KR20200119627A

KR20200119627A - 스마트 윈도우용 다층박막 복합재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200119627A
Application number: KR1020190042071A
Authority: KR
Inventors: 이상렬
Original assignee: 청주대학교 산학협력단
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-10-20
Also published as: KR102259687B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재는 제1 기판, 상기 제1 기판의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층, 상기 제1 투명 전극층의 상부에 형성된 제1 전기 변색층, 상기 제1 전기 변색층의 상부에 형성된 전해질층, 상기 전해질층의 상부에 형성된 제2 전기 변색층, 상기 제2 전기 변색층의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 투명 전극층, 및 상기 제2 투명 전극층의 상부에 형성된 제2 기판을 순서대로 포함할 수 있다.

Description

스마트 윈도우용 다층박막 복합재 및 그 제조 방법{MULTILAYER COMPOSITE OF SMART WINDOW AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 스마트 윈도우용 다층박막 복합재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기변색 동작 시 보다 높은 적외선 차단 성능을 제공함으로써 향상된 냉난방 에너지 절감 성능을 구현하기 위한 스마트 윈도우용 다층박막 복합재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전기변색(Electrochromism)은 가해진 전압의 변화에 따라 발생되는 전기 화학적 산화/환원 반응에 의해 전극 구조 내에서 양이온의 삽입 또는 탈착과 함께 전자 밀도가 변하면서 물질의 색깔이 가역적으로 변하는 특성을 말한다.

WO₃, V₂O₅, TiO₂ 및 NiO 등의 전이금속 산화물은 이온과 전자의 전도가 가능한 혼성 전도 특성을 나타내는데, 전해질 내에서 이들 전이금속 산화물의 박막 전극과 전해질 계면에 특정 전위를 인가하면 H⁺, Na⁺또는 Li⁺ 등의 원자를 충전 또는 방전하게 된다.

충방전 과정 동안에는 발색-소색 과정을 수반하므로, 전기화학적 착색소자의 전극 재료로서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 전기착색 현상을 이용한 표시 소자는 외부로부터 가해지는 인가 전위를 변화시켜줌으로써 원하는 만큼의 광 투과율을 얻을 수 있다.

한편, 기존에 상용화 되어 사용하고 있던 일반적인 전기변색을 이용한 스마트 윈도우의 경우, 전기변색 기능이 동작되지 않을 시 태양광이나 외부 복사열로부터 적외선이 그대로 투과되어 냉난방 에너지 절감에 대한 효과를 크게 볼 수 없었다.

상기 단점을 보완하기 위하여 전기변색 스마트 윈도우에 저방사 코팅을 추가하였으나, 이러한 추가적인 코팅으로 인하여 각 층 계면의 열화현상 및 적층 수 증가로 인해 광 투과율이 감소하는 또 다른 단점이 발생하였다.

이에 따라, 보다 높은 적외선 차단 성능을 제공함으로써 향상된 냉난방 에너지 절감 성을 구현하기 위한 투명전극의 개발에 대한 연구가 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0049625호(2014.10.27)

