KR20180099962A - Smart glass including vanadium dioxide film and method for manufactruing thereof - Google Patents

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Abstract

According to an embodiment of the present invention, smart glass comprises: a flexible substrate; a TiO_2 layer formed on the flexible substrate; and a vanadium dioxide film formed on the TiO_2 layer, and deposited and heat-treated at a temperature less than 175°C.

Description

이산화바나듐 박막을 포함하는 스마트 글라스 및 이의 제조방법{SMART GLASS INCLUDING VANADIUM DIOXIDE FILM AND METHOD FOR MANUFACTRUING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a smart glass including a vanadium dioxide thin film and a method of manufacturing the same. [0002]

본 발명은 이산화 바나듐 박막을 포함하는 스마트 글라스 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화 바나듐 박막이 형성된 플렉서블한 스마트 글라스 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a smart glass including a vanadium dioxide thin film and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flexible smart glass having a vanadium dioxide thin film and a method of manufacturing the same.

최근 에너지 소비의 급격한 증가, 유가 상승, 그리고 지구 온난화에 따른 환경적 문제, 화석 에너지 매장량 한계로 인한 고갈 및 가격 상승의 문제와 대기 오염 물질의 배출과 지구 온난화 등의 심각한 환경 문제가 대두되면서, 건물의 단열 및 효과적 열관리가 가능한 스마트 윈도우가 큰 주목을 받고 있다. In recent years, with the rapid increase in energy consumption, rising oil prices, environmental problems caused by global warming, exhaustion due to limitations of fossil energy reserves and rising prices, and serious environmental problems such as air pollutant discharge and global warming, And smart windows that can effectively manage heat insulation are attracting much attention.

뿐만 아니라, 윈도우에서 손실되는 에너지가 전체 건축물에서 손실되는 에너지의 45%임을 고려할 때, 열손실 최소화가 가능한 새로운 개념의 스마트 윈도우 기술 개발이 시급한 실정이다. In addition, considering that the energy lost in windows is 45% of the energy lost in the entire building, it is urgent to develop a new smart window technology that can minimize heat loss.

스마트 윈도우에 적용 가능한 기능성 글래스로, 이산화바나듐(VO2, Vanadium Dioxide)이 주목받고 있다. 이산화바나듐은 MIT(metal-insulator transition) 특성 및 써모크로믹(thermochromic) 특성을 갖는 물질로, 상전이 온도 부근에서 광학적 특성 및 전기적 특성이 변화한다.As a functional glass applicable to smart windows, vanadium dioxide (VO 2 , vanadium dioxide) is attracting attention. Vanadium dioxide is a material having a metal-insulator transition (MIT) characteristic and a thermochromic characteristic, and optical characteristics and electrical characteristics change near the phase transition temperature.

Vanadium Dioxide (VO2)는 상전이 온도인 68℃이하에서는 monoclinic phase 구조를 띈다. 이로 인해 광학적으로 IR 영역을 투과시키고 전기적으로는 부도체 상태가 된다, 반면 상전이 온도 이상에서 Rutile phase 구조로 변화하여 광학적으로는 IR 영역을 차단시키고 전기적으로는 도체 상태가 된다. 이런 구조 변화 현상을 Metal-Insulator transition (MIT)현상이라고 한다.Vanadium Dioxide (VO 2 ) has a monoclinic phase structure below the phase transition temperature of 68 ℃. As a result, it is optically transmitted through the IR region and becomes electrically nonconductive. On the other hand, it changes from a phase transition temperature to a rutile phase structure, optically shields the IR region, and becomes electrically conductive. This structural change phenomenon is called a metal-insulator transition (MIT) phenomenon.

