(57)【要約】      （修正有）【課題】温度に応じて太陽光の透過率が変わるサーモクロミックウィンドウ製造方法を提供する。【解決手段】基板上に透明伝導膜をコーティングする第１透明伝導膜形成ステップ；前記透明伝導膜上にプリサーモクロミック（ｐｒｅ‐ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）薄膜をコーティングするプリサーモクロミック薄膜形成ステップ；および、前記基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜積層体を熱処理して、前記プリサーモクロミック薄膜をサーモクロミック薄膜に改質させる熱処理ステップ、を含むことを特徴とするサーモクロミックウィンドウ製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に透明伝導膜をコーティングする第１透明伝導膜形成ステップ；
前記透明伝導膜上にプリサーモクロミック（ｐｒｅ‐ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）薄膜をコーティングするプリサーモクロミック薄膜形成ステップ；および
前記基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜積層体を熱処理して、前記プリサーモクロミック薄膜をサーモクロミック薄膜に改質させる熱処理ステップを含むことを特徴とするサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項２】
前記サーモクロミックウィンドウ製造方法は、
前記プリサーモクロミック薄膜形成ステップの後、前記プリサーモクロミック薄膜上に透明伝導膜をコーティングする第２透明伝導膜形成ステップをさらに含み、
前記熱処理ステップは、基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜／透明伝導膜積層体を熱処理することを特徴とする、請求項１に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項３】
前記熱処理ステップにより前記透明伝導膜から前記プリサーモクロミック薄膜に酸素が拡散されて、前記プリサーモクロミック薄膜が前記サーモクロミック薄膜に改質されることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項４】
前記サーモクロミック薄膜は、サーモクロミック物質であるＡｘＢｙを含み、
前記プリサーモクロミック薄膜は、ＡｘＢｚを含み、
前記Ａは金属であり、ｙ＞ｚであることを特徴とする、請求項１に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項５】
前記ｚは、０であることを特徴とする、請求項４に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項６】
前記透明伝導膜のコーティングは、酸素雰囲気で行われることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項７】
前記サーモクロミック薄膜は、二酸化バナジウム（ＶＯ２）、酸化チタニウム（ＩＩＩ）（Ｔｉ２Ｏ３）および酸化ニオビウム（ＮｂＯ２）のうちいずれか一つの物質からなることを特徴とする、請求項１に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項８】
前記プリサーモクロミック薄膜は、純粋バナジウム金属を含み、
前記熱処理ステップにより前記純粋バナジウム金属がＶＯ２に相変化されることを特徴とする、請求項１に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項９】
前記透明伝導膜は、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、およびＺｎＯ２のうちの少なくともいずれか一つの物質を含んでなることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項１０】
前記透明伝導膜は、ドーパントをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理ステップは、真空雰囲気において３００〜５００℃の温度で行われることを特徴とする、請求項１に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【請求項１２】
前記透明伝導膜は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）蒸着法によりコーティングされることを特徴とする、請求項１または２に記載のサーモクロミックウィンドウ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーモクロミックウィンドウ製造方法に関し、より詳細には、温度に応じて太陽光の透過率が変わるサーモクロミックウィンドウ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、石油等の化学エネルギー源の価格が急騰するとともに、新たなエネルギー源の開発の必要性が大きくなっている。また、これに劣らず、エネルギー節減技術の重要性も増大している。実際に、一般家庭のエネルギー消費量のうち６０％以上は、冷・暖房費として使用される。特に、一般住宅および建物において、窓を介して消費されるエネルギーは２４％に達する。
【０００３】
