KR20140041433A - 공간적 협조-전환 기능의 전기변색 다층 소자 - Google Patents

공간적 협조-전환 기능의 전기변색 다층 소자 Download PDF

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KR20140041433A
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Abstract

제 1 기판과, 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층을 포함하는 다층 소자에 관한 발명으로서, 상기 제 1 전기 전도층은 위치의 함수로 변화하는, 제 1 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 시트 저항(Rs)을 갖는다.

Description

공간적 협조-전환 기능의 전기변색 다층 소자 {ELECTROCHROMIC MULTI-LAYER DEVICES WITH SPATIALLY COORDINATED SWITCHING}
본 발명은 일반적으로, 실질적으로 전체 면적에 대해 또는 전체 면적 중 선택된 서브영역에 대해 협력 전환할 수 있는 건축용 창과 같은 전환(switching)가능한 전기변색 소자에 관한 것이다. 특히, 선호되는 일 실시예에서, 본 발명은 실질적으로 전체 면적에 대해, 또는 전체 면적 중 선택된 서브 영역에 대해 공간적으로 협력적인 방식으로 전환되는 건축 분야를 위한 전환가능한 전기변색 다층 소자, 특히, 대면적 장방형 창을 지향하며, 선택적으로, 이는 불균일한 형상을 갖고, 선택적으로, 이는 제 1 광학 상태, 가령, 투명 상태로부터, 제 2 광학 상태, 가령, 반사 또는 칼라 상태로 협력적이지만 비동기식으로(가령, 측부로부터 측부로 또는 상부로부터 하부로), 또는, 동기식으로, 즉, 실질적으로 전체 면적에 대해, 또는, 전체 면적 중 선택된 서브영역에 대해, 균일하게 전환된다.
상업용 전환가능한 투과체 소자가 차량의 거울, 자동차 윈도, 항공기 윈도 조립체, 선루프, (천정) 채광창, 건축용 윈도의 용도로 잘 알려져 있다. 이러한 소자는 예를 들어, 무기 전기변색 소자, 유기 전기변색 소자, 스위칭가능한 미러, 및 전도층들 사이에 하나 이상의 액티브층을 갖는 2개의 전도층을 갖는 이들의 하이브리드를 포함할 수 있다. 전압이 이러한 전도층 간에 인가될 때, 사이의 층의 광학적 성질이 변화한다. 이러한 광학적 성질 변화는 통상적으로 전자기 스펙트럼의 가시광 또는 태양광 일부분의 투과율의 변조다. 편의상, 다음의 논의에서 2개의 광학적 상태가 명 상태 및 암 상태로 언급될 것이지만, 이는 단지 예일 뿐이고 상대적인 용어이며(즉, 두 상태 중 하나는 다른 한 상태에 비해 더 "밝고" 더 투명함), 특정 전기변색 소자에 대해 획득가능한 극값들 사이에서 한 세트의 명 상태 및 암 상태가 존재할 수 있으며, 예를 들어, 이러한 세트 내에서 중간 명 상태 및 암 상태 사이에서 전환하는 것이 가능하다.
전기변색 후방 주시경과 같은 비교적 소형의 전기변색 소자에서 명 상태와 암 상태 간의 전환은 통상적으로 빠르고 균일하지만, 대면적 전기변색 소자에서 명 상태와 암 상태 간의 전환은 느리고 공간적으로 불균일할 수 있다. 점진적이고 불균일한 착색 또는 전환은 대면적 전기변색 소자에 연계된 공통된 문제다. 흔히 "아이리스 효과"(iris effect)로 불리는 이러한 문제점은 통상적으로, 소자의 한 면 또는 양 면에 전기 접촉부를 제공하는 투명 전도 코팅을 통할 때 전압 강하의 결과다. 예를 들어, 전압이 소자에 최초 인가될 때, 전위는 통상적으로 (전압이 인가되는) 소자의 에지 근처에서 최대이고, 소자의 중심 근처에서 최저다 - 그 결과, 소자의 에지 근처에서의 투과율과 소자의 중심에서의 투과율 간에 상당한 차이가 나타날 수 있다. 그러나 시간이 지남에 따라, 중심과 에지 사이의 인가 전압의 차이가 감소하고, 그 결과, 소자의 중심과 에지에서의 투과율 차이가 감소한다. 이러한 상황에서, 전기변색 매체는 통상적으로, 전위가 인가되는 곳 근처의 소자의 투과율을 최초에 변화시킴으로써 불균일한 투과율을 나타낼 것이고, 투과율은 전환이 진행됨에 따라 소자의 중심을 향해 점진적으로 변화한다. 아이리스 효과가 비교적 대형의 소자에서 흔히 관찰되지만, 대응하여 높은 전기저항의 전도층을 갖는 소형 소자에도 존재할 수 있다.
본 발명의 다양한 형태들 중에서, 손쉽게 제조될 수 있는 실질적으로 전체 면적에 걸쳐 협조적으로 전환 및 칼라링을 행할 수 있는 비교적 대면적의 전기변색 다층 소자를 제공하는 것이 목적이다.
따라서, 간단히 말하자면, 제 1 기판 및 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층을 포함하는 다층 소자를 지향한다. 제 1 전기 전도층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투과성이고, 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 상기 제 1 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 시트 저항(Rs)을 가지며, 상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비가 적어도 2다.
본 발명의 다른 형태는 제 1 기판 및 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층을 포함하는 다층 소자다. 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 상기 제 1 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 가지며, 상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비가 적어도 1.25다.
본 발명의 다른 형태는 제 1 기판과, 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층과, 상기 제 1 전기 전도층의 표면 상에 제 1 전극층을 포함하는 다층 소자다. 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 가지며, 상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비가 적어도 1.25다.
본 발명의 다른 형태는 제 1 기판과, 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층을 포함하는 다층 소자다. 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 가지며, 상기 제 1 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지닌다. 상기 세트 내의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 도달할 때까지 대체로 증가하였다가 그 후 대체로 감소하거나, 또는 최소값에 도달할 때까지 대체로 감소하였다가 그 후 대체로 증가한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 시트 저항의 구배는 일정하다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, 시트 저항의 구배는 일정하고, 기판은 장방형 형상이다.
본 발명의 다른 형상은 제 1 기판과, 제 1 기판의 표면 상의 제 1 전기 전도층과, 상기 제 1 전기 전도층의 표면 상의 제 1 전극층을 포함하는 다층 소자다. 제 1 전기 전도층은 , 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고, 제 1 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는, 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지닌다. 상기 세트 내 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 이를 때까지 대체로 증가하다가 그 후 대체로 감소하거나, 최소값에 이를 때까지 대체로 감소하다가 그 후 대체로 증가한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 시트 저항의 구배는 일정하다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, 시트 저항의 구배는 일정하고 기판은 장방형 형상이다.
본 발명의 다른 형태는 제 1 및 제 2 전기 전도층 사이에서 전기적으로 접촉하는 전기변색층을 포함하는 전기변색 다층 소자다. 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층은 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고, 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는, 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지닌다. 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 이를 때까지 대체로 증가하다가 그 후 대체로 감소하거나, 최소값에 이를 때까지 대체로 감소하다가 그 후 대체로 증가한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 시트 저항의 구배는 일정하다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, 시트 저항의 구배는 일정하고 기판은 장방형 형상이다.
본 발명의 다른 형태는 제 1 기판, 제 1 전기 전도층, 제 1 전극층, 제 2 전기 전도층, 및 제 2 기판을 포함하는 전기변색 소자다. 상기 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각은 각각 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 제 1 및 제 2 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 시트 저항(Rs)을 갖고, 상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한, 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 2이고, 상기 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한, 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 2다. 상기 제 1 기판 및 상기 제 1 전기 전도층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투과성이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제 1 기판 및 제 1 전기 전도층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투명하다.
본 발명의 다른 형태는 전기변색 다층 소자의 투과율을 조정하기 위한 프로세스이고, 상기 다층 소자는 제 1 및 제 2 전기 전도층 사이에서 전기적으로 접촉하는 전기변색층을 포함한다. 상기 프로세스는 제 1 및 제 2 전기 전도층 사이에 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 전압 펄스는 적어도 약 2볼트의 크기를 갖는다. 전압 펄스는 제 1 광학 상태로부터 제 2 광학 상태로 전환하도록 전기변색층을 유도하며, 제 1 또는 제 2 광학 상태는 둘 중 다른 하나의 광학 상태에 비해 자외선 내지 적외선 파장 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 더 큰 투과율을 갖고, 제 2 광학 상태는 펄스 후 적어도 1초 동안, 그리고, 전기 전도층 사이에 인가되는 전압이 없을 때, 지속된다.
본 발명의 다른 형태는 다층 소자의 제조 프로세스이고, 상기 프로세스는 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층을 형성하는 단계를 포함한다. 제 1 전기 전도층은 투명 전도체를 포함하고, 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 제 1 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 가지며, 상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 1.25다.
본 발명의 다른 형태는 다층 소자의 제조 프로세스다. 이 프로세스는 전기변색층, 전기 전도층, 및 기판을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 전기 전도층은 상기 제 1 전극층과 기판 사이에 놓인다. 제 1 전기 전도층은 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 제 1 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해, 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고, 상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 1.25다.
본 발명의 다른 형태는 다층 소자의 제조 프로세스를 지향한다. 이 프로세스는 제 1 및 제 2 전기 전도층 사이에서 접촉하는 전기변색층을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층은 각각 상기 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층의 위치의 함수로 변화하는, 상기 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고, 상기 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 각각 적어도 약 1.25다.
다른 목적 및 특징은 일부 명백하고, 일부 다음에서 제시된다.
도 1은 본 발명의 다층 전기변색 소자의 개략적 단면도다.
도 2A-2E는 정사각형 및 원형 둘레를 갖는 소자들에 대한 버스 바의 다양한 대안의 조정으로부터 나타나는 등저항선(종종 등고선이라고도 불림) 및 저항 구배선(등저항선에 수직인 선)을 보여주는 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내의 위치(2차원)의 함수로 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층의 시트 저항(Rs)의 일련의 등고선도다.
도 3은 기판 상에서 구분된 두께를 갖는 전기 전도층의 개략적 단면도다.
도 4는 본 발명의 다층 전기변색 소자의 대안의 실시예의 개략적 단면도다.
도 5는 예 1에서 설명되는 바와 같이 전기변색 소자의 동적 거동을 시뮬레이션하는데 사용되는 1차원 럼프 요소 회로 모델도다.
도 6은 예 1에 설명되는 바와 같이 버스 바에 인가되는 전압 파형의 플롯이다.
도 7은 예 1에 설명되는 바와 같이 시간 대 소자 내로 흐르는 전류의 플롯이다.
도 8은 예 1에 설명되는 바와 같이 3개의 위치(에지 근처, 중심 근처, 이 둘 사이)에서 전기변색 필름 간 전압의 플롯이다.
도 9는 예 1에 설명되는 바와 같이 버스 바에 인가되는 전압 파형의 플롯이다.
도 10은 예 1 에 설명된 바와 같이 시간 대 소자 내로 흐르는 전류의 플롯이다.
도 11은 예 1에 설명된 바와 같이 3개의 위치(에지 근처, 중심 근처, 이 둘 사이)에서 전기변색 필름 간 전압의 플롯이다.
도 12는 예 2에 설명되는 바와 같이 전기변색 소자의 동적 거동을 시뮬레이션하는데 사용되는 1차원 럼프 요소 회로 모델도다.
도 13은 예 1에 설명되는 바와 같이 버스 바에 인가되는 전압 파형의 플롯이다.
도 14는 예 1에 설명되는 바와 같이 시간 대 소자 내로 흐르는 전류의 플롯이다.
도 15는 예 1에 설명되는 바와 같이 3개의 위치(에지 근처, 중심 근처, 이 둘 사이)에서 전기변색 필름 간 전압의 플롯이다.
도 16은 예 3에 설명되는 바와 같이 전기변색 소자의 동적 거동을 시뮬레이션하는데 사용되는 1차원 럼프 요소 회로 모델도다.
도 17은 예 1에 설명되는 바와 같이 버스 바에 인가되는 전압 파형의 플롯이다.
도 18은 예 1에 설명되는 바와 같이 시간 대 소자 내로 흐르는 전류의 플롯이다.
도 19는 예 1에 설명되는 바와 같이 3개의 위치(에지 근처, 중심 근처, 이 둘 사이)에서 전기변색 필름 간 전압의 플롯이다.
도 20은 본 발명의 다층 전기변색 소자의 대안의 실시예의 개략적 단면도다.
도 21은 도 1의 다층 소자의 전개도다.
대응하는 도면 부호는 도면 전체를 통해 대응하는 부분을 표시한다. 추가적으로, 서로 다른 도면에서 층들의 상대적 두께는 진실한 치수 관계를 나타내지 않는다. 예를 들어, 기판은 다른 층에 비해 통상적으로 훨씬 두껍다. 도면은 연결 원리를 설명하기 위해 그려진 것일 뿐, 어떤 치수 정보를 제공하고자 하는 것이 아니다.
다음의 정의 및 방법은 본 발명을 더 잘 규정하고 본 발명을 실시함에 있어서 당 업자를 안내하기 위해 제공된다. 달리 언급하지 않을 경우, 관련 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 통상적 용도에 따라 용어가 이해되어야 한다.
"양극성 전기변색층"이라는 용어는 이온 제거시 고투과도 상태로부터 저투과도 상태로 변화하는 전극층을 나타낸다.
"음극성 전기변색층"이라는 용어는 이온 삽입시 고투과도 상태로부터 저투과도 상태로 변화하는 전극층을 나타낸다.
"전도성" 및 "저항성"이라는 용어는 물질의 전기 전도도 및 전기 저항을 나타낸다.
"볼록 다각형"이라는 용어는 모든 내각이 180도보다 작거나 같고 두 정점 사이의 모든 선분이 다각형 경계 내에 또는 상에 유지되는 간단한 다각형을 의미한다. 예시적인 볼록 다각형은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 등을 포함하며, 이 경우 모든 내각이 180도보다 작거나 같고, 두 정점 사이의 모든 선분이 다각형 경계 내에 또는 상에 유지된다.
"전기변색층"이라는 용어는 전기변색 물질을 포함하는 층을 나타낸다.
"전기변색 물질"이라는 용어는 이온 및 전자의 공급 또는 추출의 결과로, 광학적 성질을 가역적으로 변화시킬 수 있는 물질을 나타낸다. 예를 들어, 전기변색 물질은 칼라, 반투명 상태, 및 투명 상태 사이에서 변화할 수 있다.
"전극층"이라는 용어는 이온 및 전자를 전도할 수 있는 층을 나타낸다. 전극층은 이온이 물질 내로 삽입될 때 산화될 수 있는 화학종을 지니고, 이온이 층으로부터 추출될 때 환원될 수 있는 화학종을 지닌다. 전극층 내 화학종의 이러한 산화 상태 변화는 소자 내 광학적 성질의 변화를 책임진다.
"전기 전위" 또는 단순히 "전위"라는 용어는 전극/이온 전도체/전극 스택을 포함하는 소자 간에 나타나는 전압을 나타낸다.
"투과성'이라는 용어는 물질을 통한 전자기 복사의 투과를 나타내는데 사용된다.
"투명"이라는 용어는, 예를 들어, 물질 너머에 또는 뒤에 위치한 물체가 명백하게 보이거나 적절한 이미지 감지 기술을 이용하여 이미징될 수 있도록, 물질을 통한 전자기 복사의 실질적 투과를 나타내는데 사용된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기변색 소자(1)의 단면도다. 중심으로부터 외측으로 이동하면서, 전기변색 소자(1)는 이온 전도체층(10)을 포함한다. 제 1 전극층(20)은 이온 전도체층(10)의 제 1 표면과 접촉하고, 제 2 전극층(21)은 이온 전도체층(10)의 제 2 표면과 접촉한다. 추가적으로, 제 1 및 제 2 전극층(20, 21) 중 적어도 하나는 전기변색 물질을 포함한다 - 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전극층(20, 21) 각각은 전기변색 물질을 포함한다. 중심 구조, 즉, 층(20, 10, 21)은 외측 기판(24, 25)에 대하도록 배열되는 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23) 사이에 위치한다. 요소(22, 20, 10, 21, 23)는 집합적으로 전기변색 스택(28)으로 불린다.
