KR102475740B1 - 전기변색소자 - Google Patents

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Abstract

구현예는 전기변색원리를 바탕으로 우수한 광투과 조절 성능을 구현함과 동시에 유연성을 갖는 전기변색소자에 관한 것으로서, 상기 전기변색소자는 제1 기재층 및 제2 기재층 사이에 광투과가변 구조체가 개재되고, 상기 광투과가변 구조체가 제1 변색층 및 제2 변색층을 포함하고, 상기 제1 변색층이 환원성 변색 물질을 포함하고, 상기 제2 변색층이 산화성 변색 물질을 포함하고,상기 식 1에서 정의된 c의 값이 1.0 내지 1.6이다.

Description

전기변색소자{ELECTROCHROMIC DEVICE}
전기변색원리를 바탕으로 우수한 광투과 조절 성능을 구현함과 동시에 유연성을 갖는 전기변색소자에 관한 것이다.
최근 환경 보호에 대한 관심이 높아지면서 에너지 효율을 향상시키는 기술에 대한 관심도 함께 높아지고 있다. 일례로, 스마트 윈도우(Smart Window), 에너지 하베스팅(Energy harvesting)과 같은 기술에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이 중 스마트 윈도우는 외부에서 유입되는 빛의 투과 정도를 조절하여 에너지 효율을 향상시키고, 이용자에게 쾌적한 환경을 제공할 수 있는 능동 제어 기술을 의미하며, 다양한 산업 분야에 공통적으로 적용될 수 있는 기반 기술이다. 이러한 스마트 윈도우는 전기 변색 원리를 기본 원리로 하는데, 전기 변색이란 인가되는 전원에 의하여 전기 화학적 산화 또는 환원 반응이 일어나고, 이에 따라 전기변색 활성 물질의 고유한 색이나 광투과도와 같은 광학적 특성이 변하는 현상이다.
종래에는 블라인드나 커튼 등을 이용한 일사 차단을 통해 태양빛과 열의 실내 유입을 막았고, 기능성 필름을 건물 유리에 부착함으로써 일정 부분 효과를 거두기도 하였으나, 계절, 날씨, 주야 등의 변화에 맞추어 대응할 수 없는 수동적인 차단에 불과하였다. 이에, 최근에는 능동적인 차단이 가능한 기술들이 소개되고 있으나, 대부분이 여러 장의 유리 사이에 전기 변색 기술을 적용한 유리형 스마트 윈도우에 관련된 기술이다. 그러나, 이는 제조 공정이 복잡하고, 시공할 창의 크기에 따라 사이즈를 맞춰 제작해야 하기 때문에 제품 가격이 매우 고가이어서 상용화 하기에는 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 실리콘 마감 등을 하는 경우 수분이 침투될 수 있어 누전의 위험이 있고, 물류 이동시에 적재공간을 많이 차지하고 동시에 유리라는 소재 특성상 외부의 충격에 깨지기 쉬워 위험하다는 문제도 있다.
따라서, 상기 문제를 해결함과 동시에 우수한 광투과 조절 기능을 구현할 수 있는 스마트 윈도우에 관한 연구가 계속적으로 요구되고 있다.
전기변색원리를 바탕으로 우수한 광투과 조절 성능을 구현함과 동시에 유연성을 갖는 전기변색소자를 제공하고자 한다.
일 구현예에 따른 전기변색소자는 제1 기재층 및 제2 기재층 사이에 광투과가변 구조체가 개재되고, 상기 광투과가변 구조체가 제1 변색층 및 제2 변색층을 포함하고, 상기 제1 변색층이 환원성 변색 물질을 포함하고, 상기 제2 변색층이 산화성 변색 물질을 포함하고, 하기 식 1에서 정의된 c의 값이 1.0 내지 1.6이다.
<식 1>
c = T2/T1 X b/a
상기 식 1에서,
T1(착색 시간)은 상기 전기변색소자에 3V의 전원을 인가하여 가시광선 투과율이 65%일 때부터 15%가 될 때까지 걸리는 시간(s)이고, T2(탈색 시간)은 상기 착색 시간 측정 후 전류 방향을 바꾸어 가시광선 투과율이 15%일 때부터 65%가 될 때까지 걸리는 시간(s)이고, a는 제1 변색층의 두께(nm)이고, b는 제2 변색층의 두께(nm)이다.
구현예에 따른 전기변색소자는 변색층의 두께 비율 및 착색/탈색 시간 비율을 적절히 제어함으로써 폭넓은 가시광선 투과율 변화 범위를 확보할 뿐만 아니라 우수한 UV선 차단 성능 및 IR선 차단 성능을 구현하여 외부로부터 유입되는 빛과 열을 간단한 동작만으로 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 전기변색소자는 전기를 가했을 때 광투과율이 가역적으로 변화하는 특성을 가짐으로써, 버튼을 누르는 것과 같은 간단한 동작만으로 가시광선, UV선, IR선 투과율 등을 선택적으로 제어할 수 있어, 실내 밝기 제어 및 실내 난방/냉방 에너지 절감이 가능하다.
구현예에 따른 전기변색소자는 전기변색원리를 바탕으로 우수한 광투과 가변 기능을 구현함과 동시에 유연성을 갖는 기계적 물성을 확보함으로써, 종래에 견고한 구조로만 적용해야 했던 한계를 극복하고, 기존의 투명한 윈도우와 같은 구조에 단순히 부착하는 것만으로 목적하는 기술 수단을 확보할 수 있다.
뿐만 아니라, 다양한 윈도우 사이즈에 맞게 손쉽게 재단하여 부착할 수 있고, 유연한 특성을 갖기 때문에 굴곡이 있는 윈도우에도 성능의 저하 없이 적용할 수 있어서 시공성이 우수하며, 파손 위험이 낮으며, 롤 형태로 유지할 수 있어 물류 비용이 절감되고, 보관 및 운반시에도 용이하다.
도 1은 구현예에 따른 전기변색소자가 적용된 윈도우를 개념적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에서의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도 및 이의 확대도이다.
도 3은 일 구현예에 따른 전기변색소자의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 일 구현예에 따른 전기변색소자 및 광투과가변 구조체의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 일 구현예에 따른 전기변색소자 및 배리어층의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 일 구현예에 따른 전기변색소자의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구현예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 구현예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 본 명세서에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서 각 필름, 윈도우, 패널, 구조체, 또는 층 등이 각 필름, 윈도우, 패널, 구조체, 또는 층 등의 "상(on)" 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 단수 표현은 특별한 설명이 없으면 문맥상 해석되는 단수 또는 복수를 포함하는 의미로 해석된다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위해 사용되는 것이고, 상기 구성 요소들은 상기 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로 구별하는 목적으로 사용된다.
구현예는 전기변색원리를 바탕으로 우수한 광투과 조절 성능을 구현함과 동시에 유연성을 갖는 전기변색소자를 제공한다.
일 구현예에 따른 전기변색소자(100)는 제1 기재층(110) 및 제2 기재층(150) 사이에 광투과가변 구조체(130)가 개재되고, 상기 광투과가변 구조체(130)가 제1 변색층(133) 및 제2 변색층(137)을 포함한다(도 3 및 도 4 참조).
상기 제1 변색층이 환원성 변색 물질을 포함하고, 상기 제2 변색층이 산화성 변색 물질을 포함할 수 있다.
상기 전기변색소자(100)는 하기 식 1에서 정의된 c의 값이 1.0 내지 1.6이다.
