KR101158425B1 - Electrochromic films using sol-gel coating solutions dispersed of tungsten oxide nano particle and process thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 변색 현상을 가지는 결정성 텡스텐 산화물 나노 입자를 함유하는 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 저온에서 투명 전극 위에 환원 전극막 형성이 가능한 것을 특징으로 하는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조방법에 관한 것으로, 열차단용 윈도우 필름 및 플렉시블 디스플레이 시장뿐만 아니라 옥외 광고 시장, 센서 등 다양한 분야에 적용이 가능하고, 또한 종래의 전기변색소자는 그 제조방법이 전기도금이나 스퍼터링과 같은 공정이 복잡하고 제조비용이 높은 공정으로 제조되어 상업화가 지연되어 아주 고가의 시장이 극히 제한된 범위에서만 형성되어있는 실정인데 반해 본 발명은 스퍼터링이나 전기 도금과 같은 고가의 장비 사용이 필요 없고, 롤투롤 공정의 적용이 가능하여 공정 시간도 획기적으로 줄일 수 있게 함으로써 가격경쟁력이 있는 전기변색필름을 제조할 수 있는 것이 장점이다. The present invention provides a crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type, characterized in that a reducing electrode film can be formed on a transparent electrode in a sol-gel coating solution containing crystalline tungsten oxide nanoparticles having an electrochromic phenomenon. The present invention relates to an electrochromic film using a sol-gel coating solution and a method of manufacturing the same, and is applicable to various fields such as a thermal barrier window film and a flexible display market as well as an outdoor advertising market and a sensor. The device is manufactured in a complex process such as electroplating or sputtering and is manufactured at a high manufacturing cost, which delays commercialization and is thus formed only in a very limited market, whereas the present invention is sputtering or electroplating. There is no need to use expensive equipment such as a roll-to-roll process, It is an advantage that the electrochromic film can be manufactured with a price competitiveness by drastically reducing time.

Description

결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조방법{Electrochromic films using sol-gel coating solutions dispersed of tungsten oxide nano particle and process thereof}Electrochromic films using sol-gel coating solutions dispersed of tungsten oxide nanoparticles and process according to crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol gel coating solution

본 발명은 전기 변색 현상을 가지는 결정성 텡스텐 산화물 나노 입자를 함유하는 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 저온에서 투명 전극 위에 환원 전극막 형성이 가능하고 동시에 글라스 기판뿐만 아니라 플라스틱 소재와 같은 유연한 소재에도 습식 코팅이 가능하여 공정비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유연한 소자를 만들 수 있기 때문에 다양한 응용 분야에 적용이 가능한 것을 특징으로 하는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention enables the formation of a reducing electrode film on a transparent electrode at a low temperature in a sol-gel coating solution containing crystalline tungsten oxide nanoparticles having electrochromic phenomena and at the same time a flexible material such as a plastic substrate as well as a glass substrate. In addition, the wet coating can be used to reduce the process cost and to create a flexible device, so that it can be applied to various applications, using the crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type Sol-Gel coating solution. It relates to an electrochromic film and a method of manufacturing the same.

전기 변색 필름은 인가된 전위에 의해 각각의 산화 전극 및 환원 전극에서 산화 환원 반응에 의해 착색과 탈색 현상이 나타나 색깔이 변하는 필름으로 사용자가 인위적으로 가시광선 및 적외선 등의 조절 가능한 필름으로, 다양한 종류의 무기산화물들이 전극 재료로 사용되고 있다. 그 중 대표적인 무기물 산화 전극재료 로는 FeO, IrOx, NiO, RhO5, V2O5 등이 있고, 환원 전극 재료로는 Bi2O3, CoO, MoO3, Nb2O5, TiO2, WO3 등이 있다.
Electrochromic film is a film whose color changes due to redox reactions at each of the oxidation electrode and the reduction electrode due to the applied potential, and the color is changed. The film is artificially controllable by visible light and infrared ray. Inorganic oxides are used as electrode materials. Representative inorganic oxide electrode materials include FeO, IrO x , NiO, RhO 5 , V 2 O 5, etc., and reduction electrode materials include Bi 2 O 3 , CoO, MoO 3 , Nb 2 O 5 , TiO 2 , WO 3 and so on.

그리고 일반적으로 전기 변색 필름을 이루는 구성 요소는 투명 전극층, 산화 전극층, 전해질층, 환원 전극층, 투명 전극층 등 크게 5층으로 이루어져 있으며, 필름 형태의 경우 유리나 거울 등에 부착 가능하도록 하는 점착층과 이형 필름이 추가 가능하다.
In general, the components of the electrochromic film are composed of five layers such as a transparent electrode layer, an oxide electrode layer, an electrolyte layer, a reduction electrode layer, and a transparent electrode layer, and in the case of a film form, an adhesive layer and a release film for attaching to a glass or a mirror are included. It is possible to add.

특히 최근에는 건축 시공시 벽면 재료를 유리를 많이 사용하는 경향이 있고, 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있다. 이러한 추세는 자연 경치에 대한 조망이나 자연광에 대한 필요성, 건물의 기능성 등을 고려하면 앞으로 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 특히, 고층 건물의 경우 건자재의 경량화 요구에 따라 유리재의 사용성은 더욱 증가하고 있는 추세이다.
In particular, in recent years there is a tendency to use a lot of glass as a wall material when building construction, and has been increasing continuously. This trend is expected to continue to increase in the future considering the view of natural scenery, the need for natural light, and the functionality of buildings. In particular, in the case of high-rise buildings, the usability of the glass material is increasing in accordance with the demand for lightening the building materials.

이에 따라 기존의 투명 유리에 특별한 기능성을 부여한 유리 재료가 많이 개발되고 있고, 특히 화석 연료에 대한 부족으로 인하여 에너지 효율 개선에 대한 필요성이 점점 증가되고 있다. 그 대표적인 것들이 열선반사유리, 열선 흡수 유리, low-e 유리, 복층 유리 등이 있으며, 일반 투명 유리에 이러한 기능들을 가진 필름들에 대한 개발이 전세계적으로 많이 진행되고 있는 것이 현실이다. 하지만 앞에서 언급한 기능성 유리 및 필름들은 고정형 유리로서, 한 번 시공한 후에 사용자에 의해 임의로 태양광량을 조절할 수 없다는 것이 단점이다. 하지만 전기 변색 필름의 경우 외부의 환경 변화, 실내 환경 조건 및 거주자의 심리 상태 등의 다양한 요구에 따라 광투과율을 조절 가능함으로서 쾌적한 실내 환경을 구현하고, 냉, 난방 에너지 효율을 증가시키는 역할을 하는 재료이다.
Accordingly, a lot of glass materials have been developed to give special functionality to the existing transparent glass, and in particular, the need for energy efficiency improvement is increasing due to the lack of fossil fuel. The most representative ones are heat reflecting glass, heat absorbing glass, low-e glass, and multilayer glass, and the development of films having these functions in general transparent glass is progressing worldwide. However, the aforementioned functional glass and films are fixed glass, and the disadvantage is that the amount of sunlight can not be arbitrarily adjusted by the user after construction. However, in case of electrochromic film, light transmittance can be adjusted according to various demands such as external environmental change, indoor environmental condition, and psychological state of occupants to realize a pleasant indoor environment and increase the energy efficiency of cooling and heating. to be.

