KR101166022B1

KR101166022B1 - 써모크로믹층을 포함하는 패널

Info

Publication number: KR101166022B1
Application number: KR1020100056744A
Authority: KR
Inventors: 문동건; 심면기; 박수호; 이미현
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2010-06-15
Publication date: 2012-07-19
Also published as: KR20110036488A; US20110080631A1; EP2305615A1; US8422113B2; EP2305615B1

Abstract

본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널은 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 써모크로믹층 및 상기 복수의 써모크로믹층과 교대로 적층된 복수의 유전층을 포함하고, 상기 복수의 써모크로믹층은 제1 써모크로믹층 및 제2 써모크로믹층을 포함하며, 상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 전이 온도를 갖는다.

Description

써모크로믹층을 포함하는 패널{Panel including thermochromic layer}

본 발명의 실시 예는 써모크로믹층을 포함하는 패널에 관한 것이다.

최근 석유 등의 화학 에너지원의 가격이 급등하면서 새로운 에너지원 개발의 필요성이 커지고 있다. 하지만 이에 못지 않게 에너지 소비를 조절하는 것도 중요하다. 실제로 일반 가정의 에너지 소비량 중 60% 이상은 냉 난방비로 사용된다. 특히 일반 주택 및 건물에서 창문을 통해 소비되는 에너지는 24%에 이른다.

이와 같이 창문을 통해 소비되는 에너지를 줄이기 위하여 다양한 노력이 이루어지고 있다. 대표적으로 창문의 크기를 조절하는 방법에서부터 고단열 창유리를 설치하는 방법까지 에너지 절약을 위한 각종 노력을 하고 있다.

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

본 발명의 실시 예는 적외선 투과를 조절하기 위한 써모크로믹층을 포함하는 패널(예를, 들어 유리 패널)을 제공하는 것이다.

상기의 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널은 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 써모크로믹층; 및 상기 복수의 써모크로믹층과 교대로 적층된 복수의 유전층;을 포함하고, 상기 복수의 써모크로믹층은 제1 써모크로믹층 및 제2 써모크로믹층을 포함하며, 상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 전이 온도를 갖는다.

여기서 상기 복수의 써모크로믹층은 산화 바나듐(VxOy)을 포함할 수 있다.

여기서 상기 산화 바나듐은 바나듐과 산소의 화학 양론비가 1:2인 이산화 바나듐(VO₂) 또는 2:5 오산화 바나듐(V₂O₅)일 수 있다.

여기서 적어도 하나의 상기 써모크로믹층은 할로겐을 포함할 수 있다.

여기서 상기 할로겐은 불소(F)를 포함할 수 있다.

여기서 적어도 하나의 상기 써모크로믹층은 금속 첨가물(금속 원자)을 포함할 수 있다.

여기서 상기 금속 첨가물은 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb), 몰리브네듐(Mo), 이리듐(Ir) 및 텅스텐(W)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

여기서 상기 금속 첨가물은 도판트(dopant)일 수 있다.

여기서 상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 양의 금속 첨가물을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 써모크로믹층은 제1 량(amount) 금속 첨가물을 포함하며, 상기 제2 써모크로믹층은 제2 량(amount)의 금속 첨가물을 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 종류의 금속 첨가물을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 써모크로믹 층은 제1 종류(type)의 금속 첨가물을 포함하며, 상기 제2 써모크로믹층은 제2 종류(type)의 금속 첨가물을 포함할 수 있다.

여기서 상기 투명 기판은 유리, 인듐틴옥사이드(ITO) 및 폴리머 필름을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

여기서 적어도 하나의 상기 유전층은 산화탄타늄(Ta₂O₅), 산화아연(ZnO), 산화 주석(SnO₂), 산화나이오븀(Nb₂O₅), 산화티타늄(TiO), 이산화티타늄(TiO₂), 실리콘옥시나이트라이드(SiON), 실리콘옥시카바이드(SiOC), 및 실리콘 다이옥사이드(SiO₂) 을 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

여기서 상기 복수의 유전층은 상기 유전층 각각이 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 제1 유전층과 제2 유전층은 서로 다른 물질로 구성될 수 있다.

