KR20140010642A - Method for manufacturing thermochromic window - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 써모크로믹 윈도우 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도에 따라 태양광의 투과율이 조절되는 써모크로믹 윈도우의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for manufacturing a thermochromic window, and more particularly, to a method for manufacturing a thermochromic window in which the transmittance of sunlight is adjusted according to temperature.
최근 석유 등의 화학 에너지원의 가격이 급등하면서 새로운 에너지원 개발의 필요성이 커지고 있다. 또한, 이에 못지않게 에너지 절감기술의 중요성도 증대되고 있다. 실제로 일반 가정의 에너지 소비량 중 60% 이상은 냉·난방비로 사용된다. 특히 일반 주택 및 건물에서 창문을 통해 소비되는 에너지는 24%에 이른다. Recently, as the prices of chemical energy sources such as petroleum have skyrocketed, the need to develop new energy sources is growing. In addition, the importance of energy-saving technologies is increasing as well. In fact, more than 60% of household energy consumption is used for heating and cooling. In particular, 24% of the energy consumed by windows in general houses and buildings is consumed.
이에 따라 창문의 기본 기능인 건물의 미관 및 조망 특성을 유지하면서도 창문의 기밀 및 단열 특성을 높여 창문을 통해 소비되는 에너지를 줄이기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있으며, 대표적으로 창문의 크기를 조절하는 방법에서부터 고단열 윈도우를 설치하는 방법 등이 실시되고 있다.Accordingly, a variety of efforts have been made to reduce the energy consumed through the windows by increasing the airtightness and insulation properties of the windows while maintaining the aesthetic and visual characteristics of the building, which is the basic function of the windows. Typically, And a method of installing an insulating window.
고단열 윈도우의 종류에는 복층 글라스에 아르곤(Ar) 가스 등을 주입하여 열 교환 현상을 막는 아르곤 가스 주입 복층 글라스, 로이 (Low-E) 글라스, 또는 열선을 반사하는 열선 반사 글라스 등이 있다. Examples of the high insulation window include an argon gas injection multilayer glass that injects argon gas into the multilayer glass to prevent heat exchange, a low-E glass, or a heat ray reflection glass that reflects heat rays.
로이 글라스는 글라스 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅하여 창을 통해 들어오는 가시광선은 대부분 안으로 투과시켜 실내를 밝게 유지할 수 있도록 하고 적외선 영역의 복사선은 효과적으로 차단하여 겨울철에는 건물 안에서 발생한 난방열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 차단하고, 여름철에는 태양열이 유입되는 것을 차단하는 효과가 있으나, 여름철 실내 복사열도 차단하여 냉방 에너지 측면에서 불리한 단점을 가지고 있다.Roy glass has a thin coating of metal or metal oxide on the surface of the glass, allowing most of the visible light coming through the window to pass through to keep the room bright, and effectively blocking the radiation in the infrared area. Blocking and preventing the inflow of solar heat in summer, but also has a disadvantage in terms of cooling energy by blocking the indoor radiant heat in summer.
또한, 열선 반사 글라스는 여름철 태양열을 차단하지만 겨울철 태양열도 차단하여 난방에너지적으로 불리하다.In addition, the heat reflecting glass blocks the summer solar heat, but also blocks the winter solar heat is disadvantageous heating energy.
이에 써모크로믹(thermochromic) 효과를 지닌 물질을 글라스 위에 코팅하여 글라스가 상전이 온도 이상이 되면 가시광선은 들어오지만 적외선은 차단하여 실내온도가 상승하지 않게 하는 써모크로믹 윈도우에 관한 기술이 개발되고 있다.Therefore, a technique for thermochromic window is developed to coat a material having a thermochromic effect on the glass so that when the glass becomes above the phase transition temperature, visible light enters but infrared rays are blocked so that the room temperature does not rise. .
도 1은 글라스 기판의 일면에 이산화바나듐(VO2)으로 이루어진 써모크로믹 물질을 코팅한 써모크로믹 윈도우의 상전이 전/후 온도에 따른 태양광의 투과율 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing changes in transmittance of sunlight according to temperature before and after phase transition of a thermochromic window coated with a thermochromic material made of vanadium dioxide (VO 2 ) on one surface of a glass substrate.
도 1에 나타난 바와 같이, 써모크로믹 물질을 글라스에 코팅함으로써, 상전이 온도 전/후로 태양광의 투과율, 특히 적외선 영역에서의 투과율이 변함을 알 수 있고, 이에 의해 건물 등의 냉·난방 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.As shown in Figure 1, by coating the thermochromic material on the glass, it can be seen that the transmittance of the sunlight, in particular in the infrared region changes before and after the phase transition temperature, thereby improving the cooling and heating energy efficiency of buildings, etc. Can be improved.
이와 같은 상전이 현상이 원활히 일어나기 위해서는 써모크로믹 박막의 결정화가 충분히 일어나야 한다. In order for such a phase transition to occur smoothly, crystallization of the thermochromic thin film must occur sufficiently.
