KR102011397B1 - 전기 변색 소자 - Google Patents

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    • G02F2203/03—Function characteristic scattering

Abstract

전기 변색 소자 및 이를 구동하는 방법을 제공한다. 전기 변색 소자는, 제1 전극, 제1 전기변색층, 전해질층, 제2 전극변색층 및 제2 전극이 순차적으로 적층되되, 제1 및 제2 전기 변색층들 및 전해질층으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나가 산란 입자들을 포함한다. 또한, 제1 또는 제2 전기 변색층들 중 하나와 전해질층 사이에 추가층이 삽입되되, 추가층은 산란 입자들을 포함한다.

Description

전기 변색 소자{ELECTROCHROMATIC DEVICE}
본 발명은 디스플레이에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 전기 변색 소자를 포함하는 디스플레이에 관련된 것이다.
전기 변색 물질은 재료의 산화/환원에 의해 색상 및 투과도가 변화하는 물질이고, 재료의 이러한 특성을 이용하여 전기장의 인가에 의해 투과/차단을 제어하는 광 셔터를 만들 수 있다. 이러한 광 셔터는 뒷면에 백색 반사판 또는 반사 거울을 배치하여 반사형 디스플레이에 응용될 수 있다. 후면에 반사 거울을 배치하며 구현된 반사형 디스플레이의 경우 전기 변색 광 셔터와 후면 반사 거울 사이에 투명 자발광 소자를 배치하며 자발광 영상과 반사형 영상을 모두 구현하는 복합 디스플레이에 응용될 수 있다 하지만 이러한 디스플레이는 반사형 영상 구현 시 후면 거울에 의해 직진 반사만 일어나기 때문에 영상의 시야각이 매우 좁다.
이러한 좁은 시야각 문제를 개선하기 위해서는 디스플레이 소자의 표면에 광 확산판(optical diffusion film)을 장착하여야 한다. 그러나 광 확산판의 적용은 영상의 블러링(blurring, 흔들림)을 가져올 수 있는데, 상기 광 확산판에 의한 블러링 정도는 영상을 만드는 층과 광 확산판과의 거리에 비례한다. 따라서, 블러링이 최소화된 영상과 넓은 시야각의 확보를 위해서는 광 확산판과 영상을 만드는 층 사이의 거리를 최소화하여야 한다. 특히 이러한 영상과 광 확산판과의 거리는 반사형 소자와 자발광 소자가 일체형으로 결합 제작되어 주변광의 영향 없이 영상의 관찰이 용이하게 만든 소자의 경우 더 심각해질 수 있는 문제이다. 반사형 소자와 자발광 소자가 일체형으로 결합되어 제작되기 때문에 영상이 구현되는 층과 광 확산판 사이에 여러 층들이 개입될 여지가 있어 광 확산판에 의한 영상의 블러링이 더 심각하게 문제될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 광 확산판 없이 넓은 시야각을 갖는 투과형 전기 변색 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 전기 변색 소자를 제공한다. 상기 전기 변색 소자는: 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판; 상기 제1 기판의 일면 상에 배치되는 제1 전극; 상기 제1 전극에 마주하며 상기 제2 기판의 일면 상에 배치되는 제2 전극; 상기 제1 전극의 일면에 배치되며 제1 산란 입자들을 포함하는 제1 전기변색층; 상기 제1 전기변색층에 마주하며 상기 제2 전극의 일면에 배치되는 제2 전기변색층; 및 상기 제1 및 제2 전기변색층들 사이에 배치되는 전해질층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 산란 입자들 각각은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2) 및 주석 산화물(SnO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 산란 입자들 각각은 300 내지 700nm의 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전기변색층은 제2 산란 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기 변색 소자는: 상기 제1 전기변색층 및 상기 전해질층 사이, 또는 상기 제2 전기변색층 및 상기 전해질층 사이에 제공되는 추가층을 더 포함하되, 상기 추가층은 제2 산란 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질층은 제2 산란 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전해질층이 25㎛의 두께를 가지며, 상기 제2 산란 입자들은 300 내지 700nm의 크기를 가지며, 상기 전해질층의 전체 부피에 대하여 1.5 부피%이상의 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 다른 실시예는 전기 변색 소자의 구동 방법을 제공한다. 