KR20160064338A - 가역 전기화학 거울 - Google Patents

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KR20160064338A KR1020140167573A KR20140167573A KR20160064338A KR 20160064338 A KR20160064338 A KR 20160064338A KR 1020140167573 A KR1020140167573 A KR 1020140167573A KR 20140167573 A KR20140167573 A KR 20140167573A KR 20160064338 A KR20160064338 A KR 20160064338A
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아칠성
조성목
류호준
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명의 가역 전기화학 거울은 제 1 기판이 제공되고, 제 2 기판이 제공되고, 상기 제 1 기판 상에 제 1 투명전극이 제공되고, 상기 제 2 기판 하에 제 2 투명전극이 제공되고, 상기 제 2 기판과 상기 제 2 투명전극 사이에 반투과막이 제공되고, 상기 제 1 투명전극과 상기 제 2 투명전극 사이에 챔버를 제공하는 격벽이 제공되고, 상기 챔버 내에는 전해액이 채워진다. 상기 제 2 투명전극은 100 내지 500nm의 두께를 갖는다. 제 2 투명전극의 두께를 변화시킴으로써 on 상태에서 특정 가시광 영역의 빛을 반사시킬 수 있다. 반투과막이 제공됨으로써 off 상태에서 적외선 영역의 반사율을 향상시킬 수 있다. 전해액으로 Ag-Cu based solution을 사용함으로써 off 상태에서의 투과율과 on 상태에서의 거울 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

가역 전기화학 거울{REVERSIBLE ELECTROCHEMICAL MIRROR}
본 발명은 가역 전기화학 거울에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단열성능을 갖고 거울 상태에서 색을 구현할 수 있는 가역 전기화학 거울에 관한 것이다.
오늘날 실내 에너지 절감 개선 및 투과율 조절이 가능하고 심미성이 요구되는 스마트 윈도우가 많은 관심을 받고 있다.
최근 이용되는 스마트 윈도우는 로이(low-E: 저방사) 유리 또는 기존 REM(reversible electrochemical mirror) 소자를 이용한다. 로이 유리는 향상된 단열성능을 갖지만, 가시광 영역의 투과율 변화와 다양한 색 구현이 어렵고 그 변화가 불가능하다. 기존 REM 소자의 경우 열차단 특성과 전기변색에서 제한이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 색상, 투과율 및 반사율의 조절이 가능한 가역 전기화학 거울에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 가역 전기화학 거울이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 가역 전기화학 거울은 제 1 기판, 상기 제 1 기판 상에 이격되어 배치되는 제 2 기판, 상기 제 1 기판 상에 배치되는 제 1 투명전극, 상기 제 2 기판 하에 배치되는 제 2 투명전극, 상기 제 2 기판과 상기 제 2 투명전극 사이에 배치되는 반투과막, 상기 제 1 투명전극 및 상기 제 2 투명전극 사이에 챔버를 제공하는 격벽, 및 상기 챔버 내에 채워지는 전해액을 포함한다.
일 예로, 상기 전해액은 거울금속, 용매 및 전해질을 포함할 수 있다. 상기 거울금속은 Ag 및 Cu를 포함할 수 있다. 상기 거울금속은 Ag가 Cu보다 큰 농도비를 가질 수 있다. 상기 용매는 물, 다이메틸 설폭사이드, 에틸렌글리콜, 감마부티로락톤, 디메틸포름아마드 또는 이들 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 전해질은 할로겐화물 또는 유사 할로겐화물을 포함할 수 있다. 상기 전해액은 상기 제 2 투명전극에 음의 전위가 인가될 때 상기 제 2 전극 표면에 금속층이 전착될 수 있다. 상기 금속층은 Ag 및 Cu를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 제 1 및 제 2 투명전극들은 ITO 또는 FTO를 포함할 수 있다. 상기 제 2 투명전극의 두께는 100 내지 500nm일 수 있다.
일 예로, 상기 반투과막은 금속 박막을 포함할 수 있다. 상기 금속박막은 텅스텐을 포함할 수 있다. 상기 금속박막은 4 내지 12nm의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 가역 전기화학 거울은 전해액으로 Ag-Cu based solution을 사용하고, 기판과 투명전극 사이에 반투과막을 포함할 수 있다. Ag-Cu based solution을 전해액으로 사용한 가역 전기화학 거울은 높은 거울특성을 보일 수 있다. 가역 전기화학 거울은 on 상태에서 투명전극의 두께에 따라 특정한 가시광 영역의 빛을 반사시킬 수 있으며, 필요한 색을 구현할 수 있다. 기판과 투명전극 사이에 배치된 반투과막은 off 상태에서 적외선 영역의 빛에 대한 반사율을 향상시켜 단열성능 개선에 기여한다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 아래에 나타나 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 off 상태의 가역 전기화학 거울을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 on 상태의 가역 전기화학 거울을 나타낸 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 off 상태의 가역 전기화학 거울의 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 off 상태의 가역 전기화학 거울의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 on 상태의 가역 전기화학 거울의 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 on 상태의 가역 전기화학 거울의 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시에에 따른 가역 전기화학 거울의 투명전극 두께에 따른 반사되는 빛의 파장을 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가역 전기화학 거울의 색좌표 그래프이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 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.
