KR20060082932A - 광산란이 감소된 전기변색 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

광산란이 감소된 전기변색 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해질의 굴절율을 조절함으로써 광산란이 감소된 전기변색 장치 및 상기 굴절율이 조절된 전해질을 사용함으로써 전기변색 장치의 광산란을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
광산란, 전기변색 장치, 굴절율, 전기변색, 전기변색 물질

Description

광산란이 감소된 전기변색 장치 및 그 제조방법{Electrochromic device with reduced light scattering property and method for preparing the same}
도 1은 전기변색 물질이 도포된 전극을 갖는 전기변색 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2a는 전기변색 물질이 도포된 전극을 갖는 전기변색 장치에서, 굴절률이 조절되지 않은 전해질을 사용하는 경우에 발생하는 광산란을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2b는 전기변색 물질이 도포된 전극을 갖는 전기변색 장치에서, 굴절률이 조절된 전해질을 사용하는 경우 광산란이 줄어든다는 것을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3는 실시예의 전기변색 장치의 적분구법을 이용하여 측정된 광산란 특성을 나타내는 그래프이다.
여기서, A는 공기의 광산란을 나타내며, B는 전해질의 굴절율이 조절되지 않은 비교예 1의 광산란을 나타내며, 3c는 전해질 조절물질로서 화학식 1c의 화합물을 첨가한 경우(실시예 1)의 광산란을 나타내고, 3a는 전해질 조절물질로서 화합학식 1a의 화합물을 첨가한 경우(실시예 2)의 광산란을 나타낸다.
도 4는 산화텅스텐 박막 내에 포함된 나노 실리카 입자를 에칭하여 형성된 산화텅스텐 전기변색 물질이 전극에 도포된 것을 나타낸다.
도 5는 상기 전기변색 물질이 유리기판의 투명전극 위에 코팅되어 전원이 차단되었을 때 빛이 투과되는 모습(A) 및 전원이 인가되었을 때 변색되어 특정 파장의 빛 이외에는 차단하는 스마트윈도우로서의 기능을 하는 것(B)을 개략적으로 나타내고 있다.
도 6은 전기변색 물질이 거울면의 상부기판에 배치되어 전기변색 거울을 형성하도록 하는 전기변색 장치의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 7은 비교예 1과 실시예 1에서 제조된 전기변색 장치의 작동특성으로서 착색과 탈색시간을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. (A: 비교예 1, B: 실시예 1)
<부호의 간략한 설명>
1, 5: 기판
2, 4: 전극
3: 전기변색 물질
6: 전해질
7: 전원
8: 빛
본 발명은 전해질의 굴절율을 조절함으로써 광산란이 감소된 전기변색 장치 및 상기 굴절율이 조절된 전해질을 사용함으로써 전기변색 장치의 광산란을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
전기변색이란 인가된 전기장의 전위에 따라 색을 달리하는 현상이다. 이러한 전기변색 현상을 이용하면 전기변색 소자, 정보 기억 소자, 태양 전지 등의 전기-광스위치 소자들을 만들 수 있다. 특히, 이러한 전기변색 특성을 이용한 전기변색 소자(Electrochromic Device :ECD)로서, 창문이나 거울등에서 광의 투과도나 반사도를 조절하는 용도인 스마트윈도우 또는 전기변색 거울이 현재 사용되고 있다.
전기변색 물질은 무기 전기 변색 물질 (Inorganic EC material), 유기 전기 변색 물질 (Organic EC material)과 유기-무기 하이브리드 변색 물질로 나눌 수 있다. 대표적인 무기 전기변색 물질로서는 WO3, NiOxHy, Nb2O 5, V2O5, TiO2, MoO3 등이 있고, 유기 전기 변색 물질은 종류가 다양하지만 대표적으로 Polyaniline등이 있으며, 유기-무기 하이브리드 물질로는 아나타제(anatase)형의 TiO2 나노 입자에 비올로겐(viologen)을 화학 흡착시킨 형태의 물질이 대표적이다.
상기 전기변색 물질은 일반적으로 전극 위에 박막 형태로 코팅되어 사용되거나 전해질 내에 분산되어 있는 형태로 사용된다. 그 중, 특히 금속산화물 형태로 된 전기변색 물질은 나노입자 구조를 가지며 이들은 나노입자 막 형태로 전극에 코팅 또는 도포되어 사용되는 경우가 많다. 이들 금속산화물의 나노입자 막은 전기변색이나 광발전 등 여러 분야에서 응용되고 있다.
한편, 상기 전기변색 물질들을 다른 전기변색 물질로 표면처리하여 사용하기 도 하며, 전기변색 특성이 없는 금속산화물을 전기변색 물질로 표면처리하여 사용하기도 한다.
