KR102569964B1 - 스마트 윈도우 - Google Patents

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KR102569964B1
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이종람
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정선영
이일환
정기룡
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Abstract

본 개시는, 마주보고 위치하는 제1 기재층 및 제2 기재층, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층의 마주보는 면에 각각 위치하는 제1 도전막 및 제2 도전막, 그리고 상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막 사이에 개재되는 전해질층을 포함하고, 상기 제1 도전막은 복수의 제1 나노 구조를 포함하고, 상기 제2 도전막은 상기 복수의 제1 나노 구조와 다른 평균 길이를 갖는 복수의 제2 나노 구조를 포함하는 스마트 윈도우를 제공한다.

Description

스마트 윈도우{SMART WINDOW}
본 발명은 스마트 윈도우에 관한 것이다.
스마트 윈도우는 창문이나 거울 또는 디스플레이 장치에 적용되어 광 투과율을 조절할 수 있는 용도로 사용되고 있다. 구체적으로, 스마트 윈도우는 건축물 또는 자동차의 윈도우에 적용되어 겨울에는 태양광선이 실내로 최대한 들어올 수 있도록 투명하게 조절되고, 여름에는 태양광선이 차단되도록 불투명하게 조절될 수 있다.
일반적으로 스마트 윈도우는 기능성을 나타내는 재료의 종류에 따라 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display), 분산 입자 디스플레이(SPD: Suspended Particle Display), 일렉트로크로믹 글래스(EC: Electrochromic glass), 포토크롬 글래스(PC: Photochromic glass) 및 써모크롬 글래스(LTC: Thermo-chromic glass) 등으로 구분되고 있다.
본 개시는 다양한 모드 구현이 가능한 스마트 윈도우를 제공하고자 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 마주보고 위치하는 제1 기재층 및 제2 기재층, 상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층의 마주보는 면에 각각 위치하는 제1 도전막 및 제2 도전막, 그리고 상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막 사이에 개재되는 전해질층을 포함하고, 상기 제1 도전막은 복수의 제1 나노 구조를 포함하고, 상기 제2 도전막은 상기 복수의 제1 나노 구조와 다른 평균 길이를 갖는 복수의 제2 나노 구조를 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 나노 구조는 0.5nm 내지 60nm 범위의 평균 길이를 가질 수 있다.
상기 복수의 제2 나노 구조는 60nm 내지 10㎛ 범위의 평균 길이를 가질 수 있다.
상기 전해질층은 용매 및 무기 입자를 포함할 수 있다.
상기 무기 입자는 AgNO3, CuCl2, WO3, TiO2, MgO, MoO3, 및 NiO 중 적어도 하나일 수 있다.
상기 용매 및 상기 무기 입자의 부피비는 40:1 내지 60:1 범위일 수 있다.
본 개시에 따른 스마트 윈도우는, 상기 제1 도전막에 (-) 전압이 인가된 구동 상태에서, 40% 이상의 광 반사율을 가질 수 있다.
이때, 상기 제1 도전막의 표면에 위치하는 반사층을 더 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 스마트 윈도우는, 상기 제2 도전막에 (-) 전압이 인가된 구동 상태에서, 70% 이상의 광 흡수율을 가질 수 있다.
이때, 상기 제2 도전막의 표면에 위치하는 흡수층을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 복수의 제1 나노 구조 및 상기 복수의 제2 나노 구조는, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), GITO(Gallium Indium Tin Oxide), In2O3(Indium Oxide), ZnO(Zinc Oxide), GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), 및 AZO(Aluminum-Doped Zinc Oxide) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 도전막의 평균 두께는 5nm 내지 100nm 범위일 수 있다.
상기 제2 도전막의 평균 두께는 50nm 내지 10㎛ 범위일 수 있다.
상기 제1 기재층 및 상기 제1 도전막 사이에 위치하는 제1 전극층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극층의 두께는 1nm 내지 1㎛ 범위일 수 있다.
상기 제2 기재층 및 상기 제2 도전막 사이에 위치하는 제2 전극층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 전극층의 두께는 1nm 내지 1㎛ 범위일 수 있다.
상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 고분자 또는 유리로 이루어질 수 있다.
