KR101447596B1

KR101447596B1 - 전기변색소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101447596B1
Application number: KR1020120128800A
Authority: KR
Inventors: 강문식; 강휘원; 박용수
Original assignee: (주) 파루
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-10-08
Also published as: KR20140062640A

Abstract

본 발명은 전기변색소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 전장이 인가되면 전기변색 물질의 색이 변화되어 빛 투과율이 조절되도록 FTO 및/또는 ITO를 포함하는 메쉬형의 투명전극을 이용하여 전도도 향상을 통한 빠른 응답특성을 갖는 전기 변색 소자 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

전기변색소자 및 그 제조방법{Electrochromic and method thereof}

일반적으로 전기변색 소자는 자동차용 룸미러, 사이드미러와 건물의 외벽 또는 창호, 방과 방사이의 커튼 대용 유리로서 사용되는 소자로서 전류가 흐름에 따라 산화와 환원 반응이 진행되어 전기 변색 물질의 색깔이 변하는 원리를 이용하여 제조된다.

이와 같은 종래의 전기변색 소자는 투명전극 층과 변색층 전해질 층으로 구성되어 있으며, 전해질의 경우 일반적으로 액상 전해질로 구성이 되어 있으며, 이는 종래의 특허출원 제2005-0134753호에 개시되어 있다. 상기 종래의 특허출원 제2005-0134753호에 개시된 전기변색소자는 도 1에 도시된 바와 같다.

도 1은 종래의 전기변색소자를 도시한 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 전기변색소자는 공간을 갖고 서로 합착된 제 1 및 제 2 기판(8, 1)과, 상기 제 1 기판(8)과 제 2 기판(1) 사이에 형성된 전해질층(3)을 포함한다.

여기서, 상기 제 1 기판(8)에는 반도체층(5), 게이트 전극(GE), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함하는 박막트랜지스터가 형성되어 있으며, 이 박막트랜지스터의 드레인 전극(DE)에는 제 1 전극(7)이 접속된다. 그리고, 이 제1 전극(7)상에는 상기 제 1 전극(7)에 전기적으로 연결되도록 전기변색층(7)이 형성된다.

제 2 기판(1)에는 제 2 전극(2)이 형성되어 있으며, 이 제 2 전극(2)상에는 상기 제 2 전극(2)에 전기적으로 연결되도록 이온 저장층이 형성된다. 또한, 상기 이온 저장층상에는 다수의 화이트 리플렉터(white reflector)가 형성된다.

여기서, 상기 화이트 리플렉터는 입사된 광을 반사시켜 흰색에 대한 재현성을 높여주는 역할을 한다.

상기 전기변색층(7)은 상기 제 1 전극(7)과 제 2 전극(2)에 가해진 전압에 의해 투명도가 변화하는 물질로서, 이와 같은 전기변색소자는 적색의 계조를 표현하는 적색 전기변색층(7), 녹색의 계조를 표현하는 녹색 전기변색층(7), 및 청색의 계조를 표현하는 청색 전기변색층(7)을 구비한다.

그리고, 상기 전해질층(3)은 상기 전압의 변화에 따라 이온을 전도시키는 역할을 하며, 상기 이온 저장층은 상기 이온을 저장하는 역할을 한다.

한편, 미설명한 도번 GI는 상기 게이트 전극(GE)과 소스/드레인 전극(SE, DE)간을 전기적으로 분리하기 위한 게이트 절연막을 나타내며, 그리고 도번 4은 박막트랜지스터를 보호하기 위한 보호막을 나타낸다. 또한, 도번 6는 상기 소스 전극(SE)과 상기 반도체층(5)간의 접촉저항, 그리고 상기 드레인 전극(DE)과 상기 반도체층(5)간의 접촉저항을 줄이기 위한 오믹콘택층을 나타낸다.

여기서 상기 전기변색층은 무기계의 전기변색물질인 텅스텐 옥사이드, 니켈옥사이드, 바나듐 옥사이드로 구성되거나 또는 유기계의 전기변색물질인 폴리아닐린, 폴리싸이오펜, 폴리피롤, 비올로진 유도체중에서 선택적으로 이루어진다.

