JP2014001621A - サーモクロミック・ウィンドウ - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、サーモクロミック・ウィンドウに係り、より詳しくは、温度によって赤外線の透過率が調節されるサーモクロミック・ウィンドウに関する。
【解決手段】このために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されるサーモクロミック薄膜、及び前記サーモクロミック薄膜の表面と裏面の少なくとも一方の面に形成される透明電導膜と、を含むことを特徴とするサーモクロミック・ウィンドウを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーモクロミック・ウィンドウに係り、より詳しくは、温度によって赤外線の透過率が調節されるサーモクロミック・ウィンドウに関する。
サーモクロミズム（ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｓｍ）とは、ある転移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ）の酸化物及び硫化物が特定の温度（Ｔｃ、ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ、以下、転移温度）を前後にしてその結晶構造が変わって物理的性質（電気伝導度及び赤外線透過率）が急変する現象を言う。
このようなサーモクロミック（ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）効果を有する薄膜をガラス上にコートすると、ガラスがある一定の温度以上になると可視光線は通すが近赤外線や赤外線は遮断することで室内温度が上がらないようにする「スマートウィンドウ（ｓｍａｒｔ ｗｉｎｄｏｗ）」を作ることができるようになり、これを自動車のガラス窓や建物の窓に応用すれば、省エネルギーに有効である。
サーモクロミック効果を示す材料として、種々の転移金属の酸化物や硫化物があるが、中でも二酸化バナジウム（ＶＯ２）はその転移温度が６８℃で比較的に実用可能な温度に近いため、多くの研究が進められている。
一方、このようなサーモクロミック薄膜を建築用ガラスに適用した場合、冬季に暖房熱の損失を最小化するためには、サーモクロミック薄膜が低い放射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）を有する必要があるが、現存するサーモクロミック薄膜はそうではないという短所がある。特に、二酸化バナジウム薄膜の場合、一般のガラスとほぼ同じ０．８４の高い放射率を有するため、冬季に暖房熱を有効に遮断することができないという問題点がある。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、冬季に暖房熱を有効に遮断することができるサーモクロミック・ウィンドウを提供することである。
前記目的を達成するために、本発明は、基板と、前記基板上に形成されるサーモクロミック薄膜、及び前記サーモクロミック薄膜の表面と裏面の少なくとも一方の面に形成され、前記サーモクロミック薄膜よりも低い放射率を有する透明電導膜と、を含むことを特徴とするサーモクロミック・ウィンドウを提供する。
ここで、前記透明電導膜の放射率は、０．２５以下であることが好ましい。
または、前記透明電導膜の比抵抗は、１×１０−３Ωｃｍ以下であることが好ましい。
そして、前記透明電導膜は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、及びＧＺＯのいずれか一種からなるものであってよい。
また、前記サーモクロミック薄膜は、二酸化バナジウム（ＶＯ２）、酸化チタン（ＩＩＩ）（Ｔｉ２Ｏ３）、酸化ニオブ（ＮｂＯ２）、及び硫化ニッケル（ＮｉＳ）のいずれか一種からなるものであってよい。
そして、前記サーモクロミック薄膜にドーパントがドープされていてよい。
また、前記透明電導膜は、ＡＺＯまたはＧＺＯからなり、前記サーモクロミック薄膜は、ＶＯ２からなるものであってよい。
ここで、前記透明電導膜は、前記サーモクロミック薄膜の裏面に形成され、前記ＡＺＯまたはＧＺＯは、（００１）方向に成長されたものであることが好ましい。
そして、前記透明電導膜の膜厚は、３５０〜６５０ｎｍであってよい。
また、前記ＡＺＯは、ＡｌがＡＺＯ１００重量部に対して３〜５重量部でドープされていてよく、前記ＧＺＯは、ＧａがＧＺＯ１００重量部に対して３．５〜５．５重量部でドープされていてよい。
そして、前記サーモクロミック薄膜にドーパントがドープされていてよく、また、前記ドーパントは、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、及びＺｒのいずれか一種であってよい。
本発明によれば、サーモクロミック・ウィンドウが低い放射率を有するため、冬季に暖房熱を有効に遮断することができる。
また、（００１）方向に成長されたＡＺＯまたはＧＺＯからなる透明電導膜上にＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜を形成させることで、ＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜の相転移性能を向上させることができる。
本発明の一実施例に係るサーモクロミック・ウィンドウの概略を示す断面図である。 ＡＺＯ薄膜の蒸着条件のうちの圧力及びパワーの変化によるＡＺＯの放射率の変化を示すグラフである。 本発明の他の一実施例に係るサーモクロミック・ウィンドウの概略を示す断面図である。 ＡＺＯ薄膜にドープされたＡｌのドーピング濃度によるＡＺＯ薄膜の放射率を示すグラフである。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係るサーモクロミック・ウィンドウについて詳述する。
