WO2015037889A1 - 전기 변색 소자와 유기 발광 소자를 구비하는 스마트 윈도우 - Google Patents

전기 변색 소자와 유기 발광 소자를 구비하는 스마트 윈도우 Download PDF

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WO2015037889A1
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electrochromic
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light emitting
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권장혁
최동철
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경희대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a smart window having an electrochromic device and an organic light emitting device.
  • Organic light emitting diode devices generally include an anode, a light emitting layer on the anode, and a cathode on the light emitting layer.
  • a voltage is applied between the anode and the cathode, holes are injected into the light emitting layer from the anode, and electrons are injected into the light emitting layer from the cathode.
  • the holes and electrons injected into the light emitting layer recombine to generate excitons, which emit light as the excitons transition from the excited state to the ground state.
  • the organic light emitting device may be classified into a bottom emission type in which light emitted from the emission layer passes through the lower substrate on the anode side, and a top emission type in which the light emitted from the upper substrate on the cathode side passes.
  • it may be implemented as a double-sided emission type that emits light to both the front side and the rear side using the transparent anode and the transparent cathode.
  • the transparent organic light emitting device implemented as the double-sided light emitting device may be implemented as a smart window, and in particular, by bonding an electrochromic device to one side of the transparent organic light emitting device and controlling the color of the electrochromic device to block or transmit light.
  • One-sided light emission or two-sided light emission may be selectively performed.
  • the organic light emitting device is implemented as a double-sided light emission type using a transparent anode and a transparent cathode, it is possible to selectively implement single-sided light emission or double-sided light emission by controlling the color of the electrochromic device. There is a problem that the light efficiency is significantly lower than the light emitting type and the contrast ratio is also lowered.
  • the present inventors have studied diligently to improve the light efficiency of the organic light emitting device when the smart window is realized by combining the electrochromic device and the organic light emitting device.
  • the present inventors have found that the light efficiency and contrast ratio of the organic light emitting device can be greatly improved by replacing the transparent electrode with a high reflection electrode and forming a predetermined light transmitting portion, thereby completing the present invention.
  • one object of the present invention is to provide a smart window with high light efficiency and high contrast ratio.
  • Another object of the present invention is to provide a smart window that can increase the light efficiency and contrast ratio without significantly reducing the transmittance by replacing one of the electrodes of the organic light emitting device with a high reflection electrode and forming a predetermined light transmission.
  • the first electrode and the second electrode corresponding to each other, and the light emitting layer positioned between the first electrode and the second electrode and an organic light emitting material
  • An organic light emitting device having a; And an electrochromic layer including an electrochromic material and disposed on the organic light emitting device;
  • the organic light emitting device is disposed under the electrochromic device to form a light transmitting portion in a predetermined region, wherein the first electrode is formed of a transparent electrode or a high reflective semi-transparent electrode, the second electrode is a high reflective electrode It can be formed as.
  • the first transparent substrate A first electrode on the first transparent substrate; An emission layer on the first electrode and including an organic emission material; A second electrode on the light emitting layer; A bonding layer on the second electrode; A third electrode positioned on the bonding layer; An electrochromic layer disposed on the third electrode and including an electrochromic material; A fourth electrode on the electrochromic layer; And a second transparent substrate positioned on the fourth electrode, wherein the first electrode, the light emitting layer, and the second electrode form a light transmitting portion in a predetermined region between the first transparent substrate and the bonding layer.
  • the first electrode may be formed as a transparent electrode or a highly reflective semi-transparent electrode, and the second electrode may be formed as a high reflective electrode.
  • the organic light emitting device includes a second electrode disposed on the first transparent substrate and formed of a high reflection electrode; A light emitting layer on the second electrode and including an organic light emitting material; And a first electrode disposed on the light emitting layer and formed of a transparent electrode or a highly reflective semi-transparent electrode, wherein the electrochromic device comprises: a third electrode disposed below the first transparent substrate; An electrochromic layer disposed under the third electrode and including an electrochromic material; A fourth electrode under the electrochromic layer;
  • the first electrode, the light emitting layer, and the second electrode may be disposed to form a light transmitting part in a predetermined region between the first transparent substrate and the third transparent substrate.
  • the smart window according to another embodiment of the present invention for solving the above problems is located between the first electrode and the second electrode, and the first electrode and the second electrode corresponding to each other and includes an organic light emitting material An organic light emitting device having a light emitting layer; And an electrochromic layer including an electrochromic material and disposed on the organic light emitting device;
  • the first electrode may be formed of a transparent electrode or a highly reflective semi-transparent electrode, and the second electrode may be formed of a highly reflective electrode that may have a transmittance, and the region may be used as a transmission window.
  • the first transparent substrate A first electrode on the first transparent substrate; An emission layer on the first electrode and including an organic emission material; A second electrode on the light emitting layer; A bonding layer on the second electrode; A third electrode positioned on the bonding layer; An electrochromic layer disposed on the third electrode and including an electrochromic material; A fourth electrode on the electrochromic layer; And a second transparent substrate positioned on the fourth electrode, wherein the first electrode may be formed of a transparent electrode or a highly reflective semi-transparent electrode, and the second electrode may be formed of a high reflection electrode having transmittance.
  • the smart window according to the present invention minimizes light absorption by the electrochromic device by replacing the transparent electrode positioned on the electrochromic device side of the transparent electrodes of the conventional organic light emitting device with a high reflection electrode and forming a predetermined light transmitting part.
  • the light efficiency of the organic light emitting device can be improved and the contrast ratio can be increased.
  • the smart window according to the present invention can improve the transmittance characteristics when the voltage is applied or not by using a leuco dye to the electrochromic device.
  • the smart window according to the present invention can be effectively used as a single-sided or double-sided type of illumination or display.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a smart window according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a smart window according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view schematically illustrating an electrode structure of an organic light emitting diode having a stripe structure in the embodiment illustrated in FIG. 1 or 2.
  • FIG. 4 is a plan view schematically illustrating an electrode structure of an organic light emitting diode having a mesh structure in the embodiment illustrated in FIG. 1 or 2.
  • FIG. 5 is a plan view schematically illustrating an electrode structure of an organic light emitting diode having a porous structure in the embodiment illustrated in FIG. 1 or 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a smart window structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a smart window structure according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing transmittance characteristics in the visible region when leuco dye is used as an electrochromic material.
  • first, second, etc. are used to describe various components, these components are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Therefore, of course, the first component mentioned below may be a second component within the technical spirit of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • the terms “comprise” or “have” are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, one or more other features or numbers, It does not preclude the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof.
  • spatially relative terms below “, “ beneath “, “ lower”, “ above “, “ upper” It may be used to easily describe the correlation of a device or components with other devices or components. Spatially relative terms are to be understood as including terms in different directions of the device in use or operation in addition to the directions shown in the figures. For example, when flipping a device shown in the figure, a device described as “below or beneath” of another device may be placed “above” of another device. Thus, the exemplary term “below” can encompass both an orientation of above and below. The device may be oriented in other directions as well, in which case spatially relative terms may be interpreted according to orientation.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a smart window according to an embodiment of the present invention.
  • the smart window shown in FIG. 1 forms a light blocking film by applying electricity to the electrochromic device 200, and when the organic light emitting device 100 emits light on one side, the smart window passes through the lower substrate on the anode side to the rear surface. It illustrates the form implemented in the emission (Bottom Emission) type.
  • a smart window is positioned on a first transparent substrate 10 and the first transparent substrate, and includes a first electrode 110, a hole transport layer 120, and a light emitting layer 130. ), The electron transport layer 140, the organic light emitting device 100 including the second electrode 150, a bonding layer 30 for bonding the organic light emitting device and the electrochromic device, and the bonding layer 30. And an electrochromic device 200 including a third electrode 210, an electrochromic layer 230, and a fourth electrode 250, and a second transparent substrate 20 positioned on the electrochromic device. Can be.
  • the organic light emitting diode 100 is disposed to form the light transmitting part 160 in a predetermined region between the first transparent substrate 10 and the bonding layer 30.
  • the first transparent substrate 10 may be made of an insulating material, it may be made of a material having excellent light transmittance. In some embodiments, the first transparent substrate 10 may be made of a material such as transparent glass or transparent plastic.
  • the organic light emitting device 100 including the first electrode 110, the hole transport layer 120, the light emitting layer 130, the electron transport layer 140, and the second electrode 150 is formed on the first transparent substrate 10. do.
  • the organic light emitting diode 100 may be disposed to form the light transmitting part 160 in a predetermined region between the first transparent substrate 10 and the bonding layer 30.
  • the light transmitting part 160 may have a transmittance of 30% to 100%.
  • the area of the light transmitting unit 160 having the transmittance range may occupy 20% to 90% of the total smart window area.
  • the first electrode 110 may be formed on the first transparent substrate 10.
  • the first electrode 110 is a transparent conductive oxide material having good transmittance and conductivity, and may include ITO, IZO, AZO or a conductive polymer material, Ag nanoparticles, carbon nanotubes, graphene, Ag, Al may be implemented as a highly reflective semi-transparent electrode having an isoreflectivity of 50% or more.
  • the first electrode may be composed of a single layer using a material containing at least one of the above components, or may have a multi-layer structure including the same.
  • the highly reflective semi-transparent electrode may be implemented in a single layer structure, or may be implemented in a multi layer structure.
  • the highly reflective semi-transparent electrode may have a structure in which an oxide transparent electrode such as ITO, IZO, AZO, etc., and a dielectric mirror using a low refractive index high refractive material in multiple layers are combined.
  • the highly reflective semi-transparent electrode may be manufactured to have a light reflectivity of 10% to 95% and to be translucent by adjusting the thickness and the aperture ratio of the electrode.
  • the light transmittance of the highly reflective semi-transparent electrode may have a light transmittance of 15% to 95%, but is not limited thereto.
  • the highly reflective semi-transparent electrode is defined as referring to an electrode having a light reflectance of 10% to 95% and a light transmittance of 15% to 95%.
  • the first electrode is implemented as an anode.
  • the hole transport layer 120 may be formed on the first electrode 110.
  • the hole transport layer 120 may include at least one of NPB, TPD, m-MTDATA, NPD, TMTPD, TDATA, TAPC, CBP, HMTPD, TPBI, and TCTA.
  • the emission layer 130 may be formed on the hole transport layer 120, and may have a phosphorescent host: dopant system.
  • TCTA, CBP, TAZ, mCP, TPD, etc. may be used as the host material of the light emitting layer 130, and Firfic, Fir6, Ir (ppy) 3 Ir (ppy) (acac), etc. may be used as the dopant material. Can be used.
  • the electron transport layer 140 may be formed on the emission layer 130.
  • TmPypb, BCP, Alq3, TPBI, Bphen, or the like may be used as the electron transport layer 140 material.
  • the second electrode 150 may be formed on the electron transport layer 140.
  • the second electrode 150 may be a high reflection electrode including Ag, Al, etc. having good light reflectivity and conductivity, or may be a high reflection electrode having a multi layer structure including the same.
  • the second electrode 150 may be an electrode using a dielectric mirror that utilizes a low refractive index high refractive material as a multilayer.
  • the high reflection electrode may have a light reflectance of 80% or more by adjusting thickness and aperture ratio.
  • the second electrode is implemented as a cathode.
  • the organic light emitting diode 100 may be implemented by adding or excluding a new layer as needed, and the positions of the hole transport layer 120 and the electron transport layer 140 may be interchanged. In this case, the polarities of the first electrode 110 and the second electrode 150 also vary.
  • the bonding layer 30 is formed on the second electrode 150 to bond the organic light emitting device 100 and the electrochromic device 200 to each other.
  • the bonding layer 30 may be implemented as a polymer film having a good transmittance, a transparent substrate, a high density inorganic / organic multilayer, WO 3 , Al 2 O 3, etc., but is not limited thereto.