상기에서 상술한 바와 같은 전기 변색 필름은 다양하게 개발되어 특허출원되고 있으며, 특허출원된 내용들을 살펴보면, 국내 공개특허공보 특2001-0087586호에는 글라스 필름에 전도성을 지닌 Indium-tin oxide 박막을 증착시킨 ITO 필름(1A,1B) 두 장 중 한 장에는 환원형 발색 산화물인 MoO3를 증착시키고, 다른 한 장에는 역시 환원형 발색물질인 WO3를 증착시킨 후 그 위에 알카리 금속인 리튬계의 고체 전해질을 증착시키고 두 장 사이에 전도성 고분자인 폴리아닐린을 넣고 고주파 압축 로울러를 통과시켜 전압을 가했을 시 투명에서 청색으로 변하게 되는 필름과 국내 등록실용신안공보 제0184841호에는 0.05 mm두께의 글라스 필름(5A. 5B)에 indium-tin oxide(4A. 4B)를 증착시킨 후, 고분자 고체 전해질인 α-PEO copolymer를 사이에 두고 환원형 발색물질인 WO3과 산화형 발색물질인 IrO2를 증착시킨 전이금속산화물 필름 양면에 고주파 로울러로 결합시킨 것을 특징으로 하는 전기에너지에 의한 변색필름이 알려져 있다.
The electrochromic film as described above has been developed and patented in various ways, looking at the contents of the patent application, Korean Patent Laid-Open No. 2001-0087586 discloses depositing a conductive indium-tin oxide thin film on the glass film One of two ITO films (1A, 1B) is deposited with MoO 3 , a reducing color oxide, and another with WO 3 , which is also a reducing color material, and deposited on top of it. The film is changed from transparent to blue when a polyaniline, which is a conductive polymer, is inserted between two sheets, and a high-frequency compression roller is applied to it, and a glass film having a thickness of 0.05 mm is disclosed in Korean Utility Model Publication No. 0184841 (5A. 5B). ) Indium-tin oxide (4A. 4B) was deposited on the surface, and the reduced color material WO 3 and the oxidative color development were interposed between the polymer solid electrolyte α-PEO copolymer. Background Art A discoloration film by electric energy is known, which is bonded to both sides of a transition metal oxide film on which IrO 2 is deposited, by a high frequency roller.

상기와 같은 특허들의 경우에는 주로 환원 전극으로 주로 많이 사용되고 있는 텅스텐 산화물을 사용하여 박막을 형성시키는 것이 가능한데, 종래의 개발 방법들은 주로 ITO(Indium-tin oxide) 및 FTO(fluorine tin oxide)가 코팅된 유리 기판에 산화 전극 및 환원 전극을 전기 도금법을 사용하여 제조하거나, 스퍼터링과 같은 건식 코팅 방법을 이용하거나, 또는 졸-겔 코팅법을 이용하여 유리 기판에 코팅한 다음 250℃ 이상으로 고온 처리하여 유리 기판 위에서 결정성의 텅스텐 산화물을 형성하는 방법들이 주로 이용되고 있다. 이때 고온 처리를 하지 않을 경우 무정형의 WO3 박막이 형성되는데, 무정형 텅스텐 산화물은 착색시 가시광선영역은 흡수하지만 적외선 영역의 빛은 투과하여 열차단특성이 좋지 않을 뿐 아니라 장기간 사용 시 텅스텐 산화물 도막의 내구성에 문제가 있다고 알려져 있으며 반면 고온 처리 시에는 플라스틱 기재에 사용하기에 어려운 문제점이 있다. 또한 박막의 두께가 200 nm 이상 두꺼워질 경우 박막의 균열이 일어나 전극의 내구성에 문제가 발생하기 때문에 박막의 두께를 두텁게 할 수 없으며, 박막의 두께를 200 nm 이하로 형성할 경우에는 낮은 콘트라스트를 가지는 문제점이 있었다.
In the case of the above patents, it is possible to form a thin film using tungsten oxide, which is mainly used as a reduction electrode, and conventional development methods are mainly coated with indium-tin oxide (ITO) and fluorine tin oxide (FTO). An oxide electrode and a reduction electrode are prepared on the glass substrate by electroplating, dry coating such as sputtering, or coated on the glass substrate using a sol-gel coating method, followed by high temperature treatment at 250 ° C. or higher. Methods of forming crystalline tungsten oxide on a substrate are mainly used. At this time, when the high temperature treatment is not performed, an amorphous WO 3 thin film is formed. The amorphous tungsten oxide absorbs visible region when colored but transmits light in the infrared region, so that the thermal barrier property is not good, It is known that there is a problem in durability, while there is a problem that is difficult to use for a plastic substrate during high temperature treatment. In addition, when the thickness of the thin film becomes thicker than 200 nm, the crack of the thin film causes problems in durability of the electrode. Therefore, the thickness of the thin film cannot be thickened. When the thickness of the thin film is formed below 200 nm, it has a low contrast. There was a problem.

그리고 구연산(Ctric acid) 또는 초산(CH3COOH)과 같은 산들은 sol-gel 공정 중에 첨가함으로서 코팅 두께를 올리는 방법들도 소개가 되고 있으나, 이 방법 또한 반드시 250℃ 이상의 소성 온도를 거쳐야 하기 때문에 플라스틱 기재에 사용하는 데는 문제점이 있으며, 전기 도금법을 사용할 경우 습식 공정으로 박막 형성이 가능하지만 전극 박막을 얻는데 상당한 시간이 걸릴 뿐만 아니라 대면적의 유연한 플라스틱 기판에 코팅하기가 어렵고, 장비에 대한 제한이 있다는 단점이 있다. 또한 스퍼터링 방식은 플라스틱 기재 및 유리 기재를 모두 사용가능하지만 고가의 장비를 사용함으로서 제품의 가격이 비싸고, 공정상에서의 여러 가지 어려운 점들이 많은 단점이 있다.
Acids such as citric acid or acetic acid (CH 3 COOH) have been introduced to increase the coating thickness by adding them during the sol-gel process, but this method must also be subjected to a firing temperature of 250 ° C or higher. There is a problem in the use of the substrate, and the electroplating method allows the formation of a thin film by a wet process, but it takes a considerable time to obtain the electrode thin film, it is difficult to coat on a large-area flexible plastic substrate, there is a limitation on the equipment There are disadvantages. In addition, the sputtering method can use both a plastic substrate and a glass substrate, but the expensive equipment by using expensive equipment, there are many disadvantages in the process difficult.

그리고 결정성의 텅스텐 나노 입자를 제조한 다음 에틸렌 글리콜과 같은 용매에 분산 한 후 유리 기판에 코팅하고 고온의 열처리를 통해 용매를 날려 전극막을 형성하는 방법 또한 제안되고 있지만 이 방법 또한 유리 기판만 사용해야 한다는 제약이 있으며, 결정성의 나노 입자를 제조한 다음 고분자 분산제나 그 외 분산제들을 함께 사용하여 분산한 다음, 고분자와 같은 유기 바인더 또는 무기 바인더와 혼합하여 저온 공정에서 사용 가능하도록 제안되고 있지만, 이 경우 저온 공정 및 플라스틱 기재에 사용 가능하지만 전극 변색 특성을 좌우하는 산화, 환원 속도에 문제점이 있어 착색 및 탈색 속도가 느려지게 되는 단점들이 있었다.
In addition, a method of preparing crystalline tungsten nanoparticles, dispersing it in a solvent such as ethylene glycol, coating a glass substrate, and blowing the solvent through high temperature heat treatment to form an electrode film has been proposed, but this method also requires the use of only a glass substrate. It is proposed to prepare crystalline nanoparticles, and then disperse them using a polymer dispersant or other dispersants together, and then mix them with an organic binder or an inorganic binder such as a polymer, so that they can be used in a low temperature process. And it can be used in the plastic substrate, but there is a problem in the oxidation and reduction rate that influences the electrode discoloration characteristics, there was a disadvantage that the coloring and decolorization rate is slow.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 본 발명은 전기 변색 현상을 가지는 결정성 텅스텐 산화물 나노 입자를 기계적인 방법에 의해 유기 용매에 분산하고 무기 바인더와 혼합시켜 제조한 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액은 결정성 텅스텐 나노 입자와 기판과의 부착력이 우수한 것을 특징으로 하는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름을 제공함을 과제로 한다.
Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a sol-gel prepared by dispersing crystalline tungsten oxide nanoparticles having an electrochromic phenomenon in an organic solvent by a mechanical method and mixing with an inorganic binder. The coating solution is to provide an electrochromic film using a crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol-gel (Sol-Gel) coating solution, characterized in that the adhesion between the crystalline tungsten nanoparticles and the substrate is excellent.

