WO2022071681A1 - 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재 및 그 제조 방법 - Google Patents

다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재 및 그 제조 방법 Download PDF

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thin film
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황재만
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한국유리공업 주식회사
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Definitions

  • It relates to a transparent substrate provided with a multilayer thin film coating and a method for manufacturing the same. Specifically, it relates to a transparent substrate provided with a colored multilayer thin film coating that is easy to control properties and has a simple manufacturing method, and a method for manufacturing the same.
  • a transparent substrate such as glass
  • various properties to be used as glazing for buildings or to be applied to windows for various other purposes.
  • various studies are being conducted to obtain a colored transparent substrate by changing the reflection and absorption levels according to wavelengths in the visible region.
  • a method for obtaining such a colored transparent substrate there is a method of adding a pigment such as a metal oxide at the time of glass manufacturing, or coating a material exhibiting a color on the surface of the transparent substrate.
  • the method of adding a pigment directly to glass, such as the former can produce only one color of glass in one molten bath, and a large amount of glass is lost until the desired color is obtained. And it is not suitable from a price point of view.
  • a method for obtaining a colored transparent substrate a method of forming a coating layer on the surface of a transparent substrate such as glass is mainly studied.
  • a method of expressing color through a coating layer there are a method of coating a light-absorbing material and a method of extinguishing a specific wavelength by using interference of light by controlling the thickness of a thin film having a different refractive index.
  • it is difficult to find a material that selectively absorbs a specific wavelength band so it is difficult to implement. Since it can be implemented as a multilayer film, the production cost is high, so it is difficult to implement in reality.
  • the nanoparticles are arranged in a planar shape, that is, only two-dimensionally, so there is a limit to increasing the degree of light absorption, and when voids occur in the process of forming the upper dielectric layer, the possibility of defects increases.
  • a method of using the sputtering target itself by mixing a metal material and a dielectric material, or installing two targets in one chamber and depositing them simultaneously.
  • the electrical properties of the dielectric and the metal are different, the particle size adjustment is difficult, and the process is unstable and the reproducibility is low.
  • the present invention is to solve this problem, and in implementing a selective light absorption layer using a local surface plasmon resonance phenomenon, metal nanoparticles are evenly distributed to have excellent light absorption characteristics, and the characteristics can be easily controlled. It is to provide a transparent substrate including a selective light absorption layer.
  • a transparent substrate is a transparent substrate having a multilayer thin film coating, wherein the multilayer thin film coating includes a first dielectric layer, a second dielectric layer, and a metal layer, and the metal layer includes the first dielectric layer and the Interposed between the second dielectric layers in direct contact with each of the first dielectric layer and the second dielectric layer, the first dielectric layer includes silicon nitride represented by the formula of Si 3 N 4 , and the second dielectric layer includes SiN x ( x ⁇ 1.33), wherein the metal layer includes Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, It includes at least one selected from the group consisting of Sn, Pb, Sb, and Bi.
  • the effective thickness of the metal layer may be 0.2 nm to 1 nm.
  • the metal layer includes a first metal layer and a second metal layer
  • the first dielectric layer includes a lower first dielectric layer and an upper first dielectric layer
  • the lower first dielectric layer, the first metal layer, and the A second dielectric layer, the second metal layer, and the upper first dielectric layer may be sequentially disposed in contact with each other.
  • the second dielectric layer may be doped with one or more of Zr and Al.
  • the first dielectric layer may be doped with one or more elements of Zr and Al.
  • the sheet resistance of the metal layer may be 50 ⁇ /sq to 500 ⁇ /sq.
  • a method for manufacturing a transparent substrate according to another embodiment of the present invention includes depositing a multi-layer thin film coating on a transparent substrate, and heat-treating the transparent substrate on which the multi-layer thin film coating is deposited to form an absorption layer.
  • a method of manufacturing a transparent substrate including 2 is interposed in direct contact with each of the dielectric layers, wherein the first dielectric layer includes silicon nitride represented by the formula of Si 3 N 4 , and the second dielectric layer includes silicon nitride represented by the formula of SiN x (x ⁇ 1.33) and an absorption layer in which the metal of the metal layer is dispersed in the dielectric medium of the second dielectric layer in the form of metal nanoparticles is formed by the heat treatment.
  • the metal layer is one selected from the group consisting of Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, and Bi may include more than one.
  • the absorption layer may have a sheet resistance of 1000 ⁇ /sq or more.
  • the heat treatment temperature may be 500 °C or more and 750 °C or less.
  • the heat treatment time may be 5 minutes or more and 20 minutes or less.
  • the second dielectric of the multi-layer thin film coating may be formed by a sputtering process, and the absorption wavelength band of the absorption layer may be adjusted by adjusting the nitrogen concentration during the sputtering process.
  • the metal layer of the multi-layer thin film coating may be formed by a sputtering process, and the absorption amount of the absorption layer may be adjusted by adjusting the power applied to the metal target during the sputtering process.
  • the effective thickness of the metal layer may be 0.2 nm to 1 nm.
  • the metal layer includes a first metal layer and a second metal layer
  • the first dielectric layer includes a lower first dielectric layer and an upper first dielectric layer
  • the lower first dielectric layer, the first metal layer, and the A second dielectric layer, the second metal layer, and the upper first dielectric layer may be sequentially disposed in contact with each other.
  • the second dielectric layer may be doped with one or more of Zr and Al.
  • the first dielectric layer may be doped with one or more elements of Zr and Al.
  • a transparent substrate according to another embodiment of the present invention is a transparent substrate having a multilayer thin film coating, wherein the multilayer thin film coating includes an absorption layer that absorbs electromagnetic waves in a predetermined wavelength band using a local surface plasmon resonance phenomenon, and the absorption layer Silver contains a dielectric medium and metal nanoparticles dispersed in the dielectric medium, wherein the dielectric medium contains silicon nitride having a chemical formula represented by SiN x (x ⁇ 1.33), wherein the metal nanoparticles are Ag, Au, Cu , Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, and includes at least one selected from the group consisting of Bi.
  • the absorption layer may have a sheet resistance of 1000 ⁇ /sq or more.
  • the absorption layer may have a thickness of 5 nm to 40 nm.
  • the multilayer thin film coating may include a first dielectric layer disposed on at least one surface of the absorption layer in direct contact with the absorption layer.
  • the first dielectric layer may include silicon nitride represented by the chemical formula of Si 3 N 4 .
  • the multilayer thin film coating may include a lower first dielectric layer and an upper first dielectric layer disposed in direct contact with the absorber layer with the absorber layer interposed therebetween.
  • a peak wavelength in a wavelength band absorbed by the absorption layer may decrease.
  • the amount of the electromagnetic wave absorbed by the absorption layer may increase.
  • metal nanoparticles are evenly distributed to have excellent light absorption characteristics and selective light that can easily control the characteristics
  • a transparent substrate having a multilayer thin film coating including an absorption layer can be obtained.
  • FIG. 1 is a view showing a cross-section before heat treatment of a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a cross-section before heat treatment of a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a method of manufacturing a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a cross-section after heat treatment of a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a cross-section after heat treatment of a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to another embodiment of the present invention.
  • first, second and third etc. are used to describe, but are not limited to, various parts, components, regions, layers and/or sections. These terms are used only to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, a first part, component, region, layer or section described below may be referred to as a second part, component, region, layer or section without departing from the scope of the present invention.
  • emissivity and “transmittance” are used as commonly known in the art.
  • Error is a measure of how much light is absorbed and reflected at a given wavelength. In general, the following expression is satisfied.
  • transmittance refers to visible light transmittance
  • FIG. 1 is a view showing a cross-section before heat treatment of a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention.
  • the transparent substrate 101 provided with the multilayer thin film coating before heat treatment is the transparent substrate 110 and the second dielectric layer 20 , the metal layer 30 , and the first dielectric layer 10 formed thereon. It includes a multi-layer thin film coating 120 consisting of.
  • the metal layer 30 is interposed between the first dielectric layer 10 and the second dielectric layer 20 in direct contact with the first dielectric layer 10 and the second dielectric layer 20 .
  • an arbitrary layer may be further included between the transparent substrate 110 and the second dielectric layer 20 or on the first dielectric layer 10 .