  • the bonding layer 30 may be formed of an optical clear adhesive (OCA) or the like.
  • An electrochromic device 200 may be positioned on the junction layer 30, and the electrode color changing device 200 may include a third electrode 210, an electrochromic layer 230, and a fourth electrode 250. Can be.
  • the third electrode 210 may be formed on the bonding layer 30 to apply electricity to the electrochromic layer 230.
  • the third electrode 210 is a transparent conductive oxide material having good transmittance and conductivity, and includes ITO, IZO, AZO or a conductive polymer material, Ag Ag nanoparticles, carbon nanotubes, and graphene. It may be implemented as a material or may be a transparent electrode including at least one selected from these, or may be a transparent electrode of a multi-layer structure containing them.
  • the electrochromic layer 230 is formed on the third electrode 210, and may be made of a material capable of accelerating an oxidation-reduction reaction between the electrochromic material and the electrochromic material.
  • the electrochromic layer 230 may be implemented in a multilayer thin film state or a solution state, or may be implemented in a mixed state of the multilayer thin film state and a solution state.
  • a metal oxide such as WO 3 or IrO 2 may be used as the electrochromic material in the electrochromic layer of the multilayer thin film
  • leuco dye may be used as the electrochromic material in the electrochromic material of the solution state.
  • an electrolyte salt having excellent conductivity may be used as a material capable of accelerating the oxidation-reduction reaction of the electrochromic material, and an electron accepting molecule may be used as an electrochemical catalyst. Materials that can be used in the electrochromic layer will be described separately below.
  • the fourth electrode 250 may be formed on the electrochromic layer 230 to apply a voltage to the electrochromic layer 230.
  • the fourth electrode 250 is a transparent conductive oxide material having good transmittance and conductivity, and includes ITO, IZO, AZO or a conductive polymer material, Ag Ag nanoparticles, carbon nanotubes, and graphene. It may be implemented as a material or may be a transparent electrode including at least one of them, or may be a transparent electrode of a multi-layer structure containing them.
  • the second transparent substrate 20 may be formed on the fourth electrode 250 to encapsulate the entire device, and transparent glass, transparent plastic, or the like having excellent light transmittance may be used.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a smart window according to another embodiment of the present invention.
  • the smart window shown in FIG. 2 transmits electricity to the electrochromic device 200 'to form a light blocking film and transmits the upper substrate on the cathode side when one surface of the organic light emitting device 100' emits light.
  • the smart window shown in FIG. 2 transmits electricity to the electrochromic device 200 'to form a light blocking film and transmits the upper substrate on the cathode side when one surface of the organic light emitting device 100' emits light.
  • a smart window according to another embodiment of the present invention includes a first transparent substrate 10 ′; An organic light emitting device positioned on the first transparent substrate and including a second electrode 150 ′, a hole transport layer 120 ′, a light emitting layer 130 ′, an electron transport layer 140 ′, and a first electrode 110 ′.
  • the second transparent substrate 20 ′ may be made of an insulating material, and may be made of a material having excellent light transmittance. In some embodiments, the second transparent substrate 20 ′ may be made of a material such as transparent glass or transparent plastic.
  • An electrochromic device 200 ′ including a third electrode 210 ′, an electrochromic layer 230 ′, and a fourth electrode 250 ′ is formed on the second transparent substrate 20 ′.
  • the fourth electrode 250 ′ may be formed on the second transparent substrate 20 ′ to apply electricity to the electrochromic layer 230 ′.
  • the fourth electrode 250 ′ is a transparent conductive oxide material having good permeability and conductivity, and may include ITO, IZO, AZO or a conductive polymer material, Ag, Ag nanoparticles, carbon nanotubes, or graphene. It may be implemented as a material containing, or may be a transparent electrode electrode including at least one of them, or may be a transparent electrode of a multi-layer structure containing them.
  • the electrochromic layer 230 ′ is formed on the fourth electrode 250 ′ and may be formed of a material capable of accelerating an oxidation-reduction reaction between the electrochromic material and the electrochromic material.
  • the electrochromic layer 230 ′ may be implemented in a multilayer thin film state or a solution state, or may be implemented in a mixed state of the multilayer thin film state and a solution state.
  • a metal oxide such as WO 3 or IrO 2 may be used as the electrochromic material in the electrochromic layer of the multilayer thin film, and leuco dye may be used as the electrochromic material in the electrochromic material of the solution state.
  • an electrolyte salt having excellent conductivity may be used as a material capable of accelerating the oxidation-reduction reaction of the electrochromic material, and an electron accepting molecule may be used as an electrochemical catalyst. Materials that can be used in the electrochromic layer will be described separately below.
  • the third electrode 210 ′ may be formed on the electrochromic layer 230 ′ to apply electricity to the electrochromic layer 230 ′.
  • the third electrode 210 ′ is a transparent conductive oxide material having good transmittance and conductivity, and may include ITO, IZO, AZO or a conductive polymer material, Ag Ag nanoparticles, carbon nanotubes, or graphene. It may be implemented as a material including or may be a transparent electrode including at least one of them, or may be a transparent electrode of a multi-layer structure containing them.
  • the first transparent substrate 10 ′ may be formed on the electrochromic device 200 ′.
  • the first transparent substrate 10 ′ may be made of an insulating material, and may be made of a material having excellent light transmittance.
  • the second transparent substrate 20 ′ may be made of a material such as transparent glass or transparent plastic.
  • An organic light emitting diode including a second electrode 150 ', a hole transport layer 120', an emission layer 130 ', an electron transport layer 140', and a first electrode 110 'on the first transparent substrate 10'.
  • Element 100 ' is formed.
  • the organic light emitting device 100 ′ is disposed to form a light transmitting unit 160 ′ in a predetermined region between the first transparent substrate 10 ′ and the third transparent substrate 30 ′.
  • the transmissive portion 160 ′ may have a transmittance of 30% to 100%.
  • an electrode or an organic material layer may be disposed on the light transmitting unit 160 ′.
  • the area of the light transmitting part 160 ′ having the transmittance range may occupy 20% to 90% of the total smart window area.
  • the second electrode 150 ′ may be formed on the first transparent substrate 10 ′.
  • the second electrode 150 ′ may be a high reflection electrode including at least one of Ag and Al having good light reflectivity and conductivity, or a high reflection electrode having a multi-layer structure including the same. It may be.
  • the second electrode 150 ′ may be an electrode using a dielectric mirror formed by stacking low and high refractive materials.
  • the high reflection electrode may be manufactured to have a light reflectance of 80% or more by adjusting the thickness and aperture ratio of the electrode.
  • the second electrode is implemented as an anode.
  • the hole transport layer 120 ′ may be formed on the second electrode 150 ′.
  • the hole transport layer 120 ′ may include at least one of NPB, TPD, m-MTDATA, NPD, TMTPD, TDATA, TAPC, CBP, HMTPD, TPBI, and TCTA.
  • the emission layer 130 ′ may be formed on the hole transport layer 120 ′, and may have a phosphorescent host: dopant system.
  • TCTA, CBP, TAZ, mCP, TPD, etc. may be used as the host material of the light emitting layer, and Firfic, Fir6, Ir (ppy) 3 Ir (ppy) (acac), etc. may be used as the dopant material. .
  • the electron transport layer 140 ′ may be formed on the emission layer 130 ′.
  • the electron transport layer 140 ′ may include at least one of TmPypb, BCP, Alq3, TPBI, and Bphen.
  • the first electrode 110 ′ may be formed on the electron transport layer 140 ′.
  • the first electrode 110 ′ is a transparent conductive oxide material having good transmittance and conductivity, and may include ITO, IZO, AZO or a conductive polymer material, Ag Ag nanoparticles, carbon nanotubes, or graphene. It may be implemented as a material including or may be a transparent electrode including at least one of them, or may be a transparent electrode of a multi-layer structure containing them.
  • the first electrode is implemented as a cathode.
  • the first electrode 110 ′ may be implemented as a highly reflective semi-transparent electrode.
  • the cathode which is the first electrode 110 ′
  • the highly reflective translucent electrode may be an electrode including Ag, Al, or the like, or may be a translucent electrode having a multi layer structure including the same.
  • the organic light emitting device 100 ′ may be implemented by adding or removing a new layer as needed.
  • the positions of the hole transport layer 120 ′ and the electron transport layer 140 ′ may be changed.
  • the polarities of the first electrode 110 ′ and the second electrode 150 ′ also vary.
  • the third transparent substrate 30 ' may be formed on the first electrode 110' to encapsulate the entire device, and transparent glass, transparent plastic, or the like having excellent light transmittance may be used.
  • 3 to 5 illustrate the electrode structure of the organic light emitting device according to the present invention.
  • the areas of the light transmitting parts 160 and 160 ', the first electrodes 110 and 110', and the second electrodes 150 and 150 ' have a high transmittance while minimizing deterioration of image quality. Should be implemented.
  • the light transmittance (or transparent window) may be formed to ensure transmittance.
  • the light transmitting parts 160 and 160 ′ may be implemented to form a ratio of 20% to 90% of the total area of the smart window.
  • the second electrode may be implemented so that it is not recognized or recognized by the human eye when the smart window according to the present invention is in a transparent state.
  • the second electrode 150 may be implemented in a straight shape as shown in FIG. 3, or may be implemented in a mesh structure as shown in FIG. 4.
  • the short axis of the second electrode 150 may be implemented to less than 500um.
  • the shortest distance between the portions excluding the light transmitting part 160 may be 500 ⁇ m or less.
  • the light transmitting parts 160 and 160 ′ are implemented in a straight line shape as shown in FIG. 3 or a mesh type structure as shown in FIG. 4. Can be implemented as:
  • the shortening of the portion (or the non-transmissive portion) except for the light transmitting portions 160 and 160 ' may be implemented to less than 500um.
  • the portion (or the non-transmissive portion) except for the light transmitting portion 160 has a porous structure, the shortest between the portions (or the non-transmissive portion) except the light transmitting portion 160 is formed. The distance may be 500um or less.
  • the above description is just one example, and the shape of the light transmitting part of the smart window according to the present invention may be variously changed.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a smart window according to another embodiment of the present invention.
  • the smart window illustrated in FIG. 1 may be configured to apply an electric power to the electrochromic device 200 to form a light blocking film and to emit light on one surface of the organic light emitting diode 100. It illustrates a form implemented in the bottom emission type through the lower substrate on the anode side.
  • the organic light emitting diode 100 may be implemented to allow light transmission even without a separate light transmission unit.
  • a smart window may include a first transparent substrate 10; An organic light emitting device 100 on the first transparent substrate and including a first electrode 110, a hole transport layer 120, a light emitting layer 130, an electron transport layer 140, and a second electrode 150; A bonding layer (30) for bonding the organic light emitting device and the electrochromic device; An electrochromic device 200 disposed on the bonding layer and including a third electrode 210, an electrochromic layer 230, and a fourth electrode 250; And a second transparent substrate 20 positioned on the electrochromic device.
  • the smart window according to the present embodiment has a difference from the smart window shown in FIG. 1 in that it does not have a separate light transmitting part, and the other configuration is the same as or similar to that of the smart window shown in FIG. Bar overlapping description is omitted.
  • the second electrode 150 may be implemented as an electrode capable of transmitting light by reducing the thickness of the high reflection electrode.
  • the high reflection electrode may include Ag or Al.
  • the highly reflective semi-transparent electrode may be implemented in a single layer structure, or may be implemented in a multi layer structure.
  • the high reflection electrode may be manufactured to have a light reflectance of 50% or more and become a translucent state by adjusting the thickness and the aperture ratio of the electrode.
  • the high reflection electrode may be formed of a material having a light reflectance of 50% to 95%.
  • the light transmittance of the high reflection electrode can be adjusted by adjusting the thickness.
  • the second electrode 150 is implemented as a cathode.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a smart window according to another embodiment of the present invention.
