KR102856939B1 - 광 투과가변 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 광학 소자에 관한 것으로서, 특히, 광 투과 가변 기능을 갖는 도핑층을 포함하는 광 투과 가변 소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 광 투과가변 소자는 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층 사이에 제 1 절연층이 개재되고, 상기 제 2 반도체층은 금속 도핑된 산화물 반도체층인 것을 특징으로 하며, P-type 산화물 반도체/산화물 절연층/N-type산화물 반도체 물질로 구성된 투과가변소자에 도핑된 N-type산화물 반도체 물질층을 형성하여 저전압에서 동작할 수 있고, 투과/차단모드의 투과율 차이(Δt)를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은, 광학 소자에 관한 것으로서, 특히, 광 투과 가변 기능을 갖는 도핑층을 포함하는 광 투과 가변 소자에 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 적용중 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. 또한 상기의 방법들은 유기물을 사용하여 장시간 실외에서 사용 시 내구성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
제 1 반도체층 및 제 2 반도체층 사이에 제 1 절연층이 개재되고, 상기 제 2 반도체층은 금속 도핑된 산화물 반도체층인 것을 특징으로 하는 광 투과가변 소자를 제공하는 것을 그 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 소자는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여,
제 1 반도체층 및 제 2 반도체층 사이에 제 1 절연층이 개재되고,
상기 제 2 반도체층은 금속 도핑된 산화물 반도체층인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자는 전압의 인가에 따라 광 투과율이 변할 수 있다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자는 투과모드와 차단모드의 광 투과율 차이가 42 %이상, 50 %이상, 또는 55 %이상일 수 있다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자는 10 V 이하, 5 V 이하, 3 V 이하, 2.8 V 이하에서 작동할 수 있다.
또한, 상기 금속은 Sn일 수 있다.
또한, 상기 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층은 각각 n형 또는 p형 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층은 각각 NiOx 또는 SnOx를 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Sn 도핑된 NiOx를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Ni에 Sn을 첨가한 혼합 코팅액을 도포하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Ni 100 중량부에 대하여, 상기 Sn 0.1 내지 80 중량부, 0.5 내지 60 중량부, 1 내지 20 중량부, 또는 3 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연층은 산화물 절연물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 절연층은 SiOx 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 투과가변 소자는 한 쌍의 투명전극 사이에 상기 제 1 반도체층, 제 1 절연층, 및 제 2 반도체층이 순차로 개재될 수 있다.
그리고, 상기 투명전극은 ITO일 수 있다.
또한, 상기 투명전극 및 제 1 반도체층 사이에 제 2 절연층이 개재될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 투명전극 중 적어도 하나의 투명전극은 기재 상에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 기재는 빛이 투과하는 물질일 수 있다.
그리고, 상기 기재는 유리일 수 있다.
본 발명에 따른 광 투과가변 소자는 P-type 산화물 반도체/산화물 절연층/N-type산화물 반도체 물질로 구성된 투과가변소자의 사이에 도핑된 N-type산화물 반도체 물질층을 형성하여 2.5 V 이하에서 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 투과가변 소자는 낮은 동작전압에서 투과/차단의 차이(Δt)를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 투과가변 소자의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 대하여 투과모드 및 차단모드의 광 투과율을 파장에 따라 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 대하여 투과모드 및 차단모드의 광 투과율을 파장에 따라 비교한 그래프이다.
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 광 투과조절을 구성하는 기능층에 이종의 재료를 도핑하여 광 투과/차단 기능을 향상시키는 것으로, 디스플레이, 자동차 및 건물의 유리에 활용 하여 광의 투과/차단을 용이하게 하는 것이다.
본 발명에 따른 광 투과가변 소자는 퍼블릭 디스플레이, 건축용창호, 인테리어 필름 플라인드용 필름에 적용할 수 있다.
본 발명의 기술분야는 P-type 산화물 반도체/산화물 절연층/N-type산화물 반도체 물질로 구성된 투과가변소자의 사이에 도핑된 N-type산화물 반도체 물질층을 형성하여 2.5 V 이하에서 동작할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
본 발명의 광 투과가변 소자는,
제 1 반도체층 및 제 2 반도체층 사이에 제 1 절연층이 개재되고,
상기 제 2 반도체층은 금속 도핑된 반도체층 또는 금속 도핑된 산화물 반도체층인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자는 전압의 인가에 따라 광 투과율이 변할 수 있다.
