KR20160011338A

KR20160011338A - 전기 변색소자

Info

Publication number: KR20160011338A
Application number: KR1020140092266A
Authority: KR
Inventors: 이초영; 허도원
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-02-01
Also published as: US9389479B2; US20160026058A1

Abstract

전해질층과 이온저장층의 원자가 서로 혼합된 형태의 구조를 가지는 전기 변색소자를 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 전기변색소자는 양성자화에 의한 투명 상태와 탈양성자화에 의한 반사 상태가 구현되는 활성층과, 양성자를 저장하는 이온저장층과, 활성층과 이온저장층 사이에 마련되어 양성자의 이동을 매개하는 전해질층과, 이온저장층과 전해질층의 구성 원소를 가지는 혼합층을 포함한다.
　

Description

전기 변색소자{ELECTROCHROMIC DEVICE}

전기변색소자에 관한 발명으로, 상세하게는 투명 상태와 반사 상태간 스위칭의 반복 내구성이 우수한 전기변색소자에 관한 발명이다.

전압 인가에 따라 광 투과 모드와 광 반사 모드의 가역적인 전환이 일어나는 소자를 반사 타입 전기변색소자(ECD, Electrochrimic Device)라 한다.

반사 타입 전기변색소자는 일반적으로 투명 기판, 투명 전극, 이온저장층, 전해질층, 촉매층, 활성층의 기능을 하는 물질들의 적층 구조를 포함한다.

이온저장층은 전이금속 산화물 형태이며 이온저장층에 저장되어 있던 프로톤(proton)(일반적으로 수소 이온)이 전압 인가에 따라 활성층으로 이동한다.

활성층은 프로톤의 이동에 따라 반사상태에서 투과상태로 광 특성이 전환된다. 한편, 반대 전압을 인가하게 되면 프로톤이 원래의 위치였던 이온저장층으로 이동하고 활성층은 다시 반사상태로 광 특성이 전환된다. 이와 같이 가역적인 산화-환원 반응이 일어나면서 투과모드 및 반사모드로 광 특성이 전환된다.

투과모드에서 투과도를 높이기 위해서는 프로톤의 저장량이 많아야 하고, 프로톤의 저장량을 높이기 위해 이온저장층의 두께를 증가시키는 방법이 주로 사용된다. 하지만 이온저장층의 두께가 증가하면 상대적으로 프로톤 이온이 이온저장층을 빠져 나오는데 걸리는 시간이 증가하게 되고 전체 소자의 스위칭 속도가 감소된다.

개시된 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해질층과 이온저장층의 원자가 서로 혼합된 형태의 구조를 가지는 전기 변색소자를 제공하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 일 측면 예에 따른 전기변색소자는 양성자화에 의한 투명 상태와 탈양성자화에 의한 반사 상태가 구현되는 활성층, 양성자를 저장하는 이온저장층, 활성층과 이온저장층 사이에 마련되어 양성자의 이동을 매개하는 전해질층 및 이온저장층과 전해질층의 구성 원소를 가지는 혼합층을 포함한다.

또한, 혼합층은, 이온저장층과 전해질층의 사이에 마련될 수 있다.

또한, 혼합층은, 이온저장층과 전해질층의 구성 원소가 서로 균일하게 혼합될 수 있다.

또한, 혼합층은, 전해질층에 이온저장층의 구성 원소가 침투된 구조를 가질 수 있다.

또한, 혼합층은, 이온저장층에 전해질층의 구성 원소가 침투된 구조를 가질 수 있다.

또한, 혼합층은, 이온저장층과, 혼합층과, 전해질층 전체 두께의 10 내지 50 퍼센트 범위 내로 형성될 수 있다.

또한, 혼합층은, 스퍼터링 공법 및 어닐링 공법을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 공법으로 형성될 수 있다.

또한, 활성층은, 마그네슘 합금(Mg alloy) 재료를 포함할 수 있다.

또한, 이온저장층은, 산화텅스텐(WO₃), 산화몰리브덴(MoO₃), 산화바나듐(V2O₃) 및 산화티타늄(TiO₂)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 전해질층은, 산화탄탈륨(Ta₂O₅), 산화지르코늄(ZrO₂) 및 산화나이오븀(Nb₂O₅)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 양성자는, 수소(H), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

다른 측면에 따른 전기변색소자는, 양성자화에 의한 투명 상태와 탈양성자화에 의한 반사 상태가 구현되는 활성층, 양성자를 저장하는 이온저장층 및 활성층과 이온저장층 사이에 마련되어 양성자의 이동을 매개하는 전해질층을 포함하고, 이온저장층은 전해질층의 구성 원소를 포함하거나, 전해질층은 이온저장층의 구성 원소를 포함한다.

또한, 이온저장층에 전해질층의 구성 원소가 침투된 구조를 포함할 수 있다.

또한, 전해질층에 이온저장층의 구성 원소가 침투된 구조를 포함할 수 있다.

또한, 이온저장층과 전해질층의 구성 원소가 서로 균일하게 혼합된 구조를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 구성되는 전기변색소자 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 저장 가능한 양성자의 함량이 증가하므로 소자의 투과율을 향상시킬 수 있다.

또한, 이온저장층 내부의 양성자 이동 경로가 증가하므로 소자의 스위칭 속도가 향상될 수 있다.

도 1은 전기 변색소자의 기본 구성을 도시한 도면이다.
도 2a 내지 2d는 전기 변색소자의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 전기변색소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 따른 전기변색소자의 이온저장층과 전해질층의 계면에 형성된 혼합층의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 전기변색소자에서 각 층을 구성하는 원소의 농도를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3과 다른 구조를 가지는 혼합층을 포함하는 전기변색소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 도 3 및 도 6과 다른 구조를 가지는 혼합층을 포함하는 전기변색소자의 구성을 도시한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 스퍼터링 증착장치의 예시도이다.
도 9 내지 도 12는 도 3 및 도 4에 따른 전기변색소자의 동작 원리를 도시한 도면이다.
도 13은 도 3 및 도 4에 따른 전기변색소자의 각 층에서 수소 이온의 이동 속도를 도시한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 발명의 바람직한 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형　예들이 있을 수 있다. 이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 개시된 발명에 따른 전기변색소자(ECD, Electrochrimic Device)에 대해 상세하게 설명한다.

