KR102612921B1 - Thermochromic device - Google Patents
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Abstract
열 변색 소자가 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 열 변색 소자는 열 변색층, 상기 열 변색층 상에 이차원적으로 배열된 능동 공진기들, 상기 능동 공진기들과 상기 열 변색층 사이의 절연층을 포함하되, 상기 능동 공진기들의 각각은 서로 이격되어 배치된 나노 안테나들 및 상기 나노 안테나들을 연결하는 연결 패턴을 포함하고, 상기 연결 패턴은 상 변화물질을 포함할 수 있다.A thermochromic element is provided. A thermochromic device according to an embodiment of the present invention includes a thermochromic layer, active resonators two-dimensionally arranged on the thermochromic layer, and an insulating layer between the active resonators and the thermochromic layer, wherein the active resonator Each of them includes nanoantennas spaced apart from each other and a connection pattern connecting the nanoantennas, and the connection pattern may include a phase change material.
Description
본 발명은 열 변색 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 적외선 파장 영역에서 온도에 따른 투과율 차이를 갖는 열 변색 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a thermochromic device, and more specifically, to a thermochromic device having a difference in transmittance depending on temperature in the infrared wavelength region.
최근 건축물의 에너지 소비 절감 기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 연구결과에 따르면, 건축물에 소모되는 에너지 중 냉난방에 소모되는 에너지의 비율은 38%에 이른다. 건축물의 열 손실을 줄임으로써 건축물의 에너지 소비를 현저히 줄일 수 있다. 건축물의 열 손실의 상당 부분은 창문을 통해 이루어진다.Recently, interest in technologies to reduce energy consumption in buildings is increasing. According to research results, the proportion of energy consumed in cooling and heating of the energy consumed in buildings reaches 38%. By reducing the heat loss of a building, the energy consumption of the building can be significantly reduced. A significant portion of a building's heat loss occurs through windows.
스마트 윈도우(Smart Window)란 열 변색 소자를 적용하여 외부에서 유입되는 광의 투과율을 자유롭게 조절할 수 있는 윈도우를 말한다. 스마트 윈도우 기술을 통하여 에너지 손실을 줄임과 동시에 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 여름과 같이 외부온도가 높을 때에는 윈도우의 투과율이 낮추어 외부의 열이 건물 내부로 들어오는 것을 막아주고, 겨울과 같이 외부온도가 낮아지게 되면 윈도우의 투과율이 높여 외부의 열을 건물내부로 받아들일 수 있다. 즉, 스마트 윈도우 기술을 이용하여, 외부 환경에 따른 태양열 흡수율을 조절함으로써 에너지를 절감할 수 있다.Smart Window refers to a window that can freely adjust the transmittance of light coming from the outside by applying a thermochromic element. Smart window technology can reduce energy loss and improve energy efficiency. For example, when the outside temperature is high, such as in the summer, the window's transmittance is lowered to prevent external heat from entering the building, and when the outside temperature is low, such as in the winter, the window's transmittance is increased to allow external heat to enter the building. It is acceptable. In other words, using smart window technology, energy can be saved by adjusting the solar absorption rate according to the external environment.
본원 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 온도에 따른 광 투과율의 차이가 높은 열 변색 소자를 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a thermochromic device that has a high difference in light transmittance depending on temperature.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자는 열 변색층; 상기 열 변색층 상에 이차원적으로 배열된 능동 공진기들; 상기 능동 공진기들과 상기 열 변색층 사이의 절연층을 포함하되, 상기 능동 공진기들의 각각은 서로 이격되어 배치된 나노 안테나들 및 상기 나노 안테나들을 연결하는 연결 패턴을 포함하고, 상기 연결 패턴은 상 변화물질을 포함할 수 있다.A thermochromic device according to embodiments of the present invention for solving the above problems includes a thermochromic layer; Active resonators arranged two-dimensionally on the thermochromic layer; An insulating layer between the active resonators and the thermochromic layer, wherein each of the active resonators includes nanoantennas spaced apart from each other and a connection pattern connecting the nanoantennas, wherein the connection pattern changes phase. May contain substances.
실시예들에 따르면, 상기 나노 안테나들의 폭은 상기 서로 이격되어 배치된 나노 안테나들 사이의 거리보다 클 수 있다.According to embodiments, the width of the nanoantennas may be greater than the distance between the nanoantennas arranged to be spaced apart from each other.
실시예들에 따르면, 상기 능동 공진기들 중의 서로 인접한 두 능동 공진기들 사이의 거리는 상기 나노 안테나들의 폭보다 클 수 있다.According to embodiments, the distance between two adjacent active resonators among the active resonators may be greater than the width of the nanoantennas.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 온도에 따라 루타일(rutile) 결정구조를 갖거나 또는 모노클리닉(monoclinic) 결정구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다.According to embodiments, the connection pattern may include a material having a rutile crystal structure or a monoclinic crystal structure depending on the temperature.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 상기 연결 패턴이 제1 온도를 가질 때 상기 나노 안테나들을 전기적으로 연결시키고, 상기 연결 패턴이 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 가질 때 상기 나노 안테나들을 전기적으로 절연시키도록 구성될 수 있다.According to embodiments, the connection pattern electrically connects the nanoantennas when the connection pattern has a first temperature, and electrically connects the nanoantennas when the connection pattern has a second temperature lower than the first temperature. It can be configured to insulate.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 바나듐 산화물을 포함할 수 있다.According to embodiments, the connection pattern may include vanadium oxide.
실시예들에 따르면, 상기 나노 안테나들은 상기 열 변색층과 멀어지는 방향으로 연장된 원기둥의 형상을 가질 수 있다.According to embodiments, the nanoantennas may have the shape of a cylinder extending in a direction away from the thermochromic layer.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 상기 나노 안테나들의 측면의 일부를 덮고 상기 나노 안테나들의 측면의 다른 일부를 노출할 수 있다.According to embodiments, the connection pattern may cover a portion of the side surface of the nanoantennas and expose another portion of the side surface of the nanoantennas.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 상기 나노 안테나들의 측면들을 둘러싸고, 상기 나노 안테나들의 상면들을 노출할 수 있다.According to embodiments, the connection pattern may surround the side surfaces of the nanoantennas and expose top surfaces of the nanoantennas.
실시예들에 따르면, 상기 나노 안테나들은 상기 열 변색층의 상면과 평행한 제1 방향으로 이격되어 배치되고, 상기 나노 안테나들의 각각은 제1 방향의 폭 및 상기 제1 방향의 폭 보다 작은 제2 방향의 폭을 가질 수 있다.According to embodiments, the nanoantennas are arranged to be spaced apart in a first direction parallel to the upper surface of the thermochromic layer, and each of the nanoantennas has a width in the first direction and a second width smaller than the width in the first direction. It can have a width of direction.
