer and to preserve the infrared rays generated from the indoor heater in the winter to bring the energy saving effect of the building.
  • the emissivity refers to the rate at which an object absorbs, transmits, and reflects energy with any particular wavelength. That is, in the present specification, the emissivity indicates the degree of absorption of infrared energy in the infrared wavelength region, and specifically, when far infrared rays corresponding to a wavelength region of about 5 ⁇ m to about 50 ⁇ m exhibiting strong thermal action are applied, It means the ratio of the infrared energy absorbed to the infrared energy.
  • Kirchhoff's law states that the absorbed energy is equal to the emissivity because the infrared energy absorbed by the material is equal to the energy emitted again.
  • Such emissivity can be measured through various methods commonly known in the art, and is not particularly limited, but can be measured, for example, by a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR) according to the KSL2514 standard. .
  • FT-IR Fourier transform infrared spectrometer
  • Absorption, or emissivity, to far-infrared rays exhibiting such a strong thermal action may represent a very important meaning in measuring the degree of thermal insulation performance.
  • the low-radiation transparent laminate 100 forms a coating layer 190 as described above on a transparent substrate 110, such as glass, to provide excellent thermal insulation effect by lowering the emissivity while maintaining a predetermined transmission characteristics in the visible light region Can be used as energy-saving functional building materials.
  • the low radiation conductive layer 130 is a layer formed of an electrically conductive material, for example, a metal, which may have a low emissivity, that is, has a low sheet resistance, and thus has a low emissivity.
  • the low emission electroconductive layer 130 may have an emissivity of about 0.01 to about 0.3, specifically about 0.01 to about 0.2, more specifically about 0.01 to about 0.1, and even more Specifically, about 0.01 to about 0.08.
  • the low-radiation conductive layer 130 having the emissivity as described above may have a sheet resistance of about 0.78 kW / sq to about 6.42 kW / sq of a thin film material.
  • the low emission electroconductive layer 130 performs a function of selectively transmitting and reflecting solar radiation.
  • the low emission electroconductive layer 130 may include at least one selected from the group consisting of Ag, Au, Cu, Al, Pt, ion doped metal oxide, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the ion doped metal oxide includes, for example, indium tin oxide (ITO), fluorine doped tin oxide (FTO), Al doped zinc oxide (AZO), gallium zinc oxide (GZO), and the like.
  • the low-radiation conductive layer 130 may be silver (Ag), thereby the low-radiation transparent laminate 100 has a high electrical conductivity, low absorption in the visible light region, excellent durability, etc. Can be implemented.
  • the thickness of the low emission electroconductive layer 130 may be, for example, about 10 nm to about 25 nm.
  • the low emission electroconductive layer 130 having a thickness in the above range is suitable for simultaneously implementing low emissivity and high visible light transmittance.
  • the light absorption metal layer 170 may be made of a metal having excellent light absorption performance, and the light absorption metal layer 170 is included so that the low-radiation transparent laminate 100 has one surface and the substrate on the side of the coating layer 190. The difference in reflectance of visible light on the other side of the (110) side can be increased.
  • the light absorption metal layer 170 may have an extinction coefficient of 1.5 to 3 in the visible light region.
  • the extinction coefficient is a value derived from an optical constant having a material-specific property of an optical material, and the optical constant is expressed by n-ik in a formula.
  • the real part n is the refractive index
  • the imaginary part k is called the extinction coefficient (also called absorption coefficient, extinction coefficient, extinction coefficient, etc.).
  • the extinction coefficient is a function of the wavelength [lambda], and for metals the extinction coefficient is generally greater than zero.
  • the light absorption metal layer 170 absorbs a predetermined portion of visible light by using a metal having an extinction coefficient of the visible light region in the above range, so that the light absorption metal layer 170 of the low radiation transparent laminate 100 is Difference in visible light reflectance of one side of the coated side (indicated by 'A' in FIG. 1) and the opposite side (indicated by 'B' in FIG. 1, one side of the substrate 110 side of the low-radiation transparent laminate) causess it to occur.
  • the light absorption metal layer 170 When the light absorption metal layer 170 has a small extinction coefficient, the visible light absorption rate is lowered, and the difference in reflectance between the A surface and the B surface is reduced, and when the extinction coefficient is large, the amount of light absorbed by the light absorption metal layer increases. In addition, the visible light transmittance is lowered, which may cause difficulty in securing transparent visibility.
  • the light transmittance metal layer 170 may secure a difference in reflectance between the A surface and the B surface at a predetermined level or more, and also at a predetermined level.
  • the light absorption metal layer 170 may include at least one selected from the group consisting of Ni, Cr, an alloy of Ni and Cr, Ti, and a combination thereof, but is not limited thereto.
  • the thickness of the light absorption metal layer 170 may be, for example, about 5 nm to about 25 nm, and specifically about 15 nm to about 25 nm.
  • the light absorption metal layer 170 having the thickness range has a difference in reflectance between both surfaces of the low-radiation transparent laminate, that is, [(reflectance of one surface A on the substrate 110 side)-(the light absorption metal layer 170 )) Can achieve a sufficient privacy effect with a value of () of the other side (B) of the coated side) of 30% or more, and can maintain the transmittance of the coating glass appropriately to secure a view toward the outside.
  • the reflection color of one surface A on the side of 110 may be implemented in a comfortable color preferred by users, for example, blue.
  • the dielectric layer 150 is laminated so as to be interposed between the low radiation conductive layer 130 and the light absorbing metal layer 170, and thus the low radiation conductive layer 130 and the light absorbing metal layer 170 are
  • the low-radiation transparent laminate 100 may maximize the difference in reflectance with respect to visible light on one surface of the substrate 110 and the other surface of the light absorbing metal layer 170 by being separated so as not to be continuously positioned. As a result, the reflectance of one surface of the low-radiation transparent laminate 100 is high on the outside, so that the inside of the low-radiation transparent laminate 100 may be seen as a mirror, and the inside of the low-radiation transparent laminate 100 may not be visible.
