KR102250555B1 - 밀봉 변색소자의 제조방법 및 변색소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 밀봉 변색소자의 제조방법 및 변색소자에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 하부 기판의 가장자리에, 틈을 포함하도록 밀봉 소재를 형성하는 단계; 상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계; 상기 틈으로 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 틈 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;를 포함한다.

Description

밀봉 변색소자의 제조방법 및 변색소자{SEALING METHOD OF CHROMIC DEVICE AND CHROMIC DEVICE THEREBY}
본 발명은, 밀봉 변색소자의 제조방법 및 변색소자에 관한 것이다.
종래 변색소자는 기본적으로 하부 유리기판, 변색 소자, 상부 기판의 구조로 되어 있으며, 변색 소자의 종류에 따라 전기 또는 열 또는 빛을 이용하여 소자를 변색시켜 투명한 상태와 불투명한 상태를 사용 용도에 따라 제어하는 역할을 수행하고 있다. 이 때 변색 소자는 변색소재 2층과 이온이 이동하는 전해질소재를 기본으로 하고 기타 성능향상을 위한 소재가 추가된 형태와 상부, 하부 적어도 한쪽 부위에 투명전극이 구성된다. 하부 기판은 변색 소자가 형성되어 있고, 소자 보호를 위하여 상부 기판을 이용하여 상/하부 밀봉하는 형태로 제품화되고 있다. 이 때 상, 하부 유리기판으로 밀봉하기 때문에 흐름성이 있는 전해액을 주입하는 공정 상 문제로 상부 유리기판에 구멍을 뚫은 후 전해액을 주입하고, 이후 다시 구멍을 메꾸는 방식을 적용하고 있다. 이는 유리 기판에 구멍을 뚫는 단계와 구멍을 채우는 과정을 수행하기 때문에 공정 상 불필요한 단계가 추가되고, 향후 구멍에 의한 유리의 파손(breakage) 발생 및 구멍을 통한 외부 수분, 산소 등의 침투로 소자 수명을 저하시키는 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제점 때문에 흐름성이 있는 전해질을 아예 필름형태로 가공하여 밀봉하는 방식을 적용하기도 하는데, 이는 밀봉 공정 때 일정 온도 이상이 되면 필름소재가 겔(Gel) 형태로 되어 소재에 스며들어가게 하는 방식의 원리로 진행되나, 소재 두께 및 형태에 따라 스며들어갈 수 있는 정도의 차이가 발생하여 소자 특성이 저하되는 원인이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 전해액을 주입할 구멍을 뚫는 공정 및 구멍을 다시 메우는 별도의 공정이 불필요하기 때문에 생산성이 증대되고, 소자 성능을 개선할 수 있는, 밀봉 변색소자의 제조방법 및 변색소자를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 하부 기판의 가장자리에, 틈을 포함하도록 밀봉 소재를 형성하는 단계; 상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계; 상기 틈으로 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 틈 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 하부 기판의 가장자리에 밀봉 소재를 형성하는 단계; 상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계; 상기 밀봉 소재를 관통하여 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 하부 기판의 일 측에 변색소자를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 틈은, 상기 하부 기판의 가장자리 중 적어도 일 측에 위치하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 틈의 크기는 1 ㎛ 내지 5000 ㎛인 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 밀봉 소재는 열가소성 수지를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는, 부틸 러버(butyl rubber) 계열, 이노머(ionomer) 계열, 아크릴레이트(acrylate) 계열, 우레탄(urethane) 계열, 에틸렌비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA) 계열 및 올레핀(olefin) 계열로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 밀봉 단계는, 23 ℃ 내지 60 ℃의 온도 범위 및 0.001 kgf/cm2 내지 1 kgf/cm2 압력 범위에서 1 초 내지 1 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉 단계는, 60 ℃ 내지 180 ℃의 온도 범위 및 1 kgf/cm2 내지 10 kgf/cm2 압력 범위에서 1 분 내지 1 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉하는 단계 이후에, 상기 상부 기판에 기공을 통하여 상기 변색소자와 연결된 전극을 형성하는 단계를 수행하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉하는 단계 이후에, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 사이의 옆면을 통하여 상기 변색소자와 연결된 전극을 형성하는 단계를 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 변색소자는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법에 의해 밀봉 제조된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 소재에 틈을 형성하여 상부 기판 및 하부 기판을 임시 밀봉하고, 틈으로 전해질을 주입한 후 영구적인 밀봉을 수행함으로써, 변색소자의 전해질이 외부에 노출로부터 막아주는 역할을 하고, 밀봉 소재 자체의 내투습 특성에 의하여 외부의 수분, 산소 등으로부터 보호되어 변색 소자의 수명 및 신뢰성이 증가하게 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상부 기판 및 하부 기판을 임시 밀봉하고, 밀봉 소재를 관통하여 전해질을 주입한 후 영구적인 밀봉을 수행함으로써, 변색소자의 전해질이 외부에 노출로부터 막아주는 역할을 하고, 밀봉 소재 자체의 내투습 특성에 의하여 외부의 수분, 산소 등으로부터 보호되어 변색 소자의 수명 및 신뢰성이 증가하게 될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자와 연결된 전극을 나타낸 평면도(top view)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자와 연결된 전극을 나타낸 평면도이다.
