KR101853790B1 - 전기 변색 소자 - Google Patents

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Abstract

전압에 따라 투명 및 적어도 두 개의 색을 표시하는 제1 전기 변색 물질을 포함하는 제1 전기 변색 층, 그리고 상기 제1 전기 변색 층과 접촉하는 제1 전해질을 포함하는 제1 서브픽셀, 및 전압에 따라 투명, 흑색(black) 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색을 표시하는 제2 전기 변색 물질을 포함하는 제2 전기 변색 층, 그리고 상기 제2 전기 변색 층과 접촉하는 제2 전해질을 포함하는 제2 서브픽셀을 포함하는 전기 변색 소자를 제공한다.

Description

전기 변색 소자{ELECTROCHROMIC DEVICE}
전기 변색 소자에 관한 것이다.
전기 변색(electrochromic)은 전압을 인가하였을 때 전기장 방향에 의해 가역적으로 색이 변하는 현상을 말하며, 전기 변색 물질은 전기 화학적 산화 및 환원 반응에 의해 재료의 광 특성이 가역적으로 변화할 수 있는 물질을 말한다. 즉 전기 변색 물질은 전기장이 인가되지 않는 경우 색을 표시하지 않다가 전기장이 인가되면 색을 표시할 수 있으며, 또는 이와 반대로 전기장이 인가되지 않는 경우 색을 표시하다가 전기장이 인가되면 색이 소멸되거나 다른 색으로 변하는 특성을 가진다.
전기 변색 물질은 이러한 특성을 이용하여 전압에 따라 광 투과 특성이 변화하는 전기 변색 소자(electrochromic device)에 응용되고 있다.
전기 변색 소자는 스마트 윈도우(smart window)와 같은 광 투과 특성을 이용하는 소자에 응용될 뿐 아니라 최근에는 우수한 경량성 및 휴대성으로 인하여 전자 페이퍼와 같은 표시 장치(display)에도 응용되고 있다.
해상도를 높이고 색 특성을 개선하여 고효율, 고순도 색상을 구현할 수 있는 전기 변색 소자를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 전압에 따라 투명 및 적어도 두 개의 색을 표시하는 제1 전기 변색 물질을 포함하는 제1 전기 변색 층, 그리고 상기 제1 전기 변색 층과 접촉하는 제1 전해질을 포함하는 제1 서브픽셀, 및 전압에 따라 투명, 흑색(black) 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색을 표시하는 제2 전기 변색 물질을 포함하는 제2 전기 변색 층, 그리고 상기 제2 전기 변색 층과 접촉하는 제2 전해질을 포함하는 제2 서브픽셀을 포함하는 전기 변색 소자를 제공한다.
상기 전기 변색 소자는 상기 제1 서브픽셀의 일면에 위치하는 제1a 전극, 상기 제1 서브픽셀의 다른 일면에 위치하는 제1b 전극, 상기 제2 서브픽셀의 일면에 위치하는 제2a 전극 및 상기 제2 서브픽셀의 다른 일면에 위치하는 제2b 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1a 전극 및 상기 제2a 전극은 각각 동일하거나 서로 다른 전압이 가해질 수 있다. 또한, 상기 제1b 전극 및 상기 제2b 전극은 각각 동일하거나 서로 다른 전압이 가해질 수 있다.
상기 제1 전기 변색 물질 및 상기 제2 전기 변색 물질은 서로 상이하여, 각각 독립적으로 n 타입, p 타입 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
구체적으로는 상기 제1 전기 변색 물질 및 상기 제2 전기 변색 물질은 서로 상이하며, 각각 독립적으로 n 타입 금속 산화물, 비올로겐계 화합물, 프탈레이트계 화합물, 피리딘계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 그리고 환원 변색되는 도전성 고분자 화합물을 포함하는 n 타입 물질; p 타입 금속 산화물, 페닐 아민계 화합물, 아미노퀴논계 화합물, 희토류계 유기 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 페노티아진(phenothiazine)계 화합물, 페녹사티인(phenoxathiine)계 화합물, 디벤조디옥신(dibenzodioxin)계 화합물, 염료계 화합물, 그리고 산화 변색되는 도전성 고분자 화합물을 포함하는 p 타입 물질; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 전기 변색 층과 상기 제2 전기 변색 층은 상기 색을 독립적으로 표시할 수 있다.
제1 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질은 투명을 표시할 수 있고, 제2 전압 및 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질은 상기 적어도 두 개의 색 중 어느 하나를 각각 표시할 수 있다.
상기 제1 전압에서 상기 제2 전기 변색 물질은 투명을 표시할 수 있고, 상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제2 전기 변색 물질은 흑색 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색 중 어느 하나를 각각 표시할 수 있다.
상기 제2 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색과 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 서로 상이할 수 있다. 또한 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색과 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 서로 상이할 수 있다.
상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색, 청색 및 흑색 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타 및 옐로우 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타, 옐로우 및 흑색 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타 및 옐로우 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색, 청색 및 흑색 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타, 옐로우 및 흑색 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 서브픽셀 및 상기 제2 서브픽셀은 제1 전압에서 투명을 표시하고, 제2 전압 및 제3 전압에서 상기 제1 서브픽셀은 상기 적어도 두 개의 색 중 어느 하나를 각각 표시하고 상기 제2 서브픽셀은 흑색 및 상기 흑색 이외의 적어도 하나의 색 중 어느 하나를 각각 표시하며, 상기 제2 전압에서 상기 제1 서브픽셀이 표시하는 색과 상기 제2 서브픽셀이 표시하는 색은 서로 상이하고, 상기 제3 전압에서 상기 제1 서브픽셀이 표시하는 색과 상기 제2 서브픽셀이 표시하는 색은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 전해질은 상기 제1 전기 변색 층과 상반되는 타입의 물질을 포함하고, 상기 제2 전해질은 상기 제2 전기 변색 층과 상반되는 타입의 물질을 포함할 수 있다.
상기 전기 변색 소자에서, 상기 제1 서브픽셀과 상기 제2 서브픽셀은 간격재를 사이에 두고 분리되어 있을 수 있다.
상기 전기 변색 소자에서, 상기 제1 서브픽셀은 제1 반사층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 전기 변색 층과 상기 제1 반사층은 상기 제1 전해질을 사이에 두고 마주할 수 있다.
상기 전기 변색 소자에서, 상기 제2 서브픽셀은 제2 반사층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 전기 변색 층과 상기 제2 반사층은 상기 제2 전해질을 사이에 두고 마주할 수 있다.
상기 전기 변색 소자는 복수의 픽셀을 포함할 수 있으며, 상기 각각의 픽셀은 상기 제1 서브픽셀 및 상기 제2 서브픽셀을 포함할 수 있다.