실시예들에 따르면, 상기 나노 안테나들은 제1 나노 안테나 및 상기 제1 나노 안테나를 둘러싸도록 배치되는 제2 나노 안테나를 포함하고, 상기 연결 패턴은 상기 제1 나노 안테나의 외주면 및 상기 제1 나노 안테나의 내주면 사이에 위치할 수 있다.According to embodiments, the nanoantennas include a first nanoantenna and a second nanoantenna arranged to surround the first nanoantenna, and the connection pattern is formed on the outer peripheral surface of the first nanoantenna and the first nanoantenna. It can be located between the inner circumferential surfaces of .
실시예들에 따르면, 상기 절연층은 상기 능동 공진기들의 측면 및 상면을 덮고, 상기 열 변색층은 상기 능동 공진기들의 상기 상면 상에 배치될 수 있다.According to embodiments, the insulating layer may cover the side and top surfaces of the active resonators, and the thermochromic layer may be disposed on the top surfaces of the active resonators.
본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자는, 열 변색층; 상기 열 변색층 상의 절연층; 상기 절연층 상의 제1 나노 안테나; 상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제1 나노 안테나와 이격된 제2 나노 안테나; 상기 제1 나노 안테나 및 상기 제2 나노 안테나를 연결하며, 상 변화물질을 포함하는 연결 패턴을 포함할 수 있다.Thermochromic elements according to embodiments of the present invention include a thermochromic layer; an insulating layer on the thermochromic layer; a first nanoantenna on the insulating layer; a second nanoantenna disposed on the insulating layer and spaced apart from the first nanoantenna; It connects the first nanoantenna and the second nanoantenna, and may include a connection pattern including a phase change material.
실시예들에 따르면, 상기 제1 나노 안테나와 상기 제2 나노 안테나 사이의 거리는 상기 제1 나노 안테나 및 상기 제2 나노 안테나의 폭보다 작을 수 있다.According to embodiments, the distance between the first nanoantenna and the second nanoantenna may be smaller than the width of the first nanoantenna and the second nanoantenna.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 상기 제1 나노 안테나의 측면 및 상기 제2 나노 안테나의 측면의 사이에 배치될 수 있다.According to embodiments, the connection pattern may be disposed between a side surface of the first nanoantenna and a side surface of the second nanoantenna.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴의 상면은 상기 제1 나노 안테나의 상면 및 상기 제2 나노 안테나의 상면과 공면을 이룰 수 있다.According to embodiments, the top surface of the connection pattern may be coplanar with the top surface of the first nanoantenna and the top surface of the second nanoantenna.
실시예들에 따르면, 상기 연결 패턴은 상기 제1 나노 안테나의 측면 및 상기 제2 나노 안테나의 측면을 둘러싸고, 상기 제1 나노 안테나의 상면 및 상기 제2 나노 안테나의 상면을 노출할 수 있다.According to embodiments, the connection pattern may surround the side of the first nanoantenna and the side of the second nanoantenna, and expose the top surface of the first nanoantenna and the top surface of the second nanoantenna.
실시예들에 따르면, 상기 제1 나노 안테나는 원통의 형상을 갖고, 상기 제2 나노 안테나는 링 형상을 갖고, 상기 제2 나노 안테나는 상기 제1 나노 안테나의 외주면과 마주보는 내주면을 가질 수 있다.According to embodiments, the first nanoantenna has a cylindrical shape, the second nanoantenna has a ring shape, and the second nanoantenna may have an inner circumferential surface facing the outer circumferential surface of the first nanoantenna. .
본 발명의 실시예들에 따르면, 열 변색층 상의 능동 공진기들은 소정의 온도 이상에서 적외선 대역의 광을 반사할 수 있다. 또한, 능동 공진기들은 공진된 광을 열로 변환하여 열 변색층에 제공함으로써 열 변색층의 광 투과율의 변화를 도울 수 있다. 이로써, 온도에 따른 광 투과율의 차이가 큰 열 변색 소자가 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, active resonators on the thermochromic layer can reflect light in the infrared band above a predetermined temperature. Additionally, active resonators can help change the light transmittance of the thermochromic layer by converting the resonated light into heat and providing it to the thermochromic layer. As a result, a thermochromic device having a large difference in light transmittance depending on temperature can be provided.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자의 일부를 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 I~I’선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색층의 온도 및 파장에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 공진기의 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 공진기를 설명하기 위한 확대 평면도들이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색소자의 단면도들이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 is a perspective view for explaining a thermochromic device according to embodiments of the present invention.
Figure 2 is a plan view showing a portion of a thermochromic device according to embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along lines I to I' of FIG. 2.
Figure 4 is a graph showing light transmittance according to temperature and wavelength of the thermochromic layer according to embodiments of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the reflectance of an active resonator according to embodiments of the present invention.
Figures 6A to 6E are enlarged plan views for explaining an active resonator according to embodiments of the present invention.
7 and 8 are cross-sectional views of thermochromic devices according to embodiments of the present invention. For simplicity of explanation, descriptions of overlapping configurations may be omitted.
9 to 12 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a thermochromic element according to embodiments of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms. The present embodiments are merely provided to ensure that the disclosure of the present invention is complete and to provide common knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. The same reference numerals refer to the same elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, 'comprises' and/or 'comprising' refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.Additionally, embodiments described in this specification will be described with reference to cross-sectional views and/or plan views, which are ideal illustrations of the present invention. In the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical content. Accordingly, the form of the illustration may be modified depending on manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in form produced according to the manufacturing process. For example, an etch area shown at a right angle may be rounded or have a shape with a predetermined curvature. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have schematic properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device and are not intended to limit the scope of the invention.
이하 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a thermochromic device according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자를 설명하기 위한 사시도이다.1 is a perspective view for explaining a thermochromic device according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 열 변색 소자는 투명기판(110), 열 변색층(120), 절연층(130) 및 능동 공진기들(200)을 포함할 수 있다. 열 변색 소자는 온도에 따라 다른 광 투과율을 가질 수 있다. Referring to FIG. 1 , the thermochromic device may include a transparent substrate 110, a thermochromic layer 120, an insulating layer 130, and active resonators 200. A thermochromic device may have different light transmittance depending on temperature.