그리고 종래의 전기 변색 소자는 250 ℃이상의 고온에서 열처리함에 따라 합성수지 기재를 사용할 수 없는 단점이 있었는데 반해 본 발명은 150℃ 이하의 저온에서 투명 전극 위에 환원 전극막 형성이 가능하고 동시에 글라스 기판뿐만 아니라 플라스틱 소재와 같은 유연한 소재에도 습식 코팅이 가능하여 공정비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유연한 소자를 만들 수 있기 때문에 다양한 응용 분야에 적용이 가능한 것을 특징으로 하는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름의 제조방법을 제공함을 다른 과제로 한다.
In addition, the conventional electrochromic device has a disadvantage in that the synthetic resin substrate can not be used as a heat treatment at a high temperature of more than 250 ℃, the present invention can form a reducing electrode film on a transparent electrode at a low temperature of less than 150 ℃ and at the same time not only glass substrate but also plastic Wet coating can be applied to flexible materials such as materials, which not only reduces the process cost but also makes flexible devices, which can be applied to various applications. Crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol gel (Sol-Gel) Another object is to provide a method for manufacturing an electrochromic film using a coating solution.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 기재, 투명 전극층 및 환원 전극층으로 이루어진 전기변색필름에 있어서, In the present invention for achieving the above object in the electrochromic film consisting of a base material, a transparent electrode layer and a reduction electrode layer,

상기 환원 전극층은 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 코팅하여 형성시킨 층인 것을 특징으로 하는 전기변색필름을 과제 해결 수단으로 한다.
The reduction electrode layer is an electrochromic film, characterized in that the layer formed by coating a tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol gel (Sol-Gel) coating solution as a means for solving the problem.

그리고 본 발명은 투명전극층 코팅 기재를 사용한 전기변색필름의 제조방법에 있어서, And the present invention is a method of manufacturing an electrochromic film using a transparent electrode layer coating substrate,

결정성 텅스텐 산화물 나노입자는 유기 용매와 무기바인더만을 사용하여 기계적으로 분산해 환원 전극용 코팅용액을 제조하는 단계(S100) 및;The crystalline tungsten oxide nanoparticles are mechanically dispersed using only an organic solvent and an inorganic binder to prepare a coating solution for a reduction electrode (S100);

상기에서 제조된 환원 전극용 코팅 용액을 투명 전극층 상부에 습식 코팅 하여 졸겔(Sol-Gel) 방식으로 저온 성막하여 환원 전극층을 형성시키는 단계(S200);Forming a reduction electrode layer by wet-coating the prepared coating solution for the reduction electrode on the transparent electrode layer at a low temperature by a sol-gel (Sol-Gel) method (S200);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색필름의 제조방법을 다른 과제 해결 수단으로 한다.
Method for producing an electrochromic film, characterized in that it comprises another problem solving means.

본 발명에서 상기 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액은 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 5~30 중량%, 유기 용매 60~90 중량%, 무기 바인더 5~30 중량%로 이루어지고, In the present invention, the sol-gel coating solution is crystalline tungsten oxide nanoparticles 5 to 30% by weight, 60 to 90% by weight of an organic solvent, 5 to 30% by weight of an inorganic binder,

상기 투명 전극층은 도전성 화합물인 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine tin oxide)를 기재에 코팅하여 형성시킨 전극층이며, The transparent electrode layer is an electrode layer formed by coating a conductive compound indium tin oxide (ITO) or fluorine tin oxide (FTO) on a substrate,

상기 기재는 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES) 또는 폴리카보네이트(PC) 중에서 1종을 선택하여 제조한 필름인 것을 특징으로 하고, The substrate is characterized in that the film is produced by selecting one of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfone (PES) or polycarbonate (PC),

상기 전기 변색이 가능한 환원 전극층은 코팅두께가 5~5,000 nm인 것을 특징으로 한다.
The electrochromic reducing electrode layer is characterized in that the coating thickness is 5 ~ 5,000 nm.

상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명은 현재 시판 중인 고가의 전기변색 소자는 글라스를 기재로 사용하기 때문에 무겁고 설치가 용이하지 않고, 복잡한 공정을 사용으로서 적용 분야에 한계가 있는데 반해 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용하여 150℃이하의 저온에서 전기변색 소자를 제조할 수 있음에 따라 공정비를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유연한 소자를 만들 수 있기 때문에 다양한 응용 분야에 적용이 가능하다.The present invention by means of the above-mentioned solution to the problem is that the expensive electrochromic device currently on the market is heavy and not easy to install because the glass is used as a substrate, and there is a limitation in the application field by using a complex process, while tungsten oxide nanoparticle dispersion It is possible to manufacture electrochromic device at low temperature below 150 ℃ by using Sol-Gel coating solution, which can reduce the process cost and make flexible device, so it can be applied to various applications. Do.

특히 저온 공정으로 전극을 제조하면서도 전극 내에는 결정성 텅스텐 산화물이 함유되어있어 우수한 내구성과 적외선 제어 기능을 가지는 환원형 전기 변색 전극을 플렉시블 필름형태로 제조함으로써 열차단용 윈도우 필름 및 플렉시블 디스플레이 시장뿐만 아니라 옥외 광고 시장, 센서 등 다양한 분야에 접근이 가능할 것으로 예상된다. 또한 종래의 전기변색소자는 그 제조방법이 전기도금이나 스퍼터링과 같은 공정이 복잡하고 제조비용이 높은 공정으로 제조되어 상업화가 지연되어 아주 고가의 시장이 극히 제한된 범위에서만 형성되어있는 실정인데 반해 본 발명은 스퍼터링이나 전기 도금과 같은 고가의 장비 사용이 필요 없고, 롤투롤 공정의 적용이 가능하여 공정 시간도 획기적으로 줄일 수 있게 함으로써 가격경쟁력이 있는 전기변색필름을 제조할 수 있는 것이 장점이다.
In particular, although the electrode is manufactured by a low temperature process, the crystalline tungsten oxide is contained in the electrode, and thus, a reduced type electrochromic electrode having excellent durability and infrared control function is manufactured in the form of a flexible film, so that the outdoor window market and the flexible display market may not only be used in outdoor markets. It is expected to be able to access various fields such as advertising market and sensors. In addition, the conventional electrochromic device is manufactured in a complicated manufacturing process such as electroplating or sputtering and a high manufacturing cost, and the commercialization is delayed, so that a very expensive market is formed only in a very limited range. Silver does not require expensive equipment such as sputtering or electroplating, and it is possible to apply a roll-to-roll process so that the process time can be drastically reduced, thereby making it possible to manufacture an electrochromic film having a competitive price.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색 필름용 환원 전극의 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색 필름용 환원 전극 제조방법의 블록도,
도 3은 실시예 1의 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극 코팅 용액의 TEM사진,
도 4는 실시예 1의 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극의 SEM사진,
도 5는 실시예 1의 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극의 사이클릭 볼타모그램 곡선,
도 6은 실시예 1의 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극의 in-situ 광투과율 그래프에 관한 것이다.
1 is a cross-sectional view of a reduction electrode for an electrochromic film containing crystalline tungsten oxide according to an embodiment of the present invention,
2 is a block diagram of a method of manufacturing a reduction electrode for an electrochromic film containing crystalline tungsten oxide according to another embodiment of the present invention;
3 is a TEM photograph of a reduction electrode coating solution for electrochromic containing crystalline tungsten oxide of Example 1,
4 is an SEM image of a reduction electrode for electrochromic containing crystalline tungsten oxide of Example 1,
5 is a cyclic voltagram curve of an electrochromic reduction electrode containing crystalline tungsten oxide of Example 1,
FIG. 6 relates to an in-situ light transmittance graph of an electrochromic reduction electrode containing crystalline tungsten oxide of Example 1. FIG.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면인 도 1 내지 6에 의거 상세히 설명하며, 상세한 설명에서 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 언급은 간략히 하거나 생략하였다.
The present invention was devised to solve the above problems, hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, Figures 1 to 6, in the detailed description of the crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol gel ( Sol-Gel) electrochromic film using a coating solution and a description of the configuration and operation that can be easily known to those skilled in the art of manufacturing a brief or omitted.

본 발명에 따른 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름은 도 1에 도시된 바와 같이,Electrochromic film using the crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol-gel (Sol-Gel) coating solution according to the invention is shown in Figure 1,

기재(10), 투명 전극층(20) 및 환원 전극층(30)으로 이루어진 전기변색필름에 있어서, In the electrochromic film composed of the substrate 10, the transparent electrode layer 20 and the reduction electrode layer 30,

상기 환원 전극층(30)은 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 코팅하여 형성시킨 층인 것을 특징으로 한다.
The reduction electrode layer 30 is characterized in that the layer formed by coating the tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol-gel (Sol-Gel) coating solution.

