KR101636944B1 - 반사형 조광소자, 반사형 조광부재 및 복층 유리 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 반사형 조광소자는, 수소와의 가역적 반응시에 투명 상태와 반사 상태의 사이에서 가역적 변화를 나타내도록 구성된 조광층과, 상기 조광층의 상기 가역적 반응을 촉진하도록 구성된 촉매층을 포함하고, 상기 조광층이, 제2족 원소로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종류의 원소와, 제3족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 2종류의 원소를 함유하는 합금 또는 그 합금의 수소화물을 포함하는, 반사형 조광소자이다.

Description

반사형 조광소자, 반사형 조광부재 및 복층 유리{REFLECTIVE DIMMING ELEMENT, REFLECTIVE DIMMING MEMBER AND MULTI-LAYERED GLASS}

본 발명의 일 양태는 반사형 조광소자, 반사형 조광부재 및 복층 유리 중 적어도 하나에 관계된다.

일반적으로, 건물에서 창문(개구부)은 커다란 열 출입구가 되고 있다. 예를 들어, 겨울에 난방시에 열이 창문으로부터 유실되는 비율은 48% 정도이고, 여름에 냉방시에 창문으로부터 열이 유입되는 비율은 71% 정도에 달한다. 그러므로, 창문에서의 광(光)과 열을 적절하게 제어함으로써 막대한 에너지 절약 효과를 얻을 수 있다.

조광 유리는 이러한 목적으로 개발된 것인데, 광과 열의 유입ㆍ유출을 제어하는 기능을 가지고 있다.

이러한 조광 유리를 조광하는 방식에는 몇 가지 종류가 있다. 그 중, 1) 전류ㆍ전압의 인가에 의해 가역적으로 광 투과율이 변화하는 재료를 일렉트로크로믹 재료, 2) 온도에 따라 광 투과율이 변화하는 재료를 서모크로믹 재료, 또한 3) 분위기 가스의 제어에 의해 광 투과율이 변화하는 재료를 가스크로믹 재료라고 한다. 이 중에서도, 조광층에 산화 텅스텐 박막을 사용한 일렉트로크로믹 조광 유리의 연구가 가장 진행되고 있는데, 현재 거의 실용화 단계에 도달하여, 시중에 제품으로도 나와 있다.

그런데, 조광층에 산화 텅스텐 박막을 사용한 일렉트로크로믹 조광 유리는, 조광층에서 광을 흡수함으로써 조광하는 것을 그 원리로 하고 있다. 그러므로, 조광층이 광을 흡수하여 열을 가지게 되고, 그것이 실내에 재방사되기 때문에, 에너지 절약 효과가 저하되는 문제가 있었다. 이것을 없애기 위해서는, 광을 흡수함으로써 조광하는 것이 아니라, 광을 반사함으로써 조광할 필요가 있다. 즉, 투명 상태와 반사 상태의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 특성을 가지는 재료 (반사형 조광소자) 가 요구되고 있었다.

이러한 특성을 가지는 재료로서, 최근 이트륨이나 란탄 등의 희토류 금속의 수소화 및 탈수소화에 의해, 투명 상태와 반사 상태의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 것이 발견, 보고되어 있다 (예를 들어, 미국 특허 제5635729호 참조).

이외에도, 반사형 조광특성 (조광미러 특성) 을 가지는 재료로는, 지금까지 가돌리늄 등의 희토류 금속과 마그네슘의 합금(예를 들어, 미국 특허 제5905590호 참조), 마그네슘과 전이 금속의 합금(예를 들어, 미국 특허 제6647166호 참조), 그리고 칼슘 등의 알칼리 토금속과 마그네슘의 합금(예를 들어, 일본 특허출원공개 제2010-066747호 참조)이 알려져 있다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

[특허문헌 1]미국 특허 제5635729호

[특허문헌 2]미국 특허 제5905590호

[특허문헌 3]미국 특허 제6647166호

[특허문헌 4]일본 특허출원공개공보 제2010-066747호

[비특허문헌]

[비특허문헌 1]Bao, et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol.93, 1642 (2009)

그런데, 상기 반사형 조광소자로는 투명 상태와 반사 상태 사이의 스위칭 반복 내구성이 낮았다. 따라서, 내구성을 향상시키기 위하여, 반사형 조광특성을 가지는 층과 촉매층의 사이에 버퍼층을 삽입하고, 촉매층의 표면에 수소 투과성 및 발수성을 가지는 보호층을 형성하는 방법이 취해지고 있었다. 그러나, 버퍼층 및 보호층을 설치하여도 1600회 정도의 스위칭 반복 내구성을 가지지 못하는 문제가 있었다 (예를 들어, Bao, et al., Solar Energy Materials & Solar Cells, Vol.93, 1642 (2009) 참조).

본 발명의 일 양태에 따라 제공되는 것은, 반사형 조광소자로서, 수소와의 가역적 반응시, 투명 상태와 반사 상태 간의 가역적 변화를 나타내도록 구성된 조광층, 그리고 상기 조광층의 상기 가역적 반응을 촉진하도록 구성된 촉매층을 포함한다. 반사형 조광소자에 있어서, 상기 조광층은, 제2족 원소를 포함하는 군에서 선택된 적어도 한 종류의 원소, 그리고 제3족 원소 및 희토류 원소를 포함하는 군에서 선택된 적어도 두 종류의 원소를 함유하는 합금 또는 상기 합금의 수소화물을 포함하는, 반사형 조광소자이다.

본 발명의 다른 양태에 따라 제공되는 것은, 전술한 반사형 조광소자를 구비하는 반사형 조광부재로서, 상기 조광층에서 상기 촉매층의 반대쪽에 투명 부재를 더 구비하는, 반사형 조광부재이다.

본 발명의 다른 양태에 따라 제공되는 것은 복층 유리로서, 복수의 유리판, 그리고 다른 유리판과 대향하는 적어도 하나의 유리판의 표면에 전술한 반사형 조광소자를 구비하는 복층 유리이다.

본 발명에 의하면, 투명 상태와 반사 상태 사이의 스위칭 반복 내구성이 우수한 반사형 조광소자, 반사형 조광부재 및 복층 유리를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 반사형 조광소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 반사형 조광소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 반사형 조광부재의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 복층 유리의 단면도이다 .
도 5는 본 발명 실시예 1의 레이저 광 투과율 측정장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명 실시예 1의 시료 1~4에 대한 반사 상태와 투명 상태 간 상태 스위칭 횟수와 레이저 광 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명 실시예 1의 시료 5에 대한 반사 상태와 투명 상태 간 상태 스위칭 횟수와 레이저 광 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명 실시예 2의 시료 6~10에 대한 반사 상태와 투명 상태 간 상태 스위칭 횟수와 발광 다이오드 광 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명 실시예 3의 시료 11에 대한 반사 상태와 투명 상태 간 상태 스위칭 횟수와 레이저 광 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명 실시예 4의 시료 12에 대한 반사 상태와 투명 상태 간 상태 스위칭 횟수와 레이저 광 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 비교예 1의 시료에 대한 반사 상태와 투명 상태 간 상태 스위칭 횟수와 발광 다이오드 광 투과율과의 관계를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 대하여 도면을 참조하여 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시형태에 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고 이하의 실시형태에 다양한 변형 및 치환을 가할 수 있다.