상기 전기 변색 소자의 구동 방법은: 제1 전극, 산란 입자들을 포함하는 제1 전기변색층, 전해질층, 제2 전기변색층 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 전기 변색 소자를 제공하는 단계; 상기 제1 및 제2 전극들로 투과 전압을 인가하여, 상기 제1 및 제2 전기 변색층들 각각을 투명하게 하는 단계; 및 상기 전기 변색 소자로 입사된 광이 상기 제1 전기변색층을 투과하는 동안 상기 산란 입자들에 의해 산란되는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전기 변색 소자의 구동 방법은: 상기 제1 및 제2 전극들로 착색 전압을 인가하여, 상기 제1 및 제2 전기변색층들 각각이 착색되는 단계; 및 상기 전기 변색 소자로 입사된 광이 상기 제1 또는 제2 전기변색층에 의해 반사되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들에 의하면, 제1 전기변색층, 제2 전기변색층, 전해질층 및 추가층 중 적어도 하나에 산란 입자들이 분산됨으로써, 광 확산판 없이 효율적으로 광을 전방 방향으로 산란시켜 시야각을 향상시킬 수 있다. 이때, 산란 입자들의 입도를 적절하게 선택함으로써, 후방 방향으로의 산란을 억제하고, 빛의 산란 방향으로 전방 방향으로 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 변색 소자들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 산란 입자들의 크기에 따라 광이 산란되는 각도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 산란 입자들의 크기들에 따른 산란 효율을 나타내는 그래프이다.
도 7은 실리콘 질화물을 산란입자로 사용하여 전해질층에 첨가할 경우 산란 입자들의 첨가량에 따라 전기 변색 소자를 투과할 때 산란되는 광의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 8은 실리콘 질화물을 산란 입자로 사용하여 TiO2 나노 구조체에 첨가할 경우 산란 입자들의 첨가량에 따라 전기 변색 소자를 투과할 때 산란되는 광의 비율을 나타내는 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전기 변색 소자들을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 전기 변색 소자(electrochromatic device)는 제1 기판(100), 제2 기판(130), 제1 전극(105), 제2 전극(125), 제1 전기변색층(110), 제2 전기변색층(120) 및 전해질층(115)을 포함할 수 있다.
상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(130)은 서로 마주하며 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(130)은 각각 독립적으로 투명한 기판이 적용될 수 있다. 상기 제1 기판(100) 및 상기 제2 기판(130) 각각은 투명 유리, 유리 섬유, 또는 플라스틱을 포함하며, 플라스틱은 예컨대, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰 및 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(105)은 상기 제1 기판(100)의 전면에 형성될 수 있고, 상기 제2 전극(125)은 상기 제2 기판(130)의 전면에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(105)의 전면 및 상기 제2 전극(125)의 전면은 서로 마주할 수 있다. 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125)은 서로 마주하며 이격되어 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125)은 각각 독립적으로 전도성 투명 전극이 적용될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125) 각각은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린 틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), ZnO-Ga2O3, ZnOAl2O3, 산화주석, 안티몬 틴옥사이드(antimony tin oxide, ATO), 산화아연(zinc oxide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 전극일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125)은 광투과성 전극 및 반사형 비투명 전극으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125)을 반사형 비투명 전극으로 하는 경우에는 반사형 광학계에 포함되는 소자로 적용될 수 있다. 상기 반사성 비투명 전극은 알루미늄계 또는 알루미늄계 합금을 포함하는 금속전극 및 광투과성 전극에 금속 코팅층이 형성된 전극으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상세하게 도시되지 않았으나, 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125) 사이에는 스페이서가 제공될 수 있으며, 상기 스페이서는 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125) 사이의 간격을 유지하며, 상기 제1 전극(105) 및 상기 제2 전극(125) 사이에 위치하는 전해질층(115)의 밀봉재의 역할이나 인접한 전기 변색 소자들 사이의 격막의 역할을 수행할 수 있다.
