KR102175577B1

KR102175577B1 - 전극기판 및 이를 포함하는 전기변색미러

Info

Publication number: KR102175577B1
Application number: KR1020140011127A
Authority: KR
Inventors: 한태훈; 김석호
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2020-11-06
Also published as: KR20150090460A

Abstract

본 발명의 실시예들은 내구성을 향상할 수 있는 전극기판 구조와 이를 이용한 전기변색미러에 관한 것으로, 특히 복수의 적층구조의 금속전극과 투명전극의 적층구조를 포함하는 전극기판을 통해 내구성을 향상시키며, 특히, 역전압 구동을 필요로하는 디바이스에서의 내구성을 극대화할 수 있도록 한다.

Description

전극기판 및 이를 포함하는 전기변색미러{Electrode Plate and Electrochomic Mirror Using the Same}

본 발명의 실시예들은 내구성을 향상할 수 있는 전극기판 구조와 이를 이용한 전기변색미러에 관한 것이다.

투명 전극(Transparent Electrode)은 LCD, OLED 등에 적용되는 디스플레이용 전극과 더불어 저항막 방식 또는 정전유도 방식의 터치스크린에 기본적으로 필요한 구성요소이다. 또한, 투명 전극은 유기태양전지 분야뿐 아니라 수광소자 및 발광소자 등에도 사용되며, 전기변색(Electrochromic) 글라스인 스마트 윈도우에도 대면적의 투명 전극으로 사용되고 있다. 그 외에 전자파차폐 기능이 요구되는 투명 필름, 투명 필름이 적용된 투명 글라스 등과 같이 그 용도가 광범위하게 증가하고 있다.

현재까지 상용화된 투명 전극은 광학용 글라스 위에 얇게 코팅한 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide)이 대표적이다. 통상 ITO 투명전극은 스퍼터링, 디지털 프린팅 등의 공정을 통해 유리 기판상에 ITO 분말 입자를 포함한 전극재료를 박막 형태로 형성함으로써 제조된다. 이러한 ITO 투명전극은 터치스크린 등의 대부분의 전기제품에서 투명전극으로서의 성능 요구사항을 만족시키는 장점이 있다.

그러나 ITO 투명전극은 ITO 분말을 이용하여 제조되는데, ITO 분말의 입도, 분포/분산 등의 균일성 한계로 인하여 플렉서블(flexible) 응용제품에 적용하기 어려운 유연성 부족의 단점이 있다. 최근 플렉서블(flexible) 응용제품의 연구개발과 보급이 확대되는 분위기에서 ITO 투명전극의 구부림 특성에 대한 문제점이 대두하고 있다.

또한, 종래의 ITO 투명전극은 도전성 금속에 비해 상대적으로 높은 저항으로 인하여 중대형 면적의 전기제품에 적용할 때 제품의 반응 속도가 느려지는 문제가 있다. 특히, 전기변색 미러, 디스플레이 장치 등의 전면 전극이나 터치스크린패널로 이용될 때, ITO 투명전극의 상대적으로 낮은 반응 속도로 인해 변색과 소색에 대한 제어 속도가 느려지거나 디스플레이 장치에서의 터치 반응이 느려져 사용자 편의성이 저하되는 문제가 있다.

게다가, 스마트 윈도우나 디스플레이 장치에서와 같은 대면적 장치에서 설치 면적이 커질수록 전극 제어를 위한 단자 크기나 개수가 증가하고 그에 따라 구동회로부의 단자 개수도 증가하여 제조 공정이 복잡해지고 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 특히 복수의 적층구조의 금속전극과 투명전극의 적층구조를 포함하는 전극기판을 통해 내구성을 향상시키며, 특히, 역 전압 구동을 필요로 하는 디바이스에서의 내구성을 극대화할 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 기판, 상기 기판상의 복수의 적층구조인 금속전극; 및 상기 금속전극 상의 투명보호전극; 을 포함하는 전극기판을 제공할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 적층구조의 금속전극과 투명전극의 적층구조를 포함하는 전극기판을 통해 내구성을 향상시키며, 특히, 역 전압 구동을 필요로하는 디바이스에서의 내구성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 기판의 종류에 따라 연성(flexible)을 가지는 전극기판으로 구현하여 전기변색소자 및 이를 활용한 전기변색미러, 스마트윈도우, 디스플레이 장치 등에 범용적으로 적용할 수 있는 장점도 있다.

