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KR102856937B1 - 광 투과가변 소자 제조방법 - Google Patents

광 투과가변 소자 제조방법

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Publication number
KR102856937B1
KR102856937B1 KR1020200178111A KR20200178111A KR102856937B1 KR 102856937 B1 KR102856937 B1 KR 102856937B1 KR 1020200178111 A KR1020200178111 A KR 1020200178111A KR 20200178111 A KR20200178111 A KR 20200178111A KR 102856937 B1 KR102856937 B1 KR 102856937B1
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KR
South Korea
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variable element
light transmission
manufacturing
transmission variable
light
Prior art date
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KR1020200178111A
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서유석
박지수
Original Assignee
율촌화학 주식회사
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Abstract

본 발명은, 광학 소자에 관한 것으로서, 특히, 광 투과 가변 기능을 갖는 투과 가변 소자의 성능 향상을 위한 광 투과가변 소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 단순한 제조공정을 통해서 산화물 반도체층과 절연층을 구성하고, 표면의 거칠기를 증대시켜 광 투과 가변소자의 투과/차단 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

광 투과가변 소자 제조방법{LIGHT TRANSMISSION VARIABLE DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 광학 소자에 관한 것으로서, 특히, 광 투과 가변 기능을 갖는 투과 가변 소자의 성능 향상을 위한 광 투과가변 소자의 제조방법에 관한 것이다.
상황에 따라 능동적으로 투과도가 가변되는 스마트 유리는 디스플레이, 자동차, 주거용 창문 등에 활용하여 새로운 디스플레이 및 가전 기기 개발, 그리고 편리성과 안전에 대한 사회적, 시대적 요청에 의해 최근 많은 연구와 제품개발이 이루어지고 있다.
현재까지 개발된 대부분의 투과율 가변기술은 PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crysta)필름, EC(Electro-Chromic)유리 제품이 주를 이루고 있다. PDLC 필름은 가장 많이 사용하고 있는 방법이며 상용화 수준에 이르렀지만 내구성 향상의 과제가 남아 있고, EC 유리 제품은 높은 가격과 무게, 곡면 시공 등 문제가 있기 때문에 아직 사용이 확대되지 못하고 있다.
응용처 확대를 위해 최근 EC 필름 제품개발이 활발한 상황이지만 전해질/전극간의 내구성 문제와 대면적화에 따른 응답속도 개선 등을 과제로 상용화를 위해 다수의 업체가 개발 중이다.
또한 SPD(Suspended Particle Device) 기술은 고급차의 선루프에 적용 중 이나, 입자의 비싼 가격으로 보편적 적용이 어렵고, 균일한 변색특성을 위해 Cell gap이 유지되어야 하므로 필름화 하여 장폭으로 생산하기 위해 연구개발 중인 기술로 알려져 있다.
상기 PDLC, SPD방식의 투과가변 기능을 갖는 변색 소자들은 마주보는 투명전극 사이에 위치한 재료들의 동적 거동으로 투과도를 조절하는 방식이며, EC방식은 전류의 흐름에 의한 산화/환원의 원리로 변색되는 소자이다. 상기의 방법들은 유기물을 사용하여 장시간 실외에서 사용 시 내구성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 광 투과가변 소자의 제조방법은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
제 1 반도체 물질에 절연물을 첨가한 혼합물을 기재에 도포하는 단계;
상기 혼합물을 건조하여 상 분리하는 단계; 및
산화공정을 통해 산화물막을 형성하는 단계;를 포함하는 광 투과가변 소자의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 광 투과가변 소자의 제조방법에 의해 제조된 광 투과가변 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기한 명확한 목적 이외에 이러한 목적 및 본 명세서의 전반적인 기술로부터 이 분야의 통상인에 의해 용이하게 도출될 수 있는 다른 목적을 달성함을 그 목적으로 할 수 있다.
본 발명의 광 투과가변 소자 제조방법은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
금속물질에 절연물을 첨가한 혼합물을 기재에 도포하는 단계;
상기 혼합물을 건조하여 상 분리하는 단계; 및
산화공정을 통해 산화물막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속물질의 산화물은 p 형 또는 n 형 산화물 반도체일 수 있다.
그리고, 상기 금속물질은 Sn일 수 있다.
또한, 절연물은 실리콘 오일일 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 상기 금속물질에 대하여 상기 절연물의 함량이 0.1 내지 100 %, 1 내지 50 %, 또는 2 내지 20 %일 수 있다.
또한, 상기 기재는 투명 기재일 수 있다.
