KR20100082350A - 라벨 및 카드용 자가발전 디스플레이 - Google Patents

라벨 및 카드용 자가발전 디스플레이 Download PDF

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KR20100082350A
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마르틴 묄러
헨릭 린드스트롬
마이클 라이언
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마이클 캐시디
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엔테라 인크
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Abstract

전극 및 내부뿐만 아니라 외부 전류를 생성하는 데 적절한 전극의 연결부를 신중히 선택하여 배터리 시스템을 전기변색 시스템과 조합한 장치가 개시되어 있다. 상기 시스템으로 배터리 부품을 제거하여 비용을 줄이고 내부연결부의 수 및 부분의 수를 감소시켜 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 디자인은 감지 시스템과 배터리 시스템을 조합하는 것으로 추가 확장될 수 있다.

Description

라벨 및 카드용 자가발전 디스플레이{SELF-POWERING DISPLAY FOR LABELS AND CARDS}
본 발명은 개괄적으로 스마트 라벨, 신용 카드, 스마트 카드, 센서, 전파 식별(RFID: radio frequency identification) 지원 디스플레이, 접촉 감지 디스플레이, 전용 컴퓨터, 1회용 시스템과 같은 장치에 사용하기 위한 자가발전 디스플레이 및 또한 이러한 디스플레이를 갖는 소비자 전자 장치 및 무선 통신 장치에 관한 것이다.
다양한 휴대 장치가 휴대용 에너지 공급원, 예컨대 1 이상의 배터리를 이용한다. 다른 장치는 무선주파수(RF) 전파가 지원되는 근거리 통신을 이용한다. 그리고, 여전히 다른 장치가 유도 커플링(induction coupling)을 이용하여 임시 애드-혹 사건(temporary ad-hoc matter)에서의 조작을 지원하고 에너지를 받는다. 이러한 장치의 전력 소모 및 배터리 기술 둘 모두에 대한 개선에도 불구하고, 배터리는 흔히 유용한 장치 수명 및 선진 용품에 대해 충분한 에너지 헤드룸(energy headroom)을 제공할 필요가 있다. 배터리는 번거로울 수 있으며 새롭고 기존 형태의 인자를 생성하는 능력을 한정한다.
일부 장치에서, 태양 전지는 실행가능한 보충 또는 대안 에너지 공급원을 나타낸다. 일부 장치, 예컨대 휴대용 계산기는 상기 일부 장치가 1 이상의 태양 전지에 의해 완전히 전력공급될 수 있는 충분히 낮은 전력 요구량 및 충분히 큰 이용가능 표면적 둘 모두를 보유한다. 불행하게도, 많은 장치, 예컨대 라벨이 주위 광량이 산발적 또는 연속적 조작에 필요한 에너지를 제공하기에 충분하지 않은 실내 환경에서 사용된다. 결과적으로, 태양 전지는 이러한 장치에 대해 만족스러운 전력 공급원으로 생각되지 않았다.
자가발전 디스플레이 시스템을 생성하려는 시도가 U.S. 특허 7,206,044호; 6,518,944호 또는 5,153,760호에 기술된 바와 같이 태양 에너지를 극대화시키는 데 초점을 맞춰왔으며, 여기서 태양 전지는 LCD 또는 Ch-LCD 디스플레이와 기계적으로 일체화된다. U.S. 출원 공개 2007/0080925호는 전기변색 디스플레이를 태양 전지와 통합시킨다. 상기 보충 또는 대체 에너지 공급원은 광 없이 작동하지 않는다. 다른 '자가발전' 디스플레이가 U.S. 특히 6,130,773호[반사형 쌍안정성 디스플레이(reflective bistable display)에 대한 압전 전력(piezoelectric power)을 기술함)]에 기술된 바와 같이 전력 공급원으로서 기계적 전력을 고려한다. U.S. 특허 3,940,205호는 어떠한 외부 전력도 필요치 않고 전기변색 물질 층에 천연색을 생성하는 인듐 전극을 이용하나, 변색이 제어되지 않는다.
결과적으로, 시판될 수 있고 비용 효율적인 방식으로 무선 통신 장치를 비롯한 장치에서의 배터리 전력을 보충하거나 대체할 방법에 대한 필요성이 계속 존재한다.
발명의 개요
한 양태에서, 본 발명은 전력을 자가발전하거나 보충할 수 있는 장치를 제공한다. 상기 장치는 제1 산화환원 전위를 갖는 제1 물질을 갖는 1 이상의 제1 전극을 포함하는 제1 층; 제2 산화환원 전위를 갖는 제2 물질, 금속 산화물 필름 및 그 금속 산화물 필름에 흡착되는 산화환원 발색단을 갖는 1 이상의 제2 전극을 포함하는 제2 층; 및 제3 산화환원 전위를 갖는 제3 물질을 갖는 1 이상의 제3 전극을 포함하는 제3 층을 포함한다. 상기 장치는 또한 전해질을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 층은 전해질과 접촉하며; 제1 스위치가 제1 및 제2 층을 전기적으로 연결시키고; 제2 스위치가 제2 및 제3 층을 전기적으로 연결시킨다. 제1 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 음성이며, 상기 제3 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 양성이다.
또다른 양태에서, 본 발명은 자가발전 장치의 조작 방법을 제공한다. 상기 방법은 제1 산화환원 전위를 갖는 제1 물질을 갖는 1 이상의 제1 전극을 포함하는 제1 층; 제2 산화환원 전위를 갖는 제2 물질, 금속 산화물 필름 및 그 금속 산화물 필름에 흡착되는 산화환원 발색단을 갖는 1 이상의 제2 전극을 포함하는 제2 층; 및 제3 산화환원 전위를 갖는 제3 물질을 갖는 1 이상의 제3 전극을 포함하는 제3 층을 포함하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 전해질을 포함하며, 제1, 제2 및 제3 층은 상기 전해질과 접촉하고; 제1 스위치는 제1 및 제2 층을 전기적으로 연결시키며; 제2 스위치는 제2 및 제3 층을 전기적으로 연결시킨다. 상기 제1 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 음이고, 상기 제3 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 양성이다. 상기 방법은 상기 제1 및 제2 스위치를 개방하여 디스플레이 장치를 충전시키는 것을 추가로 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시양태의 하기 상세한 설명은 첨부된 도면과 함께 읽을 시 더욱 잘 이해되게 된다. 본 발명 예시의 목적을 위해, 현재 바람직한 도면의 실시양태가 도시된다. 그러나, 이는 본 발명의 도시된 정확한 배치 및 방편에 한정되지 않는 것으로 이해된다. 상기 도면에서,
도 1은 자가발전 디스플레이 센서 장치의 작동 원리를 예시한다.
도 2는 자가발전 모드를 표준 모드로 전환시키는 것을 예시한다.
도 3는 기재 상에 인쇄된 개별 참조 전극 및 층을 예시한다.
도 4는 캐소드층, 전기광학층 및 애노드층을 예시한다.
도 5는 3개의 상이한 평면 상의 전극층의 배치를 예시한다.
도 6는 단일 평면 상의 전극층의 또다른 배치를 예시한다.
도 7은 단일 평면 상의 전극층의 또다른 배치를 예시한다. 도 7a는 스위치 및 디스플레이/센서 제어기에 연결된 층을 예시한다. 도 7b는 디스플레이/센서 제어기에 연결된 층을 예시한다.
도 8은 단일 평면 상의 상이한 층이 서로 맞물려 있는 2개의 평면 상의 층을 예시한다. 도 8a는 상기 2개의 평면의 층 정상부 구상도를 예시한다. 도 8b는 상기 2개의 평면의 측면도를 예시한다.
도 9은 전극층을 갖는 스마트 카드를 예시한다.
특정 용어가 단지 편의를 위해 하기 설명에 사용되며, 한정적인 것은 아니다. 용어 '우측', '좌측', '정상측' 및 '바닥측;은 참조되는 도면에서의 방향을 명명한다.
본 원에서 사용되는 바와 같이, '전기광학 층'은 전류 또는 전압에 광학적 반응을 제공하는 반사형 디스플레이, 예를 들어 전극 및 전기변색 산화환원 발색단을 포함하는 전기변색 디스플레이의 층을 의미한다. 또다른 예에서, 전기영동 디스플레이에서의 전기광학 층은 전기장 영향 하에서 이동하는 하전된 구(charged sphere)를 포함할 수 있다.
본 원에서 사용되는 바와 같이, '전기변색 산화환원 발색단', '산화환원 발색단' 또는 '발색단'은 전기화학 반응에 관여하여 산화 또는 환원 시에 색 변화를 거치는 물질 또는 물질들의 혼합물을 의미한다. 또한 본 원에서 사용되는 바와 같이, '색 변함' 또는 '색 변화'는 상기 물질 또는 물질들의 혼합물이 새로운 색을 얻거나, 무색에서 유색으로 변하거나, 또는 유색에서 무색으로 변하는 것을 의미한다. 상기 색 변화는 관찰자의 눈에 가시적일 수 있거나 장비에 의해 탐지될 수 있다.
