專利名稱：制造熱致變色基板的方法
技術領域：
本申請涉及制造熱致變色基板的方法，更具體地，涉及制造熱致變色基板的方法，通過所述方法可提高所述熱致變色基板的透射率。
背景技術：
熱致變色是指小于和大于特定溫度(即轉變溫度(Tc))，過渡金屬的氧化物或硫化物的晶體結構發(fā)生變化，使得其物理性質(電傳導率和紅外線(IR)透射率)忽然改變的現(xiàn)象。當玻璃被具有這樣的熱致變色能力的薄膜涂布時，可生產(chǎn)這樣的“智能窗戶”，在或大于預定的溫度其透射可見光但阻擋近紅外線和紅外線，以防止室內溫度的上升。智能窗戶車輛到建筑物中的應用在節(jié)能方面可非常有效。呈現(xiàn)熱致變色的材料包含幾種過渡金屬的氧化物，其中，二氧化釩(VO2)由于其轉變溫度為68°C，相對接近使實際應用變得可能的溫度，所以正在被研究。氧化釩，例如VO2,以多種晶相的形態(tài)存在，例如V203、V3O5, V4O7, V6O11, V5O9, V6013、V4O9, V3O7, V2O5和V02。熱致變色特性只在VO2晶相中出現(xiàn)。因此，使用將玻璃基板加熱到高溫后然后用氧化釩涂布所述玻璃基板的方法，用氧化釩涂布玻璃基板接著后退火的方法等將以各種晶相，例如v203、V3O5, V4O7, V5O9, V6O11,V6013、V4O9, V3O7, V2O5和W2,存在的氧化釩轉變成VO2的晶相。然而，通過上述方法制造的所述熱致變色薄膜呈現(xiàn)金屬特性和因此產(chǎn)生的可見光的低透射率的缺陷。為了提高可見光的透射率，可使用減小熱致變色薄膜的厚度的方法。然而，這引起熱致變色薄膜的相變特性變得不均勻的問題。因此，使用通過形成除了所述熱致變色薄膜還包括低折射率和/或高折射率薄膜的多層膜結構以提高可見光的透射率的方法。在相關技術的形成多層膜結構的方法中，通過形成高或低折射率薄膜作為下層，用VO2薄膜涂布高或低折射率薄膜，然后用高或低折射率薄膜涂布所述VO2薄膜，產(chǎn)生所述多層膜結構。然而，當通過該方法制造所述多層膜結構時，在形成多層膜結構的過程中，VO2薄膜被氧化。然后，VO2相變成氧化釩的不同晶相，例如V2O3或V2O5，這是有問題的。具體地，當用VO2薄膜涂布做為下層而形成的高或低折射率薄膜時，在高溫氣氛中氧氣擴散入下面的薄膜中，其中所述乂02薄膜作為涂層而形成。因此，VO2相變成氧化釩的不同晶相。
此外，當用高或低折射率薄膜涂布所述VO2薄膜時，所述VO2薄膜在反應濺射時暴露于氧氣中，其中所述高或低折射率薄膜形成為涂層。然后，氧氣擴散入VO2薄膜，因此VO2相變成氧化釩的不同晶相。因此，當通過現(xiàn)有技術的方法形成用于提高熱致變色玻璃的透射率的多層膜結構時，在形成多層膜結構的過程中氧氣擴散入VO2薄膜，因此VO2經(jīng)歷相變，因而喪失其熱致變色特性。本發(fā)明背景技術部分公開的信息僅用于增強對本發(fā)明背景技術的理解，而不應理解為承認或任何形式地暗示該信息構成本領域技術人員已知的現(xiàn)有技術。

發(fā)明內容
本發(fā)明的多個方面提供了制造熱致變色基板的方法，通過所述方法，所述熱致變色基板在保持所述熱致變色特性的同時可具有提高的透射率。本發(fā)明的一個方面提供了制造熱致變色基板的方法。所述方法包括步驟:在基底基板上形成作為涂層的第一薄膜；在所述第一薄膜上形成作為涂層的預熱致變色薄膜；在所述預熱致變色薄膜上形成作為涂層的第二薄膜；和通過熱處理包括所述基底基板、所述第一薄膜、所述預熱致變色薄膜和所述第二薄膜的所得疊層來將所述預熱致變色薄膜改性為熱致變色薄膜。所述第一薄膜和所述第二薄膜的折射率與所述熱致變色薄膜的折射率不同。在一個示例性實施方式中，所述熱致變色薄膜可具有為熱致變色材料的AxBy的組成，并且所述預熱致變色薄膜可具有AxBz的組成，其中A為金屬，并且y>z。這里，z可為O或大于O。在一個實施例中，如果A為釩(V)并且z為0，所述預熱致變色薄膜為純釩薄膜。另一方面，如果A為釩且z大于0，所述預熱致變色薄膜為氧化釩薄膜。可通過，例如在提供氧氣的同時用釩涂布所述第一薄膜，形成所述預熱致變色薄膜。在一個示例性實施方式中，所述熱致變色薄膜可由選自由二氧化釩(VO2)、氧化鈦