  • the smart window illustrated in FIG. 7 applies electricity to the electrochromic device 200 ′ to form a light blocking film and emits light of the organic light emitting diode 100 ′ on one surface. It illustrates a form that is implemented as a top emission type by transmitting the upper substrate on the cathode side.
  • a smart window may include a first transparent substrate 10 ′; An organic light emitting device positioned on the first transparent substrate and including a second electrode 150 ′, a hole transport layer 120 ′, a light emitting layer 130 ′, an electron transport layer 140 ′, and a first electrode 110 ′. 100 '; A third transparent substrate 30 'positioned on the organic light emitting element; An electrochromic device 200 'disposed under the first transparent substrate 10' and including a third electrode 210 ', an electrochromic layer 230', and a fourth electrode 250 '; And a second transparent substrate 20 ′ disposed under the electrochromic device.
  • the smart window according to the present embodiment has a difference from the smart window shown in FIG. 2 in that it does not have a separate light transmitting unit, and the other configuration is the same as or similar to that of the smart window shown in FIG. Bar overlapping description is omitted.
  • the organic light emitting diode 100 ′ may be implemented to transmit light even without a separate light transmitting portion.
  • the second electrode 150 ′ may be formed on the first transparent substrate 10 ′.
  • the second electrode 150 ′ may be a high reflection electrode including at least one of Ag and Al having good light reflectivity and conductivity, or a high reflection electrode having a multi-layer structure including the same. It may be.
  • the second electrode 150 ′ may be manufactured such that the high reflection electrode has a light reflectance of 50% or more by adjusting the thickness and the aperture ratio of the electrode and is in a translucent state.
  • the high reflection electrode uses a material having a light reflectance of 50% to 95%, and adjusts the thickness thereof to adjust the light transmittance to suit the optical properties.
  • the second electrode is implemented as an anode.
  • the electrochromic layer of the present invention may be formed using a solution containing an electrochromic material, an electrolyte salt, a solvent, and an electron accepting molecule, and specific examples of each component are as follows.
  • the electrochromic material may include an isobenzofuranone-based compound.
  • the isobenzofuranone-based compound may include an amino group as an electron donor unit.
  • the isobenzofuranone-based compound may include an isobenzofuranone-based compound including a lactone ring and changing color through a lactone ring open reaction.
  • leuco dye may be used as the electrochromic material.
  • a metal oxide such as WO 3 and IrO 2 may be used as the electrochromic material, or may include a conductive polymer.
  • black leuco die Black 100 of Formula 1, ETAC of Formula 2, Black 400 of Formula 3, Black 305 of Formula 4, S-205 of Formula 5, Formula 6 At least one selected from the group consisting of NIR Black 78, blue leuco die (Crystal Violet Lactone) of Formula 7, red leuco die (Red 500 of Formula 8 and Red 520 of Formula 9) .
  • the weight ratio of the leuco die added to the electrolyte may be 2 Wt% to 60 Wt%, and in some specific embodiments may be 2 Wt% to 30 Wt%.
  • the electrolyte salt for example, alkali metal salts of perchloric acid such as LiClO 4 , NaClO 4 , KClO 4 , RbClO 4 , NH 4 ClO 4 , HClO 4 , tetra-n-butylammonium bromide, tetra-n-butylammonium chloride , Tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate, tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate, tetra-n-butylammonium dihydrogentrifluoride, tetra-n-butylammonium iodide, and the like can be used. It is not limited to this.
  • the weight ratio of the electrolyte salt added to the electrolyte may be 1 Wt% to 30 Wt%, and in some specific embodiments, 5 Wt% to 20 Wt%.
  • the solvent include N, N-diethylacetamide, dimethylacetamide, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, and N.
  • the electron-accepting molecule specifically, hydroquinone, methylhydroquinone, methoxyhydroquinone, acetylhydroquinone, dimethylhydroquinone, dimethylhydroquinone, trimethylhydroquinone, and ethylhydroquinone.
  • Hydroquinone compounds such as quinone (Ethylhydroquinone), butylhydroqunone and t-butylhydroquinone; Benzil; Ferrocene, Methylferrocene, Methylferrocene, Dimethylferrocene, Acetylferrocene, Ethylferrocene, Vinylferrocene, Diphenylferrocene, Diphenylferrocene, Methoxy-methylferrocene Ferrocene-based compounds such as butyl ferrocene, t-butylferroce, t-butylferroce, and chloromethyl ferrocene may be used, but are not limited thereto.
  • the weight ratio of the electrolyte salt added to the electrolyte may be 5 Wt% to 50 Wt%, and in some specific embodiments, 5 Wt% to 20 Wt%.
  • the organic layer deposited thereon was formed using thermal evaporation at a vacuum degree of 2.5 10 ⁇ 7 torr or less.
  • DNTPD 75 nm
  • HATCN 7 nm
  • NPB 108 nm
  • Be (btz) 2 Ir (mphmg) 2 (as the light emitting layer 130 ').
  • acac) [3%] (40 nm) Liq: Lg201 (40 nm) was formed as the electron transport layer 140 ', and Liq (1 nm) was formed as the electron injection layer, and Mg: Ag (18 nm) as the translucent electrode 110' was formed thereon.
  • the organic light emitting layer was formed on the 25 25mm substrate in an area basis of 50% and the emission size 100 300um, and the transparent window 160 was manufactured to occupy only 50% of the entire area of the organic light emitting device.
  • Tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate (5.1 wt%) was used as an electrolyte salt, and Black 100 used as an electrochromic material was prepared at 10.0 wt%.
  • the electrochromic layer was prepared by mixing the electrolyte salt, the electrochromic substance, and the electron accepting molecule described above with an organic solvent of N, N-diethylacetamide for 40 to 60 minutes using a stirrer. An electrochromic solution to be used) was prepared.
  • ITO was formed on the lower portion of the first transparent substrate 10 ′ as 150 nm as a third transparent electrode 210 ′ for electrochromic (EC). .
  • a spacer is formed under the EC transparent electrode 210 'to form a 150 nm ITO EC transparent electrode 250' having a thickness of 150 nm and the third transparent electrode 210 'under the EC.
  • the height of the space to be injected with the electrochromic solution was secured between 10 and 50 m. The electrochromic solution was injected into the space created by the spacer and then the device was encapsulated.
  • an ITO transparent electrode was formed to a thickness of 150 nm as the first electrode 110 on the glass substrate used as the first transparent substrate 10, and the organic material layer deposited thereon was 2.510 -7 torr. It was formed using thermal evaporation at the following vacuum degrees.
  • DNTPD 10 nm
  • NPB 30 nm
  • Bebq 2 Ir (mphnq) 2 [3%] (20 nm) as the light emitting layer 130
  • the highly reflective semi-transparent electrode was formed on the electron transport layer 140 as the second electrode 150.
  • the highly reflective semi-transparent electrode is implemented as Ag (12nm), WO 3 ( 30nm) to prepare a red (Red) organic light emitting device.
  • Tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate (5.1 wt%) was used as an electrolyte salt, and Black 100 used as an electrochromic material was prepared at 10.0 wt%.
  • the electrochromic layer was prepared by mixing the electrolyte salt, the electrochromic substance, and the electron accepting molecule described above with an organic solvent of N, N-diethylacetamide for 40 to 60 minutes using a stirrer. An electrochromic solution to be used) was prepared.
  • ITO In order to form the electrochromic layer 230 under the highly reflective semi-transparent electrode 150, ITO was formed at 150 nm as a third transparent electrode 210 for EC (ElectroChromic) under the first transparent substrate 10.
  • a spacer is formed under the third transparent electrode 210 for EC to form a spacer between the fourth transparent electrode 250 for ITO EC 250 nm and the third transparent electrode 210 for 150 nm thereunder.
  • the height of the space to be injected with the electrochromic solution was secured 10 to 50 m. The electrochromic solution was injected into the space created by the spacer and then the device was encapsulated.
  • Comparative Example 1 was provided with a transparent electrode having high transmittance instead of the high reflection electrode 150 '.
  • Comparative Example 2 the third transparent electrode 210 'for EC, the electrochromic layer 230', the fourth transparent electrode 250 'for EC, and the second transparent substrate 20' are compared with Experimental Example 1. Is sequentially formed on the third transparent substrate 30 '.
  • the electrochromic device is formed on a surface where a person directly views the organic light emitting device.
  • the transmittance of the device was measured at 550 nm
  • the light efficiency of the organic light emitting device was measured at 1000 nit
  • the driving voltage is 5V.
  • Comparative Example 1 has a higher transmittance of the device than Experimental Example 1, but low light efficiency of the organic light emitting device.
  • the transmittance of Comparative Example 1 was measured highest, and the light efficiency of the organic light emitting device of Experimental Example 1 was measured highest.
  • Experimental Example 1 has a transmittance of about 7% lower than that of Comparative Example 1, but the light efficiency and contrast ratio of the organic light emitting device were measured to be extremely high. Therefore, if the anode of the organic light emitting diode is implemented as a high reflection electrode and a light transmitting part is formed, high light efficiency and contrast ratio may be secured while securing about 43% of transmittance.
  • Comparative Example 1 has a higher transmittance of the device than Experimental Example 1, but low light efficiency of the organic light emitting device.
  • the transmittance of Comparative Example 1 was measured to be the highest, and the light efficiency of the organic light emitting device of Experimental Example 1 was measured to be the highest.
  • Experimental Example 1 has a transmittance of about 7% lower than that of Comparative Example 1, but the light efficiency and contrast ratio of the organic light emitting device were measured to be extremely high. Therefore, if the anode of the organic light emitting device is implemented as a high reflection electrode and a light transmitting part is formed, high light efficiency and contrast ratio may be secured while securing about 43% of transmittance.
  • the ITO transparent electrode 110 was formed to a thickness of 150 nm as the first electrode 110 on the glass substrate used as the first transparent substrate 10, and the organic material layer was 2.5 10 -7 torr on it. It was formed using thermal evaporation at the following vacuum degrees.
  • the organic material layer is NPB (30 nm) / TCTA (10 nm) as the hole transport layer 120 on the transparent electrode 110, CBP: Ir (ppy) 3 [5%] (20 nm) as the light emitting layer 130, the electron transport layer 140 Bphen (35nm) and Lithum qinolate (1nm) were formed.
  • Ag (12 nm) and WO 3 (30 nm) were formed on the second electrode 150 as a high reflective semi-transparent electrode, thereby manufacturing a green organic light emitting device.
  • Tetra-n-butylammonium tetrafluoroborate (5.1 wt%) was used as an electrolyte salt, and Black 100 used as an electrochromic material was prepared at 10.0 wt%.
  • the electrochromic layer was prepared by mixing the electrolyte salt, the electrochromic substance, and the electron accepting molecule described above with an organic solvent of N, N-diethylacetamide for 40 to 60 minutes using a stirrer. An electrochromic solution to be used) was prepared.
  • the bonding layer 30 is implemented as a transparent substrate having excellent transmittance, and a third transparent electrode for electrochromic (EC) thereon. 210) to form ITO at a thickness of 150 nm.
  • a spacer was formed on the third transparent electrode 210 for EC to form ITO as 150 nm thick thereon as the fourth transparent electrode 250 for EC, and between the third transparent electrodes 210 for EC.
  • the electrochromic solution was injected into the space created by the spacer and then the device was encapsulated.
  • Comparative Example 3 was provided with a transparent electrode having a high transmittance instead of the highly reflective semi-transparent electrode 150.
  • a transparent electrode having a high transmittance instead of the highly reflective semi-transparent electrode 150.
  • the third transparent electrode 210 for EC, the electrochromic layer 230, the fourth transparent electrode 250 for EC, and the second transparent substrate 20 are first transparent as compared with Experimental Example 3 above. It is formed in the lower portion of the substrate 10 in order.
  • the electrochromic device is formed on a surface where a person directly views the organic light emitting device.
