KR102029183B1 - Smart glass and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스마트 글라스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 표면에 VO2 박막이 코팅된 한쌍의 글라스, 및 염료, 액정 및 폴리머의 혼합물로 이루어진 비드 분산형 액정으로 이루어진 스마트 글라스로서, VO2 박막의 온도가 설정치보다 높으면 상기 VO2 박막에 의해 적외선이 차단되고, 설정치보다 낮으면 적외선이 투과하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 스마트 글라스는 적외선의 투과 및 차단에 의해 색상이 변화하기 때문에 실외의 다양한 용도에 이용가능할 뿐만아니라 대규모 및 대형 스마트 글라스 또는 스마트 윈도우를 제공할 수 있다. The present invention relates to a smart glass and a method for manufacturing the same, and more particularly, a pair of glass coated with a thin film of VO 2 and a bead-dispersed liquid crystal consisting of a mixture of dye, liquid crystal and polymer, VO 2 When the temperature of the thin film is higher than the set point, the infrared ray is blocked by the VO 2 thin film, and when the lower than the set point relates to a smart glass and a manufacturing method thereof.
According to the present invention, the smart glass according to the present invention can be used for a variety of outdoor applications, as well as provide a large and large smart glass or smart window because the color is changed by the transmission and blocking of infrared rays.
Description
본 발명은 스마트 글라스 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 온도에 따라 적외선이 투과 또는 차단되는 스마트글라스로서, 표면에 VO2 박막이 코팅된 한쌍의 글라스; 상기 한쌍의 글라스 사이에 구비되고, 복수의 글라스 비드를 포함하여 이루어진 글라스 비드층; 및 염료, 액정 및 폴리머의 혼합물로 이루어진 비드 분산형 액정(Bead dispersed Liquid Crystal; BDLC)으로 이루어진 스마트 글라스로서, 상기 비드 분산형 액정은 상기 복수의 글라스 비드가 형성하는 공극에 위치하며, 상기 적외선의 투과 또는 차단은, 글라스 표면에 코팅된 VO2 박막의 온도가 설정치보다 높으면 상기 VO2 박막에 의해 적외선이 차단되고, 설정치보다 낮으면 적외선이 투과하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a smart glass and a method for manufacturing the same, and more particularly, a smart glass that infrared rays are transmitted or blocked according to the temperature, a pair of glass coated with a VO 2 thin film on the surface; A glass bead layer provided between the pair of glasses and including a plurality of glass beads; And a bead dispersed liquid crystal (BDLC) comprising a mixture of dyes, liquid crystals, and polymers, wherein the bead dispersed liquid crystal is located in a gap formed by the plurality of glass beads, Transmitting or blocking is characterized in that the infrared rays are blocked by the VO 2 thin film when the temperature of the VO 2 thin film coated on the glass surface is higher than the set value, and infrared rays are transmitted when the temperature of the VO 2 thin film is lower than the set value. will be.
스마트 글라스는 외부 환경에 따라 빛 투과도가 변화하는 글라스이다. 스마트 글라스의 예로는 전기변색(electrochromic) 글라스, 써모크로믹(thermochromic) 글라스, 써모트로픽(thermotropic) 글라스 등이 있다. 전기변색 글라스는 전기에 따라 빛 투과도가 변하는 글라스이다. 써모크로믹 글라스는 온도 또는 열에 따라 가시광선 영역 또는 적외선 영역의 빛 투과도가 변하는 글라스이다. 써모크로믹 글라스는 온도에 따라 가시광선 영역 또는 적외선 영역의 빛 투과도가 변하는 글라스이다.Smart glass is a glass whose light transmittance changes according to the external environment. Examples of smart glasses include electrochromic glass, thermochromic glass, and thermotropic glass. Electrochromic glass is a glass whose light transmittance changes with electricity. Thermochromic glass is a glass whose light transmittance in the visible or infrared region changes depending on temperature or heat. Thermochromic glass is a glass whose light transmittance in the visible or infrared region changes with temperature.
종래에는 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, 이하, "PDLC") 기술을 이용하여 스마트 글라스를 제조하였다. PDLC는 마이크론 크기의 액정 입자들이 고분자 매트릭스 내에 분산되어 있는 구조를 지니고, 외부 전압에 의한 액정 입자와 고분자 간의 굴절률 차이로 빛의 투과율을 조절한다. 구체적으로, 전압을 인가하지 않은 오프(Off)상태에서는 액정 입자들이 불규칙하게 배치되어 고분자 매트릭스와의 굴절률 차이로 빛을 산란시키고, 반대로 전압을 인가한 온(On)상태에서는 액정 입자들이 고분자 매트릭스와 동일한 굴절률을 가지도록 규칙적으로 배향되어 빛을 투과시킨다. 즉, 산란에 의한 빛의 투과 및 차단의 차이가 스마트 글라스의 성능을 결정하는 중요한 요소이다.Conventionally, smart glass was manufactured using a polymer dispersed liquid crystal (hereinafter, referred to as "PDLC") technology. PDLC has a structure in which micron-sized liquid crystal particles are dispersed in a polymer matrix, and controls light transmittance due to a difference in refractive index between the liquid crystal particles and the polymer due to an external voltage. Specifically, in the off state where no voltage is applied, the liquid crystal particles are irregularly scattered to scatter light due to the difference in refractive index from the polymer matrix. On the contrary, in the on state where the voltage is applied, the liquid crystal particles are separated from the polymer matrix. Oriented regularly to have the same refractive index to transmit light. That is, the difference between the transmission and blocking of light due to scattering is an important factor in determining the performance of the smart glass.
