KR102201636B1 - 전기 변색 소자 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 전기 변색 소자는, 제1 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치되고, 전기 변색 적층체; 및 상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호 코팅층을 포함한다.

Description

전기 변색 소자{ELECTROCHROMIC DEVICE}
본 발명은 전기 변색 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 소모가 적고 공정성 및 신뢰성이 우수한 전기 변색 소자에 관한 것이다.
전기 변색 소자는 전기 변색 물질이 전기화학적으로 산화 또는 환원 반응을 일으킬 때 나타나는 가역적인 색 변화를 이용하는 소자이다. 전기 변색 소자는 건축용 스마트 윈도우, 자동차용 미러(리어 미러, 사이드 미러 등), 자동차용 선루프 또는 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
전기 변색 소자는 예를 들어 PDLC(polymer-dispersed liquid crystal) 또는 SPD(suspended particle display)와 대비하여 소비 전력이 낮으며, 적은 비용으로 넓은 면적의 소자를 제작할 수 있는 장점이 있다.
한편, 전기 변색 소자는 일반적으로 투명 전극층 사이에 배치된 카운터 전극층, 이온 전도층 및 전기 변색층을 포함한다. 카운터 전극층으로부터 이온 전도층을 통해 전기 변색층으로 이온이 공급되어 전기 변색이 발생한다.
이온 전도층으로는 겔타입 고분자 전해질이 사용될 수 있다. 그러나 겔타입 고분자 전해질은 디스펜서를 이용하여 형성되므로, 넓은 면적에 걸쳐 균일한 두께의 이온 전도층을 형성하기 어렵고, 또한, 겔타입 고분자 전해질이 중력에 의해 아래로 흐르기 때문에, 장시간 사용하기 어렵다. 이에 따라, 최근 고체 전해질을 이온 전도층으로 사용하는 기술이 개발되고 있다. 고체 전해질을 사용할 경우, 전기 변색의 메모리 효과를 기대할 수 있어, 전기 변색을 위해 전력을 계속해서 공급해야 하는 겔타입 고분자 전해질을 사용한 전기 변색 소자에 비해 전력 소모를 줄일 수 있다.
한편, 전기 변색 소자의 각 층들은 서로 다른 기술을 사용하여 기판 상에 적층된다. 이에 따라, 각 층들을 형성하는데 많은 시간이 소요된다. 또한, 전기 변색 소자는 두 개의 글래스 기판을 씰링 기술을 이용하여 접합하는데, 씰링 이외에 소자를 보호할 수단이 없으므로, 외부 환경 특히 수분에 의해 손상 받기 쉽다. 더욱이, 두 개의 글래스 기판을 사용함에 따라 제품 생산 비용이 증가한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비용을 절감하면서도 공정성 및 신뢰성이 우수한 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 메모리 효과를 강화하여 전력 소모가 적은 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 전기 변색 효율이 개선된 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 인-라인 공정에 의해 제조될 수 있는 전기 변색 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자는, 제1 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치되고, 전기 변색 적층체; 및 상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호 코팅층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법은, 기판 상에 전기 변색층을 증착하고, 상기 전기 변색층 상에 이온 전도층을 증착하고, 상기 이온 전도층 상에 카운터 전극층을 증착하고, 상기 카운터 전극층 상에 투명 전극층을 증착하고, 상기 투명 전극층 상에 보호 코팅층을 증착하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제2 투명 전극층을 덮는 보호 코팅층을 채택함으로써, 글래스 기판을 접합하는 것을 생략할 수 있으며, 외부 환경으로부터 전기 변색 적층체를 효율적으로 보호할 수 있다. 나아가, 기판 상의 모든 층들을 증착 기술을 이용하여 형성하므로, 전기 변색 소자를 인-라인 증착 장치를 이용하여 제조할 수 있으며, 따라서, 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 제조하기 위한 인-라인 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자를 제조하기 위한 인-라인 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자는, 제1 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층; 상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치되고, 전기 변색 적층체; 및 상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호 코팅층을 포함한다.