본 명세서에서 어떤 면(또는 층)이 다른 면(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 면(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 면(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 면들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 면들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 면(또는 층)을 다른 영역 또는 면(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제 1 면으로 언급된 면이 다른 실시 예에서는 제 2 면으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 개념은 색상, 투과율 및 반사율의 변화가 가능한 가역 전기화학 거울에 관한 것이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 가역 전기화학 거울은 전해액으로 Ag-Cu based solution을 사용하고, 기판과 투명전극 사이에 반투과막을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 off 상태에서의 가역 전기화학 거울을 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하여, 가역 전기화학 거울은 제 1 기판(101), 제 1 기판(101) 상에 이격되어 배치되는 제 2 기판(102), 제 1 기판(101) 상에 배치되는 제 1 투명전극(201), 제 2 기판(102) 하에 배치되는 제 2 투명전극(202), 제 2 기판(102)과 제 2 투명전극(202) 사이에 배치되는 반투과막(301), 제 1 투명전극(201) 및 제 2 투명전극(202) 사이의 전해액(401)을 포함한다. 가역 전기화학 거울은 격벽(501)을 더 포함할 수 있다. 격벽(501)은 전해액(401)으로 채워지는 챔버를 제공한다.
제 1 기판(101) 및 제 2 기판(102)은 투명기판일 수 있다. 예를 들어, 투명기판은 유리기판 또는 플라스틱기판일 수 있다.
제 1 투명전극(201) 및 제 2 투명전극(202)은 ITO 또는 FTO일 수 있다. 제 1 투명전극(201)의 두께는 50μm일 수 있다. 제 2 투명전극(202)의 두께는 100 내지 500nm일 수 있다.
반투과막(301)은 금속 박막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반투과막(301)은 텅스텐 박막일 수 있다. 금속 박막의 두께는 4 내지 12nm일 수 있다. 반투과막(301)은 입사되는 빛을 보강간섭 시킬 수 있다. 예를 들어, 입사되는 빛은 보강간섭 되어 40 내지 50%의 투과율을 나타낼 수 있다. 반투과막(301)은 적외선 영역의 빛에 대한 반사율이 높을 수 있다.
전해액(401)은 거울금속, 용매 및 전해질을 포함할 수 있다. 거울금속은 Ag(예를 들어, AgNO3를 통해 제공될 수 있다.) 및 Cu(예를 들어, Cu는 CuCl2를 통해 제공될 수 있다.)를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ag와 Cu는 5:1의 몰농도비를 가질 수 있다. 용매는 물, DMSO(dimethyl sulfoxide), EG(ethylene glycol), GBL(γ-butyrolactone), DMF(dimethyl formamide) 또는 이들 혼합물일 수 있다. 전해질은 할로겐화물 또는 유사 할로겐화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전해질은 TBABr(tetra-n-butylammonium bromide) 또는 TBAP(tetra-n-butylammonium perchlorate)일 수 있다. 전해액(401)은 겔화제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 겔화제는 PVB(poly vinyl butyral)일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 on 상태에서의 가역 전기화학 거울을 나타낸 단면도이다. 도 2를 참조하여, on 상태(예를 들어, 제 1 및 제 2 전극(201, 202) 양단에 걸쳐 제 2 투명전극(202)에 -2.5V의 전압이 가해진 상태)가 되면, 전해액(401)은 제 2 투명전극(202) 표면에 금속층(601)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 제 2 투명전극(202)에 음의 전위(예를 들어, -2.5V의 전압)가 가해지면 제 2 투명전극(202) 표면에 Ag 및 Cu를 포함하는 금속층(601)이 전착(electro deposition)될 수 있다. 전착된 박막의 두께는 80 내지 90nm이다. 제 2 투명전극(202) 및 금속층(601)은 거울로 작용할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 각각 off 상태의 가역 전기화학 거울의 반사율과 투과율을 나타낸 그래프들이다. 도 3a 및 도 3b를 참조하여, off 상태(예를 들어, 제 1 및 제 2 전극(201, 202) 양단에 걸쳐 제 2 투명전극(202)에 0 내지 +0.5V의 전압이 가해진 상태)에서 가역 전기화학 거울은 반투과 상태일 수 있다. 예를 들어, 가역 전기화학 거울은 40 내지 50%의 의 투과율을 가질 수 있다. 예를 들어, 가역 전기화학 거울은 0 내지 40%의 반사율을 가질 수 있다. off 상태의 가역전기화학 거울은 반투과 거울로 작용할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 on 상태의 가역 전기화학 거울의 반사율과 투과율을 나타낸 그래프들이다. 도 4b를 참조하여, on 상태(예를 들어, 제 1 및 제 2 전극(201, 202) 양단에 걸쳐 제 2 투명전극(202)에 -2.5V의 전압이 가해진 상태)에서 가역 전기화학 거울은 불투과성일 수 있다. 예를 들어, 가역 전기화학 거울은 0 내지 1%의 투과율을 가질 수 있다.