  • the low-radiation transparent laminate 100 may implement a privacy securing effect. Therefore, the low-radiation transparent laminate 100 may be used as a building material to be useful for blocking the external gaze of an area requiring privacy protection and security of an individual, such as a lower floor of a building.
  • the dielectric layer 150 may be made of a dielectric material having a refractive index of about 1.5 to about 2.3, and according to the value of the refractive index, the thickness of the dielectric layer 150 to achieve a desired target level of transmittance, reflectance, transmission, and reflection color. Can be adjusted.
  • the dielectric layer 150 may be formed of a material having a light extinction coefficient close to zero, and the extinction coefficient greater than zero means that incident light is absorbed in the dielectric layer before reaching the light absorption metal layer, which is a transparent field of view. It is not preferable because it becomes a factor that hinders securing. Therefore, the extinction coefficient of the dielectric layer 150 may have less than 0.1 in the visible region (wavelength range of about 380nm to about 780nm).
  • the dielectric layer 150 may act as an anti-oxidation film of the low emission conductive layer 130, and the dielectric layer 150 may be It also serves to increase the visible light transmittance.
  • the dielectric layer 150 may include various metal oxides, metal nitrides, and the like, and for example, titanium oxide, tin zinc oxide, zinc oxide, zinc aluminum oxide, tin oxide, bismuth oxide, silicon nitride, and silicon aluminum nitride It may include at least one selected from the group consisting of a ride and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the optical performance of the low emission transparent laminate 100 may be adjusted by appropriately adjusting materials and physical properties of the dielectric layer 150.
  • the dielectric layer 150 may be formed of two or more layers.
  • the thickness of the dielectric layer 150 may be, for example, about 5 nm to about 50 nm.
  • the thickness of the dielectric layer may be variously adjusted according to the position and the material configured to implement the optical performance (transmittance, reflectance, color index) of the entire multilayer thin film to the target performance, and the dielectric layer 150 having the thickness range It is possible to effectively control the optical performance by the dielectric layer 150, including, and may also be desirable in terms of production speed.
  • the substrate 110 may be a transparent substrate having high visible light transmittance.
  • a glass or transparent plastic substrate having about 90 to about 100% visible light transmittance may be used.
  • the substrate 110 may be used, for example, without limitation, glass used for construction, and may be, for example, about 2 mm to about 12 mm thick, depending on the purpose of use.
  • the low-radiation transparent laminate 100 controls the transmittance and reflectance according to the wavelength of light by adjusting the material and thickness of each layer constituting the coating layer 190 in order to implement an optical spectrum suitable for the purpose of use Can be achieved.
  • the visible light transmittance when the visible light transmittance is high, a comfortable visual field is secured due to the high transmittance, while the visible light reflectance is low, thereby preventing the privacy of an individual due to external gaze.
  • the visible light reflectance is high, the blocking effect on the external gaze increases, but at the same time, it is not easy to secure the view of the outside in the room, which is disadvantageous for the role as the transparent glass window.
  • the low-radiation transparent laminate 100 is a color, reflectance, transmittance, etc. of the high reflective surface of the low-radiation transparent laminate 100 seen from the outside by adjusting the material and thickness of each layer constituting the coating layer 190 Fine control of optical performance may be possible.
  • the coating layer 190 may further include additional layers other than the above-described structure in order to implement a predetermined optical performance.
  • the coating layer 190 may further include at least one dielectric layer on the outermost side or both sides of the coating layer 190.
  • dielectric layer 150 Detailed description of the dielectric layer that may be further included is as described in the dielectric layer 150.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a low emission transparent laminate 200 including a substrate 210 and a coating layer 290 according to another embodiment of the present invention.
  • the coating layer 290 is formed on the substrate 210, the first dielectric layer 220, the low-radiation conductive layer 230, the second dielectric layer 250, the light absorbing metal layer 270, and the third dielectric layer 280. It is a multi-layered structure comprising sequentially.
  • a building material comprising the low radiation transparent laminate.
  • the building material is applied to the low-radiation transparent laminate to secure the thermal insulation performance by the Roy effect, while the visible light reflectance of the inner surface is low while the visible light reflectance of the inner surface is low as described above to secure visibility and privacy Can be implemented at the same time.
  • the step of depositing a low radiation electroconductive metal or metal oxide on a substrate to form a low radiation electroconductive layer Forming a dielectric layer on the low emission conductive layer; And depositing a light absorbing metal on the dielectric layer to form a light absorbing metal layer.
  • the said low emission transparent laminated bodies 100 and 200 can be manufactured.
  • the deposition method is not particularly limited and may be performed according to a known method.
  • the method of forming the dielectric layer may be, for example, by deposition, may also be carried out without limitation in accordance with known methods, for example, may be deposited using a magnetron sputter deposition machine.
  • a TiO 2 thin film was deposited in a thickness of 37.0nm.
  • the process gas was argon 100 sccm and the process pressure was maintained at 3 mTorr.
  • the process power was applied at 1.5 kW.
  • a ZnAlO x layer having a thickness of 6.4 nm was deposited with an oxide of an alloy containing 10 wt% of aluminum in zinc, with a radio frequency process power of 1.2 kW, process argon 100 sccm, and process pressure 3 mTorr.
  • a 35.2 nm thick SnZnO x layer was deposited.
  • An NiCr thin film having a thickness of 6.0 nm was deposited on the SnZnO x layer with an alloy metal target of 80 wt% Ni and 20 wt% Cr, a DC current power of 0.5 kW, a process argon of 100 sccm, and a process pressure of 5 mTorr.
  • a 44.5 nm thick SnZnO x layer was again deposited on the NiCr thin film in the same manner as the SnZnO x layer.
  • a low-emitting transparent laminate was prepared in which a coating layer having a composition and thickness as shown in Table 1 below was formed on a glass substrate.
  • Example 2 to Example 6 Except that in Example 2 to Example 6, the thickness of the NiCr thin film deposited in 9.0 nm, 12.0 nm, 15.0 nm, 18.0 nm and 21.0 nm, respectively, as shown in Table 1 below.
  • a low emissive transparent laminate was prepared in which a coating layer having a composition and thickness as described above was formed on a glass substrate.
