KR101480950B1 - 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 기판을 사용하여 제조 공정을 단순화하고, 복수의 전기 변색 패턴을 독립적으로 배치하여 응답 속도와 변색 균일성의 향상 및 구동 안정성을 확보하기 위한 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자는 하나의 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 분리 공간에 의하여 상호 이격되어 형성되는 복수의 전기 변색 패턴; 상기 분리 공간에 삽입되어 상기 복수의 전기 변색 패턴 상호 간을 절연하는 절연성 폴리머 격벽; 및 상기 전기 변색 패턴 상에 형성되는 제 2 전극을 포함한다.

Description

셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법{Cell-structured electrochromic device and method of manufacturing the same}
본 발명은 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 기판을 사용하여 제조 공정을 단순화하고, 복수의 전기 변색 패턴을 독립적으로 배치하여 응답 속도와 변색 균일성의 향상 및 구동 안정성을 확보하기 위한 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전압을 인가할 때 전계 방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상을 일렉트로크로미즘(electrochromism)이라 하며, 이러한 특성을 지닌 전기 화학적 산화 환원 반응에 의해서 재료의 광특성이 가역적으로 변할 수 있는 소자를 일렉트로크로믹 소자(electrochromic device)라고 한다. 즉, 일렉트로크로믹 소자는 외부에서 전기장이 인가되지 않는 경우에는 색을 띠지 않고 있다가 전기장이 인가되면 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 전기장이 인가되지 않는 경우에는 색을 띠고 있다가 전기장이 인가되면 색이 소멸하는 특성을 갖는다.
이러한 일렉트로크로믹 소자는 외부 광원이 필요 없고, 유연성과 휴대성이 뛰어나며, 경량화가 가능하여 각종 평판 디스플레이에 많은 활용이 예상된다. 또한, 일렉트로크로믹 소자는 광 투과 특성을 이용하는 스마트 윈도우(smart window), 자동차용 룸미러는 물론 표시 소자 등으로 광범위하게 이용되고 있다.
도 1은 종래의 일렉트로크로믹 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 일렉트로크로믹 소자는 제 1 기판(1) 상에 형성된 제 1 전극(3)과 제 2 기판(2) 상에 형성된 제 2 전극(4)이 서로 마주 보도록 마련되고, 제 1 전극(3) 및 제 2 전극(4) 사이에 이온 저장층, 전해질층 및 전기 변색층이 적층된 전기 변색 구조물(5)이 형성되는 하나의 셀로 구성된다.
위와 같은 구성을 갖는 일렉트로크로믹 소자는 제 1 전극(3) 및 제 2 전극(4) 사이에 전압을 인가하여 이온 저장층으로부터 전기 변색층으로 전류가 흐를 경우 착색이 이루어지고, 착색시와는 반대의 전압이 인가되어 전기 변색층으로부터 이온 저장층으로 전류가 흐를 경우 탈색이 이루어진다. 한편, 전기 변색층이 환원성인가 산화성인가에 따라 위와는 반대 방향의 전류 흐름에서 착색 및 탈색이 일어나기도 한다.
그러나, 상기와 같이 하나의 셀로 일렉트로크로믹 소자를 구성하는 경우 셀의 크기가 대형화되면 셀의 전극 부근은 색이 진하게 나타나지만 내부는 색이 약하게 나타나거나 변색되지 않는 문제점이 있었다. 또한, 셀 전체의 색이 균일하게 변색되지 않고 부위별로 색의 농도 및 변색 시간의 차이가 생기게 되며, 변색에 많은 시간이 소요되는 문제점도 존재한다.