기타 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
색 필터, 3원색의 서브 픽셀 및 3원색 판넬의 적층 구조의 도입이 없이도 전압을 변화시키면서 다양한 색을 표현할 수 있다. 이에 따라 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 색 필터에 의해 손실되는 광을 줄여 효율을 개선할 수 있고, 해상도를 높일 수 있어 색 특성 또한 개선할 수 있다.
적어도 하나의 컬러 도면이 포함되어 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 전기 변색 소자에서 전압 인가에 따른 전기 화학적 반응에 따라 각 서브픽셀에서 표시하는 색을 예시적으로 도시한 개략도이다.
도 3은 다른 일 구현예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 4는 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제1 서브픽셀의 인가 전압에 따른 색 변화를 보여주는 사진이다.
도 5는 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제1 서브픽셀의 인가 전압에 따른 빛의 반사도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제1 서브픽셀의 인가 전압에 따라 변화하는 색좌표이다.
도 7은 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제2 서브픽셀의 인가 전압에 따른 색 변화를 보여주는 사진이다.
도 8은 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제2 서브픽셀의 인가 전압에 따른 빛의 반사도를 보여주는 그래프이다.
도 9는 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제2 서브픽셀의 인가 전압에 따라 변화하는 색좌표이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 구현예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현 예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 기판 등의 부분이 다른 구성요소 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "조합"이란 일반적으로는 혼합, 화학결합 또는 공중합을 의미한다. 　여기서, "공중합"이란 블록 공중합, 랜덤 공중합 또는 그래프트 공중합을 의미한다.
일 구현예에 따른 전기 변색 소자는 전압에 따라 투명 및 적어도 두 개의 색을 표시하는 제1 전기 변색 물질을 포함하는 제1 전기 변색 층, 그리고 상기 제1 전기 변색 층과 접촉하는 제1 전해질을 포함하는 제1 서브픽셀, 및 전압에 따라 투명, 흑색(black) 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색을 표시하는 제2 전기 변색 물질을 포함하는 제2 전기 변색 층, 그리고 상기 제2 전기 변색 층과 접촉하는 제2 전해질을 포함하는 제2 서브픽셀을 포함한다.
그러면 일 구현예에 따른 전기 변색 소자에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 전기 변색 소자(100)는 서로 마주하며 간격재(40)에 의해 고정되어 있는 하부 기판(10)과 상부 기판(20); 하부 기판(10) 및 상부 기판(20) 각각의 일면에 위치하는 하부 전극(12)과 상부 전극(22); 하부 전극(12)과 상부 전극(22) 사이에 분리되어 있는, 구체적으로는 간격재(40)에 의해 분리되어 있는 제1 서브픽셀(71)과 제2 서브픽셀(73)을 포함한다.도 1에서, 하부 전극(12)이 상기 제1 서브픽셀(71) 및 제2 서브픽셀(73)의 하부에서 하나로 연결된 형태인 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 하부 전극은 상기 제1 서브픽셀(71)의 하부에 위치하는 제1 하부 전극 및 상기 제2 서브픽셀(73)의 하부에 위치하는 제2 하부 전극으로 분리되어 있을 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 하부 전극 및 상기 제2 하부 전극에는 각각 동일하거나 서로 상이한 전압이 가해질 수 있다.
마찬가지로, 도 1에서, 상부 전극(22)이 상기 제1 서브픽셀(71) 및 제2 서브픽셀(73)의 상부에서 하나로 연결된 형태인 것으로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 전극은 상기 제1 서브픽셀(71)의 상부에 위치하는 제1 상부 전극 및 상기 제2 서브픽셀(73)의 상부에 위치하는 제2 상부 전극으로 분리되어 있을 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 상부 전극 및 상기 제2 상부 전극에는 각각 동일하거나 서로 상이한 전압이 가해질 수 있다.
상기 제1 서브픽셀(71)은 상기 하부 전극(12)과 상기 상부 전극(22) 사이에 채워져 있는 제1 전해질(31); 상기 상부 전극(22)의 일면에 위치하며 상기 제1 전해질(31)과 접촉하고 있는 제1 전기 변색 층(51); 그리고 상기 하부 전극(12)의 일면에 위치하며 상기 제1 전해질(31)과 접촉하고 있는 제1 반사층(61)을 포함하며, 상기 제1 전기 변색 층(51)은 전압에 따라 투명 및 적어도 두 개의 색을 표시한다.
상기 제2 서브픽셀(73)은 상기 하부 전극(12)과 상기 상부 전극(22) 사이에 채워져 있는 제2 전해질(33); 상기 상부 전극(22)의 일면에 위치하며 상기 제2 전해질(33)과 접촉하고 있는 제2 전기 변색 층(53); 그리고 상기 하부 전극(12)의 일면에 위치하며 상기 제2 전해질(33)과 접촉하고 있는 제2 반사층(63)을 포함하며, 상기 제2 전기 변색 층(53)은 전압에 따라 투명, 흑색 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색을 표시한다.
이에 따라 상기 전기 변색 소자(100)는 전압에 따라 투명, 흑색 및 흑색 이외의 적어도 세 개의 색을 표시할 수 있다.
도 1에서, 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73) 사이에 간격재(40)를 포함하고, 상기 제1 반사층(61) 및 상기 제2 반사층(63)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73) 사이의 간격재(40), 상기 제1 반사층(61) 및 상기 제2 반사층(63)은 선택적으로 생략될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73) 사이의 간격재(40)가 생략되는 경우, 상기 제 1 반사층(61)과 제 2 반사층(63)은 서로 연결된 구조일 수 있으며, 상기 제 1 반사층(61)과 제 2 반사층(63) 하부에 하부 전극(12)이 형성될 수 있다.
상기 하부 기판(10) 및 상기 상부 기판(20)은 투명 유리 또는 고분자로 만들어질 수 있으며, 고분자는 예컨대 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰 및 폴리이미드에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 하부 전극(12) 및 상기 상부 전극(22) 중 적어도 하나는 투명 도전체로 만들어질 수 있으며, 이들은 각각 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxidem ITO), 불소 함유 틴 옥사이드(fluorine tin oxide, FTO) 또는 안티몬 함유 틴 옥사이드(antimony doped tin oxide, ATO)와 같은 무기 도전성 물질이나 폴리아세틸렌 또는 폴리티오펜과 같은 유기 도전성 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 하부 전극(12) 및 상기 상부 전극(22)은 이러한 도전성 물질을 단독으로 또는 둘 이상을 혼합하여 적층 내지 도포함으로써 형성할 수 있다.
한편, 상기 전기 변색 소자를 반사형으로 구성하고 상부 전극(22)을 통해 표시를 인지하는 경우, 하부 전극(12)은 투명하지 않을 수 있다.
상기 제1 전해질(31) 및 상기 제2 전해질(33)은 전기 변색 물질의 산화/환원 반응을 촉진하는 물질을 공급하며, 또한 전기 변색 물질이 용해되어 있어 상부 전극(22)의 산화/환원 전위에 따라 추가적인 색을 표현해 주거나 상기 제1 전기 변색 층(51) 및 상기 제2 전기 변색 층(53)의 색을 보정해 줄 수 있다.