전기변색 물질로 표면 처리된 금속산화물에 의하여 형성된 나노 입자막은 스마트 윈도우나 자동차의 자동감광 후방거울과 같은 광학변조가 필요한 응용분야에서의 적용에 매우 유용하다. 예를 들어 WO-A-97/35227 및 WO-A-98/35267에서도 전기변색 화합물을 화학흡착하여 개질된 나노구조 금속산화물 막과 전극을 포함하는 전기변색 장치에 대한 예를 볼 수 있다. 전기변색 화합물을 화학흡착하여 개질된 나노구조 금속산화물 막을 전극으로 이용하는 전기변색 장치는 일반적인 전기변색 장치에 비해 전극의 표면적이 매우 넓어 구동속도가 빠르고 탈색 시 잔상이 남지 않는 장점이 있다.
그러나, 이러한 전기변색 장치는 양쪽 전극 사이에 전해질이 채워지는 구조로 이루어져 있는데, 이 때 전기변색 물질과 전해질의 굴절률에 차이가 있어서 광산란이 생기는 문제점이 있다.
특히, 금속산화물 나노입자로서 굴절률이 약 2.4인 이산화타이타늄(TiO2) 또는 굴절률이 1.68인 삼산화텅스텐(WO3)이 주로 사용되고, 전해질로서 굴절률이 1.436인 α-butyrolactone(m.p: -45℃, b.p: 204℃)을 사용하되는데, 이들은 굴절률에 차이가 있는 바, 도 2a에 나타낸 것과 같이 굴절률 차이에 의한 광산란이 발생하게 된다. 이러한 광산란은 전자종이와 같이 배경색이 불투명한 전기변색 장치에는 영향을 주지 않으나 스마트 윈도우와 같이 투명하거나 전기변색 거울과 같은 거울면을 가지는 전기변색 장치에서는 문제가 될 수 있다. 즉 이러한 광산란 현상은 스마트 윈도우나 자동 변색 후방 거울과 같이 배면 전극으로 투명 전극이나 거울면으로 사용되는 금속 전극을 사용할 경우 전기변색 장치를 통과하거나 반사한 상의 선명도를 감소시키는 문제를 야기한다.
그렇기 때문에, 전기변색 장치에서 상의 선명도를 향상시키기 위하여는 광산란, 특히 전기변색 물질과 전해질 사이에서의 광산란을 억제하는 것이 필요하다.
이에 본 발명자들은 전기변색 물질로 처리된 전극을 가지는 전기변색 장치 또는 전기변색 물질이 전해질에 분산되어 있는 형태의 전기변색 장치를 투과한 상의 선명도를 증가시키기 위하여 연구한 결과, 전해질의 굴절률을 조절함으로써 광산란을 감소시킬 수 있음을 알고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 전기변색 장치를 투과한 상의 선명도를 증가시키기 위해 전해질의 굴절률을 조절함으로써 광산란을 감소시키는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 굴절률이 조절된 전해질을 이용하여 광산란이 최소화된 전기변색 장치 및 그 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전해질의 굴절률을 조정함으로써 전기변색 장치의 굴절률을 조절하는 방법을 제공한다.
본 발명은 전기변색 물질로 처리된 전극을 갖는 전기변색 장치로서, 굴절률 조절제가 첨가된 전해질을 사용하는 전기변색 장치를 제공한다.
본 발명은, 예를 들어 도 1과 같이, 전면기판(1); 상기 전면기판에 형성된 제 1전극(2); 상기 제 1전극에 형성된 전기변색 물질층(3); 상기 전면기판과 대향되도록 배치된 배면기판(5); 상기 배면기판면에서 상기 전면기판쪽 방향으로 형성된 제 2전극(4); 및 상기 전극 사이에 채워진 전해질(6)을 포함하는 전기변색 장치에 있어서, 상기 전해질에는 상기 전해질의 굴절률과 굴절률이 다른 굴절률 조절제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기변색 장치를 제공한다.
한편, 전기변색 물질이 전해질에 분포되어 있는 상태의 전기변색 장치의 경우에는 도 1과 달리 전기 변색 물질이 전해질에 분산되어 있을 것이다.
상기 전기변색 장치에서, 전면기판과 배면기판은 서로 이격되어 상기 전면기판에 형성된 제 1전극과 상기 배면기판에 형성된 제 2전극 사이에 공간이 형성되고 이 공간에 전해질이 충진된다. 제 1전극을 포함하는 전면기판부와 제 2전극을 포함하는 배면기판부를 접할할 때에는, 접합용 물질로 전면을 모두 밀봉하는 것이 아니라 상기 전해질 충진을 위하여 소정의 간극을 두어 전해질을 충진할 수 있도록 한다. 상기 전해질이 충진된 후에는 상기 간극을 메워서 전해질을 밀봉할 수 있다.