따라서, 상기와 같은 구조를 갖는 전기변색필름은 투명 전극층(20)이 코팅된 기재(10)에 환원 전극층(30)을 형성시킴으로써, 전기를 인가하였을 때 각각의 층에서 산화, 환원 반응에 의해 전극의 색이 변하는 것이 특징이다.
Therefore, the electrochromic film having the structure as described above forms the reduction electrode layer 30 on the substrate 10 coated with the transparent electrode layer 20, and when the electricity is applied, the electrode is oxidized and reduced in each layer. Is characterized by a change in color.

그리고 상기 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액은 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 5~30 중량%, 유기 용매 60~90 중량%, 무기 바인더 5~30 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
The sol-gel coating solution is preferably composed of 5 to 30% by weight of crystalline tungsten oxide nanoparticles, 60 to 90% by weight of an organic solvent, and 5 to 30% by weight of an inorganic binder.

본 발명에서 사용하는 결정성 텅스텐 산화물(WO3) 나노입자는 별도의 분산제를 사용하지 않고, 유기용매와 무기 바인더에 직접 분산시켜 전기 변색을 위한 환원 전극용 코팅용액을 제조한다.
The crystalline tungsten oxide (WO 3 ) nanoparticles used in the present invention are dispersed directly in an organic solvent and an inorganic binder without using a separate dispersant, thereby preparing a coating solution for a reduction electrode for electrochromic discoloration.

이때 결정성 텅스텐 산화물 나노입자가 5 중량% 미만일 경우에는 환원전극에 코팅 시 플라스틱 기재와의 부착성은 우수하지만 너무 얇은 도막을 얻게 되어 전기 변색 시 색대조비가 낮아지는 문제점이 있고, 30 중량%를 초과할 경우에는 분산이 어려울 뿐만 아니라 분산 이후에 입자 사이에 재응집이 쉽게 일어나 코팅하는데 어려움이 있다. 따라서 결정성 텅스텐 산화물의 분산 농도는 5~30 중량%가 가장 바람직하다.
In this case, when the crystalline tungsten oxide nanoparticles are less than 5% by weight, the adhesion to the plastic substrate is excellent when the coating on the cathode, but there is a problem that the color contrast ratio is lowered when the electrochromic color is reduced, exceeding 30% by weight In case of dispersion, not only is it difficult to disperse, but it is also difficult to coat due to reaggregation easily between particles after dispersion. Therefore, the dispersion concentration of the crystalline tungsten oxide is most preferably 5 to 30% by weight.

그리고 결정성 텅스텐 산화물 나노입자를 분산 시 다양한 종류의 유기용매가 사용 가능한데, 알코올류, 에테르류, 케톤류, 에스테르류 또는 방향족 탄화수소류 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용할 수 있으며, 구체적으로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 디아세톤알코올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 글리세린, 디에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모도부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 아세톤, 메틸에킬케톤, 아세틸아세톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥산온, 아세토아세트산에스테르, 아세트산메틸, 아세트산에틸, 아세트산 n-프로필 및 아세트산 i-부틸 등을 사용할 수 있다. 상기에 표시된 용매를 1가지 또는 2가지 이상 사용 가능하며 용매의 조성에 따라 분산성 또한 달라진다.
In addition, various kinds of organic solvents may be used when dispersing the crystalline tungsten oxide nanoparticles, and one or more of alcohols, ethers, ketones, esters, or aromatic hydrocarbons may be selected, and specifically, methanol, Ethanol, propanol, butanol, hexanol, cyclohexanol, diacetone alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, diethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol modobutyl ether, diethylene Glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, acetone, methyl ethyl ketone, acetyl acetone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, acetoacetic acid ester, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid n- Propyl and i-butyl acetate can be used. One or two or more solvents shown above can be used, and the dispersibility also varies depending on the composition of the solvent.

본 발명에서 유기용매의 사용량은 60~90 중량%인 것이 바람직하며, 유기용매의 사용량이 60 중량% 미만이 될 경우에는 결정성 텅스텐 산화물 나노입자가 제대로 분산되지않을 우려가 있고, 유기용매의 사용량이 90 중량%를 초과할 경우에는 유기용매의 과다 사용으로 인해 점성이 낮아져서 투명 전극층(20)의 상부에 코팅시 제대로 코팅작업이 이루어지지 않을 우려가 있다.
In the present invention, the amount of the organic solvent is preferably 60 to 90% by weight. When the amount of the organic solvent is less than 60% by weight, the crystalline tungsten oxide nanoparticles may not be dispersed properly, and the amount of the organic solvent is used. When the amount exceeds 90% by weight, the viscosity may be lowered due to excessive use of the organic solvent, so that the coating may not be properly performed when the upper part of the transparent electrode layer 20 is coated.

그리고 상기 무기 바인더는 결정성 텅스텐 산화물 분산 시 분산제 역할을 할 뿐만 아니라 기재와의 부착성을 높이고, 우수한 전기 전도성을 가짐으로서 산화, 환원 반응 시 전기 변색 필름의 변색 효율을 높이는 작용을 하며, 무기 바인더의 사용량은 5~30 중량%인 것이 바람직하다. 무기 바인더의 사용량이 5 중량% 미만이 될 경우에는 기재와의 부착성이 낮아 환원 전극층이 쉽게 박리가 되고 내구성에 문제가 될 우려가 있고, 무기 바인더의 사용량이 30 중량%를 초과할 경우에는 텅스텐 산화물과 플라스틱 기재 사이의 부착성은 우수하지만 상대적으로 텅스텐 산화물 농도가 낮아 색대조비도 낮아지고 전극의 다공성이 감소하여 전기 변색 시 속도가 느려지는 문제점이 발생할 우려가 있다
In addition, the inorganic binder not only functions as a dispersant when dispersing the crystalline tungsten oxide, but also increases adhesion to the substrate, and has excellent electrical conductivity, thereby increasing the discoloration efficiency of the electrochromic film during oxidation and reduction reactions. The amount of is preferably 5 to 30% by weight. When the amount of the inorganic binder is less than 5% by weight, adhesion to the substrate is low, so that the reduction electrode layer may be easily peeled off and there may be a problem in durability. When the amount of the inorganic binder is more than 30% by weight, tungsten is used. Although the adhesion between the oxide and the plastic substrate is excellent, relatively low tungsten oxide concentration results in a low color contrast ratio and a decrease in the porosity of the electrode, which may cause a problem of slowing the speed of electrochromic discoloration.

본 발명에서 사용 가능한 무기 바인더는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화텅스텐, 산화망간, 산화바나듐 또는 산화세륨 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
The inorganic binder usable in the present invention is preferably selected from one or more of silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, manganese oxide, vanadium oxide or cerium oxide.

상기와 같은 분산 방법으로 제조된 결정성 텅스텐 산화물의 나노입자 크기는 약 1~200nm 분포를 가지게 되고, 이때 분산된 결정성 텅스텐 산화물의 크기가 200nm를 초과할 경우 분산된 용액에 헤이즈가 많이 발생하게 되고, 이러한 코팅 용액을 사용하여 코팅할 경우 헤이즈를 그대로 유지함으로서 전기 변색 소자를 제작한 이후에도 광학적 성능이 문제가 발생함으로서 시인성에 문제가 될 가능성이 높게 된다.
The nanoparticle size of the crystalline tungsten oxide prepared by the dispersion method as described above has a distribution of about 1 to 200 nm, and when the size of the dispersed crystalline tungsten oxide exceeds 200 nm, a lot of haze is generated in the dispersed solution. In the case of coating using such a coating solution, the optical performance may be a problem even after the electrochromic device is manufactured by maintaining the haze as it is, thus causing a problem in visibility.

그리고 상기 투명 전극층(20)은 도전성 화합물인 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine tin oxide)를 기재에 코팅하여 형성시킨 층인 것이 바람직하다.The transparent electrode layer 20 is preferably a layer formed by coating an indium tin oxide (ITO) or a fluorine tin oxide (FTO), which is a conductive compound, on a substrate.