상기 고분자는 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide; PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 투명 모드, 미러 모드 및 블랙 모드 중 적어도 하나 또는 모두를 구현할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 비구동 상태의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 구동 상태의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우의 비구동 상태의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 5 내지 도 12는 각각 실시예 2 내지 9에 따라 제조된 스마트 윈도우에서 도전막에 포함되는 복수의 나노 구조의 평면 SEM 사진을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계 없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 비구동 상태의 단면을 모식적으로 나타낸 것이고, 도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우의 구동 상태의 단면을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우는 제1 기재층(100), 제1 도전막(250), 전해질층(300), 제2 도전막(260) 및 제2 기재층(110)을 포함한다.
제1 기재층(100) 및 제2 기재층(110)은 서로 마주보도록 배치된다.
이때, 제1 기재층(100) 및 제2 기재층(110)은, 400nm 내지 700nm 범위의 가시 광선 영역의 광에 대한 투과율이 약 60% 이상, 약 65% 내지 약 90%, 또는 약 75% 내지 약 100%인 물질로 이루어질 수 있다.
즉, 제1 기재층(100) 및 제2 기재층(110)은, 예를 들면, 고분자 또는 유리로 이루어질 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 다만, 제1 기재층(100) 및 제2 기재층(110)이 고분자로 이루어지는 경우, 벤딩 특성이 우수하므로 플렉서블 스마트 윈도우의 구현이 용이한 장점이 있다.
상기 고분자는, 예를 들면, 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide; PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 개시에서, 제1 기재층(100) 및 제2 기재층(110)의 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.
제1 기재층(100) 및 제2 기재층의 마주보는 면에는 각각 제1 도전막(250) 및 제2 도전막(260)이 위치한다.
제1 도전막(250)의 평균 두께는 약 5nm 내지 약 100nm, 약 10nm 내지 약 80nm, 또는 약 20nm 내지 약 70nm일 수 있다. 제1 도전막(250)의 평균 두께가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 제1 도전막(250)의 전기 전도성이 우수하다.
또한, 제2 도전막(260)의 평균 두께는 약 50nm 내지 약 10㎛, 약 70nm 내지 약 5㎛, 약 100nm 내지 약 2㎛일 수 있다. 제2 도전막(260)의 평균 두께가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 제2 도전막(260)의 전기 전도성이 우수하다.
다음으로, 제1 도전막(250) 및 상기 제2 도전막(260)은 각각 복수의 제1 나노 구조(200) 및 복수의 제2 나노 구조(210)를 포함할 수 있다. 복수의 제1 나노 구조(200) 및 복수의 제2 나노 구조(210)는 각각 일부가 교차 연결된 형태일 수 있다.
본 개시에서 제1 도전막(250)은 복수의 제1 나노 구조(200)가 서로 중첩하여 성장함과 동시에 일부가 교차 연결되어 형성될 수 있고, 제2 도전막(260)은 복수의 제2 나노 구조(210)가 서로 중첩하여 성장함과 동시에 일부가 교차 연결되어 형성될 수 있다.
따라서, 제1 도전막(250) 및 제2 도전막(260)은 내부에 소정의 공극을 포함할 수 있으며, 이에 따라 플렉서블 스마트 윈도우 구현시 반복되는 밴딩에도 크랙 등으로 인한 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
복수의 제1 나노 구조(200) 및 복수의 제2 나노 구조(210)는 각각 400nm 내지 700nm 범위의 가시 광선 영역의 광에 대한 투과율이 약 60% 이상, 약 65% 내지 약 100%, 또는 약 75% 내지 약 100%인 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 복수의 제1 나노 구조(200) 및 복수의 제2 나노 구조(210)가 가시 광선 영역에서의 광 투과율이 상기 수치 범위를 만족하는 재료로 이루어지기 때문에 스마트 윈도우가 구동하지 않는 상태, 즉, 제1 도전막(250) 및 제2 도전막(260)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 투명 모드의 구현이 가능하다. 본 개시에서 투명 모드는 외부에서 스마트 윈도우로 입사되는 광의 투과율이 적어도 60% 이상인 경우를 의미한다.
이러한 투명 도전성 물질은, 예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), GITO(Gallium Indium Tin Oxide), In2O3(Indium Oxide), ZnO(Zinc Oxide), GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), 및 AZO(Aluminum-Doped Zinc Oxide) 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 복수의 제1 나노 구조(200) 및 복수의 제2 나노 구조(210)의 재료는 동일하거나 상이할 수 있다.
