KR20190071941A - Electrochromic film for smart window with variable transmittance - Google Patents

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한세진
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Abstract

The present invention relates to an electrochromic film for a smart window with changeable transmissivity and, more specifically, to an active electrochromic film capable of having a low emissivity (Low E) property for reflecting infrared light without using a silver (Ag) layer as an electrochromic transparent electrode, and saving energy by controlling solar energy transmissivity in accordance with need. Since an awning is electrically formed by simply cutting and attaching the electrochromic film in accordance with various glass sizes, production costs are low and constructability is excellent, and the omission of a silver layer eliminates the need to conduct an extra process of removing a Low E thin film of a glass edge part, and moreover, since low-power DC power, which is no more than several W, is used, there is no risk of a short circuit occurring in a smart window such as PDLC and SPD and the like, acid resistance is excellent, and since the electrochromic film can be stored as a roll or a thin sheet, the risk of damage is low and transportation and loading can be facilitated.

Description

투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름{Electrochromic film for smart window with variable transmittance}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a coloring film for a smart window,

본 발명은 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름(Electrochromic Film)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기변색용 투명전극으로 은(Ag) 층을 사용하지 않으면서도 적외선을 반사시키는 로이(Low E:저방사율) 특성이 좋으며, 필요에 따라서는 태양에너지 투과율을 조절하여 에너지절감에 사용할 수 있는 능동형 변색필름으로써, 다양한 유리 사이즈에 맞게 간단히 재단하여 붙이면 전기적으로 차양을 형성할 수 있어서 유리형에 비해 생산비용이 저렴하고, 시공성이 우수하고, 은 층이 없기 때문에 별도로 유리 엣지부분의 로이 박막 제거공정을 거칠 필요도 없을 뿐만 아니라, 수 W 이하의 저전력 직류전원을 사용하기 때문에 PDLC, SPD 등의 스마트 윈도우에서 나타나는 누전의 위험성이 없고, 내산화성이 우수하며, 롤 또는 얇은 시트 형태로 보관할 수 있기 때문에 파손의 위험이 적고, 운반 적재의 용이성을 확보할 수 있는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochromic film for a smart window in which transmittance is variable, and more particularly, to a color filter for a smart window, which is a transparent electrode for electrochromic display, It is an active type discoloration film that can be used for energy conservation by adjusting the solar energy transmittance according to the need. If it is easily cut and attached to various glass sizes, it is possible to form an electric shade, Since it is inexpensive, has excellent workability, and has no silver layer, it is not necessary to separately perform the process of removing the thin film of the free edge of the glass edge, and since a low power DC power source of several watts or less is used, There is no danger of short-circuiting, the oxidation resistance is excellent, and it can be stored in the form of a roll or a thin sheet. Since less risk of damage, to a color change film for smart windows is the transmittance which can secure the ease of handling a variable load.

2015년 신기후체제 협약으로 온실가스 감축이 시급해지고 있는 가운데 우리나라는 2030년까지 온실가스 37%의 감축 목표를 세우고 신재생에너지의 확대 및 건물 등에 에너지 효율 향상을 계획하고 있는데, 이에 대한 해결책으로 제로에너지 빌딩이 급부상하고 있다.As the greenhouse gas reduction is urgent by 2015, the Korean government plans to reduce the greenhouse gas by 37% by 2030 and plan to expand the renewable energy and improve energy efficiency in the buildings. Energy building is rising rapidly.

그런데, 국내 건물의 경우 매년 8.7% 정도씩 증가하고 있는 추세로 파악되고 있으며, 건물이 소비하는 에너지소비량은 국내 전체 에너지소비량의 24%에 이른다고 하니 갈수록 증가 및 대형화되어 가고 있는 건물에 대한 에너지절감 대책이 시급한 실정이다.However, domestic buildings are increasing by 8.7% annually. The energy consumption of the building is 24% of the total energy consumption in Korea, and the energy conservation measures This is urgent.

특히, 건물에서 소비되는 에너지의 77%가 실내 냉난방 에너지 때문이며, 그 중에서도 창호를 통한 열손실은 20-45%에 이르고 있다고 보고되어 있다.In particular, it is reported that 77% of the energy consumed in a building is due to indoor heating and cooling energy, and heat loss through windows is 20-45%.

이와 관련하여, 미국의 DOE에 따르면, 광조절 스마트 윈도우를 적용할 경우 40% 이상의 빌딩에너지 절약이 가능하고, 냉난방시스템의 용량과 빌딩 관리비를 각각 25%까지 줄일 수 있다고 연구 보고된 바 있다.In this regard, according to the DOE of the United States, it has been reported that the use of light control smart windows can save 40% or more of building energy and reduce the heating and cooling system capacity and building management cost by 25%, respectively.

이에, 스웨덴을 시발점으로 하여 세계 각국에서는 다각적인 방법으로 상술한 문제 해결을 위한 기술 개발에 매진해 왔으며, 그 중에서도 창호를 통한 에너지절감 기술로 전기변색 기술을 이용한 전기차양 기술을 예시할 수 있다.Therefore, we have been focusing on developing the above-mentioned problem-solving techniques in various countries around the world starting from Sweden. Among them, we can exemplify electric shading technology using electric discoloration technology as an energy saving technology through windows.

이러한 기술로는 Chromogenic, Thermotropic, Liquid Crystal과 같은 다이나믹 유리가 개발되어 있고, 여기에 Chromogenic 기술의 하나인 EC(Electrochromic, 전기변색)가 접목된 형태로 하기한 선행기술에서도 확인되는 바와 같은 유리형 스마트 윈도우가 개시되어 있다.These technologies have developed dynamic glasses such as Chromogenic, Thermotropic and Liquid Crystal, and EC (Electrochromic, electrochromic), which is one of the chromogenic technologies, has been applied to this technology. As a result, A window is opened.