보호 코팅층을 채택함으로써, 제2 투명 전극층 상에 기판을 접합할 필요가 없으며, 이에 따라, 전기 변색 소자의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있다. 나아가, 외부 환경으로부터 전기 변색 적층체를 보호하기에 적합한 보호 코팅층을 채택하여 전기 변색 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 보호 코팅층은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 산화막 또는 폴리머 계열의 물질, 예를 들어 폴리이미드를 포함할 수 있다.
한편, 상기 전기 변색 소자는 상기 제1 투명 전극층에 접하는 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 기판은 투명 기판으로, 예컨대 글래스 기판, 또는 폴리머 기판일 수 있다.
상기 전기 변색 적층체는, 전기 변색층; 카운터 전극층; 및 상기 전기 변색층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치된 이온 전도층을 포함할 수 있다.
제1 투명 전극층과 제2 투명 전극층에 전압이 인가되면, 카운터 전극층과 전기 변색층 사이에서 이온 전도층을 통해 전하가 이동하며, 이에 따라, 전기 변색이 발생한다. 전기 변색층과 카운터 전극층은 각각 환원 반응 및 산화 반응, 또는 산화 반응과 환원 반응에 의해 전기 변색을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전기 변색층이 환원 반응을 하면, 카운터 전극층은 산화 반응을 하며, 그 역으로 될 수도 있다.
전기 변색층으로 사용되는 재료로는 예를 들어, WO3, NiO, NiWO, NIWNbO, MoO3, Nb2O5, TiO2, CuO, Ir2O3, Cr2O3, MnO2, Mn2O3, V2O5, Ni2O3, Co2O3, SiO2, Ta2O5, ZrO2, 또는 CeO2 등을 들 수 있다. 카운터 전극층으로 사용되는 재료로는 예를 들어, WO3, NiO, NiWO, NiWNBO, MoO3, Nb2O5, TiO2, CuO, Ir2O3, Cr2O3, MnO2, Mn2O3, V2O5, Ni2O3, Co2O3, SiO2, Ta2O5, ZrO2, 또는 CeO2 등을 들 수 있다. 여기서, 각 재료의 화학 양론비가 기재되지만, 비화학 양론비의 재료를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
한편, 상기 이온 전도층은 전기 변색층으로 이동하는 이온을 포함한다. 상기 이온은 예를 들어, H+, Li+, D+, 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 포함할 수 있다. 특히, 상기 이온 전도층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함할 수 있다. 이온 전도층은 예를 들어, 수소 이온을 함유하는 LiWOx로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 카운터 전극층 또는 상기 전기 변색층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자 제조 방법은, 기판 상에 전기 변색층을 증착하고, 상기 전기 변색층 상에 이온 전도층을 증착하고, 상기 이온 전도층 상에 카운터 전극층을 증착하고, 상기 카운터 전극층 상에 투명 전극층을 증착하고, 상기 투명 전극층 상에 보호 코팅층을 증착하는 것을 포함한다.
상기 전기 변색층, 이온 전도층, 카운터 전극층, 투명 전극층 및 보호 코팅층이 모두 증착 기술을 이용하여 형성되며, 디스펜싱이나 글래스 기판의 접합 등과 같은 기술은 생략된다.
상기 전기 변색층, 상기 이온 전도층, 상기 카운터 전극층, 상기 투명 전극층 및 상기 보호 코팅층은 인-라인 스퍼터링 증착 장비를 이용하여 인-시투로 증착될 수 있다. 상기 층들을 진공 브레이킹 없이 증착하기 때문에, 각 층 내의 결함을 줄일 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전기 변색 소자 제조 방법은 상기 전기 변색층을 증착하기 전에, 상기 기판 상에 투명 전극층을 증착하는 것을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 기판은 투명 전극층을 포함할 수 있으며, 상기 전기 변색층은 상기 투명 전극층 상에 증착될 수 있다.
한편, 상기 전기 변색 소자 제조 방법은 상기 투명 전극층을 증착한 후, 상기 투명 전극층이 증착된 기판을 열처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 투명 전극층을 열처리함으로써 투명 전극층의 비저항을 낮출 수 있다.