  • a metal layer having a low-emission function, an anti-reflection layer disposed on or below the metal layer, or a protective layer may be included, and an overcoat layer for protecting the multilayer thin film coating may be included. That is, in various multilayer thin film coatings, the configuration of the present embodiment may be variously applied and is not particularly limited. Also, the positions of the second dielectric layer 20 and the first dielectric layer 10 may be interchanged.
  • the transparent substrate 110 is not particularly limited, but is preferably made of a hard inorganic material such as glass or an organic material based on a polymer.
  • the first dielectric layer 10 is a layer formed in direct contact with the metal layer 30 and includes silicon nitride represented by the chemical formula of Si 3 N 4 . Additionally, it may be a silicon nitride sputtered using a silicon target doped with aluminum, zirconium, or the like. By doping aluminum, the dielectric layer can be smoothly formed in the manufacturing process. In addition, optical properties such as refractive index can be adjusted by doping zirconium.
  • the second dielectric layer 20 is a layer formed in direct contact with the metal layer 30 and includes silicon nitride represented by the formula of SiN x (x ⁇ 1.33).
  • the silicon nitride constituting the second dielectric layer 20 is stoichiometrically in a state in which silicon is excessive (or nitrogen is insufficient), and in SiN x , x is less than 1.33. Preferably it may be less than 1.25.
  • the second dielectric layer 20 may be a silicon nitride sputtered using a silicon target doped with an element such as zirconium or aluminum.
  • the second dielectric layer 20 is exemplified as being formed under the metal layer 30 , but the present invention is not limited thereto, and the positions of the second dielectric layer 20 and the first dielectric layer 10 are exchanged, The dielectric layer 20 may be formed on the metal layer 30 .
  • the metal layer 30 is interposed between the second dielectric layer 20 and the first dielectric layer 10 in direct contact with them, and includes Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn. , Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, includes at least one selected from the group consisting of Sb, and Bi.
  • the metal material included in the metal layer 30 is present as metal nanoparticles in the absorption layer during heat treatment to be described later.
  • the metal layer 30 may be made of silver (Ag).
  • the effective thickness of the metal layer 30 is 0.2 nm to 1 nm.
  • “effective thickness” is, This is the theoretical thickness derived from the value when the amount of individual nanoparticles coated is detected and assuming it is a uniform layer.
  • the thickness actually measured for an arbitrary deposited layer and the amount of metal component detected by an X-ray fluorescence analyzer (XRF) were measured, and a relationship between them was defined. Thereafter, the effective thickness was derived by measuring the detected amount of the metal component by XRF with respect to the sample for which the effective thickness is to be measured, and converting it into a thickness by substituting it into the relationship between the detected amount and the measured thickness.
  • the metal layer 30 is formed to have a thin thickness, some discontinuous layer sections may exist, but it is generally formed in the form of a thin film having a certain degree of conductivity, in this case, the sheet resistance of the metal layer 30 is 50 ⁇ /sq to 500 ⁇ /sq.
  • FIG. 2 is a view showing a cross-section before heat treatment of a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to another embodiment of the present invention.
  • the transparent substrate 101 provided with the multi-layer thin film coating before heat treatment is the transparent substrate 110 and the lower first dielectric layer 12, the first metal layer 31, and the second dielectric layer formed thereon ( 20 ), a second metal layer 32 , and a multilayer thin film coating 121 composed of an upper first dielectric layer 11 .
  • the first metal layer 31 is interposed between the lower first dielectric layer 12 and the second dielectric layer 20 in direct contact with them
  • the second metal layer 32 includes the second dielectric layer 20 and Between the upper first dielectric layer 11 is interposed in direct contact with them.
  • an arbitrary layer may be further included between the transparent substrate 110 and the lower first dielectric layer 12 or on the upper first dielectric layer 11 .
  • the lower first dielectric layer 12 and the upper first dielectric layer 11 include silicon nitride represented by the chemical formula of Si 3 N 4 .
  • silicon nitride represented by the chemical formula of Si 3 N 4 .
  • aluminum, zirconium, or the like may be doped. By doping aluminum, the dielectric layer can be smoothly formed in the manufacturing process. In addition, optical properties such as refractive index can be adjusted by doping zirconium.
  • the second dielectric layer 20 is a layer formed in direct contact with the lower portion of the metal layer 30 and includes silicon nitride represented by the formula of SiN x (x ⁇ 1.33).
  • the silicon nitride constituting the second dielectric layer 20 has an excessive amount of silicon stoichiometrically, and in SiN x , x is less than 1.33. Preferably it may be less than 1.25.
  • the second dielectric layer 20 may be doped with at least one of zirconium and aluminum.
  • the first metal layer 31 and the second metal layer 32 are Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb , Sb, and at least one selected from the group consisting of Bi.
  • the metal material included in the first metal layer 31 and the second metal layer 32 is present as metal nanoparticles in the absorption layer during heat treatment to be described later.
  • the first metal layer 31 and the second metal layer 32 may be made of silver (Ag).
  • the effective thickness of the first metal layer 31 and the second metal layer 32 is 0.2 nm to 1 nm, respectively.
  • the first metal layer 31 and the second metal layer 32 are each formed in the form of a layer.
  • the thickness is thin, there may be some discontinuous layer sections, but it is generally formed in the form of a thin film having a certain degree of conductivity, and at this time, the first metal layer 31 and the second metal layer 32
  • the total sheet resistance may be 50 ⁇ /sq to 500 ⁇ /sq.
  • Figure 3 is a flowchart showing a method of manufacturing a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a method of manufacturing a transparent substrate equipped with a multi-layer thin film coating according to an embodiment of the present invention the drawing shown. 3 and 4, the heat treatment for the multilayer thin film coating shown in FIG. 1 will be mainly described.
  • a second dielectric layer 20 is stacked, and a metal layer 30 is formed thereon ( S10 ).
  • the second dielectric layer 20 may be formed at a position where the absorption layer 23 is to be formed.
  • the second dielectric layer 20 includes silicon nitride represented by the formula of SiN x (x ⁇ 1.33).
  • the silicon nitride constituting the second dielectric layer 20 has an excessive amount of silicon stoichiometrically, and in SiN x , x is less than 1.33.
  • the second dielectric layer 20 may be formed by a sputtering process, and at this time, by adjusting the nitrogen concentration during the sputtering process, the absorption wavelength band of the absorption layer to be formed thereafter may be adjusted. A detailed description thereof will be provided later.
  • the metal layer 30 may be thinly deposited on the surface of the second dielectric layer 20 to have an effective thickness of 0.2 nm to 1 nm. At this time, the metal layer 30 is formed in the form of a thin layer, and the sheet resistance of the metal layer 30 may be 50 ⁇ /sq to 500 ⁇ /sq.
  • the metal layer 30 may be formed by a sputtering process, and by adjusting the power applied to the metal target during the sputtering process, the light absorption amount of the absorbing layer formed thereafter may be adjusted. A detailed description thereof will be given later.
  • a first dielectric layer 10 is deposited on the metal layer 30 ( S20 ).
  • the first dielectric layer 10 includes silicon nitride having a Si 3 N 4 composition, and has a composition different from that of the second dielectric layer 20 .
  • the first dielectric layer 10 may be formed to a thickness of 20 nm to 50 nm, and may be doped with one or more selected from aluminum and zirconium.
  • the heat treatment includes heat strengthening, bending, and the like, and in this embodiment, heat strengthening treatment is performed at a temperature of 500° C. or more and 750° C. or less for 5 minutes or more and 20 minutes or less. Due to the applied heat, the metal included in the metal layer 30 is dissolved by the Si included in the second dielectric layer 20, and at the same time, as shown in FIG. 4C, the compressive stress generated in the first dielectric layer 10 is is pressurized by As a result, the metal included in the metal layer 30 is dispersed into the second dielectric layer 20 .
  • the metal included in the metal layer 30 has a property of being dissolved in Si, which is present in excess in the second dielectric layer 20 , at a high temperature.
  • the metal included in the metal layer 30 has a dewetting property with respect to the surface of Si 3 N 4 included in the first dielectric layer 10 .
  • the metal contained in the metal layer 30 does not diffuse to the first dielectric layer 10 side by dewetting from the surface of the first dielectric layer 10, and the second dielectric layer 20 ) and dispersed therein.
  • compressive stress is generated in the first dielectric layer 10, as shown in FIG. 4C, pressure is applied to the second dielectric layer 20 with respect to the metal layer 30 to further promote metal diffusion. be able to
  • the absorption layer 23 in a form in which the metal nanoparticles 231 are evenly dispersed in the dielectric medium is completed (S40).
