KR20190128917A - 다층 코팅이 구비된 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛 - Google Patents

다층 코팅이 구비된 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층 코팅이 구비된 투명 기판으로, 상기 코팅은, 기판으로부터 순서대로, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제1 유전 필름, 제1금속 보호층, 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제1 금속층, 제2금속 보호층, 둘 이상의 유전층을 포함하는 제2유전 필름, 제3금속 보호층, 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제2금속층, 제4금속 보호층, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제3유전 필름(D3)을 포함하며, 여기서, 상기 유전층은 메탈 옥사이드(metal oxide) 또는 메탈 나이트라이드(metal nitride) 또는 메탈 옥시나이트라이드(metal oxynitride)를 포함하되, 메탈은 Si, Zn, Nb, Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, Zr이 도펀트로 포함될 수 있고, 상기 금속 보호층은 Ti, Ni, Cr, Nb로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 금속층은 은(Ag) 또는 은(Ag) 함유 메탈 합금(Ag-containing metal alloy)이고, 수직 방사율(normal emissivity)은 2.0% 이하이고, 코팅면 반사율과 비코팅면 반사율의 차이가 21% 이상인 투명 기판을 제공한다.

Description

다층 코팅이 구비된 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛{Clear substrate provided with multilayer coating and insulation glazing unit including the same}
본 발명은 다층 코팅이 구비된 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛에 관한 것이다.
반사 유리는 유리 표면에 얇은 코팅을 하여, 빛은 투과하지만 외부에서 안을 볼 수 없도록 하는 유리이다. 반사 유리는 태양열 차단효과가 우수하여 건물의 외관에 많이 사용된다.
반사 유리에서의 코팅은 일반적으로 유전성 물질층을 포함하는 여러 층으로 구성된다. 투명 기판(유리 기판)에 이러한 코팅이 증착되면 빛의 반사를 줄이고 투과를 증가시켜 기판 뒤에 있는 물체의 가시도가 개선된다. 반사 방지 효과를 높이기 위해서는 기판의 양면에 이러한 코팅을 제공할 수도 있다. 이러한 반사방지 코팅의 예는 EP 0 728 712, WO 97-43224호에 개시되어 있다.
일반적으로 유리는 단열효과를 높이기 위해 방사율과 태양열 취득률이 낮은 것이 바람직하다. 이를 위해서는 저방사율의 코팅막 중 금속층(예를 들면 은(Ag) 층)의 두께를 증가시켜야 한다. 금속층을 두 층 이상 사용하는 경우 한 층을 사용하는 경우에 비하여 방사율이 낮고 선택도가 높다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 장점에도 불구하고 금속층을 두 층 이상 사용하면서 높은 반사율을 나타내려면(가시광선의 외부 반사율 30% 이상, 밝은 은색을 나타냄) 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 투과색이 녹색/황색 계열을 나타낸다.
일반적으로 금속층을 2 층 이상 사용하는 경우 1 층만 사용하는 경우에 비하여 금속층 두께가 두껍다. 더욱이 밝은 은색을 나타내려면 30% 이상의 높은 반사율이 요구되는데 이는 금속층의 두께가 두꺼워야 한다는 것을 의미한다. 그러나 금속층의 두께를 증가시키면 청색을 흡수하여 투과색이나 반사색이 더 녹색계열에 가까워질 수 있다. 즉, 금속층의 두께가 두꺼울수록 흡수율도 높아진다. 그리하여 종래의 2층 이상의 금속층을 포함하는 기판은 1층 기판과 비교하여 더 녹색 또는 황색 계열의 투과색(낮은 a* TL값 또는 높은 b* TL값)을 나타낸다. 아래 표 1은 비코팅면 반사율 및 비코팅면 반사 색상이 거의 동일한 조건에서 금속층이 2층인 기판과 1층인 기판의 투과색을 비교한 것이다. 2층 기판이 1층 기판에 비하여 투과색 a* 값이 낮고 b* 값이 높은 것을 알 수 있다.
가시광선 투과(TL) 비코팅면 반사 SHGC
(NFRC)		 선택도
(NFRC)		 수직
방사율
% a* b* Y a* b*
1층 기판 50.8 -3.3 1.3 26.8 -2.0 -3.7 0.380 1.337 0.040
2층 기판 46.0 -6.2 3.5 28.3 -2.0 -3.8 0.256 1.797 0.025
(단일창 기준, 6mm 투명 유리 기판에 코팅)
둘째, 각도에 따른 비코팅면 반사색의 색좌표 값이 크게 달라진다.
2층 기판은 내부 광 간섭이 더 많으므로 각도에 따른 반사색 변화가 크다. 더욱이 높은 반사율을 갖는 경우 사람의 눈이 인식하는 색 민감도가 높아지므로 높은 반사율을 갖고 금속층이 2층인 기판은 1층인 기판 대비 각도에 따른 색 변화에 취약하다. 아래 표 2는 0°각도에서 바라본 반사율 및 반사색이 동일한 조건에서, 2층 금속층 기판과 1층 금속층 기판의 60° 반사색을 비교한 것이다. 2층 기판이 1층 기판에 비하여 색상 차이가 크다는 것을 알 수 있다(표 2 참조).
