KR20180067137A - 전기변색소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 투명전극, 상기 제1 투명전극 상에 배치되는 제1 투명기판, 상기 제1 투명기판 상에 배치되는 제2 투명전극, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극을 전기적으로 연결하는 제1 연결부, 상기 제2 투명전극 상에 배치되는 제1 전기변색층, 상기 제1 전기변색층 상에 배치되는 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되는 제3 투명전극, 상기 제3 투명전극 상에 배치되는 제2 투명기판, 상기 제1 투명 전극에 연결되는 제1 단자부, 그리고 상기 제3 투명 전극에 연결되는 제2 단자부를 포함하며, 상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부는 제1 측방향에 배치된다.
Description
본 발명은 전기변색소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기변색소자에 포함되는 전극 구조에 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.
도 1은 일반적인 전기변색소자의 단면도이고, 도 2 내지 도 4는 전기변색소자의 변색 영역에 대한 단자부의 위치를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 전기변색소자(100)는 제1 투명기판(110), 제1 투명기판(110) 상에 배치되는 제1 투명전극(120), 제1 투명전극(120) 상에 배치되는 제1 전기변색층(130), 제1 전기변색층(130) 상에 배치되는 전해질층(140), 전해질층(140) 상에 배치되는 제2 전기변색층(150), 제2 전기변색층(150) 상에 배치되는 제2 투명전극(160), 그리고 제2 투명전극(160) 상에 배치되는 제2 투명기판(170)을 포함한다.
이때, 제1 투명전극(120)에는 제1 단자부(180)가 연결되고, 제2 투명전극(130)에는 제2 단자부(190)가 연결될 수 있다.
도 1 및 2를 참조하면, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)는 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 즉, 제1 단자부(180)는 변색 영역(A)을 기준으로 제1 측방향에 배치되고, 제2 단자부(190)는 변색 영역(A)을 기준으로 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치될 수 있다.
이와 같이, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)가 서로 대칭이 되도록 배치되면, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190) 간의 쇼트(short)를 방지할 수 있으며, 변색 영역(A) 전체에 대하여 전기장(Electric Field)이 고르게 분포하므로, 전기변색소자(100)의 안정적인 구동이 가능하다.
다만, 일반적으로 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)는 육안으로 쉽게 관찰될 수 있으므로, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)를 가릴 필요가 있다. 이에 따라, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)가 차지하는 면적만큼 사용자의 시야가 가려지는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 도 3과 같이 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)를 동일한 측방향에 배치시키거나, 도 4와 같이 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)를 서로 수직하는 방향에 배치시키고자 하는 시도가 있다.
그러나, 이에 따르면, 변색 영역(A) 중 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)가 가깝게 위치하는 영역에는 강한 전기장이 형성되어 빠른 변색이 일어나고, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)가 상대적으로 멀리 위치하는 영역에는 상대적으로 약한 전기장이 형성되어 느린 변색이 일어나게 된다. 빠른 변색이 일어나는 영역은 느린 변색이 완료되는 동안 과반응이 일어나며, 이는 전기변색소자(100)의 내구성에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 전기변색소자(100)의 저항이 높을 경우, 제1 단자부(180) 및 제2 단자부(190)가 멀리 위치하는 영역은 변색되지 않을 수도 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전기변색소자를 제공하는 데 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 투명전극, 상기 제1 투명전극 상에 배치되는 제1 투명기판, 상기 제1 투명기판 상에 배치되는 제2 투명전극, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극을 전기적으로 연결하는 제1 연결부, 상기 제2 투명전극 상에 배치되는 제1 전기변색층, 상기 제1 전기변색층 상에 배치되는 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되는 제3 투명전극, 상기 제3 투명전극 상에 배치되는 제2 투명기판, 상기 제1 투명 전극에 연결되는 제1 단자부, 그리고 상기 제3 투명 전극에 연결되는 제2 단자부를 포함하며, 상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부는 제1 측방향에 배치된다.
상기 제1 연결부는 상기 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치될 수 있다.
상기 제1 연결부는 상기 제1 투명기판의 측면에 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극과 일체로 형성될 수 있다.