기존의 이산화 바나듐 박막은 기판 상에 이산화 바나듐 박막을 증착시킨 후, 열처리하여 제조되는데, 최소 400℃ 이상의 열이 이산화 바나듐 박막에 장시간 가해진다. 특히, 대기와의 반응성을 감소시키기 위한 챔버 승온/강온 시간을 고려하면, 이산화 바나듐 박막은 수 시간 동안 열처리된다. 그러나, 고온 증착 방식을 이용할 경우, 이산화 바나듐 박막의 결정성을 향상시킬 수는 있으나, 베이스 기판의 물질에 제약이 있으며, 공정 비용이 고가이기 때문에 스마트 윈도우에 적용하기 위한 대면적 글래스 제조에 적합하지 않다.Conventional vanadium dioxide thin films are prepared by depositing a vanadium dioxide thin film on a substrate and then heat-treating the substrate. At least 400 ° C of heat is applied to the vanadium dioxide thin film for a long time. Particularly, considering the temperature rise / down time of the chamber for reducing the reactivity with the atmosphere, the vanadium dioxide thin film is heat-treated for several hours. However, when the high-temperature deposition method is used, the crystallinity of the vanadium dioxide thin film can be improved. However, since there is a restriction on the material of the base substrate and a high processing cost, it is suitable for manufacturing a large- not.

대한민국 공개특허 제2009-0090839호, "원자층 증착방법을 이용한 바나듐 산화막 형성방법"Korean Patent Publication No. 2009-0090839, "Method for forming vanadium oxide film using atomic layer deposition method" 대한민국 공개특허 제2015-011214호, "간단한 산소 제어를 통한 상온에서 금속-절연체 상전이 물질에서의 열역학적으로 불안정한 절연체상의 안정화 기술"Korean Patent Publication No. 2015-011214, "Stabilization Technology of Thermodynamically Unstable Insulator Phase in Metal-Insulator Phase Transition Material at Room Temperature by Simple Oxygen Control"

본 발명의 목적은 이산화 바나듐 박막을 저온 증착 방식으로 형성함으로써, 양호한 비정질(amorphous)을 가지면서 베이스 기판의 제약 없이 이산화바나듐 박막을 포함하는 스마트 글라스 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a smart glass including a vanadium dioxide thin film having good amorphous properties without forming a base substrate, and a method for manufacturing the same, by forming a vanadium dioxide thin film by a low temperature deposition method.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스는 플랙서블 기판, 상기 플랙서블 기판 상에 형성된 TiO2층 및 상기 TiO2층 상에 형성되어 175℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리된 이산화 바나듐 박막을 포함한다.Smart glass according to an embodiment of the present invention include TiO 2 layer and the deposition and heat treatment dioxide vanadium thin film in the TiO 2 layer is formed on a temperature not higher than 175 ℃ formed on a flexible substrate, the flexible substrate.

여기서, 상기 이산화바나듐 박막은 비정질(amorphous) 박막일 수 있다.Here, the vanadium dioxide thin film may be an amorphous thin film.

여기서, 상기 이산화바나듐 박막은 스퍼터링 장비를 이용하여, 175℃온도와 6mtorr의 아르곤(Ar) 및 산소(O2)분위기에서 증착될 수 있다.Here, the vanadium dioxide thin film may be deposited using a sputtering apparatus in an atmosphere of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) at a temperature of 175 ° C and a pressure of 6 mtorr.

여기서, 상기 산소(O2)의 분압은 0.275sccm(cm3/min)일 수 있다.Here, the partial pressure of oxygen (O 2 ) may be 0.275 sccm (cm 3 / min).

여기서, 상기 플랙서블 기판은 폴리이미드(polyimid) 재질의 기판일 수 있다.Here, the flexible substrate may be a polyimide substrate.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스 제조방법은 플랙서블 기판을 준비하는 단계, 상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계, 175℃이하 온도에서 상기 TiO2층에 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계를 포함한다.A smart glass manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a flexible substrate, depositing a TiO 2 layer on the flexible substrate, depositing a vanadium dioxide thin film on the TiO 2 layer at a temperature of 175 ° C or lower .

여기서, 상기 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계는 아르곤(Ar) 가스 10sccm분압과 산소(O2)가스 0.275sccm분압으로 챔버의 압력을 6mtorr로 유지시킨 상태에서 박막을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of depositing the vanadium dioxide thin film may include depositing a thin film while maintaining the pressure of the chamber at 6 mtorr with a partial pressure of 10 sccm of argon (Ar) gas and a partial pressure of 0.275 sccm of oxygen (O 2 ) gas.