투명기판(110) 상에 열 변색층(thermochromic layer, 120) 및 절연층(130)이 순차적으로 적층될 수 있다. 투명기판(110)과 절연층(130)은 높은 광 투과율을 가질 수 있다. 열 변색층(120)은 투명기판(110)과 절연층(130)에 비해 낮은 광 투과율을 가질 수 있다. 투명기판(110)과 절연층(130)은 온도에 관계 없이 일정한 광 투과율을 가질 수 있다. 반면, 열 변색층(120)은 온도에 따라 다른 광 투과율을 가질 수 있다. 이로써, 열 변색 소자는 온도에 따라 다른 광 투과율을 가질 수 있다.A thermochromic layer (120) and an insulating layer (130) may be sequentially stacked on the transparent substrate 110. The transparent substrate 110 and the insulating layer 130 may have high light transmittance. The thermochromic layer 120 may have lower light transmittance than the transparent substrate 110 and the insulating layer 130. The transparent substrate 110 and the insulating layer 130 may have constant light transmittance regardless of temperature. On the other hand, the thermochromic layer 120 may have different light transmittance depending on temperature. As a result, the thermochromic element can have different light transmittance depending on temperature.
능동 공진기들(200)이 절연층(130)의 상면 상에 2차원적으로 배열될 수 있다. 능동 공진기들(200)은 광을 수신하고, 수신된 광을 공진시켜 흡수 및 반사할 수 있다. 능동 공진기들(200)은 온도에 따라 다른 파장의 광을 흡수 및 반사하도록 구성될 수 있다. 또한, 능동 공진기들은 흡수된 광을 열 에너지로 변환시켜, 그와 인접한 열 변색층(120)의 광 투과율의 변화를 도울 수 있다. 이로써, 열 변색 소자의 온도에 따른 광 투과율의 차이가 더욱 증대될 수 있다. Active resonators 200 may be two-dimensionally arranged on the top surface of the insulating layer 130. The active resonators 200 may receive light and resonate to absorb and reflect the received light. The active resonators 200 may be configured to absorb and reflect light of different wavelengths depending on temperature. Additionally, the active resonators convert the absorbed light into heat energy and can help change the light transmittance of the thermochromic layer 120 adjacent thereto. As a result, the difference in light transmittance depending on the temperature of the thermochromic device can be further increased.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자의 일부를 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 I~I’선에 따른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색층의 온도 및 파장에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 공진기의 반사율을 나타낸 그래프이다.Figure 2 is a plan view showing a portion of a thermochromic device according to embodiments of the present invention. Figure 3 is a cross-sectional view taken along lines I to I' of Figure 2. Figure 4 is a graph showing light transmittance according to temperature and wavelength of the thermochromic layer according to embodiments of the present invention. Figure 5 is a graph showing the reflectance of an active resonator according to embodiments of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 투명기판(110)은 평판의 형상을 가질 수 있다. 투명기판(110)은 평탄한 상면 및 하면을 가질 수 있다. 또한, 투명기판(110)은 그의 일단으로부터 그의 타단에 이르기 까지 일정한 두께를 가질 수 있다. 이로써, 투명기판(110)은 그를 상하로 투과하는 빛을 왜곡없이 투과시킬 수 있다. 투명기판(110)은 유리기판, 플라스틱 기판, 실리콘 기판과 같은 절연 기판일 수 있다. 투명기판(110)은 높은 광 투과율을 가질 수 있다. 투명기판(110)은, 예컨대, 그를 상하로 관통하는 빛에 대하여 90% 이상의 광 투과율을 가질 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3 , the transparent substrate 110 may have a flat shape. The transparent substrate 110 may have a flat upper and lower surface. Additionally, the transparent substrate 110 may have a constant thickness from one end to the other end. As a result, the transparent substrate 110 can transmit light passing through it up and down without distortion. The transparent substrate 110 may be an insulating substrate such as a glass substrate, a plastic substrate, or a silicon substrate. The transparent substrate 110 may have high light transmittance. For example, the transparent substrate 110 may have a light transmittance of 90% or more for light penetrating upward and downward.
열 변색층(120)이 투명기판(110) 상에 배치될 수 있다. 열 변색층(120)은 투명기판(110)의 상면을 덮을 수 있다. 열 변색층(120)은 균일한 두께를 가지며 제1 방향(D1) 및 제1 방향(D1)과 수직한 제2 방향(D2)으로 연장될 수 있다. 열 변색층(120)은 상 전이 물질(PCM: Phase Change Material)을 포함할 수 있다. 열 변색층(120)은, 예컨대, 금속-절연체 전이 물질(Metal-Insulator Transition Material)로서, 바나듐 산화물(VOx)을 포함할 수 있다. 열 변색층(120)은, 예컨대, 이산화바나듐(VO2)을 포함할 수 있다.The thermochromic layer 120 may be disposed on the transparent substrate 110. The thermochromic layer 120 may cover the upper surface of the transparent substrate 110. The thermochromic layer 120 has a uniform thickness and may extend in the first direction D1 and the second direction D2 perpendicular to the first direction D1. The thermochromic layer 120 may include a phase change material (PCM). The thermochromic layer 120 is, for example, a metal-insulator transition material and may include vanadium oxide (VO x ). The thermochromic layer 120 may include, for example, vanadium dioxide (VO 2 ).
도 4를 함께 참조하면, 열 변색층(120)의 광 투과율은 열 변색층(120)의 온도(T1)에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 열 변색층(120)은 임계온도(Tc) 이상의 온도(T1)에서 루타일(rutile) 결정구조를 가질 수 있으며, 임계온도(Tc) 이하의 온도(T1)에서 모노클리닉(monoclinic) 결정구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 적외선에 대한 열 변색층(120)의 광 투과율은 임계온도(Tc)를 기준으로 달라질 수 있다. 열 변색층(120)의 임계온도(Tc)는 열 변색층(120)에 포함된 물질에 따라 적절히 조절될 수 있다. 예컨대, 열 변색층(120)은 임계온도(Tc)는 텅스텐 등을 도핑함으로써 조절될 수 있다. 적외선에 대한 열 변색층(120)의 광 투과율은 열 변색층(120)의 온도가 임계온도(Tc) 이상일 때 더 낮을 수 있다.Referring to FIG. 4 , the light transmittance of the thermochromic layer 120 may vary depending on the temperature (T1) of the thermochromic layer 120. Specifically, the thermochromic layer 120 may have a rutile crystal structure at a temperature (T1) above the critical temperature (Tc), and may have a monoclinic crystal structure at a temperature (T1) below the critical temperature (Tc). It may have a crystal structure. Accordingly, the light transmittance of the thermochromic layer 120 for infrared rays may vary based on the critical temperature (Tc). The critical temperature (Tc) of the thermochromic layer 120 can be appropriately adjusted depending on the material included in the thermochromic layer 120. For example, the critical temperature (Tc) of the thermochromic layer 120 can be adjusted by doping tungsten or the like. The light transmittance of the thermochromic layer 120 for infrared rays may be lower when the temperature of the thermochromic layer 120 is above the critical temperature (Tc).