본 원에서 사용되는 바와 같이, '전기화학적으로 활성인 전지변색 전극' 또는 '전기활성' 전극은 산화환원 발색단이 산화환원 화학에 관여하고 색을 변경하도록 산화환원 발색단을 포함하고 전기화학에 참여하는 전극이다.
본 원에서 사용되는 바와 같이, '전기광학적 효과'는 상기 장치의 전하를 기반으로 하는 장치 광학 특성의 변화이다. 기술되는 일부 실시양태에서, 전기광학적 효과는 전기광학적으로 활성인 전기변색 전극 상의 산화환원 발색단의 색 변화 결과를 포함한다. 상기 결과는 영향을 받은 장치 영역의 광산란 또는 광흡수 변화를 포함할 수 있다. 상기 결과는 또한 영향을 받은 장치 영역의 색차의 색조 또는 볼수 있는 색을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 실시양태의 자가발전 디스플레이(100)의 작동 원리가 예시된다. 3개의 전극이 전해질(105)와 접촉한다. 상기 전극은 전기화학 반응에 관여할 수 있는 물질을 포함한다. 상기 전해질(105)은 통상해 전해질일 수 있거나, 하기 기술되는 바와 같이 상기 전해질은 액체 또는 고체일 수 있는 상이한 물질을 포함할 수 있다. 제1 상태에서, 상기 장치는 충전된다. 포스트(110) 상의 스위치(190)를 폐쇄하여 전극(A)(120)에서 전극(C)(130)로 전자를 이동시켜 제2 상태를 유도한다. 상기 전자 이동 시, 전극(C)와 연관된 전기광학 물질이 변경되며, 이는 전기광학적 효과를 생성한다. 바람직하게는, 상기 물질은 전극(C)에 흡착된 전기변색 산화환원 발색단을 포함하고, 상기 전기광학적 효과는 발색단의 제1 색변화를 포함한다. 상기 색변화는 제1 상태에서 존재한 제1 색에서 제2 상태에서 존재한 제2 색으로의 변화를 의미할 수 있다. 발색단이 환원되면, 스위치(190) 및 포스트(140)을 폐쇄하여 전자를 전극(B)로 이동시키고 상기 발색단을 산화시켜 상기 장치를 제3 상태에 있게 한다. 산화 시, 제2 색변화가 발생하여 상기 발색단을 제1 상태의 색으로 복귀시킨다. 포스트(110)와 관련한 스위치(190)의 작동은 제1 스위치를 의미할 수 있고; 포스트(140)와 관련된 스위치(190)의 작동은 제2 스위치를 의미할 수 있다. 상기 스위치는 개방회로(개방 스위치 190/110 및 190/140)에서 쌍안정성이며, 단, 산화환원 매개체가 전해질에 존재하지 않거나, 전극들 간에 기계적 합선이 존재한다. 스위치의 개방 및 폐쇄에 의해, 기술된 바와 같이, 전기광학 층의 색은 제1 색 및 제2 색 사이에서 반복적으로 전환될 수 있다. 도 1에 예시된 구조는 디스플레이, 커패시터 및 배터리의 작용성을 제공한다. 작용성은 용이하게 연장되어 하기 기술되는 바와 같이 위치/입력 센서를 또한 포함할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 전극(A)(12)은 Zn 전극이고, 전극(B)는 MgO2 전극이며, 전극(C)(130)는 메조다공질 TiO2/비올로겐 전극이고, 여기서 비올로겐은 발색단이고, 산화환원 반응의 참여 결과로서의 변화이다. 대체 실시양태는 상기 산화환원 발색단 이외에 산화환원 발색단으로서 다른 물질 또는 이의 조합을 포함한다. 전자 전달 후에, 일부 Zn2+가 생성된다(전극 결합되거나 전해질 결하됨). 비올로겐이 색을 띠면, 즉, 이의 환원된 형태로 존재하면, 스위치(140)의 폐쇄하여 비올로겐의 변색, 및 MnO2 캐소드(150)의 동반하는 환원을 유도한다. 수성의 산성 전해질에 아연 전극(120)(기전력 (emf)(A)=-0.8 V), 이산화망간 전극(150)(emf(B)=+0.6 V) 및 TiO2/비올로겐 전극(130)(emf(C)=-0.4 V)을 갖는 전지는 제어기와 같은 외부 장치에 의한 사용을 위해 자가발전하여 약 1.4 V를 생성하게 된다. 따라서, 유색 및 무색 상태 사이에서 비올로겐을 전환시키는 것은 단순히 전극(A)(120)과 전극(C)(130)을 또는 전극(B)(150)와 전극(C)(130)을 연결시키고 스위치 (110) 또는 (140)을 폐쇄함으로써 실시할 수 있다. 이는, Zn 전극(120)과 비올로겐 전극(130) 사이의 순수 emf가 MnO2 전극(150)과 비올로겐 전극(130) 사이의 순수 emf와 비교하여 반대 방향에 있기 때문에 가능하다.
상기 전술된 실시양태는 Zn, TiO2/비올로겐 및 MnO2 전극을 포함하지만, 개괄된 원리를 이용하여 유사한 emf를 포함하는 전극을 선택할 수 있으며; 여기서 제1 전극에서 제2 전극으로의 전자 이동은 제2 전극과 연관된 산화환원 발색단의 색을 변화시키고, 제2 전극에서 제3 전극으로의 전자 이동도 산화환원 발색단의 색을 변화시킨다. 이러한 자가발전 시스템의 구동체는 비한정적으로 복합도가 매우 낮은 수준인 구동체일 수 있다. 이는, 상기 작동이 단지 스위치 제어만을 필요로 하기 때문에 가능하다. 더욱이, 또다른 실시양태에서, 전극(A)(120) 및 전극(B)(150)의 안정한 전극 전위를 표준 전극으로서 사용하여 전기변색 전극(C)(130)의 전위를 제어할 수 있었다.
결과적으로 충전(또는 방전)을 제어하는 외부 제어기에 전력공급하는 것이 또한 가능하다. 이러한 실행으로 3개의 전극 시템으로서 상기 시스템을 조작하는 것이 가능하다. 또다른 실시양태에서, 자가발전 유닛은 라벨, 스마트 카드 또는 그 자체를 전력 공급원 상에 갖는 다른 장치과 통합될 수 있다. 상기 실시양태에서, 상이한 전력 공급원은 상기 장치 내 다른 기능에 적용할 수 있으며; 컴퓨터 배터리 관리와 유사하다. 또다른 실시양태에서, 전기변색 디스플레이는 이의 전기 용량에 최적화되며, 커패시터로서 충전 시 변색한다.
본 실시양태의 애노드용 물질로는 Li, K, Ca, Na, Mg, Hg, Al, Zn, Cr 또는 이의 조합, 화합물, 아말감 또는 합금을 들 수 있다. 본 실시양태의 캐소드용 물질로는 CU2O, CuO, AgO, MnO2 또는 이의 조합, 화합물, 아말감 또는 합금을 들 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 전기광학 전극은 메조다공질, 즉, 나노다공질-나노결정질 반도체 금속 산화물 필름을 포함한다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 금속 산화물은 티탄, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 몰리브덴, 인듐, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 은, 아연, 스트론튬, 철(Fe2+ 또는 Fe3+), 니켈 및 페로브스카이트를 비롯한 반전도성 산화물의 군 중 1 이상일 수 있다. 더욱더 바람직하게는, 상기 금속 산화물은
(a) F, Cl, Sb, P, As 또는 B로 도핑된 SnO2;
(b) Al, In, Ga, B, F, Si, Ge, Ti, Zr 또는 Hf로 도핑된 ZnO;
(c) Sn로 도핑된 In2O3;
(d) CdO;
(e) 삼성분 산화물 ZnSnO3, Zn2In2O5, In4Sn3O12, GalnO3 또는 MgIn2O4;
(f) TiO2/WO3 또는 TiO2/MoO3 시스템; 및
(g) Sb로 도핑된 Fe2O3; 및
(h) Fe2O3/Sb 또는 SnO2/Sb 시스템
을 비롯한 금속 전도성 금속 산화물의 군으로부터 선택된다.
