KR101656466B1 - 이온젤 스마트 윈도우 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이온젤 스마트 윈도우 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 전기전도성과 빛에 대한 투과성 있는 제1투명전극체; 상기 제1투명전극체의 일측에 마련되며, 전자의 이동에 따라 변색되는 제1전기변색층; 상기 제1전기변색층의 일측에 마련되며, 상기 제1전기변색층이 전기변색을 일으킬 수 있도록 전해질로 이루어진 전해질층; 및 상기 전해질의 일측에 마련되며, 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제2투명전극체;를 포함하되, 상기 전해질층은 고분자폴리머 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하여 이루어지는 이온젤(ion gel)인 것을 특징으로 하기 때문에 전해질층이 액체로 되어 제조되는 스마트 윈도우에 비하여 스마트 윈도우의 안정성과 안전성이 대폭 증대되고, 스마트 윈도우의 수명 단축을 억제시킬 수 있는 기술이 개시된다.

Description

이온젤 스마트 윈도우 제조방법{Ion Gel Smart Window Manufacturing Method}
본 발명은 이온젤 스마트 윈도우 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트 윈도우를 구성하는 주요부분 중 하나인 전해질층으로부터 전해질용액이 누출되지 않아서 안전성 및 수명이 증대되는 스마트 윈도우에 관한 것이다.
스마트 윈도우는 전기변색소자(Electrochromic Device : ECD)를 이용한 것으로 전장을 인가하여 전류의 흐름에 따라 색상이 변화하는 소자를 말한다.
스마트 윈도우는 창문이나 거울 또는 디스플레이장치에 적용되어 광의 투과도나 반사도를 조절하는 용도로 주로 사용되고 있다. 스마트 윈도우는 전기화학적 산화/환원 반응에 의하여 물질의 색이 가역적으로 조절될 수 있는 것으로서, 산화 또는 환원시 수반되는 전자 이동에 의해 자외선이나 가시광선, 근적외선 영역에서의 에너지 흡수변화에 따라 색상을 가변시키게 된다.
이러한 스마트 윈도우가 건축물 또는 자동차의 윈도우에 적용되면 겨울에는 실내로 최대한 태양광선이 들어올 수 있도록 투명하게 조절하고, 여름에는 태양광선을 차단하도록 하면 실내온도를 조절할 수 있으며 이에 따른 에너지도 절약할 수 있다.
이러한 스마트 윈도우에 관련하여 종래 기술 중에는 대한민국등록특허 제10-1319443호(발명의 명칭 : 전기변색성 스마트 윈도우 필름. 이하 선행기술 1) 등이 있다.
선행기술 1에 따르면, 스마트 윈도우 필름의 두께를 얇게 제조할 수 있는 구조에 관한 기술이 개시되어 있으며, 이러한 선행기술을 이용하여 스마트 윈도우의 두께를 어느 정도 얇게 제조할 수 있었다. 하지만, 이러한 선행기술 1에 따르면, 액체전해질층을 포함하는 구조로 되어 있는데 이러한 경우 제조 공정상 리킹(leaking)이나 베이퍼(vapor)의 발생으로 인한 제품불량율이 문제되었다. 나아가 스마트 윈도우를 제조하더라도 액체전해질층으로부터 액체전해질이 누출이 되어 제품의 안정성이 떨어지고, 제품의 수명이 단축되는 문제점 또한 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스마트 윈도우에서 액체전해질이 누출될 염려가 없는 스마트 윈도우를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우는 전기전도성과 빛에 대한 투과성 있는 제1투명전극체; 상기 제1투명전극체의 일측에 마련되며, 전자의 이동에 따라 변색되는 제1전기변색층; 상기 제1전기변색층의 일측에 마련되며, 상기 제1전기변색층이 전기변색을 일으킬 수 있도록 전해질로 이루어진 전해질층; 및 상기 전해질의 일측에 마련되며, 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제2투명전극체;를 포함하되, 상기 전해질층은 고분자폴리머 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하여 이루어지는 이온젤(ion gel)인 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제1투명전극체 또는 상기 제2투명전극체는, ITO글라스(indium titanium oxide glass)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제1투명전극체 또는 상기 제2투명전극체는, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 어느 하나로 이루어진 고분자기재체로서 전기전도성을 갖는 물질로 코팅된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제1전기변색층은,
Figure 112015015702443-pat00001
또는
Figure 112015015702443-pat00002
중에서 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 전해질층과 상기 제2투명전극체 사이에 위치하며, 전자의 이동에 따라 변색되는 제2전기변색층; 을 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제2전기변색층은,
Figure 112015015702443-pat00003
또는
Figure 112015015702443-pat00004
중에서 어느 하나를 포함하여 이루어진 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 전해질층에 포함되는 상기 고분자폴리머는 PDVF(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly(styrene-block-ethyleneoxide-block styrene)(SOS) triblock copolymer 및 poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) block copolymer 중에서 어느 하나인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 전해질층에 포함되는 상기 이오닉리퀴드(ionic liquid)는, EMBI(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis trifluoromethylsulfonylimide), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플로로포스포에이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphoate) 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플로로보레이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) 