0° 60° (a*0°- a*60°)2 + (b*0°- b*60°)2
% a* b* a*60° b*60°
1층 기판 28 -1.7 -3.3 -2.6 -4.1 1.5
2층 기판 28 -2 -3.2 -5.1 -6.2 18.6
(단일창 기준 비코팅면 반사색, 6mm 투명 유리 기판에 코팅)
셋째, 외부 반사율이 높아짐에 따라 내부 반사율도 높아진다(표 3 참조).
외부 반사율(%) 내부 반사율(%)
2층 기판 A 28.0 14.3
2층 기판 B 11.6 11.1
2층 기판 C 6.3 4.9
(이중창 기준)
표 3에서 볼 수 있듯이 2층의 금속층을 포함하는 세 종류의 서로 다른 기판에 대하여 측정한 결과 C, B, A 순으로 외부 반사율이 커지는데, 내부 반사율 또한 C, B, A 순으로 커지는 것으로 나타났다.
투명기판의 경우, 사용되는 스퍼터링-코팅 층 시스템에 직접 관련된 여러가지 특성들, 방사율, 비코팅면 반사율, 코팅면 반사율, 선택도, 색상 등이 적절한 값을 가져야 한다. 그런데 이들 특성은 서로 경합할 수 있기 때문에 이들간의 적절한 균형점을 찾는 것이 중요하다.
EP 0 728 712 WO 97-43224
본 발명은 상기와 같은 종래 기판의 문제점을 해결하면서 균형된 특성을 가지며, 소비자가 요구하는 색상을 구별할 수 있는, 2층 이상의 금속층을 포함하는 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 예는 다층 코팅이 구비된 투명 기판으로, 상기 코팅은, 기판으로부터 순서대로, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제1 유전 필름, 제1금속 하부보호층, 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제1 금속층, 제1금속 상부보호층, 둘 이상의 유전층을 포함하는 제2유전 필름, 제2금속 하부보호층, 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제2금속층, 제2금속 상부보호층, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제3유전 필름을 포함하며, 여기서, 상기 유전층은 메탈 옥사이드(metal oxide) 또는 메탈 나이트라이드(metal nitride) 또는 메탈 옥시나이트라이드(metal oxynitride)를 포함하되, 메탈은 Si, Zn, Nb, Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, Zr이 도펀트로 포함될 수 있고, 상기 금속 보호층은 Ti, Ni, Cr, Nb로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 금속층은 Ag(은) 또는 Ag 함유 메탈 합금(Ag-containing metal alloy)이고, 수직 방사율(normal emissivity)은 2.0% 이하이고, 코팅면 반사율과 비코팅면 반사율의 차이가 기준 21% 이상인 투명 기판을 제공한다.
본 발명의 다른 일 예는 평행하게 배치되며 그 사이에 간격을 두고 있는 2 이상의 투명 기판을 포함하는 단열 유리 유닛(insulation glazing unit)으로, 이 중 하나 이상의 투명 기판이 상기 투명 기판인 단열 유리 유닛을 제공한다.
본 발명에 따른 기판은 2 이상의 금속 층을 포함하고 높은 반사율을 구현하기 위해 두꺼운 금속층을 사용함에도 불구하고 낮은 녹색/황색의 투과색(높은 a* TL값, 낮은 b* TL)을 가진다. 또한 각도에 따른 색 변화가 작다. 또한 높은 비코팅면 반사율을 유지하면서도 낮은 코팅면 반사율을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 다층 코팅이 구비된 투명 기판 중 다층 코팅(100)을 나타낸다.
도 2는 도 1의 다층 코팅 중 제2유전 필름(50)의 일 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 일 예에 따른 다층 코팅이 구비된 투명 기판 중 다층 코팅을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 다층 코팅이 구비된 투명 기판을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 투명 기판을 둘 이상 포함하는 단열 유리 유닛을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 다층 코팅이 구비된 투명 기판 및 이를 포함하는 단열 유리 유닛을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 제시된 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이러한 예시적인 설명에 의하여 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 용어는 다음과 같은 의미를 갖는다.
'층'(layer(s))이라는 용어는 하나의 층, 즉, 단층을 의미할 수도 있고, 둘 이상의 층, 즉, 복층을 의미할 수도 있다. 여기서, 복층을 이루는 각각의 층은 모두 그 층에 해당하는 요건들을 만족시킨다.
'필름'(film)이라는 용어 또한 필름 내에 하나의 층, 즉, 단층을 가지는것을 의미할 수도 있고, 둘 이상의 층, 즉 복층을 가지는 것을 의미할 수도 있다.
'유전층'(Dielectric layer)이라는 용어는 그 특성의 관점에서 물질이 비금속, 즉, 금속이 아니라는 것을 의미한다.