또한, 종래의 일렉트로크로믹 소자의 경우 서로 대향하는 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)을 사용하여 소자를 구성하였으나, 이 경우 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)를 접합하기 위한 별도의 공정이 필요하게 되고, 이에 따른 추가적인 공정 시간 및 비용이 발생하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2) 사이에 복수의 층들이 전면적으로 형성되어 유연성을 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
KR 10-0383085 B1
본 발명은 하나의 기판을 사용하여 제조 공정을 단순화하고, 복수의 전기 변색 패턴을 독립적으로 배치하여 응답 속도 및 변색 균일성을 향상시킬 수 있는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 대면적의 투명 공통 전극을 사용하여 구동 안정성을 확보함과 동시에 유연 소자 및 투명 디스플레이에 용이하게 적용할 수 있는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자는,
하나의 기판; 상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 분리 공간에 의하여 상호 이격되어 형성되는 복수의 전기 변색 패턴; 상기 분리 공간에 삽입되어 상기 복수의 전기 변색 패턴 상호 간을 절연하는 절연성 폴리머 격벽; 및 상기 전기 변색 패턴 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하고,
상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 투명 공통 전극으로 형성될 수 있으며,
상기 제 1 전극과 상기 전기 변색 패턴 사이에 형성되는 에칭 정지층을 더 포함할 수 있으며,
상기 에칭 정지층은 투명 금속층으로 형성될 수 있으며,
상기 전기 변색 패턴은 이온 저장층, 고체 전해질층 및 전기 변색층을 포함하는 전고상(all solid state)의 적층 구조로 형성될 수 있으며,
상기 폴리머 격벽은 PI(PolyImide), BCB(Benzo Cyclo Butene), PBO(Poly Benz Oxazole), BT(BismaleimideTriazine), 페놀릭 수지(phenolic resin) 및 에폭시(epoxy) 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으며,
상기 기판과 함께 상기 제 1 전극, 전기 변색 패턴 또는 제 2 전극의 노출면을 차폐하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법은,
하나의 기판을 준비하는 과정; 상기 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 과정; 상기 제 1 전극 상에 상호 이격되는 전고상의 복수의 전기 변색 패턴을 형성하는 과정; 상기 복수의 전기 변색 패턴 사이에 절연성 폴리머 격벽을 형성하는 과정; 및 상기 전기 변색 패턴 상에 제 2 전극을 형성하는 과정을 포함하고,
상기 제 1 전극 상에 상기 전기 변색 패턴 형성물질보다 낮은 식각율을 갖는 재료로 이루어진 에칭 정지층을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있으며,
상기 에칭 정지층은 투명 금속층으로 형성될 수 있으며,
상기 폴리머 격벽을 형성하는 과정은, 상기 복수의 전기 변색 패턴 사이의 이격 공간과 상기 복수의 전기 변색 패턴 상에 감광성 폴리머층을 형성하는 과정; 및 상기 감광성 폴리머층의 일부를 광에 노출시키는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법에 의하면, 단일 기판 상에 셀 구조를 갖는 복수의 층을 직접 적층하여 일렉트로크로믹 소자를 구성함으로써 기판 상호 간을 접합하기 위한 별도의 공정을 생략할 수 있어, 제조 공정의 단순화 및 효율성을 확보할 수 있다.
또한, 절연성 폴리머 격벽에 의하여 복수 개의 전기 변색 패턴이 각각 분리된 셀 구조로 형성되어 크로스 토크(cross talk) 및 이미지 확산 현상을 방지할 수 있으며, 변색 시간을 단축하고 소자 전체에 걸쳐 균일한 변색이 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 절연성 폴리머 물질로 격벽을 형성함으로써 유연 소자에도 적용이 용이한 장점이 있다.
또한, 포토리소그래피 공정에 의하여 상호 이격되는 복수 개의 전기 변색 패턴을 형성함에 있어서 제 1 전극 상에 에칭 정지층을 형성하여 식각을 용이하게 제어할 수 있으며, 상기 에칭 정지층을 일정 두께의 투명 금속층으로 형성하여 구동 안정성을 확보함과 동시에 투명 디스플레이에도 적용이 가능한 현저한 효과가 있다.
도 1은 종래의 일렉트로크로믹 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 구성을 나타내는 단면도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도.
