KR101260480B1

KR101260480B1 - 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판

Info

Publication number: KR101260480B1
Application number: KR1020110035787A
Authority: KR
Inventors: 정영수; 심면기; 문동건; 최용원; 김아라
Original assignee: 삼성코닝정밀소재 주식회사
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2013-05-02
Also published as: KR20120118301A

Abstract

본 발명은 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 색상 변화에 대한 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판, 기판에 형성되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막, 및 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 형성되고 써모크로믹 박막의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 광학 박막을 더 포함하여 구성되어, 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 색상 변화에 대한 시인성이 향상되어 상전이 여부를 육안으로 확인할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판{THERMOCHROMIC COATING SUBSTRATE HAVING IMPROVED SIGHT COGNIZACE EFFICIENCY}

본 발명은 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 색상 변화에 대한 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판에 관한 것이다.

최근 석유 등의 화학 에너지원의 가격이 급등하면서 새로운 에너지원 개발의 필요성이 커지고 있다. 또한, 이에 못지않게 에너지 절감기술의 중요성도 증대되고 있다. 실제로 일반 가정의 에너지 소비량 중 60% 이상은 냉·난방비로 사용된다. 특히 일반 주택 및 건물에서 창문을 통해 소비되는 에너지는 24%에 이른다.

이에 따라 창문의 기본 기능인 건물의 미관 및 조망 특성을 유지하면서도 창문의 기밀 및 단열 특성을 높여 창문을 통해 소비되는 에너지를 줄이기 위하여 다양한 노력이 이루어지고 있으며, 대표적으로 창문의 크기를 조절하는 방법에서부터 고단열 창유리를 설치하는 방법 등이 실시되고 있다.

고단열 창유리의 종류에는 복층 유리에 아르곤(Ar) 가스 등을 주입하여 열 교환 현상을 막는 아르곤 가스 주입 복층 유리와 로이 (Low-E) 유리 등이 있다. 이외에도 열적 특성을 지닌 층을 유리에 코팅하여 태양광을 통한 에너지 유입을 조절하는 유리 등이 연구되고 있다.

특히, 로이유리는 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅하여 창을 통해 들어오는 가시광선은 대부분 안으로 투과시켜 실내를 밝게 유지할 수 있도록 하고 적외선 영역의 복사선은 효과적으로 차단하여 겨울철에는 건물 안에서 발생한 난방열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 차단하고, 여름철에는 건물 바깥의 열기를 차단하여 냉·난방비를 줄이는 효과가 있으나, 계절(온도)에 따라 태양광의 투과율이 조절되지 않고, 가시광선 이외의 파장에 대해서는 반사를 하는 특성에 의해, 특히 겨울철에 태양에서 나오는 적외선 부분을 실내로 유입시키지 못하는 단점을 가지고 있다.

이에 글래스(Glass)에 온도에 따른 태양광, 특히 열적 작용이 강한 적외선의 선택적 투과, 차단이 가능한 써모크로믹(Thermochromic) 물질을 코팅하여 냉·난방 에너지를 절약하는 기술이 개발되고 있다.

써모크로믹 코팅을 건물 외장유리나 자동차용 선루프, 옆유리, 뒷유리 등에 적용하는 경우 여름에는 외부로부터 유입되는 태양열을 차단시켜주어 실내 냉방에너지를 절감할 수 있고, 겨울에는 외부의 태양열을 받아들여 실내 난방에너지를 절감할 수 있다.　

　그러나 써모크로믹 코팅의 경우 전기화학 반응을 이용해 전기신호에 따라 유리창의 색과 명암을 변하게 하는 전기변색 유리(Electrochromic Glass)나 두 장의 유리 사이에 SPD필름을 넣어 전기를 이용하여 빛의 투과율을 자유롭게 조절하는 SPD 유리와 달리 태양열선의 투과 특성이 변하더라도 육안 색상이 유사하게 유지되어 태양열선의 투과/차폐 여부에 대해 시각적인 구분이 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 색상 변화에 대한 시인성을 향상시키는 써모크로믹 코팅 기판을 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 기판; 상기 기판에 형성되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막, 및 상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 형성되고 상기 써모크로믹 박막의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 광학 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판을 제공한다.