[제 1 실시형태]

본 실시형태는 본 발명 실시형태의 반사형 조광소자에 대해 설명한다.

본 발명 실시형태의 반사형 조광소자는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 조광층과, 상기 조광층에서의 수소화, 탈수소화를 촉진하는 촉매층을 구비하고 있다. 그리고, 조광층은, 제2족 원소로부터 선택되는 적어도 1 종의 원소와, 제3족 원소 및 희토류 원소로부터 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 합금 및/또는 그 합금의 수소화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

도 1에, 본 발명 실시형태의 반사형 조광소자의 구성예를 나타낸다. 도면에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태의 반사형 조광소자는 조광층(10)및 촉매층(20)을 구비한다.

조광층(10)은 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태(금속 상태)의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 크로믹 특성을 가진다. 즉, 조광층(10)은 광 투과율을 조절하는 기능을 가진다. 조광층(10)은, 그 특징적인 구성으로서, 제 2 족 원소에서 선택되는 적어도 1 종의 원소와, 제 3 족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2 종 이상의 원소를 포함하는 합금 및/또는 그 합금의 수소화물로 구성된다.

이 합금은 수소를 흡수하여 보유함으로써 무색의 투명 상태가 되고, 수소를 방출함으로써 은색의 반사 상태가 된다. 또한, 조광층(10)은 상기 합금 이외의 원소를 미량의 성분 (배제할 수 없는 성분) 으로 하여 포함할 수 있다.

조광층(10)을 수소화, 탈수소화하는 방법에는 3가지가 있다. 첫번째 방법은, 일반적으로 가스크로믹 방식으로 불리우는데, 수소를 포함한 가스에 조광층(10)을 노출하여 수소화하고, 산소를 포함하는 가스(공기)에 조광층(10)을 노출하여 탈수소화하는 방법이다. 두번째 방법은, 일반적으로 일렉트로크로믹 방식으로 불리우고, 액체 전해질(전해액)을 이용하여 조광층(10)을 수소화, 탈수소화하는 방법이다. 세번째 방법은 일반적으로 일렉트로크로믹 방식으로 불리우고, 고체 전해질을 이용하여 조광층(10)을 수소화, 탈수소화하는 방법이다.

조광층(10)에 포함되는 합금에 대해 설명한다. 합금을 구성하는 제2족 원소, 희토류 원소에 대하여는 특별히 한정되지 않고, 제2족 원소를 적어도 1종, 제3족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 것이면 된다.

특히, 제2족 원소로는, 입수 용이성, 비용, 대기중 안정성으로 볼 때, Mg, Ca 중 어느 하나 또는 둘 다인 것이 바람직하고, Mg인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 제3족 원소 및 희토류 원소에 대해서도 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, Sc, Y, La, Gd, Ce 에서 선택되는 2종 이상인 것이 바람직하다.

구체적인 조광층을 구성하는 상기 제2족 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 제3족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 합금으로는, 예를 들어, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 (이하, "마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금”이라고도 기재한다) 을 사용하는 것이 바람직하다.

마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금이라면, 그 조성에 관계없이 양호한 크로믹 특성을 나타내기 때문에, 조성은 한정되지 않는다. 특히, 투명 상태에서의 광 투과율이 높고, 스위칭 반복 내구성이 뛰어나서 투과율의 변화폭이 작아지기 때문에, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금은 Mg_{1 -x- y}Y_xSc_y (0.3<x<0.7, 0<y<0.6, x+y<1)인 것이 바람직하다. 또한, Mg_{1 -x- y}Y_xSc_y (0.3<x<0.65, 0.02<y<0.4, x+y<1)가 보다 바람직하다.

조광층(10)의 두께는 광 투과율, 내구성 등을 고려하여 선택되는 것인데, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10nm 이상 200nm 이하인 것이 바람직하다. 이것은, 10nm 미만이면 반사 상태에서의 광 반사율이 충분하지 않을 수 있고, 200nm 를 초과하면 투명 상태에서의 광 투과율이 충분하지 않을 수 있기 때문이다.

조광층(10)의 형성 방법은 특별히 한정되는 것이 아니라 일반적인 성막 방법이 사용된다. 예를 들어, 스퍼터링법, 진공 증착법, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법(CVD), 도금법이 사용된다.

촉매층(20)은 도 1에서와 같이 조광층(10) 위에 형성되고, 조광층(10)에서의 수소화, 탈수소화를 촉진하는 기능을 가진다. 촉매층(20)에 의해, 투명 상태에서 반사 상태로의 충분한 스위칭 속도 및 반사 상태에서 투명 상태로의 충분한 스위칭 속도가 확보된다.

촉매층(20)은 조광층(10)의 수소화, 탈수소화를 촉진하는 기능을 가지는 것이라면 족하고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 팔라듐, 백금, 팔라듐 합금 또는 백금 합금으로 이루어진다. 즉, 이들 중 선택된 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 수소 투과성이 높은 팔라듐이 바람직하게 사용된다.

촉매층(20)의 두께는 조광층의 반응성, 촉매층의 촉매 능력에 따라 적절히 선택되는 것인데, 한정되는 것은 아니지만, 1nm 이상 20nm 이하인 것이 바람직하다. 1nm 미만이면 촉매로서의 기능이 충분히 발현되지 않을 수 있고, 20nm 를 초과하면 촉매로서의 기능 향상에는 변화가 없는데도 광 투과율이 충분하지 않을 수 있기 때문이다 .

촉매층(20)의 형성 방법은 특별히 한정되는 것이 아니고 일반적인 성막 방법을 적용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 촉매층(20)의 형성 방법으로 스퍼터링법, 진공 증착법, 전자빔 증착법, 화학 기상 증착법(CVD), 도금법 등을 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 조광층(10)으로서 소정의 재료를 사용한 본 발명 실시형태의 반사형 조광소자는, 종래의 마그네슘ㆍ니켈이나 마그네슘ㆍ칼슘 합금을 사용한 경우에 비해 스위칭 반복 내구성이 높은 것으로 할 수 있다. 또한, 수소화에 의해 투명 상태가 된 경우 광의 투과율이 높고, 조광 특성이 우수한 반사형 조광소자로 할 수 있다.

[제2 실시형태]

본 실시형태에서는 제1 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자에 보호층을 설치한 반사형 조광소자에 대하여 설명한다.

본 실시형태의 반사형 조광소자의 구성예를 도 2에 나타낸다.

