KR20230121460A - Hybrid coloring devices and smart wi ndow using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 변색 소자 및 이를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기변색물질과 고분자 분산 액정을 포함하는 하이브리드 변색 소자 및 이를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다. The present invention relates to a hybrid color-changing device and a smart window including the same. More specifically, the present invention relates to a hybrid color-changing device including an electrochromic material and a polymer dispersed liquid crystal and a smart window including the same.
건축물, 항공기 등에 사용되는 스마트 윈도우는 주로 전기변색 소자가 사용되나, 변색상태에서 투과도를 낮추는데 한계가 있기 때문에 건축물에 사용되는 경우 완전한 프라이버시를 보장하지 못하며, 항공기에 사용되는 경우에도 태양광을 완벽하게 차단하기 어려운 문제가 있다. Smart windows used in buildings and airplanes mainly use electrochromic elements, but there is a limit to lowering the transmittance in a discolored state, so they do not guarantee complete privacy when used in buildings, and even when used in aircraft, sunlight is completely blocked. There are problems that are difficult to block.
한편 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal, PDLC)은 편광판 없이 제조가 가능하고, 마이크론 크기의 액정입자들이 매트릭스 내에 고르게 분산되어 있는 구조를 가지고 있어 외부 전압에 의해 태양광의 투과율을 조절할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, Polymer Dispersed Liquid Crystal (PDLC) can be manufactured without a polarizer and has a structure in which micron-sized liquid crystal particles are evenly dispersed in a matrix, so it has the advantage of being able to control the transmittance of sunlight by an external voltage. there is.
고분자 분산형 액정이 스마트 윈도우에 활용되고 있으나, 전압 인가 시에 투명한 상태를 유지할 수 있어서, 장시간 동안 투명한 상태를 유지하는 건축물 또는 항공기 윈도우에 사용하기에 바람직하지 않다. Although polymer dispersed liquid crystals are used in smart windows, they can maintain a transparent state when voltage is applied, and thus are not preferred for use in buildings or aircraft windows that maintain a transparent state for a long time.
따라서 건축물, 항공기 등에 사용되어 태양광 투과율을 현저하게 감소시키면서도, 전압 인가 시에 투과율이 조절되어 전기 사용량을 감소시킬 수 있는 스마트 윈도우의 개발이 시급한 실정이다. Therefore, there is an urgent need to develop a smart window that is used in buildings, aircraft, etc. and can reduce the amount of electricity used by adjusting the transmittance when a voltage is applied while significantly reducing the transmittance of sunlight.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0009786호에서 반사필름부 및 액정필름부를 포함하는 스마트 윈도우 필름을 개시하나, 전압 인가 시 투과율을 현저하게 감소시킬 수 있는 스마트 윈도우는 개시되지 않는다. Korean Patent Publication No. 10-2020-0009786 discloses a smart window film including a reflective film unit and a liquid crystal film unit, but does not disclose a smart window capable of significantly reducing transmittance when voltage is applied.
본 발명의 목적은 광 투과율을 현저하게 감소시킨 하이브리드 변색 소자를 제공하는데 있다. An object of the present invention is to provide a hybrid color-changing device with significantly reduced light transmittance.
본 발명의 다른 목적은 건축물 또는 항공기의 윈도우와 같이 사생활을 보호하고, 태양광을 차단할 수 있는 스마트 윈도우를 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a smart window capable of protecting privacy and blocking sunlight, such as a window of a building or aircraft.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.
1. 본 발명의 하나의 관점은 하이브리드 변색 소자에 관한 것이다. 1. One aspect of the present invention relates to a hybrid color-changing device.
상기 하이브리드 변색 소자는 한 쌍의 투명전극층;The hybrid color-changing device includes a pair of transparent electrode layers;
상기 투명전극층 사이에 배치되는 액정층; a liquid crystal layer disposed between the transparent electrode layers;
상기 액정층 일면에 배치되는 기재층; 및 a substrate layer disposed on one side of the liquid crystal layer; and
상기 기재층 일면에 배치되는 복수개의 전기변색층;을 포함하고, 상기 전기변색층은 적어도 하나 이상의 전기변색물질을 포함한다. and a plurality of electrochromic layers disposed on one surface of the base layer, wherein the electrochromic layer includes at least one electrochromic material.
2. 상기 제1 구체예에서, 상기 액정층은 리버스 고분자 분산 액정을 포함할 수 있다. 2. In the first embodiment, the liquid crystal layer may include a reverse polymer dispersed liquid crystal.