중에서 어느 하나인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우 제조방법은 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제1투명전극체의 일측 면에 전자의 이동에 따라 변색될 수 있는 제1전기변색층을 형성시키는 제1전기변색층형성단계; 상기 제1전기변색층형성단계에서 형성된 상기 제1전기변색층의 일측 면에 전해질층을 형성시키는 전해질층형성단계; 및 상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 일측에 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제2투명전극체가 마련되는 제2투명전극체구비단계;를 포함하되, 상기 전해질층형성단계에서 형성되는 상기 전해질층은, 고분자폴리머 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하는 이온젤(ion gel)용액으로부터 형성되는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제1전기변색층형성단계는, 상기 제1투명전극체의 일측 면을 제1전기변색소재용액으로 코팅시키는 제1코팅단계; 및 상기 제1코팅단계에서 코팅된 상기 제1전기변색소재용액을 건조시키는 제1건조단계; 를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 제1전기변색소재용액은,
Figure 112015015702443-pat00005
또는
Figure 112015015702443-pat00006
중 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 알콜을 포함하여 이루어진 용액인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 전해질층형성단계 및 상기 제2투명전극체구비단계 사이에 이루어지는 단계로서, 상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 일측 면에 제2전기변색층을 형성시키는 제2전기변색층형성단계;를 더 포함하고, 상기 제2투명전극체구비단계에서, 상기 제2투명전극체는 상기 제2전기변색층의 일측 면에 마련되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 제2전기변색층형성단계는, 상기 전해질층의 일측 면을 제2전기변색소재용액으로 코팅시키는 제2코팅단계; 및 상기 제2코팅단계에서 코팅된 상기 제2전기변색소재용액을 건조시키는 제2건조단계;를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
더 나아가, 상기 제2전기변색소재용액은,
Figure 112015015702443-pat00007
또는
Figure 112015015702443-pat00008
중 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 알콜을 포함하여 이루어진 용액인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제2투명전극체구비단계 이전에 이루어지는 단계로서, 상기 제2투명전극체구비단계에서 마련될 상기 제2투명전극체의 일측 면에 전자의 이동에 따라 변색되는 제2전기변색층을 형성시키는 제2투명전극체준비단계;를 더 포함하고, 상기 제2투명전극체구비단계에서는, 상기 전해질층의 일측에 상기 제2투명전극체준비단계에서 상기 제2전기변색층이 형성된 상기 제2투명전극체를 부착시키는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제2투명전극체구비단계 이후에, 상기 전해질층을 외부로부터 보호하기 위하여 상기 제1투명전극체와 상기 제2투명전극체 사이를 실링시키는 실링단계;를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 전해질층형성단계는, 고분자폴리머를 용매에 혼합하여 고분자폴리머 용액을 형성시키는 A단계; 상기 A단계에서 혼합된 상기 고분자폴리머 용액에 이오닉리퀴드를 첨가하여 이온젤용액을 형성시키는 B단계; 상기 B단계에서 형성된 상기 이온젤용액을 상기 제1전기변색층의 표면에 코팅시키는 C단계; 및 상기 C단계에서 상기 제1전기변색층의 표면에 코팅된 상기 이온젤용액을 건조시키어 용매를 제거하는 D단계; 를 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
나아가, 상기 고분자폴리머는 PDVF(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly(styrene-block-ethyleneoxide-block styrene)(SOS) triblock copolymer 및 poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) block copolymer 중에서 어느 하나인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 이오닉리퀴드(ionic liquid)는, EMBI(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis trifluoromethylsulfonylimide), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플로로포스포에이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphoate) 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플로로보레이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) 중에서 어느 하나인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제1투명전극체 또는 상기 제2투명전극체는, ITO글라스(indium titanium oxide glass)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
여기서, 상기 제1투명전극체 또는 상기 제2투명전극체는, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 어느 하나로 이루어진 고분자기재체로서 전기전도성을 갖는 물질로 코팅된 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다.
본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우는 전해질층이 용액이 아닌 이온젤로 이루어지기 때문에 전해질용액이 누출 또는 누액되지 않는다. 따라서, 스마트 윈도우의 안정성과 안전성이 증대되고, 스마트 윈도우의 수명 단축을 억제하는 효과가 있다.