이에 종래에는, 써모크로믹 물질을 고온에서 코팅하여 써모크로믹 박막을 결정화하였다. 일례로, 비교적 실용 가능한 상전이 온도(약 68℃)를 가져 다양한 연구가 진행되고 있는 이산화바나듐(VO2)의 경우, 상전이 전/후로 결정구조가 단사정계(monoclinic)에서 정방정계(tetragonal)로 바뀌게 되는데, 이와 같은 상전이 현상이 잘 일어나게 하기 위해서, 이산화바나듐을 약 500℃의 고온에서 기판에 코팅하였다. Conventionally, the thermochromic material was coated at a high temperature to crystallize the thermochromic thin film. For example, in the case of vanadium dioxide (VO 2 ), which has a relatively practical phase transition temperature (approximately 68 ° C.) and various studies are being conducted, the crystal structure is changed from monoclinic to tetragonal before and after phase transition. In order to facilitate this phase transition phenomenon, vanadium dioxide was coated on the substrate at a high temperature of about 500 ° C.
그러나, 이러한 종래 방법은 써모크로믹 물질을 고온에서 기판에 코팅하기 때문에 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 상승하여 상용화가 쉽지 않다는 단점을 가지고 있다.However, this conventional method has a disadvantage in that it is not easy to commercialize because the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost is increased because the thermochromic material is coated on the substrate at a high temperature.
한편, 써모크로믹 윈도우에는 실내 난방열인 원적외선을 반사하여 실내 단열 성능을 향상시키기 위해 투명전도막이 추가되기도 하는데, 고온에서 투명전도막 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 경우, 투명전도막의 산소 비율이 변화하게 되어 전기전도성이 저하되고, 이에 의해 원적외선 차단 성능이 상실될 수 있다.On the other hand, a transparent conductive film may be added to the thermochromic window to improve indoor insulation by reflecting far-infrared rays, which are indoor heating heat. When the thermochromic material is coated on the transparent conductive film at a high temperature, the oxygen ratio of the transparent conductive film is increased. The electrical conductivity is lowered, and thus far infrared ray blocking performance may be lost.
이에 종래에는, 써모크로믹 물질의 코팅 온도를 낮추기 위해 써모크로믹 물질의 코팅 시 투명전도막에 전계를 인가하는 방법을 사용하였다. 일례로, 투명전도막 상에 이산화바나듐을 코팅하는 경우 약 300℃의 온도에서 이산화바나듐을 코팅하는 동시에 투명전도막에 전계를 인가하여 투명전도막을 발열시켜 이산화바나듐의 결정화를 보조하였다.In the related art, in order to lower the coating temperature of the thermochromic material, a method of applying an electric field to the transparent conductive film during coating of the thermochromic material was used. For example, when vanadium dioxide is coated on the transparent conductive film, the vanadium dioxide is coated at a temperature of about 300 ° C. and an electric field is applied to the transparent conductive film to generate a transparent conductive film to assist in crystallization of vanadium dioxide.
그러나, 이와 같은 방법은 온-라인(on-line) 공정인 진공 챔버 내에서의 써모크로믹 물질 코팅 공정에 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 즉, 움직이는 기판에 전계 장치를 부가해야 하므로, 써모크로믹 코팅을 연속적으로 해야 하는 양산 공정에 적용이 어렵다는 단점을 갖는다.
However, this method has a disadvantage in that it is difficult to apply to a thermochromic material coating process in a vacuum chamber which is an on-line process. That is, since an electric field device must be added to a moving substrate, it is difficult to apply to a mass production process that requires continuous thermochromic coating.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상온에서 써모크로믹 물질을 코팅하면서, 써모크로믹 윈도우의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있는 써모크로믹 윈도우 제조방법을 제공하는 것이다.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to coat the thermochromic material at room temperature, while improving the efficiency of the thermochromic window manufacturing process thermochromic It provides a window manufacturing method.
이를 위해, 본 발명은 기판 상에 투명전도성 물질을 코팅하는 제 1 투명전도막 형성 단계; 상온에서 상기 제 1 투명전도막 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 써모크로믹 박막 형성 단계; 및 상기 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 상기 제 1 투명전도막을 발열시켜 상기 써모크로믹 박막을 결정화하는 결정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법을 제공한다.To this end, the present invention comprises a first transparent conductive film forming step of coating a transparent conductive material on a substrate; A thermochromic thin film forming step of coating a thermochromic material on the first transparent conductive film at room temperature; And a crystallization step of crystallizing the thermochromic thin film by heating the first transparent conductive film by applying an electric field to the first transparent conductive film.
여기서, 상기 결정화 단계는, 상기 써모크로믹 박막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어질 수 있다.The crystallization may be performed by forming an electrode on the thermochromic thin film and then applying power to the electrode.
또한, 상기 써모크로믹 윈도우 제조방법은, 상기 써모크로믹 박막 형성 단계 후, 상기 써모크로믹 박막 상에 투명전도성 물질을 코팅하는 제 2 투명전도막 형성 단계를 더 포함하고, 상기 결정화 단계는 상기 제 1 투명전도막 및 상기 제 2 투명전도막에 전계를 인가하여 상기 제 1 투명전도막 및 상기 제 2 투명전도막을 발열시켜 상기 써모크로믹 박막을 결정화하는 것을 특징으로 할 수 있다.The thermochromic window manufacturing method may further include forming a second transparent conductive film on the thermochromic thin film after the thermochromic thin film forming step, wherein the crystallization step comprises: The thermochromic thin film may be crystallized by applying an electric field to the first transparent conductive film and the second transparent conductive film to generate heat to the first transparent conductive film and the second transparent conductive film.
