KR100870613B1 - 전기변색소자의 전극구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1기판상에 1 이상의 표시영역과 1 이상의 비표시영역이 구분되어 있는 전기변색소자에 있어서, 제1기판, 제1전극, 전기변색층, 전해질층, 선택적으로 이온스토리지층, 제2전극, 제2기판이 순차적으로 적층되어 있고, 상기 제2전극은 제1전극과 동일 평면상에 존재하지 아니하고, 이온스토리지층 및 제2전극 중 어느 하나 이상이 일부 또는 전부 표시영역에 존재하지 않도록 패터닝된 전기변색 소자 및 상기 전기변색소자가 구비된 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 전기변색소자는 관찰자와 전기변색층 사이에 제2기판과 전해질층만이 위치하므로, 이온스토리지층 및/또는 제2전극에 의한 콘트라스트비 저하를 억제할 수 있다.

Description

전기변색소자의 전극구조 {ELECTRODE STRUCTURE OF ELECTROCHROMIC DEVICE}
도 1은 종래 전기변색소자의 기본적인 단면 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2a는 7-세그먼트 패턴의 숫자를 표시하기 위한 전기변색층의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 2b는 도 2a의 전기 변색층에 전기 신호를 인가하기 위한 종래 직접구동방식의 하부 전극의 레이아웃을 나타낸 도면이다.
도 3a는 일반적인 능동구동방식의 전기변색소자에 있어서 박막 트랜지스터 (TFT)의 전극구조를 나타낸 도면이다.
도 3b는 도 3a의 TFT의 단면 구조도이다.
도 3c는 도 3b의 TFT 위에 도 1의 전기변색소자를 적층한 능동구동방식의 전기변색소자의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제2전극 및 이온스토리지층이 망사모양으로 패터닝된 전기변색소자의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기변색소자 구조를 능동구동방식에 적용한 일 실시예에서, 패터닝된 이온스토리지층 또는 제2전극의 모양을 나타낸 개략도이다.
본 발명은 전기신호를 인가하면 색이 변하는 전기변색소자(Electro-chromic device) 및 상기 전기변색소자가 구비된 디스플레이 장치에 관한 것이다.
통상, 디스플레이 장치에는 CRT, PDP, LED, OLED 등과 같은 발광형 디스플레이 장치와, LCD 등과 같은 수광형 디스플레이 장치로 대별될 수 있다. 전자는 응답 속도가 빠르지만 밝은 곳에서는 영상이 희미하다는 단점이 있고, 후자는 밝은 곳에서 잘 보이지만 응답 속도가 느리다는 단점이 있다. 그 중, 전기변색 표시소자(ECD; Electro-chromic display)는 LCD와 같은 수광형 표시소자의 일종으로서 전기신호를 인가하여 화학 반응을 조절함으로써 전기변색 물질의 색을 조절하는 표시소자이다.
한편, 도 1은 전기변색소자의 기본적인 단면 구조를 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 상기 전기변색소자 (1)은 제1유리 기판(10) 위에 형성된 제1전극(11)과, 제2유리 기판 (17) 위에 형성된 제2 전극(16)이 서로 마주 보도록 이격되어 있으며, 상기 제1전극의 상면에 형성되며 인가되는 전기 신호에 따라 색이 변하는 전기변색물질이 포함된 전기 변색층(12)과, 상기 전기 변색층의 상부에 형성되며 전기변색 반응에 관여하는 이온이 포함된 전해질층(13)과, 상기 전해질층 상부에 형성되며 전기변색 반응에 관여하는 이온과 반대 극성의 이온을 모으는 이온 스토리지(ion storage)(15)로 구성된다.
상기 제1전극(11) 및 제2 전극(16) 중 적어도 하나는 투명전극, 예컨대 ITO(Indium tin oxide) 전극을 채용하는 것이 일반적이다. 상기 이온스토리지층(Ion storage)(15)은 생략가능하다.