그런데, 유리형 스마트 윈도우는 여러 장의 유리 사이에 전기변색 기술을 응용한 것으로서 재단, 면취, 세척, 강화, 접합 등 제조공정이 매우 복잡하여 비용이 너무 비쌀 뿐만 아니라 표준화가 어렵고, 강화시 코팅 균일도가 저하되어 불량율이 높으며, 반드시 은 층의 산화방지를 위하여 별도로 로이 박막 제거공정을 거쳐야만 하는 단점이 있다.However, the glass-type smart window is an application of electro-discoloration technology between several sheets of glass. Since the manufacturing process such as cutting, chamfering, cleaning, strengthening and bonding is very complicated, the cost is too high and standardization is difficult. And the defective ratio is high. In order to prevent the oxidation of the silver layer, the roiling thin film removing process must be separately performed.

뿐만 아니라, 실리콘 마감시 수분 침투의 우려가 높아 산화 및 누전 위험이 크고, 전선연결에 따른 표준화가 곤란하여 저항 편차 문제가 발생되며, 유리라는 소재 특성상 깨지기 쉽고, 복층에 따른 열파손의 우려가 높아 안전성이 떨어지는 한계를 가지고 있다.In addition, there is a high risk of moisture penetration when the silicone finishes, so there is a great risk of oxidation and leakage, and it is difficult to standardize according to the connection of wires, so that there is a problem of resistance variation, and it is easy to break due to the nature of the material of glass, It has a low safety margin.

더구나, 무겁고, 시공할 창의 크기에 따라 사이즈를 각기 달리 제작해야 하며, 이러한 구조적 특성 때문에 유지 보관, 운반이 매우 어렵고 불편하며, 제조비용 외에도 매우 비싼 시공비가 들어가기 때문에 초기 투자부담이 매우 크다는 한계를 가지고 있다.Moreover, it is necessary to make different sizes according to the size of the window to be constructed, and it is very difficult and inconvenient to maintain, store and transport due to such structural characteristics, and the construction cost is very expensive besides the manufacturing cost, have.

이를 개선한 예로, Supended Particle(SPD) 방식 혹은 고분자분산액정(PDLC) 방식을 예시할 수 있지만, 이 경우에는 구동전압이 매우 높고 쌍안정이 없어 전기에너지 소모량이 비교적 크며, 투명성을 유지하기 위해서는 상시 전력이 요구되기 때문에 의도하는 에너지 절감 효과를 얻기 어렵다는 현실적인 문제에 직면해 있다.Examples of the improvement include a Supended Particle (SPD) method or a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) method. However, in this case, the driving voltage is very high and there is no bistable, so electric energy consumption is relatively large. Power is required, so that it is difficult to achieve the intended energy saving effect.

또한, EC를 응용하고 있는 유리형 스마트 윈도우(로이유리 등)의 경우, 하기의 선행기술에서도 나타나 있듯이 전기변색용 전극으로 대부분 은(Ag)을 채용하고 있는데, 이는 박막에서 우수한 투과도와 로이특성을 보이기 때문이다.In addition, most of silver (Ag) is used as an electrochromic electrode in a glass type smart window (Roy glass, etc.) applying EC, as shown in the following prior arts. It is because it is visible.

하지만, 은(Ag)은 공기중의 산소, 황 등과 만나면 쉽게 부식을 일으키기 때문에 장수명화를 달성할 수 없고, 사용기간에 비례하여 효율이 떨어지는 한계가 있다.However, since silver (Ag) is easily contacted with oxygen or sulfur in the air, it can not achieve longevity and there is a limit in efficiency in proportion to the period of use.

뿐만 아니라, 선행기술에 개시된 유리형형 전기차양의 경우는 , 각각 단계별 프로세스를 한 장씩 순차처리하도록 되어 있기 때문에 제조공정이 복잡하며 연속처리가 어렵다는 한계도 가지고 있으며, 무엇보다도 위에 설명한 바와 같이 은(Ag)을 전기변색용 전극으로 활용하고 있어 상술한 문제를 피할 수 없다는 단점이 있다.In addition, in the case of the glass-shaped electric shoehorn disclosed in the prior art, since the stepwise processes are sequentially processed one by one, the manufacturing process is complicated and the continuous process is difficult. In addition, as described above, ) Is used as an electrode for electrochromic coloration, the above-mentioned problem can not be avoided.