전기 변색 소자 제조 방법은, 상기 카운터 전극층을 증착한 후, 상기 투명 전극층을 증착하기 전에 상기 기판을 열처리하는 것을 더 포함할 수 있다. 카운터 전극층을 열처리함으로써 카운터 전극층 내의 핀홀을 줄일 수 있으며, 이에 따라, 메모리 효과를 개선할 수 있다.
또한, 상기 카운터 전극층을 증착할 때, 상기 기판측에 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 따라서, 상기 카운터 전극층을 고밀도로 형성할 수 있어, 카운터 전극층 내의 핀홀을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 이온 전도층을 증착할 때, 캐리어 가스와 함께 H2 가스가 공급되며, 캐리어 가스와 H2 가스의 유량 비(캐리어 가스/H2 가스)는 90/10 ~ 98/2 범위 내일 수 있다.
캐리어 가스와 함께 H2 가스를 공급함으로써 증착 공정을 통해 수소 이온을 이온 전도층에 도입할 수 있으며, 따라서, 수소 이온을 전기 변색을 위한 추가적인 이온으로 이용할 수 있어, 전기 변색 효율을 개선할 수 있다.
한편, 상기 카운터 전극층은 층 내부 또는 표면에 Li층을 포함할 수 있다. 카운터 전극층에 Li층을 포함함으로써 Li 이온을 보충할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기 변색 소자는 기판(21), 제1 투명 전극층(23), 전기 변색 적층체(30), 제2 투명 전극층(31) 및 보호 코팅층(33)을 포함할 수 있다. 전기 변색 적층체(30)는 전기 변색층(25), 이온 전도층(27) 및 카운터 전극층(29)을 포함할 수 있다.
기판(21)은 투명 기판으로, 전기 변색 적층체(30)를 증착할 수 있는 기판이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 기판(21)은 글래스 기판일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 투명 전극층(23)은 투명 전도성 산화막으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 인디움주석 산화막(ITO)으로 형성될 수 있다. 제1 투명 전극층(23)은 스퍼터링 장치를 이용하여 기판(21) 상에 증착될 있으며, 기판(21) 상에 증착된 후 히터에 의해 열처리될 수 있다. 제1 투명 전극층(23)은 예컨대, 500 내지 5000Å의 두께로 증착될 수 있다.
전기 변색층(25)은 산화 또는 환원 반응에 의해 무색층에서 유색층으로 변환된다. 이러한 전기 변색 특성을 갖는 재료로는, 예를 들어, WO3, NiO, NiWO, NIWNbO, MoO3, Nb2O5, TiO2, CuO, Ir2O3, Cr2O3, MnO2, Mn2O3, V2O5, Ni2O3, Co2O3, SiO2, Ta2O5, ZrO2, 또는 CeO2 등을 들 수 있다. 여기서, 각 재료의 화학 양론비가 기재되지만, 비화학 양론비의 재료를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
전기 변색층(25)은 제1 투명 전극층(23) 상에 증착 기술, 예컨대, 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 전기 변색층(25)은 예를 들어 1000 내지 10000Å의 두께로 증착될 수 있다. 스퍼터링 기술을 이용하여 전기 변색층(25)을 증착하는 동안, 캐리어 가스, 예컨대, Ar과 함께 H2 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라, 전기 변색층(25) 내에 수소 이온이 도입될 수 있다. 나아가, 전기 변색층(25)의 표면에 이동 이온으로 사용하는 재료의 층, 예를 들어, Li층이 추가될 수 있다.
한편, 이온 전도층(27)은 전기 변색 적층체(30)의 양단에 전압이 인가될 때 전기 변색층(25)과 카운터 전극층(29) 사이에서 이온을 전도하는 층이다. 이온 전도층(27)은 이동 이온을 포함하는 재료로 형성될 수 있다. 상기 이동 이온은 예를 들어, H+, Li+, D+, 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 포함할 수 있다. 이온 전도층(27)은 예를 들어, LiWOx, 예컨대, Li2WO4로 형성될 수 있으며, 나아가, 수소 이온을 포함할 수 있다.