여기서, 상기 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계는 아르곤(Ar) 가스 10sccm분압으로 175℃에서 2시간동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of depositing the vanadium dioxide thin film may include a heat treatment at 175 ° C for 2 hours under argon (Ar) gas at a partial pressure of 10 sccm.

여기서, 상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계는 IAD(Ion-beam Assisted Deposition) 장비를 이용하여 상기 플랙서블 기판에 200nm두께의 층을 증착하는 단계를 포함할 수 있다.The step of depositing the TiO 2 layer on the flexible substrate may include depositing a layer having a thickness of 200 nm on the flexible substrate using ION (Ion-beam Assisted Deposition) equipment.

여기서, 상기 플랙서블 기판은 폴리이미드(polyimid) 재질의 기판일 수 있다.Here, the flexible substrate may be a polyimide substrate.

본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스 제조방법은 플랙서블 기판을 준비하는 단계, 상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계, 상기 TiO2층이 증착된 플랙서블 기판을 175℃로 유지시키는 단계, 상기 TiO2층이 증착된 플랙서블 기판으로부터 바나듐 타겟을 15cm위치에 고정시키는 단계, 스퍼터 챔버안의 진공을 3×10-6torr까지 배출한 후 아르곤 가스 10sccm분압과 산소가스 0.275sccm분압으로 챔버의 압력을 6mtorr로 유지시키는 단계, 스퍼터 파워 100W를 인가하여 바나듐 타겟에 플라즈마를 형성시키는 단계, 상기 이산화 바나듐 박막을 50nm증착한후 아르곤 가스 10sccm분압으로 175℃에서 2시간 열처리하는 단계를 포함한다.Example smart glass production process according to the present invention is maintaining the step, step, flexible substrate on which is deposited the TiO 2 layer to deposit the TiO 2 layer to the flexible substrate to prepare the flexible substrate at a 175 ℃ , Fixing the vanadium target to a position of 15 cm from the flexible substrate on which the TiO 2 layer is deposited, discharging the vacuum in the sputter chamber to 3 × 10 -6 torr, and then performing a partial pressure of 10 sccm of argon gas and a partial pressure of 0.275 sccm of oxygen gas Maintaining the pressure at 6 mTorr, applying a sputtering power of 100 W to form a plasma on the vanadium target, depositing the vanadium dioxide thin film to a thickness of 50 nm, and then subjecting to heat treatment at 175 캜 for 2 hours under a partial pressure of 10 sccm of argon gas.

본 발명의 실시예에 따르면, 이산화바나듐 박막이 형성된 플랙서블한 스마트 글라스가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a flexible smart glass on which a vanadium dioxide thin film is formed is provided.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 175℃ 이하의 저온 증착방식으로 형성함으로서, 이산화 바나듐 박막의 MIT특성을 위한 양호한 비정질을 유지하면서 플랙서블한 베이스 기판을 이용하여 스마트 글라스 제조가 가능하다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a smart glass using a flexible base substrate while maintaining a good amorphous property for MIT characteristics of the vanadium dioxide thin film by forming the low temperature deposition method at 175 ° C or less.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 MIT 특성을 모식화한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스 제조방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이산화바나듐을 증착하기 위한 스퍼터장치의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 스마트 글래스의 히스테리시스 곡선이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이산화바나듐 박막의 결합 에너지를 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이산화바나듐 박막의 뎁프 프로파일 그래프이다.
1 is a cross-sectional view of a smart glass according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are schematic diagrams of MIT characteristics of a smart glass according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart of a smart glass manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view of a sputter apparatus for depositing vanadium dioxide according to an embodiment of the present invention.
5 is a hysteresis curve of a smart glass manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing binding energy of a vanadium dioxide thin film produced according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph depicting a depression profile of a vanadium dioxide thin film produced according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 ""직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.It is to be understood that when an element or layer is referred to as being "on" or " on "of another element or layer, All included. On the other hand, when a device is referred to as "directly on" or "directly above ", it does not intervene another device or layer in the middle.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.The terms spatially relative, "below", "beneath", "lower", "above", "upper" May be used to readily describe a device or a relationship of components to other devices or components. Spatially relative terms should be understood to include, in addition to the orientation shown in the drawings, terms that include different orientations of the device during use or operation. For example, when inverting an element shown in the figure, an element described as " below or beneath "of another element may be placed" above "another element. Thus, the exemplary term "below" can include both downward and upward directions. The elements can also be oriented in different directions, in which case spatially relative terms can be interpreted according to orientation.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. And terminologies used herein are terms used to properly represent embodiments of the present invention, which may vary depending on the user, intent of the operator, or custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.