여기서 상기 써모크로믹층 각각의 두께는 20nm 내지 500nm 범위일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 적층된 제1 유전층; 상기 제1 유전층 상에 적층된 제1 산화 바나듐층; 상기 제1 산화 바나듐층 상에 적층된 제2 유전층; 상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 산화 바나듐층; 및 상기 제2 산화 바나듐층 상에 적층된 제3 유전층을 포함하고, 상기 제1 산화 바나듐층 및 상기 제2 산화 바나듐층은 서로 다른 전이 온도를 가지는 패널을 제공한다.

여기서 상기 제3 유전층 상에 적층된 추가 투명 기판을 더 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1 산화 바나듐층 및 상기 제2 산화 바나듐층은 바나듐과 산소의 화학 양론비가 1:2인 산화 바나듐인 이산화바나듐 또는 2:5인 산화 바나듐인 오산화 바나듐을 포함할 수 있다.

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여기서 상기 제1 산화 바나듐층과 상기 제2 산화 바나듐층은 서로 다른 양의 금속 첨가물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 산화 바나듐층은 제1 량(amount) 금속 첨가물을 포함하며, 상기 제2 산화 바나듐층은 제2 량(amount)의 금속 첨가물을 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1 산화 바나듐층과 상기 제2 산화 바나듐층은 서로 다른 종류의 금속 첨가물을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 산화 바나듐층은 제1 종류(type)의 금속 첨가물을 포함하며, 상기 제2 산화 바나듐층은 제2 종류(type)의 금속 첨가물을 포함할 수 있다.

여기서 상기 제1 산화 바나듐층은 1.8 at. % 내지 2.5 at. %의 텅스텐(W)과 98.2 at. % 내지 97.5 at. % 의 바나듐(V) 및 산소(O) 99 at. % 내지 98.5 at. %의 바나듐(V) 및 산소(O)를 포함할 수 있다. 를 포함하며, 상기 제2 산화 바나듐층은 1 at. % 내지 1.5 at. %의 텅스텐(W)과

여기서 상기 제1 산화 바나듐층 또는 상기 제2 바나듐층의 두께는 20nm 내지 500nm 범위일 수 있다.

여기서 상기 제1 유전층, 상기 제2 유전층 또는 상기 제3 유전층은 이산화 티타늄(TiO₂)으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널을 사용하여 제조된 창 유리를 통해 실내로 들어오는 적외선의 양을 효율적으로 조절함으로써 쾌적한 실내 환경을 유지하고, 냉난방에 필요한 소비 에너지를 절약할 수 있다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널의 단면도이다.
도 2는 투명 기판 상에 제1 유전층, 산화 바나듐층 및 제2 유전층을 순서대로 적층한 패널의 광 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 투명 기판 상에 제1 유전층, 제1 산화 바나듐층, 제2 유전층, 제2 산화 바나듐층 및 제3 유전층을 적층한 패널의 광 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4A 및 도 4B는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널의 단면도이다.
도 5는 이산화 바나듐(VO₂)층에 포함된 텅스텐(W) 함유량과 이산화 바나듐층의 전이 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 대한 써모크로믹층을 포함하는 패널에 대해 설명하기로 한다.

도 1A 및 도 1B는 본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널의 단면도를 도시한 것이다.

도 1A 및 도 1B을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 패널은 투명 기판(예를 들어, 유리 기판)(10), 복수의 유전층(21, 22, 23) 및 복수의 써모크로믹층(31, 32)을 포함한다.

일 실시 예로 투명 기판(10)은 창 유리(window pane)로 사용되는 편평한 기판이며, 유리 또는 그 밖의 적합한 투명성, 평활성을 가지는 기판이 사용될 수 있다. 투명 기판(10)을 형성하는 물질, 두께, 크기, 형태 또는 요구되는 특성은 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 투명 기판 (10)은 창 유리로 사용하기 위하여 유리(glass) 외에도 투명한 물질을 포함하는 것이면 된다. 예를 들어, 투명 기판(10)은 ITO(Indium Tin Oxide) 기판, ITO 기판 상에 발색 물질(예를 들어, 니켈옥사이드(NiO), 크롬옥사이드(Cr₂O₃), 코발트옥사이드(CoO))을 증착한 기판, 폴리에스테르(polyester), 폴리설폰(polysulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리아마이드(polyamide), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸펜탄(polymethylpentane), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate) 또는 폴리비닐염화물(polyvinylchloride) 의 폴리머 필름 또는 폴리머 필름 상에 발색 물질(예를 들어, 니켈옥사이드(NiO), 크롬옥사이드(Cr₂O₃), 코발트옥사이드(CoO))을 증착한 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 투명 기판(10)에는 써모크로믹층의 적층을 용이하게 하기 위하여 표면 처리를 행할 수 있다.