도 5는 제 2 투명전극(202)의 두께에 따른 반사되는 빛의 파장을 나타낸 표이다. 이 때, 반투과막은 8nm의 두께를 갖는 텅스텐이다. 도 4a 및 도5를 참조하여, on 상태(예를 들어, 제 1 및 제 2 전극(201, 202) 양단에 걸쳐 제 2 투명전극(202)에 -2.5V의 전압이 가해진 상태)의 가역 전기화학 거울은 두께에 따라 특정파장의 가시광을 반사시킬 수 있다. 제 2 투명전극(202)의 두께가 140 내지 160nm인 가역 전기화학 거울은 붉은빛(예를 들어, 710nm의 파장)을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 가역 전기화학 거울은 붉은 빛의 범위에서 80% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 제 2 투명전극(202)의 두께가 220 내지 240nm인 가역 전기화학 거울은 녹색빛(예를 들어, 530nm의 파장)을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 가역 전기화학 거울은 녹색빛의 범위에서 80% 이상의 반사율을 가질 수 있다. 제 2 투명전극(202)의 두께가 180 내지 200nm인 가역 전기화학 거울은 푸른빛(예를 들어, 460nm의 파장)을 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 가역 전기화학 거울은 푸른빛의 범위에서 80% 이상의 반사율을 가질 수 있다. on 상태의 가역 전기화학 거울은 컬러거울로 작용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가역 전기화학 거울의 색좌표 그래프이다. 도 6을 참조하여, 가역 전기화학 거울은 인가전압에 따라 색의 투명도가 변화할 수 있다.
상기 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 제공하기 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 그리고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.

Claims (16)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 상에 이격되어 배치되는 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 배치되는 제 1 투명전극;
    상기 제 2 기판 하에 배치되는 제 2 투명전극;
    상기 제 2 기판과 상기 제 2 투명전극 사이에 배치되는 반투과막;
    상기 제 1 투명전극 및 상기 제 2 투명전극 사이에 챔버를 제공하는 격벽; 및
    상기 챔버 내에 채워지는 전해액을 포함하는 가역 전기화학 거울.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반투과막은 금속 박막을 포함하는 가역 전기화학 거울.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속박막은 텅스텐을 포함하는 가역 전기화학 거울.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속박막은 4 내지 12nm의 두께를 갖는 가역 전기화학 거울.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 투명전극들은 ITO 또는 FTO를 포함하는 가역 전기화학 거울.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 투명전극의 두께는 100 내지 500nm인 가역 전기화학 거울.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 투명전극의 두께는 140 내지 160 nm이고 붉은빛을 반사하는 가역 전기화학 거울.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 투명전극의 두께는 220 내지 240nm이고 녹색빛을 반사하는 가역 전기화학 거울.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 투명전극의 두께는 180 내지 200nm이고 푸른빛을 반사하는 가역 전기화학 거울.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해액은 거울금속, 용매 및 전해질을 포함하는 가역 전기화학 거울.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 거울금속은 Ag 및 Cu를 포함하는 가역 전기화학 거울.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 거울금속은 Ag가 Cu보다 큰 농도비를 갖는 가역 전기화학 거울.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 용매는 물, 다이메틸 설폭시화물, 에틸렌글리콜, 감마부티로락톤, 디메틸포름아마드 또는 이들 혼합물을 포함하는 가역 전기화학 거울.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 전해질은 할로겐화물 또는 유사 할로겐화물을 포함하는 가역 전기화학 거울.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 투명전극에 음의 전위가 인가될 때 상기 제 2 전극 표면에 금속층이 전착되는 가역 전기화학 거울.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속층은 Ag 및 Cu를 포함하는 가역 전기화학 거울.
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