3. 상기 1 또는 2 구체예에서, 상기 전기변색층은 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], 폴리(3,4-프로필렌다이옥시티오펜[poly(3,4-propylenedioxythiophene)] 또는 이들의 염을 포함할 수 있다. 3. In the embodiment 1 or 2, the electrochromic layer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) [poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], poly(3,4-propylenedioxythiophene [poly( 3,4-propylenedioxythiophene)] or salts thereof.
4. 본 발명의 다른 관점은 광 투과율이 감소된 하이브리드 변색 소자에 관한 것이다. 4. Another aspect of the present invention relates to a hybrid color-changing device having reduced light transmittance.
상기 하이브리드 변색 소자는 제1보호층;The hybrid color-changing element may include a first protective layer;
상기 제1보호층 일면에 배치되는 제1투명전극층;a first transparent electrode layer disposed on one surface of the first protective layer;
상기 제1투명전극층 일면에 배치되는 상기 제1투명전극층에 전압이 인가되면 액정 분자들이 배열되어 변색되는 액정층;a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned and discolored when a voltage is applied to the first transparent electrode layer disposed on one surface of the first transparent electrode layer;
상기 액정층 일면에 배치되는 제2투명전극층;a second transparent electrode layer disposed on one surface of the liquid crystal layer;
상기 제2투명전극층 일면에 배치되는 기재층;a base layer disposed on one surface of the second transparent electrode layer;
상기 기재층 일면에 배치되는 제3투명전극층;a third transparent electrode layer disposed on one surface of the substrate layer;
상기 제3투명전극층 일면에 배치되는 이온저장층;an ion storage layer disposed on one side of the third transparent electrode layer;
상기 이온저장층 일면에 배치되는 전해질층;an electrolyte layer disposed on one surface of the ion storage layer;
상기 전해질층 일면에 배치되어 전기변색 고분자를 포함하고, 상기 제3투명전극층에 전압이 인가되면 변색되는 고분자층; a polymer layer disposed on one surface of the electrolyte layer, including an electrochromic polymer, and discolored when a voltage is applied to the third transparent electrode layer;
상기 고분자층 일면에 배치되는 제4투명전극층; 및a fourth transparent electrode layer disposed on one side of the polymer layer; and
상기 제4투명전극층 일면에 배치되는 제2보호층;을 포함한다. and a second protective layer disposed on one surface of the fourth transparent electrode layer.
5. 상기 4 구체예에서, 상기 제1보호층 및 제2보호층은 유리 또는 PET일 수 있다. 5. In the above 4 embodiments, the first protective layer and the second protective layer may be glass or PET.
6. 상기 4 또는 5 구체예에서, 상기 제1 내지 제4투명전극층은 PET(polyethylene terephthalate) 기판에 ITO 또는 FTO가 코팅된 것일 수 있다. 6. In the 4th or 5th embodiment, the first to fourth transparent electrode layers may be ITO or FTO coated on a polyethylene terephthalate (PET) substrate.
7. 상기 6 구체예에서, 상기 제1 및 제4투명전극층은 작업전극을 포함하고, 제2 및 제3투명전극층은 상대전극을 포함할 수 있다. 7. In the sixth embodiment, the first and fourth transparent electrode layers may include working electrodes, and the second and third transparent electrode layers may include counter electrodes.
8. 상기 4 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 액정 분자는 리버스 고분자 분산 액정일 수 있다. 8. In the specific example of any one of 4 to 7 above, the liquid crystal molecule may be a reverse polymer dispersed liquid crystal.
9. 상기 4 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 전기변색 고분자는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], 폴리(3,4-프로필렌다이옥시티오펜[poly(3,4-propylenedioxythiophene)] 또는 이들의 염일 수 있다. 9. In any one embodiment of 4 to 8, the electrochromic polymer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) [poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], poly(3,4-propylenedioxythiophene) It may be an opene [poly(3,4-propylenedioxythiophene)] or a salt thereof.
10. 상기 4 내지 9 중 어느 하나 구체예에서, 상기 전해질층은 액체 전해질을 포함할 수 있다. 10. In any one of the embodiments 4 to 9 above, the electrolyte layer may include a liquid electrolyte.
11. 상기 10 구체예에서, 상기 액체 전해질은 리튬 복합염을 포함할 수 있다.11. In the tenth embodiment, the liquid electrolyte may include a lithium composite salt.
12. 상기 4 내지 9 중 어느 하나 구체예에서, 상기 전해질층은 UV 경화형 고분자 겔을 포함할 수 있다. 12. In any one of the embodiments 4 to 9 above, the electrolyte layer may include a UV curable polymer gel.
