KR102622550B1 - 전기변색소자용 전극 및 이를 포함하는 전기변색소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 배치되는 수지층, 상기 수지층 위에 배치되는 금속 배선 전극, 상기 금속 배선 전극 위에 배치되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 위에 배치되는 변색물질층, 상기 변색물질층 위에 배치되는 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되는 제 2 전극층, 그리고 상기 제 2 전극층 위에 배치되는 상부 기판을 포함하고, 상기 수지층은 상기 금속 배선 전극의 일부를 둘러싸며, 상기 금속 배선 전극은 상기 제 1 전극층과 접촉한다.
Description
본 발명은 전기변색소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기변색소자에 포함되는 전극에 관한 것이다.
전기변색(Electrochromism)이란 전압을 인가하면 전계방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상으로서, 이러한 특성을 지닌 전기화학적 산화환원반응에 의해서 재료의 광특성이 가역적으로 변할 수 있는 물질을 전기변색물질이라고 한다. 이러한 전기변색물질은 외부에서 전기적 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠지 않고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색이 소멸하는 특성을 가진다.
전기변색소자는 전기화학적 산화환원반응에 의하여 전기변색물질의 광투과도가 변하는 현상을 이용한 소자로서, 건축용 창유리나 자동차 미러의 광투과도 또는 반사도를 조절하는 용도로 이용되고 있으며, 최근에는 가시광선 영역에서의 색변화뿐만 아니라 적외선 차단효과까지 있다는 것이 알려지면서 에너지 절약형 제품으로의 응용 가능성에 대해서도 큰 관심을 받고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기변색소자 및 그의 전극을 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 배치되는 수지층, 상기 수지층 위에 배치되는 금속 배선 전극, 상기 금속 배선 전극 위에 배치되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 위에 배치되는 변색물질층, 상기 변색물질층 위에 배치되는 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되는 제 2 전극층, 그리고 상기 제 2 전극층 위에 배치되는 상부 기판을 포함하고, 상기 수지층은 상기 금속 배선 전극의 일부를 둘러싸며, 상기 금속 배선 전극은 상기 제 1 전극층과 접촉한다.
상기 금속 배선 전극의 전기저항은 상기 제 1 전극층의 전기저항보다 낮을 수 있다.
상기 금속 배선 전극은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 배선 전극의 깊이는 상기 수지층의 높이보다 작을 수 있다.
상기 수지층의 높이는 10㎛ 내지 300 ㎛일 수 있다.
상기 금속 배선 전극의 깊이는 5㎛ 내지 250 ㎛일 수 있다.
상기 수지층은 상기 금속 배선 전극의 노출 영역을 커버할 수 있다.
상기 제 1 전극층의 두께는 300nm 내지 1000nm일 수 있다.
상기 금속 배선 전극은 단위 면적 당 0.4 내지 10%의 면적을 차지할 수 있다.
상기 금속 배선 전극의 폭(W)에 대한 두께(T)의 비(T/W)는 0.02이상일 수 있다.
상기 금속 배선 전극은 복수의 선이 평행하게 배치되는 형상일 수 있다.
상기 금속 배선 전극은 격자 형상으로 배치될 수 있다.
상기 수지층은 실리콘계 고분자를 포함할 수 있다.
상기 수지층에는 기능성 필러가 분산될 수 있다.