전기 전도층(22)은 버스 바(26)를 통해 전력 공급원(도시되지 않음)의 일 단자와 전기적으로 접촉하고, 전기 전도층(23)은 버스 바(27)를 통해 전력 공급원(도시되지 않음)의 다른 단자와 전기적으로 접촉하며, 따라서, 전기 전도층(22, 23)에 전압 펄스를 공급함으로써 전기변색 소자(10)의 투과율이 변화할 수 있다. 펄스는 전자 및 이온을 제 1 및 제 2 전극층(20, 21) 사이에서 이동하게 하고, 그 결과, 제 1 및/또는 제 2 전극층 내의 전기변색 물질이 광학적 상태를 변경하여 고투과도 상태로부터 저투과도 상태로, 또는 저투과도 상태로부터 고투과도 상태로 전기변색 소자(1)를 전환시킨다. 일 실시예에서, 전기변색 소자(1)는 전압 펄스 전에 투과성이고 전압 펄스 후 투과성이 떨어지고(가령, 반사도가 커지거나 색상이 짙어진다), 또는, 그 역으로 작용한다.
저투과도 상태 및 고투과도 상태 사이의 전이에 대한 참조는 비-제한적인 것이고 전자기 복사의 투과율에 대한 전기변색 물질에 의해 획득가능한 전체 전이 범위를 설명하고자 하는 것일 뿐이다. 예를 들어, 투과율 변화는 제 1 광학 상태로부터 (i) 제 1 상태에 비해 흡수성이 높은(즉, 투과성이 낮은) 상태, (ii) 제 1 상태보다 흡수성이 낮은(즉, 투과성이 높은) 상태, (iii) 제 1 상태보다 반사도가 높은(즉, 투과성이 낮은) 상태, (iv) 제 1 상태보다 반사도가 낮은(즉, 투과성이 높은) 상태, (v) 제 1 상태보다 반사도 및 흡수성이 높은(즉, 투과성이 낮은) 상태, 또는, (vi) 제 1 상태보다 반사도 및 흡수성이 낮은(즉, 투과성이 높은) 상태 중 하나인 제 2 광학 상태로의 변화일 수 있다. 추가적으로, 이러한 변화는 전기변색 소자에 의해 획득가능한 2개의 광학적 상태의 극값(예를 들어, 투명한 제 1 상태와, 불투명 또는 반사성(거울)인 제 2 상태) 사이에 놓일 수 있다. 대안으로서, 이러한 변화는 2개의 광학적 상태 사이에 놓일 수 있고, 그 중 적어도 하나는 특정 전기변색 소자에 대해 획득가능한 2개의 상태의 극값(가령, 투명과 불투명 또는 투명 및 거울) 사이에서 스펙트럼을 따라 중간에 놓인다. 여기서 달리 명시하지 않을 경우, 투과성이 낮은 상태와 투과성이 높은 상태, 또는 심지어 탈색상(bleached color)의 전이를 참조할 때마다, 대응하는 소자 또는 프로세스는 비-반사-반사, 투명-불투명, 등과 같은 다른 광학적 상태 전이를 포괄한다. 더욱이, "탈색"(bleached)이라는 용어는 광학적으로 중립인 상태, 예를 들어, 무색이거나, 투명하거나, 반투명한 상태를 의미한다. 더욱이, 여기서 달리 명시하지 않을 경우, 전기변색 전이의 "색상"은 어떤 특정 파장 또는 파장 범위로 제한되지 않는다. 당 업자에게 이해되듯이, 적절한 전기변색 및 카운터 전극 물질의 선택은 관련 광학적 전이를 통제한다.
일반적으로, 투과율 변화는 적외선 내지 자외선 복사 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대한 투과율 변화를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일 실시예에서, 투과율 변화는 주로 적외선 스펙트럼의 전자기 복사에 대한 투과율 변화다. 제 2 실시예에서, 투과율 변화는 주로 가시광 스펙트럼의 파장을 갖는 전자기 복사에 대한 것이다. 제 3 실시예에서, 투과율 변화는 주로 자외선 스펙트럼의 파장을 갖는 전자기 복사에 대한 것이다. 제 4 실시예에서, 투과율 변화는 주로 자외선 및 가시광 스펙트럼의 파장을 갖는 전자기 복사에 대한 것이다. 제 5 실시예에서, 투과율 변화는 주로 적외선 및 가시광 스펙트럼의 파장을 갖는 전자기 복사에 대한 것이다. 제 6 실시예에서, 투과율 변화는 주로 자외선, 가시광, 및 적외선 스펙트럼의 파장을 갖는 전자기 복사에 대한 것이다.
전기변색 스택(28)을 구성하는 물질은 유기질 또는 무기질 물질을 포함할 수 있고, 고체 또는 액체일 수 있다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 전기변색 스택(28)은 무기질인, 또는, 고체(즉, 고체 상태의)인, 또는 무기질 고체인 물질을 포함한다. 무기질 물질은 건축 분야에서 높은 신뢰도를 보여주고 있다. 고체 상태의 물질은 액체 상태의 물질이 종종 보여주는 밀폐 및 누설 문제를 갖지 않는 장점을 또한 제공한다. 스택 내 층들 중 하나 이상이 소정 양의 유기 물질을 함유할 수 있지만, 많은 구현예에서 층들 중 하나 이상은 유기 물질을 거의 또는 전혀 함유하지 않는다. 하나 이상의 층 내에 소량으로 존재할 수 있는 액체의 경우도 마찬가지다. 소정의 다른 실시예에서, 전기변색 스택(28)을 구성하는 물질 중 일부 또는 전부가 유기질이다. 유기 이온 전도체는 높은 이동성을 제공할 수 있고, 따라서, 우수한 소자 전환 성능을 제공할 가능성이 높다. 유기 전기변색층은 높은 콘트래스트비 및 더 다양한 칼라 옵션을 제공할 수 있다. 전기변색 소자의 각각의 층은 아래에서 더 상세히 논의된다. 고체 상태 물질이 화학 기상 증착 또는 졸-겔을 이용하는 소정의 프로세스와 같이 액체 성분을 이용하는 프로세스에 의해 형성되거나 증착될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 버스 바(26, 27)에 연결되는 전력 공급원(도시되지 않음)은 통상적으로 선택적인 전류 제한 또는 전류 제어 특징을 갖는 전압원이고, 로컬 열 센서, 감광 센서 또는 다른 환경 센서와 연계하여 작동하도록 구성될 수 있다. 전압원은 측정되는 환경적 조건과, 연도, 시간, 등과 같은 요인에 따라 전기변색 소자를 제어하는 컴퓨터 시스템과 같은 에너지 관리 시스템과 인터페이싱하도록 또한 구성될 수 있다. 이러한 에너지 관리 시스템은 대면적 전기변색 소자(가령, 전기변색 건축용 윈도)와 연계하여, 건물의 에너지 소비를 크게 줄일 수 있다.
기판(24, 25) 중 적어도 하나는 주변에 대한 스택(28)의 전기변색 성질을 드러내기 위해, 투명한 것이 바람직하다. 적절한 광학적, 전기적, 열적, 및 기계적 성질을 갖는 물질이 제 1 기판(24) 또는 제 2 기판(25)으로 사용될 수 있다. 이러한 기판은 예를 들어, 글래스, 플라스틱, 금속, 및 금속 코팅 글래스 또는 플라스틱을 포함한다. 가능한 플라스틱 기판의 비-배타적 예는 폴리카보네이트, 폴리아크릴릭, 폴리우레탄, 우레탄 카보네이트 코폴리머, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리알켄, 폴리이미드, 폴리설파이드, 폴리비닐 아세테이트, 및 셀룰로스-기반 폴리머다. 플라스틱 기판이 사용될 경우, 예를 들어, 플라스틱 글레이징(plastic glazing) 분야에 잘 알려진 바와 같은, 다이아몬드형 보호 코팅, 실리카/실리콘 마모 방지 코팅, 등과 같은 경질 코팅을 이용하여 장벽 보호 및 마모 보호될 수 있다. 적절한 글래스는 소다 라임 플로트 글래스(soda lime float glass)를 포함한, 무색 또는 틴티드 소다 라임 글래스를 포함한다. 글래스는 템퍼링(tempering)될 수도 있고, 템퍼링되지 않을 수도 있다. 제 1 기판(24) 및/또는 제 2 기판(25)으로 사용되는, 소다 라임 글래스와 같은, 글래스를 갖는 전기변색 소자(1)의 일부 실시예에서, 제 1 기판(24)과 제 1 전기 전도층(22) 사이에, 및/또는, 제 2 기판(25)과 제 2 전기 전도층(23) 사이에 소듐 확산 장벽층(도시되지 않음)이 존재하여, 글래스로부터 소듐 이온이 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층(23) 내로 확산되는 것을 방지한다. 일부 실시예에서, 제 2 기판(25)이 생략된다.
발명의 선호되는 일 실시예에서, 제 1 기판(24) 및 제 2 기판(25) 각각은 플로트 글래스(float glass)다. 건축 분야의 소정의 실시예에서, 이 글래스는 적어도 0.5m x 0.5m이고, 더 클 수도 있다(가령, 약 3m x 4m). 이러한 응용예에서, 이러한 글래스의 두께는 통상적으로 적어도 약 2mm이고, 4-6mm인 것이 더욱 일반적이다.
응용예에 관계없이, 본 발명의 전기변색 소자는 넓은 범위의 크기를 가질 수 있다. 일반적으로, 전기변색 소자는 적어도 0.001m2의 표면적의 표면을 갖는 기판을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 소정의 실시예에서, 전기변색 소자는 적어도 0.01m2의 표면적의 표면을 갖는 기판을 포함한다. 더 예를 들자면, 소정의 실시예에서, 전기변색 소자는 적어도 0.1m2의 표면적의 표면을 갖는 기판을 포함한다. 더 예를 들자면, 소정의 실시예에서, 전기변색 소자는 적어도 1m2의 표면적의 표면을 갖는 기판을 포함한다. 더 예를 들자면, 소정의 실시예에서, 전기변색 소자는 적어도 5m2의 표면적의 표면을 갖는 기판을 포함한다. 더 예를 들자면, 소정의 실시예에서, 전기변색 소자는 적어도 10m2의 표면적의 표면을 갖는 기판을 포함한다.
2개의 전기 전도층(22, 23) 중 적어도 하나는 주변에 대한 스택(28)의 전기변색 성질을 드러내기 위해 투명한 것이 또한 바람직하다. 일 실시예에서, 전기 전도층(23)은 투명하다. 다른 실시예에서, 전기 전도층(22)이 투명하다. 다른 실시예에서, 전기 전도층(22, 23) 각각이 투명하다. 소정의 실시예에서, 전기 전도층(22, 23) 중 적어도 하나는 무기질 및/또는 고체다. 전기 전도층(22, 23)은 투명 전도성 옥사이드, 얇은 금속 코팅, 전도성 나노 입자(가령, 로드, 튜브, 도트) 전도성 금속 나이트라이드 및 복합 전도체의 네트워크를 포함한, 서로 다른 다수의 투명 물질로 제조될 수 있다. 투명 전도성 옥사이드는 금속 옥사이드와, 하나 이상의 금속으로 도핑된 금속 옥사이드를 포함한다. 이러한 금속 옥사이드 및 도핑된 금속 옥사이드의 예는, 인듐 옥사이드, 인듐 틴 옥사이드, 도핑된 인듐 옥사이드, 틴 옥사이드, 도핑된 틴 옥사이드, 징크 옥사이드, 알루미늄 징크 옥사이드, 도핑된 징크 옥사이드, 루테늄 옥사이드, 도핑된 루테늄 옥사이드, 등을 포함한다. 투명 전도성 옥사이드는 종종 (TCO)층으로 불린다. 실질적으로 투명한 얇은 금속 코팅이 또한 사용될 수 있다. 이러한 얇은 금속 코팅용으로 사용되는 금속의 예는 금, 플라티늄, 은, 알루미늄, 니켈, 및 이들의 합금을 포함한다. 투명 전도성 나이트라이드의 예는 티타늄 나이트라이드, 탄탈륨 나이트라이드, 티타늄 옥시나이트라이드, 및 탄탈륨 옥시나이트라이드를 포함한다. 전기 전도층(22, 23)은 또한 투명 복합 전도체일 수 있다. 이러한 복합 전도체는 기판의 일 면 상에 고-전도성의 세라믹 및 금속 와이어 또는 전도층 패턴을 배치함으로써, 그리고, 도핑된 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드와 같은 투명 전도성 물질로 오버코팅함으로써, 제조될 수 있다. 이상적인 경우, 이러한 와이어는 육안으로 안보일 만큼 충분히 얇아야 한다(가령, 약 100㎛ 이하). 가시광에 투명한 전기 전도체(22, 23)의 비-배타적 예는 인듐 틴 옥사이드(ITO), 틴 옥사이드, 징크 옥사이드, 티타늄 옥사이드, n- 또는 p- 도핑 징크 옥사이드 및 징크 옥시플로라이드의 박막이다. 탄소 나노튜브층 및 ZnS/Ag/ZnS와 같은 금속-계 층 역시 최근에 연구되고 있다. 특정 응용예에 따라, 적어도 하나의 전기 전도층(22, 23)이 금속 그리드로 제조되거나 금속 그리드를 포함할 수 있다.
전기 전도층의 두께는 층 내에 포함된 물질의 조성 및 그 투명한 특성에 의해 영향받을 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 전도층(22, 23)은 투명하고, 각각은 약 1000nm 내지 약 50nm 사이의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 전기 전도층(22, 23)의 두께는 약 500nm 내지 약 100nm 사이다. 다른 실시예에서, 전기 전도층(22, 23) 각각의 두께는 약 400nm 내지 약 200nm 사이다. 일반적으로, 필요한 전기적 성질(가령, 전도도) 및 광학적 성질(가령, 투과율)을 제공하는 한, 더 두껍거나 더 얇은 층이 이용될 수 있다. 소정의 응용예의 경우, 전기 전도층(22, 23)이 투명도 증가와 비용 절감을 위해 가능한 얇은 것이 일반적으로 선호될 것이다.
도 1을 다시 참조하면, 전기 전도층의 기능은 전기변색 스택(28)의 전체 표면에 걸쳐 전력 공급원에 의해 제공되는 전위를 스택의 내부 영역에 인가하는 것이다. 전위는 전도층에 대한 전기적 연결을 통해 전도층에 전달된다. 일부 실시예에서, 버스 바 - 하나는 제 1 전기 전도층(22)과 접촉하고 하나는 제 2 전기 전도층(23)과 접촉함 - 는 전압원과 전기 전도층(22, 23) 사이에 전기적 연결을 제공한다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23)의 시트 저항(Rs)은 약 500Ω/□ 내지 1Ω/□ 이다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23)의 시트 저항은 100Ω/□ 내지 5Ω/□다. 일반적으로, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23) 각각의 시트 저항은 대략 동일한 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23) 각각은 약 20Ω/□ 내지 약 8Ω/□의 시트 저항을 가질 수 있다.
비교적 고투과율 상태로부터 비교적 저투과율 상태로, 또는 그 역방향으로, 전기변색 소자(1)의 더욱 신속한 전환을 촉진시키기 위해, 전기 전도층(22, 23) 중 적어도 하나는 불균일한 층을 통한 전자의 유동에 대해 시트 저항(Rs)을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23) 중 하나만이 층을 통한 전자의 유동에 대해 불균일한 시트 저항을 갖는다. 대안으로서, 그리고 일반적으로는 더욱 선호되듯이, 제 1 전기 전도층(22) 및 제 2 전기 전도층(23) 각각이 각자의 층을 통한 전자의 유동에 대해 불균일한 시트 저항을 갖는다. 어떤 특정 이론에 구속됨없이, 현재 알려진 바에 따르면, 전기 전도층(22)의 시트 저항을 공간적으로 변화시키는 것, 또는, 전기 전도층(23)의 시트 저항을 공간적으로 변화시키는 것, 또는, 전기 전도층(22) 및 전기 전도층(23)의 시트 저항을 공간적으로 변화시키는 것은, 소자의 면적에 걸쳐, 소자 간에 균일한 전위 강하, 또는, 요망되는 불균일 전위 강하를 제공하기 위해 전도층 내 전압 강하를 제어함으로써, 소자의 전환 성능을 개선시킨다.