13. 상기 4 내지 11 중 어느 하나 구체예에서, 상기 이온저장층은 프러시안 블루를 포함할 수 있다. 13. In any one of the embodiments 4 to 11, the ion storage layer may include Prussian Blue.
14. 본 발명의 또 다른 관점은 상기 하이브리드 변색 소자를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다. 14. Another aspect of the present invention relates to a smart window including the hybrid color changing device.
본 발명에 따른 하이브리드 변색 소자는 전기변색 소자의 빠른 변색시간과 고분자 분산 액정의 매우 낮은 투과율을 동시에 나타내어 건축물 또는 항공기와 같이 사생활 보호 및 높은 태양광 차단이 요구되는 스마트 윈도우에 활용이 가능하다. 하이브리드 변색 소자는 2중의 변색층으로 매우 낮은 투과율을 나타낼 수 있으며, 전압 인가 시 변색되어, 빛의 차단이 필요한 경우에만 변색이 가능하여 전력 소모를 최소한으로 감소시킬 수 있다. The hybrid color-changing device according to the present invention simultaneously exhibits a fast discoloration time of an electrochromic device and a very low transmittance of a polymer dispersed liquid crystal, so that it can be used for smart windows that require privacy protection and high sunlight blocking, such as buildings or aircraft. The hybrid color-changing element has a double color-changing layer and can exhibit very low transmittance, and is discolored when voltage is applied, and can be discolored only when light blocking is required, thereby reducing power consumption to a minimum.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 하이브리드 변색 소자의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 하이브리드 변색 소자의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a hybrid color-changing device according to one embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram of a hybrid color-changing device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the following drawings are only provided to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the drawings. In addition, since the shape, size, ratio, angle, number, etc. disclosed in the drawings are exemplary, the present invention is not limited to the illustrated details.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Like reference numbers designate like elements throughout the specification. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in this specification is used, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, the case including the plural is included unless otherwise explicitly stated.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, even if there is no separate explicit description, it is interpreted as including the error range.
~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.When the positional relationship of two parts is described by 'over', 'over', 'under', 'beside', etc., unless 'immediately' or 'directly' is used, there is a One or more other parts may be located.
'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다. Positional relationships such as 'top', 'top', 'bottom', and 'bottom' are described based on the drawings, and do not represent absolute positional relationships. That is, the positions of 'upper' and 'lower' or 'upper surface' and 'lower surface' may be changed depending on the observation position.
본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a 이고 ≤b"으로 정의한다.In this specification, "a to b" representing a numerical range is defined as "≥a and ≤b".
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 하이브리드 변색 소자의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 하이브리드 변색 소자의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a hybrid color-changing device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a hybrid color-changing device according to another embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 상기 하이브리드 변색 소자(100)는 한 쌍의 투명전극층(10a, 10b), 액정층(20), 기재층(30) 및 전기변색층(40)을 포함한다. Referring to FIG. 1 , the hybrid color-changing device 100 includes a pair of transparent electrode layers 10a and 10b, a liquid crystal layer 20, a base layer 30, and an electrochromic layer 40.
상기 한 쌍의 투명전극층(10a, 10b)은 전압이 인가되어 투명전극층 사이에 배치된 상기 액정측 및 전기변색층(40)을 산화 또는 환원 변색시킬 수 있다. A voltage may be applied to the pair of transparent electrode layers 10a and 10b to oxidize or reduce the color of the liquid crystal layer and the electrochromic layer 40 disposed between the transparent electrode layers.
상기 투명전극층(10a, 10b)은 하이브리드 변색 소자(100)의 투과율에 영향을 미치지 않으며, 액정층(20)과 전기변색층(40)에 전하를 공급하고, 액정층(20)과 전기변색층(40)을 지지하는 역할을 수행한다.The transparent electrode layers 10a and 10b do not affect the transmittance of the hybrid color-changing element 100, supply electric charge to the liquid crystal layer 20 and the electrochromic layer 40, and supply the liquid crystal layer 20 and the electrochromic layer. It plays a role in supporting (40).
상기 액정층(20)은 고분자 분산 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal; PDLC)을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로 리버스 고분자 분산 액정(reverse Polymer Dispersed Liquid Crystal)을 포함할 수 있다. The liquid crystal layer 20 may include a polymer dispersed liquid crystal (PDLC), and more specifically, a reverse polymer dispersed liquid crystal.