또한 액체전해질을 이용하는 경우와 달리 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 경우 전해질이 젤 상태이기 때문에 리킹(leaking)이나 베이퍼(vapor)가 발생하지 않으므로 리킹이나 베이퍼로 인한 결함의 발생가능성이 억제된다. 또한 대면적화된 스마트 윈도우의 제조가 수월해 진다. 이와 같이 제조공정상에 있어서 제품생산수율 내지 생산성을 증대시키는 효과가 있다.
그리고, 잉크젯 프린팅 방법 등을 이용하여 이온젤의 전해질층을 형성시킬 수 있으므로 종래의 액체전해질을 이용하는 경우에 비해서 제조 공정상 좀 더 수월하게 제조할 수 있으며, 좀 더 다양한 형태(모양)을 갖는 스마트 윈도우의 제조가 가능하므로 보다 다양한 형태의 제품 디자인을 창출할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 변형된 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 전압-전류의 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우와 종래의 스마트 윈도우와의 투과도 차이를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤(ion gel) 스마트 윈도우를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 윈도우는 제1투명전극체(110), 제1전기변색층(120), 전해질층(130) 및 제2투명전극체(150)을 포함하여 이루어지며, 좀 더 바람직하게는 제2전기변색층(140)을 더 포함하여 이루어진다.
제1투명전극체(110)는 전기전도성이 있으며, 빛에 대한 투과성이 있는 것이 바람직하다.
제1투명전극체(110)로 이용될 수 있는 것에 대해 예를 들면, ITO글라스(Indium Titanium Oxide Glass)가 대표적이며, ITO글라스 이외에 고분자기재체를 들을 수 있다. ITO글라스에 대해서는 많이 알려져 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
ITO글라스 이외에도 전기전도성이 있는 고분자기재체가 제1투명전극체(110)로 사용될 수 있다. 즉, 고분자기재체의 일측 면(전기변색층, 전해질층(130)이 있는 방향측의 면을 말한다.)에 전기전도성을 주기 위하여 얇게 코팅처리를 하거나 은나노와이어층이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
고분자기재체는 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate ; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide ; PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate ; PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethyleneaphthalate ; PEN), 폴리에틸렌(polyethylene ; PE) 및 폴리프로필렌(polypropylene ; PP) 중에서 선택되는 하나 또는 그 이상의 소재로서 80~300 마이크로미터 사이의 두께를 가지며 공기 대비 투과도가 85% 이상으로 이루어진 것이 바람직하며, 이에 꼭 국한되어야 하는 것은 아니다.
고분자기재층의 일측 면에 마련되는 은나노와이어층과 같이 투명한 전극층은 투명한 유리기판 또는 얇은 고분자 기판 위에 물리화학적인 방법으로 원자, 분자 또는 이온을 응축시킨 것으로, 가시광영역에서 투명하며, 전기전도도가 큰 것을 의미한다. 이러한 전극층은 광투과도와 전기전도도 이외에도 내열성, 내알칼리성, 식각특성, 전기화학적 안정성, 막표면형상, 부착강도, 부착경도, 막의 두께 등이 고려되는 것이 바람직하다.
다음으로, 제1전기변색층(120)은 제1투명전극체(110)의 일측에 마련된다. 그리고 전자의 이동에 따라 변색될 수 있는 것이 바람직하다. 여기에서 전자의 이동은 전기화학적으로 산화, 환원반응을 포함하여 의미한다. 그리고, 이러한 제1전기변색층(120)으로는
Figure 112015015702443-pat00009
또는
Figure 112015015702443-pat00010
으로 이루어진 것이 바람직하지만, 꼭 이에 국한되지 않는다. 제1전기변색층(120)은 유기변색물질이나 무기변색물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 제1전기변색층(120)으로
Figure 112015015702443-pat00011
또는
Figure 112015015702443-pat00012
로 이루어진 것을 예시하였으며, 이러한 제1전기변색층(120)에 대해서는 종래에 알려진 방법으로 형성시킬 수도 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
전해질층(Electrolyte)(130)은 제1전기변색층(120)의 일측에 마련되며, 제1전기변색층(120)이 전기변색을 일으킬 수 있도록 전해질로 이루어진다. 이러한 전해질층(130)은 고분자폴리머 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하여 이루어지는 이온젤(ion gel)인 것이 바람직하다.