그리고, 상기 기재는 투명 전극일 수 있다.
그리고, 상기 기재는 ITO일 수 있다.
또한, 상기 건조는 1 기압 미만의 압력에서 수행할 수 있다.
그리고, 상기 건조는 700 torr 이하, 600 torr 이하, 550 torr 이하, 200 내지 700 torr, 400 내지 600 torr, 또는 450 내지 550 torr에서 수행할 수 있다.
또한, 상기 건조는 10 내지 500 ℃, 60 내지 100 ℃, 또는 70 내지 90 ℃에서 수행할 수 있다.
또한, 상기 상 분리를 통해 상기 금속물질로 이루어진 층과 상기 절연물로 이루어진 층이 분리될 수 있다.
또한, 상기 산화공정은 오존 처리일 수 있다.
또한, 상기 산화공정은 UV 처리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물막은 제 1 산화물 반도체층을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 산화물막은 SnOx을 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물막은 SiOx를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물막은 표면 요철을 가질 수 있다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자 제조방법에 의해 기재 상에 제 1 산화물 반도체층이, 상기 제 1 산화물 반도체층 상에 절연물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 산화물막 상에 제 2 산화물 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화물 반도체는 n 형 또는 p 형 산화물 반도체일 수 있다.
그리고, 상기 제 2 산화물 반도체층은 NiOx일 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화물 반도체 층 상에 투명전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 투명전극은 ITO일 수 있다.
한편, 본 발명의 광 투과가변 소자는, 상기 광 투과가변 소자 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 투과가변 소자는 전압의 인가에 따라 광 투과율이 가변할 수 있다.
또한, 상기 광 투과가변 소자는 전압 인가 전의 투과모드와 전압 인가 후의 차단모드를 가질 수 있다.
또한, 상기 투과모드와 차단모드의 최대 투과율 차이가 45 % 이상, 50 % 이상, 또는 55 % 이상일 수 있다.
본 발명의 광 투과가변 소자의 제조방법은, 보다 단순한 제조공정을 통해서 산화물 반도체층과 절연층을 구성하고, 표면의 거칠기를 증대시켜 광 투과 가변소자의 투과/차단 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 금속산화물, 절연물 등으로 이루어진 입자를 이용한 광 투과 조절이 가능한 소자에 관한 것으로, 진공 건조에 의한 상 분리를 이용하여 복층의 무기산화물 층을 한번의 코팅으로 형성할 수 있는 기술이다. 이를 통해 공정의 단순화와 표면의 요철을 얻을 수 있어 광 투과가변 소자의 기능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 투과 가변 소자 제조방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 투과 가변 소자의 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 투과 가변 소자의 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
다만, 아래는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서, '포함하다', '함유하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소(또는 구성성분) 등이 존재함을 지칭하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 금속산화물, 절연물 등으로 이루어진 입자를 이용한 광 투과 조절이 가능한 소자에 관한 것으로, 진공 건조에 의한 상 분리를 이용하여 복층의 무기산화물 층을 한번의 코팅으로 형성할 수 있는 기술이다. 이를 통해 공정의 단순화와 표면의 요철을 얻을 수 있어 광 투과가변 소자의 기능을 향상시키는 기술이다.
본 발명에 따른 광 투과가변 소자는 퍼블릭 디스플레이, 건축용창호, 자동차유리 필름에 적용될 수 있다.
본 발명의 기술분야는 P-type 산화물 반도체/N-type산화물 반도체 물질 사이에 SiOx층을 삽입하는 방법으로 P-type산화물 반도체 물질에 Silicone-oil을 일정량 첨가하여 P-type 산화물 반도체/N-type산화물 반도체 물질 사이에 한번의 코팅으로 절연물질 SiOx막을 형성하기 위한 기술이다.
본 발명의 광 투과가변 소자 제조방법은
금속물질에 절연물을 첨가한 혼합물을 기재에 도포하는 단계;
상기 혼합물을 건조하여 상 분리하는 단계; 및
산화공정을 통해 산화물막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속물질의 산화물은 p 형 또는 n 형 산화물 반도체일 수 있다.
그리고, 상기 금속물질은 Sn일 수 있다.
또한, 절연물은 실리콘 오일일 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 상기 금속물질에 대하여 상기 절연물의 함량이 0.1 내지 100 %, 1 내지 50 %, 또는 2 내지 20 %일 수 있다.
또한, 상기 기재는 투명 기재일 수 있다.
그리고, 상기 기재는 투명 전극일 수 있다.
그리고, 상기 기재는 ITO일 수 있다.
또한, 상기 건조는 1 기압 미만의 압력에서 수행할 수 있다.
그리고, 상기 건조는 700 torr 이하, 600 torr 이하, 550 torr 이하, 200 내지 700 torr, 400 내지 600 torr, 또는 450 내지 550 torr에서 수행할 수 있다.
