KR101599191B1 - 전기변색 물질, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

전기변색 물질, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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electrochromic thin
carbon atoms
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김은경
신해진
서석재
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 화합물, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 화합물, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치는 메모리 성능이 우수하고, 전기화학 스위칭이 가능하며 제조공정이 간단하여 제작 및 비용 측면에서 높은 경쟁력이 차지할 수 있으며, 소재 및 이를 포함하는 디스플레이의 대량생산이 가능할 수 있다. 또한, 외부 및 내부에서 높은 선명도를 발휘할 수 있어, 투명 디스플레이, 스마트 폰 및 태블릿 PC에 적용할 수 있다.

Description

전기변색 물질, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{ELECTROCHROMIC MATERIAL, ELECTROCHROMIC THIM FILM ELEMENT AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전기변색 물질, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
전기변색은 전압을 인가하였을 때 전계방향에 의해 가역적으로 색이 변화하는 현상을 말하며, 전기변색의 재료는 이러한 전기 화학적 산화, 환원 반응에 의해 재료의 광 특성이 가역적으로 변화할 수 있는 물질이 이용된다. 따라서, 인가전압 및 전류방향을 조절하여 선택적으로 색을 조절할 수 있다. 전기변색 물질에는 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐과 같은 금속 산화물과 비올로겐, 퀴논과 같은 유기물, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤과 같은 전도성 고분자가 있다. 특히 전도성 고분자를 도입한 전기변색 소자는 분자 구조 변화시켜서 다양한 색을 표현할 수 있으며, 낮은 작동 전압, 경량, 메모리성 및 간단한 제조 공정 등의 장점으로, 전자 종이 (e-paper) 등의 차세대 디스플레이 장치로의 응용이 많이 연구되고 있다.
그러나, 상기 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐과 같은 금속 산화물과 같은 전기변색 물질을 이용하여 박막을 형성할 경우에는 대면적 박막 형성이 어려우며, 느린 응답속도를 갖고, 다양한 색 구현하는데 한계가 있다는 문제점이 있다.
또한, 비올로겐과 같은 유기물의 전기변색 물질은 응답속도가 빠르나, 전처리 없이는 응답속도가 느리고, 전기변색 물질이 전해질 용액에 녹아있는 용앱타입으로 전원이 끊어진 상태에서는 변색물질이 자유롭게 확산되고 전자를 교환하여 착색상태의 메모리 효과가 없다는 문제점이 있다.
또한, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤과 같은 전도성 고분자와 같은 전기변색 물질의 경우에는 액체 전해질 사용에 따른 전하의 이동으로 인해 메모리 효과가 떨어지며, 이를 해결하기 위해, 졸-겔 타입의 전해질을 사용할 경우에는 응답속도가 느려지는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2012-0090353호
본 발명은 저전압으로 전기변색이 가능한 화합물을 이용하여 전기화학식 스위칭에 의해 발생되는 산화 및 환원 상태에 따른 다양한 흡수도를 가지고, 메모리 성능이 우수한 박막을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여, 외부 고광원의 흡수 조절뿐만 아니라 실내에서는 스위칭을 통해 투명 박막을 구현하며, 우수한 메모리 성능으로 인한 에너지를 절약형 전기변색 박막 소자 및 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 저전압으로 전기변색이 가능한 화합물, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 상기 화합물의 하나의 예로서,
하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 제공할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015029269682-pat00001
상기 화학식 1에서,
X는 S, O, Se, Te 또는 NR'이고,
Y 및 Z는 각각 독립적으로, S, O, Se 또는 CR'R''이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, -Ra-Rb를 나타내고,
Ra는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고,
Rb는 수소, OR', SR', NR'R'', Br, I, F 또는 Cl이고,
R' 및 R''은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
m은 0 내지 4이며,
n은 5 내지 10000이다.
또한, 상기 전기변색 박막 소자의 하나의 예로서,
일정 간격으로 대향 배치된 전극들;
상기 전극들 중 어느 하나 이상의 전극의 일면에 형성되고, 외부 광원으로부터 입사되는 입사광의 흡수도를 조절하며, 상기 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 전기변색 박막;
대향 배치된 전극들 사이에 형성된 전해질층;
대향 배치된 전극들에 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 전원을 포함하며,
전원이 차단된 후에 소색 또는 착색 상태를 1 시간 이상 유지하는 전기변색 박막 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상기 전기변색 박막 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 화합물, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치는 메모리 성능이 우수하고, 전기화학 스위칭이 가능하며 제조공정이 간단하여 제작 및 비용 측면에서 높은 경쟁력이 차지할 수 있으며, 소재 및 이를 포함하는 디스플레이의 대량생산이 가능할 수 있다. 또한, 외부 및 내부에서 높은 선명도를 발휘할 수 있어, 투명 디스플레이, 스마트 폰 및 태블릿 PC에 적용할 수 있다.
도 1 및 2는 일 실시예에서, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자의 모식도이다.
도 3 내지 6은 각각 일 실시예에서, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자를 포함하는 디스플레이 장치의 모식도이다.
도 7은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자의 착색, 소색 및 메모리 성능을 확인한 사진이다.
도 8은 실시예 2 및 7에서 제조한 전기변색 박막 소자의 메모리 성능을 확인한 그래프이다.
도 9는 실시예와 비교예에서 제조한 전기변색 박막 소자의 메모리 성능을 비교 측정한 그래프이다.
도 10 및 11은 일 실시예에서, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자의 광/전기 듀얼 모드 이중소자의 구현 가능성을 확인한 사진 및 광 투과도 그래프이다.