구체적으로는 본 발명의 실시예에 따르면, ITO 등의 투명전극으로 마련된 투명전극층을 지지하면서 투명전극층의 전기 저항을 낮춘 금속층을 메쉬 패턴 구조를 채용하는 구조에서는 투명전극층이 휘어질 때 향상된 유연성을 제공하여 ITO 투명전극층이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 그에 의해 내구성 및 신뢰성이 향상된 전극 플레이트와 이를 이용하는 장치(스마트 윈도우, 전기변색 미러, 디스플레이 장치 등의 응용제품)를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 대면적 적용성과 유연성을 향상시킨 전극 플레이트를 응용제품의 투명전극이나 터치스크린패널에 용이하게 이용할 수 있고, 대면적 응용 제품에서 투명전극에 연결되는 전극부 단자의 크기나 개수를 감소시킬 수 있으며, 전기변색 물질을 박막으로 코팅하여 형성함으로써 대면적 플렉서블(flexible) 응용제품의 제조를 용이하게 하고 제조 비용을 절감하면서 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 전극기판을 전기변색미러로 구현하는 경우, 변소색성능 및 균일도가 향상되어 응답속도가 개선될 수 있으며, 구동전압을 낮추어 기판 내 과전류의 흐름을 방지함으로써 내구성을 개선할 수 있는 장점이 구현된다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 전극기판을 대면적 디스플레이 제품에 적용하는 경우 저 저항으로 인한 제품의 활성영역(Active Area)에 균일한 전류가 인가할 수 있게 되어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극기판의 구조를 도시하기 위한 념도 및 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 전극기판을 포함하는 전기변색미러의 구조를 도시한 것이다.
도 4는 도 1 및 도 2에서 상술한 전극기판에서 금속전극(220)의 다층 적층구조를 이루는 어느 하나의 박막을 패터닝된 구조로 형성할 수 있음을 예시한 것이다.
도 5는 도 4에서 상술한 메쉬구조 형태의 금속 박막구조(225)의 교차영역(IA) 확대도를 도시한 것이다.
도 6은 도 3에서 상술한 본 발명의 전극기판을 적용하는 전기변색미러의 다른 구조를 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 전극기판을 전면에서 바라본 것을 도시한 것이다.
도 8은 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색미러의 구현예를 도시한 것이다.
도 11은 전기변색미러의 작용예시도를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극기판의 구조를 도시하기 위한 념도 및 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극기판은 기판(210)과 상기 기판(210)상에 배치되며 복수의 적층구조로 구현되는 금속전극(220) 및 상기 금속전극 상의 투명보호전극(230)을 포함하여 구성될 수 있다. 특히, 상기 금속전극(220)은 최소 2층 이상의 금속박막층으로 구현될 수 있으며, 반사특성의 향상과 내구성을 향상하기 위해 낮은 구동전압을 가지도록 복수의 적층구조로 구현되는 것을 특징으로 한다.

상기 기판(210)의 소재는 투명 또는 불투명 기판을 제한하지 않으나, 광의 투과특성을 필요로하는 디바이스에 적용되는 경우에는 투과율이 좋은 글라스기판을 적용할 수 있으며, 연성(flexible)의 특성을 구현하거나, 연성이면서 투과율을 높일 수 있는 특성을 구현하기 위해서는 다양한 고분자 필름을 적용하는 것도 가능하다. 이러한 고분자 필름 재료로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate : PET), 폴리카보네이트(Polycabonate : PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer : ABS), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl Methacrylate : PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate : PEN), 폴리에테르술폰(Polyether Sulfone : PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic Olefin Copolymer : COC), TAC(Triacetylcellulose)필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol : PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide ; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene : PS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 이는 하나의 예시일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 금속전극(220)은 일정한 반사율을 가지는 특성 및 일정의 투과율을 구비할 수 있도록 두께는 10nm~200nm의 범위에서 형성되며, 이를 통해 상부의 투명전극과 결합시에 투과율이 50% 이상을 구비하도록 구현됨이 바람직하다. 특히 바람직하게는 상기 금속전극(210)은 Cu, Au, Ag, Ni, Al, Cr, Ru, Re, Pb, Sn, In, Zn을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 박막층이 적어도 2층 이상 적층되는 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 투과율을 80% 이상으로 구현하는 50nm 이하의 두께로 형성되는 금속박막으로 구현함이 더욱 바람직하다.

특히, 금속전극의 경우, 반사율개선 및 접착력 향상을 위해 상기 복수의 적층구조에서 Molybdenuim, Niobium penoxide, TiO₂, SiO₂ 중 적어도 어느 하나를 포함하는 층이 1층 이상 되도록 구현할 수 있다.