본 발명의 일 실시예에서는 일반적인 전기변색 구조에 저방사 특성을 가지는 투명전극층을 추가함으로써 전기변색 동작 시 보다 높은 적외선 차단 성능을 제공함으로써 향상된 냉난방 에너지 절감 성능을 구현하기 위한 스마트 윈도우용 다층박막 복합재 및 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층의 에너지 밴드갭은 2 내지 4eV 일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층의 광 투과율은 60 내지 80% 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 물질로 이루어지는 비정질 산화물 또는 2종 이상의 물질이 혼합된 비정질 산화물을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 투명 전극층은 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층, 상기 제1 비정질 산화물층의 상부에 형성된 금속층, 및 상기 금속층의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 비정질 산화물층을 순서대로 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 비정질 산화물층 및 상기 제2 비정질 산화물층은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 물질로 이루어지는 비정질 산화물 또는 2종 이상의 물질이 혼합된 비정질 산화물을 포함하고, 상기 금속층은 Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu 및 Al 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 전기 변색층 및 상기 제2 전기 변색층은 WO₃, MoO₂, TiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, Polyaniline, Polythiophene, Ir(OH)_x, Ni(OH)₂, Rh₂O₃ 및 CoO_x 에서 선택되는 1종 이상의 환원 착색 물질 또는 산화 착색 물질을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 기판, 상기 제1 투명 전극층, 상기 제2 투명 전극층, 상기 제1 전기 변색층, 상기 제2 전기 변색층 및 상기 전해질층의 두께는 1 내지 2000nm 일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재는 상기 제1 기판 및 상기 제1 투명 전극층 사이에 형성되며, 두께 조절에 따른 굴절률의 매칭을 통해 광 투과율이 향상되도록 하기 위한 굴절율 정합층을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법은 제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층을 형성하는 단계, 상기 제1 투명 전극층의 상부에 제1 전기 변색층을 형성하는 단계, 상기 제1 전기 변색층의 상부에 전해질층을 형성하는 단계, 상기 전해질층의 상부에 제2 전기 변색층을 형성하는 단계, 상기 제2 전기 변색층의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 투명 전극층을 형성하는 단계, 및 상기 제2 투명 전극층의 상부에 제2 기판을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층을 형성하는 단계는 상기 제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층을 형성하는 단계, 상기 제1 비정질 산화물층의 상부에 금속층을 형성하는 단계, 및 상기 금속층의 상부에 제2 비정질 산화물층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법은 상기 제2 투명 전극층의 상부에 제2 기판을 형성하는 단계를 수행한 후에 추가적으로 50 내지 900℃ 로 열처리하는 단계를 포함

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법은 상기 제1 기판 및 상기 제1 투명 전극층 사이에 두께 조절에 따른 굴절률의 매칭을 통해 광 투과율이 향상되도록 하기 위한 굴절율 정합층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 일반적인 전기변색 구조에 저방사 특성을 가지는 투명전극층을 추가함으로써 전기변색 동작 시 보다 높은 적외선 차단 성능을 제공함으로써 향상된 냉난방 에너지 절감 성능을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 저방사 특성을 가지는 제1 투명 전극층의 비정질 산화물을 이용한 비정질 산화물/금속/비정질 산화물 구조가 기존의 투명전극에 비해 낮은 표면거칠기를 가짐으로써, 층 간 접촉계면의 열화현상 및 박리현상을 감소시켜 전기적 특성의 저하를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 사시도이다.
도 2는 도 1의 다층박막 복합재를 두께 방향으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 제1 투명 전극층의 구체적인 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 사시도이고, 도 2는 도 1의 다층박막 복합재를 두께 방향으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1의 제1 투명 전극층의 구체적인 구조를 나타낸 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재(10)는 제1 기판(100), 제1 기판(100) 상에 형성되는 제1 투명 전극층(200), 제1 투명 전극층(200) 상에 형성되는 제1 전기 변색층(300), 제1 전기 변색층(300) 상에 형성되는 전해질층(400), 전해질층(400) 상에 형성되는 제2 전기 변색층(500), 제2 전기 변색층(500) 상에 형성되는 제2 투명 전극층(600), 제2 투명 전극층(600) 상에 형성되는 제2 기판(700)을 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 전해질층(400)을 사이에 두고 전기 변색층(300,500) 및 투명 전극층(200,600)이 전해질층(400)의 상부와 하부에 각각 대칭되게 배치되어 전극/전기 변색 박막/전해질/전기 변색 박막/전극의 다층구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 전해질층(400)의 하부에 제1 투명 전극층(200)과 제1 전기 변색층(300)이 차례로 적층된 적층물이 형성되고, 전해질층(400)의 상부에 제2 전기 변색층(500)과 제2 투명 전극층(600)이 차례로 적층된 적층물이 형성될 수 있다.

