KR20130074156A - 반사유리 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사유리 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가시광의 투과율이 향상된 반사유리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 유리 기판; 상기 유리 기판 상에 형성되는 산화물 또는 질화물 박막; 및 상기 산화물 또는 질화물 박막 상에 형성되는 이산화바나듐(VO2) 박막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사유리를 제공한다.

Description

반사유리 및 이의 제조방법{REFLECTED GLASS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 반사유리 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가시광의 투과율이 향상된 반사유리 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 석유 등의 화학 에너지원의 가격이 급등하면서 새로운 에너지원 개발의 필요성이 커지고 있다. 하지만 이에 못지 않게 에너지 절감기술도 중요하다. 실제로 일반 가정의 에너지 소비량 중 60% 이상은 냉·난방으로 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 창유리를 설치하는 방법 등이 실시되고 있다.
고단열 창유리의 종류에는 복층 유리에 아르곤(Ar) 가스 등을 주입하여 열 교환 현상을 막는 아르곤 가스 주입 복층 유리, 로이 (Low-E) 유리, 반사유리 등이 있다.
이중 반사유리는 일반적인 투명유리 표면에 금속질의 얇은 막을 붙여 태양광선의 반사율을 높인 것으로, 가시광, 근적외선(NIR), 적외선(IR) 영역의 투과율을 낮추어 여름철에는 외부에서 유입되는 태양광을 차단시켜 냉방 부하를 절감시키고, 겨울철에는 건물 내부의 근적외선 내지 적외선이 외부로 빠져나가지 못하게 하여 난방 부하를 절감시킬 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 반사유리는 투과율이 일정하며, 가시광 영역에서의 투과율이 낮아 시인성이 나쁘다는 단점이 있으며, 가시광의 투과율을 높이는 구조로 반사유리를 설계하는 경우 반사 특성이 떨어져 반사유리 고유의 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
도 1은 종래 반사유리의 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 종래 반사유리의 가시광 영역 투과율은 약 30%로 시인성이 좋지 않다는 것을 알 수 있다. 또한, 종래 반사유리는 반사막이 코팅된 코팅면에서 약 37%의 적외선을 반사하고 유리면에서 약 5~10%의 적외선을 반사하므로, 가시광선이나 자외선에 비해 강한 열작용을 가지는 적외선의 반사율도 낮다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가시광의 투과율 및 적외선의 반사율을 향상시킨 반사유리 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 유리 기판; 상기 유리 기판 상에 형성되는 산화물 또는 질화물 박막; 및 상기 산화물 또는 질화물 박막 상에 형성되는 이산화바나듐(VO2) 박막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사유리를 제공한다.
여기서, 상기 이산화바나듐 박막은 VO2에 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질이 도핑(doping)되어 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 이산화바나듐 박막은 VO2에 W가 3at% 이상 도핑되어 이루어질 수 있다.
또한, 상기 산화물 또는 질화물 박막은 SiO2, Al2O3, Nb2O5, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 산화물 또는 질화물 박막의 두께는 30 ~ 80㎚인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 유리 기판 상에 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하는 산화물 또는 질화물 박막 형성단계; 및 상기 산화물 또는 질화물 박막 상에 스퍼터링 증착법에 의해 이산화바나듐 박막을 코팅하는 이산화바나듐 박막 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사유리 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 이산화바나듐 박막 형성단계는 VO2에 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질이 도핑(doping)된 스퍼터링 타겟을 이용하여 이루어질 수 있다.
또는, 상기 이산화바나듐 박막 형성단계는 VO2로 이루어진 스퍼터링 타겟과 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 스퍼터링 타겟을 이용하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 가시광 투과율을 높여 시인성을 향상시키면서, 적외선의 반사율을 높여 건물의 냉·난방 부하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래 반사유리의 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사유리의 개략적인 구성도.
도 3은 VO2에 도핑된 W의 양에 따른 상전이 온도를 나타낸 그래프.
도 4는 이산화바나듐 박막의 투과율을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사유리 제조방법의 개략적인 흐름도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반사유리 및 이의 제조방법에 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사유리의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 반사유리는 유리 기판(100), 산화물 또는 질화물 박막(200), 및 이산화바나듐 박막(300)을 포함하여 구성될 수 있다.
유리 기판(100)은 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재로, 바람직하게는 소다라임(soda-lime)계 유리가 사용될 수 있다.
산화물 또는 질화물 박막(200)은 유리 기판(100) 상에 형성되며, 반사유리 제조 공정 중 유리 기판(100) 내의 나트륨(Na) 이온이 350℃ 이상의 온도에서 후술할 이산화바나듐 박막(300)으로 나트륨 확산(sodium diffusion)하여 이산화바나듐 박막(300)이 써모크로믹 특성을 잃는 것을 방지하는 나트륨 확산 장벽(sodium diffusion barrier)의 역할을 한다.
산화물 또는 질화물 박막(200)은 SiO2, Nb2O5, Al2O3, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 두께는 30 ~ 80 ㎚인 것이 바람직할 것이나, 코팅되는 물질의 종류 및 코팅 물질의 굴절률 등에 따라 조절될 것이다.
이산화바나듐(VO2) 박막(300)은 산화물 또는 질화물 박막 상(200)에 형성되며, 온도에 따라 상전이 되어 적외선의 투과율을 조절한다.
이산화바나듐 박막(300)은 특정 온도에서 천이 현상이 발생하고, 이러한 써모크로믹 현상에 의해서 이산화바나듐의 결정구조가 바뀌어 물리적 성질(전기 전도도 및 적외선 투과율)이 급격히 변화함으로써, 특정 온도 이상에서 가시광선은 들어오지만 근적외선 및 적외선은 차단하는 효과를 가질 수 있다.
이산화바나듐 박막(300)에는 통상적으로 68℃인 이산화바나듐의 상전이 온도를 낮추기 위해 도펀트(dopant)가 도핑(doping)될 수 있으며, 바람직하게는 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질이 도핑될 수 있다.
바람직하게는, 이산화바나듐 박막(300)은 VO2에 W가 3at% 이상 도핑되어 이루어질 수 있다. VO2에 W가 3at% 도핑되는 경우 이산화바나듐 박막(300)의 상전이 온도는 약 30℃ 정도까지 내려가게 되고, 도핑되는 W의 농도가 높을수록 상전이 온도는 더 내려가게 된다.
이와 같이 도펀트의 도핑 농도를 조절하여 이산화바나듐 박막이 상온보다 낮은 온도의 상전이 온도를 갖게 할 수 있고, 이에 의해 이산화바나듐 박막은 상온에서도 근적외선 및 적외선 영역의 태양광을 차단하고 가시광 투과율을 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 3은 VO2에 도핑된 W의 양에 따른 상전이 온도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, W의 도핑 양에 따라 저항 값이 달라짐을 알 수 있다. 즉, VO2는 상전이 전 반도체적 성질을 갖다가 상전이 후 금속 성질을 갖게 되므로 이 저항 값의 변화를 통해 상전이가 발생하는 VO2의 상전이 온도를 알 수 있다. 도 4에 나타난 바와 같이, VO2에 W가 3.6at% 도핑되는 경우 이산화바나듐 박막의 상전이 온도는 30℃이고 VO2에 W가 5.1at% 도핑되는 경우 이산화바나듐 박막의 상전이 온도는 20℃이다.
이와 같이, 유리 기판 상에 이산화바나듐 박막을 형성함으로써, 가시광 투과율을 높여 시인성을 향상시키면서, 적외선의 반사율을 높여 반사유리의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 이산화바나듐 박막의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 이산화바나듐 박막은 가시광 영역에서 약 50% 정도의 투과율을 가지고, 적외선 영역에서 약 30% 이하의 투과율을 가짐을 알 수 있다. 즉, 종래의 반사유리보다 가시광 투과율이 높아 시인성이 좋으면서, 적외선 영역의 반사율도 높아 우수한 반사유리의 특성을 나타냄을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사유리 제조방법의 개략적인 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 반사유리는 유리 기판 상에 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하여 산화물 또는 질화물 박막을 형성하는 단계(S100), 및 산화물 또는 질화물 박막 상에 스퍼터링 증착법에 의해 이산화바나듐 박막을 코팅하여 이산화바나듐 박막을 형성하는 단계(S200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, SiO2, Nb2O5, Al2O3, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어진 산화물 또는 질화물 박막은 반응성 스퍼터링 증착법에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 이산화바나듐 박막은 VO2에 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질이 도핑(doping)된 스퍼터링 타겟(target)을 이용한 스터터링 증착법에 의해 형성되거나, VO2로 이루어진 스퍼터링 타겟과 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 스퍼터링 타겟을 이용한 코-스퍼터링(co-sputtering) 증착법에 의해 형성될 수 있다.
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.
100 : 유리 기판 200 : 산화물 또는 질화물 박막
300 : 이산화바나듐 박막