'단일창'(Single Glazing Unit; SGU)이란 일정한 두께의 코팅이 구비된 일정한 두께의 기판을 말한다. 예를 들면, 코팅이 구비된 12mm 이하의 투명 기판, 즉, 유리를 들 수 있다.
'비코팅면'이란 단일창이 가진 두 개의 표면 중 코팅이 되어 있지 않은면을 말한다.
'코팅면'이란 단일창이 가진 두 개의 표면 중 코팅이 되어 있는 표면을 말한다.
'이중창'(Double Glazing Unit; DGU)이란 두 개의 기판과 기판 사이의 중공층으로 이루어진 기판을 말한다. 예를 들면 외부면에는 코팅이 구비된 6mm 투명 기판, 즉, 유리가 구비되고, 12mm 의 중공층(공기층)이 그 아래에 존재하며 그 아래에는 코팅이 없는 6 mm 투명 기판, 즉, 유리가 구비되어 있을 수 있다. 코팅이 없는 기판은 내부면을 향하도록 한다.
이중창을 이루는 기판은 총 4개의 표면을 갖는다. 빛이 유입되는 코팅 기판의 외부 표면을 '제1면'(이중창의 비코팅면에 해당함), 내부 표면, 즉, 중공층과 접하는 면을 '제2면'(이중창의 코팅면에 해당함)이라 하고, 중공층을 사이에 두고 내부에 위치한 코팅되지 않은 기판의 표면 중 중공층을 향한 표면을 '제3면', 내부를 향한 표면을 '제4면'이라 한다.
'외부 반사'는 이중창에서의 제1면에서의 반사를 나타내고,
'내부 반사'는 이중창에서의 제4면에서의 반사를 나타낸다.
'단열 유리 유닛(IGU: Insulating Glazing Unit)'이란 적어도 두 개의 기판과 기판 사이의 중공층으로 이루어진 유닛으로 이중창, 삼중창을 포괄한다.
'방사율'(Emissivity)은 주어진 파장에서 빛이 얼마나 흡수되고 반사되는지를 나타내는지의 척도로서 일반적으로 아래의 식을 만족한다.
(방사율) = 1 - (반사율)
방사율이 낮을수록 반사가 잘되어 적외선 에너지를 더 많이 반사시키고, 이에 따라 열의 이동이 적어지며 열관류율값이 낮아져 단열 효과가 커지게 된다. 예를 들면 코팅되지 않은 일반 유리의 경우 0.84 정도의 방사율을 갖는데 코팅이 될수록 방사율이 낮아진다.
태양열 취득계수(Solar Heat Gain Coefficient; SHGC; '태양열 취득률'이라고도 함)는 입사된 태양에너지 중, 창을 통하여 유입되는 태양 에너지의 비율을 나타낸다. 본 명세서에서는 ISO 9050에 기재된 조건 하에서 측정된 값을 나타낸다.
'태양열 차폐계수(SC: Shading Coefficient)'는 태양열 취득율/0.87인 값을 말한다.
'광학적 두께'는 파장 550nm에서의 굴절률 X 물리적 두께의 값이다.
'가시광선 흡수율'은 가시광선 투과율(%)에서 가시광선 코팅면 반사율(%)을 제외한 값을 나타낸다(가시광선 흡수율(%) = 가시광선 투과율(%) - 가시광선 코팅면 반사율(%)).
'선택도'(Selectivity)는 가시광선 투과율(Visual Transmittance; TL)을 태양열 취득계수(SHGC)로 나눈 값(TL/SHGC)을 나타낸다.
'△hab'(이중창에서의 외부반사색의 각도에 따른 색 변화값)는 Rext 60°의 hab에서 Rext 0°의 hab를 뺀 값이다(△hab = Rext 60°의 hab - Rext 0°의 hab).
hab[°] = ATAN(b*/a*) x 180/PI
본 발명의 일 예는 다층 코팅이 구비된 투명 기판으로, 상기 코팅은, 기판으로부터 순서대로, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제1 유전 필름, 제1금속 하부보호층, 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제1 금속층, 제1금속 상부보호층, 둘 이상의 유전층을 포함하는 제2유전 필름, 제2금속 하부보호층, 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제2금속층, 제2금속 상부보호층, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제3유전 필름을 포함하며, 여기서, 상기 유전층은 메탈 옥사이드(metal oxide) 또는 메탈 나이트라이드(metal nitride) 또는 메탈 옥시나이트라이드(metal oxynitride)를 포함하되, 메탈은 Si, Zn, Nb, Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, Zr이 도펀트로 포함될 수 있고, 상기 금속 보호층은 Ti, Ni, Cr, Nb로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 금속층은 은(Ag) 또는 은(Ag) 함유 메탈 합금(Ag-containing metal alloy)이고, 수직 방사율(normal emissivity)은 2.0% 이하이고, 코팅면 반사율과 비코팅면 반사율의 차이가 21% 이상인 투명 기판을 제공한다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 투명 기판은 다층 코팅을 구비하는데, 기판으로부터 순서대로, 하나 이상의 유전층을 포함하는 제1 유전 필름(10), 제1금속 하부보호층(20), 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제1 금속층(30), 제1금속 상부보호층(40), 둘 이상의 유전층을 포함하는 제2유전 필름(50), 제2금속 하부보호층(60), 적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제2금속층(70), 제2금속 상부보호층(80), 하나 이상의 유전층을 포함하는 제3유전 필름(90)을 포함한다.