상기 보호 전극으로 형성되는 투명 보호전극(230)은 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide), IZO(Indium doped Zinc Oxide), NTO(Niobium doped Titanium Oxide), ZnO, CTO, AgNW, 그라핀(graphene) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질을 적용할 수 있다. 아울러, 상기 투명보호전극(230)은 보호기능의 강화를 위해 상기 금속전극의 측면부와 상부면의 노출부위를 모두 포위하는 구조로 형성됨이 더욱 바람직하다.(물론, 이는 바람직한 예시이며, 도 6 내지 도 10과 같은 구조에서는 금속전극의 상부면만을 커버하는 구조로 구현될 수도 있다.)

이 경우, 상술한 것과 같이 금속전극과 투명보호전극의 적층구조가 구현하는 투과율 50% 이상의 특성을 구현하기 위해 상기 투명보호전극은 1nm~200nm 범위의 두께로 형성됨이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극기판의 구조를 도시한 개념도이다. 도 1의 구조와 차이점은 다층의 금속전극(220)의 구조를 포위하는 투명보호전극(230)을 다층 구조로 형성하는 점이다. 이러한 투명보호전극의 다층구조로의 형성은 보호의 특성을 강화할 수 있어 내구성을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 도 2의 구조에서도 상술한 전극기판의 금속전극(220)은 일정한 반사율을 가지는 특성 및 일정의 투과율을 구비할 수 있도록 두께는 10nm~200nm의 범위에서 형성되며, 이를 통해 상부의 투명전극과 결합시에 투과율이 50% 이상을 구비하도록 구현하며, 투명보호전극(230) 역시 1nm~200nm 범위의 두께범위를 충족할 수 있도록 구현될 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2의 전극기판을 포함하는 전기변색미러의 구조를 도시한 것이다.

도 3에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기변색미러는, 상호 대향하여 배치되는 제1전극기판(100) 및 제2전극기판(200)과 상기 제1 및 제2전극기판 사이의 전기변색부(P)를 포함하여 구성된다. 특히 도 3에 도시된 구조는 상기 제1전극기판은 기판(110)에 투명전극(120)이 적층된 일반적인 구조를 적용한 예이며, 상기 제2전극기판은 도 1 및 도 2에서 상술한 구조의 전극기판을 적용한 것을 예시한 것이다. 특히 상기 제2전극기판은 금속전극(220)과 투명보호전극(230)을 반사전극으로 이용하는 구조로 도시된 것이다.

상기 전기변색부(P)는 일반적으로 전변색소자에서 전기변색부는 전기변색물질과 전해질을 포함하는 구조로 구현되나, 본 실시예에서는 전해질층(140)의 양면에 전기변색물질층(145, 245)이 구비된 구조를 예시하였다. 전기변색부(P)는 전압을 가하면 색상이 변하는 전기변색 원리를 이용하여 외부로부터의 전압 인가에 의해 가역적으로 색이 변하는 소자를 포함하여 구성된다. 전기변색부(P)는 전기변색부에 전압을 가하기 위한 구동회로(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

전기변색물질은 전기화학적 산화, 환원 반응에 의하여 광흡수도가 변화하는 전기변색특성을 갖는 물질로, 전압의 인가 여부 및 전압의 세기에 따라서 가역적으로 전기변색물질의 전기 화학적 산화, 환원 현상이 일어나고, 이에 의하여 상기 전기변색물질의 투명도 및 흡광도가 가역적으로 변경될 수 있다. 이러한, 전기변색물질은 텅스텐, 이리듐, 니켈, 바나듐을 포함하는 금속 산화물 전기변색물질, 비올로겐, 퀴논을 포함하는 유기물 전기변색물질, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤을 포함하는 전도성 고분자 전기변색물질 및 이들의 유도체가 적용될 수 있고, 구체적으로, 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리안트라센(polyanthracene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리페닐비닐렌(polyphenylenevinylene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이때, 전기변색물질은 액상이거나 고상일 수 있다. 또는, 전기변색물질층의 재료로, WO3 기반의 환원 전기변색 물질, NiO 기반의 산화 전기변색 물질, Wiologen 기반의 전기변색 물질 등이 적용될 수 있다. 상기 전해질층(140)은 전기변색 물질의 변색을 위한 이온의 이동을 제공하는 물질로, 고체, 액체, 또는 겔이나 졸 상태의 물질이 적용될 수 있다. 밀봉재(150)는 제1 및 제2 전기변색물질층(145, 245) 사이의 전해질층(140) 주위를 봉합하는 봉합재로서, 알루미나, 실리카 입자들을 포함하는 재료로 구성될 수 있다.