도 11은 밀봉 소재가 없을 경우 (a) 및 밀봉 소재가 있을 경우 (b)에 따른 밀봉 방식을 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광변색 소자의 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 밀봉 변색소자의 제조방법 및 변색소자에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 하부 기판의 가장자리에, 틈을 포함하도록 밀봉 소재를 형성하는 단계; 상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계; 상기 틈으로 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 틈 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;를 포함한다.
본 발명에서 변색소자는, 광변색 소자, 열변색 소자 및 전기변색 소자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 먼저, 하부 기판(110)의 가장자리에 밀봉 소재(112)를 형성한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 하부 기판(110)은, 투과도(T %)가 98 % 이상인 투명 기판을 포함할 수 있다. 상기 하부 기판(110)은, 유리, 플라스틱 및 연성의 고분자 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 예를 들어, 연성의 고분자 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate, PEN), 폴리에테르술폰(Polyether Sulfone, PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic Olefin Copolymer, COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름 및 폴리스티렌(Polystyrene, PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 밀봉 소재(112)는 틈(114)을 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 틈(114)은, 상기 하부 기판의 가장자리 중 적어도 일 측에 위치하는 것일 수 있다. 전해액을 주입할 틈을 2 개 이상으로 나누어 소자 크기에 상관없이 전체적으로 전해액이 잘 주입 되게 할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 틈(114)의 크기는 1 ㎛ 내지 5000 ㎛인 것일 수 있다. 상기 틈(114)의 크기가 1 ㎛ 미만인 경우 전해질을 주입하기 위한 시린지(syringe, 140)의 니들이 매우 작아야 해서 전해질을 주입하기 어려울 수 있고, 5000 ㎛를 초과하면 제1 밀봉 단계 뿐만 아니라 제2 밀봉 단계 이후에도 틈(114)이 밀봉이 되지 않을 우려가 있다.
또한, 전해질 주입 시 진공을 잡아줌으로써 기판 안쪽에 공기층의 압력으로 인하여 전해액 주입이 잘 되도록 수행하는 방법이 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 밀봉 소재(112)는 열가소성 수지를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는, 내투습성에 강한 부틸 러버(butyl rubber) 계열, 이노머(ionomer) 계열, 아크릴레이트(acrylate) 계열, 우레탄(urethane) 계열, 에틸렌비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA) 계열 및 올레핀(olefin) 계열로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는, 열가소성 수지 조성물을 경화하여 얻어지는 밀봉층으로의 가요성의 부여, 열가소성 수지 조성물 바니시의 도공성(뭉침 방지) 등의 이유로, 열가소성 수지의 중량 평균 분자량은, 15,000 이상인 것이 바람직하고, 30,000 이상이 보다 바람직하다. 상기 열가소성 수지의 중량 평균 분자량이 너무 크면, 열가소성 수지와 열경화성 수지(특히, 에폭시 수지)와의 상용성이 저하되는 등의 경향이 있다. 따라서, 열가소성 수지의 중량 평균 분자량은, 30,000 내지 2,000,000이 바람직하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지의 중량 평균 분자량은, 겔 침투 크로마토그래피(GPC)법(폴리스티렌 환산)으로 측정된다. GPC법에 의한 중량 평균 분자량은, 구체적으로는, 측정 장치로서 시마즈 세사쿠쇼 제조 LC-9A/RID-6A를, 컬럼으로서 쇼와 덴코사 제조 Shodex K-800P/K-804L/K-804L을, 이동상으로서 클로로포름 등을 사용하고, 컬럼 온도 40℃에서 측정하고, 표준 폴리스티렌의 검량선을 사용하여 산출할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는, 수지 조성물의 경화물의 굴절률이 1.30 내지 1.71인 것일 수 있다. 열경화성 수지의 굴절률이 낮은 경우에는, 상기 수지 조성물의 경화물의 굴절률보다도 높은 수지 조성물의 경화물의 굴절률의 열가소성 수지라도 좋다. 복수의 열가소성 수지를 사용하는 경우에는, 열가소성 수지의 혼합물 전체의 굴절률이 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 하부 기판(110)의 일 측에 변색소자(130)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 하부 기판(110) 가장자리 부분에 밀봉 소재(130)를 구성할 공간을 제외하고 변색소자를 형성하고, 변색소자가 완성된 후 하부 기판(130)에 밀봉 소재(112)를 형성하는 것일 수 있다. 