이하 도면을 통해 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스에 대해서 살펴본다.Hereinafter, a smart glass according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a smart glass according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스는 플랙서블 기판(110), 상기 플랙서블 기판(110) 상에 형성된 TiO2층(120) 및 상기 TiO2층(120) 상에 형성되어 175℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리된 이산화 바나듐 박막(130)을 포함한다.On a smart glass is flexible substrate 110, TiO 2 layer 120, and the TiO 2 layer 120 is formed on the flexible substrate 110 according to an embodiment of the present invention as shown in Figure 1 And a vanadium dioxide thin film 130 deposited and heat-treated at a temperature of 175 ° C or lower.

플랙서블 기판(110)은 자유자재로 휘어지는 플라스틱 기판일 수 있으며, 바람직하게는 폴리이미드(polyimid) 재질의 기판일 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The flexible substrate 110 may be a freely bendable plastic substrate, preferably a polyimide substrate, but is not limited thereto.

TiO2층(120)은 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 여기서, TiO2층(120)은 온도 안정성을 가지며, 이산화 바나듐 박막(130) 형성시 씨드층(seed layer)으로 기능한다. A TiO 2 layer 120 is formed on the base substrate 110. Here, the TiO 2 layer 120 has temperature stability and functions as a seed layer in forming the vanadium dioxide thin film 130.

이산화 바나듐 박막(130)은 TiO2층(120) 상에 형성되며, 175℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리되었다. 이 같이 이산화 바나듐 박막(130)은 씨드층으로 기능하는 TiO2층(120) 상에 형성됨에 따라, 저온 증착에 의해 형성되더라도 양호한 비정질성 즉 비결정성을 갖게 된다.A vanadium dioxide thin film 130 is formed on the TiO 2 layer 120 and is deposited and heat-treated at a temperature of 175 ° C or lower. As such, the vanadium dioxide thin film 130 is formed on the TiO 2 layer 120 functioning as a seed layer, so that the vanadium dioxide thin film 130 has good amorphousness, that is, amorphousness even if formed by low temperature deposition.

이산화 바나듐 박막(130)은 TiO2층(120) 상에 형성되며, 175℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리되었다. 구체적으로, 이산화 바나듐 박막(130)은 DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여, 175℃ 온도와 6mTorr의 아르곤(Ar), 산소(O2) 분위기에서 바나듐 타겟에 100W 파워를 인가하여 50㎚로 증착되며, 175℃ 이하의 아르곤(Ar) 분위기에서 열처리된다. 이때 산소(O2)의 분압은 0.275sccm(cm3/min)일 수 있다. A vanadium dioxide thin film 130 is formed on the TiO 2 layer 120 and is deposited and heat-treated at a temperature of 175 ° C or lower. Specifically, the vanadium dioxide thin film 130 was irradiated with a 100 W power to a vanadium target in an atmosphere of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) at 175 ° C. and 6 mTorr using a DC / RF reactive magnetron sputtering apparatus And is heat-treated in an argon (Ar) atmosphere at 175 DEG C or less. At this time, the partial pressure of oxygen (O 2 ) may be 0.275 sccm (cm 3 / min).