또한, 전기변색물질층(145)는 전기변색물질로 코팅된 층으로서 유기계 또는 무기계 전기변색물질일 수 있다. 유기계 전기변색물질로는 비올로겐, 안트라퀴논, 폴리아닐린, 폴리피놀 또는 폴리싸이오펜으로 이루어질 수 있으며, 무기계 전기변색물질로는 WO₃, MoO₃, CeO₂, MnO₂ 또는 Nb₂O₅ 일 수 있다. 변색, 소색에 대한 반응속도를 고려할 때, 유기계 전기변색물질인 것이 바람직하다. 상기 전기변색물질층(245)은 종래의 전기변색소자는 액상형태의 변색물질을 구비함으로써, 균일한 변색이 이루어지지 않고, 변색상태를 유지하기 위해 계속 전압을 인가해야 하므로 전력소모가 큰 문제를 해소할 수 있도록 한다. 즉, 전기변색코팅층(140)을 형성함으로써 균일한 변색, 소색이 가능하게 되며, 전기변색물질은 메모리 효과가 있어 변색, 소색시에만 전압을 걸어 주기 때문에 전력소모가 적게 된다. 또한, 소색시 역전압을 걸어주기 때문에 소색 반응속도가 빠르며, 코팅공법을 적용하는 전기변색물질은 무기계 또는 유기 고분자이므로 소자의 내구성이 향상된다.

이 경우 상술한 전기변색물질층이 금속전극(245)과 밀착하는 경우, 부식 및 역전압에 의한 손상이 발생하게 되는바, 상기 투명보호전극(230)이 이를 막아주게 된다. 따라서 이렇게 설계된 전기변색미러의 경우 본 발명의 실시예에 따른 전극기판이 적용된 전기변색시스템(EC System) 내에서 변색물질의 구동전압이 낮아져 역전압 인가에 따른 금속전극(Metal layer)의 부식을 막아 전기변색소자(EC Cell)의 내구성을 향상할 수 있으며, 금속전극과 투명보호전극의 적층의 구조에서 오는 낮은 면 저항으로 인해 전기변색소자(EC Cell)의 특성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 도 1 및 도 2에서 상술한 전극기판에서 금속전극(220)의 다층 적층구조를 이루는 어느 하나의 박막을 패터닝된 구조로 형성할 수 있음을 예시한 것이다. 즉, 다층구조의 금속전극(220) 중 각각의 박막(221, 222, 223) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 일정한 개구영역이 형성되는 구조로 패터닝할 수 있도록 한다. 이러한 개구영역을 형성하는 경우, 투과율 조절이 용이하며, 면저항을 더욱 낮출 수 있는 장점이 구현되게 된다.

구체적으로는, 금속전극(220) 중 어느 하나 이상의 박막에 일정한 개구영역(Q)을 형성하는 구조의 패터화된 구조를 구현할 수 있으며, 이러한 개구영역은 원형, 사각형, 마름모 등의 규칙적인 형상일 수도 있으나, 불규칙적인 형성의 단일폐곡선으로 구현될 수도 있다.

이러한 개구영역(Q)의 일 형성 박막구조(225)의 예로는 도시된 것과 같이 제1방향으로 연장되는 제1패턴과 제2방향으로 연장되는 제2패턴이 교차하여 개구영역을 형성하는 메쉬형 구조를 들 수 있다. 이러한 구조는 투과율 조절이 용이하며, 면저항을 더욱 낮출 수 있어 대면적으로 기판의 크기가 커지더라도 안정성이나 응답속도, 전기변색소자에서의 변색의 균일도(uniformity)가 감소하지 않는 신뢰성이 보장되게 된다.

이러한 메쉬형 타입의 개구영역을 구비하는 금속박막은 제1방향으로 연장되는 제1패턴(225a)과 제2방향으로 연장되는 제2패턴(225b)이 교차하여 개구영역(Q)을 형성할 수 있게 된다.