바람직한 실시양태에서, 산화환원 발색단은 나노다공질-나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름에 흡착 또는 부착된다. 상기 산화환원 발색단으로는 비한정적으로 하기 화합물들이 있을 수 있다:
Figure pct00001
(1,1'-비스-(2-포스포노에틸)-4,4'-비피리디늄 디클로라이드) 화학식 (I),
Figure pct00002
화학식 (Ⅱ), 또는
Figure pct00003
화학식 (Ⅲ)
상기 식 중, R1은 하기로 구성된 군으로부터 선택된다:
Figure pct00004
상기 구조에서, R2는 C1-1O 알킬, N-옥시드, 디메틸아미노, 아세토니트릴, 벤질, 페닐, 모노-니트로 치환된 페닐 및 디-니트로 치환된 페닐로부터 선택되고; R3는 C1-1O 알킬이며; R4∼R7는 각각 독립적으로 수소, C1-1O 알킬, C1-1O 알킬렌, 아릴 또는 치환된 아릴, 할로겐, 니트로 및 알콜 기로부터 선택된다. X는 염화물, 브롬화물, 요오드화물, BF4-, PF6- 및 ClO4-로 구성된 군으로부터 선택된 전하 균형 이온이며, n=1-10이다.
도 2를 참조하면, 표준 전극으로 조작이 가능한 장치(200)가 예시된다. 음전위를 갖는 전극(A)(220), 전극(A)(220)의 음전위만큼 크지 않은 음전위를 갖는 전극(C)(230) 및 양전위를 갖는 전극(B)(250). 도 2는 또한 제어기(260) 및 스위치 (290), (295) 및 (296); 포스트 (210), (240); 및 접속부 (270), (280)을 예시한다. 도 1에 예시된 실시양태에서, 포스트(210)와 관련한 스위치(290)의 조작은 제1 스위치라 언급될 수 있고, 포스트(240)과 관련된 스위치(290)의 조작은 제2 스위치라 언급될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 전극(A)(220)은 Zn 전극이고, 전극(B)(250)은 MnO2 전극(250)이며, 전극(C)(230)은 TiO2 전극(230)이다.
도 2에 예시된 실시양태에서, 애노드 전극을 또한 표준 전극, 즉, 안정하고 공지된 전극 전위를 보유하는 전극으로서 사용할 수 있다. 자가발전 모드에서 표준 모드로 전환시키는 것은 표준 전극(230)을 갖는 자가발전 디스플레이(200)에 부착된 디스플레이 제어기(260)를 통해 제어할 수 있다. 스위치(290)을 폴(240)에 연결시키면 전극(230)이 색을 띠게 된다. 스위치(290)를 폴(240)에 연결시키면 전극(230)이 강제 변색하게 된다. 전하가 전기광학층(예를 들어, TiO2 전극(230)) 상에 존재하는 경우, 캐소드 층의 이동이 발생할 수 있다. 표준 전극 없이, 구동 방법은 전류 구동에 한정될 수 있으며, 여기서 전류 공급원은 한정량의 시간 동안 적용된다. 표준 전극이 사용되는 경우, 구동 방법은 저비용 전압 구동기일 수 있다. 전극 전위의 보다 큰 안정성은 이온 전도성이나 전자를 고립시키는 전해질을 적용하여 이룰 수 있다.
도 2에서 예시된 실시양태를 이용하여 세그먼트 사이의 명암 비율을 조절할 수 있다. 상기 세그먼트는 스마트 카드의 수 세그먼트 디스플레이(numeric segment display)의 7개의 세그먼트 또는 알파뉴메릭 보안 카드(alphanumeric security card)의 13개 세그먼트일 수 있다.
도 3을 참조하면, 실시양태는 산화환원 음전위를 갖는 전극(A)(320), 산화환원 양전위를 갖는 전극(B), 및 전극(A)(320)과 전극(B)(350) 사이에 산화환원 전위를 갖는 전극(C)(330)으로 예시된다. 바람직하게는, 전극(A)(320)은 Zn 전극이고, 전극(B)(350)은 MnO2 전극이며, 전극(C)(330)은 TiO2 산화환원 발색단 전극이다. 도 3에서 예시되는 바와 같이, 디스플레이는 또한 개별 표준 전극(365)를 포함할 수 있다. 스위치(390), 포스트 (310) 및 (340) 및 컨넥터 (370), (380)은 도 2에서 (290), (210), (240), (270) 및 (280)로 라벨링되고 예시된 특징부와 유사하다. 디스플레이 제어기는 도 2에서 예시된 바와 같이 또한 도 3에서 예시된 실시양태에 적용될 수 있다. 이러한 배치에서, 포스트(395)는 스위치(295)와유사한 스위치를 형성할 수 이 있다. 바람직한 표준 전극(365)는 은/염화은(Ag/AgCl), 은/질산은(Ag/AgNO3) 또는 Zn을 포함한다.
실시양태에서, 얻을 수 있는 스위치의 수(외부 재충전 없이)는 전극 (A) 또는 (B)(예를 들어, Zn 및 MnO2 전극)의 충전 용량, 명암비(CR) 목표 및 누설 전류에 따라 다르다. MnO2 공칭 필름의 고려 사항: 몰질량 = 87 g/mol, 밀도 = 5.0 g/cm3, 따라서 몰부피 = 17.4 cm3/mol. 상기 시스템에 대해서 사용가능한 전하량은 하기와 같이 계산된다. 4 μm 다공질층(예를 들어, 25% MnO2, 25% 탄소 및 50% 공극률)에 대해서, 벌크 MnO2는 1 μm(즉, 10-4 cm)이다. 상기 층에서, 부피/cm2 전극 = 10-4 cm·1 cm2 = 10-4 cm3; mol/cm2 전극 = 1O-4 cm3/(17.4 cm3/mol) = 5.75·10-6 mol. 전극 cm2당 전하 = 5.75·10-6 mol·9.65·104 C/mol = 55O mC, 이는 대략 0.15 mAh 이다. 비교에 의해, 종이 배터리는 약 2 mAh/cm2이다.
본 발명의 실시양태에 따른 장치는 전기광학 전극(예를 들어, TiO2 전극(350)) 상에 침착된 공칭 25 mm2(5 mm x 5 mm) 아이콘을 갖는 것으로 가정하면, 1.5 mC/cm2의 전하 밀도를 필요로 하며, 상기 디스플레이와 연결된 2개의 전압 IC 장치 제어기 칩에 의해 구동된다(상기 칩은 전형적인 IC이거나 인쇄될 수 있음). 이어서, 상기 아이콘의 한 조작은 1.5 mC * 0.25 cm2을 적용하여 상기 픽셀을 하전시키고 전체 1.6 mC을 위해 상기 제어기에 대해서 0.4*3*1을 적용한다. 상기 시스템은 550 mC / 1.6 mC/cm2 = 350 스위치를 지원한다. 상기 실시양태에 적합한 용도의 예시적이나 비한정적인 예로는 용기에 부착된 스마트 라벨 또는 정액 교통 카드를 들 수 있다. 상기 예시된 바와 같이, 디스플레이 장치는 선택적으로 배치되어 정보를 표시하고 픽셀 또는 세그먼트 각각에 전기를 생성할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 실시양태에서의 자가발전 디바이스의 특징은 전극 (A), (B) 및 (C)가 이온 전도체(즉, 전해질)과 접촉하여 전극들 사이에 이온 전도성을 제공한다는 것이다. 전반적으로, 상기 전극들과 접촉하는 1 이상의 이온 전도체는 전해질이라 언급된다. 그러나, 본 원에서 상기 실시양태는 하나의 일반 전해질에 필수적으로 한정되는 것은 아니다. 상이한 유형의 전해질이 상이한 전극과 접촉할 수 있다. 상이한 전해질을 사용하는 경우, 2개의 상이한 전해질 계면을 가로지르는 이온 이동이 가능해야 한다. 특정 표준 전극이 첨가되는 경우, 표준 전극과 함께 사용되는 전해질은 그 표준 전극의 평형 전위가 안정하기에 충분한 농도의 전극일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, Ag/AgCl 전극 또는 Ag/AgNO3 전극과 같은 전극을 KCl 전해질과 함께 사용한다. 또다른 실시양태에서, 다공질 보호막이 표준 전극/전해질의 적어도 일부 주위에 위치한다.
실시양태에서, 전극들 사이의 이온 이동을 지지하는 고체 전해질 층이 사용된다. 상기 고체 전해질은 리튬과 같은 이온성 화합물을 포함하는 중합체일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 고체 전해질은 용매(수성 또는 유기) 및 염을 갖는 겔과 같은 3차원 구조이다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 상기 고체 전해질은 메타 산화물 응집체와 같은 이온 또는 양성자 전도체이다.