여기서, 전해질층(130)에 포함되는 상기 고분자폴리머는 PDVF(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly(styrene-block-ethyleneoxide-block styrene)(SOS) triblock copolymer, poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) block copolymer 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 전해질층(130)에 포함되는 상기 이오닉리퀴드(ionic liquid)는, EMBI(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis trifluoromethylsulfonylimide), 1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphoate 및 1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
전해질층(130)의 일측 면에는 제2전기변색층(140)이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 제2전기변색층(140)은 제1전기변색층(120)에 대하여 설명의 편의상 구별하기 위하여 명칭을 조금 달리 했을 뿐 제1전기변색층(120)과 제2전기변색층(140)은 앞서 설명한 바와 같으며,
Figure 112015015702443-pat00013
또는
Figure 112015015702443-pat00014
으로 이루어지는 것이 바람직하다. 물론 이에 꼭 국한되어야하는 것은 아니며, 제2전기변색층(140)은 유기변색물질이나 무기변색물질로 이루어질 수도 있다.
제2전기변색층(140)의 일측 면에는 제2투명전극체(150)가 마련된다. 제2투명전극체(150) 또한 제1투명전극체(110)에 대해서 설명의 편의상 구별하기 위하여 명칭을 달리 했을 뿐 제1투명전극체(110)와 제2투명전극체(150)에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 같다. 따라서, 제2투명전극체(150)에 대한 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
다음으로 도 2를 더 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 더 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 제조방법은, 기본적으로 제1전기변색층형성단계(S110), 전해질층형성단계(S120) 및 제2투명전극체구비단계(S140)를 포함하여 이루어지며, 좀 더 바람직하게는 제2전기변색층형성단계(S130)를 더 포함하여 이루어진다. 여기서, 전해질층형성단계(S120)에서 형성되는 전해질층(130)은 고분자폴리머 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하는 이온젤용액으로부터 형성되는 것이 바람직하다.
<<S110>>
제1전기변색층형성단계(S110)는 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제1투명전극체(110)의 일측 면에 전자의 이동에 따라 변색될 수 있는 제1전기변색층(120)을 형성시키는 단계이다.
여기서 제1투명전극체(110)는 후술할 제2투명전극체(150)와 설명의 편의상 구분할 수 있도록 임의적으로 명칭을 부여한 것이다. 제1투명전극체(110)는 전기전도성이 있는 것으로서 빛에 대한 투과성이 있는 것이 바람직하다.
이러한 제1전기변색층형성단계(S110)는 제1코팅단계(S111) 및 제1건조단계(S113)를 포함하여 이루어진다.
<<S111>>
제1코팅단계(S111)는 상기 제1투명전극체(110)의 일측 면을 제1전기변색소재용액으로 코팅시키는 단계이다.
여기서, 제1투명전극체(110)로 이용될 수 있는 것으로는 ITO글라스(110)가 대표적이다. ITO글라스(110)는 빛에 대한 투과성이 있는 글라스의 표면에 ITO(Indium Titanium Oxide)층을 형성시켜서 글라스에 전기전도성을 부여한 것이다.
그리고, ITO글라스 이외에도 전기전도성이 있는 고분자기재체를 이용할 수도 있다. 여기서, 전기전도성이 있는 고분자기재체란 그 자체로서 전기전도성이 있는 것은 물론이고, 고분자기재체에 전기전도성을 주기 위하여 고분자기재체의 일측 면에 전기전도성 있는 물질로 얇게 코팅처리된 것 또한 포함하여 지칭하는 것이다.
예를 들면, 고분자기재체에 은나노와이어를 포함하는 박막이 형성되어 있는 것을 들을 수 있다. 그리고, 고분자기재체는 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트 , 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
그리고, 제1전기변색소재용액은,
Figure 112015015702443-pat00015
또는
Figure 112015015702443-pat00016
중 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 알콜(바람직하게는 이소프로필 알콜)을 포함하여 이루어진 용액인 것이 바람직하다. 여기서 제1전기변색소재용액은 후술할 제2전기변색소재용액과 설명의 편의상 구분될 수 있도록 명칭을 달리하여 설명하는 것이지만, 제1전기변색소재용액과 제2전기변색소재용액이 필히 서로 다른 소재로 이루어진 것이어야 하는 것은 아니다.
Figure 112015015702443-pat00017
또는
Figure 112015015702443-pat00018
중 어느 하나를 디아이워터(D.I. water) 및 알콜(바람직핫게는 이소프로필 알콜)에 혼합하여 제1전기변색소재용액을 생성시킬 수 있다. 여기서 좀 더 구체적으로는
Figure 112015015702443-pat00019
또는
Figure 112015015702443-pat00020
중 선택되는 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 이소프로필알콜 사이의 질량비가 1:1:1이 되도록 혼합하여 제1전기변색소재용액을 생성시킬 수 있다.
이렇게 생성된 제1전기변색소재용액을 제1투명전극체(110)인 ITO글라스 혹은 고분자기재체의 일 면에 코팅처리한다. 제1전기변색소재용액으로 코팅하는 방법으로는 스프레이코팅(spray coating), 스핀(spin)코팅, 바코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅 등의 방법이 이용될 수도 있다.
