熱變色性玻璃的制造方法及熱變色性玻璃的制作方法
【專利摘要】本發明涉及適用低溫金屬蒸鍍工序的熱變色性玻璃的制造方法及基于該方法的熱變色性玻璃，更為詳細地，涉及通過低溫金屬蒸鍍工序來蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬，之后進行熱處理，因而工序的效率高，且由此所制造的玻璃的熱變色特性的可靠性優秀的熱變色性玻璃的制造方法及基于該方法的熱變色性玻璃。
【專利說明】熱變色性玻璃的制造方法及熱變色性玻璃
【技術領域】
[0001]本發明涉及適用低溫金屬蒸鍍工序的熱變色性玻璃的制造方法及基于該方法的熱變色性玻璃，更為詳細地，涉及在低溫的條件下，通過金屬蒸鍍工序來蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬，之后進行熱處理并進行氧化，因而工序的效率高，且由此制造的玻璃的熱變色特性的可靠性優秀的熱變色性玻璃的制造方法及基于該方法的熱變色性玻璃。
【背景技術】
[0002]熱變色玻璃的光透射特性會隨著周邊溫度而變化，而在高溫環境下減少太陽光透射率，來阻斷外部能源流入室內，在低溫環境下，增加太陽光透射率，來謀求外部能源向室內流入。
[0003]由此，會在高溫環境下減少建筑物的制冷負荷，并在低溫環境下利用基于自然采光的制熱效果來減少制熱負荷，從而在節約能源方面有效。
[0004]一般來說，這種熱變色玻璃通過在玻璃表面涂敷二氧化釩(VO2)薄膜來制造。
[0005]由于二氧化釩具有在低溫下為單斜晶系(monoclinic)結構的半導體特性，因而雖然光透射率高，但如果溫度上升，則會轉換為具有金屬特性的斜方晶系(orthorhombic)結構，而具有減少光透射率的結構特性。
[0006]但是，作為過渡金屬的釩的特性上，釩類氧化物存在V203、V2O5, V2O7等多種同質異象(polymorph)，因而在低溫條件下準確地形成具有熱變色特性的二氧化釩結晶相非常重要。
[0007]為此，如在美國公開專利第4400412號、國際公開公報第W02008/009967號中的公開，以往為了在多個同質異象 中順利形成二氧化釩薄膜，普遍適用使用氣相的前體金屬的化學氣相沉積(CVD)工序。并且，在這過程中，當進行薄膜的蒸鍍時，必須要將玻璃基板的溫度加熱至400~700°C。
[0008]另一方面，為了穩定地生產大面積的建筑用涂敷玻璃，普遍適用濺射工序。
[0009]并且，由于使用大面積玻璃基板的建筑用涂敷玻璃適用使用內嵌式(in-line)濺射的連續蒸鍍工序，因而在蒸鍍工序中的玻璃基板的加熱方面存在困難，因此，大部分在低溫條件下執行工序。這是因為，在加熱數十平方米的大面積玻璃基板的情況下，不僅存在基于熱沖擊的玻璃基板的破損等的技術問題，還存在能量的過度消耗、二氧化碳的過量排放等附帶的問題。
[0010]這種工序上的困難制約著熱變色性玻璃的商業化。
[0011]因此，實際情況是，需要開發沒有如上所述的工序上的問題，適用穩定的低溫的金屬蒸鍍工序，并準確地形成二氧化釩結晶相的技術。
【發明內容】
[0012]技術問題
[0013]本發明的目的在于，提供熱變色性玻璃的制造方法以及基于該方法的熱變色性玻璃，上述熱變色性玻璃的制造方法以及基于該方法的熱變色性玻璃通過低溫的金屬蒸鍍工序來蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬，之后進行熱處理并進行氧化，從而提高工序的效率，并且由此制造的玻璃的熱變色特性的可靠性優秀。
[0014]技術方案
[0015]用于實現上述目的的本發明的一實施例的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，包括:在玻璃基板的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬的步驟；以及對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，來得到熱變色性金屬氧化物結晶相的步驟。
[0016]用于實現上述目的的本發明的再一實施例的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，包括:在玻璃基板的上部形成離子擴散防止膜的步驟；在上述離子擴散防止膜的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬的步驟；以及對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，從而得到熱變色性金屬氧化物結晶相的步驟。