PDLC는 폴리머 매트릭스를 사용하기 때문에 스마트 글라스에 흐림(haze) 현상이 발생할 수 있고, 자외선에 노출될 경우 폴리머의 경화 또는 변질이 발생하여 스마트 글라스에 황변 현상이 생기는 문제점이 발생한다. 또한, PDLC 기술을 이용한 스마트 글라스는 자외선 또는 가시광선을 차단할 수 있으나, 적외선 차단에 있어서는 효율적이지 못하다는 단점이 있다.Since PDLC uses a polymer matrix, a haze phenomenon may occur in the smart glass, and a yellowing phenomenon occurs in the smart glass due to curing or deterioration of the polymer when exposed to ultraviolet rays. In addition, smart glass using PDLC technology can block ultraviolet rays or visible light, but there is a disadvantage that it is not efficient in blocking infrared rays.
한편, 데코글라스는 UV Mold Imprinting 기술을 이용하여 컬러와 문양을 디자인한 제품으로 주로 가전제품, 가구 등의 인테리어 시장에 적용되나, 상기와 같은 문제점 때문에 확장성에 한계를 가진다. 데코글라스의 다양한 시장으로의 확대 및 성장을 위해서는 ICT 연계가 가능한 감성 기능과 에너지 절감 등의 기능을 포함하는 데코글라스 개발이 필요한 실정이다.On the other hand, deco glass is a product designed with color and pattern using UV Mold Imprinting technology is mainly applied to the interior market, such as home appliances, furniture, etc., but there is a limit to expandability because of the above problems. In order to expand and grow deco glass into various markets, it is necessary to develop deco glass including functions such as emotional function and energy saving that can be connected to ICT.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구노력한 결과, VO2 박막의 온도에 따라 적외선을 투과 및 차단함으로써 스마트 글라스의 색상을 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 열에너지를 효율적으로 차단하기 때문에 실내용 글라스 뿐만 아니라 실외용 글라스로서 이용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have diligently researched to overcome the problems of the prior arts. As a result, the color of the smart glass can be changed as well as the heat energy is efficiently blocked by transmitting and blocking infrared rays according to the temperature of the VO 2 thin film. It was confirmed that the present invention can be used not only for indoor glass but also for outdoor glass, thereby completing the present invention.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 스마트 글라스 표면의 VO2 박막의 온도에 따라 적외선을 투과 및 차단함으로써 스마트 글라스의 색상을 변화시킬 수 있을 뿐만아니라 열에너지를 차단할 수 있는 스마트 글라스 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, a main object of the present invention is to provide a smart glass and a method of manufacturing the same, which can not only change the color of the smart glass but also block heat energy by transmitting and blocking infrared rays according to the temperature of the VO 2 thin film on the surface of the smart glass. There is.
본 발명의 다른 목적은 상기 스마트 글라스가 적용된 스마트 윈도우를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a smart window to which the smart glass is applied.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은, 온도에 따라 적외선이 투과 또는 차단되는 스마트글라스로서, 표면에 VO2 박막이 코팅된 한쌍의 글라스; 상기 한쌍의 글라스 사이에 구비되고, 복수의 글라스 비드를 포함하여 이루어진 글라스 비드층; 및 염료, 액정 및 폴리머의 혼합물로 이루어진 비드 분산형 액정(Bead dispersed Liquid Crystal; BDLC)으로 이루어진 스마트 글라스로서, 상기 비드 분산형 액정은 상기 복수의 글라스 비드가 형성하는 공극에 위치하며, 상기 적외선의 투과 또는 차단은, 글라스 표면에 코팅된 VO2 박막의 온도가 설정치보다 높으면 상기 VO2 박막에 의해 적외선이 차단되고, 설정치보다 낮으면 적외선이 투과하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스를 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides a smart glass that infrared rays are transmitted or blocked according to the temperature, a pair of glass coated with a VO 2 thin film on the surface; A glass bead layer provided between the pair of glasses and including a plurality of glass beads; And a bead dispersed liquid crystal (BDLC) comprising a mixture of dyes, liquid crystals, and polymers, wherein the bead dispersed liquid crystal is located in a gap formed by the plurality of glass beads, The transmission or blocking provides a smart glass characterized in that when the temperature of the VO 2 thin film coated on the glass surface is higher than the set value, infrared rays are blocked by the VO 2 thin film, and when the temperature is lower than the set value, the infrared rays transmit.
PDLC를 이용한 스마트 글라스는 자외선에 노출될 경우, 스마트 글라스에 황변 현상이 발생하고, 자외선 또는 가시광선은 차단할 수 있으나 적외선은 차단하기 어려워 다양한 용도로 이용하는데 한계가 있다. 이에, 본 발명자들은 폴리머 매트리스뿐만 아니라 글라스 비드 및 VO2 박막이 증착된 글라스를 포함하는 스마트 글라스의 경우, VO2 박막 온도에 따라 적외선을 투과 및 차단함으로써 스마트 글라스의 색상을 선명하게 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 적외선을 차단함으로써 열에너지 또한 차단할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.When the smart glass using PDLC is exposed to ultraviolet rays, yellowing may occur in the smart glass, and ultraviolet rays or visible rays may be blocked, but infrared rays are difficult to block, and thus there is a limitation in using them for various purposes. Accordingly, the present inventors can clearly change the color of the smart glass by transmitting and blocking infrared rays according to the VO 2 thin film temperature in the case of the smart glass including the glass bead and the VO 2 thin film deposited as well as the polymer mattress. As well as blocking the infrared rays confirmed that the thermal energy can also be blocked, and completed the present invention.
본 발명의 상기 용어 “비드 분산형 액정(Bead dispersed Liquid Crystal; BDLC)”글라스 비드에 글라스 비드와 동일한 굴절률을 갖는 염료, 액정, 및 폴리머를 혼합한 혼합물이 분산된 액정을 의미하는 것으로, 스마트 글라스를 제조함에 있어 폴리머 매트릭스를 사용하는 PDLC와 함께 사용함으로써 효과를 증대시킬 수 있다.The term “bead dispersed liquid crystal (BDLC)” of the present invention refers to a liquid crystal in which a mixture of a dye, a liquid crystal, and a polymer having the same refractive index as that of glass beads is dispersed in glass beads. In the preparation of the same, the effect can be enhanced by using together with PDLC using a polymer matrix.