상기 제1 연결부는 상기 제1 투명기판을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제1 단자부, 상기 제1 투명전극, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 투명전극은 제1 극성을 가지고, 상기 제2 단자부 및 상기 제3 투명전극은 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 가질 수 있다.
상기 제1 단자부는 상기 제1 투명전극의 양면 중 상기 제1 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치되고, 상기 제2 단자부는 상기 제3 투명전극의 양면 중 상기 제2 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치될 수 있다.
상기 제2 투명 기판의 일부 상에 배치되는 제4 투명전극, 그리고 상기 제3 투명전극 및 상기 제4 투명전극을 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 더 포함하며, 상기 제2 단자부는 상기 제4 투명전극 상에 배치된다.
상기 제2 연결부는 상기 제2 투명기판의 측면에 상기 제3 투명전극 및 상기 제4 투명전극과 일체로 형성될 수 있다.
상기 제2 연결부는 상기 제2 투명기판을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 제1 단자부는 상기 제1 투명전극의 양면 중 상기 제1 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치되고, 상기 제2 단자부는 상기 제4 투명전극의 양면 중 상기 제2 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치될 수 있다.
상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극 중 적어도 하나는 상기 제1 투명기판의 적어도 일부에 소정 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 전해질층과 상기 제3 투명전극 사이에 배치되는 제2 전기변색층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 투명기판 및 상기 제2 투명기판 사이에 배치되는 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 실링부는 상기 전해질층의 측면에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자는 제1 투명기판, 상기 제1 투명기판 상에 배치되는 제1 투명전극, 상기 제1 투명전극 상에 배치되는 절연층, 상기 절연층 상에 배치되는 제2 투명전극, 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극을 전기적으로 연결하는 제1 연결부, 상기 제2 투명전극 상에 배치되는 제1 전기변색층, 상기 제1 전기변색층 상에 배치되는 전해질층, 상기 전해질층 상에 배치되는 제3 투명전극, 상기 제3 투명전극 상에 배치되는 제2 투명기판, 상기 제1 투명 전극에 연결되는 제1 단자부, 그리고 상기 제3 투명 전극에 연결되는 제2 단자부를 포함하며, 상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부는 제1 측방향에 배치된다.
상기 제1 연결부는 상기 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치될 수 있다.
상기 제1 연결부는 상기 절연층의 측면에 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극과 일체로 형성될 수 있다.
상기 제1 연결부는 상기 절연층을 관통하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 변색 속도가 높으며, 변색 영역 전체적으로 변색 속도가 균일한 전기변색소자를 얻을 수 있다. 이에 따라, 안정적인 구동이 가능하며, 내구성이 우수한 전기변색소자를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 단자부가 노출되는 면적을 최소화하여 넓은 변색 영역을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 전기변색소자의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 전기변색소자의 변색 영역에 대한 단자부의 위치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 6은 도 5의 전기변색소자의 변색 영역에 대한 단자부의 위치를 나타내는 도면이다.
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 실시예의 전기변색소자의 하면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 전기변색소자의 변색 영역에 대한 단자부의 위치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 6은 도 5의 전기변색소자의 변색 영역에 대한 단자부의 위치를 나타내는 도면이다.
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 실시예의 전기변색소자의 하면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 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.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
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 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이고, 도 6은 도 5의 전기변색소자의 변색 영역에 대한 단자부의 위치를 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다.
도 5 내지 6을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 전기변색소자(200)는 제1 투명전극(210), 제1 투명전극(210) 상에 배치되는 제1 투명기판(220), 제1 투명기판(220) 상에 배치되는 제2 투명전극(212), 제1 투명전극(210) 및 제2 투명 전극(212)을 전기적으로 연결하는 제1 연결부(214), 제2 투명전극(212) 상에 배치되는 제1 전기변색층(230), 제1 전기변색층(230) 상에 배치되는 전해질층(240), 전해질층(240) 상에 배치되는 제2 전기변색층(250), 제2 전기변색층(250) 상에 배치되는 제3 투명전극(260), 그리고 제3 투명전극(260) 상에 배치되는 제2 투명기판(270)을 포함한다.