상기 제1 전해질(31) 및 상기 제2 전해질(33)은 액체 전해질 또는 고체 고분자 전해질일 수 있다.
상기 액체 전해질로는 예컨대 LiOH 또는 LiClO4와 같은 리튬 염, KOH과 같은 포타슘 염 및 NaOH와 같은 소듐 염, 테트라부틸 암모늄 헥사플루오로포스페이트(tetrabutyl ammonium hexafluorophosphate), 테트라부틸 암모늄 퍼클로레이트(tetrabutyl ammonium perchlorate)와 같은 암모늄 염을 전해질 용매에 녹여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 전해질 용매로는 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 폴리에틸렌 글리콜, N-메틸피롤리돈, 톨루엔, 자일렌, 프로필렌 글리콜 벤젠, 메틸에틸케톤, 테트라히드로 퓨란, 아세토니트릴 등의 유기 용매, 이온성 액체 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 고체 고분자 전해질로는 예컨대 폴리(2-아크릴아미노-2-메틸프로판 술폰산)(poly(2-acrylamino-2-methylpropane sulfonic acid) 또는 폴리에틸렌옥사이드(poly(ethylene oxide)), 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴레이트 등을 상기 전해질 용매에 녹여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전기 변색 층(51)과 상기 제2 전기 변색 층(53)은 서로 다른 전기 변색 물질을 포함한다. 전기 변색 물질은 전압이 인가되었을 때 전기장 방향에 따라 전기 화학적 변화에 의해 가역적으로 색을 표시할 수 있는 화합물로, 물질에 따라 고유색을 표시할 수 있다.
이때 상기 제1 전기 변색 층(51)과 상기 제2 전기 변색 층(53)은 각각 독립적으로 n 타입, p 타입 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있으며, 구체적으로는 n 타입 전기 변색 물질, p 타입 전기 변색 물질 또는 n 타입-p 타입 전기 변색 물질을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 제1 전기 변색 층(51)과 상기 제2 전기 변색 층(53)은 각각 독립적으로 n 타입-p 타입 전기 변색 물질을 포함할 수 있다.
n 타입 전기 변색 물질은 환원 상태에서 색을 표시하고 산화 상태에서 투명하게 되는 환원 발색(cathodic coloration) 물질일 수 있다. 이때, 상기 n 타입 전기 변색 물질은 환원 상태의 정도에 따라 서로 다른 색을 표시하는 물질일 수도 있다. 예를 들어, 상기 n 타입 전기 변색 물질은 제1 환원 전압과 제2 환원 전압에서 서로 다른 색을 표시할 수 있으며, 이와 같은 전기 변색 물질을 사용하는 경우 보다 다양한 색을 구현할 수 있다.
p 타입 전기 변색 물질은 산화 상태에서 색을 표시하고 환원 상태에서 투명하게 되는 산화 발색(anodic coloration) 물질일 수 있다. 이때, 상기 p 타입 전기 변색 물질은 산화 상태의 정도에 따라 서로 다른 색을 표시하는 물질일 수도 있다. 예를 들어, 상기 p 타입 전기 변색 물질은 제1 산화 전압과 제2 산화 전압에서 서로 다른 색을 표시할 수 있으며, 이와 같은 전기 변색 물질을 사용하는 경우 보다 다양한 색을 구현할 수 있다.
한편, n 타입-p 타입 전기 변색 물질은 환원 상태에서는 n 타입 세그먼트의 색을 표시하고, 산화 상태에서는 p 타입 세그먼트의 색을 표시하며, 중성 상태에서는 투명하게 되는 물질일 수 있다.
상기와 같이 상기 제1 전기 변색 층(51)이 n 타입 전기 변색 물질, p 타입 전기 변색 물질 또는 n 타입-p 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우, 상기 제1 전해질(31)은 상기 제1 전기 변색 층(51)과 상반되는 타입의 물질을 포함함으로써 안정적인 전기 화학 반응을 일으킬 수 있다. 예컨대 상기 제1 전기 변색 층(51)이 n 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우 상기 제1 전해질(31)은 p 타입 물질을 포함하고, 상기 제1 전기 변색 층(51)이 p 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우 상기 제1 전해질(31)은 n 타입 물질을 포함하며, 상기 제1 전기 변색 층(51)이 n 타입-p 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우 상기 제1 전해질(31)은 p 타입-n 타입 물질을 포함할 수 있다.
마찬가지로 상기 제2 전기 변색 층(53)이 n 타입 전기 변색 물질, p 타입 전기 변색 물질 또는 n 타입-p 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우, 상기 제2 전해질(33)은 상기 제2 전기 변색 층(53)과 상반되는 타입의 물질을 포함함으로써 안정적인 전기 화학 반응을 일으킬 수 있다. 예컨대 상기 제2 전기 변색 층(53)이 n 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우 상기 제2 전해질(33)은 p 타입 물질을 포함하고, 상기 제2 전기 변색 층(53)이 p 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우 상기 제2 전해질(33)은 n 타입 물질을 포함하며, 상기 제2 전기 변색 층(53)이 n 타입-p 타입 전기 변색 물질을 포함하는 경우 상기 제2 전해질(33)은 p 타입-n 타입 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 전기 변색 물질은 전압에 따라 투명 및 적어도 두 개의 색을 표시할 수 있으며, 상기 제2 전기 변색 물질은 전압에 따라 투명, 흑색 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색을 표시할 수 있다. 구체적으로는 상기 제1 변색 물질과 상기 제2 변색 물질은 투명을 표시하는 경우 이외에는 동일한 전압에서 동일한 색을 표시하지 않도록 선택할 수 있다.