상기 메쉬형 구조의 금속전극의 박막은 기판상에 Ag, Cu 등의 높은 도전율을 갖는 재료로 그물망 형태로 마련된다. 상기 금속박막의 두께는 약 0.1㎛ 내지 약 1㎛이고, 그물망 형태의 메탈메쉬 패턴(225)을 형성하는 패턴 성분의 폭(d 1 또는 d 2)은 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛이다. 그리고 패턴 성분들 간의 피치(p 1 또는 p 2)는 약 100㎜ 내지 약 1000㎜이다. 도 1에서는 일정한 투과율을 확보하기 위해 금속층의 두께를 일정하게 한정하는 것이 필요하나, 본 메쉬형 구조의 금속층은 상기 개구율을 조절하여 투과율의 조절이 가능하며, 두께 폭 피치는 금속층이 적용되는 기판의 면적과 재료에 따라 도전율, 전기저항을 고려하여 설계될 수 있다.

상술한 메쉬패턴을 포함하는 전극기판은 다음과 같은 공정으로 구현될 수 있다. 우선, 기판상에 자외선 경화 레진을 도포하고, 포토마스크를 이용하여 메쉬형태의 패턴을 레진 상에 구현한 후, 닥터블레이드(doctor blade) 방식으로 금속 파우더를 패턴화된 영역 안으로 충진하고, 베이킹을 해서 금속의 전도성을 향상시킨다. 이후, 그 위에 전도성 고분자를 스핀코팅 또는 스프레이 방식으로 코팅하여 전극기판을 완성한다. 이 경우 상술한 자외선 경화수지는 제거될 수도 있고, 잔류시킬 수도 있다. 자외선 경화수지를 잔류시키는 구조의 경우에는, 자외선 수지를 경화시키는 공정 이전 또는 직후에 구현 형태에 따라 자외선 경화수지의 높이가 메쉬패턴의 높이가 동일하게 되도록 평탄화 공정이 추가될 수 있다.

도 5는 도 4에서 상술한 메쉬구조 형태의 금속 박막구조(225)의 교차영역(IA) 확대도를 도시한 것이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 메쉬형 패턴을 구비하는 금속층(225)는 교차영역(IA)에서 메탈메쉬 패턴 자체의 내구성을 높이고 전기전도성을 향상시키는 구조를 구비한다.

일례로, 도 5(a)에 도시한 바와 같이, 메쉬형 패턴을 구비하는 금속층(225)은 교차부(IA)에서 제1 방향으로 연장하는 제1 패턴 성분(225a)과 제1 패턴 성분(225a)과 교차하며 제2 방향으로 연장하는 제2 패턴 성분(225b)을 포함하고, 제1 및 제2 패턴 성분들의 교차 영역(225c)은 교차 영역(225c)에서의 코너 영역(에지부:225d)을 제거하고 마련되는 전류완충패턴(S)를 구비한다. 여기서, 전류완충패턴(225d)은 제1 방향 및/또는 제2 방향에 대하여 소정의 기울기를 가지고 경사진 부분의 형태를 구비하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 에지부에 일정한 면적을 가지는 형태로 경사부나 곡률부를 구비하는 구조로 형성될 수 있다.

또 다른 일례로써, 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 메쉬형 패턴을 구비하는 금속층(225)은 제1 및 제2 패턴 성분들(225a, 225b)의 교차 영역(225c)에서 코너 영역(에지부:225d)을 제거한 형태로 마련되는 굴곡부의 외주를 형성하는 전류완충패턴(S)을 구비한다. 여기서, 굴곡부는 제1 방향으로 연장하는 제1 패턴 성분(225a)이 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장하는 제2 패턴 성분(225b)과 자연스럽게 연결되도록 구성되는 부분을 지칭한다.

전술한 경사부나 굴곡부의 구조를 구비하는 전류완충패턴(S)은, 메쉬형 패턴을 구비하는 금속층(225)의 직각 교차부의 코너 영역에 전류 흐름이 집중되는 것을 방지하여 메탈메쉬 패턴의 열화를 방지하고, 메탈메쉬 패턴의 표면을 흐르는 전류 흐름을 원활하게 하여 전도성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

도 6은 도 3에서 상술한 본 발명의 전극기판을 적용하는 전기변색미러의 다른 구조를 도시한 것이다.

도 3의 구조와 다른 점은 기판(110)과 투명전극(120) 사이에 금속층(130)이 추가되는 점이다. 또한, 별도의 전기변색물질층을 전해질의 양면에 형성하지 않고, 전해질과 전기변색물질을 혼합하여 전기변색부(140)를 구현한 점이다. 본 구조에서도 전기변색물질층을 전해질의 양면에 형성하는 도 3의 구조를 채용할 수 있음은 물론이다.

