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KR101258563B1 - 후열처리 가능한 기판 - Google Patents

후열처리 가능한 기판 Download PDF

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KR101258563B1
KR101258563B1 KR1020110035790A KR20110035790A KR101258563B1 KR 101258563 B1 KR101258563 B1 KR 101258563B1 KR 1020110035790 A KR1020110035790 A KR 1020110035790A KR 20110035790 A KR20110035790 A KR 20110035790A KR 101258563 B1 KR101258563 B1 KR 101258563B1
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삼성코닝정밀소재 주식회사
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Abstract

본 발명은 후열처리 가능한 기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 써모크로믹 박막과 보조막 사이에 희생막을 삽입함으로써 후열처리가 가능한 기판에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 후열처리 가능한 기판은 기판, 기판에 형성되는 써모크로믹 박막, 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한 면에 형성되는 보조막, 및 써모크로믹 박막과 보조막 사이에 형성되고 비산화 금속으로 이루어지는 희생막을 포함하여 구성되어 기판의 후열처리 과정에서 써모크로믹 물질의 응집을 방지하고, 보조막으로부터 써모크로믹 박막으로의 산소나 질소 등의 확산을 차단시켜 기판의 강화, 반강화, 곡성형 등의 고온 열가공이 가능한 효과를 갖는다.