(III)(Ti2O3)和氧化鈮(NbO2)組成的組中的一種制造。在一個示例性實施方式中，當所述預熱致變色薄膜包含純釩時，由于對所得疊層的熱處理步驟，純釩被轉變成二氧化釩(VO2)。在一個示例性實施方式中，所述第一薄膜和所述第二薄膜可為透明氧化物薄膜或透明氮化物薄膜。所述透明氧化物薄膜或所述透明氮化物薄膜可優(yōu)選由選自由二氧化硅(SiO2)、五氧化鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)和氮化硅(Si3N4)中的至少一種制造。這里，所述第一薄膜和所述第二薄膜的至少一種必須為氧化物薄膜。在一個示例性實施方式中，所述第一薄膜、所述預熱致變色薄膜和所述第二薄膜的各自厚度可在30nm至80nm的范圍內。在一個示例性實施方式中，可在氬氣(Ar)或真空氣氛下進行熱處理所述所得疊層的步驟。在一個示例性實施方式中，熱處理所述所得疊層的步驟可在400°C至500°C的溫度范圍內進行，優(yōu)選在400°C至500°C的溫度范圍內進行20至120分鐘。在一個示例性實施方式中，當通過用釩涂布所述第一薄膜形成所述預熱致變色薄膜時，可以提供氧氣。
在一個示例性實施方式中，可通過反應濺射沉積進行形成作為涂層的所述第一薄膜的步驟和形成作為涂層的第二薄膜的步驟。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可以制造在保持其熱致變色特性的同時具有提高的透射率的熱致變色基板。本發(fā)明的方法和裝置具有其它特征和優(yōu)點，這些特征和優(yōu)點在合并于此的附圖和以下的本發(fā)明詳細描述中將變得明顯或更詳細地描述，所述合并于此的附圖和以下的本發(fā)明詳細描述一起用于解釋本發(fā)明的某些原理。


圖1為示意性說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的制造熱致變色基板的方法的流程圖；圖2為比較地說明每個根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的具有多層結構的熱致變色基板的透射率和只具有二氧化釩(VO2)薄膜的熱致變色基板的透射率的曲線圖；圖3為說明通過現(xiàn)有技術的方法制造的具有多層結構的熱致變色基板的熱致變色特性的曲線圖；和圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的具有多層結構的熱致變色基板的熱致變色特性的曲線圖。
具體實施例方式現(xiàn)將更 詳細地參考根據(jù)本發(fā)明的制造熱致變色基板的方法，其實施方式在附圖和下面的說明中說明。在本發(fā)明的下面描述中，當合并于此的已知功能和部件的詳細描述可使本發(fā)明的主題不清楚時，將被省略。圖1為示意性說明根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的制造熱致變色基板的方法的流程圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式制造熱致變色基板的方法可包括形成第一薄膜、形成預熱致變色薄膜、形成第二薄膜和熱處理所得結構的步驟。為制造熱致變色基板，在步驟S100，用第一薄膜涂布玻璃基板，所述第一薄膜的折射率與二氧化釩(VO2)薄膜不同。玻璃基板為具有預定面積或厚度的透明或彩色的基板。玻璃基板優(yōu)選為堿石灰玻
