WO2015065012A1 - 써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우 - Google Patents

써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우 Download PDF

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film
etching
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정영진
최용원
김현빈
차지윤
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a thermochromic window and a thermochromic window manufactured by the present invention, and more particularly, to a method for manufacturing a thermochromic window in which the transmittance of sunlight changes with temperature and a thermochromic window manufactured thereby. It is about.
  • the types of high insulation windows include an argon gas injection multilayer window that injects argon (Ar) gas into the multilayer glass to prevent heat exchange, a vacuum window that makes a vacuum between the multilayer glass, and a low-emission window.
  • argon gas injection multilayer window that injects argon (Ar) gas into the multilayer glass to prevent heat exchange
  • vacuum window that makes a vacuum between the multilayer glass
  • low-emission window a low-emission window.
  • glass which controls the energy inflow through sunlight by coating a layer having thermal properties on the window, is being studied.
  • low-emission glass has a thin coating of metal or metal oxide on the surface of the glass, allowing most of the visible light through the window to pass through to keep the room bright. Block out from the outside, and in summer, the heat outside the building to block the heating and cooling costs are effective.
  • the transmittance of solar light is not adjusted according to the season (temperature).
  • thermochromic windows that can be developed are being developed.
  • phase transition temperature is close to the relatively practical temperature as 68 °C
  • optical constants (n, k) is the value change increased permeability control is easier dioxide
  • vanadium (VO 2) a range of about Thermo electrochromic window was coated on a glass Research is ongoing.
  • thermochromic window when such a thermochromic window is used as a building or vehicle window, the thermochromic window should have a suitable lightability by securing a predetermined amount or more of visible light transmittance.
  • the conventional thermochromic window has a problem in that the visible light transmittance is low due to high absorption in the short wavelength region.
  • an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thermochromic window with a high visible light transmittance and a thermochromic window manufactured thereby.
  • the present invention comprises a first thermochromic material coating step of coating a thermochromic material on a substrate; Metal material coating step of coating a metal material on the thermochromic coating film; A heat treatment step of changing the metal coating layer into an island form by heat treatment; A second thermochromic material coating step of coating the thermochromic material on a thermochromic coating film having a metal material formed in an island shape; And an etching step of etching and removing the metal material.
  • the metal material coating step, the heat treatment step, the second thermochromic material coating step, and the etching step may be repeated one or more times after the etching step. have.
  • the metal material may be any one of Ag, Au, Al, Ti, and Nb
  • the etching step is 20 to 80 using an etching solution diluted nitric acid or chloric acid in water or an organic solvent 1 to 10%. It is preferably made for 1 to 5 minutes at a temperature of °C.
  • thermochromic window manufacturing method may further include an annealing step of heat treating the thermochromic material after the etching step.
  • the method may further include forming an anti-reflection film coating an oxide or nitride thin film having a refractive index different from that of the thermochromic material.
  • the annealing step may further include a protective film forming step of coating the oxide or nitride thin film.
  • thermochromic material may be vanadium dioxide.
  • the present invention is a substrate; And a thermochromic material formed on the substrate and comprising a thermochromic material, the thermochromic thin film having a plurality of pores.
  • thermochromic window according to the exemplary embodiment of the present invention may further include an antireflection film formed on the thermochromic thin film and formed of an oxide or nitride having a refractive index different from that of the thermochromic material.
  • thermochromic window according to an embodiment of the present invention may further include a protective film formed on the thermochromic thin film and formed of an oxide or nitride.
  • thermochromic material may be vanadium dioxide.
  • thermochromic coating film by forming a plurality of voids in the thermochromic coating film, the visible light transmittance of the thermochromic window can be improved.
  • thermochromic window 1 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a thermochromic window according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic diagram of the inside of the vanadium dioxide thin film formed of a porous structure by etching in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a graph comparing the transmittance before / after the phase transition of the porous vanadium dioxide thin film and the conventional vanadium dioxide thin film according to an embodiment of the present invention.