본 발명에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자 및 이의 제조 방법은 하나의 기판을 사용하여 제조 공정을 단순화하고, 복수의 전기 변색 패턴을 독립적으로 배치하여 응답 속도와 변색 균일성의 향상 및 구동 안정성을 확보할 수 있는 기술적 특징을 제시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자는 하나의 기판(100); 상기 기판(100) 상에 형성되는 제 1 전극(200); 상기 제 1 전극(200) 상에 분리 공간에 의하여 상호 이격되어 형성되는 복수의 전기 변색 패턴(400); 상기 분리 공간에 삽입되어 상기 복수의 전기 변색 패턴(400) 상호 간을 절연하는 절연성 폴리머 격벽(500); 및 상기 전기 변색 패턴(400) 상에 형성되는 제 2 전극(600)을 포함한다.
기판(100)은 소정 두께를 가지는, 예를 들어 사각형의 판 형상으로 형성되며, 투명성을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 기판(100)은 유리 기판일 수 있으나, 유연(flexible) 소자에 적용하기 위하여 투명성을 갖는 유연 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphathalate; PEN), 폴리카보네이트, 폴리스티렌계, 폴리아크릴계, 폴리에테르 설폰(PES; Polyether sulfone) 등의 고분자 물질을 이용하여 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자는 하나의 기판(100) 즉, 단일 기판만을 사용하여 일렉트로크로믹 소자를 구성한다.
종래의 일렉트로크로믹 소자는 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판을 사용하여 소자를 구성하였으나, 이 경우 제 1 기판 및 제 2 기판을 접합하기 위한 별도의 공정이 필요하게 되고, 이에 따른 추가적인 공정 시간 및 비용이 발생하였다. 본 발명의 경우 단일 기판 상에 셀 구조를 갖는 복수의 층을 직접 적층하여 일렉트로크로믹 소자를 구성함으로써, 제조 공정의 단순화 및 효율성을 확보할 수 있게 된다.
제 1 전극(200)은 상기 기판(100) 상에 형성된다. 제 1 전극(200)은 투명 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 폴리티오펜계 물질 등을 이용할 수 있다.
또한, 제 1 전극(200)은 복수의 전기 변색 패턴(400)에 공통으로 사용되는 투명 공통 전극으로 형성될 수 있다. 즉, 제 1 전극(200)은 복수의 전기 변색 패턴(400)에 공통으로 사용되도록, 기판(100) 상의 전체 면에 상기 투명 도전성 물질을 코팅한 막을 형성하여 투명 공통 전극으로 사용할 수 있다.
제 1 전극(200)을 투명 공통 전극으로 사용하는 경우 높은 전도도를 갖는 투명 전극을 통하여 전하의 이동이 신속하게 이루어지므로, 일렉트로크로믹 소자의 응답 속도는 전기변색 반응에 의하여 결정된다. 따라서, 후술하는 바와 같이 복수의 전기 변색 패턴(400)을 셀 구조로 형성하여 전기변색 반응이 일어나는 영역을 감소시킴으로써, 응답 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 복수의 전기 변색 패턴(400)의 탈색 및 착색을 위한 전압 인가가 용이한 장점이 있다.
전기 변색 패턴(400)은 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 전기 변색층(430)을 포함하는 전고상(all solid state)의 적층 구조로 형성할 수 있으며, 제 1 전극(200) 상에 분리 공간에 의하여 상호 이격되어 복수 개로 형성된다.
보다 상세하게는, 전기 변색 패턴(400)은 제 1 전극(200)과 제 2 전극(600) 사이에 형성되며, 도시된 바와 같이 이온 저장층(410)이 제 1 전극(200)과 접촉되고, 전기 변색층(430)이 제 2 전극(600)에 접촉되어 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 실시예를 도시한 것이며, 예를 들어 전기 변색층(430)이 제 1 전극(200)에 접촉되고, 이온 저장층(410)이 제 2 전극(600)에 접촉되어 형성될 수도 있음은 물론이다.
이온 저장층(410)은 제 1 전극(200) 상에 형성되며, 전기 변색 반응에 관여하는 이온과 반대 극성의 이온을 저장한다. 이러한 이온 저장층(410)은 수소 이온, 리튬 이온 등과 같은 복수의 양이온을 저장하기 위해 이온 저장 소재 또는 산화/환원 착색 소재가 이용될 수 있다. 예를 들어, 이온 저장층(410)은 NiO, Cr2O3, MnO2, Rh2O3, CoOx, Ir(OH)x, Fe2O3로부터 선택된 적어도 하나를 이용하여 형성할 수 있다.