유전층(21, 22, 23)은 투명 기판(10)과 써모크로믹층(예를 들어, 산화 바나듐층)(31) 사이에 위치하거나, 써모크로믹층들 (예를 들어, 산화 바나듐층들) (31, 32) 사이에 위치한다. 유전층(21, 22, 23)은 산화 바나듐층을 형성할 때 산화 바나듐층의 격자 구조가 무질서해짐으로써 발생하는 문제점을 해결한다. 또한 유전층(21, 22, 23)은 패널의 내구성을 증가시킨다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 투명 기판(10) 상에 유전층(21)으로 버퍼층 (buffer layer)를 형성하고 그 유전층(21) 상에 산화 바나듐층(31)을 형성함으로써, 산화 바나듐의 결정화를 용이하게 하는 효과가 있다.

유전층(21, 22, 23)은 하나 이상의 다양한 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 유전층(21, 22, 23)을 형성하는 방법의 예로 CVD(chemical Vapor deposition), 스퍼터링(sputtering) 또는 코팅(coating)과 같은 방법이 있을 수 있다.

써모크로믹층(31, 32) 은 전이 온도(transition temperature)에서 금속-반도체 상전이 현상(MIT, metal insulator transition)이 일어나는 특징이 있다. 즉, 주변 온도가 써모크로믹층(31, 32)의 전이 온도보다 높은 경우 써모크로믹층(31, 32)은 적외선을 차단 또는 반사한다. 주변 온도가 써모크로믹층(31, 32)의 전이 온도보다 낮은 경우 써모크로믹층(31, 32)은 적외선을 투과한다.

써모크로믹층(31, 32)은 산화 바나듐(VxOy)을 포함할 수 있으며, 산화 바나듐 외에도 전이 온도 안팎에서 적외선 투과율이 현저하게 변화하는 재료라면 어느 것이든 사용할 수 있다. 써모크로믹층(31, 32)은 하나 이상의 다양한 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 써모크로믹층(31, 32)을 형성하는 방법의 예로 CVD(chemical Vapor deposition), 스퍼터링(sputtering) 또는 코팅(coating)과 같은 방법이 있을 수 있다.

도 1A을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널은 투명 기판(예를 들어, 유리 기판) (10), 투명 기판 (10) 위에 적층된 제1 유전층(21), 상기 제1 유전층(21) 위에 적층된 제1 써모크로믹층 (예를 들어, 산화 바나듐층) (31), 상기 제1 써모크로믹층(31)위에 적층된 제2 유전층(22), 상기 제2 유전층(22) 위에 적층된 제2 써모크로믹층(32) (예를 들어, 산화 바나듐층) 및 상기 제2 써모크로믹층(32) 위에 적층된 제3 유전층(23)을 포함한다.

도 1B를 참고하면, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널은 도 1A의 제3 유전층(23) 위에 적층된 추가 투명 기판(예를 들어, 유리 기판)(10`)를 더 포함한다. 상기 추가 투명 기판(10`)은 투명 기판(10)과 동일한 물질로 형성되거나, 상이한 물질로 형성될 수 있다.

각각의 제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 및 제3 유전층(23)은 산화 탄타늄(Ta₂O₅), 산화 아연(ZnO), 산화 주석(SnO₂), 산화 니오브(Nb₂O₅), 산화 티타늄(TiO), 이산화 티타늄(TiO₂) 또는 상기 산화물의 화합물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한 이외에도 각각의 제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 및 제3 유전층(23)은 실리콘옥시나이트라이드(SiON), 실리콘옥시카바이드(SiOC) 또는 실리콘다이옥사이드(SiO₂)등과 같은 실리콘 화합물중 어느 하나 이상을 포함할 수도 있다.

제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 및 제3 유전층(23)은 동일한 재료로 형성될 수 있고, 서로 다른 재료로 형성될 수도 있다. 또한 각각의 제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 및 제3 유전층(23)은 복수의 산화물을 포함하는 층으로 구성될 수도 있다.