<식 1>
c = T2/T1 X b/a
상기 식 1에서,
T1(착색 시간)은 상기 전기변색소자에 3V의 전원을 인가하여 가시광선 투과율이 65%일 때부터 15%가 될 때까지 걸리는 시간(s)이고,
T2(탈색 시간)은 상기 착색 시간 측정 후 전류 방향을 바꾸어 가시광선 투과율이 15%일 때부터 65%가 될 때까지 걸리는 시간(s)이고,
a는 제1 변색층의 두께(nm)이고, b는 제2 변색층의 두께(nm)이다.
상기 전기변색소자의 상기 식 1에서 정의된 c의 값이 상기 범위를 만족함으로써 폭넓은 가시광선 투과율 변화 범위를 확보할 수 있고, 착색과 탈색을 반복하여도 안정적으로 일정 수준 이상의 성능을 나타내는 전기변색소자를 구현할 수 있다.
상기 식 1에서 정의된 c의 값이 상기 범위를 초과하게 되면, 가시광선의 차단율이 떨어지거나 착색 및 탈색시 미세한 균열이나 불균일이 나타날 수 있다. 구체적으로, 작동하는 시간이 지연되어 안정적으로 전기변색성능을 구현하지 못하게 되는 문제가 있다.
상기 전기변색소자(100)는 b/a 값이 1.5 내지 2.2이다.
상술한 바와 같이, 상기 a는 제1 변색층의 두께(nm)이고, 상기 b는 제2 변색층의 두께(nm)이다.
구체적으로, 상기 전기변색소자의 b/a 값은 1.5 내지 2.1 또는 1.5 내지 2.0일 수 있다.
상기 전기변색소자의 b/a 값이 상기 범위를 만족함으로써 투명해지고 어두워지는 색상 변화 구간이 폭넓어지고, 색상 변화 시간이 단축되는 효과가 있다. 또한, 우수한 UV선 차단 성능과 IR선 차단 성능을 구현함으로써 외부로부터 유입되는 빛과 열을 손쉽게 조절할 수 있다. 이로써 실내 밝기 제어, 자외선 차단, 실내 냉/난방 에너지 절감이 가능하다.
반면, 상기 전기변색소자의 b/a 값이 상기 범위를 벗어나게 되면 투명해지고 어두워지는 색상 변화 구간이 매우 좁아지고, 색상 변화 시간이 증가하여 매우 느리게 변화하거나 전기변색소자에 전기를 인가해도 아예 작동하지 않을 수 있다는 문제가 있고, UV선 차단율 및 IR선 차단율이 떨어지게 되어 목적하는 성능을 구현하지 못하게 된다.
상기 제1 변색층(133)은 상기 제2 변색층(137)에 포함되는 전기 변색 물질과는 상보적인 발색 특성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 상보적인 발색 특성이란 전기 변색 물질이 발색하는 반응의 종류가 서로 상이한 것을 의미하는 것이다.
예를 들어, 상기 제1 변색층에 산화성 변색 물질이 사용되는 경우, 상기 제2 변색층에는 환원성 변색 물질이 사용될 수 있고, 상기 제1 변색층에 환원성 변색 물질이 사용되는 경우, 상기 제2 변색층에는 산화성 변색 물질이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 변색층(133)은 환원성 변색 물질을 포함하고, 상기 제2 변색층(137)은 산화성 변색 물질을 포함할 수 있다.
상기 산화성 변색 물질은 산화반응이 일어날 때 변색되는 물질을 의미하고, 상기 환원성 변색 물질은 환원반응이 일어날 때 변색되는 물질을 의미한다.
즉, 산화성 변색 물질이 적용된 변색층에서 산화반응이 일어나는 경우 착색 반응이 일어나고, 환원반응이 일어나는 경우 탈색 반응이 일어난다. 환원성 변색 물질이 적용된 변색층에서 환원반응이 일어나는 경우 착색 반응이 일어나고, 산화반응이 일어나는 경우 탈색 반응이 일어난다.
이처럼 상보적인 발색 특성을 갖는 물질이 각 변색층에 포함됨으로써, 착색 또는 발색이 두 층에서 동시에 이루어질 수 있다. 또한, 착색 또는 발색은 전기변색소자에 인가되는 전압의 극성에 따라 교대될 수 있다.
일 구현예로서, 상기 제1 변색층(133)은 티타늄산화물(TiO), 바나듐산화물(V2O5), 니오븀오산화물(Nb2O5), 크롬산화물(Cr2O3), 망간산화물(MnO2), 철산화물(FeO2), 코발트산화물(CoO2), 니켈산화물(NiO2), 로듐산화물(RhO2), 탄탈산화물(Ta2O5), 이리듐산화물(IrO2), 텅스텐산화물(WO3), 비올로겐(viologen) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2 변색층(137)은 니켈 산화물(nickel oxide, 예를 들어, NiO, NiO2), 망간 산화물(manganese oxide, 예를 들어, MnO2), 코발트 산화물(cobalt oxide, 예를 들어, CoO2), 이리듐-마그네슘 산화물(iridium-magnesium oxide), 니켈-마그네슘 산화물(nickel-magnesium oxide), 티탄-바나듐 산화물(titanium-vanadium oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다. 또는, 상기 제2 변색층(137)은 프루시안 블루계 안료를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 a 값은 제1 변색층의 두께(nm)를 나타내고, 상기 a 값은 100 nm 초과이다. 구체적으로, 상기 a 값은 120 nm 이상, 150 nm 이상, 또는 200 nm 이상일 수 있다.
상기 b 값은 제2 변색층의 두께(nm)를 나타내고, 상기 b 값은 700 nm 미만이다. 구체적으로, 상기 b 값은 680 nm 이하, 650 nm 이하, 또는 600 nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 a+b 값은 450 nm 내지 950 nm, 500 nm 내지 950 nm, 450 nm 내지 900 nm, 또는 500 nm 내지 900 nm 일 수 있다.
상기 a 값 및 상기 b 값이 상기 범위를 만족하는 경우, 적절한 함량의 이온을 보유할 수 있고, 이와 동시에 전기변색소자의 박막화 및 가요성 확보에 유리하며, 우수한 가시광선, UV선, IR선 투과율 변화 특성을 구현할 수 있다.
일 구현예에 따른 전기변색소자(100)는 제1 기재층(110); 상기 제1 기재층(110) 상의 제1 배리어층(120); 상기 제1 배리어층(120) 상의 광투과가변 구조체(130); 상기 광투과가변 구조체(130) 상의 제2 배리어층(140); 및 상기 제2 배리어층(140) 상의 제2 기재층(150)을 포함한다(도 3 참조).
기재층
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 투명성과 내구성을 유지하기 위한 층에 해당하며, 고분자 수지를 포함한다.
구체적으로, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리시크로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCT), 폴리에테르술폰(PES), 나일론(nylon), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 사이클로올레핀폴리머(COP)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 더욱 구체적으로, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다.
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층이 상술한 고분자 수지를 포함함으로써, 내구성과 가요성을 모두 갖는 전기변색소자를 구현할 수 있다.
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 650 nm 파장의 광에 대하여 각각 80% 이상의 광투과도를 가진다. 구체적으로, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 650 nm 파장의 광에 대하여 각각 85% 이상 또는 90% 이상의 광투과도를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 각각 2.0% 이하, 1.8% 이하, 또는 1.5% 이하의 헤이즈를 가질 수 있다.