  • Comparative Example 4 described the maximum light efficiency of the organic light emitting device because it did not provide sufficient brightness.
  • Comparative Example 3 has a higher transmittance of the device than Experimental Example 3, but low light efficiency of the organic light emitting device.
  • Comparative Example 3 Comparative Example 4
  • the transmittance of Comparative Example 3 was measured to be the highest, and the light efficiency of the organic light emitting device of Experimental Example 3 was measured to be the highest.
  • Experimental Example 3 has a transmittance of about 3% lower than that of Comparative Example 3, but the light efficiency of the organic light emitting device and the contrast ratio of the device were significantly higher. Therefore, when the anode of the organic light emitting diode is implemented as a high reflection semitransparent electrode, it is possible to secure high light efficiency and contrast ratio while securing about 60% transmittance.
  • FIG. 8 is a graph showing the transmittance characteristics in the visible region when using a leuco dye (leuco dye) as the electrochromic material. More specifically, FIG. 8 illustrates the transmittance characteristics when Black 100 is used as a leuco dye. When the color mode is applied by applying voltage, another electrochromic material (generally WO 3 or viol) is used. It can be seen that the color change rate is higher in the visible light region than Viologen. For reference, in order to realize a black electrochromic device that blocks light, a black leuco dye may be used, or a blue and red leuco dye may be mixed.
  • a black leuco dye may be used, or a blue and red leuco dye may be mixed.
  • the portion where the electrochromic device is located becomes transparent, and thus, the smart window according to the present invention can be used as a double-sided light emission type.
  • the portion where the electrochromic device is positioned has a black color. Accordingly, the smart window according to the present invention can be used as a single emission type (back emitting type or top emitting type). .

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Abstract

스마트 윈도우가 제공된다. 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 서로 대응되는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층을 구비하는 유기 발광 소자; 및 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층을 구비하고 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 전기 변색 소자; 를 포함하고, 상기 유기 발광 소자는 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 상기 전기 변색 소자 하부에 배치되고, 상기 제1 전극은 투명 전극 또는 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 반사 전극으로 형성될 수 있다.

Description

전기 변색 소자와 유기 발광 소자를 구비하는 스마트 윈도우
본 발명은 전기 변색 소자와 유기 발광 소자를 구비하는 스마트 윈도우에 관한 것이다.
유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode device)는 일반적으로 양극(anode), 상기 양극 상에 위치하는 발광층 및 상기 발광층 상에 위치하는 음극(cathode)을 포함한다. 상기 양극과 상기 음극 간에 전압을 인가하면 정공은 상기 양극으로부터 상기 발광층 내로 주입되고, 전자는 상기 음극으로부터 상기 발광층 내로 주입된다. 상기 발광층 내로 주입된 정공과 전자는 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하고, 이러한 여기자가 여기 상태에서 기저 상태로 전이하면서 빛을 방출한다.
이러한 유기 발광 소자는 상기 발광층에서 방출된 빛이 양극 측의 하부 기판을 투과하는 배면 발광(Bottom Emission)형과 음극 측의 상부 기판을 투과하는 전면 발광(Top Emission)형으로 구분될 수 있다. 그리고, 투명한 양극과 투명한 음극을 이용하여 전면과 배면으로 모두 발광시키는 양면 발광형으로도 구현할 수 있다.
상기 양면 발광형으로 구현되는 투명 유기 발광 소자는 스마트 윈도우로 구현될 수 있으며, 특히 투명 유기 발광 소자의 일 측면에 전기 변색 소자를 접합시키고 상기 전기 변색 소자의 색상을 제어하여 빛을 차단하거나 투과시킴으로써 일면 발광 또는 양면 발광을 선택적으로 실시할 수도 있다.
그러나, 유기 발광 소자를 투명한 양극과 투명한 음극을 이용하여 양면 발광형으로 구현할 경우 상기 전기 변색 소자의 색상을 제어하여 일면 발광 또는 양면 발광을 선택적으로 구현할 수 있지만, 일면 발광 시에는 전면 발광형 및 배면 발광형보다 광 효율이 크게 떨어지게 되며 또한 명암비도 낮아지게 되는 문제점이 존재한다.
본 발명자들은 전기 변색 소자와 유기 발광 소자를 결합하여 스마트 윈도우를 구현할 때 유기 발광 소자의 광 효율을 향상시키기 위해 예의 연구 검토한 결과, 기존의 유기 발광 소자의 투명 전극들 중 전기 변색 소자 측에 위치하는 투명 전극을 고반사 전극으로 대체하고 소정의 광 투과부를 형성함으로써 유기 발광 소자의 광 효율과 명암비를 크게 향상시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 한 목적은 광 효율과 명암비가 높은 스마트 윈도우를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유기 발광 소자의 전극 중 하나를 고반사 전극으로 대체하고 소정의 광 투과부를 형성함으로써 투과도를 크게 떨어뜨리지 않으면서도 광 효율과 명암비를 높일 수 있는 스마트 윈도우를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 서로 대응되는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층을 구비하는 유기 발광 소자; 및 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층을 구비하고 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 전기 변색 소자; 를 포함하고, 상기 유기 발광 소자는 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 상기 전기 변색 소자 하부에 배치되고, 상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 고반사 전극으로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 제1 투명 기판; 상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 위치하는 접합층; 상기 접합층 상에 위치하는 제3 전극; 상기 제3 전극 상에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층; 상기 전기 변색층 상에 위치하는 제4 전극; 및 상기 제4 전극 상에 위치하는 제2 투명 기판을 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 발광층, 및 상기 제2 전극은 상기 제1 투명 기판과 상기 접합층 사이의 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 배치되며, 상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 고반사 전극으로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 제1 투명 기판; 상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 유기 발광 소자; 상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 전기 변색 소자; 상기 전기 변색 소자 하부에 위치하는 제2 투명 기판; 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 제3 투명 기판; 을 포함하고, 상기 유기 발광 소자는, 상기 제1 투명 기판 상에 위치하고 고반사 전극으로 형성된 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하고 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성된 제1 전극;을 포함하고, 상기 전기 변색 소자는, 상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 제3 전극; 상기 제3 전극 하부에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층; 상기 전기 변색층 하부에 위치하는 제4 전극; 을 포함하고, 상기 제1 전극, 상기 발광층, 및 상기 제2 전극은 상기 제1 투명 기판과 상기 제3 투명 기판 사이의 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 배치될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 서로 대응되는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층을 구비하는 유기 발광 소자; 및 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층을 구비하고 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 전기 변색 소자; 를 포함하고, 상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 투과도를 가질 수 있는 고반사 전극으로 형성하고 이 영역을 투과창으로 활용할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 제1 투명 기판; 상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하는 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 위치하는 접합층; 상기 접합층 상에 위치하는 제3 전극; 상기 제3 전극 상에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층; 상기 전기 변색층 상에 위치하는 제4 전극; 및 상기 제4 전극 상에 위치하는 제2 투명 기판을 포함하고, 상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 투과도를 가지는 고반사 전극으로 형성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스마트 윈도우는, 제1 투명 기판; 상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 유기 발광 소자; 상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 전기 변색 소자; 상기 전기 변색 소자 하부에 위치하는 제2 투명 기판; 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 제3 투명 기판;을 포함하고, 상기 유기 발광 소자는, 상기 제1 투명 기판 상에 위치하고 고반사 반투명 전극으로 형성된 제2 전극; 상기 제2 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층; 상기 발광층 상에 위치하고 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성된 제1 전극;을 포함하고, 상기 전기 변색 소자는, 상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 제3 전극; 상기 제3 전극 하부에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층; 상기 전기 변색층 하부에 위치하는 제4 전극; 을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 윈도우는 기존의 유기 발광 소자의 투명 전극들 중 전기 변색 소자 측에 위치하는 투명 전극을 고반사 전극으로 대체하고 소정의 광 투과부를 형성함으로써 전기 변색 소자에 의한 광 흡수를 최소화하여 유기 발광 소자의 광 효율을 향상시키고 명암비를 높일 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 전기 변색 소자에 류코 다이(leuco dye)를 사용하여 전압을 인가할 때와 인가하지 않을 때의 투과도 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 일면 발광형 또는 양면 발광형의 조명이나 디스플레이로 효과적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스마트 윈도우를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예에서 직선(Stripe)형 구조를 갖는 유기 발광 소자의 전극 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예에서 그물(Mesh)형 구조를 갖는 유기 발광 소자의 전극 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1 또는 도 2에 도시된 실시예에서 다공(porous)형 구조를 갖는 유기 발광 소자의 전극 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 전기 변색 물질로 류코 다이(leuco dye)를 사용할 경우 가시광선 영역에서의 투과도 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below 또는 beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스마트 윈도우를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참고로, 도 1에 도시된 스마트 윈도우는 전기 변색 소자(200)에 전기를 인가하여 광 차단막을 형성하고 유기 발광 소자(100)를 일면 발광시킬 경우 양극(anode)측의 하부 기판을 투과하여 배면 발광(Bottom Emission)형으로 구현되는 형태를 예시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 스마트 윈도우는 제1 투명 기판(10), 상기 제1 투명 기판 상에 위치하며 제1 전극(110), 정공 수송층(120), 발광층(130), 전자 수송층(140), 제2 전극(150)을 포함하는 유기 발광 소자(100), 상기 유기 발광 소자와 전기 변색 소자를 접합시키기 위한 접합층(30), 상기 접합층(30) 상에 위치하며 제3 전극(210), 전기 변색층(230), 제4 전극(250)을 포함하는 전기 변색 소자(200) 및 상기 전기 변색 소자 상에 위치하는 제2 투명 기판(20)을 포함할 수 있다.
상기 유기 발광 소자(100)는 상기 제1 투명 기판(10)과 상기 접합층(30) 사이의 소정 영역에 광 투과부(160)를 형성하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 투명 기판(10)은 절연성 재질로 이루어질 수 있으며, 광 투과성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제1 투명 기판(10)은 투명 유리, 투명 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명 기판(10) 상에는 제1 전극(110), 정공 수송층(120), 발광층(130), 전자 수송층(140), 제2 전극(150)을 포함하는 유기 발광 소자(100)가 형성된다. 이 경우, 상기 유기 발광 소자(100)는 상기 제1 투명 기판(10)과 상기 접합층(30) 사이의 소정 영역에 광 투과부(160)를 형성하도록 배치될 수 있다. 상기 광 투과부(160)는 30% 내지 100%의 투과도를 가질 수 있다. 또한 상기 투과도 범위를 갖는 광 투과부(160)의 면적은 전체 스마트 윈도우 면적의 20% 내지 90 %를 차지할 수 있다.
상기 제1 전극(110)은 상기 제1 투명 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(110)은 투과도와 전도성이 좋은 투명산화 전도체(transparent conductive oxide) 재료로 ITO, IZO, AZO나 전도성 고분자 재료, Ag 나노입자, 카본나노튜브, 그래핀을 포함하는 재료 또는 Ag, Al가 등 반사도가 50% 이상인 고반사 반투명 전극으로 구현될 수 있다. 제 1전극은 적어도 위의 구성성분 중 하나를 포함하는 재료을 이용한 단층으로 구성하거나 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조로 구성 할 수도 있다. 일반적으로 상기 고반사 반투명 전극은 단일층 (single layer) 구조로 구현될 수 있으며, 또는 다층(multi layer) 구조로 구현될 수도 있다. 또한 상기 고반사 반투명 전극은 ITO, IZO, AZO 등과 같은 산화물 투명 전극과 저굴절 고굴절 물질을 다층으로 활용한 유전체 거울(dielectric mirror)을 조합한 구조를 가질 수도 있다. 상기 고반사 반투명 전극은 예컨대, 전극의 두께와 개구율을 조절하여 10% 내지 95%의 광 반사율을 가지며 반투명 상태가 되도록 제조될 수 있다. 또한 상기 고반사 반투명 전극의 광 투과도는 15% 내지 95%의 광 투과도를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서 고반사 반투명 전극이란 광 반사율이 10% 내지 95% 이고, 또한 광 투과율이 15% 내지 95% 인 전극을 지칭하는 것으로 정의한다. 참고로, 본 실시형태에서는 제1 전극을 양극(anode)으로 구현하였다.