여기서, 제1 투명기판(220) 및 제2 투명기판(270)은 광 투과도(T%)가 98%이상이며, 유리, 플라스틱 또는 PET(polyethylene terephthalate) 필름일 수 있다.
그리고, 제1 전기변색층(230)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 단량체로부터 중합된 전도성 고분자 또는 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 내부 전자 이동이 가능하며, 산화/환원 상태에 따라 색변화가 가능한 유기물일 수 있다.
또는, 제1 전기변색층(230)은 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide), 몰리브데늄 옥사이드(molybdenum oxide), 티타늄 옥사이드(titanium oxide) 및 바나듐 옥사이드(vanadium oxide)로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1 전기변색층(230)은 다층 박막의 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 제2 전기변색층(250)은 이온 전도성 고분자, 예를 들어 아크릴아미도프로판 설포닉산(acrylamidopropane sulfonic acid) 및 아크릴산(acrylic acid)로 이루어진 그룹에서 선택되는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것을 아니다. 제2 전기변색층(250)은 이온저장층과 혼용될 수 있다.
여기서, 제1 전기변색층(230) 및 전해질층(240)이 서로 분리되는 구조인 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전해질층(240) 내에 변색물질이 분산되는 구조일 수도 있다.
한편, 제1 투명전극(210), 제2 투명전극(212) 및 제3 투명전극(260)은 각각 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), 티타늄 산화물(titanium oxide) 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 또는, 투명 전도성 재료는, 나노와이어, 감광성 나노와이어 필름, CNT(Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene), 전도성 폴리머 또는 이들의 혼합물과 같은 나노 파우더 합성체를 포함할 수도 있다. 여기서, 나노 파우더의 함량 제어를 통해 전기전도도를 확보하면서, 색 및 반사율 제어가 가능하다. 또는, 투명 전도성 재료는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
이때, 투명 전도성 재료는 투명기판 상에 코팅되는 방식으로 투명전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기변색소자(200)는 제1 투명전극(210)에 연결되는 제1 단자부(280), 그리고 제3 투명전극(260)에 연결되는 제2 단자부(290)를 더 포함하며, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)는 변색 영역(A)을 기준으로 제1 측방향, 즉 동일한 측방향에 배치된다. 여기서, 변색 영역(A)은 제1 전기변색층(230), 전해질층(240) 및 제2 전기변색층(250)이 적층되어 변색이 되는 영역으로 단자부와 겹쳐지지 않는 영역을 의미하며, 투과율 가변 영역과 혼용될 수 있다.
이와 같이, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)가 변색 영역(A)을 기준으로 동일한 측방향에 배치되면, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)로 인하여 시야가 가려지는 면적을 최소화할 수 있다.
한편, 제1 단자부(280), 제1 투명전극(210), 제1 연결부(214) 및 제2 투명전극(212)은 제1 극성을 가지고, 제2 단자부(290) 및 제3 투명전극(260)은 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 가지며, 제1 연결부(214)는 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)가 배치되는 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치될 수 있다.
이에 따르면, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)가 동일한 측방향에 배치되더라도, 제2 투명전극(212)을 통하여 제1 극성이 진행하는 방향과 제3 투명전극(260)을 통하여 제2 극성이 진행하는 방향이 서로 대향하므로, 전기장이 변색 영역(A) 전체에 대하여 고르게 분포될 수 있으며, 변색 영역(A) 전체에 대하여 고른 변색 속도를 얻을 수 있다.
여기서, 제1 연결부(214)는 제1 투명기판(220)의 측면에 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)과 일체로 형성되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
도 7(a)을 참조하면, 제1 연결부(214)는 제1 투명기판(220)을 관통하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 투명기판(220)에는 관통홀이 형성되며, 제1 연결부(214)는 관통홀을 통하여 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 제1 연결부(214)는 도전성 와이어이거나, 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)과 동일한 소재의 전극일 수 있다.