이중 무기계 전기변색 물질은 유기계에 비하여 안정성, 내구성 등의 면에서 우수한 장점을 가지고 있다. 상기와 같은 무기계 전기변색물질을 이용한 전기변색소자는 특허출원 제2006-0077199호의 '고체 무기전해질 보호막을 이용한 전기변색소자 및 그 제조방법'에 개시된 바와 같다.

그러나 위에서 언급된 종래 문헌에 포함된 무기계의 전기변색물질은 유기계의 전기변색물질에 비하여 투명전극층(FTO, ITO)에 의한 저항 및 전기변색 물질의 자체 저항, 그리고 전기변색 물질층내로 금속이온의 확산 속도가 느려 전기변색속도가 느리다는 단점이 있어서 보다 고가인 유기계의 전기변색물질이 선호되고 있어 제조비용의 상승원인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 투명전극층을 메쉬형태로 인쇄하여 전도도가 개선된 투명전극층을 형성하고, 전기변색 물질층 자체의 전기전도도를 향상하여 전기변색속도를 향상시킬 수 있어 무기계의 전기변색물질과 유기계의 전기변색물질 모두 적용가능한 전기변색소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 인쇄방식을 통하여 전도성 잉크로 투명전극층을메쉬형태를 갖도록 전도성 잉크로 인쇄하여 전도도를 향상시켜 전기변색속도를 향상시킬 수 있는 전기변색소자 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명의 제1실시예는 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색소자에 있어서, 상기 전기변색소자는 상부기판의 일면에 형성되는 상부전극과 하부기판 사이의 일면에 형성되는 하부전극; 상기 상부전극과 하부전극에서 각각 인가되는 전기적신호를 전달하는 액상, 고체 및 UV전해질중 어느 하나로 형성된 전해질층; 및 상기 전해질에서 인가되는 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색물질을 포함하고, 상기 전기변색물질은 상기 전해질층에서 상기 전해질과 혼합되어 상기 상부전극과 하부전극 사이에 형성되고, 상기 전해질은 테트라메틸렌 설포레인(tetramethylene sulfone), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 및 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate)가 30: 40: 30(v:v:v)의 비율로 혼합된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시예에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극중 적어도 어느 하나는 상기 상부기판 또는 하부기판의 일면에서 옵셋, 그라비아, 잉크젯 및 스크린 인쇄방식중 선택된 어느 하나에 의하여 전도성 잉크로 인쇄되는 메쉬형(mesh)의 패턴인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3실시예에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극중 어느 하나는 산화주석 전도막 기판(FTO)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4실시예에 있어서, 상기 전해질층에서 상기 전기변색물질은 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)가 1:1의 중량비율로서 혼합된 제1컴파운드와, 5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 1:1의 중량비로 혼합되는 제2컴파운드와, 4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 1:1의 중량비로 혼합되는 제3컴파운드중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5실시예에 있어서, 상기 전기변색물질은 상기 제1 내지 제3컴파운드중 어느 하나와 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6실시예에 있어서, 상기 상부기판과 하부기판은 3~9Ω/평방의 면저항을 갖는 유리, 플라스틱, 산화인듐 및 산화주석기판중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 제7실시예는 상부기판의 일면에 전도성잉크에 의해 상부전극을 인쇄하는 상부전극인쇄단계; 상기 상부전극의 일면에 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색물질과 혼합된 전해질을 인쇄하는 전해질인쇄단계; 및 상기 전해질인쇄단계 이후에 전도성잉크로 인쇄되는 하부전극을 상기 전해질이 인쇄된 상기 상부전극에 접합하는 하부전극 접합단계를 포함하고, 상기 상부전극인쇄단계와 상기 하부전극접합단계에서 상기 상부전극과 하부전극은 전도성잉크에 의하여 격자구조를 갖는 메쉬형(mesh)의 패턴으로 형성되고, 상기 전기변색물질은 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)가 혼합된 제1컴파운드와, 5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합되는 제2컴파운드와, 4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합되는 제3컴파운드중에서 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8실시예에 있어서, 유리, ITO, FTO 및 플라스틱 기판중 어느 하나에 전도성잉크로 상부전극을 격자구조를 갖는 메쉬형의 패턴을 갖도록 상부전극을 인쇄하는 상부전극인쇄단계; 상기 상부전극인쇄 단계 이후에 상기 전도성잉크로 유리, ITO, FTO 및 플라스틱 기판중 어느 하나로 형성되는 하부기판에서 격자구조를 갖는 메쉬형의 패턴으로 인쇄된 하부전극을 상기 상부전극에 접합시키는 하부전극접합단계; 및 상기 하부전극접합단계 이후에 상기 상부전극과 하부전극사이로 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색물질과 혼합된 액상 또는 UV전해질을 주입하여 경화시키는 전해질주입단계를 포함하고, 상기 전기변색물질은 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)가 혼합된 제1컴파운드와, 5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합된 제2컴파운드와, 4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합된 제3컴파운드중에서 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9실시예에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극은 격자구조를 갖는 메쉬형으로서 선폭이 1~20㎛, 선간격이 100~1000㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10실시예에 있어서, 상기 전기변색물질은 상기 제1내지 제3컴파운드와 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 한다.