일반적으로, 전기 회로 모델링을 이용하여, 전기변색 소자의 타입, 소자 형상 및 치수, 전극 특성, 및 전압원에 대한 전기적 연결(가령, 버스 바)의 배치를 고려하여, 요망 전환 성능을 제공하는 시트 저항 분포를 결정할 수 있다. 시트 저항 분포는, 적어도 부분적으로, 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층의 두께를 등급화(grading)함으로써, 또는, 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층의 조성을 등급화함으로써, 또는, 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층을 패턴처리함으로써, 또는 이들의 일부 조합에 의해, 제어될 수 있다.
예시적인 일 실시예에서, 전기변색 소자는 장방형 전기변색 윈도다. 도 1을 다시 참조하면, 본 실시예에서 제 1 기판(24) 및 제 2 기판(25)은 글래스 또는 다른 투명 기판의 장방형 판유리(pane)이고, 전기변색 소자(1)는 제 1 전극층(20) 및 제 2 전극층(21)의 대향 측부 상에 각각 위치하는 2개의 버스 바(26, 27)를 갖는다. 이러한 방식으로 구성될 때, 제 1 전기 전도층(22) 내 전자의 흐름에 대한 저항은 버스 바(26)로부터 거리가 증가함과 함께 증가하고, 제 2 전기 전도층(23) 내 전자 흐름에 대한 저항은 버스 바(27)로부터의 거리 증가와 함께 증가한다. 이는 예를 들어, 버스 바(26)로부터의 거리 증가의 함수로 제 1 전기 전도층(22)의 두께를 감소시킴으로써, 그리고, 버스 바(27)로부터의 거리 증가의 함수로 제 2 전기 전도층(23)의 두께를 감소시킴으로써, 실시될 수 있다.
본 발명의 다층 소자는 장방형과는 다른 형상을 가질 수 있고, 3개 이상의 버스 바를 가질 수 있으며, 및/또는 소자의 대향 측부 상에 버스 바를 갖지 못할 수 있다. 예를 들어, 다층 소자는 더욱 일반적으로 4변형의 둘레를 가질 수 있고, 또는, 4개보다 많거나 적은 변을 갖는 형상을 가질 수 있다 - 예를 들어, 다층 소자는 삼각형, 오각형, 육각형, 등의 형상을 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 다층 소자는 곡률을 갖고 정점이 없는 둘레(가령, 원형, 타원형, 등)를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 다층 소자는 전압원에 다층 소자를 연결하는 3개, 4개, 또는 그 이상의 버스 바를 포함할 수 있고, 또는 버스 바가 개수에 관계없이, 비-대향 측부 상에 위치할 수 있다. 이러한 각각의 예에서, 전기 전도층 내 선호되는 저항 프로파일은 장방형의 2개의 버스 바 구조에 대해 설명된 것으로부터 변할 수 있다.
그러나 일반적으로, 그리고 다층 소자가 장방형과는 다른 형상을 갖는지 여부에 관계없이, 3개 이상의 전기 연결(가령, 버스 바)이 존재하고, 및/또는 이러한 전기 연결(가령, 버스 바)가 소자의 대향 측부 상에 놓이며, 제 1 전기 전도층(22)의, 또는, 제 2 전기 전도층(23)의, 또는, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23)의 시트 저항(Rs)이 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내의 (2차원) 위치의 함수로 동일 시트 저항의 점들을 모으도록 그려질 수 있다(즉, 등저항선). 종종 등고선도라 불리는 이러한 일반적 성질의 플롯은 동일한 높이의 점들을 모으기 위해 지도 제작에 정규적으로 사용된다. 본 발명의 범주에서, 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내의 (2차원) 위치의 함수로 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내 시트 저항(Rs)의 등고선도는 일련의 등저항선(종종 등고선이라고도 불림) 및 저항 구배선(등고선에 수직인 선)을 구비하는 것이 바람직하다. 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층 내 구배선을 따른 시트 저항은 일반적으로 증가하고, 일반적으로 감소하며, 최대값에 이를 때까지 일반적으로 증가하였다가 그 후 일반적으로 감소하고, 또는, 최소값에 도달할 때까지 일반적으로 감소하였다가 그 후 일반적으로 증가한다.
도 2A-2E는 본 발명에 따른 전기변색 스택의 여러 예시적인 실시예에 대한 전기 전도층 내의 (2차원) 위치의 함수로 전기 전도층(즉, 제 1 전기 전도층, 제 2 전기 전도층, 또는, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각)에서의 시트 저항(Rs)의 등고선도를 도시한다. 도 2A-2E의 각각에서, 등고선도(50)는, 전기변색 스택의 제 1 및 제 2 전기 전도층(라벨 표시 안됨)과 접촉하는 버스 바(226, 227)의 개수 및 위치를 달리하면서 정사각형(도 2A, 2B, 2C) 또는 원형(도 2D, 2E)인 둘레를 갖는 전기변색 스택으로부터 나타나는, 한 세트의 시트 등저항 곡선(52)(즉, 시트 저항(Rs)이 일정한 값을 갖는 곡선) 및 등저항 곡선(52)에 수직인 한 세트의 저항 구배 곡선(54)을 도시한다. 도 2A에서, 한 세트의 구배(54)의 방향은 전기 전도층 내의 시트 저항(Rs)이 버스 바(227)와 접촉하는 전기 전도층의 서측부(55) 및 동측부(56) 사이에서 한 세트의 구배(54)를 따라 점진적으로 증가함을 나타낸다. 도 2B에서, 한 세트의 구배(54A)의 방향은 버스 바(227)와 접촉하는 전기 전도층 내의 시트 저항(Rs)이 남서향 코너(57)로부터 중심부(59)까지 점진적으로 감소하고, 그 후, 중심부(59)로부터 북동향 코너(58)까지 감소함을 나타낸다. 도 2C에서, 한 세트의 구배(54)의 방향은 버스 바(227)와 접촉하는 전기 전도층 내의 시트 저항(Rs)이 서측부(60) 및 동측부(61)로부터 중심부(59)까지 점진적으로 감소하고 상측부(58) 및 하측부(57)로부터 중심부(59)까지 점진적으로 증가함을 나타내며, 달리 언급할 때, 시트 저항(Rs)은 중심부(59) 주위로 집중되는 안장(saddle) 형상을 형성한다. 도 2D에서, 구배(54a, 54b)의 방향은, 버스 바(227)와 접촉하는 전기 전도층 내의 시트 저항(Rs)이 각각의 위치(64, 65)로부터 중심부(59)까지 점진적으로 감소하고 각각의 위치(63, 62)로부터 중심부(59)까지 점진적으로 증가하며, 달리 언급하자면, 시트 저항(Rs)이 중심부(59) 주위로 집중되는 안장 형상을 형성한다. 도 2E에서, 한 세트의 구배(54)의 방향은 버스 바(227)와 접촉하는 전기 전도층 내의 시트 저항(Rs)이 서측부(55)로부터 동측부(56)까지 점진적으로 감소함을 나타낸다. 예를 들어, 일 실시예에서, 시트 저항의 구배는 일정하다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, 시트 저항의 구배는 일정하고 기판 형상은 장방형이다.
현재 선호되는 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 1.25다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 1.5다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 2다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 3이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 4다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 5다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 6이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 7이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 8이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 9다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 10이다.
도 21은 다층 전기변색 소자(1)의 제 1 전기 전도층(22)의 시트 저항의 불균일성을 나타낸다. 제 1 전기 전도층(22)은 시트 저항 구배 곡선을 포함한다(선분(X1-Y1)을 포함하는 라인은 전기 전도층(22) 내의 시트 저항(Rs)이 도 2와 연계하여 설명되는 바와 같이 점진적으로 증가함을 표시한다). X1과 Y1 사이에서, 제 1 전기 전도층(22)의 시트 저항은 일반적으로 증가하고, 일반적으로 감소하며, 또는 일반적으로 증가하다가 그 후 감소한다. 일 실시예에서, 선분(X1-Y1)은 적어도 1cm의 길이를 갖는다. 예를 들어, 선분(X1-Y1)은 2.5cm, 5cm, 10cm, 또는 25cm의 길이를 가질 수 있다. 추가적으로, 선분(X1-Y1)은 직선 또는 곡선일 수 있다.
일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 시트 저항의 불균일성은 제 1 전기 전도층의 서로 다른 2개의 영역 내 평균 시트 저항(Ravg)의 비를 비교함으로써 관측될 수 있고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 이는 도 21을 참조하여 나타낼 수 있다. 제 1 전기 전도층(22)은 볼록 다각형(A1)과 볼록 다각형(B1)을 포함하고, 각각은 제 1 전기 전도층(22)의 표면적의 적어도 25%를 포함하는 영역의 둘레를 형성한다 - 일 실시예에서, 볼록 다각형(B1)에 의해 경계 형성되는 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한, 볼록 다각형(A1)에 의해 경계 형성되는 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25다. 도시되는 바와 같이, 볼록 다각형(A1)은 삼각형이고, 볼록 다각형(B1)은 정사각형이지만, 이는 단지 예시에 불과하며, 실제로, 제 1 영역은 임의의 볼록 다각형에 의해 경계형성될 수 있고, 제 2 영역은 임의의 볼록 다각형에 의해 경계형성될 수 있다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 3이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 4이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 5이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 6이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 7이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 8이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 9이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 10이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 일 실시예에서, 앞서 예 각각에서, 제 1 및 제 2 영역은 상호 배타적인 영역이다.
일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 시트 저항의 불균일성은 제 1 전기 전도층의 서로 다른 4개의 영역 내 평균 시트 저항(Ravg)을 비교함으로써 관측될 수 있고, 제 1 영역은 제 2 영역과 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 1 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.25이며, 제 1 전기 전도층의 제 4 영역 내 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 1 영역은 제 2 영역에 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 1 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.5이며, 제 1 전기 전도층의 제 4 영역 내 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 1 영역은 제 2 영역에 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 1 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 2이며, 제 1 전기 전도층의 제 4 영역 내 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 1 영역은 제 2 영역에 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 일 실시예에서, 전술한 예 각각에서, 제 1, 2, 3, 4 영역은 상호 배타적인 영역이다.
현재 선호되는 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층은 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 제 2 전기 전도층을 통한 전기의 흐름에 대한 시트 저항(Rs)을 갖는다. 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 1.25다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 1.5다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 2다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 3이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 4다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 5다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 6이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 7이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 8이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 9다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 10이다.
도 21은 다층 전기변색 소자(1)의 제 2 전기 전도층(23)의 시트 저항의 불균일성을 나타낸다. 전기 전도층(22)은 선분(X-Y)을 포함하는 시트 저항 구배 곡선(54)을 포함하며, X와 Y 사이에서 제 2 전기 전도층(23)의 시트 저항은 일반적으로 증가하거나, 일반적으로 감소하거나, 일반적으로 증가하다가 감소한다. 일 실시예에서, 선분(X1-Y1)은 적어도 1cm의 길이를 갖는다. 예를 들어, 선분(X-Y)은 2.5cm, 5cm, 10cm, 또는 25cm의 길이를 가질 수 있다. 추가적으로, 선분(X-Y)은 직선 또는 곡선일 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 시트 저항의 불균일성은 제 2 전기 전도층의 서로 다른 2개의 영역 내 평균 시트 저항(Ravg)의 비를 비교함으로써 관측될 수 있고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 이는 도 21을 참조하여 나타낼 수 있다. 제 2 전기 전도층(23)은 볼록 다각형(A)과 볼록 다각형(B)을 포함하고, 각각은 제 2 전기 전도층(23)의 표면적의 적어도 25%를 포함하는 영역의 둘레를 형성한다 - 일 실시예에서, 볼록 다각형(B)에 의해 경계 형성되는 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한, 볼록 다각형(A)에 의해 경계 형성되는 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25다. 도시되는 바와 같이, 볼록 다각형(A)은 삼각형이고, 볼록 다각형(B)은 정사각형이지만, 이는 단지 예시에 불과하며, 실제로, 제 1 영역은 임의의 볼록 다각형에 의해 경계형성될 수 있고, 제 2 영역은 임의의 볼록 다각형에 의해 경계형성될 수 있다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 3이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 4이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 5이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 6이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 7이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 8이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 9이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 10이고, 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 일 실시예에서, 앞서 예들 각각에서, 제 1 및 제 2 영역은 상호 배타적인 영역이다.
일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 시트 저항의 불균일성은 제 2 전기 전도층의 서로 다른 4개의 영역 내 평균 시트 저항(Ravg)을 비교함으로써 관측될 수 있고, 제 1 영역은 제 2 영역과 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 2 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.25이며, 제 2 전기 전도층의 제 4 영역 내 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 1 영역은 제 2 영역에 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 2 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.5이며, 제 2 전기 전도층의 제 4 영역 내 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 1 영역은 제 2 영역에 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 2 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 2이며, 제 2 전기 전도층의 제 4 영역 내 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 3 영역 내 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 1 영역은 제 2 영역에 인접하고, 제 2 영역은 제 3 영역과 인접하며, 제 3 영역은 제 4 영역과 인접하고, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 가지며, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함한다. 일 실시예에서, 전술한 예 각각에서, 제 1, 2, 3, 4 영역은 상호 배타적인 영역이다.
현재 선호되는 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층(22, 23)은 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 제 2 전기 전도층을 통한 전기의 흐름에 대한 시트 저항(Rs)을 갖는다. 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비가 대략 동일하는 것이 일반적으로 본 실시예에서 선호되지만, 다른 값을 가질 수도 있다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비의 적어도 2배다. 그러나 더욱 일반적으로, 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 대략 동일할 것이고, 각각은 적어도 약 1.25다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 대략 동일하고 각각은 적어도 약 1.5다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 2다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 3이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 4다. 예시적인 일 실시예에서, 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 5다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 6이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 7이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 8이다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 9다. 예시적인 일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 약 10이다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 전기 전도층의 시트 저항의 불균일성은 제 1 및 제 2 전기 전도층의 서로 다른 2개의 영역 내 평균 시트 저항(Ravg)의 비를 비교함으로써 관측될 수 있고, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.5이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.5이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 2이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 2이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 3이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 3이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 45이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 4이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 5이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 5이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 6이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 6이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 7이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 7이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 8이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 8이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 9이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 9이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 더 예를 들자면, 이러한 일 실시예에서, 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 10이고, 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 10이며, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 예들 각각에서, 제 1 및 제 2 영역은 상호 배타적인 영역이다.
도 21을 다시 참조하면, 제 1 및 제 2 전기 전도층의 시트 저항의 공간적 불균일성이 본 발명의 일 형태에 따라 상관될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전기 전도층(22)의 선분(X1-Y1)이 제 2 전극층(21), 이온 전도체층(10), 및 제 1 전극층(20)을 통해 제 2 전기 전도층(23)에 투영될 수 있고, 이러한 투영은 선분(X-Y)을 형성합니다. 일반적으로, 시트 저항이 제 1 전기 전도층(22) 내에서 선분(X1-Y1)을 따라 증가할 경우(즉, 점(X1)으로부터 점(Y1)까지 방향으로 시트 저항 구배 곡선을 따라 이동할 때 시트 저항이 증가), 선분(X-Y)을 따라 제 2 전기 전도층(23) 내에서 시트 저항이 일반적으로 감소한다(즉, 점(X)로부터 점(Y)까지 방향으로 시트 저항 구배 곡선(54)을 따라 시트 저항이 일반적으로 감소). 앞서 언급한 바와 같이, 선분(X-Y, X1-Y1)은 적어도 1cm의 길이를 갖는다. 예를 들어, 선분(X-Y, X1-Y1)은 2.5cm, 5cm, 10cm, 또는 25cm의 길이를 가질 수 있다. 추가적으로, 선분(X-Y, X1-Y1)은 직선 또는 곡선일 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 전기 전도층(22, 23)의 시트 저항 구배는 0이 아닌 상수이고, 반대의 부호를 갖는다(예를 들어, 시트 저항은 일반적으로 점(X1)으로부터 점(Y1)까지 방향을 따라 제 1 전기 전도층 내에서 선형으로 증가하고 점(X)로부터 점(Y)까지 방향으로 시트 저항 구배 곡선(54)을 따라 선형으로 감소한다). 더 예를 들자면, 일 실시예에서, 예를 들어, 기판(24, 25)은 장방형이고, 전기 전도층(22, 23)의 시트 저항 구배는 0이 아닌 상수이고, 반대의 부호를 갖는다(예를 들어, 시트 저항은 일반적으로 점(X)으로부터 점(Y)까지 방향으로 구배(54)를 따라 제 2 전기 전도층(23) 내에서 선형으로 증가하고 점(X1)으로부터 점(Y1)까지 방향으로 선분(X1-Y1)을 지닌 라인을 따라 제 1 전기 전도층(22)에서 선형으로 감소한다).