<<S113>>
다음으로 제1건조단계(S113)에서는 제1코팅단계(S111)에서 코팅된 제1전기변색소재용액을 건조시켜준다. 즉, 제1투명전극체(110)의 일측 면에 코팅처리된 제1전기변색소재용액을 건조시켜 줌으로써 제1전기변색층(120)이 안정적으로 제1투명전극체(110)의 일측 면에 형성된다.
예를 들어 상온에서 섭씨 120도 이하의 온도 범위 내에서 10여분 동안 제1전기변색소재용액을 건조시켜서 제1전기변색층(120)을 형성시킨다.
<<S120>>
전해질층형성단계(S120)는 상기 제1전기변색층형성단계(S110)에서 형성된 상기 제1전기변색층(120)의 일측 면에 전해질층(130)을 형성시키는 단계이다. 여기서, 전해질층(130)은 고분자폴리머(macromolecule polymer) 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하는 이온젤(ion gel)용액으로부터 형성된다.
따라서, 전해질층형성단계(S120)는 고분자폴리머, 이오닉리퀴드 및 용매를 혼합하여 이온젤용액을 형성시키는 단계라고 할 수 있다.
이러한 전해질층형성단계(S120)는 A단계 내지 D단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
<<S121>>
A단계(S121)는 고분자폴리머를 용매에 혼합하여 고분자폴리머 용액을 형성시키는 단계이다. 여기서 고분자폴리머는 PDVF(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly(styrene-block-ethyleneoxide-block styrene)(SOS) triblock copolymer 및 poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) block copolymer 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
<<S123>>
B단계(S123)는 A단계(S121)에서 혼합된 상기 고분자폴리머 용액에 이오닉리퀴드를 첨가하여 이온젤용액을 형성시키는 단계이다.
여기서 이오닉리퀴드(ionic liquid)는 EMBI(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis trifluoromethylsulfonylimide), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플로로포스포에이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphoate) 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플로로보레이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.
예를 들면, 고분자폴리머와 아세톤을 혼합하고, 여기에 이오닉리퀴드로서 EMBI를 첨가하여 혼합함으로써 이온젤용액을 형성시킬 수 있다. 여기서 바람직하게는 고분자폴리머와 아세톤과 EMBI 사이의 질량비는 1:4:7 로 하여 이온젤용액을 형성시킬 수 있다.
<<S125>>
C단계(S125)는 B단계(S123)에서 형성된 이온젤용액을 제1전기변색층(120)의 표면에 코팅시키는 단계이다.
예를 들면, 이온젤용액을 제1전기변색층(120)의 표면에 스핀 코팅시키는 것이다. 이러한 경우 10초 동안 1500RPM의 회전속도로 스핀코팅 시킬 수 있다. 이와 같이 제1전기변색층(120)의 표면에 이온젤용액을 코팅함으로써 이온젤용액이 제1전기변색층(120)의 표면에 고르게 도포된다.
<<S127>>
D단계(S127)는 C단계(S125)에서 제1전기변색층(120)의 표면에 코팅된 이온젤용액을 건조시키어 용매를 제거하는 단계이다.
제1전기변색층(120)의 표면에 스핀코팅된 이온젤용액을 고온의 진공오븐에서 장시간 건조시킴으로써 용매를 제거시킬 수 있다. 예를 들면, 섭씨 70도의 온도로 진공오븐속에서 24시간 이상 건조시켜줌으로써 이온젤용액으로부터 용매를 제거시킬 수 있다.
이와 같은 과정을 거치면서 전해질층(130)이 형성된다.
<<S130>>
다음으로 제2전기변색층형성단계(S130)는 전해질층형성단계에서 형성된 전해질층(130)의 일측 면에 제2전기변색층(140)을 형성시키는 단계이다. 제2전기변색층형성단계(S130)는 전해질층형성단계(S120) 및 제2투명전극체구비단계(S140) 사이에 이루어질 수 있다.
이러한 제2전기변색층형성단계(S130)는 제2코팅단계(S131) 및 제2건조단계(S133)를 포함하여 이루어진다.
<<S131>>
제2코팅단계(S131)는 전해질층(130)의 일측 면을 제2전기변색소재용액으로 코팅시키는 단계이다. 여기서 제2전기변색소재용액은
Figure 112015015702443-pat00021
또는
Figure 112015015702443-pat00022
중 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 알콜(바람직하게는 이소프로필 알콜)을 포함하여 이루어진 용액인 것이 바람직하다.
여기서 제2전기변색소재용액은 전술한 제1전기변색소재용액과 설명의 편의상 구분될 수 있도록 명칭을 달리하여 설명하는 것이지만, 제1전기변색소재용액과 제2전기변색소재용액이 필히 서로 다른 성분분으로 이루어진 것이어야 하는 것은 아니다.