Claims (8)

  1. 유리 기판;
    상기 유리 기판 상에 형성되는 산화물 또는 질화물 박막; 및
    상기 산화물 또는 질화물 박막 상에 형성되는 이산화바나듐(VO2) 박막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사유리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이산화바나듐 박막은 VO2에 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질이 도핑(doping)되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사유리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이산화바나듐 박막은 VO2에 W가 3at% 이상 도핑되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사유리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 또는 질화물 박막은 SiO2, Al2O3, Nb2O5, TiO2, 또는 Si3N4 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사유리.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 또는 질화물 박막의 두께는 30 ~ 80㎚인 것을 특징으로 하는 반사유리.
  6. 유리 기판 상에 산화물 또는 질화물 박막을 코팅하는 산화물 또는 질화물 박막 형성단계; 및
    상기 산화물 또는 질화물 박막 상에 스퍼터링 증착법에 의해 이산화바나듐 박막을 코팅하는 이산화바나듐 박막 형성단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사유리 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이산화바나듐 박막 형성단계는 VO2에 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질이 도핑(doping)된 스퍼터링 타겟을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사유리 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 이산화바나듐 박막 형성단계는 VO2로 이루어진 스퍼터링 타겟과 Mo, W, Cr, Ni, 또는 Zr 중 적어도 하나 이상의 물질로 이루어진 스퍼터링 타겟을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사유리 제조방법.
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