KR101279397B1 - 써모크로믹 유리 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 써모크로믹 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리기판과 써모크로믹 박막 사이에 시드층을 갖는 써모크로믹 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 유리 기판, 유리 기판 상에 위치하는 시드층(Seed Layer), 및 시드층 상에 위치하는 써모크로믹(thermochromic) 박막을 포함하여 이루어지고, 시드층은 써모크로믹 박막의 XRD 피크값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리를 제공한다.

Description

써모크로믹 유리 및 그 제조방법{THERMOCHROMIC GLASS AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 써모크로믹 유리 및 그 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 유리기판과 써모크로믹 박막 사이에 시드층을 갖는 써모크로믹 유리 및 그 제조방법에 관한 것이다.
써모크로미즘(thermochromism) 이란 어떤 천이금속 (transition metal)의 산화물 및 황화물이 특정한 온도(Tc ， transition temperature, 이하 천이온도)를 전·후하여 그 결정구조가 바뀌어서 물리적 성질(전기전도도 및 적외선 투과율)이 급격히 변하는 현상을 말한다. 이와 같은 써모크로믹(thermochromic) 효과를 지닌 박막을 유리 위에 입히면 유리가 어떤 일정한 온도 이상이 되면 가시광선은 들어오지만 근적외선 및 적외선이 차단되어 실내온도가 상승하지 않게 되는 “Smart Window"를 만들 수 있게 되어 자동차의 유리창이나 건물의 창문에 응용하면 에너지 절약에 큰 효과를 가질 수 있다. 써모크로믹 효과를 나타내는 재료에는 여러 가지 천이금속의 산화물과 황화물이 있으나 그 중에서 이산화바나늄(VO2)은 그 천이온도가 68℃로써 비교적 실용 가능한 온도에 가까워 많은 연구가 진행 중이다.
이러한 VO2 박막은 증착된 그대로의 상태에서는 써모크로믹 효과를 나타내지 않기 때문에 이 박막을 결정화시켜야 하는데, 이를 위해 유리 기판을 고온으로 가열하여 코팅하거나, 바나늄 금속을 코팅한 후에 어닐링(post annealing)하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 유리 기판을 고온으로 가열하여 코팅하는 방법은 건축용 유리에서 통상 사용되는 소다라임계 유리(Soda-Lime Glass)내의 나트륨(Na) 이온이 코팅온도의 영향을 받는 문제점이 있다. 특히 350℃ 이상의 고온에서 나트륨 확산(Sodium Diffusion)이 발생하여 써모크로믹 박막의 특성을 악화시킨다.
또한, 포스트 어닐링(post annealing)하는 방법은 어닐링을 위한 추가 공정이 필요하고 써모크로믹 유리가 다층 박막으로 제작된 경우 상호 확산(Cross Diffusion)에 의해 써모크로믹 박막의 상전이 발생시 상전이 온도가 영향을 받는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용하여 유리기판과 써모크로믹 박막 사이에 시드층을 갖는 써모크로믹 유리를 제조함으로써, 써모크로믹 박막의 결정성을 향상시키고, 써모크로믹 박막의 결정화 등의 추가적인 공정이 필요 없으며 350℃　이하의 저온 공정으로 제조 가능한 써모크로믹 유리 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 유리 기판; 상기 유리 기판 상에 위치하는 시드층(Seed Layer); 및 상기 시드층 상에 위치하는 써모크로믹(thermochromic) 박막을 포함하여 이루어지고, 상기 시드층은 상기 써모크로믹 박막의 XRD 피크값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리를 제공한다.