산화 티타늄(TiO) 또는 이산화 티타늄(TiO₂)은 광촉매(photo catalyst)의 일종으로 내구성 및 내 마모성이 뛰어나다. 유전층을 산화 티타늄 또는 이산화 티타늄을 사용하여 제조한 경우 경제성이 있으며, 안정성(stable)을 가지는 특징이 있다. 또한 광학 설계를 통하여 유전층을 다층구조(multi-layer structure)로 제작했을 경우, 산화 티타늄 또는 이산화 티타늄은 반사 방지 (anti-reflection) 기능을 함으로써, 광 투과율을 향상 시킬 수 있다.

제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 또는 제3 유전층(23) 각각의 두께는 수십 nm 내지 수백 nm 로 형성할 수 있다. 그러나 제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 또는 제3 유전층(23) 각각의 두께는 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 조절할 수 있다.

제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32)은 바나듐과 산소의 화학 양론비(chemical stoichiometric ratio)가 1:2 인 이산화 바나듐 VxOy (x:y =1 : 2), 산화 바나듐 VOx(x<2) 또는 오산화 바나듐 VxOy (x:y =2 : 5)을 포함할 수 있다. 산화 바나듐 VOx(x<2)을 포함하는 이유는 산화 바나듐이 균질한 구조에서는 이산화 바나듐 VxOy (x:y =1 : 2)으로 존재하나, 불균질한 구조에서는 바나듐이 비교적 적게 산화되어 있고, 경우에 따라서는 금속 원자 상태의 바나듐 원자를 그대로 포함하고 있을 수 있기 때문이다.

제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32)은 동일한 재료로 형성될 수도 있고, 서로 다른 재료로 형성될 수도 있다. 또한 제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32) 각각은 여러 종류의 산화 바나듐을 포함할 수도 있다.

특히 이산화 바나듐(VO₂)의 경우 약 68°C의 전이 온도를 가지는 것으로 알려져 있다. 즉 이산화 바나듐(VO₂)은 68°C 보다 높은 온도에서 금속적인 상태를 가지며, 적외선을 차단 또는 반사한다. 또한 이산화 바나듐은 68°C 보다 낮은 온도에서 반도체적인 상태를 가지며 적외선을 투과한다.

제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32) 각각의 두께는 20nm 내지 500nm로 형성할 수 있다. 제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32)의 두께가 20nm 미만인 경우에는 적외선의 투과율은 증가하나, 전이 온도 이상에서 금속과 같은 성질을 띠어 적외선의 투과를 막는 써모크로믹 효과를 얻기가 어렵다. 제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32)의 두께가 500nm 초과인 경우에는 써모크로믹 효과와 관계없이 광 투과율이 저하되는 문제가 있으며, 투명 기판(10) 상에 제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32)을 형성할 때 결정화가 어려운 문제가 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 유전층(21), 제2 유전층(22) 및 제3 유전층(23) 사이에 제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32)이 적층되어 투명 기판(예를 들어, 유리 기판)(10)상에 형성된 패널을 개시한다. 왜냐하면, 제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32)을 구성하는 산화 바나듐(VxOy)은 유리 기판과 결정성이 맞지 않다. 따라서 제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32)을 유리 기판 상에 수십 nm 내지 수백 nm로 얇게 성막해서는 써모크로믹 효과를 얻을 수 있는 결정 상태를 이루기 어려운 문제점이 있다. 그렇다고 해서 제1 써모크로믹층(31) 또는 제2 써모크로믹층(32)을 두께를 너무 두껍게 형성하면 상술한 바와 같이 광 투과율이 종래 대비 5% 이하로 낮아져서, 상기 패널을 창 유리로 사용하기 위한 가치가 떨어지는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널은 복수의 유전층(21, 22, 23)을 도입함으로써, 제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32)을 구성하는 산화 바나듐(VxOy)의 결정 구조를 유지하면서, 패널의 내구성을 증가시킨 특징이 있다. 구체적으로, 제1 유전층(21)은 투명 기판(10)과 제1 써모크로믹층(31) 사이에 위치하며, 제2 유전층(22)은 제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32) 사이에 위치하여 써모크로믹층을 형성할 때 산화 바나듐(VxOy)의 결정화를 용이하게 하는 특징이 있다. 또한 제3 유전층(23)은 최외층에 위치하여 유해 환경으로부터 써모크로믹층을 보호하며 반사 방지막의 역할을 하여 광 투과율을 향상시키는 역할도 한다.