상기 제1 전기 변색 물질 및 상기 제2 전기 변색 물질은 각각 독립적으로 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브덴(MoO3), 산화티타늄(TiO2)과 같은 n 타입 금속 산화물, 비올로겐계 화합물, 이소프탈레이트와 같은 프탈레이트계 화합물, 피리딘계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 환원 변색되는 도전성 고분자 화합물 등을 포함하는 n 타입 물질; 산화바나듐(V2O5), 산화이리듐(IrO2), 산화니오븀(Nb2O5), 산화니켈(NiO)과 같은 p 타입 금속 산화물, 페닐 아민계 화합물, 아미노퀴논계 화합물, 희토류계 유기 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 페노티아진(phenothiazine)계 화합물, 페녹사티인(phenoxathiine)계 화합물, 디벤조디옥신(dibenzodioxin)계 화합물, 류코(Leuco)염료 등의 염료계 화합물, 산화 변색되는 도전성 고분자 화합물 등을 포함하는 p 타입 물질; 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
구체적으로는 상기 제1 변색 물질은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 1-2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 2-2로 표시되는 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하기 화학식 1로 표시되는 화합물은 중성 상태에서는 투명하며, 산화 시에 적색으로 변색되고, 환원 시에 녹색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 산화 시에 적색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 1-2로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 환원 시에 녹색으로 변색될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112011060646862-pat00001
[화학식 1-1]
Figure 112011060646862-pat00002
[화학식 1-2]
Figure 112011060646862-pat00003
한편, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물은 중성 상태에서는 투명하며, 산화 시에 적색으로 변색되고, 환원 시에 청색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 산화 시에 적색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 2-2로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 환원 시에 청색으로 변색될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112011060646862-pat00004
[화학식 2-1]
Figure 112011060646862-pat00005
[화학식 2-2]
Figure 112011060646862-pat00006
구체적으로는 상기 제2 변색 물질은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 3-2로 표시되는 화합물, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물, 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 산화 시에 흑색으로 변색되고, 환원 시에 녹색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 3-1로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 산화 시에 흑색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 3-2로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 환원 시에 녹색으로 변색될 수 있다.
[화학식 3]
Figure 112011060646862-pat00007
[화학식 3-1]
Figure 112011060646862-pat00008
[화학식 3-2]
Figure 112011060646862-pat00009
한편, 하기 화학식 4로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 산화 시에 청색으로 변색되고, 환원 시에 흑색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 환원 시에 흑색으로 변색될 수 있다. 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물은 중성 상태에서 투명하며, 산화 시에 청색으로 변색될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112011060646862-pat00010
[화학식 4-1]
Figure 112011060646862-pat00011
[화학식 4-2]
Figure 112011060646862-pat00012
상기 제1 전기 변색 층(51)은 상기와 같은 제1 전기 변색 물질을 포함하고, 상기 제2 전기 변색 층(53)은 상기와 같은 제2 전기 변색 물질을 포함하며, 상기 제1 전기 변색 층(51)과 상기 제2 전기 변색 층(53)은 서로 분리되어 있으므로, 상기 제1 전기 변색 층(51)은 상기 제1 전기 변색 물질로부터 표시되는 고유색을 독립적으로 표시할 수 있고, 상기 제2 전기 변색 층(53)은 상기 제2 전기 변색 물질로부터 표시되는 고유색을 독립적으로 표시할 수 있다. 또한 상기 제1 전기 변색 층(51)이 표시하는 색은 상기 제1 서브픽셀(71)이 표시하는 색이 되고, 상기 제2 전기 변색 층(53)이 표시하는 색은 상기 제2 서브픽셀(73)이 표시하는 색이 된다.
이에 대하여 도 2를 도 1과 함께 참고하여 설명한다.
도 2는 도 1의 전기 변색 소자에서 전압 인가에 따른 전기 화학적 반응에 따라 제1 전기 변색 층(51) 및 제2 전기 변색 층(53)에서 표시하는 색을 예시적으로 도시한 개략도이다.
설명의 편의를 위해서, 도 2에서 첫번째 열(column)은 제1 전기 변색 층(51)이 전압에 따라 색 표시가 변하는 것을 보여주고, 두번째 열은 제2 전기 변색 층(53)이 전압에 따라 색 표시가 변하는 것을 보여준다.
도 2에서 예시적으로, 제1 전기 변색 물질로서 전압 미인가시 투명 상태이나, + 전압에서 산화되어 적색(R)으로 변색되고, - 전압에서 환원되어 녹색(G)으로 변색되는 변색 재료를 사용한다. 제2 전기 변색 물질로서는 전압 미인가시 투명 상태이나, + 전압에서 산화되어 흑색(black)으로 변색되고, - 전압에서 환원되어 청색(B)으로 변색되는 변색 재료를 사용한다.
또한 하기 설명에서, 설명의 편의상, 전압은 상부 전극(22)을 기준으로 하여 전압의 크기를 나타낸 것으로, 마이너스(-) 전압은 상부 전극(22)에 마이너스 전압을 가한 것을 의미한다. 이때, 하부 전극(12)에는 플러스 전압이 가해지게 된다. 이로써, 상부 전극(22)은 전자가 공급되는 캐소드(cathode)가 되고, 하부 전극(12)은 전자를 받는 애노드(anode)가 된다.
플러스(+) 전압은 상부 전극(22)에 플러스 전압을 가한 것을 의미한다. 이때, 하부 전극(12)에는 마이너스 전압이 가해지게 된다. 이로써, 상부 전극(22)은 전자를 받는 애노드(anode)가 되고, 하부 전극(12)은 전자가 공급되는 캐소드(cathode)가 된다.
도 2를 참고하면, 전압을 인가하지 않은 경우, 상기 제1 전기 변색 층(51)과 상기 제2 전기 변색 층(53)은 모두 투명(T)을 표시할 수 있다. 이 경우 상기 제1 서브픽셀(71) 및 상기 제2 서브픽셀(73)은 색 표시 없이 투명(T)을 표시할 수 있다. 이때, 상기 제1 서브픽셀(71) 및 상기 제2 서브픽셀(73)이 투명(T)을 표시하는 경우, 약 40% 이상의 높은 반사도를 가지는 백색을 표현할 수 있다.
한편, + 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 전기 변색 층(51)의 제1 전기 변색 물질은 산화되어 + 전압 증가에 따라 진해지는 적색(R)을 표시하고, 상기 제2 전기 변색 층(53)의 제2 전기 변색 물질은 산화되어 + 전압 증가에 따라 진해지는 흑색(black)을 표시할 수 있다. 이 경우 상기 제1 서브픽셀(71)은 적색(R)을 표시하고, 상기 제2 서브픽셀(73)은 흑색(black)을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 적색 계열의 색을 표시할 수 있고, + 전압의 크기에 따라 다양한 중간 계조(gray scale) 특성의 적색을 표시할 수 있다.
한편, - 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 전기 변색 층(51)의 제1 전기 변색 물질은 환원되어 - 전압 증가에 따라 진해지는 녹색(G)을 표시하고, 상기 제2 전기 변색 층(53)의 제2 전기 변색 물질은 환원되어 - 전압 증가에 따라 진해지는 청색(B)을 표시할 수 있다. 이 경우 상기 제1 서브픽셀(71)은 녹색(G)을 표시하고, 상기 제2 서브픽셀(73)은 청색(B)을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 녹색과 청색의 반사 스펙트럼 범위를 표현하는 시안(Cyan) 계열의 색을 표시할 수 있고, - 전압의 크기에 따라 다양한 중간 계조 특성의 시안(Cyan)을 표시할 수 있다.
상기 제1 반사층(61) 및 상기 제2 반사층(63)은 각각 상기 제1 전기 변색 층(51) 및 상기 제2 전기 변색 층(53)을 투과한 빛을 반사하여 색을 외부에 표시하도록 할 수 있어, 상기 전기 변색 소자(100)는 반사형 소자로 사용될 수 있다.