이온 전도층(27)은 증착 기술, 예컨대 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 이온 전도층(27)은 예컨대 300 내지 3000Å의 두께로 형성될 수 있다. 스퍼터링 기술을 이용하여 이온 전도층(27)을 증착하는 동안, 캐리어 가스, 예컨대, Ar과 함께 H2 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라, 이온 전도층(27) 내에 수소 이온이 도입될 수 있다. Ar과 H2 가스의 유량비(Ar/H2)는 90/10 ~ 98/2 범위 내일 수 있다.
카운터 전극층(29)은 산화 또는 환원 반응에 의해 무색층에서 유색층으로 변환된다. 카운터 전극층(29)은 전기 변색층(25)의 반응과 반대되는 반응을 통해 전기 변색 특성을 갖는다. 카운터 전극층(29)으로 사용되는 재료로는 예를 들어, WO3, NiO, NiWO, NIWNbO, MoO3, Nb2O5, TiO2, CuO, Ir2O3, Cr2O3, MnO2, Mn2O3, V2O5, Ni2O3, Co2O3, SiO2, Ta2O5, ZrO2, 또는 CeO2 등을 들 수 있다. 여기서, 각 재료의 화학 양론비가 기재되지만, 비화학 양론비의 재료를 포함하는 것으로 이해해야 한다.
카운터 전극층(29)은 이온 전도층(27) 상에 증착 기술, 예컨대, 스퍼터링 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 카운터 전극층(29)은 예컨대 약 500 내지 5000Å의 두께로 증착될 수 있다. 카운터 전극층(29)을 증착할 때, 타겟에 가해지는 전압에 더해 기판(21) 측에 바이어스 전압이 인가될 수 있다. 기판(21) 측에 바이어스 전압을 인가함으로써 고밀도의 카운터 전극층(29)을 형성할 수 있으며, 이에 따라, 카운터 전극층 내의 핀홀을 감소시킬 수 있다.
한편, 카운터 전극층(29) 내의 핀홀은 전기 변색 소자의 메모리 효과를 감소시킨다. 따라서, 카운터 전극층(29)을 고밀도로 증착하여 핀홀을 감소시킴으로써 전기 변색 소자의 메모리 효과를 개선할 수 있다. 나아가, 카운터 전극층(29) 내의 핀홀을 감소시키기 위해 상대적으로 고온에서 카운터 전극층(29)을 증착할 수도 있고, 카운터 전극층(29)을 증착한 후, 약 100 내지 300℃의 온도에서 열처리를 수행할 수도 있다.
스퍼터링 기술을 이용하여 카운터 전극층(29)을 증착하는 동안, 캐리어 가스, 예컨대, Ar과 함께 H2 가스가 공급될 수 있으며, 이에 따라, 카운터 전극층(29) 내에 수소 이온이 도입될 수 있다. 수소 이온의 도입은 전기 변색 효율을 향상시킨다.
나아가, 카운터 전극층(29) 증착시에 이동 이온으로 사용하는 재료의 층, 예를 들어, Li층이 추가될 수 있다. 또한, 카운터 전극층(29)의 표면에 이동 이온으로 사용하는 재료의 층, 예를 들어, Li층이 추가될 수 있다. Li층은 Li 이온을 공급하여 전기 변색 소자의 수명을 증가시킨다.
한편, 제2 투명 전극층(31)은 투명 전도성 산화막으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 인디움주석 산화막(ITO), 또는 인디움갈륨아연 산화막(IGZO)으로 형성될 수 있다. 제2 투명 전극층(31)은 스퍼터링 장치를 이용하여 카운터 전극층(29) 상에 증착될 있으며, 히터에 의해 열처리될 수 있다. 제2 투명 전극층(31)은 예컨대, 500 내지 5000Å의 두께로 증착될 수 있다.
보호 코팅층(33)은 외부 환경으로부터 전기 변색 소자를 보호한다. 보호 코팅층(33)은 수분으로부터 전기 변색 적층체를 보호하며, 나아가, 스크래칭 등과 같은 결함 발생을 방지하도록 외부의 물리적인 힘으로부터 전기 변색 소자를 보호한다.