제1 기판(100) 및 제2 기판(700)은 유리 또는 플라스틱 소재의 투명 기판인 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 플라스틱 소재는 물리적 변형에 따른 유연성이 우수한 물질로 이루어지며, 예를 들어 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리아미드-이미드(polyamide-imide), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리우레탄아크릴레이트(polyurethaneacrylate, PUA), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide, PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리에테르 설폰(Polyether sulfone, PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리에테르이미드(polyetherimide, PEI), 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA), 폴리스틸렌(Polystyrene, PS), 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS, BOPS) 등과 같은 플라스틱 필름층, 아크릴수지, 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지 등을 포함하는 플라스틱 시트로 이루어질 수 있으며, 유리 소재는 디스플레이용으로 사용되는 강화 유리 또는 반강화 유리 등을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 제1 기판(100) 및 제2 기판(700)은 가시광선에 대한 광 투과율이 우수하며, 예를 들어 80% 이상의 광 투과율을 가지는 것이 바람직하다.

제1 투명 전극층(200) 및 제2 투명 전극층(600)은 전도성의 투명 기재를 포함하는 산화물층으로서, 단일 물질 또는 혼합 물질로 이루어지는 비정질 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 각 산화물층(200,600)은 단일 금속 또는 2종 이상의 합금이 산화되어 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 투명 전극층(200) 및 제2 투명 전극층(600)은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 물질로 이루어지는 비정질 산화물 또는 2종 이상의 물질이 혼합된 비정질 산화물을 포함하여 이루어질 수 있다.

제1 투명 전극층(200) 및 제2 투명 전극층(600)의 에너지 밴드갭은 2 내지 4eV 인 것을 특징으로 하며, 예를 들어 3eV 인 것이 바람직하다.

제1 투명 전극층(200) 및 제2 투명 전극층(600)의 광 투과율은 60 내지 80% 이상인 것을 특징으로 하며, 예를 들어 80% 이상인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 제1 투명 전극층(200)은 저방사 특성을 가지는 투명 전극층으로서, 다음과 같은 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 투명 전극층(200)은 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층(210), 제1 비정질 산화물층(210)의 상부에 형성된 금속층(220), 및 금속층(220)의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 비정질 산화물층(230)을 순서대로 포함하여 구성될 수 있다.

제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)은 전도성의 투명 기재를 포함하는 산화물층으로서, 단일 물질 또는 혼합 물질로 이루어지는 비정질 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 각 산화물층(210,230)은 단일 금속 또는 2종 이상의 합금이 산화되어 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 물질로 이루어지는 비정질 산화물 또는 2종 이상의 물질이 혼합된 비정질 산화물을 포함하여 이루어질 수 있다.

다음으로, 금속층(220)은 투명전극의 전기적 특성 및 발열량을 결정하는 층으로서, 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)의 사이에서 Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu 및 Al 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금을 포함하여 이루어질 수 있다.

제1 비정질 산화물층(210), 제2 비정질 산화물층(230) 및 금속층(220)의 두께는 수 십 nm 에서 수 백 nm 로 구현될 수 있는데, 구체적으로, 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)의 두께는 각각 10 내지 1000nm 이고, 금속층(220)의 두께는 10 내지 200nm 인 것을 특징으로 한다.

이때, 금속층(220)의 두께는 투명전극의 전기적 특성과 광 투과도에 영향에 미치는데, 10 내지 200nm 의 두께에서 최적화될 수 있다. 특히, 두께가 달라지면 80% 이상 고투과되는 광의 파장 영역대도 달라지므로, 상술한 범위에서 광의 파장을 고려하여 선택적으로 금속층(220)의 두께를 결정할 수 있다.

다만, 금속층(220)의 두께가 반드시 상술할 범위에 한정되어야 하는 것은 아니므로, 소재, 산화물층 등에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있다.

또한, 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)은 기본적으로 금속층(220)에 의한 빛의 반사 및 굴절율을 감소시켜 광 투과도를 향상시키는 역할을 함과 동시에 쉽게 산화될 수 있는 금속층(220)을 보호하는 역할을 한다. 특히, 각각의 두께는 금속층(220)과 마찬가지로 광 투과도에 영향을 미치는데, 최적의 광 투과도를 확보하기 위해서는 10 내지 1000nm 로 구현되는 것이 바람직하다.

