월간세라믹스에서는 무역위원회에서 최근에 발간한 ‘판유리산업 경쟁력 조사’ 중 세라믹산업에 유용한 내용을 발췌 정리한다. 이번 보고서는 한국건자재시험연구원이 총괄기관이며 한국판유리산업협회가 협력기관으로 참여했다.
본지에서는 이번 보고서 중 ‘3장 세계 판유리 산업 현황’에 대해 4회에 걸쳐서 연재할 예정으로 이번호에는 마지막으로  ▲3. 5 세계 판유리산업의 기술개발 현황에 대해 소개한다.

3.5.1 저방사(Low-E)유리
● 건축물의 구성요소 중 유리와 창호는 빼 놓을 수 없는 필수적인 요소이나 건축물의 에너지 절약 면에 있어서 취약한 요소 중의 하나이기도 하다. 현재 생산되는 판유리 중 단열성이 뛰어난 제품은 단연 에너지 절약형 유리인 “저방사(Low-E)유리”를 들 수 있다.
- 저방사(Low-E)유리는 방사율이 낮고 열선의 반사율이 높은 저방사 (Low-E)유리를 지칭한다. 낮은 방사율이란 장파장(2,500∼40,000nm)의 적외선 에너지(열선)를 어느 정도 반사하는가를 나타내는 척도로 방사율이 낮으면 단열특성이 우수하다.
또한 저방사(Low-E)유리는 가시광선영역에서는 투과 특성을 유지하 지만 복사열은 투과시키지 않고 다시 반사시키는 특성을 가지고 있다.

그림 3-33. 재료별 방사율 비교

저방사(Low-E)유리는 여름철에는 태양열로부터 발생하는 복사열이 실내로 들어오는 것을 차단하고 겨울철 실내의 난방기구에서 발생되는 적외선을 반사해 실내로 되돌려 보내고 창호의 높은 투과율은 유지하면서 단열성을 우수하게 만든 코팅유리이다.
- 일반 판유리는 방사율이 0.84이지만, 저방사(Low-E)유리는 0.1∼0.2 정도로 이는 주로 유리 표면에 반사율이 높은 은(Ag), 주석(SnO2) 등 을 코팅하여 만든다.
● 저방사(Low-E)유리는 진공 스퍼터링법이나, 열간 분해방법으로 유리의 표면에 아주 얇고 실제 잘 보이지 않는 금속막 또는 금속 산화 처리된 막을 입히는 방법으로 생산된다.
- 저방사(Low-E)유리의 종류를 세부적으로 살펴보면, 코팅 방법에 따라 열간분해 방법(Pyrolytic process)에 의한 하드로이(hard low-E)와 스퍼터링 공법(sputtering process)에 의한 소프트로이(soft low-E)로 구분된다.
● 하드로이코팅의 제조방법은 플로트 판유리 제조 시 금속용액 또는 분말을 판유리 표면위에 분사하여 열적 코팅을 시켜 생산된다. 코팅물질은 금속산화물(SnO2) 단일물질이다.
- 하드로이코팅의 장점은 열적 코팅으로 코팅 경도 및 내구성이 강하여 강화 가공 등의 열처리가 가능하다. 그러나 여러 금속의 사용이 제한되어 색상이 단순하고, 코팅막이 탁하다는 단점이 있다.
● 이에 반해 소프트로이코팅의 제조방법은 기 생산된 플로트판유리를 별도의 진공방(chamber)에 금속 타겟을 설치하여 은(Ag), 티타늄 (Titanium), 스테인레스(Stainless Steel) 등의 금속을 다층 박막 코팅시켜 생산한다.

그림 3-34. 저방사유리 종류별 특성 비교

- 소프트로이코팅의 장점은 투명도가 높고, 여러 가지 금속 사용으로 다양한 색상 구현이 가능하며, 광학성능 및 열적성능이 우수한 장점을 가지고 있다.
그러나 하드코팅 대비 코팅경도 및 내구성이 약하고, 복층유리 제작시 금속 코팅막 산화방지를 위해 모서리 코팅막 제거공정(edge stripping)이 필요한 단점이 있다.
● 저방사(Low-E)유리는 사용조건에 따라 다소 차이가 있으나 유리와 비교해 약 50%, 일반 복층유리보다는 약 25%의 에너지 절감효과가 있는 것으로 알려져 있다.
● 저방사유리의 사용량이 많아지면서 유럽의 일부 나라에서는 사용이 의무화되는 추세이며, 이에 따라 그 기능도 점점 더 향상되는 제품들이 개발되고 있다.
과거에는 태양광을 차단하는 반사유리와 일반 저방사유리가 각각의 목적으로 건축물에 적용되었지만 현재는 복합 코팅 막으로 색상을 가지 면서도 저방사 기능을 갖는 제품이 개발되고 있고 상용화 되고 있다.
그림 3-35. 저방사유리 에너지 절감 비교 예상 수치(oil 소모량 기준)