본 발명에 따른 전기변색 장치는 전해질의 굴절률을 조절함으로써 광산란이 감소될 수 있다. 전해질의 굴절률 값과 전기변색 물질의 굴절률 값의 차이가 적을수록 광산란이 감소된다. 바람직하게는, 전해질의 굴절률과 전기변색 물질의 굴절률은 그 차이가 1.0 이하로 조절되는 것이 광산란을 방지하는데 효과적이다.
일반적으로 전기변색 물질의 굴절률이 전해질의 굴절률보다 크기 때문에, 전해질의 굴절률을 증가시키는 방법으로 굴절률을 조절한다.
따라서, 본 발명에서는 굴절률 조절제에의 첨가에 의하여 굴절률이 증가된 전해질을 사용함으로써 광산란을 최소화시킬 수 있는 전기변색 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 전해질의 굴절률을 증가시키는 것에 의하여 전기변색 장치의 광산란을 감소시키는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 전기변색 장치의 전해질에 첨가하여 광산란을 감소시킬 수 있는 굴절률 조절제를 제공한다.
본 발명에 따른 전기변색 장치에서 전해질로서는 이온성 액체 또는 이온성 액체 겔을 사용하는 경우에 광산란 감소효과가 우수하다. 이러한 광산란 감소의 효과는 고체 전해질에서도 동일하게 나타날 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 전해질로서 γ-buryrolactone, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate 등이 있으며, 전해질이 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, lithium bisimide와 ferrocene이 혼합된 γ-butyrolactone이 용이하게 사용될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 전기변색 장치에 사용 가능한 굴절률 조절제는 전해질과 전기변색 물질의 굴절률의 차이를 줄여줄 수 있는 물질로서 전해질에 용해 또는 혼입될 수 있는 물질이라면 제한없이 사용될 수 있다. 아울러, 색깔이 없고 투명성이 높은 물질이 굴절률 조절제로서 더욱 바람직하다. 상기 조절제는 전기화학적 활성이 없는 것이 바람직하며, 그렇기 때문에 전해질에 녹기만 한다면, 전해질의 종류나 굴절률 조절제의 종류에 상관없이 굴절률 조절제의 효과를 나타낼 수 있다.
일반적으로 전해질의 굴절률이 전기변색 물질의 굴절률보다 낮기 때문에, 본 발명에 의한 굴절률 조절제는 전해질보다 굴절률이 큰 물질이 될 것이다.
일반적으로 유기분자들은 1.42~1.50의 굴절률을 가지며 분자 내에 S, P, Br 등의 원자가 많이 포함되면 1.55~1.61의 높은 굴절률을 가진다. 또한 단분자 고굴절 물질이 고분자화되면 굴절률이 증가하게 된다(Bai Yang et al. J. Appl. Polym. Sci. 2000, 75, 1474 참조).
따라서, 바람직하게는 Br, S, P 를 포함하는 굴절률 1.5 이상의 단분자 또는 고분자의 화합물이 본 발명에 의한 굴절률 조절제로서 사용 가능하다.
구체적으로 본 발명에 적합한 굴절률 조절제로서는, tetrabromobisphenol A (화학식 1a), 2,4,6-tribromophenyl acrylate (화학식 1b), 2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate (화학식 1c) 또는 2,2'6,6'-tetrabromobisphenol A ethoxylate (1 EO/phenol) diacrylate (화학식 1d)와 같은 bromine계열 화합물; thiodiglycol diacrylate (화학식 1e)와 같은 sulfur계열 물질과 이들 물질의 중합체를 예로 들 수 있다. 또한 상기 굴절률 조절제로는 액체뿐만 아니라 diphenyl sulfide (화학식 1f) 나 triphenyl phosphate (화학식 1g)와 같은 전해액에 용해가 되는 고체상태의 물질도 가능하다. 또한 하기 화학식 1h로 표현되는 2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole 및 화학식 1i로 표현되는 2-aminophenyl disulfide를 사용할 수도 있다. 상기 화합물들을 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다.