상기 정공 수송층(120)은 상기 제1 전극(110) 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 정공 수송층(120)은 NPB, TPD, m-MTDATA, NPD, TMTPD, TDATA, TAPC, CBP, HMTPD, TPBI, TCTA 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광층(130)은 상기 정공 수송층(120) 상에 형성될 수 있으며, 인광 호스트: 도판트 시스템을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 발광층(130)의 호스트 재료로서 TCTA, CBP, TAZ, mCP, TPD 등이 사용될 수 있으며, 도판트 재료로서 Firfic, Fir6, Ir(ppy)3 Ir(ppy)(acac) 등이 사용될 수 있다.
상기 전자 수송층(140)은 상기 발광층(130) 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 전자 수송층(140) 재료로서 TmPypb, BCP, Alq3, TPBI, Bphen 등이 사용될 수 있다.
상기 제2 전극(150)은 상기 전자 수송층(140) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(150)은 광 반사성과 전도성이 좋은 Ag, Al 등을 포함하는 고반사 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 고반사 전극일 수 있다. 또는 상기 제2 전극(150)은 저굴절 고굴절 물질을 다층으로 활용한 유전체 거울(dielectric mirror)을 이용한 전극일 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 고반사 전극은 두께와 개구율을 조절하여 80% 이상의 광 반사율을 가질 수 있다. 참고로, 본 실시형태에서는 제2 전극을 음극(cathode)으로 구현하였다.
참고로, 상기 유기 발광 소자(100)는 필요에 따라 새로운 층을 더 추가하거나 제외시켜 구현할 수도 있으며, 상기 정공 수송층(120)과 전자 수송층(140)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 이 경우, 물론 제1 전극(110)과 제2 전극(150)의 극성도 달라지게 된다.
상기 접합층(30)은 상기 제2 전극(150) 상에 형성되어 상기 유기 발광 소자(100)와 상기 전기 변색 소자(200)를 접합시킨다. 상기 접합층(30)은 투과도가 좋은 폴리머 필름(polymer film), 투명 기판, 밀도가 높은 무기물/유기물 다층막, WO3, Al2O3 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서 상기 접합층(30)은 OCA(Optical Clear Adhesive) 등으로 구현될 수도 있다.
상기 접합층(30) 상에는 전기 변색 소자(200)가 위치할 수 있으며, 상기 전극 변색 소자(200)는 제3 전극(210), 전기 변색층(230), 제4 전극(250)을 포함할 수 있다.
상기 제3 전극(210)은 상기 전기 변색층(230)에 전기를 인가하기 위하여 상기 접합층(30) 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제3 전극(210)은 투과도와 전도성이 좋은 투명산화 전도체(transparent conductive oxide) 재료로 ITO, IZO, AZO나 전도성 고분자 재료, Ag Ag 나노입자, 카본나노튜브, 그래핀을 포함하는 재료로 구현될 수 있으며 또는 이들 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 투명 전극일 수 있다.
상기 전기 변색층(230)은 상기 제3 전극(210) 상에 형성되는 것으로, 전기 변색 물질과 전기 변색 물질의 산화-환원 반응을 가속시킬 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 상기 전기 변색층(230)은 다층박막상태 또는 용액상태로 구현될 수 있으며, 또는 다층박막상태와 용액상태가 혼합된 상태로 구현될 수 있다. 예컨대, 다층박막상태의 전기 변색층에는 WO3 혹은 IrO2 같은 금속산화물이 전기 변색 물질로 사용될 수 있고, 용액상태의 전기 변색층에는 류코 다이(leuco dye)가 전기 변색 물질로 사용될 수 있다. 그리고, 상기 전기 변색 물질의 산화-환원 반응을 가속시킬 수 있는 물질로는 전도성이 우수한 전해질염이 사용될 수 있으며, 전자 수용성 분자가 전기 화학적 촉매(Electrocatalst)로 사용될 수 있다. 상기 전기 변색층에 사용될 수 있는 물질에 관하여는 하기에서 별도로 설명하도록 한다.
상기 제4 전극(250)은 상기 전기 변색층(230)에 전압을 인가하기 위하여 상기 전기 변색층(230) 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제4 전극(250)은 투과도와 전도성이 좋은 투명산화 전도체(transparent conductive oxide) 재료로 ITO, IZO, AZO나 전도성 고분자 재료, Ag Ag 나노입자, 카본나노튜브, 그래핀을 포함하는 재료로 구현될 수 있으며 또는 이들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 투명 전극일 수 있다.
그리고, 상기 제2 투명 기판(20)은 상기 제4 전극(250) 상에 형성되어 소자 전체를 봉지할 수 있는 것으로, 광 투과성이 우수한 투명 유리, 투명 플라스틱 등이 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참고로, 도 2에 도시된 스마트 윈도우는 전기 변색 소자(200')에 전기를 인가하여 광 차단막을 형성하고 유기 발광 소자(100')를 일면 발광시킬 경우 음극(cathode)측의 상부 기판을 투과하여 전면 발광(Top Emission)형으로 구현되는 형태를 예시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우는 제1 투명 기판(10'); 상기 제1 투명 기판 상에 위치하며 제2 전극(150'), 정공 수송층(120'), 발광층(130'), 전자 수송층(140'), 제1 전극(110')을 포함하는 유기 발광 소자(100'); 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 제3 투명 기판(30'); 상기 제1 투명 기판(10') 하부에 위치하며 제3 전극(210'), 전기 변색층(230'), 제4 전극(250')을 포함하는 전기 변색 소자(200'); 및 상기 전기 변색 소자 하부에 위치하는 제2 투명 기판(20')을 포함하고, 상기 유기 발광 소자(100')는 상기 제1 투명 기판(10')과 상기 제3 투명 기판(30') 사이의 소정 영역에 광 투과부(160')를 형성하도록 배치된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 상기 제2 투명 기판(20')은 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 광 투과성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제2 투명 기판(20')은 투명 유리, 투명 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제2 투명 기판(20') 상에는 제3 전극(210'), 전기 변색층(230'), 제4 전극(250')을 포함하는 전기 변색 소자(200')가 형성된다.
상기 제4 전극(250')은 상기 전기 변색층(230')에 전기를 인가하기 위하여 상기 제2 투명 기판(20') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제4 전극(250')은 투과도와 전도성이 좋은 투명산화 전도체(transparent conductive oxide) 재료로 ITO, IZO, AZO나 전도성 고분자 재료, Ag, Ag 나노입자, 카본나노튜브, 그래핀을 포함하는 재료로 구현될 수 있으며 또는 이들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 전극 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 투명 전극일 수 있다.
상기 전기 변색층(230')은 상기 제4 전극(250') 상에 형성되는 것으로, 전기 변색 물질과 전기 변색 물질의 산화-환원 반응을 가속시킬 수 있는 물질로 구성될 수 있다. 상기 전기 변색층(230')은 다층박막상태 또는 용액상태로 구현될 수 있으며, 또는 다층박막상태와 용액상태가 혼합된 상태로 구현될 수 있다. 예컨대, 다층박막상태의 전기 변색층에는 WO3 혹은 IrO2 같은 금속산화물이 전기 변색 물질로 사용될 수 있고, 용액상태의 전기 변색층에는 류코 다이(leuco dye)가 전기 변색 물질로 사용될 수 있다. 그리고, 상기 전기 변색 물질의 산화-환원 반응을 가속시킬 수 있는 물질로는 전도성이 우수한 전해질염이 사용될 수 있으며, 전자 수용성 분자가 전기 화학적 촉매(Electrocatalst)로 사용될 수 있다. 상기 전기 변색층에 사용될 수 있는 물질에 관하여는 하기에서 별도로 설명하도록 한다.
상기 제3 전극(210')은 상기 전기 변색층(230')에 전기를 인가하기 위하여 상기 전기 변색층(230') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제3 전극(210')은 투과도와 전도성이 좋은 투명산화 전도체(transparent conductive oxide) 재료로 ITO, IZO, AZO나 전도성 고분자 재료, Ag Ag 나노입자, 카본나노튜브, 그래핀을 포함하는 재료로 구현될 수 있으며 또는 이들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 투명 전극일 수도 있다.
상기 제1 투명 기판(10')은 상기 전기 변색 소자(200') 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 투명 기판(10')은 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 광 투과성이 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제2 투명 기판(20')은 투명 유리, 투명 플라스틱 등의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 투명 기판(10') 상에는 제2 전극(150'), 정공 수송층(120'), 발광층(130'), 전자 수송층(140'), 제1 전극(110')을 포함하는 유기 발광 소자(100')가 형성된다. 이 경우, 상기 유기 발광 소자(100')는 상기 제1 투명 기판(10')과 상기 제3 투명 기판(30') 사이의 소정 영역에 광 투과부(160')를 형성하도록 배치되며, 상기 광 투과부(160')는 30% 내지 100%의 투과도를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 광 투과부(160')에는 전극 또는 유기물층 등이 배치될 수도 있다. 상기 투과도 범위를 갖는 광 투과부((160')의 면적은 전체 스마트 윈도우 면적의 20% 내지 90%를 차지할 수 있다.
상기 제2 전극(150')은 상기 제1 투명 기판(10') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제2 전극(150')은 광 반사성과 전도성이 좋은 Ag, Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고반사 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 고반사 전극일 수도 있다. 또는 상기 제2 전극(150')은 저굴절/고굴절 물질을 다층으로 적층하여 구현한 유전체 거울(dielectric mirror)을 이용한 전극일 수도 있다. 몇몇 실시예에서 상기 고반사 전극은 전극의 두께와 개구율을 조절하여 80% 이상의 광 반사율을 가지도록 제조될 수 있다. 참고로, 본 실시형태에서는 제2 전극을 양극(anode)으로 구현하였다.
상기 정공 수송층(120')은 상기 제2 전극(150') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 정공 수송층(120')은 NPB, TPD, m-MTDATA, NPD, TMTPD, TDATA, TAPC, CBP, HMTPD, TPBI, TCTA 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광층(130')은 상기 정공 수송층(120') 상에 형성될 수 있으며, 인광 호스트: 도판트 시스템을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 발광층의 호스트 재료로서 TCTA, CBP, TAZ, mCP, TPD 등이 사용될 수 있고, 도판트 재료로서 Firfic, Fir6, Ir(ppy)3 Ir(ppy)(acac) 등이 사용될 수 있다.
상기 전자 수송층(140')은 상기 발광층(130') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 전자 수송층(140')은 TmPypb, BCP, Alq3, TPBI, Bphen 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(110')은 상기 전자 수송층(140') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제1 전극(110')은 투과도와 전도성이 좋은 투명산화 전도체(transparent conductive oxide) 재료로 ITO, IZO, AZO나 전도성 고분자 재료, Ag Ag 나노입자, 카본나노튜브, 그래핀을 포함하는 재료로 구현될 수 있으며 또는 이들 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 투명 전극일 수 있다. 참고로, 본 실시형태에서는 제1 전극을 음극(cathode)으로 구현하였다.
참고로, 본 발명의 또 다른 실시형태에서는 상기 제1 전극(110')을 고반사 반투명 전극으로 구현할 수 있다. 제1 전극(110')인 음극(cathode)을 고반사 반투명 전극으로 구현할 경우, 상기 고반사 전극인 양극(anode)과 고반사 반투명 전극인 음극(cathode) 사이에 발생하는 공진효과를 이용하여 높은 색감과 광 효율을 얻을 수 있다. 상기 고반사 반투명 전극은 Ag, Al 등을 포함하는 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 반투명 전극일 수 있다.