본 발명은 저전압으로 전기변색이 가능한 화합물, 이를 포함하는 전기변색 박막 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전기변색 물질은, 전자 주개 및 받개의 작용기(Functional group) 도입에 따른 산화 전압 조절이 가능하여, 이를 이용한 전기변색 박막을 형성할 수 있다. 상기 전기변색 물질은 용액공정을 통해 착색 및 소색을 오랜시간을 유지하는 메모리 효과가 뛰어난 박막 형성이 가능하며, 단량체의 다양한 구조 및 2개 이상의 단량체를 혼합하여 전기변색 박막의 밴드갭 조절을 통한 다양한 색을 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 화합물의 하나의 예로서,
하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 제공할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112015029269682-pat00002
상기 화학식 1에서,
X는 S, O, Se, Te 또는 NR'이고,
Y 및 Z는 각각 독립적으로, S, O, Se 또는 CR'R''이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, -Ra-Rb를 나타내고,
Ra는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고,
Rb는 수소, OR', SR', NR'R'', Br, I, F 또는 Cl이고,
R' 및 R''은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
m은 0 내지 4이며,
n은 5 내지 10000이다.
이때, 상기 알킬기는 직쇄(linear) 또는 분지(branched) 상 포화 탄화수소로부터 유도된 작용기를 의미할 수 있다.
상기 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기(methyl group), 에틸기(ethyl group), n-프로필기(n-propyl group), 이소프로필기(iso-propyl group), n-부틸기(n-butyl group), sec-부틸기(sec-butyl group), t-부틸기(tert-butyl group), n-펜틸기(n-pentyl group), 1,1-디메틸프로필기(1,1-dimethylpropyl group), 1,2-디메틸프로필기, 2,2-디메틸프로필기, 1-에틸프로필기, 2-에틸프로필기, n-헥실기, 1-메틸-2-에틸프로필기, 1-에틸-2-메틸프로필기, 1,1,2-트리메틸프로필기, 1-프로필프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 1,1-디메틸부틸기, 1,2-디메틸부틸기, 2,2-디메틸부틸기, 1,3-디메틸부틸기, 2,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.
하나의 예로서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 2 내지 4 중 1 종 이상의 구조를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112015029269682-pat00003
[화학식 3]
Figure 112015029269682-pat00004
[화학식 4]
Figure 112015029269682-pat00005
상기 화학식 2 내지 4에서,
X는 각각 독립적으로, S, O, Se, Te 또는 NR'이고,
Y 및 Z는 각각 독립적으로, S, O, Se 또는 CR'R''이고,
R3 내지 R8은 각각 독립적으로, -Ra-Rb를 나타내고,
Ra는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고,
Rb는 수소, OR', SR', NR'R'', Br, I, F 또는 Cl이고,
R' 및 R'R''은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
n은 각각 독립적으로, 5 내지 10000이다.
예를 들어, 상기 화학식 2의 구조를 나타내는 화합물 단량체는 하기 구조 2-1 내지 2-6로 나타낼 수 있다.
<구조 2-1> <구조 2-2> <구조 2-3>
Figure 112015029269682-pat00006
Figure 112015029269682-pat00007
Figure 112015029269682-pat00008
<구조 2-4> <구조 2-5> <구조 2-6>
Figure 112015029269682-pat00009
Figure 112015029269682-pat00010
Figure 112015029269682-pat00011
또한, 예를 들어, 상기 상기 화학식 3의 구조를 나타내는 화합물 단량체는 하기 구조 3-1 내지 3-29로 나타낼 수 있다.
<구조 3-1> <구조 3-2> <구조 3-3>
Figure 112015029269682-pat00012
Figure 112015029269682-pat00013
Figure 112015029269682-pat00014
<구조 3-4> <구조 3-5> <구조 3-6>
Figure 112015029269682-pat00015
Figure 112015029269682-pat00016
Figure 112015029269682-pat00017
<구조 3-7> <구조 3-8> <구조 3-9>
Figure 112015029269682-pat00018
Figure 112015029269682-pat00019
Figure 112015029269682-pat00020
<구조 3-10> <구조 3-11> <구조 3-12>
Figure 112015029269682-pat00021
Figure 112015029269682-pat00022
Figure 112015029269682-pat00023
<구조 3-13> <구조 3-14> <구조 3-15>
Figure 112015029269682-pat00024
Figure 112015029269682-pat00025
Figure 112015029269682-pat00026
<구조 3-16> <구조 3-17> <구조 3-18>
Figure 112015029269682-pat00027
Figure 112015029269682-pat00028
Figure 112015029269682-pat00029
<구조 3-19> <구조 3-20> <구조 3-21>
Figure 112015029269682-pat00030
Figure 112015029269682-pat00031
Figure 112015029269682-pat00032
<구조 3-22> <구조 3-23> <구조 3-24>
Figure 112015029269682-pat00033
Figure 112015029269682-pat00034
Figure 112015029269682-pat00035
<구조 3-25> <구조 3-26> <구조 3-27>
Figure 112015029269682-pat00036
Figure 112015029269682-pat00037
Figure 112015029269682-pat00038
<구조 3-28> <구조 3-29>
Figure 112015029269682-pat00039
Figure 112015029269682-pat00040
또한, 예를 들어, 상기 화학식 4의 구조를 나타내는 화합물 단량체는 하기 구조 4-1 내지 4-6으로 나타낼 수 있다.