본 발명의 스마트 글라스에 있어서, 상기 글라스는 종래에 금속 절연체 전이(metal-insulator transition; MIT) 특성을 갖는 것으로 알려진 어떠한 재료를 이용하여 코팅된 것일 수 있으며, 바람직하게는 VO2 박막이 코팅된 것을 특징으로 한다.In the smart glass of the present invention, the glass may be coated using any material conventionally known to have a metal-insulator transition (MIT) property, preferably the VO 2 thin film is coated It features.
VO2는 실내의 소비 에너지 절감을 위한 thermochromic(TC) smart glass의 재료로 각광받고 있는 물질로서, VO2는 쉽게 주변 환경의 온도 변화에 의해 critical temperature Tc (68°C, bulk VO2)를 기준으로 metal-insulator transition(MIT)이 급격하게 일어나기 때문에 thermochromic 재료로 주목받고 있다. 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 VO2를 글라스 표면에 코팅하여 스마크 글라스의 재료로 이용할 경우, 스마트 글라스 내부의 온도 변화에 따라 색상을 변화시킬 수 있으며, 적외선을 차단할 수 있음을 확인하고, 글라스 표면의 코팅 재료로서 선택하였다.VO 2 is the material of thermochromic (TC) smart glass for saving energy consumption indoors. VO 2 is based on critical temperature Tc (68 ° C, bulk VO 2 ) due to temperature change of the surrounding environment. As a metal-insulator transition (MIT) occurs rapidly, it is attracting attention as a thermochromic material. In the present invention, using these characteristics, VO 2 When coated on the glass surface and used as the material of the Smark glass, it was confirmed that the color can be changed according to the temperature change inside the smart glass, it can block the infrared rays, and was selected as the coating material of the glass surface.
본 발명의 스마트 글라스에 있어서, 상기 글라스에 코팅된 VO2 박막층은 35~150nm로 코팅된 것을 특징으로 한다.In the smart glass of the present invention, the VO 2 thin film layer coated on the glass is characterized in that the coating at 35 ~ 150nm.
본 발명의 스마트 글라스에 있어서, 상기 스마트 글라스 내부의 온도는 44℃ 내지 61℃인 것을 특징으로 한다. In the smart glass of the present invention, the temperature inside the smart glass is characterized in that 44 ℃ to 61 ℃.
본 발명의 일 실험예에 따르면, 스마트 글라스 온도에 따른 투과도를 분석한 결과, 설정치 보다 높은 온도에서 적외선을 차단하는 것을 확인할 수 있었다(실험예 2 및, 도 12 내지 14 참조). 이러한 결과는, 본 발명에 따른 스마트 글라스가 열에너지를 효율적으로 차단할 수 있으므로, 실내뿐만 아니라 실외용도로 이용될 수 있음을 시사한다.According to an experimental example of the present invention, as a result of analyzing the transmittance according to the smart glass temperature, it was confirmed that the infrared rays are blocked at a temperature higher than the set value (see Experimental Example 2 and FIGS. 12 to 14). These results suggest that the smart glass according to the present invention can effectively block thermal energy, and thus can be used for indoor as well as outdoor use.
본 발명의 스마트 글라스에 있어서, 상기 염료는 종래에 스마트 글라스를 제조하기 위해 이용된 어떠한 염료도 사용가능하며, 바람직하게는 붉은색 염료, 푸른색 염료, 노란색 염료 및 흑색 염료로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 염료를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the smart glass of the present invention, the dye may be used any dye conventionally used to manufacture the smart glass, preferably selected from the group consisting of red dye, blue dye, yellow dye and black dye. It is characterized by including one or more dyes.
본 발명의 스마트 글라스에 있어서, 상기 비드 분산형 액정은 스마트 글라스가 오프(Off) 상태일 때, 글라스 비드의 외면을 따라 불규칙하게 배열되어 빛의 투과를 차단하고, 스마트 글라스가 온(On) 상태일 때, 글라스 비드와 수평하게 배열되어 빛을 투과하는 것을 특징으로 한다.In the smart glass of the present invention, the bead-dispersed liquid crystal is irregularly arranged along the outer surface of the glass bead when the smart glass is in an off state to block light transmission, and the smart glass is in an on state. When, the glass beads are arranged horizontally and transmit light.
본 발명의 일 실험예에 따르면, 본 발명의 스마트 글라스에 전압을 인가하지 않은 상태(off)에서는 글라스 비드에 빛이 차단되어 스마트 글라스가 불투명한데 반해 전압을 인가하는 상태(on)에서는 글라스 비드에 빛이 투과하여 스마트 글라스가 투명한 것을 확인하였다. 이는, 스마트 글라스가 오프 상태일 때는 액정이 글라스 비드 외면에 불규칙하게 배열되어 빛의 투과를 차단하기 때문에 불투명하게 보이며, 스마트 글라스가 온 상태일 때는 액정이 글라스 비드 외면과 수평하게 배열되어 빛을 투과시키기 때문에 투명하게 변하는 것이다.According to an experimental example of the present invention, when the voltage is not applied to the smart glass of the present invention (off), light is cut off from the glass bead so that the smart glass is opaque, whereas in the state of applying the voltage (on) to the glass bead It was confirmed that the light was transparent and the smart glass was transparent. This is opaque because the liquid crystal is irregularly arranged on the outer surface of the glass bead when the smart glass is in the off state to block the transmission of light, and when the smart glass is in the on state, the liquid crystal is arranged horizontally with the outer surface of the glass bead to transmit the light. It is transparent because it makes.