도 2는 투명 기판 상에 제1 유전층, 산화 바나듐층 및 제2 유전층을 순서대로 적층한 패널의 광 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 3은 투명 기판(10) 상에 제1 유전층(21), 제1 산화 바나듐층(31), 제2 유전층(22), 제2 산화 바나듐층(32) 및 제3 유전층을(23) 적층한 패널의 광 투과율을 나타낸 그래프이다.

도 2를 참조하면, 투명 기판상에 제1 유전층, 산화 바나듐층 및 제2 유전층을 적층한 경우(이하, 케이스 1)의 전이 온도 전후에서 적외선 영역의 광 투과율을 알 수 있다. 케이스 1에서 제1 유전층 및 제2 유전층은 이산화 티타늄(TiO₂)을 사용하였으며, 산화 바나듐층은 전이 온도가 약 68°C 내외인 이산화 바나듐(VO₂)을 사용하였다. 또한 각 층의 두께는 제1 유전층 및 제2 유전층 각각이 약 130nm이며, 산화 바나듐층은 약 50nm로 형성하였다.

케이스 1은 1000nm 파장에서 전이 온도 이하인 경우(20°C)에 약 65%의 광 투과율을 보이며, 전이 온도 이상인 경우 (100°C)에 약 63.5%의 광 투과율을 보인다. 따라서, 전이 온도 전후의 투과율 차는 약 1.5%이다. 케이스 1은 1500nm 파장에서 전이 온도 이하인 경우(20°C)에 약 60% 의 광 투과율을 보이고, 전이 온도 이상인 경우 (100°C)에 약 47% 의 광 투과율을 보인다. 따라서 전이 온도 전후의 투과율 차가 약 13%이다.

도 3은 투명 기판 상에 제1 유전층, 제1 산화 바나듐층, 제2 유전층, 제2 산화 바나듐층 및 제3 유전층을 적층한 경우(이하, 케이스 2) 전이 온도 전후에서 적외선 영역의 광 투과율을 알 수 있다. 케이스 2에서 제1 유전층 내지 제3 유전층은 이산화 티타늄(TiO₂)을 사용하였으며, 제1산화 바나듐층 및 제2산화 바나듐층은 전이 온도가 약 68°C 내외인 이산화 바나듐(VO₂)을 사용하였다. 또한 제1 유전층 내지 제3 유전층의 두께는 약 130nm이며, 제1산화 바나듐층 및 제2산화 바나듐층의 두께는 약 50nm로 형성하였다.

케이스 2는 1000nm 파장에서 전이 온도 이하인 경우(20°C)에 약 62% 의 광 투과율을 보이고, 전이 온도 이상인 경우 (100°C)에 약 45% 의 광 투과율을 보인다. 따라서 전이 온도 전후의 투과율 차가 약 17%이다. 케이스 2는 1500nm 파장에서 전이 온도 이하인 경우(20°C)에 약 80% 의 투과율을 보이고, 전이 온도 이상인 경우 (100°C)에 약 48% 의 광 투과율을 보인다. 따라서 전이 온도 전후의 투과율 차가 약 32%이다.

상기 결과를 표로 정리하면 표 1과 같다.

	전이온도 전후의 투과율 차
파장	1000nm	1500nm
케이스1	1.5%	13%
케이스2	17%	32%

태양 복사 스펙트럼(solar radiation spectrum)에서 파장이 700nm 이상은 적외선 영역으로 분리된다. 적외선 영역 중에서 파장이 780nm 내지 1000nm인 적외선 영역은 파장이 1000nm 내지 2500nm 인 적외선 영역보다 강도(Intensity)가 크다. 따라서 광 투과율을 조절하여 에너지를 효율적으로 소비하기 위해서는 1000nm 전후 범위의 적외선 투과율을 제어를 하는 것이 효과적이다.

표 1을 참조하면, 케이스 2는 1000nm 파장 범위에서 전이 온도 전후의 적외선 투과율의 차이가 크다. 즉, 케이스 2는 전이 온도를 전후하여 적외선의 반사 및 투과가 케이스 1에 비하여 확실하게 일어나는 것으로 판단할 수 있다. 상술한 바와 같이 써모크로믹층은 주변온도가 전이 온도 보다 높은 경우 금속성을 띄게 되고 써모크로믹층의 표면에서 적외선을 차단 및 반사하게 된다. 케이스 2는 케이스 1에 비하여 적외선을 차단 및 반사하는 써모크로믹 표면이 더 많이 존재한다. 결국 케이스 2는 주변 온도가 전이 온도보다 높을 때 적외선을 차단 및 반사하는 효율이 케이스 1 보다 좋다. 따라서 케이스 2를 사용하여 창 유리를 제작할 경우, 주변 온도가 전이 온도보다 높은 경우 적외선이 실내로 투과하는 것을 보다 효율적으로 막을 수 있다. 이로부터, 실내의 온도 제어가 용이하고, 냉난방에 필요한 에너지의 소비를 절약할 수 있는 특징이 있다.