<구조 4-1> <구조 4-2> <구조 4-3>
Figure 112015029269682-pat00041
Figure 112015029269682-pat00042
Figure 112015029269682-pat00043
<구조 4-4> <구조 4-5> <구조 4-6>
Figure 112015029269682-pat00044
Figure 112015029269682-pat00045
Figure 112015029269682-pat00046
구체적으로, 상기 화학식 2 내지 4의 치환기 정의 중에서,
X는 S이고,
Y 및 Z는 O이고,
R3 및 R4는 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
R5 및 R6은 각각 독립적으로 -(CH2)l-OR', -(CH2)l-F, -(CH2)l-Br, -(CH2)l-I 또는 -(CH2)l-Cl이고,
R7 및 R8은 각각 독립적으로, -(CH2)l-OR', -(CH2)l-F, -(CH2)l-Br, -(CH2)l-I 또는 -(CH2)l-Cl이고,
R'은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
l은 0내지 10이며,
n은 각각 독립적으로, 5 내지 10000일 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 화합물은, 상기 화학식 2 내지 4 중 2 종 이상의 구조를 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 상기 화합물은, 화학식 2로 나타내는 화합물과 화학식 3 및 4로 나타내는 화합물 중 1 종 이상을 포함하는 화합물일 수 있다. 다른 하나의 예로서, 상기 화합물은, 화학식 3으로 나타내는 화합물과 화학식 2 및 4로 나타내는 화합물 중 1 종 이상을 포함하는 화합물일 수 있다. 또 다른 하나의 예로서, 상기 화합물은, 화학식 4로 나타내는 화합물과 화학식 2 및 3으로 나타내는 화합물 중 1 종 이상을 포함하는 화합물일 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 5와 더불어, 화학식 6 및 7 중 1 종 이상의 구조를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112015029269682-pat00047
[화학식 6]
Figure 112015029269682-pat00048
[화학식 7]
Figure 112015029269682-pat00049
상기 화학식 5 내지 7에서,
R9는 Br 또는 I이고,
R10는 OR' 또는 I이고,
R11 및 R12는 각각 독립적으로, OR' 또는 Br이고,
R13 및 R14는 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
R'는 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
n은 5 내지 10000이다.
화학식 1의 K(K는 5 내지 10000 사이의 임의의 정수) 번째 반복구조는 K-1 번째 반복구조와 비교하여 화학식 1의 정의 중에서, X, Y, Z, R1 및 R2 중 1 종 이상이 다를 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 2 내지 4로 나타내는 화합물로부터 도출되는 단량체 중 하나 이상이 서로 연결되어 본 발명에 따른 화합물을 나타낼 수 있다.
이때, 다수의 단량체로부터 화합물이 형성될 때, 화합물을 이루는 단량체는 그 구조가 서로 상이할 수 있다. 상기 화합물를 이루는 단량체 조합은 화학식 1의 구조를 벗어나지 않는 이상 특별히 한정되지 않는다.
하나의 예로서, 화합물을 이루는 각각의 단량체가 서로 다른 구조를 형성할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 화합물을 이루는 단량체 중, 제1 구조(A)의 단량체가 복수 개로 연결되어 있고, 이에 연결되어, 복수 개의 제2 구조(B)가 복수 개로 연결되어 있는 구조를 형성할 수 있다. 이때, 제1 구조 및 제2 구조는 화학식 1의 정의 중에서, X, Y, Z, R1 및 R2 중 1 종 이상이 다른 임의의 구조를 나타내며, 제1 구조 및 제2 구조는 예를 들어 설명한 것일 뿐, 이외의 구조가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 화합물의 산화 전압을 Ag/AgCl 기준에서 - 0.5 내지 1 V일 수 있다. 화합물의 산화 전압을 상기 범위로 제어함으로써, 저전압 스위칭을 통해 산화 및 환원을 조절하여 다양한 파장의 흡수도를 조절할 수 있으며, 이를 이용하여 제조된 소자는 높은 메모리 성능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 산화 전압은 - 0.3 내지 0.75 V 또는 0.2 내지 0.72 V일 수 있다.
본 발명은 상기 화합물을 포함하는 전기변색 박막 소자를 제공할 수 있다. 상기 전기변색 박막 소자의 하나의 예로서,
일정 간격으로 대향 배치된 전극들;
상기 전극들 중 어느 하나 이상의 전극의 일면에 형성되고, 외부 광원으로부터 입사되는 입사광의 흡수도를 조절하며, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 전기변색 박막;
대향 배치된 전극들 사이에 형성된 전해질층;
대향 배치된 전극들에 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 전원을 포함하며,
전원이 차단된 후에 소색 또는 착색 상태를 1 시간 이상 유지하는 전기변색 박막 소자를 제공할 수 있다.
구체적으로, 상기 전기변색 박막 소자는 전원이 차단된 후에 소색 또는 착색 상태를 1 시간 이상 유지함으로써, 메모리 성능이 우수한 전기변색 박막을 제공할 수 있다. 이는, 에너지 절약형 전자 장치 내지 스마트 윈도우 등으로 응용이 가능하다. 예를 들어, 전자 장치의 경우, 소비전력이 적은 저전압 디스플레이, 유기 메모리, 광학소자 필터 및 플렉서블 소자 등에 다양하게 적용이 가능하며, 스마트 윈도우의 경우, 쾌적한 실내 환경을 만들기 위해 대량의 에너지를 소비하지 않는 친환경적인 건물, 자동차, 비행기 등에 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리 성능은 1 내지 600 시간, 180 내지 500 시간 또는 200 내지 500 시간 동안 유지될 수 있다.
대향 배치된 전극들 중 1 종 이상의 전극은 일면에 유기물, 무기물 또는 유-무기 하이브리드를 포함하는층을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 유기물은 니트록사이드 라디칼(nitroxide radical) 및 페녹실 라디칼(phenoxyl radical) 등을 포함할 수 있다.
또한, 무기물은 TiO2, SnO2, Sn:Mo 및 ATO(Antimony Tin Oxide) 등을 포함할 수 있다.
또한, 유-무기 하이브리드는 유기물 및 무기물의 물질을 동시에 포함할 수 있다.