상기 기능성 필러는 UV 안정제를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극층 및 제 2 전극층은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 FTO(Fluorine Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 금속 배선 전극과 상기 제1 전극층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 배치되는 수지층, 상기 수지층 내에 음각으로 채워진 금속 배선 전극, 상기 수지층 위에 배치되는 제 1 전극층, 상기 제 1 전극층 위에 배치되는 변색물질층, 상기 변색물질층 위에 배치되는 전해질층, 상기 전해질층 위에 배치되는 제 2 전극층, 상기 제 2 전극층 위에 배치되는 상부 기판, 상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이에 배치되는 댐(dam), 그리고 상기 댐의 내부에 배치 되는 이온 저장층을 포함하고, 상기 제2 전극층에 배치되는 보조 전극을 더 포함하며, 상기 금속 배선 전극 및 상기 보조 전극은 각각 접속 리드와 연결된다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 제조 방법은 제 1 기판 상에 수지층을 코팅하는 단계, 상기 수지층을 경화시키는 단계, 경화된 수지층에 음각으로 패턴을 형성하는 단계, 상기 음각으로 형성된 패턴 내에 전극 물질을 채워 넣는 단계, 상기 수지층 위에 ITO층을 형성하는 단계, 상기 ITO층 위에 변색물질층을 형성하는 단계, 상기 변색물질층 위에 전해질층 및 이온저장층을 배치하는 단계, 그리고 상기 이온저장층 위에 ITO층이 형성된 제 2 기판을 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 박형이면서도 변색 속도가 높은 전기변색소자를 얻을 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자의 전극은 반복 구동에도 불구하고 신뢰도 및 내구성이 높은 전기변색소자를 얻을 수 있다.
도 1은 전기변색소자의 단면도이다.
도 2 내지 3은 금속 배선의 예이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 5는 300nm 두께의 ITO 투명 전극의 광 투과율을 특정한 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자를 제작하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 2 내지 3은 금속 배선의 예이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 5는 300nm 두께의 ITO 투명 전극의 광 투과율을 특정한 결과이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자를 제작하는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 전기변색소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기변색소자(100)는 서로 대향하여 배치되는 제1 기판(110) 및 제2 기판(120), 제1 기판(110) 및 제2 기판(120) 사이에 서로 대향하여 배치되는 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140), 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 사이에 배치되는 변색물질층(150), 이온저장층(160), 및 전해질층(170)을 포함한다. 도시되지 않았으나, 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 사이에는 실링재(sealant)가 더 배치되며, 실링재에 의하여 형성된 공간 내에 변색물질층(150), 이온저장층(160) 및 전해질층(170)이 배치될 수도 있다. 실링재는 댐(dam)과 혼용될 수도 있다. 또한, 여기서는 변색물질층(150) 및 전해질층(170)이 서로 분리되는 구조인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전해질층(170) 내에 변색물질이 분산되는 구조일 수도 있다. 또한, 변색물질층(150)이 제1 전극층(130) 측에만 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 전극층(140) 측에도 배치될 수 있다.
여기서, 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)은 투과도(T%)가 98%이상인 투명 기판이며, 유리 또는 플라스틱일 수 있다.
이때, 변색물질층(150)은 유기물 및 무기물에서 선택된 전도성 고분자 및 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 전도성 고분자는 산화/환원이 가능한 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene)의 단량체로 중합된 전도성 고분자 및 단량체의 유도체일 수 있다.
비전도성 물질은 산화/환원 반응이 가능한 방향족 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어 비올로겐(viologen)을 포함한 비스테르피리딘(bisterpyridine) 유도체, 비페닐(biphenyl)유도체, 티오펜(thiophene) 유도체 등 화학물의 내부 전자 이동이 가능하며, 산화/환원 상태에 따라 색변화가 가능한 유기물일 수 있다. 또한, 변색물질층(150)은 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide), 몰리브데늄 옥사이드(molybdenum oxide), 티타늄 옥사이드(titanium oxide) 및 바나듐 옥사이드(vanadium oxide)로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 변색 물질층은 다층 박막의 형태로 이루어질 수 있다.
이온저장층(160)은 이온 전도성 고분자, 예를 들어 아크릴아미도프로판 설포닉산(acrylamidopropane sulfonic acid) 및 아크릴산(acrylic acid)로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것을 아니다.