다만, 그 두께가 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니고, 제1 비정질 산화물층(210), 금속층(220) 및 제2 비정질 산화물층(230)의 소재 및 두께, 사용조건을 고려하여 다양하게 선택할 수도 있다. 예를 들어, 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)의 두께는 서로 동일하게 구현될 수도 있고, 서로 상이하게 구현될 수도 있다.

한편, 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)은 3eV 이상의 밴드갭을 갖는 투명 산화물인 것을 특징으로 한다. 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)은 투명전극(10)의 재료로서 우선 가시광영역(400nm ~ 700nm)에서 80% 정도의 광 투과율을 가지며 ~10^3/옴센티의 높은 전기 전도도를 가지는 재료이어야 한다. 광 밴드갭(Optical bandwidth)이 3.5eV 정도이기 때문에 자외선영역은 모두 투과시키고 적외선 영역의 높은 반사율, 적절한 에칭 특성을 가지고 있어야 한다.

또한, 금속층(220)은 제1 비정질 산화물층(210) 및 제2 비정질 산화물층(230)의 계면에서 플라즈몬 현상을 가질 수 있는 것을 특징으로 하는데, 계면 플라즈몬 현상은 금속박막 또는 나노입자 표면에서 일어나는 표면 자유전자들의 집단적인 진동현상이다. 이러한 자유전자들의 집단적인 진동현상에 의하여 빛이 금속입자를 통과해 투명하게 보이고, 그 결과 특정 파장영역에서의 광 투과율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 투명전극의 광 투과율은 80 내지 90% 일 수 있다.

이러한 구조에 따라, 광 투과도의 변화 없이 전기변색 동작 전에도 제1 투명 전극층(200)을 통해 적외선 및 외부 복사열을 차단시킬 수 있으며, 전기변색 동작 시 기존보다 향상된 효과를 기대할 수 있다.

제1 전기 변색층(300) 및 제2 전기 변색층(500)은 WO₃, MoO₂, TiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, Polyaniline, Polythiophene, Ir(OH)_x, Ni(OH)₂, Rh₂O₃ 및 CoO_x 에서 선택되는 1종 이상의 환원 착색 물질 또는 산화 착색 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 제1 투명 전극층(200)과 제2 투명 전극층(600) 사이에 전압을 인가하면 후술하고자 하는 전해질층(400) 내의 이온들이 이동하여 제1 전기 변색층(300)과 제2 전기 변색층(500)에서 화학 반응함으로써 전기변색이 이루어지는 것이다.

전해질층(400)은 액체, 겔 또는 고체를 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 다층박막 복합재의 기판, 투명 전극층, 전해질층, 전기 변색층이 두께는 1 내지 2000nm 인 것을 특징으로 하나, 두께가 반드시 상술할 범위에 한정되어야 하는 것은 아니므로, 소재, 산화물층 등에 따라 다양한 두께로 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 사시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재(10)는 제1 기판(100), 제1 기판(100) 상에 형성되는 굴절율 정합층(800), 굴절율 정합층(800) 상에 형성되는 제1 투명 전극층(200), 제1 투명 전극층(200) 상에 형성되는 제1 전기 변색층(300), 제1 전기 변색층(300) 상에 형성되는 전해질층(400), 전해질층(400) 상에 형성되는 제2 전기 변색층(500), 제2 전기 변색층(500) 상에 형성되는 제2 투명 전극층(600), 제2 투명 전극층(600) 상에 형성되는 제2 기판(700)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 실시예에서의 제1 기판(100), 제1 투명 전극층(200), 제1 전기 변색층(300), 전해질층(400), 제2 전기 변색층(500), 제2 투명 전극층(600), 제2 기판(700)은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제1 기판(100), 제1 투명 전극층(200), 제1 전기 변색층(300), 전해질층(400), 제2 전기 변색층(500), 제2 투명 전극층(600), 제2 기판(700)과 동일하며, 굴절율 정합층(800)(Index matching layer)을 더 포함하는 데에서 차이를 가진다.