도 4A 및 도 4B는 본 발명의 다른 실시 예에 대한 써모크로믹층을 포함하는 패널의 단면도이다.

도 4A에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 의한 패널은 도 1A 및 도 1B에 도시된 패널과 비교하여 제1 써모크로믹층(31) 및 제2 써모크로믹층(32)을 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)으로 한정하며, 상기 제1 산화 바나듐층 (31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)의 전이 온도를 시프트 시키기 위하여 특정 원소를 포함시키는 것에 특징이 있다. 그러나 투명 기판(예를 들어, 유리 기판)(10) 위에 복수의 산화 바나듐층(31a, 32a)과 복수의 유전층(21, 22, 23)이 교대로 적층된 구조는 동일하다.

도 4B는 도 4A에 도시된 제3 유전층(23) 위에 적층된 추가 투명 기판(예를 들어, 유리 기판)(10`)를 더 포함한다.

도 1A 및 도 1B를 참조하여 설명하였던 본 발명의 실시 예에 의한 구성요소와 대응되는 구성요소는 상기 실시 예에서 설명한 바와 동일 또는 유사한 기능을 수행하므로, 이에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)에는 전이 온도를 변화시키기 위하여 하나 이상의 원소 또는 요소가 첨가될 수 있다. 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)에는 동일한 종류의 원소 또는 요소가 각 층에 동일한 비율 또는 서로 다른 비율로 첨가 될 수 있다. 이에 한정되지 않고 제1산화 바나듐층(31a) 또는 제2산화 바나듐층(32a)에는 각 층에 서로 다른 원소 또는 요소가 각 층에 동일한 비율 또는 서로 다른 비율로 첨가될 수도 있다.

첨가하는 원소 또는 요소는 불소(F)를 포함하는 할로겐(halogen) 그룹, 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb), 몰리브데늄 (Mo), 이리듐(Ir), 텅스텐(W) 과 같은 금속 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 원소 또는 요소일 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않으며, 첨가하는 원소는 바나듐(V)의 원자 반지름보다 큰 원자 반지름을 가진 것 이면 가능하다. 여기서 상기 금속 그룹으로부터 선택되는 원소 또는 요소는 금속 첨가물(metal additive) 또는 도판트(dopant)로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 제1산화 바나듐층(31a) 또는 제2산화 바나듐층(32a)에 일 실시 예로 할로겐을 첨가할 수 있으며, 다른 실시 예로 금속을 첨가할 수 있다. 추가적인 실시 예로 할로겐과 금속을 모두 첨가할 수도 있다.

제1 및 제2 산화 바나듐층(31a, 32a) 에 불소(F)를 포함하는 할로겐 그룹, 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb), 몰리브데늄 (Mo), 이리듐(Ir), 텅스텐(W) 과 같은 금속 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 원소 또는 요소를 첨가할 경우, 산화 바나듐의 전이 온도를 조절할 수 있는 특징이 있다. 특히 산화 바나듐의 전이 온도를 실온 부근까지 낮출 수 있어 산화 바나듐층을 포함한 패널을 창 유리로 사용할 수 있는 효과가 있다.

첨가하는 원소의 종류 및 함량은 전이 온도의 변화 특성과 연관시켜 결정한다. 자세한 사항은 하기 도 5와 표 2을 참조하여 설명한다.

도 5는 이산화 바나듐(VO₂)층에 포함된 텅스텐(W) 함유량과 이산화 바나듐층의 전이 온도 변화를 근사적으로 나타낸 그래프이다.

표 2는 도 5에 도시된 텅스텐(W) 함유량과 전이 온도의 값을 구체적으로 기재한 것이다.