그리고, 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 중 적어도 하나는 투명 전극을 포함할 수 있으며, 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 FTO(Fluorine Tin Oxide), Ag(Silver), 및 Al(Alluminium)중 하나를 포함할 수 있다. 이때, 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 중 적어도 하나는 투명 전극이 금속 배선 전극으로 대체되거나, 투명 전극 상에 금속 배선 전극이 추가로 배치될 수 있다. 여기서, 금속 배선 전극은, 예를 들어 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 격자 형상이거나, 평행하는 복수의 배선을 포함하는 형상이거나, 무정형 그물 형상일 수 있다. 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 중 적어도 하나가 금속 배선 전극을 포함하면, 전극층의 저항이 낮아지게 되므로, 변색 속도가 빨라지게 되며, 투명 전극의 두께를 박형화할 수 있고, 투명 전극의 리지드한 특성으로 인하여 투명 전극에 크랙이 생기는 문제를 최소화할 수 있다. 금속 배선 전극은 투명 전극보다 전기전도도가 크고 저항이 낮은 금속으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 금속 배선 전극은 전도 전극, 전도 패턴, 도전 전극, 도전 패턴, 금속 전극, 금속 패턴, 배선 전극 등과 혼용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속 배선 전극은 도 2 및 도 3에서 예시되어 있다. 도 2에서는 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극이 거의 직각을 이루는 형상으로 배치되는 것을 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극 간의 각도(θ)는 45˚ 내지 135˚일 수 있다. 평행하는 복수의 가로 전극과 평행하는 복수의 세로 전극 간의 각도(θ)가 이러한 수치 범위 이내인 경우, 무아레(moire)를 방지할 수 있다. 또는, 복수의 가로 전극 또는 복수의 세로 전극은 서로 평행하지 않을 수도 있으며, 랜덤하게 배치될 수도 있다.
또한, 금속 배선 전극의 형상이 복수의 선, 격자, 무정형의 그물형에 관계 없이,단위 면적 당 금속 배선 전극은 실제로 0.4 % 내지 10 %의 면적을 차지할 수 있다. 예를 들어, 10ⅹ10cm2 내에서 금속 배선 전극이 실제로 차지하는 면적은 0.4 내지 10cm2 일 수 있고, 10ⅹ10mm2 내에서 금속 배선 전극이 실제로 차지하는 면적은 0.4 내지 10mm2 일 수 있다. 금속 배선 전극이 실제로 차지하는 면적이 0.4 % 미만일 경우에는 버스 배선으로서의 효과가 미비할 수 있다. 또한, 금속 배선 전극이 실제로 차지하는 면적이 10 %를 초과하면 시인성이 저하된다.
도 3에서는 평행하는 복수의 배선을 예로 들고 있다.
평행하는 복수의 배선 중 하나의 배선의 폭(W)은 10㎛ 내지 3000㎛의 범위로 구현이 가능하며, 이때 복수의 선은 서로 50㎛ 내지 100,000 ㎛의 선 간 거리(D1, D2)를 두고 배치될 수 있다. 이때, 복수의 선 간의 거리(D1, D2)은 모두 동일하거나, 서로 다를 수 있으며, 폭(W) 대비 선 간 거리(D)의 비율(D/W)은 5 내지 1000이 될 수 있다.
바람직하게는, 금속 배선의 단면적이 20 ㎛2 이상이어야 하며, 배선의 선폭 대비 두께(T)의 비(T/W)가 0.02이상일 경우 시인성이 확보 된다. 선 폭이 10㎛ 보다 작은 경우 선저항이 높아지고, 3000㎛보다 큰 경우 시인성이 저하된다.도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기변색소자의 일부의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 전기변색소자(100)는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 위에 배치되는 수지층(180), 수지층(180) 위에 배치되는 금속 배선 전극(182), 금속 배선 전극(182) 위에 배치되는 제 1 전극층(130), 제 1 전극층(130) 위에 배치되는 변색물질층(150), 변색물질층(150) 위에 배치되는 전해질층(170), 전해질층(170) 위에 배치되는 이온 저장층(160), 이온 저장층(160) 위에 배치되는 제 2 전극층(140), 그리고 상기 제 2 전극층(140) 위에 배치되는 제2 기판(120)을 포함한다.
제 1 전극층(130)은 투과율이 95% 이상인 투명 전극일 수 있다. 그리고, 제 1 기판(110) 상에 배치되는 수지층(180)은 투과율이 95% 이상인 투명 수지를 사용할 수 있다.
여기서, 수지층(180)은 금속 배선 전극(182)의 일부를 둘러싸며, 금속 배선 전극(182)은 제1 전극층(130)의 한 면과 접촉할 수 있다. 여기서, 제1 전극층(130)은 투명 전극일 수 있다.