Figure 112005001977946-PAT00001
(tetrabromobisphenol A, n=1.64)
Figure 112005001977946-PAT00002
(2,4,6-tribromophenyl acrylate, n=1.587)
Figure 112005001977946-PAT00003
(2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate, n=1.564)
Figure 112005001977946-PAT00004
(2,2'6,6'-tetrabromobisphenol A ethoxylate(1 EO/phenol) diacrylate, n=1.564)
Figure 112005001977946-PAT00005
(thiodiglycol diacrylate, n=1.511)
Figure 112005001977946-PAT00006
(diphenyl sulfide, n=1.632)
Figure 112005001977946-PAT00007
(triphenyl phosphate, n=1.568)
Figure 112005001977946-PAT00008
(2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole)
Figure 112005001977946-PAT00009
(2-aminophenyl disulfide)
상기와 같이 고굴절률을 가진 굴절률 조절제를 첨가한 전해질의 굴절률은 첨가전에 비하여 증가하고 금속산화물 나노입자 박막과의 굴절률 차이가 줄어들어 빛이 직진하는 성질이 강해지게 되며 빛의 산란 정도는 줄어들고 상이 훨씬 선명하게 된다.
상기 굴절률 조절제의 사용량은 전기변색 물질의 굴절률 및 전해질의 굴절률에 따라 다르다. 전기변색 물질의 굴절률과 전해질의 굴절률의 차이가 작을수록 광산란 감소효과가 우수하며, 특히 굴절률의 차이가 1.0 이하인 것이 바람직하기 때문에, 당업자라면 굴절률의 차이가 1.0 이하의 범위가 될 수 있도록 굴절률 조절제의 양을 조절할 수 있다.
일반적으로 굴절률 조절제는 전해질 중에 0.5M 이하의 농도로 함유될 수 있다. 굴절률 조절제의 굴절률 및 전해질의 굴절률에 따라 그 양이 조절되는 것은 당연하다. 다만, 굴절률 조절제의 양이 지나치게 많아지면 전해질의 성능이 감소하는 문제가 있기 때문에 굴절률 조절제의 양을 상기와 같이 전해질 중에 0.5M의 농도를 초과하지 않도록 하는 것이 좋다. 바람직하게는 굴절률 조절제는 전해질 중에 0.2M 이하의 농도로 함유되는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 0.1M 이하의 농도로 함유 되는 것이 좋다.
당업자라면 굴절률 조절제의 양이 많아지지 않도록 하면서도 전기변색 물질의 굴절률과 전해질의 굴절률의 차이가 가능한 적어지도록 굴절률 조절제 및 그 양을 적절하게 선택하여 사용할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명에 따른 전기변색 장치에 사용되는 전기변색 물질은, 전기장의 변화에 의하여 색깔이 변할 수 있는 물질이라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물의 형태의 전기변색 물질로서 TiO2, WO3, SnO2, MoO3 , ZnO2, NiO2, FeO3, IrO3, RuO2, NiOxHy, Nb2O5 , V2O5, TiO2 등이 사용될 수 있으며, 유기 전기변색 물질로서 Polyaniline 등이 사용 가능하다. 또한, 전기변색 특성이 없는 물질의 표면을 전기변색 특성이 있는 물질로 개질하여 전기변색 물질로 사용할 수 있다. 한편, 상기 전기변색 물질을 개질하여 전기변색 특성을 향상시킨 것을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 전기변색 특성이 있는 금속 산화물의 표면을 전기변색 특성을 갖는 화합물로 처리하여 자체 변색속도를 향상시킨 전기변색 물질을 사용할 수도 있다.
구체적인 예로서, 상기한 전극 산화물 중 WO3 의 경우 나노 홀(hole)과 같은 나노 구조물을 형성하기도 하며, TiO2 의 경우에는 자체 변색 속도를 향상시키기 위하여 비올로겐 화합물로 표면을 처리하기도 한다. 비올로겐 화합물과 같이 금속 산화물의 표면에 도포되어 전기변색 특성을 개량하는 물질을 특히 전기변색 염료라고도 하는데, 상기와 같이 표면을 화학 개질을 하는 동안 전기변색 염료는 산화금속 나노 입자 표면에 자기조립 단분자막(self-assembled mono-layer)을 형성하게 된다.
본 발명에 따른 전기변색 장치에 사용되는 전기변색 물질의 특성을 개량하기 위하여 적용 가능한 전기변색 염료 물질로서, 바람직하게는 비올로겐 화합물이 있다. 특히, 하기 화학식 2로 표현되는 2-((α'-(4'''-N,N-dimethylylridinium)-4''-α-)-4, 4'-dipyridinium)-ethylphosphonicacid trichloride salt (DMAP-VP) 또는 하기 화학식 3으로 표현되는 bis-(2-phosphonoethyl)-4,4'-bipyridinium dichloride(PVP)가 있다. 물론, 다른 전기변색 특성을 가지는 화합물 또한 사용이 가능하다.