텅스텐(W) 함유량 (at. %)	텅스텐(W)이 함유된 이산화 바나듐(VO₂)층의 전이 온도 (°C)
0.00	60.71
0.30	60.06
0.73	45.88
0.88	47.35
1.39	33.82
1.78	27.65
1.88	19.50
2.59	7.65

이산화 바나듐의 전이 온도는 약 68°C 이므로, 일 실시 예에 의하여 일상 생활에서 써모크로믹 특성을 발현하기 위해서는 이산화 바나듐의 전이 온도가 적어도 약 50°C 또는 그 이하로 시프트 되어야 한다. 도 5 및 표 2에 나타난 바와 같이 이산화 바나듐층이 텅스텐(W)을 약 1.88 at.% (atomic %)함유하는 경우 이산화 바나듐층의 전이 온도가 약 20°C 내외까지 낮아지는 것을 확인할 수 있다.

도 4A 및 도 4B에 도시된 본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층을 포함하는 패널은 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)에 1 at.% 내지 2.5 at.%의 텅스텐을 첨가하여 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)의 전이 온도를 약 20°C 내지 35°C 부근으로 조절할 수 있다. 이 때 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)의 잔부 at%는 바나듐 원자(V) 및 산소 원자(O)로 구성된다. 본 발명의 실시 예에 의하면 제1 산화 바나듐층(31a)과 제2 산화 바나듐층(32a)이 서로 다른 전이 온도를 가지도록 할 수 있다. 예를 들어 제1 산화 바나듐층(31a)에 1.8 at.% 내지 2.5 at.%의 텅스텐(W)을 첨가하여 전이 온도를 약 20°C 내외로 조절할 수 있다. 또한 제2 산화 바나듐층(32a)에는 1 at.% 내지 1.5 at.%의 텅스텐(W)을 첨가하여 전이 온도를 약 30°C 이상으로 조절할 수 있다. 이 때, 제1 산화 바나듐층(31a) 및 제2 산화 바나듐층(32a)의 잔부 at%는 바나듐 원자(V) 및 산소 원자(O)로 구성된다.

일반적으로 기온이 낮은 겨울철에는 실내로 적외선을 많이 받아들이기를 원하므로, 높은 전이 온도를 가지는 써모크로믹층을 포함하는 패널이 필요하다. 기온이 높은 여름철에는 실내로 적외선이 들어오는 것이 원치 않으므로 낮은 전이 온도를 가지는 써모크로믹층을 포함하는 패널이 필요하다. 구체적으로, 외부 기온이 x°C일 때, 창유리로 설치된 패널의 온도가 (x + a)°C까지 상승할 수 있다고 볼 때(여기서 x 및 a는 정수, 예를 들어 a=20), 패널에 포함된 써모크로믹 층의 전이 온도는 (x + a)°C 전후에서 결정되어야 할 것이다. 예를 들어, 겨울철에는 실내로의 적외선 투과율을 높이기 위하여 전이온도가 (x + a)°C보다 높은 써모크로믹 층을 포함하는 패널이 필요하다. 유사하게 여름철에는 실내로의 적외선 투과율을 낮추기 위하여 전이온도가 (x + a)°C보다 낮은 써모크로믹 층을 포함하는 패널이 필요하다.

도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이 제1 유전층(21), 제1 산화 바나듐층(31a), 제2 유전층(22), 제2 산화 바나듐층(32a), 제3 유전층(23)을 적층한 구조에서 제1 산화 바나듐층(31a)과 제2 산화 바나듐층(32a)의 전이 온도를 다르게 설정함으로써 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다. 예를 들어, 제1 산화 바나듐층(31a)의 전이 온도는 높게 설정하고, 제2 산화 바나듐층(32a)의 전이 온도는 낮게 또는 유사하게 설정하여 패널을 제조한다. 이 경우, 겨울철에는 많은 양의 적외선을 실내로 유입시키고, 여름철에는 대부분의 적외선을 반사시켜 실내 온도를 외부 온도와 관계없이 일정하게 유지시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 써모크로믹층이 포함된 패널을 사용하여 제조된 창 유리를 통해 실내로 들어오는 적외선의 양을 효율적으로 조절함으로써 쾌적한 실내 환경을 유지하고, 냉난방에 필요한 소비 에너지를 절약할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 투명 기판
10` : 추가 투명 기판
21 : 제1 유전층
31 : 제1 써모크로믹층
22 : 제2 유전층
32 : 제2 써모크로믹층
23 : 제3 유전층
31a : 제1 산화 바나듐층
32a : 제2 산화 바나듐층

