KR20150050295A - 전기 변색 소자 - Google Patents

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류호준
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Abstract

본 발명에 따른 전기 변색 소자의 전기변색층은 나노 구조체, 제1 전기 변색 분자들, 및 제2 전기 변색 분자들을 포함할 수 있다. 상기 제1 전기 변색 분자들 및 상기 제2 전기 변색 분자들은 상기 나노 구조체 상에 제공될 수 있다. 상기 제2 전기 변색 분자들은 상기 제1 전기 변색 분자들과 다른 흡수 파장을 가질 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 소자는 검정색을 용이하게 구현할 수 있다.

Description

전기 변색 소자{An electrochromic device}
본 발명은 전기 변색 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 변색 소자의 전기변색층에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD) 및 유기발광소자(OLED)가 정보 디스플레이로 광범위하게 사용되고 있다. 상기 소자들은 자체 광원의 빛을 컬러필터를 투과시켜 색을 구현하거나 또는 재료 자체에서 전류 흐름에 따라 발광되는 빛을 혼합하는 방법으로 색을 구현한다.
최근 전기 변색 소자가 광 셔터, 반사형 디스플레이, 자동차용 변색 거울, 및 스마트 윈도우 등으로 응용되고 있다. 전기 변색 소자(electrochromic device)는 전기화학반응에 의하여 색의 변화를 가져오는 소자이다. 전기 변색 소자는, 외부의 전기 자극에 의해 전위차가 발생하면, 전해질에 포함되어 있는 이온이나 전자가 전기변색층 내부로 이동하여 산화·환원반응이 일어난다. 전기변색층의 산화환원반응에 의해, 전기 변색 소자의 색깔이 변하게 된다. 환원 변색 물질은 환원반응(cathodic reaction)이 일어날 때 착색되고, 산화반응(anodic reaction)이 일어날 때 탈색되는 물질을 의미한다. 산화변색물질은 산화반응일 때 착색되고 환원반응일 때 탈색되는 물질을 의미한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 검정색을 구현하는 전기 변색 소자에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 전기 변색 소자에 관한 것이다. 본 발명의 개념에 따른 전기 변색 소자는 하부 기판; 상기 하부 기판 상의 하부 전극; 상기 하부 전극 상에 제공되는 전해질; 상기 전해질 상에 제공되며, 나노 구조체, 제1 전기 변색 분자들, 및 제2 전기 변색 분자들을 포함하되, 상기 제1 전기 변색 분자들 및 상기 제2 전기 변색 분자들은 상기 나노 구조체 상에 제공되고, 상기 제2 전기 변색 분자들은 상기 제1 전기 변색 분자들과 다른 흡수 파장을 갖는 전기변색층; 및 상기 전기변색층 상의 상부 전극을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기변색층은 나노 구조체, 제1 전기 변색 분자들, 및 제2 전기 변색 분자들을 포함할 수 있다. 전기 변색 분자들은 나노 구조체 상에 제공될 수 있다. 제2 전기 변색 분자들은 제1 전기 변색 분자들과 다른 흡수 파장을 가질 수 있다. 전기변색층의 변색 시, 제2 전기 변색 분자들이 나타내는 색은 제1 전기 변색 분자들이 나타내는 색과 다를 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 소자는 검정색을 용이하게 구현할 수 있다.
본 발명의 보다 완전한 이해와 도움을 위해, 참조가 아래의 설명에 첨부도면과 함께 주어져 있고 참조번호가 이래에 나타나 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ영역을 확대하여 도시하였다.
도 3 및 도 4는 본 발명이 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
도 9a는 및 도 9b는 본 발명에 따른 전기 변색 소자의 파장에 따른 투과도를 나타낸 그래프들이다.
도 10은 본 발명에 따른 전기 변색 소자의 시간에 따른 투과도의 변화를 나타낸 그래프들이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 막(또는 층)이 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막(또는 층)을 다른 영역 또는 막(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시 예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
이하, 본 발명의 개념에 따른 전기 변색 소자를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 변색 소자를 도시한 단면도이다 도 2는 도 1의 Ⅱ영역을 확대하여 도시하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기 변색 소자(1)는 하부 기판(100), 하부 전극(200), 전해질(300), 전기변색층(400), 봉지층(500), 상부 전극(600), 및 상부 기판(700)을 포함할 수 있다.
하부 기판(100)은 플렉서블할 수 있다. 하부 기판(100)은 투명기판일 수 있다.