본 실시형태의 반사형 조광소자는 제1 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자에 보호층(30)을 더 구비한 것인데, 보호층(30) 이외의 구성은 제1 실시형태에서 설명한 것과 마찬가지이므로, 여기서에서는 설명을 생략한다.

보호층(30)은, 촉매층(20)을 기준으로 하여 조광층(10)과는 반대쪽, 즉, 촉매층(20)에 있어 조광층(10)과는 반대쪽 면에 형성되고, 수소 투과성 및 발수성을 가지는 층이며, 촉매층(20)과 함께 물이나 산소에 의한 조광층(10)의 산화를 방지하는 기능을 가진다.

촉매층(20)은, 조광층(10)의 산화를 방지하는 기능도 가지지만, 촉매층(20)만으로는 산화 방지 기능이 충분하지 않을 수 있기 때문에, 보호층(30)을 형성함으로써 조광층(10)의 산화를 방지하는 기능을 높이는 것이 가능하게 된다.

보호층(30)은 상기와 같이, 수소(수소 이온)에 대해 투과성(수소 투과성)을 가지고, 물에 대해 비투과성(발수성)을 가지는 것이며, 보호층을 구성하는 재료로는 그러한 특성을 가지는 것이 사용된다 .

보호층(30)의 재료로는 수소 투과성과 발수성을 함께 가지는 것이라면 그 재료는 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리 아세트산 비닐, 폴리 염화 비닐, 폴리스틸렌, 아세트산 셀룰로오스 등의 폴리머, 또는 산화 티타늄 박막 등의 무기 박막이 사용된다.

보호층(30)의 형성 방법으로는 일반적인 성막 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 보호막(30)의 형성 방법으로, 폴리머를 분산시킨 분산액을 도포, 건조하는 방법, 무기물을 스퍼터링법에 의해 성막하는 방법이 사용된다.

보호층(30)을 구비함으로써 물이나 산소에 의한 조광층(10)의 산화를 방지할 수 있다. 이로써, 조광층(10)의 열화를 방지하고 내구성을 높이는 것이 가능하게 된다.

[제3 실시형태]

본 실시형태에서는 제1 실시형태, 제2 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자에 투명 부재를 구비한 반사형 조광부재에 대해 설명한다.

본 실시형태의 반사형 조광부재의 구성예를 도 3에 나타낸다.

본 실시형태의 반사형 조광부재는, 제1 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자에, 조광층(10)을 기준으로 하여 촉매층(20)의 반대쪽에 투명부재(투명기판 40)를 구비한 것이다.

투명부재(40)는 반사형 조광소자의 토대로서의 기능을 가진다. 또한, 투명부재(40)는 물이나 산소에 의한 조광층(10)의 산화를 방지하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 투명부재(40)는 시트나 필름 형태이어도 좋고, 그 형상은 한정되는 것이 아니며, 플렉시블하여도 좋다 .

투명부재(40)로는, 가시광선을 투과하는 것이면 족하고, 재료는 한정되지 않으나, 유리 또는 플라스틱을 이용하는 것이 바람직하다.

여기에서 플라스틱으로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 나일론, 아크릴이 바람직하게 사용된다.

조광층(10)의 표면에 투명부재(40)를 설치함으로써, 조광 기능을 가지는 반사형 조광부재가 얻어진다. 이 반사형 조광부재는, 건물이나 차량의 창문 유리 뿐 아니라 다양한 종류의 물품에 널리 적용할 수 있다. 예를 들어, 프라이버시 보호를 목적으로 한 차폐물, 반사 상태와 투명 상태의 스위칭을 이용한 장식물 및 완구 등에 조광 미러 기능을 부가할 수 있다.

한편, 본 실시형태에서는, 제 1 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자에 투명부재를 구비한 반사형 조광부재에 대해 설명하였으나, 제2 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자에 투명부재를 구비한 반사형 조광부재로 할 수도 있다. 즉, 도 3의 구성에서, 촉매층(20)을 기준으로 하여 조광층(10)과는 반대쪽에 수소 투과성 및 발수성을 가지는 보호층을 설치한 것이다. 이 경우, 제2 실시형태에서 설명한 것처럼, 조광층(10)의 열화를 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다.

[제4 실시형태]

본 실시형태에서는 제1 실시형태, 제2 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자를 구비하는 복층 유리에 대해 설명한다.

구체적으로는, 본 발명 실시형태의 복층 유리는, 2장 이상의 유리판을 구비하는 복층 유리에 있어서, 적어도 1장의 유리판에 있어 다른 유리판과 대향하는 면에 제1 실시형태 또는 제2 실시형태에서 설명한 반사형 조광소자를 구비하는 것이다.

그리고, 반사형 조광소자를 구비한 유리판과 상기 다른 유리판에 형성되는 간극에, 수소 및, 산소 또는 공기를 급ㆍ배기하는 분위기 제어기를 구비하는 것이 바람직하다.

도 4에 본 발명 실시형태의 복층 유리의 구성예를 나타낸다.

도 4는 본 실시형태 복층 유리의 단면도를 나타내고 있다. 그 구성을 설명하면, 복층 유리는 2장의 유리판(4,6)을 구비하는데, 한 쪽의 유리판(4)은 내측면, 즉, 유리판끼리 대향하고 있는 쪽의 면에, 도 1에 나타내는 반사형 조광소자를 구비한다. 즉, 한 쪽 유리판(4)의 내측면에는, 조광층(10), 촉매층(20)이 차례로 형성(적층)되어 있다. 또한, 제2 실시형태에서 설명한 바와 같이, 촉매층(20)을 기준으로 하여 조광층(10)과는 반대쪽에 보호층(30)이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 양 쪽 유리판(4,6) 각각의 내측면에 조광층(10), 촉매층(20)이 차례로 형성되어 있어도 좋다.

복층 유리는, 도 4에서 나타내는 바와 같이, 2장의 유리판(4,6)의 간극에 가스 충전실(S)을 구비하고, 개구부가 밀봉 부재(50)에 의해 밀봉되어 있다. 가스 충전실(S)에는 미리 아르곤 가스가 봉입되어 있다. 분위기 제어기(60)는 가스 충전실(S)에 수소 및, 산소 또는 공기를 급ㆍ배기하는 것이다. 예를 들어, 분위기 제어기(60)는 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 급기하고, 진공 펌프를 이용하여 가스 충전실(S)내의 가스를 외부로 배출한다.

수소가 가스 충전실(S)에 공급되면, 조광층(10)이 촉매층(20)을 통해 수소화되어 투명 상태가 된다. 또한, 산소 또는 공기가 가스 충전실(S)에 공급되면, 조광층(10)이 촉매층(20)을 통해 탈수소화되어 반사 상태가 된다. 따라서, 가스 충전실(S)의 분위기를 분위기 제어기(60)에 의해 제어함으로써, 투명 상태와 반사 상태의 사이에서 상태를 가역적으로 제어할 수 있다. 또한, 급ㆍ배기를 중단하면, 원래 상태를 유지할 수 있다. 이로써, 가스크로믹 방식으로 조광하는 복층 유리가 얻어진다.