또한, 상기 건조는 10 내지 500 ℃, 60 내지 100 ℃, 또는 70 내지 90 ℃에서 수행할 수 있다.
또한, 상기 상 분리를 통해 상기 금속물질로 이루어진 층과 상기 절연물로 이루어진 층이 분리될 수 있다.
또한, 상기 산화공정은 오존 처리일 수 있다.
또한, 상기 산화공정은 UV 처리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물막은 제 1 산화물 반도체층을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 산화물막은 SnOx을 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물막은 SiOx를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산화물막은 표면 요철을 가질 수 있다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자 제조방법에 의해 기재 상에 제 1 산화물 반도체층이, 상기 제 1 산화물 반도체층 상에 절연물층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 산화물막 상에 제 2 산화물 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화물 반도체는 n 형 또는 p 형 산화물 반도체일 수 있다.
그리고, 상기 제 2 산화물 반도체층은 NiOx일 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화물 반도체 층 상에 투명전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 투명전극은 ITO일 수 있다.
한편, 본 발명의 광 투과가변 소자는, 상기 광 투과가변 소자 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광 투과가변 소자는 전압의 인가에 따라 광 투과율이 가변할 수 있다.
또한, 상기 광 투과가변 소자는 전압 인가 전의 투과모드와 전압 인가 후의 차단모드를 가질 수 있다.
또한, 상기 투과모드와 차단모드의 최대 투과율 차이가 45 % 이상, 50 % 이상, 또는 55 % 이상일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예]
실시예 1: 광 투과가변 소자의 제조 (1)
Sn 함량 대비 Silicone Oil 함량 10 % 비율로 Sn에 Silicone oil을 첨가하여 기재에 도포 후 1 기압 보다 낮은 압력(500 torr)으로 기판 온도 80 ℃의 온도에서 건조시키면서 Sn과 silicone을 상 분리시키는 공정을 실시하였다. 그 후 UV-Ozone 처리를 통하여 SnOx 층과 SiOx층을 형성하는 공정을 실시하였다. 그 후 NiOx층을 형성하고 투명전극인 ITO를 증착하여 광 투과가변 소자를 제조하였다.
실시예 2: 광 투과가변 소자의 제조 (2)
실시예 1 과 동일하게 광 투과가변 소자를 제조하되, 실리콘 오일 함량을 Sn 대비 15 % 로 하였다.
비교예 1: 광 투과가변 소자의 제조 (3)
실시예 1 과 동일하게 광 투과가변 소자를 제조하되, 실리콘 오일 함량을 Sn 대비 0 % 로 하였다.
실시예 3: 광 투과가변 소자의 제조 (4)
실시예 1 과 동일하게 광 투과가변 소자를 제조하되, 건조 온도를 60 ℃로 하였다.
실시예 4: 광 투과가변 소자의 제조 (5)
실시예 1 과 동일하게 광 투과가변 소자를 제조하되, 건조 온도를 100 ℃로 하였다.
시험예 1: SEM 이미지 관측
상기 실시예 1에 따라 SnOx 층과 SiOx층을 형성한 후 표면을 SEM 이미지를 통해 관측하였다(도 2). 도 2의 SEM 이미지를 통해 표면에 요철이 형성된 것을 확인하였다.
이를 통해 본 발명에 따라 1 기압보다 낮은 압력으로 건조시키는 경우 표면에 요철을 형성함과 동시에 Silicone과 Sn의 상 분리를 유도하여 1 회의 코팅으로 복층의 코팅막을 얻을 수 있음을 확인하였다.
시험예 2: 광 투과율 평가
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에 의해 제조된 광 투과가변 소자에 대하여 전압인가 전 투과모드의 투과율과 전압인가 후의 차단모드 투과율을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1 및 표 2와 같다.
구분 Silicone-oil 첨가량
(Sn대 비율) 		투과 모드(0V) 광 투과율 차단 모드(4V) 광 투과율
비교예1 0% 70.7% 26.0%
실시예1 10% 74.1% 16.2%
실시예2 15% 65.2% 33.0%
구분 건조 온도(℃) 투과 모드(0V) 광 투과율 차단 모드(4V) 광 투과율
실시예3 60℃ 76.0% 19.4%
실시예1 80℃ 74.1% 16.2%
실시예4 100℃ 62.8% 30.3%
Sn 대비 실리콘 오일의 함량 10 %, 건조시의 압력 500 torr, 건조온도는 80 ℃인 실시예 1이 투과모드의 광 투과율 74.1 %, 차단모드의 광 투과율 16.2% 로서 그 차이가 57.9 %로 가장 큰 값을 보여 가장 좋은 특성을 나타내었다.
이를 통해 본 발명에 따르면 광 투과가변소자의 투과모드 시 투과율과 차단모드 시 투과율의 차이를 더 크게 할 수 있는 것을 확인하였다. 이는 표면의 요철을 형성하여 SiOx막과 NiOx막의 밀착을 향상시킴과 동시에 표면적을 증대시킨 결과이다.
본 연구는 2019년도 산업통상자원부 및 한국산업기술평가관리원의 소재부품산업미래성장동력사업(디스플레이혁신공정플랫폼구축사업, 20006469, 투과도 가변 스마트 필름의 롤투롤 공정 기술 및 응용 소자 개발)으로 지원되어 수행한 연구임.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 제 1 투명전극
200: 제 1 산화물 반도체층
300: 절연층
400: 제 2 산화물 반도체층
500: 제 2 투명전극