고체 전해질층(420)은 이온 저장층(410) 상에 형성되며, 전기 변색 반응에 관여하는 이온이 포함된 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 전해질층(420)은 Ta2O5 필름으로 형성될 수 있다.
고체 전해질층(420)은 고체 상태에서 이온을 전달할 수 있는 물질로서, 액체 상태의 전해질층과는 달리 소자의 제작시 액체의 누수와 같은 문제점이 없어, 본 발명과 같이 하나의 기판(100)을 사용하여 소자를 제조하는 경우에 효율적으로 적용될 수 있으며, 박막화가 가능하여 유연 소자 등 원하는 형태의 제조가 가능한 장점이 있다.
전기 변색층(430)은 일면이 고체 전해질층(420)에 접촉되고, 타면이 제 2 전극(600)에 접촉되어 형성될 수 있다. 이러한 전기 변색층(430)은 전기 신호에 따라 색이 변화하는 전기 변색 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 전기 변색 물질은 무기물과 유기물을 포함할 수 있다. 무기물로는 박막 형태로 증착되는 전이 금속 산화물이 이용될 수 있는데, 예를 들어 WO3, ZnO, NbO5, V2O5, TiO2, MoO3 등으로부터 선택된 적어도 하나가 이용될 수 있다.
또한, 유기 전기 변색 물질로는 비올로겐(viologen) 화합물, 디프타로시아닌(diphtahlocyanine) 화합물, 테트라티아풀발렌(tetrathiafulvalene) 화합물 등이 있다. 한편, 유기 화합물은 햇빛에 분해되어 수명이 단축될 수 있는 단점이 있지만, 이들을 적절히 섞으면 원하는 색을 낼 수 있기 때문에 광범위하게 이용될 수 있다.
도 2에 도시되지는 않았으나, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자는 제 1 전극(200)과 전기 변색 패턴(400) 사이에 형성되는 에칭 정지층(300)을 더 포함할 수 있다. 에칭 정지층(300)은 상기의 복수 개의 전기 변색 패턴(400)을 제조하는 과정에서 필요 이상으로 식각이 이루어지는 것을 방지하기 위한 것으로서, 이에 대한 상세한 설명은 제조 방법과 관련하여 후술하기로 한다.
절연성 폴리머 격벽(500)은 복수 개의 전기 변색 패턴(400) 사이의 분리 공간에 삽입되어 상기 복수 개의 전기 변색 패턴(400) 상호 간을 절연한다. 즉, 절연성 폴리머 격벽(500)에 의하여 복수 개의 전기 변색 패턴(400)은 각각 분리되어 복수 개의 셀 구조로 형성되며, 각각의 셀에 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 이에 대응하는 전기 변색층(430)을 구비함으로써 하나의 셀을 구동할 때 주변의 셀이 구동되는 크로스 토크(cross talk) 및 이미지 확산 현상을 방지할 수 있으며, 변색 시간을 단축하고 소자 전체에 걸쳐 균일한 변색이 이루어질 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 유연성을 갖는 절연성 폴리머 물질로 격벽을 형성함으로써 복수 개의 전기 변색 패턴(400) 상호 간을 절연함과 동시에 유연 소자에도 적용이 용이한 장점이 있다. 즉, 유연 기판을 사용하는 일렉트로크로믹 소자의 경우 절연성 폴리머 격벽(500)은 기판(100)의 변형에 따라 유연하게 변형되어 셀 구조를 유지함과 동시에 상기 셀 구조를 지지할 수 있어 안정성을 확보할 수 있게 된다.
이러한 절연성 폴리머 물질은 PI(PolyImide), BCB(Benzo Cyclo Butene), PBO(Poly Benz Oxazole), BT(BismaleimideTriazine), 페놀릭 수지(phenolic resin), 에폭시(epoxy) 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 의하여 절연성 폴리머 격벽(500)의 재질이 한정되는 것은 아니며 절연성을 갖는 기타 다양한 폴리머 물질로 형성될 수 있음은 물론이다.