상기 변색소자(130)는 하기의 도 12와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자에 대한 설명에서 자세히 설명하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 기판(110) 상에 상부 기판(120)을 배치하여 제1 밀봉한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상부 기판(120)은 상기 하부 기판(110)과 동일한 물질일 수도 있고, 상기 하부 기판(110)에 대한 설명한 물질들 중에서 적어도 어느 하나가 선택되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 밀봉 단계는 상기 하부 기판(110) ?? 상기 상부 기판(120)이 상기 밀봉 소재(112)에 의하여 임시적으로 밀봉되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 밀봉 단계는, 23 ℃ 내지 60 ℃의 온도 범위 및 0.001 kgf/cm2 내지 1 kgf/cm2 압력 범위에서 1 초 내지 1 시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 제1 밀봉 단계가 23 ℃ 미만의 온도, 0.001 kgf/cm2 미만의 압력 및 1초 미만의 시간 동안 수행될 경우 1 차적으로 밀봉이 잘 이루어지지 않을 수 있고, 60 ℃ 초과의 온도, 1 kgf/cm2 초과의 압력 및 1 시간 초과의 시간 동안 수행될 경우 전해질 주입을 위한 틈(114)까지 밀봉될 우려가 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 소재(112) 사이의 틈(114)으로 전해액을 주입한다. 상기 전해액은 시린지(140)를 통해 주입하는 것일 수 있으며, 시린지의 니들이 매우 얇기 때문에 별도로 전해액 주입을 위한 구멍을 뚫는 공정 및 구멍을 다시 메우는 공정 등이 불필요하기 때문에 생산성이 증대될 수 있다. 또한, 필름형태의 전해질 사용으로 인한 단점도 제거할 수 있어, 소자 성능 저하도 제거할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 틈 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉 단계는, 상기 임시적으로 밀봉된 부분을 영구적으로 밀봉하는 것일 수 있다. 이때 제1 밀봉 단계보다 더 높은 온도 및 높은 압력으로 영구적인 밀봉이 수행되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉 단계는, 60 ℃ 내지 180 ℃의 온도 범위 및 1 kgf/cm2 내지 10 kgf/cm2 압력 범위에서 1 분 내지 1 시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 제2 밀봉 단계가 60 ℃ 미만의 온도, 1 kgf/cm2 미만의 압력 및 1 분 미만의 시간 동안 수행될 경우 틈(114)이 메워지지 않을 수 있고, 180 ℃ 초과의 온도, 10 kgf/cm2 초과의 압력 및 60 분 초과의 시간 동안 수행될 경우 기판 밖으로 밀봉 소재가 빠져나와 제대로 밀봉 역할을 수행하지 못하거나, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판에 무리가 갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 소재에 틈을 형성하여 상부 기판 및 하부 기판을 임시 밀봉하고, 틈으로 전해질을 주입한 후 영구적인 밀봉을 수행함으로써, 변색소자의 전해질이 외부에 노출로부터 막아주는 역할을 하고, 밀봉 소재 자체의 내투습 특성에 의하여 외부의 수분, 산소 등으로부터 보호되어 변색 소자의 수명 및 신뢰성이 증가하게 될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 하부 기판의 가장자리에 밀봉 소재를 형성하는 단계; 상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계; 상기 밀봉 소재를 관통하여 전해액을 주입하는 단계; 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법은, 먼저, 하부 기판(210)의 가장자리에 밀봉 소재(212)를 형성한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 하부 기판(210)은, 투과도(T %)가 98 % 이상인 투명 기판을 포함할 수 있다. 상기 하부 기판(210)은, 유리, 플라스틱 및 연성의 고분자 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 예를 들어, 연성의 고분자 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycabonate, PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, ABS), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate, PEN), 폴리에테르술폰(Polyether Sulfone, PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic Olefin Copolymer, COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide, PI) 필름 및 폴리스티렌(Polystyrene, PS)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 