전기변색소자는 전압 인가에 따라 광학특성이 가역적으로 변하는 소자로, 본 명세서에서는 이온저장층과 전해질층의 계면에서 각 구성 원소들이 서로 혼합 분포된 전기변색소자를 제공하고자 한다.

이하, 전기변색소자의 기본 구성 및 동작 원리를 설명한 후, 발명의 구체적 실시 예를 설명한다.

도 1은 전기변색소자의 기본 구성을 도시한 도면이고, 도 2a 내지 2d는 전기변색소자의 동작 과정을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 전기변색소자는 활성층(M1)과 이온 저장층(M2)을 포함하는 적층 구조를 포함하고, 활성층(M1)의 광 반사율이 외부 자극에 응답하여 변화한다.

활성층(M1)은 특정 원소의 농도에 따라 광학적 특성이 변화하는 조광 재료를 포함한다. 조광 재료로는 마그네슘 합금(Mg alloy) 재료가 사용될 수 있으며, 마그네슘 합금 재료는 수소 이온(H⁺) 농도에 따라 소자에 반사 모드와 투명 모드가 구현되도록 할 수 있다.

예를 들어, 전기변색소자의 초기 평형 상태로서 활성층(M1) 내에 수소 이온(H⁺)의 농도가 낮은 경우 마그네슘 합금 재료는 입사되는 광을 반사함으로써 금속 색상을 나타내는 반사 모드가 구현되도록 할 수 있다. 전기변색소자에 전원이 인가되어 활성층(M1) 내에 수소 이온(H⁺)이 유입되는 경우, 유입된 수소 이온(H⁺)은 마그네슘 합금 재료와 결합하고 수소 이온(H⁺)과 결합된 마그네슘 합금 재료는 투과도가 높아 투명 모드가 구현되도록 할 수 있다.

이온 저장층(M2)은 수소 등의 양성자를 함유할 수 있는 재료(이하 변환 재료라고 칭함)를 포함한다. 변환 재료는 전하(electric charge)(전자(electron)나 정공(positive hole))의 주입/방출 또는 광 조사 등의 외부 자극에 따라 양성자를 방출 또는 흡수할 수 있다.

전기변색소자는 도 2a 내지 도 2d의 과정을 거쳐 투명 모드 및 반사 모드를 구현할 수 있다.

이하, 수소 이온(H⁺)을 매개로 투명 모드 및 반사 모드를 구현하는 과정을 설명한다. 활성층(M1) 및 이온 저장층(M2)은 모두 수소를 흡수/방출하는 특성을 가짐과 동시에 전하(전자 또는 정공) 및 수소 이온(H⁺)을 이동시킬 수 있는 전기전도성을 가질 수 있다.

도 2a는 도 1에 도시된 활성층(M1) 및 이온 저장층(M2)의 초기 상태를 도시한 도면이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 수소 이온(H⁺)을 실질적으로 저장하고 있지 않은 활성층(M1)과 수소 이온(H⁺)을 저장하고 있는 이온 저장층(M2)은 서로 평형 상태로 존재한다. 이 경우, 활성층(M1)에는 충분한 농도의 수소가 존재하지 않기 때문에 광을 반사하고, 결과적으로 활성층(M1)은 본래의 금속 광택을 구현한다.

도 2b는 도 2a에 도시된 활성층(M1) 측에 마이너스 전위를 부여하고, 이온 저장층(M2)　측에 플러스 전위를 부여한 결과를 도시한 도면이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 활성층(M1)에 마이너스 전위를 부여하고 이온 저장층(M2) 측에 플러스 전위가 부여되면, 활성층(M1)에 전자가 유입되어 전자가 풍부한 상태가 되고, 이온 저장층(M2)에는 전자가 유출됨과 동시에 정공이 주입된다.

이온 저장층(M2)에 주입된 정공은 이온 저장층(M2)에서 활성층(M1)으로 이동한다. 즉, 이온 저장층(M2)에서는 수소 이온(H⁺)을 방출하기 쉬운 상태로 되는 한편 활성층(M1)에서는 이온 저장층(M2)으로부터 유입된 수소 이온(H⁺)의 양이 증가하여 수소 이온(H⁺)을 다량 보유하게 된다.

이 때문에, 활성층(M1)과 이온 저장층(M2) 사이에 성립되어 있던 수소 이온(H⁺) 평형 상태가 무너져 활성층(M1)이 수소를 보유하기 쉬운 상태로 되고, 이온 저장층(M2)으로부터 방출된 수소 이온(H⁺)이 활성층(M1)으로 이동하게 된다. 결과적으로 도 2c에 도시한 바와 같이 새로운 평형 상태가 형성되고, 이 상태에서는 활성층(M1)으로 이동한 수소 이온(H⁺)과 조광 재료가 결합하여 활성층(M1)이 투명하게 된다.

전술한 반응을 요약하면, M1 + M2(H) → M1(H) + M2로 나타낼 수 있다. 여기서 M1(H) 및 M2(H)는 각각 활성층(M1)에 수소가 결합된 상태, 및 이온 저장층(M2)에 수소가 결합된 상태를 나타낸다. 이와 같이, 활성층(M1)과 이온 저장층(M2) 사이에서는 수소 이온(H⁺)의 교환이 행해지는 것만으로 다른 이온이 관여하는 반응은 발생하고 있지 않다.

이어 도 2d에 도시된 바와 같이 인가 전압의 극성을 반전하면, 역방향으로 반응이 진행되기 때문에 도 2a에 도시된 원래의 평형 상태로 복귀된다.