대한민국 등록특허 제10-1656466호(2016.09.05.), '이온젤 스마트 윈도우 제조방법'Korean Patent No. 10-1656466 (Sep. 2016.), 'Ion Gel Smart Window Manufacturing Method' 대한민국 등록특허 제10-1656490호(2016.09.05.), '접착식 스마트 윈도우 필름 및 이의 제조방법'Korean Registered Patent No. 10-1656490 (Sep. 2016, Sep.), 'Adhesive Smart Window Film and Manufacturing Method Thereof' 대한민국 공개특허 제10-2017-0024830호(2017.03.08.), '단열기능이 있는 스마트 윈도우 코팅'Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0024830 (Apr. 23, 2017), 'Smart Window Coating with Insulation Function'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 전기변색용 전극으로 은(Ag)을 사용하지 않으면서도 투과도와 로이특성이 우수하고 유리 사이즈에 상관없이 재단하여 붙이기만 하면 자연스럽게 전기차양을 형성할 수 있어 생산비용이 저렴하며, 시공성이 우수하고, 별도의 로이박막 제거공정을 거칠 필요도 없을 뿐만 아니라, 누전위험성이 없고, 내산화성이 우수하며, 롤 형태로 감아 보관할 수 있기 때문에 파손의 위험성이 없고, 보관 유지 운반 적재의 용이성을 확보할 수 있는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름을 제공함에 그 주된 목적이 있다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a silver halide photovoltaic cell which is excellent in transparency and low- It is possible to form an electric shoehorn naturally, and thus it is possible to produce the product inexpensively, and it is excellent in workability, does not need to be subjected to a separate thin film removal process, has no risk of leakage, has excellent oxidation resistance, The present invention provides a color window film for smart windows, which can be rolled up and stored, without any risk of breakage, and has a variable transmissivity to ensure ease of storage and transportation.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 투명 플라스틱 필름인 기재필름(PET, PP, COP 포함)(100)과; 상기 기재필름(100)의 상면에 스퍼터링되는 이산화규소층(110)과; 상기 이산화규소층(110)의 상면에 다결정질의 poly-ITO로 스퍼터링되는 제1투명전극층(120)과; 상기 제1투명전극층(120) 위에 WO3로 스퍼터링되는 환원변색물질층(130)과; 상기 환원변색물질층(130) 위에 LiPON으로 스퍼터링되는 전해질층(140)과; 상기 전해질층(140) 위에 NiO로 스퍼터링되는 산화변색물질층(150)과; 상기 산화변색물질층(150) 위에 적어도 하나 이상의 O(Oxide) - M(Metal) - O(Oxide) 구조를 갖도록 스퍼터링되는 제2투명전극층(160)과; 상기 제2투명전극층(160)의 상면에 스퍼터링되는 배리어층(170)과; 상기 배리어층(170) 위에 합지되는 보호필름(180);을 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름을 제공한다.As a means for achieving the above object, the present invention provides a transparent plastic film comprising a substrate film (including PET, PP, and COP) 100; A silicon dioxide layer 110 sputtered on the upper surface of the base film 100; A first transparent electrode layer 120 sputtered with polycrystalline poly-ITO on the upper surface of the silicon dioxide layer 110; A layer 130 of a red color fading material sputtered with WO 3 on the first transparent electrode layer 120; An electrolyte layer 140 sputtered with LiPON on the reducing coloring material layer 130; A layer of oxidative discoloration material 150 sputtered with NiO on the electrolyte layer 140; A second transparent electrode layer 160 sputtered on the oxidative discoloration material layer 150 to have at least one O (O) - M (Metal) - O (Oxide) structure; A barrier layer 170 sputtered on the upper surface of the second transparent electrode layer 160; And a protection film (180) laminated on the barrier layer (170). The transparent film for smart window has a variable transmittance.

이때, 상기 이산화규소층(110), 제1투명전극층(120), 환원변색물질층(130), 전해질층(140), 산화변색물질층(150), 제2투명전극층(160) 및 배리어층(170)의 스퍼터링은 하나의 스퍼터링 챔버(200)에서 순차적으로 일괄처리되며; 스퍼터링처리하는 스퍼터링유닛(150)에는 고주파를 발생시키는 RF 전원(152)이 연결설치된 것에도 그 특징이 있다.At this time, the silicon dioxide layer 110, the first transparent electrode layer 120, the red coloring material layer 130, the electrolyte layer 140, the oxidative discoloration material layer 150, the second transparent electrode layer 160, The sputtering of the sputtering chamber 170 is sequentially batch-processed in one sputtering chamber 200; The sputtering unit 150 for sputtering is also connected to an RF power source 152 for generating a high frequency.

또한, 상기 제2투명전극층(160)은 제1옥사이드층(160a)-제1메탈층(160b)-제2옥사이드층(160c)-제2메탈층(160d)-제3옥사이드층(160e)으로 이루어진 것에도 그 특징이 있다.The second transparent electrode layer 160 includes a first oxide layer 160a, a first metal layer 160b, a second oxide layer 160c, a second metal layer 160d, a third oxide layer 160e, And the like.

또한, 상기 이산화규소층(110)을 형성할 때 이산화규소는 나노사이즈로 균일하게 분산되게 스퍼터링되는 것에도 그 특징이 있다.The silicon dioxide layer 110 is also sputtered so as to be uniformly dispersed in a nano-size when the silicon dioxide layer 110 is formed.

본 발명에 따르면, 전기변색용 투명전극으로 은(Ag) 층을 사용하지 않으면서도 적외선을 반사시키는 로이(Low E:저방사율) 특성이 좋으며, 필요에 따라서는 태양에너지 투과율을 조절하여 에너지절감에 사용할 수 있는 능동형 변색필름으로써, 다양한 유리 사이즈에 맞게 간단히 재단하여 붙이면 전기적으로 차양을 형성할 수 있어서 유리형에 비해 생산비용이 저렴하고, 시공성이 우수하고, 은 층이 없기 때문에 별도로 유리 엣지부분의 로이 박막 제거공정을 거칠 필요도 없을 뿐만 아니라, 수 W 이하의 저전력 직류전원을 사용하기 때문에 PDLC, SPD 등의 스마트윈도우에서 나타나는 누전의 위험성이 없고, 내산화성이 우수하며, 롤 또는 얇은 시트 형태로 보관, 유지할 수 있기 때문에 파손의 위험이 적고, 운반 적재의 용이성을 확보하는 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the transparent electrode for electrochromic coloring has good low-emissivity (low E) characteristics that reflect infrared rays without using a silver (Ag) layer, and can control the solar energy transmittance It is an active discoloration film that can be used. It can be easily cut to fit various glass sizes, and it can be used as an electric shade to form an electric shade. Therefore, production cost is lower than that of glass type, and workability is excellent. It does not need to be subjected to ROI thin film removal process, and because it uses a low power DC power source of several W or less, there is no risk of electric leakage in smart windows such as PDLC and SPD, and oxidation resistance is excellent. It is possible to reduce the risk of breakage because it can be stored and maintained, and it is possible to obtain an effect of securing ease of transportation .