밀봉 소재(212)는 열가소성 수지를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는, 내투습성에 강한 부틸 러버(butyl rubber) 계열, 이노머(ionomer) 계열, 아크릴레이트(acrylate) 계열, 우레탄(urethane) 계열, 에틸렌비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA) 계열 및 올레핀(olefin) 계열로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지는, 부틸 러버(butyl rubber) 계열, 이노머(ionomer) 계열, 아크릴레이트(acrylate) 계열, 우레탄(urethane) 계열, 에틸렌비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA) 계열 및 올레핀(olefin) 계열로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 열가소성 수지의 물성은, 상술한 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법에 설명한 바와 동일하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 하부 기판(210)의 일 측에 변색소자를 포함하는 것일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 하부 기판(210) 상에 상부 기판(220)을 배치하여 제1 밀봉한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 상부 기판(220)은 상기 하부 기판(210)과 동일한 물질일 수도 있고, 상기 하부 기판(210)에 대한 설명한 물질들 중에서 적어도 어느 하나가 선택되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 밀봉 단계는 상기 하부 기판(210) ?? 상기 상부 기판(220)이 상기 밀봉 소재(212)에 의하여 임시적으로 밀봉되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 밀봉 단계는, 23 ℃ 내지 60 ℃의 온도 범위 및 0.001 kgf/cm2 내지 1 kgf/cm2 압력 범위에서 1 초 내지 1 시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 제1 밀봉 단계가 23 ℃ 미만의 온도, 0.001 kgf/cm2 미만의 압력 및 1초 미만의 시간 동안 수행될 경우 1 차적으로 밀봉이 잘 이루어지지 않을 수 있고, 60 ℃ 초과의 온도, 1 kgf/cm2 초과의 압력 및 60 분 초과의 시간 동안 수행될 경우 전해질 주입을 위한 틈(114)까지 밀봉될 우려가 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 밀봉 소재(212)를 관통하여 전해액을 주입한다. 상기 전해액은 시린지(240)를 통해 주입하는 것일 수 있으며, 시린지의 니들이 매우 얇기 때문에 별도로 전해액 주입을 위한 구멍을 뚫는 공정 및 구멍을 다시 메우는 공정 등이 불필요하기 때문에 생산성이 증대될 수 있다. 또한, 필름형태의 전해질 사용으로 인한 단점도 제거할 수 있어, 소자 성능 저하도 제거할 수 있다. 밀봉 소재(212)의 한 군데 이상을 관통하여 전해액 주입을 수행하는 것일 수 있다. 전해액을 주입할 밀봉 소재의 관통 부분을 2 개 이상으로 나누어 소자 크기에 상관없이 전체적으로 전해액이 잘 주입되게 할 수 있다. 또한 밀봉 소재의 관통 부분을 크게 2 개 이상으로 구성하여 진공 중에서 밀봉 과정을 수행할 수 있다. 이 때 전해질을 주입할 관통 이외에 관통에서는 유리기판 내부에 공기를 빼내어 전해질이 보다 잘 주입되게 수행할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉 단계는, 상기 임시적으로 밀봉된 부분을 영구적으로 밀봉하는 것일 수 있다. 이때 제1 밀봉 단계보다 더 높은 온도 및 높은 압력으로 영구적인 밀봉이 수행되는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉 단계는, 60 ℃ 내지 180 ℃의 온도 범위 및 1 kgf/cm2 내지 10 kgf/cm2 압력 범위에서 1 분 내지 1 시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 제2 밀봉 단계가 60 ℃ 미만의 온도, 1 kgf/cm2 미만의 압력 및 1 분 미만의 시간 동안 수행될 경우 틈(114)이 메워지지 않을 수 있고, 180 ℃ 초과의 온도, 10 kgf/cm2 초과의 압력 및 60 분 초과의 시간 동안 수행될 경우 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판에 무리가 갈 수 있다. 