보다 상세하게, 이온 저장층(M2) 측에 마이너스 전위를 부여하고 활성층(M1) 측에 플러스 전위를 부여하면, 이온 저장층(M2)에 전자가 유입되어 전자가 풍부한 상태가 된다. 한편 활성층(M1)에는 전자가 유출되며 동시에 정공이 주입된다.

활성층(M1)에 주입된 정공은 활성층(M1)에서 이온 저장층(M2)으로 이동한다. 결과적으로 활성층(M1)에서는 수소 이온(H⁺)을 방출하기 쉬운 상태로 되는 한편 이온 저장층(M2)에서는 활성층(M1)으로부터 유입된 수소 이온(H⁺)의 양이 증가하여 수소 이온(H⁺)을 다량 보유하게 된다.

이 때문에, 활성층(M1)과 이온 저장층(M2) 사이에 성립되어 있던 새로운 평형 상태가 무너져 이온 저장층(M2)이 다시 수소를 보유하기 쉬운 상태로 되고, 활성층(M1)으로부터 방출된 수소 이온(H⁺)이 이온 저장층(M2)으로 이동하게 된다. 결과적으로 도 2d에 도시된 바와 같이 본래의 평형 상태로 되돌아가게 되고, 이 상태에서는 활성층(M1)에 충분한 농도의 수소가 존재하지 않기 때문에 본래의 금속 광택을 나타내게 된다.

이상으로, 전기변색소자의 기본 구성 및 동작 원리에 대해 설명하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 전기변색소자의 실시 예에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 일 실시 예에 따른 전기변색소자(10)의 구성을 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에 따른 전기변색소자(10)는, 기판(12)과, 기판(12) 상부에 마련된 전극(14)과, 전극(14) 상부에 마련된 이온 저장층(16)과, 이온 저장층(16) 상부에 마련된 전해질층(20)과, 전해질층(20) 상부에 마련된 활성층(22)을 포함하고, 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 마련되어 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 혼합된 구조를 가지는 혼합층(18)을 포함한다.

기판(12)은 전극(14)과, 이온 저장층(16)과, 혼합층(18)과, 전해질층(20)과, 활성층(22)을 지지하도록 마련되며, 투명 재질로 마련될 수 있다.

전극(14)은 투명 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide) 재질로 마련될 수 있다.

이온 저장층(16)은 양성자를 함유할 수 있다. 양성자는 원자핵을 구성하는 소립자의 하나로 중성자와 함께 각종 원자핵을 구성한다. 양성자는 일반적으로 수소 이온(H⁺)을 의미하며, 리튬 이온(Li⁺) 및 나트륨 이온(Na⁺)을 포함하는 개념으로 넓게 이해될 수 있다. 이하, 설명의 편의상 이온 저장층(16)이 수소 이온(H⁺)을 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.

이온 저장층(16)은 수소 이온(H⁺)을 함유할 수 있는 변환 재료를 포함하며, 변환 재료는 광 투과성 및 광 흡수성을 가지는 전이금속 산화물(transition metal oxide)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온 저장층(16)은 산화텅스텐(WO₃), 산화몰리브덴(MoO₃), 산화바나듐(V₂O₃) 및 산화티타늄(TiO₂)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이온 저장층(16)은 위와 같은 변환 재료를 이용해 전극에서 전자를 받아 수소 이온(H⁺)의 방출/흡수를 행할 수 있다. 예를 들어 산화텅스텐(WO₃)은 수소 이온(H⁺)을 흡수하면서 수소 텅스텐 산화물(HxWO3, tungsten oxides with hydrogen)로 존재할 수 있고, 수소 이온(H⁺)을 방출하면서 산화텅스텐(WO₃)으로 존재할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 전기변색소자(10)의 투명 상태는 활성층(22)에 유입되는 수소 이온(H⁺)이 활성층(22)에 포함된 마그네슘 합금 재료와 결합하여 구현되는 바, 전기변색소자(10)의 투과도를 ?이기 위해서는 일반적으로 수소 이온(H⁺)의 저장량이 많아야 한다. 이에 이온 저장층(16)의 두께를 조절함으로써 소자 내부의 수소 이온(H⁺) 저장량을 조절할 수 있다.

이온 저장층(16)은 변환 재료 외에 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. 전기 전도성 재료가 이온 저장층(16)에 포함된 경우, 활성층(22)과 이온 저장층(16) 간의 이온 교환이 신속하게 수행될 수 있다. 전기 전도성 재료의 예로 액체 또는 고체 전해질과 같이 이온 전도를 행할 수 있는 재료가 사용되거나, 전하(전자 또는 정공)를 전도시키는 도전성 고분자 재료 등이 사용될 수 있다.

이온 저장층(16)에는 전술한 변환 재료나 전기 전도성 재료 외에 필요에 따라 바인더 수지 등의 결합 재료가 포함될 수도 있다.

혼합층(18)은 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 마련되어 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 혼합된 구조를 가질 수 있다.

전기변색소자(10)의 투명 모드에서 투과도를 높이기 위해 전기변색소자(10) 내의 수소 이온(H⁺) 저장량이 많아야 하며, 수소 이온(H⁺) 저장량을 증가 시키기 위해 이온 저장층(16)의 두께를 조절할 수 있음은 전술한 바와 같다. 그러나, 이온 저장층(16)의 두께가 증가하면 상대적으로 수소 이온(H⁺)이 이온 저장층(16)을 빠져 나오는데 걸리는 시간이 증가하므로 전체 소자의 스위칭 속도가 감소하게 된다.