또다른 실시양태에서, 상이한 금속들 금속 산화물을 전극에 통합하여 더욱 복잡한 구조를 형성할 수 있다. 이로써 더욱 가용성이고 특정 형태의 인자 요건(예컨대, 롤링가능하거나 적합한 구조, 또는 안테나 성능에 부정적이지 않은 방식으로 전파 식별(RFID)이 가능한 시스템의 대체)에 적용되는 구조를 생성할 수 있다. 상이한 두께의 전극 물질을 또한 사용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시양태는 전극이 상이한 평면에서 제공되어 예시된다. 제1 평면(410)은 제2 평면(420) 아래에 예시되어 있다. 전극은 기재 상의, 예를 들어 인쇄에 의해 침착된 물질층일 수 있다. 예시된 바와 같이, 도 4에서, 전극층은 평면(420) 상에 제공된다. 전해질 또는 전해질 조합은 평면(410), (420)에서의 층을 연결한다. 평면(410)은 애노드 또는 캐소드 전극의 층들을 포함할 수 있고, 평면(420)은 매칭하는 전극들의 층들을 포함하도록 적용된다. 예를 들어, 평면(410)은 Zn 전극(들)의 층을 포함하고, 평면(420)은 TiO2/비올로겐 전극(들) 및 MnO2 전극(들)의 층을 포함할 수 있다. 층을 서로 겹쳐져 있는 개개의 기재에 적용할 수 있다. 대안적으로, 층을 단일 기재 상에 나란히 또는 서로 겹쳐서 적용할 수 있다. 어느 경우에나, 층은 그 층과 접촉하는 전해질을 제공함으로써 작동가능하게 연결될 수 있다. 작동가능한 연결은 또한 전해질이 침투하여 상이한 기재 상의 또는 단일 기재의 상이한 부분 상의 층들과 접촉하는 기재 내 홀을 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 층(420)은 인쇄되거나, 그렇지 않으면 다양한 구조의 1 이상의 전극을 포함하도록 구성될 수 있다. 평면(420) 상의 전극은 상이한 물질, 예를 들어 전극 (421), (422), (423) 또는 (424)에서의 금속(A); 전극(425)에서의 합금(B), 또는 전극 (426), (427) 또는 (428)에서의 화합물(C)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 세트는 금속 산화물 필름을 포함할 수 있는 동시에, 개별 전극은 상기 필름에 첨가된 상이한 도핑 물질을 가진다. 전극 물질의 선택은, 예를 들어 개개의 전극의 공극률, 전도도 또는 반응도를 최적화하여 장치의 전기적 또는 전기화학적 성능을 증대시키도록 고안할 수 있다. 또한, 금속 연결부, 예컨대 컨넥터 (429) 및 (431)을 이용하여 전극을 브릿지(432)에 연결시킬 수 있다. 브릿지(432)는 상기 층의 일부이며, 전도성 또는 전극 물질을 포함하며, 이는 전극 (421)∼(428)을 연결시킨다. 또다른 실시양태에서, 절연 컨넥터(433)는 전극(427)을 브릿지(432)에 연결시키는 작동가능한 연결부를 포함한다. 상기 절연체는 금속 연결부를 전해질로부터 보호하도록 적용할 수 있다. 층상 부품을 갖는 장치 및 이러한 장치의 제조는 U.S. 출원 12/077,789호(2008년 3월 21일 출원, 발명의 명칭 'Display systems manufactured by co-manufacturing printing processes')에 기술되어 있으며, 본 원에서 충분히 언급되는 바와 같이 인용된다.
산화환원 발색단에서의 변화를 최종 사용자에 의해 주시되는 경우, 상기 층들(캐소드층, 전지광학층, 애노드층)은 전기광학층이 가시적이거나, 최종 사용자가 탐지할 수 있도록 배치될 수 있다. 층의 배치 및 수는 한정되지 않지만, 바람직함 실시양태는 3개 층의 구조를 포함한다. 특정 층 구조가 도 5, 6, 7 및 8에 예시되어 있다.
도 5를 참조하면, 3개의 평면 장치(500)가 예시되어 있다. 애노드층(510)은 캐소드층(520) 아래의 평면을 차지하며, 상기 캐소드층(520)은 다른 층 위의 층을 차지한다. 전기활성층 (530)은 다른 층 위의 층을 차지하며, 사용자에 노출될 수 있다. 각각의 층은 특정 용도에 적합하도록 이의 깊이, 폭 및 높이를 변경할 수 있다. 예를 들어, 전기광학층(530)은 하부 캐소드층(520)의 영역보다 적은 그 평면 상에 영역을 가질 수 있다. 층 각각의 깊이는 다를 수 있다. 예를 들어, 캐소드 또는 애노드 층은 나머지 층보다 큰 깊이(즉, 평면에 수직인 방향으로 큰 치수)를 가질 수 있다.
디스플레이/센서 (540), (550) 및 (560)은 층(530) 상에 예시되어 있다. 한 실시양태에서, 전기활성층에서의 전기활성 성분을 이용하여 정보를 표시하고, 디스플레이/센서 (540), (550) 또는 (560)은 디스플레이와 같이 실행된다. 또다른 실시양태에서, 전기활성 성분을 사용하여, 이의 그 환경에서의 반응을 기반으로 하는 정보를 제공할 수 있으며, 이러한 경우 디스플레이/센서 (540), (550) 또는 (560)은 디스플레이와 같이 실행된다. 개별 특징들이 디스플레이/센서 (540), (550), (560)으로 명시되지만, 이러한 특징은 전기광학층에 통합될 수 있는 대표 기능이다. 한 실시양태에서, 전기광학층에 걸쳐 시각적인 표현이 제공될 수 있다. 또다른 실시양태에서, 전기광학층의 제1 부분은 하나의 시각적 표현을 포함할 수 있으며, 제2 부분은 제2 시각적 표현을 포함할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 상기 전기광학층의 전부 또는 일부를 적용하여 센서로서 작용시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 단일 평면 기하 형태(600)가 예시되며, 여기서 3개 층이 한 명 상에 인쇄된다. 애노드층(610)은 상기 평면의 좌측 및 정상측 부위를 프레이밍한다. 상기 캐소드층(620)은 상기 평면의 우측 및 바닥측 부위를 프레이밍하며, 전기활성층(630)은 상기 평면의 중심부를 차지한다. 디스플레이/센서 (640), (650) 및 (660)가 전기활성층(630) 내에 예시되어 있다. 디스플레이의 제어는 단순한 플립-플롭(flip-flop)형 구조에서 더욱 복잡한 로직(logic)으로 변할 수 있다. 인쇄된 전자장치를 개선시켜 본 실시양태의 제어 회로의 일부 또는 전부가 디스플레이/센서/배터리/커패시턴스 구조와 같은 기재 상에 인쇄되도록 할 수 있다. 이러한 장치는 '제어된 디스플레이'로 언급될 수 있다. 도 6에서 예시된 바와 같이, 디스플레이의 단일 평면 기하 형태를 제어된 장치가 되도록 적용할 수 있지만, 디스플레이 제어된 장치는 이러한 기하 형태에 한정되지 않는다.
도 7을 참조하면, 단일 평면 기하 형태의 2개의 상이한 실시양태가 도 7a 및 7b에 예시된다. 도 7a 및 7b에서, 애노드층(710)은 상기 평면의 좌측 및 정상측 부위를 프레이밍한다. 상기 캐소드층(720)은 상기 평면의 우측 및 바닥측 부위를 프레이밍하고, 전기활성층(730)은 상기 평면의 중심 부위를 차지한다. 디스플레이/센서 (740), (750) 및 (760)은 전기활성층(730) 내에 예시되어 있다. 기재(770)은 층 아래에 예시되어 있다. 도 7a는 또한 층들과 디스플레이/센서 제어기(790)을 연결시키는 스위치 (781), (782) 및 (783)를 예시한다. 도 7b는 상기 층들에 연결된 디스플레이/센서 제어기(790)을 예시한다.
실시양태에서, 전기광학층은 전자기 스펙트럼에서의 파장을 갖는 특정 방사선을 흡수하도록 고안할 수 있다. 흡수된 파장(들)은 가시 스펙트럼에서의 광에 해당할 수 있다. 층이 광을 흡수하는 동안, 전극 전위의 또는 광유도 전류의 상응하는 변화는 외부 회로에 의해 탐지될 수 있다. 외부 회로(780)은 도 7a 및 7b에 예시된다. 이러한 회로는 전하 증폭기, 일반 연산 증폭기(op-amp) 또는 콤퍼레이터로 구성될 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 회로는 디스플레이/센서 제어기(790)와 통합된다. 전극 전압 또는 전류의 변화 또는 변화 비율을 비교하여, 주위 조건의 변화에 상응하는 전기광학층 상의 광수준 변화를 탐지할 수 있다. 이러한 변화는 센서/디스플레이의 UV 광으로의 노출일 수 있으며, 이는, 예를 들어 잘상하는 생성물을 이송 중에 차선의 조건에서 보관하도록 경고하는 데 사용될 수 잇다.