제2전극기판(200)은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 구조를 채용하고, 제1전극기판(100)은 기판(110)과 투명전극(120) 사이에 금속층(130)이 추가된다. 기판(110)과 투명전극(120) 사이에 금속층(130)이 추가되는 구조의 기판을 사용함으로써, 투명전극(120)의 물질로 사용되는 ITO의 물질을 적은 양을 쓸 수 있으면서 투과도는 ITO 만을 사용하는 전극기판과 동일하게 가져갈 수 있는 장점이 구현되는바, 매우 경제적이면서도 내구성이 강한 전극기판으로 구현할 수 있게 된다.

예를 들면, 스마트 윈도우용 ITO를 포함하는 전극기판에서 면저항을 최대한 줄이면서 반사율을 높이기 위해 유리기판이나 투명 고분자 필름상에 도전성이 높은 금속물질을 박막으로 코팅하고, 그 위에 ITO 물질을 코팅하는 구조를 구현하게 되면, 투명도는 유지하면서 금속전극의 저항을 나타낼 수 있게 된다. 이러한 금속층에 적용되는 물질로는, Au, Cu, Ag 등을 적용할 수 있게 되며, ITO를 적은 양을 쓰더라도 면저항을 낮출 수 있게 되는바, 스마트 윈도우 등에 적용되는 전극기판의 면저항을 최대한 낮출 수 있게 된다. 박막 코팅 방법으로는 PVD, CVD 등의 다양한 스퍼터링 기법이 적용될 수 있다. 이 경우 상기 금속층(130)의 두께를 1nm~50nm의 범위로 형성하여 빛이 투과할 수 있는 범위에서 면저항을 최소화할 수 있도록 한다. 특히 금속층의 두께를 50nm를 초과하는 경우에는 광 투과도를 80% 이상으로 구현하지 못하며, 면저항이 증가하여 효율적인 전극기판으로서의 기능을 구현할 수 없게 된다.

특히, 도 6에서 제1전극기판(100)에서 기판(110)과 투명전극(120) 사이에 금속층(130)이 추가되는 구조는, 대면적으로 기판의 크기가 커지더라도 안정성이나 응답속도의 향상, 전기변색소자에서의 변색의 균일도(uniformity)가 감소하지 않는 신뢰성이 보장되게 된다. 물론, 제2전극기판(200)의 구조를 채용하는 것은 도 1 및 도 2의 본 발명의 실시예에서 구현될 수 있는 효과를 상술한바 있으므로 생략한다.

도 6에 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제1전극기판(100)에서 기판(110)과 투명전극(120) 사이에 금속층(130)이 추가되는 구조를 전기변색미러에 적용하는 경우, 빠른 응답속도를 구현할 수 있음은 물론, 구동전압을 낮추어 내구성을 개선할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6에서 전극패드부(160, 170)를 통해 전원을 인가하는 경우, 종래에는 전원이 인가되는 방향(A방향)과 그 반대방향(B) 방향을 고려할 때, ITO만으로 구현되는 전극의 저항으로 인해, 전극기판의 위치에 따른 응답속도가 다르게 나타나는 문제가 있었다. 즉, 도 7은 도 6의 전극기판을 전면에서 바라본 것을 도시한 것으로, A방향에서 전원이 인가되면, 전원이 인가되는 곳과 가까운 X영역은 응답속도가 빠르게 되나, 기판의 면적이 대면적화하는 경우, 전원 인가 영역으로부터 먼 Y영역의 경우, ITO의 면저항이 증가하게 되어 변소색의 응답속도가 균일하지 않고, 전류 밀도에 따른 변소색의 응답속도가 늦어지게 된다. (특히, ITO 만을 사용하는 경우, 10 옴 이하의 저 저항 ITO 기판을 제작하기는 매우 어렵다.)

그러나 본 발명의 실시예에 따른 제1전극기판(100)에서 기판(110)과 투명전극(130) 사이에 금속층(120)이 추가되는 구조의 전극기판을 적용하는 경우, 금속층의 존재로 투과도는 ITO 수준으로 구현하면서, 저항은 ITO 보다 낮게 구현할 수 있게 되는바, ITO 기판과 상대적으로 적은 양의 ITO를 사용하거나, ITO를 전혀 사용하지 않고도 면저항을 낮출 수 있으므로, 기판의 면저항을 최소화하며 변소색 성능을 개선할 수 있게 된다. 즉, 금속층의 존재로 인해 면저항을 최소화해 구동전압을 낮추어 내구성을 개선하고, 기판 내 과전류 흐름을 방지하면서도 저 저항 제품으로 균일한 전류를 인가할 수 있어 제품 품질이 향상되며, 전극부의 위치(X, Y 영역)에 따른 응답속도가 동일하게 구현할 수 있게 되는 장점이 있다.