상기 유-무기 하이브리드에 있어서, 유기물의 예로는, 트리(펜타클로로페닐)메틸(tri(pentachlorophenyl)methyl), 디페닐피크릴하이드라질(diphenylpicryl hydrazyl), 2,4,6-트리-t-부틸페녹실(2,4,6-tri-t-butylphenoxyl), 2,2,6,6,-테트라메틸-1-피페리디닐옥시(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy) 및 폴리(2,2,6,6,-테트라메틸피페리디닐옥시-4-일 메타크릴레이트)(poly(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxy-4-yl methacrylate)) 등을 포함할 수 있다.
상기와 같이 전기변색 층에 대향 배치된 전극에 유기물, 무기물 또는 유-무기 하이브리드를 포함하는층을 더 형성함으로써, 기존 인가전압을 좀 더 낮추고, 반복성을 증가시킬 수 있다.
상기 전기변색 박막 소자는 전원 인가 5초 후의 투과도 변화율은 50% 이상일 수 있다. 예를 들어, 상기 전기변색 박막 소자의 전원 인가 5초 후의 투과도 변화율은 50 내지 85%, 55 내지 75% 또는 70 내지 75%일 수 있다. 상기 범위 내의 투과도 변화율을 통해, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자는 우수한 반응속도를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
상기 전기변색 박막 소자에 있어서, 전기변색 박막은 상기 설명한 본 발명에 따른 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전기변색 박막은, 본 발명에 따른 화합물과 더불어, 산화제, 단량체, 첨가제 및 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 산화제, 단량체, 첨가제 및 용매는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 산화제로는 아이언(Ⅲ) p-톨루엔설퍼네이트 헥사하이드레이트(Iron(Ⅲ) p-toluenesulfonate hexahydrate), 아이언(Ⅲ) 클로라이드 헥사하이드레이트(Iron(Ⅲ) chloride hexahydrate) 및 아이언(Ⅲ) 클로라이드(Iron(Ⅲ) chloride) 등을 포함할 수 있고, 첨가제로는 피리딘(pyridine), 폴리(프로필렌글리콜) 블록공중합체 및 폴리(에틸렌글리콜) 블록공중합체 등을 포함할 수 있으며, 용매로는 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol) 및 부탄올(Butanol) 등을 포함할 수 있다.
상기 전기변색 박막은 조성물에 따른 다양한 산화상태를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 화합물, 산화제, 단량체, 첨가제 및 용매의 함량에 따라 다양한 흡수도를 갖는 박막을 제조할 수 있으며,
결과적으로, 상기 전기변색 박막은 전압 인가에 의한 전기화학적 산화 및 환원에 의해 가역적인 색변화를 보일 수 있다.
상기 전기변색 박막의 형성방법은 특정 공정으로 한정하지 않으며, 예를 들어, 종래의 형성방법인, 전극 기판에 전기중합, 증기중합, 화학중합 및 전기화학중합 등의 방법을 통해 형성할 수 있으며, 용액 공정이 가능한 본 발명에 따른 전기변색 물질의 경우, 용매에 용해시켜 스핀코팅, 스프레이코팅, 담금코팅, 바코팅, 잉크젯 프린팅 등의 방법으로 형성이 가능할 수 있다. 상기 용액 공정을 통해, 전기변색 박막은 다양한 기재에 형성할 수 있다. 예를 들어, 유리, 웨이퍼, 플라스틱, 금속 호일 또는 플렉서블(flexible) 기재 상에 박막을 형성하는데 있어서 용이할 수 있다.
상기 전기변색 박막의 두께는 전기변색 반응에 의해 흡광도의 변화가 나타나는 범위로 한정하고, 예를 들어, 상기 전기변색 박막의 두께는 130 내지 200 nm, 150 내지 200 nm 또는 170 내지 200 nm일 수 있다. 이때, 두께 조절은 스핀 코팅을 통한 조절 및 용액의 조성에 따른 조절이 있을 수 있다.
상기 전기변색 박막은 전기화학 스위칭에 따라 변화된 산화상태를 가질 수 있다. 상기 전기변색이란, 전압을 인가하였을 때, 전계방향에 의해 가역적으로 색이 변화하는 현상을 말할 수 있다. 구체적으로, 전기변색은 전압을 인가하였을 때, 전계방향에 의해 물질의 전기 화학적 산화환원 반응이 일어나며, 이 때, 동반되는 재료의 흡광도의 변화가 가시광 영역에서 가역적으로 관찰되는 현상이다. 예를 들어, 환원상태에서 착색이 되고, 산화상태에서 소색이 되는 것을 환원발색(cathodic coloration)이라고 하며, 환원상태에서 소색이 되고 산화상태에서 착색이 되면 산화발색(anodic coloration)이라고 한다. 이와 같이, 상기 전기변색 박막은 전기화학적 스위칭을 통해 산화환원을 일으키는 방법으로 색 변화를 나타낼 수 있다.
상기 전기변색 박막 소자의 일정 간격으로 대향 배치된 전극들은 투명 전극일 수 있으며, 2 전극 또는 3 전극 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 2 전극이란, 상대 전극 및 작업 전극을 포함하는 2 개의 전극을 사용하는 전극 시스템을 의미할 수 있으며, 3 전극이란, 상대 전극, 기준 전극 및 작업 전극을 포함하는 3 개의 전극을 사용하는 전극 시스템을 의미할 수 있다.