여기서, 상기 결정화 단계는, 상기 제 2 투명전도막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어질 수 있다.The crystallization may be performed by forming an electrode on the second transparent conductive film and then applying power to the electrode.
또한, 상기 써모크로믹 윈도우 제조방법은,In addition, the thermochromic window manufacturing method,
상기 써모크로믹 박막 형성 단계 후, 상기 써모크로믹 박막 상에 산화물 또는 질화물을 코팅하는 보호막 형성 단계를 더 포함할 수 있다.After the thermochromic thin film forming step, a protective film forming step of coating an oxide or nitride on the thermochromic thin film may be further included.
여기서, 상기 결정화 단계는, 상기 보호막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어질 수 있다.The crystallization may be performed by forming an electrode on the passivation layer and then applying power to the electrode.
또한, 본 발명은 상온에서 기판 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 써모크로믹 박막 형성 단계; 상기 써모크로믹 박막 상에 투명전도성 물질을 코팅하는 제 1 투명전도막 형성 단계; 및 상기 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 상기 제 1 투명전도막을 발열시켜 상기 써모크로믹 박막을 결정화하는 결정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention is a thermochromic thin film forming step of coating a thermochromic material on a substrate at room temperature; A first transparent conductive film forming step of coating a transparent conductive material on the thermochromic thin film; And a crystallization step of crystallizing the thermochromic thin film by heating the first transparent conductive film by applying an electric field to the first transparent conductive film.
여기서, 상기 결정화 단계는, 상기 제 1 투명전도막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어질 수 있다.The crystallization may be performed by forming an electrode on the first transparent conductive film and then applying power to the electrode.
그리고, 상기 투명전도성 물질은 Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, 또는 이들의 합금과 산소가 결합된 산화물 중 어느 하나일 수 있다.The transparent conductive material may be any one of Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, or an oxide in which oxygen and an alloy thereof are combined.
또한, 상기 제 1 투명전도막 및 상기 제 2 투명전도막의 면저항은 10 ~ 250 Ω·□ 일 수 있다.In addition, the sheet resistance of the first transparent conductive film and the second transparent conductive film may be 10 to 250 kPa.
그리고, 상기 제 1 투명전도막 및 상기 제 2 투명전도막의 두께는 100 ~ 600 ㎚일 수 있다.The thickness of the first transparent conductive film and the second transparent conductive film may be 100 to 600 nm.
또한, 상기 써모크로믹 물질은 이산화바나듐(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(Ti2O3), 산화나이오븀(NbO2), 또는 황화니켈(NiS) 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the thermochromic material may be any one of vanadium dioxide (VO 2 ), titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), or nickel sulfide (NiS).
그리고, 상기 보호막은 SiO2, Al2O3, Nb2O5, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
The protective film may be made of any one material of SiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , or Si 3 N 4 .
본 발명에 따르면, 상온에서 써모크로믹 박막을 형성함으로써, 고온 설비가 불필요하고, 고온 공정에 따른 품질 불량을 줄일 수 있으며, 코팅 시간을 단축하여 제조 비용을 절감할 수 있다.According to the present invention, by forming the thermochromic thin film at room temperature, high temperature equipment is unnecessary, quality defects caused by the high temperature process can be reduced, and the manufacturing time can be reduced by shortening the coating time.
또한, 챔버 내에서 온-라인(on-line) 공정으로 이루어지는 코팅 단계와 별도로 결정화 단계를 챔버 밖에서 오프-라인(off-line) 공정으로 진행할 수 있어 써모크로믹 윈도우의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
In addition, the crystallization step can be performed off-line outside the chamber, apart from the coating step in the on-line process in the chamber, thereby improving the efficiency of the manufacturing process of the thermochromic window. have.
도 1은 글라스 기판의 일면에 VO2로 이루어진 써모크로믹 박막을 코팅한 써모크로믹 윈도우의 상전이 전/후 온도에 따른 태양광의 투과율 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법의 개략적인 흐름도.
도 3은 써모크로믹 윈도우의 양측단을 따라 형성된 전극을 촬영한 사진.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법의 개략적인 흐름도.1 is a graph showing the change in transmittance of sunlight according to the temperature before and after the phase transition of the thermochromic window coated with a thermochromic thin film made of VO 2 on one surface of the glass substrate.
2 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a thermochromic window according to a first embodiment of the present invention;
Figure 3 is a photograph of the electrodes formed along both ends of the thermochromic window.
4 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a thermochromic window according to a second embodiment of the present invention;
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thermochromic window according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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.
In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법의 개략적인 흐름도이다.2 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a thermochromic window according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 제 1 투명전도막 형성 단계(S110), 써모크로믹 박막 형성 단계(S120), 및 결정화 단계(S130)를 포함하여 이루어질 수 있다.2, in the method of manufacturing a thermochromic window according to the first embodiment of the present invention, the first transparent conductive film forming step (S110), the thermochromic thin film forming step (S120), and the crystallization step (S130) are performed. It can be made, including.