한편, 복수의 제1 나노 구조(200)는 약 0.5nm 내지 약 60nm 범위의 평균 길이를 가질 수 있다. 복수의 제1 나노 구조(200)의 평균 길이는, 예를 들면, 약 1nm 내지 약 40nm 또는 약 1nm 내지 약 25nm 범위일 수도 있다.
본 명세서에서 나노 구조의 평균 길이는 복수의 제1 나노 구조(200) 및/또는 복수의 제2 나노 구조(210) 각각에 있어서 가장 긴 마디의 평균 길이를 의미한다. 즉, 제1 나노 구조(200) 및 제2 나노 구조(210)는 분지 마디(branching node) 구조이며, 평균 길이는 각각의 나노 구조에서 가장 긴 마디들의 평균 값을 나타낸 것이다. 또한, 이러한 분지 마디(branching node) 구조를 갖는 나노 구조는 전자빔증착법(E-beam evaporation) 등을 이용하여 성장시킴으로써 얻을 수 있으며, 원하는 크기로 성장하도록 적절하게 조절하여 복수의 제1 나노 구조(200) 및 복수의 제2 나노 구조(210)를 각각 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 도전막(250)에 (-) 전압이 인가된 구동 상태에서, 전해질층(300)에 포함되어 있는 무기 입자(302) 중 양이온의 일부가 복수의 제1 나노 구조(200)에 결합될 수 있다. 이에 따라 제1 도전막(250)의 표면에는 소정의 두께를 갖는 반사층(310)이 형성될 수 있다. 반사층(310)은 무기 입자(302)의 양이온이 제1 도전막(250)으로부터 (-) 전하를 받아 석출된 응집체로 이루어진다. 또한, 제2 나노 구조의 평균 길이 보다 상대적으로 작은 평균 길이를 갖는 제1 나노 구조를 포함하는 제1 도전막(250)의 표면에 형성되기 때문에 반사층(310)은 거의 평평한 표면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 도전막(250)에 (-) 전압이 인가되는 경우, 거의 평평한 표면을 갖는 반사층(310)에 의해 외부에서 스마트 윈도우의 입사되는 광의 반사율이 높아진다.
이때, 복수의 제1 나노 구조(200)는 앞에서 설명한 바와 같이 약 0.5nm 내지 약 60nm 범위의 평균 길이를 가질 수 있다. 복수의 제1 나노 구조(200)의 평균 길이가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 제1 도전막(250)에 (-) 전압 인가시 본 개시에 따른 스마트 윈도우의 광 반사율은 약 40% 이상, 약 50% 내지 약 100% 또는 약 60% 내지 약 100% 범위가 된다. 본 개시에서 미러 모드는 외부에서 스마트 윈도우로 입사되는 광의 반사율이 적어도 40% 이상인 경우를 의미한다.
다음으로, 복수의 제2 나노 구조(210)는 약 60nm 내지 10㎛ 범위의 평균 길이를 가질 수 있다. 복수의 제2 나노 구조(210)의 평균 길이는, 예를 들면, 60nm 내지 1㎛, 70nm 내지 300nm, 또는 100nm 내지 250nm 범위일 수도 있다.
도 3을 참조하면, 제2 도전막(260)에 (-) 전압이 인가된 구동 상태에서, 전해질층(300)에 포함되어 있는 무기 입자(302) 중 양이온의 일부가 복수의 제2 나노 구조(210)에 결합될 수 있다. 이에 따라 제2 도전막(260)의 표면에는 소정의 두께를 갖는 흡수층(320)이 형성될 수 있다. 흡수층(320)은 무기 입자(302)의 양이온이 제2 도전막(260)으로부터 (-) 전하를 받아 석출된 응집체로 이루어진다. 또한, 제1 나노 구조의 평균 길이 보다 상대적으로 큰 평균 길이를 갖는 제2 나노 구조를 포함하는 제2 도전막(260)의 표면에 형성되기 때문에 흡수층(320)은 거친 표면 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 제2 도전막(260)에 (-) 전압이 인가되는 경우, 거친 표면을 갖는 흡수층(320)에 의해 외부에서 스마트 윈도우로 입사되는 광은 플라즈몬 효과 및 산란 작용에 의해 흡수율이 높아진다.