그리고 본 발명에서 사용하는 기재의 투명 전극층(20)은 표면 저항은 1~200Ω/sq.인 것이 바람직하다. 투명 전극층의 표면 저항은 가능한 최대한 낮은 것이 좋지만 200 Ω/sq. 이상일 경우 전기 변색 속도가 느려 소면적에는 일부 사용이 가능하지만 10cm×10cm 이상의 대면적화시에는 전기 변색 속도가 너무 느려져 실용화에 제한이 있다는 문제점이 있다.
And it is preferable that the surface resistance of the transparent electrode layer 20 of the base material used by this invention is 1-200 GPa / sq. It is recommended that the surface resistance of the transparent electrode layer be as low as possible, but not more than 200 mA / sq. In the above case, it is possible to use some of the small area due to the slow electrochromic speed. However, when the large area of 10 cm × 10 cm or more is used, the electrochromic speed is too slow.

그리고 본 발명에서 사용하는 기재에 코팅된 투명 전극층(20)의 두께는 특별히 한정하지 않는다.
The thickness of the transparent electrode layer 20 coated on the substrate used in the present invention is not particularly limited.

그리고 상기 기재(10)는 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설포네이트(PES) 또는 폴리카보네이트(PC) 중에서 1종을 선택하여 제조한 필름인 것이 바람직하다.
In addition, the substrate 10 is preferably a film prepared by selecting one of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfonate (PES) or polycarbonate (PC).

그리고 상기 투명 전극층(20)의 상부에 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 코팅하여 형성시킨 전기 변색이 가능한 환원 전극층(30)은 코팅두께가 5~5,000 nm인 것이 바람직하다. 환원 전극층의 코팅두께가 5 nm 미만인 경우에는 산화, 환원에 의한 전기 변색 시 색대조비가 낮아 착색 시와 탈색시 색 차이가 거의 없어 변색 성능이 낮아지게 되고, 환원 전극층의 코팅두께가 5,000 nm를 초과할 경우에는 코팅막의 두께가 너무 두꺼워 막의 균열이 발생하게 되고 착색, 탈색을 여러 번 시행할 경우 환원 전극 코팅층이 떨어져 코팅막의 내구성이 저하될 우려가 있다.
In addition, an electrochromic reducing electrode layer 30 formed by coating a tungsten oxide nanoparticle dispersion type sol gel (Sol-Gel) coating solution on the transparent electrode layer 20 has a coating thickness of 5 to 5,000 nm. . When the coating thickness of the reduction electrode layer is less than 5 nm, the color contrast ratio is low during electrochromic change due to oxidation and reduction, so there is almost no difference in color at the time of coloration and decolorization, so that the discoloration performance is reduced, and the coating thickness of the reduction electrode layer exceeds 5,000 nm. In this case, the thickness of the coating film is so thick that the cracking of the film occurs, and if the coloration or decolorization is performed several times, the reduction electrode coating layer may fall and the durability of the coating film may be lowered.

따라서, 상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 따른 전기변색필름은 산화 전압이 +1.5~+3V, 환원 전압이 -0.5~-2.5V로 인가시에 가시광선 영역에서의 탈색 투과율이 70% 이상, 착색 투과율이 30% 이하인 것이 바람직하다.
Therefore, the electrochromic film according to the present invention having the structure as described above has a discoloration transmittance of 70% or more in the visible region when the oxidation voltage is +1.5 to + 3V and the reduction voltage is -0.5 to -2.5V. It is preferable that colored transmittance is 30% or less.

이하, 상술한 바와 같은 적층구조를 갖는 본 발명에 따른 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름의제조방법을 첨부된 도면인 도 2를 중심으로 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.
Hereinafter, a method of manufacturing an electrochromic film using a crystalline tungsten oxide nanoparticle-dispersed sol-gel (Sol-Gel) coating solution according to the present invention having a laminate structure as described above will be described in detail with reference to FIG. 2. This is as follows.

본 발명은 투명전극층 코팅 기재를 사용한 전기변색필름의 제조방법에 있어서, The present invention provides a method for producing an electrochromic film using a transparent electrode layer coating substrate,

결정성 텅스텐 산화물 나노입자는 유기 용매와 무기바인더만을 사용하여 기계적으로 분산해 환원 전극용 코팅용액을 제조하는 단계(S100) 및;The crystalline tungsten oxide nanoparticles are mechanically dispersed using only an organic solvent and an inorganic binder to prepare a coating solution for a reduction electrode (S100);

상기에서 제조된 환원 전극용 코팅 용액을 투명 전극층 상부에 습식 코팅 하여 졸겔(Sol-Gel) 방식으로 저온 성막하여 환원 전극층을 형성시키는 단계(S200);Forming a reduction electrode layer by wet-coating the prepared coating solution for the reduction electrode on the transparent electrode layer at a low temperature by a sol-gel (Sol-Gel) method (S200);

를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And a control unit.

먼저, 본 발명에서 사용하는 기재는 일측 면에 도전성 화합물인 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine tin oxide)를 기재에 코팅하여 형성시킨 것을 사용한다.
First, the substrate used in the present invention uses one formed by coating an indium tin oxide (ITO) or a fluorine tin oxide (FTO), which is a conductive compound, on one side thereof.

그리고 환원 전극용 코팅용액을 제조하는 단계(S100)에서 결정성 텅스텐 나노입자는 볼밀(ball mill), 호모게나이져(homogenizer), 롤 밀(roll mill), 초음파 분산기(ultra sonicator), 비드 밀(bead mill) 또는 마이크로 플루다이져(microfliudizer)을 이용하여 입자 크기가 1~200nm의 분포를 가지도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
And in the step of preparing a coating solution for the reduction electrode (S100) crystalline tungsten nanoparticles are ball mill (homogenizer), roll mill (roll mill), ultrasonic disperser (ultra sonicator), bead mill ( It is preferable to grind so that the particle size has a distribution of 1 to 200 nm using a bead mill or a microfliudizer.

본 발명은 환원 전극용 코팅용액의 제조시 텅스텐 산화물 나노입자를 별도의 분산제 사용 없이, 무기 바인더와 유기용매에 직접 투입하여 기계적으로 분산하는 단계를 포함하고 있다. 무기 산화물을 나노 크기의 입자로 분산하는 방법에는 여러 가지가 사용되고 있는데, 특히 글라스 비드나 세라믹 비드를 이용한 방법이 효과적이라고 알려져 있다. 글라스 비드의 경우 자체의 경도가 약해 분산 시 글라스가 깨져 나노 분산 이후 불순물로 존재하게 되는 문제가 있다. 지르코늄과 같은 세라믹 타입 비드의 경우 통상적으로 우수한 강도와 내마찰성으로 나노 분산 시 많이 이용되고 있는 재료이다. 지르코늄 비드를 이용하여, 수평 비드 밀, 수직 비드 밀, 볼 밀 등과 같은 방법이 사용 가능하다. 지르코늄 비드의 크기와 종류에 따라 분산도의 차이가 있다고 알려져 있다. 지르코늄 비드의 크기는 크게 한정되어 있지는 않으나, 0.1~10mm 사이가 가능하고, 더 작은 크기의 비드를 사용할 경우 더 작은 입자를 얻을 수 있다는 것이 이론적으로 실험적으로 많이 알려져 있다. 그 외 롤 밀, 초음파 분산기, 마이크로 플루다이져, 호모게나이져와 같은 분산 기기 또한 사용 가능하지만 분산성 및 분산 안정성은 비드 밀에 비해 약하다는 단점이 있다.
The present invention includes the step of mechanically dispersing the tungsten oxide nanoparticles directly into the inorganic binder and the organic solvent without the use of a dispersant in the preparation of the coating solution for the reduction electrode. Various methods are used to disperse the inorganic oxide into nano-sized particles, and it is known that the method using glass beads or ceramic beads is particularly effective. In the case of glass beads, the hardness of the glass beads is weak, so that the glass is broken when dispersed, and thus the glass beads are present as impurities after nano dispersion. Ceramic type beads such as zirconium are commonly used in nano dispersions due to their excellent strength and friction resistance. Using zirconium beads, methods such as horizontal bead mills, vertical bead mills, ball mills and the like can be used. It is known that there is a difference in dispersion degree according to the size and type of zirconium beads. The size of the zirconium beads is not limited in size, but it is theoretically known experimentally that it is possible to be between 0.1 and 10 mm, and that smaller particles can be obtained using smaller beads. Other dispersing devices such as roll mills, ultrasonic dispersers, microfluidizers, homogenizers can also be used, but the dispersibility and dispersion stability are weak compared to bead mills.