상기 전기변색소자(1)에 전압이 인가되어 전기 변색층에서 이온 스토리지쪽으로 전류가 흐르면 상기 전기 변색층(12)이 착색되고, 반대 방향으로 전류가 흐르면 상기 전기 변색층(12)에서 탈색이 일어난다. 한편, 전기변색층의 물질에 따라 반대 방향의 전류 흐름에서 착색 및 탈색 반응이 일어나기도 한다.
도 2a는 7-세그먼트 패턴의 숫자를 표시하기 위한 전기 변색층의 레이아웃을 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 2a의 전기 변색층에 전기 신호를 인가하기 위한 종래 하부 전극의 레이아웃을 나타낸 도면이다. 이는 직접구동방식의 한 예시로서 세그먼트나 픽셀마다 하나의 전극을 연결하는 방식이다.
한편, 능동구동방식의 전기변색 디스플레이 장치의 일례는 화소 각각에 스위칭 소자가 실장된 구조의 패널위에 다수의 전기변색표시 화소를 구현한 구조를 가지는 바, 각 화소의 온/오프(on/off) 동작을 독립적으로 제어함에 따라 상대적으로 고화질, 빠른 응답속도를 얻을 수 있으며, 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어난 장점을 가지고 있다. 이때 스위칭 소자로 박막트랜지스터(Thin-Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려져 있다.
도 3a는 일반적인 능동구동방식의 전기변색소자에 있어서 박막 트랜지스터 (Thin film transistor, TFT)의 전극구조를 나타낸다. 화소에 직접 신호를 인가하는 전극(21)이 도 1의 제1전극(11)에 대응한다.
도 3b는 도 3a의 단면 구조도이다. 제1전극 밑에 TFT가 존재하는 점을 제외 하면 직접구동(Direct driving)과 능동구동(Active matrix driving)의 소자구조가 비슷하다.
도 3c는 도 3b의 TFT 위에 도 1의 전기변색소자를 적층했을 때 가능한 가장 간단한 구조의 예시이다.
한편, 전기변색소자에서 관찰자의 시선이 위치하는 곳은 제2기판(27) 방향이다. 따라서, 표시된 색을 보려면 이온스토리지층(25) 및 제2전극(26)을 통과하여야 하는데, 그만큼 콘트라스트 비(Contrast ratio)가 나빠진다.
특히 이온스토리지층(25)는 유색인 경우도 있으므로 Contrast ratio 뿐만 아니라 색재현율에도 악영향을 미친다.
본 발명은, 제1기판, 제1전극, 전기변색층, 전해질층, 이온스토리지층, 제2전극 및 제2기판이 순차적으로 적층된 종래 전기변색소자에서, 관찰자의 시선이 제2기판 쪽에서 위치할 때 이온스토리지층 및/또는 제2전극에 의한 콘트라스트비(Contrast ratio) 저하를 억제하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 전기변색층이 존재하는 표시영역 상에 이온스트리지층 및/또는 제2전극 일부 또는 전부가 존재하지 않도록 이온스트리지층 및/또는 제2전극을 그물망 구조와 같이 패터닝함으로써, 관찰자의 시야와 전기변색층 사이에 되도록 제2기판과 전해질층만이 존재하는 구조의 전기변색소자를 제공하고자 한다.
본 발명은 제1기판상에 1 이상의 표시영역과 1 이상의 비표시영역이 구분되 어 있는 전기변색소자에 있어서, 제1기판, 제1전극, 전기변색층, 전해질층, 제2전극, 제2기판이 순차적으로 적층되어 있고, 제2전극이 일부 또는 전부 표시영역에 존재하지 않도록 패터닝된 것이 특징인 전기변색 소자 및 상기 전기변색소자가 구비된 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 제1기판상에 1 이상의 표시영역과 1 이상의 비표시영역이 구분되어 있는 전기변색소자에 있어서, 제1기판, 제1전극, 전기변색층, 전해질층, 이온스토리지층, 제2전극, 제2기판이 순차적으로 적층되어 있고, 이온스토리지층 및 제2전극 중 어느 하나 이상이 일부 또는 전부 표시영역에 존재하지 않도록 패터닝된 것이 특징인 전기변색 소자 및 상기 전기변색소자가 구비된 디스플레이 장치를 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 전기변색층이 존재하는 표시영역 일부 또는 전부에 제2전극 및/또는 이온스토리지층이 존재하지 않도록 패터닝하는 것이 특징이다.