이하에서 각각의 필름, 층을 살펴본다.
[유전 필름, 유전층]
유전 필름은 금속층의 위, 아래에 구비될 수 있다. 예를 들면 2층의 금속층을 사용하는 경우 유전 필름은 최소한 3개 구비될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 3층의 유전 필름, 즉, 제1유전 필름(10), 제2유전 필름(50), 제3 유전 필름(90)이 각각 다른 위치에 사용될 수 있다.
제1유전 필름(10)은 기판 바로 위, 제1금속 하부보호층(20) 아래에 위치한다. 제2유전 필름(50)은 제1금속 상부보호층(40) 위, 제2금속 하부보호층(60) 아래에 위치한다. 제3 유전 필름(90)은 제2금속 상부보호층(80) 위에 위치한다.
각각의 유전 필름은 하나 이상의 유전층을 포함한다. 여기서, 유전층은 메탈 옥사이드(metal oxide) 또는 메탈 나이트라이드(metal nitride) 또는 메탈 옥시나이트라이드(metal oxynitride)를 포함하되, 메탈은 Si, Zn, Nb, Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, Zr이 도펀트로 포함될 수 있다. 예를 들면, 유전 필름은 징크 옥사이드(ZnO) 또는 실리콘 나이트라이드(SixNy)(특히, Si3N4) 또는 니오븀 나이트라이드(NbN)를 포함할 수 있다. 각각의 유전 필름은 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다.
제2유전 필름(50)은 2 이상의 유전층을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 두 개의 유전층 사이에는 흡수층(52)이 구비되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 제2유전 필름은 흡수층(52)을 사이에 두고 이 흡수층(52)을 샌드위치 형태로 위, 아래에서 감싸는 두 개의 유전층(51)을 구비할 수 있다. 이 흡수층(52)은 가시광선흡수율(visible absorptance)이 10% 이상인 것이 바람직하다. 흡수층(52)은 가시광선을 흡수함과 동시에 그 아래, 위 층들이 반사율 차이를 조정할 수 있는 조절자 역할을 한다. 즉, 유전층 사이에 흡수층(52)이 존재하지 않을 경우 비코팅면 반사율과 코팅면 반사율이 거의 비슷할 것이나, 본 발명의 일 예에서는 흡수층(52)으로 인하여 비코팅면 반사율과 코팅면 반사율에 차이가 발생할 수 있다. 이를 통하여 수직 방사율을 낮출 수 있다.
흡수층(52)을 사용하는 대신 금속 보호층(40, 60)의 두께를 증가시켜도 비코팅면 반사율과 코팅면 반사율에 차이를 만들 수 있다.
흡수층(52) 상부의 유전층(51)의, 흡수층(52) 하부의 유전층(51)에 대한 광학적 두께비(흡수층 상부의 유전층/흡수층 하부의 유전층)는 1 이상인 것이 바람직하다. 1 미만일 경우 비코팅면 반사율이 감소하고, 코팅면 반사율이 증가한다. 이 값이 3 이상인 것이 더 바람직하다.
제2유전 필름(50)의, 제1유전 필름(10)에 대한 광학 두께비(제2유전 필름(50)/제1유전 필름(10))는 4 이상인 것이 바람직하다. 이 값이 4 미만인 경우 비코팅면 반사율이 30% 이하로 떨어지고, 비코팅면 반사율을 보완하기 위하여 금속층의 두께를 늘리거나 유전필름의 두께를 변경할 경우 투과색과 반사색이 녹색 계열을 나타낸다는 문제가 발생하기 때문이다.
제3유전 필름(90)의 제2유전 필름(50)에 대한 광학 두께비(제3유전 필름(90)/제2 유전 필름(50))는 0.5 이하인 것이 바람직하다. 이 값이 0.5를 초과하는 경우 코팅면 반사율이 증가하기 때문이다. 예를 들면 코팅면 반사율이 13%를 초과할 수 있다.
흡수층(52) 상부의 유전층(51)의, 흡수층(52) 하부의 유전층(51)에 대한 물리적 두께비(흡수층 상부의 유전층/흡수층 하부의 유전층)는 1 이상인 것이 바람직하다. 즉, 흡수층 상부 유전층의 두께가 더 두꺼운 것이 바람직하다. 1 미만일 경우 비코팅면 반사율이 감소하고, 코팅면 반사율이 증가한다. 이 값이 3 이상인 것이 더 바람직하다.
제1유전 필름(10)의 물리적 두께는 10 내지 30 nm인 것이 바람직하다. 제2유전 필름(50)의 물리적 두께는 49 내지 112 nm인 것이 바람직하다. 흡수층(52)의 물리적 두께는 2 내지 4 nm인 것이 바람직하다. 제3유전 필름(90)의 물리적 두께는 27 내지 38 nm인 것이 바람직하다.