상기 전해질층(115)은 상기 제1 전기변색층(110) 및 상기 제2 전기변색층(120) 내 물질들과 반응하는 산화/환원을 유도하기 위한 Li+ 등의 이온을 공급하며, 액체 전해질 또는 고체 고분자 전해질을 포함할 수 있다. 상기 액체 전해질로는 예컨대 LiOH 또는 LiClO4과 같은 리튬 염, KOH과 같은 포타슘 염 및 NaOH와 같은 소듐 염 등이 용매에 용해되어 있는 용액을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 용매로는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 또는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate) 중 적아도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 고체 전해질로는 예컨대 폴리(2-아크릴아미노-2-메틸프로판 술폰산)(poly(2-acrylamino-2-methylpropane sulfonic acid) 또는 폴리에틸렌옥사이드(poly(ethylene oxide)) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 전해질층(115)은 겔-타입 전해질을 포함할 수 있다. 상기 겔 타입 전해질은 폴리메틸아크릴레이트(poly methylmethacrylate: PMMA)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전기변색층(110) 및 상기 제2 전기변색층(120)은 전기 화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기 변색 특성을 갖는 전기 변색 물질을 포함하고, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라 가역적으로 전기 변색 물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의해 상기 전기 변색 물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다.
상기 전기 변색 물질은 코발트(Co), 텅스텐(W), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 바나듐(V), 인듐(In), 세륨(Ce), 망간(Mn), 니오브(Nb), 로듐(Rh), 및 루테늄(Ru)을 포함하는 금속 산화물 전기 변색 물질, 비올로겐(viologen), 퀴논(quinone), 위스터 블루(wurster blue), 및 퍼릴렌 디이미드(perylene dimide)을 포함하는 유기물 전기 변색 물질, 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole)을 포함하는 전도성 고분자 전기 변색 물질 및 이들의 유도체가 적용될 수 있고, 구체적으로, 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리안트라센(polyanthracene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제1 전기변색층(110), 상기 제2 전기변색층(120), 및 상기 전해질층(115) 중 적어도 하나의 층에는 광 산란을 위한 산란 입자들(DP)을 포함할 수 있다. 상기 산란 입자들(DP)는 가시광 파장 대역의 빛을 흡수하지 않으며, 산란시킬 수 있다. 상기 산란 입자들(DP)은 상기 제1 전기변색층(110) 및 상기 제2 전기변색층(120)과 다른 굴절률을 가질 수 있다. 일 측면에 따르면, 상기 제1 및 제2 전기변색층(110, 120)과 상기 산란 입자들(DP) 사이의 굴절률 차이에 의해 상기 산란 입자들(DP)의 양이 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 굴절률 차이가 작아지면, 산란 효율을 증가시키기 위하여 많은 양의 산란 입자들(DP)이 첨가될 수 있다.
상기 산란 입자들(DP) 각각은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2) 및 주석 산화물(SnO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 상기 산란 입자들(DP)의 종류를 상기 언급한 물질들로 제한하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 상기 산란 입자들(DP) 각각은 약 200nm 내지 약 1,000nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 산란 입자들(DP)의 입자 크기가 약 200nm보다 작으면 빛의 산란 전후방으로 비슷한 비율로 일어나게 되어, 효율적이 확산 전방 산란의 구현이 어려워질 수 있다. 반면에, 상기 산란 입자들(DP)의 입자 크기가 1,000nm보다 크면, 빛의 산란이 지나치게 직진 방향으로 쏠리게 되어 확산 투과 효과가 낮아지게 된다. 따라서, 상기 산란 입자들(DP) 각각은 약 200nm 내지 약 1,000nm의 크기를 가짐으로써, 확산 투과 효과를 유지하면서 전방 산란을 발생시킬 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 산란 입자들(DP) 각각은 약 300nm 내지 약 700nm의 크기를 가질 수 있다.
이때, 상기 전방 산란은 상기 제2 기판(130)으로 빛이 조사되는 경우, 상기 제1, 제2 전기변색층(110, 120) 및 상기 전해질층(115) 중 적어도 하나에 포함된 산란 입자들(DP)에 의해 산란된 빛은 상기 제1 기판(110)을 통해 산란되는 것을 의미한다. 이와는 다르게, 후방 산란은 반사를 의미한다.