これにより、窓の基本機能である建物の美観および眺望の特性を維持しつつ、かつ窓の機密および断熱特性を高めて、窓を介して消費されるエネルギーを減らすための多様な努力がなされており、代表として、窓の大きさを調節する方法から高断熱窓を設置する方法等が実施されている。
【０００４】
高断熱窓の種類には、複層ガラスにアルゴン（Ａｒ）ガス等を注入して熱交換現象を防ぐアルゴンガス注入複層窓や、ローイー（Ｌｏｗ−Ｅ）ウィンドウ等がある。この他にも、熱的特性を持った層をガラスにコーティングして、太陽光を通じたエネルギーの流入を調節するウィンドウ等が研究されている。
【０００５】
特に、ローイーウィンドウは、ガラス表面に金属または金属酸化物を薄くコーティングして、ウィンドウを介して入ってくる可視光線の大部分は中に透過させて室内を明るく維持できるようにし、赤外線領域の輻射線は効果的に遮断して、冬場には建物内で発生した暖房熱が外に出ていかないように遮断し、夏場には建物外の熱気を遮断して冷・暖房費を減らす効果があるが、可視光線以外の波長に対しては反射をする特性により、特に、冬場に太陽から放出される赤外線部分を室内に流入させることができず、季節（温度）に応じて太陽光の透過率が調節されないという短所を有している。
【０００６】
そこで、サーモクロミック（ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）効果を有する物質をガラス上にコーティングして、ガラスがある一定の温度以上になると、可視光線は入ってくるが近赤外線および赤外線は遮断して、室内温度が上昇しないようにするサーモクロミックウィンドウに関する技術が開発されている。
【０００７】
図１は、ガラス基板の一面にＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜をコーティングした、サーモクロミックウィンドウの相転移前／後の温度による太陽光の透過率変化を示すグラフである。
【０００８】
図１に示されたところのように、サーモクロミック物質をガラスにコーティングすることにより、相転移温度前／後に太陽光の透過率、特に、赤外線領域における透過率が変わることが分かり、これにより、建物等の冷・暖房エネルギー効率を向上させることができる。
【０００９】
一方、このようなサーモクロミック薄膜を建築用ガラスに適用する場合、冬場の暖房熱損失を最小化するためには、サーモクロミック薄膜が低い放射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）を有していなければならないが、現在、サーモクロミック薄膜はそうでないという短所を有している。特に、二酸化バナジウム薄膜の場合、通常のガラスと類似した０．８４の高い放射率を有するので、冬場の暖房熱を効果的に遮断できないという問題点を有する。
【００１０】
また、サーモクロミック薄膜は、金属性の特性を有しているので、可視光透過率が低いという短所を有している。
【００１１】
そこで、従来には、可視光透過率を向上させるために、サーモクロミック薄膜の厚さを薄くする方法を使用したり、サーモクロミック薄膜と低屈折薄膜および／または高屈折薄膜を多層膜で構成する方法を使用したりしている。
【００１２】
しかし、サーモクロミック薄膜の厚さを薄くする場合、サーモクロミック薄膜の相転移特性が不均一に起こるという問題が発生する。また、サーモクロミック薄膜と低屈折薄膜および／または高屈折薄膜を多層膜で構成する場合、多層膜形成のための高温蒸着過程において、サーモクロミック物質が他の結晶相に相変化してサーモクロミック特性を失うことになるという問題が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述したところのような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、優れたサーモクロミック特性を有し、かつ可視光の透過率を向上させることができるサーモクロミックウィンドウ製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このために、本発明は、基板上に透明伝導膜をコーティングする第１透明伝導膜形成ステップ；前記透明伝導膜上にプリサーモクロミック（ｐｒｅ‐ｔｈｅｒｍｏｃｈｒｏｍｉｃ）薄膜をコーティングするプリサーモクロミック薄膜形成ステップ；および、前記基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜積層体を熱処理して、前記プリサーモクロミック薄膜をサーモクロミック薄膜に改質させる熱処理ステップ、を含むことを特徴とするサーモクロミックウィンドウ製造方法を提供する。
【００１５】
また、前記サーモクロミックウィンドウ製造方法は、前記プリサーモクロミック薄膜形成ステップの後、前記プリサーモクロミック薄膜上に透明伝導膜をコーティングする第２透明伝導膜形成ステップをさらに含み、前記熱処理ステップは、基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜／透明伝導膜積層体を熱処理するものであってよい。
【００１６】
ここで、前記熱処理ステップにより前記透明伝導膜から前記プリサーモクロミック薄膜に酸素が拡散されて、前記プリサーモクロミック薄膜が前記サーモクロミック薄膜に改質される。
【００１７】
そして、前記サーモクロミック薄膜は、サーモクロミック物質であるＡｘＢｙを含み、前記プリサーモクロミック薄膜は、ＡｘＢｚを含み、前記Ａは、金属であり、ｙ＞ｚであってよく、好ましくは、前記ｚは０であってよい。
【００１８】
また、前記透明伝導膜のコーティングは、酸素雰囲気で行われてよい。
【００１９】