현재 VO2, V2O3, V3O5, V4O7, V6O11, V5O9, V6O13, V4O9, V3O7, V2O5 등과 같은 다양한 바나듐 산화물이 존재하지만, MIT(metal-insulator transition) 특성 및 써모크로믹 특성은 이산화바나듐(VO2)에서만 나타난다. 즉, 이산화바나듐(VO2)은 상전이 온도 이하에서는 광학적으로는 IR 영역을 투과시키고 전기적으로는 부도체 상태가 되며, 상전이 온도 이상에서는 광학적으로는 IR 영역을 차단시키고 전기적으로는 도체 상태가 된다. 이 같은 상전이 현상은 이산화바나듐의 V-O-V 결합이 공유 결합에서 금속 결합으로 변화하기 때문으로 알려져 있다. At present, it is preferable to use a compound such as VO 2 , V 2 O 3 , V 3 O 5 , V 4 O 7 , V 6 O 11 , V 5 O 9 , V 6 O 13 , V 4 O 9 , V 3 O 7 , V 2 O 5 Various vanadium oxides are present, but the metal-insulator transition (MIT) and thermochromic properties are only present in vanadium dioxide (VO 2 ). That is, the vanadium dioxide (VO 2 ) optically transmits the IR region and becomes electrically nonconductive at a phase transition temperature or lower, and when the temperature is above the phase transition temperature, the IR region is optically cut off and becomes electrically conductive. This phase transition phenomenon is known to be caused by the change of the VOV bond of vanadium dioxide from a covalent bond to a metal bond.

상술한 MIT 특성 및 써모크로믹 특성을 가지면서, 플랙서블한 기판에 이산화바나듐이 증착되기 위해서는 비교적 낮은 온도에서 증착이 가능하고, 증착된 이후에도 물질의 특성이 유지될 수 있어야 한다. 본 발명의 실시예에 따른 이산화바나듐은 플랙서블한 기판의 특성상 비정질(amorphous) 박막이다. In order to deposit vanadium dioxide on a flexible substrate having the above-mentioned MIT characteristics and thermochromic characteristics, it is possible to deposit at a relatively low temperature and to maintain the properties of the material even after deposition. The vanadium dioxide according to the embodiment of the present invention is an amorphous thin film due to the characteristics of the flexible substrate.

특히 플랙서블한 플라스틱 재질의 기판은 녹는점이 낮아 일반적인 기판가공과정에서 기판의 변형이 발생하게 되나, 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스는 175℃라는 비교적 저온에서 이산화바나듐 박막의 증착이 이루어지게 되어 플랙서블한 기판상에 증착이 가능하다. Especially, the substrate of the flexible plastic substrate has a low melting point, so that the substrate is deformed during a general substrate processing. However, in the smart glass according to the embodiment of the present invention, the vanadium dioxide thin film is deposited at a relatively low temperature of 175 ° C Deposition is possible on a flexible substrate.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 MIT 특성을 모식화한 도면이다. 2A and 2B are schematic diagrams of MIT characteristics of a smart glass according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 겨울과 같이 상전이 온도 이하의 환경에서 태양광이 조사될 경우, 스마트 글래스(100)는 태양광 중 가시광선 영역 및 IR 영역의 광은 투과시키고, 일부 광은 반사시킨다. 따라서, 스마트 글래스(100)는 겨울과 같이 저온의 환경에서 적외선을 투과시켜 실내 온도를 높이면서, 실내의 방사열이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 2A, when sunlight is irradiated in an environment below the phase transition temperature as in the winter, the smart glass 100 transmits visible light and IR light in the sunlight and reflects some light. Accordingly, the smart glass 100 can transmit the infrared ray in a low-temperature environment such as winter so as to increase the indoor temperature and prevent radiant heat in the room from flowing out to the outside.

도 2b를 참조하면, 여름과 같이 상전이 온도 이상의 환경에서 태양광이 조사될 경우, 스마트 글래스(100)는 태양광 중 가시광선 영역을 투과시키고, IR 영역의 광과 그 밖의 일부 광을 반사시킨다. 따라서, 스마트 글래스(100)는 여름과 같이 고온의 환경에서 적외선을 반사시켜 태양열이 실내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 2B, when sunlight is irradiated in an environment above the phase transition temperature as in the summer, the smart glass 100 transmits visible light in the sunlight and reflects light in the IR area and some other light. Therefore, the smart glass 100 can prevent infrared rays from being reflected into the room by reflecting infrared light in a high temperature environment such as summer.

상술한 바와 같은 스마트 글래스(100)를 대면적으로 제조하여 스마트 윈도우에 적용함으로써, 실내의 냉난방 에너지를 절감시킬 수 있다. By manufacturing the smart glass 100 as described above in a large area and applying it to a smart window, it is possible to reduce the heating and cooling energy of the room.