써모크로믹 윈도우를 제조하기 위해 우선, 기판 상에 제 1 투명전도막을 형성한다(S110).In order to manufacture a thermochromic window, first, a first transparent conductive film is formed on a substrate (S110).
기판은 지지 기재로서, 바람직하게는 소다라임(soda-lime)계 건축용 글라스가 사용될 수 있다.The substrate may be used as a supporting substrate, preferably soda-lime-based architectural glass.
제 1 투명전도막은 전기 전도성이 있는 산화물 박막으로, 원적외선 영역(5 ~ 50㎛)의 파장을 반사시켜 실내 난방열이 외부로 유출되는 것을 차단한다. 또한, 후술할 결정화 단계(S130)에서 인가되는 전계에 의해 발열하여 써모크로믹 박막을 결정화시킨다.The first transparent conductive film is an oxide thin film having electrical conductivity, and reflects the wavelength of the far infrared ray region (5 to 50 μm) to block outflow of indoor heating heat to the outside. In addition, the thermochromic thin film is crystallized by heating by an electric field applied in the crystallization step (S130) to be described later.
이와 같은 제 1 투명전도막은 Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, 또는 이들의 합금과 산소가 결합된 산화물 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 일례로, 제 1 투명전도막은 In2O3, SnO2, ZnO2, ITO(Indium Tin Oxide), FTO(F-doped Tin Oxide), AZO(Al-doped Zinc Oxide), 및 GZO(Ga-doped Zinc Oxdie) 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The first transparent conductive film may be made of any one material of Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, or an oxide in which oxygen and an alloy thereof are combined. For example, the first transparent conductive film may include In 2 O 3 , SnO 2 , ZnO 2 , Indium Tin Oxide (ITO), F-doped Tin Oxide (FTO), Al-doped Zinc Oxide (AZO), and Ga-doped GZO. Zinc Oxdie) may be made of any one material.
제 1 투명전도막의 면저항은 10 ~ 250 Ω·□ 인 것이 바람직하며, 발열 특성을 고려하면 20 ~ 100 Ω·□ 인 것이 보다 바람직하다.It is preferable that the sheet resistance of a 1st transparent conductive film is 10-250 kPa *, and it is more preferable that it is 20-100 kPa *, considering a heat generating characteristic.
또한, 제 1 투명전도막의 두께는 100 ~ 600 ㎚인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the thickness of a 1st transparent conductive film is 100-600 nm.
그리고, 제 1 투명전도막은 상온에서 스퍼터링 증착법에 의해 기판 상에 코팅될 수 있다.In addition, the first transparent conductive film may be coated on the substrate by a sputtering deposition method at room temperature.
이후, 제 1 투명전도막 상에 써모크로믹 물질을 상온에서 코팅한다(S120).Thereafter, the thermochromic material is coated on the first transparent conductive film at room temperature (S120).
써모크로믹 물질은 특정 온도(상전이 온도)에서 상전이되는 써모크로믹 현상에 의해 결정구조가 바뀌어 물리적 성질(전기 전도도, 적외선 투과율 등)이 급격히 변화하는 물질로, 상전이 전/후로 태양광 특히, 적외선의 차단 또는 반사율이 변화하는 특성을 갖는다. 이와 같은 써모크로믹 물질은 이산화바나듐(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(Ti2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.Thermochromic material is a substance whose crystal structure changes due to the thermochromic phenomenon that is phase-transformed at a specific temperature (phase transition temperature), and thus the physical properties (electric conductivity, infrared transmittance, etc.) change rapidly. Has the property of changing the blocking or reflectance. Such a thermochromic material may be made of any one of vanadium dioxide (VO 2 ), titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), and nickel sulfide (NiS).
써모크로믹 물질의 코팅(S120)은 상온에서 스퍼터링 증착법에 의해 이루어질 수 있다.Coating of the thermochromic material (S120) may be made by sputter deposition at room temperature.
마지막으로, 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 제 1 투명전도막을 발열시켜 써모크로믹 박막을 결정화한다(S130).Finally, an electric field is applied to the first transparent conductive film to heat the first transparent conductive film to crystallize the thermochromic thin film (S130).
제 1 투명전도막에 전계를 인가하면, 제 1 투명전도막의 면저항에 의해 제 1 투명전도막이 발열하고, 이에 의해 써모크로믹 박막이 가열되며 결정화된다. 발열 온도는 인가되는 전원의 세기 및 시간 등에 비례할 것이다.When an electric field is applied to the first transparent conductive film, the first transparent conductive film generates heat by the sheet resistance of the first transparent conductive film, thereby heating and crystallizing the thermochromic thin film. The exothermic temperature will be proportional to the intensity and time of the applied power.
이와 같은 결정화 단계(S130)은 써모크로믹 박막 상에 전극을 형성한 후, 전극에 전원을 인가함으로써 이루어질 수 있다.The crystallization step S130 may be performed by forming an electrode on the thermochromic thin film and then applying power to the electrode.