상기 전기변색 박막은 패턴화된 형태일 수 있다. 예를 들어, 유리 또는 플렉서블 기재 상에 수 나노 사이즈(nano size) 내지 수 마이크로 사이즈(micro size)로 미세 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 패턴화된 전기변색 박막은 일정한 간격으로 전기적 활성이 있는 변색부와 전기적 활성이 없는 비변색부가 교차적으로 나타나는 그레이팅을 보유할 수 있다. 상기 그레이팅의 사이즈는 1 nm 내지 50 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 그레이팅의 사이즈는 100 nm 내지 50 ㎛, 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 5 ㎛ 내지 30 ㎛ 또는 5 ㎛ 내지 15 ㎛일 수 있다. 상기 패턴은 상기 패턴을 형성하는 방법은, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 포토레지스트(photoresist) 패턴을 이용한 포토리소그라피(photolithography) 및 전자빔 리소그라피(e-beam lithography) 방법이 가능하며, 특히, 용액 공정이 가능한 본 발명에 따른 전기변색 물질의 경우에는, 임프린팅(imprinting)법, MIMIC법(micromolding in capillaries process), 홀로그라피(holography)법 또는 광패터닝(photo-patterning)법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 본 발명에서 전기변색 박막이 패턴화되지 않은 형태를 배제하는 것은 아니다.
상기 전해질층은 전압 인가에 따라, 전해질의 전하 이동 및 전기변색 박막으로의 도핑 또는 디도핑을 일으킬 수 있다.
이때, 상기 전해질층은 이온성 액체 전해질을 포함할 수 있으며, 상기 이온성 액체 전해질의 종류는 당 분야에서 사용되는 일반적인 것으로, 특별히 한정하지 않는다.
구체적으로, 이온성 액체 전해질은, 전해질염이 용해된 용액을 사용하여, 이를 주사 또는 진공진입 등의 방법으로 전해질층을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 전해질염은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, n-Bu4NClO4, n-Bu4NPF6, NaBF4, LiClO4, LiPF6, LiBF4, LiN(SO2C2F5)2, LiCF3SO3, C2F6LiNO4S2 및 K4Fe(CN)6 등을 포함할 수 있다. 상기 전해질염은 1 종의 단일화합물 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 전해질 용액은 전해질염 0.001 내지 10 M을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전해질염은 0.001 내지 5 M, 0.01 내지 5 M, 0.1 내지 1 M 또는 0.1 내지 0.5 M을 포함할 수 있으며, 용매 1 M을 함유할 수 있다. 상기 범위 내에서, 높은 전기변색성을 구현할 수 있으며, 용액에서 화합물이 용출되는 문제점을 방지할 수 있다.
상기 전해질층은 광변색 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광변색 물질은 염료 및 안료 중 1 종 이상일 수 있다. 상기 염료 및 안료 중 1 종 이상은 전해질층을 구성하는 전체 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 1 중량부를 포함할 수 있고, 이 때, 염료 및 안료는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 아조염료(azo dye), 니트로(nitro) 염료, 니트로소(nitroso) 염료, 안트라퀴논(anthraquinone) 염료, 아크리딘(acridine) 염료, 인디고(indigo) 염료 및 아진(azine) 염료 중 1 종 이상을 포함할 수 있다. 상기 전해질층에 광변색 물질을 더 포함함으로써, 광/전기 듀얼모드 이중변색 소자 구현이 가능할 수 있다.
상기 전해질층은 전하 균형용 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전하 균형용 첨가제를 0.001 내지 0.5 M 포함할 수 있고, 상기 첨가제는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 메탈로센, 아민옥사이드 및 그 유도체 중 1 종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해질층은 용매를 포함할 수 있고, 상기 용매는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 디클로메탄, 클로로포름, 아세토니트릴, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 테트라하이드로퓨란(THF) 및 뷰틸렌 카보네이트 중 1 종 이상의 비수성 용매를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색 박막 소자(100)는 도 1을 통해 설명할 수 있다. 도 1을 보면, 대향 배치된 전극들은 각각 투명전극(170)과 상대전극(180)을 의미할 수 있으며, 상기 전극들 사이에 형성된 전기변색 박막(160), 전해질층(130) 및 전원(190)를 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 대향 배치된 전극들은 각각 투명기판(110, 150) 및 상기 투명기판 일면에 도전막(120, 140)을 형성하여 사용할 수 있다.
상기 전기변색 박막 소자는 외부 고광원으로부터 입사되는 입사광이 전기변색 박막에 의해 흡수되고, 전원에 의해 대향 배치된 전극들에 전압이 인가되며, 이는 양 전극 사이 스페이서에 의해 채워진 전해질의 전하 이동 및 전기변색 박막으로의 도핑(doping) 및 디도핑(de-doping)을 일으켜 전기변색을 구현할 수 있다.
상기 전기변색 박막 소자의 상대전극 상층 구조는 다양하게 설계 변경 가능하다. 하나의 예로서, 상기 상대전극 상층 구조(200)로서, 하기 도 2와 같이, 평면형태의 트랜지스터 타입으로 형성할 수 있다. 구체적으로, 투명기판(210, 250) 및 상기 투명기판 일면에 도전막(220, 240)을 도 2와 같은 형태로 형성하여 대향 배치하고, 그 사이에 전기변색 박막(230)을 형성하며, 상기 상부 투명기판에 전원(260)을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 전기변색 박막 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 LCD(liquid crystal display), CRT(cathode ray tube), PDP(plasma display panel), FED(field emission display) 및 OLED(organic light emitting diode) 등을 포함할 수 있으며, 실생활에서 TV, 컴퓨터, 노트북, 네비게이션, 스마트 폰, 테블릿 PC, 전자책 및 손목시계 등에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 디스플레이 장치는 투명 디스플레이 장치일 수 있다.