또다른 실시양태에서, 전기변색층을 사용자에 의한 입력을 탐지하는 센서로서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 층이 특정 파장의 광을 흡수하는 동안, 전극 전위 또는 광유도 전류의 상응하는 변화가 외부 회로에 의해 탐지될 수 있다. 이러한 회로는 광 증폭기, 일반 연산 증폭기 또는 콤퍼레이터로 구성될 수 있다. 전극 전압 또는 전류의 변화 또는 변화 비율을 비교하여, 사용자 입력에 상응하는 센서/디스플레이 상의 광수준 변화를 탐지할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 손가락이 센서를 덮는 경우, 전극의 입사광이 감소되고 센서의 수단으로서 탐지될 수 있다. 사용자 접촉의 표시가 모니터링되고 사용자 입력으로 전환될 수 있다. 다중 탐지 영역이 또한 포함될 수 있으며, 여기서 시스템 내 다른 탐지 영역과 관련한 한 영역의 입사광의 변화가 입력에 대한 위치 정보를 제공하는 데 사용될 수 있다. 이러한 실시양태로 사용자 입력에 대한 다중 기능을 허용할 수 있다.
또다른 실시양태에서, 상기 센서는 압력을 탐지할 수 있다. 압력은 센서 내에 압력 센서, 압전 센서 등을 포함함으로써 탐지할 수 있다. 또한, 압력 감지는 장치 내 스위치 작동을 추적하는 것으로 영향을 받을 수 있다. 압력 센서는 압력 정보가 기록되도록 제어기에 연결될 수 있다. 상기 정보는 물리적으로 또는 무선 기술을 통해 원격으로 장치에 부착된 메모리에 기록될 수 있다. 또한, 압력 탐지는 장치의 디스플레이 부분의 작동으로 전환되어 그 장치가 압력 반응에 광학적으로 변하게 할 수 있다.
상이한 층 영역의 크기는 동일할 필요는 없다. 특정 층의 크기는 조절하여 사용자의 가시 영역 및 발전 용량에 균형을 유지할 수 있다. 도 8을 참조하면, 2개 평면의 기하 형태(800) 실시양태가 예시되어 있다. 애노드층(810)은 브릿지(819)에 연결된 암(arm) (811), (812), (813), (814), (815), (816), (817) 및 (818)을 포함한다. 브릿지(819)는 전극 물질을 포함하고, 암 (811)∼(818)을 연결한다. 캐소드층(820)은 브릿지(829)에 연결된 암 (821), (822), (823), (824), (825) 및 (826)을 포함한다. 암 (821), (822), (823), (824), (825) 및 (826)은 (811), (812), (813), (814), (815), (816) 및 (817)과 맞물려 있다. 각각의 암은 개별 전극일 수 있거나, 전체 층(810) 또는 (820)은 단일 전극으로 작용할 수 있다.
도 9를 참조하면, 디스플레이가 스마트 카드(900)의 일부인 실시양태가 예시된다. 스마트 카드는 흔히 얇은 배터리를 요구하지만, 본 실시양태 하에서 카드(900)은 필수적으로 얇은 캐터리를 필요로 하지 않는다. 상기 실시양태에서, 두꺼운 캐소드 및 애노드 층(901)의 제1 영역(910)은 상기 카드(900)의 한 부위에 있으며, 얇은 캐소드 및 애노드 층을 갖는 제2 영역(902)은 카드(900)의 또다른 부위에 있다. 또한, 전기활성층이 제2 영역(902)에 첨가된다. 상기 영역의 크기 및 배치는 단지 비한정 예로서 존재한다. 상기 영역의 층두께를 조절하여 카드의 전체 두께 및 기하 형태를 조절할 수 있다. 한 실시양태에서, 균일한 카드 두께가 제공된다. 대안적으로, 전극, 전해질 또는 충전제를 포함하는 추가 층을 상기 구조 상에 첨가하여 상기 카드의 개별 지점에 소정의 두께를 제공할 수 있다. 상기 층의 두께를 변화시켜 적층에 의한 카드 가공을 촉진시킨다.
결과적으로 짧은 배터리 수명인 빠른 자가방전을 피하기 위해, 적어도 전자 공여체 전극(예를 들어, 전극(A)(120)) 또는 전자 수용체 전극(예를 들어, 전극(B)(150))을 다른 전극들과 충분리 격리시킬 수 있다. 도 1, 스위치 (110), (140)은 구동체(160)와 연관되어 있으며, 전극을 격리시키도록 작동될 수 있다. 도 7에 도시된 실시양태는 배터리를 포함하도록 적용될 수 있다. 상기 실시양태에서, 외부 회로(780)은 전극을 격리시키는 데 사용될 수 있는 스위치 (781), (782) 및 (783)를 포함한다. 전력 공급원 및 스위치 (210), (240), (270), (280), (290), (295) 및 (296)를 예시하는 도 2를 또한 참조할 수 있다. 배터리를 연장하기 위해, 전기활성 화학종을 전해질에서 제거하거나 최소화시킬 수 있으며, 전극들의 직접적인 전기 합선은 최소화되어야 한다. 또한, 전극 시스템의 기능을 제어하기 위해서, 전극들 사이의 회로의 정도 및 특성을 제어하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시양태에서, 인쇄 기법, 예를 들어 플레소그패리, 리소그래피, 스크린 인쇄, 인크젯 인쇄 또는 로토그라비어 인쇄를 이용하여 상이한 층을 기판 상에 침착시킨다. 더욱 바람직하게는 1 이상의 층 및/또는 모든 층을 동일한 기판 상에 인쇄한다.
최적의 전기화학적 소통은 전기광학 전극의 치수에 의존한다. 바람직한 실시양태에서, 층과 컵팩트하고 공간 절약형의 구조 사이의 전기화학적 소통은 서로 상부에 모든 층을 인쇄함으로써 이뤄진다. 또한, 중간 분리층을 첨가하여 직접적인 전기 합선을 피하거나, 특정 층들간의 단락 저항을 제어할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 분리층이 포함되며 인쇄 기법에 의해 도포된다. 이러한 구조에서, 분리층은 그 분리층의 적어도 일부에 걸쳐 다공질일 수 있다. 상기 다공질 구조는 상이한 전극층들 간의 이온 전도성을 촉진시킬 수 있다. 또다른 실시양태에서, 한 전해질을 전극층(A)와 전극층(B) 사이에, 및 상이한 전해질을 전극층(B)와 전극층(C) 사이에 사용할 수 있다. 또한, 상기 3개의 전극층들 각각은 상이한 전해질과 접촉하는 것이 가능하다. 상기 실시양태에서, 상이하고 상용가능한 전해질을 선택하여 이온 전도성, 따라서 전기화학적 소통이 상기 3개의 상이한 층들 사이에서 가능하도록 할 수 있다.
실시양태에서, 애노드 및 캐소드 전극층에서의 전극은 NH4Cl 또는 KOH를 포함하는 전해질을 통해 연결될 수 있으며, 캐소드 및 전기활성 전극 사이의 전해질은 Li 염 또는 이온성 액체일 수 있다. 실시양태에서, 전극이 또한 외부 전력 공급원에 연결되고, 따라서 제2 전극이 (유사) 표준 전극이 되며, 개별 전해질이 사용될 수 있다. 실시양태에서, 애노드와 캐소드 사이의 전해질은 전기발색 시스템에 대해서 앞서 언급된 임의의 전해질 수 있는 동시에, 상기 표준 전극(예를 들어, Ag/AgCl) 주위의 이온성 매질은 고농도 KCl일 수 있다. 추가 실시양태에서, 표준 전극은 또한 보호막에 둘러싸여 애노드 Zn 전극과의 상호작용을 피할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시양태는 장지 제어기를 포함하는 장치를 포함한다. 1 이상의 제어기가 제공될 수 있다. 상기 제어기는 단일 집적 회로일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 제어기는 접촉 없이 작동할 수 있는데, 예를 들어 상기 제어기는 무선 기술을 통해 작동될 수 있다. 마이크로 스위치가 디스플레이 제어기 또는 1 이상의 층에 연결될 수 있다. 상기 스위치는 선택적으로 개방되어 층들 간에 높은 외부 임피던스를 제공하거나, 폐쇄되어 낮은 외부 임피던스를 제공할 수 있다. 충전기를 또한 스위치 또는 제어기를 통해 장치에 연결할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 제어기는 층간의 스위치 또는 연결부에서의 변화를 허용하여 애노드층이 전하 공급원이 되는 것에서 표준 전극이 되는 것으로 전환시킬 수 있다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 제어기는 전기광학층의 전기광학 특성을 변경시킬 수 있다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 제어기는 전기광학층 내의 모든 층의 전기광학 특성르 변경하여 실질적으로 모든 또는 모든 산화환원 발색단이 하나의 산화환원 상태에 있도록 할 수 있다. 또다른 실시양태에서, 제어기는 애노드층과 전기광학층 간의 연결부를 변경하여 하전되 산화환원 발색단의 일부를 변경시킬 수 있다. 한 예에서, 산화환원 발색단 상의 전하 5%가 변경된다. 또다른 실시양태에서, 상기 제어기는 상기 장치에서 외부 부품으로 에너지를 제공할 수 있다.