이때, 복수의 제2 나노 구조(210)는 앞서 설명한 바와 같이, 약 60nm 내지 10㎛ 범위의 평균 길이를 가질 수 있다. 복수의 제2 나노 구조(210)의 평균 길이가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 제2 도전막(260)에 (-) 전압 인가시 본 개시에 따른 스마트 윈도우의 광 흡수율은 약 70% 이상, 약 75% 내지 약 100% 또는 약 80% 내지 약 100% 범위가 된다. 본 개시에서 블랙 모드는 외부에서 스마트 윈도우로 입사되는 광의 흡수율이 적어도 70% 이상인 경우를 의미한다.
따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우는 전압이 인가되지 않는 상태에서는 투명 모드의 구현이 가능하고, 전압이 인가되는 상태에서는 교류 전원을 이용하여 (-) 전압이 인가되는 방향만 바꿔 주면 쉽게 미러 모드 및 블랙 모드를 모두 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 전해질층(300)은 용매(301) 및 무기 입자(302)를 포함할 수 있다.
스마트 윈도우가 비 구동 상태일 때, 무기 입자(302)는 이온 상태로 용매(301) 내에 분산되어 존재할 수 있다. 따라서, 외부로부터 비 구동 상태의 스마트 윈도우로 입사되는 광은 이러한 이온 상태의 무기 입자(302) 사이를 쉽게 투과할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 제1 도전막(250) 및 제2 도전막(260)은 투명 물질로 이루어지기 때문에 투명 모드의 구현이 가능하다. 투명 모드에서 광 투과율은 약 60% 이상, 약 65% 내지 약 100%, 또는 약 75% 내지 약 100%일 수 있다.
또한, 스마트 윈도우가 구동 상태일 때, 용매(301) 내에 분산되어 이온 상태로 존재하던 무기 입자(302) 중 양이온의 일부는 (-) 전류가 인가되는 측으로 이동하여 복수의 제1 나노 구조(200) 또는 복수의 제2 나노 구조(210)에 결합된다. 따라서, 외부로부터 구동 상태의 스마트 윈도우로 입사되는 광은 양이온이 결합되어 있는 복수의 제1 나노 구조(200) 또는 복수의 제2 나노 구조(210)에 의해 반사되거나 흡수될 수 있다. 즉, 반사 모드 및 블랙 모드의 구현이 모두 가능하다.
무기 입자(302)는, 예를 들면, AgNO3, CuCl2, WO3, TiO2, MgO, MoO3, 및 NiO 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 전해질층(300)에 포함되는 용매(301) 및 무기 입자(302)의 부피비는 40:1 내지 60:1, 45:1 내지 55:1 정도 일 수 있다. 용매(301) 및 무기 입자(302)의 부피비가 상기 수치 범위를 만족하는 경우, 미러 모드 및 블랙 모드를 모두 구현할 수 있게 된다.
도 4에는 본 개시의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우의 비 구동 상태에서의 단면을 모식적으로 나타내었다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 제1 기재층(100) 및 제1 도전막(250) 사이에 위치하는 제1 전극층(400)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 기재층(110) 및 제2 도전막(260) 사이에 위치하는 제2 전극층(410)을 더 포함할 수도 있다.
제1 전극층(400) 및 제2 전극층(410)을 제외한 다른 구성은 전술한 것과 동일하므로 여기서는 생략하기로 한다.
제1 전극층(400)은 약 1nm 내지 약 1㎛ 또는 약 10nm 내지 약 1㎛범위의 두께를 가질 수 있다. 또한, 제2 전극층(410)은 약 1nm 내지 약 1㎛ 또는 약 10nm 내지 약 1㎛범위의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극층(400) 및 제2 전극층(410)의 두께는 같을 수도 있고 상이할 수도 있다.
또한, 제1 전극층(400) 및 제2 전극층(410)을 구성하는 재료는 400nm 내지 700nm 범위의 가시 광선 영역의 광에 대한 투과율이 약 60% 이상, 약 65% 내지 약 100%, 또는 약 75% 내지 약 100%인 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 개시에 따른 스마트 윈도우에 제1 전극층(400) 및/또는 제2 전극층(410)을 더 포함하는 경우 보다 우수한 전기 전도성을 갖기 때문에 전류 방향에 따라 미러 모드에서 블랙 모드로의 전환과 비구동 상태에서 투명 모드로의 전환이 보다 빨리 이루어질 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 개시를 구체적으로 살펴보기로 한다.