본 발명의 다른 한 양태에 따르면, 본 발명은, 상기 VO2 박막의 온도가 설정치보다 높으면 상기 VO2 박막에 의해 적외선이 차단되고, 설정치보다 낮으면 적외선이 투과하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스의 제조방법으로서, 글라스의 표면에 VO2 박막을 증착시키는 제1 단계; 글라스 비드를 상기 VO2 박막이 증착된 한 쌍의 글라스 사이에 개재하는 제2 단계; 상기 제2 단계에서 글라스 비드를 개재하여 형성된 글라스 비드층의 공극에 염료, 액정(Liquid Crystal) 및 폴리머를 혼합한 혼합물을 혼입하여 비드 분산형 액정(Bead dispersed Liquid Crystal; BDLC)을 형성하는 제3 단계; 및 상기 비드 분산형 액정을 통해 적외선을 투과시키거나 차단하도록 제어하는 제 4 단계;를 포함하는 스마트 글라스의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the invention there is provided, the temperature of the VO 2 thin film is higher than the set point, the infrared being blocked by the VO 2 thin film, and production of smart glass, characterized in that the infrared light transmission is lower than the set point A method comprising: depositing a VO 2 thin film on a surface of a glass; A second step of interposing a glass bead between the pair of glasses on which the VO 2 thin film is deposited; A third step of forming a bead dispersed liquid crystal (BDLC) by mixing a mixture of dyes, liquid crystals, and polymers into the pores of the glass bead layer formed through the glass beads in the second step; step; And a fourth step of controlling to transmit or block infrared rays through the bead dispersed liquid crystal.
본 발명은 적외선을 차단할 수 있는 스마트 글라스를 제조하는 방법을 연구한 결과, 글라스 표면에 금속 절연체 전이(metal-insulator transition; MIT) 특성을 갖는 VO2 박막으로 코팅할 경우, 설정치 온도에서 적외선을 차단 또는 투과시킬 수 있는 스마트 글라스를 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.As a result of studying a method of manufacturing a smart glass that can block infrared rays, the present invention, when coated with a VO 2 thin film having a metal-insulator transition (MIT) on the glass surface, the infrared rays are blocked at a set temperature Or it was confirmed that the smart glass that can be transmitted can be produced, the present invention was completed.
본 발명의 스마트 글라스의 제조방법에 있어서, 상기 제1 단계에서 VO2 박막의 증착은 스퍼터링(Sputtering)법에 따라 증착시키며, Ar과 O2의 비율은 95~96 : 5~4인 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a smart glass of the present invention, the deposition of the VO 2 thin film in the first step is deposited by the sputtering method, the ratio of Ar and O 2 is characterized in that 95 ~ 96: 5 ~ 4 do.
본 발명의 일 실험예에 따르면, Ar과 O2의 비율에 따른 VO2 박막 증착 특성을 확인한 결과, Ar과 O2의 비율이 95~96 : 5~4일 경우에 VO2 박막이 형성되는데 반해 상기 비율을 벗어날 경우에는 VO2 박막이 형성되지 않아 본 발명에서 구현하고자 하는 스마트 글라스를 제조하는데 바람직하지 않음을 확인하였다. 이러한 결과는, 스마트 글라스를 제조함에 있어 글라스 표면에 VO2 박막을 형성하는 조건 또한 중요한 요소임을 보여준다(실험예 1 및, 도 7 내지 11 참조).According to an experimental example of the present invention, confirming the VO 2 thin film deposition characteristics according to the ratio of the Ar and O 2 results, the ratio of the Ar and O 2 95 ~ 96: 5 ~ 4 The VO 2 thin film, while there is formed in the case of When the ratio is out of the VO 2 thin film is not formed it was confirmed that it is not preferable to manufacture the smart glass to be implemented in the present invention. These results show that the conditions for forming the VO 2 thin film on the glass surface is also an important factor in manufacturing smart glass (see Experimental Example 1 and FIGS. 7 to 11).
본 발명의 스마트 글라스의 제조방법에 있어서, 상기 염료는 종래에 스마트 글라스를 제조하기 위해 이용된 어떠한 염료도 사용가능하며, 붉은색 염료, 푸른색 염료, 노란색 염료 및 흑색 염료로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 염료를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the manufacturing method of the smart glass of the present invention, the dye may be used any dye conventionally used to manufacture the smart glass, it is selected from the group consisting of red dye, blue dye, yellow dye and black dye. It is characterized by including one or more dyes.
본 발명의 스마트 글라스의 제조방법에 있어서, 상기 스마트 글라스 내부의 온도는 44℃ 내지 61℃인 것을 특징으로 한다.In the smart glass manufacturing method of the present invention, the temperature inside the smart glass is characterized in that 44 ℃ to 61 ℃.
본 발명의 다른 한 양태에 따르면, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조된 스마트 글라스가 적용된 글라스 윈도우를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a glass window to which the smart glass manufactured according to the manufacturing method is applied.
본 발명의 글라스 윈도우에 있어서, 상기 글라스 윈도우는 자동차용 유리, 건축물용 유리 및 파티션용 유리에 적용 가능한 것을 특징으로 한다.In the glass window of the present invention, the glass window is applicable to automotive glass, building glass and partition glass.