현재, 주택에 있어 복층 유리의 보급이 진행되고 있으며, 신축 주택은 복층 유리를 사용하는 것이 주류가 되는 중에 있다. 복층 유리의 내측에 반사형 조광소자를 구비함으로써, 내부의 공간을 스위칭용 가스 충전실(S)로서 이용할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는 2장의 유리판을 구비한 복층 유리를 예로 들어 설명하였으나, 유리판의 갯수는 2장에 한정되는 것은 아니고, 더 많은 유리판을 구비하는 것이어도 좋다.

그리고, 여기까지 설명한 바와 같이, 소정의 재료로 이루어지는 조광층(10)을 구비한 반사형 조광소자를 사용하고 있기 때문에, 수소화에 의해 무색에 가까운 투명 상태로 할 수 있고, 스위칭 반복 내구성이 높은 복층 유리로 할 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명의 실시형태를 상세히 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

본 실시예에서는, 투명 부재인 유리 기판 상에 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금으로 이루어지는 조광층(10), 촉매층(20)을 차례로 적층한 반사형 조광부재를 제작하고, 평가하였다.

구체적으로는, 두께 1mm의 유리 기판 4 (투명 부재)에, 두께 48nm의 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 박막 (조광층 10), 두께 7nm의 팔라듐 박막 (촉매층 20) 을 차례로 성막하였다.

구체적인 조광층(10), 촉매층(20)의 성막 조건에 대해 설명한다.

조광층(10)인 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 박막, 촉매층(20)인 팔라듐 박막의 성막에는, 다원(多元) 성막이 가능한 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 행하였다.

3개의 스퍼터링 건에 대해, 그 타겟으로서 각각, 금속 마그네슘, 금속 스칸듐-금속 이트륨, 금속 팔라듐을 세팅하였다. 여기에서, 금속 스칸듐-금속 이트륨의 타겟은 금속 스칸듐과 금속 이트륨 두 금속을 함유한 타겟이다.

먼저, 유리 기판을 세정한 후 진공 장치 안에 세팅하고, 챔버 안에 대해 진공 배기를 실시하였다.

이어서, 금속 마그네슘과, 금속 스칸듐-금속 이트륨의 타겟에 대해 동시에 전압을 인가하여, 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 박막을 제작하였다.

스퍼터링 중의 아르곤 가스 압력은 0.3Pa이며, 직류 스퍼터링법에 의해 각각의 타겟에 대해 소정의 파워를 가하여 스퍼터링을 실시하였다. 한편, 이 때 각각의 타겟에 인가하는 파워(전력)에 의해, 얻어지는 막(조광층)의 조성을 선택, 제어할 수 있다.

본 실시예에서는, Mg_{1 -x}(Sc_{1 - y}Y_y)_x로 나타낸 경우, x, y 가 (x,y) = (0.4,0.52), (0.57,0.56), (0.62,0.57), (0.66,0.58), (0.77,0.58)이 되도록 각각 시료 1~5를 제작하였다.

한편, 이 조성은, 후술하는 실시예 2에서 사용한 화학식 Mg_{1 -x- y}Y_xSc_y 로 나타낸 경우, x, y 가 (x,y) = (0.21,0.19), (0.32,0.25), (0.35,0.27), (0.38,0.28), (0.45,0.32)로 나타내어진다(소수점 이하 셋째 자리를 반올림).

금속 마그네슘 타겟 및 금속 스칸듐-금속 이트륨 타겟에 인가하는 전력의 비로부터, 얻어지는 조성의 캘리브레이션 곡선을 러더포드 후방 산란법으로 추정하여, 이 곡선으로부터, 제작된 시료의 조성을 추정하였다.

각각의 시료를 제작할 때의 스퍼터링 타겟에 가한 전력을 표 1에 나타낸다.

[표 1]

그 후, 동일한 진공 조건에서 금속 팔라듐의 타겟에 30W의 전력을 가하여, 팔라듐 박막의 증착을 실시하였다.

이상의 단계에 의해 제작된 반사형 조광부재는, 금속 광택의 반사 상태에 있지만, 팔라듐 박막의 표면을 아르곤 4체적%로 희석한 1기압의 수소 가스 (이하 "수소 함유 가스" )에 노출시키자, 어떠한 시료에 있어서도 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 박막의 수소화에 의해 투명 상태로 변화하였다. 이 상태에서, 팔라듐 박막의 표면을 대기에 노출시키자, 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 박막의 탈수소화에 의해 반사 상태로 돌아왔다. 이와 같이, 제작한 반사형 조광부재는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다.

이어서, 얻어진 반사형 조광부재를 평가하기 위하여, 레이저 광 투과율을 측정하였다. 레이저 광 투과율의 측정에는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 상기 시료 1~5의 팔라듐 박막(20)에 스페이서를 사이에 두고 또 1장의 유리판(두께 1mm) (6)을 각각 접합한 것을 사용하였다. 2장의 유리판(4,6)의 간극에 질량 유량계(MFC)에 의해 소정량의 수소 함유 가스를 35초간 공급하고, 이어서 수소 함유 가스의 유동을 5 분간 정지하였다. 수소 함유 가스의 유동을 정지하면, 공기가 개구부로부터 2장의 유리판(4,6)의 간극으로 유입된다. 이것을 1 주기로 하는 수소 함유 가스의 유동 제어를 소정 횟수 반복하고, 이 때 1초마다 레이저 광 투과율을 측정하였다. 광원으로는 파장 670nm의 반도체 레이저를 사용하고, 수광 소자로는 실리콘 포토 다이오드를 사용하였다.

(시료 1 ~4에 대하여)

시료 1~4에 대해 측정한 결과를 도 6에 나타낸다. 도면에서는 위에서부터 차례로 시료 1~4 의 측정 결과를 나타내고 있다.

도 6은 가로축에 수소 공급, 정지 주기의 반복 횟수를, 세로축에 레이저 광의 투과율을 나타낸 것이다. 레이저 광의 투과율의 하한치가 수소 흡수 전의 반사 상태를, 상한치가 수소 흡수 후의 투과 상태를 나타내고 있다. 그러므로, 세로축의 폭이 반복 횟수에 상관없이 안정적으로 넓은 것이 바람직하다.

이에 따르면, 어떠한 시료에 대해서도, 버퍼층이나 산화 방지층을 설치하고 있지 않음에도 불구하고 적어도 1000회 정도의 반복까지는 안정적인 스위칭 반복 내구성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 수소화에 의해 투명 상태가 된 경우에 무색에 가까운 상태, 즉 광 투과율이 높은 것도 알 수 있다.