  • thermochromic window 4 is a schematic cross-sectional view of a thermochromic window according to an embodiment of the present invention.
  • thermochromic window and a thermochromic window manufactured by the method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • thermochromic window 1 is a schematic flowchart of a method of manufacturing a thermochromic window according to an embodiment of the present invention.
  • thermochromic window As shown in Figure 1, the method for manufacturing a thermochromic window according to an embodiment of the present invention is the first thermochromic material coating step (S100), metal material coating step (S200), heat treatment step (S300), 2 thermochromic material coating step (S400), and may comprise a etching step (S500).
  • thermochromic window In order to manufacture a thermochromic window according to an embodiment of the present invention, first, a thermochromic material is coated on a substrate (S100).
  • the substrate is a substrate having a constant width and thickness of transparent or colored.
  • thermochromic window When the thermochromic window according to an embodiment of the present invention is used as a window for a building or a vehicle, soda-lime glass may be used.
  • the tempered glass is thermally or chemically strengthened. Can be used.
  • Thermochromic material is a material whose crystal structure changes due to a thermochromic phenomenon that is phase-transformed at a specific temperature (phase transition temperature), so that its physical properties (electrical conductivity, infrared transmittance, etc.) change rapidly. It has the characteristic that the transmittance
  • thermochromic materials include vanadium dioxide (VO 2 ), titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), or nickel sulfide (NiS), but are preferably phase transition temperatures. Vanadium dioxide will be used that is close to a relatively practical temperature.
  • Coating of the thermochromic material may be by sputtering deposition.
  • vanadium dioxide may be coated on a substrate by sputtering or reactive sputtering using a target made of pure vanadium (V) metal, V 2 O 5 , V 2 O 3 , or VO 2 .
  • any one of Ag, Au, Al, Ti, and Nb may be used as the metal material coated on the thermochromic coating layer, but various metal materials that are easily etched may be used. .
  • Coating of the metal material may be by sputter deposition.
  • thermochromic coating film formed on the thermochromic coating film is changed to an island form by heat treatment (S300).
  • thermochromic coating film When the metal coating film formed on the thermochromic coating film is heat-treated, dewetting occurs due to a change in surface energy and a material-specific agglomeration phenomenon, whereby the metal coating film in a thin film form is changed into an island form such as a dot form. .
  • the heat treatment step 300 will proceed for 5 to 10 minutes at a temperature of 100 ⁇ 200 °C.
  • thermochromic material is coated on the thermochromic coating film in which the metal material is formed in an island form by the heat treatment step (S300).
  • thermochromic coating film By coating the thermochromic material on the thermochromic coating film in which the metal material is formed in an island shape, a thermochromic coating film having a metal material inserted therein is formed.
  • thermochromic material to be coated is the same material as the material coated in the first thermochromic material coating step S100, and may be coated by the same method as the first thermochromic material coating step S100.
  • thermochromic window according to an embodiment of the present invention (S500).
  • thermochromic coating film When the metal material formed in the island form is removed by the etching step S500, a plurality of voids are formed in the thermochromic coating film. That is, a porous thermochromic thin film is formed, and such a thermochromic thin film has a higher visible light transmittance than a conventional thermochromic thin film.
  • Figure 2 is a schematic diagram of the internal vanadium dioxide thin film formed of a porous structure by etching in accordance with an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a phase transition of the porous vanadium dioxide thin film and the conventional vanadium dioxide thin film according to an embodiment of the present invention It is a graph comparing the transmittance after.
  • the porous vanadium dioxide thin film according to the present invention is about 29% improved visible light transmittance than the conventional vanadium dioxide thin film.
  • the etching step (S500) will be made for 1 to 5 minutes at a temperature of 20 ⁇ 80 °C using a etch solution diluted nitric acid or chloric acid in water or an organic solvent 1 to 10%.
  • thermochromic window according to an embodiment of the present invention after the etching step (S500), metal material coating step (S200), heat treatment step (S300), the second thermochromic material coating step (S400), and etching Step S500 may be repeated one or more times.