なお、本発明を説明するにあたって、関連公知機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略することにする。
図１は、本発明の一実施例に係るサーモクロミック・ウィンドウの概略を示す断面図である。
図１を参照すると、本発明に係るサーモクロミック・ウィンドウは、基板１００、サーモクロミック薄膜２００、及び透明電導膜３００を含んでなる。
基板１００は、サーモクロミック薄膜２００または透明電導膜３００の支持基材であって、好ましくは、ソーダライム（ｓｏｄａ−ｌｉｍｅ）系の建築用ガラスが使用されていてよい。
サーモクロミック薄膜２００は、基板１００上に形成され、特定の温度（相転移温度）で相転移するサーモクロミック現象によって結晶構造が変わることで物理的性質（電気伝導度、赤外線透過率など）が急変し、その結果、特定の温度以上の温度で赤外線を遮断または反射する特性を持つ。
ここで、サーモクロミック薄膜２００は、二酸化バナジウム（ＶＯ２）、酸化チタン（ＩＩＩ）（Ｔｉ２Ｏ３）、酸化ニオブ（ＮｂＯ２）、及び硫化ニッケル（ＮｉＳ）のいずれか一種からなるものであってよい。
また、サーモクロミック薄膜２００には、相転移温度を下げるためにドーパントがドープされていてよい。
ドーパントのドーピング比が高いほど相転移温度は急激に低くなる。サーモクロミック薄膜２００へのドーパントのドーピングは、サーモクロミック物質にドーパントがドープされたターゲットを用いてスパッタリングするか、またはサーモクロミック物質からなるターゲットとドーパントからなるターゲットをコ・スパッタリング（ｃｏ−ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）することで施していてよい。
透明電導膜（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）３００は、サーモクロミック薄膜２００の表面と裏面の少なくとも一方の面に形成され、サーモクロミック・ウィンドウの放射率を下げる。
透明電導膜３００は、サーモクロミック薄膜２００よりも低い放射率を有するため、サーモクロミック薄膜２００の表面と裏面の少なくとも一方の面に透明電導膜３００を形成することで、サーモクロミック・ウィンドウの全体的な放射率を下げることができる。
好ましくは、透明電導膜３００は、サーモクロミック薄膜２００の裏面に形成され、サーモクロミック薄膜２００の蒸着過程で基板１００からサーモクロミック薄膜２００へと基板１００中のイオンが拡散することを抑えることで、サーモクロミック薄膜２００がサーモクロミック特性を失うことを防止する拡散バリアの役割をしていてよい。特に、基板１００がソーダライム系ガラス基板である場合、透明導電膜３００がガラス基板中のナトリウム（Ｎａ）イオンがサーモクロミック薄膜２００へとナトリウム拡散（ｓｏｄｉｕｍ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）することを防止することができる。
ここで、透明電導膜３００は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆ−ｄｏｐｅｄ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌ−ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、及びＧＺＯ（Ｇａ−ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｄｉｅ）のいずれか一種からなるものであってよい。
透明電導膜３００は、透明電導膜をなす物質の性質や透明電導膜の蒸着条件によって多様な放射率を有する。
図２は、ＡＺＯ薄膜の蒸着条件のうちの圧力やパワーの変化によるＡＺＯの放射率の変化を示すグラフである。
図２に示すように、透明電導膜の蒸着条件を制御することで、透明電導膜の放射率を調節することができる。
好ましくは、透明電導膜３００は、０．２５以下の放射率または１×１０−３Ωｃｍ以下の比抵抗を有していてよい。
このように、本発明に係るサーモクロミック・ウィンドウが、基板１００、サーモクロミック薄膜２００、及び透明電導膜３００を含んでなることで、サーモクロミック・ウィンドウは、低い放射率を有するようになる。これにより、長波長赤外線（２５００〜４０００ｎｍ）に対する反射率が増加し遮蔽係数が低くなることで、冬季の暖房熱の損失を最小化することができる。
以下、本発明の他の一実施例に係るサーモクロミック・ウィンドウについて、図３を参照して説明する。
本発明のサーモクロミック・ウィンドウは、基板１００と、基板１００上に形成され、ＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜２１０、及びサーモクロミック薄膜２１０の表面と裏面の少なくとも一方の面に形成され、ＡＺＯまたはＧＺＯからなる透明電導膜３１０とを含んでなる。
好ましくは、透明電導膜３１０は、サーモクロミック薄膜２１０の裏面に形成され、透明電導膜３１０をなすＡＺＯまたはＧＺＯが（００１）方向に成長されたものであってよい。
透明電導膜３１０がサーモクロミック薄膜２１０の裏面に形成され、（００１）方向に成長されたＡＺＯまたはＧＺＯからなることで、透明電導膜３１０は、ＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜２１０の拡散バリア及びシード層の役割をする。