● 저방사 유리의 경우 단열성능을 높이기 위하여 이중으로 코팅하는 이중저방사(Double Low-E)막과 막의 내열성을 높여 강화처리 시에도 고온에서 변질 및 손상이 없는 강화 가능 저방사(Temperable Low-E)막을 가진 신개념의 저방사유리를 시판하고 있다.
점점 더 심각해지는 지구 온난화 현상과 에너지 고갈 문제로 인하여 저방사유리의 성능 향상에 대한 연구가 계속되고 있어 최근에는 삼중저방사(Triple Low-E)유리까지 개발하였고 상용화를 위한 추가 연구가 진행 중이다.
● 강화가능 저방사유리는 일반 저방사유리가 강화 가공시 발생되는 온도를 견디지 못하고 코팅 막에 사용된 금속이 타는 문제로, 원판유리를 먼저 가공한 후 코팅을 하는 과정을 거치는 단점이 있다. 그러나 이러한 문제를 개선하여 내열성이 강한 재료를 유리표면에 코팅하여 저방사유리 본래 기능인 단열물성을 그대로 유지하면서 강화가공 공정 중 발생하는 고열에도 견딜 수 있는 구조로 코팅 된 유리로 그 자체를 강화할 수 있는 특징이 있다.
● 이중 저방사유리는 전기전도성이 높은 Ag 막을 두 번 코팅한 것으로, 기존 일반 저방사유리(Ag 막을 한 번 코팅) 대비 겨울철 단열성능은 약10%, 여름철 태양열 차단성능은 약 20% 이상 높일 수 있는 고단열 고차폐 저방사유리 제품이다.
● 유럽을 비롯한 해외 선진국의 저방사(Low-E)유리는 이미 선택이 아닌 필수요소로 자리 잡고 있으며, 에너지 절약 차원에서 열손실을 최소화 시키는 고기능성 창유리 제품 보급에 정부가 직접 나서고 있고, 이미 사용이 보편화 되었다.
특히 복층유리 시장에 있어 저방사(Low-E)유리의 사용비율을 국가별로 살펴보면 지난 2006년 기준 독일이 91%, 영국 82%, 오스트리아 72%, 스위스가 70%, 프랑스가 60% 등이며, 유럽 전체 평균은 40% 이상 되고 있다.
주목할 점은 매년 꾸준한 증가세를 보이고 있다는 점이다. 아시아권에서도 일본이 현재 40%이상, 중국은 지난 2000년 이후 연평균 30%가 넘는 성장세를 보이고 있으며, 법제화의 영향으로 사용량이 점차 높아지고 있는 추세이다.
● 에너지절감과 온실효과 저감이 절실하게 필요한 시대인 만큼 저방사(Low-E)유리의 수요는 점차 확대되어질 것으로 전망되며, 오는 2010년 이후에는 전체 판유리 시장을 주도하는 제품군으로 두각을 나타낼 것으로 전망된다.
● 저방사(Low-E)유리는 시대적 요구에 따른 환경과 에너지 절감을 할 수 있는 고기능성 유리로 그 역할을 다할 것만은 분명해 일반 판유리 가공 업계에서도 필수적인 분야로 자리 잡을 날이 멀지 않을 것으로 보여 진다.

3.5.2 안전유리
● 안전유리는 가공방법과 용도에 따라 강화유리와 접합유리로 나누어진다. 강화유리는 플로트판유리를 일정크기로 재단 및 면 가공한 후 열처리 함으로써 판유리의 압축강도를 높이는 안전유리이다.
● 열처리 가공 정도에 따라 배강도 유리와 완전강화유리로 다시 세분할 수 있는데 자동차 측면 유리에는 완전강화유리를 주로 사용하고 건축용 고층 빌딩의 경우 완전강화유리의 자폭 현상의 원인을 알지 못하여 이를 방지하기 위해 배강도 유리를 주로 사용한다.
- 최근에는 강화유리의 자폭현상이 황화니켈(NiS)의 상전이의 팽창으로 인한 것을 알게 되면서 강화 후 다시 열간 유지시험(Heat Soak)을 함으로써 황화니켈(NiS)에 의한 파손 시험을 거친 후 사용하고 있다.
● 또 하나의 안전유리는 두 장의 유리를 특수 필름으로 접합하여 내관통성을 높이고 파손 시 파편의 비산을 방지하는 안전접합유리가 있다. 주로 자동차 앞 유리와 천장, 바닥 또는 안전을 요구하는 건축물의 각종부위에 사용 된다.
접합유리를 가공하는데 필요한 특수 필름은 흔히 사용되는 PVB 필름과 가공이 쉽고 상대적으로 저렴한 EVA 필름을 사용한 제품이 개발되어 사용되고 있다.
● 강화유리와 접합유리는 전 세계적으로 가공기술의 차이가 거의 없는 편이며, 유럽에서는 자동차 유리 중 측면유리까지 접합유리의 사용이 증가하므로 PVB필름 메이커 들이 소음 차단을 위한 특수 PVB 필름을 개발 하여 적용하고 있다.