실시예 1
제1 유리 기판(기재층)에 ITO를 이용하여 전극층을 150nm 두께로 형성하였다. 그 후, 상기 전극층 위에 E-beam을 이용하여 ITO를 성장시켜 나노 구조의 평균 길이가 1nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성하였다.
한편, 제3 유리 기판에 150nm 두께의 ITO 전극층을 형성하였다.
다음, 제3 유리 기판의 ITO 전극층과 제1 유리 기판의 도전막이 대면하도록 제3 유리 기판 및 제1 유리 기판을 배치하고 주입구를 제외한 가장 자리를 밀봉하였다. 이어서, 상기 주입구에 DMSO 10ml 당 0.5mmol의 AgNO3가 분산되어 있는 전해질을 주입하고 주입구를 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 2
도 5의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 23.55nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 3
제2 유리 기판(기재층)에 ITO를 이용하여 전극층을 150nm 두께로 형성하였다. 그 후, 상기 전극층 위에 E-beam을 이용하여 ITO를 성장시켜, 도 6의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 65.13인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성하였다.
한편, 제3 유리 기판에 150nm 두께의 ITO 전극층을 형성하였다.
다음, 제3 유리기판의 ITO 전극층과 제2 유리 기판의 도전막이 대면하도록 제3 유리 기판 및 제2 유리 기판을 배치하고 주입구를 제외한 가장 자리를 밀봉하였다. 이어서, 상기 주입구에 DMSO 10ml 당 0.5mmol의 AgNO3가 분산되어 있는 전해질을 주입하고 주입구를 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 4
도 7의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 77.57nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 5
도 8의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 103.95nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 6
도 9의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 144.82nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 7
도 10의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 164.3nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 8
도 11의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 191.77nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실시예 9
도 12의 평면 SEM 사진에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노 구조의 평균 길이가 213.72nm인 복수의 나노 구조를 포함하는 도전막을 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 스마트 윈도우를 제조하였다.
실험예 1 - 나노 구조의 성장 확인
실시예 2 내지 9에 따라 제조된 스마트 윈도우에서 도전막에 포함되는 복수의 나노 구조가 성장한 것을 확인하기 위한 평면 SEM 사진을 도 5 내지 도 12에 각각 나타내었다.
도 5 내지 도 12에서는 각각 실시예 2 내지 9에 따른 복수의 나노 구조가 성장된 모습을 확인할 수 있었다.
실험예 - 스마트 윈도우의 평가
실시예 1 내지 9에 따라 제조된 스마트 윈도우에 복수의 나노 구조가 포함되는 측에 (-) 전압이 인가되도록 2.5V의 전압을 가하여, 400nm 내지 700nm 영역에서의 평균 광 반사율 및 평균 광 흡수율을 측정하였다. 또한, 비구동 상태, 즉, -0.5V 또는 0.5V의 전압에서, 400nm 내지 700nm 영역에서의 평균 광 투과율 값을 측정하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 평균 광 반사율 (%) 평균 광 흡수율 (%) 평균 광 투과율 (%)
실시예 1 78 21.07 80.75
실시예 2 59.9 39.98 78.05
실시예 3 20.08 79.67 74.41
실시예 4 11.83 88.29 74.16
실시예 5 8.16 92.28 73.85
실시예 6 8.78 88.58 73.76
실시예 7 8.6 90.84 70.72
실시예 8 8.62 91.11 68.44
실시예 9 8.92 90.93 65.54
상기 표 1을 참조하면, 복수의 제1 나노 구조의 평균 길이가 0.5nm 내지 60nm 범위를 만족하는 실시예 1 및 2에 따른 스마트 윈도우의 경우 평균 반사율은 적어도 40% 이상인 바, 미러 모드 구현이 가능한 것을 확인할 수 있다.
또한, 복수의 제2 나노 구조의 평균 길이가 60nm 내지 10㎛ 범위를 만족하는 실시예 3 내지 9에 따른 스마트 윈도우의 경우 평균 흡수율이 적어도 70% 이상인 바, 블랙 모드 구현이 가능할 것을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 1 내지 9에 따른 스마트 윈도우가 비구동 상태일 때, 적어도 60% 이상의 광 투과율을 가지는 것을 확인할 수 있는 바, 이를 통해 투명 모드의 구현도 가능함을 알 수 있다.