Figure 112015015702443-pat00023
또는
Figure 112015015702443-pat00024
중 어느 하나를 디아이워터(D.I. water) 및 알콜에 혼합하여 제2전기변색소재용액을 생성시킬 수 있다. 여기서 좀 더 구체적으로는
Figure 112015015702443-pat00025
또는
Figure 112015015702443-pat00026
중 선택되는 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 이소프로필알콜 사이의 질량비가 1:1:1이 되도록 혼합하여 제2전기변색소재용액을 생성시킬 수 있다.
이렇게 생성된 제2전기변색소재용액을 전해질층(130)의 일측 면에 코팅처리한다. 제2전기변색소재용액으로 코팅하는 방법으로는 스프레이코팅(spray coating), 스핀(spin)코팅, 바코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅 등의 방법이 이용될 수도 있다.
<<S133>>
다음으로 제2건조단계(S133)에서는 제2코팅단계(S131)에서 코팅된 제2전기변색소재용액을 건조시켜준다. 즉, 전해질층(130)의 일측 면에 코팅처리된 제2전기변색소재용액을 건조시켜 줌으로써 제2전기변색층(140)이 안정적으로 전해질층(130)의 일측 면에 형성된다.
예를 들어 상온에서 섭씨 120도 이하의 온도 범위 내에서 10여분 동안 건조시켜서 제2전기변색층(140)을 형성시킨다.
<<S140>>
다음으로 제2투명전극체구비단계(S140)는 전해질층형성단계(S120)에서 형성된 전해질층(130)의 일측에 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제2투명전극체(150)가 마련되는 단계이다. 다시 말하자면, 제2투명전극체구비단계(S140)에서 제2투명전극체(150)는 전해질층(130)의 일측 면에 형성된 제2전기변색층(140)의 일측 면에 부착시킬 수 있다.
여기서, 제2투명전극체(150)로 이용될 수 있는 것으로는 ITO글라스(150)가 대표적이다. ITO글라스는 빛에 대한 투과성이 있는 글라스의 표면에 ITO(Indium Titanium Oxide)층을 형성시켜서 글라스에 전기전도성을 부여한 것이다.
그리고, ITO글라스 이외에도 전기전도성이 있는 고분자기재체를 이용할 수도 있다. 여기서, 전기전도성이 있는 고분자기재체란 그 자체로서 전기전도성이 있는 것은 물론이고, 고분자기재체에 전기전도성을 주기 위하여 고분자기재체의 일측 면에 전기전도성 있는 물질로 얇게 코팅처리된 것 또한 포함하여 지칭하는 것이다.
예를 들면, 고분자기재체에 은나노와이어를 포함하는 박막이 형성되어 있는 것을 들을 수 있다. 그리고, 고분자기재체는 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리에틸렌나프탈레이트 , 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이 제1전기변색층형성단계(S110)에서 제2투명전극체구비단계(S140)에 이르기까지의 단계를 거치면서 이온젤 스마트 윈도우가 제조될 수 있으며, 앞서 설명한 일 실시예에서 약간 변형된 실시 예 또한 가능하다.
이에 대하여 도 3을 더 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 변형된 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 3에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 변형된 실시 예에서는 앞서 설명한 실시 예에서와 크게 다르지 않다. 다만, 앞서 설명한 실시 예에서는 전해질층형성단계(S120) 이후 전해질층(130)의 일측 면에 제2전기변색층(140)을 형성시키었으나, 변형된 실시 예에서는 제2투명전극체(150)에 제2전기변색층(140)을 형성시킨 후, 제2전기변색층(140)이 형성된 제2투명전극체(150)를 전해질층(130)과 제1전기변색층(120)이 형성된 제1투명전극체(110)와 결합시켜서 이온젤 스마트 윈도우를 제조한다.
따라서, 도 2 및 도 3에서 참조되는 바와 같이, 제1전기변색층형성단계(S110)의 제1코팅단계(S111)부터 전해질층형성단계(S120)의 D단계(S127)까지는 앞서 설명한 실시 예에서와 같으므로 이후부터 설명하기로 한다.
<<S1300>>
제2투명전극체준비단계(S1300)는 제2투명전극체구비단계(S140)보다 먼저 이루어지는 단계로서 제2투명전극체구비단계(S140)에서 구비될 상기 제2투명전극체(150)의 일측 면에 전자의 이동에 따라 변색되는 제2전기변색층(140)을 형성시키는 단계이다.
여기서 제2투명전극체(150)로 이용될 수 있는 것으로는 ITO글라스(150)가 대표적이다. ITO글라스는 빛에 대한 투과성이 있는 글라스의 표면에 ITO층을 형성시켜서 글라스에 전기전도성을 부여한 것이다.