그리고 상기 환원 전극층을 형성시키는 단계(S200)는 환원 전극용 코팅용액을 투명 전극층(20) 상부에 습식 코팅 하여 졸겔(Sol-Gel) 방식으로 환원 전극층(30)을 형성시키는 단계로서, 저온 성막시 환원 전극층 열처리 조건은 60~150℃에서 1~30분간 열처리하는 것이 바람직하다.
The forming of the reduction electrode layer (S200) is a step of forming the reduction electrode layer 30 by a wet-coating method of coating a solution for the reduction electrode on the transparent electrode layer 20 by using a sol-gel (Sol-Gel) method. The reduction electrode layer heat treatment conditions are preferably heat treated for 1 to 30 minutes at 60 ~ 150 ℃.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 전기변색필름은 환원 전극용 코팅용액을 투명 전극층(20) 상부에 습식 코팅 하여 졸겔(Sol-Gel) 방식으로 환원 전극층(30)을 형성시켜 두꺼운 환원 전극막을 얻을 수 있어 우수한 색대조비가 재현가능하다. 그와 동시에 결정성 텅스텐 산화물 나노입자를 사용함으로서 비결정성의 텅스텐 산화물 막에 비해 우수한 사이클 내구성을 확보하고 가시광선뿐 아니라 적외선 영역의 빛을 제어할 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명은 저온 공정이 가능하기 때문에 글라스 기재 및 플라스틱 기재에 사용 가능할 뿐만 아니라 롤투롤 공정 또한 가능하게 하며, 생산 속도도 개선이 가능하기 때문에 에너지 소비를 줄이고 공정 경비를 절감할 수 있고, 플라스틱 소재에 사용하여 유연한 전기변색필름을 제조할 수 있는 것이 특징이다.
Thus, the electrochromic film prepared according to the present invention can obtain a thick reduction electrode film by wet coating the coating solution for the reduction electrode on the transparent electrode layer 20 to form a reduction electrode layer 30 in a sol-gel (Sol-Gel) method. Excellent color contrast is reproducible. At the same time, the use of crystalline tungsten oxide nanoparticles has the advantage of ensuring excellent cycle durability and controlling light in the infrared region as well as visible light compared to the amorphous tungsten oxide film. In addition, the present invention can be used for glass substrates and plastic substrates because of the low temperature process, and also enables the roll-to-roll process, and also improves the production speed, thereby reducing energy consumption and reducing the process cost. It can be used to produce a flexible electrochromic film is characterized by.

그리고 상기 환원 전극층(30)을 코팅시키는 방법은 스핀 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 그라비아 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 플로우 코팅, 카필러리 코팅, 슬롯 다이 코팅, 나이프 코팅, 롤 코팅 또는 스크린 프린팅 중에서 선택된 방법을 사용하여 코팅시키는 것이 바람직하다.
And the method of coating the reduction electrode layer 30 is spin coating, dip coating, bar coating, spray coating, gravure coating, micro gravure coating, flow coating, capillary coating, slot die coating, knife coating, roll coating or screen It is preferred to coat using a method selected from printing.

상기에 명시된 방법으로 제조된 환원 전극용 코팅 용액을 바(bar) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 딥(dip) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 그라비아(gravure), 마이크로 그라비아와(micro-gravure) 같은 코팅 방법으로 제조가 가능하다. 이때 결정성 텅스텐 산화물을 환원 전극막 열처리 경화온도는 60~150℃인 것이 바람직하며, 이때 열처리 경화온도가 60℃ 미만일 경우에는 코팅막의 경화 시간이 길어지고, 경화 시간이 길어짐에 따라 막의 부착성이 떨어지게 되고, 부착성이 어느 정도 확보 된다고 해도 최종 전기 변색 소자를 구성한 이후에 환원 전극막의 내구성에도 문제점이 발생하게 된다. 또한 열처리 경화온도가 150℃를 초과할 경우에는 PET 필름에 적용할 경우 PET 필름 자체가 열에 의한 치수 안전성이 떨어지는 문제가 발생하여 필름이 휘어지게 되고, ITO나 FTO 투명 전극이 손상을 입게 되어 전기 변색 시 제대로 착색, 탈색이 되지 않는 문제점이 야기될 수 있다. 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES)와 같은 필름의 경우 자체 내열성이 우수하여 고온 처리가 가능하지만 필름 자체가 고가인 문제점이 있다.
The coating solution for the reduction electrode prepared by the above-described method was prepared by bar coating, spray coating, dip coating, spin coating, gravure, micro-gravure and The same coating method can be used. In this case, it is preferable that the temperature of the crystalline tungsten oxide is reduced to 60-150 ° C., and in this case, when the heat-treatment temperature is less than 60 ° C., the curing time of the coating film becomes longer and the curing time becomes longer. Even if the adhesion is secured to some extent, a problem occurs in the durability of the reduction electrode film after the final electrochromic device is formed. In addition, when the heat treatment hardening temperature exceeds 150 ℃, when applied to PET film, the problem that the PET film itself is poor in dimensional safety due to heat occurs, the film is warped, the ITO or FTO transparent electrode is damaged, the electrochromic It may cause a problem of not properly coloring and discoloring. In the case of a film such as polyethylene terephthalate (PEN) or polyether sulfone (PES), its heat resistance is excellent, and thus high temperature treatment is possible, but the film itself is expensive.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
The present invention as described above will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited by the examples.

1. 전기변색필름의 제조
1. Preparation of Electrochromic Film

아래 [표 1]에 기재된 내용의 함량비에 따라 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2의 전기변색필름을 제조하였다.
The electrochromic films of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared according to the content ratios described in the following [Table 1].

(실시예 1)(Example 1)

결정성 텅스텐 산화물 입자 30 중량%, 에탄올 65 중량%, 그리고TEOS(Tetraethoxysilane) 5중량%를 볼밀 자르에 넣어 혼합한 후 여기에 0.3mm 지르코늄 비드 300 중량%를 투입한 다음 볼밀을 이용하여 100시간 분산하여 습식 가능한 코팅 용액을 제조하였다. 표면 저항 10Ω/sq.인 ITO PET 필름 위에 바 코터(NO. 10)를 이용하여 코팅한 다음 120℃, 5분 동안 건조하였다. 시편의 크기는 5cm×5cm 로 제작되었으며, 이때 얻어진 환원 전극층의 두께는 260nm였다. 프로필렌 카보네이트(PC)용매에 1 M의 LiClO4를 용해시킨 액체 전해질에서 상기 방법으로 제조된 환원 전극의 산화, 환원 시 광투과율, 착색 시간, 탈색 시간, 색대조비, 사이클 내구성 등의 특징을 조사하였다.
30 wt% of crystalline tungsten oxide particles, 65 wt% of ethanol, and 5 wt% of TEOS (Tetraethoxysilane) were mixed in a ball mill, and 300 wt% of 0.3 mm zirconium beads were added thereto, followed by dispersion using a ball mill for 100 hours. To prepare a wetable coating solution. The ITO PET film having a surface resistance of 10 μs / sq. Was coated using a bar coater (NO. 10), and then dried at 120 ° C. for 5 minutes. The size of the specimen was 5cm x 5cm, the thickness of the reduction electrode layer obtained at this time was 260nm. In a liquid electrolyte in which 1 M LiClO 4 was dissolved in a propylene carbonate (PC) solvent, the characteristics of oxidation, reduction, light transmittance, coloration time, decolorization time, color contrast ratio, and cycle durability of the reduction electrode prepared by the above method were investigated. .