보호 코팅층(33)은 제2 투명 전극층(31) 상에 스퍼터링 기술 또는 화학기상증착 기술을 이용하여 증착될 수 있다. 보호 코팅층(33)은 예를 들어, 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막 중 적어도 하나의 산화막 또는 폴리이미드를 포함할 수 있다.
보호 코팅층(33)은 단일층으로 형성될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층으로 형성될 수도 있다. 보호 코팅층(33)을 채택함으로써 종래의 글래스 기판을 생략할 수 있어 제품의 무게를 감소시킬 수 있으며, 또한, 글래스 기판의 접합 공정을 생략할 수 있어 생산성이 향상되며 제조 비용을 절감할 수 있다. 더욱이, 보호 코팅층(33)은 현재 액정 디스플레이 생산 공정에 사용되는 양산 공정을 사용할 수 있으며, 제품 대형화에 적합하다. 나아가, 글래스 기판 대신 상대적으로 얇은 보호 코팅층(33)을 사용함으로써 유연한 전기 변색 소자를 제공할 수도 있다.
본 실시예에 따른 전기 변색 소자는 제1 투명 전극층(23)과 제2 투명 전극층(31)에 전압이 인가된다. 전압이 인가되면, 카운터 전극층(29)과 전기 변색층(25) 사이에서 이온 전도층(27)을 통해 전하, 특히, 이온이 이동하며, 이에 따라, 전기 변색이 발생한다. 전기 변색층(25)과 카운터 전극층(29)은 각각 환원 반응 및 산화 반응, 또는 산화 반응과 환원 반응에 의해 전기 변색을 나타낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 제조하기 위한 인-라인 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 인-라인 스퍼터링 장치는 스테이지(110), 캐리어(51), 타겟 홀더(120), 복수의 타겟(T1, T2, T3, T4, T5) 및 히터(125)를 포함할 수 있다.
스테이지(110)는 캐리어(51)가 이동할 수 있는 이동 수단을 제공한다. 캐리어(51)는 스테이지(110)를 통해 각 공정 단계별로 증착 공정이 수행되는 챔버로 이동한다.
타겟 홀더(120)는 타겟들(T1~T5)을 지지한다. 타겟 홀더(120)는 또한 히터(125)를 지지할 수도 있다.
일련의 타겟들(T1, T2, T3, T4, T5)이 인-라인으로 배치된다. 다섯 개의 타겟들T1, T2, T3, T4, T5)이 순서대로 배치된 것을 도시하지만, 더 적거나 또는 더 많은 수의 타겟들이 순서대로 배치될 수도 있다. 타겟들(T1, T2, T3, T4, T5)은 각각 챔버 내에 배치될 수 있으며, 하나의 타겟에서 스퍼터링 증착이 완료되면, 기판(21)은 캐리어(51)에 의해 다음 공정의 타겟이 있는 챔버로 이동하여 다음의 증착 공정이 연속적으로 수행된다. 따라서, 인-라인 스퍼터링 장치는 진공 브레이킹 없이 인-시투로 박막들을 증착할 수 있다.
예를 들어, 제1 투명 전극층(23)이 증착된 기판(21)이 인-라인 스퍼터링 장치 내의 타겟(T1) 하부에 배치될 수 있다. 타겟(T1)은 예를 들어, 전기 변색층(25)을 증착하기 위한 타겟으로, 예를 들어, 텅스텐 또는 텅스텐 산화물 타겟일 수 있다. 텅스텐 산화물을 직접 스퍼터링 증착함으로써 텅스텐 산화막을 증착할 수도 있고, 텅스텐을 스퍼터링 증착한 후, 산소를 공급하여 증착된 텅스텐을 산화시킬 수도 있다.
전기 변색층(25)을 증착하는 동안, 캐리어 가스와 함께 H2 가스가 도입될 수 있다. 전기 변색층(25) 증착이 완료되면, 기판(21)은 타겟(T2)이 있는 챔버로 이동한다.