  • the thickness of 5.2nm ZnAlO x layer, Ag thin film, ZnAlO x layer of 5.0nm thickness of 21.3nm thickness, 32.0 nm thick SnZnO x layer, 21.6 nm thick NiCr thin film, and 41.7 nm thick SnZnO x layer were deposited in order to form a coating layer having a composition and thickness as shown in Table 1 on the glass substrate.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a 37.0 nm thick TiO 2 thin film, a 6.4 nm thick ZnAlO x layer, a 14.0 nm thick Ag thin film, a 15.0 nm thick NiCr thin film on a transparent glass substrate having a thickness of 6 mm, and A 44.5 nm thick SnZnO x layer was deposited in order to produce a low emissive transparent laminate in which a coating layer having a composition and thickness as shown in Table 1 was formed on a glass substrate.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a 37.0 nm thick TiO 2 thin film, a 19.5 nm thick ZnAlO x layer, a 35.2 nm thick SnZnO x layer, a 15.0 nm thick NiCr thin film on a transparent glass substrate having a thickness of 6 mm, And a 44.5 nm thick SnZnO x layer were deposited in order to produce a low-emitting transparent laminate in which a coating layer having a composition and thickness as shown in Table 1 was formed on the glass substrate.
  • Example 1 Glass substrate / TiO 2 (37.0) / ZnAlO x (6.4) / Ag (14.0) / ZnAlO x (13.1) / SnZnO x (35.2) / NiCr (6.0) / SnZnO x (44.5)
  • Example 2 Glass substrate / TiO 2 (37.0) / ZnAlO x (6.4) / Ag (14.0) / ZnAlO x (13.1) / SnZnO x (35.2) / NiCr (9.0) / SnZnO x (44.5)
  • Example 3 Glass substrate / TiO 2 (37.0) / ZnAlO x (6.4) / Ag (14.0) / ZnAlO x (13.1) / SnZnO x (35.2) / NiCr (12.0) / SnZnO x (44.5)
  • Example 4 Glass substrate / TiO 2 (37.0) / ZnA
  • the resulting value was determined based on the KS L 2514 standard.
  • the reflectance of the coating layer side of the radiation transparent laminate and the reflectance of the glass substrate side of the low-radiation transparent laminate were calculated.
  • the far-infrared reflectance spectrum of the surface coated with the light-absorbing metal layer of the low-radiation transparent laminate was measured using FT-IR (Frontier, Perkin Elmer), a far-infrared spectrometer. From the results, the far-infrared reflectance spectrum was measured in accordance with KS 2514 standard. After calculating the average reflectance, the emissivity was evaluated by the formula of 100%-(far infrared mean reflectance).
  • L *, a *, and b * values of CIE1931 standards were measured using a color difference meter (KONICA MINOLTA SENSING, Inc., CM-700d). At this time, the light source was applied to D65 of KS standard.
  • Table 2 below shows the results of measuring optical performance of the low-radiation transparent laminates of Examples 4 and 7 and Comparative Examples 1 to 3.
  • the low-radiation transparent laminate of Example 4 has a transmittance of 18.1%, and the color indexes a * and b * of transmission, surface reflection on the coating layer, and reflection on the glass substrate side are all located between 0 and -10 to be neutral.
  • the color is weak blue, so that the user's vision is comfortable.
  • the color of the low-radiation transparent laminate is red and purple, the color belongs to a color which is not preferred by the user.
  • Far-infrared emissivity is also 3.14%, which ensures superior insulation performance compared to conventional Roy coated glass.
  • the low-radiation transparent laminate of Comparative Example 1 had no NiCr, which is a light absorbing metal layer, and the visible light reflectance on the surface of the coating layer was increased to 51.4%, and the visible light reflectance on the surface of the glass substrate was reduced to 48.9%.
  • the privacy effect of the difference is very inferior.
  • the low-radiation transparent laminate of Comparative Example 3 is a case in which there is no silver layer, which is a low-radiation electrically conductive layer, and the difference in reflectance between the coated surface and the glass surface is secured to 29%, but the emissivity of the coated side is 86.7%, and there is no general glass without coating. Since it becomes the same as the emissivity of the surface of the base material side, there is a problem that the heat insulating performance as a low-emitting transparent laminate having a Roy effect is not secured.

Abstract

기재 및 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 상기 기재로부터 저방사 전기전도층, 유전체층 및 광흡수 금속층을 순차적으로 포함하는 다층 구조인 저방사 투명 적층체, 이를 적용한 건축 자재 및 저방사 투명 적층체의 제조 방법 이 제공된다.

Description

저방사 투명 적층체, 이를 포함하는 건축 자재 및 저방사 투명 적층체의 제조 방법
저방사 투명 적층체, 건축 자재 및 저방사 투명 적층체의 제조 방법에 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 여름에는 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내 난방기에서 발생하는 적외선을 보존해 줌으로써 건축물의 에너지 절감효과를 가져오는 기능성 소재이다.
종래의 유전체층은 금속 산화물로 구성되며, 아연(Zn), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 등의 산화물이나, 아연과 주석의 복합금속(SnZn) 등이 사용되고 있다. 그러나 기존의 유전체층을 구성하는 금속 산화물의 경우 열처리 후에 산화물과 인접한 금속층 사이에서 계면 반응이 일어나기 쉬워 열처리 전후의 가시광 투과율이 달라지기 쉽다는 단점이 있다.
본 발명의 일 구현예는 단열 성능을 확보하면서도, 외부 표면의 가시광선 반사율이 높으면서도 내부 표면의 가시광선 반사율이 낮아서 시야 확보 및 프라이버시 확보 효과를 동시에 구현하는 저방사 투명 적층체를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 저방사 투명 적층체를 포함하는 건축 자재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 저방사 투명 적층체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현예에서, 기재 및 코팅층을 포함하고, 상기 코팅층은 상기 기재로부터 저방사 전기전도층, 유전체층 및 광흡수 금속층을 순차적으로 포함하는 다층 구조인 저방사 투명 적층체를 제공한다.
상기 기재 쪽의 일면과 상기 광흡수 금속층 쪽의 다른 일면의 가시광선에 대한 반사율 차이가 약 30 내지 약 75%일 수 있다.