본 발명에 따른 스마트 글라스는 VO2 박막이 코팅된 글라스 및 비드 분산형 액정을 포함함으로써 스마트 글라스 내부 온도에 따라 적외선을 투과 및 차단할 수 있어 열에너지를 효율적으로 차단할 수 있으므로, 자동차용 유리, 건축물용 유리 및 파티션용 유리등과 같이 실내용 글라스로서 이용 가능하다.The smart glass according to the present invention includes a glass coated with a VO 2 thin film and a bead-dispersed liquid crystal, which can transmit and block infrared rays according to the temperature of the smart glass, thereby efficiently blocking thermal energy. And indoor glass such as partition glass.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 글라스는 적외선의 투과 및 차단에 의해 색상이 변화하기 때문에 실외의 다양한 용도에 이용가능할 뿐만아니라 대규모 및 대형 스마트 글라스 또는 스마트 윈도우를 제공할 수 있다. As described above, the smart glass according to the present invention can be used for a variety of outdoor applications as well as provide a large and large smart glass or smart window because the color is changed by the transmission and blocking of infrared rays.
또한, 본 발명에 따른 스마트 글라스는 건축물의 외벽뿐만 아니라 자동차를 비롯한 운송 수단, 사무실 내부, 호텔 로비, 백화점 쇼윈도, 비즈니스 시설, 컨벤션 홀 등에 다양하게 활용될 수 있다.In addition, the smart glass according to the present invention can be used in various ways such as not only the outer wall of the building but also a vehicle, a vehicle, an office interior, a hotel lobby, a department store show window, a business facility, a convention hall, and the like.
도 1은 유리구슬 구조 및 염료복합화를 이용한 스마트 윈도우의 개략도이다.
도 2는 스마트 글라스 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 스마트 글라스 작동 원리를 나타내는 것이다.
도 4는 글라스 비드를 균일하게 도포하기 위한 다양한 방법을 나타내는 모식도이다((a) Langmuir-Blodgett 법과 Langmuir-Schaefer법 (b) Sping coating 법 (c)Dip coating 법 (d) Bar coating중 wire bar coating 법).
도 5는 Guset - Host 동작 원리를 나타내는 것이다.
도 6은 VO2의 온도에 따른 IR 영역 차단 효과 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 3-1의 라만 스펙트럼을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 3-2의 라만 스펙트럼을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9은 실시예 3-3의 라만 스펙트럼을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 실시예 3-4의 라만 스펙트럼을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 실시예 3-5의 라만 스펙트럼을 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 실시예 3-2의 투광도를 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 13는 실시예 3-3의 투광도를 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 실시예 3-4의 투광도를 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라 BDLC가 적용된 스마트 글라스의 투광도를 확인한 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 액정의 droplet size를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 발명의 일 실시예에 따라 BDLC가 적용된 스마트 글라스의 투광도를 확인한 결과를 나타내는 도면이다.1 is a schematic diagram of a smart window using glass bead structure and dye complexation.
2 schematically shows a smart glass configuration.
3 shows the smart glass operating principle.
4 is a schematic diagram showing various methods for uniformly applying glass beads ((a) Langmuir-Blodgett method and Langmuir-Schaefer method (b) Sping coating method (c) Dip coating method (d) wire bar coating during bar coating method).
5 shows the principle of Guset-Host operation.
6 is a view showing an IR region blocking effect mechanism according to the temperature of VO 2 .
7 shows the results of analyzing the Raman spectrum of Example 3-1.
8 shows the results of analyzing the Raman spectrum of Example 3-2.
9 shows the results of analyzing the Raman spectrum of Example 3-3.
10 shows the results of analyzing the Raman spectrum of Example 3-4.
11 shows the results of analyzing the Raman spectrum of Example 3-5.
12 is a diagram illustrating a result of analyzing the light transmittance of Example 3-2.
FIG. 13 shows the results of analyzing the light transmittance of Example 3-3. FIG.
14 is a diagram showing the results of analyzing the light transmittance of Example 3-4.
FIG. 15 is a diagram illustrating a result of checking light transmittance of a smart glass to which BDLC is applied according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 16 is a diagram illustrating a result of measuring droplet sizes of liquid crystals prepared according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 17 is a diagram illustrating a result of checking a light transmittance of a smart glass to which a BDLC is applied according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. The objects, features and advantages of the present invention will be readily understood through the following examples. The present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. The embodiments introduced herein are provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.
실시예 1: 데코스마트 글라스 대면적 제조Example 1 Manufacture of Decosmart Glass Large Area
글라스 비드(Glass beads)의 균일 도포를 위하여 글라스 비드/액정 복합필름의 액정의 물리화학적 특성, 글라스 비드의 표면상태, 굴절률 등의 특성뿐만 아니라, 균일한 두께의 도포가 중요하다.In order to uniformly apply glass beads, not only the physical and chemical properties of the liquid crystal of the glass bead / liquid crystal composite film, the surface state of the glass beads, the refractive index, etc., but also the application of uniform thickness is important.
마이크론 크기의 글라스 비드를 단층 혹은 다층으로 균일하게 도포하는 기술은 (1) Langmuir-Blodgett (LB), (2) spin coating, (3) dip coating,(4) bar coating 방법이 있다.The technique of uniformly applying micron-sized glass beads in a single layer or multiple layers includes (1) Langmuir-Blodgett (LB), (2) spin coating, (3) dip coating, and (4) bar coating.
첫 번째로, LB 법은 글라스 비드 표면을 소수성 처리하여 물 표면에 띄운 후 기재위로 전이하는 방법으로 단층 박막을 얻는 데 유리하며 전이하는 방법에 따라 Langmuir-Schaefer (LS)법도 있다.Firstly, the LB method is a method of hydrophobic treatment of the glass bead surface to float on the surface of water and then transferred onto a substrate, which is advantageous for obtaining a single layer thin film. There is also a Langmuir-Schaefer (LS) method.
다음으로, Spin coating 법은 휘발성 용매에 분산된 글라스 비드를 사용하여 단층/다층 도포가 가능하도록 하는 방법으로, 글라스 비드의 분산성, 용액의 점도와 휘발성 등을 조절하여 균일 도포한다.Next, the spin coating method is a method in which single-layer / multi-layer coating is possible using glass beads dispersed in a volatile solvent, and uniform coating is performed by controlling the dispersibility of the glass beads, the viscosity and volatility of the solution, and the like.