상기 특징에 의해 본 발명에 따른 전기변색소자는 관찰자와 전기변색층 사이에 제2기판과 전해질층만이 위치하므로, 이온스토리지층 및/또는 제2전극에 의한 콘트라스트비(Contrast ratio) 저하를 억제할 수 있다.
본 발명에서 표시영역이란 전기변색층이 존재하는 영역을 의미하고, 비표시영역이란 전기변색층이 존재하지 않는 영역을 의미한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기변색소자 구조를 능동구동방식에 적용한 경우 바람직한 일 실시예를 나타낸 도면이다. 그러나, 본 발명의 개념은 전기변색소자에 1 이상의 표시영역과 1 이상의 비표시영역이 존재하는 한, 능동구동방식에 한정되지 아니한다.
도 4를 참조하여 본 발명의 전기변색 표시 패널의 구조를 설명한다.
일반적인 능동구동방식의 전기변색 표시 패널은 서로 대향하는 일면에 각각 전계생성전극을 포함하는 제1기판(30)과 제2기판(37) 그리고 이들 사이로 충진된 전기변색층(32)을 포함한다.
이중 제1기판(30)은 유리 등의 투명기판 상에 각각 주사전압을 출력하는 다수의 평행한 게이트라인과, 화상전압을 출력하는 다수의 평행한 데이터라인이 종횡하도록 교차 배열되어 그물형태의 화소영역(P)을 정의한다. 또 이들 게이트라인과 데이터라인의 교차지점에는 각각 박막트랜지스터(T)가 설치되고, 각 화소영역(P)마다 박막트랜지스터(T)와 일대일 연결되는 제1전극(31)이 실장된다.
이때 제1전극(31)은 전기변색층(32)에 전압을 인가하는 일 전계생성전극 역할을 하는데, 이 제1전극(31) 및/또는 전기변색층(32)이 존재하는 부분은 전기변색 표시 패널의 표시영역이 되고 이외의 부분은 비표시영역이 된다. 또한, 박막트랜지스터(T)는 게이트라인으로 출력된 신호전압을 통해 온/오프(on/off)되어, 데이터라인으로 출력되는 신호전압을 제1전극(31)에 선택적으로 인가하는 스위칭 소자의 역할을 한다.
또한, 제2기판(37)은 또 다른 전계생성전극 역할의 제2전극(36)이 차례로 설치되어 있다.
도 4에 도시된 전기변색소자(3)를 좀 더 자세히 설명하면, TFT의 보호막 (Passivation layer)이 형성된 제1기판(30) 상부에 형성된 반사층(34)과 상기 반사층 상부에 형성된 제 1 전극(31)과, 상기 제1전극의 상부에 형성되며 인가되는 전기 신호에 따라 색이 변하는 전기변색물질이 포함된 전기변색층(32)과, 상기 전기변색층(32) 상부에 형성되며 전기 변색 반응에 관여하는 이온이 포함된 전해질층(33)과, 상기 전해질층 상부에 형성되며 전기변색반응에 관여하는 이온과 반대 극성의 이온을 모으는 이온스토리지층(Ion storage)(35)과, 상기 이온스토리지층 상부에 형성되며 상기 이온스토리지층에 전하를 공급하는 제 2 전극(36)과, 맨 위에 형성된 제2기판(37)으로 구성된다. 제1전극은 각 표시영역에 1개씩 구비되어 있으며 각 표시영역의 온/오프(on/off) 동작을 제어하는 스위칭 소자(예, TFT)와 연결되어 있다.
이때, 제1기판, 전해질층, 이온스토리지층, 제2전극, 제2기판 각각은 1 이상의 표시영역/비표시영역 모두에 걸쳐 공간적으로 공통되게 하나의 층으로 형성될 수 있다. 또, 전해질층, 이온스토리지층, 제 2 전극은 각 화소에 맞추어 패터닝될 수도 있다.
제1전극, 전기변색층 각각은 각 표시영역에 적어도 하나씩 존재한다.