이하 본 발명의 또 다른 양태에 따른 스마트 글래스 제조방법에 대해서 도 3과 도 4를 통해서 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing a smart glass according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스 제조방법의 순서도이다.3 is a flowchart of a smart glass manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이산화바나듐을 증착하기 위한 스퍼터장치의 개략도이다.4 is a schematic view of a sputter apparatus for depositing vanadium dioxide according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스 제조방법은 플랙서블 기판을 준비하는 단계, 상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계, 175℃이하 온도에서 상기 TiO2층에 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계를 포함한다.Smart glass production process according to the embodiment of the present invention as shown in Figure 3 in the TiO 2 layer in step 175 ℃ below a temperature of depositing a TiO 2 layer in step, the flexible substrate to prepare the flexible substrate And depositing a vanadium dioxide thin film.

상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계는 IAD(Ion-beam Assisted Deposition) 장비를 이용하여 상기 플랙서블 기판에 200nm두께의 층을 증착하는 단계를 포함한다. The step of depositing a TiO 2 layer on the flexible substrate includes depositing a 200 nm thick layer on the flexible substrate using an ION (Ion-beam Assisted Deposition) equipment.

구체적으로, 플랙서블 기판(110)을 IAD(Ion beam Assisted Deposition) 챔버에 장착시킨 후, TiO2층(120)을 진공 증착하여 이온 건(ion gun)으로 TiO2층(120) 상에 이온을 조사하여 TiO2층(120)을 치밀한 막 형태로 형성한다. Specifically, after the flexible substrate 110 is mounted on an ION (Ion beam Assisted Deposition) chamber, the TiO 2 layer 120 is vacuum deposited, and ions are ion-gunned onto the TiO 2 layer 120 And the TiO 2 layer 120 is formed into a dense film shape.

그리고 175 ℃에서 수분간 열처리를 하여 200㎚ 두께를 갖는 TiO2층(120)을 형성할 수 있다. 이 같이 제조된 TiO2층(120)은 이후 공정에서 형성될 이산화 바나듐 박막을 위한 씨드층으로 기능한다.The TiO 2 layer 120 having a thickness of 200 nm can be formed by performing heat treatment at 175 ° C for several minutes. The TiO 2 layer 120 thus produced functions as a seed layer for a vanadium dioxide thin film to be formed in a subsequent process.

175℃이하 온도에서 상기 TiO2층에 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계는 도 4와 같이 DC/RF 반응성 마그네트론 스퍼터(10)을 이용한다.The step of depositing the vanadium dioxide thin film on the TiO 2 layer at a temperature of 175 ° C or less uses a DC / RF reactive magnetron sputter 10 as shown in FIG.

구체적으로, 플랙서블 기판(110), TiO2층(120)이 차례로 형성된 기판을 진공 챔버(11) 내의 홀더(12)에 장착시키고, 바나듐 타겟(14)을 스퍼터 건(13)에 장착시킨다. 여기서, 바나듐 타겟(14)으로부터 구조물(410)을 15㎝ 가량 떨어뜨린다. 그리고, 진공 펌프(Vacuum pump)(17)를 이용하여 진공 챔버(11) 내의 진공을 3×10-6torr까지 뽑아낸 후, 기판을 175℃ 온도로 유지시키면서 파워 공급기(DC or RF Power supply)(18)를 통해 100W의 파워를 공급한다.Specifically, the substrate on which the flexible substrate 110 and the TiO 2 layer 120 are sequentially formed is mounted on the holder 12 in the vacuum chamber 11, and the vanadium target 14 is mounted on the sputter gun 13. Here, the structure 410 is dropped from the vanadium target 14 by about 15 cm. The vacuum in the vacuum chamber 11 was extracted to 3 × 10 -6 torr by using a vacuum pump 17 and the substrate was maintained at a temperature of 175 ° C., (18).