제2유전 필름(50)의, 제1유전 필름(10)에 대한 물리적 두께비(제2유전 필름(50)/제1유전 필름(10))는 4 이상인 것이 바람직하다. 이는 제1유전 필름(10)은 상대적으로 얇고, 제2유전 필름(50)은 상대적으로 두꺼운 것을 의미한다. 이 값이 4 미만인 경우 비코팅면 반사율이 30% 이하로 떨어지고, 비코팅면 반사율을 보완하기 위하여 금속층의 두께를 늘리거나 유전필름의 두께를 변경할 경우 투과색과 반사색이 녹색 계열을 나타낸다는 문제가 발생하기 때문이다. 5 이상인 것이 더 바람직하다.
또한 제3유전 필름(90)의, 제2유전 필름(50)에 대한 물리적 두께비(제3유전 필름(90)/제2유전 필름(50))는 0.5 이하인 것이 바람직하다. 즉, 제3유전 필름(90)이 더 얇은 것이 바람직하다. 이 값이 0.5를 초과하는 경우 비코팅면 반사율이 증가하기 때문이다. 예를 들면 비코팅면 반사율이 13%를 초과할 수 있다.
본 발명의 일 예에서는 상술한 바와 같이 유전 필름의 물리적 두께비, 광학적 두께비와, 유전층의 물리적 두께비, 광학적 두께비를 적절하게 조절함으로써 수직방사율과 비코팅면 반사율, 코팅면 반사율, 가시광선 투과율, 태양 열선 차폐계수 모두 원하는 값을 갖도록 조절할 수 있다.
[금속층 및 금속 보호층]
본 발명의 일 예에 따른 기판은 2 이상의 금속층(30, 70)을 포함한다.
상기 금속층(30, 70)은 은(Ag) 또는 은(Ag) 함유 합금(Ag-containing metal alloy)으로 구성된다. 은(Ag) 함유 합금으로는 예를 들면, 은(Ag)-금(Au) 합금, 또는 은(Ag)-팔라듐(Pd) 합금 등이 사용될 수 있다.
금속층(30, 70)은 적외선(IR) 반사 특성을 갖는다.
각각의 금속층(30, 70) 위, 아래에는 이 금속층(30, 70)을 사이에 두고 샌드위치 형태로 위, 아래에서 감싸는 한 쌍의 금속 보호층(20, 40, 60, 80)이 구비된다.
상기 금속 보호층(20, 40, 60, 80)은 Ti, Ni, Cr, Nb로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함한다. 바람직하게는 Ni-Cr이 사용될 수 있다. 이 경우 적어도 크롬의 일부가 스퍼터링 공정 중에 질화물로 변환되는 것이 바람직하다.
각각의 금속층의 물리적 두께의 합은 27 내지 33 nm인 것이 바람직하다. 물리적 두께의 합이 27nm 미만일 경우 태양열선 차폐계수가 단일창(SGU) 조건에서 30%를 초과할 것이고, 물리적 두께의 합이 33nm를 초과할 경우 단일창(SGU) 조건에서 가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 a* 값이 -7 이하가 될 것이기 때문이다.
구체적으로, 제1금속층은 물리적 두께가 14 내지 17 nm인 것이 바람직하고, 제2금속층은 물리적 두께가 13 내지 16 nm인 것이 바람직하다.
모든 금속 보호층은 물리적 두께가 0.5 내지 2 nm인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따르면 제3유전 필름(90) 상부에 오버코팅층(110)을 추가로 포함할 수 있다. 도 3은 제3 유전 필름(90)의 상부에 오버코팅층(110)을 추가로 포함하는 투명 기판을 나타낸다. 오버코팅층(110)은 TiOx, TiOxNy, TiNx, Zr 도펀트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다. 예를 들면 TiZrxOyNz(여기서, x는 0.5 내지 0.7이고, y는 2.0 내지 2.5이고 z는 0.2 내지 0.6이다)이 사용될 수 있다. TiOx와 Zr, TiNx와 Zr도 사용될 수 있다.
[투명 기판]
도 4에 도시된 바와 같이 다층 코팅(10~90) 아래에는 기판(120)이 구비된다. 기판(120)은 투명 기판, 바람직하게는 유리 기판이다. 도 4에 도시된 바와 같이 제1 유전 필름(10) 바로 아래에 유리 기판(120)이 배치된다. 유리 기판(120) 상에 상기 다층 코팅을 형성하는 공정은 통상의 스퍼터링 공정이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 투명 기판은 수직 방사율(normal emissivity)이 단일창(Single Glass Unit; SGU) 기준 2.0% 이하, 바람직하게는 1.7% 이하, 더 바람직하게는 1.5% 이하이다. 이러한 수치는 투명 기판이 세 개의 금속층을 포함하는 것에 버금가는 매우 낮은 수준이다.