  • the metal included in the metal layer 30 is dispersed in the second dielectric layer 20 , and has the form of metal nanoparticles 231 evenly dispersed in the silicon nitride of the second dielectric layer 20 .
  • the metal layer 30 instead of the metal layer 30 formed in the form of a thin film having a sheet resistance of 50 ⁇ /sq to 500 ⁇ /sq, it is switched to the state of the metal nanoparticles 231 discontinuously dispersed in the absorption layer 23, so that before heat treatment Most of the conductivity it had in it is lost. Accordingly, in the case of the transparent substrate including the absorption layer 23 as shown in FIG. 4D , the sheet resistance becomes 1000 ⁇ /sq or more.
  • the metal nanoparticles 231 do not exist in a planar shape in the absorption layer 23, but are evenly dispersed in the layer and evenly distributed in the three-dimensional space, which will be described later. As described above, the absorption strength can be made higher, and the absorption degree can be adjusted more easily.
  • FIG. 5 is a view showing a cross-section after heat treatment of a transparent substrate provided with a multilayer thin film coating according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a view showing a transparent substrate provided with a multilayer thin film coating according to another embodiment of the present invention It is a view showing a cross section after heat treatment.
  • the transparent substrate 100 provided with the multilayer thin film coating includes a multilayer thin film coating 122 formed on the transparent substrate 110 , and the multilayer thin film coating 122 .
  • the multilayer thin film coating 122 includes an absorption layer 23 and a first dielectric layer 10 .
  • an arbitrary layer may be further included between the transparent substrate 110 and the absorption layer 23 or on the first dielectric layer 10 .
  • the configuration shown in FIG. 5 is a configuration obtained by heat-treating the transparent substrate provided with the multilayer thin film coating of FIG. 1 .
  • the absorption layer 23 includes a dielectric medium and metal nanoparticles 231 dispersed in the dielectric medium.
  • the dielectric medium comprises silicon nitride (SiN x , x ⁇ 1.33).
  • Metal nanoparticles are selected from the group consisting of Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, and Bi. It may include one or more types.
  • the thickness of the absorption layer may be 5 nm to 40 nm.
  • the metal nanoparticles 231 dispersed in the absorption layer 23 can absorb electromagnetic waves in a predetermined wavelength band using a local surface plasmon resonance phenomenon. That is, when the size of the metal nanoparticles 231 is much smaller than the wavelength of the incident wave, collective vibration of electrons distributed in the metal nanoparticles 231 occurs by the electric field of the incident wave. The cycle of the vibration generated in this way varies depending on the size of the metal nanoparticles 231 and the distance between the metal nanoparticles 231 , and through this, the absorption wavelength region can be selectively adjusted. In particular, by adjusting the absorption peak of the absorption layer 23 in which the metal nanoparticles 231 are dispersed to be in the visible region, the multilayer thin film coating 120 including the absorption layer 23 may have a specific color.
  • the metal layer 30 when forming the configuration of the metal nanoparticles 231 dispersed in the dielectric medium, as described above, the metal layer 30 is formed on the second dielectric layer 20 made of the dielectric medium and heat treatment It is characterized in that the metal of the metal layer 30 is dispersed in the dielectric medium in the form of metal nanoparticles 231.
  • the absorption wavelength can be selected by adjusting the composition of the dielectric medium. That is, in the silicon nitride of SiN x (x ⁇ 1.33) constituting the dielectric medium, as the value of x increases, the peak wavelength in the wavelength band absorbed by the absorption layer becomes smaller.
  • the x value may be adjusted by varying the concentration of nitrogen (N 2 ) gas supplied during the sputtering process of the second dielectric layer 20 , for example. Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the absorption wavelength region of the absorption layer 23 may be selectively implemented by a sputtering process.
  • the degree of light absorbed by the absorption layer 23 may be adjusted by adjusting the thickness of the metal layer 30 . That is, by increasing the concentration of the metal nanoparticles 231 dispersed in the dielectric medium in the absorption layer 23 , the amount of light absorption may be increased.
  • the concentration of the metal nanoparticles 231 dispersed in the dielectric medium may be controlled by controlling the thickness of the metal layer 30 formed during sputtering. Accordingly, the amount of light absorbed by the absorption layer 23 can also be easily adjusted by the sputtering process.
  • the inclusion of a plurality of absorbing layers 23 within the multilayer thin film coating 120 may further control, in particular, the reflective properties and color.
  • the reflectance may be further reduced without affecting the radiation characteristics of the multilayer thin film coating 120 .
  • the composition of each absorption layer eg, the thickness of the absorption layer, the absorption peak wavelength, the concentration of metal nanoparticles, etc.
  • the first dielectric layer 10 is positioned on the absorption layer 23 .
  • the first dielectric layer 10 includes silicon nitride represented by the chemical formula of Si 3 N 4 .
  • aluminum, zirconium, or the like may be doped. By doping aluminum, the dielectric layer can be smoothly formed in the manufacturing process. In addition, optical properties such as refractive index can be adjusted by doping zirconium.
  • the first dielectric layer 10 may function as an antireflection layer in the transparent substrate 100 provided with the multilayer thin film coating 122 , and is not particularly limited.
  • the transparent substrate 100 including such a multilayer thin film coating 122 includes the absorption layer 23 in which the metal nanoparticles 231 are dispersed, but the metal nanoparticles 231 are each in the absorption layer 23 . Since it exists in isolation, it does not have conduction
  • the transparent substrate 100 provided with the multilayer thin film coating 123 includes the multilayer thin film coating 123 formed on the transparent substrate 110 , and the multilayer thin film
  • the coating 123 includes a lower first dielectric layer 12 , an absorbing layer 23 and an upper first dielectric layer 11 .
  • an arbitrary layer may be further included between the transparent substrate 110 and the lower first dielectric layer 12 or on the upper first dielectric layer 11 .
  • the configuration shown in FIG. 6 is a configuration obtained by heat-strengthening the transparent substrate provided with the multilayer thin film coating of FIG. 2 .
  • the configuration of the absorption layer 23 and the upper first dielectric layer 11 in this embodiment is the same as the configuration of the absorption layer 23 and the first dielectric layer 10 in the embodiment of FIG. 5 described above, so detailed descriptions are omitted. do.
  • the lower first dielectric layer 12 includes silicon nitride represented by the chemical formula of Si 3 N 4 , similarly to the configuration of the upper first dielectric layer 11 .
  • aluminum, zirconium, or the like may be doped. By doping aluminum, the dielectric layer can be smoothly formed in the manufacturing process.
  • optical properties such as refractive index can be adjusted by doping zirconium.
  • the lower first dielectric layer 12 may function as an anti-reflection layer in the transparent substrate 100 provided with the multilayer thin film coating 123 , and is not particularly limited.
  • the lower first dielectric layer 12 is configured as a single layer in this embodiment, the present embodiment is not limited thereto and may have a multilayer structure of two or more layers.
  • the transparent substrate provided with the multilayer thin film coating according to the embodiments of the present invention includes the absorption layer 23 in which the metal nanoparticles 231 are dispersed in a dielectric medium, thereby absorbing light of a specific wavelength.
  • the absorption layer 23 can be easily obtained by a sputtering process and heat treatment.
  • the conditions of the sputtering process it is possible to easily control the wavelength region of the absorbed light and the amount of the absorbed light.
  • the transparent substrate provided with the multilayer thin film coating according to the embodiments of the present invention is a transparent substrate to which an aesthetic color is given by absorbing light in a specific wavelength region, and thus can be used in various industrial fields.
  • a transparent substrate having a color on the coated surface it can be used as cover glass for electronic products, interior glass, and glazing for buildings or automobiles.
  • cover glass for electronic products, interior glass, and glazing for buildings or automobiles.
  • it since it does not conduct electricity and has insulation, it can be usefully used as glass, such as a touch screen panel product.
  • Si 3 N 4 (13 nm)/SiN x (17 nm)/Ag (1 nm)/Si 3 N 4 (38 nm) layers were sequentially laminated on a glass substrate, and 7 at 650° C. It was heat-treated for minutes.
  • FIG. 7 a portion indicated as a dark spot is an Ag crystal. That is, as shown in FIG. 7 , it was confirmed that the Ag crystals were uniformly distributed in the light absorption film.