도 1에 도시된 일 실시예에 따르면, 상기 산란 입자들(DP)은 상기 제1 전기변색층(110) 내에 분산될 수 있다. 도 2에 도시된 다른 실시예에 따르면, 상기 산란 입자들(DP)은 상기 제2 전기변색층(120) 내에 분산될 수 있다. 상기 제1 전기변색층(110) 내 산란 입자들(DP)은 상기 제2 전기변색층(120) 내 산란 입자들(DP)과 서로 상이한 종류 및 크기를 가질 수도 있고, 동일한 종류 및 크기를 가질 수도 있다.
상기 제1 전기변색층(110) 및 상기 제2 전기변색층(120) 중 적어도 하나 내에 산란 입자들(DP)을 분산시키는 공정은 다음과 같다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극(105) 상에 나노 구조체들을 결합시키고, 상기 나노 구조체를 형성하는 동안 상기 산란 입자들(DP)을 분산시킬 수 있다. 이어서, 상기 산란 입자들(DP)이 분산된 나노 구조체들 각각의 표면에 전기 변색 물질들을 고정시킬 수 있다.
도 3에 도시된 또 다른 실시예에 따르면, 상기 산란 입자들(DP)은 상기 전해질층(115) 내에도 분산될 수 있다. 상기 제1 전기변색층(110), 상기 제2 전기변색층(120) 및 상기 전해층 내에 분산된 각각의 산란 입자들(DP)은 서로 동일한 종류 및 크기를 가질 수도 있고, 서로 상이한 종류 및 크기를 가질 수도 있다.
상기 전해질층(115) 내에 산란 입자들(DP)을 분산시키는 공정은 다음과 같다. 유기 용매에 상기 산란 입자들(DP)의 안정적인 분산을 위하여 분산제와 상기 산란 입자들(DP)을 주입할 수 있다. 이때, 상기 분산제는 poly(acrylic acid)를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시된 또 다른 실시예예 따르면, 상기 전해질층(115)과, 상기 제1 전기변색층(110) 또는 상기 제2 전기변색층(120) 사이에 배치되는 추가층(135)을 더 포함할 수 있다. 상기 추가층(135)은 산란 입자들(DP)로 구성될 수 있다. 상기 추가층(135)은 다른 층들과 구분될 수 있다.
이때, 상기 제1 전기변색층(110) 또는 상기 제2 전기변색층(120)이 티타늄 산화물(TiO2) 나노 구조체들을 포함하는 경우, 상기 티타늄 산화물(TiO2) 나노 구조체들 각각의 크기는 약 20nm이하이며, 상기 추가층(135)의 산란 입자들(DP)들은 약 200nm 내지 1,000nm 사이의 크기를 가지며 제공될 수 있다.상기 제1 전기변색층(110), 상기 제2 전기변색층(120) 및 상기 추가층(135) 내에 분산된 각각의 산란 입자들(DP)은 서로 동일한 종류 및 크기를 가질 수도 있고, 서로 상이한 종류 및 크기를 가질 수도 있다.
상기 산란 입자들(DP)은 상기 제1 및 제2 전기변색층들(110, 120), 상기 전해질층(115) 및 상기 추가층(135)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나에 포함될 수 있다.
도 5은 실리콘 질화물 산란 입자가 전해질층에 첨가될 경우 산란 입자들의 크기에 따라 광이 산란되는 각도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 3 및 도 5를 참조하면, 전기 변색 소자의 제1 전기변색층(110), 제2 전기변색층(120) 및 전해질층(115)에, 산란 입자들(DP)을 추가한다. 예컨대, 제1 전기변색층(110) 및 제2 전기변색층(120) 각각은 티타늄 질화물 나노 구조체들 표면에 고정된 비올로겐을 포함할 수 있다. 또한, 전해질층(115)은 프로필렌 카보네이트를 포함하며, 상기 전해질층(115)의 두께는 약 25㎛ 정도일 수 있다. 산란 입자들(DP) 각각은 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함할 수 있다
산란 입자들(DP) 각각의 크기가 100nm, 200nm, 300nm, 400nm, 500nm, 600nm 및 700nm인 경우에 대해, 입사한 광이 산란 입자들(DP)에 의해 산란되는 각도를 알아본다.
도 5에 도시된 바와 같이, 산란 입자들의 크기가 100nm로 작을 경우, 레일리 산란(Rayleigh scattering)의 특성을 보이며, 전후방 산란 강도가 실질적으로 동일한 특성을 보인다. 산란 입자들의 크기가 증가하게 되면, 미 산란(Mie scattering) 영역의 특성을 보이며, 전방산란이 강해지고 전체적으로 산란광의 분포는 전방산란의 경향을 보인다.