Figure 112005001977946-PAT00010
(DMAP-VP)
Figure 112005001977946-PAT00011
(PVP)
전극 재료로는 전기 전도성이 있는 물질이라면 제한없이 사용할 수 있다. 예들 들어, 금속, 금속 산화물 또는 유기물 등이 전극 재료로 이용될 수 있는데, 전기변색 장치의 용도에 따라 당업자라면 필요한 전극을 선택하여 사용할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 전기변색 장치가 스마트윈도우와 같이 빛을 투과시키는 용도로 사용될 경우에는 투명전극을 사용하여야 하며, 자동변색 거울과 같이 빛을 반사시켜야 한다면 거울면 전극을 사용하여야 할 것이다. 투명전극으로서는 주로, ITO(indium tin oxide)나 FTO(fluorine doped tin oxide)가 사용될 수 있고, 거울면 전극으로서는 은이나 크롬 등의 금속 거울면, 또는 ATO(antimony-doped tin oxide)와 같은 금속산화물 나노 입자막이 사용 가능하다.
상기 전기변색 물질은 적어도 하나의 전극에 도포 또는 코팅되어 사용되는데, 스크린 인쇄, 졸-겔법 또는 닥터블레이딩과 같은 방법으로 도포된다.
전기변색 물질이 도포되어 있는 전극은 투명전극인 것이 일반적이다. 거울 특성을 갖는 전기변색 장치에 있어서, 상기 거울면 전극은 일반적으로 전기변색 물질이 도포되어 있는 전극과 대향되는 쪽에 배치된다. 예들 들어, 전기변색 물질이 도포된 전극에 대향되는 쪽에, 투명 기판을 사용할 경우 스마트 윈도우로, 금속 전극을 사용할 경우에는 자동감광 후방거울로 응용이 가능하다.
전기변색 물질이 도포된 전극과 그 맞은편의 대응 전극은 일정 간격을 두고 서로 대향하도록 접착한다. 이때 접착부의 일부분을 남겨 진공 챔버에서 불활성 가스를 이용하여 전해질을 주입하고 밀봉한다. 전해질 주입 후에는 상기 접착부의 일부분까지 완전히 밀봉하여 기밀성을 유지한다.
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예 또는 비교예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<비교예 1>
전극으로서 가로 25cm, 세로 7cm의 FTO(fluorine doped tin oxide)가 코팅된 유리기판 위에, 전기변색 물질로서 가로 24cm, 세로 6cm 크기로 아나타제 타입의 TiO2 코팅하고 이를 전기변색 염료인 2-((α'-(4'''-N,N-dimethylylridinium)-4''-α-)-4, 4'-dipyridinium)-ethylphosphonicacid trichloride salt로 표면개질하여 투명전극 부분을 제조하였다.
구체적으로, Ti(O-iPr)4를 가수분해하여 TiO2 나노결정 콜로이드 분산액을 만들었다. 초기에 만들어진 나노결정의 평균 입자크기는 7nm였으며, 200℃에서 12시간 autoclave를 하여, 평균 입자크기가 12nm가 되도록 하였다. 용매를 감압증류하여 160g/L의 농도로 만든 후, 이 용액에 TiO2를 기준으로 40중량%의 Carbowax 20000 [평균 분자량 20000인 폴리(에틸렌 옥사이드)임]을 가하여 하얀색의 점도가 높은 티타니아 졸 반죽을 만들었다. 이 반죽을 스크린인쇄 방법을 이용하여 ITO 투명전극에 스크린 인쇄하고 450℃의 고온에서 소결하여 나노기공을 포함한 TiO2 금속 산화물이 코팅된 투명전극을 만들었다.
상기 TiO2의 표면개질을 위하여, 10 mM 농도의 2-((α'-(4'''-N,N- dimethylylridinium)-4''-α-)-4,4'-dipyridinium)-ethylphosphonicacid trichloride salt (화학식 2) 수용액 50 ml에 상기에서 제작한 작업 투명전극을 30분간 담근 후 에탄올 50 ml로 2회 씻어주고 상온에서 4시간 말려서 전기변색 물질이 코팅된 투명전극을 완성하였다. 이 때 상기 표면개질된 산화티타늄(TiO2) 박막의 두께는 4㎛ 였다.
상기 전기변색 물질이 코팅된 투명전극의 대응전극으로는 크롬 금속 거울면을 사용하였다. 즉, 대응전극은 세척된 가로 25cm, 세로 7cm의 유리기판에 크롬을 200nm 두께로 스퍼터링 하여 제작하였다.