본 발명의 제11실시예에 있어서, 상기 하부전극접합단계에서 상기 전해질은 상부전극과 하부전극에서 상호 마주보는 각각의 일면 양측 끝단에서 소정의 높이로 적층되어 상기 상부전극과 하부전극 사이를 접착 및 실링됨에 따라서 형성되는 빈공간에 주입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 전기변색소자의 전극층을 메쉬형으로 형성함에 따라서 전기전도도를 향상시킬 수 있어 전기변색속도를 개선할 수 있어 무기계 및 유기계의 변색물질을 모두 적용할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 인쇄방식으로 메쉬형의 전극을 형성함에 따라서 전기전도도와 전기 변색속도를 향상시킬 수 있고, 전기변색전과 변색후의 불빛의 반사율이 크게 감소됨에 따라서 자동차용 룸미러, 사이드미러, 건물의 내외벽 또는 창문, 실내의 인테리어 장식용에 적용할 경우에 주변 사람들의 반사에 의한 눈의 피로가 발생되지 않는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전기변색소자를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 전기변색소자를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전기변색소자의 제조방법에서 제1실시예를 도시한 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 전기변색소자의 제조방법에서 제2실시예를 도시한 순서도,
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 전기변색소자에서 메쉬형의 투명전극을 도시한 사진,
도 7은 본 발명에 따른 전기변색소자에서 투명글라스를 이용한 투명전극을 도시한 사진,
도 8은 본 발명에 따른 전기변색소자의 사용예를 도시한 사진이다.

이하에서는 본 발명에 따른 전기변색소자의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전기변색소자를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기변색소자는 광투과성 소재로 제조되는 상부기판(10)과 하부기판(60), 상기 상부기판(10)의 일면에 인쇄되어 전기적 신호를 통전시키는 상부전극(20)과, 상기 하북기판의 일면에 인쇄되어 전기적신호를 통전시키는 하부기판(60)과, 상기 상부기판(10)과 하부기판(60) 사이에서 전기변색물질(40)을 포함하여 전기적 신호를 전도시키는 전도성 전해질로 이루어지는 전해질층(30)을 포함한다.

여기서 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)은 그라비아, 옵셋중 어느 하나의 인쇄방식에 의하여 상기 상부기판(10)과 하부기판(60)의 상면에서 전도성잉크로 인쇄되어 전기적 신호를 상기 전해질층(30)에 전달한다. 여기서 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)은 전도성잉크로 메쉬형상을 갖도록 인쇄되거나 또는 산화인듐기판(ITO), 산화주석 전도막 기판(FTO)와 같은 투명 글라스중에서 어느 하나로 선택될 수 있다. 이중 전도성잉크에 의해 인쇄되는 메쉬형의 투명전극은 도 5와 도 6에 도시된 바와 같으며, 상기 ITO와 FTO와 같은 투명글라스에 의해 제조되는 투명전극은 도 7에 도시된 바와 같다.

상기 전해질층(30)은 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)에서 통전되는 전기적 신호를 전달할 수 있도록 전도성 전해질로 이루어지며, 바람직하게로는 고체, 액체 및 UV전해질중 어느 하나와 전기변색물질(40)을 혼합하는 것이다.