참고로, 상기 유기 발광 소자(100')는 필요에 따라 새로운 층을 더 추가하거나 제외시켜 구현할 수도 있으며, 상기 정공 수송층(120')과 전자 수송층(140')의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 이 경우, 물론 제1 전극(110')과 제2 전극(150')의 극성도 달라지게 된다.
그리고, 상기 제3 투명 기판(30')은 상기 제1 전극(110') 상에 형성되어 소자 전체를 봉지할 수 있는 것으로, 광 투과성이 우수한 투명 유리, 투명 플라스틱 등이 사용될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 전극 구조를 예시한 것이다.
투명한 소자를 만들기 위하여, 광 투과부(160, 160')와 제1 전극(110, 110') 및 제2 전극(150, 150')의 면적은 높은 투과도를 확보하면서도 화질의 저하를 최소화시킬 수 있도록 구현되어야 한다. 본 발명에서는 광 투과부(또는 투명창)를 형성하여 투과율을 확보할 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 광 투과부(160, 160')는 스마트 윈도우 전체 면적의 20% 내지 90% 비율을 이루도록 구현될 수 있다.
그리고, 특히 배면발광의 경우는 제2 전극은 본 발명에 따른 스마트 윈도우가 투명한 상태일 때 사람의 눈에 의해 시인되거나 인지되지 않도록 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제2 전극(150)은 도 3에 도시된 바와 같이, 직선(Stripe)형으로 구현되거나 또는 도 4에 도시된 바와 같이 그물(Mesh)형 구조로 구현될 수 있다. 또한 상기 제2 전극(150)의 단축은 500um 이하로 구현될 수 있다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극(150)이 다공(porous)형 구조를 갖는 경우, 광 투과부(160)를 제외한 부분 간의 최단 거리는 500um 이하일 수 있다.
한편 전면발광 형태로 OLED를 구현하는 경우는 광 투과부(160, 160')를 도 3에 도시된 바와 같이, 직선(Stripe)형으로 구현되거나 또는 도 4에 도시된 바와 같이 그물(Mesh)형 구조로 구현할 수 있다. 또한 광 투과부(160, 160')를 제외한 부분(또는 비투과부)의 단축은 500um 이하로 구현될 수 있다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 광 투과부(160)를 제외한 부분(또는 상기 비투과부)를 다공(porous)형 구조를 갖는 경우, 광 투과부(160)를 제외한 부분(또는 상기 비투과부)간의 최단 거리는 500um 이하일 수 있다. 다만 상술한 내용은 하나의 예시일 뿐이며, 본 발명에 따른 스마트 윈도우의 광투과부 형상은 다양하게 변경될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참고로, 도 6에 도시된 스마트 윈도우는 도 1에 도시된 스마트 윈도우와 유사하게 전기 변색 소자(200)에 전기를 인가하여 광 차단막을 형성하고 유기 발광 소자(100)를 일면 발광시킬 경우 양극(anode)측의 하부 기판을 투과하여 배면 발광(Bottom Emission)형으로 구현되는 형태를 예시한 것이다. 본 실시예에서 유기 발광 소자(100)는 별도의 광투과부를 구비하지 않더라도 광투과가 가능하게 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 스마트 윈도우는 제1 투명 기판(10); 상기 제1 투명 기판 상에 위치하며 제1 전극(110), 정공 수송층(120), 발광층(130), 전자 수송층(140), 제2 전극(150)을 포함하는 유기 발광 소자(100); 상기 유기 발광 소자와 전기 변색 소자를 접합시키기 위한 접합층(30); 상기 접합층 상에 위치하며 제3 전극(210), 전기 변색층(230), 제4 전극(250)을 포함하는 전기 변색 소자(200); 및 상기 전기 변색 소자 상에 위치하는 제2 투명 기판(20)을 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스마트 윈도우는, 별도의 광 투과부를 구비하지 않는 점에서 도 1에 도시된 스마트 윈도우와는 차이점이 존재하며, 이외의 구성은 도 1에 도시된 스마트 윈도우의 구성과 동일하거나 유사한 바 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제2 전극(150)은 고반사 전극의 두께를 얇게 하여 광 투과가 가능한 전극으로 구현될 수 있다. 상기 고반사 전극은 Ag 또는 Al을 포함할 수 있다. 상기 고반사 반투명 전극은 단일층 (single layer) 구조로 구현될 수 있으며, 또는 다층(multi layer) 구조로 구현될 수도 있다. 상기 고반사 전극은 예컨대, 전극의 두께와 개구율을 조절하여 50% 이상의 광 반사율을 가지며 반투명 상태가 되도록 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 고반사 전극은 광 반사율이 50% 내지 95%의 광반사율을 갖는 재료로 구현될 수 있다. 또한 상기 고반사 전극의 광투과도는 그 두께를 조절하여 조절할 수 있다. 참고로, 본 실시형태에서는 제2 전극(150)을 음극(cathode)으로 구현하였다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스마트 윈도우를 개략적으로 도시한 단면도이다. 참고로, 도 7에 도시된 스마트 윈도우는 도 2에 도시된 스마트 윈도우와 유사하게 전기 변색 소자(200')에 전기를 인가하여 광 차단막을 형성하고 유기 발광 소자(100')를 일면 발광시킬 경우 음극(cathode) 측의 상부 기판을 투과하여 전면 발광(Top Emission)형으로 구현되는 형태를 예시한 것이다.
도 7 을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 스마트 윈도우는 제1 투명 기판(10'); 상기 제1 투명 기판 상에 위치하며 제2 전극(150'), 정공 수송층(120'), 발광층(130'), 전자 수송층(140'), 제1 전극(110')을 포함하는 유기 발광 소자(100'); 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 제3 투명 기판(30'); 상기 제1 투명 기판(10') 하부에 위치하며 제3 전극(210'), 전기 변색층(230'), 제4 전극(250')을 포함하는 전기 변색 소자(200'); 및 상기 전기 변색 소자 하부에 위치하는 제2 투명 기판(20')을 포함할 수 있다.
본 실시형태에 따른 스마트 윈도우는, 별도의 광 투과부를 구비하지 않는 점에서 도 2에 도시된 스마트 윈도우와는 차이점이 존재하며, 이외의 구성은 도 2에 도시된 스마트 윈도우의 구성과 동일하거나 유사한 바 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시예에서 유기 발광 소자(100')는 별도의 광투과부를 구비하지 않더라도 광투과가 가능하게 구현될 수 있다.
상기 제2 전극(150')은 상기 제1 투명 기판(10') 상에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 제2 전극(150')은 광 반사성과 전도성이 좋은 Ag, Al 중 적어도 어느 하나를 포함하는 고반사 전극일 수 있으며, 또는 이들이 포함된 다층(multi layer) 구조의 고반사 전극일 수도 있다. 상기 제2 전극(150')은 고반사 전극은 예컨대, 전극의 두께와 개구율을 조절하여 50% 이상의 광 반사율을 가지며 반투명 상태가 되도록 제조될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 고반사 전극은 광 반사율이 50% 내지 95%의 광반사율을 가질 수 있는 소재를 사용하고 그 두께를 조절하여 광 투과도는 광특성에 맞도록 조절할 수 있다. 참고로, 본 실시형태에서는 제2 전극을 양극(anode)으로 구현하였다.
상 D한 실시예들에 따른 본 발명의 전기 변색층은 전기 변색 물질, 전해질염, 용매 및 전자 수용성 분자를 포함하는 용액을 사용하여 형성될 수 있으며, 각각의 성분의 구체적 예는 다음과 같다.
[전기 변색 물질]
상기 전기 변색 물질로는 이소벤조퓨라논(isobenzofuranone)계 화합물을 포함할 수 있다. 상기 이소벤조퓨라논(isobenzofuranone)계 화합물은 아미노기(amino group)를 전자 도너 유니트(electron donor unit)로 포함할 수 있다. 또는 상기 이소벤조퓨라논(isobenzofuranone)계 화합물은 lactone ring을 포함하며 lactone ring open 반응을 통해 색이 변하는 이소벤조퓨라논(isobenzofuranone)계 화합물일 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 전기 변색 물질로는 류코 다이(leuco dye)를 사용할 수 있다. 또한, 상기 전기 변색 물질로서 WO3 및 IrO2와 같은 금속 산화물을 사용할 수 있으며, 또는 전도성 고분자를 포함할 수도 있다.
몇몇 실시예에서 상기 전기 변색 물질로서, 검은색을 띄는 류코 다이인 하기 화학식 1의 Black 100, 화학식 2의 ETAC, 화학식 3의 Black 400, 화학식 4의 Black 305, 화학식 5의 S-205, 화학식 6의 NIR Black 78, 파란색을 띄는 류코 다이인 화학식 7의 CVL(Crystal Violet Lactone), 빨간색을 띄는 류코 다이인 화학식 8의 Red 500 및 화학식 9의 Red 520으로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 전해질에 첨가되는 상기 류코 다이의 중량비는 2 Wt% 내지 60 Wt%일 수 있으며, 몇몇 구체적 실시예에서 2 Wt% 내지 30 Wt%일 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000001
[화학식 2]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000002
[화학식 3]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000003
[화학식 4]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000004
[화학식 5]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000005
[화학식 6]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000006
[화학식 7]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000007
[화학식 8]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000008
[화학식 9]
Figure PCTKR2014008390-appb-I000009
[전해질염]
상기 전해질염으로는, 예를 들면 LiClO4, NaClO4, KClO4, RbClO4와 같은 과염소산의 알칼리금속염, NH4ClO4, HClO4, 테트라-n-부틸암모늄 브로마이드, 테트라-n-부틸암모늄 클로라이드, 테트라-n-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트, 테트라-n-부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트, 테트라-n-부틸암모늄 디하이드로젠트리플루오라이드, 테트라-n-부틸암모늄 요오다이드 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서 상기 전해질에 첨가되는 상기 전해질염의 중량비는 1 Wt% 내지 30 Wt%일 수 있으며, 몇몇 구체적 실시예에서 5 Wt% 내지 20 Wt%일 수 있다.
[용매]
상기 용매로는, 구체적으로 N,N-디에틸아세트아미드, 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone), N-메틸포름아미드(N-Methylformamide), N-비닐피롤리돈(N-Vinylpyrrolidone), 포름아미드(Formamide), 2-피롤리돈(2-pyrrolidone)과 같은 아미드(amide)를 포함하는 유기 용매; 벤질 벤조에이트(Benzyl benzoate), 부틸 아세테이트(Butyl actate), 에틸 아세테이트(Ethyl acetate), 에틸 아세토아세테이트(Ethyl acetoacetate), 에틸 부티레이트(Ethyl butyrate), 에틸 락테이트(Ethyl lactate), 이소프로필 아세테이트(Isopropyl acetate), 메틸 아세테이트(Methyl acetate), 메틸 부티레이트(Methyl butyrate), 메틸 페닐아세테이트(Methyl phenylacetate), 메틸 프로피오네이트(Methyl propionate), 디옥틸 테레프탈레이트(Dioctyl terephthalate), 헥실 아세테이트(Hexyl acetate), 이소아밀 아세테이트(Isoamyl acetate), 이소부틸 아세테이트(Isobutyl acetate), 프로필 아세테이트(Propyl acetate), 트리아세틴(Triacetin)와 같은 에스테르(Ester)를 포함하는 유기 용매; 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate), 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 비닐렌 카보네이트(Vinylene carbonate)와 같은 카보네이트(Cabonate)를 포함하는 극성 유기 용매 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[전자 수용성 분자]
상기 전자 수용성 분자로는, 구체적으로 하이드로퀴논, 메틸하이드로퀴논(Methylhydroquinone), 메톡시하이드로퀴논(Methoxyhydroquinone), 아세틸하이드로퀴논(Acethylhydroquinone), 디메틸하이드로퀴논(Dimethylhydroquinone), 트리메틸하이드로퀴논(Trimethylhydroquinone), 에틸하이드로퀴논(Ethylhydroquinone), 부틸하이드로퀴논(Butylhydroqunone), t-부틸하이드로퀴논(t-butylhydroquinone)과 같은 하이드로퀴논계 화합물; 벤질(Benzil); 페로센, 메틸페로센(Methylferrocene), 디메틸페로센(Dimethylferrocene), 아세틸페로센(Acethylferrocene), 에틸페로센(Ethylferrocene), 비닐페로센(Vinylferrocene), 디페닐페로센(Diphenylferrocene), 메톡시-메틸페로센(Methoxy-methylferrocene), 부틸페로센(butylferrocene), t-부틸페로센(t-butylferroce), 클로로메틸페로센(Chloro methyl ferrocene)과 같은 페로센계 화합물 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서 상기 전해질에 첨가되는 상기 전해질염의 중량비는 5 Wt% 내지 50 Wt%일 수 있으며, 몇몇 구체적 실시예에서 5 Wt% 내지 20 Wt%일 수 있다.