상기 전기변색 물질이 코팅된 투명전극과 상기 크롬 거울면 전극은 80㎛ 간격을 두고 서로 대향하도록 열경화성 접착제로 접착하였다. 이때 접착부의 한 부분을 2mm 정도 남겨 전해질을 주입할 수 있도록 하였다. 접착이 끝난 전기변색 장치에 진공 챔버에서 아르곤 가스를 이용하여 전해질을 주입하였다. 전해질 주입이 끝난 전기변색 장치는 전해질 주입을 위해 남겨두었던 주입부를 자외선 경화형 접착제를 바르고 자외선을 조사하여 완전히 밀봉하였다. 주입된 전해질로는 굴절률이 1.436인 γ-butyrolactone 용매에 lithium bisimde이 0.2M, ferrocene이 0.02M의 농도로 혼합된 전해질이 사용되었다.
제작이 끝난 상기 전기변색 장치의 작동특성은 500nm 파장에서 측정하였고 광산란 특성은 Automatic Haze Meter, Model TC-H Ⅲ DP/K (Tokyo Denshoku Co. Ltd)를 이용하여 측정하였다. 전해질 주입 후의 광산란을 측정한 결과, 전해질 산 란도가 1.5%로 측정되었다. 참고로, 전해질을 주입하기 전에는 산란도가 2.3%였다. 이는 굴절률이 1인 공기보다 굴절률이 높은 전해질이 주입됨에 따라 광산란이 감소하였기 때문이다.
상기와 같이 제작된 전기변색 장치의 작동특성을 측정한 결과 도 7의 A에 나타난 것과 같이 착색 시간은 약 3초, 탈색 시간은 약 4초가 걸림을 확인하였다.
<실시예 1>
전해질에 굴절률이 1.56인 2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate(화학식 1c)을 0.02M의 농도가 되도록 더 첨가한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 전기변색 소자를 제작하였다. 이와 같이 굴절률 조절제가 첨가된 전해질을 사용한 전기변색 장치의 광산란을 비교예 1과 동일하게 Automatic Haze Meter로 측정하였다. 그 결과 산란도 1.3%로 측정되었다.
즉, 굴절률이 조절되지 않은 전해질의 산란도 1.5%(비교예 1)와 비교하였을 때, 굴절률 조절제로서 화학식 1c로 표현되는 화합물을 첨가한 경우 투명도가 13% 이상 향상된다는 것을 알 수 있었다. 상기와 같이 제작된 전기변색 장치의 작동특성을 측정한 결과 도 7의 B에 나타난 것과 같이 착색 시간은 약 3초, 탈색 시간은 약 4초가 걸림을 확인하였다. 측정 결과 제작된 전기 변색 장치는 굴절률 조절제를 첨가하여도 자체 변색 속도 특성은 감소하지 않았다는 것을 알 수 있다.
<실시예 2>
전해질에 굴절률이 1.64인 tetrabromobisphenol A (화학식 1a)를 0.02M의 농도가 되도록 더 첨가한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 전기변색 소자를 제작하였다. 이와 같이 굴절률 조절제가 첨가된 전해질을 사용한 전기변색 장치의 광산란을 비교예 1과 동일하게 Automatic Haze Meter로 측정하였다. 그 결과 산란도 1.2%로 측정되었다.
즉, 굴절률이 조절되지 않은 전해질의 산란도 1.5%(비교예 1)와 비교하였을 때, 굴절률 조절제로서 화학식 1a로 표현되는 화합물을 첨가한 경우 투명도가 20% 정도 향상되었음을 알 수 있었다. 화학식 1a의 화합물의 굴절률(1.64)이 화학식 1c의 화합물의 굴절률(1.56)보다 높기 때문에, 동일한 농도로 사용될 경우 화학식 1a의 화합물에 의한 산란도의 감소가 더 큼을 알 수 있다.
<비교예 2>
전극으로서 가로 25cm, 세로 7cm의 FTO(fluorine doped tin oxide)가 코팅된 유리기판 위에, 졸-겔 코팅법에 가로 24cm, 세로 6cm 크기로 코팅된 산화텅스텐 박막에 나노 홀이 형성되도록 함으로써 전기변색 물질이 코팅된 투명전극을 제조하였다.
구체적으로, 한국 특허출원공개 2003-0037100호(출원번호 2001-0068201호)에 기재되어 있는 방법에 따라, 졸-겔 코팅된 산화텅스텐 박막에 나노 홀이 형성되어 있는 산화텅스텐 전기변색 물질 박막을 형성하였다. 이 때 산화텅스텐 박막의 두께는 300nm였다.
상기 산화 금속 나노 입자 전극의 대응전극으로는 은(Ag)으로 된 금속 거울면을 사용하였다. 구체적으로, 가로 25cm, 세로 7cm의 세척된 유리기판에 200nm 두께로 스퍼터링에 의하여 은을 증착하여 금속 거울면을 제작하였다. 비교예 1과 동일한 방법으로 동일한 전해질을 충진하였다.
상기 비교예 1과 동일한 방법으로 전기변색 장치의 작동특성 및 광산란 특성을 측정하였다. 그 결과 산란도가 1.4%였다.