도 1은 본 발명에 따른 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름의 층구조를 보인 예시적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변색필름에 적용되는 전기변색 전극 구조인 OMO 구현시 옥사이드의 거칠기 대비 스퍼터링하여 형성할 수 있는 두께 변화를 보인 예시적인 테스트 사진이다.
도 3은 도 2의 OMO 구현시 밴딩 전후에서 표면 크랙 발생 여부를 ITO와 비교 테스트한 샘플 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 변색필름 제조용 스퍼터링 챔버를 모식화시킨 예시도이다.1 is an exemplary cross-sectional view showing a layer structure of a color window for a smart window in which transmittance is variable according to the present invention.
FIG. 2 is an exemplary test photograph showing a change in thickness that can be formed by sputtering an oxide with respect to the roughness in the OMO implementation of the electrochromic electrode structure applied to the discoloration film according to the present invention.
FIG. 3 is a sample photograph of the surface cracking occurrence before and after the bending in the OMO implementation of FIG. 2 compared with ITO.
FIG. 4 is a schematic view showing a sputtering chamber for producing a discoloration film according to the present invention.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Before describing the present invention, the following specific structural or functional descriptions are merely illustrative for the purpose of describing an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention may be embodied in various forms, And should not be construed as limited to the embodiments described herein.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. However, it should be understood that the embodiments according to the concept of the present invention are not intended to limit the present invention to specific modes of operation, but include all modifications, equivalents and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.

본 발명은 기존에 일반적으로 활용되던 증착방식이나 혹은 코팅방식이 아닌 고주파 스퍼터링(RF Sputtering) 방식을 통한 건식코팅공정(Dry Sputtering Type)으로 이루어지며, 이러한 방식은 특히 전기변색용 전극을 형성할 때 유용하다.The present invention is based on a dry sputtering process using a high frequency sputtering method rather than a vapor deposition method or a coating method which has been generally used in the past, useful.

즉, 코팅은 앞서 종래 기술에서 설명한 바와 같이 수명 단축의 문제가 있고, 증착은 스퍼터링에 비해 박막의 치밀도가 떨어지고 고진공도를 유지해야 하므로 공정조건을 맞추기 어려울 뿐만 아니라 증착속도 조절이 용이치 않으며 균일도를 확보하기가 쉽지 않기 때문이다.That is, as described in the prior art, there is a problem in that the lifetime is shortened as described in the prior art, and since the density of the thin film is lower than that of sputtering and the high vacuum degree must be maintained compared with the sputtering, it is difficult to adjust the deposition rate, Is not easy to secure.

이에 비해, 본 발명에서 활용하는 고주파 스퍼터링은 타깃 물질을 이온 충격함으로써 그 물질의 원자, 분자를 그 부근에 있는 피착물 표면에 치밀하면서 균일하게 부착시킬 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 증착속도 조절도 용이하고, 공정조선을 맞추기도 쉬운 장점도 있다. On the other hand, the high frequency sputtering utilized in the present invention is advantageous in that atoms and molecules of the material can be attached uniformly and densely on the surface of the adherend in the vicinity thereof by ion impacting the target material. In addition, the deposition rate can be easily controlled and the process can be easily adjusted.

특히, 본 발명에서는 전기변색용 전극을 형성할 때 OMO(Oxide/Metal/Oxide) 구조의 투명전극을 구현하여 화학적으로도 안정하고 전도성도 우수하여 전기변색용 전극으로 적합하고, 표면 플라즈몬(Surface Plasmon) 효과를 유도하여 로이 특성을 지니면서 비정질산화물의 월등한 표면 균일도를 확보함으로써 아주 얇은 두께의 박막처리도 가능하고, 이를 사용하여 제작된 전기변색 필름은 3V 이내의 구동전압으로도 저전력 구동이 가능하여 에너지 절감에 뛰어난 적합성을 구현하도록 설계된다.In particular, the present invention realizes a transparent electrode of OMO (Oxide / Metal / Oxide) structure when forming an electrode for electrochromic formation, and is chemically stable and excellent in conductivity, and is suitable as an electrochromic electrode. ) Effect, it is possible to treat thin films with a very thin thickness by ensuring excellent surface uniformity of amorphous oxide while having Roy characteristics, and the electrochromic film manufactured using the film can drive at low driving voltage within a driving voltage of 3 V And is designed to provide excellent compatibility with energy savings.

또한, 이러한 방식은 전기변색 방식은 제어장치의 핵심부품인 IC(MCU 등)와의 접합성이 좋아 배선이 간단하며, 소자 구조와 제조공정이 간단하고, 무엇보다도 사용온도가 20-80℃까지 넓고 다색화가 가능하여 인테리어 창호로도 손색이 없도록 한 특장점도 갖는다.In addition, this type of electrochromic method is advantageous in connection with IC (MCU, etc.), which is a core component of a control device, simplifies wiring, simplifies device structure and manufacturing process, and most importantly, It also has features that make it possible to get angry and make it look good on the interior window.

아울러, 이하 설명되는 '전기변색(Electrochromic)'은 이미 상용화된 기술로서, 전압을 인가했을 때 전계나 전류의 방향에 따라 전기 화학적 산화, 환원반응이 일어나 가역적으로 색이 변하는 현상을 말한다.In addition, 'Electrochromic', which will be described below, is a technology that has been already commercialized, and refers to a phenomenon in which a color reversibly changes due to an electrochemical oxidation or reduction reaction depending on the direction of an electric field or current when a voltage is applied.

이를 테면, WO3, MoO3, TiO3 등은 환원상태에서 컬러가 나타나게 되는데 이를 환원발색(Cathodic Coloration) 물질이라 하며, V2O5, IrO2, Nb2O5, NiO 등은 산화상태에서 컬러가 나타나게 되는데 이를 산화발색(Anodic Coloration) 물질이라 한다.For example, WO 3 , MoO 3 , TiO 3 and the like show color in a reduced state, which is called a Cathodic Coloration Material. V 2 O 5 , IrO 2 , Nb 2 O 5 , NiO, Color, which is called anodic coloration material.

보다 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름은 기재필름(100)으로서 PET, PP, COP 필름 등을 포함한다.More specifically, as shown in FIG. 1, the coloring film for a smart window in which transmittance is variable according to the present invention includes PET, PP, COP film and the like as the base film 100.