따라서, 수소 이온(H⁺)의 저장량을 증가시키기 위해 이온 저장층(16)의 두께를 조절하는 외에, 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 혼합층(18)이 마련된다. 혼합층(18)은 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 각 구성 원소가 서로 혼합된 구조를 가짐으로써 수소 이온(H⁺)의 저장량 증가시킴과 동시에 전체 소자의 스위칭 속도를 증가시킬 수 있다. 혼합층(18)은 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

전해질층(20)은, 이온 저장층(16)과 활성층(22) 사이에 마련되어 이온 저장층(16)과 활성층(22) 간에 이온 교환이 원활하게 수행되도록 양성자의 이동을 매개한다. 전해질층(20)이 이온 저장층(16)과 활성층(22) 사이에 배치되면 전해질층(20)을 매개로 수소 이온(H⁺)의 이동이 용이하므로 전기변색소자(10)의 스위칭 속도를 향상시킬 수 있다.

전해질층(20)은 액체(liquid), 겔(Gel) 또는 고체(Solid) 상태로 마련될 수 있으며, 산화탄탈륨(Ta₂O₅), 산화지르코늄(ZrO₂) 및 산화나이오븀(Nb₂O₅)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

전기변색소자(10)는 전해질층(20) 대신 도전성 고분자 재료를 포함하는 막을 포함할 수도 있다. 도전성 고분자 재료는 도전성을 부여하기 위한 이온이 도핑되기 때문에 전해질층(20)의 기능을 수행할 수 있다.

활성층(22)은 수소 이온(H⁺)의 농도에 따라 광학적 특성이 변화하는 조광 재료를 포함하고, 활성층(22)의 전체 또는 일부가 단일층 또는 다층의 조광 재료로 형성될 수 있다. 보다 상세하게, 활성층(22)은 마그네슘 합금(Mg alloy) 재료를 포함할 수 있으며, 마그네슘 합금(Mg alloy)은 필요에 따라 마그네슘과 합금 재료(alloy material)의 원자수비(Mg/Alloy material)를 조절할 수 있다.

전기변색소자(10)는 활성층(22)의 산화-환원 반응응 속도를 촉진하기 위해 촉매 재료를 포함할 수도 있다.

촉매 재료는 레이어 형태로 가공해 활성층(22)과 전해질층(20) 사이에 배치할 수 있으며, 파우더 형태, 파티클 형태 또는 아일랜드 형태로 가공해 활성층(22) 내부에 고르게 분포시키거나 활성층(22)과 전해질층(20)의 계면에 배치할 수 있다.

촉매 재료의 종류로는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag) 및 금(Au)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다.

전기변색소자(10)는 활성층(22)에 포함된 금속 성분의 산화를 방지하도록 전해질층(20)과 활성층(22) 사이에 버퍼층을 더 포함할 수도 있다.

이상으로, 일 실시 예에 따른 전기변색소자(10)의 구성을 설명하였다.

이하, 전기변색소자(10)의 구성 중, 혼합층(18)에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 도 3에 따른 전기변색소자(10)의 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 형성된 혼합층(18)의 일 예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 따른 전기변색소자(10)에서 각 층을 구성하는 원소의 농도 변화를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 혼합층(18)은 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 혼합된 구조를 가질 수 있으며, 이온 저장층(16)과, 혼합층(18)과, 전해질층(20) 전체 두께의 10 내지 50 퍼센트 범위 내로 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의상 이온 저장층(16)이 산화텅스텐(WO₃)을 주된 구성 원소로 포함하고 전해질층(20)이 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 주된 구성 원소로 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다.

혼합층(18) 내에는 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 균일하게 혼합 분포될 수 있다. 예를 들어, 산화텅스텐(WO₃)과 산화탄탈륨(Ta₂O₅)이 서로 혼합 분포되어 존재할 수 있다.

혼합층(18)을 구성하는 산화탄탈륨(Ta₂O₅)과 산화텅스텐(WO₃)은 그 크기가 상이한 바 서로 혼합되어 내부에 공간을 형성한다. 이에, 혼합층(18) 내부에 포함된 산화텅스텐(WO₃)은 이온 저장층(16) 내부에 포함된 산화텅스텐(WO₃)보다 더 낮은 밀도로 분포되어 수소 이온(H⁺)의 이동 경로를 확보할 수 있다.

또한, 산화텅스텐(WO₃)은 이온 저장층(16) 외에 혼합층(18)에도 분포하게 되는 바 산화텅스텐(WO₃)의 분포 영역이 확장될 수 있다. 산화텅스텐(WO₃)은 수소 이온(H⁺)을 저장하는 기능을 하므로, 산화텅스텐(WO₃)의 분포 영역이 확장됨으로써 소자의 수소 이온(H⁺) 저장 능력이 향상될 수 있다. 결과적으로 활성층(22)에 결합 가능한 수소 이온(H⁺)의 함량이 증가하므로 전기변색소자(10)의 투과도가 향상될 수 있다.

도 5를 참조하면, 전기변색소자(10)의 각 층을 구성하는 원소의 농도 변화는 다음과 같다. 도 5의 가로축은 순차적으로 전기변색소자(10)의 이온 저장층(16), 혼합층(18), 전해질층(20)을 의미하며, 세로축은 각 층을 구성하는 원소의 농도를 의미한다.

그래프 1은 각 층에서 탄탈륨(Ta)의 농도 변화를 도시한 것이고, 그래프 2는 각 층에서 텅스텐(W)의 농도 변화를 도시한 것이다.

그래프 1을 참조하면, 탄탈륨(Ta)은 전해질층(20)의 주된 구성 원소로 이온 저장층(16)에는 존재하지 않고 혼합층(18) 내에서는 이온 저장층(16)에서 전해질층(20) 방향으로 점차적으로 증가하는 양상을 보인다.

그래프 2를 참조하면, 텅스텐(W)은 이온 저장층(16)의 주된 구성 원소로 전해질층(20)에는 존재하지 않고 혼합층(18) 내에서는 전해질층(20)에서 이온 저장층(16) 방향으로 점차적으로 증가하는 양상을 보인다. 즉, 일 실시 예에 따른 혼합층(18) 영역에서는 탄탈륨(Ta)과 텅스텐(W)이 도 5와 같이 혼합 분포될 수 있다.