상기 저방사 전기전도층은 방사율이 약 0.01 내지 약 0.3일 수 있다.
상기 저방사 전기전도층은 면저항이 약 0.78 Ω/sq 내지 약 6.42 Ω/sq인 금속을 포함할 수 있다.
상기 저방사 전기전도층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광흡수 금속층은 가시광선 영역의 소멸 계수가 약 1.5 내지 약 3일 수 있다.
상기 광흡수 금속층은 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금, Ti 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유전체층은 금속 산화물, 금속 질화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 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 도핑될 수 있다.
상기 유전체층은 티타늄옥사이드, 주석아연옥사이드, 아연옥사이드, 아연알루미늄옥사이드, 주석옥사이드, 비스무스옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘알루미늄나이트라이드 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 기재는 약 90 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 투명 기재일 수 있다.
상기 기재는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다.
상기 저방사 전기전도층의 두께가 약 10nm 내지 약 25nm일 수 있다.
상기 광흡수 금속층의 두께가 약 5nm 내지 약 25nm 일 수 있다.
상기 유전체층의 두께가 약 5nm 내지 약 50 nm인 일 수 있다.
상기 코팅층은 상기 코팅층의 최외각 일면 또는 양면에 적어도 하나의 유전체층을 더 포함할 수 있다.
상기 저방사 투명 적층체는 상기 기재와 상기 저방사 전기전도층 사이에 개재하는 제1 유전층을 포함하고, 상기 유전층은 제2 유전층이고, 상기 제2 유전체층에 대하여 상기 광흡수 금속층의 대면쪽 상부에 위치한 제3 유전체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 저방사 투명 적층체를 포함하는 건축 자재를 제공한다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 저방사 전기전도성 금속 또는 금속 산화물을 기재 상에 증착하여 저방사 전기전도층을 형성하는 단계; 상기 저방사 전기전도층 상부에 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 유전체층 상부에 광흡수성 금속을 증착하여 광흡수 금속층을 형성하는 단계;를 포함하는 저방사 투명 적층체의 제조 방법을 제공한다.
상기 저방사 투명 적층체는 단열 성능을 확보하면서도, 외부 표면의 가시광선 반사율이 높으면서도 내부 표면의 가시광선 반사율이 낮아서 시야 확보 및 프라이버시 확보 효과를 동시에 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 저방사 투명 적층체의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 저방사 투명 적층체의 개략적인 단면도이다.
도 3은 실시예 1 내지 7의 저방사 투명 적층체의 양면 각각에서 가시광선에 대한 반사율을 측정한 결과이다.
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.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 저방사 투명 적층체를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 기재(110) 및 코팅층(190)을 포함하는 저방사 투명 적층체(100)의 단면도이다. 상기 코팅층(190)은 상기 기재(110) 상부로, 저방사 전기전도층(130), 유전체층(150) 및 광흡수 금속층(170)을 순차적으로 포함하는 다층 구조이다.
상기 저방사 투명 적층체(100)는 상기 광흡수 금속층(170) 쪽의 일면 (도 1에서 'A'로 표시됨)과 반대면인 상기 기재(110) 쪽의 일면 (도 1에서 'B'로 표시됨)의 가시광선에 대한 반사율 차이가 약 30 내지 약 75%로 구현될 수 있다. 예를 들어, 가시광선에 대한 반사율 차이가 약 50 내지 약 75%로 구현된 경우의 상기 저방사 투명 적층체(100)는 유리 기재 쪽 면을 실외측으로 위치할 때, 외부에서는 높은 반사율로 인해 창호가 거울면으로 인식되고, 반대로 실내측의 반사율은 낮기 때문에 외부를 향한 시야를 충분히 확보할 수 있어, 프라이버시 효과를 극대화할 수 있다.
상기 코팅층(190)은 태양광 중 선택적으로 원적외선을 반사하는 저방사 전기전도층(130)을 기반으로 하는 다층 박막 구조로서, 방사율을 낮추어 상기 저방사 투명 적층체(100)에 로이(Low-e: low emissivity) 효과에 의한 단열 성능을 부여한다. 상기 저방사 투명 적층체(100)는 상기와 같은 구조를 형성하여 여름에는 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내 난방기에서 발생하는 적외선을 보존해 줌으로써 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 물질에 흡수된 적외선 에너지는 다시 방사되어 나오는 에너지와 동일하므로 흡수율은 방사율과 동일하다.
또한, 흡수되지 않은 적외선 에너지는 물질 표면에서 반사되므로 방사율은 적외선 에너지 반사가 높을수록 낮은 값을 갖게 된다. 이를 수치적으로 나타내면, (방사율 = 1 - 적외선 반사율)의 관계를 갖는다.
이와 같은 방사율은 이 분야에서 통상적으로 알려진 다양한 방법을 통하여 측정될 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, KSL2514 규격에 의해 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR) 등의 설비로 측정할 수 있다.
이와 같은 강한 열 작용을 나타내는 원적외선에 대한 흡수율, 즉 방사율이 단열 성능의 정도를 측정하는데 있어서, 매우 중요한 의미를 나타낼 수 있다.
상기 저방사 투명 적층체(100)는 유리 등과 같은 투명한 기재(110)에 전술한 바와 같은 코팅층(190)을 형성함으로써, 가시광선 영역에서는 소정의 투과 특성을 유지시키면서 방사율을 낮추어 우수한 단열 효과를 제공할 수 있는 에너지 절약형 기능성 건축 자재로 사용될 수 있다.
상기 저방사 전기전도층(130)은 낮은 방사율을 가질 수 있는 전기전도성 재료, 예를 들어 금속으로 형성된 층으로, 즉, 낮은 면저항을 가지고, 그에 따라 낮은 방사율을 갖는다. 예를 들어, 상기 저방사 전기전도층(130)은 방사율은 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 저방사 전기전도층(130)이 상기 범위의 방사율을 가지는 경우, 저방사 투명 적층체(100)의 단열 효과 및 가시광 투과율 측면을 동시에 고려하여 적절할 수 있다. 상기와 같은 방사율을 갖는 상기 저방사 전기전도층(130)은 박막으로 구성한 재료의 면저항이 약 0.78 Ω/sq 내지 약 6.42 Ω/sq일 수 있다.