3 ο在制造熱致變色基板的過程中，在350°C或更高的溫度，第一薄膜起到鈉擴散屏障以防止玻璃基板中的鈉(Na)離子擴散入這將在后面描述的預熱致變色薄膜或VO2薄膜中。否則，由于鈉擴散，VO2薄膜將喪失其熱致變色特性。第一薄膜為薄膜，其折射率不同于VO2薄膜。第一薄膜可作為透明氧化物薄膜或透明氮化物薄膜使用。優(yōu)選第一薄膜由選自但不限于二氧化硅(Si02)、五氮化鈮(Nb205)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)和氮化硅(Si3N4)的一種材料制成。雖然優(yōu)選第一薄膜的厚度在30nm至80nm的范圍內，該厚度可根據(jù)涂布材料的類型、涂布材料的折射率等而變化。
可通過反應濺射沉積在玻璃基板上形成作為涂層的第一薄膜。然后，在步驟S200，用純釩涂布第一薄膜。可通過各種沉積方法，例如包括直流電(DC)濺射沉積和射頻(RF)濺射沉積的濺射沉積，用純釩涂布第一薄膜?？紤]到可見光的透射率，預熱致變色薄膜的厚度優(yōu)選為30nm至80nm。此外，當用純釩涂布第一薄膜時，可提供微量的氧氣以提高下面熱處理步驟中的反應性。然后，在步驟S300中，用第二薄膜涂布預熱致變色薄膜，第二薄膜的折射率與VO2薄膜不同。第二薄膜起到保護熱致變色薄膜不被刮擦或污染的保護膜的作用。第二薄膜為薄膜，其折射率不同于VO2薄膜，并可作為透明氧化物薄膜或透明氮化物薄膜使用。第二薄膜優(yōu)選由選自但不限于Si02、Nb2O5, A1203、TiO2和Si3N4的一種材料制成。第一薄膜和第二薄膜可由相同的材料制造。尤其是，當提供第二薄膜作為氧化物或氮化物涂層時，如果氧氣或氮氣充足，預熱致變色薄膜的表面可被氧化或氮化，并且在將在后面說明的熱處理步驟中，釩的相可變成V2O5或VN而非V02。因此，需要在使第二薄膜作為氧化物薄膜或氮化物薄膜保持其特性的限度內，提供最小量的氧氣或氮氣。此外，為了在之后的熱處理步驟中提高所述預熱致變色薄膜的反應性，當在用第二薄膜涂布的步驟中提供氧氣時，優(yōu)選提供最小量的氧氣。雖然優(yōu)選第二薄膜的厚度在30nm至80nm的范圍內，該厚度可根據(jù)涂布的材料的類型、涂布材料的折射率等而改變?？赏ㄟ^反應濺射沉積在玻璃基板上涂布作為涂層的第二薄膜。最后，在步驟S400，熱處理包括玻璃基板、第一薄膜、預熱致變色薄膜和第二薄膜的所得疊層，從而生產(chǎn)熱致變色基板。當熱處理包括玻璃基板、第一薄膜、預熱致變色薄膜和第二薄膜的疊層時，第一和第二薄膜中的氧氣擴散入所述預熱致變色薄膜，因此純釩相變?yōu)閂02。熱處理可在氬氣(Ar)或真空氣氛中，優(yōu)選在400°C至500°C的溫度范圍內進行，更優(yōu)選在400°C至500°C的溫度范圍進行20至120分鐘。這樣，通過根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式的方法制造了熱致變色基板。由于通過包括形成在玻璃基板上的第一薄膜、VO2薄膜和第二薄膜的多層膜結構改變了入射到玻璃基板上的光的折射率，所述熱致變色基板在呈現(xiàn)提高的透射率的同時具有熱致變色特性。S卩，在現(xiàn)有技術中，當在玻璃基板上形成第一薄膜、在第一薄膜上形成VO2薄膜、并且在VO2薄膜上形成第二薄膜以提高熱致變色基板的透射率時，由于VO2薄膜中的氧化反應，VO2相變成V2O3、V2O5等，因此VO2薄膜喪失其熱致變色特性，這是有問題的。相反，由于使用純釩，并且由于熱處理通過使氧氣擴散入預熱致變色薄膜而形成VO2薄膜，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術的這個問題。圖2為比較地說明每個根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的具有多層結構的熱致變色基板的透射率和只具有二氧化釩(VO2)薄膜的熱致變色基板的透射率的曲線圖。如圖2所示，可見每個根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的具有多層結構的熱致變色基板的透射率都被提高，以至于其大于只具有二氧化釩(VO2)薄膜的熱致變色基板的透射率。