Description

후열처리 가능한 기판 {POST-HEATABLE SUBSTRATE}
본 발명은 후열처리 가능한 기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 써모크로믹 박막과 보조막 사이에 희생막을 삽입함으로써 후열처리가 가능한 기판에 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 창문을 통해 소비되는 에너지를 줄이기 위하여 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 유리와 로이 (Low-E) 유리 등이 있다. 이외에도 열적 특성을 지닌 층을 유리에 코팅하여 태양광을 통한 에너지 유입을 조절하는 유리 등이 연구되고 있다.
특히, 로이유리는 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 있으나, 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 글래스(Glass)에 온도에 따른 태양광, 특히 열적 작용이 강한 적외선의 선택적 투과, 차단이 가능한 써모크로믹(Thermochromic) 물질을 코팅하여 냉·난방 에너지를 절약하는 기술이 개발되고 있다.
써모크로믹 코팅을 건물 외장유리나 자동차용 선루프, 옆유리, 뒷유리 등에 적용하는 경우 여름에는 외부로부터 유입되는 태양열을 차단시켜주어 실내 냉방에너지를 절감할 수 있고, 겨울에는 외부의 태양열을 받아들여 실내 난방에너지를 절감할 수 있다.　
　그러나, 이와 같이 코팅된 유리를 건축용으로 적용시에는 강화 혹은 반강화로 사용되고, 자동차용으로 적용시에는 자동차의 유선형에 맞게 곡성형이 되어야 하는 등, 코팅된 유리의 후열처리 공정이 반드시 필요하게 된다. 하지만 코팅유리의 특성상 대기 중에서 700℃ 안팎의 후열처리를 거치게 되면 그 특성이 변질되는 경우가 많으며, 써모크로믹 코팅의 경우도 이와 같은 후열처리에 의해 변색, 핀홀, 헤이즈, 갈라짐, 영상 일그러짐 등의 품질 불량이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 써모크로믹 박막과 보조막 사이에 비산화 금속으로 이루어지는 희생막을 삽입함으로써 후열처리가 가능한 기판을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판; 상기 기판에 형성되는 써모크로믹 박막; 상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한 면에 형성되는 보조막; 및 상기 써모크로믹 박막과 상기 보조막 사이에 형성되고 비산화 금속으로 이루어지는 희생막을 포함하는 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판을 제공한다.
여기서, 상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2)일 수 있다.
또한, 상기 보조막은 산화막 또는 질화막일 수 있다.
상기 비산화 금속은 티타늄(Ti), 니크롬(NiCr), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 나이오븀(Nb), 실리콘(Si), 아연(Zn), 주석(Sn) 또는 이들의 합금 중 하나일 수 있다.
상기 보조막이 TiO2로 이루어지고 상기 희생막은 Ti로 이루어질 수 있다.
상기 희생막은 1~5nm 의 두께를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 써모크로믹 박막과 보조막 사이에 비산화 금속으로 이루어지는 희생막을 삽입함으로써 기판의 후열처리 과정에서 써모크로믹 물질의 응집을 방지하고, 보조막으로부터 써모크로믹 박막으로의 산소나 질소 등의 확산을 차단시켜 기판의 강화, 반강화, 곡성형 등의 고온 열가공이 가능한 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후열처리 가능한 기판의 개략적 단면도.
도 2는 종래 기술에 의한 기판의 후열처리 후 상태를 개략적으로 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 후열처리 후 상태를 개략적으로 나타낸 개념도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에 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 후열처리 가능한 기판의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 후열처리 가능한 기판은 기판(100), 기판(100)에 형성되는 써모크로믹 박막(200), 써모크로믹 박막(200)의 상면 또는 하면 중 적어도 한 면에 형성되는 보조막(300), 및 써모크로믹 박막(200)과 보조막(300) 사이에 형성되고 비산화 금속으로 이루어지는 희생막(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
기판(100)은 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재로, 바람직하게는 소다라임계 유리기판이 사용될 수 있다.
써모크로믹 박막(200)은 기판(100)에 써모크로믹 현상을 일으키는 물질을 코팅하여 형성하고, 기판(100)에 투과되는 태양광량을 제어한다.
써모크로믹 물질은 특정 온도에서 천이 현상이 발생하고, 이러한 써모크로믹 현상에 의해서 써모크로믹 물질의 결정구조가 바뀌어 물리적 성질(전기 전도도 및 적외선 투과율)이 급격히 변하게 된다. 따라서, 기판에 써모크로믹 물질을 코팅함으로써 특정 온도 이상에서 가시광선은 들어오지만 근적외선 및 적외선은 차단하는 효과를 가질 수 있다.
여기서, 써모크로믹 박막(200)은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 이산화바나늄(VO2)으로 이루어 질 것이다.
보조막(300)은 써모크로믹 박막(200)의 상면 또는 하면 중 적어도 한 면에 형성되어 써모크로믹 박막의 광학 특성 등을 개선하는 기능을 수행하는 것으로, 산화막 또는 질화막으로 구성될 수 있다.