제 2 전극(600)은 전기 변색 패턴(400) 상에 형성된다. 제 2 전극(600)은 투명 도전성 물질을 이용하여 형성될 수 있으며, 복수의 전기 변색 패턴(400)에 공통으로 사용되는 투명 공통 전극으로 형성될 수 있다. 투명 도전성 물질 및 투명 공통 전극에 대하여는 제 1 전극(200)과 관련하여 전술한바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자는 기판(100)과 함께 제 1 전극(200), 전기 변색 패턴(400) 또는 제 2 전극(600)의 노출면을 차폐하는 보호층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 보호층은 소자의 표면과 가장자리 영역으로부터 침투될 수 있는 수분 또는 가스로부터 소자를 보호하기 위한 것으로, 투명 재질의 에폭시 또는 가시광선 영역에서 90% 이상의 투과도를 가지며 수분의 침투를 효과적으로 방지할 수 있는 질화탄소막(CNX)으로 형성될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법은 하나의 기판(100)을 준비하는 과정; 상기 기판(100) 상에 제 1 전극(200)을 형성하는 과정; 상기 제 1 전극(200) 상에 상호 이격되는 전고상의 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성하는 과정; 상기 복수의 전기 변색 패턴(400) 사이에 절연성 폴리머 격벽(500)을 형성하는 과정; 및 상기 전기 변색 패턴(400) 상에 제 2 전극(600)을 형성하는 과정을 포함한다.
도 3은 하나의 기판(100) 상에 제 1 전극(200) 및 복수의 전기 변색 패턴(400)이 형성되는 모습을 도시하는 공정도이다.
이를 상세히 설명하면, 먼저 소정 두께를 가지며 투명한 유리 기판 또는 유연 기판을 준비한다. 예를 들어 상기 기판(100)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphathalate; PEN), 폴리카보네이트, 폴리스티렌계, 폴리아크릴계, 폴리에테르 설폰(PES; Polyether sulfone) 등의 고분자 물질을 이용하여 제작될 수 있다.
이후, 기판(100) 상에 제 1 전극(200)을 형성한다. 제 1 전극(200)은 투명 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 폴리티오펜계 물질 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(200)은 복수의 전기 변색 패턴(400)에 공통으로 사용되도록 기판(100) 상의 전체 면에 상기 투명 도전성 물질을 코팅한 막을 형성하여 투명 공통 전극으로 사용할 수도 있음은 전술한 바와 같다.
제 1 전극(200) 상에는 상호 이격되는 전고상(all solid state)의 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성한다. 또한, 각각의 전기 변색 패턴(400)은 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 전기 변색층(430)을 포함할 수 있다. 즉, 도시된 바와 같이 제 1 전극(200) 상에 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 전기 변색층(430)을 순차로 적층하거나, 이와 역순으로 적층하여 각각의 전기 변색 패턴(400)을 형성할 수 있다.
제 1 전극(200) 상에 상호 이격되는 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성하는 과정은 쉐도우 마스크(미도시)를 이용한 증착 공정에 의하여 이루어질 수 있다. 즉, 상기 복수의 전기 변색 패턴(400)에 대응하는 개구부를 갖는 쉐도우 마스크를 이용하여 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 전기 변색층(430)을 차례로 적층하여, 일정 간격 상호 이격되는 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성할 수 있게 된다.
또한, 제 1 전극(200) 상에 상호 이격되는 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성하는 과정은 포토리소그래피(photolithography) 공정에 의하여 이루어질 수도 있다. 즉, 제 1 전극(200) 상에 전체적으로 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 전기 변색층(430)을 순차 적층하고, 포토레지스트(미도시, photoresist)를 이용하여 분리 공간을 식각하여 상호 이격되는 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 제조 방법은 제 1 전극(200) 상에 상기 포토리소그래피 공정에서 식각을 중단시키기 위한 에칭 정지층(300)을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 에칭 정지층(300)은 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자를 투명 디스플레이에 적용하기 위한 투명 금속층으로 형성될 수 있다.