이때, 제1 연결부(214)가 하나인 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 제1 투명기판(220)에는 복수의 관통홀(h)이 형성되며, 복수의 연결부가 복수의 관통홀을 통하여 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)을 전기적으로 연결할 수도 있다. 이때, 관통홀 및 연결부의 개수는 제1 단자부(280)로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 이에 따라, 제1 극성이 제1 단자부(280)로부터 제1 투명전극(210)을 거친 후, 제2 투명전극(212)의 측방향뿐만 아니라 제2 투명전극(212)의 중간 영역에서도 진행하기 시작하므로, 변색속도를 빠르게 할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 단자부(280)는 제1 투명전극(210)의 양면 중 제1 투명기판(220)이 배치되는 면의 반대면(S1)에 배치되고, 제2 단자부(290)는 제3 투명전극(260)의 양면 중 제2 투명기판(270)이 배치되는 면의 반대면(S2)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)가 서로 접촉하여 쇼트되는 문제를 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 제1 투명기판(220) 측의 전극 구조는 제2 투명기판(270) 측에도 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다. 도 5 내지 7과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 8(a)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색소자(200)는 제1 투명전극(210), 제1 투명전극(210) 상에 배치되는 제1 투명기판(220), 제1 투명기판(220) 상에 배치되는 제2 투명전극(212), 제1 투명전극(210) 및 제2 투명 전극(212)을 전기적으로 연결하는 제1 연결부(214), 제2 투명전극(212) 상에 배치되는 제1 전기변색층(230), 제1 전기변색층(230) 상에 배치되는 전해질층(240), 전해질층(240) 상에 배치되는 제2 전기변색층(250), 제2 전기변색층(250) 상에 배치되는 제3 투명전극(260), 제3 투명전극(260) 상에 배치되는 제2 투명기판(270), 제2 투명기판(270) 상에 배치되는 제4 투명전극(262) 및 제3 투명전극(260)과 제4 투명전극(262)을 전기적으로 연결하는 제2 연결부(264)를 포함한다.
제1 투명전극(210), 제2 투명전극(212), 제3 투명전극(260) 및 제4 투명전극(262)은 각각 투명 전도성 재료를 포함할 수 있다. 투명 전도성 재료는, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IZO(Indiun Zinc Oxide), Ag(Silver), Al(Alluminium), AZO(Al-doped ZnO), 나노와이어, CNT(Carbon Nano Tube) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이때, 투명 전도성 재료는 투명기판 상에 코팅되는 방식으로 투명전극을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제4 투명전극(262)은 제2 투명기판(270)의 일부 상에 배치되며, 제2 단자부(290)는 제4 투명전극(262) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)는 변색 영역(A)을 기준으로 제1 측방향에 배치될 수 있다. 이를 위하여, 제2 연결부(264)는 변색 영역(A)을 기준으로 제1 측방향에 배치되며, 제4 투명전극(262)은 제2 투명기판(270)의 제1 측방향에 배치될 수 있다. 이때, 제1 단자부(280)는 제1 투명전극(210)의 양면 중 제1 투명기판(220)이 배치되는 면의 반대면(S1)에 배치되고, 제2 단자부(290)는 제4 투명전극(262)의 양면 중 제2 투명기판(270)이 배치되는 면의 반대면(S3)에 배치될 수 있다. 이에 따르면, 제1 단자부(280)가 아래를 향하도록 배치되고 제2 단자부(290)가 위를 향하도록 배치되므로, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)가 서로 접촉하여 쇼트되는 문제를 방지할 수 있을뿐만 아니라, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)에 전압을 인가하는 전압 인가부(미도시)를 간편하게 분리 또는 합체할 수 있다. 또한, 제2 투명전극(212)을 통하여 제1 극성이 진행하는 방향과 제3 투명전극(260)을 통하여 제2 극성이 진행하는 방향이 서로 대향하므로, 전기장이 변색 영역(A) 전체에 대하여 고르게 분포될 수 있으며, 변색 영역(A) 전체에 대하여 고른 변색 속도를 얻을 수 있다. 또한, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)가 변색 영역(A)을 기준으로 동일한 측방향에 서로 겹쳐지도록 배치될 수 있으므로, 제1 단자부(280) 및 제2 단자부(290)로 인하여 시야가 가려지는 면적을 최소화할 수 있다.