즉, 본 발명은 전해질과 전기변색물질(40)을 혼합하여 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)의 일면에서 형성하는 것이 바람직하다. 아울러 본 발명은 상기 고체, 액체 및 UV전해질을 옵셋과 그라비아 인쇄방식에 의하여 상기 상부전극(20)의 상면에 인쇄하여 제조한다.

상기 전기변색물질(40)은 상기 전해질에서 전압의 변화에 따라 유입되는 이온의 농도에 따른 크기로 산화(또는 환원)되어 투명도가 변화되면서 유색으로 변화되며, 이는 하기의 반응식 1 내지 3에 의하여 합성되는 제1 내지 제3컴파운드와, 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)중에서 하나 이상이 선택적으로 적용된다.

상기 제1 내지 제3컴파운드는 하기의 반응식 1 내지 3에 기재된 바와 같다.

[반응식 1]

제1컴파운드는 상기의 반응식1에 의하여 제조된다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 제1컴파운드는 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)를 동일한 비율로서 혼합하여 아세토니트릴(acetonitrile)에 용해 후 24시간동안 환류하여 용액을 얻고 감압 증류를 통해 합성되었다.

[반응식 2]

제2컴파운드는 5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)를 동일비율로 혼합하여 아세토니트릴(acetonitril)에 용해 후 24시간동안 환류하여 용액을 얻고 감압 증류를 통해 합성되었다.

[반응식 3]

상기 제3컴파운드는 4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)를 동일비율로 혼합하여 아세토니트릴(acetonitril)에 용해 후 24시간동안 환류하여 용액을 얻고 감압 증류를 통해 합성되었다.

상기 제1 내지 제3컴파운드의 합성과정은 일반적으로 공지된 기술을 적용한 것이기에 혼합, 환류 및 감압증류의 과정은 생략하였다.

상기 전해질층(30)은 상술한 상기 제1 내지 제3컴파운드와 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)중 적어도 하나 이상을 포함되는 전기변색물질(40)과, 테트라메틸렌 설포레인(tetramethylene sulfone), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 및 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate)가 30: 40: 30(v:v:v)의 비율로 혼합된 전해질을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 전기변색소자는 옵셋, 그라비아와 같은 인쇄방식에 의하여 상부기판(10)과 하부기판(60)사이에서 각각 전도성잉크로서 인쇄되는 상부전극(20)과 하부전극(50), 그리고 액상, 고체 및 UV전해질에서 선택된 어느 하나로 인쇄되는 전해질층(30)을 형성하였다.

이중에서 본 발명은 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)에서 전도성잉크에 의해 인쇄되는 메쉬형의 투명전극을 형성함에 따라서 상부전극(20)과 하부전극(50)에서 전해질층(30)에 인가되는 전기전도도를 향상함에 따라서 전해질에서 전기변색물질(40)로 전달되는 이온의 농도를 빠른 시간내에 증가시킬 수 있어 전기변색층의 변색속도를 크게 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기 구성을 포함하는 전기변색소자의 제조방법을 첨부된 도 3과 도 4의 순서도를 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전기변색소자의 제조방법에서 제1실시예를 도시한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전기변색소자의 제조방법은 고체 전해질을 사용하여 전기변색소자를 제조하는 실시예로서 그 상세 과정은 다음과 같다.

본 발명의 제1실시예는 전도성잉크를 제조하는 전도성잉크제조단계(S11)와, 전도성잉크에 의해 상부전극(20)을 인쇄하는 상부전극 인쇄단계(S12)와, 상기 상부전극(20)의 일면에서 전해질을 인쇄하는 전해질인쇄단계(S13)와, 전도성잉크로 인쇄되는 하부전극(50)을 접합하는 하부전극 접합단계(S14)를 포함한다.

