CN103171181A - 反射基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种反射基板及其制造方法，所述反射基板对可见光的透光率增加。所述反射基板包含玻璃基板、形成在玻璃基板上的氧化物薄膜或氮化物膜，并且二氧化钒(VO2)膜形成在所述氧化物薄膜或氮化物膜上。

Description

反射基板及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年12月26日提交的韩国专利申请号10-2011-0142054的优先权，其全部内容公开为所有的目的通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种反射基板及其制造方法，并且更具体地，涉及一种反射基板及其制造方法，所述反射基板对可见光的透光率增加。
背景技术
近来，应化学能源例如石油价格飞涨的要求，对开发新能源的需求增加。与对新能源的需求一致，节能技术的重要性增加。实际上，普通房屋中至少60%的能量消耗归因于加热和/或制冷。特别是，普通房屋和建筑物通过窗户损失的能量达到其能量的24%。
因此，已经做出各种尝试，以便在保持窗户的美学和观察特性的基本功能的同时，通过增加其气密和绝缘特性减小通过窗户损失的能量的量。举例来说，代表性方法包含改变窗户的尺寸和提供高绝缘窗户。
高绝缘窗玻璃的类型包含氩(Ar)注入的双层玻璃、低辐射玻璃、反射玻璃等，其中，氩(Ar)注入的双层玻璃中氩气等置于一对玻璃板之间以防止热交换。
在它们中，通过在通常的透明玻璃的一个表面上贴附薄金属涂层获得反射玻璃，以便使在可见光范围内的光、近红外线(NIR)辐射和红外线(IR)辐射的透光率减小。这样，在夏天，反射玻璃阻挡大部分由外部照射其上的日光，从而减小用于制冷的能量消耗。在冬天，反射玻璃防止NIR或IR辐射由建筑物内部泄漏，从而减小用于加热的能量消耗。
然而，现有技术的反射玻璃具有缺点，例如恒定的透光率、由于在可见光范围内低的透光率导致的低的可见度等。此外，当设计反射玻璃以使可见光的透光率增加时，由于减小的反射率，反射玻璃的独特特性可退化。
图1为说明现有技术的反射玻璃的透光率和反射率的图。如图1所示，可了解的是在可见光范围内现有技术的反射玻璃的透光率为约30%，因此可见度不好。此外，在现有技术的反射玻璃中，反射膜涂布的涂布表面的反射约37%的IR辐射，并且玻璃基板反射约5%至10%的IR辐射。因此，还可了解的是与可见光相比，具有强的热力作用的IR辐射和紫外线(UV)辐射的反射率是低的。
本发明背景部分公开的信息仅用于更好地理解本发明的背景，而不应作为该信息形成本领域技术人员已知的现有技术的证明或任何暗示的形式。
发明内容
本发明的各个方面提供了反射基板及其制造方法，其中，所述反射基板提高了可见光的透光率和红外线(IR)辐射的反射率。
在本发明的一个方面中，提供了一种反射基板，所述反射基板包含基础基板和形成在所述基础基板上的热致变色薄膜。所述热致变色薄膜由掺杂剂掺杂的热致变色材料制成，所述热致变色薄膜的相转变温度小于所述热致变色材料的相转变温度。
在本发明的示例性实施方式中，所述热致变色材料可为选自由二氧化钒(VO2)、氧化钛(III)(Ti2O3)、氧化铌(NbO2)和硫化镍(NiS)组成的组中的一种。
所述热致变色材料优选为VO2。
这里，所述掺杂剂可为选自由钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)组成的组中的一种。
所述热致变色薄膜优选可为3at%或更多的W掺杂的VO2。
在本发明的示例性实施方式中，所述反射基板可进一步包含在所述基础基板和所述热致变色薄膜之间的氧化物薄膜或氮化物薄膜。
在本发明的示例性实施方式中，所述氧化物薄膜或氮化物薄膜可由选自由二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)组成的组中的一种制成。