여기서, 제1 연결부(214)는 제1 투명기판(220)의 측면에 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)과 일체로 형성되고, 제2 연결부(264)는 제2 투명기판(270)의 측면에 제3 투명전극(260) 및 제4 투명전극(262)과 일체로 형성되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
제1 연결부(214)는 제1 투명기판(220)을 관통하여 형성되며, 제2 연결부(264)는 제2 투명기판(270)을 관통하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 투명기판(220)에는 관통홀이 형성되며, 제1 연결부(214)는 관통홀을 통하여 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)과 전기적으로 연결되고, 제2 투명기판(270)에는 관통홀이 형성되며, 제2 연결부(264)는 관통홀을 통하여 제3 투명전극(260) 및 제4 투명전극(262)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 제1 연결부(214) 및 제2 연결부(264)는 도전성 와이어이거나, 제3 투명전극(260) 및 제4 투명전극(262)과 동일한 소재의 전극일 수 있다.
이때, 제1 연결부(214) 및 제2 연결부(264)는 각각 단수 또는 복수일 수 있다. 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 제1 투명기판(220)에는 복수의 관통홀이 형성되며, 복수의 연결부가 복수의 관통홀을 통하여 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212)을 전기적으로 연결할 수도 있다. 이때, 관통홀 및 연결부의 개수는 제1 단자부(280)로부터 멀어질수록 증가할 수 있다. 도 8(c) 에 도시된 바와 같이, 제2 투명기판(270)에는 복수의 관통홀이 형성되며, 복수의 연결부가 복수의 관통홀을 통하여 제3 투명전극(260) 및 제4 투명전극(262)을 전기적으로 연결할 수도 있다. 이때, 관통홀 및 연결부의 개수는 제2 단자부(290)로부터 멀어질수록 감소할 수 있다. 이에 따라, 제1 연결부(214) 및 제2 연결부(264)가 제1 투명기판(220) 및 제2 투명 기판(270)의 가장자리뿐만 아니라, 가운데 영역에서도 연결되므로, 변색속도가 빨라질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 투명전극(210) 및 제2 투명전극(212) 중 적어도 하나는 소정의 패턴을 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 전기변색소자의 하면도이다.
도 9(a)를 참조하면, 제1 투명전극(210)은 제1 단자부(280)에 연결되며, 제1 투명기판(220)의 적어도 일부에 소정 패턴으로 형성된다. 예를 들어, 투명 전도성 재료를 제1 투명 기판(220)에 인쇄하는 방법으로 제1 투명전극(210)을 형성할 수 있다.
소정 패턴은, 도시된 바와 같이 복수의 배선이 소정 간격으로 이격되어 평행하게 배치되는 형상일 수 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 소정 패턴은 격자 형상 또는 랜덤 형상일 수도 있다. 제1 투명전극(210)을 이루는 패턴의 간격 또는 두께에 따라 제1 투명전극(210)의 저항이 달라질 수 있다. 이에 따라, 패턴의 간격 또는 두께를 조절하면, 변색 속도를 조절하는 것이 가능하다.
확대 도면에서 도시한 바와 같이, 각 배선은 메쉬 형상일 수도 있다. 보다 상세하게, 메쉬 형상의 각 배선은 메쉬선(LA) 및 메쉬선(LA) 사이의 메쉬 개구부(OA)를 포함할 수 있다. 이때, 메쉬선(LA)의 선폭은, 0.1㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 7㎛, 더욱 바람직하게는 1㎛ 내지 3.5㎛일 수 있다. 메쉬선(LA)의 선폭이 0.1㎛ 미만이면, 제조 공정 상 어려움이 있거나, 메쉬선의 단락이 발생하기 쉽다. 메쉬선(LA)의 선폭이 10㎛를 초과하는 경우, 메쉬선(LA)이 외부에서 시인되어, 시인성이 저하될 수 있다. 이와 함께, 메쉬선(LA)의 두께는 100 내지 500nm, 바람직하게는 150 내지 250nm, 더욱 바람직하게는 180 내지 200nm일 수 있다. 메쉬 개구부(OA)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 메쉬 개구부(OA)는 사각형, 다이아몬드형, 오각형, 육각형 등의 다각형상 또는 원형 형상일 수 있다. 또는, 메쉬 개구부(OA)는 규칙적인(regular) 형상 또는 랜덤한(random) 형상일 수 있다.
