专利名称：热致变色基板和制造所述热致变色基板的方法
热致变色基板和制造所述热致变色基板的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年12月26日递交的韩国专利申请号10-2011-0142055的优先权，其申请的全部内容为了所有目的通过引用合并于此。
发明背景发明领域
本发明涉及一种热致变色基板和制造该热致变色基板的方法，且更具体地，涉及一种具有热致变色薄膜的热致变色基板和制造该热致变色基板的方法。
背景技术：
热致变色现象是指过渡金属的氧化物或硫化物在低于和超过特定温度(即其转变温度(Tc))时经历其晶体结构上的改变，由此其物理性能(导电率和红外(IR)透射率)突然变化的现象。
当用具有这种热致变色能力的薄膜涂覆玻璃时，可以制造“智能窗(smartwindow) ”，该“智能窗”当在或超过预定温度时透射可见光，但阻挡近红外线和红外线，以防止室内温度上升。智能窗在交通工具或建筑物上的应用可在节能方面非常有效。呈现出热致变色现象的材料包括几种过渡金属的氧化物，其中二氧化钒(VO2)由于其转变温度为68°C而正被用于研究，该转变温度相对接近于使实际应用成为可能的温度。
钒氧化物，例如W2,以各种晶相形式存在，例如V203、V3O5, V4O7, V6O11, V5O9, V6013、V4O9, V3O7, V2O5和V02。所述热致变色特性在VO2的晶相中出现。
因此，为了将以各种晶相，例如V2O3、V3O5、V4O7、V5O9、V6O11, V6O13、V4O9、V3O7、V2O5 和VO2存在的钒氧化物，转化为VO2的晶相，采用了将玻璃基板加热至高温，然后用钒氧化物涂覆所述玻璃基板，以及用钒氧化物涂覆玻璃基板，随后进行后退火等方法。
使用所述VO2薄膜的热致变色玻璃由于VO2的独特颜色而具有微黄色。
但是，作为一种缺陷，当所述热致变色玻璃被用于建筑业时，由于消费者更喜欢微绿色、微蓝色或微灰色，因此使用所述VO2薄膜的热致变色玻璃并不符合消费者的需求。
在此发明背景部分公开的信息仅用于增加对本发明背景技术的了解，不应被看作承认或以任何形式暗示上述信息形成现有技术，该现有技术已为本领域技术人员所知。
发明概述
本发明的各方面提供了一种热致变色基板，所述热致变色基板的颜色满足消费者需求，以及制造所述热致变色基板的方法。
在本发明的一个方面，提供了一种热致变色基板，所述热致变色基板包括基底基板；形成在所述基底基板上的热致变色薄膜；和形成在所述热致变色薄膜上的光致变色薄膜。
在一个示例性实施方式中，所述光致变色薄膜可以吸收380nm至780nm范围内的波长，并由选自银(Ag)、卤化Ag、卤化锌(Zn)、螺卩比喃和二芳基乙烯中的至少一种物质制成。
在一个示例性实施方式中，所述热致变色薄膜可以包含选自二氧化钒(VO2)、氧化钛(III) (Ti2O3)和氧化铌(NbO2)中至少一种。
在一个示例性实施方式中，所述热致变色薄膜可以掺杂选自钥(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)中的至少一种物质。
在一个示例性实施方式中，所述热致变色基板可以进一步包括在所述基底基板和所述热致变色基板间的氧化物或氮化物薄膜。
在一个示例性实施方式中，所述氧化物或氮化物薄膜可以由选自二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一种制成。所述氧化物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，提供了一种制造热致变色基板的方法，所述方法包括下列步骤:在玻璃基板上作为涂层形成氧化物或氮化物薄膜；在所述氧化物或氮化物薄膜上作为涂层形成VO2薄膜；并在所述VO2薄膜上作为涂层形成光致变色薄膜。
在一个示例性实施方式中，可以使用由掺杂选自Mo、W、Cr、Ni和Zr中的至少一种物质的VO2制成的溅射靶进行形成所述VO2薄膜的步骤，或使用由VO2制成的溅射靶和由选自Mo、W、Cr、Ni和Zr中的至少一种制成的派射祀进行。