상기 제어기는 상이한 배치로 제공될 수 있다. 한 실시양태에서, 제어기는 디스플레이로서 동일한 기재 상에 부분적으로 인쇄된다. 또다른 실시양태에서, 상기 제어기는 디스틀레이로서 동일한 기재 상에 완전히 인쇄된다.
전술한 바와 같이, 본 원의 실시양태의 장치는 센서를 포함할 수 있다. 실시양태에서, 1 이상의 센서가 탐지하고 환경 정보를 상기 장치 제어기에 제공한다. 상기 센서는 전기광학층의 일부이거나 외부 센서로서 제공될 수 있다. 센서를 통해 감지된 데이타는 압력, 온도, 시간, 습도, 온 타임(on time), 온 스테이트(on state), 오프 타임(off time), 오프 스테이트(off state), 전압, 전류, 전하, 전자기장, 동전기 효과, 광, 스펙트럼 형상 및 특정 화학 화합물의 존재 중 1 이상일 수 있다.
실시양태에서, 본 원의 실시양태의 장치는 또한 전기 에너지 저장을 위한 1 이상의 추가 배터리, 1 이상의 디스플레이 광, 전기 에너지의 저장 또는 재활용을 위한 1 이상의 추가 커패시터 또는 통신 모뎀을 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 상기 장치는 통신 모뎀을 포함하고, 그 모뎀은 무선 모뎀이다.
실시양태에서, 산화환원 발색단 상에 저장되는 전하는 장치의 표면 색조로서 이용될 수 있다.
전극 및 층은 수동 매트릭스, 능동 매트릭스 또는 수동 및 능동 부품의 혼합체와 작동가능하게 연결될 수 있다.
실시양태에서, 장치는 사용자가 디스플레이 정보를 입력할 수 있고 제어기가 명령 신호를 정의하는 제어기를 포함한다. 명령 신호는 전기광학층 내의 1 이상의 픽셀에 전달되어 그 픽셀이 색을 변경하도록 할 수 있으며; 1 이상의 픽셀이 디스플레이 모드로 설정될 수 있다. 또한, 상기 명령 신호는 전력을 수집할 수 있으며; 1 이상의 픽셀이 충전 모드로 설정될 수 있다.
실시양태
하기 목록은 본 발명의 특정 실시양태를 포함한다. 그러나, 상기 목록은 당업자에게 이해되게 되는 바와 같이 한정적이지 않으며 대체 실시양태를 배제하지 않는다.
1. 제1 산화환원 전위를 갖는 제1 물질을 갖는 1 이상의 제1 전극을 포함하는 제1 층;
제2 산화환원 전위를 갖는 제2 물질, 금속 산화물 필름 및 그 금속 산화물 필름에 흡착되는 산화환원 발색단을 갖는 1 이상의 제2 전극을 포함하는 제2 층; 및
제3 산화환원 전위를 갖는 제3 물질을 갖는 1 이상의 제3 전극을 포함하는 제3 층
을 포함하는 장치로서, 그 장치는 전해질을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 층은 상기 전해질과 접촉하며; 제1 스위치는 제1 및 제2 층을 전기적으로 연결하고; 제2 스위치는 제2 및 제3 층을 전기적으로 연결하며;
제1 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 음이고 제3 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 양인 것인 장치.
2. 제1 및 제2 스위치가 개방된 제1 상태를 갖는 실시양태의 1의 장치로서, 상기 장치는 충전되고, 상기 산화환원 발색단은 산화되고 제1 색을 갖는 것인 장치.
3. 제1 스위치가 폐쇄되고 제1 전극으로부터의 전자가 제2 전극으로 이송되는 제2 상태를 갖는 실시양태 1의 장치로서, 상기 제2 상태에서 산화환원 발색단은 환원되고 제1 색변화를 거치며, 제2 색을 갖는 것인 장치.
4. 제2 스위치가 폐쇄되고 전자가 제2 층에서 제3 층으로 이송되는 실시양태 1의 장치로서, 상기 제3 상태에서 산화환원 발색단은 제2 색변화를 거쳐 제1 색으로 복귀되는 것인 장치.
5. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 복수의 독립 픽셀 또는 세그먼트를 추가로 포함하고, 각각의 독립 픽셀 또는 세그먼트는 1 이상의 제2 전극 중 1 이상을 포함하는 것인 장치.
6. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제1, 제2 및 제3 층은 동일한 물리적 평면 상에 위치하는 것인 장치.
7. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제1 및 제3 층은 제1 평면에서 상호인접하며, 상기 제2 층은 제2 평면에 있는 것인 장치.
8. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제1 층은 제1 평면을 차지하고, 상기 제2 층은 제2 평면을 차지하며, 상기 제3 층은 제3 평면을 차지하고; 상기 제1 평면은 상기 제2 및 제3 평면 사이에 위치하는 것인 장치.
9. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제1 층은 제1 평면을 차지하고, 상기 제2 층은 제2 평면을 차지하며, 상기 제3 층은 제3 평면을 차지하고; 상기 제3 평면은 제1 및 제2 평면 사이에 위치하는 것인 장치.
10. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제1 물질은 Li, K, Ca, Na, Mg, Hg, Al, Zn 및 Cr로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 장치.
11. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로, 상기 제1 물질은 Zn을 포함하는 것인 장치.
12. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제2 물질은 나노다공질-나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름을 포함하고, 산기 산화환원 발색단은 나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름에 흡착되는 것인 장치.
13. 실시양태 12의 장치로서, 상기 나노다공질-나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름은 메조다공질 TiO2 필름인 것인 장치.
14. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제3 물질은 CU2O, CuO, AgO 및 MnO2로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 장치.
15. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 장치에 작동가능하게 연결된 표준 전극을 추가로 포함하고 Zn, Ag/AgCl 및 Ag/AgNO3로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 장치.
16. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 산화환원 발색단은 비올로겐인 것인 장치.
17. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 전해질은 상기 제1 및 제2 층 사이의 이온 이동을 지원하는 고체 전해질층을 포함하는 것인 장치.
18. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 고체 전해질은 리튬과 같은 음이온성 화합물을 갖는 중합체인 것인 장치.
19. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 전기 에너지를 저장하기 위한 1 이상의 배터리를 추가로 포함하는 장치.
20. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 디스플레이 광을 추가로 포함하는 장치.
21. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 디스플레이 장치로서, 1 이상의 커패시터를 추가로 포함하는 디스플레이 장치.
22. 앞선 실시양태 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제1, 제2 또는 제3 층 중 1 이상에 작동가능하게 연결된 1 이상의 제어기를 추가로 포함하는 장치.
23. 실시양태 22의 장치로서, 상기 1 이상의 장치 제어기는 단일 집적 회로인 것인 장치.
24. 실시양태 22∼23 중 어느 하나의 디스플레이 장치로서, 상기 장치 제어기는 전극들 간의 연결부를 변경시켜 1 이상의 제1 전극이 표준 전극이 되도록 할 수 있는 것인 디스플레이 장치.
25. 실시양태 22∼24 중 어느 하나의 장치로서, 상기 제어기에 정보를 전달하기 위해 1 이상의 센서를 추가로 포함하는 장치.
26. 실시양태 25의 장치로서, 센서를 통해 감지된 정보는 압력, 온도, 시간, 습도, 온 타임, 온 스테이트, 오프 타임, 오프 스테이트, 구배 수준, 전압, 전류, 전하, 전자기장, 동전기 효과, 광, 스펙트럼 형상 및 특정 화학 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 파라미터를 포함하는 것인 장치.
27. 실시양태 22∼26 중 어느 하나의 디스플레이 장치로서, 상기 제어기에 작동가능하게 연결된 통신 모뎀을 추가로 포함하는 것인 디스플레이 장치.
28. 실시양태 22∼27 중 어느 하나의 디스플레이 장치의 작동 방법으로서,
(a) 상기 제어기에 디스플레이 정보를 입력하는 단계;
(b) 상기 디스플레이 정보를 바탕으로 명령 신호를 정의하는 단계;
(c) 상기 장치 제어기로부터의 명령 신호를 제2 층 상의 1 이상의 픽셀에 송신하는 단계;
(d) 상기 명령 신호를 바탕으로 상기 디스플레이 정보를 1 이상의 디스플레이 픽셀에 표시하는 단계; 및
(e) 상기 명령 신호를 바탕으로 제2 및 제3 층으로부터 전원을 수집하는 단계
를 포함하는 작동 방법.