다른 실시예에서, 도 21을 여전히 참조하면, 제 1 및 제 2 전기 전도층의 시트 저항의 공간적 불균일성은, 제 1 전기 전도층 내 제 1 및 제 2 영역을 분리시켜서 이를 제 2 전기 전도층에 투영하여 제 2 전기 전도층에 상보형 제 1 및 제 2 영역을 형성하는 특징을 갖고, 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 볼록 다각형에 의해 경계 형성되고, 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 가지며, 상호 배타적인 영역이다. 일반적으로, 제 1 전기 전도층은 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역의 평균 시트 저항을 갖고, 제 2 전기 전도층은 제 2 전기 전도층의 상보형 제 1 및 제 2 영역의 평균 시트 저항을 갖는다 - (a) (i) 제 2 영역 내 제 1 전기 전도층의 평균 시트 저항에 대한 제 1 영역 내 제 1 전기 전도층의 평균 시트 저항의 비는 적어도 1.5이고, 또는, (ii) 상보형 제 2 영역 내 제 2 전기 전도층의 평균 시트 저항에 대한 상보형 제 1 영역 내 제 2 전기 전도층의 평균 시트 저항의 비는 적어도 1.5이며, (b) 상보적 제 1 영역 내 제 2 전기 전도층의 평균 시트 저항에 대한 제 1 영역 내 제 1 전기 전도층의 평균 시트 저항의 비(즉, 제 2 전기 전도층에 대한 제 1 전기 전도층의 제 1 영역의 투영)는 상보형 제 2 영역 내 제 2 전기 전도층의 평균 시트 저항에 대한 제 2 영역 내 제 1 전기 전도층의 평균 시트 저항의 비(즉, 제 2 전기 전도층에 대한 제 1 전기 전도층의 제 2 영역의 투영)의 적어도 150%다.
도 21을 다시 참조하면, 제 1 전기 전도층(22)은 영역(A1) 및 영역(B1)을 포함하고, 영역(A1) 및 영역(B1) 각각은 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 각각 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 상호 배타적인 영역이다. 제 2 전기 전도층(23)에 대한 영역(A1)의 투영은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는 제 2 전기 전도층 내 볼록 다각형의 둘레를 갖는 영역(A)을 형성한다. 제 2 전기 전도층에 대한 영역(B1)의 투영은 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는 제 2 전기 전도층 내 볼록 다각형의 둘레를 갖는 영역(B)을 형성한다. 제 1 전기 전도층(22)은 RA1 avg에 대응하는 영역(A1)의 평균 시트 저항과, RB1 avg에 대응하는 영역(B1)의 평균 시트 저항을 갖는다. 제 2 전기 전도층(23)은 RA avg에 대응하는 영역(A)의 평균 시트 저항과, RB avg에 대응하는 영역(B)의 평균 시트 저항을 갖는다. 일 실시예에 따르면, (i) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 1.5이고, (ii) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 1.5다. 예를 들어, 일 실시예에서, (i) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 1.75이고, (ii) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 1.75다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, (i) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 2이고, (ii) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 2다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, (i) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 3이고, (ii) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 3이다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, (i) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 5이고, (ii) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 5다. 더 예를 들자면, 일 실시예에서, (i) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 10이고, (ii) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 10이다.
어떤 특정 이론에 구속되고자 하는 것은 아니지만, 오늘날까지 확보한 소정의 실험적 증거에 입각하여, 소정의 실시예에서, 전극 시트 저항은 실질적으로 일정한 전기변색 스택 간 로컬 전압 강하를 제공하는 대면적 전기변색 소자 내 위치의 함수로 표현될 수 있다. 도 1에 도시되는 간단한 기하형태의 경우, 상부 전극에 대한 접촉부(버스 바(27))가 x=0에서 구성되고, 하부 전극에 대한 접촉부(버스 바(26))가 x=xt에서 구성될 때, 이 관계는 단순히 다음과 같고,
R'(x) = R(x)*(xt/x-1)
이때, R(x)는 위치의 함수로 상부 전극의 시트 저항이고, R'(x)는 위치의 함수로 하부 전극의 시트 저항이다. 이 관계의 간단한 수학적 예를 보면, 상부 전극의 시트 저항의 선형 변화하는 경우(R(x) = a*x), 하부 전극의 시트 저항이 R'(x) = a*(xt-x)여야 한다. 다른 간단한 예에서는 R(x) = 1/(xt-a*x)의 경우, R'(x) = 1/(a*x)다. 이 관계는 임의의 함수 R(x)에 대해 수학적 측면에서 성립한다. 이 관계는 매끄럽게 변화하는 임의의 전극 시트 저항 분포로 일반화될 수 있고, 일 접촉부(z=0)로부터 다른 접촉부(z=L)까지 등-저항선에 수직인 구배 곡선을 따른 시트 저항(R(z))과, 대응하는 대향 전극 시트 저항 분포(R'(z)) 사이의 다음의 관계에 의해 임의의 접촉 구조로, 일반화될 수 있다.
R'(z) = R(z)*(L/z-1)
실제적 방식으로, 소자들은 본 발명의 이점을 실현하기 위해 이 관계에 정밀하게 매달릴 필요가 없다. 예를 들어, R'(x) = 1/(a*x) 인 위 경우에, R'(0) = 무한대다. 우리가 실제적으로 매우 큰 값의 저항을 생성할 수 있지만, a에 비해 작은 b를 갖는 경우에 R'(x) = 1/(a*x+b)의 필름은 균일한 시트 저항의 전극을 포함하는 소자에 걸쳐 현저히 개선된 전환 균일성을 나타낼 수 있다.
불균일한 시트 저항을 갖는 전기 전도층은 소정 범위의 방법들에 의해 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 불균일 시트 저항은 층 내 조성 변화의 결과이고, 조성 변화는 예를 들어, 기판에 대한 위치의 함수로 각각의 표적에 대한 전력을 달리하면서 서로 다른 물질의 2개의 원통형 표적으로부터 스퍼터 코팅에 의해, 또는, 기판에 대한 위치의 함수로 가스 부분압 및/또는 조성을 변화시키면서 원통형 표적으로부터 반응성 스퍼터 코팅에 의해, 또는, 기판에 대한 위치의 함수로 가변적 조성 또는 프로세스로 스프레이 코팅에 의해, 또는, 이온 주입, 확산, 또는 반응에 의해 균일한 조성 및 두께의 필름에 도펀트 변화를 일으킴으로써, 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 불균일 시트 저항은 층 내 두께 변화의 결과이고, 두께 변화는 예를 들어, 기판에 대한 위치의 함수로 표적에 대한 전력을 변화시키면서 원통형 표적으로부터 스퍼터 코팅에 의해, 그리고, 기판에 대한 위치의 함수로 표적 하의 기판의 속도를 변화시키면서 일정 전력에서 표적으로부터 스퍼터 코팅에 의해, 기판(224) 상에 균일한 TCO 필름(222a-222r)의 증착 스택에 의해, 형성될 수 있고, 각각의 필름은 도 3에 도시되는 바와 같이 제한된 공간적 크기를 갖는다. 대안으로서, 균일 두께 전도층으로 시작하여, 층간 불균일 속도로 에천트로 딥-에칭(dip-etching) 또는 스프레잉과 같은 공간적으로 불균일한 방식으로 층을 에칭함으로써 두께 구배가 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 불균일 시트 저항은 패턴처리의 결과이고, 구배는 예를 들어, 요망하는 공간적으로 변화하는 전기저항을 생성하기 위해 일정 두께 및 일정 전기저항 필름에 일련의 스크라이브(scribe)를 레이저 패턴처리함으로써 도입될 수 있다. 레이저 패턴처리에 추가하여, 기계적 스크라이빙 및 포토레지스트를 이용한 리소그래피 패턴처리(반도체 소자 제조 분야에 잘 알려져 있음)를 이용하여, 요망하는 공간적으로 변화하는 전기저항을 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 불균일 시트 저항은 결함 변화의 결과이고, 결함 변화는 예를 들어, 이온 주입을 통해 공간적으로 변화하는 결함을 도입함으로써, 또는, 앞서 균일한 결함 밀도를 갖는 층에 적용되는 공간적으로 변화하는 어닐링 프로세스를 통해 공간적으로 변화하는 결함 밀도를 생성함으로써, 나타날 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 제 1 및 제 2 전극층(20, 21) 중 적어도 하나는 전기변색형이고, 제 1 및 제 2 전극층 중 하나는 다른 하나에 대한 카운터 전극이며, 제 1 및 제 2 전극층(20, 21)은 무기질 및/또는 고체다. 전기변색 전극층(20, 21)의 비-배타적 예는 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 납, 및/또는 비스무스에 기초한 옥사이드의 음극 칼라링 박막, 또는 니켈, 이리듐, 철, 크롬, 코발트, 및/또는 로듐에 기초한 옥사이드, 하이드록사이드, 및/또는 옥시-하이드라이드의 양극 칼리링 박막이다.
일 실시예에서, 제 1 전극층(20)은 금속 옥사이드를 포함한, 다수의 서로 다른 전기변색 물질 중 하나 이상을 함유한다. 이러한 금속 옥사이드는 텅스텐 옥사이드(WO3), 몰리브렌 옥사이드(MoO3), 니오븀 옥사이드(Nb2O5), 티타늄 옥사이드(TiO2), 카퍼 옥사이드(CuO), 이리듐 옥사이드(Ir2O3), 크롬 옥사이드(Cr2O3), 망간 옥사이드(Mn2O3), 바나듐 옥사이드(V2O3), 니켈 옥사이드(Ni2O3), 코발트 옥사이드(Co2O3), 등을 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 옥사이드는 리튬, 소듐, 포타슘, 몰리브덴, 바나듐, 티타늄, 및/또는 다른 적절한 금속 또는 금속 함유 화합물과 같은 하나 이상의 도펀트로 도핑된다. 혼합된 옥사이드(가령, W--Mo 옥사이드, W-V 옥사이드)가 소정의 실시예에서 또한 사용된다.
일부 실시예에서, 텅스텐 옥사이드 또는 도핑된 텅스텐 옥사이드가 제 1 전극층(20)용으로 사용된다. 일 실시예에서, 제 1 전극층(20)은 전기변색층이고, 실질적으로 WOx로 제조되며, "x"는 전기변색층의 텅스텐에 대한 산소의 원자비를 나타내고, x는 약 2.7 내지 3.5 사이다. 서브-화학양론적 텅스텐 옥사이드만이 전기변색을 나타낸다 - 즉, 정규 화학양론적 텅스텐 옥사이드 WO3는 전기변색을 나타내지 않는다. 더욱 구체적인 실시예에서, WOx가 제 1 전극층(20)용으로 사용되며, x는 3.0 미만이고, 적어도 약 2.7이다. 다른 실시예에서, 제 1 전극층(20)은 WOx이고, x는 약 2.7 내지 약 2.9다. RBS(Rutherford Backscattering Spectroscopy)와 같은 기술은 텅스텐에 결합된 산소 원자 및 텅스텐에 결합되지 않은 산소원자를 포함한, 산소 원자의 총 개수를 식별할 수 있다. 일부 예에서, x가 3보다 크거나 같은 경우의 텅스텐 옥사이드층이, 서브-화학양론적 텅스텐 옥사이드와 함께 구속되지 않은 과량의 산소로 인해, 전기변색을 나타낸다. 다른 실시예에서, 텅스텐 옥사이드층은 화학양론적 또는 그보다 큰 산소를 갖고, x는 3.0 내지 약 3.5다.
소정의 실시예에서, 전기변색성 혼합 금속 옥사이드는 결정질, 나노결정질, 또는 비정질이다. 일부 실시예에서, 텅스텐 옥사이드는 실질적으로 나노결정질이며, 그레인 크기는 평균적으로 약 5nm 내지 50nm(또는 약 5nm 내지 20nm)이며, 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 이와 같은 특징을 확인할 수 있다. 텅스텐 옥사이드 형태는 x-선 회절(XRD): XRD를 이용하여 나노결정질로 또한 특징화될 수 있다. 예를 들어, 나노결정질 전기변색 텅스텐 옥사이드는 다음의 XRD 특징 - 약 10 내지 100nm의 결정 크기(가령, 약 55nm) - 에 의해 특징화될 수 있다. 더욱이, 나노결정질 텅스텐 옥사이드는 예를 들어, 몇몇 개의(약 5 내지 20개의) 텅스텐 옥사이드 단위 셀 수준과 같은, 제한된 긴 범위 수준을 나타낼 수 있다.
제 1 전극층(20)의 두께는 전기변색층용으로 선택된 전기변색 물질에 좌우된다. 일부 실시예에서, 제 1 전극층(20)은 약 50nm 내지 2000nm이며, 또는 약 100nm 내지 700nm다. 일부 실시예에서, 제 1 전극층(20)은 약 250nm 내지 약 500nm다.
제 2 전극층(21)은 제 1 전극층(20)에 대한 카운터 전극으로 기능하고, 제 1 전극층(20)과 마찬가지로, 제 2 전극층(21)은 전기변색 물질 및 비-전기변색 물질을 포함할 수 있다. 제 2 전극층(21)의 비-배타적 예는 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 티타늄, 납, 및/또는 비스무스에 기초한 옥사이드의 음극 칼라링 전기변색 박막, 니켈, 이리듐, 철, 크롬, 코발트, 및/또는 로듐에 기초한 옥사이드, 하이드록사이드, 및/또는 옥시-나이트라이드의 양극 칼라링 전기변색 박막, 또는, 바나듐 및/또는 세륨, 및 활성화된 탄소에 기초한 옥사이드의 비-전기변색 박막이다. 이러한 물질들의 조합도 제 2 전극층(21)으로 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제 2 전극층(21)은 전기변색 소자가 탈색 상태(bleached state)에 있을 때 이온의 저장소로 기능할 수 있는 서로 다른 다수의 물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 전위의 인가에 의해 개시되는 전기변색 전이 중, 카운터 전극층은 갖고 있는 모든 또는 일부 이온들을 전기변색 제 1 전극층(20)으로 전달하여, 전기변색 제 1 전극층(20)을 칼라 상태로 변화시킨다.
일부 실시예에서, WO3에 상보적인 카운터 전극용으로 적절한 물질은 니켈 옥사이드(NiO), 니켈 텅스텐 옥사이드(NiWO), 니켈 바나듐 옥사이드, 니켈 크롬 옥사이드, 니켈 알루미늄 옥사이드, 니켈 망간 옥사이드, 니켈 마그네슘 옥사이드, 크롬 옥사이드(Cr2O3), 망간 옥사이드(MnO2), 및 프러시안 블루(Prussina blue)를 포함한다. 광학적으로 수동적인 카운터 전극은 세륨 티타늄 옥사이드(CeO2--TiO2), 세륨 지르코늄 옥사이드(CeO2--ZrO2), 니켈 옥사이드(NiO), 니켈-텅스텐 옥사이드(NiWO), 바나듐 옥사이드(V2O5), 및 옥사이드의 혼합물(가령, Ni2O3 및 WO3의 혼합물)을 포함한다. 이러한 옥사이드들의 도핑된 제제가 또한 사용될 수 있고, 도펀트는 가령, 탄탈륨 및 텅스텐을 포함한다. 전기변색 물질이 탈색 상태에 있을 때 전기변색 물질에 전기변색 현상을 생성하기 위해 사용되는 이온을 제 1 전극층(20)이 함유하고 있기 때문에, 카운터 전극은 이러한 이온의 상당량을 지니고 있을 때 고투과율 및 중립 칼라를 갖는 것이 바람직하다.
일부 실시예에서, 니켈-텅스텐 옥사이드(NiWO)가 카운터 전극층에 사용된다. 소정의 실시예에서, 니켈-텅스텐 옥사이드 내에 존재하는 니켈의 양은 니켈-텅스텐 옥사이드의 중량비로 약 90%까지일 수 있다. 구체적 실시예에서, 니켈-텅스텐 옥사이드 내 텅스텐에 대한 니켈의 질량비는 약 4:6 내지 6:4 사이다(가령, 약 1:1). 일 실시예에서, NiWO는 약 15%(원자의) Ni 및 약 60% Ni 사이, 약 10% W와 약 40% W 사이와, 약 30% O와 약 75% O 사이에 있다. 다른 실시예에서, NiWO는 약 30%(원자의) Ni 와 약 45% Ni 사이, 약 10% W와 약 25% W 사이와, 약 35% O와 약 50% O 사이에 있다. 일 실시예에서, NiWO는 약 42%(원자의) Ni와, 약 14% W와, 약 44% O다.