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 각각 80% 이상의 파단 신장율을 가진다. 구체적으로, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 각각 90% 이상, 100% 이상, 또는 120% 이상의 파단 신장율을 가질 수 있다.
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층이 각각 상술한 범위의 광투과도 및 헤이즈를 만족함으로써 투명성을 나타낼 수 있고, 상술한 범위의 파단 신장율을 만족함으로써 유연성을 나타낼 수 있다.
상기 제1 기재층의 두께는 10 ㎛ 내지 300 ㎛이다.
구체적으로, 상기 제1 기재층의 두께는 10 ㎛ 내지 250 ㎛, 10 ㎛ 내지 200 ㎛, 20 ㎛ 내지 250 ㎛, 20 ㎛ 내지 200 ㎛, 25 ㎛ 내지 200 ㎛, 25 ㎛ 내지 188 ㎛, 또는 50 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 기재층의 두께는 10 ㎛ 내지 300 ㎛이다.
구체적으로, 상기 제2 기재층의 두께는 10 ㎛ 내지 250 ㎛, 10 ㎛ 내지 200 ㎛, 20 ㎛ 내지 250 ㎛, 20 ㎛ 내지 200 ㎛, 25 ㎛ 내지 200 ㎛, 25 ㎛ 내지 188 ㎛, 또는 50 ㎛ 내지 150 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층의 두께가 상기 범위를 만족함으로써 얇으면서도 가볍고 유연성을 갖는 전기변색소자를 구현할 수 있고, 박막화에도 유리하다.
배리어층
상기 배리어층(제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층)은 외부로부터 광투과가변 구조체에 수분이나 기체를 포함한 불순물이 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
구현예에 있어서, 상기 전기변색소자는, 상기 제1 기재층 및 상기 광투과가변 구조체 사이에 개재된 제1 배리어층; 및 상기 제2 기재층 및 상기 광투과가변 구조체 사이에 개재된 제2 배리어층;을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층(120) 및 상기 제2 배리어층(140)은 각각 2 개 이상의 층을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 배리어층(120) 및 상기 제2 배리어층(140)은 각각 2 개의 층을 포함하거나, 3 개의 층을 포함할 수 있다(도 5 참조).
예를 들어, 상기 제1 배리어층(120)이 2 개의 층을 포함하고, 상기 제2 배리어층(140)이 2 개의 층을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제1 배리어층(120)이 3 개의 층을 포함하고, 상기 제2 배리어층(140)이 2 개의 층을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층(120)이 제1A 배리어층(121) 및 제1B 배리어층(122)을 포함하거나, 상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층(121), 제1B 배리어층(122) 및 제1C 배리어층(123)을 포함할 수 있다(도 5 참조).
구체적으로, 상기 제1 배리어층은 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층이 순차적으로 적층된 구조; 또는 제1A 배리어층, 제1B 배리어층 및 제1C 배리어층이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
상기 제1 배리어층은 제1 기재층 상에 적층될 수 있다.
상기 제2 배리어층(140)이 제2A 배리어층(141) 및 제2B 배리어층(142)을 포함하거나, 상기 제2 배리어층이 제2A 배리어층(141), 제2B 배리어층(142) 및 제2C 배리어층(143)을 포함할 수 있다(도 5 참조).
구체적으로, 상기 제2 배리어층은 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층이 순차적으로 적층된 구조; 또는 제2A 배리어층, 제2B 배리어층 및 제2C 배리어층이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다.
상기 제2 배리어층은 제2 기재층 하면에 적층될 수 있다.
일 구현예로서, 상기 제1 배리어층(120)이 제1A 배리어층(121) 및 제1B 배리어층(122)을 포함하고, 상기 제2 배리어층(140)이 제2A 배리어층(141) 및 제2B 배리어층(142)을 포함할 수 있다. 또는, 상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층(121), 제1B 배리어층(122) 및 제1C 배리어층(123)을 포함하고, 상기 제2 배리어층(140)이 제2A 배리어층(141) 및 제2B 배리어층(142)을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층(120)은 금속산화물, 금속질화물, 금속산화질화물, 준금속산화물, 준금속질화물, 준금속산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함한다.
구체적으로, 상기 제1 배리어층(120)은 금속질화물, 금속산화질화물, 준금속질화물, 준금속산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 제1 배리어층(120)은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함한다.
또한, 상기 제2 배리어층(140)은 금속산화물, 금속질화물, 금속산화질화물, 준금속산화물, 준금속질화물, 준금속산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함한다.
구체적으로, 상기 제2 배리어층(140)은 금속질화물, 금속산화질화물, 준금속질화물, 준금속산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함한다. 더욱 구체적으로, 상기 제2 배리어층(140)은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함한다.
구현예에 있어서, 상기 제1 배리어층(120)이 제1A 배리어층(121) 및 제1B 배리어층(122)을 포함하고, 상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층 중 하나는 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함하고, 다른 하나는 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층(120)이 제1C 배리어층(123)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1C 배리어층은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 폴리우레탄계 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 배리어층(140)이 제2A 배리어층(141) 및 제2B 배리어층(142)을 포함하고, 상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층 중 하나는 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함하고, 다른 하나는 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함할 수 있다.
상기 제2 배리어층(140)이 제2C 배리어층(143)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2C 배리어층은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 폴리우레탄계 수지를 포함할 수 있다.
다른 구현예에 있어서, 상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층을 포함하고, 상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층의 두께 비는 1:2 내지 1:10이다. 이때, 상기 제1A 배리어층은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하고, 상기 제1B 배리어층은 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함한다.
상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층의 두께 비는 1:2.5 내지 1:10 또는 1:2.5 내지 1:7.5일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층의 두께 비가 상기 범위를 만족함으로써, 필름의 광학적 특성, 굴절률 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 개선되는 효과가 있다. 상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층의 두께 비가 상기 범위를 벗어나는 경우, 굴절률이 저하되거나, 불투명해지거나, 광학적 특성 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 저하되는 문제점이 발생한다.
또한, 상기 제2 배리어층이 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층을 포함하고, 상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층의 두께 비는 1:2 내지 1:10이다. 이때, 상기 제2A 배리어층은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하고, 상기 제2B 배리어층은 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함한다.
상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층의 두께 비는 1:2.5 내지 1:10 또는 1:2.5 내지 1:7.5일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층의 두께 비가 상기 범위를 만족함으로써, 필름의 광학적 특성, 굴절률 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 개선되는 효과가 있다. 상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층의 두께 비가 상기 범위를 벗어나는 경우, 굴절률이 저하되거나, 불투명해지거나, 광학적 특성 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 저하되는 문제점이 발생한다.
일 구현예에 있어서, 상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층을 포함하고, 제1 기재층, 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1A 배리어층은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하고, 상기 제1B 배리어층은 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함한다.
다른 구현예로서, 상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층, 제1B 배리어층 및 제1C 배리어층을 포함하고, 제1 기재층, 제1A 배리어층, 제1B 배리어층 및 제1C 배리어층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1A 배리어층은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하고, 상기 제1B 배리어층은 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함하고, 상기 제1C 배리어층은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 폴리우레탄계 수지를 포함한다.