도 8은 도 6 구조의 전기변색미러의 다른 실시예로, 전기변색부(P)를 구성하는 구조를 전해질(140)과 전기변색물질층(145)으로 분리한 구조를 예시한 것이며, 도 9는 도 8의 구조에 제2전기변색물질층(245)를 추가한 구조를 도시한 것이다. 이와 같이 다양한 구조로 본 발명에 따른 전기변색미러는 변형설계될 수 있다.

도 10은 제1전극기판(100)의 구조로 도 6 내지 도 9에서 적용한 구조와는 달리, 제1전극기판(100)의 구조를 기판(110) 표면에 도 4에서 상술한 다양한 개구영역을 구현하는 패터닝된 구조의 금속층(125)을 구현한 후, 그 상면에 전도성 고분자층(135)을 코팅하여 전극기판을 구현한 것을 적용한 점에서 도 9와 상이하다.

도 10과 같은 구조의 제1전극기판(100)은 ITO로 대표되는 투명전극물질을 사용하지 않으면서도, 전도성고분자와 패터닝된 금속층을 형성하여 경제적이면서도 품질 및 신뢰성이 좋은 전극기판을 구현할 수 있다는 점에서 큰 이점이 있다. 금속층과 전도성고분자의 적층구조의 전극기판의 경우, ITO를 전혀 사용하지 않는바 저비용으로 대면적기판을 형성할 수 있으며, 나아가 금속패턴 구조를 구비하는바, 대면적으로 기판의 크기가 커지더라도 안정성이나 응답속도, 전기변색소자에서의 변색의 균일도(uniformity)가 감소하지 않는 신뢰성이 보장되게 된다. 또한, 전도성고분자층(130)을 구성하는 전도성고분자화합물은, 다양한 도전성을 구비한 고분자 화합물이 적용될 수 있다. 일예로 PEDOT(poly-3,4ethylenedioxythiophene), 또는 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리피롤을 포함하는 전도성 고분자 전기변색물질 및 이들의 유도체가 적용될 수 있고, 구체적으로, 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리안트라센(polyanthracene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리페닐비닐렌(polyphenylenevinylene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.

도 10에 도시된 구조에서는, 전기변색물질층(145)와 제1전극기판의 금속층(125) 상의 전도성고분자층(135)이 분리되어 있지만, 상기 전기변색물질층(145)을 전도성 고분자층(135)과 동일한 물질로 적용하는 경우에는 상기 전기변색물질층(145)가 생략될 수 있다. 즉, 전기변색성과 도전성을 동시에 가지는 고분자 물질, 일예로 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리안트라센(polyanthracene), 폴리플루오렌(polyfluorene), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리페닐비닐렌(polyphenylenevinylene) 및 이들의 유도체로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질을 적용할 수 있다. 이 경우 전체적이 전기변색미러의 구조가 간소화되며 슬림화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 도시되지는 않았으나, 전해질층(140)과 제2전극기판(210, 220, 230) 사이에 전도반사층(미도시)이 추가로 형성될 수 있다. 즉, 상기 전도 반사층과 제 전기변색물질층(145) 사이에 전해질을 주입하여 전해질층(140)이 형성되며, 상기 전해질층의 양 끝단에 실링재(150)를 구비하며, 전극기판의 말단에 전극접속부(160, 170)를 구비한다. 상기 전도반사층은 전기변색코팅층(145)을 통과하여 입사한 빛을 반사하는 반사판으로서의 역할과 상기 제1전극기판의 전극의 상대전극 역할을 하게 되며, 상기 전도 반사층은 Cu, Au, Ag, Ni, Al, Cr, Ru, Re, Pb, Sn, In, Zn을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속 또는 이들 금속을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있지만, 이는 하나의 예시일 뿐 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예의 전기변색 미러는 차량 미러에 이용될 수 있다. 차량 미러는 차량 룸미러, 차량 사이드 미러 등을 포함한다. 또한, 전기변색 미러는 미러 투영 영역을 확장하거나 차량 미러가 설치되는 차량의 내부면 형태에 따라 소정의 곡률 반경이나 굴곡을 가지고 휘어지도록 구성될 수 있다. 이 경우, ITO의 유연성을 보강하는 전극 플레이트 구조에 의해 투명전극의 유연성과 내구성을 보장할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 차량 미러로서 휘어짐이 가능하며 내구성 및 신뢰성이 우수하고 전기변색 응답 속도가 빠른 전기변색 미러를 제공할 수 있다. 다시 말해서, 차량용 전기변색 거울(Mirror)은 자동차 내부의 환경 변화(하절기의 고온 다습, 동절기의 저온 등)에서도 열화 없이 유지될 수 있도록 넓은 동작 범위를 구비해야 한다. 또한, 뒷 차량에 의한 눈부심을 감지하면, 수초 이내의 빠른 시간 내에 반사율을 낮추어 눈부심 현상을 감소시켜야 하며, 뒷 차량의 전조등이 없어졌을 때 빠른 시간 내에 원 상태의 높은 반사율의 거울로 전이될 수 있어야 한다. 게다가, 야간 운전시 뒷 차량의 전조등에 의한 눈부심은 운전자의 시야를 방해하여 자동차 안전을 위협하는 요인이 되므로 이러한 눈부심 현상을 없애야 한다. 본 실시예에 따른 전극 플레이트로 마련되는 투명전극을 이용하여 전술한 차량 환경에 최적화된 차량 미러를 효과적으로 구현할 수 있다.