즉, 나노 수준의 두께를 갖는 써모크로믹 박막 상에 형성된 전극에 전원을 인가하면 제 1 투명전도막에 전계가 형성되고, 이에 의해 제 1 투명전도막이 발열함으로써 써모크로믹 박막이 결정화된다.That is, when power is applied to the electrode formed on the thermochromic thin film having a nano-level thickness, an electric field is formed in the first transparent conductive film, whereby the first transparent conductive film generates heat to crystallize the thermochromic thin film.
전극은 써모크로믹 박막의 양측단을 따라 실버 페이스트(silver paste)와 같은 전도성 페이스트를 프린팅함으로써 형성될 수 있다.The electrode may be formed by printing a conductive paste such as silver paste along both ends of the thermochromic thin film.
이와 같이, 상온에서 써모크로믹 박막을 형성함으로써, 고온 설비가 불필요하고, 고온 공정에 따른 품질 불량을 줄일 수 있으며, 코팅 시간을 단축하여 제조 비용을 절감할 수 있다.As such, by forming the thermochromic thin film at room temperature, high temperature equipment is unnecessary, quality defects due to high temperature processes can be reduced, and coating time can be shortened to reduce manufacturing costs.
또한, 결정화 단계(S130)를 챔버 내에서 온-라인(on-line) 공정으로 이루어지는 코팅 단계(S110, S120)와 별도로 챔버 밖에서 오프-라인(off-line) 공정으로 진행할 수 있어 써모크로믹 윈도우의 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
In addition, the crystallization step (S130) can be carried out in an off-line process outside the chamber separately from the coating steps (S110, S120) consisting of an on-line process in the chamber, the thermochromic window It can improve the manufacturing process efficiency.
본 발명에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 써모크로믹 박막 형성 단계(S120) 후, 써모크로믹 박막 상에 투명전도성 물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a thermochromic window according to the present invention may further include coating a transparent conductive material on the thermochromic thin film after forming the thermochromic thin film (S120).
즉, 본 발명에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 써모크로믹 박막 형성 단계(S120) 후, 결정화 단계(S130) 전에 써모크로믹 박막 상에 투명전도성 물질을 코팅하여 제 2 투명전도막을 형성하고, 결정화 단계(S130)에서 제 1 투명전도막 및 제 2 투명전도막에 전계를 인가하여 제 1 투명전도막 및 제 2 투명전도막을 발열시켜 써모크로믹 박막을 결정화하는 단계로 이루어질 수 있다.That is, the method for manufacturing a thermochromic window according to the present invention forms a second transparent conductive film by coating a transparent conductive material on the thermochromic thin film after the thermochromic thin film forming step (S120) and before the crystallization step (S130), In the crystallization step S130, an electric field may be applied to the first transparent conductive film and the second transparent conductive film to heat the first transparent conductive film and the second transparent conductive film to crystallize the thermochromic thin film.
제 2 투명전도막은 Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, 또는 이들의 합금과 산소가 결합된 산화물 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 제 1 투명전도막과 동일한 물질로 이루어지거나 다른 물질로 이루어질 수 있다.The second transparent conductive film may be made of any one material of Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, or an oxide in which an alloy thereof and oxygen are combined, and the same material as the first transparent conductive film. Or may be made of other materials.
또한, 제 2 투명전도막의 면저항은 10 ~ 250 Ω·□ 인 것이 바람직하며, 발열 특성을 고려하면 20 ~ 100 Ω·□ 인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 제 2 투명전도막의 두께는 100 ~ 600 ㎚인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the sheet resistance of a 2nd transparent conductive film is 10-250 kPa *, and it is more preferable that it is 20-100 kPa *, considering the heat generation characteristic. The thickness of the second transparent conductive film is preferably 100 to 600 nm.
이와 같이, 써모크로믹 박막의 상부 및 하부에 제 1 투명전도막 및 제 2 투명전도막을 형성한 후, 이를 발열시켜 써모크로믹 박막을 결정화함으로써, 써모크로믹 박막의 결정화 효율을 향상시킬 수 있으며, 또한 원적외선 차단 효율도 향상시킬 수 있다. 그리고, 상부에 형성된 제 2 투명전도막은 써모크로믹 박막이 스크래치 또는 외부 오염에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.As described above, after forming the first transparent conductive film and the second transparent conductive film on the upper and lower portions of the thermochromic thin film, and by heating the crystallized thermochromic thin film, the crystallization efficiency of the thermochromic thin film can be improved. In addition, the far infrared ray shielding efficiency can be improved. In addition, the second transparent conductive film formed on the upper portion can prevent the thermochromic thin film from being damaged by scratches or external contamination.
여기서, 결정화 단계(S130)는 제 2 투명전도막 상에 전극을 형성한 후, 전극에 전원을 인가하여 이루어질 수 있다. 즉, 제 2 투명전도막 상에 형성된 전극에 전원을 인가하면, 제 2 투명전도막 뿐만 아니라 나노 수준의 두께를 갖는 써모크로믹 박막을 사이에 둔 제 1 투명전도막에도 전계가 형성되게 되며, 이에 의해 제 1 투명전도막 및 제 2 투명전도막이 발열하게 되고, 써모크로믹 박막이 결정화된다.