이때, 상기 제1A 배리어층의 두께는 10 nm 내지 50 nm, 10 nm 내지 40 nm, 또는 10 nm 내지 30 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제1B 배리어층의 두께는 30 nm 내지 100 nm, 30 nm 내지 80 nm, 30 nm 내지 70 nm, 또는 40 nm 내지 60 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층의 투습도는 각각 0.2 g/day·m2이하, 0.15 g/day·m2이하, 또는 0.1 g/day·m2이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1A 배리어층 상기 제1B 배리어층 두께 범위 및 투습도가 상기 범위를 만족함으로써, 필름의 광학적 특성, 굴절률 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 개선되는 효과가 있다. 반면, 상기 범위를 벗어나는 경우, 굴절률이 저하되거나, 불투명해지거나, 광학적 특성 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
다른 구현예에 있어서, 상기 제2 배리어층이 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층을 포함하고, 제2 기재층, 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2A 배리어층은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하고, 상기 제2B 배리어층은 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함한다.
또한, 상기 제2 배리어층이 제2A 배리어층, 제2B 배리어층 및 제2C 배리어층을 포함하고, 제2 기재층, 제2A 배리어층, 제2B 배리어층 및 제2C 배리어층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2A 배리어층은 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하고, 상기 제2B 배리어층은 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함하고, 상기 제2C 배리어층은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 폴리우레탄계 수지를 포함한다.
이때, 상기 제2A 배리어층의 두께는 10 nm 내지 50 nm, 10 nm 내지 40 nm, 또는 10 nm 내지 30 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2B 배리어층의 두께는 30 nm 내지 100 nm, 30 nm 내지 80 nm, 30 nm 내지 70 nm, 또는 40 nm 내지 60 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층의 투습도는 각각 0.2 g/day·m2이하, 0.15 g/day·m2이하, 또는 0.1 g/day·m2이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1A 배리어층 상기 제1B 배리어층 두께 범위 및 투습도가 상기 범위를 만족함으로써, 필름의 광학적 특성, 굴절률 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 개선되는 효과가 있다, 반면, 상기 범위를 벗어나는 경우, 굴절률이 저하되거나, 불투명해지거나, 광학적 특성 및 내후성과 같은 장기신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층의 투습도는 동일하거나 상이할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층의 투습도는 상이할 수 있다.
상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층은 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층 각각에 진공 증착 방법으로 증착될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층은 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층 각각에 스퍼터링(sputtering) 증착 방법으로 증착될 수 있다.
이때, 증착 원료는 금속 또는 준금속(metalloid) 중 1종 이상일 수 있고, 그 종류가 특별히 제한되지 아니하나, 예를 들어, 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인듐(In), 티탄(Ti), 비스무트(Bi), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 증착 반응 가스는 산소(O2) 가스 또는 질소(N2) 가스를 포함할 수 있다. 반응 가스로서 산소 가스를 이용하는 경우, 금속산화물 또는 준금속산화물을 포함하는 배리어층이 형성되며, 반응 가스로서 질소 가스를 이용하는 경우 금속질화물 또는 준금속질화물을 포함하는 배리어층이 형성될 수 있다. 반응 가스로서 산소 가스 및 질소 가스를 적절히 혼합 사용하는 경우, 금속산화질화물 또는 준금속산화질화물을 포함하는 배리어층이 형성될 수 있다.
진공 증착 방법에는 물리적 진공증착 방법과 화학적 진공증착 방법이 있다. 상기 물리적 진공증착 방법은 열 진공증착, E-beam 진공증착 및 스퍼터링 증착 등이 있다.
상기 스퍼터링(sputtering)은 직류 마그네트론 스퍼터링 또는 교류 마그네트론 스퍼터링일 수 있다.
상기 직류 마그네트론 스퍼터링은 구체적으로, 플라즈마 스퍼터링, 예를 들어, 반응 플라즈마 스퍼터링(reactive plasma sputtering)일 수 있다.
구체적인 일 구현예로서, 상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층을 포함하고, 제1 기재층, 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1A 배리어층은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하고, 상기 제1B 배리어층은 실리콘 산화물(SiOx)을 포함한다. 또한, 선택적으로 제1 배리어층이 아크릴계 수지를 포함하는 제1C 배리어층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1A 배리어층이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, Si : N 의 비가 1.0:0.8 내지 1.0:1.2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1B 배리어층이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, Si : O 의 비가 1.0:1.7 내지 1.0:2.3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 제2 배리어층이 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층을 포함하고, 제2 기재층, 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층이 순차적으로 적층되고, 상기 제2A 배리어층은 실리콘 질화물(SiNx)을 포함하고, 상기 제2B 배리어층은 실리콘 산화물(SiOx)을 포함한다. 또한, 선택적으로 제1 배리어층이 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 폴리우레탄계 수지를 포함하는 제1C 배리어층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2A 배리어층이 실리콘 질화물을 포함하는 경우, Si : N 의 비가 1.0:0.8 내지 1.0:1.2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2B 배리어층이 실리콘 산화물을 포함하는 경우, Si : O 의 비가 1.0:1.7 내지 1.0:2.3일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층이 상술한 조건을 만족함으로써 얇은 두께로도 목적하는 성능을 구현할 수 있고 수분 침투를 최대한 막음으로써 전기변색소자의 내구성 및 장기안정성이 향상될 수 있다.
광투과가변 구조체
상기 광투과가변 구조체(130)는 제1 전극층(131); 상기 제1 전극층(131) 상의 제1 변색층(133); 상기 제1 변색층(133) 상의 전해질층(135); 상기 전해질층(135) 상의 제2 변색층(137); 및 상기 제2 변색층(137) 상의 제2 전극층(139)을 포함한다(도 4 참조).
상기 광투과가변 구조체(130)는 제1 전극층(131), 제1 변색층(133), 전해질층(135), 제2 변색층(137), 및 제2 전극층(139)가 순차적으로 적층된 구조체일 수 있다. 구체적으로, 상기 광투과가변 구조체는 소정의 전압을 걸어주는 경우 광투과율이 가역적으로 변화하는 적층 구조체이다.
구체적으로, 상기 제1 전극층(131) 및 상기 제2 전극층(139)에 전압을 걸어주면, 상기 제2 변색층(137)으로부터 상기 전해질층(135)을 거쳐 상기 제1 변색층(133)까지 관통하여 이동하는 특정 이온 또는 전자에 의해 전체적인 광투과율이 높아졌다 낮아지게 된다.
상기 제2 변색층(137)의 광투과율이 낮아지는 경우, 상기 제1 변색층(131)의 광투과율도 낮아지고, 상기 제2 변색층(137)의 광투과율이 높아지는 경우, 상기 제1 변색층(131)의 광투과율도 높아지게 된다.
상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층은 각각 투명 전극 또는 반사 전극을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 중 하나는 투명 전극이고, 다른 하나는 반사 전극일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층은 모두 투명 전극일 수 있다.
상기 제1 전극층(131)은 상기 제1 배리어층(120) 상에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 제2 전극층(139)은 상기 제2 배리어층(140) 상에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착하여 형성할 수 있다.
상기 투명 전극은 빛에 대하여 높은 투과율, 낮은 면저항을 갖고, 내침투성을 갖는 재료로 구성될 수 있고, 전극 플레이트 형상으로 구성될 수 있다.