(실시예 2)(Example 2)

실시예 1에 있어서, TEOS 바인더 함량을 10 중량%로 하는 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일한 방법으로 시험하였다. 이때 얻은 결정성 텅스텐 산화물 막인 환원 전극층의 두께는 272nm였다.
In Example 1, it was tested in the same manner as in Example 1 except that the TEOS binder content is 10% by weight. The thickness of the reduction electrode layer which is the crystalline tungsten oxide film obtained at this time was 272 nm.

(실시예 3)(Example 3)

실시예 1에 있어서, TEOS 바인더 함량을 20 중량%로 하는 것을 제외하고는 실시 예 1과 동일한 방법으로 시험하였다. 이때 얻은 결정성 텅스텐 산화물 막인 환원 전극층의 두께는 275nm였다.
In Example 1, it was tested in the same manner as in Example 1 except that the TEOS binder content is 20% by weight. The thickness of the reduction electrode layer which is a crystalline tungsten oxide film obtained at this time was 275 nm.

(실시예 4)(Example 4)

실시예 1에 있어서, TEOS 바인더 함량을 30중량%로 하는 것을 제외하고는 실시 예1과 동일한 방법으로 시험하되, 기재 투명 전극층은 표면 저항이 200Ω/sq.인 ITO PET 필름을 사용하였다. 이때 얻은 결정성 텅스텐 산화물 막인 환원 전극층의 두께는 278nm였다.
In Example 1, the test was carried out in the same manner as in Example 1 except that the TEOS binder content was 30% by weight, and an ITO PET film having a surface resistance of 200 mA / sq. Was used. The thickness of the reduction electrode layer which is the crystalline tungsten oxide film obtained at this time was 278 nm.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 2에 있어서, TEOS 바인더 함량을 10 중량%로 하고, 열처리 시간을 150℃, 60분 처리한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 시험하였다. 이때 얻은 결정성 텅스텐 산화물 막인 환원 전극층의 두께는 필름 자체가 열에 의한 변형에 의해 코팅 필름이 휘어지고, 코팅막의 균열이 일어남에 따라 두께 측정 및 전기 변색 특징을 조사하지 못하였다.
In Example 2, the test was carried out in the same manner as in Example 2 except that the TEOS binder content was 10% by weight and the heat treatment time was performed at 150 ° C. for 60 minutes. The thickness of the reduction electrode layer, which is a crystalline tungsten oxide film obtained at this time, could not be examined for thickness measurement and electrochromic characteristics as the coating film was bent due to deformation of the film by heat and cracking of the coating film occurred.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 2에 있어서, TEOS 바인더 함량을 10 중량%로 하고, 표면 저항 50ohm/sq. 인 ITO PET 필름 위에 바 코터(NO. 6)를 이용하여 코팅한 하는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 시험하였다. 이때 얻은 결정성 텅스텐 산화물 막인 환원 전극층의 두께는 220nm였다.
For Example 2, the TEOS binder content was 10% by weight and the surface resistance was 50 ohm / sq. Except for coating with a bar coater (NO. 6) on the phosphorus ITO PET film was tested in the same manner as in Example 2. The thickness of the reduction electrode layer which is the crystalline tungsten oxide film obtained at this time was 220 nm.

구분division 결정성 텅스텐
산화물
(중량%)
Crystalline tungsten
oxide
(weight%)
Ethyl alcohol
(중량%)
Ethyl alcohol
(weight%)
TEOS 바인더
(중량%)
TEOS Binder
(weight%)
Bar coater(NO.)Bar coater (NO.) 열처리 온도(℃)Heat treatment temperature (℃) 열처리 시간(min)Heat treatment time (min) 코팅두께
(nm)
Coating thickness
(nm)
실시예 1Example 1 3030 6565 55 1010 120120 55 260260 실시예 2Example 2 3030 6565 1010 1010 120120 55 272272 실시예 3Example 3 3030 6565 2020 1010 120120 55 275275 실시예 4Example 4 3030 6565 1010 1010 120120 55 278278 비교예 1Comparative Example 1 3030 6565 1010 1010 150150 6060 -- 비교예 2Comparative Example 2 3030 6565 1010 66 120120 55 220220

2. 전기변색필름의 평가
2. Evaluation of Electrochromic Film

상기 1의 방법에 의해 제조한 실시예 1 내지 4 및 비교에 1, 2의 시료를 평가한 결과 결정성 텅스텐 산화물 환원 전극의 전기 변색 특성은 아래 [표 2]의 내용과 같다.
The electrochromic properties of the crystalline tungsten oxide reduction electrode as a result of evaluating the samples of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 prepared by the above method 1 are as shown in Table 2 below.

구분division 코팅 두께
(nm)
Coating thickness
(nm)
착색 투과율
(%)
Coloring transmittance
(%)
탈색 투과율
(%)
Bleaching transmittance
(%)
착색응답시간(s)Color Response Time (s) 탈색 응답
시간(s)
Discoloration response
Time (s)
색대조비Color contrast 사이클
내구성
cycle
durability
실시예 1Example 1 260260 88 8282 77 1414 10.2510.25 〉10,000 〉 10,000 실시예 2Example 2 272272 88 8080 77 1515 1010 〉10,000 〉 10,000 실시예 3Example 3 275275 1010 8080 1111 1717 88 〉10,000 〉 10,000 실시예 4Example 4 278278 1111 7878 1313 2222 77 〉10,000 〉 10,000 비교예 1Comparative Example 1 -- -- -- -- -- -- - - 비교예 2Comparative Example 2 220220 2828 6868 1818 2525 2.42.4 〉5,000 〉 5,000

상기 [표 2]의 내용에 의하면, 실시예 1~4의 경우에는 비교예 2에 비해 착색 무과율이 낮고, 탈색 투과율이 높음으로서 색대조비가 우수하며, 착색 응답 시간 및 탈색 응답 시간 또한 빨라 비교예 2에 비해 전기 변색 효율과 사이클 내구성 또한 우수한 것으로 나타났다.
According to the contents of Table 2, in Examples 1 to 4, the colorless ratio is lower than that of Comparative Example 2, and the decolorization transmittance is high, so that the color contrast ratio is excellent, and the color response time and the color response time are also fast. Electrochromic efficiency and cycle durability were also superior to Example 2.

그리고 비교예 1의 경우에는 실시예 1~4에 비해 고온인 150℃에서, 60분간 열처리함에 따라 필름 자체가 열에 의한 변형에 의해 코팅 필름이 휘어지고, 코팅막의 균열이 일어남에 따라 두께 측정 및 전기 변색 특징의 측정이 불가능하였다.
And in the case of Comparative Example 1, the coating film is bent due to deformation due to heat as the film itself heats at 150 ° C., which is a higher temperature than Examples 1 to 4, for 60 minutes, and the thickness of the coating film is cracked due to cracking of the coating film. Measurement of discoloration characteristics was not possible.

참고로 본 발명에 첨부한 도면인 도 3은 본 발명의 실시예1에 따른 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극 표면의 SEM 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극 코팅 용액의 TEM 사진이다.
3 is a SEM photograph of a surface of an electrochromic reducing electrode containing crystalline tungsten oxide according to Example 1 of the present invention, and FIG. 4 is a crystal according to Example 1 of the present invention. TEM photograph of a reduction electrode coating solution for electrochromic containing tungsten oxide.

그리고, 도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극의 사이클로볼타메트릭 그래프로서, 백금 상대전극과 Ag/AgNO3 기준 전극을 사용하였고 Sweep rate은 50mv/s로 하여 시험한 결과 그래프의 모양은 전형적인 텅스텐 산화물의 CV특성을 따르고 있으며 가역적인 산화환원 반응이 일어나고 있음을 알 수 있다. 전위가 +8V에서 -1.2V로 변할 때 텅스텐 산화물 전극은 환원되어 파란색을 띠게 되고 반대로 전위가 -1.2V에서 +8V로 변할 때 전극은 산화되어 투명하게 된다.
FIG. 5 is a cyclovoltametric graph of the electrochromic reduction electrode containing crystalline tungsten oxide according to Example 1 of the present invention. A platinum counter electrode and Ag / AgNO 3 reference electrode were used, and the sweep rate was 50mv /. The result of the test with s shows that the shape of the graph follows the CV characteristics of typical tungsten oxide and that a reversible redox reaction occurs. When the potential changes from + 8V to -1.2V, the tungsten oxide electrode is reduced in color to blue, while the electrode becomes oxidized and transparent when the potential changes from -1.2V to + 8V.