상기 제1 반사층(61) 및 상기 제2 반사층(63)은 TiO2, 요철이 있는 Al 전극, 백색 반사 특성이 우수한 다공성 필름 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그러나, 상기 제1 반사층(61) 및 상기 제2 반사층(63)은 상기 전기 변색 소자(100)의 필수 구성은 아니며, 필요에 따라 생략될 수도 있다. 상기 제1 반사층(61) 및 상기 제2 반사층(63)이 생략되는 경우, 상기 전기 변색 소자(100)는 투명 표시 소자로 사용될 수 있다.
이어서 다른 일 구현예에 따른 전기 변색 소자에 대하여 도 3을 참고하여 설명한다.
도 3은 다른 일 구현예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 전기 변색 소자(200)는 서로 마주하며 간격재(40)에 의해 고정되어 있는 하부 기판(10)과 상부 기판(20); 하부 기판(10)의 일면에 위치하며 서로 분리되어 있는 제1 하부 전극(12a) 및 제2 하부 전극(12b); 상부 기판(20)의 일면에 위치하며 서로 분리되어 있는 제1 상부 전극(22a) 및 제2 상부 전극(22b); 제1 하부 전극(12a) 및 제1 상부 전극(22a) 사이에 위치하는 제1 서브픽셀(71); 그리고 제2 하부 전극(12b) 및 제2 상부 전극(22b) 사이에 위치하는 제2 서브픽셀(73)을 포함한다. 이때, 상기 제1 하부 전극(12a)과 제2 하부 전극(12b), 제1 상부 전극(22a)과 제2 상부 전극(22b), 그리고 제1 서브픽셀(71)과 제2 서브픽셀(73)은 간격재(40)에 의해 분리되어 있을 수 있다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 전기 변색 소자, 간격재, 하부 기판, 상부 기판, 하부 전극, 상부 전극, 제1 서브픽셀, 제2 서브픽셀, 그리고 전기 변색 소자의 작동 원리에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
상기 제1 하부 전극(12a) 및 상기 제2 하부 전극(12b)에는 각각 동일하거나 서로 상이한 전압이 가해질 수 있다.
마찬가지로, 상기 제1 상부 전극(22a) 및 상기 제2 상부 전극(22b)에는 각각 동일하거나 서로 상이한 전압이 가해질 수 있다.
이와 같이 제1 서브픽셀(71)에 인접한 제1 하부 전극(12a) 및 제2 서브픽셀(73)에 인접한 제2 하부 전극(12b)이 서로 분리되도록 형성하고, 제1 서브픽셀(71)에 인접한 제1 상부 전극(22a) 및 제2 서브픽셀(73)에 인접한 제2 상부 전극(22b)이 서로 분리되도록 형성하는 경우에는 제1 전기 변색층(51)과 제2 전기 변색층(53)에 가해지는 전압을 각각 독립적으로 조절할 수 있고, 이로 인해 상기 제1 전기 변색층(51) 및 상기 제2 변색층(53)이 표시하는 색의 조합을 보다 다양하게 구현할 수 있다.
도 3에서 상기 제1 하부 전극(12a) 및 상기 제2 하부 전극(12b), 그리고 상기 제1 상부 전극(22a) 및 상기 제2 상부 전극(22b)이 각각 분리되어 있는 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 제1 하부 전극(12a)과 상기 제2 하부 전극(12b)이 서로 연결되어 있어 동일한 전압이 가해질 수도 있다. 또한, 상기 제1 상부 전극(22a)과 상기 제2 상부 전극(22b)이 서로 연결되어 있어 동일한 전압이 가해질 수도 있다.
이어서, 도 3에서 도시한 바와 같이 하부 전극이 서로 분리되어 있고 상부 전극이 서로 분리되어 있는 전기 변색 소자의 색 표시에 대하여 예를 들어 설명한다.
일 예로, 제1 전기 변색 물질로서 전압 미인가시 투명 상태이나, + 전압에서 산화되어 적색(R)으로 변색되고, - 전압에서 환원되어 청색(B)으로 변색되는 변색 재료를 사용하고, 제2 전기 변색 물질로서는 전압 미인가시 투명 상태이나, + 전압에서 산화되어 흑색(black)으로 변색되고, - 전압에서 환원되어 녹색(G)으로 변색되는 변색 재료를 사용한다.
이하에서 달리 설명하지 않는 한, 전기 변색 물질, 제1 전기 변색 물질, 제2 전기 변색 물질, + 전압 및 - 전압에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
이때, 제1 전기 변색 층(51)에 전압을 인가하지 않으며, 제2 전기 변색 층(53)에 + 전압이 인가되는 경우, 제1 전기 변색 층(51)은 투명(T)을 표시하고, 제2 전기 변색 층(53)은 흑색(black)을 표시할 수 있다. 이 경우 제1 서브픽셀(71)은 투명(T)을 표시하고, 제2 서브픽셀(73)은 흑색(black)을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 흑색(black)을 표시할 수 있다. 또한 + 전압의 크기에 따라 제2 전기 변색 층(53)이 중간 계조(gray scale)를 갖는 흑색 표시를 할 수 있으므로 픽셀은 다양한 중간 계조의 흑색 표시가 가능하다.
제1 전기 변색 층(51)에 + 전압을 인가하고, 제2 전기 변색 층(53)에 + 전압을 인가하는 경우, 즉 제1 서브픽셀(71)에는 + 전압이 인가되고 제2 서브픽셀(73)에는 + 전압이 인가되는 경우, 제1 전기 변색 층(51)은 + 전압의 크기에 따라 진해지는 적색(R)을 표시하고, 제2 전기 변색 층(53)은 + 전압의 크기에 따라 진해지는 흑색(black)을 표시할 수 있다. 이 경우 제1 서브픽셀(71)은 적색(R)을 표시하고, 제2 서브픽셀(73)은 흑색(black)을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 + 전압의 크기에 따라 다양한 중간 계조 특성을 갖는 적색(Red)을 표시할 수 있다.
제1 전기 변색 층(51)에 전압을 인가하지 않고, 제2 전기 변색 층(53)에 - 전압을 인가하는 경우, 즉 제1 서브픽셀(71)에는 전압이 인가되지 않고 제2 서브픽셀(73)에는 - 전압이 인가되는 경우, 제1 전기 변색 층(51)은 투명하고, 제2 전기 변색 층(53)은 - 전압의 크기에 따라 진해지는 녹색(Green)을 표시할 수 있다. 이 경우 제1 서브픽셀(71)은 투명하고 제2 서브픽셀(73)은 녹색(Green)을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 제2 서브 픽셀의 - 전압의 크기에 따라 다양한 중간 계조 특성을 갖는 녹색(Green)을 표시할 수 있다.