상기 저방사 전기전도층(130)은 태양 복사선을 선택적으로 투과 및 반사시키는 기능을 수행한다. 상기 저방사 전기전도층(130)은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이온 도핑 금속 산화물은 예를 들어, 인듐주석산화물(ITO), 불소 도핑된 주석산화물(FTO), Al 도핑된 아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO) 등을 포함한다. 일 구현예에서, 상기 저방사 전기전도층(130)은 은(Ag)일 수 있고, 이로써 상기 저방사 투명 적층체(100)는 높은 전기전도도, 가시광선 영역에서의 낮은 흡수율, 우수한 내구성 등을 구현할 수 있다.
상기 저방사 전기전도층(130)의 두께는, 예를 들어, 약 10nm 내지 약 25nm일 수 있다. 상기 범위의 두께를 갖는 저방사 전기전도층(130)은 낮은 방사율 및 높은 가시광선 투과율을 동시에 구현하기에 적합하다.
상기 광흡수 금속층(170)은 광흡수 성능이 뛰어난 금속으로 이루어질 수 있고, 상기 광흡수 금속층(170)이 포함되어 상기 저방사 투명 적층체(100)는 상기 코팅층(190) 쪽의 일면과 상기 기재(110) 쪽의 다른 일면의 가시광선에 대한 반사율의 차이를 증대시킬 수 있다.
일 구현예에서, 상기 광흡수 금속층(170)은 가시광선 영역에서의 소멸 계수(extinction coefficient)가 1.5 내지 3일 수 있다. 상기 소멸 계수는 광학 소재의 물질 고유의 특성으로 갖는 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 광흡수 금속층(170)은 상기 범위의 가시광선 영역의 소멸 계수는 갖는 금속을 사용하여, 가시광선의 일정 부분을 흡수하여, 상기 저방사 투명 적층체(100)의 상기 광흡수 금속층(170)이 코팅된 쪽의 일면 (도 1에서 'A'로 표시됨)과 반대면 (도 1에서 'B'로 표시됨, 상기 저방사 투명 적층체의 상기 기재(110) 쪽의 일면)의 가시광선 반사율의 차이가 발생하게 한다.
상기 광흡수 금속층(170)은 소멸 계수가 작아지면, 가시광선 흡수율이 낮아져서, 상기 A면과 상기 B면의 반사율 차이가 작아지고, 소멸계수가 커지면 광흡수 금속층에 흡수되는 빛의 양이 많이져서, 가시광선 투과율은 낮아지고, 이로 인해 투명한 시인성 확보에 어려움이 생길 수 있다. 상기 광흡수 금속층(170)은 상기 범위의 소멸 계수 범위를 가지는 경우, 상기 A면과 상기 B면의 반사율 차이를 소정의 수준 이상으로 확보하면서도 가시광선 투과율 역시 소정 수준으로 확보할 수 있다.
예를 들어, 상기 광흡수 금속층(170)은 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금, Ti 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광흡수 금속층(170)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 25nm일 수 있고, 구체적으로 약 15nm 내지 약 25nm일 수 있다. 상기 두께 범위를 갖는 상기 광흡수 금속층(170)은 저방사 투명 적층체의 양면의 반사율 차이, 즉, [(상기 기재(110) 쪽의 일면 (A)의 반사율)-(상기 광흡수 금속층(170)이 코팅된 쪽의 다른 일면 (B)의 반사율)]의 값이 30% 이상으로 충분한 프라이버시 효과를 구현할 수 있고, 코팅유리의 투과율을 적절히 유지하여 외부를 향한 시야를 확보할 수 있으며, 상기 기재(110) 쪽의 일면 (A)의 반사 색상을 예를 들어, 청색과 같인 사용자들이 선호하는 편안한 색상으로 구현할 수 있다.
상기 유전체층(150)은 상기 저방사 전기전도층(130) 및 상기 광흡수 금속층(170) 사이에 개재하도록 적층되고, 이와 같이 상기 저방사 전기전도층(130)과 상기 광흡수 금속층(170)이 연속하여 위치하지 않도록 분리되시킴으로써 상기 저방사 투명 적층체(100)는 상기 기재(110) 쪽의 일면과 상기 광흡수 금속층(170) 쪽의 다른 일면의 가시광선에 대한 반사율의 차이를 극대화할 수 있고, 이로써, 외부에서는 상기 저방사 투명 적층체(100) 일 표면의 반사율이 높아 거울과 같이 보이게 되어 내부를 확인할 수 없게 되고, 다른 일 표면에서는 가시광선 반사율이 낮아 시야를 확보할 수 있게 된다. 이러한 상기 저방사 투명 적층체(100)는 프라이버시 확보 효과를 구현할 수 있다. 따라서, 상기 저방사 투명 적층체(100)는 건축 자재로 적용하여 건축물의 저층부와 같이 개인의 사생활 보호 및 보안이 요구되는 구역의 외부 시선 차단용으로 유용하게 사용될 수 있다.
상기 유전체층(150)은 굴절률이 약 1.5에서 약 2.3 사이에 있는 유전체 물질로 이루어질 수 있으며, 굴절률의 값에 따라, 투과율, 반사율, 투과 및 반사색상을 원하는 목표 수준으로 구현하도록 유전체층(150)의 두께를 조절할 수 있다. 또한, 상기 유전체층(150)은 광 소멸 계수가 0에 가까운 물질로 구성될 수 있는데, 소멸 계수가 0보다 큰 것은 입사 광이 광흡수 금속층에 도달하기 전에 유전체층에서 흡수되는 것을 의미하며, 이것은 투명한 시야확보를 저해하는 요인이 되어 바람직하지 않다. 따라서 유전체층(150)의 소멸 계수는 가시광선 영역 (약 380nm 내지 약 780nm 파장 범위)에서 0.1 미만을 가질 수 있다.