그리고, 도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 결정성 텅스텐 산화물을 함유한 전기 변색용 환원 전극을 작업전극으로 하는 반쪽 셀 장치를 이용하여 산화 환원 반응을 반복적으로 발생시킨 경우의 가시광 투과율 변화를 in-situ로 관찰한 것이다. 백금 상대전극과 Ag/AgNO3 기준 전극을 사용하고 등전압 방식으로 -1V에서 30초간 착색하고 +1V에서 30초간 착색하는 과정을 반복적으로 행하는 동시에 UV-Vis spectrophotometer를 사용하여 in-situ로 650nm에서의 투과율변화를 측정한 결과 착색 시 투과율은 8%, 탈색 시 투과율은 82%, 착색투과율에 대한 탈색투과율에 대한 비인 색대조비는 10.25였으며, 응답속도는 15초 이내이다.
6 shows changes in the visible light transmittance when the redox reaction is repeatedly generated using a half cell apparatus including the electrochromic reducing electrode containing the crystalline tungsten oxide according to Example 1 of the present invention as a working electrode. Observed in-situ. Using a platinum counter electrode and Ag / AgNO 3 reference electrode, repeat the process of coloring for 30 seconds at -1V and for 30 seconds at + 1V by isothermal method, and at 650nm in-situ using UV-Vis spectrophotometer. As a result of measuring the change in transmittance of, the transmittance was 8% for coloring, the transmittance was 82% for discoloring, and the color contrast ratio was 10.25, which is the ratio of the discoloration transmittance to the coloring transmittance, and the response speed was within 15 seconds.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 이용한 전기변색필름 및 그 제조방법을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
As described above, the electrochromic film using the crystalline tungsten oxide nanoparticle dispersion type Sol-Gel coating solution according to a preferred embodiment of the present invention and a method of manufacturing the same have been described. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

10: 기재층 20: 투명 전극층
30: 환원 전극층
10: base material layer 20: transparent electrode layer
30: reduction electrode layer

Claims (13)

기재, 투명 전극층 및 환원 전극층으로 이루어진 전기변색필름에 있어서,
상기 환원 전극층은 텅스텐 산화물 나노입자 분산형 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액을 코팅하여 형성시킨 층으로 구성되고,
상기 투명 전극층은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine tin oxide)를 기재에 코팅하여 형성시킨 도전층이며,
상기 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액은 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 5~30 중량%, 유기 용매 60~90 중량%, 무기 바인더 5~30 중량%로 이루어지고,
상기 전기변색필름은 산화, 환원 전압 인가 시 가시광선 영역에서의 탈색 투과율이 70% 이상, 착색 투과율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 전기변색필름.
In the electrochromic film consisting of a substrate, a transparent electrode layer and a reduction electrode layer,
The reduction electrode layer is composed of a layer formed by coating a tungsten oxide nanoparticle dispersion type Sol-Gel coating solution,
The transparent electrode layer is a conductive layer formed by coating indium tin oxide (ITO) or fluorine tin oxide (FTO) on a substrate,
The sol-gel coating solution consists of 5-30% by weight of crystalline tungsten oxide nanoparticles, 60-90% by weight of an organic solvent, and 5-30% by weight of an inorganic binder.
The electrochromic film is a color change transmittance of 70% or more in the visible region when the oxidation, reduction voltage is applied, the electrochromic film, characterized in that less than 30%.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 기재는 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설포네이트(PES) 또는 폴리카보네이트(PC) 중에서 1종을 선택하여 제조한 필름인 것을 특징으로 하는 전기변색필름.
The method of claim 1,
The substrate is an electrochromic film, characterized in that the film produced by selecting one of the polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyether sulfonate (PES) or polycarbonate (PC).
제 1항에 있어서,
상기 전기 변색이 가능한 환원 전극층은 코팅두께가 5~5,000 nm인 것을 특징으로 하는 전기변색필름.
The method of claim 1,
The electrochromic film is characterized in that the reduction electrode layer having a coating thickness of 5 ~ 5,000 nm.
제 1항에 있어서,
상기 유기용매는 알코올류, 에테르류, 케톤류, 에스테르류 또는 방향족 탄화수소류 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전기변색필름.
The method of claim 1,
The organic solvent is an electrochromic film, characterized in that one or more selected from alcohols, ethers, ketones, esters or aromatic hydrocarbons.
제 1항에 있어서,
상기 무기 바인더는 산화규소, 산화알루미늄, 산화티탄, 산화텅스텐, 산화망간, 산화바나듐 또는 산화세륨 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 전기변색필름.
The method of claim 1,
The inorganic binder is an electrochromic film, characterized in that one or more selected from silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tungsten oxide, manganese oxide, vanadium oxide or cerium oxide.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 전기변색필름은 산화 전압이 +1.5~+3V, 환원 전압이 -0.5~-2.5V인 것을 특징으로 하는 전기변색필름.
The method of claim 1,
The electrochromic film is an electrochromic film, characterized in that the oxidation voltage is +1.5 ~ + 3V, the reduction voltage is -0.5 ~ -2.5V.
투명전극층 코팅 기재를 사용한 전기변색필름의 제조방법에 있어서,
결정성 텅스텐 산화물 나노입자는 유기 용매와 무기바인더만을 사용하여 기계적으로 분산해 환원 전극용 코팅용액을 제조하는 단계(S100) 및;
상기에서 제조된 환원 전극용 코팅 용액을 투명 전극층 상부에 습식 코팅하여 졸겔(Sol-Gel) 방식으로 저온 성막하여 환원 전극층을 형성시키는 단계(S200);
를 포함하되,
상기 환원 전극용 코팅용액을 제조하는 단계(S100)에서, 투명전극층은 ITO(indium tin oxide) 또는 FTO(fluorine tin oxide)를 코팅하여 형성시킨 전극층이고,
상기 졸겔(Sol-Gel) 코팅용액은 결정성 텅스텐 산화물 나노입자 5~30 중량%, 유기 용매 60~90 중량%, 무기 바인더 5~30 중량%로 이루어지며,
상기 환원 전극층을 형성시키는 단계(S300)에서 저온 성막시 환원 전극층 열처리 조건은 60~150℃에서 1~30분간 열처리하는 것을 특징으로 하는 전기변색필름의 제조방법.
In the manufacturing method of the electrochromic film using a transparent electrode layer coating substrate,
The crystalline tungsten oxide nanoparticles are mechanically dispersed using only an organic solvent and an inorganic binder to prepare a coating solution for a reduction electrode (S100);
Forming a reduction electrode layer by wet coating a coating solution for a reduction electrode prepared above on a transparent electrode layer at a low temperature by a sol-gel (Sol-Gel) method (S200);
Including,
In the preparing of the coating solution for the reduction electrode (S100), the transparent electrode layer is an electrode layer formed by coating indium tin oxide (ITO) or fluorine tin oxide (FTO),
The sol-gel coating solution consists of 5-30% by weight of crystalline tungsten oxide nanoparticles, 60-90% by weight of an organic solvent, and 5-30% by weight of an inorganic binder.
In the step of forming the reduction electrode layer (S300) at the time of low temperature film formation of the reduction electrode layer heat treatment conditions characterized in that the heat treatment for 1 to 30 minutes at 60 ~ 150 ℃.
삭제delete 제 10항에 있어서,
상기 환원 전극용 코팅용액을 제조하는 단계(S200)에서 결정성 텅스텐 나노입자는 볼밀(ball mill), 호모게나이져(homogenizer), 롤 밀(roll mill), 초음파 분산기(ultra sonicator), 비드 밀(bead mill) 또는 마이크로 플루다이져(microfliudizer)을 이용하여 입자 크기가 1~ 200nm의 분포를 가지도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 전기변색필름의 제조방법.
The method of claim 10,
In the preparing of the coating solution for the reduction electrode (S200), the crystalline tungsten nanoparticles may be a ball mill, a homogenizer, a roll mill, an ultra sonicator, or a bead mill. Method of producing an electrochromic film characterized in that the particle size is pulverized to have a distribution of 1 ~ 200nm using a bead mill or a microfliudizer.
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