KR102440928B1 - 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자는 모노리식 전고상 전기변색 소자 및 모노리식 전고상 전기변색 소자의 상부에 합지되는 금속메쉬 결합 배리어 필름을 포함한다.

Description

금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 및 이의 제조 방법{ELECTRICHROMIC DEVICE USING BARRIRER FILM INCORPORATION METAL MESH AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전기변색기술(Electrochromic: EC)는 전기화학적 반응으로 물질의 색을 바꾸는 기술로서, 이 반응에는 전자의 이동이 개입되어 전자의 이동에 따른 화학반응이 일반적인 화학반응과는 차이를 나타낸다.
종래 기술에 따른 모노리식 전고상(monolithic all-solid-state) 타입은 젤/필름 전해질 타입에 비해 변색 속도가 낮고, 내구성이 떨어질 가능성이 높은 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 모노리식 전고상 타입 전기변색 소자의 응답 속도 및 투습/투기 방지 성능을 개선하는 것이 가능한 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자는 모노리식 전고상 전기변색 소자 및 모노리식 전고상 전기변색 소자의 상부에 합지되는 금속메쉬 결합 배리어 필름을 포함한다.
금속메쉬 결합 배리어 필름은 배리어 필름 상에 전기 도금을 수행하고, 포토레지스트 공정을 수행하고, 패터닝 및 에칭을 수행하고, 포토레지스트 제거를 수행함에 따라 형성된다.
금속메쉬 결합 배리어 필름은 모노리식 전고상 전기변색 소자의 전기변색층 또는 상부 투명 전극의 상부에 합지된다.
금속메쉬 결합 배리어 필름은 투명 접착제의 기계적 물성에 대한 제어 및 합지 시의 압력 제어에 따라, 기설정된 범위의 압력으로 전기변색 소자에 합지된다.
본 발명에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 제조 방법은 (a) 금속메쉬 결합 배리어 필름을 형성하는 단계 및 (b) 금속메쉬 결합 배리어 필름을 모노리식 전고상 전기변색 소자에 합지하는 단계를 포함한다.
(a) 단계는 배리어 필름 상부에 전기 도금을 수행하는 단계, 포토레지스트 공정을 수행하고 포토 레지스트를 패터닝하는 단계, 에칭 및 포토레지스트 제거 단계를 포함한다.
(b) 단계는 모노리식 전고상 전기변색 소자의 최외곽층인 전기변색층 또는 상부 투명전극에 금속메쉬 결합 배리어 필름을 합지한다.
(b) 단계는 광학용 접착제(Optically Clear Adhesive) 또는 감압 접착제(Pressure Sensitive Adhesive)를 사용하여 합지한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 투명 전극에 금속 메쉬 적용을 통하여 투명 전극의 전기 전도성이 개선되며, 전기변색 소자의 응답 속도가 개선되는 효과가 있다.
금속 메쉬가 결합된 배리어의 적용으로 인하여 외부 수분 및 산소의 침투를 막을 수 있고, 내부 반응에 참여하는 이온들의 휘발을 방지할 수 있어 전기변색 소자의 내구성을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름의 제조 과정을 도시한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자를 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자의 제조 방법을 도시한다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 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 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
이하에서는, 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경에 대하여 먼저 서술하고, 본 발명의 실시예에 대하여 서술하기로 한다.
각종 플라스틱 기재에 수분 및 가스의 투습 및 투기 특성을 개선하기 위한 수단으로서, 플라스틱 기재의 표면에 무기소재와 유기 소재를 증착, 코팅하여 유무기 적층 구조의 배리어를 구현하고 있다.
이러한 배리어는 각종 전자 디바이스, 예를 들면 유기 일렉트로루미네센스(EL), 태양전지, 터치 패널, 전자 페이퍼, 전기변색 소자 등을 밀봉(sealing)하는 역할을 하여 내구성을 향상시키는 역할을 한다.
한편, 전기제품의 투명 전극 구현을 위해 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 불소첨가주석산화물(FTO: F-doped Tin Oxide) 등의 산화물 전극이 사용되는데, 이는 금속에 비해 상대적으로 높은 저항으로 인하여, 중대형 면적의 전기제품에 적용할 때 제품의 반응 속도가 느려지는 문제점이 있다.
특히, 전기변색 미러, 디스플레이 장치 등의 전면 전극이나 터치스크린패널로 이용될 때, 산화물 전극의 상대적으로 낮은 반응 속도로 인해 변색과 소색에 대한 제어 속도가 느려지거나, 디스플레이 장치에서의 터치 반응이 느려져 사용자 편의성이 저하되는 문제점이 있다.
전기변색 소자(electrochromic device)는 외부의 전기장에 의하여 변색 물질에 화학반응이 일어나고 이를 통해 가시적으로 변색 효과가 발생하는 소자이다.
전기변색 소자는 크게 젤/필름 전해질 타입과 모노리식 전고상(monolithic all-solid-state) 타입으로 나눌 수 있다.