이상으로, 일 실시 예에 따른 전기변색소자(10)의 구성에 대해 설명하였다.

다음으로, 다른 실시 예에 따른 전기변색소자(10)의 구성을 설명한다.

도 6은 도 3과 다른 구조를 가지는 혼합층(18a)을 포함하는 전기변색소자(10a)의 구성을 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 전기변색소자(10)는 기판(12)과, 기판(12) 상부에 마련된 전극(14)과, 전극(14) 상부에 마련된 이온 저장층(16)과, 이온 저장층(16) 상부에 마련된 전해질층(20)과, 전해질층(20) 상부에 마련된 활성층(22)을 포함하고, 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 마련되어 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 혼합된 구조를 가지는 혼합층(18a)을 포함할 수 있다.

기판(12)과, 전극(14)과, 이온 저장층(16)과, 전해질층(20)과, 활성층(22a)의 경우 도 3에 도시된 구성과 실질적으로 동일하며 이하 도 3과 중복되는 설명은 생략한다.

혼합층(18a)은 도 3과는 달리 이온 저장층(16)에 전해질층(20)의 구성 원소가 침투된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 이온 저장층(16)의 구성 원소인 산화텅스텐(WO₃)이 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 주된 구성 원소로 포함하는 전해질층(20)에 침투되어 혼합층(18a)을 형성할 수 있다. 이 때 혼합층(18a)은 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 주된 구성 원소로 가지며 내부에 산화텅스텐(WO₃)이 소량 포함되는 구조를 가진다.

본 실시 예에 따른 전기변색소자(10) 역시 혼합층(18a)에 포함된 산화텅스텐(WO₃)이 이온 저장층(16) 내부에 포함된 산화텅스텐(WO₃)에 비해 더 낮은 밀도로 분포될 수 있으며, 동시에 산화텅스텐(WO₃)이 이온 저장층(16) 외에 혼합층(18)에도 분포하게 되므로 산화텅스텐(WO₃)의 분포 영역이 확장된다.

결과적으로 수소 이온(H⁺)의 이동 경로가 확보되어 소자의 스위칭 속도가 향상될 수 있으며 수소 이온(H⁺) 저장 능력이 향상될 수 있다. 이하 도 3 내지 5와 중복되는 설명은 생략한다.

다음으로, 또 다른 실시 예에 따른 전기변색소자(10b)의 구성을 설명한다.

도 7은 도 3 및 도 6과 다른 구조를 가지는 혼합층(18)을 포함하는 전기변색소자(10b)의 구성을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 전기변색소자(10b)는 기판(12)과, 기판(12) 상부에 마련된 전극(14)과, 전극(14) 상부에 마련된 이온 저장층(16)과, 이온 저장층(16) 상부에 마련된 전해질층(20)과, 전해질층(20) 상부에 마련된 활성층(22)을 포함하고, 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 마련되어 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 혼합된 구조를 가지는 혼합층(18b)을 포함할 수 있다.

기판(12)과, 전극(14)과, 이온 저장층(16)과, 전해질층(20)과, 활성층(22)의 경우 도 3에 도시된 구성과 실질적으로 동일하며 이하 도 3과 중복되는 설명은 생략한다.

혼합층(18b)은 도 3 및 도 6 과는 달리 전해질층(20)에 이온 저장층(16)의 구성 원소가 침투된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전해질층(20)의 구성 원소인 산화탄탈륨(Ta₂O₅)이 산화텅스텐(WO3)을 주된 구성 원소로 포함하는 이온 저장층(16)에 침투되어 혼합층(18b)을 형성할 수 있다. 이 때 혼합층(18b)은 산화텅스텐(WO₃)을 주된 구성 원소로 가지며 내부에 산화탄탈륨(Ta₂O₅)이 소량 포함되는 구조를 가진다.

본 실시 예에 따른 전기변색소자(10)의 역시 혼합층(18b)에 포함된 산화텅스텐(WO₃)이 이온 저장층(16) 내부에 포함된 산화텅스텐(WO₃)에 비해 더 낮은 밀도로 분포될 수 있으며, 동시에 산화텅스텐(WO₃)이 이온 저장층(16) 외에 혼합층(18b)에도 분포하게 되므로 산화텅스텐(WO₃)의 분포 영역이 확장된다. 결과적으로 수소 이온(H⁺)의 이동 경로가 확보되어 소자의 스위칭 속도가 향상될 수 있으며 수소 이온(H⁺) 저장 능력이 향상될 수 있다. 이하 도 3 내지 6과 중복되는 설명은 생략한다.

이상으로, 전기변색소자(10)의 여러 실시 예에 대해 설명하였다.

다음으로, 이와 같이 구성되는 전기변색소자(10)의 혼합층(18) 형성 방법을 설명한다. 도3, 도 4, 도 6 및 도 7과 같이 구성되는 일 실시 예에 따른 전기변색소자(10)의 혼합층(18)은 스퍼터링 공법 또는 스퍼터링 공법과 어닐링 공법을 혼합하여 형성될 수 있다.

스퍼터링 공법은 대표적인 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition) 방법이다. 보다 상세하게, 진공챔버 중에서 비활성 기체를 가속하여 고체 시료에 충돌시키고, 충돌 시 발생하는 에너지로 고체 시료로부터 원자가 튀어나오도록 하는 방법이다.

어닐링 공법은 금속 재료를 적당히 가열함으로써 재료의 내부 구조 속에 남아있는 열 이력 및 가공에 의한 영향을 제거하는 공법으로, 내부의 변형을 바로잡기 위해 일정 온도까지 가열했다가 서서히 식히는 열처리 방법의 하나이다. 일 실시 예에 따른 혼합층(18)은 스퍼터링 공법 적용 후 어닐링 공법을 추가적으로 적용해 재료의 확산을 유도할 수도 있다. 　