상기 액정층(20)이 리버스 고분자 분산 액정을 포함하는 경우에는 상기 투명전극층(10a, 10b) 사이에 전압이 인가되는 경우에 변색되어 광 투과율을 감소시킬 수 있다. When the liquid crystal layer 20 includes the reverse polymer dispersed liquid crystal, the light transmittance may be reduced due to discoloration when a voltage is applied between the transparent electrode layers 10a and 10b.
상기 기재층(30)은 상기 액정층(20)과 전기변색층(40)을 고정할 수 있으며, 이온 또는 전자가 이동할 수 있고, 구체적으로 상기 기재층(30)은 고체 전해질로 구비될 수 있다. The base layer 30 can fix the liquid crystal layer 20 and the electrochromic layer 40, and ions or electrons can move, and specifically, the base layer 30 can be provided with a solid electrolyte. .
상기 전기변색층(40)은 적어도 하나 이상의 전기변색물질을 포함할 수 있다. The electrochromic layer 40 may include at least one electrochromic material.
상기 전기변색물질은 폴리티오펜(polythiophene) 유도체 또는 비올로겐(viologen) 유도체를 포함하는 유기물질 또는 TiO2, Nb2O5, MoO3, Ta2O5, WO3, V2O5, CrO3, LiХCoO2, NiOХ, LiNiOХ, 및 Rh2O3 중에서 어느 1 종 이상인 무기물질을 포함할 수 있으며, 상기 투명전극층(10a, 10b)에 전압이 인가되는 경우 환원 착색될 수 있는 것이면 제한되지 않으나, 구체적으로 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], 폴리(3,4-프로필렌다이옥시티오펜[poly(3,4-propylenedioxythiophene)] 또는 이들의 염인 것이 바람직하다. The electrochromic material is an organic material including a polythiophene derivative or a viologen derivative, TiO 2 , Nb 2 O 5 , MoO 3 , Ta 2 O 5 , WO 3 , V 2 O 5 , CrO 3 , Li Х CoO 2 , NiO Х , LiNiO Х , and Rh 2 O 3 may include any one or more inorganic materials, and may be reduced and colored when voltage is applied to the transparent electrode layers 10a and 10b. It is not limited as long as it is present, but specifically poly(3,4-ethylenedioxythiophene) [poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], poly(3,4-propylenedioxythiophene [poly(3,4-propylenedioxythiophene)] or salts thereof are preferred.
상기 하이브리드 변색 소자(100)는 전압을 인가하여 광 투과율을 조절할 수 있으며, 특히 전압 인가 시에 변색되어, 매우 낮은 광 투과율을 나타낼 수 있기 때문에 건축물 또는 항공기용 윈도우로 활용하기에 매우 효과적이다. The hybrid color-changing element 100 can adjust light transmittance by applying voltage, and is particularly effective for use as a window for buildings or aircraft because it is discolored when voltage is applied and exhibits very low light transmittance.
본 발명의 다른 관점은 광 투과율이 감소된 하이브리드 변색 소자(1000)에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a hybrid color-changing
도 2를 참조하면, 상기 광 투과율이 감소된 하이브리드 변색 소자(1000)는 제1보호층(100a), 제1투명전극층(200a), 액정층(300), 제2투명전극층(200b), 기재층(400), 제3투명전극층(500a), 이온저장층(600), 전해질층(700), 고분자층(800), 제4투명전극층(500b), 및 제2보호층(100b)을 포함한다.Referring to FIG. 2, the hybrid color-changing
상기 제1보호층(100a) 및 제2보호층(100b)은 유리 또는 PET일 수 있다. The first
상기 제1보호층(100a) 및 제2보호층(100b)이 구비되어 상기 제1보호층(100a) 및 제2보호층(100b) 사이에 배치된 각각의 층을 외부 충격과 오염으로부터 효과적으로 보호할 수 있다. The first
상기 제1보호층(100a) 및 제2보호층(100b)이 유리 또는 PET로 구비되는 경우 두께를 조절하기 용이하며, 두께를 증가시켜 강화유리와 동등한 강도를 나타낼 수 있기 때문에 상기 하이브리드 변색 소자(1000)를 건축물 및 항공기 윈도우 등에 활용할 수 있어서 바람직하다. When the first
상기 제1투명전극층(200a)은 상기 제1보호층(100a) 일면에 배치된다. The first