기판 밖으로 밀봉 소재가 빠져나와 제대로 밀봉 역할을 수행하지 못하거나, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판에 무리가 갈 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상부 기판 및 하부 기판을 임시 밀봉하고, 밀봉 소재를 관통하여 전해질을 주입한 후 영구적인 밀봉을 수행함으로써, 변색소자의 전해질이 외부에 노출로부터 막아주는 역할을 하고, 밀봉 소재 자체의 내투습 특성에 의하여 외부의 수분, 산소 등으로부터 보호되어 변색 소자의 수명 및 신뢰성이 증가하게 될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉하는 단계 이후에, 상기 상부 기판에 기공을 통하여 상기 변색소자와 연결된 전극을 형성하는 단계를 수행하는 것일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자와 연결된 전극을 나타낸 평면도(top view)이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변색소자는, 하부 기판의 가장자리에 있는 밀봉 소재에 의해 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉한 이후에, 상부 기판의 기공을 통해 변색소자와 외부 전원 인가를 위한 전극을 형성하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제2 밀봉하는 단계 이후에, 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 사이의 옆면을 통하여 상기 변색소자와 연결된 전극을 형성하는 단계를 수행하는 것일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자와 연결된 전극을 나타낸 평면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변색소자는, 하부 기판의 가장자리에 있는 밀봉 소재에 의해 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉한 이후에, 상부 기판 및 하부 기판 사이의 옆면을 통해 변색소자와 외부 전원 인가를 위한 전극을 배출하여 형성하는 것일 수 있다.
도 10의 (a)는 상부 기판 및 하부 기판 중간으로 밀봉 소재를 관통하여 전극을 측면으로 배출하는 것이고, 도 10의 (b)는 하부 기판 쪽으로 밀봉 소재를 관통하여 전극을 측면으로 배출하는 것이고, 도 10의 (c)는 상부 기판 쪽으로 밀봉 소재를 관통하여 전극을 측면으로 배출하는 것이다.
이러한 전극을 측면으로 배출하는 구조 적용 시에는 전해액 주입을 본 발명에 따라 밀봉 소재의 틈으로 수행하거나, 밀봉 소재를 관통하는 방식으로 수행할 수 있다.
도 11은 밀봉 소재가 없을 경우 (a) 및 밀봉 소재가 있을 경우 (b)에 따른 밀봉 방식을 나타낸 단면도이다. 밀봉 소재가 없는 경우, 빈공간의 공기에 의해 온도변화에 따라 공기의 압축과 팽창이 반복적으로 일어나고 이에 따라 변색소자 제품의 가장자리 밀봉 소재 측면의 변형이 올 수 있다는 단점이 있다. 이 때 빈공간에 밀봉 소재를 구성할 경우 이러한 단점을 보완하여 변색 소재 제품의 장기 신뢰성 측면이 향상될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 변색소자는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀봉 변색소자의 제조방법에 의해 제조된다.
본 발명에서 변색소자는, 광변색 소자, 열변색 소자 및 전기변색 소자로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자의 단면도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 변색소자는, 아래에서 위 방향으로 순차적으로 하부 기판, 투명 전극, 제1 변색물질층, 전해액층, 제2 변색물질층, 금속 전극, 밀봉층 및 상부 기판을 포함할 수 있다. 상기 투명 전극 및 상기 금속 전극은 각각 극성이 상이한 양극 단자부 및 음극 단자부에 연결되며, 양극 단자부 및 음극 단자부로부터 전원을 공급받는다. 변색소자는 상기 구조로 인해 가해지는 전압에 따라 소자의 색을 가역적으로 변화시킬 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판은, 투과도(T %)가 98 % 이상인 투명 기판을 포함할 수 있으며, 도 1에서 설명한 바와 같이, 다양한 소재의 기판을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 변색물질층, 전해액층 및 제2 변색물질층은 전압을 가하면 색상이 변하는 전기변색 원리를 이용하여 외부로부터의 전압 인가에 의해 가역적으로 색이 변하거나 투과율이 변하는 소자를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 변색물질층, 전해액층 및 제2 변색물질층의 총 두께는 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 바람직하게는 20 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있다. 제1 변색물질층, 전해액층 및 제2 변색물질층(140)의 총 두께가 10 ㎛ 미만인 경우, 투명 전극 및 금속 전극 간의 맞닿음으로 인해 합선이 될 가능성이 있고, 제1 변색물질층, 전해액층 및 제2 변색물질층의 총 두께가 500 ㎛를 초과하는 경우, 전기전도도가 감소하여 반응 속도가 느려질 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 변색물질층 및 제2 변색물질층은 변색 또는 소색 성능이 우수하고, 응답속도가 우수하며, 내구성을 유지할 수 있고, 메모리 효과가 있는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 변색물질층은 산화반응을 하는 산화 변색층이고, 제2 변색물질층은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있다. 또는, 제1 변색물질층은 환원반응을 하는 환원 변색층일 수 있고, 제2 변색물질층은 산화반응을 하는 산화 변색층일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 변색물질층 및 제2 변색물질층은 유기계 변색물질 및 무기계 변색물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색 특성을 갖는 물질을 의미하며, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라 가역적으로 전기변색 물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다. 