그리고, 시료 1~4의 순서로, Mg_{1 -x}(Sc_{1 - y}Y_y)_x로 표시되는 식 중 x의 값이 증가하고 있다. 즉, 스칸듐, 이트륨의 첨가가 많지만, x의 값이 클수록 반복에 의한 성능 변화 (저하)가 적음을 알 수 있다.

즉, 이러한 결과로부터, 스칸듐, 이트륨의 첨가량이 많아지는 것에 의해, 내구성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

특히, 시료 3,4에 대해서는, 적어도 반복 스위칭 횟수가 3000회 정도까지는 측정 개시 당시의 성능이 유지 가능함을 확인할 수 있었다.

한편, 시료 2~4에 대하여, 측정 도중 반복 횟수가 2000~3000회에서 (도면에서 A로 나타낸 부분) 시료의 회복이 늦어졌기 때문에, 수소 함유 가스를 65 초간 공급하고 1200 초간 정지하는 주기로 변경하여 측정하였다.

주기 변경 후에, 수소 흡수, 방출 후 레이저 광 투과율 값이 개선되고, 수소 방출 속도가 저하한 경우에도, 수소 가스의 공급, 정지 주기의 조정에 의해, 원래의 성능이 유지 가능함을 확인할 수 있었다.

(시료 5에 대하여)

이어서, 시료 1~4 보다 스칸듐, 이트륨의 첨가량이 더 많은 시료 5 (Mg_0.23(Sc_0.42Y_0.58)_0.77) 에 대하여, 스위칭 반복 내구성을 평가하였다.

평가 방법으로는, 시료 1~4의 경우와 마찬가지로 도 5 에 나타내는 장치에 의해 실시하였다.

그리고, 측정 조건으로는, 수소 함유 가스를 35 초간 공급하고 이어서 수소 함유 가스의 유동을 5 분간 정지하는 주기를 반복하여 실시하고, 시료 2~4와는 달리 도중에 주기는 변경하지 않았다. 결과를 도 7에 나타낸다.

이에 따르면, 10000 회 이상 스위칭을 반복하더라도, 레이저 광의 투과율에 큰 변화는 나타나지 않고 안정적인 성능을 보여 주며, 특히 시료 1~4보다 성능이 높아짐을 알 수 있다 .

또한, 수소화에 의해 투명 상태가 된 경우에, 무색에 가까운 상태, 즉, 광의 투과율이 높고, 반복하는 경우에도 안정되어 있음을 알 수 있다.

이상, 본 실시예의 결과에서 명백히 알 수 있듯이, 본 발명 실시형태의 반사형 조광소자 및 이를 이용한 반사형 조광부재, 복층 유리는, 버퍼층이나 산화 방지층을 코팅하고 있지 않음에도 불구하고, 높은 스위칭 반복 내구 성능을 가짐을 알 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예에서는, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 박막을 성막할 때, 금속스칸듐-금속이트륨의 타겟 대신에 금속 이트륨 타겟, 금속 스칸듐 타겟을 사용한 점 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, 투명 부재인 유리 기판상에, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금으로 이루어지는 조광층(10), 촉매층(20)을 차례로 적층한 반사형 조광부재를 제작하였다. 또한, 이하에 나타내는 단계에 의해 평가를 실시하였다.

구체적으로는, 두께 1mm의 유리 기판 4 (투명 부재)에, 두께 48nm의 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 박막 (조광층 10), 두께 7nm의 팔라듐 박막 (촉매층 20) 을 차례로 성막하였다.

본 실시예의 구체적인 조광층(10), 촉매층(20)의 성막 조건에 대하여 설명한다.

조광층(10)인 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 박막, 촉매층(20)인 팔라듐 박막의 성막으로는, 다원 성막이 가능한 마그네트론 스퍼터링 장치를 이용하여 실시하였다.

4개의 스퍼터링 건에, 타겟으로서 각각 금속 마그네슘, 금속 이트륨, 금속 스칸듐, 그리고 금속 팔라듐을 세팅하였다.

우선, 유리 기판을 세정한 후 진공 장치 안에 세팅하고, 챔버 안에 진공 배기를 실시하였다.

이어서, 금속 마그네슘과 금속 이트륨과 금속 스칸듐의 타겟에 동시에 전압을 인가하여, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 박막을 제작하였다.

스퍼터링 중의 아르곤 가스 압력은 0.3Pa이며, 직류 스퍼터링법에 의해 각각의 타겟에 소정의 파워를 가하여 스퍼터링을 실시하였다. 그리고, 이 때 각 타겟에 인가되는 파워(전력)에 의해, 얻어지는 막 (조광층) 의 조성을 선택, 제어할 수 있다.

본 실시예에서는, Mg_{1 -x- y}Y_xSc_y 로 나타낸 경우, x, y 가 (x,y) = (0.63,0.02), (0.51,0.06), (0.60 0.07), (0.56,0.13), (0.48,0.15) 이 되도록 시료 6~10을 각각 제작하였다.

금속 마그네슘 타겟 및 금속 이트륨 타겟, 금속 스칸듐 타겟에 인가되는 전력의 비로부터, 얻어지는 조성의 캘리브레이션 곡선을, 막 두께와 금속 밀도를 이용하여 추정하고, 이 곡선으로부터, 제작된 시료의 조성을 추정하였다.

각각의 시료를 제작할 때 스퍼터링 타겟에 가한 전력을 표 2에 나타낸다.

[표 2]

그 후, 동일한 진공 조건에서 금속 팔라듐 타겟에 30W의 전력을 가하여 팔라듐 박막의 증착을 실시하였다.

이상의 단계에 의해 제작된 반사형 조광부재는, 금속 광택의 반사 상태에 있으나, 팔라듐 박막의 표면을 아르곤 4체적%로 희석한 1기압의 수소 가스 (이하 "수소 함유 가스")에 노출시키자, 어떤 시료에 대해서도 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 박막의 수소화에 의해 투명 상태로 변화하였다. 이 상태에서 팔라듐 박막의 표면을 대기에 노출시키자, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금 박막의 탈수소화에 의해 반사 상태로 돌아왔다. 이와 같이, 제작된 반사형 조광부재는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서, 상태가 가역적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다.

이어서, 얻어진 반사형 조광부재의 평가를 실시하기 위하여 광 투과율을 측정하였다. 광 투과율의 측정에는, 이하와 같이 레이저 대신 발광 다이오드를 사용한 것 이외에는, 실시예 1 때와 마찬가지로 도 5에 나타내는 장비를 이용하였다. 2장의 유리판(4,6)의 간극에, 질량 유량계에 의해 소정량의 수소 함유 가스를 95 초간 공급하고 이어서 수소 함유 가스의 유동을 900 초간 정지하였다. 수소 함유 가스의 유동을 정지하면, 공기가 개구로부터 2장의 유리판 (4,6)의 간극에 유입된다. 이것을 1 주기로 하는 수소 함유 가스의 유동 제어를 소정 횟수 반복하고, 이 때 1 초마다 광의 투과율을 측정하였다. 광원으로는 파장 940nm의 발광 다이오드를 사용하고, 수광 소자로는 포토 다이오드를 사용하였다.