일부 실시예에서, 제 2 전극층(21)의 두께는 약 50nm 내지 약 650nm다. 일부 실시예에서, 제 2 전극층(21)의 두께는 약 100nm 내지 약 400nm이며, 약 200nm 내지 300nm 범위에 있는 것이 바람직하다.
이온 전도층(10)은 전기변색 소자가 탈색 상태와 칼라 상태 사이에서 변환될 때 이온을 (전해질 방식으로) 수송하기 위한 매체로 기능한다. 이온 전도체층(10)은 이온 전도체 물질을 포함한다. 이는 응용예에 따라 투명 또는 불투명일 수 있고, 칼라 또는 무색일 수 있다. 이온 전도층(10)이 제 1 및 제 2 전극층(20, 21)에 대한 관련 이온에 전도성이 높은 것이 바람직하다. 물질 선택에 따라, 이러한 이온은 리튬 이온(Li+) 및 수소 이온(H+)(즉, 양성자)을 포함한다. 다른 이온도 소정의 실시예에서 또한 이용될 수 있다. 이는 중수소 이온(D+), 소듐 이온(Na+), 포타슘 이온(K+), 칼슘 이온(Ca++), 바륨 이온(Ba++), 스트론튬 이온(Sr++), 및 마그네슘 이온(Mg++)을 포함한다. 이온 전도층(10)은 정상 작동 중 무시할만한 수준의 전자 전달이 이루어지도록 충분히 낮은 전자 전도도를 또한 갖는 것이 바람직하다. 다양한 실시예에서, 이온 전도체 물질은 약 10-5 S/cm 내지 10-3 S/cm 사이의 이온 전도도를 갖는다.
전해질 타입의 일부 비-배타적인 예는, 용해 리튬 염을 갖는 폴리(에틸렌 옥사이드)와 같은 고체 폴리머 전해질(SPE), 리튬 염을 갖는 프로필렌 카보네이트 및 폴리(메틸 메타클릴레이트)의 혼합물과 같은 겔 폴리머 전해질(GPE), 폴리(에틸렌 옥사이드)와 같은 제 2 폴리머의 첨가와 함께 GPE와 유사한 복합 겔 폴리머 전해질(CGPE), 리튬 염을 갖는 에틸렌 카보네이트/디에틸 카보네이트의 용매 혼합물과 같은 액체 전해질(LE), 그리고, 티타니아, 실리카, 또는 다른 옥사이드를 첨가한 LE를 포함하는 복합 유기-무기 전해질(CE)이다. 사용되는 리튬 염의 일부 비-배타적 예는 LiTFSI(리튬 비스(트리플로로메탄)설폰이미드), LiBF4(리튬 테트라플로로보레이트), LiAsF6(리튬 헥사플로로 아세네이트), LiCF3SO3(리튬 트리플로로메탄 설포네이트), 및 LiClO4(리튬 퍼클로레이트)다. 적절한 이온 전도층의 추가적인 예는 실리케이트, 실리콘 옥사이드, 텅스텐 옥사이드, 탄탈륨 옥사이드, 니오븀 옥사이드, 및 보레이트를 포함한다. 실리콘 옥사이드는 실리콘-알루미늄-옥사이드를 포함한다. 이 물질들은 리튬을 포함한, 서로 다른 도펀트로 도핑될 수 있다. 리튬 도핑된 실리콘 옥사이드는 리튬 실리콘-알루미늄-옥사이드를 포함한다. 일부 실시예에서, 이온 전도층은 실리케이트-기반 구조를 포함한다. 다른 실시예에서, 리튬 이온 전송용으로 특별히 구성된 적절한 이온 전도체는 리튬 실리케이트, 리튬 알루미늄 실리케이트, 리튬 알루미늄 보레이트, 리튬 알루미늄 플로라이드, 리튬 보레이트, 리튬 나이트라이드, 리튬 지르코늄 실리케이트, 리튬 니오베이트, 리튬 보로실리케이트, 리튬 포스포실리케이트, 및 이러한 다른 리튬-계 세라믹 물질, 실리카, 또는 실리콘 옥사이드(리튬 실리콘-옥사이드 포함)를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
이온 전도층(10)의 두께는 물질에 따라 다를 것이다. 무기 이온 전도체를 이용하는 일부 실시예에서, 이온 전도층(10)의 두께는 약 250nm 내지 1nm 이고, 특히, 50nm 내지 5nm가 바람직하다. 유기 이온 전도체를 이용하는 일부 실시예에서, 이온 전도층의 두께는 약 100,000nm 내지 1000nm 또는 약 25,000nm 내지 10,000nm이다. 이온 전도층의 두께는 또한 실질적으로 균일하다. 일 실시예에서, 실질적으로 균일한 이온 전도층은 상술한 두께 범위 각각에서 약 +/-10%보다 크지 않게 변한다. 다른 실시예에서, 실질적으로 균일한 이온 전도층은 상술한 두께 범위 각각에서 약 +/-5%보다 크기 않게 변한다. 다른 실시예에서, 실질적으로 균일한 이온 전도층은 상술한 두께 범위 각각에서 약 +/-3%보다 크지 않게 변한다.
도 1을 다시 참조하면, 기판(24, 25)은 평탄한 표면을 갖는다. 즉, 기판은 각각의 지점에서 접평면과 일치하는 표면을 갖는다. 평탄한 표면을 갖는 기판이 전기변색 건축용 윈도 및 많은 다른 전기변색 소자에 이용되는 것이 일반적이지만, 본 발명의 다층 소자가 단일 곡면 표면 또는 심지어 이중 곡면 표면을 가질 수 있음을 고려할 수 있다. 달리 말하자면, 스택(28)의 각각의 층은 대응하는 곡률 반경을 갖는다고 간주된다. 예를 들어, 미국특허 제7,808,692호를 참조할 수 있고, 이는 단일 및 이중 곡면 표면의 형성 및 그 제조 방법과 관련하여 본 발명에서 참고자료로 포함된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기변색 소자의 단면도를 도시한다. 중심으로부터 외향으로 이동하면서, 전기변색 소자(101)는 전기변색 전극층(120)을 포함한다. 전기변색 전극층(120)의 한 편에는 제 1 및 제 2 전기 전도층(122, 123)이 위치하여, 외측 기판(124, 125)에 맞닿도록 배열된다. 요소(122, 120, 123)는 집합적으로 전기변색 스택(128)이라 불린다. 전기 전도층(122)은 버스 바(126)를 통해 전압원과 전기적으로 접촉하고, 전기 전도층(123)은 버스 바(127)를 통해 전압원과 전기적으로 접촉하며, 따라서, 전기변색 소자(120)의 투과율은 전기 전도층(122, 123)에 전압 펄스를 인가함으로써 변경될 수 있다. 이러한 펄스에 의해, 전기변색 전극층(120)의 음극 화합물은 가역적인 화학적 환원을 거치게 되고, 전기변색 전극층(120)의 양극 화합물은 가역적인 화학적 산화를 거치게 된다. 음극 또는 양극 화합물 어느 것도 전기변색 거동을 나타내서, 전기변색 전극층(120)은 펄스 후 투과율이 높아지거나 낮아지게 되며, 일 실시예에서, 전기변색 소자(101)는 전압 펄스 전에 상대적으로 높은 투과율을 갖고, 전압 펄스 후에 낮은 투과율을 가지며, 그 역도 성립한다.
도 20은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기변색 소자의 단면도를 도시한다. 중심으로부터 외향으로 이동하면서, 전기변색 소자(301)는 이온 전도체층(310)을 포함한다. 전기변색 전극층(320)은 이온 전도체층(310)의 제 1 표면과 접촉한다. 제 1 전기 전도층(322)은 전기변색층(320)과 접촉한다. 제 2 전기 전도층(323)은 이온 전도체층(310)의 제 2 표면 상에 놓이고, 이온 전도체층(310)의 제 1 및 제 2 표면은 서로 대향된 표면이다. 제 1 및 제 2 전기 전도층(322, 323)은 외측 기판(324, 325)에 대하도록 배열된다. 요소(310, 320, 322, 323)는 집합적으로 전기변색 스택(328)으로 불린다. 전기 전도층(322)은 버스 바(326)를 통해 전압원(도시되지 않음)과 전기적으로 접촉하고, 전기 전도층(323)은 버스 바(327)를 통해 전압원(도시되지 않음)과 전기적으로 접촉하여, 전기변색층(320)의 투과율이 전기 전도층(322, 323)에 전압 펄스를 인가함으로써 변경될 수 있다. 이온 전도체층(310)은 전자 또는 이온의 공급 또는 철수시 가역적으로 산화 또는 환원될 수 있는 화학종을 포함하고, 이러한 화학종은 또한 전기화학적으로 활성일 수 있다. 이러한 전압 펄스에 의해, 전자 및 이온은 제 1 전극층(320)과 이온 전도층(310) 사이에서 이동하고, 그 결과, 전극층(320) 내 전기변색 물질은 색상을 변화시켜서, 전기변색 소자(301)의 투과도를 높이거나 낮춘다. 일 실시예에서, 전기변색 소자(301)는 전압 펄스 이전에 상대적으로 높은 투과율을 갖고, 전압 펄스 이후에 상대적으로 낮은 투과율을 가지며, 그 역도 성립한다.
일반적으로, 제 1 및 제 2 전기 전도층(122, 123, 322, 323)에 대한 조성 및 시트 저항 프로파일은 도 1과 연계하여 앞서 설명한 바와 같다. 전기변색 전극층(120, 320)은 예를 들어, 고체 필름으로, 또는 전해질에 산포된, 전기변색 물질을 함유할 수 있고, 이러한 전기변색 물질은 텅스텐 트리옥사이드(WO3), 니켈 옥사이드(NiO), 및 티타늄 다이옥사이드(TiO2)와 같은 무기 금속 옥사이드와, 비피리디니움 염(비올로겐) 유도체, N,N'-디(피-시아노페닐) 4,4'-비피리딜리움(CPQ), 안트라퀴논과 같은 퀴논 유도체, 페노티아진과 같은 아진 유도체을 포함한 유기 전기변색 물질 중에서 선택된다.
작동시, 본 발명의 전기변색 소자를 서로 투과율을 달리하는 제 1 광학 상태로부터 제 2 광학 상태로, 즉, 상대적으로 고투과율 상태로부터 저투과율 상태로, 또는 그 역으로, 전환하기 위해, 전압 펄스가 소자 상의 전기 접촉부/버스 바에 인가된다. 전환되면, 제 2 광학 상태는 전압 펄스가 종료된 후에도 소정 시간동안 지속될 것이고, 심지어 인가 전압이 없을 때에도 지속될 것이며, 예를 들어, 제 2 광학 상태는 전압 펄스가 종료된 후 적어도 1초 동안, 그리고 심지어 인가 전압이 없을 때에도, 지속될 것이다. 더 예를 들자면, 제 2 광학 상태는 전압 펄스가 종료된 후 적어도 5초 동안, 그리고 심지어 인가 전압이 없을 때에도, 지속될 것이다. 더 예를 들자면, 제 2 광학 상태는 전압 펄스가 종료된 후 적어도 1분 동안, 그리고 심지어 인가 전압이 없을 때에도, 지속될 것이다. 더 예를 들자면, 제 2 광학 상태는 전압 펄스가 종료된 후 적어도 1시간 동안, 그리고 심지어 인가 전압이 없을 때에도, 지속될 것이다. 그 후 소자는 극성을 역전시키고 제 2 전압 펄스를 인가함으로써 제 2 광학 상태로부터 제 1 광학 상태로 복귀할 수 있고, 다시 전환되었을 때, 제 1 광학 상태는 인가 전압이 없을 때에도 제 2 펄스 종료 후 소정 시간 동안 지속될 것이며, 예를 들어, 제 1 광학 상태는 전압 펄스 종류 후 적어도 1초동안, 심지어 인가 전압이 없을 때에도 지속될 것이다. 더 예를 들자면, 제 1 광학 상태는 전압 펄스 종류 후 적어도 1분동안, 심지어 인가 전압이 없을 때에도 지속될 것이다. 더 예를 들자면, 제 1 광학 상태는 전압 펄스 종류 후 적어도 1시간 동안, 심지어 인가 전압이 없을 때에도 지속될 것이다. 제 1 지속 광학 상태로부터 제 2 지속 광학 상태까지 가역적으로 전환하고, 그 후 다시 되돌아가는 이러한 프로세스는 여러 번 그리고 실제적으로 무한하게 반복될 수 있다.
일부 실시예에서, 전압 펄스의 파형은, 전기변색 스택 간의 로컬 전압이 지정 레벨을 절대 넘지 못하도록 설계될 수 있다 - 이는, 예를 들어, 전기변색 스택 간의 과량의 전압이 소자를 손상시키거나 및/또는 전기변색 물질에 바람직하지 않은 변화를 유도할 수 있는 소정의 전기변색 소자에서 선호될 수 있다.
유리하게도, 본 발명의 다층 소자의 제 1 및/또는 제 2 전기 전도층의 불균일한 시트 저항은 전압 펄스의 크기 및/또는 지속시간과 관련하여 더 큰 허용공차를 가능하게 할 수 있다. 그 결과, 전기변색 스택 간의 로컬 전압은 전기 전도층의 전압 강하 때문에 전체 소자 간에 인가되는 전압보다 훨씬 낮을 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전기변색 스택 간의 인가 전위는 적어도 2볼트의 크기를 갖는다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 3볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 4볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 5볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 6볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 7볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 8볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 9볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 10볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 11볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 12볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 13볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 14볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 15볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 16볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 18볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 20볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 22볼트의 크기를 가질 수 있다. 더 예를 들자면, 전압 펄스는 적어도 24볼트의 크기를 가질 수 있다. 일반적으로, 이러한 전위는 상대적으로 긴 시간 주기 동안 인가될 수 있다. 예를 들어, 이러한 값들 중 어느 하나의 크기를 갖는 전위가 적어도 1초의 주기동안 인가될 수 있다. 더 예를 들자면, 이러한 값들 중 어느 하나의 크기를 갖는 전위가 적어도 10초의 주기동안 인가될 수 있다. 더 예를 들자면, 이러한 값들 중 어느 하나의 크기를 갖는 전위가 적어도 20초의 주기동안 인가될 수 있다. 더 예를 들자면, 이러한 값들 중 어느 하나의 크기를 갖는 전위가 적어도 40초의 주기동안 인가될 수 있다.
하나의 구체적인 예시적 실시예를 설명하기 위해, 16볼트의 전압 펄스가 전체 소자의 대향된 둘레 에지에 위치한 버스 바와 불균일한 시트 저항을 갖는 2개의 TCO 전기 전도층을 포함하는 전기 스택 간에 인가될 수 있다. 전압 펄스는 신속하게 상승하여 층간 로컬 전압 강하를 1.0볼트로 신속히 상승시키고, 소자 층이 충전되기 시작하여 전류가 강하하는 시점의 완전도에 접근할 때까지 해당 전압을 유지한다. 전기 전도층의 시트 저항 및 구배 때문에, 소자 간의 전압 강하는 소자 간에 일정하고, 추가적으로, 소자의 전기 전도층 각각 사이에서 전압 강하가 존재한다. 불균일한 전기저항의 전기 전도층을 통한 이러한 전압 강하는 소자 스택의 최대 작동 전압보다 훨씬 큰 전압이 전체 조립체 간에 인가되게 하고, 소자 스택 간 로컬 전압을 요망 값 이하로 유지하게 한다. 소자 충전이 이루어짐에 따라, 인가 전압이 하강하여 소자 층 간 로컬 전압을 1.0볼트로 유지시킨다. 전압 펄스는, 로컬 소자 두께 간에 정상 상태 1.0볼트를 유지하는 것이 요망될 경우, 1볼트에 가까운 정상 상태 값으로 하강할 것이고, 대안으로서, 로컬 소자 두께 간에 어떤 전압도 유지하지 않기를 요망할 경우 전압 펄스를 0볼트로 하강할 것이다.