在一个示例性实施方式中，形成所述光致变色薄膜的步骤可以通过直流(DC)溅射沉积或溶胶-凝胶法进行。
根据本发明的实施方式，可调节所述热致变色基板的颜色以使其满足消费者的需求，并优选可被调节为使所述热致变色基板具有微灰色。
本发明所述方法和设备具有的其它特征和优点将通过附图变得明了或在附图中阐明更多细节，所述附图合并于此，在下面的发明详述中，连同附图一起用来解释本发明的特定原理。
附图简述
图1为示意性地描述根据本发明一个示例性实施方式的热致变色基板的示意性横截面视图2为描述作为光致变色材料的氧化钥(VI) (MoO3)基于光照射时间的吸收率的曲线图3为描述用光致变色材料涂覆的透镜的透射率的曲线图4为描述根据本发明一个实施方式的二氧化钒(VO2)薄膜、光致变色薄膜和多层薄膜的透射率的曲线图，所述多层薄膜包括VO2薄膜和叠加在所述VO2薄膜上的光致变色薄膜；以及
图5为示意性地描述根据本发明一个示例性实施方式的制造热致变色基板的方法的流程图。
发明详述
现在将对本发明的具有热致变色薄膜的热致变色基板，以及制造该热致变色基板的方法进行详细说明，其实施方式在附图中说明并如下所述。
在下面对本发明的描述中，当对合并于此的已知功能和组件的详细说明可能造成本发明的主题不清楚时，将被省略。
图1为示意性地描述根据本发明一个示例性实施方式的热致变色基板的示意性横截面视图。
参见图1，根据本发明一个示例性实施方式的热致变色基板包括玻璃基板100、氧化物或氮化物薄膜200、二氧化钒(VO2)薄膜300，和光致变色薄膜400。
所述玻璃基板100是具有预定面积或厚度的透明或着色基板。所述玻璃基板优选为钠钙玻璃。
所述氧化物或氮化物薄膜200形成在玻璃基板100上，并作为钠扩散屏障以防止在制造所述热致变色基板的过程中于350°C或更高的温度下所述玻璃基板中的钠(Na)离子扩散进入VO2薄膜300中，所述VO2薄膜300将在后面说明。否则，所述VO2薄膜将由于钠扩散而失去热致变色特性。
所述氧化物或氮化物薄膜200可以由选自，但不限于，二氧化硅(SiO2)、五氧化二铌(Nb2O5)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一种材料制成。虽然所述氧化物或氮化物薄膜200的厚度优选在30nm至80nm的范围内，但其厚度可以随将被涂覆的材料类型和涂层材料的折射率等进行改变。
所述VO2薄膜300形成在所述氧化物或氮化物薄膜200上，并随温度进行相变，由此调节红外(IR)辐射的透射率。
所述VO2薄膜300的转变发生在预定的温度下，在该温度下VO2的晶体结构由于热致变色现象而发生改变，因此所述VO2薄膜的物理性能(导电率和红外辐射透射率)急剧变化。结果，所述VO2薄膜300阻挡了近IR辐射和IR辐射，同时允许可见光通过。
所述VO2薄膜300可以用掺杂剂进行掺杂以降低VO2的相变。所述VO2薄膜优选用选自钥(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)中的至少一种进行掺杂。
所述光致变色薄膜400形成在所述VO2薄膜300上，由此其可调节光致变色基板的颜色。
当用光照射所述光致变色薄膜400时，其化学物质的连接结构发生改变，由此形成了具有不同吸收光谱的异构体。结果，所述薄膜的颜色可逆地发生了改变。
图2为描述作为光致变色材料的氧化钥(VI) (MoO3)基于光照射时间的吸收率的曲线图。如图2所示，可知所述光致变色材料的光吸收率随光照射时间发生改变，而且所述光致变色材料的颜色由于改变的光吸收率而发生改变。
图3为描述用光致变色材料涂覆的透镜的透射率的曲线图。如图3所示，可知在白天，当紫外线(UV)辐射照射其上时，所述光致变色透镜的颜色发生改变，由此所述光致变色透镜的透射率减小。
根据本发明一个实施方式的光致变色薄膜400优选吸收380nm至780nm范围内的波长，因此所述热致变色基板具有微灰色。