따라서, 산란 입자들의 크기가 작은 경우에는 후방 산란의 비율이 크기 때문에 투과율이 낮아질 수 있으며, 반대로 산란 입자들의 크기가 매우 크면 후방 산란은 적으나 전방 산란이 지나치게 커져서 확산 투과의 효과가 줄어들 수 있다.
도 5를 참조하면, 산란광의 입도 분포는 약 200nm 내지 2,000nm 사이가 바람직하며, 약 200nm 내지 약1,000nm 범위의 산란 입자들이 가장 양호한 특성을 보인다.
한편, 산란 입자들의 크기가 매우 작은 경우, 산란 효율이 낮아 산란 입자들의 첨가량을 증가시켜야 하는 문제가 있다.
도 6은 산란 입자들의 크기들에 따른 산란 효율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 매질이 플로필렌 카보네이트이고 산란 입자들 각각이 실리콘 질화물을 포함하는 소자에 550nm의 파장의 빛을 조사한 후, 산란 입자들의 크기들에 따른 산란 효율을 측정한 것이다.
도 6을 참조하면, 산란 효율은 물질적인 단면적과 실효 산란 단면적의 비를 의미하며, 산란 효율이 높을수록 산란이 많이 일어나고, 산란 없이 투과되는 빛이 약함을 의미한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 산란 입자들의 크기가 작을수록 산란 효율이 낮은데, 이는 입사광의 대부분이 산란되지 않고 그냥 투과함을 의미한다.
상기 산란 효율은 약 600nm의 크기의 산란 입자들을 갖는 전기 변색 소자에서 최대이다. 상기 산란 효율이 크다는 것은 입사광의 많은 부분이 산란되기 때문에 산란 입자들을 적게 사용하여도 충분한 산란을 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
도 7은 산란 입자들의 첨가량에 따라 전기 변색 소자를 투과할 때 산란되는 광의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 3 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따르면, 제1 전기변색층(110), 제2 전기변색층(120) 및 전해질층(115)으로 구성된 전기 변색 소자에서, 전해질층에 산란 입자들(DP)을 추가한다. 예컨대, 제1 전기변색층(110) 및 제2 전기변색층(120) 각각은 티타늄 질화물 나노 구조체들 표면에 고정된 비올로겐을 포함할 수 있다. 또한, 전해질층(115)은 프로필렌 카보네이트를 포함하며, 상기 전해질층(115)의 두께는 약 25㎛ 정도일 수 있다. 산란 입자들(DP) 각각은 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함할 수 있다.300nm, 500nm 및 700nm의 크기의 산란입자들을 0.1 내지 2 vol%로 상기 제1 전기변색층(110), 제2 전기변색층(120) 및 전해질층(115) 내에 추가한 후, 산란되는 광의 비율을 알아본다.상기 산란 입자들(DP)을 약 0.5 vol% 이하의 첨가량 조건에서 첨가한 경우, 상기 첨가량에 따른 산란광의 증가가 가파르며, 1.0 vol%의 상기 산란 입자들(DP)을 첨가한 경우, 산란광이 90%이상으로 대부분의 입사광이 산란된다. 약 1.5 vol% 이상 산란 입자들(DP)을 첨가한 경우, 대부분의 입사광이 산란되므로 첨가량이 증가하여도 산란광의 증가는 미미하다. 지나치게 많은 산란 입자들의 첨가는 전기 변색 소자 내에서 다중 산란을 발생시켜, 후방으로 산란되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 조건의 경우, 1.5vol% 이상의 산란 입자들(DP)을 첨가하는 것은 바람직하지 않을 수 있다. 오히려, 0.5vol% 정도의 낮은 첨가량에서도 상당한 수준의 산란이 발생됨으로 충분한 시야각의 확보가 가능하다. 특히, 많이 경우, 왕복 경로를 이용하는 형태로 광 셔터가 사용되어, 이 경우, 산란광의 비율이 더욱 커져 0.5vol% 이하의 첨가량으로도 충분한 시야각을 확보가 가능하다. 산란 입자들(DP)의 첨가량은 산란 입자들(DP)의 크기, 산란 입자들(DP)과 매질의 굴절률, 광 경로의 거리 등의 변수에 따라 달라지며 각각의 조건에 맞게 상기 산란 입자들(DP)이 사용될 수 있다.