이와 같이, 각 배선이 메쉬 형상을 가지면, 전기 변색 소자의 시인성이 개선될 수 있으며, 저항을 낮출 수 있다.
한편, 메쉬 형상의 배선은 양각 또는 음각 방식으로 형성될 수 있다. 도 9(b)에 도시된 바와 같이, 제1 투명 기판(220)의 전면 상에 투명 전도성 재료를 배치한 후, 메쉬 형상으로 에칭하면, 양각의 메쉬 형상인 제1 투명 전극(210)을 얻는 것이 가능하다. 또는, 도 9(c)에 도시된 바와 같이, 제1 투명 기판(220)의 전면 상에 수지층을 배치한 후, 메쉬 형상의 음각 패턴(P)을 형성하고, 음각 패턴(P) 내에 투명 전도성 재료를 충전하면, 음각의 메쉬 형상인 제1 투명 전극(210)을 얻는 것이 가능하다. 이때, 수지층은 광경화성 수지 또는 열경화성 수지일 수 있으며, 음각 패턴은 수지층 상에 양각 패턴을 가지는 몰드를 임프린팅함으로써 형성될 수 있다.
설명의 편의를 위하여 제1 투명전극(210)이 소정 패턴을 가지는 것으로 예시되어 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다. 제2 투명전극(212)뿐만 아니라, 제3 투명전극(260) 및 제4 투명전극(262)도 소정 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전기변색소자는 실링부를 더 포함할 수도 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다. 도 5 내지 9와 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 전기변색소자(200)는 제1 투명기판(220) 및 제2 투명기판(270) 사이에 배치되는 실링부(280)를 더 포함한다.
도 10과 같이 실링부(280)는 전해질층(240)의 측면을 둘러싸도록 배치되거나, 도 11과 같이 실링부(280)는 제1 투명전극(210), 제1 투명기판(220), 제2 투명전극(212), 제1 전기변색층(230), 전해질층(240), 제2 전기변색층(2500 및 제3 투명전극(260)의 측면뿐만 아니라, 제1 투명전극(210)의 하면을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
실링부(280)가 전해질층(240)의 측면을 둘러싸도록 배치되는 경우, 전해질층(240)은 공기에 노출되지 않으므로, 전해질층(240)에 포함된 전해질의 증발 및 산화로 인한 성능 저하를 방지할 수 있다.
또한, 실링부(280)가 투명전극의 측면 및 하면을 둘러싸도록 배치되는 경우, 투명전극의 재료 손상으로 인한 저항 증가 및 성능 저하를 막아주며, 투명전극이 외부에 노출되어 누전이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 투명전극(210)의 하면 및 제1 연결부(214)의 측면을 보호하기 위하여, 제1 투명전극(210)의 하면 및 제1 연결부(214)의 측면에는 절연층 또는 고분자층이 더 배치될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 투명전극은 외부로 노출되지 않도록 구성될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기변색소자의 단면도이다. 도 5 내지 11과 동일한 내용은 중복되는 설명을 생략한다.