이때, MFC(Mass Flow Controller)(15)를 이용하여 아르곤 가스 용기(16a)를 통해 공급되는 아르곤 가스를 10 sccm 분압, 산소가스를 0.275sccm분압으로 조절하고, 진공 챔버(11) 내의 압력을 6 mTorr로 유지시킨 후, 100W의 파워를 바나듐 타겟(14)에 공급하여 플라즈마를 생성한다. 이 같은 방법으로 1시간 30분동안 이산화 바나듐 박막(130)을 50㎚ 두께로 증착할 수 있다.At this time, the argon gas supplied through the argon gas container 16a is controlled to a partial pressure of 10 sccm and the oxygen gas to a partial pressure of 0.275 sccm by using an MFC (Mass Flow Controller) 15, and the pressure in the vacuum chamber 11 is controlled to 6 mTorr, and then a power of 100 W is supplied to the vanadium target 14 to generate plasma. In this manner, the vanadium dioxide thin film 130 can be deposited to a thickness of 50 nm for 1 hour and 30 minutes.

이후, 아르곤 가스 용기(16a)를 통해 공급되는 아르곤 가스를 10sccm 분압으로 조절하고, 이산화바나듐 박막(130)을 175℃ 온도에서 2시간 가량 열처리한다.Then, the argon gas supplied through the argon gas container 16a is adjusted to a partial pressure of 10 sccm, and the vanadium dioxide thin film 130 is heat-treated at a temperature of 175 DEG C for about 2 hours.

이 같이, 이산화바나듐 박막(130)의 증착 및 열처리 공정을 175℃ 이하의 저온에서 수행함으로써, 플랙서블 기판(110)에도 이산화바나듐 박막의 증착이 가능하며, 대면적 스마트 글래스의 제조가 가능하다. By performing the vapor deposition and heat treatment process of the vanadium dioxide thin film 130 at a low temperature of 175 ° C or lower, it is possible to deposit the vanadium dioxide thin film on the flexible substrate 110 and manufacture a large-area smart glass.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 스마트 글래스의 히스테리시스 곡선이다. 5 is a hysteresis curve of a smart glass manufactured according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스마트 글래스의 주변 온도를 가열(heating) 및 냉각(cooling)시키면서 각 스마트 글래스의 저항 변화를 측정하였다. As shown in FIG. 5, the resistance change of each smart glass was measured while heating and cooling the ambient temperature of the smart glass according to the embodiment of the present invention.

스마트 글래스는 가열과 냉각시 47.9℃(Tc)의 히스테리시스 특성이 관찰된다. 이는 스마트 글래스에 포함된 이산화 바나듐 박막(VO2)이 47.9℃에서 상전이 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. Smart glass has a hysteresis characteristic of 47.9 ° C (Tc) during heating and cooling. It can be seen that the vanadium dioxide thin film (VO 2 ) contained in the smart glass shows the phase transition characteristic at 47.9 ° C.

도 6는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이산화바나듐 박막의 결합 에너지를 측정한 그래프이다.6 is a graph showing binding energy of a vanadium dioxide thin film produced according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이산화바나듐 박막의 뎁스 프로파일 그래프이다.7 is a depth profile graph of a vanadium dioxide thin film produced according to an embodiment of the present invention.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 박막의 결합에너지, 박막의 뎁스 프로파일을 측정한 결과 박막은 이산화바나듐임을 확인할 수 있다. As shown in FIGS. 6 and 7, the binding energy of the thin film and the depth profile of the thin film were measured. As a result, it can be confirmed that the thin film was vanadium dioxide.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 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 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 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 equivalents of the appended claims, as well as the appended claims.

110 베이스 기판
120 TiO2
130 이산화 바나듐 박막
110 base substrate
120 TiO 2 layer
130 vanadium dioxide thin film

Claims (12)