  • the sheet resistance value measured before the heat treatment was 150 ⁇ /m 2
  • the sheet resistance value after the heat treatment was 4G ⁇ /m 2 . From this, it was confirmed that the Ag nanoparticles were completely isolated from each other and dispersed in the absorption layer.
  • ⁇ absorption is a value obtained by subtracting “absorption value when only a dielectric medium (second dielectric layer) not containing metal nanoparticles exists” from “absorption value in the case of including an absorption layer in which metal nanoparticles are dispersed” am.
  • the maximum value was similar to about 15% in both conditions (a condition in which the concentration of N 2 was low (10%) and a condition in which the concentration of N 2 was high (30%)). That is, it is interpreted that the concentration condition of N 2 participates in the selection of the absorption wavelength region and does not significantly affect the absorption intensity.
  • the peak value of the absorption wavelength did not change significantly (the range of about 600 nm to 650 nm), and the maximum value of the absorption increased. That is, as the power applied to the Ag target increases, the effective thickness of the Ag layer formed increases. As the thickness of Ag increases, the amount of light absorbed by the absorption layer formed therefrom increases. Therefore, it was confirmed that the amount of light absorption can be adjusted by adjusting the thickness of Ag.
  • a selective light absorption layer using a local surface plasmon resonance phenomenon can be easily implemented, and the wavelength region of the light absorbed by the absorption layer and the The amount can be easily controlled by controlling the conditions of the sputtering process.
  • the obtained absorption layer is a state in which metal nanoparticles are isolated and uniformly dispersed in a dielectric medium, and a sufficient amount of light absorption can be obtained.
  • 100, 101 a transparent substrate provided with a multi-layer thin film coating

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Abstract

본 기재는, 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재에 관한 것으로, 상기 다층 박막 코팅은 제1 유전체층, 제2 유전체층, 및 금속층을 포함하고, 상기 금속층은 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에서 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층 각각과 직접 접촉하여 개재되고, 상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하고, 상기 제2 유전체층은 SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하며, 상기 금속층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.

Description

다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재 및 그 제조 방법
다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 특성 제어가 용이하고 제조 방법이 간단한 착색된 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유리와 같은 투명 기재의 경우, 건물용 글레이징으로 사용되거나, 기타 다양한 용도의 윈도우에 적용되기 위하여 여러 가지 특성을 갖도록 개발되고 있다. 그 중 하나로서, 가시광 영역에서 파장에 따른 반사 및 흡수 수준을 변경하여 착색된 투명 기재를 얻기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
이와 같이 착색된 투명 기재를 얻기 위한 방법으로는 금속 산화물과 같은 안료를 유리 제조 시점에 첨가하거나, 투명 기재 표면에 색상을 나타내는 물질을 코팅하는 방법이 있다. 이 중 전자와 같이 유리에 직접 안료를 첨가하는 방법은, 하나의 용융조에서 한가지 색상의 유리만이 제조될 수 있고 또한 얻고자 하는 색이 수득될 때까지 많은 양의 유리가 손실되기 때문에 생산 효율 및 가격 관점에서 적절하지 않다.
이에 착색된 투명 기재를 얻기 위한 방법으로 주로 유리와 같은 투명 기재 표면에 코팅층을 형성하는 방법이 연구되고 있다. 코팅층을 통해 색상을 나타내는 방법으로는 광흡수 물질을 코팅하는 방법과, 굴절율이 다른 박막의 두께를 조절하여 빛의 간섭을 이용함으로써 특정 파장을 소멸 시키는 방법을 들 수 있다. 그런데 광흡수 물질을 코팅하는 경우, 특정 파장대를 선택적으로 흡수하는 재료를 찾기가 불가능하여 구현이 어렵고, 박막의 두께를 조절하여 빛의 간섭을 이용하는 경우 이론적으로는 가능하나, 수십 내지 수백 층의 두꺼운 다층막으로 구현 가능하기 때문에 생산 원가가 높아지기 때문에 현실적으로 구현하기 어렵다.
이에, 투명 기재에 색상을 부여하기 위한 방법으로서 최근에는, 금속성 나노 입자를 매질에 분산시켜서 국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance)현상을 이용하여 특정 파장을 선택적으로 흡수하는 기술이 시도되고 있다. 즉, 금속 나노 입자의 크기가 입사파의 파장 보다 매우 작을 경우, 박막일 때와는 달리 입사파의 전기장에 의하여 금속 나노 입자에 분포된 전자의 집단적 진동이 발생된다. 이 발생된 진동의 주기는 금속 입자의 크기와 입자 사이의 거리에 따라 달라지며, 이를 통하여 흡수 파장 영역을 선택적으로 조절할 수 있게 된다.
다만 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하기 위해 금속 나노 입자 구조를 형성하는 방식은 현재까지 유전체 물질에 나노 금속을 분산시키는 습식 코팅이 대부분이나, 스퍼터링 코팅과 혼합하여 다층막을 형성하고자 할 경우에는 추가 비용 및 공정상 어려움이 따른다. 예를 들면, 유전체층을 코팅한 후, 얇게 금속 코팅을 하되 이 때 금속 물질의 디웨팅(dewetting) 현상을 이용하거나, 유전체층과 금속층을 모두 적층한 후 레이저 또는 플래시 어닐링 등을 통해 인위적으로 불연속적인 금속층이 되도록 하는 방법이 있다. 그러나 이 경우, 나노 입자가 면상, 즉 2차원 적으로만 배열되어, 광흡수의 정도를 높이는 것에 한계가 있고, 또한 상부 유전체층을 형성하는 과정에서 공극 등이 발생할 경우 불량 가능성이 높아진다. 또는, 스퍼터링 타겟 자체를 금속 물질과 유전체를 혼합하여 사용하거나, 두개의 타겟을 한 챔버에 설치하여 동시 증착하는 방법이 있다. 그러나 이 경우에도, 유전체와 금속의 전기적 특성이 상이하고 입자 사이즈의 조정도 어려우며, 공정이 불안정하고 재현성이 낮기 때문에, 이를 통해 선택적으로 광을 흡수하는 층을 구현하고, 그 특성을 제어하는 데에는 한계가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 선택적 광 흡수층을 구현함에 있어서, 금속 나노 입자가 고르게 분포되어 광흡수 특성이 우수하면서도, 그 특성을 용이하게 제어할 수 있는 선택적 광흡수층을 포함하는 투명 기재를 제공 하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 투명 기재는, 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재로서, 상기 다층 박막 코팅은 제1 유전체층, 제2 유전체층, 및 금속층을 포함하고, 상기 금속층은 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에서 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층 각각과 직접 접촉하여 개재되고, 상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하고, 상기 제2 유전체층은 SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하며, 상기 금속층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 금속층의 유효 두께는 0.2nm 내지 1nm일 수 있다.
상기 금속층은, 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고, 상기 제1 유전체층은, 하부 제1 유전체층 및 상부 제1 유전체층을 포함하며, 상기 투명 기재로부터 상기 하부 제1 유전체층, 상기 제1 금속층, 상기 제2 유전체층, 상기 제2 금속층, 및 상기 상부 제1 유전체층이 서로 접촉하여 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 제2 유전체층에는 Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있을 수 있다.
상기 제1 유전체층에는, Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있을 수 있다.
상기 금속층의 면저항은 50Ω/sq 내지 500Ω/sq일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 기재의 제조 방법은, 투명 기재에 다층 박막 코팅을 증착하는 단계, 및 상기 다층 박막 코팅이 증착된 투명 기재를 열처리하여 흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 다층 박막 코팅을 포함하는 투명 기재의 제조 방법으로서, 상기 다층 박막 코팅은 제1 유전체층, 제2 유전체층, 및 금속층을 포함하고, 상기 금속층은 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에서 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층 각각과 직접 접촉하여 개재되고, 상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하고, 상기 제2 유전체층은 SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하며, 상기 열처리에 의해 상기 금속층의 금속이 금속 나노 입자 형태로 상기 제2 유전체층의 유전체 매질 내에 분산된 흡수층이 형성된다.
상기 금속층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 흡수층의 면저항은 1000Ω/sq 이상일 수 있다.
상기 열처리 온도는 500℃ 이상 750℃ 이하일 수 있다.
상기 열처리 시간은 5분 이상 20분 이하일 수 있다.
상기 다층 박막 코팅 중 상기 제2 유전체는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있고, 상기 스퍼터링 공정 중 질소 농도를 조절하는 것에 의해 상기 흡수층의 흡수 파장대를 조정할 수 있다.