吸收380nm至780nm范围内波长的材料可以由选自银(Ag)、卤化Ag、卤化锌(Zn)、螺吡喃和二芳基乙烯中的至少一种材料实现。
以这种方法，可以通过用所述光致变色薄膜涂覆具有微黄色的所述VO2薄膜来调整所述热致变色基板的颜色。
特别地，通过用吸收380nm至780nm范围内波长的光致变色薄膜涂覆VO2薄膜，可以制造具有微灰色的热致变色基板，当这种基板用于建筑业时，将会受到消费者的欢迎。
即，当VO2薄膜具有微黄色，且根据国际照明委员会(CIE)L*a*b*色系，a在±5的范围内且b为10以上时，可以通过用吸收380nm至780nm范围内波长的光致变色薄膜涂覆所述VO2薄膜，以此赋予所述热致变色基板以灰色，其中a在±5的范围内且b为15以下。
表I
以上表I为显示了 VO2薄膜和光致变色薄膜的a和b值，以及使用所述VO2薄膜和所述光致变色薄膜形成的多层薄膜的校正后的a和b值的表格。
权利要求
1.一种热致变色基板，包括: 基底基板; 形成在所述基底基板上的热致变色薄膜；和 形成在所述热致变色薄膜上的光致变色薄膜。
2.如权利要求1所述的热致变色基板，其中所述光致变色薄膜吸收具有380nm至780nm范围内波长的光。
3.如权利要求1所述的热致变色基板，其中所述光致变色薄膜包含选自由银(Ag)、卤化银(Ag)、卤化锌(Zn)、螺吡喃和二芳基乙烯组成的组中的至少一种。
4.如权利要求1所述的热致变色基板，其中所述热致变色薄膜包含选自由二氧化钒(VO2)、氧化钛(III) (Ti2O3)和氧化铌(NbO2)组成的组中的至少一种。
5.如权利要求1所述的热致变色基板，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中的掺杂剂，由此所述热致变色薄膜的相变温度低于所述热致变色材料的相变温度。
6.如权利要求5所述的热致变色基板，其中所述掺杂剂包含选自由钥(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)组成的组中的至少一种。
7.如权利要求1所述的热致变色基板，进一步包含在所述基底基板和所述热致变色薄膜之间的氧化物或氮化物薄膜。
8.如权利要求7所述的热致变色基板，其中所述氧化物或氮化物薄膜包含选自由二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)和氮化硅(Si3N4)组成的组中的至少一种。
9.如权利要求7所述的热致变色基板，其中所述氧化物或氮化物薄膜的厚度在30nm至80nm的范围内。
10.一种制造热致变色基板的方法，所述方法包含: 用热致变色薄膜涂覆基底基板；和 用光致变色薄膜涂覆所述热致变色薄膜。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述热致变色薄膜使用包含二氧化钒(VO2)的溅射靶形成，所述二氧化钒(VO2)用选自由钥(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)组成的组中的至少一种掺杂。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述热致变色薄膜使用包含二氧化钒(VO2)的溅射靶和包含选自由钥(Mo)、钨(W)、铬(Cr)、镍(Ni)和锆(Zr)组成的组中的至少一种的溅射靶形成。
13.如权利要求10所述的方法，其中采用直流(DC)溅射沉积或溶胶-凝胶法以光致变色薄膜涂覆所述热致变色薄膜。
全文摘要
本申请公开了一种具有热致变色薄膜的热致变色基板，和制造所述热致变色基板的方法。所述热致变色基板包括基底基板、形成在所述基底基板上的氧化物或氮化物薄膜、形成在所述氧化物或氮化物薄膜上的二氧化钒(VO2)薄膜，和形成在所述VO2薄膜上的光致变色薄膜。
文档编号C23C14/34GK103171180SQ201210574498
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者裴薛基, 文东建, 柳翔炼 申请人:三星康宁精密素材株式会社