  • the metal coating film is changed into an island form by heat treatment, and the thermochromic coating film is coated on the porous material, and then the metal material is removed. .
  • thermochromic coating film of a predetermined thickness or more having a large number of voids can be produced.
  • thermochromic window may further include an annealing step of heat treating the thermochromic material after the etching step S500.
  • thermochromic coating films formed by the plurality of thermochromic material coating steps can be suppressed from being peeled off from each other.
  • the annealing step will be carried out for 30 minutes to 1 hour at a temperature of 200 ⁇ 300 °C in the argon (Ar) atmosphere.
  • thermochromic window may further include an antireflection film forming step of coating an oxide or nitride thin film having a refractive index different from that of the thermochromic material.
  • the anti-reflection film may be made of any one of SiO 2 , Nb 2 O 5 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and Si 3 N 4 , and may be formed by a reactive sputtering deposition method.
  • the lower thermochromic coating film may be damaged by excessive oxygen or nitrogen, or the composition may be changed to lose the thermochromic properties. It should proceed with a minimum of oxygen to nitrogen injection.
  • thermochromic window may further include a protective film forming step of coating an oxide or nitride thin film after the annealing step.
  • the protective film functions to protect the thermochromic coating film from external pollutants, scratches, moisture or oxygen, and is formed on top of the thermochromic window.
  • a protective film can be formed by the reactive sputtering deposition method using a high density plasma, and it is preferable that the thickness of a protective film is 40-80 nm.
  • Such a protective film may be made of any one of SiO x , SiN x , and Al 2 O 3 .
  • thermochromic window 4 is a schematic cross-sectional view of a thermochromic window according to an embodiment of the present invention.
  • thermochromic window As shown in FIG. 4, the thermochromic window according to the exemplary embodiment of the present invention includes a substrate 100 and a thermochromic thin film 200.
  • the substrate 100 is a substrate having a constant width and thickness of transparent or colored.
  • thermochromic window When the thermochromic window according to an embodiment of the present invention is used as a window for a building or a vehicle, soda-lime-based glass may be used, and thermally or chemically strengthened glass may be used. Tempered glass can be used.
  • thermochromic thin film 200 is formed on the substrate 100 and made of a thermochromic material, but has a plurality of voids 210.
  • thermochromic thin film 200 is formed of a porous thermochromic thin film having a plurality of pores 210 therein, the thermochromic window according to the present invention may have excellent visible light transmittance.
  • thermochromic material includes vanadium dioxide (VO 2 ), titanium (III) oxide (Ti 2 O 3 ), niobium oxide (NbO 2 ), nickel sulfide (NiS), and the like. Vanadium dioxide will be used that is close to a relatively practical temperature.
  • thermochromic window according to an embodiment of the present invention may further include an antireflection film (not shown) formed on the thermochromic thin film.
  • the antireflection film improves visible light transmittance by reducing visible light reflection of the thermochromic window.
  • Such an antireflection film may be formed of an oxide or nitride thin film having a refractive index different from that of a thermochromic material, and preferably any one of SiO 2 , Nb 2 O 5 , Al 2 O 3 , TiO 2 , and Si 3 N 4 . It can be made of a material.
  • thermochromic window may further include a protective film (not shown) formed on the thermochromic thin film 200 and made of oxide or nitride.
  • the protective film functions to protect the thermochromic thin film 200 from external pollutants, scratches, moisture, or oxygen, and may be formed on top of the thermochromic window.
  • the protective film will be made of any one of SiO x , SiN x , and Al 2 O 3 .
  • the thickness of a protective film is 40-80 nm.