도 12를 참조하면, 전기변색소자(300)는 제1 투명기판(310), 제1 투명기판(310) 상에 배치되는 제1 투명전극(320), 제1 투명전극(320) 상에 배치되는 절연층(330), 절연층(330) 상에 배치되는 제2 투명전극(322), 제1 투명전극(320) 및 제2 투명 전극(322)을 전기적으로 연결하는 제1 연결부(324), 제2 투명전극(322) 상에 배치되는 제1 전기변색층(340), 제1 전기변색층(340) 상에 배치되는 전해질층(350), 전해질층(350) 상에 배치되는 제2 전기변색층(360), 제2 전기변색층(360) 상에 배치되는 제3 투명전극(370), 그리고 제3 투명전극(370) 상에 배치되는 제2 투명기판(380)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기변색소자(300)는 제1 투명전극(320)에 연결되는 제1 단자부(390), 그리고 제3 투명전극(370)에 연결되는 제2 단자부(395)를 더 포함하며, 제1 단자부(390) 및 제2 단자부(395)는 변색 영역(A)을 기준으로 제1 측방향에 배치된다.
이와 같이, 제1 단자부(390) 및 제2 단자부(395)가 변색 영역(A)을 기준으로 동일한 측방향에 배치되면, 제1 단자부(390) 및 제2 단자부(395)로 인하여 시야가 가려지는 면적을 최소화할 수 있다.
한편, 제1 단자부(390), 제1 투명전극(320), 제1 연결부(324) 및 제2 투명전극(322)은 제1 극성을 가지고, 제2 단자부(395) 및 제3 투명전극(370)은 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 가지며, 제1 연결부(324)는 제1 단자부(390) 및 제2 단자부(395)가 배치되는 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치될 수 있다.
이에 따르면, 제1 단자부(390) 및 제2 단자부(395)가 동일한 측방향에 배치되더라도, 제2 투명전극(322)을 통하여 제1 극성이 진행하는 방향과 제3 투명전극(370)을 통하여 제2 극성이 진행하는 방향이 서로 대향하므로, 전기장이 변색 영역(A) 전체에 대하여 고르게 분포될 수 있으며, 변색 영역(A) 전체에 대하여 고른 변색 속도를 얻을 수 있다.
여기서, 제1 연결부(324)는 절연층(330)의 측면에 제1 투명전극(320) 및 제2 투명전극(322)과 일체로 형성되는 것을 예로 들고 있으나, 이로 제한되는 것은 아니다.
도 13을 참조하면, 제1 연결부(324)는 절연층(330)을 관통하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 절연층(330)에는 관통홀이 형성되며, 제1 연결부(324)는 관통홀을 통하여 제1 투명전극(320) 및 제2 투명전극(322)을 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 제1 연결부(324)는 도전성 와이어이거나, 제1 투명전극(320) 및 제2 투명전극(322)과 동일한 소재의 전극일 수 있다.
도 12 및 도 13과 같이, 제1 투명기판(310) 상에 제1 투명전극(320), 절연층(330) 및 제2 투명전극(322)이 배치되고, 제1 투명전극(320) 및 제2 투명전극(322)이 제1 연결부(324)를 통하여 전기적으로 연결되는 경우, 제1 단자부(390) 및 제2 단자부(395)를 동일한 측방향에 배치시킬 수 있어 사용자의 시야를 가리는 문제를 최소화할 수 있으며, 변색 영역 전체적으로 균일한 전기장 및 변색 속도를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 외부로 제1 투명전극(320)이 노출되지 않으므로, 누전을 방지할 수도 있다.
도시되지 않았으나, 제2 투명기판(380) 측도 제1 투명기판(310) 측과 동일한 전극 구조를 가질 수 있다.
뿐만 아니라, 도 12 및 도 13의 실시예에서도 투명 전극이 소정 패턴을 가지도록 형성되거나, 실링부가 더 배치되는 구조를 가질 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.