所述氧化物薄膜或氮化物薄膜的厚度优选在30nm至80nm的范围内。
在本发明的另一个方面中，提供了一种制造反射基板的方法。所述方法包含在所述基础基板上形成所述热致变色薄膜的步骤。
在本发明的示例性实施方式中，所述热致变色薄膜可使用由掺杂剂掺杂的所述热致变色材料制成的溅射靶形成，或使用由热致变色材料制成的溅射靶和由掺杂剂制成的溅射靶形成。
根据本发明的实施方式，可在通过增加可见光的透光率而增加可见度的同时，通过增加IR辐射的反射率在建筑物的制冷和加热中减小能量消耗。
本发明的方法和设备具有其他特征和优点，这些特征和优点清楚见于，或将更详细地说明于并入本文的附图和下列发明详述中，附图和发明详述一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1为说明现有技术的反射玻璃的透光率和反射率的图；
图2为根据本发明的实施方式的反射基板的示意性结构图；
图3为说明取决于加到二氧化钒(VO2)中的W的量的相转变温度的图；
图4为说明VO2薄膜的透光率的图；和
图5为说明根据本发明的实施方式的制造反射玻璃的方法的示意性流程图。
具体实施方式
现将详细地参照根据本发明的反射基板及其制造方法，其各种实施方式在附图中演示并在下面说明，以使本发明相关的本领域普通技术人员可易于将本发明付诸实施。
本文件全文，将参照附图，其中，在不同的图中使用相同的附图标记和符号指代相同或相似的零件。在本发明的下面说明中，当使本发明的主题不清楚时，将省略整合于此的已知功能和零件的详细的说明。
图2为根据本发明的实施方式的反射基板的示意性结构图。
参照图2，这个实施方式的反射基板比如反射玻璃可包含玻璃基板100、氧化物薄膜或氮化物薄膜200和二氧化钒(VO2)薄膜。
玻璃基板100为具有预定面积和预定厚度的透明或彩色基板。玻璃基板100优选由钠钙玻璃制成。
氧化物薄膜或氮化物薄膜200形成在玻璃基板100上，并且在制造反射基板的过程中在350°C或更高的温度时作为钠扩散壁垒以防止玻璃基板中的钠(Na)离子扩散(Na)进VO2薄膜300，其将在后面说明。否则，由于钠扩散，VO2薄膜300将失去其热致变色特性。
氧化物薄膜或氮化物薄膜200可由选自二氧化硅(SiO2)、五氧化铌(Nb2O5)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的一种材料制成，但不限于此。虽然氧化物薄膜或氮化物薄膜200的厚度优选在30nm至80nm的范围内，但是厚度可根据涂层将形成在其上面的材料的类型、涂布材料的反射率等而改变。
VO2薄膜300在氧化物薄膜或氮化物薄膜200上形成，并取决于温度经相转变，从而调节红外线(IR)辐射的透光率。
在预定温度时出现VO2薄膜300的转变，在此温度由于热致变色现象，VO2的晶体结构变化，以使VO2薄膜的物理性质（导电率和红外线辐射透光率）显著性地变化。因此，VO2薄膜300在允许可见光透过的同时阻挡近IR辐射和IR辐射。
VO2薄膜300通常在68°C可掺杂掺杂剂以减小VO2的相变。VO2薄膜优选用选自钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)中的至少一种掺杂。
VO2薄膜300优选由3at%或更多的W掺杂的VO2制成。当VO2掺杂有3at%的W时，VO2薄膜300的相转变温度降低至约30°C，还可通过增加W的量进一步降低。
这样，可通过调节掺杂剂的量保证VO2薄膜的相转变温度变得小于室温，以使VO2薄膜可在室温时阻挡NIR和IR范围内的日光，并且VO2薄膜的可见光的透光率可保持恒定。
图3为说明取决于加到VO2中的W的剂量的相转变温度的图。
参照图3，可了解的是电阻根据加入的W的量变化。由于相变前VO2的半导体性质在相变后转变成金属性质，可基于VO2的电阻的变化，确定VO2相变发生的温度。如图4所示，当VO2掺杂有3.6at%的W时，VO2薄膜的相转变温度为30°C，当VO2掺杂有5.1at%的W时为20°C。