도시되지 않았으나, 열 변색 소자는 건축물의 창문으로써 이용될 수 있다. 적외선 대역의 광은 열 에너지와 관련될 수 있다. 임계온도(Tc) 이상의 온도에서, 열 변색층(120)은 적외선의 투과도를 감소시킴으로써 투과광으로 인한 건축물 내부의 온도 상승을 억제할 수 있다. 반대로, 임계온도(Tc) 이하의 온도에서, 열 변색층(120)은 적외선의 투과도를 증가시킴으로써, 건축물 내부의 온도 상승에 기여할 수 있다.Although not shown, thermochromic elements can be used as windows in buildings. Light in the infrared band can be associated with thermal energy. At temperatures above the critical temperature (Tc), the thermochromic layer 120 can suppress the increase in temperature inside the building due to transmitted light by reducing the transmittance of infrared rays. Conversely, at temperatures below the critical temperature (Tc), the thermochromic layer 120 may contribute to increasing the temperature inside the building by increasing the transmittance of infrared rays.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 능동 공진기들(200)이 열 변색층(120) 상에 배치될 수 있다. 능동 공진기들(200)은 열 변색층(120)의 상면(즉, 절연층(130)의 상면)과 평행한 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 배열될 수 있다. 능동 공진기들(200)은 메타물질일 수 있다. 즉, 능동 공진기들(200)은 구조 및 형상에 따라 다른 광학적 성질을 갖도록 나노광학적으로 설계된 구조체일 수 있다. 능동 공진기들(200)은 일정한 형상 및 일정한 배열간격을 가질 수 있다. 예컨대, 서로 인접한 두 능동 공진기들(200)사이의 간격은 후술될 나노 안테나들(210)의 각각의 폭(w1)보다 클 수 있다.Referring again to FIGS. 2 and 3 , active resonators 200 may be disposed on the thermochromic layer 120 . The active resonators 200 may be arranged in a first direction D1 and a second direction D2 parallel to the top surface of the thermochromic layer 120 (that is, the top surface of the insulating layer 130). Active resonators 200 may be metamaterials. That is, the active resonators 200 may be nano-optical structures designed to have different optical properties depending on their structure and shape. The active resonators 200 may have a certain shape and a certain array spacing. For example, the gap between two adjacent active resonators 200 may be larger than each width w1 of the nanoantennas 210, which will be described later.
능동 공진기들(200)의 각각은 서로 이격되어 배치된 나노 안테나들(210) 및 나노 안테나들(210)을 연결하는 연결 패턴(220)를 포함할 수 있다. 나노 안테나들(210)은 투명기판(110)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 원기둥의 형상을 가질 수 있다. 나노 안테나들(210)은 도전체를 포함할 수 있다. 나노 안테나들(210)은, 예컨대, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), ITO(Indium tin oxide) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 나노 안테나들(210)의 각각은 전기적으로 플로팅될 수 있다. 이로써, 나노 안테나들(210)은 외부로부터 광을 수신하고, 수신된 광 중 특정 파장대역의 광을 공진시킬 수 있다. Each of the active resonators 200 may include nanoantennas 210 arranged to be spaced apart from each other and a connection pattern 220 connecting the nanoantennas 210 . The nanoantennas 210 may have the shape of a cylinder extending in a direction away from the transparent substrate 110 . Nanoantennas 210 may include a conductor. The nanoantennas 210 may include, for example, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), indium tin oxide (ITO), or a combination thereof. Each of the nanoantennas 210 may be electrically floating. Accordingly, the nanoantennas 210 can receive light from the outside and resonate light in a specific wavelength band among the received light.
나노 안테나들(210)에 의해 공진된 광은 나노 안테나들(210)에 흡수되거나 또는 반사될 수 있다. 이때, 공진되는 광의 파장은 나노 안테나(210)의 폭(w1) 및 두께(t1)과 관계될 수 있다. 나노 안테나(210)는 적외선 대역보다 짧은 파장의 광을 공진 시키도록 구성될 수 있다. 나노 안테나들(210)의 폭(w1)은, 예컨대, 200nm 내지 240nm일 수 있다. 나노 안테나들(210)의 두께(t1)는 예컨대, 70nm 내지 90nm일 수 있다. 나노 안테나들(210)의 사이의 거리(d2)는, 예컨대, 5nm 내지 20nm일 수 있다. 나노 안테나들(210)의 폭(w1)은 나노 안테나들(210) 사이의 거리(d2)보다 클 수 있다.Light resonated by the nanoantennas 210 may be absorbed or reflected by the nanoantennas 210 . At this time, the wavelength of the resonant light may be related to the width (w1) and thickness (t1) of the nanoantenna 210. The nanoantenna 210 may be configured to resonate light with a wavelength shorter than the infrared band. The width w1 of the nanoantennas 210 may be, for example, 200 nm to 240 nm. The thickness t1 of the nanoantennas 210 may be, for example, 70 nm to 90 nm. The distance d2 between the nanoantennas 210 may be, for example, 5 nm to 20 nm. The width w1 of the nanoantennas 210 may be greater than the distance d2 between the nanoantennas 210.
연결 패턴(220)가 나노 안테나들(210)의 사이에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 서로 인접한 나노 안테나들(210) 및 나노 안테나들(210)을 연결하는 연결 패턴(220)는 하나의 직선 상에 배치될 수 있다. 연결 패턴(220)의 두께(t2)는 나노 안테나들(210)의 두께와 동일할 수 있다. 일 예에 따르면, 연결 패턴(220)의 상면과 나노 안테나들(210)의 상면은 공면을 이룰 수 있다. 연결 패턴(220)는 상 변화 물질을 포함할 수 있다. 연결 패턴(220)는, 금속 절연체 전이 물질로서, 바나듐 산화물(VOx)을 포함할 수 있다. 예컨대, 연결 패턴(220)는 이산화바나듐(VO2)을 포함할 수 있다. 연결 패턴(220)는 온도에 따라 나노 안테나들(210)을 전기적으로 연결하거나 또는 분리할 수 있다.The connection pattern 220 may be disposed between the nanoantennas 210 . In other words, the nanoantennas 210 adjacent to each other and the connection pattern 220 connecting the nanoantennas 210 may be arranged on one straight line. The thickness t2 of the connection pattern 220 may be the same as the thickness of the nanoantennas 210. According to one example, the top surface of the connection pattern 220 and the top surface of the nanoantennas 210 may be coplanar. The connection pattern 220 may include a phase change material. The connection pattern 220 may include vanadium oxide (VO x ) as a metal-insulator transition material. For example, the connection pattern 220 may include vanadium dioxide (VO 2 ). The connection pattern 220 can electrically connect or separate the nanoantennas 210 depending on temperature.