타겟(T2)은 이온 전도층(27)을 형성하기 위한 것으로, 이동 이온을 포함하는 타겟일 수 있다. 타겟(T2)은 예를 들어, Li 또는 Li2WO4 타겟일 수 있다. 전기 변색층(25)이 텅스텐 산화막인 경우, 전기 변색층(25)의 표면에 얇은 층의 Li층이 증착되어 LiWOx의 이온 전도층(27)이 형성될 수 있다.
이온 전도층(27)은 다른 층들에 비해 상대적으로 더 높은 온도에서 증착될 수 있다. 또한, 이온 전도층(27)을 증착하는 동안 기판(21)에 바이어스 전압이 추가될 수 있다.
이온 전도층(27)이 증착된 후, 기판(21)은 카운터 전극층(29)을 증착하기 위해 타겟(T3)이 있는 챔버로 이동한다. 타겟(T3)은 카운터 전극층(29)과 동일한 물질을 포함할 수도 있고, 카운터 전극층(29)의 금속 물질일 수도 있다. 예를 들어, 타겟(T3)은 Ni 타겟일 수 있으며, 이온 전도층(27) 상에 Ni층을 증착하고, 이를 산화시켜 NiO와 같은 카운터 전극층(29)을 형성할 수 있다.
카운터 전극층(29)이 형성된 후, 기판(21)은 타겟(T4)이 있는 챔버로 이동할 수 있다. 타겟(T4)은 예를 들어, Li 타겟일 수 있으며, 타겟(T4)을 이용하여 카운터 전극층(29)의 표면에 Li층이 추가될 수 있다. Li층을 카운터 전극층(29)의 내부에 형성하기 위해, 카운터 전극층(29)을 추가로 증착하기 위한 타겟이 타겟(T4)에 이어서 추가될 수 있다.
카운터 전극층(29)이 증착된 후, 기판(21)은 제2 투명 전극층(31)을 증착하기 위해 타겟(T5)이 있는 챔버로 이동할 수 있다. 타겟(T5)은 투명 전도성 산화물, 예를 들어, ITO 타겟일 수 있다. 제2 투명 전극층(31)이 증착된 후, 기판(21)에 대해 열처리가 수행될 수 있으며, 이를 위해, 히터(125)가 이용될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 보호 코팅층(33)을 증착하기 위한 타겟이 제공될 수 있으며, 열처리가 수행된 기판(21)이 보호 코팅층(33)을 증착하기 위한 챔버로 이동하여 보호 코팅층(33)이 증착될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 전기 변색 적층체(30), 제2 투명 전극층(31) 및 보호 코팅층(33)이 인-라인 스퍼터링 장치를 이용하여 일괄적으로 증착될 수 있으며, 이에 따라, 전기 변색 소자의 생산성이 극적으로 향상된다.
나아가, 전기 변색층(25), 이온 전도층(27) 또는 카운터 전극층(29)을 증착하는 동안 수소 가스를 공급함으로써 전기 변색 적층체(30)에 수소 이온을 도입할 수 있다. 소소 이온은 Li 이온과 같은 금속 이동 이온과 함께 전기 변색을 유발하므로 전기 변색 효율을 개선한다.
나아가, 인-라인 스퍼터링 장치를 이용하여 카운터 전극층(29)을 증착하는 동안, 챔버 온도를 상대적으로 고온으로 하거나, 기판(21)에 바이어스 전압을 인가하거나, 또한, 증착이 완료된 후, 카운터 전극층(29)을 열처리함으로써 카운터 전극층(29) 내의 핀홀을 감소시킬 수 있으며, 따라서, 메모리 효과를 개선할 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 제1 투명 전극층(23)이 형성된 기판(21)이 인-라인 스퍼터링 장치에 공급되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 투명 전극층(23)을 증착하기 위한 타겟이 배치될 수 있으며, 전기 변색층(23)을 증착하기 전에, 기판(21) 상에 제1 투명 전극층(23)이 인-라인 스퍼터링 장치 내에서 증착될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자를 제조하기 위한 인-라인 스퍼터링 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 인-라인 스퍼터링 장치는 도 2를 참조하여 설명한 것과 대체로 유사하나, 다만, 타겟들 사이에 히터(135)가 추가로 배치된 것에 차이가 있다.