구체적으로, 상기 디스플레이 장치는 디스플레이 패널; 터치 패널; 및 보호기판을 포함하며,
전기변색 박막 소자는 터치 패널과 보호기판 사이에 형성된 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 디스플레이 장치로 외부 광원이 입사될 수 있으며, 상기 외부 광원은 전극 및 전해질층을 투과하여 전기변색 박막으로 도달하게 된다. 이때, 전기변색 박막을 통해, 광원의 흡수도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 광원의 흡수도는 80%에서 5%까지 산화 내지 환원 상태에 따라 조절할 수 있다. 여기서 흡수도 100%는 광이 완전히 차단된 상태를 의미한다. 결과적으로, 박막의 두께 및 인가 전압의 조절에 따른 산화상태 변화를 통해 전기변색을 나타낼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전기변색 박막을 포함하는 디스플레이 장치는 간단한 방법으로 외부광을 조절하여 더욱 선명하고 깨끗한 이미지를 구현할 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 도 3을 통해 나타낼 수 있다. 도 3을 보면, 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(300), 터치 패널(310), 전기변색 박막 소자층(320), 보호 기판(330), 광센서(340) 및 전압부(350)를 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다.
상기 전기변색 박막 소자는 디스플레이 장치의 보호기판 상부에 형성될 수 있다. 이 또한, 상기와 같은 방법으로 외부광을 조절하여 디스플레이의 높은 선명도를 구현할 수 있다. 상기 디스플레이 장치는 도 4를 통해 나타낼 수 있다. 도 4를 보면, 디스플레이 장치는 디스플레이 패널(400), 터치 패널(410), 보호 기판(430), 전기변색 박막 소자층(420), 광센서(440) 및 전압부(450)를 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 전기변색 박막 소자는 터치 패널을 포함하지 않는 디스플레이 장치에 포함될 수 있으며, 예를 들어, 도 5 및 도 6을 통해 나타낼 수 있다. 도 5는 디스플레이 패널(500), 전기변색 박막 소자층(520) 및 보호 기판(530)이 순차 적층된 형태로, 광센서(540) 및 전압부(550)을 포함하고 있다. 또한, 도 6은 디스플레이 패널(600), 보호 기판(630) 및 전기변색 박막 소자층(620)이 순차 적층된 형태로, 광센서(640) 및 전압부(650)을 포함하고 있다.
상기 디스플레이 장치는 실내 및 실외에서 가변적으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 스마트 폰, 테블릿 PC, 네비게이션 및 전자책 등의 장치는, 실내 및 실외에서 가변적으로 사용할 수 있다. 이 때, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 실외에서 사용할 경우 문제점이 되던 선명도 및 시인성을 상기 전기변색 박막 소자를 사용함으로써 해소할 수 있다.
상기 디스플레이 장치에 있어서, 외부에 태양으로부터의 광원이 존재하는 실외에서 전기변색 박막 소자는 외부광의 흡수도를 조절하여 박막의 변색이 일어나며, 실내에서는 박막의 변색이 일어나지 않을 수 있다. 구체적으로, 전기변색 박막 소자는 외부광의 흡수도를 조절하여 전기변색을 나타낼 수 있다.
하나의 예로서, 디스플레이 장치의 터치 패널과 보호기판 사이 또는 보호기판 상부에 형성된 전기변색 박막이 외부광의 흡수도를 조절하여 전기변색을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전압 스위칭을 통해 산화상태를 조절하여 광원의 흡수도를 조절할 수 있으며, 이를 통해, 실내에서는 투명 전극의 본연의 특성을 유지할 수 있으며, 실외에서는 높은 선명도 및 시인성을 구현할 수 있다.
또 하나의 예로서, 전기변색 박막 소자 내의 전해질층에 함유된 광변색 물질을 통해 광변색을 유도할 수 있다. 구체적으로, 소색 또는 착색된 상태에서 실외의 태양광을 흡수하여 원하는 색으로 광변색을 유도할 수 있다. 이를 통해, 태양광이 존재하는 실외에서와 태양광이 존재하지 않는 실내에서 가변적으로 색이 변하는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이를 통해, 실내에서는 투명 전극의 본연의 특성을 유지할 수 있으며, 실외에서는 높은 선명도 및 시인성을 구현할 수 있다.
이하, 상기 서술한 내용을 바탕으로, 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 한정하려는 것은 아니다.
제조예 1: 단량체 합성
하기 반응식 1을 통해 하기 구조 1의 단량체를 합성하였다. 제조된 단량체의 NMR 및 산화전압 측정 결과는 하기 기재하였다.
[반응식 1]
Figure 112015029269682-pat00050
1H NMR(250 MHz, CDCl3) ; δ6.50(s,2H); 4.04(s, 4H); 3.62(s, 2H); 3.45(s, 2H); 3.37(s, 3H)
산화전압(Ag/AgCl 기준): 0.27 V
제조예 2: 단량체 합성
하기 반응식 2를 통해 하기 구조 2의 단량체를 합성하였다. 제조된 단량체의 NMR 및 산화전압 측정 결과는 하기 기재하였다.
[반응식 2]
Figure 112015029269682-pat00051
1H NMR(250 MHz, CDCl3) ; δ6.50(s,2H); 4.10(s, 4H); 3.61(s, 4H)
산화전압(Ag/AgCl 기준): 0.72 V
제조예 3: 단량체 합성
하기 반응식 3을 통해 하기 구조 3의 단량체를 합성하였다. 제조된 단량체의 NMR 및 산화전압 측정 결과는 하기 기재하였다.
[반응식 3]
Figure 112015029269682-pat00052
1H NMR(250 MHz, CDCl3) ; δ6.50(s,2H); 4.04(s, 4H); 3.62(s, 4H); 3.37(s, 6H)
산화전압(Ag/AgCl 기준): 0.03 V
제조예 4: 단량체 합성
공지기술[Nature Materials 2008, 7, 795-799]를 통해 하기 구조 4의 단량체를 합성하였다. 제조된 단량체의 산화전압 측정 결과는 하기 기재하였다.