3.5.3 방화
● 방화유리는 화재 시 일정시간 동안 화염 및 연기를 차단해 줄 수 있는 유리를 말한다. 이러한 유리를 사용함으로서 평상시에는 시야 확보를 통한 개방감을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 화재 시에는 대피 및 화재진압의 용이성으로 인명 및 재산을 보호해 줄 수 있다.
● 방화유리는 보통 철망의 삽입 여부에 따라 망입 유리와 투명 방화유리로 구분할 수 있으며, 우리가 흔히 접할 수 있는 망입 유리는 유리 사이에 철망이나 와이어를 삽입하여 화재 시 깨어지더라도 파편이 떨어지지 않도록 해주지만, 내부에 삽입된 철망으로 인해 미관 및 시야를 가리게 된다.
- 또한 내충격 강도가 약하고, 장시간 방화성능을 확보하기 어려운 단점이 있다. 투명 방화유리는 유리 사이에 철망이나 와이어가 없이, 투명할 뿐만 아니라, 제품에 따라서는 동일 두께의 강화유리보다 뛰어난 강도를 가지고 있어 외부의 충격으로부터도 안전하다.
- 또한 방화구획 상의 방화문 외에도 아트리움, 층간 구획, 에스컬레이터 주변, 아케이드 등 다양한 용도로 사용이 가능하다. 또한 방화유리는 그 성능에 따라 단순히 화염의 확산을 막을 수 있는 비차열 제품부터, 이면으로 전달되는 고열의 복사열을 차단해 줄 수 있는 우수한 성능을 갖춘 차열 제품까지 다양하게 개발되어 있다.
● 선진국에서는 방화요구 성능 기준이 용도에 따라 차열 및 2시간 방화 성능까지 요구하는 경우가 있어, 국내에 비하여 고성능의 방화유리 들이 개발되어 시판되고 있다.
특히, 유럽의 경우에는 단판 방화유리 외에도 유리 사이에 특수 레진이 충전된 다층구조의 방화유리가 개발되어 오래 전부터 사용되고 있다. 이러한 차열방화유리 중에는 120분간 가열(1049℃) 후에도 이면 온도가 100℃ 정도 밖에 되지 않는 우수한 제품도 있다.

3.5.4 환경 및 생활건강유리
● 일반적으로 사용되는 건축용 맑은 유리는 일정부분의 자외선을 투과시킨다. 따라서 피부 노화방지 등 쾌적한 생활을 위하여 자외선을 완전히 차단하려면 대개의 경우 금속이온의 착색제를 투입하게 되고 투과율이 낮아지게 되는 문제가 있다.
● 맑은 유리의 자외선 방지 조성을 개발하려고 하나 현재는 경제적 이유로 코팅제나 필름이 개발 되어 필요한 부분에 코팅하여 사용하고 있다. 그러나 자동차용은 자외선과 적외선을 차단하는 유리가 개발되어 사용되고 있다.

3.5.5 디스플레이용유리
● 현재 상업 시판 되고 있는 디스플레이 소자용 기판은, 재료의 견고성 및 투명성 등의 이유로 인해 주로 유리 제품이 사용되고 있다.
LCD용 기판 유리의 경우는, 공정 중의 작업 온도 및 여러 가지 화학물질에 대한 안정성 확보를 위해 특수조성의 제품을 사용하고 있으며 최종 제품의 중량을 감소시키기 위한 박판화가 지속적으로 진행하여 왔다.
● 제품의 가격 경쟁력을 확보하기 위한 방법의 하나로 대형 기판에서 여러 장의 완제품을 동시에 생산할 수 있는 공정개발과 함께 유리기판의 대형화 작업도 병행되어 2200mm× 2500mm 크기의 유리를 0.7mm 두께로 생산하는 기술이 이미 상용화되었다.
최근에는 공정 합리화 및 개선작업을 통해 저 알칼리 조성의 유리제품 및 일반 소다석회 유리(soda-lime glass)를 기판으로 사용하기 위한 시도가 활발히 진행되고 있다.
● 한편 PDP용 기판유리는, 격벽 형성용 고온공정으로 인해 2.8mm 두께의 제품이 표준화되어 왔으나, 경량화를 위한 공정 개선을 통해 1.8mm 기판을 사용하는 추세이다.
PDP 제품 또한 가격 경쟁력을 확보하기 위해 저가의 기판유리 사용을 검토 중에 있으며, 저온 소성용 유전체, 격벽재 및 실링재등의 개발과 함께 일반 소다석회 유리의 사용 가능성이 연구되고 있으나, 나트륨이온의 확산을 방지하기 위한 보호막 코팅 비용을 고려한 경제성 문제가 따르고 있다.