상기 투명 전극은 예를 들어, 인듐-주석 산화물(ITO, Indium-tin oxide), 아연산화물(ZnO, Zinc oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium-zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사 전극은, 예를 들어, 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 텅스텐(W), 크롬(Cr) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극층(131) 및 상기 제2 전극층(139) 각각의 두께는 100 nm 내지 500 nm, 100 nm 내지 400 nm, 100 nm 내지 300 nm, 또는 150 nm 내지 250 nm 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각은 투명 전극일 수 있고, 인듐-주석 산화물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각은 인듐 산화물 : 주석 주석산화물을 70 : 30 내지 98 : 2 또는 80 : 20 내지 97 : 3의 질량비로 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 각각의 표면저항은 5 Ω/sq 내지 100 Ω/sq, 5 Ω/sq 내지 80 Ω/sq, 5 Ω/sq 내지 70 Ω/sq, 또는 5 Ω/sq 내지 50 Ω/sq일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 변색층(133)은 상기 제1 전극층(131) 및 상기 제2 전극층(139) 사이에 전압을 걸어주었을 때 광투과율이 변화하는 층으로, 전기변색소자에 광투과율 가변성을 부여하는 층이다.
상기 제1 변색층(133)은 적어도 하나의 층을 포함하는 것으로, 필요에 따라, 서로 상이한 재질의 2 개 이상의 층을 적용할 수도 있다.
상기 제1 변색층(133)은 상기 제1 전극층(131)의 일면에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 원료를 증착하거나, 습식 코팅(Wet coating) 방법으로 원료를 도포한 후 건조하여 형성할 수 있다.
상기 제1 전극층(131) 및 제1 변색층(133)의 초기 투과율은 90% 이상이다. 구체적으로, 상기 초기 투과율이 상기 범위를 만족한다는 것은 상술한 각 층들이 각각 매우 균일하게 도포되었음을 의미하고, 매우 투명함을 나타낸다.
상기 전해질층(130)은 상기 제1 변색층과 상기 제2 변색층 사이의 이온 이동 경로 역할을 하는 층으로서, 전해질층에 사용되는 전해질의 종류는 특별히 제한되지 않는다.
예를 들어, 상기 전해질층은 수소 이온 또는 1족 원소 이온을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질층은 리튬염 화합물을 포함할 수 있다. 상기 리튬염 화합물은 LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiPF6, LiTFSi, LiFSi 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전해질층은 고분자 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질층은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리이미드계 수지 또는 폴리우레탄계 수지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 아크릴계 수지는 열경화성 아크릴계 수지 또는 광경화성 아크릴계 수지 등일 수 있고, 상기 폴리우레탄계 수지는 열경화성 폴리우레탄계 수지, 광경화성 폴리우레탄계 수지 또는 수성 폴리우레탄계 수지 등일 수 있다.
상기 전해질층은 고분자 수지와 리튬염을 95:5 내지 80:20, 95:5 내지 85:15, 또는 93:7 내지 87:3의 중량비로 포함할 수 있다.
상기 전해질층의 이온 전도도는 30 μS/cm 이상이다. 구체적으로, 상기 전해질층의 이온 전도도는 40 μS/cm 이상, 50 μS/cm 이상, 60 μS/cm 이상, 또는 80 μS/cm 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해질층의 점착력은 200 g/inch 이상이다. 구체적으로, 상기 전해질층의 점착력은 300 g/inch 내지 900 g/inch 또는 450 g/inch 내지 650 g/inch 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해질층(135)은 상기 제1 변색층(133) 또는 상기 제2 변색층(135) 중 어느 하나의 층의 일면에 원료를 습식(wet) 코팅 방법으로 도포한 후 건조하여 형성할 수 있다.
상기 전해질층을 습식 코팅 방법으로 도포하는 경우 도막의 두께를 두껍게 하거나 도막의 두께 제어를 손쉽게 할 수 있어서 이온 전도도의 향상 또는 변색속도의 향상 측면에서 유리하다. 반면, 상기 전해질층을 습식 코팅 방법이 아닌 스퍼터링 코팅 방법 등을 이용하는 경우, 도막의 박막 형성으로 인해 도막이 쉽게 깨지거나, 설령 손상이 없더라도 이온 전도도가 저하되는 문제가 있다.
상기 전해질층(135)의 두께는 30 ㎛ 내지 200 ㎛, 50 ㎛ 내지 200 ㎛, 50 ㎛ 내지 150 ㎛, 70 ㎛ 내지 130 ㎛, 또는 80 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있다. 상기 전해질층(135)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 전기변색소자에 내구성을 부여함과 동시에 제1 변색층 및 제2 변색층 사이의 이온의 이동 경로를 적절한 길이로 확보하여 적절한 속도의 광투과 변화 성능을 구현할 수 있다.
상기 제2 변색층(137)은 상기 제1 전극층(131) 및 상기 제2 전극층(139) 사이에 전압을 걸어주었을 때 광투과율이 변화하는 층으로, 전기변색소자에 광투과율 가변성을 부여하는 층이다.
상기 제2 변색층(137)은 적어도 하나의 층을 포함하는 것으로, 필요에 따라, 서로 상이한 재질의 2 개 이상의 층을 적용할 수도 있다.
상기 제2 변색층(137)은 상기 제2 전극층(139)의 일면에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 원료를 증착하거나, 습식 코팅(Wet coating) 방법으로 원료를 도포한 후 건조하여 형성할 수 있다.
상기 제2 변색층(137)의 초기 투과율은 50% 이하이다. 구체적으로, 상기 초기 투과율이 상기 범위를 만족한다는 것은 육안으로 보았을 때 어둡고 짙은 파란색 또는 옅은 남색을 띄는 것을 의미한다.
이형필름층
일 구현예에 따른 전기변색소자(100)는 상기 제1 기재층(110)의 상기 제1 배리어층(120)이 적층된 면의 반대측 면 상에 이형필름층(160)을 더 포함할 수 있다(도 6 참조).
상기 이형필름층(160)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 또는 폴리카보네이트(PC)을 포함하는 폴리에스테르계 수지를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 이형필름층의 두께는 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 10 ㎛ 내지 80 ㎛, 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 12 ㎛ 내지 50 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 이형필름층의 박리력은 50 gf/inch 이하이다. 구체적으로, 상기 이형필름층의 박리력은 3 gf/inch 내지 50 gf/inch, 또는 10 gf/inch 내지 50 gf/inch 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 이형필름층은 전기변색소자의 보관 및 이동시 전기변색소자를 외부의 수분이나 불순물들로부터 보호하는 역할을 하며, 추후 상기 전기변색소자를 투명한 윈도우 등에 적용할 때는 필요시 이형필름층 부분을 떼어낸 후 사용할 수도 있다. 상기 이형필름층은 특시 점착제층의 부착력 저하를 막을 수 있다.
상기 이형필름층의 일면에는 점착제층(161)이 형성될 수 있다.
상기 점착제층(161)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 폴리이미드계 수지를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 점착제층은 아크릴계 수지를 포함할 수 있고, 이 경우 광학특성 및 내구성 향상에 유리하다.
상기 점착제층의 UV 차단율(400 nm 기준)은 95% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 또는 99% 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 점착제층의 초기 점착력은 0.5 N/inch 내지 8.0 N/inch, 1.0 N/inch 내지 7.0 N/inch, 또는 2.0 N/inch 내지 6.0 N/inch 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
프라이머층
상기 제1 기재층(110)의 일면 또는 양면에 프라이머층이 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 기재층(110)의 일면에 제1A 프라이머층(111)이 적층될 수 있고, 타면에 제1B 프라이머층(112)이 적층될 수 있다(도 6 참조).
또한, 상기 제2 기재층(150)의 일면 또는 양면에 프라이머층이 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 기재층(150)의 일면에 제2A 프라이머층(151)이 적층될 수 있고, 타면에 제2B 프라이머층(152)이 적층될 수 있다(도 6 참조).