상기 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b)은 PET(polyethylene terephthalate)에 ITO 또는 FTO가 코팅된 것일 수 있다.The first
한 구체예에서, 상기 제1 내지 제4투명전극층(200a, 200b, 500a, 500b)은 동일한 부재로 구비될 수 있다. In one embodiment, the first to fourth
상기 제1투명전극층(200a)이 PET에 ITO 또는 FTO가 코팅되어 형성되는 경우에는 투과율이 높아서 하이브리드 변색 소자(1000)의 투과율에 영향을 미치지 않는다. When the first
상기 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b)은 ITO 또는 FTO를 스퍼터링 또는 프린팅하여 박막 형태로 제조할 수 있으며, 외부 회로를 통하여 전기적으로 연통되어 상기 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b) 사이에 전압이 형성될 수 있으며, 전압 인가 여부를 서로 상이하게 조절할 수 있다. 예를 들어 상기 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b) 사이에 전압이 형성되며, 상기 제3투명전극층(500a)과 제4투명전극층(500b) 사이에는 전압이 인가되지 않아서 변색되는 층을 조절하여 투과율을 단계별로 조절할 수 있다. The first
상기 제1투명전극층(200a)은 작업전극을 포함하고, 상기 제2투명전극층(200b)은 상대전극을 포함할 수 있다. The first
상기 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b)이 작업전극과 상대전극을 포함하여 전하가 이동할 수 있다. The first
상기 액정층(300)은 상기 제1투명전극층(200a) 일면에 배치되는 상기 제1투명전극층(200a)에 전압이 인가되면 액정 분자들이 배열되어 변색된다. In the
상기 액정층(300)은 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b) 사이에 배치되어 고정되며, 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b)에 전압이 인가되면 변색될 수 있다. The
구체적으로 상기 액정층(300)은 리버스 고분자 분산 액정(Reverse Polymer Dispersed Liquid Crystal)을 포함할 수 있고, 바람직하게는 라우릴아크릴레이트(lauryl acrylate), 라우릴메타아크릴레이트(lauryl methacrylate), 하이드록시프로필메타아크릴레이트(Hydroxypropyl methacrylate), 3,5,5-트리메틸헥실 아크릴레이트(3,5,5-trimethylhexyl acrylate), 글리시딜 메타아크릴레이트(Glycidyl methacrylate), 테트라하이드로퍼퓨릴 아크릴레이트(Tetrahydrofurfuryl acrylate), 테트라하이드로퍼퓨릴 메타아크릴레이트(Tetrahydrofurfuryl methacrylate), 벤질 메타아크릴레이트(Benzyl methacrylate), 및 시클로헥실 메타아크릴레이트(Cyclohexyl methacrylate) 중 어느 1종의 노모머를 중합하여 형성한 것일 수 있다. Specifically, the
상기 종류의 모노머는 반응성이 높아서 상분리 유도 중합이 용이하고, UV를 조사하면 모노머가 폴리머로 형성되는 과정에서 상이 변환되어 액정과 고분자 상의 상분리가 효과적으로 유도될 수 있다.The monomers of this kind have high reactivity, so that phase separation-induced polymerization is easy, and when irradiated with UV light, the phase is transformed in the process of forming the monomer into a polymer, so that phase separation between the liquid crystal and the polymer phase can be effectively induced.
상기 종류의 모노머를 중합하여 리버스 고분자 분산 액정을 형성할 수 있으며, 상기 종류의 모노머가 리버스 고분자 분산 액정을 형성하고, 상기 액정층(300)에 포함되는 경우에는 비올로겐 화합물 또는 무기물로 이루어진 전기변색물질을 포함하는 전기변색층보다 매우 낮은 광 투과율을 나타낼 수 있기 때문에 하이브리드 변색 소자(1000)를 사생활 보호가 필요한 윈도우 등에 효과적으로 활용할 수 있다. A reverse polymer-dispersed liquid crystal may be formed by polymerization of the above-mentioned monomers, and when the above-mentioned monomers form a reverse polymer-dispersed liquid crystal and are included in the
상기 액정층(300)이 리버스 고분자 분산 액정을 포함하는 경우에는 상기 제1투명전극층(200a)과 제2투명전극층(200b)에 전압이 인가되는 경우에 변색될 수 있으며, 상기 제1 내지 4투명전극층(200a, 200b, 500a, 500b)에 동시에 전압을 인가하여 하이브리드 변색 소자(1000)의 변색이 가능하고, 전압 인가 시에 전체 광 투과율을 효과적으로 감소시킬 수 있다. When the
상기 기재층(400)은 상기 제2투명전극층(200b) 일면에 배치된다. The
상기 기재층(400)은 상기 제2투명전극층(200b)과 제3투명전극층(500a) 사이에 배치될 수 있다. The