젤/필름 전해질 타입은 두 개의 기판을 사용하여 각각의 기판에 투명전극/전기변색층, 투명전극/이온저장층을 형성한 후 젤이나 필름 형태의 전해질을 합지하여 제조된다.
모노리식 전고상 타입은 하나의 기판 위에 투명전극/전기변색층/고체전해질/이온저장층/투명전극을 차례로 적층하여 제작된다.
모노리식 전고상 타입은 하나의 기판 위에 모든 구성층을 차례로 증착하는 연속공정이 가능하기 때문에 젤/필름 전해질 타입에 비하여 생산 단가를 낮출 수 있고, 모든 구성층이 세라믹 박막으로 이루어져 있어 내구성이 우수한 장점을 가지고 있다.
반면, 이온전도도가 낮은 세라믹 전해질 사용으로 인하여 젤/필름 전해질 타입에 비해 변색 속도가 낮고, 상부 유리 부재로 인해 수분 및 가스의 침투 또는 내부 반응에 참여하는 이온의 휘발이 발생할 수 있어 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 응답 속도를 개선할 수 있는 투명전극 전도성 개선, 높은 이온전도도의 세라믹 전해질 개발, 표면 투습/투기 방지 보호막(봉지재, 배리어) 개발이 매우 중요한 이슈이다.
본 발명은 전술한 문제점에 착안하여 제안된 것으로, 모노리식 전고상 전기변색 소자의 상부에 배리어와 금속 메쉬가 결합된 필름을 결합함으로써, 응답 속도를 개선하고 투습/투기 방지 성능을 개선하는 모노리식 전기변색 소자를 제안한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수분투습 방지 보호막(봉지재, 배리어)과 금속 메쉬 형태의 투명 전극이 결합된 필름 및 이를 전기변색 소자의 상부에 형성한 구조를 제공함으로써, 전기변색 소자의 장기 내구성을 향상시키고 응답 속도를 개선시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름의 제조 과정을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 증착 방법(Deposition Method)을 이용하여 금속메쉬 결합 배리어 필름을 형성한다.
수분 투습 방지층은 ALD, 스퍼터(Sputter), CVD, 용액 코팅 공정(solution coating process) 등으로 형성될 수 있으며, Al2O3, HfO, SiO2, SION 및 SiNx 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배리어 필름을 형성한 후 그 상부 또는 하부에 금속 메쉬를 구현하기 위한 방법으로는, 전기도금을 이용하는 방법, 잉크를 프린팅하거나 진공 증착을 한 후 포토리소그라피 공정으로 구현하는 방법이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬(112)의 소재는 구리, 구리를 주성분으로 하는 구리 합금, 또는 은이나 은을 주성분으로 하는 은 합금인 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 배리어 필름(111) 상부에 시드 레이어(105)가 배치되고, 그 상부에 구리(112)가 전면 도금/코팅/증착된다.
이어서, 포토레지스터 코팅 및 노출(exposure)에 따라 포토레지스트(113)가 패터닝되고, 패터닝 되지 않은 구리(112) 부분을 에칭(etching)한 후, 포토레지스트(113)를 제거하여 금속 메쉬를 형성한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름(110)을 이용한 전기변색 소자를 제조하기 위해, 금속메쉬 결합 배리어 필름(110)을 전기변색 소자에 합지하는 과정에서, 투명 접착제의 기계적 물성 및 합지 시의 압력을 제어한다.
투명 접착제의 기계적 물성이 하드하거나, 합지 시의 압력이 충분히 높지 않아 금속메쉬가 투명전극층에 물리적으로 접촉되지 않으면, 전기적 특성의 저하가 발생된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 투명 접착제의 기계적 물성을 기설정 범위 내로 소프트하게 제어하고, 합지 시의 압력을 기설정 압력으로 가하여 금속메쉬가 전기변색 소자와 접촉되는 면적을 최대한 넓힌다.
본 발명의 실시예에 따르면, 합지 시의 압력은 15 내지 100kPa임이 바람직하고, 보다 구체적으로는 30 내지 40kPa을 가하게 된다.
이 때, 금속메쉬 결합 배리어 필름(110)을 전기변색 소자 상부에 합지하는 과정에서, 투명 접착제(OCA-Optically Clear Adhesive, PSA-Pressure Sensitive Adhesive)가 사용된다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하면, 유리(120) 상부에 제1 투명전극(130), 이온저장층(140), 고체전해질(150), 전기변색층(160)이 증착되고, 전기변색층(160)의 상부에 금속메쉬(112)가 결합된 배리어 필름(111)이 합지된다.
이 때, 금속메쉬 결합 배리어 필름(111, 112)은 ITO와 대비하여 볼 때, 금속메쉬 자체적으로도 저렴한 가격으로 낮은 저항을 구현하고, 우수한 내구성을 구현할 수 있으므로, 상부 투명 전극을 대체하는 것이 가능하다.