3.5.6 태양광발전유리
● 태양에너지를 활용하는 방법에는 태양전지(Photo Voltaic)를 이용한 전력생산, 태양열 집열 (Solar Thermal)을 통한 난방 및 온수사용, 태양광집광(Solar Concentration)을 통한 열원 으로 부터의 전력생산 등이 있다.
● 이러한 태양에너지의 효율적인 활용을 위하여 요구되는 공통적인 성능인 내구성과 소요강도에 가장 적합한 재료가 판유리이며 각각의 용도에 따라 요구 성능에 부합하는 특수한 유리들이 사용되고 있다.
● 집열과 태양전지의 경우에는 높은 투과성능이 요구되며 이를 위하여 저철분유리가 주로 사용되고 있으며, 집광의 경우 반사경에 의해 태양에너지를 한 곳에 모으는 방식으로 높은 반사성능이 요구된다.
● 특히 최근에 주력적으로 연구되는 태양 전지를 위한 전력생산의 경우에는 유리제품이 커버유리(Cover Glass)와 용도에 따라 기판유리(Back sheet용)로 사용되고 있으며, 현재 널리 사용되고 있는 결정질 실리콘계 태양전지의 실리콘 공급문제로 인하여 기판유리에 비정질 실리콘이나 화합물 증착에 의한 박막형 태양전지의 개발과 효율 증대에 주력하고 있다.
● 이러한 추세에 따라 저철분유리, 투명전도 산화막(Transparent Conductive Oxide,TCO)코팅유리, 자정유리 등 투과율 증가 및 발전 효율 증가를 위해 태양전지용 유리 또한 원재료 및 코팅 기술에 있어 많은 발전과 연구가 집중되고 있다.

3.5.7 자정유리
● 자정유리는 판유리 표면에 광촉매 기능을 가진 TiO2(산화티탄) 등 특수코팅을 하여 태양 자외선과 반응하여 유기질 또는 무기질의 오염물질을 스스로 분해하는 기능성 유리를 말한다.
- 비가 오면 코팅막의 친수 기능으로 유리표면에 수막을 형성하여 흘러내리므로 오염물질은 물론 물자국도 남지 않기 때문에 자정효과가 나타난다.
● 자정유리에 대한 개발은 그 동안 활발하게 이루어져서 천창이나 캐노피 건물 외창 등에 많이 적용되고 있다. 현재는 자동차의 창유리 사이드미러 (Side mirror)등에 실용화 되고 있으며, Wind brush 없이 자정(Self Cleaning)유리 만으로 사용하는 것을 개발 하고 있지만 성공하지 못하고 있다.

3.5.8 조광유리
● 유리 자체가 변색하는 포토크로믹 유리는 안경크기에서는 실용화가 되었지만 대형크기의 창유리는 불가능 하였다. 또한 얇은 막(WOx)을 유리에 코팅하고 이에 전기를 통하여 전기의 양에 따라 투명도를 달리하는 것이 조광유리의 가장 이상적인 기술이다.
이것도 현재는 자동차용 실내 후사경에 막(WOx)을 코팅하여 반사율을 조정하여 야간 운전 시 눈부심을 방지하는 것이 개발 되어있으나 이것을 선루프 정도 크기로는 성공하지 못하였다.
● 얇은 필름에 액정 같은 물질을 집어넣어 유리사이에 접합유리를 만들어 투명전극을 통해 전류를 주어 조절하는 방법이 실용화 되었다.
● 현재 일본의 NSG가 액정을 얇은 필름으로 만들어 유리 두 장 사이에 넣어 시야를 차단하는 유리를 생산 하고 있다. 이 제품은 주로 빛을 필요에 따라 조절하지 못하고 투명, 불투명만의 기능으로 칸막이, 영사막으로 사용하고 있다.
- 따라서 색상이 가변되고 투과율을 0에서 100%까지 조절하는 제품을 개발하는 것이 매우 중요하다. 뿐만 아니라 전기를 통과시키는 재료도 고분자 분산 액정, 특수 코팅 등 다양화되고 있는 추세에 따라 보다 경제적이고 가공성이 좋은 기술이 지속적으로 개발되어야 한다.
● 이에 따라 조광유리가 재현하는 색상도 다양해야 하고, 단순히 프라이버시를 차단하는 것 이외에 태양빛 또는 태양열까지 필요에 따라 선택적으로 차단할 수 있는 업그레이드된 제품으로 될 수 있도록 끊임없이 연구와 실험을 거듭하고 있다.