시료 6~10에 대해 측정한 결과를 도 8에 나타낸다. 도면에서, 위에서부터 차례로 시료 6~10의 측정 결과를 나타내고 있다.

도 8은, 실시예 1 의 도 6과 마찬가지로, 가로축에 수소 공급, 정지 주기의 반복 횟수를, 세로축에 광의 투과율을 나타낸 것이다. 광 투과율의 하한치가 수소 흡수 전의 반사 상태를, 상한치가 수소 흡수 후의 투과 상태를 나타내고 있다. 그러므로, 세로축 쪽의 폭이, 반복 횟수에 상관없이 안정적으로 넓은 것이 바람직하다.

이에 따르면, 어떤 시료에서도 버퍼층이나 산화 방지층을 구비하고 있지 않음에도 불구하고, 3500회 반복 스위칭 동작을 실시한 경우에도, 광 투과율의 상한치와 하한치는 거의 변화하지 않고 안정된 스위칭 반복 내구성을 가진다는 것을 알 수 있다. 또한, 수소화에 의해 투명 상태가 된 경우, 무색에 가까운 상태, 즉, 광 투과율이 높다는 것도 알 수 있다.

[실시예 3]

이어서, 금속 스칸듐 타겟 대신 금속 란탄 타겟을 사용한 점 이외에는, 실시예 2와 동일한 단계, 조건에 따라, 투명 부재인 유리 기판 상에 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ란탄 합금으로 이루어지는 조광층(10), 촉매층(20)을 차례로 적층한 반사형 조광부재를 제작하고 평가하였다.

사용하는 유리 기판(4, 투명 부재) 도 마찬가지로 1mm의 두께를 가지는 것을 사용하고, 두께 48nm의 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ란탄 합금 박막 (조광층 10), 두께 7nm의 팔라듐 박막 (촉매층 20) 을 성막하였다.

성막시, 금속 마그네슘과 금속 이트륨, 금속 란탄의 타겟에 인가하는 파워(전력)로는, 금속 마그네슘 타겟에는 10W, 금속 이트륨 타겟에는 40W, 금속 란탄 타겟에는 15W 로 성막을 실시하였다.

각 타겟에 인가하는 전력의 비로부터, 얻어지는 조성의 캘리브레이션 곡선을, 막 두께와 금속 밀도를 이용하여 추정하고, 이 곡선으로부터, 제작된 시료의 조성을 추정한 결과, Mg_{0 .32}Y_{0 .56}La_{0 . 12} 이었다.

그 후, 실시예 2와 동일하게 하여 팔라듐 박막의 증착을 실시하였다.

본 실시예에서도, 상기 공정에 의해 얻어진 반사형 조광부재는, 금속 광택의 반사 상태에 있으나, 팔라듐 박막의 표면을 아르곤 4체적%로 희석한 1기압의 수소 가스 (수소 함유 가스)에 노출시켜서, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ란탄 합금 박막의 수소화에 의해 투명 상태로 변화하였다. 이 상태에서 팔라듐 박막의 표면을 대기에 노출시키자, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ란탄 합금 박막의 탈수소화에 의해 반사 상태로 돌아왔다. 이와 같이, 제작된 반사형 조광부재는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서, 상태가 가역적으로 변화함을 확인할 수 있었다.

이어서, 얻어진 반사형 조광부재의 평가를 위해 레이저 광 투과율을 측정하였다. 레이저 광 투과율의 측정에는, 실시예 1 때와 마찬가지로 도 5에 나타내는 장치를 이용하였다. 2장의 유리판(4,6)의 간극에 질량 유량계에 의해 소정량의 수소 함유 가스를 35초간 공급하고, 이어서 수소 함유 가스의 유동을 5분간 정지하였다. 수소 함유 가스의 유동을 정지하면, 공기가 개구부로부터 2장의 유리판(4,6)의 간극으로 유입된다. 이것을 1 주기로 하는 수소 함유 가스의 유동 제어를 소정 횟수 반복하고, 이 때 1 초마다 레이저 광 투과율을 측정하였다. 광원으로는 파장 670nm의 반도체 레이저를 사용하고, 수광 소자로는 실리콘 포토 다이오드를 사용 하였다.

측정 결과를 도 9에 나타낸다. 이에 따르면, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ란탄 합금 박막을 사용한 경우에도, 실시예 1, 2에 나타낸 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 (마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금) 박막과 마찬가지로, 버퍼층이나 산화 방지층을 구비하고 있지 않음에도 불구하고, 안정된 스위칭 반복 내구성을 확인할 수 있었다.

특히, 4000회의 반복을 하더라도 성능에 거의 변화가 없이 안정적인 스위칭 반복 내구성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 수소화에 의해 투명 상태로 된 경우에, 무색에 가까운 상태, 즉, 광 투과율이 높은 것도 알 수 있다.

[실시예 4]

이어서, 금속 스칸듐 타겟 대신에 금속 세륨 타겟을 사용한 점을 제외하고는 실시예 2와 동일한 단계, 조건에 따라, 투명 부재인 유리 기판 상에 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ세륨 합금으로 이루어지는 조광층(10), 촉매층(20)을 차례로 적층한 반사형 조광부재를 제작하고 평가하였다.

사용되는 유리 기판(4) (투명 부재)도 마찬가지로 1mm의 두께를 가지는 것을 이용하여, 두께 48nm의 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ세륨 합금 박막 (조광층 10), 두께 7nm의 팔라듐 박막 (촉매층 20) 을 성막하였다.

성막시에, 금속 마그네슘과 금속 이트륨, 금속 세륨의 타겟에 인가하는 파워 (전력)로는, 금속 마그네슘 타겟에는 20W, 금속 이트륨 타겟에는 60W, 금속 세륨 타겟에는 30W 로 성막을 실시하였다.

각 타겟에 인가하는 전력의 비로부터, 얻어지는 조성의 캘리브레이션 곡선을, 막 두께와 금속 밀도를 이용하여 추정하고, 이 곡선으로부터, 제작된 시료의 조성을 추정한 결과, Mg_{0 .37}Y_{0 .49}Ce_{0 . 14} 이었다.

그 후, 실시예 2와 동일하게 하여 팔라듐 박막의 증착을 실시하였다.

본 실시예에서도, 상기 공정에 의해 얻어진 반사형 조광부재는, 금속 광택의 반사 상태에 있지만, 팔라듐 박막의 표면을 아르곤으로 4체적%로 희석한 1기압의 수소 가스(수소 함유 가스)에 노출시키자, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ세륨 합금 박막의 수소화에 의해 투명 상태로 변화하였다. 이 상태에서 팔라듐 박막의 표면을 대기에 노출시키자, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ세륨 합금 박막의 탈수소화에 의해 반사 상태로 돌아왔다. 이와 같이, 제작된 반사형 조광부재는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다.