상기 전도성잉크제조단계(S11)는, 예를 들면, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 납(Pb)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 금속 분말과, 25℃에서 증기압이 3torr 이하인 제 1 비수용매 및 25℃에서 증기압이 3torr를 초과하는 제 2 비수용매를 포함하는 비수용매와 유기 인산 화합물을 혼합하여 제조하는 단계이다. 여기서 상기 전도성 금속 분말은 1 내지 100nm의 평균 입경을 갖는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1비수용매는 알코올계 용매, 글리콜계 용매, 폴리올계 용매, 글리콜 에테르계 용매, 글리콜 에테르 에스테르계 용매, 케톤계 용매, 하이드로카본계 용매, 락테이트계 용매, 에스테르계 용매, 비양자성 설폭사이드계 용매 및 니트릴계 용매로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2비수용매는 알코올계 용매, 글리콜 에테르계 용매, 글리콜 에테르 에스테르계 용매, 케톤계 용매, 하이드로카본계 용매, 락테이트계 용매, 에스테르계 용매, 비양자성 설폭사이드계 용매 및 니트릴계 용매로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 유기인산 화합물은 유기 인산 에스테르인 것을 바람직하다.

상기와 같은 전도성 잉크는 전도도를 갖는 잉크를 일예로서 설명한 것이며 상술한 구성 이외라도 본 발명의 요지와 같이 인쇄방식에 의한 투명전극의 형성이 가능한 전도도를 갖는 잉크라면 대체가능하다.

상기 상부전극 인쇄단계(S12)는 상기 전도성 잉크제조단계(S11)에서 제조된 전도성잉크를 사용하여 그라비아, 스크린, 옵셋 및 잉크젯과 같은 인쇄방식에 의하여 상기 상부기판(10)의 일면에서 패턴이 형성되는 상부전극(20)을 인쇄하는 단계이다. 여기서 상기 상부전극(20)은 격자구조를 갖는 메쉬형으로서 선폭이 1~20㎛, 선간격이 100~1000㎛로 형성되는 메쉬형을 갖도록 인쇄된다.

이와 같은 본 발명의 메쉬형 전극을 포함하는 전기변색소자는 변색전 반사율이 70~85%, 변색후 반사율이 5~15%로서 측정되었기 때문에 불빛의 반사에 의한 사람의 눈의 피로도가 거의 없는 것으로 확인되었다.

하지만, 메쉬형의 전극은 선폭이 20㎛이상이거나 또는 선간격이 1~100㎛ 또는 1000㎛이상일 경우에는 전기변색소자의 변색전 반사율이 90%이상, 변색후의 반사율이 60%로 측정되었다.

이와 같은 차이는, 예를 들면, 전기변색소자가 자동차의 룸미러에 적용되었을 때 극명하게 그 효과의 차이를 확인할 수 있다.

종래의 전기변색소자는 선폭이 1~20㎛, 선간격이 100~1000㎛의 범위를 벗어나는 경우 전기변색전과 변색후의 반사율의 감소가 적기 때문에 야간운전중에 룸미러에서 반사되는 후방의 불빛에 의해 운전자가 눈이 부심을 느낄 수 있었다.

하지만 본 발명은 상기와 같이 선폭과 선간격을 한정하였기 때문에 변색전 반사율이 70~85%, 변색후 반사율이 5~15%로서 측정되어 야간운전중에 운전자에게 불빛에 의한 반사를 전혀 느끼지 못하도록 하여 야간운전에 도움을 줄 수 있었다.

여기서 상기 상부기판(10)과 하부기판(60)은 산화인듐주석 기판(ITO), 산화주석 투명전도막 기판(FTO), 유리 및 플라스틱기판중 어느 하나로서 면저항이 3~9Ω/평방의 기판을 적용하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 하부전극(50)은 상기 상부전극(20)과 마찬가지로 상기 하부기판(60)의 일면에서 그라비아, 스크린, 옵셋 및 잉크젯과 같은 인쇄방식에 의하여 패턴이 인쇄되어 전기적신호를 통전시킨다. 또한 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)은 광투과가 가능한 투명전극으로 이루어진다.

상기 전해질인쇄단계(S13)는 상기 상부전극(20) 인쇄단계 이후에 상기 상부전극(20)의 일면에서 고체전해질이 잉크젯, 그라비아, 옵셋 및 스크린인쇄방식중 어느 하나로서 상기 상부전극(20)의 일면에 인쇄하여 전해질층(30)을 형성하는 단계이다. 여기서 본 발명의 제1실시예는 고체전해질을 인쇄방식으로 상부전극(20)에 인쇄하기 때문에 액상 전해질과 같이 외부의 충격에 의하여 상기 액상전해질을 수용하는 유리관이 깨졌을 경우 전해질의 흘러내림을 방지할 수 있어 유용하다.