Here, the crystallization step S130 may be performed by forming an electrode on the second transparent conductive film and then applying power to the electrode. That is, when power is applied to the electrode formed on the second transparent conductive film, an electric field is formed not only on the second transparent conductive film but also on the first transparent conductive film sandwiched by a thermochromic thin film having a nano-level thickness. As a result, the first transparent conductive film and the second transparent conductive film generate heat, and the thermochromic thin film is crystallized.
또한, 본 발명에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 써모크로믹 박막 형성 단계 후(S120), 써모크로믹 박막 상에 보호막을 형성 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the method for manufacturing a thermochromic window according to the present invention may further include forming a protective film on the thermochromic thin film after the thermochromic thin film forming step (S120).
즉, 본 발명에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 써모크로믹 박막 형성 단계 후(S120), 결정화 단계(S130) 전에 써모크로믹 박막 상에 산화물 또는 질화물을 코팅하여 보호막을 형성하고, 결정화 단계(S130)에서 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 제 1 투명전도막을 발열시켜 써모크로믹 박막을 결정화하는 단계로 이루어질 수 있다.That is, in the method of manufacturing a thermochromic window according to the present invention, after forming the thermochromic thin film (S120) and before the crystallization step (S130), an oxide or nitride is coated on the thermochromic thin film to form a protective film, and a crystallization step ( In operation S130, an electric field may be applied to the first transparent conductive film to generate the first transparent conductive film to crystallize the thermochromic thin film.
보호막은 써모크로믹 박막이 스크래치 또는 외부 오염에 의해 손상되는 것을 방지한다. The protective film prevents the thermochromic thin film from being damaged by scratches or external contamination.
여기서, 보호막은 SiO2, Al2O3, Nb2O5, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.Here, the protective film may be made of any one material of SiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , or Si 3 N 4 .
여기서, 결정화 단계(S130)는 보호막 상에 전극을 형성한 후, 전극에 전원을 인가하여 이루어질 수 있다. 즉, 보호막 및 써모크로믹 박막이 나노 수준의 두께를 가지므로, 보호막 상에 형성된 전극에 전원을 인가하면 제 1 투명전도막에 전계가 형성되어 제 1 투명전도막이 발열하게 되고, 이에 의해 써모크로믹 박막이 결정화된다.Here, the crystallization step S130 may be performed by forming an electrode on the protective film and then applying power to the electrode. That is, since the protective film and the thermochromic thin film have a nano-level thickness, when power is applied to the electrode formed on the protective film, an electric field is formed in the first transparent conductive film, which causes the first transparent conductive film to generate heat. Mic thin film is crystallized.
도 3은 글라스 기판 상에 제 1 투명전도막, 이산화바나듐 박막, 및 TiO2 박막을 순차적으로 코팅한 써모크로믹 윈도우의 양측단을 따라 실버 페이스트를 프린팅하여 형성한 전극을 촬영한 사진이다.
3 is a photograph of an electrode formed by printing a silver paste along both ends of a thermochromic window in which a first transparent conductive film, a vanadium dioxide thin film, and a TiO 2 thin film are sequentially coated on a glass substrate.
이하, 본 발명에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법에 의하는 경우, 써모크로믹 박막의 결정화 정도를 적외선(IR) 변환효율(투과율 차이)을 통해 알아본다.Hereinafter, in the case of the method of manufacturing a thermochromic window according to the present invention, the degree of crystallization of the thermochromic thin film is examined through infrared (IR) conversion efficiency (transmittance difference).
[표 1]은 이산화바나듐의 스퍼터링 조건 및 전계 인가 조건에 따른 변환효율을 나타낸 표이다. [Table 1] is a table showing the conversion efficiency according to the sputtering conditions and electric field application conditions of vanadium dioxide.
여기서, 이산화바나듐(VO2)의 두께는 50㎚이고, 투명전도막은 ZnO에 Al이 2.1wt% 도핑된 AZO로 이루어지되 300㎚의 두께를 가진다. 또한, 변환효율은 20℃ 와 90℃에서 이산화바나듐 박막의 2500㎚파장에 대한 투과율 차이를 나타낸다.Here, vanadium dioxide (VO 2 ) has a thickness of 50 nm, and the transparent conductive film is made of AZO doped with Al in 2.1 wt% in ZnO, but has a thickness of 300 nm. In addition, the conversion efficiency shows the difference in transmittance for 2500 nm wavelength of the vanadium dioxide thin film at 20 ° C and 90 ° C.
전계 인가During coating
Electric field
전계 인가After coating
Electric field
[표 1]에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 상온에서 AZO, 이산화바나듐, TiO2를 코팅한 후 AZO 박막에 30분 및 60분 동안 전계를 인가함으로써, 써모크로믹 윈도우의 변환효율이 각각 20%, 40% 도달될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 종래와 같이 이산화바나듐 박막을 300 ~ 500℃로 고온 코팅하지 않고도 높은 변환효율을 갖는 써모크로믹 윈도우를 제조할 수 있음을 알 수 있다.