Claims (20)

  1. 금속물질에 절연물을 첨가한 혼합물을 기재에 도포하는 단계;
    상기 혼합물을 건조하여 상 분리하는 단계; 및
    산화공정을 통해 산화물막을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 산화물막 상에 제 2 산화물 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속물질의 산화물은 p 형 또는 n 형 산화물 반도체인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    절연물은 실리콘 오일인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 금속물질에 대하여 상기 절연물의 함량이 0.1 내지 100 %, 1 내지 50 %, 또는 2 내지 20 %인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기재는 투명 기재인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조는 1 기압 미만의 압력에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조는 10 내지 500 ℃, 60 내지 100 ℃, 또는 70 내지 90 ℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 상 분리를 통해 상기 금속물질로 이루어진 층과 상기 절연물로 이루어진 층이 분리되는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화공정은 오존 처리인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화공정은 UV 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화물막은 제 1 산화물 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화물막은 SiOx를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화물막은 표면 요철을 갖는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 산화물 반도체는 n 형 또는 p 형 산화물 반도체인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 산화물 반도체층 상에 투명전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자 제조방법.
  17. 청구항 1의 광 투과가변 소자 제조방법으로 제조된 광 투과가변 소자.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광 투과가변 소자는 전압의 인가에 따라 광 투과율이 가변하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 광 투과가변 소자는 전압 인가 전의 투과모드와 전압 인가 후의 차단모드를 갖는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 투과모드와 차단모드의 최대 투과율 차이가 45 % 이상, 50 % 이상, 또는 55 % 이상인 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자.















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