이어서, 얻어진 반사형 조광부재의 평가를 위해 레이저 광 투과율을 측정하였다. 레이저 광 투과율의 측정에는, 실시예 1 때와 마찬가지로 도 5에 나타내는 장치를 이용하였다. 2장의 유리판(4,6)의 간극에 질량 유량계에 의해 소정량의 수소 함유 가스를 35초간 공급하고, 이어서 수소 함유 가스의 유동을 5분간 정지하였다. 수소 함유 가스의 유동을 정지하면, 공기가 개구부로부터 2장의 유리판(4,6)의 간극으로 유입된다. 이것을 1 주기로 하는 수소 함유 가스의 유동 제어를 소정 횟수 반복하고, 이 때 1초마다 레이저 광 투과율을 측정하였다. 광원으로는 파장 670nm의 반도체 레이저를 사용하고, 수광 소자로는 실리콘 포토 다이오드를 사용하였다.

측정 결과를 도 10 에 나타낸다. 이에 따르면, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ세륨 합금 박막을 이용한 경우에도, 광 투과율의 폭에 변화가 없고, 실시예 1,2에 나타낸 마그네슘ㆍ스칸듐ㆍ이트륨 합금 (마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금) 박막과 마찬가지로, 버퍼층이나 산화 방지층을 구비하고 있지 않음에도 불구하고 안정적인 스위칭 반복 내구성을 확인할 수 있었다.

특히, 4000회를 반복하여도 성능에 거의 변화가 없고 안정적인 스위칭 반복 내구성을 가짐을 알 수 있다. 또한, 수소화에 의해 투명 상태가 된 경우에, 무색에 가까운 상태, 즉, 광 투과율이 높음을 알 수 있다.

[비교예 1]

본 비교예에서는, 실시예 1, 2 조광층 중의 합금이 스칸듐을 함유하는 효과를 확인하기 위하여, 스칸듐을 첨가하지 않은 마그네슘ㆍ이트륨 합금으로 이루어지는 조광층을 가지는 반사형 조광부재를 제작하였다.

구체적으로는, 마그네트론 스퍼터링 장치에서 조광층(10)을 성막할 때 금속 스칸듐 타겟을 사용하지 않는 점 이외에는, 실시예 2의 시료 10과 동일한 단계, 조건에 따라 반사형 조광부재를 제작하였다. 이로써, 투명 부재인 유리 기판 상에, 마그네슘ㆍ이트륨 합금으로 이루어지는 조광층(10), 팔라듐 박막으로 이루어지는 촉매층(20)을 차례로 적층한 반사형 조광부재를 제작하였다.

또한, 마그네슘ㆍ이트륨 합금 박막은, 마그네트론 스퍼터링 장치에서, 금속 마그네슘 타겟에 10W, 금속 이트륨 타겟에 30W의 전압을 인가하여 성막하였다. 이 때, 각 타겟에 인가하는 전력의 비로부터, 조광층에 대해 얻어지는 조성의 캘리브레이션 곡선을, 막 두께와 금속 밀도를 이용하여 추정하고, 이 곡선으로부터, 제작된 마그네슘ㆍ이트륨 합금의 조성을 추정한 결과, Mg_{0 .44}Y_{0 . 56} 이었다.

또한, 조광층(10), 촉매층(20)의 두께에 대해서도, 실시예 2와 동일하게 되도록 실시하였다.

이상의 단계에 의해 제작된 반사형 조광부재는, 실시예 2의 시료 10과 마찬가지로 금속 광택의 반사 상태로 되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 팔라듐 박막의 표면을 아르곤으로 4체적%로 희석한 1기압의 수소 가스 (수소 함유 가스) 에 노출시키자, 마그네슘ㆍ이트륨 합금 박막의 수소화에 의해 투명 상태로 변화하였다. 이 상태에서 팔라듐 박막의 표면을 대기에 노출시키자, 마그네슘ㆍ이트륨 합금 박막의 탈수소화에 의해 반사 상태로 돌아왔다. 이와 같이, 제작된 본 비교예의 반사형 조광부재는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서, 상태가 가역적으로 변화함을 확인할 수 있었다.

이어서, 얻어진 반사형 조광부재의 평가를 실시하기 위해 광 투과율을 측정하였다. 평가 방법으로는 실시예 2와 마찬가지로 도 5에 나타내는 장치를 이용하여 실시하였다. 2장의 유리판(4,6)의 간극에 질량 유량계에 의해 소정량의 수소 함유 가스를 95 초간 공급하고, 이어서 수소 함유 가스의 유동을 900초간 정지하였다. 수소 함유 가스의 유동을 정지하면, 공기가 개구부로부터 2장의 유리판(4,6)의 간극으로 유입된다. 이것을 1 주기로 하는 수소 함유 가스의 유동 제어를 소정 횟수 반복하고, 이 때 1초마다 광 투과율을 측정하였다. 광원으로는 파장 940nm의 발광 다이오드를 사용하고, 수광 소자로는 포토 다이오드를 사용 하였다.

측정한 결과를 도 11에 점선으로 나타낸다. 또한, 비교를 위해 마그네슘, 이트륨의 함유 비율이 동일한, 실시예 2의 시료 10의 결과를 실선으로 나타낸다.

도 11은 가로축에 수소 공급, 정지 사이클의 반복 횟수를, 수직축에 광 투과율을 나타낸 것인데 수소 함유 가스 유동, 정지의 전환이 3000번째부터 3005번째 까지의 사이에서 투과율의 변화를 나타내고 있다.

이에 따르면, 실시예 2의 시료 10은, 상기 기간 동안에 수소 흡ㆍ방출시의 광 투과율 변화를 나타내는 피크가 모두 뾰족하게 되어 있는 반면, 본 비교예의 시료는 완만하게 되어 있음을 알 수 있다. 이것은, 탈수소화시에 투명 상태로부터 금속 상태(거울 상태)로 변화(복귀)할 때, 비교예의 시료에서는 시간이 걸림을 나타낸다. 즉, 조광층의 금속 박막 중에 스칸듐을 함유함으로써, 탈수소화에 의한, 투명 상태로부터 거울 상태로의 복귀를 앞당기는 효과를 확인할 수 있었다.

[부기]

(반사형 조광소자, 당해 반사형 조광소자를 이용한 반사형 조광부재 및 복층 유리의 예시적인 실시형태)

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는, 반사형 조광소자, 당해 반사형 조광소자를 이용한 반사형 조광부재 및 복층 유리에 대한 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는, 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 투명 상태와 반사 상태 사이의 스위칭 반복 내구성이 우수한 반사형 조광소자를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는, 투명 상태와 반사 상태 사이의 스위칭 반복 내구성이 우수한 반사형 조광소자, 당해 반사형 조광소자를 이용한 반사형 조광부재 및 복층 유리를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서, 상태가 가역적으로 변화하는 조광층과, 상기 조광층에서의 수소화, 탈수소화를 촉진하는 촉매층을 구비하는 반사형 조광소자에 있어서, 상기 조광층은, 제2족 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 제3족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 합금 및/또는 당해 합금의 수소화물로 이루어지는, 반사형 조광소자를 제공한다.