이하, 스퍼터링 증착장치의 구성을 설명한 후 혼합층(18) 형성 과정을 설명한다.

도 8은 일 실시 예에 따른 스퍼터링 증착장치(100)의 예시도이다.

도 8을 참조하면, 스퍼터링 증착장치(100)는 복수의 진공챔버(110, 210)와, 진공 펌프(114, 214)와, 가스공급시스템(120, 220)과, 레일(101)과, 건(230)과, 타겟 시료(240)와, 복수개의 마그네트론(250)을 포함할 수 있다.

진공 펌프(114, 214)는 진공챔버(110, 210)의 일 측면에 마련되어 진공챔버(110, 210)의 진공 상태를 유지시킨다.

가스 공급 시스템(120, 220)은 진공챔버(110, 210)의 측벽에 마련될 수 있고 진공챔버(110, 210) 내에 가스를 공급한다.

가스 공급 시스템(120, 220)은 이온화 시킬 방전 가스가 저장되는 방전 가스 챔버(122, 322a) 와, 플라즈마 화학 증착을 위해 처리 가스로 마련된 산소 가스가 저장되는 처리 가스 챔버(322b)와, 진공챔버(110, 210)와 가스 챔버(122, 322a, 322b)를 연결하는 질량유량계(224)와, 가스 챔버(122, 322a, 322b)로부터 진공챔버(110, 210)에 유입되는 가스를 조절하는 조절 밸브(126, 226)를 포함할 수 있다.

방전 가스 챔버(122, 322a)에는 아르곤 가스가 저장될 수 있으며, 아르곤 가스 외에 다른 비활성 가스가 저장될 수 있음은 물론이다. 이하, 설명의 편의상 방전 가스로 아르곤 가스를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다.

레일(101)은 진공챔버(110, 210)의 상부에 마련되어 증착 시키고자 하는 대상을 이동시킨다. 보다 상세하게 증착 시키고자 하는 대상은 지그(104)에 고정되어 레일(101)을 따라 이동할 수 있다.

본 실시 예에서, 증착 대상은 이온 저장층(16) 또는 전해질층(20)일 수 있으며, 이하 이온 저장층(16)을 증착 대상으로 하는 경우를 예로 들어 설명한다.

건(230)은 제 2 진공챔버(210)의 내부에 마련될 수 있다. 건(230)은 제 2 전원공급부(235)를 통해 음극에 연결되어 있는 바, 제 2 전원공급부(235)가 건(230)에 전원을 공급하면 음의 전기장이 발생하고 방전이 시작된다. 이에, 아르곤 가스와 제 2 전원공급부(235)에서 공급되는 전원이 충돌하여 아르곤 이온을 생성하면서 플라즈마가 발생된다.

타겟 시료(230)는 제 2 진공챔버(210) 내부에 마련되고, 증착 대상의 맞은편에 위치할 수 있다. 타겟 시료(230)는 증착하고자 하는 대상의 형태 또는 형성하고자 하는 증착 층에 따라 단일 또는 복수개의 시료가 마련될 수 있다. 도 8에서는 단일의 타겟 시료가 마련되는 경우를 예로 들어 도시하였다.

이상으로, 혼합층(18)의 형성을 위해 사용 가능한 스퍼터링 증착장치(100)의 일 구성 예에 대해 설명하였다.

다음으로, 도 8의 스퍼터링 증착장치(100)를 이용해 혼합층(18)이 형성되는 과정을 설명한다.

도 3 및 도 4에 따른 혼합층(18)은 이온 저장층(16) 또는 전해질층(20)을 증착 대상으로 하여 형성될 수 있다. 즉, 산화텅스텐(WO₃)을 주된 성분으로 포함하는 이온 저장층(16)에 산화텅스텐(WO₃) 및 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 동시에 증착한 후 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 주된 성분으로 포함하는 전해질층(20)을 형성할 수 있으며, 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 주된 성분으로 포함하는 전해질층(20)에 산화텅스텐(WO₃) 및 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 동시에 증착한 후 산화텅스텐(WO₃)을 주된 성분으로 포함하는 이온 저장층(16)을 형성할 수도 있다. 이하, 이온 저장층(16)을 증착 대상으로 하는 경우를 예로 들어 설명한다.

산화텅스텐(WO₃) 및 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 동시에 증착하는 공정은 텅스텐(W) 또는 산화텅스텐(WO₃)을 포함하는 제 1 타겟시료(240a) 및 탄탈륨(Ta) 또는 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 포함하는 제 2 타겟시료(240b)를 마련해 혼합층(18)을 형성하는 코스퍼터링(Co-sputtering) 공법이 적용될 수 있다.

제 1 타겟시료(240a)가 산화텅스텐(WO₃)을 포함하거나 제 2 타겟시료(240b)가 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 포함하는 경우 타겟시료로부터 이탈된 산화텅스텐(WO₃) 또는 산화탄탈륨(Ta₂O₅)이 이온 저장층(16)에 직접 증착될 수 있으며, 제 1 타겟시료(240a)가 텅스텐(W)을 포함하거나 제 2 타겟시료(240b)가 탄탈륨(Ta)을 포함하는 경우 처리 가스 챔버(322b)에 마련된 산소 가스가 공급되어 텅스텐(W) 또는 탄탈륨(Ta)과 반응한 후 이온 저장층(16)에 증착될 수 있다.

도 6에 따른 혼합층(18)은, 이온 대상층(16)을 증착 대상으로 하고 탄탈륨(Ta) 또는 산화탄탈륨(Ta₂O₅)을 타겟 시료로 하여 형성될 수 있으며, 도 7에 따른 혼합층(18)은 전해질층(20)을 증착 대상으로 하고 텅스텐(W) 또는 산화텅스텐(WO₃)을 타겟 시료로 하여 형성될 수 있다. 상세한 설명은 도 3 및 도 4에 따른 혼합층(18)의 형성 과정과 동일하며 이하 중복되는 설명은 생략한다.