そして、前記サーモクロミック薄膜は、二酸化バナジウム（ＶＯ２）、酸化チタニウム（ＩＩＩ）（Ｔｉ２Ｏ３）および酸化ニオビウム（ＮｂＯ２）のうちいずれか一つの物質からなっていてよい。
【００２０】
また、前記プリサーモクロミック薄膜は、純粋バナジウム金属を含み、前記熱処理ステップにより前記純粋バナジウム金属がＶＯ２に相変化されてよい。
【００２１】
好ましくは、前記透明伝導膜は、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、およびＺｎＯ２のうちの少なくともいずれか一つの物質を含んでなっていてよく、より好ましくは、ドーパントをさらに含んでいてよい。
【００２２】
そして、前記熱処理ステップは、真空雰囲気において３００〜５００℃の温度で行われてよい。
【００２３】
また、前記透明伝導膜は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）蒸着法によりコーティングされてよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、優れたサーモクロミック特性を有し、かつ高い可視光透過率と低い放射率を有するサーモクロミックウィンドウを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ガラス基板の一面にＶＯ２からなるサーモクロミック薄膜をコーティングしたサーモクロミックウィンドウの相転移前／後の温度による太陽光の透過率変化を示したグラフである。
【図２】本発明の第１実施例によるサーモクロミックウィンドウ製造方法の概略的なフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施例によるサーモクロミックウィンドウ製造方法の概略的なフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施例により製造されたサーモクロミックウィンドウの透明伝導膜の厚み別可視光透過率を示したグラフである。
【図５】本発明の第２実施例により製造されたサーモクロミックウィンドウの反射率を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例によるサーモクロミックウィンドウ製造方法について詳細に説明する。
【００２７】
なお、本発明を説明するにあたり、関連した公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不必要に曖昧にし得るものと判断された場合、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
図２は、本発明の第１実施例によるサーモクロミックウィンドウ製造方法の概略的なフローチャートである。
【００２９】
図２を参照すると、本発明に係るサーモクロミックウィンドウを製造するために、まず、基板上に透明伝導膜をコーティングする（Ｓ１００）。
【００３０】
基板は、サーモクロミックウィンドウの支持基材であり、好ましくはソーダライム（ｓｏｄａ‐ｌｉｍｅ）系建築用ガラスを使用されてよい。
【００３１】
透明伝導膜は、導電性のある酸化物薄膜であり、基板上に形成されて、後述する熱処理ステップ（Ｓ３００）においてプリサーモクロミック薄膜に酸素を拡散させる。
【００３２】
このような透明伝導膜は、低い放射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）および高い屈折率を有しているので、サーモクロミックウィンドウの全体的な放射率を下げ、可視光の透過率を向上させる。すなわち、透明伝導膜は、比抵抗特性に優れていてサーモクロミックウィンドウの放射率を改善し、高い屈折率を有するため、透明伝導膜の厚さを調節して可視光の透過率を制御することができる。
【００３３】
また、透明伝導膜は、後述する熱処理ステップ（Ｓ３００）において、基板内のイオンがサーモクロミック薄膜に拡散されることを防いで、サーモクロミック薄膜がサーモクロミック特性を失うようになることを防止する拡散障壁（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｂａｒｒｉｅｒ）の役割をする。特に、基板がソーダライム系ガラスである場合、透明伝導膜が、ガラス基板内のナトリウム（Ｎａ）イオンがサーモクロミック薄膜にナトリウム拡散（ｓｏｄｉｕｍ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）することを防止することができる。
【００３４】
透明伝導膜は、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、およびＺｎＯ２のうち少なくともいずれか一つの物質を含んでなっていてよい。
【００３５】
また、透明伝導膜の電気伝導性および光学的特性を向上させるために、透明伝導膜は、ドーパントがドープされていてよく、これにより、透明伝導膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＦＴＯ（Ｆ‐ｄｏｐｅｄ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（Ａｌ‐ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、およびＧＺＯ（Ｇａ‐ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｄｉｅ）のうちいずれか一つの物質からなっていてよい。
【００３６】
透明伝導膜は、低温（常温）で基板上にコーティングされていてよい。また、透明伝導膜は、スパッタリング蒸着法により基板上にコーティングされていてよい。