세 번째로, Dip coating법은 용매에 분산된 글라스 비드를 중력과 모세관력(capillary force)의 균형에 의한 자기조합에 의해 코팅하는 방법으로, 용액의 점도와 휘발성, 기재에 대한 젖음성(wetting) 등을 조절하여 균일 도포한다.Thirdly, Dip coating is a method of coating glass beads dispersed in a solvent by self-combination by the balance of gravity and capillary force, and the viscosity and volatility of the solution, wetting of the substrate, etc. Adjust to apply uniformly.
마지막으로, Bar coating은 와이어바(wire bar) 또는 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 릴-투-롤(rill-to-roll)의 연속적인 대면적 코팅이 가능한 방법으로, 용액의 점도, 휘발성, 기재에의 코팅성, 글라스 비드의 농도, 블레이드의 속도 등을 제어하여 도포한다.Finally, bar coating is a method that enables continuous large area coating of reel-to-roll using a wire bar or doctor blade, which results in viscosity and volatility of the solution. The coating property on the substrate, the concentration of the glass beads, the speed of the blade, and the like are controlled and applied.
본 발명에서는 상기 방법 중 spin coating 법을 이용하여 글라스 비드를 도포하였다. In the present invention, the glass beads were coated using the spin coating method.
실시예 2: 액정 및 염료 혼합물의 제조Example 2: Preparation of Liquid Crystal and Dye Mixture
guest(dichroic dye) - host (nematic liquid crystal) 방식으로 액정 원료를 혼합하여 혼합물을 제조하였다.The mixture was prepared by mixing the liquid crystal raw material by guest (dichroic dye) -host (nematic liquid crystal) method.
구체적으로는, LC(52~58%), monomer, TEGDA(25~29%), di-functional ether, TMPDE(8~10%), cross-linker, TMPTMP(8~10%)(in colored BDLCs red dye, AR1 (0.7~1%)) 각각의 구성성분을 바이알에 넣고 30분 동안 교반시킨다. 그 다음, 균일하게 섞인 BDLC mixture를 모세관 주입 방법을 이용하여 ITO 유리 사이에 주입시키고, UV경화기에서 30분 동안 경화시킨다(intensity ~95.4 mW/cm2). 경화 과정에서 단량체가 중합되어 PIPS 공정에 의해 액정을 droplet의 형태로 캡슐화 시킨다. 측정 및 분석을 하기 전에 셀을 상온에 두어 냉각시킨다.Specifically, LC (52-58%), monomer, TEGDA (25-29%), di-functional ether, TMPDE (8-10%), cross-linker, TMPTMP (8-10%) (in colored BDLCs Red dye, AR1 (0.7-1%) Each component is placed in a vial and stirred for 30 minutes. Then, the uniformly mixed BDLC mixture is injected between the ITO glasses using a capillary injection method and cured for 30 minutes in a UV curing machine (intensity ˜95.4 mW / cm 2 ). During the curing process, the monomers are polymerized to encapsulate the liquid crystal in the form of droplets by the PIPS process. Allow the cell to cool to room temperature before measuring and analyzing.
상기 제조한 혼합물에서 염료 분자는 액정 방향과 나란하게 배향되며, 빛의 편광 방향과 염료의 길이방향이 수평할 경우 빛 통과하며, 빛의 편광 방향과 염료의 길이방향이 수직일 경우 빛 차단되어 편광 효과를 나타낸다.In the prepared mixture, the dye molecules are oriented parallel to the liquid crystal direction, and the light passes when the polarization direction of the light and the length direction of the dye are horizontal. Effect.
실시예 3: 온도가변형 적외선 차단 멀티나노코팅Example 3 Variable Temperature Infrared Blocking Multi Nano Coating
1) VO1) VO 22 나노박막 증착 및 특성 평가 Nano Thin Film Deposition and Characterization
고효율 써모크로믹(Thermochromic) 구현을 위해 모트 금속-절연체 전이현상을 가지는 바나듐 옥사이드(VO2) 박막 증착을 설계하였다.A vanadium oxide (VO 2 ) thin film deposition with a mort metal-insulator transition is designed for high efficiency thermochromic implementation.
VO2는 실내의 소비 에너지 절감을 위한 thermochromic(TC) smart glass의 재료로 각광받고 있는 물질이다. VO2는 쉽게 주변 환경의 온도 변화에 의해 critical temperature Tc (68°C, bulk VO2)를 기준으로 metal-insulator transition(MIT)이 급격하게 일어나기 때문에 thermochromic 재료로 주목받고 있다. VO2의 MIT 특성 때문에 T < Tc에서 monoclinic 구조를 갖고 IR 영역의 빛을 투과시키고, T > Tc에서는 rutile 구조를 갖고 IR 영역의 빛을 반사시켜 thermochromic을 위한 재료로 적합하므로, VO2 박막을 선택하여 Ar/O2 비율에 따른 증착 특성을 확인하였다. Sputter에서 하기 표 1에 따른 Ar/O2 비율 및 증착 조건에 따라 VO2 박막을 제조하였다.VO 2 is a popular material for thermochromic (TC) smart glass for energy saving in the room. VO 2 is attracting attention as a thermochromic material because the metal-insulator transition (MIT) occurs rapidly based on the critical temperature Tc (68 ° C, bulk VO 2 ) due to the temperature change of the surrounding environment. Since MIT characteristics of the VO 2 T <has a monoclinic structure at Tc and transmitting light of the IR region, T> in the Tc it has a rutile structure to reflect the light of the IR region, so is suitable as a material for the thermochromic, select the VO 2 thin film To determine the deposition characteristics according to the Ar / O 2 ratio. A VO 2 thin film was prepared according to the Ar / O 2 ratio and the deposition conditions according to Table 1 in Sputter.