<실시예 3>
전해질에 굴절률 조절제로서 굴절률이 1.64인 tetrabromobisphenol A (화학식 1a)를 0.02M의 농도가 되도록 더 첨가한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 전기변색 소자를 제작하였다. 이와 같이 굴절률 조절제가 첨가된 전해질을 사용한 전기변색 장치의 광산란을 측정한 결과 산란도가 1.25%로 측정되었다. 굴절률이 조절되지 않은 전해질의 산란도 1.4%(비교예 2)와 비교하였을 때, 투명도가 10% 정도 향상되었음을 알 수 있었다.
실시예 1, 2 의 결과와 비교하여 산란도의 개선 정도가 적은 것은 사용된 산화텅스텐 박막이 실시예 1, 2의 산화티타늄 박막의 두께보다 상대적으로 얇았기 때문에 빛의 산란이 많지 않았고 그래서 상대적으로 산란도의 감소 역시 크지 않았다.
<비교예 3>
전기변색 물질로서, 10~35nm 크기의 산화니켈 입자를 이용하여 졸-겔법에 의하여 2m 두께의 산화니켈 박막을 형성한다는 것을 제외하고는 상기 비교예 1와 동일한 방법으로 전기변색 소자를 제작하였다. 비교예 1과 동일한 전해질을 사용한 전기변색 장치의 광산란을 비교예 1과 동일한 방법으로 측정하였다. 그 결과 산란도 1.55%로 측정되었다.
<실시예 4>
전해질에 굴절률 조절제로서 굴절률이 1.56인 2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate(화학식 1c)를 0.02M의 농도가 되도록 더 첨가한 것을 제외하고는 비교예 3와 동일한 방법으로 전기변색 소자를 제작하였다.
상기 굴절률 조절제가 첨가된 전해질을 사용한 전기변색 장치의 광산란을 비교예 1과 동일한 방법으로 측정한 결과 산란도 1.3%로 측정되었다. 즉 화학식 1c로 표현되는 화합물을 첨가한 전해질에 의해 굴절률이 조절되지 않은 전해질 산란도 1.55%와 비교했을 때 투명도가 향상되었음을 알 수 있다.
상기 실시예는 전기변색 거울에 대한 것으로서, 대응전극으로서 금속 거울면을 사용하지 않고 투명전극을 사용할 경우, 전기 변색 유리를 제조할 수 있다. 전기 변색 유리에 대한 실시예에서도 전기변색 거울에서와 마찬가지로 광산란 감소효과를 얻을 수 있다.
본 발명을 이용하면 전기변색 장치의 전해질의 굴절률을 조절함으로써 전기 변색 장치의 광산란 정도를 감소시킬 수 있고, 이로 인해 전기변색 유리나 전기변색 거울을 통과한 상의 선명도를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 전면기판;
    상기 전면기판에 형성된 제 1전극;
    상기 전면기판과 대향되도록 배치된 배면기판;
    상기 배면기판면에서 상기 전면기판쪽 방향으로 형성된 제 2전극;
    상기 제 1전극과 제 2 전극 사이에 존재하는 전기변색 물질; 및
    상기 전극 사이에 채워진 전해질;을 포함하는 전기변색 장치에 있어서,
    상기 전해질에는 상기 전해질의 굴절률과 굴절률이 다른 굴절률 조절제가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2전극은 금속 거울면 또는 투명전극인 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전해질은 이온성 액체 또는 이온성 액체 겔로 이루어 진 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 굴절률 조절제는 상기 전해질의 굴절률보다 더 큰 굴절률를 갖는 물질인 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 굴절률 조절제는 굴절률 1.5 이상인 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 굴절률 조절제는 Br, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원자를 포함하는 화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 굴절률 조절제는 하기 화학식 1a 내지 1i로 표현되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 전기변색 장치:
    [화학식 1a]
    Figure 112005001977946-PAT00012
    (tetrabromobisphenol A, n=1.64)
    [화학식 1b]
    Figure 112005001977946-PAT00013
    (2,4,6-tribromophenyl acrylate, n=1.587)
    [화학식 1c]
    Figure 112005001977946-PAT00014
    (2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate, n=1.564)
    [화학식 1d]
    Figure 112005001977946-PAT00015
    (2,2'6,6'-tetrabromobisphenol A ethoxylate(1 EO/phenol) diacrylate, n=1.564)
    [화학식 1e]
    Figure 112005001977946-PAT00016
    (thiodiglycol diacrylate, n=1.511)
    [화학식 1f]
    Figure 112005001977946-PAT00017
    (diphenyl sulfide, n=1.632)
    [화학식 1g]
    Figure 112005001977946-PAT00018
    (triphenyl phosphate, n=1.568)
    [화학식 1h]
    Figure 112005001977946-PAT00019
    (2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole)
    [화학식 1i]
    Figure 112005001977946-PAT00020
    (2-aminophenyl disulfide)
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전기변색 물질은 TiO2, WO3, SnO2, MoO3, ZnO2, NiO, FeO3, IrO3 및 RuO2 로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 전기변색 물질은 비올로겐 화합물에 의하여 표면개질된 것임을 특징으로 하는 전기변색 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 비올로겐 화합물은 하기 화학식 2로 표현되는 2-((α'-(4'''-N,N- dimethylylridinium)-4''-α-)-4,4'-dipyridinium)-ethylphosphonicacid trichloride salt (DMAP-VP) 또는 하기 화학식 3으로 표현되는 bis-(2-phosphonoethyl)-4,4'-bipyridinium dichloride(PVP)인 것을 특징으로 하는 전기변색 장치.