Claims

투명 기판;
상기 투명 기판 상에 형성된 복수의 써모크로믹층; 및
상기 복수의 써모크로믹층과 교대로 적층된 복수의 유전층;을 포함하고,
상기 복수의 써모크로믹층은 제1 써모크로믹층 및 제2 써모크로믹층을 포함하며,
상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 전이 온도를 갖는 패널.
제1항에 있어서
상기 복수의 써모크로믹층은 산화바나듐을 포함하는 패널.
제2항에 있어서
상기 산화바나듐은 바나듐과 산소의 화학 양론비가 1:2 또는 2:5인 패널.
제2항에 있어서
적어도 하나의 상기 써모크로믹층은 할로겐을 포함하는 패널.
제4항에 있어서
상기 할로겐은 불소(F)를 포함하는 패널.
제2항에 있어서
적어도 하나의 상기 써모크로믹층은 금속 첨가물을 포함하는 패널.
제6항에 있어서
상기 금속 첨가물은 티타늄(Ti), 나이오븀(Nb), 몰리브네듐(Mo), 이리듐(Ir), 텅스텐(W) 및 그 화합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 패널.
제6항에 있어서
상기 금속 첨가물은 도판트인 패널.
제1항에 있어서
상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 양의 금속 첨가물을 포함하는 패널.
제1항에 있어서
상기 제1 써모크로믹층과 상기 제2 써모크로믹층은 서로 다른 종류의 금속 첨가물을 포함하는 패널.
제1항에 있어서
상기 투명 기판은 유리, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 폴리머 필름 및 그 화합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 패널.
제1항에 있어서
적어도 하나의 상기 유전층은 산화탄타늄(Ta₂O₅), 산화아연(ZnO), 산화 주석(SnO₂), 산화나이오븀(Nb₂O₅), 산화티타늄(TiO), 이산화티타늄(TiO₂), 실리콘옥시나이트라이드(SiON), 실리콘옥시카바이드(SiOC), 실리콘 다이옥사이드(SiO₂) 및 그 화합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 패널.
제1항에 있어서
상기 복수의 유전층은
상기 유전층 각각이 서로 다른 물질로 이루어진 패널.
제1항에 있어서
상기 써모크로믹층 각각의 두께는 20nm 내지 500nm 범위인 패널.
투명 기판;
상기 투명 기판 상에 적층된 제1 유전층;
상기 제1 유전층 상에 적층된 제1 산화 바나듐층;
상기 제1 산화 바나듐층 상에 적층된 제2 유전층;
상기 제2 유전층 상에 적층된 제2 산화 바나듐층; 및
상기 제2 산화 바나듐층 상에 적층된 제3 유전층을 포함하고,
상기 제1 산화 바나듐층 및 상기 제2 산화 바나듐층은 서로 다른 전이 온도를 가지는 패널.
제15항에 있어서
상기 제3 유전층 상에 적층된 추가 투명 기판을 더 포함하는 패널.
제15항에 있어서
상기 제1 산화 바나듐층 및 상기 제2 산화 바나듐층은
바나듐과 산소의 화학 양론비가 1:2 또는 2:5인 산화 바나듐을 포함하는 패널.
삭제
제15항에 있어서
상기 제1 산화 바나듐층과 상기 제2 산화 바나듐층은 서로 다른 양의 금속 첨가물을 포함하는 패널.
제15항에 있어서
상기 제1 산화 바나듐층과 상기 제2 산화 바나듐층은 서로 다른 종류의 금속 첨가물을 포함하는 패널.
제15항에 있어서
상기 제1 산화 바나듐층은 1.8 at. % 내지 2.5 at. %의 텅스텐과 98.2 at. % 내지 97.5 at. % 의 바나듐 및 산소를 포함하며,
상기 제2 산화 바나듐층은 1 at. % 내지 1.5 at. %의 텅스텐과 99 at. % 내지 98.5 at. %의 바나듐 및 산소를 포함하는 패널.
제15항에 있어서
상기 제1 산화 바나듐층 또는 상기 제2 바나듐층의 두께는 20nm 내지 500nm 범위인 패널.
제15항에 있어서
상기 제1 유전층, 상기 제2 유전층 또는 상기 제3 유전층은 이산화 티타늄(TiO₂)으로 이루어진 패널.