일 구현예에 있어서, 상기 제1 배리어층(120)과 상기 제1 기재층(110) 사이에 프라이머층이 개재될 수 있다. 또한, 상기 제2 배리어층(140)과 상기 제2 기재층(150) 사이에 프라이머층이 개재될 수 있다(도 6 참조).
상기 프라이머층(제1A 프라이머층, 제1B 프라이머층, 제2A 프라이머층, 제2B 프라이머층)은 각각 아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 실리콘계 수지 또는 폴리이미드계 수지를 포함할 수 있다.
상기 프라이머층(제1A 프라이머층, 제1B 프라이머층, 제2A 프라이머층, 제2B 프라이머층)은 각각 35 dyne/cm2 이하의 표면 장력, 또는 30 dyne/cm2 이하의 표면 장력을 가질 수 있다.
상기 프라이머층(제1A 프라이머층, 제1B 프라이머층, 제2A 프라이머층, 제2B 프라이머층)은 3.0 gf/inch 이상의 부착력 또는 3.5 gf/inch 이상의 부착력을 가질 수 있다.
상기 프라이머층은 기재층과 배리어층 사이에 부착력을 부여하거나 굴절률을 개선하는 역할을 한다. 또한, 상기 프라이머층 각각을 형성하는 재료, 표면 장력, 박리력 등은 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다.
하드코팅층
다른 구현예에 따른 전기변색소자(100)는 상기 제2 기재층(150)의 상기 제2 배리어층(140)이 적층된 면의 반대측 면 상에 하드코팅층(170)을 더 포함할 수 있다(도 6 참조).
상기 하드코팅층(170)은 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 폴리우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 폴리이미드계 수지를 포함할 수 있다.
상기 하드코팅층의 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 2 ㎛ 내지 8 ㎛, 2 ㎛ 내지 6 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하드코팅층의 연필경도는 3H 이상, 4H 이상, 또는 5H 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하드코팅층은 외부의 충격으로부터 전기변색소자를 보호하는 역할을 하며, 스크래치 등에 강하기 때문에 우수한 경도를 부여할 수 있다.
또한, 상기 하드코팅층의 두께가 상기 범위를 만족함으로써 유연성을 갖고 시공성이 우수한 전기변색소자를 구현할 수 있으며, 상기 하드코팅층의 두께가 상기 범위를 초과하는 경우 유연성을 구현하기 어렵고, 상기 범위 미만인 경우 외부의 충격에 취약할 수 있다.
일 구현예에 있어서, 상기 전기변색소자(100)는 이형필름층(160); 이형필름층(160) 상의 점착제층(161); 상기 접착제층(161) 상의 제1B 프라이머층(112); 상기 제1B 프라이머층(112) 상의 제1 기재층(110); 상기 제1 기재층(110) 상의 제1A 프라이머층(111); 상기 제1A 프라이머층(110) 상의 제1 배리어층(120); 상기 제1 배리어층(120) 상의 광투과가변 구조체(130); 상기 광투과가변 구조체(130) 상의 제2 배리어층(140); 상기 제2 배리어층(140) 상의 제2A 프라이머층(151); 상기 제2A 프라이머층(151) 상의 제2 기재층(150); 상기 제2 기재층(150) 상의 제2B 프라이머층(152); 및 상기 제2 프라이머층(152) 상의 하드코팅층(170)을 포함할 수 있다.
상기 전기변색소자는 플렉서블 전기변색소자일 수 있다.
상술한 전기변색소자의 각 층별 구성 성분, 물성 등과 같은 특징들은 서로 조합될 수 있다.
상기 전기변색소자(100)는 기존의 투명한 윈도우와 같은 구조에 단순히 부착하는 방식을 통해 적용이 가능하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 윈도우의 일면에 부착할 수 있다. 더욱 구체적으로, 도 1의 A-A' 선을 따라 절개한 단면도 및 전기변색소자를 적용한 부분의 확대도를 도 2에 나타내었다.
구현예에 있어서, 윈도우(10)의 일면에 전기변색소자(100)를 부착할 수 있고, 상기 윈도우(10)는 편평한 면일 수도 있고 곡면일 수도 있다.
또한, 상기 윈도우(10)의 전면에 전기변색소자(100)를 부착할 수도 있고 일부분에만 부착할 수도 있다.
상기 전기변색소자(100)를 윈도우(10) 내부에 삽입할 수도 있다. 구체적으로, 유리기판과 유리기판 사이에 상기 전기변색소자를 개재하는 방식을 통해 적용이 가능하다. 더욱 구체적으로, 윈도우의 접합유리와 접합유리 사이에 2 개의 PVB 필름(Polyvinyl Butyral Film)을 개재하고, 상기 2 개의 PVB 필름 사이에 전기변색소자를 개재함으로써 적용할 수 있고, 열을 통해 압착하여 윈도우 내부에 안정적으로 삽입할 수 있다.
상기 전기변색소자(100)의 두께는 20 ㎛ 내지 1,000 ㎛이다. 구체적으로, 상기 전기변색소자(100)의 두께는 25 ㎛ 내지 900 ㎛, 25 ㎛ 내지 800 ㎛, 25 ㎛ 내지 700 ㎛, 25 ㎛ 내지 600 ㎛, 또는 25 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전기변색소자는 최대로 탈색을 구동한 경우, 가시광선 투과율이 10% 내지 40%, 10% 내지 30% 또는 10% 내지 20%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전기변색소자는 최대로 착색을 구동한 경우, 가시광선 투과율이 40% 내지 90%, 50% 내지 90%, 또는 60% 내지 80%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전기변색소자는 착색 및 탈색시 가시광선뿐만 아니라 적외선 및 자외선의 투과율도 조절할 수 있다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)를 50%로 나눈 값인 dI/dV(15-65) 값은 0.42 내지 0.5이다. 구체적으로, 상기 dI/dV(15-65) 값은 0.43 내지 0.5, 0.44 내지 0.5, 또는 0.46 내지 0.5일 수 있다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)는 20% 내지 25%, 또는 22% 내지 25% 이다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 40%에서 25%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)를 15%로 나눈 값인 dI/dV(40-25) 값은 0.46 내지 0.56이다. 구체적으로, 상기 dI/dV(40-25) 값은 0.48 내지 0.56, 0.48 내지 0.54, 또는 0.49 내지 0.53일 수 있다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 40%에서 25%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)는 7% 내지 10%, 또는 7% 내지 8% 이다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)를 50%로 나눈 값인 dU/dV(15-65) 값은 0.38 내지 0.46이다. 구체적으로, 상기 dU/dV(15-65) 값은 0.39 내지 0.46일 수 있다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)는 6% 내지 9%, 또는 6% 내지 8%이다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 40%에서 25%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)를 15%로 나눈 값인 dU/dV(40-25) 값은 0.40 내지 0.58이다. 구체적으로, 상기 dU/dV(40-25) 값은 0.42 내지 0.58, 0.44 내지 0.56, 또는 0.44 내지 0.54일 수 있다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 40%에서 25%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)는 6% 내지 9%, 또는 6% 내지 8%이다.
상기 전기변색소자는 상술한 바와 같은 가시광선 투과율, IR선 투과율, UV선 투과율 변화와 관련된 특정 수치범위를 만족함으로써, 폭넓은 가시광선 투과율 변화 범위를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 착색 및 탈색을 반복하여도 안정적으로 특정 수준 이상의 성능을 구현할 수 있다.