다층 소자의 광학 상태를 중간 상태로 변경하기 위해, 소자 상의 전기 접촉부/버스 바에 전압 펄스가 인가된다. 이러한 전압 펄스의 형상은 통상적으로 소자마다 다를 것이고, 요망되는 중간 상태에 좌우될 것이다. 중간 상태는 치동한 총 전하, 소자의 충전 상태, 또는 소자의 광학적 측정치의 측면에서 규정될 수 있다. 소자 층 간에 균일한 로컬 전압을 인가하기 위해 불균일 전자 전도체층을 이용함으로써, 이는 광학 상태 피드백을 이용하여 신속한 대면적 중간 상태 제어에 대한 고유한 장점을 제공하는 데, 이는 에지 근처의 소자 상태의 로컬 광학적 측정이 항상 전체 소자를 나타낼 것이기 때문이다(아이리스 효과 없슴). 또한, 소자 층 간에 균일한 로컬 전압을 인가하기 위해 불균일한 전자 전도체층을 이용함으로써, 이는 전압 피드백을 이용한 신속한 대면적 중간 상태 제어에 대한 고유한 장점을 제공하며, 이는 버스 바에서의 전압 상태가 불균일하게 착색된 소자 간에 평균보다 전체 소자를 나타낼 것이기 때문이다(이번에도 아이리스 효과 없슴). 구체적 예에서, 32볼트의 전압 펄스가 전체 소자의 대향된 둘레 에지에 위치하는 버스 바와 2개의 구배 TCO층을 포함하는 전기변색 소자 간에 인가된다. 이러한 전압 펄스는 신속하게 상승하여, 층간 로컬 전압 강하를 신속하게 1.0볼트까지 상승시키고, 전압 펄스가 0으로, 또는 요망 정상 상태 전압까지 하강하는 지점에서 적절한 광학 센서로 측정되는 요망 광학 상태에 소자가 도달할 때까지, 상기 전압으로 유지된다.
발명을 세부적으로 설명하였으나, 첨부된 청구범위에서 규정되는 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 수정예 및 변형예가 가능하다. 더욱이, 본 개시문의 모든 예들은 비-제한적인 예로 제공된다.
예
다음의 비-제한적인 예는 본 발명을 더 설명하기 위해 제공된다. 다음에 제시되는 예에서 개시되는 기술들이 발명을 실시할 때 잘 기능함을 발명자가 발견한 기법을 나타내며, 따라서, 그 실시 모드의 예를 구성한다고 간주될 수 있다. 그러나, 본 개시문에 비추어볼 때, 개시되는 구체적 실시예에 많은 변형이 이루어질 수 있고, 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 동일한 또는 유사한 결과를 여전히 얻을 수 있음을 당 업자가 이해하여야 한다.
예 1: 아이리스 효과 전환( IRIS EFFECT SWITCHING )
대면적 소자의 전환 동역학을 캡처하기에 적절한 구성요소 값을 이용하여 전기변색 타입의 동적 거동을 시뮬레이션하는데 1차원 럼프 요소 회로 모델을 이용하였다. 도 5에 도시되는 럼프 요소 모델은 Skrayabin, 등의 논문(Electrochimica Acta 44 (1999) 3203-3209)에 기초한다. 전기변색 소자는 병렬 저항기 및 비-선형 커패시터에 의해 국부적으로 모델링되고, 전기 전도층은 저항기로 국부적으로 모델링된다. 도 5에 도시되는 바와 같은 이러한 소자들의 네트워크는 대면적 전기변색 소자의 거동을 모델링한다. 소자와 전력 공급원 사이의 저저항 저항기는 전력 공급원과 소자 사이의 접촉 저항을 시뮬레이션한다. 도 6은 인가 전압인, 1.1 볼트 스텝 함수를 보여준다. 결과적인 전류 흐름이 도 7에 도시된다 - 이는 최대값까지 신속히 상승하고, 그 후 소자 전환이 이루어짐에 따라 감소한다. 도 8은 소자의 에지 근처에서, 중심을 향해 어느 정도 떨어져서, 그리고 소자의 양 측부로부터 소자의 중심 근처에서, 전기변색 소자 간의 전압 강하를 나타낸다(총 6개의 트레이스). 살펴본 바에 따르면, 소자의 에지는 비교적 느리게 전환되고, 소자의 중심을 향해 이동하면서 전환이 더욱 느리게 이루어진다. 에지에 비해 소자 중심에서 느린 전환은, 아이리스 효과로 불리는 대면적 소자의 특징에 입각하여 이해될 것이다.
이러한 전체 소자의 전환 속도는 더욱 복잡한 전압 파형을 인가함으로써 증가될 수 있다. 전류에 대한 영향 및 전환 동역학에 대한 영향과 함께 이러한 파형이, 도 9-11에 도시된다. 인가 전압 펄스는 에지 근처의 전압을 최대값까지, 1.0볼트를 넘지 않게, 상승시키도록 선택되었다. 이러한 요건에 따르면, 전압 파형이 신속하게 상승하여 소자 간 전압을 1.0볼트 미만으로 유지시키기 위해 필요한 대로 시간 내에 전압을 감소시켜야 한다. 이 파형이 도 9에 도시된다. 전력 공급원으로부터 흘러나오는 전류가 도 10에 도시되고, 날카로운 최초 전류 증가에 이어, 인가 전압의 감소에 따른 시간에 따른 감소 전류가 나타난다. 도 11은 소자의 에지 근처에서, 중심을 향해 어느 정도 떨어져서, 그리고 양 접촉부로부터 소자의 중간 근처에서, 소자 간의 전압 강하를 나타낸다(총 6개의 트레이스). 살펴본 바에 따르면, 이 경우에 소자는 이전 예에 비해 소자 에지 근처에서 더 빠르게 전환되고, 이 경우 인가 전압이 스텝 함수였다. 소자 중심 근처에서, 전환은 여전히 느리고, 전체 소자는 이전 경우에 비해 더 빠르게 전환되지만, 전환의 일부분 중 에지와 중심 사이의 전압차가 커짐에 따라 아이리스 효과가 악화될 수 있다. 소자 상에서 대향되어 대칭적으로 위치하는 점들에 대응하는 곡선이 동일하게 전환되고 겹쳐지도록, 전환은 대칭이다. 이러한 아이리스 효과는 다음 예에서 제시되는 바와 같이 다층 소자의 전자 전도체층의 시트 저항 분포를 조정함으로써 감소 또는 제거될 수 있다.
예 2: 균일 전환
도 12에 도시되는 1차원 회로 모델은 전기 전도층 각각 내 시트 저항의 일정 구배를 구체화한다. 시트 저항이 전력 공급원의 연결부 근처에서 최저이고, 소자의 대향 단부에서 최고이도록, 전기 전도층이 배열된다. 전력 공급원의 일 극성은 하나의 전기 전도층에 인가되고, 전력 공급원의 다른 극성은 소자의 대향 측부에서 대향된 전기 전도층에 인가된다. 이러한 배열을 이용할 때, 아이리스 효과가 존재하지 않으며, 전환 거동은 정량적으로 다르다 - 전체 소자 간에 균일한 전환을 제공하고 전체 소자의 훨씬 빠른 전환을 제공한다. 이러한 전환 거동이 도 13-15에 도시된다. 도 13은 인가 전압 파형을 도시한다. 이 파형은 소자 간 전압을 항상 요망 임계치(본 예에서 1.0볼트) 미만으로 제한하도록 선택되었다. 결과적인 파형은 소자 간의 전압을 요망 임계 전압 이하로, 그러나 그 근처로 유지시키도록 선택된, 빠른 상승 선단 에지 및 느린 하강 에지를 갖는, 전압 펄스다. 도 14는 시간의 함수로 소자를 통해 흐르는 전류를 도시하고, 상기 전류는 신속하게 상승하고, 인가 전압 펄스의 형상과 유사한 형상의 파형을 갖는다. 도 15는 전력 공급 접촉부 근처와 소자 중심 근처에서 소자 에지의 전기변색 소자 간의 전압 강하를 나타낸다. 본 플롯에서 확인할 수 있는 바와 같이, 소자 간 전압 프로파일은 모든 위치에서 동일하다. 그 결과, 비교적 짧은 시간 주기 내에 상당한 전류가 소자를 통해 구동될 수 있고, 소자간 전압은 낮고 모든 곳에서 동일하다. 전기 전도층의 이러한 불균일한 시트 저항에 의해, 대면적 전기변색 소자가 소면적 소자의 동역학과 유사한 동역학으로 전환될 수 있다.
예 3: 지향성 전환
도 16의 럼프 요소 모델은 전기변색 소자 내 제어형 전환 프로파일을 제공하는 구조의 일례다. 이 경우에, 소자는 좌측으로부터 우측으로 전환될 것이다. 전기 전도층은 비대칭이다. 상부 전기 전도층은 좌측부에서 5Ω/□이고 본 층의 우측부에서 50Ω/□로 선형으로 증가하는 시트 저항을 갖는 층이다. 하부 전기 전도층은 좌측부에서 30Ω/□이고 층의 우측부에서 3Ω/□로 선형으로 감소하는 시트 저항을 갖는 층이다. 도 17은 소자간 전압을 1.0볼트 미만으로 유지하면서, 소자의 좌측부에서 신속하게 상승하는 전압을 생성하기 위한 인가 전압 파형을 보여준다. 도 18은 최초에 신속하게 증가하였다가 소자가 전환됨에 따라 신속하게 하강하는, 소자를 통한 대응 전류를 보여준다. 도 19는 좌측으로부터 우측으로 6개의 위치에서 소자 간 전압을 보여준다. 확인할 수 있는 바와 같이, 먼 좌측부에서 전압은 증가하여 가장 빠르게 1.0V에 접근하고, 더 우측의 각각의 지점에서 소자간 전압이 증가하여 1.0V에 더 천천히 접근한다. 이에 따라, 소자는 지정된 방식으로 좌측으로부터 우측으로 전환될 것이다. 이 거동은 전기 전도층 내 주어진 일정 시트 저항과 함께 아이리스 효과를 나타내는 윈도 크기에서 제어될 수 있다. 추가적으로, 명목 전환 속도가 좌측으로부터 우측으로 나타나는 속도가, 전기 전도층 내 시트 저항 프로파일 사이의 차이에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 예 3의 하측 전기 전도층이 좌측부에서 40Ω/□이고 층의 우측부에서 4Ω/□로 선형으로 감소하는 시트 저항을 갖는 층일 경우, 이 경우에 소자의 전환은 좌측부터 우측으로 더 빠를 것이다. 시트 저항 프로파일이 선형이고 대향 방향으로 동일한, 제한된 경우에, 소자는 예 2에 도시되는 바와 같이 균일하게 전환될 것이다.
예 4 및 비교예 4A
예 4 및 비교예 4A(및 예 5-7 및 비교예)의 모든 기판은 크기가 9x13.7cm이고, 두께가 2.3 내지 4mm 사이였다.
2개의 외측 글래스 기판 사이에 위치하는 2개의 전기 전도층 사이에 위치하는 단일 이온 전도체층과 단일 전기변색 전극층을 지닌 소자가, 예 및 비교예에서 준비되었다. 전기 전도층은 플로트 글래스 기판 상에 스퍼터-코팅되는 틴 도핑된 인듐 옥사이드(ITO) 투명 전도 옥사이드(TCO)층이다. 비교예 4A는 65Ω/□의 균일한 시트 저항을 갖는 ITO 코팅 기판을 이용하였다. 예 4는 70-400Ω/□로부터 시트 저항의 선형 증가를 갖는 ITO 코팅 기판을 이용하였다. 시트 저항이 13.7cm 방향으로 선형으로 증가하였고(즉, 일정 시트 저항 구배), 9cm 방향으로 대략 균일하였다. ITO 기판은 배어 플로트(bare float) 글래스 기판에 스퍼터링함으로써 작업을 위해 주문 제조되었다. 소자의 제조를 위한 절차가 아래에 상세히 설명된다.
ITO 코팅된 기판의 시트 저항이 4-점 프로브 측정 툴을 이용하여 측정되었다. 구배 저항 ITO 기판 상의 시트 저항 측정은 기판의 직선 상에 위치하는 적어도 5개의 동등히 이격된 위치에서 구성되었고, 이 직선은 기판의 9cm 측부에 수직으로 이어지고, 측정된 위치는 시트 저항 구배의 다수를 커버한다.
텅스텐 옥사이드 프리커서가 다음과 같이 제조되었다. 0℃ 아이스 배스에서, 2L 플라스크가 40mL 물로 충전되었고, 교반 막대로 끼워맞춰졌다. 액상 과산화수소(30 중량% H2O2) 및 빙초산의 50:50 용액 800mL가 첨가되었고, 30분동안 저어서, 아이스 배스 온도와 평형을 이루었다. 저온 혼합물에, 65g의 텅스텐 금속이 첨가되었고 저어서 24시간 동안 반응하였다. 결과적인 용액은 조대 여과지(Whatman 54)와 그 후 조밀 여과지(Whatman 42)를 통해 여과되어, 선명한, 약간 노란 색의 여과액을 도출한다. 여과액은 그 후 55℃에서 18시간 리플럭스되고, 조밀(WHatman 42) 여과지를 통해 재여과되며, 그 후 65℃에서 진공 하에 건조되어(물 흡입기를 이용), 분말 텅스텐 과산화산 에스테르 산물을 회수한다.
코팅 용액은 18g의 고체 텅스텐 과산화산 프리커서, 0.668g의 리튬 메톡사이드, 및 2.367g의 옥살산 디하이드레이트를 글로브 박스 내 아르곤 분위기에서 60mL의 무수 에탄올에 용해시킴으로써 제조되었다.
코팅 용액은 2개의 TCO 타입에 스핀-코팅되었다(균일한 시트 저항 및 구배 시트 저항).
코팅에 이어, 코팅된 필름의 스트립이 물을 이용하여 기판의 모든 측부로부터 제거되었다. 이는 전기 접촉 및 우수한 접촉을 위해 하부 TCO를 노출시켰다. 필름은 습윤 챔버에서 다음 프로그램에 따라 처리되었다.
단계 온도(℃) 상대 습도(%) 시간(분)
1 26 40 5
2 30 80 10
3 45 70 15
4 60 65 15
5 90 10 10
6 105 1 10
7 25 25 19
습윤 챔버로부터 제거 후, 다음 프로그램에 따라 에어 분위기에서 오븐 내에서 필름이 처리되어, 텅스텐 옥사이드 필름을 제조하였다.
단계 온도(℃) 시간(분)
1 주위 온도 0
2 240까지 상승 60
3 240 60
4 주위 온도 60
최종 두께는 대략 300nm로 접촉식 프로필로미터(contact profilometer)에 의해 측정되었다.
직경 4mm의 2개의 구멍을 한 세트의 ITO 기판의 대향 코너 내로 뚫었다(하나는 균일한 시트 저항 ITO이고, 다른 하나는 구배 시트 저항 ITO). 그 후 소자는 내향으로 면하는 전도성 표면을 외부 에지 주위로 열경화성 에폭시를 이용하여 함께 정합 기판을 반구형으로 밀봉함으로써 구성되었다(가령, 2개의 균일한 시트 저항 ITO 기판이 단일 소자에 사용되었고, 2개의 구배 시트 저항 ITO 기판이 다른 소자에 사용되었다). 210㎛의 고정 갭 폭은 에폭시 내로 알려진 직경을 갖는 글래스 비드(glass beads)를 혼합함으로써 세팅되었다. 기판은 서로에 대해 이동하여, 전기적 연결 및 전기적 측정을 행하도록 모든 방향으로 대략 0.5cm의 오버랩을 생성하였다. 전기적 접촉을 위한 버스바는 소자의 짧은 측부(즉, 9cm 측부) 상에 오버랩 섹션에 납땜되었다. 구배 ITO 소자는 서로 대향하는 구배로 조립되었고, 낮은 시트 저항 측부는 접촉을 위한 버스바 영역으로 기능한다(즉, 각 기판의 낮은 시트 저항 측부는 나머지의 높은 시트 저항 측부에 면하도록 정렬되고 두 낮은 측부는 노출되도록 위치한다).
제조된 소자는 무수 프로필렌 카보네이트에서 0.5M 리튬 트리플레이트 및 0.05M 페로센의 이온 전도체 용액으로 뚫린 구멍을 통해 충전되었다. 그 후 구멍이 밀봉되었다. 이러한 소자에서, 이온 전도체층의 페로센은 전자의 공급 또는 추출시 가역적으로 산화 및 환원될 수 있는 화학종으로 작용한다.