일반적으로 저방사 전기전도층(130)으로 사용되는 금속은 산화가 잘되므로, 상기 유전체층(150)은 상기 저방사 전기전도층(130)의 산화방지막으로서 작용할 수 있고, 또한 이러한 유전체층(150)은 가시광 투과율을 증가시키는 역할도 한다.
상기 유전체층(150)은 다양한 금속 산화물, 금속 질화물 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, 티타늄옥사이드, 주석아연옥사이드, 아연옥사이드, 아연알루미늄옥사이드, 주석옥사이드, 비스무스옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘알루미늄나이트라이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 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 있다.
상기 유전체층(150)의 재료와 물성을 적절히 조절하여 상기 저방사 투명 적층체(100)의 광학 성능을 조절할 수 있다. 또한, 상기 유전체층(150)은 2층 이상의 복수의 층으로 구성될 수도 있다.
상기 유전체층(150)의 두께는, 예를 들어, 약 5 nm 내지 약 50nm일 수 있다. 유전체층의 두께는 전체 다층박막의 광학 성능(투과율, 반사율, 색지수)을 목표 성능에 맞게 구현하기 위해, 구성되는 위치 및 물질에 따라 다양하게 조절될 수 있고, 상기 두께 범위를 갖는 상기 유전체층(150)을 포함하여 유전체층(150)에 의한 광학 성능 제어를 효과적으로 할 수 있고, 또한, 생산 속도 측면에서도 바람직할 수 있다.
상기 기재(110)는 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있고, 예를 들어, 약 90 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 상기 기재(110)는, 예를 들어, 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 사용 목적에 따라서, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 12mm의 두께일 수 있다.
상기 저방사 투명 적층체(100)는 사용 목적에 맞는 광학 스펙트럼을 구현하기 위하여, 상기 코팅층(190)을 구성하는 각 층의 재료 및 두께를 조절함으로써 빛의 파장 대에 따른 투과율과 반사율을 제어하여 달성할 수 있다. 예를 들어, 상기 저방사 투명 적층체(100)에 있어서, 가시광선 투과율이 높으면, 고 투과율로 인해 쾌적한 시야가 확보되는 반면, 가시광선 반사율이 낮아서 외부 시선으로 인한 개인의 사생활이 침해되는 문제가 생길 수 있고, 반대로, 가시광선 반사율이 높으면 외부 시선에 대한 차단 효과가 증가하지만, 이와 동시에 실내에서 실외의 시야 확보가 원활하지 않게 되어 투명 유리창으로서의 역할에 불리하다.
상기 저방사 투명 적층체(100)는 상기 코팅층(190)을 구성하는 각 층의 재료 및 두께를 조절함으로써 외부로부터 보이는 상기 저방사 투명 적층체(100)의 고 반사면의 색상, 반사율, 투과율 등의 광학 성능의 미세한 제어가 가능할 수 있다.
상기 코팅층(190)은 전술한 바와 같이 소정의 광학 성능을 구현하기 위하여 전술한 구조 이외의 다른 추가적인 층이 더 개재되어 포함될 수 있다. 일 구현예에서, 상기 코팅층(190)은 상기 코팅층(190)의 최외각 일면 또는 양면에 적어도 하나의 유전체층을 더 포함할 수 있다.
상기 추가적으로 더 포함될 수 있는 유전체층의 자세한 설명은 상기 유전체층(150)에서 설명한 바와 같다.
도 2는 본 발명의 다른 구현예에 따른 기재(210) 및 코팅층(290)을 포함하는 저방사 투명 적층체(200)의 단면도이다. 상기 코팅층(290)은 상기 기재(210) 상부로, 제1 유전체층(220), 저방사 전기전도층(230), 제2 유전체층(250), 광흡수 금속층(270) 및 제3 유전체층(280)을 순차적으로 포함하는 다층 구조이다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 저방사 투명 적층체를 포함하는 건축 자재를 제공한다. 상기 건축 자재는 상기 저방사 투명 적층체를 적용함으로써 로이 효과에 의한 단열 성능을 확보하면서도, 전술한 바와 같이 외부 표면의 가시광선 반사율이 높으면서도 내부 표면의 가시광선 반사율이 낮아서 시야 확보 및 프라이버시 확보 효과를 동시에 구현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 저방사 전기전도성 금속 또는 금속 산화물을 기재 상에 증착하여 저방사 전기전도층을 형성하는 단계; 상기 저방사 전기전도층 상부에 유전체층을 형성하는 단계; 및 상기 유전체층 상부에 광흡수성 금속을 증착하여 광흡수 금속층을 형성하는 단계;를 포함하는 저방사 투명 적층체의 제조 방법을 제공한다.
상기 투명 적층체의 제조 방법에 의해, 상기 저방사 투명 적층체(100, 200)를 제조할 수 있다.
상기 투명 적층체의 제조 방법에서, 저방사 전기전도층, 유전체층 및 광흡수 금속층에 관한 상세한 설명은 전술한 바와 같다.
상기 증착 방법은 특별히 제한되지 아니하고, 공지된 방법에 따라 수행될 수 있다.