도 5를 함께 참조하면, 연결 패턴(220)은 연결 패턴(220)의 온도(T2)가 임계온도(Tc) 이상일 때 도전체로 기능할 수 있으며, 임계온도(Tc) 이하일 때 절연체로 기능할 수 있다. 이로써, 연결 패턴(220)는 온도에 따라 능동 공진기(200)의 공진 특성을 변화시킬 수 있다. 능동 공진기(200)는 공진 특성이 변화됨에 따라 다른 파장의 광을 반사할 수 있다.Referring to FIG. 5 together, the connection pattern 220 may function as a conductor when the temperature (T2) of the connection pattern 220 is above the critical temperature (Tc), and may function as an insulator when the temperature is below the critical temperature (Tc). there is. Accordingly, the connection pattern 220 can change the resonance characteristics of the active resonator 200 depending on temperature. The active resonator 200 may reflect light of different wavelengths as its resonance characteristics change.
구체적으로, 연결 패턴(220)의 온도(T2)가 임계온도(Tc) 이상인 제1 온도일 때, 능동 공진기(200) 내의 나노 안테나들(210)은 연결 패턴(220)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 전기적으로 연결된 나노 안테나들(210)은 하나의 공진기로 기능할 수 있다. 연결 패턴(220)를 통하여 연결된 나노 안테나들(210)은 제1 파장대역의 광을 수신 및 반사할 수 있다. 제1 파장대역은, 근적외선 영역 내지 원적외선 영역을 포함할 수 있다. Specifically, when the temperature T2 of the connection pattern 220 is a first temperature that is higher than the critical temperature Tc, the nanoantennas 210 in the active resonator 200 may be electrically connected through the connection pattern 220. there is. The electrically connected nanoantennas 210 may function as a single resonator. Nanoantennas 210 connected through the connection pattern 220 may receive and reflect light in the first wavelength band. The first wavelength band may include a near-infrared region or a far-infrared region.
반면, 연결 패턴(220)의 온도(T2)가 임계온도(Tc) 미만인 제2 온도일 때, 능동 공진기(200) 내의 나노 안테나들(210)은 전기적으로 분리될 수 있다. 전기적으로 분리된 나노 안테나들(210)은 각각의 공진기로 기능할 수 있다. 이로써, 나노 안테나들(210)은 제2 파장대역의 광을 수신 및 반사할 수 있다. 제2 파장대역은 제1 파장대역보다 짧을 수 있다. 제2 파장대역은, 예컨대, 가시광선 내지 근적외선 영역일 수 있다.On the other hand, when the temperature T2 of the connection pattern 220 is a second temperature less than the critical temperature Tc, the nanoantennas 210 in the active resonator 200 may be electrically separated. The electrically separated nanoantennas 210 may function as individual resonators. Accordingly, the nanoantennas 210 can receive and reflect light in the second wavelength band. The second wavelength band may be shorter than the first wavelength band. The second wavelength band may be, for example, a visible light to near-infrared region.
임계온도(Tc) 이상의 온도(T2)에서 능동 공진기(200)는 적외선 영역의 광에 대해 가장 높은 반사율을 가질 수 있다. 적외선 영역의 광은 열 에너지와 관련되므로, 임계온도(Tc) 이상에서 능동 공진기(200) 는 열 에너지가 열 변색 소자를 통과하는 것을 억제할 수 있다. 반면, 임계온도(Tc) 이하의 온도에서, 능동 공진기(200)는 적외선 영역의 광에 대해 낮은 반사율을 가질 수 있다. 이로써, 능동 공진기(200) 는 임계온도(Tc) 이하에서 열 에너지가 열 변색 소자를 통과하는 것을 방해하지 않을 수 있다.At a temperature (T2) above the critical temperature (Tc), the active resonator 200 may have the highest reflectivity for light in the infrared region. Since light in the infrared region is related to heat energy, above the critical temperature (Tc), the active resonator 200 can prevent heat energy from passing through the thermochromic element. On the other hand, at temperatures below the critical temperature (Tc), the active resonator 200 may have a low reflectivity for light in the infrared region. As a result, the active resonator 200 may not prevent thermal energy from passing through the thermochromic element below the critical temperature (Tc).
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 절연층(130)이 능동 공진기들(200)과 열 변색층(120)의 사이에 배치될 수 있다. 다시 말해서, 능동 공진기들(200)은 절연층(130)의 두께만큼 열 변색층(120)과 이격되어 배치될 수 있다. 절연층(130)은, 예컨대, 실리콘 옥사이드(SiO2)를 포함할 수 있다. 능동 공진기들(200)과 열 변색층(120) 사이의 간격(d3)은, 예컨대, 30nm 이상일 수 있다. 이에 따라, 능동 공진기(200) 내에서 공진되는 전자기파가 열 변색층(120)으로 전이되는 것이 방지될 수 있으며, 능동 공진기(200)의 공진 효율이 증가될 수 있다. 또한, 능동 공진기들(200)과 열 변색층(120) 사이의 간격(d3)은, 예컨대, 200nm 이하일 수 있다. 능동 공진기들(200)이 특정 파장의 광을 흡수하여 열을 발생시킬 수 있다. 능동 공진기들(200)에 의해 발생된 열은 열 변색층(120)에 전달되어 열 변색층(120) 광 투과율의 변화를 도울 수 있다.Referring again to FIGS. 2 and 3 , the insulating layer 130 may be disposed between the active resonators 200 and the thermochromic layer 120 . In other words, the active resonators 200 may be arranged to be spaced apart from the thermochromic layer 120 by the thickness of the insulating layer 130. The insulating layer 130 may include, for example, silicon oxide (SiO 2 ). The gap d3 between the active resonators 200 and the thermochromic layer 120 may be, for example, 30 nm or more. Accordingly, electromagnetic waves resonating within the active resonator 200 can be prevented from transferring to the thermochromic layer 120, and resonance efficiency of the active resonator 200 can be increased. Additionally, the distance d3 between the active resonators 200 and the thermochromic layer 120 may be, for example, 200 nm or less. Active resonators 200 may generate heat by absorbing light of a specific wavelength. Heat generated by the active resonators 200 may be transferred to the thermochromic layer 120 to help change the light transmittance of the thermochromic layer 120.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예들에 따른 능동 공진기를 설명하기 위한 확대 평면도들이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.Figures 6A to 6E are enlarged plan views for explaining an active resonator according to embodiments of the present invention. To simplify explanation, descriptions of overlapping configurations may be omitted.