플랙서블 기판;
상기 플랙서블 기판 상에 형성된 TiO2층; 및
상기 TiO2층 상에 형성되어 175℃ 이하의 온도에서 증착 및 열처리된 이산화 바나듐 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스.
A flexible substrate;
A TiO 2 layer formed on the flexible substrate; And
And a vanadium dioxide thin film formed on the TiO 2 layer and deposited and heat-treated at a temperature of 175 ° C or less.
제1항에 있어서,
상기 이산화바나듐 박막은 비정질(amorphous) 박막인 것을 특징으로 하는 스마트 글래스.
The method according to claim 1,
Wherein the vanadium dioxide thin film is an amorphous thin film.
제1항에 있어서,
상기 이산화바나듐 박막은 스퍼터링 장비를 이용하여, 175℃온도와 6mtorr의 아르곤(Ar) 및 산소(O2)분위기에서 증착되는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스.
The method according to claim 1,
Wherein the vanadium dioxide thin film is deposited in an atmosphere of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) at 175 ° C and 6 mtorr using a sputtering equipment.
제3항에 있어서,
상기 산소(O2)의 분압은 0.275sccm(cm3/min)인 것을 특징으로 하는 스마트 글래스.
The method of claim 3,
Wherein the partial pressure of oxygen (O 2 ) is 0.275 sccm (cm 3 / min).
제1항에 있어서,
상기 플랙서블 기판은 폴리이미드(polyimid) 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 스마트 글래스.
The method according to claim 1,
Wherein the flexible substrate is a polyimide substrate.
플랙서블 기판을 준비하는 단계;
상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계;
175℃이하 온도에서 상기 TiO2층에 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 제조방법.
Preparing a flexible substrate;
Depositing a TiO 2 layer on the flexible substrate;
At temperatures below 175 ℃ smart glass manufacturing method comprising the steps of depositing a vanadium dioxide thin film on the TiO 2 layer.
제6항에 있어서,
상기 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계는 아르곤(Ar) 가스 10sccm분압과 산소(O2)가스 0.275sccm분압으로 챔버의 압력을 6mtorr로 유지시킨 상태에서 박막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the step of depositing the vanadium dioxide thin film includes depositing a thin film while maintaining the pressure of the chamber at 6 mtorr with a partial pressure of 10 sccm of argon (Ar) gas and a partial pressure of 0.275 sccm of oxygen (O 2 ) Glass manufacturing method.
제7항에 있어서,
상기 이산화바나듐 박막을 증착하는 단계는 아르곤(Ar) 가스 10sccm분압으로 175℃에서 2시간동안 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the step of depositing the vanadium dioxide thin film includes a step of heat-treating at 175 캜 for 2 hours under argon (Ar) gas at a partial pressure of 10 sccm.
제6항에 있어서,
상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계는 IAD(Ion-beam Assisted Deposition) 장비를 이용하여 상기 플랙서블 기판에 200nm두께의 층을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein depositing a TiO 2 layer on the flexible substrate comprises depositing a 200 nm thick layer on the flexible substrate using an Ion-beam Assisted Deposition (IAD) equipment.
제6항에 있어서,
상기 플랙서블 기판은 폴리이미드(polyimid) 재질의 기판인 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the flexible substrate is a polyimide substrate.
플랙서블 기판을 준비하는 단계;
상기 플랙서블 기판에 TiO2층을 증착하는 단계;
상기 TiO2층이 증착된 플랙서블 기판을 175℃로 유지시키는 단계;
상기 TiO2층이 증착된 플랙서블 기판으로부터 바나듐 타겟을 15cm위치에 고정시키는 단계;
스퍼터 챔버안의 진공을 3×10- 6torr까지 배출한 후 아르곤 가스 10sccm분압과 산소가스 0.275sccm분압으로 챔버의 압력을 6mtorr로 유지시키는 단계;
스퍼터 파워 100W를 인가하여 바나듐 타겟에 플라즈마를 형성시키는 단계;
상기 이산화 바나듐 박막을 50nm증착한후 아르곤 가스 10sccm분압으로 175℃에서 2시간 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글래스 제조방법.
Preparing a flexible substrate;
Depositing a TiO 2 layer on the flexible substrate;
Maintaining the flexible substrate on which the TiO 2 layer is deposited at 175 ° C;
Fixing the vanadium target at a position of 15 cm from the flexible substrate on which the TiO 2 layer is deposited;
A vacuum in the sputtering chamber 3 × 10 - 6 torr and then discharged to maintaining the argon gas partial pressure of 10sccm and oxygen gas and the chamber pressure with a partial pressure 0.275sccm 6mtorr;
Applying a sputter power of 100 W to form a plasma on the vanadium target;
Depositing the vanadium dioxide thin film to a thickness of 50 nm, and then subjecting the thin vanadium dioxide to heat treatment at 175 ° C for 2 hours under a partial pressure of 10 sccm of argon gas.
제11항의 방법으로 제조된 스마트 글래스.A smart glass produced by the method of claim 11.
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