상기 다층 박막 코팅 중 상기 금속층은 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있고, 상기 스퍼터링 공정 중 금속 타겟에 가해지는 파워를 조절하는 것에 의해 상기 흡수층의 흡수량을 조정할 수 있다.
상기 금속층의 유효 두께는 0.2nm 내지 1nm일 수 있다.
상기 금속층은, 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고, 상기 제1 유전체층은, 하부 제1 유전체층 및 상부 제1 유전체층을 포함하며, 상기 투명 기재로부터 상기 하부 제1 유전체층, 상기 제1 금속층, 상기 제2 유전체층, 상기 제2 금속층, 및 상기 상부 제1 유전체층이 서로 접촉하여 순차적으로 배치될 수 있다.
상기 제2 유전체층에는 Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있을 수 있다.
상기 제1 유전체층에는, Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 기재는 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재로서, 상기 다층 박막 코팅은, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 미리 결정된 파장대의 전자기파를 흡수하는 흡수층을 포함하고, 상기 흡수층은 유전체 매질 및 상기 유전체 매질 내에 분산된 금속 나노 입자를 포함하고, 상기 유전체 매질은 SiNx(x<1.33)으로 표시되는 화학식을 갖는 규소 질화물을 포함하고, 상기 금속 나노 입자는 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 흡수층의 면저항은 1000Ω/sq 이상일 수 있다.
상기 흡수층의 두께는 5nm 내지 40nm일 수 있다.
상기 다층 박막 코팅은, 상기 흡수층의 적어도 일면에 상기 흡수층과 직접 접촉하여 배치되는 제1 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함할 수 있다.
상기 다층 박막 코팅은 상기 흡수층을 사이에 두고 상기 흡수층과 직접 접촉하여 배치되는 하부 제1 유전체층 및 상부 제1 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 x값이 커질수록 상기 흡수층이 흡수하는 파장대의 피크 파장이 작아질 수 있다.
상기 유전체 매질 내의 금속 나노 입자의 함량이 증가할수록 상기 흡수층이 흡수하는 상기 전자기파의 양이 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 선택적 광흡수층을 구현함에 있어서, 금속 나노 입자가 고르게 분포되어 광흡수 특성이 우수하면서도, 그 특성을 용이하게 제어할 수 있는 선택적 광흡수층을 포함하는 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이전의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이전의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이후의 단면을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이후의 단면을 도시한 도면이다.
도 7은 실험예 1에서 얻어진 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 단면을 관찰한 TEM 이미지이다.
도 8은 실험예 2에서 얻어진 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 있어서, 흡수값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실험예 3에서 얻어진 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 있어서, 흡수값을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하거나, “아래에” 또는 “하에” 있다고 언급하는 경우, 이는 다른 부분의 바로 위에 또는 아래에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하거나, “바로 아래에” 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에서 "방사율", "투과율"이라는 용어는 이 기술분야에서 통상적으로 알려진 바와 같이 사용된다. "방사율"은 주어진 파장에서의 빛이 얼마나 흡수되고 반사되는지를 나타내는 척도이다. 일반적으로 아래와 같은 식을 만족한다.
(방사율) = 1 - (반사율)
본 명세서에서 "투과율"이라는 용어는 가시광 투과율을 의미한다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이전의 단면을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 열처리 이전의 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(101)는, 투명 기재(110) 및 그 위에 형성된 제2 유전체층(20), 금속층(30), 및 제1 유전체층(10)으로 구성된 다층 박막 코팅(120)을 포함한다. 이 때, 금속층(30)은, 제1 유전체층(10)과 제2 유전체층(20) 사이에서, 제1 유전체층(10)과 제2 유전체층(20)과 직접 접촉하여 개재된다. 아울러 투명 기재(110)와 제2 유전체층(20) 사이, 또는 제1 유전체층(10) 상부에는, 도시하지 않았으나, 추가로 임의의 층이 더욱 포함될 수 있다. 예를 들면 저방사 기능을 갖는 금속층이나, 이러한 금속층 상, 하부에 배치되는 반사 방지층, 또는 보호층이 포함될 수 있으며, 다층 박막 코팅을 보호하기 위한 오버 코트층이 포함될 수도 있다. 즉, 다양한 다층 박막 코팅에 있어서 본 실시에의 구성이 다양하게 적용될 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. 또한, 제2 유전체층(20)과 제1 유전체층(10)은 그 위치가 서로 바뀔 수 있다.
투명 기재(110)는 특별히 한정되지는 않지만 바람직하게는 유리와 같은 경질의 무기물 또는 중합체 기재의 유기물로 제조된다.
제1 유전체층(10)은, 금속층(30)에 직접 접촉하여 형성되는 층으로서, Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 추가로 알루미늄, 지르코늄 등이 도핑된 규소 타겟을 이용하여 스퍼터링된 규소 질화물일 수 있다. 알루미늄을 도핑함으로써, 제조 공정에서 유전체층을 원활하게 형성할 수 있다. 또한 지르코늄을 도핑하는 것에 의해 굴절률 등의 광학 특성을 조절할 수 있다.
제2 유전체층(20)은, 금속층(30)에 직접 접촉하여 형성되는 층으로서, SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 제2 유전체층(20)을 이루는 규소 질화물은, 화학양론적으로 실리콘이 과잉(또는 질소가 부족)인 상태로서, SiNx에서 x는 1.33 미만이다. 바람직하게는 1.25 미만일 수 있다. 제2 유전체층(20)은 지르코늄, 알루미늄 등의 원소가 도핑된 규소 타겟을 이용하여 스퍼터링된 규소 질화물일 수 있다. 본 실시예에서는, 제2 유전체층(20)이 금속층(30) 하부에 형성되는 것으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고, 제2 유전체층(20)과 제1 유전체층(10)의 위치가 서로 바뀌어, 제2 유전체층(20)이 금속층(30)의 상부에 형성되어 있을 수도 있다.
금속층(30)은, 제2 유전체층(20)과 제1 유전체층(10) 사이에 이들과 직접 접촉하여 개재되는 층으로서, Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 금속층(30)에 포함된 금속 재료는 후술의 열처리시 흡수층에서 금속 나노 입자로 존재하게 된다. 바람직하게 금속층(30)은 은(Ag)으로 이루어질 수 있다.
금속층(30)의 유효 두께는 0.2nm 내지 1nm이다. 여기서 “유효 두께”는, 개별 나노 입자가 코팅된 양을 검출하여, 이를 균일한 층으로 가정하였을 때의 값으로부터 도출해 낸 이론적 두께이다. 본 실시예에서는, 임의의 증착층에 대하여 실측된 두께와, X-선 형광 분석기(XRF)로 검출된 금속 성분의 검출량을 측정하고, 이들 간의 관계를 정의하였다. 이후, 유효 두께를 측정하고자 하는 시료에 대해 XRF로 금속 성분의 검출량을 측정하고 이를 상기 검출량과 실측 두께 사이의 관계에 대입하여 두께로 환산하는 것에 의해 유효 두께를 도출하였다.
아울러 금속층(30)은 그 두께가 얇게 형성되기 때문에, 일부 불연속적인 층 구간도 존재할 수 있으나, 대체로 어느 정도의 통전성을 갖는 박막 형태로 형성되며, 이 때, 금속층(30)의 면저항은 50Ω/sq 내지 500Ω/sq일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이전의 단면을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 열처리 이전의 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(101)는, 투명 기재(110) 및 그 위에 형성된 하부 제1 유전체층(12), 제1 금속층(31), 제2 유전체층(20), 제2 금속층(32), 및 상부 제1 유전체층(11)으로 구성된 다층 박막 코팅(121)을 포함한다. 이 때, 제1 금속층(31)은, 하부 제1 유전체층(12)과 제2 유전체층(20) 사이에서 이들과 직접 접촉하여 개재되고, 제2 금속층(32)은, 제2 유전체층(20)과 상부 제1 유전체층(11) 사이에서, 이들과 직접 접촉하여 개재된다. 아울러 투명 기재(110)와 하부 제1 유전체층(12) 사이, 또는 상부 제1 유전체층(11) 상부에는, 구체적으로 도시하지 않았으나, 추가로 임의의 층이 더욱 포함될 수 있다.
하부 제1 유전체층(12)과, 상부 제1 유전체층(11)은, Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 추가로 알루미늄, 지르코늄 등이 도핑될 수 있다. 알루미늄을 도핑함으로써, 제조 공정에서 유전체층을 원활하게 형성할 수 있다. 또한 지르코늄을 도핑하는 것에 의해 굴절률 등의 광학 특성을 조절할 수 있다.