圖3為說明通過現(xiàn)有技術的方法制造的具有多層結構的熱致變色基板的熱致變色特性的曲線圖；且圖4為根據(jù)本發(fā)明的實施例制造的具有多層結構的熱致變色基板的熱致變色特性的曲線圖。比較圖3和圖4，可認識到通過現(xiàn)有技術的方法制造的熱致變色基板在20°C至90 0C的溫度范圍不呈現(xiàn)透射率的變化。因此，在通過現(xiàn)有技術制造的旨在提高熱致變色基板的透射率的熱致變色基板中，在熱致變色基板的制造過程中，VO2相變成V203、V2O5等，VO2薄膜喪失其熱致變色特性。相反，根據(jù)本發(fā)明的實施方式制造的熱致變色基板可在保持器熱致變色特性的同時，具有提高的透射率。對于某些實施方式和附圖，已經(jīng)呈現(xiàn)本發(fā)明具體示例性實施例的上述描述。它們不旨在詳盡地或限制本發(fā)明至公開的精確形式，而是根據(jù)上述教導，對于本領域的普通技術人員來說許多修改和變化明顯是可能的。因此，本發(fā)明的范圍旨在不限于上述實施方式，而是通過所附的權利要求和其等效物限定。
權利要求
1.一種制造熱致變色基板的方法，包含: 用第一薄膜涂布基底基板； 用預熱致變色薄膜涂布所述第一薄膜； 用第二薄膜涂布所述預熱致變色薄膜；和 通過熱處理包括所述基底基板、所述第一薄膜、所述預熱致變色薄膜和所述第二薄膜的所得疊層將所述預熱致變色薄膜改性成熱致變色薄膜， 其中，所述第一薄膜和所述第二薄膜的各自折射率與所述熱致變色薄膜的折射率不同。
2.權利要求1所述的方法，其中， 所述熱致變色薄膜包含為熱致變色材料的組合物AxBy，和 所述預熱致變色薄膜包含組合物AxBz，其中A為金屬，并且y>z。
3.權利要求2所述的方法，其中，z為O。
4.權利要求1所述的方法，其中，通過在提供氧的同時用釩(V)涂布所述第一薄膜形成所述預熱致變色薄膜。
5.權利要求1所述的方法，其中，所述熱致變色薄膜包含選自由二氧化釩(VO2)、氧化鈦(III) (Ti2O3)和氧化鈮(NbO2)組成的組中的一種。
6.權利要求1所述的方法，其中，所述預熱致變色薄膜包含純釩，通過熱處理所述所得疊層使所述純釩轉變?yōu)槎趸C(VO2)。
7.權利要求1所述的方法，其中，所述第一薄膜和所述第二薄膜包含透明氧化物薄膜或透明氮化物薄膜。
8.權利要求7所述的方法，其中，所述透明氧化物薄膜或所述透明氮化物薄膜包含選自由二氧化硅(SiO2)、五氧化鈮(Nb2O5)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)和氮化硅(Si3N4)組成的組中的至少一種。
9.權利要求1所述的方法，其中，所述第一薄膜、所述預熱致變色薄膜和所述第二薄膜的各自厚度在30nm至80nm的范圍內。
10.權利要求1所述的方法，其中，熱處理所述所得疊層在氬氣(Ar)或真空氣氛下進行。
11.權利要求1所述的方法，其中，熱處理所述所得疊層在400°c至500°C的溫度范圍內進行。
12.權利要求11所述的方法，其中，熱處理所述所得疊層進行20至120分鐘。
13.權利要求1所述的方法，其中，通過反應濺射沉積進行用所述第一薄膜的涂布和用所述第二薄膜的涂布。
14.權利要求1所述的方法，其中，熱處理所述所得疊層使氧由所述第一薄膜和所述第二薄膜的至少一個擴散到所述預熱致變色薄膜，因此所述預熱致變色薄膜改性成所述熱致變色薄膜。
全文摘要
一種可提高透射率的制造熱致變色基板的方法。所述方法包括步驟在基底基板上形成作為涂層的第一薄膜，所述第一薄膜的折射率與VO2薄膜不同；通過用純釩涂布所述第一薄膜形成預熱致變色薄膜；在所述預熱致變色薄膜上形成作為涂層的第二薄膜，所述第二薄膜的折射率與VO2薄膜不同；熱處理包括所述基底基板、所述第一薄膜、所述預熱致變色薄膜和所述第二薄膜的所得疊層。
文檔編號B32B9/04GK103158290SQ201210536308
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者崔溶元, 鄭映振, 金賢斌, 裴薛基 申請人:三星康寧精密素材株式會社