본 발명의 일 예에 따른 투명 기판에서 코팅면 반사율과 비코팅면 반사율의 차이는 단일창 기준 21% 이상이다. 본 발명의 일 예에 따른 투명 기판은 이와 같이 코팅면 반사율과 비코팅면 반사율의 차이가 큰 것이 특징이다. 비코팅면 반사율이 크면 코팅면 반사율도 이에 따라 큰 것이 일반적이다. 본 발명에서는 이러한 일반적인 경우와 달리 비코팅면 반사율은 높이면서도 코팅면 반사율은 낮추어 이 둘 사이의 차이가 크다는 특징이 있다. 특히 가시광선 영역의 낮은 코팅면 반사율은 IR 코팅면 반사율을 크게 만들게 되어 방사율을 낮추게 되므로 저방사율 기판(Low E) 특성을 극대화 할 수 있다
본 발명의 일 예에 따른 투명 기판에서 비코팅면에서의 CIELAB 색좌표 a*값은 -2.5 내지 0.5인 것이 바람직하고, 비코팅면에서의 CIELAB 색좌표 b*값은 -7 내지 -3인 것이 바람직하다.
가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 a*값은 -7을 초과하는 것이 바람직하고, 가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 b*값은 1 미만인것이 바람직하다.
외부반사색의 각도에 따른 색 변화값(△hab)은 -7 내지 7인 것이 바람직하다. 여기서 △hab는 Rext 60°의 hab에서 Rext 0°의 hab를 뺀 값이다(△hab = Rext 60°의 hab - Rext 0°의 hab).
선택도(TL/SHGC)는 1.5 이상인 것이 바람직하고, 1.65 이상인 것이 더 바람직하고, 1.7 이상인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 투명기판은 단일창에서의 비코팅면 반사율이 27 내지 32%이고, 코팅면 반사율이 6% 이하 인 것이 바람직하다. 또한, 단일창에서의 가시광선 투과율이 39 내지 44%이고, 단일창에서의 태양 열선 차폐계수가 30% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 투명기판은 단일창에서의 외부 반사색 CIELAB 색좌표 a* 값이 -2.5 내지 0.5이고, 단일창에서의 외부 반사색 CIELAB 색좌표 b* 값이 -7 내지 -3인 것이 바람직하다. 또한 단일창에서의 가시광선 투과 CIELAB 색좌표 a* 값이 -7을 초과하고, 단일창에서의 가시광선 투과 CIELAB 색좌표 b* 값이 1 미만인 것이 바람직하다. 단일창에서의 외부반사색의 각도에 따른 색 변화값(△hab)이 -7 내지 7이고, 여기서 △hab은 Rext 60°의 hab - Rext 0°의 hab인 것이 바람직하다.
[단열 유리 유닛]
본 발명의 다른 일 예는 평행하게 배치되며 그 사이에 간격을 두고 있는 2 이상의 유리 기판을 포함하는 단열 유리 유닛(insulation glazing unit)으로, 이 중 하나 이상의 유기 기판이 상기 투명 기판인 단열 유리 유닛을 제공한다. 상기 단열 유리 유닛은 바람직하게는 샤시 (chassis) 구조로 유지되는 두 개 이상의 기판을 포함하고, 외부 공간과 내부 공간을 분리시키며, 하나 이상의 기체 분리 인터페이스가 상기 두 개의 기판 사이에 배치된다. 도 6에는 본 발명의 일 예에 따른 단열 유리 유닛이 도시되어 있다. 상기 단열 유리 유닛은 두 개 이상의 기판(유리)을 포함하며, 두 개의 기판(유리) 사이의 인터페이스가 공기층으로 되어 있다.
본 발명의 일 예에 따른 투명 기판에서 가시광선 투과율(visible transmittance)은 이중창 기준으로 35 내지 40%인 것이 바람직하다. 태양 열선 차폐계수(shading coefficient)는 이중창 기준으로 25% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 단열 유리 유닛은 이중창 기준으로 외부 반사율과 내부 반사율의 차이가 15% 이상인 것이 바람직하다. 또한 외부 반사율은 이중창 기준으로 30 내지 35%인 것이 바람직하고 내부 반사율은 이중창 기준으로 15% 이하인 것이 바람직하다. 외부 반사율과 내부 반사율의 차이는 18% 이상인 것이 바람직하고, 20% 이상인 것이 더 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 투명 기판은 이와 같이 외부 반사율과 내부 반사율의 차이가 큰 것이 특징이다. 앞서 표 3에서 살펴본 바와 같이 외부 반사율이 크면 내부 반사율도 이에 따라 큰 것이 일반적이다. 본 발명에서는 이러한 일반적인 경우와 달리 외부 반사율은 높이면서도 내부 반사율은 낮추어 이 둘 사이의 차이가 크다는 특징이 있다. 특히 가시광선 영역의 낮은 내부 반사율은 IR 내부 반사율을 크게 만들게 되어 방사율을 낮추게 되므로 저방사율 기판(Low E) 특성을 극대화 할 수 있다
이중창에서의 외부반사색의 CIELAB 색좌표 a*값은 -3 내지 0인 것이 바람직하고, 이중창에서의 외부반사색의 CIELAB 색좌표 b*값은 -7 내지 -3인 것이 바람직하다.