제1 전기 변색 층(51)에 - 전압을 인가하고, 제2 전기 변색 층(53)에 + 전압을 인가하는 경우, 즉 제1 서브픽셀(71)에는 - 전압이 인가되고 제2 서브픽셀(73)에는 + 전압이 인가되는 경우, 제1 전기 변색 층(51)은 - 전압의 크기에 따라 진해지는 청색(B)을 표시하고, 제2 전기 변색 층(53)은 + 전압의 크기에 따라 진해지는 흑색(Black)을 표시할 수 있다. 이 경우 제1 서브픽셀(71)은 투명(T)에서 청색(B)을 표시하고, 제2 서브픽셀(73)은 투명(T)에서 흑색을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 청색(B)을 표시할 수 있으며 제 1 서브 픽셀(71)의 - 전압의 크기 및 제 2 서브 픽셀(73)의 + 전압의 크기에 따라 다양한 중간 계조의 청색도 표시가 가능하다.
제1 전기 변색 층(51)에 + 전압을 인가하고, 제2 전기 변색 층(53)에 - 전압을 인가하는 경우, 즉 제1 서브픽셀(71)에는 + 전압이 인가되고 제2 서브픽셀(73)에는 - 전압이 인가되는 경우, 제1 전기 변색 층(51)은 + 전압의 크기에 따라 진해지는 적색(R)을 표시하고, 제2 전기 변색 층(53)은 - 전압의 크기에 따라 진해지는 녹색(G)을 표시할 수 있다. 이 경우 제1 서브픽셀(71)은 적색(R)을 표시하고, 제2 서브픽셀(73)은 녹색(G)을 표시할 수 있다. 결과적으로 상기 제1 서브픽셀(71)과 상기 제2 서브픽셀(73)의 조합에 의해 픽셀은 노란색을 표시할 수 있으며 각 서브 픽셀의 전압의 크기에 따라 다양한 중간 계조의 노락색을 표시할 수 있다.
상기에서는 투명(T), 흑색(black), 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 예시적으로 보였지만, 상기와 같은 구동 원리는 투명(T), 흑색(black), 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 시안(cyan), 마젠타(magenta) 및 옐로우(yellow)로 이루어진 군에서 선택되는 다양한 조합에도 동일하게 적용할 수 있다. 또한 상기 색들에 한정되지 않고 전기 변색 물질의 전기 화학 반응에 따라 더 많은 색을 표시할 수도 있다.
상술한 구현예에 따른 전기 변색 소자는 색 필터 없이도 다양한 색을 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 백색 및 흑색 표현도 할 수 있다. 또한 일반적으로 적색, 녹색 및 청색을 표시하기 위하여 세 개 이상의 서브픽셀을 두어야 하는데, 상술한 구현예에 따른 전기 변색 소자는 두 개의 서브 픽셀에서 전압을 변화시키면서 다양한 색을 표시할 수 있다. 따라서 두 개의 서브픽셀을 사용하여 적색, 녹색, 청색 및 흑색 표시가 가능할 뿐만 아니라 이들이 표시되지 않는 투명(혹은 백색) 상태의 표시가 가능하다. 이에 따라 공정을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 색 필터에 의해 손실되는 광을 줄여 효율을 개선할 수 있고 두 개의 서브픽셀에서 예컨대 적색, 녹색 및 청색을 표시할 수 있으므로 예컨대 세 개의 서브픽셀에서 각각 적색, 녹색 및 청색을 표시하는 경우와 비교하여 해상도를 높일 수 있어서 색 특성 또한 개선할 수 있다.
한편, 상기 제1 전기 변색 층(51) 및 상기 제2 전기 변색 층(53)은 상술한 제1 전기 변색 물질 및 제2 전기 변색 물질을 나노 입자(nano-particle)에 담지된 형태로 포함할 수 있다. 나노 입자는 반도체 물질이 사용될 수 있으며, 예컨대 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO2), 산화텅스텐(WO3) 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다. 나노 입자의 형태는 구형, 정사면체, 원통형, 삼각형, 원판형, 트리포드(tripod), 테트라포드(tetrapod), 큐브, 박스, 스타, 튜브 등 다양할 수 있으며, 나노 입자는 크기는 약 1 nm 내지 약 100 nm일 수 있다.
이와 같이 상술한 전기 변색 물질을 나노 입자에 담지된 상태로 사용함으로써 표면적을 크게 하여 전기 변색 물질을 보다 많이 도포할 수 있어서 전기 변색 소자의 효율을 높일 수 있다.
또는 상기 제1 전기 변색 층(51) 및 상기 제2 전기 변색 층(53)은 상술한 제1 전기 변색 물질 및 제2 전기 변색 물질을 고분자 화합물과 혼합하여 포함할 수 있다. 이때 사용할 수 있는 고분자 화합물은 예컨대 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 부틸알코올 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 제1 전기 변색 층(51) 또는 상기 제2 전기 변색 층(53)의 총 함량에 대하여 예컨대 상술한 전기 변색 물질은 약 50 중량% 내지 약 99 중량%로 포함될 수 있고, 상기 고분자 화합물은 약 1 중량% 내지 약 50중량%로 포함될 수 있다. 상기 전기 변색 물질 및 상기 고분자 화합물이 상기 범위로 포함됨으로써 전기 변색 소자의 효율을 높일 수 있다.
상술한 구현예에 따른 전기 변색 소자는 상기 제1 서브픽셀 및 상기 제2 서브픽셀을 하나씩 구비한 소자를 예시적으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 제1 서브픽셀 및 상기 제2 서브픽셀을 포함하는 픽셀을 복수 개로 포함하는 소자일 수도 있다.
상기의 제1 전기 변색 물질 및 상기 제2 전기 변색 물질, 그리고 2개의 서브 픽셀로 다수의 색을 표현할 수 있는 구동 원리는 상술한 구현예에 따른 전기 변색 소자에 적용될 수 있을 뿐 아니라, 전기영동 표시 소자(electrophoretic display device), 전기습윤 표시 소자(electrowetting display device), 트위스트 볼 표시 소자(twist ball display device) 등에도 적용될 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예　및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예　및 비교예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 전기 변색 소자의 제조
유리 기판을 준비하고, 서로 분리된 두 개의 ITO 전극을 형성한다. 상기 두 개의 ITO 전극 사이에 절연성 포토레지스트(SU-8)를 이용해 간격재를 형성한다. 이어서, 상기 간격재를 기준으로 상기 ITO 전극의 한편에 상기 화학식 2로 표시되는 전기 변색 물질을 도포하고, 상기 ITO 전극의 다른 한편에 상기 화학식 3로 표시되는 전기 변색 물질을 도포한다. 상기 전기 변색 물질의 도포는 잉크젯 방법을 사용하여 이루어진다.