예를 들어, 타겟(T1) 및 타겟(T2)을 이용하여 전기 변색층(25) 및 이온 전도층(27)이 증착된 후, 히터(135)를 이용하여 이온 전도층(27)을 열처리할 수 있으며, 또한, 타겟(T3)을 이용하여 카운터 전극층(29)이 증착된 후, 히터(135)를 이용하여 열처리가 수행될 수 있다. 나아가, 타겟(T4)을 이용하여 카운터 전극층(29) 상에 Li층이 증착된 후에도 열처리가 수행될 수 있으며, 제2 투명 전극층(31)이 증착되 후에도 열처리가 수행될 수 있다. 또한, 제1 투명 전극층(23)을 증착하기 위한 타겟이 배치된 경우, 제1 투명 전극층(23)을 증착한 후에도 전기 변색층(25)을 증착하기 전에 제1 투명 전극층(23)에 열처리가 수행될 수 있다.
따라서, 히터(135)를 이용하여 각 층에 대해 열처리가 수행될 수 있어 양호한 막질을 갖는 박막층들을 제공할 수 있다.
앞에서 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 제1 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층 상부에 배치된 제2 투명 전극층;
    상기 제1 투명 전극층과 상기 제2 투명 전극층 사이에 배치되고, 전기 변색 적층체;
    상기 제2 투명 전극층을 덮는 보호 코팅층(passivation coating layer)을 포함하되,
    상기 보호 코팅층은 단일층 또는 다중층 구조를 갖고, 상기 보호 코팅층 내의 모든 층은 스퍼터링 기술 또는 화학기상 증착 기술을 이용하여 인-시투로 증착된 전기 변색 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호 코팅층은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산질화막, 알루미늄 산화막, 하프늄 산화막, 또는 망간 산화막으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 산화막 또는 폴리이미드를 포함하는 전기 변색 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 투명 전극층에 접하는 기판을 더 포함하는 전기 변색 소자.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 전기 변색 적층체는,
    전기 변색층;
    카운터 전극층; 및
    상기 전기 변색층과 상기 카운터 전극층 사이에 배치된 이온 전도층을 포함하는 전기 변색 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이온 전도층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함하는 전기 변색 소자.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 카운터 전극층 또는 상기 전기 변색층은 리튬 이온과 함께 수소 이온을 포함하는 전기 변색 소자.
  7. 기판 상에 전기 변색층을 증착하고,
    상기 전기 변색층 상에 이온 전도층을 증착하고,
    상기 이온 전도층 상에 카운터 전극층을 증착하고,
    상기 카운터 전극층 상에 투명 전극층을 증착하고,
    상기 투명 전극층 상에 보호 코팅층을 증착하는 것을 포함하되,
    상기 전기 변색층, 상기 이온 전도층, 상기 카운터 전극층, 상기 투명 전극층 및 상기 보호 코팅층은 인-라인 스퍼터링 증착 장비를 이용하여 인-시투로 증착되는 전기 변색 소자 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 전기 변색층을 증착하기 전에, 상기 기판 상에 투명 전극층을 증착하는 것을 더 포함하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 기판은 투명 전극층을 포함하고,
    상기 전기 변색층은 상기 투명 전극층 상에 증착되는 전기 변색 소자 제조 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 투명 전극층을 증착한 후, 상기 투명 전극층이 증착된 기판을 열처리하는 것을 더 포함하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 카운터 전극층을 증착한 후, 상기 투명 전극층을 증착하기 전에 상기 기판을 열처리하는 것을 더 포함하는 전기 변색 소자 제조 방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 카운터 전극층을 증착할 때, 상기 기판측에 바이어스 전압이 인가되는 전기 변색 소자 제조 방법.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 이온 전도층을 증착할 때, 캐리어 가스와 함께 H2 가스가 공급되며, 캐리어 가스와 H2 가스의 유량 비(캐리어 가스/H2 가스)는 90/10 ~ 98/2 범위 내인 전기 변색 소자 제조 방법.
  15. 청구항 7에 있어서,
    상기 카운터 전극층은 표면에 Li층을 포함하는 전기 변색 소자 제조 방법.
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