여기서, 수지층(180) 및 금속 배선 전극(182)은 PET(polyethylene terephthalate) 필름(미도시) 상에 배치될 수 있다. PET 필름은 플렉서블한 투명 필름으로, 전기변색소자(100)의 변색에 영향을 미치지 않으면서도 수지층(180), 금속 배선 전극(182) 및 제1 전극층(130)을 지지할 수 있다. 이때, PET 필름의 두께는 10 내지 300㎛, 바람직하게는 50 내지 200㎛, 더욱 바람직하게는 100 내지 150㎛일 수 있다. PET 필름은 제1 기판(110)에 포함되는 구성이거나, 제1 기판(110)과 수지층(180) 사이에 배치되는 별도의 구성일 수 있다.
그리고, 금속 배선 전극(182)은 도 2 내지 도 3에서 예시한 바와 같이, 격자 형상 또는 서로 평행하는 복수의 직선 형상으로 배치될 수 있으며, 무정형을 가지는 그물형상일도 수 있다. 또한, 금속 배선 전극(182)은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 은(Ag) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 금속 배선 전극(182)은 투명 전극인 제 1전극층(130)에 비하여 전도성이 높고, 저항이 낮은 금속을 사용하여 빠른 변색속도를 얻을 수 있다. 예를 들어, 금속 배선 전극(182)이 구리를 포함하는 경우, 구리 배선의 표면 저항은 1 m/□ 내지 50 m/□의 범위일 수 있으며, 구체적으로 20 m/□ 내지 40 m/□의 범위를 가질 수 있다.
금속 배선 전극(182)이 격자 형상으로 배치되는 경우, 평행하는 복수의 세로 전극 또는 평행하는 복수의 가로 전극의 폭(W)은 0.1 내지 100㎛, 바람직하게는 1 내지 50㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 30㎛일 수 있고, 간격, 즉 피치(pitch, P)는 0.1 내지 100mm, 바람직하게는 1 내지 50mm, 더욱 바람직하게는 10 내지 20mm일 수 있다. 이때 금속 배선 전극(182)의 단면적이 20 ㎛2 이상이어야 하며, 금속 배선 전극(182)의 선폭 대비 두께의 비가 0.02이상일 경우 시인성이 확보 된다. 선 폭이 10㎛ 보다 작은 경우 선저항이 높아지고, 3000㎛보다 큰 경우 시인성이 저하된다. 또한 금속 배선(1322)의 폭 대비 간격의 비율은 5 내지 1000이 될 수 있다.
또한, 금속 배선 전극(182)의 형상이 선, 격자의 형태일 때와 무정형의 그물형상일 때를 포함하여, 금속 배선 전극(182)은 단위 면적 당 실제 차지하는 면적이 0.4 % 내지 10 %일 수 있다. 금속 배선 전극(182)의 면적이 0.4 % 미만일 경우에는 버스 배선으로서의 효과가 미비할 수 있다. 또한, 금속 배선 전극(182)의 면적이 10 %를 초과하면 시인성이 저하된다.
다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 요구되는 변색 속도 및 애플리케이션의 스케일에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 금속 배선 전극(182)의 폭 및 피치를 조절하여 전기변색소자의 시인성을 개선할 수 있다. 본 명세서에서, 격자 형상으로 배치되는 금속배선 전극(182)은 버스(bus) 전극과 혼용될 수도 있다.
이때, 금속 배선 전극(182)은 수지층(180) 내에 일부가 포함될 수 있다. 수지층(180)은 폴리머 수지를 포함할 수 있으며, 폴리머 수지는, 예를 들어 실리콘계 폴리머 수지일 수 있다. 수지층(180)의 높이(H1)는 금속 배선 전극(182)의 높이(h1)보다 클 수 있다. 이에 따라, 수지층(180)은 금속 배선 전극(182)을 안정적으로 매립하고, 지지할 수 있다. 예를 들어, 금속 배선 전극(182)의 높이(h1)가 5 내지 250㎛인 경우, 수지층(180)의 높이(H1)는 10 내지 300㎛일 수 있다.