제2 유전체층(20)은, 금속층(30) 하부에 직접 접촉하여 형성되는 층으로서, SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 제2 유전체층(20)을 이루는 규소 질화물은, 화학양론적으로 실리콘의 양이 과잉인 상태로서, SiNx에서 x는 1.33 미만이다. 바람직하게는 1.25 미만일 수 있다. 제2 유전체층(20)에는 지르코늄, 알루미늄 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있을 수 있다.
제1 금속층(31)과 제2 금속층(32)은, Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함한다. 제1 금속층(31)과 제2 금속층(32)에 포함된 금속 재료는 후술의 열처리시 흡수층에서 금속 나노 입자로 존재하게 된다. 바람직하게 제1 금속층(31)과 제2 금속층(32)은 은(Ag)으로 이루어질 수 있다. 제1 금속층(31)과 제2 금속층(32)의 유효 두께는 각각 0.2nm 내지 1nm이다. 아울러 제1 금속층(31)과 제2 금속층(32)은 각각 층 형태로 형성된다. 다만, 그 두께가 얇게 형성되기 때문에, 일부 불연속적인 층 구간도 존재할 수 있으나, 대체로 어느 정도의 통전성을 갖는 박막 형태로 형성되며, 이 때, 제1 금속층(31)과 제2 금속층(32)의 합계 면저항은 50Ω/sq 내지 500Ω/sq일 수 있다.
이하에서, 도 1 및 도 2에 도시된 열강화 이전의 다층 박막 코팅(120, 121)이 구비된 투명 기재(101)를 열처리하여, 광을 선택적으로 흡수하는 흡수층을 포함하는 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 제조 방법을 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4에서는, 도 1에 도시된 다층 박막 코팅에 대한 열처리를 중심으로 설명한다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제2 유전체층(20)을 적층하고, 그 위에 금속층(30)을 형성한다(S10).
제2 유전체층(20)은, 흡수층(23)을 형성하고자 하는 위치에 형성될 수 있다.
이 때, 제2 유전체층(20)은 SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 제2 유전체층(20)을 이루는 규소 질화물은, 화학양론적으로 실리콘의 양이 과잉인 상태로서, SiNx에서 x는 1.33 미만이다. 제2 유전체층(20)은, 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이 때 스퍼터링 공정 중의 질소 농도를 조절하는 것에 의해, 이후 형성되는 흡수층의 흡수 파장대를 조정할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
금속층(30)은 제2 유전체층(20)의 표면 상에, 얇게 증착되어 0.2nm 내지 1nm의 유효두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이 때, 금속층(30)은 얇은 층 형태로 형성되어, 금속층(30)의 면저항은 50Ω/sq 내지 500Ω/sq일 수 있다. 금속층(30)은, 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있으며, 스퍼터링 공정 중 금속 타겟에 가해지는 파워를 조절하는 것에 의해, 이후 형성되는 흡수층의 광 흡수량을 조정할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
다음으로, 금속층(30) 상에 제1 유전체층(10)을 증착한다(S20).
제1 유전체층(10)은 Si3N4 조성의 규소 질화물을 포함하여, 제2 유전체층(20)과는 다른 조성을 갖는다. 이 때, 제1 유전체층(10)은 20nm 내지 50nm의 두께로 형성될 수 있으며, 알루미늄 및 지르코늄으로부터 선택되는 하나 이상으로 도핑될 수 있다.
다음으로, 제2 유전체층(20), 금속층(30) 및 제1 유전체층(10)이 적층된 다층 박막 코팅에 대해 열처리를 행한다(S30).
열처리는 열강화, 곡률가공(Bending) 등을 포함하고, 본 실시예에서는 500℃ 이상 750℃ 이하의 온도에서 5분 이상 20분 이하의 시간 동안의 열강화 처리로 행해진다. 가해지는 열로 인하여, 금속층(30)에 포함된 금속은, 제2 유전체층(20)에 포함된 Si에 의해 용해되고, 동시에 도 4c에 도시된 바와 같이 제1 유전체층(10)에 발생하는 압축 응력에 의하여 가압된다. 이에 의해, 금속층(30)에 포함된 금속이, 제2 유전체층(20) 내부로 분산된다.
보다 상세히 설명하자면, 금속층(30)에 포함된 금속은, 제2 유전체층(20)에 과량으로 존재하는 Si에, 고온에서 용해되는 성질을 갖는다. 또한, 금속층(30)에 포함된 금속은, 제1 유전체층(10)에 포함된 Si3N4의 표면과는, 디웨팅(dewetting)되는 성질을 갖는다. 이 때문에, 열처리의 고온 환경에서, 금속층(30)에 포함된 금속이 제1 유전체층(10)의 표면과는 디웨팅 현상에 의해 제1 유전체층(10)측으로는 확산되지 않고, 제2 유전체층(20)으로 용해되어 그 내부로 분산되는 것이다. 아울러 이 때, 제1 유전체층(10)에는 압축 응력이 발생하기 때문에, 도 4c에 도시한 바와 같이, 금속층(30)에 대해 제2 유전체층(20) 측으로 압력을 가하여, 금속의 확산을 보다 촉진시킬 수 있게 된다.
이에 의해, 유전체 매질 내에 금속 나노 입자(231)가 고르게 분산된 형태의 흡수층(23)을 완성한다(S40).
즉, 금속층(30)에 포함되어 있던 금속은 모두 제2 유전체층(20)으로 분산되어, 제2 유전체층(20)의 규소 질화물 내에 고르게 분산된 금속 나노 입자(231)의 형태를 갖게 된다. 이에 의하면, 50Ω/sq 내지 500Ω/sq의 면저항을 갖는 박막 형태로 형성된 금속층(30) 대신, 흡수층(23) 내에 불연속적으로 분산되어 있는 금속 나노 입자(231)의 상태로 전환되기 때문에, 열처리 이전에 가지고 있던 통전성이 대부분 사라지게 된다. 따라서, 도 4d에서와 같이 흡수층(23)을 포함하는 투명 기재의 경우, 그 면저항이 1000Ω/sq 이상이 된다.
또한, 본 실시예에 의해 얻어진 흡수층(23)의 경우, 금속 나노 입자(231)가 흡수층(23) 내에 평면상으로 존재하는 것이 아니라, 층 내에 고르게 분산되어 삼차원 공간에 고르게 분포되어 있기 때문에, 후술하는 바와 같이 흡수 강도를 보다 높게 할 수 있으며, 그 흡수 정도도 보다 용이하게 조정할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는, 하나의 금속층(30)이 제2 유전체층(20)과 제1 유전체층(10) 사이에 개재되어, 제2 유전체층(20) 내부로 분산되는 경우를 예로서 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 유전체층(20)의 양측에 각각 배치된 제1 및 제2 금속층(31, 32)을 형성하여, 제2 유전체층(20)의 양측으로부터 금속의 확산이 이루어지도록 하는 것도 가능하다.
이하 도 5 및 도 6을 참조하여, 열처리 이후의 다층 박막 코팅을 구비하는 투명 기재에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이후의 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재의 열처리 이후의 단면을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재(100)는, 투명 기재(110) 상에 형성된 다층 박막 코팅(122)을 포함하고, 다층 박막 코팅(122)은 흡수층(23) 및 제1 유전체층(10)을 포함한다. 투명 기재(110)와 흡수층(23) 사이, 또는 제1 유전체층(10) 상부에는, 구체적으로 도시하지 않았으나, 추가로 임의의 층이 더욱 포함될 수 있다. 도 5에 도시된 구성은 도 1의 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 대해 열처리를 하여 얻어지는 구성이다.
흡수층(23)은, 유전체 매질 및 유전체 매질 내에 분산된 금속 나노 입자(231)를 포함한다. 유전체 매질은 규소 질화물(SiNx, x<1.33)을 포함한다. 금속 나노 입자는, Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 흡수층의 두께는 5nm 내지 40nm일 수 있다.