이중창에서의 가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 a*값은 -7.5을 초과하는 것이 바람직하고, 이중창에서의 가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 b*값은 1 미만인것이 바람직하다.
이중창에서의 외부반사색의 각도에 따른 색 변화값(△hab)은 -7 내지 7인 것이 바람직하다. 여기서 △hab는 Rext 60°의 hab에서 Rext 0°의 hab를 뺀 값이다.(△hab = Rext 60°의 hab - Rext 0°의 hab)
단열 유리 유닛은 복층 유리로서 중간에 공기층을 둔 상태에서 두 장의 유리를 밀봉하여 만들어진다. 유리의 종류에 따라 다양한 조합이 가능하다. 일반 유리에 비하여 단열성, 방음 효과가 크고 결로 방지에도 우수하다.
단열 유리 유닛에는 두 개의 기판 사이에 공기층이 존재하나 아르곤 등의 공기 이외의 기체도 충전될 수 있다.
이러한 단열 유리 유닛은 건축용, 자동차용, 가구용 또는 가전제품용 등에사용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명하나, 아래 실시예는 본 발명의 한 형태를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예]
재료와 두께가 상이한 두 개의 기판을 제조하였다. 각각의 재료와 두께는 아래 표 4에 기재된 바와 같다.
실시예 비교예
재료 두께(nm) 재료 두께(nm)
오버코팅층 TiZrON 2 TiO2 2
제3유전 필름 Si3N4 34 Si3N4 33
ZnO 3 ZnO 5
제2금속 상부보호층 NiCr 1 NiCr 0.7
제2금속층 Ag 14 Ag 14
제2금속 하부보호층 NiCr 1 NiCr 1.2
제2유전 필름 유전층 ZnO 3 ZnO 5
SnZnO 14
SiZrN 23
Si3N4 22 Si3N4 50
흡수층 NbN 3 NbN 2.5
유전층 Si3N4 10 Si3N4 28
ZnO 3 ZnO 5
제1금속 상부보호층 NiCr 1.5 NiCr 1.7
제1금속층 Ag 15 Ag 18
제1금속 하부보호층 NiCr 1.5 NiCr 0.8
제1유전 필름 ZnO 3 ZnO 5
Si3N4 13 Si3N4 25
[실험예]
실시예 및 비교예의 기판 각각에 대하여 투과율, 비코팅면 반사율, 코팅면 반사율(이중창의 경우 외부 반사율과 내부 반사율), SHGC, 선택도, 방사율 등을 측정하였다. 이중창은 6mm 저방사율 코팅 기판과 12mm 공기층, 6mm 투명 유리로 이루어져 있다. 측정 결과를 표 5~7에 나타내었다.
　 투과 비코팅면 반사 코팅면 반사 SHGC 선택도(NFRC) 수직
방사율
% a* b* Y a* b* Y a* b* (NFRC)
실시예 41.3 -5.8 -0.5 29.0 -1.0 -4.0 3.5 2.1 -20 0.24 1.721 0.015
비교예 46.0 -6.2 3.5 28.3 -2.0 -3.8 14.3 -15 -9.3 0.26 1.797 0.025
(단일창 기준)
투과 외부 반사
% a* b* Y a* b*
실시예 38.0 -6.5 -0.5 30.0 -1.5 -4.5
비교예 41.0 -7.0 3.5 30.0 -2.5 -3.5
(이중창 기준)
내부 반사 SHGC (NFRC) 선택도(NFRC)
Y a* b*
실시예 11.0 0.0 -10.0 0.203 1.87
비교예 18.0 -10 -6.0 0.220 1.86
(이중창 기준)
10: 제1유전 필름 20: 제1금속 하부보호층
30: 제1 금속층 40: 제1금속 상부보호층
50: 제2유전 필름 51: 유전층
52: 흡수층 60: 제2금속 하부보호층
70: 제2 금속층 80: 제2금속 상부보호층
90: 제3유전 필름 100: 코팅
110: 오버코팅 120: 투명 기판

Claims (24)

  1. 다층 코팅이 구비된 투명 기판으로,
    상기 코팅은, 기판으로부터 순서대로,
    하나 이상의 유전층을 포함하는 제1 유전 필름,
    제1금속 하부보호층,
    적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제1 금속층,
    제1금속 상부보호층,
    둘 이상의 유전층을 포함하는 제2유전 필름,
    제2금속 하부보호층,
    적외선 (IR) 반사 특성을 갖는 제2금속층,
    제2금속 상부보호층,
    하나 이상의 유전층을 포함하는 제3유전 필름을 포함하며,
    여기서, 상기 유전층은 메탈 옥사이드(metal oxide) 또는 메탈 나이트라이드(metal nitride) 또는 메탈 옥시나이트라이드(metal oxynitride)를 포함하되, 메탈은 Si, Zn, Nb, Sn으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이며, Zr이 도펀트로 포함될 수 있고,
    상기 금속 보호층은 Ti, Ni, Cr, Nb로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하고,
    상기 금속층은 은(Ag) 또는 은(Ag) 함유 메탈 합금(Ag-containing metal alloy)이고,
    수직 방사율(normal emissivity)은 2.0%이하이고,