투과율 변화와 관련된 상술한 수치 범위를 벗어나는 전기변색소자의 경우, 가시광선 차단율이 떨어지거나, 착색 및 탈색시 균열이 발생하게 되어 안정적으로 광투과 가변 성능 구현을 할 수 없게 된다는 점에서 상기 수치 범위는 의미있는 값에 해당한다.
본 명세서에서, 가시광선(Visible light)이란, 눈으로 지각되는 파장 범위를 가진 빛으로서, 380 nm 내지 780 nm 범위의 파장을 가진 전자파이다.
IR 선(Infrared light)이란, 가시광선이나 UV 선에 비해 강한 열작용을 가지고 있는 빛으로서, 780 nm 내지 2,500 nm 범위의 파장을 가진 전자파이다.
UV 선(Ultraviolet light)이란, 사람의 피부를 태우거나 살균 작용을 하며, 과도하게 노출될 경우 피부암을 유발할 수도 있는 빛으로서, 100 nm 내지 380 nm 범위의 파장을 가진 전자파이다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%일 때, IR선 투과율은 23% 이하이다.
IR선 투과율이 상기 범위를 만족함으로써, 실내 에너지 절감이 가능하다. 구체적으로, 태양광 에너지는 파장별로 다른 강도를 가지는데, IR선이 전체 에너지 중 50% 정도를 차지하고 있으며, 강한 열작용을 하므로 IR선을 많이 받게 되면 실내 온도가 올라가게 된다. 구현예에 따른 전기변색소자의 경우, IR선 투과율을 23% 이하, 즉 IR선 차단율을 77% 이상으로 확보함으로써, 여름철 뜨거운 태양에너지 차단이 가능하므로 실내 냉방 에너지를 절감할 수 있다. 또한, 추운 겨울철에는 간단한 동작만으로 IR선 차단율을 낮춤으로써 실내 공간을 따뜻하게 할 수 있고, 이 경우 실내 난방 에너지 절감을 할 수 있다.
상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%일 때, UV선 투과율은 3% 이하이다.
UV선 투과율이 상기 범위를 만족함으로써, 피부암이나 각막 손상을 유발하는 유해한 빛을 차단할 수 있다. 구체적으로, UV선에 장시간 노출될 경우 피부암이나 각막 손상을 유발한다는 연구 결과가 있으며, 우리나라의 경우, 태양광이 강한 여름철에는 선글라스 착용이나 자외선 차단제 사용을 권고하고 있다. 자외선 차단제는 SPF 지수로 차단 효과를 나타내고 있는데, 가벼운 야외활동에 권고되는 SPF 15 제품의 UV선 차단율이 93%, 장시간 야외활동에 권고되는 SPF 30 제품의 UV 차단율이 97%인 것으로 알려져 있다. 구현예에 따른 전기변색소자의 경우, 가시광선 투과율이 15%일 때, UV선 투과율을 3% 이하, 즉, UV선 차단율을 97% 이상으로 확보함으로써, 장시간 야외활동에 권고되는 자외선 차단제 수준의 성능을 구현할 수 있으며, 이는 상기 전기변색소자가 적용된 건축물이나 차량 내에 있는 사용자들을 자외선으로부터 보호할 수 있게 된다.
상기 전기변색소자에 전원 인가시 두 전극 사이에 전기장이 형성되면서 착색 및 탈색을 일으킴으로써 태양광의 파장별로 투과도를 조절할 수 있으므로, 단열기능 및 차양기능을 구현할 수 있어 유용하다.
또한, 상기 전기변색소자는 적은 비용으로도 넓은 면적의 소자를 제조할 수 있고, 소비 전력이 낮기 때문에 스마트 윈도우, 스마트 거울, 그 밖의 차세대 건축 창호 소재로 사용되기에 적합하다.
상기 전기변색소자(100)는 두께가 얇을 뿐만 아니라, 가볍고 유연한 특성을 갖기 때문에 시공성이 우수하고, 파손 위험이 낮으며, 롤 형태로 보관이 가능하며, 운반하기에도 용이하다.
상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 >
실시예 1
표면저항이 50 Ω/sq인 ITO 전극, 배리어층, 프라이머층 및 PET 기재층(두께 125 ㎛)을 적층한 투명전극기재를 최외각 상하층에 배치하였다. 하층 ITO 전극에 텅스텐 산화물을 스퍼터링 증착을 통해 도포하여 환원 변색층(두께 200 nm)을 형성하고, 상층 ITO 전극에 니켈 산화물을 스퍼터링 증착을 통해 도포하여 산화 변색층(두께 300 nm)을 형성하였다. 상기 환원 변색층 및 상기 산화 변색층 사이에 겔 전해질(이온 전도도가 50 μS/cm 이상)을 넣고 합지하여 전기변색소자 샘플(150 mm X 150 mm)을 제조하였다. 이어서, 상하층 투명전극기재의 측면에 구리 테이프를 부착하여 전원 연결이 가능한 Bus bar를 형성하였다.
실시예 2 내지 4, 비교예 1 및 2
하기 표 1에 기재된 바와 같이, 환원 변색층 및 산화 변색층의 두께 등을 달리한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 전기변색소자 샘플을 제조하였다.
< 평가예 >
상기 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 2에서 제조된 전기변색소자에 대하여 하기와 같은 물성을 측정 및 평가하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
a: 환원 변색층(제1 변색층) 두께 (nm)
b: 산화 변색층(제2 변색층) 두께 (nm)
T1: 착색 시간 (s), 제조된 전기변색소자에 3 V의 전원을 인가하여 가시광선 투과율이 65%일 때부터 15%가 될 때까지 걸리는 시간을 측정하였다.
T2: 탈색 시간 (s), 상기 착색 시간 측정 후 전류 방향을 바꾸어 가시광선 투과율이 15%일 때부터 65%가 될 때까지 걸리는 시간을 측정하였다.
dI/dV(15-65): 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)를 50%로 나눈 값을 나타내었다.
dI/dV(40-25): 가시광선 투과율이 40%에서 25%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)를 15%로 나눈 값을 나타내었다.
dU/dV(15-65): 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)를 50%로 나눈 값을 나타내었다.
dU/dV(40-25): 가시광선 투과율이 40%에서 25%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)를 15%로 나눈 값을 나타내었다.
투과율 측정 방법: JASCO社의 Ultraviolet spectrum을 사용하여 200 nm 내지 2500 nm 파장 범위에서 5 nm 간격으로 측정하였다.