상기 유기계 변색물질은, 예를 들어 비올로겐, 안트라퀴논, 폴리피롤 및 폴리싸이오펜, 폴리안트라센, 폴리플루오렌, 폴리카바졸, 폴리페닐비닐렌 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 무기계 변색물질은, 예를 들어 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐, 몰리브덴, 망간, 티타튬, 세륨 및 니오븀의 산화물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는, 변색물질은 프루시안 블루(Prussian blue, PB), 프루시안 블루 아날로그(PB analog, PBA), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 및 비올로겐(viologens)를 포함할 수도 있다. WO3는 환원 변색층에 포함되는 변색물질이고, PB는 산화 변색층에 포함되는 변색물질일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 제1 변색물질 및 제2 변색물질을 필름 형태로 증착하는 단계에서 변색물질을 증착하는 방법은, 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 열증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(e-beam evaporation), 원자층 증착(atomic layer deposition), 열중합(solution polymerization) 및 스핀코팅(spin-coating)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 전해액층은 높은 이온전도도, 우수한 내온성, 우수한 적층 밀착성을 갖는 젤, 고체 또는 액체 전해질 재료를 포함할 수 있다. 전해질 재료는, 예를 들어, PMMA(poly(methyl methacrylate)) 수지, PC(polycarbonate) 수지 또는 아크릴계 수지를 포함할 수 있다. 또는, 전해액층은 이온성 액체 및 금속염을 포함할 수도 있다. 여기서, 이온성 액체에 포함되는 양이온으로는 암모늄(ammonium), 이미다졸륨(imidazolium), 옥사졸륨(oxazolium), 피페리디늄(piperidinium), 피라지늄(pyrazinium), 피라졸륨(pyrazolium), 피리다지늄(pyridazinium), 피리디늄(pyridinium), 피리미디늄(pyrimidinium), 피롤리디늄, (pyrrolidinium), 피롤리늄(pyrrolinium), 피롤륨(pyrrolium), 티아졸륨(thiazolium) 및 트리아졸륨(triazolium)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 음이온으로는 할로겐족, BF4 -, PF6 -, 설포네이트계[(SO2R)O]-, 이미드계[(SO2R)2N]- 및 메티드계[(SO2R)3C]-로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 여기서, R은 할로겐족, CF3, C2F5 및 기타 전자쌍을 받을 수 있는 아릴 또는 알킬치환체일 수 있다. 그리고, 금속염은 리튬 이온일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 투명전극은 광의 투과를 방해하지 않으면서 전기가 흐를 수 있는 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다. 투명 전도성 재료는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IZO(Indiun Zinc Oxide), 구리 산화물(tin oxide), 아연 산화물(zinc oxide) 및 티타늄 산화물(titanium oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 투명전극은, 나노와이어, 감광성 나노와이어 필름, CNT(Carbon Nano Tube) 및 그래핀(graphene)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나의 나노 파우더 합성체를 포함할 수도 있다. 여기서, 나노 파우더의 함량 제어를 통해 전기전도도를 확보하면서, 색 및 반사율 제어가 가능하다.
일 실시형태에 있어서, 상기 금속 전극은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 금(Au) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 투명전극 및 금속전극 각각은 필름 형상일 수 있으며, 빛에 대한 투과율이 80 % 이상일 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 상기 투명 전극 및 금속 전극의 증착 방법으로는 스퍼터링(sputtering), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 열증착(thermal evaporation), 전자빔 증착(e-beam evaporation) 및 원자층 증착(atomic layer deposition)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 한 방법에 의해 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 glass to glass 구조의 변색소자 제품뿐만 아니라, 플렉시블 기판에도 적용이 가능하다.