도 6a를 참조하면, 능동 공진기(200)는 서로 이격된 나노 안테나들(210) 및 나노 안테나들(210)의 사이에 국소적으로 배치된 연결 패턴(220)를 포함할 수 있다. 연결 패턴(220)는 나노 안테나들(210)의 측면들(210s)의 일부 상에 배치되어 나노 안테나들(210)의 측면들(210s)의 다른 일부를 노출할 수 있다. 연결 패턴(220)의 폭은 나노 안테나들(210)의 폭보다 작을 수 있다.Referring to FIG. 6A , the active resonator 200 may include nanoantennas 210 spaced apart from each other and a connection pattern 220 disposed locally between the nanoantennas 210 . The connection pattern 220 may be disposed on a portion of the side surfaces 210s of the nanoantennas 210 to expose other portions of the side surfaces 210s of the nanoantennas 210 . The width of the connection pattern 220 may be smaller than the width of the nanoantennas 210.
도 6b를 참조하면, 능동 공진기(200)는 서로 이격된 나노 안테나들(210) 및 나노 안테나들(210)의 측면들(210s)을 둘러싸는 연결 패턴(220)를 포함할 수 있다. 연결 패턴(220)는 나노 안테나들(210)의 측면들(210s)을 완전히 둘러쌀 수 있다. 또한 연결 패턴(220)은 나노 안테나들(210)의 상면들을 노출할 수 있다. Referring to FIG. 6B , the active resonator 200 may include nanoantennas 210 spaced apart from each other and a connection pattern 220 surrounding the side surfaces 210s of the nanoantennas 210 . The connection pattern 220 may completely surround the side surfaces 210s of the nanoantennas 210. Additionally, the connection pattern 220 may expose the top surfaces of the nanoantennas 210.
도 6c를 참조하면, 나노 안테나들(210)은 서로 다른 제1 방향(D1)의 폭(w2) 및 제2 방향(D2)의 폭(w3)을 가질 수 있다. 나노 안테나들(210)은, 예컨대, 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 나노 안테나들(210) 제1 방향(D1)으로 이격되어 배치될 수 있다. 나노 안테나들(210)의 제1 방향(D1)의 폭(w2)은 200nm 내지 240nm일 수 있다. 나노 안테나들(210)의 제2 방향(D2)의 폭(w3)은 나노 안테나들(210)의 제1 방향(D1)의 폭(w2)보다 작을 수 있다. 본 예에 따르면, 능동 공진기(200)는 입사광의 편광 방향에 따라 다른 공진 특성을 가질 수 있다. Referring to FIG. 6C, the nanoantennas 210 may have different widths (w2) in the first direction (D1) and widths (w3) in the second direction (D2). The nanoantennas 210 may have, for example, a rectangular shape. Nanoantennas 210 may be arranged to be spaced apart in the first direction D1. The width w2 of the nanoantennas 210 in the first direction D1 may be 200 nm to 240 nm. The width w3 of the nanoantennas 210 in the second direction D2 may be smaller than the width w2 of the nanoantennas 210 in the first direction D1. According to this example, the active resonator 200 may have different resonance characteristics depending on the polarization direction of incident light.
도 6d를 참조하면, 능동 공진기(200)는 제1 방향(D1)을 따라 서로 이격되어 배열된 n개의 나노 안테나들(210) 및 나노 안테나들(210)의 측면들을 둘러싸는 연결 패턴(220)를 포함할 수 있다. 연결 패턴(220)는 나노 안테나들(210)의 측면들(210s)을 완전히 둘러쌀 수 있다. 본 예에서, 능동 공진기(200)의 제1 방향(D1)의 폭(w4)은 405nm 내지 500nm일 수 있다. n개의 나노 안테나들(210) 각각의 폭 및 나노 안테나들(210) 사이의 거리는 능동 공진기(200)의 제1 방향(D1)이 폭(w4)은 405nm 내지 500nm의 범위를 갖도록 적절히 조절될 수 있다.Referring to FIG. 6D, the active resonator 200 includes n nanoantennas 210 arranged to be spaced apart from each other along the first direction D1 and a connection pattern 220 surrounding the sides of the nanoantennas 210. may include. The connection pattern 220 may completely surround the side surfaces 210s of the nanoantennas 210. In this example, the width w4 of the active resonator 200 in the first direction D1 may be 405 nm to 500 nm. The width of each of the n nanoantennas 210 and the distance between the nanoantennas 210 can be appropriately adjusted so that the width w4 in the first direction D1 of the active resonator 200 ranges from 405 nm to 500 nm. there is.
도 6e를 참조하면, 능동 공진기(200)는 제1 나노 안테나(210a), 제1 나노 안테나(210b)를 둘러싸도록 배치되는 제2 나노 안테나(210b) 및 제1 나노 안테나(210a)와 제2 나노 안테나(210b)의 사이에 배치되는 연결 패턴(220)를 포함할 수 있다. 제1 나노 안테나(210a)는 원통의 형상를 가질 수 있다. 제2 나노 안테나(210b)는 링의 형상을 가질 수 있다. 제1 나노 안테나(210a)의 외주면과 제2 나노 안테나(210b)의 내주면은 서로 마주볼 수 있다. 연결 패턴(220)는 제1 나노 안테나(210a)의 외주면 및 제2 나노 안테나(210b)의 내주면과 사이에 위치할 수 있다. 본 예에 따르면, 능동 공진기(200)는 입사광의 편광 방향과 관계없이 일정한 공진 특성을 가질 수 있다.Referring to FIG. 6E, the active resonator 200 includes a first nanoantenna 210a, a second nanoantenna 210b arranged to surround the first nanoantenna 210b, and a first nanoantenna 210a and a second nanoantenna 210a. It may include a connection pattern 220 disposed between the nanoantennas 210b. The first nanoantenna 210a may have a cylindrical shape. The second nanoantenna 210b may have a ring shape. The outer peripheral surface of the first nanoantenna 210a and the inner peripheral surface of the second nanoantenna 210b may face each other. The connection pattern 220 may be located between the outer peripheral surface of the first nanoantenna 210a and the inner peripheral surface of the second nanoantenna 210b. According to this example, the active resonator 200 may have constant resonance characteristics regardless of the polarization direction of incident light.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색소자의 단면도들이다. 설명의 간소화를 위하여 중복된 구성에 대한 설명은 생략될 수 있다.7 and 8 are cross-sectional views of thermochromic devices according to embodiments of the present invention. To simplify explanation, descriptions of overlapping configurations may be omitted.