As shown in Table 1, after coating AZO, vanadium dioxide and TiO 2 at room temperature according to the present invention, by applying an electric field to the AZO thin film for 30 minutes and 60 minutes, the conversion efficiency of the thermochromic window is 20, respectively. It can be seen that%, 40% can be reached. That is, it can be seen that a thermochromic window having a high conversion efficiency can be manufactured without coating a vanadium dioxide thin film at a high temperature of 300 to 500 ° C. as in the prior art.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법의 개략적인 흐름도이다.4 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a thermochromic window according to a second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따라 써모크로믹 윈도우를 제조하기 위해 우선, 상온에서 기판 상에 써모크로믹 물질을 코팅하여 써모크로믹 박막을 형성한다(S210). Referring to FIG. 4, first, in order to manufacture a thermochromic window according to the second embodiment of the present invention, a thermochromic thin film is formed by coating a thermochromic material on a substrate at room temperature (S210).
써모크로믹 물질은 이산화바나듐(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(Ti2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 써모크로믹 물질의 코팅은 상온에서 스퍼터링 증착법에 의해 이루어진다.The thermochromic material may be made of any one of vanadium dioxide (VO 2 ), titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), and nickel sulfide (NiS). Coating is carried out by sputter deposition at room temperature.
상온에서 써모크로믹 물질을 코팅함으로써 기판 내 이온의 확산에 의해 써모크로믹 물질이 써모크로믹 특성을 잃게 되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 종래 방법에 따라 기판에 써모크로믹 물질을 고온 코팅하는 경우 고온 코팅 과정에서 기판 내의 이온이 써모크로믹 물질로 확산되게 되고 이에 의해 써모크로믹 물질이 써모크로믹 특성을 잃게 되는데, 본 발명에 의하는 경우 이와 같은 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.By coating the thermochromic material at room temperature, it is possible to prevent the thermochromic material from losing its thermochromic properties due to diffusion of ions in the substrate. That is, when the thermochromic material is coated on the substrate according to the conventional method at high temperature, ions in the substrate are diffused into the thermochromic material during the high temperature coating process, whereby the thermochromic material loses the thermochromic properties. In this case, such a phenomenon can be prevented from occurring.
이후, 써모크로믹 박막 상에 제 1 투명전도성 물질을 코팅하여 제 1 투명전도막을 형성한다(S220).Thereafter, the first transparent conductive material is coated on the thermochromic thin film to form a first transparent conductive film (S220).
제 1 투명전도막은 상온에서 스퍼터링 증착법에 의해 형성될 수 있으며, Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, 또는 이들의 합금과 산소가 결합된 산화물 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.The first transparent conductive film may be formed by a sputtering deposition method at room temperature, and may be made of any one material of Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, or an alloy in which oxygen and an alloy thereof are combined. have.
또한, 제 1 투명전도막의 면저항은 10 ~ 250 Ω·□ 인 것이 바람직하며, 두께는 100 ~ 600 ㎚인 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the sheet resistance of a 1st transparent conductive film is 10-250 kPa * square, and it is preferable that thickness is 100-600 nm.
마지막으로, 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 제 1 투명전도막을 발열시켜 써모크로믹 박막을 결정화한다(S230).Finally, an electric field is applied to the first transparent conductive film to heat the first transparent conductive film to crystallize the thermochromic thin film (S230).
제 1 투명전도막에 전계를 인가하면, 제 1 투명전도막의 면저항에 의해 제 1 투명전도막이 발열하고, 이에 의해 써모크로믹 박막이 가열되며 결정화된다. 발열 온도는 인가되는 전원의 세기 및 시간 등에 비례할 것이며, 약 500℃ 정도의 온도가 바람직할 것이다.When an electric field is applied to the first transparent conductive film, the first transparent conductive film generates heat by the sheet resistance of the first transparent conductive film, thereby heating and crystallizing the thermochromic thin film. The exothermic temperature will be proportional to the intensity and time of the applied power source, and a temperature of about 500 ° C. will be preferred.
이와 같이, 제 1 투명전도막을 써모크로믹 박막의 상부에 형성함으로써, 제 1 투명전도막이 원적외선의 차단 및 써모크로믹 박막의 결정화 기능을 수행함과 더불어, 써모크로믹 박막이 스크래치 또는 외부 오염에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.Thus, by forming the first transparent conductive film on the thermochromic thin film, the first transparent conductive film performs the function of blocking the far infrared rays and crystallizing the thermochromic thin film, and the thermochromic thin film is scratched or damaged by external contamination. It can prevent damage.
이와 같은 결정화 단계(S130)은 제 1 투명전도막 상에 전극을 형성한 후, 전극에 전원을 인가함으로써 이루어질 수 있다.The crystallization step S130 may be performed by forming an electrode on the first transparent conductive film and then applying power to the electrode.
즉, 전극에 전원을 인가하면 제 1 투명전도막에 전계가 형성되고, 이에 의해 제 1 투명전도막이 발열함으로써, 써모크로믹 박막이 결정화된다.
That is, when power is applied to the electrode, an electric field is formed in the first transparent conductive film, whereby the first transparent conductive film generates heat, so that the thermochromic thin film is crystallized.
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.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims as well as the appended claims.