상기 하부전극접합단계(S14)는 상기 전해질인쇄단계(S13) 이후에 상기 하부기판(60)에 옵셋, 그라비아, 잉크젯 및 스크린 인쇄방식중 어느 하나에 의하여 전도성잉크로 메쉬형의 패턴이 형성되는 하부전극을 인쇄하고, 인쇄된 하부전극(50)을 상기 전해질층의 일면에서 접합시키는 단계이다.

본 발명의 제2실시예는 액상 및/또는 UV전해질을 적용하여 전기변색소자를 제조하는 것으로서 하기의 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 전기변색소자의 제조방법에서 제2실시예를 도시한 순서도이다. 제2실시예는 액상의 전해질 또는 UV전해질을 이용하여 전기변색소자를 제조하는 방법이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예는 전도성잉크제조단계(S21)와, 상기 전도성잉크제조단계(S21) 이후에 유리, ITO, FTO 및 플라스틱 기판중 어느 하나에 전도성잉크로 상부전극(20)을 메쉬형으로 인쇄하는 상부전극 인쇄단계(S22)와, 상부전극 인쇄단계(S22) 이후에 완성되는 하부전극(50)을 접합시키는 하부전극 접합단계(S23)와, 상기 상부전극(20)과 하부전극(50) 사이로 전해질을 주입하는 전해질주입단계(S24)를 포함한다.

상기 전도성 잉크제조단계(S21)는 전도성 금속분말을 이용하여 잉크를 제조하는 단계이다.

상기 상부전극 인쇄단계(S22)는 옵셋, 그라비아, 스크린 및 잉크젯 인쇄방식으로 유리, 플라스틱기판, FTO 기판중 어느 하나로 제조되는 상부기판(10)의 일면에 메쉬형을 갖는 상부전극(20)을 인쇄하는 단계이다.

상기 하부전극 접합단계(S23)는 상기 상부전극(20)에 하부전극(50)을 접합시키는 단P이다. 상기 하부전극(50)은 유리, 플라스틱, FTO중 어느 하나로 제조되는 하부기판(60)의 일면에 옵셋, 그라비아, 스크린 및 잉크젯 인쇄방식중 어느 하나로 전도성잉크로 메쉬형으로 인쇄된다. 그리고 상기 하부전극(50)은 상기 상부전극(20) 사이에 액상전해질 또는 UV전해질이 주입되도록 빈 공간을 형성하도록 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)이 상호 마주보는 각각의 일면 양측 끝단에서 실리콘과 같은 접착 및 실링제를 소정의 높이로 적층시킨 뒤에 접착시킨다. 따라서 상기 상부전극과 하부전극 사이에는 상기 액상전해질 또는 UV전해질이 주입되는 빈공간이 형성된다.

상기 전해질주입단계(S24)는 상기 하부전극 접합단계(S23) 이후에 상기 상부전극(20)과 하부전극(50)사이에 형성되는 빈 공간에 액상전해질 또는 UV전해질을 주입하고, 일정시간 동안 상온 또는 UV를 조사하여 경화시키는 단계이다. 여기서 상기 액상전해질과 UV전해질은 상술한 제1실시예와 마찬가지로 전기변색물질(40)을 포함하였다.

본 발명은 상술한 제1실시예와 제2실시예를 통하여 전기전도도가 향상되는 메쉬형의 상부전극(20)과 하부전극(50)을 통하여 전기변색소자의 반응속도를 향상시킬 수 있었으며, 이는 하기의 실험예를 통하여 설명한다.

제1 내지 제3컴파운드와 리튬퍼클로레이트중에서 선택된 어느 하나의 전기변색물질을 상기 전해질에 혼합하였다.