상기 기재필름(100)은 투명성을 유지하면서 내구성도 갖기 때문에 본 발명에서 기재필름으로 사용되며, 에너지절감이 요구되는 창호의 2면 또는 3면 유리 표면에 부착되고, 유리와 같은 신뢰성과 내구성을 위해서는 PVB 필름이나 EVA 필름으로 유리에 접합하여 사용한다. Since the base film 100 has durability while maintaining transparency, it is used as a base film in the present invention. It is attached to a glass surface of two or three sides of a window where energy saving is required. For the reliability and durability PVB film or EVA film.

그리고, 상기 기재필름(100)의 상면에는 이산화규소(SiO2)층(110)이 형성된다.A silicon dioxide (SiO 2 ) layer 110 is formed on the upper surface of the base film 100.

상기 이산화규소층(110)은 챔버 내에서 스퍼터링되어 박막으로 형성되며, 전기변색 전극을 통해 열을 받아 기재필름(100)의 온도가 올라갈 때 기재필름(100)에서 방출되는 산소, 올리고머, 카본 등이 전기변색 전극 쪽으로 이동하지 못하도록 차단하여 내구성을 향상시키면서 특히, 인덱스매칭성(Index Matching Characteristics)을 좋게 하여 투과율을 높이기 위해 형성된다.The silicon dioxide layer 110 is formed into a thin film by sputtering in the chamber. When the temperature of the base film 100 is increased by receiving heat through the electrochromic electrode, oxygen, oligomers, carbon, etc. Is prevented from moving toward the electrochromic electrode, thereby improving the durability and improving the index matching characteristics.

특히, 이산화규소를 화학양론비에 맞게 균일하게 코팅시키면 산소를 포함한 투과 물질들의 투과차단(Barrier) 특성을 월등히 강화시킬 수 있고, 계면간 결합 안정성을 현저히 강화시켜 계면에서의 부착력을 향상할 수 있게된다. .In particular, when the silicon dioxide is uniformly coated in accordance with the stoichiometric ratio, barrier properties of permeable materials including oxygen can be significantly enhanced, and adhesion between the interfaces can be significantly enhanced, do. .

더구나, 기재필름(100)인 PET의 경우 굴절율은 1.6 정도이고, 이산화규소층(110)의 굴절율은 1.4 정도이며, 후술되는 전기변색 전극, 즉 폴리 ITO(Poly ITO) 박막 형태로 스퍼터링되는 제1투명전극층(120)의 굴절율은 1.95 정도에 해당하기 때문에 고굴절-저굴절-고굴절 형태를 갖도록 하여 인덱스매칭시킴으로써 투과율을 높일 수 있게 된다. In addition, the refractive index of the PET, which is the base film 100, is about 1.6, the refractive index of the silicon dioxide layer 110 is about 1.4, and the first and second electrochromic electrodes, that is, the first ITO (Poly ITO) Since the refractive index of the transparent electrode layer 120 corresponds to about 1.95, the transmittance can be increased by having the shape of high refractive index-low refractive index-high refractive index so as to perform index matching.

아울러, 상기 이산화규소층(110)의 상면에는 제1투명전극층(120)이 형성된다.In addition, a first transparent electrode layer 120 is formed on the upper surface of the silicon dioxide layer 110.

상기 제1투명전극층(120)은 본 발명에 따른 변색필름에 전원을 인가하여 변색기능을 유도함으로써 전기차양을 구현하기 위한 수단이다.The first transparent electrode layer 120 is a means for realizing an electric shading by applying power to the discoloration film according to the present invention to induce discoloration.

본 발명에 따른 상기 제1투명전극층(120)은 기존과 달리 폴리 ITO를 스퍼터링하여 형성된다.The first transparent electrode layer 120 according to the present invention is formed by sputtering poly (ITO) unlike the prior art.

즉, 종래에는 ITO 필름으로 만들어진 것을 붙이는 방식이기 때문에 접착에 따른 솔벤트 안정화를 위해 반드시 별도의 열처리공정을 거쳐야만 하는 단점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 다결정으로 만들어진 Poly ITO를 바로 스퍼터링하여 부착시키는 것이므로 일괄처리가 가능하고, 별도의 열처리공정이 필요치 않아 공정간소화를 달성할 수 있으며, 그에 따라 불량율도 제로화되는 특장점이 있다.That is, conventionally, since the ITO film is adhered to the substrate, a separate heat treatment process must be performed to stabilize the solvent. However, in the present invention, since poly ITO made of polycrystalline is immediately deposited by sputtering, batch processing is possible, and a separate heat treatment process is not required, so that the process can be simplified and the defect rate is also zeroed.

또한, 상기 제1투명전극층(120)의 상면에는 환원변색물질층(130)과 전해질층(140)과 산화변색물질층(150)이 순차로 스퍼터링되어 박막 형태로 형성된다.In addition, a reducing coloring material layer 130, an electrolyte layer 140, and an oxidizing coloring material layer 150 are sequentially sputtered on the upper surface of the first transparent electrode layer 120 to form a thin film.

이때, 상기 환원변색물질층(130)과 산화변색물질층(150)은 선행기술들에서도 확인되는 바와 같이 이미 공지되어 있는 것이므로 그 기능 및 특징에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.At this time, since the reducing coloring material layer 130 and the oxidizing discoloration material layer 150 are already known as described in the prior art, detailed description of their functions and features will be omitted.

다만, 본 발명에서는 상기 환원변색물질층(130)으로 WO3를 사용하고, 상기 산화변색물질층(150)으로는 NiO를 사용한다는 점만 언급하기로 한다.However, in the present invention, WO 3 is used as the red coloring material layer 130, and NiO is used as the oxidizing discoloration material layer 150.