한편, 다른 유리 기판을 준비하고, 그 위에 상기 미리 형성한 ITO 전극의 분리된 위치와 일치하도록 서로 분리된 ITO 전극을 형성한다. 상기 분리되도록 형성된 각각의 ITO 전극 위에 평균 입경 25 nm의 TiO2 층을 7 ㎛의 두께로 형성한다.
이어서, 두 개의 유리 기판을 대향하게 배치한 후, 간격재로 밀봉하고 그 사이에 LiClO4 0.1몰, 페로센 0.05몰 및 벤조퀴논 0.05몰을 감마부티로락톤에 용해시킨 전해질을 주입하여 전기 변색 소자를 제작한다.
이때, 상기 화학식 2로 표시되는 전기 변색 물질이 도포되어 형성된 픽셀을 제1 서브픽셀이라 하고, 상기 화학식 3으로 표시되는 전기 변색 물질이 도포되어 형성된 픽셀을 제2 서브픽셀이라 한다.
[화학식 2]
Figure 112011060646862-pat00013
[화학식 3]
Figure 112011060646862-pat00014
상기에서 제조된 전기 변색 소자에 산화 및 환원 전압을 순차적으로 인가하면서 전압 크기에 따른 색 표시를 확인한다.
그 결과는 도 4 내지 도 9를 참조하여 설명한다.
도 4는 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제1 서브픽셀의 인가 전압에 따른 색 변화를 보여주는 사진이다. 구체적으로는 도 4는 0 V의 중성 상태, + 1.6V의 산화 상태, 및 - 1.6V의 환원 상태에서의 색 변화를 나타낸다.
도 5는 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제1 서브픽셀의 인가 전압에 따른 빛의 반사도를 보여주는 그래프이다.
도 6은 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제1 서브픽셀의 인가 전압에 따라 변화하는 색좌표이다. 도 6에서, x(D65)[SCE]는 D65 표준광(D65 standard illuminant) 하에서 측정한 SCE(specular component excluded) 데이터인 색좌표 중 x 좌표를 의미하고, y(D65)[SCE]는 D65 표준광(D65 standard illuminant) 하에서 측정한 SCE(specular component excluded) 데이터인 색좌표 중 y 좌표를 의미한다.
도 4를 참고하면, 실시예 1에 따른 전기 변색 소자의 제1 서브 픽셀은 전압 비인가시에는 투명하며, + 1.6V의 산화 상태에서는 적색을 나타내고, - 1.6V의 환원 상태에서는 청색을 표시함을 확인할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 실시예 1에 따른 전기 변색 소자의 제1 서브 픽셀은 0 V, + 1V, + 1.2V, + 1.4V 및 + 1.6V로 인가 전압이 커질수록 약 580nm 내지 750nm의 적색 파장 영역에서의 반사도가 다른 가시 광선 영역에서의 반사도에 비해 더 높으며 더욱 선명한 적색 색 좌표를 나타냄을 알 수 있다.
또한 도 5 및 도 6을 참고하면, 실시예 1에 따른 전기 변색 소자의 제1 서브 픽셀은 0V, -0.8V, -1V, -1.2V, -1.4V 및 -1.6V로 인가 전압이 음으로 커질수록 약 410nm 내지 510nm의 청색 파장 영역에서의 반사도가 다른 가시 광선 영역에서의 반사도에 비해 더 높으며 더욱 선명한 청색 색 좌표를 나타냄을 알 수 있다.
도 7은 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제2 서브픽셀의 인가 전압에 따른 색 변화를 보여주는 사진이다. 구체적으로는 도 6은 0 V의 중성 상태, + 2.6V의 산화 상태 및 -1.6V의 환원 상태에서의 색 변화를 나타낸다.
도 8은 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제2 서브픽셀의 인가 전압에 따른 빛의 반사도를 보여주는 그래프이며, 도 9는 실시예 1에 따른 전기 변색 소자에서 제2 서브픽셀의 인가 전압에 따라 변화하는 색좌표이다. 도 9에서, x(D65)[SCE] 및 y(D65)[SCE]의 의미는 도 6에서 설명한 바와 같다.
도 7을 참고하면, 실시예 1에 따른 전기 변색 소자의 제2 픽셀은 전압 비인가시에는 투명하며, +2.6V의 산화 상태에서는 흑색을 나타내고, - 1.6V의 환원 상태에서는 녹색을 표시함을 확인할 수 있다.
도 8을 참고하면, 실시예 1에 따른 전기 변색 소자의 제2 픽셀은 0 V, + 1.8V, + 2V, + 2.2V, + 2.4V 및 + 2.6V로 인가 전압이 커질수록 모든 파장 영역에서 반사도가 낮아져 흑색을 나타냄을 알 수 있다.
또한 도 8 및 도 9를 참고하면, 실시예 1에 따른 전기 변색 소자의 제2 픽셀은 0V, -0.8V, -1V, -1.2V, -1.4V 및 -1.6V로 인가 전압이 음으로(환원 전위가) 커질수록 약 500nm 내지 600nm의 녹색 파장 영역에서의 반사도가 다른 가시 광선 영역에서의 반사도에 비해 더 높으며 더욱 선명한 녹색 색 좌표를 나타냄을 알 수 있다.
실시예 2: 전기 변색 소자의 제조
상기 화학식 2로 표시되는 전기 변색 물질을 도포하는 대신 하기 화학식 2-1로 표시되는 전기 변색 물질 및 하기 화학식 2-2로 표시되는 전기 변색 물질을 순차적으로 도포하고, 상기 화학식 3으로 표시되는 전기 변색 물질을 도포하는 대신 하기 화학식 3-1로 표시되는 전기 변색 물질 및 하기 화학식 3-2로 표시되는 전기 변색 물질을 순차적으로 도포한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전기 변색 소자를 제작한다.
이때, 상기 화학식 2-1 및 2-2로 표시되는 전기 변색 물질이 도포되어 형성된 픽셀을 제1 서브픽셀이라 하고, 상기 화학식 3-1 및 3-2로 표시되는 전기 변색 물질이 도포되어 형성된 픽셀을 제2 서브픽셀이라 한다.
[화학식 2-1]
Figure 112011060646862-pat00015
[화학식 2-2]
Figure 112011060646862-pat00016
[화학식 3-1]
Figure 112011060646862-pat00017
[화학식 3-2]
Figure 112011060646862-pat00018
상기에서 제조된 전기 변색 소자에 산화 전압을 순차적으로 인가하면서 전압 크기에 따른 색 표시를 확인하고, 환원 전압을 순차적으로 인가하면서 전압 크기에 따른 색 표시를 확인한다.
그 결과, 실시예 2에 따른 전기 변색 소자의 제1 픽셀은 전압 비인가시에는 투명하며, 0V 초과 + 1.6V 이하의 산화 상태에서는 적색을 나타내고, -1.6V 이상 0V 미만의 환원 상태에서는 청색을 표시함을 알 수 있다.