【００３７】
そして、透明伝導膜のコーティングは、酸素雰囲気で行われてよい。これにより、透明伝導膜により多くの酸素を含ませることにより、後述する熱処理ステップ（Ｓ３００）において、透明伝導膜によるプリサーモクロミック薄膜への酸素拡散をより良好に行うことができる。
【００３８】
その後、透明伝導膜上に、プリサーモクロミック薄膜をコーティングする（Ｓ２００）。
【００３９】
プリサーモクロミック薄膜は、酸素と結合してサーモクロミック物質となることのできる純粋金属からなる物質を透明伝導膜上にコーティングして形成されていてよい。または、サーモクロミック物質と同一の元素により構成されるが、サーモクロミック特性を有さない結晶相からなる物質を透明伝導膜上にコーティングして形成されていてよい。一例として、プリサーモクロミック薄膜は、バナジウム酸化物のうちサーモクロミック特性を有する二酸化バナジウム（ＶＯ２）を除いた、Ｖ２Ｏ３、Ｖ３Ｏ５、Ｖ４Ｏ７、Ｖ６Ｏ１１、Ｖ５Ｏ９、Ｖ６Ｏ１３、Ｖ４Ｏ９、Ｖ３Ｏ７、Ｖ２Ｏ５からなっていてよい。
【００４０】
すなわち、サーモクロミック物質がＡｘＢｙの化学式を有する場合、プリサーモクロミック物質はＡｘＢｚの化学式を有するものである。ここで、Ａは金属であり、ｙ＞ｚである。好ましくは、ｚは０であってよい。
【００４１】
プリサーモクロミック薄膜は、スパッタリング蒸着法により透明伝導膜上に形成されていてよい。
【００４２】
最後に、基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜積層体を熱処理（Ｓ３００）して、サーモクロミックウィンドウを製造する。
【００４３】
基板／透明伝導膜／プリサーモクロミック薄膜積層体を熱処理することにより、透明伝導膜に含まれている酸素はプリサーモクロミック薄膜に拡散され、これによりプリサーモクロミック薄膜はサーモクロミック薄膜に改質される。
【００４４】
このように、熱処理によりプリサーモクロミック薄膜をサーモクロミック薄膜に改質させることにより、優れたサーモクロミック特性を有するサーモクロミックウィンドウを製造することができる。
【００４５】
従来の多層膜上にサーモクロミック薄膜をコーティングする場合、サーモクロミック薄膜の高温蒸着過程において、サーモクロミック薄膜が相変化してサーモクロミック特性を喪失するという問題が発生していたが、本発明は、多層膜上にプリサーモクロミック薄膜を積層した後、熱処理によりプリサーモクロミック薄膜をサーモクロミック薄膜に改質させてサーモクロミックウィンドウを製造することにより、このような問題を解決することができる。
【００４６】
また、酸素がプリサーモクロミック薄膜に拡散されることにより、透明伝導膜は、酸素欠乏（ｏｘｙｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙ）と金属成分置換により伝導性が急激に向上することになり、これにより、サーモクロミックウィンドウの放射率をさらに向上させることができる。
【００４７】
熱処理ステップ（Ｓ３００）は、真空雰囲気で３００〜５００℃の温度で行われてよい。
【００４８】
また、本発明の第２実施例によるサーモクロミックウィンドウ製造方法は、図３に示されたように、プリサーモクロミック薄膜形成ステップ（Ｓ２００）後、熱処理ステップ（Ｓ３００）前に、プリ−サーモクロミック薄膜上に透明伝導膜をコーティングするステップ（Ｓ２５０）をさらに含んでいてよい。
【００４９】
このように、プリサーモクロミック薄膜上に形成された透明伝導膜は、その後の熱処理ステップ（Ｓ３００）においてプリサーモクロミック薄膜に酸素を拡散させるだけでなく、本発明により製造されたサーモクロミックウィンドウにおいて、サーモクロミック薄膜をスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）や外部汚染から保護する保護膜の役割をする。
【００５０】
上述したように、本発明のサーモクロミックウィンドウ製造方法により製造されたサーモクロミックウィンドウは、高い可視光透過率と低い放射率を有する。
【００５１】
図４は、本発明の第２実施例により製造されたサーモクロミックウィンドウの透明伝導膜の厚み別可視光透過率を示したグラフである。ここで、透明伝導膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなっている。
【００５２】
図４を参照すると、透明伝導膜の厚みが厚くなるほど、サーモクロミックウィンドウの可視光透過率が向上することが分かる。
【００５３】
図５は、本発明の第２実施例により製造されたサーモクロミックウィンドウの反射率を示したグラフである。ここで、透明伝導膜はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなり、透明伝導膜の厚みは５０ｎｍとした。
【００５４】
図５に示されたように、本発明により製造されたサーモクロミックウィンドウは、高い反射率を有する。すなわち、低い放射率を有するので、優れた断熱特性を有して、建物の冷・暖房エネルギー効率を向上させることができる。
【００５５】
以上のように、本発明は限定された実施例と図面により説明されたが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、かかる記載から多様な修正および変形が可能である。
【００５６】
それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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