Figure 112015029269682-pat00053
산화전압(Ag/AgCl 기준): 0.74 V
제조예 5: 단량체 합성
하기 구조 5의 2,3-디하이드로티오[3,4-b][1,4]디옥신 단량체를 합성하였다. 제조된 단량체의 산화전압 측정 결과는 하기 기재하였다.
Figure 112015029269682-pat00054
산화전압(Ag/AgCl 기준): - 0.3 V
제조예 6: 단량체 합성
하기 구조 6의 2-헥실-2,3-디하이드로티오[3,4-b][1,4]디옥신 단량체를 합성하였다. 제조된 단량체의 산화전압 측정 결과는 하기 기재하였다.
Figure 112015029269682-pat00055
산화전압(Ag/AgCl 기준): 0.1 V
실시예 1 내지 7: 전기변색 박막 제조
상기 제조예를 통해 제조된 단량체를 중합하여 전기변색 박막을 형성하였다. 단량체 중합 시 함량 조건 및 형성된 박막 두께는 하기 표 1과 같다.
구조 1 (g) 구조 2 (g) 구조 3 (g) 구조 4 (g) 구조 5 (g) 박막 두께 (nm)
실시예 1 0.05 - - - - 170
실시예 2 - 0.06 - - - 175
실시예 3 - 0.03 0.02 - - 220
실시예 4 - 0.03 0.04 - - 210
실시예 5 - 0.03 0.06 - - 200
실시예 6 - - 0.04 - - 170
실시예 7 - - - 0.06 - 180
비교예
공지된 PEDOT계 전도성 고분자(J. Braz. Chem. Soc., Vol. 10, No. 5, 394, 1999.)를 이용하여 전기변색 박막을 형성하였다.
실험예 1: 응답속도 측정
상기 실시예 1 내지 7에서 제조된 전기변색 박막에 대하여 응답속도를 측정하였다. 구체적으로, 전압 인가 후, 5초가 경과한 후 최대 투과도 차이를 보이는 파장에서 투과도 변화율을 측정하였다.
투과도 변화율(%)
실시예 1 73
실시예 2 75
실시예 3 55
실시예 4 74
실시예 5 79
실시예 6 60
실시예 7 72
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기변색 물질을 이용하여 전기변색 박막을 형성할 시, 단 시간 내에 높은 투과율 차이를 구현할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 구조 2 및 구조 3의 단량체를 포함하는 식시예 5의 경우 최대 투과도 차이가 79%로 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 전기변색 박막 소자의 착색, 소색 및 메모리 성능 확인
상기 실시예 2에서 제조된 전기변색 박막 및 이온성 액체 전해질을 이용하여 전해질층을 형성하여 전기변색 박막 소자를 제조하였다. 이렇게 제조된 전기변색 박막 소자에 대하여 (a) 착색, (b) 소색 및 (c) 메모리 성능을 확인하였다. 그 결과는 하기 도 7에 각각 나타내었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자는 착색, 소색 및 메모리 성능이 구현 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 전기변색 박막 소자의 메모리 성능 확인
상기 실시예 2 및 7에서 제조된 전기변색 박막을 이용하여 전기변색 박막 소자를 제조하였다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자는 전해질층으로서, 이온성 액체 전해질을 사용하였으며, 이렇게 제조된 전기변색 박막 소자에 대하여 메모리 성능을 측정하였다. 구체적으로, 전기변색 스위칭 후, 전원 차단(open circuit)하에서 시간에 따른 투과도 변화를 통해, 각각 착색 및 소색에 대한 메모리 성능을 측정하였다. 측정 결과는 하기 도 8에 나타내었다. 도 8을 보면, 본 발명에 따른 화합물을 사용하여 전기변색 박막을 형성하고, 산화전압이 높은 실시예 2 및 7의 경우, 인가 전압을 차단하고 1 시간 이상의 시간이 지난 후에도 착색 상태를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자의 우수한 메모리 성능을 확인할 수 있었다.
실험예 4: 전기변색 박막 소자의 메모리 성능 비교
상기 실시예 2 및 비교예에서 제조된 전기변색 박막을 이용하여 전기변색 박막 소자를 제조하였다. 구체적으로, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자는 전해질층으로서, 이온성 액체 전해질을 사용하였으며, 비교예의 경우에는 이온성 액체 전해질을 사용하지 않았다.
이렇게 제조된 전기변색 박막 소자의에 대하여 메모리 효과를 측정하였다. 구체적으로, 전기변색 스위칭 후, 전원 차단(open circuit)하에서 시간에 따른 투과도 변화를 통해, 각각 착색 및 소색에 대한 메모리 성능을 측정하였다. 측정 결과는 하기 도 9에 나타내었다.
도 9를 보면, 본 발명에 따른 전기변색 물질을 사용하여 전기변색 박막을 형성하고, 이온성 액체 전해질을 이용하여 전해질층을 형성한 실시예 2의 경우, 인가 전압을 차단하고 1 시간 이상의 시간이 지난 후에도 착색 및 소색 상태를 유지하고 있으나, PEDOT계 고분자를 사용하여 전기변색 박막을 형성하고, 이온성 액체 전해질을 사용하지 않고 전해질층을 형성한 비교예의 경우에는 30 분 이내에 투과도가 현저히 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자의 우수한 메모리 성능을 확인할 수 있었다.