실험예 1: 라만 스펙트럼 분석Experimental Example 1 Raman Spectrum Analysis
상기 실시예 3에서 제조한 각각의 VO2 박막의 라만 스펙트럼을 분석하였으며, 그 결과를 도 7 내지 도 11에 나타내었다. 라만 스펙트럼 분석은 라만 스펙트럼 장비를 이용하여 표 1의 Ar 과 O2 의 조건에 따른 라만 스펙트럼을 분석하였다.The Raman spectrum of each VO 2 thin film prepared in Example 3 was analyzed, and the results are shown in FIGS. 7 to 11. Raman spectrum analysis was analyzed Raman spectrum according to the conditions of Ar and O 2 in Table 1 using the Raman spectrum equipment.
그 결과, 도 7 내지 도 11에서 확인할 수 있듯이, Ar:O2의 비율이 95:5인 실시예 3-2, Ar:O2의 비율이 95.5:4.5인 실시예 3-3 및 Ar:O2의 비율이 96:4인 실시예 3-4에서 VO2의 특성 peak를 확인하였으며, Ar:O2의 비율이 94.5:5.5인 실시예 3-1 및 Ar:O2의 비율이 96.5:3.5인 실시예 3-5에서는 VO2의 특성 peak가 생성되지 않음을 확인하였다. 즉, Ar:O2의 비율은 95~96:5~4 인 것이 바람직함을 확인하였다.As a result, as can be seen from Fig. 7 to Fig. 11, Example 3-2 in which the ratio of Ar: O 2 is 95: 5, Example 3-3 and Ar: O in which the ratio of Ar: O 2 is 95.5: 4.5 4 was in the example 3-4 confirmed that the characteristic peak VO 2, Ar:: the ratio of the ratio of
실험예 2: 투과도 분석Experimental Example 2: Permeability Analysis
상기 실험예 1에서 VO2의 특성 peak가 생성된 실시예 3-2, 3-3 및 3-4의 VO2 박막의 특성을 평가하기 위하여 기판 온도 조절이 가능한 UV-Visible-IR Spectrometer를 이용하여 상전이 온도 이상과 이하에서 박막 특성을 분석하였으며, 그 결과를 도 12 내지 도 14, 및 표 2에 나타내었다. 구체적인 실험 방법은 아래와 같다.In order to evaluate the properties of the VO 2 thin films of Examples 3-2, 3-3, and 3-4 in which the characteristic peaks of VO 2 were generated in Experimental Example 1, a UV-Visible-IR Spectrometer capable of controlling substrate temperature was used. Thin film characteristics were analyzed above and below the phase transition temperature, and the results are shown in FIGS. 12 to 14 and Table 2. The specific experimental method is as follows.
그 결과, 도 12 내지 도 14, 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 전체적으로 Δ%T가 높게 측정되었으나, Ar:O2 의 비율이 95 : 5 조건에서 Δ%T가 가장 높게 측정되었다.As a result, as can be seen in Figures 12 to 14, and Table 2, the Δ% T was measured as a high overall, Δ% T was measured the highest in the Ar: O 2 ratio 95: 5 conditions.
실시예 4: BDLC(Bead Dispersed Liquid Crystal)의 합성 및 이를 적용한 스마트 글라스의 제조Example 4 Synthesis of BDLC (Bead Dispersed Liquid Crystal) and Preparation of Smart Glass Applying the Same
Acrylate-assisted thiol-ene을 기반으로 하여 BDLC을 합성하였다. 구체적으로는, LC(52~58%), monomer, TEGDA(25~29%), di-functional ether, TMPDE(8~10%), cross-linker, TMPTMP(8~10%)(in colored BDLCs red dye, AR1 (0.7~1%)) 각각의 구성성분을 바이알에 넣고 30분 동안 교반시킨다. 그 다음, 균일하게 섞인 BDLC mixture를 모세관 주입 방법을 이용하여 ITO 유리 사이에 주입시키고, UV경화기에서 30분 동안 경화시킨다(intensity ~95.4 mW/cm2). 경화 과정에서 단량체가 중합되어 PIPS 공정에 의해 액정을 droplet의 형태로 캡슐화 시킨다.. 측정 및 분석을 하기 전에 셀을 상온에 두어 냉각시킨다.BDLC was synthesized based on acrylate-assisted thiol-ene. Specifically, LC (52-58%), monomer, TEGDA (25-29%), di-functional ether, TMPDE (8-10%), cross-linker, TMPTMP (8-10%) (in colored BDLCs Red dye, AR1 (0.7-1%) Each component is placed in a vial and stirred for 30 minutes. Then, the uniformly mixed BDLC mixture is injected between the ITO glasses using a capillary injection method and cured for 30 minutes in a UV curing machine (intensity ˜95.4 mW / cm 2 ). During the curing process, the monomers are polymerized to encapsulate the liquid crystal in the form of droplets by the PIPS process. The cells are allowed to cool to room temperature before measurement and analysis.
실험예 3: BDLC의 특성 분석Experimental Example 3: Characterization of BDLC
실시예 4에서 제조한 BDLC를 육안으로 색을 확인하고, 전기를 흘려 투명하게 변하는지 실험을 진행하였으며, 그 결과를 도 15에 나타내었다.The BDLC prepared in Example 4 was visually checked for color, and an experiment was conducted to change the color to transparent by flowing electricity. The results are shown in FIG. 15.
그 결과, 도 15에서 확인할 수 있듯이 전기를 흘려주기 전에는 불투명한 붉은색 계열의 색을 나타내었으나, 전기를 흘려줄 경우 불투명한 색이 투명한 색으로 변하는 것을 확인할 수 있다.As a result, as shown in FIG. 15, the opaque red-based color was displayed before the electricity was flowed, but when the electricity was flowed, the opaque color was changed to a transparent color.