본 발명은 도 5와 같이 전기변색층과 관찰자 시선 사이에서 투명도가 떨어지는 제2전극 및/또는 이온스트리지층에 의해 전기변색층이 가려지지 않도록 전기변색층이 존재하지 아니하는 비표시영역에만 되도록 제2전극 및/또는 이온스트리지층이 존재하도록, 즉, 제2전극 및/또는 이온스트리지층에 빈 공간이 형성되도록 제2전극 및/또는 이온스트리지층을 그물망 구조와 같이 패터닝한다. 상기 패터닝 모양 은 한정적인 것이 아니라 임의의 모양이 가능하다.
이온스토리지층(35) 망사구조의 뚫린 부분과 전기변색층(32)의 픽셀부분이 일치하는 경우는 정면에서 봐서 안보이는 픽셀부분을 최소화할 수 있다. 이와 같은 방식으로 특정한 방향에서 더 잘 보이도록 만들 수도 있다. 상부에 존재하는 제2전극(36)도 같은 방식으로 패터닝할 수 있다.
한편, 제2전극(36)과 전해질층(33) 사이에 이온스토리지층(35)은 생략가능하다.
또, 본 발명에서 제2전극 및 이온스토리지층은 관찰자와 전기변색층 사이에 위치하지 아니하므로 투명성 요건을 만족하지 아니하여도 된다.
도 4에는 제 1 전극이 TFT에 연결된 경우만을 도시하였지만 직접구동방식(Direct driving)에서는 제 1 전극이 외부구동회로와 직접연결될 수 있다.
전기변색물질은 반도체 산화물로서 기재 상에 피복된 전극 위에 연속된 층으로 증착되어 전기변색층을 형성할 수 있다. 대표적인 전기변색물질로는 텅스텐 산화물(WO3), 니켈 산화물(NiO), 티타늄 산화물(TiO2) 등의 무기물 금속 산화물과 비피리디늄염 (비올로겐) 유도체, 안트라퀴논 등의 퀴논계 유도체, 페노사이아진 등의 아진계 유도체 등의 유기물이 있다.
제 1 전극 및 제2전극은 각각 ITO, FTO등 투명전극을 사용할 수 있으나, 여기에 제한되지 않는다.
전해질은 액체, 고체등 다양한 상이 가능하며, 이온성액체(Ionic liquid)가 포함된 이온성액체층으로 대체가능하다.
이온스토리지층으로는 ATO(antimony-doped tin oxide)와 같은 금속산화물 나노 입자막이나, 전기변색물질로서 제 1 전극상에 사용된 것과 반대 극성의 물질 등이 사용 가능하다.
본 발명의 전기변색소자에서 반사층을 전기변색소자 내부 또는 전기변색소자 외부에 추가로 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 전기변색소자에서 관찰자의 시선이 위치하는 곳은 제2기판(37) 방향이다. 따라서, 흰색바탕이 필요한 경우 반사면(34)은 전기변색층(32)보다 아래 형성시켜야 한다.
본 발명에 따른 전기변색소자에서는, 전기변색층 - 제 1 전극 - 구동회로 - 제 2 전극 - (이온스토리지) 사이에 흐르는 전류가 있고, 전해질 내에서 이온들의 움직임이 있고, 제 1 전극, 전기변색층, 제 2 전극, (이온스토리지)와 전해질사이에서 일어나는 화학반응 내지는 전류의 흐름이 있다.
상기 전기변색소자(3)에 전압이 인가되어 이온스토리지층(35)쪽에서 전기변색층(32) 방향으로 전류가 흐르면 상기 전기변색층(32)이 착색되고, 반대 방향으로 전류가 흐르면 상기 전기변색층(32)에서 탈색이 일어난다. 한편, 전기변색층의 물질에 따라 반대 방향의 전류 흐름에서 착색 및 탈색 반응이 일어나기도 한다.
상기 전기변색소자에서 이온스토리지층, 반사층, 보호막은 경우에 따라 생략할 수 있다.