특히 본 개시의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우는 0.5nm 내지 60nm 범위의 평균 길이를 갖는 제1 나노 구조를 포함하는 제1 도전막과 60nm 내지 10㎛ 범위의 평균 길이를 갖는 제2 나노 구조를 포함하는 제2 도전막을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 투명 모드, 미러 모드, 블랙 모드를 모두 구현할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 실시예 1과 같이 평균 길이가 1nm인 복수의 나노 구조를 제1 도전막에 성장시키고, 실시예 2와 같이 평균 길이가 23.55nm인 복수의 나노 구조를 제2 도전막에 성장시켜 스마트 윈도우를 구현하는 경우에는, 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 평균 광 흡수율이 낮기 때문에 (-) 전압의 인가 방향을 바꾸어도 블랙 모드의 구현이 어려운 것을 확인할 수 있다.
또한, 실시예 3과 같이 평균 길이가 65.13인 복수의 나노 구조를 제1 도전막에 성장시키고, 실시예 4와 같이 평균 길이가 77.57nm인 복수의 나노 구조를 제2 도전막에 성장시켜 스마트 윈도우를 구현하는 경우에는 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 평균 광 반사율이 낮기 때문에 (-) 전압의 인가 방향을 바꾸어도 미러 모드의 구현이 어려운 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 제1 기재층
110: 제2 기재층
200: 제1 나노 구조
210: 제2 나노 구조
250: 제1 도전막
260: 제2 도전막
301: 용매
302: 무기 입자
300: 전해질층
310: 반사층
320: 흡수층
400: 제1 전극층
410: 제2 전극층

Claims (19)

  1. 마주보고 위치하는 제1 기재층 및 제2 기재층;
    상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층의 마주보는 면에 각각 위치하는 제1 도전막 및 제2 도전막, 그리고
    상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막 사이에 개재되는 전해질층
    을 포함하고,
    상기 제1 도전막은 복수의 막대 형상의 제1 나노 구조물을 포함하고,
    상기 제2 도전막은 상기 복수의 제1 나노 구조물과 다른 평균 길이를 갖는 복수의 막대 형상의 제2 나노 구조물을 포함하는 스마트 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노 구조물은 0.5nm 내지 60nm 범위의 평균 길이를 갖는 스마트 윈도우.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제2 나노 구조물은 60nm 내지 10㎛ 범위의 평균 길이를 갖는 스마트 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전해질층은 용매 및 무기 입자를 포함하는 스마트 윈도우.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무기 입자는 AgNO3, CuCl2, WO3, TiO2, MgO, MoO3, 및 NiO 중 적어도 하나인 스마트 윈도우.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 용매 및 상기 무기 입자의 부피비는 40:1 내지 60:1인 스마트 윈도우.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전막에 (-) 전압이 인가된 구동 상태에서, 40% 이상의 광 반사율을 갖는 스마트 윈도우.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도전막의 표면에 위치하는 반사층을 더 포함하는 스마트 윈도우.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전막에 (-) 전압이 인가된 구동 상태에서, 70% 이상의 광 흡수율을 갖는 스마트 윈도우.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 도전막의 표면에 위치하는 흡수층을 더 포함하는 스마트 윈도우.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 나노 구조물 및 상기 복수의 제2 나노 구조물은,
    ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZITO (Zinc Indium Tin Oxide), GITO(Gallium Indium Tin Oxide), In2O3(Indium Oxide), ZnO(Zinc Oxide), GIZO(Gallium Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), 및 AZO(Aluminum-Doped Zinc Oxide) 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 스마트 윈도우.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전막의 평균 두께는 5nm 내지 100nm 범위인 스마트 윈도우.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 도전막의 평균 두께는 50nm 내지 10㎛ 범위인 스마트 윈도우.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층 및 상기 제1 도전막 사이에 위치하는 제1 전극층을 더 포함하는 스마트 윈도우.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전극층의 두께는 1nm 내지 1㎛ 범위인 스마트 윈도우.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기재층 및 상기 제2 도전막 사이에 위치하는 제2 전극층을 더 포함하는 스마트 윈도우.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 전극층의 두께는 1nm 내지 1㎛ 범위인 스마트 윈도우.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기재층 및 상기 제2 기재층은 고분자 또는 유리로 이루어진 스마트 윈도우.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 고분자는 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide; PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 스마트 윈도우.
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