금속메쉬 결합 배리어 필름(111, 112)은 전기변색층(160) 상부에 합지함에 따라, 전기변색층(160) 상부에 상부 투명 전극을 증착하는 공정을 생략하는 것이 가능하여, 공정 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 4를 참조하면, 유리(120) 상부에 제1 투명전극(130), 전기변색층(160), 고체전해질(150), 이온저장층(140)이 증착되고, 이온저장층(140)의 상부에 금속메쉬(112)가 결합된 배리어 필름(111)이 합지된다.
즉, 이는 도 3에 도시한 예에서 유리(120) 상부에 제1 투명전극(130), 이온저장층(140), 고체전해질(150), 전기변색층(160)이 증착되고, 전기변색층(160)의 상부에 금속메쉬 결합 배리어 필름(111, 112)이 합지되는 것과 비교하여 볼 때, 이온저장층(140)과 전기변색층(160)의 적층 순서가 변경된 것이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명하면, 유리(120) 상부에 제1 투명전극(130), 이온저장층(140), 고체전해질(150), 전기변색층(160), 제2 투명전극(170)이 증착되고, 제2 투명전극(170)의 상부에 금속메쉬(112)가 결합된 배리어 필름(111)이 합지된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 투명전극(170)과 금속메쉬(112)가 함께 사용됨으로써, 본 발명의 일 실시예와 비교하여 볼 때 저항이 훨씬 낮아지게 되어, 전기변색 소자의 응답속도가 상대적으로 더 빨라지고, 전기변색 소자 전체 면적에서 변색 및 탈색이 균일하게 진행되는 것이 가능한 효과가 있다.
도 6를 참조하면, 유리(120) 상부에 제1 투명전극(130), 전기변색층(160), 고체전해질(150), 이온저장층(140) 및 제2 투명전극(170)이 합지되고, 제2 투명전극(170)의 상부에 금속메쉬(112)가 결합된 배리어 필름(111)이 합지된다.
즉, 이는 도 5에 도시한 예에서 유리(120) 상부에 제1 투명전극(130), 이온저장층(140), 고체전해질(150), 전기변색층(160) 및 제2 투명전극(170)이 증착되는 것과 비교하여 볼 때, 이온저장층(140)과 전기변색층(160)의 적층 순서가 변경된 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자의 제조 방법을 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자의 제조 방법은 금속메쉬 결합 배리어 필름을 형성하는 단계(S710) 및 금속메쉬 결합 배리어 필름을 전기 변색 소자에 결합시키는 단계(S720)를 포함하여 구성된다.
S710 단계는 도 1에 도시된 바와 같이, 배리어 필름 상부의 시드 레이어 상에 구리를 전기도금(electroplating)하는 단계와, 포토레지스트 공정을 수행하여 포토 레지스트를 패터닝하는 단계와, 패터닝되지 않은 구리를 에칭하는 단계 및 포토레지스트를 제거하여 금속 메쉬를 완성하는 단계를 포함한다.
S720 단계는 모노리식 전고상 전기변색 소자의 최외곽의 전기변색층 또는 제2 투명전극에 금속메쉬 결합 배리어 필름을 합지한다.
이 때, S720 단계는 투명 접착제(OCA-Optically Clear Adhesive, PSA-Pressure Sensitive Adhesive)를 사용하여 금속메쉬 결합 배리어 필름을 합지한다.
S720 단계에서 금속메쉬 결합 배리어 필름을 전기변색층의 상부에 합지하는 경우, 상부 투명 전극을 대체하여 제조 공정을 줄임으로써, 공정 단가를 낮추는 것이 가능하다.
S720 단계에서 금속메쉬 결합 배리어 필름을 제2 투명전극(상부 투명 전극)에 합지하는 경우, 저항을 줄여 전기변색 소자의 응답성을 개선하고, 변색 및 탈색이 전기변색 소자의 전체 면적에서 균일하게 진행되도록 한다.
이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. (a) 금속메쉬 결합 배리어 필름을 형성하는 단계; 및
    (b) 상기 금속메쉬 결합 배리어 필름을 모노리식 전고상 전기변색 소자에 합지하는 단계를 포함하고,
    상기 (a) 단계는 배리어 필름 상에 전기 도금이 수행되고, 포토레지스트 공정이 수행되고, 패터닝 및 에칭이 수행되고, 포토레지스트 제거가 수행되고,
    상기 (b) 단계는 상기 금속메쉬 결합 배리어 필름을 전기 변색층의 상부에 합지하여 상기 전기변색층 상부에 상부 투명 전극을 증착하는 공정을 생략하여 상부 투명전극을 대체하고,
    상기 (b) 단계는 상기 금속메쉬 결합 배리어 필름을 투명 접착제의 기계적 물성에 대한 제어 및 합지 시의 압력 제어에 따라, 30 내지 40kPa의 압력으로 상기 전기변색 소자에 합지되고,
    상기 (b) 단계는 광학용 접착제(Optically Clear Adhesive) 또는 감압 접착제(Pressure Sensitive Adhesive)를 사용하여 합지하는 것
    인 금속메쉬 결합 배리어 필름을 이용한 전기변색 소자 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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