에칭 정지층(300)을 이용한 포토리소그래피 공정에 대하여 상세히 설명하면, 제 1 전극(200) 상에 먼저 에칭 정지층(300)을 형성하고, 상기 에칭 정지층(300) 상에 이온 저장층(410), 고체 전해질층(420) 및 전기 변색층(430)을 순차로 적층한다. 이후, 상기한 포토리소그래피 공정에 의하여 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성하기 위하여 분리 공간을 에칭 정지층(300)까지 식각한다. 이때, 에칭 정지층(300)은 포토리소그래피 공정에 의하여 식각되는 전기 변색 패턴(400)과 식각율 차이가 큰 물질을 사용할 수 있다. 즉, 전기 변색 패턴(400) 형성 물질보다 낮은 식각율을 갖는 재료인 금속으로 에칭 정지층(300)을 형성할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자를 투광성 혹은 투명 전기변색 소자로 이용하기 위해서는 에칭 정지층(300)은 투명 금속층으로 형성할 수 있다.
또한, 제 1 전극(200)의 경우 상기한 바와 같이 인듐틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명 산화물 전극 등이 사용된다. 그러나, 상기 투명 산화물 전극 등은 금속층에 비하여 상대적으로 낮은 전기 전도도를 가지므로, 에칭 정지층(300)을 투명 금속층으로 형성하는 경우 제 1 전극(200)의 전기 전도도를 보완하여 저항을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 전기 변색 패턴(400)이 필요 이상으로 식각되는 것을 방지할 수 있는 효과를 가지게 된다.
따라서, 이러한 투명 금속층을 사용하여 에칭 정지층(300)을 형성하는 경우 그 두께가 두꺼울수록 전기 변색 패턴(400)이 필요 이상으로 식각되는 것을 방지하기가 용이하며 제 1 전극의 전기 전도도를 보완하기 위한 측면에서 좋으나, 두께가 너무 두꺼운 경우에는 투광성이 떨어지는 문제가 발생한다. 이는 투명 디스플레이에의 적용과 관련하여 더욱 중요하다.
따라서, 상기한 포토리소그래피 공정에서의 식각 방지 및 투광성을 모두 고려할 때, 투명 금속층의 두께는 50㎚ 내지 200㎚ 이내로 형성할 수 있다. 또한, 투명 금속층의 재질은 전도도가 높은 공지의 다양한 금속일 수 있으며, 예를 들어 몰리브덴(Mo) 계열 금속, 알루미늄(Al) 계열 금속, 은(Ag) 계열 금속, 크롬(Cr), 티탄(Ti), 탄탈(Ta) 등을 사용할 수 있다.
도 4 및 도 5는 복수의 전기 변색 패턴(400) 사이에 절연성 폴리머 격벽(500)이 형성되는 모습을 도시하는 공정도이다.
전술한 바와 같이, 제 1 전극(200) 또는 에칭 정지층(300) 상에 분리 공간에 의하여 상호 이격되는 복수의 전기 변색 패턴(400)을 형성한 후, 상기 복수의 전기 변색 패턴(400) 사이 즉, 분리 공간에는 절연성 폴리머 격벽(500)을 형성한다. 또한, 상기 절연성 폴리머 격벽(500)을 형성하는 과정은 이격 공간 및 복수의 전기 변색 패턴(400) 상에 감광성 폴리머층(500)을 형성하는 과정 및 상기 감광성 폴리머층(500)의 일부를 광에 노출시키는 과정을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 절연성 폴리머 격벽(500)을 형성하기 위하여는 복수의 전기 변색 패턴(400) 사이의 이격 공간 및 상기 복수의 전기 변색 패턴(400) 상에 먼저 감광성 폴리머층(500)을 형성할 수 있다. 이후, 감광성 폴리머층(500)의 일부를 자외선(UV) 등의 광에 노출시키는 현상 공정에 의하여 도 5와 같이 복수의 전기 변색 패턴(400) 사이에 절연성 폴리머 격벽(500)을 형성할 수 있다.