하부 전극(200)이 하부 기판(100) 상에 제공될 수 있다. 하부 전극(200)은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide, TCO)층 및 상기 투면 전도성 산화물층 위에 배치된 ATO(Antimony doped tin oxide) 나노 구조물을 포함할 수 있다. 하부 전극(200)은 상대 전극의 역할을 할 수 있다.
전해질(300)이 하부 전극(200) 상에 제공될 수 있다. 전해질(300)은 하부 전극(200) 및 전기변색층(400) 사이에 이온을 전달하는 역할을 할 수 있다. 이온 저장층(미도시)이 하부 전극(200) 및 전해질(300) 사이에 더 제공될 수 있다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 전기변색층(400)이 전해질(300) 상에 제공될 수 있다. 전기변색층(400)은 나노 구조체(430), 제1 전기 변색 분자들(410), 및 제2 전기 변색 분자들(420)을 포함할 수 있다. 나노입자들이 서로 연결되어, 나노 구조체(430)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 나노 구조체(430)들 사이에 포어들(440)이 제공될 수 있다. 전해질(300)은 상기 나노 구조체(430)의 포어들(440)을 채울 수 있다. 나노 구조체(430)는 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 나노 구조체(430)는 티타늄 산화물(TiO2), 안티몬(Sb)이 도핑된 산화주석(SnO), 알루미늄 산화물aluminum oxide, strontium titanate, molybdenum oxide, zirconium oxide, tin oxide, cobalt oxide, bismuth oxide, chromium oxide, antimony oxide, nickel oxide, copper oxide, iron oxide, tungsten oxide, silicon oxide, 및 산화 아연(ZnO) 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 전기 변색 분자들(410) 및 제2 전기 변색 분자들(420)이 나노 구조체(430) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 전기 변색 분자들(410) 및 제2 전기 변색 분자들(420)은 나노 구조체(430)의 표면에 고정될 수 있다. 제2 전기 변색 분자들(420)은 제1 전기 변색 분자들(410)과 다른 흡수 파장 영역을 가질 수 있다. 전기변색층(400)의 변색 시, 제1 전기 변색 분자들(410)은 제1 색을 나타내고, 제2 전기 변색 분자들(420)은 제2 색을 나타낼 수 있다. 제2 색은 제1 색과 다를 수 있다. 예를 들어, 전기변색층(400)의 변색 시, 제1 전기 변색 분자들(410)은 보라색을 나타내고, 제2 전기 변색 분자들(420)은 녹색을 나타낼 수 있다. 전기변색층(400)은 제1 색 및 제2 색의 혼합색을 구현할 수 있다. 전기변색층(400)의 변색 시, 전기 변색 소자(1)는 검정색을 나타낼 수 있다. 전기변색층(400)은 나노 구조체(430) 상에 제공된 제3 전기 변색 분자들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 전기변색층(400)의 변색 시, 상기 제3 전기 변색 분자들(미도시)은 제1 전기 변색 분자들(410) 및 제2 전기 변색 분자들(420)과 다른 색을 나타낼 수 있다. 전기 변색 분자들(410, 420)은 비올로겐(viologen) aromatic dicarboxylic acid ester 계열, Poly 3,4-ethylenedioxythiophene(PEDOT) WO3, NiO, MoO3 , 및/또는 Nb2O5을 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 하부 전극(200) 및 상부 전극(600) 사이에 봉지층(500)이 제공될 수 있다. 봉지층(500)은 전해질(300)의 측벽 상에 제공될 수 있다. 봉지층(500)은 전해질(300)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
상부 전극(600) 및 상부 기판(700)이 전기변색층(400) 상에 차례로 적층될 수 있다. 상부 전극(600)은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다. 상부 기판(700)은 플렉서블 할 수 있다. 상부 기판(700)은 투명할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명이 일 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 3를 참조하면, 상부 전극(600)의 일면 상에 나노 구조체(430)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물이 상부 전극(600) 상에 코팅되어, 나노 구조체(430)가 형성될 수 있다. 나노 구조체(430)는 앞서 도 1 및 도 2의 예로서 설명한 바와 동일 또는 유사할 수 있다. 상기 상부 전극(600)의 타면 상에는 상부 기판(700)이 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1 전기 변색 분자들(410) 및 제2 전기 변색 분자들(420)이 나노 구조체(430) 상에 제공될 수 있다. 이후, 제1 전기 변색 분자들(410) 및 제2 전기 변색 분자들(420)이 혼합 자기 조립법에 의하여, 나노 구조체(430)의 표면 상에 고정될 수 있다. 이에 따라, 전기 변색층(400)이 제조될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 하부 전극(200)이 형성된 하부 기판(100)이 준비될 수 있다. 하부 전극(200)은 전기 변색층(400)을 향하도록 배치될 수 있다. 전해질(300)이 하부 전극(200) 및 전기 변색층(400) 사이에 형성될 수 있다. 전기 변색층(400)은 나노 구조체(430)의 포어 사이를 채울 수 있다. 봉지층(500)이 전해질(300)의 측벽 상에 형성될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 변색 소자의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 이하, 앞서 설명한 바와 중복되는 내용은 생략한다.