상기 유전체층의 형성 방법은, 예를 들어, 증착에 의할 수 있고, 역시 공지된 방법에 따라 제한 없이 수행될 수 있으며, 예를 들면 마그네트론 스퍼터 증착기를 이용하여 증착할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러한 하기한 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
실시예 1
마그네트론(C-Mag) 스퍼터링 증착기(Selcos, Cetus-S)를 사용하여, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 다층 구조를 갖는 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
먼저, 6mm 두께를 갖는 투명 유리 기재 상에 TiO2 세라믹을 타겟으로 하여 라디오 주파수 전력 장치를 이용하여 37.0nm 두께의 TiO2 박막을 증착하였다. 공정 가스는 아르곤 100sccm이고, 공정 압력은 3mTorr로 유지하였다. 공정 전력은 1.5kW를 적용하였다. 이어서, 아연에 알루미늄이 10wt% 함유된 합금의 산화물을 타겟으로 하고, 라디오 주파수 공정 전력은 1.2kW, 공정 아르곤 100sccm, 공정 압력 3mTorr로 하여 6.4nm 두께의 ZnAlOx 층을 증착하였다. 이어서 Ag 금속을 타겟으로 하고, 직류 전류 전력은 0.5kW, 공정 아르곤 100sccm, 공정 압력 3mTorr로 하여 14.0nm 두께의 Ag 박막을 증착하였다. 상기 Ag 박막 상부로 13.1nm 두께의 ZnAlOx 층을 상기 ZnAlOx 층과 동일한 방법으로 증착하였다. 이어서, Sn 50wt% 및 Zn 50 wt%의 합금 금속 타겟으로 하고, 라디오 주파수 공정 전력은 1kW, 공정 아르곤 30sccm과 산소 30sccm, 공정 압력 3mTorr를 유지하면서, 스퍼터링 공정 중 반응에 의해 산화물 박막이 증착되게 하여 35.2nm 두께의 SnZnOx 층을 증착하였다. 상기 SnZnOx 층 상부로 Ni 80wt% 및 Cr 20 wt%의 합금 금속 타겟으로 하고, 직류 전류 전력은 0.5kW, 공정 아르곤 100sccm, 공정 압력 5mTorr로 하여 6.0nm 두께의 NiCr 박막을 증착하였다. 상기 NiCr 박막 상부에 다시 44.5nm 두께의 SnZnOx 층을 상기 SnZnOx 층과 동일한 방법으로 증착하였다.
이로써, 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 코팅층이 유리 기재 위에 형성된 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
실시예 2 내지 실시예 6
실시예 2 내지 실시예 6에서 각각 상기 NiCr 박막의 두께를 9.0nm, 12.0nm, 15.0nm, 18.0nm 및 21.0nm으로 증착한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 코팅층이 유리 기재 위에 형성된 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
실시예 7
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로, 6mm 두께를 갖는 투명 유리 기재 상에 32.0nm 두께의 TiO2 박막, 5.2nm 두께의 ZnAlOx 층, 21.3nm 두께의 Ag 박막, 5.0nm 두께의 ZnAlOx 층, 32.0nm 두께의 SnZnOx 층, 21.6nm 두께의 NiCr 박막, 및 41.7nm 두께의 SnZnOx 층을 차례로 증착하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 코팅층이 유리 기재 위에 형성된 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로, 6mm 두께를 갖는 투명 유리 기재 상에 37.0nm 두께의 TiO2 박막, 6.4nm 두께의 ZnAlOx 층, 14.0nm 두께의 Ag 박막, 13.1nm 두께의 ZnAlOx 층, 및 79.7nm 두께의 SnZnOx 층을 차례로 증착하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 코팅층이 유리 기재 위에 형성된 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
비교예 2
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로, 6mm 두께를 갖는 투명 유리 기재 상에 37.0nm 두께의 TiO2 박막, 6.4nm 두께의 ZnAlOx 층, 14.0nm 두께의 Ag 박막, 15.0nm 두께의 NiCr 박막, 및 44.5nm 두께의 SnZnOx 층을 차례로 증착하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 코팅층이 유리 기재 위에 형성된 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서와 동일한 방법으로, 6mm 두께를 갖는 투명 유리 기재 상에 37.0nm 두께의 TiO2 박막, 19.5nm 두께의 ZnAlOx 층, 35.2nm 두께의 SnZnOx 층, 15.0nm 두께의 NiCr 박막, 및 44.5nm 두께의 SnZnOx 층을 차례로 증착하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성 및 두께를 갖는 코팅층이 유리 기재 위에 형성된 저방사 투명 적층체를 제작하였다.
표 1
구분 다층 구조(막 두께, nm)
실시예 1 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(35.2) / NiCr(6.0) / SnZnOx(44.5)
실시예 2 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(35.2) / NiCr(9.0) / SnZnOx(44.5)
실시예 3 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(35.2) / NiCr(12.0) / SnZnOx(44.5)
실시예 4 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(35.2) / NiCr(15.0) / SnZnOx(44.5)
실시예 5 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(35.2) / NiCr(18.0) / SnZnOx(44.5)
실시예 6 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(35.2) / NiCr(21.0) / SnZnOx(44.5)
실시예 7 유리 기재 / TiO2(32.0) / ZnAlOx(5.2) / Ag(21.3) / ZnAlOx(5.0) / SnZnOx(32.0) / NiCr(21.6) / SnZnOx(41.7)
비교예 1 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / ZnAlOx(13.1) / SnZnOx(79.7)
비교예 2 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(6.4) / Ag(14.0) / NiCr(15.0) / SnZnOx(44.5)
비교예 3 유리 기재 / TiO2(37.0) / ZnAlOx(19.5) / SnZnOx(35.2) / NiCr(15.0) / SnZnOx(44.5)
평가
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 3에서 제작된 저방사 투명 적층체에 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 저방사 투명 적층체의 코팅층쪽 면의 반사율, 및 저방사 투명 적층체의 유리 기재 쪽 면의 반사율을 계산하였다.
도 3은 실시예 1 내지 6의 저방사 투명 적층체의 양면 각각에서 가시광선에 대한 반사율을 측정한 결과이다.
<방사율>
원적외선 분광 측정장치인 FT-IR (Frontier, Perkin Elmer社)를 이용하여 저방사 투명 적층체의 광흡수 금속층이 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.
실시예 1 내지 6의 결과로부터, NiCr 층의 두께가 증가함에 따라서 가시광선의 반사율은 서서히 증가하지만, 코팅층쪽 면의 반사율이 보다 급격하게 감소하여, 유리 기재 쪽 면과 코팅층쪽 면의 반사율 차이가 증가함을 알 수 있다. 단, NiCr 층의 두께가 증가하면 코팅유리의 투과율이 감소하게 되어, 외부를 향한 시야가 어두워질 수 있는데, 상기 실시예 1 내지 6의 NiCr 층의 두께는 이러한 측면에서도 적정 수준임을 확인할 수 있다.