그리고, ITO글라스 이외에도 전기전도성이 있는 고분자기재체를 이용할 수도 있다. 여기서, 전기전도성이 있는 고분자기재체란 그 자체로서 전기전도성이 있는 것은 물론이고, 고분자기재체에 전기전도성을 주기 위하여 고분자기재체의 일측 면에 전기전도성 있는 물질로 얇게 코팅처리된 것 또한 포함하여 지칭하는 것이다. 예를 들면, 고분자기재체에 은나노와이어를 포함하는 박막이 형성된 것을 들을 수 있다.
이와 같은 제2투명전극체(150)의 일측 면에 제2전기변색층(140)을 형성시킨다. 여기서 제2전기변색층(140)을 형성시키기 위한 제2전기변색소재용액은 앞서 설명한 단계에서의 제2전기변색소재용액에 대한 설명과 같다.
그리고, 제2투명전극체(150)에 제2전기변색소재용액을 코팅시켜서 제2전기변색층(140)을 형성시킨다.
<<S140>>
다음으로 제2투명전극체구비단계(S140)에서는 전해질층형성단계(S120)에서 형성된 전해질층(130)의 일측에 제2투명전극체준비단계((S1300)에서 제2전기변색층(140)이 형성된 제2투명전극체(150)를 부착시킨다. 즉, 전해질층(130)의 일측 면에 제2전기변색층(140)의 면이 접하여 도 1에 도시된 것과 같은 단면구조를 가질수 있게 결합시킨다는 것이다.
이와 같이 제2투명전극체구비단계(S140)까지 거치면서 이온젤 스마트 윈도우가 제조될 수 있다.
한 편,도 2 내지 도 3에 도시되지는 아니하였으나 제2투명전극체구비단계(S140) 이후에 상기 전해질층(130)을 외부로부터 보호하기 위하여 제1투명전극체(110)와 제2투명전극체(150) 사이를 실링시키는 실링단계를 더 포함할 수도 있다.
이러한 실링단계까지 실시하지 않아도 무방하지만, 미관상의 필요성 또는 이온젤 스마트 윈도우에 대한 보호성을 증진 시키는 차원에서 실링단계까지 실시하는 것 또한 가능하다. 실링하는 구체적인 방법은 통상의 스마트윈도우 제조방법에서 실링하여 마감처리하는 방법을 이용할 수 있다.
이상에서와 같이 실시 예들을 들어 설명한 바와 같은 방법으로 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우를 제조할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우에 대하여 전압에 따른 전류의 특성을 도 4에 도시하였다. 도 4의 그래프에 나타난 바와 같이 전압에 따른 전류의 차이를 확인할 수 있었으며, 전류의 차이로부터 투과도의 차이를 알 수가 있다. 따라서 변색소자로서의 특성을 잘 나타내는지 여부를 알 수 있는데 도 4에 도시된 바와 같이 변색소자로서의 특성을 잘 나타내고 있다.
그리고 도 5에서는 본 발명의 실시 예에 따른 이온젤 스마트 윈도우와 통상의 액체전해질을 이용한 스마트 윈도우와의 투과도 차이를 나타낸 그래프이다.
도 5에서 참조되는 바와 같이 통상의 액체전해질에 비해서 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 경우에 더 높은 투과도를 나타내는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우는 전해질층이 용액이 아닌 이온젤로 이루어지기 때문에 전해질용액이 누출 또는 누액되지 않는다. 따라서, 스마트 윈도우의 안정성과 안전성이 증대되고, 스마트 윈도우의 수명 단축을 억제할 수 있다는 장점이 있다.
또한 액체전해질을 이용하는 경우와 달리 본 발명에 따른 이온젤 스마트 윈도우의 경우 전해질이 젤 상태이기 때문에 리킹(leaking)이나 베이퍼(vapor)가 발생하지 않으므로 리킹이나 베이퍼로 인한 결함의 발생가능성이 억제된다.또한 대면적화된 스마트 윈도우의 제조가 수월해 진다. 이와 같이 제조공정상에 있어서 제품생산수율 내지 생산성을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다.