200: 전기변색소자
210: 제1 투명전극
212: 제2 투명전극
214: 제1 연결부
220: 제1 투명기판
230: 제1 전기변색층
240: 전해질층
250: 제2 전기변색층
260: 제3 투명전극
270: 제2 투명기판
280: 제1 단자부
290: 제2 단자부
210: 제1 투명전극
212: 제2 투명전극
214: 제1 연결부
220: 제1 투명기판
230: 제1 전기변색층
240: 전해질층
250: 제2 전기변색층
260: 제3 투명전극
270: 제2 투명기판
280: 제1 단자부
290: 제2 단자부
Claims (18)
- 제1 투명전극,
상기 제1 투명전극 상에 배치되는 제1 투명기판,
상기 제1 투명기판 상에 배치되는 제2 투명전극,
상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극을 전기적으로 연결하는 제1 연결부,
상기 제2 투명전극 상에 배치되는 제1 전기변색층,
상기 제1 전기변색층 상에 배치되는 전해질층,
상기 전해질층 상에 배치되는 제3 투명전극,
상기 제3 투명전극 상에 배치되는 제2 투명기판,
상기 제1 투명 전극에 연결되는 제1 단자부, 그리고
상기 제3 투명 전극에 연결되는 제2 단자부
를 포함하며,
상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부는 제1 측방향에 배치되는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 연결부는 상기 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치되는 전기변색소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1 연결부는 상기 제1 투명기판의 측면에 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극과 일체로 형성되는 전기변색소자. - 제2항에 있어서,
상기 제1 연결부는 상기 제1 투명기판을 관통하여 형성되는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단자부, 상기 제1 투명전극, 상기 제1 연결부 및 상기 제2 투명전극은 제1 극성을 가지고,
상기 제2 단자부 및 상기 제3 투명전극은 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 가지는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 단자부는 상기 제1 투명전극의 양면 중 상기 제1 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치되고,
상기 제2 단자부는 상기 제3 투명전극의 양면 중 상기 제2 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치되는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 제2 투명 기판의 일부 상에 배치되는 제4 투명전극, 그리고
상기 제3 투명전극 및 상기 제4 투명전극을 전기적으로 연결하는 제2 연결부를 더 포함하며,
상기 제2 단자부는 상기 제4 투명전극 상에 배치되는 전기변색소자. - 제7항에 있어서,
상기 제2 연결부는 상기 제2 투명기판의 측면에 상기 제3 투명전극 및 상기 제4 투명전극과 일체로 형성되는 전기변색소자. - 제7항에 있어서,
상기 제2 연결부는 상기 제2 투명기판을 관통하여 형성되는 전기변색소자. - 제7항에 있어서,
상기 제1 단자부는 상기 제1 투명전극의 양면 중 상기 제1 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치되고,
상기 제2 단자부는 상기 제4 투명전극의 양면 중 상기 제2 투명기판이 배치되는 면의 반대 면에 배치되는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극 중 적어도 하나는 상기 제1 투명기판의 적어도 일부에 소정 패턴으로 형성되는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 전해질층과 상기 제3 투명전극 사이에 배치되는 제2 전기변색층을 더 포함하는 전기변색소자. - 제1항에 있어서,
상기 제1 투명기판 및 상기 제2 투명기판 사이에 배치되는 실링부를 더 포함하는 전기변색소자. - 제13항에 있어서,
상기 실링부는 상기 전해질층의 측면에 배치되는 전기변색소자. - 제1 투명기판,
상기 제1 투명기판 상에 배치되는 제1 투명전극,
상기 제1 투명전극 상에 배치되는 절연층,
상기 절연층 상에 배치되는 제2 투명전극,
상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명 전극을 전기적으로 연결하는 제1 연결부,
상기 제2 투명전극 상에 배치되는 제1 전기변색층,
상기 제1 전기변색층 상에 배치되는 전해질층,
상기 전해질층 상에 배치되는 제3 투명전극,
상기 제3 투명전극 상에 배치되는 제2 투명기판,
상기 제1 투명 전극에 연결되는 제1 단자부, 그리고
상기 제3 투명 전극에 연결되는 제2 단자부
를 포함하며,
상기 제1 단자부 및 상기 제2 단자부는 제1 측방향에 배치되는 전기변색소자. - 제15항에 있어서,
상기 제1 연결부는 상기 제1 측방향에 대향하는 제2 측방향에 배치되는 전기변색소자. - 제16항에 있어서,
상기 제1 연결부는 상기 절연층의 측면에 상기 제1 투명전극 및 상기 제2 투명전극과 일체로 형성되는 전기변색소자. - 제16항에 있어서,
상기 제1 연결부는 상기 절연층을 관통하여 형성되는 전기변색소자.
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