[0017]用于實現上述目的的本發明的另一實施例的熱變色性玻璃，其特征在于，包括:玻璃基板；離子擴散防止膜，形成于上述玻璃基板的上部；熱變色性金屬氧化物膜，形成于上述離子擴散防止膜的上部。
[0018]發明的效果
[0019]根據本發明的熱變色性玻璃的制造方法，由于利用適用于現有的建筑用涂敷玻璃的內嵌式濺射的連續蒸鍍工序，因而具有生產率高的效果。
[0020]并且，本發明的熱變色性玻璃準確地形成二氧化釩結晶相，因而具有熱變色特性的可靠性優秀的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1表示本發明的一實施例的熱變色性玻璃的制造方法。
[0022]圖2表示本發明的再一實施例的熱變色性玻璃的制造方法。
[0023]圖3表示本發明的一實施例的熱變色性玻璃的結構。
[0024]圖4為觀察本發明實施例的熱變色性玻璃在太陽光區域(波長為300~2100nm的區域)中的基于溫度的透射率變化的圖表。
[0025]圖5為觀察本發明實施例的熱變色性玻璃在2000nm條件下的基于溫度的透射率變化的圖表。
[0026]圖6為觀察本發明比較例4的熱變色性玻璃的基于溫度的透射率變化的圖表。
[0027]圖7為本發明的比較例I的熱變色性玻璃的掠角入射X射線衍射(G1-XRD)圖譜。
[0028]圖8為本發明的比較例2的熱變色性玻璃的G1-XRD圖譜。
[0029]圖9為本發明的比較例3的熱變色性玻璃的G1-XRD圖譜。
[0030]圖10為本發明的比較例4的熱變色性玻璃的G1-XRD圖譜。
[0031]圖11為本發明的比較例5的熱變色性玻璃的G1-XRD圖譜。
【具體實施方式】 [0032]以下參照附圖詳細說明的實施例會讓本發明的優點和特征以及實現這些優點和特征的方法更加明確。但是，本發明不局限于以下所公開的實施例，能夠以互不相同的各種方式實施，本實施例只用于使本發明的公開內容更加完整，有助于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員完整地理解本發明的范疇，本發明僅由發明要求保護范圍來定義。在說明書全文中，相同的附圖標記表示相同的結構要素。
[0033]以下，參照附圖，對本發明的熱變色性玻璃的制造方法及基于該方法的熱變色性玻璃進行詳細的說明。
[0034]如圖1所示，本發明的一實施例的熱變色性玻璃的制造方法的特征在于，包括以下步驟:在玻璃基板的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬的步驟(步驟S100);以及對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，來得到熱變色性金屬氧化物結晶相的步驟(步驟SI 10)。
[0035]本發明的制造方法首先在玻璃基板的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬(步驟 SlOO)。 [0036]上述熱變色性金屬氧化物形成用金屬為處于氧化之前的狀態的金屬，在本發明中，優選為I凡金屬。
[0037]通過低溫的濺射工序或原子層蒸鍍工序，來進行上述蒸鍍。
[0038]首先，濺射工序使在腔室內加速的氣體離子(例如，氬(Ar+))與具有陰電壓的目標相碰撞，并將通過上述碰撞來放出的離子狀態的目標蒸鍍于所希望的基板，而本發明通過濺射工序在玻璃基板上蒸鍍金屬(釩)。
[0039]此時，適用濺射工序時的溫度為低溫，優選為10~100°C。即，優選地，在適用普通的濺射工序時所適用的溫度條件下，不需要進行更多的冷卻或加熱。
[0040]在小于上述溫度范圍的情況下，當借助濺射等離子從目標中引起的多個粒子傳遞至基板上時，由于在基板的表面上的移動所需的能量不足，因而存在無法以均勻的結構蒸鍍薄膜的問題，而普遍地，當向常溫條件下的基板玻璃適用濺射工序時，由于由等離子附加的溫度范圍大約小于100°c，因而存在為了使溫度大于100°c，需要一種用于對基板進行加熱的附加性的大面積玻璃基板加熱裝置的問題。
[0041]即，根據以往的技術，存在將大面積建筑用玻璃(最大3.3X6m)的表面均勻地加熱至所需的溫度(二氧化釩結晶相形成溫度:500°C )在機械方面并不順暢的問題，但如果根據本發明，則不需要進行追加的加熱工序。