그리고, 잉크젯 프린팅 방법 등을 이용하여 이온젤의 전해질층을 형성시킬 수 있으므로 종래의 액체전해질을 이용하는 경우에 비해서 제조 공정상 좀 더 편리하게 제조할 수 있으며, 좀 더 다양한 형태(모양)을 갖는 스마트 윈도우의 제조가 가능하므로 보다 다양한 형태의 제품 디자인을 창출할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
110 : 제1투명전극체 120 : 제1전기변색층
130 : 전해질층 140 : 제2전기변색층
150 : 제2투명전극체

Claims (21)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제1투명전극체의 일측 면에 전자의 이동에 따라 변색될 수 있는 제1전기변색층을 형성시키는 제1전기변색층형성단계;
    상기 제1전기변색층형성단계에서 형성된 상기 제1전기변색층의 일측 면에 전해질층을 형성시키는 전해질층형성단계; 및
    상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 일측에 전기전도성과 빛에 대한 투과성이 있는 제2투명전극체가 마련되는 제2투명전극체구비단계;를 포함하되,
    상기 전해질층형성단계에서 형성되는 상기 전해질층은,
    고분자폴리머 및 이오닉리퀴드(ionic liquid)를 포함하는 이온젤(ion gel)용액으로부터 형성되며,
    상기 제1전기변색층형성단계는,
    상기 제1투명전극체의 일측 면을 제1전기변색소재용액으로 코팅시키는 제1코팅단계; 및
    상기 제1코팅단계에서 코팅된 상기 제1전기변색소재용액을 건조시키는 제1건조단계; 를 포함하고,
    상기 제2투명전극체구비단계 이후에,
    상기 전해질층을 외부로부터 보호하기 위하여 상기 제1투명전극체와 상기 제2투명전극체 사이를 실링시키는 실링단계;를 더 포함하며,
    상기 전해질층형성단계는,
    고분자폴리머를 용매에 혼합하여 고분자폴리머 용액을 형성시키는 A단계;
    상기 A단계에서 혼합된 상기 고분자폴리머 용액에 이오닉리퀴드를 첨가하여 이온젤용액을 형성시키는 B단계;
    상기 B단계에서 형성된 상기 이온젤용액을 상기 제1전기변색층의 표면에 코팅시키는 C단계; 및
    상기 C단계에서 상기 제1전기변색층의 표면에 코팅된 상기 이온젤용액을 건조시키어 용매를 제거하는 D단계;
    를 포함하고,
    상기 전해질층형성단계에서의 상기 C단계에서 상기 제1전기변색층의 표면에 대하여 이루어지는 상기 이온젤용액 코팅은 스핀코팅인 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제1전기변색소재용액은,
    Figure 112016038615228-pat00031
    또는
    Figure 112016038615228-pat00032
    중 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 알콜을 포함하여 이루어진 용액인 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 전해질층형성단계 및 상기 제2투명전극체구비단계 사이에 이루어지는 단계로서,
    상기 전해질층형성단계에서 형성된 상기 전해질층의 일측 면에 제2전기변색층을 형성시키는 제2전기변색층형성단계;를 더 포함하고,
    상기 제2투명전극체구비단계에서,
    상기 제2투명전극체는 상기 제2전기변색층의 일측 면에 마련되는 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2전기변색층형성단계는,
    상기 전해질층의 일측 면을 제2전기변색소재용액으로 코팅시키는 제2코팅단계; 및
    상기 제2코팅단계에서 코팅된 상기 제2전기변색소재용액을 건조시키는 제2건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제2전기변색소재용액은,
    Figure 112016038615228-pat00033
    또는
    Figure 112016038615228-pat00034
    중 어느 하나와 디아이워터(D.I. water) 및 알콜을 포함하여 이루어진 용액인 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 제2투명전극체구비단계 이전에 이루어지는 단계로서,
    상기 제2투명전극체구비단계에서 마련될 상기 제2투명전극체의 일측 면에 전자의 이동에 따라 변색되는 제2전기변색층을 형성시키는 제2투명전극체준비단계;를 더 포함하고,
    상기 제2투명전극체구비단계에서는,
    상기 전해질층의 일측에 상기 제2투명전극체준비단계에서 상기 제2전기변색층이 형성된 상기 제2투명전극체를 부착시키는 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제 9항에 있어서,
    상기 고분자폴리머는 PDVF(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), poly(styrene-block-ethyleneoxide-block styrene)(SOS) triblock copolymer 및 poly(ethylene oxide)-poly(propylene oxide) block copolymer 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  19. 제 9항에 있어서,
    상기 이오닉리퀴드(ionic liquid)는,
    EMBI(1-Ethyl-3-methylimidazolium bis trifluoromethylsulfonylimide), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헥사플로로포스포에이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphoate) 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 테트라플로로보레이트(1-Ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate) 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  20. 제 9항에 있어서,
    상기 제1투명전극체 또는 상기 제2투명전극체는,
    ITO글라스(indium titanium oxide glass)인 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
  21. 제 9항에 있어서,
    상기 제1투명전극체 또는 상기 제2투명전극체는,
    폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌설파이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중에서 어느 하나로 이루어진 고분자기재체로서 전기전도성을 갖는 물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 이온젤 스마트 윈도우 제조방법.
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