이때, 감광성 폴리머층(500)은 광을 받는 부분이 현상되는 포지티브형(positive type)과 광을 받지 않는 부분이 현상되는 네거티브형(negative type)으로 나눌 수 있으며, 이에 따라 복수의 전기 변색 패턴(400) 사이에 절연성 폴리머 격벽(500)이 형성되도록 감광성 폴리머층(500)의 일부를 광에 노출시켜 현상한다.
도 6은 전기 변색 패턴(400) 상에 제 2 전극(600)이 형성되는 모습을 도시하는 공정도이다.
제 2 전극(600)은 제 1 전극(200)은 투명 도전성 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 예를 들어 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga2O3, ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3, 폴리티오펜계 물질 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 2 전극(600)은 복수의 전기 변색 패턴(400)에 공통으로 사용되는 투명 공통 전극으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법은 기판(100)과 함께 제 1 전극(200), 전기 변색 패턴(400) 또는 제 2 전극(600)의 노출면을 차폐하는 보호층을 형성하는 과정을 더 포함할 수 있다. 보호층은 표면과 가장자리 영역으로부터 침투될 수 있는 수분 또는 가스로부터 소자를 보호하기 위한 것으로, 투명 재질의 에폭시 또는 가시광선 영역에서 90% 이상의 투과도를 가지며 수분의 침투를 효과적으로 방지할 수 있는 질화탄소막(CNX)으로 형성될 수 있음은 전술한 바와 같다.
상기에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 설명 및 도시되었지만 그러한 용어는 오로지 본 발명을 명확하게 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예 및 기술된 용어는 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명의 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
100: 기판 200: 제 1 전극
300: 에칭 정지층 400: 전기 변색 패턴
410: 이온 저장층 420: 고체 전해질층
430: 전기 변색층 500: 절연성 폴리머 격벽
600: 제 2 전극

Claims (11)

  1. 하나의 기판;
    상기 기판 상에 형성되는 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 분리 공간에 의하여 상호 이격되어 형성되는 복수의 전기 변색 패턴;
    상기 분리 공간에 삽입되어 상기 복수의 전기 변색 패턴 상호 간을 절연하는 절연성 폴리머 격벽; 및
    상기 전기 변색 패턴 상에 형성되는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 전극과 상기 전기 변색 패턴 사이에 형성되는 에칭 정지층을 더 포함하는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 투명 공통 전극으로 형성되는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에칭 정지층은 투명 금속층으로 형성되는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기 변색 패턴은 이온 저장층, 고체 전해질층 및 전기 변색층을 포함하는 전고상(all solid state)의 적층 구조로 형성되는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리머 격벽은 PI(PolyImide), BCB(Benzo Cyclo Butene), PBO(Poly Benz Oxazole), BT(BismaleimideTriazine), 페놀릭 수지(phenolic resin) 및 에폭시(epoxy) 중에서 선택된 어느 하나로 형성되는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판과 함께 상기 제 1 전극, 전기 변색 패턴 또는 제 2 전극의 노출면을 차폐하는 보호층을 더 포함하는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자.
  8. 하나의 기판을 준비하는 과정;
    상기 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 과정;
    상기 제 1 전극 상에 상호 이격되는 전고상의 복수의 전기 변색 패턴을 형성하는 과정;
    상기 복수의 전기 변색 패턴 사이에 절연성 폴리머 격벽을 형성하는 과정; 및
    상기 전기 변색 패턴 상에 제 2 전극을 형성하는 과정을 포함하고,
    상기 제 1 전극 상에 상기 전기 변색 패턴 형성 물질보다 낮은 식각율을 갖는 재료로 이루어진 에칭 정지층을 형성하는 과정을 더 포함하는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 에칭 정지층은 투명 금속층으로 형성되는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 폴리머 격벽을 형성하는 과정은,
    상기 복수의 전기 변색 패턴 사이의 이격 공간과 상기 복수의 전기 변색 패턴 상에 감광성 폴리머층을 형성하는 과정; 및
    상기 감광성 폴리머층의 일부를 광에 노출시키는 과정을 포함하는 셀 구조 일렉트로크로믹 소자의 제조 방법.
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