这样，玻璃基板上形成的VO2薄膜有可能在通过增加对可见光的透光率使可见度改善的同时，通过增加IR辐射的反射改善反射基板的特性。
图4为说明VO2薄膜的透光率的图。
参照图4，可了解的是VO2薄膜在可见光范围内具有约50%的透光率和在IR范围的约30%或更小的透光率。由于可见光的透光率高于现有技术的反射基板的透光率的事实，本发明的反射基板明显呈现优异的特性，例如优异的可见度，和在IR范围内的高反射率。
图5为说明根据本发明的实施方式的制造反射基板的方法的示意性流程图。
参照图5，制造该实施方式的反射基板的方法可包含以下步骤：在玻璃基板(S100)上形成作为涂层的氧化物薄膜或氮化物薄膜，并在所述氧化物薄膜或氮化物薄膜上通过溅射沉积形成作为涂层的VO2薄膜(S200)。
此处，可通过反应性溅射沉积形成氧化物薄膜或氮化物薄膜，氧化物薄膜或氮化物薄膜由选自二氧化硅(SiO2)、五氧化铌(Nb2O5)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的一种材料制成。
此外，通过使用溅射靶的溅射沉积形成VO2薄膜，该溅射靶由选自Mo、W、Cr、Ni和Zr的至少一种物质掺杂的VO2制成；或者使用由VO2制成的溅射靶和由选自Mo、W、Cr、Ni和Zr中的至少一种物质制成的溅射靶共溅射形成VO2薄膜。
以上提供了关于某些实施方式和附图的本发明具体示例性实施方式的说明。这些说明并非意在彻底说明发明或将发明限制于所公开的精确形式内，根据以上教导，对于本领域普通技术人员而言显然多种改良和变化都是可能的。
因此，本发明的范围不限于前述实施方式中，而是由所附权利要求书及其等效方式定义的。

Claims (10)

1.一种反射基板，包含：
基础基板，和
形成在所述基础基板上的热致变色薄膜，
其中，所述热致变色薄膜包含热致变色材料和掺杂进入所述热致变色材料的掺杂剂，以使所述热致变色薄膜的相转变温度小于所述热致变色材料的相转变温度。
2.根据权利要求1所述的反射基板，其中，所述热致变色材料包含选自由二氧化钒(VO2)、氧化钛(III)(Ti2O3)、氧化铌(NbO2)和硫化镍(NiS)组成的组中的一种。
3.根据权利要求1所述的反射基板，其中，所述热致变色材料包含二氧化钒(VO2)，并且，其中，所述掺杂剂包含选自由钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)组成的组中的一种。
4.根据权利要求3所述的反射基板，其中，所述热致变色薄膜包含掺杂有3at%或更多的所述钨(W)的所述二氧化钒(VO2)。
5.根据权利要求1所述的反射基板，进一步包含所述基础基板和所述热致变色薄膜之间的氧化物薄膜或氮化物薄膜。
6.根据权利要求5所述的反射基板，其中，所述氧化物薄膜或氮化物薄膜包含选自由二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、五氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)组成的组中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的反射基板，其中，所述氧化物薄膜或氮化物薄膜的厚度在30nm至80nm的范围内。
8.一种制造反射基板的方法，包含在基础基板上形成如权利要求1所述的热致变色薄膜。
9.根据权利要求8所述的反射基板，其中，所述热致变色薄膜使用包含由所述掺杂剂掺杂的所述热致变色材料的溅射靶形成。
10.根据权利要求8所述的反射基板，其中，所述热致变色薄膜使用包含所述热致变色材料的溅射靶和包含所述掺杂剂的溅射靶形成。
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