Claims (15)
상온에서 상기 제 1 투명전도막 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 써모크로믹 박막 형성 단계; 및
상기 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 상기 제 1 투명전도막을 발열시켜 상기 써모크로믹 박막을 결정화하는 결정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
Forming a first transparent conductive film to coat a transparent conductive material on the substrate;
A thermochromic thin film forming step of coating a thermochromic material on the first transparent conductive film at room temperature; And
And a crystallization step of crystallizing the thermochromic thin film by heating the first transparent conductive film by applying an electric field to the first transparent conductive film.
상기 써모크로믹 박막 상에 투명전도성 물질을 코팅하는 제 1 투명전도막 형성 단계; 및
상기 제 1 투명전도막에 전계를 인가하여 상기 제 1 투명전도막을 발열시켜 상기 써모크로믹 박막을 결정화하는 결정화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
Forming a thermochromic thin film coating the thermochromic material on the substrate at room temperature;
A first transparent conductive film forming step of coating a transparent conductive material on the thermochromic thin film; And
And a crystallization step of crystallizing the thermochromic thin film by heating the first transparent conductive film by applying an electric field to the first transparent conductive film.
상기 써모크로믹 윈도우 제조방법은,
상기 써모크로믹 박막 형성 단계 후, 상기 써모크로믹 박막 상에 투명전도성 물질을 코팅하는 제 2 투명전도막 형성 단계를 더 포함하고,
상기 결정화 단계는 상기 제 1 투명전도막 및 상기 제 2 투명전도막에 전계를 인가하여 상기 제 1 투명전도막 및 상기 제 2 투명전도막을 발열시켜 상기 써모크로믹 박막을 결정화하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
The method of claim 1,
The thermochromic window manufacturing method,
After the thermochromic thin film forming step, further comprising a second transparent conductive film forming step of coating a transparent conductive material on the thermochromic thin film,
In the crystallization step, the thermochromic thin film is crystallized by applying an electric field to the first transparent conductive film and the second transparent conductive film to heat the first transparent conductive film and the second transparent conductive film. Chromic window manufacturing method.
상기 써모크로믹 윈도우 제조방법은,
상기 써모크로믹 박막 형성 단계 후, 상기 써모크로믹 박막 상에 산화물 또는 질화물을 코팅하는 보호막 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
The method of claim 1,
The thermochromic window manufacturing method,
After the thermochromic thin film forming step, the thermochromic window manufacturing method comprising the step of forming a protective film for coating an oxide or nitride on the thermochromic thin film.
상기 결정화 단계는, 상기 써모크로믹 박막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
The method of claim 1,
The crystallization step, after forming an electrode on the thermochromic thin film, the method of manufacturing a thermochromic window, characterized in that by applying power to the electrode.
상기 결정화 단계는, 상기 제 1 투명전도막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
3. The method of claim 2,
The crystallization step, after forming an electrode on the first transparent conductive film, the thermochromic window manufacturing method, characterized in that by applying power to the electrode.
상기 결정화 단계는, 상기 제 2 투명전도막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
The method of claim 3,
The crystallization step, after forming an electrode on the second transparent conductive film, the thermochromic window manufacturing method, characterized in that by applying power to the electrode.
상기 결정화 단계는, 상기 보호막 상에 전극을 형성한 후, 상기 전극에 전원을 인가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
5. The method of claim 4,
The crystallization step, after forming the electrode on the protective film, the thermochromic window manufacturing method, characterized in that by applying power to the electrode.
상기 투명전도성 물질은 Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, 또는 이들의 합금과 산소가 결합된 산화물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The transparent conductive material is Zn, In, Sn, Ga, Al, Nb, Ni, Cr, or a method of manufacturing a thermochromic window, characterized in that any one of their alloys and oxides combined oxygen.
상기 제 1 투명전도막의 면저항은 10 ~ 250 Ω·□ 인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The sheet resistance of the first transparent conductive film is 10 ~ 250 Ω · □ Thermochromic window manufacturing method characterized in that.
상기 제 2 투명전도막의 면저항은 10 ~ 250 Ω·□ 인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
The method of claim 3,
The sheet resistance of the second transparent conductive film is 10 ~ 250 Ω · □ Thermochromic window manufacturing method characterized in that.
상기 제 1 투명전도막의 두께는 100 ~ 600 ㎚인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The thickness of the first transparent conductive film is a method of manufacturing a thermochromic window, characterized in that 100 ~ 600 nm.
상기 제 2 투명전도막의 두께는 100 ~ 600 ㎚인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
The method of claim 3,
The thickness of the second transparent conductive film is 100 ~ 600 ㎚, characterized in that the thermochromic window manufacturing method.
상기 써모크로믹 물질은 이산화바나듐(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(Ti2O3), 산화나이오븀(NbO2), 또는 황화니켈(NiS) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The thermochromic material is any one of vanadium dioxide (VO 2 ), titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), or nickel sulfide (NiS). Windows manufacturing method.
상기 보호막은 SiO2, Al2O3, Nb2O5, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
5. The method of claim 4,
The protective film is a method of manufacturing a thermochromic window, characterized in that made of any one material of SiO 2 , Al 2 O 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , or Si 3 N 4 .
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