이하에서는 본 발명과 관련된 실험예를 설명한다.
[실험예 1]
<유기 발광 소자의 제작>
도 2에 도시된 구조와 같이 제1 투명 기판(10')으로 사용된 유기 기판 위에 고반사 전극(150')으로 은(Ag)이 함유된 합금으로 된 고반사층을 구비하는 ITO를 150nm의 두께로 형성하였으며, 그 위에 증착된 유기물층을 2.5 10-7 torr이하의 진공도에서 열 증착을 이용하여 형성하였다. 그리고, 고반사 전극(150') 위에 정공 수송층(120')으로 DNTPD(75nm)/HATCN(7nm)/NPB(108nm), 발광층(130')으로 Be(btz)2:Ir(mphmg)2(acac)[3%](40nm), 전자 수송층(140')으로 Liq:Lg201(40nm), 전자 주입층으로 Liq(1nm)를 형성하였고, 그 위에 반투명 전극(110')으로 Mg:Ag (18nm)를 형성하여 적색(Red) 유기 발광 소자를 제작하였다. 25 25mm 기판에 상기 유기 발광층을 영역기준 50%, 발광 사이즈 100 300um로 형성하고, 투명창(160)은 유기 발광 소자의 전체 면적과 동일하게 50%만 차지하도록 제작하였다.
<전기 변색 용액 제조>
전해질염으로 테트라-n-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트( Tetra-n-butylamonium tetrafluoroborate)을 5.1wt%, 전기 변색 물질로 사용된 Black 100을 10.0wt%로 구비하였다. 전자 수용성 분자로 사용되는 디메틸하이드로퀴논(Dimethylhydroquinone), 페로센(Ferrocene), 벤질(Benzil)을 각각 2.9wt%, 0.5wt%, 14.9wt%로 구비하였다. 상기 기술된 전해질염, 전기 변색 물질, 전자 수용성 분자를 N,N-디에틸아세트아미드(N,N-diethylacetamide) 유기 용매와 스터러(Stirrer)를 이용하여 40에서 60분간 혼합하여 전기 변색층(230)으로 쓰일 전기 변색 용액을 제조하였다.
<유기 발광 소자와 전기 변색 소자의 결합>
상기 고반사 전극(150') 아래에 전기 변색층(230')을 형성시키기 위하여 제1 투명 기판(10') 하부에 ITO가 EC(ElectroChromic)용 제3 투명 전극(210')으로 150nm 형성되었다. 그리고 상기 EC용 제3 투명 전극(210') 아래에 스페이서(spacer)를 형성시켜서 그 아래에 150nm의 ITO EC용 제4 투명 전극(250')과, 상기 EC용 제3 투명 전극(210') 사이에 상기 전기 변색 용액이 주입될 공간의 높이 10 ~ 50m를 확보하였다. 상기 전기 변색 용액을 상기 스페이서(spacer)에 의해 생긴 공간으로 주입시킨 후 소자를 봉지하였다.
[실험예 2]
<유기 발광 소자의 제작>
도 1에 도시된 구조와 같이, 제1 투명 기판(10)으로 사용 된 유리 기판 위에 제1 전극(110)으로서 ITO 투명 전극을 150nm의 두께로 형성하였으며, 그 위에 증착된 유기물층을 2.510-7torr이하의 진공도에서 열 증착을 이용하여 형성하였다. 상기 유기물층으로서 제1 전극(110) 위에 정공 수송층(120)으로 DNTPD(10nm)/NPB(30nm), 발광층(130)으로 Bebq2:Ir(mphnq)2[3%](20nm), 전자 수송층(140)으로 Bphen(50nm), Lithum (1nm)를 형성하였다. 전자 수송층(140) 위에 제2 전극(150)으로서 고반사 반투명 전극을 형성하였다. 상기 고반사 반투명 전극은 Ag(12nm), WO3(30nm)로 구현하여 빨간색(Red) 유기 발광소자를 제작하였다.
<전기 변색 용액 제조>
전해질염으로 테트라-n-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트( Tetra-n-butylamonium tetrafluoroborate)을 5.1wt%, 전기 변색 물질로 사용된 Black 100을 10.0wt%로 구비하였다. 전자 수용성 분자로 사용되는 디메틸하이드로퀴논(Dimethylhydroquinone), 페로센(Ferrocene), 벤질(Benzil)을 각각 2.9wt%, 0.5wt%, 14.9wt%로 구비하였다. 상기 기술된 전해질염, 전기 변색 물질, 전자 수용성 분자를 N,N-디에틸아세트아미드(N,N-diethylacetamide) 유기 용매와 스터러(Stirrer)를 이용하여 40에서 60분간 혼합하여 전기 변색층(230)으로 쓰일 전기 변색 용액을 제조하였다.
<유기 발광 소자와 전기 변색 소자의 결합>
상기 고반사 반투명 전극(150) 아래에 전기 변색층(230)을 형성시키기 위하여 제1 투명 기판(10) 하부에 ITO가 EC(ElectroChromic)용 제3 투명 전극(210)으로 150nm 형성되었다. 그리고 상기 EC용 제3 투명 전극(210) 아래에 스페이서(spacer)를 형성시켜서 그 아래에 150nm의 ITO EC용 제4 투명 전극(250)과, 상기 EC용 제3 투명 전극(210) 사이에 상기 전기 변색 용액이 주입될 공간의 높이 10 ~ 50m를 확보하였다. 상기 전기 변색 용액을 상기 스페이서(spacer)에 의해 생긴 공간으로 주입시킨 후 소자를 봉지하였다.
[비교예 1]
본 비교예 1은 상기 실험예 1과 비교할 때 고반사 전극(150')을 대신하여 투과도가 높은 투명 전극을 구비하였다.
유리 기판 위에 은(Ag)이 함유된 합금으로 이루어진 고반사층을 형성하는 공정을 제외시키고, 상기 유리 기판 상에 ITO를 투명 양극으로 150nm를 형성하였다.
[비교예 2]
본 비교예 2는 상기 실험예 1과 비교할 때 EC용 제3 투명 전극(210'), 전기 변색층(230'), EC용 제4 투명 전극(250'), 제2 투명 기판(20')을 제3 투명 기판(30') 상부에 차례로 형성하는 것이다.
이에 따라, 상기 전기 변색 소자는 사람이 직접 유기 발광 소자를 보는 면에 형성되게 된다.
표 1
소자의 투과도(%) 유기 발광 소자의광 효율 (lm/W) 명암비(400lux 기준)
실험예 1 43.7 35.7 131687:1
비교예 1 50.5 4.5 7523:1
비교예 2 43.2 0.004 4:1
상기 실험에서, 소자의 투과도는 550nm에서 측정하였으며, 유기 발광 소자의 광 효율은 1000nit에서 측정하였고, 이때의 구동 전압은 5V이다.
상기 표 1 에서부터 알 수 있듯이, 비교예 1은 실험예 1에 비해 소자의 투과도는 높지만 유기 발광 소자의 광 효율이 낮다. 실험예 1, 비교예 1, 비교예 2 중에 비교예 1의 투과도가 가장 높게 측정되었고, 실험예 1의 유기 발광 소자의 광 효율이 가장 높게 측정되었다. 실험예 1은 비교예 1보다 약 7% 정도 투과도가 낮지만, 유기 발광 소자의 광 효율이나 소자의 명암비(contrast ratio)가 월등히 높게 측정되었다. 따라서, 유기 발광 소자의 양극을 고반사 전극으로 구현하고 광 투과부를 형성한다면 약 43%의 투과도를 확보하면서도 높은 광 효율과 명암비(contrast ratio)를 확보할 수 있다.
상기 표 1 에서부터 알 수 있듯이, 비교예 1은 실험예 1에 비해 소자의 투과도는 높지만 유기 발광 소자의 광 효율이 낮다. 실험예 1, 비교예 1, 비교예 2 중에 비교예 1의 투과도가 가장 높게 측정되었고, 실험예 1의 유기 발광 소자의 광효율이 가장 높게 측정되었다. 실험예 1은 비교예 1보다 약 7% 정도 투과도가 낮지만, 유기 발광 소자의 광 효율이나 소자의 명암비(contrast ratio)가 월등히 높게 측정되었다. 따라서, 유기 발광 소자의 양극을 고반사 전극으로 구현하고 광투과부를 형성한다면 약 43%의 투과도를 확보하면서도 높은 광 효율과 명암비(contrast ratio)를 확보할 수 있다.
[실험예 3]
<유기 발광 소자의 제작>
도 6에 도시된 바와 같이 제1 투명 기판(10)으로 사용 된 유리 기판 위에 제1 전극(110)으로서 ITO 투명 전극(110)을 150nm의 두께로 형성하였으며, 그 위에 유기물층을 2.5 10-7 torr이하의 진공도에서 열 증착을 이용하여 형성하였다. 상기 유기물층은 투명 전극(110) 위에 정공 수송층(120)으로 NPB(30nm)/TCTA(10nm), 발광층(130)으로 CBP:Ir(ppy)3[5%](20nm), 전자 수송층(140)으로 Bphen(35nm), Lithum qinolate(1nm)를 형성하였다. 그리고 그 위에 고반사 반투명 전극인 제2 전극(150)으로서 Ag(12nm), WO3(30nm)을 형성하여 녹색(Green) 유기 발광 소자를 제작하였다.
<전기 변색 용액 제조>
전해질염으로 테트라-n-부틸암모늄 테트라플루오로보레이트( Tetra-n-butylamonium tetrafluoroborate)을 5.1wt%, 전기 변색 물질로 사용된 Black 100을 10.0wt%로 구비하였다. 전자 수용성 분자로 사용되는 디메틸하이드로퀴논(Dimethylhydroquinone), 페로센(Ferrocene), 벤질(Benzil)을 각각 2.9wt%, 0.5wt%, 14.9wt%로 구비하였다. 상기 기술된 전해질염, 전기 변색 물질, 전자 수용성 분자를 N,N-디에틸아세트아미드(N,N-diethylacetamide) 유기 용매와 스터러(Stirrer)를 이용하여 40에서 60분간 혼합하여 전기 변색층(230)으로 쓰일 전기 변색 용액을 제조하였다.
<유기 발광 소자와 전기 변색 소자의 결합>
고반사 반투명 전극인 상기 제2 전극(150) 위에 전기 변색층(230)을 형성시키기 위하여 접합층(30)을 투과도가 우수한 투명 기판으로 구현하고, 그 위에 EC(ElectroChromic)용 제3 투명 전극(210)으로 ITO를 150nm 두께로 형성하였다. 그리고 상기 EC용 제3 투명 전극(210) 위에 스페이서(spacer)를 형성시켜서 그 위에 EC용 제4 투명 전극(250)으로서 ITO를 150nm 두께로 형성하였고, 상기 EC용 제3 투명 전극(210) 사이에 상기 전기 변색 용액이 주입될 공간의 높이 10 ~ 50m를 확보하였다. 상기 전기 변색 용액을 상기 스페이서(spacer)에 의해 생긴 공간으로 주입시킨 후 소자를 봉지하였다.