상기 기재층(400)은 상기 제2투명전극층(200b)과 제3투명전극층(500a)과 접합되어 상기 제1투명전극층(200a), 액정층(300), 제2투명전극층(200b)을 지지하고, 제3투명전극층(500a), 이온저장층(600), 전해질층(700), 고분자층(800) 및 제4투명전극층(500b)을 견고하게 지지할 수 있다. The
상기 기재층(400)은 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; PET), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide; PPS), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphthalate; PEN) 중에서 선택된 1종 이상의 투명한 재질의 고분자로 이루어질 수 있으며, 구체적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; PET)인 것이 더욱 바람직하다. The
상기 제3투명전극층(500a)은 상기 기재층(400) 일면에 배치된다. The third
상기 제3투명전극층(500a)은 제1투명전극층(200a) 및 제2투명전극층(200b)과 동일한 부재이고, 상대전극을 포함할 수 있다. The third
상기 이온저장층(600)은 상기 제3투명전극층(500a) 일면에 배치된다. The
상기 이온저장층(600)은 상기 고분자층(800)의 산화 환원반응에 필요한 전하를 수용하거나 저장할 수 있다. The
상기 이온저장층(600)은 상기 전해질층(700)에서 생성된 전해질 이온을 수용하여 전압이 인가되지 않는 상태에서 변색을 유지할 수 있다. The
한 구체예에서, 상기 이온저장층(600)은 프러시안 블루를 포함할 수 있다. In one embodiment, the
상기 이온저장층(600)이 프러시안 블루를 포함하여 상기 제3투명전극층(500a) 및 제4투명전극층(500b) 사이에 전압이 지속적으로 인가되지 않는 경우에도 일정하게 변색 상태를 유지할 수 있기 때문에, 상기 하이브리드 변색 소자(1000)는 전압 인가 여부에 따라 다양한 발색이 가능하다. Since the
상기 전해질층(700)은 이온저장층(600) 일면에 배치된다. The
한 구체예에서, 상기 전해질층(700)은 액체 전해질을 포함할 수 있다. In one embodiment, the
상기 액체 전해질은 폴리(프로필렌 카보네이트)[Poly(propylene carbonate)] 또는 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코헥사플루오로프로필렌)[(poly(vinylidene fluoride-cohexafluoropropylene); PVDF-co-HFP)를 포함할 수 있다. The liquid electrolyte may include poly(propylene carbonate) [Poly(propylene carbonate)] or poly(vinylidene fluoride-cohexafluoropropylene) [(poly(vinylidene fluoride-cohexafluoropropylene); PVDF-co-HFP) there is.
상기 종류의 액체 전해질은 리튬복합염을 포함하여 전해질층(700)을 구성하기 용이하며, 전해질 이온 전달 능력이 매우 높아서 이온저장층(600)의 변색 효과를 증가시킬 수 있다.The liquid electrolyte of this type contains a lithium composite salt and is easy to construct the
상기 리튬복합염은 리튬 퍼콜레이트(lithium percolate; LiClO4), 리튬 헥사플로오로포스페이트(lithium hexafluorophosphate; LiPF6), 및 리튬 비스(트리플로오로메탄설포닐)이미드[lithium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide; LiTFSI] 중 1종 이상이 포함될 수 있다. The lithium complex salt is lithium percolate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide [lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide; LiTFSI] may be included.
상기 종류의 리튬 복합염을 포함하는 경우에는 리튬 이온(Li+)의 이동이 자유로워 이온의 전도도를 높일 수 있어서 이온저장층(600)의 변색시간 및 변색 효율을 효과적으로 증가시킬 수 있다. In the case of including the above type of lithium composite salt, the movement of lithium ions (Li + ) is free and ion conductivity can be increased, so that the discoloration time and discoloration efficiency of the
한 구체예에서, 상기 전해질층(700)은 UV 경화형 고분자 겔을 포함할 수 있다. In one embodiment, the
구체적으로 상기 UV 경화형 고분자 겔은 상기 리튬 복합염에 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리에틸렌 옥사이드(Polyethylene oxide; PEO), 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol;PEG) 중 1종 이상의 고분자가 사용될 수 있다. Specifically, the UV curable polymer gel is polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene oxide (PEO), and polyethylene glycol ( One or more polymers of polyethylene glycol; PEG) may be used.