도 11은 이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기변색미러를 포함하는 차량용 룸미러 모듈의 구조를 예시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 룸미러 모듈은 상술한 본 발명의 실시예에서의 전기변색미러(400)를 포함하는 구조의 차량용 룸미러 모듈로 구현하는 것이 가능하다.

물론, 이 경우 상기 차량용 룸미러 모듈은, 일면에 상기 전기변색미러(300)가 장착되는 룸미러 하우징(400)을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.

부가적으로, 상기 차량용 룸미러 모듈에는, 광의 세기를 감지하는 광센서(320), 상기 전기변색미러(300) 배면 일부 영역에 형성된 디스플레이유닛(321)과 상기 광센서(310)에 의해 감지된 광세기와 MEMS 센서(미도시)에 의해 감지된 차량의 움직임을 판별하여 전기변색미러(300)와 디스플레이유닛(321)을 제어하는 제어부, 그리고 차량 전면유리에 상기 룸미러 하우징(400)을 고정하는 고정부재(410) 등을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 전극기판은 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 제1전극기판
110: 기판
120: 투명전극
130: 금속층
135: 전도성고분자층
140: 전해질
145: 전기변색물질층
150: 실링부
160,170: 전극패드부
200: 제2전극기판
210: 기판
220: 금속전극
230: 투명보호전극
230: 투명전극
245: 전기변색물질층
P: 전기변색부 Q: 개구영역

Claims

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상호 대향하여 배치되는 제1전극기판 및 제2전극기판;
상기 제1전극기판 및 제2전극기판 사이의 전기변색부; 를 포함하며,
상기 제1전극기판 및 제2전극기판 중 적어도 어느 하나는,
기판;
상기 기판 상의 복수의 적층구조인 금속전극; 및
상기 금속전극 상의 투명보호전극;을 포함하고,
상기 투명보호전극은 상기 금속전극의 상면 및 측면을 포위하는 구조를 가지며 상기 기판의 상면과 직접 접촉하고,
상기 금속전극은 적층구조의 적어도 어느 하나 이상의 층에 다수의 개구영역을 포함하는 패턴구조를 포함하고,
상기 패턴구조는,
제1 방향으로 연장하는 복수의 제1 패턴;
상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장하는 복수의 제2 패턴;
상기 제1 및 제2 패턴이 교차하는 교차 영역;을 포함하고,
상기 패턴구조를 포함하는 금속층은 상기 교차 영역의 에지부에 배치되는 전류완충패턴을 더 포함하고,
상기 전류완충패턴은 상기 제1 및 제2 방향에 대해 경사진 면 또는 곡면을 포함하는 전기변색미러.
청구항 12에 있어서,
상기 전기변색부는,
전기변색물질과 전해질을 포함하는 전기변색미러.
청구항 12에 있어서,
상기 전기변색부는,
전해질층의 일면 또는 양면에 고체 전기변색물질층이 배치되는 전기변색미러.
청구항 12에 있어서,
상기 제1전극기판 및 상기 제2전극기판에 포함되는 기판 중 적어도 어느 하나는 투명기판인 전기변색미러.
청구항 12에 있어서,
상기 투명보호전극은 1nm~200nm 범위의 두께를 가지고,
상기 금속전극은 10nm~200nm 범위의 두께를 가지고,
상기 금속전극 및 상기 투명보호전극은 투과율이 50% 이상인 전기변색미러.