すなわち、透明電導膜３１０が基板１００とサーモクロミック薄膜２１０との間に挟まれることで、前述したように、基板１００からサーモクロミック薄膜２１０へと基板１００中のイオンが拡散することを防止する。また、サーモクロミック薄膜２１０をなすＶＯ２とマッチングしやすい（００１）方向に成長されたＡＺＯまたはＧＺＯを透明電導膜３１０とし、前記透明電導膜３１０上にＶＯ２を成長させることで、ＶＯ２は優れた相転移性能を持つ（０１０）方向に成長する。
透明電導膜３１０の膜厚は、３５０〜６５０ｎｍであることが好ましい。
そして、ＡＺＯは、ＡｌがＡＺＯ１００重量部に対して３〜５重量部ドープされることが好ましく、ＧＺＯは、ＧａがＧＺＯ１００重量部に対して３．５〜５．５重量部ドープされることが好ましい。
図４は、ＡＺＯ薄膜にドープされたＡｌのドーピング濃度によるＡＺＯ薄膜の放射率を示すグラフである。
図４に示すように、ＡＺＯにＡｌが３〜５重量部ドープされることで、ＡＺＯは０．１７〜０．２５の放射率を有する。
また、前述したように、ＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜２１０の相転移温度を下げるためにドーパントがドープされていてよい。
ここで、ドーパントは、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、及びＺｒのいずれか一種であってよい。
以上、本発明を限定された実施例や図面に基づいて説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者ならば、このような記載から種々の修正及び変形が可能である。
よって、本発明の範囲は説明された実施例に局限されて決められてはならず、特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものなどによって決められるべきである。
１００ 基板
２００、２１０ サーモクロミック薄膜
３００、３１０ 透明電導膜

Claims (13)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成されるサーモクロミック薄膜、及び
    前記サーモクロミック薄膜の表面と裏面の少なくとも一方の面に形成され、前記サーモクロミック薄膜よりも低い放射率を有する透明電導膜と、
    を含むことを特徴とするサーモクロミック・ウィンドウ。
  2. 前記透明電導膜の放射率は、０．２５以下であることを特徴とする請求項１に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  3. 前記透明電導膜の比抵抗は、１×１０−３Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  4. 前記透明電導膜は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ、及びＧＺＯのいずれか一種からなることを特徴とする請求項１に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  5. 前記サーモクロミック薄膜は、二酸化バナジウム（ＶＯ２）、酸化チタン（ＩＩＩ）（Ｔｉ２Ｏ３）、酸化ニオブ（ＮｂＯ２）、及び硫化ニッケル（ＮｉＳ）のいずれか一種からなることを特徴とする請求項１に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  6. 前記サーモクロミック薄膜にドーパントがドープされることを特徴とする請求項１に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  7. 前記透明電導膜は、ＡＺＯまたはＧＺＯからなり、
    前記サーモクロミック薄膜は、ＶＯ２からなることを特徴とする請求項１に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  8. 前記透明電導膜は、前記サーモクロミック薄膜の裏面に形成され、
    前記ＡＺＯまたはＧＺＯは、（００１）方向に成長されたことを特徴とする請求項７に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  9. 前記透明電導膜の膜厚は、３５０〜６５０ｎｍであることを特徴とする請求項７に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  10. 前記ＡＺＯは、ＡｌがＡＺＯ１００重量部に対して３〜５重量部でドープされたことを特徴とする請求項７に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  11. 前記ＧＺＯは、ＧａがＧＺＯ１００重量部に対して３．５〜５．５重量部でドープされたことを特徴とする請求項７に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  12. 前記サーモクロミック薄膜にドーパントがドープされることを特徴とする請求項７に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
  13. 前記ドーパントは、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、及びＺｒのいずれか一種であることを特徴とする請求項１２に記載のサーモクロミック・ウィンドウ。
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