그리고, 상기 광 투과가변 소자는 투과모드와 차단모드의 광 투과율 차이가 42 %이상, 50 %이상, 또는 55 %이상일 수 있다.
또한, 상기 금속은 Sn일 수 있다.
또한, 상기 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층은 각각 n형 또는 p형 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층은 각각 NiOx 또는 SnOx를 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Sn 도핑된 NiOx를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Ni에 Sn을 첨가한 혼합 코팅액을 도포하여 형성될 수 있다.
그리고, 상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Ni 100 중량부에 대하여, 상기 Sn 0.1 내지 80 중량부, 0.5 내지 60 중량부, 1 내지 20 중량부, 또는 3 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연층은 산화물 절연물을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 절연층은 SiOx 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광 투과가변 소자는 한 쌍의 투명전극 사이에 상기 제 1 반도체층, 제 1 절연층, 및 제 2 반도체층이 순차로 개재될 수 있다.
그리고, 상기 투명전극은 ITO일 수 있다.
또한, 상기 투명전극 및 제 1 반도체층 사이에 제 2 절연층이 개재될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 투명전극 중 적어도 하나의 투명전극은 기재 상에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 기재는 빛이 투과하는 물질일 수 있다.
그리고, 상기 기재는 유리일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예]
실시예 1: 광 투과가변 소자의 제조
투명전극이 형성된 기재에 산화물 절연층을 형성하고 SnOx층을 코팅공정으로 형성 후 산화물절연층을 코팅하였다. 상기 구조 위에 산화물 반도체층을 코팅할 때 Ni 용액에 Sn을 3 wt% 로 하여 코팅액을 제조 후 각각 소자에 코팅하였다.
실시예 2: 광 투과가변 소자의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, Sn을 5 wt% 첨가하였다.
실시예 3: 광 투과가변 소자의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, Sn을 10 wt% 첨가하였다.
비교예: 광 투과가변 소자의 제조
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, Sn을 첨가하지 않았다.
시험예 1: 광 투과율의 측정(1)
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 EK라 제조한 광 투과가변 소자에 대하여 투과모드(0V), 차단모드(2.5V)에서의 광 투과율을 측정하여 비교하였다(표 1).
| 구분 |
Sn 농도
(Ni대 농도) |
투과 모드(0V)
광 투과율 |
차단 모드(2.5V)
광 투과율 |
| 비교예 | 0wt% | 68% | 26% |
| 실시예 1 | 3wt% | 76.2% | 23.5% |
| 실시예 2 | 5wt% | 75.3% | 15.2% |
| 실시예 3 | 10wt% | 71.9% | 25.6% |
상기 표 1을 통해 본 발명에 따른 광 투과가변 소자는 Sn 도핑 산화물 반도체층이 형성되지 않은 비교예에 비하여 투과모드와 차단모드의 투과율차이(Δt)가 현저히 우수한 것을 확인하였으며, 특히 Ni 대비 Sn의 함량이 5 %일 때 Δt가 60.5%로 가장 우수한 특성을 나타낸 것을 알 수 있었다.
시험예 2: 광 투과율의 측정(2)
상기 실시예 2 및 비교예 1에 대하여 파장에 따른 투과도를 투과모드와 차단모드로 나누어 측정하였다. 도 2는 그 결과를 그래프로 나타낸 것으로서, 비교예에 비하여 본 발명에 따른 광 투과가변 소자의 투과모드와 차단모드의 차이가 전 파장 영역에서 현저히 우수한 것을 확인하였다.
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.
Claims (8)
- 한 쌍의 투명전극 사이에 제 1 반도체층, 제 1 절연층 및 제 2 반도체층이 순차로 개재되고,
상기 투명전극 및 제 1 반도체층 사이에 제 2 절연층이 개재되고,
상기 제 1 반도체층은 SnOx를 포함하고,
상기 제 2 반도체층은 금속 도핑된 산화물 반도체층이고,
상기 금속은 Sn이고,
상기 제 2 반도체층은 NiOx를 포함하고,
상기 금속 도핑된 산화물 반도체층은 Ni 100 중량부에 대하여, 상기 Sn 1 내지 20 중량부를 포함하는,
광 투과가변 소자. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 반도체층 및 제 2 반도체층은 각각 n형 또는 p형 산화물 반도체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 절연층은 산화물 절연물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 투명전극 중 적어도 하나의 투명전극은 기재 상에 형성된 것을 특징으로 하는, 광 투과가변 소자.
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