완성된 소자의 분석 및 특징화는 주문형 랩 기기를 이용하여 수행되었다. 이러한 기기는 전압원, 소자 내 다양한 지점에서 전자기 스펙트럼 간의 투과 측정, 및 다양한 지점에서 전기화학적 스택 간의 전위를 동시 제어할 수 있었다. 이는 소자를 완전히 특성화시킬 수 있고, 소자 내 특정 지점에서 전기변색 스택의 전위를 이러한 동일 지점에서의 전자기 투과에 링크한다. 예를 들어, 소자는 기설정된 전압 펄스 프로파일 및 전압 및 광학 데이터의 간단한 측정으로 특성화될 수 있다. 추가적으로, 소자는 전기변색 스택 내 표적 전위를 유지하기 위해 전압 펄스 조정으로 특성화될 수 있다.
비교예 4A 및 예 4의 소자가 특성화되었다. 전압 및 투과율 값의 변화를 보여주는 데이터가 아래에 제시된다. "아이리스" 값은 탈색 상태로부터 칼라 상태로 소자를 전환하면서, 측정되는 소자의 중심과 에지 근처의 영역 사이의 550nm의 투과율의 최대 차이다. 최대 전압 △는 탈색 상태로부터 칼라 상태로 소자를 전환하면서, 소자의 중심과 에지 근처의 전기변색 스택 간에 전위의 최대차다. 소스 전압은 소자의 에지에서 전기변색 스택 간에 1.2볼트를 유지하도록 자동적으로 조정되었다. 정상 상태까지의 총 시간은 각각의 경우에 대략 150초였다.
최대 전압 △ 최대 아이리스 값(550nm에서 △T)
비교예 4 0.64V 31%
예 4 0.25V 6%
예 5 및 비교예 5A
단일 이온 전도체층의 각 측부 상에 위치하는 2개의 전기변색 전극층을 포함하는 소자가, 이러한 예 및 비교예에 대해 제조되었고, 각각의 전기변색 전극층은 전기 전도성 TCO층에 대하도록 위치하고, 각각의 TCO층은 외측 글래스 기판에 대하도록 배열된다. 비교예 5A는 대략 220Ω/□의 균일한 시트 저항을 갖는 ITO 코팅 기판을 이용하였다. 예 5는 대략 100-500Ω/□로부터 시트 저항의 일정 구배를 갖는 ITO 코팅 기판을 이용하였다. 구배 소자는 예 4에서처럼 배향되는 기판으로 구성되었다. ITO는 투영을 위해 주문형 스퍼터 증착되었고, 그 후 열처리되어 시트 저항을 증가시켰다. 시트 저항 측정은 열처리 이후 최종 소자 내로 삽입하기 직전에 증착된 전극 필름에 대해 수행되었다.
ITO 코팅 기판의 시트 저항은 4-점 프로브 측정 툴을 이용하여 측정되었다. 균일한 ITO 코팅 기판 상의 시트 저항 측정은 필름 상의 여러 지점에서 이루어졌다. 구배 시트 저항 ITO 기판의 시트 저항 측정은 직선 상의 적어도 5개의 동등하게 이격된 위치에 대해 이루어졌고, 상기 직선은 기판의 2개의 9cm 측부 사이에서 수직으로 이어진다. ITO의 시트 저항은 열처리 및 전극 필름 도포로 인해 변할 것임이 관측되었다. 열처리 또는 전극 필름 도포 이후 시트 저항 측정에 교정 팩터가 적용되었다. 교정 팩터는, 각각의 9cm 측부의 중간점에 위치하는, 그리고 대략 0.5cm 만큼 에지로부터 오프셋되는, 두 지점 사이의 기판의 전체 시트 저항을 측정함으로써, 그리고, 노출되는 TCO에 대한 측정을 보장함으로써, 연산되었다. 그 후 교정 팩터는 처리 전후로부터 기판의 전체 시트 저항의 비였다. 예를 들어, 이러한 시트 저항이 열처리로 인해 100Ω으로부터 150Ω까지 증가하고 원래 측정된 시트 저항(Ω/□)이 200Ω/□인 경우, 열 처리 후 보고되는 시트 저항(Ω/sq)는 300Ω/□였다.
텅스텐 옥사이드 필름은 2개의 기판 타입에 대해 예 4에서와 같이 제조되었다(즉, 하나는 균일한 시트 저항이고 다른 하나는 구배 시트 저항 기판이다). 텅스텐 옥사이드 필름은 제 1 전극층으로 기능하였다.
상보형 바나듐 옥사이드 크세로겔 필름은 2개의 기판 타입에 대해 제조되었다. 직경 4mm의 2개의 구멍은 코팅 전에 이 세트의 대향 코너 내로 뚫렸다. 바나듐 옥사이드 필름은 제 2 전극층으로 기능하였다.
바나듐 옥사이드 크세로겔 코팅은 양이온 교환에 의한 LiVO3의 산성화에 의해, 그리고 즉시 이어서, 결과적인 바나드산의 젤라틴이 발생될 수 있기 전에 스핀 코팅에 의해 진행된다. 코팅 용액의 절차는 다음과 같다.
2M LiVO3 프리커서 용액은 60℃에서 1시간동안 교반함으로써 34mL의 40부피%의 에탄올 수용액에 8.08g의 LiVO3를 용해함으로써 제조되었다. 탁한 용액이 여과되었고(Whatman 40), 필터가 40% 에탄올로 헹구어졌다. 여과액은 40mL로 희석되었고 흔들어 혼합되어, 약간 노란색의 점성질 2M LiVO3 용액을 도출하였다.
플래시 이온 교환 칼럼은 수지 비드(resin beads)를 보유하기 위해 0.2 마이크로미터의 PTFE Acrodisk 필터와 끼워맞춰진 3mL 시린지 내에 2mL(3.4meq)의 Dowex WX8 100-200 메시양이온 교환 수지(양성자 형태)를 패킹함으로써 제조되었다. 칼럼은 물로 두번 헹구고 그 후 배수시켰다. 1밀리리터의 LiVO3 용액이 패킹된 시린지에 첨가되었고, 이를 10초간 흔들어 수지에 혼합하였다. "칼럼"은 시린지 플런저를 눌러서 용리(elute)되었고, 밝은 오랜지색 바나드산 용액이 기판에 즉시 재여과되고(0.2마이크로미터 PTFE Acrodisk), 회전하여 코팅을 형성한다. 코팅 후, 코팅된 필름의 스트립이 물처리를 이용하여 기판의 모든 측부로부터 제거되었다. 이는 전기 접촉 및 우수한 접착을 위해 아래의 TCO를 노출시켰다.
결과적인 필름은 바나듐 옥사이드 필름을 생성하기 위해 다음의 처방을 이용하여 열처리되었다.
단계 # 과정 시간
1 25℃에서 240℃로 가열 60분
2 240℃에서 홀딩 60분
3 240℃에서 40℃로 냉각 120분
최종 두께는 접촉식 프로필로미터에 의해 대략 100nm로 측정되었다.
바나듐 옥사이드 필름은 프로필렌 카보네이트 내 1M 리튬 퍼클로레이트의 용액과 리튬 금속 카운터-전극을 이용하여 글로브 박스 내에서 리튬치환(lithiation)되었다. 3.8V로 산화에 이어 2.4V에서의 환원으로 구성되는 2-단계 과정은 제시 전압 대 기준 리튬 금속으로 수행되었다. 리튬치환을 수행하여, 텅스텐 옥사이드 필름에 카운터-전극으로 기능하게 하는 환원 상태로 바나듐 옥사이드를 배치하였다.
그 후 소자는 내향을 면하는 전도성 표면을 갖는 아크릴 접착 테이프를 이용하여 정합 기판을 함께 반구형으로 밀봉함으로써 구성되었다. 500㎛의 고정 갭 폭이 접착 테이프에 의해 세팅되었다. 아크릴 접착 테이프가 신속한 소자 생성을 위해 사용되었다. 기판은 서로에 대해 이동하여 모든 방향으로 대략 0.5cm의 오버랩을 생성하여, 전기적 연결 및 측정이 가능하게 되었다. 구배 소자는 예 4에서와 같이 조립되었고, 낮은 시트 저항 측부가 전기 접촉을 위해 노출되었다.
제조된 소자는 무수 프로필렌 카보네이트 내에 1.5M 리튬 비스(트리플로로메탄설포닐)이미드의 전해질 용액으로 뚫린 구멍을 통해 충전되었다. 그 후 구멍이 밀봉되었다.
예 5 및 비교예 5A 소자들은 예 4에 설명된 주문형 셋업으로 분석되었다. 결과는 아래에 제시된다.
소스 전압 전환 시간
(탈색 -> 칼라)		 최대 전압 △ 아이리스 값
(550nm에서 △T)
비교예 5A.
1.2V로 제어되는 소자의 에지에서 전기화학적 스택		 150초 1.4V 17%
예 5.
1.2V로 제어되는 소자의 에지에서 전기화학적 스택		 <100초 0.3V 6%
결과에 의해 제시되는 바와 같이, 예 5의 소자는 비교예 5A의 소자보다 빠른 전환 속도를 실현하면서 아이리스 값을 크게 완화시킨다.
예 6
단일 이온 전도체층의 각 측부 상에 위치하는 2개의 전기변색 전극층을 지닌 소자가 제조되었고, 각각의 전기변색 전극층은 전기 전도성 TCO층에 대하여 위치하고, 각각의 TCO층은 외측 글래스 기판에 대하도록 배열된다. 본 예 6의 소자는 2개의 레이저 스크라이빙 패턴을 갖는 TEC 70 기판(Pilkington)을 사용하였다. TEC 글래스는 상업적으로 가용한 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO)이고, 명칭 내 수치는 Ω/□의 시트 저항을 표시한다. FTO는 TCO다. 레이저 스크라이빙된 패턴은 TCO의 시트 저항을 증가 및 변화시킨다. 제 1 TEC 기판은 250Ω/□의 균일한 시트 저항을 시뮬레이션한 레이저 패턴을 갖는다. 제 2 TEC 기판은 170-1500Ω/□ 기판으로부터 시트 저항의 선형 증가를 시뮬레이션한 레이저 스크라이빙 패턴을 갖는다.
스크라이빙된 TEC 글래스 기판의 시트 저항은 기판 상에 1cm 이격된 2개의 지점 사이의 시트 저항을 측정함으로써 연산되었다. 동일한 측정이, 알려진 시트 저항 값(Ω/□)을 갖는 스크라이빙되지 않은 한 세트의 TEC 글래스에 대해 수행되었다. 스크라이빙되지 않은 TEC 측정으로부터, 2-점 시트 저항 값에 대한 Ω/□에 관한 교정 곡선이 연산되었다. 시트 저항 값(Ω/□)이 그 후, 스크라이빙된 TEC 글래스 기판에 대한 각각의 측정에 대해 연산되었다. 제 2 TEC 글래스 기판 시트 저항 프로파일은 기판의 2개의 9cm 측부에 대해 수직인 그 사이의 직선으로 1cm 구간에서 개별 측정치를 취함으로써 측정되었다.
소자는 예 3과 비교되어야 한다. 예 3은 지향성 스위치를 갖는 전기변색 소자의 럼프 요소 모델을 설명한다. 이러한 지향성 스위치는 전기 전도층(가령, TCO)의 비대칭성에 의해 예 3에서 실현된다. 예 6의 소자는 2개의 전기 전도층 내에 비대칭성을 갖고, 소자가 제 2 TEC 기판의 낮은 시트 저항 측부 상에서 빠르게 전환되고 제 2 TEC 기판의 높은 시트 저항 측부 상에서 느리게 전환되는, 지향성 스위치를 보여줄 것으로 예상되었다.
소자는 아래 설명되는 과정을 이용하여 구성되었다.
텅스텐 옥사이드 필름은 (구배 시트 저항을 갖는) 제 2 TEC 기판 상에서 예 4에서와 같이 제조되었다. 텅스텐 옥사이드 필름은 제 1 전극층으로 작용하였다.
상보형 바나듐 옥사이드가 제 1 TEC 기판(균일한 시트 저항) 상에 제조되었다. 바나듐 옥사이드 필름은 제 2 전극층으로 작용하였다. 대략 4mm 직경의 2개의 구멍이 코팅 이전에 균일한 시트 저항 기판의 대향 코너 내로 뚫렸다. 코팅 용액은 다음의 처방에 따라 제조되었다.
LiVO3 용액은, 60℃에서 물에 5중량%의 고체 용액을 용해시키고 이어서 Whatman 40 여과지를 통해 여과시킴으로써 제조되었다. 바나데이트 화학종은, 옅은 황색 종점까지 추가적인 탈이온수로 용리되도록, 이러한 5 중량%의 LiVO3 용액을 H+ 형태로 적어도 20 당량의 Dowex Monosphere 650C로 패킹된 이온 교환 칼럼을 액적 형태로 통과하게 함으로써 "바나드산"에 프로톤화되었다. 용리된 바나드산은 밤새도록 가만히 두었고, 그 후 초음파 처리하여, 형성된 고체를 산포시켰다.
바나드산에 6 당량의 트리에틸아민이 첨가되었고, 혼합물이 40-50℃에서 1시간동안 초음파처리되어 무색의, 약간 탁한 용액을 형성하였다. 이 용액은 55℃까지에서 감소된 압력 하에 기화되어, 황색 점성질 액체를 도출하였다. 이는 0.4M 바나디윰 및 1.2M 바나디움 사이로 에탄올 또는 2-메톡시에탄올에 용해되어 최종 코팅 용액을 도출하였다.
코팅 용액은 기판에 스핀-코팅되었다. 코팅에 이어, 코팅된 필름의 스트립이 물처리를 이용하여 기판의 모든 측부로부터 제거되었다. 이는 전기 접촉 및 우수한 접착을 위해 아래의 TCO를 노출시켰다. 필름은 에어 분위기에서 다음의 처방을 이용하여 열처리되어 바다듐 옥사이드 필름을 생성하였다.
단계 # 과정 시간
1 25℃에서 350℃로 가열 60분
2 350℃에서 홀딩 60분
3 350℃에서 40℃로 냉각 120분
최종 두께는 접촉식 프로필로미터에 의해 대략 200nm로 측정되었다.
바나듐 옥사이드 필름은 프로필렌 카보네이트 내 1M 리튬 퍼클로레이트 용액과 리튬 금속 카운터-전극을 이용하여 글로브 박스 내에서 리튬치환(lithiation)되었다. 리튬치환 중 전압은 리튬 금속 대비 2.7 내지 2.9볼트였다. 리튬치환은 바나듐 옥사이드를 환원 상태에 놓이도록 수행되어, 텅스텐 옥사이드 필름에 대한 카운터 전극으로 기능하게 한다.
그 후 소자는 내향을 면하는 전도성 표면을 갖는 외측 에지 주위로 열경화성 에폭시를 이용하여 함께 정합 기판을 반구형으로 밀봉함으로써 구성되었다. 알려진 직경의 글래스 비드를 에폭시 내로 혼합시킴으로써 210㎛의 고정 갭 폭이 세팅되었다. 기판은 서로에 대해 이동하여, 전기적 연결 및 측정을 위해 모든 방향으로 대략 0.5cm의 오버랩을 생성하였다. 소자는 전기적 연결을 위해 노출된 낮은 시트 저항 측부를 갖도록 배향된 구배 기판을 갖도록 구성되었다.
제조된 소자는 2시간동안 25℃에서 25% 상대 습도의 습윤 챔버에서 수화되었다. 그 후 제조된 소자는 구멍을 통해 무수 프로필렌 카보네이트 내 1.5M 리튬 비스(트리플로로메탄설포닐)이미드의 전해질 용액으로 충전되었다. 그 후 구멍은 밀봉되었다.
예 6의 소자는 현저한 지향성 변화 효과를 특징으로 나타냈고, 이 경우 소자는 제 2 TEC 기판의 높은 시트 저항 측부보다 제 2 TEC 기판의 낮은 시트 저항 측부에서 실질적으로 더 빠르게 탈색 상태로부터 칼라 상태로 전환되었다. 투과율 차이는 천연색일 때 25%를 넘는다. 이러한 지향성 변화는 예 3에서 이루어진 예측과 정성적으로 일치한다.