제1실험예는 도 7에 도시된 사진에서 확인할 수 있도록, 면저항 8Ω/평방인 산화주석 전도막 기판(FTO glass)을 상부전극(20)과 하부전극(50)으로 사용하고, 제3컴파운드 0.05M, 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 0.05M을 전해질과 혼합하여 전해질층(30)을 구성하였다. 이때 전해질은 테트라메틸렌 설포레인(tetramethylene sulfone):프로필렌 카보네이트(propylene carbonate):에틸렌카보네이트(ethylene carbonate) = 30: 40: 30(v:v:v)로 제조하여 전기변색 소자 제조 후 구동 특성 테스트 결과 1.5V의 저전압에서 도 7과 같이 전기변색물질(40)에서 색상이 변화됨을 확인하였다.

또한 본 발명의 제2실험예는 유리에 전도성 잉크를 이용하여 옵셋, 그라비아, 스크린 및 잉크젯 인쇄방식중 어느 하나를 통하여 메쉬(mesh)형의 패턴을 갖는 면저항 5Ω/평방의 상부전극(20)과 하부전극(50)으로 사용하고, 제3컴파운드 0.05M, 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 0.05M을 전해질을 혼합하여 전해질층(30)을 구성하였다. 이때 전해질은 테트라메틸렌 설포레인(tetramethylene sulfone):프로필렌 카보네이트(propylene carbonate):에틸렌카보네이트(ethylene carbonate) = 30: 40: 30(v:v:v)로 제조하여 전기변색 소자 제조 후 구동 특성 테스트 결과 1V의 저전압에서 전기변색물질(40)에서 구동됨을 확인하였다. 여기서 상기 메쉬형의 패턴간의 간격은 선폭을 500㎛로 형성하였으며, 이는 도 5에 첨부된 사진을 통하여 확인될 수 있다.

또한 본 발명의 제3실험예는 플라스틱 기판에 전도성 잉크를 이용하여 옵셋, 그라비아, 스크린 및 잉크젯 인쇄방식중 어느 하나를 통하여 메쉬(mesh)형의 패턴을 갖도록 인쇄하여 면저항 5Ω/평방의 상부전극(20)과 하부전극(50)을 형성하고, 제3컴파운드 0.05M, 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate) 0.05M을 전해질을 혼합하여 전해질층(30)을 구성하였다. 이때 전해질은 테트라메틸렌 설포레인(tetramethylene sulfone):프로필렌 카보네이트(propylene carbonate):에틸렌카보네이트(ethylene carbonate) = 30: 40: 30(v:v:v)로 제조하여 전기변색 소자 제조 후 구동 특성 테스트 결과 1V의 저전압에서 전기변색물질(40)에서 구동됨을 확인하였다. 여기서 상기 메쉬형의 패턴간의 간격은 선폭을 300㎛로 형성하였으며, 이는 도 6에 첨부된 사진을 통하여 확인될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 전기변색물질(40)을 전해질속에 포함시켜 혼합함과 동시에 전도성잉크로 상부전극(20)과 하부전극(50)을 메쉬형의 패턴을 갖도록 인쇄함에 따라서 전기의 전도도가 향상되었기 때문에 상기 전기변색물질(40)에서 색상이 변하는 농도레벨까지 도달되는 시간이 대폭 단축될 수 있다. 즉, 본 발명은 메쉬형으로 인쇄된 상부전극(20)과 하부전극(50)에서 전도도가 향상됨에 따라서 전해질에서 전기변색물질(40)로 이동되는 이온이 종래에 비하여 빠르게 진행되기 때문에 전기변색물질(40)에서 이온의 농도레벨이 빠르게 상승되기 때문이다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.