이하, 하기 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 광변색 소자의 단면도이다. 도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색 소자는, 상부 기판 및 하부 기판으로 소다라인 글라스(sodalime glass)로 구성되어 있고, 그 사이에 WO3/dyed-TiO3/전해질(electrolyte)/부틸 러버 밀봉(Butyl rubber sealant)으로 구성되어있다. WO3는 소다라임 글라스에 스핀코팅에 의해 코팅되었고, dyed-TiO3 역시 스핀코팅에 의해 코팅되었다.
하부 소다라임 글라스 기판 사이드 부분에 Butyl rubber 소재를 구성할 공간을 제외하고 변색소자를 형성하였다. 가장자리 밀봉 소재에 작은 틈 (syringe 바늘이 들어갈 정도로 10 ㎛ ~ 1000 ㎛)을 형성한 후 상부 소다라임 글라스를 덮고 50 ℃ 이하의 온도에서 일정한 압력으로 눌러서 임시적인 밀봉인 제1 밀봉을 수행하였다. 이후 가장자리 밀봉 소재의 구성 시 만들었던 틈으로 시린지 바늘을 넣어 전해질을 주입하였다. 이후 임시적인 밀봉인 제1 밀봉보다 높은 압력 및 온도(80 ℃)로 영구적인 밀봉인 제2 밀봉을 수행하였다.
이렇게 제조된 광변색유리(photochromic glass) 소자는, 영구적인 밀봉 시 압력과 온도에 의해서 열가소성 소재가 서로 붙어 틈을 메워 주입한 전해질이 외부에 노출로부터 막아주는 역할을 하고, 가장자리 밀봉 소재 자체의 내투습 특성에 의하여 외부의 수분, 산소 등으로부터 보호되어 광변색 소자의 수명 및 신뢰성이 증가하는 것을 확인하였다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110, 210: 하부 기판
112, 212: 밀봉 소재
114: 틈
120, 220: 상부 기판
130, 230: 변색 소자
140, 240: 시린지

Claims (12)

  1. 하부 기판의 가장자리에, 틈을 포함하도록 밀봉 소재를 형성하는 단계;
    상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계;
    상기 틈으로 전해액을 주입하는 단계; 및
    상기 틈 및 상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;
    를 포함하는,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  2. 하부 기판의 가장자리에 밀봉 소재를 형성하는 단계;
    상기 하부 기판 상에 상부 기판을 배치하여 제1 밀봉하는 단계;
    상기 밀봉 소재를 관통하여 전해액을 주입하는 단계; 및
    상기 제1 밀봉된 부분을 제2 밀봉하는 단계;
    를 포함하는,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하부 기판의 일 측에 변색소자를 포함하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 틈은, 상기 하부 기판의 가장자리 중 적어도 일 측에 위치하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 틈의 크기는 1 ㎛ 내지 5000 ㎛인 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밀봉 소재는 열가소성 수지를 포함하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    열가소성 수지는,
    부틸 러버(butyl rubber) 계열, 이노머(ionomer) 계열, 아크릴레이트(acrylate) 계열, 우레탄(urethane) 계열, 에틸렌비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA) 계열 및 올레핀(olefin) 계열로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 밀봉 단계는, 23 ℃ 내지 60 ℃의 온도 범위 및 .001 kgf/cm2 내지 1 kgf/cm2 압력 범위에서 1 초 내지 1 시간 동안 수행하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 밀봉 단계는, 60 ℃ 내지 180 ℃의 온도 범위 및 1 kgf/cm2 내지 10 kgf/cm2 압력 범위에서 1 분 내지 1 시간 동안 수행하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 밀봉하는 단계 이후에,
    상기 상부 기판에 기공을 통하여 상기 변색소자와 연결된 전극을 형성하는 단계를 수행하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 밀봉하는 단계 이후에,
    상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 사이의 옆면을 통하여 상기 변색소자와 연결된 전극을 형성하는 단계를 수행하는 것인,
    밀봉 변색소자의 제조방법.
  12. 제1항 또는 제2항의 밀봉 변색소자의 제조방법에 의해 밀봉 제조된 변색소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090031045A (ko) * 2007-09-21 2009-03-25 주식회사 단석산업 다중 패턴을 가진 카메라용 전기변색소자 및 그의 제조방법

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