예 7 및 비교예 7A
단일 이온 전도체층의 각 측부 상에 위치하는, 둘 중 하나가 전기변색성인, 2개의 전극을 지닌 소자가 제조되었고, 각각의 전극층은 전기 전도성 TCO층에 대하여 위치하고, 각각의 TCO층은 외측 글래스 기판에 대하도록 배열되었다. 비교예 7A의 소자는 250Ω/□ 시트 저항을 시뮬레이션하기 위해 레이저 스크라이빙된 패턴을 갖는, TEC 70 기판(Pilkington)을 사용하였다. 레이저 스크라이빙된 패턴은 TCO의 시트 저항을 증가 및 변화시켰다. 예 7의 소자는 70-250Ω/□ 시트 저항을 시뮬레이션하기 위해 레이저 스크라이빙된 패턴을 갖는, TEC 70 기판을 사용하였다. 시트 저항 값이 예 6에서와 같이 연산되었다. 소자는 예 4에서와 같이 대향된 시트 저항 구배를 갖도록 배향되는 기판을 갖도록 구성되었다. 모든 소자는 아래 설명되는 과정을 이용하여 구성되었다.
수용액 중 세륨 옥사이드 코팅 용액의 20중량%의 콜로이드 분산물(Alfa Aesar)이 한 세트의 레이저 스크라이빙된 FTO 기판에 스핀-코팅되었다. 스핀-코팅 이후, 세륨 옥사이드 필름의 스트립이 아세트산 용액(수용액, 2.5중량%)을 이용하여 모든 측부로부터 제거되었다. 필름은 에어 분위기에서 240℃에서 1시간동안 열처리되었다.
최종 두께는 프로필로메트리에 의해 대략 350nm로 측정되었다.
세륨 옥사이드 필름은 제 1 전극층으로 작용하였다.
상보형 바나듐 옥사이드 필름은 동일 세트의 기판 상에 제조되었다. 바나듐 옥사이드 필름은 제 2 전극층으로 작용하고, 전기변색성이다. 4mm 직경의 2개의 구멍이 코팅 전에 이러한 세트의 코너 내로 뚫렸다. 바나듐 용액은 다음 과정에 따라 제조되었다.
2M LiVO3 프리커서 용액은 34mL의 40 부피% 에탄올 수용액에 8.08g의 LiVO3를 1시간 동안 60℃에서 교반하여 용해시킴으로써 제조되었다. 이와 같이 탁한 용액이 여과되었고(Whatman 40), 필터는 40% 에탄올로 헹구어졌다. 여과액은 40mL로 희석되고, 혼합을 위해 흔들어서, 약간 황색을 띠는 점성질 2M LiVO3 용액을 도출하였다.
20mL의 이러한 LiVO3 용액은 힘찬 교반 하에 4.5 내지 6g 사이의 Dowex Monoshpere 650C 양이온 교환 수지(프로톤 형태)의 첨가에 의해 산성화되었다. 결과적인 밝은 오랜지색 혼합물은 여과지(Whatman 40)를 통해 여과되었고, 그 후 6.6mL 물로 희석되어, 최종 코팅 용액을 도출하였다.
코팅된 필름은 에어 분위기에서 240℃에서 1시간 동안 열처리되어, 바나듐 옥사이드 필름을 도출하였다. 최종 두께는 접촉 프로필로미터에 의해 대략 150nm로 측정되었다.
바나듐 옥사이드 필름은 프로필렌 카보네이트 내 1M 리튬 퍼클로레이트 용액과 리튬 금속 카운터전극을 이용하여 글로브 박스 내에서 리튬치환되었다. 3.8V로의 산화에 이어 2.4V에서의 환원으로 구성되는 2-단계 과정이, 제시 전압 대 기준 리튬 금속과 함께, 수행되었다. 리튬치환은 바나듐 옥사이드를 환원 상태로 배치하도록 수행되었고, 이는 세륨 옥사이드 필름에 대한 카운터 전극으로 작용하게 된다.
그 후 소자는 내향으로 면하는 전도성 표면을 갖는 외부 에지 주위로 아크릴 접착 테이프를 이용하여 함께 정합 기판을 반구형으로 밀봉함으로써 구성되었다. 500㎛의 고정 갭 폭이 접착 테이프에 의해 세팅되었다. 전기적 연결 및 측정을 위해, 기판은 서로에 대해 이동하여 모든 방향으로 대략 0.5cm의 오버랩을 생성하였다. 구배 소자는 예 4에서와 같이 조립되었고, 낮은 시트 저항 측부는 전기적 접촉을 위해 노출되었다.
제조된 소자는 그 후 무수 프로필렌 카보네이트 내 1.5M 리튬 비스(트리플로로메탄설포닐)이미드의 전해질 용액으로 뚫린 구멍을 통해 충전되었다. 그 후 구멍이 밀봉되었다.
이러한 소자들에 대한 아이리스 값은 450nm에서 측정되었다. 이 파장은 550nm보다 탈색 상태와 칼라 상태 사이에서 투과율의 더 큰 변화를 보여주기 때문에 사용되었다.
소스 전압 전환 시간
(탈색 -> 칼라)		 최대 전압 △ 아이리스 값
(450nm에서 △T)
비교예 7A.
2V로 제어되는 소자의 에지에서 전기화학적 스택		 >180초 1.6V 6%
예 7.
2V로 제어되는 소자의 에지에서 전기화학적 스택		 75초 0.3V 3%
구배 소자는 더 균일한 전환 및 훨씬 빠른 전환 속도를 실현하였다.

Claims (34)

  1. 제 1 기판 및 제 1 기판의 표면 상에 제 1 전기 전도층을 포함하는 다층 소자에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투과성이고, 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 상기 제 1 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 시트 저항(Rs)을 가지며,
    상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비가 적어도 2인
    다층 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항에 대한, 제 1 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항의 비는, 적어도 2이고, 상기 제 1 및 제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 및 제 2 영역 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는
    다층 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층의 제 2 영역의 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한, 상기 제 1 전기 전도층의 제 1 영역의 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 상기 제 1 전기 전도층의 제 3 영역의 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한, 상기 제 1 전기 전도층의 제 2 영역의 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.25이며, 상기 제 1 전기 전도층의 제 4 영역의 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한, 상기 제 1 전기 전도층의 제 3 영역의 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역과 인접하며, 상기 제 2 영역은 상기 제 3 영역과 인접하고, 상기 제 3 영역은 상기 제 4 영역과 인접하며, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함하는
    다층 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    상기 제 1 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지니며,
    상기 세트 내의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 도달할 때까지 대체로 증가하였다가 그 후 대체로 감소하거나, 또는 최소값에 도달할 때까지 대체로 감소하였다가 그 후 대체로 증가하는
    다층 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층의 조성 또는 두께가 등급화(grading)되는
    다층 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투명한
    다층 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 상기 제 1 전기 전도층의 표면 상에 제 1 전극층을 더 포함하고, 상기 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전극층과 상기 제 1 기판 사이에 위치하는
    다층 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층은 전기변색 물질을 포함하는
    다층 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층은 양극 화학종 및 음극 화학종을 포함하고, 양극 화학종 및 음극 화학종 중 적어도 하나는 전기변색 물질인
    다층 소자.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 제 2 전기 전도층을 더 포함하며, 상기 제 1 전극층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투명하고, 상기 제 1 및 제 2 전기 전도층 사이에 위치하며, 상기 제 2 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 상기 제 2 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대한 시트 저항(Rs)을 갖고, 상기 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비가 적어도 2인
    다층 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항에 대한, 제 1 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항의 비는, 적어도 2이고, 상기 제 1 및 제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 및 제 2 영역 각각은 상기 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는
    다층 소자.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 전기 전도층의 제 2 영역의 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한, 상기 제 2 전기 전도층의 제 1 영역의 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 상기 제 2 전기 전도층의 제 3 영역의 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한, 상기 제 2 전기 전도층의 제 2 영역의 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.25이며, 상기 제 2 전기 전도층의 제 4 영역의 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한, 상기 제 2 전기 전도층의 제 3 영역의 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역과 인접하며, 상기 제 2 영역은 상기 제 3 영역과 인접하고, 상기 제 3 영역은 상기 제 4 영역과 인접하며, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함하는
    다층 소자.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 전기 전도층은 상기 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    상기 제 2 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지니며,
    상기 세트 내의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 도달할 때까지 대체로 증가하였다가 그 후 대체로 감소하거나, 또는 최소값에 도달할 때까지 대체로 감소하였다가 그 후 대체로 증가하는
    다층 소자.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 제 1 전기 전도층은 영역(A1) 및 영역(B1)을 포함하고, 영역(A1) 및 영역(B1) 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며, 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 상호 배타적이며,
    (b) 상기 제 2 전기 전도층에 대한 영역(A1)의 투영은 상기 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는, 상기 제 2 전기 전도층 내에 볼록 다각형의 둘레를 갖는 영역(A)을 형성하고,
    (c) 상기 제 2 전기 전도층에 대한 영역(B1)의 투영은 상기 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는, 상기 제 2 전기 전도층 내에 볼록 다각형의 둘레를 갖는 영역(B)을 형성하며,
    (d) 상기 제 1 전기 전도층은 RA1 avg에 대응하는 영역(A1) 내 평균 시트 저항과, RB1 avg에 대응하는 영역(B1) 내 평균 시트 저항을 갖고,
    (e) 상기 제 2 전기 전도층은 RA avg에 대응하는 영역(A) 내 평균 시트 저항과, RB avg에 대응하는 영역(B) 내 평균 시트 저항을 가지며,
    (f) RA1 avg/RB1 avg 또는 RB avg/RA avg 가 적어도 1.5이고,
    (g) (RA1 avg/RA avg)/(RB1 avg/RB avg)가 적어도 1.5인
    다층 소자.
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 이온 전도층을 포함하고, 상기 제 1 전극층은 상기 이온 전도층과 상기 제 1 전기 전도층 사이에 위치하며, 상기 이온 전도층은 25℃에서 적어도 10-7 지멘스/cm 의 캐리어 이온의 이온 전도도를 갖는 유전 물질인
    다층 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 제 2 전극층을 더 포함하고, 상기 이온 전도층은 상기 제 1 및 제 2 전극층 사이에 위치하는
    다층 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 전극층은 전기변색 물질을 포함하는
    다층 소자.
  18. 제 7 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 제 2 기판을 더 포함하며, 상기 제 2 전기 전도층은 상기 제 2 기판과 상기 제 1 전기 전도층 사이에 위치하는
    다층 소자.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투명한
    다층 소자.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은 상기 제 1 전기 전도층을 면하는 내측 표면을 갖고,
    상기 제 1 기판의 내측 표면의 표면적은 적어도 0.1m2인
    다층 소자.
  21. 제 1 기판, 제 1 전기 전도층, 제 1 전극층, 제 2 전기 전도층, 및 제 2 기판을 포함하는 전기변색 소자에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전기 전도층 각각은 각각 제 1 및 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는, 제 1 및 제 2 전기 전도층을 통한 전류의 흐름에 대해 시트 저항(Rs)을 갖고,
    상기 제 1 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한, 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 2이고,
    상기 제 2 전기 전도층 내 최소 시트 저항(Rmin)의 값에 대한, 최대 시트 저항(Rmax)의 값의 비는 적어도 2이며,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 1 전기 전도층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투과성인
    전기변색 소자.
  22. 제 21 항에 있어서,
    (i) 제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항에 대한, 제 1 볼록 다각형의 둘레를 갖는 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항의 비는 적어도 2이고, 상기 제 1 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하며,
    (ii) 제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 제 2 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항에 대한, 제 1 볼록 다각형의 둘레를 갖는 제 2 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항의 비는 적어도 2이고, 상기 제 2 전기 전도층의 제 1 및 제 2 영역 각각은 상기 제 2 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는
    전기변색 소자.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    상기 제 1 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지니며,
    상기 세트 내의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 도달할 때까지 대체로 증가하였다가 그 후 대체로 감소하거나, 또는 최소값에 도달할 때까지 대체로 감소하였다가 그 후 대체로 증가하는
    전기변색 소자.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제 2 전기 전도층은 상기 제 2 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    상기 제 2 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지니며,
    상기 세트 내의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 도달할 때까지 대체로 증가하였다가 그 후 대체로 감소하거나, 또는 최소값에 도달할 때까지 대체로 감소하였다가 그 후 대체로 증가하는
    전기변색 소자.
  25. 제 23 항에 있어서,
    (i) 상기 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    (ii) 상기 제 1 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지니며,
    (iii) 상기 제 2 전기 전도층에 대한, 상기 구배선 중 하나의 적어도 1cm 길이의 선분의 투영은, 상기 제 2 전기 전도층 내에 상보형 선분을 형성하고,
    (a) 상기 구배 선분에 걸쳐 상기 제 1 전기 전도층의 시트 저항의 기울기의 평균값(S1 avg)은 양의 값 또는 음의 값을 갖고,
    (b) 상보형 선분에 걸쳐 상기 제 2 전기 전도층의 시트 저항의 기울기의 평균값(S2 avg)은 0이거나, 또는 S1 avg와 부호가 반대인
    전기변색 소자.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 및 제 2 전기 전도층은 적외선 내지 자외선 범위의 파장을 갖는 전자기 복사에 대해 투명한
    전기변색 소자.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 차례로, 제 1 기판, 제 1 전기 전도층, 제 1 전극층, 이온 전도층, 제 2 전극층, 제 2 전기 전도층, 및 제 2 기판을 포함하는
    다층 소자.
  28. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 차례로, 제 1 기판, 제 1 전기 전도층, 제 1 전극층, 제 2 전기 전도층, 및 제 2 기판을 포함하는
    다층 소자.
  29. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다층 소자는 차례로, 제 1 기판, 제 1 전기 전도층, 제 1 전극층, 이온 전도층, 제 2 전기 전도층, 및 제 2 기판을 포함하는
    다층 소자.
  30. 다층 소자의 제조 방법에 있어서,
    제 1 및 제 2 전기 전도층 사이에서 접촉하는 전기변색층을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 전기 전도층 중 적어도 하나는 각각 상기 제 1 및 제 2 전기 전도층 중 적어도 하나의 위치의 함수로 변화하는, 상기 제 1 및 제 2 전기 전도층 중 적어도 하나를 통한 전류의 흐름에 대해 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 전기 전도층의 제 2 영역 내 평균 시트 저항에 대한, 제 1 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 전기 전도층의 제 1 영역 내 평균 시트 저항의 비는, 적어도 2이고, 상기 제 1 및 제 2 볼록 다각형의 둘레를 갖는 상기 제 1 및 제 2 영역 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 25%를 포함하는
    다층 소자 제조 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층의 제 2 영역의 평균 시트 저항(R2 avg)에 대한, 상기 제 1 전기 전도층의 제 1 영역의 평균 시트 저항(R1 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 상기 제 1 전기 전도층의 제 3 영역의 평균 시트 저항(R3 avg)에 대한, 상기 제 1 전기 전도층의 제 2 영역의 평균 시트 저항(R2 avg)의 비는 적어도 1.25이며, 상기 제 1 전기 전도층의 제 4 영역의 평균 시트 저항(R4 avg)에 대한, 상기 제 1 전기 전도층의 제 3 영역의 평균 시트 저항(R3 avg)의 비는 적어도 1.25이고, 상기 제 1 영역은 상기 제 2 영역과 인접하며, 상기 제 2 영역은 상기 제 3 영역과 인접하고, 상기 제 3 영역은 상기 제 4 영역과 인접하며, 각각의 영역은 볼록 다각형의 둘레를 갖고, 각각은 상기 제 1 전기 전도층의 표면적의 적어도 10%를 포함하는
    다층 소자 제조 방법.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 제 1 전기 전도층은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 공간적으로 변화하는 시트 저항(Rs)을 갖고,
    상기 제 1 전기 전도층 내의 위치의 함수로 시트 저항(Rs)의 등고선도는 한 세트의 등저항선과, 상기 등저항선에 수직인 한 세트의 저항 구배선을 지니며,
    상기 세트 내의 구배선을 따른 시트 저항은 대체로 증가하거나, 대체로 감소하거나, 최대값에 도달할 때까지 대체로 증가하였다가 그 후 대체로 감소하거나, 또는 최소값에 도달할 때까지 대체로 감소하였다가 그 후 대체로 증가하는
    다층 소자 제조 방법.
  33. 제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은, 기판 상에 상기 제 1 전기 전도층을 증착하는 단계와, 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 증착되는 층의 시트 저항을 변화시키는 단계를 포함하는
    다층 소자 제조 방법.
  34. 제 30 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 1 전기 전도층 내 위치의 함수로 변화하는 조성 또는 두께를 갖는 제 1 전기 전도층을 증착하는 단계를 포함하는
    다층 소자 제조 방법.
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