아울러, 상기 전해질층(140)은 통상적인 TaO 박막 고체전해질을 사용하지 않고 LiPON(Lithium phosphorous oxy-nitride)을 사용한다는 점에서 기존 기술과 차이가 있다.In addition, the electrolyte layer 140 differs from the conventional technology in that LiPON (lithium phosphorous oxy-nitride) is used instead of a conventional TaO thin film solid electrolyte.

예컨대, 통상적으로 사용하는 TaO 고체전해질은 Ta2O5 박막 형태로 사용되는데 인가되는 전기장에 의해 H+ 이온의 주입 및 이탈에 따라 재료의 광학적 특성을 변화시켜 전기변색이 가능하도록 한 것으로 H+ 이온의 작용을 유도하기 위해 반드시 별도의 수소처리공정을 거쳐야만 하는 단점이 있다.For example, a commonly used TaO solid electrolyte is used in the form of a thin film of Ta 2 O 5. It changes the optical properties of the material due to the injection and desorption of H + ions by the applied electric field, It is necessary to undergo a separate hydrotreatment process in order to induce hydrogen.

하지만, 본 발명에서 사용되는 LiPON은 별도의 수소처리공정을 가질 필요없이 박막 고체전해질로 바로 사용하여도 Li+ 이온의 주입 및 이탈을 통해 전기변색을 유도할 수 있다. However, the LiPON used in the present invention can induce electrochromatography through injection and desorption of Li + ions even if it is used directly as a thin film solid electrolyte without needing a separate hydrotreatment process.

그리고, 상기 산화변색물질층(150)의 상면에는 제2투명전극층(160)이 스퍼터링되어 형성된다.A second transparent electrode layer 160 is formed on the upper surface of the oxidative discoloration material layer 150 by sputtering.

상기 제2투명전극층(160)은 상기 제1투명전극층(120)과 대응되게 형성될 수 있다. 그리하여, 양자에 전압이 걸리게 되면 이들 사이에 전기장이 형성되고, 이 전기장의 영향으로 Li+ 이온의 주입 및 이탈이 일어나면서 전기변색을 유도하게 된다.The second transparent electrode layer 160 may be formed to correspond to the first transparent electrode layer 120. Thus, when a voltage is applied to both of them, an electric field is formed between them, and the injection and desorption of Li + ions are caused by the influence of the electric field, thereby inducing the electrochromism.

여기에서, 본 발명의 경우 상기 제2투명전극층(160)을 OMO 구조를 이루도록 하여 화학적 안정성을 극대화시키면서 전도성도 향상시키고, 무엇보다도 표면 플라스몬 효과에 따른 로이 특성향상, 비정질산화물의 월등한 표면 균일도를 유지하되 은(Ag)을 사용하지 않기 때문에 부식의 우려도 없을 뿐만 아니라, 특히 금속층을 포함하고 있어 낮은 저항 특성을 가져 전도성을 높이는 전기변색 전극을 완성한 것이다.Here, in the present invention, the second transparent electrode layer 160 may have an OMO structure to maximize chemical stability while improving the conductivity. In particular, the present invention can improve the ROI characteristics according to the surface plasmon effect and improve the surface uniformity of the amorphous oxide Since the silver (Ag) is not used, there is no fear of corrosion, and in particular, the electrochromic electrode has a low resistance characteristic because it contains a metal layer and improves the conductivity.

즉, 본 발명에 따른 제2투명전극층(160)은 적어도 하나 이상의 O(Oxide Layer)-M(Metal Layer)-O(Oxide Layer) 구조를 갖는다.That is, the second transparent electrode layer 160 according to the present invention has at least one O (Oxide Layer) -M (Oxide Layer) -O (Oxide Layer) structure.

예컨대, 본 발명에서는 도 1의 예시와 같이, 제1옥사이드층(160a)-제1메탈층(160b)-제2옥사이드층(160c)-제2메탈층(160d)-제3옥사이드층(160e)으로 이루어진다.For example, in the present invention, the first oxide layer 160a, the first metal layer 160b, the second oxide layer 160c, the second metal layer 160d, and the third oxide layer 160e ).

특히, 이러한 OMO 전극 구조는 도 2의 예시와 같이 옥사이드층의 표면거칠기를 작게 하면 층의 두께를 최대한 줄일 수 있는 장점이 있으며, 아울러 도 3의 예시와 같이 밴딩 테스트시에도 ITO는 밴딩 후 크랙이 발생하지만, OMO 전극 구조는 비정질 산화물을 포함하고 있기 때문에 밴딩 후에도 크랙이 생기지 않고 밴딩 전,후의 변화가 없어 크랙 발생에 따른 국부적 저항 증가로 인한 손실 발생 우려가 없으므로 안정적인 구동이 가능하게 된다.In particular, such an OMO electrode structure has an advantage in that the thickness of the layer can be reduced as much as possible by reducing the surface roughness of the oxide layer as shown in FIG. 2. In addition, in the banding test as shown in FIG. 3, However, since the OMO electrode structure contains an amorphous oxide, it does not cause cracks even after bending, and there is no risk of loss due to an increase in local resistance due to crack occurrence before and after bending, thereby enabling stable driving.

그리고, 상기 제2투명전극층(160)의 상면에는 배리어층(170)이 형성된다.A barrier layer 170 is formed on the upper surface of the second transparent electrode layer 160.

상기 배리어층(170)은 이산화규소를 사용할 수도 있지만, 더욱 바람직하기로는 유연성과 탄성율이 더욱 우수한 열경화성 플라스틱을 증착시켜 코팅한다. The barrier layer 170 may be made of silicon dioxide, but more preferably a thermosetting plastic having better flexibility and elasticity is deposited and coated.