    코팅면 반사율과 비코팅면 반사율의 차이가 21% 이상인 투명 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    비코팅면 반사율이 27% 내지 32%인 투명 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    코팅면 반사율이 6% 이하인 투명 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    제2유전 필름의, 제1유전 필름에 대한 광학두께비(제2유전 필름/제1유전 필름)가 4 이상인 투명 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    제3유전 필름의, 제2유전 필름에 대한 광학두께비(제3유전 필름/제2유전 필름)가 0.5 이하인 투명 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    제2유전필름이 둘 이상의 유전층과 두 개의 유전층 사이에 놓인 흡수층을 포함하고,
    상기 흡수층이 10% 이상의 가시광선흡수율(visible absorptance)을 갖는 투명 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    제2유전필름이 둘 이상의 유전층과 두 개의 유전층 사이에 놓인 흡수층을 포함하고,
    흡수층 상부의 유전층의, 흡수층 하부의 유전층에 대한 광학두께비(흡수층 상부 유전층/흡수층 하부 유전층)가 1 이상인 투명 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    가시광선 투과율(visible transmittance)이 39% 내지 44%인 투명 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    태양 열선 차폐계수(shading coefficient)가 30%이하인 투명 기판.
  10. 제1항에 있어서,
    비코팅면에서의 CIELAB 색좌표 a*값이 -2.5 내지 0.5이고,
    비코팅면에서의 CIELAB 색좌표 b*값이 -7 내지 -3인 투명 기판.
  11. 제1항에 있어서,
    가시광선 투과색 CIELAB 색좌표 a*값이 -7을 초과하고,
    가시광선 투과색 CIELAB 색좌표 b*값이 1 미만인 투명 기판.
  12. 제1항에 있어서,
    외부반사색의 각도에 따른 색 변화값(△hab) 이 -7 내지 7이고, 여기서 △hab는 Rext 60°의 hab - Rext 0°의 hab인 투명 기판.
  13. 제1항에 있어서,
    금속층의 물리적 두께의 합이 27 내지 33 nm인 투명 기판.
  14. 제13항에 있어서,
    제1금속층의 물리적 두께가 14 내지 17 nm이고,
    제2금속층의 물리적 두께가 13 내지 16 nm인 투명 기판.
  15. 제1항에 있어서,
    선택도가 1.5 이상인 투명 기판.
  16. 제1항에 있어서,
    제2유전 필름의 제1유전 필름에 대한 물리적 두께비(제2유전 필름/제1유전 필름)가 4 이상인 투명 기판.
  17. 제1항에 있어서,
    제3유전 필름의 제2유전 필름에 대한 물리적 두께비(제3유전 필름/제2유전 필름)가 0.5 이하인 투명 기판.
  18. 제6항에 있어서,
    흡수층 상부의 유전층의, 흡수층 하부의 유전층에 대한 물리적 두께비(흡수층 상부의 유전층/흡수층 하부의 유전층)가 1 이상인 투명 기판.
  19. 제1항에 있어서,
    제3유전 필름 상부에 오버코팅층을 추가로 포함하는 투명 기판.
  20. 제6항에 있어서,
    제1유전 필름의 물리적 두께가 10 내지 30 nm이고,
    모든 금속 보호층의 물리적 두께가 0.5 내지 2 nm이고,
    제1 금속층의 물리적 두께가 14 내지 17 nm이고,
    제2유전 필름의 물리적 두께가 49 내지 112 nm이고,
    흡수층의 물리적 두께가 2 내지 4 nm이고,
    제2 금속층의 물리적 두께가 13 내지 16 nm이고,
    제3유전 필름의 물리적 두께가 27 내지 38 nm인
    투명 기판.
  21. 평행하게 배치되며 그 사이에 간격을 두고 있는 2 이상의 투명 기판을 포함하는 단열 유리 유닛(insulation glazing unit)으로, 이 중 하나 이상의 투명 기판이 제1항의 투명 기판인 단열 유리 유닛.
  22. 제21항에 있어서,
    이중창 기준으로 외부 반사율과 내부 반사율의 차이가 15% 이상인 단열 유리 유닛.
  23. 제21항에 있어서,
    이중창 기준으로, 외부반사색의 CIELAB 색좌표 a*값은 -3 내지 0이고, 외부반사색의 CIELAB 색좌표 b*값은 -7 내지 -3인 단열 유리 유닛.
  24. 제21항에 있어서,
    이중창 기준으로, 가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 a*값은 -7.5을 초과하고, 가시광선 투과색의 CIELAB 색좌표 b*값은 1 미만인 단열 유리 유닛.
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