바람직하게는, 굴절율 정합층(800)(Index matching layer)은 제1 기판(100)과 제1 투명 전극층(200) 사이에 위치할 수 있다.

굴절율 정합층(800)(Index matching layer)은 제1 기판(100)과 제1 투명 전극층(200)의 제1 비정질 산화물층(210) 사이의 굴절율(index of refraction)을 정합(matching)시키는 역할을 하는 구성이다.

구체적으로는, 다층막으로 구성하던 종래와는 달리 연속적인 막의 형태로 굴절율 정합층(800)이 구성되며, 구체적으로 이산화규소(SiO2)로부터 시작하여 질화규소(Si3N4)로 연속적으로 변화하는 연속적인 산질화규소(SiOxNy)층을 포함할 수 있다.

이를 통해 제1 기판(100)과 제1 비정질 산화물층(210) 사이의 굴절율 차이로 인한 디스플레이의 화질의 저하를 방지하는 역할을 한다.

이로써, 본 발명의 실시예들에 따르면, 일반적인 전기변색 구조에 저방사 특성을 가지는 투명 전극층을 추가함으로써 전기변색 동작 시 보다 높은 적외선 차단 성능을 제공함으로써 향상된 냉난방 에너지 절감 성능을 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 투명한 재질의 유리 또는 플라스틱의 소재로 만들어진 제1 기판을 준비하여 위치시킬 수 있다(S110).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 기판 상에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층을 형성할 수 있다(S120).

여기서, 제1 투명 전극층을 형성하는 구체적인 단계는 다음과 같다.

먼저, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치가 제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층을 형성할 수 있다. 이후에, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치가 제1 비정질 산화물층의 상부에 금속층을 형성할 수 있다. 이후에, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치가 금속층의 상부에 제2 비정질 산화물층을 형성할 수 있다.

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 투명 전극층의 상부에 제1 전기 변색층을 형성할 수 있다(S130).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 전기 변색층의 상부에 전해질층을 형성할 수 있다(S140).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 전해질층의 상부에 제2 전기 변색층을 형성할 수 있다(S150).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제2 전기 변색층의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 투명 전극층을 형성할 수 있다(S160).

본 발명에서의 투명 전극층 및 전기 변색층은 Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition(APCVD), Low Pressure Chemical Vapor Deposition(LPCVD), Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition(PECVD) 와 같은 Chemical Vapor Deposition(CVD) 공정이나 Pulsed Laser Deposition(PLD), Thermal deposition, Electron beam deposition, Sputtering 과 같은 Physical Vapor Deposition(PVD) 공정, Printing, Wet solution 과 같은 Solution process 공정 등의 다양한 공정 방법 중 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있다.

참고로, 투명 전극층 및 전기 변색층의 공정 방법은 상술한 방법들에 한정되지 않고 다양한 공정 방법을 사용할 수 있다.

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제2 투명 전극층의 상부에 제2 기판을 형성할 수 있다(S170).

본 발명의 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법에 있어서, 추가적으로 제2 기판을 형성하는 단계를 거친 뒤에 50 내지 900℃ 로 열처리하는 단계를 수행할 수 있다.

예를 들어, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 50 내지 900℃ 에서 20분 내지 60분 동안 열처리하는 과정을 포함하고 이를 통해, 복합재 내 삽입된 투명 전극층의 면 저항이 저감될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 먼저, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 투명한 재질의 유리 또는 플라스틱의 소재로 만들어진 제1 기판을 준비하여 위치시킬 수 있다(S110).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 기판 상에 굴절율 정합층을 형성할 수 있다(S120).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 굴절율 정합층 상에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층을 형성할 수 있다(S130).

먼저, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 굴절율 정합층의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층을 형성할 수 있다. 이후에, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 비정질 산화물층의 상부에 금속층을 형성할 수 있다. 이후에, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 금속층의 상부에 제2 비정질 산화물층을 형성할 수 있다.