이때, 수지층(180) 내에는 기능성 필러(F)가 분산될 수도 있다. 기능성 필러(F)는, 예를 들어 UV 안정제일 수 있다. UV 안정제는, 예를 들어 히드록시벤조페논(hydroxy benzophonone) 및 히드록시페닐벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 UV 안정제는 자외선을 흡수하거나, 자외선에 의해 분해된 자유 라디칼을 소멸시킬 수 있다. 이에 따라, 수지층(180) 내에 UV 안정제가 분산되는 경우, 전기변색소자(100)가 자외선에 의하여 변형되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전기변색소자(100)의 변색물질층(150)이 비올로겐(viologen) 등과 같이 UV에 취약한 물질을 포함하는 경우, 비올로겐의 분해를 막아 전기변색소자(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 전극층(130)인 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 및 FTO(Fluorine Tin Oxide) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서 투명 전극은 ITO층, ITO 전극, ITO 투명 전극 등과 혼용될 수 있다. 이때, 제1 전극층(130)은 금속 배선 전극(182)을 패시베이션(passivation)할 수 있다. 즉, 전기변색소자(100)의 반복 구동에 의하여 금속 배선 전극(182)이 산화되는 문제를 방지할 수 있으며, 이에 따라 전기변색소자(100)의 내구성을 개선할 수 있다.
이때, 제1 전극층(130)은 300 내지 1000nm의 두께를 가질 수 있다. 제1 전극층(130)의 두께가 300nm 미만인 경우 금속 배선 전극(182)을 패시배이션하는 효과가 떨어지며, 1000nm를 초과하는 경우 제1 전극층(130)의 리지드한 특성으로 인하여 크랙이 발생하거나, 광의 투과율이 저하될 수 있다.
도 5는 제 1 전극층의 위치에 300nm 두께의 ITO 투명 전극이 배치된 전기변색소자의 광 투과율을 특정한 결과이다. 이를 위하여, 기판 상에 금속 배선 전극의 일부가 포함된 수지층을 배치한 후, 그 위에 300nm 두께의 ITO를 배치하여 전기변색소자를 마련하고, 광 투과율을 측정하였다. 도 5와 같이, 제 1 전극층(130)의 두께가 300nm인 실시예에서는 광 투과율이 안정적으로 측정되었으나, 제 1 전극층(130)의 두께가 100nm인 실시예에서는 광 투과율이 측정되지 않았다. 이로부터, 본 발명의 한 실시예에서의 제1 전극층(130), 즉 투명 전극은 300nm 이상의 두께로 형성되어야 함을 알 수 있다.
이와 같은 전기변색소자는 도 6의 순서에 따라 제작될 수 있다. 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 제조 방법이다. 도 6을 참조하면, PET 필름을 마련하고(S600), PET 필름 상에 수지를 코팅한다(S610). 코팅된 수지층은 경화될 수 있다. 그리고, 경화된 수지층 내에 음각의 패턴을 형성한다(S620). 음각의 패턴은 몰드에 의하여 형성된 후, UV에 의하여 경화될 수 있다. 이후, 음각의 패턴 내에 금속 배선을 형성한다(S630). 금속 배선은 음각의 패턴 내에 전극 물질, 예를 들어 구리, 니켈 및 은 중 적어도 하나를 채운 후 IR(InfraRed) 광선을 조사하는 방식으로 행해질 수 있다.
그리고, 수지층 및 금속 배선 상에 ITO 층을 형성한다(S640).
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 제1 전극층(130) 및 수지층(180) 간의 위치가 바뀌는 구조로 형성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 일부의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 일부의 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1 내지 6과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 7 내지 8을 참조하면, 제1 전극층(130)은 투명 전극이고, 제1 전극층(130) 위에 수지층(180) 및 금속 배선 전극(182)이 배치될 수 있다. 금속 배선 전극(182)은 도 4에 도시된 바와 같이 수지층(180) 내에 적어도 일부가 매립될 수 있으며, 변색물질층(150)과 접촉할 수 있다. 이에 따라, 금속 배선 전극(182)을 수지층(180)의 수지가 둘러싸는 형상으로 배치될 수 있다.