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Abstract

본 발명은 써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도에 따라 태양광의 투과율이 변하는 써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 기판 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 제 1 써모크로믹 물질 코팅단계; 써모크로믹 코팅막 상에 금속 물질을 코팅하는 금속 물질 코팅단계; 열처리에 의해 금속 코팅막을 아일랜드 형태로 변화시키는 열처리 단계; 금속 물질이 아일랜드 형태로 형성된 써모크로믹 코팅막 상에 상기 써모크로믹 물질을 코팅하는 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계; 및 상기 금속 물질을 에칭하여 제거하는 에칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법을 제공한다.

Description

써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우
본 발명은 써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도에 따라 태양광의 투과율이 변하는 써모크로믹 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우에 관한 것이다.
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.
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.
고단열 윈도우의 종류에는 복층 유리에 아르곤(Ar) 가스 등을 주입하여 열 교환 현상을 막는 아르곤 가스 주입 복층 윈도우, 복층 유리 사이를 진공 상태로 만든 진공 윈도우, 저방사(Low-E) 윈도우 등이 있다. 이외에도 열적 특성을 지닌 층을 윈도우에 코팅하여 태양광을 통한 에너지 유입을 조절하는 유리 등이 연구되고 있다.
특히, 저방사 유리는 유리 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 건물 바깥의 열기를 차단하여 냉·난방비를 줄이는 효과가 있다. 그러나, 가시광선 이외의 파장에 대해서는 반사를 하는 특성에 의해, 특히 겨울철에 태양에서 나오는 적외선 부분을 실내로 유입시키지 못하고, 계절(온도)에 따라 태양광의 투과율이 조절되지 않는다는 단점을 가지고 있다.
이에 써모크로믹(thermochromic) 특성을 갖는 물질을 유리 위에 코팅하여 유리가 일정한 온도 이상이 되면 가시광선은 들어오지만 근적외선 및 적외선은 차단하여 실내온도가 상승하지 않게 함으로써, 냉·난방 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 써모크로믹 윈도우에 관한 다양한 기술이 개발되고 있다.
특히, 상전이 온도가 68℃로써 비교적 실용 가능한 온도에 가까우며, 광학 정수(n,k) 값의 변화가 커 투과율 제어가 용이한 이산화바나듐(VO2)을 유리에 코팅한 써모크로믹 윈도우에 관해 다양한 연구가 진행 중에 있다.
한편, 이와 같은 써모크로믹 윈도우를 건축용 또는 차량용 윈도우로 사용하는 경우, 써모크로믹 윈도우는 일정량 이상의 가시광 투과율을 확보하여 적정한 채광성을 가져야 한다. 그러나, 종래 써모크로믹 윈도우는 단파장 영역에서의 흡수율이 높아 가시광 투과율이 낮다는 문제를 갖는다.
(선행기술문헌)
대한민국 공개 특허 제10-2008-0040439호(2008.05.08)
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가시광 투과율이 높은 써모크로믹 윈도우의 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 제 1 써모크로믹 물질 코팅단계; 써모크로믹 코팅막 상에 금속 물질을 코팅하는 금속 물질 코팅단계; 열처리에 의해 금속 코팅막을 아일랜드 형태로 변화시키는 열처리 단계; 금속 물질이 아일랜드 형태로 형성된 써모크로믹 코팅막 상에 상기 써모크로믹 물질을 코팅하는 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계; 및 상기 금속 물질을 에칭하여 제거하는 에칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 상기 에칭 단계 후, 상기 금속 물질 코팅단계, 열처리 단계, 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계, 및 에칭 단계가 1회 이상 반복될 수 있다.
여기서, 상기 금속 물질은 Ag, Au, Al, Ti, 및 Nb 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 에칭 단계는 질산 또는 염소산을 물 또는 유기용제에 1 ~ 10%로 희석한 에칭액을 이용하여 20 ~ 80℃의 온도에서 1 ~ 5분 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 상기 에칭 단계 후, 상기 써모크로믹 물질을 열처리하는 어닐링 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 어닐링 단계 후, 상기 써모크로믹 물질과 상이한 굴절률을 갖는 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하는 반사방지막 형성단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 어닐링 단계 후, 산화물 또는 질하물 박막을 코팅하는 보호막 형성단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 써모크로믹 물질은 이산화바나듐일 수 있다.