[비교예 3]
본 비교예 3은 상기 실험예 3과 비교할 때 고반사 반투명 전극(150)을 대신하여 투과도가 높은 투명 전극을 구비하였다. 저손상 스퍼터링 공정(Low damage sputtering process)을 통해 60nm 두께의 ITO로 상기 투과도가 높은 음극을 형성하였다.
[비교예 4]
본 비교예 4는 상기 실험예 3과 비교할 때 EC용 제3 투명 전극(210), 전기 변색층(230), EC용 제4 투명 전극(250), 제2 투명 기판(20)을 제1 투명 기판(10) 하부에 차례로 형성하는 것이다.
이에 따라, 상기 전기 변색 소자는 사람이 직접 유기 발광 소자를 보는 면에 형성되게 된다.
표 2
소자의 투과도(%) 유기 발광 소자의광 효율 (lm/W) 명암비(400lux 기준)
실험예 2 60.7 14.6 45140:1
실험예 3 65.1 7.1 27646:1
비교예 3 63.8 5.3 8065:1
비교예 4 60.1 0.006 4:1
상기 실험에서, 소자의 투과도는 550nm에서 측정하였으며, 유기 발광 소자의 광 효율은 1000nit에서 측정하였고, 이때의 구동 전압은 5V이다. 단, 비교예 4는 충분한 휘도를 내지 못했기 때문에 유기 발광 소자의 최대 광 효율을 기재하였다.
상기 표 2 에서부터 알 수 있듯이, 비교예 3은 실험예 3에 비해 소자의 투과도는 높지만 유기 발광 소자의 광 효율이 낮다. 실험예 3, 비교예 3, 비교예 4 중에 비교예 3의 투과도가 가장 높게 측정되었고, 실험예 3의 유기 발광 소자의 광 효율이 가장 높게 측정되었다. 실험예 3은 비교예 3보다 약 3% 정도 투과도가 낮지만, 유기 발광 소자의 광 효율이나 소자의 명암비(contrast ratio)가 월등히 높게 측정되었다. 따라서, 유기 발광 소자의 양극을 고반사 반투명 전극으로 구현한다면 약 60%의 투과도를 확보하면서도 높은 광 효율과 명암비(contrast ratio)를 확보할 수 있다.
또한 상기 표 2에서 알 수 있듯이 실험예 3은 실험예 2에 비해 높은 투과도 특성을 가짐을 확인할 수 있으며, 다만 실험예 2에 비해 명암비가 상대적으로 다소 낮음을 확인할 수 있다. 따라서, 유기 발광 소자의 음극을 고반사 반투명 전극으로 구현한다면 약 65%의 투과도를 확보하면서도 상대적으로 높은 광 효율과 명암비(contrast ratio)를 확보할 수 있다.
한편, 도 8은 전기 변색 물질로 류코 다이(leuco dye)를 사용할 경우 가시광선 영역에서의 투과도 특성을 나타낸 그래프이다. 보다 구체적으로 도 8은 Black 100을 류코 다이(leuco dye)로 썼을 때 보이는 투과도 특성을 나타낸 것으로, 전압을 인가하여 컬러 모드(colored mode)가 되었을 때 다른 전기 변색 물질(일반적으로 WO3나 비올로겐(Viologen))보다 가시광선 영역에서 높은 색 변화율을 보이는 것을 알 수 있다. 참고로, 빛을 차단하는 검은색 전기 변색 소자(Electrochromic device)를 구현하기 위해 검은색을 띄는 류코 다이(leuco dye)를 쓰거나, 파란색, 빨간색 류코 다이(leuco dye)를 혼합해서 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 변색 소자에 전압을 인가하지 않는 경우 전기 변색 소자가 위치하는 부분은 투명하게 되며, 이에 따라 본 발명에 따른 스마트 윈도우를 양면 발광형으로 사용할 수 있다. 그리고, 전기 변색 소자에 전압을 인가하는 경우 전기 변색 소자가 위치하는 부분은 검은색을 띠게 되며, 이에 따라 본 발명에 따른 스마트 윈도우를 일면 발광형(배면 발광형 또는 전면 발광형)으로 사용할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (32)

  1. 서로 대응되는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층을 구비하는 유기 발광 소자; 및
    전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층을 구비하고 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 전기 변색 소자; 를 포함하고,
    상기 유기 발광 소자는 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 상기 전기 변색 소자 하부에 배치되고,
    상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 고반사 전극으로 형성된 스마트 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 투과부의 면적은 상기 스마트 윈도우 면적의 20% 내지 90%인 스마트 윈도우.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극을 이용하여 상기 광 투과부를 구현할 경우, 상기 제2 전극의 단축의 크기는 500um 이하인 스마트 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색 소자는, 상기 제2 전극 상에 위치하는 스마트 윈도우.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색 소자는, 서로 대응되는 제3전극 및 제4전극을 더 포함하고,
    상기 전기 변색층은, 상기 제3전극과 상기 제4전극 사이에 위치하는 스마트 윈도우.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 고반사 전극은 은(Ag) 전극, 알루미늄(Al) 전극, 은(Ag)과 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 단층(single layer) 또는 다층(multi layer) 구조 전극, 또는 산화물 투명 전극과 유전체 거울(dielectric mirror)을 조합한 전극으로 형성된 스마트 윈도우.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공 수송층 또는 전자 수송층이 더 구비되고, 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에는 전자 수송층 또는 정공 수송층이 더 구비된 스마트 윈도우.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자와 상기 전기 변색 소자는, 접합층을 매개로 서로 접합된 스마트 윈도우.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 접합층은 투명 기판 및 다층 박막 중 적어도 하나로 형성된 스마트 윈도우.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색층은 다층박막상태, 용액상태, 다층박막상태와 용액상태가 혼합된 상태 중 어느 하나의 상태를 갖는 스마트 윈도우.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색층은, 전기 변색 물질, 전해질염, 용매 및 전자 수용성 분자를 포함하는 용액을 사용하여 형성되는 스마트 윈도우.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 이소벤조퓨라논(isobenzofuranone)계 화합물을 포함하는 스마트 윈도우.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은, 아미노기(amino group)를 전자 도너 유니트(electron donor unit)로 포함하는 이소벤조퓨라논계 화합물 또는 lactone ring을 포함하는 이소벤조퓨라논계 화합물을 포함하는 스마트 윈도우.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 류코 다이를 포함하는 스마트 윈도우.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 금속 산화물 또는 전도성 고분자를 포함하는 스마트 윈도우.
  16. 제1 투명 기판;
    상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하는 제2 전극;
    상기 제2 전극 상에 위치하는 접합층;
    상기 접합층 상에 위치하는 제3 전극;
    상기 제3 전극 상에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층;
    상기 전기 변색층 상에 위치하는 제4 전극; 및
    상기 제4 전극 상에 위치하는 제2 투명 기판을 포함하고,
    상기 제1 전극, 상기 발광층, 및 상기 제2 전극은 상기 제1 투명 기판과 상기 접합층 사이의 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 배치되며,
    상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 고반사 전극으로 형성된 스마트 윈도우.
  17. 제1 투명 기판;
    상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 유기 발광 소자;
    상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 전기 변색 소자;
    상기 전기 변색 소자 하부에 위치하는 제2 투명 기판;
    상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 제3 투명 기판;을 포함하고,
    상기 유기 발광 소자는,
    상기 제1 투명 기판 상에 위치하고 고반사 전극으로 형성된 제2 전극;
    상기 제2 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하고 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성된 제1 전극;을 포함하고,
    상기 전기 변색 소자는,
    상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 제3 전극;
    상기 제3 전극 하부에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층;
    상기 전기 변색층 하부에 위치하는 제4 전극;
    을 포함하고,
    상기 제1 전극, 상기 발광층, 및 상기 제2 전극은 상기 제1 투명 기판과 상기 제3 투명 기판 사이의 소정 영역에 광 투과부를 형성하도록 배치된 스마트 윈도우.
  18. 서로 대응되는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층을 구비하는 유기 발광 소자; 및
    전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층을 구비하고 상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 전기 변색 소자; 를 포함하고,
    상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 고반사 반투명 전극으로 형성된 스마트 윈도우.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색 소자는, 상기 제2 전극 상에 위치하는 스마트 윈도우.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색 소자는, 서로 대응되는 제3전극 및 제4전극을 더 포함하고,
    상기 전기 변색층은, 상기 제3전극과 상기 제4전극 사이에 위치하는 스마트 윈도우.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 고반사 반투명 전극은 은(Ag) 전극, 알루미늄(Al) 전극, 은(Ag)과 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 포함하는 다층(multi layer) 구조 전극, 또는 산화물 투명 전극과 유전체 거울(dielectric mirror)을 조합한 전극으로 형성된 스마트 윈도우.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 정공 수송층 또는 전자 수송층이 추가로 구비되고, 상기 제2 전극과 상기 발광층 사이에 전자 수송층 또는 정공 수송층이 추가로 구비된 스마트 윈도우.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자와 상기 전기 변색 소자는, 접합층을 매개로 서로 접합된 스마트 윈도우.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 접합층은 투명 기판 및 다층 박막 중 적어도 하나로 형성된 스마트 윈도우.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색층은 다층박막상태, 용액상태, 또는 다층박막상태와 용액상태가 혼합된 상태인 스마트 윈도우.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색층은 전기 변색 물질, 전해질염, 용매 및 전자 수용성 분자를 포함하는 용액을 사용하여 형성된 스마트 윈도우.
  27. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 이소벤조퓨라논(isobenzofuranone)계 화합물을 포함하는 스마트 윈도우.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 아미노기(amino group)를 전자 도너 유니트(electron donor unit)로 포함하는 이소벤조퓨라논계 화합물 또는 lactone ring을 포함하는 이소벤조퓨라논계 화합물을 포함하는 스마트 윈도우.
  29. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 류코 다이를 포함하는 스마트 윈도우.
  30. 제18항에 있어서,
    상기 전기 변색 물질은 금속 산화물 또는 전도성 고분자를 포함하는 스마트 윈도우.
  31. 제1 투명 기판;
    상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층;
    상기 발광층 상에 위치하는 제2 전극;
    상기 제2 전극 상에 위치하는 접합층;
    상기 접합층 상에 위치하는 제3 전극;
    상기 제3 전극 상에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층;
    상기 전기 변색층 상에 위치하는 제4 전극; 및
    상기 제4 전극 상에 위치하는 제2 투명 기판을 포함하고,
    상기 제1 전극은 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성되고, 상기 제2 전극은 고반사 반투명 전극으로 형성된 스마트 윈도우.
  32. 제1 투명 기판;
    상기 제1 투명 기판 상에 위치하는 유기 발광 소자;
    상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 전기 변색 소자;
    상기 전기 변색 소자 하부에 위치하는 제2 투명 기판; 및
    상기 유기 발광 소자 상에 위치하는 제3 투명 기판;을 포함하고,
    상기 유기 발광 소자는,
    상기 제1 투명 기판 상에 위치하고 고반사 반투명 전극으로 형성된 제2 전극;
    상기 제2 전극 상에 위치하며 유기 발광 물질을 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층 상에 위치하고 투명 전극 또는 고반사 반투명 전극으로 형성된 제1 전극;을 포함하고,
    상기 전기 변색 소자는,
    상기 제1 투명 기판 하부에 위치하는 제3 전극;
    상기 제3 전극 하부에 위치하며 전기 변색 물질을 포함하는 전기 변색층; 및
    상기 전기 변색층 하부에 위치하는 제4 전극;
    을 포함하여 스마트 윈도우.
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