도 7을 참조하면, 절연층(130)이 능동 공진기들(200)의 측면 및 상면을 덮을 수 있다. 열 변색층(120)은 능동 공진기들(200)의 상면 상에 배치될 수 있다. 즉, 능동 공진기(200)는 투명기판(110)과 열 변색층(120)의 사이에 배치될 수 있다. 능동 공진기들(200)은 투명기판(110) 상에 직접 배치될 수 있다. 열 변색층(120)은, 능동 공진기(200)가 안테나로 기능할 수 있도록, 능동 공진기(200)와 이격되어 배치될 수 있다. 절연층(130)이 투명기판(110)과 열 변색층(120)의 사이에 배치될 수 있다. 절연층(130)은 능동 공진기(200)를 덮을 수 있다. 능동 공진기(200)가 투명기판(110)과 열 변색층(120)의 사이에 배치되는 경우, 열 변색 소자의 내구성이 향상될 수 있다. 본 예에서, 절연층(130)의 두께는 100nm 보다 클 수 있다. Referring to FIG. 7 , the insulating layer 130 may cover the side and top surfaces of the active resonators 200 . The thermochromic layer 120 may be disposed on the top surface of the active resonators 200. That is, the active resonator 200 may be disposed between the transparent substrate 110 and the thermochromic layer 120. Active resonators 200 may be placed directly on the transparent substrate 110. The thermochromic layer 120 may be disposed to be spaced apart from the active resonator 200 so that the active resonator 200 can function as an antenna. The insulating layer 130 may be disposed between the transparent substrate 110 and the thermochromic layer 120. The insulating layer 130 may cover the active resonator 200. When the active resonator 200 is disposed between the transparent substrate 110 and the thermochromic layer 120, durability of the thermochromic device can be improved. In this example, the thickness of the insulating layer 130 may be greater than 100 nm.
도 8을 참조하면, 열 변색층(120)은 투명기판(110)의 제1 면(110a) 상에 배치될 수 있고, 능동 공진기(200)는 투명기판(110)의 제1 면(110a)과 대향하는 제2 면(110b) 상에 배치될 수 있다. 열 변색층(120)은 투명기판(110)을 사이에 두고 능동 공진기와 이격될 수 있다. 투명 기판(110)은 절연 기판일 수 있따. 본 예에 따르면, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 절연층(130)이 생략될 수 있으며, 열 변색 소자의 두께가 얇아질 수 있다.Referring to FIG. 8, the thermochromic layer 120 may be disposed on the first side 110a of the transparent substrate 110, and the active resonator 200 may be disposed on the first side 110a of the transparent substrate 110. It may be disposed on the second surface 110b opposite to. The thermochromic layer 120 may be spaced apart from the active resonator with the transparent substrate 110 interposed therebetween. The transparent substrate 110 may be an insulating substrate. According to this example, the insulating layer 130 described with reference to FIGS. 4 and 5 may be omitted, and the thickness of the thermochromic element may be reduced.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 열 변색 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.9 to 12 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a thermochromic element according to embodiments of the present invention.
도 9 및 도 10을 참조하면, 투명기판(110) 상에 열 변색층(120), 절연층(130) 및 희생층(155)을 순차적으로 형성할 수 있다. Referring to FIGS. 9 and 10 , a thermochromic layer 120, an insulating layer 130, and a sacrificial layer 155 may be sequentially formed on the transparent substrate 110.
이어서, 나노 임프린트 공정을 이용하여 희생층(155)으로부터 희생패턴(156)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 나노 임프린트용 스템프(300)를 이용하여 나노 임프린트용 스템프(300)의 역상을 갖는 패턴을 희생층(155)에 전사할 수 있다. 형성된 희생패턴(156)은 절연층(130)의 상면의 일부를 노출하고, 다른 일부를 덮을 수 있다.Subsequently, the sacrificial pattern 156 can be formed from the sacrificial layer 155 using a nanoimprint process. Specifically, a pattern having a reverse image of the nano imprint stamp 300 can be transferred to the sacrificial layer 155 using the nano imprint stamp 300. The formed sacrificial pattern 156 may expose a portion of the upper surface of the insulating layer 130 and cover the other portion.
도 11을 참조하면, 절연층(130)의 상면 및 희생패턴(156)의 상면 상에 도전 패턴(205)이 형성될 수 있다. 도전 패턴(205)을 형성하는 것은 희생패턴(156) 상에 전자빔 증착(electron beam evaporation) 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 전자빔 증착 공정을 이용하여 형성된 도전 패턴(205)은 희생패턴(156)에 의해 노출된 절연층(130)의 상면 및 희생패턴(156)의 상면 상에 선택적으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 11, a conductive pattern 205 may be formed on the top surface of the insulating layer 130 and the top surface of the sacrificial pattern 156. Forming the conductive pattern 205 may include performing an electron beam evaporation process on the sacrificial pattern 156. The conductive pattern 205 formed using an electron beam deposition process may be selectively formed on the upper surface of the insulating layer 130 exposed by the sacrificial pattern 156 and on the upper surface of the sacrificial pattern 156.
도 12를 참조하면, 희생패턴(156)을 제거하여 나노 안테나들(210)을 형성할 수 있다. 희생패턴(156)이 제거되는 동안 희생패턴(156)의 상면 상에 위치한 도전 패턴(205)이 함께 제거될 수 있다. 절연층(130) 상에 잔존된 도전 패턴(205)은 나노 안테나들(210)로써 형성될 수 있다.Referring to FIG. 12, nanoantennas 210 can be formed by removing the sacrificial pattern 156. While the sacrificial pattern 156 is being removed, the conductive pattern 205 located on the top surface of the sacrificial pattern 156 may also be removed. The conductive pattern 205 remaining on the insulating layer 130 may be formed as nanoantennas 210 .
다시 도 3을 참조하면, 나노 안테나들(210)의 사이에 연결 패턴(220)를 형성할 수 있다. 연결 패턴(220)를 형성하는 것은 절연층(130) 및 나노 안테나들(210)을 덮는 상 변화 물질층(미도시)을 형성하는 것 및 상 변화 물질층 상에 평탄화 공정 및 패터닝 공정을 수행하여 나노 안테나들(210)의 사이에 상 변화 물질층의 일부를 잔존시키는 것을 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 3, a connection pattern 220 may be formed between the nanoantennas 210. Forming the connection pattern 220 involves forming a phase change material layer (not shown) covering the insulating layer 130 and the nanoantennas 210 and performing a planarization process and a patterning process on the phase change material layer. This may include leaving a portion of the phase change material layer between the nanoantennas 210.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive.