또한, 본 발명은 기판; 및 상기 기판 상에 형성되며 써모크로믹 물질로 이루어지되, 다수의 공극을 갖는 써모크로믹 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우를 제공한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우는 상기 써모크로믹 박막 상에 형성되되, 상기 써모크로믹 물질과 상이한 굴절률을 갖는 산화물 또는 질화물로 이루어진 반사방지막을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우는 상기 써모크로믹 박막 상에 형성되되 산화물 또는 질화물로 이루어진 보호막을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 써모크로믹 물질은 이산화바나듐일 수 있다.
본 발명에 따르면, 써모크로믹 코팅막 내부에 다수의 공극을 형성시킴으로써, 써모크로믹 윈도우의 가시광 투과율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법의 개략적인 흐름도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 에칭에 의해 다공성 구조가 형성된 이산화바나듐 박막의 내부 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 이산화바나듐 박막과 종래 이산화바나듐 박막의 상전이 전/후 투과율을 비교한 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우의 개략적인 단면도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법 및 이에 의해 제조된 써모크로믹 윈도우에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법의 개략적인 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 제 1 써모크로믹 물질 코팅단계(S100), 금속 물질 코팅단계(S200), 열처리 단계(S300), 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계(S400), 및 에칭 단계(S500)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 써모크로믹 윈도우를 제조하기 위해, 우선 기판 상에 써모크로믹 물질을 코팅한다(S100).
기판은 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우가 건축용 또는 차량용 등의 윈도우로 사용될 경우 기판은 소다라임(soda-lime)계 유리가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 열강화 또는 화학강화된 강화유리가 사용될 수 있다.
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, 근적외선의 투과율 내지 반사율이 변화하는 특성을 갖는다. 이에 의해, 온도가 높은 여름철에는 적외선을 차단시킴으로써 열 에너지의 유입을 막아 냉방부하를 감소시키고 온도가 낮은 겨울에는 적외선을 투과시킴으로써 난방부하를 감소시킬 수 있다.
이와 같은 써모크로믹 물질로는 이산화바나듐(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(Ti2O3), 산화나이오븀(NbO2), 또는 황화니켈(NiS) 등이 있으나, 바람직하게는 상전이 온도가 비교적 실용 가능한 온도에 가까운 이산화바나듐이 사용될 것이다.
써모크로믹 물질의 코팅은 스퍼터링(sputtering) 증착법에 의할 수 있다. 일례로, 순수 바나듐(V) 금속, V2O5, V2O3, 또는 VO2 등으로 이루어진 타겟을 이용하여 스퍼터링 또는 반응성 스퍼터링을 진행함으로써, 기판 상에 이산화바나듐을 코팅할 수 있다.
이후, 써모크로믹 물질이 코팅되어 형성된 써모크로믹 코팅막 상에 금속 물질을 코팅한다(S200).
여기서, 써모크로믹 코팅막 상에 코팅되는 금속 물질로는 Ag, Au, Al, Ti, 및 Nb 중 어느 하나가 사용될 수 있으나, 특별히 이에 한정될 것은 아니며 에칭이 용이한 다양한 금속 물질이 사용될 수 있을 것이다.
금속 물질의 코팅은 스퍼터링 증착법에 의할 수 있다.
이후, 열처리에 의해 써모크로믹 코팅막 상에 형성된 금속 코팅막을 아일랜드(island) 형태로 변화시킨다(S300).
써모크로믹 코팅막 상에 형성된 금속 코팅막을 열처리하면 표면 에너지의 변화 및 물질 고유의 특성인 응집 현상에 의해 디웨팅(dewetting)이 일어나고 이에 의해 박막 형태의 금속 코팅막은 도트 형태와 같은 아일랜드 형태로 변하게 된다.
바람직하게, 열처리 단계(300)는 100 ~ 200℃의 온도에서 5 ~ 10분 동안 진행될 것이다.