상기 고분자층(700)이 리튬 복합염에 UV경화형 고분자 겔을 전해질로 사용하는 경우 액체 전해질 대비 공정 상 취급이 용이하여 제조공수가 감소되며, 최종 하이브리드 변색 소자의 기계적, 열적, 환경적, 전기화학적 안정성을 증가시킬 수 있기 때문에 더욱 바람직하다. When the
상기 고분자층(800)은 상기 전해질층(700) 일면에 배치되어 전기변색 고분자를 포함하고, 상기 제3투명전극층(500a)에 전압이 인가되면 변색된다. The
상기 전기변색 고분자는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)[poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], 폴리(3,4-프로필렌다이옥시티오펜[poly(3,4-propylenedioxythiophene)] 또는 이들의 염일 수 있다. The electrochromic polymer may be poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), or any of these may be salt.
상기 종류의 전기변색 고분자는 무기물 기반 전기변색물질보다 빠른 변색시간을 나타낼 수 있기 때문에 상기 하이브리드 변색 소자(1000)의 변색시간을 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다. Since the electrochromic polymer of the above type may exhibit a faster discoloration time than inorganic-based electrochromic materials, the discoloration time of the
구체적으로 상기 고분자층(800)은 PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)]인 것인 바람직하다.Specifically, the
고분자층(800)이 상기 PEDOT:PSS로 구비되는 경우에는 열적 안정성이 증가되고, 스퍼터링, 증착, 딥코팅, 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅의 공정으로 고분자층(800)을 제조할 수 있어서 제조가 간편하여 제조공수를 감소시키고, 제조효율을 크게 증가시킬 수 있다. When the
상기 고분자층(800)은 상기 제3투명전극층(500a) 및 제4투명전극층(500b)에 전압이 인가 시 변색되어 광 투과율을 감소시킬 수 있다. The
상기 제4투명전극층(500b)은 상기 고분자층(800) 일면에 배치된다. The fourth
상기 제4투명전극층(500b)은 작업전극을 포함하고, 상기 제3투명전극층(500a)은 상대전극을 포함할 수 있다. The fourth
상기 제4투명전극층(500b)이 전업전극을 포함하고, 상기 제3투명전극층(500a)이 상대전극을 포함하여 전압 인가 시 전하가 이동할 수 있으며, 상기 고분자층(800)이 환원 변색될 수 있다. The fourth
상기 제2보호층(100b)은 상기 제4투명전극층(500b) 일면에 배치된다. The second
상기 제2보호층(100b)은 상기 제1보호층(100a)과 동일한 부재로 상기 제2보호층(100b)이 구비되며, 상기 제3투명전극층(500a), 이온저장층(600), 전해질층(700), 고분자층(800) 및 제4투명전극층(500b)은 외부의 충격 및 오염으로부터 보호할 수 있다. The second
상기 하이브리드 변색 소자(1000)는 전기변색되는 액정층(300)과 고분자층(800)을 포함하여 2중 전기변색층으로 광 투과율을 매우 감소시킬 수 있으며, 특히 전압 인가 시에 상기 액정층(300)과 고분자층(800)이 동시에 변색될 수 있어서, 태양광 차단이 필요한 경우에만 변색이 가능하여 전기 사용 효율을 크게 증가시킬 수 있다. The hybrid color-changing
상기 하이브리드 변색 소자(1000)는 액정층(300)과 고분자층(800)의 전기변색을 유도하는 제1투명전극층(200a), 제2투명전극층(200b), 제3투명전극층(500a) 및 제4투명전극층(500b)을 구비하고, 각각의 전극층의 전압 인가 여부 및 전압 크기를 별도로 조절할 수 있기 때문에 광 투과율을 효과적으로 제어할 수 있다. The hybrid color-changing
본 발명의 또 다른 관점은 상기 하이브리드 변색 소자(1000)를 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a smart window including the hybrid color-changing
상기 스마트 윈도우는 하이브리드 변색 소자(1000)를 포함하여 광 투과율이 매우 낮아서 사생활 보호가 필요한 건축물 또는 항공기 윈도우에 사용되는 경우 사용자의 편의성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전압이 인가되지 않는 경우에 투과율이 높아서 광이 투과되고, 태양광 차단이 필요한 경우에만 투과율을 감소시킬 수 있으므로 스마트 윈도우의 사용 효율이 매우 증가될 수 있다. The smart window includes the hybrid color-changing
구체적으로 상기 스마트 윈도우는 전압 인가 여부에 따라 620nm 파장에서 광의 투과율이 1 내지 65%로 조절될 수 있다. Specifically, the smart window may have a light transmittance of 1 to 65% at a wavelength of 620 nm depending on whether voltage is applied.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at mainly through embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope will be construed as being included in the present invention.