[0042]另一方面，根據本發明，可通過原子層蒸鍍工序來形成釩薄膜，而與濺射工序相同，在低溫，即在10~100°C條件下進行蒸鍍。在利用原子層蒸鍍工序的情況下，薄膜的厚度均勻性非常優秀。
[0043]之后，對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，來得到熱變色性金屬氧化物結晶相(步驟S110)。
[0044]若對上述玻璃基板進行后熱處理，則蒸鍍于基板上的金屬會被氧化，從而得到熱變色性金屬氧化物結晶相。
[0045]上述熱變色性金屬氧化物為二氧化釩，此時，為了從同質異象的釩氧化物中得到二氧化釩的準確的結晶相，熱處理溫度和時間非常重要，因此，優選地，熱處理溫度為460~480°C，時間為360~600秒鐘。
[0046]首先，在熱處理溫度小于上述范圍的情況下，存在由于二氧化釩的結晶化所需的能量不足而無法形成結晶化的二氧化釩的問題，在熱處理溫度大于上述范圍的情況下，存在由于空氣中的氧與薄膜之間的追加性的熱化學反應而形成含有過量的氧的同質異象的問題。
[0047]并且，在熱處理時間小于上述范圍的情況下，存在由于結晶化所需的能量供給不足而無法進行結晶化的問題，在熱處理時間大于上述范圍的情況下，與溫度高的情況相似，存在由于空氣中的氧與薄膜之間的追加性的熱化學反應而形成含有過量的氧的同質異象的問題。 [0048]決定被結晶化的結晶相的因素為反應溫度、時間、氣氛等，一般來說，在溫度低或熱處理時間短的情況下，由于結晶化所需的能量供給得少，因而形成符合該條件的再一同質異象，而在溫度高或熱處理時間長的情況下，形成符合該條件的另一同質異象。
[0049]因此，一般在低溫和高溫條件下形成的同質異象互不相同，在本發明的情況下，如可在將要后述的實施例中確認，共同形成v205。但低溫條件下的V2O5具有如下差異，即，當掠角入射X射線衍射(G1-XRD)峰值的強度低的時，V2O5的結晶化度較低，而在溫度高的條件下，V2O5的結晶化度較高。
[0050]因此，在高溫或反應時間長的情況下，由于屬于熱處理氣氛的大氣所含的氧與薄膜進行追加性的反應，因而判斷為形成V2O5,上述V2O5與VO2相比，含有過量的氧，因此，優選地，本發明的制造方法滿足上述溫度范圍及時間范圍的條件。
[0051]另一方面，如圖2所示，本發明的再一實施例的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，包括:在玻璃基板的上部形成離子擴散防止膜的步驟(步驟S200);在上述離子擴散防止膜的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬的步驟(步驟S210);以及對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，從而得到熱變色性金屬氧化物結晶相的步驟(步驟S220)。
[0052]除了在玻璃基板的上部形成離子擴散防止膜(步驟S200)，并在上述離子擴散防止膜的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬(步驟S210)之外，與上述的本發明的制造方法相同，因而在這里將詳細說明離子擴散防止膜。
[0053]上述離子擴散防止膜用于防止包含于玻璃基板的堿金屬離子在后處理工序過程中擴散，并與釩金屬或釩氧化物進行反應，因而具有提高產品的可靠性的效果。
[0054]此時，上述離子擴散防止膜可以是SiNx或二氧化鈦(TiO2)的單層結構或SiNx及二氧化鈦(TiO2)的雙層結構。
[0055]SiNx和二氧化鈦起到在熱處理過程中防止包含于玻璃基板的堿金屬離子，尤其鈉離子的擴散的作用，尤為優選地，采取SiNx及二氧化鈦的雙層結構，來提高防止離子擴散的效果。此時，SiNx起到防止鈉離子的一次擴散的作用，二氧化鈦起到吸收所擴散的微量的鈉離子，來防止向釩層傳遞的作用。
[0056]上述離子擴散防止膜可通過通常的物理性、化學性蒸鍍方式來形成，且形成方法并沒有限制。
[0057]優選地，離子擴散防止膜的厚度在SiNx的情況下為10~40nm，在二氧化鈦的情況下為5~30nm。在小于上述厚度范圍的情況下，存在無法充分阻斷堿性離子在基板上的擴散的問題，在大于上述厚度范圍的情況下，存在為了克服低濺射蒸鍍速度而還需構成目標物質的問題。