이후, 열처리 단계(S300)에 의해 금속 물질이 아일랜드 형태로 형성된 써모크로믹 코팅막 상에 써모크로믹 물질을 코팅한다(S400).
금속 물질이 아일랜드 형태로 형성된 써모크로믹 코팅막 상에 써모크로믹 물질을 코팅함으로써, 내부에 금속 물질이 삽입된 형태의 써모크로믹 코팅막이 형성되게 된다.
코팅되는 써모크로믹 물질은 제 1 써모크로믹 물질 코팅단계(S100)에서 코팅된 물질과 동일한 물질이며, 제 1 써모크로믹 물질 코팅단계(S100)와 동일한 방법에 의해 코팅될 수 있다.
마지막으로, 금속 물질을 에칭하여 제거함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우를 제조할 수 있다(S500).
에칭 단계(S500)에 의해 아일랜드 형태로 형성된 금속 물질을 제거하면, 써모크로믹 코팅막의 내부에 다수의 공극이 형성된다. 즉, 다공성 써모크로믹 박막이 형성되고, 이와 같은 써모크로믹 박막은 종래의 써모크로믹 박막보다 높은 가시광 투과율을 갖게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 에칭에 의해 다공성 구조가 형성된 이산화바나듐 박막의 내부 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 이산화바나듐 박막과 종래 이산화바나듐 박막의 상전이 전/후 투과율을 비교한 그래프이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 다공성 이산화바나듐 박막은 종래 이산화바나듐 박막보다 가시광 투과율이 약 29% 향상된다.
바람직하게, 에칭 단계(S500)는 질산 또는 염소산을 물 또는 유기용제에 1 ~ 10%로 희석한 애칭액을 이용하여 20 ~ 80℃의 온도에서 1 ~ 5분 동안 이루어질 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우는 에칭 단계(S500) 후, 금속 물질 코팅단계(S200), 열처리 단계(S300), 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계(S400), 및 에칭 단계(S500)가 1회 이상 반복될 수 있다.
즉, 다공성 써모크로믹 코팅막 상에 금속 물질을 코팅한 후 열처리에 의해 금속 코팅막을 아일랜드 형태로 변화시키고, 이 위에 다시 써모크로믹 코팅막을 코팅한 후 금속 물질을 제거하는 공정을 반복적으로 진행할 수 있다.
이와 같은 반복적 공정을 진행함으로써, 많은 수의 공극을 갖는 일정 두께 이상의 써모크로믹 코팅막을 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 에칭 단계(S500) 후 써모크로믹 물질을 열처리하는 어닐링(annealing) 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 어닐링 단계를 가짐으로써, 복수의 써모크로믹 물질 코팅단계에 의해 형성된 써모크로믹 코팅막이 서로 박리되는 것을 억제할 수 있다.
바람직하게, 어닐링 단계는 아르곤(Ar) 분위기에서 200 ~ 300℃의 온도로 30분 ~ 1시간 동안 이루어질 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 어닐링 단계 후, 써모크로믹 물질과 상이한 굴절률을 갖는 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하는 반사방지막 형성단계를 더 포함할 수 있다.
반사방지막은 SiO2, Nb2O5, Al2O3, TiO2, 및 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 반응성 스퍼터링 증착법에 의해 형성될 수 있다.
반사방지막 형성 시 하부의 써모크로믹 코팅막이 과다 산소 또는 질소에 의해 손상되거나 조성이 변화하여 써모크로믹 특성을 상실할 수 있으므로, 반사방지막 형성단계는 산화물 또는 질화물 박막의 특성을 유지하는 한도 내에서 최소한의 산소 내지 질소를 주입하며 진행되어야 할 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우 제조방법은 어닐링 단계 후, 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하는 보호막 형성단계를 더 포함할 수 있다.
보호막은 외부의 오염원, 스크래치, 수분 또는 산소 등으로부터 써모크로믹 코팅막을 보호하는 기능을 수행하며, 써모크로믹 윈도우의 최상부에 형성된다.