써모크로믹 박막의 하면에 형성되는 보조막(310)과 상면에 형성되는 보조막(320)은 동일한 물질로 구성되거나 각 각의 기능에 따라 다른 물질로 구성될 수 있다. 즉, 써모크로믹 박막의 하면에 형성되는 보조막(310)은 써모크로믹 박막의 투과율 및 컬러를 조정하는 기능을 수행하는 물질로 구성될 수 있고, 써모크로믹 박막의 상면에 형성되는 보조막(320)은 써모크로믹 박막을 보호하는 기능을 수행하는 물질로 구성될 수 있다.
희생막(400)은 써모크로믹 박막(200)과 보조막(300) 사이에 형성된다(410, 420).
희생막(400)은 비산화 금속으로 이루어 질 수 있으며, 바람직하게는 티타늄(Ti), 니크롬(NiCr), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 나이오븀(Nb), 실리콘(Si), 아연(Zn), 주석(Sn) 또는 이들의 합금 중 하나로 이루어질 수 있다.
희생막(400)은 고온에서 써모크로믹 물질의 원자들이 상·하부 보조막(310, 320)으로 확산되거나 산소나 질소와 같은 보조층(300) 구성 물질이 써모크로믹 박막(200)으로 확산되는 것을 방지하고, 써모크로믹 물질의 응집을 방지하여 써모크로믹 특성을 상실하는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
도 2는 종래 기술에 의한 기판의 후열처리 후 상태를 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 후열처리 후 상태를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 써모크로믹 박막(200)이 VO2 박막이고 보조막(300)이 산화막인 경우, 희생막(400)은 고온 과정에서 VO2 원자들이 산화막으로 확산되는 것을 방지하고, 또한 산화막에서 확산되는 산소를 흡수하여 희생막 자신은 산화되어 산화막이 되지만 VO2 막은 여전히 산화비를 유지할 수 있도록 하는 산소 장벽(Barrier) 역할을 수행한다.
이에 의해, 종래의 VO2 박막과 산화막으로 구성된 기판을 강화, 반강화, 곡성형 하기 위한 후열처리 과정에서 VO2의 추가 산화에 의해 VO2 가 V2O5 로 되어 상전이 특성을 상실하거나, 열에 의한 VO2 의 응집(agglomeration), 인접층과의 박리(delamination), 물질 확산에 의한 변색(discoloration) 등에 의해 제품으로서의 품질 수준을 유지하지 못하게 되는 문제점을 해결할 수 있다.
[표 1]은 후열처리 후 코팅막의 품질 변화( Ra(거칠기, Roughness), 헤이즈(Haze), 및 결함 )를 나타낸 표이다.
(후열처리 조건: 설비 : 일반 수직로, 조건 : 700℃-10분, 분위기 : Atmosphere)
막구조 Ra(nm) Haze(%) 결함
1 Glass/VO2 122 7 핀홀, 갈라짐,
헤이즈
2 Glass/TiO2/VO2/TiO2 103 5 갈라짐, 헤이즈
3 Glass/TiO2/Ti/VO2/TiO2 41 2.1 핀홀
4 Glass/TiO2/VO2/Ti/TiO2 29 2.3 핀홀
5 Glass/TiO2/Ti/VO2/Ti/TiO2 15 0.9 -
6 Glass/TiO2/NiCr/VO2/NiCr/TiO2 21 1.2 -
7 Glass/TiO2/Al/VO2/Al/TiO2 24 1.5 약 헤이즈
[표 1]을 참조하면 유리 기판에 VO2 박막만을 갖는 기판은 후열처리 후122nm의 거칠기를 나타내고 핀홀, 갈라짐, 헤이즈의 결함을 갖는다.
또한, 유리 기판에 TiO2 보조막, VO2 박막, 및 TiO2 보조막을 갖는 기판은 후열처리 후 103nm의 거칠기와 갈라짐 및 헤이즈의 결함을 갖는다.
반면, 유리 기판에 TiO2 보조막, Ti 희생막, VO2 박막, Ti 희생막, 및 TiO2 보조막을 갖는 기판은 후열처리 후 15nm의 거칠기를 갖으며, 결함은 발생하지 않는다.
즉, 희생막은 코팅 기판의 후열처리 과정에서 VO2 박막의 거칠기(응집)를 양호하게 하고, 결함의 발생을 방지한다.
또한, 희생막은 1~5nm 의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
희생막을 1~5nm로 얇게 형성함으로써 후열처리 시 희생막이 모두 산화 또는 질화되어 상·하부의 산화막 또는 질화막에 편입됨으로써 희생막 삽입에 의한 코팅 기판의 광학적 간섭 효과를 최소할 수 있을 것이다.
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 : 기판 200 : 써모크로믹 박막
300 : 보조막

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판에 형성되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막;
    상기 써모크로믹 박막의 상부 및 하부에 형성되는 보조막; 및
    상기 써모크로믹 박막과 상기 보조막 사이에 형성되고 비산화 금속으로 이루어지는 희생막을 포함하는 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2)인 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조막은 산화막 또는 질화막인 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비산화 금속은 티타늄(Ti), 니크롬(NiCr), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 나이오븀(Nb), 실리콘(Si), 아연(Zn), 주석(Sn) 또는 이들의 합금 중 하나인 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조막이 TiO2로 이루어지고 상기 희생막은 Ti로 이루어지는 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 희생막은 1~5nm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 후열처리 가능한 기판.
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