29. 자가발전 장치의 작동 방법으로서,
제1 산화환원 전위를 갖는 제1 물질을 갖는 1 이상의 제1 전극을 포함하는 제1 층;
제2 산화환원 전위를 갖는 제2 물질, 금속 산화물 필름 및 그 금속 산화물 필름에 흡착되는 산화환원 발색단을 갖는 1 이상의 제2 전극을 포함하는 제2 층; 및
제3 산화환원 전위를 갖는 제3 물질을 갖는 1 이상의 제3 전극을 포함하는 제3 층
을 포함하는 장치로서, 그 장치는 전해질을 포함하고, 상기 제1, 제2 및 제3 층은 상기 전해질과 접촉하며; 제1 스위치는 제1 및 제2 층을 전기적으로 연결하고; 제2 스위치는 제2 및 제3 층을 전기적으로 연결하며;
제1 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 음이고 제3 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 양인 것인 장치를 제공하는 단계를 포함하고,
제1 및 제2 스위치를 개방하여 상기 디스플레이 장치를 충전하는 단계를 추가로 포함하는 작동 방법.
30. 실시양태 29의 방법으로서, 제1 스위치를 폐쇄하여 전자를 제1 전극에서 제2 전극으로 이송시키고 상기 산화환원 발색단을 환원시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
31. 실시양태 30의 방법으로서, 제2 스위치를 폐쇄하여 전자를 제2 전극에서 제3 전극으로 이송시키고 상기 산화환원 발색단을 산화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
32. 제1 전지광학층;
전기광학층에 전하를 추가하고 그 전기광학층의 전기 제어 특성을 변경하도록 배치된 전극의 제2 층;
상기 전기광학층에서 전하를 제거하고 그 전기광학층의 전기 제어 특성을 변경하며, 상기 제2 층에 의한 전기화학적 조작을 통해 전기 에너지를 생성하거나 저장하도록 배치된 전극의 제3 층
을 포함한다.
33. 실시양태 32에서와 같은 장치로서, 상기 전기광학층은 전기광학적으로 활성인 전기변색 전극으로 구성된 장치.
34. 실시양태 32∼33 중 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 전기광학 효과는 상기 전기광학층의 상응하는 부위의 1 이상의 광 흡수 또는 산란 특성의 변화인 것인 장치.
35. 실시양태 32∼34의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 복수의 독립 픽셀 또는 세그먼트 중 하나는 전기광학적 효과를 갖는 것인 장치.
36. 실시양태 32∼35의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 제2 층은, 산화 형태로 존재하는 경우에 제1 층 상의 전기변색 전극을 환원시키는 데 적합한 전기광학층 전극에 비해 더욱 음성인 환원 전위를 갖는 하나 또는 다중의 애노드인 것인 장치.
37. 실시양태 32∼36의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 제3 층은, 환원 형태로 존재하는 경우에 전기변색 전극을 산화시키는 데 적합한 전기광학 전극에 비해 더욱 양성인 환원 전위를 갖는 1 이상의 캐소드로 구성되는 것인 장치.
38. 실시양태 32∼37의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 애노드용 물질은 Li, K, Ca, Na, Mg, Hg, Al, Zn, Cr 또는 이의 조합/화합물/아말감/합금인 것인 장치.
39. 실시양태 32∼38의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 캐소드용 물질은 CU2O, CuO, AgO, MnO2 또는 이의 조합/화합물/아말감/합금인 것인 장치.
40. 실시양태 32∼39의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 산화환원 발색단은 나노다공질-나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름에 흡수되거나 부착되는 것인 장치.
41. 실시양태 32∼40의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 금속 산화물은 티탄, 지르코늄, 하프늄, 크롬, 몰리브덴, 인듐, 니오븀, 텅스텐, 바나듐, 니오븀, 탄탈, 은, 아연, 스트론튬, 철(Fe2+ 또는 Fe3+), 니켈 및 페로브스카이트로 구성된 반전도성 산화물의 군으로부터 선택되는 것인 장치.
42. 실시양태 32∼41의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 금속 산화물은
(a) F, Cl, Sb, P, As 또는 B로 도핑된 SnO2;
(b) Al, In, Ga, B, F, Si, Ge, Ti, Zr 또는 Hf로 도핑된 ZnO;
(c) Sn로 도핑된 In2O3;
(d) CdO;
(e) 삼성분 산화물 ZnSnO3, Zn2In2O5, In4Sn3O12, GalnO3 또는 MgIn2O4;
(f) TiO2/WO3 또는 TiO2/MoO3 시스템;
(g) Sb로 도핑된 Fe2O3; 및
(h) Fe2O3/Sb 또는 SnO2/Sb 시스템
로 구성된 금속 전도성 금속 산화물의 군으로부터 선택되는 것인 장치.
43. 실시양태 32∼42의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 산화환원 발색단은 하기 물질로 구성된 군으로부터 선택되는 1 이상의 물질을 포함하는 것인 장치:
Figure pct00005
상기 식 중, R1은 하기로 구성된 군으로부터 선택되며:
Figure pct00006
R2는 C1-1O 알킬, N-옥시드, 디메틸아미노, 아세토니트릴, 벤질, 페닐, 임의로 모노- 또는 디-니트로 치환된 페닐로부터 선택되고; R3는 C1-1O 알킬이며; R4∼R7는 각각 독립적으로 수소, C1-1O 알킬, C1-1O 알킬렌, 아릴 또는 치환된 아릴, 할로겐, 니트로 및 알콜 기로부터 선택된다. X는 염화물, 브롬화물, 요오드화물, BF4-, PF6- 및 ClO4-로 구성된 군으로부터 선택된 전하 균형 이온이며, n=1-10이다.
44. 실시양태 32∼43의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 제1 및 제2 층 사이의 이온 이동을 지원하는 고체 전해질층을 추가로 포함하는 장치.
45. 실시양태 32∼44의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 제1 및 제3 층 사이의 이온 이동을 지원하는 고체 전해질층을 추가로 포함하는 장치.
46. 실시양태 44∼45의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 고체 전해질은 리튬과 같은 이온성 화합물을 갖는 중합체인 것인 장치.
47. 실시양태 44∼45의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 고체 전해질은 용매(수성 또는 유기) 및 염을 갖는 겔과 같은 3차원 구조인 것인 장치.
48. 실시양태 44∼45의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 고체 전해질은 이온 이동을 허용하는 중합체인 것인 장치.
49. 실시양태 44∼45의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 고체 전해질은 메타 산화물 응집체와 같은 이온 또는 양성자 전도체인 것인 장치.
50. 실시양태 32∼49의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 전기광학층을 사용함으로써 외부 탐지 회로 수단을 통해 입사 방사선의 변화를 모니터링하여 주위 조건에서의 변화를 탐지하는 것인 장치.
51. 실시양태 32∼49의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 전기광학층을 사용함으로써 외부 탐지 회로 수단을 통해 센서 영역(들)의 일부 또는 전부 상의 입사 방사선의 변화를 모니터링하여 사용자 입력을 탐지하는 것인 장치.
52. 실시양태 32∼51의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 3개의 층은 동일한 물리적 평면에 함께 위치하는 것인 장치.
53. 실시양태 32∼52의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 애노드 및 캐소드 층은 단일 평면에서 맞물려 있고 분리된 평면에서는 전기광학적인 것인 장치.
54. 실시양태 32∼51의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 애노드층은 하나의 평면의 전극들 내에 또는 사이에 홀을 갖는 층이고, 전기광학층과 캐소드층 평면 사이에 샌드위치된 것인 방법.
55. 실시양태 32∼51의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 캐소드층은 하나의 평면의 전극들 내에 또는 사이에 홀을 갖는 층이고, 전기광학층과 애노드층 평면 사이에 샌드위치된 것인 방법.
56. 실시양태 32∼51의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상이한 층들의 부재의 두께는 장치의 필수적으로 일정한 두께를 제공하도록 설정되는 것인 장치.
57. 실시양태 32∼56의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 1 이상의 장치 제어기를 추가로 포함하는 장치.
58. 실시양태 32∼57의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 디스플레이 충전기 제어기 및 1 이상의 층에 연결된 마이크로 스위치를 추가로 포함하는 것인 장치.
59. 실시양태 32∼58의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 디스플레이 픽셀은 선택적으로 디스플레이 정보를 표시하고 전기를 생성하도록 배치되는 것인 장치.
60. 실시양태 57∼59의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 1 이상의 장치 제어기의 1 이상은 전기광학 제1 층의 전기광학적 효과를 제어하는 것인 장치.
61. 실시양태 57∼60의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 1 이상의 장치 제어기의 이행은 전기광학 영역의 실질적으로 모든 산화환원 발색단 부위가 제1 산화환원 상태에서 제2 산화환원 상태로 변성되도록 제1 및 제2 층에 영향을 미칠 수 있는 것인 장치.
62. 실시양태 57∼61의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 1 이상의 장치 제어기의 이행은 전기광학 영역의 실질적으로 모든 산화환원 발색단 부위가 제2 산화환원 상태에서 제1 산화환원 상태로 변성되도록 제1 및 제3 층에 영향을 미칠 수 있는 것인 장치.