금속 배선 전극(182)과 변색물질층(150)이 직접 접촉하면, 변색물질층(150)과 금속 배선 전극(182) 간의 접촉 면적을 최대화할 수 있으며, 변색물질층(150)의 변색 속도를 높일 수 있다.
여기서, 변색물질층(150)은 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide), 몰리브데늄 옥사이드(molybdenum oxide), 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 바나듐 옥사이드(vanadium oxide) 및 비올로겐(viologen) 을 포함한 비스테르피리딘(bisterpyridine) 유도체, 비페닐(biphenyl)유도체, 티오펜(thiophene) 유도체 등의 유기물로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 변색물질층(150)이 비올로겐을 포함하는 경우, 비올로겐은 UV에 취약할 수 있다. 이에 따라, 수지층(180) 내에는 UV 안정제가 분산될 수 있다. UV 안정제는, 예를 들어 히드록시벤조페논(hydroxy benzophonone) 및 히드록시페닐벤조트리아졸(hydroxyphenyl benzotriazole) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이러한 UV 안정제는 자외선을 흡수하거나, 자외선에 의해 분해된 자유 라디칼을 소멸시킬 수 있다. 이에 따라, 수지층(180) 내에 UV 안정제가 분산되는 경우, 비올로겐의 분해를 막아 전기변색소자(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다
한편, 도 8을 참조하면, 금속 배선 전극(182) 상에는 패시베이션(passivation)층(184)이 더 형성될 수도 있다. 패시베이션층(184)은 금속 배선 전극(182)의 산화를 방지하거나, 외력에 의하여 금속 배선 전극(182)이 대향하여 배치되는 다른 전극층과 접촉하여 쇼트되는 문제를 방지할 수 있으며, 시인성을 개선할 수도 있다. 패시베이션층(184)은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), 산화 금속, 카본 및 절연 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 패시베이션층(184)이 산화 금속을 포함하는 경우, 산화 금속은, 예를 들어 아산화 구리(Cu2O) 또는 산화 구리(CuO)를 포함할 수 있다. 패시베이션층(184)에 포함되는 CuO의 함량이 많아질수록, 패시베이션층(184)은 흑색을 띨 수 있으며, 두께가 두꺼워질 수 있고, 강도가 높아질 수 있다.
패시베이션층(184)이 절연 물질을 포함하는 경우, 절연 물질은, 예를 들어 에폭시 수지일 수 있으며, 에폭시 수지는 UV 경화형 수지일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 도시되지는 않았으나 제2 전극층(140) 측에도 금속 배선 전극이 더 배치될 수 있다. 금속 배선 전극은 제2 전극층(140)의 양 면 중 제2 기판(120)을 향하는 면에 배치될 수 있다. 이때, 금속 배선 전극은 제1 전극층(130) 측과 대칭되도록, 수지층 내에 일부가 매립될 수 있다.
또는, 제2 전극층(140) 측에는 제1 전극층(130) 측과는 상이한 구조의 금속 배선 전극이 배치될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 전기변색소자는 서로 대향하여 배치되는 제1 기판(110) 및 제2 기판(120), 제1 기판(110) 및 제2 기판(120) 사이에 서로 대향하여 배치되는 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140), 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 사이에 서로 대향하여 배치되는 제1 변색물질층(152) 및 제2 변색물질층(154), 그리고 전해질층(170)을 포함한다. 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140) 사이에는 실링재로 이루어진 댐(190)이 더 배치될 수 있다.
제1 전극층(130) 측 및 제2 전극층(140) 측에 각각 제1 변색물질층(152) 및 산화되는 제2 변색물질층(154)이 배치되는 경우, 제1 전극층(130) 및 제2 전극층(140)에는 모두 금속 배선 전극이 더 배치될 수 있다.
제1 전극층(130) 측은 도 4에서 도시된 바와 마찬가지로, 제1 기판(110), 제1 기판(110) 위에 배치되는 수지층(180), 수지층(180)에 배치되며, 수지층(180)에 의하여 일부가 둘러싸이는 금속 배선 전극(182) 및 수지층(180)과 금속 배선 전극(182) 위에 배치되는 제1 전극층(130)을 포함할 수 있다.