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 조광층과, 상기 조광층의 수소화, 탈수소화를 촉진하는 촉매층을 구비하는 반사형 조광소자에 있어서, 상기 조광층은 제2족 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, 제3족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 합금 및/또는 당해 합금의 수소화물로 이루어지는 반사형 조광소자, 상기 반사형 조광소자를 이용한 반사형 조광부재 및 복층 유리를 제공한다.

예시적인 실시형태(1)는, 수소화에 의한 투명 상태와 탈수소화에 의한 반사 상태의 사이에서 상태가 가역적으로 변화하는 조광층과, 상기 조광층에서의 수소화, 탈수소화를 촉진하는 촉매층을 구비하는 반사형 조광소자에 있어서, 상기 조광층은, 제2족 원소에서 선택되는 적어도 1 종의 원소와, 제3족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 합금 및/또는 당해 합금의 수소화물로 이루어지는 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(2)는, 상기 제2족 원소에서 선택되는 적어도 1종의 원소와 제3족 원소 및 희토류 원소에서 선택되는 2종 이상의 원소를 포함하는 합금이, 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금인 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태(1)에 기재된 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(3)는, 상기 마그네슘ㆍ이트륨ㆍ스칸듐 합금이 Mg_{1 -x- y}Y_xSc_y (0.3<x<0.7, 0<y<0.6, x+y<1) 로 표시되는 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태 (2)에 기재된 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(4)는, 상기 촉매층이 팔라듐, 백금, 팔라듐 합금 또는 백금 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 예시적인 실시예 (1)~(3)의 어느 하나에 기재된 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(5)는, 상기 촉매층을 기준으로 하여 상기 조광층과 반대쪽에, 수소 투과성 및 발수성을 가지는 보호층을 구비하는 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태 (1)~(4)의 어느 하나에 기재된 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(6)는, 상기 조광층의 두께가 10nm 이상 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태 (1)~(5)의 어느 하나에 기재된 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(7)는, 상기 촉매층의 두께가 1nm 이상 20nm 이하인 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태 (1)~(6)의 어느 하나에 기재된 반사형 조광소자이다.

예시적인 실시형태(8)는, 예시적인 실시형태 (1)~(7)의 어느 하나에 기재된 반사형 조광소자를 구비하는 반사형 조광부재로서, 상기 조광층을 기준으로 하여 상기 촉매층과는 반대쪽에 투명 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 조광부재이다.

예시적인 실시형태(9)는, 상기 투명 부재로 유리 또는 플라스틱을 사용하는 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태(8)에 기재된 반사형 조광부재이다.

예시적인 실시형태(10)는, 2장 이상의 유리판을 구비하는 복층 유리에 있어서, 적어도 1장의 유리판의, 다른 유리판과 대향하는 면에, 예시적인 실시형태 (1)~(7)의 어느 하나에 기재된 반사형 조광소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 복층 유리이다.

예시적인 실시형태(11)는, 상기 반사형 조광소자를 구비하는 유리판과 상기 다른 유리판에 형성되는 간극에, 수소, 및 산소 또는 공기를 급ㆍ배기하는 분위기 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 예시적인 실시형태(10)에 기재된 복층 유리이다.

본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 수소화에 의해 투명 상태로 된 경우에 무색에 가까운 상태, 즉 광 투과율이 높으며, 또한 스위칭 반복 내구성이 높은 반사형 조광소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 조광층을 다원화함으로써, 탈수소화에 의한, 투명 상태로부터 거울 상태(금속 상태)로의 복귀가 빨라지는 작용 효과도 얻을 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시형태 및 구체적인 예를 첨부 도면을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 예시적인 실시형태 및 구체적인 예 중 어느 것에도 한정되지 않는 것이고, 예시적인 실시형태 및 구체적인 예는, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 변형, 변경 또는 조합될 수 있다.

본 출원은, 2011년 9월 30일에 출원된 일본 특허출원 제2011-218134호 및 2012년 3월 12일에 출원된 일본 특허출원 제2012-055155호에 근거한 우선권의 이익을 주장하는 것이며, 그 출원들의 전체 내용은 이로써 참조에 의해 여기에 포함된다.

Claims (11)

1. 반사형 조광소자로서, 수소와의 가역적 반응시에 투명 상태 및 반사 상태의 사이에서 가역적 변화를 나타내도록 구성된 조광층과, 상기 조광층의 상기 가역적 반응을 촉진하도록 구성된 촉매층을 포함하는 반사형 조광소자에 있어서,
   상기 조광층은, 마그네슘과, 이트륨과, 스칸듐, 란탄, 및 세륨으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 1종류의 원소를 함유하는 합금 또는 상기 합금의 수소화물을 포함하며,
   상기 합금의 조성은, Mg_1-x-yY_xSc_y (0.3<x<0.7, 0<y<0.4, x+y<1), 또는 Mg_1-x-yY_xLa_y (0.3<x<0.7, 0<y<0.4, x+y<1), 또는 Mg_1-x-yY_xCe_y (0.3<x<0.7, 0<y<0.4, x+y<1)에 의해 나타내어지는, 반사형 조광소자.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 촉매층은 팔라듐, 백금, 팔라듐 합금 또는 백금 합금을 포함하는, 반사형 조광소자.
5. 제1항에 있어서,
   상기 촉매층에 있어 상기 조광층의 반대쪽에 수소 투과성 및 발수성을 가지는 보호층을 더 구비하는 반사형 조광소자.
6. 제1항에 있어서,
   상기 조광층의 두께는 10nm 이상 200nm 이하인, 반사형 조광소자.
7. 제1항에 있어서,
   상기 촉매층의 두께는 1nm 이상 20nm 이하인, 반사형 조광소자.
8. 제1항에 기재된 반사형 조광소자를 포함하는 반사형 조광부재로서,
   상기 조광층에 있어 상기 촉매층의 반대쪽에 투명 부재를 더 구비하는 반사형 조광부재.
9. 제8항에 있어서,
   상기 투명 부재의 재료는 유리 또는 플라스틱을 포함하는, 반사형 조광부재.
10. 복층 유리로서,
    복수의 유리판과,
    다른 유리판과 대향하는 적어도 하나의 유리판의 표면에 제1항에 기재된 반사형 조광소자를 포함하는 복층 유리.
11. 제10항에 있어서,
    상기 반사형 조광소자를 구비한 상기 적어도 하나의 유리판과 상기 다른 유리판의 사이의 간극에, 수소 및, 산소 또는 공기를 공급하거나, 또는 상기 간극으로부터 수소 및, 산소 또는 공기를 배출하도록 구성된 분위기 제어기를 더 포함하는 복층 유리.
    

Images