이에 더하여, 배리어층(170)의 밀도를 높이기 위해 이온화처리를 하면 더욱 좋다. In addition, ionization treatment is more preferable in order to increase the density of the barrier layer 170. [

이후, 상기 배리어층(170)의 표면을 보호하기 위해 보호필름(180)이 구비되는데, 상기 보호필름(180)은 박막형 필름을 단순히 붙이는 방식으로 구비되면 된다.Thereafter, a protective film 180 is provided to protect the surface of the barrier layer 170. The protective film 180 may be provided by simply attaching the thin film type film.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름은 도 4와 같은 스퍼터링 장치를 통해 연속처리된다.The color change film for smart window having the variable transmittance according to the present invention having such a structure is continuously processed through the sputtering apparatus as shown in FIG.

예컨대, 도 4에 따르면 스퍼터링 장치는 스퍼터링 챔버(200)를 포함한다.For example, referring to FIG. 4, the sputtering apparatus includes a sputtering chamber 200.

상기 스퍼터링 챔버(200)는 진공상태로 유지되며, 아주 정밀한 고진공 상태까지 유지할 필요는 없다.The sputtering chamber 200 is maintained in a vacuum state and does not need to be kept in a very high vacuum state.

그리고, 상기 스퍼터링챔버(200)의 중심에는 스퍼터링드럼(210)이 회전가능하게 설치되며, 이를 기준으로 좌,우 양측에는 각각 권출롤(unwinding roll)(220)과 권취롤(winding roll)(230)이 설치된다.A sputtering drum 210 is rotatably installed at the center of the sputtering chamber 200. An unwinding roll 220 and a winding roll 230 ) Is installed.

이때, 상기 권출롤(220)에는 기재필름(100)이 감겨있고, 기재필름(100)은 권출롤(220)로부터 풀려나와 제1텐션롤(222)을 거쳐 스퍼터링드럼(210)을 경유한 다음 다시 제2텐션롤(232)을 통해 권취롤(230)에 코일 형태로 감기게 되며, 상기 스퍼터링드럼(210)은 기재필름(100)의 진행방향으로 회전된다.At this time, the base film 100 is wound on the winding roll 220, the base film 100 is unwound from the winding roll 220, passed through the first tension roll 222, passed through the sputtering drum 210 The sputtering drum 210 is wound on the winding roll 230 in the form of a coil through the second tension roll 232 and the sputtering drum 210 is rotated in the advancing direction of the base film 100.

이와 같은 기재필름(100)의 이동과정중 상기 스퍼터링드럼(210)과 접지된 상태로 이동되는 영역에서 상술한 각 층 형성을 위한 스퍼터링이 진행된다.During the movement of the base film 100, sputtering for forming each layer described above proceeds in a region that is moved to the grounded state with respect to the sputtering drum 210.

이를 위해, 상기 스퍼터링드럼(210)의 하측에는 상기 스퍼터링드럼(210)의 곡률반경에 대응되게 이격 배치되어 고주파 스퍼터링을 수행하는 다수의 레이어챔버, 즉 제1-11레이어챔버(LC1-LC11)가 서로 구획된 상태로 구비된다.A plurality of layer chambers LC1-LC11 for performing high-frequency sputtering are disposed on the lower side of the sputtering drum 210 so as to correspond to the radius of curvature of the sputtering drum 210, And are provided in a state in which they are separated from each other.

그리고, 상기 제1-11레이어챔버(LC1-LC11)에는 각 층 형성을 위한 재료를 상기 스프터링드럼(210)에 접지된 상태로 서서히 이동중인 기재필름(100)의 표면으로 스퍼터링하기 위한 스퍼터링유닛(240)이 구비되고, 상기 스퍼터링유닛(240)에는 RF 전원(250)이 연결된다.In the 1-11-layer chambers LC1-LC11, a material for forming each layer is sputtered to the surface of the substrate film 100 while being slowly grounded to the sputtering drum 210. [ (240), and the RF power source (250) is connected to the sputtering unit (240).

이 경우, 상기 RF 전원(250)을 사용하는 이유는 플라스마의 전자밀도를 높여 치밀한 박막을 만들고 핀홀을 감소시키기 위함이며, 특히 WO3나 NiO와 같은 부도체의 산화물 타겟을 쉽게 코팅하기 위함이다.In this case, the reason why the RF power source 250 is used is to increase the electron density of the plasma to make a dense thin film and reduce pinholes, and particularly to easily coat an oxide target of nonconductive material such as WO 3 or NiO.

덧붙여, 상기 스퍼터링드럼(210)에 직류 바이어스 전원을 연결하면 스퍼터링되는 해리된 이온들을 스퍼터링드럼(210) 쪽으로 집속시킬 수 있어 스퍼터링 효율을 더욱 높일 수 있다.In addition, when a DC bias power source is connected to the sputtering drum 210, dissociated ions sputtered can be focused toward the sputtering drum 210, thereby further enhancing the sputtering efficiency.

즉, 제1레이어챔버(LC1)에서는 이산화규소가 스퍼터링되어 기재필름(100)의 표면에 이산화규소층(110)을 형성한다.That is, in the first layer chamber LC1, silicon dioxide is sputtered to form the silicon dioxide layer 110 on the surface of the base film 100. [

이어, 스퍼터링드럼(210)의 회전에 의해 이산화규소층(110)이 형성된 부분이 제2레이어챔버(LC2)에 위치되면 제2레이어챔버(LC2)에서는 Poly ITO를 스퍼터링하여 이산화규소층(110) 위에 제1투명전극층(120)을 형성하게 된다.When the portion of the silicon dioxide layer 110 formed by the rotation of the sputtering drum 210 is positioned in the second layer chamber LC2, Poly ITO is sputtered in the second layer chamber LC2 to form the silicon dioxide layer 110. [ The first transparent electrode layer 120 is formed.