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 투명 전극층의 상부에 제1 전기 변색층을 형성할 수 있다(S140).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제1 전기 변색층의 상부에 전해질층을 형성할 수 있다(S150).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 전해질층의 상부에 제2 전기 변색층을 형성할 수 있다(S160).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제2 전기 변색층의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 투명 전극층을 형성할 수 있다(S170).

다음으로, 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 장치는 제2 투명 전극층의 상부에 제2 기판을 형성할 수 있다(S180).

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

10 : 스마트 윈도우용 다층박막 복합재
100 : 제1 기판
200 : 제1 투명 전극층
210 : 제1 비정질 산화물층
220 : 금속층
230 : 제2 비정질 산화물층
300 : 제1 전기 변색층
400 : 전해질층
500 : 제2 전기 변색층
600 : 제2 투명 전극층
700 : 제2 기판
800 : 굴절율 정합층

Claims

제1 기판;
상기 제1 기판의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층;
상기 제1 투명 전극층의 상부에 형성된 제1 전기 변색층;
상기 제1 전기 변색층의 상부에 형성된 전해질층;
상기 전해질층의 상부에 형성된 제2 전기 변색층;
상기 제2 전기 변색층의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 투명 전극층; 및
상기 제2 투명 전극층의 상부에 형성된 제2 기판을 순서대로 포함하는 것을
특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층의 에너지 밴드갭은 2 내지 4eV 인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층의 광 투과율은 60 내지 80% 이상인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 제1 투명 전극층 및 상기 제2 투명 전극층은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 물질로 이루어지는 비정질 산화물 또는 2종 이상의 물질이 혼합된 비정질 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 제1 투명 전극층은
전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층;
상기 제1 비정질 산화물층의 상부에 형성된 금속층; 및
상기 금속층의 상부에 형성된 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 비정질 산화물층을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제5항에 있어서,
상기 제1 비정질 산화물층 및 상기 제2 비정질 산화물층은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 물질로 이루어지는 비정질 산화물 또는 2종 이상의 물질이 혼합된 비정질 산화물을 포함하고,
상기 금속층은 Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu 및 Al 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 제1 전기 변색층 및 상기 제2 전기 변색층은 WO₃, MoO₂, TiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, Polyaniline, Polythiophene, Ir(OH)_x, Ni(OH)₂, Rh₂O₃ 및 CoO_x 에서 선택되는 1종 이상의 환원 착색 물질 또는 산화 착색 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 기판, 상기 제1 투명 전극층, 상기 제2 투명 전극층, 상기 제1 전기 변색층, 상기 제2 전기 변색층 및 상기 전해질층의 두께는 1 내지 2000nm 인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1항에 있어서,
상기 제1 기판 및 상기 제1 투명 전극층 사이에 형성되며, 두께 조절에 따른 굴절률의 매칭을 통해 광 투과율이 향상되도록 하기 위한 굴절율 정합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재.
제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층을 형성하는 단계;
상기 제1 투명 전극층의 상부에 제1 전기 변색층을 형성하는 단계;
상기 제1 전기 변색층의 상부에 전해질층을 형성하는 단계;
상기 전해질층의 상부에 제2 전기 변색층을 형성하는 단계;
상기 제2 전기 변색층의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제2 투명 전극층을 형성하는 단계; 및
상기 제2 투명 전극층의 상부에 제2 기판을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 투명 전극층을 형성하는 단계는
상기 제1 기판의 상부에 전도성의 투명 기재를 포함하는 제1 비정질 산화물층을 형성하는 단계;
상기 제1 비정질 산화물층의 상부에 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 금속층의 상부에 제2 비정질 산화물층을 형성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제2 투명 전극층의 상부에 제2 기판을 형성하는 단계를 수행한 후에 추가적으로 50 내지 900℃ 로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 기판 및 상기 제1 투명 전극층 사이에 두께 조절에 따른 굴절률의 매칭을 통해 광 투과율이 향상되도록 하기 위한 굴절율 정합층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우용 다층박막 복합재의 제조 방법.