63. 실시양태 57∼60의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 1 이상의 장치 제어기의 이행은 전기광학 영역의 산화환원 발색단 부위 상에 저장된 전하를 5% 미만까지 변경시키도록 제1 및 제2 층에 영향을 미칠 수 있는 것인 장치.
64. 실시양태 63에서와 같은 장치로서, 산화환원 발색단 부위 상에 저장된 전하의 변화는 표면 색조(skin tone)로서 이용되는 것인 장치.
65. 실시양태 57∼64의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 상기 장지 제어기 작동은 접촉이 적은 통신 표준의 작동과 연관된 로직을 통해 실시되는 것인 장치.
66. 실시양태 63에서와 같은 장치로서, 상기 제어기의 이행은 1 이상의 외부 성분에 에너지를 제공하도록 제2 및 제3 층에 영향을 미칠 수 있는 장치.
67. 실시양태 66에서와 같은 장치로서, 상기 1 이상의 성분은 수동성인 것인 장치.
68. 실시양태 66에서와 같은 장치로서, 상기 성분은 능동 및 수동 성분의 혼합체인 것인 장치.
69. 실시양태 66∼68의 어느 하나에서와 같은 장치로서, 디스플레이 충전기 제어기 및 1 이상의 전극층에 결합된 마이크로 스위치를 추가로 포함하는 것인 장치.
70. 실시양태 69에서와 같은 장치로서, 상기 마이크로 스위치는 층들 사이에서 선택적으로 개방되어 높은 외부 임피던스를 제공하거나, 폐쇄되어 낮은 외부 임피던스를 제공하는 것인 장치.
본 원에서 이용된 모든 참조 문헌은 완전히 언급된 것처럼 참조 인용된다.
따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시양태에 한정되지 않음나, 첨부된 특허청구범위, 상기 설명에서 정의되고, 및/또는 첨부된 도면에서 도시된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정예를 포괄하는 것을 의도하는 것으로 이해된다.

Claims (31)

  1. 제1 산화환원 전위를 갖는 제1 물질을 갖는 1 이상의 제1 전극을 포함하는 제1 층;
    제2 산화환원 전위를 갖는 제2 물질, 금속 산화물 필름 및 그 금속 산화물 필름에 흡착되는 산화환원 발색단을 갖는 1 이상의 제2 전극을 포함하는 제2 층; 및
    제3 산화환원 전위를 갖는 제3 물질을 갖는 1 이상의 제3 전극을 포함하는 제3 층
    을 포함하고, 전해질을 추가로 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 층이 상기 전해질과 접촉하고; 제1 스위치가 제1 및 제2 층을 전기적으로 연결하며; 제2 스위치가 제2 및 제3 층을 전기적으로 연결하고;
    제1 산화환원 전위가 제2 산화환원 전위보다 더욱 음이고 제3 산화환원 전위는 제2 산화환원 전위보다 더욱 양인 것인 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 스위치가 개방되고, 장치가 충전되며, 상기 산화환원 발색단이 산화되고 제1 색을 갖는 제1 상태를 갖는 것인 장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1 스위치가 폐쇄되고 제1 전극으로부터의 전자가 제2 전극으로 이송되는 제2 상태를 가지며, 상기 제2 상태에서 산화환원 발색단은 환원되고 제1 색변화를 거치며 제2 색을 갖는 것인 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제2 스위치가 폐쇄되고 전자가 제2 층에서 제3 층으로 이송되는 제3 상태를 가지며, 상기 제3 상태에서 산화환원 발색단은 제2 색변화를 거쳐 제1 색으로 복귀되는 것인 장치.
  5. 제1항에 있어서, 복수의 독립 픽셀 또는 세그먼트를 추가로 포함하고, 각각의 독립 픽셀 또는 세그먼트는 1 이상의 제2 전극 중 1 이상을 포함하는 것인 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3 층은 동일한 물리적 평면 상에 위치하는 것인 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제3 층은 제1 평면에서 상호인접하며(interdigated), 상기 제2 층은 제2 평면에 있는 것인 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 제1 평면을 차지하고, 상기 제2 층은 제2 평면을 차지하며, 상기 제3 층은 제3 평면을 차지하고; 상기 제1 평면은 상기 제2 및 제3 평면 사이에 위치하는 것인 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 층은 제1 평면을 차지하고, 상기 제2 층은 제2 평면을 차지하며, 상기 제3 층은 제3 평면을 차지하고; 상기 제3 평면은 제1 및 제2 평면 사이에 위치하는 것인 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 물질은 Li, K, Ca, Na, Mg, Hg, Al, Zn 및 Cr로 구성된 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 물질은 Zn을 포함하는 것인 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제2 물질은 나노다공질-나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름을 포함하고, 산기 산화환원 발색단은 나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름에 흡착되는 것인 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 나노다공질-나노결정질 반전도성 금속 산화물 필름은 메조다공질 TiO2 필름인 것인 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제3 물질은 Cu2O, CuO, AgO 및 MnO2로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 장치.
  15. 제1항에 있어서, Zn, Ag/AgCl 및 Ag/AgNO3로 구성된 군으로부터 선택된 물질을 갖고 상기 장치에 작동가능하게 연결된 표준 전극을 추가로 포함하는 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 산화환원 발색단은 비올로겐인 것인 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 전해질은 상기 제1 및 제2 층 사이의 이온 이동을 지원하는 고체 전해질층을 포함하는 것인 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 고체 전해질은 리튬과 같은 음이온성 화합물을 갖는 중합체인 것인 장치.
  19. 제1항에 있어서, 전기 에너지를 저장하기 위한 1 이상의 배터리를 추가로 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제1항에 있어서, 디스플레이 광을 추가로 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제1항에 있어서, 1 이상의 커패시터를 추가로 포함하는 디스플레이 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 제1, 제2 또는 제3 층에 작동가능하게 연결된 1 이상의 제어기를 추가로 포함하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 장치 제어기 중 1 이상은 단일 집적 회로인 것인 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 장치 제어기는 전극들 간의 연결부를 변경시켜 1 이상의 제1 전극이 표준 전극이 되도록 할 수 있는 것인 디스플레이 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 제어기에 정보를 전달하기 위해 1 이상의 센서를 추가로 포함하는 장치.
  26. 제25항에 있어서, 센서를 통해 감지된 정보는 압력, 온도, 시간, 습도, 온 타임(on time), 온 스테이트(on state), 오프 타임(off time), 오프 스테이트(off state), 구배 수준, 전압, 전류, 전하, 전자기장, 동전기 효과, 광, 스펙트럼 형상 및 화학 화합물로 구성된 군으로부터 선택된 1 이상의 파라미터를 포함하는 것인 장치.
  27. 제22항에 있어서, 상기 제어기에 작동가능하게 연결된 통신 모뎀을 추가로 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  28. (a) 상기 제어기에 디스플레이 정보를 입력하는 단계;
    (b) 상기 디스플레이 정보를 바탕으로 명령 신호를 정의하는 단계;
    (c) 상기 장치 제어기로부터의 명령 신호를 제2 층 상의 1 이상의 픽셀에 송신하는 단계;
    (d) 상기 명령 신호를 바탕으로 상기 디스플레이 정보를 1 이상의 디스플레이 픽셀 상에 표시하는 단계; 및
    (e) 상기 명령 신호를 바탕으로 제2 및 제3 층으로부터 전력을 수집하는 단계
    를 포함하는 제22항의 장치의 작동 방법.
  29. 제1 산화환원 전위를 갖는 제1 물질을 갖는 1 이상의 제1 전극을 포함하는 제1 층;
    제2 산화환원 전위를 갖는 제2 물질, 금속 산화물 필름 및 그 금속 산화물 필름에 흡착되는 산화환원 발색단을 갖는 1 이상의 제2 전극을 포함하는 제2 층; 및
    제3 산화환원 전위를 갖는 제3 물질을 갖는 1 이상의 제3 전극을 포함하는 제3 층
    을 포함하고, 전해질을 추가로 포함하며, 상기 제1, 제2 및 제3 층이 상기 전해질과 접촉하고; 제1 스위치가 제1 및 제2 층을 전기적으로 연결하며; 제2 스위치가 제2 및 제3 층을 전기적으로 연결하고;
    제1 산화환원 전위가 제2 산화환원 전위보다 더욱 음이고 제3 산화환원 전위가 제2 산화환원 전위보다 더욱 양인 장치를 제공하는 단계를 포함하고,
    제1 및 제2 스위치를 개방하여 상기 디스플레이 장치를 충전하는 단계를 추가로 포함하는 자가발전 장치의 작동 방법.
  30. 제29항에 있어서, 제1 스위치를 폐쇄하여 전자를 제1 전극에서 제2 전극으로 이송시키고 상기 산화환원 발색단을 환원시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  31. 제30항에 있어서, 제2 스위치를 폐쇄하여 전자를 제2 전극에서 제3 전극으로 이송시키고 상기 산화환원 발색단을 산화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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