또한, 실시예 2에 따른 전기 변색 소자의 제2 픽셀은 전압 비인가시에는 투명하며, 0V 초과 + 3V 이하의 산화 상태에서는 흑색을 나타내고, -1.6V 이상 0V 미만의 환원 상태에서는 녹색을 표시함을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100: 전기 변색 소자, 10: 하부 기판,
12: 하부 전극, 12a: 제1 하부 전극,
12b: 제2 하부 전극, 20: 상부 기판,
22: 상부 전극, 22a: 제1 상부 전극,
22b: 제2 상부 전극, 31: 제1 전해질,
33: 제2 전해질, 40: 간격재,
51: 제1 전기 변색 층, 53: 제2 전기 변색 층,
61: 제1 반사층, 63: 제2 반사층,
71: 제1 서브픽셀, 73: 제2 서브픽셀

Claims (20)

  1. 전압에 따라 투명 및 적어도 두 개의 색을 표시하는 제1 전기 변색 물질을 포함하는 1개의 제1 전기 변색 층, 그리고 상기 제1 전기 변색 층과 접촉하는 제1 전해질을 포함하는 제1 서브픽셀, 및
    전압에 따라 투명, 흑색(black) 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색을 표시하는 제2 전기 변색 물질을 포함하는 1개의 제2 전기 변색 층, 그리고 상기 제2 전기 변색 층과 접촉하는 제2 전해질을 포함하는 제2 서브픽셀을 포함하는 전기 변색 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 서브픽셀의 일면에 위치하는 제1a 전극;
    상기 제1 서브픽셀의 다른 일면에 위치하는 제1b 전극;
    상기 제2 서브픽셀의 일면에 위치하는 제2a 전극; 및
    상기 제2 서브픽셀의 다른 일면에 위치하는 제2b 전극;
    을 더 포함하는 전기 변색 소자.
  3. 제2항에서,
    상기 제1a 전극 및 상기 제2a 전극은 각각 동일하거나 서로 다른 크기 또는 각각 동일하거나 서로 다른 극성의 전압이 가해지며, 상기 제1b 전극 및 상기 제2b 전극은 각각 동일하거나 서로 다른 크기 또는 각각 동일하거나 서로 다른 극성의 전압이 가해지는 전기 변색 소자.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 전기 변색 물질 및 상기 제2 전기 변색 물질은 서로 상이하며, 각각 독립적으로 n 타입, p 타입 또는 이들의 조합을 포함하는 물질인 전기 변색 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 전기 변색 물질 및 상기 제2 전기 변색 물질은 서로 상이하며, 각각 독립적으로 n 타입 금속 산화물, 비올로겐계 화합물, 프탈레이트계 화합물, 피리딘계 화합물, 안트라퀴논계 화합물, 그리고 환원 변색되는 도전성 고분자 화합물을 포함하는 n 타입 물질; p 타입 금속 산화물, 페닐 아민계 화합물, 아미노퀴논계 화합물, 희토류계 유기 화합물, 프탈로시아닌계 화합물, 페노티아진(phenothiazine)계 화합물, 페녹사티인(phenoxathiine)계 화합물, 디벤조디옥신(dibenzodioxin)계 화합물, 염료계 화합물, 그리고 산화 변색되는 도전성 고분자 화합물을 포함하는 p 타입 물질; 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 전기 변색 소자.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 전기 변색 층과 상기 제2 전기 변색 층은 상기 색을 독립적으로 표시하는 것인 전기 변색 소자.
  7. 제1항에서,
    제1 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질은 투명을 표시하고, 제2 전압 및 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질은 상기 적어도 두 개의 색 중 어느 하나를 각각 표시하는 것인 전기 변색 소자.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 전압에서 상기 제2 전기 변색 물질은 투명을 표시하고, 상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제2 전기 변색 물질은 흑색 및 흑색 이외의 적어도 하나의 색 중 어느 하나를 각각 표시하는 것인 전기 변색 소자.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색과 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 서로 상이한 것인 전기 변색 소자.
  10. 제8항에서,
    상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색과 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 서로 상이한 것인 전기 변색 소자.
  11. 제8항에서,
    상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색, 청색 및 흑색 중 어느 하나를 포함하는 것인 전기 변색 소자.
  12. 제8항에서,
    상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타 및 옐로우 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타, 옐로우 및 흑색 중 어느 하나를 포함하는 것인 전기 변색 소자.
  13. 제8항에서,
    상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타 및 옐로우 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색, 청색 및 흑색 중 어느 하나를 포함하는 것인 전기 변색 소자.
  14. 제8항에서,
    상기 제2 전압 및 상기 제3 전압에서 상기 제1 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 포함하고, 상기 제2 전기 변색 물질이 표시하는 색은 각각 시안, 마젠타, 옐로우 및 흑색 중 어느 하나를 포함하는 것인 전기 변색 소자.
  15. 제1항에서,
    상기 제1 서브픽셀 및 상기 제2 서브픽셀은 제1 전압에서 투명을 표시하고, 제2 전압 및 제3 전압에서 상기 제1 서브픽셀은 상기 적어도 두 개의 색 중 어느 하나를 각각 표시하고 상기 제2 서브픽셀은 흑색 및 상기 흑색 이외의 적어도 하나의 색 중 어느 하나를 각각 표시하며,
    상기 제2 전압에서 상기 제1 서브픽셀이 표시하는 색과 상기 제2 서브픽셀이 표시하는 색은 서로 상이하고, 상기 제3 전압에서 상기 제1 서브픽셀이 표시하는 색과 상기 제2 서브픽셀이 표시하는 색은 서로 상이한 것인 전기 변색 소자.
  16. 제1항에서,
    상기 제1 전해질은 상기 제1 전기 변색 층과 상반되는 타입의 물질을 포함하고, 상기 제2 전해질은 상기 제2 전기 변색 층과 상반되는 타입의 물질을 포함하는 것인 전기 변색 소자.
  17. 제1항에서,
    상기 제1 서브픽셀과 상기 제2 서브픽셀은 간격재를 사이에 두고 분리되어 있는 것인 전기 변색 소자.
  18. 제1항에서,
    상기 제1 서브픽셀은 제1 반사층을 더 포함하며, 상기 제1 전기 변색 층과 상기 제1 반사층은 상기 제1 전해질을 사이에 두고 마주하는 것인 전기 변색 소자.
  19. 제1항에서,
    상기 제2 서브픽셀은 제2 반사층을 더 포함하며, 상기 제2 전기 변색 층과 상기 제2 반사층은 상기 제2 전해질을 사이에 두고 마주하는 것인 전기 변색 소자.
  20. 제1항에서,
    상기 전기 변색 소자는 복수의 픽셀을 포함하고,
    상기 각각의 픽셀은 상기 제1 서브픽셀 및 상기 제2 서브픽셀을 포함하는 것인 전기 변색 소자.
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