보호막을 고밀도로 형성하기 위해 고밀도 플라즈마를 이용한 반응성 스퍼터링 증착법에 의해 보호막을 형성할 수 있으며, 보호막의 두께는 40 ~ 80㎚인 것이 바람직하다.
이와 같은 보호막은 SiOx, SiNx, 및 Al2O3 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우는 기판(100) 및 써모크로믹 박막(200)을 포함하여 이루어진다.
기판(100)은 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우가 건축용 또는 차량용 등의 윈도우로 사용될 경우 기판(100)은 소다라임(soda-lime)계 유리가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 열강화 또는 화학강화된 강화유리가 사용될 수 있다.
써모크로믹 박막(200)은 기판(100) 상에 형성되며 써모크로믹 물질로 이루어지되, 다수의 공극(210)을 갖는다.
즉, 써모크로믹 박막(200)이 내부에 다수의 공극(210)을 갖는 다공성의 써모크로믹 박막으로 형성됨으로써, 본 발명에 따른 써모크로믹 윈도우는 우수한 가시광 투과율을 가질 수 있다.
여기서, 써모크로믹 물질로는 이산화바나듐(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(Ti2O3), 산화나이오븀(NbO2), 또는 황화니켈(NiS) 등이 있으나, 바람직하게는 상전이 온도가 비교적 실용 가능한 온도에 가까운 이산화바나듐이 사용될 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우는 써모크로믹 박막 상에 형성되는 반사방지막(미도시)을 더 포함할 수 있다.
반사방지막은 써모크로믹 윈도우의 가시광 반사를 줄임으로써, 가시광 투과율을 향상시킨다. 이와 같은 반사방지막은 써모크로믹 물질과 상이한 굴절률을 갖는 산화물 또는 질화물 박막으로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 SiO2, Nb2O5, Al2O3, TiO2, 및 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 써모크로믹 윈도우는 써모크로믹 박막(200) 상에 형성되되 산화물 또는 질화물로 이루어진 보호막(미도시)을 더 포함할 수 있다.
보호막은 외부의 오염원, 스크래치, 수분 또는 산소 등으로부터 써모크로믹 박막(200)을 보호하는 기능을 수행하며, 써모크로믹 윈도우의 최상부에 형성될 것이다. 바람직하게 보호막은 SiOx, SiNx, 및 Al2O3 중 어느 하나의 물질로 이루어질 것이다.
또한, 보호막의 두께는 40 ~ 80㎚인 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 기판 상에 써모크로믹 물질을 코팅하는 제 1 써모크로믹 물질 코팅단계;
    써모크로믹 코팅막 상에 금속 물질을 코팅하는 금속 물질 코팅단계;
    열처리에 의해 금속 코팅막을 아일랜드 형태로 변화시키는 열처리 단계;
    금속 물질이 아일랜드 형태로 형성된 써모크로믹 코팅막 상에 상기 써모크로믹 물질을 코팅하는 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계; 및
    상기 금속 물질을 에칭하여 제거하는 에칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 단계 후,
    상기 금속 물질 코팅단계, 열처리 단계, 제 2 써모크로믹 물질 코팅단계, 및 에칭 단계가 1회 이상 반복되는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 물질은 Ag, Au, Al, Ti, 및 Nb 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 에칭 단계는 질산 또는 염소산을 물 또는 유기용제에 1 ~ 10%로 희석한 에칭액을 이용하여 20 ~ 80℃의 온도에서 1 ~ 5분 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에칭 단계 후,
    상기 써모크로믹 물질을 열처리하는 어닐링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 어닐링 단계 후,
    상기 써모크로믹 물질과 상이한 굴절률을 갖는 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하는 반사방지막 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 어닐링 단계 후,
    산화물 또는 질하물 박막을 코팅하는 보호막 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 물질은 이산화바나듐인 것을 특징으로 하는 써모크로믹 윈도우 제조방법.
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