다음으로, 전술한 방법으로 제조된 전기변색소자(10)의 동작 원리를 설명한다.

도 9 내지 도 12는 도 3 및 도 4에 도시된 전기변색소자(10)의 동작 원리를 도시한 도면으로, 도 9 내지 도12에서는 활성층(22)이 마그네슘과 니켈 합금(Mg₂Ni)으로 마련되고, 전해질층(20)이 고체로 마련되고, 이온 저장층(16)이 산화텅스텐(WO₃)으로 마련되고, 전극(14)이 ITO 재질로 마련된 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.

도 9를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전기변색소자(10)는 활성층(22)에 전원공급장치(24)의 마이너스 전극이 연결되고, 전극(14)에 플러스 전원이 연결된다. 활성층(22)은 금속 재질로 이루어져 있으므로, 활성층(22) 주위에 별도의 전극을 마련하지 않고 활성층(22)에 직접 마이너스 전원을 연결할 수 있다.

활성층(22)에는 수소가 실질적으로 저장되어 있지 않고 이온 저장층(16)으로부터 공급되는 수소가 일시적으로 저장되어 투명 모드 또는 반사 모드가 구현되며, 활성층(22)과 이온 저장층(16) 사이에는 평형 상태가 형성되어 있다. 이에, 활성층(22)은 마그네슘과 니켈 합금(Mg₂Ni) 형태로 존재하면서 표면에서 광을 반사시켜 본래의 금속 광택을 나타낸다.

이와 같이 평형 상태를 유지하고 있는 전기변색소자(10)에 전원공급장치(24)를 통해 전원을 공급한다. 도 10에 도시된 바와 같이 활성층(22)에 마이너스 전위를 부여하고 ITO 전극에 플러스 전위를 부여하면 활성층(22)에 전자가 유입된다. 이에, 활성층(22)은 전자가 풍부한 상태가 되고 이온 저장층(16)은 상대적으로 수소 이온(H⁺)의 농도가 풍부한 상태가 된다.

이 때문에 활성층(22)과 이온 저장층(16) 간에 성립되어 있던 수소 이온(H⁺) 평형상태가 무너져 활성층(22)이 수소 이온(H⁺)을 보유하기 쉬운 상태로 되고, 이온 저장층(16)으로부터 방출된 수소 이온(H⁺)이 혼합층(18)과 전해질층(20)을 거쳐 활성층(22)으로 이동하게 된다.

이를 종합하면 이온 저장층(16)에서는 산화반응(이하, 화학반응식 1)이 수행되고 활성층(22)에서는 환원 반응(이하, 화학반응식 2)이 수행된다.

화학반응식 1

H_xWO₃ → WO₃ + xH⁺ + xe^-

화학반응식 2

Mg₂Ni + 4H⁺ + 4e^- → Mg₂NiH₄

즉, 활성층(22)의 마그네슘과 니켈 합금(Mg₂Ni)은 수소 이온(H⁺)과 결합하게 되고, 도 11에 도시된 바와 같이 투과 상태로 광 특성이 전환된다.

이어, 광 특성이 전환되어 평형 상태를 유지하고 있는 전기변색소자(10)가 다시 금속 외관을 구현하도록 하기 위해 전원공급장치(24)를 통해 전원을 공급한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 활성층(22)에 플러스 전위를 부여하고 ITO 전극에 마이너스 전위를 부여하면 ITO 전극을 통해 이온 저장층(16)에 전자가 유입된다. 이온 저장층(16)에 전자가 유입되면, 이온 저장층(16)은 전자가 풍부한 상태로 되고 활성층(22)은 상대적으로 수소 이온(H⁺)의 농도가 풍부한 상태로 된다.

결과적으로, 활성층(22)과 이온 저장층(16) 사이에 성립되어 있던 새로운 수소 이온(H⁺) 평형 상태가 무너져 이온 저장층(16)이 수소 이온(H⁺)을 보유하기 쉬운 상태로 되어 활성층(22)으로부터 수소 이온(H⁺)이 방출되어 전해질 및 혼합층(18)을 거쳐 이온 저장층(16)으로 이동하게 된다.

이를 종합하면, 이온 저장층(16)에서는 환원 반응(이하 화학반응식 3)이 수행되고 활성층(22)에서는 산화 반응(이하 화학반응식4)이 수행된다.

화학반응식 3

WO₃ + xH⁺ + xe^- → H_xWO₃

화학반응식 4

Mg₂NiH₄ → Mg₂Ni + 4H⁺ + 4e^-

즉, 활성층(22)의 마그네슘과 니켈 합금(Mg₂Ni)은 수소 이온(H⁺)이 불충분한 상태가 되어 다시 도 9에 도시된 바와 같이 반사 상태로 광 특성이 전환된다.

화학반응식 1 내지 4와 같은 일련의 반응이 수행되는 과정에서, 혼합층(18)의 존재로 투명 모드에서 투과도가 향상 될 수 있으며 전기변색소자(10)의 스위칭 속도가 증가될 수 있다.

보다 상세하게, 수소 이온(H⁺)은 이온 저장층(16) 뿐만 아니라 혼합층(18)의 일부 영역에도 저장될 수 있다. 즉, 혼합층(18)의 존재로 전체 전기변색소자(10)의 수소 저장 능력이 향상될 수 있다. 이는 투명 모드에서 혼합층(18)의 마그네슘 이온과 결합 가능한 수소 이온(H⁺)의 양이 증가될 수 있음을 의미하고, 결과적으로 투과도가 향상될 수 있다.