이와 같은 방식으로 진행되어 제3레이어챔버(LC3)에서는 환원변색물질층(130)을, 제4레이어챔버(LC4)에서는 전해질층(140)을, 제5레이어챔버(LC5)에서는 산화변색물질층(150)을, 제6,7,8,9,10레이어챔버(LC6,LC7,LC8,LC9,LC10)에서는 옥사이드, 메탈, 옥사이드, 메탈, 옥사이드가 순차 스퍼터링되어 하나의 제2투명전극층(160)을 형성하며, 제11레이어챔버(LC11)에서는 배리어층(170)을 형성하게 된다.The third layer chamber LC3 is formed with the red coloring material layer 130 in the fourth layer chamber LC4 and the electrolyte layer 140 is formed in the fourth layer chamber LC4, Oxide, metal, oxide, and oxide are successively sputtered to form one second transparent electrode layer 160 in the sixth, seventh, eighth, ninth, and tenth layer chambers LC6, LC7, LC8, LC9, And the barrier layer 170 is formed in the eleventh layer chamber LC11.

이와 같이, 본 발명은 하나의 스퍼터링 챔버(200)를 기재필름이 통과하기만 하면 다수의 변색에 필요한 층이 형성된 변색필름이 제조되기 때문에 공정 효율이 향상되고, 생산성도 향상되며, 그와 함께 불량율은 제로화되고, 층의 안정성을 확보할 수 있는 유용한 기술로 기대된다.As described above, according to the present invention, a discoloration film in which a layer necessary for a large number of discoloration is formed is produced only when a substrate film passes through one sputtering chamber 200, thereby improving process efficiency and productivity, Is zeroed and is expected to be a useful technique for ensuring the stability of the layer.

이러한 변색필름에 전원을 인가하게 되면 두 전극 사이에 전기장이 형성되면서 변색을 일으켜 햇빛의 투과도를 조절할 수 있게 되어 단열 기능은 물론 차양기능까지 구현할 수 있어 스마트 윈도우에 적합한 특성을 구현할 수 있게 된다.When power is applied to such a discoloration film, an electric field is formed between the two electrodes to cause discoloration, so that the transmittance of sunlight can be controlled. Thus, it is possible to realize an insulation function as well as an awning function.

100: 기재필름
110: 이산화규소층
120: 제1투명전극층
130: 환원변색물질층
140: 전해질층
150: 산화변색물질층
160: 제2투명전극층
170: 배리어층
180: 보호필름100: substrate film
110: Silicon dioxide layer
120: first transparent electrode layer
130: Reduced coloring material layer
140: electrolyte layer
150: oxidative discoloration material layer
160: second transparent electrode layer
170: barrier layer
180: protective film

Claims (4)

투명 플라스틱 필름인 기재필름(100)과;
상기 기재필름(100)의 상면에 스퍼터링되는 이산화규소층(110)과;
상기 이산화규소층(110)의 상면에 다결정질의 poly-ITO로 스퍼터링되는 제1투명전극층(120)과;
상기 제1투명전극층(120) 위에 WO3로 스퍼터링되는 환원변색물질층(130)과;
상기 환원변색물질층(130) 위에 LiPON으로 스퍼터링되는 전해질층(140)과;
상기 전해질층(140) 위에 NiO로 스퍼터링되는 산화변색물질층(150)과;
상기 산화변색물질층(150) 위에 적어도 하나 이상의 O(Oxide) - M(Metal) - O(Oxide) 구조를 갖도록 스퍼터링되는 제2투명전극층(160)과;
상기 제2투명전극층(160)의 상면에 스퍼터링되는 배리어층(170)과;
상기 배리어층(170) 위에 합지되는 보호필름(180);을 포함하는 것을 특징으로 하는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름.
A base film (100) which is a transparent plastic film;
A silicon dioxide layer 110 sputtered on the upper surface of the base film 100;
A first transparent electrode layer 120 sputtered with polycrystalline poly-ITO on the upper surface of the silicon dioxide layer 110;
A layer 130 of a red color fading material sputtered with WO 3 on the first transparent electrode layer 120;
An electrolyte layer 140 sputtered with LiPON on the reducing coloring material layer 130;
A layer of oxidative discoloration material 150 sputtered with NiO on the electrolyte layer 140;
A second transparent electrode layer 160 sputtered on the oxidative discoloration material layer 150 to have at least one O (O) - M (Metal) - O (Oxide) structure;
A barrier layer 170 sputtered on the upper surface of the second transparent electrode layer 160;
And a protection film (180) laminated on the barrier layer (170).
청구항 1에 있어서,
상기 이산화규소층(110), 제1투명전극층(120), 환원변색물질층(130), 전해질층(140), 산화변색물질층(150), 제2투명전극층(160) 및 배리어층(170)의 스퍼터링은 하나의 스퍼터링 챔버(200)에서 순차적으로 일괄처리되며; 스퍼터링처리하는 스퍼터링유닛(150)에는 고주파를 발생시키는 RF 전원(152)이 연결설치된 것을 특징으로 하는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름.
The method according to claim 1,
The second transparent electrode layer 160 and the barrier layer 170 are formed on the silicon dioxide layer 110, the first transparent electrode layer 120, the red coloring material layer 130, the electrolyte layer 140, the oxidative discoloration material layer 150, Are sequentially batch processed in one sputtering chamber 200; Wherein a sputtering unit (150) for sputtering is connected to an RF power source (152) for generating a high frequency.
청구항 1에 있어서,
상기 제2투명전극층(160)은 제1옥사이드층(160a)-제1메탈층(160b)-제2옥사이드층(160c)-제2메탈층(160d)-제3옥사이드층(160e)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름.
The method according to claim 1,
The second transparent electrode layer 160 includes a first oxide layer 160a, a first metal layer 160b, a second oxide layer 160c, a second metal layer 160d, and a third oxide layer 160e Wherein the transmittance is variable.
청구항 1에 있어서,
상기 이산화규소층(110)을 형성할 때 이산화규소는 나노사이즈로 균일하게 분산되게 스퍼터링되는 것을 특징으로 하는 투과율이 가변되는 스마트 윈도우용 변색필름.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon dioxide layer is sputtered so as to be uniformly dispersed in a nano-size when forming the silicon dioxide layer (110).
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