그리고, 제2 전극층(140) 측에는 제2 기판(120), 제2 전극층(140) 및 금속 배선 전극(200)이 제1 전극층(130) 측을 향하여 순차적으로 배치되며, 제2 전극층(140)의 노출 영역, 즉 금속 배선 전극(200)의 측면에는 제2 변색물질층(154)이 배치될 수 있다. 여기서, 금속 배선 전극(200)은 보조 전극이라 지칭될 수도 있다.
이때, 금속 배선 전극(200)의 표면에는 산화층(202)이 더 형성될 수 있다. 산화층(202)은 금속 배선 전극(200)을 패시베이션할 수 있으며, 전기변색소자의 잦은 구동으로 인한 금속 배선 전극의 산화를 방지할 수 있다. 한편, 금속 배선 전극(200)이 제2 전극층(140)과 접촉하는 면은 비산화면일 수 있다.
여기서, 금속 배선 전극(200)은 구리를 포함할 수 있으며, 산화층(202)은 아산화구리(Cu2O) 또는 산화구리(CuO)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 전극층(130) 측의 금속 배선 전극(182) 및 제2 전극층(140) 측의 금속 배선 전극(200)은 평행하는 금속 배선 형상, 격자 형상 및 그물 형상으로 이루어진 그룹에서 선택되어 조합될 수 있다.
즉, 대향하여 배치되는 제 1전극층(130) 및 제 2 전극층(140)에 형성된 금속 배선 전극(182, 200)은 각각 평행하는 배선 형상, 격자 형상 및 그물 형상으로 이루어진 그룹에서 선택되며, 양 측의 금속 배선 전극(182, 200)이 동일한 형상을 가지거나, 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
또한, 제1 전극층(130) 측의 금속 배선 전극(182)과 제2 전극층(140) 측의 금속 배선 전극(200)은 동일한 방향으로 배치되거나, 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다.
여기서, 제1 기판(110) 또는 제2 기판(120)의 투과도는 98%이상인 투명 기판일 수 있으며, 제1 기판(110) 또는 제2 기판(120) 위에 각각 배치된 제1 전극층(130) 또는 제2 전극층(140)이 투명 전극인 경우, 투명 기판 및 투명 전극의 투과도는 85%이상일 수 있다. 또한, 투명 기판, 투명 전극, 전해질층 및 이온 저장층을 포함하는 전기 변색 소자의 투과율(T %)은 75%이상일 수 있다.
한편, 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)의 1면 내지 4면에는 접속 리드(미도시)가 연결될 수 있다. 접속 리드는 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120) 위에 배치되는 제 1 전극층(130), 제 2전극층(140), 금속 배선 전극(182), 금속 배선 전극(200) 등의 연장부에 연결되어 배치될 수 있다. 접속 리드는 금속 배선 전극(182) 및 금속 배선 전극(200)과 연결되어 전원을 인가할 수 있다. 전원을 인가한 경우 전기변색소자의 투과율(T%)은 10 내지 75 %의 범위를 가질 수 있으며, 변색이 완료된 전기변색소자의 투과율(T%)은 10%이하이나 이에 한정되지 않는다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 전극층이 금속 배선을 포함한다. 이에 따라, 전기변색소자의 변색속도를 높일 수 있다. 뿐만 아니라, 금속 배선이 수지 내에 일부가 포함되므로, 전기변색소자가 플렉서블한 구조에 적용되는 경우에도 ITO 층에 발생하는 크랙을 최소화할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 전기변색소자
110: 제 1 기판
120: 제 2 기판
130: 제1 전극층
140: 제 2 전극층
150: 변색물질층
160: 이온저장층
170: 전해질층
180: 수지층
182: 금속 배선 전극
110: 제 1 기판
120: 제 2 기판
130: 제1 전극층
140: 제 2 전극층
150: 변색물질층
160: 이온저장층
170: 전해질층
180: 수지층
182: 금속 배선 전극
Claims (20)
- 제1 기판,
상기 제1 기판 상에 배치되는 수지층,
상기 수지층 상에 배치되는 금속 배선 전극,
상기 수지층 및 상기 금속 배선 전극 상에 배치되는 제 1 전극층,
상기 제 1 전극층 상에 배치되는 변색물질층,
상기 변색물질층 상에 배치되는 전해질층,
상기 전해질층 상에 배치되는 제 2 전극층, 그리고
상기 제 2 전극층 상에 배치되는 제2 기판을 포함하고,
상기 금속 배선 전극의 두께는 상기 수지층의 두께보다 작으며,
상기 금속 배선 전극은 상기 수지층에 형성된 음각의 패턴 내에 채워지고,
상기 금속 배선 전극의 두께는 상기 수지층에 형성된 음각의 패턴의 깊이와 동일하고, 상기 수지층 및 상기 금속 배선 전극은 상기 제 1 전극층과 접촉하며,