실험예 5: 광/전기 듀얼모드 이중변색 소자 성능 실험
상기 실시예 2에서 제조된 전기변색 박막 및 이온성 액체 전해질과 광변색 물질을 첨가한 전해질층을 형성하여 전기변색 박막 소자를 제조하였다. 이때, 광변색 물질로서, Red 계열 염료(도 10)와, Blue 계열의 염료(도 11)를 10 중량%의 농도로 각각 첨가하여 전기변색 박막 소자를 제조하였다.
도 10 및 11의 (a)를 보면, 본 발명에 따른 전기변색 박막 소자는 소색 상태(a, 2a)에서, 전기화학 스위칭을 통해 전압을 인가할 시, 착색 상태(b, 2b)로 전기변색이 되었다. 또한, 상기 전기변색 박막 소자의 점선을 기준으로 상부에 UV를 조사하여 광변색을 유도하였다. 구체적으로, 상기 소색 상태에서의 광변색(c, 2c)된 소자와 착색 상태에서의 광변색(d, 2d)된 소자를 확인할 수 있었다.
또한, 상기 광변색된 전기변색 박막 소자에 대하여 가시광선에 노출시켰다. 이를 통해, 광변색되었던 전기변색 박막이 다시 원래의 소색 상태(a', 2a')와 착색 상태(b', 2b')로 돌아온 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 각각의 상태에 대한 광 투과 스펙트럼은 도 10 및 11의 (b)를 통해 확인할 수 있다.
이를 통해, 광/전기 듀얼모드 이중변색 소자 구현이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.
100: 전기변색 소자
110, 150, 210, 250: 투명기판
120, 140, 220, 240: 도전막
130: 전해질층
160, 230: 전기변색 박막
190, 260: 전원
170: 투명전극
180: 상대전극
200: 상대전극 상층 구조
300, 400, 500, 600: 디스플레이 패널
310, 410: 터치 패널
320, 420, 520, 620: 전기변색 박막 소자층
330, 430, 530, 630: 보호 기판
340, 440, 540, 640: 광센서
350, 450, 550, 650: 전압부

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1로 나타내는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112015089920086-pat00056

    상기 화학식 1에서,
    X는 S, O, Se, Te 또는 NR'이고,
    Y 및 Z는 각각 독립적으로, S, O, Se 또는 CR'R''이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, -Ra-Rb를 나타내고,
    Ra는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고,
    Rb는 수소, SR', NR'R'', Br, I, F 또는 Cl이고,
    R' 및 R''은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
    m은 0 내지 4이며,
    n은 5 내지 10000이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 하기 화학식 2 내지 4 중 1 종 이상의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물:
    [화학식 2]
    Figure 112015089920086-pat00057

    [화학식 3]
    Figure 112015089920086-pat00058

    [화학식 4]
    Figure 112015089920086-pat00059

    상기 화학식 2 내지 4에서,
    X는 각각 독립적으로, S, O, Se, Te 또는 NR'이고,
    Y 및 Z는 각각 독립적으로, S, O, Se 또는 CR'R''이고,
    R3 내지 R8은 각각 독립적으로, -Ra-Rb를 나타내고,
    Ra는 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기이고,
    Rb는 수소, SR', NR'R'', Br, I, F 또는 Cl이고,
    R' 및 R'R''은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
    n은 각각 독립적으로, 5 내지 10000이다.
  3. 제 2 항에 있어서,
    화학식 2 내지 4의 치환기 정의 중에서,
    X는 S이고,
    Y 및 Z는 O이고,
    R3 및 R4는 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이고,
    R5 및 R6은 각각 독립적으로 -(CH2)l-F, -(CH2)l-Br, -(CH2)l-I 또는 -(CH2)l-Cl이고,
    R7 및 R8은 각각 독립적으로 -(CH2)l-F, -(CH2)l-Br, -(CH2)l-I 또는 -(CH2)l-Cl이고,
    R'은 각각 독립적으로, 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
    l은 0 내지 10이며,
    n은 각각 독립적으로, 5 내지 10000인 것을 특징으로 하는 화합물.
  4. 제 2 항에 있어서,
    화합물은 화학식 2 내지 화학식 4 중 2 종 이상의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    화학식 1의 K(K는 5 내지 10000 사이의 임의의 정수) 번째 반복구조는 K-1 번째 반복구조와 비교하여 화학식 1의 정의 중에서, X, Y, Z, R1 및 R2 중 1 종 이상이 다른 것을 특징으로 하는 화합물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    산화 전압이 Ag/AgCl 기준에서 - 0.5 내지 1 V인 화합물.
  7. 일정 간격으로 대향 배치된 전극들;
    상기 전극들 중 어느 하나 이상의 전극의 일면에 형성되고, 외부 광원으로부터 입사되는 입사광의 흡수도를 조절하며, 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 전기변색 박막;
    대향 배치된 전극들 사이에 형성된 전해질층;
    대향 배치된 전극들에 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 전원을 포함하며,
    전원이 차단된 후에 소색 또는 착색 상태를 1 시간 이상 유지하는 전기변색 박막 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    대향 배치된 전극들 중 1 종 이상의 전극은 일면에 유기물, 무기물 또는 유-무기 하이브리드를 포함하는층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 박막 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    전원 인가 5초 후의 투과도 변화율은 50% 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색 박막 소자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    전기변색 박막의 두께는 130 내지 220 nm인 것을 특징으로 하는 전기변색 박막 소자.
  11. 제 7 항에 있어서,
    전기변색 박막은 패턴화된 형태인 것을 특징으로 하는 전기변색 박막 소자.
  12. 제 7 항에 있어서,
    전해질층은 이온성 액체 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 박막 소자.
  13. 제 7 항에 있어서,
    전해질층은 광변색 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 박막 소자.
  14. 제 7 항에 따른 전기변색 박막 소자를 포함하는 디스플레이 장치.
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