100, 1000 : 하이브리드 변색 소자
10a : 투명전극층
10b : 투명전극층
20 : 액정층
30 : 기재층
40 : 전기변색층
100a : 제1보호층
100b :제2보호층
200a : 제1투명전극층
200b : 제2투명전극층
300 : 액정층
400 : 기재층
500a : 제3투명전극층
500b : 제4투명전극층
600 : 이온저장층
700 : 전해질층
800 : 고분자층
100, 1000: hybrid color change element
10a: transparent electrode layer 10b: transparent electrode layer
20: liquid crystal layer 30: substrate layer
40:
100b: second
200b: second transparent electrode layer 300: liquid crystal layer
400:
500b: fourth transparent electrode layer 600: ion storage layer
700: electrolyte layer 800: polymer layer
Claims (14)
상기 투명전극층 사이에 배치되는 액정층;
상기 액정층 일면에 배치되는 기재층; 및
상기 기재층 일면에 배치되는 복수개의 전기변색층;을 포함하고,
상기 전기변색층은 적어도 하나 이상의 전기변색물질을 포함하는 것인, 하이브리드 변색 소자.
a pair of transparent electrode layers;
a liquid crystal layer disposed between the transparent electrode layers;
a substrate layer disposed on one surface of the liquid crystal layer; and
Including; a plurality of electrochromic layers disposed on one side of the substrate layer,
Wherein the electrochromic layer includes at least one electrochromic material.
The hybrid color-changing device according to claim 1, wherein the liquid crystal layer includes a reverse polymer dispersed liquid crystal.
The method of claim 1, wherein the electrochromic layer is poly(3,4-ethylenedioxythiophene) [poly(3,4-ethylenedioxythiophene)], poly(3,4-propylenedioxythiophene [poly(3,4- propylenedioxythiophene)] or a hybrid color-changing color changer comprising a salt thereof.
상기 제1보호층 일면에 배치되는 제1투명전극층;
상기 제1투명전극층 일면에 배치되는 상기 제1투명전극층에 전압이 인가되면 액정 분자들이 배열되어 변색되는 액정층;
상기 액정층 일면에 배치되는 제2투명전극층;
상기 제2투명전극층 일면에 배치되는 기재층;
상기 기재층 일면에 배치되는 제3투명전극층;
상기 제3투명전극층 일면에 배치되는 이온저장층;
상기 이온저장층 일면에 배치되는 전해질층;
상기 전해질층 일면에 배치되어 전기변색 고분자를 포함하고, 상기 제3투명전극층에 전압이 인가되면 변색되는 고분자층;
상기 고분자층 일면에 배치되는 제4투명전극층; 및
상기 제4투명전극층 일면에 배치되는 제2보호층;을 포함하는, 하이브리드 변색 소자.
a first protective layer;
a first transparent electrode layer disposed on one surface of the first protective layer;
a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are aligned and discolored when a voltage is applied to the first transparent electrode layer disposed on one surface of the first transparent electrode layer;
a second transparent electrode layer disposed on one surface of the liquid crystal layer;
a base layer disposed on one surface of the second transparent electrode layer;
a third transparent electrode layer disposed on one surface of the substrate layer;
an ion storage layer disposed on one side of the third transparent electrode layer;
an electrolyte layer disposed on one surface of the ion storage layer;
a polymer layer disposed on one surface of the electrolyte layer, including an electrochromic polymer, and discolored when a voltage is applied to the third transparent electrode layer;
a fourth transparent electrode layer disposed on one side of the polymer layer; and
A hybrid color-changing element comprising a; second protective layer disposed on one surface of the fourth transparent electrode layer.
The hybrid color-changing device according to claim 4, wherein the first protective layer and the second protective layer are made of glass or PET.
The hybrid color-changing device according to claim 4, wherein the first to fourth transparent electrode layers are coated with ITO or FTO on a polyethylene terephthalate (PET) substrate.
[Claim 7] The hybrid discoloration device according to claim 6, wherein the first and fourth transparent electrode layers include working electrodes, and the second and third transparent electrode layers include counter electrodes.
The hybrid color-changing device according to claim 4, wherein the liquid crystal molecules are reverse polymer dispersed liquid crystals.
The hybrid color-changing device of claim 4, wherein the electrolyte layer includes a liquid electrolyte.
11. The hybrid color-changing device of claim 10, wherein the liquid electrolyte includes a lithium complex salt.
The hybrid color-changing device of claim 4, wherein the electrolyte layer includes a UV curable polymer gel.
The hybrid color-changing device according to claim 4, wherein the ion storage layer includes Prussian Blue.
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