하기 표 2는 실시예 4 및 실시예 7 및 비교예 1 내지 비교예 3의 저방사 투명 적층체에 대한 광학 성능을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
표 2
평가 항목 실시예 4 실시예 7 비교예 1 비교예 2 비교예 3
투과율 18.1% 7.5% 42.3% 33.6% 37.1%
반사율 코팅층쪽 면 6.2% 3% 51.4% 5.3% 2.6%
유리 기재쪽 면 58.1% 72.1% 48.9% 34.5% 31.8%
유리 기재쪽 면- 코팅층쪽 면 52% 69% -2.5% 29.2% 29.2%
투과색 L* 49.62 32.97 66.64 64.63 67.33
a* -1.94 -3.46 0.35 -7.31 0.26
b* -4.23 -7.55 11.62 8.41 6.94
코팅된 반사색 L* 29.9 19.97 80.51 27.47 18.36
a* -1.95 6.62 -2.47 23.36 26.73
b* -6.79 2.16 -7.97 -22.27 -7.71
유리 기재쪽 면의 반사색 L* 80.8 87.99 78.81 65.35 63.16
a* -3.12 -2.13 -3.87 3.28 -10.32
b* -0.06 4.18 -6.64 -17.86 -20.29
방사율 3.14% 2.25% 2.28% 2.73% 86.72%
상기 실시예 4의 저방사 투명 적층체는 투과율이 18.1%이며, 투과, 코팅층쪽 면 반사, 유리 기재쪽면 반사의 색지수 a*, b*는 모두 0 내지 -10 사이에 위치하여 중립(Neutral) 색상에서 약한 청색을 나타내어, 사용자의 시야에 편안한 색상을 구현하였다. 일반적으로 저방사 투명 적층체의 색상은 적색 및 자색을 나타낼 경우, 사용자가 비선호 하는 색상에 속하게 된다. 원적외선 방사율 또한 3.14%로 일반적인 로이 코팅유리 대비하여 비교 우위 수준의 단열 성능을 확보한다.
실시예 7의 저방사 투명 적층체는 유리 기재쪽 면과 코팅층쪽 면의 반사율 차이는 69%에 이른다.
비교예 1의 저방사 투명 적층체는 광흡수 금속층인 NiCr이 없는 경우로서, 코팅층쪽 면의 가시광선 반사율은 51.4%로 증가하고, 유리 기재쪽 면의 가시광선 반사율은 48.9%로 감소하여, 반사율 차이에 따른 프라이버시 효과가 매우 열등하다.
비교예 2의 저방사 투명 적층체는 은층과 NiCr 층 사이에 유전체층이 없는 경우로서, 코팅측쪽 면과 유리 기재쪽 면 반사율 차이는 29% 수준으로 확보되지만, 코팅측쪽 면의 반사 색지수가 a*=23.36, b*=-22.21로 강한 자색을 나타내게 되어, 실내 사용자에게 비선호 색상을 띄는 문제점이 있다.
비교예 3의 저방사 투명 적층체는 저방사 전기전도층인 은층이 없는 경우로서, 코팅면과 유리면 반사율 차이는 29% 수준으로 확보되지만, 코팅측쪽 면의 방사율이 86.7%로 코팅이 없는 일반 유리 기재쪽 면의 방사율과 동일해지기 때문에, 로이 효과를 갖는 저방사 투명 적층체로서의 단열 성능이 확보되지 않는 문제점이 있다.
[부호의 설명]
100, 200: 저방사 투명 적층체
110, 210: 기재
130, 230: 저방사 전기전도층
150, 220, 250, 280: 유전체층
170, 270: 광흡수 금속층
190, 290: 코팅층

Claims (18)

  1. 기재 및 코팅층을 포함하고,
    상기 코팅층은 상기 기재로부터 저방사 전기전도층, 유전체층 및 광흡수 금속층을 순차적으로 포함하는 다층 구조인
    저방사 투명 적층체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재 쪽의 일면과 상기 광흡수 금속층 쪽의 다른 일면의 가시광선에 대한 반사율 차이가 30 내지 75%인
    저방사 투명 적층체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저방사 전기전도층은 방사율이 0.01 내지 0.3이고,
    저방사 투명 적층체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저방사 전기전도층은 면저항이 0.78 Ω/sq 내지 6.42 Ω/sq인 금속을 포함하는
    저방사 투명 적층체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저방사 전기전도층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    저방사 투명 적층체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수 금속층은 가시광선 영역의 소멸 계수가 1.5 내지 3인
    저방사 투명 적층체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수 금속층은 Ni, Cr, Ni과 Cr의 합금, Ti 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    저방사 투명 적층체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은 금속 산화물, 금속 질화물, 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 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
    저방사 투명 적층체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은 티타늄옥사이드, 주석아연옥사이드, 아연옥사이드, 아연알루미늄옥사이드, 주석옥사이드, 비스무스옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘알루미늄나이트라이드 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는
    저방사 투명 적층체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 90 내지 100% 가시광선 투과율을 갖는 투명 기재인
    저방사 투명 적층체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기재는 유리 또는 투명 플라스틱 기판인
    저방사 투명 적층체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 저방사 전기전도층의 두께가 10nm 내지 25nm인
    저방사 투명 적층체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수 금속층의 두께가 5nm 내지 25nm인
    저방사 투명 적층체.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층의 두께가 5nm 내지 50 nm인
    저방사 투명 적층체.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 코팅층의 최외각 일면 또는 양면에 적어도 하나의 유전체층을 더 포함하는
    저방사 투명 적층체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기재와 상기 저방사 전기전도층 사이에 개재하는 제1 유전층을 포함하고,
    상기 유전층은 제2 유전층이고,
    상기 제2 유전체층에 대하여 상기 광흡수 금속층의 대면쪽 상부에 위치한 제3 유전체층을 포함하는
    저방사 투명 적층체.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 저방사 투명 적층체를 포함하는 건축 자재.
  18. 저방사 전기전도성 금속 또는 금속 산화물을 기재 상에 증착하여 저방사 전기전도층을 형성하는 단계;
    상기 저방사 전기전도층 상부에 유전체층을 형성하는 단계; 및
    상기 유전체층 상부에 광흡수성 금속을 증착하여 광흡수 금속층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 저방사 투명 적층체의 제조 방법.
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