Claims (18)
상기 열 변색층 상에 이차원적으로 배열된 능동 공진기들;
상기 능동 공진기들과 상기 열 변색층 사이의 절연층을 포함하되,
상기 능동 공진기들의 각각은 서로 이격되어 배치된 나노 안테나들 및 상기 나노 안테나들을 연결하는 연결 패턴을 포함하고,
상기 연결 패턴은 상 변화물질을 포함하고,
상기 나노 안테나들의 폭은 상기 서로 이격되어 배치된 나노 안테나들 사이의 거리보다 큰 열 변색 소자.thermochromic layer;
Active resonators arranged two-dimensionally on the thermochromic layer;
An insulating layer between the active resonators and the thermochromic layer,
Each of the active resonators includes nanoantennas spaced apart from each other and a connection pattern connecting the nanoantennas,
The connection pattern includes a phase change material,
A thermochromic device wherein the width of the nanoantennas is greater than the distance between the nanoantennas arranged to be spaced apart from each other.
상기 능동 공진기들 중의 서로 인접한 두 능동 공진기들 사이의 거리는 상기 나노 안테나들의 폭보다 큰 열 변색 소자.According to claim 1,
A thermochromic device wherein the distance between two adjacent active resonators among the active resonators is greater than the width of the nanoantennas.
상기 연결 패턴은 온도에 따라 루타일(rutile) 결정구조를 갖거나 또는 모노클리닉(monoclinic) 결정구조를 갖는 물질을 포함하는 열 변색 소자.According to claim 1,
The connection pattern is a thermochromic device comprising a material having a rutile crystal structure or a monoclinic crystal structure depending on temperature.
상기 연결 패턴은 상기 연결 패턴이 제1 온도를 가질 때 상기 나노 안테나들을 전기적으로 연결시키고, 상기 연결 패턴이 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도를 가질 때 상기 나노 안테나들을 전기적으로 절연시키도록 구성되는 열 변색 소자.According to claim 1,
The connection pattern is configured to electrically connect the nanoantennas when the connection pattern has a first temperature and to electrically insulate the nanoantennas when the connection pattern has a second temperature lower than the first temperature. Thermochromic element.
상기 연결 패턴은 바나듐 산화물을 포함하는 열 변색 소자.According to claim 1,
The connection pattern is a thermochromic device containing vanadium oxide.
상기 나노 안테나들은 상기 열 변색층과 멀어지는 방향으로 연장된 원기둥의 형상을 갖는 열 변색 소자.According to claim 1,
The nanoantennas are thermochromic elements having a cylindrical shape extending in a direction away from the thermochromic layer.
상기 연결 패턴은 상기 나노 안테나들의 측면의 일부를 덮고 상기 나노 안테나들의 측면의 다른 일부를 노출하는 열 변색 소자.According to claim 1,
The connection pattern covers a part of the side surface of the nanoantennas and exposes another part of the side surface of the nanoantennas.
상기 연결 패턴은 상기 나노 안테나들의 측면들을 둘러싸고, 상기 나노 안테나들의 상면들을 노출하는 열 변색 소자.According to claim 1,
The connection pattern surrounds the side surfaces of the nanoantennas and exposes top surfaces of the nanoantennas.
상기 나노 안테나들은 상기 열 변색층의 상면과 평행한 제1 방향으로 이격되어 배치되고,
상기 나노 안테나들의 각각은 제1 방향의 폭 및 상기 제1 방향의 폭 보다 작은 제2 방향의 폭을 갖는 열 변색 소자.According to claim 1,
The nanoantennas are arranged to be spaced apart in a first direction parallel to the top surface of the thermochromic layer,
A thermochromic device wherein each of the nanoantennas has a width in a first direction and a width in a second direction that is smaller than the width in the first direction.
상기 나노 안테나들은 제1 나노 안테나 및 상기 제1 나노 안테나를 둘러싸도록 배치되는 제2 나노 안테나를 포함하고,
상기 연결 패턴은 상기 제1 나노 안테나의 외주면 및 상기 제1 나노 안테나의 내주면 사이에 위치하는 열 변색 소자. According to claim 1,
The nanoantennas include a first nanoantenna and a second nanoantenna arranged to surround the first nanoantenna,
The connection pattern is a thermochromic element located between the outer peripheral surface of the first nanoantenna and the inner peripheral surface of the first nanoantenna.
상기 절연층은 상기 능동 공진기들의 측면 및 상면을 덮고, 상기 열 변색층은 상기 능동 공진기들의 상기 상면 상에 배치되는 열 변색 소자.According to claim 1,
The insulating layer covers side and top surfaces of the active resonators, and the thermochromic layer is disposed on the top surfaces of the active resonators.
상기 열 변색층 상의 절연층;
상기 절연층 상의 제1 나노 안테나;
상기 절연층 상에 배치되고, 상기 제1 나노 안테나와 이격된 제2 나노 안테나; 및
상기 제1 나노 안테나 및 상기 제2 나노 안테나를 연결하며, 상 변화물질을 포함하는 연결 패턴을 포함하고,
상기 제1 나노 안테나와 상기 제2 나노 안테나 사이의 거리는 상기 제1 나노 안테나 및 상기 제2 나노 안테나의 폭보다 작은 열 변색 소자.thermochromic layer;
an insulating layer on the thermochromic layer;
a first nanoantenna on the insulating layer;
a second nanoantenna disposed on the insulating layer and spaced apart from the first nanoantenna; and
Connecting the first nanoantenna and the second nanoantenna, and comprising a connection pattern including a phase change material,
A thermochromic element wherein the distance between the first nanoantenna and the second nanoantenna is smaller than the width of the first nanoantenna and the second nanoantenna.
상기 연결 패턴은 상기 제1 나노 안테나의 측면 및 상기 제2 나노 안테나의 측면의 사이에 배치되는 열 변색 소자.According to claim 13,
The connection pattern is a thermochromic element disposed between a side surface of the first nanoantenna and a side surface of the second nanoantenna.
상기 연결 패턴의 상면은 상기 제1 나노 안테나의 상면 및 상기 제2 나노 안테나의 상면과 공면을 이루는 열 변색 소자.According to claim 13,
A thermochromic element wherein the upper surface of the connection pattern is coplanar with the upper surface of the first nanoantenna and the upper surface of the second nanoantenna.
상기 연결 패턴은 상기 제1 나노 안테나의 측면 및 상기 제2 나노 안테나의 측면을 둘러싸고, 상기 제1 나노 안테나의 상면 및 상기 제2 나노 안테나의 상면을 노출하는 열 변색 소자.According to claim 13,
The connection pattern surrounds the side of the first nanoantenna and the side of the second nanoantenna, and exposes the top surface of the first nanoantenna and the top surface of the second nanoantenna.
상기 제1 나노 안테나는 원통의 형상을 갖고, 상기 제2 나노 안테나는 링 형상을 갖고, 상기 제2 나노 안테나는 상기 제1 나노 안테나의 외주면과 마주보는 내주면을 갖는 열 변색 조사.According to claim 13,
The first nanoantenna has a cylindrical shape, the second nanoantenna has a ring shape, and the second nanoantenna has an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the first nanoantenna.
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