여기서, 상기 시드층 및 상기 써모크로믹 박막은 스퍼터링(sputtering)법에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 써모크로믹 박막이 이산화바나늄(VO2)으로 이루어지고 상기 시드층은 알루미나(Al2O3)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 써모크로믹 박막과 상기 시드층은 각각 70~90㎚, 20~40㎚의 두께로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 유리 기판을 준비하는 단계; 상기 유리 기판 상에 시드층을 형성하는 단계; 및 상기 시드층 상부에 써모크로믹 박막을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 시드층은 상기 써모크로믹 박막의 XRD 피크값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 써모크로믹 박막이 이산화바나늄(VO2)로 이루어지고 상기 시드층은 알루미나(Al2O3)로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 스퍼터링 방법으로 유리기판과 써머크로믹 박막 사이에 시드층을 갖는 써모크로믹 유리를 제조함으로써, 써모크로믹 박막의 결정성을 향상시키고, 유리기판이 소다라임계 유리 기판인 경우 시드층이 유리 기판의 나트륨 확산을 막는 나트륨 장벽(Sodium Barrier) 역할을 하여 써모크로믹 박막의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 저굴절의 써모크로믹 박막과 고굴절의 시드층이 교대로 적층됨으로써 써모크로믹 유리의 광학적 특성을 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 써모크로믹 박막의 결정화를 위한 추가공정이 필요 없으며 350℃ 이하의 공정에서 박막을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 써모크로믹 유리의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미나 시드층을 갖는 써모크로믹 유리의 XRD 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 써모크로믹 유리 제조방법을 나타내는 개략적인 흐름도.
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 써모크로믹 유리의 단면을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 유리는 유리 기판, 유리 기판 상에 위치하는 시드층 및 시드층 상에 위치하는 써모크로믹 박막을 포함하여 구성될 수 있다.
유리 기판(100)은 시드층(200) 및 써모크로믹 박막(300)을 증착하기 위한 기재로서, 일반적으로 소다라임계 유리가 사용된다.
시드층(200)은 써모크로믹 박막(300)의 결정성이 향상되도록 하기 위해 유리 기판(100)상에 증착되는 층으로 써모크로믹 박막(300)의 구성물질과 결정구조 및 격자상수가 유사한 물질로 구성된다. 이는 다층 박막 형성의 경우, 하부 박막의 결정구조가 상부 박막의 결정성에 영향을 주는 효과를 이용함으로써 써모크로믹 박막의 하부층에 써모크로믹 박막과 결정구조 및 격자상수가 유사한 물질을 증착하여 써모크로믹 박막의 결정성이 향상되도록 하기 위한 것이다.
또한, 시드층(200)은 고온에서의 써모크로믹 증착시 일반적으로 사용되는 소다라임계 유리 기판(100)에서 써모크로믹 박막(300)으로의 나트륨 확산을 방지하는 나트륨 장벽 역할을 수행함으로써, 나트륨 확산에 의한 써모크로믹 박막(300)의 특성 악화를 방지하고, 써모크로믹 박막(300)의 신뢰성을 확보할 수 있다.
써모크로믹 박막(300)은 유리 기판에 투과되는 빛의 광량, 특히 적외선의 투과를 제어하기 위하여 시드층(200) 상에 써모크로믹 현상을 일으키는 물질은 증착시킴으로서 얻어질 수 있다. 즉, 써모크로믹 물질은 특정 온도에서 천이 현상이 발생하며, 이러한 써모크로믹 현상에 의해서 써모크로믹 물질의 색이 가역적으로 변화되므로 이러한 써모크로믹 물질을 유리 기판 표면상에 피복시키면, 상기 유리 기판의 표면은 특정의 온도에서 유색의 물질로 코팅 처리한 효과를 나타내며 이에 의해서 유리 기판을 통하여 투과하는 빛의 광량을 제어할 수 있다.
써모크로믹 박막(300)은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 써모크로믹 박막(300)이 이산화바나늄(VO2)으로 이루어지는 경우 시드층(200)은 이산화바나늄과 격자상수가 유사한 알루미나(Al2O3)로 이루어질 수 있고, Al2O3의 결정성이 극대화된 사파이어 기판이 사용될 수도 있을 것이다.
또한, 써모크로믹 박막(300)과 시드층(200)은 각각 70~90㎚, 20~40㎚의 두께로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 써모크로믹 박막(300)과 시드층(200)은 각각 80㎚, 30㎚의 두께를 갖도록 구성될 수 있을 것이다.