흰색배경을 이루는 반사층을 TFT의 기판 밑에 측 셀 외부, 즉 전기변색소자 외부에 배치시키는 경우 전기변색소자 제조 공정을 더욱 단순화시킬 수 있다.
한편, 전기변색층이 차지하는 면적이 클수록 패널에 표시되는 색은 선명하다. 전기변색층(32)과 이온스트리지층(35)은 서로 비슷한 양의 전하를 축적하여야 디스플레이의 성능이 좋아지는데 물질, 층의 넓이, 두께 등의 영향을 받는다.
따라서, 이온스토리지층을 전기변색층보다 두껍게 하여 면적을 줄이고, 실제 색을 표현하는 전기변색층이 차지하는 면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
또, 전기변색층이 차지하지 않는 모든 빈 공간에 이온스토리지층을 형성시켜 전기변색층이 차지하는 면적을 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 전기변색 소자(Electro-chromic device)를 이용하여 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 특히 직접구동(Direct driving)이나 능동구동(Active matrix driving) 표시장치에서 본 발명에 따른 전기변색 소자를 사용하면, 간편한 공정으로 성능을 개선시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명은 기존 방식과 비슷한 공정을 사용하면서 이온스토리지층 및 상부전극의 투명도가 떨어지더라도 선명한 디스플레이를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색소자는 관찰자와 전기변색층 사이에 제2기판과 전해질층만이 위치하므로, 이온스토리지층 및/또는 제2전극에 의한 콘트라스트비 저하를 억제할 수 있다.

Claims (14)

  1. 제1기판, 제1전극, 전기변색층, 전해질층, 제2전극, 및 제2기판을 구비하고, 제1기판 상에 전기변색층이 적층되어 있는 1 이상의 표시영역과 전기변색층이 적층되지 않은 1 이상의 비표시영역이 구분되어 있는 전기변색소자에 있어서,
    상기 제2전극은 제1전극과 동일 평면상에 존재하지 아니하면서 상기 비표시영역에는 형성되어 있으나 상기 표시영역 상에는 적어도 일부 존재하지 않는 것이 특징인 전기변색 소자.
  2. 제1기판, 제1전극, 전기변색층, 전해질층, 이온스토리지층, 제2전극, 및 제2기판을 구비하고, 제1기판 상에 전기변색층이 적층되어 있는 1 이상의 표시영역과 전기변색층이 적층되지 않은 1 이상의 비표시영역이 구분되어 있는 전기변색소자에 있어서,
    상기 제2전극은 제1전극과 동일 평면상에 존재하지 아니하고,
    이온스토리지층 및 제2전극 중 어느 하나 이상은 상기 비표시영역에는 형성되어 있으나 상기 표시영역 상에는 적어도 일부 존재하지 않는 것이 특징인 전기변색 소자.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2전극의 형태는 망사구조형태인 것이 특징인 전기변색소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2전극에서 제2전극이 존재하지 않는 부분과 전기변색층의 픽셀모양이 일치하는 것이 특징인 전기변색소자.
  6. 제2항에 있어서, 이온스토리지층의 두께를 전기변색층보다 두껍게 하여 전기변색층이 차지하는 면적을 크게 한 것이 특징인 전기변색소자
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해질층은 전기변색반응에 관여하는 이온이 포함된 이온성액체층인 것이 특징인 전기변색소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제 1전극이 외부구동회로와 직접 연결되어 있는 것이 특징인 전기변색소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제 1전극이 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 위에 형성되는 있는 것이 특징인 전기변색소자.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기변색소자 내부 또는 전기변색소자 외부에 반사층이 형성되어 있는 것이 특징인 전기변색소자.
  11. 제1항 또는 제2항에 기재된 전기변색소자가 구비된 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서, 전기변색소자가 직접구동방식 또는 능동구동방식으로 구비된 구비된 디스플레이 장치.
  13. 제2항에 있어서, 상기 이온스토리지층의 형태는 망사구조형태인 것이 특징인 전기변색소자.
  14. 제2항에 있어서, 상기 이온스토리지층에서 이온스토리지층이 존재하지 않는 부분과 전기변색층의 픽셀모양이 일치하는 것이 특징인 전기변색소자.
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