흡수층(23)에 분산된 금속 나노 입자(231)에 의해, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 미리 결정된 파장대의 전자기파를 흡수할 수 있다. 즉, 금속 나노 입자(231)의 크기가, 입사파의 파장보다 매우 작을 때에는, 입사파의 전기장에 의하여, 금속 나노 입자(231)에 분포된 전자의 집단적 진동이 발생한다. 이와 같이 발생된 진동의 주기는, 금속 나노 입자(231)의 크기와, 금속 나노 입자(231) 사이의 거리에 따라 달라지며, 이를 통하여 흡수 파장 영역을 선택적으로 조절할 수 있다. 특히, 금속 나노 입자(231)가 분산되어 있는 흡수층(23)의 흡수 피크가 가시광 영역에 있도록 조절하여, 흡수층(23)이 포함된 다층 박막 코팅(120)이 특정 색상을 띄도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 유전체 매질에 분산된 금속 나노 입자(231)의 구성을 형성할 때, 앞서 설명한 바와 같이 유전체 매질로 이루어진 제2 유전체층(20) 상에 금속층(30)을 형성하고 열처리하여 금속층(30)의 금속이 금속 나노 입자(231) 형태로 유전체 매질 내에 분산시키는 것을 특징으로 하는데, 이 단계에서 유전체 매질의 조성을 조절하는 것에 의해, 흡수 파장을 선택할 수 있다. 즉, 유전체 매질을 구성하는 SiNx(x<1.33)의 규소 질화물에 있어서, x값이 커질수록, 흡수층이 흡수하는 파장대의 피크 파장은 작아지게 된다. 이와 같은 x값은, 예를 들면 제2 유전체층(20)의 스퍼터링 공정시, 공급되는 질소(N2) 가스의 농도를 달리하여 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 흡수층(23)의 흡수 파장 영역을 스퍼터링 공정으로 선택적으로 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 금속층(30)의 두께를 조절하는 것에 의해서 흡수층(23)이 흡수하는 광의 정도를 조절할 수 있다. 즉, 흡수층(23)에서 유전체 매질에 분산된 금속 나노 입자(231)의 농도를 높이는 것에 의해, 광 흡수의 양을 증가시킬 수 있다. 유전체 매질에 분산되는 금속 나노 입자(231)의 농도는, 스퍼터링시 형성되는 금속층(30)의 두께를 조절하는 것에 의해 조절할 수 있다. 따라서, 흡수층(23)이 흡수하는 광의 양 역시 스퍼터링 공정에 의해 용이하게 조정 가능하다.
또한, 다층 박막 코팅(120) 내에 복수의 흡수층(23)을 포함하여 특히 반사 특성 및 색상을 추가로 조절할 수 있다. 예컨대, 2개 이상의 흡수층이 포함되는 경우 다층 박막 코팅(120)의 방사 특성에는 영향을 주지 않으면서, 반사율을 추가로 감소시킬 수 있다. 이러한 경우, 각각의 흡수층의 조성(예컨대, 흡수층의 두께, 흡수 피크 파장, 금속 나노 입자의 농도 등)을 서로 동일하게 구성할 수도 있고, 서로 상이하게 구성할 수 있으므로, 필요에 따라 다양한 흡수 패턴을 가지도록 다층 박막 코팅을 구성할 수 있다.
흡수층(23) 상부에는 제1 유전체층(10)이 위치한다. 제1 유전체층(10)은, Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 추가로 알루미늄, 지르코늄 등이 도핑될 수 있다. 알루미늄을 도핑함으로써, 제조 공정에서 유전체층을 원활하게 형성할 수 있다. 또한 지르코늄을 도핑하는 것에 의해 굴절률 등의 광학 특성을 조절할 수 있다. 제1 유전체층(10)은, 다층 박막 코팅(122)이 구비된 투명 기재(100)에 있어서, 반사 방지층으로 기능할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 다층 박막 코팅(122)을 포함하는 투명 기재(100)는, 금속 나노 입자(231)가 분산된 흡수층(23)을 포함하고 있으나, 흡수층(23) 내에서 금속 나노 입자(231)가 각각 고립되어 존재하기 때문에, 통전성을 갖지 않고 절연성을 갖는다. 즉, 본 실시예에서 흡수층(23)의 면저항은 1000 Ω/sq 이상이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 박막 코팅(123)이 구비된 투명 기재(100)는, 투명 기재(110) 상에 형성된 다층 박막 코팅(123)을 포함하고, 다층 박막 코팅(123)은 하부 제1 유전체층(12), 흡수층(23) 및 상부 제1 유전체층(11)을 포함한다. 투명 기재(110)와 하부 제1 유전체층(12) 사이, 또는 상부 제1 유전체층(11) 상부에는, 구체적으로 도시하지 않았으나, 추가로 임의의 층이 더욱 포함될 수 있다. 도 6에 도시된 구성은 도 2의 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 대해 열강화 처리를 하여 얻어지는 구성이다.
본 실시예에서의 흡수층(23) 및 상부 제1 유전체층(11)의 구성은, 앞서 설명한 도 5의 실시예에서의 흡수층(23)과 제1 유전체층(10)의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
하부 제1 유전체층(12)은, 상부 제1 유전체층(11)의 구성과 동일하게, Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함한다. 추가로 알루미늄, 지르코늄 등이 도핑될 수 있다. 알루미늄을 도핑함으로써, 제조 공정에서 유전체층을 원활하게 형성할 수 있다. 또한 지르코늄을 도핑하는 것에 의해 굴절률 등의 광학 특성을 조절할 수 있다. 하부 제1 유전체층(12)은, 다층 박막 코팅(123)이 구비된 투명 기재(100)에 있어서, 반사 방지층으로 기능할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시예에서는 하부 제1 유전체층(12)이 단층으로 구성되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 2층 이상의 복층 구조를 가질 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예들에 의한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는, 유전체 매질에 금속 나노 입자(231)가 분산된 흡수층(23)을 포함함으로써, 특정 파장의 광을 흡수할 수 있도록 구성되며, 특히, 스퍼터링 공정 및 열처리에 의해 흡수층(23)을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 스퍼터링 공정의 조건을 조정하는 것에 의하여, 흡수되는 광의 파장 영역 및 흡수되는 광의 양을 용이하게 제어할 수 있다.
아울러 본 발명의 실시예들에 의한 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재는, 특정 파장 영역의 광을 흡수하여 심미적인 색상이 부여된 투명 기재인바, 다양한 산업분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 코팅면에 색상을 갖는 투명 기재로서, 전자 제품의 커버 유리, 인테리어 유리, 건물이나 자동차 글레이징으로 사용될 수 있다. 또한, 통전성이 없고 절연성을 갖기 때문에, 터치스크린 패널 제품 등의 유리로도 유용하게 사용 가능하다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 작용 효과에 대해 실험예를 참조하여 설명한다.
실험예 1: 유전체 매질에 분산된 금속 나노 입자를 확인하기 위한 실험
투명 기재(110)로서, 유리 기판 상에 순차적으로 Si3N4(13nm)/SiNx(17nm)/Ag(1nm)/Si3N4(38nm) 층을 적층하고, 이에 대해 650℃에서 7분간 열처리하였다.
얻어진 투명 기재에 대해 단면을 관찰한 TEM 이미지를 도 7에 나타낸다.
도 7에서, 어두운 반점으로 나타나는 부분이 Ag 결정이다. 즉, 도 7에 나타난 바와 같이, Ag 결정이, 광흡수막 내에서 균일하게 분포되어 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 열처리 전 측정된 면저항 값은 150Ω/m2이었고, 열처리 후의 면저항 값은 4G Ω/m2이었는바, 이로부터 Ag 나노 입자가 흡수층 내에서 서로 완전히 고립되어 분산되어 있음을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 유전체 매질의 질소 함량에 따른 흡수 파장 조정을 확인하기 위한 실험
SiNx의 증착조건만을 달리하고, 실험예 1에서와 동일한 조건으로 증착하고 열처리하였다. 즉, SiNx의 증착 조건에 있어서, N2 주입 가스의 농도(=N2/(N2+Ar))를 각각 10%와 30%의 2가지 조건으로 하고, 나머지 조건은 실험예 1과 동일하게 하여 증착하였다. 이 때 유리면에서의 △흡수 값을 측정한 것을 도 8에 나타낸다. 여기서, △흡수는, “금속 나노 입자가 분산된 흡수층을 포함하는 경우의 흡수값”에서, “금속 나노 입자가 포함되지 않은 유전체 매질(제2 유전체층)만이 존재하였을 때의 흡수값”을 뺀 수치이다.