[0058]即，在離子擴散防止膜的厚度小于上述范圍的情況下，存在由于無法充分防止作為從下部玻璃基板涌出的堿性離子的Na +的擴散，從而使含有Na +的氧化釩物質結晶化的問題。
[0059]并且，以基準以上構成較厚的離子擴散防止膜的情況下，雖然可有效防止離子擴散，但由于SiNx及二氧化鈦均為濺射蒸鍍速度慢的物質，因而為了在內嵌式濺射中蒸鍍較厚的膜而需要構成追加性的目標和對此所需的設備機構，因此，存在并不優選的問題。
[0060]另一方面，如圖3所示，本發明的熱變色性玻璃通過如上所述的制造方法制造，其特征在于，包括:玻璃基板10 ;離子擴散防止膜20，形成于上述玻璃基板的上部；熱變色性金屬氧化物膜30，形成于上述離子擴散防止膜的上部。
[0061]本發明的上述熱變色性金屬氧化物30為二氧化釩，上述離子擴散防止膜20可以是SiNx或二氧化鈦的單層結構或SiNx及二氧化鈦的雙層結構。由于對此的詳細說明已在制造方法部分中進行了闡述，因而在此將進行省略。
[0062]實施例
[0063]1.熱變色性玻璃的制造
[0064](1)實施例
[0065]在厚度為6mm的堿石灰玻璃上，以反應性濺射方式蒸鍍作為第一擴散防止膜的SiNx 薄膜。工序氣體為IS 40sccm (standard cubic centimeter)和氮 IOsccm,而工序壓力固定為3mTorr。電力施加裝置使用了廣播頻率(13.56MHz)的交流電力，所施加的電力的密度為3.60W/cm2，且蒸鍍進行了 970秒鐘。
[0066]在SiNx薄膜的上部以濺射方式蒸鍍了 TiO2薄膜。工序氣體為氬lOOsccm，工序壓力為3m Torr，工序電力密度為4.50W/cm2，蒸鍍進行了 480秒鐘。
[0067]在TiO2薄膜的上部以濺射方式蒸鍍了釩金屬。工序氣體為氬lOOsccm，工序壓力為3m Torr，工序電力密度為4.50W/cm2，蒸鍍進行了 244秒鐘。所使用的電力施加裝置使用了直流(DC)電源，而上述蒸鍍過程均在25°C的低溫條件下進行。
[0068]所制造的樣品利用快速熱處理(Rapid Thermal Process),在空氣中升溫至每分鐘470°C并維持9分鐘之后，注入氮氣，并在爐內進行冷卻，從而制造了熱變色性玻璃樣品。
[0069](2)比較例 I
[0070]在沒有形成離子擴散防止層的情況下，以堿石灰玻璃/釩金屬SOnm的結構進行蒸鍍后進行熱處理，從而制造了樣品。釩金屬的蒸鍍工序及后熱處理工序以與實施例相同的方式進行。
[0071](3)比較例 2
[0072]以在430°C條件下將后熱處理溫度升溫I分鐘，維持9分鐘的條件制造了樣品。其他工序以與實施例相同的方式進行。
[0073](4)比較例 3
[0074]以在450°C條件下將后熱處理溫度升溫I分鐘，維持9分鐘的條件制造了樣品。其他工序以與實施例相同的方式進行。
[0075](5)比較例 4
[0076]以在500°C條件下將后熱處理溫度升溫I分鐘，維持9分鐘的條件制造了樣品。其他工序以與實施例相同的方式進行。
[0077](6)比較例 5
[0078]以在470°C條件下將后熱處理溫度升溫I分鐘，維持3分鐘的條件制造了樣本。其他工序以與實施例相同的方式進行。
[0079]2.不同溫度的透射率實驗
[0080]( I)實施例
[0081]對通過實施例制造的樣品，在將周邊溫度從低溫升溫至100°C并進行冷卻的同時，觀察了在太陽光區域(波長300~2100nm區域)內的透射率的變化。觀察的結果如圖4所
/Jn ο
[0082]如圖4所示，確認了隨著溫度的變化，透射率在近紅外線區域(波長780~2IOOnm)發生變化，從而順暢地體現熱變色效果。由此，可以確認正常形成了二氧化釩膜。
[0083]為了評價變色溫度而觀察了 2000nm波長中的基于溫度的透射率的變化，結果可知，如圖5所示，在約77°C條件下決定了轉移溫度。
[0084]并且，還觀察到基于升溫及冷卻的磁滯現象(Hysteresis)，這判斷為是因為VO2結晶相的格子結構會隨著溫度的變化，從單斜晶系變化為斜方晶系，而為了殘留結晶的變化，還需要追加性的溫度梯度。
[0085](2)比較例 4
[0086]利用通過比較例4制造的樣品來觀察基于溫度的透射率變化，結果，如圖6所示，可確認并沒有基于周邊溫度的透射率的變化。由此，可間接地確認并未正常形成二氧化釩膜。
[0087]3.G1-XRD 實驗
[0088]比較例I至比較例5的G1-`XRD觀察結果如圖7至圖11所示。
[0089](I)比較例 I