도 5 내지 7을 참조하면, 산란 입자들(DP) 각각의 크기는 약 200nm 내지 약 1,000nm 범위이며, 산란 입자들(DP)의 함량은 실리콘 질화물 입자가 산란 입자로 25um 두께의 프로필렌 카보네이트 매질에 첨가되는 경우 약 1.5vol%이하 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 vol% 이하일 수 있다. 만약 더 두꺼운 전해질 층을 사용할 경우 필요한 산란 입자의 양은 더 줄어들 수 있다.
도 8은 실리콘 질화물을 산란 입자로 사용하여 TiO2 나노 구조체에 첨가할 경우 산란 입자들의 첨가량에 따라 전기 변색 소자를 투과할 때 산란되는 광의 비율을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, TiO2 나노 구조체는 약 25vol%의 TiO2 나노 입자들과 75vol%의 프로필렌 카보네이트로 구성되고 나노 구조체의 두께는 6.5 um이다. 본 실험예에서 산란 입자가 첨가되는 층의 두께가 6.5um 로 얇으므로 전해질층에 첨가되는 경우보다 상대적으로 더 많은 첨가량이 요구된다. 도 11에서 볼 수 있는 것처럼, 산란 입자의 입도가 작을 경우 산란 효율이 낮아져 더 많은 첨가량이 요구된다. 산란입자의 입도가 500nm 내지 700nm의 입도일 경우 약 6vol%의 첨가량에서 90% 수준의 산란광 비율이 예측될 수 있다. 왕복 경로로 소자가 이용될 경우에는 이보다 더 낮은 첨가량의 조건에서도 충분한 산란이 가능하다. 본 실험예의 경우 왕복 경로로 소자가 이용될 경우 약 5vol% 이하의 첨가량으로 충분한 시야각의 확보가 가능하다. 만약 더 두꺼운 나노구조체 층을 사용할 경우 필요한 산란 입자의 양은 더 줄어들 수 있으며, 더 얇은 나노구조체 층을 사용할 경우에는 필요한 산란 입자의 양이 더 증가할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 기판
105: 제1 전극
110: 제1 전기변색층
115: 전해질층
120: 제2 전기변색층
125: 제2 전극
130: 제2 기판
DP: 산란 입자

Claims (7)

  1. 서로 마주하는 제1 기판 및 제2 기판;
    상기 제1 기판의 일면 상에 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 전극에 마주하며 상기 제2 기판의 일면 상에 배치되는 제2 전극;
    상기 제1 전극의 일면에 배치되는 제1 전기변색층;
    상기 제1 전기변색층에 마주하며 상기 제2 전극의 일면에 배치되는 제2 전기변색층; 및
    상기 제1 및 제2 전기변색층들 사이에 배치되는 전해질층을 포함하되,
    상기 제1 및 제2 전기변색층들 및 상기 전해질층으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나에 산란 입자들이 분산되고,
    상기 제1 및 제2 전기변색층들 및 상기 전해질층의 굴절률과 상기 산란 입자들의 굴절률 차이에 따라 상기 산란 입자들의 양이 조절되는 전기 변색 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산란 입자들 각각은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2) 및 주석 산화물(SnO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기 변색 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산란 입자들 각각은 200 내지 1,000nm의 크기를 갖는 전기 변색 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기변색층 및 상기 전해질층 사이, 또는 상기 제2 전기변색층 및 상기 전해질층 사이에 제공되는 추가층을 더 포함하되,
    상기 제1 및 제2 전기변색층들, 상기 전해질층 및 상기 추가층으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나에 상기 산란 입자들이 분산된 전기 변색 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    빛이 상기 제2 기판의 후면에서 조사되고,
    상기 빛은 상기 산란 입자들에 의해 상기 제1 기판으로 산란되는 전기 변색 소자.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전기 변색층들 및 상기 전해질층의 굴절률과 상기 산란 입자들의 굴절률 차이가 작으면, 상기 산란 입자들의 양이 증가하는 전기 변색 소자.
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