여기서, 상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO₂)인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 광학 박막은 550nm 파장에서의 굴절률이 2 이상인 투명 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 550nm 파장에서의 굴절률이 2 이상인 투명 박막은 이산화티타늄(TiO₂), 오산화나이오븀(Nb₂O₅), 지르코니아(ZrO₂), 및 오산화탄타륨(Ta₂O₅) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 광학 박막의 두께가 5~100nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 써모크로믹 박막은 80nm의 두께를 갖는 이산화바나늄(VO₂) 박막이고 상기 광학 박막은 50nm의 두께를 갖는 이산화티타늄(TiO₂) 박막인 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판은 CIE L*a*b* 표색계에서 상전이 전/후 반사색의 색차(ΔE _L*a*b*)가 10 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.

(여기서,ΔE _L*a*b* = {{L*₁-L*₂}² + (a*₁-a*₂)² + (b*₁-b*₂)²}^1/2)

또한, 상기 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판은 CIE L*a*b* 표색계에서 상전이 전 반사색이 그린(Green) 영역의 값을 갖고, 상전이 후 반사색이 블루(Blue) 영역의 값을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 색상 변화에 대한 시인성이 향상되어 상전이 여부를 육안으로 확인할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 하나의 제품에 온도에 따라 두 가지 이상의 색상을 발현시킴으로써 제품의 감성 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 반사색의 CIE L*a*b* 색좌표도.
도 3은 VO₂ 의 상전이 전/후 파장별 광학 상수(Optical constants, n: 굴절률, k: 소멸계수)를 나타낸 그래프.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에 대해 상세히 설명한다.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판의 개략적인 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판은 기판(100), 써모크로믹 박막(200), 및 광학 박막(300)을 포함하여 구성될 수 있다.

기판(100)은 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재로, 바람직하게는 소다라임계 유리기판이 사용될 수 있다.

써모크로믹 박막(200)은 기판(100)에 써모크로믹 현상을 일으키는 물질을 코팅하여 형성하고, 기판(100)에 투과되는 태양광량을 제어한다.

써모크로믹 물질은 특정 온도에서 천이 현상이 발생하고, 이러한 써모크로믹 현상에 의해서 써모크로믹 물질의 결정구조가 바뀌어 물리적 성질(전기 전도도 및 적외선 투과율)이 급격히 변하게 된다. 따라서, 기판에 써모크로믹 물질을 코팅함으로써 특정 온도 이상에서 가시광선은 들어오지만 근적외선 및 적외선은 차단하는 효과를 가질 수 있다.

여기서, 써모크로믹 박막(200)은 이산화바나늄(VO₂), 산화티타늄(Ⅲ)(TI₂O₃), 산화나이오븀(NbO₂), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 이산화바나늄(VO₂)으로 이루어 질 것이다.

광학 박막(300)은 써모크로믹 박막의 상면(310) 또는 하면(320) 중 적어도 한면에 형성되어, 써모크로믹 박막 코팅 기판의 온도에 따른 상전이 전/후의 색차(Color Difference)를 증가시킨다.

광학 박막(300)은 550nm 파장에서의 굴절률이 2 이상인 투명 박막일 수 있고, 바람직하게는 이산화티타늄(TiO₂), 오산화나이오븀(Nb₂O₅), 지르코니아(ZrO₂), 및 오산화탄타륨(Ta₂O₅) 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.

또한, 광학 박막(300)은 5~100nm의 두께를 갖는 것이 바람직할 것이다.

광학 박막(300)이 써모크로믹 박막의 상면(310) 및 하면(320)에 형성되는 경우 각 광학 박막(310, 320)의 구성 물질은 동일하거나 다를 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판의 상전이 전/후 반사색의 CIE L*a*b* 색좌표도 이고, 도 3은 VO₂ 의 상전이 전/후 파장별 광학 상수(Optical constants, n: 굴절률, k: 소멸계수)를 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 이산화바나늄(VO₂) 단일 박막이 형성된 기판의 경우 상전이 전의 투과색 및 반사색은 CIE L*a*b* 색좌표 상에서 옐로우(Yellow)영역에 위치한다. 또한 상전이 후의 투과색 및 반사색도 옐로우 영역의 유사한 색상을 유지함으로써, 온도에 따른 상전이 효과를 가시적으로 보여주기에는 그 차이가 매우 미약하다는 단점이 있다. 이에 VO₂ 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 VO₂ 박막과 굴절률이 다른 광학 박막을 형성시킴으로써, 써모크로믹 코팅 기판의 반사색을 조절할 수 있다.

도 3을 참조하면, VO₂의 상전이 온도 이상에서의 굴절률과 이하에서의 굴절률이 다르므로, 상전이 온도 이하의 굴절률을 기준으로 다층 박막 설계를 하면 자연히 상전이 온도 이상에서도 본래의 색이 아닌 다른 색상을 보이게 되고, 따라서 상전이 전/후의 색상 변화를 육안 감지할 수 있게 된다.