10 : 상부기판 20 : 상부전극
30 : 전해질층 40 : 전기변색물질
50 : 하부전극 60 : 하부기판

Claims

전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색소자에 있어서,
상기 전기변색소자는 상부기판의 일면에 형성되는 상부전극과 하부기판 사이의 일면에 형성되는 하부전극;
상기 상부전극과 하부전극에서 각각 인가되는 전기적신호를 전달하는 액상, 고체 및 UV전해질중 어느 하나로 형성된 전해질층; 및
상기 전해질에서 인가되는 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색물질을 포함하고,
상기 전기변색물질은 상기 전해질층에서 상기 전해질과 혼합되어 상기 상부전극과 하부전극 사이에 형성되고,
상기 전해질은 테트라메틸렌 설포레인(tetramethylene sulfone), 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 및 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate)가 30: 40: 30(v:v:v)의 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극중 적어도 어느 하나는
상기 상부기판 또는 하부기판의 일면에서 옵셋, 그라비아, 잉크젯 및 스크린 인쇄방식중 선택된 어느 하나에 의하여 전도성 잉크로 인쇄되는 메쉬형(mesh)의 패턴인 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극중 어느 하나는
산화주석 전도막 기판(FTO)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
제1항에 있어서, 상기 전해질층에서
상기 전기변색물질은 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)가 1:1의 중량비율로서 혼합된 제1컴파운드와,
5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 1:1의 중량비로 혼합되는 제2컴파운드와,
4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 1:1의 중량비로 혼합되는 제3컴파운드중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
제4항에 있어서, 상기 전기변색물질은
상기 제1 내지 제3컴파운드중 어느 하나와 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)중 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
삭제
제1항에 있어서, 상기 상부기판과 하부기판은
3~9Ω/평방의 면저항을 갖는 유리, 플라스틱, 산화인듐 및 산화주석기판중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기변색소자.
상부기판의 일면에 전도성잉크에 의해 상부전극을 인쇄하는 상부전극인쇄단계;
상기 상부전극의 일면에 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색물질과 혼합된 전해질을 인쇄하는 전해질인쇄단계; 및
상기 전해질인쇄단계 이후에 전도성잉크로 인쇄되는 하부전극을 상기 전해질이 인쇄된 상기 상부전극에 접합하는 하부전극 접합단계를 포함하고,
상기 상부전극인쇄단계와 상기 하부전극접합단계에서 상기 상부전극과 하부전극은 전도성잉크에 의하여 격자구조를 갖는 메쉬형(mesh)의 패턴으로 형성되고,
상기 전기변색물질은 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)가 혼합된 제1컴파운드와, 5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합되는 제2컴파운드와, 4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합되는 제3컴파운드중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색소자의 제조방법.
유리, ITO, FTO 및 플라스틱 기판중 어느 하나에 전도성잉크로 상부전극을 격자구조를 갖는 메쉬형의 패턴을 갖도록 상부전극을 인쇄하는 상부전극인쇄단계;
상기 상부전극인쇄 단계 이후에 상기 전도성잉크로 유리, ITO, FTO 및 플라스틱 기판중 어느 하나로 형성되는 하부기판에서 격자구조를 갖는 메쉬형의 패턴으로 인쇄된 하부전극을 상기 상부전극에 접합시키는 하부전극접합단계; 및
상기 하부전극접합단계 이후에 상기 상부전극과 하부전극사이로 전기적 신호에 의하여 색상이 변하는 전기변색물질과 혼합된 액상 또는 UV전해질을 주입하여 경화시키는 전해질주입단계를 포함하고,
상기 전기변색물질은 5,10-디하이드로-5-메틸페나진(5,10-dihydro-5-methylphenazine)과 4-비틸벤지닐클로라이드(4-Vinylbenzyl chloride)가 혼합된 제1컴파운드와, 5,10-디하이드로-5-메틸페나진 (5,10-dihydro-5- methylphenazine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합된 제2컴파운드와, 4,4바이필라딘(4,4‘Bipyridine)과 메타크라이롤 클로라이드(methacryloyl chloride)가 혼합된 제3컴파운드중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색소자의 제조방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극은
격자구조를 갖는 메쉬형으로서 선폭이 1~20㎛, 선간격이 100~1000㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기변색소자의 제조방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 전기변색물질은 상기 제1내지 제3컴파운드와 리튬 퍼클로레이트(lithium perchlorate)중에서 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색소자의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 하부전극접합단계에서 상기 전해질은
상부전극과 하부전극에서 상호 마주보는 각각의 일면 양측 끝단에서 소정의 높이로 적층되어 상기 상부전극과 하부전극 사이를 접착 및 실링됨에 따라서 형성되는 빈공간에 주입되는 것을 특징으로 하는 전기변색소자의 제조방법.