상술한 시드층 및 써모크로믹 박막은 스퍼터링 방법에 의해 형성될 수 있다.
스퍼터링 방법이란 이온화된 전자(Ar)를 전기장에 의해 가속시켜 박막재료(source material)에 충돌시킴으로써 박막재료의 원자들을 튀어나오게 하고 이 튀어나온 원자들을 기판에 증착시키는 방법이다. 본 발명에서 시드층 및 써모크로믹 박막을 스퍼터링 방법에 의해 증착함으로써, 기존의 스퍼터링 이외의 방법에 의한 증착보다 저온에서의 박막 제조가 가능하다. 즉, 스퍼터링 방법에 의함으로써 350℃ 이하의 저온 공정에서 박막의 제조가 가능하여 고온 공정에 의한 박막간 상호확산이나 유리 기판의 나트륨 확산을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미나 시드층을 갖는 써모크로믹 유리의 XRD(X-ray Diffraction) 그래프이다.
도 2를 참조하면 알루미나 시드층을 갖는 써모크로믹 유리는 시드층이 없는 써모크로믹 유리에 비해 XRD 피크값이 증가되었음을 알 수 있다. 즉 써모크로믹 박막의 결정성이 시드층이 없는 써모크로믹 유리에 비해 향상되었음을 알 수 있다.
또한, [표 1]은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 유리와 기존의 써모크로믹 유리의 XRD Peak intensity를 비교한 비교표이다.
Figure 112011035610944-pat00001
[표 1]에 나타난 바와 같이, 30㎚의 알루미나 시드층 및 80㎚의 써모크로믹 박막을 갖는 써모크로믹 유리는 시드층이 없는 써모크로믹 유리에 비해 약 3.4 배의 XRD Peak intensity를 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 유리는 저굴절의 써모크로믹 박막과 고굴절의 시드층이 교대로 적층됨으로써 써모크로믹 유리의 광학적 특성을 개선시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 유리 제조방법을 나타내는 개략적인 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선 유리 기판을 준비한 후, 스퍼터링 방법에 의해 유리 기판 상에 써모크로믹 박막과 결정구조 및 격자상수가 유사한 시드층을 형성하고, 이후 시드층 상에 써모크로믹 박막을 형성하여 써모크로믹 유리를 제조한다.
이때, 써모크로믹 박막이 이산화바나늄(VO2)로 이루어지는 경우 시드층은 산화 알루미나(Al2O3) 또는 사파이어 기판으로 이루어질 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 : 유리 기판 200 : 시드층
300 : 써모크로믹 박막

Claims (7)

  1. 유리 기판;
    상기 유리 기판 상에 위치하는 시드층(Seed Layer); 및
    상기 시드층 상에 위치하는 써모크로믹(thermochromic) 박막을 포함하여 이루어지고, 상기 시드층은 상기 써모크로믹 박막의 XRD 피크값을 증가시키며,
    상기 써모크로믹 박막과 상기 시드층은 각각 70~90㎚, 20~40㎚의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시드층 및 상기 써모크로믹 박막은 스퍼터링(sputtering)법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막이 이산화바나늄(VO2)으로 이루어지고 상기 시드층은 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리.
  5. 삭제
  6. 유리 기판을 준비하는 단계;
    상기 유리 기판 상에 20~40㎚의 두께를 갖는 시드층을 형성하는 단계; 및
    상기 시드층 상부에 70~90㎚의 두께를 갖는 써모크로믹 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 시드층은 상기 써모크로믹 박막의 XRD 피크값을 증가시키는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 유리 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막이 이산화바나늄(VO2)로 이루어지고 상기 시드층은 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 써모크로믹 유리 제조방법.

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