또한, 액정의 droplet 사이즈를 SEM을 이용하여 측정한 결과는 그 결과를 도 16에 나타내었으며, BDLC의 투과도를 측정한 결과는 도 17에 나타내었다.In addition, the result of measuring the droplet size of the liquid crystal using the SEM is shown in Figure 16, the result of measuring the transmittance of the BDLC is shown in Figure 17.
마지막으로, BDLC의 특성을 분석한 모든 결과를 표 3에 나타내었다.Finally, Table 3 shows all the results of analyzing the characteristics of the BDLC.
(μm)(μm)
Claims (11)
상기 스마트글라스는, 표면에 VO2 박막이 35~150nm로 코팅된 한쌍의 글라스; 및
상기 한쌍의 글라스 사이에 구비된 비드 분산형 액정으로 이루어지며,
상기 비드 분산형 액정은 글라스 비드와 염료, 액정 및 폴리머의 혼합물을 포함하고,
상기 염료, 액정 및 폴리머의 혼합물은 상기 글라스 비드가 형성하는 공극에 분산되어 이루어지고,
상기 적외선의 투과 또는 차단은, 글라스 표면에 코팅된 VO2 박막의 온도가 설정치보다 높으면 차단되고, 설정치보다 낮으면 투과하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스.
Smart glasses that transmit or block infrared rays depending on temperature,
The smart glass, a pair of glass coated with 35 ~ 150nm VO 2 thin film on the surface; And
It is made of a bead dispersed liquid crystal provided between the pair of glass,
The bead dispersed liquid crystal comprises a mixture of glass beads and dyes, liquid crystals and polymers,
The mixture of the dye, liquid crystal and polymer is made to be dispersed in the pores formed by the glass beads,
The transmission or blocking of the infrared rays is cut off when the temperature of the VO 2 thin film coated on the glass surface is higher than the set value, and transmits when the temperature is lower than the set value.
상기 VO2 박막 온도는 44℃ 내지 61℃인 것을 특징으로 하는 스마트 글라스.
The method of claim 1,
The VO 2 thin film temperature is 44 ℃ to 61 ℃ smart glass, characterized in that.
상기 염료는 붉은색 염료, 푸른색 염료, 노란색 염료 및 흑색 염료로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스.
The method of claim 1,
The dye is smart glass, characterized in that it comprises at least one dye selected from the group consisting of red dye, blue dye, yellow dye and black dye.
상기 비드 분산형 액정은 스마트 글라스가 오프(Off) 상태일 때, 글라스 비드의 외면을 따라 불규칙하게 배열되어 빛의 투과를 차단하고, 스마트 글라스가 온(On) 상태일 때, 글라스 비드와 수평하게 배열되어 빛을 투과하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스.
The method of claim 1,
The bead-dispersed liquid crystal is irregularly arranged along the outer surface of the glass bead when the smart glass is in an off state to block light transmission, and horizontally with the glass bead when the smart glass is in the on state. Smart glass, characterized in that arranged to transmit light.
글라스의 표면에 VO2 박막을 35~150nm로 증착시키는 제1 단계;
글라스 비드를 상기 VO2 박막이 증착된 한 쌍의 글라스 사이에 개재하여 글라스 비드층을 형성하는 제2단계;
상기 제2 단계의 한 쌍의 글라스에 글라스 비드를 개재하여 형성된 글라스 비드층의 공극에 염료, 액정(Liquid Crystal) 및 폴리머를 혼합한 혼합물을 혼입하여 비드 분산형 액정(Bead dispersed Liquid Crystal; BDLC)을 형성하는 제3 단계; 및
상기 비드 분산형 액정을 통해 적외선을 투과시키거나 차단하도록 제어하는 제 4 단계;를 포함하는 스마트 글라스의 제조방법.
When the temperature of the VO 2 thin film on the surface of the smart glass is higher than the VO 2 thin film, infrared rays are blocked by the VO 2 thin film.
Depositing a VO 2 thin film on the surface of the glass at 35 to 150 nm;
A second step of forming a glass bead layer by interposing a glass bead between the pair of glasses on which the VO 2 thin film is deposited;
Bead dispersed liquid crystal (BDLC) by mixing a mixture of a dye, a liquid crystal, and a polymer in the pores of the glass bead layer formed through the glass beads in the pair of glasses in the second step. Forming a third step; And
And a fourth step of controlling to transmit or block infrared rays through the bead dispersed liquid crystal.
상기 제1 단계에서 VO2 박막의 증착은 스퍼터링(Sputtering)법에 따라 증착시키며, Ar과 O2의 비율은 95~96 : 5~4인 것을 특징으로 하는 스마트 글라스의 제조방법.
The method of claim 6,
In the first step, the VO 2 thin film is deposited by sputtering, and the ratio of Ar and O 2 is 95-96: 5-4.
상기 염료는 붉은색 염료, 푸른색 염료, 노란색 염료 및 흑색 염료로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 글라스의 제조방법.
The method of claim 6,
The dye is a method of manufacturing a smart glass, characterized in that it comprises at least one dye selected from the group consisting of red dye, blue dye, yellow dye and black dye.
상기 VO2 박막의 온도는 44℃ 내지 61℃인 것을 특징으로 하는 스마트 글라스의 제조방법.
The method of claim 6,
The temperature of the VO 2 thin film is a manufacturing method of the smart glass, characterized in that 44 ℃ to 61 ℃.
Glass window to which the smart glass of claim 1 or the smart glass manufactured according to the manufacturing method of claim 6.
상기 글라스 윈도우는 자동차용 유리, 건축물용 유리 및 파티션용 유리에 적용 가능한 것을 특징으로 하는 글라스 윈도우.The method of claim 10,
The glass window is characterized in that it is applicable to glass for automobiles, glass for buildings and glass for partitions.
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