도 5를 참조하면, 상부 전극(600)의 일면 상에 제1 나노 구조체(431)가 형성될 수 있다. 제1 나노 구조체(431)는 도 3의 예로써 설명한 바와 동일 유사한 방법에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 산화물이 상부 전극(600) 상에 코팅될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1 전기 변색 입자들이 제1 나노 구조체(431) 상에 제공될 수 있다. 제1 전기 변색 입자들은 혼합 자기 조립법에 의하여 제1 나노 구조체(431)의 표면 상에 고정될 수 있다. 이에 따라, 제1 전기 변색층(401)이 형성될 수 있다. 제1 전기 변색층(401)은 제1 나노 구조체(431) 및 제1 전기 변색 분자들(410)을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2 전기 변색층(402)이 제1 전기 변색층(401) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 나노 구조체(432)가 제1 전기 변색층(401) 상에 형성될 수 있다. 제2 전기 변색 분자들(420)이 제2 나노 구조체(432)의 표면 상에 고정될 수 있다. 제2 전기 변색 분자들(420)은 제1 전기 변색 분자들(410)과 다른 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 제2 전기 변색층(402)은 제2 나노 구조체(432) 및 제2 전기 변색 분자들(420)을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 하부 전극(200)이 형성된 하부 기판(100)이 준비될 수 있다. 하부 전극(200)은 제2 전기 변색층(402)을 향하도록 배치될 수 있다. 전해질(300)이 하부 전극(200) 및 제2 전기 변색층(402) 사이에 형성될 수 있다. 봉지층(500)이 전해질(300)의 측벽 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 소자(2)의 제조가 완성될 수 있다.
도 9a는 및 도 9b는 본 발명에 따른 전기 변색 소자의 파장에 따른 투과도를 나타낸 그래프들이다. 도 9a는 변색 전의 전기 변색 소자의 투과도를, 도 9b는 변색된 전기 변색 소자의 투과도를 나타낸다. 이하, 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 변색 전의 전기 변색 소자(1)는 변색된 전기 변색 소자(1)보다 높은 투과도를 가진다. 변색되지 않은 전기 변색 소자(1)는 투명할 수 있다. 전기 변색 시, 제1 전기 변색 분자들(410)은 제2 전기 변색 분자들(420)과 다른 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 이에 따라, 전기 변색 시, 전기 변색 소자(1)는 검은색을 나타낼 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 전기 변색 소자의 시간에 따른 투과도의 변화를 나타낸 그래프들이다. 여기에서, 전기 변색 소자에 가해주는 전압을 변화시키며, 전기 변색 소자의 투과도를 측정하였다. 이하, 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
도 10을 참조하면, 전기 변색 소자(1)의 투과도가 시간에 따라 변화함을 확인할 수 있다. 전기 변색 소자(1)에 가해주는 전압에 따라, 전기 변색 소자(1)는 변색 모드 및 투명 모드를 반복하며 나타낼 수 있다. 변색 모드의 전기 변색 소자(1)는 낮은 투과도를 나타내고, 투명 모드의 전기 변색 소자는 높은 투과도를 나타날 수 있다.

Claims (1)

  1. 하부 기판;
    상기 하부 기판 상의 하부 전극;
    상기 하부 전극 상에 제공되는 전해질;
    상기 전해질 상에 제공되며, 나노 구조체, 제1 전기 변색 분자들, 및 제2 전기 변색 분자들을 포함하되, 상기 제1 전기 변색 분자들 및 상기 제2 전기 변색 분자들은 상기 나노 구조체 상에 제공되고, 상기 제2 전기 변색 분자들은 상기 제1 전기 변색 분자들과 다른 흡수 파장을 갖는 전기변색층; 및
    상기 전기변색층 상의 상부 전극을 포함하는 전기 변색 소자.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180009019A (ko) * 2016-07-15 2018-01-25 한국전자통신연구원 전기 변색 소자
WO2019221320A1 (ko) * 2018-05-16 2019-11-21 주식회사 오리온 전기변색소자

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