구체적으로, 가시광선 투과율의 경우, 650 nm에서의 투과율을 기준으로 하였고, UV 선 투과율의 경우 280 nm 내지 380 nm 파장 범위에서 5 nm 간격으로 측정한 값들의 평균값을 기준으로 하였으며, IR 선 투과율의 경우 1,000 nm 내지 2,500 nm 파장 범위에서 5 nm 간격으로 측정한 값들의 평균값을 기준으로 하였다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
a
 200 200 300 300 100 300
b
 300 400 500 600 300 700
b/a 1.5 2 1.67 2 3 2.3
T1(착색시간,s)(65%->15%) 9 9 10 10 8
(65%->17%)		 10
T2(탈색시간,s)
(15%->65%)		 6 7 7 8 6
(17%->65%)		 8
T2/T1 6/9 7/9 7/10 8/10 6/8 8/10
c 1 1.56 1.17 1.6 2.25 1.87
가시광선 투과율15%->65% 변화시
IR선 투과율 변화(%)		 23.2 24.3 23.8 24.6 19.8
(17%->65%)		 25.2
(불균일)
dI/dV(15-65) 0.464 0.486 0.476 0.492 0.413 0.504
가시광선 투과율40%->25% 변화시
IR선 투과율 변화(%)		 7.5 7.9 7.6 7.9 - -
dI/dV(40-25) 0.497 0.525 0.510 0.527 - -
가시광선 투과율15%->65% 변화시
UV선 투과율 변화(%)		 19.5 20.6 22.0 22.9 17.8
(17%->65%)		 23.3
(불균일)
dU/dV(15-65) 0.39 0.41 0.44 0.46 0.37 0.47
가시광선 투과율40%->25% 변화시
UV선 투과율 변화(%)		 6.7 6.9 7.6 7.8 - -
dU/dV(40-25) 0.45 0.46 0.51 0.52 - -
가시광선 투과율 15%일 때IR선 투과율(%) 21.3 20.7 20.3 19.8 23.8 19.5
가시광선 투과율 15%일 때UV선 투과율(%) 2.7 2.5 2.2 2.0 3.8
(17%)		 1.9
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1 내지 4의 전기변색소자는 c 값이 1.0 내지 1.6의 범위를 만족함으로써, 균일한 두께 및 성능을 나타내면서도 가시광선 차단율이 높고, 넓은 가시광선 투과율 변화 범위를 확보할 수 있음을 확인하였다.
반면, 비교예 1의 전기변색소자는 c 값이 2.25로 1.6을 초과함에 따라 가시광선의 차단율이 떨어지는 것을 확인하였다. 구체적으로, 실시예 1 내지 4의 전기변색소자의 경우 가시광선이 투과율이 15% 에서 65% 까지 안정적으로 변화한 반면, 비교예 1의 경우 최저 가시광선 투과율이 17%밖에 되지 않았다. 참고로, 상기 표 1에 있어서, 비교예 1의 착색/탈색 시간은 가시광선 투과율이 17%에서 65%, 65%에서 17%로 변화할 때의 시간을 측정한 것이다.
또한, 비교예 2의 전기변색소자의 경우 c 값이 1.87로 1.6을 초과함에 따라 착색 및 탈색시 미세한 균열과 불균일이 관찰되었다. 구체적으로, 불균일한 부분은 동작 시간 지연과 투과도 범위 미달의 형태로 관찰되었으며, 이는 산화변색층의 두께가 상대적으로 두꺼워짐에 따라 산화물 조성물 간에 도포 균일성이 저하되고 층이 형성되는 공정이 장시간 소요됨에 따라 가혹 조건에 노출될 수 밖에 없기 때문이다. 이에, 상기 표 1에 있어서, 비교예 2의 착색/탈색 시간은 균일한 부분을 기준으로 측정한 것이다.
아울러, 실시예 1 내지 4의 전기변색소자는 가시광선 투과율이 15%일 때, IR선 투과율이 23% 이하를 나타내었는데, 이는 태양광 에너지 차단율 77% 이상임을 의미하는 것으로, 여름철 뜨거운 태양 에너지 차단을 통해 실내 냉방 에너지 절감이 가능함을 보여주는 것이다.
뿐만 아니라, 실시예 1 내지 4의 전기변색소자는 가시광선 투과율이 15%일 때, UV선 투과율이 3% 이하를 나타내었고, 이는 UV선 차단율이 97% 이상임을 나타내는 것으로서, 자외선 차단제를 바른 것과 같은 수준의 성능까지 구현함을 의미하고, 상기 전기변색소자가 적용된 건축물이나 차량 내에 있는 사용자들을 자외선으로부터 보호할 수 있음을 보여주는 것이다.
A-A': 절개선
10: 윈도우
100: 전기변색소자
110: 제1 기재층
111: 제1A 프라이머층
112: 제1B 프라이머층
120: 제1 배리어층
121: 제1A 배리어층
122: 제1B 배리어층
123: 제1C 배리어층
130: 광투과가변구조체
131: 제1 전극층
133: 제1 변색층
135: 전해질층
137: 제2 변색층
139: 제2 전극층
140: 제2 배리어층
141: 제2A 배리어층
142: 제2B 배리어층
143: 제2C 배리어층
150: 제2 기재층
151: 제2A 프라이머층
152: 제2B 프라이머층
160: 이형필름층
161: 점착제층
170: 하드코팅층

Claims (10)

  1. 제1 기재층 및 제2 기재층 사이에 광투과가변 구조체가 개재되고,
    상기 광투과가변 구조체가 제1 변색층 및 제2 변색층을 포함하고,
    상기 제1 변색층이 환원성 변색 물질을 포함하고,
    상기 제2 변색층이 산화성 변색 물질을 포함하고,
    상기 제1 변색층의 두께가 100 nm 초과이고,
    상기 제2 변색층의 두께가 700 nm 미만이고,
    하기 식 1에서 정의된 c의 값이 1.0 내지 1.6인, 전기변색소자.
    <식 1>
    c = T2/T1 X b/a
    상기 식 1에서,
    T1(착색 시간)은 상기 전기변색소자에 3V의 전원을 인가하여 가시광선 투과율이 65%일 때부터 15%가 될 때까지 걸리는 시간(s)이고, T2(탈색 시간)은 상기 착색 시간 측정 후 전류 방향을 바꾸어 가시광선 투과율이 15%일 때부터 65%가 될 때까지 걸리는 시간(s)이고, a는 제1 변색층의 두께(nm)이고, b는 제2 변색층의 두께(nm)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b/a 값이 1.5 내지 2.2인, 전기변색소자.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, IR선 투과율 변화(%)를 50%로 나눈 값인 dI/dV(15-65) 값이 0.42 내지 0.5인, 전기변색소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%에서 65%로 변화할 때, UV선 투과율 변화(%)를 50%로 나눈 값인 dU/dV(15-65) 값이 0.38 내지 0.46인, 전기변색소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기변색소자의 가시광선 투과율이 15%일 때,
    IR선 투과율이 23% 이하이고,
    UV선 투과율이 3% 이하인, 전기변색소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광투과가변 구조체가,
    제1 전극층;
    상기 제1 전극층 상의 제1 변색층;
    상기 제1 변색층 상의 전해질층;
    상기 전해질층 상의 제2 변색층; 및
    상기 제2 변색층 상의 제2 전극층;을 포함하는, 전기변색소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층 및 상기 광투과가변 구조체 사이에 개재된 제1 배리어층; 및
    상기 제2 기재층 및 상기 광투과가변 구조체 사이에 개재된 제2 배리어층;을 더 포함하고,
    상기 제1 배리어층이 제1A 배리어층 및 제1B 배리어층을 포함하고,
    상기 제2 배리어층이 제2A 배리어층 및 제2B 배리어층을 포함하고,
    상기 제1A 배리어층 및 상기 제1B 배리어층의 두께 비는 1:2 내지 1:10이고,
    상기 제2A 배리어층 및 상기 제2B 배리어층의 두께 비는 1:2 내지 1:10인, 전기변색소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층이 각각 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나트탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리시크로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCT), 폴리에테르술폰(PES), 나일론(nylon), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 및 사이클로올레핀폴리머(COP)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는, 전기변색소자.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층의 두께가 10 ㎛ 내지 300 ㎛이고,
    상기 제2 기재층의 두께가 10 ㎛ 내지 300 ㎛인, 전기변색소자.


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