또한, 혼합층(18)은 전해질층(20)과 이온 저장층(16)의 구성 원소가 서로 혼합된 층으로 전해질층(20)과 이온 저장층(16)의 계면의 에너지 배리어(energy barrier)를 낮춰 이온 저장층(16)과 활성층(22) 간의 수소 이온(H⁺)이 용이하도록 한다. 보다 상세하게, 이온 저장층(16)의 구성 원소와 전해질층(20)의 구성 원소가 서로 혼합되면 원자간의 간격이 넓어져 수소 이온(H⁺)이 이동 가능한 경로가 보다 넓게 확보될 수 있으며, 결과적으로 전해질층(20)과 이온 저장층(16) 계면의 에너지 배리어를 낮추는 효과를 가져와 스위칭 속도가 빨라질 수 있다.

도 13은, 도 3 및 도 4에 따른 전기변색소자(10)의 각 층에서 수소 이온(H⁺)의 이동 속도를 도시한 도면이다. 도 5 및 도 6에 따른 전기변색소자(10) 역시 도 3과 유사한 수소 이온(H⁺)의 이동 속도 분포를 나타낼 수 있으며, 이하 도 3의 경우를 예로 들어 수소 이온(H⁺)의 이온 속도를 설명한다.

도 13의 가로축은 순차적으로 전기변색소자(10)의 이온 저장층(16), 혼합층(18), 전해질층(20)을 의미하며, 세로축은 각 층에서 수소 이온(H⁺)이동 속도를 의미한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 수소 이온(H⁺)은 이온 저장층(16) 내에서 약 S1의 속도로 이동하고, 혼합층(18) 내부의 이온 저장층(16)에서 전해질층(20) 방향으로 점차적으로 그 속도가 증가해, 전해질층(20) 내에서 약 S2의 속도로 이동 가능함을 확인할 수 있다.

이온 저장층(16) 내부의 수소 텅스텐 산화물(H_xWO₃)로부터 수소 이온(H⁺)이 분해되어 이동하는 속도는 이온 저장층(16) 밀도의 영향을 받을 수 있으며, 동시에 이온 저장층(16)과 전해질층(20) 계면에 형성된 에너지 배리어의 영향을 받는다. 즉, 이온 저장층(16)의 밀도가 너무 높을 경우 수소 이온(H⁺)의 이동 경로가 확보되지 않아 이온 저장층(16) 내에서 수소 이온(H⁺)의 이동 속도가 느려질 수 있으며, 이온 저장층(16)과 전해질층(20) 계면에 형성된 에너지 배리어가 큰 경우 역시 수소 이온(H⁺)의 이동 속도가 느려질 수 있다.

혼합층(18) 내부에는 이온 저장층(16)의 주된 구성 원소인 탄탈륨(Ta)과 전해질층(20)의 주된 원소인 텅스텐(W)이 혼합 분포되므로, 이온 저장층(16)의 밀도를 낮추고 이온 저장층(16)과 전해질층(20)의 계면에 수소 이온(H⁺)의 이동 가능한 경로를 증가시켜 에너지 배리어를 낮출 수 있다. 결과적으로 혼합층(18)을 매개로 수소 이온(H⁺)이 빠르게 이동 가능하며, 전기변색소자(10)의 스위칭 속도가 향상될 수 있다.

이상으로 전기변색소자(10)의 실시 예 대해 설명하였다. 발명이 전술한 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며 당해 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해될 수 있다.

10 : 전기변색소자
12 : 기판
14 : 전극
16 : 이온 저장층
18 : 혼합층
20 : 전해질층
22 : 활성층
100 : 스퍼터링 증착장치
101 : 레일
104 : 지그
110, 210 : 진공 챔버
120, 220 : 가스공급장치

Claims

양성자화에 의한 투명 상태와 탈양성자화에 의한 반사 상태가 구현되는 활성층;
상기 양성자를 저장하는 이온저장층;
상기 활성층과 상기 이온저장층 사이에 마련되어 상기 양성자의 이동을 매개하는 전해질층; 및
상기 이온저장층과 상기 전해질층의 구성 원소를 가지는 혼합층;을 포함하는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 혼합층은,
상기 이온저장층과 상기 전해질층의 사이에 마련된 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 혼합층은,
상기 이온저장층과 상기 전해질층의 구성 원소가 서로 균일하게 혼합된 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 혼합층은,
상기 전해질층에 상기 이온저장층의 구성 원소가 침투된 구조를 가지는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 혼합층은,
상기 이온저장층에 상기 전해질층의 구성 원소가 침투된 구조를 가지는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 혼합층은,
상기 이온저장층과, 상기 혼합층과, 상기 전해질층 전체 두께의 10 내지 50 퍼센트 범위 내로 형성되는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 혼합층은,
스퍼터링 공법 및 어닐링 공법을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 공법으로 형성되는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 활성층은,
마그네슘 합금(Mg alloy) 재료를 포함하는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 이온저장층은,
산화텅스텐(WO₃), 산화몰리브덴(MoO₃), 산화바나듐(V₂O₃) 및 산화티타늄(TiO₂)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 전해질층은,
산화탄탈륨(Ta₂O₅), 산화지르코늄(ZrO₂) 및 산화나이오븀(Nb₂O₅)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기변색소자.
제 1항에 있어서,
상기 양성자는,
수소(H), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기변색소자.
양성자화에 의한 투명 상태와 탈양성자화에 의한 반사 상태가 구현되는 활성층;
상기 양성자를 저장하는 이온저장층; 및
상기 활성층과 상기 이온저장층 사이에 마련되어 상기 양성자의 이동을 매개하는 전해질층;을 포함하고,
상기 이온저장층은 상기 전해질층의 구성 원소를 포함하거나,
상기 전해질층은 상기 이온저장층의 구성 원소를 포함하는 전기변색소자.
제 12항에 있어서,
상기 이온저장층에 상기 전해질층의 구성 원소가 침투된 구조를 포함하는 전기변색소자.
제 12항에 있어서,
상기 전해질층에 상기 이온저장층의 구성 원소가 침투된 구조를 포함하는 전기변색소자.
제 12항에 있어서,
상기 이온저장층과 상기 전해질층의 구성 원소가 서로 균일하게 혼합된 구조를 포함하는 전기변색소자.