그 결과, 도 8에 나타난 바와 같이, N2의 농도가 낮은 조건(10%)에서는, 약 600nm 부근의 파장 영역(황색)에서 피크값을 나타낸 반면, N2의 농도가 높은 조건(30%)에서는 약 1100nm 부근의 파장 영역에서 피크값을 나타냄을 확인하였다. 즉, 흡수층의 유전체 매질에 있어서 N2의 농도 조건에 따라 흡수 파장 영역이 변화함을 확인하였다. 따라서, N2의 농도를 조절하는 것에 의해 원하는 파장 영역으로 광흡수를 조정할 수 있는바, 스퍼터링 공정에 의해 선택적 광흡수를 용이하게 제어할 수 있음을 확인하였다. 한편, 흡수 강도의 경우, 두 조건(N2의 농도가 낮은 조건(10%) 및 높은 조건(30%)) 모두에서 최대값이 약 15%로서 유사하였다. 즉, N2의 농도 조건은, 흡수 파장 영역의 선택에 관여하고, 흡수 강도에는 크게 영향을 미치지 않는 것으로 해석된다.
실험예 3: 금속층의 두께에 따른 광 흡수량 조정을 확인하기 위한 실험
Ag의 증착조건만을 달리하고, 실험예 1에서와 동일한 조건으로 증착하고 열처리하였다. 즉, Ag의 증착 조건에 있어서, Ag의 두께를 달리 할 수 있도록, Ag 타겟에 주어지는 파워를, 0.5kW, 1kW, 1.5kW로 변화하고, 나머지 조건은 실험예 1과 동일하게 하여 증착하였다(SiNx 형성시 농도 조건은 30%로 통일하였음). 이 때 유리면에서의 △흡수 값을 측정한 것을 도 9에 나타낸다. 여기서, △흡수는, 실험예 2와 동일하게, “금속 나노 입자가 분산된 흡수층을 포함하는 경우의 흡수값”에서, “금속 나노 입자가 포함되지 않은 유전체 매질(제2 유전체층)만이 존재하였을 때의 흡수값”을 뺀 수치이다.
그 결과, 도 9에 나타난 바와 같이, 흡수 파장에 있어서 피크값은 크게 변화하지 않으면서(약 600nm~650nm의 범위), 흡수의 최대값은 증가함을 확인할 수 있었다. 즉, Ag 타겟에 가해지는 파워가 커질수록, 형성되는 Ag층의 유효 두께는 증가하게 되고, Ag의 두께가 증가할수록, 이로부터 형성된 흡수층에 의해 흡수되는 광의 양이 증가하는 것을 확인하였다. 따라서, Ag의 두께를 조절하는 것에 의해, 광흡수 양을 조정할 수 있음을 확인하였다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재에 있어서, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 선택적 광 흡수층을 용이하게 구현할 수 있고, 아울러 흡수층이 흡수하는 광의 파장 영역 및 광의 양을, 스퍼터링 공정의 조건을 제어하는 것에 의해 용이하게 제어할 수 있다. 또한 얻어진 흡수층은 유전체 매질에 금속 나노 입자가 고립되어 균일하게 분산된 상태로서, 충분한 양의 광흡수를 얻을 수 있으며, 동시에 얻어진 투명 기재가 절연성을 갖는바, 다양한 분야의 착색된 기재에 적절하게 사용될 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
[부호의 설명]
100, 101: 다층 박막 코팅이 구비된 투명 기재
110: 투명 기재
120, 121, 122, 123: 다층 박막 코팅
10: 제1 유전체층
20: 제2 유전체층
30: 금속층
23: 흡수층
231: 금속 나노 입자

Claims (25)

  1. 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재로서,
    상기 다층 박막 코팅은 제1 유전체층, 제2 유전체층, 및 금속층을 포함하고,
    상기 금속층은 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에서 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층 각각과 직접 접촉하여 개재되고,
    상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하고,
    상기 제2 유전체층은 SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하며,
    상기 금속층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 투명 기재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 유효 두께는 0.2nm 내지 1nm인 투명 기재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은, 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고,
    상기 제1 유전체층은, 하부 제1 유전체층 및 상부 제1 유전체층을 포함하며,
    상기 투명 기재로부터 멀어지는 방향으로, 상기 하부 제1 유전체층, 상기 제1 금속층, 상기 제2 유전체층, 상기 제2 금속층, 및 상기 상부 제1 유전체층이 서로 접촉하여 순차적으로 배치되는 투명 기재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유전체층에는 Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있는 투명 기재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유전체층에는 Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있는 투명 기재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 면저항이 50Ω/sq 내지 500Ω/sq인 투명 기재.
  7. 투명 기재에 다층 박막 코팅을 증착하는 단계, 및
    상기 다층 박막 코팅이 증착된 투명 기재를 열처리하여 흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 다층 박막 코팅을 포함하는 투명 기재의 제조 방법으로서,
    상기 다층 박막 코팅은 제1 유전체층, 제2 유전체층, 및 금속층을 포함하고,
    상기 금속층은 상기 제1 유전체층과 상기 제2 유전체층 사이에서 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층 각각과 직접 접촉하여 개재되고,
    상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하고,
    상기 제2 유전체층은 SiNx(x<1.33)의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하며,
    상기 열처리에 의해 상기 금속층의 금속이 금속 나노 입자 형태로 상기 제2 유전체층의 유전체 매질 내에 분산된 흡수층이 형성되는,
    다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 금속층은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 투명 기재의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 흡수층의 면저항은 1000Ω/sq 이상인 투명 기재의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 열처리 온도는 500℃ 이상 750℃ 이하인 투명 기재의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 열처리 시간은 5분 이상 20분 이하인 투명 기재의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅 중 상기 제2 유전체는 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있고,
    상기 스퍼터링 공정 중 질소 농도를 조절하는 것에 의해 상기 흡수층의 흡수 파장대를 조정할 수 있는 투명 기재의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅 중 상기 금속층은 스퍼터링 공정에 의해 형성될 수 있고,
    상기 스퍼터링 공정 중 금속 타겟에 가해지는 파워를 조절하는 것에 의해 상기 흡수층의 흡수량을 조정할 수 있는 투명 기재의 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 금속층의 유효 두께는 0.2nm 내지 1nm인 투명 기재의 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 금속층은, 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하고,
    상기 제1 유전체층은, 하부 제1 유전체층 및 상부 제1 유전체층을 포함하며,
    상기 투명 기재로부터 멀어지는 방향으로, 상기 하부 제1 유전체층, 상기 제1 금속층, 상기 제2 유전체층, 상기 제2 금속층, 및 상기 상부 제1 유전체층이 서로 접촉하여 순차적으로 배치되는 투명 기재의 제조 방법.
  16. 제7항에 있어서,
    상기 제2 유전체층에는 Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있는 투명 기재의 제조 방법.
  17. 제7항에 있어서,
    상기 제1 유전체층에는 Zr, Al 중 하나 이상의 원소가 도핑되어 있는 투명 기재의 제조 방법.
  18. 다층 박막 코팅을 구비한 투명 기재로서,
    상기 다층 박막 코팅은, 국소 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하여 미리 결정된 파장대의 전자기파를 흡수하는 흡수층을 포함하고,
    상기 흡수층은 유전체 매질 및 상기 유전체 매질 내에 분산된 금속 나노 입자를 포함하고,
    상기 유전체 매질은 SiNx(x<1.33)으로 표시되는 화학식을 갖는 규소 질화물을 포함하고,
    상기 금속 나노 입자는 Ag, Au, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Sn, Pb, Sb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 투명 기재.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 흡수층의 면저항이 1000Ω/sq 이상인 투명 기재.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 흡수층의 두께는 5nm 내지 40nm인 투명 기재.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅은, 상기 흡수층의 적어도 일면에 상기 흡수층과 직접 접촉하여 배치되는 제1 유전체층을 포함하는 투명 기재.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 유전체층은 Si3N4의 화학식으로 표시되는 규소 질화물을 포함하는 투명 기재.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 다층 박막 코팅은 상기 흡수층을 사이에 두고 상기 흡수층과 직접 접촉하여 배치되는 하부 제1 유전체층 및 상부 제1 유전체층을 포함하는 투명 기재.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 x값이 커질수록 상기 흡수층이 흡수하는 파장대의 피크 파장이 작아지는 투명 기재.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 유전체 매질 내의 금속 나노 입자의 함량이 증가할수록 상기 흡수층이 흡수하는 상기 전자기파의 양이 증가하는 투명 기재.
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