상기 제1 전극층의 두께는 300nm 이상 1000nm 이하인 전기변색소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 배선 전극의 전기저항은 상기 제 1 전극층의 전기저항보다 낮은 전기변색소자. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속 배선 전극은 상기 제 1 전극층의 단위 면적 당 0.4 내지 10%의 면적을 차지하며, 상기 금속 배선 전극은 복수의 선이 평행하게 배치되는 형상 또는 격자 형상으로 배치되는 전기변색소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 수지층은 실리콘계 고분자 및 상기 실리콘계 고분자 내에 분산된 기능성 필러를 포함하며, 상기 기능성 필러는 UV 안정제를 포함하는 전기변색소자. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 배선 전극과 상기 제 1 전극층 사이에 배치되는 절연층을 더 포함하는 전기변색소자. - 제1 기판,
상기 제1 기판 상에 배치되는 수지층,
상기 수지층 상에 배치된 금속 배선 전극,
상기 수지층 및 상기 금속 배선 전극 상에 배치되는 제 1 전극층,
상기 제1 전극층 상에 배치되는 변색물질층,
상기 변색물질층 상에 배치되는 전해질층,
상기 전해질층 상에 배치되는 제2 전극층,
상기 제2 전극층 상에 배치되는 제2 기판,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 댐(dam), 그리고
상기 댐의 내부에 배치 되는 이온 저장층을 포함하고,
상기 제2 전극층에 배치되는 보조 전극을 더 포함하며,
상기 금속 배선 전극 및 상기 보조 전극은 각각 접속 리드와 연결되고,
상기 금속 배선 전극의 두께는 상기 수지층의 두께보다 작으며,
상기 금속 배선 전극은 상기 수지층에 형성된 음각의 패턴 내에 채워지고,
상기 금속 배선 전극의 두께는 상기 수지층에 형성된 음각의 패턴의 깊이와 동일하고, 상기 수지층 및 상기 금속 배선 전극은 상기 제1 전극층과 접촉하며,
상기 제1 전극층의 두께는 300nm 이상 1000nm 이하인 전기 변색 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| KR1020160118240A KR102622550B1 (ko) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | 전기변색소자용 전극 및 이를 포함하는 전기변색소자 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160118240A KR102622550B1 (ko) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | 전기변색소자용 전극 및 이를 포함하는 전기변색소자 |
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|---|---|
| KR20180029749A KR20180029749A (ko) | 2018-03-21 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020160118240A KR102622550B1 (ko) | 2016-09-13 | 2016-09-13 | 전기변색소자용 전극 및 이를 포함하는 전기변색소자 |
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Citations (1)
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| JP2014502570A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-02-03 | エルジー・ケム・リミテッド | 多層フィルム及びこれを含む光電池モジュール |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102108830B1 (ko) * | 2014-01-21 | 2020-05-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 전기변색 디바이스 |
| KR102251860B1 (ko) * | 2014-07-11 | 2021-05-14 | 엘지이노텍 주식회사 | 전극 부재 및 이를 포함하는 터치 윈도우 |
-
2016
- 2016-09-13 KR KR1020160118240A patent/KR102622550B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
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| JP2014502570A (ja) * | 2010-12-29 | 2014-02-03 | エルジー・ケム・リミテッド | 多層フィルム及びこれを含む光電池モジュール |
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|---|---|
| KR20180029749A (ko) | 2018-03-21 |
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