    [화학식 2]
    Figure 112005001977946-PAT00021
    (DMAP-VP)
    [화학식 3]
    Figure 112005001977946-PAT00022
    (PVP)
  11. 전면기판; 상기 전면기판에 형성된 제 1전극; 상기 전면기판과 대향되도록 배치된 배면기판; 상기 배면기판면에서 상기 전면기판쪽 방향으로 형성된 제 2전극; 상기 제 1전극과 제 2 전극 사이에 배치된 전기변색 물질; 및 상기 전극 사이에 채워진 전해질;을 포함하는 전기변색 장치의 광산란을 감소시키는 방법으로서,
    상기 전해질에 상기 전해질의 굴절률보다 높은 굴절률을 갖는 굴절률 조절제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 굴절률 조절제는 Br, S 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원자를 포함하며, 굴절률이 1.5 이상인 화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 굴절률 조절제는 하기 화학식 1a 내지 1i로 표현되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 방법:
    [화학식 1a]
    Figure 112005001977946-PAT00023
    (tetrabromobisphenol A, n=1.64)
    [화학식 1b]
    Figure 112005001977946-PAT00024
    (2,4,6-tribromophenyl acrylate, n=1.587)
    [화학식 1c]
    Figure 112005001977946-PAT00025
    (2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate, n=1.564)
    [화학식 1d]
    Figure 112005001977946-PAT00026
    (2,2'6,6'-tetrabromobisphenol A ethoxylate(1 EO/phenol) diacrylate, n=1.564)
    [화학식 1e]
    Figure 112005001977946-PAT00027
    (thiodiglycol diacrylate, n=1.511)
    [화학식 1f]
    Figure 112005001977946-PAT00028
    (diphenyl sulfide, n=1.632)
    [화학식 1g]
    Figure 112005001977946-PAT00029
    (triphenyl phosphate, n=1.568)
    [화학식 1h]
    Figure 112005001977946-PAT00030
    (2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole)
    [화학식 1i]
    Figure 112005001977946-PAT00031
    (2-aminophenyl disulfide)
  14. Br, S 및 P 중 적어도 하나의 원자를 갖는 굴절률이 1.5 이상인 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질용 굴절률 조절제.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1i로 표현되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 굴절률 조절제.
    [화학식 1a]
    Figure 112005001977946-PAT00032
    (tetrabromobisphenol A, n=1.64)
    [화학식 1b]
    Figure 112005001977946-PAT00033
    (2,4,6-tribromophenyl acrylate, n=1.587)
    [화학식 1c]
    Figure 112005001977946-PAT00034
    (2,4,6-tribromophenyl ethoxyacrylate, n=1.564)
    [화학식 1d]
    Figure 112005001977946-PAT00035
    (2,2'6,6'-tetrabromobisphenol A ethoxylate(1 EO/phenol) diacrylate, n=1.564)
    [화학식 1e]
    Figure 112005001977946-PAT00036
    (thiodiglycol diacrylate, n=1.511)
    [화학식 1f]
    Figure 112005001977946-PAT00037
    (diphenyl sulfide, n=1.632)
    [화학식 1g]
    Figure 112005001977946-PAT00038
    (triphenyl phosphate, n=1.568)
    [화학식 1h]
    Figure 112005001977946-PAT00039
    (2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole)
    [화학식 1i]
    Figure 112005001977946-PAT00040
    (2-aminophenyl disulfide)
  16. 제 14항에 있어서, 상기 전해질은, 한 쌍의 기판, 서로 대향되는 한 쌍의 전극, 전기변색 물질 및 상기 전극들 사이에 채워진 전해질;을 포함하는 전기변색 장치의 전해질인 것을 특징으로 하는 굴절률 조절제.
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