색상 변화에 대한 시인성을 향상하기 위해 본 발명의 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판은 CIE L*a*b* 표색계에서 상전이 전/후 반사색의 색차(ΔE _L*a*b*)가 10 이상을 갖도록 구성될 수 있다.

여기서, ΔE _L*a*b* = {{L*₁-L*₂}²+ (a*₁-a*₂)²+ (b*₁-b*₂)²}^1/2이다.

[표 1]은 코팅 막 구조별 상전이 온도 전/후의 색 좌표(Color Coordinate)이다.

구분		1	2	3	4
막구조	상부	-	-	TiO₂(50nm)	TiO₂(50nm)
	중심부	VO₂(80nm)	VO₂(80nm)	VO₂(80nm)	VO₂(80nm)
	하부	-	TiO₂(50nm)	-	TiO₂(50nm)
22℃	L*	45.8346	39.7782	39.7868	41.0736
	a*	14.011	-6.7166	-11.9885	-16.4383
	b*	15.884	-7.0885	-13.8333	-4.2843
	육안색상	Yellow	Neutral Green	Blue	Green
100℃	L*	47.2933	36.1562	36.5456	-34.6226
	a*	8.6953	-12.2114	-0.129	-9.0305
	b*	13.1833	-3.7142	-24.3711	-17.3156
	육안색상	Yellow	Green	Purple	Blue
색차(ΔE _Lab*)		6.14	7.40	16.4	16.3

[표 1]에 나타난 바와같이, VO₂ 단일막의 경우 상전이 전/후 색차가 6.14로 적으며, 상전이 전/후의 색상 계열도 Yellow로서 육안 상 색 변화도 미미하다.

VO₂ 하부에 TiO₂ 광학 박막을 형성시킨 경우 색차가 7.40으로 적으며 색상 계열도 Neutral Green과 Green으로 육안 상 색 변화도 미미하다. 또한, VO₂ 상부에 TiO₂ 광학 박막을 형성시킨 경우 색차는 16.4로 개선되었으나 색상 계열이 Blue와 Purple로 육안 상 색 변화가 미미하다.

그러나, VO₂ 박막 상부 및 하부에 TiO₂ 광학 박막을 형성시킨 경우 색차가 16.3으로 개선되었으며 색상 계열도 Green과 Blue로 육안 상 색 변화의 시인성도 충분함을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판은 외장 창으로 선호되는 색상인 그린, 블루를 갖도록 구성될 수 있다. 즉 CIE L*a*b* 표색계에서 상전이 전 반사색이 그린영역의 값을 갖고, 상전이 후 반사색이 블루 영역의 값을 갖도록 구성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 기판 200 : 써모크로믹 박막
300 : 광학 박막

Claims

기판;
상기 기판에 형성되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막, 및
상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 형성되고 상기 써모크로믹 박막의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 광학 박막을 더 포함하되,
상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO₂)으로 이루어지고,
상기 기판/써모크로믹 박막/광학 박막으로 이루어진 적층체는 CIE L*a*b* 표색계에서 상전이 전/후 반사색의 색차(ΔE _L*a*b*)가 10 이상인 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판.
(여기서, ΔE _L*a*b* = {{L*₁-L*₂}²+ (a*₁-a*₂)²+ (b*₁-b*₂)²}^1/2)
삭제
제1항에 있어서,
상기 광학 박막은 550nm 파장에서의 굴절률이 2 이상인 투명 박막인 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판.
제3항에 있어서,
상기 550nm 파장에서의 굴절률이 2 이상인 투명 박막은 이산화티타늄(TiO₂), 오산화나이오븀(Nb₂O₅), 지르코니아(ZrO₂), 및 오산화탄타륨(Ta₂O₅) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판.
제1항에 있어서,
상기 광학 박막의 두께가 5~100nm 인 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판.
제1항에 있어서,
상기 써모크로믹 박막은 80nm의 두께를 갖는 이산화바나늄(VO₂) 박막이고 상기 광학 박막은 50nm의 두께를 갖는 이산화티타늄(TiO₂) 박막인 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판.
삭제
제1항에 있어서,
상기 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판은 CIE L*a*b* 표색계에서 상전이 전 반사색이 그린(Green) 영역의 값을 갖고, 상전이 후 반사색이 블루(Blue) 영역의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 시인성이 향상된 써모크로믹 코팅 기판.