[0090]首先，在比較例I的情況下，通過G1-XRD觀察結果可以確認，如圖7所示，形成了含鈉離子的釩氧化物薄膜(NahlV3CV9X這判斷為是因為不存在離子擴散防止膜。
[0091](2)比較例2、比較例3、比較例4
[0092]在比較例2的情況下，通過G1-XRD觀察結果可以確認，如圖8，從峰值并不明確來看，并未形成結晶相，因此可知加熱溫度并不充分。
[0093]并且，在比較例3、比較例4的情況下，通過G1-XRD觀察結果可以確認，如圖9、圖10，形成了 V205。這判斷為是因為脫離了用于形成二氧化釩的本發明的溫度條件。
[0094](3)比較例 5
[0095]在比較例5的情況下，通過G1-XRD觀察結果可以確認，如圖11，從峰值并不明確來看，并未形成結晶相，因此可知后熱處理時間不充分。
[0096]以上，以本發明的實施例為中心進行了說明，但這僅僅是示例性的，只要是本發明所屬【技術領域】的普通技術人員就能理解，并可根據上述實施例進行各種變形及實施等同的其他實施列。由此，應根據所附的發明要求保護范圍來判斷本發明真正要求保護的技術范圍。
【權利要求】
1.一種熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，包括: 在玻璃基板的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬的步驟；以及 對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，來得到熱變色性金屬氧化物結晶相的步驟。
2.一種熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，包括: 在玻璃基板的上部形成離子擴散防止膜的步驟； 在上述離子擴散防止膜的上部蒸鍍熱變色性金屬氧化物形成用金屬的步驟；以及 對上述玻璃基板進行后熱處理，使蒸鍍的金屬氧化，來得到熱變色性金屬氧化物結晶相的步驟。
3.根據權利要求1或2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，上述熱變色性金屬氧化物形成用金屬為釩。
4.根據權利要求1或2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，通過濺射工序或原子層蒸鍍工序，來蒸鍍上述熱變色性金屬氧化物形成用金屬。
5.根據權利要求1或2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，上述熱變色性金屬氧化物形成用金屬的蒸鍍時的溫度為10~100°C。
6.根據權利要求1或2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，進行上述后熱處理時的溫度為460~480°C。
7.根據權利要求1或2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，進行上述后熱處理的時間為360秒鐘~600秒鐘。
8.根據權利要求1或2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，上述熱變色性金屬氧化物結晶相為二氧化釩。
9.根據權利要求2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，上述離子擴散防止膜為SiNx或二氧化鈦的單層結構。
10.根據權利要求2所述的熱變色性玻璃的制造方法，其特征在于，上述離子擴散防止膜為SiNx及二氧化鈦的雙層結構。
11.一種熱變色性玻璃，其特征在于，包括: 玻璃基板； 離子擴散防止膜，形成于上述玻璃基板的上部； 熱變色性金屬氧化物膜，形成于上述離子擴散防止膜的上部。
12.根據權利要求11所述的熱變色性玻璃，其特征在于，上述離子擴散防止膜為SiNx或二氧化鈦的單層結構。
13.根據權利要求11所述的熱變色性玻璃，其特征在于，上述離子擴散防止膜為SiNx及二氧化鈦的雙層結構。
14.根據權利要求11所述的熱變色性玻璃，其特征在于，上述熱變色性金屬氧化物為二氧化釩。
【文檔編號】C03C4/00GK103732553SQ201280039509
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月8日 優先權日:2011年8月12日
【發明者】田允淇 申請人:樂金華奧斯有限公司